KR20040106331A - 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트 - Google Patents

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Abstract

네거티브 전자빔 레지스트의 패턴을 생성하기 위한 공정이 제공된다. 이 공정은 기판의 표면상에 상기 네거티브 전자빔 레지스트를 형성하는 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층을 증착하는 단계; 전자빔을 생성하는 단계; 상기 패턴을 정의하기 위해 상기 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층 상에 상기 전자빔을 작동시키는 단계 - 상기 층은 그 다음에 상기 패턴을 정의하는 노광된 플루오르폴리머 영역 및 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 포함함 - ; 및 상기 기판의 표면상에 상기 패턴만이 남아있도록 상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 제거하는 단계를 포함한다. 대안적인 공정에 따르면, 이 공정은 기판의 표면상에 상기 네거티브 전자빔 레지스트층을 증착하는 단계; 전자빔을 생성하는 단계; 상기 패턴을 정의하기 위해 상기 네거티브 전자빔 레지스트층 상에 상기 전자빔을 작동시키는 단계 - 상기 층은 그 다음에 상기 패턴을 정의하는 노광된 레지스트 영역 및 노광되지 않은 레지스트 영역을 구비함 - ; 상기 노광되지 않은 레지스트 영역의 건식 식각 저항을 감소시키기 위해서 상기 패터닝된 층을 염기 용액으로 처리하는 단계; 및 상기 기판의 표면상에 상기 패턴만이 남아있도록 상기 노광되지 않은 레지스트 영역을 건식 식각하는 단계를 포함한다.

Description

플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트{PLASMA POLYMERIZED ELECTRON BEAM RESIST}
마이크로일렉트로닉스 어플리케이션을 위한 고감도(high-sensitivity) 전자빔 레지스트의 개발 및 그의 개선에 대하여 다양한 시도가 있어왔다. 고려해야 할 연구는 습식 화학법에 의한 전자빔 레지스트의 합성에 관한 것이었다. 레지스트 기반의 리소그래피 공정은 고해상도 리소그래피 기술에 매우 빈번하게 수반되고, 폴리(메틸 메타크릴(methyl methacrylate))(PMMA)는 전자빔 리소그래피 어플리케이션용 레지스트로서 가장 빈번하게 이용되는 폴리머 중 하나이다. 이러한 타입의 리소그래피 공정은 서브 100nm 디바이스의 제조를 매우 억제시킬 수 있는 많은 제한을 받는다. 이러한 제한은 스핀-코팅된(spin-coated) 레지스트의 비균일성에 의해 가해지는 해상도 제한을 포함한다. 레지스트는 전자빔 리소그래피에 의한 패터닝에 이용되는 영역 위에 균일한 두께를 가져야 한다. 특히, 반경방향의(radial) 두께변화량은 종종 회전(spinning)에 의한 레지스트의 어플리케이션과 연관된다.
전자빔에 대한 감도 및 해상도를 증가시키기 위해 개발된 다른 레지스트들 중에서, 화학적으로 증폭된 레지스트는 주된 타입들 중 하나이다. 화학적으로 증폭된 레지스트의 주요 단점은 공정 조건에 매우 민감하다는 점이다(D. Seeger, R. Viswanathan, C. Blair 및 J. Gelome, "Single Layer Chemically Amplified Resist Processes for Device Fabrication by X-ray Lithography", J. Vac. Sci. Techno. (1992년), B10, 2620-2627 페이지). 공기 중 아민(airborne amines), 진공 시스템에서의 시간 및 수화물화하기 위한 시간(time to hydrate)뿐만 아니라 매우 타이트한 베이크 주기 허용오차(bake cycle tolerance)와 같은 환경 요인은 레지스트 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 또한, 3-D(3-차원) 구조에서 멀티-레벨 프로세싱을 하기 위한 제어가능한 레지스트 두께 및 균일성은 종래의 습식 레지스트를 이용하는 경우 달성하기가 매우 어렵다.
습식 공정법에 의해 야기되는 다양한 단점으로 인해, 최근 몇 년 동안 건식 레지스트 공정법이 상당한 주목을 받아왔다. 건식 레지스트는 습식 공정 레지스트에 대한 바람직한 대안이다. 그 이유는 건식 레지스트는 대기 온도에서 처리될 수 있으며, 핀홀이 없는 막(pinhole free film), 우수한 접착력, 균일한 초박막 증착의 장점이 있기 때문이다. 많은 연구들은 기판에 전자빔 레지스트를 도포하기 위해 플라스마 증착법을 이용하는 것에 집중하였다(다음의 예를 참조하기 바람:Morita S., Tamano J., Hattori S. 등의 "Plasma Polymerized Methyl Methacrylate as an Electron-Beam Resist", J. Appl. Phys. 51 (7): 1980년 7월, 3938-3941 페이지;F. O. Fong, H. C. Kuo, J. C. Wolfe 및 J. N. Randall의 "Plasma Polymerized Styrene; A Negative Resist", J. Vac. Sci. Technol., B 6(1), 1988년 12월 31일, 357-378 페이지; Shinzo Morita, Tsuyoshi Naganawa, Jong-Teak Kim, D.C. Lee 및 Georgy K. Vinogradov의 "Functional Plasma Polymerized Thin Films Prepared by a New Type of Reactor", Proceeding of the 3rd International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, 1991년 7월, 일본 도쿄; 및 S. Gosavi, S. A. Gangal, B. A. Kuruvilla 등의 "Plasma-Polymerized Chlorinated α-Methylstyrene (PP-C-α-MS) - A Performance Negative Electron Resist", Jpn. J. Appl. Phys. 134(2A), 1995년 2월, 630-635 페이지). 다른 연구들은 기판에 전자빔 레지스트를 도포하기 위해 승화(sublimation) 또는 열 증발(thermal evaporation)을 이용하였다(다음의 예를 참조하기 바람:V. Foglietti, E. Cianci, G. Giannini의 "Progress Toward the Fabrication of Scanning Near Field Optical Probe: Pattern Definition by Electron Beam Lightography", Microelectronic Engineering 57-58, 2001년 9월, 807-811 페이지). 스티렌 및 그 파생물은 전자빔 레지스트로서 유망한 결과를 보여주었다(S. Imamura, T. Tamamura, K. Harada 및 S. Sugawara: J. Appl. Polm. Sci. 27 (1982) 937). 많은 연구들이 스티렌의 해상도에 있어 향상을 보였지만, 감도는 여전히 좋지 않았다(다음의 예를 참조하기 바람:F. O. Fong, H. C. Kuo, J. C. Wolfe 및 J. N. Randall의 "Plasma-Polymerized Styrene; A Negative Resist", J. Vac. Sci. Technol., B 6(1), 1988년 12월 31일, 357-378 페이지; Shinzo Morita, Tsuyoshi Naganawa,Jong-Teak Kim, D.C. Lee 및 Georgy K. Vinogradov의 "Functional Plasma Polymerized Thin Films Prepared by a New Type of Reactor", Proceeding of the 3rd International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, 1991년 7월, 일본 도쿄). 플라스마-폴리머화된 염소화 α-메틸스티렌(Plasma-Polymerized Chlorinated α-Methylstyrene: PP-C-α-MS)을 이용하는 고성능 네거티브 전자 레지스트가 보고되었다(S. Gosavi, S. A. Gangal, B. A. Kuruvilla 등, Jpn. J. Appl. Phys. 134(2A), 1995년 2월, 630-635 페이지). 이 연구에서는, 감도는 높지만, 해상도는 매우 좋지 않으며, 공정은 언더컷(undercut)을 일으키는 레지스트의 습식 현상을 필요로 한다.
플라스마 폴리머화된 플루오르 폴리머(plasma polymerized fluoropolymer)는 전자빔 레지스트 이외의 다양한 어플리케이션에 이용되어왔다. 예로서, 플라스마-강화 화학 기상 증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition: PCVD)에 의해 증착된 플루오르폴리머 박막은 층간절연막으로서 이용되어왔다(1986년 5월에Brownell에게 허여된 미국 특허 번호 제4,591,547). 다른 연구는 코팅용 플루오르화 탄소막을 증착하기 위해 CF4와 CH4의 혼합물을 이용하였다(A. Vanhulsel, E. Dekempeneer 및 J. Smeets의 "Plasma Polymerization of Fluorine Alloyed Amorphous Carbon Coatings", J. Vac. Sci. Technol. A 17 (4), 1999년 7월/8월, 2378-2383 페이지 참조).
플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머 박막을 생성하기 위해 다른 가스들이이용되어왔다. 일례로,R. d'Agostino, F. Cramarossa, V. Colaprico 및 R. d'Ettole에 의해 1983년 3월,American Institute of Physics in J. Appl. Phys. 54(3), 1284-1288 페이지를 통해 보고된 "Mechanisms of Etching and Polymerization in Radiofrequency Discharges of CF 4 -H 2 , CF 4 -C 2 F 4 , C 2 F 6 -H 2 , C 3 F 8 -H 2 "의 명칭의 논문이 있다. 이 논문은 CF4-H2, C2F6-H2, C3F8-H2및 CF4-C2F4혼합물에 의해 제공되는 RF 플라스마에서 그라운드(ground)로부터 떨어진 실리콘 기판 위에 플루오르화 탄소막을 증착하는 동안 얻어지는 어떤 결과들을 보고하고 있다. 다른 예로는,N. Amyot, J. E. Klemberg-Sapieha 및 M. R. Wertheimer에 의해 1992년 12월, IEEE Transactions on Electrical Insulation, Vol.27 No.6, 1101-1107 페이지를 통해 보고된 "Electrical and Structural Studies of Plasma-Polymerized Fluorocarbon Films"의 명칭의 논문이 있다. 이 연구에서는, 최고 8㎛까지의 두께를 갖는 플라스마-폴리머화된 플루오르화 탄소막이 물질의 전하 저장 특성을 조사하기 위해서 고주파 글로우 방전(glow discharge) 증착에 의해 형성되었다. 또 다른 예로는,Y. Matsumoto, M. Ishida에 의해 Sensors and Actuators A: Physical, Vol.83(1-3), 2000년 5월 22일, 179-185 페이지에 보고된 "The Properties of Plasma-Polymerized Fluorocarbon Film in Relation to CH 4 /C 4 F 8 Ratio and Substrate Temperature"의 명칭의 논문이 있다. 이 연구에서는, 플라스마 폴리머화된 플루오르화 탄소막이 분당 수 나노미터 정도의 낮은 증착 속도로 증착되었다.
본 발명은 네거티브 전자빔 레지스트층에 패턴을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
도1은 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트의 층(또는 막)이 증착된 기판의 단면 입면도.
도2는 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층의 전자빔에의 노광을 도시하는, 도1의 기판 및 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층의 단면 입면도.
도3은 전자빔에 의하여 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층에 형성된 패턴을 도시하는, 도1의 기판 및 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층의 단면 입면도.
도4는 전자빔에 노광되지 않은 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층의 영역이 식각되어 제거된, 도1의 기판 및 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층의 단면 입면도.
도5는 본 발명에 따른 패턴 생성 방법을 통해 생성된, 패터닝된 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층의 현미경 사진.
도6은 수산화나트륨/에탄올(NaOH/Ethanol) 포화 용액에 60℃로 20분 동안 담금(immersion) 전 및 후의 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트의 X-선 분석 그래프.
도7a는 본 발명에 따른 패턴 생성 방법을 이용하여 형성된 리소그래피의 3차원 투시도.
도7b는 도7a의 리소그래피의 단면 입면도.
본 발명에 따르면, 네거티브 전자빔 레지스트의 패턴을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 기판의 표면상에 상기 네거티브 전자빔 레지스트를 형성하는 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층을 증착하는 단계; 전자빔을 생성하는 단계; 상기 패턴을 정의하기 위해 상기 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층 상에 상기 전자빔을 작동시키는 단계 - 상기 층은 그 다음에 상기 패턴을 정의하는 노광된 플루오르폴리머 영역 및 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 포함함 - ; 및 상기 기판의 표면상에 상기 패턴만이 남아있도록 상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 네거티브 전자빔 레지스트층에 패턴을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 기판의 표면상에 상기 네거티브 전자빔 레지스트층을 증착하는 단계; 전자빔을 생성하는 단계; 상기 패턴을 정의하기 위해 상기 네거티브 전자빔 레지스트층 상에 상기 전자빔을 작동시키는 단계 - 상기 층은 그 다음에 상기 패턴을 정의하는 노광된 레지스트 영역 및 노광되지 않은 레지스트 영역을 구비함 - ; 상기 노광되지 않은 레지스트 영역의 건식 식각 저항을 감소시키기 위해서 상기 패터닝된 층을 염기 용액으로 처리하는 단계; 및 상기 기판의 표면상에 상기 패턴만이 남아있도록 상기 노광되지 않은 레지스트 영역을 건식 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술한 및 다른 목적, 장점 및 특징은 첨부 도면을 참조로 한 다음의 상세한 설명을 통해서 명백해질 것이다. 그러나, 상기 도면들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라 단지 예시의 목적으로 제시된 것임을 이해해야 한다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예는 전자빔에 대해 높은 민감도를 갖는 플라스마 폴리머화된 고해상도 네거티브 전자빔 레지스트의 패턴을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
많은 다른 어플리케이션들 중에서, 이 방법은 예를 들면, 마이크로 회로 및 마스크의 제조에 이용될 수 있다.
도1
방법은 먼저 기판(14)의 표면(12)상에 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층(10)을 증착한다. 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층(10)은 박막 형태로 증착될 수 있다.
도2
플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층(10)은 전자빔에 노광된다. 보다 구체적으로, 전자빔(16)이 생성되어 패턴(20)을 정의하기 위해(또는 새기기 위해) 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층(10) 상에서 작동된다.
전자빔(16)에 노광시킨 다음, 상기 층(10)은 패턴(20)을 정의하는 노광된 레지스트 영역 및 도면부호 22(도2 및 도3)와 같은 노광되지 않은 레지스트 영역을 포함한다.
도3
비-한정적인 실시예에 따르면, 방법은 노광되지 않은 레지스트 영역(22)의 건식 식각 저항을 감소시키기 위해서 패터닝된 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층(10)의 표면(24)을 염기 용액(26)으로 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
도4
기판(14)의 표면(12)상에 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트의 패턴(20)만이 남아있도록 하기 위해서 노광되지 않은 레지스트 영역(22)을 제거한다.
플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트는 예를 들면, 전자빔 스핀-코팅된(spin-coated) 레지스트에 대한 대안으로서 탁월한 선택이다. 이 레지스트는 다른 것들 중에서도, 다음의 장점들을 갖는다.
- 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트는 편리한 플라스마 폴리머화 방법에 의해 마련될 수 있다.
- 다수의 어플리케이션에 적절하도록 레지스트 두께의 정밀한 제어가 가능하고 표면에 핀홀(pinhole)이 없는 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트막이 생성될 수 있다.
- 먼저 레지스트를 회전시키고(spinning), 그 다음에 레지스트를 하드 및 소프트 베이크(hard and soft baking)하는 요건이 없어진다.
이러한 요인들은 초박막의, 핀홀이 없는 레지스트를 이용하는 공정의 기술 증대 및 상업화에 중요하다.
상기의 설명을 참조하여, 본 발명을 한정함이 없이, 본 발명에 포함될 수 있는 예시적인 실시예의 특징에 대하여 하기에 설명하기로 한다.
도1
층(10)은 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층일 수 있다. 이러한 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 플루오르폴리머 레지스트는 고해상도 레지스트를 구성하며, 전자빔에 대해 높은 민감도를 갖는다. 또한, 플라스마 폴리머화 증착 공정은 기판(14)의 표면(12)상에 연속적인 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층(10)을 형성하고; 레지스트 두께의 정밀한 제어가 가능하고 표면에 핀홀이 없는 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머 레지스트막이 생성될 수 있다.
플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머 레지스트층(10)은 CF4, C4F8, C2F6, C3F8, CHF3, C2F4, C3F6, 플루오르-함유 플라스마 가스 및 이들 가스와 H2또는 Ar과 같은 다른 가스의 임의의 혼합 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가스로부터증착될 수 있다. 혼합 가스는 CH4, CH6, C2H8, C2H4, C2H2및 C3H8로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 탄화수소 가스 또는 임의의 다른 적절한 탄화수소 가스를 더 포함할 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 플루오르폴리머 레지스트는 1990년 8월 7일에 Gardella, Jr. 등에게 허여된 미국 특허 번호 제4,946,903호 및 1993년 11월 30일에 발행된 미국 특허 번호 제5,266,309호(Gardella, Jr. 등)에 기재되어 있는 바와 같이 수정된 플라스마일 수 있다.
바람직한 두께를 갖는 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트층(10)을 얻기 위한 플라스마 폴리머화 조건의 제어는 이 기술분야의 당업자의 능력 내에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 필요한 것은, 레지스트의 선택된 영역에 패터닝될 수 있는 충분한 두께의 층 또는 막이다. 통상적으로, 레지스트층(10)은 적어도 5nm의 두께를 가지며, 이 두께는 의도하는 어플리케이션에 따라 달라질 것이다. 예를 들면, 네거티브 전자빔 레지스트는 적어도 5nm의 두께를 갖는 접착성이 있고, 균일하고, 핀홀이 없는 막일 수 있다.
대체로, 레지스트의 특성에 악영향을 미치지 않는 임의의 물질이 기판(14)으로서 이용될 수 있다. 기판(14)은 임의의 모양, 임의의 크기 및 임의의 사전제조된 양각(prefabricated relief)을 제공할 수 있다.
예를 들면, 기판(14)은 유리, 세라믹, 플라스틱, 니켈과 같은 금속, 갈륨 비소(gallium arsenide), 갈륨 안티몬(gallium antimonide), 실리콘, 질화규소(silicon nitride) 및 산화규소(silicon oxide)와 같은 반도체 및 마스크 블랭크(blank)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질로 만들어진다. 예로는, 유리, 석영, 실리카(silica), 실리콘, 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride), 알루미나(alumina), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 크롬(chromium), 티타늄 나이트라이드(titanium nitride) 및 다이아몬드와 같은 무기성 기판과 폴리머, 플라스틱 및 왁스와 같은 유기성 기판이 있다.
도2
실시예에 따르면, 빔(16)은 잠재성(latent) 패턴을 형성하기 위한 저에너지 전자빔(16)이다. 패터닝 동작은 또한 해상도 요건을 만족해야 한다. 또한, 레지스트의 패터닝이 하부 기판(14)의 특성에 악영향을 미쳐서는 안된다. 마지막으로, 패터닝 동작은 단순하고, 재생가능하고, 비용 효율적이고, 전자빔 리소그래피에 이용되는 기존의 제조 설비와 호환가능하다. 이것은 상기의 요건을 만족하는 전자빔 패터닝 동작을 설계하기 위해 이 기술분야의 당업자의 능력 내에 있는 것으로 생각된다.
도3
노광되지 않은 레지스트 영역(22)을 제거하기 전에 패터닝된 층(10)의 표면(24)을 염기 용액으로 처리하면, 노광되지 않은 레지스트 영역(22)의 건식 식각 저항이 감소된다. 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머 노광되지 않은 레지스트 영역(22)을 건식 식각하는 경우, 이용되는 염기 용액은 이들 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역(22)을 탈플루오르화하는 용액이다.
도4
비-한정적인 실시예로서, 노광되지 않은 레지스트 영역(22)은 습식 및/또는 건식 식각 기술에 의해 제거된다. 이에 따라, 패턴(20)에 대응하는 노광된 레지스트 영역은 기판(14)의 표면(12)상에 패턴(20)을 노출시키도록 습식 및 건식 식각에 대해 저항성을 가져야 한다.
습식 식각 공정은 염기 용액의 이용을 포함할 수 있다.
건식 식각 공정은 산소 또는 산소-함유 가스 플라스마 식각, 또는 반응성 이온 식각의 이용을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 건식 식각 공정은 CF4및 O2를 이용하는 플라스마 식각을 포함한다.
노광되지 않은 레지스트 영역(22)의 건식 식각은 상기에 언급한 바와 같이 노광되지 않은 영역(22)에서 레지스트의 건식 식각 저항을 감소시키기 위해 패터닝된 층(10)의 표면(24)을 염기 용액으로 처리하는 것에 의하여 보다 용이하게 이루어진다.
비-한정적인 실시예에 따르면, 본 발명은 CH4및 CF4로 이루어진 가스의 혼합물로부터 니켈 표면상에 약 200nm 두께의 레지스트막을 증착하는 방법을 제공한다. 증착된 레지스트막을 전자빔에 노광시킨 후, 패터닝된 레지스트는 수산화나트륨/에탄올 포화 용액에 60℃로 20분 동안 현상(develop)되고, 그 다음에 CF4및 O2가스의 혼합물을 이용하여 플라스마 식각 기술에 의해 건식 식각된다.
이제, 다음의 비-한정적인 예들에 의해 본 발명에 대해 더 설명하기로 한다.
예1
전자빔 패턴정의툴(electron-beam writing tool)을 이용하는 고도의 마스크-형성(mask-making)용 레지스트는 지난 30년 동안 상당한 변화를 겪었다. 이 예에서, 본 발명에 따른 방법은 X-선 마스크의 생성에 적용될 것이다. Si3N4막이 실리콘 기판상에 증착된다. 이 예에서, 층 사이에 식각 정지 크롬(Cr)을 증착한 후에 탄탈 흡수층(tantalum absorbent layer)이 증착된다. 그 다음, 웨이퍼는 양극 결합(anodic bonding)에 의해 지지 유리 고리(support glass ring)에 결합된다. 결합후, RF 스퍼터링(sputtering)에 의해 350nm 두께의 β-탄탈층이 증착되고, 스퍼터링에 의해 X-선 흡수 β-탄탈층 위에 20nm 두께의 얇은 니켈층이 증착된다. 니켈은 탄탈에 대한 하드 식각 마스크로서 이용된다. 그 다음, 전자빔 리소그래피를 위해, 니켈층 위에 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트층이 증착된다. 그 다음, 전자빔 패턴정의 시스템(electron beam writing system)을 이용하여 레지스트 상에 패턴을 노광한다. 전자빔 전류는 26pA이고, 에너지는 3KeV이다. 노광 선량(exposure dose)은 17μC/㎠ 이다. 도5는 패터닝된 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트층의 현미경 사진의 예이다.
노광후, 레지스트의 노광되지 않은 영역을 탈플루오르화하기 위해 수산화나트륨/에탄올 포화 용액에 60℃로 20분 동안 샘플을 담근다. 도6은 수산화나트륨/에탄올 포화 용액에 60℃로 20분 동안 담금 전 및 후의 플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트의 X-선 분석 그래프이다.
그 다음, 레지스트의 노광되지 않은 영역을 완전히 제거하기 위해 CF4:O2(1:1) 가스 혼합물이 플라스마 식각기(plasma etcher)에서 200W로 4분 동안 이용된다. 노광된 영역은 CF4:O2플라스마에 대해 저항성을 갖는다. 일단 레지스트 패턴이 형성되면, HNO3:CH3CHOHCH3:H2O(1:4:400) 용액을 이용하여 패터닝되지 않은 니켈을 습식 식각한다. RIE(Reactive Ionic Etching: 반응성 이온 식각)에서 SF6:CH4혼합물을 이용하여 탄탈 흡수층에 패턴을 전사(transfer)한다.
예2
플라스마 폴리머화된 네거티브 전자빔 레지스트는 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이 다층 구조의 형성에 이용될 수 있다. 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트는 높은 양각(relief)을 갖는 표면의 3-차원 구조에 적용될 수 있다. 수백 마이크로미터의 높이 차이를 갖는 3-차원 구조에서의 리소그래피 공정은 레벨 평탄화(level planarization) 및 무결함 레지스트(defect free resist)와 같은 여러 가지 제약을 받는다. 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트는 평탄화 처리를 없앨 수 있고 무결함 레지스트를 야기시킨다. 3-차원 리소그래피는 실리콘 웨이퍼(72)에 박막(71)을 증착하고, KOH를 이용하여 실리콘을 식각함으로써 실리콘 웨이퍼의 배면에윈도우(window)(73)를 개방(open)시키고, 3-차원 구조에 대한 기저부로서 박막(71)을 남겨둠으로써 수행될 수 있다.
박막(71)은 Si3N4, SiC 또는 다이아몬드일 수 있다. 웨이퍼에 Cu 또는 Al과 같은 도전성 금속층(74)이 증착된 다음, 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트(75)가 증착될 수 있다. 주사식 전자 현미경(scanning electron microscope)을 이용하여 레지스트(75)에 패턴을 정의할 수 있다. 그 다음, 이 패턴은 벌크 실리콘(bulk silicon), 박막 및 경사면에 2 단계 구조 사이의 금속 접속을 형성하기 위해 금속층(74)까지 식각함으로써 전사된다. 이 패턴은 벌크 실리콘상의 다른 구조에 의해 박막(71) 상의 제조된 디바이스와 센서 사이에 접속을 형성할 수 있다. 마이크로시스템 엔지니어링 어플리케이션에서 이용하기 위한 건식 막 레지스트를 갖는 혁신적인 기술이 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트를 이용하여 달성될 수 있다.
예3
플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트는 유리 섬유의 상부에 팁(tip)을 제조하는데 이용될 수 있다. 유리 섬유 팁에 얇은 크롬층이 증착된 다음, 플라스마 폴리머화된 전자빔 레지스트가 증착될 수 있다. 건식 레지스트를 이용하면, 기판 크기 또는 모양의 어떠한 제약도 없이 매우 작은 영역 위에 균일한 층의 증착이 가능하다. 이러한 작업은, 광섬유의 말단의 특정 경우에 이용하는 것이 매우 어려운 회전(spinning) 기술을 필요로 하는 습식 레지스트의 이용으로 달성하기가 매우 어렵다. 레지스트층에 패턴을 정의하기 위해 전자빔 패턴정의툴(electron beam writer)이 이용될 수 있다. 패턴은 습식 및/또는 건식 식각에 의해 하부의 금속막에 전사될 수 있다. 크롬막은 섬유의 식각을 수행하기 위해 이용될 수 있는 마스크로서 작용한다. 최종적인 섬유 팁의 모양은 의도하는 어플리케이션에 따라 매우 달라질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 네거티브 전자빔 레지스트의 패턴을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 기판의 표면상에 상기 네거티브 전자빔 레지스트를 형성하는 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층을 증착하는 단계;
    (b) 전자빔을 생성하는 단계;
    (c) 상기 패턴을 정의하기 위해 상기 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층 상에 상기 전자빔을 작동시키는 단계 - 상기 층은 그 다음에 상기 패턴을 정의하는 노광된 플루오르폴리머 영역 및 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 포함함 - ; 및
    (d) 상기 기판의 표면상에 상기 패턴만이 남아있도록 상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 제거하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (d) 단계 이전에, 상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 탈플루오르화(defluorinate)하기 위해서 상기 패터닝된 층을 염기 용액으로 처리하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 제거하는 단계는 상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 영역을 건식 식각하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 (d) 단계 이전에, 상기 노광되지 않은 레지스트 영역의 건식 식각 저항을 감소시키기 위해서 상기 패터닝된 층을 염기 용액으로 처리하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층은 핀홀(pinhole)이 없는 레지스트 박막을 구성하는
    방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 핀홀이 없는 레지스트 박막은 적어도 5nm의 두께를 갖는 접착성이 있는 균일한 막을 포함하는
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층은 적어도 5nm의 두께를 갖는
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 레지스트 영역을 제거하는 단계는 습식 식각, 건식 식각 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기술을 이용하는 것을 포함하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 건식 식각은 상기 노광되지 않은 플루오르폴리머 레지스트 영역을 식각하기 위해 CF4및 O2가스를 이용한 플라스마 식각을 포함하는
    방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (a) 단계는 CF4, C4F8, C2F6, C3F8, CHF3, C2F4, C3F6, 플루오르-함유 플라스마 가스 및 전술한 가스와 다른 가스의 임의의 혼합 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가스로부터 상기 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머층을 증착하는 단계를 포함하는
    방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다른 가스는 H2및 Ar로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 혼합 가스는 탄화수소 가스를 더 포함하는
    방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄화수소 가스는 CH4, C2H8, C2H4, C2H2및 C3H8로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 무기성 기판 및 유기성 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무기성 기판은 유리, 금속, 세라믹, 크롬, 티타늄 나이트라이드(titanium nitride), 다이아몬드, 반도체들 및 마스크 블랭크(blank)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 금속은 니켈을 포함하는
    방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 반도체는 갈륨 비소(gallium arsenide), 갈륨 안티몬(gallium antimonide), 석영, 실리카(silica), 실리콘, 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride) 및 산화규소(silicon oxide)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 유기성 기판은 폴리머, 플라스틱 및 왁스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    방법.
  18. 네거티브 전자빔 레지스트층에 패턴을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 기판의 표면상에 상기 네거티브 전자빔 레지스트층을 증착하는 단계;
    (b) 전자빔을 생성하는 단계;
    (c) 상기 패턴을 정의하기 위해 상기 네거티브 전자빔 레지스트층 상에 상기 전자빔을 작동시키는 단계 - 상기 층은 그 다음에 상기 패턴을 정의하는 노광된 레지스트 영역 및 노광되지 않은 레지스트 영역을 구비함 - ;
    (d) 상기 노광되지 않은 레지스트 영역의 건식 식각 저항을 감소시키기 위해서 상기 패터닝된 층을 염기 용액으로 처리하는 단계; 및
    (e) 상기 기판의 표면상에 상기 패턴만이 남아있도록 상기 노광되지 않은 레지스트 영역을 건식 식각하는 단계
    를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 네거티브 전자빔 레지스트는 플라스마 폴리머화된 플루오르폴리머 레지스트인
    방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 염기 용액은 상기 노광되지 않은 레지스트 영역을 탈플루오르화하는 조성물(composition)을 갖는
    방법.
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