KR940002546B1 - 낙적물량을 최소화하기 위한 물량제한형 표적과 그 장착법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

낙적물량을 최소화하기 위한 물량제한형 표적과 그 장착법

제1도는 종래 엑스레이 석판인쇄용 엑스레이 발진장치 구성도.

제2도는 표적상의 레이저 빔 촛점근처에서의 용융낙적물과 탈루물이 일정한 각을 이루면서 퇴적된 모형도.

제3도는 플러즈머를 유발시키는 레이저 빔으로부터 방출된 두가지 분리물질 즉 퇴적물의 퇴적층과 수많은 고온에너지 이온물질이 일정한 각을 이루면서 중복적으로 퇴적된 모형도.

제4도는 용융낙적물과 탈루물을 최소화하기 위하여 레이저 빔과 마스크를 특수배치한 엑스레이 발진장치의 구성도.

제5도는 제4도에서의 표적구조를 이용한 장기사용 표적의 단면도.

제6도는 제5도중 표적도 저면도.

제7도중 제7a도는 플러즈머의 발진상태 확대도, 제7b도는 표적물질 관통구멍을 형성하는 플러즈머의 열효과 설명도.

제8도중 제8a도는 플라즈머 형성시 물량제한형 표적설명도, 제8b도는 플라즈머 일차발생후의 표적설명도.

제9도중 제9a도는 산업용 장기사용 표적을 장착한 물량제한형 표적의 평면도, 제9b도는 표적단층 단면도.

제10도는 제4도의 표적과 유사한 물량제한형 특성을 채용한 장기사용 표적사시도.

제11도중 제11a도는 장기사용 표적의 궤도 단층 상세도, 제11b도는 제10도의 저면도.

제12도는 엑스레이 석판인쇄장치 부품구성도.

제13도는 제10도와 제11도에서의 새로운 표적 구성방법 계통설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 엑스레이 석판인쇄장치 12, 104 : 레이저 빔

14 : 렌즈 16 : 촛점

18, 44, 48, 56, 64, 66, 76, 88, 102 : 표적

20 : 플라즈머 22 : 엑스레이

24 : 마스크 26 : 절연체

28 : 웨이퍼 30 : 분리물질

38 : 표적과 직각을 이루는 선 46 : 동심원궤도

54 : 구멍 58 : 지지물

60, 70 : 피막 71 : 폭발 마스크

본 발명은 엑스레이를 발진시키는 플라즈머를 생성시키기에 충분한 출력으로 펄스가 가해진 레이저 빔을 조사시켜 엑스레이를 발진시키는데 사용되는 표적에 관한 것으로 특히 엑스레이 석판인쇄기를 대체하지 않고서도 여러번 사용하기 위해서 레이저 펄스로 삭마되는 분량과 대체로 같은 두께로 표적을 형성하고 플라즈머 생성으로 인한 분리물질량을 최소화하기 위한 시스템을 장착한 표적에 관한 것이다.

종래에는 석판인쇄라고 불리우는 방법을 이용하여 "칩"으로 통용되고 있는 반도체를 제조해 오고 있다.

이 방법에서는, 절연체 포장 반도체웨이퍼에 일정한 형태의 에너지를 입력시켜 절연체에 그 형태가 노출되도록 유도했다. 노출된 절연체는 제거하거나 절연체의 노출부위만 다음 형태대로의 웨이퍼를 다시 가공했다.

이와 같이 노출과 가공을 여러번 반복하여 대단히 정교한 반도체장치를 형성할 수 있다. 절연물질을 노출시키는 에너지로서 산업차원에서 원용한 수단은 아주 최근까지도 거의 전적으로 자외선이었다. 그러나 기술이 진보됨에 따라 반도체웨이퍼를 덮는 외피의 크기는 점차 소형화했으며 이제는 자외선 에너지에 의한 적정패턴의 규격은 더이상 축소할 수 없게 되었다. 절연체의 크기는 그 절연체크기에 사용되고 또 그것을 축소하는데 쓰이는 자외선 파장에까지 접근하고 있다.

또한 촛점심도는 일정하게 유지되면서도 단층절연체와 같은 공정의 단순화는 이제 자외선을 사용해서는 더 이상 가능하지 않게 되었다. 1973년 스미드등은 미국특허 제3743842호에서 그 파장이 광선의 그것보다 훨씬 짧기 때문에 엑스레이를 광선에 가름하여 석판인쇄노출의 에너지원으로 이용하자고 제안했다.

반도체웨이퍼를 넣는 절연체를 노출시키는데 쓰이는 다양한 엑스레이 기계를 제안한 스미드등의 기술에 의하여 수많은 방법이 시도되었다. 미국특허 제4184078호를 통하여 네이겔등은 중요한 기술상의 발전을 이룩했는데, 그것은 진공실에서 플라즈머가 창출되기에 충분한 에너지로 펄스화한 레이저빔을 표면에 대하여 촛점을 맞추어 조사시키면 엑스레이가 발진된다는 것이었다.

부드럽고 파장이 긴 엑스레이는 플라즈머에서 발진되며 기질층을 덮고있는 절연체는 엑스레이 조사선상에 놓여 노출시킬 수 있게 된다. 이와 같은 네이겔등의 기술은 스미드등의 기술에서보다 많이 유리한 것이기는 하였으나, 엑스레이를 발진시키는 것 말고도 플라즈머를 생성하는 레이저는, 플라즈머를 발진시키기 위해서는 섭씨 15만도이상의 열을 내야 하기 때문에 분리물질과 이온물질을 만들어내는 결점이 있었다. 분리물질 문제를 알게된 네이겔등은 민감한 엑스레이 마스크 피막이 분리물질로 인하여 훼손되는 것 및 분리물질이 마스크표면에 적층되는 것을 방지하고 엑스레이 흡수판 구실을 같게 하기 위해서 마일라(Mylar) 보호판을 고안하였다.

그러나 네이겔등이 채용한 이 마일라보호판은 아무리 얇은것이라도 투사엑스레이를 그것도 유용한 연질성 엑스레이를 흡수하기 때문에 상업용 엑스레이 석판인쇄기에 결합하기에는 부적합한 특징을 가지는 것이었다. 뿐만 아니라 절연체의 피막은 누적되는 분리물질로 인해서 점차 불투명해지거나 대형분리물질덩이에 부딪쳐 훼손될 수 있으므로 정기적으로 갈아끼우지 않으면 아니되었다.

그래서 미국특허 제4408338호에서 그럽맨은 회전식 보호판을 제안했는데, 이것은 열린홈과 닫힌홈을 교번 형성한 회전식 원판으로서 열린홈으로는 엑스레이가 통과되고 닫힌홈으로는 분리물이 걸리도록 고안된 보호판이었다.

1987년 9월 8일 등록되고 본 고안 양수인에게 양도된 미국특허 제4692934호에서는 훠사이드는 분리물질을 제거하기 위한 다른 방법을 제안했는데, 이 방법은 분리물을 우회시키기 위해서 개스 기체역학쉬트를 사용한다. 네이겔등의 기술에서의 분리물질 문제를 해결하기 위한 기타 기술도 시도되었는데 여기서 기타 기술이란, 네이겔등이 SPIE Vol. 136 반도체 마이크로 석판인쇄의 개발 III(1978년) 48-52페이지에서 "펄스가 가해진 엑스레이용 레이저 플라즈머 소-스"라는 제목아래 기술된 것으로서 하나의 얇은 금속박 표적을 사용하여 그 표적에 구멍을 통하여 플라즈머를 유발시키는 레이저를 투과시키는 방법이다.

현재 시도중인 산업용 엑스레이 석판기는 분리물질이 방출되지 않는 엑스레이튜브를 엑스레이 발진장치로 장착한 것으로서 미국특허 제4514858호와 제4516253호에 기술되어 있는 것이 그 실례이다. 분리물질 문제는 각별히 귀찮은 문제이기는 하지만 네이겔등이 고안한 기술에는 여전히 장점이 있다.

첫째로 레이저 빔을 작은 일점에 단순히 집중시킴으로서 에너지원을 극소화로 축소시킬 수 있다는 점이다.

둘째로 엑스레이가 투사되는 시간은 레이저 빔이 투사되는 시간을 한정함으로써 대단히 짧은 시간으로 단축할 수 있다는 점이다.

끝으로 엑스레이의 평균출력은 엑스레이 튜브에 의한 평균출력보다 대단히 높게 할 수 있다는 점인데, 이와 같이 평균 출력이 높아지면 종래의 자외선을 에너지원으로 하는 경우의 노출들이 맞먹거나 그것을 초과할 수 있게 된다.

네이겔등의 기술이 가지는 이와 같은 잇점은, 분리물질을 적절히 처분할 수 있거나, 이상적으로는 없애버릴 수만 있다면 산업용 엑스레이기제작에 소용되는 아주 긴요한 엑스레이 에너지원을 만들 수 있다. 엑스레이는 첨단기술 엑스레이 석판인쇄 기계에 있어서의 근접인쇄 모우드에서 쓰이기 때문에, 조사될 수 있는 규격은 에너지원의 한정된 규격에 따라 한정될 수 있다. 음영의 불투명성은 다음식으로 표시된 상호관계에 의하여 결정된다.

δ=s(d/L)

위 식에서 δ는 광원에 의하여 투영된 음영의 폭, d는 광원의 직경, L은 광원으로부터의 거리, s는 마스크와 웨이퍼의 간격이다. 예컨대 s=20미크론, d=200미크론, L=70밀리미터인 경우이면 마스크 주변에서의 음영의 불투명성은 0.0057미크론이 되는데 이값은 0.5미크론 이하이면 되는 인쇄용 규격으로 적합한 것이다. 마스크와 웨이퍼 사이의 미세한 간격 s는 엑스레이의 짧은 파장(예컨대 14앵스트롬)과 회절작용으로 인하여 불투명성을 감소시킨다.

이렇게 하여, 네이겔등의 고안한 플라즈머 엑스레이원을 유발하는 펄스화 레이저의 미세규격으로 인하여 플라즈머 엑스레이 광원과 웨이퍼를 덮고 있는 절연체의 간격은 절연체에 도달하여 원하는 패턴을 노출케하는 엑스레이의 광도를 최대화하기 위하여 약 70밀리미터 수준까지 축소할 수 있다. 70~100밀리미터의 공간내에서의 그와 같은 높은 에너지 레이저 빔을 직접 집중시키기 위해서는 실제로는 불가능한 급속(낮은 주파수) 촛점화 시스템이 필요하게 된다.

그래서 이와 같은 집중장치 대신 이상적인 포커싱 방법으로 웨이퍼 표면에 장착된 촛점렌즈에 빔을 투과시켜 수렴된 광선을 웨이퍼 표면 바로 위에 위치한 거울로 엑스레이 발진표적을 향하여 반사하도록 하는 방법을 쓴다. 엑스레이 표적부근은 빔의 외부통로에 관련하여 낮은 압력이 유지되어야 하므로, 수렴된 빔도 표적의 진공실 하우징에 있는 창호를 투과한다. 플라즈머에 의하여 최고도로 그 레이저 에너지를 흡수하도록하기 위하여는 레이저 빔이 45도 이하의 각도를 표적을 향하여 투사되도록 하여 엑스레이 발사량이 최대치로 되도록 하자면 기하학적인 제한이 추가적으로 요구된다.

이와 같은 디자인상의 제한으로 인하여 최소한 투과렌즈에 집중되는 일부 레이저는 불가불 엑스레이 표적에 근접하지 않을 수 없으며, 플라즈머 생성과정에서 발생되는 분리물질로 인해서, 이와 같은 현상은 빔렌즈의 기능을 저하시키게 된다.

본 발명에서는 엑스레이 장치를 개량하여 플라즈머 생성용 엑스레이를 발진시키는데 충분한 에너지를 가지는 레이저 빔을 표적에 투사시켜 엑스레이를 발진시키는 방법이 그것으로서 여기의 플라즈머는 분리물질을 방출하며 또한 본 장치에는 동 분리물질에 민감한 발광장치가 형성되어 있다.

이 개량형에서는 플라즈머로부터 방출된 분리물질중에는 용융낙적물이 포함되어 있으며, 플라즈머의 위치에서 표적과 직각을 이루는 선을 중심으로 일정한 각을 이루면서 나뉘워 퇴적되는 분리물질균의 위치에 용융낙적물이 방출되며 또한 이와 같이 일정한 각을 이루면서 나뉘어 퇴적되는 분리물질균의 사이로 조사되는 엑스레이에 의하여 발광되는 물체의 위치를 조절하는 수단이 이 개량형에는 갖추어져 있다.

본 발명 표적에서는 플라즈머로부터 표적 표면으로의 열전도현상에 의하여 발생되는 분리물질의 분량은 미소량에 불과한데 그 이유는 엑스레이 발진에 소요되는 표적물질의 소량만이 플라즈머의 발열주기에서 삭마되기 때문이다. 종래의 기술에서는 분리물질 발생과는 관계가 없는 목적을 위해서 레이저 빔을 얇은 표적에 조사 시켰었다.

예를들면 죤슨등의 미국특허 제42908467호와 브루크너의 제4608222호에서는 원자액 융합반응을 일으키게 하기 위하여 중수소와 3중수소를 채워넣은 마이크로 캡슐을 레이저에 충돌시켰다.

기타의 고안에서는 예컨대 리핀등의 유체물리학 23, 제5권(1980년) 1012-1030페이지 10-10W/Cm의 엷은 박에서의 레이저-플라즈머와의 상호작용과 삭마작용의 촉진에서와 같이 레이저의 발열을 통해서 물질의 가속현상을 연구하는데 엷은 박을 사용하고 있다. 엑스레이 보호용의 엷은 박을 이용할때의 장점은 지금까지 실현되지 못하고 있다.

그와 같은 장점을 실현하려면 레이저 플라즈머의 분리물 현상에 대하여 지금까지 알려지지 아니한 사항들이 고려되어야 할 것이다. 한가지 바람직한 본 발명의 구성방법에 관하여 첨부된 도면에 따라 다음과 같이 설명한다.

제1도는 종래 기술에서의 엑스레이 석판인쇄에 쓰이는 엑스레이 발진장치 구성도이다.

제2도는 표적상 레이저 빔 촛점 근처에서의 용융 낙적물과 탈루물질이 일정한 각을 이루면서 퇴적된 모형도이다.

제3도는 플라즈머를 유발시키는 레이저 빔으로부터 방출된 두가지 탈루물질 즉 퇴적물의 퇴적층과 수많은 고온에너지 이온물질이 일정한 각을 이루면서 중복적으로 퇴적된 모형도이다.

제4도는 제1도와 유사한 엑스레이 발진장치로서 플라즈머로부터 방출되는 용융낙적물과 탈루물 퇴적량을 최소화하기 위하여 레이저 빔과 마스크를 특수배치한 엑스레이 발진장치 구성도이다.

제5도는 제4도에서는 표적구성을 이용한 장기사용 표적의 단면도이다.

제6도는 제5도중 표적의 저면도이다.

제7도는 두개의 도면으로 제7a는 플라즈머 발진현상의 확대도이고, 제7b는 표적물질층을 관통하는 구멍을 형성하는 플라즈머의 열효과 설명도이다.

제8도는 두개의 도면으로서 제8a는 플라즈머 형성시 물량 제한형 표적 설명도이고 제8b는 플라즈머 일가후의 표적도.

제9도는 두개의 도면으로서 제9a는 산업용 장기사용 표적을 장착한 개량형 물량 제한 표적의 평면도이고, 제9b는 표적부위의 단면도이다.

제10도는 제4도의 표적과 유사하면서도 물량 제한특성을 채택한 장기사용 표적도이다.

제11도는 두개의 도면으로서 제11a도는 제10도 장기사용 표적의 홈선 다층 상세도이고, 제11b는 제10도 표적의 저면도이다.

제12도는 본 발명에서 명세한 새로운 표적의 잇점을 이용한 엑스레이 리도 그래피기에서의 부품 구성도이다.

제13도는 제10도와 제11도에서의 새로운 표적 구성방법 설명도이다.

제1도는 기초적인 종래기술로서 펄스레이저빔에 의한 플라즈머 유발 엑스레이 석판인쇄장치(10)를 도시하고 있다.

본 기초장치(10)는 전술한 네이겔등의 미국특허 제4184078호에서 처음으로 소개된 것으로서 물질층으로 구성된 표적(18)의 촛점(16)에 위치하고 있는 렌즈(14)에 의하여 레이저 빔(12)의 수렴되고 있다. 충분한 출력을 가한 빔(12)을 투사시키면 연성엑스레이(22)를 발진시키는 형의 플라즈머(20)가 촛점(16)에 발생한다.

여기의 엑스레이(2)중 일부는 엑스레이마스크(24)를 투과하여 절연체 단층(26)으로 덮인 실리컨 또는 겔리움 아스나이 웨이퍼(28)에 조사되어 마스크(24)에 형성된 형태에 따라 절연체 단층(26)에 일정한 패턴을 노출시킨다. 이 기호장치(10)는 연성 엑스선(22)외에도 플라즈머(20)를 발진시키자면 필요한 최소한 섭시 15만도의 고열로 인하여 부스러기(30)를 방출하게 된다.

분리물질(30)은 표적(18)으로부터 고에너지 이온과 함께 방출된 용융물질의 낙적물 모형을 형성하게 된다. 이와 같이 여러가지 모형을 이루게 되는 이들 분리물질(30), 고에너지 이온 및 용융낙적물은 즉석에서 석판인쇄 과정을 저해하게 되는 한편, 탈루물질은 단지 마스크(24) 표면에 적층될뿐 그것이 증대되어 엑스레이를 흡수하게 되기전까지는 심각한 영향을 끼치지는 않는다. 이들 부스러기의 고에너지 이온층은 마스크(24)를 가열시켜 이를 휘이게 할 뿐만 아니라 마스크(24)와 절연체 단층(26) 사이의 미세 간격에 변화를 초래하게 된다.

상당량에 달하는 용융낙적물은 촛점(16)으로부터 튀기는 모양으로 방출되는데, 이것은 표적부위의 액상 물질 표면에 야기된 방출력이 플라즈머가 확장되는데 따라 일차적으로 반응하는 현상에 수반하는 것이다. 여기의 용융낙적물이 마스크(24)에 충돌하면 1-2마이크론 두께의 마스크(24) 기층을 파손시킬 수 있다.

용융낙적물은 사실상 마스크(24) 피막을 완전히 관통할 수도 있고, 피막단층에 걸려 마스크(24)의 효용을 훼손시킬 수도 있다. 종래에는 전술 네이겔등과 그롭맨의 특허에서 명세하고 있는 바와 같이 분리물질과 용융낙적물이 마스크에 충돌하는 것을 방지하기 위하여 보호판을 사용했었다.

그런데 여기의 보호판은 소망스럽지 않게도 분리물질을 걸리게 할 뿐만 아니라 엑스레이의 일부를 흡수함으로써 단 한차례의 레이저 투광으로도 용융낙적물에 의한 치명적 고장을 일으키기도 했었다. 마리의 미국 특허 제4175830호서에와 같이 종래의 기술중에는 이와 같은 문제를 해결 위한 방편으로 고에너지 이온이 마스크 부위를 비켜나가도록 하기 위해서 자석사용을 제안하기도 했었다. 이와 같이 자석을 이용하는 방법은 진공 상태에서는 효과가 있었지만, 통상 상태에서의 무극성 물질에는 아무런 효과가 없었다.

제3, 4도와 관련하여, 제1도의 촛점(16)의 플라즈머(20)로부터 방출되는 분리물질(30)을 분석한 결과 다음과 같은 사항이 밝혀졌다.

(1) 분리물질중에는 용융낙적물과 표적물질의 탈루물이 섞여있다는 것

(2) 용융낙적물은 분리물질(30)의 대부분을 형성하고 있으며 두가지의 별개 이질 물질군(32)(34)에 집중되어 있다는 것

(3) 탈루물질은 전체 분리물질 덩어리중에서 미소량으로서 대체로 고르게 분포되어 있다는 것

(4) 고에너지 이온질은 표적(18)에 대하여 직각을 이루는 선(38)을 따라 최의표에 분포되어 있으며 표적(18)로부터 45도의 각을 이루는 지점을 향하여 그 분포농도가 점차로 감소하고 있다는 것

(5) 거의가 제1도의 레이저 축(A)방향으로 방사되는 일부 분산 레이저 광선은 측(B)을 따라 표적의 표면에서 반사된다는 것

두개의 탈루물질군(32)(34)중 물질군 34는 플라즈머(20)의 중심에서 표적(18)에 대하여 직각을 이루는 선(38)을 중심으로 대칭적으로 집중되고 있으며, 원추형의 물질군 32는 레이저 에너지와 표적의 구조에 따라 직각선(38)으로부터 대체로 45도 내지 55도 사이의 축을 중심으로 집중되어 있다.

전체 분리물질을 최대치로 보았을때 물질군(32)(34) 사이에 있는 최소치 탈루물질(40)은 표적에서의 탈루물질만이며, 용융 낙적물은 포함되지 않는것으로 여겨진다. 여기에서 광선의 분산을 최소화하기 위하여 부차적으로 레이저를 투광시킬 수 있다.

제2도는 위와 같이 밝혀진 바에 따라 분리물질(30)이 용융낙적물과 탈루물질로 구성되어 있으며 촛점(16) 부위에서 플라즈머(20)로부터 방출되어 일정한 각을 이루면서 성층되고 있음을 도시하고 있다.

제3도는 XY 그래프로 위와 같은 자료를 도시하고 있다. 제3도는 플라즈머(20)로부터 방출된 대량의 고에너지 이온물이 일정한 각을 이루면서 분산되어 충첩성층을 형성하고 있음을 도시하고 있다. 제3도에서 볼 수 있는 바와 같이, 플라즈머(20)로 부터 방출된 분리물질(30) 덩어리는 표적(18)에 대하여 직각을 이루고 있는 측(38)을 따라 정점(34)을 형성하고 있으면서 기준측과 약 55도를 이루는 측에 또 하나의 정점(32)를 형성하고 있다.

플라즈머(20)로부터 방출된 분리물질(30)의 단층이 가장 엷은 지점은 직각축(38)으로부터 20도와 35도 사이에 위치한 일점(40)에서이며 제3도에서의 곡선중 15도지점과 45도 지점사이에서는 분리물질은 현저히 감소한다는 것을 나타내고 있는데, 이것은 표적(18)과의 직각측선(38)에 대하여 15도와 45도 사이의 한 점에서 플라즈머(20)가 형성된다는 것을 뜻한다.

촛점(16) 부근에서는 평탄한 분포를 보이는 표적물 탈루물질(30)은 제2도와 제3도의 곡선중 한지점(40)에서 최대량이 성충되는 것으로 생각된다. 직각측선(38)과 20도 내지 25도의 각 사이에서 표적에 투사되는 광선중 레이저 빔(12)을 택하면 대부분의 분산광선은 약 15도 내지 30도 각의 사이에서 측 A와 측 B를 따라 집중된다.

제3도는 나아가서 직각측(38)으로부터 30도 밖의 위치에서는 고에너지 이온물질의 분포량이 낮아진다는 것을 보여주고 있다. 그러므로 마스크(24)와 기층(26)을 직각측(38)과 35도 내지 45도 사이의 각 사이의 한측에 일치시켜 배치한다면 소량의 고온에너지 이온물질만이 마스크(24)의 박막 표면에 부딪칠뿐 용융낙적물과 분산광선은 사실상 없게 된다.

이 설치각에서의 마스크(24)에 부딪치는 고에너지 이온물질은 마스크(24)가 충분히 허용할 수 있는 만큼의 소량에 불과하며 여기의 마스크(24)는 플라즈머(20)로부터 약 70밀리미터의 거리를 두고 위치해야 한다. 또한 제12도와 관련하여 설명하는 바와 같이 고에너지 이온물질은 헬리움이 들어있는 공간을 통과하여 마스크(24)에 이르러 소산되고 만다. 분리물질 문제 이외의 잇점들은 후술하는 바와 같이 표적(18)을 40도 내지 45도 사이에서 이동시켜 실현시킬 수 있다.

제4도 분리물질이 분산되는 효과를 거두기 위하여 레이저 빔(12), 렌즈(14), 표적(18)과 마스크(24)를 이상적으로 배열한 구성을 도시하고 있다. 제4도에서는 부품이 번호를 전시 각 도면에서와 같은 번호로 했다. 제4도에서 보는 바와 같이 표적(18)는 마스크(24)와 기층(28)이 있는 평면에 대하여 45도 각을 이루는 위치에 위치한다.

나아가서 레이저 빔(12)은 렌즈(14)로 수렴되어 직각측(38)에 대하여 20도 각의 위치에서 플라즈머가 형성되는 촛점(16)을 향하여 투광된다. 제4도 퇴적물(30)의 위치에서 볼수 있는 바와 같이 레이저 광학물질이지만 실제로는 진공실에 밀폐된 창구로서 분리물질(30)의 통로에 있는 광학물질인 것이다.

끝으로 마스크(24)는 빔(12)의 위치에서 직각측(38)의 다른 1측에 직각측(38)과 45도의 각을 이루도록 위치시킨다. 레이저 빔(12) 및 그 광학장치와 마스크(24)는 분리물질의 가장 얇은 층의 측(40)의 위치에 아주 근접시켜 특히 촛점(16)과 0도, 50도와 55도 사이의 용융낙적물의 피해 위치를 피하여 위치시킨다. 이 위치는 제4도의 렌즈(14)로 대표되는 광학부품과 예민한 마스크(24) 피막의 훼손을 방지하기 위한 위치이다.

종래의 기술에서 인정된 바와 같이 매번 수초가 지속되는 레이저 펄스를 투광시켜도 4시간 내지 8시간 계속 사용할 수 있을 정도로 표적(18)은 상대적으로 긴 수명을 누려야 한다.

이와 같이 표적(18)을 오래 사용하기 위하여 원판 또는 테이프형의 부품을 장착하여 레이저 펄스가 한번씩 조사될때 따라 이를 조금씩 옆으로 회전시키는 방법이 고안되었다.

그와 같이 그 원판(또는 테이프)의 전장이 회전되도록 하고 완전히 1회전이 끝나면 다시 회전되도록 한다. 이와 같이 하여 다수 표적의 회전 트랙을 각 표적(18)에 형성할 수 있는데 그 실례는 미국특허 제3743842에서 볼 수 있다.

제4도에 도시한 각으로 레이저 표적(18)을 설치함에 있어서 표적 표면의 위치는 표적(18)과 마스크(24)사이의 공간에 침투해 있다.

이상적인 엑스레이 석판인쇄 장치에서는 이 공간(표적과 마스트 사이)에 다른 부품이나 장치를 삽입하는데 이들 부품 또는 장치란 예컨대 마스크(24)에 결착시키는 웨이퍼(28)와 같은 광학장치이다.

제4도에 예시한 표적의 구성은 산업용 엑스레이 석판인쇄 기계장치에서는 적합하지 않다.

제5도와 제6도에서는 제4도에서 설명한 이상적인 표적 위치의 잇점을 살려 개량한 표적(44)의 구성방법을 도시하고 있는데 동 개량형 표적(44)의 구성방법에서는 종래기술에서 시도된 장기사용 표적과 유사한 회전원판을 쓰고 있다. 제5도에서 전술한 부품들에는 같은 숫자 기호를 부여하고 있다. 두개의 최대퇴적물층 그룹(32,34)은 두 그룹측을 따라 그려진 선상에 점선으로 도시되어 있다.

표적(44)은 다른 부품과의 관계에서 그 상세한 구조를 보다 명확하게 도시하기 위해서 확대하여 표시하고 있다. 층체적으로 원판모형으로 된 표적(44)은 직경이 약 3내지 6인치로서 4인치를 대표적 직경 규격으로 한다. 표적(44)의 윗면은 표적이 회전할 때 기층(28)이 움직이는 평면 및 마스크(24)가 장치된 평면과 평행선을 이룬다.

또 표적(44)의 상단은 표적물림쇠와 작동모터 회전장치(도면에는 나타나 있지 않음)에 결합되어 있는데 이중 작동모터 회전장치는 표적 뒷면에서 표적(44)을 옆으로 회전시키는 장치이다. 레이저 빔(12)이 조사되는 측면인 표적(44)의 밑면은 여러개의 동심원 트랙의 연속체로서, 집중조사되는 레이저 빔(12)을 교차시키는 작동모터가 각 표적부위의 위치를 변동시켜준다.

제6도에서 보는 바와 같이, 교적(44)의 밑면은 미리 형성된 동심원궤도의 연속형태를 형성하고 있으며 각각의 궤도는 전면(48)과 후면(50)으로 구성되어 있어서 전면(48)이 옆으로 회전할때 레이저 빔(12)이 그 표면에 집중조사된다.

제5도에서 보는 바와 같이 각 궤도의 전면(48)은 표적의 윗면에 대하여 30도의 각을 이루고 있으며 표적(44)의 작동장치는 레이저 빔(12)이 각 궤도의 표면(48)에 투사될 수 있도록 표적(44)을 회전시킨다. 그러므로 레이저 빔(12)이 투강되는 표적부위의 표면은 제4도에 도시된 것과 같은 각도로 놓여진다.

여기서 반드시 이해해야 되어야 할 사항은 각 궤도(46)의 후면이 이루는 각도는 위험한 것이 아니면서 이 각도는 낙적물이든, 탈루물이든 또는 고에너지 이온물질이든 이들 퇴적물이 거기에 걸리지 않기에 충분한 각도이어야 한다는 것이다.

궤도(46)의 표면(48)을 45도 각으로 방향을 선정한 것은 용융낙적물과 고에너지 이온물질을 모두 최소화하기 위한 것이며 제3도에서는 이와 같은 목적을 위하여 적합한 구성을 도시하고 있다.

그러나 어떤 경우에는 고에너지 이온물질은 다른 요인으로 방해를 받는 수가 있는데, 제12도에 관하여 후술하는 바와 같이 마스크(24)까지의 이동과정에서 헬리움 충진공간을 통과할때에는 거기에 다른 요인들에 의하여 형성되는 일정한 각도를 허용하게 되는 것이 그와 같은 예에 해당된다. 또한 표적(44)에 많은 트랙을 형성함으로써 표적이 보다 기울어진 각도를 필요로 하게 되고 궤도(46)의 폭을 보다 좁게하거나 레이저 빔(2)이 조사되는 각도를 보다 넓힘으로써 레이저 빔(12)도 보다 기울어진 각도를 필요로하게 된다는 것을 고려해야 한다. 제5도와 제6도에 도시한 표적(44)은 종래의 기술에서 그처럼 많은 문제를 야기했던 분리 물질(30) 문제를 많이 감소시킨 것이다. 그러나 연구의 진도를 더 깊이 진행시킨 결과 동 분리물질 문제는 거의 전부를 배제할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 제7a도와 제7b도로 구성된 제7도에서 분리물질의 원천이 설명되어 있다. 제7도에서는 제1도에서 설명했던 부품에 대하여 같은 번호가 주어져 있다. 제7a도에서 레이저 빔(12)은 표적(18)의 촛점(16)에 수렴되고 있다. 촛점(16)은 제1도의 그것이 200미크론의 직경으로 확대되어 있으며, 레이저 빔(12)은 약 100 내지 200억분의 1초 정도의 펄스빔으로 주어진다. 레어지 펄스(12)가 주어진 바로 직후에 플라즈머(20)가 형성되고 표적(18)표면중 상단층 100 내지 2마이크론(52)은 플라즈머(20)가 약 15만도 내지 50만도 이르게 될때 삭마된다. 플라즈머(20)가 형성되어 유지되는 시간동안에 발생되는 표적(18) 물질의 실제 삭마량(50)은 레이저 빔(12)의 강도와 조사시간 및 표적물질의 종류에 따라 달라지게 된다.

이와 같은 삭마량(52)의 변화는 표적(18)으로부터 어떤 방향으로 플라즈머(20)가 생성되는가에 의한 것이지 표적(18)의 표면이나 내부에서 생성되는 것은 아니다.

이와 같이 엑스레이가 방출되는 플라즈머(20) 상태는 레이저 빔(12)의 펄스의 작동시간동안 지속되는데 그후 수십억분의 1초동안 유지된다. 그러나 표적물질의 삭마작용(52)은 레이저 빔(12)펄스의 작동시간 동안만 발생한다. 플라즈머(20)가 존재하는 시각동안 그로부터 연성광선이 발진했다. 레이저 빔이 일단 사라지면 플라즈머(20)는 냉각되기 시작하여 수십억분의 1초동안 남아있으며, 엑스레이 방출이 중단되며 플라즈머(20)도 소산된다.

이 시각에 플라즈머(20)로부터의 일부에너지는 해당부위에서의 운동량 보전현상때문에 표적(18)속으로 수직이동하게 된다. 제7b도에서 열이 표적(18)물질의 단층속으로 침투할때에 표적(18) 물질의 용융과 이온화 현상으로 인하여 구멍(54)이 형성된다. 용융된 표적(18)물질은 전술한 용융낙적물을 방출하여 표적(18)물질의 용융된 부분은 전술한 탈루물질이 되어 방출된다. 이와 같은 작동이 한차례 끝나면 약 십억분의 1초동안에 열코인 구멍(54)을 더커지지 않게 되고 그 이상의 퇴적물(30)이 방출되지 않도록 하면서 방열된다.

이상의 설명에서 펄스가 주어진 레이저 빔(12)이 플라즈머(20)를 유발시켜 초래된 유용한 결과는 플라즈머(20)의 생성시각 동안에 연성 엑스레이(22)가 발생한다는 것이며 같은 시각에 표적(18)물질의 약 1 내지 2미크론 정도의 삭마량(52)이 발생한다는 것이다. 그러나 펄스가 주어진 레이저 빔(12)이 플라즈머(20)를 유발시켜 초래된 결과중 유용하지도 못하고 따라서 소망스럽지 않은 측면은 엑스레이(22)가 생성되고나서에 걸쳐 자리자보 있으며 직경 약 0.2 내지 0.3밀리미터의 원형 금속 표적(88)은 구멍(90)의 거의 중심위치상 피막(86)에 자리잡고 있다. 길이 약 0.83밀리미터의 표면(80)은 표적(76)의 밑면과 약 25도 각도로 장착되어 있으며, 길이 약 1.125밀리미터의 이면(82)은 표적(76)면과 약 25도 각도를 이루면서 장착된다.

각각 분리되어 있는 궤도는 길이 약 0.3밀리미터의 평면으로 표적(76)면과 평행을 이루면서 장착되어 있다.

이상과 같은 규격의 구성에서는각 궤도의 중심과 중심 간격은 약 2.0밀리미터가 된다.

또 같은 구성에서 중심선에 대하여 11도의 각도에서 집중되는 레이저 빔(12)은 표적(88)에 대한 수직선으로부터 떨어져(중심선과) 20도 각도에서 투사되는데 이 레이저 빔의 투사각도는 표적(76)면을 수평선으로 했을 때 그 표적면과 25도를 이루게 된다.

이 설치각은 감지마스크(24) 피막으로부터 상당한 거리를 두고 분리물이 이동할 수 있는 각도이다.

분리되어 있는 각 궤도의 평면부위(92)에는 표적(76)와 나란히 위치하는 수직위치를 감지하는 감지장치(도시되지 않았음)을 장착한다. 이들 두가지 한정치는 표적단층(88)에 레이저빔을 집중시켜 엑스레이를 발진시키기 위하여 표적(76)을 사용할때 중요하게 된다.

즉 표적이 너무 높고 너무 낮거나 평형을 이루지 못하고 있음이 감지되면 장치(10)에 표적(76)위치조절장치(도시되지 않았음)을 추가하여 금속 표적단층(88)이 원하는 레이저 빔(12)의 촛점 위치에 놓이도록 조절한다. 제12도에서는 제10도의 개량형 표적과 결합된 또 하나의 엑스레이 석판인쇄장치(100)를 도시하고 있다.

잘 알려진 바와 같이 집중점으로부터 광선의 지나친 확산을 방지하자면 표적 표면에 대한 레이저 빔(104)의 투사각은 45도 이하이어야 한다.

종래 기술에서의 평형 장기사용 표적에 있어서는 레이저 빔의 투사각이 좁아야 한다는 것과 플러즈마가 형성되는 표적과 절연체도표 웨이퍼 사이의 간격은 70밀리미터 이내이어야 한다는 것의 두 요망 사항으로 인하여 급속 집중렌즈 그리고 집중 수렴된 빔의 단위 면적당 고도의 출력을 감당할 수 있는 특별 표면처리 부품을 필요로 하게 된다.

엑스레이 석판인쇄장치(100)는 표적(102) 이외에 레이저 빔 발진장치(도시되지 않았음), 레이저 빔(104) 방향 조절 및 집중장치(106), 표적(102)이 들어있는 진공실(108),

결합형 석판인쇄기술에서 사용되는 재래식 작동장치인 마스크(110)와 웨이퍼 작동장치(112)등을 주요부품으로 구성되어 있다.

또 진공실(108)안에는 집중 레이저 빔(104)와 일치하여 각 표적단층이 작동될 수 있도록 작동하는 횡측모터와 회전 모터가 포함된 표적 조작장치(114)가 장착되어 있다.

레이저 집중장치는 반사경(113, 115), 200미크론 직경 촛점이 있는 표적에 집중된(20) 줄(107)레이저 빔의 방향조절용 재래식 집중렌즈(120)등으로 구성되어 있다.

표적(102)이 들어있으며 그 안에서 플러즈마가 생성되는 진공실(108)은, 플러즈마가 생성될 수 있도록 20로드(헬리움 충진 공간에서) 이하의 압력을 유지해야 한다.

동 진공실(108)의 외부는 헬리움 공간이 형성되어 있다.

또 진공실(108)에는 레이저 빔 용기(116)와 차동기등(118)이 연결되어 있다.

진공인 용기(116)는 레이저 빔(104)의 투사각에 위치하고 있으면서 레이저 빔(104)이 동 용기(116)내부로 진입될 수 있도록 하는 밀폐창호(12)로 구성되어 있는데, 진공실(108) 안팎의 압력차는 유지된다.

차동기등(118)은 맬러지등의 미국특허 제 4484339호에서의 그것과 유사한 것으로서 그안에 한개 이상으매개실(124)이 있을 수 있다.

차동기등(118)의 출력부위(126)에 있는 헬리움 충진공간에서는 마스크(110)에 충돌하는 고에너지 이온물질이 제거된다.

매개실(124), 진공용기(130)에 결합되어 있으면서 진공실(108) 결합되어 있는 진공용기(124)는 차동기등(118)의 두개소의 구멍(132,134)으로 공기를 환류시키는 역할을 한다.

이와 같은 공기의 환류로 인하여 마스크(110)로 이동할 때 물량제한 표적(102)에서 발생되는 미세한 분리 물질을 방지해 준다.

표적(102)궤도의 표면은, 작동장치(114)에 의하여 표적(102)이 작동하고 있는 평면에 대하여 45도의 각을 이루고 있다.

이러한 구성은 플러즈마가 생성되는 지점의 바로 밑에 마스크(110)를 장착할 수 있도록 해주며 이 마스크(110)의 위치는 플러즈마가 소멸하면서 발생되는 용융낙적물의 통로밖이다.

나아가서 레이저 용기(116)은 수직선과 60도의 각을 이루고 있으므로 이것 역시 용융낙적물의 최소영역이다.

용융낙적물 최대집중지역은 점선(136,138 및 140)으로 표시한 부위로서 제2도의 그룹(32), (34)에 상응되고 있다.

제12도에 도시하고 있는 바와 같이 레이저 용기(116)의 설치각 60도로 할 수 있으며 레이저 투사각을 표적(102)의 투광명에 대하여 45도 이내로 유지할 수 있음으로 인하여 집중렌즈(120)와 표적(102) 사이의 간격을 매우 넓힐 수 있다.

이것은 또한 반사경(115)과 창호(122)의 도포재료 층을 보다 얇게 할 수 있도록 해주며 나아가서 사용 렌즈의 밝기를 보다 저속으로 보다 큰것으로 할 수 있도록 허용해준다.

제13도는 표적(76)을 구성하는 방법을 4각형 구도로 도시하고 있다. 기본적 순서에는 두개의 기본적 과정 즉 공간 준비과정(142)과 공간을 구성하는 과정(114)이 포함되어 있다.

플라스틱 소재의 경우라면 칸(146)이 표시하고 있는 것처럼 사출모울드 기술로 제작할 수 있다.

이때의 모울딩은 블랭크의 구멍(90)이 있는 것 또는 없는 것 중 어느 것이라도 좋지만 이것은 구멍이 제9도와 제10도에서 처럼 수직형인가 아니면 제11b도에서처럼 표적물질(88)에 대하여 수직형인가에 따라 다르다.

칸(146)에서 모울드된 블랭크가 구멍(10)이 있는 것으로 제작된 것이 아니면 칸(148)의 도시에 따라 레이저 빔을 써서 구멍(90)을 형성한다.

금속 블랭크를 이용하는 경우에는 칸(150)이 설명하고 있는 바에 따라 궤도(78)의 적당한 규격과 위치가 구성되도록 한다.

그리고 나서 칸(150)의 설명에 따라 레이저 빔으로 구멍을 내면 된다. 그 다음 주과정(144)인 공간 구성과정에서는 피막(82)과 금속 표적단층(88)이 추가된다.

먼저 칸(154)는 따라 얇은 다일라 기타 적당한 소재의 박판을 준비한다. 그 다음에 칸(156)에 따라 과정(142)에 따라 준비된 공간에 반응 접착제 또는 공간 표면에 형성된 궤도에 부착한 에폭시를 자외선으로 가열한다.

이 방법을 사용할대에는 접착제의 표면을 평형하게 하기 위해서 공간을 회전시키는 방법을 써도 된다.

그 다음에는, 칸(158)이 설명하고 있는 바와 같이, 가공한 마일라 피막을 접착제를 부착한 공간에 결합시키고나서 자외선광을 그 지점에 조사시킨다.

마일라 피막은 압력조정장치나 구멍(90)을 진공화 하는 방법 또는 이 두가지 방법을 모두 원용하여 공간에 결합시킬 수 있다.

이때 궤도(78)의 밑면이 아니라 구멍(78) 주변에서 결합이 잘 된다는 사실과 진공기술이 필요하다는 것은 가장 중요한 점이다.

끝으로 칸(160)이 기술하고 있는 바와 같이 금속표적 단층(88)은 스팟터링을 위하여 구멍(90)의 중심에 맞추어 배치한 마스크를 이용한 스팟터링 기법으로 결합한다.

Claims (22)

1. 엑스레이 발진 플러즈마(20)를 생성시키기에 충분한 출력을 가지는 레이저 빔 펄스(12 또는 104)를 표적(18,44,56,66,76 또는 102)에 집중투사시켜 엑스레이(22)를 발진시키는 엑스레이 석판인쇄장치(10 또는 100)으로서, 엑스레이 패턴으로 하여금 기층(28 또는 112)에 절연체 단층(26)을 노출시키도록 하기 위하여 마스크-기층 결합장치(24,28 또는 110,112)에 발진된 엑스레이(22)를 투사하는 것, 지지장치(44,58,68 또는 84) 및 동 지지장치에 의하여 지지되는 얇은 표적물질의 박판(60,72 또는 88)의 전체단층이 레이저 펄스 조사기간 동안에 모두 삭마될 수 있는 두께로 표적물질 판(60,72 또는 88)을 형성한 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄 장치.
2. 청구범위 제1항에 있어서 표적물질(60,72 또는 88)은 0.1 내지 10미크론 두께의 금속단층으로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
3. 청구범위 제1항에 있어서 표적물질(60,72 또는 88)는 1.0 내지 2.0미크론 두께의 금속단층으로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄.
4. 청구범위 제1항에 있어서 지지장치(44,58,68 또는 84)에는 박판(70 또는 86)으로 덮인 하나의 공간(74 또는 90)이 형성되어 있는 것 및 표적물질(60,72 또는 88)은 박판(70 또는 86)이 위 공간(74 또는 90)밑에 위치하고 있는 것을 특지응로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
5. 청구범위 제4항에 있어서 표적물질(60,72 또는 88)의 표면부위와 공간(74 또느 90)은 둘다 레이저 빔(12 또는 104)의 촛점 부위의 크기와 같은 규격으로 형성 되는 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
6. 청구 범위 제5항에 있어서 공간(74 또는 90)의 횡단면 면적을 레이저 빔(12 또는 104) 촛점 크기의 2배보다 크지 않은 규격으로 형성된 것, 표적물질(72 또는 89)의 면적은 공간(74 또는 90)의 횡단면 면적보다 좁은 규격으로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
7. 청구 범위 제4항에 있어서 지지장치(44,58,68 또는 84)는 엑스레이 발진 플러즈머(20)가 소멸된 다음 잔류하는 열의 방열장치인 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
8. 청구범위 제7항에 있어서 박판(70 또는 86)은 방열장치(44,58,68 또는 84)로 열을 전도하는 열 전도 물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판 인쇄장치.
9. 청구범위 제4항에 있어서 박판(70 또는 86)은 표적물질(72 또는 88)을 박판(70 또는 86)에 부착시킬 수 있도록 허용하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
10. 청구범위 제4항에 있어서 박판(70 또는 86)은 열전도물질로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판 인쇄장치.
11. 청구범위 제10항에 있어서 박판(70 또는 86)은 표적물질(72 또는 88)을 박판(70 또는 86)에 부착시킬 수 있도록 허용하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판 인쇄장치.
12. 청구범위 제1항에서부터 제11항까지 중 어느 하나에서 박판(70 또는 86)은 중합물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
13. 청구범위 제12항에 있어서 박판(70 또는 86)은 플리이아미드 물질인 것을 특징으로 하는 엑스레 석판 인쇄장치.
14. 청구범위 제1항에서 제11항까지 중 어느 하나에 있어서 박판(70 또는 86)은 질화물질 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
15. 청구범위 제14항에 있어서 박판(70 또는 86)은 실리콘 질화물인것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
16. 청구범위 제14항에 이서서 박판(70 또는 86)은 붕소질화물인 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판인쇄장치.
17. 청구범위 제1항에서부터 제11항까지중 어느 하나에 있어서 박판(70 또는 86)은 옥시나이트라이드물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 석판 인쇄장치.
18. 청구범위 제17항에 있어서 박판(70 또는 86)은 실리콘 옥시나이트 라이드인것을 특징으로 하는 엑스레이 석판 인쇄장치.
19. 엑스레이 발진 플러즈마(20)를 생성시키기 위하여 표적(56,66,76 또는 102)에 펄스가 가해진 레이저 빔(12 또는 104)를 집중시키는 방법으로써 절연체를 도포한 (26) 부품(28 또는 112)에 엑스레이(22)의 패턴을 노출시키는 방식으로서, 마스크(24 또는 11) 그리고 플러즈마(20)에 의하여 발진되는 엑스레이(22)의 통로에 부품(28 또는 112)이 장치되어 있으며, 레이저 펄스(12 또는 104)가 발생될 때 동 레이저 필스(12 또는 104)의 집중지점에서 표적물질(60,72 또는 88)의 단층이 실질적으로 삭마되는 것을 특징으로 하는 노출방식.
20. 청구범위 제19항에 있어서 플러즈마(20)로부터의 열은 집중 촛점으로부터 방사식을 확산되는 것을 특징으로 하는 노출방식.
21. 청구범위 제19항에 있어서 표전(66,76 또는 102)의 베이스를 형성하고 있는 발열장치(68 또는 84)로 열이 소멸되는 것을 특징으로 하는 노출방식.
22. 청구범위 제19, 20 또는 21항중 하나에서 표적물질(72 또는 88) 위에 있는 공간부위(74 또는 90)을 통하여 열이 소멸되는 것을 특징으로 하는 노출방식.

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