KR20050022708A - 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상형과 하형이 압착하여 정밀한 성형품을 성형할 때, 예컨대 실리콘웨이퍼에 패턴을 성형할 때 성형할 소재를 탑재하는 하형이 상형에 대해 평행하게 면접촉될 수 있도록 하형의 스테이지의 위치 및 자세를 보정할 수 있도록 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지에 관한 것으로,

몸체를 지지대에 고정할 수 있도록 그 측면에 복수 개의 외부연결부재가 돌출되는 외부프레임; 상기 외부프레임의 수용공간에 수용되고 상하 병진운동 및 요동운동이 가능하게 설치되어, 그 상면에 성형소재를 탑재하는 내부프레임; 및 상기 내부프레임이 평면상에서 전후좌우 병진운동 및 회전운동 가능하게 할 수 있도록 상기 내부프레임과 외부프레임을 연결하는 복수 개의 내부연결부재를 포함하며,

여기서, 상기 외부연결부재를 지지대에 고정하고 상기 내부프레임상에 성형소재를 탑재한 상태에서, 상기 성형소재를 상형으로 압착성형할 때 외부연결부재와 내부연결부재의 탄성에 의해 성형소재의 위치 및 자세가 보정되어 그 상면이 상형의 저면과 평행하게 면접촉되는 것을 특징으로 한다.

Description

압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지{Self-alignment stage for pose compensation a molding device}

본 발명은 상형과 하형이 압착하여 정밀한 성형품을 성형할 때 예컨대, 실리콘 웨이퍼에 패턴을 압착하여 성형할 때 하형에 탑재되는 웨이퍼 상면과 상형의 저면이 평행하게 면접촉될 수 있도록 하형의 자세 및 위치를 보정하여 불량품을 줄일 수 있도록 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지에 관한 것이다.

일반적으로, 압착성형장치는 하형의 상부에 승강하는 상형이 구비된 형태로 구성되어, 하형 상면에 성형할 소재를 탑재시킨 상태에서 상형을 하강시켜 성형품을 제조하게 된다.

이러한 압착성형장치에 의해 성형된 제품은 여러 가지가 있으나, 특히 반도체 제조공정에 사용되는 실리콘 웨이퍼 상의 집적회로도 상기 압착성형장치에 의해 성형될 수 있다.

상기 압착성형장치에 의해 제조되는 실리콘 웨이퍼에는 고집적회로의 패턴이 성형되는데, 이 패턴은 정밀하게 성형되므로 그 공차를 최소로 줄이는 것이 요구되고 있다.

도 1은 종래 압착성형장치를 보인 것으로, 스테이지(1) 상부에 진공치구(2)가 설치되어 하형을 형성하고, 상기 하형 상부에는 상형을 구성하는 템플릿(3)이 승강가능하게 설치된다.

이러한 성형장치는 도 1a와 같이 진공치구(2) 상부에 성형품(M)(예컨대, 패턴이 성형되지 않는 웨이퍼)를 탑재시킨 상태에서 도 1b와 같이 템플릿(3)을 하강시켜 성형품(M)(패턴이 성형된 웨이퍼)을 압착성형하게 된다.

이러한 종래의 압착성형장치는 웨이퍼(M)를 균일하게 가압할 수 있도록 웨이퍼(M) 상면과 템플릿(3)의 저면이 평행하게 면접촉되는 것이 요구하고 있으나, 엑추에이터에 의해 승하강하는 템플릿(3) 저면을 웨어퍼 상면에 평행하게 면접촉 될 수 있도록 조립하기가 난이한 단점이 있었다.

실제로, 이와 같이 템플릿(3)이 웨이퍼(M)상에 평행하게 면접촉 방식으로 조립하기 위해서는 센서를 비롯한 여러 가지 부품들을 사용해야 하므로 성형장치는 구조가 복잡해지고 부피가 커지는 등 여러 가지 문제점들이 있었다.

특히, 이들 템플릿(3)과 웨이퍼(M)의 간격을 나노개념으로 확대하여 측정하면 그 조립오차가 대단히 크게 되어 웨어퍼와 같은 정밀한 성형품을 성형할 경우에는 웨이퍼(M)에 성형된 패턴이 균일하게 성형되지 않고 패턴의 일부분이 파손되어 불량품을 양산하는 원인이 되었다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 성형장치의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 반도체 제조장치인 기계식 나노 리소그라피 시스템과 같이 상형과 하형이 압착하여 정밀한 성형품을 성형할 때, 예컨대 실리콘 웨이퍼에 패턴을 성형할 때 하형에 탑재되는 웨이퍼 상면과 상형의 저면이 평행하게 면접촉될 수 있도록 하형의 스테이지의 위치와 자세를 보정하여 불량품을 줄일 수 있도록 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지를 제공함에 있다.

이러한 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지는, 내부에 수용공간이 형성된 몸체를 가지며, 상기 몸체를 지지대에 고정할 수 있도록 그 측면에 복수 개의 외부연결부재가 돌출되는 외부프레임;

상기 외부프레임의 수용공간에 수용되고 상하 병진운동 및 요동운동이 가능하게 설치되어, 그 상면에 성형소재를 탑재하는 내부프레임; 및

상기 내부프레임이 평면상에서 전후좌우 병진운동 및 회전운동 가능하게 할 수 있도록 상기 내부프레임과 외부프레임을 연결하는 복수 개의 내부연결부재를 포함하며,

여기서, 상기 외부연결부재를 지지대에 고정하고 상기 내부프레임상에 성형소재를 탑재한 상태에서, 상기 성형소재를 상형으로 압착성형할 때 외부연결부재와 내부연결부재의 탄성에 의해 성형소재의 위치 및 자세가 보정되어 그 상면이 상형의 저면과 평행하게 면접촉되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지 일 실시예 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 평면도이다.

상기 도면에서와 같이 본 발명에 따른 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지(10)는, 2자유도의 요동운동과 1자유도의 병진운동인 면외운동이 가능하게 지지대에 고정되는 외부프레임(11), 상기 외부프레임(11)의 내부 수용공간(H)에 수용되어 2자유도의 병진운동과 1자유도의 회전운동인 평면운동이 가능하게 상기 외부프레임(11)에 고정되며 그 상부에 웨이퍼(M)를 탑재하는 내부프레임(12), 상기 내부프레임(12)이 2자유도의 병진운동과 1자유도의 회전운동할 수 있도록 상기 내부프레임(12)과 외부프레임(11)을 연결하는 복수 개의 내부연결부재(13)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지(10)는, 내부프레임(12)상에 웨이퍼(M)를 탑재하고, 상기 웨이퍼(M)를 상형의 템플릿(3)으로 압착성형할 때 상기 외부프레임(11)이 2자유도의 요동운동과 1자유도의 병진운동하고 내부프레임(12)은 2자유도의 병진운동과 1자유도의 회전운동하기 때문에 내부프레임(12)에 탑재된 웨이퍼(M)는 템플릿(3)의 저면에 대해 평행하게 위치 및 자세가 보정되어 압착된 웨이퍼(M)에 패턴을 균일하게 성형할 수 있게 된다.

상기 외부프레임(11)은 환형상으로 구성되어 내부에 상기 내부프레임(12)을 수용할 수 있는 수용공간(H)이 형성되고, 그 측벽에는 복수 개의 외부연결부재(14)가 돌출되는데, 이들 외부연결부재(14)는 사용 및 취급의 편리성을 위해 내측벽에 형성되는 것이 좋다.

상기 외부연결부재(14)는 스테이지(10)를 지면으로부터 일정높이 세워진 지지대(B)에 고정하기 위한 것으로, 여러 개가 형성될 수 있으나 바람직하게는 외부프레임(11)의 몸체 중심을 향해 방사방향으로 3개가 일정한 간격으로 돌출되는 것이 좋다.

상기 외부연결부재(14)는 도 2 내지 도 3과 같이 판상의 형태로 구성되는데, 폭이 넓고 두께가 얇은 박판형상으로 구성되어 탄성을 갖는다. 이와 같이 탄성을 갖는 외부연결부재(14)에 의해 외부프레임(11)과 외부프레임(11)에 연결된 내부연결부재(13) 및 내부프레임(12)은 면외운동(out-of-motion)이라 부르는 상하 병진운동과 요동운동을 동시에 할 수 있다.

상기 내부프레임(12)은 성형할 소재를 직접 탑재한 것으로, 도면에서와 같이 원형판상의 형태로 구성되고, 상기 외부프레임(11)의 두께와 같은 두께를 가진 것이 좋으며, 그 상면은 소재의 형상에 따라 임의의 형상을 가질 수 있으나 도면에서는 평면처리된 것을 보이고 있다.

이러한 내부프레임(12)은 내부연결부재(13)에 의해 상기 외부프레임(11)에 연결되어, 웨이퍼(M)를 압착성형 할 때 상기 외부연결부재(14)와 내부연결부재(13)의 탄성력에 의해 템플릿(3) 저면과 평행하게 위치 및 자세가 보정된다.

이를 간단히 설명하면, 상기 내부프레임(12)은 내부연결부재(13)에 의해 외부프레임(11)과 일체로 형성되기 때문에 외부프레임(11)과 같은 보정동작, 즉 상하 병진운동과 요동운동을 수행하면서 이와 동시에 내부연결부재(13)의 탄성력에 의한 보정기능이 추가되는데, 상기 추가적인 기능은 상기 외부프레임(11)에 대해서 평면운동(in-plane motion)이라 부르는 평면상의 전후좌우에 대한 병진운동과 회전운동을 수행하게 된다.

상기 내부연결부재(13)는 상기 외부프레임(11)과 내부프레임(12)을 연결하는 것으로, 상기 외부프레임(11) 내측면과 평행하게 박판의 형태로 절개되어 그 일단부가 상기 외부프레임(11)에 연결되는 한 쌍의 수평부재(15), 상기 각 수평부재(15)의 인접된 단부와 교차되고 상기 내부프레임(12)에 연결되는 수직부재(16)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 내부연결부재(13)는 도면에서와 같이 마치 L자 형상으로 구성되고, 이 L자형이 대칭되게 배치된 형태를 갖는다.

상기 내부연결부재(13)의 형상은 폭이 좁고 두께가 넓은 박판형상으로 구성되어 탄성을 가지며, 그 두께는 외부프레임(11)의 두께와 같은 길이를 가진 것이 좋다. 이러한 내부연결부재(13)는 상기 외부연결부재(14)들 사이에 형성되고 그 내부에 슬롯(S)이 형성되어 있는데, 이들 슬롯(S)에 의해 내부프레임(12)이 임의의 방향으로 이동하여 도 6 및 도 7과 같이 위치가 보정된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지(10)는 상형을 형성하는 템플릿(3)의 기울기에 따라 위치 및 자세 보정이 될 수 있도록 탄성체로 구성되어야 하는데, 그 재질은 탄성력이 우수한 금속재가 좋으며, 바람직하게는 알루미늄소재가 좋다.

따라서, 상기 편심보정용 자가정렬 스테이지(10)는 알루미늄소재로 구성되고, 상기 내부연결부재(13), 외부프레임(11) 및 내부프레임(12)이 일체로 형성되는 것이 가장 바람직하다.

한편, 본 발명의 편심보정용 자가정렬 스테이지(10)는 도 4와 같이 상기 내부연결부재(13)의 슬롯(S) 내부에 완충부재(18)를 충진시켜 내부연결부재(13)의 탄성을 흡수할 수 있도록 하여 웨이퍼(M)에 패턴을 성형한 후에 내부연결부재(13)의 잔류진동을 빨리 감쇠시킬 수 있도록 하였다.

또한, 다른 실시예로서 도 5와 같이 상기 외부프레임(11)과 내부프레임(12) 사이의 수용공간(H)에도 완충부재(19)를 충진시켜 웨이퍼(M)에 패턴을 성형한 후에 내부연결부재(13)와 내부프레임(12)의 잔류진동을 빨리 감쇠시키게 할 수 있다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명은 상형을 구성하는 템플릿(3)이 하강하여 내부프레임(12)상에 탑재된 웨이퍼(M)에 패턴을 성형할 때 웨이퍼(M)의 기울기에 따라 내부프레임(12)의 위치와 자세가 보정되어 템플릿(3)의 저면이 웨이퍼(M)상에 평행하게 압착되는 과정을 설명한다.

본 발명의 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지(10)는 그 전체적인 형상이 외부프레임(11) 내부에 내부프레임(12)이 수용되고 이들 외부프레임(11)과 내부프레임(12) 사이는 내부연결부재(13)로 연결되어 있다. 특히 외부프레임(11)의 외부연결부재(14)는 폭이 넓고 두께가 얇으며, 내부연결부재(13)는 L자형상의 한 쌍이 3개소에 형성되어 있고 이들 내부연결부재(13)는 폭이 좁고 두께가 크게 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 편심보정용 스테이지(10)는 지지대(B)의 측면에 외부연결부재(14)가 밀착되게 고정되어 있기 때문에 외부프레임(11)은 요동운동에 의해 사방의 임의의 각도로 경사지게 이동이 가능할 뿐만 아니라 상하 병진운동에 의해 상하 수직이동이 가능하다. 내부연결부재(13)에 연결된 내부프레임(12)도 결국 상기 외부프레임(11)과 동일하게 요동운동 및 상하의 상하 병진운동을 하여 템플릿(3)의 저면에 평행하게 밀착될 수 있도록 위치와 자세를 보정할 수 있게 된다.

상기와 같은 외부프레임(11)의 위치와 자세의 보정과 동시에 내부프레임(12)은 내부연결부재(13)의 탄성력에 의해 위치와 자세가 보정되는데, 이는 외부프레임(11)에 대해서 평면상에서 도 6과 같은 전후좌우의 병진운동과 도 7과 같은 회전운동을 동시에 하게 된다.

이상의 설명에서와 같이 웨이퍼(M)가 탑재되는 내부프레임(12)은 외부프레임(11)과 같이 2자유도의 요동운동과 1자유도의 병진운동을 함과 동시에 자신이 2자유도의 병진운동과 1자유도의 회전운동이 가능하기 때문에 임의의 방향으로 위치와 자세가 보정되어 탑재된 웨이퍼(M)가 템플릿(3)의 저면에 평행하게 밀착되게 할 수 있다.

따라서, 도 9a와 같이 템플릿(3)이 경사지게 하강하여 웨이퍼를 압착하더라도 도 9b와 같이 위치와 자세가 보정되어 웨이퍼에 패턴을 균일하게 성형할 수 있게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 6자유도 수동 컴플라이언스에 의해 스테이지에 가해지는 외부에 의한 운동에 대하여 스테이지가 수동적으로 추종하여 자가정렬할 수 있는 메카니즘으로서, 내부프레임(12)에 탑재된 웨이퍼를 템플릿(3)의 기울기에 맞도록 보정이 가능한 장점이 있다.

이러한 메커니즘은 기존의 메커니즘에 비해 조립에 의해 생기는 기구의 오차를 감소시키고, 평면상에 면외운동 및 평면운동용 메커니즘을 가능하게 하여 구조가 간단하며, 대칭구조로 이루어져 열변형에 의한 오차가 감소한다.

또한, 내부연결부재(13)에 충진된 완충부재가 내부프레임(12)의 진동을 흡수하여 제품 성형시 내부프레임(12)의 잔류진동을 빨리 감쇠시키는 장점이 있다.

도 1a는 종래 성형장치의 압착 전 상태를 보인 정단면도

도 1b는 종래 성형장치의 압착 후 상태를 보인 것으로, 웨이퍼에 압착된 상형이 경사지게 압착된 상태의 정단면도

도 2는 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 사시도

도 3은 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 평면도

도 4는 도 3의 원내부를 확대하여 보인 내부연결부재의 상세도

도 5는 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지를 보인 것으로, 외부프레임과 내부프레임 사이에 완충부재가 충진된 상태를 보인 평면도

도 6은 본 발명에 따른 내부프레임이 병진운동하여 위치보정된 상태를 보인 평면도

도 7은 본 발명에 따른 내부프레임이 회전운동하여 보정된 상태를 보인 평면도

도 8은 도 3의 A-A선을 따라 단면하여 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 내부 구조를 보인 정단면도

도 9a는 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 동작 전 상태를 보인 정단면도

도 9b는 본 발명에 따른 편심보정용 자가정렬 스테이지의 동작상태를 보인 것으로, 경사지게 하강하는 상형 저면에 내부프레임에 탑재된 웨이퍼의 상면이 평행하게 압착된 상태의 정단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 스테이지 11 : 외부프레임

12 : 내부프레임 13 : 내부연결부재

14 : 외부연결부재 17 : 슬롯

18 : 완충부재

Claims (8)

1. 내부에 수용공간이 형성된 몸체를 가지며, 상기 몸체를 지지대에 고정할 수 있도록 그 측면에 복수 개의 외부연결부재가 돌출되는 외부프레임;

   상기 외부프레임의 수용공간에 수용되고 상하 병진운동 및 요동운동이 가능하게 설치되어, 그 상면에 성형소재를 탑재하는 내부프레임; 및

   상기 내부프레임이 평면상에서 전후좌우 병진운동 및 회전운동 가능하게 할 수 있도록 상기 내부프레임과 외부프레임을 연결하는 복수 개의 내부연결부재를 포함하며,

   여기서, 상기 외부연결부재를 지지대에 고정하고 상기 내부프레임상에 성형소재를 탑재한 상태에서, 상기 성형소재를 상형으로 압착성형할 때 외부연결부재와 내부연결부재의 탄성에 의해 성형소재의 위치 및 자세가 보정되어 그 상면이 상형의 저면과 평행하게 면접촉되는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외부연결부재는 외부프레임의 몸체와 일체로 형성되고, 상기 외부프레임이 요동운동할 수 있도록 몸체의 내측면에 박판형상으로 돌출되어 탄성을 갖는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 내부연결부재, 외부프레임 및 내부프레임은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
4. 제 1항에 있어서, 상기 내부연결부재는 상기 외부프레임 내측면과 평행하게 박판의 형태로 절개되어 탄성을 가지며 그 일단부가 상기 외부프레임에 연결되는 한 쌍의 수평부재;

   일단부가 상기 각 수평부재의 인접된 자유단부에 연결되고 타단부가 상기 내부프레임에 연결되는 한 쌍의 수직부재;를 포함하며,

   상기 수평부재 및 수직부재는 상기 외부연결부재 사이에 형성되어 외부프레임과 내부프레임을 연결하는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
5. 제 1항에 있어서, 상기 외부프레임, 내부프레임, 및 내부연결부재는 알루미늄재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
6. 제 1항에 있어서, 상기 내부연결부재는 높이가 상기 외부프레임과 같은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
7. 제 1항에 있어서, 상기 내부연결부재는 그 내부에 형성된 슬롯에 탄성부재가 충진되는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 외부연결부재는 외부프레임의 몸체 중심을 향해 3개가 방사방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 압착성형장치의 편심보정용 자가정렬 스테이지.