KR100421415B1 - 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치 및 이를 이용한 에칭방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조장치의 샘플 홀더 구동장치 및 이를 이용한 에칭방법에 관한 것으로, 이온 빔의 입사각에 대한 샘플의 기울기 및 회전속도를 조절할 수 있고, 식각 중에 샘플을 냉각시킬 수 있도록 하여 경사 계면형(ramp-edge) 접합 제작시 요구되는 샘플의 매끈한 계면 형성을 용이하게 구현할 수 있는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치 및 이를 이용한 에칭방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 상면에 이온빔 에칭될 시료가 배치되고, 주연부에 기어치가 형성된 샘플 홀더; 일측이 상기 샘플 홀더의 기어치에 맞물리도록 설치된 회전 기어부; 상기 회전 기어부를 통해 동력을 전달하여 상기 샘플 홀더를 중심축을 중심으로 회전시키는 모터; 상기 샘플 홀더를 수평방향 축을 중심으로 회동 가능하게 지지하는 고정부재; 일측이 상기 고정부재에 연결된 회동 기어부; 및 상기 회동 기어부를 통해 회전력을 전달하여 상기 샘플 홀더를 이온빔 입사방향에 대하여 소정 각도로 기울어지도록 회동시키는 구동수단을 포함하는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치를 제공하고, 조정 가능한 회전 구동수단에 의해 이온빔 에칭할 시료가 위치된 샘플 홀더를 소정 속도로 회전시키는 제1단계; 상기 샘플 홀더가 회전되는 상태에서 조절 가능한 기울기 구동수단에 의해 상기 샘플 홀더를 이온빔 입사 각도에 대하여 소정 각도로 기울이는 제2단계; 상기 샘플 홀더의 시료에 이온빔 에칭하여 경사 계면을 형성하는 제3단계; 및 상기 샘플 홀더의 하면에 액체 질소를 공급하는 제4단계를 포함하는 샘플 홀더 이온빔 에칭방법을 제공함으로써, 이온 빔 에칭중 샘플을 이온 빔 입사 방향에 대해서 기울이고 회전시킴에 의해서 경사 계면형(ramp-edge) 접합 제작시 요구되는 매끈한 계면 형성을 용이하게 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조장비의 샘플홀더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자 진행공정이 진행되어 웨이퍼 상에 적층된 각 막질의 파티클(particle) 존재여부를 분석하는 포커스 이온 빔 설비에 있어서, 이온 빔의 입사각에 대한 샘플의 기울기 및 회전속도를 조절할 수 있고, 식각 중에 샘플을 냉각시킬 수 있도록 하여 경사 계면형(ramp-edge) 접합 제작시 요구되는 샘플의 매끈한 계면 형성을 용이하게 구현할 수 있는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치 및 이를 이용한 에칭방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조공정은 다수의 단위공정들이 연속적으로 진행되며, 상기 단위공정 사이에는 분석공정이 진행됨으로서 상기 단위공정의 정상여부를 분석하고 있다. 상기 분석은 AES(Auger Electron Scopetroscope)등과 같은 분석장치를 사용하여 샘플링된 웨이퍼를 절단하여 형성된 시료를 분석함으로서 이루어진다.
상기 AES 에 의한 오저분석은 분석기기의 상용화로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 용이하게 이를 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있을 정도이다. 상기 오저분석이라함은 AES를 사용하는 기기분석방법의 일종으로서, 원자가 여기된 에너지 레벨에서 낮은 에너지 레벨로, 방사를 수반하지 않는 대신 전자를 방출하여 전이하는 오저효과를 이용하는 분석방법으로서, 가공 중의 웨이퍼의 미소영역을 분석하기 위하여 시료에 어느 에너지를 갖는 전자를 조사하면 그에 의해서 여기된 원자는 X선 뿐만 아니라 오저전자라고 불리우는 2차전자를 방사하게 되며, 이 방사된 오저전자의 속도나 분포를 측정하여 시료 표면의 상태 뿐만 아니라 그 에너지를 측정하여 원자의 존재여부 및 상대적인 양 등을 측정할 수 있다.
이러한 AES 등과 같은 분석장치는 10-9 Torr 정도의 고진공상태의 챔버 내부에서 시료를 분석하게 되는데, 이 때 시료를 고정하고, 상기 챔버의 내부로 이동되어 시료와 함께 분석과정을 거치게 되는 샘플 홀더(sample holder)를 이용하여 분석공정이 진행된다.
이러한 분석장치에 있어서, 근래, 고온 초전도체를 이용한 계면 경사형 접합 제작은 디지털 전자 소자 응용을 목적으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 경사 계면형 접합 제작에 있어서, 가장 중요한 부분 중에 하나는 이온 빔 에칭으로 샘플의 매끈한 경사면을 제작하는데 있다.
그러나, 경사형 계면 제작을 위하여 종래에는 이온빔 에칭 중에 이온 빔을 비스듬히 입사시키는 방법이 제안되었으나, 이온빔 에칭 시 샘플이 회전하지 않으면 체널링(channeling)이 생길 수 있기 때문에 경사형 계면이 매끈하게 형성되기 어려워, 여러 접합을 만들었을 경우 그 접합들의 임계전류 값들이 균일하게 나타나지 않은 문제점이 있다.
이를 극복하기 위하여 이온 에칭을 위하여 이온빔을 비스듬히 입사시키는 것 이외에 샘플 홀더를 회전시키는 방법으로 균일한 경사 계면형 접합을 구현하도록 하였으나, 이는 이온빔의 샘플 입사 각도를 자유롭게 조정하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이온 빔 입사각도 및 샘플의 회전속도를 임의로 조정할 수 있도록 하여 이온 빔 에칭을 통한 매끈한 경사 계면을 구현하는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치 및 이를 이용한 에칭방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치를 포함한 샘플 홀더 시스템의 구성도.
도 2 는 본 발명에 의한 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치의 요부를 도시한 정면도.
도 3 은 본 발명에 의한 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치의 요부를 도시한 우측면도.
도 4a 는 샘플 홀더의 기울기 구동수단에 의해 일방향으로 동작되는 일 예를 도시한 우측면도.
도 4b 는 샘플 홀더의 기울기 구동수단에 의해 타방향으로 동작되는 일 예를 도시한 우측면도.
도 5 는 본 발명의 샘플 홀더 구동장치에 의해 구동되는 샘플 홀더의 개념적인 작동도.
도 6 은 본 발명의 샘플 홀더 구동장치에 의해 구동되는 샘플 홀더에 위치된시료의 이온빔 에칭 상태를 도시한 설명도.
도 7 은 본 발명의 샘플 홀더 구동장치에 의해 이온 빔 에칭하여 만든 경사 계면의 SEM(scanning electron microscope) 이미지의 예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 샘플 홀더 20: 회전 기어부
21: 모터 22: 감속기
23, 26: 구동축 23, 25, 27: 베벨기어
30: 회동 기어부 31: 회전 핸들바
32: 회전축 33: 워엄
34: 수평기어 36: 고정바
40: 냉각라인 43: 샘플 홀더 이송수단
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상면에 이온빔 에칭될 시료가 배치되고, 주연부에 기어치가 형성된 샘플 홀더; 일측이 상기 샘플 홀더의 기어치에 맞물리도록 설치된 회전 기어부; 상기 회전 기어부를 통해 동력을 전달하여 상기 샘플 홀더를 중심축을 중심으로 회전시키는 모터; 상기 샘플 홀더를 수평방향 축을 중심으로 회동 가능하게 지지하는 고정부재; 일측이 상기 고정부재에 연결된 회동 기어부; 및 상기 회동 기어부를 통해 회전력을 전달하여 상기 샘플 홀더를 이온빔 입사방향에 대하여 소정 각도로 기울어지도록 회동시키는 구동수단을 포함하는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치를 제공한다.상기 회전 기어부는 상기 모터의 회전력을 감속 및 증강하여 전달하는 감속기; 상기 감속기에 연결된 구동축; 및 일측은 상기 구동축에 연결되고, 그 타측은 상기 샘플 홀더의 기어치에 맞물려 모터의 구동력을 샘플 홀더에 전달하는 베벨기어를 포함할 수 있다.상기 구동수단은 작업자가 수동으로 회전시키는 회전 핸들바로 이루어지며; 상기 회동 기어부는 상기 회전 핸들바와 연결된 회전축의 일단에 고정된 워엄; 및 일측은 상기 워엄과 맞물리고, 그 타측은 상기 고정부재와 결합되어 워엄을 통해 전달된 회전력에 의해 상기 샘플 홀더를 기울어지도록 회동시키는 수평기어를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 조정 가능한 회전 구동수단에 의해 이온빔 에칭할 시료가 위치된 샘플 홀더를 소정 속도로 회전시키는 제1단계;상기 샘플 홀더가 회전되는 상태에서 조절 가능한 기울기 구동수단에 의해 상기 샘플 홀더를 이온빔 입사 각도에 대하여 소정 각도로 기울이는 제2단계; 상기 샘플 홀더의 시료에 이온빔 에칭하여 경사 계면을 형성하는 제3단계; 및 상기 샘플 홀더의 하면에 액체 질소를 공급하는 제4단계를 포함하는 샘플 홀더 이온빔 에칭방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 의한 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치를 포함한 샘플 홀더 시스템의 구성도이고, 도 2 는 본 발명에 의한 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치의 요부를 도시한 정면도이며, 도 3 은 본 발명에 의한 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치의 요부를 도시한 우측면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치는, 이온빔 에칭할 샘플이 안착되고 주연부에 기어치(11)가 형성된 샘플 홀더(10)와, 상기 샘플 홀더(10)의 회전을 위한 구동력을 제공하는 모터(21)와, 일측은 상기 샘플 홀더(10)의 기어치(11)와 맞물리고 그 타측은 상기 모터(21)와 연결되어 샘플 홀더(10)를 중심축을 중심으로 회전시키는 회전 기어부(20)와, 상기 샘플 홀더(10)를 이온빔 입사각에 대하여 임의의 각도로 기울어지도록 회동시키는 구동수단(31) 및 이 구동수단(31)에 의한 구동력을 샘플 홀더(10)로 전달하는 회동 기어부(30)을 포함한다.
상기 회전 기어부(20)는, 상기 모터(21)의 회전력을 증강 및 감속하여 전달하는 감속기(22)와, 상기 감속기(22)에 연결되는 구동축(23)과, 상기 구동축(23)의 일단에 위치된 제1 베벨기어(24)와, 상기 제1 베벨기어(24)와 맞물리는 제2 베벨기어(25)와, 상기 제2 베벨기어(25)의 회전구동축(26)의 일단에 설치되고 상기 샘플 홀더(10)의 기어치(11)에 맞물리는 제3 베벨기어(27)로 이루어진다.
상기 구동수단(31)은 작업자가 수동으로 회전시키는 회전 핸들바(31)로 이루어지며, 상기 회동 기어부(30)는 상기 회전 핸들바(31)와 연결된 회전축(32)의 일단에 설치된 워엄(33)과, 상기 워엄(33)과 맞물린 수평 기어(34)와, 일단은 상기 수평 기어(34)의 축(35)에 고정되고, 타단은 상기 샘플 홀더(10)의 하부측에 고정되어 상기 수평 기어(34)의 회전력을 전달받아 상기 샘플 홀더(10)가 기울어지도록 동작하는 바 형태의 고정부재(36)로 이루어진다.
도면에 있어, 미설명부호 40 은 이온빔 에칭시 샘플의 표면 온도 상승을 방지하기 위하여 진공 챔버(미도시) 외부의 냉각라인(41)으로부터 연통되어 상기 샘플 홀더(10) 하부로 액체 질소의 공급 통로를 제공하되, 그 일단이 상기 샘플 홀더(10)에 회전가능하게 설치되는 플렉시블한 공급라인(40)이고, 미설명부호 42 는 진공 챔버(미도시)에 부착되는 플랜지이다.
또한, 미설명부호 43 은 샘플 홀더가 진공 챔버에 미닫이 식으로 부착되고 분리되도록 이동시키는 샘플홀더 이송수단이다.
상기와 같은 본 발명의 샘플 홀더 구동장치에 의해 이온빔 에칭시의 동작을 도 설명하면 다음과 같다.
도 4a 는 샘플 홀더의 기울기 구동수단에 의해 일방향으로 동작되는 일 예를 도시한 우측면도이고, 도 4b 는 샘플 홀더의 기울기 구동수단에 의해 타방향으로 동작되는 일 예를 도시한 우측면도이며, 도 5 는 본 발명의 샘플 홀더 구동장치에 의해 구동되는 샘플 홀더의 개념적인 작동 도면이다.
먼저, 이온빔 에칭하기 위한 시료(50)가 샘플 홀더(10)에 위치되고, 상기 샘플 홀더(10)는 모터(21) 및 회전 기어부(20)에 의해 회전한다.
즉, 전원의 인가로 모터(21)가 구동하면, 구동축(23)가 감속기(22)에 의해 소정 감속비로 감속된 상태로 회전한다. 상기 구동축(23)의 회전으로 그의 단부에 설치된 제1 베벨기어(24)가 회전하고, 이와 맞물린 제2 베벨기어(25)가 회전한다.
상기 제2 베벨기어(25)의 회전으로 그의 회전축(26) 일단에 위치되고, 샘플 홀더(10)의 기어치(11)와 맞물린 제3 베벨기어(27)가 회전하여 샘플 홀더(10)는 소정 감속비로 회전(w)한다.
이와 같이 상기 샘플 홀더(10)가 회전하는 동안, 상기 샘플 홀더(10)의 표면이 이온빔 에칭방향에 대하여 소정 각도(a) 기울 수 있도록 작업자는 구동수단(31)을 조작한다.
즉, 상기 샘플 홀더(10)가 모터(21) 및 회전 기어부(20)에 의해 회전되고 있는 상태에서, 작업자가 회전 핸들바(31)를 소정각도 회전시키면, 상기 회전 핸들바(31)와 연결된 회전축(32)이 회전하고, 그 회전축(32)의 일단에 고정 설치된 워엄(33)이 회전된다.
따라서, 상기 워엄(33)의 회전에 의해 수평기어(34)가 소정각도 회전하면,상기 수평기어(34)의 회전축(35)에 고정되게 연결된 고정부재(36)가 소정각도 회전함에 따라, 상기 고정부재(36)의 일단과 고정되게 연결된 샘플홀더(10)가 도 4a 또는 도 4b 와 같이 소정각도(a), 바람직하게는 30°정도 기울어지도록 조작된다.
상기와 같이 샘플 홀더(10)가 회전 구동수단(20)에 의해 회전하면서 기울기 구동수단(30)에 의해 소정 각도 기울어진 상태에서 이온빔 에칭이 수행된다.
이 때, 냉각 라인(41)을 통해 샘플 홀더(10)의 하면으로 액체 질소를 공급하여 이온빔 에칭시 샘플의 표면 온도 상승을 방지한다.
도 6 은 본 발명의 샘플 홀더 구동장치에 의해 구동되는 샘플 홀더에 위치된 시료의 이온빔 에칭 상태를 도시한 설명도이다.
이와 같이 샘플홀더(10)가 회전하면서 소정 각도 기울어져 임의로 이온빔 입사각도를 조정할 수 있고, 임의의 속도로 샘플을 회전시켜, 매끈한 경사면이 형성된다. 도 6 에서 미설명부호 51 은 기판이고, 미설명부호 52 는 에칭빔에 의해 에칭된 에칭 박막층이다.
첨부된 도 7 은 본 발명의 샘플 홀더 구동장치를 이용하여 Y1Ba2Cu3O7-X박막을 이온 빔 에칭하여 만든 경사 계면의 SEM(scanning electron microscope)이미지이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
예컨데, 본 발명에서는 샘플 홀더를 회전시키는 회전 구동수단을 베벨기어장치로 설명하고 있으나, 이에 국한되는 것은 아니고 샘플 홀더를 임의의 속도로 조정하면서 회전시킬 수 있는 장치로 구현 가능하고, 샘플 홀더의 기울기를 변화시키는 장치를 워엄기어장치로 설명하고 있으나, 이에 국한되는 것은 아니고 샘플 홀더를 임의의 각도로 조정하면서 기울게 하는 장치로 구현 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치 및 이를 이용한 에칭방법은, 이온 빔 에칭중 샘플을 회전시키는 동시에 이온 빔 입사 방향을 적정 각도로 조절하여 경사 계면형(ramp-edge) 접합 제작시 요구되는 매끈한 계면 형성을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 상면에 이온빔 에칭될 시료가 배치되고, 주연부에 기어치가 형성된 샘플 홀더;일측이 상기 샘플 홀더의 기어치에 맞물리도록 설치된 회전 기어부;상기 회전 기어부를 통해 동력을 전달하여 상기 샘플 홀더를 중심축을 중심으로 회전시키는 모터;상기 샘플 홀더를 수평방향 축을 중심으로 회동 가능하게 지지하는 고정부재;일측이 상기 고정부재에 연결된 회동 기어부; 및상기 회동 기어부를 통해 회전력을 전달하여 상기 샘플 홀더를 이온빔 입사방향에 대하여 소정 각도로 기울어지도록 회동시키는 구동수단을 포함하는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치.
- 제1항에 있어서,상기 회전 기어부는상기 모터의 회전력을 감속 및 증강하여 전달하는 감속기;상기 감속기에 연결된 구동축; 및일측은 상기 구동축에 연결되고, 그 타측은 상기 샘플 홀더의 기어치에 맞물려 모터의 구동력을 샘플 홀더에 전달하는 베벨기어를 포함하는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 구동수단은 작업자가 수동으로 회전시키는 회전 핸들바로 이루어지며;상기 회동 기어부는상기 회전 핸들바와 연결된 회전축의 일단에 고정된 워엄; 및일측은 상기 워엄과 맞물리고, 그 타측은 상기 고정부재와 결합되어 워엄을 통해 전달된 회전력에 의해 상기 샘플 홀더를 기울어지도록 회동시키는 수평기어를 포함하는 반도체 제조장비의 샘플 홀더 구동장치.
- 삭제
- 조정 가능한 회전 구동수단에 의해 이온빔 에칭할 시료가 위치된 샘플 홀더를 소정 속도로 회전시키는 제1단계;상기 샘플 홀더가 회전되는 상태에서 조절 가능한 기울기 구동수단에 의해 상기 샘플 홀더를 이온빔 입사 각도에 대하여 소정 각도로 기울이는 제2단계;상기 샘플 홀더의 시료에 이온빔 에칭하여 경사 계면을 형성하는 제3단계; 및상기 샘플 홀더의 하면에 액체 질소를 공급하는 제4단계를 포함하는 샘플 홀더 이온빔 에칭방법.
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- 2001-09-12 KR KR10-2001-0056188A patent/KR100421415B1/ko not_active IP Right Cessation
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