KR20040087847A - 반도체 기판의 가공 방법 - Google Patents

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KR20040087847A
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고야마도루
마시꼬요지
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가부시끼가이샤 르네사스 테크놀로지
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Abstract

반도체 기판을 가공하여, 그 표면에 고침(固浸) 렌즈(SIL : Solid Immersion Lens)을 형성하는 경우에, 이러한 고침 렌즈의 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 기판의 가공 기술을 제공한다. 반도체 기판(1)에 집속 이온 빔(5)을 조사하여, 그 주면(3a)에 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성한다. 이 때, 집속 이온 빔(5)에 의한 반도체 기판(1)의 연삭량을 반도체 기판(1)에 대한 집속 이온 빔(5)의 조사 시간을 변화시킴으로써 조정한다. 이것에 의해서, 볼록부(2)의 표면이 정밀도가 좋은 곡면이 되어, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.

Description

반도체 기판의 가공 방법{PROCESSING METHOD OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 기판의 표면에 고침(固浸) 렌즈(SIL : Solid Immersion Lens)를 형성하는 기술에 관한 것이다.
LSI 등의 반도체 장치의 다층 배선화에 따라, 반도체 기판의 상면으로부터의평가·해석은 곤란하여, 반도체 기판의 이면으로부터의 어프로치가 필수로 되고 있다. 이면으로부터의 주된 고장 해석 방법으로서는, 전류 누설 개소로부터 발생하는 미약한 빛을 검출함으로써 고장 해석을 행하는 발광 해석(「에미션 해석」이라고도 불림)이나, 레이저 빔의 조사에 의해 발생하는 기전류 또는 전원 전류의 변화를 상(像)으로 변환함으로써 고장 개소를 특정하는 OBIC(광기전류 해석) 및 OBRCH(Optical Beam Induced Resistance Change), 또한 레이저 빔을 조사하여 그 반사광의 강도 또는 위상 변화를 포착함으로써 임의 개소에서의 전위 파형을 관측하는 레이저 전압 프로브(LVP) 등이 있다. 이들 반도체 기판의 이면으로부터의 해석(이후, 단 「이면 해석」이라고 함)에서는, 두께 수 100㎛의 반도체 기판을 개재하여, 그 상면에 형성되어 있는 반도체 소자에 액세스할 필요가 있어, 통상 실리콘을 투과하는 적외광이 이용된다. 그러나, 사용하는 적외광의 파장은 1㎛ 이상이기 때문에, 공간 분해능은 실효적으로 0.7㎛ 이상으로 되고, 이면 해석의 적용에 의해 상(像) 분해능이 희생이 되지 않을 수가 없었다.
그래서, 공간 분해능을 개선하는 기술로서, 비특허 문헌 1에, 실리콘으로 이루어지는 고침 렌즈를 이용한 기술이 제안되고 있다. 그 기술은 빛의 매질의 굴절율을 증가시킴으로써, 빛의 파장으로 제한되는 회절 한계를 초월하는 해상도를 얻는 것이다.
비특허 문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 대략 반구형의 고침 렌즈를 반도체 기판의 이면에 밀착시켜서, 실리콘을 투과하는 빛을 이러한 고침 렌즈를 개재하여 반도체 기판에 입사함으로써, 고침 렌즈가 없는 경우보다도 집광각을 비약적으로크게 할 수 있다. 분해능 d는, d=λ/(2·n·sinθ)로 표현되고, n·sinθ로 표현되는 개구수 NA는 고침 렌즈의 적용에 의해 이상적으로는 굴절율 n의 2승배로까지 향상시키는 것이 가능하다. 또, 상기 θ 및 λ는 각각 집광각의 반각 및 빛의 파장을 나타내고 있다.
그러나, 비특허 문헌 1에 기재된 기술에서는 반도체 기판과 고침 렌즈과의 사이에 간극이 발생하면, 대폭 분해능이 열화하는 경우가 있었다. 그래서, 반도체 기판을 가공하여, 그 표면에 대략 반구형의 볼록부를 형성하고, 이 볼록부를 고침 렌즈로서 사용함으로써, 고침 렌즈와 반도체 기판을 일체적으로 형성하는 기술이 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부와 반도체 기판이 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 고침 렌즈와 반도체 기판과의 사이에 간극이 발생하지 않고, 비특허 문헌 1에 기재된 기술보다도 분해능이 향상된다.
또, 특허 문헌 1에 기재된 기술의 관련 기술이 본 출원인에 의한 선행 출원(미공개)에 기재되어 있고, 이러한 선행 출원의 출원 번호는 「일본 특원 2003-5550」이다.
(특허 문헌 1)
일본 특개 2002-189000호 공보
(비특허 문헌 1)
S.B.Ippolito et al., "High spatial resoluton subsurface microscopy", Applied Physics Letters, Vol.78, No.26, June 2001, pp.4071-4073
상술한 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 반도체 기판의 표면에 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부를 형성할 때에, 단면이 대략 반원형의 홈을 갖는 연마 툴을 이용하여 반도체 기판을 가공하고 있다. 그 때문에, 볼록부의 표면을 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리하기 어려웠다. 그 결과, 볼록부의 고침 렌즈로서의 렌즈 성능을 충분히 발휘시킬 수 없었다.
그래서, 본 발명은 상술한 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 반도체 기판을 가공하여, 그 표면에 고침 렌즈를 형성하는 경우에, 이러한 고침 렌즈의 성능을 향상시킬 수 있는 반도체 기판의 가공 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법으로 제작되는 반도체 기판의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법으로 제작되는 반도체 기판의 구조를 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법으로 제작되는 반도체 기판의 구조를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 반도체 기판
2 : 볼록부
3a : 주면
5 : 집속 이온 빔
25 : 레이저
26 : 에칭 가스
40 : 마스크
본 발명에 따른 반도체 기판의 제1 가공 방법은, (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판의 주면에 집속 이온 빔을 조사하여 상기 반도체 기판을 가공하고, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 상기 주면에 형성하는 공정을 구비하고, 상기 공정 (b)에서, 상기 반도체 기판에 대한 상기 집속 이온 빔의 조사 위치에 따라 상기 반도체 기판에 대한 상기 집속 이온 빔의 조사 시간을 변화시킴으로써 상기 반도체 기판의 연삭량을 조정한다.
본 발명에 따른 반도체 기판의 제2 가공 방법은, (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판의 주면에 집속 이온 빔을 조사하여 상기 반도체 기판을 가공하고, 고침 렌즈로서 작용하는 표면이 곡면인 볼록부를 상기 주면에 형성하는 공정을 구비하고, 상기 공정 (b)에서 상기 반도체 기판에 대한 상기 집속이온 빔의 조사 위치에 따라 상기 집속 이온 빔의 초점 위치를 변화시킴으로써 상기 반도체 기판의 연삭량을 조정한다.
본 발명에 따른 반도체 기판의 제3 가공 방법은, (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판의 주면에 에칭 가스 분위기 속에서 레이저를 조사하여 상기 반도체 기판을 가공하고, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 상기 주면에 형성하는 공정을 구비하고, 상기 공정 (b)에서, 상기 반도체 기판에 대한 상기 레이저의 조사 위치에 따라 상기 반도체 기판에 대한 상기 레이저의 조사 시간을 변화시킴으로써 상기 반도체 기판의 연삭량을 조정한다.
본 발명에 따른 반도체 기판의 제4 가공 방법은, (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판을 가공하여, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 그 주면에 형성하는 공정을 구비하고, 상기 공정 (b)는 (b-1) 집속 이온 빔에 의한 단위 시간당 연삭량이 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 재료로 이루어지고, 상기 볼록부와 동일한 형상을 갖는 마스크를 상기 반도체 기판의 상기 주면 위에 배치하는 공정과, (b-2) 상기 마스크의 상측으로부터 상기 마스크가 제거될 때까지 상기 마스크 및 상기 반도체 기판에 집속 이온 빔을 조사하여, 상기 주면에 상기 볼록부를 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 기판의 제5 가공 방법은, (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판을 가공하여, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 그 주면에 형성하는 공정을 구비하고, 상기 공정 (b)는 (b-1) 상기 반도체 기판과 에칭레이트가 실질적으로 동일한 재료로 이루어지고, 상기 볼록부와동일한 형상을 갖는 마스크를 상기 반도체 기판의 상기 주면 위에 배치하는 공정과, (b-2) 상기 마스크의 상측으로부터 상기 마스크가 제거될 때까지 상기 마스크 및 상기 반도체 기판에 대하여 드라이 에칭을 행하여, 상기 주면에 상기 볼록부를 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 기판의 제6 가공 방법은, (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판을 가공하여, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 그 주면에 형성하는 공정을 구비하며, 상기 공정 (b)는 (b-1) 에칭 가스 분위기 속에서의 레이저에 의한 단위 시간당 연삭량이 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 재료로 이루어지며, 상기 볼록부와 동일한 형상을 갖는 마스크를 상기 반도체 기판의 상기 주면 위에 배치하는 공정과, (b-2) 상기 에칭 가스 분위기 속에서, 상기 마스크의 상측으로부터 상기 마스크가 제거될 때까지 상기 마스크 및 상기 반도체 기판에 상기 레이저를 조사하여, 상기 주면에 상기 볼록부를 형성하는 공정을 포함한다.
<발명의 실시예>
실시예 1
우선, 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법에 의해 제작되는 반도체 기판(1)에 대하여 설명한다. 도 1은 이러한 반도체 기판(1)의 구조를 도시하는 도면으로, 도 1의 (a)는 그 단면도를 도시하고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 화살 표시 A로부터 본 경우의 평면도를 도시한다. 또한 도 2는 도 1의 (a)에 도시한 반도체 기판(1)의 가공 영역만을 추출하여 도시하는 사시도이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들면 실리콘 기판인 반도체 기판(1)의 한쪽의 주면(3a)에는 오목부(4)가 형성되어 있고, 이러한 오목부(4)의 저면(4a)에 볼록부(2)가 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 오목부(4)와 볼록부(2)는 반도체 기판(1)을 그 주면(3a)으로부터 가공하여 형성되기 때문에 서로 일체로 이루어져 있다.
볼록부(2)는, 예를 들면 반구체로서, 그 표면은 반구면을 이루고 있다. 그리고, 볼록부(2)의 구 직경 r은 예를 들면 300㎛로, 그 중심 O는 반도체 기판(1)의 다른 쪽 주면(3b)으로부터 그 내부를 향하여 두께 방향으로 거리 d0의 부분에 위치하고 있다. 또, 반도체 기판(1)의 두께 dw는, 예를 들면 400㎛로, 거리 d0은 예를 들면 100㎛ 이다. 또한, 반도체 기판(1)의 두께 방향에서의 오목부(4)의 저면(4a)과 반도체 기판(1)의 주면(3b)과의 거리도 거리 d0이다.
상술한 바와 같은 형상을 이루는 볼록부(2)는 구면 렌즈로서 작용하고, 반도체 기판(1)의 다른 쪽 주면(3b)에 형성되는 반도체 소자(도시하지 않음) 등에 대하여 이면 해석을 행할 때에 고침 렌즈로서 이용된다. 예를 들면 발광 해석에서는, 반도체 소자의 전류 누설 개소로부터 발생한 빛이 볼록부(2)를 통하여 반도체 기판(1) 외부로 추출된다. 그리고, 이와 같이 하여 추출된 빛을 이용하여 고장 해석 등이 행해진다. 또한 OBIC에서는 반도체 소자에 볼록부(2)를 통하여 레이저 빔이 조사되고, 그것에 의하여 발생하는 기전류의 변화를 이용하여 고장 해석 등이 행해진다.
다음에, 도 1, 도 2에 도시되는 반도체 기판(1)을 형성하는 것이 가능한 본실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예 1에서는, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 볼록부(2)의 중심 O를 원점으로 하고, 반도체 기판(1)의 두께 방향을 Z축으로 하는 3차원의 직교 좌표계 Q1을 정의하고, 이 직교 좌표계 Q1을 이용하여 이하에 본 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 실시예 1에 따른 가공 방법을 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예 1의 가공 방법에서는 기존의 집속 이온 빔 장치를 이용하여, 집속 이온 빔(5)을 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 조사하여 반도체 기판(1)을 가공하고, 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성함과 함께, 오목부(4)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성한다. 그리고, 집속 이온 빔(5)에 의한 반도체 기판(1)이 연삭량을 반도체 기판(1)에 대한 집속 이온 빔(5)의 조사 시간에 의해 조정한다. 이하에 구체적으로 설명한다.
상술된 바와 같이 정의한 직교 좌표계 Q1에서, 집속 이온 빔(5)을 X축 및 Y축을 따라 이동시켜, 집속 이온 빔(5)을 그 조사 위치로 이동하고, 그 위치에 정지시킨 후, 집속 이온 빔의 조사 위치에 따라 그 조사 시간 t를 변화시킨다. 이 때의 조사 시간 t는 이하의 수학식 1로 표시된다.
단, 계수 a0은 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 단위 면적에 저스트 포커스로(just in focus) 집속 이온 빔(5)을 조사할 때의 단위 시간당 반도체 기판(1)의 Z축 방향의 연삭량을 나타내고 있고, 예를 들면 집속 이온 빔전류를 10㎂로 설정한 경우에는 0.1㎛/초가 된다. 또한 변수 x, y는 집속 이온 빔(5)의 조사 위치의 X 좌표의 값 및 Y 좌표의 값을 각각 나타내고 있다. 이후, 변수 x, y를 집속 이온 빔(5)의 2차원 위치(x, y)와, 변수 x를 집속 이온 빔(5)의 1차원 위치 x로 각각 부르는 경우가 있다.
상술한 수학식 1에서 나타낸 바와 같이, 볼록부(2)를 형성할 때의 조사 시간 t, 즉 x2<r2또한 y2<r2일 때의 조사 시간 t는, 집속 이온 빔(5)의 2차원 위치(x, y)의 값에 의해 변화하고, 오목부(4)에서의 볼록부(2)가 형성되지 않은 부분을 형성할 때의 조사 시간 t, 즉 x2≥r2또는 y2≥r2일 때의 조사 시간 t는 일정하다.
또한, 반도체 기판(1)에 집속 이온 빔(5)을 조사하여 가공할 때에는, 도 3에 도시된 바와 같이, Z축 방향을 따라 상하로 이동 가능한 스테이지(10) 위에 반도체 기판(1)을 배치한다. 그리고, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)이 항상 저스트 포커스로 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 조사되도록, Z축의 마이너스 방향으로의 기판 가공의 진행과 함께, 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다.
반도체 기판(1)의 주면(3a)의 어느 점을 가공할 때, 기판 가공이 진행됨에 따라서 피가공면은 원래의 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 위치로부터 깊은 위치로 변화한다. 그 때문에, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)의 포커스를 피가공면에 일치시키기 위해서는 기판 가공의 진행과 함께 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킬 필요가 있다.
예를 들면, 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 어느 점에서의 Z축 방향의 토탈 연삭량을 G라고 하면, 기판 가공은 등속으로 Z축의 마이너스 방향으로 진행하기 때문에, G/t(t는 조사 시간)의 속도로 스테이지(10)를 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다. 그리고, 그 점에서의 가공이 종료된 후에, 즉 t초 후에 스테이지(10)를 원래의 위치로 되돌린다. 그리고, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 이동시켜서, 다음 점에서의 가공을 마찬가지로 행한다. 이 동작을 반복함으로써, 집속 이온 빔(5)의 포커스는 항상 피가공면과 일치하게 되고, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t만에 의해 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법에 따르면, 반도체 기판(1)의 연삭량을, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치에 따라 그 조사 시간 t를 변화시킴으로써 조정하고 있기 때문에, 볼록부(2)의 표면을 특허 문헌 1에 기재된 가공 방법보다도 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능을 향상시킬 수 있어, 이면 해석 정밀도가 향상된다.
또, 본 실시예 1에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 이용함으로써, 구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)뿐만 아니라, 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성하는 것도 가능하다. 이하에, 이 경우의 기판 가공 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 1에 도시하는 반도체 기판(1)에서, 구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2) 대신에, 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 주면(3a)에 구비하는 반도체 기판(1)의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 4의 (a)는 이러한 반도체 기판(1)의 단면도를 도시하고 있고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 화살 표시 B로부터 본 경우의 평면도를 나타내고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 볼록부(2)는 예를 들면 반타원체로, 그 표면은 반타원면을 이루고 있다. 이 반타원면은, 예를 들면 반도체 기판(1)의 두께 방향을 단축, 거기에 수직인 방향을 장축으로 하는 타원을, 단축 주위로 회전하여 얻어지는 가로로 긴 회전 타원면의 일부이다. 그 때문에, 도 4의 (a)에 도시되는 볼록부(2)의 단면 형상은 타원형의 일부이고, 도 4의 (b)에 도시되는 볼록부(2)의 평면 형상은 원형으로 되어 있다.
반타원체의 볼록부(2)의 중심 O는 반도체 기판(1)의 주면(3b)으로부터 그 내부를 향하여 두께 방향으로 거리 d0의 부분에 위치하고 있다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 이 중심 O를 원점으로 하고, 반도체 기판(1)의 두께 방향을 Z축으로 하는 3차원의 직교 좌표계 Q2를 정의한다.
볼록부(2)의 표면은 반타원면이기 때문에, 이 직교 좌표계 Q2를 이용하면, 볼록부(2)의 표면 형상을 이하의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
단, 상기 수학식 2 중 계수 a, b, c는 볼록부(2)의 반타원면의 3개의 주축의 길이의 반을 나타내고 있고, 예를 들면 각각 400㎛, 400㎛, 300㎛로 설정된다.
또, 도 4에 도시하는 반도체 기판(1)의 두께 dw는 예를 들면 400㎛로, 거리 d0은 예를 들면 100㎛이다. 또한, 반도체 기판(1)의 두께 방향에서의 오목부(4)의 저면(4a)과 반도체 기판(1)의 주면(3b)과의 거리도 거리 d0이다.
상술한 바와 같은 형상을 갖는 볼록부(2)는 비구면 렌즈로서 작용하고, 이면 해석을 할 때에 고침 렌즈로서 이용된다.
본 실시예 1에 따른 가공 방법으로 도 4에 도시되는 볼록부(2)를 형성할 때, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를 이하와 같이 설정한다.
그리고, 구면 렌즈의 볼록부(2)를 형성하는 경우와 마찬가지로, 반도체 기판(1)을 가공할 때는 스테이지(10) 상에 반도체 기판(1)을 배치하고, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)이 항상 저스트 포커스로 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 조사된 바와 같이, Z축의 마이너스 방향으로의 기판 가공의 진행과 함께, 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t만에 의해 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정할 수 있다. 따라서, 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)의 표면을 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있고, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능을 향상시킬 수 있다.
실시예 2
상술한 실시예 1에서는, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를 변화시킴으로써 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정하였지만, 본 실시예 2에서는 조사 시간 t는 일정하며, 집속 이온 빔(5)의 초점 위치 Fz를 변화시킴으로써 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정하는 가공 방법을 제안한다.
도 5는 본 실시예 2에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도이다. 도 5의 (a)에 도시되는 구조는 가공 전의 반도체 기판(1)의 단면 구조이며, 도 5의 (b)에 도시되는 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 단면 구조이다. 또, 도 5의 (b)에 도시되는 반도체 기판(1)은 도 1의 (a)에 도시하는 반도체 기판(1)과 동일하다.
본 실시예 2의 가공 방법에서는 집속 이온 빔(5)을 직교 좌표계 Q1에서의 X축 및 Y축을 따라 이동시키고, 집속 이온 빔(5)을 그 조사 위치로 이동하고, 그 위치에 정지시킨 후, 집속 이온 빔(5)의 2차원 위치(x, y)에 따라, 그 초점 위치 Fz를 변화시킨다. 이하에 구체적으로 설명한다.
우선, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 가공 전의 반도체 기판(1)을 Z축 방향으로 이동 가능한 스테이지(10) 상에 배치한다. 그리고, 기존의 집속 이온 빔장치를 이용하여, 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 대한 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 X축 방향 및 Y축 방향을 따라 이동시켜 반도체 기판(1)을 가공하고, 그 주면(3a)에 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성한다. 이 때, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t는 일정하며, 그 초점 위치 Fz를 집속 이온 빔(5)의 2차원 위치(x, y)의 값에 따라 변화시킨다.
예를 들면, 2차원 위치(x, y)에서의 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를, 상기 수학식 1 중 계수 a0을 정의할 때에 사용한 단위 시간과 동일한 값으로 설정한 경우, 저스트 포커스 시의 초점 위치를 "1"로 했을 때의 초점 위치 Fz는 이하의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
상기 수학식 4로 나타낸 바와 같이, 볼록부(2)를 형성할 때의 초점 위치 Fz, 즉 x2<r2또한 y2<r2일 때의 초점 위치 Fz는, 집속 이온 빔(5)의 2차원 위치(x, y)의 값에 의해 변화하고, 오목부(4)에서의 볼록부(2)가 형성되어 있지 않은 부분을 형성할 때의 초점 위치 Fz, 즉 x2≥r2또는 y2≥r2일 때의 초점 위치 Fz은 일정하다.
또, 집속 이온 빔의 초점 위치의 2승과, 그 에너지 밀도가 비례 관계에 있어, 에너지 밀도와, 반도체 기판의 연삭량과는 비례 관계에 있다. 따라서, 상기수학식 4로부터도 이해할 수 있듯이, 집속 이온 빔의 초점 위치의 2승과, 반도체 기판의 연삭량이 비례 관계에 있다.
상술된 바와 같이, 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 어느 점을 가공할 때, 기판 가공이 진행됨에 따라서 피가공면은 원래의 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 위치로부터 깊은 위치로 변화한다. 그 때문에, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)의 초점 위치 Fz를 상기 수학식 4로 나타내는 값으로 유지하기 위해서는, 기판 가공의 진행과 함께 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킬 필요가 있다.
그래서, 실시예 1과 마찬가지로, Z축의 마이너스 방향으로의 기판 가공의 진행과 함께, 스테이지(10)를 Z축의 플러스 방향으로 이동시킴으로써, 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다.
예를 들면, 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 어느 점에서의 Z축 방향의 토탈 연삭량을 G라고 하면, 기판 가공은 등속으로 Z축의 마이너스 방향으로 진행하기 때문에, G/t(t는 조사 시간)의 속도로 스테이지(10)를 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다. 그리고, 그 점에서의 가공이 종료한 후에, 스테이지(10)를 원래의 위치로 되돌린다. 그리고, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 이동시키고, 이동 후의 조사 위치에 따른 초점 위치 Fz를 설정하고, 다음 점에서의 가공을 마찬가지로 행한다. 이 동작을 반복함으로써, 집속 이온 빔(5)의 초점 위치 Fz는 기판 가공 중이어도 항상 상기 수학식 4로 나타내는 값이 되고, 집속 이온 빔(5)의 초점 위치 Fz만에 의해 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예 2에 따른 반도체 기판의 가공 방법에서는, 반도체 기판(1)의 연삭량을, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치에 따라 그 초점 위치 Fz를 변화시킴으로써 조정하고 있기 때문에, 상술한 실시예 1과는 다른 방법으로, 볼록부(2)의 표면을 특허 문헌 1에 기재된 가공 방법보다도 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능을 향상시킬 수 있어, 이면 해석 정밀도가 향상된다.
또, 본 실시예 2에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 이용하여, 상술한 도 4에 도시하는, 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성할 수 있다. 이 경우에는, 초점 위치 Fz를 이하와 같이 설정한다.
단, 상기 수학식 5 중 초점 위치 Fz는 2차원 위치(x, y)에서의 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를, 상기 수학식 1 중 계수 a0을 정의할 때에 사용한 단위 시간과 동일한 값으로 설정한 경우에서의 저스트 포커스 시의 초점 위치를 "1"로 했을 때의 초점 위치이다.
또한, 비구면 렌즈의 볼록부(2)를 형성하는 경우에도, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)이 항상 상기 수학식 5로 나타내는 값으로 유지되도록, Z축의 마이너스 방향으로의 기판 가공의 진행과 함께, 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로이동시킨다.
이와 같이, 집속 이온 빔(5)의 초점 위치 Fz를 조정함으로써, 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성할 수 있기 때문에, 이러한 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능을 향상시킬 수 있다.
실시예 3.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도이다. 도 6의 (a)에 도시되는 구조는, 가공 전의 반도체 기판(1)의 단면 구조이며, 도 6의 (b)에 도시되는 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 단면 구조이다. 또, 도 6의 (b)에 도시되는 반도체 기판(1)은 도 1의 (a)에 도시되는 반도체 기판(1)과 동일하다
상술한 실시예 1에서는, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를 변화시켜서 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정하였지만, 본 실시예 3에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 에칭 가스(26) 분위기 속에서 레이저(25)의 조사 시간 t를 변화시켜 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정한다.
예를 들면, 에칭 가스(26)로서 작용하는 XeF2(2불화 크세논) 가스 분위기 속에서, 헬륨 네온 레이저를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 조사하여 반도체 기판(1)을 가공하고, 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성한다. 이 때, 헬륨 네온 레이저를 직교 좌표계 Q1에서의 X축 및 Y축을 따라 이동시키고, 헬륨 네온 레이저를 그 조사 위치로 이동하고, 그 위치에 정지시킨후, 헬륨 네온 레이저의 조사 위치에 따라 그 조사 시간 t를 변화시킨다. 이것에 의해서, 실시예 1과 마찬가지로, 볼록부(2)의 표면을 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능을 향상시킬 수 있어, 이면 해석 정밀도가 향상된다.
또, 본 실시예 3에서의 조사 시간 t는, 실시예 1과 마찬가지로, 상기 수학식 1로 나타낼 수 있다. 단, 계수 a0은 에칭 가스(26) 분위기 속에서 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 레이저(25)를 조사했을 때의 단위 시간당 반도체 기판(1)의 Z축 방향의 연삭량이다. 또한, 본 실시예 3에서는 집속 이온 빔(5) 대신에 레이저(25)를 사용하고 있기 때문에, 실시예 1과 달리, 기판 가공의 진행과 함께 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킬 필요는 없다.
또한, 레이저(25)의 조사 시간 t를 상기 수학식 3과 같이 설정하고, 본 실시예 3에 따른 가공 방법을 이용하여, 도 4에 도시된 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)에 형성할 수 있다.
실시예 4.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 사시도이다. 도 7의 (a)에 도시된 구조는 가공 전의 반도체 기판(1)의 구조이고, 도 7의 (b)에 도시된 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 구조이다. 또, 도 7의 (b)에 도시된 반도체 기판(1)은 오목부(4)의 형상을 제외하고, 도 1의 (a)에 도시되는 반도체 기판(1)과 동일한 형상이다.
상술한 실시예 1, 2에서는 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 직교 좌표계 Q1에서의 X축 및 Y축을 따라 이동시키면서 반도체 기판(1)을 가공하였지만, 본 실시예 4에서는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, Z축을 회전축으로 하여 반도체 기판(1)을 등속으로 회전시키면서 반도체 기판(1)을 가공한다. 이하에, 구체적으로 설명한다.
우선, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, Z축을 회전축으로 하여 회전 가능한 스테이지(30) 상에 가공 전의 반도체 기판(1)을 배치하고, 스테이지(30)를 회전시킨다. 이것에 의해서, Z축을 회전축으로 하여 반도체 기판(1)이 회전한다. 스테이지(30)는, 예를 들면 2초에 1회전의 속도로 회전시킨다.
다음에, 반도체 기판(1)을 회전시킨 상태에서, 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 대한 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 X축 방향을 따라 이동시켜서 반도체 기판(1)을 가공한다. 이 때, 집속 이온 빔(5)의 1차원 위치 x의 값에 따라 그 조사 시간 t를 변화시킨다. 구체적으로는, 조사 시간 t를 이하와 같이 설정한다.
또한, 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 기판 가공이 진행됨에 따라 피가공면은 원래의 반도체 기판(1)의 주면(3a)의 위치로부터 깊은 위치로 변화하기 때문에, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)이 항상 저스트 포커스로 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 조사되도록, Z축의 마이너스 방향으로의 기판 가공의 진행과 함께, 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다. 상술한 스테이지(30)는 Z축 방향을 따라 이동 가능하고, 이러한 스테이지(30)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써, 반도체 기판(1)을 Z축을 따라 이동시킬 수 있다.
상술한 도 1에 도시되는 볼록부(2)의 표면은 반구면이기 때문에, 볼록부(2)의 표면은 직교 좌표계 Q1에서의 Z축을 회전축으로 하는 회전 곡면이라고 할 수 있다. 즉, XZ 평면 상 혹은 YZ 평면 상에 형성된 원을 Z축의 주위로 회전시켜서 얻어지는 구면의 일부가 도 1에 도시되는 볼록부(2)의 표면이 된다. 따라서, 본 실시예 4에 따른 가공 방법과 같이, Z축을 회전축으로 하여 반도체 기판(1)을 회전시키면서, 집속 이온 빔(5)을 그 주면(3a)에 조사함으로써 볼록부(2)를 형성시킬 수 있다. 또, 반도체 기판(1)을 회전시켜서 가공하고 있기 때문에, 볼록부(2)와 함께 형성되는 오목부(4)의 형상은 도 1에 도시하는 오목부(4)와는 다르며, 오목부(4)의 Z축 방향으로부터 본 평면 형상은 원형이 된다.
이와 같이, 본 실시예 4에 따른 반도체 기판의 가공 방법에서는, 반도체 기판(1)을 회전시키면서 가공하고 있기 때문에, 볼록부(2)의 표면을 보다 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 이면 해석 정밀도가 더욱 향상된다.
또, 볼록부(2)가 비구면 렌즈로서 작용하고, 그 표면 형상이 도 4에 도시되는 형상이어도, 본 실시예 4에 따른 가공 방법으로 해당 볼록부(2)를 형성할 수 있다.
실시예 1에서 설명한 바와 같이, 도 4에 도시되는 볼록부(2)의 표면 형상은 반도체 기판(1)의 두께 방향을 단축, 또한 이것에 수직인 방향을 장축으로 하는 타원을, 단축의 주위로 회전하여 얻어지는 가로로 긴 회전 타원면의 일부이기 때문에, 직교 좌표계 Q2에서의 Z축을 회전축으로 하는 회전 곡면이라고 할 수 있다. 따라서, 반구면의 표면 형상을 갖는 볼록부(2)와 마찬가지로, Z축을 회전축으로 하여 반도체 기판(1)을 회전시키면서, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 X축 방향을 따라 이동시킴으로써, 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성할 수 있다. 또, 이 경우의 조사 시간 t는 이하의 수학식 7로 나타낼 수 있다.
또한, 본 실시예 4의 가공 방법에 있어서, 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를 변화시키는 대신에, 실시예 2와 같이, 그 초점 위치 Fz를 변화시킴으로써도, 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성할 수 있다. 구체적으로는, Z축을 회전축으로 하여 반도체 기판(1)을 등속으로 회전시킨 상태에서, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 X축 방향을 따라 이동시키면서, 그 초점 위치 Fz를 1차원 위치 x에 따라 변화시킴으로써 볼록부(2)를 형성할 수 있다.
도 1에 도시되는 볼록부(2)를 형성하는 경우에는, 초점 위치 Fz를 이하의 수학식 8과 같이 설정하고, 도 4에 도시되는 볼록부(2)를 형성하는 경우에는 초점 위치 Fz를 이하의 수학식 9와 같이 설정한다.
또, 상기 수학식 8, 수학식 9 중 초점 위치 Fz는 1차원 위치 x에서의 집속 이온 빔(5)의 조사 시간 t를, 상기 수학식 1 중 계수 a0을 정의할 때에 사용한 단위 시간과 동일한 값으로 설정한 경우에서의 저스트 포커스 시의 초점 위치를 "1"로 했을 때의 초점 위치이다.
또한, 상술한 실시예 3과 같이, 에칭 가스(26) 분위기 속에서 레이저(25)의 조사 시간 t를 변화시켜서 반도체 기판(1)의 연삭량을 조정하는 경우에도, 도 8에 도시된 바와 같이, Z축을 회전축으로 하여 반도체 기판(1)을 회전시킨 상태에서 가공함으로써, 그 주면(3a)에 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성할 수 있다. 이 때의 레이저의 조사 시간 t는 상기 수학식 6으로 표시된다. 또, 도 8의 (a)에 도시되는 구조는 가공 전의 반도체 기판(1)의 구조이며, 도 8의 (b)에 도시되는 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 구조이다. 또한, 도 8의 (b)에 도시되는 반도체 기판(1)은 도 7의 (b)에 도시되는 반도체 기판(1)의 형상과 동일하다
이와 같이, 에칭 가스(26) 분위기 속에서, 반도체 기판(1)을 회전시키면서 레이저(25)를 조사함으로써 반도체 기판(1)을 가공함으로써, 볼록부(2)의 표면을 보다 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있어, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
실시예 5.
도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체 기판의 가공 방법을 도시하는 단면도이다. 도 9의 (a)에 도시되는 구조는 가공 전의 반도체 기판(1)의 단면 구조이고, 도 9의 (b)에 도시되는 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 단면 구조이다. 또, 도 9의 (b)에 도시되는 반도체 기판(1)은, 도 1의 (a)에 도시되는 반도체 기판(1)과 동일한 형상을 이루고 있다. 이하에 도 9를 참조하여, 본 실시예 9에 따른 가공 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, Z축 방향을 따라 이동 가능한 스테이지(10) 상에 가공 전의 반도체 기판(1)을 배치한다. 그리고, 볼록부(2)와 동일한 형상을 이루는 마스크(40)를 반도체 기판(1)의 주면(3a) 상에 배치한다. 본 실시예 5에서는 볼록부(2)가 반구체이기 때문에 마스크(40)는 반구체가 된다.
마스크(40)는, 예를 들면 틀을 이용하여 형성할 수 있어, 반도체 기판(1)과 동일한 재료로 형성되어 있다. 따라서, 반도체 기판(1)에 실리콘 기판이 채용되는 경우에는 마스크(40)는 실리콘으로 형성된다.
다음에, 마스크(40)의 상측으로부터 마스크(40)가 완전하게 제거될 때까지, 마스크(40) 및 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 집속 이온 빔(5)을 조사하여, 반도체기판(1)의 주면(3a)에 볼록부(2)를 형성한다. 구체적으로는, 집속 이온 빔(5)의 조사 위치를 직교 좌표계 Q1에서의 X축 및 Y축을 따라 이동시키면서, 반도체 기판(1) 및 마스크(40)를 가공한다. 이 때의 각 조사 위치에서의 조사 시간 t는 일정하고, t=1/a0×(dw-d0)이 된다.
또한 이 때, 실시예 1과 마찬가지로, 기판 가공 중에도 집속 이온 빔(5)이 항상 저스트 포커스로 반도체 기판(1)의 주면(3a) 혹은 마스크(40)의 표면에 조사되도록, Z축의 마이너스 방향으로의 가공의 진행과 함께, 스테이지(10)에 의해 반도체 기판(1)을 Z축의 플러스 방향으로 이동시킨다.
이와 같이, 볼록부(2)와 동일한 형상을 갖는 마스크(40)가 제거될 때까지, 반도체 기판과 해당 마스크(40)에 집속 이온 빔(5)을 조사하고 볼록부(2)를 형성하고 있기 때문에, 정밀도가 좋은 곡면을 표면에 갖는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성할 수 있다. 따라서, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능이 향상되고, 이면 해석 정밀도가 향상된다.
또, 본 실시예 5에 따른 반도체 기판의 가공 방법에 있어서, 집속 이온 빔을 이용하는 대신에, 드라이 에칭법을 이용함으로써 볼록부(2)를 형성해도 된다. 이하에, 이 경우의 본 실시예 5에 따른 가공 방법에 대하여 설명한다.
도 10은 드라이 에칭법을 이용하여 볼록부(2)를 형성하는 방법을 도시하는 단면도이다. 도 10의 (a)에 도시되는 구조는 가공 전의 반도체 기판(1)의 단면 구조이고, 도 10의 (b)에 도시되는 구조는 가공 도중의 반도체 기판(1)의 단면 구조이고, 도 10의 (c)에 도시되는 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 단면 구조이다.또, 도 10의 (c)에 도시되는 반도체 기판(1)은 도 1의 (a)에 도시되는 반도체 기판(1)과 동일한 형상이다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 우선, 마스크(40)를 반도체 기판(1)의 주면(3a) 상에 배치한다. 그리고, 마스크(40)의 상측으로부터 마스크(40)가 제거될 때까지, 마스크(40) 및 반도체 기판(1)에 대하여 드라이 에칭을 한다. 이 때의 드라이 에칭에는, 예를 들면 가스 플라즈마를 이용한 반응성 이온 에칭이 채용된다. 이에 의해, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)가 형성된다.
이와 같이, 볼록부(2)와 동일한 형상을 갖는 마스크(40)가 제거될 때까지, 반도체 기판(1)과 해당 마스크(40)에 대하여 드라이 에칭을 하여 볼록부(2)를 형성하고 있기 때문에, 정밀도가 좋은 곡면을 표면에 갖는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성할 수 있어, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또한, 집속 이온 빔(5)을 조사하는 대신에, 에칭 가스(26) 분위기 속에서 레이저(25)를 마스크(40) 및 반도체 기판(1)에 조사함으로써 볼록부(2)를 형성해도 된다. 이하에, 이 경우의 본 실시예 5에 따른 가공 방법에 대하여 설명한다.
도 11은 에칭 가스(26) 분위기 속에서의 레이저(25)의 조사에 의해 볼록부(2)를 형성하는 방법을 도시하는 단면도이다. 도 11의 (a)에 도시되는 구조는 가공 전의 반도체 기판(1)의 단면 구조이고, 도 11의 (b)에 도시되는 구조는 가공 후의 반도체 기판(1)의 단면 구조이다. 또, 도 11의 (b)에 도시되는 반도체 기판(1)은 도 1의 (a)에 도시되는 반도체 기판(1)과 동일한 형상이다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 우선 마스크(40)를 반도체 기판(1)의 주면(3a) 상에 배치한다. 그리고, 에칭 가스(26) 분위기 속에서, 마스크(40)의 상측으로부터 마스크(40)가 제거될 때까지, 마스크(40) 및 반도체 기판(1)에 레이저(25)를 조사한다. 구체적으로는, 레이저(25)의 조사 위치를 직교 좌표계 Q1에서의 X축 및 Y축을 따라 이동시키면서, 반도체 기판(1) 및 마스크(40)를 가공한다. 이 때의 각 조사 위치에서의 조사 시간 t는 일정하며, t=1/a0×(dw-d0)이 된다.
이에 의해, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 고침 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)가 형성된다.
이와 같이, 볼록부(2)와 동일한 형상을 갖는 마스크(40)가 제거될 때까지, 에칭 가스(26) 분위기 속에서 반도체 기판(1)과 해당 마스크(40)에 레이저(25)를 조사하여 볼록부(2)를 형성하고 있기 때문에, 정밀도가 좋은 곡면을 표면에 갖는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성할 수 있어, 볼록부(2)의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또 본 실시예 5에서는, 구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성하는 경우에 대하여 설명하였지만, 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 형성하는 경우에도 본 실시예 5에 따른 발명을 적용할 수 있다. 예를 들면, 반타원체의 마스크(40)를 반도체 기판(1) 상에 배치하고, 이러한 마스크(40)가 제거될 때까지 집속 이온 빔(5)을 반도체 기판(1) 및 마스크(40)에 조사함으로써, 혹은 반도체 기판(1) 및 마스크(40)에 대하여 드라이 에칭을 함으로써, 혹은 에칭 가스(26) 분위기 속에서 레이저(25)를 반도체 기판(1) 및 마스크(40)에 조사함으로써, 도 4에 도시된 비구면 렌즈로서 작용하는 볼록부(2)를 반도체 기판(1)의 주면(3a)에 형성할 수 있다.
또한 본 실시예 5에서는, 마스크(40)를 반도체 기판(1)과 동일한 재료로 형성하였지만, 집속 이온 빔(5)을 이용하여 반도체 기판(1)을 가공하는 경우에는 집속 이온 빔(5)에 의한 단위 시간당 연삭량이 반도체 기판(1)과 실질적으로 동일한 재료이면, 다른 재료를 이용하여 마스크(40)를 형성해도 된다. 또, 드라이 에칭법을 이용하여 반도체 기판(1)을 가공하는 경우에는 반도체 기판(1)과 에칭 레이트가 실질적으로 동일한 재료이면, 다른 재료를 이용하여 마스크(40)를 형성해도 된다. 또, 에칭 가스(26) 분위기 속에서의 레이저(25)의 조사에 의해 반도체 기판(1)을 가공하는 경우에는 에칭 가스(26) 분위기 속에서의 레이저(25)에 의한 단위 시간당 연삭량이 반도체 기판(1)과 실질적으로 동일한 재료이면, 다른 재료를 이용하여 마스크(40)를 형성해도 된다.
본 발명에 따른 반도체 기판의 제1 가공 방법에 따르면, 반도체 기판의 연삭량을 집속 이온 빔의 조사 시간에 의해서 조정하고 있기 때문에, 볼록부의 표면을 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 볼록부의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 기판의 제2 가공 방법에 따르면, 반도체 기판의 연삭량을 집속 이온 빔의 초점 위치에 의해 조정하고 있기 때문에, 볼록부의 표면을 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 볼록부의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 기판의 제3 가공 방법에 따르면, 반도체 기판의 연삭량을 레이저의 조사 시간에 의해 조정하고 있기 때문에, 볼록부의 표면을 정밀도가 좋은 곡면으로 마무리할 수 있다. 따라서, 볼록부의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 기판의 제4 가공 방법에 따르면, 볼록부와 동일한 형상을 갖는 마스크가 제거될 때까지, 반도체 기판과 해당 마스크에 집속 이온 빔이 조사되어 볼록부가 형성되기 때문에, 정밀도가 좋은 곡면을 표면에 갖는 볼록부를 반도체 기판의 주면에 형성할 수 있다. 따라서, 볼록부의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 기판의 제5 가공 방법에 따르면, 볼록부와 동일한 형상을 갖는 마스크가 제거될 때까지, 반도체 기판과 해당 마스크에 대하여 드라이 에칭이 행해져서 볼록부가 형성되기 때문에, 정밀도가 좋은 곡면을 표면에 갖는 볼록부를 반도체 기판의 주면에 형성할 수 있다. 따라서, 볼록부의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 기판의 제6 가공 방법에 따르면, 볼록부와 동일한 형상을 갖는 마스크가 제거될 때까지, 에칭 가스 분위기 속에서 반도체 기판과 해당 마스크에 레이저가 조사되어 볼록부가 형성되기 때문에, 정밀도가 좋은 곡면을 표면에 갖는 볼록부를 반도체 기판의 주면에 형성할 수 있다. 따라서, 볼록부의 고침 렌즈로서의 성능이 향상된다.

Claims (3)

  1. 반도체 기판의 가공 방법에 있어서,
    (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과,
    (b) 상기 반도체 기판의 주면에 집속 이온 빔을 조사하여 상기 반도체 기판을 가공하고, 고침(固浸) 렌즈(Solid Immersion Lens)로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 상기 주면에 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 공정 (b)에서, 상기 반도체 기판에 대한 상기 집속 이온 빔의 조사 위치에 따라, 상기 반도체 기판에 대한 상기 집속 이온 빔의 조사 시간을 변화시킴으로써 상기 반도체 기판의 연삭량(cutting amount)을 조정하는 반도체 기판의 가공 방법.
  2. 반도체 기판의 가공 방법에 있어서,
    (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과,
    (b) 상기 반도체 기판의 주면에 에칭 가스 분위기 속에서 레이저를 조사하여 상기 반도체 기판을 가공하고, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 상기 주면에 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 공정 (b)에서, 상기 반도체 기판에 대한 상기 레이저의 조사 위치에 따라, 상기 반도체 기판에 대한 상기 레이저의 조사 시간을 변화시킴으로써 상기 반도체 기판의 연삭량을 조정하는 반도체 기판의 가공 방법.
  3. 반도체 기판의 가공 방법에 있어서,
    (a) 반도체 기판을 준비하는 공정과,
    (b) 상기 반도체 기판을 가공하여, 고침 렌즈로서 작용하는, 표면이 곡면인 볼록부를 그 주면에 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 공정 (b)는,
    (b-1) 집속 이온 빔에 의한 단위 시간당 연삭량이 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 재료로 이루어지고, 상기 볼록부와 동일한 형상을 갖는 마스크를 상기 반도체 기판의 상기 주면 상에 배치하는 공정과,
    (b-2) 상기 마스크의 상방으로부터 상기 마스크가 제거될 때까지 상기 마스크 및 상기 반도체 기판에 상기 집속 이온 빔을 조사하여, 상기 주면에 상기 볼록부를 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 기판의 가공 방법.
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