KR100590574B1 - 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피시스템 - Google Patents

전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴피이스(pole piece)의 중심부 위치를 이동시켜 자기장의 균일도를 조정할 수 있는 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템을 개시한다. 본 발명에 따르면, 전자빔 리소그라피 시스템의 전자빔 이미터로부터 방출된 전자빔의 경로를 제어하기 위한 전자기장 포커싱 장치는, 웨이퍼가 장입된 공간을 둘러싸는 진공챔버 내에 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 및 상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치된 것으로, 상기 자기장 발생부에서 형성된 자기장을 상기 진공챔버의 내부로 인가하기 위한 상부 및 하부 폴피이스;를 포함하며, 상기 상부 및 하부 폴피이스가 상기 진공챔버에 대해 상하로 이동함으로써 상기 진공챔버 내부의 자기장 균일도를 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템{Electro-magnetic focusing apparatus and electron-beam lithography system employing it}
도 1은 종래의 전자빔 리소그라피 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 리소그라피 시스템의 구성을 개력적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 리소그라피 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자빔 리소그라피 시스템에 의해 발생되는 자기장의 분포를 시뮬레이션한 자기장 분포도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전자빔 리소그라피 시스템에서 폴피이스의 이동에 따른 자기장 변화 곡선을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
110.....진공챔버 112.....진공펌프
120.....전자빔 이미터 130.....웨이퍼
132.....전자 레지스트 135.....웨이퍼 홀더
141.....이미터 홀더 141.....상부 전극판
142.....하부 전극판 151.....상부 자석
152.....하부 자석 156.....상부 돌출부
157.....하부 돌출부 160.....자로(磁路) 형성부
본 발명은 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴피이스(pole piece)의 중심부 위치를 이동시켜 자기장의 균일도를 조정할 수 있는 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서는 기판의 표면을 원하는 패턴으로 가공하기 위하여 여러 가지 방식의 리소그라피 기술이 이용된다. 종래에는 광을 사용하는 광 리소그라피(optical lithography)가 일반적으로 이용되어 왔으나, 광 리소그라피로 구현할 수 있는 선폭에는 한계가 있다. 따라서, 최근에는 나노 단위의 선폭을 가진 보다 미세하게 집적된 반도체 집적 회로를 구현할 수 있는 차세대 리소그라피(NGL; Next Generation Lithography) 기술이 제안되고 있다. 이러한 차세대 리소그라피 기술로는 전자빔 리소그라피(Electron-beam Lithography), 이온빔 리소그라피(Ion-beam Lithography), 극자외선 리소그라피(Extreme Ultraviolet Lithography), 근접 X선 리소그라피(Proximity X-ray Lithography) 등이 있다.
이들 중에서 전자빔 리소그라피 시스템은, 전자빔을 사용하여 기판 상에 도포된 전자 레지스트(electron-resist)를 원하는 패턴으로 패터닝하기 위한 시스템이다. 종래의 전자빔 리소그라피 시스템의 경우, 매우 국소적인 부분으로만 전자빔을 방출할 수 있었기 때문에, 전자 레지스트에 형성될 패턴을 따라 이미터가 이동하면서 전자 레지스트를 향해 전자빔을 방출하였다. 따라서, 하나의 패턴을 완성하는데 상당히 많은 시간이 소요되었다.
도 1은 이러한 문제를 개선하여 대면적의 전자빔을 방출할 수 있는 전자빔 리소그라피 시스템의 구성이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전자빔 리소그라피 시스템은, 웨이퍼(30) 처리 공간을 둘러싸는 진공챔버(10)를 구비하고 있다. 상기 진공챔버(10)의 내부는 진공펌프(12)에 의해 소정의 진공 상태를 유지하게 된다. 상기 진공챔버(10)는 자속이 진공챔버(10)를 통해 누설되는 것을 억제하기 위하여 플라스틱이나 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스스틸 또는 구리와 같은 비자성체로 제작된다.
상기 진공챔버(10)의 내부에는 전자빔을 방출하는 전자빔 이미터(20)가 설치되어 있으며, 웨이퍼(30)가 전자빔 이미터(20)에 대해 소정 간격을 두고 대향되도록 배치된다. 상기 전자빔 이미터(20)의 표면에는 소정의 패턴으로 패터닝된 마스크(22)가 마련되어 있어서, 이미터(20)로부터 방출되는 전자빔은 상기 마스크(22)에 의해 덮여지지 않은 부분을 통해 방출된다. 이와 같이 방출된 전자빔은 웨이퍼(30)의 표면에 도포된 전자 레지스트(electron resist)(32)를 이미터(20) 표면에 형성된 패턴과 동일한 패턴으로 패터닝하게 된다. 상기 웨이퍼(30)는 상기 진공챔 버(10) 내부의 웨이퍼 홀더(42)에 의해 지지되어 있다. 또한, 상기 전자빔 이미터(20)는 상기 진공챔버(10) 내부의 이미터 홀더(41)에 의해 지지된다. 상기 전자빔 이미터(20)의 표면에는 소정의 패턴으로 패터닝된 마스크(22)가 마련되어 있어서, 이미터(20)로부터 방출되는 전자빔은 상기 마스크(22)에 의해 덮여지지 않은 부분을 통해 방출된다.
상기 진공챔버(10)의 위쪽에는 진공챔버(10)의 천정벽과 소정 간격 이격되도록 상부 자석(61)이 설치되어 있으며, 진공챔버(10)의 아래쪽에는 진공챔버(10)의 바닥벽과 소정 간격 이격되도록 하부 자석(62)이 설치되어 있다. 이와 같이 설치된 상하부 자석(61, 62)은 진공챔버(10) 내부에 자기장을 제공하게 된다. 상하부 자석(61, 62) 각각은 강자성체로 이루어진 코어(61a, 62a)와 상기 코어(61a, 62a)의 외주에 감겨진 코일(61b, 62b)로 이루어진다.
또한, 상기 진공챔버(10)의 천정벽을 관통하여 상부 폴피이스(71)가 설치되어 있다. 상기 상부 폴피이스(71)는 상부 자석(61)의 코어(61a)에 자기적으로 접촉된다. 상기 진공챔버(10)의 바닥면을 관통하여서는 하부 폴피이스(72)가 설치되어 있다. 상기 하부 폴피이스(72)는 하부 자석(62)의 코어(62a)에 자기적으로 접촉된다. 상기 상하부 폴피이스(71, 72)와 진공챔버(10)는, 진공챔버(10) 내의 진공 상태를 유지시키기 위해 서로 완전히 밀폐되어 있다. 이와 같이 설치된 상하부 폴피이스(71, 72)는 상기 상하부 자석(61, 62)에 의해 생성된 자속을 진공챔버(10) 내부로 끌어 들이는 역할을 한다. 그리고, 상하부 자석(61, 62)과 상하부 폴피이스(71, 72)가 서로 완전히 밀착되도록, 상기 상하부 자석(61, 62)과 상하부 폴피이스 (71, 72) 사이에 각각 강자성물질이 함유된 고무판 또는 연성 금속 물질(81, 82)이 끼워져 있다. 한편, 상기 상하부 폴피이스(71, 72)의 저면에는 링 형상으로 돌출된 상하부 돌출부(91, 92)가 형성되어 있다. 상기 상하부 돌출부(91, 92)는 전자빔 이미터(20)와 웨이퍼(30) 사이에 형성되는 자기장을 균일하게 하는 작용을 한다.
그런데, 상기 전자빔 리소그라피 시스템의 경우, 진공챔버(10) 내부에 자기장을 형성시키기 위한 상하부 폴피이스(71, 72)의 위치가 항상 고정되어 있기 때문에, 온도의 변화에 따른 웨이퍼(30) 크기의 변동에 적절히 대응하지 못하는 단점이 있다. 즉, 전자 레지스트(32)를 패터닝 하는 동안 진공챔버(10) 내의 온도가 변하게 되면서 웨이퍼(30)의 크기가 미세하게 변하는데, 이로 인해 전자 레지스트(32)에 형성되는 패턴의 크기 역시 미세하게 변하게 된다. 반도체 제조 공정에서 수십 nm의 선폭을 구현하고자 하는 경우, 이러한 미세한 변화도 큰 영향을 주게 되므로 이에 대한 대응이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 폴피이스의 중심부 위치를 이동시켜 자기장의 균일도를 조정함으로써 진공챔버 내의 온도변화에 따른 웨이퍼 크기의 변동에 대응할 수 있는 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 시스템의 사용공간이 절약되고 대형 자석의 제작비용을 줄일 수 있는 구조의 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 유형에 따르면, 전자빔 리소그라피 시스템의 전자빔 이미터로부터 방출된 전자빔의 경로를 제어하기 위한 전자기장 포커싱 장치는, 웨이퍼가 장입된 공간을 둘러싸는 진공챔버 내에 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 및 상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치된 것으로, 상기 자기장 발생부에서 형성된 자기장을 상기 진공챔버의 내부로 인가하기 위한 상부 및 하부 폴피이스;를 포함하며, 상기 상부 및 하부 폴피이스가 상기 진공챔버에 대해 상하로 이동함으로써 상기 진공챔버 내부의 자기장 균일도를 조정 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상부 및 하부 폴피이스는 강자성체로 이루어진다.
상기 자기장 발생부는 상기 상부 및 하부 폴피이스를 코어로 하는 전자석으로서, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스의 외주면에 각각 권선된 코일을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치는, 상기 자기장 발생부에서 발생한 자속이 상기 상부 폴피이스로부터 진공챔버 내부를 관통하여 하부 폴피이스를 지나 다시 상부 폴피이스로 순환하도록 하는 자로 형성부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 자로 형성부는, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스에 각각 그 양단부가 자기적으로 접촉되도록, 상기 진공챔버의 좌우측면 중 적어도 한 측면을 둘러싸는 강자성체로 이루어진다.
상기 자기장 발생부는, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이 스에 각각 그 양단부가 자기적으로 접촉된 자로 형성부 및 상기 자로 형성부의 외주면에 권선된 코일을 포함하는 전자석일 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치는, 상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 설치된 것으로, 상기 상부 및 하부 폴피이스의 외주면을 각각 둘러싸는 강자성체로 이루어진 상부 및 하부 자기장 보정부를 더 포함한다. 이때, 상기 진공챔버 내부에서 상기 상부 및 하부 자기장 보정부의 단부는 각각 상기 상부 및 하부 폴피이스의 단부에 비해 진공챔버의 내부로 더 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 상부 및 하부 자기장 보정부의 내주면과 상기 상부 및 하부 폴피이스의 외주면은 각각에 형성된 나사산을 통해 각각 이동 가능하게 결합된다.
본 발명의 다른 유형에 따르면, 본 발명에 따른 전자빔 리소그라피 시스템은, 웨이퍼가 장입된 공간을 둘러싸는 진공챔버; 상기 진공챔버 내부에 상기 웨이퍼와 소정 간격을 두고 대향하도록 배치되어 상기 웨이퍼를 향해 전자빔을 방출하는 전자빔 이미터; 및 상기 전자빔 이미터로부터 방출된 전자빔의 경로를 제어하기 위한 전자기장 포커싱 장치;를 구비하며, 상기 전자기장 포커싱 장치는, 상기 진공챔버 내에 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 및 상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치된 것으로, 상기 자기장 발생부에서 형성된 자기장을 상기 진공챔버의 내부로 인가하기 위한 상부 및 하부 폴피이스;를 포함하고, 상기 상부 및 하부 폴피이스가 상기 진공챔버에 대해 상하로 이동함으로써 상기 진공챔버 내부의 자기장 균일도를 조정 가능한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템의 구조 및 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 리소그라피 시스템의 구성을 개력적으로 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔 리소그라피 시스템은, 웨이퍼(130)가 장입되는 공간을 둘러싸는 진공챔버(110), 상기 진공챔버(110) 내부에 설치되는 전자빔 이미터(120) 및 상기 전자빔 이미터(120)로부터 방출된 전자빔의 경로를 제어하기 위한 전자기장 포커싱 장치를 구비한다.
진공챔버(110)에는 그 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프(112)가 연결된다. 상기 진공챔버(110)는 비자성체로 제작되는 것이 바람직하다. 이는 후술할 자기장 발생부(151, 152)에 의해 생성된 자속이 진공챔버(110)를 통해 누설되는 것을 억제하기 위한 것이다. 이러한 진공챔버(110)는, 예컨대, 플라스틱으로 제작될 수도 있으며, 고진공 상태에서도 변형되지 않을 정도의 강도를 가질 것이 요구되므로, 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같이 투자율이 1에 가까우며 소정의 강도를 가지는 재질로 제작될 수도 있다.
웨이퍼(130)는 상기 진공챔버(110) 내부의 일측에 배치되며, 웨이퍼 홀더(135)에 의해 지지된다. 상기 웨이퍼(130)의 표면에는 전자빔에 의해 그 성질이 변하는 전자 레지스트(electron resist)(132)가 도포되어 있다.
전자빔 이미터(120)는 상기 진공챔버(110) 내부에 상기 웨이퍼(130)와 소정 간격을 두고 대향되도록 배치된다. 상기 전자빔 이미터(120)의 표면에는 소정의 패턴으로 패터닝된 마스크가 마련된다. 따라서, 전자빔 이미터(120)에서 발생되는 전자빔은 마스크에 의해 덮여지지 않은 부분을 통해서만 전자 레지스트(132)를 향해 방출된다. 이와 같이 방출된 전자빔은 이미터(120)의 표면에 형성된 마스크 패턴과 동일한 패턴으로 웨이퍼(130)의 표면에 도포된 상기 전자 레지스트(132)를 패터닝하게 된다.
한편, 상기 전자기장 포커싱 장치는, 진공챔버(110) 내에 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부(151, 152) 및 상기 진공챔버(110)의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치된 상부 및 하부 폴피이스(pole piece)(151a, 152a)를 포함한다. 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)는 진공챔버(110) 외부의 자기장 발생부(151, 152)에서 형성된 자기장을 진공챔버(110)의 내부로 인가하기 위한 것으로, 강자성체 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 자기장 발생부(151, 152)는 자기장의 세기를 임의로 조절할 수 있도록 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 코어(core)로 하는 전자석인 것이 바람직하다. 이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공챔버(110)의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 외주면에 각각 코일(151b, 152b)을 권선한다. 이 경우, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)는 자기장 발생부(151, 152)의 일부분이 된다.
또한, 본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치는, 상기 자기장 발생부(151, 152)에서 발생한 자속이 상부 폴피이스(151a)로부터 진공챔버(110) 내부를 관통하여 하부 폴피이스(152a)를 지나 다시 상부 폴피이스(151a)로 순환하도록 하는 자로 (磁路) 형성부(160)를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자로 형성부(160)는 진공챔버(110)의 상하면 및 좌우측면을 둘러싸면서 진공챔버(110)의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)에 각각 자기적으로 접촉되어 있다. 따라서, 상기 자로 형성부(160)로 인해, 본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치는 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a) 사이에 에어 갭(air gap)을 갖는 일종의 폐자기회로(closed magnetic circuit)가 된다. 이 경우, 자속은 상기 자로 형성부(160)를 따라 폐루프(closed loop)를 형성하게 된다. 이를 위해 상기 자로 형성부(160)는 강자성체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 자로 형성부(160)에 의하면, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a) 사이에만 에어 갭(air gap)이 형성되기 때문에, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a) 사이에는 균일한 자기장이 형성되고, 진공챔버(110)의 다른 부분에는 불필요하게 자기장이 분산되지 않는다. 따라서, 자속을 전자빔 이미터(120)와 웨이퍼(130) 사이에 효율적으로 균일하게 집중시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)는 상기 진공챔버(110)에 대해 상하로 이동하는 것이 가능하다. 도 2는 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 상하로 이동시키기 위한 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 즉, 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 외주면에는 나사산이 형성되어 있으며, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 외주면을 각각 둘러싸는 상부 및 하부 보강부재(156, 158)가 상기 진공챔버(110)의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 설치되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158)의 내주 면에도 각각 나사산이 형성되어 있기 때문에, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 좌우로 회전시킴으로써 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 상하로 이동시키는 것이 가능하다. 이때, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 회전을 용이하게 하기 위하여, 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 일측 단부에 각각 회전축(171, 175) 및 핸들(172, 176)을 설치할 수 있다.
상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158)는 또한 상기 진공챔버(110)와 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)와의 결합 부분을 견고하게 보강하는 역할을 할 수 있다. 이렇게 상부 및 하부 보강부재(156, 158)를 이용하여 볼트/너트의 구조로 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 진공챔버(110)에 이동 가능하게 결합하였기 때문에, 진공챔버(110) 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 예시적인 것으로, 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 상하로 이동시키기 위한 다른 변형된 구조도 가능할 것이다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공챔버(110)의 내부에서, 상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158)의 단부는 각각 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 단부에 비해 진공챔버(110)의 내부로 더 돌출되어 있다. 이러한 상부 및 하부 보강부재(156, 158)의 돌출된 단부는 전자빔 이미터(120)와 웨이퍼(130) 사이에 형성되는 자기장을 균일하게 만드는 링 형상의 자기장 보정부를 형성한다. 즉, 상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158)의 단부에 형성된 링 형상의 자기장 보정부는, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 둘레에 돌출되어 있기 때문에, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 가장자리 부분에서 형성되는 자기장이 심하게 만곡되 는 것을 방지한다. 이를 위하여, 상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158)는 강자성체로 이루어지는 것이 바람직하다. 나아가, 웨이퍼(130)가 위치하는 영역에서 자속이 보다 균일할 수 있도록, 상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158) 각각의 내경은 상기 웨이퍼(130)의 외경보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 진공챔버(110)의 내부에서, 상기 상부 및 하부 보강부재(156, 158)의 단부에는 상기 전자빔 이미터(120)와 웨이퍼(130) 사이에 전기장을 형성시키기 위한 상부 및 하부 전극판(141, 142)이 각각 소정의 간격을 두고 서로 대향하도록 설치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 및 하부 전극판(141, 142)에는 전원이 연결되어 있다. 이렇게 상부 및 하부 전극판(141, 142) 사이에 형성된 전기장과 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a) 사이에 형성된 자기장의 작용에 의해, 전자빔 이미터(120)에서 방출된 전자빔이 전자 레지스트(132) 상의 정확한 위치로 유도될 수 있다.
이러한 하부 전극판(142)의 상면에는 웨이퍼(130)를 고정하기 위한 웨이퍼 홀더(135)가 설치된다. 또한, 상기 전자빔 이미터(120)는 상기 웨이퍼 홀더(135)와 대향하도록 상기 상부 전극판(141)에 설치된다. 이러한 상부 및 하부 전극판(141, 142) 각각의 외경은 상기 웨이퍼(130)의 외경보다 큰 것이 바람직하다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 상부 전극판(141)과 전자빔 이미터(120) 사이에는, 전자빔 이미터(120)를 고정하기 위한 전자빔 이미터 홀더 및 전자빔 이미터(120)를 가열하여 전자빔을 방출시키기 위한 히터 등이 더 구성될 수도 있다.
이때, 진공챔버(110) 내부를 진공 상태로 유지시키기 위해서, 진공챔버(110) 와 상하부 전극판(141, 142) 및 상하부 보강부재(156, 158)는 서로 완전히 밀폐된다.
이미 설명한 바와 같이, 도 1에 도시된 종래의 전자빔 리소그라피 시스템의 경우, 상부 및 하부 폴피이스가 진공챔버에 고정되어 있었다. 따라서, 종래에는 온도의 변화에 따른 웨이퍼 크기의 변동에 적절히 대응하지 못하였다. 이로 인해, 전자빔 이미터에 형성된 마스크의 패턴과 웨이퍼 위의 전자 레지스트에 형성되는 패턴이 정확히 1:1 의 크기로 매칭되지 못하였다. 본 발명의 경우, 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 상하로 자유롭게 이동시킬 수 있기 때문에, 온도 변화에 따라 적절하게 자기장의 균일도를 조절함으로써 정확한 1:1 매칭이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 전자빔 리소그라피 시스템에 의해 발생되는 자기장의 분포를 시뮬레이션한 자기장 분포도이다. 도 4의 분포도에서 원점은 진공챔버(110)의 중심이며, 세로축(즉, z-축)은 상부 폴피이스(151a) 방향의 거리이고, 가로축은 반경 방향의 거리이다. 도 4에는 상부 폴피이스(151a)의 중심 부분으로부터 우측 방향으로, 상부 보강부재(156), 상부 코일(151b) 및 자로 형성부(160)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부 폴피이스(151a)의 바로 아래 부분에는 자기장이 균일하게 형성된다.
도 5는 본 발명에 따른 전자빔 리소그라피 시스템에서 폴피이스의 상하 이동에 따른 자기장 변화 곡선을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 도 5의 그래프에 나타난 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있듯이, 진공챔버(110)의 중심에서 상부 폴피이스(151a)까지의 거리가 변함에 따라, 자기장의 균일도도 역시 변화함을 알 수 있 다. 예컨대, 진공챔버(110)의 중심에서 상부 폴피이스(151a)까지의 거리가 62mm 인 경우에는 반경 방향으로 갈수록 자속밀도가 증가하였으나, 107mm 인 경우에는 반경 방향으로 갈수록 자속밀도가 크게 감소한다. 또한, 진공챔버(110)의 중심에서 상부 폴피이스(151a)까지의 거리가 72mm 인 경우, 반경 방향의 거리에 관계 없이 자속밀도가 대체로 일정하게 유지된다.
이러한 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 위치에 따른 자기장 균일도의 변화를 이용하면, 상기 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)를 상하로 이동시켜 전자빔을 중심방향으로 또는 반경 방향으로 미세하게 편향시키는 것이 가능하다. 따라서, 진공챔버(110) 내의 온도변화에 따른 웨이퍼 크기의 변동에 대응하여 배율을 미세하게 조절함으로써, 전자빔 이미터(120)에 형성된 마스크의 패턴과 웨이퍼(130) 위의 전자 레지스트(132)에 형성되는 패턴이 온도변화에 관계 없이 정확히 1:1 의 크기로 매칭되도록 할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 리소그라피 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 전자빔 리소그라피 시스템과 비교할 때, 도 3에 도시된 전자빔 리소그라피 시스템의 경우, 자로 형성부(160)가 진공챔버(110)의 한쪽 측면만을 둘러싸고 있으며, 진공챔버(110)의 다른쪽 측면을 둘러싸는 자로 형성부(160)는 삭제되었다. 또한, 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)의 외주면에 각각 상부 및 하부 코일(151b, 152b)을 권선하는 대신에, 자로 형성부(160)의 외주면에 하나의 코일(150)만을 권선하고 있다. 따라서, 도 3에 도시된 전자빔 리소그라피 시스템의 경우, 자기장 발생부는 자로 형성부(160) 및 상기 자로 형성부(160)의 외주면에 권선된 코일(150)을 포함하는 전자석이 된다. 그 외의 다른 구성은 동일하므로 설명을 생략한다.
이러한 구성에 따르면, 시스템의 사용공간이 크게 절약되며, 전자빔 리소그라피 시스템의 전체적인 조립이 용이하게 되어 조립 시간 및 비용이 감소될 수 있다. 또한, 상부 및 하부 폴피이스(151a, 152a)에 각각 큰 자기장 발생부를 형성하는 대신, 자로 형성부(160)를 이용하여 비교적 작게 자기장 발생부를 형성할 수 있기 때문에, 자기장 발생부의 제작 비용 및 시간을 절약하는 것이 가능하다.
지금까지 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치 및 이를 채용한 전자빔 리소그라피 시스템의 구조 및 동작에 대해 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위는 상술한 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형되는 것이 가능할 것이다. 예컨대, 도 2의 실시예에서도 자로 형성부(160)가 진공챔버(110)의 한쪽 측면만을 둘러싸고 있을 수 있으며, 도 3의 실시예에서도 자로 형성부(160)가 진공챔버(110)의 좌우측면을 모두 둘러쌀 수도 있을 것이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치에 따르면, 폴피이스의 중심부 위치를 이동시켜 자기장의 균일도를 조정함으로써 진공챔버 내의 온도변화에 따른 웨이퍼 크기의 변동에 적절하게 대응할 수 있다. 따라서, 진공챔버 내의 온도가 변화하더라도 기판 상에 도포된 전자 레지스트를 정확하게 패 터닝 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자기장 포커싱 장치에 따르면, 자로 형성부를 "ㄷ" 형태로 형성함으로써, 시스템의 사용공간이 절약되고 실제 대형 자석의 제작비용을 줄일 수 있다.

Claims (23)

  1. 전자빔 리소그라피 시스템의 전자빔 이미터로부터 방출된 전자빔의 경로를 제어하기 위한 전자기장 포커싱 장치에 있어서,
    웨이퍼가 장입된 공간을 둘러싸는 진공챔버 내에 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 및
    상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치된 것으로, 상기 자기장 발생부에서 형성된 자기장을 상기 진공챔버의 내부로 인가하기 위한 상부 및 하부 폴피이스;를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 폴피이스가 상기 진공챔버에 대해 상하로 이동함으로써 상기 진공챔버 내부의 자기장 균일도를 조정 가능한 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 폴피이스는 강자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 상기 상부 및 하부 폴피이스를 코어로 하는 전자석으로서, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스의 외주면에 각각 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부에서 발생한 자속이 상기 상부 폴피이스로부터 진공챔버 내부를 관통하여 하부 폴피이스를 지나 다시 상부 폴피이스로 순환하도록 하는 자로 형성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자로 형성부는, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스에 각각 그 양단부가 자기적으로 접촉되도록, 상기 진공챔버의 좌우측면 중 적어도 한 측면을 둘러싸는 강자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는:
    상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스에 각각 그 양단부가 자기적으로 접촉된 자로 형성부; 및
    상기 자로 형성부의 외주면에 권선된 코일;을 포함하는 전자석인 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자로 형성부는 상기 진공챔버의 좌우측면 중 적어도 한 측면을 둘러싸는 강자성체인 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 설치된 것으로, 상기 상부 및 하부 폴피이스의 외주면을 각각 둘러싸는 강자성체로 이루어진 상부 및 하부 보강부재를 더 포함하며,
    상기 상부 및 하부 보강부재의 내주면과 상기 상부 및 하부 폴피이스의 외주면이 각각에 형성된 나사산을 통해 각각 이동 가능하게 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 진공챔버의 내부에서, 상기 상부 및 하부 보강부재의 단부는 각각 상기 상부 및 하부 폴피이스의 단부에 비해 진공챔버의 내부로 더 돌출되어 링 형상의 자기장 보정부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자기장 포커싱 장치.
  10. 웨이퍼가 장입된 공간을 둘러싸는 진공챔버; 상기 진공챔버 내부에 상기 웨이퍼와 소정 간격을 두고 대향하도록 배치되어 상기 웨이퍼를 향해 전자빔을 방출하는 전자빔 이미터; 및 상기 전자빔 이미터로부터 방출된 전자빔의 경로를 제어하기 위한 전자기장 포커싱 장치;를 구비하는 전자빔 리소그라피 시스템에 있어서,
    상기 전자기장 포커싱 장치는:
    상기 진공챔버 내에 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 및
    상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 서로 대향하도록 설치된 것으로, 상기 자기장 발생부에서 형성된 자기장을 상기 진공챔버의 내부로 인가하기 위한 상부 및 하부 폴피이스;를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 폴피이스가 상기 진공챔버에 대해 상하로 이동함으로써 상기 진공챔버 내부의 자기장 균일도를 조정 가능한 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 폴피이스는 강자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 상기 상부 및 하부 폴피이스를 코어로 하는 전자석으 로서, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스의 외주면에 각각 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부에서 발생한 자속이 상기 상부 폴피이스로부터 진공챔버 내부를 관통하여 하부 폴피이스를 지나 다시 상부 폴피이스로 순환하도록 하는 자로 형성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자로 형성부는, 상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스에 각각 그 양단부가 자기적으로 접촉되도록, 상기 진공챔버의 좌우측면 중 적어도 한 측면을 둘러싸는 강자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는:
    상기 진공챔버의 외부로 돌출된 상부 및 하부 폴피이스에 각각 그 양단부가 자기적으로 접촉된 자로 형성부; 및
    상기 자로 형성부의 외주면에 권선된 코일;을 포함하는 전자석인 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 자로 형성부는 상기 진공챔버의 좌우측면 중 적어도 한 측면을 둘러싸는 강자성체인 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 진공챔버는 비자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공챔버의 천정벽과 바닥벽을 각각 관통하여 설치된 것으로, 상기 상부 및 하부 폴피이스의 외주면을 각각 둘러싸는 강자성체로 이루어진 상부 및 하부 보강부재를 더 포함하며,
    상기 상부 및 하부 보강부재의 내주면과 상기 상부 및 하부 폴피이스의 외주면이 각각에 형성된 나사산을 통해 각각 이동 가능하게 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 진공챔버의 내부에서, 상기 상부 및 하부 보강부재의 단부는 각각 상기 상부 및 하부 폴피이스의 단부에 비해 진공챔버의 내부로 더 돌출되어 링 형상의 자기장 보정부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 보강부재의 단부에는 상기 전자빔 이미터와 웨이퍼 사이에 전기장을 형성시키기 위한 상부 및 하부 전극판이 각각 소정의 간격을 두고 서로 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 고정하기 위한 웨이퍼 홀더가 상기 하부 전극판에 설치되며, 상기 전자빔 이미터는 상기 웨이퍼 홀더와 대향하도록 상기 상부 전극판에 설치되는 것을 특징으로 전자빔 리소그라피 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 보강부재 각각의 내경은 상기 웨이퍼의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 전극판 각각의 외경은 상기 웨이퍼의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그라피 시스템.
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