KR20080008893A - 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법 - Google Patents

나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법 Download PDF

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KR20080008893A
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Abstract

본 발명은 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명기판 상에 크롬층 패턴을 형성하는 단계; 상기 크롬층 패턴 상부에 금속막을 도포하는 단계; 상기 금속막을 이방성 식각함으로써, 크롬층 패턴의 양측에 금속막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 크롬층 패턴을 식각방지막으로 하부 투명기판을 이방성 식각하는 단계; 및 크롬층 패턴을 제거하여 경사진 측면 프로파일을 갖는 투명기판 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 나노 임프린트 리소그라피용 주형은 추후 패턴의 전사시 패턴이 붕괴되는 종래 기술상의 문제점을 개선할 수 있으며, 또한 포토리소그라피를 이용한 패턴 형성시 해상도의 제한 요소가 되는 개구수 및 파장의 영향으로부터 벗어날 수 있는 장점이 있다.
나노 임프린트 리소그라피, 주형, 사선형 패턴

Description

나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법{Method for Manufacturing Mold for Nano Imprint Lithography}
도 1a 내지 도 1f는 종래 방법에 의해 제조되는 나노 임프린트 리소그라피(nano imprint lithography)용 주형의 문제점을 보여주는 공정 사시도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 과정을 보여주는 공정 사시도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 방법에 의한 제조된 나노 임프린트 리소그라피용 주형을 이용하여 패턴을 형성하는 과정을 보여주는 공정 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
11,21 ; 투명기판, 12,22 ; 크롬층,
13,23 ; 감광막, 24 ; 금속막,
11',21' ; 투명기판 패턴, 12',22' ; 크롬층 패턴,
13',23', 감광막 패턴, 24' ; 금속막 스페이서,
31 ; 반도체 기판, 32 ; 전달층(transfer layer),
33 ; UV 경화수지, 34 ; UV 투과성 주형
32' ; 전달층 패턴, 33' ; UV 경화수지 패턴
본 발명은 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초미세화된 패턴과 높아진 종횡로 인해 패턴의 붕괴를 초래할 수 있는 종래 나노 임프린트 리소그라피용 주형이 가진 문제점을 개선할 수 있는 새로운 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 미세 패턴 제작 기술 중의 하나인 포토리소그라피 공정은 감광막이 도포된 기판을 노광한 후 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 과정을 포함하고 있으며, 이때 형성되는 패턴의 크기는 광학적 회절 현상에 의한 제한을 받게 되고, 분해능은 하기의 식을 따른다.
분해능(R) = Kλ/NA. 이때, NA는 개구수(numerical aperture)이고, λ는 광원의 파장을 나타낸다.
따라서, 반도체 소자의 집적도가 높아질수록 미세 패턴을 형성하기 위해 더욱 파장이 짧은 광원을 이용하는 노광 기술이 요구된다. 그러나, 포토리소그라피 공정에 의한 패턴 형성 방법은 반도체 소자의 집적도가 커짐에 따라 빛에 의한 간섭 효과의 영향으로 감광막 패턴 자체 또는 패턴 사이에서 물리적인 형태가 달라지게 되어 몇 가지 문제점이 발생하게 된다.
첫번째 주요 문제점은 감광막 패턴의 CD (critical dimension)가 불균일하게 변화된다는 것이다. 렌즈를 통한 에너지와 초점이 왜곡되면 CD의 불균일도가 증가하게 되는데, 이에 따라 감광막 패턴을 마스크로 형성되는 물질층 패턴도 원하던 것과는 다른 형태로 형성되게 된다.
두번째 문제점은 공정 중에 발생하는 불순물과 감광막이 반응하여 감광막이 침식됨으로써 감광막 패턴이 변하게 되는 것이다. 이에 따라, 감광막 패턴을 마스크로 하여 형성되는 물질층 패턴도 처음 원하던 형태와는 다른 형태를 갖게 된다.
이러한 포토리소그라피 공정의 문제점을 해결하기 위한 차세대 리소그라피 방법으로 도장을 찍듯이 패턴을 형성시키는 나노 임프린트 리소그라피가 개발되었다. 나노 임프린트 리소그라피 공정의 핵심은 전자빔(E-Beam)을 이용하여 나노 스케일의 구조를 갖는 원하는 패턴의 주형을 제작하고, 제작된 주형을 고분자 박막에 찍어 패턴을 전사하고 이를 반복적으로 사용함으로써 전자빔의 생산성을 극복하고자 하는데 있다. 도 1a 내지 도 1f에 나노 임프린트를 위한 종래의 주형 제작 과정을 개략적으로 도시하였다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 투명기판(11) 상에 크롬층(12) 및 감광막(13)을 형성한 후 전자빔을 이용하여 상기 감광막(13) 상에 원하는 패턴 형태를 그리고, 상기 감광막(13)을 현상하여 소정의 감광막 패턴(13')을 형성한다.
도 1c 및 도 1d를 참조하면, 상기 감광막 패턴(13')을 마스크로 하부 크롬층(12)을 적절한 수단으로 식각하여 크롬층 패턴(12')을 형성하고, 이후 SF6나 CF4 가스를 이용한 건식 식각으로 하부 투명기판(11)을 식각한다.
도 1e 및 도 1f를 참조하면, 감광막 패턴(13')과 크롬층 패턴(12')을 제거하여 원하는 패턴 형태를 갖는 주형을 제작하게 된다.
그러나, 이와 같은 방법으로 주형을 제작할 경우, 초미세화된 패턴과 높아진 종횡비로 인해 상기 주형을 이용하여 형성한 미세 패턴이 붕괴될 위험성이 높아지게 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 나노 임프린트 리소그라피용 주형이 가진 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 패턴이 형성된 투명기판을 종래와 같은 수직형태가 아닌 사선형이 되도록 주형을 제작함으로써, 이릉 이용하여 형성되는 패턴이 붕괴되는 현상을 개선할 수 있는 나노 임프린트 리소그라피용 주형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
투명기판 상에 크롬층 패턴을 형성하는 단계;
상기 크롬층 패턴 상부에 금속막을 도포하는 단계;
상기 금속막을 이방성 식각함으로써, 크롬층 패턴의 양측에 금속막 스페이서를 형성하는 단계;
상기 크롬층 패턴을 식각방지막으로 하부 투명기판을 이방성 식각하는 단계; 및
크롬층 패턴을 제거하여 경사진 측면 프로파일을 갖는 투명기판 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 투명기판(21) 상에 크롬층(22) 및 감광막(23)을 형성한 후 전자빔을 이용하여 상기 감광막(23) 상에 원하는 패턴 형태를 그리고, 상기 감광막(23)을 현상하여 소정의 감광막 패턴(23')을 형성한다. 상기에서, 투명기판(21)은 석영으로 제조하는 것이 바람직하다.
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 상기 감광막 패턴(23')을 마스크로 하부 크롬층(22)을 적절한 수단, 예를 들면 Cl2 가스를 이용한 플라즈마 식각법으로 식각하여 크롬층 패턴(22')을 형성하고, 상기 감광막 패턴(23')을 제거한다.
도 2e 및 도 2f를 참조하면, 상기 크롬층 패턴(22') 상부에 금속막(24), 바람직하게는 티타늄 또는 티타늄 질화막을 도포한 후, 상기 금속막(24)을 이방성 식각함으로써, 금속막 스페이서(24')를 구비한 크롬층 패턴(22')을 형성한다. 이때, 상기 식각 가스는 금속막(24)과 하부 투명기판(21)과의 식각 선택비가 다른 가스를 사용하여야 하며, BCl3/Ar 또는 CHF3/Ar을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2g 및 도 2h를 참조하면, 금속막 스페이서(24')를 구비한 크롬층 패턴(22')을 식각방지막으로 하부 투명기판(21)을 이방성 식각한 후 측면에 사선형의 금속막(24')을 구비한 크롬층 패턴(22')을 제거함으로써, 사선형의 투명기판 패턴(21')을 갖는 나노 임프린트 리소그라피용 주형을 제조할 수 있다. 이때, 상기 식각은 SF6 또는 CF4 가스를 이용한 건식 식각에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 방법에 의해 제조되는 본 발명의 나노 임프린트 리소그라피용 주형은 수직 형태가 아닌 사선 형태의 투명기판 패턴을 형성하게 되므로, 주형을 이용한 미세패턴 형성시 패턴이 붕괴되는 종래 기술상의 문제점을 개선할 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3d에 상기의 방법으로 형성된 본 발명의 나노 임프린트 리소그라피용 주형을 이용하여 미세패턴을 형성하는 과정의 일 예를 도시하였다.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(31) 상부에 전달층(32)을 스핀코팅한 후, UV 투과성 주형(34)이 전달층과 일정간격 이격된 상태에서 저 점성의 UV 경화수지(33)를 표면장력에 의해 전달층 내부로 충전되도록 위치시킨다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 충전이 완료된 후 주형을 가압하고 UV를 조사하여 상기 UV 경화수지(33)를 경화시킨 후, 주형(34)을 분리하여 소정의 경화수지 패턴(33')을 형성한다.
도 3d를 참조하면, 상기와 같은 과정을 반복하여 웨이퍼 전체에 대해 임프린트를 완료한 후, 형성된 경화수지 패턴(33')을 식각 방지막으로 하부 전달층(32)을 식각하여 원하는 전달층 패턴(32')을 형성하게 된다.
상기 본 발명의 일 실시예에서는 UV를 이용하여 UV 경화수지를 경화시킴으로써 패턴을 형성하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 열과 압력을 통해 수지의 유리전이 온도 이상으로 가열하여 패턴을 형성하는 등의 방법을 사용할 수도 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법은 주형의 구조를 사선형으로 제작함으로써 추후 패턴의 전사시 패턴이 붕괴되는 종래 기술상의 문제점을 개선할 수 있으며, 포토리소그라피를 이용한 패턴 형성시 해상도의 제한 요소가 되는 개구수 및 파장의 영향으로부터 벗어날 수 있다. 또한, OPC (optical proximity correction) 등의 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 레티클(reticle) 사용시 펠리클(pellicle)로 인해 발생하는 성장성 디펙트(defect) 문제를 개선할 수 있다. 아울러, 고가의 노광장비 구입에 드는 비용을 줄일 수 있어 원가 절감 효과를 가져 올 수 있다는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 투명기판 상에 크롬층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 크롬층 패턴 상부에 금속막을 도포하는 단계;
    상기 금속막을 이방성 식각함으로써, 크롬층 패턴의 양측에 금속막 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 크롬층 패턴을 식각마스크로 하부 투명기판을 이방성 식각하는 단계; 및
    크롬층 패턴을 제거하여 경사진 측면 프로파일을 갖는 투명기판 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투명기판은 석영으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 크롬층 패턴은 Cl2 가스를 이용한 플라즈마 식각법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속막은 하부 투명기판과 식각 선택비가 다른 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속막은 티타늄 또는 티타늄 질화막인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속막 스페이서 형성 공정에서 식각 가스로 BCl3/Ar 또는 CHF3/Ar을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 투명기판의 식각은 SF6 또는 CF4 가스를 이용한 건식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020060068727A 2006-07-21 2006-07-21 나노 임프린트 리소그라피용 주형의 제조 방법 KR20080008893A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101366373B1 (ko) * 2011-10-06 2014-02-21 가부시끼가이샤 도시바 템플릿의 제조 장치 및 템플릿의 제조 방법

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