KR100498140B1 - 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 실리콘 멤브레인 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법에 관한 것으로, 실리콘 웨이퍼에 멤브레인층을 형성하고 실리콘 산화막 마스크를 이용하여 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀과 모니터링 패턴 홀을 각각 형성한다. 웨이퍼 전면과 배면 전체에 실리콘 질화막을 증착시켜 입힌 후 소정의 마스크를 이용한 사진식각(Photolithography) 공정으로 웨이퍼의 배면을 식각하여 상기 홀과 대응되도록 홈을 형성한다. 따라서 전자빔이 통과될 홀을 형성하는 과정에서 발생되었던 멤브레인의 부서짐이 방지되고 웨이퍼의 취급이 용이해진다. 또한, 홈을 형성하는 웨이퍼 식각 과정에서 모니터링 패턴을 육안으로 관찰하여 식각 정도를 확인할 수 있기 때문에 멤브레인의 두께 및 전자빔이 통과될 홀의 크기를 정확히 제어할 수 있어 제작의 안정성과 재현성이 향상된다.
또한, 본 발명은 반응성 이온식각 공정으로 전자빔이 통과될 홀을 형성한 후 비등방성 식각 방법으로 웨이퍼의 배면에 홈을 형성하기 때문에 화학용액 잔유물이 묻어 있는 웨이퍼를 반도체 제조 공정에 투입함으로 인해 발생되는 오염이 발생되지 않으며 공정이 간편해진다.
Description
본 발명은 마이크로 컬럼 전자빔 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멤브레인(Membrane)의 두께를 정확하게 제어할 수 있으며 제작이 용이하도록 한 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로 컬럼 전자빔 장치에는 전자빔이 통과되는 렌즈가 구비된다. 전자빔 렌즈는 반도체 소자 제조용 실리콘 웨이퍼에 형성된 수 마이크로미터(㎛) 두께의 렌즈용 멤브레인들로 구성되는데, 실리콘 웨이퍼를 사용하여 6×6, 8×8, 10×10, 12×12 등의 다양한 크기로 제작하는 렌즈용 맴브레인에는 수 내지 수백 마이크로미터 직경의 렌즈 홀이 각각 형성된다. 그러면 도 1a 내지 도 1e를 통해 종래 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법을 설명하기로 한다.
도 1a를 참조하면, <100> 구조를 가지는 P형 실리콘 웨이퍼(1)의 양면을 폴리싱(Polishing)한 후 웨이퍼(1)의 전면에 멤브레인층(2)을 형성한다. 멤브레인층(2)과 웨이퍼(1)의 배면에 실리콘 질화막(3 및 4)을 형성한다. 이 때 멤브레인층(2)은 웨이퍼(1) 표면에 보론(Boron)과 같은 불순물 이온을 고농도로 주입하여 수 마이크로미터(㎛)의 두께 및 1 옴센치(Ωㆍ㎝) 이하의 낮은 저항율(Resistivity)을 가지는 에피층(Epitaxial layer)이나 확산층으로 형성한다.
도 1b를 참조하면, 웨이퍼(1) 배면의 실리콘 질화막(4)을 패터닝(patterning)한다.
도 1c를 참조하면, 패터닝된 실리콘 질화막(4)을 식각 마스크로 이용한 비등방성 습식 식각으로 노출된 부분의 웨이퍼(1)를 식각하여 멤브레인층(2)이 노출되도록 홈(5)을 형성한다.
도 1d를 참조하면, 반응성 이온식각(Reactive Ion Etching; RIE) 방법으로 홈(5)을 통해 노출된 멤브레인층(2)과 실리콘 질화막(3)을 순차적으로 식각하여 전자빔이 통과될 1 내지 200㎛ 크기의 홀(6)을 형성한다.
도 1e를 참조하면, 실리콘 질화막(3 및 4)을 제거한다.
상기와 같이 종래의 공정에서는 실리콘 웨이퍼에 복수 개의 멤브레인을 먼저 형성한 후 각각의 멤브레인에 전자빔이 통과될 홀을 형성한다. 따라서 두께가 얇은 멤브레인은 쉽게 부스러질 수 있기 때문에 후속 공정을 위한 웨이퍼 취급이 까다롭고, 멤브레인을 안전하게 다루면서 홀을 형성하기 어렵다. 특히, 홈을 형성하기 위해 KOH 등의 화학용액을 사용한 비등방성 식각으로 웨이퍼를 식각하는데, 식각을 거친 웨이퍼를 후속 반도체 제조 공정에 투입할 경우 KOH 잔유물로 인한 반도체 소자의 오염이 초래된다. 또한, 식각 과정에서 노출되는 멤브레인층의 식각 정도를 육안으로 측정할 수 없기 때문에 정확한 두께(수 마이크로미터)의 멤브레인을 제작하기 어렵다. 예를 들어, 분당 약 1 마이크로미터의 두께가 식각된다고 가정할 때 수 시간(5 내지 10시간)동안 식각을 진행하므로 수 마이크로미터의 오차 발생은 피하기 어렵다.
멤브레인의 정확한 두께 제어를 위해 웨이퍼를 모니터링 시편으로 파괴하여 전자현미경 등으로 측정하는 방법을 이용하지만, 현장에서 즉각적이고 비파괴적인 방법으로 수 마이크로미터의 두께를 측정할 수 있는 방법이 필요하다.
따라서 본 발명은 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀과 모니터링 패턴 홀을 형성한 후 웨이퍼의 표면 전체에 실리콘 질화막을 입히고 웨이퍼의 배면을 식각하여 홈을 형성하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법은 웨이퍼의 전면에 멤브레인층을 형성하는 단계와, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀을 형성하는 단계와, 상기 홀에 실리콘 질화막을 증착하여 입히는 단계와, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 홀에 입혀진 실리콘 질화막이 노출될 때까지 상기 웨이퍼의 배면을 식각하여 홈을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 질화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법은 웨이퍼의 전면에 멤브레인층을 형성하는 단계와, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀과 모니터링 패턴 홀을 형성하는 단계와, 상기 전자빔이 통과될 홀과 모니터링 패턴 홀을 포함하는 웨이퍼의 전면과 배면에 실리콘 질화막을 입힘으로써 상기 전자빔이 통과될 홀에 실리콘 질화막으로 이루어진 모니터링 패턴을 형성하는 단계와, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 모니터링 패턴이 노출될 때까지 상기 웨이퍼의 배면을 식각하여 홈을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 질화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이퍼는 <100> 구조를 가지는 P형 실리콘 웨이퍼이며, 양면이 폴리싱된 것을 특징으로 한다.
상기 멤브레인층은 상기 웨이퍼에 P형 불순물 이온이 주입된 에피층을 성장시켜 형성하거나, 상기 웨이퍼에 P형 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자빔이 통과될 홀 및 상기 모니터링 패턴 홀은 실리콘 산화막을 식각 마스크로 이용한 반응성 이온식각 공정으로 형성하며, 상기 웨이퍼 배면의 홈은 실리콘 질화막을 식각 마스크로 이용한 비등방성 습식 식각 공정으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 모니터링 패턴 홀은 상기 웨이퍼 전면에 다수개 분포하여 형성되며, 원형, 사각형 또는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, <100> 구조를 가지는 P형 실리콘 웨이퍼(11)의 양면을 폴리싱한 후 웨이퍼(11) 전면에 멤브레인층(12)을 형성한다. 멤브레인층(12)의 상부에 실리콘 산화막(13)을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 산화막(13)을 패터닝한다. 멤브레인층(12)은 실리콘 웨이퍼(11)를 2 내지 10 마이크로미터(um) 두께로 보론(Boron)과 같은 P형 불순물 이온이 주입된 에피층으로 형성하거나, 실리콘 웨이퍼(11)에 P형 불순물 이온을 주입하여 형성할 수 있으며, 이 때 불순물 이온을 10e19 내지 10e20 이온/㎤ 정도의 고농도 및 수 마이크로미터(㎛)의 두께로 주입하여 1 옴센치(Ωㆍ㎝) 이하의 낮은 저항율을 갖도록 한다.
도 2b를 참조하면, 패터닝된 산화막(13)을 식각 마스크로 이용한 반응성 이온식각(RIE) 공정으로 노출된 부분의 멤브레인층(12)을 식각하여 전자빔이 통과될 1 내지 200㎛ 크기의 홀(14)을 형성한 후 산화막(13)을 제거한다.
도 2c를 참조하면, 홀(14)을 포함하는 웨이퍼 전체에 표면에 실리콘 질화막을 증착하여 멤브레인층(12)과 웨이퍼(11)의 배면에 비등방성 식각 마스크층(15 및 16)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 소정의 마스크를 이용하여 실리콘 웨이퍼(11) 배면의 마스크층(16)을 패터닝한다.
도 2e를 참조하면, 패터닝된 마스크층(16)을 식각 마스크로 이용하고 KOH 등의 화학용액을 사용한 비등방성 습식 식각으로 노출된 부분의 실리콘 웨이퍼(11)를 식각하여 멤브레인층(12)이 노출되도록 홈(17)을 형성한다. 이 때 홀(14)에 입혀진 실리콘 질화막(15)이 노출되면 식각을 중지하여 멤브레인층(12)이 식각되지 않도록 한다.
도 2f를 참조하면, 웨이퍼(11) 전면과 배면의 마스크층(15 및 16) 그리고 홀(14)에 입혀진 실리콘 질화막 마스크층(15)을 제거한다.
본 실시예에서는 멤브레인층(12)에 전자빔이 통과될 홀(14)을 형성한 후 홀(14)에 비등방성 식각 마스크층인 실리콘 질화막(15)을 증착하여 입히고 웨이퍼(11) 배면을 식각하여 홈(17)을 형성한다. 따라서 종래의 방식인 멤브레인 형성 후에 홀(14)을 형성하는 과정에서 발생되는 멤브레인(12)의 부서짐이 방지되고, 홈(17) 형성을 위한 식각 과정에서 멤브레인(12)의 두께 및 홀(14)의 크기가 정확하게 유지된다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, <100> 구조를 가지는 P형 실리콘 웨이퍼(21)의 양면을 폴리싱한 후 웨이퍼(21) 전면에 멤브레인층(22)을 형성한다. 멤브레인층(22)의 상부에 실리콘 산화막(23)을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 산화막(23)을 패터닝한다. 멤브레인층(22)은 실리콘 웨이퍼(21)를 2 내지 10 마이크로미터(um) 두께로 보론(Boron)과 같은 P형 불순물 이온이 주입된 에피층으로 형성하거나, 실리콘 웨이퍼(21)에 P형 불순물 이온을 주입하여 형성할 수 있으며, 이 때 불순물 이온을 10e19 내지 10e20 이온/㎤ 정도의 고농도 및 수 마이크로미터(㎛)의 두께로 주입하여 1 옴센치(Ωㆍ㎝) 이하의 낮은 저항율을 갖도록 한다.
도 3b를 참조하면, 패터닝된 산화막(23)을 식각 마스크로 이용한 반응성 이온식각(RIE) 공정으로 노출된 부분의 멤브레인층(22)을 식각하여 전자빔이 통과될 1 내지 200㎛ 크기의 홀(24)과 모니터링 패턴 홀(25)을 각각 형성한 후 산화막(23)을 제거한다. 이 때 모니터링 패턴 홀(25)은 도 4에 도시된 바와 같이 주로 웨이퍼(21)의 공간부 예를 들어, 가장자리부에 형성하며, 육안으로 관찰이 가능한 정도의 크기 예를 들어, 수백 마이크로미터 내지 10㎜의 직경을 갖는 원형, 0.2㎜×0.2㎜ 내지 10㎜×10㎜의 사각형 또는 다각형으로 형성한다.
도 3c를 참조하면, 전자빔이 통과될 홀(24)과 모니터링 패턴 홀(25)을 포함하는 웨이퍼 표면 전체에 실리콘 질화막을 증착하여 멤브레인층(22) 및 웨이퍼(21)의 배면에 비등방성 식각 마스크층(26 및 27)을 각각 형성한다. 이때, 전자빔이 통과될 홀(24)과 모니터링 패턴 홀(25)에는 실리콘 질화막(26)으로 입혀진 모니터링 패턴(26a)이 형성된다.
도 3d는 실리콘 웨이퍼(21) 배면의 마스크층(27)을 패터닝한 후 패터닝된 마스크층(27)을 식각 마스크로 이용하고 KOH 등의 화학용액을 사용한 비등방성 습식 식각으로 노출된 부분의 실리콘 웨이퍼(21)를 식각하여 멤브레인층(22)이 노출되도록 홈(28)을 형성한다. 이 때 홀(25)에 입혀진 실리콘 질화막 패턴 즉, 모니터링 패턴(26a)이 노출되면 식각을 중지하여 멤브레인층(22)이 식각되지 않도록 하거나, 또는 모니터링 패턴(26a)에 의해 식각 정도가 육안으로 관찰되기 때문에 멤브레인층(22)의 식각 두께를 정확히 제어할 수 있다. 실리콘 질화막은 수직 방향으로 보면 거의 투명하게 보인다. 따라서 하부에 멤브레인층(22)이 없는 홀(24 및 25) 부분에서는 모니터링 패턴(26a)이 거의 투명하게 보이므로 관찰이 가능하다.
도 3e를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(21) 전면과 배면의 마스크층(26 및 27) 그리고 홀(24 및 25)에 매립된 실리콘 질화막(26)을 제거한다.
본 실시예에서는 멤브레인층(22)에 전자빔이 통과될 홀(24)과 모니터링 패턴 홀(25)을 형성한 후 홀(24 및 25)에 실리콘 질화막(26)을 입히고 웨이퍼(21)의 배면을 식각하여 홈(28)을 형성한다. 따라서 종래의 방식인 멤브레인 형성 후에 홀(24)을 형성하는 과정에서 발생되는 멤브레인(22)의 부서짐이 방지되고, 홈(28) 형성을 위한 비등방성 식각 과정에서 홀(25)에 형성된 모니터링 패턴(26a)을 육안으로 관찰하여 식각 정도를 확인할 수 있기 때문에 멤브레인(22)의 두께 및 홀(24)의 크기를 정확히 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 실리콘 웨이퍼에 멤브레인층을 형성하고 소정의 마스크를 이용하여 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀과 모니터링 패턴 홀을 각각 형성한다. 각각의 홀에 실리콘 질화막을 매립한 후 소정의 마스크를 이용한 식각 공정으로 웨이퍼의 배면을 식각하여 상기 홀과 대응되도록 홈을 형성한다. 따라서 전자빔이 통과될 홀을 형성하는 과정에서 발생되었던 멤브레인의 부서짐이 방지되고 웨이퍼의 취급이 용이해진다. 또한, 홈을 형성하는 웨이퍼 식각 과정에서 홀에 형성된 모니터링 패턴(실리콘 질화막 패턴)을 육안으로 관찰하여 식각 정도를 확인할 수 있기 때문에 멤브레인의 두께 및 전자빔이 통과될 홀의 크기를 정확히 제어할 수 있어 제작의 안정성과 재현성이 향상된다.
또한, 본 발명은 반응성 이온식각 공정으로 전자빔이 통과될 홀을 형성한 후 비등방성 식각 방법으로 웨이퍼의 배면에 홈을 형성하기 때문에 비등방성 실리콘 식각 시 사용된 화학용액의 잔유물이 묻어 있는 웨이퍼를 반도체 제조 공정에 투입함으로 인해 발생되는 오염이 발생되지 않으며 공정이 간편해진다.
도 1a 내지 도 1e는 종래 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 도 3b를 설명하기 위한 웨이퍼의 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11, 21: 웨이퍼
2: 에피층
3, 4: 실리콘 질화막
5, 17, 28: 홈
6, 14, 24, 25: 홀
12, 22: 멤브레인층
13, 23: 산화막
15, 16, 26, 27: 마스크층
모니터링 패턴: 26a
Claims (8)
- (a) 웨이퍼의 전면에 멤브레인층을 형성하는 단계;(b) 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀을 형성하는 단계;(c) 상기 전자빔이 통과될 홀을 포함하는 상기 멤브레인층 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계;(d) 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 전자빔이 통과될 홀에 형성된 실리콘 질화막이 노출될 때까지 상기 웨이퍼의 배면을 식각하여 홈을 형성하는 단계; 및(e) 상기 실리콘 질화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- (a’) 웨이퍼의 전면에 멤브레인층을 형성하는 단계;(b’) 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 멤브레인층에 전자빔이 통과될 홀과 모니터링 패턴 홀을 형성하는 단계;(c’) 상기 전자빔이 통과될 홀과 상기 모니터링 패턴 홀을 포함하는 상기 멤브레인층 상에 실리콘 질화막을 형성하여 상기 실리콘 질화막으로 이루어진 모니터링 패턴을 형성하는 단계;(d’) 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 모니터링 패턴이 노출될 때까지 상기 웨이퍼의 배면을 식각하여 홈을 형성하는 단계; 및(e’) 상기 실리콘 질화막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 <100> 구조를 가지는 P형 실리콘 웨이퍼이며, 양면이 폴리싱된 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인층은 상기 웨이퍼에 P형 불순물 이온이 주입된 에피층을 성장시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인층은 상기 웨이퍼에 P형 불순물 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전자빔이 통과될 홀 및 모니터링 패턴 홀은 실리콘 산화막을 식각 마스크로 이용한 반응성 이온식각 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 배면의 홈은 실리콘 질화막을 식각 마스크로 이용한 비등방성 습식 식각 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 모니터링 패턴 홀은 원형, 사각형 또는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 컬럼 전자빔 장치의 렌즈용 멤브레인 제작 방법.
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|---|---|---|---|
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Citations (5)
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| KR970077299A (ko) * | 1996-05-27 | 1997-12-12 | 윤덕용 | 전기화학적 식각방법을 이용한 실리콘 멤브레인의 제조방법 |
| JPH1186364A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-30 | Canon Inc | 微小開口の形成方法、微小開口を含んでなるメンブレンと該メンブレンによるプローブ、及び該プローブによる表面観察装置、露光装置、情報処理装置 |
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2002
- 2002-11-15 KR KR10-2002-0071276A patent/KR100498140B1/ko not_active IP Right Cessation
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