JP7382113B1 - 露光光周波数増強装置、フォトマスクおよびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置を提供する。【解決手段】対向する第１面および第２面を備える透光性基板１０１と、表面プラズモン層１０２であって、透光性基板の第１面に位置し、露光光の作用により表面プラズモンを生成し、複数のナノ単位構造は、それぞれ表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、ナノ単位構造の周期寸法は、それぞれ露光光の波長の１倍～５倍になるように設定され、第１方向および第２方向における表面プラズモンの近接場光波の共振周波数は、それぞれ同じ方向に偏光された第１光波および第２光波の光周波数と同一であるか整数倍になり、和周波数効果を形成することにより透光性基板を透過する和周波光を生成し、和周波光の出力が表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える。【選択図】図８
Description
本発明は、半導体製造分野に属し、特に、投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置、フォトマスクおよびその製造方法に関する。
リソグラフィ技術は、集積回路の製造方法の継続的な発展に伴い、線幅の継続的な縮小し、半導体素子の面積がますます小さくなって、半導体のレイアウトは通常の単機能分離素子から集積化された高密度多機能の集積回路へと進化した。すなわち、初期のＩＣ（集積回路）からＬＳＩ（大規模集積回路）、ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）、そして今日のＵＬＳＩ（極超大規模集積回路）に至るまで、素子の面積はさらに縮小された。プロセスの研究開発の複雑性と、長期性、且つコストが高いなどの不利な要因の制約を考慮し、従来の技術レベルに基づいて素子の集積密度をさらに高め、同じウェハ上でできるだけ多くの有効なチップ数を得ることにより、全体利益を向上させることは、チップメーカによってますます重要視されるはずである。ここで、投影リソグラフィ工程は重要な役割を果たすものであり、本文章におけるリソグラフィ技術は全ての投影リソグラフィを指すものであることから、投影リソグラフィ装置、プロセスおよびマスク技術はその中でも最も重要である。
最も単純なバイナリフォトマスク（ＢＩＭ）または位相シフトフォトマスク（ＰＳＭ）は、いずれも約５０～１００ｎｍの厚さを有するＣｒマスク層を有する。位相シフトフォトマスクの位相シフトは、パターン化された石英基板上のトレンチの深さによって提供される。
二層位相シフトフォトマスクは、遮光のＣｒ層およびＭｏＳｉＯＮ層を含んでもよく、そのＭｏＳｉＯＮ層の厚さは、その位相シフトおよび減衰機能を確保するために、約５０～１５０ｎｍである。二層位相シフトフォトマスクのパターニングが終わると、二層位相シフトフォトマスクの位相シフト量および減衰量は、ＭｏＳｉＯＮ層の厚さによって決められる。位相シフトフォトマスクには、より優れたフォトマスクを得るために、多層構造をさらに含んでもよい。
しかしながら、上記のフォトマスクは、ウェハ上でのパターンの解像度およびコントラストが十分でない問題が依然として存在している。
なお、上述した技術背景に対する説明は、本発明の技術手段を明確、且つ完全に理解させるための説明であり、また、当業者を理解させるために記述されているものである。これらの技術手段は、単なる本発明の背景技術部分として説明されたものであり、当業者により周知されたものではない。
上述の従来技術の欠点に鑑みて、本発明の目的は、従来の投影リソグラフィ技術においてフォトマスクの解像度およびコントラストが十分でない問題を解決するために用いられる、露光光周波数増強装置、フォトマスクおよびその製造方法を提供することである。
上記の目的およびその他関連目的を達成するために、本発明は、
対向する第１面および第２面を備える透光性基板と、
表面プラズモン層であって、前記透光性基板の第１面に位置し、複数のナノ単位構造を含み、複数の前記ナノ単位構造は、それぞれ前記表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で前記露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、前記和周波数効果により前記透光性基板を透過する和周波光を生成することができ、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える、表面プラズモン層と、
を含む投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置を提供する。
対向する第１面および第２面を備える透光性基板と、
表面プラズモン層であって、前記透光性基板の第１面に位置し、複数のナノ単位構造を含み、複数の前記ナノ単位構造は、それぞれ前記表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で前記露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、前記和周波数効果により前記透光性基板を透過する和周波光を生成することができ、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える、表面プラズモン層と、
を含む投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置を提供する。
選択的に、前記露光光は、前記行方向に平行に偏光され、且つ前記列方向に平行に偏光される２つの偏光を含む。
選択的に、前記第１方向および前記第２方向に配列されたナノ単位構造の周期寸法は、それぞれ前記露光光の波長の１倍～５倍の整数倍である。
選択的に、前記表面プラズモンは前記露光光の作用下で表面プラズモンを生成し、前記表面プラズモンの一部前記表面プラズモン層を透過して、近接場光の場強度を増強し、前記表面プラズモンの他の一部の近接場は、前記周期的間隔配列に基づいて、表面に平行な第1方向に偏光された第1光波と、第２方向に偏光された第２光波と共振整合して和周波効果を発生して前記表面プラズモン層に垂直な第３光波を形成し、前記第３光波は前記和周波光である。
選択的に、第１方向および第２方向における前記表面プラズモンの近接場光波の共振周波数は、それぞれ同じ方向に偏光された第１光波および第２光波の光周波数と同一または整分数倍である。
選択的に、第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法は、前記露光光の波長の１倍～５倍の整数倍であり、第１方向の共振周波数は第１光波の周波数の１倍～０．２倍になるようにし、第２方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法は、前記露光光の波長の１倍～５倍の整数倍であり、第２方向の共振周波数は第２光波の周波数の１倍～０．２倍になるようにする。
選択的に、前記第１方向の共振周波数ｆ１および波長λ１、前記第２方向の共振周波数ｆ２および波長λ２、前記第３光波の周波数ｆ３および波長λ３は、以下の式を満たす。
ｆ３＝ｆ１＋ｆ２、λ３＝λ１＊λ２／（λ１＋λ２）
ｆ３＝ｆ１＋ｆ２、λ３＝λ１＊λ２／（λ１＋λ２）
選択的に、前記表面プラズモン層の厚さは前記露光光の波長の１／２～３倍の間である。
選択的に、前記第１方向と前記第２方向が垂直である。
選択的に、前記表面プラズモン層の材料は、金属および紫外線に対する透明導電酸化物の一つを含み、前記金属は、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｄの１つ以上を含み、前記透明導電酸化物は、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズおよび酸化亜鉛の１つまたは複数の組み合せを含む。
選択的に、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が６０％～８０％である。
選択的に、前記ナノ単位構造の寸法と互いに隣接する２つの前記ナノ単位構造の間隔は同一である。
選択的に、前記ナノ単位構造の形状は、正方形、長方形、円形、および楕円形の１つを含む。
本発明は、
透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板上に表面プラズモン層を形成するステップと、
を含む、上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置の製造方法をさらに提供する。
透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板上に表面プラズモン層を形成するステップと、
を含む、上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置の製造方法をさらに提供する。
本発明は、
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置と、
互いに対向する第１面および第２面を有し、前記第２面が前記増強装置の透光性基板の第２面と結合される透明基板と、
前記透明基板の第１面を覆う遮光層であって、この遮光層を貫通する露光窓を有する遮光層と、
を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクをさらに提供する。
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置と、
互いに対向する第１面および第２面を有し、前記第２面が前記増強装置の透光性基板の第２面と結合される透明基板と、
前記透明基板の第１面を覆う遮光層であって、この遮光層を貫通する露光窓を有する遮光層と、
を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクをさらに提供する。
選択的に、前記フォトマスクは位相シフト材料層をさらに含み、前記位相シフト材料層は前記透明基板と前記遮光層との間に位置され、前記露光窓の前記パターンは前記位相シフト材料層の上部に停止される。
選択的に、前記透明基板の材料は、合成石英ガラスを含み、前記遮光層の材料は、クロム、酸化クロム、および窒化クロムの１つを含み、前記位相シフト材料層の材料は、酸化モリブデンシリコン、酸窒化モリブデンシリコン、酸化炭化窒化モリブデンシリコン、酸化クロムシリコン、酸窒化クロムシリコンおよび酸化炭化窒化クロムシリコンの１つを含む。
本発明は、
互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
互いに対向する第１面および第２面を有し、前記透明基板の第１面に露光窓を有する遮光層を形成する透明基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第２面と前記透明基板の第２面とを結合するステップと、を含む、
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
互いに対向する第１面および第２面を有し、前記透明基板の第１面に露光窓を有する遮光層を形成する透明基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第２面と前記透明基板の第２面とを結合するステップと、を含む、
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
本発明は、
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置と、
前記透明基板の第２面を覆う遮光層であって、この遮光層を貫通する露光窓を有する遮光層と、を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクをさらに提供する。
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置と、
前記透明基板の第２面を覆う遮光層であって、この遮光層を貫通する露光窓を有する遮光層と、を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクをさらに提供する。
選択的に、前記フォトマスクは位相シフト材料層をさらに含み、前記位相シフト材料層は前記透明基板と前記遮光層との間に位置され、前記露光窓の前記パターンは前記位相シフト材料層の上部に停止される。
選択的に、前記遮光層の材料は、クロム、酸化クロム、および窒化クロムの１つを含み、前記位相シフト材料層の材料は、酸化モリブデンシリコン、酸窒化モリブデンシリコン、酸化炭化窒化モリブデンシリコン、酸化クロムシリコン、酸窒化クロムシリコンおよび酸化炭化窒化クロムシリコンの１つを含む。
本発明は、
互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
前記透光性基板の第２面に露光窓が形成されている遮光層を形成するステップと、を含む、
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
前記透光性基板の第２面に露光窓が形成されている遮光層を形成するステップと、を含む、
上記何れかの手段に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
上述したように、本発明による露光光周波数増強装置、フォトマスクおよびその製造方法は、以下の有益な効果を奏する。
本発明による露光光周波数増強装置は、透光性基板の表面に表面プラズモン層を設け、表面プラズモン層は、複数のナノ単位構造を含み、複数のナノ単位構造は、表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で、露光光（３６５ｎｍのｉ-ｌｉｎｅ光線、２４８ｎｍの紫外線ＵＶ、１９３ｎｍの深紫外線ＤＵＶなど）の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、和周波効果により前記透光性基板を透過する和周波光を形成することができ、和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える。本案は、和周波効果により、一部表面プラズモンの近接場が、表面に平行な第１方向に偏光された第１光波と第２方向に偏光された第２光波と相互作用することにより、第１方向および第２方向における表面プラズモンの近接場光波の共振周波数がそれぞれ同じ方向に偏光された第１光波および第２光波の光周波数と同一であるか整分数倍になると、和周波効果を発生し、且つ表面に垂直な第３光波（和周波光）を形成し、第３光波の周波数は、第１方向および第２方向の共振周波数の和であり、第３光波の波長は第１光波の波長よりも小さく、且つ第２光波の波長よりも小さく、表面プラズモン層を透過した露光光は波長が変わらずに保持される第１部分と波長が短くなった第２部分を有するようにし、それにより、フォトリソグラフィ工程の解像度およびコントラストを大幅に向上させる。さらに、本案は、表面プラズモン層を設けることにより、和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超えるようにして、解像度のさらなる向上が確保される。
本発明による露光光周波数増強装置は、透光性基板の表面に表面プラズモン層を設け、表面プラズモン層は、複数のナノ単位構造を含み、複数のナノ単位構造は、表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で、露光光（３６５ｎｍのｉ-ｌｉｎｅ光線、２４８ｎｍの紫外線ＵＶ、１９３ｎｍの深紫外線ＤＵＶなど）の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、和周波効果により前記透光性基板を透過する和周波光を形成することができ、和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える。本案は、和周波効果により、一部表面プラズモンの近接場が、表面に平行な第１方向に偏光された第１光波と第２方向に偏光された第２光波と相互作用することにより、第１方向および第２方向における表面プラズモンの近接場光波の共振周波数がそれぞれ同じ方向に偏光された第１光波および第２光波の光周波数と同一であるか整分数倍になると、和周波効果を発生し、且つ表面に垂直な第３光波（和周波光）を形成し、第３光波の周波数は、第１方向および第２方向の共振周波数の和であり、第３光波の波長は第１光波の波長よりも小さく、且つ第２光波の波長よりも小さく、表面プラズモン層を透過した露光光は波長が変わらずに保持される第１部分と波長が短くなった第２部分を有するようにし、それにより、フォトリソグラフィ工程の解像度およびコントラストを大幅に向上させる。さらに、本案は、表面プラズモン層を設けることにより、和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超えるようにして、解像度のさらなる向上が確保される。
添付図面は、明細書の一部を構成するもので、本出願の実施形態のさらなる理解のために提供され、本出願の実施形態を説明に、本文の説明とともに本出願の原理を説明するために用いられる。明らかに、以下の説明における図面は、本出願のいくつかの実施形態に過ぎない。
以下、特定の具体的実例によって本発明の実施形態を説明するが、当業者は、本明細書に開示される内容から本発明における他の利点および効果を容易に理解可能である。本発明はその他異なる具体的実施形態によっても実施または応用可能であり、本明細書の各詳細事項もまた、別の視点および応用によって、本発明の精神を逸脱しないことを前提に各種の補足または変更が可能である。
なお、本文では、用語「含む／有する」は、特徴、部材、ステップ又は構成要素が存在することを意味し、一つ又は複数の他の特徴、部材、ステップ又は構成要素の存在又は付加を排除しない。
１つの実施形態に記載された特徴および／又は示された特徴は、同一又は類似の方式で１つ又はさらに多くの他の実施形態で用いられてもよく、他の実施形態における特徴と組み合わせてもよく、他の実施形態における特徴に代わってもよい。
本発明の実施例について詳細に説明する際に、説明の便宜上、素子構造を示す断面図について一般的な縮尺比率を使用せず、一部拡大し、且つ前記図面は例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。さらに、実際の作製において、長さ、幅および深さの三次元寸法が含まれるべきである。
説明の便宜上、本文において、「の下に」、「下方」、「未満」、「下面」、「上方」、「上に」などの空間関係用語を用いて図面に示される一つの要素または特徴が他の素子または特徴との関係を説明することがある。これら空間関係用語は、図に描かれている配向に加えて、使用中または動作中の装置の異なる配向を含むことを意図される。さらに、ある層が２つの層の「間」にあると言及される場合、それはその２つの層の間の唯一の層であり得るか、または１つ以上の介在層も存在し得る。
本願の文脈において、第１特徴が第２特徴の「上に」あると記載される構造は、第１特徴および第２特徴が直接接触して形成される実施形態を含んでもよく、ならびに第１特徴および第２特徴の間に形成される追加の特徴を含んでもよいが、第１特徴および第２特徴が直接接触しないこともある。
なお、本実施例において提供される図示は、模式の方式で本発明の基本的な構想を説明するものに過ぎない。図面で、本発明に関する部品のみ示しており、実際に実施するときの部品の数、形状、および寸方に従って描くものではない。実際に実施するときに各部品の形態、数量、および比率は、任意に変更してもよく、且つそれら部品の構成形態はより複雑であり得る。
図３および図４に示されるように、本実施形態は、投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置を提供し、前記増強装置は、対向する第１面および第２面を含む透光性基板１０１と、前記透光性基板１０１の第１面に位置し、複数のナノ単位構造を含む表面プラズモン層１０２であって、複数の前記ナノ単位構造は、それぞれ前記表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で前記露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、前記周波数効果は、前記透光性基板を透過する和周波光を形成することができ、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える表面プラズモン層１０２と、を含む。
一実施形態において、露光光は、前記第１方向に平行に偏光され、且つ第２方向に平行に偏光された２つの偏光を含む。
一実施形態において、第１方向および第２方向に配列されたナノ単位構造の周期寸法は、それぞれ前記露光光の波長の１～５の整数倍である。
一実施形態において、表面プラズモン層１０２は、露光光の作用下で表面プラズモンを生成するために用いられ、表面プラズモンの一部は前記表面プラズモン層１０２を透過して近接場光の場強度を増強し、表面プラズモンの他の一部の近接場は、前記周期的間隔配列に基づいて表面に平行な第１方向に偏光された第１光波と第２方向に偏光された第２光波と共振整合して和周波効果を発生して、前記表面プラズモン層に垂直な第３光波を形成し、前記第３光波は前記和周波光である。
一実施形態において、前記第３光波の波長は、前記第１光波の波長よりも小さく、且つ前記第２光波の波長よりも小さく設計されてもよい。
一実施形態において、第１方向および第２方向における前記表面プラズモンの近接場光波の共振周波数は、それぞれ同じ方向に偏光された第１光波および第２光波の光周波数と同一であるか整分数倍である。
一実施形態において、前記透光性基板１０１の透光率は８０％を超え、前記透光性基板１０１は、合成石英ガラス、ソーダガラスなどを含んでもよいが、合成石英ガラスが好ましい。透光性基板１０１の厚さは、通常の厚さまたはより薄くてもよく、一例として、前記透光性基板１０１の厚さは２ｍｍ～８ｍｍの間でもよく、例えば、前記透光性基板１０１の厚さは６ｍｍでもよい。
一実施形態において、前記露光光は、例えば、３６５ｎｍのｉ－ｌｉｎｅ光線、２４８ｎｍの紫外線ＵＶ、１９３ｎｍの深紫外線ＤＵＶなどを含む。
一実施形態において、露光光が前記表面プラズモン層１０２を照射するときに表面プラズモンが生成され、この実施形態における表面プラズモンは、導体（例えば、金属）と媒体の界面で伝播される電磁界表面波モードとして、露光光の電磁場の励起下で導体中の高密度自由電子ガスが集団で振動して形成されたものであり、近接場増強効果および超回折限界の光場局在化が高いので、前記マスクブランク表面の露光光の場強度を効果的に高めることができる。
一実施形態において、前記表面プラズモン層１０２の材料は、金属および透明導電性酸化物の１つを含み、前記金属は、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｄの１つを含み、前記透明導電性酸化物は、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズおよび酸化亜鉛の１つを含む。本実施形態において、前記表面プラズモン層１０２の材料は金（Ａｕ）である。
一実施形態において、前記表面プラズモン層１０２をパターン化する必要があるため、表面プラズモン層１０２の厚さが厚すぎると、パターン化工程の時間および難度が増加するとともに、粒子が残りやすくなり、表面プラズモン層１０２の厚さが小さすぎると、生成された表面プラズモン効果が減少し、前記マスクブランクの表面の露光光の増強に不利となる。そのため、前記表面プラズモン層１０２には好適な厚さ範囲があり、本実施形態では、前記表面プラズモン層１０２の厚さは前記露光光の波長の１／２～３倍の間であり、後続する工程においてパターン化工程に必要な時間および難度を確保する一方、表面プラズモン効果の強度を確保して、前記マスクブランクの表面における露光光の場強度が効果的、且つ比較的大きく増強されるように確保することができる。より好ましくは、前記表面プラズモン層１０２の厚さが前記露光光の波長の１／２倍～１倍の間であるときに、上記効果がさらに向上される。
一実施形態において、前記第１方向は前記第２方向に垂直であり、且つ、透光性基板の表面に平行である。
一実施形態において、前記表面プラズモン層を透過する第１方向における共振周波数は、前記第１光波の波長と、第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法と正の相関にあり、前記表面プラズモン層を透過する第２方向における共振周波数は、前記第２光波の波長と、第２方向に配列された前記ナノ単位構造の構造周期寸法と正の相関にある。第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法および第２方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法を設計および制御することにより、第１方向および第２方向におけるプラズモンの共振周波数と前記第１光波と第２光波の周波数が同一または整数の倍数になるようにすると、和周波数効果が発生され、表面に垂直な第３光波が生成され、第３光波の周波数は第１方向の共振周波数と第２方向の共振周波数との和である。
一実施形態において、前記第１方向の共振周波数ｆ１および波長λ１、前記第２方向の共振周波数ｆ２および波長λ２、前記第３光波の周波数ｆ３および波長λ３は、以下の式を満たす。
ｆ３＝ｆ１＋ｆ２、λ３＝λ１＊λ２／（λ１＋λ２）
ｆ３＝ｆ１＋ｆ２、λ３＝λ１＊λ２／（λ１＋λ２）
一実施形態において、第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法は、前記露光光の波長の１倍～５倍であり、第１方向の共振周波数は第１光波の周波数の１倍～０．２倍になるようにし、第２方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法は、前記露光光の波長の１倍～５倍であり、第２方向の共振周波数は第２光波の周波数の１倍～０．２倍になるようにする。
例えば、前記露光光が同じ光線であるときに、第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法が前記露光光の波長と同一であり、第２方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法が前記露光光の波長と同一であるときに、第１光波と第２光波の周波数をｆ、波長をλとすると、第３光波の周波数は２ｆ、波長はλ／２となる。しかしながら、波長λが比較的短い露光光（例えば、１９３ｎｍの深紫外線ＤＵＶ）に対して、第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法を前記露光光の波長と同一にし、偏光して得られた第１光波の波長は露光光の波長と同一で、いずれもλであり、第２方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法が前記露光光の波長の３倍であると、偏光された第２波長を３λと大きくして、第３光波の波長が３／４λとなる。このようにして、波長が短くなった第３光波が得られ、且つ第３光波の波長が透光性基板１０１によって容易に吸収されるほど短くないので、第３光波が一定の強度を有するように確保することができる。
第３光波の波長が比較的短いため、透光性基板１０１を透過する能力が既存の波長の露光光よりも弱くなるので、リソグラフィ露光を行う際に、露光強度を保証するとともに、リソグラフィ工程の解像度とコントラストを向上させるように、一定量の既存の波長の露光光および一部波長が比較的短い第３光波を確保することが好ましい。これに基づいて、一実施形態において、前記第３光波の出力が前記表面プラズモン層１０２を透過した露光光の総出力に占める比率は５０％～９０％であり、好ましくは６０％～８０％である。表面プラズモン層の厚さを変更し（厚ければ厚いほど、和周波効果が顕著になるが、透過光量は減少することがある）、適切な材料を選択するか、または適切なナノ構造を設定するなどにより、透過光の総出力において第３光波が占める比率を実現することができる。
一実施形態において、前記ナノ単位構造のサイズおよび隣接する２つの前記ナノ単位構造の間の間隔は同一である。
一実施形態において、前記ナノ単位構造の形状は、正方形、長方形、円形、および楕円形の１つを含む。
図１～４に示されるように、本実施形態は、
１）図１に示されるように、透光性基板１０１を提供するステップ
２）図２および図３に示されるように、スパッタリング工程およびフォトリソグラフィ―エッチング工程により、前記透光性基板１０１に表面プラズモン層１０２を形成するステップ
を含む、上記何れか解決手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置の製造方法をさらに提供する。
１）図１に示されるように、透光性基板１０１を提供するステップ
２）図２および図３に示されるように、スパッタリング工程およびフォトリソグラフィ―エッチング工程により、前記透光性基板１０１に表面プラズモン層１０２を形成するステップ
を含む、上記何れか解決手段に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置の製造方法をさらに提供する。
図８および図９に示されるように、本実施形態は、投影リソグラフィ用のフォトマスクを提供し、前記フォトマスクは、
投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置、透明基板２０１および遮光層２０２を含み、前記露光光周波数増強装置の構造は、実施例１で説明した通りであるので、ここでは繰り返さない。
投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置、透明基板２０１および遮光層２０２を含み、前記露光光周波数増強装置の構造は、実施例１で説明した通りであるので、ここでは繰り返さない。
前記透明基板２０１は、互いに対向する第１面および第２面を有し、前記第２面は前記増強装置の透光性基板１０１の第２面に結合される。
前記遮光層２０２は、前記透明基板２０１の第１面を覆い、前記遮光層２０２は、前記遮光層２０２を透過する露光窓を有する。
一実施形態において、前記透明基板２０１の材料は、合成石英ガラスを含み、前記遮光層２０２の材料は、クロム、酸化クロム、および窒化クロムの１つを含む。
一実施形態において、図９に示されるように、前記フォトマスクは、位相シフト材料層２０３をさらに含み、前記位相シフト材料層２０３は、前記透明基板２０１と前記遮光層２０２との間に位置し、前記露光窓は、前記位相シフト材料層２０３の上面に停止される。前記位相シフト材料層２０３の材料は、酸化モリブデンシリコン、酸窒化モリブデンシリコン、酸化炭化窒化モリブデンシリコン、酸化クロムシリコン、酸窒化クロムシリコンおよび酸化炭化窒化クロムシリコンの１つを含む。
図１～９に示されるように、本実施形態は、
１）図１に示されるように、互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板１０を提供するステップ
２）図２および図３に示されるように、前記透光性基板１０１の第１面に、スパッタリング工程およびフォトリソグラフィ―エッチング工程によって表面プラズモン層１０２を形成するステップ
３）図５～図７に示されるように、互いに対向する第１面および第２面を有し、前記透明基板２０１の第１面に遮光層２０２が形成され、前記遮光層２０２に露光窓が形成される透明基板２０１を提供するステップ
４）図８に示されるように、前記透光性基板１０１の第２面と前記透明基板２０１の第２面を結合するステップ
を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
１）図１に示されるように、互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板１０を提供するステップ
２）図２および図３に示されるように、前記透光性基板１０１の第１面に、スパッタリング工程およびフォトリソグラフィ―エッチング工程によって表面プラズモン層１０２を形成するステップ
３）図５～図７に示されるように、互いに対向する第１面および第２面を有し、前記透明基板２０１の第１面に遮光層２０２が形成され、前記遮光層２０２に露光窓が形成される透明基板２０１を提供するステップ
４）図８に示されるように、前記透光性基板１０１の第２面と前記透明基板２０１の第２面を結合するステップ
を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
本実施形態では、露光光周波数増強装置と一体となった投影リソグラフィ用のフォトマスクを形成し、表面プラズモン層１０２と遮光層２０２とをそれぞれ異なる基板に作製することにより、表面プラズモン層１０２と遮光層２０２が互いに影響しないようにする。最後に、結合工程を通じて、２つの基板を結合すればよいので、フォトマスクの製造の安定性および歩留まりを効果的に確保することができる。
図１０および図１１に示されるように、本実施形態は、投影リソグラフィ用の露光光周波数増光装置および遮光層２０２を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクをさらに提供するが、前記露光光周波数増光装置の構造は、実施形態１で説明したので、ここでは繰り返さない。
前記遮光層２０２は前記透光性基板１０１の第２面を覆い、前記遮光層２０２は、前記遮光層２０２を貫通する露光窓を有する。前記遮光層２０２の材料は、クロム、酸化クロム、窒化クロムの一つを含む。
一実施形態において、図１１に示されるように、前記フォトマスクは、位相シフト材料層２０３をさらに含み、前記位相シフト材料層２０３は、前記透光性基板１０１と前記遮光層２０２との間に位置され、前記露光窓は前記位相シフト材料層２０３の上面に停止される。前記位相シフト材料層２０３の材料は、酸化モリブデンシリコン、酸窒化モリブデンシリコン、酸化炭化窒化モリブデンシリコン、酸化クロムシリコン、酸窒化クロムシリコンおよび酸化炭化窒化クロムシリコンの１つを含む。
図１～３および図１０、図１１に示されるように、本実施形態は、
１）図１に示されるように、互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板１０を提供するステップ
２）図２および図３に示されるように、前記透光性基板１０１の第１面にスパッタリング工程およびフォトリソグラフィ―エッチング工程によって表面プラズモン層１０２を形成するステップ
３）図１０に示されるように、前記透光性基板１０１の第２面に露光窓が形成されている遮光層２０２を形成するステップ
を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
１）図１に示されるように、互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板１０を提供するステップ
２）図２および図３に示されるように、前記透光性基板１０１の第１面にスパッタリング工程およびフォトリソグラフィ―エッチング工程によって表面プラズモン層１０２を形成するステップ
３）図１０に示されるように、前記透光性基板１０１の第２面に露光窓が形成されている遮光層２０２を形成するステップ
を含む投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法をさらに提供する。
本実施形態の表面プラズモン層１０２および遮光層２０２は、同一基板上に製造されるので、１枚の基板および１回の結合工程を省くことができ、それによって、製造工程のコストを効果的に低減することができる。また、２つの基板を結合することに比べて、同じ基板を用いるので、フォトマスクの全体厚さを効果的に減少することができるとともに、露光光の透過率を向上させることができる。
上述したように、本発明の露光光周波数増強装置、フォトマスクおよびその製造方法は、以下の有益な効果を奏する。
本発明による露光光周波数増強装置は、透光性基板の表面に一層の表面プラズモン層を設け、表面プラズモン層は、複数のナノ単位構造を含み、複数の前記ナノ単位構造は、それぞれ前記表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で、前記露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、前記和周波効果により前記透明基板を透過する和周波光を形成することができ、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える。表面プラズモン層を透過した露光光が、波長が変わらずに保持される第１部分と波長が短くなる第２部分を有するようにすることにより（波長がより短い和周波光）、フォトリソグラフィ工程の解像度とコントラストが大幅に向上させる。
本発明による露光光周波数増強装置は、透光性基板の表面に一層の表面プラズモン層を設け、表面プラズモン層は、複数のナノ単位構造を含み、複数の前記ナノ単位構造は、それぞれ前記表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で、前記露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、前記和周波効果により前記透明基板を透過する和周波光を形成することができ、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が３０％を超える。表面プラズモン層を透過した露光光が、波長が変わらずに保持される第１部分と波長が短くなる第２部分を有するようにすることにより（波長がより短い和周波光）、フォトリソグラフィ工程の解像度とコントラストが大幅に向上させる。
したがって、本発明は、従来技術における様々な欠点を効果的に克服し、産業上の利用価値が高い。
上記の実施例は、本発明の原理および効果を例示的に記載するために使用されるに過ぎず、本発明を限定するのではない。当業者であれば本発明の精神および範囲から逸脱することなく上記の実施例に対して修正または変更を行うことができる。したがって、当業者が本発明において開示される精神および技術的思想の範囲内施した全ての等価な修正または変更は、依然として本発明の特許請求の範囲に含まれるべきである。
１０１ 透光性基板
１０２ 表面プラズモン層
２０１ 透明基板
２０２ 遮光層
２０３ 位相シフト材料層
１０２ 表面プラズモン層
２０１ 透明基板
２０２ 遮光層
２０３ 位相シフト材料層
Claims (17)
- 対向する第１面および第２面を備える透光性基板と、
表面プラズモン層であって、前記透光性基板の第１面に位置し、露光光の作用により表面プラズモンを生成し、複数のナノ単位構造を含み、複数の前記ナノ単位構造は、それぞれ前記表面プラズモン層の平面の第１方向および第２方向で前記露光光の波長と整合して和周波効果を発生することができる周期的間隔配列に設けられ、第１方向および第２方向に配列されたナノ単位構造の周期寸法は、それぞれ前記露光光の波長の１倍～５倍であり、第１方向および第２方向における前記表面プラズモンの近接場光波の共振周波数は、それぞれ同じ方向に偏光された第１光波および第２光波の光周波数と同一であるか整分数倍であり、前記和周波効果を形成することにより前記透光性基板を透過する和周波光を生成し、前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率を高める、表面プラズモン層と、
を含み、
前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直であり、
前記第１方向及び前記第２方向は、それぞれ前記透光性基板の第１面に対し平行である、ことを特徴とする投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。 - 前記露光光は、前記第１方向に平行に偏光され、且つ前記第２方向に平行に偏光される２つの偏光を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。
- 前記表面プラズモンの一部は前記表面プラズモン層を透過して、近接場光の場強度を増強し、前記表面プラズモンの他の一部の近接場は、前記周期的間隔配列に基づいて、表面に平行な第1方向に偏光された第1光波と、第２方向に偏光された第２光波と共振整合して和周波効果を発生して前記表面プラズモン層に垂直な第３光波を形成し、前記第３光波は前記和周波光である、ことを特徴とする請求項１に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。
- 第１方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法は、前記露光光の波長の１倍～５倍の整数倍であり、第１方向の共振周波数が第１光波の周波数の１倍～０．２倍になるようにし、第２方向に配列された前記ナノ単位構造の周期寸法は、前記露光光の波長の１倍～５倍の整数倍であり、第２方向の共振周波数が第２光波の周波数の１倍～０．２倍になるようにする、ことを特徴とする請求項３に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。
- 前記第１方向の共振周波数（ｆ１）および波長（λ１）、前記第２方向の共振周波数（ｆ２）および波長（λ２）、前記第３光波の周波数（ｆ３）および波長（λ３）は、以下の式を満たす、
ｆ３＝ｆ１＋ｆ２、λ３＝λ１＊λ２／（λ１＋λ２）
ことを特徴とする請求項３に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。 - 前記表面プラズモン層の厚さは前記露光光の波長の１／２～３倍の間である、ことを特徴とする請求項１に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。
- 前記和周波光の出力が前記表面プラズモン層を透過する露光光の総出力に占める比率が６０％～８０％である、ことを特徴とする請求項１に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。
- 前記表面プラズモン層の材料は、金属および紫外線に対する透明導電酸化物の一つを含み、前記金属は、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｄの１つ以上を含み、前記透明導電酸化物は、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズおよび酸化亜鉛の１つまたは複数の組み合せを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置。
- 透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板上に表面プラズモン層を形成するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置の製造方法。 - 請求項１～８のいずれか一項に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置と、
互いに対向する第１面および第２面を有し、前記第２面が前記増強装置の透光性基板の第２面と結合される透明基板と、
前記透明基板の第１面を覆う遮光層であって、この遮光層を貫通する露光窓を有する遮光層と、を含む、ことを特徴とする投影リソグラフィ用のフォトマスク。 - 前記フォトマスクは位相シフト材料層をさらに含み、前記位相シフト材料層は前記透明基板と前記遮光層との間に位置され、前記露光窓は前記位相シフト材料層の上部に停止される、ことを特徴とする請求項１０に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスク。
- 互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
互いに対向する第１面および第２面を有し、この第１面に露光窓を有する遮光層が形成されている透明基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第２面と前記透明基板の第２面とを結合するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法。 - 互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
互いに対向する第１面および第２面を有し、この第１面に露光窓を有する遮光層が形成されている透明基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第２面と前記透明基板の第２面とを結合するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法。 - 請求項１～８のいずれか一項に記載の投影リソグラフィ用の露光光周波数増強装置と、
前記透明基板の第２面を覆う遮光層であって、この遮光層を貫通する露光窓を有する遮光層と、を含む、ことを特徴とする投影リソグラフィ用のフォトマスク。 - 前記フォトマスクは位相シフト材料層をさらに含み、前記位相シフト材料層は前記透明基板と前記遮光層との間に位置され、前記露光窓は前記位相シフト材料層の上部に停止される、ことを特徴とする請求項１４に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスク。
- 互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
前記透光性基板の第２面に露光窓が形成されている遮光層を形成するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法。 - 互いに対向する第１面および第２面を有する透光性基板を提供するステップと、
前記透光性基板の第１面に表面プラズモン層を形成するステップと、
前記透光性基板の第２面に露光窓が形成されている遮光層を形成するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項１５に記載の投影リソグラフィ用のフォトマスクの製造方法。
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