KR20110029005A - 펠리클 프레임, 펠리클, 리소그래피 장치 및 펠리클 프레임의 제조방법 - Google Patents

펠리클 프레임, 펠리클, 리소그래피 장치 및 펠리클 프레임의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이물질 발생을 억제하고 아웃개싱의 양이 저감된 펠리클 프레임, 펠리클, 리소그래피 장치 및 펠리클 프레임의 제조방법이 제공된다. 펠리클 프레임은 제1 물질층 및 상기 제1 물질층 상에 형성된 제2 물질층을 포함하며, 상기 제1 물질층은 상기 알루미늄을 포함하여 구성되며, 상기 제2 물질층은 상기 산화알루미늄 및 상기 전이금속을 포함하여 구성된다. 펠리클 또는 리소그래피 장치는 상기 펠리클 프레임을 포함한다. 상기 제 2물질층은 습식 산화 플라즈마 또는 건식 산화 플라즈마를 사용하여 형성한다.
펠리클 프레임, 산화알루미늄, 전이금속, 산화 플라즈마, 아웃개싱

Description

펠리클 프레임, 펠리클, 리소그래피 장치 및 펠리클 프레임의 제조방법{Pellicle frame, pellicle, lithographic apparatus and method of fabricating pellicle frame}
본 발명은 펠리클 프레임, 펠리클, 리소그래피 장치 및 펠리클 프레임의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이물질 발생을 억제하는 펠리클 프레임 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 형성하기 위해서는 리소그래피 공정이 필요하며, 이 때 외부로부터 오염을 방지하기 위하여 펠리클을 사용한다. 그러나 펠리클 프레임에 의한 오염으로 반도체 소자의 생산량이 저하되고 리소그래피 공정의 재작업 비용이 증가하는 문제가 발생하고 있다.
이에 따라, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 오염을 방지하는 펠리클 프레임을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 오염을 방지하는 펠리클을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 오염을 방지하는 리소그래피장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 오염을 방지하는 펠리클 프레임의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 펠리클 프레임이 제공된다. 펠리클 프레임은 알루미늄, 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된다. 상기 펠리클 프레임은 제1 물질층 및 상기 제1 물질층 상에 형성된 제2 물질층을 포함하며, 상기 제1 물질층은 상기 알루미늄을 포함하여 구성되며, 상기 제2 물질층은 상기 산화알루미늄 및 상기 전이금속을 포함하여 구성된다. 상기 제1 물질층은 알루미늄과 아연을 포함하는 알루미늄 합금으로 구성되거나, 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘을 포함하는 알루미늄 합금으로 구성되거나, 또는 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 펠리클 프레임의 일 예에 있어서, 상기 제2 물질층은 상기 제1 물질층 상에 상기 제1 물질층과 직접 접촉하여 형성되며, 상기 제2 물질층은 상기 펠리클 프레임의 주변에 직접 노출된다.
상기 본 발명에 따른 펠리클 프레임의 다른 예에 있어서, 상기 제2 물질층은 방사율이 0.8 내지 0.99 의 범위를 가질 수 있으며, 경도가 500 HV 내지 1000 HV 의 범위를 가지며, 공밀도가 2% 내지 15%의 범위를 가지는 물질로 구성될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 펠리클은 상기 펠리클 프레임을 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 리소그래피 장치가 제공된다. 리소그래피 장치는 레티클; 상기 레티클 상에 부착된 펠리클 프레임; 및 상기 펠리클 프레임 상에 부착된 펠리클 멤브레인;을 포함한다. 상기 펠리클 프레임은 제1 물질층 및 상기 제1 물질층 상에 형성된 제2 물질층을 포함하며, 상기 제1 물질층은 상기 알루미늄을 포함하여 구성되며, 상기 제2 물질층은 상기 산화알루미늄 및 상기 전이금속을 포함하여 구성된다.
상기 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 다른 예에 있어서, 상기 제2 물질층은 상기 레티클, 상기 펠리클 멤브레인 및 상기 펠리클 프레임으로 한정되는 공간에 직접 노출된다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 펠리 클프레임의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조방법은 알루미늄을 포함하여 구성되는 제1 물질층으로 형성된 펠리클 프레임을 준비하는 단계; 및 상기 제1 물질층으로 형성된 상기 펠리클 프레임의 표면 상에 습식 또는 건식 산화 플라즈마를 이용하는 습식 방식으로 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성되는 제2 물질층을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 펠리클 프레임, 펠리클 및 리소그래피 장치에 따르면, 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성되는 물질층에 의하여 별도로 유기 착색제 및 고분자 코팅막을 사용하지 않으므로 이물질 발생 저감에 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 펠리클 프레임의 제조방법에 따르면, 고온의 초순수(DI)에 의하여 후속의 세정 공정이 가능하므로 아웃개싱되는 양을 효과적으로 저감할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 구성요소가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방 향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 "층"이라는 용어는, 물체들이 포개져 생기는 구조체의 일부를지칭하기 위하여 사용한다. 따라서, "층"이라는 용어는 얇은 막에만 한정되어 해석될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클을 포함하는 리소그래피 장치를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 펠리클의 II-II 선에서 절취한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 레티클(21) 상에 펠리클(10)이 부착된 리소그래피 장치(20)가 개시된다.
레티클(21)은 그 일면 상에 웨이퍼 상에 전사될 회로 패턴이 형성된다. 상기 회로 패턴이 외부로부터 오염되는 것을 방지하기 위하여, 상기 회로 패턴이 형성된 레티클(21)의 일면 상에 펠리클(10)이 부착된다.
펠리클(10)은 펠리클 프레임(19)과 펠리클 멤브레인(14)을 포함하여 구성된다. 펠리클 프레임(19)은 몸체를 형성하는 제1 물질층(11)과 상기 몸체의 표면 상에 형성된 제2 물질층(12)을 포함하여 구성된다.
펠리클 프레임(19)은 상하가 개방된 사각형 상자의 형상을 가질 수 있다. 펠리클 프레임(19)은 제1 접착층(15)을 매개로 하여 레티클(21) 상에 부착될 수 있다. 펠리클 프레임(19)은 펠리클 멤브레인(14)이 레티클(21) 상에 이격하여 위치할 수 있도록 지지대의 역할도 담당한다.
펠리클 프레임(19)의 몸체는 제1 물질층(11)으로 구성될 수 있다. 제1 물질층(11)은 알루미늄을 포함하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
제1 물질층(11)은 알루미늄과 아연을 포함하는 알루미늄 합금(JIS A7000계열 알루미늄 합금)으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 물질층(11)은 높은 강도를 가지는 A7075 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
다른 예로, 제1 물질층(11)은 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘을 포함하는 알루미늄 합금(JIS A6000계열 알루미늄 합금)으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 물질층(11)은 절삭성이 우수한 A6061 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
또 다른 예로, 제1 물질층(11)은 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금(JIS A5000계열 알루미늄 합금)으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 물질층(11)은 A5052 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
리소그래피 공정에 사용하는 광이 펠리클 프레임(19) 상에서 산란되는 것을 방지하기 위하여, 펠리클 프레임(19)은 검정색 계열의 색상을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 펠리클 프레임(19)이 검정색 계열의 색상을 가지는 경우 펠리클의 출고 검사에서 펠리클 프레임(19)의 불량을 검출하는 작업이 용이하다.
일반적으로 알루미늄은 검정색 계열의 색상을 가지지 않으므로, 알루미늄 합금으로 형성된 펠리클 프레임(19)의 몸체의 표면, 즉 제1 물질층(11)의 표면 상에 검정색 계열의 색상을 가지는 제2 물질층(12)을 형성하는 것이 바람직하다. 제2 물 질층(12)은 제1 물질층(11)의 표면을 모두 덮도록 형성될 수 있다. 제2 물질층(12)과 제1 물질층(11) 사이에 개재되는 임의의 막 없이, 제2 물질층(12)은 제1 물질층(11)의 표면 상에 바로 형성될 수 있다.
제2 물질층(12)은 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성될 수 있다. 알루미늄은 자연 상태에서 쉽게 산화되므로, 알루미늄의 표면 상에 산화알루미늄을 포함하는 막을 형성하여 알루미늄 표면을 보호하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전이금속은 주기율표의 d-구역 원소를 의미한다. 즉, 전이금속은 바닥 상태에서 가장 높은 에너지의 전자가 d-궤도에 있는 주기율표의 원소를 의미한다. 이러한 전이금속을 산화알루미늄에 적절하게 도입하면, 산화알루미늄의 밴드갭(bandgap) 내에 새로운 에너지 준위를 형성시켜 원하는 검정색 계열의 색상을 가지며, 열역학적으로 안정한 제2 물질층(12)을 얻을 수 있다. 이 경우 제2 물질층(12)은 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하는 세라믹 막일 수 있다.
산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된 제2 물질층(12)이 형성되므로, 검정색 계열의 색상을 구현하기 위하여 알루미늄 합금으로 구성된 펠리클 프레임의 몸체에 별도의 유기 착색제를 삽입할 필요가 없다. 상기 유기 착색제는 리소그래피 공정에서 사용되는 광(예를 들어, DUV 광원을 사용한 광)에 의하여 여기되어 펠리클 프레임에서 떨어져 나와 결함(defect)으로서 작용할 수 있다. 따라서, 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된 제2 물질층(12)을 알루미늄을 포함하여 구성된 펠리클 프레임(19)의 몸체(11) 상에 형성하는 경우, 유기 착색제에 기인하는 아웃개싱(out-gassing)을 원천적으로 제거할 수 있다.
펠리클 프레임의 몸체에 유기 착색제를 삽입하는 경우 유기 착색제를 외부에 노출시키지 않고 실링(sealing)하기 위하여 펠리클 플레임의 몸체의 표면 상에 ISA(Inner Sticky Adhesive)와 같은 고분자 코팅막을 최종적으로 형성할 수 있는데, 이러한 고분자 코팅막은 리소그래피 장치에 사용하는 광(예를 들어, DUV 광원을 사용한 광)에 의하여 여기되어 분해되어 결함(defect)으로서 또한 작용할 수 있다.
그러나, 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된 제2 물질층(12)을 사용하는 경우, 별도로 유기 착색제를 사용할 필요가 없고 따라서 상기 고분자 코팅막을 사용할 필요가 없으므로, 상기 ISA와 같은 고분자 코팅막에 기인하는 결함 발생을 원천적으로 제거할 수 있다.
결과적으로 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된 제2 물질층(12)을 펠리클 프레임(19)의 몸체의 표면 상에 형성하는 경우, 제2 물질층(12) 상에 추가적인 막을 형성할 필요가 없고 따라서, 제2 물질층(12)은 펠리클 프레임(19)의 주변에 직접 노출될 수 있다. 즉, 펠리클 프레임(19)의 몸체 상에 형성된 제2 물질층(12)은 주변의 공기와 바로 접한다는 것을 의미한다. 이는 제2 물질층(12) 자체가 검정색 계열의 색상을 가지기 때문에 유기 착색제가 필요하지 않고 따라서 ISA(Inner Sticky Adhesive)와 같은 고분자 코팅막이 제2 물질층(12) 상에 추가적으로 형성될 필요가 없기 때문임은 이미 설명하였다.
특히, 동일한 이유로 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된 제2 물질층(12)을 펠리클 프레임(19)의 몸체 표면 상에 형성하는 경우, 제2 물질층(12)은 레티클(21), 펠리클 멤브레인(14) 및 펠리클 프레임(19)으로 한정되는 공간에 직접 노출될 수 있으며, 제2 물질층(12) 상에 ISA(Inner Sticky Adhesive)와 같은 고분자 코팅막이 제2 물질층(12) 상에 추가적으로 형성될 필요가 없다.
산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성된 제2 물질층(12)은 검정색 계열의 색상을 가지며 광택이 제거된 물질로 형성되며, 제2 물질층(12)의 방사율(emissivity)은 0.8 내지 0.99 의 범위를 가질 수 있다. 방사율은 어떠한 물질의 방사 발산도와 같은 온도의 흑체의 방사 발산도의 비를 의미한다. 일반적으로 순도 98.3%의 알루미늄의 방사율은 약 0.05 정도이며, 600℃에서 산화된 알루미늄의 방사율은 약 0.19 정도이다.
제2 물질층(12)의 방사율(emissivity)이 0.8보다 작은 값을 가지면 리소그래피 공정에 사용되는 광이 제2 물질층(12) 상에서 산란되며, 또한 펠리클 프레임(19)의 불량 검출 작업이 용이하지 않게 된다.
한편, 본 발명에 따른 제2 물질층(12)은 경도가 500 HV 내지 1000 HV 의 범 위를 가질 수 있으며 공밀도가 2% 내지 15%의 범위를 가지는 물질로 구성될 수 있다. 여기에서 경도의 단위 HV 는 비커스 경도의 단위를 의미한다.
계속하여 도 1 및 도 2를 참조하면, 펠리클 프레임(19) 상에 제2 접착층(13)을 매개로 하여 펠리클 멤브레인(14)이 부착된다. 펠리클(10)을 레티클(21) 상에 장착(mount)하는 공정에서 펠리클 멤브레인(14)이 팽창하는 현상(Inflation)을 방지하기 위하여 펠리클 프레임(19)의 측면에 형성되는 벤트 홀(vent hole, 17)을 포함한다. 한편, 벤트 홀(17)을 통한 이물질의 유입을 방지하기 위하여 공기 필터(air filter, 16)을 설치한다.
도 1 및 도 2에서는 벤트 홀(17) 및 공기 필터(16)가 펠리클 프레임(19)의 측면에 하나만 도시되어 있으나, 벤트 홀(17) 및 공기 필터(16)의 위치 및 개수는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 복수 개의 벤트 홀(17) 및 공기 필터(16)들이 펠리클 프레임(19)의 측면을 따라 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제2 물질층(12)은 벤트 홀(17)의 내부에도 형성될 수 있다. 즉, 제2 물질층(12)은 벤트 홀(17)의 측벽 상에도 형성될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 제2 물질층(12)은 벤트 홀(17)이 이미 형성된 펠리클 프레임(19)의 몸체(11) 상에 후속적으로 형성되므로, 제2 물질층(12)의 두께는 벤트 홀(17)을 완전히 매립하지 않도록 정밀하게 조절되어야 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펠리클을 포함하는 리소그래피 장치의 단면도이다.
도 3에서 도시된 리소그래피 장치(30)는 벤트 홀(17) 내부에 제2 물질층(12)이 형성되어 있지 않다는 점 이외에는 도 2에서 도시된 리소그래피 장치(20)에서 설명한 부분이 모두 적용된다. 따라서, 동일한 부분에 대한 동일한 설명은 여기에서 생략한다.
도 3을 참조하면, 벤트 홀(17) 내부에 제2 물질층(12)이 형성되지 않는다. 즉, 제2 물질층(12)은 벤트 홀(17)의 측벽 상에 형성되지 않는다. 따라서, 도 3에 도시된 제2 물질층(12)은 벤트 홀(17)이 이미 형성된 펠리클 프레임(19)의 몸체(11) 상에 벤트 홀(17)을 밀봉한 후에 후속적으로 형성할 수 있다. 또는, 벤트 홀(17)을 형성하기 이전의 펠리클 프레임(19)의 몸체(11) 상에 제2 물질층(12)을 형성한 후, 후속적으로 벤트 홀(17)을 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 물질층(12)의 두께 조절은 도 2의 경우보다는 상대적으로 용이하게 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펠리클 프레임을 제조하는 예시적인 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 알루미늄을 포함하여 구성되는, 펠리클 프레임의 몸체(11)을 준비한다.
일 예로, 펠리클 프레임의 몸체(11)는 알루미늄과 아연을 포함하는 알루미늄 합금(JIS A7000계열 알루미늄 합금)으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 높은 강도를 가지는 A7075 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
다른 예로, 펠리클 프레임의 몸체(11)는 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘을 포 함하는 알루미늄 합금(JIS A6000계열 알루미늄 합금)으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 절삭성이 우수한 A6061 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
또 다른 예로, 펠리클 프레임의 몸체(11)는 알루미늄과 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금(JIS A5000계열 알루미늄 합금)으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, A5052 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
계속하여 펠리클 프레임의 몸체(11)에 양의 전류를 인가하고, 배스(bath, 42)에 음의 전류를 인가하기 위한 전기 제어부(41)를 준비한다.
계속하여, 전해질 용액(31)을 넣은 배스(42) 내에 펠리클 프레임의 몸체(11)를 침지(浸漬)시킨다. 전해질 용액(31)은 전이금속 원소를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 전해질 용액(31)은 25℃ 부근의 온도에서 유지하는 것이 바람직하다.
또한 전해질 용액(31)은 알칼리성의 전해질 용액인 것이 바람직하다. 예를 들어, 전해질 용액(31)은 PH 8 내지 10의 알카리성 전해질 용액일 수 있다. 본 발명의 펠리클 프레임의 제조방법에 따르면 황산, 질산 또는 유기산 등의 산성 전해질 용액을 사용하지 않기 때문에 SOx 및/또는 NOx 이온에 기인하는 헤이즈(haze) 현상을 방지할 수 있다.
계속하여 펠리클 프레임의 몸체(11)의 주변에 습식 산화 플라즈마를 발생시켜 펠리클 프레임의 몸체(11)의 표면 상에 산화알루미늄(Al2O3) 및 상기 전이금속을 포함하여 구성되는 제2 물질층을 형성한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성된 펠리클과 종래 기술에 의한 펠리클에서 각각 아웃개싱되는 SOx 양을 비교한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 종래 기술에 의하여 형성된 펠리클(A)에서는 수십 ppb 내지 수백 ppb 의 SOx 이 아웃개싱된다. 이에 반하여 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성된 펠리클(B)에서는 1 ppb 이하의 SOx 이 아웃개싱된다. 이는 본 발명에서 황산, 질산 또는 유기산 등의 산성 전해질 용액을 사용하지 않고 알칼리성 전해질 용액을 사용하기 때문에 나타난 효과로 판단된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 습식 산화 플라즈마에 의해 제2 물질층이 형성되는 과정을 도해하는 단면도들이다.
먼저 도 5를 참조하면, 알루미늄을 포함하는 펠리클 프레임의 몸체(11)를 알칼리성 전해질 용액(31)에 침지시킨 후, 양극(anode) 산화를 진행하면 다공막(12b)이 형성된다.
이를 좀 더 구체적으로 살펴본다. 전해질 용액(31) 내에 침지된 펠리클 프레임의 몸체(11)를 양극(anode)로 하여 산화가 진행되면, 알루미늄을 포함하여 구성되는 펠리클 프레임의 몸체(11) 상에 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성되는 얇은 층(12a)이 먼저 형성된다. 상기 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성되는 얇은 층(12a)은 배리어층(barrier layer)의 역할을 담당한다.
이 때, 펠리클 프레임의 몸체(11)에 인가되는 전압이 충분히 크면, 전해질 용액(31)의 침식 작용과 더불어 배리어층(12a)이 파괴되면서 상당한 양의 열이 발생한다. 이 열은 더욱 전해질 용액(31)에 의한 침식 작용을 활성화시키므로 다공막(12b)이 형성된다.
이 때 발생한 산소가 내부에 있는 알루미늄을 산화시켜 새로운 배리어층(12a)을 생성한다. 이러한 과정이 반복되어 알루미늄을 포함하여 구성된 펠리클 프레임의 몸체(11) 상에서 다공막(12b)이 성장한다.
계속하여 펠리클 프레임의 몸체(11)에 양의 전류의 펄스를 인가하고 전해질 용액(31)을 넣은 배스(42)에 음의 전류의 펄스를 인가하면, 다공막(12b) 사이의 공간(H)에 습식 산화 플라즈마가 발생한다. 이 때 발생한 플라즈마가 전이금속을 포함하는 알칼리성 전해질 용액(31) 및 알루미늄과 함께 반응하면서 산화알루미늄(Al2O3) 및 상기 전이금속을 포함하여 구성되는 제2 물질층(12)이 도 6에 도시된 것처럼 펠리클 프레임의 몸체(11) 상에 형성된다.
한편, 알칼리성 전해질 용액(31)으로부터 제2 물질층(12)의 표면에 잔류할 수 있는 불순물을 제거하기 위하여 세정 공정이 후속적으로 진행될 수 있다.
즉, 펠리클 프레임의 몸체(11) 상에 제2 물질층(12)를 형성한 이후에, 펠리클 프레임(19)을 고온의 초순수(DI)에 침지시켜 제2 물질층(12)의 표면에 잔류할 수 있는 알칼리성 전해질 용액(31)으로부터 유래된 불순물을 제거하는 세정 공정이 후속적으로 진행될 수 있다. 여기에서 고온의 초순수(DI)는 70℃ 이상의 온도의 초 순수를 의미한다.
유기 착색제를 사용하여 펠리클 프레임에 색상을 부가하고, 황산, 질산 또는 유기산 등의 산성 전해질 용액을 사용하여 펠리클 프레임 상에 피막 처리를 진행한 경우, 고온의 초순수(DI)에서 상기 유기 착색제가 탈리되어 펠리클 프레임이 변색되는 현상이 발생한다. 따라서, 이 경우 부득이하게 상온의 초순수에 7일 정도 침지하는 세정 공정을 진행하여야 한다. 따라서, 후속 세정 공정이 펠리클 제조 공정에 있어서 병목(bottle neck) 현상을 유발한다.
그러나, 본 발명에서와 같이 유기 착색제를 사용하지 않고 알칼리성 전해질 용액을 사용하여 펠리클 프레임의 몸체 상에 습식 산화 플라즈마를 진행하여 제2 물질층을 형성하는 경우에는, 알칼리성 전해질 용액으로부터 제2 물질층의 표면에 잔류할 수 있는 불순물을 제거하기 위하여 고온의 초순수(DI)를 장시간 적용하여도 펠리클 프레임이 변색되는 현상이 발생하지 않음을 확인하였다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 제2 물질층에 대하여 고온의 초순수(DI)를 사용한 세정 공정의 효과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마를 사용하여 형성된 제2 물질층은 고온의 초순수(DI)에서도 세정이 가능함을 이미 설명하였다. 도 12를 참조하면, 알칼리 전해질 용액으로부터 펠리클 프레임(19) 상에 잔류하는 불순물은 고온의 초순수(DI)에서 10분 정도 침지한 이후에 저감되었으며, 24시간 내에 80% 이상의 저감 효과를 나타내었다. 따라서, 후속 세정 공정이 펠리클 제조 공정에 있어 서 병목(bottle neck) 현상을 유발하는 문제점을 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 따른 펠리클 프레임의 제조방법에 의해 형성된 제2 물질층(12')의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이고, 도 8은 도 7의 제2 물질층(12')의 상부 표면을 SEM으로 촬영한 사진이다. 도 7의 사진은 도 6의 도면에 대응한다.
도 7을 참조하면, 알루미늄을 포함하여 구성된 펠리클 프레임의 몸체(11) 상에 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성되는 물질층(12')은 전이층(transitional layer, 12_1), 기능층(functional layer, 12_2) 및 기술층(technological layer, 12_3)을 포함한다.
우선, 기능층(12_2)은 경도가 500 HV 내지 1000 HV 의 범위를 가지며, 공밀도가 2% 내지 15%의 범위를 가지는 물질로 구성되어, 단단하고 치밀한 구조를 가진다. 알루미늄을 포함하여 구성된 펠리클 프레임의 몸체(11)와 기능층(12_2) 사이에는 전이층(transitional layer, 12_1)이 얇게 형성된다. 한편, 기능층(12_2) 상에는 기술층(technological layer, 12_3)이 형성된다. 기술층(12_3)은 경도가 500 HV 미만의 범위를 가지며, 공밀도가 15% 보다 큰 범위를 가지는 물질로 구성되어, 기능층(12_2)에 비하여 치밀하지 못하고 거친 표면을 가진다. 따라서, 도 8에 도시된 것처럼 기술층(12_3)을 포함하는 제2 물질층(12')의 상부 표면은 강도가 낮고 거친 표면을 가지므로 이물질이 발생할 가능성이 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 따른 펠리클의 제조방법에 의해 형성된 제2 물질층(12)의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이고, 도 10은 도 9의 제2 물질층(12)의 상부 표면을 SEM으로 촬영한 사진이다. 도 9의 사진은 도 6의 도면에 대응한다.
도 9를 참조하면, 알루미늄을 포함하여 구성된 펠리클 프레임의 몸체(11) 상에 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성되는 제2 물질층(12)은 전이층(transitional layer, 12_1) 및 기능층(functional layer, 12_2)을 포함하지만 기술층(technological layer, 12_3)은 포함하지 않는다.
따라서, 도 10에 도시한 것처럼, 기술층(12_3)을 포함하지 않는 제2 물질층(12)의 상부 표면은 강도가 높고 부드러운 표면을 가지므로 이물질이 발생할 가능성이 낮다.
도 9 및 도 10에 나타난 제2 물질층(12)을 구현하기 위하여, 도 7 및 도 8에 나타난 제2 물질층(12')의 기술층(12_3)을 기계적 및/또는 화학적 연마에 의하여 제거할 수도 있다. 그러나, 습식 산화 플라즈마를 발생시켜 제2 물질층(12)을 형성하는 과정에서 원천적으로 기술층(12_3)의 생성을 억제하여 구현할 수도 있다. 이를 위하여 전해액의 조성 및 농도, 플라즈마 발생을 위한 전기적 에너지의 펄스 폭 제어 및 전압 제어 등을 정밀하게 수행하여야 한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성 된 펠리클과 종래 기술에 의한 펠리클에서 각각 아웃개싱되는 SO4, NO2, NO3, NH4 양을 비교한 그래프이다
도 13을 참조하면, 종래 기술에 의해 형성된 펠리클(A)에서는 헤이즈 현상을 유발하는 SO4, NO2, NO3, NH4 가 수백 ppb 단위로 아웃개싱된다. 이에 반하여, 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성된 펠리클(B)은 헤이즈 현상을 유발시키는 SO4, NO2, NO3, NH4 가 수 ppb 단위로 아웃개싱된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성된 펠리클(B)은 종래 기술에 의해 형성된 펠리클(A)에 비하여 헤이즈를 발생시키는 이온이 저감됨을 확인할 수 있다.
도 4 내지 도 10을 참조하여, 습식 산화 플라즈마를 사용하여 펠리클 프레임의몸체(11) 상에 제2 물질층(12)을 형성하는 방법을 설명하였다.
그러나, 본 발명이 제공하는 펠리클 제조방법은 습식 산화 플라즈마를 사용하는이러한 예에 한정되지 않으며, 예를 들어, 건식 산화 플라즈마를 사용하여 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성되는 제2 물질층을 펠리클 프레임의 몸체 상에 구현할 수도 있다.
이는, 일반적인 진공증착 장비에 전이금속으로 구성된 타겟(target)을 장착한 후, 알루미늄을 포함하는 펠리클 프레임의 몸체 상에 건식 산소 플라즈마를 발생시켜 펠리클 프레임의 몸체 상에 제2 물질층을 형성하여 구현할 수 있다. 이 경 우 상기 제2 물질층은 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성된다.
이 경우에도 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속을 포함하여 구성되는 상기 제2 물질층은 검정색 계열의 색상을 가지며, 별도로 유기 착색제를 사용할 필요가 없고 따라서 상기 고분자 코팅막을 사용할 필요가 없으므로, 상기 유기 착색제 및 고분자 코팅막에 기인하는 결함 발생을 원천적으로 제거할 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클을 포함하는 리소그래피 장치를 보여주는 사시도이고;
도 2는 도 1의 펠리클의 II-II 선에서 절취한 단면도이고;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펠리클을 포함하는 리소그래피 장치를 보여주는 단면도이고;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펠리클을 제조하는 예시적인 방법을 개략적으로 도시한 도면이고;
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 습식 산화 플라즈마에 의해 물질층이 형성되는 과정을 도해하는 단면도들이고;
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 따른 펠리클의 제조방법에 의해 형성된 물질층의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이고;
도 8은 도 7의 물질층의 상부 표면을 SEM으로 촬영한 사진이고;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 따른 펠리클의 제조방법에 의해 형성된 제2 물질층(12)의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이고;
도 10은 도 9의 제2 물질층(12)의 상부 표면을 SEM으로 촬영한 사진이고;
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성된 펠리클과 종래 기술에 의한 펠리클에서 각각 아웃개싱되는 SOx 양을 비교한 그래프이고;
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 물질층에 대하여 고온의 초순 수(DI)를 사용한 세정 공정의 효과를 나타낸 그래프이고; 그리고,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 습식 산화 플라즈마 방식에 의하여 형성된 펠리클과 종래 기술에 의한 펠리클에서 각각 아웃개싱되는 SO4, NO2, NO3, NH4 양을 비교한 그래프이다.

Claims (10)

  1. 알루미늄, 산화알루미늄(Al2O3) 및 전이금속(transition metal)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펠리클 프레임은 제1 물질층 및 상기 제1 물질층 상에 형성된 제2 물질층을 포함하며,
    상기 제1 물질층은 상기 알루미늄을 포함하여 구성되며,
    상기 제2 물질층은 상기 산화알루미늄 및 상기 전이금속을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 물질층은 상기 제1 물질층 상에 상기 제1 물질층과 직접 접촉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 물질층은 상기 펠리클 프레임의 주변에 직접 노출되는 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 물질층은 상기 산화알루미늄 및 상기 전이금속을 포함하여 구성되는 세라믹층인 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 물질층은 방사율이 0.8 내지 0.99 의 범위를 가지며, 경도가 500 HV 내지 1000 HV 의 범위를 가지며, 공밀도가 2% 내지 15%의 범위를 가지는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 물질층은 알루미늄 및 아연을 포함하는 알루미늄 합금으로 구성되거나, 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘을 포함하는 알루미늄 합금으로 구성되거나, 또는 알루미늄 및 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펠리클 프레임.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 상기 펠리클 프레임을 포함하는 펠리클.
  9. 레티클;
    상기 레티클 상에 부착된 펠리클 프레임; 및
    상기 펠리클 프레임 상에 부착된 펠리클 멤브레인;을 포함하며,
    상기 펠리클 프레임은 제1 물질층 및 상기 제1 물질층 상에 형성된 제2 물질층을 포함하며,
    상기 제1 물질층은 상기 알루미늄을 포함하여 구성되며,
    상기 제2 물질층은 상기 산화알루미늄 및 상기 전이금속을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 물질층은 상기 레티클, 상기 펠리클 멤브레인 및 상기 펠리클 프레임으로 한정되는 공간에 직접 노출되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
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