KR100869546B1 - Fabrication method of thin film pattern using atomic force microscope lithography - Google Patents
Fabrication method of thin film pattern using atomic force microscope lithography Download PDFInfo
- Publication number
- KR100869546B1 KR100869546B1 KR1020070096658A KR20070096658A KR100869546B1 KR 100869546 B1 KR100869546 B1 KR 100869546B1 KR 1020070096658 A KR1020070096658 A KR 1020070096658A KR 20070096658 A KR20070096658 A KR 20070096658A KR 100869546 B1 KR100869546 B1 KR 100869546B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- atomic force
- pattern
- etching
- lithography
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2049—Exposure; Apparatus therefor using a cantilever
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
Abstract
Description
본 발명은 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 이용한 박막 패턴 제작 방법에 대한 것이다.The present invention is directed to a method of fabricating thin film patterns using atomic force microscopy lithography techniques.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정 중 리소그래피(lithography) 공정은 감광막을 도포한 기판 상에 빛을 비춰 회로 패턴을 형성시키는 반도체의 핵심 공정기술이다. 이러한 리소그래피 공정 시 광원으로는 레이저를 사용하나, 미세선폭이 축소됨에 따라 광학적으로 한계에 부딪히고 있다. 이에 따라 극자외선(extreme ultraviolet; EUV), 전자빔(electron beam), X-레이, 이온빔 등의 새로운 광원이 모색되고 있으며, 이 가운데 극자외선과 전자빔이 차세대 노광 기술 방식으로 각광을 받고 있다.In general, the lithography process of the semiconductor device manufacturing process is a core process technology of the semiconductor to form a circuit pattern by shining light on a substrate coated with a photosensitive film. In this lithography process, a laser is used as a light source, but as the fine line width is reduced, there is an optical limitation. Accordingly, new light sources such as extreme ultraviolet (EUV), electron beam, X-ray, and ion beam are being sought. Among them, extreme ultraviolet light and electron beam are spotlighted by the next-generation exposure technology.
현재 사용되고 있거나 연구개발 중인 리소그래피 공정은 KrF(248㎚)광원 또 는 ArF(193㎚)광원을 사용하고, 블랭크 기판상에 크롬 등의 차광막 패턴이 형성된 투과형 마스크를 사용한다. 그러나, 극자외선(EUV) 리소그래피 기술에서는 파장이 13.4nm에 이르는 전자기파를 광원으로 사용하는데, 짧은 파장을 갖는 광원은 흡수도가 매우 커서 투과형 마스크를 사용할 수 없기 때문에 극자외선(EUV) 리소그래피 기술은 종래와는 달리, 반사형(또는 거울형)의 포토마스크를 사용한다.Lithography processes currently in use or under development use KrF (248 nm) or ArF (193 nm) light sources and use transmissive masks with light shielding patterns, such as chromium, formed on a blank substrate. However, in the extreme ultraviolet (EUV) lithography technology, electromagnetic waves with wavelengths up to 13.4 nm are used as light sources. Since the light sources with short wavelengths have very high absorption, a transmissive mask cannot be used. Unlike, a reflective (or mirror) photomask is used.
극자외선 노광공정에 사용되는 반사형 마스크는 브래그(Bragg) 반사를 가능하게 하는 반사형 다층박막 미러라 할 수 있다. 다층박막 미러는 굴절율 등 광학적 특성의 차이가 큰 몰리브덴(Mo)층과 실리콘(Si)층의 적층 구조를 이용하고 있으며, 몰리브덴/실리콘(Mo/Si) 다층 박막보다 우수한 반사도를 갖는 다층 박막을 제작하기 위하여 여러 가지 다른 물질을 이용하여 다층 박막을 제작하고 있다. 예컨대, 미국특허 제6,229,652호에서는 Mo2C/Be 다층 박막 구조를 제시하고 있고, 미국특허 제6,228,512호에는 MoRu/Be 다층 박막 구조를 제시하고 있다. 상기 다층 박막 상에 웨이퍼 상에 흡수체 패턴을 형성하여 반사형 마스크에서 반사되는 빛을 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 전사한다.The reflective mask used in the extreme ultraviolet exposure process may be referred to as a reflective multilayer thin film mirror that enables Bragg reflection. The multilayer thin film mirror uses a laminated structure of a molybdenum (Mo) layer and a silicon (Si) layer having a large difference in optical properties such as refractive index, and manufactures a multilayer thin film having better reflectivity than the molybdenum / silicon (Mo / Si) multilayer film. In order to produce a multilayer thin film using a variety of different materials. For example, US Pat. No. 6,229,652 suggests a Mo 2 C / Be multilayer thin film structure, and US Pat. No. 6,228,512 presents a MoRu / Be multilayer thin film structure. An absorber pattern is formed on the wafer on the multilayer thin film to transfer the pattern onto the wafer using light reflected from the reflective mask.
한편, 극자외선 마스크의 흡수체 패턴을 형성함에 있어서, 종래의 전자선 리소그래피 기술의 공정 한계를 극복하기 위하여 원자 힘 현미경(AFM; Atomic Force Microscopy) 산화법을 이용한 리소그래피 기술이 제안되었다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 원자 힘 현미경(AFM; Atomic Force Microscopy) 산화법을 이용한 리소그래피 기술에 대하여 상세히 설명한다.Meanwhile, in forming an absorber pattern of an extreme ultraviolet mask, a lithography technique using atomic force microscopy (AFM) oxidation has been proposed to overcome the process limitations of the conventional electron beam lithography technique. Hereinafter, a lithography technique using atomic force microscopy (AFM) oxidation will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1에 도시된 바와 같이, 자연 산화막(12)이 형성되어 있는 기판 상에 원자 힘 현미경(13)의 탐침(14)을 근접시킨다. 여기서, 상기 기판(10)은 실리콘 또는 금속 등으로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 1, the
상기 탐침(14)과 기판(10) 사이에 대기 중 수분에 의한 물기둥(warter column; 16)이 형성된 상태에서 전계를 인가하면, 전기 분해에 의하여 형성된 수산화 이온(OH_)이 전기장의 영향으로 기판으로 유도되어 상기 자연 산화막(12)을 지나 기판(10)에 이르게 된다. 상기 기판(10)에 도달한 수산화 이온은 실리콘 또는 금속과 반응하여 도 2에 도시된 바와 같이 산화막(18)을 형성한다. When an electric field is applied between the
한편, 종래의 리소그래피 방법은 특정 파장 또는 가속 전자에 맞도록 개발된 레지스트를 활용한다. 이처럼 레지스트를 사용하게 되면 식각 가능한 박막의 두께에 제한이 있는데, 이는 건식 식각시 식각 마스크로 사용되는 유기물 레지스트가 식각 공정에서 물리적인 손상에 의해 박막보다 빠르게 식각되기 때문이다. 따라서 식각 할 박막의 두께가 두꺼워 짐에 따라 레지스트가 두꺼워지고 이는 해상도 감소의 원인이 된다. 또한 곡선과 같은 복잡한 패턴의 제작이 불편하며, 리소그래피 속도가 느려 생산성이 저하된다는 문제점이 있었다.On the other hand, conventional lithography methods utilize resists developed for specific wavelengths or accelerated electrons. The use of the resist has a limitation on the thickness of the etchable thin film because the organic resist used as an etch mask during dry etching is etched faster than the thin film due to physical damage in the etching process. Therefore, as the thickness of the thin film to be etched becomes thicker, the resist becomes thicker, which causes a decrease in resolution. In addition, the production of complex patterns such as curves is inconvenient, and there is a problem that productivity is reduced due to the slow lithography speed.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 활용하여 박막 패턴을 형성함으로써, 레지스트 관련 공정 단계를 제거하고, 적합한 해상도를 확보할 수 있으며, 간편하고 저렴한 공정을 갖는 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 이용한 박막 패턴 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and by forming a thin film pattern using atomic force microscopy lithography technology, it is possible to eliminate the resist-related process steps, to secure a suitable resolution, and to have a simple and inexpensive process It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a thin film pattern using atomic force microscopy lithography technology.
상기와 같은 본 발명 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 이용한 박막 패턴 제작 방법은,The thin film pattern production method using the present invention atomic force microscope lithography technique as described above,
(a) 기판 상에 제1 박막을 형성하는 단계;(a) forming a first thin film on the substrate;
(b) 상기 제1 박막 상에 식각 마스크용 제2 박막을 형성하는 단계;(b) forming a second thin film for an etching mask on the first thin film;
(c) 원자 힘 현미경을 이용하여 상기 제2 박막 일부에 산화물 패턴을 형성하는 단계;(c) forming an oxide pattern on a portion of the second thin film using an atomic force microscope;
(d) 상기 산화물 패턴을 건식 식각하여 상기 제1 박막의 일부를 노출시키는 식각 마스크를 형성하는 단계; 및(d) dry etching the oxide pattern to form an etching mask exposing a portion of the first thin film; And
(e) 상기 식각 마스크를 이용하여 노출된 제1 박막 부분을 건식 식각하는 단계;(e) dry etching the exposed first thin film portion using the etching mask;
를 포함하여 구성되며, 상기 제2 박막 및 제1 박막은 플라즈마 식각시 식각 선택비가 1 : 1.5 이상인 것을 특징으로 한다.It is configured to include, wherein the second thin film and the first thin film is characterized in that the etching selectivity during plasma etching is 1: 1.5 or more.
특히, 청구항 1에 있어서,In particular, according to claim 1,
상기 제2 박막은 원자 힘 현미경에 의하여 산화가 가능한 물질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The second thin film is characterized in that it comprises a material capable of oxidation by atomic force microscopy.
또한, 상기 식각 가스는 탄소 및 할로겐족 원소를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the etching gas is characterized in that it comprises a carbon and a halogen group element.
또한, 상기 제2 박막은 2 내지 10 nm 의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second thin film is characterized in that formed to a thickness of 2 to 10 nm.
또한, 상기 (c) 단계는,In addition, the step (c),
온도 15 내지 40 ℃, 습도 10 내지 75 % 조건에서 원자 힘 현미경의 탐침과 상기 제2 박막 사이에 4 내지 25 V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.A voltage of 4 to 25 V is applied between the probe of the atomic force microscope and the second thin film at a temperature of 15 to 40 ° C. and a humidity of 10 to 75%.
또한, 상기 (c) 단계는,In addition, the step (c),
0.5 내지 500 ㎛/s의 속도로 제2 박막에 산화물을 형성하는 것을 특징으로 한다. An oxide is formed in the second thin film at a rate of 0.5 to 500 µm / s.
또한, 상기 (e) 단계는,In addition, the step (e),
-80 내지 -45 V 조건에서 상기 노출된 제1 박막 부분을 식각하는 것을 특징으로 한다.Etching the exposed first thin film portion at -80 to -45 V conditions.
상기와 같은 본 발명 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 이용한 박막 패턴 제작 방법에 의하면, According to the thin film pattern manufacturing method using the atomic force microscope lithography technology of the present invention as described above,
첫째, 레지스트의 코팅, 현상 제거 등의 공정 단계를 제거할 수 있으므로, 간편하고 저렴한 공정을 통해 박막 패턴을 제작할 수 있고,First, since process steps such as coating and developing of resists can be removed, a thin film pattern can be manufactured through a simple and inexpensive process.
둘째, 레지스트 두께에 따른 패턴의 해상도 변화가 일어나지 않으며,Second, the resolution change of the pattern according to the resist thickness does not occur,
셋째, 원자 힘 현미경을 활용함으로써 수 Å단위의 미세한 조작이 가능하고, 곡선과 같은 복잡한 패턴의 제작이 가능하며,Third, by using atomic force microscope, it is possible to make minute manipulations of several units, and to make complex patterns such as curves.
넷째, 본 발명에 의하여 다양한 금속 및 세라믹 소재, 반도체 물질을 두께에 관계없이 식각할 수 있고,Fourth, the present invention can etch a variety of metal and ceramic materials, semiconductor materials regardless of the thickness,
다섯째, 구현 가능한 패턴 영역이 넓어져 보다 다양한 패턴의 제작 및 기술 활용이 가능하며,Fifth, it is possible to make a wider range of patterns and to utilize technology, since the pattern area that can be implemented is expanded.
여섯째, 종래의 전자 선 리소그래피 기술이 갖는 공정상의 복잡성을 단순화하면서 동일 수준의 해상도를 갖는 박막 패턴을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 장비가 갖는 환경적 제약 및 유지비용의 절감으로 전체 공정상의 비용 절감 효과가 뛰어나므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.Sixth, the thin film pattern with the same resolution can be obtained while simplifying the process complexity of the conventional electron beam lithography technology, and the cost reduction effect of the entire process can be achieved by reducing the environmental constraints and maintenance cost of the equipment. As it is excellent, considerable commercial and economic effects are expected.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. A singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms “comprise” or “have” are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
일반적으로 원자 힘 현미경(Atomic Force Microscope)을 이용한 음극 산화 리소그래피 기술은 박막과 탐침 사이에 형성된 물기둥에서 전기 분해된 수산화 이온과 박막 사이의 화학반응(산화)을 유도하여 선택적으로 나노 구조물을 형성하게 되는데, 본 발명에서는 식각 마스크를 유기물이 아니라 원자 힘 현미경에 의하여 산화가 가능한 물질로 대체하여 레지스트의 코팅, 현상, 제거 등의 공정 단계를 없애는 것을 특징으로 한다.In general, cathodic oxidation lithography using an atomic force microscope induces a chemical reaction (oxidation) between the electrolyzed hydroxide ions and the thin film in the water column formed between the thin film and the probe to selectively form nanostructures. In the present invention, the etching mask is replaced with a material capable of being oxidized by an atomic force microscope instead of an organic material, thereby eliminating process steps such as coating, developing, and removing the resist.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film pattern according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7.
도 3을 참조하면, 기판(20) 상에 제1 박막(21) 및 제2 박막(22)을 형성한다.Referring to FIG. 3, the first
먼저 각 박막 물질의 선택 조건에 대하여 설명하면, 상기 제2 박막(22)의 경우 원자 힘 현미경(AFM) 리소그래피에 의하여 산화물이 형성되며 증착 가능한 모든 물질을 포함하며, 제1 박막(21)의 경우 증착, 코팅 가능한 물질을 모두 포함한다.First, the selection conditions of the respective thin film materials will be described. In the case of the second
또한, 상기 제2 박막(22)과 제1 박막(21)의 사용되는 식각 가스에 대한 식각 선택비가 1 : 1.5 이상이 되도록 상기 제2 박막(22) 및 제1 박막(21)의 물질을 선택하도록 하며, 그 이유는 하기에서 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.In addition, the material of the second
제1 박막(21) 또는 제2 박막(22)의 증착은 스퍼터 장비를 이용해 아르곤 분 위기에서 직류 전력 100 내지 300 W, 공정 압력 0.3 내지 5 mTorr 에서 진행된다. Deposition of the first
상기 직류 전력이 100 W 미만 시 가스의 이온화가 불안정하여 증착 속도가 느려지고, 300 W 초과 시 기판에 손상을 주어 거칠기가 커지며 막의 조성이 불균일해진다. 또한 공정 압력이 0.3 mTorr 미만 시 가스의 양이 너무 적어 증착이 지나치게 느려지며, 5 mTorr 초과 시 공정은 표면 균일도가 감소한다.When the direct current power is less than 100 W, the ionization of the gas is unstable, so that the deposition rate is slow. When the direct current is more than 300 W, the substrate is damaged, the roughness becomes large, and the composition of the film becomes uneven. In addition, when the process pressure is less than 0.3 mTorr, the amount of gas is so small that the deposition is too slow, and above 5 mTorr, the process reduces surface uniformity.
상기와 같은 조건에서, 제1 박막(21)을 증착하고, 그 위에 다시 스터퍼 장비를 이용하여 제2 박막(22)을 2 내지 10 nm 증착한다.Under the above conditions, the first
상기 제2 박막(22)의 두께가 2 nm 미만이면 너무 얇아 증착 공정에서 부분적으로 증착되지 않는 등의 균일도의 저하가 나타날 수 있으며, 10 nm 초과이면 후속하여 수행될 원자 힘 현미경을 이용한 리소그래피 과정에서 제2 박막(22)을 모두 산화시킬 수 없고, 산화시켜야 하는 박막의 깊이 증가로 산화물의 선폭이 깊이에 비례하여 증가한다.If the thickness of the second
다음으로, 도 4를 참조하면, 15 내지 40 ℃, 습도 10 내지 75 % 에서 원자 힘 현미경을 이용해 탐침(14)과 제2 박막(22) 사이에 4 내지 25 V의 전압(팁 음극)을 인가하여 제2 박막의 산화물(24)을 형성한다. Next, referring to FIG. 4, a voltage (tip cathode) of 4 to 25 V is applied between the
상기 온도가 15 ℃ 미만이면 화학 반응인 제2 박막(22)의 산화 속도에 영향을 주어 산화물(24) 형성이 어렵고 패턴이 불균일해진다. 40 ℃ 초과 시 산화물 패턴(24)의 종횡비 향상 등의 이점이 없고, 장비에 무리를 줄 수 있다. If the temperature is less than 15 ° C., the oxidation rate of the second
상기 습도가 10 % 미만이면 탐침(14)과 제2 박막(22) 사이에 물기둥(16)이 형성되지 않아 제2 박막(22)이 산화되지 않으며, 75 % 초과이면 지나치게 큰 물기 둥(16)이 형성되어 산화물(24)의 선폭이 커지고 해상도가 떨어진다. 인가전압은 원자 힘 현미경의 탐침(14)과 제2 박막(22) 사이에 형성된 물기둥(16)의 물 분자를 분해하는 에너지로 작용하는데, 4V 미만이면 에너지가 낮아 물 분자의 해리가 되지 않아 산화물(24)이 형성되지 않으며 25V 초과이면 탐침(16)의 손상일 발생하고 산화물(24)의 선폭이 커지게 된다.If the humidity is less than 10%, the
한편, 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 사용하는데 패턴 형성이 가능한 속도는 0.01 내지 2000 ㎛/s 이며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 500 ㎛/s에서 안정적으로 패턴을 형성할 수 있다. 0.5 ㎛/s 미만에서는 공정 시간 지연이 발생하고 해상도가 낮아지며, 500 ㎛/s 초과 시에는 상용 원자 힘 현미경에서 패턴의 형태를 제대로 구현할 수 없다. On the other hand, the atomic force microscopy lithography technique is used, the speed at which the pattern can be formed is 0.01 to 2000 µm / s, and more preferably, the pattern can be stably formed at 0.5 to 500 µm / s. Below 0.5 μm / s, process time delays occur and resolution is lower, and above 500 μm / s, the pattern shape cannot be properly realized on a commercial atomic force microscope.
따라서 상기의 리소그래피 조건에서 벗어날 경우 목적하는 수십 nm 크기의 패턴을 형성할 수 없으며, 목적하는 패턴으로 산화물을 형성할 수 없다. Therefore, if the deviation from the lithography conditions, it is not possible to form a pattern of the desired tens of nm size, it is not possible to form an oxide in the desired pattern.
도 5를 참조하면, 상기와 같은 과정 및 조건을 통해 리소그래피 공정을 마치면, 건식 식각공정을 통해 제2 박막(22)의 산화물(24)을 선택적으로 제거하여 제1 박막을 노출시키는 식각 마스크(22a)를 형성한다. 다음으로, 상기 식각 마스크(22a)를 사용하여 노출된 제1 박막을 플라즈마 식각함으로써, 제1 박막 패턴을 형성한다(28). Referring to FIG. 5, when the lithography process is finished through the above processes and conditions, an
도 7은 식각 마스크를 이용한 제1 박막의 식각 방법을 설명하기 위한 공정 단면도로서, 이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 제1 박막의 식각 방법을 자세히 설명한다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of etching a first thin film using an etching mask. Hereinafter, an etching method of a first thin film according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7.
일반적으로 물리적 및 화학적 건식 식각은 전계를 통한 가속과 같은 물리적 방법에 의하여 이온이나 전자, 혹은 광자들이 식각될 물질 표면에 충돌하여 표면 물질들을 먼저 활성화(activate)시키고, 이렇게 활성화된 표면 물질들이 반응기 내에 존재하는 화학종들과 화학반응을 일으켜 휘발성 기체를 생성시키면서 식각이 일어나는 것이다.In general, physical and chemical dry etching involves ions, electrons, or photons impinging on the surface of the material to be etched by a physical method such as acceleration through an electric field, thereby first activating the surface materials, which are then activated in the reactor. Etching occurs by chemical reaction with existing species to produce volatile gases.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 노출된 제1 박막을 식각하여(28) 박막 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 식각 마스크(22a)와 상기 제1 박막(21)이 플라즈마 식각시 식각 선택비가 1 : 1.5 이상이 되도록 박막(21, 22)의 물질을 선정하고, 상기 제1 박막(21)과 식각 마스크(22a)에 충돌하는 이온의 속도를 인가되는 전계(eletric field)의 크기를 통해 제어함으로써, 상기 식각 마스크(22a)가 상기 제1 박막(21)과 함께 식각되는 것을 막을 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 7, in the step of forming the thin film pattern by etching the exposed first
상기에서, 식각 가스는 탄소 및 할로겐 원소를 포함하는 일종 이상의 가스일 수 있다. 예를 들면, CF4 또는 CCl4 등을 들 수 있다.In the above, the etching gas may be one or more gases including carbon and halogen elements. For example, CF 4 or CCl 4 may be mentioned.
플라즈마 식각은 400 내지 800 W, 45 내지 80 V, 5 내지 30 mTorr 공정 조건에서 진행되며, 상기 식각 공정 조건은 특정 물질에 대하여 선택적으로 식각하기 위한 조건으로서 상기의 조건에서 벗어나면 선택성이 현저히 저하되어 제2 박막(22)과 그 산화물(24), 혹은 제2 박막(22)과 제1 박막(21)이 같이 식각되거나, 식각이 진행되지 않는 문제가 발생한다. Plasma etching is performed at 400 to 800 W, 45 to 80 V, and 5 to 30 mTorr process conditions, and the etching process conditions are conditions for selectively etching a specific material. A problem arises in that the second
본 발명에서, 상기 제2 박막(22)이 식각되는 것을 방지하기 위한 전계의 크 기는 -80 V 이상 -45 V 이하이다. 여기서, 기판에 인가되는 전압의 크기가 -80 V보다 작으면 플라즈마 식각시, 아르곤 이온의 물리적 충돌력이 너무 커져서 제1 박막(21) 및 식각 마스크(22a)가 모두 식각될 수 있으며, 전압의 크기가 -45 V를 초과하면 제1 박막(21)의 식각이 잘 이루어질 수 없다.In the present invention, the size of the electric field for preventing the second
플라즈마 식각이 진행됨에 따라 상기 노출된 제1 박막 부분은 식각되고(28),상기 식각 마스크(22a) 상에 탄소층(29)이 형성되기 때문에, 식각 마스크(22a)와 제1 박막(21)의 식각 선택비는 점차 커지게 된다. 따라서, 제1 박막의 두께가 두껍더라도, 식각 마스크(22a)의 손상없이, 상기 노출된 제1 박막만이 식각 된다(28).As the plasma etching proceeds, the exposed first thin film portion is etched 28, and since the
상기의 식각 공정을 마치면 최종적으로 원하는 박막 패턴(21a)이 제작된다.After the etching process, the desired
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하는바, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which are not intended to limit the scope of the present invention.
[실시예 1] Example 1
원자 힘 현미경 리소그래피를 이용한 금속 나노패턴 제작 공정(접촉모드 리소그래피)Metal nanopattern fabrication process using atomic force microscopy (contact mode lithography)
실리콘 기판 위에 15nm 탄탈륨과 3nm 크롬을 스퍼터 장비로 증착하여 기판을 준비한다. 온도 26.0℃, 습도 43% 실험 조건에서 백금이 코팅된 실리콘 팁(Force constant 0.6 N/m, 팁 곡률(tip curvature) 40 nm)을 사용하여 접촉 모드에서 인가전압 12 V(Sample bias), 리소그래피 속도 0.5 ㎛/s로 크롬 기판 위에 산화물 패턴을 형성한다(XE-100, Park systems 社). 형성된 크롬 산화물은 높이 1.5 nm, 선폭 24.0 nm를 갖는다. CF4 가스 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 700 W, 60 V, 20 mTorr로 1분 30초 진행하여 크롬 층의 손상 없이 크롬 산화물을 선택적으로 식각한다. 이어서 CF4 가스 플라즈마로 탄탈륨 층을 식각한다. 탄탈륨 식각 공정은 700 W, 65 V, 10 mTorr로 수행하였다. 공정을 마친 금속 패턴은 25-28 nm 선폭의 트렌치(trench) 형태를 갖는다. 15 nm tantalum and 3 nm chromium are deposited on a silicon substrate by using a sputtering device to prepare a substrate. Platinum coated silicon tip (Force constant 0.6 N / m, tip curvature) at 26.0 ° C and 43% humidity 40 nm) is used to form an oxide pattern on a chromium substrate at an applied voltage of 12 V (Sample bias) and a lithography rate of 0.5 μm / s (XE-100, Park Systems, Inc.). The formed chromium oxide has a height of 1.5 nm and a line width of 24.0 nm. Dry etching using CF4 gas plasma was performed at 700 W, 60 V, and 20 mTorr for 1 minute and 30 seconds to selectively etch chromium oxide without damaging the chromium layer. The tantalum layer is then etched with CF 4 gas plasma. Tantalum etching process was performed at 700 W, 65 V, 10 mTorr. The finished metal pattern has a trench form with a 25-28 nm line width.
[실시예 2]Example 2
원자 힘 현미경 리소그래피를 이용한 금속 나노패턴 제작 공정 (탭핑모드 리소그래피) Metal nanopattern fabrication process using atomic force microscopy (tapped mode lithography)
실시예 1에서와 동일하게 제작된 기판을 준비하고 23.0 ℃, 31 % 실험 조건에서 백금이 코팅된 실리콘 팁(Resonance frequence 325.00 kHz , Tip curvature 40 nm)을 사용하여 탭핑 모드에서 인가전압 12 V(Sample bias), 리소그래피 속도 10 ㎛/s로 크롬 기판 위에 산화물 패턴을 형성한다(Solver P-47, NT-MDT 社). 형성된 크롬 산화물은 높이 3.1 nm, 선폭 82.8 nm를 갖는다. 실시예 1에서와 동일한 조건으로 크롬 층의 손상 없이 크롬 산화물을 선택적으로 식각한다. 이어서 실시 예 1에서와 동일한 조건으로 탄탈륨 층을 식각한다. 공정을 마친 금속 패턴은 84-88 nm 선폭의 트렌치(trench) 형태를 갖는다.A substrate prepared in the same manner as in Example 1 was prepared, and a platinum coated silicon tip (Resonance frequence 325.00 kHz, Tip curvature at 23.0 ° C. and 31% experimental conditions) 40 nm) to form an oxide pattern on the chromium substrate at an applied voltage of 12 V (Sample bias) and a lithography rate of 10 μm / s (Solver P-47, NT-MDT). The formed chromium oxide has a height of 3.1 nm and a line width of 82.8 nm. The chromium oxide is selectively etched without damaging the chromium layer under the same conditions as in Example 1. The tantalum layer is then etched under the same conditions as in Example 1. The finished metal pattern has a trench shape with 84-88 nm line width.
[실시예 3]Example 3
원자 힘 현미경 리소그래피를 이용한 금속 나노패턴 제작 공정 (탭핑모드, CNT tip) Metal nanopattern fabrication process using atomic force microscopy (tapped mode, CNT tip)
실시예 1에서와 동일하게 제작된 기판을 준비하고 26.5 ℃, 43 % 실험 조건에서 탄소 나노튜브 팁(Resonance frequence 388.07 kHz, length 700 nm, diameter 15-20 nm)을 사용하여 탭핑 모드에서 인가전압 8 V(Sample bias), 리소그래피 속도 4 ㎛/s로 크롬 기판 위에 산화물 패턴을 형성한다(Solver P-47, NT-MDT 社). 형성된 크롬 산화물은 높이 1.9 nm, 선폭 23.0 nm를 갖는다. 실시예 1에서와 동일한 조건으로 크롬 층의 손상 없이 크롬 산화물을 선택적으로 식각한다. 이어서 실시 예 1에서와 동일한 조건으로 탄탈륨 층을 식각한다. 공정을 마친 금속 패턴은 24-27 nm 선폭의 트렌치(trench) 형태를 갖는다. A substrate prepared in the same manner as in Example 1 was prepared and applied voltage in tapping mode using a carbon nanotube tip (Resonance frequence 388.07 kHz, length 700 nm, diameter 15-20 nm) at 26.5 ° C. and 43% experimental conditions. An oxide pattern is formed on the chromium substrate at a sample bias (V) and a lithography rate of 4 μm / s (Solver P-47, NT-MDT). The formed chromium oxide has a height of 1.9 nm and a line width of 23.0 nm. The chromium oxide is selectively etched without damaging the chromium layer under the same conditions as in Example 1. The tantalum layer is then etched under the same conditions as in Example 1. The finished metal pattern has a trench shape with a 24-27 nm line width.
상기에서 실시예에서 제1 박막은 탄탈륨, 제2 박막은 크롬으로 한정하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 제2 박막과 제1 박막은 플라즈마 식각시 식각 선택비가 1 : 1.5 이상으로서, 제2 박막은 원자 힘 현미경에 의하여 산화물을 형성할 수 있는 물질이면 모두 가능하다.In the above embodiment, the first thin film is described as being limited to tantalum and the second thin film is chromium, but the second thin film and the first thin film according to the present invention have an etching selectivity of at least 1.5 when plasma etching, and the second thin film is Any material capable of forming an oxide by atomic force microscopy is possible.
본 발명은 상기에서 검토한 바와 같이 원자 힘 현미경 리소그래피 기술을 이용하여 제2 박막에 산화물 패턴을 형성하고 높은 식각 비를 활용하여 선택적 건식 식각으로 트렌치(trench) 형태의 박막 패턴을 제작하는 기술로서, 증착된 박막 기판에서 나노 리소그래피를 직접 수행하여 정밀한 패턴이 요구되는 마스크나 집적 회로 등의 제작 기술로 활용될 수 있다. 이러한 박막 패턴은 광 리소그래피 마스크 뿐만 아니라, 극 자외선 리소그래피에서 활용하게 될 반사형 마스크 제작에도 적용 가능하다. 또한 수십 nm 선폭의 박막 패턴 제작에 원자 힘 현미경을 활용 할 수 있 으므로 집적 회로 제작에서 박막 패턴의 형성에 활용하여 공정 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is a technique of forming an oxide pattern on a second thin film by using atomic force microscopy lithography and fabricating a trench-type thin film pattern by selective dry etching using a high etching ratio. Nanolithography may be directly performed on the deposited thin film substrate to be used as a fabrication technique for a mask or an integrated circuit requiring a precise pattern. Such thin film patterns can be applied not only to optical lithography masks, but also to fabricating reflective masks that will be utilized in extreme ultraviolet lithography. In addition, the atomic force microscope can be used to fabricate thin film patterns with a few tens of nm line width, which can be used to form thin film patterns in integrated circuit fabrication, thereby significantly reducing the process cost.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다. While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, the invention is not limited to these embodiments, and those of ordinary skill in the art claim the invention as claimed in the appended claims. It includes all the various forms of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.
도 1 및 도 2는 일반적인 원자 힘 현미경 산화법을 이용한 리소그래피 기술을 설명하기 위한 공정별 단면도들이다.1 and 2 are cross-sectional views of processes for describing a lithography technique using a general atomic force microscope oxidation method.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자힘 현미경 리소그래피 기술을 이용한 박막 패턴의 제작 방법을 설명하기 위한 공정별 단면도들이다. 3 to 7 are cross-sectional views of processes for explaining a method of manufacturing a thin film pattern using an atomic force microscope lithography technique according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
10 : 기판 12 : 자연 산화막 10
13 : 원자 힘 현미경 14 : 원자 힘 현미경 탐침 13: atomic force microscope 14: atomic force microscope probe
16 : 물기둥 18 : 산화물16: water column 18: oxide
20 : 기판 21 : 제1 박막20: substrate 21: first thin film
21a : 제1 박막 패턴 22 : 제2 박막 21a: first thin film pattern 22: second thin film
22a : 제2 박막 패턴 24 : 산화물 패턴22a: second thin film pattern 24: oxide pattern
26 : 식각된 산화물 패턴 28 : 식각된 제1 박막26: etched oxide pattern 28: etched first thin film
29 : 제2 박막 상에 형성된 탄소층.29: carbon layer formed on the second thin film.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070096658A KR100869546B1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Fabrication method of thin film pattern using atomic force microscope lithography |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070096658A KR100869546B1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Fabrication method of thin film pattern using atomic force microscope lithography |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100869546B1 true KR100869546B1 (en) | 2008-11-19 |
Family
ID=40284500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070096658A KR100869546B1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Fabrication method of thin film pattern using atomic force microscope lithography |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100869546B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101069433B1 (en) * | 2008-12-26 | 2011-09-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for correcting pattern CD of mask for extreme ultraviolet lithography |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050049011A (en) * | 2003-11-20 | 2005-05-25 | 학교법인 한양학원 | Fabrication method of extreme ultraviolet radiation mask mirror using atomic force microscope lithography |
KR20050065902A (en) * | 2003-12-26 | 2005-06-30 | 한국전자통신연구원 | Method for fabricating nano pore |
US20060134931A1 (en) | 2004-12-21 | 2006-06-22 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Method for forming quantum dots |
KR100626408B1 (en) | 2005-09-27 | 2006-09-20 | 한양대학교 산학협력단 | Nanopatterning of organic and metal thin films using low energy atomic force microscope system |
-
2007
- 2007-09-21 KR KR1020070096658A patent/KR100869546B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050049011A (en) * | 2003-11-20 | 2005-05-25 | 학교법인 한양학원 | Fabrication method of extreme ultraviolet radiation mask mirror using atomic force microscope lithography |
KR20050065902A (en) * | 2003-12-26 | 2005-06-30 | 한국전자통신연구원 | Method for fabricating nano pore |
US20060134931A1 (en) | 2004-12-21 | 2006-06-22 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Method for forming quantum dots |
KR100626408B1 (en) | 2005-09-27 | 2006-09-20 | 한양대학교 산학협력단 | Nanopatterning of organic and metal thin films using low energy atomic force microscope system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101069433B1 (en) * | 2008-12-26 | 2011-09-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for correcting pattern CD of mask for extreme ultraviolet lithography |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1901120B1 (en) | Method of etching extreme ultraviolet light (EUV) photomasks | |
JP5264237B2 (en) | Nanostructure and method for producing nanostructure | |
US6890688B2 (en) | Lithographic template and method of formation and use | |
WO2004099875A2 (en) | Etching of chromium layers on photomasks utilizing high density plasma and low frequency rf bias | |
EP1364253A2 (en) | Lithographic template | |
US8920153B2 (en) | Apparatus comprising substrate and conductive layer | |
CN110609437A (en) | Photomask blank and method for manufacturing same | |
JP2006013216A (en) | Method for forming resist pattern by near-field exposure, a method for processing substrate using method for forming resist pattern, and method for manufacturing device | |
US7074527B2 (en) | Method for fabricating a mask using a hardmask and method for making a semiconductor device using the same | |
JPS6339892B2 (en) | ||
KR100542464B1 (en) | Fabrication method of extreme ultraviolet radiation mask mirror using atomic force microscope lithography | |
Ito et al. | Silica imprint templates with concave patterns from single-digit nanometers fabricated by electron beam lithography involving argon ion beam milling | |
KR100869546B1 (en) | Fabrication method of thin film pattern using atomic force microscope lithography | |
US20100081065A1 (en) | Photomask and method of fabricating a photomask | |
WO2007116362A1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
US8679728B2 (en) | Method for fabricating patterned layer | |
KR100826587B1 (en) | Thin film patterning method using atomic force microscope lithography system | |
KR20040030501A (en) | Fabrication of structures of metal/semiconductor compound by x-ray/euv projection lithography | |
US7585334B2 (en) | Manufacturing method for molecular rulers | |
WO2005076935A2 (en) | Wavelength filtering in nanolithography | |
CA2287671A1 (en) | Method for using sub-micron silicide structures formed by direct-write electron beam lithography for fabricating masks for extreme ultra-violet and deep ultra-violet lithography | |
JP4507775B2 (en) | Manufacturing method of stencil mask | |
KR100626408B1 (en) | Nanopatterning of organic and metal thin films using low energy atomic force microscope system | |
JP2002303966A (en) | Method for producing mask | |
EP3933504B1 (en) | Photomask blank, and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121011 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131002 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141008 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |