다중-레이어 레지스트 플라즈마 에치 방법 document_id A220623049675

오늘 날 집적 회로 칩의 성능은 그 집적 회로의 트랜지스터들과 결선들의 치수에 관련된다. 트랜지스터들 및 결선들의 치수가 지속적으로 축소됨에 따라, 포토리소그래피를 이용하여 더 작은 피쳐들을 패터닝하는 능력이 집적 회로 산업의 성공을 이끄는 주요한 요소가 되었다. 포토리소그래피 프로세스들은 리소그래피 이미징 툴들 및 포토레지스트 재료들의 이용을 포함한다. 리소그래피 이미징으로 달성가능한 최소 해상도는 노광 파장 및 분해능 또는 리소그래피 이미징 툴에 의해 이용되는 렌즈 시스템의 개구수 (numerical aperture) 에 대한 최소 해상도에 의해 지배된다. 더 큰 개구수에 대한 더 짧은 노광 파장은 종종 레지스트 필름에 더 작은 패턴들을 프린팅하기 위한 높은 해상도를 가져오기도 한다. 그러나, 파장의 감소 또는 개구수의 증가는 종종 초점 심도 (depth of focus; DOF) 의 감소를 가져와 포토레지스트 필름의 두께 감축을 요하게 된다. 해상도를 향상시키기 위해 단순히 레지스트 필름의 두께를 감소시키는 것은 일정 정도까지만 효율적이다. 레지스트 패턴을 레지스트 필름 하의 하나 이상의 레이어들로 전사하는 후속 에칭 프로세스들을 견딜 수 없을 정도로 레지스트가 얇게 되면 한계에 도달한다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해, 이중-레이어 레지스트가 개발되어 포토리소그래피 기술을 확장시켰다. 이중레이어 레지스트 필름은, 웨이퍼 또는 기판 위에 배치된 비교적 두꺼운 하부 레지스트 레이어 (마스킹 또는 편광 레이어라고 하기도 한다), 및 하부 레지스트 레이어의 상부 상에 배치된 비교적 얇은 상부 레지스트 레이어, 또는 이미징 레이어를 포함한다. 상부 레지스트 레이어는 노광에 의해 패터닝되고 후속하여 현상된다. 그 결과로서의 상부 레이어 패턴은 하부 레지스트 레이어의 에칭을 위한 마스크로서 이용된다. 이러한 방식으로, 높은 애스펙트비 (aspect ratio) 를 갖는 레지스트 패턴이 이중레이어 레지스트 필름에 형성될 수 있다. 이중레이어 레지스트가 하부 레지스트 레이어 에칭 프로세스를 겪을 때 상부 레지스트 레이어에 대한 충분한 에치 레지스턴스를 제공하기 위해, 상부 레지스트 레이어에 통상적으로 실리콘이 혼합된다. 하부 레지스트 레이어는 통상적으로 유기 폴리머들로 이루어지기 때문에, 보통 산소계 플라즈마가, 패터닝된 상부 레지스트 레이어를 마스크로 이용하여 하부 레지스트 레이어를 에치하는데 이용된다. 따라서, 하부 레지스트 레이어가 산소계 플라즈마에서 에칭되는 동안, 상부 레지스트 레이어의 실리콘 프리커서 (precursor) 가 산화되어 에칭 프로세스 동안 내화성 산화물을 형성한다. 이 내화성 산화물이 에치 배리어로서 작용하여 상부 레지스트 레이어의 에칭 레지스턴스를 강화시키게 된다. 하지만 이러한 방식으로 달성된 강화는 많은 적용예에서 불충분한 것으로 드러났다. 하부 레지스트 에칭 프로세스는 상부 레지스트 레이어와 하부 레지스트 레이어 사이의 양호한 에치 콘트래스트를 요할 뿐만 아니라, 양호한 CD (critical dimension) 제어를 달성하기 위해 이방성을 요한다. 하지만 순수 산소 플라즈마로는, 레지스트 레이어들의 온도가 에칭 프로세스 동안 약 -100℃ 이하로 유지될 때에만 이방성 에칭이 달성될 수 있다. 그렇지 않으면, CD 손실을 나타내는 측방 에칭 또는 언더컷팅이 통상적으로 관찰된다. 다중-레이어 레지스트는 2 레이어보다 많은 레이어를 포함하는 것에 이용가능하고, 전술한 문제점들의 일부가 만연한다.