KR20090128113A - 마이크로 몰드 형성 방법 - Google Patents

Abstract

마이크로 몰드 형성 방법이 제공된다. 상기 마이크로 몰드 형성 방법은 마이크로 몰드 상에 폴리머를 형성하고, 상기 폴리머 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계, 고스트 이미지를 이용하여 상기 포토 레지스트를 노광 및 현상하여 상기 고스트 이미지에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 폴리머를 식각하여 폴리머 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

마이크로 몰드(micro mold), 포토레지스트(photoresist).

Description

마이크로 몰드 형성 방법{Method of manufacturing a micro mold}

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 패턴의 마이크로 몰드 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체장치나 액정표시장치의 박막트랜지스터의 제조에 있어 도선 등을 패터닝할 때 식각 마스크로 사용되는 포토레지스트 패턴이 사용된다. 포토레지스트 패턴은 피식각 물질 상에 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상하는 노광 방법에 의해 형성된다. 이러한 포토레지스트 패턴은 반도체장치나 액정표시장치의 박막 트랜지스터의 제조에 있어 복수 회가 형성된다.

그러나, 노광 방법에 의한 포토레지스트 패턴의 형성은 별도의 고가 노광장치가 필요할 뿐만 아니라 노광 마스크 정렬, 노광 및 현상 등을 거쳐야 하므로 공정이 매우 복잡하여 수율이 저하된다.

특히, 기판의 크기가 대형화되고 패턴의 크기가 작아짐에 따라 노광 장비의 가격이 상승된다. 따라서, 마이크로 몰드를 이용하여 패턴하는 방법이 개발되고 있다. 이러한 마이크로 몰드를 이용하여 패턴하는 방법은 피식각 물질 상에 포토레지스트를 도포하고 임의의 패턴이 형성된 몰드를 사용하여 원하는 포토레지스트 패턴 을 형성하는 것이다.

이처럼 마이크로 몰드는 임프린팅 패턴을 구현하거나 CMP 연마 패드를 구현하는 등에 사용될 수 있다. 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 미세 패턴을 형성하기 위한 마이크로 몰드에 대한 연구가 진행되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미세 패턴의 마이크로 몰드를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법은 마이크로 몰드 상에 폴리머를 형성하고 상기 폴리머 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계, 고스트 이미지를 이용하여 상기 포토 레지스트를 노광 및 현상하여 상기 고스트 이미지에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 폴리머를 식각하여 폴리머 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법은 마이크로 몰드 상에 폴리머를 형성하고 상기 폴리머 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계, 석영층 위에 Mosi층이 형성되고, 상기 Mosi층에 다수의 개구 패턴들이 형성된 고스트 이미지 마스크를 준비하는 단계, 상기 고스트 이미지 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트에 노광 공정을 수행하고, 노광 공정 중 발생하는 고스트 이미지에 대응하는 제1 홈들을 갖는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 폴리머를 식각하여 상기 제1 홈들에 대응하는 제2 홈들을 갖는 폴리머 패턴을 형성하는 단계, 상기 폴리머 패턴의 제2 홈들 내부에 금속 물질을 매립하고, 평탄화하는 단계, 및 상기 폴리머 패턴 중 폴리머 부분만을 제거하여 상기 제2 홈들에 대응하는 금속 물질 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법은 고스트 이미지를 이용하여 일반적인 패터닝 설계로는 정의하기 어려운 미세 패턴의 마이크로 몰드를 구현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

먼저 도 1a를 참조하면, 마이크로 몰드(110) 상에 폴리머(polymer, 120)를 도포한다. 예컨대, 친수성 계열의 폴리머와 우레탄을 혼합한 폴리머 혼합액(110)을 상기 마이크로 몰드(110) 상에 도포할 수 있다. 상기 마이크로 몰드(110)는 광경화성물질, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol, PEG), 또는 PEGMA(polyethylene glycol methacrylate)일 수 있으며, 상기 폴리머(120)는 상기 마이크로 몰드(110)와 동일한 물질이거나 상기 광경화성물질, PEG, 및 PEGMA 중 어느 하나일 수 있다.

다음으로 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 도포된 폴리머(120) 상에 포토레지스트(photoresist, 130)를 도포한다.

다음으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 고스트 이미지 마스크(ghost image mask, 200)를 이용하여 상기 도포된 포토레지스트(130)를 패터닝하여 포토레지스트 패턴(132)을 형성한다.

도 2는 도 1c에 도시된 제1 고스트 이미지 마스크(200)의 측면도를 나타낸다. 도 1c 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 고스트 이미지 마스크(200)는 석영층(210)과 몰리브덴/실리콘층(215; 이하, "Mosi층"이라 함)을 포함하여 이루어진다. 상기 석영층(110, 예컨대, 석영 기판) 위에 Mosi층(215)을 형성하고, 포토 리소그라피(photolithography) 공정을 수행하여 상기 Mosi층(215)에 다수의 제1 개구 패턴들(220)을 형성한다.

상기 Mosi층(215)은 주사되는 광량의 8％ 내지 10％를 위상 반전시켜 투과시킨다. 따라서 노광 장비로부터 수광된 빛이 상기 Mosi층(215)을 통과하여 조영되는 상에는 고스트 이미지가 생성된다.

광의 회절을 이용하여 노광 공정을 하는 경우 기판에 투영되는 회로패턴인 레이 아웃 패턴의 이미지는 실제 마스크 패턴의 모양과 다르다. 특히 마스크 패턴 상에서 인접한 패턴의 간격이 가까울수록 서로에게 영향을 주어 설계 수치와 많은 차이가 발생한다. 이러한 현상을 광근접효과(Optical Proximity Effect, OPE)라고 한다.

상술한 광근접 효과 또는 백그라운드 도즈(background dose) 효과 등에 의하여, 광이 마스크 패턴을 투과, 회절됨으로써, 원치 않는 패터닝 이미지가 감광막에 형성되는데, 이러한 이미지를 고스트 이미지(ghost image)라 한다.

도 3은 도 1c에 도시된 제1 고스트 이미지 마스크(200)를 투과한 광량을 측정한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 상기 제1 고스트 이미지 마스크(200)에 의한 노광 공정을 통하여 고스트 이미지(D)가 형성된 것을 볼 수 있는데, 상기 Mosi층(215)을 투과한 제1차 광이 제1 개구 패턴들(220) 사이의 영역에 조사되어 고스트 이미지(D)가 형성된다. 상기 고스트 이미지(D)는 가장 약한 광량을 갖는다.

상기 고스트 이미지(D)를 제외한 나머지 영역은, 상기 제1차 광이 집중되어 투과 반응을 일으키는 영역(E)과 제1 개구 패턴들(112)을 투과한 제0차 광이 투과 반응을 일으키는 영역(F)이다.

상기 고스트 이미지 마스크(200)에 의하여 상기 포토 레지스트(130)가 노광될 때, 상기 고스트 이미지(D) 영역에 대응하여 정렬되는 포토 레지스트만이 광(예컨대, 자외선)에 노출되지 않고, 그 외 나머지 포토 레지스트 부분은 광에 노출된다.

예컨대, 상기 포토 레지스트(130)가 파지티브(positive) 레지스트일 경우, 현상 공정에서 광에 노출된 상기 나머지 포토 레지스트 부분만이 제거되고, 광에 노출되지 않은 포토 레지스트 부분, 즉 고스트 이미지(D) 영역에 정렬된 포토 레지스트 부분만이 잔존한다.

상기 고스트 이미지(D) 영역에 의하여 아일랜드(island) 형태의 포토레지스트 패턴을 형성시킬 수 있다. 이렇게 고스트 이미지를 이용함으로써 일반적인 패터닝 설계 기법으로는 정의하기 어려운 아일랜드 패턴을 정의할 수 있다.

따라서 상기 고스트 이미지 마스크(200)를 상기 도포된 파지티브 포토 레지 스트(130) 위에 정렬시키고 노광 공정을 수행할 경우, 상기 고스트 이미지(D)에 대응되는 포토 레지스트 부분을 제외한 나머지 영역이 노광되며, 노광된 부분은 현상액에 의하여 현상되어 제거됨으로써 미세 패턴을 갖는 포토 레지스트 패턴(135)을 형성할 수 있다.

다음으로 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 미세 패턴을 갖는 포토 레지스트 패턴(135)을 식각 마스크로 이용하여 상기 폴리머(120)를 식각하고, 식각 후 잔류하는 포토 레지스트 패턴을 애싱(ashing) 및 클리닝(cleaning) 공정을 수행하여 제거한다. 상기 애싱 및 클리닝 공정이 완료되면 폴리머 패턴(125)이 형성된 마이크로 몰드(110)가 형성된다.

상기 폴리머 패턴(125)은 상기 포토 레지스트 패턴(135)과 동일한 프로파일(profile)을 가지므로, 상기 폴리머 패턴(125)은 미세 패턴으로 형성될 수 있다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

먼저 도 4a를 참조하면, 마이크로 몰드(410) 상에 폴리머(415)를 형성하고, 상기 폴리머(415) 상에 포토 레지스트(420)를 도포한다.

다음으로 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 고스트 이미지 마스크(400)를 이용하여 상기 포토 레지스트(420)를 노광 및 현상하여 고스트 이미지에 대응하는 제1 홈들(425)을 갖는 포토 레지스트 패턴을 형성한다.

도 4b에 도시된 제1 고스트 이미지 마스크(400)는 석영층(401), Mosi층(403), 및 상기 Mosi층(403)에 형성된 다수의 제2 개구 패턴들(405)을 포함한다. 도 2에 도시된 제1 개구 패턴들(220) 및 도 4b에 도시된 제2 개구 패턴들(405)은 서로 다른 패턴일 수 있고, 또한 상기 제1 개구 패턴들(220) 및 상기 제2 개구 패턴들(405)은 서로 동일한 패턴일 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 제1 고스트 이미지 마스크(200)를 이용하여 상기 제1 홈들(425)을 갖는 포토 레지스트 패턴(420)을 형성할 수 있다.

예컨대, 상기 폴리머(415) 상에 네거티브 포토 레지스트(420)를 도포하고, 상기 제1 고스트 이미지 마스크(200)를 이용하여 도포된 상기 네거티브 포토 레지스트(420)를 노광 및 현상한다. 상기 제1 고스트 이미지 마스크(200)를 상기 도포된 네거티브 포토 레지스트(420) 위에 정렬시키고 노광 공정을 수행할 경우, 상기 고스트 이미지(D)에 대응되는 네거티브 포토 레지스트 부분을 제외한 나머지 영역이 노광되어 경화된다.

경화된 부분은 현상 공정에서 현상액에 의하여 제거되지 않으며, 노광되지 않은 고스트 이미지에 대응하는 네거티브 포토 레지스트 영역(425)만이 제거되어 미세 패턴의 포토 레지스트 패턴(420)이 형성된다. 즉 상기 미세 패턴의 포토 레지스트 패턴(420-1)은 상기 고스트 이미지에 대응하는 제1 홈들(425)을 갖는다.

다음으로 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 미세 패턴의 포토 레지스트 패턴(420-1)을 식각 마스크로 이용하여 상기 폴리머(415)를 식각하여 폴리머 패턴(415-1)을 형성한다. 상기 폴리머 패턴(415-1)은 상기 미세 패턴의 포토 레지스트 패턴(420-1)과 동일한 프로파일을 갖도록 미세 패터닝될 수 있다. 따라서 상기 폴리머 패턴(415-1)은 상기 제1 홈들(425)에 대응하는 제2 홈들(430)을 갖도록 형성될 수 있다.

다음으로 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 폴리머 패턴(415-1)의 제2 홈들(430) 내부에 금속 물질(435)을 매립한다. 예컨대, 상기 금속 물질(435)은 알루미늄, 텅스텐, 또는 구리 등이 될 수 있다.

다음으로 도 4e에 도시된 바와 같이 상기 금속 물질(435)이 매립된 폴리머 패턴(415-2)을 CMP(Chemical Vapor Polishing) 공정을 수행하여 평탄화한다. 평탄화된 폴리머 패턴(415-2) 중 폴리머 부분만을 습식 식각 공정을 통하여 제거하여 미세 금속 물질 패턴(440)이 형성된 마이크로 몰드(410)가 형성된다. 결국 상기 미세 금속 물질 패턴(440)은 상기 고스트 이미지를 이용하여 형성된 미세 패턴의 포토 레지스트 패턴(420-1)에 기초하여 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

도 2는 도 1c에 도시된 고스트 이미지 마스크의 측면도를 나타낸다.

도 3은 도 1c에 도시된 고스트 이미지 마스크를 투과한 광량을 측정한 그래프이다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로 몰드 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 410: 마이크로 몰드, 120, 415: 폴리머,

125, 415-1: 폴리머 패턴, 130, 420: 포토 레지스트,

135, 420-1: 포토 레지스트 패턴, 200: 고스트 이미지 마스크,

210: 석영층, 215: Mosi층, 220: 개구 패턴,

430: 홈들, 435: 금속 물질, 440: 금속 물질 패턴.

Claims (5)

1. 마이크로 몰드 상에 폴리머를 형성하고, 상기 폴리머 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계;

   고스트 이미지를 이용하여 상기 포토 레지스트를 노광 및 현상하여 상기 고스트 이미지에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 폴리머를 식각하여 폴리머 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 몰드 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고스트 이미지에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계는,

   석영층 위에 Mosi층이 형성되고, 상기 Mosi층에 다수의 개구 패턴들이 형성된 고스트 이미지 마스크를 준비하는 단계; 및

   상기 고스트 이미지 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트에 노광 공정을 수행하고, 노광 공정 중 발생하는 고스트 이미지에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 몰드 형성 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 고스트 이미지에 대응하는 포토 래지스트 패턴을 형성하는 단계는,

   상기 Mosi층에 주사되는 광량의 8％ 내지 10％를 위상 반전시켜 상기 Mosi층을 통과하여 조영되는 상에 생성되는 고스트 이미지에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 몰드 형성 방법.
4. 마이크로 몰드 상에 폴리머를 형성하고, 상기 폴리머 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계;

   석영층 위에 Mosi층이 형성되고, 상기 Mosi층에 다수의 개구 패턴들이 형성된 고스트 이미지 마스크를 준비하는 단계;

   상기 고스트 이미지 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트에 노광 공정을 수행하고, 노광 공정 중 발생하는 고스트 이미지에 대응하는 제1 홈들을 갖는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 폴리머를 식각하여 상기 제1 홈들에 대응하는 제2 홈들을 갖는 폴리머 패턴을 형성하는 단계;

   상기 폴리머 패턴의 제2 홈들 내부에 금속 물질을 매립하고, 평탄화하는 단계; 및

   상기 폴리머 패턴 중 폴리머 부분만을 제거하여 상기 제2 홈들에 대응하는 금속 물질 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 몰드 형성 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2 홈들을 갖는 폴리머 패턴은 상기 고스트 이미지에 대응하는 제1 홈들을 갖는 포토 레지스트 패턴과 동일한 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 몰드 형성 방법.

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