Pembangunan Sistem Litografi Rasuk Elektron JBX-8100FS

Pengenalan

Pengguna mencipta data corak menggunakan CAD, dsb. Data ini boleh direplikasi ke dalam bahan substrat oleh sistem EBL, yang memungkinkan untuk melakukan nanofabrikasi. Memandangkan salah satu matlamat dalam pembuatan peranti semikonduktor adalah untuk menjadikan produk lebih kecil, pembuat peralatan yang digunakan untuk mengeluarkan semikonduktor mesti membangunkan peralatan yang boleh memberikan saiz corak yang lebih kecil. Terdapat juga keperluan untuk mengawal padang dengan ketepatan tinggi 0.1 nm atau kurang untuk pengeluaran laser DFB, sebagai contoh. Ini bermakna kedudukan yang sangat tepat diperlukan. Untuk penyelidikan tentang pengeluaran templat nanoimprint, sebagai tambahan kepada ketepatan yang diterangkan di atas, ia juga perlu untuk mencapai ketepatan kedudukan tinggi dalam substrat. Tambahan pula, untuk fabrikasi transistor yang digunakan dalam peranti gelombang milimeter, corak mesti ditindih pada bahan pra-fabrikasi dengan ketepatan yang tinggi. Seperti yang ditunjukkan oleh ini, tuntutan ketepatan berbeza mengikut jenis peranti yang dihasilkan. JBX-8100FS (Rajah 1) telah dibangunkan untuk memenuhi pelbagai keperluan ini.
Spesifikasi JBX-8100FS (Jadual 1) termasuk voltan pecutan maksimum 100 kV, kelajuan imbasan maksimum 125 MHz, kawasan boleh tulis 150 mm × 150 mm, dan resolusi pengukuran laser 0.6 nm. Spesifikasi prestasi untuk mod pemprosesan tinggi dan mod resolusi tinggi ditunjukkan; sistem ini boleh mengendalikan pelbagai keperluan, daripada pembuatan kepada R&D. Prestasi dalam mod pemprosesan tinggi termasuk saiz medan maksimum 1000 μm, diameter rasuk minimum 5.1 nm, kenaikan data 0.5 nm, ketepatan jahitan medan ± 20 nm atau kurang, ketepatan tindanan ± 20 nm atau kurang, lebar garisan minimum 12 nm atau kurang, hanyut semasa 0.2%pp/j atau kurang, dan hanyut kedudukan rasuk 60 nm pp/j atau kurang. Sebagai perbandingan, dalam mod resolusi Tinggi, prestasi termasuk saiz medan maksimum 100 μm, diameter rasuk minimum 1.8 nm, kenaikan data 0.05 nm, ketepatan jahitan medan ± 9 nm atau kurang, ketepatan tindanan ± 9 nm atau kurang, lebar garisan minimum 8 nm atau kurang, hanyut semasa 0.2%pp/j atau kurang, dan hanyut kedudukan rasuk 10 nmp-p/j atau kurang. Di samping itu, kerana penggunaan kuasa semasa operasi biasa ialah 3 kVA, ini juga merupakan instrumen yang menarik dari segi kos operasi.

Rajah.1 Pandangan luar JBX-8100FS

Semua unit terkandung dalam panel, kecuali bekalan kuasa, pengedar air penyejuk dan pam kering.

Keputusan Ujian Prestasi

Prestasi JBX-8100FS berkenaan dengan lebar garisan minimum, ketepatan jahitan medan, ketepatan tindanan dan ketepatan dimensi dalam satah medan telah diukur.

Lebar Talian Minimum

Untuk menilai prestasi litografi JBX-8100FS, ketebalan 50 nm bagi rintangan ZEP520A (ZEON Corp.) telah digunakan pada substrat silikon, dan penulisan dilakukan dalam keadaan arus rasuk 100 pA dan diameter rasuk minimum 1.8 nm. Lebar garisan minimum 8 nm atau kurang dijamin. Pembangunan khas digunakan kali ini untuk mendapatkan struktur yang lebih halus. Pembangunan suhu rendah umumnya dikenali sebagai kaedah untuk mendapatkan struktur yang dipertingkatkan [1]. Rintangan ZEP520A telah dibangunkan pada suhu 2.8°C, yang membenarkan data yang menunjukkan lebar garisan minimum 4.2 nm diperolehi (Rajah 2).

Rajah.2 Imej keratan rentas garis lebar minimum (×200 k)

Dengan ZEP520A (oleh ZEON) pada ketebalan 40 nm, menggunakan kesan suhu rendah, lebar garisan 4.2 nm boleh dicapai.

Ketepatan Jahitan Medan

JBX-8100FS menggunakan sistem pembetulan kedudukan peringkat yang dipanggil Laser Beam Control (selepas ini LBC), memberikan pembetulan kedudukan yang sangat tepat. Tambahan pula, dengan penambahan pembetulan herotan bahan eksklusif JEOL dan pembetulan herotan pesongan, ketepatannya dijamin. Untuk mengukur ketepatan jahitan medan, sistem pengukuran koordinat optik telah digunakan. Tanda "L" diletakkan di sudut setiap medan pemprosesan, dan susun atur medan 4 × 4 telah diproses. Koordinat tanda berbentuk L pada titik persilangan antara medan diukur, dan ketepatan kedudukan dinilai. Keputusan untuk kawasan 1000 μm dilaporkan di sini. Spesifikasi menjamin ketepatan dalam ± 20 nm atau kurang. Keputusan sebenar yang diperoleh ialah +11.5 nm / -9.8 nm (Rajah 3(a)). Malah corak Vernier dengan resolusi 8 nm diletakkan di sudut medan telah disahkan secara visual, dan keputusan prestasi yang serupa diperolehi (Rajah 3(b)).

Rajah.3 Keputusan ukuran ketepatan jahitan lapangan

(a) Kawasan pengukuran ditakrifkan oleh tatasusunan 4 × 4 titik pada selang 10 mm (mendefinisikan kawasan 30 mm × 30 mm), dan ketepatan jahitan medan diukur. Nilai terjamin ialah ± 20 nm atau kurang, tetapi keputusan sebenar yang diperoleh ialah +11.5 nm / -9.8 nm (X/Y).
(b) Dengan cara yang sama, hasil pemerhatian SEM terhadap corak Vernier dengan resolusi 8 nm diperolehi, dan nilai yang serupa diperhatikan.

Ketepatan Tindanan

Satu ciri SB ialah keupayaan untuk terus menulis corak pada substrat yang sudah mempunyai corak lain yang ditulis padanya. Sistem EBL dilengkapi dengan fungsi pengesanan tanda di mana tanda penjajaran yang dibuat pada bahan yang sedang diproses boleh dikesan dan koordinat ditentukan. Jika kedudukan corak yang dilukis direkodkan secara relatif kepada koordinat tanda penjajaran, sisihan boleh dikira dan diperbetulkan apabila penulisan dilakukan. Untuk menilai prestasi ini, EBL digunakan untuk memproses kedua-dua lapisan pertama dan kedua. Kawasan penulisan ialah 30 mm × 30 mm (4 × 4 mata pada selang 10 mm.) Pengukuran dibuat dengan menindih kawasan 3 mm × 3 mm (4 × 4 mata pada selang 1 mm.) di satu lokasi dalam 30 mm × 30 mm kawasan penulisan, dan ketepatan tindanan diukur. Prestasi yang dijamin ialah ± 20 nm atau kurang, dan keputusan sebenar yang diperoleh ialah +4.1 nm / -6.7 nm (Rajah 4(a)). Begitu juga, hasil pengukuran corak Vernier dengan resolusi 8 nm menunjukkan bahawa superimposisi berpusat hampir sempurna dalam kedua-dua arah X dan Y (Rajah 4(b)).

Rajah 4 Nilai ukuran ketepatan tindanan

(a) Kawasan penulisan ditakrifkan oleh tatasusunan titik 4 × 4 pada selang 10 mm (mendefinisikan kawasan 30 mm × 30 mm). Kawasan pengukuran ditakrifkan oleh tatasusunan 4 × 4 titik pada selang 1 mm (mendefinisikan kawasan 3 mm × 3 mm), dan ketepatan tindanan diukur. Nilai terjamin ialah ± 20 nm atau kurang, tetapi keputusan sebenar yang diperoleh ialah +4.1 nm / -6.7 nm (X/Y).
(b) Dengan cara yang sama, hasil pemerhatian SEM terhadap corak Vernier dengan resolusi 8 nm diperolehi. Untuk kedua-dua arah X dan Y, corak telah ditindih hampir di tengah.

Keseragaman CD (Dimensi Kritikal) dalam bidang

Lukisan jeriji, seperti yang diperlukan untuk laser DFB, telah dilakukan dan ketepatan lebar garisan ditentukan. Corak garis-dan-ruang diletakkan di tengah dan setiap sudut medan 1000 μm. Penulisan dengan lebar garisan 100 nm dan pic 200 nm telah dilakukan. Keputusan menunjukkan dan ketepatan 1.1%pp, dengan maksimum 100.6 nm dan minimum 99.5 nm (Rajah 5).

Rajah 5 Keseragaman dimensi kritikal dalam medan

Corak garis-dan-ruang diletakkan di tengah dan setiap sudut medan 1000 μm. Penulisan dengan lebar garisan 100 nm dan pic 200 nm telah dilakukan. Keputusan menunjukkan dan ketepatan 1.1%pp, dengan maksimum 100.6 nm dan minimum 99.5 nm.

Kestabilan

Kestabilan adalah faktor prestasi penting untuk EBL, yang pada asasnya berjalan 24 jam sehari. Ia juga mungkin untuk melengkapkan sistem ini dengan unit penyaman udara khusus JEOL dan unit pembilang JEOL EMI, yang memungkinkan untuk mencapai kestabilan yang lebih baik. Keputusan pengukuran dalam mod daya 100 kV Tinggi menggunakan arus 2 nA menunjukkan hanyut arus 0.08%pp/j, dan hanyut kedudukan rasuk dalam arah X 9.5 nmp-p/j, dan 10.8 nmp-p/ h dalam arah Y (Gamb.6).

Rajah.6 Kestabilan

Kestabilan diukur dalam tempoh 1 jam dalam mod daya pemprosesan tinggi 100 kV. Menggunakan arus 2 nA, hanyut semasa ialah 0.08%pp/j, dan hanyut kedudukan dalam arah X ialah 9.5 nmp-p/j, dan 10.8 nmp-p/j dalam arah Y.

Pemprosesan

Memandangkan profil rasuk adalah kecil dengan SB, terdapat kecenderungan untuk masa pemprosesan menjadi lebih lama berbanding dengan jenis pembolehubah EBL. Seperti yang dinyatakan di atas, memandangkan ini digunakan untuk pembuatan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tumpuan pembangunan peranti adalah untuk meningkatkan daya pengeluaran. Faktor-faktor yang menentukan daya pemprosesan sistem litografi termasuk masa pergerakan peringkat, masa penyelesaian peringkat demi pergerakan, masa pembetulan, masa pemindahan data, masa penyelesaian sistem elektrik, dan masa pendedahan rasuk. Penambahbaikan dalam faktor-faktor ini yang dicapai dengan JBX-8100FS diterangkan di bawah.

• Masa pergerakan pentas
  Ini bergantung pada kelajuan maksimum pergerakan pentas, tetapi untuk jarak pendek, pecutan juga agak penting. Ini telah dipertingkatkan sebanyak 10% hingga 20% melalui pengoptimuman pelbagai parameter.
• Masa pemindahan data
  Inilah masa yang diperlukan untuk pemindahan data angka sebelum menulis. Ini telah ditambah baik menjadi 1/3 hingga 1/5 masa yang diperlukan oleh sistem konvensional.
• Masa penetapan Sub Deflector Amplifier
  Ini adalah masa yang diperlukan dari pemindahan data sehingga penulisan bermula. Berbanding dengan masa perpindahan, ini kini cukup singkat untuk diabaikan.
• Masa pendedahan pancaran
  Masa penyinaran rasuk untuk satu titik dengan rasuk titik, diberikan oleh persamaan berikut.
  
  t: Masa penyinaran pancaran [saat], Q: Tahan kepekaan [C/cm²], p: Padang pukulan [cm], I: Arus pancaran [A]

Dengan JBX-8100FS, nilai minimum untuk t ialah 8 nsec (125 MHz apabila dinyatakan sebagai frekuensi). Berbanding dengan sistem konvensional, pengimbasan boleh dilakukan pada lebih daripada dua kali ganda kelajuan.

Hasil daripada penambahbaikan yang diterangkan di atas, peningkatan 30% hingga 40% dalam jumlah masa menulis adalah mungkin untuk corak dengan kawasan penulisan meliputi kira-kira 10% daripada jumlah permukaan substrat.

Penggunaan Kuasa

Selepas sistem dibeli, faktor penting yang berterusan ialah kos operasi. Khususnya untuk sistem EBL, untuk mendapatkan fungsi yang stabil, adalah perlu untuk membekalkan kuasa elektrik yang sama secara berterusan, walaupun ketika litografi tidak dilakukan. Unit elektrik dan bahagian kuasa JBX-8100FS telah direka bentuk padat, mengurangkan penggunaan kuasa kepada 3 kVA semasa operasi biasa. Ini membolehkan sistem dikendalikan hanya menggunakan kira-kira 1/3 kuasa yang diperlukan oleh sistem konvensional.

Ringkasan

R&D dan pengeluaran peranti semikonduktor merangkumi pelbagai aplikasi, dan fungsi serta ketepatan yang diperlukan berbeza-beza. JBX-8100FS telah dibangunkan sebagai sistem litografi rasuk elektron yang boleh digunakan dengan ketepatan tinggi dan kelajuan tinggi dalam mana-mana medan, di samping mengurangkan penggunaan kuasa. Pelan masa depan termasuk penambahbaikan selanjutnya bagi pemprosesan dan kaedah pengendalian substrat yang lebih baik.

Penghargaan

Saya ingin merakamkan setinggi-tinggi penghargaan kepada semua ahli projek yang memberikan nasihat dan bantuan dalam pembangunan produk ini.

Rujukan

• T. Okada, J. Fujimori, M. Aida, M. Fujimura, T. Yoshizawa, M. Katsumura, dan T. Iida: "Leraian dipertingkatkan dan simulasi lebar alur dalam pembangunan sejuk ZEP520A" J. Vac. Sci. Technol. B 29 (2011) 021604.