KR102440483B1 - 2층 구조의 중심층을 구비한 극자외선 리소그래피용 펠리클 - Google Patents
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Abstract
극자외선 리소그래피용 펠리클은 지지부상에 Si 재질의 층과 SiNx 재질의 층이 순차 적층된 2층막 구조의 중심층을 포함하는 펠리클부를 구비한다. 펠리클부는 BxC, SiCx, 또는 MoSix 로 구성된 캡핑층을 구비한다. 열방출 성능이 우수하고 극자외선 리소그래피 환경에서의 안정성이 뛰어나며 기계적 강도가 우수한 펠리클이 제공된다. 특히 캡핑층을 중심층 하면에 형성함으로써 극자외선 리소그래피 환경에 노출된 펠리클의 안정성을 확보할 수 있다.
Description
본 발명은 극자외선 리소그래피용 펠리클에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 극자외선 노광광에 대하여 85% 이상의 투과율 및 0.04% 이하의 반사율을 만족하는 극자외선 리소그래피용 펠리클에 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 분해능 이라고도 불리는 노광 장비의 해상력(resolution)이 높아져야 한다. 해상력의 한계를 넘어서는 미세 패턴을 전사한다면, 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 파장을 이용하는 노광 장비로 전사 공정을 진행하여 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성하고 있으나, 50㎚ 이하의 미세 패턴 형성에 대해서는 빛의 회절과 산란으로 인한 한계를 보이고 있어 공기보다 굴절률이 큰 액상 매체를 이용한 액침 노광기술(Immersion lithography), 노광 공정을 두 번 시행하는 이중 노광기술(Double lithography), 빛의 위상을 180˚ 반전시켜 인접하는 투과광과 소멸간섭을 발생시키도록 하는 위상전이기술(Phase shift technology), 빛의 간섭 및 회절 효과에 의하여 설계 패턴 크기보다 작아지거나 끝부분이 라운드 되는 현상을 보정하는 광학위상보정(Optical phase correction) 등 다양한 방법들이 개발되고 있다.
그러나, 상기 ArF 파장을 이용하는 노광 기술로는 더욱 미세화된 32㎚ 이하의 회로 선폭을 구현하기 어려울 뿐 아니라, 생산 비용이 증가하고 공정 복합성이 증가 할 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 리소그래피 기술이 차세대 공정으로 주목을 받고 있다.
한편, 리소그래피 공정은 패터닝을 위한 원판으로서 포토마스크(Photomask)가 사용되고, 포토마스크 상의 패턴이 웨이퍼(Wafer)에 전사되는데, 만약, 포토마스크 상에 파티클(Particle)이나 이물질 등의 불순물이 부착되어 있으면 이 불순물로 인해 노광광이 흡수되거나 반사되어 전사된 패턴이 손상될 수 있으며, 이에 따라 반도체 장치의 성능이나 수율의 저하를 초래할 수 있다.
이에 따라, 포토마스크 표면에 불순물이 부착되는 것을 방지하기 위하여 포토마스크에 펠리클(Pellicle)을 부착하는 방법이 사용되고 있다. 펠리클은 포토마스크 표면 상부에 배치되며, 펠리클 상에 불순물이 부착되더라도, 포토리소그래피 공정 시 초점은 포토마스크의 패턴 상에 일치되어 있으므로 펠리클 상의 불순물은 초점이 맞지 않아 웨이퍼 표면에 전사되지 않는다. 최근에는, 회로 선폭의 미세화에 따라 패턴 손상에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 크기 또한 줄어 들었기 때문에, 포토마스크 보호를 위한 펠리클의 역할이 더욱 중요해지고 있다.
본 발명은 펠리클의 광학적 특성 손실을 최소화하면서 펠리클의 기계적, 열적, 화학적 안정성을 개선할 수 있는 극자외선 리소그래피용 펠리클을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클은, 지지부상에 Si 재질의 층과 SiNx 재질의 층이 순차 적층된 2층막 구조의 중심층을 포함하는 펠리클부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 펠리클부는, BxC, SiCx, 또는 MoSix 중 적어도 하나 이상의 물질로 형성된 한 층 이상의 캡핑층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 중심층의 하층이 Si 재질로 형성되고 상기 중심층의 상층이 SiNx 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 캡핑층은 상기 중심층의 하면에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 펠리클부는, 상기 캡핑층의 하면에 형성되며 BxN, B, Zr, Zn, BxC, SiCx, SiNx, 중 하나 이상의 물질로 형성된 한 층 이상의 보호층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 펠리클부를 구성하는 각각의 상기 물질은, BxN (x=0~3), BxC (x=0~7), SiNx (x=0.5~2), SiCx (x=0.1~4), MoSix (x=0.5~2.5) 의 조성비를 갖는다.
상기 펠리클부는 최하층으로부터 최상층의 구조가, SiCx/MoSix/Si/SiNx; BxN/MoSix/Si/SiNx; B/MoSix/Si/SiNx; Zr/MoSix/Si/SiNx; Zn/MoSix/Si/SiNx; BxC/MoSix/Si/SiNx; SiCx/MoSix/BxC/Si/SiNx; SiCx/MoSix/SiCx/Si/SiNx; 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.
상기 펠리클부는, 상기 중심층과 상기 캡핑층 또는 상기 캡핑층과 상기 보호층 사이에 형성된 계면층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 펠리클부는 극자외선 노광광에 대하여 85% 이상의 투과율 및 0.04% 이하의 반사율을 갖는다.
본 발명에 따르면, 열방출 성능이 우수하고 극자외선 리소그래피 환경에서의 안정성이 뛰어나며 기계적 강도가 우수한 펠리클이 제공된다. 특히 캡핑층을 중심층 하면에 형성함으로써 극자외선 리소그래피 환경에 노출된 펠리클의 안정성을 확보할 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 펠리클의 계면에 형성될 수 있는 계면층을 도시한 단면도.
도 3 내지 도 7 은 도 1 의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 계면에 형성될 수 있는 계면층을 도시한 단면도.
도 3 내지 도 7 은 도 1 의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 기술한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클을 도시한 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클(100)은 펠리클부(10)와 지지부(20)로 구성된다.
펠리클부(10)는 중심층(110), 캡핑층(120), 보호층(130)을 포함하여 구성된다. 캡핑층(120)은 중심층(110)의 하부에 형성되고, 보호층(130)은 캡핑층(120)의 하부에 형성된다. 펠리클부(10)는 EUV 노광광에 대하여 85% 이상의 투과율 가지며, 반사율은 0.04% 이내가 바람직하다. 지지부(20)는 지지층 패턴(210a)과 식각 저지층 패턴(140a)을 포함하여 구성된다.
상기 펠리클부(10)의 중심층(110)은 극자외선용 노광광에 대해 높은 투과율을 유지하면서 기계적 강도가 우수한 물질로 구성되며, 도 1 에 도시된 바와 같이 하층(111)과 상층(112)의 2층막 구조를 가진다. 2층막 구조는 하층(111)/상층(112)이 Si/SiNx 재질로 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 이와는 반대로 하층(111)/상층(112)이 SiNx/Si 재질로 형성된 구조로 이루어질 수도 있으나, Si 재질의 층을 하층(111)으로 형성하고 SiNx 재질을 상층(112)으로 형성하는 것이 제작 공정상 용이하다.
상기 중심층(110)을 구성하는 Si 는 단결정, 다결정 및 무결정 중 하나 이상의 상태를 포함하는 실리콘으로 형성될 수 있다. Si 재질은 노광광에 대한 투과율이 매우 높다. 따라서 하층(111)을 Si 재질로 형성함으로써 중심층(110) 전체가 높은 투과율을 가질 수 있다. SiNx 재질은 Si 재질에 비하여 기계적 강도가 높고 화학적 안정성이 높다. 따라서 상층(112)을 SiNx 재질로 형성함으로써 중심층(110)의 기계적 강도와 화학적 안정성을 확보할 수 있다.
상기 중심층(110)은 100nm 이하의 두께를 갖고, EUV 노광광에 대하여 85% 이상의 투과율 가지며, 이를 위해, 중심층(110)을 구성하는 하층(111)과 상층(112) 각각의 두께는 다양한 조합을 가질 수 있다.
상기 펠리클부(10)의 캡핑층(120)은 극자외선 리소그래피 환경에서 일어나는 펠리클(100)의 열방사를 통하여 펠리클(100)의 열적 안정성을 높히는 역할 및 기계적 강도를 강화하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 캡핑층(120)은 SiCx, BxC, MoSix 중 하나 이상의 물질로 구성되며, 한 층 이상으로 구성될 수 있다.
상기 캡핑층(120)은 15nm 이하의 두께, 바람직하게는 10nm 이하의 두께를 가지며, 펠리클부(10)의 기계적 강도 및 광학적 특성을 고려하여 다양한 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 캡핑층(120)은 펠리클부(10)의 극자외선 노광광에 대하여 반사율이 최소가 되는 두께로 형성된다. 예를 들어, 캡핑층(120)은 캡핑층(120) 외의 다른 하나 이상의 층에서 반사한 극자외선 노광광과 상쇄간섭 일으키는 광학두께로 형성할 수 있다.
상기 펠리클부(10)의 보호층(130)은 극자외선 리소그래피 환경에서 일어나는 화학적 반응으로부터 캡핑층(120)을 보호하는 기능을 한다. 펠리클(100)이 사용되는 환경에서는 수소(H) 라디칼이 다량 존재하며, 이 수소 라디칼은 캡핑층(120)과 반응하여 캡핑층(120)의 기능이 저하될 수 있다. 보호층(130)은 캡핑층(120)이 수소 라디칼과 접촉되지 않도록 보호하여 캡핑층(120)의 기능을 유지하는 기능을 한다. 또한 보호층(130)은 펠리클부(10)의 기계적 강도를 강화하는 기능을 한다. 이를 위해, 보호층(130)은 수소(H) 라디칼 및 산소(O)와의 반응성이 낮고 화학적으로 안정하면서 기계적으로 우수한 물질인 BxN, B, Zr, Zn, BxC SixNy, SiCx, 중 1종 이상의 물질로 구성된다. 여기서 조성비 x, y는 물질마다 상이한 범위를 갖는다. 보호층(130)은 한 층 또는 2층 이상의 다층으로 구성될 수 있다.
상기한 바와 같은, 중심층(110), 캡핑층(120) 및 보호층(130)을 구성하는 각각의 물질들의 바람직한 조성비는, BxN (x=0~3), BxC (x=0~7), SiNx (x=0.5~2), SiCx (x=0.1~4), MoSix (x=0.5~2.5) 이다.
한편, 도 1 에서는 펠리클부(10)가 캡핑층(120)과 보호층(130)을 구비한 예를 도시하였으나, 캡핑층(120)만 구비하거나 보호층(130)만 구비하도록 구성할 수 있다. 또한 캡핑층(120)은 각각 하나의 층으로 구성될 수도 있고 2층 이상의 다층으로 구성될 수도 있으며, 보호층(130) 또한 하나의 층으로 구성될 수도 있고 2층 이상의 다층으로 구성될 수도 있다.
또한 도 1 에서는 캡핑층(120)과 보호층(130)이 중심층(110)의 하부에 형성된 예를 도시하였으나, 캡핑층(120)과 보호층(130)은 중심층(110)의 상부에 형성될 수도 있다. 중심층(110)을 이루고 있는 층 중 Si 재질의 층은 수소 라디칼과 반응하고 SiNx 재질의 층은 수소 라디칼과 반응하지 않으므로, Si 재질의 층은 펠리클부(10)의 외표면을 구성하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예에서와 같이 Si 층이 중심층(110)의 하층(111)에 배치되는 것이 바람직하며, 이 경우에는 캡핑층(120)은 중심층(110)의 하부에 배치되는 것이 바람직하다. 만약 Si 층이 중심층(110)의 상층(112)에 배치된다면 캡핑층(120)은 중심층(110)의 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 보호층(130)은 캡핑층(120)이 수소 라디칼과 반응하는 것을 방지하는 기능을 하므로 캡핑층(120)의 외측에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 점을 고려할 때, 펠리클부(10)는 하부로부터 상부 방향으로 보호층(130), 캡핑층(120), Si 재질의 하층(111), SiNx 재질의 상층(112)의 순서로 배치되는 것이 바람직하다.
위와 같은 조성물들의 조합에 따른 펠리클부(10)의 구성의 예로서, 펠리클부(10)는 최하층으로부터 최상층의 구조가 SiCx/MoSix/Si/SiNx; BxN/MoSix/Si/SiNx; B/MoSix/Si/SiNx; Zr/MoSix/Si/SiNx; Zn/MoSix/Si/SiNx; BxC/MoSix/Si/SiNx; SiCx/MoSix/BxC/Si/SiNx; SiCx/MoSix/SiCx/Si/SiNx; 중 하나의 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 단면도이다. 도 2 에서는 지지부(20)를 제외한 펠리클부(10)만이 도시되어 있으나, 도 2 의 실시예에서도 펠리클(100)은 지지부(20)를 구비한다.
제 2 실시예에서 펠리클부(10)가 중심층(110), 캡핑층(120), 및 보호층(130)을 구비하는 점은 도 1 의 제 1 실시예와 동일하며, 제 2 실시예의 펠리클(100)은 중심층(110)과 캡핑층(120) 사이 및 캡핑층(120)과 보호층(130) 사이에 계면층(150)을 구비하는 점에서 도 1 의 실시예와 상이하다. 계면층(150)은 중심층(110)과 캡핑층(120) 사이 및 캡핑층(120)과 보호층(130) 사이 중 어느 하나에만 형성될 수도 있다.
계면층(150)은 각 층을 형성하는 과정에서 자연스럽게 형성될 수 있고, 또는 인위적인 형성 단계를 추가함으로써 형성될 수도 있다. 계면층(150)은 계면에 인접한 두 층을 구성하는 물질과 상이한 조성으로 형성될 수 있다. 각 계면층(150)의 조성은 두께 방향상의 위치에 따라 선형 혹은 비선형적으로 변화될 수 있고, 또는 평면 방향상의 위치에 따라 선형 또는 비선형적으로 변화될 수 있으며, 이 둘이 혼합될 수도 있다. 예를 들어, Si/금속실리사이드 구조에서 Si층과 금속실리사이드층의 계면에는 두께 방향으로 금속실리사이드 층의 조성이 차이가 있을 수 있다. 구체적으로는, Si/MoSix 구조에서, Si와 인접한 위치에서 계면층(150)은 MoSi1.1 의 조성을 가지며, MoSix 와 인접한 위치에서 계면층(150)은 MoSi0.9 의 조성을 가질 수 있으며, 또는 그 반대의 조성을 가질 수 있다.
본 발명에서는 계면층(150)의 형성에 대하여 Si/MoSix 구조 하나의 예시를 설명하였으나, 중심층(110), 캡핑층(120) 및 보호층(130)으로 구성되는 다층 구조 펠리클부(10)의 각 계면에서는 계면을 형성하는 해당 물질에 따라 다양한 종류의 계면층(150)이 존재할 수 있다. 즉, 본 발명의 다층 구조에서, 각 층간 계면에 하나 이상의 층이 존재하고, 계면에 존재하는 층의 물질 및 조성이 계면을 형성하는 인접한 두 층의 구성 물질들의 조합으로 구성된다면, 이는 계면층(150)의 범주에 포함될 수 있다.
도 3 내지 도 7 은 도 1 의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 3 을 참조하면, 펠리클 지지기판(210)인 실리콘 기판 상에 식각 저지층(140) 및 중심층(110)을 순차적으로 형성한다.
도 4 를 참조하면, 중심층(110) 위에 상부 식각보호층(310)을 형성하며, 이와 동시에 펠리클 지지기판(210) 하면에 하부 식각보호층(320)을 형성한다.
도 5 를 참조하면, 먼저 하부 식각보호층(320)을 패터닝하여 하부 식각보호층 패턴(320a)을 형성한다. 여기에서, 하부 식각보호층 패턴(320a)은 건식 또는 습식 식각을 통하여 패터닝한다. 그리고 나서, 하부 식각보호층패턴(320a)을 식각마스크로 사용하여 지지기판(210)을 건식 식각 또는 KOH, TMAH 등을 이용한 습식 식각 공정으로 식각하고, 식각 저지층(140)을 식각하여 펠리클부(10)의 중심층(110) 하면이 노출되도록 식각저지층 패턴(140a)을 형성한다.
도 6 을 참조하면, 상부 식각보호층(310) 및 하부 식각보호층패턴(320a)을 제거한 후, 중심층(110) 하면에 캡핑층(120)을 형성한다.
도 7 을 참조하면, 캡핑층(120) 하면에 보호층(130)을 형성한다.
중심층(110), 캡핑층(120), 보호층(130), 식각 저지층(140), 상부 식각보호층(310), 및 하부 식각보호층(320)은 화학기상층착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 열산화공정(Thermal oxidation), 스퍼터링(Sputtering), 전자빔 증발법(E-beam evaporation), 원자층증착(Atomic layer deposition) 등의 방법으로 형성한다.
한편, 도 3 내지 도 7 의 실시예에서는 캡핑층(120)과 보호층(130)이 지지층 패턴(210a) 형성 후에 형성되는 예를 기술하였으나, 캡핑층(120)과 보호층(130)은 중심층(110) 형성 전에 지지기판(210) 상에 먼저 형성되도록 할 수도 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 구조를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 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: 중심층
120: 캡핑층 130: 보호층
140: 식각 저지층 150: 계면층
210: 지지기판 310: 상부 식각보호층
320: 하부 식각보호층 320a: 하부 식각보호층 패턴
120: 캡핑층 130: 보호층
140: 식각 저지층 150: 계면층
210: 지지기판 310: 상부 식각보호층
320: 하부 식각보호층 320a: 하부 식각보호층 패턴
Claims (9)
- 지지부상에 Si 재질의 층과 SiNx (x≠0) 재질의 층이 순차 적층된 2층막 구조를 가지며, 하층이 Si 재질로 형성되고 상층이 SiNx 재질로 형성되는 중심층;
상기 중심층의 하면에 형성되며, SiCx (x≠0) 또는 MoSix (x≠0) 중 적어도 하나 이상의 물질로 형성된 한 층 이상의 캡핑층; 및
상기 캡핑층의 하면에 형성되며, BxN (x≠0), B, Zr, Zn, BxC (x≠0) 중 하나 이상의 물질로 형성된 한 층 이상의 보호층;
을 포함하는 펠리클부를 구비하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
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- 삭제
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- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클부를 구성하는 각각의 상기 물질은, SiNx (x=0.5~2), SiCx (x=0.1~4), MoSix (x=0.5~2.5) 의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클부는 최하층으로부터 최상층의 구조가, BxN/MoSix/Si/SiNx; B/MoSix/Si/SiNx; Zr/MoSix/Si/SiNx; Zn/MoSix/Si/SiNx; BxC/MoSix/Si/SiNx; 중 어느 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
- 제 1 항에 있어서,
상기 펠리클부는, 상기 중심층과 상기 캡핑층 또는 상기 캡핑층과 상기 보호층 사이에 형성된 계면층을 더 포함하는 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
- 제 1, 6, 7, 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펠리클부는 극자외선 노광광에 대하여 85% 이상의 투과율 및 0.04% 이하의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 펠리클.
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