JP2008021869A - Plasmon resonation lithography and lithogram - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズモン共鳴リソグラフィおよびリソグラムに関する。 The present invention relates to plasmon resonance lithography and lithograms.
従来、例えば特許文献1が知られている。この特許文献1には、光源波長に制限されない近接場光を用いて100nm以下の微細パターンの露光が可能な低コストの近接場光露光方法を提供するために、照射光を受けて近接場光を発生させる露光マスクにより第2レジスト層に近接場光を照射してレジスト層を現像して回析格子パターンを形成し、これをエッチングマスクとして第1のレジスト層をドライエッチングして基板上にパターンを形成する近接場光露光方法において、複雑なパターン4を、1方向に並んだスリットパターン毎5、6に分割し、分割したスリットパターン毎に露光マスク2、3を複数用意し、最適露光条件により露光して複雑なパターンを形成するようにした発明が記載されている(図31参照)。
Conventionally, for example,
また特許文献1には、光の波長よりも小さなサイズの形状を作成する方法として開発された近接場光リソグラフィにより、図32(特許文献1の図8)に示すように近接場光を発生させる露光マスク104を感光性レジスト材103´に密着させて、波長以下の微細な分布を有する近接場光を転写する場合に、照射光Lの偏光方向(例えば、P偏光)が、図32(a)の実線で示す矢印のように、露光マスク104のスリット110の方向(図32では紙面に垂直な方向)に平行な場合には、近接場光107のしみ出しが局在的で正常であるが、図32(b)のように、照射光Lの実線矢印で示す偏向方向がスリット110の方向(と光軸との両方向)に対して垂直な場合(紙面の横方向)は、「線幅の太り」等によりスリット・パターンとは異なる転写パターンになってしまうという問題があった。したがって、方向が直交しているスリットがあった場合、どちらかのスリットの転写パターンが本来のスリット・パターンとは異なるものになってしまうという欠点があった。
Further, in
これを解決するために特許文献1に記載の発明では、図33(特許文献1の図2)に示すように、マスクパターンを二つのマスクに分割して、2回に分けて露光する。先ず、露光マスク2を用いて露光する場合、露光マスク2と基板の第2レジスト層7を真空引きにより密着させ、次に、水銀ランプ光源からgかi線等の光Lを露光マスク2に照射して近接場光を発生させ、パターン5を第2レジスト層に転写する。この時の光Lの偏光方向は、露光マスク2のスリットパターンの長手方向に平行な直線偏光にする。露光マスク2の露光が終了したら、露光マスク2と第2レジスト層7を剥離させ、次に、露光マスク3を第2レジスト層7に密着させる。続いて、g線等の光Lを露光マスク3に照射して近接場光を発生させ、パターン6を第2レジスト層7へ転写する。この時の光Lの偏光方向も露光マスク3のスリットパターンの長手方向に平行な直線偏光にする。このようにして第2レジスト層7に露光マスク1の複雑パターン4が多重露光により転写される。
In order to solve this, in the invention described in
また、特許文献2には、解像度、スループット及び経済性に優れた露光をもたらす近接場光用のマスク、露光装置及び方法を提供することを目的として、互いに直交する方向に長手方向を有する開口が形成されたマスクを被処理体に密着させるステップと、前記各方向以外の方向に偏光した露光光を前記マスクに照射するステップとを有することを特徴とする露光方法を提供する発明も記載されている(露光装置:図34参照)。
また、特許文献3および非特許文献1には、微小開口の長手方向に対して垂直な方向に偏光した光を照射する場合と、平行に偏光した光を照射する場合とでは、微小開口から滲み出す近接場光の強度が変化することが開示されている。
従って、近接場光を用いる露光では、露光光の偏光を制御せずに露光を行うと、マスクに形成された微小開口の長手方向に対する露光光の偏光の方向によって微小開口から滲み出す近接場光の強度が変化し、露光パターンにむらが生じる問題を有する。
In
Therefore, in exposure using near-field light, if exposure is performed without controlling the polarization of the exposure light, the near-field light that oozes out from the minute aperture depending on the polarization direction of the exposure light with respect to the longitudinal direction of the minute aperture formed in the mask. The intensity of the film changes, and the exposure pattern becomes uneven.
また前記特許文献2は、これらの課題を解決するために、互いに直交する方向に長手方向を有する開口が形成されたマスクを被処理体に密着させるステップと、前記各方向以外の方向に偏光した露光光を前記マスクに照射するステップとを有する。かかる露光方法によれば、開口から滲み出す近接場光の強度を一定にすることができる。前記照射ステップは、前記マスクの前記開口の長手方向を検出するステップと、前記検出結果に基づいて、前記露光光を生成するステップとを更に有する。前記照射ステップは、前記開口の長手方向に対して略45°の角度の方向に偏光した露光光を前記マスクに照射することを特徴とする。前記開口は、互いに直交する方向のみに形成され、この発明に使用されるマスク400は図35及び図36に示した場合の微小開口432が混在している。そのため、図35及び図36に示した微小開口432に同じ露光光が入射されることになり、x方向成分、y方向成分ともに同じ強度の偏光となる。この特許文献2記載の発明では、図37に示されるように、微小開口432の長手方向がx方向とy方向の2方向のみに向いている。従って、微小開口432の長手方向がx方向、y方向のどちらの方向を向いていても、微小開口432から滲み出す近接場光の強度は一定となる。即ち、特許文献2の発明で使用されるマスク400は、微小開口432の長手方向(x方向及びy方向)に対する露光光の偏光方向Bを略45°の角度にすることで、マスク400に偏光子を作り込むことなく、微小開口432から滲み出す近接場光の強度を一定にしている。
しかし、上述した特許文献1では、近接場光リソグラフィの欠点である、スリットパターンの方向により露光される幅が太くなる欠点を克服するためにマスクをスリットパターンの方向により2枚のマスクに分割し、二回、アライメントと露光を行う。この場合、マスクを保管場所から取り出して、露光後に元の保管場所に戻すまでの作業を2回行わなければいけないので、作業時間が2倍になる。また、マスクも二枚用意しなければいけないため、生産性が低下することとなり、コスト高の原因ともなる。
また特許文献2では、特許文献1の欠点は克服しているが、スリットパターンの長手方向が、互いに直交する方向のみに制限されてしまう欠点を有している。
However, in
Further,
このような課題に鑑み、本発明は、フォトマスクへの照射光の周波数をフォトマスクの遮光膜内でのプラズモン共鳴の周波数と一致させるプラズモン共鳴リソグラフィおよびリソグラムを提供することを目的としている。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a plasmon resonance lithography and a lithogram in which the frequency of light irradiated onto a photomask matches the frequency of plasmon resonance in the light shielding film of the photomask.
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、フォトマスクを介してフォトレジストに光を照射し露光して前記フォトマスク近傍に発生する近接場光により前記フォトレジストを感光する近接場光リソグラフィであって、前記フォトマスクへの照射光の周波数を、前記フォトマスクの遮光膜内で発生するプラズモン共鳴の周波数と一致させるプラズモン共鳴リソグラフィであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のプラズモン共鳴リソグラフィにおいて、前記照射光を偏向光とし、前記偏向光が直線偏向光であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the plasmon resonance lithography according to the first aspect, the irradiation light is deflected light, and the deflected light is linearly deflected light.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のプラズモン共鳴リソグラフィにおいて、さらに、前記直線偏向光を複数回露光することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the plasmon resonance lithography according to the second aspect, the linearly polarized light is further exposed a plurality of times.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のプラズモン共鳴リソグラフィにおいて、前記照射光として円偏向ないし楕円偏向光を用いることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the plasmon resonance lithography according to the first aspect, circularly or elliptically deflected light is used as the irradiation light.
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のプラズモン共鳴リソグラフィにおいて、前記照射光としてランダム偏向光を用いることを特徴とする。
The invention described in
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載のプラズモン共鳴リソグラフィにおいて、前記フォトマスクの遮光膜パターンが、島状パターン、穴状パターン、円形パターン、四角形パターン、三角形パターンまたは短冊状パターンの少なくとも1つのパターンであることを特徴とする。
The invention according to
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載のプラズモン共鳴リソグラフィによって作成されたリソグラムであることを特徴とする。
The invention described in
このように本発明のプラズモン共鳴リソグラフィおよびリソグラムによれば、マスクパターンの方向に制限がなく、かつマスク枚数や作業量を増加させない近接場光リソグラフィを提供することが可能となる。 Thus, according to the plasmon resonance lithography and lithogram of the present invention, it is possible to provide near-field optical lithography that does not limit the direction of the mask pattern and does not increase the number of masks and the amount of work.
本実施形態では、上記特許文献1と2の欠点を克服し、マスクパターンの方向に制限がなく、かつマスク枚数や作業量の増加がない近接場リソグラフィおよびリソグラムを提供すること、さらにマスクパターンの最小線幅よりも狭いレジストパターンの形成を可能にすることを目的とする。
また本実施形態は、従来技術にはない新規な露光・パターン形成を行うことを目的とする。
The present embodiment overcomes the drawbacks of
Another object of the present embodiment is to perform novel exposure / pattern formation that is not found in the prior art.
以下、図面を参照して、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィおよびリソグラムを詳細に説明する。
本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィは、フォトマスクを介してフォトレジストに光を照射し露光して、前記フォトマスク近傍に発生する近接場光により前記フォトレジストを感光する近接場光リソグラフィであり、このフォトマスクへの照射光の周波数を、フォトマスクの遮光膜内で発生するプラズモン共鳴の周波数と一致させることを特徴とする。
The plasmon resonance lithography and lithogram of this embodiment will be described in detail below with reference to the drawings.
The plasmon resonance lithography of the present embodiment is near-field optical lithography in which a photoresist is irradiated with light through a photomask for exposure, and the photoresist is exposed to near-field light generated in the vicinity of the photomask. The frequency of the light irradiated to the photomask is made to coincide with the frequency of plasmon resonance generated in the light shielding film of the photomask.
[第1実施形態]
まず、図1〜図5を参照しながら説明する。図1に、本実施形態に係るプラズモン共鳴リソグラフィの基本的なプロセスを示す。まず図1の(1)に示す工程では、ガラスやシリコンなどの基板上に加工対象である薄膜を堆積させる。この堆積した薄膜(非パターニング層)は、金属や誘電体、半導体などを用いて形成することができる。これらの薄膜形成のための方法は特に限定されないが、たとえばPVD、CVD、蒸着などの方法により形成することができる。形成された薄膜の上に、この薄膜の厚みと同等かそれ以上の厚みを持つ下層レジストを堆積する。この堆積方法は限定されないが、たとえばスピンコートやロールコートなどの塗工方法を採用することができる。下層レジストは感光性のないものを選択することができる。さらにこの下層レジストの上に、感光性の上層レジスト(上層フォトレジスト)を積層する。
[First Embodiment]
First, a description will be given with reference to FIGS. FIG. 1 shows a basic process of plasmon resonance lithography according to this embodiment. First, in the process shown in FIG. 1 (1), a thin film to be processed is deposited on a substrate such as glass or silicon. The deposited thin film (non-patterning layer) can be formed using a metal, a dielectric, a semiconductor, or the like. Although the method for forming these thin films is not particularly limited, it can be formed by methods such as PVD, CVD, and vapor deposition. On the formed thin film, a lower layer resist having a thickness equal to or greater than the thickness of the thin film is deposited. Although this deposition method is not limited, for example, a coating method such as spin coating or roll coating can be employed. As the lower layer resist, one having no photosensitivity can be selected. Further, a photosensitive upper layer resist (upper layer photoresist) is laminated on the lower layer resist.
次に、パターンが形成されているフォトマスク(金属遮光膜)を、上層レジストの上に載置した後にバキュームコンタクト法などにより前記した金属遮光膜を強く密着させる(図1(2)参照)。 Next, after a photomask (metal light shielding film) on which a pattern is formed is placed on the upper resist, the above-described metal light shielding film is strongly adhered by a vacuum contact method or the like (see FIG. 1 (2)).
この後、ガラス(または石英)基板を介してフォトマスク側から上層レジストが感光する波長λの光を照射する(図1(3)の露光プロセス参照)。この照射光の波長λは、前述した上層レジストが感光する波長であること以外に、光を照射することによりフォトマスクである金属遮光膜において、プラズモン共鳴が生じる波長(実際には媒体の誘電率に無関係に決定できる周波数)を選択する必要がある。このプラズモン共鳴周波数は、フォトマスクの遮光膜材料の光学的特性とその形状、及び上層レジストの光学的特性で決定される。図1(3)の露光プロセスの後に、図1(4)の現像プロセスにより上層フォトレジストを現像する。 Thereafter, light having a wavelength λ that the upper resist is exposed is irradiated from the photomask side through a glass (or quartz) substrate (see the exposure process in FIG. 1 (3)). The wavelength λ of the irradiation light is a wavelength at which plasmon resonance occurs in the metal light-shielding film that is a photomask by irradiating light (in fact, the dielectric constant of the medium). It is necessary to select a frequency that can be determined regardless of the frequency. The plasmon resonance frequency is determined by the optical characteristics and shape of the light shielding film material of the photomask and the optical characteristics of the upper layer resist. After the exposure process of FIG. 1 (3), the upper layer photoresist is developed by the development process of FIG. 1 (4).
ここで、プラズモン共鳴周波数の光を照射した場合と、そうでない場合とを、図2〜図5を用いて比較する。 Here, the case where the light of the plasmon resonance frequency is irradiated is compared with the case where it is not, with reference to FIGS.
図2は一例としてプラズモン共鳴周波数の照射光を用いて、その照射光を図2に示すように紙面横方向の直線偏光をこの図に示す間隔のフォトマスクの円形縞状パターンを示す図である。図3は図2のパターンのフォトマスクに真空中での波長λが500nmの光を照射し、その照射の際に、上層レジスト内での照射光による電界強度分布を示す図である。一方、図4の間隔でのパターンのフォトマスクを用いて、プラズモン共鳴周波数でない図4に示す直線偏光、波長300nmの光を照射したときのフォトレジスト内の電界分布を図5に示す。いずれもFDTD(Finite Difference Time Domain method)によりシミュレーション計算した結果である。 FIG. 2 is a diagram showing a circular stripe pattern of a photomask having an interval shown in FIG. 2 using, as an example, irradiation light having a plasmon resonance frequency and using the irradiation light as shown in FIG. . FIG. 3 is a diagram showing the electric field intensity distribution due to the irradiation light in the upper layer resist when the photomask having the pattern of FIG. 2 is irradiated with light having a wavelength λ of 500 nm in vacuum. On the other hand, FIG. 5 shows the electric field distribution in the photoresist when irradiated with light having a linearly polarized light and a wavelength of 300 nm shown in FIG. 4, which is not the plasmon resonance frequency, using a photomask having a pattern at intervals shown in FIG. All are the results of simulation calculation by FDTD (Finite Difference Time Domain method).
図3と図5とを比較すると、図3ではプラズモン共鳴がフォトマスクの遮光膜金属内で生じているため、電界が金属ドットの直線偏光方向のエッジに(直線偏光方向をxとするとこれと略直交するy方向に沿って)集中している(図3において光強度が強い部分)。このため、ドット間にはほとんど電界が存在しないし、電界そのものの強度も非プラズモン共鳴の場合よりも百倍近く強くなっている。一方、図5においては、ドット間の部分にも電界が存在するために、従来技術を示した図32と同様の露光領域が広がったものとなっており、微細なパターンの作製ができなくなる。すなわち図3と図5とを比較すると、光強度の強い部分が図3に示すように各円形縞状のy方向の両エッジに現れ、各円形縞状の中心部は弱い光強度となっており、これに対し、円形縞状パターン間は光強度が極めて低くなっていることから、光強度の集中化が極めて効率よくおきていることがわかる。これに対し、プラズモン共鳴周波数から遠い域では図5に示すようにほんの一部の円形縞状のy方向の両エッジに現れているにすぎず、しかも円形縞状パターン間は多少の光強度がある状態となっているように光強度の集中があまりされていないことがわかる。 Comparing FIG. 3 and FIG. 5, since plasmon resonance occurs in the light-shielding film metal of the photomask in FIG. 3, the electric field is at the edge of the linear polarization direction of the metal dot (if the linear polarization direction is x, this is It is concentrated (along the substantially perpendicular y direction) (the portion where the light intensity is strong in FIG. 3). For this reason, there is almost no electric field between the dots, and the intensity of the electric field itself is nearly 100 times stronger than in the case of non-plasmon resonance. On the other hand, in FIG. 5, since an electric field also exists in the portion between the dots, the exposure area similar to that in FIG. 32 showing the prior art is expanded, and it becomes impossible to produce a fine pattern. That is, when FIG. 3 and FIG. 5 are compared, a portion having a high light intensity appears at both edges in the y direction of each circular stripe as shown in FIG. 3, and the center of each circular stripe has a low light intensity. On the other hand, since the light intensity is extremely low between the circular striped patterns, it can be seen that the concentration of the light intensity is extremely efficient. On the other hand, in the region far from the plasmon resonance frequency, only a part of the circular stripes appear in both edges in the y direction as shown in FIG. 5, and there is some light intensity between the circular stripe patterns. It can be seen that the light intensity is not concentrated so much as in a certain state.
以上のように、プラズモン共鳴リソグラフィでは直線偏光方向のパターンエッジに電界が集中するためにフォトマスクパターンよりも細かい寸法で、かつ前記フォトマスクパターンの2倍の周期の露光が可能となっている。図1(3)は、このようなプラズモン共鳴リソグラフィによる露光が行われた状態を示す。 As described above, in plasmon resonance lithography, the electric field concentrates on the pattern edge in the direction of linear polarization, so that exposure with a smaller size than the photomask pattern and twice the period of the photomask pattern is possible. FIG. 1 (3) shows a state in which exposure by such plasmon resonance lithography is performed.
さらに、図1の(4)に示すように、露光終了後上層レジストを現像し、レジストパターンを形成する。その後、図1の(5)に示すように、このパターンをエッチングマスクにし、RIE(reactive ion etching:反応性イオンエッチング)等による酸素プラズマにより下層レジストを高いアスペクト比でエッチングする。その後、図1の(6)に示すように、薄膜(被パターニング層)をRIEなどでエッチングし(この薄膜がAl、Cuなどの金属膜の場合には、酸性ガス(たとえば塩素系ガス)で、またSiまたは酸化シリコンでは、SF6を用いるなどのフッ素系ガスなどで処理)、さらに、図1の(7)に示すように、酸素プラズマによるアッシングや有機溶剤、剥離液などで、上層・下層レジストを除去する。そしてこのような図1の(1)〜(7)までの工程によって作成したパターン状に形成された薄膜の状態を、図1の(8)に示す。 Further, as shown in (4) of FIG. 1, after the exposure is completed, the upper layer resist is developed to form a resist pattern. Thereafter, as shown in FIG. 1 (5), the lower layer resist is etched with a high aspect ratio by oxygen plasma by RIE (reactive ion etching) or the like using this pattern as an etching mask. Thereafter, as shown in FIG. 1 (6), the thin film (patterned layer) is etched by RIE or the like (in the case where the thin film is a metal film such as Al or Cu, an acidic gas (for example, chlorine-based gas)). In addition, Si or silicon oxide is treated with a fluorine-based gas such as SF6). Furthermore, as shown in FIG. 1 (7), ashing with oxygen plasma, organic solvent, stripping solution, etc. Remove the resist. And the state of the thin film formed in the pattern shape created by such a process of (1)-(7) of FIG. 1 is shown in (8) of FIG.
[第2実施形態]
次に、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、図6および図7により第2の実施形態を説明する。この第2実施形態では、島状パターンが四角形である例となっている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the island pattern is a quadrangle.
図6の方向の直線偏光(紙面横方向)で第一実施形態と同様にプラズモン共鳴を生じさせると、直線偏光方向xに対し、四角形の対向する二辺であるxと直交するy方向の二辺に電界が集中する(図7参照)。この図7に示すような電界集中した場所での上層フォトレジストが感光して、先に述べたプロセスと同様のプロセスを経て、感光した部分の薄膜が除去される。なお、その他、効果やプロセスについては、第1実施形態と同様である。 When plasmon resonance is generated in the same manner as in the first embodiment with linearly polarized light in the direction of FIG. 6 (lateral direction in the drawing), two in the y direction orthogonal to x, which are two opposite sides of the quadrangle, with respect to the linearly polarized light direction x. The electric field concentrates on the side (see FIG. 7). The upper layer photoresist is exposed to a place where the electric field is concentrated as shown in FIG. 7, and the exposed portion of the thin film is removed through the same process as described above. Other effects and processes are the same as those in the first embodiment.
[第3実施形態]
次に図8と図9により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第3実施形態を示す。本実施形態では、パターン形状として、島状パターンが三角形をしている例を示す。図8に示す直線偏光方向x(三角形の一辺(y方向)に直交する方向)で第1実施形態と同様にプラズモン共鳴を生じさせると、前記したy方向の一辺に電界が集中する(図9参照)。したがって、図9に示すように、この電界が集中した場所の上層フォトレジストが感光し、第1実施形態で説明したプロセスを経て、感光した部分の薄膜が除去される。なお、その他、効果、プロセスについては第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, FIGS. 8 and 9 show a third embodiment relating to the plasmon resonance lithography of the present embodiment. In the present embodiment, an example in which the island pattern is a triangle is shown as the pattern shape. When plasmon resonance is generated in the linear polarization direction x (direction orthogonal to one side (y direction) of the triangle) shown in FIG. 8 as in the first embodiment, the electric field is concentrated on one side of the y direction (FIG. 9). reference). Therefore, as shown in FIG. 9, the upper layer photoresist where the electric field is concentrated is exposed, and the exposed portion of the thin film is removed through the process described in the first embodiment. Since other effects and processes are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
[第4実施形態]
第1実施形態ではフォトマスクのパターンが円形の島状パターンであったが、本実施形態では円形の穴状のパターンを用いている。第1実施形態と同様に、フォトマスクの遮光膜材料においてプラズモン共鳴が生じるように照射する周波数、フォトマスクの遮光膜材料の光学的特性とその形状及び上層レジストの光学的特性を定めることとしている。図10〜14は、プラズモン共鳴周波数の光を照射した場合とそうでない場合とを比較した図である。
[Fourth Embodiment]
In the first embodiment, the photomask pattern is a circular island pattern, but in the present embodiment, a circular hole pattern is used. As in the first embodiment, the frequency of irradiation so that plasmon resonance occurs in the light shielding film material of the photomask, the optical characteristics and shape of the light shielding film material of the photomask, and the optical characteristics of the upper layer resist are determined. . FIGS. 10-14 is the figure which compared the case where it is not so with the case where the light of a plasmon resonance frequency is irradiated.
図10は、プラズモン共鳴周波数の照射光を用い、その照射光として直線偏光光(第1実施形態と同様に紙面横方向:x方向)とし、フォトマスクのパターンが円形の穴状パターンの場合のパターン間隔の一例を示す図である。図11は図10に示すパターンのフォトマスクに真空中での波長が500nmの光を照射した際に、上層レジスト内での照射光による電界強度分布を示した図である。一方、図13に示すパターン間隔のフォトマスクにおいて、プラズモン共鳴周波数でない波長300nmの光を照射したときのフォトレジスト内の電界分布を図14に示す。いずれもFDTD(Finite Difference Time Domain method)によりシミュレーション計算した結果である。 FIG. 10 shows a case where irradiation light having a plasmon resonance frequency is used, linearly polarized light is used as the irradiation light (in the horizontal direction of the paper: the x direction as in the first embodiment), and the photomask pattern is a circular hole pattern. It is a figure which shows an example of a pattern space | interval. FIG. 11 is a diagram showing an electric field intensity distribution by irradiation light in the upper resist when the photomask having the pattern shown in FIG. 10 is irradiated with light having a wavelength of 500 nm in vacuum. On the other hand, FIG. 14 shows the electric field distribution in the photoresist when the photomask having the pattern interval shown in FIG. 13 is irradiated with light having a wavelength of 300 nm which is not the plasmon resonance frequency. All are the results of simulation calculation by FDTD (Finite Difference Time Domain method).
図11と図14とを比較すると、図11においてプラズモン共鳴がフォトマスクの遮光膜金属内で生じているため、電子が金属遮光膜中の穴の、直線偏光方向のエッジ側に集中している。また穴と穴の間にある遮光膜部分にはほとんど電界が存在せず、電界そのものの強度も非プラズモン共鳴の場合よりも百倍近く高くなる。一方、図14では、穴の間の部分に電界が存在し、このため、従来技術の図32と同様に、露光領域が広がってしまっており、微細なパターンの作製ができなくなっている。以上のように、プラズモン共鳴リソグラフィでは直線偏光方向の両エッジ(x方向に直交するy方向:紙面縦方向)に電界が集中するためにフォトマスクパターンよりも細かい寸法で、かつ前記フォトマスクパターンの2倍の周期の露光が可能となる。図12はこのような以上のような露光が行われた状態を示す。 Comparing FIG. 11 with FIG. 14, since plasmon resonance is generated in the light shielding film metal of the photomask in FIG. 11, electrons are concentrated on the edge side of the hole in the metal light shielding film in the linear polarization direction. . In addition, there is almost no electric field in the light-shielding film portion between the holes, and the intensity of the electric field itself is nearly 100 times higher than in the case of non-plasmon resonance. On the other hand, in FIG. 14, there is an electric field in the portion between the holes. For this reason, as in FIG. 32 of the prior art, the exposure area is widened, making it impossible to produce a fine pattern. As described above, in plasmon resonance lithography, the electric field concentrates on both edges of the linearly polarized light direction (y direction orthogonal to the x direction: the vertical direction on the paper surface), so that the size of the photomask pattern is smaller than that of the photomask pattern. Exposure with a double cycle is possible. FIG. 12 shows a state in which such exposure is performed.
[第5実施形態]
図15と図16により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第5実施形態について説明する。本第5の実施形態では、穴形状パターンが四角形をしている例を示している。図15に示す直線偏光の方向(x方向)で第1実施形態と同様にプラズモン共鳴を生じさせると、図16に示すように、四角形の対向する二辺(x方向と直交するy方向の2辺)に電界が集中する。なお、その他、効果、プロセスについては第4実施形態と同様であるので、説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. In the fifth embodiment, an example in which the hole shape pattern is a quadrangle is shown. When plasmon resonance is generated in the direction of the linearly polarized light (x direction) shown in FIG. 15 as in the first embodiment, two opposite sides of the quadrangle (2 in the y direction orthogonal to the x direction) as shown in FIG. The electric field concentrates on the side. Since other effects and processes are the same as those in the fourth embodiment, description thereof will be omitted.
[第6実施形態]
図17と図18により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第6実施形態について説明する。本第6実施形態では、穴形状パターンが三角形をしている。図17の方向の直線偏光(三角形の一辺に直交する方向)で第1実施形態と同様にプラズモン共鳴を生じさせると、図18に示すように、前記直交する辺に電界が集中する。なお効果や加工プロセスについては第1実施形態と同様である。
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18. In the sixth embodiment, the hole shape pattern is a triangle. When plasmon resonance is generated in the same way as in the first embodiment with linearly polarized light in the direction of FIG. 17 (direction orthogonal to one side of the triangle), as shown in FIG. 18, the electric field concentrates on the orthogonal side. The effects and processing processes are the same as in the first embodiment.
[第7実施形態]
図19により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第7実施形態について説明する。第1実施形態または第4実施形態において、図19(a)に示す偏光Aの光を照射(露光)し、その後に偏光方向を偏光Bに替えて露光し、さらに、偏光方向を偏光Cに替えて露光する。図3及び図11からわかるように、プラズモン共鳴により電界が集中している偏光方向のエッジ部分以外は電界が小さい(換言すれば光量が少ない)ために、本実施形態で上記のような多重露光をしても、前記したエッジ部分のみがレジストは露光される。したがって、一枚のマスクを使用するとA〜Cの三偏光方向×2=6箇所(図19(a)に示される6角形)を露光することができる。また図19(b)は偏光AとBを使用した例であり(二偏光方向×2=4箇所)、また(c)は偏光方向A〜Cの三偏光方向で三箇所の例である(図29(c)参照)。
結果として、図19のように、前記各露光に対応した三方向のパターンを薄膜上に刻むことができる。
[Seventh Embodiment]
A seventh embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment or the fourth embodiment, the light of the polarization A shown in FIG. 19A is irradiated (exposure), and then the polarization direction is changed to the polarization B to be exposed, and the polarization direction is changed to the polarization C. Change the exposure. As can be seen from FIGS. 3 and 11, since the electric field is small (in other words, the amount of light is small) except for the edge portion in the polarization direction where the electric field is concentrated by plasmon resonance, the multiple exposure as described above is performed in this embodiment. Even if the resist is used, the resist is exposed only at the edge portion described above. Therefore, if one mask is used, it is possible to expose three polarization directions A to C × 2 = 6 (hexagon shown in FIG. 19A). FIG. 19B is an example using polarized light A and B (two polarization directions × 2 = 4 locations), and FIG. 19C is an example of three locations in the three polarization directions of polarization directions A to C ( See FIG. 29 (c)).
As a result, as shown in FIG. 19, patterns in three directions corresponding to the exposures can be engraved on the thin film.
特許文献1の図中に示すような例では、このような二方向以上の偏光を用いて露光する場合には、偏光方向を変えて露光する際に露光のたびにフォトマスクを加工対象の基板から離し、別なマスクに交換して再露光する必要があった。したがって、一回目の露光の後に現像を行わないうちに二度目の露光をしなければいけないので、一回目の露光だけではアライメントマークがパターニングされないので(すなわち現像しないので)アライメントのマークとして機能していない。よってアライメントマークを目標にして二回目の露光時の位置あわせをすることができず、精度の高いアライメント・露光ができない。
In the example shown in the drawing of
一方、本実施形態では、フォトマスクを前記加工対象の基板(換言すれば基板上に設けられた上層フォトレジスト)から離す必要はないので、上記のような問題はなく、多重露光を、フォトマスクを変更せずに行うことができる。これにより、より複雑なパターンの加工が可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, since it is not necessary to separate the photomask from the substrate to be processed (in other words, the upper layer photoresist provided on the substrate), there is no problem as described above, and multiple exposure is performed using the photomask. Can be done without changing. This makes it possible to process a more complicated pattern.
また本実施形態では円形のドットまたは穴形状のパターンについての実施形態を示したが、これは四角形及び三角形のドットまたは穴形状のパターンであっても良い。長方形などの四角形(矩形または平行四辺形)の場合には、エッジの2組にそれぞれ対応して直線偏光方向は二種類ある(すなわち、平行する2組の辺)ので、それぞれの偏光で二回露光を行った後に現像・アッシング等する(図1(4)〜(7)に示す工程を行う)と、図19(b)に示すようなパターンを薄膜に刻むことができる。また、三角形のドットの場合には、三角形の各辺に直行する直線偏光で露光を行って、図19(c)に示すパターンを薄膜に刻むことができる(図1(4)〜(7)に示す工程参照)。 In the present embodiment, an embodiment of a circular dot or hole-shaped pattern is shown, but this may be a square or triangular dot or hole-shaped pattern. In the case of a quadrangle such as a rectangle (rectangular or parallelogram), there are two types of linear polarization directions (that is, two parallel sides) corresponding to the two sets of edges, so that each polarization is performed twice. When development and ashing are performed after exposure (the steps shown in FIGS. 1 (4) to (7) are performed), a pattern as shown in FIG. 19 (b) can be engraved on the thin film. Further, in the case of triangular dots, the pattern shown in FIG. 19C can be engraved on the thin film by performing exposure with linearly polarized light orthogonal to each side of the triangle (FIGS. 1 (4) to (7)). (Refer to the process shown in the above)
[第8実施形態]
図20により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第8実施形態について説明する。第1実施形態または第4実施形態において、図20に示す円偏光の光で露光を行うと、円偏光の場合には、図3及び図11で示す電界の集中部分が照射光の周波数で回転することになる。図3及び図11からわかるように、プラズモン共鳴により電界が集中している偏光方向のエッジ部分以外は電界が小さい(つまり光量が少ない)ために、結果として、図20に示す円形パターンを薄膜上に刻むことができる(図1(4)〜(7)に示す工程を行う)。
[Eighth Embodiment]
With reference to FIG. 20, an eighth embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described. In the first embodiment or the fourth embodiment, when exposure is performed with circularly polarized light shown in FIG. 20, in the case of circularly polarized light, the electric field concentration portion shown in FIGS. 3 and 11 rotates at the frequency of the irradiation light. Will do. As can be seen from FIGS. 3 and 11, since the electric field is small (that is, the amount of light is small) except for the edge portion in the polarization direction where the electric field is concentrated by plasmon resonance, the circular pattern shown in FIG. (Steps shown in FIGS. 1 (4) to (7) are performed).
なお、本実施形態では円形のドットまたは穴形状のパターンについての例を示したが、四角形及び三角形のドットまたは穴形状のパターンであっても良い。これらは図19(b)〜(c)に示すようなパターンを薄膜に刻むことができる。
楕円偏光光で露光した場合には、楕円偏光の長軸方向の露光量が短軸方向のロ光量よりも大きくなるので、ドーナッツ状パターンの長軸方向の幅が短軸方向の幅よりも広くなる。
ランダム偏光光(一方向性の偏光がランダムに向きを変化させた偏光光)で露光を行った場合でも、偏光のバラツキが均等であればほぼ円偏光により露光した場合と同様のパターンを形成できる。
In this embodiment, an example of a circular dot or hole-shaped pattern is shown, but a square or triangular dot or hole-shaped pattern may be used. These can engrave a pattern as shown in FIGS. 19B to 19C on a thin film.
When exposed with elliptically polarized light, the amount of exposure in the major axis direction of the elliptically polarized light is greater than the amount of light in the minor axis direction, so the major axis width of the donut-shaped pattern is wider than the minor axis width. Become.
Even when exposure is performed with random polarized light (polarized light in which the direction of unidirectional polarized light is changed randomly), a pattern similar to the case of exposure with circularly polarized light can be formed as long as the variation in polarization is uniform. .
[第9実施例]
図21〜図23により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第9実施形態について説明する。
本実施形態では短冊状の長方形島状パターンが形成されているフォトマスクを用いる。フォトマスクは図21(b)に示すように、フォトマスク基板上に遮光膜を形成しても良いし、図21(c)に示すように、遮光膜表面と基板表面を同一面になるように形成しても良い。
[Ninth embodiment]
A ninth embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a photomask in which strip-like rectangular island patterns are formed is used. In the photomask, a light shielding film may be formed on the photomask substrate as shown in FIG. 21B, or the surface of the light shielding film and the substrate surface are flush with each other as shown in FIG. You may form in.
図22に示す方向の直線偏光(紙面横方向)で第一実施形態と同様にプラズモン共鳴を生じさせると、図22に示すように、短冊状長方形パターンのエッジ部分に電界が集中する。この電界が集中した位置の上層フォトレジストが感光し、先に述べた図1に示すプロセスを経て、感光した部分の薄膜が除去される。すると、図23に示しように、スリット状のパターンを薄膜に刻むことができる。本実施形態では、従来技術を示す図32のように露光領域が広がることがないので、微細なパターンの作製ができやすくなる。また、直線偏光方向のパターンエッジに電界が集中するためフォトマスクパターンよりも細かい寸法で、かつフォトマスクパターンの2倍周期のスリットパターンを形成することができる。 When plasmon resonance is generated in the same way as in the first embodiment with linearly polarized light in the direction shown in FIG. 22 (lateral direction in the drawing), the electric field concentrates on the edge portion of the strip-shaped rectangular pattern as shown in FIG. The upper layer photoresist where the electric field is concentrated is exposed to light, and the exposed portion of the thin film is removed through the process shown in FIG. Then, as shown in FIG. 23, a slit-like pattern can be engraved on the thin film. In the present embodiment, since the exposure area does not widen as shown in FIG. 32 showing the prior art, it becomes easy to produce a fine pattern. In addition, since the electric field concentrates on the pattern edge in the linear polarization direction, it is possible to form a slit pattern that is smaller in size than the photomask pattern and has a period twice that of the photomask pattern.
図24は他の例を示したものであり、短冊状の長方形穴状パターンが形成されているフォトマスクを用いる。この例でも、短冊長方形穴状パターンのエッジ部分に電界が集中するので、図21〜図23に示す例と同様な効果を得ることができる。なお、効果や加工プロセスについては第一実施形態と同様である。また、本実施形態では、遮光膜表面と基板表面とを同一面になるように形成したフォトマスクを用いても良い。 FIG. 24 shows another example, which uses a photomask in which strip-like rectangular hole patterns are formed. Also in this example, since the electric field concentrates on the edge portion of the strip rectangular hole pattern, the same effect as the example shown in FIGS. 21 to 23 can be obtained. The effects and processing processes are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, a photomask formed so that the light shielding film surface and the substrate surface are flush with each other may be used.
[第10実施形態]
図25〜図27により、本発明のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第10実施形態について説明する。図25はフォトマスクのパターンを短冊長方形穴状パターンが互いに直交する二方向に形成され、L字型になっているフォトマスクの例を示す図である。このようなフォトマスクを使って図1に示すように被加工対象基板上のフォトレジストにフォトマスクを密着させ、まず、図26に示すように、偏光Aの直線偏光光(紙面横方向)を照射すると、たとえば図26(a)に示すように、L字型パターンの偏光A方向と直交する辺に電界が集中する。さらに、図26(b)に示すように、偏光Aと直交する偏光Bの直線偏光光(紙面縦方向)を照射すると、前記L字型パターンの偏光B方向と直交する辺に電界が集中する。したがって、この後、図1(4)以降のプロセスを経ると、図27に示すようなパターンを形成することができる。本実施形態では、特許文献1と異なり、フォトマスクを加工対象の基板から分離(離間)する必要はないので、上記のような問題を生じることなく、多重露光をおこなうことができる。これにより、より複雑なパターンの加工が可能となる。
[Tenth embodiment]
A tenth embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a diagram showing an example of a photomask in which a rectangular strip-shaped hole pattern is formed in two directions orthogonal to each other and is L-shaped. Using such a photomask, the photomask is brought into intimate contact with the photoresist on the substrate to be processed as shown in FIG. 1, and first, as shown in FIG. When irradiated, for example, as shown in FIG. 26A, the electric field concentrates on the side perpendicular to the polarization A direction of the L-shaped pattern. Further, as shown in FIG. 26 (b), when linearly polarized light (vertical direction in the drawing) of polarized light B orthogonal to polarized light A is applied, the electric field concentrates on the side perpendicular to the polarized light B direction of the L-shaped pattern. . Accordingly, after this, the process shown in FIG. 1 (4) and subsequent steps can be performed to form a pattern as shown in FIG. In this embodiment, unlike
また、他の例を図28〜図29により説明する。この例では図28に示すように短冊状の長方形スリットパターンが直角になるように配置され、さらに、短冊の両者に45度の角度をもって三本目のスリットが直角の各短冊間に配置されている。このフォトマスクを使って、これらのスリットの長手方向に直交する直線偏光(偏光A、偏光B、偏光C)の光を用い、各一回ずつ、計三回、露光を行う。これにより、先に述べた原理・加工方法により図29に示す薄膜のパターンが形成される。 Another example will be described with reference to FIGS. In this example, as shown in FIG. 28, a rectangular rectangular slit pattern is arranged at a right angle, and a third slit is arranged between each of the rectangular strips at an angle of 45 degrees on both sides of the strip. . Using this photomask, exposure is performed three times in total using linearly polarized light (polarized light A, polarized light B, and polarized light C) perpendicular to the longitudinal direction of these slits. Thereby, the thin film pattern shown in FIG. 29 is formed by the principle and processing method described above.
[第11実施形態]
図25および図30により、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィに関する、第11実施形態について説明する。図25のフォトマスクを用いて、円偏光光を用いて露光すると、図30に示すように、二方向に伸びたスリット長手方向のエッジ部分に、電界が集中する。これにより、図27と同じパターンが薄膜に形成される。楕円偏光により露光を行った場合には、楕円偏光の長軸方向の露光量が短軸方向の露光量よりも大きくなるので、長軸方向に直交するスリットの長手方向に発生する電界が短軸方向に発生する電界よりも強くなる。したがって、長軸方向に直交するスリットのエッジ部分のパターンが短軸方向に直交するスリットのエッジ部分のパターンよりも広くなる。
ランダム偏光光で露光を行った場合も、偏光のバラツキが均等であればほぼ円偏光により露光した場合と同様のパターンを形成できる。
[Eleventh embodiment]
With reference to FIGS. 25 and 30, an eleventh embodiment relating to plasmon resonance lithography of the present embodiment will be described. When exposure is performed using circularly polarized light using the photomask of FIG. 25, the electric field concentrates on the edge portion in the longitudinal direction of the slit extending in two directions as shown in FIG. Thereby, the same pattern as FIG. 27 is formed in the thin film. When exposure is performed with elliptically polarized light, the exposure amount in the major axis direction of the elliptically polarized light is larger than the exposure amount in the minor axis direction, so the electric field generated in the longitudinal direction of the slit perpendicular to the major axis direction is the minor axis. It becomes stronger than the electric field generated in the direction. Therefore, the pattern of the edge portion of the slit perpendicular to the major axis direction is wider than the pattern of the edge portion of the slit perpendicular to the minor axis direction.
When exposure is performed with randomly polarized light, a pattern similar to that when exposed with circularly polarized light can be formed as long as the variation in polarization is uniform.
以上、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィによって、前記フォトマスクへの照射光の周波数を、前記フォトマスクの遮光膜内でプラズモン共鳴が発生する周波数としているので、特許文献1と2の欠点を克服し、マスクパターンの方向に制限がなく、かつマスク枚数や作業量の増加がない近接場リソグラフィを提供することを、さらにはマスクパターンの最小線幅よりも狭いレジストパターンの形成を可能にすることができる。
As described above, with the plasmon resonance lithography of the present embodiment, the frequency of irradiation light to the photomask is set to a frequency at which plasmon resonance is generated in the light shielding film of the photomask, thus overcoming the drawbacks of
また、本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィは、さらに、マスクパターンの方向に制限がなく、かつマスク枚数や作業量の増加がない近接場リソグラフィを提供し、さらにマスクパターンの最小線幅よりも狭いレジストパターンの形成を可能にすることができる。 In addition, the plasmon resonance lithography of this embodiment further provides near-field lithography in which the direction of the mask pattern is not limited and the number of masks and the amount of work are not increased, and the resist is narrower than the minimum line width of the mask pattern. A pattern can be formed.
さらに本実施形態のプラズモン共鳴リソグラフィは、前記フォトマスクの遮光膜パターンが島状パターン、穴状パターン、円形パターン、四角形パターン、三角形パターン、短冊状パターンの少なくとも1つのパターンとしたので、前述した本実施形態に特有の効果を有すると共に、パターンの選択の自由性が広範囲となり様々な形状の薄膜を低コストでしかも効率よく作成できる。 Further, in the plasmon resonance lithography of the present embodiment, the light shielding film pattern of the photomask is at least one pattern of an island pattern, a hole pattern, a circular pattern, a square pattern, a triangular pattern, and a strip pattern. In addition to the effects peculiar to the embodiment, the flexibility of pattern selection is wide, and various shapes of thin films can be efficiently produced at low cost.
本実施形態のリソグラフィによって作成されるリソグラムは、各種デバイスとして、あるいは各種の記録媒体、表示媒体として、様々な情報メディアとしても使用可能なものであり、印刷分野、電子分野、素子分野など広範囲の分野で応用可能であり、また本実施形態のリソグラフィは広範囲にわたる応用範囲の広い技術である。 The lithography produced by lithography of this embodiment can be used as various devices, various recording media, display media, and various information media, and can be used in a wide range of fields such as the printing field, electronic field, and element field. The lithography of the present embodiment is a technology with a wide range of applications.
1 薄膜(被パターニング層)
2 下層レジスト
3 上層フォトレジスト
4 フォトマスク
10 基板
1 Thin film (patterned layer)
2 Lower layer resist 3
Claims (7)
前記フォトマスクへの照射光の周波数を、前記フォトマスクの遮光膜内で発生するプラズモン共鳴の周波数と一致させることを特徴とするプラズモン共鳴リソグラフィ。 Near-field optical lithography in which a photoresist is irradiated with light through a photomask and exposed to light to expose the photoresist with near-field light generated near the photomask;
Plasmon resonance lithography, characterized in that a frequency of light applied to the photomask is matched with a frequency of plasmon resonance generated in a light shielding film of the photomask.
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