KR20220104611A - 피코스코픽 스케일/ 나노스코픽 스케일 회로 패턴의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
회로 패턴의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은, 단계 (A): 감광 입자를 함유하는 제1 감광층을 포함하는 마스터 기판을 제공하는 단계; 단계 (B): 다중의 제1 금속 입자를 형성하도록, 제1 감광층의 미리 결정된 영역에 있는 금속 이온을 환원하기 위해 에너지 빔을 제공하는 단계; 단계 (C): 마스터 마스크(master mask)를 획득하기 위해, 정착제(fixer)에 의해 환원되지 않은 감광 입자를 제거하는 단계 - 여기서 제1 금속 입자는, 마스터 마스크 상에 미리 결정된 제1 패턴을 형성함 -; 단계 (D): 제2 감광 입자를 함유하는 제2 감광층을 포함하는 칩을 제공하는 단계; 단계 (E): 마스터 마스크를 제2 감광층 상에 배치하고, 다중의 원자화된 제2 금속 입자를 형성하도록, 제2 감광층의 덮이지 않은 부분의 금속 이온을 환원하기 위해 에너지 빔을 제공하는 단계; 단계 (F): 피코스코픽/나노스코픽 스케일(picoscopic/ nanoscopic scale)의 라인 간격(line spacing)을 갖는 회로 패턴을 획득하기 위해 정착제에 의해 환원되지 않은 감광 입자를 제거하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 회로 패턴의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적 회로용 미세 회로 패턴의 제조 방법에 관한 것이다.
거의 60 년 동안, 반도체 집적 회로(IC)로 구성된 칩의 발명은 세계적 기술 발전을 비약적으로 이끌었으며 인간의 삶을 크게 변화시켰다. 소형이고 경량인 고성능 전자 및 전기 제품에 대한 수요가 증가함에 따라, IC의 기능 밀도는 일반적으로 증가해야 하는 반면 IC의 기하학적 크기는 일반적으로 감소해야 한다. 이러한 스케일링 다운 공정(scaling down process)은 IC 제조 공정의 복잡도를 증가시킬뿐만 아니라, 공정 난이도 및 전체 생산 비용을 크게 증가시킨다.
리소그래피 머신(lithography machine)은 칩 제조의 핵심 장비였다. 예를 들어, 기존의 주요 광학 리소그래피는 193 nm 파장을 갖는 아르곤 플루오라이드 레이저(argon fluoride laser, ArF laser)를 사용하며, 45 nm 내지 7 nm의 피처 크기(feature size)를 갖는 IC 칩 제조를 지원할 수 있다. 그러나, 기존의 광학 리소그래피는 기술적 및 경제적 한계에 다다르고 있으며, ArF 레이저는, 5 nm와 같이, 7 nm 미만의 피처 크기를 갖는 IC 칩 제조를 지원하지 못한다.
극 자외선(extreme ultraviolet, EUV) 리소그래피는, 적어도 10 년 동안 무어의 법칙(Moore's law)을 확장할 수 있는 13.5 nm 파장의 광을 제공할 수 있기 때문에, 구원자 기술(Savior technology)로 여겨진다. 그러나, EUV가 반도체 제조를 위한 양산에 실제로 적용되는 경우, 무수한 문제를 극복해야 한다. 가장 어려운 것은, 충분한 세기(intensity)를 갖는 안정적인 광원을 생성하는 방법이며; 또한, EUV 리소그래피는 환경 청결(environmental cleanliness)에 대한 엄격한 표준을 요구한다. 또한, EUV 리소그래피는 비싸고 엄청난 양의 전력을 소비한다. 이에 따라ㅣ IC 생산 원가는 급격히 상승할 것이다.
회로 패턴을 형성하는 종래의 제조 공정에 기술적 결함이 있다는 점에서, 본 발명의 목적은, 단순성 및 경제성을 장점으로 가짐에 따라 양산에 유리하고 상업적 구현을 위한 높은 잠재력을 갖는 회로 패턴의 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명는 단계 (A) 내지 단계 (F)를 포함하는 회로 패턴의 제조 방법을 제공한다. 단계들 중, 마스터 마스크(master mask)는 단계 (A) 내지 단계 (C)에서 생성된 다음, 전술한 단계들로부터 획득한 마스터 마스크는, 칩 상에 회로 패턴을 만들기 위해 사용된다. 단계 (A)에서: 마스터 기판이 제공된다. 마스터 기판은 투명 기판 및 투명 기판 상에 형성된 제1 감광층을 포함하고; 제1 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 제1 감광층의 감광 입자는 제1 금속 이온을 함유하는 제1 금속염을 포함하고, 제1 금속 이온은 은 이온 또는 크롬 이온을 포함한다. 단계 (B)에서: 다중의 원자화된 제1 금속 입자를 형성하도록, 제1 감광층의 미리 결정된 영역에 있는 제1 금속 이온을 환원하기 위해 제1 감광층을 조사하기 위해 제1 에너지 빔이 제공되며; 제1 에너지 빔은 1 피코미터(pm) 내지 200 나노미터(nm) 범위의 파장을 갖는다. 단계 (C)에서: 마스터 마스크를 획득하기 위해, 제1 감광층의 환원되지 않은 감광 입자는 제1 정착제(fixer)에 의해 제거되며; 원자화된 제1 금속 입자는 마스터 마스크 상에 미리 결정된 제1 패턴을 형성한다. 단계 (D)에서: 칩이 제공된다. 칩은 반도체 기판 및 반도체 기판 상에 형성된 제2 감광층을 포함하고; 제2 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 제2 감광층의 감광 입자는 제2 금속 이온을 함유하는 제2 금속염을 포함하고, 제2 금속 이온은 은 이온 또는 크롬 이온을 포함한다. 단계 (E)에서: 마스터 마스크를 제2 감광층 상에 배치하여 복합층을 형성한 다음, 다중의 원자화된 제2 금속 입자를 형성하도록, 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮히지 않는 제2 감광층의 영역에 있는 제2 금속 이온을 환원하기 위해 복합층을 조사하는 제2 에너지 빔이 제공되며; 제2 에너지 빔은 1 pm 내지 200 nm 범위의 파장을 갖는다. 단계 (F)에서: 회로 패턴을 획득하기 위해, 제2 감광층의 환원되지 않은 감광 입자는 제2 정착제에 의해 제거된다. 회로 패턴은, 원자화된 제2 금속 입자에 의해 형성되는 미리 결정된 제2 패턴을 가지며, 미리 결정된 제2 패턴은, 미리 결정된 제1 패턴에 대한 네거티브 이미지(negative image)이고, 회로 패턴의 라인 간격(line spacing)은 1 pm 내지 100 nm 범위이다.
본 발명에 따르면, 피코스코픽 스케일 내지 나노스코픽 스케일의 파장을 갖는 제1 에너지 빔의 에너지를 흡수함으로써, 마스터 기판의 미리 결정된 영역에 위치한 다중의 감광 입자가 환원되어, 다중의 원자화된 제1 금속 입자를 형성한다. 그런 다음, 제1 정착(fixing) 단계를 통해 환원되지 않은 감광 입자(즉, 미리 결정된 영역에 위치하지 않는 감광 입자로서, 환원 반응을 수행하기 위한 제1 에너지 빔에 의해 조사되지 않은 감광 입자)를 제거하고, 획득된 마스터 마스크는 원자화된 제1 금속 입자에 의해 배열되는 미리 결정된 제1 패턴을 가질 것이다. 그 후, 마스터 마스크는 감광층을 포함하는 칩 상에 배치되고, 마스터 마스크는 포토 마스크(photomask)와 동일한 기능을 수행한다. 따라서, 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮이지 않는 영역의 감광 입자는, 환원될 제2 에너지 빔의 에너지를 흡수하여 다중의 원자화된 제2 금속 입자를 형성할 수 있다. 그 다음, 환원되지 않은 감광 입자는 제2 정착 단계를 통해 제거된다. 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮힌 제2 감광층 영역의 일부는 제2 에너지 빔의 에너지를 흡수할 수 없기 때문에, 전술한 영역의 감광 입자는 제2 정착 단계에서 제거될 것이고, 미리 결정된 제2 패턴이 최종적으로 획득되며, 즉, 미리 결정된 제2 패턴은, 반도체 기판 상에 증착된, 원자화된 제2 금속 입자에 의해 형성된 패턴이다. 제2 소정 패턴은 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴의 네거티브 이미지(negative image)이다. 회로 패턴의 라인 간격(line spacing)의 범위는 1 pm 내지 100 nm이다. 제2 금속 입자의 재료는 금속 은 또는 금속 크롬이고 둘 다 전기 전도성이 양호하기 때문에, 회로 패턴은 전기 전도의 기능을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 에너지 빔과 제2 에너지 빔은 각각 피코스코픽 스케일 내지 나노스코픽 스케일의 파장을 가지므로, 기존 제조 공정에 포토리소그래피 기술이 적용되는 경우, 기존 제조 공정에서 광원의 파장과 포토 마스크의 라인 간격 사이의 크기의 유사성으로 인해 발생하는 간섭 및 회절 현상을 회피할 수 있다. 더욱이, 값비싼 EUV 리소그래피는 본 발명에서 더 이상 필요하지 않으며, 그리고 본 발명은 더 미세한 라인으로 IC 패턴을 만들 수 있으므로, 놀라운 개발 잠재력을 제공한다.
바람직하게는, 제1 에너지 빔은 컴퓨터 시스템과 같은 제어 컴포넌트에 연결될 수 있다. 따라서, 제어 컴포넌트는, 아무런 전통적인 포토 마스크 없이, 원하는 IC 패턴을 제1 감광층 상에 직접 묘사하기 위해 제1 에너지 빔을 동작시킬 수 있다. 즉, 제1 감광층 상에 묘사된 원하는 IC 패턴은 단계 (B)의 미리 결정된 영역에 해당한다. 금속 스퍼터링(metal sputtering), 포토 레지스트 코팅(photoresist coating), e-빔 리소그래피(e-beam lithography), 화학적 현상(chemical developing), 에칭(etching) 및 포토 레지스트 스트리핑(photoresist stripping)을 포함하는 일련의 복잡한 단계들을 순차적으로 적용하여 생산될 수 있는 전통적인 포토 마스크와 비교하면, 본 발명의 단계 (A) 내지 (C)에서 마스터 마스크를 제조하는 공정은 훨씬 더 간단하므로, IC 회로 패턴 제조에 있어서 패턴 설계에서부터 완료까지 소요되는 시간이 상당히 단축될 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 에너지 빔과 제2 에너지 빔은 독립적으로 전자 빔, X-선(X-ray) 또는 EUV일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시 예들에서, 제1 에너지 빔과 제2 에너지 빔은 동일한 파장을 갖는다. 몇몇 실시 예들에서, 제1 에너지 빔 및 제2 에너지 빔은 각각, 0.1 킬로볼트(kilovolt, kV) 내지 1000 kV 범위의 에너지를 갖도록 전자 가속기에 의해 생성된 전자 빔일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로서, 제1 에너지 빔 및/또는 제2 에너지 빔은, 193 nm의 파장을 갖는 ArF 레이저, 157 nm의 파장을 갖는 분자 불소(F2) 엑시머 레이저, 13.5 nm의 파장을 갖는 EUV 레이저 또는 0.01 nm 내지 10 nm의 파장을 갖는 X-선일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시 예들에서, 단계 (B)에서, 다중의 원자화된 제1 금속 입자를 형성하도록, 제1 에너지 빔은, 제1 감광층의 감광 입자의 제1 금속 이온을 환원하기 위해, 10 킬로그레이(kGy) 내지 600 kGy 범위의 총 방사선량을 제공할 수 있다. 몇몇 실시 예들에서, 단계 (E)에서, 다중의 원자화된 제2 금속 입자를 형성하도록, 제2 에너지 빔은, 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮이지 않는 제2 감광층의 영역에 위치한 감광 입자의 제2 금속 이온을 환원하기 위해, 10 kGy 내지 600 kGy 범위의 총 방사선량을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 단계 (B) 및 단계 (E)는 10-4 파스칼(Pa) 내지 10-9 Pa의 진공도를 갖는 환경에서 독립적으로 수행된다.
바람직하게는, 제1 감광층은 1 nm 초과 내지 150 nm 이하 범위의 평균 두께를 갖지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 제1 감광층은 1.5 nm, 2.0 nm, 5.0 nm, 7.0 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 55 nm, 60 nm, 65 nm, 70 nm, 75 nm, 80 nm, 90 nm, 100 nm, 110 nm, 120 nm 또는 130 nm의 평균 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2 감광층은 1 nm 초과 150 nm 이하 범위의 평균 두께를 갖지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 제2 감광층은 1.5 nm, 2.0 nm, 5.0 nm, 7.0 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 55 nm, 60 nm, 65 nm, 70 nm, 75 nm, 80 nm, 90 nm, 100 nm, 110 nm, 120 nm 또는 130 nm의 평균 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 제1 감광층의 감광 입자는 0.1 nm 내지 10 μm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 보다 바람직하게는, 제1 감광층의 감광 입자는 0.1 nm 내지 100 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 제1 감광층의 감광 입자는 0.1 nm 내지 10 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 바람직하게는, 제2 감광층의 감광 입자는 0.1 nm 내지 10 μm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 보다 바람직하게는, 제2 감광층의 감광 입자는 0.1 nm 내지 100 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 제2 감광층의 감광 입자는 0.1 nm 내지 10 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다.
본 발명에 따르면, 제1 감광층의 제1 금속염 및 제2 감광층의 제2 금속염은 동일하거나 상이한 종류의 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 제1 금속염은 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr), 요오드화은(AgI), 중크롬산 나트륨(Na2Cr2O7), 중크롬산 암모늄(((NH4)2Cr2O7) 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 제2 금속염은 AgCl, AgBr, AgI, Na2Cr2O7, (NH4)2Cr2O7 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 제1 감광층 및 제2 감광층의 감광 입자는 동일한 종류의 재료로 제조된다. 바람직하게는, 제1 감광층의 제1 금속염 및 제2 감광층의 제2 금속염은 모두 AgBr이다.
본 발명에 따르면, 제2 에너지 빔이 투명 기판을 직접 통과할 수만 있다면, 투명 기판의 재료에 대한 특별한 제한은 없다. 바람직하게는, 투명 기판은 광학 유리로 제조되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 투명 기판이 란탄 헤비 플린트 글래스(lanthanum heavy flint glasses)로 제조되는 경우, 투명 기판은 높은 굴절률, 낮은 분산, 높은 강성 및 높은 내마모성의 장점을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 기판의 재료는 실리콘 함유 재료 또는 탄소 함유 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 함유 재료는 그래핀(graphene)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시 예들에서, 제1 감광층 및 제2 감광층 중 적어도 하나는 감광제를 더 포함한다. 예를 들어, 감광제는 알데히드(aldehydes) 또는 티오황산염(thiosulfates), 황화은 나노 입자(silver sulfide nanoparticles)와 같은 황 함유 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 감광제를 첨가함으로써, 감광성 중심(photosensitive centers)의 일부는 감광 입자의 결정 표면(crystal surfaces) 상에 형성되며; 이에 따라 금속 이온의 감도 수준(level of sensitivity)이 향상되고 환원 반응이 가속화될 것이다.
몇몇 실시 예들에서, 단계 (C)는 단계 (C1) 및 단계 (C2)를 포함할 수 있다. 단계 (C1)에서, 감광 입자 중에서, 제1 에너지 빔에 의해 조사되는 제1 금속 이온은 제1 현상제(developing agent)로 처리되어, 그 환원을 개선하여 원자화된 제1 금속 입자를 형성할 수 있다. 단계 (C2)에서, 제1 감광층의 환원되지 않은 감광 입자(즉, 실질적으로 미리 결정된 영역에 위치하지 않은 제1 감광 층의 감광 입자)는 제1 정착제에 의해 제거되어 마스터 마스크를 획득할 수 있다.
몇몇 실시 예들에서, 단계 (F)는 단계 (F1) 및 단계 (F2)를 포함할 수 있다. 단계 (F1)에서, 감광 입자 중에서, 제2 에너지 빔에 의해 조사되는 제2 금속 이온은 제2 현상제로 처리되어, 그 환원을 개선하여 원자화된 제2 금속 입자를 형성할 수 있다. 단계 (F2)에서, 제2 감광층의 환원되지 않은 감광 입자는 제2 정착제에 의해 제거되어 회로 패턴을 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 현상제는 환원제이다. 따라서, 제1 현상제 또는 제2 현상제를 사용함으로써, 제1 에너지 빔 또는 제2 에너지 빔에 의해 조사되는 감광 입자는 더욱 빠르고 더욱 완전한 환원 반응을 거쳐 금속 은 또는 금속 크롬이 된다. 바람직하게는, 단계 (C1)의 지속 시간(duratrion) 및/또는 단계 (F1)의 지속 시간은 0.1 분(min) 내지 15 분의 범위일 수 있고; 보다 바람직하게는, 단계 (C1)의 지속 시간 및/또는 단계 (F1)의 지속 시간은 1 분 내지 10 분의 범위일 수 있다.
바람직하게는, 단계 (C1) 및/또는 단계 (F1)는 15 °C 내지 28 °C 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
바람직하게는, 제1 현상제는 하이드로퀴논(hydroquinone), 1-페닐-3-피라졸리디논(1-phenyl-3-pyrazolidinone)(페니돈(Phenidone)이라고도 함), 4-메틸아미노페놀 설페이트(4-methylaminophenol sulfate)(메톨(Metol)이라고도 함) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 현상제는 하이드로퀴논, 1-페닐-3-피라졸리디논, 4-메틸아미노페놀 설페이트 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명에 대해, 제1 현상제 및 제2 현상제는 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 제1 현상제와 제2 현상제는 동일하다.
바람직하게는, 제1 현상제는 pH 조절제(pH adjusting agent)를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 현상제는 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. pH 조절제를 첨가함으로써, 단계 (C1) 및/또는 단계 (F1)는 개별적으로 기본 환경에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 기본 환경은 8.5 내지 10.5 범위의 pH 값을 가질 수 있다.
바람직하게는, 단계 (C1)와 단계 (C2) 사이에, 방법은 잔존하는 제1 현상제가 제1 정착제의 후속 작업에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 헹굼 단계(rinsing step)를 추가할 수 있다. 전술한 헹굼 단계에서, 흐르는 물 또는 약산성 수용액을 각각 사용하여, 제1 현상제로 처리된 제1 감광층 상의 잔존하는 제1 현상제를 희석 또는 중화시킨다. 이와 유사하게, 단계 (F1)와 단계 (F2) 사이에, 방법은 잔존하는 제2 현상제가 제2 정착제의 후속 작업에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 헹굼 단계를 추가할 수 있다. 전술한 헹굼 단계에서, 흐르는 물 또는 약산성 수용액을 각각 사용하여, 제2 현상제로 처리된 제2 감광층 상의 잔존하는 제2 현상제를 희석 또는 중화시킨다. 바람직하게는, 헹굼 단계 후에 건조 단계가 이어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 현상 단계 후 금속 입자에 의해 형성된 패턴을 안정화시키기 위해, 정착제가 환원되지 않은 감광 입자(즉, 노출되지 않은 감광 입자)를 용해시킨 다음 제거하기 위해 사용된다. 바람직하게는, 단계 (C2)에서 제1 정착제의 반응 시간 및/또는 단계 (F2)에서 제2 정착제의 반응 시간은 1 분 내지 5 분의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 단계 (C2) 및/또는 단계 (F2)는 4 내지 8의 범위의 pH 값을 가질 수 있다.
바람직하게는, 제1 정착제는 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)("하이포(hypo)"라고도 함) 또는 티오황산 암모늄(ammonium thiosulfate)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 정착제는 티오황산나트륨 또는 티오황산 암모늄을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 단계 (C2)에서 제1 정착제가 작용을 멈춘 후, 방법은, 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴이 제1 정착제에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해, 잔존하는 제1 정착제를 제거하는 헹굼 단계를 추가할 수 있다. 이와 유사하게, 바람직하게는, 단계 (F2)에서 제2 정착제가 작용을 멈춘 후, 방법은, 획득한 회로 패턴의 미리 결정된 제2 패턴이 제2 정착제에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해, 잔존하는 제2 정착제를 제거하는 헹굼 단계를 추가할 수 있다. 바람직하게는, 헹굼 단계 후에 건조 단계가 이어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 감광층 상에 마스터 마스크를 배치하는 방법에 대한 특별한 제한은 없다. 바람직하게는, 마스터 마스크는 제2 감광층 상에 직접 적층될 수 있다. 보다 바람직하게는, 마스터 마스크는 미리 결정된 제1 패턴이 위쪽을 향하도록(facing upward) 놓일 수 있으며; 즉, 마스터 마스크의 투명 기판은 칩과 접촉할 것이고, 미리 결정된 제1 패턴은 칩과 접촉하지 않을 것이다. 따라서, 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴은 쉽게 손상되지 않기 때문에 재사용이 가능하다.
본 발명에 따르면, 단계 (F)에서 패터닝을 한 후, 회로 패턴을 갖는 칩이 획득되고, 본 발명의 회로 패턴의 제조 방법의 단계 (D)에서 또 다른 반도체 기판으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 첨부 도면과 관련하여 취해질 때 다음의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 회로 패턴의 제조 방법을 예시하는 개략 흐름도이다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기 실시 예들을 통해 본 발명의 장점 및 효과를 쉽게 알 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 제안되는 설명은 단지 예시의 목적을 위한 바람직한 예일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명를 실시하거나 적용하기 위해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.
제1 실시 예: 나노스코픽 스케일에서의 회로 패턴의 제조 방법
마스터 마스크의 준비
먼저 마스터 기판이 제공되었다. 마스터 기판은, 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 제1 감광층을 포함하고; 제1 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 제1 감광층의 감광 입자는 은 이온을 함유하는 제1 금속염으로서 AgBr 입자를 포함하였다. 제1 감광층의 평균 두께는 약 70 nm이고, 제1 감광층의 AgBr 입자의 평균 입자 크기는 약 50 nm였다.
그 다음, 진공도가 10-4 Pa인 환경 하에서, 컴퓨터 시스템과 연결되는 제1 에너지 빔이 제공되었다. 컴퓨터 시스템은 제1 에너지 빔의 방출을 작동시켰으므로, 제1 에너지 빔은 원하는 IC 패턴의 네거티브 이미지(negative image)를 제1 감광층 상에 직접 묘사할 수 있다. 따라서, 원하는 IC 패턴의 네거티브 이미지와 일치하는 제1 감광층 영역의 AgBr 입자는 환원되어, 제1 에너지 빔의 에너지를 흡수함으로써 흑색 금속성 은 입자(black metallic silver particles)를 형성할 것이며, 제1 에너지 빔은 193 nm의 파장을 갖는 ArF 레이저였다.
이어서, 제1 현상제가 18 °C의 온도에서 제1 감광층과 접촉하고, 제1 에너지 빔에 의해 조사되는 AgBr 입자의 은 이온이 완전히 환원되어, 제1 감광층에 은 입자가 형성되었다. 제1 현상제는 1-페닐-3-피라졸리디논 및 pH 조절제로 구성되었다.
다음으로, 흐르는 이중 증류수(double-distilled water)(ddH2O)를 사용하여 제1 현상제로 처리된 제1 감광층을 조심스럽게 헹군 다음, 제1 정착제를 사용하여 제1 감광층에서, 환원되지 않은 AgBr 입자를 제거했으며; 제1 정착제는 티오황산 나트륨이었다. 그 후, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제1 정착제로 처리된 제1 감광층을 조심스럽게 헹구고, 이러한 헹굼 단계를 3 회 반복한 후 건조 단계를 거쳐 최종적으로 마스터 마스크를 획득하였다. 마스터 마스크는 은 입자에 의해 형성된 미리 결정된 제1 패턴을 갖고, 미리 결정된 제1 패턴은 원하는 IC 패턴의 네거티브 이미지였다.
나노스코픽 스케일에서의 회로 패턴의 준비
먼저 칩이 제공되었다. 칩은 실리콘 기판과 실리콘 기판 상에 형성된 제2 감광층을 포함하고; 제2 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 제2 감광층의 감광 입자는 은 이온을 함유하는 제2 금속염으로서 AgBr 입자를 포함하였다. 제2 감광층의 평균 두께는 약 70 nm이고, 제2 감광층의 AgBr 입자의 평균 입자 크기는 제1 감광층의 AgBr 입자의 평균 입자 크기와 동일했다.
그 다음, 진공도가 동일한 10-4 Pa인 환경 하에서, 전술한 마스터 마스크를 제2 감광층 위에 직접 적층하여 복합층을 형성했다. 그런 다음, 컴퓨터 시스템과 연결되는 제2 에너지 빔이 복합층을 조사하기 위해 제공되었다. 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮이지 않은 제2 감광층 영역의 AgBr 입자의 은 이온은 환원되어, 제2 에너지 빔의 에너지를 흡수함으로써 흑색 금속성 은 입자를 형성했고; 제2 에너지 빔은 193 nm의 파장을 갖는 ArF 레이저였다.
이어서, 제2 현상제가 18 °C의 온도에서 제2 감광층과 접촉하고, 제2 에너지 빔에 의해 조사되는 AgBr 입자의 은 이온이 완전히 환원되어, 제2 감광층에 은 입자가 형성되었다. 제2 현상제는 1-페닐-3-피라졸리디논 및 pH 조절제로 구성되었다.
다음으로, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제2 현상제로 처리된 제2 감광층을 조심스럽게 헹군 다음, 제2 정착제를 사용하여 제2 감광층에서, 환원되지 않은 AgBr 입자를 제거했으며; 제2 정착제는 티오황산 나트륨이었다. 그 후, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제2 정착제로 처리된 제2 감광층을 조심스럽게 헹구고, 이러한 헹굼 단계를 3 회 반복한 후 건조 단계를 거쳐 최종적으로 미리 결정된 제2 패턴을 갖는 회로 패턴을 획득하였다. 회로 패턴의 미리 결정된 제2 패턴은 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴의 네거티브 이미지였고, 회로 패턴에서 미리 결정된 제2 패턴의 라인들 사이의 간격("라인 간격(line spacing)"이라고도 함)은 마스터 마스크의 은 입자에 의해 형성된 라인의 위치에 의해 결정되었다. 즉, 회로 패턴의 미리 결정된 제2 패턴은 원하는 IC 패턴이었고; 회로 패턴의 라인 간격은 나노스코픽 스케일로 되어 있다.
제2 실시 예: 피코스코픽 스케일에서의 회로 패턴의 제조 방법
마스터 마스크의 준비
먼저 마스터 기판이 제공되었다. 마스터 기판은, 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 제1 감광층을 포함하고; 제1 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 제1 감광층의 감광 입자는 은 이온을 함유하는 제1 금속염으로서 AgBr 입자를 포함하였다. 제1 감광층의 평균 두께는 약 50 nm이고, 제1 감광층의 AgBr 입자의 평균 입자 크기는 약 5 nm였다.
그 다음, 진공도가 10-7 Pa인 환경 하에서, 컴퓨터 시스템과 연결되는 제1 에너지 빔이 제공되었다. 컴퓨터 시스템은 제1 에너지 빔의 방출을 작동시켰으므로, 제1 에너지 빔은 원하는 IC 패턴의 네거티브 이미지를 제1 감광층 상에 직접 묘사할 수 있다. 따라서, 원하는 IC 패턴의 네거티브 이미지와 일치하는 제1 감광층 영역의 AgBr 입자는 환원되어, 제1 에너지 빔의 에너지를 흡수함으로써 흑색 금속성 은 입자(black metallic silver particles)를 형성할 것이며, 제1 에너지 빔은 0.1 nm의 파장을 갖는 X-선이었다.
이어서, 제1 현상제가 18 °C의 온도에서 제1 감광층과 접촉하고, 제1 에너지 빔에 의해 조사되는 AgBr 입자의 은 이온이 완전히 환원되어, 제1 감광층에 다중의 원자화된 은 입자가 형성되었다. 제1 현상제는 1-페닐-3-피라졸리디논 및 pH 조절제로 구성되었다.
다음으로, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제1 현상제로 처리된 제1 감광층을 조심스럽게 헹군 다음, 제1 정착제를 사용하여 제1 감광층에서, 환원되지 않은 AgBr 입자를 제거했으며; 제1 정착제는 티오황산 나트륨이었다. 그 후, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제1 정착제로 처리된 제1 감광층을 조심스럽게 헹구고, 이러한 헹굼 단계를 3 회 반복한 후 건조 단계를 거쳐 최종적으로 미리 결정된 제1 패턴을 갖는 마스터 마스크를 획득하였다. 마스터 마스크에서, 원자화된 은 입자는, 원하는 IC 패턴의 네거티브 이미지인 미리 결정된 제1 패턴을 형성했다.
피코스코픽 스케일에서의 회로 패턴의 준비
먼저 칩이 제공되었다. 칩은 실리콘 기판과 실리콘 기판 상에 형성된 제2 감광층을 포함하고; 제2 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 제2 감광층의 감광 입자는 은 이온을 함유하는 제2 금속염으로서 AgBr 입자를 포함하였다. 제2 감광층의 평균 두께는 약 50 nm이고, 제2 감광층의 AgBr 입자의 평균 입자 크기는 제1 감광층의 AgBr 입자의 평균 입자 크기와 동일했다.
그 다음, 진공도가 동일한 10-7 Pa인 환경 하에서, 전술한 마스터 마스크를 제2 감광층 위에 직접 적층하여 복합층을 형성했다. 그런 다음, 컴퓨터 시스템과 연결되는 제2 에너지 빔이 복합층을 조사하기 위해 제공되었다. 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮이지 않은 제2 감광층 영역의 AgBr 입자의 은 이온은 환원되어, 제2 에너지 빔의 에너지를 흡수함으로써 흑색 금속성 은 입자를 형성했고; 제2 에너지 빔은 0.1 nm의 파장을 갖는 X-선이었다.
이어서, 제2 현상제가 18 °C의 온도에서 제2 감광층과 접촉하고, 제2 에너지 빔에 의해 조사되는 AgBr 입자의 은 이온이 완전히 환원되어, 제2 감광층에 원자화된 은 입자가 형성되었다. 제2 현상제는 1-페닐-3-피라졸리디논 및 pH 조절제로 구성되었다.
다음으로, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제2 현상제로 처리된 제2 감광층을 조심스럽게 헹군 다음, 제2 정착제를 사용하여 제2 감광층에서, 환원되지 않은 AgBr 입자를 제거했으며; 제2 정착제는 티오황산 나트륨이었다. 그 후, 흐르는 ddH2O를 사용하여 제2 정착제로 처리된 제2 감광층을 조심스럽게 헹구고, 이러한 헹굼 단계를 3 회 반복한 후 건조 단계를 거쳐 최종적으로 미리 결정된 제2 패턴을 갖는 회로 패턴을 획득하였다. 회로 패턴의 미리 결정된 제2 패턴은 마스터 마스크의 미리 결정된 제1 패턴의 네거티브 이미지였고, 회로 패턴에서 미리 결정된 제2 패턴의 라인 간격은 마스터 마스크의 원자화된 은 입자에 의해 형성된 라인의 위치에 의해 결정되었다. 즉, 회로 패턴의 미리 결정된 제2 패턴은 원하는 IC 패턴이었고; 회로 패턴의 라인 간격은 피코스코픽 스케일로 되어 있다.
실시 예 1 및 실시 예 2에 개시된 회로 패턴의 제조 방법으로부터, 입자 크기가 다른 감광성 입자와 파장이 다른 임의의 에너지 빔을 채택함으로써, 본 개시에서 상이한 치수(dimension)의 스케일에서 다양한 라인 간격을 갖는 회로 패턴을 획득할 수 있음을 입증한다 따라서, 본 발명은 간단하고 널리 적용 가능하며 효과적인 방식으로 다양한 크기 스케일의 회로 패턴을 제조하기 위해 적용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 다양한 전자 제품의 제조에 보다 쉽게 적용될 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 회로 패턴의 제조 방법은, 실제로 간단하고 비용 효율적인 방식으로 IC 분야에 적용될 수 있는 초 미세 회로 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상업적 구현에 있어서 높은 잠재력을 갖는다.
본 발명의 많은 특징 및 이점이 본 개시의 구조 및 특징의 세부 사항과 함께 전술한 설명에서 설명되었지만, 본 발명는 단지 예시 일 뿐이다. 세부 사항, 특히 첨부된 청구 범위가 표현되는 용어의 광범위한 일반적인 의미에 의해 표시되는 전체 범위까지 본 발명의 원리 내에서 부품의 모양, 크기 및 배열에서 변경이 이루어질 수 있다.
Claims (12)
- 회로 패턴의 제조 방법으로서,
단계 (A): 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 형성된 제1 감광층을 포함하는 마스터 기판을 제공하는 단계 - 여기서, 상기 제1 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 상기 제1 감광층의 상기 감광 입자는 제1 금속 이온을 함유하는 제1 금속염을 포함하고, 상기 제1 금속 이온은 은 이온 또는 크롬 이온을 포함함 -;
단계 (B): 다중의 원자화된 제1 금속 입자를 형성하도록, 상기 제1 감광층의 미리 결정된 영역에 있는 상기 제1 금속 이온을 환원하기 위해 상기 제1 감광층을 조사하는 제1 에너지 빔을 제공하는 단계 - 여기서, 상기 제1 에너지 빔은 1 피코미터 내지 200 나노미터 범위의 파장을 가짐 -;
단계 (C): 마스터 마스크(master mask)를 획득하기 위해, 제1 정착제(fixer)에 의해 상기 제1 감광층의 환원되지 않은 감광 입자를 제거하는 단계 - 여기서, 상기 원자화된 제1 금속 입자는 상기 마스터 마스크 상에 미리 결정된 제1 패턴을 형성함 -;
단계 (D): 반도체 기판 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제2 감광층을 포함하는 칩을 제공하는 단계 - 여기서, 상기 제2 감광층은 다중의 감광 입자를 포함하고; 상기 제2 감광층의 상기 감광 입자는 제2 금속 이온을 함유하는 제2 금속염을 포함하고, 상기 제2 금속 이온은 은 이온 또는 크롬 이온을 포함함 -;
단계 (E): 상기 마스터 마스크를 상기 제2 감광층 상에 배치하여 복합층을 형성한 다음, 다중의 원자화된 제2 금속 입자를 형성하도록, 상기 마스터 마스크의 상기 미리 결정된 제1 패턴에 의해 덮히지 않는 상기 제2 감광층의 영역에 있는 상기 제2 금속 이온을 환원하기 위해 상기 복합층을 조사하는 제2 에너지 빔을 제공하는 단계 - 여기서, 상기 제2 에너지 빔은 1 피코미터 내지 200 나노미터 범위의 파장을 가짐 -; 및
단계 (F): 상기 회로 패턴을 획득하기 위해 제2 정착제에 의해 상기 제2 감광층의 환원되지 않은 감광 입자를 제거하는 단계 - 여기서, 상기 회로 패턴은 상기 원자화된 제2 금속 입자에 의해 형성되는 미리 결정된 제2 패턴을 가지며, 상기 미리 결정된 제2 패턴은 상기 미리 결정된 제1 패턴에 대한 네거티브 이미지(negative image)이고, 상기 회로 패턴의 라인 간격(line spacing)은 1 피코미터 내지 100 나노미터 범위임 -;를 포함하는
회로 패턴의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 에너지 빔에 의해 제공되는 총 방사선량은 10 킬로그레이 내지 600 킬로그레이 범위인, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 에너지 빔에 의해 제공되는 총 방사선량은 10 킬로그레이 내지 600 킬로그레이 범위인, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
제1 정착제가 티오황산나트륨(sodium thiosulfate) 또는 티오황산 암모늄(ammonium thiosulfate)을 포함하는, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 감광층 및 상기 제2 감광층 중 적어도 하나는 감광제를 더 포함하는, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 감광층의 상기 감광 입자는 0.1 nm 내지 10 μm 범위의 평균 입자 크기를 갖는, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속염은 염화은(silver chloride), 브롬화은(silver bromide), 요오드화은(silver iodide), 중크롬산 나트륨(sodium dichromate), 중크롬산 암모늄(ammonium dichromate) 또는 이들의 조합인, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 금속염은 염화은, 브롬화은, 요오드화은, 중크롬산 나트륨, 중크롬산 암모늄 또는 이들의 조합인, 회로 패턴의 제조 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 (C)는,
단계 (C1): 상기 원자화된 제1 금속 입자를 형성하기 위해, 상기 제1 에너지 빔에 의해 조사되는 상기 제1 금속 이온을 제1 현상제(developing agent)로 처리하는 단계; 및
단계 (C2): 상기 마스터 마스크를 획득하기 위해, 상기 제1 정착제에 의해 상기 제1 감광층의 상기 환원되지 않은 감광 입자를 제거하는 단계를 포함하는,
회로 패턴의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 단계 (F)는,
단계 (F1): 상기 원자화된 제2 금속 입자를 형성하기 위해, 상기 제2 에너지 빔에 의해 조사되는 상기 제2 금속 이온을 제2 현상제로 처리하는 단계; 및
단계 (F2): 상기 회로 패턴을 획득하기 위해 상기 제2 정착제에 의해 상기 제2 감광층의 상기 환원되지 않은 감광 입자를 제거하는 단계를 포함하는,
회로 패턴의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 현상제는 하이드로퀴논(hydroquinone), 1-페닐-3-피라졸리디논(1-phenyl-3-pyrazolidinone), 4-메틸아미노페놀 설페이트(4-methylaminophenol sulfate) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 회로 패턴의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1 현상제는 pH 조절제(pH adjusting agent)를 더 포함하는, 회로 패턴의 제조 방법.
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