(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025007522
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】近接場露光装置および近接場を発生させるプローブ
(51)【国際特許分類】
H01L 21/027 20060101AFI20250109BHJP
B82B 1/00 20060101ALI20250109BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20250109BHJP
【FI】
H01L21/30 502D
B82B1/00 ZNM
G03F7/20 501
G03F7/20 521
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023108974
(22)【出願日】2023-07-02
(71)【出願人】
【識別番号】723006134
【氏名又は名称】銭 周敏英
(72)【発明者】
【氏名】銭 京華
【テーマコード(参考)】
2H197
5F146
【Fターム(参考)】
2H197AA21
2H197AA49
2H197AA50
2H197CA01
2H197CA02
2H197CA11
2H197CA20
2H197DB05
2H197DB06
5F146AA28
5F146BA10
5F146DA01
5F146DA02
(57)【要約】
【課題】安価な装置で従来のレジスト材料で1ナノメートルオーダーの分解能で半導体のパターンを形成する手法および装置を提供すること。
【解決手段】露光対象物に対して、接触あるいは非接触で配置される少なくとも一つのプローブを有する集光部と、前記集光部を制御する制御部と、光源部とを備え、前記プローブは電磁波信号を先端部に集光する機能を備え、前記プローブは前記制御部により制御され、光源部より照射された電磁波信号を前記検出対象物近傍に集光し,前記対象物の露光を可能にすることを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
近接場露光装置であって、露光対象物に対して、接触あるいは非接触で配置される少なくとも一つのプローブを有する集光部と、前記集光部を制御する制御部と、光源部とを備え、前記プローブは電磁波信号を先端部に集光する機能を備え、前記プローブは前記制御部により制御され、光源部より照射された電磁波信号を前記露光対象物近傍に集光し,前記対象物の露光を可能にすることを特徴とする。
【請求項2】
請求項1の電磁波信号を先端部に集光するプローブは前記光源部より照射される電磁波信号を,近接場により二次を含む二次以上の高次高調波に変換し,照射される電磁信号の二次を含む二次以上の高次高調波で露光することを特徴とする。
【請求項3】
請求項1および請求項2の露光装置において、前記電磁波を先端部に集光する機能を備えたプローブは、先端部に局所エバネッセント波を形成し,前記プローブを上下,左右方向に動かすことにより,露光対象に作用する前記エバネッセント波のスポット径および露光時間を一つ以上制御できることを特徴とする。
【請求項4】
請求項1の露光装置において、前記電磁波を先端部に集光する機能を備えたプローブは、先端部に金属ナノ結晶粒子を備えることを特徴とする。
【請求項5】
請求項4のプローブ先端部に備え付ける金属ナノ結晶粒子の最大部分寸法が0.5ナノメートル(nm)以上,かつ500ナノメートル以下であることが望ましい。
【請求項6】
請求項4のプローブ先端部に備え付ける金属結晶ナノ粒子がパラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au),銀(Ag),銅(Cu)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ステンレス鋼から選ばれる少なくとも1種の金属、ならびに合金で構成されることが望ましい。
【請求項7】
請求項1の露光装置において、前記電磁波信号を先端部に集光する機能を備えたプローブは、電磁波信号の少なくとも一部を少なく電気信号に変換し,電気信号検出部に伝え,露光対象物の組成を特定できるようにする構成される。
【請求項8】
請求項1の露光装置において、前記電磁波信号を先端部に集光する機能を備えたプローブは、電磁波信号の少なくとも一部を散乱させ,電磁気信号検出部に伝え,露光対象物の組成を特定できるようにする構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源から照射された電磁波を近接場光に変換し,近接場光あるいは/および照射光の二次を含む二次以上の高調波によるパターンを形成する方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体工業において、7ナノメートル以下のパターンを形成するために,極端紫外線リソグラフィを使用している。公知の技術では,波長13.5ナノメートルの極端紫外線を光源に使用している。この技術を使用するためには,大型装置と専用のマスクが必要であるため,より安価で従来のレジスト材料が使用できる装置が望まれる.そのために,近接場光を応用したパターン形成法が試みられている.特許文献1および非特許文献1が前記近接場光パターン形成法について述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第3859991号公報、近接場光によるパターン形成法およびその装置
【0004】
【非特許文献1】International Journal of Extreme Manufacturing(米),2021年,第3巻,論文番号:0320002,Sub-10 nm fabrication:methods and application
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献1、非特許文献1の技術をもってしても、安価な装置で従来のレジスト材料で1ナノメートルオーダーの分解能で半導体のパターンを形成することはできていない。
【0006】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、安価な装置で従来のレジスト材料で1ナノメートルオーダーの分解能で半導体のパターンを形成する手法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1) 本発明は、近接場露光装置であって、露光対象物に対して、接触あるいは非接触で配置される少なくとも一つのプローブを有する集光部と、前記集光部を制御する制御部と、光源部とを備え、前記プローブは電磁波信号を先端部に集光する機能を備え、前記プローブは前記制御部により制御され、光源部より照射された電磁波信号を前記露光対象物近傍に集光し,前記対象物の露光を可能にすることを特徴とする。
【0008】
(2)(1)の電磁波信号を先端部に集光するプローブは前記光源部より照射される電磁波信号を,近接場により二次を含む二次以上の高次高調波に変換し,照射される電磁信号の二次を含む二次以上の高次高調波で露光することを特徴とする。
【0009】
(3)(1)および(2)の露光装置において、前記電磁波を先端部に集光する機能を備えたプローブは、先端部に局所エバネッセント波を形成し,前記プローブを上下,左右方向に移動することにより,露光対象に作用する前記エバネッセント光のスポット径および露光時間の一つ以上を制御できることを特徴とする。
【0010】
(4) (1)の露光装置において、前記電磁波を先端部に集光する機能を備えたプローブは、先端部に金属ナノ結晶粒子を備えることを特徴とする.
【0011】
(5)(4)のプローブ先端部に備え付ける金属ナノ結晶粒子の最大部分寸法が0.5ナノメートル(nm)以上で,かつ500ナノメートル以下であることが望ましい。
【0012】
(6)(4)のプローブ先端部に備え付ける金属結晶ナノ粒子がパラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ステンレス鋼から選ばれる少なくとも1種の金属、ならびに合金で構成されることが望ましい。
【0013】
(7)(1)の露光装置において、前記電磁波信号を先端部に集光する機能を備えたプローブは、電磁波信号の少なくとも一部を少なく電気信号に変換し,電気信号検出部に伝え,露光対象物の組成を特定できるようにする構成される。
【0014】
(8)(1)の露光装置において、前記電磁波信号を先端部に集光する機能を備えたプローブは、電磁波信号の少なくとも一部を散乱させ,電磁気信号検出部に伝え,露光対象物の組成を特定できるようにする構成される。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、露光装置において、前記電磁波を先端部に集光する機能を備えたプローブは、先端部に局所エバネッセント波を形成し,前記プローブを上下,左右方向に移動することにより,前記プローブ先端のエバネッセント波の強度が前記プローブと前記露光対象との間の距離の指数関数に反比例することを利用し,スポット径および露光時間の一つ以上を制御でき、1ナノメートルの分解能で露光することができる。一方,公知の露光装置を用いた場合,1ナノメートルの分解能で露光することはできない。
【0016】
また、本発明によれば、前記電磁波信号を先端部に集光する機能を備えたプローブが、電磁波信号の少なくとも一部を検出することにより,プローブ直下の化合物成分が露光により変化することが判別でき,その場で露光の状況が判断できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】本発明の一実施形態に係る近接場露光装置の構成を示す図である。
【0018】
【
図2】本発明の一実施形態に係る近接場露光鏡装置用プローブの構成を示す図であり、プローブ先端部に金属ナノ結晶粒子が備えられている一つの構造を示す図である。
【0019】
【
図3】本発明の一実施形態に係る近接場露光鏡装置用プローブの構成を示す図であり、プローブ先端部に複数の金属ナノ結晶粒子が備えられている一つの構造を示す図である。
【0020】
【
図4】本発明の一実施形態に係る近接場露光装置の構成を示す図であり、プローブ先端直下のエバネッセント波の一部を外部に散乱させ、外部光検出器に前記散乱光が到達できる構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0022】
[近接場露光装置]
図1は、本発明の一実施形態に係る近接場露光装置の構成を示す図であり、プローブ1は露光対象物10と接触している、あるいは接触していない状態のいずれかでも良い。装置は少なくとも集光用のプローブ1、対象物固定用ステージ2、照射用光源3、集光用光学系4、光源を制御する光源制御部5、プローブ固定部6から構成される。必要に応じて,プローブ1の位置を動かすプローブ作動部7,前記作動部を制御する制御部8、露光対象物10と基盤11のポジションを変更するためのステージ制御部9から構成されることが望ましい。本発明の一つの実施形態は、光源3から電磁波がプローブ1の先端に照射され、プローブ1と露光対象10との間にエバネッセント波が形成される。前記プローブ1の先端に形成されたエバネッセント波の強度は、前記プローブ1の先端から距離が離れるにつれて指数関数的に減衰し,エバネッセント波のスポット径が減少する。よって,プローブ1と露光対象の間の距離を制御することにより、露光対象に照射されるエバネッセント波の強度が制御でき、前記エバネッセント波のスポット径も制御できる.プローブ1のポジションを制御する,あるいは/およびステージ2のポジションを制御することにより、露光対象物を設計通りに露光することができる.エバネッセント波のスポット径を1ナノメートルの解像度で制御することができ、1ナノメートルのパターンを刻むことができる。
【0023】
エバネッセント波は輝度が高いため、2次を含む2次以上の高調波が励起される。本発明の一実施形態によれば、プローブ1が入射波の2次を含む2次以上の高調波を発生する。2次を含む2次以上の高調波が露光対象物を露光させ、入射波が露光対象物に影響を与えないため、よりノイズの少ない照射手法を提供でき、1ナノメートルのパターンを刻むことができる。
【0024】
[プローブ]
図2は本発明の一つの形態に係る近接場露光装置を構成するプローブ1の構成を示す図であり、前記プローブ1は先端部に金属ナノ結晶粒子101を備える。
【0025】
図3は本発明の一つの形態に係る近接場露光装置を構成するプローブ1の構成を示す図であり、前記プローブ1は先端部に複数の金属ナノ結晶粒子101,102、103、ならびに105を備える。
【0026】
プローブ1の構成材料は限定されるものではない.金属、合金、半導体、絶縁体などが使用できる.具体的には,白金(Pt)、タングステン(W)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金-イリジウム合金(Pt-Ir)、真鍮、白銅、ステンレス、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、セレン化銅インジウムガリウム[Cu(InGa)Se↓2]、ダイヤモンド、グラファイトなどが好ましく用いられる。上述材料で構成されるプローブ先端の周囲に局所表面エバネッセント波が励起され,光の強度が1000倍程度増強される.その効果によって、プローブ1のポジションを制御する,あるいは/およびステージ2のポジションを制御することにより、露光対象物を設計通りに露光することができる.エバネッセント波のスポット径を1ナノメートルの解像度で制御することができ、1ナノメートルのパターンを刻むことができる。
【0027】
前述エバネッセント光スポットを形成するための金属ナノ結晶粒子の大きさは、結晶の最長部分の寸法が0.5ナノメートル以上、かつ500ナノメートル以下であることが望ましい.このサイズであれば、ナノ金属結晶の輪郭部に光が照射された時に周辺のより強いエバネッセント波が形成できる。よって、露光の効率がより強められる。また、プローブ1先端付近に複数の金属ナノ結晶が形成されても、露光対象物から距離が離れた金属ナノ結晶周辺のエバネッセント波が露光対象物に届かないため、露光の妨害にはならない。よって、露光対象物にもっとも距離の近い金属ナノ結晶の輪郭部のエバネッセント波のみが露光対象物を露光させる。
【0028】
[プローブ先端光の検出手法]
図4本発明の一実施形態に係る近接場露光装置の構成を示す図であり、プローブ先端直下のエバネッセント波の一部を外部に散乱させ、外部光検出器に前記散乱光が到達できる構造を示す図である。プローブ先端のエバネッセント波により露光された露光対象物は化学成分が変化するため、露光前後では前記プローブ1先端のエバネッセント波の吸収スペクトルが変化する.前記プローブ1先端直下のエバネッセント波の一部を外部に散乱させ、外部光検出器に前記散乱光を到達させることにより、前記露光対象物のスペクトル変化を検出できる。
【0029】
前記プローブ先端直下のエバネッセント光の一部は光電変換機能を備えたプローブにより電気信号に変換することもできる。(非図示)
【0030】
本発明の実施形態である露光装置、プローブの製造方法,使用方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例0031】
(試験例1)
プローブ先端への金ナノ結晶粒子の析出:シリコン(Si)製原子間力顕微鏡(AFM)用プローブをエタノールで2分間洗浄した。洗浄済みの前記プローブ先端を0.76モル/リットルのフッ化アンモニウム(NH↓4F)溶液に120秒浸漬し、シリコン表面を水素終端した。前記処理済みプローブ先端を下記金無電解メッキ液に25℃の温度で、1分間浸漬し、前記プローブ先端に10ナノメートルサイズの金ナノ粒子結晶を析出させた。金無電解メッキ液の組成:5ミリモル/リットルのクロロ金酸ナトリウム(NaAuCl↓4)、25ミリモル/リットルの塩化アンモニウム(NH↓4Cl)、25ミリモル/リットルのチオ硫酸ナトリウム(Na↓2S↓2O↓3)、75ミリモル/リットルの亜硫酸ナトリウム(Na↓2SO↓3)、2重量%のフッ化水素酸(HF)。
【0032】
(試験例2)
プローブ先端へのパラジウム(Pd)ナノ結晶粒子の析出:シリコン製プローブの使用、洗浄、表面水素終端までは試験例1と同じである。前記処理済みプローブ先端を下記パラジウム(Pd)無電解メッキ液に25℃の温度で、2分間浸漬し、前記プローブ先端に5ナノメートルサイズのパラジウム(Pd)ナノ粒子結晶を析出させた。パラジウム(Pd)無電解メッキ液の組成:0.25ミリモル/リットルの塩化パラジウム(PdCl↓2)、14ミリモル/リットルの塩酸(HCl)、280ミリモル/リットルのフッ化水素酸(HF)、760ミリモル/リットルのフッ化アンモニウム(NH↓4F)。
【0033】
(試験例3)
プローブ先端へのパラジウム(Pd)/白金(Pt)ナノ結晶粒子の析出:パラジウム(Pd)ナノ結晶粒子の析出までは実施例2と同じである。前記パラジウム(Pd)ナノ結晶析出したプローブ先端を下記白金(Pt)無電解メッキ液に60℃で、1分間浸漬して、30ナノメートルサイズの白金(Pt)ナノ結晶粒子を析出させた。白金(Pt)無電解メッキ液の組成:10ミリモル/リットルのクロロ白金酸(H↓2PtCl↓6)、300ミリモル/リットルのアンモニア(NH↓3)、40ミリモル/リットルのヒドラジン(N↓2H↓4)。
【0034】
(試験例4)
プローブ先端へのパラジウム(Pd)/銀(Ag)ナノ結晶粒子の析出:パラジウム(Pd)ナノ結晶粒子の析出までは実施例2と同じである。前記パラジウム(Pd)ナノ結晶析出したプローブ先端を下記銀(Ag)無電解メッキ液に25℃で、1分間浸漬して、25ナノメートルサイズの銀(Ag)ナノ結晶粒子を析出させた。銀(Ag)無電解メッキ液の組成:0.5ミリモル/リットルの硝酸銀(AgNO↓3)、300ミリモル/リットルのアンモニア(NH↓3)、40ミリモル/リットルのヒドラジン(N↓2H↓4)。
【0035】
(試験例5)
プローブ先端へのパラジウム(Pd)/銅(Cu)ナノ結晶粒子の析出:パラジウム(Pd)ナノ結晶粒子の析出までは実施例2と同じである。前記パラジウム(Pd)ナノ結晶析出したプローブ先端を下記銅(Cu)無電解メッキ液に25℃で、1分間浸漬して、20ナノメートルサイズの銅(Cu)ナノ結晶粒子を析出させた。銅(Cu)無電解メッキ液の組成:0.5ミリモル/リットルの硫酸銅(CuSO↓4)、300ミリモル/リットルのEDTA(EDTA)、400ミリモル/リットルのチオグリコール酸。
【0036】
(試験例6)
プローブ先端へのパラジウム(Pd)/ニッケル(Ni)ナノ結晶粒子の析出:パラジウム(Pd)ナノ結晶粒子の析出までは実施例2と同じである。前記パラジウム(Pd)ナノ結晶析出したプローブ先端を下記ニッケル(Ni)無電解メッキ液に60℃で、1分間浸漬して、20ナノメートルサイズのニッケル(Ni)ナノ結晶粒子を析出させた。ニッケル(Ni)無電解メッキ液の組成:0.5ミリモル/リットルの硫酸ニッケル(NiSO↓4)、300ミリモル/リットルのEDTA(EDTA)、400ミリモル/リットルのジ亜リン酸ナトリウム(NaH↓2PO↓2)。
【0037】
上記先端部にナノ結晶粒子を析出させたプローブはすべて、同プローブ先端にエバネッセント波の形成に有効であり、本発明の露光装置に使用できた。
本発明の近接場露光装置ならびにプローブは,半導体工業の露光工程業務に利用することができる.本発明の近接場露光装置を用いれば,安価な装置で,従来の可視光あるいは近赤外線光源を使用することができ、従来のフォトレジスト材料を使用することができ、かつ1ナノメートルの線幅/スペース分解能で露光でき、パターン描画することができる。