30.11.2021
Die Elektronenstrahllithographie wird in der Abteilung „Elektrizität“ der PTB für die Fertigung einer Vielzahl von mikro- und nanostrukturierten Schaltungstypen eingesetzt, die unter anderem als primäre elektrische Quantennormale verwendet werden. In den letzten Jahren ist die Komplexität und damit die Integrationsdichte der gefertigten Schaltungen stark gestiegen. Es zeigt sich, dass dabei das konventionelle Verfahren der Belichtungskorrektur im Lithographieprozess der PTB nicht mehr ausreicht. Daher wurde ein verbessertes Verfahren etabliert, welches die Strukturdichte berücksichtigt.
Bei der Elektronenstrahllithographie werden die zur Belichtung eingesetzten Elektronen im Photolack und Substrat gestreut und können so auch ungewollt zur Belichtung des strukturgebenden Lacks in der näheren Umgebung beitragen. Der Radius und die Intensität des Beitrags der gestreuten Elektronen ist von der Primärenergie des Elektronenstrahls und vom Substrat abhängig. Dieser „Proximity-Effekt“ genannte Einfluss wird üblicherweise durch eine kommerzielle Software korrigiert, welche die Belichtung des Lacks in der Umgebung der Strukturen kompensiert.
Bei sehr komplexen Strukturen kommt zusätzlich noch ein Störeinfluss hinzu, der von der Flächendichte der belichteten Strukturen abhängt und auf den Entwicklungsprozess des Lacks zurückzuführen ist. Dieser Einfluss kann nach der Entwicklung zu unerwünschten Lackresten, unscharfen Kanten und Unterbrechungen der Strukturen führen, wie in Bild 1 zu sehen ist.
Um diesen Einfluss systematisch zu untersuchen wurden in der PTB Teststrukturen mit unterschiedlichen Strukturdichten entworfen und gefertigt und die Abweichungen der Linienbreiten von den Sollwerten mit Messungen im Rasterelektronenmikroskop bestimmt. Aus diesen Daten wurden die dichteabhängigen Korrekturparameter bestimmt, welche gezielt die Strukturbreiten beeinflussen. In Bild 2 ist eine mit dieser zusätzlichen Korrektur gefertigte Schaltung zu sehen, bei der weder Lackreste noch Unterbrechungen auftreten und auch die Qualität der Kanten deutlich verbessert wurde.
Durch dieses „Kalibrierverfahren“ kann die Qualität und Ausbeute von Nanostrukturen mit komplexen Designs deutlich gesteigert werden, allerdings ist für unterschiedliche Prozesse jeweils eine aufwendige Bestimmung der Korrekturparameter notwendig.
Bild 1: Fehler bei normaler Belichtungskorrektur. Lackreste (a), unscharfe Kanten (b) und Unterbrechungen (c).
Bild 2: Optimierte Belichtungskorrektur ohne die in Bild 1 aufgetretenen Fehler.
Fachbereich 2.4 „Quantenelektronik“