KR20230011420A - 리프트-오프 마스크 구조를 형성하기 위한 방법 - Google Patents

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KR20230011420A
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forming
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barc
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패트릭 퍼틀
게르하르트 아일름슈타이너
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에이엠에스-오스람 아게
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Abstract

리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하는 방법은 기판 몸체(10)를 제공하는 단계, 기판 몸체(10)의 표면 위에 바닥 반사 방지 코팅(BARC) 층(11)을 증착하는 단계 및 BARC 층(11) 위에 감광성 레지스트 층(12)을 증착하는 단계를 포함한다. 방법은 포토마스크(20)를 통해 레지스트 층(12)을 전자기 방사선(21)에 노출시키는 단계, 및 기판 몸체(10)의 표면의 하부 부분이 노출되도록 BARC 층(11) 및 레지스트 층(12)의 일부분을 선택적으로 제거하기 위해 현상제 도포함으로써 리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하는 단계를 더 포함한다.

Description

리프트-오프 마스크 구조를 형성하기 위한 방법
본 발명은 리프트-오프 마스크 구조(lift-off mask structure)를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 리프트-오프 마스크 구조를 형성하는 단계를 포함하는 프로세스에 따라 제조되는 디바이스에 관한 것이다.
마이크로- 및 나노구조화(nanostructuring) 기술에서, 리프트-오프 프로세스는 구조들을 생성하기 위한, 즉 희생 재료(sacrificial material)를 사용하여 기판의 표면 상에 타겟 재료(target material)를 패터닝하기 위한 방법이다. 가산 기술(additive technique)로서 리프트-오프는 전형적으로 구조 재료의 에칭(etching)과 같은 감산 기술(subtracting technique)들이 아래 층(subjacent layer)들 상에 바람직하지 않은 영향들을 미치는 경우들에 적용된다. 또한 리프트-오프 기술은 상기 재료에 대한 적절한 에칭 방법이 없는 경우에 수행될 수 있다.
프로세스들의 제1 단계에서 형성되는 희생 리프트-오프 마스크의 에지(edge)들은 효율적인 리프트-오프 절차를 유지하도록 네거티브 측벽 프로파일(negative sidwall profile), 즉 언더컷 프로파일(undercut profile)을 필요로 한다. 이러한 방식으로, 보통 얇은 금속 또는 유전체 층(dielectric layer)인 타겟 재료를 증착한 후에, 마스크에서 폴리머(polymer)들을 용해하거나 팽창시키는 제거제 용액(remover solution)은 효율적인 리프트-오프를 위해 기판 마스크 계면과 효율적으로 접촉할 수 있다. 그러나 리프트-오프 마스크의 네거티브 측벽 프로파일들은 피처 치수(feature dimension)들 및 타겟 재료의 간격과 관련하여 상당한 제한을 초래한다. 더욱이, 타겟 재료의 증착 동안의 음영 효과(shadowing effect)들은 네거티브 측벽 구조를 사용하는 리프트-오프 프로세스들에서의 공통적인 단점이다.
본 발명의 목적은 리프트-오프 프로세스를 위한 리프트-오프 마스크 구조 형성의 개선된 개념을 제공하여 현재 솔루션들의 한계들을 극복하는 것이다.
본 목적은 독립항들의 주제에 의해 달성된다. 추가적인 개발들 및 실시예들은 종속항들에서 설명된다.
개선된 개념은 마스크 기판 계면에서 네거티브 측벽들을 갖는 언더컷 프로파일에 더하여 포지티브 측벽 프로파일(positive sidewall profile)들을 가지는 리프트-오프 마스크 구조를 형성한다는 사상에 기초한다. 이는 간격과 피처 치수들의감소를 허용하면서도 타겟 재료의 증착 후 계면에 대한 용매의 접근을 보장함으로써 종래의 접근 방식들의 한계들을 극복한다. 개선된 개념은 기판 상에 비감광성(light-insensitive) 바닥 반사 방지 코팅(BARC: Bottom Antireflective Coating)과 그 위에 증착된 레지스트(resist)의 층에 의해 형성되는 리프트-오프 마스크 구조에 의해 실현된다.
특히, 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크 구조를 형성하기 위한 방법은 기판 몸체(substrate body)를 제공하는 단계, 기판 몸체의 표면 위에 바닥 반사 방지 코팅(BARC) 층을 증착하는 단계, 및 BARC 층 위에 감광성(photosensitive) 레지스트 층을 증착하는 단계를 포함한다. 방법은 포토마스크(photomask)를 통해 레지스트 층을 전자기 방사선에 노출시키는 단계, 및 기판 몸체의 표면의 하부 부분이 노출되도록 BARC 층 및 레지스트 층의 일부분을 선택적으로 제거하기 위해 현상제(developer)를 도포함으로써 리프트-오프 마스크 구조를 형성하는 단계를 더 포함한다.
기판 몸체는 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 또는 실리콘 웨이퍼의 일부와 같은 반도체 기판 또는 예를 들어, 미러 기판(mirror substrate)인 유리 기판이다. 기판 몸체는 기판 상에 증착되는 CMOS 층들과 같은 기능 층(functional layer)들을 더 포함할 수 있다.
표면 상에, 예를 들어 기판 몸체의 최상부 표면 상에, 기판 몸체의 표면 상에 증착되는 현상 가능한 BARC에 이어서 BARC 상에 증착되는 감광성 레지스트를 포함하는 이중층 구조(bilayer structure)가 형성된다. 전용 전처리 여부, 예를 들어, 기판 표면의 재 또는 습식 세정이 필요한지 아닌지 여부는 BARC 유형 및 기판 표면에 의존한다. 기판 표면은 이상적으로는 BARC의 접착력이나 리프트-오프 특성이 저하되지 않는 상태에 있는 것이다. 예를 들어, 레지스트와 BARC, 예를 들어, 습식-BARC는 스핀 코팅(spin coating)을 통해 증착된다.
반사 방지 코팅들은 레지스트의 노출 동안 레지스트-기판 계면에서 감소된 반사율을 위해 종래의 포토리소그래피(photolithography)에서 일반적으로 사용된다. 패턴 기하구조들이 나노미터 규모로 지속적으로 축소됨에 따라 정재파(standing wave)들의 형성 및/또는 반사 노칭(reflective notching)과 같은 반사 효과들이 리소그래피(lithography) 프로세스의 해상도를 크게 저하시킬 수 있다. 또한 BARC는 그 아래의 구조들을 평평하게(level) 하거나 평탄화(planarize)하여 레지스트 층을 위한 매끄러운 표면을 생성하는 데 도움이 될 수 있다.
리프트-오프 마스크는 결국 기판 몸체 표면의 하부 부분이 노출되도록 BARC 층 및 레지스트 층의 일부분을 선택적으로 제거함으로써 형성된다. 예를 들어, 레지스트는 전자기 방사선(electromagnetic radiation), 예를 들어 레지스트의 화학적 특성을 수정하거나 변경하는 Mercury i-line 리소그래피에 대응하는 365nm 파장의 UV 광에 노출된다. 레지스트 유형, 즉 포지티브 또는 네거티브 레지스트에 따라 레지스트의 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분이 후속적으로 용해되고 현상액에서 제거된다. 마찬가지로 BARC는 특히 등방성(isotropic) 방식으로 현상액에 용해된다. 여기서 BARC의 화학적 성질은 노출 동안 전자기 방사선에 의해 영향을 받거나 변경되지 않는다.
현상액은 예를 들어, 수용액에 용해된 테트라-메틸-암모늄-하이드록사이드(TMAH: Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide)일 수 있다. 대안적인 현상액들은 수산화칼륨(potassium hydroxide), KOH 또는 메타규산나트륨(sodium metasilicate)/인산나트륨-기반(phosphate-based) 현상액들이다.
적어도 하나의 실시예에서, 리프트-오프 마스크 구조를 형성한 후의 BARC 층은 네거티브 측벽 경사(slope)들을 갖는 언더컷 프로파일(undercut profile)에 의해 특징화된다.
적어도 하나의 실시예에서, 리프트-오프 마스크 구조를 형성한 후의 레지스트 층은 포지티브 측벽 경사들을 갖는 오버컷 프로파일(overcut profile)에 의해 특징화된다.
BARC 및 포지티브 레지스트의 서로 다른 측벽 프로파일들은 이상적인 리프트-오프 조건들을 보장하면서 최소한의 음영을 가능하게 한다. 먼저, BARC 층의 네거티브 측벽 프로파일은 리프트-오프 용매가 특히 타겟 재료가 증착된 후에 마스크-기판 계면에 쉽게 접근할 수 있도록 보장한다. 둘째로, 레지스트의 포지티브 에지 프로파일은 타겟 재료를 증착하는 동안 음영 효과를 상당히 감소시키고, 이는 전체 리프트-오프 마스크가 네거티브 측벽 프로파일을 갖는 종래의 솔루션들에 비해 완성된 디바이스 상의 피처 간격들을 크게 줄이는 것을 가능하게 한다.
포토다이오드 간격(photodiode spacing)은 CCD 분광계(spectrometer)들 또는 이미징 센서(imaging sensor)들과 같은 다중 채널(multiple channel)들을 드러내는 감광성 애플리케이션(application)들에서 흔히 발생하는 쟁점이다. 리프트-오프 포토마스크의 2 개의 서브층(sublayer)들의 서로 다른 측벽 프로파일들을 피처링하는 개선된 개념은 개별 채널들/포토다이오드들 사이의 간격을 훨씬 더 좁게 만들어 다이 크기를 줄일 수 있게 한다.
예를 들어, 동일한 미러들을 공유하는 소위 Fabry-Perot 분광계의 2 개의 채널들 사이의 간격은, 기존의 리프트-오프 기술을 사용하는 ~28 ㎛로부터, 개선된 개념을 적용할 때 10배(order of magnitude) 내지 약 3 ㎛까지 감소될 수 있다. 더욱이, 포지티브 레지스트의 포지티브 측벽들은 종래의 접근법들에 따라 증착 및 패터닝 중에 종종 관찰되는 음영 효과를 억제한다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC 층의 재료는 비감광성(not light-sensitive)이다.
이들 실시예들에서, BARC 층은 예를 들어 노출로 인해 그 화학적 성질을 변화시키지 않는 비흡수성 코팅(non-absorbing coating)이다. 결과적으로 마스크의 노출은 감광성 레지스트를 위해 완전히 최적화될 수 있다. 이것은 2 개의 감광성 레지스트 층들로 형성된 리프트-오프 마스크를 실현하는 종래의 이중층 접근 방식들과 극명한 대조를 이룬다. 여기에서 전형적으로 열악한 리소그래피 결과들을 유도하는 노출은 양쪽 레지스트들 모두에 대해 최적화되어야 한다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC 층의 재료는 흡수성(absorbent)인데, 전자기 방사선의 파장에서 특히 고(highly) 흡수성이다.
포토레지스트의 노출의 리소그래피 성능은 BARC에 의해 향상될 수 있으며, 이는 반사로 인한 레지스트 내의 정재파 패턴들의 형성 및 반사 노칭과 같은 원치 않는 효과들을 억제한다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC 층의 재료는 유기 재료(organic material)이다.
예를 들어, BARC 층은 폴리비닐페놀 유도체(polyvinylphenol derivate)와 같은 유기 재료를 통해 실현된다. 대안적으로, BARC 층은 실리카(silica), 불화마그네슘(magnesium fluoride) 및 플루오로폴리머(fluoropolymer)들과 같은 투명 재료의 단일 박층(thin layer)일 수 있거나, BARC 층은 실리카와 같은 저굴절률(low-index) 재료 및 고굴절률(higher-index) 재료의 교번하는 층들을 포함할 수 있다. 이들 접근 방법들은 특정 파장, 예를 들어 노출 파장에서 0.1%만큼 낮은 반사율을 가능하게 한다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC 층의 재료 및 감광성 레지스트 층의 재료는 전자기 방사선의 파장에서 각각 10% 미만, 특히 5% 미만만큼 서로 다른 반사율들을 특징으로 한다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC 층의 재료는 전자기 방사선에 노출되는 동안 레지스트 층 내에서 상쇄 간섭을 일으키는 굴절률을 특징으로 한다.
BARC의 굴절률은 예를 들어 레지스트-BARC 계면 및 BARC-기판 계면에서의 광-반사가 상쇄 간섭으로 인해 상쇄되는 방식으로 조정될 수 있다. 결과적으로 이 접근 방법은 특히 레지스트 층 내에서의 정재파 패턴의 형성 또는 반사 노칭과 같은 원하지 않는 리소그래피 효과로 인한 어려움을 겪지 않는다. 이러한 양상은 이들 아티팩트(artifact)들이 리소그래피 성능을 엄청나게 저하시키는 것으로 알려진 극소형 구조의 패터닝에 대해 훨씬 더 관련이 있다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC 층을 증착하는 단계는 기판 몸체의 표면 위에 500nm 미만, 특히 200nm 미만의 두께를 가지는 BARC 재료를 증착하는 단계를 포함한다.
원하지 않는 리소그래피 효과들의 효율적인 억제는 레지스트 층의 노출을 위해 사용되는 광의 파장과 같거나 그보다 훨씬 더 작은 두께를 갖는 BARC 층으로 이미 달성될 수 있다. 또한, 얇은 BARC 층은 마찬가지로 얇은 리프트-오프 마스크를 초래하여, 타겟 재료를 증착하는 동안 잠재적으로 음영 효과가 감소하고 리프트-오프 프로세스의 해상도 한계가 전반적으로 향상된다.
적어도 하나의 실시예에서, 감광성 레지스트 층을 증착하는 단계는 포지티브 포토레지스트(photoresist)를 증착하는 단계를 포함한다.
노출 단계에 대해, 포지티브 포토레지스트의 화학적 성질은 조명 영역들이 현상액에 용해될 수 있는 방식으로 변경된다. 노출의 조명 조건들은 포지티브 레지스트 층의 포지티브 측벽 프로파일을 보장하는 방식으로 수정될 수 있으며, 이는 리프트-오프 전에 타겟 재료의 이후의 증착 단계 동안 음영 효과들을 억제한다.
적어도 하나의 실시예에서, 개선된 개념에 따른 방법은 레지스트 층을 증착하기 전에 BARC 층을 베이킹(baking)하는 단계를 더 포함한다.
기판 몸체의 표면을 BARC로 코팅한 후에, BARC는 현상 후 리프트-오프 마스크의 하위 층(lower layer)의 에지 프로파일을 사전 정의하는, 예를 들어, 베이킹 프로세스를 통해 온도 처리된다. 이러한 방식으로 현상 후 BARC 층의 특정 경사 프로파일이 달성될 수 있다. 예를 들어, BARC 층은 현상이 특정 각도에서 네거티브 측벽 프로파일을 야기시키도록 온도 처리된다.
반면에 레지스트 층의 포지티브 플랭크(flank)는 노출 동안의 조명 조건들을 통해서만 제어될 수 있는 반면, 언급한 바와 같이 BARC 층의 언더컷 프로파일은 BARC의 베이킹 및 현상 레시피(recipe)에 의해서만 제어된다. 따라서 예를 들어, 개별 경사 각도들의 측면에서 2 개의 측벽 프로파일들의 거의 독립적인 최적화가 수행될 수 있도록 양쪽 "제어 파라미터(control parameter)들" 사이에 교차-영향이 없거나 최소화된다.
적어도 하나의 실시예에서, BARC의 재료는 특히 등방성 방식으로 현상액에서 가용성이다.
레지스트 층의 노출된(또는 노출되지 않은) 부분들을 또한 제거하는 현상액에 의해 BARC가 등방성으로 제거되면, BARC 층의 목표로 하는 네거티브 측벽 프로파일이 달성될 수 있다. 이 언더컷의 정확한 속성(property)들은 예를 들어 현상 레시피 및/또는 현상 시간을 조정함으로써 맞춰질 수 있다.
전술한 목적은 상술한 실시예들 중 하나에 따라 리프트-오프 마스크 구조를 형성하는 단계를 포함하는 프로세스에 따라 제조되는 디바이스에 의해 추가로 해결된다.
예를 들어, 디바이스를 제조하기 위해, 상술한 실시예들 중 하나에 따른 방법이 반복적으로 적용된다.
예를 들어, 상술한 실시예들 중 하나에 따른 방법은 예를 들어 미러 기판의 표면 상에 다중-층 간섭 필터(multi-layered interference filter)를 제조하기 위해 적용된다.
간섭 필터들은 다수로, 예를 들어 20 내지 100 개로, 재료의 교번하는 층들에 의해 특징화될 수 있다. 이들은 개선된 개념에 따른 리프트-오프 프로세스에 의해 각각 효율적으로 제조될 수 있다.
개선된 개념에 따른 디바이스의 추가 실시예들은 상술한 리프트-오프 마스크 구조를 형성하기 위한 방법의 실시예들로부터 당업자에게 명백하다.
예시적인 실시예들의 도면들에 대한 다음의 설명은 개선된 개념의 양상들을 추가로 예시하고 설명할 수 있다. 동일한 구조 및 동일한 효과를 갖는 컴포넌트(component)들 및 부분(part)들은 각각 동등한 참조 기호들로 표시된다. 컴포넌트들과 부분들이 서로 다른 도면들에서 그 기능면에서 서로 대응하는 한, 이하의 도면 각각에 대해 그 설명을 반드시 반복할 필요는 없다.
도 1a 내지 도 1d는 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크의 중간 생성물들을 도시한다;
도 1e는 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크를 도시한다;
도 2는 타겟 재료의 증착 후 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크를 포함하는 프로세스에 따라 제조된 디바이스의 중간 생성물을 도시한다; 그리고
도 3 내지 도 5는 리프트-오프 후 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크를 포함하는 프로세스에 따라 제조된 완성된 디바이스들을 도시한다.
도 1a는 기판 몸체(10)의 표면 위에 바닥 반사 방지 코팅(BARC) 층(11)을 증착한 후 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크의 중간 생성물을 도시한다.
기판 본체(10)는 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 칩과 같은 실리콘 웨이퍼의 부분과 같은 반도체 기판이다. 대안적으로, 기판 몸체(10)는 예를 들어 미러 기판인 유리 기판이다. 기판 몸체(10)는 기판 상에 증착되는 CMOS 층들과 같은 기능 층들을 더 포함할 수 있다.
BARC 층(11)은 예를 들어, 스핀 코팅을 통해 습식 BARC로서 기판 몸체(10)의 최상부 표면 상에 증착된다. BARC 층(11)의 두께는 예를 들면 200 nm 내지 500 nm 정도이다. BARC 층(11)은 폴리비닐페놀 유도체와 같은 유기 재료이다. 대안적으로, BARC 층(11)은 실리카, 불화마그네슘 및 플루오로폴리머들과 같은 투명 재료의 단일 박층일 수 있거나, BARC 층(11)은 실리카와 같은 저굴절률 재료와 고굴절률 재료의 교번하는 층들을 포함할 수 있다. 선택적으로, BARC 층(11)을 증착한 후, 중간 제품, 특히 BARC(11)는 특정 현상제 레시피에 대한 응답을 조정하기 위해, 예를 들어 베이킹 프로세스 동안 온도 처리될 수 있다. BARC 층(11)은 비감광성이다. 이는 현상제에 대한 응답이 적어도 노출 동안 사용되는 파장에서의 광, 예를 들어 i-라인 리소그래피에 대응하는 365nm 파장에서의 UV 광에 의해 영향받지 않음을 의미한다.
도 1b는 감광성 레지스트 층(12)을 증착한 후의 도 1a의 리프트-오프 마스크의 중간 생성물을 도시한다. 레지스트 층(12)은 예를 들어 디아조나프토퀴논(DNQ: diazonaphthoquione) 및 페놀 포름알데히드 수지인 노볼락 수지(novolac resin)의 혼합물에 기초한 전형적인 포지티브 레지스트이다. 여기서 포지티브 포토레지스트는 광에 노출되는 포토레지스트의 일부분이 포토레지스트 현상제에 용해되는 포토레지스트의 유형으로 이해된다. 포토레지스트의 비노출 부분은 포토레지스트 현상제에 불용성으로 남아있다. 레지스트 층(12)은 예를 들어 450-1500 nm 사이의 전형적인 두께로의 스핀 코팅을 통해 증착된다.
도 1c는 포토마스크(20)를 통한 리소그래피 노출 단계 동안 도 1b의 리프트- 오프 마스크의 중간 생성물을 도시한다. 포토리소그래피를 사용하여 포토마스크(20)의 패턴이 포토레지스트 층(12)으로 전사된다. 다시 말해, 노출 방사선(21)의 파장과 관련하여 포토마스크(20)의 불투명 부분들에 의해 커버되는 레지스트 층(12)의 일부분들은 노출되지 않은 채로 남아 있는 반면, 불투명 부분들에 의해 커버되지 않은 레지스트 층(12)의 일부분들은 방사선(21)에 노출된다. 도시된 예에서, 레지스트 층(12)은 포지티브 레지스트이고, 레지스트 층(12)의 노출된 부분들의 화학적 성질은 방사선(21)에 의해 변경되어 이들 부분들이 현상액에 용해된다.
노출 동안, BARC 층(11)은 예를 들어, 흡수 및/또는 상쇄 간섭을 통해 레지스트 층(12) 내의 정재파 패턴들의 형성 및 반사 노칭과 같은 원치 않는 리소그래피 효과들을 억제한다. 이를 위해 BARC 층(11)의 굴절률은 레지스트 층(12) 및/또는 기판 몸체(10)의 굴절률에 따라 조정된다. 예를 들어, 전술한 엘리먼트들의 굴절률들은 5 % 미만으로 서로 다르다.
상술한 바와 같은 포지티브 레지스트를 사용하는 대안으로서, 레지스트 층(12)으로서 네거티브 레지스트를 사용하는 것이 또한 개선된 개념에 따라 가능하다. 네거티브 레지스트들에 대해, 노출된 부분들은 현상 후에 남는 반면 비-노출된 부분들은 용해되어 제거된다.
도 1d는 현상의 제1 부분 이후의 도 1c의 리프트-오프 마스크의 중간 생성물을 도시한다. 상술한 바와 같이, 포지티브 레지스트 층(12)의 이전에 노출된 부분들이 현상액을 이용하여 용해되고 그에 따라 제거된다. 그 안에, 포지티브 측벽 프로파일(12a), 즉 오버컷 프로파일이 형성될 수 있다. 포지티브 측벽들의 경사각은 노출 방사선(21)을 사용한 노출의 파라미터들에 의해 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 방사선(21)의 조정가능한 초점은 레지스트 층(12) 내의 특정 깊이로 설정될 수 있다.
도 1e는 현상의 제2 부분 이후에 개선된 개념에 따른 최종 리프트-오프 마스크(1)를 도시한다. 제2 부분 동안, 레지스트 층(12)의 상술한 부분들을 제거한 후 노출되는 BARC 층(11)의 부분은 마찬가지로 레지스트 층(12)의 부분들을 제거하도록 사용된 현상액에 의해 제거된다. 여기서, BARC 층(11)은 현상액 및 등방성 방식에 대해 반응한다. 이러한 방식으로, 네거티브 측벽 프로파일(11a), 즉 언더컷 프로파일이 형성될 수 있다. 네거티브 측벽들의 경사각은 예를 들어 레지스트 층(12)의 증착 전에 BARC 층(11)의 전술한 온도 처리의 파라미터들에 의해 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 경사각은 대략 45°이고, 따라서 BARC 층(11)의 두께에 대응하거나 대략, 예를 들어 200 nm 정도인 언더컷을 생성한다.
도 1e에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판 몸체(10) 상의 완성된 리프트-오프 마스크(1)는 네거티브 측벽 프로파일(11a)을 갖는 BARC 층(11) 및 포지티브 측벽 프로파일(12a)을 갖는 레지스트 층(12)을 특징으로 한다. 이는 전체 리프트-오프 마스크의 순전히 네거티브 측벽 프로파일들을 사용하는 종래의 접근 방식들과 비교하여 훨씬 더 작은 피처 간격, 즉 리프트-오프 마스크에서의 인접 개구들이 달성될 수 있음을 보장한다. 또한, 음영과 같은 원하지 않는 리프트오프 효과는 레지스트 층(12)의 포지티브 측벽 프로파일(12a)에 의해 억제된다.
현상액은 주로 예시 목적들을 위해 사용되는 도 1d 및 1e에 예시된 후속 방식 대신에 동시 방식으로 레지스트 층(12) 및 BARC 층(11)의 제거를 수행할 수 있음이 이해될 것이다.
도 2는 타겟 재료(13)를 증착한 후 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크를 포함하는 프로세스를 따라 제조된 디바이스의 중간 생성물을 나타낸다. 예를 들어, 타겟 재료(13)는 금속 또는 유전체이다. 타겟 재료(13)는 리프트오프 마스크(1) 상에 균일한 방식으로, 즉 레지스트 층(12)의 나머지 부분들과 리프트오프 마스크(1)의 현상 후에 생성된 개구들에 증착된다. 구조화된 재료(13)의 에지들은 포지티브 측벽 프로파일로 예시된다. 이들은 증착 프로세스가 완벽하게 비등방적이지 않아, 리프트-오프 마스크의 루프(roof) 아래에 약간의 증착이 발생하기 때문에 전형적이다. 타겟 재료(13)의 완벽한 수직 에지들은 리프트-오프 프로세스가 아닌 에칭 프로세스를 통해서만 달성될 수 있다.
도 3은 리프트-오프 마스크(1), 즉 레지스트 층(12) 및 BARC 층(11)을 기판 몸체(10)로부터 완전히 벗겨낸 후의 도 2의 중간 생성물을 도시한다. 그 안에, BARC 층(11)의 네거티브 측벽 프로파일(11a)은 리프트-오프 솔루션을 위한 마스크-기판 계면에 대한 제약없는 접근을 보장한다.
도 4 및 도 5는 개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크를 포함하는 프로세스에 따라 제조된 디바이스의 추가 예시적인 실시예들을 도시한다. 도 4는 리프트-오프 마스크의 측벽 프로파일들로 인해 상당히 더 작은 피처 간격이 달성될 수 있음을 예시한다. 예를 들어, 타겟 재료(13)는 고해상도 CMOS 이미지 센서의 포토다이오드(photodiode)들과 같은 광학 엘리먼트들을 형성한다.
도 5는 개선된 개념에 따라 다수의 리프트-오프 프로세스를 통해 타겟 재료(13)의 스택(stack)이 형성될 수 있는 방법을 예시한다. 그 안에, 각각의 리프트-오프 단계를 위해 타겟 재료(13)의 한 층이 증착된다. 이것은 예를 들어 유리 기판 상에 다중-층(multi-layered) 광학 간섭 필터들을 형성하도록 사용될 수 있다. 그와 같은 필터들은 예를 들어, 2 개의 서로 다른 타겟 재료들(13)의 20 내지 100 개의 교번하는 층들을 포함할 수 있다. 설명 목적들을 위해, 타겟 재료(13)의 측벽 프로파일은 여기에서 수직으로 유지된다.
BARC 및 레지스트 층들을 증착하고 실제 리프트-오프를 수행하는 정확한 방법들은 잘 알려진 개념이므로 본 개시물에서 더 이상 상세되지 않는다.
개선된 개념에 따른 리프트-오프 마스크는 광학 디바이스들 제조에 국한되지 않고 다양한 유형들, 예를 들어 CMOS 회로의 전극들의 마이크로- 또는 나노-크기의 구조들을 정의하기 위해 또한 사용될 수 있음이 더 지적된다.
본원에 개시된 리프트-오프 마스크 및 이러한 리프트-오프 마스크를 사용하여 제조된 디바이스의 실시예들은 독자가 사상의의 신규한 양상들에 익숙해지도록 하기 위해 논의되었다. 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 청구범위의 범위를 불필요하게 벗어나지 않고 개시된 개념의 많은 변경들, 수정들, 등가물들 및 대체물들이 당업자에 의해 만들어질 수 있다.
특히, 본 개시물은 개시된 실시예들에 제한되지 않고, 논의된 실시예들에 포함된 피처들에 대해 가능한 한 많은 대안들의 예들을 제공한다. 그러나, 개시된 개념들의 임의의 수정들, 등가물들 및 대체물들은 본원에 첨부되는 청구범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
별도의 종속항들에 인용된 피처들은 유리하게 조합될 수 있다. 또한, 청구범위에 사용된 참조 부호들은 청구범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한, 본원에 사용된 바와 같은 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 다른 엘리먼트들을 배제하지 않는다. 또한, 본원에 사용된 바와 같은 관사 "a"는 하나 이상의 컴포넌트 또는 엘리먼트를 포함하는 것으로 의도되며, 단지 하나를 의미하는 것으로 한정되지 않는다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에 설명된 임의의 방법이 그 단계들을 특정 순서로 수행해야 하는 것으로 해석해서는 안 된다. 따라서 방법 청구항이 그 단계들이 따라야 할 순서를 실제로 인용하지 않거나 단계가 특정 순서로 제한된다는 것이 청구범위 또는 설명들에 달리 구체적으로 언급되지 않은 경우, 특정 순서가 유추되도록 의도되지 않는다.
본 특허 출원은 유럽 특허 출원 20192165.7에 대한 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은 본원에 참조로 포함된다.
1 리프트-오프 마스크
10 기판 몸체
11 BARC 층
12 레지스트 층
11a, 12a 측벽 프로파일
13 타겟 재료
20 포토마스크
21 노출 방사선

Claims (15)

  1. 리프트-오프 마스크 구조(lift-off mask structure)(1)를 형성하기 위한 방법으로서,
    - 기판 몸체(substrate body)(10)를 제공하는 단계;
    - 상기 기판 몸체(10)의 표면 위에 바닥 반사 방지 코팅(BARC: bottom anti-reflective coating) 층(11)을 증착하는 단계;
    - 상기 BARC 층(11) 위에 감광성 레지스트(photosensitive resist) 층(12)을 증착하는 단계;
    - 포토마스크(photomask)(20)를 통해 상기 레지스트 층(12)을 전자기 방사선(electromagnetic radiation)(21)에 노출시키는 단계; 및
    - 상기 기판 몸체(10)의 표면의 하부 부분(underlying portion)이 노출되도록 상기 BARC 층(11) 및 상기 레지스트 층(12)의 일부분을 선택적으로 제거하기 위해 현상제(developer)를 도포함으로써 상기 리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하는 단계를 포함하는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)은 상기 리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성한 후에, 네거티브 측벽 경사(negative sidewall slope)들을 가지는 언더컷 프로파일(undercut profile)(11a)에 의해 특징화되는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 레지스트 층(12)은, 상기 리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성한 후에, 포지티브 측벽 경사(positive sidewall slope)들을 가지는 오버컷 프로파일(overcut profile)(12a)에 의해 특징화되는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)의 재료는 비감광성(not light-sensitive)인,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)의 재료는 상기 전자기 방사선(21)의 파장에서 흡수성(absorbent), 특히 고(highly) 흡수성인,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)의 재료는 유기 재료(organic material)인,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)의 재료 및 상기 감광성 레지스트 층(12)의 재료는 10 % 미만, 특히 5 % 미만으로 서로 다른, 상기 전자기 방사선(21)의 파장에서의 굴절률들에 의해 특징화되는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)의 재료는, 상기 전자기 방사선(21)에 노출되는 동안 상기 레지스트 층(12) 내에서 상쇄 간섭을 야기하는 굴절률에 의해 특징화되는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)을 증착하는 단계는 상기 기판 몸체(10)의 표면 위에 500 nm 미만, 특히 200 nm 미만의 두께를 가지는 BARC 재료를 증착하는 단계를 포함하는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 레지스트 층(12)을 증착하는 단계는 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)를 증착하는 단계를 포함하는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스트 층(12)을 증착하기 전에 상기 BARC 층(11)을 베이킹(baking)하는 단계를 더 포함하는,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BARC 층(11)의 재료는, 특히 등방성 방식(isotropic manner)으로 상기 현상제에 가용성인,
    리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하기 위한 방법.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따라 리프트-오프 마스크 구조(1)를 형성하는 것을 포함하는 프로세스에 따라 제조되는 디바이스.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 디바이스를 제조하기 위해, 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 방법이 반복적으로 적용되는,
    디바이스.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 방법은 다중-층 간섭 필터(multi-layered interference filter)를 제조하기 위해 적용되는,
    디바이스.
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