KR100590442B1

KR100590442B1 - 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그마스크를 이용한 나노 구조물 제조 방법

Info

Publication number: KR100590442B1
Application number: KR1020050008493A
Authority: KR
Inventors: 김용철; 이승섭
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-06-20

Abstract

본 발명은 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그에 따라 제조된 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 통하여 나노 구조물을 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면 방향에서 투영된 면의 저압화학 기상증착된 실리콘 질화막상에 엑스선 흡수층을 형성시키는 단계로 구성된다. 이에 따라, 본 발명은 형상의 제한이 없이 다양한 형상의 나노 구조물을 제조할 수 있고, 나노 구조물 사이의 간격을 작게 하여 좁은 공간에 밀집된 나노 구조물을 정확하게 제조할 수 있다.

나노, 엑스선 마스크, 저압화학 기상증착, 실리콘 질화막, 노광

Description

나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그 마스크를 이용한 나노 구조물 제조 방법{FABRICATION METHOD OF X-RAY MASK FOR MANUFACTURING NANO STRUCTURE AND FABRICATION METHOD OF NANO STRUCTURE USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따라 엑스선 마스크 제조용으로 준비된 실리콘 기판을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따라 실리콘 기판의 상부면을 식각하는 공정을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따라 실리콘막 함몰부를 형성시키는 공정의 사시도이다.

도 5는 실리콘 기판이 에천트에 함침되는 공정을 도시한 사시도이다.

도 6a는 이방성 화학에칭된 실리콘 기판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 A-A선의 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따라 실리콘 질화막이 저압화학 기상증착된 나노 엑스선 마스크의 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따라 완성된 X선 마스크를 도시한 단면도이다.

도 9a는 본 발명에 따라 실리콘 기판에 엑스선을 최초 노광하는 공정을 도시 한 사시도이고, 도 9b는 본 발명에 따라 실리콘 기판을 이동시켜 노광하는 공정을 도시한 사시도이다.

도 10은 본 발명에 따라 엑스선 투광기판을 미세하게 이동시키는 3축 스테이지의 사시도이다.

도 11a는 본 발명의 제1실시예에 따라 제작된 나노 구조물을 나타내는 사시도이고, 도 11b는 본 발명의 제2실시예에 따라 제작된 나노 구조물을 나타내는 사시도이다.

♣도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 ♣

1: 실리콘 기판 2: 실리콘 산화막

4: 실리콘 질화막 6: 미세격자홈

8: 실리콘막 함몰부 9: 경사면홈

10: 나노 엑스선 마스크 12: 나노구조물 제조용 홈

14: 실리콘 질화막 16: 엑스선 흡수부

20: 자외선 광원

22: 마스크 24: 격자배열 패턴

30: 자외선 광원 32: 마스크

34: 함몰부 패턴 40: 습식에칭 용기

42: 에천트 50: 엑스선 투광기판

51: 엑스선 광원 52: 엑스선 감광제

54: 제1노광영역 56: 제2노광영역

60: 3축 스테이지 70: X축 스테이지

76: X축 압전소자 80: Y축 스테이지

86: Y축 압전소자 90: Z축 스테이지

96: Z축 압전소자

S10: 실리콘 산화막을 형성

S20: 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착

S30: 실리콘 기판 상부면을 구조물 형상에 따라 식각

S40: 실리콘 기판 하부면을 식각하여 실리콘막 함몰부 형성

S50: 실리콘막 함몰부를 통해 노출된 실리콘 기판을 습식에칭

S60: 실리콘 기판의 외부면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착

S70: 엑스선 흡수층을 형성

본 발명은 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그에 따라 제조된 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 통하여 나노 구조물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 미세구조물 제조용 마스크상에 형성된 마이크로미터 단위의 형상의 패턴에 내부응력이 작은 실리콘 질화막을 증착함으로써 나노미터 단위의 형상의 패턴을 제조하고 그 마스크 상에 엑스선 흡수부를 코팅하여 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 제조하는 엑스선 마스크 제조 방법과 그에 따라 나노 구조물을 제 조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 나노 구조물을 제조하기 위한 기술로는 이-빔(E-beam) 리쏘그래피(Lithography) 방법이 있다. 이-빔 리쏘그래피 방법은 감광제 위에 이-빔을 직접 조사하여 나노 크기의 형상을 직접 제조한다. 이를 위하여, 이-빔 리쏘그래피 방법은 나노미터 단위의 광원 크기를 갖는 이-빔 장치를 사용한다. 이-빔 리쏘그래피 방법은 감광제에 마스크를 통하여 광원을 노광하는 것이 아니라 형상에 맞게 직접 이-빔을 노광하기 때문에, 구조물을 제조할 때마다 이-빔을 노광시켜야 한다.

종래의 나노 구조물을 제조하기 위한 기술인 자기조립 단층막은 분자가 자발적으로 고체표면에 반응하여 안정한 단층막을 형성하여 얻어지는 박막이며 특정한 분자에 대하여 아주 높은 규칙성을 보이게 된다. 자기조립 단층막은 표면에 대해 반응하는 리간드를 포함하는 용액에 기저를 담그거나 반응 종으로 이루어진 증기에 기저를 노출시켜 기판의 표면에 생성하는 단층이다.

자기조립 단층막을 형성시키기 위하여, 마스터를 제조한 이후에 예비 폴리머를 마스터에 주입한 후, 열이나 빛으로 경화시킨다. 이와 같은 방식으로 완성된 스탬프에 Hexadecanethiol을 수용한 알코올 용액을 격심하여 기판의 표면을 덮고 있는 금에 접촉시켜 잉크의 화학변화에 의하여 자기조립 단층막을 형성시킨다.

종래의 나노 크기 구조물을 제조하기 위한 이-빔 리쏘그래피 방법은 감광제에 마스크를 통하여 전사하는 방식이 아니라 직접 형상을 전사하는 방식이기 때문에 구조물을 제조할 때마다 고가의 이-빔을 사용해야 한다는 점에서 비용이 많이 소요되는 문제점을 갖는다. 종래의 나노 크기 구조물을 제조하기 위하여 자기조립 단층막을 형성시킨 방법은 프린팅하는 형상에 제한이 많은 문제점을 갖는다.

또한, 나노 크기 구조물은 형상이 매우 미세하게 제작되기 때문에 한 번의 노광만으로 밀집된 나노 구조물을 제조하는데 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이-빔을 통하여 가공하는 기술과 같이 고가의 장비가 들지 않도록 저압화학 기상증착 방식과 엑스선 노광으로 나노 구조물을 제조하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그에 따른 나노 구조물 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 형상의 제한이 없이 다양한 형상의 구조물을 제조하기 위한 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그에 따른 나노 구조물 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 나노 구조물 사이의 간격을 작게 하여 좁은 공간에 밀집된 나노 구조물을 정확하게 제조할 수 있는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그에 따른 나노 구조물 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상술한 목적, 장점들 및 신규한 특징들은 첨부한 도면들을 참조하여 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이나, 첨부한 도면들은 본 발명을 명확하게 기술하고자 하는 것으로서 본 발명의 보호범위가 도면에 나타난 구성에 국한되지는 않는다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면 방향에서 투영된 면의 저압화학 기상증착된 실리콘 질화막상에 엑스선 흡수층을 형성시키는 단계로 구성된다.

또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 나노 구조물 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 외부면에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면 방향에서 투영된 면의 저압화학 기상증착된 실리콘 질화막상에 엑스선 흡수층을 형성시키는 단계를 포함하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 제조하는 공정과, 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 엑스선 감광제가 도포된 기판에 정렬시켜 엑스선을 노광하는 단계와, 엑스선 감광제가 도포된 기판을 3축 스테이지에 의하여 이동시켜 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크에 정렬시켜 엑스선을 노광하는 단계와, 엑스선에 노광된 엑스선 감광제를 현상하는 단계를 포함하는 나노 구조물 식각 공정으로 구성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법 및 그 마스크를 이용한 나노 구조물 제조 방법의 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따라 엑스선 마스크 제조용으로 준비된 실리콘 기판을 도시한 단면도이다. 본 발명에 따라 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 제조하기 위하여, 먼저 실리콘 기판(1)을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막(2)을 형성시킨다(S10).

실리콘 기판(1)은 500㎛의 두께를 갖고 결정방향이 실리콘 결정방향의 정의에서 실리콘 기판에 수직인 방향인 <100>이며, 저항이 5∼10Ω㎝인 실리콘으로 구성된다. 실리콘 기판(1)의 표면 손상 정도에 따라서 기판(1) 표면의 산화율이 영향을 받을 수 있기 때문에, 바람직하게 실리콘 기판(1)은 산화이전에 RCA 세척이 된다.

RCA 세척 단계에서 실리콘 기판(1)은 60∼100℃ 정도로 열이 가해지는 NH₄OH+H₂O₂+H₂O, HCl+H₂O₂+H₂O, 및 희석화된 HF 용액 등을 통과하면서 세척된다. 실리콘 기판(1)은 이러한 용액들에 세척되는 공정 사이사이에 순수한 물에 세척될 수 있다. 이는 실리콘 기판(1)이 NH₄OH+H₂O₂+H₂O, HCl+H₂O₂+H₂O 용액들을 통과하면서 재오염(Recontamination)될 수 있기 때문이다. 이와 같은 RCA 세척 단계에서 실리콘 기판(1)상에 형성된 금속잔류물, 유기물 등이 제거된다.

연속적으로, 실리콘 기판(1)은 900℃∼1250℃의 온도 범위내에서 산소를 포함하는 기체에 노출되어 실리콘 표면이 산화되도록 하는 건식 산화 또는 동일한 온도 범위내에서 수분에 노출시켜 실리콘 표면이 산화되도록 하는 습식 산화의 방식으로 산화된다. 실리콘 산화막(2)은 열산화 시간에 따라서 그 두께가 조절되며 본 발명에 따라 1000Å 내외의 두께를 갖도록 실리콘 기판(1)상에서 성장된다.

실리콘 기판(1)이 열산화되어 실리콘 산화막(2)이 형성된 후, 실리콘 산화막(2)상에는 내부응력이 낮은 실리콘 질화막(4)이 저압화학 기상증착(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)된다(S20). 실리콘 질화막(4)을 증착시키기 위한 증착용기에는 SiH₂Cl₂ 및 NH₃가 보유되고, 내부가 수십 mTorr∼수십 Torr 사이의 압력으로 유지된다. 또한, 증착용기 내부의 온도는 800℃∼1000℃ 내외로 유지된다.

이러한 온도, 압력 조건에서 실리콘 질화막(4)의 증착율은 20∼100Å/min으로 유지된다. 따라서, 실리콘 기판(1)에 실리콘 질화막(4)을 증착시키는 시간을 조절함에 의하여 실리콘 질화막(4)이 형성되는 두께를 조절할 수 있다. 본 발명에 따 라, 실리콘 질화막(4)은 2000Å 내외의 두께로 증착된다. 저압화학 기상증착의 방식으로 증착된 실리콘 질화막(4)은 매우 낮은 증착율로 표면에 차례로 증착되기 때문에 매우 낮은 내부 응력값을 갖는다. 구체적으로, 실리콘 질화막(4)의 압축응력과 인장응력은 50MPa∼300MPa의 범위내에서 형성된다. 이는 실리콘 질화막(4)의 증착율이 수천 Å/min일 경우 압축응력과 인장응력이 1000MPa 이상의 값을 갖는 경우에 비하여 상대적으로 작은 내부응력값을 갖는다.

다음으로, 실리콘 기판(1)의 상부면에 제조하고자 하는 구조물의 형상에 따라서 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)을 식각한다(S30). 도 3은 본 발명에 따라 실리콘 기판의 상부면을 식각하는 공정을 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 상부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)은 복수의 배열을 갖도록 식각된다.

실리콘 기판(1)의 상부면을 식각하기 위하여, 격자배열 패턴(24)이 형성된 마스크(22)는 실리콘 기판(1)에 정렬된다. 자외선 광원(20)은 실리콘 기판(1)과 마스크(22)가 정렬된 후 노광된다. 실리콘 기판(1)에 형성되는 격자배열 패턴(24)의 폭(W)은 수 마이크로미터 단위로 형성된다.

노광 후 노광된 면을 현상하면, 실리콘 기판(1)의 상부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)에 미세격자홈(6)이 형성된다. 건식식각에 의하여 미세격자홈(6)은 마이크로미터 단위로 형성된다. 도 3에서는 본 발명의 실시예에 따라 미세격자홈(6)을 형성하는 공정을 나타내었으나, 일자형의 구조물이 연속적으로 형성되는 배열을 제조하도록 마스크의 격자배열 패턴이 구비될 수 있으며, 그외의 다양한 배열형의 패턴이 구비될 수 있다.

실리콘 기판(1)의 상부면에 구조물에 대응되는 미세격자홈을 형성시킨 후에, 실리콘 기판(1)의 하부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)을 식각하여 실리콘막 함몰부(8)를 형성시킨다(S40). 도 4는 본 발명에 따라 실리콘막 함몰부를 형성시키는 공정의 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘막 함몰부(8)를 형성시키기 위하여 실리콘 기판(1)은 함몰부 패턴(34)이 형성된 마스크(32)에 정렬된다.

자외선 광원(30)은 함몰부 패턴(34)이 형성되어 있는 마스크(32)상에 노광된다. 함몰부 패턴(34)에 노광 후 노광부위를 현상 및 건식식각한다. 건식식각 공정에서 실리콘 기판(1)의 하부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)은 제거된다. 이에 따라, 실리콘 기판(1)의 하부면에는 실리콘 산화막(2) 및 실리콘 질화막(4)이 제거된 실리콘막 함몰부(8)가 형성된다.

다음으로, 실리콘 기판(1)은 에천트(42)가 보유된 습식에칭 용기(40)에 함침되어 이방성 습식에칭된다(S50). 도 5는 실리콘 기판이 에천트에 함침되는 공정을 도시한 사시도이다. 도 5에서는 두꺼운 사면체 형태의 기판이 에천트에 함침된 형태를 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 실제로 실리콘 기판(1)은 500㎛의 얇은 두께를 갖는다.

습식에칭 용기(40)에 보유된 에천트(42)는 20% 내외의 질량비의 TMAH (TetraMethyl Ammonium Hydroxide)가 함유된 애칭액으로 구성되고, 온도가 90℃ 내외로 유지된다. 실리콘 기판(1)은 TMAH 에칭액 내에 보유되어 이방성 화학에칭된 다. 이 경우, 실리콘 기판(1)의 실리콘 재질은 실리콘의 방향성이 <100>방향이고 TMAH 에칭액이 사용됨에 의하여 수평면에 대하여 54.74°의 일정한 각도를 갖도록 화학에칭된다.

도 6a는 이방성 화학에칭된 실리콘 기판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 A-A선의 단면도이다. 도 7은 본 발명에 따라 실리콘 질화막이 저압화학 기상증착된 나노 엑스선 마스크의 단면도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)에는 일정한 각도를 갖는 경사면홈(9)이 형성된다. 경사면홈(9)은 사다리꼴 기둥형으로 형성된다. 이에 따라, 미세격자홈(6)은 실리콘 기판(1)의 상부면을 관통하도록 형성되고 미세격자홈(6)이 형성된 면의 하부에 형성된 실리콘 기판(1)이 제거됨에 의하여 상부에서 투시할 경우 구멍이 상하로 관통되도록 제조된다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 미세격자홈(6)은 일반적인 건식에칭에 의하여 형성되기 때문에 마이크로미터 단위의 규격을 갖도록 제조된다. 상술한 공정에 의하여 제조된 실리콘 기판(1)을 미세구조물을 제조하기 위한 마스크로 사용할 경우, 제조되는 미세구조물의 규격 또한 마이크로미터 단위의 규격을 갖는 구조물로서 제조된다.

실리콘 기판을 습식에칭한 후, 실리콘 기판(1)의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막이 저압화학 기상증착된다(S60). 실리콘 질화막(14)을 증착시키기 위한 증착용기에는 SiH₂Cl₂ 및 NH₃가 보유되고, 내부가 수십mTorr∼수십Torr 사이의 압력으로 유지된다. 또한, 증착용기 내부의 온도는 800℃∼1000℃ 내외로 유지된다. 이러한 화학조건하에서 SiH₂Cl₂ 및 NH₃가 반응을 일으켜 실리콘 질화막(14)이 실리콘 기판(1)의 전체 표면에 증착된다.

상술한 온도, 압력 조건에서 실리콘 질화막(14)의 증착율은 20∼100Å/min으로 유지되어 실리콘 질화막(14)의 내부응력이 증착율이 높은 경우에 비하여 상대적으로 작은 값을 갖는다. 실리콘 질화막(4)의 증착율이 20Å/min 이하일 경우에는 증착시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 있고, 실리콘 질화막(4)의 증착율이 100Å/min 이상일 경우에는 실리콘 질화막(4)의 내부응력이 커지는 문제점이 있다. 구체적으로, 실리콘 질화막(14)의 압축응력과 인장응력은 50MPa∼300MPa의 범위내에서 형성된다. 이는 실리콘 질화막(14)의 증착율이 수천 Å/min일 경우 압축응력과 인장응력이 1000MPa 이상의 값을 갖는 경우에 비하여 상대적으로 작은 내부응력값을 갖는다.

일정한 온도 및 압력 조건에서 실리콘 질화막(14)의 증착율을 일정하게 유지할 경우, 실리콘 질화막(14)을 증착시키는 시간을 조절함에 의하여 제조하고자 하는 나노 크기의 구조물에 대응되는 나노구조물 제조용 홈(12)의 직경을 조절할 수 있다.

다만, 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화막(14)은 미세격자홈(6) 벽면에 균일하게 증착되는 것이 아니라, 미세격자홈(6) 내부의 중앙부 벽면에 비하여 미세격자홈(6) 표면부에 보다 더 두껍게 증착된다.

도 8은 본 발명에 따라 완성된 X선 마스크를 도시한 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 나노 엑스선 마스크(10)의 실리콘 기판 하부면으로 엑스선 흡수부 (16)가 형성된다(S70). 엑스선 흡수부(16)는 엑스선을 흡수하는 재질인 금, 텅스텐 등의 귀금속 재질로 구성된다.

엑스선 흡수부(16)는 나노 엑스선 마스크(10)의 경사면이 형성된 면들의 상부에서 바라본 투시면에 전기도금을 함으로써 형성된다. 또한, 엑스선 흡수부(16)는 엑스선을 흡수하는 재료를 증착시킴에 의하여 형성될 수 있다.

도 9a는 본 발명에 따라 실리콘 기판에 엑스선을 최초 노광하는 공정을 도시한 사시도이고, 도 9b는 본 발명에 따라 실리콘 기판을 이동시켜 노광하는 공정을 도시한 사시도이다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 엑스선 흡수부(16)가 형성된 나노 엑스선 마스크(10)는 엑스선 감광제(52)가 도포된 엑스선 투광기판(50)과 정렬된다. 그리고, 엑스선 투광기판(50)은 3축 스테이지(60) 상에 놓인다.

엑스선 감광제(52)로는 엑스선 투과시 굳는 반응을 하는 재료인 SU-8 또는 엑스선 투과시 녹는 반응을 하는 재료인 PMMA(Poly-Methyl-MetAcrylate), 아크릴, PC(Poly-Carbonate) 등이 사용된다. 이러한 엑스선 감광제(52)는 엑스선 투광기판(50) 상에 올려진 엑스선 감광 재료를 스핀코팅함에 의하여 도포된다. 스핀 코팅은 엑스선 투광기판(50) 상에 올려진 액상의 엑스선 감광제(52)를 원심력에 의하여 퍼트려서 코팅하는 방식이다. 엑스선 감광제(52)는 스핀 코팅의 방식 이외에 다양한 코팅 방식에 의하여 엑스선 투광기판(50) 상에 도포될 수 있다. 엑스선 투광기판(50)은 엑스선과 반응하지 않는 물질인 실리콘 등의 재료로 구성된다.

엑스선은 엑스선 광원(51)으로부터 나노 엑스선 마스크(10)와 엑스선 투광기판(50)이 정렬된 상태에서 나노 엑스선 마스크(10)에 노광된다. 엑스선은 나노 엑 스선 마스크(10)에 형성된 나노구조물 제조용 홈(12)을 통과하여 엑스선 감광제(52)에 제1노광영역(54)으로 노광된다.

제1노광영역(54)이 노광된 후, 3축 스테이지(60)는 수평방향으로 엑스선 투광기판(50)을 이동시킨다. 이와 같이, 엑스선 투광기판(50)이 수평방향으로 미세하게 이동되어, 도 9b에 도시된 바와 같이, 엑스선 광원(51)으로부터의 엑스선이 엑스선 감광제(52)의 제2노광영역(56)으로 노광된다. 제2노광영역(56)은 제1노광영역(54)의 사이에 형성된 엑스선 감광제(52)의 영역을 차지한다.

이에 따라, 제1노광영역(54)과 제2노광영역(56) 사이의 간격(Wm)은 도 9a에 도시된 제1노광영역(54) 간의 간격에 비하여 더 작게 형성된다. 노광영역들 사이의 간격을 보다 작게 형성시키기 위하여 제1노광영역(54) 및 제2노광영역(56)으로의 2회의 엑스선 노광 이후, 3축 스테이지(60)에 의하여 엑스선 투광기판(50)을 이동시킴에 의하여 제1노광영역(54)과 제2노광영역(56)의 사이에 일회 이상의 노광을 더 수행할 수 있다. 뿐만 아니라, 3축 스테이지(60)의 이동시키는 축방향을 바꾸어 이동시킴에 의하여 노광영역을 보다 촘촘하게 할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따라 엑스선 투광기판을 미세하게 이동시키는 3축 스테이지의 사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 3축 스테이지(60)는 X축 스테이지(70), Y축 스테이지(80), 및 Z축 스테이지(90)로 구성된다.

X축 스테이지(70)는 XY평면상의 기판을 X축으로 미세하게 움직이게 하는 X축 유동판(72)을 포함한다. X축 유동판(72)의 주위에는 X축 유동판(72)이 움직일 수 있도록 X축 스테이지홈(73)이 형성되어 있다. X축 스테이지홈(73)은 'ㄷ'자 형의 홈이 X축의 중심선을 대칭으로 하여 대응된다. X축 스테이지홈(73)의 'ㄷ'자 형의 단부 사이에는 압전소자 끼움홈(74)이 형성된다. 압전소자 끼움홈(74)은 Y축에 평행하도록 길게 형성된 홈과 그 중앙부에 압전소자 형태에 맞는 형상의 홈으로 구성된다. 이에 따라, X축 압전소자(76)는 압전소자 끼움홈(74)의 중앙부에 형성된 홈에 배치된다.

Y축 스테이지(80)와 Z축 스테이지(90)도 X축 스테이지(70)와 동일한 부재들로 구성된다. Y축 스테이지(80)는 Y축 방향으로 움직이는 Y축 유동판(82)을 포함한다. Y축 유동판(82)의 주위에는 Y축 스테이지홈(83)이 'ㄷ'자 형으로 대응되게 형성되어 있다. 'ㄷ'자 형 홈의 단부 사이에는 압전소자 끼움홈(84)이 형성되어 있고, 압전소자 끼움홈(84)에 Y축 압전소자(86)가 배치된다. Z축 스테이지(90)는 Z축 방향으로 움직이는 Z축 유동판(92)을 포함한다. Z축 유동판(92)의 주위에는 Z축 스테이지홈(93)이 'ㄷ'자 형으로 대응되게 형성되어 있다. 'ㄷ'자 형 홈의 단부 사이에는 압전소자 끼움홈(94)이 형성되어 있고, 압전소자 끼움홈(94)에 Z축 압전소자(96)가 배치된다.

X축, Y축, Z축 압전소자들(76, 86, 96)은 전류가 가해질 수 있도록 전원이 연결된다. 연결된 전원의 전압과 전류의 크기를 제어함에 의하여 X축, Y축, Z축 압전소자들(76, 86, 96)을 미세하게 이동시킬 수 있다.

본 발명에 따라 나노 구조물을 가공하기 위하여, 3축 스테이지(60)의 상부면(62)에 엑스선 투광기판(50)이 위치된다. 엑스선 투광기판(50)은 상술한 바와 같이, 3축 스테이지(60)에 의하여 미세하게 이동되어 엑스선 노광 단계에서 노광영역 들(54, 56) 사이의 간격을 보다 좁게할 수 있다.

도 11a는 본 발명의 제1실시예에 따라 제작된 나노 구조물을 나타내는 사시도이고, 도 11b는 본 발명의 제2실시예에 따라 제작된 나노 구조물을 나타내는 사시도이다. 본 발명의 제1실시예에 따라 제작된 나노 구조물은 X선 투광기판(50) 상에 노광된 부분이 굳는 반응을 하여 현상시 노광된 부분 이외가 제거되는 음성 감광제가 도포된다. 음성 감광제로서는 SU-8 등의 재료가 사용된다.

본 발명의 제1실시예에 따라 X선 투광기판(50)을 1차노광하는 단계에서 제1미세구조물(54a)의 부분이 노광된다. 여기에서, X선 투광기판(50)을 X축으로 평행이동시켜 엑스선을 노광하면 X축간 미세구조물(56a)의 부분이 노광되고, X선 투광기판(50)을 Y축으로 평행 이동시켜 엑스선을 노광하면 Y축간 미세구조물(58a)의 부분이 노광된다. 엑스선에 노광된 복수의 미세구조물들(54a, 56a, 58a)의 부분을 갖는 음성 감광제를 현상하면 엑스선에 노광되지 않은 음성 감광제의 부분이 제거되어 나노 구조물이 완성된다.

본 발명의 제2실시예에 따라 제작된 나노 구조물은 X선 투광기판(50) 상에 노광된 부분이 굳는 반응을 하여 현상시 노광된 부분이 제거되는 양성 감광제가 도포된다. 양성 감광제로서는 PMMA(Poly-Methyl-MetAcrylate), 아크릴, PC(Poly-Carbonate) 등의 재료가 사용된다.

본 발명의 제2실시예에 따라 X선 투광기판(50)을 제1노광하는 단계에서 제1미세구조홈(54b)의 부분이 노광된다. 여기에서, X선 투광기판(50)을 X축으로 평행이동시켜 엑스선을 노광하면 X축간 미세구조홈(56b)의 부분이 노광되고, X선 투광 기판(50)을 Y축으로 평행 이동시켜 엑스선을 노광하면 Y축간 미세구조홈(58b)의 부분이 노광된다. 엑스선에 노광된 복수의 미세구조홈들(54b, 56b, 58b)의 부분의 양성 감광제(52)를 현상하면 엑스선에 노광된 미세구조홈들(54b, 56b, 58b)의 부분이 제거되어 나노 구조물이 완성된다.

본 발명의 변형예로서, 나노구조물들의 형상은 복수의 격자가 배열형으로 배치된 것 뿐만 아니라, 길이가 긴 일자형 배열이 배치된 것일 수 있다. 이에 따라, 일자형 홈이 패인 나노 구조물 또는 일자형 돌출형의 나노 구조물이 제조될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 고비용의 나노단위 크기의 이-빔을 직접 구조물에 전사할 필요가 없이 저압화학 기상증착 방식과 엑스선 노광으로 나노 구조물을 제조할 수 있다. 그리고, 본 발명은 형상의 제한이 없이 다양한 형상의 나노 구조물을 제조할 수 있는 현저한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 나노 구조물 사이의 간격을 작게 하여 좁은 공간에 밀집된 나노 구조물을 정확하게 제조할 수 있어 최근에 미세 구조물을 보다 더 집적할 수 있도록 하는 기술에 대한 요구를 충족시킬 수 있다.

Claims

실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와;

상기 실리콘 산화막상에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와;

상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 상기 실리콘 질화막을 제작하고자 하는 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와;

상기 실리콘 기판의 하부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와;

상기 실리콘 기판에서 상기 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 부분을 습식에칭하는 단계와;

상기 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와;

상기 실리콘 기판의 실리콘막 함몰부측에 저압화학 기상증착된 상기 실리콘 질화막상에 엑스선 흡수층을 형성시키는 단계로 구성된 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계는,

상기 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 시간을 조절하는 단계를 더 포 함하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제작하고자 하는 구조물 형상에 따라 식각하는 단계는,

상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 복수의 행렬로 구성된 전극형 구조물로 식각하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제작하고자 하는 구조물 형상에 따라 식각하는 단계는,

상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 미세 직선형 전극형 구조물로 식각하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계는,

상기 실리콘 기판으로부터 금속잔류물과 유기물을 제거하기 위하여 상기 실리콘 기판을 RCA 세척하는 단계를 더 포함하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계는,

상기 실리콘 질화막의 증착율을 20∼100Å/min으로 유지하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 실리콘막 함몰부측에 저압화학 기상증착된 상기 실리콘 질화막상에 엑스선 흡수층을 형성시키는 단계는,

상기 실리콘 기판의 하부면 방향으로 저압화학 기상증착된 상기 실리콘 질화막상에 금을 전해전착시키는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크 제조 방법.
실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와,

상기 실리콘 산화막상에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와,

상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제작하고자 하는 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와,

상기 실리콘 기판의 하부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와,

상기 실리콘 기판에서 상기 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 부분을 습식에칭하는 단계와,

상기 실리콘 기판의 외부면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계 와,

상기 실리콘 기판의 실리콘막 함몰부측에 저압화학 기상증착된 상기 실리콘 질화막상에 엑스선 흡수층을 형성시키는 단계를 포함하는 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 제조하는 공정과;

상기 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크를 엑스선 감광제가 도포된 기판에 정렬시켜 엑스선을 노광하는 단계와,

상기 엑스선 감광제가 도포된 기판을 3축 스테이지에 의하여 이동시켜 상기 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크에 정렬하여 엑스선을 노광하는 단계와,

상기 엑스선에 노광된 상기 엑스선 감광제를 현상하는 단계를 포함하는 나노 구조물 식각 공정으로 구성되는 나노 구조물 제조 방법.
제 8항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계는,

상기 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 시간을 조절하는 단계를 더 포함하는 나노 구조물 제조 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제작하고자 하는 구조물 형상에 따라 식각하는 단계는,

상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 복수의 행렬로 구성된 전극형 구조물 로 식각하는 나노 구조물 제조 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제작하고자 하는 구조물 형상에 따라 식각하는 단계는,

상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 미세 직선형 전극형 구조물로 식각하는 나노 구조물 제조 방법.
제 8항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계는,

상기 실리콘 질화막의 증착율을 20∼100Å/min으로 유지하는 나노 구조물 제조 방법.
제 8항에 있어서, 상기 엑스선 감광제가 도포된 기판을 3축 스테이지에 의하여 이동시켜 상기 나노 구조물 가공용 엑스선 마스크에 정렬하여 엑스선을 노광하는 단계는 복수회 반복되는 나노 구조물 제조 방법.