KR20190094782A - 펠리클 및 이를 포함하는 레티클 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토리소그래피에 사용되는 펠리클에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소의 동소체를 포함하는 필름으로 이루어진다. 상기 필름은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고, 상기 필름은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하고, 상기 불순물 영역의 불순물은, 보론, 질소 또는 이들의 조합이며, 상기 불순물 영역은, 불순물 원자 및 상기 탄소의 동소체 내의 탄소 원자간의 결합을 포함한다.
Description
본 발명은 포토리소그래피에 사용되는 펠리클 및 이를 포함하는 레티클에 관한 것이다.
포토마스크에 사용되는 펠리클(pellicle)은, 외부 오염 물질(예를 들어, 먼지 또는 레지스트)로부터 포토마스크를 보호하기 위해 포토마스크 상에 필름 형태로 제공될 수 있다. 펠리클은 포토리소그래피 공정에 사용되는 광에 대해서 높은 투과율을 가져야 하고, 방열 특성, 강도, 내구성, 안정성 등의 요구 조건들을 만족할 필요가 있다. 반도체 소자의 선폭이 감소함에 따라, 이를 구현하기 위해 포토리소그래피 공정에 사용되는 광의 파장이 짧아질 수 있고, 포토리소그래피 공정에 사용되는 광원에 따라 그에 적합한 펠리클 재료를 개발할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 광 투과율을 갖고 화학적 및 기계적으로 우수한 내구성을 갖는 펠리클을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 우수한 내구성을 갖는 펠리클을 포함하는 레티클을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념에 따른 펠리클은, 탄소의 동소체를 포함하는 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 필름은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고, 상기 필름은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하고, 상기 불순물 영역의 불순물은, 보론, 질소 또는 이들의 조합이며, 상기 불순물 영역은, 상기 불순물의 원자 및 상기 탄소의 동소체 내의 탄소 원자간의 결합을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른 펠리클은, 탄소의 동소체를 포함하는 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 필름은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고, 상기 필름은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하고, 상기 불순물 영역의 불순물은 보론만으로 이루어지며, 상기 불순물 영역의 상기 보론의 농도는, 상기 제1 면으로부터 상기 불순물 영역의 중간 지점으로 갈수록 증가하다가 상기 중간 지점에서 최대값에 도달하고 이어 상기 제2 면으로 갈수록 감소할 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 따른 레티클은, 마스크 기판 및 상기 마스크 기판 상의 마스크 패턴을 포함하는 포토마스크; 외부로 노출된 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하며 상기 포토마스크를 바라보는 제2 면을 갖는 펠리클; 및 상기 포토마스크와 상기 펠리클 사이에 개재된 프레임을 포함할 수 있다. 상기 펠리클은, 탄소의 동소체로 이루어진 필름이고, 상기 펠리클은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하며, 상기 불순물 영역의 불순물은, 보론, 질소 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명에 따른 펠리클은 극자외선(EUV)에 대한 높은 투과도를 갖고, 화학적 및 기계적으로 우수한 내구성을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 펠리클은 포토리소그래피 공정 동안 수소 분위기에서 식각되지 않기 때문에, 장시간 사용이 가능하며 우수한 경제성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 펠리클을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a는 도 1의 펠리클 내의 원자층을 나타내는 화학 구조도이다.
도 2b는 도 1의 펠리클의 불순물 영역 내의 원자층을 나타내는 화학 구조도이다.
도 3은 도 1의 펠리클의 불순물 영역 내의 불순물 농도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 및 도 6 각각은, 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 포함하는 노광 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 펠리클이 생략된 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 펠리클을 포함하는 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 제조하는 것을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a는 도 1의 펠리클 내의 원자층을 나타내는 화학 구조도이다.
도 2b는 도 1의 펠리클의 불순물 영역 내의 원자층을 나타내는 화학 구조도이다.
도 3은 도 1의 펠리클의 불순물 영역 내의 불순물 농도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 및 도 6 각각은, 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 포함하는 노광 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 펠리클이 생략된 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 펠리클을 포함하는 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 제조하는 것을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 펠리클을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2a는 도 1의 펠리클 내의 원자층을 나타내는 화학 구조도이다. 도 2b는 도 1의 펠리클의 불순물 영역 내의 원자층을 나타내는 화학 구조도이다. 도 3은 도 1의 펠리클의 불순물 영역 내의 불순물 농도를 나타내는 그래프이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 펠리클(PEL)은 얇은 두께를 갖는 필름(MEM)으로 이루어질 수 있다. 펠리클(PEL)(또는 필름(MEM))은 제1 면(PELa) 및 제1 면(PELa)과 대향하는 제2 면(PELb)을 포함할 수 있다. 펠리클(PEL)은 하나의 필름(MEM)만으로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 필름(MEM)의 제1 면(PELa) 및/또는 제2 면(PELb) 상에 추가적인 층(예를 들어, 필름(MEM)과는 다른 물질을 포함하는 추가적인 필름)이 제공되지 않을 수 있다. 필름(MEM)의 제1 및 제2 면들(PELa, PELb)은 공기에 노출될 수 있다. 필름(MEM)은 약 5nm 내지 약 100nm의 두께(TI)를 가질 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 필름(MEM)은 탄소의 동소체(allotropes of carbon)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 필름(MEM)은 2차원 구조의 탄소 원자층을 갖는 물질(예를 들어, 그라핀 또는 그라파이트)을 포함할 수 있다. 필름(MEM)을 구성하는 상기 탄소의 동소체는 하나의 탄소 원자층을 갖거나 복수개로 적층된 탄소 원자층들을 가질 수 있다. 상기 탄소 원자층은, 탄소 원자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 구성된 하나의 원자층일 수 있다. 상기 탄소 원자층은, 탄소 원자들이 실질적으로 2차원 상에서 배열된 형태를 가질 수 있다.
상기 탄소의 동소체는 단일 층(single layer) 또는 소수의 층(few layer)으로 이루어질 수 있다. 상기 소수의 층은 2 내지 100개의 탄소 원자층들이 수직적으로 적층된 구조일 수 있다. 상기 적층된 탄소 원자층들(소수의 층)은, 상기 2차원 구조의 탄소 원자층들이 반 데르 발스 인력으로 서로 수직적으로 결합된 상태일 수 있다. 일 예로, 펠리클(PEL)은 하나의 탄소 원자층(단일 층) 또는 복수개의 탄소 원자층들(소수의 층)로 이루어진 필름(MEM)일 수 있다.
도 2a에 예시된 필름(MEM)을 구성하는 2차원 구조의 탄소 원자층은, 탄소 원자들이 서로 결합되어 2차원의 허니콤 구조를 가질 수 있다. 탄소 원자층 내 탄소 원자들간의 결합들 중 일부의 결합이 깨지면서, 탄소 원자에 수소가 결합되어 있을 수 있다. 도시되진 않았지만, 탄소 원자에 수소 대신 하이드록시기, 에폭시기, 카르보닐기(또는 카르복실기)가 결합되어 있을 수 있다.
다른 실시예로, 필름(MEM)은 3차원의 탄소 구조를 갖는 탄소의 동소체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펠리클(PEL)은 다공성 탄소, 탄소 나노와이어, 탄소 나노튜브 또는 다이아몬드로 이루어진 필름(MEM)일 수 있다.
필름(MEM)은, 제1 면(PELa)에 인접하는 불순물 영역(DR)을 포함할 수 있다. 불순물 영역(DR)은 필름(MEM) 내에 불순물이 도핑되어 있는 영역일 수 있다. 이온 임플란트 공정을 통하여 불순물 영역(DR)에 불순물이 도핑될 수 있다. 일 예로, 불순물 영역(DR)은 제1 면(PELa)으로부터 약 4 nm 내지 약 10 nm의 깊이(DE)를 가질 수 있다.
상기 불순물은 탄소 원자와 비슷한 크기의 원자일 수 있다. 상기 불순물은 필름(MEM)의 탄소 동소체의 탄소 원자를 치환할 수 있는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 불순물은 보론(B), 질소(N), 또는 이들의 조합일 수 있다. 만약 상기 불순물로 탄소 원자를 치환할 수 없는 물질을 사용할 경우, 펠리클(PEL)의 내구성을 높이지 못하고 오히려 펠리클(PEL)의 극자외선(EUV) 투과도를 감소시킬 수 있다.
도 2b을 다시 참조하면, 필름(MEM)을 구성하는 2차원 구조의 탄소 원자층이 불순물(예를 들어, 보론)을 포함할 수 있다. 보론 원자는 탄소 원자에 치환되어, 인접하는 탄소 원자와 B-C 결합을 형성할 수 있다. 보론 원자들이 서로 인접하는 한 쌍의 탄소 원자들에 치환되어, B-B 결합을 형성할 수 있다. 불순물 영역(DR) 내 B-C 결합들은 불순물 영역(DR) 내 B-B 결합들보다 더 많을 수 있다. B-C 결합들 및 B-B 결합들 중 B-C 결합들은 약 67%일 수 있고, B-B 결합들은 약 33%일 수 있다. 탄소 원자에 치환된 적어도 하나의 보론 원자는, 수소와 결합되어 B-H 결합을 형성할 수 있다.
불순물 영역(DR) 내 불순물의 농도는 1.0 E20/cm3 내지 1.0 E21/cm3 일 수 있다. 불순물 영역(DR) 내 불순물의 원자 퍼센트는 1 at% 내지 3 at% 일 수 있다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 불순물 영역(DR) 내 불순물의 농도는, 불순물 영역(DR)의 중간 지점(MID)에서 최대 농도를 가질 수 있다. 불순물 영역(DR) 내 불순물의 농도는, 제1 면(PELa)으로부터 중간 지점(MID)으로 갈수록 증가하다가, 중간 지점(MID)에서 최대 농도에 도달하고, 이어 제2 면(PELb)으로 갈수록 감소할 수 있다.
제1 면(PELa)으로부터 중간 지점(MID)까지의 깊이는, 불순물 영역(DR)의 깊이(DE)의 약 절반일 수 있다. 예를 들어, 불순물 영역(DR)의 깊이(DE)가 5nm일 경우, 중간 지점(MID)의 깊이는 2.5nm일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 펠리클(PEL)은 탄소의 동소체인 필름(MEM)으로 이루어지며, 약 5nm 내지 약 100nm의 두께를 가지므로, 극자외선(extreme ultraviolet)(EUV)에 대해서 약 70% 이상의 투과도를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 펠리클(PEL)은 극자외선(EUV) 노광 장치에 사용될 수 있다. 나아가 본 발명의 펠리클(PEL)은 높은 열전도도, 우수한 방열 특성, 우수한 기계적 강도(인장 강도) 및 우수한 EUV 저항성을 가질 수 있다.
실험예
니켈 막 상에, CVD 증착 공정을 이용하여 50nm 두께의 그라파이트 막을 형성하였다. 그라파이트 막 상에 이온 임플란트 공정을 수행하여, 그라파이트 막에 보론을 도핑하였다. 이온 임플란트 공정의 이온 가속 에너지는 500 eV이고, 이온 임플란트 공정의 보론 도즈는 6.0 E14/cm2로 조절하였다. 니켈 막으로부터 그라파이트 막을 탈착하여, 본 발명의 실시예에 따른 펠리클을 준비하였다.
제조된 펠리클에 EUV 장비를 사용해 극자외선(EUV)을 조사한 결과, 약 70%의 극자외선(EUV) 투과율을 나타내었다. 제조된 펠리클에 XPS 분석을 진행한 결과, 그라파이트 막에 도핑된 보론은 1.24 at%의 원자 퍼센트를 가짐을 확인하였다. 도핑된 보론의 결합 형태로는, 67%의 B-C 결합 및 33%의 B-B 결합을 나타내었다. 제조된 펠리클에 SIMS 분석을 수행한 결과, 표면에서 5nm 깊이까지 1.0 E21/cm3의 보론 농도를 가짐을 확인하였다.
비교예
니켈 막 상에, CVD 증착 공정을 이용하여 30nm 두께의 그라파이트 막을 형성하였다. 그라파이트 막 상에 캐핑막으로 B4C 막을 10nm 두께로 형성하여, 비교예에 따른 펠리클을 준비하였다. 즉, 비교예의 펠리클은, B4C 막이 그라파이트 막의 표면을 덮고 있다.
비교예의 펠리클에 EUV 장비를 사용해 극자외선(EUV)을 조사하였다. 극자외선(EUV)이 조사됨으로써 비교예의 펠리클이 가열되었다. 비교예의 펠리클은 극자외선(EUV) 조사 후 깨지는 현상이 발생되었다. 이는, 그라파이트 막과 B4C 막간의 열팽창계수 차이로 인해, 펠리클 전체에 열적 스트레스(thermal stress)가 증가되어 펠리클이 파괴된 것으로 확인되었다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 레티클(RET)은, 포토마스크(PM), 포토마스크(PM)를 보호하기 위한 펠리클(PEL), 및 포토마스크(PM)와 펠리클(PEL) 사이의 프레임(FR)을 포함할 수 있다.
포토마스크(PM)는, 마스크 기판(MS) 및 마스크 기판(MS) 상의 마스크 패턴들(MP)을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 마스크 패턴들(MP)의 형태, 사이즈, 간격 등은 예시적인 것에 불과하고, 다양하게 변경될 수 있다. 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)은 외부로 노출될 수 있다. 펠리클(PEL)의 제2 면(PELb)은 포토마스크(PM)를 마주볼 수 있다.
펠리클(PEL)과 포토마스크(PM) 사이에 프레임(FR)이 개재될 수 있다. 프레임(FR)에 의해 펠리클(PEL)이 포토마스크(PM)로부터 이격될 수 있다. 프레임(FR)은 펠리클(PEL)의 가장자리 부분과 포토마스크(PM)의 가장자리 부분 사이에 제공될 수 있다. 평면적 관점에서, 프레임(FR)은 사각형 또는 원형의 틀 구조를 가질 수 있다.
도시되지 않았지만, 펠리클(PEL)과 프레임(FR) 사이에 접착층이 개재될 수 있다. 펠리클(PEL)과 마스크 기판(MS) 사이에도 접착층이 개재될 수 있다.
펠리클(PEL)은 포토마스크(PM)를 외부 오염 물질(예컨대, 먼지, 레지스트 등)로부터 보호할 수 있다. 만약 포토마스크(PM) 상에 펠리클(PEL)이 없을 경우, 외부 오염 물질이 포토마스크(PM)에 부착되어 포토리소그래피 공정에서 다양한 문제를 유발할 수 있다. 이에 대해서는 도 7 및 도 8을 참조하여 후술한다.
도 5 및 도 6 각각은, 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 포함하는 노광 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 노광 장치는, 광원(LS), 제1 광학계(optical system)(OS1), 레티클(RET) 및 제2 광학계(OS2)를 포함할 수 있다. 광원(LS)에서 발생된 광(LI)이 제1 광학계(OS1), 레티클(RET) 및 제2 광학계(OS2)를 거쳐서 기판(SUB)으로 조사될 수 있다.
광원(LS)에서 발생된 광(LI)은 극자외선(extreme ultraviolet, EUV)일 수 있다. 극자외선(EUV)은 약 13.3nm 내지 약 13.5nm의 파장을 가질 수 있다. 또는 극자외선(EUV)은 13.3nm 이하의 파장을 가질 수 있다.
제1 광학계(OS1)는 조명 광학계일 수 있다. 예를 들어, 제1 광학계(OS1)는 적어도 하나의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens) 및/또는 얼라인먼트 광학계(alignment optical system)를 포함할 수 있다. 제2 광학계(OS2)는 투영 광학계일 수 있다. 예를 들어, 제2 광학계(OS2)는 적어도 하나의 반사 부재 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 광학계(OS1) 및 제2 광학계(OS2)의 구성은 다양하게 변화될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 레티클(RET)은 반사형 레티클일 수 있다. 레티클(RET)은 반사형 포토마스크(PM) 및 이를 보호하기 위한 펠리클(PEL)을 포함할 수 있다. 일 예로, 포토마스크(PM)의 마스크 기판(MS)은 극자외선(EUV)을 반사할 수 있고, 포토마스크(PM)의 마스크 패턴들(MP)은 극자외선(EUV)을 흡수할 수 있다.
광원(LS)에서 발생된 광(LI)은 레티클(RET)에서 반사되어 기판(SUB)에 입사될 수 있다. 기판(SUB)은 패터닝하고자 하는 영역(층)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(SUB)은 레지스트층(미도시)이 형성된 웨이퍼(wafer)일 수 있다. 레티클(RET)에서 반사된 광이 기판(SUB)의 상기 레지스트층에 포커싱될 수 있다. 결과적으로, 마스크 패턴들(MP)이 기판(SUB)에 전사될 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 노광 장치는, 광원(LS), 광학계(OS) 및 레티클(RET)을 포함할 수 있다. 광원(LS)에서 발생된 광(LI)이 광학계(OS) 및 레티클(RET)을 거쳐서 기판(SUB)으로 조사될 수 있다. 보다 구체적으로, 광원(LS)에서 발생된 광(LI)은 광학계(OS)를 거쳐 레티클(RET)에 조사된 후, 레티클(RET)에서 반사된 광이 다시 광학계(OS)를 거쳐 기판(SUB)에 입사될 수 있다. 광학계(OS)는, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 제1 광학계(OS1) 및 제2 광학계(OS2)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 광학계(OS)는 조명 광학계 및 투영 광학계를 모두 포함할 수 있다.
앞서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 노광 장치 및 그 내부의 펠리클은, 극자외선(EUV)을 이용한 포토리소그래피 공정에 적용됨을 예시하였다. 그러나 다른 예로, 본 발명의 실시예들에 따른 노광 장치 및 그 내부의 펠리클은, 극자외선(EUV)이 아닌 다른 파장 영역의 광을 이용한 포토리소그래피 공정에 적용될 수도 있다.
도 5를 다시 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 보다 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 포토리소그래피의 노광 공정 동안, 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa) 상에 수소 기체(H2)가 인가될 수 있다. 레티클(RET) 상에 입사되는 극자외선(EUV)은, 수소 기체(H2)로부터 수소 이온(H+)을 형성할 수 있다. 다시 말하면, 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa) 상에 수소 이온(H+)이 형성될 수 있다.
본 발명의 비교예로, 펠리클(PEL)이 도 4의 불순물 영역(DR)을 포함하지 않을 경우, 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)은 도 2a의 탄소 원자층으로 이루어질 수 있다. 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)은 C-H 결합들을 포함할 수 있고, 수소 이온(H+)과 C-H 결합들이 반응하여 휘발성 가스(예를 들어, CH4)가 형성될 수 있다. 수소 이온(H+)에 의해, 펠리클(PEL)을 구성하는 탄소 원자들이 공정이 진행될수록 점차 감소될 수 있다. 다시 말하면, 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)이 노광 공정 동안 식각될 수 있다. 이 경우, 펠리클(PEL)을 장시간 동안 사용하지 못하고 자주 교체해야 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 펠리클(PEL)은, 도 1, 도 2b 및 도 4에 나타난 바와 같이 제1 면(PELa)에 인접하는 불순물 영역(DR)을 포함할 수 있다. 불순물 영역(DR) 내의 탄소 원자층은 탄소 원자 사이트(site)에 불순물 원자가 치환되어 있을 수 있다. 치환된 불순물 원자는 수소 이온(H+)의 반응을 억제할 수 있다.
예를 들어, 불순물 영역(DR)은 B-H 결합들을 포함할 수 있고, 수소 이온(H+)은 B-H 결합들과 반응하지 못할 수 있다. 결과적으로, 불순물 영역(DR)은 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)이 노광 공정 동안 식각되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 펠리클(PEL)은 극자외선(EUV)에 대한 높은 투과도를 갖고, 화학적 및 기계적으로 우수한 내구성을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 펠리클(PEL)은 장시간 사용이 가능하기 때문에, 경제성 역시 우수할 수 있다.
도 7은 펠리클이 생략된 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 개념도이다. 도 7을 참조하면, 포토리소그래피 공정에 사용되는 레티클에 도 1에 나타난 펠리클이 생략될 경우, 외부 오염 물질(DU)이 포토마스크(PM) 상에 직접 부착될 수 있다. 일 예로, 외부 오염 물질(DU)이 마스크 패턴(MP)에 직접 부착될 수 있다.
포토마스크(PM)에서 반사된 광(LI)이 렌즈부(lens unit)(LENS)를 통과하여 기판(SUB)의 레지스트층(PR)에 입사될 수 있다. 외부 오염 물질(DU)이 마스크 패턴(MP)에 직접 부착되거나 마스크 기판(MS)에 직접 부착되어 있는 경우, 외부 오염 물질(DU)은 레지스트층(PR)의 패터닝에 직접적인 영향을 줄 수 있다.
외부 오염 물질(DU)에 의해 반사된 광은 레지스트층(PR)에 포커싱될 수 있고, 이로써 레지스트층(PR)에 외부 오염 물질(DU)이 전사될 수 있다. 결과적으로, 레지스트층(PR)에 목적하는 형태의 패턴이 구현되지 못할 수 있다. 목적하는 패턴의 폭(선폭)이 작아질수록 외부 오염 물질(DU)에 의한 영향은 커질 수 있다.
도 8은 펠리클을 포함하는 레티클을 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 개념도이다. 도 8을 참조하면, 포토리소그래피 공정에 사용되는 레티클(RET)이 펠리클(PEL)을 포함할 경우(도 1 참조), 외부 오염 물질(DU)이 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa) 상에 직접 부착될 수 있다. 펠리클(PEL)에 의해 외부 오염 물질(DU)은 마스크 패턴들(MP) 및 마스크 기판(MS)과 이격될 수 있다.
펠리클(PEL) 상에 부착된 외부 오염 물질(DU)은 레지스트층(PR)의 패터닝에 영향을 주지 않거나 거의 주지 않을 수 있다. 외부 오염 물질(DU)에 의해 반사된 광은 레지스트층(PR)에 포커싱되지 않고, 레지스트층(PR)을 벗어난 영역에 포커싱될 수 있다. 다시 말해, 외부 오염 물질(DU)에 의해 반사된 광은 레지스트층(PR)에 디포커싱(defocusing)될 수 있다.
결과적으로, 펠리클(PEL) 상에 부착된 외부 오염 물질(DU)은 레지스트층(PR)의 패터닝에 영향을 주지 않을 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 펠리클(PEL)은 포토리소그래피 공정을 진행함에 있어서, 외부 오염 물질(DU)의 영향을 배제할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 레티클을 제조하는 것을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 하부막(UL) 상에 필름(MEM)이 형성될 수 있다. 하부막(UL)은 금속(예를 들어, Ni, Cu 또는 Pt), 금속 산화물, 반도체(예를 들어, Si 또는 Ge) 또는 반도체 절연물(예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물)을 포함할 수 있다. 필름(MEM)은 약 5nm 내지 약 100nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
일 실시예로, 하부막(UL) 상에 필름(MEM)을 형성하는 것은, CVD(chemical vapor deposition)와 같은 증착 공정으로 하부막(UL) 상에 탄소의 동소체로 이루어진 필름(MEM)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 상기 CVD는 열적(thermal) CVD 또는 플라즈마 CVD일 수 있다. 상기 플라즈마 CVD는 ICPCVD (inductively coupled plasma CVD) 또는 PECVD (plasma enhanced CVD)일 수 있다. 상기 CVD 공정에서 기체 또는 고체 형태의 소스(즉, 탄소의 소스)를 사용할 수 있다. 상기 고체 형태의 소스는 폴리머, 유기 단분자 등을 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 하부막(UL) 상에 필름(MEM)을 형성하는 것은, 용액 공정(solution process)으로 하부막(UL) 상에 탄소의 동소체로 이루어진 필름(MEM)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수십 nm 정도 혹은 그 이하의 사이즈를 갖는 그래핀 입자들과 용매를 혼합하여 그래핀 함유 용액을 준비할 수 있다. 상기 용액을 하부막(UL) 상에 도포하여 필름을 형성하고, 상기 필름에 열처리 공정을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 용매는 NMP(N-methylpyrrolidone), DMF(dimethylformamide) 및 NH4OH 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 그래핀 입자들은 그래핀 양자점(graphene quantum dot)(GQD) 또는 그래핀 나노플레이트(graphene nanoplate)일 수 있다. 그래핀 산화물 입자들이 상기 그래핀 입자들 대신 사용되거나 또는 상기 그래핀 입자들과 함께 사용될 수 있다. 상기 그래핀 입자들 및 상기 그래핀 산화물 입자들은, 수열 합성(hydrothermal synthesis) 방법으로 제조될 수 있다. 상기 그래핀 함유 용액을 하부막(UL) 상에 도포하는 공정은, 다양한 코팅(coating) 방법 또는 필름 캐스팅(film casting) 방법을 사용할 수 있다. 하부막(UL) 상에 도포된 필름(MEM)에 대한 상기 열처리 공정은 약 2000℃ 보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
도 10을 참조하면, 외부로 노출된 필름(MEM) 상에 불순물을 도핑하여, 펠리클(PEL)이 형성될 수 있다. 불순물이 도핑됨으로써, 필름(MEM)의 상부에 불순물 영역(DR)이 형성될 수 있다. 불순물 영역(DR)은, 외부로 노출된 필름(MEM)의 제1 면(PELa)에 인접할 수 있다. 상기 불순물은 필름(MEM)의 탄소 동소체의 탄소 원자를 치환할 수 있는 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 불순물은 보론(B), 질소(N), 또는 이들의 조합일 수 있다.
불순물을 도핑하는 것은, 이온 임플란트 공정(IIP)을 이용할 수 있다. 이온 임플란트 공정(IIP)에서 이온의 가속 에너지는 100 eV 내지 1,000 eV일 수 있다. 다시 말하면, 불순물 영역(DR)을 형성하기 위한 이온 임플란트 공정(IIP)은 상대적으로 낮은 에너지를 이용할 수 있다. 이로써, 불순물 영역(DR)은 상대적으로 얕은 깊이(DE, 예를 들어, 약 4 nm 내지 약 10 nm)로 형성될 수 있다. 이온 임플란트 공정(IIP)은, 1.0 E11/cm2 내지 1.0 E20/cm2의 불순물의 도즈로 수행될 수 있다. 불순물 영역(DR) 내 불순물의 농도는, 불순물 영역(DR)의 중간 지점(MID)에서 최대 농도를 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 이온 임플란트 공정(IIP)은 상대적으로 낮은 이온 가속 에너지를 사용하므로, 불순물이 필름(MEM) 내에 물리적으로 박히기 보다는 불순물이 필름(MEM) 내 탄소 원자와 화학적으로 치환될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 도 2b에 나타난 바와 같이 불순물(예를 들어, 보론)이 불순물 영역(DR) 내 탄소 원자에 치환되어, B-C 결합들 및 B-B 결합들이 형성될 수 있다. 보론 원자가 탄소 원자에 치환됨으로써, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 노광 공정 동안 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)이 수소 이온(H+)에 의해 식각되는 것이 방지될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 하부막(UL)으로부터 펠리클(PEL)이 분리되어, 분리된 펠리클(PEL)이 포토마스크(PM) 상에 제공될 수 있다. 불순물 영역(DR)에 인접하는 펠리클(PEL)의 제1 면(PELa)이 외부로 노출되도록, 펠리클(PEL)이 포토마스크(PM) 상에 올려질 수 있다. 포토마스크(PM)와 펠리클(PEL) 사이에는 프레임(FR)이 제공될 수 있다. 프레임(FR)은 포토마스크(PM)의 마스크 패턴들(MP)과 펠리클(PEL)을 서로 이격시킬 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 탄소의 동소체를 포함하는 필름으로 이루어지되,
상기 필름은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고,
상기 필름은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하고,
상기 불순물 영역의 불순물은, 보론, 질소 또는 이들의 조합이며,
상기 불순물 영역은, 상기 불순물의 원자 및 상기 탄소의 동소체 내의 탄소 원자간의 결합을 포함하는 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소의 동소체는 2차원 구조의 탄소 원자층을 포함하는 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 불순물 영역의 상기 불순물의 농도는, 상기 제1 면으로부터 상기 불순물 영역의 중간 지점으로 갈수록 증가하다가 상기 중간 지점에서 최대값에 도달하고 이어 상기 제2 면으로 갈수록 감소하는 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 불순물 영역의 상기 불순물은 보론으로 이루어진 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 불순물 영역의 상기 불순물의 원자 퍼센트는 1 at% 내지 3 at% 인 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 불순물 영역은, 상기 불순물의 원자들간의 결합을 포함하는 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 필름은 5nm 내지 100nm의 두께를 갖는 펠리클.
- 제1항에 있어서,
상기 필름의 상기 제1 및 제2 면들은 공기에 노출되는 펠리클.
- 탄소의 동소체를 포함하는 필름으로 이루어지되,
상기 필름은 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고,
상기 필름은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하고,
상기 불순물 영역의 불순물은 보론만으로 이루어지며,
상기 불순물 영역의 상기 보론의 농도는, 상기 제1 면으로부터 상기 불순물 영역의 중간 지점으로 갈수록 증가하다가 상기 중간 지점에서 최대값에 도달하고 이어 상기 제2 면으로 갈수록 감소하는 펠리클.
- 제9항에 있어서,
상기 탄소의 동소체는, 그라핀, 그라파이트, 다공성 탄소, 탄소 나노와이어, 탄소 나노튜브 및 다이아몬드 중 적어도 하나인 펠리클.
- 제9항에 있어서,
상기 불순물 영역은:
보론 원자 및 상기 탄소의 동소체 내의 탄소 원자간의 B-C 결합; 및
보론 원자들 간의 B-B 결합을 포함하고,
상기 불순물 영역 내 상기 B-C 결합의 비율은 상기 B-B 결합의 비율보다 더 큰 펠리클.
- 제9항에 있어서,
상기 불순물 영역의 상기 보론의 원자 퍼센트는 1 at% 내지 3 at% 인 펠리클.
- 제9항에 있어서,
상기 필름은 5nm 내지 100nm의 두께를 갖는 펠리클.
- 제9항에 있어서,
상기 필름의 상기 제1 및 제2 면들은 공기에 노출되는 펠리클.
- 마스크 기판 및 상기 마스크 기판 상의 마스크 패턴을 포함하는 포토마스크;
외부로 노출된 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하며 상기 포토마스크를 바라보는 제2 면을 갖는 펠리클; 및
상기 포토마스크와 상기 펠리클 사이에 개재된 프레임을 포함하되,
상기 펠리클은, 탄소의 동소체로 이루어진 필름이고,
상기 펠리클은, 상기 제1 면에 인접하는 불순물 영역을 포함하며,
상기 불순물 영역의 불순물은, 보론, 질소 또는 이들의 조합인 레티클.
- 제15항에 있어서,
상기 불순물 영역은, 불순물 원자 및 상기 탄소의 동소체 내의 탄소 원자간의 결합을 포함하는 레티클.
- 제15항에 있어서,
상기 불순물 영역은, 상기 불순물 원자들간의 결합을 포함하는 레티클.
- 제15항에 있어서,
상기 불순물 영역의 상기 불순물의 농도는, 상기 제1 면으로부터 상기 불순물 영역의 중간 지점으로 갈수록 증가하다가 상기 중간 지점에서 최대값에 도달하고 이어 상기 제2 면으로 갈수록 감소하는 레티클.
- 제15항에 있어서,
상기 탄소의 동소체는, 그라핀, 그라파이트, 다공성 탄소, 탄소 나노와이어, 탄소 나노튜브 및 다이아몬드 중 적어도 하나인 레티클.
- 제15항에 있어서,
상기 펠리클은 극자외선(EUV)을 투과하는 레티클.
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