KR102273266B1 - 일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클의 제조방법 - Google Patents

일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클의 제조방법 Download PDF

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Abstract

실시예는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 펠리클은, 노광공정에 이용되는 펠리클에 있어서, 소정의 광원이 투과되는 펠리클 멤브레인과, 상기 펠리클 멤브레인을 지지하는 펠리클 프레임을 포함하고, 상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 같은 재질로 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 실시예에 따른 펠리클의 제조방법은 노광공정에 이용되는 펠리클의 제조방법에 있어서, 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임이 같은 재질로 3D 프린팅을 통해 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클의 제조방법{Manufacturing method for a Pellicle including integrated frame and membrane}
실시예는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치에 관한 것이다. 구체적으로 실시예는 일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치에 관한 것이다. 실시예의 펠리클과 노광장치는 초극자외선(EUV, Extreme Ultra Violet) 노광공정에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 소자 또는 액정 디스플레이 등의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기판에 패터닝을 하는 경우에 포토리소그래피(photolithography) 공정이 사용된다.
포토리소그래피에서는 패터닝의 원판으로서 레티클 또는 포토 마스크가 사용되며, 레티클 상의 패턴이 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기판에 전사된다. 그런데 레티클에 파티클이 부착되면 이 파티클로 인해 빛이 흡수되거나 반사되기 때문에 전사된 패턴이 손상되어 반도체 소자나 액정 디스플레이 등의 품질이나 수율의 저하를 초래하는 문제가 발생한다.
보통 포토리소그래피 공정은 클린룸에서 행해지지만, 이 클린룸 내에도 파티클이 존재하므로 레티클 표면에 파티클이 부착되는 것을 방지하기 위하여 펠리클을 부착하는 방법이 행해지고 있다.
이 경우 파티클은 레티클 표면에 직접 부착되지 않고 펠리클 위에 부착되므로, 리소그래피시에는 초점이 마스크 패턴 상에 일치되어 있으므로 펠리클 상의 파티클은 초점이 맞지 않아 반도체 웨이퍼나 액정용 기판에 전사되지 않는 이점이 있다.
한편, 반도체 노광장치의 해상도(resolution)는 높아져 가고 있고, 그 해상도를 실현하기 위해서 소스 광원의 파장도 점점 더 짧아지고 있다.
예를 들어, UV(Ultra Violet)광원은 G선(436nm), I선(365nm), KrF 엑시머 레이저(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm) 등이 사용되었으나, 최근 10nm 미만의 패터닝 공정의 수요에 따라 초극자외선(EUV, 13.5㎚)이 사용이 요구되고 있다.
즉 최근에는 반도체 소자 및 액정 디스플레이는 점점 고집적화, 미세화되고 있다. 예를 들어, 종래 32nm 정도의 미세 패턴을 포토레지스트 막에 형성하는 기술에서는 ArF 엑시머레이저(193nm)를 이용하여 포토레지스트 막을 노광하는 액침 노광 기술이나 다중 노광 등의 엑시머레이저를 사용한 개량 기술에 의해 대응 가능하다.
그러나, 차세대 반도체 소자나 액정 디스플레이에는 더욱 미세화한 패턴 형성이 요구되고 있어, 종래의 펠리클 및 노광 기술로는 이러한 미세한 패턴을 형성하는 것이 곤란해지고 있다. 이에 최근에는 보다 미세한 패턴을 형성하기 위한 방법으로서, 13.5nm를 주파장으로 하는 EUV광을 사용한 EUV 노광 기술이 주목받고 있다.
이러한 EUV를 이용한 노광기술을 구현하기 위해서는 새로운 광원, 포토레지스트, 레티클, 펠리클 등의 개발이 불가결하다.
한편, 펠리클은 광원이 투과되는 펠리클 멤브레인과 펠리클 멤브레인의 지지 기능을 하는 펠리클 프레임을 포함한다. 종래 펠리클 기술개발은 광원 투과도 등의 관점에서 펠리클 멤브레인에 대한 연구가 있으나, EUV를 이용한 노광기술을 고려한 펠리클 프레임에 대한 연구가 미진한 상황이다.
우선, 종래기술에 의하면, 펠리클 프레임과 펠리클 프레임이 장작되는 마스크 기판의 물질이 다름에 따라, 또는 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 물질이 다름에 따라 열적특성의 차이에 의한 PID(Pellicle Induced Distortion) 문제를 발생시킨다.
구체적으로 반도체 소자나 액정 디스플레이의 미세화가 진행됨에 따라서, 수율을 좌우하는 펠리클에 대해서는 펠리클을 포토 마스크에 부착했을 때에 열팽창 계수의 차이에 따른 응력이 발생하며, 그 응력으로 인해 포토마스크가 변형되는 PID 이슈가 있는데, 그 결과로서 형성되는 패턴의 위치 정밀도가 어긋나므로 미세 패턴을 형성하기 어려워지는 것이 큰 문제가 되고 있다.
특히 EUV는 파장이 짧기 때문에 에너지가 매우 높으며, 투과율이 낮기 때문에 상당량의 에너지가 펠리클과 마스크 기판에 흡수되어 펠리클과 마스크 기판이 가열될 수 있다. 따라서 펠리클과 마스크 기판의 재질이 서로 다를 경우에는 리소그래피 공정에서 발생하는 열에 의한 열팽창 차이에 의한 PID 이슈는 더욱 중요해지고 있으나, 이에 대한 적절한 해결방안이 제시되지 못하는 상황이다.
또한 EUV가 적용되는 리소그래피의 경우, 패턴이 미세하여 열팽창 차이에 의한 PID 이슈로 인한 패턴 결함은 더욱 중요한 문제가 되고 있다.
다음으로, 종래기술에서 펠리클 멤브레인은 펠리클 프레임에 접착제에 의해 접착이 된다. 그런데 이러한 접착제는 공정 진행 중에 소정의 가스를 발생시키는 아웃개싱(out gasing) 현상이 발생되며 해당 가스는 불순물로 작용할 수 있다.
예를 들어, 종래 펠리클 프레임은 알루미늄, 스테인레스, 폴리에틸렌 등으로 제조되며, 펠리클 멤브레인은 투광성이 우수한 니트로셀룰로오스, 아세트산 셀룰로오스 또는 불소 수지 등으로 이루어진다.
이때 페리클 멤브레인은 펠리클 프레임에 불소계 접착제, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 에폭시 수지 등의 멤브레인 접착제에 의해 접착된다. 그런데 이러한 접착제는 공정 진행 중에 아웃개싱(out gasing) 현상이 발생되며 발생된 가스는 불순물로 작용하게 된다.
특히 에너지가 매우 높은 EVU에서 상당량의 에너지가 펠리클과 마스크 기판에 흡수되어 펠리클과 마스크 기판이 가열됨에 따라 아웃개싱(out gasing) 현상이 발생될 수 있는데, 이에 대한 방안이 제시되지 못하는 상황이다.
다음으로 펠리클의 펠리클 멤브레인은 보다 효율적인 패터닝을 위해 센티미터 스케일로 프리-스탠딩 (free-standing) 되어야 하는데, 종래기술에서의 펠리클 멤브레인은 약한 인장 강도로 인하여 프리-스탠딩이 매우 어렵다.
한편, 종래기술 중에 EUV 리소그래피용 펠리클을 구성하는 막의 높은 투과율을 구현하기 위해 단결정 실리콘(Si), 질화실리콘(SiN) 등을 구성 물질로 사용한 기술이 있다(한국공개특허 제2009-0122114호). 그러나 이러한 단결정 실리콘을 이용한 펠리클막은 높은 투과율의 구현을 위해 100㎚ 이하의 극박막으로 형성되어야 한다. 이에 따라 단결정 실리콘 박막의 펠리클막은 인장강도가 약해 수 센치미터 스케일의 펠리클막을 구현하기 어려운 문제가 있다.
또한 한국공개특허 제2009-0122114호에 개시된 실리콘 단결정 박막의 펠리클 막은 작은 충격에도 쉽게 손상될 수 있으므로 이를 지지하기 위한 별도의 베이스 기판을 사용한다. 이러한 베이스 기판의 보강틀은 일정한 패턴을 형성하며, 이 패턴이 리소그래피 공정에서 기판에 전사된다는 문제가 있다. 또한, 투과율이 60%정도로 낮다는 문제가 있다.
한편, 펠리클막의 강도를 보완하기 위하여 메시(Mesh) 형상의 구조물을 막 지지구조로 일체화한 기술이 있으나, 메시 구조물의 구성 물질, 높이, 폭 및 개구부의 피치에 따라 펠리클막을 통과하는 노광광의 투과도 및 균일도가 저하되어 펠리클막으로 적용하기에 어려움이 있다.
실시예의 기술적 과제는 초극자외선(EUV)을 이용한 노광 기술에 적합한 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
구체적으로 실시예의 기술적 과제는 PID(Pellicle Induced Distortion) 문제를 해결할 수 있는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제는 아웃개싱(out gasing) 현상을 방지할 수 있는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제는 프리-스탠딩(free-standing) 구현이 가능한 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
실시예의 기술적 과제는 본 항목에 기재된 것에 한정되지 않고, 발명의 설명을 통해 파악되는 것을 포함한다.
실시예에 따른 펠리클은, 노광공정에 이용되는 펠리클에 있어서, 소정의 광원이 투과되는 펠리클 멤브레인과, 상기 펠리클 멤브레인을 지지하는 펠리클 프레임을 포함하고, 상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 같은 재질로 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 3D 프린팅에 의해 일체로 형성될 수 있다.
실시예에 따른 노광공정에 이용되는 펠리클의 제조방법은, 마스크 기판을 포함하는 레티클(Reticle) 상에 배치되며 초극자외선(EUV)을 이용한 노광공정에 이용되는 펠리클에 있어서, 상기 마스크 기판 상에 직접 접촉되도록 3D 프린팅으로 펠리클 프레임을 형성하는 단계; 및 상기 펠리클 프레임과 같은 재질로 상기 펠리클 프레임 상에 3D 프린팅을 통해 일체로 펠리클 멤브레인을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 흡광 계수(extinction coefficient)는 13.5nm의 광원에서 0.00183 내지 0.01709일 수 있다.
상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 흡광 계수(extinction coefficient)가 13.5nm의 광원에서 Si의 흡광 계수의 10배 이하일 수 있다.
상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, 그래핀(Graphene), 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하여 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 펠리클 프레임의 상부와 하부에서의 수평 폭이 서로 다를 수 있다.
상기 펠리클 프레임은 상기 펠리클 멤브레인과 접하는 하부의 제1 수평 폭이 소정의 마스크 기판과 접하는 상부의 제2 수평 폭에 비해 작을 수 있다.
상기 펠리클 프레임의 내측벽은 수직하며, 외측벽은 경사질 수 있다.
상기 펠리클 프레임은 상기 펠리클 멤브레인과 접하는 하부의 제1 수평 폭은 소정의 마스크 기판과 접하는 상부의 제2 수평 폭에 비해 클 수 있다.
상기 펠리클 프레임의 내부는 비어 있을 수 있다.
실시예에 따른 노광공정에 이용되는 펠리클의 제조방법은 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임이 같은 재질로 3D 프린팅을 통해 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, 그래핀(Graphene), 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하여 3D 프린팅을 통해 제조될 수 있다.
상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은, 한 레이어씩(layer by layer) Closed loop로 3차원 표면의 피드백을 통한 시뮬레이션(simulation)하여 CAD 설계도면대로 프린팅되는지 판단될 수 있다.
상기 펠리클 멤브레인의 두께는 20~50nm이며, 광투과율이 80% 이상일 수 있다.
실시예는 상기 펠리클 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보호층은 Si3N4, SC, Al2O3 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
실시예는 상기 펠리클 멤브레인 아래에 열전도층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열전도층은 Ru, Ag, Pt, Mo, graphene 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한 실시예에 따른 노광장치는 노광 광원과, 상기 노광 광원이 조사되는 레티클 및 상기 레티클 상에 배치되는 상기 어느 하나의 펠리클을 포함할 수 있다.
상기 노광 광원은 상기 레티클의 하측에서 주입되어 반사되며, 상기 레티클의 마스크 기판은 소정의 다층 박막 거울(multi-layer mirror)을 포함하여 상기 노광 광원을 반사시킬 수 있다.
상기 펠리클 프레임은 상기 레티클의 마스크 기판에 상에 접착제 없이 직접 형성될 수 있다.
또한 실시예에 따른 펠리클의 제조장치는, 스테이지와, 상기 스테이지 상의 기판 상에 나노 드랍이 가능한 나노 노즐을 포함하고, 상기 나노 노즐은 복수의 사이즈를 구비하는 복수의 나노 노즐을 포함하고, 상기 나노 노즐은 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, 그래핀(Graphene), 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하여 3D 프린팅을 통해 펠리클을 제조할 수 있다.
상기 나노 노즐은 상기 복수의 사이즈의 나노 노즐에 대한 인공지능 혼합 제어가 가능할 수 있다.
실시예는 상기 기판 상에 나노 드랍된 펠리클 물질을 IR 히터와 UV로 열처리 진행할 수 있다.
상기 펠리클은, 한 레이어씩(layer by layer) Closed loop로 3차원 표면의 피드백을 통한 시뮬레이션(simulation)하여 CAD 설계도면대로 프린팅되는지 판단하여 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 초극자외선(EUV)을 이용한 노광 기술에 적합한 일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
구체적으로 실시예에 의하면 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 물질이 다름에 따라 열적특성의 차이에 의해 발생되는 PID(Pellicle Induced Distortion) 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면, 펠리클 멤브레인의 재료를 펠리클 프레임과 같도록 하여 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 재질이 다름으로 인한 PID 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다. 또한 실시예에 의하면, 펠리클 프레임의 재료를 마스크 기판의 재료인 석영(Quartz)과 열 팽창 계수가 비슷하거나 같은 재료를 이용할 수 있다. 이를 통해 PID을 최소화하여 마스크(mask)와 마스크 사용에 따른 Overlay(정반합)을 최소화할 수 있다.
또한 실시예에 의하면 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임을 접착시키는 접착제에 의한 아웃개싱(out gasing) 현상을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면, 펠리클 멤브레인이 펠리클 프레임과 일체로 형성됨에 따라 별도의 멤브레인 접착제가 필요하지 않으므로 아웃개싱 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 프리-스탠딩(free-standing) 구현이 가능한 펠리클을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에서 펠리클 멤브레인이 펠리클 프레임과 일체로 형성됨에 따라 프리-스탠딩 (free-standing) 될 수 있는 특별한 효과가 있다. 또한 실시예의 펠리클 멤브레인은 인장강도 우수한 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물로 형성됨에 따라 센티미터 스케일로 프리-스탠딩(free-standing) 구조를 구현할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, EUV 리소그래피 공정에 사용 가능하도록 EUV 노광광에 대한 높은 투과율을 가지며, 반복되는 노광에 의해 발생되는 높은 열에너지에도 PID 이슈가 없으며, 높은 인장강도를 가짐으로써 프리-스탠딩(Freestanding) 구조를 구현할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예의 기술적 효과는 본 항목에 기재된 것에 한정되지 않고, 발명의 설명을 통해 파악되는 것을 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 펠리클이 레티클 상에 배치된 예시도.
도 2a는 실시예에 따른 펠리클의 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 실시예에 따른 펠리클의 단면도.
도 3a 내지 도 3b는 실시예에 따른 펠리클의 제2 실시예.
도 4a 내지 도 4b는 실시예에 따른 펠리클의 제3 실시예.
도 5a 내지 도 5h는 실시예에 따른 펠리클의 제조장치 또는 제조방법에 대한 설명도.
도 6a 내지 도 6g는 실시예에 따른 펠리클의 제조장치에 대한 설명도.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 펠리클(200)이 레티클(Reticle)(20) 상에 배치된 예시도이다. 레티클(20)은 마스크 기판(21)과 마스크 패턴(22)을 포함할 수 있고, 펠리클(200)은 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)을 포함할 수 있다.
실시예가 적용되는 13.5nm의 파장의 초극자외선(EUV) 노광장치는 광원이 레티클(20)을 투과하는 것이 아닌 반사형일 수 있다. 예를 들어, 실시예가 적용되는 EUV 노광장치에서는 도 1을 기준으로 노광광원(미도시)이 레티클(20)의 하측에서 주입되어 반사될 수 있으며, 마스크 기판(21)에 소정의 다층 박막 거울(multi-layer mirror)이 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 EUV 노광장치에서 광원인 EUV는 LPP(Laser-Produced Plasma) 소스(Source)에 의해 발생될 수 있다. 예를 들어, 초당 수만 번씩 떨어지는 주석(Tin)에 CO2 레이저를 쏘면 플라즈마가 발생하면서 EUV가 발생될 수 있다.
도 1을 참조하면, 레티클(20)은 소정의 마스크 기판(21) 상에 마스크 패턴(22)이 패터닝될 수 있다. 상기 레티클(20)은 크롬이나 산화철 등으로 소정의 마스크 패턴(22)이 그려진 투광성 기판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 레티클(20)은 여러 번 반복적으로 위치를 바꿀 수 있도록 만든 포토 마스크(photo mask)일 수 있으며, 설계 도면 대비 4 내지 10배 정도 크기로 패턴이 그려진 석영 유리기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 레티클(20) 상의 마스크 패턴(22)은 4:1, 5:1, 10:1의 비율로 축소되어 소정의 반도체 기판(wafer)에 전사될 수 있다.
상기 마스크 패턴(22)은 반도체 소자 등의 회로구조의 각 층에서의 소정의 회로 패턴에 대응될 수 있다. 상기 마스크 패턴(22)은 전자회로설계자동화(EDA) S/W 도구에 의해 생성된 회로 이미지가 블랭크 마스크(blank mask) 위에 형상화시키는 작업에 의해 생성될 수 있다.
실시예에서 상기 마스크 기판(21)은 투광도가 높은 석영 유리(quartz glass) 기판일 수 있으며, 용융 실리카(Fused-silica) 유리판일 수 있다.
다음으로 도 2a는 실시예에 따른 펠리클(200)의 사시도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 실시예에 따른 펠리클(200)의 A1-A1' 선을 따른 단면도이다.
실시예에서 펠리클(200)은 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)을 포함할 수 있다. 실시예의 펠리클 멤브레인(220)은 파티클(P)이 마스크 패턴(22)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
실시예가 적용되는 13.5nm의 파장을 갖는 EUV은 대부분의 물질에서 다량 흡수되므로 패터닝 공정에 사용되는 광학시스템에서 EUV의 경로에 놓이게 되는 물질은 극히 한정되고, 매우 얇은 두께를 갖는 물질이 요구된다.
한편, 최근 반도체 소자나 액정 디스플레이의 미세화가 진행됨에 따라서 펠리클을 레티클에 부착했을 때에 펠리클의 응력으로 레티클이 변형되는 결과로서 마스크 패턴의 위치 정밀도가 어긋나는 PID(Pellicle Induced Distortion) 문제가 대두되고 있다. 특히 실시예가 적용되는 10nm 이하의 초 미세화 패턴 기술에서는 PID 이슈가 매우 중요한 기술적 문제이다.
실시예에 따른 펠리클(200)은 초극자외선(EUV)을 광원으로 사용하는 EUV 노광장비에 적용될 수 있다. EUV 노광장비는 DUV(심자외선, Deep Ultra Violet) 노광장비보다 더욱 미세한 집적회로를 구현할 수 있다. EUV파장은 DUV 대비 짧은 13.5nm이며, 파장이 짧으면 빛의 회절현상이 줄어든다. 따라서 EUV 노광장비는 보다 미세한 집적회로를 반도체용 웨이퍼 위에 패터닝할 수 있다. 예를 들어, EUV 노광장비는 비메모리 반도체의 선단공정(7nm 이하) 또는 DRAM 공정에 적용될 수 있다.
한편, 노광장비의 해상력(Resolution)은 k1*λ로 표현될 수 있다. DRAM 집적회로의 조밀도는 공정상수(k1) 및 파장(λwavelength)에 비례하고, 렌즈 수차(NA, Numerical Aperture)에 반비례한다. 렌즈 수차(NA)는 렌즈가 잡아낼 수 있는 최대의 회절각을 의미한다.
한편, 셀과 셀의 간격을 더욱 촘촘하게 만들려면 위 해상력 공식에서 파장(wavelength)의 값을 줄이거나 NA(Numerical Aperture)의 값을 늘리면 된다.
EUV 노광장비 도입 이전 단계에 해당되는 DUV 노광장비에서는 분모의 구경을 키우기 위해 렌즈를 물에 담그는 액침(Immersion) 기법을 통해 36~38nm의 선폭까지 구현 가능하다.
한편, EUV 노광장비에서는 분자에 해당되는 빛의 파장이 193nm에서13.5nm로 급격하게 축소되어 해상력이 세밀해져서 더욱 촘촘하게 전자회로가 설계가 가능하다.
그런데, 실시예가 적용되는 EUV 노광장비에서 빛의 파장이 193nm에서 3.5nm로 급격하게 축소되고, 이에 따라 10nm 이하의 초 미세화 패턴 기술 구현이 가능함에 따라 PID 문제는 더욱 중요한 기술적 문제로 대두되고 있다.
구체적으로 종래기술에서 펠리클 프레임(210)과 레티클(20)의 마스크 기판(21) 사이의 열팽창 계수 차이가 있다. 또한 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)의 열패창 계수의 차이가 있다.
예를 들어, 종래 기술에서 펠리클 프레임은 알루미늄(Al)을 가공하여 프레임 형상을 만들고 아노다이징(anodizing)한 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 하며, 노광 광원의 반사를 최소화하기 위해 망간, 크롬, 카본 등의 착색제로 흑색으로 착색하여 흑색 알루미나를 주로 사용하고 있다.
실시예가 적용되는 10nm 이하의 초 미세화 패턴 기술에서 이러한 흑색 알루미나 재질의 펠리클 프레임과 석영 유리 기판의 열팽창 계수의 차이에 따른 PID 이슈가 매우 중요한 기술적 문제이다.
또한 종래기술에서 펠리클 프레임은 알루미늄, 스테인레스, 폴리에틸렌 등으로 제조되며, 펠리클 멤브레인은 투광성이 우수한 니트로셀룰로오스, 아세트산 셀룰로오스 또는 불소 수지 등으로 이루어진다.
종래 펠리클 기술개발은 광원 투과도 등의 관점에서 펠리클 멤브레인에 대한 연구가 있으나, EUV를 이용한 노광기술을 고려한 펠리클 프레임에 대한 연구가 미진한 상황이다.
이에 따라 종래기술에 의하면, 펠리클 프레임과 펠리클 프레임이 장착되는 마스크 기판의 물질이 다름에 따라, 또는 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 물질이 다름에 따라 열적특성의 차이에 의한 PID(Pellicle Induced Distortion) 문제를 발생시킨다.
특히 에너지가 매우 높으나 투과율이 낮은 EUV의 상당량의 에너지가 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임에 흡수되어 리소그래피 공정에서 발생하는 열에 의한 열팽창 차이에 의한 PID 이슈는 더욱 중요해지고 있으나, 이에 대한 적절한 해결방안이 제시되지 못하는 상황이다. 또한 EUV가 적용되는 리소그래피의 경우, 패턴이 미세하여 열팽창 차이에 의한 PID 이슈로 인한 패턴 결함은 더욱 중요한 문제가 되고 있다.
한편, 종래기술에서는 펠리클 멤브레인의 재질을 개선하는 등으로 PID를 저감하는 시도가 있었으나, 펠리클 멤브레인의 재질과 펠리클 프레임의 재질은 다름에 따라 EUV가 적용되는 노광장치에서 PID(Pellicle Induced Defect) 문제가 제대로 해결되지 못하는 실정이다.
또한 종래기술에서 반도체 기판의 대구경화 됨에 따라 레티클의 사이즈도 대구경화되어 펠리클도 대구경화가 요구되고 있다. 그런데, 펠리클이 대구경화 됨에 따라 펠리클의 수명이 급격히 단축되고 있으며 인장강도가 높지 않아 프리스탠딩 구조를 구현하기 어려운 점이 있다.
특히 알루미나 재질의 펠리클 프레임의 경우 취성(brittleness)으로 인해 약 10,000 웨이퍼 공정이 해당되는 약 3일 정도면 펠리클의 뒤틀림 발생하여 펠리클을 폐기해야 하는 실정이며, 펠리클 멤브레인의 인장강도 취약으로 대구경 펠리클로 구현되기 어려운 문제가 있다.
또한 종래기술에서 알루미나 재질의 펠리클 프레임의 경우 기계적 가공에 의해 제조됨에 따라 평탄도(flatness) 확보가 어렵고, 부식방지성능이 낮으며, 변색(discolor)이 발생할 수 있으며, 연마단계에서 돌출(extrusion)이 발생하는 문제도 있다.
종래기술에서는 이러한 알루미나 재질의 펠리클 프레임의 기술적 문제에 대해 적절한 대안을 제시하지 못하는 실정이다.
또한 종래기술에서 펠리클 멤브레인은 펠리클 프레임에 불소계 접착제, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 에폭시 수지 등의 접착제에 의해 접착이 되는데, 이러한 접착제는 공정 진행 중에 소정의 가스를 발생시키는 아웃개싱(out gasing) 현상이 발생되며 해당 가스는 불순물로 작용할 수 있다.
특히 에너지가 매우 높은 EVU에서 상당량의 에너지가 펠리클과 마스크 기판에 흡수되어 펠리클과 마스크 기판이 가열됨에 따라 아웃개싱(out gasing) 현상이 발생될 수 있는데, 이에 대한 방안이 제시되지 못하는 상황이다.
이에 실시예의 기술적 과제는 초극자외선(EUV)을 이용한 노광 기술에 적합한 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
앞서 기술한 바와 같이, 실시예가 적용되는 13.5nm의 파장의 초극자외선(EUV) 노광장치는 광원이 레티클(20)을 투과하는 것이 아닌 반사형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 실시예의 EUV 노광장치에서는 소정의 광원이 레티클(20)의 하측에서 주입되어 반사될 수 있으며, 이때 마스크 기판(21)에 소정의 다층 박막 거울(multi-layer mirror)이 구비될 수 있다.
한편, 실시예가 적용되는 13.5nm의 파장의 EUV 노광장치가 반사형인 경우 광원 출력(Source power)이 더 높아지게 되어 펠리클에 의한 PID 이슈는 더욱 중요해진다. 특히 실시예가 적용되는 13.5nm의 파장의 EUV 노광장치는 진공에서 진행되는데, 이에 따라 노광 공정에서 발생한 열이 외부로 방열될 수 없으므로 PID 이슈는 더욱 극명하게 된다.
또한 높아진 광원 출력에 따라 종래 기술의 알루미나 재질의 펠리클은 더욱 취약하여 수명이 단축되고, PID(Pellicle Induced Defect) 문제는 노광공정에서 치명적이 될 수 있다.
구체적으로 13.5nm의 파장인 EUV는 기체를 포함한 대부분의 물질에 흡수되는 독특한 성질을 갖고 있으며, 자연계의 대부분의 물질에 흡수되는 EUV의 성질은 노광 장비의 설계 변경이 필요하다.
우선 노광 장비 내부는 진공 상태를 유지할 수 있으며, EUV는 공기에도 흡수되기 때문이다. 또한 기존 투과형 렌즈 역시 흡수 문제로 사용하기 어렵다.
반면, EUV 장비는 마스크의 상을 축소 투영하기 위해 Mo과 Si을 여러 층으로 쌓은 다층 박막 거울(multi-layer mirror)로 EUV 광원을 반사시키는 방식을 채용할 수 있다.
한편, Mo-Si 다층박막 거울의 최대 반사효율은 약 70% 수준이어서 EUV 광원이 실제 웨이퍼 위로 도포된 감광제에 도달했을 때는 많은 양의 광원 손실이 발생하며, 이 같은 광원 손실은 노광 공정 시간의 지연을 야기시키고 있다.
나아가 종래 흑색 알루미나 재질의 펠리클 프레임은 광원을 흡수하므로 광원 손실을 더욱 유발시키는 문제가 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 프레임(210)의 재료를 마스크 기판(21)의 재료인 석영(Quartz)과 열 팽창 계수가 비슷하거나 같은 재료를 이용할 수 있다. 이를 통해 PID을 최소화하여 마스크(mask)와 마스크 사용에 따른 Overlay(정반합)을 최소화할 수 있다.
또한 실시예는 펠리클 멤브레인(220)의 재료를 펠리클 프레임(210)과 같도록 일체로 제작하여 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 재질이 다름으로 인한 PID 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
실시예에서 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)의 재료는 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 실시예에 따른 펠리클의 A1-A1'선을 따른 단면도인데, 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220) 사이에 점선이 도시되어 있으나 이는 양자의 영역을 구분하기 위해 임으로 나타낸 선이며, 양자의 물질이 같으므로 실제 제품에서 양자의 구분선이 나타나지는 않을 수 있다.
아래 표 1은 EUV(13.5nm)가 적용되는 노광 공정에서의 실시예의 펠리클 프레임(210) 및 펠리클 멤브레인(220)의 재료와 비교 재료(Al2O3)의 굴절률과 흡광 계수(extinction coefficient)이다.
Material Refractive Index
(@ 13.5nm)		 Extinction coefficient
(@ 13.5nm)
Zr 0.95764 0.00371
Mo 0.92388 0.00643
Nb 0.93375 0.00519
Si 0.99900 0.00183
Si3N4 0.97501 0.00867
SiC 0.98222 0.00478
Graphene 0.96157 0.00691
B4C 0.96379 0.00514
Ru 0.88635 0.01709
Al2O3 0.96788 0.3899
흡광계수는 빛이 소정 두께의 물질에 직각으로 입사하도록 하여 광 산란을 만들지 않는 물질의 빛의 흡수(Absorption)하는 정도를 나타내는 계수이다. 빛의 흡수(Absorption)는 빛과 같은 파동이 매질 내를 지날 때 에너지 일부가 열 에너지 등으로 변환되는 현상으로 비 가역적인 열역학적 과정이며, 빛 에너지가 감소되며 온도가 올라가게 된다.이에 따라 물질에 따라 흡광 계수(extinction coefficient)가 클수록 열 에너지 발생이 많아지게 되어 열팽창 정도가 커지게 된다.
표 1을 참조하면, 실시예에서 펠리클 프레임(210) 및 펠리클 멤브레인(220)의 재료는 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 멤브레인(220)의 재료를 펠리클 프레임(210)과 같도록 하여 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 재질이 다름으로 인한 PID 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면, 펠리클 프레임(210)의 재료를 마스크 기판(21)의 재료인 석영(Quartz)과 열 팽창 계수가 비슷하거나 같은 재료를 이용할 수 있다. 이를 통해 PID을 최소화하여 마스크(mask)와 마스크 사용에 따른 Overlay(정반합)을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)의 재료는 흡광 계수(extinction coefficient)가 13.5nm에서 0.02000 미만일 수 있다. 예를 들어, 펠리클 프레임(210)의 재료는 흡광 계수(extinction coefficient)가 13.5nm에서 0.00183 내지 0.01709 일 수 있다.
예를 들어, 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)의 재료는 흡광 계수(extinction coefficient)가 13.5nm에서 Si의 흡광 계수의 10배 이하일 수 있다. 예를 들어, 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220) 재료는 흡광 계수(extinction coefficient)가 13.5nm에서 0.00183 내지 0.01830일 수 있다. 예를 들어, 펠리클 프레임(210)의 재료는 흡광 계수(extinction coefficient)가 13.5nm에서 0.00183 내지 0.01709 일 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)의 재료를 마스크 기판(21)의 재료인 석영(Quartz)과 열 팽창 계수가 비슷하거나 같은 재료를 이용함으로써 PID을 최소화하여 마스크(mask)와 마스크 사용에 따른 Overlay(정반합)을 최소화할 수 있다.
이를 통해 실시예에 의하면, 초극자외선(EUV)을 이용한 노광 기술에 적합한 일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클, 그 제조방법 및 펠리클을 포함하는 노광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예의 기술적 과제는 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임을 접착시키는 접착제에 의한 아웃개싱(out gasing) 현상을 방지할 수 있는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
종래에 펠리클 막은 펠리클 프레임에 소정의 멤브레인 접착제에 의해 접착된다. 상기 멤브레인 접착제는 불소계 접착제, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제 등일 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 멤브레인(220)이 펠리클 프레임(210)과 일체로 형성됨에 따라 별도의 멤브레인 접착제가 필요하지 않으므로 아웃개싱 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서는 펠리클 프레임(210)은 상기 마스크 기판(21)에 별도의 접착제 없이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 이후 설명되는 바와 같이 펠레클 프레임(210)이 3D 프린팅에 의해 마스크 기판(21) 상에 직접 형성될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 펠리클 프레임(210)이 마스크 기판(21) 상에 형성됨에 따라 별도의 접착제가 필요하지 않으므로 아웃개싱 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예의 기술적 과제는 프리-스탠딩(free-standing) 구현이 가능한 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공하고자 함이다.
실시예에서 펠리클 멤브레인(220)이 펠리클 프레임(210)과 일체로 형성됨에따라 프리-스탠딩 (free-standing) 될 수 있는 특별한 효과가 있다.
또한 실시예의 펠리클 멤브레인(220)은 인장강도 우수한 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물로 형성됨에 따라 센티미터 스케일로 프리-스탠딩(free-standing) 구조를 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 펠리클 멤브레인(220)은 5 mm 이상의 일측 변 또는 지름을 갖는 사각형 또는 원형 펠리클 프레임(210)에 지지되어 프리-스탠딩될 수 있다
또한 실시예의 펠리클 멤브레인(220)의 두께는 100㎚ 이하일 수 있으며, 13.5㎚의 초극자외선(EUV)에 대한 투과율이 70% 이상일 수 있다. 상기 펠리클 멤브레인(220)의 두께가 50 nm 이하일 수 있으며, EUV에 대한 투과율이 80% 이상일 수 있다. 또한 상기 펠리클 멤브레인(220)은 EUV에 대한 투과율이 90% 이상일 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, EUV 리소그래피 공정에 사용 가능하도록 EUV 노광광에 대한 높은 투과율을 가지며, 반복되는 노광에 의해 발생되는 높은 열에너지에도 PID 이슈가 없으며, 높은 인장강도를 가짐으로써 프리-스탠딩(Freestanding) 구조를 구현할 수 있는 기술적 효과가 있는 일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 3a 내지 도 3b는 실시예에 따른 펠리클의 제2 실시예이다.
도 3a를 참조하면, 제2-1 실시예에 따른 펠리클(200B1)에서 제2-1 펠리클 프레임(210)의 상부와 하부에서의 수평 폭이 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예의 제2-1 펠리클 프레임(210b1)은 펠리클 멤브레인(220)과 접하는 하부의 제1 수평 폭은 마스크 기판(21)과 접하는 상부의 제2 수평 폭에 비해 작을 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 프레임(210b1)의 재료를 마스크 기판(21)의 재료인 석영(Quartz)과 열 팽창 계수가 비슷하거나 같은 재료를 이용할 수 있다. 이를 통해 PID을 최소화하여 마스크(mask)와 마스크 사용에 따른 Overlay(정반합)을 최소화할 수 있다.
나아가 실시예에서 마스크 기판(21)과 접하는 제2-1 펠리클 프레임(210b1)의 제2 수평 폭을 펠리클 멤브레인(220)과 접하는 제1 수평 폭에 비해 크게 형성함으로써 페리클의 열적 팽창에 의한 스트레스가 마스크 기판(21)에 분산되도록 함으로써 PID 이슈를 최소화할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 수직 단면도를 기준으로 제2 실시예의 제2-1 펠리클 프레임(210b1)의 내측벽은 수직하며, 외측벽은 경사질 수 있다. 이를 통해 내측에 광투광 영역을 확보하면서 마스크 기판(21)과 펠리클 프레임(210b1)의 접촉면적을 넓게 확보할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제2-2 실시예에 따른 펠리클(200B2)에서 제2-2 펠리클 프레임(210b2)의 상부와 하부에서의 수평 폭이 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 제2-2 실시예에 따른 펠리클(200B2)에서 제2-2 펠리클 프레임(210b2)은 펠리클 멤브레인(220)과 접하는 하부의 제1 수평 폭은 마스크 기판(21)과 접하는 상부의 제2 수평 폭에 비해 클 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 멤브레인의 재료를 펠리클 프레임과 같도록 하여 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 재질이 다름으로 인한 PID 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다. 나아가 실시예에서 펠리클 멤브레인(220)과 접하는 제2-2 펠리클 프레임(210b2) 하부의 제1 수평 폭이 마스크 기판(21)과 접하는 제2-2 펠리클 프레임(210b2) 상부의 제2 수평 폭에 비해 크도록 설계함으로써 상대적으로 얇은 페리클 멤브레인의 열적 팽창에 의한 스트레스가 펠리클 프레임에 분산되도록 함으로써 PID 이슈를 최소화할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 4a 내지 도 4b는 실시예에 따른 펠리클의 제3 실시예이다.
도 4a를 참조하면, 제3-1 실시예에 따른 펠리클(200C1)에서 제3-1 펠리클 프레임(210c1)의 상부와 하부에서의 수평 폭이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제3-1 펠리클 프레임(210c1)은 펠리클 멤브레인(220)과 접하는 하부의 제1 수평 폭은 마스크 기판(21)과 접하는 상부의 제2 수평 폭에 비해 작을 수 있다.
또한 제3-1 펠리클 프레임(210c1)의 내부는 비어일 수 있다. 또한 제3-1 펠리클 프레임(210c1)의 내측, 외측 벽은 기공(미도시)이 구비될 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 프레임의 재료를 마스크 기판(21)의 재료인 석영(Quartz)과 열 팽창 계수가 비슷하거나 같은 재료를 이용할 수 있다. 이를 통해 PID을 최소화하여 마스크(mask)와 마스크 사용에 따른 Overlay(정반합)을 최소화할 수 있다.
나아가 실시예에서 제3-1 펠리클 프레임(210c1)의 내부는 비어일 수 있도록 함으로써 제3-1 펠리클 프레임(210c1)의 열적 에너지를 제3-1 펠리클 프레임(210c1) 빈 공간에 흡수하고, 기공을 통해 외부로 배출시킴으로써 페리클 프레임의 열적 팽창에 의한 스트레스나 에너지를 분산되도록 함으로써 PID 이슈를 최소화할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 4b를 참조하면, 제3-2 실시예에 따른 펠리클(200C2)에서 제3-2 펠리클 프레임(210c2)의 상부와 하부에서의 수평 폭이 서로 다를 수 있다.
또한 제3-2 펠리클 프레임(210c2)의 내부는 비어일 수 있다. 또한 제3-2 펠리클 프레임(210c2)의 내측, 외측 벽은 기공이 구비될 수 있다.
실시예에 의하면, 펠리클 멤브레인의 재료를 펠리클 프레임과 같도록 하여 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 재질이 다름으로 인한 PID 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다
나아가 실시예에서 제3-2 펠리클 프레임(210c2)의 내부는 비어일 수 있도록 함으로써 제3-2 펠리클 프레임(210c2)의 열적 에너지를 제3-2 펠리클 프레임(210c2) 빈 공간에 흡수하고, 기공을 통해 외부로 배출시킴으로써 페리클 프레임의 열적 팽창에 의한 스트레스나 에너지를 분산되도록 함으로써 PID 이슈를 최소화할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 5a 내지 도 5h는 실시예에 따른 펠리클의 제조장치 또는 제조방법에 대한 설명도이며, 도 6a 내지 도 6g는 실시예에 따른 펠리클의 제조장치에 대한 설명도이다.
실시예에서 펠리클은 Hyper vision process control에 의한 3D printing으로 제조될 수 있다.
구체적으로 3D printing시 Optical Heterodyning 3D inspection을 이용하여 한 레이어씩(layer by layer) Closed loop로 3차원 표면의 피드백을 통한 시뮬레이션(simulation)하여 CAD 설계도면대로 printing 되는지 확인할 수 있다.
우선 도 5a는 실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치의 개념도이다.
실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치는 샘플 영역(SA)에 회전 가능한 구조광(Structure light)를 발생하는 광원 장치(light source apparatus)(310)에 의해 구조광이 조사될 수 있다. 이때 구조광이 조사된 샘플 영역(SA)을 소정의 센서(320)에 의해 감지하여 컴퓨터 등의 제어부(330)에서 제조공정을 판단 및 제어할 수 있다.
실시예에서 EUV용 펠리클 프레임(210)과 펠리클 멤브레인(220)은 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물을 3D printing을 이용하여 제조될 수 있다.
실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치는 3D 프린팅 재료에 따라 고체 기반형 3D 프린팅 제조장치, 액체 기반형 3D 프린팅 제조장치 또는 분말 기반형 3D 프린팅 제조장치일 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치는 FMD(Fused Deposition Modeling) 또는 FFF(Fused Filament Fabrication) 등의 고체 기반형 3D 프린팅 제조장치일 수 있다. 또한 실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치는 액체 광경화성 수지에 메탈 램프, 수은 램프 또는 레이저 등의 소정의 광원을 조사하여 굳히는 액체 기반형 3D 프린팅 제조장치일 수 있다. 또는 실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치는 분말 형태의 재료를 레이저 또는 전자빔을 이용하여 소결 또는 융해하여 형상제작하는 분말 기반형 3D 프린팅 제조장치 일 수 있다.
구체적으로 도 6a 내지 도 6g를 참조하면, 실시예에 따른 펠리클의 3D 제조장치는 나노 잉크 젯(nano ink jet) 장비를 구비할 수 있으며, 나노 잉크 젯은 나노 노즐(nano nozzle)(350)을 구비할 수 있으며, 나노 잉크 젯은 나노 노즐(nano nozzle)(350)을 구비할 수 있다.
이하 도 6a 내지 도 6e의 설명에서는 멤브레인 예비층(220a)을 형성 후 소정의 습식식각이 진행되는 것을 도시하고 있으나 실시예가 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 실시예에서 펠리클 일체구조의 물질이 실리콘인 경우에는 도 6a 내지 도 6e와 같이 습식식각이 진행될 수 있으나, 그렇지 않은 경우에는 나노 3D 프린팅에 의해 별도의 식각이 없이 고 품질의 펠리클 멤브레인을 바로 제조할 수 있다. 예를 들어, 펠리클의 물질이 Zr, Mo, Nb, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물인 경우 바로 40~50nm 두께 수준의 높은 품질의 펠리클 멤블레인(220)을 제조할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
도 6a를 참조하면, 실시예에서 나노 노즐(350)은 펠리클 재료인 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2( quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물을 소정의 스테이지(355) 상의 기판(2360) 상에 nano drop으로 떨어트릴 수 있다.
실시예에서 멤브레인 예비층(220a)을 형성 후 소정의 습식식각이 진행되는 경우의 멤브레인 예비층(220a) 물질이 실리콘에 한정되는 것은 아니며, Zr, Mo, Nb, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물도 가능할 수 있다.
실시예에서 3D 프린터 스테이지(stage)(355)는 정밀 플로팅 스테이지(floating stage)을 이용할 수 있으며, 초정밀도(ultra-high accuracy), 낮은 파티클(low particles) 및 디펙트 없는 막질(defect free film)을 프린팅할 수 있다.
실시예는 나노 잉크 젯(nano ink jet)으로 분사되는 물질을 3D 측정으로 피드백(feedback)을 통한 공정제어하여 실시간으로 프린터 헤드(printer-head)을 관찰하고 동시에 실시간 교정(calibration)하여 공정의 수율을 보장할 수 있다.
실시예에서 펠리클 재료가 3D 프린팅되는 기판(360)은 소정의 황산이나 질산 등의 강산에 녹는 얇은 서포트 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(360)은 셀롤로스(cellulose), 폴리이미드(polyimides) 또는 퍼플러 폴리머(perfluoro polymer) 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 나노 노즐(350)은 복수의 사이즈의 nano drop이 가능한 복수의 사이즈의 나노 노즐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 노즐(350)은 제1 내지 제6 나노 노즐(350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f)등을 포함할 수 있고, 이들 노즐에 대한 인공지능 혼합(Mixing) 제어가 가능할 수 있다.
실시예에서는 인공지능 혼합 제어는 프로그램을 통해 펠리클의 균일도(uniformity)를 확보하고 뮤라(mura) 없는 막을 얻기 위해 나노 노즐 사이즈와 위치를 변경하여 최대한의 균질성과 균일성을 확보할 수 있다.
예를 들어, 펠리클 프레임(210) 형성공정과 펠리클 멤브레인(220) 형성공정에서의 나노 드랍의 사이즈를 달리 제어할 수 있다.
예를 들어, 펠리클 멤브레인(220)은 투광성이 높아야 하므로, 펠리클 프레임(210) 형성시의 노즐 사이즈보다 작은 사이즈로 나노 드랍이 진행될 수 있다.
예를 들어, 도 6a와 같이 멤브레인 예비층(220a)을 약 80nm~300㎛의 두께로 3D 프린팅 후에, 도 6b와 같이 펠리클 프레임(210) 형성공정에서의 나노 드랍의 사이즈를 달리 제어하여 3D 프린팅함으로써 펠리클 예비구조(200a)를 형성할 수 있다.
상기 멤브레인 예비층(220a)은 약 100nm~300㎛의 두께로 형성될 수도 있다. 상기 펠리클 프레임(210)의 스탠드 오프(stand off)는 약 2.5~3.5mm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 의하면 인공지능 혼합 제어로 막질의 균일성과 높은 품질(higher quality), 높은 막 균일도(higher film uniformity)를 만들어 낼 수 있는 효과가 있다.
다음으로 멤브레인 예비층(220a)과 펠리클 프레임(210)이 기판(360) 상에 프린팅 된 상태에서 소정의 UV 장치로 펠리클 예비구조(200a)를 열처리할 수 있다.
예를 들어, 기판(360) 상에 나노 드랍된 펠리클 예비구조(200a)를 IR 히터(미도시)나 UV 장치(미도시) 등으로 열처리하여 표면 상태를 플랫(flat)하고 부드럽게 만들며 동시에 표면장력(surface tension)을 조절할 수 있다. 또한 기판(360) 상에 나노 드랍된 펠리클 예비구조(200a)는 UV 장치로 경화되는 과정에서 투광성을 확보할 수 있다.
다음으로 도 6c를 참조하면, 열처리된 펠리클 예비구조(200a)를 소정의 지그(jig)(미도시)를 이용하여 황산이나 질산 등의 강산에 침지하여 기판(360)을 제거할 수 있다. 이후 펠리클 예비구조(200a)를 세정(cleaning) 후에 소결(sintering)하여 펠리클 예비구조(200a)의 안정화 및 결정구조를 정렬할 수 있다.
이때 소결의 조건은 물질에 따라 다르며 소결시 재료의 안정화를 위해 특정 분위기 가스(ambient gas)를 넣어준다. 실시예에서 펠리클의 소결은 레이저(laser) 소결 또는 고온, 예를 들어 1400℃내외에서 열적 소결을 진행할 수 있다.
또한 기판(360)이 강산에 의해 제거된 후 큐어링(curing)하여 솔벤트등 막에 포함된 액체류를 제거할 수 있다.
다음으로 도 6d를 참조하면, 펠리클 예비구조(200a) 상에 소정의 마스크(390)를 코팅하고, 도 6e와 같이 멤브레인 예비층(220a)을 식각하여 펠리클 멤브레인(220)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 마스크(390)는 감광막(PR)이나 레진(resin)일 수 있 있다.
도 6d를 참조하면, 상기 멤브레인 예비층(220a)은 제1 두께(T1)로 형성된 상태에서 도 6e와 같이 제2 두께(T2)로 습식식각될 수 있다. 예를 들어, 상기 멤브레인 예비층(220a)은 약 80nm~300㎛의 제1 두께(T1)로 형성된 상태에서 도 6e와 같이 20nm~50nm의 제2 두께(T2)로 식각될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 펠리클 멤브레인(220)의 제2 두께는 20nm~40nm일 수 있다. 상기 펠리클 프레임(210)의 폭도 일부 식각되어 줄어들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이후 잔존하는 마스크(390)는 제거될 수 있다.
실시예에서 펠리클 멤브레인(220)이 펠리클 프레임(210)과 일체로 3D 프린팅으로 형성됨에 따라 프리-스탠딩 (free-standing) 될 수 있는 특별한 효과가 있다.
또한 실시예의 펠리클 멤브레인(220)은 인장강도 우수한 Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물로 3D 프린팅으로 형성됨에 따라 센티미터 스케일로 프리-스탠딩(free-standing) 구조를 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 펠리클 멤브레인(220)은 5 mm 이상의 일측 변 또는 지름을 갖는 사각형 또는 원형 펠리클 프레임(210)에 지지되어 프리-스탠딩될 수 있다
또한 실시예의 펠리클 멤브레인(220)이 3D 프린팅으로 형성됨에따라 두께가 100㎚ 이하일 수 있으며, 13.5㎚의 초극자외선(EUV)에 대한 투과율이 70% 이상일 수 있다. 상기 펠리클 멤브레인(220)의 두께가 50 nm 이하일 수 있으며, EUV에 대한 투과율이 80% 이상일 수 있다. 또한 상기 펠리클 멤브레인(220)의 두께가 40 nm 이하일 수 있으며, 상기 펠리클 멤브레인(220)은 EUV에 대한 투과율이 90% 이상일 수 있다.
다음으로 펠리클(200)을 IR 히터(미도시), UV 장치(미도시), 퍼니스(Furnace) 등으로 어닐링(Annealing)하여 표면 상태를 플랫(flat)하고 부드럽게 만들며 동시에 표면장력(surface tension)을 조절할 수 있다.
다음으로 도 6f를 참조하면, 실시예의 펠리클(200) 상에 보호층(230)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 펠리클(200) 상에 Si3N4, SC, Al2O3 등의 보호층(230)을 ALD나 CVD 증착공정을 이용하여 바람직하게 약 3~10nm 두께, 좀 더 바람직하게 5~10nm의 두께로 증착하여 형성할 수 있다.
다음으로 도 6g를 참조하면, 펠리클(200) 상에 열전도층(240)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 보호층(230)이 형성된 펠리클(200) 하부에 열전달 효율이 높은 Ru, Ag, Pt, Mo, graphene 등을 바람직하게 약 1~5nm 두께, 좀 더 바람직하게는 약 2~4nm 두께로 증착하여 열전도층(240)을 형성함으로써 열의 효과적인 방출을 할 수 있고, EUV 투과성을 증대할 수 있다.
이상 설명된 공정과정은 열처리와 증착의 효율성을 위해 공정 순서를 바꿀 수 있다.
한편, 앞서 배경기술에서 기술한 바와 같이, 종래기술 중에 EUV 리소그래피용 펠리클을 구성하는 막의 높은 투과율을 구현하기 위해 단결정 실리콘(Si), 질화실리콘(SiN) 등을 구성 물질로 사용한 기술이 있다(한국공개특허 제2009-0122114호). 그러나 이러한 단결정 실리콘을 이용한 펠리클막은 높은 투과율의 구현을 위해 100㎚ 이하의 극박막으로 형성되어야 한다. 이에 따라 단결정 실리콘 박막의 펠리클막은 인장강도가 약해 수 센치미터 스케일의 펠리클막을 구현하기 어려운 문제가 있다.
또한 한국공개특허 제2009-0122114호에 개시된 실리콘 단결정 박막의 펠리클 막은 작은 충격에도 쉽게 손상될 수 있으므로 이를 지지하기 위한 별도의 베이스 기판을 사용한다. 이러한 베이스 기판의 보강틀은 일정한 패턴을 형성하며, 이 패턴이 리소그래피 공정에서 기판에 전사된다는 문제가 있다. 또한, 투과율이 60%정도로 낮다는 문제가 있다.
앞선 실시예에서 도 6a 내지 도 6e을 참조하여 습식식각을 통한 실시예를 설명하였으나 다른 실시예에서는 나노 3D 프린팅에 의해 별도의 식각이 없이 고 품질의 펠리클 멤브레인을 바로 제조할 수 있다.
예를 들어, 펠리클의 물질이 Zr, Mo, Nb, Si3N4, SiC, Graphene, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Al2O3, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물인 경우 바로 40~50nm 두께 수준의 높은 품질의 펠리클 멤블레인(220)을 제조할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
이 경우 제2009-0122114호 등과 같이 실리콘(Si) 상하에 별도의 질화실리콘(SiN) 등을 배치하지 않으므로 투과율이 80% 이상, 예를 들어 90% 이상 확보할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
다시 도 5b를 참조하면, 도 5b는 임의의 각도들에서 투사된 광원의 복합 이미지 중에서 Reference 이미지이며, 도 5c는 사각형 샘플 영역(SA)을 포함한 이미지이다.
다음으로 도 5d는 많은 회전에 있어서 단일 픽셀 트레이스(Single Pixel Trace)에 대한 시간(time)에 따른 Sample과 Reference의 상변화(Phase difference) Amplitude 데이터이다.
다음으로 도 5e와 도 5f는 각각 실시예에서의 Optical Heterodyning 3D inspection의 분광학(spectroscopy)으로서 Green Object in field of view이며, Stacked Images이다.
다음으로 도 5g를 참조하면, 다양한 파장에서 Single Pixel trace는 Green에서만 response를 나타내고 있다. 다음으로 도 5g은 상대적 상(Relative Phase)과 파장 정보(wavelength information)의 합성 이미지(synthetic image), 합성 시그널(mixed signal)이다.
이를 통해, 실시예에서 펠리클 프레임은 3D printing시 Optical Heterodyning 3D inspection을 이용하여 한 레이어씩(layer by layer) Closed loop로 3차원 표면의 피드백을 통한 시뮬레이션(simulation)하여 CAD 설계도면대로 printing 되는지 확인할 수 있다.
이를 통해 실시예에서 펠리클 프레임은 Hyper vision process control에 의한 3D printing으로 제조될 수 있다.
또한 실시예에 의하면 나노 드랍(Nano Drop)되는 물질은 에러보정 알고리즘(error compensation algorithm)으로 제어하여 막질을 최대한 균일 하게 도포 되도록 할 수 있다.
또한 실시예는 나노 잉크 젯(nano ink jet)으로 분사되는 물질을 3D 측정으로 피드백(feedback)을 통한 공정제어하여 초신속(Ultra-fast)으로 프린터 헤드(printer-head)을 관찰하고 동시에 실시간 교정(calibration)하여 공정의 수율을 보장할 수 있다.
실시예에 의하면, 초극자외선(EUV)을 이용한 노광 기술에 적합한 일체화된 프레임과 멤브레인을 포함하는 펠리클, 그 제조방법, 펠리클을 포함하는 노광장치 및 펠리클의 제조장치를 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
구체적으로 실시예에 의하면 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임의 물질이 다름에 따라 열적특성의 차이에 의해 발생되는 PID(Pellicle Induced Distortion) 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임을 접착시키는 접착제에 의한 아웃개싱(out gasing) 현상을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 프리-스탠딩(free-standing) 구현이 가능한 펠리클을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, EUV 리소그래피 공정에 사용 가능하도록 EUV 노광광에 대한 높은 투과율을 가지며, 반복되는 노광에 의해 발생되는 높은 열에너지에도 PID 이슈가 없으며, 높은 인장강도를 가짐으로써 프리-스탠딩(Freestanding) 구조를 구현할 수 있는 기술적 효과가 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 초극자외선(EUV)을 이용한 노광공정에 이용되는 펠리클에 있어서,
    마스크 기판 상에 직접 접촉되도록 3D 프린팅으로 펠리클 프레임을 형성하는 단계;
    상기 펠리클 프레임과 같은 재질로 상기 펠리클 프레임 상에 3D 프린팅을 통해 상기 펠리클 프레임과 일체가 되도록 펠리클 멤브레인을 형성하는 단계; 및
    상기 펠리클 상에 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은
    Zr, Mo, Nb, Si, Si3N4, SiC, 보론카바이드(B4C), Ru, Ti, Ba, ZrO2, Y2O3, SiO2(quartz), AlN, BN, Si-SiC 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하여 3D 프린팅을 통해 제조되는 펠리클의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펠리클 멤브레인과 상기 펠리클 프레임은,
    한 레이어씩(layer by layer) Closed loop로 3차원 표면의 피드백을 통한 시뮬레이션(simulation)하여 CAD 설계도면대로 프린팅되는지 판단하는 펠리클의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펠리클 멤브레인의 두께는 20~50nm이며, 광투과율이 80% 이상인 펠리클의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펠리클 상에 ALD나 CVD 증착공정으로 상기 보호층이 형성되는 펠리클의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보호층은
    Si3N4, SC, Al2O3 중 어느 하나 이상으로 형성되는 펠리클의 제조방법.
  7. 삭제
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