KR930001433B1 - 이온 빔 총 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이온 빔 총

제1도는 종래의 이온 빔 노출 마스크의 개략도.

제2a도 내지 제2g도는 종래의 이온 빔 노출 마스크를 준비하기 위한 방법의 부분 순서도.

제3a도 및 제3b도는 종래의 이온 빔 노출 장치의 개략도.

제4도 내지 제8도는 본 발명의 예에 따르는 이온 빔 총의 각부의 단면도.

제9도는 본 발명의 예에 따르는 이온 빔 노출 마스크의 단면도.

제10a도 내지 제10g도 및 제11a도 내지 제11g도는 본 발명의 예에 따르는 이온 빔 노출 마스크를 준비하기 위한 방법의 부분 순서도.

제12도 내지 제15도는 본 발명의 예에 따르는 각 이온 빔 노출 장치의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

301 : 이온 소오스 302 : 이온 렌즈

303 : 편향판 304 : 마스크

305 : 투사 렌즈 306 : 웨이퍼

본 발명은 이온 빔 총 및 이온 빔 노출 장치에 관한 것이다.

종래의 이온 빔 총, 특히 가스 이온 총의 기존 구조로서 압축 냉각 수소로 젖어 있는 텅스텐 핀상부에 전기장이 인가되어, 원자 및 분자 이온을 방출시키는 구조와, 극도로 작은 핀 홀이 금속층상에 형성되어, 전기장을 금속층에 인가시키므로서 이온화를 수행하는 구조를 들 수 있는데, 여기서 전기장은 핀홀로부터 금속층에 방출 수소 가스를 인가시키므로써 얻어진다. 상기 이온 빔 총을 사용하는 이온 빔 노출의 시간에서 실용화시키기 위한 이온 빔 노출 마스크로서, 스텐슬(stencill)마스크가 사용된다. 이 스텐슬 마스크는 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 극도로 얇은 박막을 선택적으로 에칭하여, 그위에 패턴닝 형태로 홀을 만드므로써 형성된다. 실용화된 다른 이온 빔 노출 마스크로서, 실리콘, Al₂O₃, 폴리마이드 등을 포함하는 멤브레인(membrane)을 들 수 있으며, 패턴닝 형태로 상기 멤브레인상에 이온 빔이 형성되는 것을 방지시키는 성능을 갖는 금속막을 형성시키기 위한 방법이 있다.

1986년 8월 제이.엘.바텔트가 고체 상태 기술 페이지 44 내지 51에(일본판)발표한 차세대 새로운 기술로서 "마스크화된 이온 빔 리소그래피"에 기술된 바와같이, 종래의 이온 빔 노출 마스크의 기능 및 제조 방법이 제1도 및 제2a도 내지 제2g도를 사용하여 설명된다.

제1도는 이온 빔 노출 마스크의 한 예인 실리콘을 포함하는 채널링 마스크의 기능을 도시한 단면도이다. 제1도에서, (10)은 단결정 실리콘, (11)은 실리콘 에픽텍셜층, (12)는 양자, (13)은 이온 샤우어이다. 양자(H⁺)(12)가 가속화되어 실리콘 단결정(10)의 패턴닝 마스크에 방출될 때, H⁺는 단결정 격자 사이에 주입되며, 여기서 실리콘 에픽텍셜층(11)은 멤브레인으로써 작용한다. 그리고나서, 이온 샤우어(13)는 H⁺의 팽창이 실리콘 에픽텍셜층(11)의 두께가 비교적 얇은 부분에서 작게 되는 상태에서 패턴닝의 형태로 방출된다. 그것에 의해, 이온 빔 노출이 실현된다.

다음, 이온 빔 노출 마스크를 형성하는 단계가 제2a도 내지 제2g도를 참조하여 설명된다.

제2a도에서, 단결정 실리콘 기판(20)의 표면상에 붕소로 도핑된 실리콘 에픽텍셜층(21)은 약 2㎛ 성장된다.

제2b도에서, SiO₂막(22)과 Si₃N₄막(23)은 화학 증기증착에 의해 실리콘 에픽텍셜층(21)상에 형성되고, Si₃N₄막(26)은 단결정 실리콘 기판(20)의 뒷표면상에 형성된다.

제2c도에서, 뒷표면상의 Si₃N₄막(26)은 패턴닝의 형태로 에칭되고 나서, 단결정 실리콘 기판(20)이 에칭되며, 여기서 상기 에칭된 Si₃N₄막(26)은 마스크로 되어, 박막을 형성한다.

제2d도에서, 비등방성 에칭이 전체 기판상에 수행되어, 단결정 실리콘 기판(20), SiO₂막(22) 및 Si₃N₄막(23)과 (26)의 한 부분을 제거시킨다.

제2e도에서, 내열 유리 링(24)이 단결정 실리콘 기판(20)에 고정된다.

제2f도에서 레지스터(25)가 실리콘 에픽텍셜층(21)에 선택적으로 형성된 후, 비등방성 에칭(반응성 이온 에칭 : RIE 등)이 제2g도에 도시된 바와같이 수행되어 패턴닝 형태로 실리콘 에픽텍셜층(21)을 형성한다.

상기 단계에 따라, 종래의 이온 빔 노출 마스크가 형성된다.

또한, 상술한 바와같은 종래의 이온 빔 총 및 이온 빔 노출 마스크를 사용하는 종래의 이온 빔 노출 장치 및 노출 방법이 지금부터 설명된다.

제3a도 및 제3b도는 1986년 5월에서 6월에 제이.엔.랜덜이 어메리칸 진공 학회 페이지 777 내지 783에 발표한 "마스크된 이온 빔 리소그래피를 갖는 대규모 집적 회로를 프린팅하기 위한 프로스펙트"의 논문에 기술된 것에 따라서 설명된다. 제3도에서, (30)은 이온 빔 소오스, (31)은 이온렌즈, (32)는 마그네틱 매스 필터(magnetic mass filter), (33)은 편향판, (34)은 이온 빔 노출 마스크, (35)는 웨이퍼, (36)은 이머젼 렌즈(immersion lens), (37)은 옥토폴(octopole), (38)은 투사 렌즈(projective lens), (39)는 축소상이다.

제3a도는 평행 이온 광선을 사용하여 동일 비율로 마스크를 통하여 직접 웨이퍼상에 이온 광선을 노출시키기 위한 근접 노출 방법(proximity exposure method)을 도시한 것이다.

제3b도는 이온 광선이 마스크에 방출된 후, 이온선이 확대 또는 축소 렌즈에 의해 웨이퍼에 축소 및 투사되는 방법을 도시한 것이다.

상술된 바와같이, 현재 종래의 이온 빔 노출 장치 및 노출 방법에는 상기 두 방법을 사용한다.

종래기술에 따르면, 이온 빔 소오스가 되는 이온 빔 총의 이온 빔 직경이 텅스텐 와이어 핀의 상부 직경에 의해 변화하며, 진공 특성이 방사성 대기(radioactive atmosphere)가 진공인 경우에 증가하지 않는다는 문제점이 야기되었다. 상기 이유로 인해, 액화 가스가 텅스텐 와이어 핀 방법의 경우에 사용되어야만 되기 때문에, 핀 홀 방법과 동일한 진공 특성을 유지한다는 것은 곤란하다.

또한, 큰 이온 전류 및 평행 특성이 큰 크기로 증가되는 이온을 얻는데 어려움이 있기 때문에, 즉, 이온 전류의 밀도가 점(point) 광원 대 면(face)광원을 발생시키는 시간에서 감소되므로, 단계 및 반복 방법에서 이온 빔 노출을 도통시키는 시간에서의 노출 시간이 더 길어져 생산품의 질을 저하시키는 문제점을 야기한다.

더우기, 이온 빔 노출 마스크에서, 멤브레인 두께가 충분하게 조절되지 않고, 극도로 얇은 멤브레인을 형성하는데 어려움이 있으며, 멤브레인이 깨지기 쉽기 때문에 멤브레인을 취급하기 곤란하며, 이온 빔 노출 마스크 자체가 이온 소오스로써 작용하지 않는 일련의 문제점이 있다.

또한, 근접 노출에서, 분해력(resolving power)이 낮아, 근접 갭(proximity gap)을 세팅시키기 곤란하고, 축소된 투사 노출에서 처리 능력(through put)이 낮은 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 패턴닝 및 면의 형태로 양호한 평행성(parallesim) 및 고 이온 전류를 갖는 가속화된 이온 빔을 방출시키며, 고 진공 대기 상태에서 이온 빔 직경의 스케터(scatter)없이 이온 빔을 방출시키기 위한, 개선된 이온 빔 총을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 극도로 얇고 균일한 멤브레인을 가지며, 이온 빔 총과 결합되는 이온 빔 노출 마스크를 제공하는 것이며, 여기서 이온 빔은 패턴닝 형태로 형성된다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 고 처리 능력, 고 분해력, 고 생산성을 갖는 이온 빔 장치 및 노출 방법을 제공하는 것이며, 여기서, 이온 빔 노출은 동일한 비율로 이루어진다.

지금부터, 본 실시예와 관계하여 기술될 것이다.

먼저, 본 발명에 따라 구성된 이온 빔 소오스로써의 이온 빔 총의 구조에 대하여 기술할 것이다.

본 발명에 따르면, 수소, 헬륨, 아르곤 등과 같은 가스는 전기장이 인가되는 파라듐, 티타니윰 텅스텐과 같은 박막을 통과하므로써 이온화된다. 그리고나서, 가스는 이온빔이 된다.

제4도는 본 발명의 실시예를 따르는 이온 빔 총의 주요부의 단면도를 도시한 것이다. 제4도에서, (40)은 진공축, (41)은 후부 금속, (42)는 핀 홀 막, (43)은 파라듐막, (44)는 수소 가스 컨테이너축을 도시한 것이다. 핀 홀은 후부 금속(41)의 홀부에서 핀 홀 막(42)을 통하여 만들어지며, 약 1마이크론 두께의 파라듐막(43)은 핀 홀을 포함하는 핀 홀 막(42)의 표면상에 형성된다.

파라듐막(43)의 표면이 수소 가스 컨테이너(44)의 측에 위치되고, 후부 금속(41)이 진공측(40)에 위치될때, 수소 가스 컨테이너측(44)의 수소 가스(H₂)는 파라듐막(43)을 통하여 이온화되어 진공측(40)에서 수소이온(H⁺)으로써 추출된다.

또한, 파라듐막(43)은 티타니윰막으로 대체될 수 있으며, 텅스텐막은 아르곤 가스의 이온화의 경우에 사용될 수 있다.

더우기, 수소 가스의 압력을 증가시켜 보다 높은 이온 농도를 만들고 수소 가스를 냉각시켜 보다 높은 수소 가스 농도를 만드는데 유용하다. 파라듐막, 티타니윰막, 텅스텐막과 같은 초정밀막을 가열시키므로써 가스 이온을 방출시키는데 유용하다.

본 발명에 도시된 바와같이, 초정밀막에 의한 가스 이온의 방출이 진공의 정도를 저하시킴이 없이 고 효율의 가스 이온화를 이룰 수 있다. 따라서, 고밀도의 가스 이온은 고진공 상태에서 방출될 수 있다.

다음, 파라듐, 티타니윰, 텅스텐 등과 같은 초정밀 와이어가 이온 빔 총의 이온 방출부내에 매립되는 구조(1)의 실시예와, 크리스탈 등의 그레인(grain) 경계가 형성되는 구조(2)의 실시예에 대하여 제5a도 및 제5b도를 참조하여 설명될 것이다. 제5a도 및 제5b도에서, (50)은 진공측, (51)은 플랜지, (52)는 판, (53)은 파라듐 와이어, (54)는 수소 가스 컨테이너측 및 (55)는 크리스탈의 그레인 경계부를 도시한다.

파라듐, 티타니윰 등은 규소가스를 전달하며, 텅스텐 등은 아르곤 가스를 전달시킨다. 또한, 상기 가스들은 그레인 경계부와 같은 인터페이스를 통하여 전달될 수 있다. 따라서, 파라듐, 티타니윰, 텅스텐 등으로 만들어진 초정밀 와이어가 매립되는 판이 가스 이온 빔 총의 팁부분으로써 활용될 때, 가스 이온빔은 진공실내의 진공의 정도를 저하시킴이 없이 방출될 수 있다.

제5a도에 도시된 바와같이, 판(52)은 이온 빔 총 본체를 포함하는 플랜지(51)의 표면상에 위치된다. 판(52)은 예를들어 철로 에워싸여진 코어와 같은 파라듐 와이어(53)를 갖는 스틱이 두께가 0.1㎛이하가 되고 절삭을 수행하여 판의 형태를 만들 때까지 스트렛치되므로써 얻어질 수 있다. 이 경우에, 고압력 가스실측인 수소 가스 컨테이너측(54)에서의 H₂가스는 파라듐 와이어(53)를 통하여 전달되고, 진공실측(50)에서 양자(H⁺)로써 추출되어 양자 빔을 형성한다.

제5b도에 도시된 바와같이, 단결정 실리콘 등을 포함하는 판(52)는 플랜지(51)의 상부면상에 위치되며, 이온 빔 또는 전자 빔을 사용하는 용융 재결정화(fusion recrystallization)에 의해 형성된 크리스탈의 그레인 경계부(55)를 포함한다. 이 경우에, H₂가스가 침투되어 진공실측(50)에서 양자 이온으로써 추출된다. 즉, 양자이온은 진공실측(50)에서 방출된다.

또한, 크리스탈의 그레인 경계부로써 두 상이한 물질 간의 인터페이스를 사용하는데 유용하다.

본 발명에 있어서, 가스 소오스는 가스실측과 진공실측이 상호 장벽을 이루는 가스 이온 빔 총을 형성하므로써 가스 상태를 유지시킨다. 또한 고밀도의 초정밀 가스 이온 빔이 진공실측에서 진공의 정도를 저하시킴이 없이 효율적으로 방출될 수 있다.

다음, 이온 빔이 단결정의 디펙티브부(defective portion)를 통하여 원자 또는 분자를 통과시키므로서 방출되는 실시예에 대하여 제6도를 참조하여 설명할 것이다. (60)은 진공측, (61)은 단결정 격자, (62)는 크리스탈의 디펙트, (63)은 수소 가스 컨테이너측, (64)는 래디컬, (65)는 이온 빔을 나타낸다.

단결정의 일탈(dislocation)은 원자 격자의 갭으로써 간주되고 수소 가스 등은 원자 상태, 분자 상태나 래디컬 상태와 같은 상태로 인하여 쉽게 상기 갭을 통과할 수 있다. 따라서, 이들 원자나 분자는 갭을 통과할 수 있고, 하나씩 방출될 수 있다.

즉, H₂원자 또는 분자 가스(63) 또는 액체 멤버(liquid member)는 Si, Au, W, Mo, Pt등을 포함하는 단결정 격자(61)내에 존재하는 결정 디펙트(62)를 통하여 하나씩 통과한다. 이경우, H₂는 래디컬(H^*)로써 통과하여, 진공측(60)에서 이온 빔(65)(H⁺)으로써 방출된다. 게다가, 단결정 격자(61)의 표면상의 결정 디펙트(62)의 위치는 에칭에 의해 고정될 수 있다. 또한, 나선형 일탈은 상기 크리스탈 디펙트에 유용하다. 게다가, 단결정은 단일 금속 이외의 합금일 수 있으며, 세라믹이나 고분자 화합물은 단결정에 대해 유용할 수 있다.

원자, 분자 또는 이온 빔 총의 팁 구조에 따라, 상기 초정밀 빔이 고진공 상태에서 방출될 수 있다.

다음, 가속 플라스마 표면 소오스 또는 가속 이온 표면 소오스가 패턴으로써 단결정 마스크 표면을 통하여 전달되어 패턴 형태 표면의 이온 빔을 방출시키는 이온 빔 총의 실시예에 대하여 제7도를 참조로 기술될 것이다. 제7도에서, (70)은 이온, (71)은 고주파수 전원, (72)는 고주파수 그리드, (73)은 플라스마, (74)는 고전압 전원, (75)는 고전압 그리드 및 (76)은 단결정 마스크를 도시한다.

수소 가스는 고주파수 전원(71)으로부터 나온 고주파수를 인가받는 고주파수 그리드(72)사이에 흐르는 플라스마(73)가 되며, 상기 플라스마(73)는 고전압 전원(74)으로부터 나온 고전압을 인가받는 고전압 그리드(75)에 의해 이온화된다. 그리고나서, 가속화된 이온(70)은 단결정 마스크(76)에 수직인 방향을 따라 발생되며, 이온부(70)는 단결정 마스크(76)상에 패턴으로써 형성되는 두꺼운 단결정에 의해 보호되어, 이온(70)이 상기 단결정 마스크(76)의 단지 얇은 부분만을 통과할 수 있도록 한다. 따라서, 이온 빔 표면 소오스는 백(back) 채널 효과에 의해 정류되는 패턴으로써 형성된다. 상기 패턴 형태 이온 빔 표면 소오스의 촛점은 도시되지 않은 광학 시스템에 의해 광 노출 표면상에 형성될 수 있다.

또한, 자기장으로 인해 토카마크(Tokamak)형 핵 원자로와 같은 표면 플라스마 소오스 또는 표면 이온 소오스로써 가속화, 인트라프먼트(entrapment)를 실행하는데 유용하다.

본 발명의 표면 소오스에 기인한 이온 빔 총에 따라서, 고이온 전류 밀도의 패턴형 및 표면 이온 빔 광 소오스가 형성되고 그에 따라서, 고생산성의 이온 빔 노출이 성취될 수 있다. (1) 이온 빔 총이 제8도에 도시된 바와같이 구성될 때, 넓은 영역내에서 대 이온 전류를 공급하고, 정확하게 평행한 이온 빔을 방출하는 것이 가능하다. 제8도에서, (80)은 단결정막, (81)은 플라스마 컨테이너, (82)은 RF 전극(고주파수를 갖음), (83)은 RF 전원, (84)는 가스 임포트, (85)는 진공 포트, (86)은 가속화 전극, (87)은 가속 소오스를 도시한다. 즉, 석영 또는 알루미나로 만들어진 플라스마 컨테이너(81)에 있어서, RF 전극 (82)과 RF 전원(83)은 상호 연결되며, RF 전극(82)은 고 펄스를 플라스마 컨테이너(81)내의 가스에 인가시킨다. 또한, 내부 압력을 감소시키기 위한 가스 임포트(84)와 진공 포트(85)가 제공되어 있다. 게다가, 알루미늄 등으로 만들어진 가속 전극(86)은 플라스마 컨테이너(81)에서 이온을 가속화시키기 위하여 가속소오스(87)에 연결된다. 단결정막(80), 예를들어, 약 1㎛의 두께를 갖는 단결정 실리콘막은 가속 전극(86)의 반대측에 제공된다. 단결정막(80)으로부터, 플라스마 컨테이너(81)에서 가속화된 이온은 단결정 격자에 의해 단방향으로 정렬되어 채널링 효과로 인해 추출된다. 게다가, 플라스마 컨테이너(81)로부터 추출되는 이온들을 더욱 가속화시키는 것이 또한 가능하며, 상기 기술한 바와같이, 본 발명은 다수의 정렬된 이온이 단결정막으로부터의 이온빔을 끌어내는 처리에 따라, 대 전류를 공급시키므로써 큰 포트로부터 추출된다는 효과를 갖는다. (2) 본 발명에 따른 이온 빔 노출 마스크의 구조에 대해 주로 서술될 것이다. 이온 빔 노출 마스크는 상술된 이온 빔 총으로부터 방출되는 이온 빔을 마스킹하는데 활용된다.

본 발명의 일 실시예를 따르는 패턴화된 이온 빔을 방출하는 이온 빔 총에 활용되는 이온 빔 노출 마스크가 서술될 것이다.

티타니움 기판은 수소를 포함하며, 그것을 가열시키므로써 수소 이온을 방출시키는 작용을 한다. 텅스텐 기판은 아르곤을 가지며, 그것을 가열시킴으로써, 아르곤 이온을 방출시키는 작용을 한다. 실리콘 질화물막은 수소 이온이나 아르곤 이온이 방출되는 것을 방지하는 작용을 한다. 그러므로, 본 발명을 따르는 이온 빔 노출 마스크는 기판이 이온 소오스를 전달시키는 것을 허용하고 패턴화된 실리콘 질화물막이 기판상에 형성되어 수소 이온의 전달을 방지시키기 때문에 이온 소오스로서 작용한다.

제9도는 본 발명의 실시예를 따르는 이온 빔 노출 마스크의 단면도이다. 제9도에서, (90)는 수소 이온, (91)은 티타니움 기판, (92)는 실리콘 질화물막을 도시한다. 즉, 약 0.1 내지 1㎛의 두께를 갖고 수소 이온의 전달을 방지하는 실리콘 질화물막(Si^×N₄막)(92)은 CVD(화학증기 증착)에 의해 제9도에 도시된 바와 같이 패턴닝의 형태로 에칭하므로써 형성된 약 1㎜의 두께를 갖는 티타니움 기판(91)의 표면상에 형성된다. 티타니움 기판이 활용될때, 티타니움 기판내의 수소 가스를 흡수하고 실리콘 질화물막이 티타니움 기판상에 형성되지 않은 경우 티타니움 기판으로부터 윈도우를 통하여 수소 이온(H⁺)(90)을 방출시키는 것이 가능하다.

게다가, 텅스텐 기판이 활용될때, 아르곤 가스를 흡수하고 방출하는 것이 가능하다.

상술된 바와같이, 본 발명을 따르면, 이온 소오스로써 작용하는 두꺼운 기판으로 만들어진 이온 빔 노출 마스크는 임의의 얇은 멤브레인막을 생략하고, 취급시의 문제점 예를들어 손상 등의 문제점을 제거하고 마스크를 쉽게 제조할 수 있는 장점을 갖는다.

게다가, 상술한 실시예에 있어서, 패턴닝 형태의 질화물막은 기판상에 형성되나, 티타니움 질화물막 즉 TiN막은 티타니움(Ti)기판상에 형성될 수도 있다. 이경우에, 티타니움 기판상에 TiN막을 패턴닝하는 공정은 약 2㎜의 두께를 갖는 티타니움 기판을 제공하는 단계와, 고온하에서 NH^×대기 상태에서 티타니움 기판을 노출시키는 단계와, 티타니움 기탄상에 500-1000Å의 두께를 갖는 TiN막을 형성시키는 단계와, 제9도의 TiN막을 구성시키도록 선택적으로 에칭하므로써 패턴을 형성시키는 단계를 포함한다. 여기에서, 티타니움 기판 대신에 단결정 티타니움 기판을 활용하는 것이 가능하다. 또한, 티타니움 질화물막은 티타니움 기판의 측면 또는 배면상에 형성될 수도 있다. 게다가, 파라듐(Pd)막은 티타니움 기판의 약 표면 또는 한 표면상에 형성될 수도 있다.

약 1㎜의 두께를 갖는 파라듐(Pd)막은 기판으로써 활용될 수도 있다. 티타니움막과 유사하게, 파라듐 멤브레인 기판은 수소를 전달시키는 것을 허용하기 때문에, 0.1㎛의 두께를 가지며, 수소의 전달을 방지하는 기능을 각각 갖는 파라듐 질화물막(PdN) 또는 실리콘 질화물막(SiN)은 제9도에 도시된 바와같은 파라듐 멤브레인 기판의 표면상에 패턴닝적을 형성되어, 패턴닝의 형태로 이온 빔을 출력하는 것을 가능하게 한다.

여기에서, 포지티브 전압을 티타니움, 텅스텐 파라듐으로 만들어진 기판에 인가시키므로써, 수소 이온 및 아르곤 이온과 같은 이온 빔이 방출된다.

게다가, 이온의 전달을 방지시키는 각 질화물막은 선택적으로 패턴닝의 형태로 기판의 표면상에 형성되거나, 기판의 표면부를 질화하므로써 선택적으로 패턴화된 질화물막상에 형성될 수도 있다.

금속, 유리 또는 세라믹으로 만들어진 프레임 등은 기판의 강도를 개선시키기 위하여 기판에 제공될 수도 있다.

Ti기판과 패턴닝의 형태로 질화물막으로 만들어지는 이온 빔 노출 마스크가 활용될 때, 본 발명은 마스크를 용이하게 제조하고, 마스크 자체를 H 이온 빔 소오스로써 활용할 수 있는 장점을 갖는다.

상술된 바와같이, 파라듐막이 멤브레인으로써 활용될 때, 파라듐막의 배면으로부터 서틀(subtle)압력을 인가하여 표면으로부터 파라듐막을 가열시키므로써, 수소 가스가 전달되고 파라듐막상에 형성된 질화물막은 수소의 전달을 방지할 수 있다. 즉, 질화물막을 패턴닝하므로써, 수소 가스는 질화물막의 패턴들 사이에서 방출되고 포지티브 전압을 파라듐막에 인가하므로써, 패턴닝 상태에서 수소 이온을 방출시키는 장점을 갖는다. 게다가, 파라듐 질화물(PdN)막 또는 실리콘 질화물(SiN)막 이외의 질화물막은 질화물막으로써 활용될 수 있다.

본 발명에 따른 이온 빔 노출 마스크의 다른 실시예가 서술되며, 여기서 막 패턴닝은 선택적으로 막의 얇고 두꺼운 부분을 형성하므로써 얻어지는데, 그로인해, 두께에 따라 선택적으로 이온을 전달하거나 차단하는 것이 가능하도록 한다. 고이온 전달 속도를 갖는 매우 얇은 멤브레인막을 만드는 공정이 후술된다.

제10a도 내지 제10g도를 참조한다, (101)은 단결정 실리콘, (102)는 SiC의 단결정, (103)은 실리콘 에픽텍셜, (104)는 실리콘 산화물(SiO₂), (105, 106)은 실리콘 질화물(Si^×N₄), (107)은 내열 유리 링, (108)은 이온 빔 레지스트, (109)는 SiC 채널링 마스크이다.

즉, 제10a도에 도시된 바와같이, 0.1㎛의 두께를 갖는 SiC의 단결정막(102)은 에픽텍셜 공정에 의해 단결정 실리콘(101)상에 형성된다. 또한, 제10b도에 도시된 바와같이, 약 1㎛의 두께를 갖는 Si 에피텍셜(103)로 만들어진 단결정 실리콘막은 SiC(102)의 단결정막상에 형성된다. 또한, 제10c도에 도시된 바와같이, Si^×N₄막 (104), SiO₂막(105) 및 Si^×N₄막(106)은 화학 증기 증착에 의해 단결정 실리콘막(101)상에 형성된다.

제10d도에 도시된 바와같이, Si^×N₄막(106)은 단결정 실리콘막(101)에 대향하는 단결정 실리콘층상에 형성되고 SiC막(102)에 도달할 때까지 Si^×N₄패턴화된 막의 마스크로써 배면측으로부터 패턴닝적으로 에칭된다. 제10e도에 도시된 바와같이, 내열 유리 링(107)은 Si^×N₄막(105, 106) 및 SiO₂막(104)을 생략함이 없이 단결정 실리콘막(101)상에 증착된다. 제10f도에 도시된 바와같이, 이온 빔 레지스트(108)는 실리콘 에픽텍셜(103)상에 코팅된다. 이온 빔의 노출 및 현상 후, SiC채널링 마스크는 패턴화된 이온 빔 레지스트(108)를 마스크로써 사용하거나, 제10g도에 도시된 바와같이, 패턴닝의 형태로 RIE(반응성 이온에칭)을 이용하여 Si 에픽텍셜(103)을 에칭하므로서 만들어질 수 있다.

본 발명에 따라 SiC채널링 마스크가 활용될 때, 매우 얇은 멤브레인막이 균일하게 만들어질 수 있다.

제11a도 내지 제11g도는 막 두께에 따라 선택적으로 이온을 전달하거나 차단하는 패턴화된 이온 빔 노출 마스크의 제조 공정의 다른 실시예를 도시한 것이다. 도면에서, (201)은 단결정 실리콘 기판, (202)는 레지스트막, (203)은 패턴닝 레지스트, (204)는 에칭 패턴, (205)는 SiC막, (206)은 내열 유리막, (207)은 채널링 마스크를 도시한다.

즉, 제11a도에 도시된 바와같이, Si기판(201)은 N형 단결정 실리콘으로 만들어진다. 제11b도에 도시된 바와같이, 레지스트막(202)은 Si 기판(201)상에 증착된다. 제11c도에 도시된 바와같이, 레지스트막(202)은 이온 빔에 의해 직접 노출되고 현상되어 패턴닝 레지스트막(203)를 형성한다. 제11d도에 도시된 바와같이, 패턴닝 레지스트(203)는 마스크로써 작용하고 Si 기판(201)은 반응성 이온 에칭 등에 의해 비등방적으로 에칭되어 에칭 패턴(204)을 형성한다. 제11e도에 도시된 바와같이, SiC단결정막(205) 또는 붕소 도핑된 Si 에픽텍셜막은 에픽텍셜 공정에 의해 에칭 패턴(204)을 갖는 Si기판(201)상에 형성된다.

제11f도에 도시된 바와같이, 내열 유리로 만들어진 마스크는 SiC에픽텍셜막(205)상에 코팅된다. 제11g도에 도시된 바와같이, 배면측에서 Si기판(201)을 생략시키므로써, 채널링 마스크(207)가 형성된다. Si기판(201)을 생략하는 공정은 기계적 연마부재에 의해 약 50㎛의 Si막을 연마시키는 단계와, KOH용액등을 화학적으로 활용하는 SiC에픽텍셜층(205)에 이를 때까지 Si막을 생략하는 단계를 포함한다. SiC막 또는 붕소 도핑된 Si막이 KOH용액에서 에칭되지 않으므로, 에칭은 이상적으로 행해진다.

본 발명에 따르는 이온 빔 노출 마스크의 제조 공정은 매우 얇은 멤브레인막을 쉽게 형성하고, 단결정막을 사용하므로 뛰어난 분해력을 갖는 Si채널링 마스크의 제조가 가능하다는 장점을 갖는다.

(3) 주로, 본 발명에 따르는 이온 빔 노출 장치의 구조 및 노출 방법이 후술된다. 상기 이온 빔 총 및 이온 빔 노출 마스크가 활용된다고 가정하자.

본 발명의 한예에 따르는 이온 빔 노출 장치의 개요가 후술될 것이다.

이 예는 투사 렌즈가 마스크와 웨이퍼 사이에 제공되는 이온 빔 노출 장치에 관한 것이다. 평행 이온 빔은 패턴닝의 형태로 마스크에 방출되고, 방출된 이온 빔은 동일 크기로 투사 렌즈에 의해 웨이퍼에 투사된다.

이후, 본 발명이 예와 관계하여 상세히 기술될 것이다.

제12도는 본 발명의 한 예인 이온 빔 노출 장치의 개략도이다. (301)은 이온 소오스를 나타내고, (302)는 이온 렌즈, (303)은 편향판, (304)는 마스크, (305)는 투사 렌즈, (306)은 웨이퍼를 나타낸다.

이온 소오스로부터 나오는 He⁺이온 또는 H⁺이온은 이온 렌즈(302)를 통과하고나서 평행 이온 빔으로써 출력된다. 평행 이온 빔은 방향 X 및 Y로 편향되어 편향판(303)에 의해 확대된다.

확대된 이온 빔은 마스크(304)를 통과하고 마스크(304)의 상은 동일 크기로 투사 렌즈(305)를 통하여 웨이퍼(306)상에 투사된다. 투사 렌즈(305) 대신, 정전기 렌즈나 마그네틱 렌즈가 사용될 수도 있다.

상술된 바와같이, 본 발명에 따르는 이온 빔 노출 장치는 동일 크기로 패턴의 상을 투사하도록 이온 빔을 노출 시키는 방법을 사용한다. 상기 방법은 고처리 능력(through-put) 및 고분해력과 같은 장점을 갖는다. 게다가 본 발명에 따르면, 이온 빔 노출의 촛점 깊이는 최적으로 이루어지고 근접 갭이 쉽게 세트될 수 있다.

이온 빔 노출 장치 및 노출 방법의 또다른 예가 후술된다.

본 예는 이온 빔을 집중적으로(collectively) 노출시키기 위한 방법을 제공한다. 세슘막이 유리 마스크 표면상에 패턴으로 형성된다.

자외선을 유리 마스크의 후면측에 방출하므로써 패턴형 세슘막이 전자빔을 방출시킨다. 방출된 전자빔은 전자를 이온화시키도록 수소나 헬륨과 같은 가스에 방출된다. 상기 이온들은 집중되어, 집중된 이온은 노출될 물질 표면에 방출된다.

제13도는 이온 빔 노출 장치의 개략도로서, 상기 예를 도시한 것이다. 도면에서, 참조 번호(401)는 실리콘 웨이퍼, (402)는 레지스트, (403)은 유리 마스크, (404)는 세슘막, (405)는 자외선, (406)은 마그네틱 렌즈, (407)은 전자, (408)은 양자를 나타낸다.

레지스트막(402)은 실리콘 웨이퍼(401)상에 형성되며, 노출될 물질, 즉 레지스트막(402)이 웨이퍼상에 형성된다. 패턴형세슘(Cs), 소위 마스크는 노출될 물질(내식막(402))과 대향되는 유리 마스크(403)상에 제공된다. 자외선(405)을 유리 마스크(403)의 후면측에 방출하므로써 세슘(Cs)으로부터 여기된 전자가 방출된다. 전자(407)는 진공 대기 상태로 유입되는 수소 가스를 여기시켜 수소 이온 즉, 양자(408)를 형성한다. 양자(408)는 자기 렌즈(406)에 의해 가속화되고 집중되어, 이온 빔이 노출될 물질(레지스트막(402))을 노출시킨다.

본 발명에 따르는 집중적 이온 빔 노출 방법은 고 생산성의 장점을 갖는다.

본 발명에 따르는 노출 방법 및 이온 빔 노출 장치의 또다른 예가 제14a도 및 제14b도를 참조로 하여 기술하였다.

도면에서 참조번호(501)은 석영 기판, (502)는 실리콘 산화물(SiO₂)막 (503)은 금속성막 패턴, (504)는 실리콘 웨이퍼, (505)는 전원, (506)은 정전기 렌즈, (507)은 금속성 판을 나타낸다.

크롬 또는 텅스텐과 같은 금속성막은 석영과 같은 절연 기판상에 일렬로, 패턴닝의 형태로 형성된다. 금속성막을 포함하는 표면은 실리콘 산화물(SiO₂)막과 같은 보호막으로 덮여진다.

따라서, 형성된 마스크는 이온 빔을 발생시키는데 사용되며, 노출이 행해진다.

제14a도에 도시된 바와같이, 금속성막(503)의 패턴은 석영 기판(501)의 표면상에 형성된다. 상기 표면은 실리콘 산화물(SiO₂)막(502)으로 덮여져, 마스크를 형성한다. 전원(505)으로 부터 나온 고주파수는 금속성막(503)의 패턴에 인가되며, 플라스마 이온은 패턴닝의 형태로 발생된다. 이온은 정전기 렌즈(506)에 의해 가속화되고, 패턴형 이온이 투사되어, 투사된 이온은 실리콘 웨이퍼(504)에 노출된다. 상기 방법을 소위 포지티브 이온 빔 노출 방법이라 칭한다.

제14b도는 유사한 마스크를 이용하여 반전된 상을 형성하는 네가티브 이온 빔 노출 방법을 도시한 것이다. 도면에서, 참조번호(501)은 석영 기판, (503)은 금속막 패턴, (502)는 실리콘 산화물(SiO₂)막을 나타낸다. 금속성판(507)을 구성하는 전극판은 마스크의 후부측에 부착되다. 전원(505)으로부터 나온 고주파수가 금속성 판(507)에 인가되고, 금속성막(503)의 패턴이 접지 전위일때, 플라스마 이온이 금속성막(503)의 패턴 사이의 갭으로부터 발생된다. 상기 이온들은 가속화되어, 정전기 렌즈(506)에 의해 동일 크기로 마스크에 대향되는 실리콘 웨이퍼(504)에 투사된다.

본 발명에 도시된 바와같이, 광 노출(예를들어, 자외선에 대한 노출)에 사용된 구조와 동일한 구조를 갖는 마스크가 이온 빔 노출에 사용될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따르면, 마스크의 준비가 종래의 빔 노출방법으로는 곤란하다 할 지라도, 마스크는 매우 용이하게 준비될 수 있다.

게다가, 본 발명에 따르는 노출 방법 및 이온 빔 노출 장치의 또다른 예가 제15도를 참조로 하여 서술된다. 도면에서, 참조번호(601)는 진공실, (602)는 실리콘 기판, (603)은 절연막, (604)는 실리콘 웨이퍼, (605)는 가스, (606)는 배기가스, (607)은 전원, (608)은 렌즈를 나타낸다.

상기 이온 빔 노출 장치에 있어서, 도통 표면은 절연막으로 덮여진다. 패턴닝 형태로 절연막을 에칭하므로써, 마스크는 전극으로써 사용되고 나서 이온 빔은 패턴닝 형태로 발생될 수 있다.

고주파수 또는 DC전압이 도통 물질 및 절연막이 패턴닝 형태로 제공되고, 저압 가스 대기 상태에 노출되는 전극에 인가될 때, 가스 이온이 발생된다. 자기 렌즈 또는 전기장 렌즈에 의해, 노출될 물질의 표면에 패턴형 가스 이온을 투사시키므로써, 이온 빔 노출이 실현된다.

제15도는 이온 빔 노출 방치의 개략도로서, 본 발명의 한 예를 나타낸 것이다. 진공실(601)에서, 패턴닝 형태의 절연막(603)은 마스크로써 실리콘 기판(602)의 후면측상에 제공되고, 실리콘 웨이퍼(604)는 마스크에 대하여 제공된다. 수소와 같은 가스(605)는 진공실(601)내로 유입되며, 그와, 동시에 배기가스(606)가 저압력을 유지시키기 위하여 진공 펌프에 의해 제거된다.

전원(501)으로부터 나온 고주파수 또는 DC 전압이 마스크와 웨이퍼 사이에 인가될때, 이온이 마스크의 도통부로부터 방출되고 방출된 이온은 마그네트(magnet) 또는 전기장 렌즈에 의해 동일 크기로 실리콘 웨이퍼(608)에 투사될 수 있다.

또한, 마스크 물질은 항상 패턴형 절연막으로 도통 물질상에 구성되는 것이 아니며, 절연 물질상에 패턴닝의 형태로 형성된 금속성막이 마스크로써 사용될 수도 있다.

게다가, 마스크와 웨이퍼가 등록(registration)을 표시할 때 홀은 마스크상에 만들어질 수도 있으며, 마스크와 웨이퍼의 패턴을 검사하기 위한 광학적 시리즈가 그 사이에 제공된다.

또한, 마스크 도통 물질은 실리콘으로만 제한되지 않으며, 스테인레스와 같은 다른 금속성 물질이 사용될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 고생산성을 갖는 이온 빔 노출 장치가 제공될 수 있으며, 이온 빔 노출용 마스크가 매우 쉽게 준비될 수 있다.

Claims (5)

1. 수소, 헬륨 및 아르곤과 같은 가스 매터의 이온화에 의한 이온 빔 총에 있어서, 상기 이온의 방출부는 파라듐 티타니움 및 텅스텐과 같은 박막으로 구성되고, 상기 가스 매터는 상기 박막을 통하여 이온화되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 총.
2. 제1항에 있어서, 전기장이 상기 박막에 인가되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 총.
3. 제1항에 있어서, 파라듐, 티타니움 및 텅스텐과 같은 초정밀 와이어가 상기 이온 방출부의 단결정 실리콘 기판에서 매립되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 총.
4. 제1항에 있어서, 상기 이온 방출부가 크리스탈 등의 그레인 경계부로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 총.
5. 제1항에 있어서, 상기 이온 방출부가 크리스탈 디펙티브부를 갖는 단결정 물질인 것을 특징으로 하는 이온 빔 총.