(57)【要約】【解決手段】超解像イメージングリソグラフィーデバイス及び方法を開示している。例示したデバイスは、マスクを介してマスクに含まれるパターンをイメージングする照明光場を発生するように配置される照明光場発生装置を含める。照明光場は、高周波数空間スペクトルを含め、マスクパターンを透過する光場空間スペクトル情報の高周波数エバネッセント波部分を低周波数エバネッセント波部分に移動させる。例えば、照明光場発生装置は、高開口数（ＮＡ）照明及び／又は表面プラズモン（ＳＰ）波の照明方式に従って、照明光場を形成するように配置されることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクを介して、マスクに含まれるパターンをイメージングする照明光場を発生するように配置される照明光場発生装置を含む超解像イメージングリソグラフィーデバイスであって、
照明光場は、高周波数空間スペクトルを含み、マスクパターンを透過する光場空間スペクトル情報の高周波数エバネッセント波部分を低周波数エバネッセント波部分に移動する超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項２】
照明光場発生装置は、表面プラズモン（ＳＰ）波の照明方式及び／又は高開口数（ＮＡ）の照明方式に従って照明光場を形成するように配置される請求項１に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項３】
照明光場発生装置は、
照明光を発するように配置される光源と、
照明光を均一化するように配置される光均一化モジュールと、
均一化された照明光を、高周波数空間スペクトルを含む照明光場に整形するように配置される高ＮＡ照明光場整形光学構造と、を含む
請求項２に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項４】
照明光場発生装置は、特定の方向から対称的に入射される遠場照明光束を受信し、特定の伝送波長の均一なＳＰ波照明光場を発生するように配置されるＳＰ波照明光場励起構造を含む請求項２に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項５】
ＳＰ波照明光場励起構造は、マスク基底の下に設けられ、マスクパターン層の光路の上流に位置されて、ＳＰ波照明光場によってマスクパターンを照射し、マスクパターンの透過光場によってパターン情報を持ち、マスクにおけるパターンをリソグラフィー基板構造にイメージングする請求項４に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項６】
ＳＰ波照明光場励起構造は、励起層と、結合層と、金属層、媒体層が交互に設置される多層膜からなる雑波フィルタ膜層構造と、を含む請求項４に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項７】
励起層は、一次元又は二次元の周期構造格子パターンを含み、励起層のパターンライン方向は、マスクパターンのライン方向に従って設置される請求項６に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項８】
前記遠場照明光束は、高ＮＡ照明光場を含む請求項４に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項９】
励起層は、方程式（１）及び（２）を満たす：
２ｄ×(ｄｓ×ｎ×ｓｉｎθ＋λ０)＝λ０×ｄｓ                    （１）
λｓｐ×(ｄｓ×ｎ×ｓｉｎθ＋λ０)＝λ０×ｄｓ                    （２）
方程式において、ｄはマスク密集ラインパターンの中心間隔であり、ｄｓは励起層の格子周期であり、遠場照明光束の中心光線のマスク基底材料における入射角度はθであり、ｎはマスク基底材料の屈折率であり、λ０は遠場照明光束の中心波長であり、λｓｐは励起されるＳＰ波の波長である請求項６に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１０】
励起層は、約＋／−２０％の誤差の範囲内において、方程式（１）及び（２）を満たす請求項９に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１１】
高ＮＡ照明光場整形光学構造は、分光格子照明構造、固体又は液体の水没式投影照明構造、あるいは、高屈折率の固体プリズム照明構造のいずれか１つを含む請求項３に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１２】
分光格子照明構造は、マスク基底上に搭載され、一次元又は二次元の格子及びフィルタ膜層構造を含み、格子ラインの配布方向とマスクラインの配布方向とは、実質的に一致している請求項１１に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１３】
フィルタ膜層は、金属、媒体膜層からなる単一又は複数のＦ−Ｐ筐体構造を含み、＋１、−１レベル以外の回折レベルの干渉をフィルタリングするように配置される請求項１２に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１４】
高ＮＡ照明光場主光線の角度θは方程式（３）を満たす：
ｎ×２×ｄ×ｓｉｎθ＝λ０，                        （３）
ただし、ｎはマスク基底材料の屈折率であり、θはマスク基底材料内の主光線とマスク基底の法線との夾角であり、ｄはマスク密集ラインパターンの中心間隔であり、λ０は照明光の真空波長である請求項３に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１５】
約＋／−２０％の誤差の範囲内において、方程式（３）を満たす請求項１３に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１６】
高ＮＡ照明光場整形光学構造は、均一化された照明光を２極、４極又は環状照明光場に整形するように配置され、固体又は液体の水没式投影照明構造は、ズーム倍率がＭ倍である液体水没又は固体水没の投影照明光学システムを含み、この照明光場のＮＡを必要なＮＡに大きくする請求項１１に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１７】
高屈折率固体プリズム照明構造は、リッジプリズム又は四面錐状のプリズムを含み、均一化された照明光は、リッジプリズムの２つの対面側面又は四面錐状のプリズムの４つの側面からプリズムに対称的に入射され、高ＮＡ照明光場はプリズムの底面から出射される請求項１１に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１８】
マスクは、マスクパターン層と、媒体充填層と、イメージング膜層と、保護膜層と、隙間パッキン膜層とを含み、
イメージング膜層は、表面プラズモンを励起するように配置される金属膜層を含み、その誘電率実部の絶対値の大きさは充填層の誘電率実部と近似している
請求項１に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項１９】
リソグラフィー基板に積層される補助イメージング膜層、感光層、及び反射層を含むリソグラフィー基板構造をさらに含み、
補助イメージング膜層、感光層、反射層は、ＳＰ共振チャンバイメージング構造を構成しており、
補助イメージング膜層、反射層は、光源の波長範囲内に負誘電率を表す材料を含み、その誘電率実部の大きさは、感光層の誘電率実部と近似している
請求項１に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項２０】
マスクとリソグラフィー基板構造との間には、約２０ｎｍ〜２００ｎｍの隙間が開いている請求項１９に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項２１】
マスクパターンは、一次元又は二次元の密集ラインパターンを含み、離散ラインパターンを更に含み、
前記離散ラインパターンは、非光透過膜層の光透過スリットのように配置され、かつ、光透過スリットの周辺に構造が設けられて、対称的に設置される１〜２個の溝構造を含み、溝の幅は約１／５〜１／１０の照明光の波長であり、溝の深さは約１／５〜１／８の照明光の波長であり、溝の中心からスリットの中心までの距離は約１／３〜１／５の照明光の波長である請求項１９に記載の超解像イメージングリソグラフィーデバイス。
【請求項２２】
超解像イメージングリソグラフィー方法であって、
表面プラズモン（ＳＰ）波の照明方式及び／又は高開口数（ＮＡ）の照明方式に従って、高周波数空間スペクトルを含む照明光場を形成するステップと、
照明光場によってマスクパターンを照射し、マスクパターンを透過する光場を取得し、この透過光場空間スペクトル情報の高周波数エバネッセント波部分を低周波数エバネッセント波部分に移動するステップと、
透過光場を一定の隙間を介して基板に投射し、マスクパターンを基板にイメージングするステップと、を含む超解像イメージングリソグラフィー方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、リソグラフィーという技術分野に一般に関し、より具体的には、非接触式の超解像イメージング光学リソグラフィーの方法、部材及びデバイスに関している。
【背景技術】
【０００２】
光学イメージングリソグラフィー技術の発展に従って、レイリーの解像限界は、光学解像力を制限する主な妨げとなる。対物レンズのイメージングシステムの開口数が限られるため、単回の露光条件における光学リソグラフィーの線幅の解像力は一般に１／４の照明波長ほどに限られる。超解像光学イメージングリソグラフィーは、光学リソグラフィーの解像力、技術の生命力を延ばすことに対して重要な意義を持っているとともに、マイクロ・ナノスケールの研究、生産分野に対して低コスト、高解像力の新型のナノ加工手段を提供することが有望である。
【０００３】
近年、表面プラズモン効果に基づくスーパーレンズ（Super lens）イメージング技術は、注目されている新型の超解像光学イメージング方法である。それは、インペリアル・カレッジ・ロンドンのPendry教授が提案した負屈折率完全レンズ（Perfect lens）（Pendry JB, Negative Refraction Makes a Perfect Lens． Phys．Rev．Lett．85，3966-3969 (2000)）から起源したものである。完全レンズの誘電率及び透磁率は同時に負値であり、物体サブ波長構造情報を持つエバネッセント波成分を大きくすることができ、このように、全ての波数ベクトル成分は像平面に達して、欠陥を有さずにイメージングを関与することができる。これにより、論理的には、収差及び解像度の制限を有しない完全イメージングを実現することができる。しかしながら、自然界には、このような天然に存在し、負屈折率を有する材料がない。負誘電率を有する金属フィルムを利用し、水平偏波モード（ＴＭ）の入射光の作用で、表面プラズモン波（Surface Plasmon，SP）を励起することにより、金属フィルムの両側で超解像イメージングの効果を生じることができる。
【０００４】
２００５年、カリフォルニア大学バークレー校は、水銀ランプｉ線光源（波長３６５ｎｍ）によって正入射に照明し、５０ｎｍ厚みのクロムマスク層のナノパターンに、４０ｎｍ厚みのＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate）媒体層、３５ｎｍ厚みの金属銀膜及びフォトレジスト感光層を作成して、約６０ｎｍほどの半周期解像力のリソグラフィー結果を取得する（Fang N, Lee H, Sun C, Zhang X, Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens． Science 308:534-537．(2005)）。
【０００５】
一方、表面プラズモンの部分強化効果及び短波長干渉効果を利用して、ナノ光学リソグラフィーも実現できる。
【０００６】
物理の本質には、表面プラズモンイメージングリソグラフィーは、近接場リソグラフィーのカテゴリに属する。日本のキャノン会社は、近接場ナノ光学リソグラフィーツールを提案した。変形可能なＳｉＮフィルムをマスクパターンのキャリヤーとし、真空吸着の方式によって、マスクパターンとシリコンピースフォトレジストの上面との密接接触を実現し、３２ｎｍ以上線幅の解像力のパターンを取得する。スーパーレンズに基づくナノ光学リソグラフィー技術の困難は、主に、マスク構造とリソグラフィー基板構造（例えば、シリコンピース等）との間の作動距離が非常に短いことにある。例えば、スーパーレンズを利用して５０ｎｍ以下線幅の解像力を実現する超解像イメージング技術に対して、許容できる作動距離は、数ナノメートルほどで、ゼロに近くなる。これにより、従来のスーパーレンズに基づく超解像イメージング技術は、リソグラフィー過程において、接触式のリソグラフィーモードを採用しており、すなわち、マスク構造とリソグラフィー基板構造とは、直接物理的に接触している。これは明らかにマスクの損傷を引き起こす。マスクが一般に高価で、精密加工のパターン構造であることが知られており、一定の使用寿命を保持するために、イメージング解像力を保証することを前提として、マスク構造とリソグラフィー基板構造との間の隙間の大きさをできるだけ伸ばして、両者の物理的な接触を避けることが望ましい。現在の高精度の光学平面加工レベルを考慮して、部材表面に対する小サイズ範囲（例えば、口径が１０ｍｍ以内である）の平面度は一般に１０ｎｍほどに制御されることができる。このために、マスク構造とリソグラフィー基板構造との間の隙間を、例えば、数十ナノメートル以上に伸ばして、両者の分離を実現することができ、非接触式の超解像イメージング光学リソグラフィーツールを実現するために重要な技術方法を提供できる。このため、大きい作動距離の場合に、イメージングリソグラフィーの解像力、イメージング光場のコントラスト、焦点深度を向上するために、新たな超解像イメージングリソグラフィー構造を設計する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、非接触式の超解像イメージングリソグラフィーを実現できる方法及びデバイスを提供することを少なくとも一部の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の実施例によれば、イメージングリソグラフィー・デバイスを提供する。一例示されるデバイスは、マスクを介してマスクに含まれるパターンをイメージングする照明光場を発生するように配置される照明光場発生装置を含める。照明光場は高周波数空間スペクトルを含め、マスクパターンを透過する光場空間スペクトル情報の高周波数エバネッセント波部分を低周波数エバネッセント波部分に移動する。例えば、照明光場発生装置は、高開口数（ＮＡ）照明及び／又は表面プラズモン（ＳＰ）波の照明方式に従って照明光場を形成するように配置されてもよい。
【０００９】
本開示の他の実施例によれば、超解像イメージングリソグラフィー方法を提供する。この方法は、ＳＰ波照明方式及び／又は高いＮＡ照明方式に従って、高周波数空間スペクトルを含む照明光場を形成するステップと、照明光場によってマスクパターンを照射し、マスクパターンを透過する光場を取得し、この透過光場空間スペクトル情報の高周波数エバネッセント波部分を低周波数エバネッセント波部分に移動するステップと、透過光場を一定の隙間を介して基板に投射し、マスクパターンを基板にイメージングするステップと、を含む。
【００１０】
本開示の実施例によって、高いＮＡ及び／又はＳＰ照明によって、マスクパターン補助溝構造及び金属−感光層−金属補助イメージングリソグラフィー構造を結合して、マスク基底構造とリソグラフィー基板構造との間の隙間の伸びを達成し、イメージングのコントラストとイメージングリソグラフィーの品質を向上し、非接触式の超解像イメージングリソグラフィーの方法、部材構造及びデバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下の参照図面による本開示の実施例に対する説明によって、本開示の上記及び他の目的、特徴、長所を明らかにする。
【図１】本開示の実施例に係る超解像イメージングリソグラフィーデバイスの部分概略図である。
【図２】本開示の実施例に係る超解像イメージングリソグラフィーを実現する固定又は液体の水没投影照明構造の概略図である。
【図３】本開示の実施例に係る超解像イメージングリソグラフィーを実現するプリズム照明方式構造の概略図である。その中、図３（ａ）はリッジプリズム照明構造の概略図である；図３（ｂ）は四面錐状プリズム照明構造の概略図である；図３（ｃ）はイメージングリソグラフィー構造の断面概略図である。
【図４】本開示の実施例に係る超解像イメージングリソグラフィーを実現する分光格子照明方式構造の概略図である。
【図５】本開示の実施例に係るＳＰ波照明方式の超解像イメージングリソグラフィーデバイスの部分概略図である。
【図６】図６（ａ）は本開示の実施例に係る非周期、非密集のラインパターンイメージングリソグラフィーを実現するマスクパターン構造の概略図であり、図６（ｂ）はイメージングリソグラフィー構造の断面概略図である。
【図７】本開示の実施例に係る６０ｎｍ線幅の一次元密集のラインパターンの異なる照明方式におけるイメージングリソグラフィーの模擬結果及び比較結果である。その中、ＮＩ（Normal Illumination）は正入射照明であり、対応する開口数ＮＡ＝０、ＯＡＩ（Off Axis Illumination）は変形照明であり、対応する開口数ＮＡ＝１．５。
【図８】本開示の実施例に係る６０ｎｍ線幅の二次元密集のラインパターンの異なる照明方式におけるイメージングリソグラフィーの模擬結果である。その中、図８（ａ）は、ＮＡ＝１．５の変形照明場合におけるイメージングリソグラフィーの模擬構造であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の白色の点線における光度分布曲線であり、図８（ｃ）は、ＮＡ＝０の正入射場合におけるイメージングリソグラフィーの模擬構造であり、図８（ｄ）は、図８（ｃ）の白色の点線における光度分布曲線である。
【図９】本開示の実施例に係る６０ｎｍ線幅の密集のラインパターンの異なる照明方式におけるイメージングリソグラフィーの試験比較結果である。
【図１０】本開示の実施例に係る３２ｎｍ線幅に対して設計されるＳＰ波照明構造が励起する光場空間のスペクトル振幅分布であり、灰色の曲線は励起ＳＰ波照明光場構造においてフィルタ作用を奏する膜層の光学伝達関数（ＯＴＦ）の曲線である。
【図１１】本開示の実施例に係る３２ｎｍ線幅の一次元密集のラインパターンのイメージングリソグラフィーの結果、および、異なる照明方式におけるイメージング空間の光度分布曲線の比較図である。その中、図１１（ａ）はＳＰ波照明方式における模擬光場の断面を示し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の白色のブロック内の感光層領域の拡大模擬光場の断面を示し、図１１（ｃ）は異なる照明方式におけるイメージング空間の光度分布曲線の比較を示し、ただし、ＮＡ＝０は正入射照明に対応し、ＮＡ＝２．５はＳＰ波照明に対応する。
【図１２】本開示の実施例に係る３２ｎｍ線幅の二次元密集のラインパターンのイメージングリソグラフィーの結果である。その中、図１２（ａ）はＳＰ波照明の二次元超解像イメージングリソグラフィー構造の概略図を示し、図１２（ｂ）はＳＰ波照明方式における感光層領域のイメージングの模擬結果及び白色の点線における光度分布の断面曲線を示し、図１２（ｃ）は正入射照明において、対照する超解像イメージングリソグラフィー構造の概略図を示し、図１２（ｄ）は対照構造の感光層領域のイメージングの模擬結果と白色の点線における光度分布の断面曲線を示す。
【図１３】図１３（ａ）は本開示の実施例に係る超解像イメージング構造の、異なる照明方式、同一のエアギャップ（４０ｎｍ）において、異なる線幅のラインパターンのイメージングコントラストの模擬結果の曲線であり、図１３（ｂ）は本開示の実施例に係る３２ｎｍ線幅の密集パターンの、異なる照明方式、異なるエアギャップでのイメージングコントラストの模擬結果の曲線であり、ただし、ＳＰＩ（Surface Plasmon Illumination）はＮＡ＝２．５のＳＰ波照明であり、ＮＩ（Normal Illumination）はＮＡ＝０の正入射照明である。
【図１４】本開示の実施例に係るＬ型離散ラインパターンの変形照明及び溝構造が導入されたフォトレジスト内のイメージング光場の模擬結果である。その中、図１４（ａ）は感光層領域の変形照明及び溝構造が導入されたイメージング光場分布を示し、図１４（ｂ）は対照構造（正入射照明と無溝構造）のイメージング光場分布を示し、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）と図１４（ｂ）の白色の点線における光度分布の断面曲線の比較図であり、図１４（ｄ）は異なるエアギャップでの感光層領域のイメージング幅曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を結合して、本開示の実施例について詳細に記述する。当業者は、本開示の上記及び他の目的、長所及び特徴をより明らかにすることができる。各図面において、同一又は類似の素子を同一又は類似の符号で表示し、重複な記述を省略する。明瞭にするために、図面の各部分は比例で描かれていない。また、以下の説明には、本開示の概念を不必要に混同しないように、公知構造及び技術に対する記述を省略することができる。
【００１３】
伝統的な近接場光学リソグラフィー、スーパーレンズイメージングリソグラフィーが隙間分離のリソグラフィーを実現できないことは、主に、空気、液体等の隙間空間において、マスクサブ波長パターン情報を持つエバネッセント波がスーパーレンズの表面から離れると、急に減衰し、高周波数情報の強度が低下し、イメージングの解像力及びリソグラフィーのコントラストが急に低下し、有効的なイメージングリソグラフィーを実現することができないためである。
【００１４】
本開示の実施例によれば、超解像イメージングリソグラフィーのパターンラインの幅サイズ及びパターン構造に従って、高いＮＡ変形照明及び／又は表面プラズモン波照明方式を選択し、マスクパターン透過光場の空間スペクトル分布を調整し、マスクパターンの高周波数情報を高周波数エバネッセント波から低周波数エバネッセント波部分に移動して、超解像イメージング過程においてサブ波長パターンのエバネッセント波情報の減衰振幅を下げて、長い作動距離の隙間イメージングリソグラフィーを実現する。
【００１５】
密集周期のラインマスクパターンを例に挙げて、マスク構造とリソグラフィー基板構造との作動距離が比較的に大きい場合、マスク構造パターンの透過光は、０レベルのみがリソグラフィー基板に達して露光され、他のエバネッセント波レベルは深刻に減衰し、イメージングリソグラフィーの解像力は低下する。表面プラズモン（Surface Plasmon，ＳＰ）波照明を採用し、ＳＰ波照明場の横方向波数ベクトルを調整すれば、格子マスクの透過光場を空間的な周波数移動させ、＋１レベル（及び／または−１レベル）及び０レベルの回折光のみがイメージング空間に結合されてコヒーレント合成される。スペクトル空間のゼロ周波数の波数ベクトル成分の割合を減少したため、イメージングのコントラストを向上することができる。また、感光層の両側に補助イメージング金属膜層を導入した構造を結合して、イメージング空間領域における縦方向の電気的な偏波成分と横方向の電気的な偏波成分との比率を抑制することができ、これにより、イメージング光場の縦方向の電場成分のイメージング品質に対する悪影響を減少し、さらにイメージングのコントラストの向上を実現することができる。この２つの原理が有利に共同に作用することができ、マスクパターン構造とリソグラフィー基板構造との間の隙間の伸ばしを実現し、近接場光学リソグラフィー技術において解像力が低下し、作動距離が短いという課題を解決し、マスクパターン層とリソグラフィー基板との隙間が分離する超解像イメージングリソグラフィー効果を奏し、高コントラストのイメージングリソグラフィーパターンを取得する。なお、隙間分離の超解像イメージングリソグラフィーによって、リソグラフィーの効率を有効的に向上し、マスクの磨耗を減少し、マスクの寿命を向上することができ、高精度の光学リソグラフィーのアライメント、スプライスを実現することができる。
【００１６】
図１に示すように、本開示の実施例に係る超解像イメージングリソグラフィーデバイスは、照明システム１０１、マスク基底１０２、表面プラズモン（ＳＰ）波照明光場励起構造１０３、マスク構造１０４、リソグラフィー基板構造１０５を含める。マスク構造１０４の下面とリソグラフィー基板構造１０５の上面との間に、例えば、２０ｎｍ〜２００ｎｍの空気、真空又は液体の隔離層が存在してもよい。マスク構造１０４とリソグラフィー基板構造１０５との間の物理的な隔離は、マスクパターンの保護を便利にすることができる。照明システム１０１、マスク構造１０４、リソグラフィー基板構造１０５のそれぞれの具体的な組成及び構造、隔離層の厚み等は、リソグラフィーパターンの線幅、次元、技術的実現可能な便利性等に基づいて選択されてもよい。
【００１７】
照明システム１０１は、光源、光均一化モジュール及び高開口数（例えば、０＜ＮＡ＜１．８）照明光場整形光学構造を含める。照明場の開口数は、照明場の主光線と照明面の法線との夾角のサイン値と、照明空間の屈折率との積と定義される。例えば、高いＮＡの変形照明光場を実現するために、照明光場整形光学構造は、固体又は液体の水没式投影照明構造（図２に示すように）、高い屈折率の材料を有する固体プリズム照明構造（図３に示すように）、あるいは、分光格子方式の照明構造（図４に示すように）を選択してよいが、これらに限らない。
【００１８】
図２は本開示の実施例に係る固体又は液体の水没式投影照明構造の概略図を示す。図２に示すように、光源２０１から発する強度非均一な光場２０２は、光均一化モジュール２０３を介して強度均一な分布の光束となることが可能である。光束整形素子２０４を採用して、正入射の照明光場を遠場２極、４極又は環状の照明方式に整形してもよい。このとき、仮に照明主光線の角度がθ１＜θであり、ただし、θは所望の照明開口角度である。さらに、ズーム倍率がＭ倍である投影照明光学システム２０５（図２において、２０５は水没式投影照明システムの簡単な概略構造を示す）を採用してもよく、光学システム２０５の像方が液体水没又は固体水没の方式を選択してもよく、照明主光線の角度をＭ＊ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθに増大し、照明面積内の光場強度の均一を保持する。
【００１９】
図３は本開示の実施例に係る高い屈折率材料の固体プリズム照明構造を示す。図３に示すように、均一化された照明光束３０２、３０４は、２本または４本に分けられてもよく、それぞれはプリズム３０１、３０３の両側面又は四側面からプリズムに対称的に入射されて、プリズムの底面に、式（１）に定義されるような入射角度の均一な照明場を発生することができる。二次元の正交方向に沿って配布される二次元ラインパターンに対して、プリズムの形態は四面錐状プリズム３０３であってもよい。マスクパターンのライン方向と照明光の方向とは、基本的に垂直である。
【００２０】
プリズム３０１、３０３の材料の選択は、照明光束の波長λ０に基づいて確定されてもよい。例えば、照明光束波長における高い屈折率の透明ガラス材料を選択してもよく、例えば、照明光束の波長が３６５ｎｍである場合、プリズム材料は紫外光透過のサファイアガラス、溶融石英ガラス等の材料を含めるが、これらに限らない。
【００２１】
図４は本開示の実施例に係る分光格子方式の照明構造の概略図を示す。図４に示すように、マスク基底１０２の上方に一次元又は二次元の分光格子４０２及びフィルタ膜層構造４０３を搭載して、特定の角度の高いＮＡ変形照明光場を実現することができる。分光格子４０２の配布方向は、マスクラインパターンの配布方向と基本的に一致してもよい。正入射の均一な照明光場４０１に対して、分光格子４０２の周期の選択により、＋１、−１レベルの回折が式（１）の要求を満たすことができる。すなわち、
ｎ×ｄ_ｇｒａｔｉｎｇ×ｓｉｎθ＝λ０                    （１）。
【００２２】
ただし、ｄ_ｇｒａｔｉｎｇは分光格子４０２の周期であり、ｎはマスク基底材料の屈折率であり、θは基底材料内の照明光場の主光線（例えば、＋１、−１レベルの回折光線）と法線との夾角であり、λ０は光源の真空波長である。
【００２３】
ゼロレベルを含む他のレベルの干渉を除去するために、分光格子４０２の後に金属４０３１、媒体４０３２の多層膜からなる単一又は複数のＦ−Ｐチャンバ４０３を導入してもよく、＋１、−１レベルの回折光に対して共振条件を満たして効率に透過し、他のレベルに対して透過率がほぼゼロである。なお、分光格子４０２の＋１、−１レベルの回折光のコヒーレントによる干渉ノイズの問題を除去するために、マスク基底１０２の厚みは光源干渉の長さよりも遥かに大きくてもよい。
【００２４】
本開示の一実施例によれば、照明光場のコヒーレントをできるだけ除去することが望ましい。これは、光場のコヒーレントがコヒーレントノイズを引き起こすだけでなく、均一性に影響するとともに、パターンイメージング光場内部の干渉による不均一性も引き起こすためである。一般には、水銀ランプｇ線、ｉ線、１９３ｎｍ波長のＡｒＦレーザ、１５７ｎｍ波長のＫｒＦレーザ光源という常用なリソグラフィー光源に対して、その光場部分のコヒーレントは基本的に要求を満たすが、特殊な構造を設計して光場部分のコヒーレントを更に低減する可能性もある。一方、ＹＡＧ三倍周波数のレーザ装置、気体レーザ装置などの長いコヒーレント長さのレーザ光源に対して、照明システムに光場コヒーレントを下げる構造を追加することが望ましい。当業者は、多種の方式を想到して光場のコヒーレントを下げることができる。具体的な方法についてはここで重複に記述しない。
【００２５】
本開示の他の実施例によれば、基本的に全てのマスクパターン照明領域の範囲内において、例えば、光度起伏が３％よりも小さいという同じ照明方式の高均一な照明光度分布を実現することが望ましい。当業者は、多種の均一化照明方法を想到ことができ、ここでは重複に記述しない。しかしながら、例えば、ミクロンのパターン、異なる線幅のナノパターンといういくつかのマスクパターンが共存する場合に対して、技術的な実現可能性から、ミクロンパターンと異なる線幅のナノパターン領域で、異なる照明方式の照明光場を選択することを考えることができる。当業者は多種の具体的な実現方法を想到することができ、ここでは重複に記述しない。
【００２６】
本開示の他の実施例によれば、一般なマスクパターン構造の互換性を考慮すれば、照明光場の偏波は自然な偏波方式を選択してもよい。例えば、一次元のラインパターンといういくつかのパターンに対して、照明光路に偏波部材を追加して、電場偏波方向とライン方向との基本的な垂直を実現してもよく、超解像イメージング光場のコントラストを一定の程度に向上して、リソグラフィーの効果を改善してもよい。当業者は多種の具体的な実現方法を想到することができ、ここでは重複に記述しない。
【００２７】
なお、照明の効率を向上するために、照明光場は一定の発散角度の範囲を有してもよく、発散角度は±１０°の範囲内にあってもよい。
【００２８】
また、光源波長は感光層材料に整合する波長を選択してもよく、水銀ランプｇ線、ｉ線、１９３ｎｍ波長の ＡｒＦ、１５７ｎｍ波長のＫｒＦ光源などを含むが、これらに限らない。
【００２９】
図５は本開示の実施例に係るＳＰ照明方式の超解像イメージングリソグラフィー・デバイスの部分概略図である。
【００３０】
固体の水没照明構造（図２参照）又はプリズム照明構造（図３参照）を選択する場合、マスク基底５０１は屈折率整合液又は接着ペーストを介して固体の水没投影照明システム２０５の底面（図２参照）、あるいは、プリズム３０１又は３０３の底面（図３参照）に固定されてもよい。マスク基底５０１の屈折率はプリズム３０１、３０３及び固体水没レンズ２０５の材料の屈折率と近似してもよい。
【００３１】
ＳＰ波照明光場励起構造１０３（図１参照）は、マスク基底５０１の下方、マスクパターン層５０３の上方に位置されてもよい。この構造１０３は照明側から順に、励起層構造５０２１、結合層５０２２、金属層５０２３、媒体層５０２４が複数層の膜層を交互に構成してなる雑波フィルタ層（記述の便宜上、図５には３対の金属層５０２３と媒体層５０２４のみが描かれる）を含める。
【００３２】
励起層構造５０２１はマスク基底に作成されるナノ構造層であってもよい。この励起層構造は、遠場照明光束５１３を受信し、特定の伝送波長のＳＰ波を効率に励起することができる。励起層５０２１のナノ構造パターンは、例えば、特定周期の格子構造という一次元又は二次元のパターンであってもよい。異なる方向の遠場照明光は、対応する方向の表面伝送のＳＰ波を励起する。
【００３３】
結合層５０２２は、ＳＰ波が雑波フィルタ層に効率に結合して進入することを補助する。結合層５０２２は、ＴｉＯ２等の高い屈折率の媒体膜層材料を含めるが、これらに限らない。雑波フィルタ層は、金属と媒体を交互にする多層膜構造を含め、各層の厚みはナノメートルであってもよく、金属Ａｌと媒体ＭｇＦ２膜層を交互に積層する多層膜構造を含むが、これに限りない。雑波フィルタ層は、励起層構造５０２１がＳＰを励起する過程において発生する他のレベルの雑乱光場の干渉を減少し、マスクパターン層５０３の上面に基本的に均一なＳＰ波照明場を形成することができる。
【００３４】
図５に示すように、マスク構造１０４は照明側から、順にマスクパターン層５０３、充填層５０４、イメージング膜層５０５、保護膜層５０６、隙間パッキン膜層５０７を含める。
【００３５】
マスクレイヤー５０３の下方の充填層５０４は、媒体材料を含め、ＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate）等を含むが、これに限らない。イメージング層５０５を金属膜層にしてもよく、その誘電率実部の絶対値の大きさは、充填層５０４の誘電率実部とほぼ同じであってもよい。イメージング層５０５は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等を含めるが、これらに限らない。例えば、水銀ランプｉ線光源３６５ｎｍ中心波長に対して、イメージング金属膜層はＡｇを含める。１９３ｎｍ中心波長のリソグラフィー光源に対して、イメージング金属膜層はＡｌを含める。
【００３６】
保護層５０６は、マスク構造におけるイメージング層とパターン層の物理損傷及び化学腐食を防止できる。保護層の厚みは５−１０ｎｍであってもよく、材料はＳｉＯ２、ダイヤモンド等の緻密膜層を含めるが、これらに限らない。
【００３７】
隙間パッキン膜層５０７は、隙間受動制御モードにおいて、露光パターン領域に固定の大きさの隙間を形成してもよい。
【００３８】
いくつかのイメージングリソグラフィー性能の低下を引き起こす可能性があるが、照明光場の選択、イメージングリソグラフィーパターンの線幅、及び超解像イメージング構造加工とリソグラフィープロセスの便利性に基づいて、マスクパターン層５０３の上方のＳＰ波照明光場励起構造５０２、マスクパターン層５０３の下方の充填層５０４、イメージング層５０５及び保護層５０６の１つ、いくつか、又は全部を選択して除去してもよい。
【００３９】
図５に示すように、リソグラフィー基板構造１０５は、照明側から、順に補助イメージング膜層５０９、感光層５１０、反射層５１１を含め、三者はリソグラフィー基板５１２に重ねられる。補助イメージング膜層５０９、感光層５１０、反射層５１１という三者は、ＳＰ共振チャンバイメージング構造を構成し、反射層５１１は、感光層内部のイメージング電場成分の割合を調整し、イメージングリソグラフィーのコントラストを向上することができる。引続きのリソグラフィー技術の便利性を考慮すれば、いくつかのイメージングリソグラフィー性能の低下を引き起こすが、フォトレジストの上方の補助イメージング膜層５０９を除去してもよい。
【００４０】
感光層の上方の補助イメージング層５０９、下方の反射層５１１は、光源波長範囲内に負誘電率を表す金属材料を含め、その誘電率実部の大きさは、充填層５０４、感光層５１０の誘電率実部とほぼ同じであってもよい。Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等を含むが、これらに限らない。例えば、水銀ランプｉ線光源３６５ｎｍ中心波長に対して、補助イメージング膜層はＡｇを含める。１９３ｎｍ中心波長のリソグラフィー光源に対して、補助イメージング膜層はＡｌを含める。
【００４１】
照明場は、マスクパターン層５０３、充填層５０４、イメージング層５０５、保護層５０６、真空、空気又は液体隔離層５０８、補助イメージング膜層５０９を介して、マスク構造におけるパターンをリソグラフィー基板構造における感光層５１０の空間にイメージングする。マスクパターン層において、ナノパターン層５０３は一次元又は二次元のパターンであってもよく、ナノパターンのライン配布方向は、励起層ナノパターンのライン配布方向又は変形照明方向とほぼ一致してよい。
【００４２】
超解像イメージングリソグラフィーのパターンラインの幅サイズ及びパターン構造に基づいて、高いＮＡ変形照明又は表面プラズモン波照明方式を選択してもよい。
【００４３】
集積回路のパターンが一次元、二次元方向の密集又は離散ナノラインパターンを主にし、密集のナノラインパターンがリソグラフィー解像能力を表す主要な難点であることを考慮すれば、ここでは、主にナノラインパターンを中心として、如何にしてリソグラフィーパターンに基づいて、対応する照明方式を選択するかを述べる。選択基準が厳格に限定されておらず、技術的な実現可能性及び便利性に基づいて変化してもよいことに注意すべきである。
【００４４】
一実施例によれば、線幅が１／６波長以上であるマスクパターンに対して、高開口数の一次元、二次元のプリズム変形照明、水没式投影対物レンズ照明、または格子分光照明方式を選択してもよい。
【００４５】
高開口数の変形照明場を採用することにより、１／６波長範囲以上の線幅の超解像イメージングにおけるコントラストを効率に向上し、隙間分離の超解像イメージングリソグラフィーを実現することができる。このような高いＮＡ変形照明場の主光線角度θは方程式（２）を満たす。
２×ｎ×ｄ×ｓｉｎ(θ)＝λ０                            （２）
【００４６】
ただし、ｄはマスク密集リソグラフィーのラインパターンの周期であり、θはマスク基底材料内の主光線と法線との間の夾角であり、λ０は光源真空波長であり、ｎはマスク基底材料の屈折率である。但し、ｎ×ｓｉｎ(θ)は照明場の開口数である。一定のイメージングリソグラフィー性能の低下を引き起こすが、実際な適用において、適用の便利性の要求に応じて、式（２）を厳格に満たす必要がなく、例えば、＋／−２０％以下の誤差を許容してもよい。例えば、ｎ×ｓｉｎ(θ)は０．８λ０／(２ｄ)〜１．２λ０／(２ｄ)という区間範囲にある。
【００４７】
仮に露光光源からの光場が均一化されている。式（２）が要求する高いＮＡ照明を実現するために、固体又は液体の水没式投影照明構造（図２に示すように）、高い屈折率を有する固体プリズム照明構造（図３に示すように）、分光格子方式の照明構造（図４を示すように）を採用してもよいが、これらに限らない。
【００４８】
以上の超解像リソグラフィーパターンの線幅に基づいて照明構造方式を選択する規則は厳格な基準ではない。若し、隙間が小さければ、１／６波長以下の線幅のパターンであっても、高いＮＡ変形照明方式によってイメージングのコントラスト及びリソグラフィーの品質を向上することもできる。
【００４９】
他の実施例によれば、線幅が１／６波長よりも小さいパターンに対して、上記照明の元で、マスクパターン層の上方にＳＰ波照明光場励起構造１０３を導入してもよい。
【００５０】
ＳＰ波照明を採用することは、以下のことに等価することができる：より高開口数の光場照明を採用し、マスク構造パターンの回折光を空間周波数移動させるように、ＳＰ波照明場の横方向の波数ベクトル調節して、−１（又は＋１）レベル及び０レベルの回折光がイメージングシステムの伝送スペクトル内に結合されて干渉させることによって、コントラストを向上することができる。ＳＰ波照明場は照明マスクパターンによって、パターン光場情報を持っており、さらに、充填層５０４、イメージング層５０５、保護層５０６、空気又は液体隔離層５０８、補助イメージング層５０９によって、マスク構造におけるパターンをリソグラフィー基板構造における感光層５１０領域にイメージングする。
【００５１】
ＳＰ波照明光場励起構造１０３、照明光 、マスクパターンは、以下の方程式（３）及び（４）を満たす。
【００５２】
方程式（３）及び（４）を満たす：
２ｄ（ｄｓ×ｎ×ｓｉｎθ＋λ０）＝λ０ｄｓ                          （３）
λｓｐ（ｄｓ×ｎ×ｓｉｎθ＋λ０）＝λ０ｄｓ                          （４）
【００５３】
ただし、ｄはマスク密集ラインパターンの周期であり、ｄｓは励起層５０２１の格子周期であり、中心波長はλ０であり、照明光場中心光線のマスク基底材料内における入射角度はθであり、ｎはマスク基底材料の屈折率であり、λ０は遠場照明光束の中心波長であり、λｓｐは励起されるＳＰ波の波長である。一定のイメージングリソグラフィー性能の低下を引き起こすが、実際な適用において、適用の便利性の要求に応じて、式（３）及び（４）を厳格に満たす必要がなく、例えば、＋／−２０％以下の誤差は許容してもよい。
【００５４】
遠場照明光束５１３の発生は、図２、図３及び図４に示すように、上記高ＮＡ照明構造の１つを利用してもよいが、これに限らない。
【００５５】
さらなる一実施例によれば、マスクパターン層が非周期、離散形式であるナノパターンに対して、上記方法の元で、マスクパターン構造をさらに改善することによって、大きい隙間を有する場合において、よりよいイメージングリソグラフィー効果を取得することができる。
【００５６】
図６に示すように、マスクパターン層金属膜６０１において、離散ラインパターンに対して、透明なラインパターン６０２の周縁両側に１〜２個の溝構造６０３を対称的に追加することができる。照明光場、図６(ｂ)に示すように、溝およびリソグラフィー基板における補助イメージング膜層、感光層及び反射層の共同作用によって、マスクラインスリットパターン６０２は、光場において高周波数の空間情報を持つエバネッセント波を透過し、感光層イメージング空間に散乱して集まり、これにより、パターンの発散を圧縮し、イメージング解像力を向上することができる。溝６０３の幅は約１／３〜１／７の光源真空波長であり、深さは約１／５〜１／７の光源真空波長であり、溝の中心からマスクラインスリットパターン中心までの距離は約１／２〜１／５の光源真空波長であってもよい。具体的なパラメーターは、コンピューター・シミュレーションによって改良され、加工の便利性を綜合的に考慮することができる。
【００５７】
以上のように、本開示の実施例によれば、異なる照明方式を採用してイメージングリソグラフィーの性能を向上することができ、これは、伝統的に照明を傾斜することよって投影リソグラフィー対物レンズの性能を向上することと異なっている。本開示の実施例によれば、超解像イメージングリソグラフィーの特徴及びリソグラフィーパターン線幅指標に対して、それに対応する高開口数照明方式を選択することによって、エバネッセント波、表面プラズモン波の範囲に達することができる。本開示の実施例において、照明発生方式は、伝統の投影リソグラフィー対物レンズ変形照明と異なっており、例えば、高い屈折率のプリズム照明構造、ＳＰ励起及び雑波フィルタ膜層構造等を採用する。
【００５８】
本開示の実施例によれば、超解像イメージングリソグラフィーデバイスを更に提供する。このデバイスは、照明光源、照明システム、イメージングリソグラフィーモジュール、イメージング隙間監視モジュール、ワークテーブルシステム、アライメント光学システム、制御システムを含める。
【００５９】
照明システム１０１は、照明２極、４極又は環状光束整形を実現する投影照明モジュール、プリズム照明モジュール、分光格子照明モジュール等を含める。
【００６０】
イメージングリソグラフィーモジュールは、上記マスク構造１０４、リソグラフィー基板構造１０５、及び対応する組立制御機構等を含める。
【００６１】
イメージング隙間監視モジュールは、マスク構造１０４の下面とリソグラフィー基板構造１０５の上面との間の隙間をリアルタイムで監視することができ、ＦＴＰ測定モジュール、白光干渉計測定モジュール、容量変異センサ等を採用することを含むが、これらに限らない。
【００６２】
アライメント光学システムは、マークの粗いアライメント又はモアレ縞の精密なアライメントを採用できる。
【００６３】
制御システムは、受動制御及び／又は主動制御方式に従って、マスク構造１０４、リソグラフィー基板構造１０５の間の隙間を制御することができる。
【００６４】
マスク基板は精密加工であり、かなり平坦な表面を有する。受動隙間制御に合わせるために、マスク構造の下面に隙間パッキン間隔層を導入することによって、パターン領域を含む窓口構造を形成することができる。その窓口の高さはリソグラフィー隙間の高さである。ワークテーブルシステムは、例えば、フレキシブルヒンジなどの自己適応の調節構造を有している。
【００６５】
受動制御は、例えば以下のように行われることができる。以上のように、リソグラフィーパターンの線幅及びタイプに従って、照明の構造及びパラメーターを選択してもよい。移動マスク構造１０４は、隙間間隔層を有するマスク構造１０４の下面とリソグラフィー基板構造１０５との近接を実現する。隙間検出モジュールによって、支持台調節機構を結合し、平均隙間を、例えば、約１μｍ〜１０μｍに制御する。アライメント光学システムによって、支持台を移動し回転して、アライメントを実現する。隙間間隔層を有するマスク構造１０４を引続き移動して、隙間窓口構造膜層とリソグラフィー基板構造１０５の上面との大面積的かつ均一な接触を実現する。なお、薄いマスク基底又は薄いリソグラフィー基板を採用してもよく、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ厚みの溶融石英ピース等を含むが、これらに限らない。マスク基板の上方の気圧を増加することによって、隙間間隔層を有するマスク構造１０４の下面とリソグラフィー基板構造１０５の上面との大面積的かつ均一な接触を実現する。露光過程において、マスク基板とリソグラフィー基板部分とは物理的に接触するが、窓口構造膜層の存在により、マスク構造１０４は常にリソグラフィー基板構造１０５の上面と一定の空気又は液体の隙間を保持して、マスクパターンの損傷を避ける。
【００６６】
主動制御は、例えば、以下のように行われることができる。マスク構造１０４の下面とリソグラフィー基板構造１０５の上面との露光パターン領域の範囲の平整度を、１０ｎｍほどの起伏範囲にあるように精密に制御する。隙間検出モジュールによって、ワークテーブルシステムの調節・変位機構を結合し、イメージングリソグラフィーの設計要求に応じて、露光パターン領域の隙間平均値を、例えば、約２０ｎｍ〜２００ｎｍのレベルに制御する。
【００６７】
本開示の技術は、複数の主な方式によって行われることができ、以下にいくつかの例示について述べる。
【００６８】
光源中心波長は水銀ランプｉ線３６５ｎｍである。この実施例において、照明構造は、図３（ａ、ｂ）のサファイアリッジプリズム（一次元リソグラフィーパターン）３０１又は四面錐状サファイアプリズム（二次元リソグラフィーパターン）３０３を含む。この例示において、マスク基底光入射面とプリズム光出射面とは隣接し、密着に接触して放置され、例えば、屈折率整合液又は接着ペーストによって、マスク基底をプリズムの光出射面に固定する。
【００６９】
図３（ｃ）に示すように、サファイアマスク基底３０５、金属クロムマスクパターン層３０６、１０ｎｍ厚みのＰＭＭＡマスクパターン充填層３０７、２０ｎｍ厚みの金属銀イメージング膜層３０８、５０ｎｍ金属クロム−隙間パッキン層３１０が採用される。水銀ランプｉ線光源は、中心波長が３６５ｎｍで、均一化された後、２本の光３０２又は３０４に分けられ、対称するようにプリズムの両側面からマスクパターンの表面に照明する。照明の主光線は、プリズムにおける照明角度が６０°である。プリズムの屈折率は１．８である。対応する照明開口数は１．５である。
【００７０】
リソグラフィー基板構造１０５は、上から下まで、２０ｎｍ厚みの上層補助イメージング銀膜３１１、３０ｎｍ厚みのフォトレジスト感光層３１２、５０ｎｍ厚みの銀膜反射層３１３、１ｍｍ厚みの溶融石英基板３１４を含む。
【００７１】
露光過程において、マスク構造の下面とリソグラフィー基板構造の上面とは密着に接触しており、隙間パッキン層３１０の存在により、５０ｎｍ厚みのエアギャップを形成し、マスクパターン層の構造を有効的に保護している。プリズムにおけるＮＡが１．５である変形照明場は、マスクによって、マスクナノパターンを溶融石英基底の感光層にイメージングする。露光、フォトレジストにおける補助イメージング銀膜を除去し、現像などのステップによって、ナノメートルラインパターンのイメージングリソグラフィーを実現する。
【００７２】
一次元密集ラインパターンの場合について、線幅は６０ｎｍであり、マスク深さは５０ｎｍであり、周期は１２０ｎｍであり、デューティ比は１：１であり、エアギャップの厚みは５０ｎｍである。
【００７３】
数値シミュレーションによって、この実施例におけるイメージング光場の結果をシミュレーションした。Ｃｒ、Ａｇ、感光層の誘電率はそれぞれ−８．５５＋８．９６ｉ、−２．４０１２＋０．２４８８ｉ、２．５９である。そのシミュレーションイメージングの結果は、図７に示すように、正入射照明（ＮＡ＝０、図７ａ）及びこの実施例（ＮＡ＝１．５、図７ｂ）におけるイメージング模擬の結果を与えており、図７ｃは２つの照明方式においてのイメージング光場断線強度分布であり、そのイメージングコントラストはそれぞれ０．２５及び０．８３である。明らかのように、本実施例によれば、ＮＡ＝１．５の場合において、感光層に非常に良いイメージングリソグラフィーの品質を実現した。
【００７４】
図８は６０ｎｍ線幅の二次元折線密集パターンの模擬結果を与えている。マスクパターン層の線幅は６０ｎｍであり、隣接する２つのラインの間に中心から中心までの距離は１２０ｎｍである。エアギャップは５０ｎｍとされる。このとき、照明光束は、均一化された後、４本の光に分けられ、四面錐状サファイアプリズム３０３の４つの側面方向から、プリズム材料内部６０°の入射角でマスクパターンの表面にそれぞれ対称的に照明し、方位角はそれぞれ０°、９０°、１８０°および２７０°である。
【００７５】
図８（ａ）は、高開口数変形（ＮＡ＝１．５）の照明条件において、フォトレジスト内のイメージング光場の模擬結果であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に対応する像場断線光度分布であり、コントラストは０．７である。図８（ｃ）は正入射(ＮＡ＝０)照明条件においてフォトレジスト内のイメージング光場の模擬結果であり、図８（ｄ）は、図８（ｃ）に対応する像場断線光度分布であり、コントラストは０．０７である。シミュレーションの結果から分かるように、高開口数照明場によって、近接場イメージングパターンのコントラストとリソグラフィー解像力をよく向上することができる。
【００７６】
本開示の技術によって、関連するリソグラフィー試験を行った。図９は、隙間が６０ｎｍである場合、ＮＡ＝０（図９（ａ））とＮＡ＝１．５（図９（ｂ））の照明開口数での６０ｎｍ線幅の密集ラインパターンリソグラフィーの試験結果を与えている。比較的には、ＮＡ＝１．５の照明開口数でのイメージングリソグラフィー結果のコントラスト及びイメージングの品質は大幅に向上した。
【００７７】
図５に示す実施例において、ＳＰ波を利用して、線幅パターンが３２ｎｍであり、周期が６４ｎｍである密集ラインパターンを照明する。使用される水銀ランプｉ線光源の波長は３６５ｎｍである。
【００７８】
式（３）及び（４）によれば、最も適宜なＳＰ照明光場の等価開口数は２．８である。異なる線幅のパターンの交換性、技術的実施の便利性のために、本実施例は、等価開口数が２．５であるＳＰ照明光場構造を設計した。基底５０１は溶融石英である。図５に示すように、２本の互いに関連しない遠場照明光場５１３の主光線の入射角度（溶融石英基底材料の主光線と法線との夾角）は±２８°であり，ＳＰ励起層５０２１の格子周期は２００ｎｍであり、深さは４０ｎｍであり、デューティ比は１：１である。一次元のリソグラフィーマスクラインパターンに対して、５０２１励起格子は一次元構造であり、方向はリソグラフィーマスクラインの方向と基本的に一致している。格子励起層５０２１は、遠場照明光束５１３を受信して、特定の伝送波長のＳＰ波照明場を効率に励起することができる。
【００７９】
ＳＰ励起層の下面結合層５０２２は７５ｎｍ厚みのＴｉＯ２膜層であり、５対の１５ｎｍ厚みの金属Ａｌ膜と１５ｎｍ厚みの媒体ＭｇＦ２膜層材料とを交互に積層して形成する多層膜構造をＳＰ雑波フィルタ層とする。ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌに対する誘電率はそれぞれ２．１３、１４．９１＋１．９４ｉ、１．９３２、−１９．４２３８＋３．６０２８ｉである。
【００８０】
図１０の数値シミュレーションは、雑波フィルタ層ＭｇＦ２／Ａｌの交互多層膜が良いフィルタ効果を有することを表す。図１０の灰色の曲線は、５対のＭｇＦ２／Ａｌを交互にする媒体金属多層膜のＯＴＦ曲線（図のｋｘは、照明場の横方向の波数ベクトルを示す）を表示し、多層膜の光透過窓口の空間波数ベクトルの範囲は１．５ｋ０〜３ｋ０である（ｋ０は真空波数ベクトルを示す）。遠場照明光がＳＰ励起層５０２１の格子に照射され、横方向の波数ベクトルが２．５ｋ０であるＳＰ波照明場５１４を発生する。照明場空間スペクトルの透過率は、図１０の黒色の柱状図の分布に示すようなものであり、図１０から分かるように、照明場の強度は空間スペクトル２．５ｋ０に集中し、他の周波数の透過率は有効的に抑制される。
【００８１】
マスクパターン層５０４は直接に照明場発生構造に置かれる（この例示において、ＳＰ励起構造５０２の底部に置かれる）。このＳＰ波照明光場は、マスクパターンに作用し、エアギャップが存在する場合、感光層内のイメージング光場のコントラストを大幅に向上することができる。
【００８２】
線幅は３２ｎｍであり、周期は６４ｎｍであり、デューティ比は１：１である。このようなマスクパターンは構図の金属材料、例えば、Ｃｒから形成することができ、Ｃｒ層の厚みは、例えば４０ｎｍである。技術の実施を便利にするために、マスクパターンの下面はエアギャップとされる。
【００８３】
感光層５１０はフォトレジストであり、厚みは３０ｎｍである。基底５１２は、例えば１ｍｍ厚みの石英を含める。感光層５１０の上方に、照明場に対面する側は、補助イメージング層の厚みが１５ｎｍであるＡｇ層である。この例示において、イメージング層５０９はマスク充填層に設置される。感光層５１０の下方に、照明場に対して背中向け側は、７０ｎｍ厚みの金属銀反射層５１１である。三者は石英基底５１２に積層される。
【００８４】
数値シミュレーションを利用して、この実施例におけるフォトレジスト内のイメージング光場分布をシミュレーションした。Ｃｒ、Ａｇ、感光層の誘電率はそれぞれ−８．５７＋８．６６ｉ、−２．４０１２＋０．２４８８ｉ、２．５９である。一次元の密集ラインパターンシミュレーションイメージング結果について、図１１に示すように、図１１（ｂ）は図１１（ａ）における白色の点線領域の拡大である。図１１（ｃ）のイメージング空間光度分布の比較結果から分かるように、本実施例の構造によって、感光層５１０内に良いイメージングの品質を実現した。
【００８５】
励起層５０２１の構造は、マスクパターン層５０３の具体的なパターンに従って決定される。マスクパターン層５０３が二次元のパターンである場合について、励起層５０２１のパターンは二次元のパターンであってもよい。具体的なシミュレーションの条件は以下のことである：励起層のパターンは正方形孔アレイ格子構造であり、孔の辺長は１００ｎｍであり、孔の中心間隔は２００ｎｍである；パターン層は二次元の折線であり、折線夾角は９０°であり、折線の線幅は３２ｎｍであり、周期は６４ｎｍである；入射光は、中心波長が３６５ｎｍである４本のインコヒーレント光照明であり、入射角は２８°であり、方位角はそれぞれ０°、９０°、１８０°及び２７０°である。
【００８６】
数値シミュレーションを利用して、この実施例における表面プラズモン波照明ナノメートルイメージングデバイス及びリソグラフィー結果をシミュレーションした。そのシミュレーションイメージング結果は図１２に示すようであり、図１２（ａ）は表面プラズモン波照明イメージングリソグラフィー構造概略図であり、図１２（ｃ）は正入射照明リソグラフィー概略図であり、図１２（ｂ）及び１２（ｄ）はそれぞれこの２つのモードにおけるシミュレーション結果図を示し、図１２（ｂ）及び１２（ｄ）の図面は対応する白色の点線の強度分布である。シミュレーション結果から分かるように、表面プラズモン波照明ナノメートルイメージングリソグラフィー構造を利用して、超解像イメージングリソグラフィーのコントラスト及び解像力をよく向上することができる。
【００８７】
図１３は、この実施例において、ＳＰ波光場の横方向波数ベクトルが２．５ｋ０であり、４０ｎｍ厚みのエアギャップの場合、異なる線幅のパターンのＳＰＩ（Surface Plasmon Illumination）照明方式とＮＩ（Normal Illumination）照明方式とのコントラストの曲線（図１３（ａ））、および、３２ｎｍ線幅の密集ラインパターンの異なるエアギャップでのコントラストの曲線（図１３（ｂ））である。図１３（ａ）から分かるように、固定表面プラズモン波照明パラメーターと４０ｎｍエアギャップの条件において、この構造は、３２ｎｍ以上の異なる線幅の密集ラインパターンに対して、いずれも高コントラストのイメージングを保持する。なお、図１３（ｂ）から分かるように、若し、感光層の像強度コントラストが０．４よりも大きいことが判断基準であれば、エアギャップは６０ｎｍに広がってもよい。これに対して、正入射照明イメージングリソグラフィー構造を採用するエアギャップは１０ｎｍほどのみである。
【００８８】
本開示は、超解像イメージング光学リソグラフィー方法を提案し、離散的なナノメートルラインパターンにも有効である。ここでは、６０ｎｍ線幅の孤立ラインマスクパターンの超解像イメージングリソグラフィーの実例を提供した。
【００８９】
この実施例において、図６に示すように、前記実施例のようなイメージングリソグラフィーの構造及びパラメーターを採用する。図６（ａ）に示すように、６０ｎｍ線幅のクロムマスクパターンのラインスリット６０２の出射面の両辺に、２組の金属溝構造６０３が対称的に導入される。溝中心からスリットの中心までの距離は１１０ｎｍであり、溝の幅は５５ｎｍであり、溝の深さは４５ｎｍであり、マスクパターン層６０１のクロム膜の厚みは９０ｎｍである。図６（ｂ）に示すように、エアギャップ６０４は１００ｎｍとされる。プリズムから発生するＮＡ＝１．５である傾斜照明場は、マスクパターンの上方に照射される。リソグラフィー基板構造１０５は、２０ｎｍ厚みの金属銀イメージング膜層６０５、３０ｎｍ厚みのフォトレジスト６０６、７０ｎｍ金属銀反射層６０７、及び０．３ｍｍ厚みのシリコンピース６０８のように配置される。
【００９０】
図１４はイメージング模擬結果を提供している。図１４（ａ）は感光層領域変形照明と、溝構造が導入されたイメージング光場との分布であり、図１４（ｂ）は対照構造（正入射照明と無溝構造）のイメージング光場の分布であり、１４（ｃ）は図１４（ａ）及び１４（ｂ）の白色の点線に沿う断面曲線であり、図１４（ｄ）は異なるエアギャップでのフォトレジスト内のラインパターンの幅である。これから分かるように、パターンの線幅は抑制され、特に、エアギャップが１００ｎｍよりも大きい場合について、イメージングの線幅は３００ｎｍから８０ｎｍほどまでに圧縮される。
【００９１】
本開示の実施例によれば、リソグラフィーイメージングの過程は以下の通りである。リソグラフィーパターンの線幅について、照明方式を選択することができる。例えば、１／６波長以上の線幅のパターンについて、高ＮＡ変形照明方法を選択する。１／６波長以下の線幅のパターンについて、中心波長がλ０であり、特定の遠場照明光束方向（入射光線中心方向と主光軸、例えば、部材表面法線との夾角はθである）の入射光場において、均一な照明マスク構造における励起層は、特定の伝送波長のＳＰ波を励起する。雑波フィルタ層を使用して、ＳＰ波の透過強度を増強することができる。ＳＰ波照明場又は高ＮＡ変形照明光場は、マスク構造におけるパターン層と結合して、マスク構造におけるイメージング層を伝送することができる。マスク構造とリソグラフィー基板構造との間の間隔層の厚みを制御することにより、リソグラフィー基板構造の補助イメージング層の作用によって、パターン層を持つイメージング光場を空気又は液体間隔層に透過し、リソグラフィー基板構造における感光層内に結合して伝送することを実現する。露光、補助イメージング層の除去、現像等のリソグラフィープロセスによって、感光層内に超解像イメージングリソグラフィーを実現する。
【００９２】
当業者が本開示を理解するように、以上に本開示の説明的な発明実施形態を記載したが、本開示が発明実施形態の範囲に限らないことを理解すべきである。当業者にとって、特許請求の範囲の限定、特定した本開示の主旨及び範囲内に、各変形を行うことができる。これらの変形は本開示の範囲内に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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【図１２（ｄ）】
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【図１３】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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