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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung einer regelmäßigen Gesamtrasterstruktur
auf einem Werkstück
durch mehrfaches, jeweils einen räumlichen Versatz einbeziehendes
Aufbringen einer Teilrasterstruktur aus einzelnen Rasterelementen
mittels eines Werkzeugs unter Berücksichtigung eines durch die
Ansteuerung des Werkzeugs in einem Hauptfeld und der die relative
Hauptfeldlage auf dem Werkstück
bestimmenden Werkstück-Haltevorrichtung
verursachten Versatzfehlers zwischen Soll- und Istposition der Gesamtrasterstruktur
und auf Anwendungen des Verfahrens.
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Aus der
US-PS 4,477,729 ist es bekannt, zur möglichst
schnellen Herstellung von großen
lithographischen Mustern schrittweise Untermuster mit der Vektor-Scan-Methode (kein „Blank-Scanning" im Gegensatz zur
Raster-Scan-Methode)
auf ein Werkstück
additiv und ununterbrochen einzuschreiben. Dabei liegen die Untermuster überlappend
benachbart und auch das Werkstück
wird mit relativ hoher Geschwindigkeit ständig schrittweise bewegt. Die
relative Bewegung zwischen dem Werkstück und dem Hauptfeld, welches über die
Ausrichtung des einschreibenden Elektronenstrahls bestimmt wird,
wird dabei ständig
im Hinblick auf Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung über ein
Laser-Interferometer kontrolliert. Auftretende Versatzfehler sollen
möglichst
zeitsparend in-situ durch entsprechendes Tracking kompensiert werden.
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Der Charakter des Versatzfehlers
wird allgemein in dem Aufsatz „The
Effect of Stitching Errors on the spectral Characteristics of DFB
Lasers Fabricated using Electron Beam Lithography" (T. Kjelberg et al.,
Journ. of Lightwave Technology, Vol. 10, No.9, Sept. 1992, pp. 1256-1266)
beschrieben. Jeder Versatzfehler setzt sich zusammen aus einem systematischen
und einem stochastischen Anteil. Betrachtet man übergeordnet die Hauptfelder,
in die die Strukturen durch alleinige Positionierung des Elektronenstrahls
eingeschrieben werden, so können
analog „Feldversatzfehler" als geringe, nicht
ohne weiteres kontrollierbare Phasenverschiebungen zwischen den Hauptfeldern
definiert werden. Dabei können
die Hauptfelder horizontal und vertikal, je nach Art der Ausbildung
der Gesamtrasterstruktur, benachbart liegen. Die systematischen
Fehleranteile werden durch fehlerhafte Strahlablenkungsamplituden
erzeugt, verursacht durch schlechte Kalibrierung der Hauptfeldgröße und der
Hauptfeldausrichtung. Überlappende,
lückenbildende
oder gedrehte Hauptfelder sind die Folgen. Stochastische Fehler
werden dagegen verursacht durch das begrenzte Auflösungsvermögen des
Interterometers und die Quantisierung der Strahlablenkung. Weiterhin
hat insbesondere die Tischbewegung durch Gierungs- und Rotationsfehler einen
großen
Anteil am stochastischen Fehler. Systematische Fehler sind an allen
Hauptfeldgrenzen gleich und durch ihre Größenkenntnis zu kompensieren.
In dem zitierten Aufsatz wurde durch Simulationen nachgewiesen,
dass Laser unempfindlich gegenüber
systematischen Fehlern sind, wenn die Anzahl der gemachten systematischen
Fehler nur groß genug
ist. In diesem Falle liegt eine implizite Fehlerkompensation nach
der Gauss'schen
Fehlerverteilung vor. Bei einer Vielzahl von statistischen Fehlern gleichen
diese sich im Mittel aus. Stochastische Fehler sind hingegen an
jeder Hauptfeldgrenze unterschiedlich und durch ihre Unbekanntheit
nicht zu kompensieren. Beide Fehlerarten sind in der Mitte des Hauptfeldes
am kleinsten und steigen zu den Rändern hin an, sodass sie hier
ihre Maximalwerte annehmen.
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Bei der Herstellung von Bragg-Gittern
für den Einsatz
in Halbleiterlasern erscheinen Versatzfehler als unerwünschte,
undefinierte und unbestimmbare Phasenverschiebungen. Sie können das
Laserverhalten grundsätzlich
stören und
sogar dazu führen, dass
das Gitter keine Gitterwirkung mehr aufzeigt. Versatzfehler können eine
Instabilität
des Lasers und einen Verlust des Single-Mode-Betriebs bewirken. Sie
können
hierbei verursacht werden durch begrenzte Belichtungsfelder, schlechte
Anpassung der Hauptfelder oder extreme Neigung der Substrate und unzureichende
Kalibrierungen, weiterhin durch Gitterstrukturen, die über die
Hauptfelder hinausgehen, durch Nichtlinearitäten der zur Erzeugung der Einschreibabläufe erforderlichen
Digital-Analog-Umwandler (DAC). Insbesondere im Zusammenhang mit
der Digital-Analog-Wandlung ergeben sich eine Reihe von Problemen,
wie beispielsweise die D/A-Wandlung des als Bitfolge übergebenen
Deflektionssignals, die Wandlung der zum Deflektionssignal additiv
zugefügten
Korrektursignale, die endliche Genauigkeit der Analogwerte der Korrekturen
und der Deflektion und Konturprobleme an den Hauptfeldgrenzen. Hier
muss die Genauigkeit bei großen
Werten der Deflektion und der zugehörigen Korrekturen mittels algorithmischer
Näherungsverfahren
beschrieben werden.
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Der Stand der Technik, von dem die
Erfindung ausgeht, wird in der
DE-OS
195 06 880 A1 für ein
Verfahren zur Herstellung von optischen Übergitterstrukturen mittels
Elektronenstrahl-Lithographie beschrieben. Hierbei wird für das Einschreiben
einer Übergitterstruktur
mit veränderlicher
Gitterperiode zunächst
ein Grundraster erstellt, das aus einem oder mehreren regelmäßig angeordneten
Rasterelementen besteht. Nach dem ersten Einschreiben des Grundrasters
wird ein Versatz berechnet oder ein bereits vorgegebener Wert dafür einer
Speicherdatei entnommen, das Grundraster um diesen Versatz verschoben
und erneut eingeschrieben. Das Grundraster wird bis zur Komplettierung
der Übergitterstruktur mehrfach
mit einem jeweils neu bestimmten Versatz superponiert. Ziel dieses
Verfahrens ist die Herstellung von Übergitterstrukturen, deren
Gitterperioden unterhalb des Auflösungsvermögens einer Elektronenstrahl-Belichtungsanlage
liegen. Da die Superpositions-Vorschrift in die Layout-Befehle für die Strahlauslenkung
eingeht, müssen
Substrat und Tisch während
eines Belichtungsabschnitts in einem Hauptfeld nicht bewegt werden.
Damit dieses Strahlablenkungsfeld nur zur Versatzerzeugung durch
Verfahren des Tisches verschoben werden muss, erstreckt sich das
einzelne Grundraster über
ein möglichst
großes
Hauptfeld. Das führt
zu einer Verringerung des auftretenden Versatzfehlers, der durch
die Tischbewegung entsteht. Mit dem Verfahren hergestellte Übergitterstrukturen
werden ebenfalls als Resonanzgitter in DBR-Lasern mit großen Durchstimmbereich
angewendet.
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Für
die vorliegende Erfindung ist es hinsichtlich der vorstehend gemachten
Ausführungen
deshalb Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art mit einer
Aufteilung der Gesamtrasterstruktur in Teilrasterstrukturen und
einer Rückbeziehung
auf vorhandene Hauptfelder so weiterzubilden, dass der auftretende
Versatzfehler minimiert wird. Dabei ist sogar eine vollständige Eliminierung
des Fehlers anzustreben. Das Verfahren soll mit einfachen Mitteln durchführbar und
eine größtmögliche Flexibilität für einen
Einsatz in verschiedenen Anwendungsgebieten aufweisen.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf
eine Fehlerminimierung nach einer ersten Erfindungsalternative dadurch,
dass die Teilrasterstruktur als Abschnittsrasterstruktur in einem
Unterfeld für
die Ansteuerung der Werkstück-Haltevorrichtung
definiert ist, das ein oder mehrere benachbarte Rasterelemente und
einen Seitenrand mit der halben Abstandsbreite zwischen zwei Rasterelementen
der Gesamtrasterstruktur umfasst, und der Versatz zwischen den nacheinander
aufzubringenden Abschnittsrasterstrukturen zumindest der Breite
des Untertelds oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
in dieser Variante wird die Strukturlänge nicht mehr auf die Hauptfelder
bezogen und dadurch unabhängig von
der Hauptfeldlänge.
Das durch die Gerätebedingungen
vorgegebene Hauptfeld, das immer eine maximale Feldgröße beschreibt,
innerhalb derer keine Veränderung
der Werkstückposition
vorgenommen werden muss, wird aufgeteilt in eine Vielzahl von Unterfeldern.
Die Bedingung für
diese Unterfelder bleibt jedoch die gleiche wie beim Hauptfeld.
Wird eine Unterfeldgrenze bei der Bearbeitung mit dem Werkzeug erreicht,
wird ein Verfahren der Werkstück-Haltevorrichtung
bewirkt. Durch dieses vorzeitige und damit häufigere Verfahren wird der
statistische Fehler, der in der Hauptsache durch das Werkstückverfahren hervorgerufen
wird, zwar in der Artenanzahl vergrößert, aber der stochastische
Fehler entscheidend verringert. Dabei hängt das Maß der statistischen Fehlervergrößerung von
der neu definierten Unterfeldgröße ab. Je
kleiner diese ist, desto kleiner ist auch die gemachte Positionsabweichung.
Wird das gesamte System unempfindlich gegen auftretende statistische
Fehler, da diese nunmehr in genügend großer Anzahl
verursacht werden, oder lassen diese sich aufgrund ihrer Bekanntheit
ausreichend kompensieren, kann der gesamte Versatzfehler beim Herstellen
solcher Gesamtrasterstrukturen wesentlich verringert werden. Dadurch
wird es überhaupt erst
möglich,
extrem hochaufgelöste
Gesamtstrukturen oder Kombinationen davon zu erzeugen.
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Die Definition der Teilrasterstruktur
als Abschnittsrasterstruktur bedingt eine konkrete Breite, die die
Unterfeldgröße bestimmt.
Auch, wenn nur ein einziges Rasterelement enthalten ist, kann dadurch eine
lineare Struktur mit einer Vielzahl von Unterfeldern und damit mit
einer Vielzahl von erforderlichen Verfahrbewegungen der Werkstückhalterung
erreicht werden. Der erforderliche Versatz zwischen den Teilrasterstrukturen
richtet sich dabei immer nach der Abschnittsbreite und ist konstant.
Der beim Verfahren auftretende systematische Fehler ist deshalb
genau vorherbestimmbar. Bei flächig
orientierten Gesamtrasterstrukturen erfolgt eine entsprechende Übereinander-Anordnung der Hauptfelder
im Allgemeinen ohne Versatz, damit die einzelnen Rasterelemente über die
Hauptfeldgrenzen hinaus verlängert
werden können.
Im Prinzip ist aber auch hier eine häufigere Versatzanordnung möglich, für die meisten
technischen Anwendungen jedoch ohne größere Bedeutung.
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Der horizontal lineare Versatz kann
gleich der Abschnittsbreite sein, sodass in direkt benachbarter
Reihenfolge eine Abschnittsrasterstruktur neben der nächsten platziert
wird. Dabei ergibt sich an den vertikalen Grenzen zwischen den benachbarten Rasterelementen
ebenfalls der richtige Abstand, da jede Abschnittsstruktur einen
entsprechenden Rand der halben Abstandsbreite aufweist. Die einzelnen Unterfelder
sind in Relation zu dem jeweiligen übergeordneten Hauptfeld an
unterschiedlichen Hauptfeldpositionen angeordnet. Gleiches gilt
auch, wenn der Versatz mehrere Abschnittsbreiten umfasst. Die Unterfelder
können
das Hauptfeld genau überdecken oder überlagern.
Ihre Verteilung kann weitgehend beliebig erfolgen. Beispielsweise
können
zunächst
alle Randpositionen der Hauptfelder und danach die Positionen zur
Mitte hin abwechselnd besetzt werden. Als Kriterium für eine derartige
Verteilung der einzelnen Abschnittsrasterstrukturen ist lediglich
zu beachten, dass jede Position nur einmal und weder überdeckend
noch lückenbildend
besetzt wird. Über
eine entsprechende Ansteuerprogrammierung sind solche Kriterien
jedoch einfach zu handhaben. In jedem Falle ist aber der bei derartigen
Positionierungen gemachte Versatzfehler an den Hauptfeldrändern größer als
in der Hauptfeldmitte. Besonders vorteilhaft ist es deshalb gemäß einer
Weiterführung
der Erfindung, wenn das Unterfeld nach jedem Versatz wieder im Mittenbereich
eines Hauptfeldes positioniert ist. Da für jedes Unterfeld ein eigener
Vertahrvorgang vorgesehen ist, erhält dieser nur einen zusätzlichen Ausrichtungsparameter
in der Form, dass sich die Unterfelder beim Schreiben immer in der
Mitte des jeweiligen Hauptfeldes befinden. Da hier der Versatzfehler
am geringsten ist, wird eine weitere Fehlerverringerung bewirkt.
Auch eine derartige zusätzliche Maßnahme ist
einfach in eine Steuerprogrammierung zu integrieren.
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Die beschriebene Alternativlösung der
gestellten Aufgabe zur Versatzfehlerminimierung sieht als Grundprinzip
zunächst
eine Aufteilung der Hauptfelder in eine Vielzahl von Unterfelder
zur Erhöhung der
Anzahl der erforderlichen Verfahrwege vor. Jedesmal wird dabei die
vollständige
Teilrasterstruktur aufgebracht, sodass jeder Ort in der Gesamtrasterstruktur
nur einmal angefahren wird. Insgesamt wird der stochastische Fehler
verringert, im günstigsten Fall
sogar eliminiert, allerdings unter Inkaufnahme einer Vergrößerung des
statistischen Fehlers, der jedoch leichter beherrschbar ist. Höchstes Ziel
ist es jedoch, den auftretenden Versatzfehler vollständig zu eliminieren.
Deshalb ist in einer zweiten Alternativlösung der Erfindung vorgesehen,
dass die Teilrasterstruktur als Anteilsrasterstruktur definiert
ist, bei der die Rasterelemente in einem ersten bis x-ten Verfahrensdurchlauf
jeweils mit einem n-ten Anteil der für eine vollständige Aufbringung
des jeweiligen Rasterelements erforderlichen Gesamtbearbeitungsenergie mit
voller Flächenausprägung aufgebracht
werden, und zwischen den einzelnen Verfahrensdurchläufen die
Hauptfelder mit einem solchen Versatz verstimmt werden, dass jedes
Rasterelement an der Anzahl x der Verfahrensdurchläufe entsprechend
verschiedenen, bezüglich
des auftretenden Versatzfehlers signifikanten Hauptfeldpositionen
angeordnet ist.
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Brachte bei der ersten Alternative
die Aufteilung der Gesamtrasterstruktur in eine Vielzahl von Abschnittsrasterstrukturen
bereits den Vorteil der Fehlerminimierung, wird bei der zweiten
Alternative sogar eine Fehlereliminierung durch Aufteilung der Gesamtrasterstruktur
in eine Vielzahl x von Anteilsrasterstrukturen angestrebt. Jetzt
wird bewusst darauf geachtet, dass die einzelnen Rasterelemente
an relativ zum jeweiligen Hauptfeld unterschiedlichen Stellen auf
das Werkstück
mit einer vollen Flächenausprägung aufgebracht
werden. Durch die mehrtache Überlagerung
der vollen Rasterelementfläche kann
eine Kompensation auch des statistischen Fehlers, insbesondere an
den Rändern
der Rasterelemente erreicht werden. Für jedes einzelne Rasterelement
gleichen sich maximale, minimale und mittlere Fehler dann aus. Diese
Fehler legen auch die entsprechenden signifikanten Hauptfeldpositionen
fest. Der geringste Fehler wird grundsätzlich in der Feldmitte bei
der geringsten Werkzeugauslenkung gemacht, der größte bei
größter Auslenkung
am Feldrand und ein mittlerer Fehler entsprechend zwischen Rand
und Mitte.
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Wird jetzt ein Rasterelement beispielsweise an
diesen drei Hauptfeld-Positionen
dreimal mit jeweils einem Drittel der Gesamtbearbeitungsenergie bearbeitet,
kann davon ausgegangen werden, dass sich der statistische Fehler
zu Null addiert. Der gesamte Versatzfehler konvergiert damit ebenfalls streng
gegen Null. Bei einer Vielzahl x von Anteilsrastern können noch
weitere Kompensationen, beispielsweise am linken und am rechten
Hauptfeldrand eintreten. Je mehr Verfahrensdurchläufe x und
entsprechende Positionen berücksichtigt
werden, desto schneller strebt die Fehlerkonvergenz gegen Null. Eine
Berücksichtigung
dieses zusätzlichen
Parameters ist ebenfalls problemlos in einer entsprechenden Steuerprogrammierung
zu berücksichtigen.
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In jedem Verfahrensdurchlauf x wird
bei der zweiten Lösungsalternative
ein nter Anteil der für eine
vollständige
Aufbringung erforderlichen Gesamtbearbeitungsenergie eingesetzt.
Dabei soll die Gesamtbearbeitungsenergie der Wirkung der Rasterelementherstellung
in einem einzigen Verfahrensdurchlauf äquivalent sein. Je nach Art
der gewählten Herstellungsmethode
kann der Anteil n an der Gesamtbearbeitungsenergie bei den einzelnen
Verfahrensdurchläufen
unterschiedlich sein. Bei Werten n > 1 wird entsprechend auch nur ein Anteil
der Rasterelementausprägung
bewirkt, beispielsweise bei Ätzverfahren
wird jeweils nur ein Anteil der gesamten Ätztiefe erzielt. Bei anderen
Verfahren kann aber auch bei jedem Vertahrensdurchlauf mit der vollen Gesamtbearbeitungsenergie
gearbeitet werden (n = 1), was auch eine volle Tiefenausprägung zur
Folge haben kann, beispielsweise bei der Furchenerstellung mit einem
Diamantmeißel
mit einer breiten, rechteckigen Spitze. Die bei weiteren Verfahrensdurchläufen noch
erforderlich Energie zur minimalen Bearbeitung der Furchenränder ist
dann so gering, dass insgesamt keine wesentliche Zusatzenergie bei der
Bearbeitung erforderlich ist.
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Der Zusammenhang zwischen der Anzahl
x der Verfahrensdurchläufe
und der Anteilszahl n ist der Wirkung angepasst und damit im allgemeinen nichtlinear.
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Insbesondere kann nach einer Erfindungsausgestaltung
aber auch vorgesehen sein, dass die Anzahl x der Verfahrensdurchläufe mit
der Anteilszahl n an der Gesamtenergie übereinstimmt. Hierdurch ergibt
sich dann ein linearer Zusammenhang, der technisch besonders einfach
beherrschbar ist.
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Mit Sicherheit eliminiert wird der
Versatzfehler, wenn nach einer Fortführung der zweiten Alternativlösung die
Anteilsrasterstruktur zusätzlich
auch als Abschnittsrasterstruktur mit definierten Unterfeldern und
einem entsprechenden Versatz aufgebracht wird. Die beiden Alternativlösungen werden
hier also kombiniert, sodass es sich gleichermaßen auch um eine entsprechende
Ausgestaltung der ersten Alternative handelt. Beispielsweise können zunächst alle Rasterelemente
benachbart zur Herstellung der Gesamtrasterstruktur mit einem ersten
n-ten Anteil vollflächig
aufgebracht werden. Danach kann der zweite n-te Anteil nach einem
derartigen Versatz der Hauptfelder aufgebracht werden, dass die
jetzt energetisch anteilig aufzubringenden Rasterelementflächen an einem
anderen Hauptfeldort positioniert sind. Dies wird fortgeführt, bis
alle Rasterelemente, von denen in einem Rasterstrukturabschnitt
nur eines, mehrere oder viele enthalten sein können, ihrer volle Ausprägung erhalten
haben. Entsprechend sind aber auch „Rösselsprung-Kombinationen" für
das Aufbringen der Teilrasterstrukturen in abschnittsweiser und
anteiliger Anordnung möglich.
Der erforderliche Versatz wird dann sowohl von der Positionierung
der Teilrasterstrukturen im Hauptfeld und als auch von der anteilsmäßigen Aufbringung
ihrer einzelnen Rasterelemente bestimmt. Je scheinbar zufälliger das
Aufbringen der Teilstrukturen erfolgt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit
der Versatzfehlereliminierung.
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Steht bei der Herstellung einer regelmäßigen Gesamtrasterstruktur
der Aspekt der anteilsmäßigen Aufbringung
der einzelnen Rasterelemente im Vordergrund, kann die Anteilsrasterstruktur
ein Hauptfeld umfassen. Der Versatz ist dabei auch dem Abstand der
einzelnen Rasterelemente angepasst. Es kann also zunächst die
Gesamtrasterstruktur anteilig in einem ersten Durchlauf unter Berücksichtigung
der Hauptfelder fortlaufend aufgebracht werden. Danach werden die
Hauptfelder um einen oder mehrere Abstände zwischen den Rasterelementen
(Periode) so versetzt, dass durch diese Hauptfeldverstimmung die einzelnen
Rasterelemente relativ in den Hauptfeldern an anderen signifikanten
Stellen liegen. In einem zweiten Durchlauf wird dann ein nächster Anteil
der Rasterelemente fortlaufend aufgebracht. Dieser Vorgang, der
einem Verschieben der Hauptfeldanordnung unter einer quasi ortsfesten
Grundrasterstruktur entspricht, wird bis zur Fertigstellung der
Gesamtrasterstruktur wiederholt. Durch die Vergrößerung der Unterfelder auf
Hauptfeldgröße wird
zwar zunächst der
Einfluss der statistischen Versatzfehler größer, da jedoch jeder Versatz,
insbesondere an den exponierten Hauptfeldgrenzen, auch anteilig
an anderen Rasterelementen eingebracht wird, verringert sich sein
Einfluss wieder.
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Im optimalen Fall wird jedes Rasterelement als
anteilige Überlagerung
aller anderen Rasterelemente abgebildet. Dann ist der Versatzfehler
gleich Null. Dabei besteht zwischen der Anzahl der Rasterelemente
in einer Abschnittsrasterstruktur, der Anteilszahl n und der Anzahl
der Verfahrensdurchläufe x
nicht zwingend ein direkter Zusammenhang. Bei einem solchen Vorgehen
ist jedoch neben der technischen Möglichkeit für die minimale Größe eines
Energieanteils bei der vollflächigen
Aufbringung auch die damit verbundene Anzahl der einzelnen Abbildungsdurchläufe zu berücksichtigen.
Der hierfür
benötigte
Zeitaufwand ist in eine optimale Relation zur erreichten Fehlerminimierung
zu setzen. Deshalb ist es nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
günstig,
wenn die Abschnittsrasterstruktur bis zu zehn Rasterelemente umfasst
und die Anzahl x der Verfahrensdurchläufe und/oder die Anteilszahl
n an der Gesamtbearbeitungsenergie für ein Rasterelement mit der Anzahl
der Rasterelemente übereinstimmt.
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Bei einem streng linearen Zusammenhang aller
Parameter kann beispielsweise bei fünf Rasterelementen ein Fünftel der
Gesamtenergie technisch noch gut beherrschbar und wirkungsvoll in
fünf Verfahrensdurchläufen eingesetzt
werden und die oben genannte Bedingung mit einem vertretbaren Zeitaufwand
umgesetzt werden. Fünf
Rasterelemente können
gut anteilig fünffach
in einem Hauptfeld einmal am linken und am rechten Rand (maximaler
Fehler), einmal in der Mitte (minimaler Fehler) und je einmal zwischen
Mitte und Rändern
(mittlerer Fehler) abgebildet werden. Bei mehr als zehn Rasterelementen
ist eine Abweichung zwischen deren Anzahl und der Anteilszahl n
anzustreben, wobei zumindest die signifikanten Hauptfeldpositionen
(Ränder,
Mitte) zu berücksichtigen
sind.
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Die genannten Prinzipien zur Fehlerminimierung
bei der Herstellung von Grundrasterstrukturen sind allgemein gültig. Sie
gelten für
alle Verfahren der Herstellung gleichmäßiger Strukturen, auf Werkstücken mit
beliebiger Beschaffenheit. Hierbei kann es sich nach einer bevorzugten
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
insbesondere um Glasfasern, fotosensitive Materialien, Metalle,
Halbleiter handeln. Bei Anwendungen bevorzugte Methoden basieren
insbesondere auf photographischen, lithographischen, photolithographischen,
chemischen, physikalischen und mechanischen Verfahren. Insgesamt
handelt es sich hierbei um Methoden, bei denen Abweichungen der
Istposition der Grundrasterelemente durch die Ansteuerung des Werkzeugs
oder deren Haltevorrichtung, durch die Bewegung des Werkstückes oder
deren Haltevorrichtung bei Betrieb im Modus „Step and Repeat" auftreten. Dabei
ist es untergeordnet, ob eine statische Strukturgenerierung oder
eine dynamische Generierung mit einer ständigen relativen Bewegung zwischen
Werkstück
und Werkzeug erfolgt oder ob die Struktur als Schablone vorliegt
oder aus Einzelelementen, aus einer Datei oder nach einem Algorithmus
zusammengestellt wird.
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Bei der speicherprogrammierten Adressierung
der einzelnen Rasterelemente bildet das Adressierungsgitter das
kleinste Raster. Im Allgemeinen müssen Rasterperioden ebenso
wie ein Hauptfeld nicht notwendigerweise ein ganzzahliges Vielfaches des
Adressierungsgitters umfassen. Auch muss ein Hauptfeld nicht notwendigerweise
ein ganzzahliges Vielfaches der Rasterperiode umfassen. Falls jedoch die
Gesamtrasterstruktur und alle Hauptfelder in einer einzigen Datei
abgelegt sind, ist eine Übereinstimmung
anzustreben, um feste Beziehungen zwischen den einzelnen Daten zu
bestimmen. Dabei hat jedes Adressierungsbit eine durch die Kennlinie
des DAC verursachte Abweichung des gewandelten Analogwerts von dem
einer linearen Kennlinie zugrunde liegenden Wert, d.h. die Sollbelichtungsposition weicht
bereits von der Istposition ab. Jedes Adressierungsbit hat seine
im Hauptfeld feste Abweichung von der Ideallage, die mittlere quadratische
Abweichung aller Abstände
aller Einzeladressen vom jeweiligen Idealwert (Soll minus Ist) konvergiert
gegen Null. Dies gilt auch bei der Überlagerung von mehreren DAC-gewandelten
Analogsignalen, die additiv für die
Deflektion beitragen. Das gleiche Verhalten zeigt sich auch an den
Grenzen der Hauptfelder.
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Grundrasterstrukturen treten an vielen
Stellen des täglichen
Lebens auf, besonders jedoch bei hochspezialisierten Anwendungen
in technischen Bereichen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn entsprechend
einer nächsten
Ausgestaltung die Rasterelemente als Punkte, Linien oder Flächen (Shapes)
ausgebildet sind. Derartige Rasterelemente eignen sich insbesondere
für eine
Ausbildung der Gesamtrasterstruktur als Gitterstruktur mit einer
konstanten Gitterperiode. Dabei kann bei Gitterstrukturen insbesondere
vorgesehen sein, dass innerhalb der Gesamtrasterstruktur einzelne
Unterbrechungen in Form von verbreiterten oder reduzierten Rasterelementen
gezielt angeordnet sind. Über
das ganze Gitter hinweg kann dabei nur an einer einzigen oder beispielsweise
an zwei bis vier Stellen eine solche Unterbrechung vorgesehen sein.
Die verbreiterten oder reduzierten Rasterelemente können durch
direkt nebeneinander gelegte Gitterlinien über einen entsprechenden Anlagen-Offset
hergestellt werden und bewirken einen Phasensprung. Dadurch kann
bei Gitteranwendungen für
Laser für
deren gute monomode Emission gesorgt und die Austrittsfacette für den Laserstrahl
festgelegt werden.
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Sind die zur Herstellung erforderlichen
Werkzeuge und Werkstückhalter
Teil einer Lithographieanlage, insbesondere mit einem Elektronenstrahl
als Werkzeug, dann kann bei der Lithographie das anteilige Aufbringen
der einzelnen Rasterelemente vorteilhaft mit der Anteilszahl n durch
jeweilige Anwendung im Verfahrensdurchlauf x nur des n-ten Energieanteils
einer erforderlichen Gesamtbelichtungsdosis erfolgen. Gerade die
energetische Aufteilung einer Belichtungsdosis, insbesondere bei
einem Elektronenstrahl, ist besonders einfach beherrschbar.
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Bei fliegenden Aufbauten, bei denen
die Probenhalterung sich stets bewegt und die Belichtung während der
Bewegung stattfindet, kann eine Richtungsumkehr verbunden mit einer
Doppelbelichtung zu einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit
führen, da
Nichtlinearitäten
in der Konstanz der Bewegung und dem zugehörigen Zeitverhalten der Belichtungszeit
reduziert werden. Auch hier gilt : ein systematischer Fehler aufgrund
ortsverlagerter Superposition reduziert die Abweichung von der Gleichmäßigkeit. Aber
auch andere Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Einritzen, Ätzen oder
Aufschichten, sind für
die Aufteilung der Rasterelemente, benutzbar. Insbesondere jedoch
mit der Elektronenstrahl-Lithographie hergestellte Gesamtrasterstrukturen
(CRS) können
als hochaufgelöstes
Resonanzgitter in Halbleiterlasern angewendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von regelmäßigen Gesamtrasterstrukturen in
seinen zwei Alternativen und der Kombination aus beiden ist insgesamt
sehr flexibel einsetzbar. Dabei ist es Ziel, große Bereiche mit gleichmäßigen, versatzfehlerfreien
Gesamtrasterstrukturen herstellen zu können. Die Minimierung des auftretenden
Versatzfehlers, im günstigsten
Fall bis zu seiner Konvergenz gegen Null, wird bewirkt durch eine
Verringerung der stochastischen Einflüsse und durch eine Superposition
der systematischen Nichtlinearitäten. Dazu
wird eine in Relation zu mehreren Hauptfeldern definierte Gesamtrasterstruktur
in geeignete Abschnittsrasterstrukturen geringer Größe zur Definition
kleinerer Unterfelder und/oder geeignete Anteilsrasterstrukturen
mit anteilig energetisch geringer aufgebrachten Rasterelementen
zur Überlagerung
der systematischen Fehler aufgeteilt. Das Verfahren fordert keine
ständigen
Kalibrierwiederholungen oder zusätzliche
Maßnahmen
und ist, auch aufgrund einer einfachen programmierbaren Ansteuerbarkeit,
sehr gut reproduzierbar.
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Ausbildungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der schematischen Figuren mit jeweils mehreren Teildarstellungen
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 eine
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbare Gesamtrasterstruktur in einer der ersten Alternative
entsprechenden Ausführung
mit einer Abschnittsrasterstruktur mit mehreren benachbarten Rasterelementen,
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2 eine
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbare Gesamtrasterstruktur in einer der ersten Alternative
entsprechenden Ausführung
mit einer Abschnittsrasterstruktur mit einem Rasterelement und
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3 eine
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbare Gesamtrasterstruktur in einer der zweiten Alternative
entsprechenden Ausführung
mit einer Anteilsrasterstruktur aller Rasterelemente.
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Die 1 zeigt
in der Teildarstellung I eine mittels Elektronenstrahl-Lithographie auf
einem Halbleitersubstrat SU fertig hergestellte regelmäßige Gesamtrasterstruktur
CRS, die sich über
drei Hauptfelder MF erstreckt. Dabei ist mit dem Begriff „Hauptfeld" das X-Y-Feld definiert,
in dem der Elektronenstrahl über
dem Substrat SU positionierbar ist, ohne dass eine Verschiebung
des Substrats SU über
seine mechanische Halterung erfolgen muss. Die drei Hauptfelder
MF haben jeweils mit ihren rechten und linken Hauptfeldgrenzen BR,BL
direkten Kontakt miteinander. Bei dem dargestellten linearen Ausbreitungscharakter
der Gesamtrasterstruktur CRS sind diese Hauptfeldgrenzen BL,BR die
Orte des größten auftretenden
Versatzfehlers STMmax, da hier der Elektronenstrahl
von seiner Ruheposition (Nulldeflektion) in einem Mittenbereich
CA jedes Hauptfeldes MF am weitesten ausgelenkt werden muss. Mit
abnehmender Auslenkung nimmt der Versatzfehler STM nichtlinear ab.
Zu dessen Einflussverringerung wird vor Beginn des Einschreibens
eine Positionskorrektur der Nulldeflektion durchgeführt, um
die Mittelposition des Hauptfeldes MF (Belichtungsfeld) auf den
absoluten Positionswert des Substrates abzugleichen. Weitere, den
Versatzfehler STM beeinflussende Kalibrier- bzw. Korrekturgrößen sind
beispielsweise Stauchung/Dehnung, Rotation, Astigmatismus, Keystone und
Feldverzeichnung, auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll.
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In der Teildarstellung II ist als
Teilrasterstruktur eine Abschnittsrasterstruktur SRS als zu belichtendes
Muster dargestellt, in der zwischen Seitenrändern ML,MR, die den halben
Abstand zwischen zwei Rasterelementen RE (halbe Gitterperiode GP)
als Breite aufweisen, vier direkt benachbarte Rasterelemente RE
in Form von Gitterlinien angeordnet sind. Die Breite der Abschnittsrasterstruktur
SRS definiert ein Unterfeld SF in Relation zu dem ursprünglichen Hauptfeld
MF. In dem kleineren Unterfeld SF erfolgt keine Verschiebung des
Substrats SU über
seine mechanische Halterung. In der Teildarstellung III ist eine weitere
Belichtung mit der Abschnittsrasterstruktur SRS unter einem Versatz
ST durch Verschiebung des Substrates SU dargestellt. Hierbei ist
der Versatz ST genauso breit wie die Abschnittsrasterstruktur SRS
bzw. das Unterfeld SF, sodass eine lückenlose, schrittweise Aneinanderreihung
der einzelnen Abschnittsrasterstrukturen SRS mit jedem weiteren
Belichtungsdurchlauf gemäß der Teildarstellungen
IV bis XX entsteht. Nach der letzten Belichtung XX ist die Gesamtrasterstruktur
CRS vollständig
hergestellt. Das gleiche Ergebnis würde man auch bei unterschiedlichen
Versätzen
ST, die einem ganzzahligen Vielfachen der Abschnittsrasterstruktur
SRS entsprechen, mit deren Verschachtelung erhalten. Dadurch, dass
jeweils durch die Definition des kleineren Unterfeldes SF innerhalb
jedes Hauptfeldes MF eine häufigere
Verschiebung der Halterung erfolgt, steigt der korrigierbare statistische
Versatzfehleranteil zwar an, der stochastische Versatzfehleranteil
wird jedoch konvergierend gegen Null verringert.
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In der 2 wird
in den Teildarstellungen 1 bis XX analog zur 1 die Herstellung einer
linear orientierten Gesamtrasterstruktur CRS in Form einer Gitterstruktur
dargestellt. Hierbei umfasst eine Abschnittsrasterstruktur SRS jedoch
nur ein einzelnes Rasterelement RE, d.h. eine Gitterlinie. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
erfolgt die Aufbringung der Gesamtrasterstruktur CRS durch schrittweises Aufbringen
der Abschnittsrasterstruktur SRS, bevorzugt immer in einem Mittenbereich
CA der Hauptfelder MF. Aufgrund der geringeren Breite des Unterfeldes
SF, das durch die Abschnittsrasterstruktur SRS definiert ist, ist
hier ein noch häufigeres
Verfahren des Werkstückes
erforderlich, wodurch der Versatzfehler STM weiter minimiert werden
kann. Auch hierbei ist eine direkt benachbarte oder eine verschachtelte
Anordnung der Abschnittsrasterstrukturen SRS möglich.
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Der 3 ist
das erfindungsgemäße Verfahren
mit einer anteilsmäßigen Aufbringung
der einzelnen Rasterelemente RE in einer Elektronenstrahl- Lithographieanlage
zu entnehmen. Bei der zu erstellenden Gesamtrasterstruktur CRS handelt
es sich wiederum um eine lineare Gitterstruktur. In einem ersten
Verfahrensdurchlauf x = 1 in Form einer ersten Belichtung (Teildarstellung
I) werden alle Rasterelemente RE einer Anteilsrasterstruktur PRS
mit einem n-ten Anteil einer vorgegebenen Gesamtbelichtungsdosis
Eges in ein Substrat SU eingeschrieben.
Dabei können
die Rasterelemente RE in einem Unterfeld SF angeordnet sein, das
ein Hauptfeld MF umfasst, sodass hierbei keine zusätzlichen
Verfahrwege innerhalb eines Hauptfeldes MF erforderlich sind.
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Im gewählten Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl
der Verfahrensdurchläufe
x = 3 und auch die Anteilszahl n = 3, d.h. in dem gewählten linearen Zusammenhang
zu drei Verfahrensdurchläufen
beträgt
jede Einzelbelichtungsdosis E1...En auch ein Drittel der Gesamtdosis Eges, die erforderlich ist, um die Lackschicht
zum Einschreiben einer vollflächigen Gitterlinie
aufzulösen.
Durch eine senkrechte, strichlierte Linie ist relativ zur Hauptfeldlage
ein konstanter Belichtungsort für
ein Rasterelement RE markiert. Zwischen den Verfahrensdurchläufen x =
1 bis 3 gemäß der Teildarstellungen
I bis III werden die Hauptfelder MF relativ zu dem Belichtungsmuster
verstimmt und zwar um einen Versatz ST, der das Ein- oder Vielfache
der Gitterperiode GP umfasst.
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Der 3 ist
zu entnehmen, dass das Rasterelement RE, das bei der ersten Belichtung
(x = 1, Teildarstellung I) im Seitenbereich des Hauptfeldes MF mit
einem mittleren Versatzfehler STMmittel belichtet
wird, in der zweiten Belichtung (x = 2, Teildarstellung II) in der
Mittelposition CA des Hauptfeldes MF mit einem minimalen Versatzfehler
STMmin und in der dritten Belichtung (x
= 3, Teildarstellung III) auf der seitlichen Hauptfeldgrenze BR
mit einem maximalen Versatzfehler STMmax belichtet
wird. Nur in dem Bereich der Gitterlinie, der in allen drei Belichtungen
x = 1 bis 3 überdeckend eingeschrieben
worden ist, kann die Lackschicht vollständig aufgelöst werden (vgl. Teildarstellung
IV, Auftrag der Energiedosis En über der
Anzahl x der Verfahrensdurchläufe).
Zu beachten sind bei der Mehrfachbelichtung dabei die Randbedingungen
der Abstände
und der Breiten der einzelnen Rasterelemente RE. Durch die Mehrfachbelichtung
jedes Rasterelements RE an unterschiedlichen Positionen im Hauptfeld
MF gleichen sich die statistischen Fehler und ihnen überlagerte
stochastische Schwankungen mit zunehmender Anzahl x der Verfahrensdurchläufe weitgehend
aus, sodass der Versatzfehler STM gegen Null konvergiert bzw. eliminiert ist.
-
- BR,BL
- Hauptfeldgrenzen
- CA
- Mittenbereich
- CRS
- Gesamtrasterstruktur
- Eges
- Gesamtenergiemenge
- E1...n
- Energieanteil
- GP
- Gitterperiode
- MF
- Hauptfeld
- MR,ML
- Seitenrand
- n
- Anteilszahl
- PRS
- Anteilsrasterstruktur
- RE
- Rasterelement
- SF
- Unterfeld
- SRS
- Abschnittsrasterstruktur
- ST
- Versatz
- STM
- Versatzfehler
- SU
- Halbleitersubstrat
- x
- Verfahrensdurchlaufzahl