KR102467650B1 - 진공 시스템에서 전자층을 이용한 입자 이동 차단 장치 및 리소그래피 장치 - Google Patents

진공 시스템에서 전자층을 이용한 입자 이동 차단 장치 및 리소그래피 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 시스템 내에서 발생하는 미세 입자가 반도체 기판 및 시료 또는 진공 시스템을 사용하는 리소그래피 장치에서 마스크에 흡착되는 것을 방지하고자 하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤브레인 형태의 펠리클을 사용하지 않는 극자외선 리소그래피 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입자 이동 차단 장치의 일 실시예는 내부에 수용부가 형성되어 있는 진공 챔버; 및 상기 진공 챔버 내부에 설치되어, 상기 챔버의 수용부를 제1 영역과 제2 영역으로 구분하는 배리어 모듈;을 포함하며, 상기 배리어 모듈은 상기 제1 영역에 위치하는 소정의 입자가 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 방지하는 것으로, 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어이다.

Description

진공 시스템에서 전자층을 이용한 입자 이동 차단 장치 및 리소그래피 장치{APPARATUS FOR BLOCKING PARTICLE TRANSFER AND LOTHOGRAPHY USING CHARGED BEAM IN VACUUM SYSTEM}
본 발명은 진공 시스템 내에서 발생하는 미세 입자가 반도체 기판 및 시료 또는 진공 시스템을 사용하는 리소그래피 장치에서 마스크에 흡착되는 것을 방지하고자 하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤브레인 형태의 펠리클을 사용하지 않는 극자외선 리소그래피 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조시에 반도체 웨이퍼에 물리적 또는 화학적 증착 방식 등의 다양한 방법으로 박막을 증착하거나 또는 증착된 박막을 식각하는 공정이 수반되게 된다. 이러한 증착 또는 식각의 공정은 진공 챔버 내에서 이루어지는 것이 통상적인데, 이러한 증착 또는 식각의 과정 중에 외부로부터 유입되는 먼지, 또는 진공 챔버 내에서 생성되는 미세입자가 반도체 웨이퍼에 흡착되게 되면, 제조된 디바이스가 동작하지 않게 되어 반도체 제조 공정의 수율이 영향을 받게 된다.
이외에도 증착된 박막을 이용하여 집적 회로를 형성하기 위해서는 패터닝 공정이 필요하게 되는데, 패터닝을 하는 방법으로 포토 리소그래피라는 방법이 사용된다. 포토 리소그래피에서는 패터닝의 원판으로서 포토 마스크가 사용되고, 포토 마스크 상의 패턴이 웨이퍼에 전사된다. 그런데 포토 마스크에 원하지 않는 먼지나 미세입자가 부착되어 있으면 이러한 요소들로 인하여 빛이 흡수되거나, 반사되기 때문에 전사된 패턴이 손상되어 반도체 장치의 성능이나 수율의 저하를 초래하는 문제가 발생한다.
따라서 반도체 집적 공정의 전반적인 작업은 보통 클린룸에서 행해지지만 클린룸 내에도 먼지가 존재하고 또한 공정 중에 발생하는 미세입자가 있기 때문에, 이러한 먼지 또는 미세입자들이 포토 마스크 표면에 부착하는 것을 방지하기 위하여 마스크와 일정한 거리를 두고 멤브레인 형태의 펠리클을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 이 경우, 먼지 또는 미세입자는 포토 마스크의 표면에는 직접 부착되지 않고, 펠리클 막 위에 부착되는데, 펠리클 상에 먼지가 부착되더라도 리소그래피 과정에서는 초점이 포토 마스크의 패턴 상에 일치되어 있으므로 펠리클 상의 먼지는 초점이 맞지 않아 패턴에 전사되지 않는다는 장점이 있다.
펠리클은 노광광의 투과율이 좋아야 하므로 매우 얇은 막으로 구성된다. 특히 미세패턴 공정 개발이 진행됨에 따라, 리소그래피의 분해능은 사용하는 파장에 비례하게 됨으로, 기존의 ArF 파장을 이용한 리소그래피 장치에서 최근에는 13,5 nm의 파장을 갖는 EUV (Extreme Ultra-Violet) 리소그래피 장치가 개발되었다. 앞으로도 지속적인 반도체 패턴 크기의 미세화를 달성하기 위해서 리소그래피 장비는 점점 더 작은 파장을 사용하게 되는 것으로 발전하게 될 전망이다. 문제는 이러한 EUV 파장의 광원은 공기층 또는 물질을 통과할 때의 흡수율이 매우 크기 때문에, 진공 장비내에서 운영되어야 하며 또한 펠리클 제조에 있어 일정량 이상의 투과율을 담보하기 위해서는 수십 나노미터 이하의 매우 얇은 박막의 멤브레인 구조를 이용해야 한다는 점이다. 이와 같이 얇은 멤브레인 구조의 펠리클은 외부의 충격이나 박막 자체의 스트레스로 인해 박막의 파손이나 처짐이 발생할 수 있다. 또한 리소그래피 공정 중에 발생하는 수소라디칼에 의한 부식이 일어나 말아야 하며, EUV 파장의 흡수로 인해 상승하는 온도에 대해 열적 안정성이 담보되어야 한다. 특별하게 파손이나 처짐은 패턴의 전사 과정에서 이미지를 왜곡시킬 수 있으므로, 펠리클 박막의 기계적 강도를 유지하여 처짐이나 파손이 없는 완전한 평판 상태를 유지하는 것이 필요하다.
이를 위해 박막 자체에 적당한 장력(Tensile Stress)를 부여하거나 보강층의 추가 형성 등을 통하여 펠리클 박막을 왜곡을 방지하는 방법을 사용하게 되는데, 이러한 방법은 펠리클 제작 공정의 복잡화를 야기할 뿐만 아니라, 보강층의 첨가로 인해 펠리클 박막의 투과적 특성이 저하되는 문제점이 발생하는 등 극자외선 리소그래피를 위한 펠리클 개발에 어려움이 많은 실정이다. 따라서 멤브레인 형태의 펠리클을 사용하지 않고서도 미세입자나 먼지가 마스크에 부착되지 않도록 하는 새로운 형태의 리소그래피 장치 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 진공 챔버 내에 놓여지는 반도체 기판 상부에 일정한 거리를 두고 전자빔을 생성시켜, 챔버에서 발생하는 입자 또는 먼지가 반도체 기판에 접근할 때, 전자층의 전자에 의하여 입자 또는 먼지가 하전되고, 이렇게 하전된 먼지 또는 입자가 전자층을 통과할 때 전자층에 의하여 형성된 전기적 포텐셜 배리어에 의하여 기판에 도달하지 못하게 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 동일한 방법으로 리소그래피용 광원과 마스크 사이에 전자층으로 이루어진 전기적 포텐셜 배리어를 설치함으로 멤브레인 형태의 펠리클을 사용하지 않는 리소그래피 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 입자 이동 차단 장치의 일 실시예는 내부에 수용부가 형성되어 있는 진공 챔버; 및 상기 진공 챔버 내부에 설치되어, 상기 챔버의 수용부를 제1 영역과 제2 영역으로 구분하는 배리어 모듈;을 포함하며, 상기 배리어 모듈은 상기 제1 영역에 위치하는 소정의 입자가 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 방지하는 것으로, 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어이다.
본 발명에 따른 입자 이동 차단 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 배리어 모듈은 일차원적인 하전입자 발생 장치에 의하여 형성된 전자빔을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 입자 이동 차단 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 배리어 모듈은 소정의 간격으로 배열된 복수의 전자빔을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 입자 이동 차단 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 배리어 모듈은, 상기 챔버 내부 일측에 설치되는 전자빔 발생부; 및 상기 챔버 내부 타측에 설치되며, 상기 전자빔 발생부에서 발생된 전자빔을 수광하는 전자빔 수광부;를 포함한다.
본 발명에 따른 입자 이동 차단 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정의 입자는 먼지 및 공정 중에 발생하는 미세입자 중 적어도 하나이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일 실시예는 내부에 수용부가 형성되어 있는 진공 챔버; 및 상기 진공 챔버 내부에 설치되어, 상기 챔버의 수용부를 리소그래피용 광원이 배치되는 제1 영역과 기판이 배치되는 제2 영역으로 구분하는 배리어 모듈;을 포함하며, 상기 배리어 모듈은 상기 제1 영역에 위치하는 소정의 입자가 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 방지하는 것으로, 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어이다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 배리어 모듈은 일차원적인 하전입자 발생 장치에 의하여 형성된 전자빔을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 배리어 모듈은 소정의 간격으로 배열된 복수의 전자빔을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 배리어 모듈은, 상기 챔버 내부 일측에 설치되는 전자빔 발생부; 및 상기 챔버 내부 타측에 설치되며, 상기 전자빔 발생부에서 발생된 전자빔을 수광하는 전자빔 수광부;를 포함한다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정의 입자는 먼지 및 공정 중에 발생하는 미세입자 중 적어도 하나이다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 소정의 입자는 먼지 및 Sn 파티클이다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판에는 마스크가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 리소그래피용 광원은 EUV(Extreme Ultraviolet) 광원이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 리소그래피용 광원과 기판 사이에 전자빔으로 이루어진 포텐셜 배리어를 설치함으로써, 리소그래피용 광원이 설치된 측에 위치하는 먼지 또는 공정 중에 발생하는 미세입자가 기판 표면으로 이동하는 것이 차단되므로, 펠리클을 사용하지 않는 리소그래피 장치 구현이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어로 구성된 배리어 모듈을 이용하여 배리어 모듈의 일측에 위치하는 미세입자, 먼지 또는 공정 중에 발생하는 미세입자와 같은 여러 형태의 입자가 배리어 모듈의 타측으로 이동하는 것을 차단하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 먼지 또는 공정 중에 발생하는 미세입자와 같은 입자가 배리어 모듈과 물리적인 충돌에 의해 이동이 차단되는 것이 아니라 전기적 포텐셜 배리어에 의해 이동이 차단되도록 하는 것이다. 이때 배리어 모듈은 일정 영역을 다른 영역과 구분하면서 소정의 입자를 차단하는 다양한 형태의 전기적 포텐셜 배리어가 될 수 있으며, 예컨대 복수의 전자빔이 소정의 간격으로 배열된 형태일 수 있다. 이를 위해 배리어 모듈은 전자빔 발생부와 전자빔 발광부에서 발생부에서 발생된 전자빔을 수광하는 전자밤 수광부로 구성될 수 있다.
이러한 입자 이동 차단 장치는 다양한 장치에 적용될 수 있으며, 증착이나 식각 공정을 수행하는 진공 처리 장치에 이용될 수 있다. 또한, 이러한 입자 이동 차단 장치는 리소그래피 장치에 이용되어, 리소그래피 광원에 위치하는 먼지나 Sn 파티클과 같은 입자가 기판으로 이동하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 EUV 리소그래피 장치에서 펠리클을 사용하지 않는 것이 가능하게 된다. 이하에서는 본 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도면과 함께 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일 실시예(100)는 챔버(110) 및 배리어 모듈(120)을 구비한다.
챔버(110)는 내부에 수용부(113, 115)가 형성되어 있으며, 챔버(110) 내부는 진공 펌프(미도시)에 의해 진공으로 유지될 수 있다. 챔버(110)의 수용부는 배리어 모듈(120)에 의해 제1 영역(115)과 제2 영역(113)으로 구분된다.
챔버(110) 내부의 제1 영역(115)에는 리소그래피용 광원(150)이 배치되고, 제2 영역(113)에는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(130)이 배치된다. 리소그래피용 광원(150)은 EUV 광원이 이용될 수 있으나 제한되는 것은 아니며, EUV 광원보다 더 짧은 파장의 광원이 이용될 수 있다. 기판(130)의 표면에는 리소그래피를 위한 포토마스크가 형성되어 있다. 그리고 포토마스크 상에는 필요에 따라 펠리클이 형성될 수 있다.
배리어 모듈(120)은 제1 영역(115)에 존재하는 먼지 또는 Sn 파티클과 같은 입자가 제2 영역(113)으로 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어로 구성된다. 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 전자빔(125)이 배리어 모듈(120)로 이용될 수 있으며, 일차원적인 하전입자 발생 장치에 의하여 형성된 전자빔(125)이 이용될 수 있다. 이때 전자빔(125)은 복수개가 일정 간격으로 나란히 배열되어 챔버(110)의 수용부를 제1 영역(115)과 제2 영역(113)으로 구분한다. 전자빔(125)은 전자빔 발생부(122)에서 발생하여 챔버(110) 내부로 입사되며, 전자빔 수광부(124)로 수광된다. 전자빔(125)의 개수, 간격, 배열 형태, 전자빔 에너지 등은 최적화된 수치로 적용될 수 있다. 또한, 도 1에는 복수의 전자빔(125)이 동일한 평면에 배치되는 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 복수의 전자빔이 서로 다른 평면에 배치되거나, 2개의 층 이상으로 배치될 수도 있다.
이와 같이 복수의 전자빔(125)에 의해 제1 영역(115)과 제2 영역(113)이 구분되면, 제1 영역(115)에 존재하는 먼지 또는 Sn 파티클과 같은 입자는 제2 영역(113)으로의 이동이 차단된다. 제1 영역(115)에 존재하는 먼지 또는 Sn 파티클과 같은 입자가 음(-)의 전하를 띠고 있는 경우 복수의 전자빔(125)으로 구성된 배리어 모듈(120)의 전기적 포텐셜 배리어에 의해 전자빔(125)을 통과하여 제2 영역(113)으로 이동할 수 없다. 그리고 제1 영역(115)에 존재하는 먼지 또는 Sn 파티클과 같은 임자가 양(+)의 전하를 띠거나 전하를 띠고 있지 않다고 하더라도 복수의 전자빔(125)으로 구성된 배리어 모듈(120) 근처로 이동하게 되면 음(-)의 전하를 띠게 되므로, 배리어 모듈(120)의 전기적 포텐셜 배리어에 의해 전자빔(125)을 통과하여 제2 영역(113)으로 이동할 수 없다.
즉, 본 실시예와 같이 배리어 모듈(120)이 구성되면, 리소그래피용 광원(150)측에 존재하는 먼지 또는 Sn 파티클과 같은 입자가 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어에 의해 기판(130)으로 이동하는 것이 차단되므로, 리소그래피 과정에서 기판(130)에 먼지가 묻는 것이 방지된다. 이에 따라 본 실시예에 따른 리소그래피 장치(100)에는 펠리클이 필요하지 않게 되어, 펠리클 제조를 위한 복잡한 과정이 생략될 수 있다. 또한, 펠리클과 달리 배리어 모듈(120)은 반영구적으로 사용이 가능하므로 리소그래피에 소요되는 비용이 감소하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 전기적 포텐셜 배리어를 이용하여 입자의 이동을 차단하는 장치는 리소그래피 장치 뿐만 아니라, 기판에 파티클이 부착되는 것이 문제가 되는 증착 및 식각 공정 등을 수행하는 다양한 형태의 진공 처리 챔버가 이용되는 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다. 또한 본 명세서에서의 입자는 먼지, 다양한 형태의 미세입자, 공정 중 발생하는 입자 또는 파티클 등을 포함한 다양한 형태의 입자를 모두 포함하는 개념이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (13)

  1. 내부에 수용부가 형성되어 있는 진공 챔버; 및
    상기 진공 챔버 내부에 설치되어, 상기 진공 챔버의 수용부를 제1 영역과 제2 영역으로 구분하는 전자빔으로 이루어진 배리어 모듈;을 포함하며,
    상기 배리어 모듈은 상기 제1 영역에 위치하는 소정의 입자가 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 방지하는 것으로, 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어인 것을 특징으로 하는 입자 이동 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 모듈은 일차원적인 하전입자 발생 장치에 의하여 형성된 전자빔을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자 이동 차단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 모듈은 소정의 간격으로 배열된 복수의 전자빔을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자 이동 차단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 모듈은,
    상기 챔버 내부 일측에 설치되는 전자빔 발생부; 및
    상기 챔버 내부 타측에 설치되며, 상기 전자빔 발생부에서 발생된 전자빔을 수광하는 전자빔 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 이동 차단 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 입자는 먼지 및 공정 중에 발생하는 미세입자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 입자 이동 차단 장치.
  6. 내부에 수용부가 형성되어 있는 진공 챔버; 및
    상기 진공 챔버 내부에 설치되어, 상기 진공 챔버의 수용부를 리소그래피용 광원이 배치되는 제1 영역과 기판이 배치되는 제2 영역으로 구분하는 전자빔으로 이루어진 배리어 모듈;을 포함하며,
    상기 배리어 모듈은 상기 제1 영역에 위치하는 소정의 입자가 상기 제2 영역으로 이동하는 것을 방지하는 것으로, 물리적 배리어가 아닌 전기적 포텐셜 배리어인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배리어 모듈은 일차원적인 하전입자 발생 장치에 의하여 형성된 전자빔을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배리어 모듈은 소정의 간격으로 배열된 복수의 전자빔을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배리어 모듈은,
    상기 챔버 내부 일측에 설치되는 전자빔 발생부; 및
    상기 챔버 내부 타측에 설치되며, 상기 전자빔 발생부에서 발생된 전자빔을 수광하는 전자빔 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 입자는 먼지 및 공정 중에 발생하는 미세입자인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소정의 입자는 먼지 및 Sn 파티클인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에는 마스크가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  13. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리소그래피용 광원은 EUV(Extreme Ultraviolet) 광원인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
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