JP7222618B2 - ペリクル組成物、それによって形成されたペリクル、その製造方法、ペリクルを含んだレチクル、及びレチクルを含むリソグラフィ用露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ペリクル組成物、それによって形成されたペリクル、その製造方法、前記ペリクルを含んだレチクル、及び前記レチクルを含むリソグラフィ用露光装置に関する。
フォトマスク用ペリクルは、光学的リソグラフィ(optical lithography)工程において、ほこり、レジストのような外部汚染物質からフォトマスクを保護するために、フォトマスク上に、フィルム状に設けられる。かようなフォトマスク用ペリクルは、リソグラフィ工程に使用される光に対して、高い透過度を有さなければならず、優れた放熱特性、強度、耐久性及び安定性が要求される。
半導体素子/電子回路の線幅低減トレンドにより、それを具現するために、リソグラフィ工程に使用される光の波長が短くなり、該リソグラフィ工程に使用される光源により、それに適するペリクル材料を求める必要性が高まっている。
本発明が解決しようとする課題は、ペリクル組成物を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、前述のペリクル組成物から形成されたペリクル、及びその製造方法を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、前述のペリクルを含むレチクルを提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、前述のレチクルを含むリソグラフィ用露光装置を提供することである。
一態様により、グラフェン量子ドット化合物(graphene quantum dot compound)及び溶媒を含むペリクル組成物であり、前記グラフェン量子ドット化合物は、50nm以下のサイズを有するグラフェン量子ドット(graphene quantum dots)と、グラフェン量子ドット前駆体とのうち選択された1以上のペリクル組成物が提供される。
他の態様により、フォトマスクを保護するためのペリクルであり、前述のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層(pellicle membrane)を含むペリクルが提供される。
さらに他の態様により、基板上に、前述のペリクル組成物を提供した後、それを熱処理し、基板上にペリクル層を製造する段階と、前記基板で前記ペリクル層を支持する中心領域をエッチングする段階と、を含み、ペリクル層を含んだペリクルを製造するペリクルの製造方法が提供される。
さらに他の態様により、フォトマスクと、前述のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層を含むペリクルと、を含むレチクルが提供される。
さらに他の態様により、光を発生する光源と、前記光源から発せられた光の進路に設けられるレチクルと、を含み、前記レチクルは、所定基板に転写しようとするパターンを有するフォトマスクと、前記フォトマスクを保護するためのものであり、前述のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層を含むペリクルと、を含むリソグラフィ用露光装置が提供される。
本発明によるペリクル組成物を利用すれば、極紫外線光源に対する透過度特性及び極限強度が改善され、フリースタンディング形態を維持することができるペリクル層、それを具備したレチクル、及び露光装置を得ることができる。
一実施態様によるペリクルの構造を概略的に示した断面図である。 一実施態様によるペリクルの構造を概略的に示した断面図である。 一実施態様によるペリクルの構造を概略的に示した断面図である。 一実施態様によるペリクルの構造を概略的に示した断面図である。 一実施態様によるペリクルの製造方法について、段階的に説明するための図面である。 一実施態様によるペリクルの製造方法について、段階的に説明するための図面である。 製作例1によって製造されたペリクルの製造過程について説明するための図面である。 製作例1によって製造されたペリクルの製造過程について説明するための図面である。 製作例1によって製造されたペリクルの製造過程について説明するための図面である。 一実施態様によるレチクルの構造を概略的に示した断面図である。 他の一実施態様によるレチクルを含んだリソグラフィ用露光装置を概略的に示した図面である。 製作例1によって製造されたペリクル層に対する透過電子顕微鏡(TEM:transmission electron microscope)断面分析写真である。 図8Aの楕円領域を拡大して示した透過電子顕微鏡(TEM)写真である。 グラフェン量子ドットの低倍率透過電子顕微鏡(TEM)写真である。 図8Cの高配率透過電子顕微鏡(TEM)写真である。 図8Cの高配率透過電子顕微鏡(TEM)写真である。 グラフェン量子ドットのサイズ分布を示す図面である。 製作例1によって製造されたペリクル層に対する透過電子顕微鏡(TEM)断面分析写真である。 製作例5によって製造されたペリクル層において、位置別に膜均一度分析結果を示した図面である。 製作例1のペリクル層製作時に使用されたグラフェン量子ドットに対するX線回折(XRD)分析結果を示した図面である。
以下、一実施態様によるフォトマスク用ペリクル組成物、それによって形成されたフォトマスク用ペリクル、その製造方法、前記ペリクルを含むレチクル、及び前記レチクルを含むリソグラフィ用露光装置について、さらに詳細に説明する。
グラフェン量子ドット化合物及び溶媒を含むペリクル組成物であり、前記グラフェン量子ドット化合物が50nm以下のサイズを有するグラフェン量子ドット(GQD:graphene quantum dots)と、グラフェン量子ドット前駆体のうちから選択された1以上のペリクル組成物が提供される。
前記グラフェン量子ドットは、少なくとも1つの欠陥(defect)を有することができる。
本明細書において、「GQDが欠陥を有する場合」は、共有結合性官能基を導入し、他の分子をGQD表面に固着させ、sp炭素において、sp炭素の構造的欠陥が形成される場合、水素化反応のような還元反応で、GQDの表面にsp炭素(C)-H官能基が誘導される場合、該水素化反応において、ラマン分析1,350cm-1位置に存在するDピークに係わる炭素空格子サイト(carbon vacancy)のような構造的欠陥などをいずれも含むものと解釈される。
前記少なくとも1つの欠陥を有しているグラフェン量子ドットは、sp炭素及び炭素空格子サイトのうちから選択された1以上を有することができる。
前記グラフェン量子ドットは、末端に、ヒドロキシ基、カルボニル基、カルボン酸基、エポキシ基、アミン基及びイミド基からなる群から選択された1以上の官能基を有するか、あるいは酸素、窒素のうちから選択された1以上のヘテロ原子を含む官能基を有することができる。該グラフェン量子ドットに、前述の官能基が導入されれば、sp炭素以外に、sp炭素がさらに含まれる。従って、かようなグラフェン量子ドットは、少なくとも1つの欠陥を有することができる。
グラフェン量子ドットの結晶性は、該グラフェン量子ドットの物性を規定する代表的な変数である。グラフェン量子ドットの構造的欠陥の分析は、非常に重要である。共有結合性官能基を導入し、他の分子をグラフェン量子ドットの表面に固着させれば、グラフェン結晶に、spCにおいて、spCの構造的欠陥が作られる。
グラフェン量子ドットにおいて、用語「グラフェン」は、複数個の炭素原子が互いに共有結合で連結され、一平面上に配列される多環式芳香族分子を形成する炭素ナノ構造体が、単一原子層のシート構造を形成したり、小フィルム切片であるプレート状の炭素ナノ構造体が複数個相互連結されたりし、一平面上に配列されたネックワーク構造を形成したものであり、それらの組み合わせも可能である。前記共有結合で連結された炭素原子は、基本反復単位として、6員環を形成するが、5員環及び/または7員環をさらに含むことも可能である。前記グラフェンは、シート構造及び/またはネックワーク構造がいくつか互いに積層された複層によってもなる。
該グラフェン量子ドットは、300層以下、例えば、100層以下、具体的には、1層ないし20層である。そして、グラフェン量子ドットの厚みは、100nm以下、例えば、約10nm以下であり、例えば、0.01ないし10nm、例えば、0.34ないし10nmである。該グラフェン量子ドットは、二次元シート形態を有し、サイズ/厚み比が3ないし30、例えば、5ないし25である。
該グラフェン量子ドットは、粒子形状またはシート形状を有することができる。該グラフェン量子ドットが球形である場合には、サイズは平均粒径を示し、グラフェン量子ドットが非球形である場合には、長軸長を意味する。
該グラフェン量子ドットがシート形態を有する場合、サイズ(長軸長)は、50nm以下、30nm以下、例えば、0.1ないし30nm、例えば、0.1ないし10nm、例えば、5ないし10nmであり、短軸長は、0.5ないし5nmである。該グラフェン量子ドットは、単純分散粒子サイズ分布特性を有することができる。
該グラフェン量子ドットのサイズ、層数及び厚みが前記範囲であるとき、ペリクル組成物の安定性にすぐれる。そして、該グラフェン量子ドットは、例えば、100ないし60,000個の共役原子(conjugated atoms)、例えば、100ないし600個の共役原子を含んでもよい。一実施態様によるグラフェン量子ドットは、CuKαを利用したX線回折実験を行い、X線分析を実施した結果、(002)結晶面ピークを有する二次元層状構造にも構成される。前記(002)結晶面ピークは、20ないし27゜範囲で示される。グラフェン量子ドットは、(002)結晶面ピークが20ないし27゜で示され、層間間隔(d-spacing)が0.3ないし0.5nm、例えば、0.372nm(3.72Å)であり、酸素含有グループによって、層間間隔がグラファイトに比べて拡大される。
該グラフェン量子ドットは、例えば、カルボン酸基官能化されたグラフェン量子ドット、またはヒドロキシ基官能化されたグラフェン量子ドットを有することができる。
カルボン酸基官能化されたグラフェン量子ドットは、bareグラフェン量子ドット、またはヒドロキシ基官能化されたグラフェン量子ドット(OH-functionalized GQD)に、クロロ酢酸を付加して得ることができる。ヒドロキシ基官能化されたGQDは、GQDにヒドロキシ基を導入する一般的な方法によって得ることができる。例えば、GQDを所定サイズに粉砕した後、そこに塩基及び酸化剤を付加して粉砕する過程を経れば、得ることができる。該塩基の例としては、水酸化ナトリウムを有することができ、酸化剤の例としては、過酸化水素を有することができる。
該グラフェン量子ドットは、エッジサイト(edge site)に存在するエッジ炭素(edge C)と、センターサイト(center site)に存在するセンター炭素(center C)と、を含む。該エッジ炭素は、sp結合構造を有し、該センター炭素は、sp結合構造を有する。該エッジ炭素には、酸素、窒素などの官能基が結合され、センター炭素に比べ、エッチング液などに対する反応性が大きい。
一実施態様によるグラフェン量子ドットにおいて、エッジ炭素の含量は、20原子%以下、例えば、1.2ないし19.1原子%である。
該グラフェン量子ドットにおいて、エッジ炭素及びセンター炭素の含量は、該グラフェン量子ドットにおいて、炭素・炭素結合長を利用して計算可能である。
一実施態様によるグラフェン量子ドットにおいて、i)酸素の含量は、0.1ないし50原子%であり、炭素の含量は、30ないし99原子%であり、水素の含量は、0.1ないし40原子%であるか、あるいはii)酸素の含量は、0.1ないし50原子%であり、炭素の含量は、30ないし99原子%であり、窒素の含量が0.5ないし40原子%であり、水素の含量は、0.1ないし40原子%である。
該グラフェン量子ドットにおいて、水素の含量は、例えば、3.2ないし22.8原子%であり、窒素の含量は、例えば、1.04ないし5原子%である。
該グラフェン量子ドットの酸素、窒素及び水素の含量は、ラザフォード後光分光分析法によって知ることができる。該グラフェン量子ドットは、前述の酸素含量を有しており、親水性を有し、他層に対する結合力が向上し、溶媒に対する分散性が向上し、ペリクル組成物製造が容易である。そして、酸素原子を含む機能基の高い結合解離エネルギー(bond dissociation energy)により、エッチングガスに対する耐エッチング性を向上させることができる。そして、前述の炭素及び酸素の混合比により、グラフェン量子ドットを構成する炭素・炭素結合エネルギーが大きく、結合切断(breakage)が困難になる。従って、かようなグラフェン量子ドットを含んだペリクル組成物を利用すれば、極限強度特性が改善されたペリクル層を得ることができる。そして、隣接階とペリクル層との結着力にすぐれる。そして、かようなペリクル層は極限強度に優れてフリースタンディング膜(free-standing film)状に製造可能である。
前記グラフェン量子ドットとグラフェン量子ドット前駆体とのうちから選択された1以上の含量は、組成物総重量を基準にして、0.1ないし40重量%、例えば、1ないし10重量%である。グラフェン量子ドットとグラフェン量子ドット前駆体とのうちから選択された1以上の含量が前述の範囲であるとき、極紫外線に対する光透過度及び極限強度特性にすぐれるペリクルを得ることができる。
該グラフェン量子ドットに対してラマン分析を実施すれば、ラマン分析スペクトルにおいて、約1,340-1,350cm-1、約1,580cm-1、約2,700cm-1で、ピークを示す。該ピークは、グラフェン量子ドットの厚み、結晶性及び電荷ドーピング状態に係わる情報を与える。約1,580cm-1で示されるピークは、「Gモード」というピークであり、それは、炭素・炭素結合のストレッチングに該当する振動モードに起因し、「Gモード」のエネルギーは、グラフェン量子ドットにドーピングされた余剰電荷の密度によって決定される。そして、約2,700cm-1で示されるピークは、「2Dモード」というピークであり、グラフェン量子ドットの厚みを評価するときに有用である。前記1,340-1,350cm-1で示されるピークは、「Dモード」というピークであり、sp結晶構造に欠陥があるときに示されるピークであり、試料のエッジ近辺や試料に欠陥が多い場合に主に観察される。そして、Gピーク強度に対するDピーク強度の比(D/G強度比)は、グラフェン量子ドットの結晶の無秩序度に係わる情報を与える。
前記グラフェン量子ドットのラマン分光分析によって求められるGモードピークに対するDモードピークの強度比(I/I)は、0.5以上、例えば、0.872ないし0.946である。そして、Gモードピークに対する2Dモードピークの強度比(I2D/I)が0.01以上、例えば、0.05以上、例えば、0.1以上であり、例えば、0.05ないし2.5である。前述のGモードピークに対するDモードピークの強度比、及びGモードピークに対する2Dモードピークの強度比が前記範囲であるとき、グラフェン量子ドットの結晶性が高く、欠陥が小さく、結合エネルギーが高くなり、それによって形成されたペリクル層の耐久性などの特性にすぐれる。
前記グラフェン量子ドットのX線回折分析によって求められる(002)結晶面ピークが20ないし27゜で示され、層間間隔(d-spacing)が0.3ないし0.5nm、例えば、0.372nm(3.72Å)であり、酸素含有基により、層間間隔がグラフェンに比べて増大する。かような層間間隔を有するグラフェン量子ドットを利用するとき、極限強度にすぐれるペリクル層を得ることができる。
ペリクル組成物中に含有されたグラフェン量子ドットは、sp炭素の含量がsp炭素の含量に比べて多く、多数の酸素を含んでいる。sp炭素結合は、芳香族構造体に含有され、sp炭素結合の結合エネルギーが、sp炭素結合の場合に比べて大きい。sp構造は、ダイヤモンドのような炭素の正四面体の三次元的結合構造であり、sp構造は、黒鉛の二次元的結合構造であり、炭素対水素比(C/H ratio)が増大し、乾式エッチングに対する耐性を確保することができる。
本明細書において、「グラフェン量子ドットの前駆体」は、グラフェン量子ドットを製造するために使用される出発物質を意味し、その例として1,3,6-トリニトロピレンなどを挙げることができる。
本明細書において、グラフェン量子ドット化合物は、グラフェン量子ドットと、グラフェン量子ドット前駆体とのうちから選択された1以上である。
一実施態様によるペリクル組成物の溶媒としては、例えば、水、メタノール、イソプロパノール、エタノール、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、アニリン、プロピレングリコール、プロピレングリコールジアセテート、3-メトキシ-1,2-プロパンジオール、ジエチレングリコール、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン、ニトロメタン、テトラヒドロフラン、ニトロベンゼン、亜硝酸ブチル(butyl nitrite)、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トルエン、キシレン、ヘキサン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、ヒドロキシメチルセルロース、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)及びヘプタンのうちから選択された1以上を有することができる。
該ペリクル組成物は、i)二次元炭素ナノ構造体、ゼロ次元炭素ナノ構造体、その前駆体のうちから選択された1以上の第1物質、ii)芳香族環含有モノマー、芳香族環含有モノマーを含む反復単位を含む高分子のうちから選択された1以上の第2物質、iii)六方晶系窒化ホウ素誘導体、金属カルコゲナイド系物質、及びその前駆体からなる群から選択された1以上の第3物質、iv)シリコン誘導体及び金属酸化物のうちから選択された1以上の第4物質、またはその組み合わせ物をさらに含んでもよい。
該二次元炭素ナノ構造体は、グラフェン、還元グラフェンオキシド、その誘導体、及びそのヘテロ原子誘導体のうちから選択された1以上であり、該ゼロ次元炭素ナノ構造体は、フラーレン、ホウ素バッキーボール(boron buckyball)、カルボラン(carborane)、及びその誘導体のうちから選択された1以上である。
該ペリクル組成物が、前記第1物質、第2物質、第3物質、第4物質、またはその混合物をさらに含む場合、該グラフェン量子ドットと、追加成分である第1物質、第2物質、第3物質、第4物質、またはその組み合わせ物との混合重量比は、1:1ないし1:20、例えば、1:1ないし1:10、例えば、1:2ないし1:8、例えば、1:3ないし1:5である。
ペリクルにおいてグラフェン量子ドットの存在は、透過電子顕微鏡を介して、緻密な状態を知ることができる。
一実施態様によるペリクル組成物を利用すれば、大面積のペリクルを低価で製造することができる。該ペリクルは、ペリクル組成物のコーティング及び熱処理を介して得られ、前記熱処理温度は、200ないし2,000℃、例えば、800ないし1,500℃である。
該熱処理時間は、熱処理温度によって可変的であるが、例えば、熱処理が400ないし1,000℃の範囲で実施されるとき、該熱処理時間は、例えば、1分ないし1時間の範囲で実施することができる。
一実施態様によるペリクル組成物は、数十mmないし数百mmほどの横長、及び数十mmないし数百mmほどの縦長を有することができる。該ペリクル組成物の厚みは、約150nm以下または約100nm以下でもある。該ペリクル組成物の厚みは、100nm以下、例えば、5ないし100nm、例えば、10nmないし100nm、例えば、5ないし50nmである。
前述の結果物の背面エッチングを実施する。該背面エッチングを実施すれば、転写法によって実施する場合と比較し、ペリクル層は優れた膜均一度を備えて形成される。そして、転写法を利用する場合には、ペリクル層にしわができたり、破損されたりするというような問題点が未然に防止される。
他の態様により、フォトマスクを保護するためのフォトマスク用ペリクルであり、前述のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層(pellicle membrane)を含むフォトマスク用ペリクルが提供される。
前記ペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物が、グラフェン量子ドット及びその反応生成物のうちから選択された1以上を含んでもよい。
一実施態様によるペリクル内に含有されたペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物において、sp炭素及びsp炭素の含量混合比について説明すれば、spの炭素の含量は、例えば、98ないし99重量%であり、sp炭素の含量は、例えば、1ないし2重量%でもある。
本明細書において、「グラフェン量子ドットの反応生成物」は、ペリクルを製造するために、グラフェン量子ドット含有ペリクル組成物を熱処理して得た結果物を示す。かようなグラフェン量子ドット含有ペリクル組成物を熱処理して得た結果物は、出発物質であるグラフェン量子ドットと比較し、酸素含量が相対的に減り、炭素含量が相対的に多くなる。該グラフェン量子ドットの反応生成物の酸素含量は、出発物質であるグラフェン量子ドットの酸素含量を基準にして、5%以下、例えば、約3.7%減少し、該グラフェン量子ドットの反応生成物の炭素含量は、出発物質であるグラフェン量子ドットの炭素含量を基準にして、15%以上、例えば、約25%増加する。
前記グラフェン量子ドット及びその反応生成物のうちから選択された1以上において、酸素、水素、炭素及び窒素の含量は、ペリクル形成用組成物内に含有されたグラフェン量子ドットの酸素、水素、酸素及び窒素の含量と同一であってもよく、異なっていてもよい。
前記グラフェン量子ドット及びその反応生成物のうちから選択された1以上において、酸素、水素、炭素及び窒素の含量が、ペリクル形成用組成物中に含有されたグラフェン量子ドットの酸素、水素、酸素及び窒素の含量と比較して異なる場合、i)酸素の含量は、0.1ないし40原子%であり、炭素の含量は、59ないし99原子%、例えば、70ないし99原子%であり、水素の含量は、0.1ないし10原子%であるか、あるいはii)酸素の含量は、0.1ないし40原子%であり、炭素の含量は、59ないし99原子%、例えば、70ないし99原子%であり、窒素の含量が0.5ないし40原子%であり、水素の含量は、0.1ないし40原子%である。
ペリクル内に含有されたグラフェン量子ドット及びその反応生成物のうちから選択された1以上において、水素の含量は、例えば、3.2ないし5原子%であり、窒素の含量は、例えば、1.04ないし5原子%である。
前記ペリクルは、極紫外線に対する透過度が70%以上であり、透過度に対する均一度が5%以下、例えば、3%以下、例えば、1%以下である。
前記ペリクル層の密度は1.3ないし2.5g/cm、例えば、1.5ないし2.3g/cm、例えば、1.8ないし2.2g/cmであり、極限強度(ultimate strength)は、200MPa以上、例えば、300MPa以上、例えば、300ないし2,000MPaである。該極限強度は、ペリクル層が支持することができる最大荷重(最大応力)を示す。かような極限強度は、引っ張り強度(tensile strength)という。該ペリクル層は、前述の密度及び極限強度を有するために、亀裂や損傷がなく、耐久性に非常にすぐれる。前記フォトマスクのエッジ部分に設けられ、前記ペリクル層を支持するペリクルフレーム(pellicle frame)をさらに含んでもよい。
前記ペリクル層の少なくとも一面上部に、パッシベーション層と保護層とのうちから選択された1以上が配置される。
前記ペリクル層と前記ペリクルフレームとの間に具備された接着層をさらに含んでもよい。
前記ペリクルは、極紫外線(EUV)リソグラフィ用ペリクルである。
さらに他の態様により、基板上に、前述のペリクル組成物を提供した後、それを熱処理し、該基板上にペリクル層を製造する段階と、前記基板で前記ペリクル層を支持する中心領域をエッチングする段階と、を含み、該ペリクル層を含んだペリクルを製造するフォトマスク用ペリクルの製造方法が提供される。
前記基板上に、前記ペリクル組成物を提供する段階は、スピンコーティング(spin coating)、スクリーンプリンティング(screen printing)、ドクターブレード(doctor-blade)、スプレーコーティング(spray coating)、電気噴霧(electrospray)、ディップコーティング(dip coating)及びバーコーティング(bar coating)の工程のうちいずれか一つを利用して遂行することができる。
前記熱処理が200ないし2,000℃、例えば、500ないし1,000℃、例えば、800ないし1,000℃の範囲で実施される。かような熱処理を実施した後で得られたペリクル組成物の熱処理生成物において、酸素含量が低減し、炭素含量が増加し、密度が上昇する。熱処理を実施した後、ペリクルの酸素含量は、熱処理する以前対比で、約5%以下、例えば、約3.7%減少し、炭素含量は、熱処理する以前対比で、約15%以上、例えば、約25%増加する。
図1ないし図4は、一実施態様によるフォトマスク用ペリクルの構造を示した断面図である。
図1は、ペリクル層11の両端領域に、ペリクル層11を支持するペリクルフレームの役割を行う基板14が結合され、フォトマスク用ペリクル10を構成する。ペリクル層11の両表面上部には、図1に図示されているように、第1パッシベーション層12、第2パッシベーション層13が配置され、図2及び図3に図示されているように、ペリクル層11の一面にも、パッシベーション層12及び第2パッシベーション層13がそれぞれ配置される。
図1ないし図3に図示されていないが、該ペリクル層の少なくとも一面には、前述のパッシベーション層以外に、保護層がさらに配置されてもよい。
該保護層は、Ru、Mo、Si、Zr、B、C、SiN、TiN、ハフニウムオキシドのうちから選択された1以上を含んでもよい。該保護層は、EUV設備内に存在する水素とペリクル層との反応による損傷を抑制する。
かような保護層をさらに含めば、ペリクルの機械的及び化学的な特性が改善され、耐久性が向上する。
図4に図示されているように、ペリクル10は、ペリクル層11と基板14との間にバリア層15をさらに含んでもよい。バリア層15は、ペリクル層11と基板14とを堅固に接合することができる接着層でもある。バリア層14は、例えば、シリコン酸化物(SiO)、シリコン窒化物(Si)、チタン窒化物(TiN)及びタンタル窒化物(TaN)のうち少なくとも一つを含んでもよい。
図4のペリクルにおいては、ペリクル層11の上部に、図1ないし図3に示された第1パッシベーション層12、第2パッシベーション層13及び/または保護層がさらに積層されてもよい。
図5A及び図5Bは、一実施態様による、ペリクルの製造方法を段階的に示したものである。
図5Aを参照し、基板54上部にバリア層55を形成する。
基板54は、Si、ガラス、石英、アルミナなどの物質からも形成される。次に、前記バリア層55上部に、一実施態様によるペリクル組成物を供給し、それを熱処理し、ペリクル層51を形成して構造体を形成する。
ペリクル層51が積層された構造体の背面エッチングを実施し、ペリクル層51の中央領域を支持するバリア層55と、基板54とをエッチングする。エッチング時、機械的エッチング、乾式エッチング及び湿式エッチングのうちいずれか1つの方法を利用することができる。かようなエッチング過程を介して、基板54、バリア層55は、ペリクル層51の両端部分を支持することができる。すなわち、基板54、バリア層55は、ペリクル層51を支持するフレーム56としての役割を行う。
背面エッチングは、当該技術分野で一般的に使用するエッチング方法を利用して実施することができる。例えば、反応性イオンエッチング(RIE:reactive ion etching)とXeFとを利用した方法、HFガスを利用したエッチング方法などを挙げることができる。かようなエッチング方法を利用すれば、該ペリクル層の損傷なしに、基板及びバリア層を、所望パターンに容易にエッチングすることができる。
一実施態様による背面エッチングは、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)とXeFとを利用した第1エッチング段階と、HFガスを利用した第2エッチング段階と、を含む工程によって実施することができる。かような2段階によってエッチングを実施すれば、該ペリクル層がエッチング時にほとんど損傷されることなしに、均一な薄膜状態を維持することができる。
図面に示されていないが、ペリクル層の少なくとも一面には、保護層をさらに形成することができる。該保護層は、極紫外線領域の光を利用し、露光過程においてペリクル層の耐久性をさらに強化させ、熱蓄積によって生じるペリクル層の変形を最小化させることができる。そして、該保護膜は、該ペリクル層が一定時間以上、極紫外線領域の光に露出されるか、あるいは表面クリーニング工程などによっても損傷されないように、該ペリクル層にすぐれた物理化学的耐久性を付与することができる。
図6は、一実施態様による、フォトマスク用ペリクルを含むレチクルを示す断面図である。それを参照すれば、レチクル64は、フォトマスク65、及びそれを保護するためのペリクル60を含んでもよい。フォトマスク65は、マスク基板62、及びマスク基板62上に具備されたマスクパターン63を含んでもよい。マスクパターン63の形態、サイズ、間隔などは、例示的なものに過ぎず、多様に変化してもよい。
ペリクル60は、マスクパターン63と離隔して具備されたペリクル層61を含んでもよい。便宜上、メンブレン層61を単純に図示したが、メンブレン層61は、図1ないし図4を参照して説明したようなペリクル層の構成、またはそこから変形された構成を有することができる。
ペリクル60は、マスクパターン63のエッジ部分に設けられ、ペリクル層61を支持するペリクルフレーム66をさらに含んでもよい。フレーム66により、フォトマスク65とペリクル層61とが所定間隔dほど離隔される。言い換えれば、ペリクルフレーム66により、フォトマスク65のマスクパターン63とペリクル層61とが所定間隔dほど離隔される。ここで、間隔dは、約15mm以下でもある。例えば、間隔dは、約1~10mmほどでもある。図示されていない、ペリクル層61とフレーム66との間に、接着層がさらに具備されてもよい。また、フレーム66とフォトマスク65との間にも、接着層がさらに具備されてもよい。
ペリクル60は、フォトマスク65を、外部汚染物質(例えば、ほこり、レジストなど)から保護する役割を行うことができる。かようなペリクルを使用すれば、ペリクル60がない場合、異物がフォトマスク65に付着し、リソグラフィ工程に生じる問題点を未然に防止することができる。
図7は、一実施態様による、ペリクルを含むレチクルを適用したリソグラフィ用露光装置(exposure apparatus for lithography)を概略的に図示したものである。
図7を参照すれば、該露光装置は、フォトリソグラフィ工程に使用されるものであり、所定波長の光を利用し、基板77上に形成されたレジスト層78をパターニングすることができる。かような露光装置は、所定波長の光を放出する光源79、光源79から放出された光を利用し、レジスト層78に露光作業を遂行するフォトマスク75、及びフォトマスクを保護するためのペリクル74を含む。
光源79は、レジスト層78に微細パターンを形成するための短波長領域の光を放出することができる。具体的には、光源79は、極紫外線(EUV)領域の光を放出することができる。極紫外線(EUV)は、13.5nm以下の波長、例えば、約13.3~13.5nmほどの波長を有することができる。
光源79から放出された極紫外線(EUV)領域の光は、一実施態様によるレチクル74に入射される。ここで、レチクルとは、フォトマスク75とペリクル70とが結合された構造物を意味する。一方、図面には、図示されていないが、光源79とレチクルとの光路上には、例えば、光源79から放出された極紫外線(EUV)領域の光をレチクルに均一に入射させるためにコリメーティングレンズ(collimating lens)のような光学系がさらに設けられてもよい。
フォトマスク75は、光源79から放出された極紫外線(EUV)領域の光を利用し、基板77上に形成されたレジスト層78に露光作業を遂行することができる。フォトマスク75は、マスク基板72、及びマスク基板72の一面に所定形態に設けられたマスクパターン73を含んでもよい。また、ペリクル74は、マスクパターン73を覆うように、マスク基板72の下部に設けられてもよい。
フォトマスク75は、反射型フォトマスクを含んでもよい。その場合、光源79から放出された極紫外線(EUV)領域の光は、ペリクル74を透過し、フォトマスク75に入射し、フォトマスク75で反射された極紫外線(EUV)領域の光は、ペリクル74を透過し、基板77上のレジスト層78に入射される。ここで、マスク基板72は、極紫外線(EUV)領域の光を反射させる反射層を含んでもよく、マスクパターン73は、極紫外線(EUV)領域の光を吸収する吸収パターンを含んでもよい。一方、図面には、図示されていないが、レチクルとレジスト層78との光路上には、例えば、レチクルから出る極紫外線(EUV)領域の光を集束する集束レンズ(focusing lens)のような光学系がさらに設けられてもよい。
ペリクル74は、フォトマスク75の下部に設けられ、フォトマスク75に、ほこりやレジストのような外部の汚染源が吸着することを防止するものであり、フォトマスク75を保護する役割を行う。そのために、ペリクル74は、フォトマスク75と所定間隔離隔されて設けられるペリクル層71を含んでもよい。ペリクル層71は、フォトマスク75と、ほぼ数mmほど離隔されて設けられてもよい。例えば、ペリクル層71とフォトマスク75との間隔は、およそ1mm~10mmほどにもなる。
ペリクル層71とフォトマスク75との間には、ペリクルフレーム76が設けられてもよい。ここで、前述のような構造の露光装置において、光源79から放出された極紫外線(EUV)領域の光は、ペリクル層71を透過してフォトマスク75に入射され、フォトマスク75で反射された極紫外線(EUV)領域の光は、ペリクル層71を透過し、基板77上に形成されたレジスト層78に入射されることにより、露光工程が遂行される。
一方、図7に図示された露光装置においては、フォトマスク75として、反射型フォトマスクが使用された場合が例示的に図示されている。しかし、それに限定されるものではなく、フォトマスク75は、透過型フォトマスクにもなる。その場合、マスク基板72は、入射される光を透過させる透過層を含んでもよく、マスクパターン73は、入射される光を吸収する吸収パターンを含んでもよい。
レチクル74で反射された光が基板77に入射される。基板77は、パターニングしようとする領域(層)を含んでもよい。例えば、基板77は、所定のレジスト層(図示せず)を含むウェーハでもある。レチクル74で反射された光が、基板77のレジスト層(図示せず)にフォーカシングされる。結果として、マスクパターン73のパターンが基板77に転写される。
光源79とレチクル74との間、及びレチクル74と基板77との間のうち少なくとも一つに、少なくとも1つの光学部材(optical member)が具備されてもよい。例えば、光源79とレチクル74との間に、第1光学系(optical system)(図示せず)が具備され、レチクル74と基板77との間に第2光学系(図示せず)が具備されてもよい。第1光学系は、「照明光学系」と言うことができる。例えば、第1光学系は、少なくとも1つのコリメーティングレンズ及び/またはアラインメント光学系(alignment optical system)などを含んでもよい。光源79も、前記照明光学系に含まれていると見ることができる。第2光学系は、「投影光学系」と言うことができる。例えば、第2光学系は、少なくとも1つの反射部材、及び/または少なくとも1つのレンズなどを含んでもよい。第1光学系及び第2光学系の構成は、多様に変化される。必要により、レチクル74を水平方向に移動させ、かつ/または基板77を水平方向に移動させながら、リソグラフィ工程(露光工程)を遂行することができる。
一実施態様によるペリクル組成物には、前述のように、第1物質、第2物質が付加されてもよいが、それらについて、さらに詳細に説明すれば、次の通りである。
第1物質は、第2物質と結合されていない状態でもあり、あるいは第1物質は、化学結合により、第2物質に結合されてもいる。そのように、化学結合で連結された第1物質と第2物質は、複合体構造を有する。前述の官能基を有する第1物質及び第2物質は、化学反応を介して、第1物質と第2物質とが化学結合を介して連結されてもよい。
前記化学結合は、例えば、共有結合でもある。ここで、該共有結合は、エステル基(-C(=O)O-)、エーテル基(-O-)、チオエーテル基(-S-)、カルボニル基(-C)=O)-)及びアミド基(-C(=O)NH-)のうち少なくとも一つを含む。
前記第1物質及び第2物質は、ヒドロキシ基、カルボン酸基、アミノ基、-Si(R)(R)(R)(R、R及びRは、互いに独立して、水素、ヒドロキシ基、C-C30アルキル基、C-C30アルコキシ基、C-C30アリール基、C-C30アリールオキシ基、またはハロゲン原子)、チオール基(-SH)、-Cl、-C(=O)Cl、-SCH、ハロゲン原子、イソシアネート基、グリシジルオキシ基、アルデヒド基、エポキシ基、イミノ基、ウレタン基、エステル基、アミド基、イミド基、アクリル基、メタクリル基、-(CHCOOH(n=1ないし10の整数)、-CONH、感光性官能基を有するC-C30飽和有機基、及び感光性官能基を有するC-C30不飽和有機基からなる群から選択された1以上を含んでもよい。
前記芳香族環含有モノマーは、例えば、下記化学式1で表示されるモノマーでもある。
Figure 0007222618000001
前記化学式1で、Rは、一置換された(mono-substituted)または多置換された(multi-substituted)置換基であり、水素、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、イソシアネート基、グリシジルオキシ基、カルボン酸基、アルデヒド基、アミノ基、シロキサン基、エポキシ基、イミノ基、ウレタン基、エステル基、エポキシ基、アミド基、イミド基、アクリル基、メタクリル基、置換もしくは非置換のC-C30飽和有機基、及び置換もしくは非置換のC-C30不飽和有機基からなる群から選択された1以上である。
Rは、前述の基以外にも、一般的な感光性官能基でもある。
前記C-C30飽和有機基及びC-C30不飽和有機基は、感光性官能基を有することができる。ここで、該感光性官能基は、例えば、エポキシ基、アミド基、イミド基、ウレタン基、アルデヒド基などを挙げることができる。
前記C-C30飽和有機基及びC-C30不飽和有機基の例としては、置換もしくは非置換のC-C30アルキル基、置換もしくは非置換のC-C30アルコキシ基、置換もしくは非置換のC-C30アルケニル基、置換もしくは非置換のC-C30アルキニル基、置換もしくは非置換のC-C30アリール基、置換もしくは非置換のC-C30アリールオキシ基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロアリール基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロアリールオキシ基、置換もしくは非置換のC-C30炭素環基、置換もしくは非置換のC-C30炭素環オキシ基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロ環基などがある。
前記化学式1において、Rの結合位置は、制限されるものではない。そして、Rは、便宜上、一つを示しているが、置換可能な位置にいずれも置換される。
前記芳香族環含有モノマーは、例えば、下記化学式2で表示されるモノマーでもある。
Figure 0007222618000002
前記化学式2で、A及びA’は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよいが、前記化学式1で表示されるモノマーのうちから選択された一つから派生された一価有機基(monovalent organic group)であり、Lは、リンカー(linker)であり、単一結合を示すか、あるいは置換もしくは非置換のC-C30アルキレン基、置換もしくは非置換のC-C30アルケニレン基、置換もしくは非置換のC-C30アルキニレン基、置換もしくは非置換のC-C30アリーレンアルキレン基、置換もしくは非置換のC-C30アリーレン基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロアリーレン基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロアリーレンアルキレン基、置換もしくは非置換のC-C30アルキレンオキシ基、置換もしくは非置換のC-C30アリーレンアルキレンオキシ基、置換もしくは非置換のC-C30アリーレンオキシ基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロアリーレンオキシ基、置換もしくは非置換のC-C30ヘテロアリーレンアルキレンオキシ基、-C(=O)-及び-SO-からなる群から選択される。
前記Lの置換されたC-C30アルキレン基、置換されたC-C30アルケニレン基、置換されたC-C30アルキニレン基、置換されたC-C30アリーレンアルキレン基、置換されたC-C30アリーレン基、置換されたC-C30ヘテロアリーレン基、置換されたC-C30ヘテロアリーレンアルキレン基、置換されたC-C30アルキレンオキシ基、置換されたC-C30アリーレンアルキレンオキシ基、置換されたC-C30アリーレンオキシ基、置換されたC-C30ヘテロアリーレンオキシ基、置換されたC-C30ヘテロアリーレンアルキレンオキシ基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、イソシアネート基、グリシジルオキシ基、カルボン酸基、アルデヒド基、アミノ基、シロキサン基、エポキシ基、イミノ基、ウレタン基、エステル基、エポキシ基、アミド基、イミド基、アクリル基、メタクリル基のうちから選択された1以上の置換基でも置換される。
前述の置換基以外に、感光性官能基でも置換可能である。
第2物質は、下記化学式3で表示される化合物、及び化学式4で表示される化合物からなる群から選択された1以上である。
Figure 0007222618000003
化学式3で、Rは、前記化学式1で定義された通りである。
Figure 0007222618000004
化学式4で、Rは、前記化学式3で定義された通りであり、Lは、前記化学式2で定義された通りである。
前記化学式3及び4で、Rの結合位置は、制限されるものではない。そして、Rは、便宜上、一つを示したが、置換可能な位置にいずれも置換されてもよい。
芳香族環含有モノマーを含む反復単位を含む高分子の重量平均分子量は、300ないし30,000である。かような重量平均分子量を有する高分子を利用すれば、薄膜形成が容易であり、透明なハードマスクを形成することができる。
前記第2物質は、例えば、下記化学式5で表示される化合物である。
Figure 0007222618000005
前記化学式5で、Aは、置換もしくは非置換のC-C30アリーレン基であり、Lは、単一結合、または置換もしくは非置換のC-Cアルキレン基であり、nは、1ないし5である。
前記アリーレン基は、下記基1に羅列された基のうちから選択された一つである。
Figure 0007222618000006
前記化学式5の化合物は、例えば、化学式5aないし5cで表示される化合物のうちから選択された一つでもある。
Figure 0007222618000007
Figure 0007222618000008
Figure 0007222618000009
前記化学式5a,5bまたは5cで、LないしLは、それぞれ独立して、単一結合、または置換もしくは非置換のC-Cアルキレン基である。
該第2物質は、下記化学式5dないし5fで表示される化合物のうちから選択される。
Figure 0007222618000010
Figure 0007222618000011
Figure 0007222618000012
該第1物質は、下記化学式6で表示される化合物でもある。
Figure 0007222618000013
該第2物質は、下記化学式7で表示される共重合体でもある。
Figure 0007222618000014
前記化学式7で、Rは、置換もしくは非置換のC-Cアルキレン基であり、R、R、R及びRは、互いに独立して、水素、ヒドロキシ基、直鎖・分枝鎖または環状のC-C10アルキル基、C-C10アルコキシ基、またはC-C30アリール基、あるいはそれらの混合物であり、R、R及びRは、互いに独立して、水素、ヒドロキシ、C-Cアルキルエーテル基・フェニルジアルキレンエーテル基、またはそれらの混合物であり、Rは、アルキレン基、フェニルジアルキレン基、ヒドロキシフェニルアルキレン基、またはそれらの混合物であり、x、yは、A部分内の2つの反復単位の比率であり、0以上1以下であり、x+y=1であり、nは、1ないし200の整数であり、mは、1ないし200の整数である。
該第2物質は、下記化学式7aまたは化学式7bで表示される高分子である。
Figure 0007222618000015
化学式7aで、xは、0.2であり、yは、0.8である。
Figure 0007222618000016
化学式7bで、xは、0.2であり、yは、0.8であり、n=90、m=10である。
Figure 0007222618000017
化学式7cで、xは、0.2であり、yは、0.8であり、n=90、m=10である。
前記第2物質は、下記化学式8または化学式9で表示される共重合体でもある。
Figure 0007222618000018
Figure 0007222618000019
前記化学式8及び9で、m、nは、それぞれ1ないし190の整数であり、Rは、水素(-H)、ヒドロキシ基(-OH)、C10のアルキル基、C10アリール基、アリル基(allyl group)及びハロゲン原子のうちいずれか一つであり、Rは、下記化学式10で表示される基、フェニル基、クリセン基、ピレン基、フルオロアントレン基、アントロン基、ベンゾフェノン基、チオキサントン基、アントラセン基、及びそれらの誘導体のうちいずれか一つであり、Rは、共役ジエン基(conjugated diene)であり、Rは、不飽和ジエノフィル基(unsaturated dienophile)である。
Figure 0007222618000020
前記化学式8及び9で、Rは、例えば、1,3-ブタジエニル(1,3-butadienyl)または1,6-シクロペンタジエニルメチル(1,6-cyclopentadienylmethyl)であり、Rは、例えば、ビニル基(vinyl)またはシクロペンテニルメチル基(cyclopentenylmethyl)である。
前記第2物質は、下記化学式11ないし14で表示される高分子のうちから選択された一つでもある。
Figure 0007222618000021
前記化学式11で、m+n=21、Mw=10,000以下、例えば3,000ないし10,000、単分散度(polydispersity)は、2.1である。
Figure 0007222618000022
前記化学式12で、重量平均分子量は、10,000以下、例えば3,000ないし10,000であり、単分散度は、2.1であり、m+n=21である。
Figure 0007222618000023
前記化学式13で、重量平均分子量は、10,000以下、例えば3,000ないし10,000あり、単分散度は1.9であり、l+m+n=21、n+m:l=2:1である。
Figure 0007222618000024
前記化学式14で、Mwは、10,000以下、例えば3,000ないし10,000、単分散度は、約2.0であり、n、は約20である。
六方晶系窒化ホウ素誘導体は、六方晶系窒化ホウ素(h-BN)または六方晶系炭質化ホウ素(h-B)(ここでx、y及びzの和は、3である)であり、六角環状にBとNとが規則的に形成されているか、あるいは六角環状を維持した状態で、B原子とN原子との一部が炭素に置換された形態である。
金属カルコゲナイド系物質は、最小限1つの16族(カルコゲン)元素と、1以上の正電性(electropositive element:電気的陽性元素)元素とから構成された化合物であり、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、テクネチウム(Tc)、レニウム(Re)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ゲルマニウム(Ge)、鉛(Pb)のうち1つの金属元素と、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)のうち1つのカルコゲン元素と、を含む。
前記金属カルコゲナイド系物質は、硫化モリブデン(MoS)、セレン化モリブデン(MoSe)、テルル化モリブデン(MoTe)、硫化タングステン(WS)、セレン化タングステン(WSe)、テルル化タングステン(WTe)のうちから選択された一つである。例えば、金属カルコゲナイド系物質は、硫化モリブデン(MoS)である。
前述の六方晶系窒化ホウ素は、平面六方晶系結晶構造に、相互に位置したホウ素原子と窒素原子とからなる。該六方晶系窒化ホウ素の層間構造は、隣接しているホウ素原子と窒素原子とが、2つの原子の極性によって互いに重畳される構造、すなわち、ABスタッキングである。ここで、該六方晶系窒化ホウ素は、ナノレベルの薄シートが何重にも重なっている層状構造を有することができ、前記層状構造を分離または剥離し、単層または数層になる六方晶系窒化ホウ素シートを含む。
一実施態様による六方晶系窒化ホウ素誘導体は、ラマン分光スペクトルにおいて、約1,360cm-1でピークが示される。かようなピーク位置は、六方晶系窒化ホウ素層の層数に係わる情報を与える。該六方晶系窒化ホウ素は、AFM(atomic force microscopic)分析、ラマン分光分析及び透過電子顕微鏡(TEM)分析などを介して、単層または多層の六方晶系窒化ホウ素がナノシート構造を有するということが分かる。
該六方晶系窒化ホウ素誘導体は、CuKαを利用したX線回折実験を行い、X線分析を実施した結果、(002)結晶面ピークを有する二次元層状構造にも構成される。前記(002)結晶面ピークは、20゜ないし27゜の範囲で示される。
前記六方晶系窒化ホウ素誘導体は、X線回折分析によって求められる層間間隔(d-spacing)は、0.3ないし0.7nmであり、例えば、0.334ないし0.478nmである。そして、該X線回折分析によって求められる結晶の平均粒径は、1nm以上、例えば、23.7ないし43.9Åである。前述の範囲を満足するとき、耐エッチング性にすぐれるハードマスク組成物を得ることができる。
前記六方晶系窒化ホウ素誘導体は、単層または多層の二次元窒化ホウ素が積層されてなる。
以下、下記実施例を挙げて説明するが、下記実施例にのみ限定されることを意味するものではない。
製造例1:グラフェン量子ドットの製造
グラファイト(Aldrich社)20mgと酒石酸ナトリウムカリウム(potassium sodium tartrate)100mgとを、オートクレーブ容器(autoclave vessel)に入れ、それに対して、250℃で60分間反応を実施した。
前記反応が完結すれば、フィルタ(8,000及び10,000NMWL、Amicon Ultra-15を利用して遠心分離を実施し、サイズを選別し、そこから、透析によって残余物を除去し、それを乾燥させ、長軸長が約7nmであるシートタイプのグラフェン量子ドットを得た。
製造例2:グラフェン量子ドットの製造
グラファイト(Alfa Aesar社)20mgを濃硫酸(100ml)に溶解させた後、それに対して、1時間ソニケーションを実施した。前記結果物にKMnO 1gを付加し、反応混合物の温度が約25℃以下になるように調節した。
前記結果物に対して、常圧(1気圧)でマイクロ波(power:600W)を加え、10分間還流を実施した。反応混合物を冷却し、該反応混合の温度を約25℃に調節した後、該反応混合物に脱イオン水700mlを付加して反応混合物を希釈し、反応混合物を氷ベスに入れた状態で水酸化ナトリウムを付加し、反応混合物のpHを約7に調節した。
前記反応結果物に対して、気孔径が約200nmである多孔性メンブレンを利用して濾過を実施し、大サイズを有するグラフェン量子ドットを分離して除去した。得られた濾液に対して、透析を利用して残余物を除去し、それを乾燥させ、長軸長が約7nmであるシートタイプグラフェン量子ドットを得た。
製造例3:OH基が結合されたグラフェン量子ドットの製造
ピレン2g、硝酸160mlを付加し、それを80℃で約12時間還流し、1,3,6-トリニトロピレンを含む反応混合物を得た。該反応混合物を常温に冷却した後、そこに脱イオン水1lを付加して希釈した後、それに対して、0.22μmの気孔サイズを有する微細多孔成膜で濾過を実施した。
濾過を介して得られた1,3,6-トリニトロピレン1.0gを、0.2M NaOH水溶液0.6lに分散させた後、それに超音波(500W,40kHz)を2時間加えた。得られた懸濁液に対して、オートクレーブで200℃で10時間反応を実施した。前記結果物を常温に冷却した後、得られた結果物に対して、0.22μmの気孔サイズを有する微細多孔成膜で濾過を実施し、不溶性炭素生成物を除去した。濾過を介して得られた結果物に対する2時間透析を利用し、OH基が結合されたグラフェン量子ドットを得た。OH基が結合されたグラフェン量子ドットは、長軸長が約7nmであるシートタイプを有した。
前記製造例1及び製造例3によって製造されたグラフェン量子ドットは、末端に酸素含有官能基が形成された構造を有し、製造例2によって製造されたグラフェン量子ドットは、製造過程において、マイクロ波を利用し、グラフェン量子ドットのエッジ及びプレーンにも酸素含有官能基が形成された構造を有する。
製造例4:COOH-官能化されたGQDの製造
製造例3によって得た、OH基が結合されたグラフェン量子ドットにクロロ酢酸を付加し、それに対して、80℃で60分間熱処理した。熱処理を経て、カップリング反応を実施し、COOH-官能化されたGNPを得た。COOH-官能化されたGQDの長軸長は、約7nmであった。
実施例1:ペリクル組成物の製造
製造例3によって製造されたグラフェン量子ドットに、N-メチル-2-ピロリドン及びジメチルホルムアミド(DMF)を付加し、ペリクル組成物を製造した。該グラフェン量子ドットの含量は、組成物総重量を基準にして、約5重量%であり、N-メチル-2-ピロリドンとジメチルホルムアミドとの混合体積比は、1:1であった。
実施例2,3:ペリクル組成物の製造
ペリクル組成物の製造時、グラフェン量子ドットの含量をそれぞれ1及び40重量%に変化させたことを除いては、実施例1と同一方法によって実施し、ペリクル組成物を製造した。
実施例4:ペリクル組成物の製造
ペリクル組成物の製造時、製造例3によって製造されたグラフェン量子ドットの代わりに、製造例4によって製造されたグラフェン量子ドットを使用したことを除いては、実施例1と同一方法によって実施し、ペリクル組成物を製造した。
比較例1:ペリクル組成物の製造
製造例3によって製造されたグラフェン量子ドットの代わりに、グラファイトを使用したことを除いては、実施例1と同一方法によってペリクル組成物を製造した。
比較例2:ペリクル組成物の製造
製造例3によって製造されたグラフェン量子ドットの代わりに、グラフェンを使用したことを除いては、実施例1と同一方法によってペリクル組成物を製造した。
製作例1:ペリクル、レチクル及び露光装置の製造
基板(シリコンウェーハ60、及びシリコンウェーハ60の両面にシリコン酸化物(SiO)(0<x≦2)膜61が積層された構造を有する)上に、実施例1によって製造されたペリクル組成物をスピンコーティングし、それに対して、約1,000℃で熱処理を約1分間実施し、基板上にペリクル層を約30nm厚に形成した。ペリクル層の一面には、シリコン酸化物(SiO)(0<x≦2)膜57を形成した(図5C)。図5Cないし図5Eにおいて、参照番号58は、保護膜を示し、製作例1によって得たペリクル層の厚さは、約30nmである。
前記ペリクル層が形成された基板において、ペリクル層の中心領域を支持する基板に対して、背面エッチングを2段階にわたって実施し、ペリクル層と、ペリクル層の両端部分を支持する基板(フレーム)と、を具備するペリクルを製作した(図5E)。図5Eにおいて、参照番号51は、ペリクル層であり、同56は、フレームを示す。フレーム56は、図面に図示されているように、SiO膜61/Siウェーハ60/SiO膜61が順次に積層された構造を有する。
背面エッチングは、XeFガスを利用した反応性イオンエッチング(RIE)を実施して一次エッチングを実施し(図5D)、次に、HF蒸気(vapor)を利用して二次エッチングを実施した(図5E)。
マスクパターンのエッジ領域に、製作例1によって製造されたペリクルが設けられ、ペリクル層を支持するフレームにより、フォトマスクとペリクル層とが約5mmの距離ほど離隔される配置し、レチクルを製造した。
それと別途に、基板、及びその上部に形成されたレジスト層を有する構造体を準備し、前記レチクルと構造体との間にレンズ部を配置し、図7のような露光装置を製作した。
光源から、光がレチクルのフォトマスクを経て、所定のレンズ部を通過した後、構造体の基板上に配置されたレジスト層に露光される。かような露光過程を介して、レジスト層にマスクパターンに対応するパターンを転写した。
製作例2,3
ペリクル層の製造時、熱処理温度が500℃及び800℃にそれぞれ変化されたことを除いては、製作例1と同一方法によって実施し、ペリクル、レチクル、及びそれを具備した露光装置を製造した。
製作例4,5:ペリクル組成物の製造
ペリクル層の製造時、ペリクル層厚が20nm及び100nmにそれぞれ変化されるように形成したことを除いては、製作例1と同一方法によって実施し、ペリクル、レチクル、及びそれを具備した露光装置を製造した。
製作例6-8
実施例1によって製造されたペリクル組成物の代わりに、実施例2ないし4によって製造されたペリクル組成物を利用してペリクルを製造することを除いては、製作例1と同一方法によって実施し、ペリクル、レチクル、及びそれを具備した露光装置を製造した。
製作例9,10
ペリクル層の製造時、熱処理が1,000℃で、約30分間及び約1時間それぞれ実施されたことを除いては、製作例1と同一方法によって実施し、ペリクル、レチクル、及びそれを具備した露光装置を製造した。
製作例11:ペリクル組成物の製造
ペリクル層の製造時、ペリクル層厚が50nmに変化されるように形成してペリクル層を製造するとき、熱処理が400℃で約1分間実施したことを除いては、製作例1と同一方法によって実施し、ペリクル、レチクル、及びそれを具備した露光装置を製造した。
比較製作例1,2
実施例1のペリクル組成物の代わりに、比較例1及び2のペリクル組成物をそれぞれ利用したことを除いては、製作例1と同一方法によって実施し、ペリクル、レチクル、及びそれを具備した露光装置を製造した。
評価例1:透過電子顕微鏡(TEM)
製作例1によって製造されたペリクル層に対して、透過電子顕微鏡分析を実施した。該透過電子顕微鏡としては、前記TEM分析時、分析機としてFEI社のTitan cubed 60-300を利用した。該透過電子顕微鏡分析写真を、図8Aないし図8E、及び図9に示した。図8Aの楕円領域を拡大し、図8B、図8C及び図8Eに示した。図8B及び図8Cは、図8Aの楕円領域を拡大して示したTEM写真である。また、図8Dは、図8Aの楕円領域を拡大して示したTEM写真であり、図8Eは図8Aの楕円領域を拡大して示したTEM写真である。図8Fは、グラフェン量子ドットのサイズ分布図を示している。
それらを参照すれば、図8Aから、ペリクル層は、均一な薄膜状に形成されているということが分かり、薄膜厚を知ることができる。図8C、図8D及び図8Eから、不純物が存在せず、均一に分布されたグラフェン量子ドット及びその大きさが分かり、図8Fは、グラフェン量子ドットの大きさ及び散布をまとめている。
図8Fを参照すれば、グラフェン量子ドットが狭い散布を有する均一サイズ状態であるというのを確認することができた。
図9において、GQD上部には、GQD隣接領域には、カーボン層が積層されており、その上部には、白金層が配置されている。カーボン層と白金層は、TEM分析のために形成した層である。
評価例2:透過度及び透過度に対する均一度
製作例1によって製造されたペリクル層のEUV透過度を確認するために、分析機(モデル:EUVO 40、製造社:(株)FST)を利用し、透過度、及び透過度に対する均一度を測定した。該透過度特定結果を下記表1に示した。
Figure 0007222618000025
それらを参照すれば、製作例1のペリクル層は、EUVに対する透過度特性にすぐれるということが分かった。また、製作例1及び比較製作例1,2のペリクル層の透過度に対する均一度を測定した。
製作例1のペリクル層は、透過度に対する均一度が、比較製作例1,2の場合に比べて向上するということが分かった。該透過度均一度は、透過度偏差を利用して評価し、透過度偏差が小さいほど、透過度均一度にすぐれる。
また、製作例9,10によって製造されたペリクル層のEUV透過度、及び透過度に対する均一度を、前述の製作例1の方法と同一に実施して評価した。
評価結果、製作例9,10のペリクル層は、製作例1の場合と同等レベルの透過度、及び透過度に対する均一度特性を示すということが分かった。
評価例3:膜均一度
製作例5によって製造されたペリクル層(厚み:99.77nm)において、位置別に膜均一度を調査した。その分析結果を図10に示した。
ペリクル層厚を、偏光解析法(ellipsometry)(製造社:Ellipso Technology、名称:Spectroscopic Ellipsometry(Elli-SE-U))を使用し、製造社のマニュアルによって評価した。そして、厚み偏差は、コーティング開始地点から約10cmほど離れた地点から形成されているペリクル層に対して測定した。前記ペリクル層の任意の15ないし20ヵ所を選定し、各地点の厚みを前記記述した方式で測定し、その平均値に対する各地点の膜厚の+,-偏差を介して厚み偏差を測定した。
それらを参照すれば、製作例5のペリクル層厚均一度は、約1.21%と非常にすぐれているということが分かった。
評価例4:極限強度
製作例1及び11、比較製作例2によって製造されたペリクル層の極限強度を評価した。該極限強度は、ペリクル層の圧力変化に対する強度を確認するために、チャンバに、試片である、製作例1で得られたフリースタンディングペリクル膜をローディングした後、圧力を変化させ、圧力変化速度を測定した。該圧力変化速度測定時、MKS社のbaratron gaugeを利用した。
該極限強度評価結果は、下記表2の通りである。
Figure 0007222618000026
表2を参照すれば、製作例1及び11のペリクル層の極限強度は、比較製作例2の場合と比べ、改善されるということが分かった。
評価例5:表面粗度
製作例1及び製作例11によって製造されたペリクル層の表面粗度を、原子間力顕微鏡(AFM:atomic force microscope)を利用して評価した。該表面粗度評価結果を下記表3に示した。
Figure 0007222618000027
該評価結果、製作例1及び11のペリクル層は、表面粗度特性にすぐれるということが分かった。
評価例6:ラザフォード背光散乱分光(RGS:Rutherford Backscattering Spectrometry)分析及び密度分析
製作例1によって製造されたペリクル層のグラフェン量子ドットに対するRBS分析を実施した。該RBS分析結果は、下記表4の通りである。下記表4には、製作例1との比較のために、ペリクル層を製造するためのペリクル組成物中に含有されたグラフェン量子ドットに係わる光電子分光分析結果を共に示した。また、下記表4は、密度で示されている。
Figure 0007222618000028
表4を参照すれば、ペリクル層製造のための熱処理前後のグラフェン量子ドットでの炭素、窒素、酸素及び水素の含量比を把握することができたが、該熱処理の実施後、炭素含量は、相対的に増加し、酸素含量は、相対的に減少するということが分かった。
また、製作例1のペリクル層は、グラファイトを利用した場合とほぼ同一レベルの優れた密度特性を示した。
評価例7:XPS分析
製作例1及び比較製作例1によって製造されたペリクル層に対するXPS分析を実施した。該XPS分析は、Quantum 2000(Physical Electronics.Inc.)(加速電圧:0.5~15keV、300W、エネルギー分解能:約1.0eV,sputter rate:0.1nm/min)を利用した。
XPS分析結果、XPSD-parameter分析法を介して、spCとspCとの比率を知ることができた。製作例1によって製造されたペリクル層において、1,000℃での熱処理後、d-parameterは、21.85eVであり、spが約98.9%存在し、sp3は、約1.1%存在する。
それに比べ、比較製作例1によって製造されたペリクル層は、グラファイトを含み、spが100%で存在した(d-parameter:22.1eV)
評価例8:ラマン分析
製作例1によって製造されたペリクル層のグラフェン量子ドットに対するラマン分析を実施した。該ラマン分析は、Raman 2010 Spectra(NT-MDT Development Co.)(Laser system:473,633,785nm,lowest Raman shift:約50cm-1、空間解像度(spatial resolution):約500nm)を利用して実施した。下記表5には、比較製作例1によってペリクル層を製造したときに使用されたグラファイトのラマン分光分析結果を示した。下記表5において、Dバンドは、波数約1,350/cmで示され、Gバンドは、波数約1,580/cmで示され、2Dバンドは、波数約2,700/cmで示されるピークを意味する。
Figure 0007222618000029
評価例9:XRD分析
製作例1、比較製作例1でペリクル層を製造したときに使用されたグラフェン量子ドット及びグラファイトに対して、CuKαを利用したX線回折実験を行い、X線分析を実施した。該X線分析結果を下記表6及び図11に示した。図11は、製作例1のペリクル層製作時に使用されたグラフェン量子ドットに係わるものである。
グラフェン量子ドットは、CuKαを利用したX線回折実験を行ってX線分析を実施した結果、(002)結晶面ピークを有する二次元層状構造によっても構成される。前記(002)結晶面ピークは、それぞれ下記表6に示された2θ範囲で示される。
下記表6において、FWHMは(002)結晶面ピークの半値幅を示したものであり、d002は、層間間隔(d-spacing)に係わるものである。
Figure 0007222618000030
表6から、グラフェン量子ドットは、(002)結晶面ピークを有する二次元層状構造を示すということが分かった。以上を通じて、一実施態様について説明したが、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付図面の範囲において、さまざまに変形させて実施することが可能であり、それも発明の範囲に属するということは言うまでもない。
本発明の、ペリクル組成物、それによって形成されたペリクル、その製造方法、ペリクルを含んだレチクル、及びレチクルを含むリソグラフィ用露光装置は、例えば、リソグラフィ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
10,50 フォトマスク用ペリクル
11,51 ペリクル層
12 第1パッシベーション層
13 第2パッシベーション層
14,54,77 基板
55 バリア層
56 フレーム
57 シリコン酸化膜
60,74 ペリクル
61 メンブレン層
62,72 マスク基板
63,73 マスクパターン
65,75 フォトマスク
64 レチクル
66 ペリクルフレーム
78 レジスト層
79 光源

Claims (29)

  1. グラフェン量子ドット化合物及び溶媒を含むペリクル組成物であり、
    前記グラフェン量子ドット化合物は、50nm以下のサイズを有するグラフェン量子ドットと、グラフェン量子ドット前駆体とのうちから選択された1以上であるペリクル組成物。
  2. 前記グラフェン量子ドットは、少なくとも1つの欠陥を有していることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  3. 前記少なくとも1つの欠陥を有しているグラフェン量子ドットは、sp炭素及び炭素空格子サイトのうちから選択された1以上を有していることを特徴とする請求項2に記載のペリクル組成物。
  4. 前記グラフェン量子ドットは、末端に、ヒドロキシ基、カルボニル基、カルボン酸基、エポキシ基、アミン基及びイミド基からなる群から選択された1以上の官能基を有するか、あるいは酸素、窒素のうちから選択された1以上のヘテロ原子を含む官能基を有することを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  5. 前記グラフェン量子ドットにおいて、i)酸素の含量は、0.1ないし50原子%であり、炭素の含量は、30ないし99原子%であり、水素の含量は、0.1ないし40原子%であるか、
    ii)酸素の含量は、0.1ないし50原子%であり、炭素の含量は、30ないし99原子%であり、窒素の含量が0.5ないし40原子%であり、水素の含量は、0.1ないし40原子%であることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  6. 前記グラフェン量子ドット化合物の含量は、組成物総重量を基準にして、0.1ないし40重量%であることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  7. 前記グラフェン量子ドットの、ラマン分光分析によって求められるGモードピークに対するDモードピークの強度比(I/I)が0.5以上であり、Gモードピークに対する2Dモードピークの強度比(I2D/I)が0.01以上であることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  8. 前記グラフェン量子ドットのX線回折分析によって求められる002面ピークが20ないし27゜で示され、層間間隔(d-spacing)が0.3ないし0.5nmであることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  9. 前記グラフェン量子ドットは、0.1ないし30nmのサイズを有することを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  10. 前記溶媒は、水、メタノール、イソプロパノール、エタノール、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、アニリン、プロピレングリコール、プロピレングリコールジアセテート、3-メトキシ-1,2-プロパンジオール、ジエチレングリコール、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン、ニトロメタン、テトラヒドロフラン、ニトロベンゼン、亜硝酸ブチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トルエン、キシレン、ヘキサン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、ヒドロキシメチルセルロース、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)及びヘプタンのうちから選択された1以上であることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  11. 前記組成物がi)二次元炭素ナノ構造体、ゼロ次元炭素ナノ構造体、二次元炭素ナノ構造体の前駆体、及びゼロ次元炭素ナノ構造体の前駆体のうちから選択された1以上の第1物質;
    ii)芳香族環含有モノマー、芳香族環含有モノマーを含む反復単位を含む高分子のうちから選択された1つの第2物質;
    iii)六方晶系窒化ホウ素誘導体、カルコゲナイド系物質、及びその前駆体からなる群から選択された1以上の第3物質;
    iv)シリコン誘導体及び金属酸化物のうちから選択された1以上の第4物質;または
    その組み合わせ物をさらに含むフォトリソグラフィ用であることを特徴とする請求項1に記載のペリクル組成物。
  12. 前記二次元炭素ナノ構造体がグラフェン、還元グラフェンオキシド、その誘導体及びそのヘテロ原子誘導体のうちから選択された1以上であり、
    前記ゼロ次元炭素ナノ構造体がフラーレン、ホウ素バッキーボール、カルボラン及びその誘導体のうちから選択された1以上であることを特徴とする請求項11に記載のペリクル組成物。
  13. 請求項1に記載のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層を含み、前記ペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物に対するXPS分析によって求められるsp 炭素の含量は、98ないし99重量%であり、sp 炭素の含量は、1ないし2重量%である、ペリクル。
  14. 前記ペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物が、グラフェン量子ドット及びその反応生成物のうちから選択された1以上を含むことを特徴とする請求項13に記載のペリクル。
  15. 前記グラフェン量子ドット及びその反応生成物のうちから選択された1以上において、
    i)酸素の含量は、0.1ないし40原子%であり、炭素の含量は、59ないし99原子%であり、水素の含量は、0.1ないし10原子%であるか、
    ii)酸素の含量は、0.1ないし40原子%であり、炭素の含量は、59ないし99原子%であり、窒素の含量が0.5ないし40原子%であり、水素の含量は、0.1ないし40原子%であることを特徴とする請求項14に記載のペリクル。
  16. 前記ペリクルは、極紫外線に対する透過度が70%以上であることを特徴とする請求項13に記載のペリクル。
  17. 前記ペリクル層の密度は1.3ないし2.5g/cmであり、極限強度は、200MPa以上であることを特徴とする請求項13に記載のペリクル。
  18. フォトマスクのエッジ部分に設けられ、前記ペリクル層を支持するペリクルフレームをさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のペリクル。
  19. 前記ペリクル層の少なくとも一面上部に、パッシベーション層と保護層とのうちから選択された1層以上が配置されたことを特徴とする請求項13に記載のペリクル。
  20. 前記ペリクル層と前記ペリクルフレームとの間に具備された接着層をさらに含むことを特徴とする請求項18に記載のペリクル。
  21. 前記ペリクルは、極紫外線リソグラフィ用ペリクルであることを特徴とする請求項13に記載のペリクル。
  22. 基板上に、請求項1に記載のペリクル組成物を提供した後、それを熱処理し、基板上にペリクル層を製造する段階と、
    前記基板において、前記ペリクル層を支持する中心領域をエッチングする段階と、を含み、ペリクル層を含んだペリクルを製造するペリクルの製造方法。
  23. 前記熱処理が、200ないし2,000℃で実施されることを特徴とする請求項22に記載のペリクルの製造方法。
  24. 前記基板上に、前記ペリクル組成物を提供する段階は、スピンコーティング、スクリーンプリンティング、ドクターブレード、スプレーコーティング、電気噴霧、ディップコーティング及びバーコーティングの工程のうちいずれか一つを利用して遂行することを特徴とする請求項22に記載のペリクルの製造方法。
  25. フォトマスクと、
    請求項1に記載のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層を含むペリクルと、を含むレチクルであって、前記ペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物に対するXPS分析によって求められるsp 炭素の含量は、98ないし99重量%であり、sp 炭素の含量は、1ないし2重量%である、レチクル
  26. 前記レチクルは、極紫外線リソグラフィ用レチクルであることを特徴とする請求項25に記載のレチクル。
  27. 光を発生する光源と、
    前記光源から発せられた光の進路に設けられるレチクルと、を含み、
    前記レチクルは、所定基板に転写するパターンを有するフォトマスクと、前記フォトマスクを保護するためのものであり、請求項1に記載のペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物を含むペリクル層を含むペリクルと、を含み、前記ペリクル組成物のコーティング及び熱処理の生成物に対するXPS分析によって求められるsp 炭素の含量は、98ないし99重量%であり、sp 炭素の含量は、1ないし2重量%であるリソグラフィ用露光装置。
  28. 前記光源と前記レチクルとの間に、少なくとも1つの光学部材をさらに含むことを特徴とする請求項27に記載のリソグラフィ用露光装置。
  29. 前記露光装置は、極紫外線露光装置である請求項27に記載のリソグラフィ用露光装置。
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