KR100847616B1 - 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 형성방법 및 이런종류의 관통홀을 가지는 박막 시료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 시료에 집속 이온빔 장치를 사용하는 에칭에 의해, 관통홀의 설계 크기보다 큰 직경의 큰 홀을 설계 크기에 근접한 두께의 바닥을 남겨두면서 형성하는 단계; 그 바닥부에 집속 이온빔 에칭에 의해 상기 설계 크기를 가지는 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 큰 홀을 집속 이온빔 장치를 사용하는 디포지션에 의해 상기 설계 크기로 백필링하는 단계를 포함하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
Description
도 1a 내지 도 1c는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀을 형성하는 수순을 도시하는 도면으로, 도 1a, 도 1b 및 도 1c을 시계열적으로 도시한 도면,
도 2a 및 도 2b는 수직에지의 서브마이크론 관통홀을 형성하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면으로, 도 2a는 보호막 형성 초기단계를 도시하는 평면도, 도 2b는 가공후의 시료 단면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에서의 디포지션에 의해 큰 홀을 백필링하는 수순을 개략적으로 도시하는 도면으로, 도 3a는 조사측으로부터의 본 도면이고 도 3b는 단면도,
도 4a 및 도 4b는 종래의 관통홀을 박막에 가공하는 실시예를 도시하는 도면으로, 도 4a는 단면도, 도 4b는 조사측으로부터 본 도면,
도 5는 본 발명에 사용되는 집속 이온빔 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 박막 시료 2 : 큰 직경의 홀
3 : 작은 직경의 홀 6 : 보호막
본 발명은 반도체 웨이퍼 등에 투영에 의해 소망의 패턴을 형성시키는데 사용되는 마스크, 특히 전자빔 스테퍼(stepper)의 스텐실 마스크에 관통홀을 형성하는 방법에 관한 것이다.
종래, 실리콘 박막 등의 스텐실 마스크에 관통홀을 형성하는 방법으로서, 도 5에 도시된 바와 같은 집속 이온빔 장치를 사용하는 스퍼터링 에칭 또는 가스 보조 에칭이 실행되고 있다. 특히 액체 갈륨 등의 이온원(10)으로부터 이온이 인출되고, 이온 광학계(11)를 통해서 빔으로 집속하여 가속되고, 시료 스테이지(15)상의 시료를 편향 수단에 의해 주사하면서 조사되어 에칭 가공이 실행된다. 그러나, 이러한 방법의 관통홀은 집속 이온빔(12)이 조사되는 측의 넓은 면의 영역을 통한 에칭에 기인하여 콘(cone) 형상의 홀이 된다. 빔 조사에 의해 정방형 영역이 설정되어 주사되면, 도 4에 도시된 바와 같은 역피라미드 형상으로 홀이 형성된다. 도면에서 b는 이온이 조사되는 측으로부터 본 도면을 도시하고 a는 단면도를 도시한다. 도면에 도시된 주사 영역이 설정되고 에칭가공이 실행되더라도, 관통홀(H)은 뒷면에서 주사영역에 대응하고, 이온이 조사되는 측에서의 개구는 경사져있는 S 형상이 된다. 이는, 이온이 광학계(11)에 의해 빔으로 집속되어 조사되면, 실제로는, 가우스 분포이므로, 빔의 주변도 약한 이온조사에 의해 영향을 받고 이것은 집속 이 온빔으로 조사된 측을 장시간 그 조사에 노출시켜 설정 영역 이상까지 효과가 있기 때문이다. 이론적으로 말하면, 재부착을 포함하는 집속 이온빔(12)을 사용하는 스퍼터링 가공으로 깊은 홀을 굴착하는 것은 곤란하다. 즉, 집속 이온빔(12)을 작은 홀의 깊은 내부로 조사하여 재부착없이 홀의 외부에서 스퍼터링된 소재를 제거하는데 한계가 있다. 두께 1.5㎛를 갖는 박막에 0.3㎛ 관통홀(애스펙트 비:5)이 형성되는 것이 그 한계이다.
가스총(14)으로부터 밖으로 가스가 분사되면서 보조 이온빔(12)이 조사되는 가스 보조 에칭 기술이 사용되어 재부착을 피하도록 가공하더라도 매우 큰 애스펙트 비의 홀을 가공하는 것은 어렵다. 또한, 개구면의 경사는, 박막 시료 두께의 불균일을 가져, 스텐실 마스크로서 전자빔 스테퍼 등을 사용할 때, 전자 산란이 불균일하게 되어, 이것은 스텐실에 적합하지 않다는 문제를 야기한다.
본 발명의 목적은 전자빔 스테퍼 등의 스텐실 마스크의 박막에, 그 박막의 두께에 대해 작은 직경을 갖는 수직 에지의 관통홀을 형성할 수 있는 가공방법, 및 이와 같은 종류의 스텐실 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명에서는, 박막 시료에 집속 이온빔 장치를 사용하는 에칭에 의해, 관통홀의 설계 크기보다 큰 직경의 큰 홀을, 그 설계 크기에 근접한 두께를 갖는 바닥을 남기면서 형성하는 단계; 그 바닥부에 집속 이온빔 에칭에 의해 상기 설계 크기를 갖는 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 큰 홀을 집속 이온빔 장치를 사용하는 디포지션(deposition)에 의해 상기 설계 크기로 백필링(backfilling)하는 단계를 포함하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀 형성방법이 적용되고, 또한 집속 이온빔 장치를 사용하는 가스 보조 에칭에 의해 관통홀의 내부면을 마무리하는 단계를 포함하는 다른 형성방법이 적용된다.
본 발명은, 종래의 관통홀 형성방법에 있어서, 작업편인 박막의 두께의 비율을 나타내는 애스펙트 비가 큰 수직 에지를 갖는 좁은 홀을 형성할 수 없다는 사실을 감안한 것으로, 먼저, 대략 설계 관통홀 직경과 같은 크기로 얇은 바닥을 남겨두면서 관통홀 직경의 설계값에 기초하여 큰 직경으로 거친 홀이 형성되고, 그 다음에 마지막에 직경이 설계값과 같은 크기가 되도록 디포지션 기술을 적용함으로써 이 홀이 매립되는 방법에 관한 것이다. 이 경우, 디포지션을 수행하는데 기초가 필요하기 때문에 바닥이 남겨지고 그 바닥의 두께는 그 부분에 좁은 수직 에지의 관통홀을 가공하기 위해서 애스팩트 비를 작게 만들도록 얇게 된다.
먼저, 주사형 집속 이온빔 장치를 사용하는 도 1a에 도시된 바와 같은 큰 직경(d)의 홀을 형성하도록 박막 시료(1)의 표면으로부터 집속 이온빔이 조사된다. 계속해서, 홀 직경의 얇은부분(b)의 바닥에 집속 이온빔이 조사되어 스퍼터링 에칭에 의해 설계값에 대응하는 직경(c)의 관통홀을 가공한다. 이 애스펙트 비는 b/c로, 대략 1이다. 이 가공은 홀 직경(c)의 두께(b)의 바닥부에 실행되기 때문에, 재부착이 적은 얕은 홀 가공이고, 표면이 장기간 빔 조사에 노출되지 않아 도 1b에 도시된 바와 같은 수직 에지 형태의 관통홀이 형성된다. 거칠게 굴착된 큰 홀에 대한 백필링 가공에 대해, 가스총으로부터 페난트렌(phenanthrene) 등의 방향족 가 스가 주입되는 분위기에서, 집속 이온빔을 조시시킴으로써 카본이 부착되어 백필링부(4)를 만든다. 이 때, 집속 이온빔의 조사영역이 되는 큰 홀(2)의 영역을, 관통홀에 대한 설계영역을 제외하고 가짐으로써, 도 1c에 도시된 바와 같이 설계된 작은 직경의 관통홀 부분 이외의 부분에 디포지션(백필링부(4))이 수행된다. 이 조사영역을 설정하기 위해, 큰 홀 영역이 주사영역이 되고 빔이 관통홀을 구성하는 중앙부분을 주사할 때, 블랭커(blanker)에 의해 빔이 차단되는 방법과, 또한 관통홀을 구성하는 중앙영역 이외의 다수의 주사영역을 설정하여 순차적으로 디포지션을 실행하는 다른 방법이 적용된다. 이 단계에서, 박막 시료에 설계값에 근접한 관통홀이 형성되고, 최신의 기술을 사용하여, 내부면이 충분히 수직으로 에지되어 그대로 스텐실 마스크로서 사용될 수 있다. 상기 가공에 의해, 수직 에지를 갖는 설계 크기의 관통홀이 형성된다.
초기에 거칠게 큰 홀을 형성한 다음 마지막에 소정의 크기의 홀을 남겨두면서 백필링하는 방법이 상술되었지만, 시료의 두께의 1/5 이하의 직경을 갖는 홀을 형성하는 다른 상이한 방법이 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된다. 먼저, 집속 이온빔 장치를 사용하여, 가스총으로부터 페난트렌 등의 방향족가스가 주입되어 시료(1)의 표면에 설계된 관통홀 크기의 영역의 주변에 대략 0.1 내지 0.2 ㎛의 얇은 카본막 디포지션(6)이 형성되나, 그 영역 자체에는 형성되지 않는다. 이 시료(1)의 표면에 대해, 카본 디포지션 막의 창영역(window region)에, 즉 설계된 관통홀 크기의 영역에 집속 이온빔이 조사하도록 빔이 주사되면서 가스 보조 에칭이 실행된다. 이 가공은 높은 애스펙트 비를 가지므로, 즉 깊고 좁은 홀의 구멍의 굴착가 공이므로, 재부착이 발생하기 쉽고, 그래서 할로겐 가스로 가스 보조 에칭이 수행되고 스퍼터링 에칭은 수행되지 않는다. 이와 같이, 관통홀 영역을 제외한 시료 표면의 관통홀 크기 영역의 주변부는 보조 에칭되지 않는 카본 막의 디포지션으로 보호되어, 설계 크기의 주변부는 에칭되지 않고 설계 크기 내부의 영역만이 제거된다. 보조 에칭이 진행함에 따라 홀은 깊어지나, 보조 에칭의 경우, 표면에 흡착된 가스가 집속 이온빔의 에너지에 기인하여 소재와 반응하여 휘발되어 가스가 내부면에 부착하지 않는다. 따라서, 도 2b의 단면도에 도시된 바와 같이, 설계 크기 직경의 관통홀이 마지막으로 형성된다.
(제1 실시예)
이제, 본 발명의 일 실시예가 도 1a 내지 도 1c를 참조로 설명된다. 이 실시예는 2㎛의 실리콘 박막에 2㎛ 스퀘어(square)의 관통홀을 형성하는 전자빔 스테퍼의 스텐실 마스크의 가공이다.
시료 표면에 집속 이온빔을 사용하는 스퍼터링 에칭에 의해 0.5㎛ 스퀘어의 홀이 굴착된다. 이 가공이 거친 굴착이라는 사실에 기인하여, 표면에 대한 손상의 염려없이 대략 10pA(가속전압은 30㎸임)까지 빔 전류와 에칭 속도를 증가시킴으로써 가공할 수 있다.
바닥의 두께가 대략 0.2㎛가 될 때까지 굴착에 의해 도 1a에 도시된 바와 같은 큰 홀(2)이 형성된다. 이 큰 홀(2)은 0.5㎛ 스퀘어의 빔조사를 갖는다. 그러나, 표면측은 장기간 빔조사에 노출되고 개구의 크기가 크게 되어 내부면이 도면에 도시된 바와 같은 경사면이 된다. 다음에, 이 큰 홀(2)의 중앙부에, 관통홀의 소 정 크기인 이 0.2㎛ 스퀘어 홀(3)이 스퍼터링 에칭에 의해 후면까지 관통하도록 굴착되어, 도 1b에 도시된 바와 같은 실시예를 제공한다. 이 가공에 의해, 대략 2pA보다 낮은 빔전류를 감소시키고 에칭 속도를 감소시킴으로써 정밀한 홀이 형성된다.
다음에, 백필링 가공에 대해서, 가스총이 가열에 의해 기화된 페난트렌을 주입하고 집속 이온빔이 조사되어 카본 디포지션을 만든다. 이 실시예에서는, 도 3a에 도시된 바와 같은 관통홀(3)의 부분 이외의 영역이 이온 주사영역으로 지명되고, 대략 0.2㎛의 비교적 얇은 층이 형성되고, 내부면의 경사로 조정됨으로써 주사영역이 넓게 수정되어 디포지션되어, 순차적으로 디포지션 층이 적층된다. 이 동작에 의해, 도 3b의 단면도에 도시된 바와 같이 작은 직경의 관통홀(3)이 형성된다.
본 발명은, 박막 시료에 집속 이온빔 장치를 사용하는 에칭에 의해, 관통홀의 설계 크기보다 큰 직경의 큰 홀을, 상기 설계 크기에 근접한 두께를 갖는 바닥을 남겨두면서 형성하는 단계; 그 바닥부에 집속 이온빔 에칭에 의해 상기 설계 크기를 갖는 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 큰 홀을 집속 이온빔 장치를 사용하는 디포지션에 의해 상기 설계 크기로 백필링하는 단계를 포함하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 제조방법으로, 높은 애스펙트비 및 작은 직경의 깊은 홀을 형성할 수 있고 또한 스텐실 마스크에 바람직한 개구부에 경사가 없는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀을 형성할 수 있다. 또한 본 발명은 집속 이온빔 장치를 사용하 는 디포지션에 의해 박막 시료의 표면에 관통홀을 제외한 설계 크기의 관통홀의 영역의 주변에 두꺼운 보호막을 형성하는 단계; 및 그 박막 시료의 표면에 집속 이온빔이 관통홀 설계 영역을 주사하면서 가스 보조 에칭에 의해 관통홀을 형성하는 단계를 포함하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 형성방법을 이용한다. 그러나, 디포지션에 의해 형성된 보호막에 의해 관통홀 개구부의 주변의 에칭은 봉쇄되어, 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 가공이 효과적으로 실행될 수 있다.
Claims (4)
- 박막 시료에, 집속 이온빔 장치를 사용하는 에칭에 의해, 관통홀의 설계 크기보다 큰 직경을 가지는 큰 홀을 상기 설계 크기만큼의 두께의 바닥을 남겨두면서 형성하는 단계; 그 바닥부에 집속 이온빔 에칭에 의해 상기 설계 크기의 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 큰 홀을 집속 이온빔 장치를 사용하는 디포지션에 의해 상기 설계 크기로 백필링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 형성방법.
- 제1항에 있어서,관통홀의 내부면은 큰 홀을 집속 이온빔 장치를 사용하는 디포지션에 의해 상기 설계 크기로 백필링하는 단계 후에, 집속 이온빔 장치를 사용하는 가스 보조 에칭에 의해 마무리되는 것을 특징으로 하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 형성방법.
- 집속 이온빔을 사용하는 디포지션에 의해, 박막의 표면에 관통홀의 설계 크기를 갖는 영역을 제외하고, 이 영역의 에지 주변에 두꺼운 보호막을 형성하는 단계; 및 박막 시료의 표면의 관통홀의 설계 영역에 집속 이온빔을 주사하면서 가스 보조 에칭에 의해 관통홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀의 형성방법.
- 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 방법을 이용하여, 두께에 대하여 5 이상의 애스펙트 비를 갖는 수직 에지의 서브마이크론 관통홀이 형성되는 박막 시료.
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