CN114740687B - 曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法，该装置包括透光基板及表面等离子激元层，其中，表面等离子激元层包括多个纳米单元结构，多个所述纳米单元结构分别在所述表面等离子激元层平面的第一方向和第二方向上设置为可与曝光光线的波长匹配而产生和频效应的周期性间隔排布，和频效应可形成穿过所述透光基板的和频光，和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＞30%。通过频率增强该装置，使曝光光线含有30%以上的比原曝光光线频率更高（波长更短）和频光，因此，本发明可大大提高投影式光刻工艺的分辨率和对比度。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法。
背景技术
光刻技术伴随集成电路制造方法的不断进步，线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局己经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路；由最初的IC (集成电路)随后到LSI (大规模集成电路)，VLSI (超大规模集成电路)，直至今天的ULSI (特大规模集成电路)，器件的面积进一步缩小。考虑到工艺研发的复杂性，长期性和成本高昂等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，以在同一硅片上得到尽可能多的有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片制造者的重视。其中投影式光刻工艺就担负着关键的作用，对于本文中的光刻技术都指投影式光刻而言，投影式光刻设备、工艺及掩模板技术是其中的重中之重。
最简单的二元光掩模（BIM）或相移光掩模（PSM）的都具有一个掩膜层Cr，其厚度约为50-100nm。相移光掩模的相移可由图案化后石英衬底上的沟槽深度提供。
双层相移光掩模可包括遮光的Cr层和MoSiON层，其MoSiON层厚度约为50-150nm，以保证其相移和衰减功能。在双层相移光掩模的图案制作完成后，双层相移光掩模的相移量和衰减量由MoSiON层的厚度确定。相移光掩模还可以包含多层结构，以获得更好的光掩模性能。
然而，上述光掩模仍然存在图案在硅片上的分别率和对比度不足的问题。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法，用于解决现有投影式技术中光掩模的分比率和对比度不足的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，所述频率增强装置包括：透光基板，包括相对的第一面和第二面；表面等离子激元层，位于所述透光基板的第一面，所述表面等离子激元层包括多个纳米单元结构，多个所述纳米单元结构分别在所述表面等离子激元层平面的第一方向和第二方向上设置为可与所述曝光光线的波长匹配而产生和频效应的周期性间隔排布，所述和频效应可形成穿过所述透光基板的和频光，所述和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＞30%。
可选地，所述曝光光线包括平行于所述行方向偏振和平行于所述列方向偏振的两束偏振光。
可选地，所述第一方向和所述第二方向排布的纳米单元结构的周期尺寸分别为所述曝光光线波长的1至5的整数倍。
可选地，所述表面等离子激元层可在所述曝光光线的作用下产生表面等离子体激元，一部分所述表面等离子体激元穿过所述表面等离子激元层以增强近场光线的场强，另一部分所述表面等离子体激元的近场基于所述周期性间隔排布可与平行于表面第一方向极化的第一光波和第二方向极化的第二光波共振匹配而产生和频效应形成垂直于所述表面等离子激元层的第三光波，所述第三光波为所述和频光。
可选地，所述表面等离子体激元的近场光波在第一方向和第二方向的共振频率，各自和极化于同方向的第一光波与第二光波的光频率相同或为整分数倍。
可选地，第一方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的1至5的整数倍，使第一方向的共振频率是第一光波频率的1~0.2倍，第二方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的1至5的整数倍，使第二方向的共振频率是第二光波频率的1~0.2倍。
可选地，所述第一方向的共振频率f1和波长λ1、所述第二方向的共振频率f2和波长λ2、所述第三光波的频率f3和波长λ3满足以下公式：f3=f1+f2，λ3=λ1*λ2/（λ1+λ2）。
可选地，所述表面等离子激元层的厚度为所述曝光光线波长的二分之一至三倍之间。
可选地，所述第一方向和所述第二方向垂直。
可选地，所述表面等离子激元层的材料包括金属和对紫外线透明导电氧化物中的一种，所述金属包括Al、Au、Ag及Pd中的一种或几种的组合，所述透明导电氧化物包括氧化铟、氧化锡、氧化铟锡和氧化锌中的一种或几种的组合。
可选地，所述和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例为60%-80%。
可选地，所述纳米单元结构的尺寸和相邻两个所述纳米单元结构的间隔相等。
可选地，所述纳米单元结构的形状包括正方形、矩形、圆形及椭圆形中的一种。
本发明还提供一种如上任意一项方案所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置的制备方法，包括步骤：提供一透光基板；于所述透光基板上形成表面等离子激元层。
本发明还提供一种用于投影式光刻的光掩模，所述光掩模包括：如上任意一项方案所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置；透明基板，所述透明基板具有相对的第一面和第二面，所述第二面与所述增强装置的透光基板的第二面键合；遮光层，覆盖于所述透明基板的第一面，所述遮光层中具有穿透所述遮光层的曝光窗口。
可选地，所述光掩模还包括一移相材料层，所述移相材料层位于所述透明基板与所述遮光层之间，所述曝光窗口停止于所述移相材料层的顶面。
可选地，所述透明基板的材料包括合成石英玻璃，所述遮光层的材料包括铬、氧化铬及氮化铬中的一种，所述移相材料层的材料包括氧化钼硅、 氮氧化钼硅、氮氧碳化钼硅、氧化铬硅、氮氧化铬硅及氮氧碳化铬硅中的一种。
本发明还提供一种如上任意一项方案所述的用于投影式光刻的光掩模的制备方法，所述制备方法包括步骤：提供一透光基板，所述透光基板具有相对的第一面和第二面；于所述透光基板的第一面上形成表面等离子激元层；提供一透明基板，所述透明基板具有相对的第一面和第二面，于所述透明基板的第一面上形成遮光层，并于所述遮光层中形成曝光窗口；键合所述透光基板的第二面和所述透明基板的第二面。
本发明还提供一种用于投影式光刻的光掩模，所述光掩模包括：如上任意一项方案所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置；以及遮光层，覆盖于所述透光基板的第二面，所述遮光层中具有穿透所述遮光层的曝光窗口。
可选地，所述光掩模还包括一移相材料层，所述移相材料层位于所述透光基板与所述遮光层之间，所述曝光窗口停止于所述移相材料层的顶面。
可选地，所述遮光层的材料包括铬、氧化铬及氮化铬中的一种，所述移相材料层的材料包括氧化钼硅、 氮氧化钼硅、氮氧碳化钼硅、氧化铬硅、氮氧化铬硅及氮氧碳化铬硅中的一种。
本发明还提供一种如上任意一项方案所述的用于投影式光刻的光掩模的制备方法，所述制备方法包括步骤：提供一透光基板，所述透光基板具有相对的第一面和第二面；于所述透光基板的第一面上形成表面等离子激元层；于所述透光基板的第二面上形成遮光层，并于所述遮光层中形成曝光窗口。
如上所述，本发明的曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明提供的曝光光线频率增强装置，通过在透光基板表面设置一层表面等离子激元层，表面等离子激元层包括多个纳米单元结构，多个纳米单元结构在表面等离子激元层平面的第一方向和第二方向上设置为可与曝光光线（如365nm的i-line光线、248nm的紫外光线UV、193nm的深紫外光线 DUV等）的波长匹配而产生和频效应的周期性间隔排布，和频效应可形成穿过所述透光基板的和频光，和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＜30%。本方案基于和频效应，一部分表面等离子体激元的近场会与平行于表面第一方向极化的第一光波和第二方向极化的第二光波互相作用，若表面等离子体激元的近场光波在第一方向和第二方向的共振频率，各自和极化于同方向的第一光波与第二光波的光频率相同或整分数倍，则会形成有和频效应的且垂直于表面的第三光波（和频光），第三光波的频率是第一方向和第二方向的共振频率之和，第三光波的波长小于第一光波的波长且小于第二光波的波长，使得穿过表面等离子激元层后曝光光线具有保持波长不变的第一部分以及波长缩短的第二部分，从而大大提高光刻工艺的分辨率和对比度。另外，本方案通过表面激元层的设置可使和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＞30%，进一步保证了分辨率的提升。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1~图4显示为本发明实施例1的曝光光线频率增强装置的制备方法各步骤所呈现的结构的示意图，其中，图3显示为本发明实施例1的曝光光线频率增强装置的截面结构示意图，图4显示为本发明实施例1的曝光光线频率增强装置的俯视结构示意图。
图5~图9显示为本发明实施例2的光掩模的制备方法各步骤所呈现的结构的示意图，其中，图8和图9分别显示为本发明实施例2的两种光掩模的结构示意图。
图10及图11显示为本发明实施例3的两种光掩模的结构示意图。
元件标号说明:101透光基板、102表面等离子激元层、201透明基板、202遮光层、203移相材料层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征 “之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图3及图4所示，本实施例提供一种用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，所述增强装置包括：透光基板101，包括相对的第一面和第二面；表面等离子激元层102，位于所述透光基板101的第一面，所述表面等离子激元层102包括多个纳米单元结构，多个所述纳米单元结构分别在所述表面等离子激元层平面的第一方向和第二方向上设置为可与所述曝光光线的波长匹配而产生和频效应的周期性间隔排布，所述和频效应可形成穿过所述透光基板的和频光，所述和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＞30%。
在一个实施例中，曝光光线包括平行于所述第一方向偏振和平行于第二方向偏振的两束偏振光。
在一个实施例中，第一方向和第二方向排布的纳米单元结构的周期尺寸分别为所述曝光光线波长的1至5的整数倍。
在一个实施例中，表面等离子激元层102用于在曝光光线的作用下产生表面等离子体激元，部分所述表面等离子体激元穿过所述表面等离子激元层102以增强近场光线的场强，另一部分表面等离子体激元的近场基于所述周期性间隔排布可与平行于表面第一方向极化的第一光波和第二方向极化的第二光波共振匹配而产生和频效应形成垂直于所述表面等离子激元层的第三光波，所述第三光波为所述和频光。
在一个实施例中，所述第三光波的波长可设计为小于所述第一光波的波长且小于所述第二光波的波长。
在一个实施例中，所述表面等离子体激元的近场光波在第一方向和第二方向的共振频率，各自和极化于同方向的第一光波与第二光波的光频率相同或为整分数倍。
在一个实施例中，所述透光基板101的透光率大于80%，所述透光基板101可以包括合成石英玻璃、苏打玻璃等，但优选为合成石英玻璃。透光基板101的厚度可以为常规厚度或者更薄，作为示例，所述透光基板101的厚度可以介于2毫米~8毫米之间，例如，所述透光基板101的厚度可以为6毫米。
在一个实施例中，所述曝光光线包括如365nm的i-line光线、248nm的紫外光线UV、193nm的深紫外光线 DUV等。
在一个实施例中，当曝光光线照射到所述表面等离子激元层102时产生表面等离子体激元，本实施例的表面等离子激元作为在导体（如金属）和介质界面传播的电磁场表面波模式，是通过导体中高密度的自由电子气在曝光光线的电磁场的激发下集体振荡形成的，其具有高度的近场增强效应和超衍射极限的光场局域性，从而可以有效增强所述掩模基版表面的曝光光线的场强。
在一个实施例中，所述表面等离子激元层102的材料包括金属和透明导电氧化物中的一种，所述金属包括Al、Au、Ag及Pd中的一种，所述透明导电氧化物包括氧化铟、氧化锡、氧化铟锡和氧化锌中的一种。在本实施例中，所述表面等离子激元层102的材料为金（Au）。
在一个实施例中，由于所述表面等离子激元层102需要进行图形化，厚度过大的表面等离子激元层102会增加图形化工艺的时间和难度，同时容易造成颗粒的残留，厚度过小的表面等离子激元层102，其产生的表面等离子体激元效应会降低，不利于所述掩模基版表面的曝光光线的增强，因此，所述表面等离子激元层102存在一个较优的厚度范围，在本实施例，所述表面等离子激元层102的厚度为所述曝光光线波长的二分之一至三倍之间，一方面可以保证后续工艺中进行图形化工艺所需的时间和难度，另一方面，可以保证表面等离子体激元效应的强度，以保证所述掩模基版表面的曝光光线的场强得到有效且较大的增强。更优选地，所述表面等离子激元层102的厚度为所述曝光光线波长的二分之一至一倍之间，以进一步提高上述效果。
在一个实施例中，所述第一方向与所述第二方向垂直，且平行于透光基板表面。
在一个实施例中，穿过所述表面等离子激元层在第一方向的共振频率与所述第一光波的波长与第一方向排布的所述纳米单元结构的结构周期尺寸正相关，穿过所述表面等离子激元层的在第二方向的共振频率与所述第二光波的波长与第二方向排布的所述纳米单元结构的结构周期尺寸正相关。 通过设计控制第一方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸和第二方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸，以达成等离子激元在第一方向和第二方向的共振频率和所述第一光波和第二光波的频率相同或整分数倍，则会形成和频效应产生垂直于表面的第三光波，第三光波的频率是第一方向和第二方向的共振频率之和。
在一个实施例中，所述第一方向的共振频率f1和波长λ1、所述第二方向的共振频率f2和波长λ2、所述第三光波的频率f3和波长λ3满足以下公式：f3=f1+f2，λ3=λ1*λ2/（λ1+λ2）。
在一个实施示例中，第一方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的一倍至五倍，使第一方向的共振频率是第一光波频率的1~0.2倍，第二方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的一倍至五倍，使第二方向的共振频率是第二光波频率的1~0.2倍。
例如，当所述曝光光线为同一光线时，且第一方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为与所述曝光光线波长相等，第二方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸与所述曝光光线波长相等时，第一光波和第二光波的频率为f，波长为λ，则第三光波的频率为2f，波长为λ/2。然而，对于波长λ较短的曝光光线（如193nm的深紫外光线 DUV），可以使第一方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为与所述曝光光线波长相等，极化获得的第一光波的波长与曝光光线的波长相等，均为λ，第二方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的三倍，则可使的极化后的第二波长增大为3λ，则第三光波的波长为3/4λ，这样一方面可以获得波长缩短的第三光波，且使得第三光波的波长不至于过短而导致其容易被透光基板101吸收，从而保证第三光波具有一定的强度。
由于第三光波的波长较短，其穿透透光基板101的能力比原有波长的曝光光线弱，故在光刻曝光的时候，优选为保证有一定量的原有波长的曝光光线以及部分的波长较短的第三光波，以保证曝光强度的同时，提高光刻工艺的分辨率和对比度，基于此，在一个实施例中，所述第三光波的功率占穿过所述表面等离子激元层102的曝光光线的总功率的比例为50%-90%，优选为60%-80%。通过改变表面等离子层的厚度（厚度越大，和频效应越明显，但透过的光量会减少）、选用合适的材料，或者设置合适的纳米结构等均可实现第三光波在透过光中的总功率占比。
在一个实施例中，所述纳米单元结构的尺寸和相邻两个所述纳米单元结构的间隔相等。
在一个实施例中，所述纳米单元结构的形状包括正方形、矩形、圆形及椭圆形中的一种。
如图1~图4所示，本实施例还提供一种如上任意一项方案所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置的制备方法，包括步骤：1）提供一透光基板101，如图1所示；2）通过溅射工艺和光刻-刻蚀工艺于所述透光基板101上形成表面等离子激元层102，如图2及图3所示。
实施例2
如图8及图9所示，本实施例提供一种用于投影式光刻的光掩模，所述光掩模包括：
用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置、透明基板201和遮光层202，所述曝光光线频率增强装置的结构如实施例1所述，此处不在赘述。
所述透明基板201具有相对的第一面和第二面，所述第二面与所述增强装置的透光基板101的第二面键合。
所述遮光层202覆盖于所述透明基板201的第一面，所述遮光层202中具有穿透所述遮光层202的曝光窗口。
在一个实施例中，所述透明基板201的材料包括合成石英玻璃，所述遮光层202的材料包括铬、氧化铬及氮化铬中的一种。
在一个实施例中，如图9所示，所述光掩模还包括一移相材料层203，所述移相材料层203位于所述透明基板201与所述遮光层202之间，所述曝光窗口停止于所述移相材料层203的顶面。所述移相材料层203的材料包括氧化钼硅、 氮氧化钼硅、氮氧碳化钼硅、氧化铬硅、氮氧化铬硅及氮氧碳化铬硅中的一种。
如图1~图9所示，本实施例还提供一种用于投影式光刻的光掩模的制备方法，所述制备方法包括步骤：1）提供一透光基板101，所述透光基板101具有相对的第一面和第二面，如图1所示；2）通过溅射工艺和光刻-刻蚀工艺于所述透光基板101的第一面上形成表面等离子激元层102，如图2及图3所示；3）提供一透明基板201，所述透明基板201具有相对的第一面和第二面，于所述透明基板201的第一面上形成遮光层202，并于所述遮光层202中形成曝光窗口，如图5~图7所示；4）键合所述透光基板101的第二面和所述透明基板201的第二面，如图8所示。
本实施例通过键合的方式形成集成有曝光光线频率增强装置的用于投影式光刻的光掩模，表面等离子激元层102和遮光层202可以分别制备不同的基板上，从而不会造成表面等离子激元层102和遮光层202的相互影响，最后仅需要通过键合工艺将两个基板键合即可，可有效保证光掩模制作的稳定性和良率。
实施例3
如图10及图11所示，本实施例提供一种用于投影式光刻的光掩模，所述光掩模包括：用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置和遮光层202，所述曝光光线频率增强装置的结构如实施例1所述，此处不在赘述。
所述遮光层202覆盖于所述透光基板101的第二面，所述遮光层202中具有穿透所述遮光层202的曝光窗口。所述遮光层202的材料包括铬、氧化铬及氮化铬中的一种。
在一个实施例中，如图11所示，所述光掩模还包括一移相材料层203，所述移相材料层203位于所述透光基板101与所述遮光层202之间，所述曝光窗口停止于所述移相材料层203的顶面。所述移相材料层203的材料包括氧化钼硅、 氮氧化钼硅、氮氧碳化钼硅、氧化铬硅、氮氧化铬硅及氮氧碳化铬硅中的一种。
如图1~图3及图10、图11所示，本实施例还提供一种用于投影式光刻的光掩模的制备方法，所述制备方法包括步骤：1）提供一透光基板101，所述透光基板101具有相对的第一面和第二面，如图1所示；2）通过溅射工艺和光刻-刻蚀工艺于所述透光基板101的第一面上形成表面等离子激元层102，如图2及图3所示；3）于所述透光基板101的第二面上形成遮光层202，并于所述遮光层202中形成曝光窗口，如图10所示。
本实施例的表面等离子激元层102和遮光层202制备于同一基板上，可以节省一个基板，且节省一道键合工艺，从而可以有效降低制备工艺的成本，并且，相比于两个基板的键合，采用同一基板可以有效降低光掩模的整体厚度，提高曝光光线的透过率。
如上所述，本发明的曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明提供的曝光光线频率增强装置，通过在透光基板表面设置一层表面等离子激元层，表面等离子激元层包括多个纳米单元结构，多个所述纳米单元结构分别在所述表面等离子激元层平面的第一方向和第二方向上设置为可与所述曝光光线的波长匹配而产生和频效应的周期性间隔排布，所述和频效应可形成穿过所述透光基板的和频光，所述和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＞30%。使得穿过表面等离子激元层后曝光光线具有保持波长不变的第一部分以及波长缩短的第二部分（波长更短的和频光），从而大大提高光刻工艺的分辨率和对比度。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于，所述频率增强装置包括：
透光基板，包括相对的第一面和第二面；
表面等离子激元层，位于所述透光基板的第一面，所述表面等离子激元层可在所述曝光光线的作用下产生表面等离子体激元，所述表面等离子激元层包括多个纳米单元结构，多个所述纳米单元结构分别在所述表面等离子激元层平面的第一方向和第二方向上设置为可与所述曝光光线的波长匹配而产生和频效应的周期性间隔排布，通过所述第一方向和所述第二方向排布的纳米单元结构的周期尺寸分别设置为所述曝光光线波长的1至5的整数倍，所述表面等离子体激元的近场光波在第一方向和第二方向的共振频率，各自和极化于同方向的第一光波与第二光波的光频率相同或为整分数倍，形成和频效应而产生穿过所述透光基板的和频光，所述和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例＞30％。
2.根据权利要求1所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：所述曝光光线包括平行于所述第一方向偏振和平行于所述第二方向偏振的两束偏振光。
3.根据权利要求1所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：一部分所述表面等离子体激元穿过所述表面等离子激元层以增强近场光线的场强，另一部分所述表面等离子体激元的近场基于所述周期性间隔排布可与平行于表面第一方向极化的第一光波和第二方向极化的第二光波共振匹配而产生和频效应形成垂直于所述表面等离子激元层的第三光波，所述第三光波为所述和频光。
4.根据权利要求3所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：第一方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的1至5的整数倍，使第一方向的共振频率是第一光波频率的1～0.2倍，第二方向排布的所述纳米单元结构的周期尺寸为所述曝光光线波长的1至5的整数倍，使第二方向的共振频率是第二光波频率的1～0.2倍。
5.根据权利要求3所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：所述第一方向的共振频率f1和波长λ1、所述第二方向的共振频率f2和波长λ2、所述第三光波的频率f3和波长λ3满足以下公式：f3＝f1+f2，λ3＝λ1*λ2/(λ1+λ2)。
6.根据权利要求1所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：所述表面等离子激元层的厚度为所述曝光光线波长的二分之一至三倍之间。
7.根据权利要求1所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：所述第一方向和所述第二方向垂直。
8.根据权利要求1所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：所述和频光的功率占穿过所述表面等离子激元层的曝光光线的总功率的比例为60％-80％。
9.根据权利要求1所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置，其特征在于：所述表面等离子激元层的材料包括金属和对紫外线透明导电氧化物中的一种，所述金属包括Al、Au、Ag及Pd中的一种或几种的组合，所述透明导电氧化物包括氧化铟、氧化锡、氧化铟锡和氧化锌中的一种或几种的组合。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供一透光基板；
于所述透光基板上形成表面等离子激元层。
11.一种用于投影式光刻的光掩模，其特征在于，所述光掩模包括：
如权利要求1～9任意一项所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置；
透明基板，所述透明基板具有相对的第一面和第二面，所述第二面与所述增强装置的透光基板的第二面键合；
遮光层，覆盖于所述透明基板的第一面，所述遮光层中具有穿透所述遮光层的曝光窗口。
12.根据权利要求11所述的用于投影式光刻的光掩模，其特征在于：所述光掩模还包括一移相材料层，所述移相材料层位于所述透明基板与所述遮光层之间，所述曝光窗口停止于所述移相材料层的顶面。
13.一种如权利要求11～12任意一项所述的用于投影式光刻的光掩模的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供一透光基板，所述透光基板具有相对的第一面和第二面；
于所述透光基板的第一面上形成表面等离子激元层；
提供一透明基板，所述透明基板具有相对的第一面和第二面，于所述透明基板的第一面上形成遮光层，并于所述遮光层中形成曝光窗口；
键合所述透光基板的第二面和所述透明基板的第二面。
14.一种用于投影式光刻的光掩模，其特征在于，所述光掩模包括：
如权利要求1～9任意一项所述的用于投影式光刻的曝光光线频率增强装置；
遮光层，覆盖于所述透光基板的第二面，所述遮光层中具有穿透所述遮光层的曝光窗口。
15.根据权利要求14所述的用于投影式光刻的光掩模，其特征在于：所述光掩模还包括一移相材料层，所述移相材料层位于所述透光基板与所述遮光层之间，所述曝光窗口停止于所述移相材料层的顶面。
16.一种如权利要求14～15任意一项所述的用于投影式光刻的光掩模的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供一透光基板，所述透光基板具有相对的第一面和第二面；
于所述透光基板的第一面上形成表面等离子激元层；
于所述透光基板的第二面上形成遮光层，并于所述遮光层中形成曝光窗口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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