KR102694335B1

KR102694335B1 - 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클

Info

Publication number: KR102694335B1
Application number: KR1020210142410A
Authority: KR
Inventors: 김형근; 김슬기; 김현미; 조진우; 성기훈
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2024-08-12
Anticipated expiration: 2041-10-25
Also published as: KR20230058782A; US20230125229A1; US11927881B2

Abstract

본 발명은 극자외선을 이용한 노광 공정에 사용되는 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클에 관한 것이다. 본 발명에 따른 극자외선 노광용 펠리클은 탄화이트륨을 함유하는 코어층을 구비하는 펠리클층을 포함한다. 여기서 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45) 이다.

Description

탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클{Pellicle for extreme ultraviolet lithography based on yttrium carbide}

본 발명은 극자외선 노광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극자외선을 이용한 노광 공정에 사용되는 마스크에 설치되는 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클에 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 110mm×144mm 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 극자외선 환경에서 1000℃ 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.

그리고 최근에는 250W 수준의 조사 강도를 지나 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율, 열적, 화학적 및 기계적으로 안정성을 갖는 펠리클이 요구되고 있다.

공개특허공보 제2018-0135490호 (2018.12.20.)

따라서 본 발명의 목적은 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 극자외선 투과율을 갖는 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 갖는 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄화이트륨을 함유하는 코어층을 구비하는 펠리클층;을 포함하며, 상기 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45)인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클을 제공한다.

상기 탄화이트륨은 Y₂C를 포함한다.

상기 탄화이트륨은 온도가 증가할수록 Y₂C의 안정상을 나타내는 γ-YC_x를 포함한다.

상기 탄화이트륨은 YC_x(0.29≤x≤0.34) 이다.

상기 펠리클층은, 상기 코어층; 및 상기 코어층의 일면 또는 양면에 형성되는 캡핑층;을 포함할 수 있다.

상기 캡핑층의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 캡핑층의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함할 수 있다.

상기 캡핑층의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 코어층(21)과 다른 조성을 가질 수 있다.

상기 펠리클층은, 상기 코어층; 상기 코어층 일면 또는 양면에 형성되는 중간층; 및 상기 중간층 위에 형성되는 캡핑층;을 포함할 수 있다.

상기 중간층 및 상기 캡핑층의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 중간층 및 캡핑층의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함할 수 있다.

상기 중간층 및 캡핑층의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 코어층(21)과 다른 조성을 가질 수 있다.

그리고 본 발명은 중심 부분에 개방부가 형성된 기판; 및 상기 개방부를 덮도록 상기 기판 위에 형성되며, 탄화이트륨을 함유하는 코어층을 구비하는 펠리클층;을 포함하며, 상기 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45)인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클을 제공한다.

본 발명에 따르면, 코어층을 탄화이트륨(YC_x, 0.25≤x≤0.45)으로 형성함으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 갖는 극자외선 노광용 펠리클을 제공할 수 있다. 즉 용융점이 높고 내화학성과 기계적 특성이 우수한 이트륨(Y)이 결합된 탄화이트륨을 펠리클의 코어층으로 사용함으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 갖는 극자외선 노광용 펠리클을 제공할 수 있다.

코어층으로 사용되는 탄화이트륨 중 Y₂C는 900℃ 이상의 온도에서도 γ-상(phase)의 안정상을 유지하기 때문에, 극자외선 환경에서 열적 안정성을 제공할 수 있다.

코어층으로 사용되는 탄화이트륨 중 YC_x(0.25≤x≤0.45)는 1400℃ 부근에서도 Y₂C에 가까운 γ-상의 안정상을 유지하기 때문에, 극자외선 환경에서 열적 안정성을 제공할 수 있다.

그리고 코어층을 탄화이트륨(YC_x, 0.25≤x≤0.45)으로 형성함으로써, 중간층을 10nm의 두께로 형성하더라도, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 코어층의 소재로 사용되는 YC_x의 위상 다이어그램(phase diagram)을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제3 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제4 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 10은 제1 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 11은 제2 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 12는 제3 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 13은 제4 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

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 탄화이트륨 기반의 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 기판(10)과, 개방부(13)를 덮도록 기판(10) 위에 형성되며, 탄화이트륨을 함유하는 코어층(21)으로 구비하는 펠리클층(20)을 포함한다. 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45) 이다.

펠리클층(20)은 기판(10)에 적층되어 형성되는 코어층(21)과 캡핑층(27,29)을 포함할 수 있다. 캡핑층(27,29)은 코어층(21)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.

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 제1 실시예에 따른 펠리클(100)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

기판(10)은 펠리클층(20)을 지지하며, 펠리클(100)을 제조하는 과정 및 제조 완료 후에 펠리클(100)의 핸들링 및 이송을 쉽게 할 수 있도록 한다. 기판(10)은 실리콘 등의 식각 공정이 가능한 소재로 형성될 수 있다. 예컨대 기판(10)의 소재는 실리콘, 산화실리콘, 질화실리콘, 금속산화물, 금속질화물, 흑연, 비정질 탄소 등이 있고, 해당 소재가 적층된 구조도 가능하며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 여기서 금속은 Cr, Al, Zr, Ti, Ta, Nb, Ni 등이 가능하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

기판(10)의 중심 부분에 형성된 개방부(13)는 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)와 같은 미세 가공 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 즉 기판(10)의 중심 부분을 미세 가공 기술로 제거하여 개방부(13)를 형성한다. 개방부(13)로 펠리클층(20)이 노출된다.

그리고 펠리클층(20)은 코어층(21) 및 캡핑층(27,29)을 포함한다.

여기서 코어층(21)은 극자외선의 투과율을 결정하는 층이다. 코어층(21)은 극자외선에 대한 90% 이상의 투과율을 가지며, 열을 효과적으로 방출하여 펠리클층(20)이 과열되는 것을 방지한다.

이러한 코어층(21)은 YC_x(0.25≤x≤0.45)으로 표시되는 탄화이트륨으로 형성된다. 바람직하게는 코어층(21)은 YC_x(0.29≤x≤0.34)으로 표시되는 탄화이트륨으로 형성될 수 있다.

여기서 코어층(21)으로 용융점이 높고 내화학성과 기계적 특성이 우수한 이트륨(Y)이 결합된 탄화이트륨을 사용함으로써, 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 갖는 펠리클(100)을 제공할 수 있다.

탄화이트륨은 도 3에 도시된 바와 같은 위상 다이어그램(phase diagram)을 갖는다. 코어층(21)으로 사용되는 YC_x를 살펴보면 다음과 같다.

탄화이트륨 중 Y₂C는 900℃ 이상의 온도에서도 γ-상(phase)의 안정상을 유지하기 때문에, Y₂C를 코어층(21)의 소재로 사용할 경우 극자외선 환경에서 열적 안정성을 제공할 수 있다.

탄화이트륨 중 YC_x(0.25≤x≤0.45)는 1400℃ 부근에서도 Y₂C에 가까운 γ-상의 안정상을 유지하기 때문에, YC_x(0.25≤x≤0.45)를 코어층(21)의 소재로 사용할 경우 극자외선 환경에서 열적 안정성을 제공할 수 있다. 이러한 Y₂C에 가까운 γ-상의 안정상을 나타내는 YC_x(0.25≤x≤0.45)는 γ-YC_x으로 나타낸다.

일반적으로 펠리클(100)의 최대 온도는 약 1400℃ 이며, γ-YC_x는 Y₂C 조성이 아니더라도 온도가 증가할수록 Y₂C 안정상에 수렴하는 것을 확인할 수 있다.

Y₂C는 온도에 따라 넓은 영역으로 분포함을 보이며, 이것은 펠리클(100)의 열적 특성을 고려하였을 때 탄화이트륨의 다른 상들 대비 본래의 상을 유지하기 때문에, 제어하기가 쉽다는 것을 의미하다. 예컨대 700℃에서 Y₂C의 경우(at% 기준), 탄소가 29~34 at% 범위 내에서 어떠한 at%를 가져도 Y₂C 안정상은 변하지 않고, 온도가 증가할수록 그 허용범위는 늘어나는 것을 확인할 수 있다. 즉 코어층(21)은 YC_x(0.29≤x≤0.34)으로 표시되는 탄화이트륨으로 형성될 수 있다.

하지만 YC_x(0.25≤x≤0.45)에 속하지 않는 α-YC₂의 경우, Y:C = 1:2의 조성을 벗어나면 상을 유지할 수 없으며, 온도에 따라 필요한 at%는 범위가 아닌 선(line)을 따라 제어해야 하기 때문에, 제어하기가 어렵다.

코어층(21)의 소재로 Y₂C 또는 γ-YC_x을 사용할 경우, 아래의 실험예에서 설명하겠지만, 제1 실시예와 다른 조성을 갖는 탄화이트륨의 안정상과 대비했을 때, 우수한 광학적 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

그리고 캡핑층(27,29)은 코어층(21)의 극자외선의 투과율 저하를 최소화하면서, 펠리클층(20)에 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 제공한다. 즉 캡핑층(27,29)은 코어층(21)의 보호층으로서, 코어층(21)에서 발생된 열을 외부로 효과적으로 방출하여 열적 안정성을 제공한다. 캡핑층(27,27)은 코어층(21)의 기계적 강도를 보완하여 기계적 안정성을 제공하다. 그리고 캡핑층(27,27)은 수소 라디칼과 산화로부터 코어층(21)을 보호하여 화학적 내구성을 제공한다.

이러한 캡핑층(27,29)은 코어층(21)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 제1 실시예에 따른 캡핑층(27,29)은 코어층(21)의 하부면에 형성된 제1 캡핑층(27)과, 코어층(21)의 상부면에 형성된 제2 캡핑층(29)을 포함한다.

제1 캡핑층(27)은 기판(10)과 코어층(21) 사이에 개재되며, KOH에 저항성을 갖는 소재로 형성되며, 코어층(21)의 소재가 기판(10)으로 확산되는 것을 방지하는 기능도 담당한다.

제1 및 제2 캡핑층(27,29)의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함한다. 예컨대 제1 및 제2 캡핑층(27,29)의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함할 수 있다.

여기서 YSi_xC_y는 Y₂₀Si₁₂C을 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

YB_xC_y는 Y₂B₃C₂, Y(BC)₂, YB₂C를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

YSi_xN_y는 Y₃Si₆N₁₁을 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

YC_xN_y는 Y₂(CN₂)₃를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

YC_x는 Y₂C, Y₂C₃, Y₃C₄, Y₄C₇, YC₂를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

YSi_x는 Y₅Si₃, YSi, YSi₂를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

YB_x는 YB₂, YB₄, YB₆, YB₁₂를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

제1 및 제2 캡핑층(27,29)의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 코어층(21)과 다른 조성을 가질 수 있다.

제1 및 제2 캡핑층(27,29)의 소재로 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 사용하는 이유는 다음과 같다. 기존의 펠리클에 있어서, 높은 극자외선 투과율을 확보하기 위해서 캡핑층은 5nm 이하의 두께로 형성할 필요가 있었다. 하지만 제1 및 제2 캡핑층(27,29)의 소재로 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 소재로 사용함으로써, 제1 및 제2 캡핑층(27,29)을 10nm 두께로 형성하더라도, 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 갖는 펠리클(100)을 제공할 수 있다.

이와 같이 탄화이트륨을 코어층(21)으로 포함하는 제1 실시예에 따른 펠리클(100)은 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 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 기판(10) 위에 제1 캡핑층(27), 코어층(21) 및 제2 캡핑층(29)을 순차적으로 적층하여 펠리클층(20)을 형성한다.

이때 제1 캡핑층(27), 코어층(21) 및 제2 캡핑층(29)은 각각 CVD(chemical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성할 수 있다.

그리고 펠리클층(20) 아래의 기판(10)의 중심 부분을 제거하여 펠리클층(20)의 하부면이 노출되는 개방부(13)를 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 펠리클(100)을 얻을 수 있다. 즉 제1 캡핑층(27) 아래의 기판(10)의 중심 부분을 습식 식각을 통해서 제거하여 개방부(13)를 형성한다. 개방부(13)로 제1 캡핑층(27)이 노출된다.

[제2 실시예]

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.

도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 펠리클은 중심 부분에 개방부가 형성된 기판과, 개방부를 덮도록 기판 위에 형성되며, 탄화이트륨을 함유하는 코어층(21)으로 구비하는 펠리클층(120)을 포함한다. 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45) 이다.

펠리클층(120)은 기판(10)에 적층되어 형성되는 코어층(21), 중간층(25) 및 캡핑층(27,29)을 포함한다. 중간층(25)과 캡핑층(27,29)은 각각 코어층(21)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.

제2 실시예에 따른 펠리클은 중간층(25)이 추가된 것을 제외하면 제1 실시예에 따른 펠리클(도 1의 100)과 동일한 구조를 갖는다.

코어층(21)은 YC_x(0.25≤x≤0.45)으로 표시되는 탄화이트륨으로 형성된다. 바람직하게는 코어층(21)은 YC_x(0.29≤x≤0.34)으로 표시되는 탄화이트륨으로 형성될 수 있다. 코어층(21)은 제1 실시예에 따른 코어층과 동일하기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

캡핑층(27,29)은 코어층(21)의 하부면에 형성된 제1 캡핑층(27)과, 코어층(21)의 상부면에 형성된 제2 캡핑층(29)을 포함한다.

중간층(25)은 코어층(21)과 캡핑층(27,29) 사이에 개재된다. 중간층(25)은 열팽창에 의한 열응력 완화와 확산 방지를 위한 보호층의 기능을 한다. 중간층(25)은 코어층(21)과 계면을 형성하는 캡핑층(27,29) 간의 결합력을 높이는 버퍼층의 기능을 담당할 수 있다. 제2 실시예에 따른 중간층(25)은 코어층(21)과 제2 캡핑층(29) 사이에 형성된 예를 개시하였다.

이러한 중간층(25)의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함한다. 예컨대 중간층(25)의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함할 수 있다.

중간층(25)의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 코어층(21) 및 캡핑층(27,29)과 다른 조성을 가질 수 있다.

이와 같이 탄화이트륨으로 형성된 코어층(21)을 포함하는 제2 실시예에 따른 펠리클은 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 제공할 수 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 펠리클은 아래와 같은 제조 공정으로 제조될 수 있다. 먼저 개방부가 형성되지 않은 상태의 기판 위에 제1 캡핑층(27), 코어층(21), 중간층(25) 및 제2 캡핑층(29)을 순차적으로 적층하여 펠리클층(120)을 형성한다.

이때 제1 캡핑층(27), 코어층(21), 중간층(25) 및 제2 캡핑층(29)은 각각 CVD, ALD, 전자빔 증착 또는 스퍼터링 공정으로 형성할 수 있다.

그리고 펠리클층(120) 아래의 기판의 중심 부분을 제거하여 펠리클층(120)의 하부면이 노출되는 개방부를 형성함으로써, 제2 실시예에 따른 펠리클을 얻을 수 있다. 즉 제1 캡핑층(27) 아래의 기판의 중심 부분을 습식 식각을 통해서 제거하여 개방부를 형성한다. 개방부로 제1 캡핑층(27)이 노출된다.

[제3 실시예]

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클을 보여주는 확대도이다.

도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 펠리클은 중심 부분에 개방부가 형성된 기판과, 개방부를 덮도록 기판 위에 형성되며, 탄화이트륨을 함유하는 코어층(21)으로 구비하는 펠리클층(220)을 포함한다. 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45) 이다.

펠리클층(220)은 기판(10)에 적층되어 형성되는 코어층(21), 중간층(23,25) 및 캡핑층(27,29)을 포함한다.

제3 실시예에 따른 펠리클은 중간층(23,25)이 추가된 것을 제외하면 제1 실시예에 따른 펠리클(도 1의 100)과 동일한 구조를 갖는다.

중간층(23,25)은 코어층(21)과 캡핑층(27,29) 사이에 개재된다. 중간층(23,25)은 열팽창에 의한 열응력 완화와 확산 방지를 위한 보호층의 기능을 한다. 중간층(23,25)은 코어층(21)과 계면을 형성하는 캡핑층(27,29) 간의 결합력을 높이는 버퍼층의 기능을 담당할 수 있다. 제2 실시예에 따른 중간층(23,25)은 코어층(21)과 제1 캡핑층(27) 사이에 형성되는 제1 중간층(23)과, 코어층(21)과 제2 캡핑층(29) 사이에 형성되는 제2 중간층(25)을 포함한다.

이러한 제1 및 제2 중간층(23,25)의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함한다. 예컨대 제1 및 제2 중간층(23,25)의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 중간층(23,25)의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 코어층(21) 및 캡핑층(27,29)과 다른 조성을 가질 수 있다.

이와 같이 탄화이트륨으로 형성된 코어층(21)을 포함하는 제3 실시예에 따른 펠리클은 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 가지면서 열적 안정성, 기계적 안정성 및 화학적 내구성을 제공할 수 있다.

이와 같은 제3 실시예에 따른 펠리클은 아래와 같은 제조 공정으로 제조될 수 있다. 먼저 개방부가 형성되지 않은 상태의 기판 위에 제1 캡핑층(27), 제1 중간층(23), 코어층(21), 제2 중간층(25) 및 제2 캡핑층(29)을 순차적으로 적층하여 펠리클층(120)을 형성한다.

이때 제1 캡핑층(27), 제1 중간층(23), 코어층(21), 제2 중간층(25) 및 제2 캡핑층(29)은 각각 CVD, ALD, 전자빔 증착 또는 스퍼터링 공정으로 형성할 수 있다.

그리고 펠리클층(220) 아래의 기판의 중심 부분을 제거하여 펠리클층(220)의 하부면이 노출되는 개방부를 형성함으로써, 제3 실시예에 따른 펠리클을 얻을 수 있다. 즉 제1 캡핑층(27) 아래의 기판의 중심 부분을 습식 식각을 통해서 제거하여 개방부를 형성한다. 개방부로 제1 캡핑층(27)이 노출된다.

[실험예]

이와 같은 본 발명에 따른 펠리클의 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서의 투과율과 반사율을 확인하기 위해서, 도 6 내지 도 9에 따른 제1 내지 제4 실험예에 따른 펠리클에 대한 시뮬레이션을 수행하였다.

제1 내지 제4 실험예에 따른 펠리클은 제1 실시예에 따른 펠리클층을 포함한다. 즉 펠리클층은 제1 캡핑층, 코어층(Layer 2) 및 제2 캡핑층(Layer 1)을 포함한다. 제1 및 제2 캡핑층의 소재는 SiN_x 이다. 코어층의 소재는 Y₂C 이다.

제1 캡핑층의 두께가 3 nm(제1 실험예), 4 nm(제2 실험예), 5 nm(제3 실험예), 6 nm(제4 실험예) 일 때, 코어층은 0~50 nm, 제2 캡핑층은 0~10 nm로 두께를 변경하면서, 제1 내지 제4 실험예에 따른 펠리클의 350W의 극자외선 출력 환경에서의 투과율과 반사율을 시뮬레이션 하였다.

제1 실험예

도 6은 본 발명의 제1 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 제1 실험예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

즉 코어층의 두께가 28 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 2~4 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

그리고 코어층의 두께가 13 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 8~10 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제2 실험예

도 7은 본 발명의 제2 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 제2 실험예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

즉 코어층의 두께가 28 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 1~4 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

그리고 코어층의 두께가 11 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 7~10 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제3 실험예

도 8은 본 발명의 제3 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 제3 실험예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

즉 코어층의 두께가 25 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 1~4 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

그리고 코어층의 두께가 9 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 8~10 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제4 실험예

도 9는 본 발명의 제4 실험예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 9를 참조하면, 제4 실험예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

즉 코어층의 두께가 20 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 2~4 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

그리고 코어층의 두께가 5 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 9~10 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 제1 내지 제4 실험예에 따르면, Y₂C를 코어층으로 사용할 경우, 제2 캡핑층의 두께를 최대 10 nm로 형성하더라도, 90% 이상의 높은 극자외선 투과율을 제공할 수 있다.

[비교예]

본 발명에 따른 펠리클의 350W 이상의 극자외선 출력 환경에서의 양호한 투과율과 반사율을 갖는 것을 확인하기 위해서, 도 10 내지 도 13에 따른 제1 내지 제4 비교예에 따른 펠리클에 대한 시뮬레이션을 수행하였다.

제1 내지 제4 비교예에 따른 펠리클은 제1 실시예에 따른 펠리클과 동일한 구조를 갖는다. 즉 펠리클층은 제1 캡핑층, 코어층(Layer 2) 및 제2 캡핑층(Layer 1)을 포함한다. 제1 및 제2 캡핑층의 소재는 SiN_x 이다. 코어층의 소재는 Y₂C₃(제1 비교예), Y₃C₄(제2 비교예), Y₄C₇,(제3 비교예), YC₃(제4 비교예)이다.

즉 제1 내지 제4 비교예에서는 코어층의 소재로 탄화이트륨을 사용하되, 본 발명에 따른 YC_x(0.25≤x≤0.45)의 범위를 벗어나는 탄화이트륨(Y₂C₃, Y₃C₄, Y₄C₇, YC₃)을 사용하였다.

제1 캡핑층의 두께가 5nm 일 때, 코어층은 0~50 nm, 제2 캡핑층은 0~5 nm로 두께를 변경하면서, 제1 내지 제4 비교예에 따른 펠리클의 350W의 극자외선 출력 환경에서의 투과율과 반사율을 시뮬레이션 하였다.

제1 비교예

도 10은 제1 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 10을 참조하면, 제1 비교예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

즉 코어층의 두께가 15 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 2~4 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제2 비교예

도 11은 제2 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 11을 참조하면, 제2 비교예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

즉 코어층의 두께가 16 nm 이하이고, 제2 캡핑층의 두께가 2~4 nm 인 경우, 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제3 비교예

도 12는 제3 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 12를 참조하면, 제3 비교예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제4 비교예

도 13은 제4 비교예에 따른 탄화이트륨 기반의 극자외선 노광용 펠리클의 투과율 및 반사율을 보여주는 그래프이다.

도 13을 참조하면, 제4 비교예에 따른 펠리클은 아래와 같은 조건에서 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 것을 확인할 수 있다.

제1 내지 제4 비교예에 따른 펠리클 또한 투과율이 90% 이상이고, 반사율이 0.04% 이하인 조건을 만족하는 코어층, 제1 및 제2 캡핑층의 두께가 있음을 확인할 수 있다.

하지만 코어층의 두께를 16nm 이하로 형성하고, 제2 캡핑층의 두께를 4nm 이하의 두께로 형성해야 하기 때문에, 실제 펠리클에는 적용하기가 쉽지 않다.

그리고 동일한 두께의 코어층을 구비하는 펠리클에서 극자외선 투과율을 비교했을 때, 실험예가 비교예 보다 극자외선 투과율이 높은 것을 확인할 수 있다.

더욱이 90% 이상의 극자외선 투과율을 비교했을 때, 실험예는 코어층의 두께가 33 nm 이하에서, 비교예는 코어층의 두께가 18 nm 이하인 것을 확인할 수 있다. 즉 실험예에 따르면, 기계적 안정성을 고려하여 코어층을 두껍게 형성하더도 90% 이상의 극자외선 투과율을 제공할 수 있다.

이와 같이 실험예가 비교예 보다 광학적 특성이 우수한 것을 확인할 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 : 기판
13 : 개방부
20,120,220 : 펠리클층
21 : 코어층
23,25 : 중간층
23 : 제1 중간층
25 : 제2 중간층
27,29 : 캡핑층
27 : 제1 캡핑층
29 : 제2 캡핑층
100 : 극자외선 노광용 펠리클

Claims

탄화이트륨을 함유하며,
상기 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45)인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제1항에 있어서,
상기 탄화이트륨은 Y₂C를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제1항에 있어서,
상기 탄화이트륨은 온도가 증가할수록 Y₂C의 안정상을 나타내는 γ-YC_x를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제1항에 있어서,
상기 탄화이트륨은 YC_x(0.29≤x≤0.34)인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제1항에 있어서, 상기 펠리클은,
상기 탄화이트륨을 함유하는 코어층; 및
상기 코어층의 일면 또는 양면에 형성되는 캡핑층;을 포함하고,
상기 캡핑층의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제5항에 있어서,
상기 캡핑층의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제5항에 있어서,
상기 캡핑층의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 상기 코어층과 다른 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제1항에 있어서, 상기 펠리클은,
상기 탄화이트륨을 함유하는 코어층;
상기 코어층 일면 또는 양면에 형성되는 중간층; 및
상기 중간층 위에 형성되는 캡핑층;을 포함하고,
상기 중간층 및 상기 캡핑층의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제8항에 있어서,
상기 중간층 및 캡핑층의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제8항에 있어서,
상기 중간층 및 캡핑층의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 상기 코어층과 다른 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
중심 부분에 개방부가 형성된 기판; 및
상기 개방부를 덮도록 상기 기판 위에 형성되며, 탄화이트륨을 함유하는 펠리클층;을 포함하며,
상기 탄화이트륨은 YC_x(0.25≤x≤0.45)인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제11항에 있어서,
상기 탄화이트륨은 Y₂C를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제11항에 있어서,
상기 탄화이트륨은 온도가 증가할수록 Y₂C의 안정상을 나타내는 γ-YC_x를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제11항에 있어서,
상기 탄화이트륨은 YC_x(0.29≤x≤0.34)인 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제11항에 있어서, 상기 펠리클층은,
상기 탄화이트륨을 함유하는 코어층; 및
상기 코어층의 일면 또는 양면에 형성되는 캡핑층;을 포함하고,
상기 캡핑층의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제15항에 있어서,
상기 캡핑층의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제15항에 있어서,
상기 캡핑층의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 상기 코어층과 다른 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제11항에 있어서, 상기 펠리클층은,
상기 탄화이트륨을 함유하는 코어층;
상기 코어층 일면 또는 양면에 형성되는 중간층; 및
상기 중간층 위에 형성되는 캡핑층;을 포함하고,
상기 중간층 및 상기 캡핑층의 소재는 Y₂C, Y, Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제18항에 있어서,
상기 중간층 및 캡핑층의 소재는 YC_xSi_y(x+y≥0.5), YC_xB_y(x+y≥1), YSi_xN_y(x+y≥1), YC_xN_y(x+y≥1), YC_x(x≥0.5), YB_x(x≥1), YSi_x(x≥0.5), YN_x(x≥1), SiN_x(x≥1), SiO₂, B₄C 또는 Ru를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.
제18항에 있어서,
상기 중간층 및 캡핑층의 소재는 Y-α 소재(α는 Si, Ru, C, B, N 및 O 중에 적어도 하나)이고, 상기 코어층과 다른 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 노광용 펠리클.