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Patent Searching and Data


Title:
PHOTOLITHOGRAPHY METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/114455
Kind Code:
A1
Abstract:
The photolithography method according to the present invention comprises the steps of: a) forming a photoresist film on a substrate, which satisfies D=m*(λ/2n) (D = the thickness of the photoresist film, n = the refractive index of the photoresist, λ = the wavelength of light that is irradiated during light exposure,and m = a natural number of 1 or greater); and b) manufacturing a ring-shaped photoresist pattern by using a photo mask including a transparent base and plate-type metal dots in contact with the light-emitting surface of the transparent base to expose the photoresist film to light and develop the exposed photoresist film.

Inventors:
YOU EUN-AH (KR)
Application Number:
PCT/KR2015/005768
Publication Date:
July 21, 2016
Filing Date:
June 09, 2015
Export Citation:
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Assignee:
KOREA RES INST OF STANDARDS (KR)
International Classes:
G03F1/68; G03F7/00
Foreign References:
JP2010050431A2010-03-04
JPH0565287B21993-09-17
JPH0855790A1996-02-27
JP2002329660A2002-11-15
KR20150005156A2015-01-14
Attorney, Agent or Firm:
PLUS INTERNATIONAL IP LAW FIRM (KR)
특허법인 플러스 (KR)
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Claims:
청구범위

a)기판상하기관계식 1을만족하는포토레지스트막을형성하는 단계;및

b)투명기재및투명기재의광의출사면에접하여형성된평판형 금속닷 (plate-type metal dot)을포함하는광마스크를이용하여 , 포토레지스트막을노광하고,노광된포토레지스트막을 현상하여,고리형상의포토레지스트패턴을제조하는단계; 를포함하는포토리소그래피방법. '

(관계식 1)

D=m*(X/2n)

(D는포토레지스트막의두께이며, n은포토레지스트의

굴절률이며 , λ는노광시조사되는광의파장이며, m은 1이상의 자연수이다)

제 1항에있어서,

상기광마스크는하기관계식 2를만족하며,

상기광마스크와상기포토레지스트막간의간격은하기관계식

3을만족하는포토리소그래피방법 .

(관계식 2)

150nm < R < 1.5μπι

(관계식 2에서, R은평판형금속닷의반지름이다)

(관계식 3)

50 < Gap < 200 nm

(관계식 3에서, Gap는광마스크와포토레지스트막간의이격 거리이다)

제 1항에있어서,

상기평판형금속닷의금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt및 Au를포함하는전이금속; Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb및 Bi를포함하는 전이후금속;및 Li, Be, Na, Mg, K, Ca, Rb, Sr, Cs및 Ba을포함하는 금속;에서하나이상선택되는포토리소그래피방법.

제 I항에있어서,

상기노광시조사되는광은자외선 (UV)이며, 90내지 110 mJ/cm2 의광량으로조사되는포토리소그래피방법.

제 1항내지제 4항중어느한항에있어서,

상기포토레시스트패턴은단층고리형상또는둘이상의고리가 적층된다층고리형상이며,상기다층고리형상의각고리는 동심구조를가지며,광조사방향으로의투사 (projection)이미지 상,상부고리가하부고리내부에위치하는포토레지스트방법 . [청구항 6] 제 5항에있어서,

상기다층고리형상의상부고리외경은상기금속닷의직경보다 작은포토레지스트방법 .

[청구항 7] 제 5항에있어서,

상기단층고리형상또는다층고리형상의포토레시스트패턴은 상기노광시조사되는광의광량 (dose)및현상시간중적어도 하나이상선택되는인자에의해조절되는포토레지스트방법ᅳ [청구항 8] 제 1항내지제 4항중어느한항의방법을이용하여제조된

포토레지스트패턴. ,

Description:
명세서

발명의명칭:포토리소그래피방법

기술분야

[1] 본발명은포토리소그래피방법에관한것으로, 세하게,고리패턴의제조가 가능한포토리소그래피방법에관한것이다.

배경기술

[2] 리소그래피 (lithography)기술은대상기재에미세패턴을가공 수있는

방법으로,나노 /마이크로스케일의리소그래피기술은반도체 디스플레이 산업의발전과성패를좌우하는중요한핵심기술 이다.

[3] 미세패터닝에있어,근본적으로부딪히게되는 한요인은리소그래피에

사용되는빛의파장으로, 0.8/zm이상의선폭을갖는회로의경우에는수은 UV 램프를사용하였으나,그이하의선폭을패터닝 하기위해서는새로운광원이 필요하게되었고, KrF (Kripton Fluoride)액시머레이저 (파장 =248nm)를이용하여 O. MII공정이가능해졌으며, 90nm이하의공정이필요해짐에따라 ArF (Argon Fluoride)액시머레이저 (파장 =193nm)가사용되고있다.

[4] ArF액시머레이저보다더짧은파장을이용하기위 해서는불소엑시머

레이저 (파장 =157nm)를사용하여야하나,렌즈시스템의개구수 (numerical aperture)가낮아지는등의다양한문제가발생하고 있으며,극자외선올이용하는 경우매우고가의포토마스크가필요하여상업적 인한계가있으며,전자빔을 이용하는경우작업속도가매우느리고장비가격 또한높아실용화에걸림돌이 되고있다.

[5] 나아가,대한민국공개특허제 2010-0076680호에제시된바와같이,제조하고자 ' 하는미세패턴이링 (원형고리)형태와같이고도해지는경우,복잡한 표면 요철이나미세구조가형성된고가의 PSM(phase shift Mask)이사용되고있다. 그러나,이러한방법은고가의마스크설계와제 및리소그래피를위한별도의 광학시스템의개발이불가피하여막대한비용및 연구개발이선행되어야하는 단점이있다.

[6] 상술한바와같이,저비용으로,기구축된리소 래피공정및장비를

이용하여 ,미세고리패턴과같은고도의형상을패터닝할 있는새로운 기술이요구되고있다.

발명의상세한설명

기술적과제

[7] 본발명은극히간단한구조를가지며,기구축된 소그래피공정및장비를 이용하여,미세고리패턴과같은고도의형상을 터닝할수있으며,고리의 형상제어가용이한포토리소그래피방법을제공 하는것이다.

과제해결수단 [8] 본발명에따른포토리소그래피방법은 a)기판상하기관계식 1을만족하는 포토레지스트막을형성하는단계;및 b)투명기재및투명기재의광의 출사면에접하여형성된평판형금속닷 (plate-type metal dot)을포함하는광 마스크를이용하여,포토레지스트막을노광하 고,노광된포토레지스트막을 현상하여,고리형상의포토레지스트패턴을제 하는단계;를포함한다.

[9] (관계식 1)

[10] D=m*(X/2n)

[Π] D는포토레지스트막의두께이며, n은포토레지스트의굴절률이며 , λ는노광시 조사되는광의파장이며, m은 1이상의자연수이다.

[12] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기광마스크는 하기관계식 2를만족하며,상기광마스크와상기포토레지스 막간의간격은 하기관계식 3을만족할수있다.

[13] (관계식 2)

[14] 150nm < R < 1.5μπι

[15] 관계식 2에서, R은평판형금속닷의반지름이다.

[16] (관계식 3)

[17] 50nm < Gap < 200 nm

[18] 관계식 3에서, Gap는광마스크와포토레지스트막간의이격거리 이다.

[19] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기평판형금속 닷의금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt및 Au를포함하는전이금속; Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb및 Bi를포함하는전이후금속;및 Li, Be, Na, Mg, K, Ca, Rb, Sr, Cs및 Ba올 포함하는금속;에서하나이상선택될수있다.

[20] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기노광시

조사되는광은자외선 (UV)일수있다.

[21] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기노광시 90내지 110 mJ/cm 2 광량의자외선이조사될수있다.

[22] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기포토레시스트 패턴은단층고리형상또는둘이상의고리가적층 된다층고리형상이며,상기 다충고리형상의각고리는동심구조를가지며, 광조사방향으로의

투사 (projection)이미지상,상부고리가하부고리내부 위치할수있다.

[23] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기다층고리

형상의상부고리외경은상기금속닷의직경보다 작을수있다.

[24] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기단층고리형상 또는다층고리형상의포토레시스트패턴은상기 노광시조사되는광의 광량 (dose)및현상시간중적어도하나이상선택되는인 자에의해조절될수 있다. '

[25] 본발명은상술한포토리소그래피방법을이용하 여제조된포토레지스트 패턴을포함한다.

발명의효과

[26] 본발명에따른포토리소그래피방법은미세고리 패턴과같은고도한형상의 패턴화가가능하면서도,평판형투명기재와평 형금속닷이라는극히간단한 구조를갖는장점이있다.이에따라,고가의 PSM마스크나고가의장비를 사용하지않고,저가의광마스크를이용하여포 토레지스트의고리패턴화가 가능한장점이있다.

[27] 또한,본발명에따른포토리소그래피방법은평 판형금속닷의크기보다작은 크기를갖는고리패턴의제조가가능한장점이있 으며,동일한광마스크를 이용하여,조사되는광의광량이나현 ' 상시간을조절함으로써,다양한형상의 고리패턴을제조할수있는장점이있다.

[28] 또한,마스크를제외하고종래통상적으로사용 는노광장치 ,노광방법, 포토레지스트,현상액및현상방법을사용할수 음에따라,종래기구축된 포토리소그래피공정의변경없이활용가능한장 점이있다.

도면의간단한설명

[29] 도 1은본발명의일실시예에따라제조된포토레지 트패턴을관찰한일 주사전자현미경사진이며,

[30] 도 2는본발명의일실시예에따라제조된포토레지 트패턴을원자간력 현미경 (AFM; Atomic Force Microscope)으로관찰한결과를도시한도면이며, [31] 도 3은본발명의다른일실시예에따라제조된포토 지스트패턴을관찰한 주사전자현미경사진이며,

[32] 도 4는본발명의또다른실시예에따라제조된포토 지스트패턴을관찰한 주사전자현미경사진이다ᅳ

[33]

발명의실시를위한형태

[34] 이하첨부한도면들을참조하여본발명의포토리 소그래피방법을상세히 설명한다.다음에소개되는도면들은당업자에 본발명의사상이충분히 전달될수있도록하기위해예로서제공되는것이 다.따라서,본발명은이하 제시되는도면들에한정되지않고다른형태로구 체화될수도있으며,이하 제시되는도면들은본발명의사상을명확히하기 위해과장되어도시될수 있다.이때,사용되는기술용어및과학용어에 어서다른정의가없다면,이 발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진 자가통상적으로이해하고 있는의미를가지며,하기의설명및첨부도면에 서본발명의요지를

불필요하게흐릴수있는공지기능및구성에대한 설명은생략한다.

[35] 본출원인은포토리소그래피를이용하여미세한 고리형상의패턴을형성하기 위한연구를수행한결과,놀랍게도인위적인표 요철이형성되지않은평판 형태의투명기재의광출사면에평판형금속닷이 형성된극히간단한구조의 마스크로도,단층내지다층의고리패턴의형성 이가능함을발견하였으며, 나아가,평판형금속닷의직경보다도작은외경 갖는고리패턴의제조가 가능함을발견하고,이를심화하여본발명을완 성하기에이르렀다.

[36] 상세하게,본발명에따른포토레지스트방법은 a)기판상하기관계식 1올 만족하는포토레지스트막을형성하는단계;및 b)투명기재및투명기재의 광의출사면에접하여형성된평판형금속닷 (plate-type metal dot)을포함하는광 마스크를이용하여,포토레지스트막을노광하 고,노광된포토레지스트막을 현상하여,고리형상의포토레지스트패턴을제 조하는단계;를포함한다.

[37] (관계식 1 )

[38] D=m*( /2n)

[39] D는포토레지스트막의두께이며 , η은포토레지스트의굴절률이며, λ는노광시 조사되는광의파장이며, m 은 1이상의자연수이다.

[40] 상기관계식 1의조건을만족하는포토레지스트막의두께는, 광시조사되는 광의공진 (resonance)에의해,포토레지스트막의두께방향 로정상파 (standing wave)가형성될수있는조건이다.

[41] 상술한관계식 1을만족함으로써,단층내지다수개의고리가 층된다층고리 형상의포토레지스트패턴이제조될수있으며, 나아가,두께가서로유사내지 동일한다수개의고리들이적층된적층고리형상 의포토레지스트패턴이 제조될수있다.

[42] 기재에도포되는포토레지스트는감광성수지일 수있다.감광성수지는

통상의리소그래피공정에사용되는광에의해약 품에대한내성이변화되는 고분자물질이면무방하다.포토레지스트는광 노출됨으로써약품에대하여 가용성이되는포지티브형감광성수지이거나, 에노출됨으로써약품에 대해서블용성이되는네거티브형감광성수지일 수있다.즉,기재에도포되는 포토레지스트는포지티브포토레지스트또는네 거티브포 £레지스트일수 있다.

[43] 기재에도포된포토레지스트의두께는상술한관 계식 1을만족하되,자연수인 m은포토레지스트의두께 (D)가 50nm내지 500nm범위에속하는자연수일수 있다.이는,포토레지스트의두께가 50nm미만으로너무얇은경우기재에고리 형태로패턴화되어잔류하는포토레지스트의두 께가너무얇아져,기재에의 불순물주입,기재의식각또는기재상물질증착 과같은후속공정시, 포토레지스트가마스크역할을효과적으로수행 하지못할수있기때문이다. 또한,기재에도포된포토레지스트의두께가 500nm를초과하여너무두꺼운 경우,포토리소그래피이후의후속공정시마스 역할은효과적으로수행할수 있으나,포토레지스트에의한너무큰표면단차 가기재에형성되어,원하는 영역에균일하고균질하게후속공정이수행되지 못할위험이있을뿐만아니라, 노광공정시불량이발생할위험이높아지며,이 에따라현상시포토레지스트의 현상단면의질이떨어질위험이있다. [44] 후속공정의질을저하시키지않으면서효과적으 로마스크역할을수행하고, 원치않는수율감소를방지할수있으며,현상단 면의질을담보하는측면에서, 관계식 1의자연수 m 은포토레지스트의두께 (D)가 200내지 500nm범위에 속하도록하는자연수인것이보다좋다.상술한 와같이,조사되는광의 파장 (중심파장)과포토레지스트의굴절률을고려하 ,상술한바람직한 포토레지스트의두께를갖도록자연수 m이적절히설정될수있음은물론이다. 통상의포토리소그래피공정에사용되는자외선 광의파장과통상의

포토레지스트굴절률을고려할때,구체적이고 비한정적인일예로, m = 2내지 7일수있다.이때,관계식 1에서,포토레지스트막의두께 (D)는감광성수지 용액의도포및건조,소프트베이킹,하드베이 킹등과같은통상의포토레지스트 형성공정의공정상발생하는오차범주내에서의 두께를의미하는것이며, 이러한오차범주내의두께 (평균두께)는관계식 1로제시된 D의 0.9%내지 1.1%,구체적으로는 0.95%~1.05%의범주에속할수있다.

[45] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어 ,상기광마스크는 하기관계식 2를만족하며,상기광마스크와상기포토레지 트막간의간격은 하기관계식 3을만족할수있다.

[46] (관계식 2)

[47] I50nm < R < 1.5μπι

[48] 관계식 2에서, R은평판형금속닷의반지름이다.

[49] (관계식 3)

[50] 50nm < Gap < 200 nm

[51] 관계식 3에서, Gap는광마스크와포토레지스트막간의이격거리 이다.

[52] 관계식 2및관계식 3은,평판형금속닷과대웅되는형상을갖되,속이 빈고리 형상을갖는포토레지스트패턴이제조될수있는 조건이다.

[53] 구체적으로,관계식 2에서제시한바와같이,평판형금속닷의최대반 름이

1.5μηι를초과하거나,평판형금속닷의최소 반지름이 150nm미만인경우,노광 및현상을통해목적하는고리형상의포토레지스 트패턴이제조되지않을 위험이있다.

[54] 평판형금속닷의형상에잘대응되는형상으로고 리형상의패턴을제조하기 위해,평판형금속닷의반지름은 300내지 700nm인것이보다좋다.

[55] 이때,평판형금속닷의높이는노광시조사되는 광의투과가방지될수있는 두께이면족하다.구체적이며비한정적인일예 ,평판형금속닷의높이는 50nm내지 150nm일수있다.

[56] 상술한바와같이,관계식 2를만족함과동시에,광마스크와포토레지스 간 관계식 3을만족하는극히미세한갭이형성되는것이좋 .

[57] 포토레지스트막이관계식 1을만족하는두께를가지면서,관계식 2를

만족하는평판형금속닷과함께,관계식 3을만족하는 200nm이하의

공기층 (이격간격,갭)이형성됨으로써,금속닷의중심 에광이집중되는광집중 영역이형성될수있으며,포토레지스트의두께 방향으로서로이격된다수개의 광집증영역이형성될수있다.

[58] 이에따라,관계식 1을만족하는포토레지스트막에,관계식 2를만족하는

평판형금속닷이형성된광마스크를이용하여, 관계식 3을만족하는나노 에어갭이형성되도록하여,노광을수행하는경 우,단층고리형태의패턴뿐만 아니라,다수개의고리들이서로적층된적층고 리형태의패턴또한제조될수 있다.

[59] 구체적으로,관계식 1,관계식 2및관계식 3을만족하는경우,포토레지스트 막에서광이조사되는면에서기판에접한면방향 을깊이방향으로하여, 노광시포토레지스트막에는,평판형금속닷의 테두리에대웅되는영역에 평판형금속닷의형상과대웅되는형상으로,깊 이방향을따라광의집중과 소멸이반복되는제 1정상파 (standing wave)가형성되며,이와동시에,평판형 금속닷의증심에대응되는영역에평판형금속닷 의형상과대웅되는형상으로, 깊이방향을따라광의집중과소멸이반복되는제 2정상파가형성될수있으며, 제 1정상파와제 2정상파간 180°에이르는위상차가형성될수있다.즉, 180°에 이르는위상차에의해,제 1정상파의광의소멸이발생하는포토레지스트 두께에서는제 2정상파의광의집중이발생하게된다.

[60] 본발명의일실시예에따른제조방법은관계식 1,관계식 2및관계식 3에의해, 상술한제 1정상파와계 2정상파가포토레지스트막에형성되어,다수개 고리들이두께방향으로적층된적층고리형포토 레지스트패턴의제조가 가능하다.

[61] 즉,본발명의일실시예에따른제조방법에서 ,노광및현상에의해수득되는 포토레시스트패턴은단층고리형상또는둘이상 의고리가적층된다층고리 형상일수있다.이때,상술한바와같이,고리 상은내측형상인빈공극의 형상과외측형상인테두리의형상이모두평판형 금속닷과대웅하는형상을 가질수있다.

[62] 또한,본발명의일실시예에따른제조방법에있 어,관계식 2의광마스크를 이용하여관계식 3을만족하도록노광을수행하는경우,제 2정상파는두께 방향과평행하게진행하며,두께방향이증가할 수록광이집중되는영역에서의 폭 (깊이방향에수직인방향의폭)이좁아지게된다. 이와동시에,제 1정상파는 제 2정상파와 180°의위상차를가지며,두께방향이증가할수 광이소멸되는 영역의폭이넓어지게된다.제 2정상파의광집중영역의폭이고리형상의 내경에영향을미치며,제 1정상파에서광이소멸되는영역의폭이고리의 외경에영향을미칠수있다.

[63] 이에따라,상술한제 1정상파와제 2정상파에의해,동심구조를갖되 ,

상부 (광이조사되는표면측)로갈수록그외경이작아 고내경이커지는 다수개의고리가적층된적층고리형태의포토레 지스트패턴이제조될수있다. 즉,상기다층고리형상의포토레지스트패턴에 서,다층고리를이루는각 고리는동심구조를가지며,광조사방향으로의 투사 (projection)이미지상,상부 고리가하부고리내부에위치할수있다.

[64] 즉,일고리의외경와내경의차를고리의폭이라 할때,다층고리형상은서로 동심구조를이루며적층되되,상대적으로상부 (광이조사되는표면측)에 위치하는고리의폭이상대적으로하부 (기판측)에위치하는고리의폭보다 좁은 (작은)고리들이적층된다층고리형상의포토레 스트패턴이제조될수 있다.

[65] 보다놀라운것은,관계식 2를만족하는극히미세한평판형금속닷이형성 마스크를이용하여,마스크와포토레지스트간 계식 3을만족하는나노 ¾이 형성되는조건에서노광을수행하는경우,평판 형금속닷보다도그외경이작은 극미세의고리형태의패턴이제조될수있는점이 다.

[66] 구체적으로,상기다층고리형상의적어도상부 고리외경은상기금속닷의 직경보다작을수있다.이때,상부고리외경은 이상의고리가적층된적층형 고리에서,기판과접하는최하부고리를제외한 고리,즉,최하부고리상부에 위치하는고리를의미한다.

[67] 보다구체적으로,본발명의일실시예에따른제 방법은평판형금속닷의 직경을기준으로, 70%에이르는고리의외경을갖는고리패턴의제조 가 가능하다.상세하게,적층형고리형상에서, 어도최상부를포함한상부고리 외경이상기금속닷의직경올기준으로 70%내지 96%,구체적으로 70내지 85%에이르는적충형고리형태의포토레지스트패 턴이제조될수있다.

[68] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상기단층고리형상 또는다층고리형상의포토레시스트패턴은상기 노광시조사되는광의 광량 (dose)및현상시간중적어도하나이상선택되는인 자에의해조절될수 있다. '

[69] 상세하게,본발명의일실시예에따른제조방법 에있어,상기노광시조사되는 광의광량 (dose)을조절하여,단층고리내지다층고리형태 의포토레지스트 패턴이제조될수있다.

[70] 조사되는광의광량을일정광량이상으로증가시 키는경우,제 1정상파의광 집증영역들이서로결합될수있는데,이러한경 우광집중영역간의경계가 불명확해지며단층의고리패턴이제조될수있다 .

[71] 즉,조사되는광의광량을제 1정상파의광집중영역들이두께방향으로서로 결합하는정도의높은광량을조사하는경우,단 층의고리패턴을제조할수 있으며,반면,포토레지스트막의두께방향으 ,광집증영역과광소멸영역이 교번형성되도록낮은광량으로광을조사함으로 써,다층의고리패턴이제조될 수있다.

[72] 다층의고리패턴과단층의고리패턴이형성되는 경계가되는광량 (dose)은 포토레지스트의종류,현상조건등올고려하여 느정도가변될수있다. 그러나,안정적으로다층고리패턴을제조하기 위해서는, 1 10mJ/cm 2 이하,보다 안정적으로는 105mJ/cm 2 의광량이조사되는것이좋다.

[73] 이때,노광시조사되는광의광량 (dose)은,포토레지스트막을충분히노광할수 있을정도 (즉,기판과접하는면인포토레지스트최하부면 지노광이수행될 수있을정도)의광량이상이어야함은물론이다. 러한측면에서,노광시 조사되는광의광량 (dose)은최소 90mJ/cm 2 이상,좋게는 95%이상일수있다.

[74] 상술한바와같이,단층내지다층고리형태의포 토레지스트패턴을

제조하고자하는경우,조사되는광의광량은 90내지 l lOmJ/cm 2 ,좋게는 95내지 105mJ/cm 2 일수있다.조사되는광의광량에의해실질 으로현상시간과거의 무관하게,단층고리형태의포토레지스트패턴 제조하고자하는경우,노광시 조사되는광의광량은 l lOmJ/cm 2 을초과하는광량,보다안정적으로는

1 15mJ/cm2을초과하는광량의광이조사될수있다.

[75] 또한,다층고리가형성될수있는광량 (일정광량)으로노광을수행한

경우에도,현상시간을조절하여,단층내지다층 리패턴을선택적으로 제조할수있다.

[76] 이는,다층고리가형성되는일광량으로노광을 행한경우라도,상부고리에 해당하는포토레지스트영역과하부고리에해당 하는포토레지스트영역간 결합된부분이현상에의해제거될수있을정도로 상대적으로장시간동안 현상을수행하여단층고리패턴을제조할수있음 을의미하며,또힌,상부 고리에해당하는포토레지스트영역과하부고리 에해당하는포토레지스트 영역간결합된부분이현상에의해제거되지않을 정도로상대적으로단시간 동안현상을수행하여다층고리패턴을제조할수 있음을의미한다.

[77] 현상시간은포토레지스트의종류,현상에사용 되는현상액의종류등을

고려하여,적절히변경가능하나,구체적인일 예로,다층의고리형태를 제조하고자하는경우 10초내지 100초동안현상이수행될수있으며,단층의 고리형태를제조하고자하는경우 100초이상,안정적으로는 150초이상동안 현상이수행될수있다.

[78] 본발명의일실시예에따른제조방법에있어,노 광단계가수행되기전,기판에 포토레지스트를도포하여관계식 1을만족하도록포토레지스트막을형성하는 단계;가수행될수있다.이때,기판은지지체의역 할뿐만아니라,전자소자, 광학소자또는센서등의제조하고자하는물의용 도에따라다른구성요소가기 형성된기재일수있다.다른구성요소의비한정 인일예로,부분적불순물 도핑영역,리세스구조,비아홀구조둥을들수 으나,이에한정되는것은 아니다.

[79] 기판은웨이퍼또는필름 (film)형상일수있으며 ,반도체,세라믹 ,금속,고분자 또는이들에서선택된둘이상의물질이각층을이 루며적층된적층체일수 있다.반도체기재의비한정적인일예로,실리콘 (Si),게르마늄 (Ge)또는 실리콘게르마늄 (SiGe)을포함하는 4족반도체갈륨비소 (GaAs),인듐인 (InP)또는 갈륨인 (GaP)을포함하는 3-5족반도체황화카드뮴 (CdS)또는 텔루르화아연 (ZnTe)을포함하는 2-6족반도체황화납 (PbS)을포함하는 4-6족 반도체또는이들에서선택된둘이상의물질이각 층을이루며적층된적층체를 들수있다.

[80] 상술한바와같이 ,포토레지스트 (감광성수지 )는포지티브형또는

네가티브형일수있으며,기판상스핀코팅등을 함한통상의공정을이용하여 감광성수지의도포가이루어진후,도포된수지 층의건조 (소프트베이킹)가 수행될수있으며,선택적으로하드베이킹이수 행될수있다.이때,도포된 포토레지스트막이에어 ¾을통해광마스크과직접대면하도록,

포토레지스트막상에이종의막이형성되지않는 것이좋다.

[81] 노광단계는평판형금속닷이위치하는투명기재 측이광의출사면이되도록 광마스크를광원과포토레지스트막이형성된기 판사이에위치시킨후,광을 조사하여수행될수있다ᅳ

[82] 상술한바와같이,광마스크는투명기재및평판 형금속닷을포함할수있다. 상술한본발명의장점에의해,광마스크는투명 기재및평판형금속닷으로 이루어지거나,또는투명기재 ,평판형금속닷및후술하는돌출부로이루어질 수있다.

[83] 투명기재는,투명기채의두대향면중일면에광 이입사되고,다른일면에 광이출사된다.본발명의일실시예에있어,투 기재는적어도광의출사면이 편평한평면일수있으며,나아가,광의입사면 과출사면이모두편평한평면인 투명판형상일수있다.

[84] 투명기재는통상의포토리소그래피용포토마스 크에서광이투광되는기재로 사용되는물질이면족하다.일예로,투명기재는 영 (quartz)일수있으나,본 발명이이에한정되는것은아니다.

[85] 투명기재는광을투과하며마스크에물리적통상 의포토리소그래피용포토 마스크에서광이투광되는기재가갖는통상적인 두께를가지면족하다.일 예로,투명기재의두께는수 μηι내지수십 mm일수있으나,본발명이이에 한정되는것은아니다.

[86] 평판형금속닷은투명기재의광의출사면에투명 기재에접하여위치할수 있다.광마스크를이용한포토레지스트의노광 현상올수행하는경우, 평판형금속닷의윤곽 (테두리의모양)과대웅되는형상의고리패턴을 조할 수있다.

[87] 구체적으로,평판형금속닷은원형;타원형; 다각형;에서하나이상

선택되는형상을가질수있다.이때,다각형은삼 내지팔각,상세하게,삼각, 사각 (직사각또는정사각),오각,육각,칠각또는팔 각을포함한다.이에따라, 원형고리,타원형고리또는삼각내지팔각의다 각고리를패턴화할수있다.

[88] 또한,광마스크는평판형금속닷을일단위체로 ,투명기재의광출사면에둘 이상의단위체가배열된것일수있다.이러한평 형금속닷의배열은규칙적 배열또는불규칙적배열을포함할수있으며,평 판형금속닷의배열은 패턴화하고자하는설계된구조를고려하여적절 히조절될수있음은물론이다.

[89] 평판형금속닷의금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt및 Au를포함하는전이금속; At, Ga, In, TI, Sn, Pb및 Bi를포함하는전이후금속및 Li, Be, Na, Mg, K, Ca, Rb, Sr, Cs및 Ba을포함하는금속;에서하나이상선택될수있다 .구체적으로,평판형 금속닷의금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt및 Au를포함하는전이금속에서하나 또는둘이상선택될수있다.보다구체적으로, 판형금속닷의금속은 Cr일수 있다.

[90] 이때,광마스크는포토레지스트막의패턴화에 영향을미치지않는영역, 실질적인일예로,투명기재의가장자리영역에 ,관계식 3에따르는

나노갭 (에어갭)이안정적이며기규정된값으로형성되 록하는돌출부를더 포함할수있다.

[91] 돌출부는광마스크와포토레지스트막간의이격 거리 (Gap=광마스크와

포토레지스트막간의거리 =평판형금속닷과포토레지스트막간의거리)를 조절하는역할을수행함에따라,돌출부의높이 는광마스크에형성된평판형 금속닷의높이와관계식 3에따른 Gap을합한값일수있다.상술한돌출부에 의해,광마스크를포토레지스트에밀착시키는 단한방법으로,정밀하고 재현성있게에어캡의크기를조절할수있다.

[92] 관계식 3을만족하도록,광마스크를포토레지스트막 에정렬한후,상술한 바와같이,적어도 90mJ/cm 2 이상의광량 (dose)으로광을조사하여노광이수행될 수있다.

[93] 이때,조사되는광은자외선 (UV)일수있으며 , lOnm내지 500nm의파장대역의 자외선일수있다.구체적으로조사되는광은그 심파장이 300mn내지

500nm에위치할수있으며,보다구체적으로중심 장이 350내지 380nm, 400 내지 420nm및 /또는 420내지 450nm에위치할수있다.즉,본발명의일 실시예에따른제조방법은종래포토리소그래피 공정에서통상적으로사용되는 I-line, H-line및 /또는 G-line의파장을포함하는자외선을이용하여노광 이 수행될수있다.또한,노광단계는포토리소그 피공정에서통상적으로 사용되는광학수단들을이용하여광의조사가이 루어질수있다.이는,본 발명에따른포토리소그래피방법이,광마스크 이외에종래포토리소그래피 공정에서통상적으로사용되는포토레지스트및 노광장치등을그대로이용할 수있기때문이다.

[94] 현상단계는포토리소그래피공정에서통상적으 로사용하는현상액및

현상방법을통해이루어질수있다.포지티브형 토레지스트를사용한구체적 일예로,현상단계는노광에의해화학적특성이 변화된감광성수지부분을 녹여제거하는용매를함유하는현상액을이용하 여,화학적특성이변화된 감광성수지부분을제거함으로써이루어질수있 다.이때,상술한바와같이, 현상시간을조절하여,단층내지다층고리현상 의포토레지스트패턴을제조할 수있다.

[95] 본발명의일실시예에따른포토리소그래피방법 에있어,상술한노광및 현상이이루어진후,기재에의불순물주입,기 의식각또는기재상물질 증착과같은후속공정이이루어질수있음은물론 이며,후속공정이수행된후, 물리적또는화학적으로기재에잔류하는 (현상에의해잔류하는)

포토레지스트를제거하는단계가더수행될수있 다.잔류하는포토레지스트의 제거는포토리소그래피공정에서현상된포토레 지스트의제거를위해 통상적으로사용하는물질및방법을이용하여수 행될수있음은물론이다.

[96] 도 1은본발명의제조방법으로제조된포토레지스 패턴을관찰한주사전자 현미경사진이다.

[97] 상세하게,평판형태의석영을투명기재로하여, 명기재의일면에높이가 lOOrnn이며반경이 500mn인 Cr판 (평판형금속닷)이 ΙΟμηι간격으로규칙적으로 배열형성되고, lOOnm의갭 (에어갭)이형성되도록돌출부가형성된광마스 를 이용하였다.실리콘웨이퍼인기재상 420nm두께 (관계식 1에서 m=4)의 포지티브포토레지스트막 (S1805)을형성한후,광마스크를포토레지스트막 밀착정렬하고, 365nm의자외선을 101mJ/cm 2 의광량 (dose)으로조사하여노광을 수행하고,이후, 160초동안현상 (AZ300MIF)하여제조된포토레지스트패턴을 관찰한주사전자현미경사진이다.

[98] 도 2는제조된고리형포토레지스트패턴을원자간 현미경 (AFM;Atomic Force Microscope)으로관찰한결과를도시한도면이다.

[99] 도 1및도 2를통해알수있듯이,고가의 PSM이아닌,단지편평한판형태의 투명기재에평판형금속닷이형성된마스크를이 용하여,속이빈고리형태로 포토레지스트가패턴화됨을알수있으며,외경 이 1.86μηι이며,고리의폭이 667nm인단층의미세고리형패턴이제조됨을알수 다.

[100] 도 3은도 1에서관찰한포토레지스트패턴과동일한방법 로제조하되, 현상을 62초동안수행하여제조된포토레지스트패턴을 찰한

주사전자현미경사진이며,도 4는도 1에서관찰한포토레지스트패턴과동일한 방법으로제조하되,현상을 17초동안수행하여제조된포토레지스트패턴을 관찰한주사전자현미경사진이다.

[101] 도 3및도 4에서알수있듯이,본발명의제조방법으로, 심구조를가지며, 상부에위치할수록고리의외경이작아지는,다 층의고리패턴이제조됨을알수 있다.

[102] 또한,도 1,도 3내지도 4에도시한바와같이,다층고리구조로노광영역 형성되도록노광을수행한후,단지현상시간을 조절하여,단층, 2층또는 3층 구조의고리형패턴이제조됨을알수있다.

[103] 나아가,도 4에서알수있듯이,직경이 lOOOnm인평판형금속닷이형성된광 마스크를이용하여,외경이 955nm및외경이 805nm인,평판형금속닷보다도 크기가작은고리패턴이제조됨을알수있다.

[104] 도 1에서관찰한포토레지스트패턴과동일한방법 로제조하되,조사되는 광의광량이 l UmJ/cm 2 가되도록노광을수행한결과,현상시간과 무관하게 단층고리형태의포토레지스트패턴이제조되는 것을확인하였다.

[105] 또한, m=3.5가되도록포토레지스트막의두께를조절하 경우,도 1,도 3및 도 4에서관찰한포토레지스트패턴과동일한방법 로노광및현상을 수행하였으나,고리형패턴이제조되지않음을 확인하였다.

[106] 이상과같이본발명에서는특정된사항들과한정 된실시예및도면에의해 설명되었으나이는본발명의보다전반적인이해 를돕기위해서제공된것일 뿐,본발명은상기의실시예에한정되는것은아 니며,본발명이속하는 분야에서통상의지식을가진자라면이러한기재 로부터다양한수정및변형이 가능하다.

[107] 따라서,본발명의사상은설명된실시예에국한 되어정해겨서는아니되며, 후술하는특허청구범위뿐아니라이특허청구범 위와균등하거나등가적변형 6 있는모든것들은본발명사상의범주에속한다고 할것이다.

[108]

[109]