<Desc/Clms Page number 1>
E-beam lithografie met achtergrondbelichting in naburig gebied.
EMI1.1
De uitvinding betreft een voor het vervaardigen van een patroon in een patroongebied op het substraat van een gemtegreerd circuit door middel van schrijven met een bundel van elektrisch geladen deeltjes, waarin het gewenste patroon wordt gevormd door de bundel met een gegeven doorsnede in het patroongebied over het substraat langs gewenste contouren te bewegen, en waarin een extra belichting van het substraat wordt uitgevoerd op andere plaatsen dan de gewenste contouren van het patroon.
Tevens betreft de uitvinding een gemtegreerd circuit vervaardigd volgens deze werkwijze.
Een dergelijke werkwijze is beschreven in het Amerikaanse octrooi No. 4 463 265.
Bij het schrijven van patronen op een gemtegreerd circuit door middel van een bundel geladen deeltjes (b. met elektronen, verder te noemen"e-beam lithografie") treedt het probleem op dat de kleinst haalbare structuurafmeting (de resolutie) van het te schrijven patroon afhankelijk is van de aard van het te schrijven patroon en daardoor variabel over het patroongebied. Dit wordt veroorzaakt door een verschijnsel dat"proximity wordt. Dit effect ontstaat doordat elektronen die door de foto-resistlaag gedrongen zijn in het daaronder liggende substraat verstrooid worden en daardoor weer terugkeren in de fotoresistlaag, echter in het algemeen op een plaats naast de invalsplaats van de primaire bundel. Daardoor wordt de achtergrondbelichting van het te schrijven patroon verhoogd, en wel evenredig met de dichtheid van de in die omgeving te schrijven gewenste patronen.
Het genoemde US-octrooischrift bevat (i. kolom 1 en in kolom 2 tot regel 56) een duidelijke uiteenzetting van de wijze waarop het proximity-effect de resolutie van het met e-beam lithografie te schrijven patroon beïnvloedt. In dat document zijn ook methoden voorgesteld (kolom 2, regel 57 tot kolom 3, regel 20) waarmee het probleem van de resolutiebeperking bestreden kan worden. Elk van deze methoden heeft zijn eigen nadelen zoals
<Desc/Clms Page number 2>
eveneens in het genoemde US-octrooischrift beschreven (kolom 3, regels 21-64).
In het genoemde US-octrooischrift wordt ter oplossing van dit probleem voorgesteld om een extra belichting van het substraat uit te voeren binnen het gebied waar ook het gewenste patroon wordt geschreven, maar niet samenvallend met de te schrijven lijnen van het patroon. Hiertoe wordt een complementair veld patroon ("reverse field pattern") gedefinieerd, zijnde het gebied van de resist tussen de structuren van het te schrijven patroon, dat niet beschreven is door de primaire elektronenbundel. Behalve de belichting van het gewenste patroon wordt ook een extra belichting van het substraat met fotoresist uitgevoerd doordat het complementaire veld patroon wordt belicht. Dit gebeurt met een bundel waarvan de intensiteit en/of de doorsnede aangepast is aan deze extra belichting.
De in dit US-octrooischrift beschreven extra belichting volgt veelal dezelfde contouren als die van het gewenste patroon ; dit betekent dat de extra belichting zoals in dit US-octrooischrift voorgesteld veel schrijftijd bij de vervaardiging van deze patronen kosten. Bovendien is het patroon van de extra belichting anders bij elk ander patroonontwerp. De uitvinding beoogt dit bezwaar te ondervangen en heeft zieh ten doel gesteld de nadelige gevolgen van het proximity-effect bij e-beam lithografie te beperken met een methode die minder schrijftijd nodig heeft dan de bekende methode, en waarin de extra belichting minder aanpassing behoeft aan het patroonontwerp.
Daartoe is de uitvinding gekenmerkt doordat de extra belichting wordt uitgevoerd in een gebied dat ligt buiten het patroongebied maar daaraan naburig is, welke extra belichting wordt uitgevoerd met een veel grotere bundelstroom dan de belichting in het patroongebied, en dat de het schrijfpatroon in het naburige gebied een veel grotere minimale structuurafmetingen vertoont dan het patroongebied.
Tijdens het schrijven van het gewenste patroon wordt binnen het patroongebied een zekere hoeveelheid elektrische lading gebracht die door het proximity-effect buiten het op dat moment te schrijven patroonelement valt. Deze lading is niet homogeen over het patroongebied verdeeld, waardoor patroonelementen aan de buitengrenzen van het patroongebied een andere afmeting krijgen dan de elementen in het midden. De uitvinding berust op het inzicht dat de achtergrondbelichting (door het
EMI2.1
proximity-effect) voor niet al te grote patroongebieden geëgaliseerd kan worden door 0 naast het patroongebied lading in het substraat te injecteren. Bij de gebruikelijke
<Desc/Clms Page number 3>
inrichtingen voor e-beam lithografie is de elektronenbron ingesteld op een vaste (optimale) helderheid. Vergroting van de bundelstroom vindt dan plaats door de bundeldiameter te vergroten.
Doordat in het naburig gebied geen bepaalde structuurgrootte vereist is, kan in dat gebied gewerkt worden met een bundeldiameter en een stapgrootte die vele malen groter zijn dan die in het patroongebied, waardoor de beoogde tijdwinst wordt gerealiseerd.
De lading in het naburig gebied kan volgens een willekeurig patroon in dat gebied worden geinjecteerd, zolang de ladingsverdeling maar een zekere mate van uniformiteit bezit.
Een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het kenmerk dat het naburige gebied homogeen belicht wordt. Bij puntvormige ladingsverdeling bestaat het gevaar dat na ontwikkeling tussengebiedjes met restanten fotoresist overblijven, die een verstoring van het verdere verwerkingsproces van de circuits kunnen vormen. Dit gevaar wordt door homogene belichting vermeden.
Een voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat het te schrijven patroon een lijnenrooster vormt bestaande uit evenwijdige lijnen, dat het naburige gebied wordt belicht in blokken waarvan de belichting varieert in een richting dwars op de lijnrichting, van welke blokken de afmeting dwars op de lijnrichting veel groter is dan de periode van het rooster. De roosterlijnen die zieh onmiddellijk ter zijde van een bepaald blok bevinden, worden het sterkst bemvloed door de achtergrondbelichting die door het betreffende blok wordt veroorzaakt. Door per blok een variërende ladingsdosis te injecteren, zal bereikt worden dat de lijnbreedte van de lijnen in het rooster gevarieerd wordt.
In plaats van de effecten van het proximity-effect zoveel mogelijk te niet te doen of te neutraliseren, wordt in deze uitvoeringsvorm het proximity-effect juist toegepast om de variabele duty-cycle van het rooster te realiseren. (Onder"duty-cycle is te verstaan de verhouding van de lijnbreedte in het rooster t. o. v. de periode van het rooster. ) Dit zou anders slechts mogelijk zijn door te schrijven met een bundeldiameter die vele malen kleiner is dan de lijnbreedte, waardoor de schrijftijd vele malen langer zou worden. Met deze voorkeursuitvoeringsvorm kan dus onder behoud van het voordeel van tijdwinst een rooster met een variabele duty-cycle gefabriceerd worden.
De uitvinding zal worden beschreven aan de hand van de figuren ; daarbij
<Desc/Clms Page number 4>
toont :
Figuur 1 : een gedeelte van een rooster gevormd door e-beam lithografie, ter illustratie van het proximity-effect ;
Figuur 2 : een gedeelte van een rooster gevormd door e-beam lithografie, waarbij schematisch zijn aangegeven de doses die in het naburig gebied zijn gemjecteerd.
In figuur 1 wordt een deel 1-2 van een rooster getoond dat geschreven kan worden door een fotoresistlaag op een substraat met een elektronenbundel te belichten. Dit soort roosters kan in halfgeleiderlasers worden toegepast. In dit rooster zijn de rechthoekige contouren 1-4 de belichte gedeelten van het substraat terwijl de tussenruimten 1-6 niet door elektronen belicht zijn. Door het proximity-effect ontstaan nu geen lijnen met een rechthoekige vorm, maar zouden lijnen ontstaan zoals in figuur 1 zijn weergeven met gearceerde oppervlakken 1-8.
Dit effect is in het algemeen ongewenst, in het bijzonder bij gebruik van het rooster in halfgeleiderlasers. een denkbare oplossing voor het probleem van lijnvervorming bij het vervaardigen van zulke roosters zou gevonden kunnen worden in het verlengen van de te schrijven lijnen tot het proximity-effect van de uiteinden geen invloed meer vertoont op het gewenste gebied.
Hierbij is te denken aan een breedte van het gewenste gebied van ongeveer 5 item, waarbij de lijnen aan elk van de uiteinden met ongeveer 10 zm verlengd zouden moeten worden. Na het ontwikkelen van het aldus geschreven rooster zouden de door verlenging ontstane gebieden moeten worden verwijderd, zodat een onvervormd lijnenpatroon over blijft. Deze werkwijze is echter tijdrovend (dus kostbaar) doordat de schrijftijd in evenredigheid met de te schrijven lijnlengte wordt verlengd. In het gegeven getallenvoorbeeld komt dit neer op een verlenging van vijf maal. Daarom is het voordelig de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen, zoals deze nader aan de hand van figuur 2 wordt toegelicht.
In figuur 2 is een rooster 2-2 weergeven, samen met naburige gebieden 2-4 en 2-6. Dit rooster heeft in longitudinale richting een lengte h van 400 film, met 2000 lijnen. Hieruit volgt een periode van het rooster van 200 nm. In de naburige gebieden 2-2 en 2-4 wordt overeenkomstig de uitvinding extra lading gemjecteerd. Deze extra ladinginjectie dient twee doelen. Het eerste doel is het bestrijden van de lijnvervorming, zoals reeds beschreven aan de hand van figuur 1. Het tweede doel is het
<Desc/Clms Page number 5>
bewerkstelligen van een variatie van de duty-cycle langs het rooster, zoals dit vaak gewenst is bij toepassing van deze roosters in halfgeleiderlasers. (Zie hiervoor b. v. het artikel HA New DFB-laser Diode with Reduced Spatial Hole Burning" door G.
Mortier e. a., in Photonics Technology Letters, Vol. 2, No. 6, pp. 388-390.)
Bij het vervaardigen van het rooster worden eerst de lijnen in het gebied 2-2 geschreven, b. v. met een duty-cycle van 1 : 1. Dit gebied heeft een breedte b1 van 5 pm. In de naburige gebieden 2-4 en 2-6 (met een breedte b2 van 10 pm) wordt lading gemjecteerd voor de bovengenoemde doeleinden. Deze ladinginjectie kan homogeen plaats vinden, of op elke andere wijze waarbij de lading min of meer uniform over de naburige gebieden 2-4 en 2-6 wordt verdeeld.
In het laatste geval kan de bundeldiameter (en daarmee de bundelstroom, bij constante helderheid van de elektronenbron) sterk vergroot worden ; als daarbij ook de stapgrootte van het schrijfproces in deze naburige gebieden sterk vergroot wordt, wordt bij het schrijven van het rooster een belangrijke tijdwinst geboekt. Zonder verlies van de voordelen van deze wijze van belichten kan nu de belichting in de naburige gebieden met grote stappen gevarieerd worden om aldus een rooster met variabele duty-cycle te verkrijgen. In figuur 2 is een voorbeeld gegeven van longitudinale dosisvariatie variërend van 100% (de dosis die nodig is om een dutycycle van 1 : 1 te verkrijgen) met stappen van 20% tot 140%, waarbij met deze laatste dosis een duty-cycle van 3 : 1 verkregen wordt.
Welke dosisvariatie nodig is om een bepaalde duty-cycle te verkrijgen hangt af van het gewenste rooster ; deze dosisvariatie is gemakkelijk door enig experimenteren (b. v. met computersimulatie) vast te stellen.
De variatie van de belichting is bij gebruikelijke e-beam lithografie machine slechts met een beperkt aantal discrete stappen mogelijk. Met zo'n machine kan de belichting volgens dit uitvoeringsvoorbeeld gerealiseerd worden door de naburige gebieden 2-2 en 2-4 eerst geheel te voorzien van een dosis van 100%. Daarna worden de gebieden 2-42 en 2-44 opnieuw beschreven met een dosis van 20%, waarna de gebieden 2-44 nogmaals worden beschreven met een dosis van 20%. (Het is ook mogelijk om de herbelichting uit te voeren met een elementaire belichtingsdosis van
1%. In de belichtingmachine zijn dan b. v. 3 bits beschikbaar voor codering van de dosis, waarmee dus 8 doses vastgelegd kunnen worden.
Deze doses worden dan gesteld op 20, 21, 22,.... 28 maal de elementaire dosis, zodat door additionele combinatie 256 verschillende doses kunnen worden samengesteld.) Deze wijze van herhaald belichten is mogelijk doordat in de naburige gebieden de vereiste reproduceerbaarheid van de positie
<Desc/Clms Page number 6>
van de elektronenbundel veel kleiner is dan binnen het rooster : bij een roosterperiode van 200 nm is een plaatsonzekerheid bij herbelichting van 50 nm binnen het rooster ontoelaatbaar, terwijl deze onzekerheid binnen het naburig gebied geen enkel gevolg heeft voor de lijnvorm of de duty-cycle binnen het rooster.