KR20020080780A - 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법 및 각인 방법과는 달리, 디웨팅(dewetting) 성질이 있는 고분자 물질을 기판 상에 형성하고, 임의의 패턴을 갖는 주형을 소정의 압력으로 기판 상에 가압 접촉한 후 소정의 온도 범위에서 열처리를 수행함으로써, 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 유발시켜 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 고 정밀하게 형성할 수 있는 것이다.

Description

디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING A MICRO-PATTERN BY USING A DEWETTING PHENOMENON}
본 발명은 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로, 전자 소자, 광소자, 자기 소자, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터, OLED(organic light-emitting diode) 등의 제조 공정 시에 주형(mold)을 이용하여 기판 상에 초 미세 패턴(1㎛ 이하 ∼ 수㎚)을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 수행하게 되는 데, 이와 같이 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리쏘그라피(photolithography) 방법이 있다.
상기한 포토리쏘그라피 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 상에빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한다. 이후에, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판 상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.
한편, 상기한 바와 같은 포토리쏘그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 기판 상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.
특히, 유기 디스플레이 소자의 경우, 발광용 유기물층 위에 금속 등의 박막을 직접 증착할 경우 약간의 에너지에도 유기물 층이 손상을 입을 수 있기 때문에 포토리쏘그라피 방법으로 유기물층 상에 미세 패턴을 형성할 때에는 공정 분위기에 대한 세심한 주의와 노력을 할 필요가 있다. 그러나, 이러한 주의와 노력에도 불구하고 현실적으로 포토리쏘그라피 공정에 기인하는 유기물 층의 손상으로 인해 유기 디스플레이 소자의 생산 수율이 저하되는 것을 피할 수가 없었다.
최근 들어, 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 새로운 기법에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 새로운 기법으로는 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing) 방법과 각인(imprinting) 방법이 있다.
상기한 방법 중 미세 접촉 프린팅 방법은 고분자 주형(mold)을 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 얻는 방식, 즉 원하는 모양의 형상(또는 패턴)을 갖는 고분자 주형(예를 들면, PDMS 주형)을 기판 상에 접촉시켜 표면 상태를 변화시키고, 이를 통해 원하는 부분만을 남기고 식각하거나 선택적으로 증착하는 방법이다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 미세 접촉 프린팅 방법은 특별한 외력을 가하지 않는다는 장점을 갖는 반면에 표면을 깎아내지 않는 이상 변형된 표면 상태가 영구적으로 유지된다는 단점을 갖는다.
한편, 각인 방법은 원하는 형상(패턴)을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 물리적인 힘으로 가압하여 고분자 위에 미세 패턴을 형성하고, 예를 들면 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 등의 방법을 이용하여 이를 기판에 전송하는 방법이다.
그러나, 상기한 각인 방법은 가압할 때 높은 압력을 이용하기 때문에 고분자 박막 및 기판이 변형되거나 파손되는 현상이 야기된다는 치명적인 단점을 갖는다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있는 미세 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 순차 노출 방식으로 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있는 미세 패턴 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 임의의 패턴이 형성된 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있는 미세 패턴형성 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 소정 두께의 고분자 물질을 형성하는 과정; 상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴 형성 면을 가압 접촉시키고 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 각 주형 패턴의 상부에 대면하는 기판의 상부를 선택적으로 노출시키는 과정; 및 상기 주형을 탈거하여 상기 기판의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 고분자 미세 패턴을 완성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 소정 두께의 박막 물질을 형성하는 과정; 상기 박막 물질의 상부에 소정 두께의 고분자 물질을 형성하는 과정; 상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴 형성 면을 가압 접촉시시키고 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 각 주형 패턴의 상부에 대면하는 상기 박막 물질의 상부를 선택적으로 노출시키는 과정; 상기 주형을 탈거하여 상기 박막 물질의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정; 상기 주형을 탈거한 후 상기 고분자 미세 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여 상기 박막 물질의 일부를 선택적으로 제거하는 과정; 및 상기 기판 상에 형성된 고분자 미세 패턴을 제거하여 상기 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴 구조를 가지며, 각 주형 패턴의 높이가 적어도 다른 두 종류인 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 소정 두께의 고분자 물질을 형성하는 과정; 상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴 형성 면을 가압 접촉시킨 후 열처리 공정을 수행하여 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 높이가 상대적으로 높은 주형 패턴에 대면하는 상기 기판의 상부를 선택적으로 일차 노출시키는 과정; 상기 주형을 탈거하여 일차의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정; 증착 또는 식각 공정을 수행하여 상기 일차 노출된 기판 상에 일차의 박막 패턴을 형성하는 과정; 소정 조건 하의 열처리 공정을 수행하여 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 높이가 상대적으로 낮은 주형 패턴에 대면했던 상기 기판의 다른 일부를 선택적으로 이차 노출시킴으로써 이차의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정; 및 증착 또는 식각 공정을 수행하여 상기 이차 노출된 기판 상에 이차의 박막 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 형태에 따른 본 발명은, 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 식각 공정을 수행하여 상기 기판에 양각 및 음각 부분을 갖는 패턴 구조를 형성하는 과정; 상기 패턴 구조를 매립시키는 형태로 상기 기판 상에 디웨팅 성질을 갖는 고분자 물질을 형성하는 과정; 용매 흡수력을 갖는 평행 판을 상기 고분자 물질에 가압 접촉시키고 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 상기 패턴 구조의 양각 부분을 선택적으로 노출시키는 과정; 및 상기 평행 판을 탈거하여 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따라 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자의 미세 패턴을 이용하는 증착 공정을 통해 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도,
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자의 미세 패턴을 이용하는 식각 공정을 통해 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도,
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 일 실시 예의 변형 실시 예에 따라 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 순차 노출 방식으로 고분자의 미세 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도,
도 5a 내지 5e는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102, 402, 502 : 기판 103, 202 : 박막 패턴
104, 404, 504 : 고분자의 미세 패턴 106, 406 : 주형
506 : 평행 판
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술사상은, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법 및 각인 방법과는 달리, 디웨팅(dewetting) 성질이 있는 고분자 물질(예를 들면, 톨루엔으로 녹여 만든 폴리스티렌 고분자 물질)을 기판 상에 형성하고, 임의의 패턴(예를 들면, 날카로운 모서리를 갖는 삼각뿔 형상의 패턴 등)을 갖는 고분자 주형(예를 들면, PDMS 주형, SiO2등과 같은 무기물 주형 등)을 소정의 압력으로 기판 상에 가압 접촉한 후 소정의 온도 범위에서 열처리를 수행함으로써, 고분자 물질의디웨팅(dewetting) 현상을 유발시켜 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 형성한다는 것으로, 이러한 기술적 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자의 미세 패턴을 이용하는 증착 또는 식각 공정을 수행함으로써 기판 상에 원하는 박막의 미세 패턴을 형성할 수 있다. 여기에서, 디웨팅(dewetting) 현상이라 함은 디웨팅(dewetting) 성질이 있는 고분자 물질을 기판 상에 형성한 후 임의의 패턴을 갖는 주형을 가압 접촉하면 고분자 물질이 주형의 형상(패턴)을 따라서 디웨팅되는 것을 말한다.
더욱이, 본 발명은 임의의 패턴이 형성된 기판 상에 스핀 코팅 등의 방법으로 디웨팅(dewetting) 성질이 있는 고분자 물질을 형성한 후 용매 흡수력을 갖는 평행 판을 소정의 압력으로 기판 상에 가압한 후 소정의 온도 범위에서 열처리를 수행함으로써, 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 유발시켜 임의의 패턴이 형성된 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 형성할 수 있다.
[실시 예1]
도 1a 내지 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따라 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 스핀 코딩 공정을 수행하여 기판(102), 예를 들면 실리콘 기판 상에 고분자 물질(104')(예를 들면, 대략 1 - 10wt%의 농도로 톨루엔을 녹여 만든 폴리스티렌 고분자 물질)을 소정 두께만큼 형성한다. 여기에서, 고분자물질(104')은 유동성의 확보를 위해 솔벤트 등을 함유할 수 있다.
이어서, 일 예로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 날카로운 모서리를 갖는 삼각뿔 형상의 패턴이 형성된 주형(106)을 준비하여 소정의 압력으로 가압함으로써, 일 예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 삼각뿔 형상의 모서리를 고분자 물질(104') 속으로 침투시켜 삼각뿔 형상의 모서리를 기판(102) 상부에 근접시킨다. 이때, 사용되는 주형(106)으로는, 예를 들면 PDMS 주형 또는 SiO2등과 같은 무기물 주형 등을 사용할 수 있으며, 주형을 가압하면, 삼각뿔 형상의 모서리 부분에 대면하는 접촉 계면에서 고분자 물질(104')의 디웨팅 현상이 일어나게 됨으로써 고분자 물질(104')이 주형의 패턴을 따라 패터닝된다.
또한, 본 실시 예에서는 고분자 물질(104')의 패터닝 속도가 보다 가속될 수 있도록 열처리를 수행, 예를 들면 대략 150℃의 온도에서 대략 1시간 동안 열처리 공정을 수행하며, 이러한 열처리 공정에 의해, 일 예로서 도 1d에 도시된 바와 같이, 삼각뿔 형상 모서리의 계면에 근접한 고분자 물질이 점진적으로 수축되어 간격이 벌어지게 된다. 즉, 기판(102)의 상부 일부(즉, 패턴 삼각뿔 형상의 모서리 부분이 맞닿는 부분)가 부분적으로 노출된다. 고분자 물질의 수축은 열처리 공정이 진행됨에 따라 점진적으로 진행되며, 이러한 고분자 물질의 점진적인 수축에 의해 기판(102) 표면의 노출 크기가 점진적으로 커지게 된다.
따라서, 본 실시 예에 따르면, 열처리 공정의 조건(온도, 시간 등)을 달리함으로써 고분자 미세 패턴의 간격을 조절, 즉 고분자 미세 패턴의 크기를 조절할 수있다.
이어서, 열처리 공정을 완료한 후에 주형(106)을 탈거하면, 일 예로서 도 1e에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴(104)이 형성된다.
한편, 본 실시 예에서는 주형(106)을 고분자 물질(104')에 가압 접촉한 상태에서 열처리 공정을 수행하는 것으로 하여 설명하였으나 본 실시 예가 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 가압 접촉한 후에 주형(106)을 떼어낸 상태에서 열처리 공정을 수행할 수도 있으며, 이와 같이 하더라도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 기판(102) 상에 형성된 고분자의 미세 패턴(104)은, 성장 방지층 또는 식각 마스크로 이용됨으로써, 후속하는 공정, 예를 들면 증착 공정, 식각 공정을 등을 통해 기판(102) 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는데 이용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예1에 따라 기판 상에 형성된 고분자의 미세 패턴을 이용하는 증착 공정을 통해 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 2a를 참조하면, 증착 공정을 수행함으로써 본 발명의 실시 예1에 따라 고분자의 미세 패턴(104)이 형성된 기판(102) 상에 박막 물질(202')을 형성한다. 이때, 본 실시 예에서는 박막 물질(202')이 기판(102)의 노출 부분과 고분자의 미세 패턴(104) 상부에 모두 형성되는 것으로 하여 도시 및 기술하였으나, 반드시 이와 같이 되는 것은 아니며, 박막 물질의 종류에 따라서는 고분자 미세 패턴(104)이 성장 억제층으로 작용함으로써 기판(102)의 노출 부분에만 박막 물질(202')이 형성될 수도 있다.
다음에, 톨루엔 등의 용매를 이용하여 고분자 미세 패턴(104)을 제거함으로써, 일 예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 원하는 형상의 박막 패턴(202)을 형성한다. 여기에서, 박막 패턴은, 예를 들면 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 박막 등이 될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예1에 따라 기판 상에 형성된 고분자 미세 패턴을 박막 물질의 성장 방지층으로 이용하는 증착 공정을 통해 기판 상에 원하는 형상의 박막 패턴을 형성할 수 있다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자의 미세 패턴을 이용하는 식각 공정을 통해 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 3a를 참조하면, 기판(102) 상에 고분자 미세 패턴(104)을 형성하기 전에 먼저 박막 물질(103')을 기판(102) 상에 형성하며, 그런 후에 본 발명의 실시 예1에 따라 박막 물질(103')의 상부에 고분자 미세 패턴(104)을 형성한다.
다음에, 박막 물질(103')의 상부에 형성된 고분자의 미세 패턴(104)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 박막 물질(103')의 일부를 선택적으로 제거함으로써, 일 예로서 도 3b에 되시된 바와 같이, 기판(102)의 상부 일부를 선택적으로 노출시킨다.
이어서, 톨루엔 등의 용매를 이용하여 고분자 미세 패턴(104)을 제거함으로써, 일 예로서 도 3c에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 원하는 형상의 박막 패턴(103)을 형성한다.
즉, 본 발명의 실시 예1에 따라 기판 상의 박막 물질에 형성된 고분자 미세 패턴을 박막 물질의 식각 방지층(식각 마스크)으로 이용하는 식각 공정을 통해 기판 상에 원하는 형상의 박막 패턴을 형성할 수 있다.
[변형 실시 예]
본 변형 실시 예는 디웨팅 성질을 갖는 고분자 물질의 디웨팅 현상을 이용하고, 또한 디웨팅 현상을 유발시킬 수 있는 패턴(예를 들면, 날카로운 모서리를 갖는 삼각뿔 형상의 패턴 등)이 형성된 주형을 이용한다는 측면에서 볼 때는 전술한 실시 예1과 동일하다. 단지 차이점이 있다면, 주형의 패턴 면에 형성되는 각 패턴(예를 들면, 삼각뿔 등)의 높이가 다르다는 점이다.
즉, 본 변형 실시 예는, 원하는 패턴의 모두를 동시에 형성(즉, 기판 일부의 선택적 동시 노출)하는 전술한 실시 예1과는 달리, 기판의 일부를 선택적으로 순차 노출시키는 기법이다. 이를 위하여, 본 변형 실시 예에서는 서로 다른 높이를 각각 갖는 삼각뿔 형상의 패턴이 형성된 주형을 이용한다.
도 4a 내지 4d는 전술한 실시 예1의 변형 실시 예에 따라 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 순차 노출 방식으로 고분자의 미세 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 4a를 참조하면, 기판(402) 상에 고분자 물질(404')에 형성한 후에, 날카로운 모서리를 가지며 그 높이가 서로 다른 삼각뿔 형상의 패턴이 형성된주형(406)을 준비하여 소정의 압력으로 가압함으로써, 일 예로서 도 4b에 도시된 바와 같이, 삼각뿔 형상의 모서리를 고분자 물질(404') 속으로 침투시킨다. 여기에서, 기판(402) 상에 형성된 고분자 물질(404')은 유동성의 확보를 위해 솔벤트 등을 함유할 수 있다.
이때, 높이가 상대적으로 높은 삼각뿔(406a) 형상의 모서리는 고분자 물질(404')에 상대적으로 많이 침투하여 기판(402)의 표면에 근접하는 형태가 되고, 높이가 상대적으로 낮은 삼각뿔(406b) 형상의 모서리는 고분자 물질(404')에는 침투되지만 기판(402)의 상부에는 근접하지 않는 형태로 된다.
다음에, 전술한 실시 예1에서와 마찬가지로, 소정의 조건 하에서 열처리 공정을 수행함으로써 디웨팅 현상을 촉진시켜 일부의 패턴을 형성, 즉 높이가 상대적으로 높은 삼각뿔 형상의 모서리가 근접한 기판(402)의 상부 일부를 선택적으로 노출시킨다.
이어서, 열처리 공정을 완료한 후에 주형(406)을 탈거하면, 일 예로서 도 4c에 도시된 바와 같이, 기판(402) 상에 목표로 하는 일차의 고분자 미세 패턴(404"), 즉 기판 노출 영역(404a)과 미 노출 영역(404b)을 갖는 일차의 고분자 미세 패턴이 형성된다. 즉, 높이가 상대적으로 높은 삼각뿔 형상의 모서리가 근접한 기판(402)의 상부 일부를 선택적으로 노출되는 일차의 고분자 미세 패턴(404")이 형성된다.
따라서, 본 변형 실시 예에 따라 기판(402) 상에 형성된 일차의 고분자 미세 패턴(404")을 이용하는 증착 공정 또는 식각 공정을 수행함으로써 원하는 형상의일차 박막 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 주형(406)을 고분자 물질(404')에 가압 접촉한 상태에서 열처리 공정을 수행하는 것으로 하여 설명하였으나 본 실시 예가 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 가압 접촉한 후에 주형(406)을 떼어낸 상태에서 열처리 공정을 수행할 수도 있으며, 이와 같이 하더라도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
다음에, 일차의 박막 패턴을 형성한 후에 다시 소정 조건의 열처리 공정을 수행하면, 높이가 상대적으로 낮은 삼각뿔(406b) 형상에 의해 기판 미 노출 영역(404b)에서 디웨팅 현상이 유발됨으로써, 일 예로서 도 4d에 도시된 바와 같이, 이차의 고분자 미세 패턴(404)이 형성된다.
따라서, 본 변형 실시 예에 따라 기판(402) 상에 형성된 이차의 고분자 미세 패턴(404)을 이용하는 증착 공정 또는 식각 공정을 수행함으로써 원하는 형상의 이차 박막 패턴을 형성할 수 있다.
즉, 본 변형 실시 예에서는, 예를 들면 두 층에 서로 다른 물질(박막 패턴)을 형성하거나, 한 층을 식각하여 원하는 박막 패턴을 형성한 후에 다른 층에 다른 박막 패턴을 증착하거나, 한 부분에는 두 개의 박막 패턴을 형성하고 다른 부분에는 하나의 박막 패턴만을 형성하는 등의 방법으로 다양한 응용이 가능하기 때문에, 전술한 실시 예1에 비해, 반도체 소자의 제조 공정을 더욱 간소화할 수 있다.
한편, 본 변형 실시 예에서는 높이가 서로 다른 두 종류의 주형 패턴을 일 예로서 하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 필요 또는 용도에 따라 세 종류, 네 종류 등으로 주형 패턴의 높이를 설정할 수도 있다.
[실시 예2]
도 5a 내지 5e는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 5a를 참조하면, 반도체 소자의 제조 공정에서 이용되는 다양한 방법(예를 들면, 포토리쏘그라피 공정 등)을 이용하여 기판(502)의 상부 일부를 선택적으로 식각함으로써 기판(502) 상에 임의의 패턴을 형성한다.
다음에, 스핀 코팅 등의 공정을 수행하여, 일 예로서 도 5b에 도시된 바와 같이, 임의의 패턴이 형성된 기판(502) 상에 디웨팅 성질을 갖는 고분자 물질(504')을 형성한다.
이어서, 일 예로서 도 5c에 도시된 바와 같이, 용매 흡수력을 갖는 평탄한 판(506)을 준비하여 소정의 압력으로 고분자 물질(504')에 가압하면 고분자 물질(504')에 함유된 용매의 일부가 평행 판(506)에 흡수됨으로써 평행 판(506)의 하부와 기판 패턴의 상부 면(표면)이 근접하는 형태로 되며, 이후 후 소정의 조건 하에서 열처리 공정을 수행함으로써, 고분자 물질(504')의 디웨팅 현상을 촉진시킨다.
따라서, 기판 패턴의 상부(삼각뿔 형상의 모서리, 사각 형상의 상부 등)에 있는 고분자 물질(504')들에서 디웨팅 현상이 유발됨으로써, 일 예로서 도 5d에 도시된 바와 같이, 패턴의 상부의 일부가 노출된다. 즉, 기판 패턴의 상부에 있는 고분자 물질들이 점진적으로 수축되어 각 패턴의 상부가 선택적으로 노출됨으로써 고분자 물질이 패터닝된다.
이때, 전술한 실시 예1에서와 마찬가지로, 열처리 조건(온도 및 시간)을 달리함으로써, 패턴의 크기(또는 패턴의 간격)를 조절할 수 있다.
다음에, 열처리 공정을 완료한 후에 평행 판(506)을 떼어냄으로써, 임의의 패턴이 형성된 기판(502) 상에 박막 패턴(504)이 형성된다.
한편, 본 실시 예에서는 평행 판(506)을 고분자 물질(504')에 가압 접촉한 상태에서 열처리 공정을 수행하는 것으로 하여 설명하였으나 본 실시 예가 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 가압 접촉한 후에 평행 판(506)을 떼어낸 상태에서 열처리 공정을 수행할 수도 있으며, 이와 같이 하더라도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법 및 각인 방법과는 달리, 디웨팅(dewetting) 성질이 있는 고분자 물질을 기판 상에 형성하고, 임의의 패턴을 갖는 PDMS 주형 또는 SiO2등의 무기물 주형을 소정의 압력으로 기판 상에 가압 접촉한 후 소정의 온도 범위에서 열처리를 수행함으로써, 고분자 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 유발시켜 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 고 정밀하게 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 고분자 미세 패턴을 이용하는 증착 또는 식각 공정을 통해 기판 상에 박막 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (23)

  1. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정;
    상기 기판 상에 소정 두께의 고분자 물질을 형성하는 과정;
    상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴 형성 면을 가압 접촉시키고 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 각 주형 패턴의 상부에 대면하는 기판의 상부를 선택적으로 노출시키는 과정; 및
    상기 주형을 탈거하여 상기 기판의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 고분자 미세 패턴을 완성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 주형을 가압 접촉시킨 후 소정의 공정 조건 하에서 열처리 공정을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 열처리 공정의 조건을 변경함으로써, 상기 고분자 미세 패턴의 크기를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을이용한 미세 패턴 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 물질은, 디웨팅 성질을 갖는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 주형의 각 패턴은 상부가 뾰족한 형상으로 된 패턴인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 주형은, 고분자 주형인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 주형은, 무기물 주형인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은:
    상기 고분자 미세 패턴 사이에서 노출된 상기 기판 상에 소정 두께의 박막 물질을 형성하는 과정; 및
    상기 고분자 미세 패턴을 제거하여 상기 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 고분자 미세 패턴은, 용매를 사용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 박막 패턴은, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  11. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정;
    상기 기판 상에 소정 두께의 박막 물질을 형성하는 과정;
    상기 박막 물질의 상부에 소정 두께의 고분자 물질을 형성하는 과정;
    상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴 형성 면을 가압 접촉시키고 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 각 주형 패턴의 상부에 대면하는 상기 박막 물질의 상부를 선택적으로 노출시키는 과정;
    상기 주형을 탈거하여 상기 박막 물질의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정;
    상기 주형을 탈거한 후 상기 고분자 미세 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여 상기 박막 물질의 일부를 선택적으로 제거하는 과정; 및
    상기 기판 상에 형성된 고분자 미세 패턴을 제거하여 상기 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 주형을 가압 접촉시킨 후 소정의 공정 조건 하에서 열처리 공정을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 열처리 공정의 조건을 변경함으로써, 상기 고분자 미세 패턴의 크기를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 고분자 물질은, 디웨팅 성질을 갖는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 주형의 각 패턴은 상부가 뾰족한 형상으로 된 패턴인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 주형은, 고분자 주형인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 주형은, 무기물 주형인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고분자 미세 패턴은, 용매를 사용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 박막 패턴은, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  20. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴 구조를 가지며, 각 주형 패턴의 높이가 적어도 다른 두 종류인 주형을 준비하는 과정;
    상기 기판 상에 소정 두께의 고분자 물질을 형성하는 과정;
    상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴 형성 면을 가압 접촉시킨 후 열처리 공정을 수행하여 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 높이가 상대적으로 높은 주형 패턴에 대면하는 상기 기판의 상부를 선택적으로 일차 노출시키는과정;
    상기 주형을 탈거하여 일차의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정;
    증착 또는 식각 공정을 수행하여 상기 일차 노출된 기판 상에 일차의 박막 패턴을 형성하는 과정;
    소정 조건 하의 열처리 공정을 수행하여 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 높이가 상대적으로 낮은 주형 패턴에 대면했던 상기 기판의 다른 일부를 선택적으로 이차 노출시킴으로써 이차의 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정; 및
    증착 또는 식각 공정을 수행하여 상기 이차 노출된 기판 상에 이차의 박막 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  21. 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    식각 공정을 수행하여 상기 기판에 양각 및 음각 부분을 갖는 패턴 구조를 형성하는 과정;
    상기 패턴 구조를 매립시키는 형태로 상기 기판 상에 디웨팅 성질을 갖는 고분자 물질을 형성하는 과정;
    용매 흡수력을 갖는 평행 판을 상기 고분자 물질에 가압 접촉시키고 상기 고분자 물질의 디웨팅 현상을 유발시킴으로써 상기 패턴 구조의 양각 부분을 선택적으로 노출시키는 과정; 및
    상기 평행 판을 탈거하여 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 평행 판을 가압 접촉시킨 후 소정의 공정 조건 하에서 열처리 공정을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 열처리 공정의 조건을 변경함으로써, 상기 고분자 미세 패턴의 크기를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 디웨팅 현상을 이용한 미세 패턴 형성 방법.
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