KR920004961B1

KR920004961B1 - 초미세형상용 연 x선 발생장치

Info

Publication number: KR920004961B1
Application number: KR1019880017987A
Authority: KR
Inventors: 최영규; 양전욱; 이진희; 이재신; 심규환; 강진영
Original assignee: 한국 전기통신공사; 이해욱; 재단법인 한국전자통신연구소; 경상현
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1992-06-22
Also published as: KR900010921A; JPH02276143A; US5068884A; JPH0614456B2

Abstract

내용 없음.

Description

초미세형상용 연 X선 발생장치

제 1 도는 종래 장치의 개략 설명도.

제 2 도는 본 발명에 의한 연 X선 발생장치의 구성도.

제 3 도는 본 발명의 외측전극의 구성을 나타낸 사시도.

제 4 도는 본 발명 X선 방출부의 확대도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 :중앙전극 2 : 외측전극

11 : 방전실연장부 12 : 내화(고융점)금속

13 : 조절나사 14 : 죔나사

15, 16, 17, 18 : 전류곡면(Current Sheet)

19 : 방전실 20 : 발생점

30 : 기체공급실 21 : 구멍

22 : 금속원판 23 : 가스유출입공

25 : 전류궤환선 27 : 고정금속테

3, 42, 43 : 절연체 7 : 대형축전기

9, 91, 24 : 진공차폐고무테

본 발명은 반도체 소자 제조용 연 X선을 발생시켜 반도체 박막등을 부분적으로 에칭(etching)시키는 장치에 관한 것으로 특히, 고온 기체 방전에 의해 연 X선을 발생시키도록 한 것이다. 정보화 시대를 맞아 전자기술은 고집적, 초고속화로 치닫고 있는데 이를 실현시키는 기술중 하나가 연 X선을 이용한 초미세형상기술(Lithography)이다.

즉, 고온기체에서 연 X선을 발생시키는 고압방전장치는 일반적으로 제 1 도와 같이 동축원통전극에 10kV이상의 고전압을 걸고 공급 개폐기에 짧은 점화전압을 가하여 중앙전극(100)과 외측전극(101)사이의 절연체(102)표면을 따라 방전시킨다.

그러면 중앙전극(100)을 축으로 방위각 방향의 자장이 발생하여 방전전류를 원심방향과 축방향으로 밀어내게 되고 중앙전극(100) 끝에 도달한 방전전류는 상호충돌하여 고온의 전리기체 즉, 고온, 고밀도의 플라즈마(plasma)를 생성한다. 이 고온, 고밀도의 플라즈마에서 연 X선이 주로 제동복사 형태로 방출된다.

그러나 이런 형태의 장치는 일반적으로 핵융합 실험이나 플라즈마를 연구하는데 주로 이용되거나 발전공학이나 우주공학에서 스위치용으로 응용이 되어 왔을뿐 초미세형상 기술에 응용되지 못하고 있었다.

그 주된 이유는 순간적인 수백만 암페어의 대전류와 수십 kV의 고전압 방전에 의한 방전실(120)내부의 오염이며 전류곡면의 고속이동에 따라 발생하는 방전실 내부의 기류흔들림이다. 그리고 전류공급과 궤한선의 큰 임피던스(Impedence)와 대전력 스위치의 중심 축방향 임피던스에 큰 영향을 받는다. 따라서 본 발명의 목적은 연 X선을 이용하여 초고집적 반도체 소자를 제작하는 초미세형상 전달장치중 전리된 기체의 가속, 충돌에 의해 연 X선을 방출하는 장치, 연 X선의 발생점이 불안정하고 장치의 내구성이 약하며 심한 오염에 상업적 이용을 어렵게 한 요인을 제거하고 상업적으로 용이하게 이용할 수 있도록 하는 장치를 제공하는데 있다. 이하 이러한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 기술적 구성 및 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제 1 도에 도시된 바와 같이 고온기체 방전에 의해 플라즈마로부너 연 X선을 발생시키는 장치에 있어서, 방전실(19)내로 상부의 테두리가 원형으로 중앙에 골이파인 일측이 위치하되 단부에 길이를 조절하는 기능을 갖는 조절나사(13)와 죔나사(14)가 체결되는 중앙전극(1)과 ; 상기 중앙전극(1)에 체결된 조절나사(13)의 상측에 결합되는 원통형의 절연체(3)와 ; 상기 절연체(3)의 외주면에 결합되어 상기 방전실(19)의 바닥을 이루는 금속원판(22)과 ; 상기 금속원판(22)에 고정하는 둘레에 복수의 구멍(21)이 형성된 원통형의 외측전극(2)과 ; 상기 외측전극(2)의 바깥쪽에 위치하여 내부관측이 가능토록 투명한 관측원통(56)과 상기 관측원통(56)의 상부일측에 구비된 방출구(6b)에 Be방출창(6a)의 오염을 제거하기 위한 노광용 방출부(6)와, 상기 관측원통(56)에 씌어져 방전실(19)이 구비되도록 한 타원형의 금속용기(56a)와 ; 상기 금속용기(56a)의 둘레와 상부에서 상기 방전실(19)내부의 관찰이 가능토록 형성된 관측부(53)(54)(55)와 ; 상기 금속원판(22)을 통해 상기 방전실(19)내로 전리기체를 공급하기 위한 기체공급부(8)(81)를 상기 금속원판(22)과 상기 절연체(3) 사이의 외측에 구성한다. 또한 상기 금속원판(22)에는 중앙으로 갈수록 구멍이 커지며 원대칭으로 형성된 가스유출입공(23)을 갖는다. 또한 상기 방출부(6)에는 상기 방출부(6b)의 내측으로 반사경(6e)과, 상기 방출구(6b)를 중심으로 좌우에 형성한 진공실(6c)(6d)과, 상기 진공실(6c)과 진공실(6d)을 이동하는 투과창 지지대(63)와, 상기 투과창 지지대(63)의 상부에 위치하는 원통형전극(66)을 구성한다.

상기 진공실(6c)(6d)을 한쌍의 원판전극(61)과 상기 원판전극(61)사이에 회전식빗살(80)를 구성한다. 먼저, 제 2 도와 같이 금속원판(22)을 절연체(3)와 외측전극(2)사이에 설치하고 개폐금속(41)(71)으로 이루어진 대전력 스위치(7)를 직접 중앙전극(1)과 평행한 축방향에 설치하며 전류궤환선(25)을 축방향과 거의 평행하게 스위치 방전실(4)에 가깝게 설치한다.

그리고 축방향에 원형으로 배개구(55a)를 형성하고 관측부(53)(54)(55)를 형성하면서 외측전극(2)외부에는 관측원통(56)을 삽입한다.

또 방출구(6b)에는 Be방출창(6a)의 오염을 제거하는 노광용 방출부(6)을 형성하고, 금속원판(22)과 절연체(3) 사이에 기체 공급실(30)을 설치하여 상기 스위치 방전실(19)에 필요시 공급할 기체를 공급하도록 되어있다. 상기한 외측전극(2)은 제 3 도와 같이 금속원판(22)에 가스유출입공(23)을 뚫거나 원형금속봉을 설치한다. 상기 금속원판(22)의 가스유출입공(23)의 경우는 중앙으로 갈수록 구멍이 커지며 원대칭되는 방향은 상기 외측전극(2)과 일치시킨다.

기체의 흐름을 주요 기체와 보조 기체가 기체공급부(81)에서 나와 기체전리실(8)을 거쳐 기체관(87)을 지나 기체공급실(30)에 공급되고 금속원판(22) 가스유출입공(23)을 통과하여 축과 거의 평행하게 방전실(19)을 지나 원형배기구(55a)를 통해 밸브(57)를 통과한 후 배기펌프(5)에 도달한다. 방출부(6)의 오염제거용 기체는 기체원(70)을 나와 방출부(6)를 통과하여 밸브(58)를 지난후 배기펌프(5)에 도달한다. 그리고 또다른 기체는 기체원(84)에서 기체전리실(83)을 지나 스위칭 방전실(4)을 거쳐 배개펌프(51)로 배기된다. 한편 전류의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 충전된 대형축전기(7)에서 개폐금속(71)(41)사이를 점화전압원(86)이나 전리된 기체에 의해 고온, 고밀도의 플라즈마 형태로 통과한 후 중앙전극(1)에 도달한다. 그 다음에 절연체(3) 표면을 따라 표면방전형태로 흐르고 차차 전류곡면(15)(16)(17)(18)을 타고 외측전극(2)이나 금속원판(22)으로 흘러 고정전극테(27)와 전류궤환선(25)을 지나 대형 축전기(7)에 복귀한다.

그리고 중앙전극(1)의 끝에 도달한 방전전류의 상호충돌에 의하여 주로 제동복사의 형태 즉, 수천만도의 고온기체에서 유지된 전자(하전입자)가 주위의 양 이온에 의해 가속될 때 방출하는 에너지 복사로 발생점(20)에서 발생한 연 X선은 원심방향으로 방출된다.

그중 방출부(6)의 방출구(6b)를 향한 연 X선은 Be방출창(6a)을 통과하여 웨이퍼지지대(65)에 설치되는 마스크(연 X선)흡수체와 투사체로 구성되어 있으며 반도체 공정에서 쓰이는 일반적인 용어임)를 선별적으로 투과하여 웨이퍼 표면의 감광막에 도달한다.

여기에서 본 발명의 특징은, 첫째 광점의 안전성이다. 제 1 도 및 제 3 도에서 도시된 바와 같이 기체 공급실(30)과 방전실(19)사이의 금속원판(22)의 가스유출공(23) 크기로 기체 전도도를 조절함으로써 상기 기체공급실(30)과 방전실(19)사이에 차동진공을 형성하여 균일한 흐름을 형성하고 금속원판(22)의 가스유출입공(23)크기를 중앙 부부분으로 갈수록 크게 함으로써 기체 흐름이 전류곡면(15)(16)(17)(18)의 뒷부분을 고르게 채울 수 있어 기류변동을 줄일 수 있다. 또 중앙전극(1) 끝점에서부터 관측원통(56)의 배기구(55a)까지의 용기를 반원, 혹은 타원형에 가깝게 함으로써 기류는 물론 전위분포의 왜곡을 막아 발생점(20)위치의 재현성을 좋게 한다.

그리고 초기방전이 금속원판(22)전체에서 고르게 일어나도록 대칭으로 구멍(23)을 형성하며 전류곡면(15)(16)(17)(18)을 따라 밀려가는 잉여기체로 인한 기류혼란을 줄이기 위해 외측전극(2)에 가스유출입용의 구멍(21)을 뚫거나 금속봉을 사용하여 방전의 안정과 재현성을 높인다.

둘째, 오염 제거성이다. 동작중 많은 오염으로 인하여 (3)의 기능이 저하됨을 방지하기 위하여 적절한 주기마다 제거전원(50)을 작동하여 이온충돌효과로 오염을 제거한다. 아울러 노광용 방출부(6)의 오염은 이온충돌에 의한 전기적 방법이나 혹은 기계적인 회전식빗살(80)로 Be방출창(6a)의 오염을 제거한 후 Be방출창(6a)을 교대로 사용함으로써 거의 연속적으로 장치를 가동시킬 수 있다. 이는 제 4 도에 상세히 도시한 바와같이 노광용 방출부(6)에 전극(61), (66), 진공실(6c), (6d), 진공차폐밸브(62), (68) 투과장지지대(63), 기체원(70), 동력원(64, 67, 69) 그리고 독립배기구(58)를 진공상태로 형성함으로써 가능하다. 그리고 노량방출부(6)의 방출구(6b)에 반사경(6e)을 설치하여 원심방향으로 퍼져나가는 연 X선을 웨이퍼(45a)에 모아줌으로써 에너지 효율을 높여준다.

셋째, 전기적인 것으로 전류궤환선(25)이 스위치 방전실(4)의 두 전극의 개폐금속(71)(41)사이를 통과할 때 최대한 반경을 줄여 방전실(19)과 스위치 방전실(4)의 임피던스비를 작게 함으로써 흐름속도를 빠르게 해주어 많은 에너지를 발생점(20) 즉 방전실(19)에 공급할 수 있는 것이다.

넷째, 투명한 관측원통(56)과 입체적인 관측부(53)(54)(55)를 둠으로써 방전 전 과정을 측정, 관측할 수 있다.

이로써 방출상태를 측정하여 조절을 할 수 있다. 이외에도 방전실(19)과 스위치 방전실(4)에 먼저 전리된 기체를 공급함으로써 방전개시 전압을 조절할 수 있고 진공차폐 고무테(9)(91)(24)만을 사용하여 진공을 유지하면서 동시에 조절나사(13)와 죔나사(14)로 중앙전극(1)의 길이를 자유로이 조절할 수도 있다.

그러므로 본 발명의 효과로는 광점의 안정성을 증대시키고 두 개의 Be방출창을 마련하여 오염을 주기적으로 제거하여 계속적인 가동이 가능하며 임피던스비를 조절하여 광량을 증가시킴과 동시에 입체적인 관측을 통하여 전체적인 방출을 조절할 수 있다.

즉 종래의 방법이나 장치보다 연구용은 물론 상업적 이용이 매우 용이한 것이다.

Claims

고온기체방전에 의해 플라즈마로부터 연 X선을 발생시키는 장치에 있어서, 방전실(19)내로 상부의 테두리가 원형으로 중앙에 골이 파인 일측이 위치하되 단부에 길이를 조절하는 기능을 갖는 조절나사(13)와 죔나사(14)가 체결되는 중앙전극(1)과 ; 상기 중앙전극(1)에 체결된 조절나사(13)의 상측에 결합되는 원통형의 절연체(3)와 ; 상기절연제(3)의 외주면에 결합되어 상기 방전실(19)의 바닥을 이루는 금속원판(22)과 ; 상기 금속원판(22)에 고정하는 둘레에 복수의 구멍(21)이 형성된 원통형의 외측전극(2)과 ; 상기 외측전극(2)의 바깥쪽에 위치하여 내부관측이 가능토록 투명한 관측원통(56)과 상기 관측원통(56)의 상부일측에 구비된 방출구(6b)에 Be방출창(6a)의 오염을 제거하기 위한 노광용 방출부(6)와 ; 상기 관측원통(56)에 씌워져 방전실(19)이 구비되도록 한 타원형의 금속용기(56a)와 ; 상기 금속용기(56a)의 둘레와 상부에서 상기 방전실(19)내부의 관찰이 가능토록 형성된 관측부(53)(54)(55)와 ; 상기 금속원판(22)을 통해 상기 방전실(19)내로 전리기체를 공급하기 위한 기체공급부(8)(81)를 상기 금속원판(22)과 상기 절연체(3)사이의 외측에 구성한 것을 특징으로 하는 초미세형상용 연 X선 발생장치.
제 1 항에 있어서, 상기 금속원판(22)중앙으로 갈수록 구멍이 커지며 원대칭으로 형성된 가스유출입공(23)을 갖는 것을 특징으로 하는 초미세형상용 연 X선 발생장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방출부(6)는 상기 방출구(6b)의 내측으로 반사경(6e)과, 상기 방출구(6b)를 중심으로 좌우에 형성한 진공실(6c)(6d)과, 상기 진공실(6c)과 진공실(6d)을 이동하는 투과창 지지대(63)와, 상기 투과창 지지대(63)의 상부에 위치하는 원통형 전극(66)을 갖는 것을 특징으로 하는 초미세형상용 연 X선 발생장치의 구성방법.
제 3 항에 있어서, 상기 진공실(6c)(6d)은 한쌍의 원판전극(61)과 상기 원판전극(61)사이에 회전식빗살(80)이 구성된 것을 특징으로 하는 초미세형상용 연 X선 발생장치의 구성방법.