天游线路检测中心 电子束光刻系统JBX-8100FS的开发

简介

用户使用CAD等创建图形数据，EBL将其传输到绘图材料，使微细加工成为可能。制造半导体器件的目的之一就是使产品变得更小，因此半导体制造设备制造商需要开发尽可能减小加工尺寸的产品。此外，DFB激光器的制造需要01 nm或更小的高精度节距控制，因此必须实现高位置精度。在纳米压印模板制作的研究中，除了上述精度之外，材料平面内的位置精度也很重要。在制造用于毫米波器件的晶体管时，需要在预制材料上高精度地叠加图案。如上所述，所需的精度根据所制造的设备类型而有所不同，我们开发了与所有这些设备兼容的 JBX-8100FS（图 1）。 JBX-8100FS规格（表1）包括最大加速电压100 kV、最大扫描速度125 MHz、绘图面积150 mm x 150 mm、激光测长分辨率06 nm。配备高通量模式和高分辨率模式，可以处理从生产到研发的一切。其性能处于高吞吐量模式，最大字段大小为 1000μm，最小光束直径51 nm，数据增量05 nm，场结精度小于±20 nm，叠加精度小于±20 nm，最小线宽小于12 nm，电流稳定性小于02%p-p/h，光束位置稳定性小于60 nmp-p/h。另一方面，在高分辨率模式下，最大字段大小为 100μm，最小光束直径18 nm，数据增量005 nm，场结精度小于±9 nm，叠加精度小于±9 nm，最小线宽小于8 nm，电流稳定性小于02%p-p/h，光束位置稳定性小于10 nmp-p/h。此外，正常功耗为3 kVA，从成本角度考虑也易于安装。

图1 JBX-8100FS外观

除电源、冷却水循环系统和干泵外的所有单元均安装在面板内。

性能测试结果

关于JBX-8100FS的性能，我们测量了最小画线、现场粘合精度、重叠精度和现场面内尺寸精度。

最小画线结果

JBX-8100FS的性能评估图，将ZEP520A（Nippon Zeon Co, Ltd）抗蚀剂涂覆在厚度为50 nm的硅基板上，在电流100 pA、最小光束18 nm的条件下保证8 nm以下的最小线宽。这次，采用了特殊的开发工艺以获得更精细的结构。低温显影通常被认为是获得精细结构的方法[1]。当ZEP520A抗蚀剂在28℃的显影温度下显影时，获得了最小线宽为42nm的数据（图2）。

图2 最小线截面照片(×200 k)

ZEP520A 厚度为40 nm，使用低温显影实现了42 nm的线宽。

字段连接准确性

JBX-8100FS 使用称为激光束控制 (LBC) 的平台位置测量和光束位置校正系统来执行高精度光束位置校正。此外，我们还通过添加我们自己的材料畸变校正和偏转畸变校正来保证精度。请注意，光学坐标测量系统用于测量现场粘合精度。要绘制，请在每个字段的角上放置一个 L 标记并绘制一个 4x4 的字段。测量每个场角交叉点处的L形标记的坐标，并评估位置精度。这里 1000μ我们将讨论 m 字段的结果；与±20 nm 的指定值相比，获得了+115 nm/-98 nm（图3（a））。还目视确认放置在视场角处的分辨率为8 nm的游标图案，并获得了类似的结果（图3（b））。

图3 现场粘合精度测量结果

(a)测量区域为4×4点(30mm×30mm区域)，间隔10mm，并测量现场接合精度。与±20 nm以下的保证值相比，实际测量值为+115 nm/-98 nm。该图是其中的一部分。
(b)类似地，使用分辨率为8nm的游标图案的SEM观察结果观察到类似的值。

叠加精度

EBL 的一个特点是它的直接绘图功能，它允许将图案叠加在预先图案化的材料上。该装置具有标记检测功能，可以检测绘图材料上形成的对准标记并确定其坐标。一旦根据对准标记的坐标记录了要绘制的图案的位置，就可以计算并绘制偏差量。在性能评估中，第一层和第二层都使用了EBL。绘图区域为 30 mm x 30 mm（4 x 4 点，间隔 10 mm），并在 4 x 4 点之一，间隔 1 mm（3 mm x 3 mm 区域）测量重叠精度。与±20 nm以下的保证值相比，测量值为+41 nm/-67 nm（图4（a））。同样，使用分辨率为8nm的游标图案进行测量，确认X和Y几乎在中心重叠（图4（b））。

图4 叠加精度实测

(a) 绘图区域为 4 x 4 点（30 mm x 30 mm 区域），间隔 10 mm，测量区域为 4 x 4 点（3 mm x 3 mm 区域），间隔 1 mm，以测量重叠精度。与±20 nm以下的保证值相比，实际测量值为+41 nm/-67 nm。
(b)同样地，使用分辨率8nm的游标图案进行SEM观察，结果确认X和Y两者在大致中央重叠。

场面内线宽精度

我们使用DFB激光器等进行光栅绘制，并确定线宽精度。 1000 种线条和空间图案μM放置在视野的中心和角部，并以100nm的线宽和200nm的间距进行绘制。结果，线宽精度为11%p-p，最大值为1006 nm，最小值为995 nm（图5）。

图5 场面内线宽精度

1000 条线和空间图案μm 绘制在场地的中心和角落。线宽100nm，节距200nm，最大线宽1006nm，最小线宽995nm，线宽精度11%p-p。

稳定性

稳定性是EBL的重要性能，EBL基本上是24小时运行的。该设备可配备专用空调，从而使其更加稳定。在100 kV高通量模式下测量2 nA的稳定性，电流稳定性为008%p-p/h，X束位置稳定性为95 nmp-p/h，Y为108 nmp-p/h（图6）。

图6稳定性

稳定性测量在 100 kV 高通量模式下进行 1 小时。在电流为2 nA的条件下，电流稳定性为008%p-p/h，位置稳定性X为95 nmp-p/h，Y为108 nmp-p/h。

绘图时间

由于SB的光束形状较小，因此写入时间往往比使用可变整形方法的EBL更短。如上所述，近年来它已用于生产，因此我们在开发它时重点关注缩短绘图时间。写入时间分为平台移动时间、平台移动后的稳定时间、校正时间、数据传输时间、电气系统稳定时间和光束照射时间。这些项目描述了 JBX-8100FS 的改进。

• 舞台移动时间
  这取决于载物台移动的最大速度，但其加速度对于短距离也很重要。与传统方法相比，每个参数的优化结果提高了 10% 至 20%。
• 数据传输时间
  传输和绘制形状所需的时间。与之前的型号相比，提高到 1/3 至 1/5。
• 副偏转放大器静态稳定时间
  从数据传输到开始绘图所需的时间。与传输时间相比，时间已经减少到可以忽略不计的程度。
• 光束照射时间
  每个点光束的光束照射时间由以下公式给出。
  
  t：光束照射时间[秒]Q：抗蚀剂灵敏度[C/cm2]p：射击间距[厘米]I：束电流[A]

适用于 JBX-8100FSt的最小值为 8 纳秒（以 125 MHz 频率表示），使得扫描速度比以前快两倍以上。
由于上述改进，对于写入面积约为晶圆面积 10% 的图案，我们能够将总写入时间缩短 30% 至 40%。

功耗

推出产品后，维护成本成为一个问题。特别地，为了实现EBL的稳定性，即使在不进行绘制时也需要提供与平常相同的电力。 JBX-8100FS 具有更紧凑的电气单元和电源部分，将正常功耗降低至 3 kVA。这使得其可以以传统产品约 1/3 的功率运行。

摘要

下一代设备的研发和制造多种多样，每个领域所需的功能和精度也不同，但我们开发了JBX-8100FS，这是一种电子束光刻系统，可以在任何领域使用，高精度、高速度，同时还降低了功耗。未来，我们计划进一步提高吞吐量并改进物料搬运方法。

致谢

我们对在该产品开发过程中给予合作和提供建议的项目成员表示感谢。

参考文献

• T。 Okada、J Fujimori、M Aida、M Fujimura、T Yoshizawa、M Katsumura 和 T Iida：“ZEP520A 冷开发中的增强分辨率和凹槽宽度模拟”J。真空。科学。技术。 B 29 (2011) 021604.