KR100740995B1

KR100740995B1 - 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판정렬장치

Info

Publication number: KR100740995B1
Application number: KR1020060070177A
Authority: KR
Inventors: 김기홍; 이재종; 최기봉
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-07-20

Abstract

본 발명은 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치에 관한 것으로, 나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)에 가공된 패턴을 기판(Wafer)에 적층시킬 때 상기 스템프와 상기 기판간의 위치오차를 산출하는 오차검출시스템에 의해 위치를 정렬시켜주는 것으로, 상기 기판이 놓여지는 진공척에 구비되는 회전테이블과, 상기 스템프의 패턴을 상기 기판에 적층할 때 X, Y축 방향으로 정렬하기 위해 이동하는 X, Y축 스테이지와, 상기 회전테이블과 상기 X, Y축 스테이지를 구동시켜주기 위해 상기 오차검출시스템에서 산출된 오차에 따라 상기 스템프와 상기 기판을 정렬시키기 위한 구동제어부, 및 상기 오차검출시스템에서 산출되는 오차를 입력받아 상기 구동제어부로 신호를 인가하는 장치제어부로 이루어지는 나노 임프린트 공정의 기판 정렬장치에 있어서, 상기 오차검출시스템은 상기 스템프와 기판 각각에 지름이 다른 복수 개의 원이 일정 피치를 가지고 동심원 형태로 배열되는 격자를 적어도 2개 이상 형성하고, 이 스템프 격자와 기판 격자가 중첩되어 발생하는 모아레 무늬를 영상으로 획득한 후 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 오차값을 산출하는 특징으로 한다.

나노 임프린트, 모아레 무늬, 스테이지, 오차검출시스템, 스템프, 기판

Description

나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치{Substrate Align equipment using circular moire patterns for Nano-imprint Process}

도 1a는 본 발명에 따른 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치의 전체 구성도,

도 1b는 본 발명에 적용되는 광학계를 나타낸 전체 구성도,

도 2a는 본 발명에 따른 모아레 무늬를 해석하기 위한 좌표계 및 변수설정을 나타낸 도면,

도 2b는 도 2a의 조건에서 모아레 무늬로부터 정렬 오차 및 오차방향을 추출하는 그래프 나타낸 도면,

도 3a는 본 발명에 따른 스템프 및 기판의 정렬오차(위치오차)가 있을 때 발생하는 모아레 무늬를 나타낸 도면,

도 3b는 본 발명에 따른 스템프 및 기판의 정렬오차(위치오차)가 없을 때 발생하는 모아레 무늬를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 모아레 무늬를 획득하여 영상 처리되는 과정을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 정렬장치의 정렬단계를 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>

10 : 오차검출시스템 20 : 스템프 격자

30 : 기판 격자 40 : 장치제어부

50 : 구동제어부

본 발명은 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 다층 패턴의 정렬 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스템프(Mask)와 기판(Wafer)의 일측으로 동심원 형태의 격자를 각각 형성시키고, 이를 중첩하여 발생되는 원형 모아레 무늬를 해석함으로써, X, Y축에 대한 오차와 회전오차를 산출하고, 그에 따른 오차값을 보상하는 나노임프린트 공정에서 원형 모아레 무늬를 이용한 다층 패턴 정렬장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래에 사용되고 있는 나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)의 패턴을 기판(Wafer)에 적층식으로 임프린팅 할 때는 패턴이 정확하게 적층되어야 하기 때문에 스템프와 기판을 정확히 정렬하여 임프린팅 하게 된다.

스템프와 기판이 정확히 정렬되지 않은 상태에서 패턴이 적층되면 이미 성형된 패턴 위에 동일 또는 다른 패턴을 성형하게 되어, 후에 성형되는 패턴이 지정된 위치에 정확하게 적층되지 않으면 불량 기판을 양산하는 원인이 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 모아레 기법을 사용하여 스템프와 기판을 정렬하는 방식을 사용하였는데, 기존의 모아레 정렬방법은 선형격자 또는 체크박스 형태의 격자를 이용하여 중첩 시 발생하는 선형의 모아레 무늬를 해석하여 오차를 산출하는 방법을 사용하였다. 그러나 이는 두 가지 서로 의존적인 단점을 가진다. 첫 번째는 정렬 정도를 높이기 위해서는 정렬 방향에 대하여 선형 모아레 무늬가 정확하게 수직으로 생성되어야 하는 점이다.

이는 곧 모아레 무늬를 생성시키는 두 격자 패턴이 정확하게 정렬 방향에 수직이어야 하는 점을 의미한다. 두 번째는 일반적으로 선형 모아레 무늬에서 무늬가 포함된 평면에 수직한 축에 대한 회전각을 측정하기가 어렵고 측정하더라도 측정 정확도가 매우 낮다. 따라서 선형 모아레 무늬에서는 회전 정도를 측정하기 어렵기 때문에 정확한 정렬이 어렵고 이로 인하여 정렬 오차가 발생되는 문제점이 있다.

이리하여 종래 나노 임프린트 공정에서 정확한 패턴의 적층을 위해 스템프와 기판을 정렬시켜주는 정렬장치는 X축과 Y축에 대한 오차보상만 이루어지고 회전오차에 대한 산출을 할 수 없어 그에 따라 정확한 기판정렬이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 스템프와 기판에 각각 형성된 동심원 격자를 중첩시키고, 이로부터 발생하는 원형의 모아레 무늬를 영상으로 획득한 후, 이 모아레 무늬를 해석하여 오차값을 산출하는 정렬방법을 적용하여 스템프와 기판을 정렬시킴으로써, 스템프의 패턴을 기판에 좀 더 정확하게 적층시키 고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)에 가공된 패턴을 기판(Wafer)에 적층시킬 때 상기 스템프와 상기 기판간의 위치오차를 산출하는 오차검출시스템에 의해 위치를 정렬시켜주는 것으로, 상기 기판이 놓여지는 진공척에 구비되는 회전테이블과, 상기 스템프의 패턴을 상기 기판에 적층할 때 X, Y축 방향으로 정렬하기 위해 이동하는 X, Y축 스테이지와, 상기 회전테이블과 상기 X, Y축 스테이지를 구동시켜주기 위해 상기 오차검출시스템에서 산출된 오차에 따라 상기 스템프와 상기 기판을 정렬시키기 위한 구동제어부, 및 상기 오차검출시스템에서 산출되는 오차를 입력받아 상기 구동제어부로 신호를 인가하는 장치제어부로 이루어지는 나노 임프린트 공정의 기판 정렬장치에 있어서, 상기 오차검출시스템은 상기 스템프와 기판 각각에 지름이 다른 복수 개의 원이 일정 피치를 가지고 동심원 형태로 배열되는 격자를 적어도 2개 이상 형성하고, 이 스템프 격자와 기판 격자가 중첩되어 발생하는 모아레 무늬를 영상으로 획득한 후 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 오차값을 산출하는 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 한 특징으로는, 상기 오차검출시스템은, 상기 스템프 격자와 기판 격자가 중첩되었을 때 발생하는 모아레 무늬를 복수개의 광학계를 통해 각각 촬영하는 복수개의 CCD 카메라, 상기 CCD 카메라로부터 획득한 모아레 무늬를 저장하는 영상저장부, 상기 CCD 카메라로부터 획득한 모아레 무늬를 수학적 알고리즘으로 해석하는 모아레 해석부, 상기 모아레 해석부에서 해석한 모아레 무늬를 통해 오차를 산출하여 상기 장치제어부로 전송하는 오차산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 특징으로는, 상기 구동제어부는, 복수개의 위치에서 측정된 오차값을 가지고 X, Y축 스테이지와 회전테이블의 최종적인 구동량을 계산하는 구동량계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 스템프 격자와 기판 격자는, 피치간격이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 스템프 격자는, 상기 기판 격자와 반경은 동일하되 격자가 하나 더 많은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)에 가공된 패턴을 기판(Wafer)에 적층시킬 때 상기 스템프와 상기 기판간의 위치오차를 산출하는 오차검출시스템에 의해 위치를 정렬시켜주는 것으로 상기 기판과 스템프를 정렬시키는 구동부와, 상기 구동부를 구동시키는 제어부에 있어서, 상기 오차검출시스템은 스템프 격자의 중심을 기준으로 기판 격자 중심이 벗어난 오차량과 오차방향(각도)을 산출하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치에 대한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 발명에 따른 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치의 전체 구성도, 도 1b는 본 발명에 적용되는 광학계를 나타낸 전체 구성도, 도 2a는 본 발명에 따른 모아레 무늬를 해석하기 위한 좌표계 및 변수설정을 나타낸 도면, 도 2b는 도 2a의 조건에서 모아레 무늬로부터 정렬 오차 및 오차방향을 추출하는 그래프 나타낸 도면이다. 도 3a는 본 발명에 따른 스템프 및 기판의 정렬오차(위치오차)가 있을 때 발생하는 모아레 무늬를 나타낸 도면, 도 3b는 본 발명에 따른 스템프 및 기판의 정렬오차(위치오차)가 없을 때 발생하는 모아레 무늬를 나타낸 도면, 도 4는 본 발명에 따른 모아레 무늬를 획득하여 영상처리되는 과정을 나타낸 도면, 도 5는 본 발명에 따른 정렬장치의 정렬단계를 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치는 스템프와 기판에 형성된 동심원 형태의 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)를 중첩시켜 발생하는 모아레 무늬를 해석하여 오차량과 오차방향에 대한 오차값을 산출하는 오차산출시스템(10)과 여기서 산출된 오차값을 이용하여 스템프 또는 기판의 정렬을 제어하는 장치제어부(40)와 구동제어부(50)로 크게 구성된다.

오차검출시스템(10)은 본 출원인이 출원한 발명의 명칭 '나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 다층 패턴 정렬방법'을 적용한 것으로서, 이것은 스템프(Mask)와 기판(Wafer)에 각각 동심원 형태의 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)를 형성시켜 중첩 시 발생하는 모아레 무늬를 해석하여 스템프와 기판(웨이퍼)의 오차를 검출하는 것으로, 이를 이용하여 스템프와 기판을 정렬시키는 것을 본 발명에서의 주요 기술적 요지로 한다.

이하, 상기 오차검출시스템(10)에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

스템프(Mask)에 형성되는 스템프 격자(20)는 스템프에 크롬을 이용하여 패턴을 형성하였고, 기판(Wafer)에 형성된 기판 격자(30)는 에칭(etching)을 통해 식각하여 형성한다. 본 발명의 일실시예로 상기 스템프 격자(20)와 상기 기판 격자(30)는 500㎛ 반경을 가지며, 스템프 격자(20)의 경우 25개의 패턴을 20㎛주기로 제작하고 기판 격자(30)의 경우 24개의 패턴을 20.83㎛주기를 가지도록 제작하였다.

조명광이 입사되었을 때 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)는 서로 다른 특성을 가지고 있음을 보여준다. 상기 스템프 격자(20)는 크롬 패턴으로 제작되었기 때문에 조명광에 대한 투과도(transmittance)는 패턴의 형태와 일치한다. 즉 크롬이 도포된 부분에서는 투과도가 0이 되고 유리면이 노출된 부분에서는 1이 된다.

상기 기판 격자(30)는 에칭 공정을 통하여 제작되었기 때문에 도시된 바와 같이 격자의 마루(peak)나 골(trough) 부분에 상관없이 동일한 반사도를 가진다. 상기 기판 격자(30)의 경우에는 마루나 골의 평평한 부분에서는 반사도가 일정하게 유지되겠지만 모서리(edge) 부분은 평평한 부분에 비하여 반사도가 떨어진다. 이는 모서리 부분에서 빛이 산란되기 때문으로 이러한 점을 고려할 때 상기 기판 격자(30)의 반사도는 마루나 골에서는 높고 모서리에서는 낮은 형태를 가진다.

나노 임프린트의 공정 특성상 스템프와 기판이 접촉하게 되므로 상기 스템프 격자(20)는 반사도를 표면 형상으로 가지는 이진 격자로 고려할 수 있다. 그리고 반사도 곡선을 살펴보면 기존 기판 격자의 피치(pitch)보다 반으로 줄어든 형태를 가짐을 볼 수 있다. 즉 상기 기판 격자(20)의 경우에는 제작된 패턴 수 보다 2배 많은 패턴이 있는 것으로 생각할 수 있다.

일반적인 경우에는 전술한 조건으로 패턴을 제작할 경우 격자 중심에서 반경방향으로 한주기를 가지는 무늬가 형성되어야 한다. 그러나 상기 기판 격자(30)의 반사율이 주기적으로 바뀌는 격자가 아니라, 입사광의 위상(phase)을 바꾸는 위상 격자(phase grating)이기 때문에 조금 다른 형태의 격자를 형성시키는 것이 바람직하다.

도 3a는 중첩된 스템프 격자(20)와 기판 격자(30) 한 쌍이 중첩되었을 때 일치되지 않은 상태의 원형 모아레 무늬 영상을 나타내고, 도 3b는 중첩된 스템프 격자(20)와 기판 격자(30) 한쌍이 중첩되었을 때 일치되는 상태의 원형 모아레 무늬 영상을 나타내 보이고 있다. 이것은 일 실시예를 설명하기 위해 나타낸 하나의 모아레 무늬로써, 이 외에도 스템프 및 기판의 정렬오차에 따라 여러 가지 원형 모아레 무늬가 도출되는 것이다.

이러한 상기 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)를 스템프와 기판의 모서리에 대응되게 복수 개 형성하고, 임프린팅 공정 시 중첩되는 상기 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)에 의해 발생하는 모아레 무늬를 광학계를 통해 CCD 카메라(12)로 촬영하고, 이로부터 획득한 모아레 무늬 영상을 영상저장부(13)에 저장한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만 복수개의 광학계를 통해 여기에 각각의 상기 CCD 카메라(12)가 구비되어 서로 대각선 방향의 모아레 무늬를 획득하여 회전오차를 측정할 수 있도록 한다. 상술한 광학계는 도 1b에서 도시된 바와 같이 나노 임프린트 분야에서 모아레 영상을 촬영하는 장치로 널리 사용되는 공지의 비전 광학계를 사용하 는 것으로, 본 발명에서의 상세한 설명한 생략하기로 한다.

상기 영상저장부(13)에 저장된 모아레 무늬는 모아레 무늬 해석부(14)에 의해 해석되는데, 이것은 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 스템프와 기판의 상대 위치 오차 및 오차 방향에 따른 오차값을 오차산출부(15)에서 산출하게 된다.

오차값을 산출하는 과정에 대하여 좀 더 상세히 살펴보면, 도 4에서 도시된 바와 같이 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)가 중첩되어 발생한 모아레 무늬를 광학계를 통해 CCD 카메라(12)로 획득한 후 영상처리되는 과정을 나타낸 것으로서, 첫 번째 사진은 초기영상(raw image)을 보여준다. 도면에서 보는 바와 같이 조명광의 불균일한 분포와 주위의 패턴, 광학계 내외부의 먼지 등으로 인하여 모아레 무늬가 선명하지 않다. 가운데 도면은 초기 영상에서 미리 저장된 기준 영상(reference image)을 제거한 영상이다. 모아레 무늬의 선명도 및 전체 영상의 균일도가 향상되었음을 보여준다.

마지막은 가운데 사진에서 저주파 필터링(lowpass filtering)을 수행한 것으로, 붉은색 원형으로 표시된 모아레 영역 내부에 있는 상기 스템프 격자(20)와 기판 격자(30) 영상이 제거된 것이다.

이렇게 획득한 모아레 무늬를 상기 모아레 해석부(14)에서 해석하고 오차 산출부(15)를 통해 스템프와 기판의 상대 위치 오차량 및 오차 방향을 정량적으로 산출하는데, 그것은 다음의 수학적 알고리즘을 사용한다.

도 2b는 도 2a의 원형 모아레 무늬로부터 오차량과 오차방향을 추출하는 그래프이다. 상기 스템프(10)와 상기 기판(20)의 상대 위치 오차량 및 오차 방향을 측정하기 위해 오차값을 산출하는 방법은 다음의 수학적 알고리즘을 사용한다.

도 2a의 모아레 무늬에서,

r : 스템프 격자 중심에서 모아레 무늬가 발생하는 임의의 A점까지의 거리

여기서 스템프 격자의 중심은 스템프 격자의 최외곽부 격자를 이용하여 중심을 결정하는 것이다.

θ : 모아레 무늬가 발생하는 임의점(거리)이 화면 좌표계(camera coordinate)에서 가지는 방위각

: 기판 격자의 중심에서 임의의 A 지점까지의 거리

ε : 스템프 격자의 중심과 기판 격자 중심사이의 거리

Φ : 광학계의 화면 좌표계(camera coordinate)에서 스템프 격자를 기준으로 기판 격자 중심이 가지는 방위각

이러한 관계를 이용하여 임의의 반경 반향 θ에 대한 격자 단면은 퓨리에 코사인 시리즈(Fourier cosine series)로 정의 할 수 있다.

스템프(10)와 기판(20)에 형성된 스템프 격자(30)와 기판 격자(40)의 수학적 표현은 다음과 같다.

(수학식 1)

(수학식 2)

수학식 1과 수학식 2는 각각의 스템프 격자와 기판 격자의 단면 형상에 대한 방정식이다. 두 격자가 중첩되어 발생하는 모아레 무늬는 수학식 1과 수학식 2의 곱으로 표현될 수 있다.

(수학식 3)

수학식 3에서 중첩된 격자에 조사되는 조명광은 균일하다고 가정하며 수식의 편의를 위하여 생략한다. 수학식 1과 2를 수학식 3에 대입하면 아래와 같은 수식 얻어진다.

(수학식 4)

수학식 4에서 첫 번째 항은 배경광(DC background), 두 번째 항은 기판 격자, 세 번째 항은 스템프 격자를 의미하여, 마지막 항이 모아레 무늬를 포함한 모든 신호를 의미한다. 수학식 4의 마지막 항에서 직접적으로 모아레 무늬를 발생시키는 성분은 앞에서 설명한 바와 같이 제작된 기판 격자 주기의 반주기(half-period)를 갖는 성분(n=2)이며, 스템프 격자에서 이와 간섭을 일으키는 것 중 가장 저주파 무늬를 발생시키는 차수는 동일하게 반주기(half-period)를 갖는 성분(m=2) 이다. 이를 이용하여 수학식 4를 모아레 무늬 패턴과 다른 패턴들로 분리하면 다음과 같다.

(수학식 5)

이 수식을 정리하면 최종적으로 5개의 항이 나오는데 이 중 모아레 무늬에 해당하는 부분은 아래의 수식과 같다.

(수학식 6)

α는 임의의 상수값을 의미한다. 여기서 ε값이 충분히 작다고 가정하면

(수학식 7) 가 된다. 이를 위 수식에 대입한 후 정리하면 다음과 같다.

(수학식 8)

위 식에서 최종적으로 그림 3의 모아레 무늬를 표현하는 수식이다. 위 식을 기존 원형 모아레 해석결과와 비교하면 위상 성분이 2배 증가함을 볼 수 있다. 이는 모아레 무늬의 반경 방향 주파수를 2배 증가시키고, 오차량 ε도 2배 증가시킨다.

위 식을 살펴보면 정렬오차 ε과 Φ는 모아레 무늬의 반경 방향 위상 지연으로 도시하면 2π 주기를 가지는 코사인(cosine) 함수로 나타남을 볼 수 있다. 그리고 이 위상 지연 코사인 곡선의 진폭(amplitude)과 초기 위상을 계산하면 정렬 오차량을 측정할 수 있다.

(수학식 9)

위 수학식 9는 모아레 무늬의 반경 방향 위상 곡선을 정의한다. b는 진폭(amplitude)이다.

도 2b는 도 4의 모아레 무늬에서 반경 방향 위상 지연을 표시한 도면으로, 이때 모아레 무늬의 중심은 화면에서 획득한 격자의 최외곽 원형 패턴을 이용하여 결정하였으며, 카메라의 수평축을 기준으로 반시계 방향으로 일정 각도씩 회전하면서 반경 방향의 모아레 무늬를 획득하며 이를 이용하여 각 방향의 위상 지연을 계산하였다. 사각형 그래프는 반경 방향 위상 지연값을 계산할 때 수식에 포함된 arc tangent 함수로 인하여 발생하는 축첩(wrapped)된 그래프이다. 삼각형 그래프는 사 각형 그래프에서 위상 개봉(unwrapping)을 수행한 후 센터링(centering)작업을 한 후의 결과이다. 수학식 9에서 설명한 바와 같이 반경 방향의 위상 지연은 코사인함수로 표현됨을 알 수 있다. 따라서 도 6에서 진폭(amplitude)과 위상 지연(phase delay)을 측정하여 정렬 오차를 계산한다. 이 값들은 최소 제곱법을 이용하면 쉽게 계산되는 것으로 다음과 같이 정의된다.

(수학식 10)

위 식에서 Ψi는 도 6의 그래프에서 i 번째 위상 지연값을 의미한다. a 값은 DC offset 값인데 그래프의 위상 곡선은 평균값이 0이 되도록 조절하였으므로 a 값은 0이 된다. 그래서 수학식 9에서는 표현되지 않았다.(m = 그래프에서 총 데이터 개수)

이로부터 정렬 오차 방향은 다음의 식에서 유도된다.

(수학식 11)

또한, 정렬 오차량은 다음과 같이 유도된다.

(수학식 12)

이상에서 본 바와 같이 상술한 수식을 적용하는 본 발명에 있어 동심원 형태의 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)를 중첩시켜 발생하는 모아레 무늬를 해석하여 스템프와 기판의 정렬오차(위치오차)를 검출하는 오차검출시스템(10)에 대해 설명하였다.

이렇게 상기 오차검출시스템(10)으로부터 스템프와 기판의 오차값을 산출하고, 스템프의 패턴을 기판에 정확하게 적층하기 위해 정렬장치에 의한 정렬 과정을 수행하게 된다.

상기 오차산출부(15)에서 산출된 오차값은 장치제어부(40)로 전송하게 된다. 여기서, 상기 장치제어부(40)로 오차값을 전송하기 전에 상기 오차산출부(15)에서는 산출된 오차값이 정렬수행 오차범위에 속하는지 여부를 우선 확인한다.

정렬수행 오차범위에 속하지 않으면 상기 오차산출부(15)는 오차값을 0 으로 장치제어부(40)에 전송하게 된다. 그러면 장치제어부(40)는 스템프와 기판을 정렬하는 각각의 스테이지 또는 회전테이블은 구동시키지 않고 스템프의 패턴이 기판에 바로 적층시키게 된다.

상기 오차산출부(15)에 산출된 오차값이 정렬수행 오차범위에 속하면 그 산 출된 오차값을 상기 장치제어부(40)로 전송한다. 오차값을 입력받은 상기 장치제어부(40)는 상술한 바와 같이 정렬수행 오차범위에 속하지 않으면 오차값 0 을 전송받고 패턴을 적층시키는 과정을 수행하게 되지만, 오차값이 발생하면 상기 장치제어부(40)는 그 오차값을 구동제어부(50)로 전송한다.

상기 구동제어부(50)는 전송받은 오차값은 구동량산출부(51)에서 최종적으로 각각의 스테이지와 회전테이블을 구동시키기 위한 구동값을 계산하는데, 이것은 복수개의 비전 광학계로부터 측정된 각각의 오차값을 가지고 각 스테이지 및 회전테이블의 최종적인 구동량을 계산하여 각각의 구동모터(미도시)에 신호를 보내 오차값에 대응하는 기판정렬을 수행하게 되는 것이다.

상기 오차산출부(15)에서 산출한 ε값에 대해서는 X, Y축 스테이지를 이동시키는 모터를 구동시켜 오차방향에 대한 오차값을 보상시키고, Φ값에 대해서는 회전테이블을 회전시키는 모터를 구동시켜 회전오차에 대한 오차값을 보상시키게 된다.

오차값에 대한 위치보상이 완료되면 상기 장치제어부(40)는 상기 오차검출시스템(10)으로 정렬된 모아레 무늬를 다시 해석하라는 신호를 보내게 된다. 상기 오차검출시스템(10)은 장치제어부(40)로부터 신호를 받고 상술한 오차값 산출 과정을 다시 수행하게 된다.

정렬된 스템프와 기판을 통해 중첩되는 스템프 격자(20)와 기판 격자(30)로부터 발생하는 모아레 무늬를 다시 획득하고 해석하여 오차값을 산출한다. 산출한 오차값이 정렬수행 오차범위에 속하는지 여부를 다시 판단하게 되고 범위에 속하지 않으면 정렬수행 과정이 진행되지 않으며, 정렬수행 오차범위에 속하면 다시 위에서 설명한 기판정렬과정을 수행하게 된다. 이 과정은 정렬수행 오차범위에 속하지 않을 때 까지 계속적으로 진행한다.

이하, 본 발명에 따른 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 다층 기판 정렬장치의 동작과정을 도 5를 참조하여 단계별로 설명하면 다음과 같다.

스템프(Mask)에 형성된 패턴이 기판(Wafer)에 적층하기 위해 스테이지로부터 이동되어 상기 스템프의 상부에 위치하게 되면 스템프의 모서리에 형성된 스템프 격자(20)와 상기 기판의 모서리에 형성된 기판 격자(30)가 중첩되어 원형 모아레 무늬가 발생하게 된다. 여기서 발생된 원형 모아레 무늬는 대각선 방향에서 각각의 광학계를 통해 CCD카메라(12)로 촬영하고, 촬영된 모아레 무늬는 영상저장부(13)에 저장하게 된다.

제어부(11)는 상기 영상저장부(13)에 저장된 모아레 무늬 영상을 모아레 해석부(14)로 전송시키면 상술한 수학적 알고리즘을 통하여 모아레 무늬를 해석하고, 해석된 결과를 가지고 오차산출부(15)에서 오차값을 산출하여 그 오차값이 정렬오차범위에 속하지 않으면 장치제어부(40)에서는 기판 정렬과정을 진행하지 않고 스템프의 패턴을 기판에 바로 적층시키게 된다. 그러나 오차값이 정렬오차범위에 속하면 산출된 오차값은 장치제어부(40)가 입력받고, 입력받은 오차값을 구동제어부(50)로 전송한다.

상기 구동제어부(50)는 각각의 비전 광학계에서 측정된 오차값을 받고 구동량산출부(51)에서 최종적인 구동량을 계산하여 기판을 정렬하기 위해 구동되는 X, Y축 스테이지(53)와, 회전테이블(52)을 제어하여 오차값에 대응하게 이동시켜서 위치 오차를 보상함으로써 기판을 정렬한다. 입력받은 오차값만큼 정렬이 완료되면 모아레 무늬를 다시 획득하고 해석하여 오차값을 산출하고, 여기서 산출된 오차값이 정렬수행 오차범위에 속하지 않으면 더 이상의 정렬은 진행되지 않지만, 정렬수행 오차범위에 속하면 상술한 바와 같이 정렬과정을 반복 수행하는 것이다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명을 구현하여 실험해 본 결과 최소 정렬오차량 0.1㎛ 이내, 정확도 0.5㎛이내로 스템프와 기판의 정렬 오차를 검출하는 결과를 얻을 수 있었다.

이와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 원형 모아레를 이용하여 오차값을 산출함에 따라 정확한 오차보상이 이루어지는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)와 기판(Wafer)의 정렬할 때 원형 모아레를 이용하여 X, Y축뿐만 아니라 회전오차까지 산출하여 그에 따른 오차를 보상시킴으로 좀 더 정밀한 위치보상이 이루어짐에 따라 나노 임프린트 공정에서 효과적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims

나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)에 가공된 패턴을 기판(Wafer)에 적층시킬 때 상기 스템프와 상기 기판간의 위치오차를 산출하는 오차검출시스템에 의해 위치를 정렬시켜주는 것으로, 상기 기판이 놓여지는 진공척에 구비되는 회전테이블과, 상기 스템프의 패턴을 상기 기판에 적층할 때 X, Y축 방향으로 정렬하기 위해 이동하는 X, Y축 스테이지와, 상기 회전테이블과 상기 X, Y축 스테이지를 구동시켜주기 위해 상기 오차검출시스템에서 산출된 오차에 따라 상기 스템프와 상기 기판을 정렬시키기 위한 구동제어부, 및 상기 오차검출시스템에서 산출되는 오차를 입력받아 상기 구동제어부로 신호를 인가하는 장치제어부로 이루어지는 나노 임프린트 공정의 기판 정렬장치에 있어서,

상기 오차검출시스템은 상기 스템프와 기판 각각에 지름이 다른 복수 개의 원이 일정 피치를 가지고 동심원 형태로 배열되는 격자를 적어도 2개 이상 형성하고, 이 스템프 격자와 기판 격자가 중첩되어 발생하는 모아레 무늬를 영상으로 획득한 후 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 오차값을 산출하는 특징으로 하는 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치.
제 1항에 있어서, 상기 오차검출시스템은,

상기 스템프 격자와 기판 격자가 중첩되었을 때 발생하는 모아레 무늬를 복수개의 광학계를 통해 각각 촬영하는 복수개의 CCD 카메라;

상기 CCD 카메라로부터 획득한 모아레 무늬를 저장하는 영상저장부;

상기 CCD 카메라로부터 획득한 모아레 무늬를 수학적 알고리즘으로 해석하는 모아레 해석부;

상기 모아레 해석부에서 해석한 모아레 무늬를 통해 오차를 산출하여 상기 장치제어부로 전송하는 오차산출부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치.
제 1항에 있어서, 상기 구동제어부는,

복수개의 위치에서 측정된 오차값을 가지고 X, Y축 스테이지와 회전테이블의 최종적인 구동량을 계산하는 구동량계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치.
제 1항에 있어서, 상기 스템프 격자와 기판 격자는,

피치간격이 서로 다른 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 공정에서의 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치.
제 1항에 있어서, 상기 스템프 격자는,

상기 기판 격자와 반경은 동일하되 격자가 하나 더 많은 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 공정에서의 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치.
나노 임프린트 공정에서 스템프(Mask)에 가공된 패턴을 기판(Wafer)에 적층시킬 때 상기 스템프와 상기 기판간의 위치오차를 산출하는 오차검출시스템에 의해 위치를 정렬시켜주는 것으로 상기 기판과 스템프를 정렬시키는 구동부와, 상기 구동부를 구동시키는 제어부에 있어서,

상기 오차검출시스템은 스템프 격자의 중심을 기준으로 기판 격자 중심이 벗어난 오차량(각도)과 오차방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 공정에서 원형 모아레를 이용한 기판 정렬장치.