KR100690012B1 - Fabrication method of shadow mask for manufacturing nano structure and fabrication method of nano structure using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법 및 그에 따라 제조된 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크를 통하여 나노 구조물을 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계로 구성된다. 이에 따라, 본 발명은 형상에 제한이 없이 마이크로미터 단위로 식각된 마스크에 실리콘 질화물을 저압화학 기상증착함에 의하여 나노단위 크기의 마스크를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 나노구조물 제조시마다 감광제를 별도로 사용하지 않은 상태에서 증착에 의하여 나노구조물을 제조할 수 있다.The present invention discloses a method for producing a shadow mask for processing nanostructures and a method for producing a nanostructure through a shadow mask for processing nanostructures prepared accordingly. The method for manufacturing a shadow mask for processing nanostructures according to the present invention comprises the steps of: thermally oxidizing a silicon substrate to form a silicon oxide film on the upper and lower surfaces, and a low pressure chemical vapor deposition of a silicon nitride film having a low internal stress on the silicon oxide film; Etching the silicon oxide film and the silicon nitride film formed on the upper surface of the silicon substrate according to the shape of the structure; forming a silicon film depression by etching the silicon oxide film and the silicon nitride film formed on the lower surface of the silicon substrate; Wet etching a portion of the exposed silicon substrate and low pressure chemical vapor deposition of a silicon nitride film having a low internal stress on the surface exposed to the outside of the silicon substrate. Accordingly, the present invention is not only limited to the shape but also to the nano-sized mask by the low-pressure chemical vapor deposition of silicon nitride on the mask etched in micrometers unit, the photoresist is not used separately for each nanostructure fabrication. Nanostructures can be prepared by deposition in the absence of conditions.
나노, 쉐도우 마스크, 저압화학 기상증착, 실리콘 질화막, 증착Nano, Shadow Mask, Low Pressure Chemical Vapor Deposition, Silicon Nitride, Deposition
Description
도 1은 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method of manufacturing a shadow mask for processing a nanostructure according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따라 쉐도우 마스크 제조용으로 준비된 실리콘 기판을 도시한 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a silicon substrate prepared for shadow mask production according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따라 실리콘 기판의 상부면을 식각하는 공정을 도시한 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a process of etching an upper surface of a silicon substrate according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따라 실리콘막 함몰부를 형성시키는 공정의 사시도이다.4 is a perspective view of a process for forming a silicon film depression in accordance with the present invention.
도 5는 실리콘 기판이 에천트에 함침되는 공정을 도시한 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a process in which a silicon substrate is impregnated with an etchant.
도 6a는 이방성 화학에칭된 실리콘 기판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 A-A선의 단면도이다. FIG. 6A is a perspective view illustrating an anisotropic chemically etched silicon substrate, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 6A.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 나노 쉐도우 마스크의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a nanoshadow mask made in accordance with the present invention.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 나노 쉐도우 마스크에 나노구조물 제조용 기판이 정렬된 상태를 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a substrate for preparing nanostructures is aligned to a nanoshadow mask prepared according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따라 제조된 나도 쉐도우 마스크를 사용하여 제조된 나노 구조물의 사시도이다.9 is a perspective view of a nanostructure prepared using a shadow mask made in accordance with the present invention.
♣도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for main parts of drawing ♣
1: 실리콘 기판 2: 실리콘 산화막1: silicon substrate 2: silicon oxide film
4: 실리콘 질화막 6: 미세격자홈4: silicon nitride film 6: fine lattice groove
8: 실리콘막 함몰부 9: 경사면홈8: Silicon film depression 9: Inclined groove
10: 나노 쉐도우 마스크 12: 나노구조물 제조용 홈10: nano shadow mask 12: groove for manufacturing nanostructure
14: 실리콘 질화막 20: 자외선 광원14
22: 마스크 24: 격자배열 패턴22: mask 24: grid array pattern
30: 자외선 광원 32: 마스크30: ultraviolet light source 32: mask
34: 함몰부 패턴 40: 습식에칭 용기34: depression pattern 40: wet etching vessel
42: 에천트 50: 나노구조물 제조용 기판42: etchant 50: substrate for the production of nanostructures
52: 나노구조물52: nanostructures
S10: 실리콘 산화막을 형성S10: form silicon oxide film
S20: 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착S20: Low pressure chemical vapor deposition of silicon nitride film
S30: 실리콘 기판 상부면을 구조물 형상에 따라 식각S30: Etch the upper surface of the silicon substrate according to the structure shape
S40: 실리콘 기판 하부면을 식각하여 실리콘막 함몰부 형성S40: Etching the lower surface of the silicon substrate to form a silicon film depression
S50: 실리콘막 함몰부를 통해 노출된 실리콘 기판을 습식에칭S50: wet etching the exposed silicon substrate through the silicon film depression
S60: 실리콘 기판의 외부면에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착S60: Low pressure chemical vapor deposition of a silicon nitride film on the outer surface of the silicon substrate
본 발명은 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법 및 그에 따라 제조된 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크를 통하여 나노 구조물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 미세구조물 제조용 마스크상에 형성된 마이크로미터 단위의 형상의 패턴에 내부응력이 작은 실리콘 질화막을 증착함으로써 나노미터 단위의 형상의 패턴의 마스크를 제조하여 나노 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a shadow mask for processing nanostructures and a method for manufacturing a nanostructure through a shadow mask for processing nanostructures, and in particular, an internal stress in a pattern of a micrometer shape formed on a mask for manufacturing a microstructure. By depositing this small silicon nitride film, the present invention relates to a method of manufacturing a nanostructure by manufacturing a mask having a pattern in the form of nanometers.
종래의 나노 구조물을 제조하기 위한 기술로는 이-빔(E-beam) 리쏘그래피(Lithography) 방법이 있다. 이-빔 리쏘그래피 방법은 감광제 위에 이-빔을 직접 조사하여 나노 크기의 형상을 직접 제조한다. 이를 위하여, 이-빔 리쏘그래피 방법은 나노미터 단위의 광원 크기를 갖는 이-빔 장치를 사용한다. 이-빔 리쏘그래피 방법은 감광제에 마스크를 통하여 광원을 노광하는 것이 아니라 형상에 맞게 직접 이-빔을 노광하기 때문에, 구조물을 제조할 때마다 이-빔을 노광시켜야 한다.Techniques for manufacturing conventional nanostructures include an E-beam lithography method. The two-beam lithography method directly produces a nano-sized shape by directly irradiating the e-beam onto the photoresist. To this end, the two-beam lithography method uses a two-beam device having a light source size in nanometers. Since the e-beam lithography method exposes the e-beam directly to the shape, rather than exposing the light source to the photosensitive agent through a mask, the e-beam must be exposed every time the structure is fabricated.
종래의 나노 구조물을 제조하기 위한 기술인 자기조립 단층막은 분자가 자발적으로 고체표면에 반응하여 안정한 단층막을 형성하여 얻어지는 박막이며 특정한 분자에 대하여 아주 높은 규칙성을 보이게 된다. 자기조립 단층막은 표면에 대해 반응하는 리간드를 포함하는 용액에 기저를 담그거나 반응 종으로 이루어진 증기에 기저를 노출시켜 기판의 표면에 생성하는 단층이다. A self-assembled monolayer film, which is a technique for manufacturing a conventional nanostructure, is a thin film obtained by forming a stable monolayer film by reacting spontaneously with a solid surface, and shows very high regularity for a specific molecule. Self-assembled monolayer films are monolayers formed on the surface of a substrate by dipping the base in a solution containing a ligand that reacts to the surface or exposing the base to vapors of reactive species.
자기조립 단층막을 형성시키기 위하여, 마스터를 제조한 이후에 예비 폴리머를 마스터에 주입한 후, 열이나 빛으로 경화시킨다. 이와 같은 방식으로 완성된 스탬프에 Hexadecanethiol을 수용한 알코올 용액을 격심하여 기판의 표면을 덮고 있 는 금에 접촉시켜 잉크의 화학변화에 의하여 자기조립 단층막을 형성시킨다. In order to form a self-assembled monolayer film, after preparing the master, prepolymer is injected into the master and cured with heat or light. In this way, the alcohol solution containing Hexadecanethiol is intensely contacted with the gold covering the surface of the substrate to form a self-assembled monolayer film by chemical change of ink.
종래의 나노 크기 구조물을 제조하기 위한 이-빔 리쏘그래피 방법은 감광제에 마스크를 통하여 전사하는 방식이 아니라 직접 형상을 전사하는 방식이기 때문에 구조물을 제조할 때마다 고가의 이-빔을 사용해야 한다는 점에서 비용이 많이 소요되는 문제점을 갖는다. 종래의 나노 크기 구조물을 제조하기 위하여 자기조립 단층막을 형성시킨 방법은 프린팅하는 형상에 제한이 많은 문제점을 갖는다.Since the conventional two-beam lithography method for manufacturing nanoscale structures is a method of transferring a shape directly to a photosensitive agent, rather than a mask, it is necessary to use an expensive e-beam every time a structure is manufactured. It has a costly problem. The method of forming a self-assembled monolayer film in order to manufacture a conventional nano-size structure has a lot of problems in the printing shape.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이-빔을 통하여 가공하는 기술과 같이 고가의 장비가 들지 않도록 저압화학 기상증착 방식으로 나노 구조물을 제조하는 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to produce a nanostructure in a low pressure chemical vapor deposition method so as not to expensive equipment, such as processing technology through the e-beam It is providing the shadow mask manufacturing method for a structure processing.
본 발명의 다른 목적은 형상의 제한이 없이 다양한 형상의 구조물을 제조하기 위한 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a shadow mask for processing nanostructures for producing a structure of various shapes without limiting the shape.
본 발명의 상술한 목적, 장점들 및 신규한 특징들은 첨부한 도면들을 참조하여 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이나, 첨부한 도면들은 본 발명을 명확하게 기술하고자 하는 것으로서 본 발명의 보호범위가 도면에 나타난 구성에 국한되지는 않는다.The above objects, advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings, but the accompanying drawings are intended to clearly describe the present invention. The protection scope of the present invention is not limited to the configuration shown in the drawings.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 외부로 노출된 면에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계로 구성된다.As a feature of the present invention for achieving the object of the present invention, a method for manufacturing a shadow mask for processing a nanostructure according to the present invention comprises the steps of thermally oxidizing a silicon substrate to form a silicon oxide film on the upper and lower surfaces, silicon oxide film Low pressure chemical vapor deposition of a silicon nitride film having a low internal stress, etching the silicon oxide film and the silicon nitride film formed on the upper surface of the silicon substrate according to the structure shape, and the silicon oxide film and silicon nitride film formed on the lower surface of the silicon substrate. Etching to form a silicon film depression, wet etching a portion of the silicon substrate exposed through the silicon film depression, and low pressure chemical vapor deposition of a silicon nitride film having a low internal stress on the surface exposed to the outside of the silicon substrate. It consists of steps.
또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 나노 구조물 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 구조물 형상에 따라 식각하는 단계와, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 외부면에 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계를 포함하는 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크를 제조하는 공정과, 나노 구조물 가공용 세도우 마스크를 가공용 기판에 정렬시켜 구조물 제조용 재료를 기판상에 증착시키는 공정으로 구성된다.In addition, as another feature of the present invention, the method for manufacturing a nanostructure according to the present invention comprises the steps of thermally oxidizing a silicon substrate to form a silicon oxide film on the upper and lower surfaces, and low-pressure chemical Vapor deposition, etching the silicon oxide film and the silicon nitride film formed on the upper surface of the silicon substrate according to the shape of the structure, and etching the silicon oxide film and the silicon nitride film formed on the lower surface of the silicon substrate to form a silicon film depression. And wet etching a portion of the silicon substrate exposed through the silicon film recess, and low pressure chemical vapor deposition of the silicon nitride film having a low internal stress on the outer surface of the silicon substrate. Substrate for processing process and shadow mask for nano structure processing And depositing a material for manufacturing a structure on a substrate.
이하에서는, 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법 및 그 마스크를 이용한 나노 구조물 제조 방법의 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a method for manufacturing a shadow mask for processing nanostructures and a method for manufacturing a nanostructure using the mask according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크 제조 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따라 쉐도우 마스크 제조용으로 준비된 실리콘 기판을 도시한 단면도이다. 본 발명에 따라 나노 구조물 가공용 쉐도우 마스크를 제조하기 위하여, 먼저 실리콘 기판(1)을 열산화하여 상부면과 하부면에 실리콘 산화막(2)을 형성시킨다(S10).1 is a flowchart of a method for manufacturing a shadow mask for processing a nanostructure according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a silicon substrate prepared for manufacturing a shadow mask according to the present invention. In order to manufacture a shadow mask for processing a nanostructure according to the present invention, first, the
실리콘 기판(1)은 500㎛ 내외의 두께를 갖고 결정방향이 실리콘 결정방향의 정의에서 실리콘 기판에 수직인 방향인 <100>이며, 저항이 5∼10Ω㎝인 실리콘으로 구성된다. 실리콘 기판(1)의 표면 손상 정도에 따라서 기판(1) 표면의 산화율이 영향을 받을 수 있기 때문에, 바람직하게 실리콘 기판(1)은 산화이전에 알씨에이(RCA) 세척이 된다. The
RCA 세척 단계에서 실리콘 기판(1)은 60∼100℃ 정도로 열이 가해지는 NH4OH+H2O2+H2O, HCl+H2O2+H2O, 및 희석화된 HF 용액 등을 통과하면서 세척된다. 실리콘 기판(1)은 이러한 용액들에 세척되는 공정 사이사이에 순수한 물에 세척될 수 있다. 이는 실리콘 기판(1)이 NH4OH+H2O2+H2O, HCl+H2
O2+H2O 용액들을 통과하면서 재오염(Recontamination)될 수 있기 때문이다. 이와 같은 RCA 세척 단계에서 실리콘 기판(1)상에 형성된 금속잔류물, 유기물 등이 제거된다.In the RCA washing step, the
연속적으로, 실리콘 기판(1)은 900℃∼1250℃의 온도 범위내에서 산소를 포함하는 기체에 노출되어 실리콘 표면이 산화되도록 하는 건식 산화 또는 동일한 온 도 범위내에서 수분에 노출시켜 실리콘 표면이 산화되도록 하는 습식 산화의 방식으로 산화된다. 실리콘 산화막(2)은 열산화 시간에 따라서 그 두께가 조절되며 본 발명에 따라 1000Å 내외의 두께를 갖도록 실리콘 기판(1)상에서 성장된다.Subsequently, the
실리콘 기판(1)이 열산화되어 실리콘 산화막(2)이 형성된 후, 실리콘 산화막(2)상에는 내부응력이 낮은 실리콘 질화막(4)이 저압화학 기상증착(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)된다(S20). 실리콘 질화막(4)을 증착시키기 위한 증착용기에는 SiH2Cl2 및 NH3가 보유되고, 내부가 수십 mTorr∼수십 Torr 사이의 압력으로 유지된다. 또한, 증착용기 내부의 온도는 800℃∼1000℃ 내외로 유지된다. After the
이러한 온도, 압력 조건에서 실리콘 질화막(4)의 증착율은 20∼100Å/min으로 유지된다. 따라서, 실리콘 기판(1)에 실리콘 질화막(4)을 증착시키는 시간을 조절함에 의하여 실리콘 질화막(4)이 형성되는 두께를 조절할 수 있다. 본 발명에 따라, 실리콘 질화막(4)은 2000Å 내외의 두께로 증착된다. 저압화학 기상증착의 방식으로 증착된 실리콘 질화막(4)은 매우 낮은 증착율로 표면에 차례로 증착되기 때문에 매우 낮은 내부 응력값을 갖는다. 구체적으로, 실리콘 질화막(4)의 압축응력과 인장응력은 50MPa∼300MPa의 범위내에서 형성된다. 이는 실리콘 질화막(4)의 증착율이 수천 Å/min일 경우 압축응력과 인장응력이 1000MPa 이상의 값을 갖는 경우에 비하여 상대적으로 작은 내부응력값을 갖는다.Under such temperature and pressure conditions, the deposition rate of the
다음으로, 실리콘 기판(1)의 상부면에 제조하고자 하는 구조물의 형상에 따라서 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)을 식각한다(S30). 도 3은 본 발명에 따 라 실리콘 기판의 상부면을 식각하는 공정을 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 상부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)은 복수의 배열을 갖도록 식각된다. Next, the
실리콘 기판(1)의 상부면을 식각하기 위하여, 격자배열 패턴(24)이 형성된 마스크(22)는 실리콘 기판(1)에 정렬된다. 자외선 광원(20)은 실리콘 기판(1)과 마스크(22)를 정렬된 후 노광된다. 실리콘 기판(1)에 형성되는 격자배열 패턴(24)의 폭(W)은 수 마이크로미터 단위로 형성된다. In order to etch the top surface of the
노광 후 노광된 면을 현상하면, 실리콘 기판(1)의 상부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)에 미세격자홈(6)이 형성된다. 건식식각에 의하여 미세격자홈(6)은 마이크로미터 단위로 형성된다. 도 3에서는 본 발명의 실시예에 따라 미세격자홈(6)을 형성하는 공정을 나타내었으나, 일자형의 구조물이 연속적으로 형성되는 배열을 제조하도록 마스크의 격자배열 패턴이 구비될 수 있으며, 그외의 다양한 배열형의 패턴이 구비될 수 있다.When the exposed surface is developed after exposure, the
실리콘 기판(1)의 상부면에 구조물에 대응되는 미세격자홈을 형성시킨 후에, 실리콘 기판(1)의 하부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)을 식각하여 실리콘막 함몰부(8)를 형성시킨다(S40). 도 4는 본 발명에 따라 실리콘막 함몰부를 형성시키는 공정의 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘막 함몰부(8)를 형성시키기 위하여 실리콘 기판(1)은 함몰부 패턴(34)이 형성된 마스크(32)에 정렬된다.After forming the fine lattice groove corresponding to the structure on the upper surface of the
자외선 광원(30)은 함몰부 패턴(34)이 형성되어 있는 마스크(32)상에 노광된 다. 함몰부 패턴(34)에 노광 후 노광부위를 현상 및 건식식각한다. 건식식각 공정에서 실리콘 기판(1)의 하부면에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)은 제거된다. 이에 따라, 실리콘 기판(1)의 하부면에는 실리콘 산화막(2) 및 실리콘 질화막(4)이 제거된 실리콘막 함몰부(8)가 형성된다.The ultraviolet
다음으로, 실리콘 기판(1)은 에천트(42)가 보유된 습식에칭 용기(40)에 함침되어 이방성 습식에칭된다(S50). 도 5는 실리콘 기판이 에천트에 함침되는 공정을 도시한 사시도이다. 도 5에서는 두꺼운 사면체 형태의 기판이 에천트에 함침된 형태를 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 실제로 실리콘 기판(1)은 500㎛의 얇은 두께를 갖는다.Next, the
습식에칭 용기(40)에 보유된 에천트(42)는 20% 내외의 질량비의 수산화 테트라메틸 암모늄(TMAH, TetraMethyl Ammonium Hydroxide)가 함유된 에칭액으로 구성되고, 온도가 90℃ 내외로 유지된다. 실리콘 기판(1)은 TMAH 에칭액 내에 보유되어 이방성 화학에칭된다. 이 경우, 실리콘 기판(1)의 실리콘 재질은 실리콘의 방향성이 <100>방향이고 TMAH 에칭액이 사용됨에 의하여 수평면에 대하여 54.74°의 일정한 각도를 갖도록 화학에칭된다. The
도 6a는 이방성 화학에칭된 실리콘 기판을 도시한 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 A-A선의 단면도이다. 도 7은 본 발명에 따라 제조된 나노 쉐도우 마스크의 단면도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)에는 일정한 각도를 갖는 경사면홈(9)이 형성된다. 경사면홈(9)은 사다리꼴 기둥형으로 형성된다. 이에 따라, 미세격자홈(6)은 실리콘 기판(1)의 상부면을 관통하도록 형성되고 미세격자 홈(6)이 형성된 면의 하부에 형성된 실리콘 기판(1)이 제거됨에 의하여 상부에서 투시할 경우 구멍이 상하로 관통되도록 제조된다.FIG. 6A is a perspective view illustrating an anisotropic chemically etched silicon substrate, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 6A. 7 is a cross-sectional view of a nanoshadow mask made in accordance with the present invention. As shown in FIGS. 6A and 6B, the
도 6a 및 도 6b에 도시된 미세격자홈(6)은 일반적인 건식에칭에 의하여 형성되기 때문에 마이크로미터 단위의 규격을 갖도록 제조된다. 상술한 공정에 의하여 제조된 실리콘 기판(1)을 미세구조물을 제조하기 위한 마스크로 사용할 경우, 제조되는 미세구조물의 규격 또한 마이크로미터 단위의 규격을 갖는 구조물로서 제조된다. 6A and 6B, the
실리콘 기판을 습식에칭한 후, 실리콘 기판(1)의 외부로 노출된 면에 실리콘 질화막이 저압화학 기상증착된다(S60). 실리콘 질화막(14)을 증착시키기 위한 증착용기에는 SiH2Cl2 및 NH3가 보유되고, 내부가 수십mTorr∼수십Torr 사이의 압력으로 유지된다. 또한, 증착용기 내부의 온도는 800℃∼1000℃ 내외로 유지된다. 이러한 화학조건하에서 SiH2Cl2 및 NH3가 반응을 일으켜 실리콘 질화막(14)이 실리콘 기판(1)의 전체 표면에 증착된다.After wet etching the silicon substrate, the silicon nitride film is low-pressure chemical vapor deposition on the surface exposed to the outside of the silicon substrate 1 (S60). SiH 2 Cl 2 and NH 3 are retained in the deposition vessel for depositing the
상술한 온도, 압력 조건에서 실리콘 질화막(14)의 증착율은 20∼100Å/min으로 유지되어 실리콘 질화막(14)의 내부응력이 증착율이 높은 경우에 비하여 상대적으로 작은 값을 갖는다. 실리콘 질화막(4)의 증착율이 20Å/min 이하일 경우에는 증착시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 있고, 실리콘 질화막(4)의 증착율이 100Å/min 이상일 경우에는 실리콘 질화막(4)의 내부응력이 커지는 문제점이 있다.The deposition rate of the
다만, 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화막(14)은 미세격자홈(6) 벽면에 균일하게 증착되는 것이 아니라, 미세격자홈(6) 내부의 중앙부 벽면에 비하여 미세격자홈(6) 표면부에 보다 더 두껍게 증착된다. 따라서, 미세격자홈(6) 근처에서의 실리콘 질화막(14) 증착율을 계산하여 증착시간을 조절하면 나노미터 단위의 나노구조물 제조용 홈(12)이 형성된 나노 쉐도우 마스크(10)가 완성된다. 구체적으로, 실리콘 질화막(14)의 압축응력과 인장응력은 50MPa∼300MPa의 범위내에서 형성된다. 이는 실리콘 질화막(14)의 증착율이 수천 Å/min일 경우 압축응력과 인장응력이 1000MPa 이상의 값을 갖는 경우에 비하여 상대적으로 작은 내부응력값을 갖는다.However, as shown in FIG. 7, the
도 8은 본 발명에 따라 제조된 나노 쉐도우 마스크에 나노구조물 제조용 기판이 정렬된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따라 제조된 나도 쉐도우 마스크를 사용하여 제조된 나노구조물의 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상술한 공정에 따라 제조된 나노 쉐도우 마스크(10)는 나노구조물을 제조하기 위하여 나노구조물 제조용 기판(50)에 정렬된다. 8 is a cross-sectional view illustrating a state in which a substrate for manufacturing a nanostructure is aligned with a nanoshadow mask manufactured according to the present invention, and FIG. 9 is a perspective view of a nanostructure manufactured using a Nado shadow mask manufactured according to the present invention. As shown in FIG. 8, the
나노구조물 제조용 기판(50)과 나노 쉐도우 마스크(10)가 정렬된 상태에서, 나노구조물 제조용 재료를 나노구조물 제조용 홈(12)을 통과시켜 나노구조물 제조용 기판(50) 상에 증착시킨다. 이에 따라, 기판(50)상에 증착된 재료에 의하여 제조된 나노구조물(52)은 나노구조물 제조용 홈(12)의 배치에 대응되는 형상으로 제조된다. In a state where the
본 발명의 실시예에 따라 나노구조물(52)을 수회 증착시킨 후에는 나노구조물 제조용 홈(12)이 나노구조물(52) 제조용 물질에 의하여 점점 좁혀질 수 있다. 이 경우, 나노구조물 제조용 홈(12) 내부에 형성된 나노구조물(52) 제조용 물질은 별도의 화학처리에 의하여 제거된다. 본 발명의 변형예로서, 나노구조물(52)의 형상은 복수의 격자가 배열형으로 배치된 것 뿐만 아니라, 길이가 긴 일자형 배열이 배치된 것일 수 있다. After depositing the
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments described above are merely to describe preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.
본 발명은 고비용의 나노단위 크기의 이-빔을 직접 구조물에 전사할 필요가 없이 실리콘 질화물을 저압화학 기상증착함에 의하여 보다 저렴한 비용으로 나노단위 크기의 구조물을 제조할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 나노구조물을 프린팅 방식으로 제조할 경우 형상에 제약에 따름에 반하여, 본 발명은 형상에 제한이 없이 마이크로미터 단위로 식각된 마스크에 실리콘 질화물을 저압화학 기상증착함에 의하여 나노단위 크기의 마스크를 제조할 수 있다. 뿐만 아니라, 나노구조물 제조시마다 감광제를 별도로 사용하지 않은 상태에서 증착에 의하여 나노구조물을 제조할 수 있는 현저한 효과를 갖는다.The present invention has the effect of producing nano-sized structures at a lower cost by low pressure chemical vapor deposition of silicon nitride without the need to transfer expensive nano-sized e-beams directly to the structures. In addition, in the manufacturing of the nanostructure by the printing method, according to the constraints on the shape, the present invention is not limited to the shape of the nano-sized mask by etching the silicon nitride on the mask etched in micrometer unit by a low-pressure chemical vapor deposition It can manufacture. In addition, there is a remarkable effect that the nanostructures can be produced by evaporation without using a photosensitive agent every time the nanostructures are manufactured.
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