KR20070063318A - Nanotip for electron radiation, method for manufacturing the same and nanotip lithography with the same - Google Patents

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KR20070063318A
KR20070063318A KR1020050123430A KR20050123430A KR20070063318A KR 20070063318 A KR20070063318 A KR 20070063318A KR 1020050123430 A KR1020050123430 A KR 1020050123430A KR 20050123430 A KR20050123430 A KR 20050123430A KR 20070063318 A KR20070063318 A KR 20070063318A
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Abstract

A nano-tip electron emission source, a method for manufacturing the same, and a nano-tip lithography apparatus having the same are provided to perform easily a control process by controlling one electron to be used in a lithography process. A nano-tip lithography apparatus includes an electron emission source and a wafer(201). The electron emission source includes a nano-tip array which is formed with a plurality of nano-tips. The electron emission source emits electrons from the nano-tip by a predetermined voltage. The wafer is arranged opposite to the nano-tip array of the electron emission source. Photoresist(202) exposed by emitted electrons is coated on the wafer.

Description

나노팁전자방출원, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 나노팁 리소그래피 장치{NANOTIP FOR ELECTRON RADIATION, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND NANOTIP LITHOGRAPHY WITH THE SAME}Nano tip electron emission source, manufacturing method thereof, and nano tip lithography apparatus having the same {NANOTIP FOR ELECTRON RADIATION, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND NANOTIP LITHOGRAPHY WITH THE SAME}

도 1 은 종래 기술에 따른 전자 빔 리소그래피 장치의 단면도,1 is a cross-sectional view of an electron beam lithographic apparatus according to the prior art,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 나노팁 전자 방출원의 제조 방법을 도시한 도면,2A to 2D illustrate a method of manufacturing a nanotip electron emission source according to an embodiment of the present invention;

도 3a 및 도 3b는 탄탈륨산화막나노팁어레이가 형성된 상태의 단면도 및 평면도, 3A and 3B are a cross-sectional view and a plan view of a state in which a tantalum oxide film nanotip array is formed;

도 4a는 10V의 인가전압 및 65%의 상대습도에서 산화시간에 따른 탄탈륨산화막나노팁어레이의 AFM 이미지,4A is an AFM image of a tantalum oxide nanotip array with oxidation time at an applied voltage of 10 V and a relative humidity of 65%;

도 4b는 시간에 따라 변화하는 탄탈륨산화막나노팁의 높이와 폭을 보여주는 도면,4b is a view showing the height and width of tantalum oxide nano-tips that change with time,

도 5a는 서로 다른 인가전압, 75%의 상대습도 및 1초의 산화시간에 따른 탄탈륨산화막나노팁어레이의 AFM 이미지,5A is an AFM image of a tantalum oxide nanotip array at different applied voltages, 75% relative humidity, and 1 second oxidation time.

도 5b는 인가전압에 의존하여 탄탈륨산화막나노팁의 높이와 폭이 변화하는 것을 도면,5B is a view showing that the height and width of the tantalum oxide nano-tips change depending on the applied voltage;

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노팁전자방출원을 이용한 나노팁 리소그 래피 장치의 구성도, 6 is a block diagram of a nano-tip lithography apparatus using a nano-tip electron emission source according to an embodiment of the present invention,

도 7은 탄탈륨산화막나노팁어레이와 웨이퍼의 다이맵의 매칭도.FIG. 7 is a matching diagram of a tantalum oxide film nanotip array and a die map of a wafer; FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

101 : 기판 102 : 탄탈륨막101 substrate 102 tantalum film

103 : 챔버 104 : 탐침103 chamber 104 probe

105 : 탄탈륨산화막나노팁 201 : 웨이퍼105: tantalum oxide film nanotip 201: wafer

202 : 포토레지스트 TNA : 탄탈륨산화막나노팁어레이202 photoresist TNA tantalum oxide nano tip array

본 발명은 노광장치에 관한 것으로, 특히 나노팁 리소그래피 장치(Nanotip lithography)에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exposure apparatus, and more particularly, to a nanotip lithography apparatus.

반도체 제조 공정에서의 리소그래피(Lithography) 공정은 특정한 파장의 광원을 이용하여 웨이퍼 표면에 패터닝을 하여 미세 패턴을 형성하는 기술이다.Lithography (lithography) in the semiconductor manufacturing process is a technique for forming a fine pattern by patterning the surface of the wafer using a light source of a specific wavelength.

하지만, 최근에 점점 더 작은 미세 패턴이 필요하게 되면서 기존 파장의 광원으로는 패터닝이 되지 않는 한계 상황에 부딪히게 되었다. 이는 광 간섭현상 및회절 현상이 발생하여 특정 파장의 광을 웨이퍼 표면에 정확하게 포커싱하기 힘들어지면서 발생하기 시작한다. However, in recent years, the need for smaller and smaller fine patterns has encountered a limiting situation that cannot be patterned by the light source of the existing wavelength. This occurs as optical interference and diffraction occur, making it difficult to accurately focus light of a particular wavelength onto the wafer surface.

즉, 광 간섭현상 및 회절 현상 등으로 인해 정확하게 패터닝할 수 있는 최소 포커싱 사이즈가 더 이상 작아지지 못하여 특정한 파장의 광원을 이용하여 웨이퍼 위에 미세 패턴을 형성하는데 어려움이 있다.That is, due to the optical interference phenomenon and diffraction phenomenon, the minimum focusing size that can be accurately patterned no longer becomes small, and thus it is difficult to form a fine pattern on the wafer using a light source having a specific wavelength.

이러한 어려움을 극복하기 위해 ArF 이멀젼(Emulsion) 방식의 리소그래피 장치가 개발되었지만 50nm급 이하 반도체 패턴 형성에는 이또한 한계를 보이고 있다. 이에 더 미세한 패턴의 디파인(define)은 현재 기술로 불가능한 것으로 여겨지고 있으며, 이를 가능하게 하기 위해 X 레이 리소그래피 장치와 전자빔(E-beam) 리소그래피 장치 방식을 대안으로 생각하고 있다.In order to overcome this difficulty, an ArF emulsion lithography apparatus has been developed, but this also shows a limitation in forming a semiconductor pattern of 50 nm or less. Finer patterns of fines are considered impossible with current technology, and X-ray lithography and E-beam lithography are considered alternatives to enable this.

그러나, X 레이 리소그래피 장치의 경우 마스크를 제조하기 어려우며 광원 특성상 패터닝시에도 많은 문제점을 내포하고 있다. However, in the case of an X-ray lithography apparatus, it is difficult to manufacture a mask and has many problems in patterning due to the light source characteristics.

도 1 은 종래 기술에 따른 전자 빔 리소그래피 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electron beam lithographic apparatus according to the prior art.

도 1에서 전자빔(Electron beam) 리소그래피 장치는 전자빔(10)을 발생하는 전자총(12)과, 발생된 전자 빔(10)에 소정의 형상으로 성형을 가하는 성형용 편향기(14) 및 성형용 렌즈(16)와, 성형된 전자 빔(10)을 집광시키는 대물렌즈(18) 및 편향기(20)와, 전자 빔(10)을 단속하며 가속하는 기능을 가지는 원형 애퍼쳐(circular aperture)형상의 홀더(22)와, 타겟(26)을 탑재하며 상기 전자 빔(10)과 수직한 스테이지(28)와 상기 스테이지를 수납하는 챔버(24)를 구비한다. 스테이지(28)는 타겟(26)을 전자 빔(10)에 수직인 평면 상에서 이차원적으로 이동시킨다.In FIG. 1, an electron beam lithography apparatus includes an electron gun 12 generating an electron beam 10, a molding deflector 14 and a molding lens for applying molding to the generated electron beam 10 in a predetermined shape. (16), objective lens (18) and deflector (20) for condensing the shaped electron beam (10), and circular aperture shape having the function of intermittently accelerating and accelerating the electron beam (10). It has a holder 22, a stage 28 on which the target 26 is mounted and perpendicular to the electron beam 10, and a chamber 24 for receiving the stage. Stage 28 moves target 26 two-dimensionally on a plane perpendicular to electron beam 10.

투사된 전자 빔(10)은 스테이지(28)에 탑재된 타겟(26)(여기서는 웨이퍼)에 입사된다.The projected electron beam 10 is incident on the target 26 (here wafer) mounted on the stage 28.

그러나, 도 1과 같은 전자빔 리소그래피 장치는 뛰어난 패터닝 특성에도 불구하고 웨이퍼 한 장을 노광하는데 걸리는 시간이 많이 걸려 쓰루풋(Throught put) 개념에서 단점을 가지고 있다. 또한, 빔 다발로 노광을 진행하기 때문에 전자들 사이에 미치는 힘으로 인해 30nm 이하 패턴을 형성할 수 없다. However, the electron beam lithography apparatus as shown in FIG. 1 has a disadvantage in the concept of throughput, which takes a long time to expose a single wafer despite excellent patterning characteristics. In addition, since the exposure is performed by the beam bundle, a pattern of 30 nm or less cannot be formed due to the force between the electrons.

위와 같은 문제로 인해 50nm급 이하 미세 패턴을 적용하고자 하는 최근의 반도체 소자에서 이를 패터닝하기 위한 리소그래피 장치 개발이 힘들고 늦어져 50nm 공정 개발에서 가장 큰 어려움으로 작용하고 있다.Due to the above problems, the development of a lithography apparatus for patterning it is difficult and delayed in the recent semiconductor device to apply a fine pattern below 50nm, which is the biggest difficulty in developing the 50nm process.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 30nm급 이하의 미세 패턴까지도 패터닝할 수 있으면서 쓰루풋도 증가시킬 수 있는 나노팁전자방출원, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 나노팁 리소그래피 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, a nano-tip electron emission source that can increase the throughput while being able to pattern even fine patterns of 30nm or less, its manufacturing method and nanotip lithography having the same The purpose is to provide a device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노팁 리소그래피 장치는 복수의 나노팁으로 이루어진 나노팁어레이를 갖고 소정 인가전압에 의해 상기 나노팁으로부터 전자를 방출하는 전자방출원, 및 상기 전자방출원의 나노팁어레이와 대향하여 배치되며 상기 방출되는 전자에 의해 노광되는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 전자방출원은 기판, 상기 기판 상의 도전막, 및 상기 도전막 상의 나노팁어레이를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 나노팁어레이는 상기 도전막 표면을 산화시킨 산화막나노팁이 일정 거리마다 형성된 어레이인 것을 특징으로 하며, 상기 도전막은 탄탈륨막이고, 상기 산화막나노팁은 탄탈륨산화막나노팁인 것을 특징으로 한다.Nanotip lithography apparatus of the present invention for achieving the above object has a nanotip array consisting of a plurality of nanotips and an electron emission source for emitting electrons from the nanotip by a predetermined applied voltage, and the nanotip of the electron emission source And a wafer coated with a photoresist disposed opposite the array and exposed by the emitted electrons, wherein the electron emission source comprises a substrate, a conductive film on the substrate, and a nanotip array on the conductive film. The nanotip array is characterized in that the oxide film nanotips oxidizing the surface of the conductive film is an array formed at a predetermined distance, the conductive film is a tantalum film, the oxide film nanotip is a tantalum oxide film nanotip It is characterized by that.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

후술하는 실시예는, 리소그래피 장치의 광학기기부분(즉, 노광원)으로 나노팁전자방출원을 사용하고, 나노팁전자방출원은 탐침을 이용하여 탄탈륨막을 산화시키므로써 얻는 탄탈륨산화막나노팁어레이로 구성되며, 탄탈륨산화막나노팁어레이에 강한 전계를 인가하므로써 탄탈륨산화막나노팁으로부터 전자를 방출하여 이 방출된 전자를 포토레지스트에 조사하므로써 리소그래피 공정의 노광(Exposure)을 진행한다.An embodiment to be described later uses a nanotip electron emission source as an optical device portion (ie, an exposure source) of a lithographic apparatus, and the nanotip electron emission source is a tantalum oxide film nanotip array obtained by oxidizing a tantalum film using a probe. By applying a strong electric field to the tantalum oxide film nanotip array, electrons are emitted from the tantalum oxide film nanotip, and the emitted electrons are irradiated to the photoresist to thereby expose the lithography process.

먼저, 나노팁전자방출원의 제조 방법을 살펴보기로 한다.First, a method of manufacturing a nanotip electron emission source will be described.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 나노팁 전자 방출원의 제조 방법을 도시한 도면이다.2A to 2D are views illustrating a method of manufacturing a nanotip electron emission source according to an embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(101) 위에 탄탈륨막(102)을 증착한다.As shown in FIG. 2A, a tantalum film 102 is deposited on the substrate 101.

여기서, 기판(101)은 폴리실리콘, 단결정실리콘, TiN, Ti 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나이고, 탄탈륨막(102)은 스퍼터법(Sputter), 화학기 상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 이용하여 100Å∼300Å 두께로 증착한다.Herein, the substrate 101 is any one selected from the group consisting of polysilicon, single crystal silicon, TiN, Ti, and W, and the tantalum film 102 is formed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), and the like. Alternatively, the film is deposited to have a thickness of 100 mW to 300 mW using atomic layer deposition (ALD).

도 2b에 도시된 바와 같이, 탄탈륨막(102)이 증착된 기판(101)을 챔버(103) 내부에 로딩시킨 후, 챔버(103) 내부를 산화(Oxidation) 분위기로 만들어 탐침(Tip, 104)을 이용하여 탄탈륨막(102)을 산화시키므로써 탄탈륨산화막나노팁(Ta2O5 nanotip, 105)을 형성한다.As shown in FIG. 2B, the substrate 101 having the tantalum film 102 deposited thereon is loaded into the chamber 103, and then the inside of the chamber 103 is placed in an oxidation atmosphere to form a probe (Tip, 104). The tantalum oxide film 102 is oxidized to form a tantalum oxide film nanotip (Ta 2 O 5 nanotip, 105).

이때, 탄탈륨산화막나노팁(105)을 형성하기 위해 산화분위기는 H2O 또는 산소플라즈마를 이용하고, 탐침(104)에 걸어주는 전압(Applied voltage)은 5V∼30V로 하며, 산화시간(oxidation time)은 10초∼3분 동안 진행한다. 그리고, 상대습도(Relative humidity)는 40%∼80% 범위로 한다.At this time, in order to form the tantalum oxide film nano tip 105, the oxidation atmosphere uses H 2 O or oxygen plasma, and the applied voltage to the probe 104 is 5V to 30V, and an oxidation time ) For 10 seconds to 3 minutes. Relative humidity is in the range of 40% to 80%.

그리고, 산화를 위해 사용하는 탐침(104)으로는 AFM 탐침(Atomic Force Microscopy tip) 또는 SPM 탐침(Scanning probe Microscopy tip)을 이용하는데, 특히 AFM 탐침을 사용하는 경우에는, H2O 분위기에서 탄탈륨막(102)을 산화시키며, 이때 H2O의 분압은 1%∼100%으로 하고, AFM 탐침에 걸어주는 전압은 5V∼30V로 한다.In addition, an AFM probe (Atomic Force Microscopy tip) or an SPM probe (Scanning probe Microscopy tip) is used as the probe 104 used for oxidation. In particular, when an AFM probe is used, a tantalum film in an H 2 O atmosphere is used. (102) is oxidized. At this time, the partial pressure of H 2 O is 1% to 100%, and the voltage applied to the AFM probe is 5V to 30V.

상술한 산화 공정시, 기판(101)은 접지된다. 그리고, 탐침에 의해 형성되는 탄탈륨산화막나노팁(105)은 다결정이 아닌 단결정 구조를 갖는다. 참고로, 일반적인 증착법들을 통해 형성한 탄탈륨산화막은 다결정 구조를 갖는다. 이처럼, 본 발명은 탐침(104)을 이용한 단결정의 탄탈륨산화막나노팁(105)은 일정한 조건에서 정량적으로 성장하기 때문에 다결정에 비해 컨트롤(특히, 두께 조절)이 용이하다.In the above-described oxidation process, the substrate 101 is grounded. The tantalum oxide film nanotip 105 formed by the probe has a single crystal structure instead of a polycrystal. For reference, the tantalum oxide film formed through the general deposition methods has a polycrystalline structure. As described above, in the present invention, since the single crystal tantalum oxide nano-tip 105 using the probe 104 grows quantitatively under certain conditions, it is easier to control (particularly, to control the thickness) than the polycrystal.

탄탈륨산화막나노팁이 형성되는 원리, 즉 탄탈륨막 표면의 산화 메카니즘은 다음과 같다.The principle that the tantalum oxide film nanotip is formed, that is, the oxidation mechanism of the tantalum film surface is as follows.

탄탈륨막(102) 표면 근처에 AFM 탐침을 세팅하면, H2O 분위기를 통해 탐침(104)과 탄탈륨막(102) 표면 사이에 페러데이전류(Faraday current)가 흐른다. 이때, 탄탈륨막(102) 표면은 탄탈륨산화막(Ta2O5)을 형성하기 위해 산화되고, 탐침(104)의 스캐닝에 의해 Ta2O5이 형성된다.When the AFM probe is set near the surface of the tantalum film 102, a Faraday current flows between the probe 104 and the surface of the tantalum film 102 through the H 2 O atmosphere. At this time, the surface of the tantalum film 102 is oxidized to form a tantalum oxide film Ta 2 O 5 , and Ta 2 O 5 is formed by scanning the probe 104.

탐침과 H2O 분위기간의 화학반응 및 탄탈륨막과 H2O 분위기간의 화학반응은 다음과 같다.The chemical reaction between the probe and the H 2 O atmosphere and the chemical reaction between the tantalum film and the H 2 O atmosphere are as follows.

탐침과 H2O 분위기간의 화학반응 : 10H+ + 10e -> 5H2 Chemical reaction between probe and H 2 O atmosphere: 10H + + 10e-> 5H 2

탄탈륨막과 H2O 분위기간의 화학반응 : 2Ta + 10h+ + 5H2O-> Ta2O5+10H+ Chemical reaction between tantalum film and H 2 O atmosphere: 2Ta + 10h + + 5H 2 O-> Ta 2 O 5 + 10H +

여기서, "h+"는 홀을 의미한다.Here, "h +" means a hole.

도 2c에 도시된 바와 같이, 계속해서 탐침(104)을 이동시켜 가면서 스캐닝하여 탄탈륨막(102)의 산화공정을 진행하여, 탄탈륨막(102)의 전면에 일정한 거리마다 탄탈륨산화막나노팁(105)을 여러개 형성한다. 이하, 여러개의 탄탈륨산화막나노팁(105)을 탄탈륨산화막나노팁어레이(Ta2O5 nanotip array, TNA)라고 한다.As shown in FIG. 2C, the probe 104 is continuously moved and scanned to perform an oxidation process of the tantalum film 102, and the tantalum oxide film nanotip 105 is disposed at a predetermined distance on the entire surface of the tantalum film 102. Form several. Hereinafter, a plurality of tantalum oxide film nanotips 105 are referred to as a tantalum oxide film nanotip array (Ta 2 O 5 nanotip array, TNA).

이때, 탄탈륨산화막나노팁어레이(TNA)에서 탄탈륨산화막나노팁(105)은 웨이퍼의 다이맵(Die map) 상의 디바이스 다이(Device die)와 1:1∼4:1로 매칭시켜 형 성한다(도 6 참조). 즉, 탄탈륨산화막나노팁(105)의 숫자를 디바이스다이의 수보다 많게 하여, 하나의 디바이스다이에 적어도 1개 이상의 탄탈륨산화막나노팁(105)이 대응하도록 한다.At this time, in the tantalum oxide nano tip array (TNA), the tantalum oxide nano tip 105 is formed by matching a device die on the die map of the wafer 1: 1 to 4: 1 (Fig. 6). That is, the number of tantalum oxide film nanotips 105 is made larger than the number of device dies so that at least one tantalum oxide film nanotip 105 corresponds to one device die.

도 3a는 탄탈륨산화막나노팁어레이가 형성된 상태의 단면도이고, 도 3b는 평면도로서, 여러개의 탄탈륨산화막나노팁이 탄탈륨막 상에 일정 거리마다 형성되고 있음을 알 수 있다. FIG. 3A is a cross-sectional view of a tantalum oxide film nanotip array, and FIG. 3B is a plan view showing that several tantalum oxide film nanotips are formed on a tantalum film at a predetermined distance.

도 4a는 10V의 인가전압 및 65%의 상대습도에서 산화시간에 따른 탄탈륨산화막나노팁어레이의 AFM 이미지이다. 도 4b는 시간에 따라 변화하는 탄탈륨산화막나노팁의 높이와 폭을 보여주는 도면이다.4A is an AFM image of a tantalum oxide nanotip array with oxidation time at an applied voltage of 10V and a relative humidity of 65%. 4B is a view showing the height and width of the tantalum oxide nano-tips that change with time.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 산화시간이 증가하면 탄탈륨산화막나노팁의 높이 및 폭도 증가한다. 그러나, 시간이 증가함에 따라 폭 및 높이의 포메이션률(formation rate)은 점차 감소한다.4A and 4B, as the oxidation time increases, the height and width of the tantalum oxide nano-tip also increase. However, as time increases, the formation rate of width and height gradually decreases.

도 5a는 서로 다른 인가전압, 75%의 상대습도 및 1초의 산화시간에 따른 탄탈륨산화막나노팁어레이의 AFM 이미지이다. 도 5b는 인가전압에 의존하여 탄탈륨산화막나노팁의 높이와 폭이 변화하는 것을 도면이다.FIG. 5A is an AFM image of a tantalum oxide nanotip array at different applied voltages, 75% relative humidity, and one second oxidation time. 5B is a view showing that the height and width of the tantalum oxide film nanotips change depending on the applied voltage.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 인가전압이 증가하는 동안 탄탈륨산화막나노팁의 높이와 폭은 선형적으로 증가함을 알 수 있다.5A and 5B, it can be seen that the height and width of the tantalum oxide nano-tip increase linearly while the applied voltage is increased.

따라서, 산화시간이 더 길수록, 그리고 인가전압이 더 클수록 탄탈륨산화막나노팁은 더 높은 높이와 더 큰 폭을 갖는다.Therefore, the longer the oxidation time and the greater the applied voltage, the higher the tantalum oxide nanotip has a higher height and a larger width.

일 예로, 탄탈륨산화막나노팁(105)의 높이는 2nm∼10nm로 하고, 폭은 50nm∼ 500nm로 한다.For example, the tantalum oxide film nanotip 105 has a height of 2 nm to 10 nm and a width of 50 nm to 500 nm.

도 2d에 도시된 바와 같이, 탄탈륨산화막나노팁(105)을 디바이스다이와 1:1∼4:1로 매칭시켜 여러개 형성한 후, 강한 전계(탄탈륨산화막의 페르미 레벨보다 높은 전압)를 탄탈륨산화막나노팁(105)에 걸어주어 전자(Electron, E)를 진공 중으로 방출한다(즉, 강한 전계에 의해 전자가 가속되어 방출된다). 이때, 전자(E)는 탄탈륨산화막나노팁(105)의 아래의 탄탈륨막(102)으로부터 방출되고, 탄탈륨산화막나노팁(105) 주변의 탄탈륨막(12)에서는 전자가 방출되지 않는다. 이로써, 전자(E)의 수렴성을 높인다.As shown in FIG. 2D, after the tantalum oxide film nanotips 105 are formed by matching the device dies 1: 1 to 4: 1 with each other, a strong electric field (voltage higher than the Fermi level of the tantalum oxide film) is formed. Hanging to 105, electrons (Electron, E) is released into the vacuum (that is, electrons are accelerated and released by a strong electric field). At this time, electrons E are emitted from the tantalum film 102 below the tantalum oxide film nanotip 105, and electrons are not emitted from the tantalum film 12 around the tantalum oxide film nanotip 105. This improves the convergence of the electrons E.

한편, 탄탈륨막(102)의 일함수는 4.12eV이다. 여기서, 일함수(Work function)라 함은 전자가 금속면을 탈출하는데 필요한 에너지 준위에 상당하는 장벽의 높이를 일컫는 것으로, 통상적으로, 일함수는 탈출 준위(Wo)와 페르미 준위(Wf)와의 차(Wo-Wf)[eV]로 표시한다. 결국, 일함수는 1개의 전자를 금속체로부터 공간으로 방출하는데 필요한 일의 양으로 나타낸다. 한편, 탈출 준위(이탈준위)는 전자가 금속면을 탈출하는데 필요한 에너지 준위에 해당하는 장벽의 윗부분의 준위이고, 페르미 준위는 절대온도 영도(0[K])에서 가장 밖의 전자(가전자)가 가지는 에너지 높이이다.On the other hand, the work function of the tantalum film 102 is 4.12 eV. Here, the work function refers to the height of the barrier corresponding to the energy level required for electrons to escape the metal surface. In general, the work function is the difference between the escape level (Wo) and the Fermi level (Wf). (Wo-Wf) [eV]. In the end, the work function is expressed as the amount of work required to release one electron from a metal body into space. On the other hand, the escape level (escape level) is the level of the upper part of the barrier that corresponds to the energy level for electrons to escape the metal plane, and the Fermi level has the outermost electron (valent electron) at the absolute temperature zero (0 [K]). Branches are energy high.

따라서, 탄탈륨막(102) 내 전자를 방출시키기 위해서는 페르미레벨보다 높은 에너지, 즉 일함수(4.12eV) 보다 높은 전압을 인가하면 된다. 바람직하게, 전자를 방출하기 위해 인가되는 전압은 4.13V∼10V이다.Therefore, in order to emit electrons in the tantalum film 102, an energy higher than the Fermi level, that is, a voltage higher than the work function (4.12 eV) may be applied. Preferably, the voltage applied to emit electrons is 4.13V to 10V.

위와 같은 원리에 의해 방출되는 전자들을 이용하여 노광공정을 진행하는 것 이다.The exposure process is performed using the electrons emitted by the above principle.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노팁전자방출원을 이용한 나노팁 리소그래피 장치의 구성도이고, 도 7은 탄탈륨산화막나노팁어레이와 웨이퍼의 다이맵의 매칭도이다.6 is a configuration diagram of a nanotip lithography apparatus using a nanotip electron emission source according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a matching diagram of a tantalum oxide film nanotip array and a die map of a wafer.

도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(201) 상부에 포토레지스트(202)를 도포한 후, 도 2d에서 방출되는 전자들을 이용하여 리소그래피 공정을 진행한다. 즉, 일반적인 스텝퍼나 스캐너의 광학기기부분에 도 2d에 도시된, 완성된 탄탈륨산화막나노팁어레이(TNA)가 형성된 기판(101)을 장착하여 리소그래피 공정을 진행한다. 다시 말하면, 탄탈륨산화막나노팁어레이(TNA)가 형성된 기판(101)이 종래 전자빔, 빛 등의 광학기기부분을 대체한다.As shown in FIG. 6, after the photoresist 202 is applied on the wafer 201, a lithography process is performed using the electrons emitted in FIG. 2D. That is, a lithography process is performed by mounting a substrate 101 on which a completed tantalum oxide film nanotip array (TNA), as shown in FIG. In other words, the substrate 101 on which the tantalum oxide film nanotip array (TNA) is formed replaces the conventional optical device portion such as electron beam and light.

한편, 도 7을 참조하면, 탄탈륨산화막나노팁어레이(TNA)에서 탄탈륨산화막나노팁(105)은 웨이퍼의 다이맵(Die map) 상의 디바이스 다이(201a)와 4:1로 매칭시켜 형성되고 있음을 알 수 있다. 즉, 하나의 디바이스다이(201a)에 4개의 탄탈륨산화막나노팁(105)이 대응한다.Meanwhile, referring to FIG. 7, in the tantalum oxide film nanotip array (TNA), the tantalum oxide film nanotip 105 is formed by matching the device die 201a on the die map of the wafer at 4: 1. Able to know. That is, four tantalum oxide film nanotips 105 correspond to one device die 201a.

전술한 바와 같이, 탄탈륨산화막나노팁어레이(TNA)가 형성된 기판(101)을 전자방출원으로 이용하면, 통상적인 리소그래피 장치에서 중요하게 여겨지던 광학렌즈부분이 필요없게 되고, 또한 광원을 만들어내는 장치또한 필요없게 되어 장비 크기가 작아지고 간단해진다.As described above, using the substrate 101 on which the tantalum oxide film nanotip array (TNA) is formed as an electron emission source eliminates the need for an optical lens portion, which is considered to be important in a conventional lithography apparatus, and also generates a light source. It also eliminates the need for smaller and simpler equipment.

그리고, 하나의 전자(One electron)를 제어하여 리소그래피 공정에 사용하기 때문에 기존 광원에 비해 제어하기 쉽다.In addition, since one electron is controlled and used in a lithography process, it is easier to control than a conventional light source.

또한, 기존 전자빔 리소그래피 장치의 단점인 쓰루풋 문제는 나노팁을 디바이스다이 디멘젼(dimension)과 일치시켜 형성시키므로 동시에 여러개의 다이를 리소그래피하여 해결한다. 이로써 30nm급 이하의 미세 패턴까지도 패터닝할 수 있다.In addition, the throughput problem, which is a disadvantage of the conventional electron beam lithography apparatus, is solved by lithography of multiple dies at the same time because the nanotips are formed in accordance with the device die dimension. As a result, even fine patterns of 30 nm or less can be patterned.

그리고, 탐침을 이용한 단결정의 탄탈륨산화막나노팁의 생성 방법은 일정한 조건에서 정량적으로 성장하기 때문에 컨트롤이 용이하다.In addition, the method of producing a single crystal tantalum oxide film nanotip using a probe is easy to control because it grows quantitatively under certain conditions.

그리고, 유지관리 측면에서도 나노팁 기판과 나노팁 생성비용 및 시간이 짧아 유리한 이점을 가진다.In addition, in terms of maintenance, the nanotip substrate and the nanotip generation cost and time is short, has an advantageous advantage.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 광학렌즈부분과 광원을 만들어내는 장치가 필요없으므로 리소그래피장치의 크기를 작게하고 간단하게 구성할 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect that the size of the lithographic apparatus can be made small and simple since there is no need for a device for producing the optical lens portion and the light source.

그리고, 본 발명은 하나의 전자(One electron)를 제어하여 리소그래피 공정에 사용하기 때문에 기존 광원에 비해 제어하기 쉽고, 탐침을 이용한 단결정의 탄탈륨산화막나노팁의 생성 방법을 이용하므로 나노팁의 컨트롤이 용이하며, 나노팁 기판과 나노팁 생성비용 및 시간이 짧아 유지관리가 용이한 효과가 있다.In addition, the present invention is easier to control than a conventional light source because it controls one electron and is used in a lithography process, and it is easy to control nanotips by using a method of generating a single crystal tantalum oxide nanotip using a probe. In addition, since the nanotip substrate and the nanotip generation cost and time is short, there is an easy maintenance.

또한, 본 발명은 나노팁을 웨이퍼의 디바이스맵 상의 디바이스다이 디멘젼 (dimension)과 일치시켜 동시에 여러개의 다이를 리소그래피할 수 있으므로, 쓰루풋을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can lithography multiple dies simultaneously by matching the nanotips with the device die dimensions on the device map of the wafer, thereby improving throughput.

Claims (16)

복수의 나노팁으로 이루어진 나노팁어레이를 갖고 소정 인가전압에 의해 상기 나노팁으로부터 전자를 방출하는 전자방출원; 및An electron emission source having a nanotip array consisting of a plurality of nanotips and emitting electrons from the nanotips by a predetermined applied voltage; And 상기 전자방출원의 나노팁어레이와 대향하여 배치되며 상기 방출되는 전자에 의해 노광되는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼A photoresist-coated wafer disposed opposite the nanotip array of the electron emission source and exposed by the emitted electrons 를 포함하는 나노팁 리소그래피 장치.Nanotip lithography apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자방출원은,The electron emission source is, 기판;Board; 상기 기판 상의 도전막; 및A conductive film on the substrate; And 상기 도전막 상의 나노팁어레이Nano tip array on the conductive film 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노팁 리소그래피장치.Nanotip lithography apparatus comprising a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 나노팁어레이는,The nano tip array, 상기 도전막 표면을 산화시킨 산화막나노팁이 일정 거리마다 형성된 어레이 인 것을 특징으로 하는 나노팁 리소그래피 장치.And an oxide film nanotip oxidizing the surface of the conductive film is an array formed at predetermined distances. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 도전막은 탄탈륨막이고, 상기 산화막나노팁은 탄탈륨산화막나노팁인 것을 특징으로 하는 나노팁 리소그래피 장치.And the conductive film is a tantalum film and the oxide film nanotip is a tantalum oxide film nanotip. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전자방출원에 고전위 전압이 인가되고, 상기 웨이퍼는 접지된 것을 특징으로 하는 나노팁 리소그래피 장치.And a high potential voltage is applied to the electron emission source, and the wafer is grounded. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 고전위전압은 상기 탄탈륨산화막나노팁의 페르미 레벨보다 더 높은 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 나노팁 리소그래피 장치.And the high potential voltage is higher than the Fermi level of the tantalum oxide nanotip. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나노팁어레이의 각 나노팁은 상기 웨이퍼의 다이맵과 1:1∼4:1로 매칭 되는 것을 특징으로 하는 나노팁 리소그래피 장치.Wherein each nanotip of the nanotip array is matched 1: 1 to 4: 1 with the diemap of the wafer. 기판 상에 도전막을 형성하는 단계; Forming a conductive film on the substrate; 탐침을 이동시켜가면서 상기 도전막의 표면을 산화시켜 상기 도전막의 산화막나노팁으로 이루어진 나노팁어레이를 형성하는 단계; 및Moving the probe to oxidize the surface of the conductive film to form a nanotip array comprising oxide nano-tips of the conductive film; And 상기 나노팁어레이에 소정 전압을 인가하여 전자를 방출시키는 단계Emitting electrons by applying a predetermined voltage to the nanotip array; 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.Method for producing nanotip electron emission source for lithography. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 나노팁어레이를 형성하는 단계는,Forming the nanotip array, 산화분위기에서 상기 탐침에 소정 전압을 걸어주는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁전자방출원의 제조 방법.A method of manufacturing a nanotip electron emission source for lithography, characterized in that a predetermined voltage is applied to the probe in an oxidizing atmosphere. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 탐침은,The probe, AFM 탐침 또는 SPM 탐침을 이용하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.A method for producing a nanotip electron emission source for lithography, comprising using an AFM probe or an SPM probe. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 산화분위기는,The oxidation atmosphere is, H2O(H2O의 분압은 1%∼100%) 또는 O2 플라즈마를 사용하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.A method for producing a nanotip electron emission source for lithography, wherein H 2 O (partial pressure of H 2 O is 1% to 100%) or O 2 plasma is used. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 탐침에 걸어주는 전압은, 5V∼30V로 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.The voltage applied to said probe is 5V-30V, The manufacturing method of the nano tip electron emission source for lithography. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 도전막은, 탄탈륨막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.The conductive film is formed of a tantalum film, the method for producing a nano-tip electron emission source for lithography. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 탄탈륨막은, 스퍼터법, 화학기상증착법 또는 원자층증착법 중 어느 하나를 이용하여 100Å∼300Å 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.The tantalum film is a method for producing a nano-tip electron emission source for lithography, characterized in that the deposition by any one of the sputtering method, chemical vapor deposition method or atomic layer deposition method to 100 ~ 300Å thickness. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 기판은,The substrate, 폴리실리콘, 단결정실리콘, TiN, Ti 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.Method for producing a nano-tip electron emission source for lithography, characterized in that formed by any one selected from the group consisting of polysilicon, single crystal silicon, TiN, Ti and W. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 나노팁어레이에 전압을 인가하여 전자를 방출시키는 단계는,Applying a voltage to the nanotip array to emit electrons, 상기 도전막의 산화막나노팁이 갖는 페르미레벨보다 더 높은 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 나노팁 전자방출원의 제조 방법.A method of manufacturing a nanotip electron emission source for lithography, wherein a voltage higher than the Fermi level of the oxide film nanotip of the conductive film is applied.
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