KR102164381B1 - Method for manufacturing nanostructure and nanostructure manufactured by using the same - Google Patents

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Abstract

나노 구조체 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 나노 구조체가 개시된다. 본 발명은 포토리소그래피의 분해능의 한계를 극복하도록, 기판 상부에 미리 설정된 패턴에 따라 금속 마스크를 패터닝하고, 기판에 패터닝된 금속 마스크의 주변에 발생되는 전기장의 세기가 금속 마스크의 일부 부위에서 상대적으로 높게 형성되는 국부 전기장을 이용하여 기판의 표면 중 금속 마스크가 패터닝된 표면 이외에 해당하는 외부에 노출된 기판의 표면을 건식 에칭함으로써, 금속 마스크의 크기보다 작은 나노 구조체를 제조할 수 있다.A method of manufacturing a nanostructure and a nanostructure manufactured using the same are disclosed. In the present invention, a metal mask is patterned according to a preset pattern on an upper portion of a substrate to overcome the limitation of resolution of photolithography, and the intensity of an electric field generated around the patterned metal mask on the substrate is relatively Nanostructures smaller than the size of the metal mask can be manufactured by dry etching the surface of the substrate exposed to the outside in addition to the surface on which the metal mask is patterned among the surfaces of the substrate using a high local electric field.

Description

나노 구조체 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 나노 구조체{METHOD FOR MANUFACTURING NANOSTRUCTURE AND NANOSTRUCTURE MANUFACTURED BY USING THE SAME}A method of manufacturing a nano structure, and a nano structure manufactured using the same TECHNICAL FIELD [METHOD FOR MANUFACTURING NANOSTRUCTURE AND NANOSTRUCTURE MANUFACTURED BY USING THE SAME}

본 발명은 건식 에칭 공정을 미세하게 제어하여 나노 구조체를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조한 나노 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nanostructure by finely controlling a dry etching process, and to a nanostructure manufactured using the same.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the present embodiment and does not constitute the prior art.

일반적인 리소그래피(Lithography) 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판 상에 도포하고, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한 후 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝하는 방법이다.In a general lithography method, a polymer material (e.g., photoresist, etc.) having reactivity to light is applied on a substrate on which a material to be patterned is laminated (or deposited), and is designed in an arbitrary pattern. A pattern mask (or etching mask) having a target pattern is formed on the material to be patterned by exposing it by transmitting light onto the polymer material through a reticle and removing the exposed polymer material through a development process. This is a method of patterning a material stacked on a substrate into a desired pattern by performing an etching process using the.

하지만, 상술한 포토리소그래피 방법은 미세구조를 제작하기 위한 리소그래피 기술 개발에 있어서 핵심요소 중 하나인 분해능(Resolution)이 렌즈의 개구수(NA)와 리소그래피에 사용된 빛의 파장에 의존하기 때문에 미세 패턴을 위해서는 빛의 파장이 짧고 개구수가 큰 렌즈가 필요하지만, 종래에는 빛의 파장보다 작은 구조물을 제작하기 어려운 문제점이 있다.However, in the photolithography method described above, the resolution, which is one of the key factors in the development of lithography technology for producing microstructures, depends on the numerical aperture (NA) of the lens and the wavelength of light used in lithography. For this, a lens having a short wavelength of light and a large numerical aperture is required, but conventionally, there is a problem in that it is difficult to fabricate a structure smaller than the wavelength of light.

건식 에칭 방법은 적은 가스량으로 종횡비(Aspect Ratio, AR)가 크고 비등방성(anisotropic)인 미세 패턴을 자유롭게 형성할 수 있는 에칭 방법이다. 하지만, 상술한 에칭 공정을 미세하게 제어하기 어려우므로 마스크 하단의 물질이 식각되는 현상인 언더컷팅(undercutting), 에칭 프로파일의 기울어짐 현상을 나타내는 프로파일 틸팅(profile tilting), 게이트 전극의 하부가 측면 방향으로 비 정상적으로 식각되는 현상인 노칭(notching), 보잉 효과(bowing effect), 기판과 반응하는 에칭액 또는 에칭 가스의 부족에 의해 에칭률(etching rate)가 감소하는 현상인 로딩 효과(loading effect) 또는 대전 효과(charging effect)와 같은 원치 않은 부작용이 발생하는 문제점이 있다.The dry etching method is an etching method capable of freely forming an anisotropic fine pattern with a large aspect ratio (AR) with a small amount of gas. However, since it is difficult to finely control the above-described etching process, undercutting, which is a phenomenon in which the material at the bottom of the mask is etched, profile tilting, which indicates inclination of the etching profile, and the lower portion of the gate electrode are in the lateral direction. Notching, bowing effect, which is a phenomenon that is etched abnormally, loading effect, or charging, which is a phenomenon in which the etching rate is decreased due to insufficient etchant or etching gas that reacts with the substrate. There is a problem that unwanted side effects such as a charging effect occur.

본 발명은 건식 에칭 공정의 부작용 중 하나인 보잉 효과(Bowing effect)를 활용하여 포토리소그래피가 갖고 있는 분해능의 한계를 뛰어넘도록, 기판 상에 금속 마스크를 패터닝하고, 패터닝된 금속 마스크 주변에 형성되는 상대적으로 높은 크기의 전기장을 조절하여 활성 에칭 이온의 에칭 궤도를 바꾸어 기판을 에칭하여 가시 광 파장 이하 크기의 구조(Sub wavelength structure)의 나노 구조체를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조한 나노 구조체를 제공함에 있다.The present invention utilizes the Bowing effect, which is one of the side effects of the dry etching process, to pattern a metal mask on a substrate so as to exceed the limit of resolution of photolithography, and to form a relative layer around the patterned metal mask. To provide a method of manufacturing a nanostructure having a sub wavelength structure of less than the visible light wavelength by etching a substrate by changing the etching trajectory of the active etching ions by controlling a high electric field, and a nanostructure manufactured using the same. have.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조방법 은 기판 상부에 미리 설정된 패턴에 따라 금속 마스크를 패터닝하는 단계; 및 상기 기판의 표면 중 상기 금속 마스크가 패터닝된 표면 이외에 해당하는 외부에 노출된 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 단계;를 포함하고, 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 단계는 상기 건식 에칭을 수행 시 상기 기판에 패터닝된 금속 마스크의 주변에 발생되는 전기장의 세기가 상기 패터닝된 금속 마스크의 일부 부위에서 상대적으로 높게 형성된 국부 전기장 이용하여 상기 외부에 노출된 기판의 표면을 건식 에칭할 수 있다.A method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: patterning a metal mask on a substrate according to a preset pattern; And dry-etching the surface of the substrate exposed to the outside in addition to the surface on which the metal mask is patterned among the surfaces of the substrate, wherein the dry etching of the surface of the substrate is performed when the dry etching is performed. The surface of the substrate exposed to the outside may be dry-etched by using a local electric field in which the intensity of an electric field generated around the patterned metal mask is relatively high in a portion of the patterned metal mask.

바람직하게, 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 단계는 상기 형성된 국부 전기장을 이용하여 상기 기판과 반응하여 에칭시키는 이온인 활성 에칭 이온의 궤도를 조절하여 상기 기판의 표면을 건식 에칭할 수 있다.Preferably, in the dry etching of the surface of the substrate, the surface of the substrate may be dry etched by adjusting the trajectory of active etching ions, which are ions that are etched by reacting with the substrate using the formed local electric field.

바람직하게, 상기 건식 에칭하는 단계는 상기 금속 마스크의 두께를 조절하여 상기 국부 전기장을 변화시켜 상기 활성 에칭 이온의 궤도가 꺾이는 각도를 조절할 수 있다.Preferably, in the dry etching step, the local electric field is changed by adjusting the thickness of the metal mask, so that the angle at which the trajectory of the active etching ions is bent may be adjusted.

바람직하게, 상기 금속 마스크는 40 nm 내지 100nmn 범위의 두께를 가질 수 있다.Preferably, the metal mask may have a thickness in the range of 40 nm to 100 nmn.

바람직하게, 상기 건식 에칭하는 단계는 상기 금속 마스크 및 상기 기판에 도달하는 상기 활성 에칭 이온의 양이 포화되면 미리 설정된 두께를 가지는 상기 금속 마스크의 직경(Diameter)에 따라 상기 포화된 활성 에칭 이온들의 편향을 변화시켜 상기 기판의 측면이 에칭되는 정도를 나타내는 측면 에칭 정도를 제어하여 상기 기판의 표면을 건식 에칭할 수 있다.Preferably, in the dry etching step, when the amount of the active etching ions reaching the metal mask and the substrate is saturated, the saturated active etching ions are deflected according to the diameter of the metal mask having a preset thickness. The surface of the substrate may be dry etched by changing the lateral etching degree, which represents the degree to which the side surfaces of the substrate are etched.

바람직하게, 상기 건식 에칭하는 단계는 상기 금속 마스크 패턴의 피치를 조절하여 상기 활성 에칭 이온의 궤도가 꺾이는 각도를 조절할 수 있다.Preferably, in the dry etching step, the pitch of the metal mask pattern may be adjusted to adjust the angle at which the trajectory of the active etching ions is bent.

바람직하게, 상기 건식 에칭하는 단계는 상기 건식 에칭의 시간이 증가함에 따라 상기 기판의 측면 에칭 정도가 감소하고 상기 기판의 수직 에칭 정도가 증가하는 성질을 이용하여 상기 건식 에칭의 시간에 따라 상기 기판의 측면 에칭 정도를 조절하여 상기 기판의 표면을 건식 에칭할 수 있다.Preferably, in the dry etching step, as the dry etching time increases, the lateral etching degree of the substrate decreases and the vertical etching degree of the substrate increases. By controlling the degree of side etching, the surface of the substrate may be dry etched.

바람직하게, 상기 금속 마스크를 패터닝하는 단계는 상기 기판 상에 포토레지스트 층(photoresist layer)을 도포하는 단계; 상기 기판 상에 도포된 포토레지스트 층을 상기 미리 설정된 패턴으로 현상(develop)하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 포토레지스트 패턴에 따라 상기 금속 마스크를 증착(deposition)하는 단계;를 포함하고, 상기 국부 전기장은 상기 패터닝된 금속 마스크의 에지 또는 측벽 부근에서 형성되며, 상기 건식 에칭은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)일 수 있다.Preferably, the step of patterning the metal mask includes applying a photoresist layer on the substrate; Forming a photoresist pattern by developing a photoresist layer applied on the substrate into the preset pattern; And depositing the metal mask according to the formed photoresist pattern; wherein the local electric field is formed near an edge or sidewall of the patterned metal mask, and the dry etching is performed by reactive ion etching. Ion Etching, RIE).

또한, 본 발명은 상술한 나노 구조체의 제조방법에 의해 제조된 나노 구조체를 포함한다.In addition, the present invention includes a nanostructure manufactured by the method for manufacturing the nanostructure described above.

이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면 포토리소그래피(Photolithography), 전자 빔 리소그래피(E-beam lithography) 또는 X 선 기반의 리소그래피(X-ray based lithography)의 분해능(resolution) 한계를 극복할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, it is possible to overcome the resolution limitation of photolithography, electron beam lithography, or X-ray based lithography.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 전기장의 크기를 바꿀 수 있는 금속 마스크의 종류 및 구조체를 바꿔 나노 구조체의 사이즈를 조절할 수 있는 최적화된 파라미터들을 제안함으로써 리소그래피의 한계를 뛰어넘어 패터닝의 자유도를 높일 수 있으면서 공정의 단가 절감이 가능한 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of patterning beyond the limit of lithography by proposing optimized parameters for controlling the size of the nanostructure by changing the type and structure of a metal mask that can change the size of the electric field. It has the advantage of being able to reduce the cost of the process while still being.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 접촉전사인쇄, 임프린팅을 위한 실리콘 나노 구조체 제조뿐만 아니라 경사진(tapered) 측벽을 활용하여 반사 방지(anti-reflection) 구조체 및 태양광 전지(solar cell)의 광 포획(light trapping)으로의 응용이 가능하며, LED 및 포토디텍터(Photodetector)나 포토이미저(photoimager)로의 활용이 가능한 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, not only manufacturing of silicon nanostructures for contact transfer printing and imprinting, but also of anti-reflection structures and solar cells using tapered sidewalls. It can be applied to light trapping, and has the advantage of being able to be used as an LED, a photodetector, or a photoimager.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판의 모습 및 금속 마스크가 패터닝된 기판이 에칭되어 제조된 나노 구조체의 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크를 패터닝하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상부에 금속 마스크를 패터닝하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 ICP-RIE 공정을 이용하여 나노 구조체를 제조하는 구체적인 방법 및 금속 마스크 주변에서 형성된 국부 전기장의 분포도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 금속 마스크의 두께에 따라 금속 마스크의 주변에서의 국부 전기장의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 두께 조절을 통하여 활성 에칭 이온의 궤도의 꺾임 각도를 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 두께를 변화시켜 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하기 위해 미리 설정된 두께를 가지는 금속 마스크의 직경(Diameter)을 변화시키면서 측정한 기판의 측면(lateral) 에칭 정도를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 피치에 따라 에칭되어 형성된 나노 구조체의 직경을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판을 에칭하는 공정을 수행 시, 에칭 공정 시간에 따른 기판의 측면 에칭률(lateral etching rate)의 변화를 나타낸 것이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a state of a substrate on which a metal mask is patterned and a state of a nanostructure manufactured by etching the substrate on which the metal mask is patterned according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a detailed method of patterning a metal mask according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a specific method of patterning a metal mask on a substrate according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a specific method of manufacturing a nanostructure using an ICP-RIE process and a distribution diagram of a local electric field formed around a metal mask according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining distribution of a local electric field around a metal mask according to the thickness of the metal mask.
7 is a view for explaining a method of adjusting a bending angle of an orbit of an active etching ion by adjusting a thickness of a metal mask according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a method of manufacturing a nanostructure by changing the thickness of a metal mask according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a degree of lateral etching of a substrate measured while changing a diameter of a metal mask having a preset thickness in order to manufacture a nanostructure according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating the diameter of a nanostructure formed by etching according to a pitch of a metal mask according to an embodiment of the present invention.
11 illustrates a change in a lateral etching rate of a substrate according to an etching process time when a process of etching a substrate patterned with a metal mask according to an embodiment of the present invention is performed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments to be posted below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the posting of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In the present specification, terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of the rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.

본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In the present specification, the identification code (eg, a, b, c, etc.) is used for convenience of description, and the identification code does not describe the order of each step, and each step is clearly in context. It may occur differently from the specified order unless a specific order is specified. That is, each of the steps may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

본 명세서에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다”등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this specification, expressions such as “have”, “may have”, “include” or “may include” indicate the existence of a corresponding feature (eg, a number, function, operation, or component such as a part). Points, and does not exclude the presence of additional features.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention.

기판 상부에 미리 설정된 패턴에 따라 금속 마스크를 패터닝한다(S110).A metal mask is patterned on the substrate according to a preset pattern (S110).

본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 타겟에 해당하는 기판(substrate)에 직접 나노 구조체를 제조할 수 있는 방법으로, 직접적으로 나노 구조체를 타겟에 해당하는 기판 상부에 제조할 수 있다.The method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention is a method capable of directly manufacturing a nanostructure on a substrate corresponding to a target, and may directly manufacture a nanostructure on the substrate corresponding to the target.

상술한 기판은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 및 인듐갈륨비소(InGaAs)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 Si를 포함하는 웨이퍼일 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 Si는 결정성 Si일 수 있고, 상기 결정성 Si는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 이들이 복합된 형태일 수 있다.The above-described substrate may include any one or two or more selected from the group consisting of silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), and indium gallium arsenide (InGaAs), and preferably a wafer including Si Can be More preferably, the Si may be crystalline Si, and the crystalline Si may be monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and a combination thereof.

본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 상부에 금속 성질을 가지는 에칭 마스크를 패터닝하여 패터닝된 에칭 마스크를 기판 상부에 생성할 수 있으며, 상술한 금속 성질을 가지는 에칭 마스크는 전하를 운반하는 운반자를 나타내는 자유 캐리어(free carrier)가 많은 주기율표 11족 6주기에 속하는 금(Au)를 포함하는 금속 마스크일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a patterned etching mask may be created on the substrate by patterning an etching mask having a metallic property on the substrate, and the etching mask having the above-described metallic property is free to represent a carrier carrying electric charges. It may be a metal mask containing gold (Au) belonging to the 6th period of Group 11 of the periodic table having many free carriers.

이하 명세서에서 설명상 편의를 위해 금속 성질을 가지는 에칭 마스크를 금속 마스크로 정의하여 설명하도록 한다. 단, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In the following specification, for convenience of description, an etching mask having metallic properties is defined as a metal mask. However, the above-described example is only an example for explaining an embodiment of the present invention, and is not limited thereto.

기판의 표면 중 금속 마스크가 생성된 표면 이외에 해당하는 외부에 노출된 기판의 표면을 건식 에칭한다(S120).Among the surfaces of the substrate, the surface of the substrate exposed to the outside in addition to the surface on which the metal mask is generated is dry-etched (S120).

본 발명의 일 실시 예에 따른 건식 에칭에 사용되는 에칭 가스는 CF4, CHF3, SF6, Ar, Cl2 및 O2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합가스일 수 있다.The etching gas used for dry etching according to an embodiment of the present invention may be any one or a mixture of two or more gases selected from the group consisting of CF 4 , CHF 3 , SF 6 , Ar, Cl 2 and O 2 .

본 발명의 일 실시 예에 따르면 한 종류의 금속 마스크만으로도 기판 상부에 생기는 나노 구조체의 크기를 조절할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to adjust the size of the nanostructure formed on the substrate with only one type of metal mask.

본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 표면을 건식 에칭을 수행하는 경우 기판 상부에 패터닝된 금속 마스크의 주변에 발생되는 전기장의 세기가 기판 상부에 패터닝된 금속 마스크의 일부 부위에서 상대적으로 높은 전기장인 국부 전기장이 형성될 수 있다.When dry etching the surface of the substrate according to an embodiment of the present invention, the intensity of the electric field generated around the metal mask patterned on the substrate is relatively high in some portions of the metal mask patterned on the substrate. A local electric field can be formed.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 표면을 건식 에칭하는 경우 기판 상부에 패터닝된 금속 마스크에 의해 형성된 국부 전기장을 이용하여 패터닝된 금속 마스크에 의해 외부에 가려진 부분을 제외하고 외부에 노출된 기판의 표면을 건식 에칭할 수 있다.Therefore, when dry etching the surface of the substrate according to an embodiment of the present invention, the surface of the substrate is exposed to the outside except for a portion covered by the patterned metal mask using a local electric field formed by a metal mask patterned on the substrate. The surface of the substrate can be dry etched.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 건식 에칭 공정 중 발생할 수 있는 금속 마스크 주변에 형성되는 국부 전기장을 이용하여 나노 구조체를 제조할 수 있다.Accordingly, in the method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention, a nanostructure may be manufactured using a local electric field formed around a metal mask that may occur during a dry etching process.

상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식 에칭은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)일 수 있다.The dry etching according to the embodiment of the present invention described above may be reactive ion etching (RIE).

상술한 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE) 공정은 플라즈마(Plasma)로 실리콘을 에칭하는 방식을 사용한다.The above-described reactive ion etching (RIE) process uses a method of etching silicon with plasma.

플라즈마는 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 나타내며, 이때 전하 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하 수가 같아서 중성을 띠는 성질이 있다.Plasma represents a gaseous state separated into negatively charged electrons and positively charged ions at ultra-high temperature, and at this time, it has a property of being neutral because the charge separation is quite high and the number of negative and positive charges is the same overall.

플라즈마 에칭에서는, 불소, 염소, 산소 등을 포함하는 에칭 가스가 고주파 전계에 의해 활성화되어 플라즈마가 생성된다.In plasma etching, an etching gas containing fluorine, chlorine, oxygen, or the like is activated by a high-frequency electric field to generate plasma.

플라즈마에는 하전 입자(이하 ‘이온’이라고 함) 및 중성 입자(이하 ‘라디칼’이라고 함) 등의 활성종이 포함되어 있다. 이온이나 라디칼 등의 활성종과 기판의 표면이 반응하여 반응 생성물이 생기고, 생긴 반응 생성물이 휘발되는 것에 의해서 에칭이 진행될 수 있다. 예를 들어, 기판에 도달한 라디칼이 기판을 구성하는 원자와 직접 반응을 일으키고 휘발성 기체가 되어 표면으로부터 점차 이탈함으로서 점진적으로 기판의 표면이 깎여 나가면서 에칭이 일어나게 된다.Plasma contains active species such as charged particles (hereinafter referred to as “ions”) and neutral particles (hereinafter referred to as “radicals”). Active species such as ions or radicals react with the surface of the substrate to generate a reaction product, and etching may proceed by volatilization of the resulting reaction product. For example, radicals arriving at the substrate directly react with atoms constituting the substrate, become volatile gases, and are gradually departed from the surface, so that etching occurs as the surface of the substrate is gradually cut off.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응성 이온 에칭(RIE)은 상술한 에칭이 일어남과 동시에 플라즈마 내의 이온을 가속시켜 기판에 조사하면 이온이 부딪친 면의 시각반응이 촉진되어 방향성 있게 에칭하는 방법을 나타낸다.Therefore, in the reactive ion etching (RIE) according to an embodiment of the present invention, when the above-described etching occurs and the ions in the plasma are accelerated and irradiated to the substrate, the visual reaction of the surface where the ions collide is promoted, thereby directional etching. Show.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하기 위해 기판을 건식 에칭하는 방법으로 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 에칭(Inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE) 공정을 이용할 수 있다. 상술한 ICP-RIE 공정은 도 4에서 후술하도록 한다.In addition, an inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) process may be used as a method of dry etching a substrate to fabricate a nanostructure according to an embodiment of the present invention. The above-described ICP-RIE process will be described later in FIG. 4.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 패터닝된 금속 마스크에 의해 발생되는 국부 전기장을 활용하여 활성 에칭 이온의 편향을 조정할 수 있고, 이에 따라 나노 구조체의 크기를 조절하여 나노 구조체를 제조할 수 있다. 즉, 기판 상부에 패터닝된 금속 마스크 주변에 형성되는 국부 전기장에 따라 조절되는 활성 에칭 이온의 궤적을 이용하여 기판의 사이드를 에칭함으로써 나노 구조체를 제조할 수 있다.Specifically, in the method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention, the deflection of the active etching ions can be adjusted using a local electric field generated by the patterned metal mask, and accordingly, the size of the nanostructure is adjusted to Can be manufactured. That is, a nanostructure can be manufactured by etching the side of the substrate using the trajectory of the active etching ions adjusted according to the local electric field formed around the patterned metal mask on the substrate.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 금속 마스크에 의해 형성되는 국부 전기장을 조절하여 나노 구조체를 제조하는 방법은 정전기력(electrostatic force)을 유도하기 보단 상술한 국부 전기장 자체에 의해 직접적으로 영향을 받는 활성 에칭 이온들의 궤도를 조절함으로써, 기판의 측벽(sidewall) 에칭 정도를 제어하여 크기가 한 단계 더 줄어들은 나노 구조체를 제조할 수 있다.Accordingly, the method of manufacturing a nanostructure by controlling a local electric field formed by a metal mask according to an embodiment of the present invention is not inducing an electrostatic force, but rather an activity that is directly affected by the above-described local electric field itself. By controlling the trajectories of the etching ions, the degree of etching of the sidewalls of the substrate can be controlled to manufacture a nanostructure whose size is further reduced by one step.

기판의 표면과 충돌하면서 화학적으로 반응하여 충돌한 기판의 부위를 에칭하는 이온에 해당하는 활성 에칭 이온의 궤도의 변화는 금속 마스크 주변에 형성된 국부 전기장의 변화로 유도된 보잉 효과로 설명할 수 있다.The change in the trajectory of the active etching ions corresponding to the ions that chemically reacts while colliding with the surface of the substrate to etch the portion of the collided substrate can be explained by the Boeing effect induced by the change in the local electric field formed around the metal mask.

주로 보잉 효과는 마스크의 사이드 기울기 효과(Mask’s side slope effect)와 비-효과적인 보호막(Non-efficient protection layer)으로 인해 발생할 수 있지만, 일반적으로 보잉 효과는 주로 전하 효과(charge effect) 또는 노칭(notching) 형성도 나타나는 인슐레이터 계열의 마스크를 쓸 때 설명되며, 금속 계열의 마스크로 인하여 나타나는 주변 환경에 의해 상술한 보잉 효과가 유발될 수 있다.Mainly, the Boeing effect can be caused by a mask's side slope effect and a non-efficient protection layer, but in general, the Boeing effect is mainly due to a charge effect or notching. This is described when using an insulator-type mask that also shows formation, and the above-described bowing effect may be caused by the surrounding environment that appears due to the metal-based mask.

본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조방법은 상술한 금속 계열의 마스크로 인하여 나타나는 주변 환경에 의해 유발된 보잉 효과를 이용하여 기판을 에칭할 수 있다.In the method of manufacturing a nanostructure according to an exemplary embodiment of the present invention, the substrate may be etched using a bowing effect caused by the surrounding environment caused by the above-described metal-based mask.

상술한 활성 에칭 이온의 궤도를 변화시켜 나노 구조체를 제조하는 방법으로 상술한 금속 마스크 주변에 형성된 국부 전기장의 크기를 조절하는 방법을 이용할 수 있다.As a method of manufacturing a nanostructure by changing the trajectory of the above-described active etching ions, a method of adjusting the magnitude of the local electric field formed around the above-described metal mask may be used.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크 주변에 형성된 국부 전기장의 크기를 조절하여 비-보쉬 공정에서 쓰이는 활성 에칭 이온 종의 에칭 궤도를 변화시킬 수 있다. 이때 형성된 국부 전기장의 크기를 ΔE 라고 나타내도록 한다.Specifically, it is possible to change the etching trajectory of the active etching ion species used in the non-Bosch process by adjusting the size of the local electric field formed around the metal mask according to an embodiment of the present invention. The magnitude of the local electric field formed at this time is expressed as ΔE.

보쉬 공정(Bosch process)은 고밀도 플라즈마인 유도 결합 플라즈마(ICP)를 이용하여 건식 에칭하는 공정과 표면에 폴리머 층을 증착시키는 공정(polymerization)을 번갈아 실시하는 공정으로, 상술한 보쉬 공정을 이용하여 기판을 에칭하는 경우 측면으로의 에칭이 최대한 지연된다. 따라서, 상술한 보쉬 공정은 다른 에칭 방법에 비해 상대적으로 더 큰 비등방성 식각이 가능하며, 결과적으로 깊은 홀을 생성할 수 있다.The Bosch process is a process of alternately performing dry etching using inductively coupled plasma (ICP), which is a high-density plasma, and a process of depositing a polymer layer on the surface (polymerization). In the case of etching, the etching to the side is delayed as much as possible. Accordingly, the above-described Bosch process can perform relatively larger anisotropic etching than other etching methods, and as a result, can generate deep holes.

상술한 보쉬 공정(Bosch process)으로 심층 반응성 이온 에칭(Deep Reactive-Ion Etching, DRIE) 공정을 진행할 경우, 수직 구조물(vertical structure)을 얻기 위해 두 가지의 단계가 반복적으로 진행될 수 있다.When a deep reactive ion etching (DRIE) process is performed by the Bosch process described above, two steps may be repeatedly performed to obtain a vertical structure.

제1 단계는 에칭 단계로 등방성(Isotropic)으로 플라즈마 에칭(plasma etching)을 할 수 있는 SF6 (Sulfur hexafluoride) 가스를 기반으로 에칭을 하는 것을 나타내며, 제2 단계는 화학적으로 안정적인 보호막(passivation layer)을 증착할 수 있는 공정이 진행되는데, 이는 주로 C4F8 (Octafluorocyclobutane) 가스를 이용하여 테플론(Teflon)이 증착된 보호막을 형성할 수 있다.The first step represents etching based on SF 6 (Sulfur hexafluoride) gas capable of isotropic plasma etching, and the second step is a chemically stable passivation layer. A process capable of depositing is in progress, which can form a protective film on which Teflon is deposited using mainly C 4 F 8 (Octafluorocyclobutane) gas.

상술한 심층 반응성 이온 에칭(DRIE) 공정은 에칭 및 보호막 공정이 필수적이다.In the above-described deep reactive ion etching (DRIE) process, etching and protective film processes are essential.

상술한 두 가지 단계는 DRIE 공정이 지닌 장점을 극대화 할 수 있는 방법이지만 상술한 두 가지 단계는 측벽(Sidewall)에 수백 나노정도(100-500 nm)의 파상형(undulate)의 모양을 형성할 수 있는 단점을 지닌다.The two steps described above are a method that can maximize the advantages of the DRIE process, but the two steps described above can form an undulate shape of hundreds of nanometers (100-500 nm) on the sidewall. It has a drawback.

상술한 두 단계로 구분하는 보쉬 공정과는 달리 비-보쉬 공정(Non-Bosch process)은 에칭과 폴리머 증착을 동시에 수행하는 방식으로, 비-보쉬 공정은 CFx 계열 기체인 CF4나 C4F8 기체와 SFx 계열 기체인 SF6를 동시에 사용하여 증착과 에칭을 진행할 수 있다.Unlike the Bosch process, which is divided into the above two steps, the Non-Bosch process is a method of simultaneously performing etching and polymer deposition, and the non-Bosch process is a CF 4 or C 4 F, which is a CF x series gas. Evaporation and etching can be performed by using 8 gas and SF 6 , which is a SF x- based gas, at the same time.

상술한 보쉬 공정 대신 비-보쉬 공정 또는 비스위칭 수도-보쉬 공정(nonswitching peudo-Bosch process)을 진행할 경우에는 보호막이 없으므로, 이방성(anisotropic)인 에칭 프로파일(Eching Profile, EP)이 형성되지 않고, 대신 등방성(isotropic)인 에칭 프로파일(EP)을 얻거나 측벽이 심하게 경사진 구조체를 얻을 수 있다.In the case of performing a non-Bosch process or a nonswitching peudo-Bosch process instead of the above-described Bosch process, since there is no protective film, an anisotropic etching profile (EP) is not formed. An isotropic etching profile (EP) can be obtained, or a structure with a severely inclined sidewall can be obtained.

상술한 에칭 프로파일(EP)은 반도체 기판 상의 에칭된 피처의 형상을 특징화하도록 사용될 수 있는 하나 이상의 기하학적 좌표들의 세트에 대한 임의의 값들의 세트를 지칭할 수 있다. 간단한 경우에, 에칭 프로파일은 피처를 통해 2 차원 수직 단면 슬라이스를 통해 볼 때 피처의 베이스까지의 중간(halfway)에서 결정된 피처의 폭으로 근사화될 수 있다. 상술한 피처의 베이스까지의 중간은 기판의 표면 상의 피처의 베이스 또는 하단부와 피처의 상단 개구부 사이의 중간 지점을 나타낸다. 보다 복잡한 예에서, 에칭 프로파일(EP)은 동일한 2 차원 수직 단면 슬라이스를 통해 보았을 때 피처의 베이스 위의 다양한 높이에서 결정된 일련의 피처 폭일 수 있다The etching profile EP described above may refer to a set of arbitrary values for a set of one or more geometric coordinates that may be used to characterize the shape of an etched feature on a semiconductor substrate. In the simple case, the etch profile can be approximated to the width of the feature determined halfway to the base of the feature when viewed through a two-dimensional vertical section slice through the feature. The intermediate to the base of the feature described above represents an intermediate point between the base or lower end of the feature on the surface of the substrate and the upper opening of the feature. In a more complex example, the etch profile (EP) can be a series of feature widths determined at various heights above the base of the feature when viewed through the same two-dimensional vertical section slice.

등방성(isotropic)인 에칭 프로파일(EP)을 얻거나 측벽이 심하게 경사진 구조체를 얻는 점은 주로 보쉬 공정이 아닌 공정 때 얻을 수 있는 단점들이지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조방법은 상술한 단점들을 이용하여 기판의 사이드가 에칭(side etching)되는 정도를 조절할 수 있고, 에칭 마스크에 해당하는 금속 마스크의 크기보다 훨씬 더 작은 나노 구조체를 생성할 수 있다.The point of obtaining an isotropic etching profile (EP) or a structure with a severely inclined sidewall is mainly disadvantages obtained during a process other than the Bosch process, but the nanostructure manufacturing method according to an embodiment of the present invention Using the above-described disadvantages, the degree to which the side of the substrate is etched can be controlled, and a nanostructure that is much smaller than the size of a metal mask corresponding to the etching mask can be generated.

본 발명의 일 실시 예에 따라 형성된 국부 전기장의 크기(ΔE)가 증가할수록 활성 에칭 이온 궤도의 꺾임 각도도 증가한다.As the magnitude (ΔE) of the local electric field formed according to an exemplary embodiment of the present invention increases, the bending angle of the active etching ion trajectory also increases.

따라서, 상술한 국부 전기장의 크기를 조절하면 활성 에칭 이온 궤도의 꺾임 각도가 조절되므로, 활성 에칭 이온 궤도의 꺾임 각도에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 크기의 나노 구조체를 제조할 수 있다.Accordingly, since the bending angle of the active etching ion orbit is adjusted by adjusting the size of the local electric field described above, nanostructures of various sizes according to an embodiment of the present invention can be manufactured according to the bending angle of the active etching ion orbit.

구체적으로, 활성 에칭 이온의 궤적이 꺾이는 각도가 증가할수록 금속 마스크 바로 밑으로 활성 에칭 이온이 들어가서 기판을 에칭하기 때문에 언더컷팅 정도가 커지게 되며, 이에 따라 금속 마스크의 크기보다 더 작은 크기를 가지는 나노 구조체를 제조할 수 있다.Specifically, as the angle at which the trajectory of the active etching ions is bent increases, the degree of undercutting increases because the active etching ions enter directly under the metal mask to etch the substrate. Accordingly, nanoparticles having a size smaller than the size of the metal mask The structure can be manufactured.

따라서, 종래에는 에너지가 안정화되는 지점에만 구조체를 제조할 수 있지만, 이와 달리 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법을 이용하는 경우 나노 에칭이 가능한 모든 기판 상부에서 나노 구조체를 제조할 수 있다.Therefore, in the related art, the structure can be manufactured only at the point where the energy is stabilized. Unlike this, in the case of using the nanostructure manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the nanostructure can be manufactured on all the substrates capable of nano etching.

또한, 상술한 방법에 의해 나노 구조체를 제조하는 경우 건식 플라즈마 에칭 조건 중 활성 이온 종, 활성종의 양, 바이어스 파워(Bias power) 및 압력(pressure)이 일정한 조건에서도 측벽 에칭(sidewall etching)을 활용하여 나노 구조체의 크기를 조절할 수 있다.In addition, when the nanostructure is manufactured by the above-described method, sidewall etching is used even under conditions where active ionic species, amount of active species, bias power, and pressure are constant among dry plasma etching conditions. Thus, the size of the nanostructure can be adjusted.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하기 위해 기판을 에칭하는 측면(lateral) 에칭 정도를 조절하는 방법으로 기체의 종류, 기체의 혼합률(mixture ratio), 압력, 바이어스 파워 또는 측벽 패시베이션(sidewall passivation) 형성 정도에 따라 기판의 측면 에칭 정도를 조절할 수 있다.In addition, in order to manufacture a nanostructure according to another embodiment of the present invention, the type of gas, gas mixture ratio, pressure, and bias power are controlled by controlling the degree of lateral etching of the substrate. Alternatively, the degree of lateral etching of the substrate may be adjusted according to the degree of formation of sidewall passivation.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 금속 마스크의 두께, 직경, 금속 마스크 패턴의 피치 또는 에칭 시간에 따라 금속 마스크가 패터닝된 기판을 에칭하여 나노 구조체를 제조할 수 있다. 상술한 금속 마스크의 파라미터 또는 에칭 시간에 대해서는 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.In addition, the nanostructure manufacturing method according to an embodiment of the present invention may manufacture a nanostructure by etching a substrate on which a metal mask is patterned according to a thickness, a diameter of a metal mask, a pitch of a metal mask pattern, or an etching time. The parameters or etching time of the metal mask described above will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판의 모습 및 금속 마스크가 패터닝된 기판이 에칭되어 제조된 나노 구조체의 모습을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining a state of a substrate on which a metal mask is patterned and a state of a nanostructure manufactured by etching the substrate on which the metal mask is patterned according to an embodiment of the present invention.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크(200)가 패터닝된 기판(100)의 모습을 설명하기 위한 도면으로, 도 2(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 금속 마스크(200)의 두께(210), 금속 마스크(200)의 직경(220), 금속 마스크(200) 패턴의 피치(230) 또는 에칭 시간(240)을 조절하면서 금속 마스크(200)가 패터닝된 기판(100)을 에칭하여 나노 구조체를 제조할 수 있다.FIG. 2(a) is a view for explaining a state of the substrate 100 on which the metal mask 200 is patterned according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2(a), an embodiment of the present invention According to the method of manufacturing a nanostructure, while controlling the thickness 210 of the metal mask 200, the diameter 220 of the metal mask 200, the pitch 230 of the metal mask 200, or the etching time 240 A nanostructure may be manufactured by etching the substrate 100 on which the mask 200 is patterned.

도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크(200)가 패터닝된 기판(100)을 에칭하여 제조된 나노 구조체의 모습을 설명하기 위한 도면으로, 도 2(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 나노 구조체에 해당하는 에칭된 기판(100)의 직경(r’)은 금속 마스크(200)의 직경(220)에서 기판(100)의 측면 에칭 정도(Δr’)만큼 에칭된 것을 나타낸다.FIG. 2(b) is a view for explaining the appearance of a nanostructure manufactured by etching the substrate 100 on which the metal mask 200 is patterned according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2(b) , The diameter (r') of the etched substrate 100 corresponding to the nanostructure manufactured according to an embodiment of the present invention is the degree of lateral etching of the substrate 100 at the diameter 220 of the metal mask 200 (Δr ') is etched.

또한, 건식 에칭 공정을 이용하여 기판(100)을 에칭하는 경우 측면 방향으로 에칭되는 것뿐만 아니라 수직 방향으로도 에칭될 수 있으므로, 에칭된 기판(100)의 깊이(h)는 수직 방향으로 에칭된 정도를 나타낸다.In addition, when the substrate 100 is etched using a dry etching process, since it may be etched in a vertical direction as well as in the lateral direction, the depth h of the etched substrate 100 is etched in the vertical direction. Indicates the degree.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크를 패터닝하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a detailed method of patterning a metal mask according to an embodiment of the present invention.

기판 상에 포토레지스트 층(photoresist layer)을 도포한다(S111).A photoresist layer is applied on the substrate (S111).

상술한 기판은 포토레지스트들을 수반하는 공정들에 통상적으로 사용되는 적절한 기판을 나타내며, 상술한 포토레지스트는 반도체 산업에서 통상적으로 사용되는 포토레지스트일 수 있으며, 193nm 및 248nm의 포토레지스트들일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상술한 포토레지스트로는 화학적으로 증폭된 포토레지스트(chemically amplified photoresist), 포지티브형의 포토레지스트들(positive-tone photoresists) 또는 네거티브형의 포토레지스트들(negative-tone photoresists)이 사용될 수 있다.The above-described substrate represents an appropriate substrate commonly used in processes involving photoresists, and the above-described photoresist may be a photoresist commonly used in the semiconductor industry, and may be photoresists of 193 nm and 248 nm. It is not limited. Preferably, as the photoresist described above, chemically amplified photoresist, positive-tone photoresists, or negative-tone photoresists may be used. have.

포지티브형의 포토레지스트 층은 노광(light exposure)된 영역이 이후 현상(developing) 과정에서 식각되어 제거되며, 반대로 네거티브형의 포토레지스트 층은 노광된 영역을 제외한 나머지 영역이 식각되는 특성이 있다. 이하에서는, 포토레지스트 층이 네거티브형으로 구성되어 노광되지 않은 영역이 식각되는 경우를 예를 들어 설명하도록 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 포지티브형의 포토레지스트 층을 이용하여 노광된 영역을 식각하여 후술하는 금속 마스크를 기판 상에 패터닝 할 수 있다.In the positive-type photoresist layer, the light-exposed region is etched and removed in a subsequent development process. Conversely, the negative-type photoresist layer has a characteristic that the remaining regions excluding the exposed region are etched. Hereinafter, a case in which a photoresist layer is formed in a negative type and an unexposed area is etched is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and the exposed area is etched using a positive type photoresist layer to be described later. A metal mask can be patterned on the substrate.

상술한 포토레지스트 층은 사실상 일반적인 표준 수단에 의해 도포될 수 있으며, 예를 들어 스핀 코팅(spin coating)을 포함하는 표준 수단에 의해 도포될 수 있다.The above-described photoresist layer can be applied by standard means generally common in nature, and can be applied by standard means including, for example, spin coating.

상술한 포토레지스트 층은 포토레지스트로부터 잔류하는 용매를 제거하고 포토레지스트 층의 코히어런스(coherence)를 개선하기 위해 베이크(bake)될 수 있다.The above-described photoresist layer may be baked to remove residual solvent from the photoresist and improve coherence of the photoresist layer.

기판 상에 도포된 포토레지스트 층을 미리 설정된 패턴으로 현상(develop)하여 포토레지스트 패턴을 형성한다(S112).A photoresist pattern is formed by developing the photoresist layer applied on the substrate in a preset pattern (S112).

본 발명의 일 실시 예에 따르면 기판 상에 도포된 포토레지스트 층에 광을 조사하되, 광을 방사하는 광원과 미리 설정된 형상을 가지는 마스크를 배치하여 포토레지스트 층에 광을 조사하여 노광된 영역들로부터 미리 설정된 패턴을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, light is irradiated to the photoresist layer applied on the substrate, but by disposing a light source emitting light and a mask having a preset shape to irradiate light to the photoresist layer, A preset pattern can be formed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 포토레지스트 층에 미리 설정된 패턴을 형성하도록 광을 조사하여 노광된 영역들을 현상하여 노광된 영역들은 제외하고 노광되지 않은 영역들만을 식각하여 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a photoresist pattern is formed on a substrate by irradiating light to form a preset pattern on the photoresist layer, developing exposed areas, and etching only the unexposed areas except for the exposed areas. can do.

구체적으로, 노광 영역들에 의해 미리 설정된 패턴이 형성된 포토레지스트 층을 KOH 수용액 기반의 현상액(developer)에 넣게 되면, 광을 받은 부분은 남게되고, 광을 받지 않은 부분은 녹아 나가게 되면서 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.Specifically, when a photoresist layer on which a pattern is formed in advance by the exposed areas is put into a developer based on a KOH solution, the lighted portion remains and the non-lighted portion melts away and the photoresist on the substrate. A resist pattern can be formed.

기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴에 따라 금속 마스크를 증착(deposition)한다(S113).A metal mask is deposited according to the photoresist pattern formed on the substrate (S113).

구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴에 따라 금속 마스크를 증착하고, 포토레지스트 층을 제거함으로써 기판 상에 미리 설정된 패턴을 가지는 금속 마스크를 패터닝할 수 있다.Specifically, a metal mask having a preset pattern may be patterned on the substrate by depositing a metal mask according to the photoresist pattern formed on the substrate and removing the photoresist layer according to an embodiment of the present invention.

예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 포토레지스트 층이 식각된 구역에 증발기(evaporator) 또는 스퍼터(sputter)과 같은 금속 증착기를 이용하여 금(Au)을 증착한 후 상술한 포토레지스트 층을 제거하면 기판 상에 미리 설정된 패턴을 가지는 금속 마스크 어레이를 패터닝 할 수 있다.For example, according to an embodiment of the present invention, after depositing gold (Au) using a metal evaporator such as an evaporator or sputter in the area where the photoresist layer is etched, the above-described photoresist layer is deposited. When removed, a metal mask array having a preset pattern can be patterned on the substrate.

상술한 금속 마스크를 패터닝하는 구체적인 방법은 도 4를 함께 참조하여 설명하도록 한다.A detailed method of patterning the above-described metal mask will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상부에 금속 마스크를 패터닝하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a specific method of patterning a metal mask on a substrate according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하기 위해 우선적으로 금속 성질을 가진 에칭 마스크를 기판 상에 패터닝하는 공정을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 4, in order to manufacture a nanostructure according to an embodiment of the present invention, a process of first patterning an etching mask having metallic properties on a substrate may be performed.

도 4(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판(100) 상에 포토레지스트 층(310)을 도포하고, UV 광원(320)으로부터 방사된 UV 광을 미리 설정된 형상에 해당하는 마스크(330)에 조사하며, 조사된 마스크(330)의 형상을 렌즈(340)를 이용하여 UV 광을 집속시켜 기판(100) 상에 도포된 포토레지스트 층(310)에 조사함으로써, 포토레지스트 층(310)에 미리 설정된 패턴을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 4(a), a photoresist layer 310 is applied on a substrate 100 according to an embodiment of the present invention, and UV light emitted from the UV light source 320 corresponds to a preset shape. The mask 330 is irradiated, and the shape of the irradiated mask 330 is irradiated to the photoresist layer 310 applied on the substrate 100 by focusing UV light using the lens 340, A pattern set in advance in 310 may be generated.

바람직하게, 상술한 UV 광원(320)의 파장은 405nm일 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the wavelength of the above-described UV light source 320 may be 405 nm, but the above-described example is only an example for describing an embodiment of the present invention and is not limited thereto.

상술한 미리 설정된 형상에 해당하는 마스크(330)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여, 수십 만개의 미세 거울을 반도체 칩으로 집적화시킨 장비에 해당하며 빛의 광 경로를 변경시켜주는 장치인 디지털 마이크로미러(Digital Micromirror Device, DMD) 동적 마스크(dynamic Mask)일 수 있으며, 이용하여 포토 마스크 없이 포토레지스트 층을 바로 노광할 수 있다.The mask 330 corresponding to the above-described preset shape corresponds to an equipment in which hundreds of thousands of micro-mirrors are integrated into a semiconductor chip using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, and is a device that changes the optical path of light. It may be a Digital Micromirror Device (DMD) dynamic mask, and the photoresist layer can be directly exposed without a photo mask.

상술한 렌즈(340)는 대물렌즈(objective lens)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The lens 340 described above may be an objective lens, but is not limited thereto.

상술한 미리 설정된 패턴에 의해 금속 마스크(200)의 두께, 금속 마스크(200)의 직경 및 금속 마스크(200) 패턴의 피치가 결정될 수 있다. 상술한 미리 설정된 패턴은 마이크로미터 크기를 가지는 마이크로 패턴일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the metal mask 200, the diameter of the metal mask 200, and the pitch of the metal mask 200 pattern may be determined by the above-described preset pattern. The above-described preset pattern may be a micro pattern having a micrometer size, but is not limited thereto.

도 4(b)를 참조하면, 도 4(a)에서 생성된 미리 설정된 패턴을 가지는 포토레지스트 층(310)을 용액을 이용하여 현상(develop)할 수 있다.Referring to FIG. 4B, a photoresist layer 310 having a preset pattern generated in FIG. 4A may be developed using a solution.

상술한 포토레지스트 층(310) 중에서 UV 광에 노출되지 않은 부분(311)은 포토레지스트 현상액에 용해될 것이며 포토레지스트 층(310) 중에서 UV 광에 노출된 부분은 포토레지스트 현상액에 비용해될 것이다.Of the above-described photoresist layer 310, the portion 311 not exposed to UV light will be dissolved in the photoresist developer, and the portion of the photoresist layer 310 exposed to UV light will be non-dissolved in the photoresist developer.

따라서, 포토레지스트 층(310) 중에서 미리 설정된 패턴에 해당하는 포토레지스트 층(310)이 UV 광에 노광되지 않은 부분(311)만 현상액에 용해시켜 포토레지스트 층(310)을 현상할 수 있다.Accordingly, the photoresist layer 310 can be developed by dissolving only the portion 311 of the photoresist layer 310 corresponding to a predetermined pattern in the photoresist layer 310 not exposed to UV light in a developer solution.

도 4(c)를 참조하면, 도 4(b)에서 현상된 포토레지스트 층(310)에 금(gold 또는 Au)(200)을 증착시키고 포토레지스트 층(310)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 4C, gold (or Au) 200 may be deposited on the photoresist layer 310 developed in FIG. 4B and the photoresist layer 310 may be removed.

따라서, 상술한 도 4(a) 내지 도 4(c)에 나타난 방법을 이용하여 금속 마스크(200)를 기판(100) 상에 증착시켜 미리 설정된 패턴을 가지는 금속 마스크(200)를 기판(100) 상에 패터닝할 수 있다.Accordingly, the metal mask 200 having a preset pattern is deposited on the substrate 100 by depositing the metal mask 200 on the substrate 100 using the method shown in FIGS. 4A to 4C. It can be patterned on.

따라서, 상술한 에칭 대상재인 기판(100)은 에칭 마스크(200)에 해당하는 금속 마스크(200)가 패터닝되어서 에칭이 될 부분과 에칭이 안 될 부분이 구획되어 있는 상태이다.Accordingly, the above-described etching target material, the substrate 100, is in a state in which the metal mask 200 corresponding to the etching mask 200 is patterned so that a portion to be etched and a portion to be etched are partitioned.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조방법은 마이크로 크기의 금속 성질을 가진 에칭 마스크(200) 아래에 위치한 기판(100)의 부위를 에칭하여 나노 사이즈의 구조체를 제조할 수 있다.Accordingly, in the method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention, a nano-sized structure may be manufactured by etching a portion of the substrate 100 located under the etching mask 200 having micro-sized metallic properties.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 ICP-RIE 공정을 이용하여 나노 구조체를 제조하는 구체적인 방법 및 금속 마스크 주변에서 형성된 국부 전기장의 분포도를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a specific method of manufacturing a nanostructure using an ICP-RIE process and a distribution diagram of a local electric field formed around a metal mask according to an embodiment of the present invention.

도 5(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 금속 마스크가 패터닝된 기판을 ICP-RIE 공정을 이용하여 나노 구조체를 제조할 수 있다. 구체적으로, ICP-RIE 공정에서 형성되는 활성 에칭 이온들이 함유될 플라즈마(410)를 형성하여 금속 마스크(200)가 패터닝된 기판(100)을 에칭할 수 있다.Referring to FIG. 5A, according to an embodiment of the present invention, a nanostructure may be manufactured on a substrate patterned with a metal mask using an ICP-RIE process. Specifically, the substrate 100 on which the metal mask 200 is patterned may be etched by forming a plasma 410 to contain active etching ions formed in the ICP-RIE process.

본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크(200)가 패터닝된 기판(100)은 진공챔버(420) 안에 위치될 수 있다. 상술한 진공챔버(420)는 진공펌프(480)를 이용하여 외부와의 환경과 격리되어 진공 상태를 이룬다.The substrate 100 on which the metal mask 200 is patterned according to an embodiment of the present invention may be located in the vacuum chamber 420. The vacuum chamber 420 described above is isolated from the environment from the outside by using a vacuum pump 480 to achieve a vacuum state.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 주입부(430)는 SF6, CF4 또는 CF6와 같은 가스를 포함하는 반응 가스를 진공챔버(420)내로 제공할 수 있으므로, 가스 주입부(430)를 통해 제공되는 반응 가스가 진공챔버(420)내에 가득채워질 수 있다.The gas injection unit 430 according to an embodiment of the present invention can provide a reactive gas including a gas such as SF6, CF4, or CF6 into the vacuum chamber 420, so that the gas injection unit 430 provides The reaction gas may be filled in the vacuum chamber 420.

본 발명의 일 실시 예에 따른 ICP-RIE 공정으로 에칭 대상재인 기판(100)을 지지하는 홀더(440)에 금속 마스크(200)가 패터닝된 기판(100)을 장착될 수 있다.The substrate 100 patterned with the metal mask 200 may be mounted on the holder 440 supporting the substrate 100 as an etching target material by the ICP-RIE process according to an embodiment of the present invention.

진공챔버(420)에 채워지는 반응 가스에 RF 발생기(460)가 고주파를 인가할 수 있다. 구체적으로, 진공챔버(420) 상부 또는 측면에 설치된 나선형 코일(450)과 홀더(440)에 연결된 RF매칭 네트워크(470)와, 상기 나선형 코일(450)과 RF매칭 네트워크(470)에 연결되어 13.56 MHZ의 RF 주파수를 발생시키는 RF 발생기(460), RF전력을 가하여 플라즈마(410) 내에 유도성 인덕턴스(inductance) 성분을 발생시켜 나선형 코일(450)에 흐르는 전류로부터 자기장(Magnetic Field, B-Field)이 유도될 수 있으며, 유도된 자기장(B)은 수직한 방향으로 형성될 수 있고, 전기장(Electric Field, E-Field)은 평행(lateral)하게 형성될 수 있다(∇XE≠0).The RF generator 460 may apply a high frequency to the reaction gas filled in the vacuum chamber 420. Specifically, the helical coil 450 installed on the upper or side of the vacuum chamber 420 and the RF matching network 470 connected to the holder 440, and the helical coil 450 and the RF matching network 470 are connected to 13.56 An RF generator 460 that generates an RF frequency of MHZ, generates an inductive inductance component in the plasma 410 by applying RF power, and a magnetic field (B-Field) from the current flowing through the spiral coil 450 This can be induced, the induced magnetic field B can be formed in a vertical direction, and the electric field (E-Field) can be formed in parallel (∇XE≠0).

따라서, 수직방향의 자기장(B)과 수평방향의 전기장(E)을 따라 전자를 회전시키고 가스입자와 충돌시켜 고밀도의 플라즈마(410)를 형성할 수 있으며, 형성된 플라즈마(410)를 구성하는 활성 에칭 이온을 이용하여 홀더(440)에 지지되는 에칭 대상재인 기판(100)을 에칭할 수 있으며 이에 따라 나노 구조체를 제조할 수 있다.Therefore, it is possible to form a high-density plasma 410 by rotating electrons along the magnetic field B in the vertical direction and the electric field E in the horizontal direction and colliding with gas particles, and active etching constituting the formed plasma 410 The substrate 100, which is an etching target material supported on the holder 440, may be etched using ions, thereby manufacturing a nanostructure.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 상술한 방법에 의해 에칭 대상재인 기판(100)을 에칭한 이후 골드 에천트(solution)를 사용하여 식각을 위해 사용한 금속 마스크(200)를 제거함으로써, 금속 마스크(200)가 제거된 나노 구조체를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after etching the substrate 100 as an etching target material by the above-described method, the metal mask 200 used for etching is removed using a gold etchant. ) Can be removed to prepare a nanostructure.

도 5(b)를 함께 참조하면, 상술한 방법에 의해 패터닝 된 금속 마스크(200) 주변에서 전기장 분포(E-field distribution)가 다른 위치에서와 달리 크게 나타나며, 특히 금속 마스크(200)의 에지 부분에서 전기장이 집중된 국부 전기장(500)을 확인할 수 있으며, 금속 마스크(200)의 측벽 부근에서도 전기장의 세기가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5(b) together, the E-field distribution around the metal mask 200 patterned by the above-described method appears larger than at other locations, and in particular, the edge portion of the metal mask 200 At, the local electric field 500 in which the electric field is concentrated can be confirmed, and it can be seen that the strength of the electric field is relatively large even in the vicinity of the sidewall of the metal mask 200.

따라서, 활성 에칭 이온의 궤도 변화는 금속 마스크의 상부(Top) 부분의 영향보단 금속 마스크의 에지(edge)와 사이드(side)쪽의 영향을 받는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be seen that the change in the trajectory of the active etching ions is affected by the edge and side of the metal mask rather than the top of the metal mask.

도 6은 금속 마스크의 두께에 따라 금속 마스크의 주변에서의 국부 전기장의 분포를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining distribution of a local electric field around a metal mask according to the thickness of the metal mask.

도 6을 참조하면, 기판(100) 상부에 패터닝된 금속 마스크(200)의 두께(l)가 증가할수록 금속 마스크(200)의 에지 주변에서 국부 전기장(V/m)의 분포도(d)가 증가하는 것을 확인할 수 있다.6, as the thickness (l) of the metal mask 200 patterned on the substrate 100 increases, the distribution of the local electric field (V/m) around the edge of the metal mask 200 (d) increases. I can confirm that.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 두께 조절을 통하여 활성 에칭 이온의 궤도의 꺾임 각도를 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a method of adjusting a bending angle of an orbit of an active etching ion by adjusting a thickness of a metal mask according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 금속 마스크(200)의 두께를 조절하는 경우, 국부 전기장의 크기(ΔE) 및 국부 전기장이 기판(100) 에칭에 미치는 유효 범위(d/l)의 값도 조정할 수 있다. 도 6을 함께 참조하면, 상술한 l은 금속 마스크의 두께를 나타내고, d는 금속 마스크로 인해 형성되는 국부 전기장의 분포도를 나타낸다.Referring to FIG. 7, when adjusting the thickness of the metal mask 200 according to an embodiment of the present invention, the magnitude of the local electric field (ΔE) and the effective range (d/l) that the local electric field affects the etching of the substrate 100 ) Can also be adjusted. Referring to FIG. 6 together, l denotes the thickness of the metal mask, and d denotes a distribution diagram of a local electric field formed by the metal mask.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 금속 마스크(200)의 두께가 증가할수록 금속 마스크(200) 주변에 형성되는 국부 전기장의 크기도 증가하게 되며, 이에 따라 활성 에칭 이온(411)의 궤도가 꺾이는 각도 또한 증가할 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present invention, as the thickness of the metal mask 200 increases, the size of the local electric field formed around the metal mask 200 increases, and accordingly, the trajectory of the active etching ions 411 The bend angle can also be increased.

하지만, 보잉 효과를 기반으로 기판의 사이드 에칭이 효과적으로 일어나는 범위(range)가 있으며, 3 개의 영역인 제1 영역 내지 제3 영역으로 분류할 수 있다.However, there is a range in which side etching of the substrate is effectively performed based on the Boeing effect, and can be classified into three regions, a first region to a third region.

도 7(a)를 참조하면, 제1 영역에서는 국부 전기장의 크기 및 금속 마스크의 두께가 두껍지 않기 때문에 활성 이온종의 편향(deflection)의 크기가 작아 활성 에칭 이온(411)의 궤도는 제1 각도(θ1)만큼 변경되어 기판을 에칭할 수 있으며, 도 7(a)의 우측은 활성 에칭 이온(411)의 궤도가 제1 각도(θ1)만큼 변경되어 기판을 에칭하여 제조된 나노 구조체를 주사 전자 현미경(SEM)의 이미지로 나타낸 것이다. 또한 금속 마스크의 두께가 두껍지 않기 때문에 일반적인 금속 마스크로써의 역할 또한 수행하지 못한다. 따라서, 제1 영역에 포함된 범위 안에서 금속 마스크의 두께를 조절하여 기판을 에칭하여 구조체를 제조하는 경우 구조체의 크기를 조절하면서 제조하기 어렵다.Referring to FIG. 7(a), since the size of the local electric field and the thickness of the metal mask are not thick in the first region, the amount of deflection of the active ionic species is small, and the trajectory of the active etching ions 411 is at a first angle. The substrate can be etched by being changed by (θ 1 ), and on the right side of FIG. 7(a), the trajectory of the active etching ions 411 is changed by a first angle (θ 1 ), thereby forming a nanostructure manufactured by etching the substrate. It is shown as an image of a scanning electron microscope (SEM). In addition, since the thickness of the metal mask is not thick, it cannot play a role as a general metal mask. Accordingly, in the case of manufacturing a structure by etching the substrate by adjusting the thickness of the metal mask within the range included in the first region, it is difficult to manufacture while adjusting the size of the structure.

이에 비해 도 7(b)를 참조하면, 제2 영역에서는 국부 전기장의 크기가 금속 마스크(200)의 두께에 비례하여 증가하며, 또한 국부 전기장이 기판(100) 에칭에 미치는 유효 범위(d/l)의 값도 증가한다. 이에 따라 활성 에칭 이온(411)의 궤도의 꺾임 각도도 증가하여 활성 에칭 이온(411)의 궤도는 제2 각도(θ2)만큼 변경되어 기판을 에칭할 수 있으며, 도 7(b)의 우측은 활성 에칭 이온(411)의 궤도가 제2 각도(θ2)만큼 변경되어 기판을 에칭하여 제조된 나노 구조체를 주사 전자 현미경(SEM)의 이미지로 나타낸 것이다. 상술한 활성 에칭 이온(411)이 편향되는 각도가 증가함에 따라 금속 마스크(200) 바로 밑의 기판(100)이 에칭되는 언더컷팅 정도도 점차적으로 증가하게 된다. 이에 따라 제2 영역의 범위 안에서 금속 마스크의 두께를 조절하는 경우, 금속 마스크의 크기보다 더 작은 크기를 가지는 나노 구조체를 제조할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 7(b), in the second region, the size of the local electric field increases in proportion to the thickness of the metal mask 200, and the effective range (d/l) that the local electric field has on etching the substrate 100 ) Also increases. Accordingly, the bending angle of the trajectory of the active etching ions 411 is also increased, so that the trajectory of the active etching ions 411 is changed by the second angle θ 2 , so that the substrate can be etched, and the right side of FIG. 7(b) A nanostructure manufactured by etching a substrate by changing the trajectory of the active etching ions 411 by a second angle θ 2 is shown as an image of a scanning electron microscope (SEM). As the angle at which the above-described active etching ions 411 are deflected increases, the degree of undercutting by which the substrate 100 immediately under the metal mask 200 is etched also gradually increases. Accordingly, when the thickness of the metal mask is adjusted within the range of the second region, a nanostructure having a size smaller than that of the metal mask may be manufactured.

도 7(c)를 참조하면, 제3 영역에서는 국부 전기장의 크기가 가장 크며, 금속 마스크의 두께 또한 가장 두꺼운 영역으로, 제3 영역에서는 보잉 효과의 영향이 가장 크며, 이에 따라 활성 에칭 이온(411)의 편향도 크게 증가하여 활성 에칭 이온(411)의 궤도는 제3 각도(θ3)만큼 변경된다. 하지만, 제3 영역의 범위 안에서 금속 마스크 두께를 조절하는 경우 제1 영역 및 제2 영역에 비해 금속 마스크의 두께가 두꺼우므로 휘어진 많은 양의 활성 에칭 이온(411)들이 금속 마스크와 상호 작용하여 효과적인 언더컷팅이 불가능하며, 도 7(c)의 우측에 나타난 활성 에칭 이온(411)의 궤도가 제3 각도(θ3)만큼 변경되어 기판을 에칭하여 제조된 나노 구조체에 대한 주사 전자 현미경(SEM)의 이미지로부터도 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7(c), in the third region, the local electric field has the largest magnitude and the thickness of the metal mask is also the thickest region. The deflection of) is also greatly increased, so that the trajectory of the active etching ions 411 is changed by a third angle θ 3 . However, when the thickness of the metal mask is adjusted within the range of the third area, the thickness of the metal mask is thicker than that of the first area and the second area, so that a large amount of bent active etching ions 411 interact with the metal mask to effectively undermine. It is impossible to cut, and the trajectory of the active etching ions 411 shown on the right side of FIG. 7(c) is changed by a third angle (θ 3 ), and the scanning electron microscope (SEM) of the nanostructure manufactured by etching the substrate You can also check it from the image.

따라서, 금속 마스크(200)의 두께를 도 7(b)에서와 같이 제2 영역 내에서 조절하는 경우, 전기장과 금속 마스크(200)의 두께 변화를 활용하여 기판(100)을 에칭하면 보잉 효과를 극대화하면서 원하는 나노 구조체를 얻을 수 있다.Therefore, when the thickness of the metal mask 200 is adjusted within the second region as shown in FIG. 7(b), when the substrate 100 is etched using the electric field and the thickness change of the metal mask 200, the bowing effect is reduced. You can obtain the desired nanostructure while maximizing.

상술한 제1 내지 제3 영역에 대해서는 도 8에서 구체적으로 설명하도록 한다.The first to third areas described above will be described in detail in FIG. 8.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 두께를 변화시켜 나노 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a method of manufacturing a nanostructure by changing the thickness of a metal mask according to an embodiment of the present invention.

도 8(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 두께에 따라 에칭된 기판의 직경(diameter)의 변화를 나타낸 그래프를 나타낸다.8(a) is a graph showing a change in a diameter of an etched substrate according to a thickness of a metal mask according to an embodiment of the present invention.

도 8(a)를 참조하면, 제1 영역은 금속 마스크의 두께가 5nm 내지 30nm 사이에 해당하는 영역을 나타내고, 제2 영역은 금속 마스크의 두께가 40nm 내지 100nm 사이에 해당하는 영역을 나타내고, 제3 영역은 금속 마스크의 두께가 100nm보다 큰 영역을 나타낸다.Referring to FIG. 8(a), the first region represents a region in which the thickness of the metal mask is between 5 nm and 30 nm, the second region represents the region in which the thickness of the metal mask is between 40 nm and 100 nm, Area 3 represents an area in which the thickness of the metal mask is greater than 100 nm.

구체적으로, 제1 영역에서 표시된 마크는 금속 마스크의 두께가 약 5 nm 내지 30 nm의 범위에서 에칭된 기판의 직경을 나타낸 것이고, 제2 영역에서 표시된 마크는 금속 마스크의 두께가 약 40 내지 100 nm의 범위에서 에칭된 기판의 직경을 나타낸 것이고, 제3 영역에서 표시된 마크는 금속 마스크의 두께가 150nm에서 에칭된 기판의 직경을 나타낸다.Specifically, the mark displayed in the first area represents the diameter of the etched substrate in the range of about 5 nm to 30 nm in the thickness of the metal mask, and the mark displayed in the second area indicates the thickness of the metal mask in the range of about 40 to 100 nm. The diameter of the etched substrate is indicated in the range of, and the mark indicated in the third area indicates the diameter of the substrate etched at 150 nm in thickness of the metal mask.

도 8(b) 내지 도 8(j)는 도 8(a)에서 마크된 금속 마스크의 두께에 따라 각각 에칭된 기판이 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)에 의해 출력된 SEM 이미지를 나타낸 것이다.8(b) to 8(j) show SEM images of each of the etched substrates according to the thickness of the metal mask marked in FIG. 8(a) output by a scanning electron microscope (SEM). .

구체적으로, 도 8(b)에서의 금속 마스크의 두께는 5nm 이고, 도 8(c)에서는 10nm 이고, 도 8(d)에서는 20nm 이고, 도 8(e)에서는 30nm 이고, 도 8(f)에서는 40nm 이고, 도 8(g)에서는 50nm 이고, 도 8(h)에서는 70nm 이고, 도 8(i)에서는 100nm 이고, 도 8(j)에서는 150nm 인 것을 나타내며, 도 8(b) 내지 도 8(j)에서의 에칭 시간은 모두 동일하게 125(s)인 것을 나타낸다.Specifically, the thickness of the metal mask in Fig. 8(b) is 5 nm, in Fig. 8(c) it is 10 nm, in Fig. 8(d) it is 20 nm, in Fig. 8(e) it is 30 nm, and in Fig. 8(f) In Fig. 8(g), it is 40 nm, in Fig. 8(h) it is 70 nm, in Fig. 8(i) it is 100 nm, in Fig. 8(j) it is 150 nm, and Figs. 8(b) to 8 All of the etching times in (j) indicate that they are 125 (s) the same.

도 8(b) 내지 도 8(f)까지는 제1 영역에 포함된 금속 마스크의 두께에 따라 에칭된 기판의 직경으로 기판의 직경이 증가하는 경향을 보이지만, 도 8(f) 내지 도 8(i)까지는 제2 영역에 포함된 금속 마스크의 두께에 따라 금속 마스크의 두께가 40nm에서 100nm로 증가하여도 에칭된 기판의 직경은 감소하는 것을 확인할 수 있다.8(b) to 8(f) show a tendency that the diameter of the substrate increases with the diameter of the etched substrate according to the thickness of the metal mask included in the first region, but FIGS. 8(f) to 8(i) Up to ), it can be seen that even if the thickness of the metal mask increases from 40 nm to 100 nm according to the thickness of the metal mask included in the second region, the diameter of the etched substrate decreases.

도 8(j)는 제3 영역에 포함된 금속 마스크의 두께인 150nm에서 에칭된 기판의 직경을 나타낸 것으로 도 8(i)에 비해 금속 마스크의 두께가 증가하였으며, 에칭된 기판의 직경 또한 도 8(i)에 비해 증가한 것을 확인할 수 있다.FIG. 8(j) shows the diameter of the substrate etched at 150 nm, which is the thickness of the metal mask included in the third area. Compared to FIG. 8(i), the thickness of the metal mask is increased, and the diameter of the etched substrate is also shown in FIG. It can be seen that it has increased compared to (i).

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하기 위해 미리 설정된 두께를 가지는 금속 마스크의 직경(Diameter)을 변화시키면서 측정한 기판의 측면(lateral) 에칭 정도를 나타낸 것이다.9 is a diagram illustrating a degree of lateral etching of a substrate measured while changing a diameter of a metal mask having a preset thickness in order to manufacture a nanostructure according to an embodiment of the present invention.

도 9(a)를 참조하면, 금속 마스크 및 기판에 도달하는 활성 에칭 이온의 양이 포화(Saturated)되어 금속 마스크 및 기판에 도달한 활성 에칭 이온의 양이 균일하다고 가정한 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미리 설정된 두께(l)를 가지는 금속 마스크의 직경(Diameter)이 증가함에 따라 기판의 측면 에칭 정도를 나타내는 Δ직경 (ΔDiameter) 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 금속 마스크의 직경이 증가할수록 상술한 균일한 활성 에칭 이온들의 편향이 증가되어 보잉 효과가 더 발생하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9(a), when it is assumed that the amount of active etching ions reaching the metal mask and the substrate is saturated and the amount of active etching ions reaching the metal mask and the substrate is uniform, one of the present inventions It can be seen that as the diameter of the metal mask having the preset thickness l according to the embodiment increases, the Δdiameter indicating the degree of lateral etching of the substrate also increases. That is, it can be seen that as the diameter of the metal mask increases, the deflection of the above-described uniform active etching ions increases, thereby further generating the bowing effect.

종래에는 상술한 방법으로 금속 마스크의 직경을 증가시켜도 기판의 측면 에칭 정도는 동일하였으며 일정한 언더컷팅이 발생하였다.Conventionally, even when the diameter of the metal mask was increased by the above-described method, the degree of side etching of the substrate was the same and constant undercutting occurred.

본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 직경이 증가할수록 전기장의 아크길이(arc length of electric field) 또한 증가하며, 상술한 금속 마스크의 두께(l)는 전기장이 형성되는 금속 마스크의 직경의 측방(lateral)에 해당하는 방향으로의 전기장의 아크길이도 포함할 수 있다.As the diameter of the metal mask according to an embodiment of the present invention increases, the arc length of electric field also increases, and the thickness (l) of the metal mask is a side of the diameter of the metal mask in which the electric field is formed. The arc length of the electric field in the direction corresponding to (lateral) may also be included.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 금속 마스크의 직경(diameter)에 따라 금속 마스크에 의해 형성되는 국부 전기장의 크기를 제어할 수 있으며, 이에 따라 기판의 측면(lateral) 에칭의 정도를 에칭 마스크에 해당하는 금속 마스크의 직경(diameter)에 따라 조절하여 나노 구조체를 제조할 수 있다.Accordingly, the size of the local electric field formed by the metal mask can be controlled according to the diameter of the metal mask described above according to an embodiment of the present invention, and accordingly, the degree of lateral etching of the substrate is etched. The nanostructure can be manufactured by adjusting according to the diameter of the metal mask corresponding to the mask.

도 9(b)는 도 9(a)에서 마크된 50nm의 두께를 가지는 금속 마스크의 직경에 따라 각각 에칭된 기판이 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)에 의해 출력된 SEM 이미지를 나타낸 것이다.FIG. 9(b) shows an SEM image of each etched substrate according to the diameter of a metal mask having a thickness of 50 nm marked in FIG. 9(a), output by a scanning electron microscope (SEM).

도 9(b)를 참조하면, 도 9(a)에서 마크된 50nm의 두께를 가지는 금속 마스크의 직경이 왼쪽부터 시작해서 1nm, 2nm, 3nm 및 4nm으로 증가하는 경우, 기판의 측면 에칭 정도를 나타내는 Δr’(ΔDiameter)이 증가하는 실험 결과를 나타낸 것이다.Referring to FIG. 9(b), when the diameter of the metal mask having a thickness of 50 nm marked in FIG. 9(a) increases to 1 nm, 2 nm, 3 nm, and 4 nm from the left, indicating the degree of side etching of the substrate. It shows the experimental result of increasing Δr'(ΔDiameter).

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크의 피치에 따라 에칭되어 형성된 나노 구조체의 직경을 나타내는 도면이다.10 is a diagram illustrating the diameter of a nanostructure formed by etching according to a pitch of a metal mask according to an embodiment of the present invention.

도 10(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체를 제조하는 방법은 금속 마스크 간 간격을 나타내는 금속 마스크 패턴의 피치(Pitch)에 따라 기판이 에칭되는 정도를 조절하여 나노 구조체를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 10(a), the method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention is a nanostructure by controlling the degree to which a substrate is etched according to a pitch of a metal mask pattern indicating a gap between metal masks. Can be manufactured.

구체적으로, 도 10(a)를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크 패턴의 피치가 마이크로 사이즈인 경우 금속 마스크 패턴의 피치의 값이 변화해도 기판이 에칭되어 형성된 나노 구조체의 직경에는 크게 변화가 없음을 확인할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 10(a), when the pitch of the metal mask pattern according to an embodiment of the present invention is micro-sized, even if the pitch of the metal mask pattern changes, the diameter of the nanostructure formed by etching the substrate is large. You can see that there is no change.

따라서, 금속 마스크 패턴의 피치가 마이크로 사이즈인 경우 금속 마스크 패턴의 피치의 값이 변화해도 언더컷팅에 의한 나노 구조체의 사이즈 제어에는 크게 변화가 없음을 확인할 수 있음과 동시에 안정적으로 나노 구조체를 형성할 수 있다.Therefore, when the pitch of the metal mask pattern is micro-sized, even if the pitch of the metal mask pattern changes, it can be confirmed that there is no significant change in the size control of the nanostructure by undercutting, and at the same time, the nanostructure can be stably formed. have.

도 10(b)의 좌측 도면을 참조하면, 금속 마스크(200) 및 기판(100)에 도달하는 플라즈마(410)를 구성하는 활성 에칭 이온의 양이 포화(Saturated)되어 금속 마스크(200) 및 기판(100)에 도달한 활성 에칭 이온의 양이 균일하다고 가정한 경우, 금속 마스크(200) 패턴의 피치가 나노 사이즈(nanosize)인 경우, 활성 에칭 이온종이 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 들어갈 수 있는 각도(θ4)가 작아짐에 따라 활성 에칭 이온종이 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 들어갈 수 있는 확률이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.Referring to the left drawing of FIG. 10(b), the amount of active etching ions constituting the plasma 410 reaching the metal mask 200 and the substrate 100 is saturated, so that the metal mask 200 and the substrate are Assuming that the amount of active etching ions reaching (100) is uniform, when the pitch of the pattern of the metal mask 200 is nanosize, the active etching ion paper is a substrate on which the metal mask 200 is not located ( It can be seen that the probability that the active etching ionic species can enter the region of the substrate 100 where the metal mask 200 is not located decreases as the angle θ 4 that can enter the 100) region decreases.

상술한 활성 에칭 이온종이 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 들어갈 수 있는 확률이 감소하는 것은 에칭 마스크의 피치가 감소하면서 종횡비(aspect ratio, AR)가 증가하여 활성 에칭 이온종이 측면 방향으로 상당한 편향을 겪어 증가된 종횡비(AR) 따라 에칭 마스크(200)와의 충돌이 증가하여 기판(100)의 에칭 속도가 감소하는 현상과 비슷하다.The decrease in the probability that the above-described active etching ion paper can enter the portion of the substrate 100 in which the metal mask 200 is not located is decreased, and the aspect ratio (AR) increases as the pitch of the etching mask increases. It is similar to a phenomenon in which the collision with the etching mask 200 increases according to the increased aspect ratio AR due to significant deflection in the lateral direction, thereby decreasing the etching rate of the substrate 100.

구체적으로 활성 에칭 이온종이 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 들어갈 수 있는 확률이 감소하는 것은 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위에 도달할 수 있는 중성 플럭스(Neutral flux)가 달라지면서 발생하는 현상이다.Specifically, the decrease in the probability that the active etching ionic species can enter the region of the substrate 100 where the metal mask 200 is not located is a neutral flux that can reach the region of the substrate 100 where the metal mask 200 is not located. This is a phenomenon that occurs when the (Neutral flux) changes.

또한 상술한 활성 에칭 이온종이 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 들어갈 수 있는 확률이 감소하는 것은 금속 마스크(200) 패턴의 피치가 짧아지면서 편향된 활성 에칭 이온종이 들어갈만한 충분한 길이(length)가 확보되지 않으므로, 금속 마스크(200)에 의해 형성된 국부 전기장에 따른 보잉 효과가 나타나기 어렵기 때문이다.In addition, the decrease in the probability that the above-described active etching ionic species can enter the portion of the substrate 100 where the metal mask 200 is not located is a sufficient length for the deflected active etching ionic species to enter while the pitch of the pattern of the metal mask 200 is shortened. Because (length) is not secured, it is difficult to exhibit the bowing effect according to the local electric field formed by the metal mask 200.

이에 비해 도 10(b)의 우측 도면을 참조하면 금속 마스크(200) 및 기판(100)에 도달하는 플라즈마(410)를 구성하는 활성 에칭 이온의 양이 포화(Saturated)되어 금속 마스크(200) 및 기판(100)에 도달한 활성 에칭 이온의 양이 균일하다고 가정한 경우, 금속 마스크(200) 패턴의 피치가 마이크로 사이즈(microsize)이면 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위에 활성 이온종이 도 10(b)의 좌측 도면에서 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 들어갈 수 있는 각도(θ4)보다 더 큰 각도인 θ5의 각도만큼 금속 마스크(200)가 위치하지 않는 기판(100) 부위로 충분히 들어갈 수 있음을 확인할 수 있다.In contrast, referring to the right drawing of FIG. 10B, the amount of active etching ions constituting the plasma 410 reaching the metal mask 200 and the substrate 100 is saturated, and thus the metal mask 200 and the Assuming that the amount of active etching ions reaching the substrate 100 is uniform, if the pitch of the pattern of the metal mask 200 is microsize, it is activated in the portion of the substrate 100 where the metal mask 200 is not located. The metal mask 200 is formed by an angle of θ 5 that is greater than the angle θ 4 that the ion species can enter into the portion of the substrate 100 where the metal mask 200 is not located in the left drawing of FIG. 10(b). It can be seen that it can sufficiently enter the portion of the substrate 100 that is not located.

도 10(c)는 도 10(b)에서 마크된 금속 마스크 패턴의 피치가 3um인 경우 기판이 에칭되어 형성된 나노 구조체의 직경을 나타내고, 도 10(d)는 금속 마스크 패턴의 피치가 5um인 경우, 도 10(e)는 금속 마스크 패턴의 피치가 10um인 경우, 도 10(f)는 금속 마스크 패턴의 피치가 15um인 경우에 기판이 에칭되어 형성된 나노 구조체의 직경을 나타내 것이다.FIG. 10(c) shows the diameter of the nanostructure formed by etching the substrate when the pitch of the metal mask pattern marked in FIG. 10(b) is 3 μm, and FIG. 10(d) shows the case where the pitch of the metal mask pattern is 5 μm. 10(e) shows the diameter of the nanostructure formed by etching the substrate when the pitch of the metal mask pattern is 10 μm, and FIG. 10(f) shows the diameter of the nanostructure formed by etching the substrate when the pitch of the metal mask pattern is 15 μm.

따라서, 도 10(c) 내지 도 10 (f)을 참조하면 금속 마스크의 배열이 마이크로 사이즈의 피치를 가지는 경우에는 언더컷팅에 의한 나노 구조체의 사이즈 제어에는 크게 변화가 없는 것을 확인할 수 있음과 동시에 안정적으로 나노 구조체를 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.Therefore, referring to FIGS. 10(c) to 10(f), when the array of metal masks has a micro-sized pitch, it can be confirmed that there is no significant change in the size control of the nanostructure by undercutting, and at the same time, it is stable. It can be seen that a nanostructure can be formed.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판을 에칭하는 공정을 수행 시, 에칭 공정 시간에 따른 기판의 측면 에칭률(lateral etching rate)의 변화를 나타낸 것이다.11 illustrates a change in a lateral etching rate of a substrate according to an etching process time when a process of etching a substrate patterned with a metal mask according to an embodiment of the present invention is performed.

도 11을 참조하면, 본 실험 조건에서 활성 에칭 이온의 양은 충분히 포화된 경우로 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판이 에칭되어 형성된 구조체의 직경은 에칭 시간이 증가함에 따라 감소하지만, 금속 마스크가 패터닝된 기판이 에칭되어 형성된 구조체의 깊이는 에칭 시간이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, when the amount of active etching ions is sufficiently saturated in this experimental condition, the diameter of the structure formed by etching the substrate patterned with the metal mask according to an embodiment of the present invention decreases as the etching time increases. , It can be seen that the depth of the structure formed by etching the substrate patterned with the metal mask linearly increases as the etching time increases.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판의 측면 에칭률은 에칭 시간이 증가함에 따라 감소하지만, 기판의 수직 에칭률은 에칭 시간이 증가함에 따라 함께 증가하는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the lateral etch rate of the substrate patterned with the metal mask according to the embodiment of the present invention decreases as the etching time increases, but the vertical etch rate of the substrate increases as the etching time increases.

구체적으로, 에칭 시간이 128(s)정도로 짧은 경우에는 금속 마스크가 패터닝된 기판의 측면 에칭률이 큰 것을 확인할 수 있으나, 보호막을 형성하는 공정이 없는 비-보쉬 공정에서는 에칭 시간이 길어질수록 금속 마스크와 활성 에칭 이온의 상호작용으로 스퍼터링(Sputtering) 및 재증착(Re-deposition)을 통해 오히려 측면 에칭률이 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 구체적으로, 측면 에칭률이 감소하다가 포화되게 된다.Specifically, if the etching time is as short as 128(s), it can be seen that the lateral etching rate of the substrate patterned with the metal mask is high, but in the non-Bosch process without the process of forming a protective film, the longer the etching time, the more the metal mask It can be seen that the side etch rate tends to decrease through sputtering and re-deposition due to the interaction between the and active etching ions. Specifically, the side etch rate decreases and then becomes saturated.

상술한 스퍼터링(sputtering)은 이온이 수백 eV 이상의 높은 에너지로 가속하여 고체재료에 충돌하는 경우 재료를 구성하는 원자가 밖으로 튕겨져 나오는 현상을 나타낸다.In the above-described sputtering, when ions are accelerated to a high energy of several hundreds of eV or more and collide with a solid material, atoms constituting the material are bounced out.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 마스크가 패터닝된 기판이 수직 방향으로 깎아 들어가는 정도는 활성 에칭 이온의 양과 노출 시간에 따라 결정될 수 있으며, 에칭 시간을 이용하여 보잉 효과에 따른 언더컷팅 정도를 조절하여 나노 구조체를 제조할 수 있다.Therefore, the degree to which the substrate on which the metal mask is patterned according to an embodiment of the present invention is cut in the vertical direction may be determined according to the amount of active etching ions and the exposure time, and the degree of undercutting according to the bowing effect is determined using the etching time. It can be adjusted to prepare a nanostructure.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 건식 에칭 공정에서 생기는 부작용을 적극 활용함으로써, 건식 에칭 공정 시 발생할 수 있는 오차(Error) 및 위험(Risk)으로 인한 비용 손실(cost loss)을 줄일 수 있다.Therefore, the method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention actively utilizes side effects that occur in the dry etching process, thereby causing a cost loss due to errors and risks that may occur during the dry etching process. Can be reduced.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 구조체 제조 방법은 개별 구조를 형성하므로 개별 사이즈에 따른 특성을 볼 수 있으며, 기존 전통적인 반도체 공정으로 진행하던 리소그래피/에칭 공정을 벗어난 방법을 차용하여 빛의 한계로 인해 만들 수 없는 초 미세 패턴을 만들 수 있는 장점이 있다.In addition, since the nanostructure manufacturing method according to an embodiment of the present invention forms individual structures, characteristics according to individual sizes can be seen, and by borrowing a method that deviates from the lithography/etching process that was performed with the conventional semiconductor process, It has the advantage of being able to create ultra-fine patterns that cannot be made.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs can make various modifications, changes, and substitutions within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for description, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 기판 200: 금속 마스크100: substrate 200: metal mask

Claims (9)

기판의 상부에 미리 설정된 패턴에 따라 금속 마스크를 패터닝하는 단계; 및
상기 기판의 표면 중 상기 금속 마스크가 패터닝된 표면 이외에 해당하는 외부에 노출된 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 단계;를 포함하고,
상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 단계는,
상기 건식 에칭을 수행 시 상기 기판에 패터닝된 금속 마스크의 주변에 발생되는 전기장의 세기가 상기 패터닝된 금속 마스크의 일부 부위에서 상대적으로 높게 형성된 국부 전기장 이용하여 상기 외부에 노출된 기판의 표면을 건식 에칭하되,
상기 형성된 국부 전기장을 이용하여 상기 기판과 반응하여 에칭시키는 이온인 활성 에칭 이온의 궤도를 조절하여 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
Patterning a metal mask on the substrate according to a preset pattern; And
Including, among the surfaces of the substrate, dry etching the surface of the substrate exposed to the outside in addition to the surface on which the metal mask is patterned; and
Dry etching the surface of the substrate,
When performing the dry etching, dry etching the surface of the substrate exposed to the outside by using a local electric field in which the intensity of the electric field generated around the metal mask patterned on the substrate is relatively high in some portions of the patterned metal mask But,
The method of manufacturing a nanostructure, characterized in that dry etching the surface of the substrate by controlling the trajectory of active etching ions, which are ions reacted and etched with the substrate using the formed local electric field.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 건식 에칭하는 단계는,
상기 금속 마스크의 두께를 조절하여 상기 국부 전기장을 변화시켜 상기 활성 에칭 이온의 궤도가 꺾이는 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The dry etching step,
The method of manufacturing a nanostructure, characterized in that by adjusting the thickness of the metal mask to change the local electric field to adjust the angle at which the orbit of the active etching ions is bent.
제3항에 있어서,
상기 금속 마스크는
40nm 내지 100nmn 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 3,
The metal mask
Method for producing a nanostructure, characterized in that it has a thickness in the range of 40nm to 100nmn.
제1항에 있어서,
상기 건식 에칭하는 단계는,
상기 금속 마스크 및 상기 기판에 도달하는 상기 활성 에칭 이온의 양이 포화되면 미리 설정된 두께를 가지는 상기 금속 마스크의 직경(Diameter)에 따라 상기 포화된 활성 에칭 이온들의 편향을 변화시켜 상기 기판의 측면이 에칭되는 정도를 나타내는 측면 에칭 정도를 제어하여 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The dry etching step,
When the amount of the active etching ions reaching the metal mask and the substrate is saturated, the side of the substrate is etched by changing the deflection of the saturated active etching ions according to the diameter of the metal mask having a preset thickness. The method of manufacturing a nanostructure, characterized in that dry etching the surface of the substrate by controlling the degree of lateral etching indicating the degree to which it is performed.
제1항에 있어서,
상기 건식 에칭하는 단계는,
상기 금속 마스크 패턴의 피치를 조절하여 상기 활성 에칭 이온의 궤도가 꺾이는 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The dry etching step,
The method of manufacturing a nanostructure, characterized in that by adjusting the pitch of the metal mask pattern to control the angle at which the trajectory of the active etching ions is bent.
제1항에 있어서,
상기 건식 에칭하는 단계는,
상기 건식 에칭의 시간이 증가함에 따라 상기 기판의 측면 에칭 정도가 감소하고 상기 기판의 수직 에칭 정도가 증가하는 성질을 이용하여 상기 건식 에칭의 시간에 따라 상기 기판의 측면 에칭 정도를 조절하여 상기 기판의 표면을 건식 에칭하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The dry etching step,
As the dry etching time increases, the degree of side etching of the substrate decreases and the degree of vertical etching of the substrate increases, and the degree of side etching of the substrate is adjusted according to the time of the dry etching. A method for manufacturing a nanostructure, characterized in that dry etching the surface.
제1항에 있어서,
상기 금속 마스크를 패터닝하는 단계는,
상기 기판 상에 포토레지스트 층(photoresist layer)을 도포하는 단계;
상기 기판 상에 도포된 포토레지스트 층을 상기 미리 설정된 패턴으로 현상(develop)하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 포토레지스트 패턴에 따라 상기 금속 마스크를 증착(deposition)하는 단계;를 포함하고,
상기 국부 전기장은 상기 패터닝된 금속 마스크의 에지 또는 측벽 부근에서 형성되며,
상기 건식 에칭은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)인 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The step of patterning the metal mask,
Applying a photoresist layer on the substrate;
Forming a photoresist pattern by developing a photoresist layer applied on the substrate into the preset pattern; And
Including; depositing the metal mask according to the formed photoresist pattern,
The local electric field is formed near the edge or sidewall of the patterned metal mask,
The dry etching method of manufacturing a nanostructure, characterized in that the reactive ion etching (Reactive Ion Etching, RIE).
제1항, 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에 의해 제조되는 나노 구조체.The nanostructure produced by the method according to any one of claims 1, 3 to 8.
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