电子束光刻系统天游web原生态手机端A9的开发
SE2024-01
JEOL 新闻第 56 卷第 1 期
小泽宏
天游线路检测中心 SE 技术总部
我们开发了 天游web原生态手机端A9，作为 天游web原生态手机端9500FS 的后继产品，这是一种点束型电子束光刻系统。该设备是点束式电子束光刻设备，支持300毫米晶圆，继承了天游web原生态手机端9500FS的基本规格，但节省了电力和空间。它也很环保，包括使用无前置冷却器。它的现场键合精度在±9 nm以内，覆盖精度在±9 nm以内，使其适合需要特别高光束位置精度的应用，例如光子晶体器件制造。
简介
电子束光刻设备施加对电子束敏感的抗蚀剂。图。 1), the first electron beam lithography system, JEBX-2A, was developed in 1966, and the following year, JEBX-2B, our first commercial electron beam lithography system, was born[2][3] Since then, multi-beam lithography systems have now been put into practical use as a result of advances in emitters (electron sources), the appearance of variable-shaped beam lithography systems, higher performance accelerating voltages, and development of various correction techniques[4] Among these, spot beam type electron beam lithography equipment, which draws figures by scanning a narrowly focused electron beam, has a relatively simple hardware configuration similar to that of a scanning electron microscope, but it is also useful for manufacturing optical communication devices such as DFB (Distributed FeedBack) lasers, manufacturing fine periodic structures such as photonic crystals and metamaterials, manufacturing optical elements such as optical waveguides and microlens arrays, manufacturing MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices, and nanoimprint lithography It is used in a wide range of fields, including the production of molds for NIL (NIL) devices, as well as the research and development of next-generation devices such as two-dimensional materials such as graphene and quantum devices天游web原生态手机端A9(图。 2)，在这里介绍一下。
图。 1 JEOL点束式电子束光刻系统的历史
图。 2 天游web原生态手机端A9电子束光刻系统
发展理念
天游web原生态手机端A9 是一款与 300 mm 晶圆兼容的设备，继承了 天游web原生态手机端9500FS 的基本规格，同时实现了功耗和空间节省。因此，作为绘图系统性能重要元素的镜筒和载物台等机械单元均基于 天游web原生态手机端9500FS。另一方面，电气系统控制单元与同为点束式电子束光刻系统的天游web原生态手机端8100FS共享，或者说通过采用其设计理念，减少控制机架的数量，从而减小尺寸和功耗。因此，与 天游web原生态手机端9500FS 相比，天游web原生态手机端A9 的功耗不到一半，同时成功地将占地面积减少了约 1/3。表 1）。此外，天游web原生态手机端A9采用了镜筒、绘图室、各种控制单元等被外壳覆盖的结构。这也是受到 天游web原生态手机端8100FS 设计的启发，但通过覆盖整个设备，给人一种干净的印象，并且通过连接空调，可以稳定外壳内的温度。然而，与 天游web原生态手机端8100FS 不同的是，操作员操作的控制面板配备了与 天游web原生态手机端9500FS 类似的独立控制台，可以更改布局以适应安装房间。此外，控制主偏转器（DEF AMP）的单元有两种类型：基于天游web原生态手机端9500FS中安装的单元开发的高精度偏转系统，以及与天游web原生态手机端8100FS中安装的通用偏转系统，客户可以根据自己的需求和预算选择和配置其中一种。
表1 天游web原生态手机端A9主要规格
天游web原生态手机端A9的特点
顺便说一下，这种格式名称“A9”与 4 位数字和 2 个字母的组合有很大不同，如我们最近的点束式电子束光刻系统“9500FS”和“8100FS”。在考虑 天游web原生态手机端9500FS 的后继产品时，我们非常强调对先前型号的创新，并经过反复的内部讨论，找到了为了便于称呼，特别是对于海外用户来说，我们最终采用了简单的型号名称A9（A-9），可谓回归本源。另外，A9中的A代表Accurate（准确）、Automatic（自动）、Advanced（高级），代表了这款设备的特点，而9则代表继天游web原生态手机端9300FS和天游web原生态手机端9500FS之后的顶级型号。因此，从现在开始，我们将以这三个A为关键词来解释天游web原生态手机端A9的特点。
准确
天游web原生态手机端A9主要性能表 2电子束光刻设备性能的重要指标之一是现场键合精度。视场是在工作台静止时通过偏转器偏转光束可以绘制的范围。分步重复方法（图。 3)的绘图方法中，字段之间的连接误差越小越好。此外，有时希望根据材料上已经存在的基础图案进行定位并在期望的位置绘制图案。重叠精度表示图案重叠的程度。 天游web原生态手机端A9的现场键合精度和叠层精度均在±9nm以内。高精度平台和激光束控制 (LBC) 校正对于实现这种精度至关重要。图。 4)。光子晶体器件是需要高精度控制光束照射位置的应用之一。光子晶体是一种接近光波长的周期性结构，通过精确控制其周期，可以限制和放大光。电子束绘制装置等微加工技术用于制造这种周期性结构，但由于图案化的精度直接关系到装置的性能，因此需要在所需位置精确地绘制图案。 天游web原生态手机端9500FS 在光子晶体生产方面拥有良好的记录，并且很可能成为 天游web原生态手机端A9 的主要应用之一。
表2 天游web原生态手机端A9主要性能
图。 3 使用分步重复法进行绘图操作
图。 4 使用激光测长系统进行电子束照射位置修正
自动
天游web原生态手机端A9 标配包埋盒输送系统，可连续自动输送最多 10 个包埋盒 (图。 5)。存储在储料器中的盒根据绘图作业的指定自动传送到工作台上，绘图完成后，从工作台中取出并再次存储在储料器中。即使当束流等写入条件不同时，电子光学系统条件也会根据写入作业规格自动设置并调整光轴，因此即使在长时间写入期间也无需操作员干预。当然，可以中途停止绘制，或者通过改变绘制顺序（称为绘制队列）来继续操作。此外，还新增或改进了与电子光学系统自动调节相关的功能，与天游web原生态手机端A9标配的Python脚本配合使用时，可以随用户的意愿执行一系列绘图相关的操作。此外，通过将盒传送系统替换为晶圆传送系统，可以在与300mm FOUP兼容的载体模式下自动连续传送最多25片晶圆，并且还可以通过与其他公司制造的涂布机显影机连接，以在线模式从抗蚀剂涂覆到写入和显影的所有过程完全自动化。
最多可安装2个盒式储料器（总共10个阶段）。
图。 5 盒式传输系统
高级
天游web原生态手机端8100FS 上可选装的光学显微镜具有独特的功能，无需使用电子束即可检查书写室内书写材料的表面，但其局限性在于可观察的区域有限。因此，天游web原生态手机端A9配备了两个光学显微镜，通过根据载物台位置在两个光学显微镜图像之间无缝切换，可以观察整个绘图区域。例如，在搜索要绘制的材料或对象上的地标时，这很有用。使用SEM图像时，电子束照射到材料表面并使抗蚀剂曝光，但使用光学显微镜图像时，可以在不将抗蚀剂曝光的情况下寻找材料上的标记和要绘制的物体。我们以在散布石墨烯薄片的基板上创建电极图案的情况为例（图。 6) 石墨烯薄片的尺寸和形状各不相同，如果不实际观察，很难判断它们在基材上的位置。因此，传统的方法是在将材料放入绘图设备之前使用光学显微镜确认材料的位置，从材料上的标记识别坐标，然后使用绘图设备根据该信息绘制图案。 天游web原生态手机端A9 允许您使用光学显微镜图像查看物体。此外，结合 天游web原生态手机端A9 的开发，我们还为点束型电子束光刻系统开发了一种新的图案数据格式 JEOL53。这是传统 JEOL52 (V30) 格式的扩展，添加了任意角度的旋转矩形和旋转梯形元素，有望改善线边缘粗糙度 (LER) 并提高光洁度的均匀性，特别是在表达圆形和曲线时。图。 7)。此外，与仅使用矩形和梯形表达曲线的传统方法相比，所需的图形数量更少，从而减少了数据量。此外，可以减少根据图形数量而发生的各种稳定时间，从而提高绘图吞吐量。该功能也适用于 天游web原生态手机端8100FS 和 天游web原生态手机端9500FS，但在 天游web原生态手机端A9 中作为标准配置包含。
样品和图片由新加坡国立大学石墨烯研究中心提供。
图。 6 石墨烯电极图案制作示例
写入是在高电流和粗射击间距的条件下进行的，使得差异显而易见。
图。 7 不同数据格式导致的绘制结果对比
环境考虑
近年来，人们对环境负担的认识不断增强，在开发设备时对环境的考虑变得至关重要。在电子束光刻设备中，循环冷却水以冷却发热部件并稳定设备温度，但该冷却水循环设备中用作制冷剂的氢氟碳化物(HFC)具有极高的全球变暖潜势，因此需要减少HFC并改用低GWP制冷剂。因此，天游web原生态手机端A9采用了不使用碳氟化合物的珀耳帖式冷却水循环系统。这减轻了用户在处理过程中的日常检查和法律规定的负担，并且其环保产品的事实是选择设备时的主要吸引力之一。
摘要
我介绍了天游web原生态手机端A9，一种点束型电子束光刻系统。该设备在继承天游web原生态手机端9500FS基本性能的同时，节省电力和空间，并且环保，包括使用无前置冷水机。预计天游web原生态手机端A9将作为点束式电子束光刻设备的巅峰之作应用于多种领域。
致谢
开发该设备的项目于2019年1月启动，但由于新型冠状病毒感染的全球传播导致工作模式发生变化，以及随后材料短缺导致的制造困难，我们被迫重新审视原来的计划。然而，我们能够克服这些困难，将新产品推向市场，离不开包括项目成员在内的所有人的努力。我想借此机会表达我最深切的谢意。
参考文献
［ 1 ］［2］Sakae Miyauchi 等电子束曝光。真空=日本真空学会杂志。 12(7) 196907，第250-258页。［3］风里健二。 “好吧，我们用电子显微镜吧！第2卷”，日本东照刊物，200412。 4-8231-0789-6，第 320 - 327 页。［ 4 ］Christof Klein 和 Elmar Platzgummer，“MBMW101：世界上第一个高通量多光束掩模写入器”，过程。国际光学工程学会卷9985, 998505-7 (2016).
