KR20220129343A - 극자외선 리소그라피용 펠리클 막 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 극자외선 리소그라피용 펠리클 막에 관한 것이다. 본 발명은 코어 층과, 코어 층의 상면과 하면에 각각 결합하는 제1 캐핑 층 및 제2 캐핑 층을 포함하는 펠리클 막으로서, 상기 코어 층, 상기 제1 캐핑 층 및 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 복수의 서브 층들로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
Description
본 발명은 극자외선 리소그라피용 펠리클 막에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 액정 표시판 등의 제조에 포토리소그라피라는 방법이 사용된다. 포토리소그라피에서는 패터닝의 원판으로서 마스크가 사용되고, 마스크 상의 패턴이 웨이퍼 또는 액정용 기판에 형성된 각종 층에 전사된다.
이 마스크에 먼지가 부착되어 있으면 이 먼지로 인하여 빛이 흡수되거나, 반사되기 때문에 전사한 패턴이 손상되어 반도체 장치나 액정 표시판 등의 성능이나 수율의 저하를 초래한다.
따라서, 이들의 작업은 보통 클린룸에서 행해지지만 이 클린룸 내에도 먼지가 존재하므로, 마스크 표면에 먼지가 부착하는 것을 방지하기 위하여 펠리클을 부착하는 방법이 사용된다.
이 경우, 먼지는 마스크의 표면에는 직접 부착되지 않고, 펠리클 막 위에 부착되고, 리소그라피 시에는 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, UV 광원은 자외광 g선(436㎚), I선(365㎚), KrF 엑시머 레이저(248㎚), ArF 엑시머 레이저(193㎚)에서 극자외선(EUV, extreme Ultraviolet, 13.5㎚)으로 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 단결정 막으로 이루어지는 펠리클 막과 그 펠리클 막을 지지하는 베이스 기판을 포함하며, 베이스 기판에는 60% 이상의 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 펠리클이 개시되어 있다.
공개특허 제2009-0122114호에 개시된 극자외선용 펠리클은 극자외선의 투과를 위해서 실리콘 단결정 막을 박막으로 형성하여야 한다. 이러한 실리콘 단결정 박막은 작은 충격에도 쉽게 손상될 수 있으므로, 이를 지지하기 위한 베이스 기판을 사용한다. 이러한 베이스 기판의 보강 틀은 일정한 패턴을 형성하며, 이 패턴이 리소그라피 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 리소그라피 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 에칭하여 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 코어 층인 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.
또한, 코어 층으로 열전도도가 높고, 극자외선의 흡수율이 낮은 그래핀 층을 사용하는 방법도 연구되고 있다. 종래의 방법에서는 그래핀 층을 전이금속 촉매 층이 형성된 기판에 탄화수소를 포함한 혼합가스를 주입하여 열처리함으로써 탄소를 흡착시킨 후 냉각하는 방법으로 형성하였으며, 이 그래핀 층을 기판에서 분리한 후, 질화규소 층이 형성된 실리콘 기판에 전사하였다.
한편, 극자외선 리소그라피 광학계는 극자외선 소스 자체 그리고 포토레지스트 재료들로부터 방출되는 여러 가지 입자에 의해 쉽게 오염된다. 이를 방지하기 위해서 수소를 이용하면 극자외선에 의해 수소 라디칼이 형성되고 이 수소 라디칼이 여러 가지 오염을 제거한다. 그러나 이러한 수소 라디칼은 펠리클 막 역시 손상시킬 수 있으므로, 손상을 방지하기 위한 대책이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 수소 라디칼에 의한 손상 등으로부터 보호받을 수 있는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 코어 층과, 코어 층의 상면과 하면에 각각 결합하는 제1 캐핑 층 및 제2 캐핑 층을 포함하는 펠리클 막으로서, 상기 코어 층, 상기 제1 캐핑 층 및 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 복수의 서브 층들로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 제1 캐핑 층과 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 다결정 물질로 이루어진 적어도 하나의 서브 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 제1 캐핑 층과 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 다결정 물질로 이루어진 복수의 서브 층들을 포함이며, 다결정 물질로 이루어진 서브 층들은 최외곽 층으로 갈수록 결정 입도(grain size)가 작아지는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 다결정 물질로 이루어진 적어도 하나의 서브 층의 입자 경계(grain boundaries)들에는 회복 층(healing layer)이 형성된 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 회복 층은 SiC 또는 SiO2 층인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 코어 층은 단결정 층 또는 비정질 층으로 이루어지며, 상기 제1 캐핑 층과 제2 캐핑 층은 복수의 다결정 서브 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 코어 층은 Zr, La, Y, Nb, Ce, U, Br, Ca, Pr, K, Sc, Be, Rb, Sr, Mo, Si, B, P, C, S, N의 단일 원소 또는 화합물, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 흑연, 그래핀 나노플레이트, 카본 나노시트(Carbon nanosheet) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
또한, 상기 제1 캐핑 층과 제2 캐핑 층은 Mo, Ru, Zr, La, Y, Nb, Ce, U, Br, Ca, Pr, K, Sc, Be, Rb, Sr, Si, Ti, B, P, C, S, N 또는 이를 포함하는 화합물 또는 이들의 산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막을 제공한다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그라피용 펠리클 막은 코어 층, 제1 캐핑 층 및 제2 캐핑 층 중 적어도 하나가 복수의 서브 층들로 이루어지고, 서브 층들 사이의 계면은 수소 라디칼 등의 침투를 방지하는 투과 차단막(permeation barrier)으로서의 역할을 수행할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 극자외선 리소그라피용 펠리클 막은 수소 라디칼에 의한 손상이 최소화된다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클 막이 펠리클 프레임에 부착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 극자외선 리소그래피용 펠리클 막이 펠리클 프레임에 부착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1과 2에 도시된 펠리클 막의 단면도이다.
도 4와 5는 펠리클 막의 다른 예들의 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 캐핑 층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 캐핑 층의 단면도이다.
도 8은 펠리클 막의 또 다른 예의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 극자외선 리소그래피용 펠리클 막이 펠리클 프레임에 부착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1과 2에 도시된 펠리클 막의 단면도이다.
도 4와 5는 펠리클 막의 다른 예들의 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 캐핑 층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 캐핑 층의 단면도이다.
도 8은 펠리클 막의 또 다른 예의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 펠리클 막이 펠리클 프레임에 부착된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 극자외선 리소그래피용 펠리클 막이 펠리클 프레임에 부착된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1과 2에 도시된 펠리클 막의 단면도이며, 도 4와 5는 펠리클 막의 다른 예들의 단면도들이다.
도 1과 2에 도시된 바와 같이, 펠리클 프레임(1)은 극자외선 리소그래피용 펠리클 막(10)을 지지하는 중공의 사각 통 형상이다. 도시하지 않았으나, 펠리클 프레임(1)의 장변에는 레티클에 부착된 스터드와 결합하는 픽스처가 결합하는 날개부가 형성될 수도 있다. 또한, 펠리클 프레임(1)에는 펠리클 내부와 외부의 압력 차이를 줄이기 위한 통기구가 형성될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 극자외선 리소그래피용 펠리클 막(10)은 코어 층(12)과, 코어 층(12)의 양면에 각각 결합하는 제1 캐핑 층(11)과 제2 캐핑 층(13)을 포함한다.
코어 층(12), 제1 캐핑 층(11) 및 제2 캐핑 층(13) 중 적어도 하나는 복수의 서브 층들을 포함한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 코어 층(12), 제1 캐핑 층(11) 및 제2 캐핑 층(13) 모두가 복수의 서브 층들(11a~11f, 12a~12f, 13a~13f)을 포함할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 캐핑 층(11)과 제2 캐핑 층(13)만 복수의 서브 층들을 포함할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 층(12)만 복수의 서브 층들을 포함할 수도 있다.
제1 캐핑 층(11, 211)과 제2 캐핑 층(13, 213)은 단결정, 다결정 또는 비정질 층일 수 있다.
코어 층(12, 112)은 단결정이나 비정질 층인 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서브 층들(11a~11f, 12a~12f, 13a~13f) 사이의 계면은 수소 라디칼 등의 침투를 방지하는 투과 차단막(permeation barrier)으로서의 역할을 수행할 수 있다. 서브 층들(11a~11f, 12a~12f, 13a~13f) 사이의 계면은 2개 이상인 것이 바람직하다. 즉, 3개 이상의 서브 층들(11a~11f, 12a~12f, 13a~13f)을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 제1 캐핑 층(11)과 제2 캐핑 층(13)은 3개 이상의 서브 층들(11a~11f, 13a~13f)을 포함하는 것이 바람직하다.
코어 층(12) 또는 코어 층(12)을 구성하는 서브 층들(12a~12f)은 Zr, La, Y, Nb, Ce, U, Br, Ca, Pr, K, Sc, Be, Rb, Sr, Mo, Si, B, P, C, S, N의 단일 원소 또는 화합물, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 흑연, 그래핀 나노플레이트, 카본 나노시트(Carbon nanosheet) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
코어 층(12) 또는 코어 층(12)을 구성하는 서브 층들(12a~12f) 각각은 CVD나 PVD 공정, 예를 들어, 저압 화학 증착(LPCVD) 공정이나, 원자층 증착(Atomic layer doposition, ALD) 공정을 통해서 증착하는 방법 등으로 형성할 수 있다.
그리고 캐핑 층(11, 13) 또는 캐핑 층(11, 13)을 구성하는 서브 층들(11a~11f, 13a~13f)은 Mo, Ru, Zr, La, Y, Nb, Ce, U, Br, Ca, Pr, K, Sc, Be, Rb, Sr, Si, Ti, B, P, C, S, N 또는 이를 포함하는 화합물 또는 이들의 산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
캐핑 층(11, 13) 또는 캐핑 층(11, 13)을 구성하는 서브 층들(11a~11f, 13a~13f) 각각은 CVD나 PVD 공정, 예를 들어, 저압 화학 증착(LPCVD) 공정이나, 원자층 증착(Atomic layer doposition, ALD) 공정을 통해서 증착하는 방법 등으로 형성할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 캐핑 층의 일부를 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 캐핑 층의 단면도이다.
도 6과 7에 도시된 바와 같이, 캐핑 층(211) 또는 캐핑 층(211)의 서브 층으로 다결정 층을 사용하는 경우에는 다결정 층의 입자 경계(grain boundaries)들의 적어도 일부를 덮는 회복 층(215, healing layer)을 형성할 수 있다. 회복 층(215)은 입자 경계를 통해서 수소 라디칼이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
회복 층(215)으로는 예를 들어, SiC나 SiO2를 사용할 수 있다. 회복 층(215)은 원자층 증착(Atomic layer doposition, ALD) 공정을 통해서 증착하는 방법으로 형성할 수 있다. 다결정 층에 회복 층(215)을 증착하면, 다결정 층의 입자 경계 부위가 회복 층(215)을 구성하는 물질의 핵 생성 영역이 된다. 회복 층(215)은 먼저 입자 경계 부위에서 3차원으로 성장한다. 계속 증착하면 회복 층(215)이 입자 경계 부위를 넘어서 다결정 층 전체를 덮을 때까지 성장하게 되므로, 입자 경계 부위를 덮으면 증착을 중단하는 것이 바람직하다.
제1 캐핑 층과 제2 캐핑 층으로 복수의 다결정 서브 층들을 사용하는 경우에는 각각의 다결정 서브 층에 회복 층을 모두 형성할 수도 있으며, 일부 다결정 서브 층에만 회복 층을 형성할 수도 있다.
도 8은 펠리클 막의 또 다른 예의 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 캐핑 층(311, 313)의 서브 층들(311a~311c, 313a~313c) 이 복수의 다결정 층들을 포함하는 경우에는 최외곽 층으로 진행할수록 결정 입도(grain size)가 작아지는 것이 바람직하다.
즉, 제1 캐핑 층(311)의 서브 층들(311a~311c)은 도면상 위로 갈수록 결정 입도가 작아지고, 제2 캐핑 층(313)의 서브 층들(313a~313c)은 도면상 아래로 갈수록 결정 입도가 작아지는 것이 바람직하다. 결정 입도가 작아지면, 수소 라디칼의 침투 경로가 길어지기 때문에 수소 라디칼의 침투를 최소화할 수 있다. 그러나 결정 입도가 작아지면 극자외선 투과율이 낮아질 수 있으므로, 코어 층(312)에 가까워질수록 결정 입도가 커지는 것이 바람직하다.
코어 층(312) 및 그 서브 층은 다결정 층이 아닌 단결정이나 비정질 층인 것이 바람직하다. 다결정 층은 극자외선의 투과율이 낮기 때문이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 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.
1: 펠리클 프레임
10, 110, 210, 310: 펠리클 막
11, 211, 311: 제1 캐핑 층
12, 112, 312: 코어 층
13, 213, 313: 제2 캐핑 층
215: 회복 층
10, 110, 210, 310: 펠리클 막
11, 211, 311: 제1 캐핑 층
12, 112, 312: 코어 층
13, 213, 313: 제2 캐핑 층
215: 회복 층
Claims (8)
- 코어 층과, 코어 층의 상면과 하면에 각각 결합하는 제1 캐핑 층 및 제2 캐핑 층을 포함하는 펠리클 막으로서,
상기 코어 층, 상기 제1 캐핑 층 및 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 복수의 서브 층들로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제1항에 있어서,
상기 제1 캐핑 층과 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 다결정 물질로 이루어진 적어도 하나의 서브 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제2항에 있어서,
상기 제1 캐핑 층과 상기 제2 캐핑 층 중 적어도 하나는 다결정 물질로 이루어진 복수의 서브 층들을 포함이며, 다결정 물질로 이루어진 서브 층들은 최외곽 층으로 갈수록 결정 입도(grain size)가 작아지는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제2항에 있어서,
상기 다결정 물질로 이루어진 적어도 하나의 서브 층의 입자 경계(grain boundaries)들에는 회복 층(healing layer)이 형성된 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제4항에 있어서,
상기 회복 층은 SiC 또는 SiO2 층인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제1항에 있어서,
상기 코어 층은 단결정 층 또는 비정질 층으로 이루어지며,
상기 제1 캐핑 층과 제2 캐핑 층은 복수의 다결정 서브 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제1항에 있어서,
상기 코어 층은 Zr, La, Y, Nb, Ce, U, Br, Ca, Pr, K, Sc, Be, Rb, Sr, Mo, Si, B, P, C, S, N의 단일 원소 또는 화합물, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 흑연, 그래핀 나노플레이트, 카본 나노시트(Carbon nanosheet) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막. - 제1항에 있어서,
상기 제1 캐핑 층과 제2 캐핑 층은 Mo, Ru, Zr, La, Y, Nb, Ce, U, Br, Ca, Pr, K, Sc, Be, Rb, Sr, Si, Ti, B, P, C, S, N 또는 이를 포함하는 화합물 또는 이들의 산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그라피용 펠리클 막.
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