KR102285721B1 - 극자외선 파장 간격으로 주기적 형상화된 금속 박막을 구비하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그 제조방법 - Google Patents

극자외선 파장 간격으로 주기적 형상화된 금속 박막을 구비하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

지지층 패턴 상에 형성된 펠리클층을 구비한 극자외선 리소그래피용 펠리클이 개시된다. 펠리클층은 중심층 및 금속 재질의 패턴층을 구비한다. 패턴층은, 펠리클층을 투과하는 노광광의 진행 방향상에서의, 어느 하나의 패턴의 선단부에서 후단부까지의 길이, 복수의 패턴들을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이, 및 이웃하는 패턴들간의 간격 중 적어도 어느 하나가, 노광광의 파장에 의하여 패턴층에서 플라즈모닉 현상을 일으키는 소정의 유효크기로 형성된다.

Description

극자외선 파장 간격으로 주기적 형상화된 금속 박막을 구비하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그 제조방법 {Pellicle for Extreme Ultraviolet Lithography with Periodically patterned Metal Thin Film and Method for manufacturing the same}
본 발명은 극자외선 리소그래피용 펠리클의 광학적 투과율 향상 기술에 관한 것이다.
포토리소그래피(Photo-lithography)라고 불리는 노광(Exposure) 기술의 발달은 반도체 집적 회로의 고집적화(High Integration)를 가능하게 하였다.
현재 상용화된 노광 공정은 193㎚의 ArF 파장대를 이용하는 노광 장비로 전사 공정을 진행하여 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성하고 있다. 그러나 이는 32㎚ 이하의 미세 패턴 형성에 한계를 보이고 있어, 액침노광(Immersion Lithography), 이중노광(Double Patterning), 위상전이(Phase Shift), 광학위상보정(Optical Phase Correction) 등 다양한 방법들이 개발되고 있다. 그러나, ArF 파장을 이용하는 노광 기술로는 더욱 미세화된 32㎚ 이하의 회로 선폭을 구현하기 어려우며, 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, 포토리소그래피 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 손상된다. 이는 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 전사되지 않는다. 최근에는 회로 선폭의 미세화에 따라 패턴 손상에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 크기 또한 줄어들어, 포토마스크 보호를 위한 펠리클의 역할이 더욱 중요해지고 있다.
펠리클은 극자외선용 노광광의 원활하고 우수한 투과를 위해 기본적으로 100㎚ 이하 두께의 극박막 형태를 갖는 펠리클층을 포함하여 구성된다. 펠리클층의 극자외선 투과도는 생산 수율에 직접적으로 관련된 만큼, 극자외선에 대한 높은 투과도는 펠리클에 요구되는 가장 중요한 특성 중 하나이다.
본 발명은 극자외선용 노광 광에 대한 펠리클의 투과율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지지층 패턴 상에 형성된 펠리클층을 구비한 극자외선 리소그래피용 펠리클로서, 상기 펠리클층은, 펠리클막으로서 기능하는 중심층, 및 소정의 패턴을 구비하며 단일의 층 또는 상호 이격된 복수의 층으로 구성되는 금속 재질의 패턴층을 포함하며, 상기 패턴층은, 상기 펠리클층을 투과하는 노광광의 진행 방향상에서의, 어느 하나의 상기 패턴의 선단부에서 후단부까지의 길이, 복수의 상기 패턴들을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이, 및 이웃하는 상기 패턴들간의 간격 중 적어도 어느 하나가, 상기 노광광의 파장에 의하여 상기 패턴층에서 플라즈모닉 현상을 일으키는 소정의 유효크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 노광광은 13.5nm 파장의 극자외선(EUV)이며, 상기 유효크기는 5~15nm 이다. 상기 유효크기는 11~13.5nm 일 수 있고, 13.5nm 일 수 있다.
상기 패턴층은 복수의 층으로 구성되며, 상기 패턴층들 사이에는 상기 노광광이 투과되는 재질로 구성되며 상기 패턴층들 사이의 간격을 소정의 간격으로 설정하는 간격층이 구비된다. 상기 간격층은 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
상기 패턴층은 상기 중심층의 양면에 각각 형성되며, 상기 간격층은 상기 중심층에 의해 구현될 수 있다.
상기 패턴층은 상기 중심층의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
상기 패턴층을 구성하는 상기 금속 재질은, Sn, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Zn, Au, Pt, Cd, Pd, Ru, Rh, Zr, Mo, W, Ta, V 중 어느 하나 이상으로 구성된다.
상기 패턴층은 1∼10nm의 두께를 갖는다.
본 발명의 펠리클은 상기 중심층의 어느 한 면 또는 양면에 형성되어 상기 중심층의 기계적 강도를 보완하는 캡핑층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 캡핑층은, 1) 크롬(Cr), 질화 크롬(CrN), 알루미늄(Al), 산화알루미늄(Al2O3), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si), 루세늄(Ru)을 포함하는 금속 중 1종 이상의 물질 또는 이들의 합금이나 화합물; 2) 상기 물질에 루세늄(Ru)을 추가로 포함하는 합금이나 화합물; 3) 상기 1), 2)의 물질에 실리콘(Si)을 포함하는 실리사이드 또는 혼합물; 또는 4) 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나의 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상이 추가된 재질로 형성될 수 있다.
각각의 상기 캡핑층은 단층 또는 2층 이상의 다층막으로 형성되고, 상기 다층막은 동일 또는 다른 물질로 구성될 수 있다.
상기 캡핑층은 상기 중심층과의 계면에서 상호간의 물질 확산을 방지하거나 층간 결합력을 증가시키기 위한 보조층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 보조층은 복수의 층으로 구성될 수 있다.
상기 보조층은, 1) 단결정 단결정, 무결정, 및 다결정 실리콘에 산소(O), 탄소(C) 또는 질소(N)가 포함된 실리콘 화합물질, 2) 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), CNT, 그래핀(Graphene) 중 1종 이상의 물질 또는 이들의 합금이나 화합물질, 3) 전이금속(transition metal, M)과 칼코젠 원소(chalcogen atom, X)가 MX2 구조로 결합하여 2차원 단일층을 형성한 디칼코게니드 전이금속 단일층(transition metal dichalcogenide TMD monolayer) 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 보조층을 포함하는 상기 캡핑층은 0.5~20nm 의 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, a) 기판 상에 펠리클막으로 사용되는 중심층 및 패턴층 박막을 형성하는 단계; b) 상기 패턴층 박막을 패터닝하여 소정의 패턴이 형성된 패턴층을 형성하는 단계; c) 상기 기판의 배면 및 상기 패턴층의 상면에 식각 마스크층을 형성하는 단계; d) 상기 기판 배면의 패터닝된 식각 마스크를 활용하여 상기 기판을 상기 펠리클층이 노출되도록 식각함으로써, 상기 중심층을 지지하는 지지층을 형성하는 단계; e) 상기 지지층의 배면과 상기 패턴층 상면의 식각 마스크층을 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 패턴층은, 상기 펠리클층을 투과하는 노광광의 진행 방향상에서의, 어느 하나의 상기 패턴의 선단부에서 후단부까지의 길이, 복수의 상기 패턴들을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이, 및 이웃하는 상기 패턴들간의 간격 중 적어도 어느 하나가, 상기 노광광의 파장에 의하여 상기 패턴층에서 플라즈모닉 현상을 일으키는 소정의 유효크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 제조 방법이 제시된다.
본 발명의 펠리클 제조방법은, f) 상기 d) 단계 후에, 상기 중심층의 하부에 추가의 상기 패턴층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 a) 단계는, 상기 중심층과 상기 패턴층 박막 사이에 상기 중심층의 기계적 강도를 보완하기 위한 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 펠리클 제조방법은, h) 상기 d) 단계 후에, 상기 중심층의 하부에 상기 중심층의 기계적 강도를 보완하기 위한 캡팽층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 캡핑층 형성 시, 상기 중심층과 상기 캡핑층 사이 계면에서 상호간의 물질 확산을 방지하거나 층간 결합력을 증가시키기 위한 보조층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 주기적으로 형상화된 금속 박막의 패턴에 의해 발생하는 플라즈모닉 현상을 이용하여 극자외선용 노광광에 대한 펠리클의 투과율을 향상시킬 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 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도.
도 4 는 도 3 의 변형예.
도 5 내지 8 은 본 발명의 패턴층의 배치의 다양한 실시예.
도 9a 내지 도 9e 는 도 1 에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펠리클의 제작 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10f 는 도 3 에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에서 캡핑층이 중심층 양측에 모두 구비된 펠리클의 제작 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도이다.
본 발명의 구조에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클(100)은, 지지층 패턴(120), 및 지지층 패턴(120)에 의해 지지되는 펠리클층(110)을 포함한다. 펠리클층(110)은 중심층(111) 및 패턴층(113)을 포함하여 구성된다.
지지층 패턴(120)은 펠리클층(110)을 지지하는 역할을 하며, 예를 들어 실리콘(Si) 웨이퍼를 식각 공정 등으로 가공하여 형성할 수 있고, 200∼800㎛의 두께를 갖는다.
펠리클층(110) 내의 중심층(111)은 극자외선 노광광이 투과되는 펠리클막을 구성하는 층이다. 중심층(110)은 극자외선용 노광광에 대해 높은 투과율을 유지하면서 기계적 강도와 열적 특성이 우수한 물질로써, 단결정, 무결정 및 다결정 실리콘 중 하나 이상의 상태를 포함하는 실리콘 재질, 또는 실리콘에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 어느 하나 이상이 포함된 실리콘 화합물로 이루어진다.
중심층(111)은 10∼100nm 의 두께를 가지며, 바람직하게, 10∼50nm 의 두께를 갖는다. 중심층(111) 및 패턴층(113)으로 이루진 펠리클층(110)의 투과율이 80% 이상을 유지할 수 있는 전제하에서 중심층(111) 및 패턴층(113)의 두께는 다양한 조합으로 이루어 질 수 있다.
패턴층(113)은 펠리클(100)의 광학적 투과율을 향상시키기는 역할을 한다. 패턴층(113)은 금속 박막을 패터닝하여 구성되며, 중심층(111)의 상면과 하면 중 하나 이상에 형성할 수 있다.
본 발명에서 패턴층(113)의 형상과 배치는 노광광에 대해 플라즈모닉 현상을 이용하도록 구성되며, 이에 대해서는 자세하게 후술한다.
패턴층(113)은 상기한 플라즈모닉 현상을 기대할 수 있는 금속으로, Sn, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Zn, Au, Pt, Cd, Pd, Ru, Rh, Zr, Mo, W, Ta, V 중 어느 하나 이상을 포함하는 금속일 수 있다. 플라즈모닉 현상이 특정 환경에서 특정 파장에 대해 발현되는 금속 고유의 특성임을 고려한다면, 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 대부분의 금속이 포함된다는 것을 이해할 것이다.
패턴층(113)은 상기 물질의 단층 또는 다층막으로 형성할 수 있다. 다층막인 경우 각 층은 동일한 물질 또는 서로 다른 물질로 구성될 수 있으며, 상기 물질들을 다양하게 조합하여 형성할 수 있다.
패턴층(113)은 1∼10nm 의 두께를 가지며, 전술한 바와 같이 중심층(111) 및 패턴층(113)으로 이루진 펠리클층(110)의 투과율이 80% 이상을 유지할 수 있는 전제하에서 중심층(111) 및 패턴층(113)의 두께는 다양한 조합으로 이루어 질 수 있다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도이다. 도 2 의 실시예 및 이하의 실시예에서, 도 1 의 실시예에서와 동일하거나 대응되는 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.
도 2 의 실시예의 펠리클(100)은 도 1 의 실시예와 마찬가지로 지지층 패턴(120) 및 펠리클층(110)을 구비하고 있으며, 또한 펠리클층(110)은 펠리클막의 기능을 하는 중심층(111)을 구비하고 있다. 본 실시예의 펠리클층(110)은 복수의 패턴층, 즉 제1패턴층(113-1)과 제2패턴층(113-2)을 구비하고 있다. 제1패턴층(113-1)과 제2패턴층(113-2)은 중심층(111) 상에 구비된다. 제1패턴층(113-1)과 제2패턴층(113-2) 사이에는 간격층(Spacing Layer)(114)이 구비되어, 제1패턴층(113-1)과 제2패턴층(113-2)이 특정 간격을 두고 배치된다.
간격층(114)은 제1패턴층(113-1)과 제2패턴층(113-2) 사이의 간격을 후술되는 플라즈모닉 현상이 발생하도록 조절하는 기능을 하는 층이다. 간격층(114)은 노광광의 흡수가 최대한 적게 일어나는 재질로 선택함으로써 노광광의 투과율 손상을 방지하는 것이 바람직하다. 간격층(114)은 예컨대 실리콘 재질로 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 패턴층 구조는 두 개의 패턴층(113-1, 113-2) 외의 추가적인 하나 또는 그 이상의 패턴층에 의하여 3층 이상의 구조로 형성될 수도 있다. 패턴층이 3층 이상의 구조로 형성될 경우에는 각 패턴층 사이에는 도 2 와 같이 간격층(114)이 마련되어 각 패턴층이 특정 간격으로 상호 이격된다.
복수의 패턴층 구조는 도 2 의 실시예와는 달리 중심층(111)의 하부에 구비될 수도 있고, 중심층(111)의 양면에 모두 구비될 수도 있다. 이때 중심층(111)의 어느 한 면에는 복수의 패턴층 구조가 구비되고, 다른 한 면에는 단일의 패턴층 구조가 구비될 수도 있다.
한편, 도 1 의 실시예에서 기술한 바와 같이 단일의 패턴층이 중심층(111)의 양면에 모두 형성될 수 있으며, 이러한 구성에 의하여 복수의 패턴층 구조가 구현될 수도 있다. 이 경우에는 중심층(111)이 펠리클막의 기능과 더불어 도 2 의 간격층(114)의 기능을 겸하도록 구성할 수 있으며, 중심층(111)의 어느 한면 또는 양면에 별도의 간격층(114)을 추가할 수도 있다.
도 3 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도이다.
도 3 의 실시예의 펠리클(100)은 도 1 의 실시예와 마찬가지로 지지층 패턴(120) 및 펠리클층(110)을 구비하고 있으며, 또한 펠리클층(110)은 중심층(111)과 패턴층(113)을 구비하고 있다. 본 실시예의 펠리클(100)은 중심층(111)과 패턴층(113)의 사이에 캡핑층(112)을 추가로 구비하고 있다. 캡핑층(112)은 펠리클(110)의 기계적, 열적 특성을 개선시키는 역할을 한다.
캡핑층(112)은, 1) 크롬(Cr), 질화 크롬(CrN), 알루미늄(Al), 산화알루미늄(Al2O3), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si), 루세늄(Ru)을 포함하는 금속 중 1종 이상의 물질 또는 이들의 합금이나 화합물; 2) 상기 물질에 루세늄(Ru)을 추가로 포함하는 합금이나 화합물(특히 RuB2, RuZr, RuY, RuNb, RuTi, RuLa); 3) 상기 1), 2)의 물질에 실리콘(Si)을 포함하는 실리사이드 또는 혼합물; 또는 4) 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나의 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상이 추가된 재질로 형성할 수 있다.
각각의 캡핑층(112)은 단층 또는 2층 이상의 다층막으로 형성할 수 있고, 상기 다층막은 동일 또는 다른 물질로 구성될 수 있으며, 상기 물질들을 다양하게 적용하여 형성할 수 있다.
도 3 에는 도시되어 있지 않으나, 캡핑층(112)은 중심층(111)과의 계면에서 상호간의 물질 확산을 방지하거나, 두 층의 결합력을 증가시키기 위한 보조층을 포함할 수 있다. 보조층은 1) 단결정 단결정, 무결정, 및 다결정 실리콘에 산소(O), 탄소(C) 또는 질소(N)가 포함된 실리콘 화합물질, 2) 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), CNT, 그래핀(Graphene) 중 1종 이상의 물질 또는 이들의 합금이나 화합물질, 3) 전이금속(transition metal, M)과 칼코젠 원소(chalcogen atom, X)가 MX2 구조로 결합하여 2차원 단일층을 형성한 디칼코게니드 전이금속 단일층(transition metal dichalcogenide TMD monolayer)으로 구성될 수 있다. 또한 보조층은 상기 1), 2) 및 3) 중 둘 이상을 적용한 다층일 수 있다.
보조층을 포함하는 캡핑층(112)은 0.5~20nm 의 두께를 가지며, 바람직하게, 5nm 의 두께일 수 있다.
도 4 는 도 3 의 변형예로서, 캡핑층(112)이 중심층(111)의 하부에 형성된 예를 도시한 것이다. 캡핑층(112)이 중심층(111)의 하부에 형성되는 경우에는 중심층(111) 하부의 영역 중 지지층 패턴(120)에 의해 노출된 영역에 형성된다. 도 3 의 실시예와 마찬가지로 캡핑층(112)은 보조층을 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4 의 예를 조합하여, 중심층(111)의 상부와 하부에 모두 캡핑층(112)을 형성할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 패턴층(113)의 구성에 대해 구체적으로 기술한다.
패턴층(113)의 각 패턴의 형상은 다양하게 구성될 수 있으며, 예컨대 원형, 다각형, 수직 기둥, 또는 엠보싱 (Embossing) 형태의 단면을 가질 수 있다.
패턴층(113) 내의 패턴들의 크기와 간격은 인가되는 노광광의 파장을 고려하여 설정된다. 즉, 본 발명에서는 패턴들의 크기와 간격을 플라즈모닉 현상을 유발하는 소정의 유효크기로 설정함으로써 노광광의 투과율 특성을 개선하는 방안을 제시한다.
먼저, 본 발명과 관련하여 플라즈모닉 현상 또는 전자기파의 공명 현상을 기술한다. (이하의 설명에서, 플라즈모닉이라는 용어는 플라즈모닉 현상 또는 전자기파의 공명 현상을 모두 포함하는 개념으로 사용되었다.)
금속의 자유전자들은 빛의 진행방향과 상호작용하며, 이 상호작용 또한 파동으로 나타난다. 이때, 금속의 크기와 간격 등을 잘 조절하면 금속 내 자유전자들의 진동은 서로 공명하여 최대 진폭을 갖게 된다. 공명이 일어나는 공명주파수의 파장을 플라즈모닉 파장이라고 한다.
이때 금속의 공명주파수(진동파장)보다 금속입자의 크기가 작으면 파동은 공간에 갇히게 되고 이에 따라 파동의 에너지는 양자화된다. 공명한 자유전자의 에너지는 보다 높은 곳의 양자화된 에너지 상태로 여기(excite)될 수 있고, 이러한 여기 전자들은 초기 에너지상태로 내려오면서 양자화된 에너지 차이만큼의 전자기파를 방출한다. 이러한 현상을 이용하면 결과적으로 해당 파장의 빛의 투과율이 증가한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 이러한 현상이 EUV 파장에서 일어나도록 유도하면, 투과율 80％의 펠리클막에서 특정 파장, 예컨대 EUV 파장의 노광광에 대해서는 투과율이 80％ 이상이 된다.
이러한 관점에서 착안하여, 본 발명은 패턴층(113)의 각 패턴의 크기와 간격 등을 소정의 유효크기로 조절함으로써 최대 투과파장을 증가시키는 방안을 제안한다. 보다 정확하게는, 본 발명에서는 노광광의 파장에 의하여 패턴층(113)에서 플라즈모닉 현상을 발생시키며, 이를 위하여 노광광의 진행 방향상에서의, 어느 하나의 상기 패턴의 선단부에서 후단부까지의 길이, 복수의 상기 패턴들을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이, 및 이웃하는 상기 패턴들간의 간격 중 적어도 어느 하나를 플라즈모닉 현상이 일어나는 유효크기로 설정한다. 극자외선 파장인 경우 유효크기는 13.5nm 부근이거나 그 이하이며, 투과 균일도 및 투과 최대 파장을 고려하여 결정할 수 있다.
도 5 내지 8 은 본 발명에서 플라즈모닉 현상을 유도하기 위한 패턴층의 배치의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 내지 8 에서 설명의 편의상 패턴층은 그 층의 개수나 위치에 무관하게 모두 도면부호 113 으로 표기하였다. 본 발명에서 '패턴층'(113)은 중심층(111) 위에 형성된 층을 의미하고 '패턴'은 이러한 패턴층(113)을 이루는 개개의 형성화된 개체를 의미하나, 편의상 하기 설명에서는 '패턴층'이라는 용어와 '패턴'이라는 용어에 대해 모두 도면부호 113 으로 인용한다. 또한, 다층의 패턴층 구조에서 패턴층들 사이에 배치된 층은 도면부호 M 으로 표기하였다. 도면부호 M 으로 표기된 층은 두 개의 패턴층 사이에 존재하는 층들 중에서 상기의 실시예들에서 기술한 어떠한 층 또는 어떠한 층들의 조합일 수도 있다. 예컨대 M 은 간격층(114), 중심층(111), 캡핑층(112), 또는 이들이 조합된 층일 수 있다.
한편, 도 5 내지 8 에서 사선 화살표는 EUV 노광광이 조사되는 방향을 나타낸다. 투과형 펠리클의 경우 펠리클층(110)에 수직 방향으로 노광광이 입사되나, 반사형 펠리클의 경우는 펠리클층(110)에 수직 방향으로부터 대략 4~5℃ 정도 경사진 방향으로 입사되며, 본 실시예에서는 후자를 예시하였다. 도 5 내지 8 에서는 도시 및 설명의 편의상 사선 화살표의 각도를 실제 EUV 노광광의 입사 각도보다 큰 각도로 표현하였다.
도 5 는 도 1 의 실시예와 같이 패턴층(113)이 하나의 층으로 구성된 경우를 도시하였다. EUV 노광광의 파장은 13.5nm 이고, 패턴(113)의 크기는 노광광의 진행 방향에 따른 패턴의 크기, 하나의 패턴(113)의 선단부에서 후단부까지의 화살표 방향에서의 길이(L1)로 나타나므로, L1 의 크기가 13.5nm 가 되도록 구성한다. 이에 의하여 플라즈모닉 현상이 유도되어 광 투과율이 증가된다.
도 5 의 실시예는 하나의 패턴층(113)만을 구비한 경우 외에도, 다층의 패턴층(113)을 구비한 경우에 대해서도 각 패턴층의 패턴(113)의 길이(L1) 또는 여러 층 중 어느 한 층의 패턴(113)의 길이(L1)가 EUV 노광광의 파장인 13.5nm 와 일치되도록 구성함으로써 플라즈모닉 현상을 유도할 수 있다.
도 6 은 패턴층(113)이 홀(hole)의 형상으로 패터닝된 경우를 도시하고 있다. 어느 한 패턴(113)의 상단부 엣지로부터 그 바로 옆 패턴의 하단부 엣지까지의 경사와 거리(L2)를 각각 EUV 노광광의 조사 방향의 경사와 파장에 일치하도록 구성함으로써 플라즈모닉 현상을 유도할 수 있다.
도 7 은 도 2 의 실시예와 같이 패턴층(113)이 두 층으로 구성된 경우를 도시하였다. 이 경우, 노광광의 진행 방향에 따른 상부 패턴층(113)의 하단부와 상부 패턴층(113)의 상단부의 거리(L3)는 화살표 방향에서의 M 의 폭으로 나타나므로, L3 의 크기가 13.5nm 가 되도록 구성한다.
도 6 및 도 7 의 실시예는 이웃하는 두 패턴(113)간의 간격이 노광광의 파장에 일치되도록 구성한 예를 보여준다. 여기에서 '이웃하는'의 의미는 '노광광의 진행 방향에서 연이어 배치되는'의 의미이다. 예컨대 도 6 과 같이 어느 한 패턴의 상부 엣지와 그 옆 패턴의 하부 엣지가 노광광의 진행 방향을 따라 순차적으로 노광광에 접하므로 이 두 패턴은 '이웃하는' 패턴이며, 마찬가지로 도 7 과 같이 상부 패턴의 하단부와 그 아래 패턴의 상단부가 노광광의 진행 방향을 따라 순차적으로 노광광에 접하므로 이 두 패턴은 '이웃하는' 패턴이다.
도 7 의 경우에서도, 각 패턴층(113) 중 어느 하나 또는 모두의 노광광 진행 방향에서의 길이(도 5 의 L1)가 13.5nm 로 하는 구성을 병행할 수 있다.
도 8 은 다층의 패턴층(113)이 형성된 경우를 도시하였다. 이 경우, 노광광의 진행 방향에서 복수의 패턴들(113)을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이(L4, L5)를 13.5nm 로 구성할 수 있다. L4 는 두 개의 층에 걸친 패턴을 하나의 그룹으로 볼 때의 길이로서, 두 패턴 중에서 상부의 패턴의 상단부와 하부의 패턴의 하단부까지의 길이이다. L5 는 세 개의 층에 걸친 패턴을 하나의 그룹으로 볼 때의 길이로서, 세 패턴 중 최상부의 패턴의 상단부와 최하부의 패턴의 하단부까지의 길이이다. 이와 같이 L4, 또는 L5 를 13.5nm 가 되도록 구성함으로써 플라즈모닉 현상을 유도할 수 있다. 4 개의 패턴층에 걸친 패턴을 하나의 그룹으로 설정하여도 최선단부와 최후단부까지의 길이를 13.5nm 로 설정함으로써 플라즈모닉 현상을 유도할 수 있음은 자명하다.
한편, 본 발명에서는 노광광으로 13.5nm 의 EUV 를 사용하는 것을 예시함에 따라 플라즈모닉 효과를 유도하기 위한 길이로서 13.5nm 를 제시하고 있으나, 노광광이 EUV 가 아닌 경우에는 노광광의 파장에 따라 설정되는 길이를 이에 대응되도록 변경하여야 함은 자명할 것이다.
또한, 도 5 내지 8 의 실시예에 대한 설명에서, 플라즈모닉 효과는 노광광의 파장과 동일한 크기에서 가장 효과적으로 일어나므로 유효크기로서 EUV 파장과 동일한 크기인 13.5nm 의 크기를 예시하였으나, 노광광의 파장과 완전 일치되지 않더라도 파장과 대략 유사한 크기에서는 일정 이상의 플라즈모닉 효과가 발생하며, 특히 노광광의 파장보다 작은 크기에서는 플라즈모닉 현상이 발생한다.
따라서, 이를 고려할 때 유효크기는 EUV 노광광에 대해서는 5~15nm 로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 11~13.5nm 로 설정된다. 구체적으로, 유효크기는 11nm, 12nm, 13nm 일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 펠리클의 제작 공정에 대해 기술한다.
도 9a 내지 도 9e 는 도 1 의 제 1 실시예에 따른 펠리클 제작 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 9a 에 도시된 바와 같이, 지지층(120a)을 구성하는 실리콘과 석영 재질의 웨이퍼 기판 상면에 중심층(111) 및 패턴층 박막(113a)을 성막한다. 중심층(111) 및 패턴층 박막(113a)은 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD), 스퍼터링 (Sputtering)을 포함하는 물리기상증착법 (Physical Vapor Deposition: PVD), 원자층 증착 기술 (Atomic layer deposition) 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다.
도 9b 에 도시된 바와 같이, 중심층(111) 상면에 패턴층(113)을 형성한다. 상기 패턴층(113)은 리소그래피 (lithography), 나노 인쇄 (3D printing, nano in printing), AFM 리소그래피 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다.
도 9c 에 도시된 바와 같이, 패턴층(113)의 상면과 지지층(120a)의 하면에 식각 마스크층 (210a)을 형성한다. 식각 마스크층(210a)은 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD), 산화공정 (Oxidation), 스퍼터링 (Sputtering), 원자층증착 (Atomic Layer Deposition) 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다.
도 9d 에 도시된 바와 같이, 기판 하면의 식각 마스크층(210a)을 건식 식각하여 패턴(210)을 형성하고, 건식 식각 또는 KOH, TMAH 등을 이용한 습식 식각을 하여 지지층 패턴(120)을 형성한다.
도 9e 에 도시된 바와 같이, 식각 마스크층(210, 210a)을 제거하여 중심층(111)과 패턴층(113)을 포함하는 펠리클층(110)을 형성한다.
도 10a 내지 도 10f 는 도 3 에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에서 캡핑층이 중심층 양측에 모두 구비된 펠리클의 제작 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 10a 에 도시된 바와 같이, 지지층(120a)을 구성하는 실리콘과 석영 재질의 웨이퍼 기판 상면에 중심층(111), 캡핑층(112), 패턴층 박막(113a)을 성막한다. 중심층(111), 캡핑층(112), 패턴층 박막(113a)은 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD), 스퍼터링 (Sputtering)을 포함하는 물리기상증착법 (Physical Vapor Deposition: PVD), 원자층 증착 기술 (Atomic layer deposition) 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다.
도 10b 에 도시된 바와 같이, 캡핑층(112) 상면에 패턴층(113)을 형성한다. 패턴층(113)은 전자빔 리소그래피 (E-beam lithography), 나노 임프린트 (3D printing or nano-imprint), AFM 리소그래피 등의 방법으로 형성할 수 있다.
도 10c 에 도시된 바와 같이, 패턴층(113)의 상면과 지지층(120a)의 하면에 식각 마스크층 (210a)을 형성한다. 식각 마스크층(210a)은 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD), 산화공정 (Oxidation), 스퍼터링 (Sputtering), 원자층증착 (Atomic Layer Deposition) 등의 방법을 통하여 형성한다.
도 10d 에 도시된 바와 같이, 기판 하면의 식각 마스크층(210a)을 건식 식각하여 패턴(210)을 형성하고, 건식 식각 또는 KOH, TMAH 등을 이용한 습식 식각을 하여 지지층 패턴(120)을 형성한다.
도 10e 에 도시된 바와 같이, 식각 마스크층(210, 210a)을 제거하여 중심층(111)과 패턴층(113)을 포함하는 펠리클층(110)을 형성한다.
한편, 도 10f 에 도시된 바와 같이, 펠리클층(110) 형성 후 중심층(111) 하면에 캡핑층(112)을 추가로 형성할 수 있다. 하면의 캡핑층(112)은 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD), 스퍼터링 (Sputtering)을 포함하는 물리기상증착 (Physical Vapor Deposition: PVD), 원자층증착 (Atomic Layer Deposition) 등의 방법을 통하여 형성한다.
도 10f 의 상태에서, 중심층(111) 하면의 캡핑층(112)에 패턴층(113)을 형성되는 공정이 추가로 수행될 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 구조를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 구조는 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 구조로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구조가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 펠리클 110: 펠리클 막
111: 펠리클층 112: 캡핑층
113: 패턴층 113a: 패턴층 박막
114: 간격층 120: 지지층 패턴
120a: 지지층(기판) 210: 식각 마스크층

Claims (22)

  1. 지지층 패턴 상에 형성된 펠리클층을 구비한 극자외선 리소그래피용 펠리클로서,
    상기 펠리클층은, 펠리클막으로서 기능하는 중심층, 및 소정의 패턴을 구비하며 단일의 층 또는 상호 이격된 복수의 층으로 구성되며 플라즈모닉 현상이 발생할 수 있는 금속 재질의 패턴층을 포함하며,
    상기 패턴층은, 상기 펠리클층을 투과하는 13.5nm 파장의 극자외선(EUV) 노광광의 진행 방향상에서의, 어느 하나의 상기 패턴의 선단부에서 후단부까지의 길이, 복수의 상기 패턴들을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이, 및 이웃하는 상기 패턴들간의 간격 중 적어도 어느 하나가, 상기 노광광의 파장에 의하여 상기 패턴층에서 플라즈모닉 현상을 일으키는 소정의 유효크기로 형성되며,
    상기 유효크기는 11~13.5nm 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유효크기는 13.5nm 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴층은 복수의 층으로 구성되며,
    상기 패턴층들 사이에는 상기 노광광이 투과되는 재질로 구성되며 상기 패턴층들 사이의 간격을 소정의 간격으로 설정하는 간격층이 구비되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 간격층은 실리콘 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 중심층의 양면에 각각 형성되며, 상기 간격층은 상기 중심층에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 중심층의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴층을 구성하는 상기 금속 재질은, Sn, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Zn, Au, Pt, Cd, Pd, Ru, Rh, Zr, Mo, W, Ta, V 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심층의 어느 한 면 또는 양면에 형성되어 상기 중심층의 기계적 강도를 보완하는 캡핑층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 캡핑층은,
    1) 크롬(Cr), 질화 크롬(CrN), 알루미늄(Al), 산화알루미늄(Al2O3), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si), 루세늄(Ru)을 포함하는 금속 중 1종 이상의 물질 또는 이들의 합금이나 화합물;
    2) 상기 물질에 루세늄(Ru)을 추가로 포함하는 합금이나 화합물;
    3) 상기 1), 2)의 물질에 실리콘(Si)을 포함하는 실리사이드 또는 혼합물; 또는
    4) 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나의 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상이 추가된 재질
    로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  13. 제 11 또는 제 12 항에 있어서,
    각각의 상기 캡핑층은 단층 또는 2층 이상의 다층막으로 형성되고,
    상기 다층막은 동일 또는 다른 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 캡핑층은 상기 중심층과의 계면에서 상호간의 물질 확산을 방지하거나 층간 결합력을 증가시키기 위한 보조층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 보조층은 복수의 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 보조층은,
    1) 단결정, 무결정, 및 다결정 실리콘에 산소(O), 탄소(C) 또는 질소(N)가 포함된 실리콘 화합물질,
    2) 탄화붕소(B4C), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), CNT, 그래핀(Graphene) 중 1종 이상의 물질 또는 이들의 합금이나 화합물질,
    3) 전이금속(transition metal, M)과 칼코젠 원소(chalcogen atom, X)가 MX2 구조로 결합하여 2차원 단일층을 형성한 디칼코게니드 전이금속 단일층(transition metal dichalcogenide TMD monolayer)
    중 어느 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 보조층을 포함하는 상기 캡핑층은 0.5~20nm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
  18. a) 기판 상에 펠리클층에 포함되는 펠리클막으로 사용되는 중심층 및 패턴층 박막을 형성하는 단계로서, 상기 패턴층은 플라즈모닉 현상이 발생할 수 있는 금속 재질로 형성되는, 상기 a) 단계;
    b) 상기 패턴층 박막을 패터닝하여 소정의 패턴이 형성된 패턴층을 형성하는 단계;
    c) 상기 기판의 배면 및 상기 패턴층의 상면에 식각 마스크층을 형성하는 단계;
    d) 상기 기판 배면의 패터닝된 식각 마스크를 활용하여 상기 기판을 상기 펠리클층이 노출되도록 식각함으로써, 상기 중심층을 지지하는 지지층을 형성하는 단계;
    e) 상기 기판의 배면과 상기 패턴층 상면의 식각 마스크층을 제거하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 패턴층은, 상기 펠리클층을 투과하는 13.5nm 파장의 극자외선(EUV) 노광광의 진행 방향상에서의, 어느 하나의 상기 패턴의 선단부에서 후단부까지의 길이, 복수의 상기 패턴들을 포함하는 그룹의 최선단부에서 최후단부까지의 길이, 및 이웃하는 상기 패턴들간의 간격 중 적어도 어느 하나가, 상기 노광광의 파장에 의하여 상기 패턴층에서 플라즈모닉 현상을 일으키는 소정의 유효크기로 형성되며,
    상기 유효크기는 11~13.5nm 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    f) 상기 d) 단계 후에, 상기 중심층의 하부에 추가의 상기 패턴층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    g) 상기 a) 단계는, 상기 중심층과 상기 패턴층 박막 사이에 상기 중심층의 기계적 강도를 보완하기 위한 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    h) 상기 d) 단계 후에, 상기 중심층의 하부에 상기 중심층의 기계적 강도를 보완하기 위한 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 제조 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 캡핑층 형성 시, 상기 중심층과 상기 캡핑층 사이 계면에서 상호간의 물질 확산을 방지하거나 층간 결합력을 증가시키기 위한 보조층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 제조 방법.
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