KR101010130B1 - 전자빔 큐어링 장비 - Google Patents

전자빔 큐어링 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로할로우 캐소드 어레이(Microhollow Cathod Array, 이하 "MCA"라 함)를 채용하여 상압하에서 플라즈마를 안정성있고 균일하게 확보하고, 전자빔 주입 과정에 발생되는 파티클 문제점을 개선시킨 전자빔 큐어링 장비를 개시한다. 본 발명의 전자빔 큐어링 장치는, 상부에 위치하여 공정 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이 설치된 탑(Top), 캐소드와 유전장벽물질 및 애노드를 포함하는 모듈 형태이며 공정 가스를 하부로 관통시키는 관통구를 다수개 가지고 상기 챔버의 내벽과 제 1 인슐레이터를 사이에 두고 설치되는 MCA, 및 상기 MCA 하부에 플라즈마를 생성하는 공간을 사이에 두고 설치되며 상기 챔버와 제 2 인슐레이터를 사이에 두고 설치되는 그리드를 구비하며 상부를 이루는 플라즈마 발생실; 상기 플라즈마 발생실의 하부를 이루며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지를 구비하는 반응실; 상기 반응실 하부에 연통되어 상기 플라즈마 반응실과 상기 반응실의 내부압을 상압으로 유지시키는 진공 펌핑 수단; 및 상기 MCA의 캐소드와 애노드에 고주파 전압을 공급하는 고주파 파워 서플라이, 상기 그리드에 저전압을 제공하는 저전압 파워 서플라이, 및 상기 웨이퍼 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼에 상기 고주파 전압과 상이한 펄스를 공급하는 펄스 파워 서플라이를 포함하는 파워 공급 수단;을 구비한다.

Description

전자빔 큐어링 장비{Electron beam curing equipment}
도 1은 종래 전자빔 큐어링 장비의 구성을 설명하는 도면
도 2는 본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장비의 구성을 설명하는 도면
본 발명은 전자빔 큐어링 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로할로우 캐소드 어레이(Microhollow Cathod Array, 이하 "MCA"라 함)를 채용하여 상압하에서 플라즈마를 안정성있고 균일하게 확보하고, 전자빔 주입 과정에 발생되는 파티클 문제점을 개선시킨 전자빔 큐어링 장비에 관한 것이다.
현재 0.117㎛ 이하 공정 기술이 적용되는 반도체 디바이스를 제조하기 위하여 ArF(193nm)를 포함한 딥 UV 포토레지스트(Deep UV Photoresist)를 이용한 포토 마스크 공정이 적용된다.
그러나, 종래의 딥 UV 포토레지스트를 이용한 포토 마스크 공정은 과도한 포토레지스트 플로우(Flow)와 선폭의 축소가 발생한다. 그러므로, 그에 따라서 건식식각 공정에서 라인 스트라이에이션(Line striation)이 발생하여 선폭의 균일성이 급격히 저하되고, 포토레지스트의 선택비가 저하되는 문제점이 발생한다.
상기한 문제점을 해소하기 위하여 전자빔 큐어링 장비를 이용하여 딥(Deep) UV 포토레지스트에 전자빔을 도핑(Doping)한다.
전자빔 도핑을 위한 종래의 전자빔 큐어링 장비는 도 1과 같다.
도 1에서, 챔버(10)는 상부와 하부에 구성되는 플라즈마 발생실(5)과 반응실(7)로 구분되고, 플라즈마 발생실(5)은 상부에 캐소드(12)가 구성되고 하부에 애노드 그리드(14)가 구성된다. 캐소드(12)에는 고전압 파워 서플라이(16)가 연결되어서 고전압이 제공되고, 애노드 그리드(14)에는 저전압 파워 서플라이(18)가 연결되어서 저전압을 제공한다.
그리고, 캐소드(12)와 애노드 그리드(14) 사이는 인슐레이터(13)로 절연된다.
상기한 바와 같이 플라즈마 발생실(5)이 구성되어, 금속으로 이루어진 캐소드(12)와 애노드 그리드(14)에 직류 전압을 제공함에 따라서 플라즈마가 발생되고, 이로 인하여 발생된 전자들은 애노드 그리드(14)를 통하여 반응실(7)로 추출된다.
반응실(7)의 내부는 척(20) 상에 웨이퍼(24)가 안착되며, 웨이퍼(24)는 애노드 그리드(14) 하부에 배치된다. 그리고, 하부 일단에 분자증착 펌핑을 수행하는 고진공펌프(26)가 밸브(28)를 통하여 배관으로 연결되며, 고진공펌프(26)에는 기계적 펌핑을 수행하는 드라이펌프(30)가 연결된다.
상기한 바와 같이 구성됨으로써 종래의 전자빔 큐어링 장비는 웨이퍼(24)에 전자빔을 도핑한다.
그러나, 상술한 종래의 전자빔 큐어링 장비는 저압 상태에서 발생하는 플라 즈마를 이용하기 때문에 진공 환경을 만들기 위하여 소요되는 비용이 많이 발생하고, 공정이 진공 챔버에 대한 의존도가 높다는 단점이 있다.
또한, 종래의 전자빔 큐어링 장비는 금속 성분의 애노드 그리드와 캐소드가 집적 플라즈마에 노출되기 때문에 파티클 발생의 문제점이 있으며, 최근 채용되는 300mm 이상의 웨이퍼 프로세스를 위해서는 보다 안정적인 대면적 플라즈마 소스가 필요한 설정이다.
본 발명의 목적은 딥 UV 포토레지스트를 이용한 포토 마스크 공정과 그 이후 수행되는 건식 식각에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위한 전처리 공정으로 전자빔 도핑을 상압 상태에서 진행가능케 하고, 챔버에 대한 의존성을 저하시킴에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전자빔 큐어링 장치에서 전자빔을 추출하는 과정에서 파티클을 제거하여 파티클에 의한 영향을 줄임에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 300mm 이상의 웨이퍼 프로세스를 전자빔 큐어링 장치에서 수행하기 위하여 안정적인 대면적 플라즈마 소스가 형성되도록 함에 있다.
본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장치는, 상부에 위치하여 공정 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이 설치된 탑(Top), 캐소드와 유전장벽물질 및 애노드를 포함하는 모듈 형태이며 공정 가스를 하부로 관통시키는 관통구를 다수개 가지고 상기 챔버의 내벽과 제 1 인슐레이터를 사이에 두고 설치되는 MCA, 및 상기 MCA 하부에 플 라즈마를 생성하는 공간을 사이에 두고 설치되며 상기 챔버와 제 2 인슐레이터를 사이에 두고 설치되는 그리드를 구비하며 상부를 이루는 플라즈마 발생실; 상기 플라즈마 발생실의 하부를 이루며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지를 구비하는 반응실; 상기 반응실 하부에 연통되어 상기 플라즈마 반응실과 상기 반응실의 내부압을 상압으로 유지시키는 진공 펌핑 수단; 및 상기 MCA의 캐소드와 애노드에 고주파 전압을 공급하는 고주파 파워 서플라이, 상기 그리드에 저전압을 제공하는 저전압 파워 서플라이, 및 상기 웨이퍼 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼에 상기 고주파 전압과 상이한 펄스를 공급하는 펄스 파워 서플라이를 포함하는 파워 공급 수단;을 구비한다. 그러므로, 상기 플라즈마 발생실에서 발생된 플라즈마가 상기 반응실로 이동하고, 그 결과 상기 반응실에서 플라즈마 이온이 상기 웨이퍼로 도핑되어서 포토레지스트가 큐어링된다.
이하, 본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장치는 MCA를 채용한다. 여기에서, MCA는 캐소드와 애노드 사이에 유전장벽물질(Dielectic Barrier Material)을 사용하는 구성을 갖는 것이다.
상기한 MCA는 전극에 서로 다른 주파수의 파워를 인가하면 매우 안정한 대면적 플라즈마를 발생시킬수 있다는 보고(Y.Guo and F.Hong, "radio Frequency microdischarge arrays for large-area cold atomospheric plasma generation", Applied Physics Lettet vol. 82,337(2003))를 활용하여 디자인되었고, 상압하에서 유전률은 진공에 비하여 3배 이상이 되도록 구성됨이 바람직하다.
상기한 MCA와 제 3의 전극에 서로 다른 파워를 인가하면 상기 보고와 같이 상압하에서 플라즈마의 안정성과 균일성이 확보된다.
이에 따른 전자빔 큐어링 장비의 구성은 도 2와 같이 개시될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장비는 상부와 하부로 구분되는 플라즈마 발생실(35)과 반응실(37)을 구비한다.
플라즈마 발생실(35)은 상부 탑(Top)(40)의 하부에 가스 노즐(42)이 설치되어 공정 가스를 하부로 분사하도록 구성되며, 공정 가스로써 헬륨(H2), 아르곤(Ar), 산화질소(N2O), 이산화질소(H2O), 공기 등이 이용될 수 있다.
그리고, 플라즈마 발생실(35)의 상부 측벽에는 캐소드(44), 유전장벽물질(46) 및 애노드(48)를 구비하는 MCA(50)가 설치되며, MCA(50)와 챔버의 내벽 사이에는 인슐레이터(52)가 설치된다. 그리고, MCA(50)는 상부로 공급된 공정 가스를 하부로 관통시키는 관통구들을 다수 개 갖는다. 또한 MCA(50)의 캐소드(44)와 애노드(48)는 고주파 파워 서플라이(54)에 연결되어 고주파 전압을 공급받으며, 상기 관통구들을 통과하는 공정 가스는 고주파 전압에 의하여 여기된다.
상기에 있어서, MCA(50)의 유전장벽물질(46)은 두께가 0.5㎝ 내지 3㎝로 설정됨이 바람직하며, 유전장벽물질(46)의 두께를 조절할 수 있는 장치가 설치됨이 바람직하다.
그리고, MCA(50)의 하부에는 플라즈마를 생성하는 공간이 형성되며, 그 하부 에 그리드(58)가 설치되고, 그리드(58)는 저전압 파워서플라이(60)에 의하여 저압이 바이어스되고, 그리드(58)와 플라즈마 발생실(35)을 이루는 챔버 사이에는 인슐레이터(56)가 설치된다.
여기에서 저전압 파워 서플라이(60)는 전자들의 에너지 조절 즉 포토레지스트에 입사되는 도즈 깊이를 결정하기 위하여 전위를 외부에서 조절할 수 있도록 설정됨이 바람직하다. 그러므로 저전압 파워 서플라이(60)의 전위를 조절함으로써 전자빔의 양과 세기를 조절할 수 있다.
그리고, 상기 그리드(58)는 금속성 재질이 아닌 실리콘(Si) 또는 탄탈륨(Ta) 재질을 이용한다.
상기 MCA(50)를 통과한 공정 가스는 MCA(50)에 인가된 고전압과 그리드(58)에 인가된 저압에 의하여 MCA(50) 하부에서 플라즈마 상태로 변환된다. 이때, 상기 그리드(58)는 금속성 재질이 아니므로 파티클이 발생되지 않는다.
플라즈마 발생실(35)에서 생성된 플라즈마 가스는 반응실(37)로 이동되며, 반응실(37)은 내부에 스테이지(62)가 구성되고, 스테이지(62) 상부에는 웨이퍼(64)가 로딩되며, 웨이퍼(64)를 로딩하기 위한 구동부(66)가 스테이지(62) 하부에 구성된다. 그리고, 스테이지(62)에는 펄스 파워 서플라이(68)가 전기적으로 연결되어 상부의 웨이퍼(64)에 70KHz 내지 130kHz의 펄스를 인가하도록 구성된다. 펄스 파워 서플라이(68)는 안정적인 대면적 플라즈마를 발생시키기 위한 것이다.
삭제
그리고, 반응실(37)의 하부에는 진공펌프(72)가 밸브(70)를 통하여 챔버에 연결되도록 구성되며, 진공펌프(72)는 챔버 내부를 상압으로 유지시킨다.
상술한 바와 같이 구성됨으로써, 본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장비는 플라즈마 발생실(35)에서 플라즈마를 발생시켜서 반응실(37)에 로딩된 웨이퍼(64)의 표면의 포토레지스트에 전자빔을 도핑하여 전자빔 큐어링을 실시한다.
구체적으로, 전자빔 큐어링 장비는 상압으로 설정된 환경에서 MCA(50)와 웨이퍼(64)에 각각 고주파 전압 및 펄스 전압이 인가됨으로써 플라즈마 발생실(35)에서 플라즈마가 발생되어 반응실(37)로 이동하며, 이동된 플라즈마 상태의 전자는 웨이퍼(64)의 포토레지스트로 도핑된다.
이때, 전자빔의 양과 세기는 저전압 파워 서플라이(60)에 의하여 조절되는 전위에 따라서 제어될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔 큐어링 장비는 상압 환경에서 공정이 진행되므로 저압을 생성하기 위하여 소요되는 비용 발생이 불필요하며, 또한 그 만큼 진공 챔버에 대한 의존도가 저하된다.
또한, 본 발명에서 비금속성 재질의 그리드를 사용함에 따라서 원천적으로 금속성 파티클의 발생이 방지된다.
또한, 본 발명은 MCA(50)를 채용하고, MCA(50)와 웨이퍼(64)에 서로 다른 주파수의 파워를 인가함으로써 안정적인 대면적 플라즈마가 생성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전자빔 도핑을 상압 상태에서 진행가능케 하고, 챔버에 대한 의존성이 개선되는 효과가 있으며, 전극에 의한 파티클 발생이 방지됨으로써 그에 의한 영향을 방지할 수 있다. 또한, 300mm 이상의 웨이퍼 프로세스를 적용하기 위한 안정적인 대면적 플라즈마를 얻을 수 있어서 공정의 효율성이 개선되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 상부에 위치하여 공정 가스를 공급하기 위한 가스 노즐이 설치된 탑(Top), 캐소드와 유전장벽물질 및 애노드를 포함하는 모듈 형태이며 공정 가스를 하부로 관통시키는 관통구를 다수개 가지고 챔버의 내벽과 제 1 인슐레이터를 사이에 두고 설치되는 MCA, 및 상기 MCA 하부에 플라즈마를 생성하는 공간을 사이에 두고 설치되며 상기 챔버와 제 2 인슐레이터를 사이에 두고 설치되는 그리드를 구비하며 상부를 이루는 플라즈마 발생실;
    상기 플라즈마 발생실의 하부를 이루며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지를 구비하는 반응실;
    상기 반응실 하부에 연통되어 상기 플라즈마 반응실과 상기 반응실의 내부압을 상압으로 유지시키는 진공 수단; 및
    상기 MCA의 캐소드와 애노드에 고주파 전압을 공급하는 고주파 파워 서플라이, 상기 그리드에 저전압을 제공하는 저전압 파워 서플라이, 및 상기 웨이퍼 스테이지 상에 안착되는 웨이퍼에 상기 고주파 전압과 상이한 펄스를 공급하는 펄스 파워 서플라이를 포함하는 파워 공급 수단;을 구비함으로써 상기 플라즈마 발생실에서 발생된 전자가 상기 반응실로 이동하여 상기 웨이퍼로 도핑되어 포토레지스트 큐어링을 수행함을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MCA의 유전장벽물질은 두께가 0.5㎝ 내지 3㎝로 설정됨을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전장벽물질은 두께가 조절 가능하고, 상기 두께를 조절하는 장치가 더 구성됨을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그리드는 실리콘(Si) 또는 탄탈륨(Ta) 중 어느 하나가 재질로 이용됨을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 파워 서플라이는 웨이퍼에 70kHz 내지 130KHz의 펄스를 인가함을 특징으로 하는 전자빔 큐어링 장비.
  7. 삭제
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