KR20040005977A - 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 a) 하나 이상의 층(7)을 기판상에 제공하는 단계, b) 상기 제공된 층에 대한 제거 프로파일을 결정하는 단계, c) 상기 층(7)이 제거 프로파일을 따라 이온 빔의 위치에서 국부적으로 에칭됨으로써 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층이 형성되도록, 하나 이상의 이온 빔(9)을 상기 층 위로 한번 이상 안내하는 단계를 포함한다.
Description
500 MHz 이상의 주파수 범위에서 압전 박막을 기초로 하는 공진회로의 고유 진동수는 간접적으로 압전층의 층 두께에 비례한다. 음향 격리 구조물 그리고 바닥 전극 및 최상부 전극은 고유 진동수의 감소를 야기하는 공진회로의 부가 질량 하중을 구성한다. 상기 모든 층에서의 두께 변동은 공진회로 표본의 고유 진동수가 놓이는 제조 공차의 범위를 결정한다. 마이크로일렉트로닉 분야의 스퍼터링 공정에서는 5%의 층 두께 변동이 통상적이며, 약간의 비용을 들이면 1%(1σ)가 얻어질 수 있다. 이러한 변동은 웨이퍼마다 통계적으로 그리고 웨이퍼 중앙과 에지 사이에서 시스템적으로 나타난다.
압전 박막을 기초로 하는 공진회로의 음향 경로에서 개별 층의 두께 공차는 본질적으로 확률적으로 서로 무관하다. 따라서, 이러한 두께 공차에 의해 야기되는 주파수 에러 또는 주파수 변동은 에러 전파 법칙에 따라 가산된다. 압전 박막을 기초로 하는 공진회로에서는 통상적으로 대략 2%(1σ)의 전체 주파수 변동이 나타난다. 그러나, GHz 범위의 용도에서, 개별 공진회로의 고유 진동수는 적어도 0.5%의 절대 정확도를 가져야 한다. 고정밀 용도에서는 명세로부터 단지 0.25%의 공차 윈도우가 나타난다.
고선택 용도에서는 다수의 공진회로가 사다리, 격자 또는 평행 구성으로 결선(interconnect)되어야 한다. 개별 공진회로는 원하는 특성을 얻기 위해 의도적으로 서로 이조(detune)되어야 한다. 바람직하게는 비용상의 이유로, 하나의 디바이스의 모든 공진회로가 일정한 두께의 압전층으로 제조된다. 주파수 튜닝은 일반적으로 음향적 활성 스택 내의 추가 층에 의해 이루어진다. 각각의 고유 진동수에 대해, 상이한 두께의 추가 층이 제조되어야 한다. 이것은 일반적으로 각각의 경우에 리소그래피 단계를 수반하는 디포지션 또는 에칭 단계를 필요로 한다. 비용을 줄이기 위해, 통상적으로 단 2개의 고유 진동수를 설정하는 토폴로지만이 제조된다.
간행물 US 5,587,620호에는 추가 층의 디바이스-특정 디포지션(device-specific deposition)에 의해 주파수 조정이 이루어지는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 웨이퍼 레벨에서 수행될 수 없는 이러한 방법은 비교적 높은 제조 비용을 요구한다. 또한, 간행물 US 5,587,620호에는 온도 변동에 의한 주파수 조정이 제시되어 있다. 간행물 EP 0 771 070 A2호에서는 주파수 조정이 추가의 수동 소자의 보충적인 접속에 의해 달성된다. 그러나, 이러한 방법은 일반적으로 주파수 효과가 너무 작거나 또는 공진회로 특성의 기타 바람직하지 않은 변화를 야기한다.
본 발명은 미리 규정된 또는 조정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 압전 공진회로에서 주파수 조정을 실행하기 위한 미리 규정된 또는 조정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 압전 공진회로.
도 2 내지 4는 도 1에 도시된 압전 공진회로의 예시를 이용하는 본 발명에 따른 방법의 실시예.
도 5는 금속 층의 두께에서 주로 회전 대칭의 중앙-에지 에러의 전형적인 제거 프로파일.
도 6은 이온 빔 에칭의 측정된 제거 프로파일.
도 7 및 8은 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예.
본 발명의 목적은 상기 단점을 감소시키거나 또는 완전히 제거하는, 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 압전 공진회로의 고유 진동수를 설정하는데 사용될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항 제1항에 따른 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예, 개선예 및 형태들은, 청구범위의 종속항, 상세한 설명 및 첨부 도면에 제시된다.
본 발명에 따라
a) 하나 이상의 층을 기판에 제공하는 단계,
b) 상기 제공된 층에 대한 제거 프로파일을 결정하는 단계, 및
c) 하나 이상의 이온 빔을 상기 층 위로 한번 이상 안내함으로써, 이온 빔의 위치에서, 제거 프로파일에 따라 층을 국부적으로 에칭하여, 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 방법은 웨이퍼 마다의 랜덤한 변동 및 웨이퍼 중앙과 웨이퍼 에지 사이의 시스템적 변동 양자 모두가 보정될 수 있다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 비교적 간단한 장비로 비용 면에서도 효율적인 상기 변동의 보정이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 의도적으로 상이한 두께의 영역을 가진 층을 제조하기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 방법은 임의의 층 재료 및 층 두께에 보편적으로 사용될 수 있다는 장점을 추가로 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 제 1 시도에서 제거 프로파일이 얻어질 수 없으면, 여러 번 적용될 수도 있다. 층 디포지션 방법에서 나타나는 진보성에 의하여 높은 기계 스루풋이 얻어진다.
바람직하게는 전체 웨이퍼에 걸쳐 상기 층이 처리되므로, 본 발명에 따른 방법은 산업적 대량 생산에 의해 예컨대 스루풋과 관련해서 미리 결정되는 요건을 충족시킬 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 처리 시간은 1분 내지 60분이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 방법이 압전 공진회로의 고유 진동수를 설정하기 위해 사용된다. 이로 인해, 고유 진동수에 직접 영향을 줄 수 있는 방법이 얻어진다. 이 경우, 상기 방법은 오실레이터 스택의 제조 전에, 제조 도중에 그리고 제조 후에 적용될 수 있다. 그러나, 본 방법은 본질적으로 이미 완성된 공진회로에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 주파수 조정이 웨이퍼 레벨에서 이루어지고 압전 공진회로의 고유 진동수가 20% 까지의 큰 트리밍(trimming) 범위에 걸쳐 설정될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이온 빔의 사이즈는 1mm, 바람직하게는 5mm 보다 크다. 나아가, 이온 빔의 사이즈는 100mm, 바람직하게는 50mm 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 이온 빔으로서 아르곤 이온 빔이 사용된다. 또한, 가우스형 전류 밀도 분포를 가진 이온 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 이온 빔의 사이즈는 이온 빔의 1/2 폭을 의미한다. 특히, 이온 빔이 트랙에서 층 위로 안내되고, 트랙 간격은 이온 빔의 1/2 폭 보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 균일한 전류 밀도 분포를 가진 이온 빔이 사용되는 것이 특히 바람직하다. 이 경우에는, 이온 빔이 트랙에서 층 위로 안내되고 트랙 간격이 이온 빔의 사이즈 보다 작은 것이 특히 바람직하다. 2가지 경우에, 이온 빔, 예컨대 변위 테이블용 제어 데이터 및 소오스 제어는 이온 빔의 소위 "에칭 풋프린트"에 의한 소정 제거 프로파일의 역 콘볼루션(inverse convolutino)으로부터 얻어질 수 있다. 또한, 층의 국부적 에칭이 이온 빔의 전류 밀도 및/또는 이온 빔이 층 위로 안내되는 속도에 의해 제어되는 것이 특히 바람직하다.
또 다른 바람직한 실시예에 따라 단계 c) 전에, 층의 에칭될 영역만을 개방하는 마스크, 특히 레지스트 마스크가 상기 층에 제공된다.
본 발명에 따른 방법이 압전 공진회로에 고유 진동수를 설정하기 위해 사용되면, 제공된 층의 제거 프로파일을 결정하기 위해 압전 공진회로의 고유 진동수의 전기적 측정이 수행되는 것이 특히 바람직하다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 압전 공진회로를 도시한다. 웨이퍼(1)상에 바람직하게는 실리콘인 캐리어층(2)이 배치되며, 그 아래에서 예컨대 산화물로 이루어진 보조층(3)내의 공동부(4)가 공진회로로서 제공된 층 구조물의 영역에 배치된다. 상기 공동부는 전형적으로 200 ㎛ 정도의 사이즈를 갖는다. 상기 캐리어층(2)상에는, 바닥 전극을 위해 제공된 하부 전극층(5), 압전층(6) 및 최상부 전극을 위해 제공된 상부 전극층(7)으로 이루어진 공진회로의 층 구조물이 배치된다. 전극층(5, 7)들은 바람직하게는 금속이며, 압전층(6)은 예컨대 AlN, ZnO 또는 PZT 세라믹(PbZrTi)이다. 상기 층 구조물은 전반적으로 5 ㎛ 정도의 두께를 가지는 것이 통상적이다. 공동부 대신에, 여타의 음향 격리물, 예컨대 음향 거울이 사용될 수도 있다.
원하는 고유 진동수를 설정하기 위해, 국부적으로 조정된 두께 프로파일을 가진 상부 전극층(7)이 형성되었다. 본 실시예에서, 이것은 상부 전극층(7)이 압전 공진회로의 영역에서 압전층(6) 바로 위에서 나머지 영역에서 보다 훨씬 더 얇게 형성된다는 것을 의미한다. 이 경우, 도 1에 도시된 상부 전극층(7)의 두께 프로파일은 본 발명에 따른 방법에 따라 형성되었다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 압전 공진회로의 예시를 이용하는 본 발명에 따른 방법의 실시예를 보여준다. 여기서, 시점(starting point)은 도 2에 도시된 구조물이며, 상기 구조물은 상부 전극층(7)이 없는 압전 공진회로에 상응한다. 따라서, 도 2에 도시된 구조물은 상부 전극층(7)의 후속 디포지션을 위한 일종의 기판으로서 작용한다.
그리고 나서, 스퍼터링 방법에 의해 비교적 두꺼운 금속층, 예컨대 텅스텐 층이 형성된다. 스퍼터링 방법 대신에, CVD 방법 또는 전기 화학적 방법이 사용될 수도 있다. 금속층의 제공 후에, 금속에 대한 제거 프로파일이 결정된다. 본 실시예에서 상기 결정은 공진회로의 위치에서 공진회로의 고유 진동수 측정에 의해 이루어진다. 이것을 위해, 니들 콘택(8)이 금속층 상으로 안내되고 공진회로의 임피던스가 전기 여자(excitation)의 주파수의 함수로서 측정된다(도 3). 그렇게 해서 얻어진 임피던스 곡선으로부터 고유 진동수가 결정된다. 측정된 고유 진동수는 압전 공진회로의 원하는 고유 진동수와 비교됨으로써, 제거되어야 할 층 부분이 계산될 수 있다. 이것은 웨이퍼(1)상의 상이한 공진회로의 경우에 층의 두께 변동으로 인해 및/또는 공진회로의 상이한 기능들로 인해 층의 상이한 두께 부분이 되기 때문에, 전체 웨이퍼에 걸쳐 특정 제거 프로파일이 주어지고, 후속해서 이온 빔 에칭을 제어하는데 사용된다.
그리고 나서, 이온 빔(9)이 층 위로 한번 이상 안내됨으로써, 이온 빔의 위치에서, 제거 프로파일을 따라 금속 층이 국부적으로 에칭되며, 공진회로의 원하는 고유 진동수에 따라 국부적으로 조정되는 층 두께 프로파일을 가진 금속층(7)이 형성될 수 있다(도 4). (대응하는 직경을 가지는) 가우스형 이온 빔으로 웨이퍼를 기계적으로 스캐닝함으로써, 국부적으로 제어가능한 제거가 이루어질 수 있다. 웨이퍼가 트랙으로 스캐닝되면, 빔 전류 또는 스캐닝 속도가 국부적으로 필요한 제거에 따라 제어될 수 있다. 상기 스캐닝은 임의의 시퀀스로 x 및 y 방향 트랙으로(대안으로서 동심 링 또는 나선도 가능함) 이루어지며, 상기 트랙의 간격은 이온 빔의 1/2 폭 보다 훨씬 작아야 한다.
빔의 직경 선택은 요구되는 최대 제거 기울기에 따라 이루어진다; 작은 빔 직경은 급경사의 기울기를 가능하게 하지만, 전체적으로 단위 시간 당 보다 적은 체적 제거를 제공한다. 변위 테이블 및 소스 제어용 제어 데이터는 이온 빔의 소위 "에칭-풋프린트"에 의한 소정 제거 프로파일의 역 콘볼루션으로부터 얻어진다.
가우스형 전류 밀도 분포를 가진 이온 빔 대신에, 균일한 전류 밀도 분포를 가진 이온 빔이 사용될 수도 있다. 이 경우에는 트랙 간격이 이온 빔의 사이즈 보다 작아야 한다.
도 5는 150개의 압전 공진회로에 상응하는 근사적으로 150개의 웨이퍼 위치에서 전기 주파수 측정으로부터 계산될 수 있는 바와 같이, 금속층의 두께에서 주로 회전 대칭인 중앙-에지 에러의 전형적인 제거 프로파일을 보여준다. 도 6은 x 방향으로 속도 제어에 의해 얻어졌던 가우스형 Ar 이온 빔(5 내지 50 mm의 1/2 직경)에 의한 이온 빔 에칭의 상응하는 측정된 제거 프로파일이다. y 방향에서 트랙간격은 1/2 직경의 대략 10%이었다. 나머지 에러는 1 내지 20 nm의 범위내에 있었다. 본 발명에 따른 방법은 웨이퍼 레벨에서 주파수 조정이 이루어질 수 있고, 압전 공진회로의 고유 진동수가 20%까지의 큰 트리밍 범위에 걸쳐서 그리고 0.25%의 주파수 정확도로 설정될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 상기 실시예에서는 공진회로의 소정 고유 진동수에 대해 국부적으로 조정되는 층 두께 프로파일을 가진 층이 형성되었다. 그러나, 층 두께 프로파일의 조정이 반드시 공진회로의 고유 진동수와 관련해서 이루어져야 할 필요는 없다. 본 발명에 따른 방법에 의해 예컨대 임피던스 값은 상이하지만 횡방향 치수는 동일한 다수의 저항 및/또는 커패시터가 형성될 수도 있다. 이것을 위해, 본 발명에 따른 방법은 각각의 저항 및/또는 커패시터에 대해 국부적으로 조정되는 층 두께 프로파일을 형성하는데 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 방법은, 기계적 파라미터는 상이하지만 횡방향 사이즈는 동일한 다수의 다이어프램(diaphragm)을 형성하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 방법은 각각의 다이어프램에 따라 조정되는, 다이어프램 재료의 층 두께 프로파일을 형성하는데 사용된다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예를 나타낸다. 기판(10)상에는 비교적 두꺼운 층(11)이 형성된다. 스퍼터링 방법 대신에, CVD 방법 또는 전기 화학적 방법이 사용될 수도 있다. 소정 용도에 따라 기판(10)이 절연층, 예컨대 산화물 층이고, 상기 층(11)은 도전층, 예컨대 금속층일 수 있다. 이러한 재료 선택은 예컨대 미리 규정된, 상이한 저항값을 가진 저항의 형성에 적합하다. 이에 반해, 미리 규정된, 상이한 임피던스 값을 가진 커패시터가 제조되어야 한다면, 기판(10)은 도전층, 예컨대 금속층이고, 상기 층(11)은 절연층, 예컨대 산화물 층일 것이다.
상기 층(11)의 제공 및 상기 층(11)의 가능한 패터닝 후에, 층(11)의 제거 프로파일이 결정된다. 미리 규정된, 상이한 저항값을 가진 저항이 형성되어야 하는 경우에, 상기 제거 프로파일은 예컨대 저항 측정에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 간섭계 측정이 사용될 수도 있다.
본 예시는 2개의 상이한 저항값을 가진 저항이 웨이퍼에 분포되어 형성되어야 한다는 것을 전제로 한다. 따라서, 그 다음에 레지스트 층이 제공되어 현상됨으로써, 레지스트 마스크(12)가 형성된다. 상기 레지스트 마스크(12)는 제 1 저항값을 가진 저항(13)이 형성되어야 하는 위치에서 개방된다. 그리고 나서, 이온 빔 에칭이 이루어진다. 상기 이온 빔 에칭은 레지스트 마스크(12)의 개방된 위치에서 이온 빔(9)으로 미리 규정된 제거 프로파일에 따른 에칭을 수행한다. 이 경우, 상기 층(11)의 모든 나머지 영역은 레지스트 마스크(12)에 의해 보호된다(도 7).
제 1 이온 빔 에칭이 완료되면, 레지스트 마스크(12)가 제거되고 추가의 레지스트 층이 제공되어 현상됨으로써, 추가의 레지스트 마스크(14)가 형성된다. 상기 레지스트 마스크(14)는 제 2 저항값을 가진 저항(15)이 형성되어야 하는 위치에서 개방된다. 그리고 나서, 이온 빔 에칭이 이루어지는데, 상기 이온 빔 에칭은 레지스트 마스크(14)의 개방된 위치에서, 미리 규정된 제거 프로파일에 따른 에칭을 수행한다. 이 경우, 상기 층(11)의 모든 나머지 영역은 레지스트 마스크(14)에의해 보호된다(도 8). 레지스트 마스크(14)의 제거 후, 각각의 저항에 대해 국부적으로 조정되는 층 두께 프로파일을 가진 층(11)이 얻어진다.
Claims (14)
- 국부적으로 조정된(adapted) 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법에 있어서,a) 하나 이상의 층을 기판 상에 제공하는 단계,b) 상기 제공된 층에 대한 제거 프로파일을 결정하는 단계, 및c) 하나 이상의 이온 빔을 상기 층 위로 한번 이상 안내함으로써, 이온 빔의 위치에서, 상기 제거 프로파일에 따라 상기 층을 국부적으로 에칭하여, 국부적으로 조정된 또는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이온 빔의 사이즈가 1mm 보다 큰, 바람직하게는 5mm 보다 큰 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 이온 빔의 사이즈가 100mm 보다 작은, 바람직하게는 50mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이온 빔으로서 아르곤 이온 빔이 사용되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,가우스형 전류 밀도 분포를 가진 이온 빔이 사용되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 이온 빔이 트랙에서 상기 층 위로 안내되고, 상기 트랙 간격이 이온 빔의 1/2 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,균일한 전류 밀도 분포를 가진 이온 빔이 사용되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 이온 빔이 트랙에서 층 위로 안내되고, 상기 트랙 간격은 이온 빔의 사이즈 보다 작은 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 층의 국부적 에칭은 이온 빔의 전류 밀도 및/또는 이온 빔이 상기 층 위로 안내되는 속도에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,단계 c) 이전에, 마스크, 특히 레지스트 마스크가 상기 층 상에 제공되고, 이는 에칭될 상기 층의 영역만을 개방된 상태로 남겨두는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방법이 압전 공진회로의 고유 진동수를 설정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 제공된 층에 대한 제거 프로파일을 결정하기 위하여, 압전 공진회로의 고유 진동수의 전기적 측정이 수행되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방법이 저항 및/또는 커패시터의 임피던스를 설정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 미리 규정된 층 두께 프로파일을 가진 층의 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방법이 상이한 기계적 파라미터를 가지는 다수의 다이어프램을 형성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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