KR102301568B1 - 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조방법 - Google Patents

탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 등을 제조할 때 방진막으로 사용되는 리소그래피용 펠리클에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클에 관한 것이다. 본 발명은, 탄화규소 층을 포함하는 다층 구조로 이루어진 극자외선용 펠리클 막과 상기 극자외선용 펠리클 막을 지지하는 펠리클 프레임을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법으로서, a) 기판 위에 직접 또는 기판 위에 형성된 다른 막 위에 두께가 30 ~ 500Å인 탄화규소 막을 증착하는 단계와, b) 증착된 탄화규소 막을 열처리하여 탄화규소 막의 평균 결정립 크기(Grain size)를 100 ~ 500㎚로 조절하는 단계와, c) 열처리된 탄화규소 막을 플라스마 식각 처리하여 중심선 평균조도가 0.1㎚Ra ~ 15㎚Ra인 탄화규소 층을 형성하는 단계를 포함하는 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 제조 방법에 따른 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클은 노광 공정에서 안정적이며, 가시 광선 영역대에서 비교적 높은 투과율을 보인다. 따라서 펠리클이 부착된 상태에서도 레티클의 패턴을 확인할 수 있다는 장점이 있다.

Description

탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조방법{Manufacturing method of EUV pellicle with silicon carbide layer}
본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 등을 제조할 때 방진막으로 사용되는 리소그래피용 펠리클에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 액정 표시판 등의 제조에 있어서 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기판에 패터닝을 하는 경우에 포토리소그래피라는 방법이 사용된다. 포토리소그래피에서는 패터닝의 원판으로서 마스크가 사용되고, 마스크상의 패턴이 웨이퍼 또는 액정용 기판에 전사된다. 이 마스크에 먼지가 부착되어 있으면 이 먼지로 인하여 빛이 흡수되거나, 반사되기 때문에 전사한 패턴이 손상되어 반도체 장치나 액정 표시판 등의 성능이나 수율의 저하를 초래한다는 문제가 발생한다. 따라서, 이들의 작업은 보통 클린룸에서 행해지지만 이 클린룸 내에도 먼지가 존재하므로, 마스크 표면에 먼지가 부착하는 것을 방지하기 위하여 펠리클을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 이 경우, 먼지는 마스크의 표면에는 직접 부착되지 않고, 펠리클 막 위에 부착되고, 리소그래피시에는 초점이 마스크의 패턴 상에 일치되어 있으므로 펠리클 상의 먼지는 초점이 맞지 않아 패턴에 전사되지 않는 이점이 있다.
점차 반도체 제조용 노광 장치의 요구 해상도는 높아져 가고 있고, 그 해상도를 실현하기 위해서 광원의 파장이 점점 더 짧아지고 있다. 구체적으로, UV광원은 자외광 g선(436), I선(365), KrF 엑시머 레이저(248), ArF 엑시머 레이저(193)에서 극자외선(EUV, extreme UltraViolet, 13.5㎚)로 점점 파장이 짧아지고 있다. 이러한 극자외선을 이용한 노광 기술을 실현하기 위해서는 새로운 광원, 레지스트, 마스크, 펠리클의 개발이 불가결하다. 즉, 종래의 유기 펠리클 막은 높은 에너지를 가진 노광 광원에 의해서 물성이 변화되고, 수명이 짧기 때문에 극자외선용 펠리클에는 사용되기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 시도가 진행되고 있다.
예를 들어, 공개특허 제2009-0088396호에는 에어로겔 필름으로 이루어진 펠리클이 개시되어 있다.
그리고 공개특허 제2009-0122114호에는 실리콘 단결정막으로 이루어지는 펠리클 막과 그 펠리클 막을 지지하는 베이스 기판을 포함하며, 베이스 기판은 60% 이상의 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 펠리클이 개시되어 있다.
그러나 공개특허 제2009-0122114호에 개시된 극자외선용 펠리클은 극자외선의 투과를 위해서 실리콘 단결정막을 박막으로 형성하여야 한다. 이러한 실리콘 단결정 박막은 작은 충격에도 쉽게 손상될 수 있으므로, 이를 지지하기 위한 베이스 기판을 사용한다. 이러한 베이스 기판의 보강틀은 일정한 패턴을 형성하며, 이 패턴이 리소그래피 공정에서 기판에 전사된다는 문제가 있다. 또한, 투과율이 60% 정도로 매우 낮다는 문제가 있다.
극자외선은 파장이 짧기 때문에 에너지가 매우 높으며, 투과율이 낮기 때문에 상당량의 에너지가 펠리클 막과 베이스 기판에 흡수되어 펠리클 막과 베이스 기판이 가열될 수 있다. 따라서 펠리클 막과 베이스 기판의 재질이 서로 다를 경우에는 리소그래피 공정에서 발생하는 열에 의한 열팽창 차이에 의해서 변형이 발생할 수 있다는 문제 또한 있다.
펠리클 막을 보강하기 위한 별도의 베이스 기판을 사용하지 않는 프리스텐딩 펠리클을 사용하는 방법도 개시되어 있다.
예를 들어, 본 출원인에 의해서 출원되어 등록된 등록특허 제1552940호에는 니켈 호일에 흑연 박막을 형성한 후 니켈 호일을 염화철이 포함된 수용액을 이용하여 식각하여 분리된 흑연 박막을 얻는 방법이 개시되어 있다.
또한, 본 출원인에 의해서 출원되어 등록된 등록특허 제1303795호, 제1940791호에는 유기물 기판에 지르코늄 또는 몰리브덴 금속 박막 층, 실리콘 박막 층, 탄화규소 박막 층 또는 카본 박막 층을 형성한 후 유기물 기판을 용매를 이용하여 용해하여 펠리클 막을 얻는 방법이 개시되어 있다.
또한, 실리콘 기판의 양면에 질화규소 층을 형성하고, 실리콘 기판의 윗면의 질화규소 층 위에 극자외선의 투과율이 높은 단결정 또는 다결정 실리콘 층, 질화규소 층, 캐핑 층을 순차적으로 형성한 후, 실리콘 기판의 아랫면에 형성된 질화규소 층에 포토레지스트를 도포한 후 패터닝하고, 질화규소 층의 중심부를 건식에칭으로 제거하고, 실리콘 기판의 중심부를 습식에칭으로 제거하여 극자외선이 투과되는 윈도우를 형성하여 펠리클을 제조하는 방법도 사용되고 있다.
이러한 방법으로 제조된 펠리클에서 실리콘 기판과 실리콘 기판의 아랫면에 형성된 질화규소 층은 펠리클 프레임의 역할을 하며, 실리콘 기판의 윗면에 형성된 질화규소 층, 단결정 또는 다결정 실리콘 층, 질화규소 층 및 캐핑 층은 펠리클 막으로 사용된다.
그런데 종래의 단결정 또는 다결정 실리콘 층을 사용하는 극자외선용 펠리클은 극자외선 노광 공정에서 실리콘이 산소와 반응하여 이산화 규소(Silicon dioxide)를 형성하거나 실리콘이 수소 라디칼과 반응하여 블리스터 결함(Blister defect)이 생성될 가능성이 높아, 반복적인 극자외선 조사에 의해서 파손될 우려가 있다.
또한, 실리콘 기판 위에 질화규소 층과 실리콘 층을 포함하는 펠리클 막을 증착하는 공정에서 실리콘 기판의 하면에 형성된 질화규소 층에 결함이 발생할 경우에, 실리콘 기판의 일부를 제거하는 습식 에칭 공정에서 결함이 있는 질화규소 층을 통과한 알칼리 용액에 의해서 단결정 또는 다결정 실리콘 층까지 식각될 수 있다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 단결정 또는 다결정 실리콘 구조의 극자외선용 펠리클은 가시광선 영역대의 빛을 반사하고, 낮은 투과율을 보이므로, 레티클의 패턴 및 표면 상태를 확인하기 어렵다는 문제도 있었다.
공개특허 제2009-0088396호 공개특허 제2009-0122114호 등록특허 제1552940호 등록특허 제1303795호 등록특허 제1940791호
본 발명은 상술한 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명은 실리콘에 비해서 안정적이며, 가시 광선 영역대에서 비교적 높은 투과율을 보이는 탄화규소 층을 코어 층으로 포함하는 극자외선용 펠리클을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이러한 탄화규소 층을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,탄화규소 층을 포함하는 다층 구조로 이루어진 극자외선용 펠리클 막과 상기 극자외선용 펠리클 막을 지지하는 펠리클 프레임을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법으로서, a) 기판 위에 직접 또는 기판 위에 형성된 다른 막 위에 두께가 30 ~ 500Å인 탄화규소 막을 증착하는 단계와, b) 증착된 탄화규소 막을 열처리하여 탄화규소 막의 평균 결정립 크기(Grain size)를 100 ~ 500㎚로 조절하는 단계와, c) 열처리된 탄화규소 막을 플라스마 식각 처리하여 중심선 평균조도가 0.1㎚Ra ~ 15㎚Ra인 탄화규소 층을 형성하는 단계를 포함하는 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 b) 단계는 진공 상태, 400 ~ 900℃에서 30 ~ 60분 열처리하는 단계인 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 c) 단계는 80~111eV의 이온빔 에너지를 이용하여 10초 이하로 진행되는 단계인 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 극자외선용 펠리클 막은 파장이 13.5㎚인 극자외선의 투과율이 80% 이상이며, 파장이 350 ~ 480㎚인 빛의 투과율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법을 제공한다.
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본 발명의 제조 방법에 따른 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클은 노광 공정에서 안정적이며, 가시 광선 영역대에서 비교적 높은 투과율을 보인다. 따라서 펠리클이 부착된 상태에서도 레티클의 패턴을 확인할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클들을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 10은 도 1에 도시된 펠리클을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 펠리클(100)은 펠리클 막(10)과 펠리클 막(10)을 지지하는 펠리클 프레임(20)을 포함한다.
펠리클 막(10)은 탄화규소(SixCy) 층(12)을 포함하는 다층 구조의 무기 박막 층(15)과 캐핑 층(11)을 포함한다.
캐핑 층(11)은 고출력의 극자외선으로부터 무기 박막 층(15)을 보호하는 역할을 한다. 캐핑 층(11)은 극자외선 광에 의해서 발생하는 수소 라디칼에 안정적이며, 극자외선 광에 의한 열 부하로부터 무기 박막 층(15)을 보호할 수 있어야 한다. 캐핑 층(11)은 열방사율(thermal emissivity)가 0.4 이상인 것이 바람직하다. 캐핑 층(11)은 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
캐핑 층(11)은 CVD 법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법, 이온빔 원용 증착법 등의 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 무기 박막 층(15)은 탄화규소 층(12)과 질화물계 층(13)으로 이루어진다.
탄화규소 층(12)은 극자외선에 대한 투과율이 높으며, 열방사율 및 내수소성이 우수하다.
여기서 탄화규소 층(12)의 두께는 30 ~ 500Å인 것이 바람직하다. 두께가 두꺼워지면 극자외선의 투과율이 떨어지기 때문이다.
그리고 탄화규소 층(12)의 평균 결정립 크기(Grain size)는 500㎚이하인 것이 바림직하다. 평균 결정립 크기가 너무 크면, 기계적 강도가 떨어지기 때문이다.
또한, 중심선 평균조도는 0.1㎚Ra ~ 15㎚Ra인 것이 바람직하다. 탄화규소 층(12)의 표면이 거칠어지면, 탄화규소 층(12)과 다른 층 간의 밀착력이 떨어진다.
탄화규소 층(12)은 CVD나 PVD 공정으로 형성할 수 있다. 예를 들어, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링, 바이어스 스퍼터링, 반응성 스퍼터링(Reactive sputtering), 전자빔 증착 공정, 이온빔 증착 공정, 원자층 증착(Atomic layer doposition, ALD) 공정 등을 통해서 형성할 수 있다. 반응가스로는 SixHy, CxHy 등이 적합하다.
그리고 형성된 탄화규소 층(12)의 평균 결정립 크기(Grain size)와 중심선 평균조도를 조절하기 위해서 열처리 또는 플라스마 처리를 진행한다.
열처리는 CVD 장비, 급속 열처리 장비, 열처리로 등에서 진행할 수 있다. 열처리 분위기는 진공인 것이 바람직하며, 그리고 열처리 온도는 400 ~ 900℃이고, 시간은 30 ~ 60분인 것이 바람직하다.
플라스마 처리는 반응성 이온식각(RIE) 장치, 유도결합 플라즈마(ICP) 장치, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 장치, 대기압 플라즈마 장치, 화학적 이온 빔 식각(CAIBE) 장치, 반응성 이온 빔 식각(RIBE) 장치 등으로 진행할 수 있다. 플라스마 처리는 수소(H), 탄소(C), 플루오르화(F), 아르곤 (Ar) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 단일가스 혹은 혼합가스로 플라스마를 형성하여 진행할 수 있다.
그리고 이온빔을 사용하는 경우에 80~111eV의 이온빔을 사용하여 10초 이하로 플라스마 처리를 진행하는 것이 바람직하다.
열처리 또는 플라스마 처리 후 평균 결정립 크기(Grain size)는 500㎚이하이며, 중심선 평균조도는 0.1㎚Ra ~ 15㎚Ra인 것이 바람직하다.
질화물계 층(13)은, 예를 들어, 질화규소(SixNy) 층일 수 있다. 본 실시예에서 질화물계 층(13)은 습식 에칭 액과 수소 라디칼로부터 탄화규소 층(12)을 보호하는 역할을 한다. 질화물계 층(13)은 CVD나 PVD 공정을 통해서 증착하는 방법으로 형성할 수 있다. 질화물계 층(13)은 극자외선에 대한 투과율이 낮기 때문에 얇은 두께로 증착되어야 한다.
이렇게 제조된 펠리클 막(10)은 파장이 13.5㎚인 극자외선의 투과율이 80%이상이며, 파장이 350 ~ 480㎚인 빛의 투과율이 50%이상이다. 따라서 펠리클(100)이 부착된 레티클의 패턴을 육안으로 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클 막은 탄화규소 층(12)과 질화물계 층(13) 또는 그래핀 층(14)을 포함하는 다층 구조의 무기 박막 층의 최상층에 캐핑 층(11)이 형성된 구조일 수 있다.
예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 펠리클 막은 질화물계 층(13) 사이에 탄화규소 층(12)이 배치된 무기 박막 층과 캐핑 층(11)으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 반대로 탄화규소 층(12) 사이에 질화물계 층(13)이 배치된 무기 박막 층과 캐핑 층(11)으로 이루어질 수도 있다.
또한, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 캐핑 층(11), 질화물계 층(13), 탄화규소 층(12) 순으로 적층된 다층 구조일 수도 있다. 또한, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 캐핑 층(11), 그래핀 층(14), 탄화규소 층(12) 순으로 적층된 다층 구조일 수도 있다. 또한, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 탄화규소 층(12) 사이에 그래핀 층(14)이 배치된 무기 박막 층과 캐핑 층(11)으로 이루어질 수도 있다.
그래핀 층(14)은 극자외선에 대한 투과율이 높으며, 기계적 강도가 우수하다는 장점이 있다.
이하에서는 도 1에 도시된 펠리클(100)의 제조방법에 대해서 설명한다. 펠리클(100)은 펠리클 막(10)과 펠리클 막(10)을 지지하는 펠리클 프레임(20)을 포함한다. 아래의 방법에 의하면, 펠리클 막(10)과 펠리클 프레임(20)을 한번에 형성할 수 있다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(21)의 상면과 하면에 각각 질화물계 층(13, 23)을 형성한다. 질화물계 층(13, 23)은 저압 화학 증착(LPCVD) 공정이나, 원자층 증착(Atomic layer doposition, ALD) 공정을 통해서 형성할 수 있다.
다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(21)의 상면(도면상 위쪽)에 형성된 질화물계 층(13) 위에 탄화규소 층(12)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 탄화규소 층(12)은 상술한 바와 같이, CVD나 PVD 공정으로 형성할 수 있다. 그리고 평균 결정립 크기(Grain size)와 중심선 평균조도를 조절하기 위해서 열처리 또는 플라스마 처리를 진행한다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 탄화규소 층(12) 위에 캐핑 층(11)을 형성한다. 캐핑 층(11)은 CVD 법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법, 이온빔 원용 증착법 등의 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
다음, 도 6 내지 9에 도시된 바와 같이, 캐핑 층(11)이 아래를 향하도록 한 후, 실리콘 기판(21)의 하면에 형성된 질화물계 층(23) 위에 포토레지스트 층(1)을 도포하고, 패터닝을 한 후 건식 에칭과 습식 에칭을 통해서 질화물 층(23)과 실리콘 기판(21)의 중심 부분을 제거하여, 극자외선이 투과될 수 있는 윈도우를 형성하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄화규소 층(12)을 포함하는 극자외용 펠리클(100)을 얻을 수 있다.
도 2에 도시된 펠리클들도 비슷한 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (b)에 도시된 펠리클은 실리콘 기판(21)의 상면에 탄화규소 층(12), 질화규소 층(13), 탄화규소 층(12), 캐핑 층(11) 순으로 증착하고, 하면에는 질화규소 층(23)을 형성한 후, 하면의 질화규소 층(23)에 포토레지스트 층을 도포한 후 패터닝하고, 건식 에칭과 습식 에층을 순차적으로 진행하여, 극자외선이 조사되는 부분에 윈도우를 만드는 방법으로 제조할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 펠리클
10: 펠리클 막
11: 캐핑 층
12: 탄화규소 층
13: 질화물계 층
14: 그래핀 층
15: 무기 박막 층
20: 펠리클 프레임
23: 질화물계 층

Claims (8)

  1. 탄화규소 층을 포함하는 다층 구조로 이루어진 극자외선용 펠리클 막과 상기 극자외선용 펠리클 막을 지지하는 펠리클 프레임을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법으로서,
    a) 기판 위에 직접 또는 기판 위에 형성된 다른 막 위에 두께가 30 ~ 500Å인 탄화규소 막을 증착하는 단계와,
    b) 증착된 탄화규소 막을 열처리하여 탄화규소 막의 평균 결정립 크기(Grain size)를 100 ~ 500㎚로 조절하는 단계와,
    c) 열처리된 탄화규소 막을 플라스마 식각 처리하여 중심선 평균조도가 0.1㎚Ra ~ 15㎚Ra인 탄화규소 층을 형성하는 단계를 포함하는 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 진공 상태, 400 ~ 900℃에서 30 ~ 60분 열처리하는 단계인 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는 80~111eV의 이온빔 에너지를 이용하여 10초 이하로 진행되는 단계인 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 극자외선용 펠리클 막은 파장이 13.5㎚인 극자외선의 투과율이 80% 이상이며, 파장이 350 ~ 480㎚인 빛의 투과율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 층을 포함하는 극자외선용 펠리클의 제조 방법.
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