KR101051162B1 - 나노 임프린트용 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성방법 - Google Patents

나노 임프린트용 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 임프린트용 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로서, 나노 임프린트 리소그래피 마스크를 이용한 압착 공정 시 모노머가 임프린트용 패턴 내의 영역에 정상적으로 압착되지 못하고 모노머 패턴에 불량이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 임프린트용 패턴 사이의 투명기판 내에 모세관을 더 포함되도록 형성하며, 이를 이용한 리소그래피 공정에 있어서 반도체 기판 상부에 모노머를 나노 임프린트 리소그래피 마스크에 형성된 임프린트용 패턴의 밀도에 따라서 부분 부분으로 나누어 형성하는 방법을 사용함으로써, 나노 임프린트 리소그래피 공정의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

나노 임프린트용 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법{Apparatus for Nano Imprint And Method for Forming Semiconductor Device using the same}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 나노 임프린트(Nano Imprint) 리소그래피용 마스크 및 그를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 나노 임프린트(Nano Imprint) 리소그래피용 마스크 및 그를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들.
본 발명은 나노 임프린트용 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로서, 나노 임프린트 리소그래피 마스크를 이용한 압착 공정 시 모노머가 임프린트용 패턴 내의 영역에 정상적으로 압착되지 못하고 모노머 패턴에 불량이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 임프린트용 패턴 사이의 투명기판 내에 모세관을 더 포함되도록 형성하며, 이를 이용한 리소그래피 공정에 있어서 반도체 기판 상부에 모노머를 나노 임프린트 리소그래피 마스크에 형성된 임프린트용 패턴의 밀도에 따라서 부분 부분으로 나누어 형성하는 방법을 사용함으로써, 나노 임프린트 리소그래피 공정의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관 한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 미세 패턴 제작 기술 중의 하나인 포토리소그래피 공정은 감광막이 도포된 반도체 기판에 노광 및 현상공정을 수행하여 감광막 패턴을 형성하는 과정을 포함하고 있으며, 이때 형성되는 패턴의 크기는 광학적 회절 현상에 의한 제한을 받게 되고, 분해능은 하기의 식을 따른다.
분해능(R) = Kλ/NA. 이때, NA는 개구수(numerical aperture)이고, λ는 광원의 파장을 나타낸다.
따라서, 반도체 소자의 집적도가 높아질수록 미세 패턴을 형성하기 위해 더욱 파장이 짧은 광원을 이용하는 노광 기술이 요구된다. 그러나, 포토리소그래피 공정에 의한 패턴 형성 방법은 반도체 소자의 집적도가 커짐에 따라 빛에 의한 간섭 효과의 영향으로 감광막 패턴 자체 또는 패턴 사이에서 물리적인 형태가 달라지게 되어 몇 가지 문제점이 발생하게 된다.
첫번째 주요 문제점은 감광막 패턴의 CD (critical dimension)가 불균일하게 변화된다는 것이다. 렌즈를 통한 에너지와 초점이 왜곡되면 CD의 불균일도가 증가하게 되는데, 이에 따라 감광막 패턴을 마스크로 형성되는 물질층 패턴도 원하던 것과는 다른 형태로 형성되게 된다.
두번째 문제점은 공정 중에 발생하는 불순물과 감광막이 반응하여 감광막이 침식됨으로써 감광막 패턴이 변하게 되는 것이다. 이에 따라, 감광막 패턴을 마스크로 하여 형성되는 물질층 패턴도 처음 원하던 형태와는 다른 형태를 갖게 된다.
이러한 포토리소그래피 공정의 문제점을 해결하기 위한 차세대 리소그래피 방법으로 도장을 찍듯이 패턴을 형성시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정이 개발되었다. 나노 임프린트 리소그래피 공정의 핵심은 전자빔(E-Beam)을 이용하여 나노 스케일의 구조를 갖는 원하는 패턴의 주형을 제작하고, 제작된 주형을 마스크로 고분자 박막에 찍어 패턴을 전사하고 이를 반복적으로 사용함으로써 반도체 소자의의 생산성을 극복하고자하는데 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 나노 임프린트(Nano Imprint) 리소그래피용 마스크 및 그를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 투명기판에 상에 임프린트용 패턴을 형성한 나노 임프린트 리소그래피 마스크(30)를 구비시키고, 그 하부에 반도체 기판(10)을 구비시킨다.
다음에는, 반도체 기판(10) 상부에 임프린트용 패턴을 전사할 수 있는 모노머층(20)을 형성한다. 이때, 모노머층(20)의 내부에 보이드(25)와 같은 결함이 발생할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 나노 임프린트 리소그래피 마스크를 모노머층(20)에 압착시킨다. 이때, 보이드(25)와 같은 결함에 의하여 임프린트용 패턴 형태가 정확하게 전사되지 못하는 문제가 발생한다.
이와 같은 경우, 미세 패턴 형성을 위한 마스크 패턴이 열화되고 이로 인하여 반도체 소자의 불량이 발생하고, 제조 공정의 수율이 감소되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 나노 임프린트 리소그래피용 마스크가 갖는 문 제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, 임프린트용 패턴 사이의 투명기판 내에 모세관을 더 포함되도록 형성하며, 이를 이용한 리소그래피 공정에 있어서 반도체 기판 상부에 모노머를 나노 임프린트 리소그래피 마스크에 형성된 임프린트용 패턴의 밀도에 따라서 부분 부분으로 나누어 형성하는 방법을 사용함으로써, 나노 임프린트 리소그래피 공정의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 나노 임프린트용 장치 및 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 것으로 본 발명에 따른 나노 임프린트(Nano Imprint)용 장치는
투명기판 상에 구비되는 임프린트용 패턴 및
상기 임프린트용 패턴 내의 투명기판에 구비되는 모세관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 투명기판은 석영으로 제조되는 것을 특징으로 하고, 상기 임프린트용 패턴은 크롬층으로 제조되는 것을 특징으로 하고, 상기 모세관을 포함하는 투명기판 및 임프린트용 패턴의 표면에 구비되는 SAM(Self-assembled-monolayer)막을 더 포함하는 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은
반도체 기판 상에 피식각층을 형성하는 단계와,
상기 피식각층 상부에 모노머(Monomer)를 형성하는 단계와,
투명기판 상에 구비되는 임프린트용 패턴 및 상기 임프린트용 패턴 내의 투 명기판에 구비되는 모세관을 포함하는 마스크를 이용하여 상기 모노머에 나노 임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 단계와,
상기 마스크를 제거한 후 현상 공정을 수행하여 모노머 패턴을 형성하는 단계 및
상기 모노머 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모노머는 상기 임프린트용 패턴의 밀도를 고려하여 분산된 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 나노 임프린트(Nano Imprint)용 장치 및 반도체 소자의 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 나노 임프린트(Nano Imprint) 리소그래피용 마스크 및 그를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 투명기판(110) 상에 임프린트용 패턴(120)을 형성한다. 이때, 투명기판(100)은 석영(Quartz)을 사용하고, 임프린트용 패턴(120)은 크롬(Cr)층으로 형성한다.
다음에는, 임프린트용 패턴(120) 사이의 영역인 노출된 투명기판(110)에 모세관(130)을 형성한다.
여기서, 모세관(130)은 노출된 영역의 크기에 비례하도록 형성하는 것이 바람직하며, 깊이는 투명기판(110)의 표면으로부터 30 ~ 70%가 되도록 형성한다.
이와 같은 공정으로 나노 임플린트 리소그래피 마스크(100)를 형성한다. 이 때, 후속의 임프린트(Imprint) 리소그래피 공정에서 마스크에 모노머가 달라붙는 점착현상을 방지하기 위하여 마스크의 표면에 SAM(Self-assembled-monolayer)막을 형성하는데 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
나노 임프린트 리소그래피용 마스크(100)를 제작한 후 H2SO4 및 H2O2를 1:1 ~ 2:1로 혼합한 용액이 담긴 글래스(grass)에 나노 임프린트 리소그래피용 마스크(200)를 넣고 15 ~ 25분간 저어주면서(Stirring) 세정 공정을 수행한다.
다음에는, 나노 임프린트 리소그래피용 마스크(100)를 꺼낸 후 DI수로 세척한 후 N2 가스로 표면을 순화시키는 공정을 수행한다.
그 다음에는, N-핵산(Hexan)에 HDFS((heptadecafluoro-1,1,2,3-tetra-hydrodecyl)trichlorosilane) 을 0.1 ~ 1.0 vol% 녹인 용액을 반응조에 담는다. 이때, HDFS를 믹싱(Mixing)하는 시간은 3 ~ 7분으로 하는 것이 바람직하다.
그 다음에는, 나노 임프린트 리소그래피용 마스크(100)를 HDFS 혼합용액에 넣는다. 이때, 반은 시간은 5 ~ 15분간 유지하는 것이 바람직하다.
이와 같은 공정으로 나노 임프린트 리소그래피용 마스크(200)의 표면에 SAM(Self-assembled-monolayer)막이 형성된다.
도 2b를 참조하면, 상기 도 2a와 같은 방법으로 형성한 나노 임프린트 리소그래피용 마스크(100) 하부에 반도체 기판(140)을 구비시키고, 반도체 기판(140)의 상부에 모노머(150)를 형성한다.
여기서, 모노머(150)가 종래 기술에서와 같이 단일층으로 형성될 경우 임프 린트용 패턴(120)의 밀도에 따라서 모노머 패턴의 불량이 발생할 수 있으므로, 모노머(150)를 나노 임프린트 리소그래피 마스크(100)에 형성된 임프린트용 패턴(120)의 밀도를 고려하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 2c를 참조하면, 나노 임프린트 리소그래피 마스크(100)를 반도체 기판(140)에 압착한다. 이때, 나노 임프린트 리소그래피 마스크(100)에 구비된 모세관(130) 들에 의해서 모노머(150)들이 임프린트용 패턴(120) 사이의 영역에 용이하게 매립될 수 있으므로 모노머 패턴(155)이 정밀하게 형성될 수 있다.
다음에는, 모노머(150)을 노광한다. 이때, 일반적으로 10㎛/㎠의 주입량(Dose)를 갖는 E-빔을 5 ~ 15KeV의 전압으로 가속시켜 노출된 모노머(150)를 경화시킨다.
그 다음에는, 나노 임프린트 리소그래피 마스크(100)를 압착 해제시키고 경화되지 않은 모노머(150)를 현상액으로 제거하여 모노머 패턴(155)을 형성한다.
그 다음에는, 모노머 패턴(155)을 이용하여 반도체 기판(140)을 식각한다.
여기서, 도시되지는 않았으나 일반적인 반도체 공정에서는 반도체 소자 형성을 위한 피식각층이 존재하므로 모노머 패턴(155)을 이용하여 반도체 소자를 정의하는 피식각 패턴을 형성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그래피 마스크는 모노머 패턴 형성을 용이하게 수행하기 위하여 투명기판 내에 모세관을 더 포함되도록 형성하며, 이를 이용한 리소그래피 공정에 있어서 반도체 기판 상부에 모노머를 나노 임프린트 리소그래피 마스크에 형성된 임프린트용 패턴의 밀도에 따라서 부분 부분으로 나누어 형성하는 방법을 사용함으로써, 나노 임프린트 리소그래피 공정의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 나노 임프린트 리소그래피 마스크를 이용한 압착 공정 시 모노머가 임프린트용 패턴 사이의 영역에 정상적으로 압착되지 못하고 모노머 패턴에 불량이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 임프린트용 패턴 사이의 투명기판 내에 모세관을 더 포함되도록 형성하며, 이를 이용한 리소그래피 공정에 있어서 반도체 기판 상부에 모노머를 나노 임프린트 리소그래피 마스크에 형성된 임프린트용 패턴의 밀도에 따라서 부분 부분으로 나누어 형성하는 방법을 사용함으로써, 나노 임프린트 리소그래피 공정의 효율 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 투명기판 상에 구비되는 임프린트용 패턴; 및
    상기 임프린트용 패턴들 사이의 상기 투명 기판 내에 형성된 모세관을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트(Nano Imprint)용 장치.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 투명기판은 석영으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트(Nano Imprint)용 장치.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 임프린트용 패턴은 크롬층으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트(Nano Imprint)용 장치.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 모세관을 포함하는 투명기판 및 임프린트용 패턴의 표면에 구비되는 SAM(Self-assembled-monolayer)막을 더 포함하는 특징으로 하는 나노 임프린트(Nano Imprint)용 장치.
  5. 반도체 기판 상에 피식각층을 형성하는 단계;
    상기 피식각층 상부에 모노머(Monomer)를 형성하는 단계;
    투명기판 상에 구비되는 임프린트용 패턴 및 상기 임프린트용 패턴들 사이의 상기 투명 기판 내에 형성된 모세관을 포함하는 마스크를 이용하여 상기 모노머에 나노 임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 단계;
    상기 마스크를 제거한 후 현상 공정을 수행하여 모노머 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 모노머 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 5 항에 있어서,
    상기 모노머는 상기 임프린트용 패턴의 밀도를 고려하여 분산된 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.
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