KR101682582B1 - 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법이 개시된다.
개시된 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법은 복수 개의 마스크층을 구비하고, 에칭을 복수 번 행함으로써 임프린트에 사용되는 레진을 완전히 제거하거나 잔류량을 감소시킬 수 있다.

Description

나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법{Method of forming nano imprint lithography pattern}
멀티 마스크층을 이용하여 에칭 후 잔류되는 레진량을 줄이거나 레진이 잔류되지 않도록 하는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
다양한 크기와 기능성을 가진 나노 패턴/나노 구조물을 저비용으로 효과적으로 형성시킬 수 있는 기술로서 나노 임프린트 리소그래피 기술이 많이 연구되고 있다. 나노임프린트란 미세한 정밀 금형을 이용하여 나노 수준의 패턴을 도장처럼 찍어낼 수 있는 기술로 기존의 노광 공정에 비해 단순하고 비용이 낮아 차세대 패턴 형성 기술로 주목을 받고 있다. 이러한 나노 임프린트 리소그래피는 패턴을 만들려고 하는 층 위에 임프린트용 레진을 도포한 후 원하는 패턴으로 설계된 스탬프로 눌러 각인 시키고 건식 또는 습식 식각에 의해 소정의 층을 패터닝 하는 기술이다.
임프린트용으로 사용되는 레진은 여러 종류들이 있는데 대부분 스탬프로 눌러서 경화시킬 때 레진의 축소가 생기거나 반대로 높은 압력에서 레진의 확대로 인해 원하는 모양을 얻지 못할 수 있다. 뿐만 아니라 내식각성이 약해 원하는 패턴 모양보다 더 크게 만들어질 수도 있다. 이를 보완하기 위해 임프린트용 레진에 Si 등을 첨가하여 레진을 더 단단한 물질로 만들어 사용하기도 한다. 그런데, 단단해진 레진은 내식각성이 우수하고 변형이 적어 원래의 설계대로 형태를 유지하는데는 좋은 반면, 식각이 모두 끝나고, 최종적으로 레진을 제거할 때 레진이 잔류하게 되어 이후 성장되는 구조물에 불량이 발생되는 원인이 되기도 한다.
멀티 마스크층을 이용하여 에칭 후 잔류되는 레진량을 줄이거나 레진이 잔류되지 않도록 하는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법은, 기판 위에 복수 개의 마스크층을 적층하는 단계; 상기 복수 개의 마스크층 위에 임프린트용 레진층을 적층하는 단계; 상기 임프린트용 레진에 스탬프를 이용하여 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴에 대응되게 복수 개의 마스크층을 에칭하는 단계; 상기 복수 개의 마스크층 중 최상층의 마스크층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 마스크층은 각각 선택적 에칭이 가능한 층으로 구성될 수 있다.
상기 복수 개의 마스크층은 SiN으로 형성된 제1마스크층과, 상기 제1마스크층 위에 SiO2로 형성된 제2마스크층을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 마스크층은 SiO2로 형성된 제1마스크층과, 상기 제1마스크층 위에 SiN으로 형성된 제2마스크층과, 제2마스크층 위에 SiO2로 형성된 제3마스크층을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 마스크층을 에칭하는 단계는 건식 에칭을 이용하여 에칭할 수 있다.
상기 최상층의 마스크층을 제거하는 단계는 습식 에칭을 이용하여 제거할 수 있다.
상기 임프린트용 레진층은 상기 복수 개의 마스크층의 전체 두께와 같거나 큰 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법은 복수 개의 마스크층을 이용하여 패턴을 형성하고자 하는 층에 임프린트용 레진이 잔류되것을 감소시키거나 방지할 수 있다. 그럼으로써, 나노 임프린트 리소그래피 패턴 위에 나노 구조물을 원하는 형상으로 성장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 사용되는 마스터를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 사용되는 스탬프를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 사용되는 복수 개의 마스크층을 가지는 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 따라 레진층에 패턴을 형성하는 과정을 도시한 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 따라 나노 구조물을 형성하기 위한 패턴을 형성하는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 사용되는 복수 개의 마스크층을 가지는 다른 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 따라 도 9에 도시된 다층막에 나노 구조물을 형성하기 위한 패턴을 형성하는 과정을 도시한 것이다.
도 11은 도 8c에 도시된 구조물에 나노 구조물을 성장한 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" , "상", "위"라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 형성하고자 하는 패턴(15)을 포함한 마스터(10)를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 상기 마스터(10)를 이용하여 스탬프(20)를 제작하고, 상기 스탬프(20)의 표면에는 접착방지층(anti-adhesion layer)을 코팅할 수 있다. 상기 스탬프(20)는 임프린트용 레진을 가압하여 임프린트용 레진에 패턴을 형성하기 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 기판(30) 상에 복수 개의 마스크층이 구비되고, 상기 복수 개의 마스크층 상에 임프린트용 레진층(38)이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 마스크층은 예를 들어 제1마스크층(33)과 제2마스크층(35)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 마스크층은 각각 선택적으로 에칭이 가능한 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1마스크층(33)은 예를 들어 SiO2로 형성될 수 있으며, 제2마스크층(35)은 SiN으로 형성될 수 있다. 상기 제1마스크층(33)은 나노 구조물을 성장시 나노 구조물이 그 위에서 성장되지 않도록 하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 임프린트용 레진층(38)은 자외선 경화성 레진 또는 열경화성 레진으로 형성될 수 있다. 그리고, 임프린트용 레진층(38)은 패턴의 형태를 유지하기 위해 예를 들어 Si이 첨가될 수 있다. 상기 기판(30)은 제작하고자 하는 디바이스에 따라 다양하게 구비될 수 있다. 한편, 기판 대신 패턴에 따라 나노 구조물을 성장하고자 하는 층으로 대체하는 것도 가능하다.
상기와 같이 패턴을 형성하고자 하는 구조물(1)이 준비되면 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 도 2에 도시된 스탬프(20)를 이용하여 임프린트용 레진층(38)에 압력을 가한다. 임프린트용 레진층(38)은 스탬프(20)에 형성된 패턴(25)과 반대 형상의 패턴으로 가압된다. 그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이 자외선(UV) 또는 열을 가하여 임프린트용 레진층(38)을 경화시킨다. 도 7을 참조하면, 임프린트용 레진층(38)이 경화된 후 상기 스탬프(20)를 상기 레진층(38)으로부터 분리시킨다. 이때, 접착 방지층(27)으로 인해 상기 스탬프(20)를 쉽게 분리할 수 있다. 상기 임프린트용 레진층(38)에는 패턴(40)이 형성되어 있다.
다음, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 패턴(40)이 형성된 구조물에서 상기 제1마스크층(33)과 제2마스크층(35)을 에칭한다. 상기 제1마스크층(33)과 제2마스크층(35)을 에칭시 건식 에칭을 이용할 수 있다. 이때, 상기 레진층(38)의 패턴에 대응되게 제1마스크층(33)과 제2마스크층(35)에 패턴이 형성될 수 있다. 상기 임프린트용 레진층(38)은 제1마스크층(33)과 제2마스크층(35)의 전체 두께와 같거나 큰 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제1마스크층(33)과 제2마스크층(35)을 에칭한 후에 임프린트용 레진층(38)이 패턴(40)의 돌출된 부분에 남아 있을 수 있다. 또한, 에칭이 완료된 후에도 상기 임프린트용 레진층(38)이 패턴(40)의 오목한 부분에 남아 있을 수 있다.
그리고, 도 8c에 도시된 바와 같이 복수 개의 마스크층 중 최상층의 제2마스크층(35)을 제거함으로써 패턴에 남아 있는 레진층을 제거할 수 있다. 상기 최상층의 제2마스크층(35)을 제거시 습식 에칭을 이용할 수 있다. 습식 에칭을 함으로써 제2마스크층(35)과, 제2마스크층(35) 위에 남아 있는 레진, 패턴(45)에 남아 있는 레진을 같이 제거할 수 있다. 습식 에칭시 제1마스크층은 남고 제2마스크층만 선택적으로 에칭되는 에칭액을 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 나노 임프린트 패턴 형성 방법은 마스크층을 복수 층으로 구비하여 패턴에 잔류되는 레진량을 감소키거나 제거할 수 있다.
도 9는 3층의 마스크층을 구비한 예를 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 기판(110) 위에 제1마스크층(113), 제2마스크층(115), 제3마스크층(118)이 적층되고, 상기 제3마스크층(118) 상에 임프린트용 레진층(120)이 적층될 수 있다. 상기 제2마스크층(115)이 최종적으로 패턴이 형성될 층이 될 수 있으며, 이후 성장시킬 나노 구조물이 제2마스크층(115) 위에서는 성장되지 않는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1마스크층(113)은 SiO2로 형성되고, 제2마스크층(115)은 SiN으로 형성되고, 제3마스크층(118)은 SiO2로 형성될 수 있다.
상기 임프린트용 레진층(120)에 도 2에 도시되 스탬프(20)를 이용하여 압력을 가하여 누르고, 자외선 또는 열을 가하여 레진층(120)을 경화시킨 후 스탬프를 분리함으로써 도 10a에 도시된 바와 같이 레진층(120)에 패턴(122)을 형성할 수 있다. 상기 패턴(122)에 따라 제1마스크층(113), 제2마스크층(115), 제3마스크층(118)을 에칭하여 도 10b에 도시된 바와 같이 패터닝을 할 수 있다. 상기 임프린트용 레진층(120)은 상기 제1마스크층(113), 제2마스크층(115), 제3마스크층(118)의 전체 두께와 같거나 큰 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제1마스크층(113), 제2마스크층(115), 제3마스크층(118)을 에칭한 후에 임프린트용 레진층(120)이 패턴(122)의 돌출된 부분에 남아 있을 수 있다. 또한, 에칭이 완료된 후에도 상기 임프린트용 레진층(120)이 패턴(122)의 오목한 부분에도 남아 있을 수 있다.
그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이 복수 개의 마스크층 중 최상층의 제3마스크층(118)을 제거함으로써 패턴에 남아 있는 레진층을 제거할 수 있다. 상기 최상층의 제3마스크층(118)을 제거시 습식 에칭을 이용할 수 있다. 습식 에칭을 함으로써 제3마스크층(118)과, 제3마스크층(118) 위에 남아 있는 레진, 패턴(145)에 남아 있는 레진을 같이 제거할 수 있다. 습식 에칭시 제2마스크층은 남고 제3마스크층만 선택적으로 에칭되는 에칭액을 사용할 수 있다. 이때, 제1마스크층(113)은 그 위의 제2마스크층(115)에 의해 보호되기 때문에 에칭에 거의 영향을 받지 않을 수 있다. 그럼으로써, 기판(110) 위에 원하는 패턴을 정확하게 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 나노 임프린트 리소그래피 패턴에 따라 나노 구조물(50)을 형성하는 일예를 보인 것이다. 도 8c에 도시된 기판(30)에 나노 구조물(50)을 성장시킬 수 있다. 기판(30) 위에 형성된 패턴(45)에는 레진이 거의 잔류되지 않거나 없기 때문에, 레진으로 인해 나노 구조물이 잘 성장되지 않는 것을 방지할 수 있다.상기 나노 구조물(50)은 상기 제1마스크층(33) 위로는 성장되지 않고 제1마스크층이 없는 기판 위쪽으로 성장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법은 마스크층을 복수 층으로 구비하고, 에칭을 복수 번 행함으로써 임프린트에 사용되는 레진을 완전히 제거하거나 잔류량을 감소키시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 방법은 나노 임프린트 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성하고, 패턴에 대응하여 나노 구조물을 제작할 수 있다. 예를 들어, LED의 효율 한계를 극복하기 위해 나노 라드(nanorod)나 나노 피라미드(nanopyramid)와 같은 나노 구조물을 가지는 LED를 제작할 때, 본 발명의 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법을 이용하여 레진이 제거되도록 함으로써 나노 구조물이 잘 성장될 수 있도록 할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 방법은 나노 임프린트 리소그래피를 이용하여 디바이스를 제작하는 경우에 모두 적용 가능하며, 예를 들어 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System), 반도체 소자, 발광 소자, 수광 소자, 광전소자 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10...마스터, 20...스탬프
30,110...기판, 33,35,113,115,118...마스크층
38,120...임프린트용 레진층

Claims (7)

  1. 기판 위에 복수 개의 마스크층을 적층하는 단계;
    상기 복수 개의 마스크층 위에 임프린트용 레진층을 적층하는 단계;
    상기 임프린트용 레진에 스탬프를 이용하여 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴에 대응되게 복수 개의 마스크층을 에칭하는 단계;
    상기 복수 개의 마스크층 중 최상층의 마스크층을 제거하는 단계; 및
    상기 복수 개의 마스크층 중 최하층의 마스크층에 형성된 패턴에 따라 나노 구조물을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수 개의 마스크 층 중 최하층의 마스크층은 상기 나노 구조물이 성장되지 않도록 하는 물질을 포함하고, 상기 나노 구조물은 상기 최하층의 마스크층이 없는 기판 위쪽으로 성장되는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 마스크층은 각각 선택적 에칭이 가능한 층으로 구성된 나노임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 마스크층은 SiN으로 형성된 제1마스크층과, 상기 제1마스크층 위에 SiO2로 형성된 제2마스크층을 포함하는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 마스크층은 SiO2로 형성된 제1마스크층과, 상기 제1마스크층 위에 SiN으로 형성된 제2마스크층과, 제2마스크층 위에 SiO2로 형성된 제3마스크층을 포함하는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마스크층을 에칭하는 단계는 건식 에칭을 이용하여 에칭하는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상층의 마스크층을 제거하는 단계는 습식 에칭을 이용하여 제거하는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임프린트용 레진층은 상기 복수 개의 마스크층의 전체 두께와 같거나 큰 두께를 가지는 나노 임프린트 리소그래피 패턴 형성 방법.
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