KR19990008362A - 리프트-오프 이미징 프로파일을 얻기 위한 방법 - Google Patents

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얀 드'해머,헤르베르트 볼만
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Abstract

리프트 오프 프로파일을 얻기 위한 방법으로서, 약 0.5㎛ 이하의 막두께를 갖는 플라즈마 에칭가능한 물질의 제1 층을 제공하는 단계와, 제1 층의 상단에 포토이미지가능한 물질을 함유하는 제2 층을 제공하는 단계와, 상기 제2 층에 제2 층을 선택적으로 노출시켜 현상하는 단계를 포함하는 패턴 형성 단계와, 유기실리콘 물질로 제2 층을 반응시키는 단계와, 산소 대기중에서 제1 층을 등방적으로 에칭하는 단계를 포함한다.

Description

리프트-오프 이미징 프로파일을 얻기 위한 방법
반도체 칩 및 하드 드라이브용 기록 헤드와 같은 패터닝된 디바이스의 제조에 있어서, 한정된 패턴으로 기판상에 금속을 증착하는 단계는 중요하다. 이러한 금속 증착 처리에서 정밀도와 경도가 차지하는 비중은 디바이스의 제조 수율 및 성능에 있어 중요하다. 이러한 금속 증착 처리를 위한 몇 가지 기술이 공지되어 있으며, 그 중 하나가 리프트-오프 방법이다. 리프트 오프 방법에서, 기판상의 포토레지스트 패턴은 금속이 증착되는 영역이 포토레지스트를 포함하지 않도록 한정되고 기판의 나머지 부분들은 포토레지스트층에 의해 보호된다. 그러나, 포토레지스트가 금속 증착후에 제거되기 위해, 금속막은 포토레지스트 스트립퍼에 의해 레지스트가 제거되도록 불연속일 필요가 있다. 몇 가지 사진 석판 처리가 리프트 오프 프로파일을 얻기 위한 방법으로 공지되어 있다.
리프트 오프 포토레지스트 프로파일은 연속적인 수직 측벽을 갖지 않는 통상의 프로파일이다. 양호한 포토레지스트 측벽은 기판이 금속 증착으로부터 보호되는 부분이다. 금속 증착에 이용되는 전형적인 타입의 리프트 오프 프로파일이 도 1 내지 도 3에 도시되었다.
도 1에 도시된 프로파일은 이미지 현상에 수반하여 클로로벤젠으로 이미지된 레지스트를 갖는 기판을 침지시킴으로써 얻어진다. 보호 캡은 레지스트 표면상에 형성된다. 금속 증착시, 레지스트 및 기판상에 증착되는 보호 캡은 금속을 불연속적으로 만들기 때문에, 포토레지스트가 순차적으로 제거되게 한다. 도 2에서, 언더컷 프로파일은 본 명세서에 참조로서 통합된 미국 특허 제4,885,232호와 제5,399,456호에 개시된 바와 같이, 이미지 반전 처리에 의해 얻어진다. 포토레지스트층 표면의 넓은 라인폭은 금속 증착시에는 기판 인터페이스의 좁은 포토레지스트 라인폭을 빛으로부터 차단한다. 그러므로, 포토레지스트의 금속막과 기판의 금속막 사이에 공간이 형성된다. 도 3의 리프트 오프 구성은 2단식 구조이다. 두꺼운 하단층은 기판상에 형성되고 디아조 타입의 포토레지스트층은 상단층으로서 이용된다. 이 상단층은 참조로서 본 명세서에 통합된 미국 특허 제4,782,008호에 개시된 바와 같이, 이미지되고, 현상되고 실레이션된다. 하단층은 반응성 이온 에칭 산화 시스템으로 에칭 제거된다. 실레이션 처리 동안, 상단층에 실리콘을 주입함으로써 하단 폴리이미드층이 반응성 이온 에칭 처리에 의해 제거될 때, 상단층은 에칭에 대한 저항성을 갖는다. 그러므로, 상단 보호층은 기판에서 보다 상단에서 더 넓게 형성된다. 금속 증착시, 포토레지스트와 금속 사이의 공간은 상기 포토레지스트가 제거될 수 있도록 형성된다. 도 4는 등방성 산소 플라즈마 에칭의 결과로서 형성된 하단층에 캐비티형 프로파일을 갖는 기판을 나타내고 있다.
상기 타입의 리프트 오프 프로파일의 단점은 금속 증착 처리, 즉 금속 라인폭의 제어가 비지향적이고 보호부의 크기가 감소되기 때문에, 기판상의 불연속성을 얻기 위한 보호부가 레지스트 이미지의 상단에 있고 기판으로부터 계속 제거된다는 것이다. 게다가, 포토레지스트의 측벽상에 행해지는 금속 증착과 제거시의 포토레지스트 금속 찌꺼기가 기판상에 남아있게 된다. 이상적으로는, 불연속성에 접근하는 것은 금속층의 최종 두께에 접근하는 것이고, 금속 구조물의 치수에 관한 제어를 향상시킨다. 일부 또는 모든 처리 단계의 청결성 및 개선된 제어성은 집적 회로의 제조시에 이러한 처리 단계의 성능을 대폭으로 증대시킨다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 전술한 단점을 해소하는 리프트 오프 포토레지스트 프로파일을 얻기 위한 방법을 설명하고 있다.
본 발명은 리프트 오프 포토레지스트 프로파일이 약 0.5㎛(마이크로미터) 이하의 막 두께인 기판상에 코팅된 플라즈마 에칭성 물질의 박층과, 하단층의 상단상에 코팅된 사진이미지가능한 물질의 제2 층을 포함하는 2단식 시스템을 이미징함으로써 얻어지는 방법을 포함한다. 상기 제2 층은 유기실리콘 화합물을 사용하여 이미지되고, 현상되고 실레이션 처리된다. 다음에, 하단층이 산소 대기중에서 이등방성 플라즈마 에칭된다. 하단층의 필수 조건은 하단층의 두께가 증착되는 금속의 두께보다 약간 두꺼워야 하고, 이는 곧, 하단층이 약 0.07㎛ 내지 약 0.5㎛의 두께, 바람직하게는 약 0.1㎛ 내지 약 0.3㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 양호 실시예에서, 하단층의 두께는 적어도 0.1㎛의 두께보다 커야하고, 약 0.1 내지 0.4㎛인 것이 바람직하다. 하단층의 또다른 필요조건은 하단층이 산소 플라즈마에서 에칭가능하고, 또한 상단 포토레지스트가 실레이션되는 상태하에서는 하단층이 실레이션될 수 없다는 것이다. 하단층은 유기적 반사 방지 코팅이 양호하다. 양호 실시예에서, 반사 방지 코팅은 무수물(anhydride)을 포함하는 중합체를 갖는 적어도 한 아미노방향족 발색단의 이미드 반응물을 포함한다. 제2 층은 알칼리 용해성(alkali-soluble) 수지와 감광성 화합물을 포함한다. 양호 실시예에서, 제2 층은 노볼락 수지 및 디아조나프타퀴논과 폴리하이드록시페놀릭 화합물의 반응물을 포함하고, 약 0.25㎛ 내지 약 1㎛의 막 두께를 갖는다.
포토레지스트층은 당업계에 공지된 방법에 따라 실레이션되고, 이러한 예는 미국 특허 제4,782,008호에 개시되었다. 실레이션 처리는 실리콘이 상단 포토레지스트 이미지의 표면 및 측벽에만 통합되게 한다. 이러한 실레이션 단계는 등방성 산소 플라즈마 에칭에 수반된다. 이 에칭 처리는 상단 포토레지스트가 존재하지 않는 영역에서 하단층을 제거시킨다. 실레이션 처리 동안 포토레지스트로의 실리콘의 통합은 포토레지스트층의 에칭으로부터 산소 플라즈마를 보호하므로, 플라즈마 에칭시 마스크로서 작용한다. 하단층의 등방성 에칭에 기인하여, 캐비티형 프로파일은 하단층에 형성된다. 이러한 캐비티는 요구되는 불연속 프로파일을 제공한다. 이어서, 금속이 증착되고 포토레지스트가 제거될 수 있다. 캐비티의 두께가 증착되는 금속의 두께와 매우 근접하기 때문에, 금속 패턴의 치수 제어가 대폭 향상되고, 이러한 제어는 전자 디바이스의 제조에 관하여 매우 이롭게된다. 또한, 포토레지스트의 측벽상에 증착되는 어떤 금속도 포토레지스트 스트립핑 처리 동안, 완전히 제거되고 아무 금속 찌꺼기도 기판상에 남지 않는다.
본 발명은 리프트 오프 이미징 프로파일을 얻기 위한 새로운 방법을 제공한다. 기판은 중합체 물질의 박층으로 코팅되고 용매를 실질상 제거하기 위해 구워진다. 포토레지스트층은 제1 층의 상단상에 거의 스핀되고 용매를 거의 제거하기 위해 구워진다. 포토레지스트는 마스크를 통해 노출되고, 잠재 이미지는 상단층에 현상된다. 이어서, 기판상에 남아있는 이미지화 포토레지스트는 실레이션된다. 실레이팅 처리는 포토레지스트의 표면 및 측벽상에 실리콘을 통합시킨다. 본 발명의 필수 조건은 제1 층의 혼합물이 실레이션 처리 동안 실리콘을 통합시키지 않고 산소 플라즈마에 급속히 에칭가능하게 되도록 하는 것이다. 그러므로, 포토레지스트의 실레이션시, 실리콘은 제1 층으로 통합되지 않는다. 그리고나서, 다단계 시스템은 실레이트화 포토레지스트층이 산소 프라즈마 에칭에 저항성이 매우 큰 반면, 제1 층을 통해 급속하게 에칭하는 등방성 산소 플라즈마로 에칭된다. 등방성 에칭의 결과, 캐비티형 프로파일은 도 4에 도시된 바와 같은 하단층에 형성된다.
캐비티의 형성은 본 발명에 있어서 필요 조건이고, 몇 가지 이유때문에 요망된다. 캐비티는 금속층의 치수적 제어가 최대화되도록 기판에 근접한 불연속성을 제공한다. 또한, 캐비티의 형상은 포토레지스트 리무버가 하단층을 물리적으로 접촉하고 레지스트를 제거하기 위한 릴리즈층으로서 기능하게 한다. 또다른 필요 조건은 금속의 두께가 제1 층의 두께보다 작다는 것이다. 일단, 2단식 시스템의 이미징이 완료되면, 금속은 기판상에 증착되고 포토레지스트는 제거된다.
기판상에 코팅되는 금속 제1 층은 약 0.07㎛ 내지 약 0.5㎛의 두께를 갖는 박층이 일반적이고, 약 0.1㎛ 내지 약 0.3㎛인 것이 바람직하다. 제1 층의 두께는 증착되는 금속의 두께보다 적어도 0.1㎛ 정도는 커야한다. 제1 층의 합성물은 상단 포토레지스트가 실레이팅되는 상태하에서 실레이팅될 수 없는 특성에 의해 결정된다. 또한, 산소 플라즈마에서 에칭될 수 있어야한다. 통상, 이러한 층은 EP 제583,205호에 개시된 바와 같은 유기 반사 방지 코팅이 가능하다. 상기 출원에 참조로써 통합된 반사 방지 코팅은 무수물 함유 중합체를 갖는 적어도 한 아미노방향족 발색단의 이미드 반응물을 포함하는 막형성 합성물을 포함한다. 아미노방향족 발색단은 1차 또는 2차 아미노 부위가 결합된 아미노방향족 발색단일 수 있고, N-아릴 아미노 화합물, 벤질 아민, 또는 다른 아미노방향족 화합물일 수 있는데, 이러한 아미노기는 매개기의 수단에 의해 방향족 화합물에 결합된다. 양호한 아미노방향족 발색단은 1차 아미노기를 갖는다. 보다 양호한 아미노방향족 발색단은 N-이릴 결합의 수단에 의해 방향족 화합물에 연결된 1차 아미노기를 갖는다. 가장 양호한 아미노방향족 발색단은 1-아미노안트라센, 2-아미노안트라센, 1-아미노나프탈렌, 2-아미노나프탈렌, N-(2,4-디니트로페닐)-1, 4-벤젠디아민, p-(2,4-디니트로페닐아조)아닐린, p-(4N,N-디메틸아미노페닐아조)아닐린, 4-아미노-2-(9-(6-히드록시-3-크산테노닐)-안식향산, 2,4-디니트로페닐히드라진, 디니트로아닐린, 아미노벤조티아졸린, 및 아미노플루오레논으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 중합체는 무수물기를 갖는 중합체를 포함하는 아미노방향족 발색단과의 반응에 유용하다. 특별한 예로는 폴리디메틸글루타르이미드, 말레산 무수물과 메틸메타아크릴레이트와의 공중합체, 말레산 무수물과 비닐메틸에테르와의 공중합체, 스틸렌과 말레산 무수물과의 공중합체, 및 아크릴릭무수물 중합체와, 유도체와, 공중합체와, 그 합성물이 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 제1 층은 그 중에서 폴리아크릴레이트 및 폴리비닐아세테이트와 같은 비흡수 비방향족 중합체일 수도 있고, 염료와 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
제1 층의 상단상의 포토이미지가능층 스핀 코팅에 사용되는 포토레지스트 용액은 알칼리 용액, 불용해성 막형성 수지, 감광성 화합물 및 용매를 포함한다. 통상의 알칼리 용액 수지는 노볼락 및 폴리히드록시스틸렌이다. 감광성 화합물은 디아조나프토퀴논, 오늄염, 트리아진 등이 있다. 프로필렌 글리콜 모노-메틸 에테르 아세테이트, 세로솔브 아세테이트, 에틸아세테이트, 에틸 에톡시 프로프리오네이트, 2-헵타논 또는 용매 혼합물과 같은 용매가 사용될 수 있다. 첨가제는 또한, 예컨대, 염료, 용해 억제제, 안티-스트리에이션 첨가제, 포토스피드 강화제, 포토레지스트 안정제 등이 통합될 수 있다. 포토레지스트의 필수 조건은 포토레지스트층이 산소 플라즈마에서 에칭 저항성이 현저하게 되는 일단의 상태하에서 실레이팅될 수 있다는 것이다. 제2 층의 양호한 두께는 약 0.25㎛ 내지 약 1㎛이다. 보다 바람직하게는 약 0.3㎛ 내지 0.6㎛이다.
적당한 기판으로는 실리콘, 알루미늄, 중합체 수지, 실리콘 디옥사이드, 도핑된 실리콘 디옥사이드, 실리콘 니트리드, 탄탈륨, 구리, 폴리실리콘, 세라믹, 알루미늄/구리 혼합물; 갈륨 비화물 및 다른 Ⅲ/Ⅳ족 화합물 등이 포함된다.
포토레지스트의 실레이션은 당업계에 공지되어 있다. 미국 특허 제4,782,008호에 개시된 방법이 이용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이미지화 포토레지스트 패턴은 헥사메틸사이클로트리실라제인과 크실렌 용액에 침지된다. 용액의 온도 및 침지 시간의 길이는 실레이션의 속도 및 넓이에 영향을 끼친다. 사용되는 통상의 온도는 약 20℃ 내지 100℃이며, 바람직하게는 35℃ 내지 80℃이다. 실레이션 시간은 약 30초에서 30분 까지이며, 바람직하게는 1분 내지 15분이다. 다른 실리콘 작용제 및 용매가 사용될 수도 있다. 사용될 수 있는 다른 실리콘 함유 화합물로는 옥타메틸사이클로테트라실라제인, 1,3-디클로로디메틸 디페닐디실록산, 1,7-디클로로옥타메틸테트라실록산 및 헥사메틸디실라제인이 있다. 양호한 용매로는 실리콘 함유 화합물을 용해시키는 용매와, 이 화합물에 비반응성인 용매와, 아프로틱 용매와, 하단층을 침해 또는 용해시키는 용액이 있다. 통상의 유기 용매는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에테르 및 아세테이트이다.
실레이션 이전에 포토레지스트막 플러드 노출 선택적 단계는 본 발명에 통합될 수 있다. 플러드 노출은 자외광선, 특히 포토레지스트 합성물에 존재하는 감광성 화합물을 광분해하는 자외광선에 의해 행해진다.
실레이션후에, 상기 합성물은 진공되고 산소로 충전된 반응 챔버에 위치된다. 반응 챔버내 압력은 약 10밀리토르이고 가스는 분당 약 0.02리터의 유동 속도로 반응 챔버로 주입된다. 플라즈마는 약 0.02kw의 고주파 전력 커플링에 의해 산소 가스에 형성되고 약 10 내지 250분간 지속된다. 예컨대, 아르곤 또는 다른 산소-불활성 가스나 탄화수소 가스 등의 다른 가스가 반응 챔버에 포함될 수 있다. 플라즈마 에칭 처리 동안, 하단층은 급속하게 에칭되는 반면에 상단 실레이트화 포토레지스트층은 필수적으로 고스란히 남아있게 된다. 이러한 처리 단계의 결과, 도 4에 도시한 바와 같이, 하단층에 캐비티를 갖는 리프트 오프 프로파일이 얻어진다.
이어서, 금속은 합성물상에 증착될 수 있다. 증착된 금속의 두께는 하단층의 두께 보다 작다. 포토레지스트층은 화학적 포토레지스트 제거제로 스트립핑된다. 화학적 포토레지스트 제거제가 사용된 때, 미실레이트화 하단층의 용해도는 포토레지스트 제거 처리를 용이하게 하고 청결하게 하기 때문에, 또다른 중요한 제조 이점을 갖는 본 발명의 처리 방법을 제공한다.
이하에는 한정을 위함이 아닌, 본 발명을 예시하기 위한 실시예들이 소개된다.
실시예 1
비닐메틸에테르와 말레산 무수질과의 중합체 16.1g의 용액에 469g의 사이클로헥사논과, 28,2g의 N-(2,4-디니트로페닐)-1,4-벤젠디아민이 첨가되었다. 용액은 140℃에서 4시간 동안 가열되었다. 반응의 완료 이미디제이션은 적외선 분광기로 모니터되었다. 용액은 반사 9wt.%의 고체를 갖는 방지 코팅을 형성하도록 조정되었다.
실시예 2
실시예 1로부터의 반사 방지 코팅은 3000rpm으로 스핀 코팅에 의해 실리콘 웨이퍼에 응용되었다. 코팅은 열판상에서 170℃로 60초 동안 구워졌다. 그 다음, AZ(등록 상표) 1505 레지스트(Hoechst Celanese Corporation사의 AZ 포토레지스트 제품인 디아조나프토퀴논-노볼락 레지스트)는 반사 방지 코팅위에 4000rpm으로 코팅되었고 0.5㎛의 코팅을 제공하기 위해 열판상에서 110℃로 60초 동안 구워졌다. 제2 층은 100mJ/㎠의 노출량을 이용하여 마스크를 통해 노출되었고 물과 1:4로 희석되어 60초 동안 AZ(등록 상표) 400K 현상제(Hoechst Celanese Corporation사의 AZ 포토레지스트 제품인 포타지움 히드록사이드 용액)를 사용하여 현상되었다. 포토레지스트는 머큐리 램프로부터의 UV 방사선에 2,000mJ/㎠로 플러드 노출되었다. 기판은 0.5vol%의 N-메틸피롤리돈 함유 크실렌에 5% 헥사메틸사이클로트리실라제인 용액에 40℃에서 2분간 침지되었고 이어서, 회전 건조되었다. 제1 층의 플라즈마 에칭은 제1 층을 위한 등방성 프로파일을 제공하기 위해 6토르의 압력과 1000㎠/sec의 유동 속도와 250watt의 전력으로 8분 동안 산소를 사용하여 플라즈마 에칭제로 행해졌다.

Claims (15)

  1. 리프트 오프 이미징 프로파일을 얻기 위한 방법에 있어서,
    약 0.5㎛ 이하의 막두께를 갖는 플라즈마 에칭 가능한 물질로 이루어진 제1 층을 제공하는 단계와,
    상기 제1 층의 상단에 포토이미지 가능한 물질을 포함하는 제2 층을 제공하는 단계와,
    상기 제2 층에 상기 제2 층을 선택적으로 노출시켜 현상하는 단계를 포함하는 패턴 형성 단계와,
    상기 제2 층을 유기실리콘 물질과 반응시키는 단계와,
    상기 제1 층을 산소 대기중에서 등방적으로 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 유기 반사 방지 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 무수질 함유 중합체를 갖는 적어도 한 아미노방향족 발색단의 이미드 반응물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무수질 함유 중합체는 무수질 그룹을 갖는 제1 반복 유닛과, 적어도 한 치환분의 에틸렌 그룹을 갖는 제2 반복 유닛을 포함하는 공중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 아미노방향족 발색단은 1-아미노안트라센, 2-아미노안트라센, 1-아미노나프탈렌, 2-아미노나프탈렌, N-(2,4-디니트로페닐)-1, 4-벤젠디아민, p-(2,4-디니트로페닐아조)아닐린, p-(4-N,N-디메틸아미노페닐아조)아닐린, 4-아미노-2-(9-(6-히드록시-3-크산테노닐))-벤조익산, 2,4-디니트로페닐하이드라진, 디니트로아닐린, 아미노벤조티아졸린, 및 아미노플루오레논으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 층은 알칼리-용해성, 수불용해성, 막-형성 수지와 감광성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 산에 대해 분해 가능한 상기 용해 억제제는 제2 층으로 계속 통합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 노볼락 수지 또는 하이록시스틸렌 중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 감광성 화합물은 디아조나프타퀴논, 오늄염 및 트리아진으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 디아조나프타퀴논은 2.1.5, 2.1.4, 또는 2.1.6 디아조나프타퀴논 반응물 또는 그 혼합물이나 트리히드록시벤조페논, 테트라히드록시벤조페논, 트리스히드록시페닐알칸, 또는 그 혼합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 층의 두께는 약 0.25㎛ 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 노출 방사선은 약 200㎚ 내지 450㎚의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 현상 단계는 테트라메틸암모늄 히드록사이드 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 유기실리콘 물질은 헥사메틸사이클로트리실라제인, 옥타메틸사이클로테트라실라제인, 1,3-디클로로디메틸 디페닐디실록산, 1,7-디클로로옥타메틸테트라실록산 및 헥사메틸디실라제인으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유기실리콘 화합물을 갖는 제2 층을 반응시키기 전에 상기 제2 층을 플러드 노출시키는 단계는 상기 방법으로 통합되는 것을 특징으로 하는 방법.
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