KR100464653B1 - 유전장벽 방전 플라즈마 소오스를 이용한 전자빔 큐어링장비 - Google Patents

유전장벽 방전 플라즈마 소오스를 이용한 전자빔 큐어링장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유전장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 소오스를 이용한 전자빔 큐어링 장비를 개시한다. 개시된 본 발명의 장비는, 내측 하단에 웨이퍼 지지수단을 구비한 진공챔버와, 상기 진공챔버의 상단에 배치된 그리드와, 상기 그리드를 포함한 진공챔버 상에 배치된 덮개를 갖는 박스 타입의 절연체와, 상기 절연체의 일측 및 타측 내벽면 각각에 배치된 음극 및 양극과, 상기 음극 및 양극의 앞면에 각각 설치된 유전장벽물질과, 상기 음극에 고전압 파워를 공급하는 제1전압 공급부와, 상기 양극 및 그리드 각각에 저전압 파워를 공급하는 제2 및 제3전압 공급부와, 상기 진공챔버의 하측에 연결되어 진공을 만들어주는 건식펌프를 포함하며, 여기서, 상기 그리드는 Si 또는 Ta로 이루어진다. 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 진공챔버 내에서의 플라즈마 발생이 상압하에서 챔버내에 He, Ar, N2O, CO2 및 AIR 중에서 어느 하나 이상의 기체를 주입하면서 40kHz 이상 주파수의 전압을 인가하는 것에 의해 이루어지며, 따라서, 진공을 만드는데 소요되는 비용을 줄일 수 있으며, 아울러, 금속성 그리드를 Si 또는 Ta의 그리드로 교체함으로써 파티클 오염의 유발도 방지할 수 있다.

Description

유전장벽 방전 플라즈마 소오스를 이용한 전자빔 큐어링 장비{Electron beam curing equipment using dielectric barrier discharge plasma source}
본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유전장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 소오스를 이용한 전자빔 큐어링 장비에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 반도체 소자는 도전막 및 절연막의 증착 공정과, 포토리소그라피 공정에 의한 마스크 형성 공정, 및 마스크를 이용한 식각 공정이 반복적으로 행해지는 것에 의해 제조된다.
여기서, 상기 포토리소그라피 공정은 식각 대상층 상에 레지스트를 도포, 노광 및 현상해서 임의의 레지스트 패턴을 형성해주는 공정이며, 기판 상에 형성하고자 하는 실제 패턴의 임계치수(Critical Dimension : 이하, CD)는 상기 포토리소그라피 공정에서 구현될 수 있는 패턴의 임계치수에 크게 영향을 받는다.
현재까지의 반도체 기술은 고집적화에 따른 패턴 CD의 미세화를 위해, 노광시, 보다 짧은 파장의 광원을 사용하고 있다. 예컨데, 기존에는 G-line(λ=436㎚) 또는 I-line(λ=365㎚)의 광원을 이용한 공정이 이용되어져 왔으나, 그 해상도의 한계를 극복하고자 KrF(λ=248㎚)의 광원을 이용한 DUV(Deeep-UltraViolet) 공정이 이용되었고, 최근에 들어서는 ArF(λ=193㎚)의 광원을 이용한 공정이 제안되었다.
한편, 0.117㎛급 이하의 소자를 제조함에 있어서, ArF의 광원을 포함한 DUV 레지스트를 이용한 포토리소그라피 공정에서는 과도한 레지스트 플로우(flow)와 CD 축소(shrinkage)가 발생됨으로써 후속하는 건식 식각 공정에서 라인 스트라이에이션(striation)이 발생된다.
따라서, 이러한 라인 스트라이에이션 현상을 방지하기 위해, 기존에는 레지스트의 노광 후에 전자빔(Electron Beam) 큐어링 장비를 이용하여 DUV 레지스트를 큐어링시키는 공정을 진행하고 있다.
도 1은 종래의 전자빔 큐어링 장비를 도시한 도면으로서, 이를 참조해서 그구조 및 DUV 레지스트의 전자빔 큐어링 방법을 간략하게 설명하도록 한다.
도시된 바와 같이, 종래의 전자빔 큐어링 장비는 진공챔버(Vacuum chamber : 1)와, 상기 진공챔버(1) 상측에 배치된 음극(cathode : 2) 및 양극 그리드(anode grid : 3)와, 상기 진공챔버(1)의 하측에 연결되어 진공을 만들어주는 TMP(5)를 포함하는 건식펌프(4), 및 상기 음극(2) 및 양극 그리드(3) 각각에 고전압 파워 및 저전압 파워를 인가하는 제1 및 제2전압 공급부(6, 7)로 구성된다. 여기서, 상기 음극(2)은 진공챔버(1) 상에서 덮개의 형태로 구비되며, 절연체(8)의 개재하에 상기 진공챔버(1) 상에 배치된다. 또한, 양극 그리드(3)는 진공챔버(1)의 상단에 배치된다.
이와 같은 종래의 전자빔 큐어링 장비는 챔버(1) 내에 웨이퍼(10)가 장입되면, 음극(2)과 양극 그리드(3)에 DC 전압을 걸어주는 것에 의해 플라즈마를 발생시키게 되고, 이렇게 발생된 전자들이 웨이퍼(10)에 입사됨으로써 상기 웨이퍼(10) 상에 형성된 DUV 레지스트에 대한 큐어링을 행하게 된다.
그러나, 종래의 전자빔 큐어링 장비는 낮은 압력에서 발생하는 플라즈마를 이용하기 때문에 진공을 만들기 위한 비용이 많이 들고, 또한, 공정이 진공챔버에의 의존도가 높다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전자빔 큐어링 장비는 금속 성분의 음극과 양극 그리드가 직접적으로 플라즈마에 노출되어 있는 바, 상기 음극 및 양극 그리드가 파티클의 오염원으로 작용하는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 진공을 만드는데 소요되는 비용을 줄이면서 진공챔버에 대한 의존도도 낮추고, 그리고, 파티클 오염의 유발을 방지할 수 있는 전자빔 큐어링 장비를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 전자빔 큐어링 장비를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 큐어링 장비를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 웨이퍼 21 : 진공챔버
22 : 그리드 23 : 절연체
24 : 음극 25 : 양극
26 : 유전장벽물질 27,28,29 : 전압 공급부
30 : 건식펌프 31 : 제1 간격조절수단
32 : 제2 간격조절수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내측 하단에 웨이퍼 지지수단을 구비한 진공챔버; 상기 진공챔버의 상단에 배치된 그리드; 상기 그리드를 포함한 진공챔버 상에 배치된 덮개를 갖는 박스 타입의 절연체; 상기 절연체의 일측 및 타측 내벽면 각각에 배치된 음극 및 양극; 상기 음극 및 양극의 앞면에 각각 설치된 유전장벽물질; 상기 음극에 고전압 파워를 공급하는 제1전압 공급부; 상기 양극 및 그리드 각각에 저전압 파워를 공급하는 제2 및 제3전압 공급부; 및 상기 진공챔버의 하측에 연결되어 진공을 만들어주는 건식펌프를 포함하는 전자빔 큐어링 장비를 제공한다.
여기서, 상기 그리드는 Si 또는 Ta로 이루어진다.
상기 유전장벽물질은 진공에 비해 3배 이상의 유전율을 갖는 물질로 이루어지며, 0.5∼3.0㎝의 간격을 갖도록 설치된다.
또한, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 상기 유전장벽물질들간의 간격 유지를 위해 상기 음극 또는 양극이 설치된 벽면의 외측에 설치된 제1 간격조절수단과, 상기 웨이퍼와 그리드간의 간격 조절을 위해 상기 진공챔버의 하단 외측에 설치되어 상기 웨이퍼 지지수단과 연결된 제2 간격조절수단, 및 상기 그리드에의 (+) 전위를 외부에서 조절할 수 있도록 설치된 회로장치를 더 포함한다.
아울러, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 진공챔버 내에서의 플라즈마 발생이 상압하에서 챔버내에 He, Ar, N2O, CO2 및 AIR 중에서 어느 하나 이상의 기체를 주입하면서 40kHz 이상 주파수의 전압을 인가하는 것에 의해 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상압 하에서 플라즈마를 발생시키므로 진공을 만들기 위한 비용을 줄일 수 있으며, 또한, 금속성 그리드를 Si 또는 Ta의 그리드로 교체함으로써 파티클 오염의 유발도 방지할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 큐어링 장비를 도시한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는, 내측 하단에 웨이퍼가 놓여질 지지수단을 구비한 진공챔버(21)와 상기 진공챔버(21)의 상단에 배치된 그리드(22)와 상기 진공챔버(21) 상에 배치된 덮개를 갖는 박스 타입의 절연체(23)와 상기 절연체(23)의 일측 및 타측 내벽면에 각각 배치된 음극(24) 및 양극(25)과 상기 음극(24)에 고전압 파워를 공급하는 제1전압 공급부(27)와 상기 양극(25) 및 그리드(22) 각각에 저전압 파워를 공급하는 제2 및 제3전압 공급부(28, 29)와 상기 진공챔버(21)의 하측에 연결되어 진공을 만들어주는 건식펌프(30)를 포함한다. 진공펌프(30)를 사용하는 이유는 단지 공기중에 노출되어 웨이퍼에 떨어지는 불순물을 제거하기 위해서이다.
여기서, 상기 그리드(22)는 종래의 그것이 금속 성분으로 이루어진 것에 비해 Si 또는 Ta로 이루어진다.
또한, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 상압하에서 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 음극(24)과 양극(25)의 앞면 각각에 유전장벽물질(26)이 설치된다. 상기 유전장벽물질(26)로서는 세라믹(ceramic), 유리(glass) 또는 석영(quartz) 등이 이용될 수 있으며, 상기 물질들 이외에 여러 화학성분들을 합성하여 만들어진 높은 유전 상수를 갖는 물질이 이용될 수 있다.
아울러, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 상압하에서의 플라즈마 발생이 최적화될 수 있도록 상기 음극(24)과 양극(25)간의 간격을 조절하기 위한 제1 간격조절수단(31)이 상기 음극(24) 또는 양극(25)이 배치된 절연체(23) 벽면의 외측에 설치된다.
게다가, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 균일한 세기의 전자빔, 즉, 균일한 도우즈의 전자들이 웨이퍼(20)에 입사될 수 있도록 상기 웨이퍼(20)와 그리드(22)간의 간격 조절을 위한 제2 간격조절수단(32)이 웨이퍼 지지수단과 연결되도록 진공챔버(21)의 하단 외측에 설치된다.
부가해서, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비에는 전자들의 에너지를 조절하기 위해, UV 레지스트에 입사되는 도우즈(dose) 깊이를 결정하기 위해, 그리드에의 (+) 전위를 외부에서 조절할 수 있도록 한 회로장치가 더 설치된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전자빔 큐어링 장비에 따르면, 1기압의 상압하에서 He, Ar, N2O, CO2 및 AIR 중에서 어느 하나 이상의 기체가 주입되면서 40kHz 이상 주파수의 전압이 인가되는 것에 의해 플라즈마를 발생시키게 되며, 이렇게 발생된 전자들이 UV 레지스트가 형성되어진 웨이퍼(20)의 표면에 입사된다.
여기서, 상압하에서의 플라즈마 발생을 위해 40kHz 이상 주파수의 전압을 인가해주는 이유는 상압에서 10kHZ 이상 주파수의 전압을 이용하여 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마를 발생시켜 실험한 보고가 이미 있기 때문이다. (F. Massine, et.al., "Experimental and theoretical study of a glow discharge at atmospheric pressure controlled by dielectric barrier", J. Appl. Phys. vol 31. 3411(1998))
이 실험에 있어서, 상압하에서 플라즈마를 발생시키기 위해서는 음극과 양극 앞에 유전장벽물질이 필요하며, 이때, 상기 유전장벽물질(26)의 유전율은 진공에 비해 대략 3배 이상 되어야 한다.
따라서, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 진공에 비해 3배 이상의 유전율을 갖는 유전장벽물질(26), 예컨데, 세라믹(ceramic), 유리(glass) 또는 석영(quartz)등을 음극(24)과 양극(25)의 앞면 각각에 설치한 것이다.
또한, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 유전장벽물질(26)간의 간격을 수㎝ 이하, 보다 정확하게는 0.5∼3.0㎝ 정도가 되도록 설계하며, 아울러, 웨이퍼(20)와 그리드(22)간의 간격도 작게 설계한다.
이와 같이, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 플라즈마를 상압하에서 발생시킬 수 있기 때문에 진공을 만들기 위한 비용을 종래의 그것에 비해 줄일 수 있으며, 아울러, 장비 유지 보수에 소요되는 비용 또한 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 전자빔 큐어링 장비는 유전장벽물질을 플라즈마 소오스로 이용하여 플라즈마를 발생시키게 되므로, 진공챔버에의 의존도도 낮출 수 있다.
게다가, 종래 장비에서의 그리드는 금속으로 이루어지는 것에 의해 파티클의 오염원으로 작용하게 되지만, 본 발명에 따른 장비에서의 그리드는 Si 또는 Ta로 그 재질을 변경함으로써 금속성분의 파티클 오염 발생을 근본적으로 해결할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 플라즈마의 발생을 상압하에서 이룸으로써 진공을 얻는데 필요한 비용을 줄일 수 있으며, 아울러, 진공챔버에 대한 의존도도 낮출 수 있는 바, 결국, 진공 유지 및 보수에 필요한 막대한 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 금속성 그리드 대신에 Si 또는 Ta의 그리드를 사용함으로써 금속성 파티클에 의한 오염을 근본적으로 방지할 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (8)

  1. 내측 하단에 웨이퍼 지지수단을 구비한 진공챔버;
    상기 진공챔버의 상단에 배치된 그리드;
    상기 그리드를 포함한 진공챔버 상에 배치된 덮개를 갖는 박스 타입의 절연체;
    상기 절연체의 일측 및 타측 내벽면 각각에 배치된 음극 및 양극;
    상기 음극 및 양극의 앞면에 각각 설치된 유전장벽물질;
    상기 음극에 고전압 파워를 공급하는 제1전압 공급부;
    상기 양극 및 그리드 각각에 저전압 파워를 공급하는 제2 및 제3전압 공급부; 및
    상기 진공챔버의 하측에 연결되어 진공을 만들어주는 건식펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 그리드는 Si 또는 Ta로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유전장벽물질은 진공에 비해 3배 이상의 유전율을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유전장벽물질은 0.5∼3.0㎝의 간격을 갖도록 설치된 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유전장벽물질들간의 간격의 유지를 위해 상기 음극 또는 양극이 설치된 벽면의 외측에 설치된 제1 간격조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼와 그리드간의 간격 조절을 위해 상기 진공챔버의 하단 외측에 설치되어 상기 웨이퍼 지지수단과 연결된 제2 간격조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 그리드에의 (+) 전위를 외부에서 조절할 수 있도록 설치된 회로장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 진공챔버 내에서의 플라즈마 발생은 상압하에서 챔버내에 He, Ar, N2O, CO2 및 AIR로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기체를 주입하면서 40kHz 이상 주파수의 전압을 인가하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
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