KR101419375B1 - 이온빔 에칭장치 - Google Patents

Abstract

이온빔을 이용하여 대상재를 식각하는 이온빔 에칭장치가 개시된다. 개시된 이온빔 에칭장치는 식각 대상재인 기판을 지지하는 고정형 홀더와, 기판의 식각을 위한 이온빔을 방출하는 이온 소스 및, 이온 소스에서 방출된 이온빔이 기판을 향해 대칭적으로 조사되도록 가이드하는 대칭집중형 그리드를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 기판의 틸팅과 로테이션 같은 준비작업이 생략될 수 있어서 작업 속도가 크게 향상되어 생산성이 개선되며, 장비도 간소화할 수 있다.

이온빔, 에칭, 식각, DTM

Description

이온빔 에칭장치{Ion beam etcher}

본 발명은 이온빔으로 대상재를 식각하는 이온빔 에칭장치에 관한 것으로서, 특히 가공 준비작업에 걸리는 시간을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 개선된 이온빔 에칭장치에 관한 것이다.

최근 기록매체의 고용량화에 대한 요구가 늘어감에 따라, DTM(discrete track media)과 같이 트랙 피치가 매우 짧은 매체가 등장하고 있다. 이 DTM은 트랙 간의 기록층을 제거함으로써 신호대 노이즈비(SNR) 특성을 향상시킬 수 있으며, 서보 패턴을 직접 매체에 기록할 수 있어서 서보 기록 시간을 단축시킬 수 있는 등의 효과를 갖고 있어서, 차세대 자기기록매체의 기술로 각광을 받고 있다.

한편, 기록매체를 제작할 때에는 기판에 트랙 패턴을 형성하기 위한 식각 공정을 거치게 되는데, 이 DTM과 같은 고밀도 매체를 제작하는 경우에는 식각 작업에 몇 가지 제약 조건이 따르게 된다.

첫째는, 비등방성 식각이 되어야 한다는 점이다. 즉, 트랙 피치가 수십nm에 불과한 패턴을 식각해내야 하기 때문에, 식각 부위를 오목한 구형으로 파고 들어가는 등방성식각이 되면 트랙 간 경계가 불분명해질 수가 있다. 따라서 트랙 경계가 명확해지기 위해서는 상대적으로 예리한 경계를 만들 수 있는 비등방성 식각이 진행되어야 한다. 따라서, 등방성 식각 특성을 보이는 습식 식각(wet etching)이나 플라즈마 식각(plasma etching) 공정은 이용할 수 없다.

둘째는, 고밀도 기록매체는 대개 양면에 모두 트랙이 형성되기 때문에, 기판을 홀더의 지지면 위에 올려놓고 식각을 진행하게 되면, 반대면 식각을 위해 기판을 뒤집을 때 앞서 식각된 면이 홀더의 지지면에 문질러져서 손상되기 쉽다. 따라서, 홀더에 기판을 올려놓고 홀더를 통해 기판에 전압을 인가해야 하는 반응성 이온 에칭(reactive ion etching)은 이용할 수 없다.

셋째는, 생산속도와 관련된 것으로 시간 당 800장 정도는 식각 처리를 할 수 있어야 한다.

이러한 조건들을 감안할 때 가장 적합하게 이용될 수 있는 식각장치는 이온빔 에칭장치가 된다. 즉, 이온빔 에칭은 비등방성 식각 특성을 나타내며, 반응성 이온 에칭처럼 홀더를 통해 기판에 전압을 인가해야 하는 식각 방식도 아니므로 홀더를 식각면과 직접 닿지 않게만 적절하게 구성하면 양면 식각에도 적합하다.

다만, 생산속도가 문제가 되는데, 기존에 반도체 식각 등에 사용되던 이온빔 에칭장치는 시간당 10장 정도를 식각할 수 있는 처리 속도 밖에 되지 않는다. 그것은 식각 준비 작업에 특히 시간이 많이 걸리기 때문인데, 그 이유를 도면으로 살펴보면 다음과 같다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 이온빔 에칭장치는 식각 대상재인 기판(1)을 지지하는 홀더(13)와, 이온빔을 그리드(12)를 통해 방출하여 기판(1)에 조사하는 이온 소스(11)를 구비하고 있다. 그리고, 홀더(13)는 이온빔 을 기판(1)에 비스듬히 입사되도록 기울여주는 틸트 기능과, 회전을 위한 로테이션 기능을 구비하고 있다. 따라서, 식각 작업을 진행하려면 우선 기판(1)을 홀더(13) 위에 로딩하고, 그 다음에 홀더(13)를 적정한 입사각이 되도록 틸팅한 후, 로테이션을 시작한다. 이러한 준비과정이 다 끝나고 나면, 비로소 이온 소스(11)가 가동하여 이온빔을 기판(1)에 조사하게 된다. 여기서, 홀더(13)를 틸팅하는 이유는, 이온빔의 충돌로 떨어져 나가는 기판 입자가 융기된 상태로 남아있는 인접 돌출부의 측벽으로 튀어서 달라붙는 현상을 방지하기 위해서이다. 그리고, 만일 틸팅된 채로 고정되어 있다면 한 쪽 방향으로만 식각이 진행되기 때문에 홀더(13)를 로테이션시켜서 대칭적으로 식각이 진행되게 하는 것이다. 따라서, 이러한 작업 특성 상 정작 이온빔을 방출하는 식각 시간 보다 그 전에 기판(1)을 로딩한 다음 홀더(13)의 틸팅 각도를 맞추고 로테이션시키고 하는 준비시간이 많이 걸려서 전체적인 생산성이 떨어지는 것이다.

그러므로, 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 작업 준비 시간을 대폭 단축할 수 있는 새로운 구조의 이온빔 에칭장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 기판의 틸팅과 로테이션과 같이 시간이 많이 걸리는 준비 작업을 생략할 수 있도록 구조가 개선된 이온빔 에칭장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예 에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온빔 에칭장치는, 식각 대상재인 기판을 지지하는 홀더; 상기 기판의 식각을 위한 이온빔을 방출하는 이온 소스; 및, 상기 이온 소스에서 방출된 이온빔이 상기 기판을 향해 대칭적으로 조사되도록 가이드하는 대칭집중형 그리드;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 대칭집중형 그리드는 상기 이온빔을 방출하는 공간의 모양이 콘(cone)형 또는 돔(dome)형일 수 있다..

또한, 상기 홀더는 틸트나 로테이션을 하지 않는 고정형으로서, 상기 기판의 테두리를 지지하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 이온소스는 상기 기판의 양면에 각각 이온빔을 조사할 수 있도록 한 쌍이 구비될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 이온빔 에칭장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 기판의 틸팅과 로테이션 같은 준비작업이 생략되므로, 작업 속도가 크게 향상되어 생산성이 개선된다.

둘째, 틸트와 로테이션 기능이 필요 없어지므로 장치를 간소화할 수 있다.

셋째, 기판을 고정한 상태로 식각하기 때문에, 양면의 동시 식각 작업도 가능해진다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온빔 에칭장치의 구조를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 이온빔 에칭장치는, 식각 대상재인 기판(1)을 지지하는 홀더(130)와, 그 기판(1)을 향해 이온빔을 조사하는 이온 소스(110), 그리고 이온빔을 기판(1) 쪽으로 유도하는 대칭집중형 그리드(120)를 구비하고 있다.

먼저, 홀더(130)는 기존과 같은 틸트나 로테이션 기능이 없는 고정형으로 구성되어 있다. 즉, 여기서는 기존처럼 홀더(130)를 틸트하고 로테이션시킬 필요가 없기 때문에, 그와 같은 복잡한 기능을 모두 배제한 고정형으로 구성한다. 그리고, 홀더(130)는 기존처럼 기판(1)의 일면을 받쳐서 지지하는 것보다 도 3과 같이 테두리를 클램핑하여 지지하도록 구성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 후술하기로 한다.

대신, 이러한 틸트와 로테이션의 기능을 상기 이온 소스(110) 전면의 대칭집중형 그리드(120)가 수행하게 된다. 이 대칭집중형 그리드(120)는 이온빔의 방출 공간 모양이 콘(cone) 형으로 형성되어 있어서, 이온빔이 기판(1)의 중앙을 향해 대칭된 상태로 경사져서 조사되도록 가이드한다. 즉, 이온빔이 기판에 경사져서 조사되게 하는 기존의 틸트 기능과, 대칭적으로 조사되도록 하는 로테이션 기능을 이 대칭집중형 그리드(120)가 모두 해주는 것이다.

이와 같은 이온빔 에칭장치를 이용한 기판(1)의 에칭과정은 다음과 같이 진행된다.

먼저, 식각할 기판(1)을 홀더(130)에 장착한다. 물론, 식각이 될 부분과 안 될 부분을 구획해놓는 마스킹 공정을 거친 기판(1)이 장착되는 것이다. 그리고는 틸트나 로테이션 같은 준비작업 없이 이온 소스(110)를 가동하여 바로 식각을 개시한다. 그러면, 이온 소스(110)에서 방출된 이온빔이 대칭집중형 그리드(120)를 통해 기판(1)에 대칭적으로 경사지게 조사되면서 식각을 진행하여 트랙 패턴을 만들게 된다. 따라서, 에칭 공정에서는 식각할 기판(1)을 홀더에 로딩한 후 다른 준비작업 없이 바로 식각에 돌입할 수 있기 때문에, 작업 시간이 기존에 비해 상당히 빨라진다. 따라서, 생산성이 급격히 향상되는 효과를 얻을 수 있으며, 홀더(130)에 틸트와 로테이션 기능을 부가할 필요가 없으므로, 장비도 간소화될 수 있다.

한편, 여기서는 기판(1)의 일면에 대한 식각을 진행하는 경우를 예시하였는데, 도 4에 도시된 바와 같이 기판(1)의 양면 쪽에 이온 소스(110)를 각각 배치해 서 양면에 대한 식각을 동시에 진행하도록 구성할 수도 있다. 즉, DTM과 같은 고밀도 기록매체는 양면에 트랙이 형성되므로, 이렇게 양면을 동시에 식각하도록 장치를 구성하면, 생산성을 더욱 높일 수 있게 된다. 위에서 홀더(130)를 기판(1)의 테두리를 지지하도록 구성하면 유리하다고 한 이유는, 에칭된 면과의 직접 접촉이 없어서 에칭면을 보호할 수도 있는 점, 그리고 상기와 같이 한 쌍의 이온 소스(110)로 양면을 동시 식각할 수 있는 환경을 제공할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 대칭집중형 그리드(120)의 모양으로서 여기서는 콘(cone)형을 예시하였는데, 도 5와 같이 돔(dome)형의 그리드(120')로 구성해도 홀더의 틸트기능과 로테이션 기능을 대체할 수 있는 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 이온빔 에칭장치를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온빔 에칭장치를 도시한 도면,

도 3은 도 2에 도시된 이온빔 에칭장치 중 홀더를 발췌하여 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온빔 에칭장치를 도시한 도면,

도 5는 도 2 및 도 4에 도시된 이온빔 에칭장치에서 대칭집중형 그리드의 변형 가능한 예를 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110...이온 소스 120,120'...대칭집중형 그리드

130...홀더 1...기판

Claims (7)

1. 식각 대상재인 기판을 지지하는 홀더;

   상기 기판의 식각을 위한 이온빔을 방출하도록 구성된 이온 소스; 및,

   상기 이온 소스에서 방출된 이온빔을 상기 기판의 중앙을 향해 경사져서 상기 기판을 향해 대칭적으로 조사되도록 가이드하도록 구성된 대칭집중형 그리드를 포함하는,

   이온빔 식각장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 대칭집중형 그리드는 상기 이온빔을 방출하는 콘(cone)형 모양의 공간을 포함하는,

   이온빔 식각장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 대칭집중형 그리드는 상기 이온빔을 방출하는 돔(dome)형 모양의 공간을 포함하는,

   이온빔 식각장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 홀더는 틸트나 로테이션을 허용하지 않는 고정형인,

   이온빔 식각장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 홀더는 상기 기판의 테두리를 지지하는,

   이온빔 식각장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 이온 소스는 상기 기판의 양면에 각각 이온빔을 조사하도록 제공된 한 쌍의 이온 소스를 포함하는,

   이온빔 식각장치.
7. 양면 동시 이온 빔 에칭의 방법으로서,

   기판의 양면을 동시에 노출시키는 단계 ― 상기 기판의 홀더는 회전하거나 기울여지지 않음 ―;

   적어도 두 개의 이온 빔 소스들로 동시에 상기 기판의 양면에 조사하는 단계; 및

   각각의 이온 빔 소스에 부착된 대칭집중형 그리드를 통해 상기 기판에 대해 미리결정된 입사각으로의 이온 빔 조사를 가이드하여 상기 기판의 양면 동시 에칭을 수행하는 단계를 포함하는,

   양면 동시 이온 빔 에칭의 방법.

Images