KR100304978B1 - 초소형정전렌즈및그제조방법 - Google Patents

초소형정전렌즈및그제조방법 Download PDF

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Abstract

마이크로 머시닝 기술과 실리콘 직접접합 기술을 이용하여 정밀도가 높은 정전렌즈를 제공하고, 웨이퍼의 양면을 이용하여 대칭적인 구조를 갖는 정전렌즈를 제공하기 위한 것으로써, 상면과 배면중 어느 한 면에만 제 1 절연막을 갖는 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼를 준비하는 공정과, 상기 각 웨이퍼의 상면 및 배면에 제 1 도전층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 웨이퍼상의 제 1 도전층에 제 1 홀을 형성하고, 그 배면에는 제 1 도전층 패턴을 형성하고, 상기 제 2 웨이퍼의 배면의 제 1 도전층을 제거하는 공정과, 상기 제 1 웨이퍼의 상면과 상기 제 2 웨이퍼의 배면을 접착하는 공정과, 상기 제 2 웨이퍼상의 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 도전층 패턴과 동일한 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전층을 포함한 상기 각 웨이퍼상에 제 2 절연막을 개재하여 제 2 도전층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 홀과 얼라인 되도록 상기 제 1 웨이퍼상의 상기 제 2 도전층에 제 2 홀을 형성하고, 상기 제 2 웨이퍼상의 상기 제 2 도전층에 제 3 홀을 형성하는 공정과, 상기 제 1 홀 주변의 제 1 도전층이 노출되도록 상기 제 1 홀과 상기 제 2 홀 사이, 그리고 상기 제 1 홀과 상기 제 3 홀 사이의 웨이퍼들과 절연막들을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

초소형 정전렌즈 및 그 제조방법{SUBMINIATURE ELECTROSTATIC LENS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발며은 전자 빔의 집속과 추출을 위한 초소형 정전렌즈에 관한 것으로, 특히 3차원 정전렌즈의 제작이 가능하고, 정밀도를 향상시키는데 적당한 초소형 정전렌즈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이하, 종래기술에 따른 초소형 정전렌즈를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 다층 양극접합을 이용한 렌즈 조립을 보여준다.
도 1에 도시한 바와 같이, 렌즈 형성을 위한 각 전극은 벌크 마이크로 머시닝 기술(bulk micromachining technique)을 이용하여 실리콘 박막을 형성함으로써 제작된다.
식각정지를 위해서는 실리콘을 붕소로 높게 도핑하는 방법을 이용한다.
각 전극(1,2,3)의 중심부에는 렌즈 역할을 할 수 있는 구멍(hole)이 형성된다.
이와 같이 제작된 전극(1,2,3)들 사이에 내열 유리(pyrex glass)(4)를 끼워 양극접합(anodic bonding)을 이용하여 각 전극들을 서로 접합한다.
이때, 두 개의 전극을 사용할 경우에는 양극접합이 두 번 수행되고, 세 개의 전극을 사용할 경우에는 네 번의 양극접합이 수행된다.
이와 같이 각 전극을 접합함에 있어서 중요한 것은 각 전극마다 형성된 구멍명(hole)을 정렬(align)시키는 것이다.
종래에는 양극접합을 수행할 때 광학 현미경을 통하여 구멍을 정렬 시킨다.
양극접합은 비가역반응이므로 이전의 접합이 진행되는 접합에 영향을 주지 않아 다층구조의 정전렌즈를 제작할 수가 있다.
이하, 종래기술에 따른 초소형 정전렌즈 제작방법을 도 2a 내지 2k를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 상면과 배면에 각각 열산화막(12)을 성장시킨다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 상면과 배면에 형성된 열산화막(12)상에 LPCVD법으로 질화막(13)을 형성한다.
그리고 도 2c에 도시한 바왁 kx이, 기판(11)상면의 열산화막(12)과 질화막(13)을 제거한다.
이후, 도 2d에 도시한 바왁 kx이, 열산화막(12)과 질화막(13)이 제거된 기판(11)의 상면에 알루미늄층(14)을 형성하고, 알루미늄층(14)상에 APCVD법으로 제 1 산화막(15)을 형성한다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 사진 식각공정을 이용하여 기판(11)상면의 제 1 산화막(15)과 알루미늄층(14)을 식각하고, 연속하여 기판(11)의 소정깊이까지 식각하여 홈(16)을 형성한다.
이어, 도 2f에 도시한 바와 같이, 알루미늄층(14)상부의 제 1 산화막(15)을 제거한 후, 도 2g에 도시한 바와 같이, 상기 알루미늄층(14)을 선택적으로 제거하여 정렬마크(14a)를 형성한다.
이어, 도 2h에 도시한 바와 같이, 정렬마크(14a)를 포함한 기판(11)의 상면에 APCVD법으로 제 2 산화막(17)을 형성한다.
이후, 도 2i에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 상면에 형성된 정렬마크(14a)를 이용하여 기판(11)의 배면에 형성된 질화막(13)과 열산화막(12)을 소정부분 제거 한다.
그리고 도 2j에 도시한 바와 같이, KOH, EDP수용액을 이용한 습식식각을 통해 기판(11)의 배면으로부터 기판(11)을 식각한다.
이때, 기판(11)의 상면이 소정깊이로 식각되어진 부분에까지 채워진 제 2 산화막(17)이 노출될 때까지 식각한다.
이후, 도 2k에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 상면에 형성된 제 2 산화막(17), 상기 기판(11)의 배면에 잔존하는 질화막(13) 및 열산화막(12)을 제거하면 중앙부에 작은 구멍을 갖는 전극이 형성된다.
이와 같은 과정을 통해 완성된 전극을 전술한 바와 같이, 양극접합을 이용하여 2개 혹은 3개를 적층함으로써 하나의 정전렌즈를 완성한다.
그러나 상기와 같은 종래 초소형 정전렌즈 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 광학 현미경을 이용하여 전극에 형성된 구멍을 정렬시키는 공정이 매우 어렵고, 신뢰성 또한 떨어진다.
둘째, 전극간의 구멍 정렬이 어려우므로 제작되는 렌즈마다 균일한 특성을 기대할 수가 없다.
셋째, 렌즈를 제작하는 시간이 많이 소요된다.
넷째, 양극접합을 여러번 반복함에 따라 전기적인 손상이 우려된다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 렌즈의 신뢰성 및 정밀도를 향상시키는데 적당한 초소형 정전렌즈 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전렌즈의 구조도
도 2a 내지 2k는 종래 기술에 따른 렌즈 제조방법을 설명하기 위한 공정도
도 3은 본 발명의 정전렌즈에 따른 레이아웃도
도 4는 도 3의 I-I'선에 따른 구조도
도 5a 내지 5k는 본 발명의 정전렌즈 제조방법을 설명하기 위한 공정도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51,51a : 제 1, 제 2 웨이퍼 52,55,57 : 제 1, 제 2, 제 3 열산화막
53 : 제 1 도전층 53a,53b : 제 1 도전층 패턴
54,54a,54b : 제 1, 제 2, 제 3 홀 56 : 제 2 도전층
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초소형 정전렌즈는 중앙에 제 1 홀을 갖는 제 1 전극과, 중앙부에 빈 공간을 갖고 상기 제 1 전극의 상면과 배면에 대칭적으로 형성되는 제 1, 제 2 웨이퍼와, 상기 제 1 홀과 얼라인 되도록 상기 각각의 웨이퍼상에서 홀을 갖고 형성되는 제 2, 제 3 전극을 포함하여 구성되고, 본 발명에 따른 정전렌즈 제조방법은 상면과 배면중 어느 한 면에만 제 1 절연막을 갖는 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼를 준비하는 공정과, 상기 각 웨이퍼의 상면 및 배면에 제 1 도전층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 웨이퍼상의 제 1 도전층에 제 1 홀을 형성하고, 그 배면에는 제 1 도전층 패턴을 형성하고, 상기 제 2 웨이퍼의 배면의 제 1 도전층을 제거하는 공정과, 상기 제 1 웨이퍼의 상면과 상기 제 2 웨이퍼의 배면을 접착하는 공정과, 상기 제 2 웨이퍼상의 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 도전층 패턴과 동일한 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전층을 포함한 상기 각 웨이퍼상에 제 2 절연막을 개재하여 제 2 도전층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 홀과 얼라인 되도록 상기 제 1 웨이퍼상의 상기 제 2 도전층에 제 2 홀을 형성하고, 상기 제 2 웨이퍼상의 상기 제 2 도전층에 제 3 홀을 형성하는 공정과, 상기 제 1 홀 주변의 제 1 도전층이 노출되도록 상기 제 1 홀과 상기 제 2 홀 사이, 그리고 상기 제 1 홀과 상기 제 3 홀 사이의 웨이퍼들과 절연막들을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 초소형 정전렌즈를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 초소형 정전렌즈의 레이아웃도이고, 도 4는 도 3의 I-I'선에 따른 본 발명의 초소형 정전렌즈의 구조도이다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 중앙부에 제 1 홀(54)을 갖는 제 1 도전층(53)의 상면과 배면에 각각 제 1 절연막(52)을 사이에 두고 형성되는 제 1 웨이퍼(51) 및 제 2 웨이퍼(51a), 상기 제 1 웨이퍼(51)상에 제 2 절연막(52)을 사이에 두고 상기 제 1 홀(54)과 얼라인 되도록 제 2 홀(54a)을 갖고 형성되는 제 2 도전층(56), 상기 제 2 웨이퍼(51a)상에서 상기 제 2 절연막(55)을 사이에 두고 상기 제 1, 제 2 홀(54,54a)과 얼라인되는 제 3 홀(54b)을 갖고 형성되는 제 2 도전층(56)을 포함하여 구성된다.
여기서, 각 홀(54,54a,54b)들을 중심으로 그 주변에는 절연막과 웨이퍼가 존재하는 않는 빈 공간이 형성되며, 상기 제 1 도전층(53)에서 제 2 도전층(56)으로 갈수록 빈 공간이 확장된다.
여기서, 상기 제 1 도전층(53)과 제 2 도전층(56)의 물질은 폴리실리콘 또는 메탈을 사용하며, 후에 제 1 도전층(53)은 제 1 전극으로 사용하고, 상기 제 2 도전층(56)은 제 2 전극과 제 3 전극으로 사용한다.
상기와 같은 본 발명의 초소형 정전렌즈 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5a내지 도 5k는 도 3의 I-I'선에 따른 본 발명의 초소형 정전렌즈 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 두 개의 웨이퍼(51,51a)를 열산화 공정을 이용하여 각각의 상면과 배면에 제 1 열산화막(52)을 형성한다.
이후, 도 5b에 도시한 바와 같이, 각 웨이퍼(51,51a)의 상면과 배면에 형성된 제 1 열산화막(52)중 한쪽(예를들어 제 1 웨이퍼(51)의 배면과 제 2 웨이퍼(51a)의 상면)의 제 1 열산화막(52)을 제거한다.
이어, 도 5c에 도시한 바와 같이, 제 1 웨이퍼(51)의 배면 및 제 1 열산화막(52)상에 제 1 도전층(53)을 형성함과 동시에 제 2 웨이퍼(51a)의 상면과 제 1 열산화막(52)상에도 제 1 도전층(53)을 형성한다.
여기서, 상기 제 1 웨이퍼(51)상의 제 1 열산화막(52)상에 형성되는 제 1 도전층(53)은 후에 제 1 전극으로 사용된다.
그리고 상기 제 1 도전층(53)의 물질은 폴리실리콘이며, 폴리실리콘 이외에 메탈을 적용할 수도 있다.
이후, 도 5d에 도시한 바와 같이, 제 1 웨이퍼(51)의 상면에 형성된 제 1 도전층(53)의 중앙부위를 제거하여 제 1 홀(54)을 형성한 후, 양면 정렬기(aligner)를 이용하여 제 1 웨이퍼(51)의 배면에 형성된 제 1 도전층(53)이 중앙부위에만 남도록 패터닝하여 제 1 도전층 패턴(53a)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 도전층 패턴(53a)을 형성할 때, 제 2 웨이퍼(51a)의 배면에 형성된 제 1 도전층(53)은 제 1 열산화막(52)이 노출되도록 완전히 제거한다.
그리고 제 1 도전층 패턴(53a)의 폭은 상기 제 1 홀(54)의 폭 보다 크다.
이어서, 도 5e에 도시한 바와 같이, 제 2 웨이퍼(51a)의 배면에 제 1웨이퍼(51)의 상면이 접하도록 두 개의 웨이퍼(51,51a)를 접합시킨다.
이후, 양면 정렬기를 이용하여 도 5f에 도시한 바와 같이, 제 2 웨이퍼(51a)상에 형성되어 있는 제 1 도전층(53)을 패터닝하여 제 1 웨이퍼(51)의 배면에 형성된 제 1 도전층 패턴(53a)과 동일한 패턴(53b)을 형성한다.
도 5g에 도시한 바와 같이, 제 1 도전층 패턴(53a,53b)들을 포함한 제 1, 제 2 웨이퍼(51,51a)의 전면에 열산화 공정으로 제 2 열산화막(55)을 성장시킨다.
도 5h에 도시한 바와 같이, 제 2 열산화막(55)상에 제 2 도전층(56)을 형성한다.
여기서, 상기 제 2 도전층(56)의 물질은 상기 제 1 도전층(53)의 물질과 동일하다.
이어, 도 5i에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 홀(54)과 얼라인 되도록 제 2 웨이퍼(51a)의 상면과 제 1 웨이퍼(51)의 배면에 형성된 제 2 도전층(56)을 선택적으로 제거하여 제 2 홀(54a)과 제 3 홀(54b)을 형성한다.
이후, 도 5j에 도시한 바와 같이, 열산화 공정으로 상기 제 2, 제 3 홀(54a,54b)을 포함한 제 2 도전층(56)상에 제 3 열산화막(57)을 성장시킨다.
그리고 도 5j에는 도시되지 않았지만, 상기 제 2, 제 3 열산화막(55,57)을 소정부분 제거하여 EDP수용액이 침투할 수 있는 공간을 형성한다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 제 2 도전층(56) 양측의 제 2 열산화막(도시되지 않음)과 제 3 열산화막(57)을 소정부분 제거하여 EDP수용액 침투영역(A)을 패터닝한 후, EDP수용액을 침투시켜 제 2 웨이퍼(51a)와 제 1 도전층 패턴(53b)을 제거한다.
이때, 제 2 웨이퍼(51a)의 상면에서만 EDP수용액을 침투시킬 경우, 제 2 웨이퍼(51a)와 제 1 도전층 패턴(53b)만이 제거되기 때문에 상기 제 1 웨이퍼(51)의 배면에서도 제 2, 제 3 열산화막(55,57)을 소정부분 제거한 후, EDP수용액을 침투시켜 제 1 웨이퍼(51) 및 또하나의 제 1 도전층 패턴(53a)을 제거한다.
여기서, 제 1, 제 2 웨이퍼(51,51a) 및 제 1 도전층 패턴(53a,53b)들은 EDP수용액을 이용한 습식식각을 통해 제거되므로 도 5j에서와 같이, 식각된 웨이퍼가 기울기를 갖는다.
이와 같이, 웨이퍼 및 도전층의 식각을 완료한 후, BHF용액을 이용하여 노출된 제 1, 제 2, 제 3 열산화막(52,55,57)을 제거하면, 도 5k에 도시한 바와 같이, 정전렌즈가 완성된다.
여기서, 상기 제 1 웨이퍼(51)의 상면에 형성되었던 제 2 도전층(56)을 제 2 전극으로 사용하고, 상기 제 2 웨이퍼(51a)의 상면에 형성되었던 제 2 도전층(56)을 제 3 전극으로 사용한다.
따라서, 본 발명의 초소형 정전렌즈는 전술한 제 1 전극과, 상기 제 2, 제 3 전극으로 이루어지는 세 개의 전극을 갖는다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 초소형 정전렌즈는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전자빔 묘화 시스템이나 mini-SEM 등에 장착되는 초소형 정전렌즈에의응용이 가능하다.
둘째, 홀의 정렬시 수동적인 정렬방식을 배제함으로써 정전렌즈의 정밀도를 향상시킨다.
셋째, 웨이퍼의 양면을 이용하여 대칭적인 구조를 제작하고, 웨이퍼의 양면에 각각 박막 구조물을 형성하는 공정은 미세구조의 센서(sensor)나 액튜에이터(actuator) 등의 여러 MEMS(Micro Electro Mechanical System)의 응용이 용이하다.

Claims (14)

  1. 중앙에 제 1 홀을 갖는 제 1 전극;
    중앙부에 빈 공간을 갖고 상기 제 1 전극의 상면과 배면에 대칭적으로 형성되는 제 1, 제 2 웨이퍼;
    상기 제 1 홀과 얼라인 되도록 상기 각각의 웨이퍼상에서 홀을 갖고 형성되는 제 2, 제 3 전극을 포함하여 구성되고, 상기의 빈 공간은 상기 제 1 전극쪽에서 상기 제 2 전극 및 제 3 전극쪽으로 갈수록 확장되는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 전극의 물질은 폴리실리콘 또는 메탈인 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 각 전극들과 상기 각 웨이퍼들 사이에 절연막이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극은 상기 제 1 전극을 중심으로 대칭적인 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  5. 중앙부에 제 1 홀을 갖는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극의 상면과 배면에 대칭적으로 형성되고, 상기 제 1 홀을 중심으로 주변에 빈 공간을 갖는 제 1 웨이퍼 및 제 2 웨이퍼;
    상기 제 1 웨이퍼상에 형성되고, 상기 제 1 홀과 얼라인되는 제 2 홀을 갖는 제 2 전극;
    상기 제 2 웨이퍼상에 형성되고, 상기 제 1, 제 2 홀과 얼라인되는 제 3 홀을 갖는 제 3 전극을 포함하여 구성되고, 상기 빈 공간은 상기 제 1 전극쪽에서 상기 제 2 전극 및 제 3 전극쪽으로 갈수록 확장되는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 각 전극의 물질은 폴리실리콘 또는 메탈인 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 절연막은 열산화막 또는 CVD 산화막인 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극은 상기 제 1 전극을 중심으로 대칭적인 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈.
  9. 상면과 배면중 어느 한 면에만 제 1 절연막을 갖는 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼를 준비하는 공정;
    상기 각 웨이퍼의 상면 및 배면에 제 1 도전층을 형성하는 공정;
    상기 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 웨이퍼상의 제 1 도전층에 제 1 홀을 형성하고, 그 배면에는 제 1 도전층 패턴을 형성하고, 상기 제 2 웨이퍼의 배면에 형성된 제 1 도전층은 제거하는 공정;
    상기 제 1 웨이퍼의 상면과 상기 제 2 웨이퍼의 배면을 접착하는 공정;
    상기 제 2 웨이퍼상의 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 도전층 패턴과 동일한 패턴을 형성하는 공정;
    상기 제 1 도전층을 포함한 상기 각 웨이퍼상에 제 2 절연막을 개재하여 제 2 도전층을 형성하는 공정;
    상기 제 1 홀과 얼라인되도록 상기 제 1 웨이퍼상의 상기 제 2 도전층에 제 2 홀을 형성하고, 상기 제 2 웨이퍼상의 상기 제 2 도전층에 제 3 홀을 형성하는 공정;
    상기 제 1 홀 주변의 제 1 도전층이 노출되도록 상기 제 1 홀과 상기 제 2 홀 사이, 그리고 상기 제 1 홀과 상기 제 3 홀 사이의 웨이퍼들과 절연막들을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 절연막은 열산화막 또는 CVD 산화막을 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 웨이퍼상의 제 1 도전층을 패터닝하여 상기 제 1 도전층 패턴과 동일한 패턴을 형성하는 공정은 양면 정렬기를 이용하는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 홀과 상기 제 2 홀 사이, 그리고 상기 제 1 홀과 상기 제 3 홀 사이의 물질을 제거하는 공정은 EDF 수용액을 이용한 습식 식각으로 상기 제 1, 제 2 웨이퍼를 제거하는 공정과,
    BHF용액을 이용하여 제 1, 제2 절연막을 제거하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 도전층은 폴리실리콘 또는 메탈을 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 홀을 갖는 제 1 도전층과, 상기 제 2 홀을 갖는 제 2 도전층, 그리고 제 3 홀을 갖는 제 2 도전층을 각각 전극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 정전렌즈 제조방법.
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JPS6142132A (ja) * 1984-08-06 1986-02-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 荷電ビ−ム露光装置
JPH08329872A (ja) * 1995-06-05 1996-12-13 Toshiba Corp 静電レンズおよびその製造方法

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