KR100355964B1 - Micro-pattern forming method for a semiconductor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법과 각인 방법과는 달리, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 임의의 패턴 형상의 주형을 소정의 압력으로 용매의 의한 유동성을 갖는 고분자 물질에 밀착 접촉시켜 주형 패턴의 양각 부분에 맞닿는 고분자 물질의 일부가 주형 패턴의 음각 부분으로 유입시킴과 동시에 고분자 물질의 접촉 계면 상에 존재하는 용매를 주형에 흡수시켜 고분자 물질을 고형화 시킴으로써, 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 고정밀하게 형성할 수 있는 것이다.The present invention is to enable the formation of the target fine pattern on the substrate through a simple process using a polymer mold having elasticity and solvent absorption, for this purpose, the present invention is different from the conventional micro-contact printing method and stamping method Alternatively, a portion of the polymer material contacting the embossed portion of the mold pattern is brought into the intaglio portion of the mold pattern by bringing the mold of any pattern shape having elasticity and solvent absorption into close contact with the polymer material having flowability of the solvent at a predetermined pressure. At the same time, by absorbing the solvent present on the contact interface of the polymer material in the mold to solidify the polymer material, it is possible to accurately form the target polymer fine pattern on the substrate.
Description
본 발명은 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로, 전자 소자, 광소자, 자기 소자, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 등의 제조 공정 시에 고분자 주형을 이용하여 기판 상에 초 미세 패턴(1㎛ 이하 ∼ 수㎚)을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine pattern on a substrate (for example, silicon substrate, ceramic substrate, metal layer, polymer layer, etc.), more specifically integrated circuit, electronic device, optical device, magnetic device, SAW (Surface Acoustic Wave) The present invention relates to a fine pattern formation method suitable for forming an ultra fine pattern (1 μm or less to several nm) on a substrate using a polymer mold during a manufacturing process such as a filter.
잘 알려진 바와 같이, 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 수행하게 되는 데, 이와 같이 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리쏘그라피(photolithography) 방법이 있다.As is well known, a process of forming a fine pattern on a substrate is performed when manufacturing a semiconductor, electronic, photoelectric, magnetic or display device. There is a photolithography method for forming a fine pattern by using.
상기한 포토리쏘그라피 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판 상에 도포하고, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한다. 이후에, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판 상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.The photolithography method is applied to a substrate on which a material to be patterned is laminated (or deposited) on a polymer material having a responsiveness to light (for example, a photoresist, etc.) and designed in a desired pattern. The light is transmitted through the reticle on the polymer material and exposed, and the exposed polymer material is removed through the development process, thereby forming a pattern mask (or an etching mask) having a target pattern on the material to be patterned. Thereafter, by performing an etching process using a pattern mask, the material laminated on the substrate is patterned into a desired pattern.
한편, 상기한 바와 같은 포토리쏘그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 기판 상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.On the other hand, in the photolithography method as described above, the circuit line width (or pattern line width) is determined by the wavelength of light used in the exposure process. Therefore, in consideration of the current state of the art, it is very difficult to form an ultrafine pattern, for example, an ultrafine pattern having a line width of 100 nm or less, on a substrate using a photolithography process.
또한, 빛을 이용한 방법으로 다중 공정을 통한 3차원 형상을 대면적 기판 위에 패턴을 형성할 수는 있으나, 다중 공정을 행하기 위해서는 하나의 패턴을 형성할 때마다 패턴 형성, 식각 공정, 세정 공정 등을 수행해야만 하기 때문에 시간이 오래 걸리고 공정이 매우 복잡해진다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 제품의 제조 비용 상승 및 생산성의 저하를 초래하게 된다는 문제를 야기시킨다.In addition, a pattern using a light can form a three-dimensional shape on a large-area substrate through multiple processes, but in order to perform the multiple processes, a pattern formation, an etching process, a cleaning process, etc., is performed every time one pattern is formed. There is a problem that it takes a long time and the process becomes very complicated because it has to be performed, and this problem leads to a problem that the production cost of the product is increased and productivity is lowered.
더욱이, 빛을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 종래의 방법에서는 패턴이 형성될 기판의 표면이 편평하지 않으면 빛의 반사나 회절, 세기 변화 등에 의하여 공정이 매우 복잡해지는 문제가 있었다.In addition, in the conventional method of forming a fine pattern on a substrate using light, if the surface of the substrate on which the pattern is to be formed is not flat, there is a problem in that the process is very complicated due to light reflection, diffraction, intensity change, or the like.
따라서, 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 새로운 기법에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있으며, 새로운 기법으로는 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing) 방법과 각인(imprinting) 방법이 있다.Therefore, research and development of new techniques for forming ultra-fine patterns with line widths of 100 nm or less are being actively conducted everywhere, and new techniques include micro-contact printing and imprinting. .
상기한 방법 중 미세 접촉 프린팅 방법은 고분자 주형(mold)을 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 얻는 방식, 즉 원하는 모양의 형상(또는 패턴)을 갖는 고분자 주형(예를 들면, PDMS 주형)을 기판 상에 접촉시켜 표면 상태를 변화시키고, 이를 통해 원하는 부분만을 남기고 식각하거나 선택적으로 증착하는 방법이다.Among the above methods, the micro-contact printing method is a method of obtaining a pattern of a desired shape by imprinting a polymer mold on a substrate, that is, a polymer mold (eg, PDMS mold) having a shape (or pattern) of a desired shape. It is a method of changing the surface state by contacting the substrate, thereby etching or selectively depositing only the desired portion.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 미세 접촉 프린팅 방법은 특별한 외력을 가하지 않는다는 장점을 갖는 반면에 표면을 깎아내지 않는 이상 변형된 표면 상태가 영구적으로 유지된다는 단점을 갖는다.However, the conventional fine contact printing method as described above has the advantage of not applying a special external force, while the deformed surface state is permanently maintained unless the surface is scraped off.
한편, 각인 방법은 원하는 형상(패턴)을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 물리적인 힘으로 가압하여 고분자 위에 미세 패턴을 형성하고, 예를 들면 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 등의 방법을 이용하여 이를 기판에 전송하는 방법이다.Meanwhile, the stamping method forms a fine pattern on the polymer by pressing a mold having a large hardness having a desired shape (pattern) with a physical force, for example, by using a method such as reactive ion etching. It is a method of transferring to a substrate.
그러나, 상기한 각인 방법은 가압할 때 높은 압력을 이용하기 때문에 고분자 박막 및 기판이 변형되거나 파손되는 현상이 야기된다는 치명적인 단점을 갖는다.However, the above-described imprinting method has a fatal disadvantage that the polymer thin film and the substrate are deformed or broken because the high pressure is used when pressing.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, to provide a method for forming a target polymer fine pattern on a substrate through a simple process using a polymer mold having elasticity and solvent absorption capacity. There is this.
본 발명의 다른 목적은 탄성, 용매 흡수력 및 표면 거칠기를 갖는 고분자 주형을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a target polymer micropattern on a substrate through a simple process using a polymer mold having elasticity, solvent absorption, and surface roughness.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 구조를 가지며, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 용매에 의한 유동성을 갖는 박막 물질을형성하는 과정; 상기 주형을 상기 박막 물질에 소정의 압력으로 밀착 접촉시켜 상기 주형 패턴의 양각 부분에 맞닿는 박막 물질의 일부를 상기 주형 패턴의 음각 부분으로 유입시킴과 동시에 상기 박막 물질에 함유된 용매를 상기 주형으로 흡수시켜 박막 물질을 고형화시키는 과정; 상기 기판으로부터 상기 주형을 분리하는 과정; 및 상기 주형의 양각 부분에 맞닿았던 박막 물질을 제거하여 상기 기판의 상부 일부를 선택적으로 노출시킴으로써 박막 미세 패턴을 완성하는 과정으로 이루어진 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of forming a target fine pattern on a substrate using a mold having an arbitrary pattern structure, the pattern structure comprising an embossed portion and an intaglio portion. Preparing a mold having elasticity and solvent absorption; Forming a thin film material having fluidity by a solvent on the substrate; By contacting the mold closely to the thin film material at a predetermined pressure, a portion of the thin film material contacting the embossed portion of the mold pattern is introduced into the negative portion of the mold pattern, and at the same time, the solvent contained in the thin film material is absorbed into the mold. To solidify the thin film material; Separating the mold from the substrate; And removing the thin film material in contact with the embossed portion of the mold to selectively expose a portion of the upper portion of the substrate, thereby completing the thin film fine pattern.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 구조를 가지고, 탄성과 용매 흡수력을 가지며, 상기 양각 부분이 표면 거칠기를 갖는 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 용매에 의한 유동성을 갖는 박막 물질을 형성하는 과정; 상기 주형을 상기 박막 물질에 소정의 압력으로 밀착 접촉시켜 상기 주형 패턴의 양각 부분에 맞닿는 박막 물질의 일부를 상기 주형 패턴의 음각 부분으로 유입시킴과 동시에 상기 박막 물질에 함유된 용매를 상기 주형으로 흡수시켜 박막 물질을 고형화시키는 과정; 상기 기판으로부터 상기 주형을 분리시켜, 상기 양각 부분에 맞닿았던 박막 물질을 낮은 밀도를 갖는 성근 구조로 변화시키는 과정; 및 상기 성근 구조를 리프트 오프시켜 상기 기판의 일부를 선택적으로 노출시킴으로써 박막 미세 패턴을 완성하는 과정으로 이루어진 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a target fine pattern on a substrate using a mold having an arbitrary pattern structure, the pattern structure comprising an embossed portion and an intaglio portion. Preparing a mold having elasticity and solvent absorption, and wherein the embossed portion has a surface roughness; Forming a thin film material having fluidity by a solvent on the substrate; By contacting the mold closely to the thin film material at a predetermined pressure, a portion of the thin film material contacting the embossed portion of the mold pattern is introduced into the negative portion of the mold pattern, and at the same time, the solvent contained in the thin film material is absorbed into the mold. To solidify the thin film material; Separating the mold from the substrate to change the thin film material that is in contact with the embossed portion into a low-density sex muscle structure; And a process of completing the thin film fine pattern by selectively lifting a portion of the substrate by lifting off the sexual intercourse structure.
도 1의 (가) 내지 (바)는 본 발명의 일실시 예에 따라 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형을 이용하여 기판 상에 박막의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,1 (a) to (bar) is a process flow chart showing a process of forming a polymer fine pattern of a thin film on a substrate using a polymer mold having elasticity and solvent absorption in accordance with an embodiment of the present invention,
도 2의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 탄성, 용매 흡수력 및 표면 거칠기를 갖는 고분자 주형을 이용하여 기판 상에 박막의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,2 (a) to (c) is a process flow diagram illustrating a process of forming a polymer micropattern of a thin film on a substrate using a polymer mold having elasticity, solvent absorption, and surface roughness according to another embodiment of the present invention ,
도 3의 (가) 내지 (다)는 본 발명에 따라 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법으로 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,3 (a) to (c) is a process flowchart showing a process of forming a fine pattern of a thin film on a substrate by an additional method using the polymer fine pattern formed according to the present invention,
도 4의 (가) 내지 (다)는 본 발명에 따라 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하여 감쇄적 방법으로 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도.4 (a) to (c) is a process flow chart showing a process of forming a fine pattern of a thin film on a substrate by a decay method using a polymer micropattern formed in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
104, 304, 402 : 실리콘 기판 106' : 고분자 물질104, 304, 402: silicon substrate 106 ': polymer material
106, 306, 406 : 고분자 패턴 108 : 고분자 주형106, 306, 406: Polymer pattern 108: Polymer template
308', 404' : 박막 물질 308, 404 : 미세 패턴308 ', 404': thin film material 308, 404: fine pattern
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 핵심 기술사상은, 용매에 의한 유동성을 갖는 고분자 물질을 기판 상에 형성하고, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 임의의 패턴 형상의 고분자 주형(예를 들면, PDMS 주형)을 소정의 압력으로 용매에 의한 유동성을 갖는 고분자 물질에 밀착 접촉시켜 주형 패턴의 양각 부분에 맞닿는 고분자 물질의 일부가 주형 패턴의 음각 부분으로 유입되도록 함과 동시에 고분자 물질의 접촉 계면 상에 존재하는 용매를 주형에 흡수시켜 고분자 물질을 고형화 시킴으로써, 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형(PDMS 고분자 주형)뿐만 아니라 탄성과 용매 흡수력을 갖는 무기물 주형을 사용할 수도 있다.First, the core technical idea of the present invention is to form a polymer material having fluidity by solvent on a substrate, and to apply a predetermined pressure to a polymer mold having an arbitrary pattern shape (for example, a PDMS mold) having elasticity and solvent absorption. By contacting the polymer material with the fluidity by the solvent in close contact, a part of the polymer material contacting the embossed portion of the mold pattern flows into the intaglio portion of the mold pattern and at the same time absorbs the solvent present on the contact interface of the polymer material in the mold. By forming the target polymer fine pattern on the substrate by solidifying the polymer material, it is possible to easily achieve the object of the present invention through such technical means. In this case, in the present invention, not only a polymer mold having elasticity and solvent absorbing power (PDMS polymer mold) but also an inorganic mold having elasticity and solvent absorbing power may be used.
더욱이, 본 발명은 탄성과 용매 흡수력을 갖는 임의의 패턴 형상의 고분자 주형의 패턴 양각 부분에 표면 거칠기를 줌으로써, 양각 부분에 맞닿았다 떨어질 때 용매와의 접착력에 의해 고분자 물질을 낮은 단위 밀도를 갖는 성근 구조(즉, 표면에 미세한 구멍들이 촘촘하게 뚫린 구조)로 변화시키고, 이러한 성근 구조를 이용한 리프트 오프 방식을 통해 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성할 수도 있다.Furthermore, the present invention provides a surface roughness on the pattern relief portion of the polymer mold of any pattern shape having elasticity and solvent absorption ability, and thus has a low unit density of the polymer material by adhesion to the solvent when contacting and dropping the relief portion. It is also possible to change to a sex muscle structure (that is, a structure in which fine holes are tightly drilled on the surface), and a target polymer micropattern may be formed on a substrate through a lift-off method using such sex muscle structure.
[실시 예1]Example 1
도 1의 (가) 내지 (바)는 본 발명의 일실시 예에 따라 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형을 이용하여 기판 상에 박막의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.1 (a) to (bar) is a process flow diagram illustrating a process of forming a polymer micropattern of a thin film on a substrate using a polymer mold having elasticity and solvent absorption in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1의 (가)를 참조하면, 산화막의 제거를 위해 미세 패턴을 형성하고자 하는 실리콘 기판(104)을 묽은 황산용액(102)이 담긴 용기(100)에 넣고 기설정된 소정 시간(예를 들면, 5분 등) 동안 초음파 세척하고, 이어서 기판 표면의 소수성화 처리를 위해 묽은 불산 용액에서 동일한 과정을 반복한 후, 용기(100)로부터 실리콘 기판(104)을 꺼내어 증류수와 아세톤으로 다시 세척한다. 여기에서, 일 예로서 실리콘 기판을 예로 들고 있으나 본 발명은 실리콘 기판뿐만 아니라 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등에 적용할 수도 있다.Referring to FIG. 1A, a silicon substrate 104 for forming a fine pattern for removing an oxide film is placed in a container 100 containing a dilute sulfuric acid solution 102, for a predetermined time (for example, 5 minutes, etc.), and then repeat the same process in dilute hydrofluoric acid solution for hydrophobization treatment of the substrate surface, then remove the silicon substrate 104 from the vessel 100 and wash again with distilled water and acetone. Here, a silicon substrate is taken as an example, but the present invention may be applied to not only a silicon substrate but also a ceramic substrate, a metal layer, a polymer layer, and the like.
다음에, 일 예로서 도 1의 (나)에 도시된 바와 같이, 이 기술분야에 잘 알려진 스핀 코팅 기법을 이용하여, 실리콘 기판(104) 상에 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)에 녹인 고분자 물질(106'), 즉 Novolac(예를 들면, 17wt%)을 4000rpm 의 속도로 형성한다. 여기에서, 고분자 물질(106')은 용매에 의해 유동성을 갖는 고분자 물질이거나 혹은 솔젤 형태를 포함하는 무기 물질일 수 있다.Next, as an example, as shown in FIG. 1B, a polymer material dissolved in Propylene Glycol Methyl Ether Acetate (PGMEA) on a silicon substrate 104 using a spin coating technique well known in the art. (106 '), ie Novolac (e.g., 17 wt%), is formed at a speed of 4000 rpm. Here, the polymer material 106 ′ may be a polymer material having fluidity by a solvent or an inorganic material including a sol-gel form.
한편, 본 실시 예에서는 실리콘 기판 상에 미세 패턴을 형성할 때, 원하는 형상의 패턴이 형성되어 있으며, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형(예를 들면, PDMS 고분자 주형)을 이용하는 데, 이와 같이 준비된 고분자 주형(108)을, 일예로서 도 1의 (다)에 도시된 바와 같이, 고분자 물질(106')에 밀착 접촉시킨다. 도 1의 (다)에서 미설명 번호 108'은 패터닝된 고분자 주형(108)의 빈 공간(즉, 음각 부분)을 나타낸다.Meanwhile, in the present embodiment, when forming a fine pattern on a silicon substrate, a pattern having a desired shape is formed, and a polymer mold (eg, PDMS polymer mold) having elasticity and solvent absorption power is used. As an example, the polymer mold 108 is brought into close contact with the polymer material 106 ', as shown in Fig. 1C. In FIG. 1C, reference numeral 108 ′ denotes an empty space (ie, an intaglio portion) of the patterned polymer template 108.
이때, 실리콘 기판(104) 상에 형성된 고분자 물질(106')은 휘발성이 낮은 적절한 용매에 용해되어 코팅되는데, 이 경우 고분자 박막 층이 상당 시간 동안 유동성을 가지게 되므로 박막 형태의 고분자는 점도를 유지하는 형태로 일정 시간 동안 액체를 성격을 띄게 된다.In this case, the polymer material 106 ′ formed on the silicon substrate 104 is coated by dissolving in an appropriate solvent having low volatility. In this case, since the polymer thin film layer has fluidity for a considerable time, the polymer in thin film form maintains viscosity. In the form of liquid for a certain period of time.
따라서, 고분자 박막의 유동 상태가 유지되는 시간 이내에 고분자 주형(108)을 고분자 물질(106')에 소정의 압력을 가하게 되면, 일 예로서 도 1의 (라)에 도시된 바와 같이, 양각 부분의 하부에 있는 고분자 물질(106')의 일부가 고분자 주형(108)의 빈 공간(108')으로 밀려들어가게 되며, 이러한 상태에서 소정 시간 동안을 유지하면 고분자 주형(108)의 용매 흡수력에 의해 고분자 물질(106')의 접촉 계면 상에 존재하는 용매가 고분자 주형(108)에 흡수됨으로써 고분자 물질(106')이 고형화된다.Therefore, when the polymer mold 108 is subjected to a predetermined pressure to the polymer material 106 'within a time in which the flow state of the polymer thin film is maintained, as shown in (d) of FIG. 1 as an example, A portion of the polymer material 106 ′ in the lower portion is pushed into the empty space 108 ′ of the polymer mold 108. When the polymer material is maintained for a predetermined time in this state, the polymer material 108 is absorbed by the solvent absorbing power of the polymer mold 108. The solvent present on the contact interface of the 106 'is absorbed into the polymer mold 108 to solidify the polymer material 106'.
다음에, 고분자 주형(108) 내의 빈 공간(108')으로 고분자 물질(106')의 일부가 유입(또는 이동)되고 고분자 물질(106')의 접촉 계면 상에 존재하는 용매가 고분자 주형(108)에 흡수된 상태에서 고분자 주형(108)을 떼어 내면, 일 예로서 도 1의 (마)에 도시된 바와 같이, 고분자 물질(106')이 양각 부분(106a)과 음각 부분(106b)의 형상으로 부분 패터닝된다.Next, a portion of the polymer material 106 'is introduced (or moved) into the empty space 108' within the polymer mold 108 and a solvent present on the contact interface of the polymer material 106 'is the polymer mold 108 When the polymer mold 108 is removed in the absorbed state, as shown in FIG. 1 (e) as an example, the polymer material 106 ′ has the shape of the embossed portion 106a and the intaglio portion 106b. Is partially patterned.
마지막으로, 음각 부분(106b)의 하부에 있는 실리콘 기판(104)의 상부가 노출될 때까지 에치백 등과 같은 식각 공정을 수행하여 음각 부분(106b)의 고분자 물질을 제거함으로써, 일 예로서 도 1의 (바)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(104) 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴(106)을 완성한다. 여기에서, 음각 부분(106b)의 고분자 물질을 제거하는 것은, 예를 들면 식각 용액 또는 용해 용액 등을 이용하여 실현할 수 있다. 또한, 상기와는 달리 반응성 이온 식각(RIE) 방법으로 음각 부분(106b)의 고분자 물질을 제거할 수도 있다.Finally, by performing an etching process such as etch back until the upper portion of the silicon substrate 104 under the intaglio portion 106b is exposed, the polymer material of the intaglio portion 106b is removed, for example, as shown in FIG. 1. As shown in (bar), the target polymer fine pattern 106 is completed on the silicon substrate 104. Here, the removal of the polymer material of the intaglio portion 106b can be realized using, for example, an etching solution or a dissolution solution. In addition, unlike the above, the polymer material of the intaglio portion 106b may be removed by a reactive ion etching (RIE) method.
즉, 본 실시 예에 따르면, 미세 접촉 프린팅 방법과 각인 방법을 통해 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 기술과는 달리, 용매에 의한 유동성을 갖는 고분자 물질을 기판 상에 형성하고, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 임의의 패턴 형상의 고분자 주형을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 형상을 갖는 박막의 고분자 미세 패턴을 형성할 수 있다.That is, according to the present embodiment, unlike the above-described conventional technique of forming a fine pattern on a substrate through a micro-contact printing method and a stamping method, a polymer material having fluidity by solvent is formed on the substrate, and The polymer micropattern of the thin film having a target shape can be formed on a substrate through a simple process using a polymer mold of any pattern shape having solvent absorbing power.
따라서, 상술한 바와 같은 공정을 통해 얻은 고분자 미세 패턴을 이용하여 임의의 기판 상에 금속 배선 등과 같은 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, by using the polymer micropattern obtained through the process as described above, it is possible to form a micropattern of a thin film such as metal wiring on an arbitrary substrate.
[실시 예2]Example 2
본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 전술한 실시 예1에서는 탄성과 용매 흡수력을 갖는 고분자 주형을 이용하는데 반해, 탄성, 용매 흡수력 및 표면 거칠기를 갖는 고분자 주형을 이용한다는 점이 다르다.The method of forming a fine pattern according to the present embodiment differs from the use of the polymer mold having the elasticity and the solvent absorption power and the surface roughness, while using the polymer mold having the elasticity and the solvent absorption power in Example 1 described above.
여기에서, 표면 거칠기는 고분자 주형의 양각 부분에 형성되는데, 이러한 표면 거칠기를 통해 주형과 고분자 물질간의 접촉 표면적을 넓혀 주며, 이러한 넓은 접촉 표면적을 이용하여 양각 부분에 맞닿았다 떨어질 때 용매와의 접착력에 의해고분자 물질을 성근 구조(즉, 표면에 미세한 구멍들이 촘촘하게 뚫린 구조)로 변화시키며, 이러한 성근 구조를 이용하여 고분자 미세 패턴을 형성한다는 점이 전술한 실시 예1에서와는 다르다.Here, the surface roughness is formed in the embossed portion of the polymer mold, and the surface roughness increases the contact surface area between the mold and the polymer material, and by using such a large contact surface area, the adhesive force with the solvent when contacting and falling off the embossed portion The polymer material is transformed into a sex muscle structure (that is, a structure in which fine holes are drilled tightly on the surface), and a polymer micropattern is formed using the sex muscle structure, unlike in the above-described Example 1.
즉, 본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 도 1의 (가) 및 (나)에서와 동일한 과정을 통해 실리콘 기판(104) 상에 용매에 의한 유동성을 갖는 고분자 물질(106')을 형성한다.That is, in the method of forming a fine pattern according to the present embodiment, the polymer material 106 ′ having fluidity by solvent is formed on the silicon substrate 104 through the same process as in FIGS. 1A and 1B. do.
따라서, 실리콘 기판(104) 상에 고분자 물질(106')에 탄성과 용매 흡수력을 가지며 패턴의 양각 부분에 표면 거칠기를 갖는 고분자 주형(108)을 밀착 접촉시켜 소정의 압력을 가하면, 고분자 물질(106')은, 일 예로서 도 2의 (가)에 도시된 바와 같은 형상으로 변화, 즉 양각 부분에 맞닿는 고분자 물질(106')의 일부가 고분자 주형의 빈 공간(음각 부분)으로 유입된다. 이때, 양각 부분의 표면 거칠기는, 예를 들어 Novolac(예를 들면, 17wt%)을 4000rpm 의 속도로 7초간 스핀 코팅한다고 가정할 때, 대략 500 - 600nm 정도가 바람직하다.Accordingly, the polymer material 106 is brought into close contact with the polymer mold 106 having elasticity and solvent absorption ability on the silicon substrate 104 and having a surface roughness on the embossed portion of the pattern to apply a predetermined pressure. ') Is changed into a shape as shown in (a) of FIG. 2 as an example, that is, a part of the polymer material 106' which is in contact with the embossed portion is introduced into the empty space (negative portion) of the polymer mold. At this time, the surface roughness of the embossed portion is preferably approximately 500-600 nm, for example, assuming that Novolac (for example, 17 wt%) is spin coated for 7 seconds at a speed of 4000 rpm.
이러한 상태에서 소정 시간 동안을 유지하면 고분자 주형(108)의 용매 흡수력에 의해 고분자 물질(106')의 접촉 계면 상에 존재하는 용매가 고분자 주형(108)에 흡수됨으로써 고분자 물질(106')이 고형화된다.If a predetermined time is maintained in such a state, the solvent on the contact interface of the polymer material 106 'is absorbed by the polymer mold 108 by the solvent absorption of the polymer mold 108, thereby solidifying the polymer material 106'. do.
다음에, 고분자 주형(108) 내의 빈 공간으로 고분자 물질(106')의 일부가 유입(또는 이동)되고 고분자 물질(106')의 접촉 계면 상에 존재하는 용매가 고분자 주형(108)에 흡수된 상태에서 고분자 주형(108)을 떼어 내면, 일 예로서 도 2의 (나)에 도시된 바와 같이, 고분자 주형(108)의 양각 부분에 맞닿았던 고분자 물질이선택적인 밀도 변화를 일으키게 된다.Next, a portion of the polymer material 106 'is introduced (or moved) into the empty space in the polymer mold 108, and a solvent present on the contact interface of the polymer material 106' is absorbed into the polymer mold 108. When the polymer mold 108 is removed in a state, as shown in FIG. 2B, the polymer material that is in contact with the embossed portion of the polymer mold 108 causes a selective density change.
즉, 용매에 의한 유동성을 갖는 고분자 물질(106')의 박막이 고분자 주형(108)의 탈착력에 의해 신장되어 부풀어오르면서 낮은 단위 밀도의 성근 구조(즉, 표면에 미세한 구멍들이 촘촘하게 뚫린 구조)를 갖게 되며, 이러한 현상에 의해 양각 부분(106a)과 탈착에 의해 팽창이 일어난 음각 부분(106b)(즉, 성근 구조 부분)간에 구조적인 차이가 발생하게 된다.That is, the thin film of the polymer material 106 ′ having fluidity by the solvent is expanded and swelled by the desorption force of the polymer mold 108, and the swelling structure of the low unit density (that is, the structure in which fine holes are drilled tightly on the surface). This phenomenon causes a structural difference between the embossed portion 106a and the engraved portion 106b (that is, the part of the penis structure) in which expansion occurs due to desorption.
보다 상세하게, 양각의 패턴 부분에 표면 거칠기를 주면 양각의 패턴 면과 이에 맞닿는 고분자 물질의 접촉 표면적이 상대적으로 증가하게 되어 접착력이 커지기 때문에, 탈착력 또한 상대적으로 증가하여 고분자 물질의 박막이 신장되어 부풀어올라 감으로써 낮은 단위 밀도의 성근 구조로 된다.More specifically, when the surface roughness is applied to the pattern portion of the relief, the contact surface area of the pattern surface of the relief and the polymer material in contact with it is relatively increased, and thus the adhesion is increased, so that the desorption force is also relatively increased to extend the thin film of the polymer material. By swelling, it becomes a low-density sex muscle structure.
다음에, 실리콘 기판(104)을 식각할 수 있는 식각 용액을 이용하는 식각 공정을 통해 성근 구조의 하부에 있는 실리콘 기판(104)의 상부를 미세하게 식각하여 성근 구조를 제거, 즉 리프트오프 방식으로 성근 구조를 제거함으로써, 일 예로서 도 3의 (다)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(104) 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴(106)을 완성한다.Next, through the etching process using an etching solution capable of etching the silicon substrate 104, the upper portion of the silicon substrate 104 in the lower portion of the sex structure is finely etched to remove the sex structure, that is, the sex muscle in a lift-off manner. By removing the structure, the target polymer fine pattern 106 is completed on the silicon substrate 104 as shown in FIG. 3 (C) as an example.
즉, 본 실시 예에서는, 고분자 주형의 양각 부분에 맞닿았던 고형화된 고분자 물질을 식각 공정을 통해 제거하여 고분자 미세 패턴을 형성하는 전술한 실시 예1과는 달리, 고분자 주형의 양각 부분에 맞닿았던 고분자 물질을 성근 구조로 변화시킨 후 리프트오프 공정을 통해 성근 구조를 제거함으로써 고분자 미세 패턴을 형성한다.That is, in the present embodiment, unlike the embodiment 1 described above, in which the solidified polymer material that is in contact with the embossed portion of the polymer mold is removed through an etching process, the polymer fine pattern is formed. The polymer polymer pattern is formed by changing the polymer structure of the dun into a sex muscle and removing the sex muscle through a lift-off process.
따라서, 본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 전술한 실시 예1과 대비해 볼 때 공정 상의 차이점을 갖기는 하지만 실질적으로 동일한 효과(결과)를 얻을 수 있다.Therefore, the method of forming a fine pattern according to the present embodiment may have substantially the same effects (results) although the process is different from that of the above-described first embodiment.
다음에, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법(박막 물질 성장 방법) 또는 감쇄적 방법(박막 불질 식각 방법)으로 기판 상에 목표로 하는 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있는데, 이와 같이 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.Next, by using the polymer micropattern formed on the substrate according to the present invention, a fine pattern of the target thin film is formed on the substrate by an additional method (thin film material growth method) or attenuating method (thin film inferior etching method). In this way, a process of forming a fine pattern of a thin film on the substrate will be described.
먼저, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법으로 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.First, a process of forming a fine pattern of a thin film on a substrate by an additional method using the polymer fine pattern formed on the substrate according to the present invention will be described.
도 3의 (가) 내지 (다)는 본 발명에 따라 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법으로 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.3A to 3C are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern of a thin film on a substrate by an additional method using the polymer fine pattern formed according to the present invention.
도 3의 (가)를 참조하면, 전술한 본 발명의 실시 예에 따라 실리콘 기판(304) 상에 임의의 패턴을 갖는 고분자 미세 패턴(306)을 형성한 후, 고분자 패턴(306)이 형성된 실리콘 기판(304)을 무전해 도금 용액이 담긴 증착 반응기에 넣어 노출된 실리콘 기판(304)의 상부(즉, 고분자 패턴이 존재하지 않는 부분)에, 예를 들면 알루미늄, 구리 등의 박막 물질(308')을 원하는 두께만큼 성장시킨다(도 3의 (나)).Referring to FIG. 3A, after forming the polymer fine pattern 306 having an arbitrary pattern on the silicon substrate 304 according to the above-described embodiment of the present invention, the silicon on which the polymer pattern 306 is formed is formed. The substrate 304 is placed in a deposition reactor containing an electroless plating solution on top of the exposed silicon substrate 304 (i.e., where no polymer pattern exists), for example, a thin film material 308 'such as aluminum or copper. ) Is grown to a desired thickness (Fig. 3 (b)).
다음에, 아세톤 등의 용매를 이용하여 실리콘 기판(304) 상에 형성된 고분자 패턴(306)을 제거한 후 질소를 불어넣어 건조시킴으로써, 일 예로서 도 3의 (다)에도시된 바와 같이, 실리콘 기판(304) 상에 목표로 하는 박막(예를 들면, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등의 박막)의 미세 패턴(308)을 형성한다.Next, the polymer pattern 306 formed on the silicon substrate 304 is removed using a solvent such as acetone, and then nitrogen is blown to dry, for example, as shown in FIG. 3 (c). A fine pattern 308 of a target thin film (for example, a thin film of a conductor, an insulator, a semiconductor, an organic material, etc.) is formed on the 304.
따라서, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하는 부가적 방법(박막 물질 성장 방법)을 통해 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 원하는 형상의 미세 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, the desired shape on the substrate (e.g., silicon substrate, ceramic substrate, metal layer, polymer layer, etc.) through an additional method (thin film material growth method) using the polymer fine pattern formed on the substrate according to the present invention It is possible to form a fine pattern.
다음에, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하여 감쇄적 방법으로 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.Next, the process of forming the fine pattern of a thin film on a board | substrate by the damping method using the polymer micropattern formed on the board | substrate according to this invention is demonstrated.
여기에서, 감쇄적 방법으로 박막의 미세 패턴을 형성하기 위해서는 기판 상에 고분자 미세 패턴을 형성하기 전에 패턴 형성하고자 하는 박막 물질을, 예를 들면 스핀 코팅 등의 방법을 이용하여 기판 상에 먼저 형성한다.Here, in order to form the fine pattern of the thin film by the attenuating method, before forming the polymer fine pattern on the substrate, the thin film material to be patterned is first formed on the substrate using a method such as spin coating. .
따라서, 실리콘 기판(402) 상에 박막 물질(404')을 형성한 상태에서 본 발명에 따라 고분자 미세 패턴(406)을 형성하게 되면, 그 형상은, 일 예로서 도 4의 (가)에 도시된 바와 같이 된다.Therefore, when the polymer fine pattern 406 is formed according to the present invention in the state where the thin film material 404 'is formed on the silicon substrate 402, the shape thereof is illustrated as an example in FIG. It is as follows.
다음에, 박막 물질(404') 상에 형성된 고분자 패턴(406)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여, 일 예로서 도 4의 (나)에 도시된 바와 같이, 박막 물질(404')의 일부를 선택적으로 제거하여 실리콘 기판(402)의 상부 일부를 선택적으로 노출시킨다.Next, an etching process using the polymer pattern 406 formed on the thin film material 404 'as an etching mask is performed. As an example, as shown in FIG. 4B, the thin film material 404' A portion of the silicon substrate 402 is selectively exposed by selectively removing a portion thereof.
마지막으로, 아세톤 등의 용매를 이용하여 박막 물질(404') 상에 형성된 고분자 패턴(406)을 제거한 후 질소를 불어넣어 건조시킴으로써, 일 예로서 도 4의 (다)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(402) 상에 목표로 하는 박막(예를 들면, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등의 박막)의 미세 패턴(404)을 형성한다.Finally, by removing the polymer pattern 406 formed on the thin film material 404 'using a solvent such as acetone, by blowing nitrogen to dry, as shown in (c) of FIG. A fine pattern 404 of a target thin film (for example, a thin film of a conductor, insulator, semiconductor, organic material, etc.) is formed on the substrate 402.
따라서, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하는 감쇄적 방법(박막 물질 식각 방법)을 통해 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 원하는 형상의 미세 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, the desired shape on the substrate (for example, silicon substrate, ceramic substrate, metal layer, polymer layer, etc.) through a damping method (thin film material etching method) using the polymer micro pattern formed on the substrate according to the present invention It is possible to form a fine pattern.
한편, 감쇄적 방법을 이용하여 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 경우, 1차 식각 공정에 의한 성근 구조의 제거를 통해 고분자 미세 패턴을 형성한 후에 2차 식각 공정을 수행하여 기판 상에 최종 목표로 하는 박막의 미세 패턴을 전술한 방법과는 달리, 성근 구조의 하부에 있는 하부막(즉, 박막 물질)을 식각할 수 있는 식각 용액으로 기판의 상부가 노출될 때까지 하부막을 식각함으로써, 한번의 식각 공정을 통해 고분자 미세 패턴의 형성(즉, 성근 구조의 제거)과 동시에 박막의 미세 패턴을 형성할 수도 있다.On the other hand, in the case of forming a fine pattern of the thin film on the substrate by attenuating method, after forming the polymer micropattern by removing the sexual root structure by the first etching process, the second etching process is performed to the final pattern on the substrate Unlike the method described above, the fine pattern of the target thin film is etched by etching the lower layer until the top of the substrate is exposed with an etching solution capable of etching the lower layer (i.e., thin film material) at the lower part of the penis structure, Through one etching process, the micro pattern of the thin film may be formed at the same time as the formation of the polymer micro pattern (ie, the removal of the sexual root structure).
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법과 각인 방법과는 달리, 탄성과 용매 흡수력을 갖는 임의의 패턴 형상의 주형을 소정의 압력으로 용매의 의한 유동성을 갖는 고분자 물질에 밀착 접촉시켜 주형 패턴의 양각 부분에 맞닿는 고분자 물질의 일부가 주형 패턴의 음각 부분으로 유입시킴과 동시에 고분자 물질의 접촉 계면 상에 존재하는 용매를 주형에 흡수시켜 고분자 물질을 고형화 시킴으로써, 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 고정밀하게 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, unlike the conventional micro-contact printing method and the stamping method, any pattern-shaped mold having elasticity and solvent absorbing power is brought into close contact with a polymer material having fluidity by solvent at a predetermined pressure. A portion of the polymer material contacting the embossed portion of the mold pattern flows into the intaglio portion of the mold pattern, and at the same time, the solvent present on the contact interface of the polymer material is absorbed into the mold to solidify the polymer material. The polymer fine pattern can be formed with high precision.
또한, 탄성, 용매 흡수력 및 양각 부분의 표면 거칠기를 갖는 주형을 용매에의한 유동성을 갖는 고분자 물질에 소정의 압력으로 밀착 접촉시켜 떼어냄으로써 양각 부분에 맞닿는 고분자 물질을 성근 구조로 변화시키고, 이러한 성근 구조를 리프트오프 방식으로 제거함으로써, 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 고정밀하게 형성할 수 있다.In addition, a polymer having elasticity, solvent absorption, and surface roughness of the embossed portion is brought into close contact with the polymer material having fluidity by solvent at a predetermined pressure, thereby changing the polymer material in contact with the embossed portion into a sex muscle structure. By removing the structure by the lift-off method, the target polymer fine pattern can be formed with high precision.
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