DE102013111744B4

DE102013111744B4 - Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren

Info

Publication number: DE102013111744B4
Application number: DE102013111744.9A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Hamaguchi; Masaki Kurokawa; Masahiro Takizawa
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: US20150243482A1; JP2014086618A; US20140120475A1; JP5588493B2; DE102013111744A1; US9213240B2; US9116434B2

Abstract

Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren zum Freilegen eines Racetrack-Resonators, der eine erste lineare Struktur (13a), eine zweite lineare Struktur (13a) parallel zur ersten linearen Struktur (13a) und eine ringförmige Struktur (13b) enthält, die zwischen der ersten linearen Struktur (13a) und der zweiten linearen Struktur (13a) vorgesehen und von der ersten linearen Struktur (13a) und der zweiten linearen Struktur (13a) beabstandet ist, das Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren umfassend die Schritte:
Herstellen einer Bestrahlungsmaske (210), die eine Vielzahl von Öffnungsstrukturen (212a-212n) enthält, die Formen aufweisen, in die eine Zeichnungsobjektstruktur unterteilt ist, wobei die Vielzahl von Öffnungsstrukturen (212a-212n) eine Öffnungsstruktur (212b) für einen Lückenbereich zum Zeichnen paralleler linearer Strukturen enthält, wobei der Lückenbereich ein Bereich ist, in dem die lineare Struktur der ersten linearen Struktur (13a) oder der zweiten linearen Struktur (13a) am nächsten ist, und
Zeichnen der Zeichnungsobjektstruktur durch Verbinden von Bereichen (213), die mit einem durch die Öffnungsstrukturen (212a-212n) der Bestrahlungsmaske (210) laufenden Elektronenstrahl bestrahlt wurden, wobei das Zeichnen das Zeichnen des Lückenbereichs durch einen einzigen Belichtungsvorgang durch Führen eines Elektronenstrahls durch die Öffnungsstruktur (212b) für einen Lückenbereich umfasst, wobei
jeder als eine Verbindungsstelle dienende Endbereich in jeder Öffnungsstruktur (212a-212n) der Bestrahlungsmaske (210) mit einem Verbindungsbereich (213) versehen ist, der in der Breite der Öffnungsstruktur konisch zulaufend ist, und
die Belichtung so ausgeführt wird, dass alle benachbarten Verbindungsbereiche einander überlappen.

Description

Erfindungsgebiet
Die hierin diskutierten Ausführungsbeispiele betreffen ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren.
Stand der Technik
Für Halbleiterbauelemente, wie etwa einen LSI, ist derzeit eine Silizium-Photonik genannte Technik zum Aufbau einer Verbindung an das Halbleiterbauelement durch optische Wellenleiter in der Entwicklung, um eine Metallleitungen zugeschriebene Signalverzögerung zu beheben.
Der optische Wellenleiter nutzt Silizium, der für Licht im nahen Infrarotbereich durchlässig ist und eine Struktur von mehreren hundert Nanometern aufweist. Wenn dieser feine Wellenleiter an einem Kantenbereich einer Struktur eine Rauigkeit in der Größe von mehreren Nanometern aufweist, kann solch eine Rauigkeit einen Verlust verursachen und die Transmission von optischen Signalen blockieren.
Wenn andererseits unter Verwendung des optischen Wellenleiters ein optischer Resonator gebildet wird, ändert sich die Wellenlänge von Resonanzlicht beträchtlich, selbst bei leichter Schwankung der Breite eines Lückenbereichs zwischen Strukturen.
Aus diesen gründen sind hochgenaue Verarbeitungstechniken erforderlich, um für den praktischen Einsatz geeignete optische Wellenleiter und optische Elemente herzustellen.
Zu diesem Zweck ist es ein denkbares Verfahren, eine Struktur in einem optischen Element unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts auszubilden. Allerdings beträgt die Linienbreite des optischen Wellenleiters mehrere hundert Nanometer. Wenn ein Elektronenstrahlfleck des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts verengt wird, um die erforderliche Genauigkeit sicherzustellen, sind eine große Zahl von Bestrahlungen nötig und es erfordert lange Zeit, die Struktur zu zeichnen.

Patentdokument 1: JP H08 - 195 339 A
Patentdokument 2: JP 2011 - 49 556 A

US 6 656 663 B2 und WO 2011 049 740 A1 offenbaren jeweils ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren, bei dem eine Struktur durch eine segmentierte Photomaske durch Zusammenfügen von Teilbereichen erzeugt wird.
Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der hierin diskutierten Ausführungsbeispiele, ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Struktur schnell und genau zu zeichnen.
Diese Aufgabe wird durch ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 4 gelöst.
Gemäß einem unten offenbarten Gesichtspunkt wird ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren bereitgestellt, zum Freilegen eines Racetrack-Resonators, der eine erste lineare Struktur, eine zweite lineare Struktur parallel zur ersten linearen Struktur und eine ringförmige Struktur enthält, die zwischen der ersten linearen Struktur und der zweiten linearen Struktur vorgesehen und von der der ersten linearen Struktur und der zweiten linearen Struktur beabstandet ist, welches Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren die folgenden Schritte enthält: Herstellen einer Bestrahlungsmaske mit einer Vielzahl von Öffnungsstrukturen, die durch Unterteilen einer Zeichnungsobjektstruktur in bestrahlbare Bereiche gebildet sind, wobei die Vielzahl von Öffnungsstrukturen eine Öffnungsstruktur für einen Lückenbereich zum Zeichnen paralleler linearer Strukturen enthält, wobei der Lückenbereich ein Bereich ist, in dem die lineare Struktur der ersten linearen Struktur oder der zweiten linearen Struktur (am nächsten ist, und Zeichnen der Zeichnungsobjektstruktur durch Verbinden von Bereichen, die mit einem durch die Öffnungsstrukturen der Bestrahlungsmaske laufenden Elektronenstrahl gestrahlt wurden, wobei das Zeichnen das Zeichnen des Lückenbereichs durch einen einzigen Belichtungsvorgang durch Führen eines Elektronenstrahls durch die Öffnungsstruktur für einen Lückenbereich umfasst. Jeder als eine Verbindungsstelle dienende Endbereich in jeder Öffnungsstruktur der Bestrahlungsmaske ist mit einem Verbindungsbereich versehen, der in der Breite der Öffnungsstruktur konisch zulaufend ist. Die Belichtung wird auf solche Weise ausgeführt, dass sich durch alle benachbarten Verbindungsbereiche gezeichnete Bereiche einander überlappen.
Gemäß diesem Gesichtspunkt kann eine ein optisches Element bildende Struktur mit einer kleineren Zahl von Belichtungen ausgebildet werden, da die Elektronenstrahl-Belichtung in den durch Unterteilen der Zeichnungsobjektstruktur erhaltenen Formen ausgeführt wird, und die für die Belichtung erforderliche Zeit kann verkürzt werden, während die Kantenrauigkeit verringert wird.
Zudem ist jeder als eine Verbindungsstelle dienender Endbereich in jeder Öffnungsstruktur der Bestrahlungsmaske mit einem Verbindungsbereich versehen, der in der Breite der Öffnungsstruktur konisch zulaufend ist. Die Belichtung wird auf solche Art und Weise ausgeführt, dass sich durch alle benachbarten Verbindungsbereiche gezeichnete Bereiche einander überlappen. Demgemäß ist es möglich, eine Schwankung der Linienbreite an den Verbindungsbereichen in einem Belichtungsbereich zu verringern und die Struktur mit weniger Rauigkeit zu zeichnen.
Figurenliste

Die 1A bis 1C sind perspektivische Ansichten, die ein Beispiel zur Herstellung eines optischen Racetrack-Resonators veranschaulichen.
2 ist eine Ansicht, die ein Verfahren (ein Vergleichbeispiel) zum Zeichnen eines optischen Resonators durch ein Punktstrahlverfahren veranschaulicht.
3 ist eine Ansicht, die ein Problem des Verfahrens (des Vergleichsbeispiels) zum Zeichnen eines optischen Resonators unter Verwendung eines Punktstrahls veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht, die ein Elektronenstrahl-Belichtungsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, das zur Herstellung eines optischen Resonators verwendet wird.
Die 5A und 5B sind Ansichten, die einen Betriebsmodus des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts von 4 veranschaulichen.
Die 6A und 6B sind Ansichten, die ein Strukturbildungsverfahren für einen optischen Resonator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Die 7A bis 7C sind Ansichten, die ein Verfahren zum Verbinden von Bereichen von Bestrahlungsstrukturen bei einem Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulichen.
Die 8A und 8B sind Ansichten, die ein Strukturbildungsverfahren für einen optischen Resonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Die 7A bis 7C sind Ansichten, die ein Verfahren zum Bearbeiten eines Verbindungsteilbereichs einer kurvenförmigen Struktur und einer linearen Struktur bei einem Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren von 8A und 8B veranschaulichen.
Die 10A und 10B sind Ansichten, die ein Strukturbildungsverfahren für einen optischen Resonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Die 11A bis 11D sind Ansichten, die einen Zusammenhang zwischen Überlappungen von kreisrunden Strahlschüssen und der Kantenrauigkeit zeigen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Beschrieben wird ein erstes Ausführungsbeispiel, das einen optischen Racetrack-Resonator als ein Beispiel eines optischen Elements anführt.
Die 1A bis 1C sind Ansichten, die ein Beispiel zur Herstellung eines optischen Racetrack-Resonators veranschaulichen.
Zunächst werden nacheinander, wie in 1A gezeigt, ein Siliziumoxidfilm 12, ein Siliziumfilm 13 und ein Photolackfilm 14 auf einem Siliziumsubstrat 11 ausgebildet.
Als nächstes werden, wie in 1B gezeigt, durch Bestrahlen des Photolackfilms 14 unter Verwendung eines Elektronenstrahls und nachfolgender Entwicklung lineare Strukturen 14a und ringförmige Strukturen 14b ausgebildet.
Anschließend wird unter gemeinsamer Verwendung der Strukturen 14a, 14b des Photolackfilms 14 als Maske geätzt. Somit werden die nicht mit dem Photolackfilm 14 abgedeckten Teilbereiche des Siliziumfilms 13 entfernt und lineare Wellenleiterstrukturen 13a und ringförmige Wellenleiterstrukturen 13b ausgebildet.
Dann werden die Strukturen 14a, 14b des Photolackfilms 14 wie in 1C gezeigt entfernt. Auf diese Weise wird ein die aus Silizium gefertigten optischen Wellenleiter enthaltender optischer Racetrack-Resonator 10 fertig gestellt.
Eine Linienbreite einer jeden Wellenleiterstruktur 13a, 13b des optischen Resonators 10 ist beispielsweise etwa 0,5 µm festgelegt und jede Wellenleiterstruktur 13a ist von der ringförmigen Wellenleiterstruktur 13b um einen vorgegebenen Abstand entfernt angeordnet. Wenn einer der linearen Wellenleiterstrukturen 13a ein optisches Signal zugeführt wird, wird ein optisches Signal mit einer vorgegebenen, dem Abstand zwischen den Wellenleiterstrukturen 13a, 13b entsprechenden Frequenz extrahiert und somit der ringförmigen Wellenleiterstruktur 13b zugeführt.
Wenn an den Kanten der Wellenleiterstrukturen 13a, 13b eine Rauigkeit besteht, streut das optische Signal aus den rauen Kanten aus und im Ergebnis erhöht sich der Signalverlust. Es ist daher notwendig, einen Mittelwert der Kantenrauigkeit einer jeden Wellenleiterstruktur 13a, 13b auf weniger als einige Nanometer zu verringern
Da eine Frequenzcharakteristik des optischen Racetrack-Resonators von der Lücke zwischen jeder Wellenleiterstruktur 13a und der Wellenleiterstruktur 13b abhängt, müssen die Lückenbereiche zwischen den Strukturen mit hoher Genauigkeit hergestellt werden.
2 ist eine Ansicht, die ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren (ein Vergleichbeispiel) unter Verwendung eines Strahlpunkts veranschaulicht.
Wie in 2 gezeigt, läuft beim Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren unter Verwendung eines Strahlpunkts ein von einer Elektronenkanone 81 emittierter Elektronenstrahl 84 durch eine kreisrunde Blende eines Diaphragmas 82 und sein Querschnitt wird dadurch in kreisrunder Form ausgebildet. Dann wird der Elektronenstrahl 84 durch eine elektromagnetische Linse 83 gebündelt und als kreisrunder Punktstrahlschuss 84a auf eine Probe abgegeben. Danach wird durch wiederholtes Bestrahlen mit dem Punktstrahlschuss 84a, während die Position der Bestrahlung mit dem Punktstrahlschuss 84a verschoben wird, eine Wellenleiterstruktur gezeichnet.
Die oben beschriebene Belichtung unter Verwendung des Punktstrahls wird hauptsächlich bei der Versuchsproduktion eines optischen Elements verwendet.
3 ist eine Ansicht, die ein Problem des Elektronenstrahl-Belichtungsverfahrens (des Vergleichbeispiels) unter Verwendung des Strahlpunkts veranschaulicht.
Wie in einer teilweise vergrößerten Ansicht B in 3 gezeigt, verursacht das Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren unter Verwendung des Strahlpunkts eine Rauigkeit, die an einer Kante der Wellenleiterstruktur 13b und in einer gegebenen, der Strahlgröße entsprechenden Größe ΔE auftritt. Entsprechend muss die Strahlgröße verringert werden, um die Kantenrauigkeit der Wellenleiterstruktur 13b innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu begrenzen, und folglich wird die Zahl der Elektronenstrahlbelichtungen (die Zahl der Strahlschüsse) erhöht. Daher besteht das Problem, das die Belichtung eine längere Zeit in Anspruch nimmt.
Wie in einer teilweise vergrößerten Ansicht A gezeigt, wird durch eine Kante der Wellenleiterstruktur 13a und einer Kante der Wellenleiterstruktur 13b eine Lücke G zwischen jeder Wellenleiterstruktur 13a und der Wellenleiterstruktur 13b definiert.
Allerdings benötigt es Zeit, um die Wellenleiterstruktur 13b nach Fertigstellung der Kante der Wellenleiterstruktur 13a zu zeichnen, und solch eine Verzögerung verursacht eher wahrscheinlich ein Versetzen der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls oder eine Veränderung des elektrischen Stromwerts des Elektronenstrahl s.
Aus diesem Grund ist es schwierig, die Lücke G zwischen der Wellenleiterstruktur 13a und der Wellenleiterstruktur 13b präzise in der angepeilten Größe herzustellen.
Darum konzentriert sich dieses Ausführungsbeispiel auf ein Zeichenproj ektionsverfahren.
4 ist eine Ansicht, die ein Elektronenstrahl-Belichtungsgerät dieses Ausführungsbeispiels zeigt, das zur Herstellung eines optischen Resonators verwendet wird.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 30 dieses Ausführungsbeispiel grob in eine Säule 100 des elektrooptischen Systems und eine zum Steuern der Einheiten der Säule 100 des elektrooptischen Systems geeignete Steuereinheit 31 unterteilt. Hierbei enthält die Säule 100 des elektrooptischen Systems eine Elektronenstrahl-Erzeugungseinheit 130, eine Maskenablenkeinheit 140 und eine Substratablenkeinheit 150. Der Druck innerhalb der Säule 100 des elektrooptischen Systems ist vermindert.
In der Elektronenstrahl-Erzeugungseinheit 130 wird ein Elektronenstrahl EB aus einer Elektronenkanone 101 emittiert. Der Elektronenstrahl EB wird durch eine erste elektromagnetische Linse 102 gebündelt, läuft dann durch eine rechteckige Blende 103a einer Strahlformungsmaske 103, wodurch sein Querschnitt in eine Rechteckform geformt wird.
Danach wird der Elektronenstrahl EB durch eine zweite elektromagnetische Linse 105 der Maskenablenkeinheit 140 auf eine Bestrahlungsmaske 110 fokussiert. Erste und zweite elektrostatische Deflektoren 104, 106 lenken den Elektronenstrahl EB auf eine bestimmte, auf der Bestrahlungsmaske 110 ausgebildete Struktur S_i ab, wodurch die Querschnittform des Elektronenstrahls EB in die Form der Struktur S_i geformt wird.
Die Bestrahlungsmaske 110 ist auf einer Maskenbühne 123 fixiert. Hierbei ist die Maskenbühne 123 innerhalb einer horizontalen Ebene beweglich. Im Fall der Verwendung einer Struktur S, die an einer Position außerhalb eines durch die ersten und zweiten Deflektoren 104, 106 abgedeckten Ablenkbereichs (eines Strahlablenkbereichs) angeordnet ist, wird die Struktur S durch Bewegen der Maskenbühne 123 in den Strahlablenkbereich bewegt.
Oberhalb der Bestrahlungsmaske 110 angeordnete dritte und vierte elektromagnetische Linsen 108, 111 spielen eine Rolle beim Fokussieren des Elektronenstrahls EB auf ein Siliziumsubstrat 11 durch Einstellen von Beträgen von diesen Linsen zuzuführenden elektrischen Strömen.
Der Elektronenstrahl EB, der die Bestrahlungsmaske 110 passiert hat, wird durch Ablenkmaßnahmen von dritten und vierten elektrostatischen Deflektoren 112, 113 an eine optische Achse C zurückgeführt. Dann wird die Größe des Elektronenstrahls EB durch eine fünfte elektromagnetische Linse 114 verringert.
Die Maskenablenkeinheit 140 ist mit ersten und zweiten Korrekturspulen 107, 109 ausgestattet, welche dazu geeignet sind, die den ersten bis vierten elektrostatischen Deflektoren 104, 106, 112, 113 zugeschriebenen Ablenkaberrationen zu korrigieren.
Dann läuft der Elektronenstrahl EB durch eine Blende 115a einer Abschirmplatte 115, die einen Teil der Substratablenkeinheit 150 bildet, und wird durch erste und zweite elektromagnetische Projektionslinsen 116, 121 auf das Siliziumsubstrat 11 projiziert. Auf diese Weise wird ein Bild der Struktur auf der Bestrahlungsmaske 110 in einem gegebenen Verkleinerungsverhältnis, wie etwa einem Verkleinerungsverhältnis von 1/10, auf das Siliziumsubstrat 11 übertragen.
Die Substratablenkeinheit 150 ist mit einem fünften elektrostatischen Deflektor 119 und einem elektromagnetischen Deflektor 120 ausgestattet. Der Elektronenstrahl EB wird durch die Deflektoren 119, 120 abgelenkt, wodurch das Bild der Struktur aus der Bestrahlungsmaske auf eine vorgegebene Position auf dem Siliziumsubstrat 11 projiziert wird.
Zudem ist die Substratablenkeinheit 150 mit dritten und vierten Korrekturspulen 117, 118 versehen, die dazu geeignet sind, eine Ablenkaberration des Elektronenstrahls EB auf dem Siliziumsubstrat 11 zu korrigieren.
Das Siliziumsubstrat 11 ist auf einer Waferbühne 33 fixiert, die durch eine (nicht gezeigte) Antriebseinheit, wie etwa einen Motor, in einer horizontalen Ebene beweglich ist. Durch Bewegen der Waferbühne 33 ist es möglich, die Belichtung auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrats 11 auszuführen.
Indessen enthält die Steuereinheit 200 eine Elektronenkanonensteuerung 202, eine Steuerung 203 für das elektrooptische System, eine Maskenablenksteuerung 204, eine Maskenbühnensteuerung 205, eine Ausblendsteuerung 206, eine Substratablenksteuerung 207 und eine Waferbühnensteuerung 208. Von diesen steuert die Elektronenkanonensteuerung 202 die Elektronenkanone 101 und steuert dadurch eine Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls EB, dessen Strahlemissionsbedingung und dergleichen.
Die Steuerung 203 für das elektrooptische System steuert die Beträge der den elektromagnetischen Linsen 102, 105, 108, 111, 114, 116 und 121 zuzuführenden elektrischen Ströme sowie andere Parameter und stellt daher die Vergrößerungsleistung, die Fokalposition und dergleichen des aus diesen elektromagnetischen Linsen gebildeten elektrooptischen Systems. Die Ausblendsteuerung 206 steuert eine Gebrauchsspannung einer Ausblendelektrode 127. Dadurch lenkt die Ausblendsteuerung 206 den vor Begin der Belichtung erzeugten Elektronenstrahl EB auf die die Abschirmplatte 115 ab und verhindert dadurch, dass der Elektronenstrahl EB vor der Belichtung auf das Siliziumsubstrat 11 abgegeben wird.
Die Substratablenksteuerung 207 steuert eine Gebrauchsspannung des fünften elektrostatischen Deflektors 119 und einen Betrag des dem elektrostatischen Deflektors 120 zuzuführenden elektrischen Stroms, wodurch der Elektronenstrahl EB auf eine vorgegebene Position auf dem Siliziumsubstrat 11 abgelenkt wird.
Die Waferbühnensteuerung 208 bewegt das Siliziumsubstrat 11 in der horizontalen Richtung durch Einstellen eines Antriebsbetrags der Antriebseinheit 125, wodurch der Elektronenstrahl EB auf eine gewünschte Position auf dem Siliziumsubstrat 11 abgegeben wird. Die Steuerungen 201 bis 208 werden auf der Grundlage von Bestrahlungsdaten betrieben, welche von einem Gesamtsteuersystem 34 zugeführt werden und die Belichtungsbedingungen für jeden Bestrahlungsschuss festsetzen. Die Bestrahlungsdaten werden vom Gesamtsteuersystem 34 erzeugt, das beispielsweise von einem Arbeitsplatzrechner gebildet wird.
Das oben beschriebene Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 30 kann eine Belichtung gemäß einem Verfahren mit variabel geformtem Strahl (VSB-Verfahren) und einem Zeichenprojektionsverfahren (CP-Verfahren) ausführen. 5A ist eine Ansicht, die das Verfahren mit variabel geformtem Strahl erläutert, und 5B ist eine Ansicht, die das Zeichenprojektionsverfahren erläutert.
Wie in 5A gezeigt, wird beim Verfahren mit variabel geformtem Strahl ein Teil des durch die rechteckige Blende 103a der Strahlformungsmaske 103 gelaufenen Elektronenstrahls EB unter Verwendung einer in der Bestrahlungsmaske 110 vorgesehenen rechteckigen Öffnungsstruktur S₀ ausgeschnitten. Dann wird der durch die rechteckige Öffnungsstruktur S₀ gelaufene rechteckige Elektronenstrahl EB auf das Siliziumsubstrat 11 abgegeben.
Das oben beschriebene VSB-Verfahren kann Elektronenstrahlschüsse in verschiedenen rechteckigen Formen durch Einstellen des Grads der Überlappung zwischen der rechteckigen Öffnungsstruktur S₀ und dem durch die rechteckige Blende 103a gelaufenen Elektronenstrahl erzeugen. Indessen schwankt, anders als beim Punktstrahl, die elektrische Stromdichte des Elektronenstrahls nicht mit der Änderung der Größe des Elektronenstrahlschusses. Demgemäß ändert sich die Belichtungszeit nicht, selbst wenn die Belichtung in einer großen Fläche auf einmal ausgeführt wird. Folglich macht es die Belichtung in einer großen Fläche auf einmal möglich, eine Zeichengeschwindigkeit zu erreichen, die mehrere zehn bis mehrere hundert Mal schneller ist als das Punktstrahlverfahren.
Andererseits wird beim CP-Verfahren, wie es in 5B gezeigt ist, der durch die rechteckige Blende 103a der Strahlformungsmaske 103 gelaufene Elektronenstrahl EB veranlasst, des Weiteren durch irgendeine der in der Bestrahlungsmaske 110 vorgesehenen Öffnungsstrukturen S₁ bis S₄ zu laufen. Auf diese Weise wird ein Elektronenstrahl mit der gleichen Querschnittform wie die Öffnungsstruktur abgegeben, durch die der Elektronenstrahl gelaufen ist.
Beim CP-Verfahren wird unter Verwendung der Öffnungsstruktur S₁ der Bestrahlungsmaske 110 eine Kante des zugeführten Elektronenstrahls EB ausgeschnitten. Demgemäß werden keine durch das über der Bestrahlungsmaske 110 gelegene elektrooptische System erzeugten Unschärfen des Elektronenstrahls EB fortgepflanzt. Aus diesem Grund kann das CP-Verfahren schärfere Kanten des Elektronenstrahls EB und eine höhere Auflösung als das VSB-Verfahren erreichen. Zudem kann das CP-Verfahren in einem einzigen Belichtungsvorgang eine komplizierte Form als ein Rechteck zeichnen. Durch Herstellen geeigneter Öffnungsstrukturen kann das CP-Verfahren demgemäß durch Ausführen einer kleineren Anzahl von Belichtungsvorgängen, als bei Verwendung nur des VSB-Verfahrens nötig sind, auch eine Struktur zeichnen, die einen kurvenförmigen Teilbereich enthält.
Hierbei können die in 5A gezeigte rechteckige Öffnungsstruktur S₀ und die in 5B gezeigten Öffnungsstrukturen S₁ bis S₄ auf derselben Bestrahlungsmaske 110 ausgebildet sein.
Aus den oben beschriebenen Belichtungsverfahren wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Belichtung der Strukturen unter Verwendung nur des CP-Verfahrens ausgeführt.
6A zeigt eine bei der Bestrahlung für einen optischen Racetrack-Resonator verwendete Bestrahlungsmaske gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und 6B ist eine Ansicht, die ein Belichtungsverfahren für den optischen Racetrack-Resonator unter Verwendung der Bestrahlungsmaske von 6A veranschaulicht.
Wie in 6B gezeigt, sind die den optischen Racetrack-Resonator bildenden optischen Wellenleiter bei diesem Ausführungsbeispiel in eine Vielzahl kleiner Bereiche 211a bis 211n unterteilt.
Hierbei sind die Lückenbereiche zwischen den linearen Wellenleiterstrukturen 13a und der ringförmigen Wellenleiterstruktur 13b, die den optischen Racetrack-Resonator bilden, jeweils als ein parallele lineare Linien enthaltender Teilbereich definiert und jeder die parallelen linearen Linien enthaltende Teilbereich ist als ein einzelner kleiner Bereich 211b definiert.
Indessen ist jede lineare Wellenleiterstruktur 13a in eine Vielzahl kleiner Bereiche 211a unterteilt, während die ringförmige Struktur 13b in kleine Bereiche 211c bis 211n unterteilt ist.
Darüber hinaus sind auf einer Bestrahlungsmaske 210 den jeweiligen Teilbereichen der Wellenleiterstrukturen entsprechende Öffnungsstrukturen 212a bis 212n ausgebildet, wie in 6A gezeigt.
Daher werden die Wellenleiterstrukturen 13a, 13b durch Ausführen der Bestrahlung der Teilbereiche gemäß dem CP-Verfahren unter Verwendung der Bestrahlungsmaske 210.
Als nächstes wird ein Verfahren Zum Verbinden von Bereichen von Teilstrukturen beschrieben.
7A ist eine vergrößerte Ansicht eines Endbereichs der Öffnungsstruktur, 7B ist eine Ansicht, die ein Bestrahlungsverfahren zum Verbinden von Bereichen der Wellenleiterstrukturen veranschaulicht, und 7C ist eine Ansicht, welche die Verbindungsbereiche der Wellenleiterstrukturen gemäß dem in 7B gezeigten Verfahren darstellt.
Wie in einer teilweise vergrößerten Ansicht von 7a gezeigt, enthält ein Endbereich der Öffnungsstruktur 212a dieses Ausführungsbeispiels einen Verbindungsbereich 213a, der nicht einfach nur aus einer rechtwinkligen Kante ausgebildet ist, sondern stattdessen aus einer kurvenförmigen Kante ausgebildet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Belichtung durch Anordnung von Bestrahlungspositionen zweier benachbarter Öffnungsstrukturen 212a auf solche Weise ausgeführt, dass sich deren Verbindungsbereiche 213a teilweise überlappen, wie es in 7B gezeigt ist. In 7B sind an einer Verbindungsstelle der Strukturen keilförmige Einbuchtungen 214a ausgebildet. Allerdings werden die Einbuchtungen 214a durch das Verdicken der Strukturbreiten durch zweimaliges Belichten der sich überlappenden Verbindungsbereiche 213a kompensiert.
Im Ergebnis kann wie in 7C gezeigt die Wellenleiterstruktur 13a ohne Einbuchtungen an der Verbindungsstelle hergestellt werden.
Gemäß dem Strukturbelichtungsverfahren für einen optischen Racetrack-Resonator dieses Ausführungsbeispiels wird die Elektronenstrahl-Belichtung nach dem Unterteilen der Wellenleiterstrukturen in die vorgegebene Zahl von Bereichen gemäß dem CP-Verfahren ausgeführt. Auf diese Weise kann der optische Racetrack-Resonator 10 durch weniger häufiges Ausführen von Belichtungsvorgängen, während die Rauigkeit der Strukturkanten verringert wird, ausgebildet werden.
Folglich ist es möglich, die für die Belichtung erforderliche Zeit im Vergleich zur Verwendung des Punktstrahlverfahrens signifikant zu verringern.
Zudem wird jeder Lückenbereich, der die Eigenschaften des optischen Resonators 10 bestimmt, durch einen einzigen Belichtungsvorgang unter Verwendung der einzelnen Öffnungsstruktur 211b ausgebildet. Demgemäß ist es möglich, den Lückenbereich mit äußerst hoher Genauigkeit auszubilden, während Einflüsse durch Drift des Elektronenstrahls und Schwankung des elektrischen Stromwerts vermieden werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Die 8A und 8B sind Ansichten, die ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Wie in 8A gezeigt, sind in einer Bestrahlungsmaske 220 dieses Ausführungsbeispiels kreisrunde Öffnungsstrukturen 222c, 222d und 222e ausgebildet. Zudem sind in vorgegebenen Bereichen über und unter sowie rechts und links von den kreisrunden Öffnungsstrukturen 222c, 222d und 222e Schutzbereiche 222 vorgesehen. In 8A ist die Darstellung einiger der den Öffnungsstrukturen 222d, 222e entsprechenden Schutzbereiche 222 weggelassen.
Die Bestrahlungsmaske 220 ist zudem mit einer Öffnungsstruktur 212a zur Ausbildung einer linearen Wellenleiterstruktur und einer Öffnungsstruktur 212b zur Ausbildung eines Lückenbereichs versehen.
Wie in 8B gezeigt, werden die linearen Wellenleiterstrukturen 13a und die Lückenbereiche zwischen den Wellenleiterstrukturen 13a und der Wellenleiterstruktur 13b bei diesem Ausführungsbeispiel ebenso durch die Belichtung gemäß dem CP-Verfahren unter Verwendung der Öffnungsstrukturen 222a, 222b gezeichnet.
Andererseits wird ein kurvenförmiger Bereich der ringförmigen Wellenleiterstruktur 13b durch die Belichtung gezeichnet, während mit der Öffnungsstruktur 222c geformte Elektronenstrahlschüsse 224 verschoben und überlappt werden. Jeder kreisrunde Elektronenstrahlschuss 224 weist einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen gleich der Linienbreite der Wellenleiterstruktur 13b ist.
In diesem Fall überlappt die Belichtung unter Verwendung der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 224 die Belichtung durch die Öffnungsstruktur 222 an den Verbindungsstellen zwischen den kurvenförmigen Bereichen und den Lückenbereichen der Wellenleiterstruktur 13b, wodurch die Linienbreite an den Verbindungsstellen eher wahrscheinlich verdickt wird.
Um ein solches Verdicken zu verhindern, werden Verbindungsbereiche der kurvenförmigen Bereiche und der Lückenbereiche der Wellenleiterstruktur 13b bei diesem Beispiel der Belichtung gemäß dem folgenden Verfahren unterworfen.
Die 9A und 9B sind Ansichten, die ein Verfahren zum Ausführen einer Verbindung zwischen einem kurvenförmigen Bereich und einem Lückenbereich bei dem Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels aufzeigen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Belichtung, wie in 9B gezeigt, auf solche Weise ausgeführt, dass sich der kreisrunde Elektronenstrahlschuss nicht über einen Endkantenbereich des kurvenförmigen Bereichs der Wellenleiterstruktur 13b hinaus erstreckt. Dies macht es möglich, das Überlappen der Belichtung zwischen dem Lückenbereich und dem kurvenförmigen Bereich zu vermeiden und das Verdicken der Linienbreite an der Verbindungsstelle des Lückenbereichs und des kurvenförmigen Bereichs zu vermeiden.
Wie in 9A gezeigt, wird die oben beschriebene Verhinderung des Überragens des Elektronenstrahlschusses durch Einstellen einer Überlappung zwischen der Öffnungsstruktur 222c der Bestrahlungsmaske 220 und eines durch die rechteckige Blende 103a der Strahlformungsmaske 103 geformten rechteckigen Strahlschusses 225 erreicht. Um genau zu sein, wenn die Position der Bestrahlung mit dem kreisrunden Elektronenstrahlschuss 224 der Grenze zwischen dem kurvenförmigen Bereich und dem Lückenbereich nahe kommt, wird die Bestrahlungsposition des rechteckigen Elektronenstrahlschusses 225 verschoben. Demzufolge wird die Bestrahlungsposition auf solche Weise eingestellt, dass nur ein Teil des rechteckigen Strahlschusses 225 die Öffnungsstruktur 222c überlappt. Demgemäß kann verhindert werden, dass sich der kreisrunde Elektronenstrahlschuss 224 auf die Seite des Lückenbereichs hinein erstreckt.
In diesem Fall sind über und unter sowie rechts und links von der Öffnungsstruktur 222c der Bestrahlungsmaske 220 die Schutzbereiche 222 ohne irgendwelche ausgebildete Strukturen vorgesehen. Aus diesem Grund kann, wenn die Bestrahlungsposition des rechteckigen Elektronenstrahlschusses 225 zur Ausführung der Verbindungsstelle des kurvenförmigen Bereichs verschoben wird, verhindert werden, dass der Elektronenstrahl durch irgendeine andere Öffnungsstruktur als die Öffnungsstruktur 222c läuft.
Wie oben beschrieben, wird die kurvenförmige Wellenleiterstruktur bei diesem Ausführungsbeispiel durch Verbinden der Elektronenstrahlschüsse mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet. Dies ermöglicht es, Wellenleiterstrukturen mit verschiedenen Krümmungen auszubilden.
Zudem ist es möglich, die Zahl der Belichtungsvorgänge im Vergleich zum Punktstrahlverfahren zu verringern. Demgemäß wird die zum Zeichnen der Wellenleiterstrukturen erforderliche Zeit verkürzt.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Die 10A und 10B sind Ansichten, die ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Wie in 10A gezeigt, ist eine Bestrahlungsmaske 230 dieses Ausführungsbeispiels mit einer Öffnungsstruktur 232a für die lineare Wellenleiterstruktur 13a, eine Öffnungsstruktur 232b für den Lückenbereich und eine kreisrunde Öffnungsstruktur 232c versehen.
Der Durchmesser der kreisrunden Öffnungsstruktur 232c ist in der Größe kleiner ausgebildet als die Linienbreiten der Wellenleiterstrukturen 13a, 13b.
Wie in 10B gezeigt, werden die linearen Wellenleiterstrukturen 13a und die Lückenbereiche zwischen den Wellenleiterstrukturen 13a und Wellenleiterstrukturen 13b einer Belichtung gemäß dem CP-Verfahren unterworfen, wie im Fall des in 6 gezeigten Verfahrens.
Wie in einer teilweise vergrößerten Ansicht in 10B gezeigt, wird bezüglich des kurvenförmigen Bereichs der Wellenleiterstruktur 13b ein Bereich nahe jeder Kante, an der eine Verringerung der Rauigkeit erforderlich ist, der Belichtung unter Verwendung kreisrunder Elektronenstrahlschüsse 231c unterworfen.
Indessen wird ein innerer Teil des kurvenförmigen Bereichs, der eine vergleichsweise geringe Genauigkeit erfordert, einer Bestrahlung gemäß dem VSB-Verfahren unterworfen. Da die Belichtung beim VSB-Verfahren ebenso verwendet wird, ist es möglich, die Struktur durch Ausführen von wenigen Belichtungsvorgängen im Vergleich zum Fall der Verwendung nur des Punktstrahls zu zeichnen.
Hierbei wird ein Abstand der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 231c entsprechend dem Durchmesser des Elektronenstrahlschusses und der erforderlichen Rauigkeit durch das folgende Verfahren bestimmt.
Die 11A bis 11D sind Ansichten, die einen Zusammenhang zwischen dem Abstand des kreisrunden Elektronenstrahlschusses 231c und der Kantenrauigkeit zeigen.
11A zeigt einen Fall, bei dem ein Abstand P₁ der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 231c gleich dem Durchmesser W eines jeden kreisrunden Elektronenstrahlschusses 231c eingestellt ist. In diesem Fall tritt eine Rauigkeit δ₁ auf, die halb so groß ist wie der Durchmesser W des Elektronenstrahlschusses, wie in 11A gezeigt.
11B zeigt einen Fall, bei dem ein Abstand P₂ des Elektronenstrahlschusses 231c halb so groß wie der Durchmesser W des kreisrunden Elektronenstrahlschusses 231c eingestellt ist. In diesem Fall tritt eine Rauigkeit δ₂ auf, die etwa 0,067 Mal so groß ist wie der Durchmesser W des Elektronenstrahlschusses, wie in 11B gezeigt.
Wenn beispielsweise der Durchmesser W des Elektronenstrahlschusses 231c auf 60 nm eingestellt ist und der Abstand der Elektronenstrahlschüsse 231c auf halb so groß wie der Durchmesser W eingestellt ist, wird die in diesem Fall auftretende Rauigkeit auf etwa 4,02 nm geschätzt. Dieser Wert erwies sich als mit einem von den Erfindern dieser Anmeldung erhaltenen experimentellen Ergebnis übereinstimmend.
11C zeigt einen Fall, bei dem ein Abstand P₃ des Elektronenstrahlschusses 231c ein Viertel so groß wie der Durchmesser W des kreisrunden Elektronenstrahlschusses 231c eingestellt ist. In diesem Fall tritt eine Rauigkeit δ₃ auf, die etwa 0,032 Mal so groß ist wie der Durchmesser W des Elektronenstrahlschusses.
11C zeigt ferner einen Fall, bei dem ein Abstand P₄ des Elektronenstrahlschusses 231c ein Achtel so groß wie der Durchmesser W des kreisrunden Elektronenstrahlschusses 231c eingestellt ist. In diesem Fall tritt eine Rauigkeit δ₃ auf, die etwa 0,008 Mal so groß ist wie der Durchmesser W des Elektronenstrahlschusses.
Wie oben beschrieben, wird die an den Kantenbereichen auftretende Rauigkeit kleiner, sowie der Abstand der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 231c kleiner eingestellt ist.
Um die Zahl der Belichtungsvorgänge zu verringern, ist es wünschenswert, den Abstand der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 231c so groß wie möglich einzustellen, insofern die tolerierbare Kantenrauigkeit erreicht werden kann.
Wenn beispielsweise die Elektronenstrahlschüsse 231c mit einem Durchmesser von 60 nm verwendet werden, kann durch Einstellen des Abstands auf 30 nm (1/2 W) die Rauigkeit auf etwa 4 nm verringert werden. Somit ist es möglich, ein ausreichendes Ergebnis wie die Wellenleiterstruktur zu erhalten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 231c an der Umfangskante auf der inneren Umfangsseite des kurvenförmigen Bereichs der Wellenleiterstruktur 13b in 10B gleich dem Abstand der kreisrunden Elektronenstrahlschüsse 231c an der Umfangskante auf der äußeren Umfangsseite davon eingestellt. Demgemäß ist es möglich, das Problem zu verhindern, dass sich die Größe der Rauigkeit zwischen der inneren Umfangsseite und der äußeren Umfangsseite der Wellenleiterstruktur 13b unterscheidet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, kurvenförmige Strukturen in verschiedenen Größen zu zeichnen, ohne durch den Durchmesser des kreisrunden Elektronenstrahlschusses 231c eingeschränkt zu sein. Zudem ist es möglich, durch wenige Belichtungsvorgänge unter Verwendung der Belichtung beim VSB-Verfahren, soweit erforderlich, eine großflächige Struktur zu zeichnen und dadurch das optische Element unverzüglich herzustellen.

Claims

Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren zum Freilegen eines Racetrack-Resonators, der eine erste lineare Struktur (13a), eine zweite lineare Struktur (13a) parallel zur ersten linearen Struktur (13a) und eine ringförmige Struktur (13b) enthält, die zwischen der ersten linearen Struktur (13a) und der zweiten linearen Struktur (13a) vorgesehen und von der ersten linearen Struktur (13a) und der zweiten linearen Struktur (13a) beabstandet ist, das Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren umfassend die Schritte: Herstellen einer Bestrahlungsmaske (210), die eine Vielzahl von Öffnungsstrukturen (212a-212n) enthält, die Formen aufweisen, in die eine Zeichnungsobjektstruktur unterteilt ist, wobei die Vielzahl von Öffnungsstrukturen (212a-212n) eine Öffnungsstruktur (212b) für einen Lückenbereich zum Zeichnen paralleler linearer Strukturen enthält, wobei der Lückenbereich ein Bereich ist, in dem die lineare Struktur der ersten linearen Struktur (13a) oder der zweiten linearen Struktur (13a) am nächsten ist, und Zeichnen der Zeichnungsobjektstruktur durch Verbinden von Bereichen (213), die mit einem durch die Öffnungsstrukturen (212a-212n) der Bestrahlungsmaske (210) laufenden Elektronenstrahl bestrahlt wurden, wobei das Zeichnen das Zeichnen des Lückenbereichs durch einen einzigen Belichtungsvorgang durch Führen eines Elektronenstrahls durch die Öffnungsstruktur (212b) für einen Lückenbereich umfasst, wobei jeder als eine Verbindungsstelle dienende Endbereich in jeder Öffnungsstruktur (212a-212n) der Bestrahlungsmaske (210) mit einem Verbindungsbereich (213) versehen ist, der in der Breite der Öffnungsstruktur konisch zulaufend ist, und die Belichtung so ausgeführt wird, dass alle benachbarten Verbindungsbereiche einander überlappen.
Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren, umfassend die Schritte: Herstellen einer Bestrahlungsmaske, die eine lineare Öffnungsstruktur und eine kreisrunde Öffnungsstruktur mit einem Durchmesser gleich der Breite der linearen Öffnungsstruktur enthält, Zeichnen eines linearen Bereichs einer Zeichnungsobjektstruktur durch wiederholte Belichtung mit einem durch die lineare Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahl und Zeichnen eines kurvenförmigen Bereichs der Zeichnungsobjektstruktur durch wiederholte Belichtung mit einem durch die kreisrunde Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahl, während sich die Bestrahlungspositionen des Elektronenstrahls verschieben und überlappen, wobei beim Zeichnen einer Verbindung zwischen dem kurvenförmigen Bereich und dem linearen Bereich der Zeichnungsobjektstruktur der kurvenförmige Bereich auf solche Art und Weise gezeichnet wird, dass eine Position eines auf die kreisrunde Öffnungsstruktur abzugebenden rechteckigen Elektronenstrahls in Abhängigkeit von den Bestrahlungspositionen eingestellt wird, um zu verhindern, dass der Elektronenstrahl aus dem kurvenförmigen Bereich in den linearen Bereich eintritt.
Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem jeder als Verbindungsstelle dienender Endbereich in der linearen Öffnungsstruktur mit einem Verbindungsbereich versehen ist, der in der Breite der Öffnungsstruktur konisch zulaufend ist, und beim Schritt des Zeichnens eines linearen Bereichs der Zeichnungsobjektstruktur die Belichtung auf solche Art und Weise ausgeführt wird, dass sich durch alle benachbarten Verbindungsbereiche gezeichnete Bereiche einander überlappen.
Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren, umfassend die Schritte: Herstellen einer Bestrahlungsmaske, die eine rechteckige Öffnungsstruktur und eine kreisrunde Öffnungsstruktur enthält, Zeichnen jeder Kante einer Zeichnungsobjektstruktur durch wiederholtes Belichten mit einem durch die kreisrunde Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahl, während sich die Bestrahlungspositionen des Elektronenstrahls verschieben und überlappen, und Zeichnen eines Bereichs innerhalb der Kanten der Zeichnungsobjektstruktur durch wiederholtes Belichten mit einem durch die rechteckige Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahl, während sich die Bestrahlungspositionen des Elektronenstrahls verschieben und überlappen, wobei ein Abstand von Positionen der Belichtung mit dem durch die kreisrunde Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahl auf eine konstante Distanz entlang der Kante der Zeichnungsobjektstruktur eingestellt ist, ein Abstand der Positionen der Belichtung mit dem durch die kreisrunde Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahl auf die Hälfte eines Durchmessers des durch die kreisrunde Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahls eingestellt ist und der Durchmesser des durch die kreisrunde Öffnungsstruktur laufenden Elektronenstrahls gleich oder weniger als dem 1/0,067-fachen einer Größe δ einer tolerierbaren Kantenrauigkeit eingestellt ist.