Разработка JBX-A9, системы электронно-лучевой литографии

НОВОСТИ JEOL, том 59, № 1
Хироши Одзава
Инженерное подразделение SE, JEOL Ltd.

JBX-A9 был разработан как преемник JBX-9500FS, системы точечной электронно-лучевой литографии. JBX-A9 — это система точечно-лучевой электронно-лучевой литографии для пластин диаметром 300 мм, которая унаследовала основные характеристики JBX-9500FS, обеспечивая при этом экономию энергии и места, а также является экологически чистой благодаря использованию охладителя, не содержащего хладагента. Благодаря точности сшивки в полевых условиях в пределах ±9 нм и точности наложения в пределах ±9 нм, эта система подходит для применений, требующих особенно высокой точности позиционирования луча, таких как изготовление фотонно-кристаллических устройств.

Введение

Системы электронно-лучевой литографии позволяют создавать точный рисунок путем облучения электронного луча на материал, покрытый резистом, чувствительным к электронному лучу, а также отклонения и сканирования луча. История систем электронно-лучевой литографии началась в 1960-х годах, и их развитие активно развивалось в США, Европе и Японии [1]. В нашей компании (Рис 1), первая система электронно-лучевой литографии JEBX-2A была разработана в 1966 году, а в следующем году появилась на свет JEBX-2B, наша первая коммерческая система электронно-лучевой литографии [2][3]. Впоследствии, благодаря достижениям в области эмиттеров (источников электронов), появлению систем литографии с изменяемой формой луча и разработке более высоких характеристик, таких как улучшенные ускоряющие напряжения и различные методы коррекции, системы многолучевой литографии теперь нашли практическое применение [4]. . Среди них система электронно-лучевой литографии точечного типа, которая записывает узоры путем сканирования особенно узко сфокусированного электронного луча, имеет относительно простую аппаратную конфигурацию, аналогичную конфигурации сканирующего электронного микроскопа. Тем не менее, эта точечно-лучевая система используется в широком диапазоне областей. Они охватывают производство устройств для оптической связи, таких как лазеры DFB (распределенная обратная связь), изготовление микропериодических структур, таких как фотонные кристаллы и метаматериалы, создание оптических элементов, таких как оптические волноводы и массивы микролинз, а также изготовление МЭМС. (Микроэлектромеханические системы), производство форм для оборудования для наноимпринтной литографии (NIL). Кроме того, области применения системы точечно-лучевой электронно-лучевой литографии распространяются на исследования и разработки устройств следующего поколения, таких как двумерные материалы (например, графен) и квантовые устройства.
Компания JEOL разработала JBX-A9 (Рис 2), модель, пришедшую на смену JBX-9500FS, в качестве системы точечной электронно-лучевой литографии для пластин диаметром 300 мм.

Рис. 1. История развития систем точечной электронно-лучевой литографии JEOL.

Рис. 2. Система электронно-лучевой литографии JBX-A9.

Концепция развития

JBX-A9, система точечно-лучевой электронно-лучевой литографии, унаследовала основные характеристики JBX-9500FS (предшественника JBX-A9), и ее разработка началась как система, совместимая с пластинами диаметром 300 мм, обеспечивающая экономию энергии и пространства. . Поэтому механические узлы, такие как колонна и столик, которые являются важными элементами для работы литографической системы, были унаследованы от JBX-9500FS. С другой стороны, электрический блок управления такой же, как у JBX-8100FS, или использует ту же концепцию конструкции, что позволяет уменьшить количество стоек управления, тем самым уменьшая размер и энергопотребление. В результате JBX-A9 потребляет менее половины энергии, чем JBX-9500FS, а также занимает меньше места примерно на 1/3 (Таблица 1). Кроме того, JBX-A9 имеет корпус, в котором размещена электронно-оптическая колонна, камера экспонирования и различные блоки управления. На этот дизайн намекал JBX-8100FS. Весь блок закрыт, что обеспечивает чистоту, а температуру внутри корпуса можно стабилизировать, подключив кондиционер. Однако, в отличие от JBX-8100FS, блок управления оператора работает как отдельный пульт управления, который можно переставлять в зависимости от помещения установки, как и в случае с JBX-9500FS.
Среди электрических блоков управления JBX-A9 блок управления основным дефлектором (DEF AMP: усилитель дефлектора) доступен в двух типах: высокоточная система отклонения, разработанная на базе блока, установленного в JBX-9500FS, и Система отклонения, общая для блока, установленного в JBX-8100FS, позволяет клиентам выбрать и настроить одну из них в соответствии со своими потребностями и бюджетом.

Таблица 1. Основные характеристики JBX-A9.

Особенности JBX-A9

Название «A9» существенно отличается от комбинации четырех цифр и двух букв, используемой в наших последних системах точечной электронной литографии, таких как 9500FS и 8100FS. Рассматривая модель, которая станет преемником JBX-9500FS, мы провели внутренние обсуждения, чтобы создать аббревиатуру, которая бы понравилась нашим клиентам, особенно зарубежным пользователям, и чтобы было легче называть новую модель, что привело к принятию простого обозначения: название модели A9, которое является возвращением к истокам. Буква «А» в букве А9 означает «Точный», «Автоматический» и «Расширенный». «9» означает, что это топовая модель, аналогичная JBX-9300FS и JBX-9500FS. Далее мы объясним особенности JBX-A9, используя эти три буквы «А» в качестве ключевых слов.

точный

Основные характеристики JBX-A9 перечислены в Таблица 2.
Одним из важных показателей эффективности системы электронно-лучевой литографии является точность полевой сшивки. Поле — это область, которую можно нарисовать, отклонив луч дефлектором, пока сцена неподвижна. В методе письма, называемом методом пошагового повторения (Рис 3), который попеременно сочетает в себе запись внутри этого поля и движение сцены для записи широкой области, поскольку чем меньше ошибка сшивания между полями, тем лучше производительность литографии. Кроме того, иногда требуется написать рисунок в нужном месте, расположив его в соответствии с рисунком подложки, который уже существует на материале. Точность полевой сшивки и точность наложения JBX-A9 находятся в пределах ±9 нм. Для достижения такой точности необходимы высокоточный столик и система управления лазерным лучом (LBC).
Кассета, загруженная пишущим материалом, переносится на столик, и этот столик перемещается в плоскости XY для записи на широкой площади пишущего материала. Поэтому точность столика влияет на вышеупомянутую точность сшивания и наложения полей записи. Поэтому в столике JBX-A9 используется высокоточный столик с механизмом, который хорошо зарекомендовал себя в JBX-9500FS. Этот столик изначально был разработан для использования в системах литографии по маске и был адаптирован для использования в системах точечной лучевой литографии. Для контроля положения луча с высокой точностью система электронно-лучевой литографии использует систему измерения положения лазерного интерферометра для измерения положения столика и коррекции положения облучения луча путем отклонения электронного луча на расстояние, эквивалентное ошибке, от целевого положения. Разрешение измерения в случае JBX-A0.15 составляет около 9 нм (Рис 4).
Одним из приложений, требующих очень точного контроля положения луча, являются фотонно-кристаллические устройства. Фотонные кристаллы представляют собой периодические структуры, близкие к длине волны света, и, точно контролируя их периодичность, можно ограничивать и усиливать свет. Для изготовления этих периодических структур используются технологии микрообработки, такие как системы электронно-лучевой литографии. Однако, поскольку точность построения паттерна напрямую влияет на производительность устройства, необходимо записать паттерн точно в нужное место. JBX-9500FS имеет успешный опыт изготовления фотонных кристаллов, и поэтому фотонный кристалл станет одним из ключевых применений для JBX-A9.

Таблица 2. Основные характеристики JBX-A9.

Рис. 3. Электронно-лучевая литография пошаговым методом.

Рис. 4. Коррекция положения электронного пучка системой измерения положения лазерного интерферометра.

Автоматический

JBX-A9 оснащен системой передачи кассет, способной непрерывно и автоматически перемещать до 10 кассет (Рис 5). Кассеты, хранящиеся в накопителе, автоматически загружаются на сцену в соответствии со спецификациями задания на запись, а по завершении записи они выгружаются со сцены и снова сохраняются в накопителе. Даже если условия записи, такие как ток луча, различны, электронно-оптическая система автоматически переконфигурируется, а положение апертуры объектива регулируется в соответствии со спецификациями задания записи. Конечно, также можно остановить запись в середине задания или изменить порядок записи (называемый очередью записи), чтобы продолжить работу.
Было добавлено несколько новых или улучшенных функций для автоматической настройки системы электронной оптики, а при использовании в сочетании со сценариями Python, которые входят в стандартную комплектацию JBX-A9, по желанию пользователей может выполняться ряд операций, связанных с записью. .
Кроме того, за счет замены секции системы кассетного переноса на систему переноса пластин технические характеристики позволяют осуществлять непрерывную автоматическую передачу до 25 пластин в режиме носителя длиной 300 мм, совместимого с FOUP, или полную автоматизацию нанесения резистивного покрытия, письма и нанесения рисунка. -проявка в поточном режиме путем подключения к коатеру/проявителю другого производителя.

Можно загрузить до двух кассетных накопителей (всего: 10 кассет).

Рис. 5. Система переноса кассет.

Фильтр

Оптический микроскоп, доступный в качестве опции начиная с JBX-8100FS, представляет собой уникальную функцию, позволяющую пользователю проверять поверхность пишущего материала в камере экспонирования без использования электронного луча, но он имеет ограничение: наблюдаемая территория ограничена. Чтобы решить эту проблему, JBX-A9 оснащен двумя оптическими микроскопами и плавно переключается между двумя изображениями оптического микроскопа в зависимости от положения предметного столика, что позволяет наблюдать всю область записи. Эта функция полезна, например, при поиске меток или объектов, которые нужно написать на материале, поскольку изображения СЭМ облучаются электронным лучом на поверхности материала, что повышает чувствительность резиста, тогда как изображения оптического микроскопа можно использовать для поиска метки или объекты, которые нужно писать, не повышая чувствительность резиста.
Возьмем случай изготовления электродных рисунков на подложке с рассеянными чешуйками графена (Рис 6). Чешуйки графена различаются по размеру и форме, и их расположение на подложке невозможно определить без фактического наблюдения. Поэтому раньше, прежде чем поместить материал в систему литографии, положение чешуек проверялось с помощью оптического микроскопа, координаты заранее определялись по меткам, нанесенным на материал, а затем рисунок записывался с помощью системы литографии. на основе этой информации. JBX-A9 может сразу отражать значения координат в задании записи сразу после обнаружения объекта на изображении оптического микроскопа, что значительно повышает эффективность работы.
В связи с разработкой JBX-A9 был также разработан новый формат данных шаблонов JEOL53 для систем точечной электронно-лучевой литографии. Этот формат расширяет традиционный формат JEOL52 (V3.0) путем добавления повернутых прямоугольников и повернутых элементов трапеции с произвольными углами и, как ожидается, улучшит шероховатость края линии (LER) и однородность отделки, особенно при представлении кругов и кривых (Рис 7). Кроме того, по сравнению с традиционным методом выражения кривых с использованием только прямоугольников и трапеций, эта функция уменьшает количество цифр, тем самым уменьшая объем данных, а также повышает производительность записи за счет сокращения различных времен установления, которые генерируются в зависимости от количества цифры. Эта функция опционально применима к JBX-8100FS и JBX-9500FS, но является стандартной для JBX-A9.

Образцы и изображения предоставлены Исследовательским центром графена Национального университета Сингапура.

Рис. 6. Изготовление электродных рисунков на графене.

Запись шаблона выполнялась при большом токе луча и грубом шаге выстрела, что приводит к большой разнице в результатах записи.

Рис. 7. Сравнение результатов записи по разнице формата данных.

Экологическое внимание (сознание)

В последние годы растет осознание экологической нагрузки, и экологические соображения стали незаменимым фактором при разработке оборудования. В системах электронно-лучевой литографии охлаждающая вода циркулирует для охлаждения тепловыделяющих частей и стабилизации температуры системы. Гидрофторуглероды (ГФУ), используемые в качестве хладагентов в этой системе циркуляции охлаждающей воды, обладают чрезвычайно высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), поэтому существует необходимость сокращения ГФУ и перехода на хладагенты с низким ПГП. Для достижения этой цели в JBX-A9 используется система циркуляции охлаждающей воды Пельтье, в которой не используются хладагенты. Это снижает нагрузку на пользователей, связанную с ежедневными проверками и соблюдением правовых норм во время утилизации. Тот факт, что JBX-A9 является экологически чистым, является важным моментом при выборе пользователем оборудования.

Резюме

Мы представили JBX-A9, систему точечной электронно-лучевой литографии. Эта новая система унаследовала базовые характеристики JBX-9500FS, экономя при этом электроэнергию и пространство, а также является экологически чистой благодаря использованию охладителя, не содержащего хладагента. Ожидается, что JBX-A9 будет использоваться в различных областях в качестве современной системы точечно-лучевой электронно-лучевой литографии.

Благодарности

Проект по разработке этого оборудования стартовал в январе 2019 года, но впоследствии был вынужден пересмотреть первоначальный план из-за изменений в стилях работы, вызванных глобальным распространением новых инфекций COVID и последующими трудностями производства из-за плотных материалов. Тем не менее, то, что нам удалось преодолеть эти трудности и вывести на рынок новый продукт, — это заслуга участников проекта и всех других вовлеченных сторон. Я хотел бы воспользоваться этой возможностью, чтобы выразить мою глубочайшую благодарность.

Решения по областям применения

Полупроводниковое

Сопутствующие

Система электронно-лучевой литографии серии JBX-A9

Электронный микроскоп общий

Магнитно-резонансный спектрометр Общий