KR100895630B1 - 전자빔 방출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자빔 방출 장치에 관한 것으로서, 내부 공간이 형성되고, 상부에 반응 가스가 공급되는 다수 개의 가스 홀이 형성되며, 일측에 상기 가스가 배출되는 배출구가 형성되는 챔버, 다수 개의 미세 홀이 형성되고, 상기 가스 홀의 하측에 설치되는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이, 다수 개의 홀이 형성되고, 상기 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이의 하측으로 소정거리 이격되도록 설치되는 애노드 전극, 다수 개의 홀이 형성되고, 상기 애노드 전극의 하측으로 소정거리 이격되도록 설치되는 그리드 전극 및 상기 그리드 전극의 하측에 설치되고, 상부에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이를 사용함으로써 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 상압에서 진공상태까지의 다양한 환경에서 공정이 가능한 효과가 있다.
반도체, 웨이퍼, 박막, 경화, 전자빔.

Description

전자빔 방출장치{Electron Beam Source}
본 발명은 전자빔 방출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이를 사용함으로써 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 상압에서 진공상태까지의 다양한 환경에서 공정이 가능한 전자빔 방출장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 도전막 및 절연막의 증착 공정과 포토리소그라피 공정에 의한 마스크 형성 공정 및 마스크를 이용한 식각 공정에 의해 제조된다.
포토리소그라피 공정은 식각 대상층 상에 레지스트를 도포, 노광 및 현상해서 임의의 레지스트 패턴을 형성해주는 공정이며 기판 상에 형성하고자 하는 실제 패턴은 포토리소그라피 공정에서 구현될 수 있는 패턴에 크게 영향을 받는다.
현재까지의 반도체 기술은 고집적화에 따른 패턴의 미세화를 위해 노광시 DUV(Deep Ultra-violet) 및 ArF 등의 보다 짧은 파장의 광원을 사용하고 있다.
이로 인해 포토리소그라피 공정시 과도한 레지스트 플로우 및 선형 축소 현 상이 발생하여 식각 공정에서 라인 스트라이에이션(Striation) 현상이 발생되는 문제가 있었다.
종래에는 이러한 라인 스트라이에이션 현상을 방지하기 위해 레지스트의 노광 후에 전자빔 방출 장치를 이용하여 레지스트를 경화시키는 공정을 수행한다.
하지만 종래의 전자빔 방출 장치는 일반적으로 저압 상태에서 발생하는 플라즈마를 이용하기 때문에 진공 챔버에 대한 의존도가 높고, 진공 상태를 형성하기 위해 많은 비용이 소모되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해소하고자 제안된 공개특허 제2005-59894호에 따른 전자빔 큐어링 장치가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자빔 큐어링 장치는 진공 챔버(100)의 상부에 다수 개의 가스 홀(110)이 형성되고, 가스 홀(110)의 하측으로 MCA(Micro Hollow Cathode Array;200)가 설치된다.
MCA(200)란 상부로부터 캐소드, 유전장벽물질 및 애노드가 적층식으로 형성된 것으로서, 다수 개의 홀이 형성되어 상부의 가스 홀(110)으로부터 공급된 가스가 MCA(200)의 홀을 통과하면서 캐소드와 애노드의 전압차에 의해 MCA(200)의 하부에 플라즈마가 형성된다.
이때 전자들이 그리드 전극(300)을 통해 웨이퍼 척(500)에 안착된 웨이퍼(400) 상에 방출되어 웨이퍼(400) 상의 레지스트를 경화시킨다.
이와 같은 MCA(200)를 이용한 전자빔 큐어링 장치는 비교적 안정한 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있지만 캐소드와 애노드 간의 유전장벽물질의 두께의 조절에 어려움이 따라 제조 공정이 복잡한 문제가 있다.
특히, 캐소드와 애노드 간의 유전장벽물질의 두께가 일정하지 않은 경우 플라즈마 밀도의 균일도가 저하되는 문제가 있어 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법에 대한 필요성이 심각하게 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이를 사용함으로써 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 상압에서 진공상태까지의 다양한 환경에서 공정이 가능한 전자빔 방출장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 내부 공간이 형성되고, 상부에 반응 가스가 공급되는 다수 개의 가스 홀이 형성되며, 일측에 상기 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되는 챔버, 다수 개의 미세 홀이 형성되고, 상기 가스 홀의 하측에 설치되는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이, 다수 개의 홀이 형성되고, 상기 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이의 하측으로 소정거리 이격되도록 설치되는 애노드 전극, 다수 개의 홀이 형성되고, 상기 애노드 전극의 하측으로 소정거리 이격되도록 설치되는 그리드 전극 및 상기 그리드 전극의 하측에 설치되고, 상부에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척이 제공된다.
이때 상기 웨이퍼를 가열하기 위해 상기 웨이퍼 척의 하측에 설치되는 가열수단이 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 챔버의 가스 배출구의 일측에 설치되는 진공펌프가 더 포함되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 애노드 전극 및 그리드 전극의 재질은 흑연(Graphite)인 것이 보다 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이를 사용함으로써 높은 플라즈마 밀도를 얻을 뿐만 아니라 상압에서 진공상태까지의 다양한 환경에서 공정이 가능한 효과가 있다.
또한, 그리드 전극을 사용함으로써 전자의 방출속도가 조절 가능하여 대상물에 대한 정확한 침투깊이로 방출 가능하고 그리드 전극에 양부의 전극(Pulse 전원 등)을 사용함으로써 웨이퍼 등의 가공 대상물에 발생할 수 있는 부분 전자 충전 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 애노드 전극 및 그리드 전극이 흑연으로 구성됨으로써 오염도가 낮아지는 효과가 있다.
또한 기타의 박막 공정의 절연막으로 사용되는 각종 폴리이미드(Polyimide) 등의 경화공정에 사용하면 타 경화 방법에 비해 상당히 빠른 경화를 할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전자빔 방출장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔 방출장치는 내부 공간이 형성된 챔버(10)가 제공되고, 챔버(10)의 내부 공간에 상부로부터 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(Hollow Cathode Micro jet Array;20), 애노드 전극(25), 그리드 전극(30)이 순차적으로 설치되어 하부의 웨이퍼 척(35)에 안착된 웨이퍼(50) 상에 전자빔을 방출하는 구조를 취한다.
이러한 전자빔 방출장치는 챔버(10)의 내부에 공정가스를 공급하기 위하여 챔버(10)의 상부에 다수 개의 가스 홀(11)이 형성되고, 하부에는 가스를 챔버(10)의 외부로 배출하기 위한 배출구(13)가 형성된다. 이때 배출구(13)의 일측에는 챔버(10) 내부의 기압을 조절하기 위한 진공 펌프(75)가 설치되며, 진공 펌프(75)와 배출구(13) 간에는 밸브(70)가 설치된다.
가스 홀(11)을 통해 공급되는 공정가스는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)와 애노드 전극(25) 간에 플라즈마를 형성하기 위해 공급되는 것으로서, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및 질소(N₂) 등의 불활성 기체가 사용될 수 있다.
가스 홀(11)의 하측으로는 소정거리 이격되도록 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)가 설치되고, 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)는 150㎛ ~ 500㎛ 정도의 직경을 갖는 미세 홀(20a)이 다수 개 형성되어 있다.
이때 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)에는 전원 공급부(81)가 연결되며, 이러한 전원 공급부(81)는 DC전원 또는 RF전원인 것이 바람직하다.
이러한 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)는 미세 홀(20a)의 직경 및 두 께를 조절함으로써 진공 상태에서 상압까지 다양한 환경에서 플라즈마 형성이 가능할 뿐만 아니라 미세 홀(20a) 내의 전자 진동(Electron oscillation) 현상에 의해 플라즈마의 이온화 율이 현저히 높은 것으로 알려져 있다.
할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)의 하측으로는 소정거리 이격되도록 다수 개의 홀(25a)이 형성된 애노드 전극(25)이 설치되는데, 이때 챔버(10)의 내벽과 애노드 전극(25) 간에는 인슐레이터(60)가 설치된다.
이러한 애노드 전극(25)에는 전원 공급부(83)이 연결되어 양전압을 인가하며, 이러한 전원 공급부(83)는 DC전원인 것이 바람직하다.
또한, 전술한 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)와 애노드 전극(25)은 공정조건에 따라 0.5㎜ ~ 4㎜의 간격으로 이격되도록 설치되는 것이 보다 바람직하다.
애노드 전극(25)의 하측으로는 다수 개의 홀(30a)이 형성된 그리드 전극(30)이 소정거리 이격되도록 설치되는데, 이때 챔버(10)의 내벽과 그리드 전극(30) 간에는 인슐레이터(60)가 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 그리드 전극(30)은 전원 공급부(85)가 연결되어 고전압이 인가됨으로써 전자를 가속시킨다. 이때 그리드 전극(30)에 연결되는 전원 공급부(85)는 DC전원 또는 Pulse전원인 것이 바람직하며, 그리드 전극(30)에 인가되는 전압을 조절함으로써 방출되는 전자의 속도가 제어 가능하다. 전원 공급부(85)로서 Pulse 전원을 사용하는 경우 웨이퍼 등 가공 대상물에 부분 전자 충전 현상이 발생하는 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 그리드 전극(30)으로서 흑연(Graphite)이 사용되어 전자빔 방출장치의 공정시 파티클이 발생하지 않도록 하였으며, 대구경 장치의 경우에는 흑연이 아닌 금속재가 사용될 수도 있다.
그리드 전극(30)의 하측으로는 가공 대상물인 웨이퍼(50)가 안착되는 웨이퍼 척(35)이 설치되며, 웨이퍼 척(35)에는 전원 공급부(80)가 연결된다.
또한, 웨이퍼 척(35)의 하부에는 가열 수단(40)이 설치되는데, 가열 수단(40)은 웨이퍼(50)를 가열하여 경화 효율을 높이기 위한 구성으로서, 적외선 램프(IR Lamp), 할로겐 램프(Halogen Lamp) 및 히터(Heater) 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 전자빔 방출장치의 동작을 설명하면, 챔버(10)의 내부 공간이 상압인 상태 또는 진공 펌프(75)가 작동하여 챔버(10)의 내부 공간이 진공상태에서 가스 홀(11)을 통해 공정가스가 공급되고, 공급된 공정가스는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)의 미세 홀(20a)을 통해 하부로 공급된다.
공정가스는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)와 애노드 전극(25)의 전압차에 의해 이온화되어 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)와 애노드 전극(25) 간에 플라즈마가 형성된다. 이때 형성되는 플라즈마는 전술한 바와 같이 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이(20)에 의해 높은 이온화 율, 즉 높은 플라즈마 밀도(Density)를 갖는다.
이때 전자가 애노드 전극(25)의 홀(25a)을 통해 하부로 방출되고, 방출된 전자는 그리드 전극(30)의 홀(30a)을 통과하면서 그리드 전극(30)에 인가된 고전압에 의해 가속되어 웨이퍼 척(35)에 안착된 웨이퍼(50) 상에 방출됨으로써 웨이퍼(50) 상의 박막을 경화시킨다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 공개특허 제2005-59894호에 따른 전자빔 큐어링 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자빔 방출장치를 도시한 도면이다.
<주요도면부호에 관한 설명>
10 : 챔버 11 : 가스 홀
13 : 배출구
20 : 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이 20a: 미세 홀
25 : 애노드 전극 25a, 30a: 홀
30 : 그리드 전극 35 : 웨이퍼 척
40 : 가열 수단 50 : 웨이퍼
60 : 인슐레이터 70 : 밸브
75 : 진공펌프 81, 83, 85 : 전원 공급부

Claims (4)

  1. 내부 공간이 형성되고, 상부에 공정 가스가 공급되는 다수 개의 가스 홀이 형성되며, 일측에 상기 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성되는 챔버;
    다수 개의 미세 홀이 형성되고, 상기 가스 홀의 하측에 설치되는 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이;
    다수 개의 홀이 형성되고, 상기 할로우 캐소드 마이크로 젯 어레이의 하측으로 소정거리 이격되도록 설치되는 애노드 전극;
    다수 개의 홀이 형성되고, 상기 애노드 전극의 하측으로 소정거리 이격되도록 설치되며 DC 전원 또는 펄스 전원이 인가되는 그리드 전극; 및
    상기 그리드 전극의 하측에 설치되고, 상부에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 방출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 가열하기 위해 상기 웨이퍼 척의 하측에 설치되는 가열수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자빔 방출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 가스 배출구의 일측에 설치되는 진공펌프가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자빔 방출장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 전극 및 그리드 전극의 재질은 흑연(Graphite)인 것을 특징으로 하는 전자빔 방출장치.
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