KR20080098212A - 포토리소그래피와 나노임프린트 리소그래피를 결합한리소그래피 방법 - Google Patents

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Abstract

본 밞여은 임프린팅시 발생하는 잔류층을 원천적으로 제거할 수 있으며, 잔류층 제거를 위한 후속 식각공정을 생략하여 공정시간을 단축시키면서 잔류층의 식각공정 중 발생하는 패턴의 선폭 변형을 줄일 수 있는 리소그래피 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 리소그래피 방법은 기판 상면에 레지스트(네가티브톤의 포토레지스트)를 도포하는 단계; 양각패턴이 표면에 형성된 스탬프를 상기 레지스트에 임프린팅(imprinting)하는 단계; 자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시키는 단계; 상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계; 상기 레지스트를 현상(Develop)하여 레지스트패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트패턴을 식각마스크로 하여 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하고, 상술한 본 발명은 포토리소그래피기술과 나노임프린트리소그래피 기술을 조합하여 리소그래피 공정을 진행하므로써 잔류층이 없는 미세 선폭의 포토레지스트패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
나노임프린트, 포토리소그래피, 포토레지스트, 잔류층, 자외선

Description

포토리소그래피와 나노임프린트 리소그래피를 결합한 리소그래피 방법{LITHOGRAPHY COMBINED NANOIMPRINT PHOTOLITHOGRAPHY}
도 1은 종래기술에 따른 나노임프린트 리소그래피 공정시 발생된 잔류층을 도시한 사진.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 방법을 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 기판 22 : 레지스트
22C : 레지스트패턴 23 : 스탬프
24 : 양각패턴 25 : 불투명막
본 발명은 반도체소자 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 리소그래피(Lithography) 방법에 관한 것이다.
리소그래피(Lithography) 장치는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계로서, 집적 회로(IC), 평판 디스플레이(flat panel displays) 및 미세 구조체(fine structures)를 포함하는 여타의 반도체소자 제조시에 사용될 수 있다.
주로 사용된 포토리소그래피공정의 한계를 극복하기 위해 나노임프린트리소그래피(Nano Imprint Lithography; NIL) 공정이 제안되었다.
나노임프린트리소그래피란 나노 패턴을 형성하는 공정으로 현재 반도체 공정에서 사용하는 사진 현상 방식의 미세화와 한계점을 극복 하기 위해 미세 패턴이 형성된 스탬프(Stamp) 또는 몰드(Mold)를 이용하여 레지스트(resist) 위에 도장을 찍듯이 찍은 후 열(Thermal)을 가하는 열경화 방식 또는 자외선(Ultra Violet)을 조사하는 자외선경화방식을 이용하여 레지스트를 경화시킨 후 분리하여 간단하게 나노 구조물을 형성하는 기술이다. 이처럼 열 경화 방식을 사용하는 나노임프린트리소그래피 공정을 써멀 임프린트[Thermal imprint(hot embossing)]라 하고, 자외선 경화 방식을 사용하는 나노임프린트 리소그래피 공정을 SFIL(Step & Flash Imprint Lithography)라 한다.
써멀임프린트방식의 경우 임프린팅시 가열(heating) 공정과 냉각(cooling) 공정으로 인한 온도 상승과 하강에 따라서 패턴이 왜곡되는 문제점들이 발생한다.
따라서, 자외선경화방식의 SFIL(Step & Flash Imprint Lithography) 기술이 유리하다.
그러나, 열경화방식, 자외선경화방식을 포함한 종래기술의 나노임프린트 리소그래피 기술은 모두 공통적으로 기계적인 몰딩 방식에 기초하고 있어서 여러 기 술적인 문제점들이 있다.
그 중 하나로 잔류층(residual layer)의 존재를 들 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 나노임프린트 리소그래피 공정시 발생된 잔류층을 도시한 사진이다.
도 1과 같은 잔류층은 스탬프를 이용하여 레지스트를 압착시킬 때 불가피하게 발생되는 것이다.
이런 잔류층은 후속 공정으로 비등방성 식각인 반응성이온식각(Reactive Ion Etching; RIE) 공정으로 제거하고 있지만, 전체 공정 중 임프린팅 시간이 비교적 짧은 시간 내에 이루어지는 것을 고려하면 공정 시간이 길어지는 문제가 발생한다.
또한, 잔류층이 균일하지 않아서 제거시간 예측과 선폭변형(Critical Dimension Loss)이 일어나 균일한 최종 패턴 형성에 어려움을 초래하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 임프린팅시 발생하는 잔류층을 원천적으로 제거할 수 있는 리소그래피 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 잔류층 제거를 위한 후속 식각공정을 생략하여 공정시간을 단축시키면서 잔류층의 식각공정 중 발생하는 패턴의 선폭 변형을 줄일 수 있는 리소그래피 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리소그래피 방법은 기판 상면에 레지스트를 도포하는 단계; 양각패턴이 표면에 형성된 스탬프를 상기 레지스트에 임프린팅(imprinting)하는 단계; 자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시키는 단계; 상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계; 상기 레지스트를 현상(Develop)하여 레지스트패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트패턴을 식각마스크로 하여 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 레지스트는 네가티브톤의 포토레지스트(Negative tone photoresist)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
후술하는 실시예는 나노임프린트 리소그래피 방법 중 자외선경화방식에 포토리소그래피(Photo Lithography) 기술을 접목하여 스탬프의 양각패턴 위에 금속막을 입힌 하이브리드마스크몰드(Hybrid Mask Mold; HMM)를 이용하는 CNP(Combined Nanoimprint Photolithography) 방법이다.
이와 같이 CNP 방법을 적용하면 일반적인 방법으로 임프린팅시 발생하는 잔류층을 원천적으로 제거하여 추후 잔류층을 제거하기 위한 반응성이온식각 공정을 생략하여 공정시간을 단축시킬 수 있고, 더불어 반응성이온식각공정 중 발생하는 패턴의 선폭 변형을 줄일 수 있다.
나노임프린트 리소그래피 공정은 두번의 기본적인 과정을 가지는데 첫번째 과정은 표면에 양각패턴을 가진 형틀을 기판 위에 형성된 얇은 레지스트 위에 누른 후 형틀을 기판으로부터 제거한다. 이 과정으로 형틀에 있던 모양을 레지스트에 복사할수 있다. 두번째 과정은 압축된 면에 남아있는 잔류층을 제거하기 위한 과정으로 반응성이온식각(RIE)과 같은 플라즈마 식각 처리를 하는 것으로 분류된다.
위와 같은 일반적인 방법으로 임프린트 공정을 진행하면 잔류층이 발생한다.
이를 원천적으로 제거하기 위하여 본 발명은 CNP(combined nanoimprint and photolithography)라는 기술을 이용한다.
CNP 기술에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 방법을 도시한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(21)의 전면에 레지스트(resist, 22)를 도포한다. 여기서, 레지스트(22)는 포토레지스트(Photoresist)이며, 특히 네가티브톤(Negative tone)의 포토레지스트이다. 그리고, 기판(21) 전면에서 균일한 두께로 도포되도록 스핀코팅(spin coating) 방식을 이용한다.
이와 같은 레지스트(22)는 임프린트시 나노구조물이 복사되는 전달층(transfer layer)으로 사용하는 물질로서, 일반적인 나노임프린트리소그래피 기술에서는 전달층으로서 모노머(monomer)나 써멀플라스틱폴리머(thermal plastic polymer)와 같은 레지스트(Resist)를 사용한다.
본 발명에서 사용하는 레지스트(22), 특히 네가티브톤의 포토레지스트는 모노머나 써멀플라스틱폴리머에 비해 반응성이온식각에 대한 저항력이 높아서, 식각마스크(Etch mask)로 사용될때 높은 선택비를 얻을 수 있다.
이어서, 기판(21) 상에 양각패턴(24)이 각인된 스탬프(23)를 준비한다. 여기서, 스탬프(23)는 몰드(Molde)라고도 일컬으며, 자외선의 투과가 가능한 수정(Quartz), 유리(Glass), 사파이어(Sapphire) 및 다이아몬드(Diamond)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 미세 형상 가공 공정을 통해 스탬프(23) 위에 양각패턴(24)이 각인된다. 양각패턴(24)은 그 표면이 평탄하며, 양각패턴(24)의 높이는 레지스트(22)의 두께보다 더 얇다. 그리고, 양각패턴(24)의 표면에는 불투명막(25)이 피복되어 있다. 이때, 불투명막(25)은 금속막이며, 일예로 크롬막(Cr)이다. 이와 같은 불투명막(25)은 자외선의 투과를 방지하는 역할을 한다.
이와 같은 스탬프(23)는 자외선 경화 방식의 임프린팅을 위한 것으로서, 양각패턴(24) 및 그 표면의 불투명막(25)을 구비하므로써 HMM(hybrid mask mold)라고 일컫는다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 스탬프(23)를 레지스트(22) 상면에 접촉시켜 압착시킨다. 이로써, 스탬프(23)의 양각패턴(24)이 레지스트(22)에 임프린팅(impringing)된다.
다음으로, 자외선(UV)을 조사(Expose)하여 레지스트(22)를 경화시킨다. 양각패턴(24)을 갖는 스탬프(23)를 자외선이 투과되는 소재로 제작하였기 때문에 자외 선(UV)이 스탬프(23)를 투과하여 레지스트(22)까지 조사된다. 이때, 양각패턴(24) 표면에 형성된 불투명막(25) 아래는 자외선이 투과되지 않고, 불투명막(25)이 없는 지역을 투과한 자외선이 레지스트(22)에 조사된다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 스탬프(23)를 레지스트(22)로부터 분리해낸다.
이와 같이 스탬프(23)를 분리해내면 레지스트(22)에는 경화지역(Exposed, 22A)과 비경화지역(un-exposed, 22B)이 동시에 존재한다. 여기서, 레지스트(22)가 네가티브톤의 포토레지스트이므로, 경화지역(22B)은 자외선조사에 의해 경화됨에 따라 후속 현상(Develop)공정시의 현상액(Develop solution)에 제거되지 않고 잔류하고, 비경화지역(22B)은 자외선조사시 경화되지 않은 부분이므로 현상액에 의해 쉽게 제거되는 부분이다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 현상 공정을 진행하여 레지스트(22)의 비경화지역(22B)을 제거한다. 이로써, 레지스트패턴(22C)이 형성되며, 이러한 레지스트패턴(22C)이 반도체 제조 공정시 식각마스크로 사용된다.
현상 공정은 현상액을 이용하여 포토레지스트의 비경화지역을 제거하는 공정으로 알려져 있으며, 이러한 현상액을 이용한 레지스트(22)의 비경화지역(22B)을 제거한다. 바람직하게, 현상액은 황산(H2SO4)과 과산화수소수(H2O2)의 혼합액인 SPM(Sulfuric acid/hydrogen Peroxide Mixture)를 이용한다.
예컨대, 레지스트(22)가 네가티브톤의 포토레지스트이므로 비경화지역(22B)은 SPM에 포함되는 카로산(Caro's acid)(퍼옥소-황산)의 강산화력에 의한 화학반응 에 의해 박리되어 제거된다.
이와 같이, 실시예는 포토리소그래피기술의 현상공정을 이용하여 비경화지역(22B)을 모두 제거하여 잔류층이 없는 레지스트패턴(22C)을 형성할 수 있다. 따라서, 반응성이온식각공정을 진행하지 않아도 잔류층이 없는 레지스트패턴(22C)을 형성할 수 있다.
일반적으로 포토리소그래피(Photo Lithography) 기술만을 사용하여 미세 패턴을 패터닝하려고 하면 그에 따른 노광 장비의 비용(Cost)이 비싸기 때문에 비용부담이 크다. 이에 나노 임프린트 리소그래피 기술을 사용하여 그 비용을 훨씬 줄일 수가 있으나, 잔류층(residual layer)이 발생하게 되어 반응성이온식각공정으로 잔류층을 제거해야하는 플라즈마식각공정이 필수 불가결하다.
하지만, 본 발명은 포토리소그래피기술의 포토레지스트 및 현상공정을 이용하면서 자외선경화방식의 나노임프린트리소그래피 기술을 결합한 CNP 공정을 사용하므로써 잔류층 제거를 위한 반응성이온식각 과정을 생략할 수 있다. 이에 따라 포토리소그래피기술 또는 나노임프린트리소그래피 기술에 비해 비용 측면이나 공정시간(Turn Around Time) 측면에서 유리하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 포토리소그래피기술과 나노임프린트리소그래피 기술을 조합하여 리소그래피 공정을 진행하므로써 잔류층이 없는 미세 선폭의 포토레지스트패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고비용의 포토리소그래피 장비를 사용하지 않아도 되므로 비용측면에서 유리할뿐만 아니라, 잔류층 제거를 위한 추가 식각공정을 진행하지 않아도 되므로 나노임프린트리소그래피 기술에 비해 공정시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 기판 상면에 레지스트를 도포하는 단계;
    양각패턴이 표면에 형성된 스탬프를 상기 레지스트에 임프린팅(imprinting)하는 단계;
    자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시키는 단계;
    상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계;
    상기 레지스트를 현상(Develop)하여 레지스트패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 레지스트패턴을 식각마스크로 하여 상기 기판을 식각하는 단계
    를 포함하는 리소그래피 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트는 포토레지스트를 사용하는 리소그래피 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트는 네가티브톤의 포토레지스트(Negative tone photoresist)를 사용하는 리소그래피 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스탬프 및 양각패턴은 자외선이 투과되는 물질이며, 상기 양각패턴의 표면에는 불투명막이 피복되어 있는 리소그래피 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불투명막은 금속막인 리소그래피 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 불투명막은 크롬막인 리소그래피 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스탬프 및 양각패턴은 수정, 유리, 사파이어 및 다이아몬드로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 리소그래피 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 현상시 사용하는 현상액은 적어도 황산과 과산화수소수를 포함하는 리소그래피 방법.
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