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電子ビーム描画装置（ELS-BODEN）
による高スループット描画

2022/3/11
ナノプロセシング施設オンラインセミナー『マスクレス描画技術』
株式会社エリオニクス
永井佐利

目次• ELS-BODENの紹介• コンセプト• 鏡筒選択• 新ソフトelms• ELS-BODENのスループット• ドーズ時間• スキャンオーバーヘッド時間• データ転送時間• ステージ移動時間• まとめ2

New Electron Beam Lithography system

ELS-BODEN

ELS-BODEN ΣNew Electron Beam Lithography system
新たな特徴:

ELS-BODEN

Module system

New Scan system

New GUI: elms

High-end model:
ELS-BODEN ΣUHSEB

4New Electron Beam Lithography system
新たな特徴:

ELS-BODEN

Module system

New Scan system

New GUI: elms

High-end model:
ELS-BODEN ΣUHSEB

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Module system
用途や環境に応じて仕様をカスタマイズ

鏡筒
チャンバー

ローダー

50 kV (大電流型)

100 kV125 kV150 kV

8 inch12 inch

シングルカセット型

マルチカセット型

12 inch FOUPロボット型

PEB対応ロボット型

各種サイズに対応したロボット型
除振台

アクティブ型
パッシブ型

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Module system - 鏡筒(加速電圧)の選択 低加速電圧

電子散乱

高加速電圧

電子ビーム

後方散乱: 密後方散乱: 疎レジスト

前方散乱: 広前方散乱: 狭侵入深さ: 浅基板

侵入深さ: 深描画形状
分解能: 低スループット

分解能: 高◎△※ ZEP520A @50kV ≒ 100 μC/cm2※ ZEP520A @150 kV ≒ 280 μC/cm2

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Module system - 鏡筒(加速電圧)の選択 ● 150 kV 描画例
40nm 四角形

極細線描画

80nm

50nm

3.5nm

Si50nm 三角形

40nm< Φ 8nm ドット

80nm

50nm

Φ 50nm w9nm リング
50nm

30nm

シングルナノメートルの超微細加工8Module system - 鏡筒(加速電圧)の選択 ● 100 kV 描画例● 50 kV (大電流型) 描画例

50nm Ring Pattern

50nm

hp30nm L&S

hp200nm L&S DFB pattern

p10µm Micro-lens array

30nm

幅広い寸法レンジをカバー

100nm以上のパターンにおいて最速

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New Electron Beam Lithography system
新たな特徴:

ELS-BODEN

Module system

New Scan system

New GUI: elms

High-end model:
ELS-BODEN ΣUHSEB

10New GUI: elms
■ 従来のソフトウェア:
2つのソフトウェアに機能が分散■ elms1つのソフトウェアに集約，機能ごとに整理して分割

SEM GUIWecaS

VAC: 真空度表示と装置状態の診断

METR: SEM像の測長・解析CALB: ビーム調整とSEM観察

BSCO: ビーム径測定

EXP: 描画条件とスケジュールの設定

ACCO: アカウント管理

CONV: 描画用データへの変換必要な機能を見つけやすくなり，作業効率が格段にUP
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New Electron Beam Lithography system
新たな特徴:

ELS-BODEN

Module system

New Scan system

New GUI: elms

High-end model:
ELS-BODEN ΣUHSEB

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描画時間スループット要素• ドーズ時間
ビーム照射時間。大電流化により短縮。
高加速より低加速の方がレジスト感度が良い• スキャンオーバーヘッド時間
ライン1本ごとのwait時間。応答性の良い偏向システムにより短縮。

• データ転送時間
加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間• ステージ移動時間
フィールド間のステージ移動時間。
ステージ速度、フィールドサイズ拡大により短縮
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描画時間スループット要素• ドーズ時間
ビーム照射時間。大電流化により短縮。
高加速より低加速の方がレジスト感度が良い• スキャンオーバーヘッド時間
ライン1本ごとのwait時間。応答性の良い偏向システムにより短縮。

• データ転送時間
加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間•

ステージ移動時間
フィールド間のステージ移動時間。
ステージ速度、フィールドサイズ拡大により短縮
14ドーズ時間● Exposure result

スループットSubstrate: Si

Resist: ZEP520A, 200 nm
layout: 4inch (coverage≒100%)
Beam Current: 200 nA (@ 50 kV),
20 nA (@ 150 kV)
Field size: 1000 μm (@ 50 kV)
500 μm (@ 150 kV)

時間[h]Pattern: p1000 nm L&S

140.0

全体

120.0

ドーズ時間

100.0

スキャンオーバーヘッド時間
データ転送時間

80.0

ステージ移動時間

60.0
40.0
20.0
0.0
BODEN 150kV

1000nmBODEN 50kV

スループットにおいて，レジスト感度、大電流化により50kVが圧倒的に優位

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New Electron Beam Lithography system• ドーズ時間
ビーム照射時間。大電流化により短縮。
高加速より低加速の方がレジスト感度が良い• スキャンオーバーヘッド時間
ライン1本ごとのwait時間。応答性の良い偏向システムにより短縮。

• データ転送時間
加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間• ステージ移動時間
フィールド間のステージ移動時間。
ステージ速度、フィールドサイズ拡大により短縮
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スループット
スキャンオーバーヘッド時間
スキャンの応答性に対応した待ち時間• 高速偏向が可能な電子光学系、高速偏向アンプ回路を導入• 各種電気補正回路の最適化による高速化

17New Electron Beam Lithography system• ドーズ時間
ビーム照射時間。大電流化により短縮。
高加速より低加速の方がレジスト感度が良い• スキャンオーバーヘッド時間
ライン1本ごとのwait時間。応答性の良い偏向システムにより短縮。

• データ転送時間
加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間• ステージ移動時間
フィールド間のステージ移動時間。
ステージ速度、フィールドサイズ拡大により短縮
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データ転送データ転送時間とは、加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間である。
転送効率の良いデータフォーマットの開発と、それを処理するためのソフトウェアの開発を行った。
また、レジスタアクセス時間の無駄時間を削除した。

例：ある図形を描画したときのデータ転送時間
T：転送時間

E：露光時間

１万図形
３０ｍｓ

旧システム
T無駄時間
３９０ｍｓ
TE
T

E
４２０ｍｓ

３０ｍｓ

BODEN
システム

TE

T

２１ｍｓ

T

E

E

T

E

新ソフト、圧縮フォーマット
レジスタアクセス時間短縮
19スキャンオーバーヘッド時間、データ転送時間● Exposure result

スループットSubstrate: Si

25.0

全体
ドーズ時間
スキャンオーバーヘッド時間
データ転送時間
ステージ移動時間

Resist: ZEP520A, 200 nm
20.0

layout: 4inch (coverage≒100%)
Beam Current: 200 nA (@ 50 kV)
Field size: 1000 μm (@ 50 kV)

時間[h]Pattern: p1000 nm L&S

15.0
10.0
5.00.0ELS-HS50

1000nmBODEN 50kV

スキャンオーバーヘッド時間が1/3～1/30に減少
データ転送時間が1/50～1/100オーダーで減少（描画パターンに依存する）

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描画時間スループット要素• ドーズ時間
ビーム照射時間。大電流化により短縮。
高加速より低加速の方がレジスト感度が良い• スキャンオーバーヘッド時間
ライン1本ごとのwait時間。応答性の良い偏向システムにより短縮。

• データ転送時間
加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間。新ソフト、圧縮フォーマット
レジスタアクセス時間短縮•

ステージ移動時間

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ステージ移動時間
ステージ時間の短縮のためには、ステージの高速化、フィールドサイズ拡大によるステージ移動回数の削減が必要

ELS-BODEN Σ

ステージの高速化

ELS-BODENUHSEB

ステーフィールドサイズ拡大によるステージ移動回数の削減

ステージ移動時間
スループット● Exposure result

Substrate: Si30.0

Resist: ZEP520A, 100 nm全体
ドーズ時間
スキャンオーバーヘッド時間
データ転送時間
ステージ移動時間

Pattern: p100 nm L&S(30um□)
Beam Current: 1nA (@ 50 kV)
Field size: 100 μm (@ 50 kV)

時間[min]layout: 8inch, 5mm pitch

20.0

10.0

0.0
BODEN 50kV

BODENΣ 50kV

BODENΣによってステージ時間が4割減

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ステージ移動時間
スループット● Exposure result
1000.0Substrate: Si

全体

Resist: ZEP520A, 200 nm

800.0

Pattern : Micro and Nano pattern
Beam Current: 1000nA for Micro pattern (@ 50 kV)
10nA for nano pattern
Field size: 10000 μm

スキャンオーバーヘッド時間
時間[min]layout: 8inch, 10mm pitch

ドーズ時間

600.0

データ転送時間
ステージ移動時間400.0

200.00.0
BODEN 50kVUHSEBUHSEBによってステージ移動回数が1/100

24描画時間スループット要素• ドーズ時間
ビーム照射時間。大電流化により短縮。
高加速より低加速の方がレジスト感度が良い• スキャンオーバーヘッド時間
ライン1本ごとのwait時間。応答性の良い偏向システムにより短縮。

• データ転送時間
加工するためのデータを処理するホストPCから、ビーム偏向システムに対して転送するための時間。新ソフト、圧縮フォーマット
レジスタアクセス時間短縮•ステージ移動時間
フィールド間のステージ移動時間。
ステージ速度、フィールドサイズ拡大により短縮
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まとめ• ELS-BODENシリーズを紹介• 鏡筒やローダーについて、用途や環境に応じて仕様をカスタマイズが可能• GUIを一新し、作業性、機能性が向上• 露光時間、スキャンオーバーヘッド時間、データ転送時間、ステージ移動時間を短縮し、描画のスループットが向上縮26