KR100685900B1 - method for forming pattern of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원하는 형상을 갖는 패턴을 형성하는데 걸리는 시간을 단축하도록 한 반도체 소자의 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 웨이퍼상에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 상부에 일정한 간격을 갖는 다수개의 제 1 패턴과 상기 제 1 패턴 사이에 상기 제 1 패턴보다 작은 크기를 갖는 다수개의 제 2 패턴이 형성된 몰드를 정렬하는 단계와, 상기 제 1 패턴과 제 2 패턴이 형성된 몰드를 상기 포토레지스트상에 올려놓는 단계와, 상기 포토레지스트를 상기 몰드의 제 1 패턴과 제 2 패턴 사이에 모세관 힘에 의해 포토레지스트를 채우는 단계와, 상기 몰드를 제거하여 포토레지스트의 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device to shorten the time required to form a pattern having a desired shape. The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device. Arranging a mold having a plurality of second patterns having a size smaller than the first pattern between the plurality of first patterns and the first pattern, and the mold having the first pattern and the second pattern formed thereon. Placing the photoresist on the resist, filling the photoresist by capillary force between the first pattern and the second pattern of the mold, and removing the mold to form a pattern of the photoresist. It is characterized by forming.
포토레지스트, 패턴, 몰드, 모세관, 리소그래피 Photoresist, Pattern, Mold, Capillary, Lithography
Description
도 1a 및 도 1b는 일반적인 패턴을 형성하기 위한 모세관 현상을 나타낸 도면1A and 1B illustrate capillary phenomena for forming a general pattern
도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 나타낸 공정단면도2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the related art.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 나타낸 공정단면도3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
101 : 웨이퍼 102 : 포토레지스트101
103 : 몰드103: Mold
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 모세관 힘 리소그래피(capillary force lithography) 공정에서 패턴을 형성하는 시간을 단축하도록 한 반도체 소자의 패턴 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a pattern of a semiconductor device to shorten the time for forming a pattern in a capillary force lithography process.
일반적으로 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자, 미세 전자기계 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 필연적으로 수행하게 되는 데, 이와 같이 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리소그라피(photolithography) 방법이 있다.Generally, when manufacturing a semiconductor, electronic, photoelectric, magnetic, display device, microelectromechanical device, etc., a process of forming a fine pattern on a substrate is inevitably performed. Techniques include photolithography, which uses light to form fine patterns.
상기한 포토리소그라피 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 상에 빛을 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, 기판상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.The photolithography method is a reticle designed by applying a polymer material having a responsiveness to light (for example, a photoresist, etc.) onto a substrate on which a material to be patterned is deposited (or deposited), and having a desired pattern. The light is transmitted through the polymer material through the light, and the polymer material exposed through the developing process is removed to form a pattern mask (or an etching mask) having a target pattern on the material to be patterned. Thereafter, by performing an etching process using a pattern mask, the material laminated on the substrate is patterned into a desired pattern.
한편, 상기한 바와 같은 포토리소그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리소그라피 공정을 이용하여 기판 상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.On the other hand, in the photolithography method as described above, the circuit line width (or pattern line width) is determined by the wavelength of light used in the exposure process. Therefore, in consideration of the current state of the art, it is very difficult to form an ultrafine pattern, for example, an ultrafine pattern having a line width of 100 nm or less, on a substrate using a photolithography process.
또한, 종래의 포토리소그라피 방법은 기판 상에 미세 패턴을 형성하기 위해서는 여러 단계의 공정, 예를 들면 기판 세정, 기판 표면 처리, 감광성 고분자 코팅, 저온 열처리, 노광, 현상, 고온 열처리, 세정 등의 공정들을 수행해야만 하기 때문에 제조 시간이 길고 복잡하다는 문제가 있을 뿐만 아니라 고가의 장비를 사용해야 하는 문제가 있으며, 이러한 문제들은 결국 제조 원가의 상승과 생산성의 저 하를 유발시키는 요인으로 작용하고 있다.In addition, the conventional photolithography method has several steps in order to form a fine pattern on the substrate, for example, substrate cleaning, substrate surface treatment, photosensitive polymer coating, low temperature heat treatment, exposure, development, high temperature heat treatment, cleaning, etc. Not only do they have long and complicated manufacturing time, but also expensive equipment is used, and these problems ultimately lead to an increase in manufacturing cost and a decrease in productivity.
최근 들어, 상기한 종래 포토리소그라피 방법의 한계를 극복할 수 있는 새로운 패턴 형성 방법(비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법)들에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법 중의 하나로서 나노 임프린트 리소그라피(nano-imprint lithography) 방법이 제안되었다.Recently, research and development on new pattern formation methods (lithographic methods by non-traditional methods) that can overcome the limitations of the conventional photolithography method are actively conducted everywhere, such lithography by non-traditional methods As one of the methods, a nano-imprint lithography method has been proposed.
이러한 나노 임프린트 리소그라피 방법은 먼저 원하는 패턴이 형성된 규소(Si) 등의 단단한(hard) 주형(mold)을 준비하고, 열가소성의 고분자 박막을 기판 상에 코딩하며, 주형을 기판에 대향시킨 상태에서 프레스 판 사이에 넣어 고온, 고압으로 처리한 후 기판으로부터 주형을 분리함으로써, 기판 상에 형성된 고분자 박막 표면에 주형의 패턴을 전사시키는 방법이다.The nanoimprint lithography method first prepares a hard mold such as silicon (Si) on which a desired pattern is formed, codes a thermoplastic polymer thin film on a substrate, and presses the mold with the mold facing the substrate. It is a method of transferring the pattern of a mold to the surface of the polymer thin film formed on the board | substrate by separating a mold from a board | substrate after processing at high temperature and high pressure in between.
상기한 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 규소 등의 단단한 주형을 사용하기 때문에 초 미세 패턴을 쉽게 구현할 수 있다는 장점을 갖는다. 문헌에 보고된 바에 의하면, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 대략 7㎚의 패턴 크기까지 구현 가능한 것으로 알려져 있다.The conventional nanoimprint lithography method described above has an advantage that an ultra fine pattern can be easily implemented because it uses a rigid mold such as silicon. As reported in the literature, it is known that the conventional nanoimprint lithography method can be realized up to a pattern size of approximately 7 nm.
그러나, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 높은 공정 압력을 이용하기 때문에 주형 및 기판이 변형되거나 파손되는 등의 단점을 가지며, 또한 고온으로 가열된 고분자 물질의 유동성을 이용하여 패터닝을 하기 때문에 크기가 큰 패턴의 경우에는 완벽한 패터닝에 많은 시간이 소요된다는 단점을 갖는다.However, the conventional nanoimprint lithography method has a disadvantage in that the mold and the substrate are deformed or damaged due to the high process pressure, and the pattern is large because the patterning is performed using the fluidity of the polymer material heated at a high temperature. In the case of, a long time is required for perfect patterning.
또한, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 주형의 돌출부위(양각 패턴) 에 의해 눌려진 부분의 고분자 물질이 완전히 제거되지 않고 잔류하기 때문에 추가적인 공정, 즉 플라즈마 식각 공정 등을 더 필요로 하는 문제가 있으며, 이러한 공정 추가의 문제는 결국 경제성의 저하와 함께 미세 패턴의 변형 가능성을 상존하게 하는 문제점을 야기시킨다.In addition, the conventional nanoimprint lithography method has a problem in that an additional process, that is, a plasma etching process, is required because the polymer material of the portion pressed by the protrusion (embossed pattern) of the mold is not completely removed and remains. The problem of process addition eventually leads to the problem of deteriorating the economical pattern and the possibility of deformation of the fine pattern.
한편, 비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법의 다른 예로는, 예를 들면 미세 접촉 인쇄법(micro-contact printing), 미세 모세관 몰딩(micro-molding incapillaries), 미세 전이 몰딩(micro-transfer molding), 연성 성형 몰딩(soft-molding), 모세관 힘 리소그라피(capillary force lithography) 등의 방법들이 있는데, 이러한 방법들의 공통점은 주형으로서 고분자 탄성체의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용한다는 점이다.On the other hand, other examples of lithographic methods by non-traditional methods include, for example, micro-contact printing, micro-molding incapillaries, micro-transfer molding, and flexible molding. There are methods such as soft-molding and capillary force lithography. The common method is that PDMS (polydimethylsiloxane), which is a type of polymer elastomer, is used as a template.
여기에서, PDMS 주형의 장점으로는 탄성체이므로 패터닝할 기판 표면과의 균일한 접촉(conformal contact)이 쉽고, 표면 에너지가 낮은 물질이므로 다른 물질 표면과의 접착력이 작아 패터닝 후 기판 표면으로부터 쉽게 분리가 가능하며, 3차원 그물구조에 기인한 높은 기체 투과성(high gas permeability)으로 인해 용매의 흡수가 용이하다는 점이다.Here, the advantage of the PDMS mold is that it is elastic, so it is easy to conformal contact with the surface of the substrate to be patterned, and because it is a low surface energy material, it is easy to separate from the substrate surface after patterning due to its low adhesion to other material surfaces. In addition, solvent absorption is easy due to high gas permeability due to the three-dimensional network structure.
반면에, PDMS 주형은, 기계적 강도가 낮은 탄성체이므로 변형이 쉽게 일어나 대략 500㎚ 이하의 미세 패턴 구현이 불가능하고, 구현하고자 하는 패턴의 종횡비(aspect ratio)에 크게 의존하며, 톨루엔 등의 일반적인 유기 용매에 의해 팽윤(swelling)되어 변형이 발생하므로 패터닝에 사용할 고분자 및 용매의 선택에 상당한 제약이 따르는 등의 단점을 갖는다.On the other hand, PDMS molds are elastomers with low mechanical strength, so they are easily deformed, so that fine patterns of less than about 500 nm cannot be realized, and are largely dependent on the aspect ratio of the pattern to be realized, and are generally organic solvents such as toluene. Since the deformation occurs due to swelling due to the swelling, there is a disadvantage that a considerable restriction is placed on the selection of a polymer and a solvent to be used for patterning.
또한, 상기한 방법들 중의 일부는 패터닝 후 잔류막이 남지 않도록 할 수도 있으나 이것은 극히 예외적인 경우에만 가능한, 즉 특정한 형상의 주형이나 패턴의 경우에만 잔류막이 남지 않도록 가능할 뿐이다. In addition, some of the methods described above may leave no residual film after patterning, but this is only possible in extremely exceptional cases, i.e., only in the case of a mold or pattern of a specific shape, the residual film does not remain.
특히, 미세 접촉 인쇄법은 패터닝층으로서 단분자막(self-assembled monolayer : SAM)을 사용하기 때문에 식각 저지층(etch-resistant layer)으로서의 역할이 불충분하다는 문제가 있으며 이러한 점 때문에 표면 패터닝 용도보다는 표면의 개질 용도로 주로 사용되고 있는 실정이다. In particular, since the microcontact printing method uses a self-assembled monolayer (SAM) as a patterning layer, there is a problem in that its role as an etch-resistant layer is insufficient. The situation is mainly used for the purpose.
더욱이, SAM 물질은 매우 고가이기 때문에 취급상의 매우 세심한 주의가 요구되어 공정의 번거로움이 야기되는 문제점을 갖는다.Moreover, because SAM materials are very expensive, very careful handling is required, resulting in the troublesome process.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 패턴을 형성하기 위한 모세관 현상을 나타낸 도면이다.1A and 1B illustrate capillary phenomenon for forming a general pattern.
임의의 물질에 대해 응집력과 부착력을 비교했을 때 도 1a에서와 같이, 부착력이 큰 경우에는 관(10)에 붙어서 주위보다 더 높게 솟아오르게 된다. Comparing cohesion and adhesion for any material, as shown in FIG. 1A, when the adhesion is large, it sticks to the
반대로 응집력이 큰 경우에는 도 1b에서와 같이, 주위보다 높이가 낮아지게 된다. 이런 현상을 이용하는 것이 모세관 힘 리소그라피(Capillary force lithography)이다.On the contrary, when the cohesion force is large, as in FIG. 1B, the height becomes lower than the surroundings. Using this phenomenon is capillary force lithography.
도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the prior art.
도 2a에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(21)상에 포토레지스트(22)를 도포하고, 상기 포토레지스트(22)가 도포된 웨이퍼(21)의 상부에 일정한 간격을 갖도록 패턴 (23a)이 정의된 PDMS(poly dimethylsiloxane)를 사용한 몰드(mold)(23)를 정렬한다.As shown in FIG. 2A, the
도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 몰드(23)를 상기 웨이퍼(21)상에 도포된 포토레지스트(22)위에 올려놓는다.As shown in FIG. 2B, the
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 몰드(23)에 정의된 패턴(23a) 사이로 상기 포토레지스트(22)가 모세관 힘에 의해서 빈 부분을 채워 올라가게 된다.As shown in FIG. 2C, the
도 2d에 도시한 바와 같이, 일정한 시간이 지난 다음에 상기 포토레지스트(22)상에 올려진 몰드(23)를 제거하고 나면 웨이퍼(21)상에 상기 몰드(23)에 정의된 패턴(23a)과 정반대의 패턴(22a)이 형성된다.As shown in FIG. 2D, after removing the
즉, 모세관 현상에 의한 종래 기술에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법은 외부에서 아무런 힘을 가하지 않았지만, 웨이퍼(21)에는 원하는 형상을 갖는 패턴(22a)의 형성이 가능하게 된다.That is, in the conventional method for forming a pattern of a semiconductor device by a capillary phenomenon, no force is applied from the outside, but a
그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법은 모세관 현상이 일어나는 시간이 오래 걸린다는 것이다. 패턴에 따라 다르겠지만 단순히 몰드를 올려놓고 기다리는 시간이 대략 한시간이 넘기도 한다. However, the pattern formation method of the semiconductor device according to the prior art as described above takes a long time that the capillary phenomenon occurs. Depending on the pattern, it may take more than an hour to simply put the mold on.
이런 문제점을 해결하기 위해서 모색되고 있는 방법 중에는 열을 가하는 방법, 외부에서 압력을 가하는 방법, 몰드의 재질을 바꾸는 방법 등이 있다.In order to solve this problem, there are methods to apply heat, to apply pressure from the outside, and to change the material of the mold.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 원하는 형상을 갖는 패턴을 형성하는데 걸리는 시간을 단축하도록 한 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method for forming a pattern of a semiconductor device to shorten the time taken to form a pattern having a desired shape.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법은 웨이퍼상에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 상부에 일정한 간격을 갖는 다수개의 제 1 패턴과 상기 제 1 패턴 사이에 상기 제 1 패턴보다 작은 크기를 갖는 다수개의 제 2 패턴이 형성된 몰드를 정렬하는 단계와, 상기 제 1 패턴과 제 2 패턴이 형성된 몰드를 상기 포토레지스트상에 올려놓는 단계와, 상기 포토레지스트를 상기 몰드의 제 1 패턴과 제 2 패턴 사이에 모세관 힘에 의해 포토레지스트를 채우는 단계와, 상기 몰드를 제거하여 포토레지스트의 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a pattern of a semiconductor device, the method including: applying a photoresist on a wafer; a plurality of first patterns having a predetermined interval on the wafer on which the photoresist is applied; Arranging a mold having a plurality of second patterns having a smaller size than the first pattern between first patterns, placing a mold having the first pattern and the second pattern on the photoresist; And filling the photoresist by capillary force between the first pattern and the second pattern of the mold, and removing the mold to form a pattern of the photoresist.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention.
도 3a에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(101)상에 포토레지스트(102)를 도포하고, 상기 포토레지스트(102)가 도포된 웨이퍼(101)의 상부에 일정한 간격을 갖는 다수의 제 1 패턴(103a)과 상기 제 1 패턴(103a) 사이에 상기 제 1 패턴(103a)보다 작은 다수의 제 2 패턴(103b)을 갖는 PDMS(poly dimethylsiloxane)를 사용한 몰드(mold)(103)를 정렬한다.As shown in FIG. 3A, a plurality of
즉, 상기 몰드(103)에 일정한 간격을 갖는 제 1 패턴(103a)을 형성하는 과정 에서 상기 제 1 패턴(103a)들 사이에는 상기 제 1 패턴(103a)보다 작은 제 2 패턴(103b)을 형성한다.That is, in the process of forming the
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 패턴(103a)과 제 2 패턴(103b)이 형성된 몰드(103)를 상기 웨이퍼(101)상에 도포된 포토레지스트(102)위에 올려놓는다.As shown in FIG. 3B, the
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 몰드(103)에 형성된 제 1 패턴(103a) 사이로 상기 포토레지스트(102)가 모세관 힘에 의해서 빈 부분을 채워 올라가게 된다.As shown in FIG. 3C, the
여기서, 상기 모세관 힘은 상기 제 1 패턴(103a) 사이에서는 발생하지만 그 높이는 어느 표면 장력과 응집력에 의해서 어느 정도 한계가 발생하게 된다. 이에 상기 제 1 패턴(103a)의 사이에 형성된 제 2 패턴(103b)에 의해 상기 포토레지스트(102)가 더 위까지 올라 갈 수 있게 된다.Here, the capillary force is generated between the
또한, 상기 제 1 패턴(103a)의 사이로 올라온 포토레지스트(102)는 상기 제 2 패턴(103a) 사이에서 다시 모세관 현상이 발생하게 되어 전체적으로 포토레지스트(102)의 높이가 올라가게 된다. 그 뿐만 아니라 상기와 같은 몰드(103)를 사용하면 포토레지스트 패턴의 높이 뿐만 아니라 시간도 단축할 수 있다.In addition, the
도 3d에 도시한 바와 같이, 일정한 시간이 지난 다음에 상기 포토레지스트(102)상에 올려진 몰드(103)를 제거하고 나면 웨이퍼(101)상에 상기 몰드(103)에 정의된 제 1 패턴(103a)과 정반대의 패턴(102a)이 형성된다.As shown in FIG. 3D, after removing the
즉, 모세관 현상에 의한 종래 기술에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법은 외부에서 아무런 힘을 가하지 않았지만, 웨이퍼(101)에는 원하는 형상을 갖는 패턴(102a)의 형성이 가능하게 된다.That is, in the conventional method for forming a pattern of a semiconductor device by a capillary phenomenon, no force is applied externally, but the
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.On the other hand, the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, it is possible that various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 소자의 패턴 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the pattern formation method of the semiconductor device according to the present invention has the following effects.
첫째, 고가의 노광 장비를 사용하지 않고 원하는 형상을 갖는 패턴을 형성함으로써 생산 설비의 비용 및 사용되는 포토레지스트의 양을 줄일 수 있다.First, it is possible to reduce the cost of production equipment and the amount of photoresist used by forming a pattern having a desired shape without using expensive exposure equipment.
둘째, 자기 조립으로 원하는 패턴이 형성되므로 미세 패턴의 구현이 가능하고, 몰드의 모양을 그대로 따라가므로 패턴의 형성이 용이하다.Second, since the desired pattern is formed by self-assembly, it is possible to implement a fine pattern, and it is easy to form the pattern since it follows the shape of the mold.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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