KR102619440B1 - 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 방법 및 장치, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 일 구성에서, 고체 구조물의 표면의 선택된 부분은 탄소 함유 전구체의 존재 하에서 극자외선 방사선으로 조사된다. 이 방사선은 선택된 부분의 고체 구조물과 상호작용하여 탄소 함유 전구체로부터 선택된 부분에 탄소층을 형성한다. 상기 탄소층은 선택된 부분에 의해 정해진 패턴으로 형성된다.

Description

패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 방법 및 장치, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING A PATTERNED LAYER OF CARBON, METHOD OF FORMING A PATTERNED LAYER OF MATERIAL}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2018년 3월 2일에 출원된 유럽 출원 제 18159654.5호의 우선권을 주장하며, 이 출원은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다.
본 발명은 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 방법 및 장치, 및 더 일반적으로는 패턴화된 물질층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
그래핀은 반도체 산업에서 도체 컴포넌트로 제안되었다. 그래핀은, 예를 들면, 금속 표면 상의 화학 증착(CVD) 및 SiC로부터 실리콘 승화를 포함하는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 그래핀을 반도체 장치 내에 통합하려면 그래핀을 미세한 규모의 패턴으로 형성해야 한다. 그러나, 이러한 패터닝을 정확하고, 신속하고 합리적인 비용으로 수행하는 것은 어렵다.
4-20 nm 범위 내의 파장, 예를 들면, 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 극자외선(EUV) 방사선은, 예를 들면, 193 nm의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 작은 피처를 기판 상에 형성하는데 사용될 수 있다. 리소그래피용 레지스트 물질은 더 긴 파장(예를 들면, UV)의 방사선을 사용하는 리소그래피용으로 확립된 개념을 기반으로 개발되었다. 레지스트 물질의 박막은 스핀 코팅에 의해 퇴적되고, 투영된 광 패턴에 노광되고, 다음에 노광된 영역(포지티브 톤(positive tone)) 또는 비노광된 영역(네거티브 톤)을 선택적으로 씻어내는 용매로 현상된다. 후속 에칭 프로세스 동안 아래의 기판을 보호하는 패턴화된 물질층이 생성되고, 이것에 의해 그 패턴의 네거티브 이미지를 기판에 전사한다. 프로세스가 효과적이기 위해서는, 노광 후에 용해될 수 있는 영역이 완전히 제거될 수 있도록 레지스트는 그 두께 전체를 통해 화학적 변화를 거쳐야 한다.
그러나, EUV 레지스트의 동작과 장파장 방사선용 레지스트 사이에는 몇 가지 중요한 차이점이 있다. 하나의 차이점은 EUV 레지스트의 화학 반응이 EUV 광자에 의해 직접 유발되지 않고, 물질 내에서 EUV 광자를 유발하는 전자 캐스케이드(electron cascade)에 의해 유발된다는 점이다. 다른 차이점은 EUV 리소그래피에서 목표로 하는 임계 치수가 훨씬 더 작다는 점이다. 이는 붕괴 또는 변형되기 쉬운 높은 종횡비 특징을 피하기 위해 EUV 레지스트 두께가 더 얇아야 한다는 것을 의미한다. 전형적으로, 실제 두께는 이상적으로 약 20-30 nm 미만이어야 한다. EUV 레지스트의 두께가 얇다고 함은 의도한 패턴을 효율적으로 전사하기 위해 충분한 광자의 흡수를 보장하도록 흡수율을 비교적 높게 해야 함을 의미한다. 또한, EUV 리소그래피 시스템은(예를 들면, 0.33으로부터 0.5로) NA를 증가시켜 임계 치수를 더 작게 하는 것을 목표로 하며, 이는 초점 심도를 감소시키고, EUV 방사선이 EUV 레지스트에 의해 어느 정도로 균일하게 흡수되는지를 제한할 수 있다. 미래의 경향은 포토레지스트 층 두께를 계속 감소시켜 광자 흡수를 저하시키고, 더 높은 샷 노이즈(shot noise)를 유발하는 것이다. 이러한 영향은 거칠기에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며 결함의 생성에 기여할 수 있다.
본 발명의 목적은 패턴화된 탄소층 및/또는 보다 일반적으로는 패턴화된 물질층을 형성하기 위한 대안적이거나 개량된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
일 양태에 따르면, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법이 제공되며, 이 방법은 탄소 함유 전구체의 존재 하에서 극자외선 방사선으로 고체 구조물의 표면의 선택된 부분을 조사하는 것을 포함하며, 여기서 방사선은 선택된 부분의 고체 구조물과 상호작용하여 선택된 부분에 탄소 함유 전구체로부터 탄소층의 형성을 유발하고, 이에 따라 탄소층은 선택된 부분에 의해 정해진 패턴으로 형성된다.
이 방법은 CVD 또는 SiC로부터의 실리콘 승화와 같은 대체 기술과 관련된 높은 온도를 요구하지 않으면서 패턴화된 탄소층을 형성할 수 있다. 이 방법은 그래핀 층이 성장된 기판으로부터 이 그래핀 층을 박리하여 이것이 도포될 표면에 전사하기 위하여 레지스트 상층(resist overlayer) 없이 패턴을 형성할 수 있다. 패터닝 전에 그래핀의 폐쇄된 층을 형성할 필요가 없다. 극자외선(EUV) 방사선과 고체 구조물 사이의 상호작용 메커니즘에 의해 탄소가 고속으로 형성될 수 있으므로 우수한 처리능력을 제공한다. EUV의 짧은 파장은 높은 공간 분해능을 제공한다.
일 실시형태에서, 조사는 고체 구조물로부터 광전자를 생성하고; 광전자는 탄소 함유 전구체가 관여하는 반응을 촉매하고; 이 반응은 퇴적에 의해 탄소층의 형성을 유발한다. 이 메커니즘은 빠르고 효율적으로 탄소층이 형성될 수 있게 한다.
일 실시형태에서, 탄소 함유 전구체는 가스를 포함한다. 따라서 패턴화된 탄소층은 별개의 퇴적 단계(예를 들면, 그래핀의 폐쇄된 층의 퇴적 또는 고체 전구체 물질의 퇴적)없이 형성될 수 있다.
일 실시형태에서, 탄소 함유 전구체는 고체 구조물의 표면에 고체상태 막을 포함한다. 고체 전구체를 사용하면 처리의 유연성이 향상된다. 패턴화된 탄소층은 탄소 함유 전구체를 반드시 가스 형태로 제공할 필요없이 형성될 수 있다.
일 양태에 따르면, 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 장치가 제공되며, 이것은 극자외선 방사선으로 고체 구조물의 표면의 선택된 부분을 조사하도록 구성된 조사 시스템; 및 선택된 부분이 가스상 탄소 함유 전구체의 존재 하에서 조사될 수 있도록 고체 구조물의 표면의 선택된 부분을 포함하는 환경을 제어하도록 구성된 환경 제어 시스템을 포함한다.
일 실시형태에서 조사 시스템은 패터닝 장치로부터 패턴화된 방사 빔을 상기 고체 구조물 상에 투영함으로써 고체 구조물의 선택된 부분의 조사를 제공하도록 구성된 리소그래피 장치를 포함한다.
따라서, 레지스트의 고정밀도의 노광을 달성하도록 개발된 리소그래피 장치의 기능을 활용하여 레지스트의 처리를 필요로 하지 않으면서 탄소층에 패턴을 정확하게 형성할 수 있다.
일 양태에 따르면, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법이 제공되며, 이 방법은 흡수층의 선택된 영역과 이 흡수층 상에 형성된 물질의 단분자층(monolayer)을 극자외선 방사선으로 조사하는 것을 포함하고, 방사선은 물질의 단분자층과 흡수층 사이의 계면에서 흡수층과 상호작용하여 선택된 영역의 물질의 단분자층을 개질하는 광전자 및 열전자 중 어느 하나 또는 둘 모두를 생성하고; 방법은 개질에 의해 유발된 선택된 영역 내에서의 특성의 차이를 사용하여 선택된 영역에 의해 정해진 패턴으로 물질의 단분자층 상에 배리어(barrier) 층을 형성하는 것을 더 포함한다.
이러한 접근방법에 의해, 방사선을 흡수하는 역할, 화학적 콘트라스트를 제공하는 역할 및 에칭에 대한 내성을 제공하는 역할이 상이한 물질들 사이에서 분리되는 구성에 종래의 포토레지스트와 동등한 기능을 제공할 수 있으므로 최적화의 유연성이 향상된다. 또한 포토레지스트의 유효 두께가 단분자층 또는 계면 영역의 두께까지 감소되므로 작은 초점 깊이로 인한 악영향을 줄이거나 피할 수 있다.
이하, 첨부한 개략도를 참조하여 단지 예시로서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 리소그래피 장치 및 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시하고;
도 2는 조사된 선택된 부분을 포함하는 표면 영역의 개략 평면도이고;
도 3은 선택된 부분에 탄소층을 형성한 후의 도 2의 영역을 도시하고;
도 4는 선택된 부분에서 전구체 분자의 해리 및 탄소의 흡착을 일으키기 위한 표면의 선택된 부분의 조사를 도시한 개략 측단면도이고;
도 5 및 도 6은 선택된 부분에 그래핀을 형성하기 위한 도 4의 프로세스의 진행을 도시한 개략 측단면도이고,
도 7은 도 6의 구성의 개략 평면도이고;
도 8은 탄소 함유 전구체가 고체상태 막으로서 제공되는 표면의 선택된 부분의 조사를 도시한 개략 측단면도이고;
도 9는 고체상태 막의 조사된 부분을 그래핀으로 변환시키고, 고체상태 막의 조사되지 않은 부분을 제거하기 위한 후속 가열 프로세스 후의 도 8의 구성을 도시하고;
도 10은 조사 시스템 및 환경 제어 시스템을 포함하는 장치를 개략적으로 도시하고;
도 11은 일 실시형태에 따른 물질의 흡수층 및 단분자층의 선택된 영역의 조사를 도시한 개략 측단면도이고;
도 12는 물질의 단분자층이 선택된 영역 내에서 손상되어 있는 조사 후의 도 11의 구성의 개략 측단면도이고;
도 13은 선택된 영역 내의 제 1 물질이 제 2 물질에 의해 치환된 후의 도 12의 구성의 개략 측단면도이고;
도 14는 선택된 영역에서 배리어 층(111)의 성장 후의 도 13의 구성의 개략 측단면도이고;
도 15는 대안적 실시형태에 따른 물질의 흡수층 및 단분자층의 선택된 영역의 조사를 도시한 개략 측단면도이고;
도 16은 물질의 단분자층이 선택된 영역에서 유기 분자로부터 캐핑(capping) 관능기를 제거하도록 개질된 조사 후의 도 15의 구성의 개략 측단면도이고;
도 17은 선택된 영역에서 배리어 층(111)의 성장 후의 도 16의 구성의 개략 측단면도이고;
도 18은 각각 (a), (b) 및 (c)로 표시된 캐핑 관능기에 부착된 3 개의 예시적인 말단기를 도시하고;
도 19는 각각의 캐핑 관능기의 제거 후에 잔류하는 말단기(118)를 도시하고;
도 20은 대안적 실시형태에 따른 물질의 흡수층 및 단분자층의 선택된 영역의 조사를 도시한 개략 측단면도이고;
도 21은 물질의 단분자층이 선택된 영역에서 유기 분자로부터 캐핑 관능기를 제거하도록 개질된 조사 후의 도 20의 구성의 개략 측단면도이고; 그리고
도 22은 선택된 영역에서 배리어 층(111)의 성장 후의 도 21의 구성의 개략 측단면도이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 인가하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들면, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들면, 기판 상에 제공된 방사선 감응성 재료(레지스트) 층 상에 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)에서 패턴을 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처(feature)의 최소 크기를 결정한다. 4-20 nm 범위 내의 파장, 예를 들면, 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 극자외선(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들면, 193 nm의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 작은 피처를 기판 상에 형성하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 방사선 소스(SO) 및 리소그래피 장치(LA)를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시한다. 방사선 소스(SO)는 EUV 방사 빔(B)을 행성하고 이 EUV 방사 빔(B)을 리소그래피 장치(LA)에 공급하도록 구성된다. 리소그래피 장치(LA)는 조명 시스템(IL), 패터닝 장치(MA)(예를 들면, 마스크)를 지지하도록 구성된 지지 구조(MT), 투영 시스템(PS), 및 기판(W)을 지지하도록 구성된 기판 테이블(WT)을 포함한다.
조명 시스템(IL)은 EUV 방사 빔(B)이 패터닝 장치(MA)에 입사되기 전에 EUV 방사 빔(B)을 컨디셔닝하도록 구성된다. 게다가, 조명 시스템(IL)은 다면형 필드(facetted field) 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필(facetted pupil) 미러 디바이스(11)를 포함할 수 있다. 다면형 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)는 함께 원하는 단면 형상 및 원하는 강도 분포를 갖는 EUV 방사 빔(B)을 제공한다. 조명 시스템(IL)은 다면형 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)에 더하여 또는 그 대신으로 다른 미러 또는 디바이스를 포함할 수 있다.
이렇게 컨디셔닝된 후, EUV 방사 빔(B)은 패터닝 장치(MA)와 상호작용한다. 이 상호작용의 결과로서, 패턴화된 EUV 방사 빔(B')이 생성된다. 투영 시스템(PS)은 기판(W) 상에 패턴화된 EUV 방사 빔(B')을 투영하도록 구성된다. 그 목적을 위해, 투영 시스템(PS)은 기판 테이블(WT)에 의해 유지된 기판(W) 상에 패턴화된 EUV 방사 빔(B')을 투영하도록 구성된 복수의 미러(13,14)를 포함할 수 있다. 투영 시스템(PS)은 패턴화된 EUV 방사 빔(B')에 감쇄 인자를 적용할 수 있고, 따라서 패터닝 장치(MA) 상의 대응하는 피처보다 작은 피처를 갖는 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들면, 4 또는 8의 감쇄 인자가 적용될 수 있다. 도 1에서 투영 시스템(PS)은 단지 2 개의 미러(13, 14)를 가지고 있는 것으로 도시되어 있으나, 이 투영 시스템(PS)은 다른 수의 미러(예를 들면, 6 개 또는 8 개의 미러)를 포함할 수 있다.
기판(W)은 미리 형성된 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 리소그래피 장치(LA)는 패턴화된 EUV 방사 빔(B')에 의해 형성된 이미지를 기판(W) 상에 미리 형성된 패턴과 정렬시킨다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 기판(W)은 또한 패턴화된 탄소층이 형성될 고체 구조물을 포함할 수 있다.
상대적 진공, 즉 대기압보다 훨씬 낮은 압력의 소량의 가스(예를 들면, 수소)가 방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 제공될 수 있다.
방사선 소스(SO)는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스, 방전 생성 플라즈마(DPP) 소스, 자유 전자 레이저(FEL) 또는 EUV 방사선을 생성할 수 있는 임의의 다른 방사선 소스일 수 있다.
본 설명의 도입부에서 설명한 바와 같이, 패턴화된 그래핀층은 반도체와 같은 장치에서 사용될 수 있다. 본 개시의 실시형태는 패턴화된 그래핀층을 포함하는 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 대안적인 또는 개선된 방법 또는 장치를 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 고체 구조물의 표면(20)의 선택된 부분(22)이 조사되는 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법이 제공된다. 일부의 실시형태에서, 선택된 부분(22)은 제조될 장치의 하나 이상의 부분의 형상을 결정한다. 조사 중에 고체 구조물의 표면(20) 상의 예시적 영역이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 음영처리된 직사각형 영역은 조사되고 있는 선택된 부분(22)이다. 선택된 부분(22)의 외측의 영역(21)은 조사되지 않고 있다.
조사는 EUV 방사선을 사용한 조사를 포함한다. 일부의 실시형태에서, EUV 방사선은 4 nm 내지 20 nm 범위, 예를 들면 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 방사선을 포함한다.
조사는 탄소 함유 전구체의 존재 하에서 수행된다. 조사는 선택된 부분(22)에서 고체 구조물과 상호작용하여 선택된 부분(22)에서 탄소 함유 전구체로부터 탄소층(23)을 형성하게 한다. 도 3은 도 2에 도시된 조사에 의해 형성된 이러한 탄소층(23)을 묘사한다. 탄소층(23)은 선택된 부분(22)에 의해 정해진 패턴으로 형성된다. 일부의 실시형태에서, 탄소층(23)은 선택된 부분(22)이 실질적으로 또는 완전히 탄소층(23)에 의해 덮이도록 이 선택된 부분(22)을 실질적으로 또는 정확하게 덮는 패턴으로 형성된다. 일부의 실시형태에서, 선택된 부분(22)의 외측의 영역(21)은 전혀 탄소층(23)에 의해 덮이지 않는다. 따라서 탄소층(23)을 패턴화한다.
일부의 실시형태에서, 조사에 의해 형성되는 탄소층(23)은 본질적으로 그래핀을 포함하거나, 본질적으로 그래핀으로 구성되거나, 그래핀으로 구성된다.
일부의 실시형태에서, 탄소 함유 전구체는 가스를 포함하거나, 본질적으로 가스로 구성되거나, 가스로 구성된다. 도 4 내지 도 7은 전구체가 가스상인 경우의 예시적인 방법의 단계를 개략적으로 도시한다.
도 4는 가스상 탄소 함유 전구체(25)(예를 들면, 개략적으로 도시된 바와 같은 메탄)의 존재 하에서 고체 구조물(24)의 표면(20)의 선택된 부분(22)의 조사(70)를 도시한다. 조사(70)는 표면(20)의 선택된 부분(22) 상에 탄소 원자(26)의 흡착을 유발하고, 선택된 부분(22)의 외측의 표면(20)의 영역(21) 상에는 흡착을 유발하지 않는다.
도 5 및 도 6은 도 4의 프로세스가 표면(20) 상에 탄소층(23)을 구축하는 방법을 개략적으로 보여준다. 일부의 실시형태에서, 탄소층(23)은 그래핀을 형성한다. 도 7은 표면(20)의 선택된 부분(22)에서 그래핀을 형성하는 탄소 원자의 단분자층(26)을 개략적으로 도시한다.
일부의 실시형태에서, 탄소 함유 전구체는 탄화수소를 포함하거나, 본질적으로 탄화수소로 구성되거나, 탄화수소로 구성된다. 일부의 실시형태에서, 탄소 함유 전구체는 하나 이상의 알칸(예를 들면, 메탄, 에탄, 프로판) 및 하나 이상의 알킨(예를 들면, 에틴, 메틴, 프로핀) 중 하나 이상을 포함하거나, 본질적으로 이들로 구성되거나, 이들로 구성된다.
일부의 실시형태에서, 조사는 고체 구조물(24)로부터 광전자를 생성한다. 광전자는 탄소 함유 전구체가 관여하는 반응을 촉매한다. 이 반응은 퇴적에 의해 탄소층의 형성을 유발한다. 도 4 내지 도 7을 포함하는 일부의 실시형태에서, 광전자는 탄소 함유 전구체의 해리 및 선택된 영역(22)의 표면에의 탄소 흡착으로 이어지는 반응을 촉매한다. 이러한 방식으로 광전자를 사용하면 단일 단계로 (즉, 별개의 조사 및 퇴적 단계 없이) 패턴화된 탄소층(23)을 형성할 수 있다. 탄소층(23)은 조사와 동시에 형성된다.
이러한 실시형태에서, 고체 구조물(24)과의 EUV 상호작용에 의해 유발된 에너지 방출은 광전자를 생성한다. 이들 광전자 중 일부는 시스템을 완전히 탈출하는 데 충분한 에너지를 가질 수 있으나, 일부의 광전자는 완전히 탈출하기에는 너무 낮은 에너지를 갖는다. 이들 더 낮은 에너지의 전자는 열전자로 지칭될 수 있다. 본 발명자들은 조사가 탄소 함유 전구체로부터 표면(20) 상에 탄소를 퇴적시키는 반응을 효율적으로 촉매하는 데 매우 충분한 양의 열전자를 생성한다는 것을 발견하였다.
일부의 실시형태에서, 패턴화된 탄소층(23)은 직접 그래핀으로서 형성된다. 다른 실시형태에서, 패턴화된 탄소층(23)은 직접 그래핀을 형성하지는 않지만 후속 그래핀 형성을 위한 고체 전구체를 제공한다. 고체 전구체는, 예를 들면, 탄소의 상이한 상의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 고체 구조물(24)의 조사에 의해 생성된 저에너지 2 차 전자는 고체 구조물(24)의 표면(20) 근처에서 가열을 제공하고, 이것에 의해 그래핀 형성에도 기여한다.
일 실시형태에서, 후속 가열 프로세스가 패턴화된 탄소층(23)에 적용된다. 패턴화된 탄소층(23)이 그래핀을 포함하는 경우, 후속 가열 프로세스는 그래핀의 품질(예를 들면, 순도, 평균 입자 크기 및/또는 균질성)을 개선시킬 수 있다. 패턴화된 탄소층(23)이 후속 그래핀 형성을 위한 고체 전구체를 포함하는 경우, 후속 가열은 탄소층(23)을 그래핀으로 변환시킬 수 있다. 후속 가열의 지속시간과 온도 프로파일은 원하는 효과를 달성하도록 선택된다. 일부의 실시형태에서, 후속 가열은, 예를 들면, 약 600-1000℃ 범위, 임의선택적으로는 700-900℃ 범위, 임의선택적으로는 750-850℃ 범위, 임의선택적으로는 약 800℃의 온도에서 수행될 수 있다.
고체 구조물의 다양한 조성은 탄소 함유 전구체로부터 탄소의 퇴적으로 이어질 수 있는 반응을 촉매하기에 적절한 광전자를 제공할 수 있다. 예를 들면, 조사에 의해 페르미 준위 미만의 수십 eV 정도의 레벨로 생성된 광전자는 탄소 함유 전구체로부터 탄소의 퇴적에 기여하는 적절한 에너지를 갖는 전자로서 표면(20)에 나타나는 충분한 에너지 손실을 겪는다. 일부의 실시형태에서, 고체 구조물은 금속, 금속 탄화물, 금속 산화물, 반도체, Si, SiO2 및 SiC 중 하나 이상을 포함한다.
일 실시형태에서, 탄소 함유 전구체는 고체 구조물의 표면(20)에 고체상태 막(27)을 포함한다. 고체상태 막(27)은 임의의 적절한 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 고체상태 막(27)은 원자층 퇴적에 의해 형성된다. 일부의 실시형태에서, 고체상태 막(27)은 펜타센을 포함한다. 펜타센은, 예를 들면, 펜타센 공급원을 수용한 가열된 용기로부터의 증발에 의해 퇴적될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 고체상태 막(27)은 폴리스티렌을 포함한다. 폴리스티렌은, 예를 들면, 스핀 코팅에 의해 퇴적될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 고체상태 막(27)은 탄소 함유 방향족 전구체 분자(예를 들면, 원자층 퇴적을 사용하여 형성됨)를 포함하여, 고체 구조물의 표면(20)(예를 들면, 구리 표면) 상에 자기조립된 층(self-assembled layer)을 임의선택적으로 형성한다.
일 실시형태에서, 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 조사(70)는 선택된 부분(22)에서 고체상태 막(27)을 중간 상태(도 8에서 음영처리에 의해 도시됨)로 변환한다. 일 실시형태에서, 이 중간 상태는 후속 가열에 의해 그래핀으로 변환가능하다.
일 실시형태에서, 도 9에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 조사된 고체상태 막(27)은 후속 가열을 받는다. 후속 가열은 선택된 부분(22)에서 조사된 고체상태 막(27)을 그래핀으로 변환하고, 이것에 의해 조사에 의해 정해진 패턴으로 그래핀의 층(23)을 제공한다. 후속 가열의 지속시간과 온도 프로파일은 원하는 효과를 달성하도록 선택된다. 일부의 실시형태에서, 후속 가열은, 예를 들면, 약 600-1000℃ 범위, 임의선택적으로는 700-900℃ 범위, 임의선택적으로는 750-850℃ 범위, 임의선택적으로는 약 800℃의 온도에서 수행될 수 있다.
일 실시형태에서, 조사는 선택된 부분(22)에서 고체상태 막(27)에 가교를 유발한다. 일 실시형태에서, 이 가교는 선택된 부분(22)의 고체상태 막(27)이 선택된 부분(22)의 외측 영역(21)의 고체상태 막(27)보다 후속 가열에서 존재하는 조건에 대하여 더 내성을 갖도록 한다. 일 실시형태에서, 후속 가열 프로세스는 선택된 부분(22) 외측의 영역(21)의 고체상태 막(27)을 제거한다(도 9에 도시됨). 일 실시형태에서, 후속 가열은 원자 수소의 존재 하에서 수행된다. 원자 수소는 조사되지 않은 고체상태 막(27)을 선택적으로 제거하도록 작용한다.
도 10은 위에서 설명한 방법을 수행하기 위한 장치(60)를 개략적으로 도시한다. 따라서 이 장치(60)는 패턴화된 탄소층(23)을 형성한다. 이 장치(60)는 조사 시스템을 포함한다. 조사 시스템은 선택된 부분(22)을 EUV 방사선으로 조사하도록 구성된다. 조사 시스템은 리소그래피 장치(LA)를 포함할 수 있다. 리소그래피 장치(LA)는 패터닝 장치(MA)로부터 고체 구조물(24) 상에 패턴화된 방사 빔(34)을 투영함으로써 선택된 부분(22)을 조사한다. 리소그래피 장치(LA)는, 예를 들면, 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 구성될 수 있다. 고체 구조물(24)과 이 고체 구조물(24) 상의 고체층(27)은 도 1을 참조하여 위에서 논의된 기판(W)의 위치에 제공될 수 있다.
일 실시형태에서, 환경 제어 시스템(45)이 제공된다. 이 환경 제어 시스템(45)에 의해, 고체 구조물(24) 상의 환경(42)의 조성은 패턴화된 탄소층의 형성을 진행할 수 있도록 제어될 수 있다. 일 실시형태에서, 환경 제어 시스템(45)은 선택된 부분(22)이 가스상 탄소 함유 전구체의 존재 하에서 조사될 수 있도록 구성된다. 일 실시형태에서, 환경 제어 시스템(45)은 고체 구조물(24)의 표면의 선택된 부분(22)을 포함하는 밀봉된 환경(42)을 제공하는 체임버(36)를 포함한다. 일부의 실시형태에서, 체임버(36)는 조사 중에 가스상 탄소 함유 전구체(25)로 채워진다. 일부의 실시형태에서, 탄소층(23)의 형성 중에 고체 구조물(24)의 전체가 체임버(36) 내에 있다. 일 실시형태에서, 물질을 밀봉된 환경(42)에 첨가하고 이로부터 제거할 수 있게 하는 물질 교환 시스템(38)(예를 들면, 체임버(36) 내로의 포트 및 관련된 밸브 및/또는 도관)이 제공된다. 물질은 유동 관리장치(44)에 의해 물질 교환 시스템(38)에 출입될 수 있다. 유동 관리장치(44)는 저장소, 덕트, 밸브, 싱크, 펌프, 제어 시스템, 및/또는 체임버(36)에 물질의 요구되는 흐름을 제공하는데 필요한 기타 컴포넌트의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 체임버(36)에 첨가되고 이로부터 제거되는 물질은 가스상이고, 이에 따라 다양한 가스의 조합으로 이루어진 조성 환경을 제공한다.
탄소 함유 전구체가 가스상인 실시형태를 포함하는 일부의 실시형태에서, 장치(60)는 위에서 설명한 바와 같이 단일 단계로 패턴화된 탄소층을 형성할 수 있다. 탄소 함유 전구체가 적어도 부분적으로 고체상태 막으로서 제공되는 실시형태를 포함하는 다른 실시형태에서, 이 고체상태 막을 퇴적하기 위한 하나 이상의 추가 단계가 필요할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 퇴적은 환경 제어 시스템 내에서 (예를 들면, 증발에 의해) 수행될 수 있다. 다른 실시형태에서, 퇴적은, 예를 들면, 퇴적이 스핀 코팅을 사용하여 수행되는 경우, 환경 제어 시스템의 외측에서 (예를 들면, 장치(60)와 별개의 장치를 사용하여) 수행될 수 있다.
설명의 도입부에서 언급한 바와 같이, EUV 리소그래피는 레지스트 설계에 대한 과제를 제시한다. 아래에서 설명하는 실시형태는 이들 과제를 처리한다.
실시례가 아래에서 설명되고 각각 도 11 내지 도 14, 도 15 내지 도 19, 및 도 20 내지 도 22에 도시되어 있는 어떤 실시형태에서, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법이 제공된다.
도 11, 도 15 및 도 20에 도시된 바와 같이, 이 방법은 흡수층(104) 및 이 흡수층(104) 상에 형성된 물질의 단분자층(106)의 선택된 영역(102)(도면에서 수직 점선들 사이의 영역)을 EUV 방사선으로 조사하는 것을 포함한다. 일부의 실시형태에서, 물질의 단분자층(106)는 자기조립된 단분자층(SAM)를 포함하거나, 본질적으로 이것으로 구성되거나, 이것으로 구성된다. 일부의 실시형태에서, 흡수층(104)은 금속 및 금속 산화물 중 하나 또는 둘 모두를 포함하거나, 본질적으로 이 하나 또는 둘 모두로 구성되거나, 이 하나 또는 둘 모두로 구성된다. 흡수층(104)은 기판(W) 상에 제공된다. 방사선은 흡수층(104)과 상호작용하여 물질의 단분자층(106)와 흡수층(104) 사이의 계면에서 광전자 및/또는 열전자를 생성한다. 생성된 광전자 및/또는 열전자는, 예를 들면, 물질의 단분자층(106)를 손상시킴으로써 선택된 영역(102) 내에서 물질의 단분자층(106)를 개질한다. 이 손상은 결함을 도입하는 것, 무질서를 증가시키는 것 및/또는 결합을 파괴하는 것 아니면 물질의 단분자층(106)를 약화시키는 것을 포함할 수 있다.
이 방법은 개질에 의해 유발된 선택된 영역(102) 내의 특성의 차이를 사용하여 선택된 영역(102)에 의해 정해진 패턴으로 물질의 단분자층(106) 상에 배리어 층(111)을 형성(예를 들면, 성장시킴)하는 것을 더 포함한다. 이 패턴화된 배리어 층(111)은 후속 처리 단계에서 패턴화된 물질층을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 패턴화된 물질층은 에칭 프로세스를 통해 형성될 수 있고, 여기서 배리어 층(111)이 없는 경우에는 흡수층(104)이 제거되고, 배리어 층(111)이 있는 경우에는 제거되지 않는다.
도 11 내지 도 22를 참조하여 아래에서 실시례가 설명되는 일부의 실시형태에서, 물질의 단분자층(106)는 복수의 유기 분자를 포함하고, 각각은 고착 관능기(112A; 도 11 및 도 13 및 112B; 도 20)를 갖는다. 고착 관능기(112A, 112B)는 유기 분자를 흡수층(104)에 부착시키는데 효과적인 관능기이다.
도 11 내지 도 19를 참조하여 아래에서 설명한 실시형태와 같은 일부의 실시형태에서, 흡수층(104)은 금속을 포함하고, 고착 관능기(112A)는 티올 기(예를 들면, -SH 기)를 포함한다. 티올 기를 포함하는 유기 분자는 티올 분자로 지칭될 수 있다. 티올 기는 금속, 특히 Au 또는 Ag에 대해 강한 친화성을 갖는다. 어떤 실시형태에서, 흡수층(104)은 Au, Ag, Cd, Zn 및 Cu 중 하나 이상을 포함하거나, 본질적으로 그 하나 이상으로 구성되거나, 그 하나 이상으로 구성되고, 고착 관능기(112A)는 티올 기를 포함한다. 티올 기는 이러한 실시형태에서 가역적 공유 결합(예를 들면, Au-S)을 형성한다.
도 20 내지 도 22를 참조하여 아래에서 설명한 실시형태와 같은 일부의 실시형태에서, 흡수층(104)은 금속 산화물을 포함한다. 일 실시형태에서, 금속 산화물은 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 및 타이타늄 산화물 중 하나 이상을 포함하거나, 본질적으로 이 하나 이상으로 구성되거나, 이 하나 이상으로 구성된다. 이들 금속 산화물은 (예를 들면, EUV 광자 흡수 단면이 1x106 cm2/mol을 초과하는 금속을 포함하거나, 20 um-1을 초과하는 선형 흡수 계수를 생성하는) 높은 EUV 광자 흡수 단면을 갖는다. 유사하게 높은 EUV 광자 흡수 단면을 갖는 다른 금속 산화물이 사용될 수 있고, 또는 다른 화합물(예를 들면, EUV 광자 흡수 단면이 1x106 cm2/mol을 초과하는 금속을 포함하거나, 20 um-1을 초과하는 선형 흡수 계수를 생성하는 화합물)이 사용될 수 있다. EUV 흡수층(104)이 금속 산화물을 포함하는 경우, 흡수층(104)에의 필요한 부착을 제공하기 위해, 흡수층(104)이 금속을 포함하는 경우와 달리 통상적으로 상이한 고착 관능기(112B)가 필요하다. 일 실시형태에서, 예를 들면, 고착 관능기(112A)로서 티올 기를 사용하는 대신 고착 관능기(112B)로서 실란 기가 사용된다.
도 11 내지 도 14를 참조하여 아래에서 설명하는 실시형태와 같은 일부의 실시형태에서, 배리어 층(111)의 형성은 선택된 영역(102)에서 물질의 단분자층(106) 내의 제 1 물질(110)을 제 2 물질(114)로 치환하는 것을 포함한다. 선택된 영역(102) 내에서 물질의 단분자층(106)의 개질에 의한 치환이 선택된 영역(102)에서 선호된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 단계에서, 흡수층(104)의 선택된 영역(102)과 물질의 단분자층(106)가 EUV 방사선에 의해 조사된다. 이론에 구속되기를 원하지 않으면서, 대부분의 EUV 방사선은 흡수층(104)에서 흡수되고, 물질의 단분자층(106)와 흡수층(104) 사이의 계면에서 EUV 방사선에 의해 생성되는 광전자 및/또는 열전자는 도 12에서 개략적으로 도시한 바와 같이 선택된 영역(102) 내의 물질의 단분자층(106)에 화학적 변화를 유발한다. 물질의 단분자층(106)는 선택된 영역(102)에서 손상된다. 이 손상은 제 1 물질(110)과 흡수층(104) 사이의 결합들 중 일부의 절단 또는 제 1 물질(110)과 흡수층(104) 사이의 부착의 약화를 포함할 수 있다. 제 2 단계에서, 제 1 물질(110)은, 도 13에 개략적으로 도시된 바와 같이, 선택된 영역(102)에서 제 2 물질(114)에 의해 치환된다. 일 실시형태에서, 제 1 물질(110)과 제 2 물질(114)은 상이한 말단 관능기를 갖는 유기 분자를 포함한다. 일 실시형태에서, 제 1 물질(110) 및 제 2 물질(114)은 (도 13에 도시된 바와 같이) 동일한 고착 관능기(112A)를 갖는 유기 분자를 포함한다. 도 11 내지 도 14에 도시된 실시례에서, 제 1 물질(110) 및 제 2 물질(114)의 양자는 흡수층(104)(이것은 Au 또는 Ag와 같은 금속을 포함할 수 있음)에 효율적으로 결합하기 위해 티올 분자를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제 1 물질(110)을 제 2 물질(114)로 치환하는 것은 제 2 물질(114)을 함유하는 용액 내에 침지함으로써 수행된다. 따라서, 도 12의 노광 후 구성은 원래 제 1 물질(110)에 존재하는 것과 다른 말단 관능기를 갖는 티올 분자를 함유하는 용액 내에 침지될 수 있다. 선택된 영역(102) 내에서 제 1 물질(110)의 손상된 티올 분자는 세척되고, 용액으로부터의 제 2 물질(114)의 티올 분자로 대체된다. 이러한 유형의 실시형태에서, 배리어 층(111)의 형성은, 배리어 층(111)이, 도 14에 도시된 바와 같이, 제 1 물질(110) 상에서 성장하고, 제 2 물질(114) 상에서는 성장하지 않는 (예를 들면, 배리어 층(111)을 형성하는 물질이 제 2 물질(114)보다 제 1 물질(110)에 존재하는 관능화에 대해 더 큰 친화성을 가지기 때문임) 프로세스; 또는 배리어 층(111)이 제 2 물질(114) 상에서 성장하고, 제 1 물질(110) 상에서는 성장하지 않는 성장 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 11 내지 도 14의 실시례는 효능을 시각적으로 보여주기 위해 사용될 수 있는 구성을 보여준다. 이 실시례에서, 제 1 물질(110)은 소수성인 플루오르화 티올을 포함한다. 제 2 물질(114)이 친수성 티올을 포함하는 경우, 도 13의 구성에서 제공된 화학적 대비의 시각화는 이 구성을 에탄올로 적심으로써 달성될 수 있다. 이것을 행하면, 25 mJ/cm2의 EUV 선량에서 육안으로 볼 수 있도록 명확한 패턴이 관찰되었다. C-F 결합은 광전자에 의해 쉽게 절단되기 때문에 낮은 선량 요건이 발생할 수 있다. 기타 실험은 9 mJ/cm2 이상의 선량에서 손상이 유발되는 것을 보여주었다. 반도체 산업 로드맵에서의 목표 선량은 20 mJ/cm2 미만이다.
도 15 내지 도 17은 물질의 단분자층(106)가 복수의 유기 분자를 포함하는 변형례를 도시하며, 복수의 유기 분자는 각각 캐핑 관능기(116)(도 15 참조)를 갖는다. 이러한 유형의 실시형태에서, 전자에 의한 개질은 선택된 영역(102) 내에서 유기 분자의 적어도 서브세트로부터 캐핑 관능기(116)를 제거하여 도 16의 구성을 제공하는 것을 포함한다. 제거된 캐핑 관능기(116)와 관련된 물질은 많은 경우에 휘발성이거나 용매로 쉽게 제거될 수 있다. 따라서 도 13과 관련하여 위에서 설명한 유형의 처리(예를 들면, 용액 중의 티올 교환)는 필요하지 않다. 도시된 실시례에서, 말단 기(118)는 캐핑 관능기(116)의 제거 후에도 잔류한다. 배리어 층(111)의 형성은, 도 17에 도시된 바와 같이, (이 경우에 말단 관능기(118)을 노출시키기 위해) 캐핑 관능기(116)가 제거된 유기 분자와의 상호작용으로 인해 선택된 영역(102)에서 배리어 층(111)이 우선적으로 성장하는 성장 프로세스를 수행하는 것을 포함한다. 일 실시형태에서, 우선적 성장은 선택된 영역(102)에서 금속 함유 물질 및 금속-유기 하이브리드 물질 중 어느 하나 또는 양자 모두의 선택적 퇴적을 포함한다. 일 실시형태에서, 캐핑 관능기가 제거된 유기 분자와의 상호작용은 금속 종에 대하여 친화성을 갖는 다음의 말단 관능기 중 하나 이상과의 상호작용을 포함한다: 카르복실레이트; 포스페이트; 설포네이트; 및 아민계 기(예를 들면, 아민, 피리딘, 및 피페리딘).
도 18은 캐핑 관능기에 부착된 예시적인 3 개의 말단기를 도시하며, 각각 (a) 카바메이트, (b) 1,3-디티안 에스테르, 및 (c) 벤질 에스테르로 표시되어 있다. 도 19는 각각의 경우에 캐핑 관능기(116)의 제거 후에 잔류하는 말단기(118), 즉 (a)로부터의 1 차 아민 및 (b) 및 (c)로부터의 카르복실레이트를 도시한다.
도 20 내지 도 22는 흡수층(104)이 (도 11 내지 도 19의 실시례에서와 같은) 금속보다는 금속 산화물(MOx)을 포함하는 변형례를 도시한다. 따라서 이 경우에 유기 분자를 흡수층(104)에 부착하는데 상이한 고착 관능기(112B)가 사용된다(예를 들면, 티올 기보다는 실란 또는 포스페이트 기). 이러한 유형의 실시형태에서, 실란 기에 의해 제공되는 공유(비가역) 유형의 고착(anchoring)은 도 11 내지 도 14의 것과 같은 접근법(여기서는 분자가 교환 프로세스 중에 흡수층(104)으로부터 분리될 필요가 있음)에 비해 (캐핑 관능기(116)의 제거를 수반하는) 도 15 내지 도 17의 것과 같은 접근법을 선호할 가능성이 높다.
전통적인 포토레지스트 물질과 비교하여, 도 11 내지 도 22를 참조하여 위에서 설명한 실시형태는 3 개의 상이한 물질들 사이에서 포토레지스트의 필요한 기능을 효과적으로 분리한다. 흡수층(104)은 방사선을 흡수하는 기능을 제공한다. 물질의 단분자층(106)는 화학적 콘트라스트를 제공한다. 배리어 층(111)은 에칭 내성을 제공한다. 종래의 포토레지스트 물질에서는 3 가지 기능 모두가 단일 물질에 의해 제공되어야 한다. 3 개의 물질들 사이에 기능을 분리하면 성능의 조정이 보다 유연해지고, EUV 리소그래피의 어려운 요구사항에 대한 대응이 보다 쉬워진다. 예를 들면, 배리어 층(111)이 어떻게 구성될 수 있는가에 대하여 상당한 자유가 허용되고, 밀도, 두께, 및/또는 화학 조성의 변화가 가능하다. 또한, 패턴을 정하기 위한 목적의 포토레지스트의 유효 두께는 물질의 단분자층(106)의 단일 분자 두께까지 또는 물질의 단분자층(106)와 흡수층(104) 사이의 얇은 계면 영역으로 감소되므로 초점 심도가 매우 작아도 성능에 큰 악향을 주지 않는다.
추가의 실시형태는 후속의 번호가 매겨진 절에 개시되어 있다.
1. 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법으로서,
탄소 함유 전구체의 존재 하에서, 고체 구조물의 표면의 선택된 부분을 극자외선 방사선으로 조사하는 것을 포함하고,
상기 방사선은 상기 선택된 부분의 상기 고체 구조물과 상호작용하여 상기 선택된 부분에 상기 탄소 함유 전구체로부터 탄소층의 형성을 유발함으로써 탄소층이 상기 선택된 부분에 의해 정해진 패턴으로 형성되게 하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
2. 제 1 절 있어서, 상기 탄소층은 그래핀을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
3. 제 1 절 또는 제 2 절 있어서,
상기 조사는 상기 고체 구조물로부터 광전자를 생성하고;
상기 광전자는 상기 탄소 함유 전구체가 관여하는 반응을 촉매하고;
상기 반응은 퇴적에 의해 탄소층의 형성을 유발하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
4. 제 1 절 내지 제 3 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 탄소 함유 전구체는 가스를 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
5. 제 1 절 내지 제 4 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 탄소 함유 전구체는 탄화수소를 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절 있어서, 상기 탄소 함유 전구체는 하나 이상의 알칸 및 하나 이상의 알킨 중 하나 이상을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 탄소 함유 전구체는 고체 구조물의 표면에 고체상태 막을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
8. 제 7 절에 있어서, 상기 고체상태 막은 원자층 퇴적, 증착, 또는 스핀 코팅에 의해 형성되는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
9. 제 7 절 또는 제 8 절에 있어서, 상기 고체상태 막은 펜타센 및 폴리스티렌 중 하나 이상을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
10. 제 7 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 조사는 상기 선택된 부분 내의 고체상태 막을 중간 상태로 변환시키고, 상기 중간 상태는 후속 가열에 의해 그래핀으로 변환가능하고, 임의선택적으로, 상기 방법은 상기 선택된 부분 내의 조사된 상기 고체상태 막을 그래핀으로 변환시키도록, 그리고 상기 선택된 부분의 외부의 상기 고체상태 막을 변환시키지 않도록 후속 가열을 수행함으로써 상기 조사에 의해 정해진 패턴으로 그래핀 층을 제공하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
11. 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절 있어서, 상기 방법은 상기 탄소층을 그래핀으로 변환시키기 위해, 또는 상기 탄소층이 그래핀을 포함하는 경우에는 그래핀 층의 품질을 향상시키기 위해, 상기 선택된 부분에서 조사에 의해 형성된 탄소층을 가열하는 것을 더 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
12. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 고체 구조물은 금속, 금속 탄화물, 금속 산화물, 반도체, Si, SiO2 및 SiC 중 하나 이상을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
13. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 극자외선 방사선은 4 nm 내지 20nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하는 방법.
14. 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 장치로서,
상기 장치는 고체 구조물의 표면의 선택된 부분을 극자외선 방사선으로 조사하도록 구성된 조사 시스템; 및
상기 선택된 부분이 가스상 탄소 함유 전구체의 존재 하에서 조사될 수 있도록 상기 고체 구조물의 표면의 선택된 부분을 포함하는 환경을 제어하도록 구성된 환경 제어 시스템을 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 장치.
15. 제 14 절에 있어서, 상기 조사 시스템은 패터닝 장치로부터 패턴화된 방사 빔을 상기 고체 구조물 상에 투영함으로써 고체 구조물의 선택된 부분의 조사를 제공하도록 구성된 리소그래피 장치를 포함하는, 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 장치.
16. 패턴화된 물질층을 형성하는 방법으로서,
흡수층의 선택된 영역과 상기 흡수층 상에 형성된 물질의 단분자층(monolayer)을 극자외선 방사선으로 조사하는 것을 포함하고,
상기 방사선은 상기 물질의 단분자층과 상기 흡수층 사이의 계면에서 상기 흡수층과 상호작용하여 상기 선택된 영역 내의 상기 물질의 단분자층을 개질하는 광전자 및 열전자 중 어느 하나 또는 둘 모두를 생성하고;
상기 방법은 상기 개질에 의해 유발된 상기 선택된 영역 내에서의 특성의 차이를 사용하여 상기 선택된 영역에 의해 정해진 패턴으로 상기 물질의 단분자층 상에 배리어(barrier) 층을 형성하는 것을 더 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
17. 제 16 절 있어서, 상기 방법은 상기 배리어 층이 존재하지 않는 부분에서는 상기 흡수층을 제거하고, 상기 배리어 층이 존재하는 부분에서는 상기 흡수층을 제거하지 않는 에칭 프로세스를 수행하여 패턴화된 물질층을 형성하는 것을 더 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
18. 제 16 절 또는 제 17 절 있어서, 상기 물질의 단분자층은 물질의 자기조립된 단분자층(self-assembled monolayer)을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
19. 제 16 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 흡수층은 금속 및 금속 산화물 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
20. 제 16 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 물질의 단분자층은 각각 고착 관능기를 갖는 복수의 유기 분자를 포함하고, 상기 고착 관능기는 유기 분자를 흡수층에 부착하는데 효과적인 관능기인, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
21. 제 20 절에 있어서, 상기 흡수층은 금속을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
22. 제 21 절에 있어서, 상기 금속은 Au, Ag, Cd, Zn 및 Cu 중 하나 이상을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
23. 제 21 절 또는 제 22 절에 있어서, 상기 고착 관능기는 티올 기를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
24. 제 20 절에 있어서, 상기 흡수층은 금속 산화물을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
25. 제 24 절에 있어서, 상기 금속 산화물은 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 및 타이타늄 산화물 중 하나 이상을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
26. 제 24 절 또는 제 25 절에 있어서, 상기 고착 관능기는 실란 기 또는 포스페이트 기를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
27. 제 16 절 내지 제 26 절 중 어느 한 절에 있어서, 배리어 층의 형성은 선택된 영역에서 물질의 단분자층의 제 1 물질을 제 2 물질로 치환하는 것을 포함하고, 상기 치환은 선택된 영역에서 물질의 단분자층의 개질에 의해 선택된 영역에서 선호되는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
28. 제 27 절에 있어서, 상기 배리어 층의 형성은 배리어 층이 제 2 물질 상에서가 아니라 제 1 물질 상에서 성장하는 성장 프로세스; 또는 배리어 층이 제 1 물질 상에서가 아니라 제 2 물질 상에서 성장하는 성장 프로세스를 수행하는 것을 더 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
30. 제 27 절 또는 제 28 절에 있어서, 상기 제 1 물질 및 상기 제 2 물질은 상이한 말단 관능기를 갖는 유기 분자를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
31. 제 27 절 내지 제 30 절 중 어느 한 절에 있어서, 상기 제 1 물질 및 상기 제 2 물질은 동일한 고착 관능기를 갖는 유기 분자를 포함하고, 상기 고착 관능기는 유기 분자를 흡수층에 부착하기에 효과적인 관능기인, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
32. 제 27 절 내지 제 31 절 중 어느 한 절에 있어서, 제 1 물질을 제 2 물질로 치환하는 것은 제 2 물질을 함유한 용액 중에 침지함으로써 수행되는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
33. 제 16 절 내지 제 26 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 물질의 단분자층은 각각 캐핑 관능기를 갖는 복수의 유기 분자를 포함하고;
상기 물질의 단분자층의 개질은 선택된 영역에서 유기 분자의 적어도 서브세트로부터 캐핑 관능기를 제거하는 것을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
34. 제 33 절에 있어서, 상기 배리어 층의 형성은 캐핑 관능기가 제거된 유기 분자와의 상호작용으로 인해 배리어 층이 선택된 영역에서 우선적으로 성장하는 성장 프로세스를 수행하는 것을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
35. 제 33 절에 있어서, 상기 우선적 성장은 선택된 영역에서 금속 함유 물질 및 금속-유기 하이브리드 물질 중 어느 하나 또는 양자 모두의 선택적 퇴적을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
36. 제 34 절 또는 제 35 절에 있어서, 캐핑 관능기가 제거된 유기 분자와의 상호작용은 금속 종에 대해 친화성을 갖는 카르복실레이트; 포스페이트; 설포네이트; 및 아민, 피리딘, 피페리딘 또는 기타 아민계 기와 같은 말단 관능기 중 하나 이상과의 상호작용을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
본 명세서에서 IC 제조에서 리소그래피 장치의 사용에 대해 구체적으로 언급할 수 있으나, 본 명세서에 기술되어 있는 리소그래피 장치는 다른 용도를 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 가능한 다른 용도에는 통합형 광학 시스템, 메모리용 안내 패턴 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCDs), 박-막 자기 헤드 등의 제조가 있다.
본 발명의 특정 실시형태가 위에서 설명되었으나, 본 발명은 기술된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 설명을 위한 것이고, 한정적인 것이 아니다. 따라서, 이하에 설명된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 전술한 바와 같은 본 발명에 대해 변형이 이루어 질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 패턴화된 물질층을 형성하는 방법으로서,
    흡수층의 선택된 영역과 상기 흡수층 상에 형성된 물질의 단분자층(monolayer)을 극자외선 방사선으로 조사하는 것을 포함하고,
    상기 방사선은 상기 물질의 단분자층과 상기 흡수층 사이의 계면에서 상기 흡수층과 상호작용하여 상기 선택된 영역 내의 상기 물질의 단분자층을 개질하는 광전자 및 열전자 중 하나 또는 둘 모두를 생성하고;
    상기 방법은 상기 개질에 의해 유발된 상기 선택된 영역 내에서의 특성의 차이를 사용하여 상기 선택된 영역에 의해 정해진 패턴으로 상기 물질의 단분자층 상에 배리어(barrier) 층을 성장시키는 것을 더 포함하고, 배리어 층의 성장은 선택된 영역에서 물질의 단분자층의 제 1 물질을 제 2 물질로 치환하는 것을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항 있어서, 상기 방법은 상기 배리어 층이 부존재하는 부분에서는 상기 흡수층을 제거하고, 상기 배리어 층이 존재하는 부분에서는 상기 흡수층을 제거하지 않는 에칭 프로세스를 수행하여 패턴화된 물질층을 형성하는 것을 더 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 있어서, 상기 물질의 단분자층은 물질의 자기조립된 단분자층(self-assembled monolayer)을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡수층은 금속 및 금속 산화물 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 물질의 단분자층은 각각 고착 관능기를 갖는 복수의 유기 분자를 포함하고, 상기 고착 관능기는 유기 분자를 흡수층에 부착하는데 효과적인 관능기인, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 고착 관능기는 티올 기, 실란 기 또는 포스페이트 기를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 치환은 선택된 영역에서 물질의 단분자층의 개질에 의해 선택된 영역에서 선호되는 것인, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 배리어 층의 성장은 배리어 층이 제 2 물질 상에서가 아니라 제 1 물질 상에서 성장하는 성장 프로세스; 또는 배리어 층이 제 1 물질 상에서가 아니라 제 2 물질 상에서 성장하는 성장 프로세스를 수행하는 것을 더 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 물질 및 상기 제 2 물질은 상이한 말단 관능기를 갖는 유기 분자를 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 물질 및 상기 제 2 물질은 동일한 고착 관능기를 갖는 유기 분자를 포함하고, 상기 고착 관능기는 유기 분자를 흡수층에 부착하기에 효과적인 관능기인, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 제 1 물질을 제 2 물질로 치환하는 것은 제 2 물질을 함유한 용액 중에 침지함으로써 수행되는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물질의 단분자층은 각각 캐핑 관능기를 갖는 복수의 유기 분자를 포함하고;
    상기 물질의 단분자층의 개질은 선택된 영역에서 유기 분자의 적어도 서브세트로부터 캐핑 관능기를 제거하는 것을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 배리어 층의 성장은 캐핑 관능기가 제거된 유기 분자와의 상호작용으로 인해 배리어 층이 선택된 영역에서 우선적으로 성장하는 성장 프로세스를 수행하는 것을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 우선적으로 성장하는 것은 선택된 영역에서 금속 함유 물질 및 금속-유기 하이브리드 물질 중 하나 또는 양자 모두의 선택적 퇴적을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 캐핑 관능기가 제거된 유기 분자와의 상호작용은 금속 종에 대해 친화성을 갖는 다음의 말단 관능기: 카르복실레이트; 포스페이트; 설포네이트; 및 아민, 피리딘, 피페리딘 또는 기타 아민계 기 중 하나 이상과의 상호작용을 포함하는, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법.
KR1020237005082A 2018-03-02 2019-02-26 패턴화된 탄소층을 형성하기 위한 방법 및 장치, 패턴화된 물질층을 형성하는 방법 KR102619440B1 (ko)

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