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전자빔 노광장치 JBX-A9 개발

SE2024-01

절뉴스 Vol.59 No.1
오자와 히로시
JEOL Ltd. SE 엔지니어링 사업부

JBX-A9는 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템인 JBX-9500FS의 후속 제품으로 개발되었습니다. JBX-A9는 JBX-300FS의 기본 사양을 계승하면서 전력 및 공간 절약을 실현하고, 무냉매 냉각 장치를 사용하여 환경 친화적인 9500mm 웨이퍼용 스폿빔 전자빔 노광 시스템입니다. ±9 nm 이내의 필드 스티칭 정확도와 ±9 nm 이내의 오버레이 정확도를 갖춘 이 시스템은 광결정 장치 제조와 같이 특히 높은 빔 포지셔닝 정확도가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

개요

전자빔 리소그래피 시스템은 전자빔에 민감한 레지스트로 코팅된 재료에 전자빔을 조사하고 빔을 편향 및 주사함으로써 미세한 패터닝을 가능하게 합니다. 전자빔 리소그래피 시스템의 역사는 1960년대에 시작되어 미국, 유럽, 일본 등에서 개발이 촉진되었다[1]. 우리 회사에서는 (Fig. 1) 최초의 전자빔 리소그래피 시스템인 JEBX-2A가 1966년에 개발되었으며, 이듬해 최초의 상업용 전자빔 리소그래피 시스템인 JEBX-2B가 탄생했습니다[2][3]. 이후 이미터(전자 소스)의 발전, 가변형 빔 리소그래피 시스템의 등장, 가속 전압의 향상, 다양한 보정 기술 등 고성능의 개발을 통해 멀티빔 리소그래피 시스템이 실용화되고 있습니다. . 그 중 특히 좁게 초점이 맞춰진 전자빔을 주사하여 패턴을 기록하는 스폿빔형 전자빔 리소그래피 시스템은 주사형 전자현미경과 유사한 하드웨어 구성이 비교적 단순하다. 그럼에도 불구하고 이 스포트빔 시스템은 광범위한 분야에서 사용됩니다. 여기에는 DFB(Distributed FeedBack) 레이저와 같은 광통신용 장치의 생산, 광결정 및 메타물질과 같은 미세 주기 구조의 제조, 광 도파관 및 마이크로렌즈 어레이와 같은 광학 요소의 생성, MEMS의 제조가 포함됩니다. (Micro Electro Mechanical Systems) 장치, 나노임프린트 리소그래피(NIL) 장비용 금형 제작, 나아가 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템의 응용분야는 4차원 소자 등 차세대 소자의 연구개발로 확대됩니다. 재료(예: 그래핀) 및 양자 장치.
JEOL은 JBX-A9(Fig. 2)는 9500mm 웨이퍼용 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템인 JBX-300FS의 후속 모델입니다.

 

그림 1 JEOL 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템의 개발 이력.

 

그림 2 JBX-A9 전자빔 리소그래피 시스템.

개발 개념

스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템인 JBX-A9는 JBX-9500FS(JBX-A9의 전신)의 기본 사양을 계승하여 전력 및 공간 절약을 실현하는 300mm 웨이퍼 호환 시스템으로 개발이 시작되었습니다. . 따라서 리소그래피 시스템의 성능에 중요한 요소인 컬럼, 스테이지 등의 기계 유닛은 JBX-9500FS에서 계승되었습니다. 반면, 전기적 제어 장치는 JBX-8100FS와 동일하거나 동일한 설계 개념을 사용하여 제어 랙 수를 줄여 크기와 전력 소비를 줄였습니다. 그 결과, JBX-A9는 JBX-9500FS에 비해 절반 미만의 전력을 소비하고 설치 공간도 약 1/3(표 1). 또한 JBX-A9에는 전자 광학 컬럼, 노출 챔버 및 다양한 제어 장치를 덮는 인클로저가 있습니다. 이 디자인은 JBX-8100FS에서 암시되었습니다. 전체가 덮어져 있어 깔끔한 외관을 자랑하며, 에어컨을 연결하여 인클로저 내부 온도를 안정시킬 수 있습니다. 다만, JBX-8100FS와 달리 오퍼레이터 컨트롤 유닛은 JBX-9500FS의 경우처럼 설치실에 맞게 재배치할 수 있는 별도의 컨트롤 콘솔로 작동한다.
JBX-A9의 전기 제어 유닛 중 메인 디플렉터(DEF AMP: 편향 증폭기)를 제어하는 ​​유닛은 JBX-9500FS에 설치된 유닛을 기반으로 개발된 고정밀 편향 시스템과 JBX-8100FS에 설치된 장치에 공통적으로 적용되는 편향 시스템으로 고객은 필요와 예산에 따라 그 중 하나를 선택하고 구성할 수 있습니다.

 

표 1 JBX-A9의 주요 사양.

JBX-A9의 특징

"A9"라는 이름은 9500FS 및 8100FS와 같은 최근 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템에 사용되는 9500자리 숫자와 9문자 조합과 크게 다릅니다. JBX-9FS의 후속 모델을 고려하면서 고객, 특히 해외 사용자에게 강하게 어필할 수 있는 약어를 작성하고 새 모델을 보다 쉽게 ​​호출할 수 있도록 내부 논의를 거쳐 Simple을 채택하게 되었습니다. 기본으로의 복귀를 의미하는 모델명 A9입니다. A9300의 "A"는 "정확함(Accurate)", "자동(Automatic)", "고급(Advanced)"을 의미합니다. "9500"는 JBX-9FS 및 JBX-XNUMXFS와 동일한 맥락의 최고급 모델임을 나타냅니다. 이하에서는 이 세 가지 “A”를 키워드로 JBX-AXNUMX의 특징을 설명하겠습니다.

정확한

JBX-A9의 주요 성능은 다음과 같습니다. 표 2.
전자빔 리소그래피 시스템의 중요한 성능 지표 중 하나는 필드 스티칭 정확도입니다. 필드는 스테이지가 정지된 상태에서 디플렉터로 빔을 편향시켜 그릴 수 있는 영역입니다. 단계별 반복 방식이라는 쓰기 방식에서(Fig. 3)는 이 필드 내 쓰기와 넓은 영역을 쓰기 위한 스테이지 이동을 번갈아 결합하는 방식으로, 필드 간 스티칭 오류가 작을수록 리소그래피 성능이 더 좋습니다. 또한, 이미 소재에 존재하는 기판 패턴과 일직선으로 패턴을 위치시켜 원하는 위치에 패턴을 써 달라는 요청을 받는 경우도 있습니다. JBX-A9의 필드 스티칭 정확도와 오버레이 정확도는 모두 ±9nm 이내입니다. 이러한 정확도를 달성하려면 고정밀 스테이지와 레이저 빔 제어(LBC) 시스템이 필수적입니다.
필기구가 적재된 카세트를 스테이지로 옮기고, 이 스테이지가 XY 평면상으로 이동하여 필기구의 넓은 영역에 필기합니다. 따라서 스테이지의 정확도는 앞서 언급한 쓰기 필드의 스티칭 및 오버레이 정확도에 영향을 미칩니다. 따라서 JBX-A9 스테이지는 JBX-9500FS에서 입증된 실적이 있는 메커니즘을 갖춘 고정밀 스테이지를 사용합니다. 이 스테이지는 원래 마스크 리소그래피 시스템에 사용하기 위해 개발되었으며 스폿 빔 리소그래피 시스템에 사용하도록 조정되었습니다. 전자빔 리소그래피 시스템은 빔 위치를 고정밀도로 제어하기 위해 레이저 간섭계 위치 측정 시스템을 사용하여 스테이지 위치를 측정하고 목표 위치로부터 오차에 해당하는 거리만큼 전자빔을 편향시켜 빔 조사 위치를 수정합니다. JBX-A0.15의 경우 측정 분해능은 약 9 nm 정도로 미세합니다(Fig. 4).
빔 조사 위치의 고정밀 제어가 필요한 응용 분야 중 하나는 광결정 장치입니다. 광결정은 빛의 파장에 가까운 주기적인 구조로, 주기성을 정밀하게 조절함으로써 빛을 가두어 증폭시킬 수 있다. 전자빔 리소그래피 시스템과 같은 미세 가공 기술은 이러한 주기적인 구조를 제작하는 데 사용됩니다. 그러나 패터닝 정확도는 소자 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 원하는 위치에 정확하게 패턴을 쓰는 것이 필요하다. JBX-9500FS는 광결정 제조 분야에서 검증된 실적을 보유하고 있으므로 광결정은 JBX-A9의 주요 응용 분야 중 하나가 될 것입니다.

 

표 2 JBX-A9의 주요 성능.

 

그림 3. step-and-repeat 방법에 의한 전자빔 리소그래피.

 

그림 4 레이저 간섭계 위치 측정 시스템에 의한 전자빔 조사 위치 보정.

Automatic

JBX-A9에는 최대 10개의 카세트(Fig. 5). 스토커에 보관된 카세트는 집필 작업 사양에 따라 자동으로 스테이지에 올려지고, 쓰기가 끝나면 스테이지에서 내려져 다시 스토커에 보관됩니다. 빔 전류와 같은 기록 조건이 다른 경우에도 전자 광학 시스템은 자동으로 재구성되고 대물렌즈 조리개의 위치는 기록 작업 사양에 따라 조정됩니다. 물론, 작업 도중에 쓰기를 중지하거나 쓰기 순서(쓰기 대기열이라고 함)를 수정하여 작업을 계속하는 것도 가능합니다.
전자 광학 시스템의 자동 조정을 위한 여러 가지 새로운 기능이나 향상된 기능이 추가되었으며, JBX-A9에 기본으로 제공되는 Python 스크립트와 함께 사용하면 일련의 쓰기 관련 작업을 사용자의 의도에 따라 실행할 수 있습니다. .
또한, 카세트 반송 시스템 부분을 웨이퍼 반송 시스템으로 교체함으로써 25mm FOUP 대응 캐리어 모드로 최대 300장의 웨이퍼를 연속 자동 반송하거나 레지스트 코팅, 라이팅, 패턴을 완전 자동화하는 사양이 가능합니다. -타 제조사의 코터/현상기와 연결하여 인라인 모드로 개발합니다.

 

카세트 스토커는 최대 10개(총 XNUMX개 카세트)까지 장착할 수 있습니다.

그림 5 카세트 이송 시스템.

Advnaced

JBX-8100FS부터 옵션으로 제공되는 광학현미경은 전자빔을 사용하지 않고도 노광실에서 필기구의 표면을 확인할 수 있는 독특한 기능이지만, 관찰되는 영역은 제한되어 있습니다. 이 문제를 극복하기 위해 JBX-A9에는 두 개의 광학 현미경이 장착되어 있으며 스테이지 위치에 따라 두 개의 광학 현미경 이미지 사이를 원활하게 전환하여 쓰기 가능한 전체 영역을 관찰할 수 있습니다. 이 기능은 예를 들어 재료 표면에 전자빔을 조사하여 SEM 이미지를 조사하여 레지스트를 감광시키는 반면, 광학 현미경 이미지를 사용하여 재료에 기록할 마크나 물체를 검색할 때 유용합니다. 레지스트를 민감하게 하지 않고 기록할 표시나 물체.
그래핀 플레이크가 흩어져 있는 기판 위에 전극 패턴을 제작하는 경우를 예로 들어보겠습니다.Fig. 6). 그래핀 플레이크는 크기와 모양이 다양하며 실제 관찰 없이는 기판 위의 위치를 ​​확인할 수 없습니다. 따라서 과거에는 리소그래피 시스템에 재료를 넣기 전에 광학현미경으로 플레이크의 위치를 ​​확인하고 미리 재료에 배치한 마크에서 좌표를 확인한 후 리소그래피 시스템으로 패턴을 기록했다. 이 정보를 바탕으로. JBX-A9는 광학현미경 이미지에서 물체를 찾은 직후 바로 라이팅 작업에 좌표값을 반영할 수 있어 작업 효율이 크게 향상된다.
JBX-A9의 개발과 함께 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템용으로 새로운 패턴 데이터 형식인 JEOL53도 개발되었습니다. 이 형식은 회전된 직사각형과 임의의 각도를 갖는 회전된 사다리꼴 요소를 추가하여 기존 JEOL52(V3.0) 형식을 확장하며, 특히 원과 곡선의 표현에서 LER(line edge roughness) 및 마감 균일성을 향상시킬 것으로 기대됩니다(Fig. 7). 또한, 직사각형과 사다리꼴만을 이용하여 곡선을 표현하는 기존 방식에 비해 도형의 개수를 줄여 데이터량을 줄이고, 도형의 개수에 따라 발생하는 다양한 정착 시간을 줄여 쓰기 처리량을 향상시킵니다. 수치. 이 기능은 JBX-8100FS 및 JBX-9500FS에 선택적으로 적용 가능하지만 JBX-A9에서는 표준입니다.

 

샘플 및 이미지 제공: 싱가포르 국립대학교 그래핀 연구 센터.

그림 6 그래핀의 전극 패턴 제작.

 

패턴 라이팅은 큰 빔 전류와 대략적인 샷 피치로 실행되었으며 이로 인해 라이팅 결과에 큰 차이가 발생했습니다.

그림 7 데이터 형식의 차이에 따른 쓰기 결과 비교.

환경 배려(의식)

최근에는 환경부담에 대한 인식이 높아지고 있으며, 환경에 대한 배려는 장비개발에 있어 필수불가결한 요소가 되었습니다. 전자빔 리소그래피 시스템에서는 냉각수를 순환시켜 발열 부품을 냉각시키고 시스템 온도를 안정화시킵니다. 본 냉각수 순환 시스템에 냉매로 사용되는 HFC(수소불화탄소)는 지구 온난화 지수(GWP)가 매우 높기 때문에 HFC를 줄이고 GWP가 낮은 냉매로 전환할 필요가 있습니다. 이 목표를 달성하기 위해 JBX-A9는 냉매를 사용하지 않는 펠티에 냉각수 순환 시스템을 사용합니다. 이를 통해 일상적인 점검과 폐기 시 법적 규제에 대한 사용자의 부담을 줄일 수 있습니다. JBX-A9가 친환경적이라는 점은 사용자가 장비를 선택할 때 가장 큰 매력 포인트다.

요약

스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템인 JBX-A9를 출시했습니다. 이 새로운 시스템은 JBX-9500FS의 기본 성능을 계승하면서도 전력과 공간을 절약하고, 무냉매 냉각기를 사용해 친환경적이다. JBX-A9는 최첨단 스폿빔 전자빔 리소그래피 시스템으로 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

감사의 글

이 장비를 개발하기 위한 프로젝트는 2019년 XNUMX월에 시작되었지만, 이후 새로운 코로나XNUMX 감염의 전 세계적인 확산으로 인한 작업 스타일의 변화와 그에 따른 타이트한 재료로 인한 제조 어려움으로 인해 원래 계획을 수정해야 했습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 어려움을 극복하고 새로운 제품을 출시할 수 있었던 것은 프로젝트 멤버들과 관계자 여러분의 노력이 있었기에 가능한 일이었습니다. 이 기회를 빌어 깊은 감사의 말씀을 전하고 싶습니다.

참고자료

[ 1 ]일본 반도체 역사박물관. “1970년대 전자빔 리소그래피 시스템 ~ 장비 및 재료 목차 ~”. 2022-05-11.
[ 2 ]S. Miyauchi, et al. “전자빔 리소그래피”, 일본진공학회지. 12(7) 1969.07,p.250~258. (일본어).
[ 3 ]K. 카자토 “전자현미경으로 힘차게 나아가자! (최종권)”, 일본토쇼환공회, 2004.12. 4-8231-0789-6,p.320~327. (일본어).
[ 4 ]Christof Klein, Elmar Platzgummer, “MBMW101: 세계 최초의 고처리량 멀티빔 마스크 노광기”, 진행 스파이 Vol. 9985, 998505-7(2016).

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