KR910005880B1

KR910005880B1 - 석판화 기술을 이용한 장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR910005880B1
Application number: KR1019860700402A
Authority: KR
Inventors: 팅팅 옹 에디쓰; 리엔 타이 킹; 헌 웡 이우
Original assignee: 아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니; 오레그 이. 엘버
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1991-08-06
Also published as: CA1291894C; WO1986002744A1; ES8707377A1; ES548189A0; EP0203931A1; JPH0766191B2; KR880700322A; JPS62500614A; DE3569163D1; EP0203931B1

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

석판화 기술을 이용한 장치 및 그 제조방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 비평면 기판 표면에 대한 단면도.

제2도는 비평면 기판상에 유기중합체를 완전하게 용착시키는데 유용한 초음파 노즐에 대한 단면도.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 반도체 장치와 같은 장치를 제조하는 석판화 공법에 관한 것이다.

[배경기술]

석판화 공법은 반도체 장치와 같은 장치를 제조할시에 중요한 역할을 한다. 이러한 장치의 제조시, 내식막으로 분리는 에너지 감광성 물질로 기판을 피복한다. 내식막중 선택된 부분은 주어진 현상액 또는 부식제에 관련하여 노출된 부분의 용해도 또는 반응도의 변화를 일으키는 에너지 형태로 노출된다. 내식막에 현상액 또는 부식제를 도포함으로써, 내식막중 보다 높은 가용성 또는 반응성 부분이 제거되어 기판부가 드러난다. 드러난 기판부는 이후에 예를 들어 에칭 또는 금속화로 처리된다.

내식막으로서 두가지의 유기 및 무기물질이 사용되어져 왔다. 유기물질은 통상 퀴논 디아지드(quinone diazide)감광제를 포함하는 노보락 수지와 같은 유기중합체인 반면, 무기물질은 비교적 얇은 셀렌화은(Ag₂Se)층을 지지하는 게르마늄-셀레늄(Ge-Se)유리박막과 같은 칼코게나이드(chalcogenide)유리기재로 실증된다. (칼코게나이드 유리기재는 비결정성 구조를 나타내는 물질이며 이의 주요구성 성분은 설퍼, 셀레늄, 텔루륨 또는 이들의 합성물이다)유기중합체 내식막은 통상 기판상에서 선회증착된다. 반면에 Ge-Se 유리박막은 통상 기판상에서 증착되는데 예를 들면 e-빔 증착되거나 rf-스퍼터된다.

Ag₂Se층은 적당한 감광용액조내에 박막을 담금에 의해 Ge-Se 유리박막의 표면상에서 형성된다.

두가지 형태의 내식막 즉 유리 및 무기 내식막은 실질적으로 평편한 기판 표면을 패터닝하는데는 유용하지만 계단형의 기판 표면과 같은 비평면 기판 표면을 패터닝할시에는 결합이 발생한다. 예를 들어, (통상 약 1-2μm의 두께를 갖는)유기중합체 내식막이 예를 들어 약5μm보다 높은 계단높이를 갖는 계단형 표면상에 선회증착될시에, 생성된 피복두께는 불연속이거나 실제로 불균일한데, 즉 계단형 부분의 표면을 피복하는 피복부는 평편부분의 표면 보다 상당히(통상 약50% 이상보다 얇다.)얇다. 두꺼운 내식막부의 노출을 확실히 하기에 충분한 에너지는 얇은 부에 대해서는 과노출을 일으킨다. 이러한 과노출은 기판내로의 피턴이 동시 라인폭 제어의 손실을 가져온다.

계단형 표면의 패터닝에 연관된 결함을 극복하기 위한 시도에는 다레벨 예를 들어 2중레벨의 내식막을 이용하는 것이 포함되어 있다. 예를 들어, 2중레벨의 내식막에서는, 비교적 얇은 내식막영역이 계단형 표면상에 놓여있는(에너지 감광이 필요치 않은)비교적 두껍고 평편한 유기중합체층상에 형성된다. (예를 들어, 칼코게나이드 내식막의 경우에 있어서, 두껍고 평편한층은 거의 항상 내식막의 증착전에 계단형인지 평편한지에는 무관하게 기판 표면상에 증착된다.)노출 및 현상후에, 내식막에서 한정된 패턴은 현상에칭 동안 에칭마스크로서 노출을 사용하여 평면층내로 이동된다. 최종으로, 기판은 예를 들어 패턴화된 평면층을 통해 기판 표면을 에칭하거나 금속화 함으로써 패턴된다.

(다른 다레벨 내식막 뿐아니라)2중 레벨 내식막은 계단높이가 약 5μm보다 작은 경우의 계단형 표면을 패터닝하는데 유용하다. 그러나, 비록 2중레벨( 및 다른 다레벨, 내식막이 약 5μm보다 큰 계단높이를 갖는 계단형표면을 패터링할시에는 아직도 유용하더라도, 많은 결함이 발생된다. 예를 들어, (평편부간에 산재되어 있는 계단을 갖는 표면에서)5μm 계단을 피복하는 평면층의 두께는 종종 평편부를 피복하는 것보다 상당히 작다(통상 약 50%보다 작음). 이와 같이 예를 들어 등방성 부식제를 사용하는 평면층으로 패턴이 이동할시에, 평면층의 얇은부는 비교적 두터운 부를 통해 에칭하는데 필요한 부가시간 동안 과대한 측방향 에칭을 받게된다. 이러한 과대측방향에칭은 기판내로 패턴이동시에 라인폭 제어 손실을 가져온다. 교체로, 만일 예를 들어 반응성 이온에칭인 비등방성에칭 기법이 사용되면, 평면층중 가장 두터운부를 통해 에칭하는데 필요로되는 부가시간으로 인하여 부수적인 라인폭에서 손실과 함께 위에 놓은 내식막의 패턴부식을 일으킨다.

비평면 기판을 패터닝하는데 연관된 결함은 깊은(약 5μm보다 깊음) V자형홈이나 높은(약 5μm보다 높음)계단의 상단, 하단 또는 측변까지에도 성분을 갖는 장치와 같이 3차원 기하학을 갖는 예를 들어 반도체 집적회로 장치인 장치를 제조하는데 대한 제한을 발생시킨다. 3차원 장치는 규격화적인 설계규칙에 따라 증가된 실장밀도를 제공은 하지만, 상술된 바와 같이 이러한 장치를 달성하기 위한 비평면 기판패터닝 기법은 잊기쉬운 목적이라는 것이 입증되었다.

[발명의 요약]

본 발명은 산출된 장치 이외에도 비평면 기판상에서 장치를 제조하기 위한 석판화 기법에 관한 것이다. 이러한 기법에 따라, 비평면 기판은(예를 들어 표면의 동일평면, 비동일평면 및 경사부를 둘러싸는)패턴화 되어진 비평면 기판 표면의 부상에 실제로 일정한 두께를 갖는 실제 균일한 내식막 영역을 초기에 형성함으로써 패턴된다. 이러한 영역은 증기(기체)상 또는 내식막 물질을 함유한 덩어리 또는 소적을 포함하는 연무로 기판 표면상에 내식막을 용착시킴으로써 달성된다. 덩어리 또는 소적의 크기는 표면에서 어떠한 계단이나 디프레션의 가장작은 높이나 또 깊이의 약 3/4보다 작아야만 된다. 또한, 증기의 원자나 분자의 이동 또는 연무의 덩어리가 소적의 이동은 충분히 랜덤하에 패턴되어지는 비평면 표면상의 어떠한 점에서의 각 유동분포가 패턴되어지는 표면상의 어떠한 다른 점에서와 실제로 동일하게 된다. 이와 같은 발생된 완전히 마스크에서, (상술된 기법과 비교하여)상당히 개선된 라인폭 제어로 하부기판내로의 패턴 이동을 쉽사리 행할 수 있다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 본 방법으로 형성된 장치이외에도 장치를 제조하는 방법에도 관한 것이다.

본 발명의 제조방법에는 비평면 기판 표면을 석판화식으로 패터닝하는 기법이 포함된다. 본 발명의 목적을 위해 제1도에서 도시된 바와 같이, 비평면 표면(10)은 적어도 하나이상의 디프레션(20) 및 계단(30)을 포함하며 이들의 깊이

및 높이

는 약5μm보다 크거나 동일하다. (디프레션의 깊이나 계단의 높이는 표면에서 어떠한 디프레션이나 계단의 형성보다 먼저 존재한 원래 기판 표면인 예를 들어 원래의 웨이퍼 표면과 근산한 최소평방피트면인 평면에 관하여 한정된다. 본 발명을 위하여, 디프레션의 깊이는 만일에 두기준이 대응하면 약 5μm보다 크거나 동일하다. 먼저, 표면(10)에서 (만일 하나 이상의 최저점이 존재하면 디프레션 측벽에 가장 근접한)디프레션의 (기준면에 비해)최저점에서 거의 비교적 최대높이의 점까지 연재하는 기준면에 수직인 면의 길이는 약 5μm보다 크거나 동일하다. 다음으로, 상관 최대해서 수직면까지의 최단 라인은 수직면의 길이보다 짧거나 동일하다. 동일하게, 표면(10)에서 (하나이상의 최고 높이점이 존재하면 계단 측벽에 가장 근접한)계단의 (기준면에 비해)최고 높이점에서 거의 상관 최소 높이점까지 연재하는 기준면에 수직인 면의 길이가 약 5μm보다 크거나 동일하다면 계단 높이는 약 5μm보다 크거나 동일하다. 또다시, 상관 최대에서 수직면까지의 최단 라인은 수직면의 길이와 동일하거나 짧아진다.). 또한, 횡단면으로 도시하면, 즉 상기 최소평방피트면과 수직인 어떠한 면을 가로로 절단하면, 패턴되어지는 디프레션이나 계단의 측벽부는 내식막으로 실제로 완전하게 상기부를 피복하기 위해서 특정각의 형태를 가져야한다.

즉, 측벽부의 좌측 또는 우측에 근접하는 최소평방피트라인에 대한 면의 교차에서(횡단면으로 도시된 바와 같이)패턴되어지는 측벽부의 좌측 또는 우측과 근사한 최소 평방피트인 라인과 최소평방피트면의 상단에서 돌출하는 수직면간의 예각 θ(제1도 참조)는 0℃보다는 크거나 동일하지만 약 +45°보다는 작거나 동일하다. 각도가 수직면에서 측벽의 좌측 또는 우측에 근사하는 최소평방피트라인으로 시계반대방향으로 연재하면 디프레션 측벽의(제1도에서 도시된 바와 같이)좌측이나 계단측벽의 우측에 대해서 예각θ는 양이다. 반면에 각도가 수직면에서 측벽의 우측이나 좌측에 근사하는 최소평방피트라인까지 시계방향으로 연재하면 디프레션 측벽의 우측이나 계단측벽의 좌측에 대해서 예각 θ는 양이다.

본 발명에 따라, 비평면 기판 표면은 피복되어지는 것이 바람직한 기판 표면의 부를 실제 완전하게 피복하는 기판 표면상에서 내식막을 초기에 형성함으로써 패턴된다. 여기서 사용된 바와 같이, 실제로 완전한 내식막 피복은 두가지 기준을 만족하는 것중 하나이다. 즉(1) 피복되어져야 하는 비평면기판 표면상의 어떠한 점에서의 피복두께는 (피복되는 것이 바람직한 표면의 부에 대해 평균화된) 평균 피복 두께와는 약50%이거나 더 작은 만큼 차이가 난다. (2) 피복의 평균두께는 피복되어져야할 비평면 기판 표면의 부에서 가장 깊은 디프레션의 깊이나 가장 높은 계단의 높이중 큰것보다 작은(피복되어져야할 기판 표면상의 어떠한 점에서 측정된 바와 같이, 내식막의 두께는 상기 점에서 내식막의 상단표면까지 연재하는 최단라인의 길이로써 한정된다.) 일반적으로 기준(2)로 부과된 두께의 한계는 아주 바람직한 결과를 가져온다.

그러나, 어떠한 특정 상황에서는, 평균 내식막의 두께는 이러한 한계보다는 적은 것이 이롭다. 예를 들어, 특정한 형상의 크기를 달성하기 위해서, 평균내식막의 두께는 바람직한 형상크기의 약3배보다 작아야된다고 공지되어 있다. 또한, 노출공정시, 내식막의 전체 두께가 노출되어지는 즉 충분한 노출에너지가 내식막의 하단까지 통과하여 용해도나 반응도의 변화를 검출할 수 있을 정도로 내식막은 충분히 얇은 것이 바람직하다. 제한된 강도를 지닌 어떠한 노출기구에서는, 내식막의 두께는 기준(2)로 부과된 두께 한계보다 작은 것이 유리하다.

증기(기체)상으로 내식막을 기판상에 용착시킴으로써 비평면 기판 표면 상에서 실제로 완전한 내식막 피복이 형성된다고 알려져 있다. 교체로, 내식막은 내식막 물질을 함유하는 덩어리나 소적을 포함하는 연무로 용착된다. 이들 덩어리나 소적의 최대 직경 또는 주축은 피복되어져야할 표면에서 어떠한 비평면 형상중 가장 낮은 깊이나 높이의 약 3/4보다 작거나 동일한데 즉, 어떠한 디프레션이나 계단은 약 5μm보다 크거나 동일한 깊이나 높이를 갖으며 측벽각 θ는 0°보다 크거나 동일하지만 +45°보다는 작거나 동일하다. 또한, 1) 증기의 원자나 분자의 이동이나 또는 연무의 덩어리나 소적의 이동은 충분히 랜덤하여 피복되어져야할 표면상의 어떠한 점에서 각 유동분포(단위 입체각 및 단위시간당 다수의 충돌미립자 예를 들어 원자, 분자, 덩어리 및 소적)는 피복되어져야할 표면상의 다른 어떤점에서의 것과 실제로 동일하다. 본 발명의 목적을 위해, 피복되어져야할 비평면 표면상의 어떠한 점에서(이점에서 표면을 둘러싸는 입체각에서 집적된 각 유동분포(IAFD)가 (피복되어져야할 비평면 표면의 부에서 평균화된)평균 IAFD와 약 50%보다 작거나 동일한 만큼 차이가 난다면 각 유동분포에서의 실질적인 일치를 달성할 수 있다. 한점에서의 IAFD가 이점에서 용착된 물질의 두께증가율과 상응하므로, 상기 상황은 피복되어져야할 비평면 표면상의 어떠한 점에서 (기판제어 샘플상에서 용착된 물질의 두께 증가율을 측정함으로써 쉽사리 측정된)용착물질의 두께 증가율 피복되어져야할 비평면 표면부를 횡단하는 두께의 평균 증가율과는 약 50%보다 작거나 동일한 만큼 차이가 나는 상황과 상응한다.

다양한 내식막 물질은 다양한 용착 기법을 사용하여 쉽사리 증가상 용착된다. 예를 들어, Ge-Se과 같은 칼코게나이드 유리기재는 종래의 e-빔 증착 또는 rf-스퍼터링기법을 사용하여 쉽사리 증기상 증착된다. 또한, 뉴져지, 팔리사데스 파크에 소재하는 헌트 케미칼 캄파니에 의해 상품명 HPR-204로 시판된 내식막과 같은 많은 내식막물질 특히 유기중합체 내식막은 연무로 쉽사리 용착된다. 이것은 예를 들어(이하 기술될 바와 같은)진동노즐, 예를 들어 초음파노즐을 통하여 내식막용약(유기중합체 내식막은 통상 용액형태로 상업 공급자로부터 구매됨)을 유출시킴으로써 달성된다.

완전일치를 달성하는데 필요한 (상술된)랜덤화 정도를 발생하는데 유용한 여러 기법들이 있다. 예를 들어, 증기의 경우에 있어서, 필요한 랜덤화 정도를 증기의 원자나 분자의 평균자유행로(충돌간에서 이동됨 평균거리)가 피복되어져야할 비평면 표면부의 지형에 관련된 특정값과 동일하거나 작다면, 자동적으로 달성된다고 알려져 있다. 특정값은 먼저 패턴되어질 비평면 표면의 부와 실제로 갈아지는 가장 두터운 허층을(이론적 또는 실험적으로)구성함으로써 쉽사리 정해진다. 이러한 허층은 예를 들어 패턴되어질 비평면 표면이 각점에 의해 중심되어지는 동일반경의 구면을 그림으로써 구성된다. 비평면 표면상에서 연재하는 구면의 부에 접하는 구면은 허층의 상부표면을 구성한다. (이러한 공정은 호이겐스(Huygens)소파에서 파면을 한정하는데 사용된 공정과 유사하다. 이점에 관해서는, 예를 들어 (1965년 옥스퍼드의 퍼거먼지)본 앤드 울프의 광학원리의 제3판을 참조바람)특정값은 허층의 가장얇은부의 두께이다.

공지된 바와 같이, 특정한 주위에서 원자나 분자의 평균자유행로 λ는 상기 원자나 분자의 충돌단면 σ, 주위압력

, 및 주위온도 T에 관련되어 관련식

여기서 K는 볼트만 상수이다. (상기 관련식에 주목하여, 예를 들어(1970년 뉴욕 소재지의 맥그로우-힐의)엘.에이.마이넬 및 알.글랭 편집자에 의한 박막기술에 대한 지침서 중1-21페이지를 참조바람)(도표화되지 않으면)원자나 분자의 충돌단면σ는 종래의 기법(이점에 관해서는 예를 들어(1962년 뉴욕에 소재하는 윌리 앤드 선즈)의 에스 더쉬맨에 의한 진공기술에 관한 과학적 기초 중 39페이지를 참조바람)을 사용하여 쉽사리 측정된다. 이와같이 σ를 알고 있으면, 완전일치를 달성하는데 필요한 바람직한 평균자유행로는 (상기관련식에 따라)적절한

및 T값을 사용하여 쉽사리 산출된다. 또한, 압력

및 온도 T의 함수로서 평균자유 행로는 여러가지의 원자나 분자에 대해서 도표화(예를 들어 스프라, 박막기술에 대한 지침서를 참조)되거나, (상술된 바와같이, 예를 들어(1976년 뉴욕소재의 윌리 인터사이언스)동적 광산란에서 버네 및 페코라에 의해 쉽사리 측정된다.)

예를 들어 rf-스퍼터링 방법에 의해 형성된 내식막 증기에서의 랜덤화 정도를 발생하거나 증각시키는 다른 기술에는 완전일치로 피복되어질 기판을 지지하는 스퍼터링 기계의 전극에 DC바이어스를 인가하는 것이 포함된다. 즉, (고채상태의)내식막 물질은 스퍼터링 기계의(통상 전력전극인) 제1전극상에 장착되고, 완전일치로 피복되어져야할 기판은(동상 접지전극인) 제2전극상에 장착되며, 불활성 기체 예를 들어 알곤 또는 크리프톤 또는 크세논은 전극을 수용하는 실내로 도입된다. 만일 rf-신호 예를 들어 13.56MHz 신호만이 (rf-스퍼터링 동안 통상의 공정에서와 같이) 제2전극이 접지되는 동안 제1전극에 인가되면, 기체 및 제1전극상에서 발생된 DC바이어스에서 플라즈마 방전이 개시된다. 이러한 DC바이어스의 영향하에서, 플라즈마의 이온은 고상 내식막 표적쪽으로 가속화되어 충돌충격에 의한 내식막 물질이 제거되어 바람직한 내식막 증기가 발생되어진다. 그러나(만일 내식막 증기에서의 평균자유 행로가 상술된 특정값보다 작거나 동일하지 않으면) 비평면 표면상에 완전한 내식막 피복을 하기 위해서는 내식막 증기의 원자나 분자의 이동시에 불충분한 랜덤화가 존재하는데, 예를 들어, 비평면 형상의 측벽상에 실제로 완전한 피복을 발생하기 위해서는 불충분한 랜덤화가 존재한다. 그러나, 본 발명의 랜덤화 기술에 따라 랜덤화는 (접지에 비례하고, 제1전극상의 것과는 다른) DC바이어스를 제2(기판-지지용)전극에 인가함으로써 쉽사리 증가된다. 이러한 DC바이어스는 예를 들어 rf-신호(이 신호의 주파수 및 피크진폭은 제1전극에 인가된 rf-신호의 것과는 다름)를 제2전극에 인가함으로써 발생된다. 제2(기판-지지용)전극상의 DC바이어스 영향하에서, 플라즈마내의 이온도 또한 제2전극쪽으로 가속화되어 기판표면에서 융착된 내식막 물질을 충격 및 제거시켜 예를 들어 비평면 형상의 측벽상에 내식막 물질을 재용착시킨다. 바람직한 랜덤화를 발생하는데 필요한 제2전극에서의 DC바이어스는 일반적으로 예를 들어 비평면 기판표면의 제어샘플에서의 점에서 두께증가율을 측정함으로써 실험적으로 정해진다.

램덤화는 또한 (종래 기술을 사용하여)증기나 연무에서 교란 또는 소용돌이 운동을 유발시키거나, 내식막이 융착되어지는 비평면기판 표면을 가열함으로써 증기나 연무에서 달성되거나 증가된다. 바람직한 랜덤화 정도를 달성하는데 필요한 교란, 소용돌이 또는 기판가열 정도는 쉽사리 실험을 통해 결정된다.

상술된 바와 같이, 일단 실제로 완전한 내식막 피복이 비평면 기판표면상에 형성되며, 기판은 종래기술을 사용하여 패턴된다. 즉, 내식막은 (종래 기술을 사용하여)노출 및 현상되고, 내식막에서 한정된 패턴은 아주 적은 라인폭제어 손실로 예를 들어 패턴화된 내식막을 통해 기판을 에칭 또는 금속화시킴으로써 하부기판내로 이동된다. 다음에는 종래의 처리단계를 사용하여 바람직한 장치의 제조를 완성시킨다.

본 발명을 좀더 완전히 이해하는데 교육학적인 도움을 주기위해, 은 혼합물 함유층 예를 들어 Ag₂Se층(무기체 내식막) 및 HPR-204(유기중합체 내식막)을 지지하는 Ge-Se 유리박막을 사용하여 비평면 기판표면을 석판화식으로 페터닝하는데 포함된 단계를 이하에서 기술하고자 합니다.

비평면 기판표면은 기판표면상에 예를 들어 e-빔 증착 또는 rf-스퍼터링을 사용하여 증기상으로 Ge-Se 유리층을 초기에 융착시킴으로써 Ge-Se/은 혼합물 내식막으로 석판화식으로 패턴된다. 만일 전자의 기법이 사용되면, 피복되어져야할 비평면 기판 이외에도 Ge-및-Se-함유 표적은 진공실내에 위치되며, Ge-및-Se-함유 표적은 진공실내에 위치되며, Ge-및-Se-함유 표적은 전자빔을 받게 되어 Se_n(n=1,2,....,8)원자 및 분자와 Ge-Se 분자가 증착되어진다. 기판은 표적에서 제거된 물질이 기판에 부딪히도록 표적에 상관하여 위치된다. 진공실내의 배압은 적합하게 약 1.33×10^-3Pa(10^-5토르)보다 작으며, 반면에 빔전력은 적합하게 적어도 100왓트이다. 이들 조건하에서, Se_n(n=1,2,....,8)원자 및 분자와 Ge-Se 분자의 평균자유행로는 약 1μm에서 약 20μm의 범위에 있다. 약 1.33×10^-3Pa(10^-5토르)보다 큰 압력은 바람직하지 않은데 이것은 생성된 융착박막이 종종 외부물질에 의해 오염되기 때문이며, 한편 약 100왓트보다 적은 빔전력은 생성된 융착물이 바람직하지 않게 낮기 때문에 바람직하지가 않다.

만일 rf-스퍼터링 기법이 Ge-Se 유리층을 증기상 융착시키는데 사용된다면, 피복되어져야할 비평면 기판은 예를 들어 평행판 플라즈마 스퍼터링 기계의 접지전극에 장착되고 Ge-및-Se-함유 표적은 기계의 전력전극상에 장착되며, 불활성 기체는 기계내로 도입되며, 플라즈마 글로우 방전은 rf-신호 예를 들어 13.56MHZ 신호를 전력전극에 인가함으로써 기체에서 일어난다. 유용한 불활성 기체는 예를 들어 알곤, 크리프톤, 및 크세논을 포함한다. 플라즈마 스퍼터링 기계내의 대기압력은 약 0.4Pa(3×10^-3토르)에서 약 26.7Pa(2×10^-1토르)의 범위이며 적합하게는 약 0.67Pa(5×10^-3토르)에서 약 6.7Pa(5×10^-2토르)의 범위이며, 반면에 전력 밀도는 약 0.3왓트/㎠에서 약 0.75왓트/㎠의 범위이다. 이들 압력 및 전력밀도 범위 이상에서는 Se_n(n=1,2,...,8)원자 및 분자와 Ge-Se분자의 평균자유행로는 λ는 약 1μm에서 약 20μm의 범위이다. 더욱이, 압력 및 전력밀도가 증가함에 따라, 평균자유행로는 감소한다. 약 0.4Pa(3×10^-3토르)보다 작은 압력은 플라즈마를 일으키기가 어렵기 때문에 바람직하지가 않으며, 반면에 약 26.7Pa(2×10^-1토르)보다 큰 압력은 바람직하지 않게 낮은 융착율을 발생시키기 때문에 바람직하지가 않다. 또한 약 0.3왓트/㎠보다 적은 전력밀도는 바람직하지 않게 너무 낮은 융착율을 발생하므로 바람직하지가 않다. 반면에 약 0.75왓트/㎠보다 큰 전력밀도는 기판이 과대한 열을 받아 손상되기 때문에 바람직하지가 않다.

비평면 기판상에 융착된(피복되어져야 할 가장 깊은 디프레션의 깊이나 가장 높은 계단의 높이보다 작은)Ge-Se 유리층의 (평균)두께는 적합하게 약 0.1μm에서 약 1μm의 범위이다. 약 0.1μm보다 작은 두께는 생성된 박막이 바람직하지 않은 많은 결함을 가지고 있기 때문에 바람직하지가 않으며, 약 1μm보다 큰 두께는 이렇게 두꺼운 박막은 바람직하지 않게 긴 현상 시간을 필요로하기 때문에 바람직하지가 않다.

Ge-Se 유리박막의 융착후에, 실제로 완전한 은 혼합물함유층이 유리박막의 상부표면상에 형성된다. 이러한 층을 형성하기 위한 한 공정은 적당한 감광 용액조내에 유리 피복된 기판을 침수시키는 것이다. 예를 들어 Ag₂Se층은 [Ag(CN)₂]-함유수용액 예를 들어 수성 KAg(CN)₂에 유리피복된 기판을 침수시킴으로써 유리박막상에 형성된다. 교체로, 감광요액조는 소수성 및 친수성 잔기를 포함하는 리간드(ligand)를 은착물을 함유한다. 이러한 리간드는 예를 들어 에틸레네다이아민이다. 상기 용액 및 이들의 적당한 동작에 관해서는 1982년 8월 10일자로 에이.힐러 씨 및 알.지.바딤스키씨에게 허여된 미국특허 제 4,343,887호와 1984년 11월 14일자로 공보된 1984년 5월 5일자 출원된 유럽특허원 제84105142.8호에 대응하는 1983년 5월 6일자로 씨.에이취.트지니스 및 알.지.바딤스키씨에 의해 출원된 계류중인 미국특허원 제492,434호에서 상세히 기술되어 있다. Ag₂Se층의 두께는 약 5nm에서 약 15nm의 범위이며 적합하게는 약 10nm이다. 약 5nm보다 작거나 약 15nm보다 큰 두께는 바람직하지가 않은데 이것은 (노출공정시)하부 Ge-Se 유리중 노출된 부의 용해도를 만족스럽지 않게 작게 변화시키기 때문이다.

Ge-Se 유리박막은 Ag₂Se층으로부터의 은이온을 Ge-Se 유기박막의 노출된 영역내로 이동시켜 이들영역의 용해도를 특정한 현상액까지 감소시키는 에너지 형태로 유리에서 선택된 부를 먼저 노출시킴으로써 패턴된다. 유용한 노출 에너지는 예를 들어 상술된 트지니스-바딤스키씨의 특허원에서 기재되어 있다. 다음에, Ge-Se 유리박막의 표면에 남아있는 Se 및 Ag₂Se는 예를 들어

를 형성하기 위해 Ag₂Se 및 Se를 용해 즉 산화시키는 KI-I₂용액내에 침수시킴으로써 제거된다. 패터닝은 Ge-Se 박막을 건조현상이나 습현상을 함으로써 달성된다. 건조현상은 예를 들어 CF₄의 대기에서 플라즈마 스트럭(struck)접촉통해 달성된다. 유용한 습현상액은 테드라메틸 암모늄 하이드로 옥사이드 및 소듐 설파이드와 같은 하이드로 옥사이드 염기를 포함한다. 최종으로, Ge-Se 내식막으로 한정된 패턴의 일련의 종래 단계에 의해 하부 비평면 기판내로 이동된다.

기판상에 Ge-Se 유리박막을 직접 융착시키는 것보다는, Ge-Se 박막의 이메징 및 마스킹 기능을 분리하여, Ge-Se 박막의 용착보다 먼저 패턴되어질 비평면 기판상에 마스킹층을 초기에 형성시킴으로써 마스킹 기능의 공정이 제거된다. 이러한 마스킹층은 예를 들어 에칭마스크, 금속화 마스크 또는 이온주입 마스크이다. 적합하게는, 마스킹층의 두께는 실제로 균일한데, 즉 어떠한 점에서의 두께라도 평균두께와는 약 50%보다 작거나 동일한 만큼 차이가 난다. 이러한 마스킹층은 예를 들어 종래의 화학적 증기용착기법을 사용하여 기판상에 용착되는 이산화 실리콘 또는 질화 실리콘층을 포함한다. 후속사용에 의해 결정되는 마스킹층의 (평균)두께는 통상적이다.

마스킹층의 형성후에, Ge-Se 박막은 상술된 바와 같이, 용착, 노출 및 현상된다. Ge-Se 박막에서 한정된 패턴은 다음에 예를 들어 (이산화 실리콘용) 버퍼된 HF나 (질화 실리콘용)인산과 같은 습부식제를 사용하여 하부마스킹층내로 이동 즉 에칭된다. 패턴된 Ge-Se 박막은 예를 들어 소듐 하이포클로라이트 및 소듐티오설파이트를 사용하여 제거되면, 마스킹층에서 한정된 패턴은 다음에 예를 들어 포타슘 하이드로옥사이드와 같은 습부식제를 사용하거나 예로 CFC1₃및 C1₂에서 대기에서 플라즈마 스트럭과 접촉함으로써 하부기판내로 실리콘 기판내로 에칭된다.

HPR-204내식막을 사용하는 비평면기판의 석판화 패터닝은 기판상에 내식막을 연무로 용착시킴으로써 달성된다. 이러한 연무는 예를 들어 뉴욕, 포우크캡시 소재의 소노-텍 코포레이션에 의해 시판되고 제2도에서 도시된 초음파 분무노즐과 같은 초음파 노즐을 통해 내식막 용액을 유출시킴으로써 형성된다. 동작시, (액체)내식막 용액은 액체유입 파이프(40)(제2도 참조)내로 도입되어 내식막 용액이 표면장력의 영향하에서 얇은 액체 박막을 형성하는 경우 중앙구멍(50)을 통해 초음파 분무노즐의 표면(60)으로 유출된다. AC전압을 압전성 결정(70)에 인가함으로써, 노즐은 (제2도에서, 도시된 바와 같이)수직으로 진동하여, 소적이 표면(60)에서 떨어지게 된다.

특정한 내식막용액 및 특정한 노즐-기판 분리시에 노즐에 의해 발생된 소적의 크기는 압전성결정(70)에 인가된 AC전압신호의 진폭 및 주파수이외에도, 노즐을 통해 용액의 흐름속도에 의해 우선적으로 결정된다. 다음으로 소적의 크기는 또한 피복되어져야 하는 비평면 기판으로의 소적의 이동시간에 의해 좌우된다(이동 시간이 증가하면 증가된 내식막 용제 증착이 생기거나 소적의 크기는 더욱 작아진다)(헌트 케이칼 캄파니로부터 구매되는)HPR-204내식막 용액에서, 10cc/min 의 흐름속도 및 인가된 78KHZ의 AC주파수에 대해서, 25V에서 27.6V로 AC신호의 진폭을 변화하면, 노즐의 단위에서 15cm(6인치) 떨어져 위치된 기판에서 약 44μm에서 약 60μm의 범위인 평균 소적 크기를 나타낸다.

초음파 노즐에 의해 발생된 (소적의 이동시에)랜덤화 정도는 다양화 비평면 기판을 실제로 완전하게 피복할 정도로 충분하다. 그러나, 랜덤화는 소적흐름시에 소용돌이 운동을 유발시킴으로써 증가된다. 예를 들어, 직경이15cm(6인치)이고, 노즐 바로 아래에 위치되며, 약 30ι/min의 흐름속도로 노즐아래에서 소적 함유대기내로 N₂기체를 (원주형 표면에 대해)접선 방향으로 주입하는 원형의 원주표면은 증가된 랜덤화를 산출한다. 예기치않게, 이것은 또한 평균 소적크기의 감소를 발생한다. 예를 들어, 상술된 흐름속도 및 주파수 조건에 대해서, 24V에서 26.5V로 AC전압 신호의 진폭을 변화시키면[노즐의 단에서 15cm(6인치) 떨어져 위치된 기판에서] 약 26μm에서 약 16μm범위의 평균소적 크기를 생성시킨다. 또한 26.5V로 AC 전압진폭을 변화시키면 약 16㎛에서 약 22μm의 범위인 평균 소적크기를 생성시킨다.

용착된 HPR-204 내식막의 두께는 적합하게 약 0.3μm에서 약 2μm의 범위를 갖는다. 약 0.3μm보다 작은 두께는 이러한 내식막이 바람직하지 않은 여러가지 결함을 예를 들어 핀구멍을 갖기 때문에 바람직하지 않으며, 한편 약 2μm보다 큰 두께는 이렇게 두꺼운 내식막은 바람직하지 않게 약한 형상분해를 갖기 때문에 바람직하지 않다.

일단 HPR-204층이 실제로 비평면 기판상에 완전하게 용착되어지면, 내식막은 종래기술을 사용하여 노출 및 현상되고 기판이 패턴된다.

[실시예 1]

다음은 Ge0.15 Se0.85의 실제로 완전한 층의 비평면 표면상에 e-빔 용착이외에도 비평면 표면을 형성하기 위해 7.6cm(3인치) 실리콘 웨이퍼의 (100)표면을 페터닝하는데 관한 기술이다.

Sio₂의 500nm의 두께층은 종래의 열적산화 기법을 사용하여 7.6cm(3인치)실리콘 웨이퍼의 (100)표면상에서 성장되었다. Sio₂층은 100μm×200μm의 직각형 Sio₂아일랜드를 형성하기 위해 버퍼된 HF에서 선택적으로 에칭되었다. 각 아일랜드 4개 측변은 각각 4개 〈100〉 방향중 서로다른 방향으로 정렬되었다. 에칭마스크로서 패턴된 Sio₂층을 사용하여, 하부 실리콘은 다음에 교차형 트렌치를 형성하기 위해 KOH 및 아이소프로필알콜 용액내에서 비등방성 즉 결정학적으로 에칭되었다. 트렌치의 깊이 및 폭은 각각 약 80μm와 약 100μm이었다. 또한, 각 트렌치 측벽은 실리콘 웨이퍼의 초기(100)표면에서 그려진 수직선으로 +35.26°의 예각으로 형성되었다. 트렌치의 에칭후에, Sio₂에칭마스크는 버퍼된 HF로 제거되었다.

패턴된 실리콘 웨이퍼는 종래의 e-빔융착기계의 플래니트상에 장착되었다. Ge-및-Se-함유(Ge0.15 Se0.85)표적은 또한 e-빔 기계내에 위치되었다. 기계내에서의 주위압력은 약 2.67×10^-4Pa(2×10^-6토르)이었다. 표적은 다음에 약 200왓트의 전력을 갖는 전자빔을 받게 되었다. 종래의 수정 결정 두께 모니터에서 정해진 바와 같이, 실리콘 웨이퍼에서 패턴된 표면상에 Ge0.15 Se0.85의 용착생성율은 약 매초당 1.2nm이었다. (또한 수정 결정 모니터에서 정해진 바와 같이)용착된 Ge0.15 Se0.85의 평균두께가 약 200nm가 될 때까지 용착은 계속되었다.

e-빔 기계내에서 Se_n(n=1,2,...,8)원자 및 분자와 Ge-Se분자의 평균자유행로는 약 10μm이하인 것으로 평가되었다. 이러한 평가는 Ge0.15 Se0.85표적이 e-빔에 의해 용융된 것을 표시함으로써 도달되었다.

Ge0.15 Se0.85의 용융온도는 약 520℃(이점에 관해서는, 예를 들어 에프.에이.션크씨에 의한 1969년 맥그로우-힐의 2원소 합금의 구성(제2부록)의 394페이지를 참조)이므로, 용착온도는 적어도 약 520℃이었다는 결론을 내릴수 있다. 이러한 온도에서, Se_n(n=1,2,...,8) 및 Ge-Se의 부분압력은 각각 200Pa(15토르) 및 60Pa(0.45토르)이다(이점에 관해서는, 예를 들어 1982년 온트렐의 무기체 내식막 시스템에 관한 전자화학 심포지움 회보 및 이 회보내의 인용을 참조바람). 이와 같이, 부분압력을 200Pa(15토르)로 추정하면, 스프라, 박막기술에 대한 지침서의 1-22페이지에서 Se_n(n=1,2,...,8) 및 Ge-Se의 유효 횡단면을 둘러싸는 0.2-0.5nm 범위의 유효 횡단면을 갖는 원자 및 분자에 대한 부분압력대 평균자유행로의 플로트는 평가된 평균자유행로에 도달하는데 사용되었다.

주사전자 현미경(SEM)사진은 Ge0.15 Se0.85로 피복된 실리콘 웨이퍼의 단면 슬라이스로 만들어졌다. 룰러(1cm=1μm)를 사용하여, 실리콘 웨이퍼의 전체 비평면 표면을 횡단하는 용착된 Ge0.15 Se0.85층의 평균두께는 두께 변화가 ±15%이하이거나 동일한 약 200nm로 측정되었다.

[실시예 2]

7.6cm(3인치)시리콘 웨이퍼의(100)표면은 실시예 1에서 기술된 바와 같이 비평면 표면을 형성하도록 패턴되었다. 500nm의 Sio₂의 두께층은 종래의 열적산화 기술을 사용하여 비평면표면상에서 성장되었다. (Sio₂층의 두께는 Sio₂로 피복된 웨이퍼의 단면 슬라이스의 SEM사진으로부터 결정되었다. Ge0.15 Se0.85의 층은 Sio₂층상에서 용착되어 또다시 ±15%를 갖는 200nm의 두께를 산출하였다).

[실시예 3]

2μm의 Sio₂두께층은 종래의 열적산화 기술을 사용하여 10cm(4인치)실리콘 웨이퍼의 (100)표면상에서 성장되었다. 버퍼된 HF는 다음에 Sio₂층의 두께를 통해 1cm×1cm의 정사각형 창배열을 에칭하는데 사용되었다. 각 창의 4개의 측변 각각은 4개 〈110〉방향중 서로다른 방향으로 정렬되었다. 에칭 마스크로서, 패턴된 Sio₂층을 사용하여, 하부 실리콘은 실리콘에서 우물배열을 형성하기 위해 KOH 및 아이소프로필 알콜용액에서 결정학적으로 에칭되었다. 초기 웨이퍼 표면에서, 우물은 1cm×1cm의 크기 외형으로 정사각형을 이루었다. 각 우물의 깊이는 약 200μm이었다. 각 우물의 각 측벽은 실리콘 웨이퍼의 초기(100)표면에서 그려진 수직선으로 ±35.26°의 예각으로 형성되었다. 우물의 에칭후에, Sio₂에칭마스크는 버퍼된 HF로 제거되었다.

500nm 두께의 Sio₂층은 종래의 열적 산화기술을 사용하여 실리콘 웨이퍼의 패턴은 표면상에서 성장되었다. 각각 50nm, 500nm 및 500nm의 두께를 갖는 TT, Pd, 및 Au의 연속층은 종래의 rf-용착기법을 사용하여 Sio₂층상에서 용착되었다.

Sio₂-및-금속으로 피복된 실리콘 웨이퍼는 rf-스퍼터 용착기계의 평행판의 접지 전극상에 위치되었다. Ge-및-Se-함유(Ge0.15 Se0.85)표적은 접지전극으로부터 5cm(2인치)간격을 두고 있는 기계의 전력전극상에 위치되었다. 이 기계는 진공이며 약 0.67Pa(5×10^-3토르)의 압력을 발생시키도록 기계내에 알곤이 유입되었다. 13.56MHZ AC 신호가 전력극상에 인가되어, 0.5왓트/㎠의 전력밀도를 나타내고 실리콘 웨이퍼상에 Ge0.15 Se0.85가 스퍼터용착되었다. 이들 조건하에서 실시예 1에서 구술된 공정을 사용하여, 스퍼터 용착 기계에서의 원자 및 분자의 평균자유행로는 10μm이하인 것으로 평가되었다. 상기 실험으로부터, 용착율이 매초당 0.7nm이었다는 것을 알 수 있었다. 200nm 두께의 Ge0.15 Se0.85의 층을 용착시키는데 충분한 시간으로 용착이 계속되었다.

SEM사진은 실리콘 웨이퍼의 단면슬라이스로 제조되었다. 룰러(1cm=1μm)를 사용하여 용착된 Ge0.15 Se0.85층의 평균두께 및 두께변화는 실시예 1 및 2에서와 동일한 것으로 측정되었다.

[실시예 4]

7.6cm(3인치)실리콘 웨이퍼의(100)표면은 실시예 1에서 기술된 바와 같이 비평면 표면을 형성하도록 패턴되었다. 패턴된 웨이퍼는 제2도에서 도시되어 있고 뉴욕, 포우그킵시 소재의 소노-텍 코포레이션에서 구매된 초음파 분무 노즐의 출력단으로부터 15cm(6인치)떨어져 위치되었다. 헌트 케이칼 캄파니로부터 구매된 HPR-204내식막 용액은 다음에 1분 동안 10cc/min으로 노즐을 통해 흐르는 반면에 78KHZ의 주파수 및 24V의 진폭을 갖는 AC신호는 노즐의 압전성 결정에 인가되었다. 웨이퍼 표면에서 생성된 평균 소적의 크기는 (상기 실험을 통해)약 44μm인 것으로 알려져 있다.

사진은 내식막으로 피복된 실리콘 웨이퍼의 단면 슬라이스로 제조되었다. 룰러(1cm=1μm)를 사용하여, 초기(100)실리콘 웨이퍼 표면의 교차 및 웨이퍼내에서 에칭된 트렌치의 측벽으로 한정된 코너에서, 용착된 HPR-204의 두께는 0.5μm로 측정되었다. 그밖에 어느 곳에서나의 두께는 0.7μm로 측정되었다.

Claims

기판표면상에 에너지 감광성 물질을 형성하고, 상기 에너지 감광성 물질중 선택된부를 에너지에 노출하고, 상기 에너지 감광성 물질을 현상액으로 처리하여, 장치 제조를 완성하는 단계를 구비하는 장치를 제조하는 석판화 방법에 있어서, 상기 기판표면은 비평면이며, 상기 형성단계는 상기 에너지 감광성 물질을 증기나 연무로 상기 표면상에 융착시키는 단계를 포함하며, 상기 에너지 감광성 물질은 실제로 상기 기판표면을 완전히 피복하는 것을 특징으로 하는 장치제조용 석판화 방법.
제1항에 있어서, 상기 증기나 연무의 구성성분의 이동은 충분히 랜덤하여 상기 비평면 기판표면상의 어떠한 점에서의 각 유동 분포가 상기 기판상의 다른 어떠한 점에서의 각 유동분포와 실제로 동일한 것을 특징으로 하는 장치제조용 석판화 방법.
제1항에 있어서, 상기 에너지 감광성 물질은 유기중합체인 것을 특징으로 하는 장치제조용 석판화 방법.
제1항에 있어서, 상기 에너지 감광성 물질은 칼코게나이드 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 제조용 석판화 방법.
제4항에 있어서, 상기 칼코게나이드 유리는 Ge-Se 유리인 것을 특징으로 하는 장치제조용 석판화 방법.
제1항에 있어서, 상기 에너지 감광성 물질 형성이전에 상기 비평면 기판표면상에 마스킹층을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치제조용 석판화 방법.
제1, 2, 3, 4, 5 또는 6항에 따른 공정으로 형성된 것을 특징으로 하는 석판화 방법을 이용한 장치.
기판표면상에 에너지 감광성 물질을 형성하고, 상기 에너지 감광성 물질 중 선택된 부를 에너지에 노출하고, 상기 에너지 감광성 물질을 현상액으로 처리하고, 장치제조를 완성하는 단계를 구비하는 공정으로 형성된 장치에 있어서, 상기 기판표면은 비평면이며, 상기 형성단계는 상기 에너지 감광성 물질을 증기나 연무로 상기 표면상에 용착시키는 단계를 포함하며, 상기 에너지 감광성 물질은 상기 기판표면을 실제로 완전하게 피복하는 것을 특징으로 하는 석판화 방법을 이용한 장치.