KR0137594B1 - 이온빔 식각장치 - Google Patents

이온빔 식각장치

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장비에 사용되는 이온빔 식각장치에 관한 것으로 특히 시편의 실시간 감지기능을 갖는 이온빔 식각장치에 대한 것이다.
종래의 이온빔 식각 장치는 이온빔 발생기의 오염도나 진공장치내의 진공도 및 오염도에 의해 재현성 있는 이온빔 형성이 어렵고 원하는 식각깊이의 식각패턴을 재현성 있게 형성하는 것이 불가능 하였다.
본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위한 것으로 이온빔 발생기와 시편고정 수단을 챔버에 착탈 가능하도록 형성하고 챔버내의 시편의 실시간 분석을 위해 질량분석기를 설치하여 이온빔의 상태를 안정적으로 유지시키며 재현성 있는 식각패턴을 형성하도록 하였다.

Description

이온빔 식각장치
제1도는 본 발명의 전체적 구성을 나타낸 정면도.
제2도는 제1도의 평면도.
제3도는 본 발명에 사용되는 이중구조 박막의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10:이온빔 발생기20:시편고정 수단
21:시편기울개22:시편기울기 고정편
23:시편지지판24:회전축
25:모터26:냉각수 주입구
30:질량분석기100:챔버
70:이중구조시편
본 발명은 반도체 제조장비에 사용되는 이온빔 식각장치에 관한 것으로 특히 시편의 실시간 식각상태 감지기능을 갖는 이온빔 식각장치에 대한 것이다.
일반적으로 내부식성이 우수한 산화물, 질화물, 탄화물들의 식각이나, 식각시 정확한 식각깊이나 정밀도를 요하는 박막가공시 아르곤 이온빔 식각방법을 사용한다.
이 방법은 용액과의 반응에 민감한 구리계 산화물이나, 산에 대한 저항성이 강한 세라믹 박막들의 식각에 필수적으로 사용된다.
이러한 식각방법에 의한 식각율은 일정한 이온빔 형성조건하에서 식각시간에 따른 식각깊이을 실험적으로 구하여 보정하는 방법으로 결정된다.
아르곤 이온빔의 상태는 이온빔 전원공급장치로 조절하는 전압, 전류, 아르곤 기체의 유속만으로 결정되지 않고, 이온빔 발생장치의 오염도나, 진공장치내의 진공도 및 오염도, 식각물질의 종류에 따라 크게 변한다.
그러므로 재현성 있는 이온빔 형성이 매우 어렵고 사용중에 그 상태가 지속적으로 변화되기 때문에 원하는 식각깊이의 식각패턴을 재현성있게 형성하는 것은 거의 불가능하다.
본 발명의 또다른 목적으로는 이온빔 발생기의 시편고정 수단을 세척및 부품교체를 용이하도록 하여 재현성 있는 이온빔을 발생시키는 이온빔 식각장치를 제공한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로 실시간 식각상태 감지기능을 부여하여 식각깊이를 정확히 조절할 수 있는 이온빔 식각장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로는 진공챔버와 이 진공챔버내에 설치된 이온빔 발생기 및 시편고정기를 구비한 이온빔 식각장치에 있어서, 상기 이온빔 발생기 및 시편고정수단을 각각 상기 챔버와 개폐되도록 설치하고, 상기 챔버내 시편의 실시간 식각상태를 감지하기 위해 설치한 질량분석기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따른 상기 시편고정수단은 시편의 부착되며 이온빔의 입사각을 조절하기 위한 소정 경사각을 갖는 시편기울개 및 이 시편기울개를 고정하며 시편지지대에 착탈되는 구조를 갖는 시편기울개 받침판을 구비한 시편고정 부재와, 상기 시편지지대가 회전되도록 이 시편지지대의 중심에 형성된 회전축과 이 회전축에 연결되어 이 축을 일정속도로 회전시키는 모터를 구비한 시편회전 부재와, 상기 시편의 냉각을 위해 상기 회전축 일단에 냉각수 주입구를 설치하고 이 냉각수 주입구를 통해 냉각수가 시편지지판 내부로 순화되도록한 시편냉각 부재로 구성된다.
이에 따른 상기 질량분석기는 상기 챔버에 상기 시편지지판과 45°의 각도로 이루도록 설치한다.
이하 본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 전체적 구성을 나타낸 정면도이고 제2도는 제1도의 평면도이다.
본 발명의 구성은 크게 이온빔 발생기(10)와 시편고정 수단(20), 질량분석기(30)로 나누어진다.
이온빔 발생기(10)는 일반적으로 사용되는 아르곤 이온빔 발생기를 진공챔버(100) 우측에 장착하고 제2도에서 보는 바와같이 여닫이식으로 개폐하여 이온빔 발생기의 세척 및 부품교환을 용이하도록 설계하였다.
이온빔 발생 및 예열시 이온빔을 차단하는 이온빔 가리개(11)를 시편지지판에 앞에 설치하였다.
한편 진공은 이온빔 형성에 적당한 진공도를 유지하도록 진공배기구(60)를 통하여 터보분자식 펌프로 배기하고 배기량은 터보분자식 펌프 흡입부 앞에 부착시킨 밸브로 조절되도록 하였다.
본 발명에서 가장 중요한 부품중의 하나인 시편고정 수단(20)은 시편을 고정하기 위한 시편고정 부재와, 고정된 시편을 일정속도로 회전시키기 위한 시편회전 부재와, 상기 시편에서 발생된 수단과열을 식히기 위한 시편냉각 부재로 구성된다.
상기 시편고정 부재는 시편기울개(21)와 시편기울개 고정편(22) 및 시편지지대(23)로 구성된다.
상기 시편기울개(21)는 식각시 이온빔의 입사각을 조절하기 위하여 여러각도를 만들어 원하는 각도에 시편을 부착시키며 이 시편기울개는 다시 시편기울개 고정편(22)에 나사로 고정시켜 시편지지대(23)에 착탈가능하도록 연결된다.
상기 시편회전수단은 시편지지대의 중심에 결합된 회전축(24)과 이 회전축을 회전되도록 연결한 회전모터(25)로 구성된다.
상기 시편냉각수단은 상기 회전축(24) 일단에 결합된 냉각수 주입구(26)와 이 냉각수 주입구로 유입된 냉각수가 상기 회전축(24)내부를 통과하여 상기 시편지지대(23) 내부로 순환되도록 한다.
그리고, 상기 시편고정 수단(20)은 이온빔 발생기(10)와 동일한 방법으로 챔버(100)와 여닫이식으로 개폐되도록 한다.
한편, 실시간 식각상태 감기를 위하여 상기 질량분석기(30)는 시편지지대(23)과 45°의 각도를 이루도록 챔버(100)에 설치한다.
이렇게 하므로써, 이온빔에 의해 식가되어 나오는 원자, 이온, 분자상태의 입자들의 질량을 분석하여 식각시간을 결정하게 된다.
미설명 부호 50는 반응성 기체의 주입구이다.
정확한 식각이 요구되는 시편의 경우에는 제3도에 나타낸 것과 같이 식각박막층(71)아래에 이층과 구별되는 다른 조성의 구분측(72)이 증착된 이중구조박막을 형성시켜야 한다.
이렇게 형성된 이중구조의 시편(70)을 본 발명을 통해 이온빔으로 식각하면서 식각된 입자들을 질량분석기로 분석하여, 구분층의 입자들이 감지할때까지 식각을 수행하면 원하는 박막층만을 식각해낼 수 있게 된다.
앞서 설명한 것과 같이 본 발명은 이온빔 발생장치나 시편고정장치를 개폐할 수 있는 구조로 형성되어 세척 및 부품교환을 용이하게 하므로써 챔버내의 오염도를 낮추어 이온빔의 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있으며, 질량분석기를 통해 실시간 식각상태를 감지하므로써 원하는 식각깊이의 식각패턴을 형성할 수 있도록 하였다.
따라서, 본 발명은 상술한 작용으로 고온초전도 산화물 박막의 건식식각과 내부식성이 우수한 산화물, 질화물, 탄화물 박막들의 건식식각은 물론 상기 박막들을 이용한 각종 전자소자의 제작에 사용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 진공챔버와 이 진공챔버내에 설치된 이온빔 발생기 및 시편고정기를 구비한 이온빔 식각장치에 있어서,
    상기 이온빔 발생기 및 시편고정수단을 각각 상기 챔버와 개폐되도록 설치하고,
    상기 챔버내 시편의 실시간 식각상태를 감지하기 위해 설치한 질량분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 식각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시편고정수단은
    시편의 부착되며 식각시 이온빔의 입사각을 조절하기 위한 소정 경사각을 갖는 시편기울개 및 이 시편기울개를 고정하며 시편지지대에 착탈되는 구조를 갖는 시편기울개 받침판을 구비한 시편고정 부재와,
    상기 시편지지대가 회전되도록 이 시편지지대의 중심에 형성된 회전축과 이 회전축에 연결되어 이 축을 일정속도로 회전시키는 모터를 구비한 시편회전 부재와,
    상기 시편의 냉각을 위해 상기 회전축 일단에 냉각수 주입구를 설치하여 이 냉각수 주입구를 통해 냉각수가 시편지지판 내부로 순화되도록한 시편냉각 부재로 구성된 것을 특징으로 하는 이온빔 식각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질량분석기는
    상기 챔버내에 위치한 상기 시편지지판과 45°의 각도를 이루도록 설치한 것을 특징으로 하는 이온빔 식각장치.
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