KR20120081667A - 펠리클 막 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 등을 제조할 때 방진막으로 사용되는 리소그래피용 펠리클에 관한 것이다.
본 발명은 기판 위에 펠리클 막 형성을 위한 유기물 용액을 도포, 건조 및 박리하여 반도체 리소그래피에 사용되는 액침 노광 장치용 펠리클 막을 제조하는 방법에 있어서, 불소 수지 용액을 준비하는 단계; 및 온도 편차가 ±0.01℃이하인 냉각 플레이트 위에 상기 기판을 배치하고 일정 시간 유지하여 기판의 온도를 일정하게 하는 단계; 상기 기판을 코팅 장치에 장착하는 단계; 및 상기 기판 위에 상기 불소 수지 용액을 도포, 건조 및 박리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클의 막 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 펠리클은 막 두께의 편차에 따른 투과율의 변화가 크지 않다. 따라서 펠리클을 장시간 사용하여 ArF 엑시머 레이저의 빛 에너지에 의해서 막 두께에 편차가 발생하여도, 투과율의 편차가 크게 발생하지 않는다는 효과가 있다.

Description

펠리클 막 및 그 제조방법{PELICLE MEMBRANE AND METHOD OF FORMING PELICLE MEMBRANE}

본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 등을 제조할 때 방진막으로 사용되는 리소그래피용 펠리클에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고해상도의 패터닝을 위한 광원으로 사용되는 ArF 엑시머 레이저용으로 사용되는 펠리클에 관한 것이다.

반도체 디바이스 또는 액정 표시판 등의 제조에 있어서 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기판에 UV광선을 조사해서 패터닝을 하는 경우에 포토리소그래피라는 방법이 사용된다. 포토리소그래피에서는 패터닝의 원판으로서 마스크가 사용되고, 마스크상의 패턴이 웨이퍼 또는 액정용 기판에 전사된다. 이 마스크에 먼지가 부착되어 있으면 이 먼지로 인하여 빛이 흡수되거나, 반사되기 때문에 전사한 패턴이 손상되어 반도체 장치나 액정 표시판 등의 성능이나 수율의 저하를 초래한다는 문제가 발생한다. 따라서, 이들의 작업은 보통 클린룸에서 행해지지만 이 클린룸 내에도 먼지가 존재하므로, 마스크 표면에 먼지가 부착하는 것을 방지하기 위하여 펠리클을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 이 경우, 먼지는 마스크의 표면에는 직접 부착되지 않고, 펠리클 막 위에 부착되고, 리소그래피시에는 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, UV광원은 자외광 g선(436㎚), I선(365㎚), KrF 엑시머 레이저(248㎚)에서 ArF 엑시머 레이저(193㎚)로 점점 파장이 짧아지고 있다. 이러한 단파장의 빛은 에너지가 크기 때문에 종래의 셀룰로오스계의 막 재료로는 충분한 내광성을 확보하는 것이 곤란하게 되었고, KrF 엑시머 레이저 이후는 막 재료로 투명 불소 수지가 사용되게 되었다.

종래의 ArF 엑시머 레이저용 펠리클은 장시간 사용하면, ArF 엑시머 레이저의 빛 에너지에 의해서 막의 일부분의 두께가 얇아지면서, 막 두께에 편차가 발생하는 문제가 있었다. 막 두께의 차이는 투과율의 편차를 일으켜, 고해상도의 노광패턴을 얻을 수 없다는 문제를 발생한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 막 두께의 편차에 따른 투과율의 변화가 크지 않아, 장시간 사용하여 막 두께에 편차가 발생하여도, 투과율의 편차가 크게 발생하지 않는 ArF 엑시머 레이저용 펠리클을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 위에 펠리클 막 형성을 위한 유기물 용액을 도포, 건조 및 박리하여 반도체 리소그래피에 사용되는 액침 노광 장치용 펠리클 막을 제조하는 방법에 있어서, 불소 수지 용액을 준비하는 단계; 및

온도 편차가 ±0.01℃이하인 냉각 플레이트 위에 상기 기판을 배치하고 일정 시간 유지하여 기판의 온도를 일정하게 하는 단계; 상기 기판을 코팅 장치에 장착하는 단계; 및 상기 기판 위에 상기 불소 수지 용액을 도포, 건조 및 박리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클의 막 제조방법을 제공한다.

상기 불소 수지 용액을 도포하는 단계는, 건조 후 펠리클 막의 두께가 다음의 수학식 1 내지 5를 만족하도록 도포하는 단계인 것이 바람직하다.

[수학식1]

R = r(1-cosX)

[수학식2]

r = 2{(n-1)/(n+1)}²

[수학식3]

X = 4πnd/λ

[수학식4]

T(%) = 1-R = 100×{1-2{(n-1)/(n+1)}²×(1-cos(4πnd/λ×cosθ))}

[수학식5]

d = mλ/(2n×cosθ) (m= 0, 1, 2, ...)

(상기 수학식에서, R: 간섭을 고려한 반사율, r: 간섭을 고려하지 않은 반사율, n: 펠리클 막의 굴절률, d: 펠리클의 막두께(nm), λ: 노광용 광원의 파장(nm), T: 투과율(%), θ: 입사각도)

상기 불소 수지 용액을 도포하는 단계는, 건조 후 펠리클 막의 두께가 270nm 내지 286nm가 되도록 도포하는 단계인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의하면, 반도체 리소그래피에 사용되는 펠리클 막으로서, 노광용 광원이 파장이 193nm인 ArF 엑시머 레이저이며, 페리클 막에서의 입사각이 수직인 경우에, 광 투과율이 99.3%이상이며, 누적 노광 에너지가 6kJ인 경우 광 투과율의 변화가 1%이하인 것을 특징으로 하는 펠리클 막이 제공된다.

상기 펠리클 막의 두께는 상기 수학식 1 내지 5를 만족시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 펠리클 막은 굴절률이 1.38 내지 1.39이며, 두께가 270nm 내지 286nm인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 펠리클은 막 두께의 편차에 따른 투과율의 변화가 크지 않다. 따라서 펠리클을 장시간 사용하여 ArF 엑시머 레이저의 빛 에너지에 의해서 막 두께에 편차가 발생하여도, 투과율의 편차가 크게 발생하지 않는다는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

펠리클 막의 재료로는 높은 노광광 투과율을 가지며, 노광광을 흡수하기 어려운 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 니트로셀룰로오스, 초산셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 수지 또는 불소 수지가 바람직하다. 최근에는 반도체 제조용 노광 장치의 요구 해상도는 점차 높아지고 있으며, 그 해상도를 실현하기 위해서 파장이 짧은 빛이 광원으로서 사용하고 있다. 이렇게 단파장의 빛은 에너지가 크기 때문에 종래의 셀룰로오스계의 막 재료로는 충분한 내광성을 확보하는 것은 어렵다. 따라서 최근에는 주로 불소계 수지 용액을 이용하여 펠리클 막을 제조한다.

용매는 수지를 용해하는 한 특별히 제한되지 않으며, 중합도가 높은 가용성인 불소계 용매가 바람직하다. 이러한 용매로는 방향족 할로겐 화합물류, 플루오로알킬화 알코올류, 플리루오로올레핀류(예를 들면, 테트라플루오로에틸렌 소중합체, 헥사플루오로프로필렌 소중합체 등), 불화 고리상 에테르 화합물류 등이 있다. 용액의 농도는 0.1 내지 20 중량％, 바람직하게는 0.3 내지 10 중량％이다.

준비된 펠리클 막을 구성하는 불소계 수지를 용해한 용액을 일정한 온도의 기판 위에 코팅하고, 용매의 비점 부근의 온도에서 건조하여 펠리클 막을 형성한다. 기판의 온도를 일정하게 하기 위해서 온도 편차가 ±0.01℃이하인 냉각 플레이트 위에 기판을 올려놓고 일정 시간 유지하여 기판의 온도를 일정하게 한 후 이를 코팅 장치에 옮긴 후 코팅을 한다. 기판은 매끈한 표면을 가진 것으로서, 실리콘 웨이퍼, 석영 유리, 일반 유리 등을 사용할 수 있으나 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 코팅하는 방법으로는 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 롤 코팅, 캐스팅, 스핀 코팅, 물 캐스팅, 딥 코팅 또는 랑그무어 블로지트(Langmuir Blodgett)와 같은 코팅 방법에 의해 기판 위에 펠리클 막을 형성할 수 있으며, 스핀코팅이 바람직하다. 막의 두께는 기판에 도포하는 용액의 농도와 스핀 코터(spin coater)의 회전수 등의 조건 변경하여 조절할 수 있다.

펠리클 막의 두께는 다음의 요건을 만족하여야 한다.

첫째, 펠리클 막은 높은 광선 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 광선 투과율이 99.3% 이상인 것이 바람직하다. 광선 투과율 99.3% 이상인 펠리클 막의 두께는 다음의 수학식 1 내지 5를 통해서 계산할 수 있다.

[수학식 1]

R = r(1-cosX)

[수학식 2]

r = 2{(n-1)/(n+1)}²

[수학식 3]

X = 4πnd/λ

[수학식 4]

T(%) = 1-R = 100×{1-2{(n-1)/(n+1)}²×(1-cos(4πnd/λ×cosθ))}

[수학식 5]

d = mλ/(2n×cosθ) (m= 0, 1, 2, ...)

(상기 수학식에서, R: 간섭을 고려한 반사율, r: 간섭을 고려하지 않은 반사율, n: 펠리클 막의 굴절률, d: 펠리클의 막두께(nm), λ: 노광용 광원의 파장(nm), T: 투과율(%), θ: 입사각도)

즉, 위의 수학식을 θ=0°, 99.3%≤T(%)인 조건하에서 계산하면, 펠리클 막의 굴절률 및 사용되는 광원의 파장에 따라 요구되는 펠리클 막의 막 두께를 구할 수 있다. 예를 들어, 노광장치의 광원으로는 ArF엑시머 레이저(파장 193nm)를 사용하며, 펠리클 막의 재료로 굴절률 n이 1.386인 불소 수지를 사용하며, 입사각이 수직인 경우, 펠리클 막 두께는 m값이 1, 2, 3, 4, 5로 증가함에 따라 약 69.6nm, 139nm, 208nm, 278nm, 348nm로 증가하는 것으로 계산된다. 이러한 값들 중에서 막의 강도와 노광광 흡수 여부를 고려하여 펠리클 막의 두께를 선택할 수 있다.

둘째, 펠리클 막의 두께가 변화하더라도 노광광의 투과율이 크게 변화하지 않는 것이 바람직하다. 노광광이 투과하는 시간이 길어지면, 누적 노광 에너지에 의해서 펠리클 막의 두께가 점점 얇아진다. 이러한 막의 두께의 감소에 따라서 투과율이 크게 변화한다면, 고해상도의 노광 패턴을 얻을 수 없으므로, 펠리클 막을 자주 교체해야 한다. 실험결과 펠리클 막의 두께가 변화하더라도 노광광의 투과율이 크게 변화하지 않도록 하기 위해서는 펠리클 막의 두께가 얇은 것이 유리하다.

셋째, 펠리클 막의 두께 산포가 작아야 한다. 막의 두께 산포를 줄이기 위해서는 펠리클 막을 구성하는 불소계 수지를 용해한 용액이 코팅되는 기판의 온도가 균일해야 한다. 본 발명은 기판의 온도를 균일하게 하기 위해서, 상술한 바와 같이, 온도 편차가 ±0.01℃이하인 냉각 플레이트 위에 기판을 올려놓고 일정 시간 유지하여 기판의 온도를 일정하게 한다. 냉각 플레이트의 온도는 코팅이 이루어지는 장소의 온도와 동일하게 유지된다. 냉각 플레이트의 내부에는 냉각수가 흐르는 배관이 나선형으로 촘촘하게 감겨있어 온도 편차를 줄일 수 있다.

다음, 용매의 비점 부근의 온도에서 건조하여 펠리클 막을 형성한다.

다음, 건조된 펠리클 막을 기판으로부터 박리한다. 펠리클 막에 셀로판 테이프나 접착제를 도포한 틀 모양 치구(治具)를 대고 접착하여, 셀로판테이프나 틀모양 치구를 손이나 기계적 수단에 의해 한끝으로부터 들어올리는 방법으로 펠리클 막을 떼어낼 수가 있다.

분리된 펠리클 막을 접착제, 점착제 등을 도포한 알루미늄 프레임에 부착하고, 프레임 외측의 불필요한 막을 절단?제거함으로써 펠리클을 완성한다.

이하, 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

펠리클 막의 제막 재료로서, 아사히 글래스 주식회사의 불소 수지(사이톱CTX-S)를 불소계 용매(CTX-180)를 이용하여 점도 40cP(23℃)용액을 조제하고, 조제된 용액을 구멍 크기 100㎚의 울트라폴리에틸렌(이후, UPE라고 약칭함) 멤브레인 필터를 이용해 여과하여 이물질을 제거했다.

이 용액의 18㎖를 냉각 플레이트에서 냉각된 석영 유리 기판 위에 적하하고, 600rpm의 속도로 60초간 회전시켜 스핀 코팅한 후, 230℃로 가열된 플레이트에서 30분간 가열 건조하고, 다시 컨벡션 오븐 속에서 100℃에서 50분 건조하여 펠리클 막을 제막하였다. 이것에 접착제를 도포한 알루미늄 프레임을 부착하고, 펠리클 막을 박리하였다. 펠리클 막의 두께는 284nm이었다.

(실시예 2)

점도 38c(23℃)용액을 조제하고, 펠리클 막 제막 시의 회전속도를 550rpm으로 조절하여, 펠리클 막의 두께를 284nm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 펠리클 막을 제작했다.

(비교예 1)

펠리클 막 제막 시의 용액의 점도를 80cP(23℃)로 조절하고, 400RPM의 속도로 60초가 회전시켜 스핀 코팅하여, 펠리클 막의 막 두께를 830nm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 펠리클 막을 제작했다.

	누적 노광 에너지에 따른 투과율 변화율(%)
	2kJ	4kJ	6kJ
실시예 1	0.2	0.4	0.8
실시예 2	0.15	0.5	0.9
비교예 1	1.3	2.5	3.8

193nm 가속 노광기를 이용하여, 에너지를 증가시키면서 투과율 변화율(%)을 측정하였으며, 측정 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 누적 노광 에너지가 2kJ일 때를 기준으로, 비교예 1의 경우에는 투과율 변화율이 1.3%였으나, 실시예 1과 2에서는 투과율 변화율이 0.2, 0.15%로 투과율 변화가 많이 감소하였다. 누적 노광 에너지가 4kJ, 6kJ인 경우에도 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (6)

1. 기판 위에 펠리클 막 형성을 위한 유기물 용액을 도포, 건조 및 박리하여 반도체 리소그래피에 사용되는 액침 노광 장치용 펠리클 막을 제조하는 방법에 있어서,
   불소 수지 용액을 준비하는 단계; 및
   온도 편차가 ±0.01℃이하인 냉각 플레이트 위에 상기 기판을 배치하고 일정 시간 유지하여 기판의 온도를 일정하게 하는 단계;
   상기 기판을 코팅 장치에 장착하는 단계; 및
   상기 기판 위에 상기 불소 수지 용액을 도포, 건조 및 박리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클의 막 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 불소 수지 용액을 도포하는 단계는,
   건조 후 펠리클 막의 두께가 다음의 수학식 1 내지 5를 만족하도록 도포하는 단계인 것을 특징으로 하는 펠리클 막의 제조방법.
   [수학식1]
   R = r(1-cosX)
   [수학식2]
   r = 2{(n-1)/(n+1)}²
   [수학식3]
   X = 4πnd/λ
   [수학식4]
   T(%) = 1-R = 100×{1-2{(n-1)/(n+1)}²×(1-cos(4πnd/λ×cosθ))}
   [수학식5]
   d = mλ/(2n×cosθ) (m= 0, 1, 2, ...)
   (상기 수학식에서, R: 간섭을 고려한 반사율, r: 간섭을 고려하지 않은 반사율, n: 펠리클 막의 굴절률, d: 펠리클의 막두께(nm), λ: 노광용 광원의 파장(nm), T: 투과율(%), θ: 입사각도)
3. 제1항에 있어서,
   상기 불소 수지 용액을 도포하는 단계는,
   건조 후 펠리클 막의 두께가 270nm 내지 286nm가 되도록 도포하는 단계인 것을 특징으로 하는 펠리클 막의 제조방법.
4. 반도체 리소그래피에 사용되는 펠리클 막으로서,
   노광용 광원이 파장이 193nm인 ArF 엑시머 레이저이며, 페리클 막에서의 입사각이 수직인 경우에,
   광 투과율이 99.3%이상이며, 누적 노광 에너지가 6kJ인 경우 광 투과율의 변화가 1%이하인 것을 특징으로 하는 펠리클 막.
5. 제4항에 있어서,
   상기 펠리클 막의 두께는 다음의 수학식 1 내지 5를 만족시키는 것을 특징으로 하는 펠리클 막.
   [수학식1]
   R = r(1-cosX)
   [수학식2]
   r = 2{(n-1)/(n+1)}²
   [수학식3]
   X = 4πnd/λ
   [수학식4]
   T(%) = 1-R = 100×{1-2{(n-1)/(n+1)}²×(1-cos(4πnd/λ×cosθ))}
   [수학식5]
   d = mλ/(2n×cosθ) (m= 0, 1, 2, ...)
   (상기 수학식에서, R: 간섭을 고려한 반사율, r: 간섭을 고려하지 않은 반사율, n: 펠리클 막의 굴절률, d: 펠리클의 막두께(nm), λ: 노광용 광원의 파장(nm), T: 투과율(%), θ: 입사각도)
6. 제4항에 있어서,
   굴절률이 1.38 내지 1.39이며,
   두께가 270nm 내지 286nm인 것을 특징으로 하는 펠리클 막.