KR101900720B1 - 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그의 제조방법 - Google Patents

극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

극자외선 리소그래피용 펠리클이 개시된다. 펠리클은, 지지층을 식각하여 형성되는 지지층 패턴, 지지층 패턴의 상부에 형성되는 펠리클층, 및 지지층 패턴과 펠리클층 사이에 형성되어 지지층의 식각 시 식각을 저지하는 식각 저지층을 식각함으로써 형성되는 식각 저지층 패턴을 구비한다. 극자외선용 노광광에 대해 두께를 최소화하여 높은 투과율을 유지하면서 기계적 강도와 열적 특성이 우수한 극자외선 포토마스크용 펠리클이 제공된다.

Description

극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그의 제조방법 {Pellicle for Extreme Ultraviolet(EUV) Lithography and Method for fabricating the same}
본 발명은 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 극자외선용 노광광에 대한 높은 투과율을 갖고 기계적 강도를 개선할 수 있는 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
포토리소그래피(Photo-lithography)라고 불리는 노광(Exposure) 기술의 발달은 반도체 집적 회로의 고집적화(High Integration)를 가능하게 하였다. 웨이퍼 위에 보다 미세한 회로 패턴을 형성하려면 분해능이라고도 불리는 노광 장비의 해상력(resolution)이 높아져야 한다. 해상력의 한계를 넘어서는 미세 패턴을 전사 한다면, 빛의 회절(diffraction)과 산란(scattering)으로 인한 빛 간섭이 발생하여 원래의 마스크 패턴과는 다른, 왜곡된 상이 전사되는 문제가 발생한다.
현재 상용화된 노광 공정은 193㎚의 ArF 파장대를 이용하는 노광 장비로 전사 공정을 진행하여 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성하고 있으나, 32㎚ 이하의 미세 패턴 형성에 한계를 보이고 있어 공기보다 굴절률이 큰 액상 매체(굴절률 1.44)를 이용한 액침노광(Immersion Lithography), 노광 공정을 두 번 시행하는 이중노광 기술(Double lithography), 빛의 위상을 180° 반전시켜 인접하는 투광광과 소멸간섭을 발생시키도록 하는 위상전이 기술(Phase Shift Technology), 빛의 간섭 및 회절 효과에 의해 설계된 패턴 크기보다 작아지거나 끝 부분이 라운드되는 현상을 보정하는 광학위상보정(Optical Phase Correction) 등 다양한 방법들이 개발되고 있다.
그러나, ArF 파장을 이용하는 노광 기술로는 더욱 미세화된 32㎚ 이하의 회로 선폭을 구현하기 어려울 뿐만 아니라, 생산 비용이 증가하고 공정 복잡성이 증가할 수 밖에 없다. 이로 인하여 193㎚의 파장에 비하여 매우 단파장인 13.5㎚ 파장을 주 노광 파장으로 사용하는 극자외선(Extreme Ultra Violet, 이하 EUV 라고 함)광을 사용하는 EUV 포토리소그래피 기술이 차세대 공정으로 주목을 받고 있다.
한편, 리소그래피 공정은 패터닝을 위한 원판으로서 포토마스크(Photomask)를 사용하고, 포토마스크 상의 패턴이 웨이퍼(Wafer)에 전사된다. 이때 포토마스크에 파티클(Particle), 이물질 등의 불순물이 부착되어 있으면 불순물로 인해 노광광이 흡수되거나 반사되어 전사된 패턴이 손상됨에 따라 반도체 장치의 성능이나 수율의 저하를 초래한다.
이에 따라, 포토마스크의 표면에 불순물이 부착하는 것을 방지하기 위하여 포토마스크에 펠리클(Pellicle)을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 펠리클은 포토마스크의 표면 상부에 배치되며, 펠리클 상에 불순물이 부착되더라도 포토리소그래피 공정 시, 초점은 포토마스크의 패턴 상에 일치되어 있으므로 펠리클 상의 먼지 또는 이물질은 초점이 맞지 않아 패턴에 전사가 되지 않게 된다. 최근에는, 회로 선폭의 미세화에 따라 패턴 손상에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 크기 또한 줄어들어 포토마스크 보호를 위한 펠리클의 역할이 더욱 중요해지고 있다.
펠리클을 단일막으로 구성할 경우, 13.5nm 의 극자외선 광에 대하여 낮은 소광계수(extinction coefficient)를 갖는 물질을 적용하면 투과도 확보에는 용이할 수 있으나, 우수한 기계적, 열적 특성을 확보하기가 극히 어렵다. 이에 따라 펠리클 성능을 보완하기 위한 다층막 형태의 펠리클이 연구되고 있다.
펠리클은 극자외선용 노광광의 원활하고 우수한 투과를 위해 기본적으로 100㎚ 이하 두께의 극박막 형태를 갖는 펠리클층을 포함하여 구성된다. 펠리클층은 진공환경과 스테이지의 이동 가속도에 대한 기계적 신뢰성 및 장기간의 노광 공정에도 견딜 수 있는 열적 신뢰성을 만족해야 하고, 이러한 요소들을 고려하여 구성 물질 및 구조가 결정된다.
한국특허출원 제2008-0102204호 한국특허출원 제200900026939호 한국특허출원 제2009-0026940호 한국특허출원 제2011-0135209호 한국특허출원 제2011-7019106호
본 발명은 극자외선용 노광광에 대한 투과율과 기계적 강도가 우수한 극자외선 포토마스크용 펠리클을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클은, 지지층을 식각하여 형성되는 지지층 패턴; 상기 지지층 패턴의 상부에 형성되는 펠리클층; 및 상기 지지층 패턴과 상기 펠리클층 사이에 형성되어 상기 지지층의 식각 시 식각을 저지하는 식각 저지층을 식각함으로써 형성되는 식각 저지층 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 펠리클층은, 중심층, 및 상기 중심층의 양면 중 적어도 어느 하나에 형성되며 상기 중심층과 상이한 물질로 구성된 하나 이상의 보강층을 포함한다.
상기 중심층은, 단결정, 무결정, 및 다결정 중 어느 하나의 실리콘층에 붕소(B), 인(P), 비소(As), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb) 및 몰리브덴(Mo) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 구성되거나, 몰리브덴실리사이드(MOSi), 텅스텐실리실리사이드, 지르코늄실리사이드(ZrSi), 탄탈실리사이드 중 1 종 이상의 금속실리사이드계 물질로 구성된다.
상기 중심층은 100nm 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 보강층은, 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O)중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 또는 탄화 실리콘(SiC), 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 그래핀(Graphene), CNT(Carbon nano tube) 중 1종 이상의 물질을 포함한다.
상기 보강층은 상기 중심층 및 상기 식각 저지층 패턴과는 상이한 물질로 구성되며, 2~10㎚의 두께를 갖고, 50~150 MPa 의 인장 응력을 갖는다.
상기 식각 저지층 패턴은 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O) 중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 구성된다. 상기 식각 저지층 패턴은 10 ~ 500㎚의 두께를 갖는다. 상기 식각 저지층 패턴은 300MPa 이하의 압축 응력을 갖는 실리콘 산화물을 포함하여 구성된다.
상기 보강층 중 어느 하나 이상의 외면에는 보조 보강층이 추가적으로 형성될 수 있다.
상기 보조 보강층은, 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O)중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 또는 탄화 실리콘(SiC), 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 그래핀(Graphene), CNT(Carbon nano tube) 중 1종 이상의 물질을 포함한다.
상기 보조 보강층은 상기 중심층 및 상기 보강층과는 상이한 물질로 구성되며, 2~10㎚의 두께를 갖는다.
상기 식각 저지층의 재질에 산소(O)가 포함되는 경우, 상기 지지층 패턴은 TMAH 를 사용하여 상기 지지층을 식각함으로써 형성되는 것이 바람직하다.
상기 보강층의 외면에는, 실리콘(Si) 물질에 산소(O)를 포함하는 실리콘 화합물을 포함하여 형성되는 식각 마스크층이 추가적으로 형성될 수 있다.
상기 식각 마스크층을 이루는 실리콘(Si) 화합물은 탄소(C), 질소(N) 중 하나 이상을 더 포함하거나, 크롬, 금, 알루미늄 등 금속 물질 중 1종 이상의 물질을 더 포함한다.
상기 보강층은 그 외표면이 나노 크기의 다공성 표면으로 구성된다.
상기 보강층의 다공성 표면은 상기 중심층을 다공성 표면으로 형성함으로써 형성될 수 있다.
상기 중심층의 다공성 표면은 건식 식각에 의해 형성될 수 있으며, 상기 건식 식각은 XeF2 와 N2 가스를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 다공성 표면의 거칠기는 1~10nm 인 것이 바람직하다.
본 발명은 극자외선용 노광광에 대해 두께를 최소화하여 높은 투과율을 유지하면서 기계적 강도와 열적 특성이 우수한 극자외선 포토마스크용 펠리클을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도.
도 3 의 (a) 내지 (i) 는 도 1 에 도시된 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면.
도 4 는 도 1 의 제 1 실시예에서 중심층에 나노코어가 형성된 상태를 도식적으로 도시한 도면.
도 5 는 도 4 의 중심층의 일부를 나노코어가 표현되도록 도시한 도면.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선 포토마스크용 펠리클을 도시한 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 극자외선 포토마스크용 펠리클(100)은 프레임층(110)과 그 상부의 펠리클층(120)을 포함한다. 프레임층(110)은 하부의 지지층 패턴(102a) 및 상부의 식각 저지층 패턴(103a)을 포함한다. 펠리클층(120)은 하부 보강층(104), 중심층(105) 및 상부 보강층(106)을 포함한다.
지지층 패턴(102a)은 펠리클층(110)을 지지하는 역할을 하며, 펠리클 제작 완료 시 핸들링 및 이송을 용이하게 하는 역할을 수행한다. 지지층 패턴(102a)은 건식/습식 식각 공정이 가능한 물질로 형성되며 예를 들어, 석영, SOI 또는 실리콘(Si) 웨이퍼를 미세 가공 기술을 이용하여 형성할 수 있다.
지지층 패턴(102a)은 도 3 의 지지층(102)의 습식 식각에 의한 패터닝 시 원하는 형상이 용이하게 형성되도록 [100]의 결정 방향성을 가지며, 도핑 밀도가 1020 ions/cm2 이하이며, 6인치, 8인치 등의 다양한 크기와 400㎛ ∼ 800㎛의 두께를 갖는 실리콘(Si) 웨이퍼를 이용하는 것이 바람직하다.
식각 저지층 패턴(103a)은 지지층 패턴(102a)과 펠리클층(120) 사이에 매립되며, 도 3 의 식각 저지층(103)의 건식/습식 식각 시 지지층(102)과의 식각 선택비(Etching selectivity)가 우수한 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O) 중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물을 포함한다. 식각 저지층 패턴(102a)은 하부 보강층(104) 및 중심층(105)과는 상이한 물질로 형성되며, 10 ~ 500㎚의 두께를 갖는다.
상하부 보강층(104, 106)은 펠리클 중심층(105)의 기계적 강도 및 열적 특성을 보강하기 위한 층으로서 중심층(105)의 상하면에 각각 형성되거나 이들 중 어느 하나만 중심층(105)의 일 면에 형성되며, 높은 투과율을 가지고, EUV 공정 중에 발생하는 고온으로부터 펠리클 박막(120)을 보호하는 역할을 한다. 상하부 보강층(104, 106)은 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O)중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 또는 탄화 실리콘(SiC), 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 그래핀(Graphene), CNT(Carbon nano tube) 중 1종 이상의 물질을 포함하되, 식각 저지층(102) 및 중심층(105)과는 상이한 물질로 형성되며, 2~10㎚의 두께를 갖는다.
여기에서 상하부 보강층(104, 106)은 2㎚ 이하의 두께를 갖는 경우 강도가 저하될 수 있으며, 10㎚ 이상의 두께를 갖는 경우 극자외선 노광광에 대한 투과율을 현저하게 떨어뜨리는 요인이 되어 적용이 불가능하기 때문에, 전체 펠리클의 투과율과 기계적 강도를 고려하여 최적의 두께를 선택하여 형성한다.
중심층(105)은 투과율이 높은 단결정(Single crystal), 무결정(Amorphous) 또는 다결정(Poly crystal) 상태의 성질을 포함하는 실리콘층으로 형성되며, 붕소(B), 인(P), 비소(As), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb) 및 몰리브덴(Mo) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함할 수 있으며, 또는 몰리브덴실리사이드(MOSi), 텅스텐실리실리사이드, 지르코늄실리사이드(ZrSi), 탄탈실리사이드 등 열 특성이 우수한 금속실리사이드계 중 1종 이상의 물질로 구성되며, 식각 저지층 패턴(103a) 및 상하부 보강층(104, 106)과는 상이한 물질로 형성될 수 있다. 중심층(105)은 100nm 이하의 두께를 가지며, 13.5㎚의 EUV 노광광에 대하여 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 바람직하다.
EUV 는 어떤 물질에도 잘 흡수되는 성질을 가지고 있고, 파장이 짧기 때문에 열에너지도 강하다. 따라서 펠리클 박막의 방열은 매우 중요한 문제이다. 그런데, 종래의 방열 문제 해결의 방법은 열 방출 계수가 좋은 물질을 찾는 것에 중심을 두어 왔다. 그러나, 본원 발명에서는 열 방출 계수가 우수한 물질을 선택하는 것을 고려하되 그 외에 표면적을 키우는 방법을 추가로 고려하였다. 이러한 방법으로서 중심층(105)의 표면에 나노 포어를 형성하여 표면적을 극대화함으로써 방열 효과가 증대되도록 하였다.
즉, 본 발명에서 중심층(105)의 열적 특성을 보강하기 위해 중심층(105)의 표면에 표면처리를 진행한다. 즉, 중심층(105)의 표면은 나노 크기의 미세 다공성을 가진 표면으로 형성되며, 이에 의하여 그 위에 적층되는 상부 보강층(106)의 외표면 또한 다공성 표면이 된다. 이에 따라 상부 보강층(106)의 외표면 면적이 증가하여 방열 효과가 증가하게 된다. 상부 보강층(106)을 다공성 표면으로 제작하기 위하여 상부 보강층(106) 자체를 식각하는 것도 가능하다. 그러나 재질의 특성상 식각에 의해 다공성 표면을 제작하는 데에 있어서는 상부 보강층(106)을 식각하는 것보다 중심층(105)을 식각하는 것이 효과적이다.
이때 표면의 거칠기는 1~10nm 가 바람직하다. (도 4 및 5 참조) 중심층(105)의 표면 거칠기를 위 수치로 하면 보강층(106)의 표면 거칠기도 위 수치가 된다. 더욱 바람직한 표면 거칠기는 3~5nm 이다. 이와 같은 표면 거칠기가 이와 같이 수 나노미터 정도인 경우 박막 표면이 EUV 의 투과 균일도 미치는 영향이 매우 미미하며, 이보다 큰 경우 투과 균일도가 저하되는 문제점이 발생한다. 즉, 나노 구조에 따른 빛의 산란(light scattering)이 발생하지 않도록 하면서도 방열 효과의 증대를 위하여 표면 거칠기(surface roughness)는 1~10nm 바람직하다.
본 실시예에서 프레임층(110)의 하부에는 여러 층의 패턴(103a, 104a, 105a, 106a)으로 구성된 하부 박막층 패턴(130a)이 구비되어 있으며, 이 하부 박막층 패턴(130a)은 도 1 의 펠리클(100)을 제작하는 과정에서 형성되는 것으로서, 이에 대해서는 도 3 에 대한 설명에서 후술한다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서 도 1 에 도시된 실시예와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 자세한 설명은 생략되며 동일한 참조부호를 부여한다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클은, 지지층 패턴(102a), 식각 저지층 패턴(103a)으로 이루어진 프레임층(110)과 하부 보강층(104), 중심층(105) 및 상부 보강층(106)으로 이루어진 펠리클층(120)을 구비하는 점에서 전술한 제 1 실시예와 동일하다. 본 실시예의 펠리클은 펠리클층(120)의 상면과 하면 중 어느 하나 또는 이들 모두에 구비된 보조 보강층(201, 202)을 추가로 포함한다.
본 실시예에서도 프레임층(110)의 하부에는 여러 층의 패턴(201a, 103a, 104a, 105a, 106a, 202a)으로 구성된 하부 박막층 패턴(130a)이 구비되어 있다. 이 하부 박막층 패턴(130a)은 도 2 의 펠리클을 제작하는 과정에서 형성되는 것으로서, 후술되는 도 3 의 제작 과정과 유사한 과정에 의해 형성되며 이에 대해서는 자세한 설명은 생략된다.
보조 보강층(201, 202)은 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O)중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 또는 탄화 실리콘(SiC), 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 그래핀(Graphene), CNT(Carbon nano tube) 중 1종 이상의 물질을 포함하며, 식각 저지층 패턴(103a), 중심층(105) 및 보강층(104, 106)과는 상이한 물질로 형성되고, 2~10㎚의 두께를 갖는다.
여기서, 제 1 실시예와 동일하게 중심층(105)의 표면은 열적 특성을 향상하기 위해서는 표면처리를 진행하여, 나노 크기의 미세 다공성을 가지는 표면을 형성한다. 이때 표면의 거칠기는 마찬가지로 1~10nm가 바람직하다.
본 실시예에서와 같이 보조 보강층(201, 202)을 추가로 구비할 경우에는, 보조 보강층을 금속(metal) 계열의 재질로 제작함으로써 방열 특성을 개선하는 것이 가능하게 된다는 장점이 있다.
도 3 의 (a) 내지 (i) 는 도 1 에 도시된 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클(100)의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
먼저 도 3a 와 같이 본 발명에 다른 극자외선 포토마스크용 펠리클 제조를 위한 기초로 사용되는 지지층(102)을 준비한다.
도 3b 를 참조하면, 화학기상층착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 열적 산화막 공정(Thermal oxidation process), 스퍼터링(Sputtering), 원자층증착(Atomic layer deposition) 등의 방법을 통하여 실리콘(Si) 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 이루어지는 식각 저지층(103)을 지지층(102)의 상면에 형성한다. 이때 지지층(102)의 하면에도 식각 저지층(103)과 동일한 층이 형성된다.
식각 저지층(103)은 식각 공정 시 지지층(102)과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성하는 것이 유리하다. 따라서, 식각 저지층(103)이 지지층(102) 대비 충분한 습식 식각 선택비를 가지도록 식각 선택비는 104 이상이 되는 것이 바람직하다. 또한 식각 저지층(103)은 펠리클 제작 공정 중 펠리클층(120)의 파괴를 방지하기 위해서 잔류 응력이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 식각 저지층(103)은 300 Mpa 이하의 압축 응력을 갖는 실리콘 산화막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 3c 를 참조하면, 화학기상층착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 스퍼터링(Sputtering), 원자층증착(Atomic Layer Deposition; ALD)등의 방법을 통하여 하부 보강층(104)을 상부의 식각 저지층(103) 상면에 형성한다. 이때 하부의 식각 저지층(103)의 하면에도 하부 보강층(104)과 동일한 층이 형성된다.
하부 보강층(104)은 펠리클층(120)의 표면 주름 방지를 고려하여, 50~150 Mpa의 인장 응력을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서 하부 보강층(104)은 기계적 강도와 화학적 내구성이 우수할 뿐만 아니라 스텝 커버리지(Step coverage)가 우수한 실리콘 질화물을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 3d 를 참조하면, 에피텍셜 성장(Epitaxial growth), 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 통해 중심층(105)을 상부의 하부 보강층(104)의 상면에 형성한다. 이때 하부의 하부 보강층(104)의 하면에도 중심층(105)과 동일한 층이 형성된다.
본 발명에서 중심층(105)은 미세 가공 공정에 유리하고, 광학적, 열적, 기계적 특성이 우수한 다결정 실리콘(Poly silicon)을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이 본 발명에서는 중심층(105)의 열적 특성을 향상하기 위해서 중심층(105)의 표면을 나노 크기의 다공성(Porosity)으로 제작한다. 표면에 미세 다공성을 형성하기 위해서는 건식 및 습식 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 건식 식각 방법으로 하는 것이 바람직하다. 습식 식각의 경우 표면 거칠기(roughness)를 10nm 이하로 만들기 어려우며, 거칠기가 큰 경우 EUV 에 대한 투과 균일도가 떨어지기 때문이다. 바람직한 예로서, 나노포어 구조는 25sccm XeF2 와 100sccm N2 가스를 이용하여 제작되며, 다결정 실리콘(Poly-Si)은 식각 속도가 빠르기 때문에 수 초 정도의 짧은 시간 동안 공정을 진행한다.
도 3e 를 참조하면, 상부 보강층(106)을 상부의 중심층(105) 상면에 증착하며 이때 하부의 중심층(105)의 하면에도 상부 보강층(106)과 동일한 층이 형성된다. 이때 상부 보강층(106)은 전술한 하부 보강층(104)과 동일한 방법으로 형성한다.
도 3의 (f)를 참조하면, 열적 산화막 공정(Thermal oxidation process), 화학기상층착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 스퍼터링(Sputtering), 원자층증착(Atomic Layer Deposition; ALD)등의 방법을 통하여 상부 및 하부의 상부 보강층(106)들의 외면에 식각 마스크층(107)을 형성한다.
식각 마스크층(107)은 지지층(102)에 대한 식각 선택비(Etching selectivity)가 높고 지지층(102) 식각 후 제거가 용이한 물질로, 실리콘(Si) 물질에 탄소(C), 질소(N), 산소(O) 중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물 또는 크롬, 금, 알루미늄 등 금속 물질 중 1종 이상의 물질을 포함하여 형성한다. 본 발명에서는 스텝 커버리지(Step coverage)가 우수하고 박막의 밀도가 우수하여 상대적으로 표면 결점이 없는 실리콘 산화막을 이용하는 것이 바람직하다. 식각 마스크층(107)은 지지층(102) 전체 두께를 식각하는 공정을 고려하여 최소한 100㎚ 이상의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 도중에 보강층(106) 또는 보조 보강층의 일부가 식각되기 때문에 정확한 두께를 유지하기 어려울 수 있다. 이를 방지하기 위해 보강층(106) 또는 보조 보강층 상면에 식각 마스크층(107)을 두면 보강층 및 보조 보강층의 표면을 보호하고 정확한 두께를 제어할 수 있다.
도 3g 를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(108a)을 기판의 하면에 형성한 후, 포토 레즈스트막 패턴(108a)을 식각 마스크로 사용하여 지지층(102) 하부의 식각 마스크층(107), 상부 보강층(106), 중심층(105), 하부 보강층(104), 식각 저지층(103)을 건식 또는 습식 식각 공정을 통해 순차적으로 식각함으로써, 지지층(102)을 노출 시키는 하부 박막층 패턴(130a)을 형성한다. 본 발명에서는 식각 프로파일(profile)이 우수한 건식 식각을 이용하는 것이 바람직하다.
도 3h 를 참조하면, 포토레지스막 패턴(108a)을 제거한 후 딥 에처(Deep etcher), 제논 에처(XeF2 etcher) 등의 건식 식각 또는 수산화칼륨(Potassium hydroxide, 이하 KOH로 함), 또는 테트라메틸암모늄하이드로사이드 (Tetramethylammonium hydroxide, 이하 TMAH로 함) 등을 사용한 습식 식각 공정을 통하여 지지층(102)을 식각함으로써, 식각 저지층(103)을 노출시키는 지지층 패턴(102a)을 형성한다.
본 발명에서는 하부 박막층 패턴(130a)과의 식각 선택비가 104 이상으로 매우 높은 TMAH 를 이용하여 지지층(102)을 식각하는 것이 바람직하다. 나아가, 식각 저지막(103)의 재질에 산소(O)가 포함되는 경우에는, 지지층(102)의 식각에 TMAH 를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 한편, 전술한 바와 같이 식각 마스크층(107)은 실리콘에 산소, 탄소, 질소 중 하나 이상을 포함하는 실리콘 화합물로 제조될 수 있는데, 특히 식각 마스크층(107)도 산소(O)를 포함하는 재질인 경우에는 TMAH 가 지지층(102) 식각에 더욱 적합한 에천트가 된다.
한편, 지지층 패턴(102a)을 형성하기 위한 지지층(102) 식각 시 식각 표면의 거칠기나 힐락 등의 식각 표면 결점을 감소하기 위해서 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol, 이하 IPA로 함), 트리톤 X-100 등의 계면 활성제를 첨가하여 진행 할 수 있다.
도 3i 를 참조하면, 건식 또는 습식 식각 공정을 통해 하부 보강층(104)을 노출시키는 식각 저지층 패턴(103a)을 형성하고, 식각 마스크층(107)을 제거하여 본 발명의 실시 형태에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 제조를 완료한다. 식각 저지층(103)의 식각과 식각 마스크층(107)의 제거는 동시에 이루어질 수 있다. 이를 위하여 식각 저지층(103)과 식각 마스크층(107)은 동일한 식각 물질에 의해 식각되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
식각 마스크층(107) 제거 시, 펠리클층(130) 표면에 잔류해 있는 알칼리 계열 식각 용액을 탈염수를 이용하여 완전히 제거한 후 식각 저지층(103) 및 식각 마스크층(107)을 식각 및 제거한다. 본 발명에서는 식각 저지층(103) 및 식각 마스크층(107)을 동시에 식각 및 제거 할 수 있는 불산(Hydrogen fluoride, 이하 HF로함)을 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 지지층(102)과 펠리클층(120) 사이에 식각 저지층(103)이 존재하므로, 지지층(102)을 식각하여 지지층 패턴(102a) 형성 시 지지층(102) 식각 물질에 의한 펠리클층(120)의 의도치 않는 손상이 방지된다. 특히, 펠리클에서는 매우 두꺼운 지지층(102)의 두께에 비하여 펠리클층(120)의 두께 또는 하부 보강층(104)이나 하부 보조 보강층(201)의 두께가 매우 얇으므로, 지지층(102)에 대한 식각 선택비가 매우 크더라도 주로 SiN 으로 구성되는 이들 층에 원치 않는 식각에 의한 손상이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명과 같이 식각 저지층(103)이 존재하는 경우에는 이러한 손상을 더욱 방지할 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명을 하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 펠리클
102 : 지지층 102a : 지지층 패턴
103 : 식각 저지층 103a : 식각 저지층 패턴
104 : 하부 보강층 105 : 중심층
106 : 상부 보강층 107 : 식각 마스크층
110 : 프레임층 120 : 펠리클층

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  17. 지지층을 식각하여 형성되는 지지층 패턴;
    상기 지지층 패턴의 상부에 형성되는 펠리클층; 및
    상기 지지층 패턴과 상기 펠리클층 사이에 형성되어 상기 지지층의 식각 시 식각을 저지하는 식각 저지층을 식각함으로써 형성되는 식각 저지층 패턴;
    을 포함하며,
    상기 펠리클층은, 중심층, 및 상기 중심층의 양면 중 적어도 어느 하나에 형성되며 상기 중심층과 상이한 물질로 구성된 하나 이상의 보강층을 포함하여 구성되고,
    상기 보강층은 그 외표면이 나노 크기의 다공성 표면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강층의 다공성 표면은 상기 중심층을 다공성 표면으로 형성함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 중심층의 다공성 표면은 건식 식각에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 건식 식각은 XeF2 와 N2 가스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 표면의 거칠기는 1~10nm 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 식각 저지층은 재질에 산소(O)가 포함되며, 상기 지지층 패턴은 TMAH 를 사용하여 상기 지지층을 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 중심층은,
    단결정, 무결정, 및 다결정 중 어느 하나의 실리콘층에 붕소(B), 인(P), 비소(As), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb) 및 몰리브덴(Mo) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 구성되거나,
    몰리브덴실리사이드(MOSi), 텅스텐실리실리사이드, 지르코늄실리사이드(ZrSi), 탄탈실리사이드 중 1 종 이상의 금속실리사이드계 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 중심층은 100nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강층은, 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O)중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 또는 탄화 실리콘(SiC), 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 그래핀(Graphene), CNT(Carbon nano tube) 중 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강층은 상기 중심층 및 상기 식각 저지층 패턴과는 상이한 물질로 구성되며, 2~10㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  27. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강층은 50~150 MPa 의 인장 응력을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 식각 저지층 패턴은 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O) 중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 식각 저지층 패턴은 10 ~ 500㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  30. 제 17 항에 있어서,
    상기 식각 저지층 패턴은 300MPa 이하의 압축 응력을 갖는 실리콘 산화물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  31. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강층 중 어느 하나 이상의 외면에 추가적으로 형성된 보조 보강층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 보조 보강층은, 실리콘(Si)에 탄소(C), 질소(N), 산소(O)중 하나 이상을 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 또는 탄화 실리콘(SiC), 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 그래핀(Graphene), CNT(Carbon nano tube) 중 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 보조 보강층은 상기 중심층 및 상기 보강층과는 상이한 물질로 구성되며, 2~10㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  34. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강층의 외면에 형성되며, 실리콘(Si) 물질에 산소(O)를 포함하는 실리콘 화합물을 포함하여 형성되는 식각 마스크층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 식각 마스크층을 이루는 실리콘(Si) 화합물은 탄소(C), 질소(N) 중 하나 이상을 더 포함하거나, 크롬, 금, 알루미늄 등 금속 물질 중 1종 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
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