KR20190118455A - 반도체 제조용 막 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 제조용 막은 실리콘 나이트라이드를 포함하는 제1층; 상기 제1층 상에 위치하며, 탄소계 물질을 포함하는 제2층; 및 상기 제2층 상에 위치하며, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 제3층을 포함할 수 있다.

Description

반도체 제조용 막{FILM FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR}
본 발명은 반도체 제조를 위해 사용되는 막에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 반도체 제조 시 마스크 보호를 위해 사용되는 펠리클에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 극자외선(extreme ultra violet)을 이용하는 노광 공정 시 마스크 보호를 위해 사용되는 펠리클에 관한 것이다.
일반적 반도체 공정 과정에 있어서, 기판(웨이퍼, wafer)에 패터닝을 위해서 노광 공정(photo lithography)이 이용된다. 노광 공정 상, 패턴이 그려진 마스크에 빛을 조사함으로써, 마스크 상의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 공정이 필수적으로 수반된다. 이 때, 마스크는 고가의 장비이기 때문에 마스크 표면을 보호하려는 목적 하, 펠리클이 사용될 수 있다. 펠리클은 마스크 상에 위치되어 마스크 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
한편 최근 들어, 패턴 선폭을 최소화하여 집적도를 향상시키려는 산업상 니즈에 따라, 광원으로서 극자외선(Extreme Ultra Violet, EUV)을 이용하려는 시도가 증가하고 있다. 기존의 DUV(Deep Ultra violet)에 비하여EUV의 파장이 짧기 때문에, EUV를 사용하면 레일리 기준에 따라 더 좁은 선폭의 패터닝이 실현될 수 있다.
그런데 기존의 펠리클을 사용하는 경우, EUV의 높은 흡수성으로 인하여 펠리클을 비롯한 반도체 장비들을 투과하는 과정에서 대부분 흡수되어 버리는 문제점이 있다. 또한, 흡수된 EUV에 의해 발열의 문제가 발생될 수 있다. 이에 대한 대응책으로 펠리클의 두께를 얇게 만드는 경우에는, 펠리클의 강도가 약화되는 문제가 더 야기될 수 있다.
따라서, EUV에 대해 높은 투과율을 유지하면서도, 발열 및 강도 약화의 문제를 해결할 수 있는 새로운 EUV용 펠리클에 대한 수요가 매우 높은 실정이다.
본 발명의 과제는, EUV영역에서 수행되는 노광 공정 상 마스크를 보호하는 펠리클로서 사용될 수 있는 반도체 제조용 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 탄소계 물질을 포함하는 탄소층을 포함하는 반도체 공정에서 EUV 펠리클로서 사용될 수 있는 반도체 제조용 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 비정질 흑연(amorphous graphite)을 포함하는 층을 포함하는 반도체 공정에서 EUV 펠리클로서 사용될 수 있는 반도체 제조용 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube,CNT) 또는 그래핀(graphene)을 포함하는 층을 포함하는 반도체 공정에서 EUV 펠리클로서 사용될 수 있는 반도체 제조용 막을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 실리콘 나이트라이드를 포함하는 제1층; 상기 제1층 상에 위치하며, 탄소계 물질을 포함하는 제2층; 및 상기 제2층 상에 위치하며, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 제3층;을 포함하는 반도체 제조용 막이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 탄소계 물질을 포함하는 탄소층을 포함함으로써, EUV광에 대한 높은 투과도, 높은 방사율 및 높은 강도를 갖는 EUV 펠리클용 반도체 제조용 막을 제공할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 비정질 흑연을 포함하는 층을 포함함으로써, EUV광에 대한 높은 투과도, 높은 방사율 및 높은 강도를 갖는 EUV 펠리클용 반도체 제조용 막을 제공할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube,CNT) 또는 그래핀(graphene)을 포함하는 층을 포함함으로써, EUV광에 대한 높은 투과도, 높은 방사율 및 높은 강도를 갖는 EUV 펠리클용 반도체 제조용 막을 제공할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 효과가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선을 이용하는 포토 리소그래피 시스템에 관한 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클의 생산 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 펠리클의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펠리클의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 펠리클의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 펠리클의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클에 사용되는 물질의 TEM 결과에 관한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클에 포함되는 결정질 탄소계 물질의 TEM 결과에 관한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클에 포함되는 비정질 탄소계 물질 의 TEM결과에 관한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클의 라만 스펙트럼 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클의 파괴 압력 시험에 대한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클의 파괴 압력 시험에 대한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클의 파괴 압력 시험에 대한 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 실리콘 나이트라이드를 포함하는 제1층; 상기 제1층 상에 위치하며, 탄소계 물질을 포함하는 제2층; 및 상기 제2층 상에 위치하며, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 제3층;을 포함하는 반도체 제조용 막이 제공될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 반도체 제조용 막은 상기 제3층 상에 탄소계 물질을 포함하는 제4층;을 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 반도체 제조용 막은 상기 제3층 상에 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도어느 하나를 포함하는 중 어느 하나를 포함하는 층;을 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 반도체 제조용 막은 상기 제4층 상에 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층;을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소계 물질은 비정질 그라파이트일 수 있다.
상기 제1층은 두께 40nm 이하이며, 상기 제2층은 두께 3nm 이하이며, 상기 제3층은 1nm 이하일 수 있다.
상기 제1층은 두께 40nm 이하이며, 상기 제2층은 두께 3nm 이하이며, 상기 제3층은 1nm 이하이며, 상기 제4층은 3nm 이하일 수 있다.
상기 제1층은 극자외선 영역에서 극자외선의 투과율을 증가시키고, 상기 제2층은 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키며, 상기 제3층은 반도체 제조용 막의 강도를 증가시킬 수 있다.
상기 제1층은 극자외선 영역에서 극자외선의 투과율을 증가시키고, 상기 제2층은 상기 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키며, 상기 제3층은 상기 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키며, 상기 제4층은 상기 반도체 제조용 막의 강도를 증가시킬 수 있다.
상기 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층은 3nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층은 3nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 제2 층의 그라파이트는 폴리도파민에 대한 탄화 과정을 수행하여 획득될 수 있다.
상기 제2층은 두께 2nm 이상 3nm 이하일 수 있다.
상기 탄화 과정은 섭씨 500도 이상 섭씨 1200도 이하에서 수행될 수 있다.
상기 반도체 제조용 막은, 프리스탠딩 펠리클로 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선용 펠리클에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선을 이용한 리소그래피 시스템(1)을 개념적으로 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 극자외선 리소그래피 시스템(1)은, 광원(10), 조영 미러 시스템(20)(illumination mirror system), 마스크 스테이지(31)(photomask stage), 투사 미러 시스템(40)(projection mirror system), 및 웨이퍼 스테이지(52) (wafer stage)를 포함할 수 있다. 극자외선을 이용하는 리소그래피 시스템(1)은, 반사형 미러 시스템을 채용한 것일 수 있다. 이로써, 기존의 투과형 리소그래피 시스템(1)을 사용하는 경우에 발생할 수 있는 극자외선의 흡수를 최소화할 수 있다.
광원(10)은 극자외선을 발생시킬 수 있다. 극자외선은 예를 들어, 1nm에서 100nm의 파장을 가질 수 있다. 일반적으로 리소그래피에 사용되는 극자외선은 약 13.5nm의 파장을 가질 수 있다.
광원(10)은 강한 출력의 레이저를 집광하는 레이저 여기 플라스마(Laser Produced Plasma, LPP) 또는 전극 간에 대전류 펄스를 흘리는 방식인 DPP(Discharge Produced Plasma)를 이용해 극자외선을 발생시킬 수 있다.
광원(10)은 발생시킨 극자외선의 조사 방향을 조절할 수 있는 콜렉터를 포함할 수 있다. 콜렉터에 의해 극자외선은 조영 미러 시스템(20)으로 조사될 수 있다.
조영 미러 시스템(20)은, 극자외선이 광원(10)으로부터 마스크 스테이지(31)로 지향되도록 단일 미러 또는 복수의 조영 미러들을 구비할 수 있다. 이 때 조영 미러들은, 극자외선이 미러링된 조사 경로 밖으로 손실되는 것을 줄이기 위하여 극자외선을 컨덴싱할 수 있다. 또한, 조영 미러들은, 예를 들어, 극자외선의 인텐시티 분포를 전체적으로 균일하게 조절할 수 있다. 따라서, 다수 개의 조영 미러들은 각각, 극자외선의 경로를 다양화시키기 위하여 오목 미러 및/또는 볼록 미러를 포함할 수 있다. 또한, 조영 미러 시스템(20)은 극자외선을 다이폴(dipole) 형상, 쿼드로폴(quadropole) 형상, 스퀘어 형상, 원형, 또는 바(bar) 형상 등으로 성형할 수 있다.
마스크 스테이지(31)에는 마스크(32)가 장착될 수 있다. 마스크 스테이지(31)는 마스크(32)를 보호할 수 있다. 예를 들면, 마스크 스테이지(31)는 정전척(ESC, electro static chuck)을 포함함으로써, 고진공 환경 내에서 마스크(32)를 보호할 수 있다. 또한, 마스크 스테이지(31)는 마스크(32)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다.
마스크(32)는 조사된 극자외선을 반사할 수 있다. 반사된 극자외선은 마스크(32)의 패턴에 관한 이미지를 포함할 수 있다. 반사된 극자외선은 투사 미러 시스템(40)을 향할 수 있다. 마스크(32)는, 다른 용어로 레티클(reticle)로 불릴 수 있다.
마스크(32)를 보호하기 위해서 마스크(32) 상에는 펠리클(33)이 위치할 수 있다. 이 때, 조영 미러 시스템(20)으로부터 조사된 극자외선은 마스크(32)에 도달하기 위해 펠리클(33)을 한 번 투과하고, 도달한 이후 마스크(32)에 반사되어서 투사 미러 시스템(40)으로 향하기 위해서 펠리클(33)을 다시 한 번 투과하게 된다.
극자외선은 파장이 매우 짧고, 이로 인해 흡수성이 높을 수 있다. 따라서 상술한 펠리클(33)을 투과하는 경로 상에서 일반적인 펠리클(33)을 사용하는 경우에는, 극자외선이 펠리클(33)을 비롯한 반도체 장비 내부로 흡수되어 버릴 수 있다. 또한, 이렇게 흡수된 극자외선은 고에너지이기 때문에 적절한 비율로 방출되지 않으면 펠리클(33)을 비롯한 반도체 장비 내부에 축적되어 열을 발생시킬 수 있다. 지속적으로 펠리클(33) 내부에 축적되는 열은 펠리클(33)의 뒤틀림과 같은 형상 변화를 유발할 수 있다. 그러나, 이러한 문제점을 해결하기 위해 펠리클(33)의 두께를 얇게 하는 경우에는 펠리클(33)의 자중에 의해 펠리클(33) 형상에 변형이 발생할 수 있다.
상술한 여러 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 의해 개시되는 펠리클(33)은 높은 투과율, 높은 열 방사율 및 높은 강도를 구비하도록 설계될 수 있다. 펠리클(33)은 다양한 물질로 구성될 수 있고, 다양한 구조로 제공될 수 있다. 본 발명에 의하여 개시되는 펠리클(33)의 다양한 구조에 대해서는 이하 더 자세히 후술하기로 한다.
투사 미러 시스템(40)은 마스크(32)로부터 반사된 극자외선을 집광한 후 웨이퍼(51)에 투사할 수 있다. 이를 위해 투사 미러 시스템(40)은 단일 또는 복수의 투사 미러들을 포함할 수 있다.
투사 미러 시스템(40)은 상기 마스크(32)에서 반사된 극자외선을 보정할 수 있다. 예를 들어, 투사 미러 시스템(40)은 상기 마스크(32)에서 반사된 극자외선의 수차(aberration)을 보정할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(52)에는 웨이퍼(51)가 장착될 수 있다. 웨이퍼 스테이지(52)는 웨이퍼(51)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다.
웨이퍼(51) 상에는 일정한 두께를 가진 포토레지스트 층이 형성될 수 있다. 이 때, 투사 미러 시스템(40)으로부터 조사되는 극자외선의 초점은 레지스트 층에 위치할 수 있다. 이로써 레지스트가 노광될 수 있고, 이후 식각 및 적층 공정에 따라서 마스크(32) 상의 패턴 이미지가 웨이퍼(51)로 전사될 수 있다.
이하에서는 상술한 리소그래피 시스템(1)에 사용되는 본 발명에 의해 개시되는 펠리클(33)에 대해서 더 자세히 설명한다.
펠리클(33)은 프리 스탠딩(free-standing) 구조로 제공될 수 있다. 펠리클(33)은 박막 양측에 위치하는 펠리클(33) 프레임 위에 얹혀짐으로써 마스크(32) 상면에 위치하고, 마스크(32)를 보호할 수 있다. 펠리클(33)은 양 측에 위치하는 프레임에 의해 프리 스탠딩으로 제공되되, 그 중간에서 자중에 의한 굽힘이 최소화될 수 있는 강도로 제작될 수 있다.
펠리클(33)은 박막 형상일 수 있다. 펠리클(33)은 다수의 박막층이 서로 주면을 대향하면서 적층되는 구조일 수 있다.
펠리클(33)은 두 개의 주면을 가질 수 있다. 제1 면은 조영 미러 시스템(20)을 향하고, 제2 면은 마스크(32)를 향하도록 마스크(32) 위에 위치할 수 있다. 펠리클(33)은 조영 미러 시스템(20)에서 조사되는 극자외선이 마스크(32)에 도달하는 경로 상에서 마스크(32) 이전에 위치할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클의 생산 방법에 대한 순서도이다.
도2를 참조하면, 먼저, 기저층에 폴리도파민이 코팅될 수 있다. 이후, 폴리도파민에 대한 탄화 과정이 수행될 수 있다. 마지막으로 기저층 및 탄소계 물질이 적층된 구조에 외곽층이 적층될 수 있다. 이하에서는 각 단계에 대해 구체적으로 알아본다.
먼저, 기저층에 폴리도파민이 코팅될 수 있다(S100).
기저층은, 펠리클 구조의 골격을 형성하는 층으로서, 펠리클 자중에 대한 굽힘을 견딜 수 있도록 펠리클에 강성을 제공할 수 있다. 동시에, 펠리클에 대한 투과율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
기저층은 예를 들면, 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride, SiNx, Si3N4 또는 질화규소)를 포함할 수 있다. 실리콘 나이트라이드는 고온 구조용 세라믹 재료로서, 강도가 높고 내열 충격성이 뛰어난 물질이다. 열팽창률이 낮고, 상온에서 고온까지 광범위하게 고강도를 유지하기 때문에 극자외선용 펠리클로서 그 활용도가 높다. 또는, 기저층은 다른 예를 들어 실리콘(Silicon, Si 또는 규소)을 포함할 수 있다. 또는, 기저층은 실리콘 및 실리콘 나이트라이드를 각각 미리 정해진 양만큼 함유하는 혼합물일 수도 있다. 기저층의 물질이 실리콘 및 실리콘 나이트라이드로 한정되는 것은 아니고, 극자외선에 대한 투과율을 제공하면서 높은 강도를 유지할 수 있는 물질이라면 기저층의 구성 요소로 사용될 수 있다.
예를 들면, 기저층은 제1 실시예에 따른 펠리클(100) 제1층(110)일 수 있다. 또는 기저층은, 제2 실시예에 따른 펠리클(200) 제1층(210)일 수 있다. 또는 제3 실시예에 따른 펠리클(300) 제1층(310)일 수 있다. 또는 제4 실시예에 따른 펠리클(100) 제1층(410)일 수 있다.
폴리도파민(polydopamine, pDA)은, 카테콜과 아민 작용기를 가지는 도파민의 중합체이다. 폴리도파민의 코팅은, 다양한 폴리도파민 표면 개질 기법에 의해 수행될 수 있다. 폴리도파민이 기저층에 코팅됨으로써, 기저층의 접착성 등 성상이 개선될 수 있다.
기저층에 대한 폴리도파민의 코팅 방법은 다양할 수 있다. 예를 들면 폴리도파민은은 플라스마 증착법, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 열 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 스핀코팅법 및 진공여과법 등에 의해 수행될 수 잇다.
이후, 폴리도파민에 대한 탄화 과정이 수행될 수 있다(S200).
탄화 과정을 거친 후, 폴리도파민은 탄소계 물질로 변화할 수 있다. 탄소계 물질은 예를 들면, 그라파이트, 나노 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 시트 또는 그래핀을 비롯한 탄소 동소체를 포함할 수 있다.
탄소계 물질은 예를 들면, 흑연(graphite)을 포함할 수 있다. 흑연은 극자외선에 대한 투과율(EUV transmission), 방열(heat dissipatioin) 및 화학적 안정성이 매우 우수한 물질로서, 극자외선용 펠리클에 효과적으로 사용될 수 있다. 흑연은 예를 들어 수소 충진 환경 내 5Wcm-2 를 비롯한 고출력 극자외선에 대해서도 열에 의한 변형을 최소화하고, 높은 투과율을 제공할 수 있다.
이 때 흑연은 서로 주면이 동일 방향으로 배열된 형태일 수도 있으며 또는, 비정질(amorphous) 상태일 수 있다. 비정질 흑연은 원자 배열이 액체와 같이 흐트러져 있어서 규칙적인 격자상으로는 정의되지 않은 상태일 수 있다.
탄소계 물질은 예를 들면, 그래핀(graphene)일 수 있다. 그래핀은 열 전도도가 매우 우수하며, 물리적, 화학적 안정성이 뛰어나기 때문에 EUV용 펠리클의 구성 물질로서 사용될 수 있다.
탄소계 물질에 대해서는, 라만 분석을 통해서 더 자세히 후술하기로 한다.
탄소계 물질이 적층된 층은 예를 들면, 제1 실시예의 제2 층(120)일 수 있다. 탄소계 물질이 적층된 층은 예를 들면, 제2 실시예의 제2 층(120)일 수 있다.
탄소계 물질이 적층된 층은 예를 들면, 제3 실시예의 제2 층(320) 또는 제4층(340)일 수 있다. 탄소계 물질이 적층된 층은 예를 들면, 제4 실시예의 제3 층(430)일 수 있다.
폴리도파민에 대한 탄화 과정은, 다양한 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 탄화 과정은 섭씨 300도 이상 섭씨 1300도 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 탄화 과정은 섭씨 700도에서 수행될 수 있다. 또는 탄화 과정은 섭씨 900도에서 수행될 수 있다. 또는 탄화 과정은 섭씨 1000도에서 수행될 수 있다.
마지막으로 기저층 및 탄소계 물질이 적층된 구조에 보강층이 적층될 수 있다(S300).
보강층은, 기저층 및 폴리도파민 층에 적층됨으로써 펠리클의 물성을 향상시킬 수 있다.
보강층을 구성하는 물질 및 보강층의 용도는 다양할 수 있다.
예를 들면, 보강층은 극자외선에 노출됨에 따라 축적되는 내부 열을 외부로방출하기 위한 용도일 수 있다. 방사율(emissivity)이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 보강층은, 루테늄(Ruthenium, Ru),몰리브덴(Molybdeum, Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr) 또는 보론 카바이드(Boron Carbide, B4C) 등을 포함할 수 있다.
또는, 보강층은 펠리클의 강성을 향상시키기 위한 용도일 수 있다.
예를 들면, 보강층은 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube,CNT) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다. 탄소 나노 튜브 및 그래핀은 탄소 동소체의 일종으로서, 우수한 열전도성 및 기계적 강도를 가지므로, 전체적으로 펠리클의 성능을 향상시킬 수 있다.
또는, 보강층은 펠리클의 극자외선에 대한 투과도를 증가시키기 위한 용도일 수 있다.
보강층은 예를 들면, 제1 실시예의 제3 층(130) 또는 제4 층(140)일 수 있다. 또는, 보강층은, 제2 실시예의 제3 층(230), 제4 층(240) 또는 제5 층(250)일 수 있다. 또는 보강층은 제3 실시예의 제3 층(330), 제5 층(350) 또는 제6 층(360)일 수 있다. 또는 보강층은 제4 실시예의 제2 층(420), 제4 층(440) 또는 제5 층(450)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 펠리클(100)의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3 (a)를 참조하면, 제1 실시예에 따른 펠리클(100)은 제1층(110) 및 제2층(120)을 포함할 수 있다. 제1층(110)과 제2층(120)은 주면을 마주하면서 하나의 층이 다른 하나의 층에 적층된 구조일 수 있다.
이 때 펠리클(100)은 상기 제1층(110)이 마스크(32)를 향하고, 제2층(120)이 조영 미러 시스템(20)을 향하도록 배치될 수 있다.
제1층(110)은 극자외선에 대한 투과율을 높게 유지하기 위한 층일 수 있다. 또한 제1층(110)은 박막의 자중을 지지하기 위한 강도를 제공하기 위한 층일 수 있다.
제1층(110)은 예를 들면, 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride, SiNx, Si3N4 또는 질화규소)를 포함할 수 있다. 또는, 제1층(110)은 다른 예를 들어 실리콘(Silicon, Si 또는 규소)을 포함할 수 있다. 또는, 제1층(110)은 실리콘 및 실리콘 나이트라이드를 각각 미리 정해진 양만큼 함유하는 혼합물일 수도 있다. 제1층(110)의 물질이 실리콘 및 실리콘 나이트라이드로 한정되는 것은 아니고, 극자외선에 대한 투과율을 제공하면서 높은 강도를 유지할 수 있는 물질이라면 제1층(110)의 구성 요소로 사용될 수 있다.
제1층(110)은 다양한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1층(110)은 50nm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 또 다른 예를 들면 제1층(110)은 30nm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 또 다른 예를 들면 제1층(110)은 20nm에서 30nm 사이의 두께로 제공될 수 있다.
또는 제1층(110)의 두께는 전체 펠리클(100) 두께의 70% 이하일 수 있다. 또는 제1층(110)의 두께는 전체 펠리클(100) 두께의 40% 이상 70% 이하일 수 있다.
제2층(120)은 극자외선에 대한 투과율을 증가시키고, 펠리클(100)의 강도를 향상시키기 위한 층일 수 있다.
제2층(120)은 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2층(120)은 그라파이트, 나노 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 시트 또는 그래핀을 비롯한 탄소 동소체를 포함할 수 있다. 그러나, 탄소계 물질이 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
제2층(120)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2층(120)은 20nm 이하로 제공될수 있다. 또는 제2층(120)은 10nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2층(120)은 전체 펠리클(100) 두께의 30% 이하의 두께로 제공될 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 도 3(a)의 펠리클(100)의 제2층(120) 상에는 제1층(110)과 반대 방향으로 제1 외곽층(130)이 형성될 수 있다.
제1 외곽층(130)은 열을 방출하기 위한 층일 수 있다.
제1 외곽층(130)은 방사율(emissivity)이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 제1 외곽층(130)은, 루테늄(Ruthenium, Ru),몰리브덴(Molybdeum, Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr) 또는 보론 카바이드(Boron Carbide, B4C) 등을 포함할 수 있다.
제1 외곽층(130)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제1 외곽층(130)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(130)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(130)은 전체 펠리클(100) 두께의 10% 이하로 제공될 수 있다.
제1 외곽층(130)은 열 방출의 목적 상 마스크(32) 반대 방향으로 열을 방출할 수 있도록 펠리클(100)의 최상층에 위치할 수 있다.
이 때, 제1 외곽층(130)이 적층되는 것은 선택적일 수 있다. 제1 외곽층(130)은 극자외선의 출력 및 내부 축적열에 따라서 선택적으로 적층될 수 있다.
도 3(c)를 참조하면, 도3(b)의 펠리클(100)의 제1층(110)에는 제2층(120)과 반대 방향으로 제2 외곽층(140)이 형성될 수 있다.
제2 외곽층(140)은 열을 방출하기 위한 층일 수 있다.
제2 외곽층(140)은 제1 외곽층(130)과 기능, 물질 및 두께 면에서 실질적으로 동일한 층일 수 있다. 다시 말하면, 제2 외곽층(140)은 방사율(emissivity)이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(140)은, 루테늄(Ruthenium, Ru),몰리브덴(Molybdeum,Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr) 또는 보론 카바이드(Boron Carbide, B4C) 등을 포함할 수 있다. 이로써 펠리클(100)은, 투과하는 고출력의 극자외선에 의해 야기되는 내부 축적열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다.
제2 외곽층(140)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(140)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(140)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(140)은 전체 펠리클(100) 두께의 10% 이하로 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 따른 제2 실시예에 따른 펠리클(200)의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 4(a)를 참조하면, 제2 실시예에 따른 펠리클(200)은 제1층(210), 제2층(220) 및 제3층(230)을 포함할 수 있다. 각 층의 위치 관계는 다양할 수 있다. 예를 들면, 제2층(220)은 제1층(210) 상에 위치하고, 제3층(230)은 상기 제2층(220) 상에 상기 제1층과 반대 방향으로 위치할 수 있다.
이 때, 펠리클(200)은 상기 제1층(210)이 마스크(32)를 향하고, 상기 제3층(230)이 조영 미러 시스템(20)을 향하도록 배치될 수 있다.
제1층(210)은 극자외선에 대한 투과율을 높게 유지하기 위한 층일 수 있다. 또한 제1층(210)은 박막의 자중을 지지하기 위한 강도를 제공하기 위한 층일 수 있다.
제1층(210)은 예를 들면, 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride, SiNx, Si3N4 또는 질화규소)를 포함할 수 있다. 또는, 제1층(210)은 다른 예를 들어 실리콘(Silicon, Si 또는 규소)을 포함할 수 있다. 또는, 제1층(210)은 실리콘 및 실리콘 나이트라이드를 각각 미리 정해진 양만큼 함유하는 혼합물일 수도 있다. 제1층(210)의 물질이 실리콘 및 실리콘 나이트라이드로 한정되는 것은 아니고, 극자외선에 대한 투과율을 제공하면서 높은 강도를 유지할 수 있는 물질이라면 제1층(210)의 구성 요소로 사용될 수 있다.
제1층(210)은 다양한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1층(210)은 50nm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 또 다른 예를 들면 제1층(210)은 30nm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 또 다른 예를 들면 제1층(210)은 20nm에서 30nm 사이의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제1층(210)의 두께는 전체 펠리클(200) 두께의 90% 이하일 수 있다. 또는 제1층(210)의 두께는 전체 펠리클(200) 두께의 70% 이상 90% 이하일 수 있다.
제2층(220)은 극자외선에 대한 투과율을 증가시키고, 펠리클(200)의 강도를 향상시키기 위한 층일 수 있다.
제2층(220)은 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2층(220)은 그라파이트, 나노 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 시트 또는 그래핀을 비롯한 탄소 동소체를 포함할 수 있다. 그러나, 탄소계 물질이 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
이 때 흑연은 서로 주면이 동일 방향으로 배열된 형태일 수도 있으며 또는, 비정질(amorphous) 상태일 수 있다. 비정질 흑연은 원자 배열이 액체와 같이 흐트러져 있어서 규칙적인 격자상으로는 정의되지 않은 상태일 수 있다.
그래핀은 열 전도도가 매우 우수하며, 물리적, 화학적 안정성이 뛰어나기 때문에 EUV용 펠리클(200)의 구성 물질로서 사용될 수 있다.
제2층(220)의 제조 방법은 다양할 수 있다. 예를 들면 제2층(220)은 플라스마 증착법, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 열 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 스핀코팅법 및 진공여과법 등에 의해 제조될 수 잇다.
제2층(220)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2층(220)은 5nm이하로 제공될수 있다. 또는 제2층(220)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2층(220)은 전체 펠리클(200) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제2층(220)은 전체 펠리클(200) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다.
제3층(230)은 펠리클(200)의 강도를 보강하고, 열의 방출을 용이하게 하기 위한 층일 수 있다.
제3층(230)은 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube,CNT) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다.
탄소 나노 튜브 및 그래핀은 탄소 동소체의 일종으로서, 우수한 열전도성 및 기계적 강도를 가지므로, 전체적으로 펠리클(200)의 성능을 향상시킬 수 있다.
제3층(230)의 두께는 다양할 수 있다. 제3층(230)은 3nm이하 일 수 있다. 또는 제3층(230)은 1nm 이하일 수 있다. 또는 제3층(230)은 전체 펠리클(200) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제3층(230)은 전체 펠리클(200) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제3층(230)은 전체 펠리클(200) 두께의 5% 이하의 두께로 제공될 수도 있다.
도 4(b)를 참조하면, 펠리클(200)은 제3층(230) 상에 제2층(220)과 반대 방향으로 제1 외곽층(240)을 더 포함할 수 있다.
제1 외곽층(240)은 열을 방출하기 위한 층일 수 있다.
제1 외곽층(240)은 방사율이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 제1 외곽층(240)은 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론 카바이드등을 포함할 수 있다.
제1 외곽층(240)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제1 외곽층(240)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(240)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(240)은 전체 펠리클(200) 두께의 20% 이하 또는 10% 이하로 제공될 수 있다.
제1 외곽층(240)은 열 방출의 목적 상 마스크(32) 반대 방향으로 열을 방출할 수 있도록 펠리클(200)의 최상층에 위치할 수 있다.
이 때, 제1 외곽층(240)이 적층되는 것은 선택적일 수 있다. 제1 외곽층(240)은 극자외선의 출력 및 내부 축적열에 따라서 선택적으로 적층될 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 펠리클(200)은 제1층(210) 상에 제2층(220)과 반대 방향으로 제2 외곽층(250)을 포함할 수 있다.
제2 외곽층(250)은 열을 방출하기 위한 층일 수 있다.
제2 외곽층(250)은 제1 외곽층(240)과 기능, 물질 및 두께 면에서 실질적으로 동일한 층일 수 있다. 다시 말하면, 제2 외곽층(250)은 방사율(emissivity)이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(250)은, 루테늄(Ruthenium, Ru),몰리브덴(Molybdeum, Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr) 또는 보론 카바이드(Boron Carbide, B4C) 등을 포함할 수 있다. 이로써 펠리클(200)은, 투과하는 고출력의 극자외선에 의해 야기되는 내부 축적열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다.
제2 외곽층(250)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(250)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(250)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(250)은 전체 펠리클(200) 두께의 10% 이하로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 펠리클(300)의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 5(a)를 참조하면, 펠리클(300)은 제1층(310), 제2층(320), 제3층(330) 및 제 4층(340)을 포함할 수 있다. 각 층의 위치 관계는 다양할 수 있다. 예를 들면, 제2층(320)은 상기 제1층(310) 상에 위치하고, 제3층(330)은 상기 제2층(320) 상에 상기 제1층(310)과 반대 방향으로 위치하며, 제4층(340)은 상기 제3층(330) 상에 상기 제2층(320)과 반대 방향으로 위치할 수 있다.
펠리클(300)은 상기 제1층(310)이 마스크(32)를 향하고, 상기 제4층(340)이 조영 미러 시스템(20)을 향하도록 배치될 수 있다.
제1층(310)은, 극자외선에 대한 투과율 및 펠리클(300)의 강도를 향상시키기 위한 층으로서, 예를 들면 실리콘 나이트라이드, 실리콘 또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.
제1층(310)의 두께는, 예를 들면, 50nm 이하일 수 있다. 또는, 제1층(310)은 30nm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 또 다른 예를 들면 제1층(310)은 20nm에서 30nm 사이의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제1층(310)의 두께는 전체 펠리클(300) 두께의 90% 이하일 수 있다. 또는 제1층(310)의 두께는 전체 펠리클(300) 두께의 70% 이상 90% 이하일 수 있다.
도 4의 제1층(310)은 도 3의 제1층(210)과 실질적으로 동일한 구성일 수 있다.
제2층(320)은, 극자외선에 대한 투과율을 증가시키고, 펠리클(300)의 강도를 향상시키기 위한 층으로서, 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2층(320)은 그라파이트, 나노 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 시트 또는 그래핀을 비롯한 탄소 동소체를 포함할 수 있다. 그러나, 탄소계물질이 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
이 때 흑연은 서로 주면이 동일 방향으로 배열된 형태일 수도 있으며 또는, 비정질 상태일 수 있다.
제2층(320)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2층(320)은 5nm이하로 제공될 수 있다. 또는 제2층(320)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2층(320)은 전체 펠리클(300) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제2층(320)은 전체 펠리클(300) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다.
도 4의 제2층(320)은 도 3의 제2층(220)과 실질적으로 동일한 구성일 수 있다.
제3층(330)은, 펠리클(300)의 강도를 보강하고, 열의 방출을 용이하게 하기 위한 층으로서, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀을 포함할 수 있다.
제3층(330)의 두께는 다양할 수 있다. 제3층(330)은 3nm이하일 수 있다. 또는 제3층(330)은 1nm 이하일 수 있다. 또는 제3층(330)은 전체 펠리클(300) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제3층(330)은 전체 펠리클(300) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제3층(330)은 전체 펠리클(300) 두께의 5% 이하의 두께로 제공될 수도 있다.
도 4의 제3층(330)은 도 3의 제3층(230)과 실질적으로 동일한 구성일 수 있다.
제4층(340)은, 극자외선에 대한 투과율을 증가시키고, 펠리클(300)의 강도를 향상시키기 위한 층으로서, 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면 제4층(340)은 그라파이트, 나노 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 시트 또는 그래핀을 비롯한 탄소 동소체를 포함할 수 있다. 그러나, 탄소계 물질이 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
이 때 흑연은 서로 주면이 동일 방향으로 배열된 형태일 수도 있으며 또는, 비정질 상태일 수 있다.
제4층(340)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제4층(340)은 5nm이하로 제공될 수 있다. 또는 제4층(340)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제4층(340)은 전체 펠리클(300) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제4층(340)은 전체 펠리클(300) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다.
제4층(340)은 실질적으로 제2층(320)과 동일한 구성일 수 있다. 따라서, 펠리클(300)을 전체적으로 보면, 탄소계 물질로 이루어진 제2층(320) 및 제4층(340) 사이에 제3층(330)이 개재된 구조일 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 펠리클(300)은 제1 외곽층(350)을 더 포함할 수 있다.
제1 외곽층(350)은 제4층(340) 상에 위치할 수 있다. 제1 외곽층(350)은 열 방출을 위한 층으로서, 펠리클(300)의 최상층에 위치할 수 있다. 제1 외곽층(350)은 예를 들면, 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론 카바이드 등을 포함할 수 있다.
제1 외곽층(350)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제1 외곽층(350)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(350)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(350)은 전체 펠리클(300) 두께의 20% 이하 또는 10% 이하로 제공될 수 있다.
제1 외곽층(350)이 형성되는 것은 선택적일 수 있다.
도 5(c)를 참조하면, 펠리클(300)은 제2 외곽층(360)을 더 포함할 수 있다.
제2 외곽층(360)은 제1 외곽층(350)과 기능, 물질 및 두께 면에서 실질적으로 동일한 층일 수 있다. 다시 말하면, 제2 외곽층(360)은 방사율(emissivity)이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(360)은, 루테늄(Ruthenium, Ru),몰리브덴(Molybdeum, Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr) 또는 보론 카바이드(Boron Carbide, B4C) 등을 포함할 수 있다. 이로써 펠리클(300)은, 투과하는 고출력의 극자외선에 의해 야기되는 내부 축적열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다.
제2 외곽층(360)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(360)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(360)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(360)은 전체 펠리클(300) 두께의 10% 이하로 제공될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 펠리클(400)의 구조를 설명하는 개략도이다.
도 6(a)를 참조하면, 펠리클(400)은 제1층(410), 제2층(420), 제3층(430) 및 제 4층을 포함할 수 있다. 각 층의 위치 관계는 다양할 수 있다. 예를 들면, 제2층(420)은 상기 제1층(410) 상에 위치하고, 제3층(430)은 상기 제2층(420) 상에 상기 제1층(410)과 반대 방향으로 위치하며, 제4층(340)은 상기 제3층(430) 상에 상기 제2층(420)과 반대 방향으로 위치할 수 있다.
펠리클(400)은 상기 제1층(410)이 마스크(32)를 향하고, 상기 제4층(340)이 조영 미러 시스템(20)을 향하도록 배치될 수 있다.
제1층(410)은, 극자외선에 대한 투과율 및 펠리클(400)의 강도를 향상시키기 위한 층으로서, 예를 들면 실리콘 나이트라이드, 실리콘 또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.
제1층(410)의 두께는, 예를 들면, 50nm 이하일 수 있다. 또는, 제1층(410)은 30nm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 또 다른 예를 들면 제1층(410)은 20nm에서 30nm 사이의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제1층(410)의 두께는 전체 펠리클(400) 두께의 90% 이하일 수 있다. 또는 제1층(410)의 두께는 전체 펠리클(400) 두께의 70% 이상 90% 이하일 수 있다.
도 4의 제1층(410)은 도 3의 제1층(310)과 실질적으로 동일한 구성일 수 있다.
제2층(420)은, 펠리클(400)의 강도를 보강하고, 열의 방출을 용이하게 하기 위한 층으로서, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀을 포함할 수 있다.
제2층(420)의 두께는 다양할 수 있다. 제2층(420)은 3nm이하일 수 있다. 또는 제2층(420)은 1nm 이하일 수 있다. 또는 제2층(420)은 전체 펠리클(400) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제2층(420)은 전체 펠리클(400) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제2층(420)은 전체 펠리클(400) 두께의 5% 이하의 두께로 제공될 수도 있다.
제3층(430)은, 극자외선에 대한 투과율을 증가시키고, 펠리클(400)의 강도를 향상시키기 위한 층으로서, 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면 제3층(430)은 그라파이트, 나노 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 시트 또는 그래핀을 비롯한 탄소 동소체를 포함할 수 있다. 그러나, 탄소계물질이 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
이 때 흑연은 서로 주면이 동일 방향으로 배열된 형태일 수도 있으며 또는, 비정질 상태일 수 있다.
제3층(430)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제3층(430)은 5nm이하로 제공될 수 있다. 또는 제3층(430)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제3층(430)은 전체 펠리클(400) 두께의 20% 이하의 두께로 제공될 수 있다. 또는 제3층(430)은 전체 펠리클(400) 두께의 10% 이하의 두께로 제공될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 펠리클(400)은 제1 외곽층(440)을 더 포함할 수 있다.
제1 외곽층(440)은 제3층(430) 상에 위치할 수 있다. 제1 외곽층(440)은 열 방출을 위한 층으로서, 펠리클(400)의 최상층에 위치할 수 있다. 제1 외곽층(440)은 예를 들면, 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론 카바이드 등을 포함할 수 있다.
제1 외곽층(440)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제1 외곽층(440)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(440)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제1 외곽층(440)은 전체 펠리클(400) 두께의 20% 이하 또는 10% 이하로 제공될 수 있다.
제1 외곽층(440)이 형성되는 것은 선택적일 수 있다.
도 6(c)를 참조하면, 펠리클(400)은 제2 외곽층(450)을 더 포함할 수 있다.
제2 외곽층(450)은 제1 외곽층(440)과 기능, 물질 및 두께 면에서 실질적으로 동일한 층일 수 있다. 다시 말하면, 제2 외곽층(450)은 방사율(emissivity)이 높은 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(450)은, 루테늄(Ruthenium, Ru),몰리브덴(Molybdeum, Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr) 또는 보론 카바이드(Boron Carbide, B4C) 등을 포함할 수 있다. 이로써 펠리클(400)은, 투과하는 고출력의 극자외선에 의해 야기되는 내부 축적열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다.
제2 외곽층(450)의 두께는 다양할 수 있다. 예를 들면 제2 외곽층(450)은 5nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(450)은 3nm 이하로 제공될 수 있다. 또는 제2 외곽층(450)은 전체 펠리클(400) 두께의 10% 이하로 제공될 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 실시예들에서 이용되는 탄소계 물질에 대해서 더 자세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클(33)에 사용되는 물질의 TEM 결과에 관한 도면이다.
도 7을 참조하면, 실리콘 나이트라이드 층 상에 탄소계 물질 층이 적층될 수 있다.
탄소계 물질 층은 상술한 바와 같이, 실리콘 나이트라이드 층에 적층된 폴리도파민에 대한 탄화 과정을 통해 획득될 수 있다. 이후, 탄소계 물질 층은 실리콘 나이트라이드 층과 평행하게 일정한 두께를 유지하면서 형성될 수 있다.
이 때, 탄화 과정 전 도포된 폴리도파민 층의 두께와, 탄화 고정 후 형성된 탄소계 물질 층의 두께는 상이할 수 있다. 예를 들면, 탄화 과정을 거치면서 탄소계 물질 층의 두께는 폴리도파민 층의 두께보다 감소될 수 있다.
구체적 수치를 살펴보면 다음과 같다.
도 7(a)에서, 실리콘 나이트라이드 층은 대략 40nm 일 수 있다. 실리콘 나이트라이드 층 상에 폴리도파민 층은 3nm로 도포될 수 있다. 이후 섭씨 900도의 온도에서 탄화 과정이 수행될 수 있다. 이로써, 탄소계 물질 층은 대략 2.2nm로 형성될 수 있다. 탄소계 물질 층의 두께는 폴리도파민 층의 두께의 대략 73.7% 일 수 있다.
도 7(b)에서 실리콘 나이트라이드 층은 대략 40nm 일 수 있다. 실리콘 나이트라이드 층 상에 폴리도파민 층은 3nm로 도포될 수 있다. 이후 섭씨 700도의 온도에서 탄화 과정이 수행될 수 있다. 이로써, 탄소계 물질 층은 대략 2.3nm로 형성될 수 있다. 탄소계 물질 층의 두께는 폴리도파민 층의 두께의 대략 76.7%일 수 있다.
탄소계 물질 층은 본 발명의 실시예들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 탄소계 물질 층은 제1 실시예의 제2층(120)에 포함되는 흑연일 수 있다. 또는 탄소계 물질 층은 제2 실시예의 제2층(220)에 포함되는 탄소계 물질일 수 있다. 또는 탄소계 물질 층은 제3 실시예의 제2층(320) 및/또는 제4층(340)에서 사용되는 탄소계 물질일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클(33)에 사용되는 결정질 탄소계 물질의 TEM 결과에 관한 도면이다.
도 8(a)는 펠리클(33)의 HRTEM (High-Resolution Transmission Electron Microscopy) 이미지이다. 도 8(a)를 참조하면, 펠리클(33)은 산화막을 갖는 실리콘 층 상에 탄소계 물질을 포함하는 층이 적층된 구조로 제공됨을 알 수 있다. 이 때 탄소계 물질층은 13.88nm로 형성될 수 있다.
도 8(b)는, 도 8(a)의 HRTEM 이미지에 대하여 FFT(Fast Fourier Transformation)을 수행함으로써 획득된 이미지이다. 도 8(b)를 참조하면, 탄소계 물질이 결정질로 구성됨을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 펠리클(33)에 사용되는 비정질 탄소계 물질의 TEM 결과에 관한 도면이다.
도 9(a)는 펠리클(33)의 HRTEM 이미지이다. 도 9(a)를 참조하면, 펠리클(33)은 산화막을 갖는 실리콘 층 상에 탄소계 물질을 포함하는 층이 적층된 구조로 제공됨을 알 수 있다. 이 때 탄소계 물질층은 7.71nm로 형성될 수 있다.
도 9(b)는 도 9(a)의 HRTEM 이미지에 대하여 FFT를 수행함으로써 획득된 이미지이다. 도 9(b)를 참조하면, 탄소계 물질은 비정질 상태에 있음을 알 수 있다.
도 8 및 도 9에서 설명한 탄소계 물질은 본 발명의 실시예들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도8 및 도 8에서 설명한 탄소계 물질은 제1 실시예의 제2층(120)에 포함되는 흑연일 수 있다. 또는 도 8 및 도 9에서 설명한 탄소계 물질은 제2 실시예의 제2층(220)에 포함되는 탄소계 물질일 수 있다. 또는 도8 및 도 9에서 설명한 탄소계 물질은 제3 실시예의 제2층(320) 및/또는 제4층(340)에서 사용되는 탄소계 물질일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클(33)의 라만 스펙트럼 결과이다.
제1 스펙트럼(R1)은 섭씨 500도에서 탄화 과정을 거친 탄소계 물질에 대한 라만 스펙트럼 결과이다. 제1 스펙트럼(R2)는 섭씨 700도에서 탄화 과정을 거친 탄소계 물질에 대한 라만 스펙트럼 결과이다. 제1 스펙트럼(R3)는 섭씨 1000도에서 탄화 과정을 거친 탄소계 물질에 대한 라만 스펙트럼 결과이다. 제1 스펙트럼(R4)는 섭씨 900도에서 탄화 과정을 거친 탄소계 물질에 대한 라만 스펙트럼 결과이다.
섭씨 500도 내지 섭씨 1000도에서 대체적으로 D 피크 및 G 피크가 생성되는 것을 볼 수 있다.
G 피크는 1580cm-1부근에서 발생하며, 운동량이 0인 면내포논모드 (In-plane phonon mode)에 의해 생성되며, 흑연 관련물질들에서 공통적으로 나타난다.
D피크는 1350cm-1 부근에서 발생하며, 1350cm-1 에너지를 갖는 포논에 의한 비탄성 산란과 결손(Defect)/치환 지점 주변에서의 탄성산란이 순서에 상관없이 연이어서 발생될 경우에 나타나며 결손/치환이 많이 된 구조물일수록 피크의 강도가 크게 나타난다
2D 피크는 2700cm-1 부근에서 발생하며, 1350cm-1 에너지를 갖는 포논에 의한 비탄성 산란이 2번 연이어서 발생될 경우 나타난다.
따라서, 폴리도파민이 섭씨 500도 내지 섭씨 1000도에서 탄화 과정을 거침으로써, 생성된 물질은 흑연과 관련된 탄소계 물질임을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클의 두게에 따른 극자외선의 투과도를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 펠리클로서 이용될 수 있는 물질이 일정한 두께를 유지한 층으로 형성될 때, 그 두께와, 그 물질층을 투과하는 극자외선의 투과도의 관계를 알 수 있다.
펠리클로 이용될 수 있는 물질들은 예를 들면, Poly-Si, Si3N4, Si6N7, Ru,Dopamine 및 Carbon 등일 수 있다.
각 물질마다 기울기의 차이는 있으나, 공통적으로 물질 층의 두께가 증가할수록 극자외선의 투과율은 감소하는 것을 볼 수 있다.
물질 층의 두께가 두꺼울수록, 극자외선이 투과해야 하는 거리 및 매질 속에 극자외선이 머무르는 시간이 증가하며, 따라서 극자외선이 매질에 흡수되는 비율이 증가한다. 결과적으로, 물질 층의 두께가 두꺼울수록 극자외선의 투과율은 감소할 수 있다.
이러한 경향은, 몇몇 특별한 광학적 성질을 갖는 물질을 제외하고는, 실험에 직접적으로 사용된 물질들 외에도 펠리클 제조를 위해 이용될 수 있는 대부분의 매질에 적용될 수 있다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 실리콘 나이트라이드 층 및 탄소계 물질 층도 두께가 증가할수록 극자외선의 투과율이 감소하고, 두께가 감소할수록 극자외선의 투과율이 증가할 수 있다. 따라서 극자외선의 투과율을 높이기 위해서 실리콘 나이트라이드 층 및 탄소계 물질 층의 두께를 감소시키는 것이 유리할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 극자외선 용 펠리클은 자중을 지지해야 한다. 그런데 펠리클의 두께가 감소하면, 하중에 대한 지지력이 감소할 수 있다.
따라서, 투과율 및 하중에 대한 지지력의 두 가지 요소를 고려하여, 펠리클의 최적의 두께를 찾는 것이 중요하다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질을 적층한 구조에 조사된 극자외선의 투과도에 대한 데이터이다. 여기서, 실리콘 나이트라이드 층은 50nm이고, 탄소계 물질은 3nm이다.
1 pass 투과율(%) 2 pass 투과율(%)
SiNx 50nm 75.87 57.56
탄소계 물질 3nm 및
SiNx 50nm 의 적층 구조		 74.30 55.20
표 1을 살펴보면, 실리콘 나이트라이드 단독 층에 비하여, 탄소계 물질을 3nm 적층한 경우, 1 pass 기준 1.57%만큼 극자외선 투과율의 손실이 관찰되었고, 2pass 기준 2.36%만큼 극자외선 투과율 손실이 관찰되었다.
상기 극자외선 투과율의 손실은 투과 매질의 두께가 50nm에서 53nm로 증가함에 따른 현상으로 볼 수 있다.
실리콘 나이트라이드의 극자외선 흡광율을 분석해보면, 1pass 투과율을 기준으로, 0.48%/nm의 극자외선 흡광율을 얻을 수 있다.
탄소계 물질의 극자외선 흡광율을 분석해보면, 1pass 기준으로, 0.53%/nm의 극자외선 흡광율을 얻을 수 있다.
탄소계 물질에서 극자외선의 흡광율이 실리콘 나이트라이드에서의 극자외선의 흡광율보다 다소 감소하였으나, 그 정도는 미소한 수준에 그친다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클의 파괴 압력 시험에 대한 그래프이다.
제1 그래프(A1)는 실리콘 나이트라이드 40nm의 단독층에 대한 파괴 압력 시험 그래프이다.
제2 그래프(A2)는 실리콘 나이트라이드 층 40nm 및 폴리도파민 층 3nm가 적층된 구조에 대한 파괴 압력 시험 그래프이다.
제3 그래프(A3)는 실리콘 나이트라이드 층 40nm 및 탄소계 물질 층 2nm가 적층된 구조에 대한 파괴 압력 시험 그래프이다. 여기서, 탄소계 물질 층 2nm는 제2 그래프(A2)의 폴리도파민 층 3nm이 탄화 과정을 거치며 수축된 후 획득된 것일 수 다.
제1 그래프(A1)에서, 실리콘 나이트라이드 단독층이 대략 700pa의 압력에 의해 대략 190μm의 처짐 발생 이후 파괴되는 것을 볼 수 있다.
제2 그래프(A2)에서, 실리콘 나이트라이드 층에 폴리도파민 층이 적층된 구조는 대략 350pa의 압력에 의해 대략 150μm의 처짐이 발생한 후 파괴되는 것을 볼 수 있다. 여기에서, 폴리도파민 층을 적층함으로 인해 멀티 레이어가 되었음에도, 실리콘 타이트 라이드 단독 층에 비해 파괴 압력이 감소한 것을 볼 수 있다.
제3 그래프(A3)에서 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조는 대략 1400pa의 압력에 의해 대략 300μm의 처짐이 발생할 때까지 파괴되지 않는 것을 볼 수 있다.
실리콘 나이트라이드 층 40nm에 탄소계 물질 층을 2nm 적층한 경우, 실리콘 나이트라이드 단독층 40nm보다 약 2배 이상 더 파괴 압력이 증가한 것을 확인할 수 있다.
또한, 폴리도파민에 대한 탄화 과정을 거침으로 인해, 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조는 실리콘 나이트라이드 층에 폴리도파민이 적층된 구조에 비해 파괴 압력이 약 3배 가량 증가한 것을 확인할 수 있다.
즉, 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조의 파괴 압력 증가는 단순히 실리콘 나이트라이드 층에 다른 물질을 멀티 레이어로 적층한 것에 기인한 것이 아니라, 폴리도파민에 대한 탄화 과정을 통해 획득된 탄소계 물질의 특성에 기인한 것으로 볼 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 펠리클의 파괴 압력 시험에 대한 그래프이다.
제1 그래프(B1)는 실리콘 나이트라이드 50nm의 단독층에 대한 파괴 압력 시험 그래프이다.
제2 그래프(B2)는 실리콘 나이트라이드 층 50nm 및 탄소계 물질 층 3nm가 적층된 구조에 대한 파괴 압력 시험 그래프이다.
제1 그래프(B1)에서, 실리콘 나이트라이드 단독층은 대략 850Pa의 압력에 의해 대략 220μm의 처짐 발생 이후 파괴되는 것을 볼 수 있다.
반면에 제2 그래프(B2)에서, 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조는 대략 2050Pa의 압력에 의해 대략 306μm의 처짐이 발생할 때까지 파괴되지 않는 것을 볼 수 있다.
실리콘 나이트라이드 층 50nm에 탄소계 물질 층을 3nm 적층한 경우, 실리콘 나이트라이드 단독층 50nm보다 약 2배 이상 더 파괴 압력이 증가한 것을 확인할 수 있다.
표 1, 도 12 및 도 13을 참조할 때,
실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조는 실리콘 나이트라이드 단독 층에 비해, 탄소계 물질을 적층함으로 인해 투과율에서 미소한 양의 손실이 발생한다. 그러나, 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조는 여전히 극자외선에 대해 높은 수준의 투과도를 보이며, 매우 얇은 두께에 비해 강성이 높음을 알 수 있다. 이러한 성질로 인해 상기 실리콘 나이트라이드 층에 탄소계 물질 층이 적층된 구조는 펠리클로서의 활용 가치가 높다.
상술한 바와 같이, 제1 내지 제4 실시예에 따른 구조가 극자외선 리소그래피 시스템(1)에서 반도체 제조 시 펠리클(33)로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 펠리클(33)의 극자외선에 대해서 투과율, 열 방사율 및 강도가 높아 프리스탠딩 형태로 사용될 수 있고, 이로써 기존 보다 세밀한 선폭의 구현이 실현될 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1 극자외선 리소그래피 시스템
10 광원 20 조영 미러 시스템
31 마스크 스테이지 32 마스크
33 펠리클 40 투사 미러 시스템
51 웨이퍼 52 웨이퍼 스테이지
100 펠리클 110 제1층
120 제2 층 130 제1 외곽층
140 제2 외곽층 200 펠리클
210 제1 층 220 제2 층
230 제3 층 240 제1 외곽층
250 제2 외곽층 300 펠리클
310 제1 층 320 제2 층
330 제3 층 340 제 4층
350 제1 외곽층 360 제2 외곽층
400 펠리클 410 제1 층
420 제2 층 430 제3 층
440 제1 외곽층 450 제2 외곽층

Claims (16)

  1. 실리콘 나이트라이드를 포함하는 제1층;
    상기 제1층 상에 위치하며, 탄소계 물질을 포함하는 제2층; 및
    상기 제2층 상에 위치하며, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 제3층;
    을 포함하는 반도체 제조용 막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3층 상에 탄소계 물질을 포함하는 제4층;
    을 더 포함하는 반도체 제조용 막.
  3. 제1항 에 있어서,
    상기 제3층 상에 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도어느 하나를 포함하는 중 어느 하나를 포함하는 층;
    을 더 포함하는 반도체 제조용 막.
  4. 제2항 에 있어서,
    상기 제4층 상에 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층;
    을 더 포함하는 반도체 제조용 막.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 비정질 그라파이트인
    반도체 제조용 막.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1층은 두께 40nm 이하이며,
    상기 제2층은 두께 3nm 이하이며,
    상기 제3층은 1nm 이하인,
    반도체 제조용 막.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1층은 두께 40nm 이하이며,
    상기 제2층은 두께 3nm 이하이며,
    상기 제3층은 1nm 이하이며,
    상기 제4층은 3nm 이하인,
    반도체 제조용 막.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1층은 극자외선 영역에서 극자외선의 투과율을 증가시키고,
    상기 제2층은 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키며,
    상기 제3층은 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키는,
    반도체 제조용 막.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1층은 극자외선 영역에서 극자외선의 투과율을 증가시키고,
    상기 제2층은 상기 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키며,
    상기 제3층은 상기 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키며,
    상기 제4층은 상기 반도체 제조용 막의 강도를 증가시키는,
    반도체 제조용 막.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층은 3nm 이하의 두께를 갖는,
    반도체 제조용 막.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 루테늄, 몰리브덴, 지르코늄 또는 보론카바이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층은 3nm 이하의 두께를 갖는,
    반도체 제조용 막.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 층의 그라파이트는 폴리도파민에 대한 탄화 과정을 수행하여 획득되는
    반도체 제조용 막.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2층은 두께 2nm 이상 3nm 이하인,
    반도체 제조용 막.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 탄화 과정은 섭씨 500도 이상 섭씨 1200도 이하에서 수행되는
    반도체 제조용 막.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 비정질 그라파이트인
    반도체 제조용 막.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 제조용 막은, 프리스탠딩 펠리클로 사용될 수 있는
    반도체 제조용 막.
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