KR100477365B1

KR100477365B1 - 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법

Info

Publication number: KR100477365B1
Application number: KR10-2002-0058883A
Authority: KR
Inventors: 인치현
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2005-03-22
Also published as: KR20040027127A

Abstract

포토레지스트로 된 두꺼운 팁 보호막을 형성하여 후술되는 백사이드 식각 공정에서 실리콘 기판 상에 형성된 팁을 잘 보호할 수 있을 뿐만 아니라 팁 보호막 형성 및 제거 시간을 단축시킬 수 있는 본 발명에 따른 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법은 팁이 형성된 실리콘 기판 전면에 아큐플로를 형성하는 단계와, 아큐플로의 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함한다.

Description

원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법{METHOD FOR FABRICATING TIP PASSIVATION LAYER IN AN ATOMIC FORCE MICROSCOPE}

본 발명은 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 백사이드 식각(backside etch) 공정 시에 팁을 잘 보호할 수 있고, 팁 보호막 형성 및 제거 공정 시간을 단축시킬 수 있는 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 탐침 원자 현미경의 종류로는 전자의 터널링(tunneling) 현상을 이용하는 스캐닝 터널링 현미경(scanning tunneling microscope : STM), 원자간의 반데르 발스(Van Der Waals) 힘을 이용하는 원자힘 현미경(AFM), 자기력을 이용하는 자기력 현미경(magnetic force microscope : MFM) 등 다양한 SPM 계열이 있으며, 이러한 현미경들은 시료의 지형(topograpgy), 분광(spectroscopy), 표면 마찰(surface friction) 또는 표면 접착(surface adhesion) 등의 분석 장비로써 주로 연구되고 상용화되고 있다. 최근 들어서는 이를 이용한 응용분야가 기록 매체(자기 또는 광자기 기록 매체), 반도체 공정(예를 들면, 리쏘그라피 공정 등)과 물리학은 물론 생물학 분야에 이르기까지 점진적으로 확대되고 있는 실정이다. 여기에서, 본 발명은 특히 원자힘 현미경, 자기 또는 광자기 기록 매체, 반도체 공정에 채용 가능한 컨틸레버의 제조에 관련된다.

한편, 1986년에 퀘이트 등에 의해 발명된 원자힘 현미경(AFM)은 물질의 외곽이나 모양을 원자 레벨까지 측정할 수 있는 현미경인 것으로, 예를 들면 수십㎛의 컨틸레버(외팔보)의 구조물 종단 부분에 미세한 팁(tip)을 달아 팁 끝과 시료의 표면간에 발생하는 원자의 힘에 의해 시료 표면의 굴곡을 측정한다. 즉, 그 종단에 팁이 형성된 컨틸레버 구조는 팁 끝과 시료의 표면간에 발생하는 원자의 힘에 의해 컨틸레버의 구조물이 휘어지게 되는 데, 이때 시료의 표면 굴곡을 따라 힘의 차이가 생기게 되며, 여러 가지 방법을 이용하여 컨틸레버의 휘어짐 정도를 측정함으로써 시료의 표면 높이를 단위까지 측정할 수 있는 초정밀 표면 측정 기구이다.

상술한 바와 같이, 그 종단 부분에 팁을 갖는 컨틸레버 구조물을 채용하는 원자힘 현미경의 일 예로서는 본 발명의 발명자(김유광) 등에 의해 제안되어 1999년 6월 5일자에 "박막형 액츄에이터가 부착된 스캐닝 프로브 및 이를 포함하는 원자힘 현미경" 라는 명칭으로 특허출원 제1999-20852호로, 동일자에 "굴곡 센서를 내장한 스캐닝 프로브 및 이를 이용한 굴곡 측정 장치" 라는 명칭으로 특허출원 제1999-20855호로 각각 대한민국특허청에 출원된 것이 있다.

상기한 인용 특허에서는 광원으로부터 발생하는 레이저 빔을 컨틸레버로 입사시키고, 컨틸레버의 표면으로부터 반사되어 오는 반사광의 광량(예를 들면, 빛의 주파수 변화 등)을 연산함으로써 시료의 표면 높이를 측정하는 구조를 갖는다.

한편, 컨틸레버의 종단 부분에 형성된 팁은, 예를 들면 미국특허 제5,517,280호의 도 10에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO₂) 등과 같은 마스크를 임의의 패턴으로 형성하는 공정, 산화 공정, 식각 공정 등을 통해 제조된다.

즉, 상기한 선행 미국특허에서는, 일 예로서 도 1a에 도시된 바와 같이, 팁을 형성하고자 하는 실리콘 기판(10) 상에 산화층(12)과 포토레지스트층(14)을 순차 형성한 후, 패터닝 공정을 수행하여 팁을 형성하고자 하는 부분의 상부에 있는 층만을 남기고 나머지 부분의 층들을 모두 제거함으로써, 산화층(12)과 포토레지스트층(14)으로 된 식각 마스크를 형성한다.

다음에, 원추형 팁의 샤프니스를 높이기 위하여 고온(예를 들면, 950℃)의 온도 조건에서 팁을 열산화시킨 후에, 습식 식각 등의 식각 공정을 수행함으로써, 일 예로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 식각 마스크 하부에서의 언더컷 현상을 유발시키며, 이러한 공정들을 통해, 일 예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10) 상에 목표로 하는 팁(16)(예를 들면, 원추형 팁)을 형성한다.

팁(16)이 형성된 실리콘 기판(10) 전면에 두께 2.4㎛의 아큐플로(18a)와 2∼4㎛ 두께의 PE(Plasma Enhanced)-산화막(18b)을 순차적으로 증착하여, 도 1d에 도시된 바와 같이, 팁 보호막(18)을 형성한다.

이후, 실리콘 기판(10)의 뒷면(Backside)에 포토레지스트를 도포한 후에 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴이 형성된 실리콘 기판(10)의 뒷면에 형성된 포토레지스트 패턴에 맞추어서 실리콘 기판(10) 뒷면을 식각시키는 백사이드 식각 공정을 진행한다.

상기와 같은 백사이드 식각 공정은 백사이드 식각 장비에서 수행되는데, 이때 실리콘 기판(10)은 고온(100℃ 이상)에 잘 견딜 수 있고 장비의 진공척에 잘 잡힐 수 있도록 평평도(flatness)가 좋아야할 뿐만 아니라 고온 상태에서 팁(16)을 잘 보호할 수 있어야한다. 이런 이유로 인하여 실리콘 기판(10) 상부에 아큐플로(18a)와 PE-산화막(18b)으로 이루어진 팁 보호막(18)을 형성한다.

그리고 나서, 상기 결과물을 BOE액을 이용하여 팁 보호막(18)으로 사용된 PE-산화막(18b)을 제거한 후에 아큐플로(18a) 애서(asher) 장비를 이용하여 제거한다.

그러나, AFM 공정에 생성된 팁의 높이가 매우 높은데 비하여 상기와 같은 아큐플로와 산화막으로 이루어진 팁 보호막의 두께는 5㎛ 미만이기 때문에 백사이드 식각 공정 진행시에 팁을 제대로 보호할 수 없다.

또한, 팁 보호막을 제거하기 위하여 두 번에 걸친 식각 공정이 필요하며, 이에 따라 보호막을 제거하는데 시간이 많이 걸리는 문제점이 있고, 특히 팁 보호막으로 사용되는 산화막을 증착하는데 걸리는 시간이 많이 소모되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산화막 대신에 두꺼운 포토레지스트로 두꺼운 팁 보호막을 형성하여 백사이드 식각 공정에서 팁을 보호하며, 팁 보호막 형성 및 제거 시간을 단축시킬 수 있는 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘 기판 상에 형성된 소정 높이 만큼 돌출된 형상의 팁을 보호막 형성 방법에 있어서, 상기 팁이 형성된 실리콘 기판 전면에 214℃ 온도의 플레이트에서 180초 동안 아큐플로를 베이킹하는 단계와, 상기 결과물에 288℃ 온도의 플레이트에서 60초 동안 아큐플로를 베이킹하여 상기 팁이 형성된 실리콘 기판 전면에 아큐플로를 형성하는 단계와, 상기 아큐플로의 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 원자힘 현미경의 팁 보호막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로 설명하면, 팁(102)이 형성된 실리콘 기판(100) 전면에 두께 1.2㎛를 갖는 아큐플로(104a)를 형성하고, 아큐플로(104a)의 상부에 두께 7㎛를 갖는 포토레지스트(104b)를 도포함으로서 아큐플로(104a) 및 포토레지스트(104b)로 이루어진 팁 보호막(104)을 형성한다.

이하, 도 3을 참조하여 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 과정을 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 과정을 도시한 흐름 도이다.

도 3을 참조하면, 팁(102)이 형성된 실리콘 기판(100) 상에 아큐플로(104a)를 형성하는 과정을 설명하면, 먼저 팁(102)이 형성된 실리콘 기판(100) 전면에 1.2㎛ 두께를 갖는 아큐플로(104a)를 증착한다. 이후 결과물을 214℃ 플레이트(plate)에서 180초 동안 베이킹한 후에 288℃의 플레이트에서 60초 동안 베이킹한다.

아큐플로(104a)는 팁(102) 부분에서 돌출되어 형성되는데, 상기와 같이 두 번에 걸쳐 베이킹 공정을 수행함으로서 팁(102)에 관계없이 아큐플로(104a)의 평탄도를 향상시킨다. 이에 따라 후술되는 백사이드 식각 공정 시에 실리콘 기판(100)이 척에 잘 고정할 수 있다.

이후, 평탄화된 아큐플로(104a)의 상부에 7㎛ 정도의 두께로 포토레지스트(104b)를 도포하고, 실리콘 기판(100)의 뒷면도 포토레지스트를 도포한다. 이때 도포되는 포토레지스트(104b)의 종류는 AZ4620이다.

이후 포토레지스트(104b)를 110℃의 핫 플레이트(hot plate)에서 120초 동안 저온 베이킹한다. 이어서 저온 베이킹된 포토레지스트(106b)를 160℃의 핫 플레이트에서 180초 동안 베이킹한 후에 190℃ 핫 플레이트에서 베이킹 공정을 수행한다.

세 번에 걸친 베이킹 공정을 통해 포토레지스트(104b)가 도포된 실리콘 기판(100)은 핫 플레이트를 통과할 때, 팁 보호막(104)으로 사용되는 포토레지스트(104b)는 실리콘 기판(100)에 눌러 붙지 않는다.

상기와 같은 과정을 통해 팁 보호막(104)의 두께가 종래의 5㎛∼6㎛ 정도에 비해 8㎛ 정도 되기 때문에 후술되는 백사이드 식각 공정에서 팁(102)을 확실히 보호할 수 있다.

또한, 종래의 보호막으로 사용되는 산화막 대신에 포토레지스트(104b)를 도포하여 팁 보호막(104)을 형성함으로써, 팁 보호막(104)을 형성하는데 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 백사이드 식각 공정 후에 팁 보호막(104)을 제거하는 시간을 단축시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 산화막 대신에 두꺼운 포토레지스트를 팁 보호막으로 사용함으로써, 종래에 비해 두꺼운 보호막을 형성하여 백사이드 식각 공정 시에 실리콘 기판 전면에 형성된 원자힘 현미경 팁을 잘 보호할 수 있을 뿐만 아니라 팁 보호막 형성 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 백사이드 식각 공정 이후에 팁 보호막을 제거하는 공정에서도 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 과정을 도시한 공정 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 원자힘 현미경의 팁 보호막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 과정을 도시한 흐름 도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 실리콘 기판 102 : 팁

104a : 아큐플로 104b : 포토레지스트

104 : 팁 보호막

Claims

실리콘 기판 상에 형성된 소정 높이 만큼 돌출된 형상의 팁을 보호막 형성 방법에 있어서,

상기 팁이 형성된 실리콘 기판 전면에 214℃ 온도의 플레이트에서 180초 동안 아큐플로를 베이킹하는 단계와,

상기 결과물에 288℃ 온도의 플레이트에서 60초 동안 아큐플로를 베이킹하여 상기 팁이 형성된 실리콘 기판 전면에 아큐플로를 형성하는 단계와,

상기 아큐플로의 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계를 포함하는 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법.
제 1항에 있어서,

상기 아큐플로의 두께는,

1.2㎛인 것을 특징으로 하는 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 포토레지스트를 도포하는 단계는,

세 번의 베이킹 공정에 의해 두께 7㎛를 갖는 포토레지스트가 아큐플로 상부에 도포되는 것을 특징으로 하는 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법.
제 4항에 있어서,

상기 베이킹 공정은,

110℃의 핫 플레이트에서 120초 동안 저온으로 포토레지스트를 베이킹하고, 상기 저온 베이킹된 포토레지스트를 160℃의 핫 플레이트에서 180초 동안 베이킹 한 후에, 다시 190℃의 핫 플레이트에서 120초 동안 베이킹하는 것을 특징으로 하는 원자힘 현미경의 팁 보호막 형성 방법.