KR102395979B1 - 레지스트 마스크, 도미노 리소그래피 및 이를 이용해 제작된 구조체 - Google Patents

레지스트 마스크, 도미노 리소그래피 및 이를 이용해 제작된 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레지스트 마스크, 도미노 리소그래피 및 이를 이용해 제작된 구조체에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판의 상측에 제공되고, 기 설정된 형상이 형성된 레지스트층; 및 상기 기 설정된 형상이 형성된 상기 레지스트층의 적어도 일부분은 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어짐으로써 인접하는 레지스트층과 적어도 일 지점에서 접촉하는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.

Description

레지스트 마스크, 도미노 리소그래피 및 이를 이용해 제작된 구조체 {Resist mask, domino lithography and structure manufactured using the same}
본 발명은 레지스트 마스크, 도미노 리소그래피 및 이를 이용해 제작된 구조체에 관한 것이다.
사물인터넷 및 인공지능 기술의 발전은 대규모 데이터 및 연산 처리를 가능하게 하는 더욱 집적된 반도체 소자의 개발을 촉진시키고 있다. 그에 따라, 반도체의 선폭을 줄일 수 있는 다양한 리소그래피에 대한 개발에 대한 시도가 이루어지고 있다. 특히, 나노광학 분야에서 나노미터 구조들에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서도 광자를 극한으로 집속시킬 수 있는 나노안테나에 대한 시도가 이루어 지고 있다.
도 1은 종래의 전자빔 리소그래피를 이용하여 형성한 레지스트 마스크(1000)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전자빔 또는 집속 이온빔을 이용해 일정 형상을 패터닝을 하고, 현상과정을 거쳐 홈(1001)이 형성된 레지스트 마스크(1000)를 형성할 수 있다(포지티브 레지스트 이용하는 경우). 그러나, 이러한 종래의 레지스트 마스크(1000)는 근접장 효과(proximity effect)로 불리는 한계에 의해 매우 날카로운 모서리(1002)를 형성하지 못한다는 단점을 갖는다. 그에 따라, 이러한 레지스트 마스크(1000)를 이용하여 형성된 구조체도 마찬가지로 매우 날카로운 모서리를 형성하지 못하는 단점을 갖는다.
또한, 이러한 종래의 전자빔 리소그래피를 이용해 형성된 종래의 나노 안테나 또한 간격이 약 20nm 정도로 구현되는바, 아주 강한 집속이 어렵다는 단점을 갖는다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 한 자릿수 나노 미터 간격 및 날카로운 모서리를 가질 수 있는 구조체를 제조할 수 있는 레지스트 마스크 및 도미노 리소그래피를 제공하고자 한다.
또한, 구조체를 대량 생산 가능하고 수율을 향상시킬 수 있는 레지스트 마스크 및 도미노 리소그래피를 제공하자 한다.
또한, 한 자릿수 나노 미터 간격 및 날카로운 모서리를 가질 수 있는 구조체를 제공하고자 한다.
또한, 광자를 극한으로 집속시킬 수 있는 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판의 상측에 제공되고, 기 설정된 형상이 형성된 레지스트층; 및 상기 기 설정된 형상이 형성된 상기 레지스트층의 적어도 일부분은 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어짐으로써 인접하는 레지스트층과 적어도 일 지점에서 접촉하는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 레지스트층은, 상기 기 설정된 형상이 형성되는 제1 레지스트층; 및 상기 제1 레지스트층과 상기 기판 사이에 제공되는 제2 레지스트층을 포함하고, 상기 제2 레지스트층은 상기 제1 레지스트층 보다 현상액에서 용해도가 큰 물질로 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 레지스트층은, 상기 기 설정된 형상의 일부인 제1 부분이 형성되는 제1 이동층; 및 상기 기 설정된 형상의 나머지 일부인 제2 부분이 형성되는 제1 고정층을 포함하는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 레지스트층은, 상기 제1 이동층의 하측에 제공되는 제2 이동층; 및 상기 제1 고정층 하측에 제공되는 제2 고정층을 포함하고, 상기 제1 이동층과 상기 제2 이동층은 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기 설정된 각도 기울어지게 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 이동층에 형성된 상기 제1 부분은 복수 개로 제공되고, 상기 제1 이동층에서 복수 개로 제공된 상기 제1 부분은 상기 제1 이동층의 중심축을 기준으로 서로 반대편에 배치되고, 상기 중심축을 기준으로 일측에 배치된 제1 부분은 폐쇄되도록 제공되고, 상기 중심축을 기준으로 타측에 배치된 상기 제1 부분는 개방되도록 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 레지스트층은, 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어진 이동층을 포함하고, 상기 이동층은 상기 기 설정된 형상의 적어도 일부인 제1 부분이 형성된 측의 길이가 상기 제1 부분이 형성되지 않은 측의 길이보다 길게 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동층의 제1 부분이 형성된 측의 길이는 상기 제1 부분이 형성되지 않은 측의 길이보다 4배 이상으로 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 레지스트층은 폴리메칠메타크릴레이트로 제공되고, 상기 제2 레지스트층은 코폴리머로 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 레지스트층은,상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어진 이동층을 포함하고, 상기 이동층은 T자형으로 형성되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동층은, 상기 기판의 상측에 배치되는 제2 이동층; 및 상기 제2 이동층의 상측에 배치되는 제1 이동층을 포함하고, 상기 제1 이동층의 폭은 상기 이동층의 폭 보다 크게 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 기 설정된 형상은, 나비 넥타이 형상으로 형성되고, 상기 나비 넥타이는 두 개의 삼각형이 접촉점에서 만나는 형상으로 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 레지스트층은, 현상액에 기 설정된 시간 노출된 후 움직임이 발생할 수 있는 이동층; 및 상기 현상액에 기 설정된 시간 노출된 후 움직임이 발생할 수 없는 고정층을 포함하는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
또한, 상기 기 설정된 시간은 15분 내지 25분으로 제공되는 레지스트 마스크가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상부에 레지스트층을 형성하는 단계; 상기 레지스트층에 제1 형상이 스캐닝되도록 상기 레지스트층을 빔에 노출시키는 단계; 상기 레지스트층을 기 설정된 시간 동안 현상액에서 현상 후, 상기 제1 형상이 형성된 레지스트층을 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 상기 제1 형상이 형성된 레지스트층과 이와 인접하는 상기 레지스트층의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계를 포함하는　도미노 리소그래피가 제공될 수 있다.
또한, 상기 레지스트층에 제1 형상이 스캐닝되도록 상기 레지스트층에 전자빔을 노출시키는 단계는, 복수 개의 제1 형상과, 상기 복수 개의 제1 형상을 연결하는 제1 형상 연결부를 스캐닝하는 단계를 포함하는 도미노 리소그래피가 제공될 수 있다.
또한, 상기 기판 상부에 레지스트층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 코폴리머로 제공되는 제2 레지스트층을 증착하는 단계; 및 상기 제2 레지스트층 상에 폴리메칠메타크릴레이트로 제공되는 제1 레지스트층을 증착하는 단계를 포함하는 도미노 리소그래피가 제공될 수 있다.
또한, 레지스트층을　기 설정된 시간 동안　현상액에서 현상　후, 상기　제1 형상이 형성된　레지스트층을 상기　기판과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 상기　제1 형상이 형성된　레지스트층과 이와 인접하는 상기　레지스트층의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계는, 레지스트층을 현상액에서 15분 내지 25분 노출시키는 단계; 상기 현상액에 의해 제거된 영역에 질소 가스를 불어 넣는 단계를 포함하는 도미노 리소그래피가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기 설정된 간격 이격된 제1 구조체와 제2 구조체를 포함하고, 상기 기 설정된 간격은 5nm 이하로 제공되는 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조체와 제2 구조체는 서로 마주보는 부분에 모서리가 제공되고,　상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 모서리의 곡률은 1nm이하로 제공되는 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 서로 마주보는 삼각형 형상으로 형성되고, 각각의 제1 구조체와 제2 구조체는 서로 마주 보는 부분에 배치된 모서리의 각도는 35도 내지 75도를 갖는 구조체가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 레지스트 마스크 및 도미노 리소그래피는 한 자릿수 나노 미터 간격 및 날카로운 모서리를 가질 수 있는 구조체를 제조할 수 있는 플랫폼을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 구조체를 대량 생산 가능하고 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조체는 한 자릿수 나노 미터 간격 및 날카로운 모서리를 가질 수 있는 장점이 있다.
또한, 광자를 극한으로 집속시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 전자빔 리소그래피를 이용하여 형성한 레지스트 마스크를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레지스트 마스크의 일부를 상측으로부터 바라본 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 레지스트 마스크를 A-A'을 따라 절개한 단면을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 4는 도 2의 레지스트 마스크의 기 설정된 형상이 형성된 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 본 실시예의 도미노 리소그래피의 일부를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 2의 레지스트 마스크의 형성 전 후(상측으로 부터 바라본 모습)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3의 레지스트 마스크의 형성 전 후(절단면을 나타낸 모습)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 2의 레지스트 마스크를 실제로 제작한 모습을 나타내는 사진이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조체를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 구조체의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 11은 본 실시예의 레지스트 마스크를 이용해여 제작한 다양한 구조체의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 12는 도 9의 구조체를 제조하는 도미노 리소그래피를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 13은 도 9의 구조체를 FDTD 시뮬레이션을 사용하여 분석한 기하학적 매개 변수에 따른 공명 특성(resonance characteristics)을 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 9의 구조체에 빛을 비추었을 때, 제1 구조체와 제2 구조체의 간격 및 곡률(ROC)에 따른 자기장 향상을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레지스트 마스크의 형성 전 후(상측으로부터 바라본 모습)를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15의 레지스트 마스크의 형성 전 후(절단면을 나타낸 모습)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레지스트 마스크(10)의 일부를 상측으로부터 바라본 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 레지스트 마스크(10)를 A-A'을 따라 절개한 단면을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2의 레지스트 마스크(10)의 기 설정된 형상(300)이 형성된 부분을 확대한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레지스트 마스크(10)는 기판(100); 기판(100)의 상측에 제공되고, 기 설정된 형상(300)이 형성된 레지스트층(200)을 포함할 수 있다. 이때, 기 설정된 형상(300)이 형성된 레지스트층(200)의 적어도 일부분은 기판(100)과 수직하는 방향으로부터 기울어짐으로써 인접하는 레지스트층(200)과 적어도 일 지점에서 접촉할 수 있다. 여기서, 또한, 기판(100)과 수직하는 방향은 도 3에 도시된 가상의 선인 B-B'로 이해될 수 있다.
또한, 본 실시예의 레지스트 마스크(10)로부터 후술하는 리프트 오프(Lift-off) 공정를 거쳐, 기 설정된 형상(300)과 동일한 형상의 구조체(1)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 기 설정된 형상(300)은 예리한 모서리를 갖는 삼각형이 마주보는 나비 넥타이(bowtie) 형상으로 형성된 것을 예로 들어 설명한다. 이러한 나비 넥타이(bowtie) 형상은 두 개의 삼각형이 접촉점(P)에서 만나는 형상일 수 있다. 본 실시예의 레지스트 마스크(10)를 이용하여, 예리한 팁(sharp tip)을 갖고, 한자리 수의 나노미터 간격(few-nanometer gap)을 갖는 나비 넥타이(bowtie) 형상의 구조체(1)를 형성할 수 있다. 이와 같은 구조체(1)는 금속(예를 들어, 금)으로 형성됨으로써 나노 안테나로서 기능할 수 있고, 구조체(1)에 빛을 집속시키는 경우, 전기장(electric field)은 구조체(1)에 강하고 타이트하게 갇힐 수 있는바(confined), 단분자 수준을 검출할 수 있는 초고감도 표면증강라만센서(SERS 센서)에 적용될 수도 있다. 또한, 이러한 구조체(1)에 빛을 빛을 집속시키는 경우 광자를 극도로 압착시킬 수 있는바, 강력한 결합(strong coupling), 퀀텀 플라즈모닉(quantum plasmonics), 비선형성 향상(nonlinearity enhancement), 분자 접합(molecular junctions) 등을 구현할 수 있고, 이러한 기능을 다양한 분야(예를 들어, 반도체 및 양자 정보 플랫폼, 초고민감도 나노센서 등)에 적용할 수 있다.
본 실시예에서 구조체(1)가 금속으로 형성되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 구조체(1)는 유전체로 형성될 수도 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술한다.
기 설정된 형상(300)은 나비 넥타이(bowtie) 형상에 한정되는 것은 아니며, 삼각형(Triangles), 호(arcs), 나노 사이즈를 갖는 와이어, 뾰족한 모서리를 갖는 임의의 형상 등으로 제공될 수 있다.
본 실시예의 레지스트 마스크(10)는 기 설정된 형상(300)이 형성된 레지스트층(200)의 적어도 일부분이 기울어지고, 기울어진 레지스트층(200)과 인접하는 레지스트층(200)이 접촉점(P)에서 맞닿을 수 있다. 이와 같이, 접촉점(P)에 의해 기 설정된 형상(300)은 날카로운 모서리를 포함할 수 있는바, 후술하는 구조체(1)도 날카로운 모서리를 포함할 수 있다.
기판(100)은 후술하는 레지스트층(200)이 증착될 수 있는 일정 면적을 갖도록 형성된다.
기판(100)은 실리콘(silicon)으로 제공될 수 있으며, 기판(100)의 두께는 100μm 내지 800μm 로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 기판(100)의 두께는 300μm 내지 600μm으로 제공될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 기판(100)의 두께는 500μm로 제공될 수 있다.
본 실시예의 레지스트층(200)은 포지티브 톤 레지스트(positive tone resist)인 것을 예로 들어 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 구조체(1)는 네거티브 톤 레지스트에 의해 형성될 수 있다.
본 실시예의 레지스트층(200)의 위치관계에 따라 제1 레지스트층(210)과 제2 레지스트층(220)으로 표현될 수 있고, 현상액(developer)에 의해 현상(develop)된 후 움직임이 발생하는지 여부(넘어지는지 여부)에 따라 이동층(212, 222)과 고정층(214, 224)으로 표현될 수 있다.
먼저, 위치관계에 따라 레지스트층(200)을 나타내면 아래와 같이 표현될 수 있다.
레지스트층(200)은 기 설정된 형상(300)이 형성되는 제1 레지스트층(210); 및 제1 레지스트층(210)과 기판(100) 사이에 제공되는 제2 레지스트층(220)을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예의 레지스트 마스크(10)는 기판(100), 제2 레지스트층(220), 제1 레지스트층(210) 순으로 증착되는 것으로 이해될 수 있다.
제2 레지스트층(220)은 제1 레지스트층(210) 보다 현상액(developer)에서 용해도(solubility)가 큰 물질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 레지스트층(220)은 코폴리머(copolymer)로 제공되고, 제1 레지스트층(210)은 폴리메칠메타크릴레이트(PMMA)로 제공될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 전자빔에 노출된 패턴은 현상액에 의해 제거된다. 이때 레지스트층(200)을 기 설정된 시간 동안 현상액(developer)과 접촉시키며, 기 설정된 시간은 종래의 일반적인 현상 시간(develop time)보다 긴 시간일 수 있다.
즉, 본 실시예의 레지스트층(200)은 종래의 일반적인 현상 시간보다 오랜 시간 현상액(developer)에 노출되고, 제1 레지스트층(210)과 제2 레지스트층(220)이 다른 용해도(solubility)를 갖고 있는바, 레지스트층(200)의 일부는 "T자형"으로 형성될 수 있다(도 3 참조). 이와 같이 레지스트층(200)의 일부가 T자형으로 형성되는바, T자형으로 형성된 레지스트층(200)의 하측이 불안정해져 넘어(falling)질 수 있다.
종래의 일반적인 리소그래피 공정에서 레지스트층(200)이 넘어지는 것은 리소그래피 공정이 실패하는 것을 의미하나, 본 실시예에서는 의도적으로 레지스트층(200)의 일부가 넘어지는(falling) 구조로 설계함으로써, 기 설정된 형상(300)이 날카로운 모서리를 갖도록 형성할 수 있다.
T자형은 상부에 위치하는 제1 레지스트층(210)의 제1 이동층(212)이 하부에 위치하는 제2 레지스트층(220)의 제2 이동층(222) 보다 넓은 폭을 가지는 것으로 이해될 수 있다.
여기서, 폭은 x축 방향 길이로 이해될 수 있으며, x축은 기 설정된 형상(300)이 형성되지 않은 측일 수 있다.
제1 레지스트층(210)에는 기 설정된 형상(300)이 빈 공간으로 형성될 수 있고, 제2 레지스트층(220)에는 기 설정된 형상(300)보다 큰 공간(223)이 형성될 수 있다. 여기서, 기 설정된 형상(300)은 레지스트층(200) 상에 전자빔으로 패턴(예를 들어, 제1 형상(400)으로 패턴 형성)을 형성하고, 패턴을 제거한 후(포지티브 레지스트), 후술하는 이동층(212, 222)을 고정층(214, 224)으로 기울임으로써, 제1 레지스트층(210) 상에 나타나는 공간으로 이해될 수 있다. 이 때, 기 설정된 형상(300)은 전자빔으로 패턴한 제1 형상(400)의 면적보다 작게 제공된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
또한, 후술하는 바와 같이 전자빔으로 레지스트층(200)에 패턴(예를 들어, 제1 형상(400)으로 패턴 형성)을 형성 후, 현상액에 의해 의도적으로 과도하게 현상을 실시하는바, 기 설정된 형상(300)의 하부에 형성되는 공간(223, 제2 레지스트층(220)에 형성되는 공간)은 기 설정된 형상(300) 보다 크게 제공될 수 있다.
또한, 레지스트층(200)은 현상액(developer)과 접촉한 후 이동이 발생하는지 여부(넘어지는지 여부)에 따라 이동층(212, 222)과 고정층(214, 224)으로 구분될 수 있다.
레지스트층(200)은, 현상액과 접촉한 후 이동(넘어짐)이 발생하는 이동층(212, 222); 및 현상액과 접촉한 후 움직이 발생하지 않는 고정층(214, 224)을 포함할 수 있다.
이동층(212, 222)의 이동은 기판(100)과 제2 이동층(222)의 접촉점인 회전 중심(M)을 기준으로, 이동층(212, 222)이 기 설정된 각도(θ) 기울어지는 것으로 이해될 수 있다. 여기서, 기 설정된 각도(θ)는 레지스트층(200)의 두께, 기 설정된 형상(300)의 크기 등을 고려해 설정될 수 있으며, 기 설정된 각도(θ)는 제1 이동층(212)과 제1 고정층(214)이 접촉할 수 있는 범위의 각도이어야 한다.
이와 같은 이동층(212, 222)의 움직임은 이동층(212, 222)의 넘어짐(falling)으로 표현될 수 있다.
또한, 레지스트 마스크(10)를 이용하여 후술하는 구조체(1)를 만드는 공정은 도미노 리소그래피(Domino lithography) 또는 캐스케이드 도미노 리소그래피(Cascade domino lithography)로 명명될 수 있다. 이러한, 도미노 리소그래피(Domino lithography) 또는 캐스케이드 도미노 리소그래피(Cascade domino lithography)의 공정은 본 출원인이 세계 최초로 시도하여 구현한 것으로, 이와 같은 레지스트 마스크(10)를 이용하여 5nm 이하의 간격(gap)을 갖는 구조체(1)를 구현할 수 있고, 5nm 이하의 크기를 갖는 반도체를 구현할 수도 있다.
이동층(212, 222)은, 제1 이동층(212)과 제2 이동층(222)을 포함할 수 있다.
제2 이동층(222)은 기판(100)의 상측에 배치되고, 제1 이동층(212)은 제2 이동층(222)의 상측에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 이동층(222)은 제1 이동층(212) 보다 현상액에서 용해도(solubility)가 높게 제공될 수 있다.
고정층(214, 224)은 제1 고정층(214)과 제2 고정층(224)을 포함할 수 있다.
제2 고정층(224)은 기판(100)의 상측에 배치되고, 제1 고정층(214)은 제2 고정층(224)의 상측에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제2 고정층(224)은 제1 고정층(214) 보다 현상액에서 용해도(solubility)가 높게 제공될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 이동층(212, 222)이 고정층(214, 224)으로 기울어짐이 발생하는바, 고정층(214, 224)의 상측면과 이동층(212, 222)의 상측면은 수평을 이루지 않을 수 있다. 다만, 이러한 평평하지 않은 형상은, 후술하는 구조체(1)의 모서리(K)의 날카로운 정도에 영향을 미치지 않거나, 그 정도가 매우 작을 수 있다.
또한, 기 설정된 형상(300)의 일부분은 제1 이동층(212)에 형성될 수 있고, 기 설정된 형상(300)의 나머지 일부분은 후술하는 제1 고정층(214)에 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 기 설정된 형상(300)은 나비 넥타이(bowtie) 형상으로 형성되는 것을 예로 들어 설명한다. 즉, 나비 넥타이(bowtie) 형상의 일부는 제1 이동층(212)에 형성되고, 나비 넥타이(bowtie) 형상의 다른 일부는 제1 고정층(214)에 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 이동층(212)에는 기 설정된 형상(300)의 일부인 제1 부분(302)이 형성되고, 제1 고정층(214)에는 기 설정된 형상(300)의 나머지 일부인 제2 부분(304)이 형성될 수 있다.
또한, 제1 이동층(212)에 형성된 제1 부분(302)은 복수 개로 제공되고, 제1 이동층(212)에서 복수 개로 제공된 상기 제1 부분(302)은 제1 이동층(212)의 중심축(C-C')을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 여기서, 중심축(C-C')은 제1 이동층(212)을 y축 방향으로 가로지르는 가상의 선으로 이해될 수 있다.
또한, 중심축(C-C')을 기준으로 일측(도 4의 좌측)에 배치된 제1 부분(302)은 폐쇄되도록 제공되고, 중심축(C-C')을 기준으로 타측(도 4의 우측)에 배치된 상기 제1 부분(302)는 개방되도록 제공될 수 있다.
이때, 중심축(C-C')을 기준으로 일측에 배치된 제1 부분(302)이 제1 고정층(214)에 배치된 제2 부분(304)과 접촉하여 기 설정된 형상(300)을 형성할 수 있다.
또한, 중심축(C-C')을 기준으로 타측에 배치된 제1 부분(302)은 제1 고정층(214)에 배치된 제2 부분(304)과 접촉할 수 없는바 기 설정된 형상(300)이 형성되지 않는다.
이동층(212, 222)이 기울어짐으로써, 제1 부분(302)과 제2 부분(304)은 한점으로 나타나는 접촉점(P)과 만날 수 있다. 이와 같은 접촉점(P)은 예리하게 형성될 수 있는바, 후술하는 구조체(1)는 예리한 모서리와, 5nm 이하의 간격을 가질 수 있다.
제1 이동층(212)에 복수 개의 제1 부분(302)을 형성하고, 제1 고정층(214)에 그에 대응되는 제2 부분(304)을 배치한 이유는 제1 부분(302)이 기울어지는 방향의 제어와 관련있다.
본 실시예와 같이 레지스트층(200)을 포지티브 톤 레지스트를 사용하는 경우, 이동층(212, 222)은 제1 부분(302)이 형성된 양측(도 4의 좌측 및 우측) 중 어느 한 측으로 기울어질 가능성이 있다.
그러나, 제1 부분(302)과 제2 부분(204)을 이와 같이 복수 개 형성함으로써, 이동층(212, 222)이 어느 부분으로 기울어지는지와 상관 없이 기 설정된 형상(300)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 이동층(212, 222)이 좌측(도 4 기준)으로 기울어져 기 설정된 형상(300)이 형성된 것을 예로 들어 설명하나, 이동층(212, 222)이 우측으로 기울어져 기 설정된 형상(300)이 형성될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 레지스트층(200)을 포지티브 톤 레지스트로 형성하는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 레지스트층(200)을 네거티브 톤 레지스트를 형성하고, 전자빔으로 조사되는 패턴의 형상을 제어함으로써, 이동층(212, 222)이 기울어지는 방향을 제어할 수도 있다.
또한, 이동층(212, 222)의 길이를 조절하여, 이동층(212, 222)이 기울어지는 방향(넘어지는 방향)을 제어할 수 있다. 즉, 본 실시예의 이동층(212, 222)은 기 설정된 형상(300)의 적어도 일부인 제1 부분(302)이 형성된 측으로 기울어지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 이동층(212, 222)은 제1 부분(302)이 형성된 측의 길이(L)가 제1 부분(302)이 형성되지 않은 측(W)의 길이보다 길게 제공될 수 있다(도 4 참조). 보다 구체적으로, 이동층(212, 222)의 제1 부분(302)이 형성된 측의 길이는 제1 부분(302)이 형성되지 않은 측의 길이보다 4배 이상으로 제공될 수 있다.
예를 들어, 이동층(212, 222)의 제1 부분(302)이 형성된 측의 길이(L)는 800nm로 제공되고, 이동층(212, 222)의 제1 부분(302)이 형성되지 않은 측의 길이(W)는 200nm으로 제공될 수 있다(도 4 참조).
기 설정된 형상(300)은 이동층(212, 222)이 기울어 짐으로써 형성되는 것으로서, 이동층(212, 222)이 기울어지기 이전에는 이동층(212, 222)은 고정층(214, 224)과 분리된 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 이동층(212, 222)이 기울어지기 이전에는 이동층(212, 222)은 독립된 섬 형상으로 제공될 수 있으며, 이동층(212, 222)이 기울어져 본 실시예의 레지스트 마스크(10)가 된 경우, 기 설정된 형상(300)이 형성된 측을 제외한 이동층(212, 222)의 나머지 면(이동층(212, 222)이 사각형 형상으로 제공되는 경우, 삼면)이 개방될 수 있다. 여기서, 개방된다는 것은 이동층(212, 222) 주위에 레지스트층(200)이 빈 공간(505)으로 제공되는 것으로 이해될 수 있다(도 4 참조).
도 5는 본 실시예의 도미노 리소그래피의 일부를 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 6은 도 2의 레지스트 마스크(10)의 형성 전 후(상측으로 부터 바라본 모습)를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7은 도 3의 레지스트 마스크(10)의 형성 전 후(절단면을 나타낸 모습)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 도 2의 레지스트 마스크(10)를 실제로 제작한 모습을 나타내는 사진이다.
여기서, 도 5는 도미노 리소그래피의 일부를 개략적으로 나타낸 순서도로서, 금속체(1)의 제조 전 공정으로 도 2의 레지스트 마스크(10)를 제조하는 방법을 나타내는 것으로 이해될 수 있다.
도 2 내지 도 8을 참조하여, 본 실시예의 도미노 리소그래피에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(100)을 제공하는 단계(S10); 기판(100) 상부에 레지스트층(200)을 형성하는 단계(S20); 레지스트층(200)에 제1 형상(400)이 스캐닝되도록 레지스트층(200)을 빔에 노출시키는 단계(S30); 레지스트층(200)을 기 설정된 시간 동안 현상액에서 현상 후, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)을 상기 기판(100)과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)과 이와 인접하는 상기 레지스트층(200)의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계(S40)를 포함하는 도미노 리소그래피가 제공될 수 있다.
기판(100)을 제공하는 단계(S10)에서 기판(100)은 일정 면적을 갖는 실리콘(Silicon)으로 제공될 수 있으며, 그 두께는 100μm 내지 800μm 로 제공될 수 있다.
그 후, 기판(100) 상부에 레지스트층(200)을 형성하는 단계(S20)가 수행될 수 있다.
구체적으로, 기판(100) 상부에 레지스트층(200)을 형성하는 단계(S20)는, 기판(100) 상에 코폴리머(copolymer)로 제공되는 제2 레지스트층(220)을 증착하는 단계; 및 제2 레지스트층(220) 상에 폴리메칠메타크릴레이트(PMMA)로 제공되는 제1 레지스트층(210)을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 레지스트층(200)은 포지티브 톤 레지스트로 제공되는바, 후술하는 빔에 의해 스캐닝된 형상(제1 형상)이 제거될 수 있다.
기판(100) 상에 코폴리머(copolymer)로 제공되는 제2 레지스트층(220)을 증착하는 단계는, 스핀 코팅(5000rpm, 60초) 후 150도의 핫 플레이트에서 베이킹하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제2 레지스트층(220)의 두께는 200nm 내지 300nm일 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 레지스트층(220)의 두께가 250nm 인 것을 예로 들어 설명한다.
제2 레지스트층(220) 상에 제1 레지스트층(210)을 증착하는 단계는, 스핀 코팅(2000rpm, 60초) 후 180도의 핫 플레이트에서 베이킹하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제1 레지스트층(210)의 두께는 40nm 내지 100nm 일 수 있으며, 바람직하게는 50nm 내지 70nm 일 수 있다. 본 실시예에서는 제1 레지스트층(210)의 두께가 60nm 인 것을 예로 들어 설명한다.
그 후, 레지스트층(200)에 제1 형상(400)이 스캐닝되도록 레지스트층(200)에 빔을 노출시키는 단계(S30)가 수행될 수 있다. 본 실시예에서 빔은 전자빔(electron beam)인 것을 예로 들어 설명한다(구체적으로, 전자빔의 종류는 Elionix ELS-7800, 80 kV, 50 pA가 이용될 수 있다). 다만, 빔의 종류는 전자빔에 한정되는 것은 아니며, 레지스트층(200)에 스캐닝을 할 수 있는 집속 이온 빔 등 공지의 모든 빔을 포함할 수 있다.
이때, 도 6의 좌측에 도시된 기울임 이전 마스크(5)와 같이 제1 형상(400) 및 제1 형상 연결부(403)가 전자빔에 의해 스캐닝될 수 있다.
전자빔에 의해 스캐닝되는 형상은 후술하는 기 설정된 형상(300)으로 변할 수 있는 복수 개의 제1 형상(400)과, 복수 개의 제1 형상(400)을 연결하는 제1 형상 연결부(403)를 포함할 수 있다.
즉, 전자빔에 의해 스캐닝되는 기 설정된 형상(300)과 제1 형상 연결부(403)는 폐루프(예를 들어, 사각형) 형상으로 형성될 수 있다. 제1 형상(400)과 제1 형상 연결부(403)가 스캐닝 됨으로써, 현상과정을 거쳐 이동층(212, 222)이 고정층(214, 224)과 분리될 수 있는바, 이동층(212, 222)이 기울어 질 수 있다.
그 후, 레지스트층(200)을 기 설정된 시간 동안 현상액에서 현상 후, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)을 상기 기판(100)과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)과 이와 인접하는 상기 레지스트층(200)의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계(S40)가 수행될 수 있다.
구체적으로, 레지스트층(200)을 기 설정된 시간 동안 현상액에서 현상되는 단계를 거쳐, 전자빔에 의해 레지스트층(200)에 스캐닝된 제1 형상(400)과 제1 형상 연결부(403)를 제거하여, 이동층(212, 222)을 독립 섬 구조(island structure)로 형성할 수 있다.
여기서, 기 설정된 시간은 일반적인 현상 과정보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.
구체적으로, 제1 레지스트층(210)은 제2 레지스트층(220) 보다 현상액에서 용해도(solubility)가 낮은 물질로 제공되고, 레지스트층(200)을 현상액에서 기 설정된 시간 현상시킴으로써, 레지스트층(200)에 이동층(212, 222)을 T자형 으로 형성할 수 있다. 여기서, 현상액은 MIBK : IPA 용액이 1:3 비율로 혼합된 용액을 수 있다.
또한, T자형의 이동층(212, 222)을 형성하기 위한 기 설정된 시간은 15분 내지 25분 일 수 있으며, 바람직하게는 22분 내지 23분일 수 있다.
레지스트층(200)을 현상액에서 22분 내지 23분 현상시킴으로써, T자형의 이동층(212, 222)을 형성할 수 있다.
기 설정된 시간이 15분 미만인 경우 이동층(212, 222)이 기판(100)과 고정되어 기울어 지지 않으며, 기 설정된 시간이 25분을 초과하는 경우 제2 이동층(222) 자체가 없어져 이동층(212, 222)이 완전히 붕괴될 수 있다. 레지스트층(200)을 현상액에서 현상 한 후, IPA로 30초간 행구는 과정이 수행될 수 있다.
현상과정 후, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)을 상기 기판(100)과 수직하는 방향으로부터 기울일 수 있다.
구체적으로, 현상액에 의해 제거된 제1 형상(400)과 제1 형상 연결부(403) 영역에 질소 가스를 불어넣음으로써, 불안정한 T자형에 매우 작은 압력이 가해지더라도 이동층(212, 222)이 고정층(214, 224) 상으로 기울어져, 이동층(212, 222)과 고정층(214, 224)은 적어도 일 부분에서 접촉될 수 있다.
이동층(212, 222)과 고정층(214, 224) 사이에 형성되는 기 설정된 형상(300)은 한 점으로 날카롭게 만나는 접촉점(P)을 포함할 수 있다.
여기서, 이동층(212, 222)이 기울어지기 전에 형성된 제1 형상(400)은, 이동층(212, 222)이 기울어 진 후의 기 설정된 형상(300)보다 크게 제공된다. 즉, 이동층(212, 222)이 기울어짐으로써 현상액에 의해 제거된 공간의 구조가 변할 수 있다.
이와 같이 한 점에서 만나는 접촉점(P)을 갖는 레지스트 마스크(10)를 형성한 후, 리프트 오프(Lift-off) 과정을 거쳐, 날카롭고 나노미터 단위를 갖는 구조체(1)를 형성할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 8은 상술한 과정을 거쳐 제작한 레지스트 마스크(10)의 실제 사진을 상측에서 촬영한 사진을 나타낸다. 도 1내지 도 7은 설명의 편의를 위해 레지스트 마스크(10)가 하나의 이동층(212, 222)과 하나의 고정층(214, 224)을 포함하도록 도시하였으나, 본 실시예는 복수 개의 이동층(212, 222)과 고정층(214, 224)을 포함하고, 복수 개의 기 설정된 형상(300)이 형성된 레지스트 마스크(10)를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조체(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
또한, 본 실시예의 구조체(1)는 금속, 유전체 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 구조체(1)가 금(Au)으로 형성되는 경우, 구조체(1)는 나노 안테나로 제공될 수 있다.
구조체(1)는 기 설정된 간격(G) 만큼 이격된 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)를 포함하고, 기 설정된 간격(G)은 5nm 이하로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 기 설정된 간격(G)은 3nm이하로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 기 설정된 간격(G)은 1nm 이하로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)는 서로 마주보는 삼각형 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예의 구조체(1)는 상술한 레지스트 마스크(10)의 기 설정된 형상(300)과 대응되게 나비 넥타이(bowtie) 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 각각의 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)는 서로 마주보는 부분에 모서리(K)가 제공되고, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 모서리(K)의 곡률(ROC)은 0.5nm이상 1nm 이하로 제공될 수 있다. 이와 같은 곡률(ROC)은 본 실시예의 구조체(1)가 아주 날카로운 모서리를 갖는 것을 의미한다.
또한, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)는 서로 마주 보는 부분에 배치된 모서리의 각도는 35도 내지 75도를 가질 수있다.
또한, 각각의 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)는 서로 마주보는 지점에 배치된 모서리로부터 수직으로 연장되어 다른 변과 만나는 길이인 제1 길이(l)를 갖도록 제공된다.
본 실시예의 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 서로 마주보는 부분은 상술한 레지스트 마스크(10)의 접촉점(P)에 의해 생성되는 것으로, 접촉점(P)이 날카로운 형상을 갖는바, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3) 사이의 간격을 종래의 나노 안테나보다 획기적으로 줄일 수 있고, 곡률(ROC)도 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 이와 같이 매우 작은 간격과 작은 곡률(ROC)을 갖는 구조체(1)에 빛을 집속시키는 경우, 구조체(1)와 제1 구조체(2) 사이의 미세 간격 상에 집속되는 빛의 세기는 입사되는 빛 대비 5만 배 이상 증폭될 수 있다.
즉, 구조체(1)에 빛을 집속시키는 경우, 전기장(electric field)은 구조체(1)에 강하고 타이트하게 갇혀(confined)있을 수 있다. 이와 같은 구조체(1)는 단분자 수준을 검출할 수 있는 초고감도 표면증강라만센서(SERS 센서)에 적용될 수도 있다.
또한, 이러한 구조체(1)는 양자 플라즈모닉스 및 강한 커플링(strong coupling) 현상 등을 관찰할 수 있는 극한 나노광학 플랫폼으로 적용될 수 있다.
또한, 이러한 구조체(1)를 이용하여 반도체 및 파운드리 산업에서 가장 중요한 이슈 가운데 하나인 한 자릿수 나노미터 크기의 구조를 정교하게 구현하는데 적용될 수도 있다. 또한, 이를 범용 나노가공 기술로 상용화 하여 반도체의 집적도를 한 단계 더 향상 시킬 수 있는 한 자릿수 나노미터 반도체 칩 및 초소형 양자 정보 플랫폼을 생산할 수 있는 새로운 방식의 나노가공 장비 시스템을 구현할 수도 있다.
도 10은 도 9의 구조체(1)의 SEM 이미지를 나타내고, 도 11은 본 실시예의 레지스트 마스크(10)를 이용하여 형성된 복수 개의 구조체를 타나낸다.
도 10을 참조하면, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3) 사이의 기 설정된 간격(G)이 5nm이고, 곡률(ROC)이 1nm인 구조체(1)의 SEM 이미지를 관찰할 수 있다. 도 11을 참조하면, 왼쪽부터 오른쪽 순으로 기 설정된 간격(G)이 각각 5nm, 8nm, 7nm이고 각도가 각각 45도, 60도, 75도인 구조체의 SEM 이미지를 관찰할 수 있다.
도 12는 도 9의 구조체(1)를 제조하는 도미노 리소그래피를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
상술한 도 5는 금속체(1)의 제조 전 공정으로 도 2의 레지스트 마스크(10)를 제조하는 방법까지를 나타내는 순서도이고, 도 12는 레지스트 마스크(10) 생성 후 최종적으로 구조체(1)를 제조하는 방법을 나타내는 순서도로 이해될 수 있다. 도 12를 참조하면, 기판(100)을 제공하는 단계(S10'); 기판(100) 상부에 레지스트층(200)을 형성하는 단계(S20'); 레지스트층(200)에 제1 형상(400)이 스캐닝되도록 레지스트층(200)을 빔에 노출시키는 단계(S30'); 레지스트층(200)을 기 설정된 시간 동안 현상액에서 현상 후, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)을 상기 기판(100)과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 제1 형상(400)이 형성된 레지스트층(200)과 이와 인접하는 상기 레지스트층(200)의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계(S40'); 리프트 오프하는 단계(S50)을 포함하는 도미노 리소그래피가 제공될 수 있다.
본 실시예의 도미노 리소그래피는 도 5에서 상술한 도미노 리소그래피에서 S50 단계를 더 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 S10', S20', S30', S40'은 도 5에서 상술한 S10, S20, S30, S4과 동일한바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
리프트 오프하는 단계(S50)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상술한 레지스트 마스크(10)에 크롬(Cr)과 금(Au)를 전자빔으로 증착하고, 표준 리프트 오프(Lift-off)를 수행함으로써 본 실시예의 구조체(1)가 제조될 수 있다. 여기서, 크롬(Cr)은 1nm 내지 5nm, Au은 30nm 내지 80nm 로 증착될 수 있다.
도 13은 도 9의 구조체(1)를 FDTD 시뮬레이션을 사용하여 분석한 기하학적 매개 변수에 따른 공명 특성(resonance characteristics)을 나타내는 그래프이다.
구체적으로, 도 13의 (a)는 구조체(1)의 제1 길이(l)에 따른 공명 피크의 변화를 나타내는 도면이고, 도 13의 (b)는 구조체(1)의 각도(α)에 따른 공명 피크의 변화를 나타내는 도면이다.
여기서, FDTD 시뮬레이션은 구조체(1)에 x-편광된 빛(x-polarized light)를 집속시켰을 때 나타나는 자기장 향상(enhancement) 정도를 나타낸다.
도 13의 (a)의 가로축은 파장을 나타내며, 세로축은
Figure 112020092548060-pat00001
를 나타내고, 그래프 Q, R, S, T는 각각 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 제1 길이(l)가 90nm, 110nm, 130nm, 150nm를 나타낸다.
도 13(a)를 참조하면, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 제1 길이(l)는 공명 피크에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
도 13의 (b)의 가로축은 파장을 나타내며, 세로축은
Figure 112020092548060-pat00002
를 나타내고, 그래프 Q, R, S, T는 각각 구조체(1)의 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 각도(α)가 30도, 45도, 60도, 75도를 나타낸다.
도 13(b)를 참조하면, 각도(α)가 증가할 수록 공명 피크가 가시광 파장 영역에서 그래프 S(각도 60도)로 접근함을 알 수 있다.
공명 파장과 여기(excitation) 파장이 맞춰질 때(tuned), SERS 신호가 최대가 되기 때문에, 이러한 공명 특성은 분자 센싱에 중요하게 작용한다. 따라서, 이와 같은 특성을 갖는 구조체(1)를 플라즈모닉 SERS센서에 적용될 수있다.
도 14는 도 9의 구조체(1)에 빛을 집속시켰을 때, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 간격 및 곡률(ROC)에 따른 자기장 향상을 나타내는 그래프이다.
도 14의 가로축은 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3) 사이의 간격을 나타내고, 세로축은
Figure 112020092548060-pat00003
를 나타내고, 검정색, 빨간색, 파란색 그래프는 각각 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)의 곡률(ROC)이 1nm, 3nm, 5nm를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 자기장의 향상(enhancement)은 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3) 사이의 간격이 작아지고, 곡률(ROC)이 작아질수록(모서리가 날카러워 질수록) 증가한다는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레지스트 마스크(10')의 형성 전 후(상측으로부터 바라본 모습)를 나타내는 도면이고, 도 16은 도 15의 레지스트 마스크(10')의 형성 전 후(절단면을 나타낸 모습)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 실시예는 상술한 도 2의 실시예와 비교하여 이동층(212, 222)의 개수가 달라진 것에 주요 차이가 있는바, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 상술한 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레지스트 마스크(10')는 복수 개의 이동층(212', 222')과 이룰 둘러싸는 고정층(214', 224')을 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 이동층(212', 222') 중 일부는 일 방향으로 기울어지고, 나머지 일부는 다른 방향으로 기울어 질 수 있다.
이와 같은 레지스트 마스크(10')에 의해 많은 수의 기 설정된 형상(300')을 형성할 수 있다.
즉, 본 실시예의 레지스트 마스크(10)는 일 방향으로 기울어지는 이동층(212', 222')에 의해 하나의 기 설정된 형상(300')이 형성되고, 다른 방향으로 기울어지는 이동층(212', 222')에 의해 또 다른 기 설정된 형상(300')이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 이동층(212', 222')이 3개 제공되는 것을 예로 들어 설명하나, 이동층(212', 222')의 개수가 제한되는 것은 아니다.
또한, 상술한 실시예에서는 레지스트층(200)을 포지티브 톤 레지스트로 제공하고, 전자빔으로 스캐닝한 부분을 제거함으로써, 이동층(212, 222)을 형성한 것을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 사상은 이에 제한되는 것이 아니다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 레지스트층(200)을 네거티브 톤 레지스트로 제공하고, 전자빔으로 스캐닝한 부분을 남겨둠으로써, 전자빔으로 스캐닝한 부분을 이동층(212, 222)으로 형성하고, 이동층(212, 222)의 형상을 설계함으로써, 이동층(212, 222)이 넘어지는 방향을 제어할 수도 있다.
구체적으로, 전자빔으로 스캐닝한 후 현상액 또는 세척액이 뿌려지면, 이동층(212, 222) 사이로 액체가 스며들며 모세관력이 작용한다.
모세관력과 이동층(212, 222)의 복원력(restoring force)의 크기에 따라 구조가 쓰러질 지, 아니면 그 상태를 유지할 지가 결정될 수 있다. 이때, 이동층(212, 222)의 복원력의 크기는 다양한 나노 공정 및 구조 변수들을 통해 조절이 가능하고, 특히 스캐닝 시간, 현상 시간 및 구조의 종횡비(aspect ratio)를 통해 조절할 수 있다. 특히 이동층(212, 222)의 구조가 변형 될 때는, 구조들이 서로 영향을 미치는 응집현상(cohesion)과 기둥의 구조적 특성으로 나타나는 쓰러짐 현상(collapse)이 모두 나타나게 되며, 이 두 가지 현상을 활용하여, 원하는 형태의 10 nm 미만의 나노 구조를 구현할 수 있다.
이와 같은 네거티브 톤 레지스트에 의해 이동층을 복수 개의 원기둥 형상으로 형성하고, 원기 둥 형상이 서로를 향해 기울어져(또는 넘어져) 꽃 모양을 이루며, 10nm 이하의 간격, 바람직하게는 5nm 이하의 간격을 가질 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 레지스트 마스크, 레지스트 마스크의 제조방법 및 구조체를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 구조체 10: 레지스트 마스크
100: 기판 200: 레지스트층
300: 기 설정된 형상

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판의 상측에 제공되고, 기 설정된 형상이 형성된 레지스트층; 및
    상기 기 설정된 형상이 형성된 상기 레지스트층의 적어도 일부분은 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어짐으로써 인접하는 레지스트층과 적어도 일 지점에서 접촉하는
    레지스트 마스크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 레지스트층은,
    상기 기 설정된 형상이 형성되는 제1 레지스트층; 및
    상기 제1 레지스트층과 상기 기판 사이에 제공되는 제2 레지스트층을 포함하고,
    상기 제2 레지스트층은 상기 제1 레지스트층 보다 현상액에서 용해도가 큰 물질로 제공되는
    레지스트 마스크.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 레지스트층은,
    상기 기 설정된 형상의 일부인 제1 부분이 형성되는 제1 이동층; 및
    상기 기 설정된 형상의 나머지 일부인 제2 부분이 형성되는 제1 고정층을 포함하는
    레지스트 마스크.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 레지스트층은,
    상기 제1 이동층의 하측에 제공되는 제2 이동층; 및
    상기 제1 고정층 하측에 제공되는 제2 고정층을 포함하고,
    상기 제1 이동층과 상기 제2 이동층은 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기 설정된 각도 기울어지게 제공되는
    레지스트 마스크.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 이동층에 형성된 상기 제1 부분은 복수 개로 제공되고,
    상기 제1 이동층에서 복수 개로 제공된 상기 제1 부분은 상기 제1 이동층의 중심축을 기준으로 서로 반대편에 배치되고,
    상기 중심축을 기준으로 일측에 배치된 제1 부분은 폐쇄되도록 제공되고,
    상기 중심축을 기준으로 타측에 배치된 상기 제1 부분는 개방되도록 제공되는
    레지스트 마스크.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 레지스트층은,
    상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어진 이동층을 포함하고,
    상기 이동층은 상기 기 설정된 형상의 적어도 일부인 제1 부분이 형성된 측의 길이가 상기 제1 부분이 형성되지 않은 측의 길이보다 길게 제공되는
    레지스트 마스크.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 이동층의 제1 부분이 형성된 측의 길이는 상기 제1 부분이 형성되지 않은 측의 길이보다 4배 이상으로 제공되는
    레지스트 마스크.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 레지스트층은 폴리메칠메타크릴레이트로 제공되고,
    상기 제2 레지스트층은 코폴리머로 제공되는
    레지스트 마스크.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 레지스트층은,
    상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울어진 이동층을 포함하고,
    상기 이동층은 T자형으로 형성되는
    레지스트 마스크.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 이동층은,
    상기 기판의 상측에 배치되는 제2 이동층; 및
    상기 제2 이동층의 상측에 배치되는 제1 이동층을 포함하고,
    상기 제1 이동층의 폭은 상기 이동층의 폭 보다 크게 제공되는
    레지스트 마스크.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 형상은,
    나비 넥타이 형상으로 형성되고,
    상기 나비 넥타이는 두 개의 삼각형이 접촉점에서 만나는 형상으로 제공되는
    레지스트 마스크.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 레지스트층은,
    현상액에 기 설정된 시간 노출된 후 움직임이 발생할 수 있는 이동층; 및
    상기 현상액에 기 설정된 시간 노출된 후 움직임이 발생할 수 없는 고정층을 포함하는
    레지스트 마스크.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 기 설정된 시간은 15분 내지 25분으로 제공되는
    레지스트 마스크.
  14. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상부에 레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 레지스트층에 제1 형상이 스캐닝되도록 상기 레지스트층을 빔에 노출시키는 단계;
    상기 레지스트층을 기 설정된 시간 동안 현상액에서 현상 후, 상기 제1 형상이 형성된 레지스트층을 상기 기판과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 상기 제1 형상이 형성된 레지스트층과 이와 인접하는 상기 레지스트층의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계를 포함하는　
    도미노 리소그래피.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 레지스트층에 제1 형상이 스캐닝되도록 상기 레지스트층에 전자빔을 노출시키는 단계는,
    복수 개의 제1 형상과, 상기 복수 개의 제1 형상을 연결하는 제1 형상 연결부를 스캐닝하는 단계를 포함하는
    도미노 리소그래피.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 기판 상부에 레지스트층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 코폴리머로 제공되는 제2 레지스트층을 증착하는 단계; 및
    상기 제2 레지스트층 상에 폴리메칠메타크릴레이트로 제공되는 제1 레지스트층을 증착하는 단계를 포함하는
    도미노 리소그래피.
  17. 제14 항에 있어서,
    레지스트층을　기 설정된 시간 동안　현상액에서 현상　후, 상기　제1 형상이 형성된　레지스트층을 상기　기판과 수직하는 방향으로부터 기울임으로써, 상기　제1 형상이 형성된　레지스트층과 이와 인접하는 상기　레지스트층의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계는,
    레지스트층을 현상액에서 15분 내지 25분 노출시키는 단계;
    상기 현상액에 의해 제거된 영역에 질소 가스를 불어 넣는 단계를 포함하는
    도미노 리소그래피.

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  19. 삭제
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