KR101552940B1 - 흑연-함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 막 - Google Patents
흑연-함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 막 Download PDFInfo
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Abstract
본원은 흑연-함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 막에 관한 것이다.
Description
본원은, 흑연-함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 (pellicle) 막에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 액정 표시판 등의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기재에 패터닝을 하는 경우에 포토리스그래피가 사용된다. 포토리소그래피는 패터닝의 원판으로서 레티클 (마스크 또는 마스킹 판이라고도 함)이 사용되고, 레티클 (reticle) 상의 패턴이 웨이퍼 또는 액정용 기재에 전사되는데, 이 레티클에 먼지 또는 이물질 등 불순물이 부착되어 있으면 이 불순물로 인하여 빛이 흡수되거나 반사되기 때문에 전사한 패턴이 손상되어 반도체 장치 또는 액정 표시판 등의 성능이나 수율의 저하를 초래하게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 레티클의 표면에 불순물이 부착하는 것을 방지하기 위하여 레티클 표면에 펠리클 (pellicle) 을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 이러한 이유로 형성된 펠리클 상에 불순물이 부착되더라도 리소그래피 시 초점은 레티클의 패턴 상에 일치되어 있으므로, 펠리클 상의 먼지 또는 이물질은 초점이 맞지 않아 패턴에 전사되지 않게 된다.
한편, 16 nm 이하의 피치 사이즈 (pitch size)를 갖는 패턴의 증착은 종래 광원인 DUV (deep ultraviolet)를 이용한 리소그래피로는 달성될 수 없으며, 레일레이 표준 (Rayleigh criterion)에 근거, 더 짧은 파장을 지닌 광원을 필요로 한다. 따라서 DUV 리소그래피의 차세대 기술로 더 짧은 파장을 갖는 EUV (extreme ultraviolet)를 이용한 리소그래피가 지목된 바 있고, 전 세계적으로 극자외선을 이용한 리소그래피 개발에 열을 올리고 있는 상황이다. 그러나 13.5 nm 의 파장을 갖는 극자외선은 대부분의 물질에서 다량 흡수되어 버리므로 패터닝 공정에 사용되는 광학시스템에서 EUV의 경로에 놓이게 되는 물질은 극히 한정되고, 매우 얇은 두께를 갖는 물질이 요구된다.
포토리소그래피 공정에서 레티클을 보호하기 위한 용도로 지금껏 사용되고 있는 펠리클은 아직 연구 단계에 있는 EUV 리소그래피에서도 요구되는 것으로 판단되며, EUV 리소그래피용 광학 시스템의 개발과 동시에 펠리클 개발이 진행되고 있다. 현재 EUV용 펠리클 막 재료로서 Si, Ru, Zr, Mo, 에어로겔 (aerogel) 등의 물질이 선별되어 활발히 연구되고 있다.
그러나 EUV 리소그래피에서 펠리클의 제 1 조건인 EUV에 대한 투과도는 여전히 만족되지 못하고 있는 실정이다. 펠리클의 EUV 투과도를 높이기 위해서는 물질의 선택도 중요하지만 매우 얇은 두께로 제조되어야 하는데, 앞서 열거한 Si, Ru, Zr 등의 막을 얇은 두께로 제조하여 그 형태를 유지하도록 하는 것은 쉽지 않다.
또한, 제조된 펠리클 막은 보다 효율적인 패터닝을 위해 센티미터 스케일로 프리-스탠딩 (free-standing) 되어야 하는데, 앞서 열거한 Si, Ru, Zr 등은 약한 인장 강도로 인하여 프리-스탠딩이 매우 어렵다. 이에 Si, Zr, Ni 등으로 구성된 메쉬 (mesh)를 이용하여 펠리클 막을 지지하려는 연구가 진행되고 있으나 (미국 등록특허 제8,018,578 B2호), 이 또한 메쉬로 인한 투과도의 감소 및 프로젝션 (projection)되는 입사빔의 모양이 변형되는 문제가 여전히 남아있다.
이에, 본원은 EUV 투과도가 높으면서도 강한 인장 강도를 지닌, 흑연-함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 (pellicle) 막을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 일 측면은, 흑연-함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 (pellicle) 막을 제공한다.
본원에 의하면, EUV 투과도가 높으면서도 강한 인장 강도를 지닌 펠리클 막을 제공할 수 있을뿐만 아니라, 신규 펠리클 재료로서 대면적 프리-스탠딩이 가능한 흑연-함유 박막을 제공할 수 있다.
아울러, 본원에 따른 펠리클 막은 패턴폭 약 30 nm 이하, 약 22 nm 이하 또는 약 16 nm 이하의 포토리소그래피 공정에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 22 mm × 22 mm 크기의 프리-스탠딩 흑연-함유 박막을 관찰한 이미지이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 흑연-함유 박막의 결정성을 나타내는 라만 스펙트럼 그래프이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 흑연-함유 박막의 결정성을 나타내는 라만 스펙트럼 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 흑연-함유 박막을 포함하는, 극자외선 리소그래피용 펠리클 (pellicle) 막을 제공한다.
흑연은 약 16.4 nm 두께에서 극자외선 (EUV)에 대해 약 90%의 투과율을 지니며, 흑연의 각 기저면 (basal plane) 등이 면적 방향으로 동일하게 배열될 경우 해당 방향으로 매우 높은 인장 강도를 가지는 물질이다. 흑연의 이러한 높은 EUV 투과도 및 강한 인장 응력 특성은 고품위의 펠리클 막을 제조하기에 적합한 것으로 판단된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흑연-함유 박막은 흑연 박막을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 흑연-함유 박막은, 흑연만을 포함하는 흑연 박막, 또는 실리콘, 몰리브덴, 지르코늄, 루테늄 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 상기 흑연 박막의 위 또는 아래에 적층되거나 패터닝된 형태로서 형성된 박막을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펠리클 막은 13.5 nm의 극자외선에 대한 투과도가 약 60% 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 펠리클 막은, 13.5 nm의 극자외선에 대하여 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 약 90% 이상, 약 60% 내지 약 100%, 약 70% 내지 약 100%, 약 80% 내지 약 100%, 약 90% 내지 약 100%, 약 95% 내지 약 100%, 약 60% 내지 약 95%, 약 60% 내지 약 90%, 약 60% 내지 약 80%, 약 60% 내지 약 70%, 또는 약 65% 내지 약 85% 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펠리클 막의 두께가 약 50 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 두께는 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 5 nm 이하, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 40 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 40 nm, 약 10 nm 내지 약 40 nm, 약 20 nm 내지 약 40 nm, 약 30 nm 내지 약 40 nm 또는 약 3 nm 내지 약 40 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 흑연-함유 박막이 프리-스탠딩 (free-standing) 나노박막일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 흑연-함유 박막은 기재 없이 제조된 것일 수 있고, 또는 기재 상에 형성된 후 기재가 제거된 형태일 수 있다. 상기 흑연-함유 박막이 기재 상에 형성된 후 상기 기재가 제거된 것인 경우, 상기 기재의 제거는 당업계에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있으며, 그 제거 방법이 특별히 제한되지 않는다.
비제한적 예로서, 상기 흑연-함유 박막의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으나, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 열 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 스핀코팅법, 진공여과법 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펠리클 막이 약 5 mm 이상의 일측 변을 갖는 사각형 프레임 또는 약 5 mm 이상의 지름을 갖는 원형 프레임에 지지되어 프리-스탠딩될 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 펠리클 막은 약 5 mm 내지 약 30 mm의 일측 변을 갖는 사각형 프레임 또는 다각형 프레임에 지지된 프리-스탠딩 박막일 수 있으며, 상기 일측 변의 크기는 약 5 mm 내지 약 30 mm, 약 5 mm 내지 약 25 mm, 약 5 mm 내지 약 20 mm, 약 5 mm 내지 약 15 mm, 약 5 mm 내지 약 10 mm, 약 10 mm 내지 약 30 mm, 약 15 mm 내지 약 30 mm, 약 20 mm 내지 약 30 mm, 약 20 mm 내지 약 30 mm, 또는 약 20 mm 내지 약 25 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 다각형은 삼각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 펠리클 막은 약 5 mm 내지 약 30 mm의 지름을 갖는 원형 프레임에 지지된 프리-스탠딩 박막일 수 있으며, 상기 지름의 크기는 약 5 mm 내지 약 30 mm, 약 5 mm 내지 약 25 mm, 약 5 mm 내지 약 20 mm, 약 5 mm 내지 약 15 mm, 약 5 mm 내지 약 10 mm, 약 10 mm 내지 약 30 mm, 약 15 mm 내지 약 30 mm, 약 20 mm 내지 약 30 mm, 약 20 mm 내지 약 30 mm, 또는 약 20 mm 내지 약 25 mm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 펠리클 막은 대면적 프리-스탠딩이 가능한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펠리클 막이 약 190 nm 이하의 입사빔을 이용한 포토리소그래피에 사용될 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펠리클 막은 패턴폭 약 30 nm 이하의 포토리소그래피 공정에 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 패턴폭은 약 30 nm 이하, 약 22 nm 이하, 약 16 nm 이하, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 25 nm, 약 1 nm 내지 약 22 nm, 약 1 nm 내지 약 16 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 5 nm 내지 약 30 nm, 약 5 nm 내지 약 25 nm, 약 5 nm 내지 약 22 nm, 약 5 nm 내지 약 16 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 22 nm, 약 10 nm 내지 약 16 nm, 약 16 nm 내지 약 30 nm, 약 16 nm 내지 약 25 nm, 약 16 nm 내지 약 22 nm, 약 22 nm 내지 약 30 nm, 약 22 nm 내지 약 25 nm, 또는 약 25 nm 내지 약 30 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 흑연-함유 박막을 포함하는
펠리클
막 (5
mm
프리
-
스탠딩
)의 제조
두께 25 ㎛의 니켈 호일 (foil)을 가열 용기에 놓고, 1,035℃의, 수소를 포함하는 분위기에서 30 분 동안 열처리하였다. 이후 상기 열처리된 니켈 호일을 1,035℃의, 수소와 메탄을 포함하는 분위기에서 90 분 동안 열처리하였다. 상기 2 차례의 열처리를 거친 니켈 호일을 상온으로 냉각시킨 후, 그 호일 표면에 성장된 흑연 박막을 수득하였다. 흑연 박막을 니켈 호일로부터 분리할 때는 염화철(Ⅲ)이 포함된 수용액을 이용하여 니켈 호일을 식각하여 분리된 박막을 얻는 방법을 사용하였으며, 이러한 방법 외에 세릭암모늄나이트레이트 (ceric ammonium nitrate) 수용액을 이용하여 흑연 박막과 니켈 기재 사이를 분리해내는 방법을 사용할 수 있다. 분리된 박막을 상기 수용액에서 건져내어 니켈, 세륨, 철 등의 불순물을 염산수용액과 물을 이용하여 제거한 후 직경 5 mm 의 원통형 프레임 위에 올려 5 mm 프리-스탠딩 펠리클 막을 제조하였다.
실시예 2: 22
mm
크기의
프리
-
스탠딩
펠리클
막의 제조
두께 25 ㎛의 니켈 호일 (foil)을 가열 용기에 놓고, 1,035℃의, 수소를 포함하는 분위기에서 30 분 동안 열처리하였다. 이후 상기 열처리된 니켈 호일을 1,035℃의, 수소와 메탄을 포함하는 분위기에서 90 분 동안 열처리하였다. 상기 2 차례의 열처리를 거친 니켈 호일을 상온으로 냉각시킨 후, 그 호일 표면에 성장된 흑연 박막을 수득하였다. 흑연 박막을 니켈 호일로부터 분리할 때는 염화철(Ⅲ)이 포함된 수용액을 이용하여 니켈 호일을 식각하여 분리된 박막을 얻는 방법을 사용하였으며, 이러한 방법 외에 세릭암모늄나이트레이트 (ceric ammonium nitrate) 수용액을 이용하여 흑연 박막과 니켈 기재 사이를 분리해내는 방법을 사용할 수 있다. 분리된 박막을 상기 수용액에서 건져내어 니켈, 세륨, 철 등의 불순물을 염산수용액과 물을 이용하여 제거한 후 22 mm × 22 mm 크기의 사각형 프레임 위에 올려 22 mm 프리-스탠딩 펠리클 막을 제조하였다.
도 1은 본 실시예에 따라 제조된 22 mm × 22 mm 크기의 프리-스탠딩 흑연-함유 박막을 관찰한 이미지이다. 도 1에서 확인되는 바와 같이, 22 mm × 22 mm의 대면적 프리-스탠딩 펠리클 막이 제조되었음을 알 수 있다.
실험예 1: 투과도 측정
상기 실시예 1에서 제조한 펠리클 막의 EUV 투과도를 확인하기 위하여, 분석기 (모델명: EUVOTM40, 제조사: ㈜에프에스티)를 이용하여 투과도를 측정하였다.
그 결과, 본 실시예에 따른 펠리클 막은 13.5 nm의 파장을 지닌 EUV에 대하여 약 65%의 투과도를 나타내었음을 알 수 있었다.
실험예 2:
라만분광법
측정
상기 실시예 1에서 제조된 펠리클 막의 결정성을 확인하기 위하여, 입사레이저 파장 532 nm의 라만 분광분석기 (제조사: WITec 모델명: alpha300R)를 이용하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다.
라만분광법 측정 결과와 관련하여, 도 2는 본 실시예에 따라 제조된 흑연-함유 박막의 결정성을 나타내는 라만 스펙트럼 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 낮은 D-밴드 (약 1,350 /cm)와 샤프한 G-밴드 (약 1,580 /cm), 2D-밴드 (약 2,700 /cm)가 확인되었으며, 이는 본 실시예에 따른 흑연-함유 박막이 높은 결정성을 갖음을 의미하는 것이다.
실험예 3: 구심 가속도 계산
시편 (예를 들어, 상기 실시예 1에서 수득된 프리-스탠딩 펠리클 막)이 등속 원운동을 할 때 받는 구심 가속도를 계산하여 가속도 변화에 대한 강도를 확인하였으며, 스핀코터를 이용하여 스핀코터의 rpm 속도와 샘플을 고정시키는 척(chuck)의 중심으로부터 시편까지의 거리를 이용하여 구심 가속도를 계산하였다.
실험 결과, 본 실시예에 따른 흑연-함유 박막을 포함하는 펠리클 막은 200 m/s2에 해당하는 in-plane 방향 가속도를 견디는 것으로 확인되었다.
실험예 4: 압력변화 측정
상기 실시예 1 에서 제조된 펠리클 막의 압력변화에 대한 강도를 확인하기 위하여, 챔버에 시편 (예를 들어, 상기 실시예 1에서 수득된 프리-스탠딩 펠리클 막)을 로딩한 후 압력을 변화시키며 압력변화속도를 측정하였다. 압력변화속도 측정 시 MKS사의 baratron gauge를 이용하였다.
실험 결과, 본 실시예에 따른 흑연-함유 박막을 포함하는 펠리클 막은 17 mbar/s의 압력변화를 견디는 것으로 확인되었다.
상기 실험 결과들을 종합적으로 살펴보면, 본원에 따른 흑연-함유 박막을 포함하는 펠리클 막은 13.5 nm의 파장을 지닌 EUV에 대하여 우수한 투과도를 나타낼 뿐만 아니라, 강한 인장 강도를 나타내었음을 알 수 있었다. 따라서, 본원의 흑연-함유 박막은 펠리클 막으로써 우수한 특성을 보이므로, 포토리소그래피에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 흑연-함유 박막을 포함하는, 극자외선 리소그래피용 펠리클 (pellicle) 막으로서,
상기 흑연-함유 박막은 흑연 박막을 포함하는 것인,
극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클 막은 13.5 nm의 극자외선에 대한 투과도가 60% 이상인, 극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클 막의 두께가 50 nm 이하인, 극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흑연-함유 박막이 프리-스탠딩 (free-standing) 나노박막인, 극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클 막이 190 nm 이하의 입사빔을 이용한 포토리소그래피에 사용될 수 있는 것인, 극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클 막이 5 mm 이상의 일측 변을 갖는 사각형 프레임에 지지되어 프리-스탠딩될 수 있는 것인, 극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클 막이 5 mm 이상의 지름을 갖는 원형 프레임에 지지되어 프리-스탠딩될 수 있는 것인, 극자외선 리소그래피용 펠리클 막.
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