KR100921932B1 - Patterning method using polyatomic molecule - Google Patents
Patterning method using polyatomic molecule Download PDFInfo
- Publication number
- KR100921932B1 KR100921932B1 KR1020070107939A KR20070107939A KR100921932B1 KR 100921932 B1 KR100921932 B1 KR 100921932B1 KR 1020070107939 A KR1020070107939 A KR 1020070107939A KR 20070107939 A KR20070107939 A KR 20070107939A KR 100921932 B1 KR100921932 B1 KR 100921932B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pattern
- molecules
- extreme ultraviolet
- soft
- rays
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
- G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 다원자분자를 이용한 패터닝방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 극자외선 또는 소프트 엑스레이를 사용하여 EUV에 의한 다원자분자막의 변화 (질화(nitridation),산화(oxidation) 등)를 유도하고 실리콘기판의 표면에 패턴을 형성시킴으로써 -NH2, -OH 등의 작용기를 이용하여 미세한 수준에서 정밀도가 높은 패턴을 형성시킬 수 있는 기술이 개시된다.The present invention relates to a patterning method using polyatomic molecules, and according to the present invention, EUV is used to induce a change (nitridation, oxidation, etc.) of a polyatomic membrane by EUV using soft ultraviolet or soft X-rays. And by forming a pattern on the surface of the silicon substrate is disclosed a technique that can form a pattern with high precision at a fine level by using a functional group, such as -NH 2 , -OH.
리소그래피, EUV, 패터닝, 흡착, NH₃H₂O, 다원자분자 Lithography, EUV, Patterning, Adsorption, NH₃H₂O, Multiatomic Molecules
Description
본 발명은 다원자분자를 이용한 패터닝(Patterning)방법에 관한 것으로서, 특히, 파장인 매우 짧은 극자외선(EUV : Extreme Ultra Violet) 또는 소프트 엑스레이(Soft X-ray)에 의해서 패턴(Pattern)을 형성시키는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a patterning method using polyatomic molecules, and more particularly, to form a pattern by Extreme Ultra Violet (EUV) or Soft X-ray, which is a wavelength. It's about technology.
무어(Moore)의 법칙이 예측한 대로 [D. Normile, Science 2100, 293, 787.], 반도체 디바이스(devices)의 패턴 크기(Feature size)는 2004년에 90nm 노드(node)의 수준에 도달하였으며, 현재의 연구는 32nm 수준에 도달하는 것에 초점이 맞춰져 있다. 그런데, 불행히도 표준 자외선(standard Ultra Violet) 리소그래피(Lithography)는 그러한 미세 스케일(scale)에서는 사용되어질 수 없다. 그래서 몇몇 차세대 리소그래피 기술이 제안되고 있다.As predicted by Moore's law [D. Normile, Science 2100, 293, 787.], The feature size of semiconductor devices reached the level of 90 nm nodes in 2004, and current research focuses on reaching the 32 nm level. It is aligned. Unfortunately, standard Ultra Violet lithography cannot be used at such fine scales. So several next generation lithography techniques have been proposed.
주사 탐침 리소그래피(Scanning Probe Lithography)와 자기조립(self-assembly)을 겸비한 연구작업은 탑-다운(top-down) 그리고 바텀-업(bottom-up) 기술의 복합이 효과적일 수 있음을 증명하였다. 그리고 극자외선 또는 소프트 엑스레이(Soft X-ray)와 같은 단파장의 빛을 이용하는 포토리소그래피(Photo lithography)는 차세대 리소그래피 기술을 선도할 것으로 고려되어지고 있다. 바텀-업 어셈블리(bottom-up assembly)와 극자외선 리소그래피(EUVL : Extreme Ultra Violet lithography)를 겸비한 복합 접근은 마이크로 전자 디바이스, 바이오 칩 등 분자소자 개발 등의 산업적 생산에 사용되어질 수 있다. The combination of scanning probe lithography and self-assembly has proven that a combination of top-down and bottom-up technologies can be effective. And photolithography, which uses short wavelengths of light such as extreme ultraviolet or soft x-rays, is considered to lead the next generation of lithography. The combined approach, combined with bottom-up assembly and Extreme Ultra Violet lithography (EUVL), can be used for industrial production, including the development of molecular devices such as microelectronic devices and biochips.
자외선 리소그래피(UV lithography) 등에서 폴리머(polymer)는 감광제로써 사용되어져왔다. 그러나 극자외선 리소그래피를 통하여 패턴의 크기를 계속적으로 감소시키기 위해서는 보다 더 얇은 감광막(photoresist layer)이 요구되고 있다. 예를 들어 고체 표면에 폴리머에 비해 얇은 자기조립 단분자막(SAM)을 흡착시켜 감광물질로 이용하려는 연구들이 진행되고 있다.Polymers have been used as photosensitizers in ultraviolet lithography and the like. However, thinner photoresist layers are required to continuously reduce the size of the pattern through extreme ultraviolet lithography. For example, studies on adsorbing a self-assembled monolayer (SAM) thinner than a polymer on a solid surface and using it as a photosensitive material are being conducted.
한편, 폴리머나 SAM 등과 비교해서 실리콘 표면에 형성된 작은 분자들로 구성된 분자막은 단지 원자 몇 층의 나노층(Nanolayer)를 만든다. 이러한 시스템(system)들은 구조적으로 간단하고 잘 정돈된(well-ordered)상태이기 때문에 최근 수 십 년간 이러한 물질들의 특성을 증명하기 위해서 표면과학 연구가 수행되어져 왔다. 그 결과, 그러한 시스템의 특성에 대해서 잘 알려져 있으며, 구조가 간단하여 표면에서 발생하는 변화의 관측이 용이하므로 극자외선으로 유도되는 원자수준 스케일에서의 표면변화를 연구하는데 탁월한 모델 시스템이 될 수 있다.On the other hand, a molecular film composed of small molecules formed on the surface of silicon as compared to polymers or SAMs creates nanolayers of only a few atomic layers. Because these systems are structurally simple and well-ordered, surface science studies have been conducted in recent decades to characterize these materials. As a result, the system is well known for its properties, and its simple structure makes it easy to observe changes on the surface, making it an excellent model system for studying surface changes at the atomic scale induced by extreme ultraviolet rays.
이렇게 패턴된 표면은 화학적 반응성 차이를 기초로 하는 차세대 제조공정(fabrication process)에 응용될 수 있다. This patterned surface can be applied to next generation fabrication processes based on chemical reactivity differences.
한편, 극자외선(EUV)을 이용하여 심플(simple)하고 잘 정돈된(well-defined) 실리콘 표면에 흡착된 나노사이즈의 분자층에 패터닝을 하는 연구는 극히 드물었으 며, 특히 다원자분자층에 극자외선을 이용한 패터닝 결과는 보고된 바가 없었다. On the other hand, very few studies have been carried out on the patterning of nano-sized molecular layers adsorbed on simple and well-defined silicon surfaces using extreme ultraviolet rays (EUV). Patterning results using extreme ultraviolet rays have not been reported.
또한, 표면과학 분야에서의 오랜 연구를 통하여 우리는 실리콘(100)2×1 표면상의 암모니아(NH3)나 물(H2O)의 흡착(adsorption)은 균일(uniform)하고 구조적으로 잘 정돈된 아민기(amine group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 각각 형성(construct)시킬 수 있음을 알고 있으나, 극자외선으로 유도된 표면변화(modification)는 NH3/Si, H2O/Si와 같은 시스템은 물론, 아민(amine), 하이드록시기(-OH)로 마무리(terminated)된 자기조립분자층(SAMs)과 같이 잘 정돈된 분자 시스템에서 조차 지금까지 보고된 적이 없었다. In addition, through years of research in surface science, we have found that the adsorption of ammonia (NH 3 ) or water (H 2 O) on silicon (100) 2 × 1 surfaces is uniform and well-structured. It is known that the amine group and the hydroxyl group can be formed separately, but the extreme ultraviolet-induced surface modifications such as NH 3 / Si and H 2 O / Si The system, of course, has not been reported so far, even in well-ordered molecular systems such as self-assembled molecular layers (SAMs) terminated with amines, hydroxyl groups (-OH).
만일 파장이 짧은 극자외선에 의한 광반응(photo reaction)이 레지스트 없는 리소그래피에 응용되어질 수 있다면, 차세대 소자 제조공정에 영향을 줄 수 있을 것이다.If photoreaction by short-ultraviolet ultraviolet light can be applied to resistless lithography, it will affect the next generation device fabrication process.
따라서, 본 발명의 목적은, 위에서 설명된 앞선 연구들의 연장선상에서, 파장이 매우 짧은 극자외선 또는 소프트 엑스레이에 의해 다원자분자, 특히 암모니아(NH3) 또는 물(H2O)분자를 이용한 패터닝방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is a patterning method using polyatomic molecules, in particular ammonia (NH 3 ) or water (H 2 O) molecules, by ultra-ultraviolet or soft x-rays with very short wavelengths, in the extension of the previous studies described above. In providing.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 다원자분자를 이용한 패터닝방법은 고체의 표면에 다원자분자를 흡착시키어 분자층을 형성시키는 A단계; 및 상기 A단계에서 형성된 분자층 표면 일부에 선택적으로 극자외선(EUV : Extreme Ultra violet) 또는 소프트 엑스레이(Soft X-ray)를 조사하여 패턴을 형성시키는 B단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. Patterning method using a polyatomic molecule according to an aspect of the present invention for achieving the above object A step of adsorbing a polyatomic molecule on the surface of a solid to form a molecular layer; And forming a pattern by selectively irradiating a part of the surface of the molecular layer formed in step A with extreme ultra violet (EUV) or soft x-ray (Soft X-ray). Characterized in that it comprises a.
여기서, 상기 B단계에서 형성된 패턴에 기능성 분자를 흡착시킴으로서 분자 패턴을 형성시키는 C단계; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 한다.Here, step C for forming a molecular pattern by adsorbing functional molecules to the pattern formed in step B; It is characterized by another comprising a further.
여기서, 상기 B단계는 상기 A단계에서 분자층이 형성된 실리콘기판을 초고진공 상태(UHV : Ultra High Vacuum)의 챔버 내에 위치시킨 상태에서 극자외선 또는 소프트 엑스레이를 조사함으로써 수행되는 것을 또 하나의 특징으로 한다.In one embodiment, the step B is performed by irradiating extreme ultraviolet or soft X-rays while the silicon substrate on which the molecular layer is formed in the step A is placed in a chamber of ultra high vacuum (UHV). do.
나아가, 상기 B단계는 금메쉬(Gold Mesh)를 상기 분자층의 상면에 위치시킨 상태에서 극자외선 또는 소프트 엑스레이를 조사함으로써 패턴을 형성시키는 것을 또 하나의 특징으로 한다.Further, the step B is another feature that forms a pattern by irradiating extreme ultraviolet light or soft X-rays while the gold mesh (Gold Mesh) is located on the upper surface of the molecular layer.
나아가, 상기 B단계는 상기 B단계는 집속된 극자외선(EUV : Extreme Ultra Violet) 또는 소프트 엑스레이(Soft X-ray)를 조사함으로써 패턴을 형성시키는 것을 또 하나의 특징으로 한다.Further, in step B, the step B is characterized by forming a pattern by irradiating focused extreme ultraviolet (EUV: Extreme Ultra Violet) or soft x-rays.
여기서, 상기 다원자분자는 암모니아(NH3) 또는 물(H2O) 분자인 것을 또 하나의 특징으로 한다.Here, the polyatomic molecule is another feature that the molecule is ammonia (NH 3 ) or water (H 2 O) molecules.
나아가 EUV에 의해 산화막, 질화막을 상온에서 형성시킬 수 있음을 또 하나의 특징으로 한다.Furthermore, another feature is that an oxide film and a nitride film can be formed at room temperature by EUV.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention has the following effects.
첫째, 실리콘기판의 표면 위에 깨끗하고 분자수준에서 잘 정열된 다원자분자(특히, 암모니아(NH3) 또는 물(H2O) 분자)의 나노 분자막을 생성한 후 짧은 파장을 지닌 극자외선을 이용하기 때문에 요구되는 수준의 패턴 크기를 가지는 정교하고 미세한 표면 패터닝을 할 수 있는 효과가 있다. First, a nano-molecular film of clean, molecularly aligned multiatomic molecules (especially ammonia (NH 3 ) or water (H 2 O) molecules) is formed on the surface of the silicon substrate. Because of the use, there is an effect that enables fine and fine surface patterning having a required pattern size.
둘째, 종래와 같은 개념의 포토레지스트의 사용, 포토공정에서의 베이킹(baking)과정 및 식각공정 등이 불필요하기 때문에 패터닝 절차가 간소화되고 친환경적인 장점을 갖는다.Second, since the use of a photoresist having a concept as in the prior art, a baking process and an etching process in a photo process are unnecessary, the patterning procedure is simplified and has an environmentally friendly advantage.
셋째, 특별히 요구되는 기능성 분자로 패터닝할 수 있기 때문에 전자, 생명공학, 화학, 에너지 등의 분야에 폭 넓게 사용될 수 있다.Third, because it can be patterned into a functional molecule that is specifically required, it can be widely used in the fields of electronics, biotechnology, chemistry, energy and the like.
이하 본 발명자가 실시한 연구실험 및 실험결과를 토대로 한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다원자분자(NHPolyatomic Molecules (NH 33 또는 H Or H 22 O)를O) 이용한 Used 패터닝방법Patterning method
<< 실험예Experimental Example >>
실시 예는 극초진공상태(Ultra High Vacuum, UHV)에서 이루어진다. 베이스압력은 2.0× 10-10Torr 이고, H2O, H2, CO2, 그리고 CO와 같은 백그라운드(backgraound) 가스는 5× 10-11Torr이하로 유지시키며 잔류가스해석기(Residual gas analyzer)로 확인할 수 있다. 금(Au) 메쉬(mesh)를 통하여 광조사(irradiation)하는 동안 챔버 압력은 9× 10-10Torr 정도였으며, 집속된 빔 조사하는 동안에는 챔버압력이 5× 10-9Torr 정도였다. The embodiment is made in Ultra High Vacuum (UHV). The base pressure is 2.0 × 10 -10 Torr, and the background gas such as H 2 O, H 2 , CO 2 , and CO is kept below 5 × 10 -11 Torr. The residual gas analyzer You can check it. The chamber pressure was about 9 × 10 −10 Torr during irradiation with gold through the Au mesh, and the chamber pressure was about 5 × 10 −9 Torr during focused beam irradiation.
도 1a 내지 도 1h는 Si(100) 표면 위의 아민(amine)기 패터닝을 개략적으로 나타낸 도면이다.1A-1H are schematic diagrams of amine group patterning on Si (100) surfaces.
첫째, Si(100) 샘플(sample)을 베이스진공(base pressure)이 2× 10-10 토르(Torr)인 진공챔버속에 위치시킨다. 샘플(sample)에 직류전류를 통과(pass)시킴으로서 섭씨 1250도까지 열을 가한다. 그리고 온도는 유기불순물 과 SiO2 층을 제거하기 위하여 몇 초 동안 유지시킨다. 이 과정은 챔버속의 잔류가스들에 의한 탄소 와 산소 오염을 방지하기 위하여 2× 10-9 Torr의 진공챔버속에서 반복된다First, a Si (100) sample is placed in a vacuum chamber with a base pressure of 2 × 10 −10 Torr. The sample is heated to 1250 degrees Celsius by passing a direct current. The temperature is then maintained for a few seconds to remove organic impurities and SiO 2 layers. This process is repeated in a 2 x 10 -9 Torr vacuum chamber to prevent carbon and oxygen contamination by residual gases in the chamber.
이러한 열처리과정후 깨끗한 Si 표면이 얻어진다. 그 다음에 상온에서 아민층을 만들기 위해서 암모니아 가스에 노출시킨다. 즉, 챔버안으로 암모니아 가스를 유입시켜 준다. After this heat treatment, a clean Si surface is obtained. It is then exposed to ammonia gas to form an amine layer at room temperature. That is, ammonia gas is introduced into the chamber.
도 1a에 도시된 바와 같이 상온에서 암모니아 분자(101)들은 아민(NH2)과 수소(H)로 해리된다. 그 다음에 해리된 종은 깨끗한 Si(100)표면(100)에서 반응성이 좋은 댕글링(dangling) 본드와 쉽게 결합(bond)한다. As shown in FIG. 1A, at room temperature, the
그 결과 도 1b에 도시된 바와 같이 아민으로 마무리된(amine-terminated) 얇은 층(layer)(102)이 깨끗한 Si(100)표면(100) 위에 형성된다. 깨끗하고 아민(amine)으로 마무리된 표면은 PES(synchrotron radiation photoemission spectroscopy)로 확인할 수 있다. As a result, an amine-terminated
한편, 물분자를 이용할 경우에는 H2O를 흡착시키기 위해서 소량의 수증기를 챔버 안으로 유입시켜준다. 상온에서 물분자들은 하이드록시기(hydroxy group, OH)와 수소(H)로 해리된다. 그 다음에 해리된 종은 깨끗한 Si표면에서 반응성이 좋은 댕글링 본드와 쉽게 결합한다. 그 결과 하이드록시기가 흡착된 샘플을 만들 수 있다.On the other hand, in the case of using water molecules, a small amount of water vapor is introduced into the chamber to adsorb the H 2 O. At room temperature, water molecules dissociate into hydroxy groups (OH) and hydrogen (H). The dissociated species then readily associate with the highly reactive dangling bonds on a clean Si surface. As a result, a sample with a hydroxyl group adsorbed can be produced.
표면의 청결도(clean)와 아민으로 마무리된 표면은 표면 코어 레벨 쉬프트(core level shift)를 이용하여 검증할 수 있다. 물분자를 이용하는 경우에도 마찬가지로 표면의 청결도와 하이드록시기로 마무리된 표면은 표면 코어 레벨 쉬프트 를 이용하여 검증할 수 있다.Surface cleanliness and surface finished with amines can be verified using surface core level shifts. In the case of using water molecules, the cleanliness of the surface and the surface finished with hydroxy group can be verified using surface core level shift.
Si(100)표면(100)의 뚜렷한 특징은 반응성 있는 댕글링본드와 비대칭적(asymmetric) 2분자체(dimer)(120)이다. 여기서, 2분자체(dimer)(120)는 아래의 2분자체(down-dimers)(122)와 위의 2분자체(up-dimers)(121)로 이루어져 있다. 전하의 이동이 아래의 2분자체(down-dimers)(122)에서부터 위의 2분자체(up-dimers)(121)로 이루어지기 때문에, 위의 2분자체(up-dimers)(121)는 밸런스전자(valence electrons)로 채워져 있으며 그들의 Si 2p 코어 레벨(S로 표시된 부분)은 벌크 피크(bulk peak; B로 표시된 부분)보다 낮은 결합에너지(약 500meV 정도의 binding energy)를 나타낸다. Distinctive features of Si (100)
비대칭적 2분자체(120)는 댕글링본드들이 해리된 종(species)들과 결합함으로서 대칭적으로 된다. 따라서, 도 1h에 도시된 바와 같이 비대칭적 2분자체(120)는 아민(물분자의 경우에는 하이드록시기)과 수소와 결합함으로서 대칭적으로 된다.The asymmetric
그리고, 실리콘과 질소 사이의 전기음성도(electronegativity)의 큰 차이 때문에 질소(N1으로 표시된)와 결합된 실리콘 2분자체의 Si 2P 피크(peak)가 벌크 피크로 부터 깨끗하게 분리되어 나타나며, Si-NH2가 표면 전체에 걸쳐서 넓게 형성(formed)된다. 하이드록시기의 경우에도 실리콘과 산소 사이의 전기음성도의 큰 차이 때문에 Si-OH가 표면 전체에 걸쳐서 넓게 형성된다. In addition, due to the large difference in electronegativity between silicon and nitrogen, the Si 2P peak of the silicon bimolecular body combined with nitrogen (denoted by N1) appears to be cleanly separated from the bulk peak, and Si-NH 2 is widely formed (formed) over the entire surface. In the case of hydroxy groups, Si-OH is formed widely throughout the surface due to the large difference in electronegativity between silicon and oxygen.
다음에 챔버 내부를 상기의 베이스 진공으로 복구 시킨 후 극자외선(EUV) 또 는 소프트 엑스선(Soft X-ray)을 아민 나노층(nanolayer)위에 조사(irradiation)시킨다. Then, the inside of the chamber is restored to the base vacuum, and extreme ultraviolet (EUV) or soft x-rays are irradiated onto the amine nanolayer.
여기서 2가지 조사방법이 사용되어질 수 있다.Two research methods can be used here.
하나는 도 1c에 도시된 바와 같이 금메쉬(105)를 통하여 광(106)을 조사시키는 프로젝션 프린팅(projection printing) 방법과 도 1d에 도시된 바와 같이 집속된 빔을 이용하여 임의의 패턴을 형성시키기 위하여 직접 쓰는 방법이 있다. One is to form an arbitrary pattern using a projection printing method of irradiating light 106 through a
상기 2가지의 조사방법은 형성시키고자 하는 패턴에 따라서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. The two irradiation methods can be appropriately selected and used according to the pattern to be formed.
아민으로 마무리된 분자층(102)은 극자외선에 노출된 영역(107) 위에서 화학적으로 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)로 변화한다. The amine-finished
물분자를 이용하는 경우에 있어서는 하이드록시기로 마무리된 분자층은 노광된 영역위에서 화학적으로 실리콘옥사이드(silicon oxide)로 변화한다. In the case of using water molecules, the molecular layer finished with a hydroxyl group is chemically converted into silicon oxide on the exposed region.
도 1e 내지 도 1f에 도시된 바와 같이 노광된(exposed) 영역(107)과 노광되지 않은 영역(102) 사이간의 화학적 성질차이가 표면위에 화학적 패턴을 만든다. As shown in FIGS. 1E-1F, the difference in chemical nature between the exposed and
도 1c에 도시한 바와 같이 아민으로 마무리된(amine-terminated) 나노층에 1시간동안 금메쉬(gold mesh)(105)를 통하여 파장이 11.8nm인(포톤 플럭스(photon flux) : 2×1014(photons/sec.cm2)) 극자외선에 노광(exposed)시킨다.As shown in FIG. 1C, the amine-terminated nanolayer has a wavelength of 11.8 nm through a
도 2a및 도 2b는 아민으로 마무리된 나노층의 표면에 형성된 패턴에 대한 Si 2p, N 1s, 그리고 O 1s의 코어레벨의 SPEM 이미지를 나타낸 도면이다. 2A and 2B show core-level SPEM images of
도 2a에 도시된 바와 같이 메쉬 패턴(207)이 표면위에 형성되며 이는 Si 2P, N 1s, 그리고 O 1s의 코어레벨 에 대한 SPEM(Scanning Photoemission Microscopy) 이미지를 통하여 확인 할 수 있다. μ-PES(μ- photoemission Spectroscopy)는 극자외선이 조사된 영역(107)과 조사되지 않은 영역(102)과의 화학적 차이를 해석하는 데 사용할 수 있다. As shown in FIG. 2A, a
아민으로 마무리된 분자층(102) 또는 하이드록시기로 마무리된 분자층은 노광된 영역위에서 화학적으로 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 또는 실리콘옥사이드(silicon oxide)로 변화하는데 상온에서 EUV에 의해 질화막, 산화막을 형성시킬수 있다. 이는 종래에 산화막 또는 질화막을 형성시키기 위해서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)방법으로 고온에서 이루어졌었다는 점에 비추어볼때 상온에서 질화막, 산화막을 형성시킬 수 있다는 점에서 질화막, 산화막을 형성시키는 좋은 방법이 된다.The
프레스널 존 플레이트(Fresnel zone plate)를 이용하여 빔을 집속(focuse)시키고 패터닝에 사용할 수 있다.[R. Klauser, I.-H. Hong, S.-C. Wang, M. Zharnikov, A. Paul, A. Glzhuser, A. Terfort, T. J. Chuang, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13 133.] [ R. Klauser, M.-L. Huang, S.-C. Wang, C.-H. Chen, T. J. Chuang, A. Terfort, M. Zharnikov, Langmuir 2004, 20, 2050.]. 이 때, 극자외선 빔을 집속시킴으로서 단위면적당 광자(flux)도 증가된다. 참고로 집속 전 지름 1μm 면적에 1초당 2×106(photons/sec.μm2)이었던 빛은 집속 후 1μm 면적에 1초당 5 ×109(photons/sec.μm2)로 증가한다.Fresnel zone plates can be used to focus and pattern the beam. [R. Klauser, I.-H. Hong, S.-C. Wang, M. Zharnikov, A. Paul, A. Glzhuser, A. Terfort, TJ Chuang, J. Phys.
도 2b는 집속된 극자외선을 이용하여 형성시킨 패턴을 나타낸 도면이다. 원하는 패턴(208)은 샘플스테이지의 미세한 조절(control)을 통하여 기판(substrate)위에 직접 쓰여질(write)수 있다.2B is a view showing a pattern formed using focused extreme ultraviolet rays. The desired
Si 2p, N 1s, 그리고 O 1s의 코어레벨에 대한 SPEM(Scanning Photoemission Microscopy) 이미지(image)는 분자나노층(molecular nanolayer)위에 쓰여진 문자(letters)(208)를 깨끗하게 보여준다. Scanning Photoemission Microscopy (SPEM) images of the core levels of
μ-PES(μ- photoemission Spectroscopy)는 극자외선이 조사된 영역과 조사되지 않은 영역과의 화학적 차이를 해석하는 데 사용할 수 있다.μ-photoemission spectroscopy (μ-PES) can be used to interpret chemical differences between the areas irradiated with extreme ultraviolet light.
0.7eV의 N 1s 코어레벨 쉬프트를 확인 할 수 있으며, N 1s 이미지의 밟은 영역은 실리콘 나이트라이드(nitride)가 노광(exposed)된 영역에 형성되어졌음을 반영한다. A 0.7
한편, 투영 리소그래피(projection lithography)에 대한 해상도(resolution, R)와 초점심도(depth of focus : DOF)는 으로 주어진다. 여기서 k1과 k2는 공정에 의존하는 변수이며, λ는 파장이고, NA는 광학장치의 개구수(numerical aperture)이다. On the other hand, the resolution (R) and depth of focus (DOF) for projection lithography Given by Where k 1 and k 2 are process dependent variables, λ is the wavelength and NA is the numerical aperture of the optics.
해상도(R)에 대한 위 식으로부터, 사용하는 광의 파장이 짧을수록 미세한 패턴을 표면에 형성시킬 수 있으나, 그에 반해 초점심도(DOF)는 파장이 짧아짐에 따 라 역시 짧아진다. 따라서 파장이 짧은 극자외선을 패터닝에 이용하기 위해서는, 초점심도가 짧아짐을 고려하여 포토레지스트 또한 얇아져야 한다. 일반적으로 극자외선 영역에서 초점심도는 수 나노미터~ 수십 나노미터 영역이므로 그 두께가 수백 나노미터 수준인 폴리머는 극자외선 패터닝에 적합한 레지스트리 물질이 아니다. 위의 시스템은 NH2, -OH, H 등 원자 수준의 두께를 갖는다. 따라서 이 시스템에서는 파장이 짧아짐으로 인해 야기되는 짧은 초점심도는 더 이상 문제가 되지 않는다. From the above equation for the resolution R, the shorter the wavelength of the light used, the finer pattern can be formed on the surface, whereas the depth of focus (DOF) also becomes shorter as the wavelength becomes shorter. Therefore, in order to use extreme ultraviolet light having a short wavelength for patterning, the photoresist must also be thin in consideration of the short depth of focus. In the extreme ultraviolet region, the depth of focus ranges from a few nanometers to several tens of nanometers, so a polymer having a thickness of several hundred nanometers is not a suitable registry material for extreme ultraviolet patterning. The above system has atomic thicknesses such as NH 2 , —OH, H and the like. Therefore, the short depth of focus caused by the shortening of the wavelength in this system is no longer a problem.
최근 극자외선 리소그래피에 대한 연구는 13.4 nm의 파장을 갖는 극자외선에 최적화된 광학장치, 마스크 그리고 광원이 개발되어 있고, 이 영역의 광원에서 많은 실험이 수행되고 있다. 본 연구에서 제시한 시스템은 파장에 관계없이 광변화가 일어나므로, 개발이 상당히 진척된 13.4 nm 파장의 극자외선과 이 영역의 빛에서 사용되는 광학장치, 마스크 등을 이용할 수도 있을 것이다.Recently, studies on extreme ultraviolet lithography have developed optical devices, masks, and light sources optimized for extreme ultraviolet rays having a wavelength of 13.4 nm, and many experiments have been carried out in this region. Since the system presented in this study is light-changed irrespective of the wavelength, it is possible to use the extreme ultraviolet rays of 13.4 nm wavelength and the optical devices and masks used in the light in this region.
다른 파장을 가지는 새로운 소스(source)가 개발될 때 마다. 통상적인 광리소그래피는 새로운 타입의 레지스트 물질의 발전을 요구한다. 대조적으로 본 연구분야에서의 분자나노층은 표면변화가 입사광의 파장에 대하여 독립적이기 때문에 어떤 추가적 변화 없이도 응용될 수 있다.Every time a new source with a different wavelength is developed. Conventional photolithography requires the development of new types of resist materials. In contrast, the molecular nanolayers in this study can be applied without any additional change because the surface change is independent of the wavelength of the incident light.
패턴의 기능(functionality)과 두께 역시 흡착된 분자의 화학적, 물리적, 구조적 특성에 따라 조절될 수 있다.The functionality and thickness of the pattern can also be controlled according to the chemical, physical and structural properties of the adsorbed molecules.
NH3/Si, H2O/Si 시스템의 경우, 표면에 형성된 아민, 하이드록실 작용기와 쉽게 결합하는 분자를 흡착 할 수 있다. 이때 흡착된 분자의 길이는 여러 가지 화 학적 합성 방법에 의해 조절이 가능하므로 패턴의 두께 조절이 가능하게 된다. 또한 흡착된 분자가 가지고 있는 작용기 (functional group)에 따라 패턴의 기능(functionality)이 결정된다In the case of NH 3 / Si and H 2 O / Si systems, it is possible to adsorb molecules which readily bind to amines and hydroxyl functional groups formed on the surface. At this time, the length of the adsorbed molecules can be controlled by various chemical synthesis methods, so that the thickness of the pattern can be controlled. In addition, the functionality of the pattern is determined by the functional group of the adsorbed molecule.
극자외선을 이용한 나노패턴을 형성하기 위하여 다양한 관련 기술들이 현재 발전되고 있다. 예를 들어, 극자외선 간섭 리소그래피는 와이어나 도트와 같은 규칙적인 나노패턴을 형성하는데 사용되어지고 있다. 한편 임의의 모양을 가진 나노구조체는 미세하게 집속된 빔을 이용하여 만들어질 수 있다. 최근 Chao et al.에 의해 발전된 존플레이트(Zoneplate) 렌즈(lens)를 이용하여 극자외선을 15nm 크기까지 집속하였는데, 이러한 미세집속 기술을 활용한다면 임의의 모양을 가진 나노크기의 패턴을 제작 할 수 있을 것이다. Various related technologies are currently being developed to form nanopatterns using extreme ultraviolet rays. For example, extreme ultraviolet interference lithography is used to form regular nanopatterns such as wires and dots. Meanwhile, the nanostructure having an arbitrary shape may be made using a finely focused beam. Recently, extreme ultraviolet rays were focused to 15 nm size using zoneplate lens developed by Chao et al. If using this micro-focusing technology, nano-sized patterns with arbitrary shapes can be produced. will be.
요약해 보면, 극자외선(또는 소프트 엑스레이)과 하이드록시기(-OH) 또는 아민기(NH2)의 나노층(layer)은 다양한 기능기들의 표면 패턴을 형성하는데 응용되어질 수 있는 것이다. In summary, nano-layers of extreme ultraviolet (or soft x-rays) and hydroxy groups (-OH) or amine groups (NH 2 ) can be applied to form surface patterns of various functional groups.
위와 같은 실험적 사실에 의하면 레지스트 없는 패턴의 형성은 도 3의 흐름도에서 참조되는 바와 같은 순차적 단계들을 통해 수행될 수 있음을 알 수 있게 된다.According to the above experimental fact, it can be seen that the formation of the resistless pattern can be performed through sequential steps as referred to in the flowchart of FIG. 3.
<< 패터닝방법Patterning method > >
1. 분자층 형성<S301> 1. Molecular layer formation <S301>
실리콘기판의 표면에 암모니아 또는 물 분자를 흡착시켜 분자층을 형성시킨다.The molecular layer is formed by adsorbing ammonia or water molecules on the surface of the silicon substrate.
2. 광조사에 의한 패턴 형성<S302>2. Pattern formation by light irradiation <S302>
단계 S301에서 형성된 분자층의 표면 일부에 선택적으로 극자외선(또는 극자외선 영역의 바로 옆에 위치하는 소프트 엑스레이)을 조사하여 패턴을 형성시킨다. 이 때, 집속된 극자외선의 조사는 프레스널 존 플레이트를 개제시키는 방식에 의해 이루어질 수 있다.A portion of the surface of the molecular layer formed in step S301 is selectively irradiated with extreme ultraviolet rays (or soft x-rays located next to the extreme ultraviolet region) to form a pattern. At this time, the irradiation of the focused extreme ultraviolet rays can be made by placing a Fresnel zone plate.
3. 기능성 분자에 의한 패턴 형성<S303>3. Pattern formation by functional molecules <S303>
만일, 특별히 요구되는 기능성 분자에 의한 패턴 형성이 필요한 경우, 단계 S302에서 집속된 극자외선을 조사함으로써 형성된 패턴 상에 기능성 분자를 흡착시킴으로써 기능성 분자에 의한 패턴을 형성시킨다. 물론, 단계 S302와 단계 S303은 거의 동시적으로 수행될 수 있다. If the pattern formation by the functional molecule which is specifically required is necessary, the pattern by the functional molecule is formed by adsorbing the functional molecule on the pattern formed by irradiating the extreme ultraviolet rays focused in step S302. Of course, step S302 and step S303 can be performed almost simultaneously.
한편, 상술한 실험예에서는 실리콘의 표면에 암모니아나 물 분자를 해리 및 흡착시키었으나, 예를 들어, Ge(게르마늄) 등과 같은 고체의 표면에도 암모니아나 물 분자를 흡착시켜 패턴을 형성하는 것도 가능할 것이다.In the above experimental example, ammonia or water molecules are dissociated and adsorbed on the surface of silicon, but for example, a pattern may be formed by adsorbing ammonia or water molecules on the surface of a solid such as Ge (germanium). .
이상과 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였 을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다. As described above, the detailed description of the present invention has been made by the embodiments with reference to the accompanying drawings. However, since the above-described embodiments have only been described with reference to preferred examples of the present invention, the present invention is limited to the above embodiments. It is not to be understood that the scope of the present invention should be understood by the claims and equivalent concepts described below.
도 1a 내지 도 1h는 Si(100) 표면 위의 아민(amine)기 패터닝을 개략적으로 나타낸 도면이다1A-1H are schematic diagrams of amine group patterning on a Si (100) surface.
도 2a및 도 2b는 아민으로 마무리된 나노층의 표면에 형성된 패턴에 대한 Si 2p, N 1s, 그리고 O 1s의 코어레벨의 SPEM 이미지를 나타낸 도면이다. 2A and 2B show core-level SPEM images of
도 3은 다원자분자를 이용한 패터닝방법에 대한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a patterning method using polyatomic molecules.
<도면의 주요부분들에 대한 참조 부호들의 설명><Description of Reference Symbols for Main Parts of Drawings>
102 : 아민으로 마무리된 층 105 : 금메쉬(gold mesh)102 layer finished with
107 : 노광된(exposed) 영역 120 : 2분자체(dimer)107 exposed
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070107939A KR100921932B1 (en) | 2007-10-25 | 2007-10-25 | Patterning method using polyatomic molecule |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070107939A KR100921932B1 (en) | 2007-10-25 | 2007-10-25 | Patterning method using polyatomic molecule |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090042059A KR20090042059A (en) | 2009-04-29 |
KR100921932B1 true KR100921932B1 (en) | 2009-10-15 |
Family
ID=40764977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070107939A KR100921932B1 (en) | 2007-10-25 | 2007-10-25 | Patterning method using polyatomic molecule |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100921932B1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6495025B2 (en) | 2014-01-31 | 2019-04-03 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | Vacuum integrated hard mask processing and equipment |
US9996004B2 (en) * | 2015-11-20 | 2018-06-12 | Lam Research Corporation | EUV photopatterning of vapor-deposited metal oxide-containing hardmasks |
US10796912B2 (en) | 2017-05-16 | 2020-10-06 | Lam Research Corporation | Eliminating yield impact of stochastics in lithography |
KR20240104192A (en) | 2018-11-14 | 2024-07-04 | 램 리써치 코포레이션 | Methods for Making hard masks useful in next-generation lithography |
WO2020223011A1 (en) | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Lam Research Corporation | Atomic layer etch and selective deposition process for extreme ultraviolet lithography resist improvement |
TWI837391B (en) | 2019-06-26 | 2024-04-01 | 美商蘭姆研究公司 | Photoresist development with halide chemistries |
JP7189375B2 (en) | 2020-01-15 | 2022-12-13 | ラム リサーチ コーポレーション | Underlayer for photoresist adhesion and dose reduction |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09134867A (en) * | 1995-11-10 | 1997-05-20 | Hitachi Ltd | Forming method of film and pattern |
JP2001305736A (en) | 2000-04-19 | 2001-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Pattern forming material and pattern forming method |
-
2007
- 2007-10-25 KR KR1020070107939A patent/KR100921932B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09134867A (en) * | 1995-11-10 | 1997-05-20 | Hitachi Ltd | Forming method of film and pattern |
JP2001305736A (en) | 2000-04-19 | 2001-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Pattern forming material and pattern forming method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090042059A (en) | 2009-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100921932B1 (en) | Patterning method using polyatomic molecule | |
Colburn et al. | Step and flash imprint lithography: a new approach to high-resolution patterning | |
US9152053B2 (en) | Method of forming pattern | |
KR102246875B1 (en) | Methods of Manufacturing a Graphite Layer | |
US6835534B2 (en) | Chemical functionalization nanolithography | |
JP4853706B2 (en) | Imprint mold and manufacturing method thereof | |
CN116661237A (en) | Method and apparatus for permanently repairing defects of material defects of a lithographic mask | |
JP2007266384A (en) | Mold for imprinting and manufacturing method thereof | |
TWI734441B (en) | Method and apparatus for forming a patterned layer of material | |
JP4032104B2 (en) | Method for forming high-precision pattern using soft X-ray and method for manufacturing nano-element using the same | |
Polonski et al. | Nanometric patterning of zinc by optical near‐field photochemical vapour deposition | |
JP5050532B2 (en) | Imprint mold, imprint mold manufacturing method, and surface modification apparatus | |
JP4032105B2 (en) | High resolution patterning method using low energy electron beam, and nanodevice preparation method using the method | |
US20090176060A1 (en) | Process for Producing 3-Dimensional Mold, Process for Producing Microfabrication Product, Process for Producing Micropattern Molding, 3-Dimensional Mold, Microfabrication Product, Micropattern Molding and Optical Device | |
KR100888886B1 (en) | Patterning method using monoatomic molecule | |
US20230350301A1 (en) | Method and apparatus for forming a patterned layer of material | |
KR20230058781A (en) | Pellicle for extreme ultraviolet lithography including nano-porous graphene layer and method for manufacturing the same | |
KR100429910B1 (en) | Method for high resolution patterning of by low energy electron beam | |
KR102619440B1 (en) | Method and apparatus for forming a patterned layer of carbon, method of forming a patterned layer of material | |
KR101422112B1 (en) | Method of nano-imprint lithography | |
Kubo et al. | Reactive-monolayer-assisted thermal nanoimprint lithography with a benzophenone-containing trimethoxysilane derivative for patterning thin chromium and copper films | |
Moon et al. | Nanolayer patterning based on surface modification with extreme ultraviolet light | |
JP4858030B2 (en) | Imprint mold, imprint mold manufacturing method, and pattern forming method | |
KR101027513B1 (en) | manufacturing method of Molecule monolayer including alkyne | |
US20110006035A1 (en) | Method for modifying surface in selective areas and method for forming patterns |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131007 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140502 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |