KR20000005870A - 전자빔노출장치를위한편향개구어레이를제작하는방법,상기개구어레이를제작하기위한습식에칭방법및장치,및상기개구어레이를갖는전자빔노출장치 - Google Patents
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Abstract
전자빔 노출 장치에 사용되는 편향 개구 어레이(deflection aperture array)를 제작하기 위한 방법 및 상기 편향 개구 어레이를 제작하기 위한 습식 에칭(wet etching) 방법 및 장치가 개시된다. 개구 어레이 기판을 습식 에칭하는데 있어서, 표면 차단 피막이 습식 에칭 전에 제거될 수 있도록 에칭되어질 반대 측부의 일부분만이 에칭 용액에 노출되는 방식으로, 지그(jig)는 기판을 고정하기 위해 사용된다. 습식 에칭 방법에 따라서, 가스는 에칭되지 않은 표면에 접하는 둘러싸여진 공간으로 유입되거나 이로부터 방출되며, 그에 따라서 상기 둘러싸여진 공간의 내부 압력을 조절한다. 따라서, 상기 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 탐지되며, 탐지된 압력에 따라 미리 결정된 값으로 유지된다.
Description
본 발명은 차일드(child) 빔의 다중성으로 전자빔을 분리하며 서로 개별적으로 차일드 빔을 편향시키기 위해 사용되는 개구 어레이를 제작하는 방법, 상기 개구 어레이를 제작하기 위한 습식 에칭(wet etching) 방법 및 습식 에칭 장치, 및 그에 따라서 상기 제작된 개구 어레이를 구비하는 블랭킹 개구 어레이(BAA: Blanking Aperture Array) 타입의 전자빔 노출 장치에 관한 것이다. 최근에, 반도체 기술은 반도체 집적 회로(IC)의 집적 정도 및 기능에서의 개선이 컴퓨터 및 통신 시스템 제어를 대개 포함하는 산업 기술의 진보에 중대한 역할을 할 것으로 기대되는 정도로 발전했다. IC의 집적 정도는 2년 또는 3년마다 4배로 되었다. 예를 들면, 다이나믹 랜덤-억세스 메모리(DRAM)의 저장 용량은 1M 내지 16M에서 256M 내지 1G로 증가되었다. 상기 증가된 집적도는 반도체 제작을 위한 미세 가공 제작 기술 진보에 대한 커다란 척도에 속한다.
상기 환경에서, 미세 가공 제작 기술의 한계는 패턴 노출 기술(lithography)에 의해 한정된다. 패턴 노출 기술은 스텝퍼(stepper)라 불리는 광학 노출 장치를 현재 사용한다. 광학 노출 장치에서, 형성되어질 수 있는 패턴의 최소 폭은 회절로 인한 노출 광 발생부의 파장에 의해 한정된다. 현재, 자외선을 방사하기 위한 광 발생부는 광 노출 장치용으로 사용된다. 그럼에도 불구하고, 자외선 보다 더 짧은 파장의 빛을 사용하는 것은 어렵다. 그러므로, 더 정교하게 상세한 미세 가공 제작을 실현하기 위해, 광 노출 장치와 달리 새로운 노출 시스템이 연구 중에 있다.
전자빔 노출 공정에서, 0.05μm 또는 그 이하의 등급에 대한 미세 가공 제작은 0.02μm 이상이 못되는 정렬 정확도로 실현될 수 있는 것으로 공지되었다. 그러나, 종래의 전자빔 노출 방법은, 출력 처리량에 있어서 스텝퍼 보다 더 낮으며, LSI의 대량 생산을 위해 사용하는데 불가능한 것으로 고려되었다. 소위 블록 노출방법(부분 패턴의 집합적 전사 방법으로서, 거기서 반복 패턴이 집합적 전사에 의해 노출되며, 나머지 패턴은 가변될 수 있는 직사각형으로 노출된다)이라 불리는 최근의 발명은 많은 반복적인 패턴을 포함하는 메모리와 같은 장치를 위해 높은 출력 처리량을 달성할 것으로 기대된다. 그러나, 랜덤 패턴을 갖는 논리 장치 등과 같은 것으로, 블록 노출 방법을 사용하는 이점이 너무 낮아서 개선된 출력 처리량은 여전히 달성하기 어렵다. 따라서, 상기 개선은 높은 출력 처리량이 랜덤 패턴을 갖는 장치를 위해 가능할 수 있는 전자빔 노출 방법에 바람직하다.
종래의 전자빔 노출 방법은 단일 전자빔을 사용한다. 심지어 블록 노출 방법은, 랜덤 패턴을 위해 단일 전자빔의 사용을 요구하며, 충분히 높은 출력 처리량을 달성하지 못한다. 또한, 비용이 낮은 품목의 다수 생산 장치에 블록 노출 방법의 적용은 블록 패턴의 다중성을 요구하며, 블록 패턴의 증가된 개수는 블록 노출 방법의 적용 범위를 한정한다. 상기의 관점에서, 다중 빔 타입의 노출 방법은 노출이 블랭킹 개구 어레이(BAA)에 의해 발생되는 다수의 개별적으로 제어 가능한 전자빔의 사용에 의해 수행되어진다는 것으로 제안되어졌다. 본 발명은 BAA를 제작하는 방법, 상기 BAA를 제작하기 위한 습식 에칭 방법 및 습식 에칭 장치, 및 그에 따라서 상기 제작된 BAA를 구비하는 전자빔 노출 장치에 관한 것이다. 상기 타입의 노출 방법은 여기에 블랭킹 개구 어레이(BAA)라 불린다. 그러나, 본 발명은, BAA를 제작하는 방법, 상기 BAA를 제작하기 위한 습식 에칭 방법 및 습식 에칭 장치, 및 BAA 타입의 전자빔 노출 장치에 제한되지 않지만, 기판의 각각의 개구 측부 상에 정전 편향기를 구비하는 어떤 개구 어레이 및 관통 구멍이 형성되는 기판을 제작하기 위한 습식 에칭 방법 및 습식 에칭 장치에 또한 적용할 수 있다. 다음의 기술에서, BAA 타입의 전자빔 노출 장치는 예로서 다루어질 것이다.
BAA 타입의 전자빔 노출 장치에서, 전자총으로부터 방사되는 전자빔은, BAA 장치에 적용되며, 서로 개별적으로 제어될 수 있는 각각의 다중 미세 빔으로 전환된다. 상기 미세 빔은, 주 편향기와 보조 편향기에 의해 편향되며, 스테이지 상에 놓이는 시편 상의 바람직한 위치에 방사된다. 그와 동시에, 미세 빔은 전자기 렌즈에 의해 시편 상의 작은 스포트(spot)로 각각 집중된다. 미세 빔은 시편을 스캔하기 위해 편향되며, 각각의 미세 빔은, 편향으로 동기화를 발생 및 소멸시키며 그에 따라서, 바람직한 노출 패턴을 생성시킨다. BAA 타입의 전자빔 노출 장치는, 임의적인 패턴이 자유롭게 노출될 수 있는 이점 외에, 스캔 신호의 연속적인 변화가 벡터 스캔에 대해 요구되는 빔을 설정하는 시간을 제거하는 다른 이점을 가지며, 그러므로 높은 속도의 스캔에 의해 높은 효율의 노출을 가능하게 한다. 게다가, 상기 동일한 스포트는 높은 노출 에너지를 위해 다수의 시간 동안 노출된다.
BAA 장치는 실리콘 웨이퍼와 같은 얇은 기판으로 형성된다. 기판은 정전 편향기를 각각 구비하는 2 차원으로 배치된 다수의 개구부를 갖는다. 정전 편향기는 기판 상에 각각의 개구의 양측에 배치되는 한 쌍의 평행한 전극봉으로 구성된다. BAA 장치에 들어가는 전자빔은 개구를 통해 지날 때 미세 빔으로 분리된다. 각각의 미세 빔은, 상응하는 개구를 통해 지나며, 전압이 상응하는 한 쌍의 전극봉에 전혀 인가되지 않을 때 시편에 방사한다. 한 쌍의 전극봉 사이에 전압이 인가될 때, 다른 한편으로, 전기장은 형성되며, 미세 빔은 편향된다. 따라서, 상기 편향되는 미세 빔은, 제한기에 의해 닫혀지며, 그러므로 시편 상에 방사되지 않는다.
블록 노출 방법에 사용되는 블록 마스크 및 상기 BAA 방법에 사용되는 BAA 장치는 약 500 내지 600μm 두께의 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 제작된다. 제작 공정은 수십 μm 두께로 상기 Si 웨이퍼를 부분적으로 에칭하는 단계를 포함한다. 상기 목적을 위해, 습식 에칭 방법은 Si 웨이퍼가 에칭 용액에 담가지는데 이용된다.
반도체 장치를 제작하기 위한 공정에서, 습식 에칭은 건식 에칭에도 널리 사용된다. 습식 에칭은 상기 Si 웨이퍼가 젖기 때문에 그렇게 불린다. 고 집적 반도체 장치를 제작하기 위해 최근에 개발된 공정은 건식 에칭을 주로 사용한다. 그러나, 비교적 큰 사이즈의 반도체 집적 회로(IC)에 대해, 습식 에칭은 유전체(dielectric) 층 내에 패턴 또는 천공 구멍을 형성하는데 사용된다. 습식 에칭은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 즉, 마이크로머신이라 불리는 것을 제작하는 공정에 또한 사용된다. 종래의 습식 에칭 방법에서, 상기 에칭되어질 Si 웨이퍼는 에칭 용액에 담가진다. 습식 에칭을 수행할 때, 산화실리콘 피막(이후로 산화 피막이라 단순히 불림) 또는 질화실리콘 피막(이후로 질화 피막이라 단순히 불림)은 에칭되지 않는 부분을 차단하기 위한 마스크(차단 피막)로서 사용된다. 상기 피막은 Si 보다 더 낮은 에칭 율을 가지며, 상기 피막이 Si에 대해서 선택적인 에칭 비를 고려하는 두께로 형성되는 한, 에칭되지 않는 부분은 에칭 용액에 노출되지 않는다.
BAA 장치를 제작하는 종래의 방법에서, 배선 패턴은 기판 상에 형성되며, 유전체 층은 상기 배선 패턴을 덮는 것과 같은 방식으로 조립체 상에 형성된다. 다수의 개구에 상응하는 다수의 리세스(recesses)는 기판 내에 형성되며, 상기 리세스에 인접하는 다수의 접촉 구멍은 배선 패턴을 노출시키기 위한 유전체 층 내에 제각기 형성되며, 전도 피막 패턴은 유전체 층 상에 다수의 접촉 구멍을 덮는 것과 같은 방식으로 적층되며, 배선 패턴에 전기적으로 연결되는 정전 편향기의 전극봉은 전극봉과 같은 전도 피막 패턴으로 도금됨에 의해 각각의 접촉 구멍 내에 형성되며, 조립체의 반대측 측부는 습식 에칭에 의해 미리 결정된 위치로 제거되며, 그에 따라서 전도 피막은 제거된다. 상기 경우에, 표면 전도 피막은 반대측 측부만이 습식 에칭되도록 차단 피막으로서 기능한다. 상기 습식 에칭 공정 후, 표면 전도 피막은 제거되도록 요구된다. 예를 들면, 탄탈 몰리브덴의 전도 피막은 에칭 가스로서 CF4를 사용하여 에칭제거 된다.
위에 기술된 방법에 의해 제작되는 BAA 장치에 대해 행해지는 실제 연구의 결과로서, 기판의 하부 표면이 불순물에 의해 더럽혀지고 손상된다는 것이 알려졌다. 상기 결점은 전도 피막을 에칭 제거하는 공정에서 에칭 장치의 시편 고정물로서 사용되는 CF4에칭 가스와 SiO2사이의 반응에 의해 형성되는 불화물로부터 유도되는 것으로 고려된다. 상기 결점을 갖는 BAA 장치가 전자빔 노출 장치 내에 배치되는 경우에, 하전(charge-up)은, 결함 부분에 발생할 가능성이 있으며, 그에 따라서 비틀림 및 변형과 같은 결점이 노출 패턴에 발달되는 문제를 유발한다. 그에 따라서, 상기 결점이 없는 BAA 장치를 제작하는 방법이 바람직하다. CF4에칭 가스를 이용하여 전도 층을 에칭 제거하는 낮은 효율을 개선하기 위해 제작 효율을 개선시키는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 제 1 목적은 개구 어레이 기판의 표면 상에 결점이 없는 BAA 장치를 제작하는 방법을 실현하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 개구 어레이 기판과 같은 매우 얇은 기판에 적합할 수 있는 습식 에칭 방법 및 습식 에칭 장치를 실현하는 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따라, 개구 어레이 기판을 제작하는 방법이 제공되는데, 거기서 BAA 장치 등의 개구 어레이 기판은 에칭되어질 반대 측부의 일부분만이 에칭 용액에 노출되는 방식으로 기판을 고정하기 위해 지그를 이용하여 습식 에칭되며, 그에 따라서 습식 에칭을 수행하기 전에 표면 차단 피막을 제거시킨다. 그 결과로, 습식 에칭 후 CF4를 이용하여 전도 층을 에칭 제거할 때, 불순물로 인한 오염 및 그 결과로 발생하는 결점은 기판의 하부 표면 상에 달리 발생될 수 있는 것을 차단한다. 그러므로, 상기 방법이 전자빔 노출 장치를 위해 사용되는 경우에도, 하전의 문제는 회피된다.
특히, 본 발명에 따라, 기판 상의 어레이 내에 형성되는 다수 개구의 각각에 대해 상응하는 정전 편향기로 형성되는 개구 어레이 기판을 제작하는 방법이 제공되는데, 이는 기판 상의 배선 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판 상의 배선 패턴을 덮기 위한 방식으로 유전체 층을 형성하는 단계와, 기판 내에 제각기 다수의 개구에 상응하는 다수의 리세스를 형성하는 단계와, 제각기 다수의 리세스에 인접한절연 피막 내에 배선 패턴을 노출시키기 위해 다수의 접촉 구멍을 형성하는 단계와, 기판 상의 다수의 접촉 구멍을 덮기 위한 방식으로 유전체 층 상의 전도 피막 패턴을 적층시키는 단계와, 전극봉과 같은 전도 피막으로 도금됨에 의해 각각의 접촉 구멍 내의 배선 패턴에 전기적으로 연결되는 정전 편향기의 전극봉을 형성하는 단계와, 전도 피막을 제거하는 단계와, 그리고 반대 측부의 다른 부분을 제외하고 습식 에칭에 의해 미리 결정된 위치에 기판의 반대 측부 일부분을 제거하는 단계를 포함한다.
습식 에칭 단계는 기판의 반대 측부 일부분을 제외한 기판을 덮는 차단 지그로 기판을 고정하며 상기 기판을 에칭 용액 내에 담금에 의해 수행된다. 차단 지그는 리세스로 형성되는 바디 부분을 갖는다. 기판은 유전체 층이 차단 지그의 리세스에 접하며 둘러싸는 방식으로 차단 지그 상에 장착된다. 상기 방식으로, 기판은 반대 측부의 일부분을 제외하고 덮인다. 게다가, 차단 지그는 리세스를 둘러싸기 위한 리세스의 에지 부분 상에 배치되는 밀봉 부재 및 기판의 반대 측부 일부분을 노출시키기 위해 개구부를 가지며 상기 밀봉 부재에 대해 가압되는 기판과 함께 바디 부분과 맞물리는 고정 부재를 포함한다.
게다가, 본 발명에 따라, 전도 피막은 습식 에칭 단계 전에 제거된다. 그러므로, 전도 피막을 제거하는 단계는 이온 밀링(ion milling) 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 전자빔 노출 장치를 위해 사용되는 블랭킹 개구 어레이(BAA)의 제작에 적용할 수 있으며, 상기의 경우에 실리콘 기판이 사용되는 것이바람직하다. 또한, 본 발명은 다수의 개구부가 얇은 기판 내에 형성되며 전극봉이 각각의 개구에 상응하는 방식으로 기판 상에 형성되는 정도로 BAA와 다른 어떤 장치의 제작에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해 개구 어레이를 제작하는데 있어서, 공기는 에칭 용액을 막기 위해 차단 지그에 의해 차단되는 차단 지그 및 웨이퍼 표면의 사이에 밀봉되게 가두어진다. 에칭 용액은 에칭 율을 개선시키기 위해 실내 온도 보다 훨씬 더 높은 온도로 가열되며 이 높은 온도에서 사용된다. 그러므로, 차단 지그 위에 장착되는 웨이퍼를 구비하는 차단 지그가 에칭 용액 안에 놓이거나 이의 밖으로 꺼내질 때, 둘러싸여진 공간 내에 공기 압력은 둘러싸여진 공간 내에 공기의 갑작스런 팽창 및 압축으로 인해 커다란 변화를 겪는다. 개구 어레이의 경우에, 기판의 일부분은, 매우 얇은 층으로 제작되며, 관통 구멍이 부분적으로 형성된다. 공기 압력의 변화는 웨이퍼 표면 상에 큰 힘을 가하며 상기 웨이퍼를 파열시킬 수 있다는 것이 알려졌다.
상기의 관점에서, 본 발명에 따른 습식 에칭 방법 및 습식 에칭 장치에서, 가스는 에칭되지 않은 표면에 접하는 밀폐된 공간으로 유입되거나 이로부터 배출된다. 상기의 방식으로, 둘러싸여진 공간 내에 압력은 조절될 수 있다. 또한, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 탐지되며, 상기 탐지된 압력에 따라, 상기 둘러싸여진 공간 내에 압력은 미리 결정된 값으로 유지된다.
본 발명의 제 2 양상에 따라, 메커니즘과 차단되어질 작업물의 표면 사이에 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 자유롭게 제어될 수 있다. 예를 들면, 에칭 용액에서, 조립체의 내부가 액체 압력과 동일한 압력으로 유지되는 반면에, 액체 온도 변화로부터 발생하는 열 팽창(또는 수축)으로 인한 압력의 증가(또는 감소)는 완화될 수 있다. 그 결과로, 웨이퍼는 둘러싸여진 공간 내에 압력 변화의 영향으로 파열됨으로부터 방지된다.
게다가, 위에 기술된 구성은 에칭의 최종 지점을 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 작업물 또는 상기 작업물에 상당하며 상기 작업물과 같은 동일한 방식으로 장착되는 목표물은 에칭 두께와 같은 두께 또는 이 보다 더 두꺼운 부분이 제공된다. 따라서, Si 웨이퍼가 에칭 공정으로 관통 구멍이 형성되는 순간, 에칭 공정은 종료된다. 둘러싸여진 공간 내의 압력은 관통 구멍이 Si 웨이퍼 내에 개방되는 순간 급격히 떨어져야 한다. 따라서, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 에칭 공정중 감시되며, 급격한 압력 강하를 탐지할 때, 조립체는 가공 용액의 밖으로 꺼내진다. 그러나, 사실상 에칭은 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐서 반드시 균일하게 진행될 수 없으며, 그러므로 초과 에칭이 필요하다. 상기 구성은 과다한 초과 에칭을 방지하며 최적의 에칭 시간을 정확히 평가하는 것을 가능하게 만든다.
게다가, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 에칭 용액의 압력 보다 약간 더 높게 유지된다. 초과 에칭이 훨씬 더 많은 시간을 소비해야 한다면, 에칭 용액은 둘러싸여진 공간의 밖에 있으며, 그러므로 차단된 표면은 에칭 용액에 의해 손상되지 않는다.
본 발명의 제 2 양상에 따른 습식 에칭을 위한 방법 및 장치의 개조에 있어서, 에칭되지 않은 표면에 의해 접하는 둘러싸여진 공간은 에칭 용액의 외부와 연결된다.
상기 개조에 따라, 메커니즘 상에 장착되는 작업물을 갖는 메커니즘은 고온의 에칭 용액 내에 놓이거나 이의 밖으로 꺼내지는 경우에도, 둘러싸여진 공간의 내부는 에칭 용액의 외부와 같이 동일한 압력의 영향 하에 언제나 유지된다. 따라서, 웨이퍼는 둘러싸여진 공간 내에 압력의 변화로 인해 달리 발생할 수 있는 파열로부터 방지된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 하여 아래에 설명되는 기술로부터 더 명백하게 이해될 것이다.
도 1은 블랭킹 개구 어레이(BAA) 타입의 전자빔 노출 장치에 대한 전자 광학 시스템의 예증적 구성을 도시하는 도면.
도 2는 BAA의 예를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 BAA 시스템 내에 노출을 설명하기 위한 도면.
도 4는 실제의 BAA 장치를 도시하는 일반 도면.
도 5는 실제의 BAA 장치의 개구 부분을 도시하는 상세도.
도 6은 BAA 장치를 도시하는 단면도.
도 7a 내지 도 7n은 종래의 방법에 따라 BAA 장치를 제작하는 단계를 도시하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 종래의 습식 에칭 방법을 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따라 BAA 장치를 제작하는 단계를 도시하는 도면.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 BAA 장치를 제작하기 위한 습식 에칭 공정에 사용되는 지그를 도시하는 도면.
도 11은 습식 에칭 장치를 도시하는 도면.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 습식 에칭 공정을 위해 사용되는 또 다른 지그를 도시하는 도면.
도 13은 도 12a 및 도 12b의 지그를 사용하는 습식 에칭 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 14는 도 13의 장치를 위한 에칭 공정을 설명하는 도면.
도 15a 및 도 15b는 관통 구멍이 전혀 형성되지 않을 때 습식 에칭의 공정을 탐지하는데 사용되는 웨이퍼를 도시하는 도면.
도 16은 관통 구멍이 전혀 형성되지 않을 때 습식 에칭의 공정을 탐지하기 위한 다른 메커니즘을 도시하는 도면.
도 17은 본 발명에 따른 습식 에칭 방법에 사용되는 또 다른 지그를 도시하는 도면.
도 18은 에칭이 도 17의 지그를 사용하여 수행되고 있는 방식을 도시하는 도면.
도 19는 개구 부분의 하부 표면을 도시하는 전자 현미경 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11: 전자총 12: 직사각형 개구
14: 블랭커 15: 최종 개구
16: 보조 편향기 17: 주 편향기
18: 시편 19: 전자기 렌즈
20: BAA 장치 30: BAA 유니트
31: 개구부 32: 편향 신호 전극봉
33: 접지 전위 전극봉 41: 에칭 용액기
42: 에칭 용액 43: 히터
44: 웨이퍼 45: 클램프
46: 와이어 51: 차단 지그
53: 원통형 구멍 64: 압력 센서
68: 압력 탐지 회로 69: 압력 조정 제어 회로
70: 압력 제어 탱크 71: 열 산화물 피막
303: B 확산층 301: Si 기판
302: 열 산화물 SiO2피막
바람직한 실시예의 상세한 기술을 진행하기 전에, BAA 장치의 종래 기술의 제작 방법은 종래 기술과 본 발명 사이의 차이를 더 분명히 이해하기 위해 첨부 도면을 참조로 하여 기술될 것이다.
도 1은 BAA 타입의 전자빔 노출 장치의 광학 시스템에 대한 기본 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에서, 전자총(11)으로부터 방사되는 전자빔은, 제 1 직사각형 개구(12) 내에 형성되며, 전자기 렌즈 등에 의해 평행 빔으로 전환된 후, BAA 장치(20)로 들어간다. 나중에 기술되어지는 바와 같이, BAA 장치(20)로 들어간 전자빔은 시편(웨이퍼) 상에 방사될 가능성에 따라서 각각 개별적으로 제어될 수 있는 다중 미세 빔으로 전환된다. 블랭커(14)는 BAA 장치(20)를 통해 지나는 다중의 미세 빔을 편향하며 동시에 차단(끄는)하기 위한 정전 편향기이다. 따라서, 미세 빔은 편향될 때 최종 개구(15)에 의해 꺼진다. 빔은, 편향되지 않을 때, 이들 처럼최종 개구를 통해 지나며 그에 따라서 켜진다. 최종 개구(15)를 통해 통과되는 다중의 미세 빔은, 보조 편향기(16)와 주 편향기(17)에 의해 편향되며, 스테이지 상에 놓이는 시편(18)(웨이퍼) 상의 바람직한 위치 상에 방사된다. 이와 동시에, 상기 다중 빔은 전자기 렌즈(19)(도시된 코일 및 미도시된 극편으로 구성되는)에 의해 시편(18) 상의 작은 스포트 내로 각각 집중된다. 위에 기술되는 구성 요소는 전자빔이 지나는 부분에 진공을 포함하는 광학 칼럼이라 불리는 하우징 내에 넣어진다.
실제의 전자빔 노출 장치는, 도 1에 도시되지 않았지만, 보조 편향기(16)와 주 편향기(17)에 적용되도록 노출 패턴과 편향 신호에 따라서 BAA 장치(20)의 각각의 전극봉에 적용되도록 신호를 발생시키기 위한 노출 제어 회로, 상기 노출 제어 회로로부터 발생되는 신호를 다양한 부분으로 적용하기 위한 구동 회로, 및 스테이지의 이동을 제어하기 위한 스테이지 제어 회로와 같은 전자 제어 회로를 포함한다.
현재, 블랭킹 개구 어레이(BAA) 시스템의 원리는 도 2 및 도 3의 참조로 설명될 것이다. 도 2는 BAA 장치(20)의 BAA를 포함하는 BAA 유니트(30)의 예증적 구성을 도시하는 도면이다. BAA 유니트(30)는 도시된 바와 같이 양 측부 상에 배치되는 편향 신호 전극봉(편향 전극봉)(32) 및 접지 전위 전극봉(GND 전극봉)(33)을 각각 구비하는 다수의 개구부(31)를 갖는 얇은 판으로 구성된다. 균일한 전자빔은 BAA 유니트(30)에 적용되며, 그에 따라서 제각각의 개구(31)를 통해 지나는 다중의 미세 빔을 발생시킨다. 상기 공정에서, 정전 편향기는 전극봉(32,33)으로 형성된다. 전압이 전극봉(32)에 전혀 인가되지 않을 때, 상응하는 미세 빔은 개구를 통해 지나며 웨이퍼(18) 상으로 방사된다. 전압이 전극봉(32)에 인가될 때, 대조적으로, 상응하는 미세 빔은 방향이 변하며 웨이퍼(18) 상으로 방사되지 않는다. 다시 말해서, 상응하는 개구(31)를 통해 지나는 빔은 전압이 전극봉(32)에 인가되거나 인가되지 않는가에 따라 켜지거나 꺼질 수 있다. 당면한 목적을 위해, 상응하는 전자빔이 편향되며 웨이퍼(18) 상에 방사되지 않도록 전압이 전극봉(32)에 인가되는 상태는 오프된 상태로 추측되는데 반해, 미세 빔이 편향됨이 없이 웨이퍼(18) 상에 방사되도록 전압이 전극봉(32)에 인가되지 않는 상태는 온 상태로 추측된다.
BAA 시스템의 노출 공정에서, 바람직한 노출 패턴은 미세 빔의 편향과 함께 동기화하는 BAA 유니트(30)의 각각의 개구의 온-오프 상태를 제어함에 의해 달성될 수 있다. 도 3은 BAA 시스템 내에 노출을 설명하기 위한 도면이며, 거기서 BAA 유니트(30)는 3개의 열과 3개의 횡으로 배치되는 9개의 개구를 갖는다. 첫째로, 도 3a에 도시된 바와 같이, BAA 유니트(30)를 통해 지나간 빔은 위치 B1에 방사되도록 하는 방식으로 편향된다. 상기 공정에서, 개구(L1,R2)만이 온되어 있고 다른 개구가 오프된다고 가정하자. 개구(L1,R2)를 통해 지나간 빔은 시편(18) 상의 위치 P1(L1,R2)에 방사된다. 따라서, 스캐닝 공정은 약간 진행하며, 도 3b에 도시된 바와 같이, BAA 유니트(30)를 통해 지나간 빔은 위치 B2에 방사되도록 하는 방식으로 편향된다. 개구(L2,R2), (L1,R1), (L1,R3)만이 온되어 있고, 그 반면에 다른 개구가 오프된 채로 남아 있다고 가정하자. 개구(L2,R2), (L1,R1), (L1,R3)를 통해 지나간 빔만이 제각기 위치 P1(L2,R2), P2(L1,R1), P3(L1,R3)으로 방사된다. 상기 공정에서, 도 3a 및 도 3b의 사이에 편향 양은 P1(L2,R2)이 P1(L1,R2)과 동일한 위치 P1을 차지하도록 한다고 가정하자. 스캐닝 공정의 또 다른 공정으로, BAA 유니트(30)를 통해 지나간 빔은 도 3c에 도시된 바와 같이 위치 B3에 방사되도록 편향된다. 상기 경우에, 개구(L3,R2), (L2,R1), (L2,R3), (L1,R1), (L1,R2), (L1,R3)가 온되는 반면에, 다른 개구가 오프된다고 가정하자. 이전 개구를 통해 지나간 빔만이 시편(18) 상의 위치 P1(L3,R2), P2(L2,R1), P3(L2,R3), P4(L1,R1), P5(L1,R2), P4(L1,R3)에 방사된다. 상기 공정에서, 도 3b와 도 3c의 사이에 편향 양은 P1(L3,R2)이 P1(L2,R2)과 같은 동일 위치, P2(L1,R1)와 같은 동일 위치 P2(L2,R1), P3(L3,R3)와 같은 동일 위치 P3(L2,R3)를 차지하기 위해 변경되도록 한다고 가정하자.
따라서, 도시되지 않았지만, 도 3c의 열(L2)의 패턴은 L1으로 전사되며, 열(L1)의 패턴은 L2로 전사되며, 새로운 패턴은 열(L1)에 추가되는 반면에, 그와 동시에 스캐닝 공정과 함께 진행한다. 상기 작동은 임의적인 패턴이 스캐닝 범위의 길이 내에 BAA 유니트(30)의 개구의 횡폭으로 노출되도록 허용한다. 그와 동시에, 각각의 스포트는 개구 열의 개수와 같은 양만큼 노출된다. 도 2의 개구(21)는 지그재그(파상 배치) 형태로 배치된다. 도 2의 수직 방향을 따라 스캐닝함에 의해, 각각의 행의 스포트들 사이의 간격은 그것에 의해서 균일한 노출을 보장하기 위해 채워진다.
위에 기술된 바와 같이, BAA 시스템은 임의적인 패턴이 자유롭게 노출될 수 있으며, 벡터 스캐닝을 위해 요구되는 빔 설정 시간의 부족 때문에, 고 효율의 노출을 유도하면서 고속 스캔이 가능하다는 이중의 이점을 갖는다. 게다가, 동일한 스포트가 다수의 시간 동안 노출되기 때문에, 노출 에너지는 높다.
일반적으로, 보조 편향기의 응답 속도는 주 편향기의 응답 속도 보다 더 높다. 그러므로, 정상적으로, 주 편향기의 주 편향 범위는 보조 편향기의 편향 범위 보다 더 작은 다수의 보조 편향 범위로 나누어진다. 따라서, 각각의 보조 편향 범위의 중심에 주 편향기의 편향 위치를 설정한 후, 보조 편향 범위 내에 보조 편향기의 편향 위치는 패턴 노출을 수행하는 동안 변경된다. 주어진 보조 편향 범위의 완전한 노출시, 주 편향기의 편향 위치는 다음의 보조 편향 범위의 노출을 수행하는 동안 변경된다. 연속적인 이동 방법은 노출을 수행하는 동안 스테이지가 계속해서 이동하는데 또한 유용할 수 있다. 상기의 경우에, 주 편향기의 편향 위치는 스테이지의 운동과 함께 동기화되어 변경되는 반면에 그와 동시에 보조 편향 범위 내에 연속적으로 노출된다.
현재, 실제의 BAA 장치(20)가 설명될 것이다. 도 4는 BAA 장치(20)의 일반적인 구성을 도시하는 도면이며, 도 5는 BAA 장치(20)의 개구 부분을 도시하는 확대도이며, 도 6은 두 개의 개구만을 도시하는 BAA 장치(20)를 도시하는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, BAA 장치(20)는, 실리콘 웨이퍼와 같은 얇은 판으로 형성되며, 예를 들면 에칭 등에 의해 얇아진 중앙 개구 부분(21)으로 형성된다. 도면 번호 22는 각각의 개구의 편향 전극봉에 적용되는 편향 신호를 위한 편향 전극봉 패드를 지정하며, 번호 23은 GND 전극봉에 연결되는 GND 전극봉 패드를 지정한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 개구 부분(21)은 수평 방향으로 미리 결정된 피치로 정렬되며 수직 방향으로 반복해서 절반의 피치만큼 지그 재그 방식으로 형성되는 개구(26)를 갖는다. 예를 들면, 개구(26)는 512개나 된다. 편향 전극봉(24)은 각각의 개구(26)의 상측부 상에 배치되며, GND 전극봉(25)은 나머지 3개의 측부의 각각에 배치된다. GND 전극봉(25)은 서로 측방향으로 연결되어 있다. 상기 전극봉 구조는 각각의 개구의 편향 전극봉(24)에 적용되는 전압이 다른 개구에 영향을 주지 못하도록 하기 위해 사용된다. 도면 번호 27은 GND 전극봉(25) 및 GND 전극봉 패드(23)의 사이에 배선을 위한 관통 구멍을 지정한다.
도 6에 도시된 바와 같이, BAA 장치(20)는, 에칭에 의해 더욱 더 얇아지며 개구(303A,303B)로 형성되는 개구 부분(21)을 갖는 실리콘(Si) 기판(301), 및 상기 개구 주위의 기판 상에 형성되는 편향 전극봉(309A, 309B, 309C1, 309C2, 309D, 309E, 309F1, 309F2)을 포함한다. 전자빔(28)은 개구(303A,303B)로 들어가며 미세 빔으로 분리된다. 편향 전극봉(309C1, 309C2)의 사이에 전압을 인가할 때, 개구(303A)를 통해 지나간 미세 빔은 제한기에 의해 차단될 때 편향되며 시편 상에 방사되지 않는다. 다시 말해서, 미세 빔은 꺼진다. 다른 한편으로, 전압은 편향 전극봉(309F1,309F2)의 사이에 전혀 적용되지 않으며, 그에 따라서 개구(303B)를 통해 지나는 미세 빔은 편향됨이 없이 시편 상에 방사된다. 다시 말해서, 상기 미세 빔은 켜진다.
도 7a 내지 도 7n은 BAA 장치를 제작하는 종래의 방법을 도시하는 도면이다.도 7a에 도시된 바와 같이, 바닥 위에 약 700nm의 두께를 갖는 열 산화물 SiO2피막(302)으로 형성되는 Si 기판(301)의 표면은 붕소(B)를 도핑함으로써 약 1020cm-3의 농도를 갖는 붕소(B)를 함유하는 약 20μm의 두께를 갖는 B 도프(dope)(303)로 형성된다. 게다가, 도 7b의 단계에서, 상기 B 확산 층(303)의 표면은 약 700nm의 두께를 갖는 열 산화물 SiO2피막(304)으로 형성되며, 도 7c의 단계에서, Si 기판(301)의 바닥을 노출시키기 위한 개구(302A)는 BAA 장치(20)의 개구 부분(21)에 상응하는 방식으로 Si 기판(301)의 바닥 상의 열 산화물 SiO2피막(304) 내에 형성된다.
따라서, 도 7d의 단계에서, Si 기판(301) 내에 B 확산 층(303)을 노출시키기 위한 접촉 구멍(304A,304B)은 Si 기판(301)의 상부 표면 상의 열 산화물 SiO2피막(304) 내에 형성된다. 게다가, 도 7e의 단계에서, 전도 층(305)은 접촉 구멍(304A,304B)을 메우기 위한 방식으로 적층된다.
게다가, 도 7f의 단계에서, 전도 층(305)은, 이온 밀링 공정에 의해 전형적으로 패턴이 형성되며, 그에 따라서 제각기 접촉 구멍(304A,304B)에 상응하는 방식으로 B 확산 층(303)과 전기적으로 연결되는 접지 전극봉(305A, 305B)을 형성한다. 전도 층(305)을 패턴화하는 결과로서, 배선 패턴(305C 내지 305F)은 열 산화물 SiO2피막(304) 상에 형성된다.
도 7g의 단계에서, SiO2피막(306)은 도 7f의 구조 상에 접지전극봉(305A,305B) 및 배선 패턴(305C 내지 305F)을 덮기 위한 방식으로 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성된다. 게다가, 도 7h의 단계에서, 개구에 상응하는 리세스(303A,303B)는 Si 기판(301)의 도핑되지 않은 영역(301A)에 도달하기 위한 방식으로 건조 에칭시킴에 의해 SiO2피막(306,304)을 통해 형성된다. 예를 들면, 리세스의 깊이는 25μm이다. 상기 도시된 경우에서, 리세스(303A)는 배선 패턴(305C,305D)의 사이에 형성되며, 리세스(303B)는 배선 패턴(305E,305F)의 사이에 형성된다.
도 7h의 단계에서, 리세스(303A,303B)를 형성하기 위한 건조 에칭 공정은 레지스트 패턴을 이용하며 그에 따라서 SiO2피막(306,304) 내에 리세스(303A,303B)에 상응하는 개구를 형성하는 RIE(반응 이온 에칭) 방법에 의해 플라즈마 CVD SiO2피막(306) 및 기초를 이루는 열 산화물 SiO2피막(304)을 우선 패턴화하는 하위 단계와, 에칭 가스로서 염소 가스(Cl2)를 이용한 RIE 방법에 의해, 마스크와 같은 후자의 피막과 함께, 개구가 형성되는 SiO2피막(306)의 아래에 B 도핑된 Si 층(303)을 에칭하는 하위 단계를 포함한다. 그 결과로, 리세스(303A,303B)는 형성된다.
B 도핑된 Si 층(303)을 에칭하는 하위 단계는 도핑되지 않은 영역(301A)이 리세스(303A,303B)의 바닥에 노출되는 순간에 실제적으로 종료된다. 도 7h의 단계에서 Si 층을 에칭할 때, SiO2피막(306)의 두께는 또한 감소된다. 그러므로, 도 7i의 단계에서, SiO2피막(307)은 추가적으로 형성된다. 상기 SiO2피막(306)의 두께가충분히 큰 경우에, 도 7i의 단계는 이 단계 없이도 행해질 수 있다. 상기의 경우에, 유전체 피막(306,307)의 전체 두께는 약 1000nm이다.
따라서, 도 7j의 단계에서, 상기 SiO2피막(306,307)은 패턴을 이루며, 그 결과로 개구(307A,307B)와 개구(307C1, 307C2, 307D, 307E, 307F1, 307F2)는 접지 전극봉(305A,305B)과 배선 패턴(305C 내지 305F)을 제각기 노출시키기 위해 형성된다. 게다가, 도 7k의 단계에서, TaMo 피막, Au 피막 및 TaMo 피막은 도 7j의 구조 상에 연속적으로 진공 증착에 의해 적층되며, 그 결과로 전도 층(308)은 개구(307A, 307B, 307C1, 307C2, 307D, 307E, 307F1, 307F2) 내에 SiO2피막(307), 접지 전극봉(305A, 305B) 및 배선 패턴(305C 내지 305F)과 접촉하게 된다.
따라서, 도 7l의 단계에서, 레지스트 패턴은 도 7k의 구조로 형성되며, 전극봉으로서 전도 층(308)과 함께 전해 도금 Au에 의해서, 편향 전극봉(309A, 309B, 309C1, 309C2, 309D, 309E, 309F1, 309F2)은 전극봉(305A,305B) 또는 배선 패턴(305C 내지 305F)과 전기적 및 물리적 접촉으로 형성된다. 상기 편향 전극봉은 위에 기술된 접지 전극봉(25) 또는 가동 전극봉(24)에 상응한다. 도 7l의 상태에서, 리세스(303A,303B)의 측부 벽과 바닥 표면을 포함하는 SiO2피막(307)의 표면은 전도 층(308)에 의해 연속적으로 덮인다.
따라서, 도 7m의 단계에서, 도 7l의 구조는 에틸렌디아민(Ethylenediamine), 파이로카테콜(Pyrocatechol), 및 물(Water)의 혼합물로 이루어지는 에칭 용액(EPW)에 담그며, 그 결과로 기초를 이루는 열 산화물 SiO2피막(302)의 개구(302A)에 의해 노출되는 Si 기판(301)의 부분은 습식 에칭에 의해 제거된다. 습식 에칭 공정은 B 확산 층(303)이 기판(301) 내에 노출되는 시점에 실제적으로 종료되며, 그 결과로 도 7m에 도시된 구조를 생성한다. 상기 사실의 관점에서, 기판(301)의 전측 표면, 즉 SiO2피막(307)의 표면이 전도 층(308)에 의해 연속적으로 덮이며, 그에 따라서 에칭 용액에 대해 차단된다. 도 7m의 단계의 결과로서, BAA 장치의 개구 부분(21)은 B 확산 층(303)에 의해 형성된다.
게다가, 도 7n의 단계에서, 도 7m의 구조는 기판(301)의 주 표면에 실제적으로 수직한 방향으로 RIE의 영향을 받기 쉬우며, 그에 의해서 SiO2피막(307)의 표면으로부터 및 리세스(303A,303B)의 바닥으로부터 전도 층(308)을 제거한다. 그 결과로, SiO2피막(307) 상에, 편향 전극봉(309A, 309B, 309C1, 309C2, 309D, 309E, 309F1, 309F2)은 서로 별개이며, 리세스(303A,303B)는 개구로 형성된다. 도 7n의 RIE 공정에서, TaMo는 에칭 가스로서 CF4를 이용하여 에칭된다.
습식 에칭 공정은 도 7m의 단계에서 수행된다. 도 8a 및 도 8b는 종래의 습식 에칭 방법의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 에칭 용액(42)은 에칭 용액기(41)에 채워진다. 에칭되어질 Si 웨이퍼(41)는, 클램프(45)와 함께 와이어에 의해 매달리며, 에칭 용액(42) 내로 담가진다. 습식 에칭 공정에서, 에칭 용액(42)은 가공 시간을 짧게 하기 위해 가열되도록 요구된다. 상기 목적을 위해, 히터(43)가 에칭 용액기(41)의 아래에 배치된다, 습식 에칭 공정이 상기 방법에 따라 수행되는 경우에, 산화실리콘(이후에 산화물 피막으로서 단순히 언급됨) 또는 질화실리콘 피막(이후에 질화물 피막으로서 단순히 불림)이 에칭되지 않은 부분을 차단하기 위해 마스크(차단 피막)로서 사용된다. 상기 피막은 Si 보다 더 낮은 에칭 율을 가지며, Si를 고려하여 선택적인 에칭 율을 취하는 두께로 형성된다면, 에칭되지 않은 부분은 에칭 용액에 노출되지 않는다. 또한, 도 7m의 단계에서, 습식 에칭 공정은 도 8a 및 도 8b에 도시된 방식으로 수행된다. 상기의 경우에, 전도 층(308)은 마스크로서 기능한다.
그러나, BAA 장치(20)가 위에 기술된 방법에 의해 제작되는 경우에, 개구 부분(21)의 하부 표면은, 도 7n의 단계에서 RIE 방법에 의해 전도 층(308)을 제거할 때 불순물에 의해 더럽혀지며, 손상된다는 것이 알려졌다. 도 19는 상기 개구 부분(21)의 하부 표면을 도시하는 전자 현미경 사진이다. 상기 사진으로부터 자명한 바와 같이, 불규칙한 결점을 갖는 다중의 영역이 개구(303A,303B)에 상응하는 직사각형 부분을 갖는 개구외에도 관측된다. 상기 결점은 에칭 가스로서 이용되는 CF4및 도 7n의 단계에서 TaMo의 RIE 공정에서 에칭 장치의 시편 고정기로서 사용되는 SiO2사이의 반응에 의해 형성되는 불화물로부터 유도되는 것으로 고려된다.
상기는 BAA 장치를 제작하는 종래의 방법에 대한 기술이다. 종래의 방법은 개구 부분의 하부 표면이 위에 기술된 바와 같이 손상되는 문제점을 갖는다. 상기 문제는 아래에 기술되는 본 발명의 실시예에 의해 제거된다.
본 발명의 실시예에 따른 BAA 장치를 제작하는 방법은 도 7a의 단계로부터 도 7l의 단계에 이르기까지 종래의 방법과 동일하다. 그러므로, 상기 단계는 설명하지 않겠다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예의 최종 공정을 설명하기 위한 도면이다.
상기 실시예에 따라서, 도 9a의 단계에서, 도 7l의 기판은 이온 밀링 장치의 시편 테이블에 고정되며 전도 층(308)은 이온 밀링에 의해 제거된다. 전도 층(308)의 이온 밀링은, RIE 보다 적어도 몇 배 더 효율적이며, 전도 층(308)을 정확히 제거할 수 있다. 따라서, 기판은 차단 지그에 고정되며 반대 측부는 습식 에칭된다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 기초를 이루는 열 산화물 SiO2피막의 개구(302A)에 의해 노출되는 Si 기판(301)의 부분은 제거된다.
도 10a는 도 9b의 단계에 사용되는 차단 지그의 메커니즘을 설명하기 위한 사시도이다. 도 10b는 장착된 웨이퍼를 도시하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 차단 지그(51)는 주변에 O-링(52)이 장착되는 원통형 구멍(53)을 갖는다. 웨이퍼(44)는 에칭되지 않은 표면이 원통형 구멍(53)과 접하는 상기 위치의 차단 지그(51)에 놓여진다. 아래에 O-링(59)을 갖는 고정기(56)는, 웨이퍼(44) 상에 놓이며, 나사(58)로 고정된다. 구멍(54)은 차단 지그(51)를 매달기 위해 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이 장착되는 웨이퍼(44)에 대하여, 웨이퍼(44)의 하부 표면은 원통형 구멍(53)에 접하며, 상기 원통형 구멍(53)은 차단 지그(51), 웨이퍼(44), 및 O-링(52)에 의해 밀폐되게 밀봉된다.
도 11은 차단 지그(51) 상에 장착되는 웨이퍼(44)를 갖는 차단 지그(51)가, 와이어(46)에 의해 매달리며, 에칭 용액기(41) 내에 에칭 용액(42)에 담가(적시어)진다. 도 11의 상태에서, 웨이퍼(44)의 일측 표면은 에칭 용액(42)과 접촉되는 반면에, 상기 웨이퍼(44)의 타측 표면은 차단 지그(51)의 밀폐되게 기밀된 원통형 구멍(53)의 공간에 접할 때 에칭 용액(42)과 접촉되지 않는다. 그러므로, 웨이퍼(44)는 도 11의 상태에 고정되는 한, 에칭 용액과 접촉되지 않는 타측 표면에 영향을 줌이 없이 일측 표면만이 에칭된다.
도 11에 도시되는 방식으로 수행되는 습식 에칭 공정은 개구(302A)로부터 도 9b의 구조를 갖는 Si 기판(301) 내에 도핑되지 않은 층(301A)을 제거하며, 그에 따라서 개구 부분(21) 내에 리세스(303A,303B)에 상응하는 개구를 형성한다. 상기 습식 에칭 공정에서, 정전 편향기의 편향 전극봉(309A, 309, 및 기타)으로 형성되는 Si 기판(301)의 영역은 차단 지그의 밀폐되게 밀봉된 리세스 내에 차단된다. 그러므로, 전도 층(308)이 도 9a의 단계에서 제거된 후에도, 손상되는 유전체 피막(306,307)의 문제는 제기되지 않는다.
그런데, RIE 방법은, 효율이 낮지만, 전도 층(308)을 제거하기 위해 이온 밀링 방법을 대신하여 사용될 수 있다. 또한, ICP(유도-결합된 플라즈마) 방법이 사용될 수 있다.
전도 층(308)은 TaMo/Au/TaMo 구조를 갖는 것에 한정되지 않지만 다른 금속 재료를 사용할 수 있다. 게다가, 습식 에칭 공정에서, EPW를 대신한 KOH가 에칭 용액으로서 사용될 수 있다.
에칭 용액이 도 11에 도시된 에칭 장치에 대해 에칭 율을 개선하기 위해 실내 온도 보다 상당히 더 높은 온도로 가열되며 사용되는 경우에, 웨이퍼(44)가 파단되는 문제는 차단 지그(42) 상에 장착되는 웨이퍼(44)를 갖는 차단 지그(41)가 에칭 용액(42)으로부터 꺼내지거나 상기 에칭 용액(42)으로 들어갈 때 제기된다. 이는 공기의 갑작스런 팽창 및 수축에 의해 발생되는 밀폐되게 밀봉된 공간의 내부 공기 압력 내에 상당한 변화에 기인하는 것으로 고려된다. 예를 들면, 에칭 용액의 온도는 약 112。C이다. 실내 온도 23。C로부터 약 112。C의 에칭 용액 온도까지의 증가로, 원통형 구멍(33) 내의 밀폐되게 밀봉된 공간 내의 압력은 보일 샤를의 법칙에 따라 약 6배나 더 높게 증가된다. 그 결과로, 큰 힘이 웨이퍼의 표면에 작용하여, 웨이퍼의 파단을 유도한다. 웨이퍼의 파단은 그에 상응하여 양품율을 감소시킨다.
상기의 관점에서, 도 11의 습식 에칭 장치는 아래에 기술되는 방식으로 개선되어졌다.
도 12a는 제 1 개선에 따른 차단 지그의 구조를 도시하는 도면이다. 도 12b는 차단 지그에 장착되는 웨이퍼를 도시하는 단면도이다. 상기 개선에서, 도 11에 도시된 메커니즘은 원통형 구멍(43)의 공간을 대기에 접하게 하기 위해 차단 지그(41)에 형성되는 덕트(61) 및 상기 원통형 구멍(43)의 바닥에 배치되는 압력 센서(64)를 포함하도록 구성된다. 파이프(62)는, 덕트(61)의 전방향 단부로부터 돌출되며, 고무 등의 휘기 쉬운 파이프(63)와 연결된다. 압력 센서(64)는 대기의 밖으로 이어지는 신호 케이블(65)과 연결되며, 밀봉 부재(66)는 신호 케이블(65)과차단 지그(41)의 사이에 삽입된다. 도면 번호 67은 차단 지그(41)가 이를 거쳐 매달리는 소정의 부분을 지정한다. 차단 지그(41) 등은 관련되는 에칭 용액으로 에칭되지 않는 스테인레스 강 또는 테프론(상표명)으로 만들어진다.
도 13은 에칭 용액(42)을 가두는 에칭 용액기(41)에 담가지는 도 12b의 차단 지그(51)를 도시한다. 상기 실시예에 따라, Si 웨이퍼(44)는 에틸렌디아민, 카테콜, 및 물의 혼합물로 이루어지는 에칭 용액으로 이방성(anisotropic) 습식 에칭되기 쉽다. 도 14에 도시된 바와 같이, 에칭되어질 Si 웨이퍼(44) 표면의 에칭되지 않은 부분은, 700nm의 두께까지 열 산화물 피막(71)이 형성되며, 리써그래피 및 RIE에 의해 패턴이 형성된다. 에칭 공정은 112。C까지 가열되는 에칭 용액(12) 내에 5 내지 6시간 동안 약 50μm의 Si를 담금으로써 수행된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 압력 탐지 회로(68), 압력 조정 제어 회로(69), 및 압력 제어 탱크(70)를 포함한다. 압력 센서(64)는 신호 케이블(65)에 대해 둘러싸여진 공간의 내부 압력에 따라 전기 신호의 변화를 출력한다. 압력 탐지 회로(68)는, 신호 케이블(65)을 통해 압력 센서(64)로부터 수신되는 전기 신호를 처리하며, 압력 조정 제어 회로(69)에 대해 둘러싸여진 공간의 내부 압력에 따라 신호를 출력한다. 압력 제어 탱크(70)는 공기 또는 질소와 같은 가스를 가압시킴으로써 탱크의 내부 압력을 증가시키는 펌프, 및 탱크로부터 대기로 가스를 배출함으로써 압력을 감소시키는 밸브를 포함하며, 그 결과로 탱크의 내부 가스 압력은 압력 조정 제어 회로(69)의 제어 신호에 따라 조정될 수 있다. 탱크는 튜브(63)를 통해 원통형 구멍(53)의 둘러싸여진 공간에 연결되며, 그러므로 압력은원통형 구멍(53)의 둘러싸여진 공간 내에서 조정될 수 있다. 조정 제어 회로(69)의 압력은, 압력 탐지 회로(68)로부터의 신호 출력에 따라 압력 제어 탱크(70)의 압력을 조정하며, 미리 결정된 값으로 원통형 구멍(53)의 둘러싸여진 공간의 내부 압력을 제어한다. 예를 들면, 실내 온도와 에칭 용액(42) 사이의 온도 차가, 위에 언급된 바와 같이, 약 100。C이라고 가정하면, 차단 지그(51) 상에 장착되는 웨이퍼(44)를 갖는 차단 지그(51)가 에칭 용액(42) 내에 넣어지며, 원통형 구멍(53)의 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 6배나 높이 증가된다. 그러나, 상기 실시예에 따라, 둘러싸여진 공간의 내부 압력 증가는 압력 센서(64)에 의해 탐지되며, 이에 따라서, 탱크 내의 가스 압력은 조정된다. 상기의 방식으로, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 에칭 용액 내에 담가지기 전에 초기 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 웨이퍼는 증가된 압력 하에 파단됨으로부터 방지될 수 있으며, 그에 따라서 만족스런 방법으로 Si 에칭 공정을 수행하는 것을 가능하게 만든다. 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 초기 압력과 다른 임의적인 레벨로 또한 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 내부 압력은 차단 지그(51)가 에칭 용액(42) 내에 담가질 때 웨이퍼(44)의 표면에 작용하는 압력보다 약간 더 높은 값으로 설정될 수 있다.
열 산화물 피막(71)으로 형성되지 않는 구멍(72)이 에칭 공정으로 절취되어 관통 구멍을 형성시킬 때, 가스는 둘러싸여진 공간의 밖으로 분출하며, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 급격히 강하한다. 탐지된 압력을 항상 감시하는 압력 조정 제어 회로(69)는 미리 결정된 값 보다 더 심한 압력 강하가 짧은 시간 내에 발생할 때 에칭 종료 신호를 발생시킨다. 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 에칭 용액의 압력 보다 약간 더 높은 레벨로 설정되며, 그에 따라서 에칭 용액은 관통 구멍이 형성되는 사실에도 불구하고 둘러싸여진 공간으로부터 가까이하지 못한다. 대안적으로, 배치는 급격한 압력 강하의 탐지시 압력 제어 탱크(70)의 압력을 증가시키도록 이루어질 수 있다.
에칭은 전체의 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일한 비율로 반드시 처리되는 것은 아니며, 그에 따라서 초과 에칭이 요구된다. 초과 에칭 시간은, 에칭 율 등에 의해 결정되며, 정상적으로 5 내지 10분이다. 상기의 방식으로, 상기 제어 작업은 부족한 에칭 또는 과도한 초과 에칭을 방지할 수 있으며 정확한 에칭을 보장한다.
제 1실시예에 따라, 상기 공정은 Si 웨이퍼 내에 관통 구멍을 형성하기 위해 수행된다. 그러므로, 위에 기술된 것처럼, 관통 구멍은 개방되며, 둘러싸여진 공간 내의 압력은 에칭이 바람직한 양만큼 진행하는 시점에서 급격히 강하한다. 그러나, 일반적인 습식 에칭 공정에서, 관통 구멍을 형성하는 것이 반드시 일반적인 관행은 아니다. 설명은 상기의 경우에 또한 에칭 공정을 탐지하기 위한 방법에 대해 주어질 것이다.
제 1 방법에서, 도 15a에 도시된 바와 같이, 다수의 구멍(74 내지 76)은 반도체 칩으로 형성되지 않은 Si 웨이퍼(44)의 영역 내에 형성된다. 구멍이 형성되는 Si 웨이퍼(44)의 부분은 에칭 두께에 가까운 다수의 다른 두께를 나타낸다. 에칭 공정을 시작하기 전에, 도 15b에 도시된 바와 같이, 열 산화물 피막(77)은 에칭 두께 또는 상기 에칭 두께 보다 더 두꺼운 구멍 부분의 각각에 대해 형성된다. 상기 열 산화물 피막(77)은 칩을 패턴화기 위해 열 산화물 피막(71)과 함께 동시에 형성된다. 웨이퍼(44)는 에칭되며, 관통 구멍이 에칭 공정으로 열 산화물 피막(77)을 형성하지 않은 구멍 부분 내에 형성될 때, 가스는 둘러싸여진 공간의 밖으로 분출하며, 상기 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 급격히 강하한다. 상기 결과로 감소하는 압력은 탐지된다. 초과 에칭이 위에 기술된 바와 같이 요구되는 경우에, 초과 에칭에 상응하는 양만큼 에칭 두께 보다 더 두꺼운 구멍이 선택된다.
제 2 방법에 따라, 전용 웨이퍼는 에칭 공정을 탐지하기 위해 사용된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제 2 원통형 구멍(82)은 차단 지그(51) 내에 형성되며, 덕트(81)는 원통형 구멍(53)과 원통형 구멍(82)을 서로 연결하기 위해 형성된다. O-링(85)은 원통형 구멍(82)의 주위에 배치되며, 개구(83)는 원통형 구멍(82)에 접하는 방식으로 고정기(56) 내에 형성된다. O-링(86)은 개구(83)의 주위에 배치된다. Si 웨이퍼(84)는 에칭 공정을 탐지하기 위해 장착된다. Si 웨이퍼(84)는, 미리 결정된 두께의 구멍이 형성되며, 다양한 두께로 형성될 수 있다. 에칭 공정을 수행할 때, Si 웨이퍼(44)는 에칭 두께에 상응하는 적합한 두께의 구멍 부분을 갖는 Si 웨이퍼(84)를 선택하며 설정하는 동일한 시간에 설정되며, 그 뒤를 이어서 상기 Si 웨이퍼(44)를 에칭 용액에 담근다. 관통 구멍이 에칭 공정으로 웨이퍼(84) 내에 형성되자 마자, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 상기 선행의 경우에서처럼 급격히 강하한다. 그런데, 압력 센서(64)는 원통형 구멍(82)의 부분 내에 선택적으로 배치될 수 있다.
위에 기술된 바와 같이 에칭 공정을 탐지함이 없이, 에칭 공정의 시간은 물론 에칭 율에 기초하여 설정될 수 있다.
제 1 개선에서, 둘러싸여진 공간 내의 압력은 탐지되며 피드백에 의해 제어된다. 그러나, 웨이퍼의 파단은 미리 결정된 압력, 예를 들면 에칭 용액기의 외부 압력으로 상기 둘러싸여진 공간의 내부를 유지함에 의해 단순히 또한 방지될 수 있다. 제 2 개선은 둘러싸여진 공간의 내부가 대기압으로 유지되는 예를 나타낸다.
도 17은 제 2 개선에 따른 차단 지그(51)를 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 제 2 개선에 따른 차단 지그(51)는 원통형 구멍(53)에 연결되는 덕트(61)가 대기로 개방되는 돌출 부분(91)을 포함한다. 웨이퍼는 제 1 개선에서와 같이 도 17에 도시된 차단 지그(51) 상에 장착되며, 도 18에 도시된 바와 같이, 차단 지그(51)는 구멍(92) 내에 고정되는 와이어(93)로 에칭 용액(42) 내에 담가진다. 돌출 부분(91)의 전방향 단부는 에칭 용액(42)의 밖으로 확장한다. 그러므로, 차단 지그(51)와 웨이퍼의 원통형 구멍(53)에 의해 형성되는 둘러싸여진 공간이 외부 공간과 연결된다. 따라서, 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 외부 공간과 같은 동일한 레벨로 유지된다. 둘러싸여진 공간의 온도는 차단 지그(51)가 에칭 용액(42) 내로 및 밖으로 이동될 때 급격한 변화를 겪는 경우에도, 그에 따라서 둘러싸여진 공간의 내부 압력은 외부 공간과 동일한 일정 레벨로 유지된다. 따라서, 웨이퍼는 파단되지 않는다.
본 발명의 개선은 위에 기술되어 있다. 본 발명은 웨이퍼의 일측부만에 대한 어떤 타입의 습식 에칭에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 습식 에칭 방법 및 장치가 습식 에칭의 때에 반도체기판(웨이퍼)의 파단을 방지할 수 있다는 것이 앞서의 기술로부터 이해될 것이다. 또한, 습식 에칭 공정의 종료 시점이 명확히 결정되기 때문에, 부족한 에칭 또는 과도한 초과 에칭에 의해 달리 발생될 수 있는 에칭되지 않은 표면에 대한 손상이 방지될 수 있다. 게다가, 초과 에칭이 연장되는 경우에도, 에칭 용액은 상기 둘러싸여진 공간으로부터 접근하지 못하며, 그에 따라서 에칭되지 않는 표면은 역 영향을 받지 않는다. 따라서, 습식 에칭의 양품율과 품질이 개선되며, 이는 차례로 반도체 제작 공정의 개선된 양품율에 대해 반도체 장치의 품질을 개선한다.
Claims (18)
- 어레이 내에 다수의 개구(aperture)와 상기 개구에 상응하는 다수의 정전(electrostatic) 편향기가 제각기, 형성되는 개구 어레이 기판을 제작하는 방법에 있어서,상기 기판 상에 배선 패턴을 형성하는 단계와,상기 배선 패턴을 덮기 위해 상기 방식으로 상기 기판 상에 유전체(dielectric) 피막을 형성하는 단계와,상기 다수의 개구에 상응하여 상기 기판 내에 다수의 리세스(recesses)를 제각기, 형성하는 단계와,상기 다수의 리세스에 인접하는 상기 유전체 피막 내에 상기 배선 패턴을 노출시키기 위해 다수의 접촉 구멍을 제각기, 형성하는 단계와,상기 다수의 접촉 구멍을 포함하기 위한 방식으로 상기 유전체 피막 상에 전도 피막 패턴을 적층시키는 단계와,상기 다수의 접촉 구멍 각각에 전극봉과 같이 상기 전도 피막 패턴으로 도금함에 의해 상기 배선 패턴에 전기적으로 접속되는 상기 정전 편향기의 상기 전극봉을 형성하는 단계와,상기 전도 피막을 제거하는 단계와, 그리고습식(wet) 에칭에 의해 미리 결정된 위치에 상기 기판의 반대 측부 일부분을 제거하는 반면에 상기 일부분과 다른 타측 부분을 차단하는 단계를 포함하는 개구어레이 기판을 제작하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 습식 에칭 단계는 상기 반대 측부의 상기 부분과 다른 상기 기판의 일측 부분을 덮으며 에칭 용액에 상기 기판을 담그기 위해 차단 지그 내에 상기 기판을 고정함에 의해 수행되는 개구 어레이 기판을 제작하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 차단 지그는 하나 이상의 리세스를 갖는 바디 부분을 포함하며, 상기 기판은 상기 유전체 피막이 상기 차단 지그의 상기 리세스에 접하며 상기 리세스가 밀폐되게 밀봉되는 방식으로 장착되며, 그에 따라서 상기 반대 부분과 다른 상기 기판의 일측 부분을 덮는 개구 어레이 기판을 제작하는 방법.
- 제 3항에 있어서, 차단 지그는 제각기, 상기 리세스를 둘러싸기 위해 상기 각각의 리세스의 상기 에지 부분을 따라 배치되는 밀봉 부재, 및 상기 반대 측부의 일부분을 노출시키기 위해 개구를 갖는 고정 부재를 포함하되, 상기 고정 부재는 상기 밀봉 부재에 대해 가압되는 상기 기판과 함께 상기 바디 부분에 맞물리는 개구 어레이 기판을 제작하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 전도 피막을 제거하는 상기 단계는 이온 밀링(ion milling) 방법에 의해 수행되는 개구 어레이 기판을 제작하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판인 개구 어레이 기판을 제작하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 개구 어레이 기판은 전자빔 노출 장치에 대해 사용되는 블랭킹(blanking) 개구 어레이인 개구 어레이 기판을 제작하는 방법.
- 습식 에칭 방법으로서, 작업물의 일측부가 둘러싸여진 공간에 접하며 상기 작업물의 타측부가 개방된 공간에 접하는 위치에 소정의 평탄한 작업물이 상기 작업물을 고정하기 위해 메커니즘 상에 장착되며, 상기 메커니즘은 에칭 용액에 담가지는 반면에 상기 작업물의 타측부만이 상기 에칭 용액과 접촉되도록 상기 작업물을 고정시키며, 그에 따라서 상기 작업물의 상기 타측부만이 습식 에칭되는, 상기 습식 에칭 방법에 있어서,상기 메커니즘의 상기 둘러싸여진 공간으로 가스를 유입시키는 단계와, 그리고상기 둘러싸여진 공간의 내부 압력을 탐지하는 단계 및 상기 탐지된 압력에 따라 미리 결정된 값으로 상기 둘러싸여진 공간의 상기 내부 압력을 유지하는 단계를 포함하는 습식 에칭 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 미리 결정된 값은 상기 메커니즘이 상기 에칭 용액에 담가지기 전에 압력을 나타내는 습식 에칭 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 미리 결정된 값은 상기 메커니즘이 상기 에칭 용액에 담가질 때 상기 작업물의 표면 상에 분배되는 압력 보다 약간 더 높은 압력을 나타내는 습식 에칭 방법.
- 습식 에칭 장치에 있어서,작업물의 일측부가 둘러싸여진 공간에 접하며 상기 작업물의 타측부가 개방된 공간에 접하는 위치에 평탄한 작업물을 고정시키기 위한 메커니즘과,습식 에칭 용액을 가두는 에칭 용액기로서, 즉 상기 메커니즘 상에 상기 작업물을 장착하며, 상기 에칭 용액기의 상기 에칭 용액 내에 상기 메커니즘을 담그며, 상기 작업물의 상기 타측부만을 습식 에칭하기 위한 수단과,상기 메커니즘의 상기 둘러싸여진 공간으로 가스를 유입시키거나 이로부터 가스를 배출함에 의해 상기 둘러싸여진 공간의 상기 내부 압력을 조정하기 위한 압력 조정 수단과,상기 메커니즘의 상기 둘러싸여진 공간의 상기 내부 압력을 탐지하기 위한 수단과, 그리고상기 탐지된 압력에 따라 상기 압력 조정 수단을 제어하며 미리 결정된 값으로 상기 둘러싸여진 공간의 상기 내부 압력을 유지하기 위한 압력 제어 수단을 포함하는 습식 에칭 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 미리 결정된 값은 상기 메커니즘이 상기 에칭 용액에 담가지기 전에 압력을 나타내는 습식 에칭 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 미리 결정된 값은 상기 메커니즘이 상기 에칭 용액에 담가질 때 상기 작업물의 상기 표면에 분포되는 압력 보다 약간 더 높은 압력을 나타내는 습식 에칭 장치.
- 습식 에칭 방법으로서, 작업물의 일측부가 둘러싸여진 공간에 접하며 상기 작업물의 타측부가 개방된 공간에 접하는 위치에 소정의 평탄한 작업물이 상기 작업물을 고정하기 위해 메커니즘 상에 장착되며, 상기 메커니즘은 에칭 용액에 담가지는 반면에 상기 작업물의 타측부만이 상기 에칭 용액과 접촉되며 습식 에칭되도록 상기 작업물을 고정하는, 상기 습식 에칭 방법에 있어서,상기 에칭 용액의 외측 수단에 상기 메커니즘의 상기 둘러싸여진 공간을 연결시키는 단계를 포함하는 습식 에칭 방법.
- 제 14항에 있어서, 가스가 상기 둘러싸여진 공간으로 유입되는 단계를 포함하는 습식 에칭 방법.
- 습식 에칭 장치에 있어서,작업물의 일측부가 둘러싸여진 공간에 접하며 상기 작업물의 타측부가 개방공간에 접하는 위치에 평탄한 작업물을 고정하기 위한 메커니즘과,습식 에칭 용액을 포함하는 에칭 용액기와,상기 메커니즘 상에 상기 작업물을 장착하며 상기 작업물의 타측부만이 습식 에칭되도록 상기 에칭 탱크의 에칭 용액 내에 상기 메커니즘을 담그기 위한 수단과, 그리고상기 에칭 용액기의 상기 에칭 용액의 외측 수단에 상기 메커니즘의 상기 둘러싸여진 공간을 연결시키기 위한 수단을 포함하는 습식 에칭 장치.
- 제 16항에 있어서, 가스가 상기 연결 수단을 통해 상기 둘러싸여진 공간 내로 유입되는 습식 에칭 장치.
- 전자빔 노출 장치에 있어서,전자빔을 방사하기 위한 전자빔 발생부와,상기 전자빔을 다수의 차일드(child) 빔으로 분리하며 상기 전자빔이 노출을 위해 사용되는지에 대해 개별적으로 각각의 차일드 빔을 제어하기 위한 차일드 빔 분리 제어 수단과,시편에 상에 상기 다수의 차일드 빔을 집중시키기 위한 전자 광학 수단과, 그리고상기 다수의 차일드 빔을 편향시키기 위한 수단을 포함하되,상기 차일드 빔 분리 제어 수단은 청구항 1에 기술된 하나 이상의 개구 어레이 기판을 구비하는 전자빔 노출 장치.
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