Pembangunan JBX-A9, Sistem Litografi Rasuk Elektron

BERITA JEOL Jld.59 No.1
Hiroshi Ozawa
Bahagian Kejuruteraan SE, JEOL Ltd.

JBX-A9 telah dibangunkan sebagai pengganti kepada JBX-9500FS, sistem litografi rasuk elektron pancaran titik. JBX-A9 ialah sistem litografi e-beam spot-beam untuk wafer 300 mm yang mewarisi spesifikasi asas JBX-9500FS sambil mencapai penjimatan kuasa dan ruang, serta mesra alam melalui penggunaan penyejuk tanpa bahan pendingin. Dengan ketepatan jahitan medan dalam ±9 nm dan ketepatan tindanan dalam ±9 nm, sistem ini sesuai untuk aplikasi yang memerlukan ketepatan kedudukan rasuk tinggi terutamanya, seperti fabrikasi peranti kristal fotonik.

Pengenalan

Sistem litografi rasuk elektron membolehkan corak halus dengan menyinari rasuk elektron pada bahan bersalut rintangan yang sensitif kepada rasuk elektron dan memesongkan dan mengimbas rasuk. Sejarah sistem litografi rasuk elektron bermula pada tahun 1960-an, dan pembangunan telah dipromosikan di Amerika Syarikat, Eropah, dan Jepun [1]. Dalam syarikat kami (Rajah 1), sistem litografi rasuk elektron pertama, JEBX-2A, telah dibangunkan pada tahun 1966, dan pada tahun berikutnya, JEBX-2B, sistem litografi rasuk elektron komersial pertama kami, telah dilahirkan [2][3]. Selepas itu, melalui kemajuan dalam pemancar (sumber elektron), kemunculan sistem litografi rasuk berbentuk berubah-ubah, dan pembangunan prestasi yang lebih tinggi seperti voltan pecutan yang lebih baik dan pelbagai teknik pembetulan, sistem litografi rasuk berbilang kini digunakan secara praktikal [4] . Antaranya, sistem litografi rasuk elektron jenis spot-beam, yang menulis patters dengan mengimbas rasuk elektron tertumpu terutamanya sempit, mempunyai konfigurasi perkakasan yang agak mudah serupa dengan mikroskop elektron pengimbasan. Namun begitu, sistem spot-beam ini digunakan dalam pelbagai bidang. Ini meliputi pengeluaran peranti untuk komunikasi optik seperti laser DFB (Distributed FeedBack), fabrikasi struktur berkala mikro seperti kristal fotonik dan bahan metamaterial, penciptaan unsur optik seperti pandu gelombang optik dan tatasusunan kanta mikro, dan fabrikasi MEMS. (Sistem Mekanikal Elektro Mikro), pengeluaran acuan untuk peralatan litografi cetakan nano (NIL), Tambahan pula, bidang aplikasi sistem litografi rasuk elektron pancaran titik meliputi penyelidikan dan pembangunan peranti generasi akan datang seperti dua dimensi. bahan (cth graphene) dan peranti kuantum.
JEOL telah membangunkan JBX-A9 (Rajah 2), model pengganti JBX-9500FS, sebagai sistem litografi rasuk elektron spot-beam untuk wafer 300 mm.

Rajah 1 Sejarah pembangunan sistem litografi rasuk elektron pancaran titik JEOL.

Rajah 2 Sistem litografi rasuk elektron JBX-A9.

Konsep Pembangunan

JBX-A9, sistem litografi rasuk elektron spot-beam, mewarisi spesifikasi asas JBX-9500FS (pendahulu JBX-A9), dan pembangunannya bermula sebagai sistem serasi wafer 300 mm yang mencapai penjimatan kuasa dan ruang. . Oleh itu, unit mekanikal seperti lajur dan peringkat, yang merupakan elemen penting untuk prestasi sistem litografi, telah diwarisi daripada JBX-9500FS. Sebaliknya, unit kawalan elektrik adalah sama seperti JBX-8100FS atau menggunakan konsep reka bentuk yang sama untuk mengurangkan bilangan rak kawalan, sekali gus mengurangkan saiz dan penggunaan kuasa. Akibatnya, JBX-A9 menggunakan kurang daripada separuh kuasa JBX-9500FS dan juga mempunyai pengurangan jejak kira-kira 1/3 (Jadual 1). Di samping itu, JBX-A9 mempunyai penutup yang meliputi lajur optik elektron, ruang pendedahan, dan pelbagai unit kawalan. Reka bentuk ini dibayangkan oleh JBX-8100FS. Keseluruhan unit dilindungi untuk penampilan yang bersih, dan suhu di dalam kepungan boleh distabilkan dengan menyambungkan penghawa dingin. Walau bagaimanapun, tidak seperti JBX-8100FS, unit kawalan pengendali berfungsi sebagai konsol kawalan berasingan yang boleh disusun semula agar sesuai dengan bilik pemasangan, seperti dalam kes JBX-9500FS.
Di antara unit kawalan elektrik JBX-A9, unit yang mengawal pemesong utama (DEF AMP: penguat pemesong) tersedia dalam dua jenis: sistem pesongan berketepatan tinggi yang dibangunkan berdasarkan unit yang dipasang di JBX-9500FS dan sistem pesongan biasa pada unit yang dipasang di JBX-8100FS, membolehkan pelanggan memilih dan mengkonfigurasi salah satu daripadanya mengikut keperluan dan bajet mereka.

Jadual 1 Spesifikasi utama JBX-A9.

Ciri-ciri JBX-A9

Nama "A9" berbeza dengan ketara daripada gabungan empat digit dan dua huruf yang digunakan dalam sistem litografi e-beam spot-beam kami, seperti 9500FS dan 8100FS. Dalam mempertimbangkan model pengganti kepada JBX-9500FS, kami mengadakan perbincangan dalaman untuk mencipta singkatan yang akan menarik minat pelanggan kami, terutamanya pengguna luar negara, dan untuk memudahkan untuk memanggil model baharu, yang membawa kepada penggunaan yang mudah. nama model A9, iaitu kembali kepada asas. "A" dalam A9 bermaksud "Tepat", "Automatik", dan "Lanjutan". "9" menunjukkan bahawa ini adalah model teratas dalam nada yang sama seperti JBX-9300FS dan JBX-9500FS. Selepas ini, kami akan menerangkan ciri-ciri JBX-A9 menggunakan ketiga-tiga "A" ini sebagai kata kunci.

Tepat

Persembahan utama JBX-A9 disenaraikan dalam Jadual 2.
Salah satu penunjuk prestasi penting sistem litografi rasuk elektron ialah ketepatan jahitan medan. Medan ialah kawasan yang boleh dilukis dengan memesongkan rasuk dengan pemesong semasa pentas pegun. Dalam kaedah penulisan dipanggil kaedah langkah-dan-ulang (Rajah 3), yang secara bergilir-gilir menggabungkan tulisan dalam bidang ini dan pergerakan pentas untuk menulis kawasan yang luas, kerana semakin kecil ralat jahitan antara medan, prestasi litografi adalah lebih baik. Di samping itu, kadangkala diminta untuk menulis corak pada kedudukan yang diingini dengan meletakkannya sejajar dengan corak substrat yang telah wujud pada bahan. Ketepatan jahitan medan JBX-A9 dan ketepatan tindanan kedua-duanya berada dalam lingkungan ±9 nm. Peringkat berketepatan tinggi dan sistem kawalan pancaran laser (LBC) amat diperlukan untuk mencapai ketepatan ini.
Kaset yang dimuatkan dengan bahan tulisan dipindahkan ke atas pentas, dan peringkat ini bergerak pada satah XY untuk menulis di kawasan yang luas pada bahan tulisan. Oleh itu, ketepatan pentas mempengaruhi ketepatan jahitan dan tindanan yang disebutkan di atas medan tulisan. Oleh itu, peringkat JBX-A9 menggunakan peringkat ketepatan tinggi dengan mekanisme yang mempunyai rekod prestasi yang terbukti dalam JBX-9500FS. Peringkat ini pada asalnya dibangunkan untuk digunakan dalam sistem litografi topeng dan telah disesuaikan untuk digunakan dalam sistem litografi pancaran titik. Untuk mengawal kedudukan rasuk dengan ketepatan tinggi, sistem litografi rasuk elektron menggunakan sistem pengukuran kedudukan interferometer laser untuk mengukur kedudukan peringkat dan membetulkan kedudukan sinaran rasuk dengan memesongkan rasuk elektron dengan jarak yang setara dengan ralat dari kedudukan sasaran. Resolusi pengukuran adalah sehalus kira-kira 0.15 nm dalam kes JBX-A9 (Rajah 4).
Satu aplikasi yang memerlukan kawalan yang sangat tepat bagi kedudukan penyinaran rasuk ialah peranti kristal fotonik. Kristal fotonik ialah struktur berkala yang hampir dengan panjang gelombang cahaya, dan dengan mengawal ketepatan berkalanya, adalah mungkin untuk mengurung dan menguatkan cahaya. Teknologi mikrofabrikasi seperti sistem litografi pancaran elektron digunakan untuk mengarang struktur berkala ini. Walau bagaimanapun, kerana ketepatan corak mempengaruhi prestasi peranti secara langsung, adalah perlu untuk menulis corak dengan tepat di lokasi yang dikehendaki. JBX-9500FS mempunyai rekod prestasi yang terbukti dalam fabrikasi kristal fotonik dan dengan itu, kristal fotonik akan menjadi salah satu aplikasi utama untuk JBX-A9.

Jadual 2 Persembahan utama JBX-A9.

Rajah 3 Litografi rasuk elektron dengan kaedah langkah-dan-ulang.

Rajah 4 Pembetulan kedudukan sinaran rasuk elektron oleh sistem pengukuran kedudukan interferometer laser.

automatik

JBX-A9 mempunyai sistem pemindahan kaset yang mampu secara berterusan dan automatik memindahkan sehingga 10 kaset (Rajah 5). Kaset yang disimpan dalam stoker dimuatkan secara automatik ke atas pentas berdasarkan spesifikasi kerja menulis, dan apabila penulisan selesai, ia dipunggah dari pentas dan disimpan dalam stoker semula. Walaupun keadaan penulisan, seperti arus rasuk, berbeza, sistem optik elektron dikonfigurasikan semula secara automatik dan kedudukan apertur objektif dilaraskan mengikut spesifikasi kerja menulis. Sudah tentu, anda juga boleh berhenti menulis di tengah-tengah kerja atau mengubah suai susunan penulisan (dipanggil baris gilir menulis) untuk meneruskan operasi.
Beberapa ciri baharu atau bertambah baik untuk pelarasan automatik sistem optik elektron telah ditambah, dan apabila digunakan bersama dengan skrip Python yang menjadi standard dengan JBX-A9, satu siri operasi berkaitan penulisan boleh dilaksanakan atas niat pengguna. .
Tambahan pula, dengan menggantikan bahagian sistem pemindahan kaset dengan sistem pemindahan wafer, spesifikasi membenarkan pemindahan automatik berterusan sehingga 25 wafer sebagai mod pembawa serasi FOUP 300 mm, atau automasi penuh salutan rintangan, penulisan dan corak -membangun dalam mod dalam talian dengan menyambung dengan pelapis/pembangun daripada pengeluar lain.

Sehingga dua stok kaset (jumlah: 10 kaset) boleh dimuatkan.

Rajah 5 Sistem pemindahan kaset.

Maju

Mikroskop optik, yang telah tersedia sebagai pilihan sejak JBX-8100FS, adalah ciri unik yang membolehkan pengguna memeriksa permukaan bahan tulisan di dalam ruang pendedahan tanpa menggunakan pancaran elektron, tetapi ia mempunyai had bahawa kawasan yang diperhatikan adalah terhad. Untuk mengatasi masalah ini, JBX-A9 dipasang dengan dua mikroskop optik dan bertukar dengan lancar antara dua imej mikroskop optik mengikut kedudukan pentas, membolehkan untuk memerhatikan keseluruhan kawasan boleh tulis. Ciri ini berguna, sebagai contoh, apabila mencari tanda atau objek untuk ditulis pada bahan, kerana imej SEM disinari dengan pancaran elektron pada permukaan bahan, yang memekakan rintangan, manakala imej mikroskop optik boleh digunakan untuk mencari tanda atau objek yang hendak ditulis tanpa menyedarkan rintangan.
Mari kita ambil kes fabrikasi corak elektrod pada substrat dengan kepingan graphene berselerak (Rajah 6). Serpihan graphene berbeza dalam saiz dan bentuk, dan lokasinya pada substrat tidak dapat ditentukan tanpa pemerhatian sebenar. Oleh itu pada masa lalu, sebelum meletakkan bahan dalam sistem litografi, kedudukan kepingan telah diperiksa dengan mikroskop optik, dan koordinat dikenal pasti daripada tanda yang diletakkan pada bahan terlebih dahulu, kemudian corak ditulis dengan sistem litografi. berdasarkan maklumat ini. JBX-A9 serta-merta boleh mencerminkan nilai koordinat dalam kerja menulis serta-merta selepas objek ditemui dalam imej mikroskop optik, sekali gus meningkatkan kecekapan kerja.
Bersempena dengan pembangunan JBX-A9, format data corak baharu, JEOL53, turut dibangunkan untuk sistem litografi rasuk elektron rasuk titik. Format ini memanjangkan format JEOL52 (V3.0) konvensional dengan menambahkan segi empat tepat diputar dan elemen trapezoid diputar dengan sudut sewenang-wenangnya, dan dijangka meningkatkan kekasaran tepi garisan (LER) dan keseragaman kemasan, terutamanya dalam perwakilan bulatan dan lengkung (Rajah 7). Tambahan pula, berbanding kaedah konvensional untuk menyatakan lengkung hanya menggunakan segi empat tepat dan trapezoid, fungsi ini mengurangkan bilangan angka, dengan itu mengurangkan jumlah data, dan ia juga meningkatkan daya pemprosesan penulisan dengan mengurangkan pelbagai masa penyelesaian yang dijana bergantung pada bilangan angka. Fungsi ini boleh digunakan secara pilihan untuk JBX-8100FS dan JBX-9500FS, tetapi adalah standard pada JBX-A9.

Sampel dan imej ihsan Pusat Penyelidikan Graphene, Universiti Nasional Singapura.

Rajah 6 Pembuatan corak elektrod pada graphene.

Penulisan corak telah dilaksanakan dengan arus rasuk besar dan pic pukulan kasar, yang menyebabkan perbezaan besar dalam hasil penulisan.

Rajah 7 Perbandingan hasil penulisan mengikut perbezaan dalam format data.

Pertimbangan Alam Sekitar (Kesedaran)

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, terdapat peningkatan kesedaran tentang beban alam sekitar, dan pertimbangan alam sekitar telah menjadi faktor yang sangat diperlukan dalam pembangunan peralatan. Dalam sistem litografi rasuk elektron, air penyejuk diedarkan untuk menyejukkan bahagian penjana haba dan untuk menstabilkan suhu sistem. Hidrofluorokarbon (HFC) yang digunakan sebagai penyejuk dalam sistem peredaran air penyejuk ini mempunyai potensi pemanasan global (GWP) yang sangat tinggi, dan terdapat keperluan untuk mengurangkan HFC dan beralih kepada penyejuk rendah GWP. Untuk mencapai matlamat ini, JBX-A9 menggunakan sistem peredaran air penyejuk Peltier yang tidak menggunakan bahan penyejuk. Ini mengurangkan beban pengguna untuk pemeriksaan harian dan peraturan undang-undang pada masa pelupusan. Hakikat bahawa JBX-A9 mesra alam adalah titik menarik utama pada masa pemilihan peralatan oleh pengguna.

Ringkasan

Kami telah memperkenalkan JBX-A9, sistem litografi rasuk elektron pancaran titik. Sistem baharu ini mewarisi prestasi asas JBX-9500FS sambil menjimatkan kuasa dan ruang, dan juga mesra alam melalui penggunaan penyejuk tanpa bahan pendingin. JBX-A9 dijangka akan digunakan dalam pelbagai bidang sebagai sistem litografi rasuk elektron pancaran titik teratas.

Penghargaan

Projek untuk membangunkan peralatan ini telah bermula pada Januari 2019, tetapi kemudiannya terpaksa menyemak semula rancangan asalnya disebabkan perubahan dalam gaya kerja yang disebabkan oleh penyebaran global jangkitan COVID baharu dan kesukaran pembuatan berikutnya disebabkan oleh bahan yang ketat. Namun begitu, hakikat bahawa kami dapat mengatasi kesukaran ini dan membawa produk baharu ke pasaran adalah hasil usaha ahli projek dan semua pihak lain yang terlibat. Saya ingin mengambil kesempatan ini untuk merakamkan setinggi-tinggi penghargaan.

Rujukan

［ 1 ］Muzium Sejarah Semikonduktor Jepun. “Sistem Litografi Rasuk Elektron 1970-an ~ Peralatan & Bahan Jadual Kandungan ~”. 2022-05-11.
［ 2］S. Miyauchi, et al. “Litografi Rasuk Elektron”, Jurnal Persatuan Vakum Jepun. 12(7) 1969.07, hlm.250~258. (dalam bahasa Jepun).
［ 3 ］K. Kazato, “Mari kita maju dengan Mikroskop Elektron! (jilid terakhir)”, Nihon-Tosho-Kankoukai, 2004.12. 4-8231-0789-6, hlm.320~327. (dalam bahasa Jepun).
［ 4 ］Christof Klein, dan Elmar Platzgummer, “MBMW101: Penulis Topeng Berbilang Rasuk Berdaya Tinggi Pertama di Dunia”, Proc. SPIE Vol. 9985, 998505-7 (2016).

Rumusan berdasarkan bidang

Semikonduktor

Lebih Banyak Produk

Sistem Litografi Rasuk Elektron Siri JBX-A9