KR102634369B1 - 노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광광 주파수 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 장치는 투광 기판 및 표면 플라즈몬층을 포함한다. 여기에서, 표면 플라즈몬층은 복수의 나노 단위 구조체를 포함한다. 복수의 상기 나노 단위 구조체는 각각 상기 표면 플라즈몬층 평면의 제1 방향 및 제2 방향 상에서 노광광의 파장과 매칭되어 합주파수 효과를 발생시킬 수 있도록 주기적으로 이격 배치된다. 합주파수 효과는 상기 투광 기판을 관통하는 합주파수 광을 형성할 수 있다. 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광 총 전력에서 차지하는 비율이 30%보다 높다. 주파수 증강을 통해, 상기 장치는 노광광이 30% 이상의 원래 노광광 주파수보다 더 높은(파장이 더 짧은) 합주파수 광을 함유하도록 한다. 따라서 본 발명은 프로젝션 리소그래피 공정의 해상도와 콘트라스트를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법{EXPOSURE LIGHT ENHANCEMENT DEVICE, PHOTOMASK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 반도체 제조 분야에 속하며, 보다 상세하게는 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법을 제공한다.
리소그래피 기술은 집적 회로 제조 방법의 끊임없는 진보와 함께 선폭이 지속적으로 축소되고 있다. 반도체 소자의 면적은 점점 더 작아지고 있으며, 반도체의 레이아웃은 이미 일반적인 단일 기능 분리 소자에서 집적된 고밀도 다기능 집적 회로로 진화하였다. 최초의 IC(집적 회로)에서 LSI(Large Scale Integrated Circuit), VLSI(Very Large Scale Integrated Circuit), 오늘날의 ULSI(Ultra Large Scale Integrated Circuit)에 이르기까지 소자의 면적은 더욱 축소되었다. 칩 제조업체들은 공정 연구 개발의 복잡성, 장기성 및 높은 비용 등 불리한 요소의 제약을 고려하여, 현재 기술 수준을 기반으로 소자의 집적 밀도를 더욱 향상시켜, 동일한 웨이퍼 상에서 가능한 한 많은 칩 수를 효과적으로 얻어 전반적인 이익을 향상시키는 방법에 점점 더 주목하고 있다. 여기에서 프로젝션 리소그래피 공정은 핵심적인 역할을 한다. 본원에서의 리소그래피 기술이 모두 프로젝션 리소그래피을 의미하는 경우, 프로젝션 리소그래피 장비, 공정 및 마스크 기술은 그 중에서도 가장 중요하다.
가장 간단한 바이너리 포토마스크(BIM) 또는 위상 반전 포토마스크(PSM)는 모두 하나의 마스크층(Cr)을 구비하며, 이의 두께는 약 50 내지 100nm이다. 위상 반전 포토마스크의 위상 반전은 패턴화된 석역 기판 상의 트렌치 깊이에 의해 제공될 수 있다.
이중층 위상 반전 포토마스크는 차광된 Cr층과 MoSiON층을 포함할 수 있다. MoSiON층의 두께는 이의 위상 반전 및 감쇠 기능을 보장하도록 약 50 내지 150nm이다. 이중층 위상 반전 포토마스크의 패턴 제작이 완료된 후, 이중층 위상 반전 포토마스크의 위상 반전량과 감쇠량은 MoSiON층의 두께에 의해 결정된다. 위상 반전 포토마스크는 보다 우수한 포토마스크 성능을 획득하도록 다층 구조를 더 포함할 수 있다.
그러나 상기 포토마스크는 웨이퍼 상에서 패턴의 해상도와 콘트라스트가 충분하지 못한 문제가 여전히 존재한다.
상기 기술 배경에 대한 소개는 본 출원의 기술적 해결책에 대한 명확하고 완전한 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 당업자의 이해를 돕기 위해 설명한 것임에 유의한다. 이러한 기술적 해결책이 본 출원의 배경 기술 부분에 기재되었다고 해서 상기 기술적 해결책이 당업자에게 공지되었다고 볼 수는 없다.
상술한 종래 기술의 단점을 감안하여, 본 발명의 목적은 노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법을 제공함으로써, 포토마스크의 해상도와 콘트라스트가 충분하지 않은 종래 기술의 문제를 해결하는 데에 있다.
상기 목적 및 기타 관련 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치를 제공한다. 상기 주파수 증강 장치는 대향하는 제1면 및 제2면을 포함하는 투광 기판; 및 상기 투광 기판의 제1면에 위치한 표면 플라즈몬층을 포함한다. 상기 표면 플라즈몬층은 복수의 나노 단위 구조체를 포함한다. 복수의 상기 나노 단위 구조체는 상기 표면 플라즈몬층 평면의 제1 방향 및 제2 방향 상에서 각각 상기 노광광의 파장과 매칭되어 합주파수 효과를 발생시킬 수 있도록 주기적으로 이격 배치된다. 상기 합주파수 효과는 상기 투광 기판을 관통하는 합주파수 광을 형성할 수 있다. 상기 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광 총 전력에서 차지하는 비율이 30%보다 높다.
선택적으로, 상기 노광광은 상기 행 방향에 평행한 편광 및 상기 열 방향에 평행한 편광의 2개의 편광광을 포함한다.
선택적으로, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향으로 배치된 나노 단위 구조체의 주기 크기는 각각 상기 노광광 파장의 1 내지 5의 정수 배이다.
선택적으로, 상기 표면 플라즈몬층은 상기 노광광의 작용 하에서 표면 플라즈몬을 생성할 수 있다. 일부의 상기 표면 플라즈몬은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하여 근접장광의 장 세기를 증강시킨다. 다른 일부의 상기 표면 플라즈몬의 근접장은 상기 주기적 이격 배치를 기반으로 표면에 평행한 제1 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 방향으로 편파된 제2 광파와 공진 매칭되어 합주파수 효과를 생성함으로써 상기 표면 플라즈몬층에 수직인 제3 광파를 형성할 수 있다. 상기 제3 광파는 상기 합주파수 광이다.
선택적으로, 상기 표면 플라즈몬의 근접장 광파의 제1 방향 및 제2 방향에서의 공진 주파수는 각각 동일 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 광파의 광 주파수와 동일하거나 정수 분율이다.
선택적으로, 제1 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기는 상기 노광광 파장의 1 내지 5의 정수 배가 되어, 제1 방향의 공진 주파수는 제1 광파 주파수의 1 내지 0.2배가 되도록 한다. 제2 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기는 상기 노광광 파장의 1 내지 5의 정수 배가 되어, 제2 방향의 공진 주파수는 제2 광파 주파수의 1 내지 0.2배가 되도록 한다.
선택적으로, 상기 제1 방향의 공진 주파수(f1)와 파장(λ1), 상기 제2 방향의 공진 주파수(f2)와 파장(λ2), 상기 제3 광파의 공진 주파수(f3)와 파장(λ3)은 공식 f3=f1+f2, λ3=λ1*λ2/(λ1+λ2)를 충족한다.
선택적으로, 상기 표면 플라즈몬층의 두께는 상기 노광광 파장의 1/2 내지 3배이다.
선택적으로, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이다.
선택적으로, 상기 표면 플라즈몬층의 재료는 금속 및 자외선 투명 전도성 산화물 중 하나를 포함한다. 상기 금속은 Al, Au, Ag 및 Pd 중 하나 이상의 조합을 포함한다. 상기 투명 전도성 산화물은 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물 및 아연 산화물 중 하나 이상의 조합을 포함한다.
선택적으로, 상기 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광의 총 전력에서 차지하는 비율이 60% 내지 80%이다.
선택적으로, 상기 나노 단위 구조체의 크기와 이웃하는 2개의 상기 나노 단위 구조체의 간격은 동일하다.
선택적으로, 상기 나노 단위 구조체의 형상에는 정사각형, 직사각형, 원형 및 타원형 중 하나가 포함된다.
본 발명은 상술한 어느 하나의 기술적 해결책에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치의 제조 방법을 더 제공한다. 여기에는 투광 기판을 제공하는 단계; 및 상기 투광 기판 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계가 포함된다.
본 발명은 프로젝션 리소그래피용 포토마스크를 더 제공한다. 상기 포토마스크는 상기 기술적 해결책 중 어느 하나에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치; 대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투명 기판 - 상기 제2면은 상기 증강 장치의 투광 기판의 제2면과 결합됨 - ; 및 상기 투명 기판의 제1면을 덮는 차광층 - 상기 차광층에는 상기 차광층을 관통하는 노광창이 구비됨 - 을 포함한다.
선택적으로, 상기 포토마스크는 위상 반전 재료층을 더 포함한다. 상기 위상 반전 재료층은 상기 투명 기판과 상기 차광층 사이에 위치하고, 상기 노광창의 상기 패턴은 상기 위상 반전 재료층의 상면에서 정지된다.
선택적으로, 상기 투명 기판의 재료에는 합성 석영 유리가 포함된다. 상기 차광층의 재료에는 크롬, 산화크롬 및 질화크롬 중 하나가 포함된다. 상기 위상 반전 재료층의 재료에는 몰리브덴 실리콘 산화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화탄화물, 크롬 실리콘 산화물, 크롬 실리콘 산화질화물, 크롬 실리콘 산화질화탄화물 중 하나가 포함된다.
본 발명은 상술한 기술적 해결책 중 어느 하나에 따른 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법을 더 제공한다. 상기 제조 방법은 대향하는 제1면 및 제2면을 구비한 투광 기판을 제공하는 단계; 상기 투광 기판의 제1면 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계; 대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투명 기판을 제공하고, 상기 투명 기판의 제1면 상에 차광층을 형성하며, 상기 차광층에 노광창을 형성하는 단계; 및 상기 투광 기판의 제2면과 상기 투명 기판의 제2면을 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 프로젝션 리소그래피용 포토마스크를 더 제공한다. 상기 포토마스크는 상술한 기술적 해결책 중 어느 하나에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치; 및 상기 투광 기판의 제2면을 덮는 차광층을 포함한다. 상기 차광층에는 상기 차광층을 관통하는 노광창이 구비된다.
선택적으로, 상기 포토마스크는 위상 반전 재료층을 더 포함한다. 상기 위상 반전 재료층은 상기 투명 기판과 상기 차광층 사이에 위치하고, 상기 노광창의 상기 패턴은 상기 위상 반전 재료층의 상면에서 정지된다.
선택적으로, 상기 차광층의 재료에는 크롬, 산화크롬 및 질화크롬 중 어느 하나가 포함된다. 상기 위상 반전 재료층의 재료에는 몰리브덴 실리콘 산화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화탄화물, 크롬 실리콘 산화물, 크롬 실리콘 산화질화물, 크롬 실리콘 산화질화탄화물 중 하나가 포함된다.
본 발명은 상술한 기술적 해결책 중 어느 하나에 따른 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법을 더 제공한다. 상기 제조 방법은 대향하는 제1면 및 제2면을 구비한 투광 기판을 제공하는 단계; 상기 투광 기판의 제1면 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계; 및 상기 투광 기판의 제2면 상에 차광층을 형성하고, 상기 차광층에 노광창을 형성하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법은 하기의 유익한 효과를 나타낸다.
본 발명에서 제공하는 노광광 증강 장치는 투광 기판 표면에 한 층의 표면 플라즈몬층을 설치한다. 표면 플라즈몬층은 복수의 나노 단위 구조체를 포함한다. 복수의 나노 단위 구조체는 표면 플라즈몬층 평면의 제1 방향 및 제2 방향 상에서 노광광(예를 들어 365nm의 i-line 광선, 248nm의 자외선(UV), 193nm의 원자외선(DUV) 등)의 파장과 매칭되어 합주파수 효과를 발생시킬 수 있도록 주기적으로 이격 배치된다. 합주파수 효과는 상기 투광 기판을 관통하는 합주파수 광을 형성할 수 있다. 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광 총 전력에서 차지하는 비율이 30%보다 낮다. 본 기술적 해결책은 합주파수 효과를 기반으로, 일부 표면 플라즈몬의 근접장이 표면에 평행한 제1 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 방향으로 편파된 제2 광파와 상호 작용할 수 있다. 표면 플라즈몬의 근접장 광파의 제1 방향 및 제2 방향에서의 공진 주파수가 각각 동일 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 광파의 광 주파수와 동일하거나 정수 분율이면, 합주파수 효과가 있고 표면에 수직인 제3 광파(합주파수 광)를 형성할 수 있다. 제3 광파의 주파수는 제1 방향과 제2 방향의 공진 주파수의 합이다. 제3 광파의 파장은 제1 광파의 파장보다 작고 제2 광파의 파장보다 작아, 표면 플라즈몬층을 관통한 노광광이 파장이 변하지 않고 유지되는 제1 부분 및 파장이 축소된 제2 부분을 갖도록 한다. 따라서 리소그래피 공정의 해상도와 콘트라스트가 대폭 향상된다. 또한, 본 기술적 해결책은 표면 플라즈몬층의 설치를 통해 노광광의 전력이 상기 표면 플라즈몬층의 노광광의 총 전력에서 차지하는 비율을 30%보다 높은 것으로 만들 수 있다. 이는 해상도가 향상되도록 보장한다.
포함된 첨부 도면은 본 출원 실시예에 대한 추가적인 이해를 돕기 위한 것으로, 명세서의 일부를 구성한다. 이는 본 출원의 실시방식을 설명하며, 문자 설명과 함께 본 출원의 원리를 해석하는 데 사용된다. 이하에 설명된 첨부 도면은 본 출원의 일부 실시예일 뿐임을 알 수 있다.
도 1 내지 4는 본 발명 실시예 1의 노광광 증강 장치의 제조 방법 단계로 제시된 구조도이다. 여기에서 도 3은 본 발명 실시예 1의 노광광 증강 장치의 단면 구조도이며, 도 4는 본 발명 실시예 1의 노광광 증강 장치의 평면 구조도이다.
도 5 내지 9는 본 발명 실시예 2의 포토마스크의 제조 방법 각 단계로 제시된 구조도이다. 여기에서 도 8 및 9는 각각 본 발명 실시예 2의 두 가지 포토마스크의 구조도이다.
도 10 및 11은 본 발명 실시예 3의 두 가지 포토마스크의 구조도이다.
구성요소의 부호 설명
101 투광 기판
102 표면 플라즈몬층
201 투명 기판
202 차광층
203 위상 반전 재료층
이하에서는 특정한 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 실시방식 설명한다. 당업자는 본 명세서에 개시된 내용으로부터 본 발명의 기타 장점 및 효과를 용이하게 이해할 수 있다. 본 발명은 다른 상이한 구체적인 실시방식을 통해 실시 또는 응용할 수 있다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 다양한 관점 및 응용을 기반으로 본 명세서의 각 세부 사항을 다양하게 수정 또는 변경할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "포괄/포함"은 특징, 전체 요소, 단계 또는 구성 요소의 존재를 지칭하나, 하나 이상의 다른 특징, 전체 요소, 단계 또는 구성 요소가 존재하거나 추가되는 것을 배제하지 않음에 유의한다.
일 실시방식에서 설명 및/또는 예시된 특징은 동일하거나 유사한 방식으로 하나 이상의 다른 실시방식에 사용될 수 있다. 이는 기타 실시방식의 특징과 결합되거나 기타 실시방식의 특징을 대체할 수 있다.
예를 들어 본 발명의 실시예를 상세히 설명할 때, 설명의 편의를 위해 소자 구조를 나타내는 단면도는 일반적인 축척에 따라 부분을 확대하지 않을 수 있다. 또한 상기 개략도는 예시일 뿐이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않는다. 또한 실제 제작에서는 길이, 폭 및 깊이의 3차원 공간 치수가 포함되어야 한다.
설명의 편의를 위하여, 본 명세서에서 "~의 아래", "하방", "~보다 낮은", "하면", "상방", "~의 위" 등과 같은 공간적 관계 용어를 사용하여 첨부 도면에 도시된 하나의 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 관계를 설명할 수 있다. 이러한 공간적 관계 용어는 사용 중 또는 조작 중인 소자의, 첨부 도면에 도시된 방향을 제외한 다른 방향을 포함하도록 의도됨을 이해할 수 있다. 또한 한 층이 두 층 "사이"에 있는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 두 층 사이에 있는 유일한 층이거나, 그 사이에 하나 이상의 층이 존재할 수도 있다.
본 출원의 상하 문맥에서, 설명된 제1 특징이 제2 특징"의 위"에 있는 구조는 제1 특징과 제2 특징이 직접 접촉되는 실시예를 포함할 수 있다. 또한 추가적인 특징이 제1 특징과 제2 특징 사이에 형성되는 실시예를 포함할 수도 있다. 이처럼 제1 특징과 제2 특징은 직접 접촉되지 않을 수도 있다.
본 실시예에서 제공되는 도면들은 본 발명의 기본적인 사상을 개략적으로 나타낸 것일 뿐임에 유의한다. 도면은 본 발명과 관련된 구성 요소만 도시하였으며, 이는 실제 실시할 때의 구성 요소 수량, 형상 및 치수에 따라 제도되지 않았다. 실제 실시할 때 각 구성 요소의 형태, 수량 및 비율은 임의로 변경할 수 있으며, 그 구성 요소 레이아웃 형태는 더 복잡할 수 있다.
[실시예 1]
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치를 제공한다. 상기 증강 장치는 대향하는 제1면 및 제2면을 포함하는 투광 기판(101); 및 상기 투광 기판(101)의 제1면에 위치한 표면 플라즈몬층(102)을 포함한다. 상기 표면 플라즈몬층(102)은 복수의 나노 단위 구조체를 포함한다. 복수의 상기 나노 단위 구조체는 상기 표면 플라즈몬층 평면의 제1 방향 및 제2 방향 상에서 각각 상기 노광광의 파장과 매칭되어 합주파수 효과를 발생시킬 수 있도록 주기적으로 이격 배치된다. 상기 합주파수 효과는 상기 투광 기판을 관통하는 합주파수 광을 형성할 수 있다. 상기 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광 총 전력에서 차지하는 비율이 30%보다 높다.
일 실시예에 있어서, 노광광은 상기 제1 방향에 평행한 편광 및 제2 방향에 평행한 편광의 2개 편광광을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제1 방향과 제2 방향으로 배치된 나노 단위 구조체의 주기 크기는 각각 상기 노광광 파장의 1 내지 5의 정수 배이다.
일 실시예에 있어서, 표면 플라즈몬층(102)은 노광광의 작용 하에서 표면 플라즈몬을 생성할 수 있다. 일부의 상기 표면 플라즈몬은 상기 표면 플라즈몬층(102)을 관통하여 근접장광의 장 세기를 증강시킨다. 다른 일부의 표면 플라즈몬의 근접장은 상기 주기적 이격 배치를 기반으로 표면에 평행한 제1 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 방향으로 편파된 제2 광파와 공진 매칭되어 합주파수 효과를 생성함으로써 상기 표면 플라즈몬층에 수직인 제3 광파를 형성할 수 있다. 상기 제3 광파는 상기 합주파수 광이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 광파의 파장은 상기 제1 광파의 파장보다 작고 상기 제2 광파의 파장보다 작도록 설계될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면 플라즈몬의 근접장 광파의 제1 방향 및 제2 방향에서의 공진 주파수는 각각 동일 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 광파의 광 주파수와 동일하거나 정수 분율이다.
일 실시예에 있어서, 상기 투광 기판(101)의 투광률은 80%보다 크다. 상기 투광 기판(101)은 합성 석영 유리, 소다 유리 등을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 합성 석용 유리를 포함한다. 투광 기판(101)의 두께는 일반적인 두께이거나 더 얇을 수 있다. 예시로서, 상기 투광 기판(101)의 두께는 2 내지 8mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 투광 기판(101)의 두께는 6mm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 노광광은 365nm의 i-line 광선, 248nm의 자외선(UV), 193nm의 원자외선(DUV) 등을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 노광광이 상기 표면 플라즈몬층(102)에 조사되면 표면 플라즈몬이 생성된다. 본 실시예의 표면 플라즈몬은 도체(예를 들어 금속)와 매질 계면에 전파되는 전자기장 표면파 모드로서, 노광광의 전자기장 요기 하에서 도체 중 고밀도의 자유 전자 가스가 집단 진동되어 형성된 것이다. 이는 고도의 근접장 증강 효과와 초회절 한계의 광장(light field) 국소성을 갖는다. 따라서 상기 마스크 기판 표면의 노광광의 장 세기를 효과적으로 증강시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층(102)의 재료는 금속 및 투명 전도성 산화물 중 하나를 포함한다. 상기 금속은 Al, Au, Ag 및 Pd 중 하나를 포함한다. 상기 투명 전도성 산화물은 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물 및 아연 산화물 중 하나를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층(102)의 재료는 금(Au)이다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층(102)은 패턴화를 수행해야 한다. 두께가 너무 큰 표면 플라즈몬층(102)은 패턴화 공정의 시간과 난이도를 증가시키는 동시에 입자를 잔류시키기 쉽다. 반면 두께가 너무 작은 표면 플라즈몬층(102)은 생산된 표면 플라즈몬 효과가 저하될 수 있어 상기 마스크 기판 표면의 노광광의 증강에 도움이 되지 않는다. 따라서 상기 표면 플라즈몬층(102)에는 비교적 바람직한 두께 범위가 존재한다. 본 실시예에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층(102)의 두께는 상기 노광광 파장의 1/2 내지 3배이다. 이는 한편으로는 후속 공정에서 패턴화 공정 수행에 필요한 시간과 난이도를 보장할 수 있다. 다른 한편으로는 표면 플라즈몬 효과의 강도를 보장하여, 상기 마스크 기판 표면의 노광광의 장 세기가 효과적이고 더 크게 증강되도록 보장할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 표면 플라즈몬층(102)의 두께는 상기 노광광 파장의 1/2 내지 1배이며, 이는 상술한 효과를 더욱 향상시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이며, 투광 기판 표면에 평행하다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 제1 방향에서의 공진 주파수는 상기 제1 광파의 파장과 제1 방향으로 배치되는 상기 나노 단위 구조체의 구조 주기 크기와 양의 상관관계를 갖는다. 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 제2 방향에서의 공진 주파수는 상기 제2 광파의 파장과 제2 방향으로 배치되는 상기 나노 단위 구조체의 구조 주기 크기와 양의 상관관계를 갖는다. 제1 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기와 제2 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기를 설계 및 제어하여, 제1 방향과 제2 방향에서 플라즈몬의 공진 주파수와 상기 제1 광파 및 제2 광파의 주파수는 동일하거나 정수 배이다. 이는 합주파수 효과를 형성하여 표면에 수직인 제3 광파를 발생시킬 수 있다. 제3 광파의 주파수는 제1 방향과 제2 방향의 공진 주파수의 합이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향의 공진 주파수(f1)와 파장(λ1), 상기 제2 방향의 공진 주파수(f2)와 파장(λ2), 상기 제3 광파의 공진 주파수(f3)와 파장(λ3)은 공식 f3=f1+f2, λ3=λ1*λ2/(λ1+λ2)를 충족한다.
일 실시예에 있어서, 제1 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기는 상기 노광광 파장의 1 내지 5배이고, 제1 방향의 공진 주파수는 제1 광파 주파수의 1 내지 0.2배이다. 제2 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기는 상기 노광광 파장의 1 내지 5배이고, 제2 방향의 공진 주파수는 제2 광파 주파수의 1 내지 0.2배이다.
예를 들어, 상기 노광광이 동일 광선하고, 제1 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기가 상기 노광광 파장과 동일하고, 제2 방향으로 배치된 나노 단위 구조체의 주기 크기가 상기 노광광의 파장과 동일하고, 제1 광파와 제2 광파의 주파수는 f이고, 파장이 λ이면, 제3 광파의 주파수는 2f이고, 파장은 λ/2이다. 그러나 파장 λ가 비교적 짧은 노광광(예를 들어 193nm 원자외선(DUV))의 경우, 제1 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기를 상기 노광광의 파장과 동일하게 할 수 있다. 편파되어 획득된 제1 광파의 파장은 노광광의 파장과 동일하게, 모두 λ이다. 제2 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기가 상기 노광광 파장의 3배이면, 편파된 제2 파장은 3λ로 증가하며, 제3 광파의 파장은 3/4λ이다. 이러한 방식으로 파장이 단축된 제3 광파를 획득할 수 있고, 제3 광파의 파장이 너무 짧아 투광 기판(101)에 쉽게 흡쉬되는 것을 방지한다. 따라서 제3 광파가 일정한 강도를 갖도록 보장한다.
제3 광파의 파장이 비교적 짧기 때문에, 투광 기판(101)을 관통하는 능력이 원래 파장의 노광광보다 약하다. 따라서 리소그래피 노광 시, 바람직하게는 일정량의 원래 파장의 노광광 및 일부 파장이 비교적 짧은 제3 광파를 확보하여 노광 강도를 보장하는 동시에, 리소그래피 공정의 해상도와 콘트라스트를 향상시킨다. 이를 기반으로, 일 실시예에 있어서, 상기 제3 광파의 전력이 상기 표면 플라즈몬층(102)을 관통하는 노광광 전체 전력에서 차지하는 비율은 50% 내지 90%이며, 바람직하게는 60% 내지 80%이다. 표면 플라즈몬층의 두께를 변경하고(두께가 클수록 합주파수 효과가 현저하나, 투과된 광량이 감소함), 적합한 재료를 선택하거나, 적합한 나노 구조 등을 설치함으로써 투과광에서 제3 광파의 총 전력 비중을 구현할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 단위 구조체의 크기와 이웃하는 2개의 상기 나노 단위 구조체의 간격은 동일하다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 단위 구조체의 형상에는 정사각형, 직사각형, 원형 및 타원형 중 하나가 포함된다.
도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 상술한 기술적 해결책 중 어느 하나에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치의 제조 방법을 더 제공한다. 여기에는 1) 도 1에 도시된 바와 같이, 투광 기판(101)을 제공하는 단계; 및 2) 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 공정과 리소그래피-에칭 공정을 통해 상기 투광 기판(101) 상에 표면 플라즈몬층(102)을 형성하는 단계가 포함된다.
[실시예 2]
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크를 제공한다.
상기 포토마스크는 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치, 투명 기판(201) 및 차광층(202)을 포함한다. 상기 노광광 증강 장치의 구조는 실시예 1과 같으므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
상기 투명 기판(201)은 대향하는 제1면 및 제2면을 구비한다. 상기 제2면은 상기 증강 장치의 투광 기판(101)의 제2면과 결합된다.
상기 차광층(202)은 상기 투명 기판(201)의 제1면을 덮는다. 상기 차광층(202)에는 상기 차광층(202)을 관통하는 노광창이 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 기판(201)의 재료에는 합성 석영 유리가 포함된다. 상기 차광층(202)의 재료에는 크롬, 산화크롬 및 질화크롬 중 하나가 포함된다.
일 실시예에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 포토마스크는 위상 반전 재료층(203)을 더 포함한다. 상기 위상 반전 재료층(203)은 상기 투명 기판(201)과 상기 차광층(202) 사이에 위치한다. 상기 노광창의 상기 패턴은 상기 위상 반전 재료층(203)의 상면에서 정지된다. 상기 위상 반전 재료층(203)의 재료에는 몰리브덴 실리콘 산화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화탄화물, 크롬 실리콘 산화물, 크롬 실리콘 산화질화물, 크롬 실리콘 산화질화탄화물 중 하나가 포함된다.
도 1 내지 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법을 더 제공한다. 상기 제조 단계는 1) 도 1에 도시된 바와 같이, 대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투광 기판(101)을 제공하는 단계; 2) 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 공정과 리소그래피-에칭 공정을 통해 상기 투광 기판(101)의 제1면 상에 표면 플라즈몬층(102)을 형성하는 단계; 3) 도 5 내지 7에 도시된 바와 같이, 대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투명 기판(201)을 제공하고, 상기 투명 기판(201)의 제1면 상에 차광층(202)을 형성하며, 상기 차광층(202)에 노광창을 형성하는 단계; 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 투광 기판(101)의 제2면과 상기 투명 기판(201)의 제2면을 결합하는 단계를 포함한다.
본 실시예는 결합 방식을 통해 노광광 증강 장치에 집적된 프로젝션 리소그래피용 포토마스크를 형성한다. 표면 플라즈몬층(102)과 차광층(202)은 각각 상이한 기판 상에 제조되므로, 표면 플라즈몬층(102)과 차광층(202)이 서로 영향을 미치지 않는다. 마지막으로 결합 공정을 통해 2개의 기판을 결합하기만 하면, 포토마스크 제작의 안정성과 수율을 효과적으로 보장할 수 있다.
[실시예 3]
도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크를 제공한다. 상기 포토마스크는 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치 및 차광층(202)을 포함한다. 상기 노광광 증강 장치의 구조는 실시예 1과 같으므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
상기 차광층(202)은 상기 투광 기판(101)의 제2면을 덮는다. 상기 차광층(202)에는 상기 차광층(202)을 관통하는 노광창이 구비된다. 상기 차광층(202)이 재료에는 크롬, 산화크롬 및 질화크롬 중 어느 하나가 포함된다.
일 실시예에 있어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 포토마스크는 위상 반전 재료층(203)을 더 포함한다. 상기 위상 반전 재료층(203)은 상기 투명 기판(201)과 상기 차광층(202) 사이에 위치한다. 상기 노광창의 상기 패턴은 상기 위상 반전 재료층(203)의 상면에서 정지된다. 상기 위상 반전 재료층(203)의 재료에는 몰리브덴 실리콘 산화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화물, 몰리브덴 실리콘 산화질화탄화물, 크롬 실리콘 산화물, 크롬 실리콘 산화질화물, 크롬 실리콘 산화질화탄화물 중 하나가 포함된다.
도 1 내지 3 및 10, 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법을 더 제공한다. 상기 제조 방법은 1) 도 1에 도시된 바와 같이, 대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투광 기판(101)을 제공하는 단계; 2) 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 공정과 리소그래피-에칭 공정을 통해 상기 투광 기판(101)의 제1면 상에 표면 플라즈몬층(102)을 형성하는 단계; 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 투광 기판(101)의 제2면 상에 차광층(202)을 형성하고, 상기 차광층(202)에 노광창을 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예의 표면 플라즈몬층(102)과 차광층(202)은 동일한 기판 상에 제조한다. 따라서 하나의 기판이 절약되고 하나의 결합 공정이 감소하므로, 제조 공정 비용을 효과적으로 낮출 수 있다. 또한 2개 기판을 결합하는 것에 비해, 동일한 기판을 사용하면 포토마스크의 전체적인 두께를 효과적으로 줄이고 노광광의 투과율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 노광광 증강 장치, 포토마스크 및 이의 제조 방법은 하기의 유익한 효과를 나타낸다.
본 발명에서 제공하는 노광광 증강 장치는 투광 기판 표면에 한 층의 표면 플라즈몬층을 설치한다. 표면 플라즈몬층은 복수의 나노 단위 구조체를 포함한다. 복수의 상기 나노 단위 구조체는 각각 상기 표면 플라즈몬층 평면의 제1 방향 및 제2 방향 상에서 상기 노광광의 파장과 매칭되어 합주파수 효과를 발생시킬 수 있도록 주기적으로 이격 배치된다. 합주파수 효과는 상기 투광 기판을 관통하는 합주파수 광을 형성할 수 있다. 상기 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광 총 전력에서 차지하는 비율이 30%보다 높다. 표면 플라즈몬층을 관통한 노광광은 파장이 변하지 않도록 유지되는 제1 부분 및 파장이 축소되는 제2 부분(파장이 더 짧은 합주파수 광)을 갖는다. 따라서 리소그래피 공정의 해상도와 콘트라스트가 크게 향상된다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 여러 결함을 극복하였으므로 산업상 이용 가치가 높다.
상기 실시예는 본 발명의 원리 및 그 효과를 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하지 않는다. 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 전술한 실시예를 수정하거나 변경할 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 정신 및 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 이루어진 모든 등가 수정 또는 변경은 본 발명의 청구범위에 포함되어야 한다.

Claims (18)

  1. 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치에 있어서,
    상기 주파수 증강 장치는,
    대향하는 제1면 및 제2면을 포함하는 투광 기판; 및
    상기 투광 기판의 제1면에 위치한 표면 플라즈몬층을 포함하고,
    상기 표면 플라즈몬층은 상기 노광광의 작용 하에서 표면 플라즈몬을 생성할 수 있고, 상기 표면 플라즈몬층은 복수의 나노 단위 구조체를 포함하고,
    복수의 상기 나노 단위 구조체는 상기 표면 플라즈몬층의 평면의 제1 방향 및 제2 방향 상에서 각각 상기 노광광의 파장과 매칭되어 합주파수 효과를 발생시킬 수 있도록 주기적 이격 배치되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 배치된 나노 단위 구조체의 주기 크기를 각각 상기 노광광의 파장의 1 내지 5의 정수 배로 설정하여, 상기 표면 플라즈몬의 근접장 광파의 제1 방향 및 제2 방향에서의 공진 주파수가, 각각 동일 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 광파의 광 주파수와 동일하거나 정수 분율이 되도록 하고, 합주파수 효과를 형성하여 상기 투광 기판을 관통하는 합주파수 광을 생성하고,
    상기 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광 총 전력에서 차지하는 비율이 30%보다 높은 것이고,
    상기 노광광은 상기 제1 방향과 평행하게 편광되는 것과, 상기 제2 방향에 평행하게 편광되는 2개의 편광광을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    일부의 상기 표면 플라즈몬은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하여 근접장광의 장 세기를 증강시키고,
    다른 일부의 상기 표면 플라즈몬의 근접장은 상기 주기적 이격 배치를 기반으로 표면에 평행한 제1 방향으로 편파된 제1 광파 및 제2 방향으로 편파된 제2 광파와 공진 매칭되어 합주파수 효과를 생성함으로써, 상기 표면 플라즈몬층에 수직인 제3 광파를 형성할 수 있고,
    상기 제3 광파는 상기 합주파수 광인 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기는 상기 노광광의 파장의 1 내지 5의 정수 배가 되어, 제1 방향의 공진 주파수는 제1 광파 주파수의 1 내지 0.2배가 되도록 하고, 제2 방향으로 배치된 상기 나노 단위 구조체의 주기 크기는 상기 노광광의 파장의 1 내지 5의 정수 배가 되어, 제2 방향의 공진 주파수는 제2 광파 주파수의 1 내지 0.2배가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 방향의 공진 주파수(f1)와 파장(λ1), 상기 제2 방향의 공진 주파수(f2)와 파장(λ2), 상기 제3 광파의 공진 주파수(f3)와 파장(λ3)은 공식 f3=f1+f2, λ3= λ1 * λ2 / (λ1 + λ2 )를 충족하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬층의 두께는 상기 노광광의 파장의 1/2 내지 3배인 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직인 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 합주파수 광의 전력은 상기 표면 플라즈몬층을 관통하는 노광광의 총 전력에서 차지하는 비율이 60% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬층의 재료는 금속 및 자외선 투명 전도성 산화물 중 하나를 포함하고, 상기 금속은 Al, Au, Ag 및 Pd 중 하나 이상의 조합을 포함하고, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물 및 아연 산화물 중 하나 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치.
  10. 제1항 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치의 제조 방법에 있어서,
    투광 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 투광 기판 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 프로젝션 리소그래피용 포토마스크에 있어서,
    상기 포토마스크는,
    제1항 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 주파수 증강 장치;
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투명 기판 - 상기 제2면은 상기 증강 장치의 투광 기판의 제2면과 결합됨 - ; 및
    상기 투명 기판의 제1면을 덮는 차광층 - 상기 차광층에는 상기 차광층을 관통하는 노광창이 구비됨 - 을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 포토마스크는 위상 반전 재료층을 더 포함하고, 상기 위상 반전 재료층은 상기 투명 기판과 상기 차광층 사이에 위치하고, 상기 노광창은 상기 위상 반전 재료층의 상면에서 정지되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크.
  13. 제11항에 따른 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비한 투광 기판을 제공하는 단계;
    상기 투광 기판의 제1면 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계;
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투명 기판을 제공하고, 상기 투명 기판의 제1면 상에 차광층을 형성하며, 상기 차광층에 노광창을 형성하는 단계; 및
    상기 투광 기판의 제2면과 상기 투명 기판의 제2면을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제12항에 따른 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비한 투광 기판을 제공하는 단계;
    상기 투광 기판의 제1면 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계;
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비하는 투명 기판을 제공하고, 상기 투명 기판의 제1면 상에 차광층을 형성하며, 상기 차광층에 노광창을 형성하는 단계; 및
    상기 투광 기판의 제2면과 상기 투명 기판의 제2면을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법
  15. 프로젝션 리소그래피용 포토마스크에 있어서,
    상기 포토마스크는,
    제1항 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 프로젝션 리소그래피용 노광광 증강 장치; 및
    상기 투광 기판의 제2면을 덮는 차광층 - 상기 차광층에는 상기 차광층을 관통하는 노광창이 구비됨 - 을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 포토마스크는 위상 반전 재료층을 더 포함하고, 상기 위상 반전 재료층은 상기 투광 기판과 상기 차광층 사이에 위치하고, 상기 노광창은 상기 위상 반전 재료층의 상면에서 정지되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 리소그래피용 포토마스크.
  17. 제15항에 따른 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비한 투광 기판을 제공하는 단계;
    상기 투광 기판의 제1면 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계; 및
    상기 투광 기판의 제2면 상에 차광층을 형성하고, 상기 차광층에 노광창을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 제16항에 따른 프로젝션 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면을 구비한 투광 기판을 제공하는 단계;
    상기 투광 기판의 제1면 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계; 및
    상기 투광 기판의 제2면 상에 차광층을 형성하고, 상기 차광층에 노광창을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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