KR20220139656A - 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펠리클은 중심 부분에 개방부가 형성되는 실리콘 기판, 개방부를 덮도록 실리콘 기판 위에 형성되는 지지층, 및 지지층 위에 형성되며 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층을 포함한다. 펠리클층은 코어층 및 캡핑층을 포함하고, 버퍼층을 더 포함할 수 있으며, 코어층, 캡핑층 및 버퍼층 중에 적어도 하나는 비정질 탄소층이다.
Description
본 발명은 노광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극자외선을 이용한 노광 공정에 사용되는 마스크에 설치되는 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 산업이 발달되고 반도체 소자의 집적도가 향상됨에 따라 전자기기들이 점차 소형화 및 경량화되고 있다. 반도체 소자의 집적도 향상을 위해 노광 기술의 고도화가 요구되고 있다.
현재, 광원의 파장을 감소시켜 반도체의 미세한 패턴을 구현하는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이 중 차세대 기술인 극자외선(Extreme Ultraviolet, EUV) 노광 기술은 한 번의 레지스트 공정으로 미세 패턴을 구현할 수 있는 기술이다.
반도체 공정에 사용되는 극자외선 노광 장치는 광원(light source power), 레지스트(resist), 펠리클(pellicle) 및 마스크를 포함한다. 펠리클은 마스크에 설치되어 노광 공정 중에 발생하는 이물질이 마스크에 부착되는 것을 방지하며, 노광 장치에 따라서 선택적으로 사용되고 있다.
극자외선 노광 공정에서는 클린 시스템이 구축되어 펠리클이 필요 없을 것이라는 기대가 초기에 존재하였다. 하지만 실제 노광 장치 구축 후 구동 과정에서 장치 내부 구동부에서 발생하는 이물질 및 광원의 발진 과정에서 생성된 주석 입자와 극자외선 감광제에 의한 마스크의 오염이 발생하는 것을 확인하였다.
따라서 극자외선 노광 공정에서는 마스크의 오염을 방지하기 위해서, 펠리클은 필수의 소재로 인식되고 있다. 펠리클을 사용하는 경우, 10,000nm 크기 미만의 결함을 무시할 수 있다.
이러한 극자외선 노광용 펠리클은 마스크를 커버하기 위해 110mmㅧ144mm 크기가 요구되며, 광원의 손실로 인한 생산성 악화를 최소화하기 위해 90% 이상의 극자외선 투과율이 요구되고 있다. 극자외선 노광 장치 내부에서의 20G에 이르는 물리적 움직임에 의해 파손되지 않을 수 있는 수준의 기계적 안정성과, 5nm 노드(node) 기준으로 250W 이상의 열적 하중을 견딜 수 있는 열적 안정성이 요구되고 있다. 그리고 극자외선 환경에서 발생되는 수소라디칼에 반응하지 않는 화학적 내구성도 요구되고 있다.
현재 국내외 펠리클 개발사들은 다결정 실리콘(p-Si) 기반 또는 SiN 기반으로 하는 투과 소재를 개발 중에 있다. 이들 소재는 극자외선용 펠리클의 가장 중요한 조건인 90% 이상의 투과율을 만족하지 못하고 있다. 이들 소재는 극자외선 노광 환경에서의 열적 안정성, 기계적 안정성, 및 화학적 내구성에 취약점을 갖고 있기 때문에, 특성 보완을 위한 공정 개발 연구가 진행되고 있다. 예컨대 SiN 기반 소재의 문제점을 해결하기 위한 소재로, Mo, Ru, Zr 등의 물질이 선별되어 연구되고 있으나, 얇은 두께로 제조하여 형태를 유지하는 게 어려운 실정이다.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 그래핀을 기반으로 하는 극자외선용 펠리클도 소개되고 있다. 그래핀은 극자외선에 대해 90% 이상의 투과율을 갖는다. 그래핀은 기저면이 면적 방향으로 동일하게 배열되는 경우 매우 높은 인장 강도를 가지는 물질이기 때문에, 높은 투과율, 열적 안정성, 기계적 안정성 등 모든 특성 지표를 만족시킬 수 있다.
하지만 그래핀은 sp2 결합 구조를 갖기 때문에, 그래핀으로 형성된 코어층 위에 안정적으로 캡핑층을 형성하기 어렵다.
그리고 기존의 펠리클은 코어층의 두께와, 캡핑층의 두께에 따라서 극자외선 투과율과 반사율이 크게 변하기 때문에, 코어층 및 캡핑층의 두께 조절을 위한 공정 조건을 조절하기가 까다롭다.
따라서 본 발명의 목적은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 갖는 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 그래핀으로 형성된 코어층 위에 캡핑층을 안정적으로 형성할 수 있는 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 극자외선 투과율은 크게 변화시키지 않으면서 반사율을 낮출 수 있는 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중심 부분에 개방부가 형성되는 실리콘 기판; 상기 개방부를 덮도록 실리콘 기판 위에 형성되는 지지층; 및 상기 지지층 위에 형성되며, 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층;을 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 제공한다.
상기 펠리클층은, 상기 지지층 위에 형성되는 코어층; 및 상기 코어층 위에 형성되는 캡핑층;을 포함한다. 상기 코어층 및 캡핑층 중에 적어도 하나는 상기 비정질 탄소를 포함할 수 있다.
상기 코어층이 비정질 탄소층인 경우, 두께는 30nm 이하일 수 있다. 이때 상기 캡핑층의 소재는 질화물(nitride), 산화물(oxide), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캡핑층이 비정질 탄소층인 경우, 두께는 10nm 이하일 수 있다. 이때 상기 코어층의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물(nitride), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 펠리클층은, 상기 지지층 위에 형성되는 코어층; 상기 코어층 위에 형성되는 캡핑층; 및 상기 지지층과 코어층 사이, 및 상기 코어층과 상기 캡핑층 사이 중에 적어도 하나에 형성되며, 비정질 탄소를 포함하는 버퍼층;을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층의 두께는 7nm 이하일 수 있다. 이때 상기 캡핑층의 소재는 질화물(nitride), 산화물(oxide), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 상기 코어층의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물(nitride), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 비정질 탄소의 밀도(density)는 1.4 내지 1.8 g/cm3 일 수 있다.
본 발명은 또한, 실리콘 기판 위에 지지층을 형성하는 단계; 상기 지지층 위에 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층을 형성하는 단계; 및 상기 지지층 아래의 상기 실리콘 기판의 중심 부분을 제거하여 상기 지지층이 노출되는 개방부를 형성하는 단계;를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클의 제조 방법을 제공한다.
상기 펠리클층을 형성하는 단계는, 상기 지지층 위에 코어층을 형성하는 단계; 및 상기 코어층 위에 캡핑층을 형성하는 단계;를 포함한다. 이때 상기 코어층 및 캡핑층 중에 적어도 하나는 상기 비정질 탄소를 포함하도록 형성한다.
상기 펠리클층을 형성하는 단계는, 상기 지지층 위에 상기 코어층을 형성하는 단계; 상기 코어층 위에 비정질 탄소를 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 위에 캡핑층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 펠리클층을 형성하는 단계는, 상기 지지층 위에 제1 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 제1 버퍼층 위에 상기 코어층을 형성하는 단계; 상기 코어층 위에 제2 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 버퍼층 위에 캡핑층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 및 제2 버퍼층 중에 적어도 하나는 비정질 탄소를 포함하도록 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 펠리클층에 비정질 탄소를 적용함으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 갖는 극자외선 노광용 펠리클을 제공할 수 있다. 즉 펠리클층은 코어층, 버퍼층 및 캡핑층 중에 적어도 하나를 비정질 탄소층으로 형성함으로써, 극자외선 투과율은 크게 변화시키지 않으면서 반사율을 현저히 낮춤으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 갖는 극자외선 노광용 펠리클을 제공할 수 있다.
여기서 버퍼층의 소재로 비정질 탄소가 사용되면, 다양한 소재의 코어층과 캡핑층의 적층 구조를 갖는 펠리클의 극자외선 반사율을 현저히 낮출 수 있다.
코어층의 두께가 10 내지 15nm일 때, 버퍼층이 5nm 이하의 비정질 탄소층으로 형성하면, 10nm 이하의 넓은 두께 범위를 갖는 캡핑층을 형성하더라도, 펠리클은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다.
기존에는 코어층을 그래핀으로 형성하면, 그래핀의 sp2 결합 구조로 인해 캡핑층을 코어층의 상부에 직접 형성하기 어려운 문제점이 있다. 하지만 본 발명과 같이, 코어층과 캡핑층 사이에 개재되는 버퍼층을 비정질 탄소층으로 형성하면, 비정질 탄소층은 캡핑층의 씨드 기능을 하기 때문에, 그래핀 소재의 코어층 위에 안정적으로 캡핑층을 형성할 수 있다.
코어층의 소재로 비정질 탄소를 사용하면, 코어층의 상부 또는 하부에 SiNx 소재의 캡핑층이 존재하더라도, 펠리클은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다.
코어층의 소재로 비정질 탄소를 사용하면, 비정질 탄소는 일반적인 증착 공정이나 용액 공정을 통하여 쉽게 형성할 수 있기 때문에, 그래핀이나 다성분계 물질을 사용하는 것보다는 코어층의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
캡핑층의 소재로 비정질 탄소를 사용하고, 그래핀과 같은 탄소계열의 코어층을 형성하면, 캡핑층과 코어층 간의 열팽창계수가 유사하기 때문에, 화학적 및 기계적으로 안정적인 펠리클을 제공할 수 있다.
그리고 비정질 탄소를 스퍼터링으로 증착하여 펠리클층을 형성할 때, 플라즈마 파워(plasma power) 또는 동작 압력(working pressure)을 조절하여 쉽게 비정질 탄소의 밀도를 제어함으로써, 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층의 굴절률을 조절할 수 있다. 즉 비정질 탄소의 밀도를 제어함으로써, 펠리클의 극자외선 투과율과 반사율을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 5는 비정질 탄소의 증착 조건에 따른 비정질 탄소의 표면 이미지를 보여주는 사진이다.
도 6은 비정질 탄소의 증착 조건에 따른 비정질 탄소의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 코어층이 비정질 탄소층인 제1 내지 제3 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
도 10 내지 15는 버퍼층이 비정질 탄소층인 제4 내지 제6 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
도 16 내지 21은 캡핑층이 비정질 탄소층인 제7 내지 제9 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 5는 비정질 탄소의 증착 조건에 따른 비정질 탄소의 표면 이미지를 보여주는 사진이다.
도 6은 비정질 탄소의 증착 조건에 따른 비정질 탄소의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 코어층이 비정질 탄소층인 제1 내지 제3 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
도 10 내지 15는 버퍼층이 비정질 탄소층인 제4 내지 제6 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
도 16 내지 21은 캡핑층이 비정질 탄소층인 제7 내지 제9 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 도면이다. 그리고 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 극자외선 노광용 펠리클(100; 이하 '펠리클'이라 함)은 중심 부분에 개방부(13)가 형성된 실리콘 기판(10)과, 개방부(13)를 덮도록 실리콘 기판(10) 위에 형성되는 지지층(20), 및 지지층(20) 위에 형성되는 비정질 탄소를 구비하는 펠리클층(30)을 포함한다. 펠리클층(30)은 지지층(20)에 순차적으로 적층되어 형성되는 코어층(31)과 캡핑층(37)을 포함한다.
펠리클(100)은 반도체 및 디스플레이 제조 공정 중 노광 공정에서 마스크를 이물질로부터 보호하는 소모성 소재이다. 즉 펠리클(100)은 마스크 위에 씌워지는 얇은 박막으로 덮개 역할을 한다. 웨이퍼로 전사되는 빛은 마스크로 초점을 맞추어 노광을 진행하기 때문에, 일정한 거리로 떨어져 있는 펠리클(100)에 이물질이 앉더라도 초점이 잡히지 않아 사용자가 만들고자 하는 패턴의 크기에 영향을 미치지 않게 하여 불량 패턴의 형성을 줄일 수 있다.
이로 인해 펠리클(100)은 노광 공정 중 마스크의 이물질로부터 보호하면서 불량 패턴을 최소화하여 반도체 및 디스플레이 제조 공정의 수율을 높일 수 있다. 그리고 펠리클(100)의 사용으로 마스크의 수명을 늘릴 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 펠리클(100)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
실리콘 기판(10)은 지지층(20) 및 펠리클층(30)을 지지하며, 펠리클(100)을 제조하는 과정 및 제조 완료 후에 펠리클(100)의 핸들링 및 이송을 쉽게 할 수 있도록 한다. 실리콘 기판(10)은 식각 공정이 가능한 소재로 형성될 수 있다.
실리콘 기판(10) 위에 식각 정지층(etch stopper) 기능을 하는 지지층(20)이 형성된다. 지지층(20) 위에 펠리클층(30)이 형성된다.
이러한 지지층(20)은 KOH에 저항성을 갖는 소재로 형성되며, 펠리클층(30)의 소재가 실리콘 기판(10)으로 확산되는 것을 방지하는 기능도 담당한다. 지지층(20)의 소재는 SiNx, SiO2, SiC, 및 Mo2C 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 SiNx는 Si3N4로 포함할 수 있다. 지지층(20)은 CVD(chemical vapor deposition) 공정으로 형성할 수 있지만, ALD(atomic layer deposition), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성하여, 두께, 물성 및 화학 조성의 변경을 자유롭게 조절하여 최상의 투과율을 가지면서 결점을 최소화할 수 있도록 형성한다. 지지층(20)은 실리콘 기판(10) 위에 1nm 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. 지지층(20)은 캡핑층(37)에 대응되는 두께로 형성될 수 있다.
실리콘 기판(10)의 중심 부분에 형성된 개방부(13)는 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)와 같은 미세 가공 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 즉 지지층(20) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 미세 가공 기술로 제거하여 개방부(13)를 형성한다. 개방부(13)로 펠리클층(30) 아래의 식각 정지층(20)이 노출된다.
그리고 펠리클층(30)은 코어층(31) 및 캡핑층(37)을 포함한다. 코어층(31) 및 캡핑층(37) 중에 적어도 하나는 비정질 탄소를 포함한다.
여기서 코어층(31)은 극자외선의 투과율을 결정하는 층이다. 코어층(31)은 극자외선에 대한 90% 이상의 투과율을 가지며, 열을 효과적으로 방출하여 펠리클층(30)이 과열되는 것을 방지한다.
캡핑층(37)은 코어층(31)의 극자외선의 투과율 저하를 최소화하면서, 펠리클층(30)에 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 제공한다. 즉 캡핑층(37)은 코어층(31)의 보호층으로서, 코어층(31)에서 발생된 열을 외부로 효과적으로 방출하여 열적 안정성을 제공한다. 캡핑층(37)은 코어층(31)의 기계적 강도를 보완하여 기계적 안정성을 제공하다. 그리고 캡핑층(37)은 수소 라디칼과 산화로부터 코어층(31)을 보호하여 화학적 내구성을 제공한다.
먼저 코어층(31)이 비정질 탄소를 포함하는 비정질 탄소층으로 형성될 수 있다. 비정질 탄소층으로 형성된 코어층(31)은 30nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
그리고 비정질 탄소층으로 형성된 코어층(31)에 대해서, 캡핑층(37)의 소재는 질화물(nitride), 산화물(oxide), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 질화물은 SiNx, SiON, BN 또는 BCN을 포함할 수 있다. 산화물은 SiO2를 포함할 수 있다. 붕소화물은 ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2), YBx(x≥2) 또는 SiB6를 포함할 수 있다. 탄화물은 SiC, Mo2C 또는 B4C를 포함할 수 있다. 규화물은 ZrSix(x≥2)을 포함할 수 있다.
이와 같이 코어층(31)의 소재로 비정질 탄소를 사용하면, 코어층(31)의 상부에 SiNx 소재의 캡핑층(37)이 존재하더라도, 펠리클(100)은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다.
그리고 코어층(31)의 소재로 비정질 탄소를 사용하면, 비정질 탄소는 일반적인 증착 공정이나 용액 공정을 통하여 쉽게 형성할 수 있기 때문에, 그래핀이나 다성분계 물질을 사용하는 것보다는 코어층(31)의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
다음으로 캡핑층(37)이 비정질 탄소를 포함하는 비정질 탄소층으로 형성될 수 있다. 비정질 탄소층으로 형성된 캡핑층(37)은 10nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
그리고 비정질 탄소층으로 형성된 캡핑층(37)에 대해서, 코어층(31)의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물, 붕소화물, 탄화물 및 규화물 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코어층(31)을 그래핀으로 형성하는 경우, 전사 방식 또는 직성장 방식으로 형성할 수 있다.
여기서 전사 방식은 별도의 기판에서 성장된 그래핀을 실리콘 기판(10)의 지지층(20) 위로 옮기는 방식으로 코어층(31)을 형성하는 방법이다.
직성장 방식은 실리콘 기판(10)의 지지층(20) 위에 금속 촉매층과 비정질 탄소 소재의 소스층 간의 열처리를 통한 층간 교환을 이용하여 그래핀을 직성장하는 방법이다. 물론 그래핀을 직성장한 이후에 금속 촉매층은 제거된다. 층간 교환으로 직성장되는 그래핀이 지지층(20) 위에 안정적으로 결합될 수 있도록, 지지층(20) 위에 씨드층을 형성할 수 있다. 씨드층으로는 5nm 이하의 두께로 형성되는 비정질 탄소층, 소층 그래핀, 비정질 붕소, BN, BCN, B4C 및 Me-X(Me는 Si, Ti, Mo 및 Zr 중에 적어도 하나, X는 B, C 및 N 중에 적어도 하나) 중에 적어도 하나의 소재가 사용될 수 있다.
이와 같이 캡핑층(37)의 소재로 비정질 탄소를 사용하고, 그래핀과 같은 탄소계열의 코어층(31)을 형성하면, 캡핑층(37)과 코어층(31) 간의 열팽창계수가 유사하기 때문에, 화학적 및 기계적으로 안정적인 펠리클(100)을 제공할 수 있다.
펠리클층(30)에 포함되는 비정질 탄소는 스퍼터링으로 증착하여 형성하는 경우, 플라즈마 파워(plasma power) 또는 동작 압력(working pressure)을 조절하여 쉽게 비정질 탄소의 밀도(density)를 제어할 수 있다. 비정질 탄소의 밀도 제어를 통하여, 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층의 굴절률을 조절할 수 있다. 즉 비정질 탄소의 밀도를 제어함으로써, 펠리클(100)의 극자외선 투과율과 반사율을 조절할 수 있다. 예컨대 플라즈마 파워를 300W 이하로 인가하는 경우, 비정질 탄소의 밀도는 1.4 내지 2.2 g/cm3 을 가질 수 있다. 플라즈마 파워와 비정질 탄소의 밀도는 반비례 관계를 갖는다. 비정질 탄소층의 두께를 30nm 이하로 형성하기 위해서, 비정질 탄소층의 밀도를 1.4 내지 1.8 g/cm3 로 제어할 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 펠리클(100)은 펠리클층(30)에 비정질 탄소를 적용함으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다. 즉 펠리클층(30)은 코어층(31) 및 캡핑층(37) 중에 적어도 하나를 비정질 탄소층으로 형성함으로써, 극자외선 투과율은 크게 변화시키지 않으면서 반사율을 현저히 낮춤으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 펠리클(100)은 아래와 같은 제조 공정으로 제조될 수 있다. 먼저 개방부(13)가 형성되지 않은 상태의 실리콘 기판(10) 위에 지지층(20), 코어층(31) 및 캡핑층(37)을 순차적으로 적층하여 형성한다.
이때 지지층(20)은 CVD 공정으로 형성할 수 있지만, ALD, 전자빔 증착 또는 스퍼터링 공정으로 형성하여, 두께, 물성 및 화학 조성의 변경을 자유롭게 조절하여 최상의 투과율을 가지면서 결점을 최소화할 수 있도록 형성할 수 있다. 지지층(20)의 소재는 SiNx, SiO2, SiC, 및 Mo2C 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 지지층(20)은 SiNx에 포함되는 Si3N4로 형성될 수 있다.
코어층(31) 및 캡핑층(37)은 스퍼터링, CVD, ALD 등 다양한 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 펠리클층(30)에 포함되는 비정질 탄소는 스퍼터링으로 형성할 수 있다.
그리고 코어층(31) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 제거하여 코어층(31)이 노출되는 개방부(13)를 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 펠리클(100)을 얻을 수 있다. 즉 지지층(20) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 습식 식각을 통해서 제거하여 개방부(13)를 형성한다. 개방부(13)로 코어층(31) 아래의 지지층(20)이 노출된다.
[제2 실시예]
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 펠리클은 중심 부분에 개방부가 형성된 실리콘 기판과, 개방부를 덮도록 실리콘 기판 위에 형성되는 지지층(20), 및 지지층(20) 위에 형성되는 비정질 탄소를 구비하는 펠리클층(130)을 포함한다. 펠리클층(130)은 지지층(20)에 순차적으로 적층되어 형성되는 코어층(31), 버퍼층(35), 및 캡핑층(37)을 포함한다.
제2 실시예에 따른 펠리클층(130)은 버퍼층(35)이 비정질 탄소를 포함하는 비정질 탄소층으로 형성될 수 있다. 비정질 탄소층으로 형성된 버퍼층(35)은 5nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
버퍼층(35)의 소재로 비정질 탄소가 사용되면, 다양한 소재의 코어층(31)과 캡핑층(37)의 적층 구조를 갖는 제2 실시예에 따른 펠리클의 극자외선 반사율을 현저히 낮출 수 있다.
비정질 탄소층으로 형성된 버퍼층(35)에 대해서, 캡핑층(37)의 소재는 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물 및 규화물 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 코어층(31)의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물, 붕소화물, 탄화물 및 규화물 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코어층(31)의 두께가 10 내지 15nm일 때, 버퍼층(35)이 5nm 이하의 비정질 탄소층으로 형성하면, 10nm 이하의 넓은 두께 범위를 갖는 캡핑층(37)을 형성하더라도, 제2 실시예에 따른 펠리클은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다.
기존에는 코어층을 그래핀으로 형성하면, 그래핀의 sp2 결합 구조로 인해 캡핑층을 코어층의 상부에 직접 형성하기 어려운 문제점이 있다. 하지만 제2 실시예와 같이, 코어층(31)과 캡핑층(37) 사이에 개재되는 버퍼층(35)을 비정질 탄소층으로 형성하면, 비정질 탄소층은 캡핑층(37)의 씨드 기능을 하기 때문에, 그래핀 소재의 코어층(31) 위에 안정적으로 캡핑층(37)을 형성할 수 있다.
한편 제2 실시예에 따른 펠리클층(130)은 버퍼층(35)이 비정질 탄소를 포함하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 제2 실시예에 따른 펠리클층(130)에 있어서, 제1 실시예와 같이 코어층(31) 및 캡핑층(37) 중에 적어도 하나가 비정질 탄소를 포함할 수 있다. 비정질 탄소층으로 코어층(31) 또는 캡핑층(37)을 형성하는 경우, 버퍼층(35)의 소재는 B, C, Zr, ZrSix(x≤2), ZrCx(0.8≤x≤1.2), ZrBx(2<x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2), ZrCxBy(0.8≤x≤1.2, y≥2) 또는 ZrCxSi(0.8≤x≤1.2, y≤2)를 포함할 수 있다. 여기서 버퍼층(35)의 소재 중 C는 그래핀, SiC 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 펠리클은 아래와 같은 제조 공정으로 제조될 수 있다. 먼저 개방부가 형성되지 않은 상태의 실리콘 기판 위에 지지층(20), 코어층(31), 버퍼층(35) 및 캡핑층(37)을 순차적으로 적층하여 형성한다.
이때 지지층(20)은 CVD 공정으로 형성할 수 있지만, ALD, 전자빔 증착 또는 스퍼터링 공정으로 형성하여, 두께, 물성 및 화학 조성의 변경을 자유롭게 조절하여 최상의 투과율을 가지면서 결점을 최소화할 수 있도록 형성할 수 있다. 지지층(20)의 소재는 SiNx, SiO2, SiC, 및 Mo2C 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 지지층(20)은 SiNx에 포함되는 Si3N4로 형성될 수 있다.
코어층(31), 버퍼층(35) 및 캡핑층(37)은 스퍼터링, CVD, ALD 등 다양한 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 펠리클층(130)에 포함되는 비정질 탄소는 스퍼터링으로 형성할 수 있다.
그리고 코어층(31) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 제거하여 코어층(31)이 노출되는 개방부(13)를 형성함으로써, 제2 실시예에 따른 펠리클을 얻을 수 있다. 즉 지지층(20) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 습식 식각을 통해서 제거하여 개방부(13)를 형성한다. 개방부(13)로 코어층(31) 아래의 지지층(20)이 노출된다.
[제3 실시예]
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비정질 탄소를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 4를 참조하면, 제3 실시예에 따른 펠리클은 중심 부분에 개방부가 형성된 실리콘 기판과, 개방부를 덮도록 실리콘 기판 위에 형성되는 지지층(20), 및 지지층(20) 위에 형성되는 비정질 탄소를 구비하는 펠리클층(130)을 포함한다. 펠리클층(230)은 지지층(20)에 순차적으로 적층되어 형성되는 제1 버퍼층(33), 코어층(31), 제2 버퍼층(35), 및 캡핑층(37)을 포함한다.
제3 실시예에 따른 펠리클층(230)은 제1 및 제2 버퍼층(33,35)이 비정질 탄소를 포함하는 비정질 탄소층으로 형성될 수 있다. 비정질 탄소층으로 형성된 제1 및 제2 버퍼층(33,35)은 각각 5nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
제1 및 제2 버퍼층(33,35)의 소재로 비정질 탄소가 사용되면, 다양한 소재의 코어층(31)과 캡핑층(37)의 적층 구조를 갖는 제3 실시예에 따른 펠리클의 극자외선 반사율을 현저히 낮출 수 있다.
비정질 탄소층으로 형성된 제1 및 제2 버퍼층(33,35)에 대해서, 캡핑층(37)의 소재는 질화물, 산화물, 붕소화물, 탄화물 및 규화물 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 코어층(31)의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물, 붕소화물, 탄화물 및 규화물 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코어층(31)의 두께가 10 내지 15nm일 때, 제1 및 제2 버퍼층(33,35)이 각각 5nm 이하의 비정질 탄소층으로 형성하면, 10nm 이하의 넓은 두께 범위를 갖는 캡핑층(37)을 형성하더라도, 제3 실시예에 따른 펠리클은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 제공할 수 있다.
기존에는 코어층을 그래핀으로 형성하면, 그래핀의 sp2 결합 구조로 인해 캡핑층을 코어층의 상부에 직접 형성하기 어려운 문제점이 있다. 하지만 제3 실시예와 같이, 코어층(31)과 캡핑층(37) 사이에 개재되는 제2 버퍼층(35)을 비정질 탄소층으로 형성하면, 비정질 탄소층은 캡핑층(37)의 씨드 기능을 하기 때문에, 그래핀 소재의 코어층(31) 위에 안정적으로 캡핑층(37)을 형성할 수 있다.
한편 제3 실시예에 따른 펠리클층(230)은 제1 및 제2 버퍼층(33,35)이 비정질 탄소를 포함하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 제1 또는 제3 버퍼층(33,35)이 비정질 탄소를 포함할 수 있다.
또는 펠리클층(230)에 있어서, 제1 실시예와 같이 코어층(31) 및 캡핑층(37) 중에 적어도 하나가 비정질 탄소를 포함할 수 있다. 비정질 탄소층으로 코어층(31) 또는 캡핑층(37)을 형성하는 경우, 제1 및 제2 버퍼층(33,35)의 소재는 B, C, Zr, ZrSix(x≤2), ZrCx(0.8≤x≤1.2), ZrBx(2<x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2), ZrCxBy(0.8≤x≤1.2, y≥2) 또는 ZrCxSi(0.8≤x≤1.2, y≤2)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 및 제2 버퍼층(33,35)의 소재 중 C는 그래핀, SiC 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 펠리클은 아래와 같은 제조 공정으로 제조될 수 있다. 먼저 개방부가 형성되지 않은 상태의 실리콘 기판 위에 지지층(20), 제1 버퍼층(33), 코어층(31), 제2 버퍼층(35) 및 캡핑층(37)을 순차적으로 적층하여 형성한다.
이때 지지층(20)은 CVD 공정으로 형성할 수 있지만, ALD, 전자빔 증착 또는 스퍼터링 공정으로 형성하여, 두께, 물성 및 화학 조성의 변경을 자유롭게 조절하여 최상의 투과율을 가지면서 결점을 최소화할 수 있도록 형성할 수 있다. 지지층(20)의 소재는 SiNx, SiO2, SiC, 및 Mo2C 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 지지층(20)은 SiNx에 포함되는 Si3N4로 형성될 수 있다.
제1 버퍼층(33), 코어층(31), 제2 버퍼층(35) 및 캡핑층(37)은 스퍼터링, CVD, ALD 등 다양한 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 펠리클층(230)에 포함되는 비정질 탄소는 스퍼터링으로 형성할 수 있다.
그리고 코어층(31) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 제거하여 코어층(31)이 노출되는 개방부(13)를 형성함으로써, 제3 실시예에 따른 펠리클을 얻을 수 있다. 즉 지지층(20) 아래의 실리콘 기판(10)의 중심 부분을 습식 식각을 통해서 제거하여 개방부(13)를 형성한다. 개방부(13)로 코어층(31) 아래의 지지층(20)이 노출된다.
[실험예]
본 발명에 따른 펠리클층에 포함되는 비정질 탄소는 스퍼터링의 증착 조건에 따라서 비정질 탄소의 밀도를 조절함으로써, 펠리클의 극자외선 투과율과 반사율을 조절할 수 있다. 즉 비정질 탄소를 스퍼터링으로 증착하여 펠리클층을 형성할 때, 플라즈마 파워 또는 동작 압력을 조절하여 쉽게 비정질 탄소의 밀도를 제어함으로써, 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층의 굴절률을 조절할 수 있다. 이와 같이 비정질 탄소의 밀도를 제어함으로써, 펠리클의 극자외선 투과율과 반사율을 조절할 수 있다.
도 5는 비정질 탄소의 증착 조건에 따른 비정질 탄소의 표면 이미지를 보여주는 사진이다. 도 6은 비정질 탄소의 증착 조건에 따른 비정질 탄소의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서 비정질 탄소의 밀도는 X선 반사율 측정장치( X-Ray Reflectometer; XRR)를 이용하여 측정하였다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 플라즈마 파워의 세기에 따른 비정질 탄소의 밀도와 두께의 변화를 보여준다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 파워가 증가할수록 비정질 탄소의 표면 색상이 파랑색에서 연두색 계열로 색상이 옅어지는 것을 확인할 수 있다. 즉 플라즈마 파워가 증가할수록 비정질 탄소의 밀도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면, XRR 측정 결과에 따르면, 플라즈마 파워를 300W 이하로 인가했을 때, 비정질 탄소의 밀도는 1.4 내지 2.2 g/cm3 을 가질 수 있다.
플라즈마 파워가 100W 일 때, 비정질 탄소의 밀도는 2.2 g/cm3 이다. 플라즈마 파워가 300W 일 때, 비정질 탄소의 밀도는 1.5 g/cm3 이다. 즉 플라즈마 파워와 비정질 탄소의 밀도는 반비례 관계를 갖는다.
비정질 탄소층의 두께를 30nm 이하로 형성하기 위해서, 200W 이하의 플라즈마 파워를 인가함으로써, 증착되는 비정질 탄소층은 1.4 내지 1.8 g/cm3 의 밀도를 가지게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 펠리클의 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서의 투과율과 반사율을 확인하기 위해서, 도 7 내지 도 21에 따른 제1 내지 제9 실험예에 따른 펠리클에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 여기서 코어층은 0~30nm, 캡핑층은 0~10nm로 두께를 변경하면서, 제1 내지 제9 실험예에 따른 펠리클에 대해서 350W의 극자외선 출력 환경에서의 투과율과 반사율을 시뮬레이션 하였다.
[제1 내지 제3 실험예]
도 7 내지 도 9는 코어층이 비정질 탄소층인 제1 내지 제3 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
제1 실험예
도 7은 제1 실험예에 따른 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 제1 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층 및 캡핑층의 소재는 SiNx 이다. 코어층의 소재는 비정질 탄소이고, 비정질 탄소의 밀도가 1.4 g/cm3 이다.
이와 같은 제1 실험예에 따른 펠리클층은 "SiN_C(0nm)_C_SiN(5nm)_density 1.4"으로 표시하였다. 여기서 'SiN'은 캡핑층이고, 'C(0nm)'는 버퍼층이고, 'C'는 코어층이고, 'SiN(5nm)'는 지지층이다. 'density 1.4'은 비정질 탄소의 밀도이다. 여기서 'C(0nm)'는 버퍼층이 없음을 나타낸다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 18nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 1 내지 4nm 또는 6 내지 10nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
제2 실험예
도 8은 제2 실험예에 따른 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 제2 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층 및 캡핑층의 소재는 SiNx 이다. 코어층의 소재는 비정질 탄소이고, 비정질 탄소의 밀도가 1.6 g/cm3 이다.
이와 같은 제2 실험예에 따른 펠리클층은 "SiN_C(0nm)_C_SiN(5nm)_density 1.6"으로 표시하였다. 여기서 'SiN'은 캡핑층이고, 'C'는 코어층이고, 'SiN(5nm)'는 지지층이다. 'density 1.6'은 비정질 탄소의 밀도이다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 28nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 16nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 1 내지 4nm 또는 8 내지 10nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
제3 실험예
도 9는 제3 실험예에 따른 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 제3 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층 및 캡핑층의 소재는 SiNx 이다. 코어층의 소재는 비정질 탄소이고, 비정질 탄소의 밀도가 1.8 g/cm3 이다.
이와 같은 제3 실험예에 따른 펠리클층은 "SiN_C(0nm)_C_SiN(5nm)_density 1.8"으로 표시하였다. 여기서 'SiN'은 캡핑층이고, 'C'는 코어층이고, 'SiN(5nm)'는 지지층이다. 'density 1.8'은 비정질 탄소의 밀도이다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 24nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 14nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 2 내지 4nm 또는 8 내지 10nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
이와 같이 제1 내지 제3 실험예에 따르면, 코어층이 비정질 탄소층인 경우, 코어층의 두께를 30nm 이하로 형성하는 경우, 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 갖는 펠리클을 제공할 수 있다.
[제4 내지 제6 실험예]
도 10 내지 15는 버퍼층이 비정질 탄소층인 제4 내지 제6 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
제4 실험예
도 10은 제4 실험예에 따른 펠리클의 투과율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 11은 제4 실험예에 따른 펠리클의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제4 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층, 버퍼층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층은 SiNx 소재로 5nm의 두께를 갖는다. 코어층은 그래핀이다. 버퍼층은 비정질 탄소로 3nm의 두께를 갖는다. 그리고 캡핑층의 소재는 SiC 이다.
이와 같은 제4 실험예에 따른 펠리클층은 "SiC_aC(3nm)_C_SiN(5nm)"으로 표시하였다. 여기서 'SiC'는 캡핑층이고, 'aC(3nm)'는 버퍼층이고, 'C'는 코어층이고, 'SiN(5nm)'는 지지층이다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 19nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 10nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 1 내지 3nm 또는 7 내지 9nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
제5 실험예
도 12는 제5 실험예에 따른 펠리클의 투과율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 13은 제5 실험예에 따른 펠리클의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제5 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층, 버퍼층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층은 SiNx 소재로 5nm의 두께를 갖는다. 코어층은 그래핀이다. 버퍼층은 비정질 탄소로 3nm의 두께를 갖는다. 그리고 캡핑층의 소재는 SiNx 이다.
이와 같은 제5 실험예에 따른 펠리클층은 "SiN_aC(3nm)_C_SiN(5nm)"으로 표시하였다. 여기서 'SiN'는 캡핑층이고, 'aC(3nm)'는 버퍼층이고, 'C'는 코어층이고, 'SiN(5nm)'는 지지층이다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 19nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 10nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 1 내지 2nm 또는 7 내지 9nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
제6 실험예
도 14는 제6 실험예에 따른 펠리클의 투과율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 15는 제6 실험예에 따른 펠리클의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제6 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층, 버퍼층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층은 SiNx 소재로 5nm의 두께를 갖는다. 코어층은 그래핀이다. 버퍼층은 비정질 탄소로 5nm의 두께를 갖는다. 그리고 캡핑층의 소재는 SiON 이다.
이와 같은 제6 실험예에 따른 펠리클층은 "SiON_aC(5nm)_C_SiN(5nm)"으로 표시하였다. 여기서 'SiON'는 캡핑층이고, 'aC(5nm)'는 버퍼층이고, 'C'는 코어층이고, 'SiN(5nm)'는 지지층이다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 18nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 6nm 이하이고, 코어층의 두께가 8nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 4 내지 7nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
이와 같이 제4 내지 제6 실험예에 따르면, 그래핀 소재의 코어층 두께가 10 내지 15nm일 때, 버퍼층이 7nm 이하의 비정질 탄소층으로 형성하면, 10nm 이하의 넓은 두께 범위를 갖는 캡핑층을 형성하더라도, 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 갖는 펠리클을 제공할 수 있다.
[제7 내지 제9 실험예]
도 16 내지 21은 캡핑층이 비정질 탄소층인 제7 내지 제9 실험예에 따른 극자외선 노광용 펠리클들의 투과율과 반사율을 보여주는 그래프들이다.
제7 실험예
도 16은 제7 실험예에 따른 펠리클의 투과율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 17은 제7 실험예에 따른 펠리클의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 제7 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층은 SiNx 소재로 5nm의 두께를 갖는다. 코어층은 그래핀이다. 캡핑층의 소재는 비정질 탄소이다.
이와 같은 제7 실험예에 따른 펠리클층은 "C_graphite_SiN, seed-aC(0nm)"으로 표시하였다. 여기서 'C'는 캡핑층이고, 'graphite'는 코어층이고, 'SiN'는 지지층이다. 'seed-aC(0nm)'는 씨드층이 없이 지지층 위에 형성된 금속 촉매층과 비정질 탄소 소재의 소스층 간의 층간 교환을 이용하여 그래핀 소재의 코어층을 형성한 것을 의미한다.
캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 6nm 이하이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 1 내지 10nm 이고, 코어층의 두께가 1 내지 5nm 또는 22 내지 25nm 인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
제8 실험예
도 18은 제8 실험예에 따른 펠리클의 투과율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 19는 제8 실험예에 따른 펠리클의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 제8 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층은 SiNx 소재로 5nm의 두께를 갖는다. 코어층은 그래핀이다. 캡핑층의 소재는 비정질 탄소이다.
이와 같은 제7 실험예에 따른 펠리클층은 "C_graphite_SiN, seed-aC(3nm)"으로 표시하였다. 여기서 'C'는 캡핑층이고, 'graphite'는 코어층이고, 'SiN'는 지지층이다. 'seed-aC(3nm)'는 지지층 위에 형성된 3nm 두께의 비정질 탄소 소재의 씨드층을 기반으로, 씨드층 위에 형성된 금속 촉매층과 비정질 탄소 소재의 소스층 간의 층간 교환을 이용하여 그래핀 소재의 코어층을 씨드층 위에 형성한 것을 의미한다.
캡핑층의 두께가 9nm 이하이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 5nm 이하이고, 코어층의 두께가 29nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 1 내지 10nm 이고, 코어층의 두께가 17 내지 20nm 인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
제9 실험예
도 20은 제9 실험예에 따른 펠리클의 투과율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 21은 제9 실험예에 따른 펠리클의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제9 실험예에 따른 펠리클의 펠리클층은 지지층, 코어층 및 캡핑층을 포함한다. 지지층은 SiNx 소재로 5nm의 두께를 갖는다. 코어층은 그래핀이다. 캡핑층의 소재는 비정질 탄소이다.
이와 같은 제7 실험예에 따른 펠리클층은 "C_graphite_SiN, seed-aC(5nm)"으로 표시하였다. 여기서 'C'는 캡핑층이고, 'graphite'는 코어층이고, 'SiN'는 지지층이다. 'seed-aC(5nm)'는 지지층 위에 형성된 5nm 두께의 비정질 탄소 소재의 씨드층을 기반으로, 씨드층 위에 형성된 금속 촉매층과 비정질 탄소 소재의 소스층 간의 층간 교환을 이용하여 그래핀 소재의 코어층을 씨드층 위에 형성한 것을 의미한다.
캡핑층의 두께가 9nm 이하이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 투과율이 85% 이상이다. 캡핑층의 두께가 5nm 이하이고, 코어층의 두께가 26nm 이하인 경우, 투과율은 90% 이상이다.
그리고 캡핑층의 두께가 10nm 이하이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.05% 이하이다. 캡핑층의 두께가 3 내지 4nm, 5 내지 6nm, 7 내지 9nm 또는 약 10nm이고, 코어층의 두께가 30nm 이하인 경우, 반사율은 0.04% 이하이다.
이와 같이 제7 내지 제9 실험예에 따르면, 캡핑층이 비정질 탄소층인 경우, 코어층의 두께를 30nm 이하로 형성하는 경우, 90% 이상의 극자외선 투과율과 0.04% 이하의 반사율을 갖는 펠리클을 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 실리콘 기판
13 : 개방부
20 : 지지층
30,130,230 : 펠리클층
31 : 코어층
33,35 : 버퍼층
33 : 제1 버퍼층
35 : 제2 버터층
37 : 캡핑층
100 : 극자외선 노광용 펠리클
13 : 개방부
20 : 지지층
30,130,230 : 펠리클층
31 : 코어층
33,35 : 버퍼층
33 : 제1 버퍼층
35 : 제2 버터층
37 : 캡핑층
100 : 극자외선 노광용 펠리클
Claims (14)
- 중심 부분에 개방부가 형성되는 실리콘 기판;
상기 개방부를 덮도록 실리콘 기판 위에 형성되는 지지층; 및
상기 지지층 위에 형성되며, 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층;
을 포함하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제1항에 있어서, 상기 펠리클층은,
상기 지지층 위에 형성되는 코어층; 및
상기 코어층 위에 형성되는 캡핑층;을 포함하고,
상기 코어층 및 캡핑층 중에 적어도 하나는 상기 비정질 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제2항에 있어서,
상기 코어층이 비정질 탄소층인 경우, 두께는 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제3항에 있어서,
상기 캡핑층의 소재는 질화물(nitride), 산화물(oxide), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제2항에 있어서,
상기 캡핑층이 비정질 탄소층인 경우, 두께는 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제5항에 있어서,
상기 코어층의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물(nitride), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제1항에 있어서, 상기 펠리클층은,
상기 지지층 위에 형성되는 코어층;
상기 코어층 위에 형성되는 캡핑층; 및
상기 지지층과 코어층 사이, 및 상기 코어층과 상기 캡핑층 사이 중에 적어도 하나에 형성되며, 비정질 탄소를 포함하는 버퍼층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제7항에 있어서,
상기 버퍼층의 두께는 7nm 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제8항에 있어서,
상기 캡핑층의 소재는 질화물(nitride), 산화물(oxide), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나를 포함하고,
상기 코어층의 소재는 그래핀, Me-α(Me는 Zr 및 Mo 중에 적어도 하나, α는 질화물(nitride), 붕소화물(boride), 탄화물(carbide) 및 규화물(silicide) 중에 적어도 하나), ZrSi2, ZrBx(2≤x<16), ZrBxSiy(x≥2, y≥2) 및 YBx(x≥2) 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 제1항에 있어서,
상기 비정질 탄소의 밀도(density)는 1.4 내지 1.8 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클. - 실리콘 기판 위에 지지층을 형성하는 단계;
상기 지지층 위에 비정질 탄소를 포함하는 펠리클층을 형성하는 단계; 및
상기 지지층 아래의 상기 실리콘 기판의 중심 부분을 제거하여 상기 지지층이 노출되는 개방부를 형성하는 단계;
를 포함하는 극자외선 노광용 펠리클의 제조 방법. - 제11항에 있어서, 상기 펠리클층을 형성하는 단계는,
상기 지지층 위에 코어층을 형성하는 단계; 및
상기 코어층 위에 캡핑층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 코어층 및 캡핑층 중에 적어도 하나는 상기 비정질 탄소를 포함하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클의 제조 방법. - 제11항에 있어서, 상기 펠리클층을 형성하는 단계는,
상기 지지층 위에 상기 코어층을 형성하는 단계;
상기 코어층 위에 비정질 탄소를 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 버퍼층 위에 캡핑층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클의 제조 방법. - 제11항에 있어서, 상기 펠리클층을 형성하는 단계는,
상기 지지층 위에 제1 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 제1 버퍼층 위에 상기 코어층을 형성하는 단계;
상기 코어층 위에 제2 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 버퍼층 위에 캡핑층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 버퍼층 중에 적어도 하나는 비정질 탄소를 포함하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클의 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20180135490A (ko) | 2016-04-25 | 2018-12-20 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | Euv 리소그래피를 위한 멤브레인 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220326600A1 (en) | 2022-10-13 |
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