Der Ti DLP entwickelt sich zu einer wichtigen Kraft in der maskenlosen Lithografie. Auch wenn er ein seltsames Werkzeug für diese Aufgabe ist, hat er Qualitäten, die seine Nachteile mehr als ausgleichen. Um zu erklären, was ich meine, sollten wir ein wenig zurückgehen.
Die maskenlose Lithografie bezieht sich auf einen Ansatz, bei dem die Verwendung einer Fotomaske wirtschaftlich unpraktisch wird. Warum ist das so? Weil die Menge und der Wert der von uns hergestellten Objekte die hohen Kosten für die Erstellung einer Maske nicht rechtfertigen. Es geht auch darum, mehr als nur ein Objekt herzustellen. In der Regel handelt es sich um mehr als nur ein Objekt, und wir erwarten Schreibzeiten von Minuten, nicht von Stunden. Dies hat viele Auswirkungen, auf die ich hier nicht eingehen werde, wie zum Beispiel die Frage, wie viel Zeit wir für die Datenaufbereitung aufwenden können. In diesem technischen Vortrag geht es um die optische Seite der Dinge.
Selbst wenn wir uns nur auf die Optik konzentrieren, gibt es Unterschiede zwischen einem maskenlosen und einem maskenbasierten Schreibgerät. Oberflächlich betrachtet tun beide dasselbe, sie schreiben ein Muster auf eine mit einem lichtempfindlichen Material bedeckte Oberfläche. Der Unterschied besteht darin, dass der Maskenschreiber in der Regel eine wesentlich höhere Bildqualität anstrebt und das Volumen ein Muster pro Objekt ist, was wir üblicherweise als Fotomaske bezeichnen. Wir haben Zeit, um die Daten an das Projektionssystem anzupassen und das Projektionssystem an die Daten anzupassen, obwohl dies selten, wenn überhaupt, genutzt wird. Die verfügbare Zeit beträgt in der Regel eine bis mehrere Stunden, während sie bei der maskenlosen Anwendung eine oder mehrere Minuten beträgt. Es bleibt keine Zeit, um irgendetwas anzupassen.
Jeder Mustergenerator benötigt ein aktives optisches Element, und die Wahl ist nicht nur eine Frage der Technologie und der Praktikabilität. Unabhängig von der Wahl können wir jedoch davon ausgehen, dass das mit diesem Element projizierte Bild viel kleiner ist als die lichtempfindliche Fläche, die wir mit einem Muster belichten wollen. Daher verwendet jeder Mustergenerator eine Art von Abtastung.
Die Wahl des Mustergenerators beeinflusst auch die endgültige Auflösung. Die Abtastung des Werkstücks mit einem Lichtpunkt, den wir mit einem akusto-optischen Deflektor bewegen, führt zu einer inkohärenten Bildbildung, da wir die Intensität nur über die Zeit addieren können. Wenn der Modulator ein zweidimensionales Objekt belichtet, wird die Abbildung kohärent oder teilkohärent. Wir können nun Amplitude addieren oder subtrahieren, was die Auflösung auf ein Viertel der Wellenlänge begrenzt. Aber selbst wenn wir einfachere Modulatoren verwenden, die die Phase nicht modulieren, sind Auflösungen unter der Hälfte der Wellenlänge auch ohne fortschrittliche Beleuchtung möglich. Einige Details dazu habe ich in einem früheren Artikel behandelt Tech-Talk.
Vom Standpunkt der reinen Bildtheorie aus betrachtet, ist der DLP das seltsame Kind im Block. Mustergeneratoren müssen Graustufenbilder erzeugen, und der TI-DLP ist ein binäres Gerät. Die Lichtquelle ist für jedes Bildgebungssystem von größter Bedeutung. Dies gilt mit Sicherheit auch für einen Mustergenerator. Texas Instruments hat den DLP für die Bogenlampe entwickelt. Bei SLMs wird diese Lichtquelle aufgrund von Etendue-Problemen normalerweise nicht verwendet. Für SLMs ist die bevorzugte Lichtquelle der Excimer-Laser.
Für jemanden wie mich, der sich zunächst für KrF-Kippspiegel entschied, schien der DLP eine schlechte Wahl zu sein. Er hat nicht die gleiche Grenzauflösung, da die implizite Grauskalierungsmethode die Auswirkungen der partiellen Kohärenz etwas verschlechtert. Doch all das, was so wichtig schien, als optische Maskenschreiber der letzte Schrei waren, ist zwei Jahrzehnte später nicht mehr aktuell.
Das Rennen für Mustergeneratoren ist heute nicht mehr Auflösung. Optische Mustergeneratoren haben diesen Kampf schon vor vielen Jahren gegen EBeam verloren. Der Kampf findet jetzt auf dem Gebiet der Schreibkapazität und des Preises statt, wo DLP einen Fuß in der Tür hat, der möglicherweise nicht mehr zu brechen ist. In diesem Segment sind die Auflösungen moderat. In der Regel sind sie nicht einmal kleiner als die Wellenlänge. Der Wert der belichteten Wafer wird die Kosten für einen Excimer-Laser nicht mehr decken. Nun, streng genommen schon, aber der Wert der Masken deckt nicht die Kosten für die Entwicklung einer solchen Maschine.
Die Bedeutung der Lichtquelle für jeden optischen Mustergenerator kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Der Excimer-Laser erzeugt Hunderttausende von unabhängigen Moden in einem einzigen 10-Nanosekunden-Puls und löst damit so ziemlich alle Probleme, auf die wir bei der Entwicklung eines Werkzeugs für ein sich kontinuierlich bewegendes Werkstück stoßen. Er passt perfekt zu der High-End-Maskenschreibanwendung mit einem zweidimensionalen Modulator. Es ist eine himmlische Kombination, denn im Himmel sind uns die Kosten egal.
Was sind dann die Alternativen? Wir brauchen unabhängige Photonen, um räumliche In-Kohärenz zu erzeugen, und diese Photonen müssen in ein kleines Etendue passen. Und zu allem Überfluss brauchen wir auch noch eine gepulste Quelle, die ein Bild auf einem sich bewegenden Werkstück einfrieren kann. Lassen Sie mich das zusammenfassen. Diese Lichtquelle gibt es nicht. Wenn wir den Excimer ausschließen, müssen wir einen Kompromiss eingehen. Die verfügbare Dosis, die Auflösung (wenn auch nicht so viel) oder die Geschwindigkeit.
Der DLP-Projektor und die traditionelle Lithografie-Werkstatt haben eines gemeinsam: die Hochdruckbogenlampe. Aber die Ähnlichkeit endet genau hier. Die Quecksilberlampe war perfekt für eine große, hochauflösende Maske. Selbst nach dem Mask Maker's Holiday, den numerischen Aperturen in Kombination mit der Größe des beleuchteten Feldes, war die "Größe" der Lichtquelle immer noch gut für eine Maske geeignet, während sie für einen SLM schrecklich ist. Mit der Größe des Lichts meine ich natürlich die étendue, aber das bedeutet im Wesentlichen Größe oder Ausmaß, also bleiben wir dabei.
Der Laser ist der König in der Welt der SLM - Optischen Lithographie, zumindest war er das früher. Bevor wir tiefer in die DLP-Welt eintauchen können, muss ich ein wenig abschweifen. Wir müssen über Grauskalierung sprechen.
Bei analogen Spiegelarray-SLMs, bei denen man davon ausgeht, dass sie 2D sind, erfolgt die Grauskalierung in der Pupille, die als räumlicher Tiefpassfilter verwendet wird. Der Grad der Filterung kann variieren, je nachdem, wie sich das Abbildungssystem in der Nähe der Auflösungsgrenze verhalten soll (meistens). Der Filterungsfaktor wird in der Regel parametrisiert als Verhältnis der numerischen Apertur und dem Winkelabstand zwischen den Beugungsmoden der Spiegelanordnung. Die Wahl dieses Faktors als ein Drittel oder ein Viertel des fundamentalen Beugungswinkels (Wellenlänge geteilt durch Spiegelperiode) ist in der Regel eine gute Wahl, obwohl sowohl kleinere als auch große Verhältnisse motiviert sein können, aber Werte größer als eine kann niemals motiviert sein, da dies die Grauskala durch Interferenzen zerstört.
Bei der DLP-Technologie wird die Sache jedoch komplizierter. Bei analogen Geräten skaliert die Größe der Lichtquelle, die vom Projektionssystem akzeptiert werden kann, die oben erwähnte Verhältnis zum Quadrat mal Anzahl der Pixel. Der Grund, warum nur die Anzahl der Pixel eine Rolle spielt, liegt darin, dass die numerische Apertur umgekehrt zur Pixelgröße skaliert, während die Größe des Bildfelds proportional zur Pixelgröße ist, so dass die Pixelgröße herausgerechnet wird. (Bitte entschuldigen Sie die Vereinfachung, die sich aus der Gleichsetzung von étendue und Pixelzahl ergibt. Hier liegt ein Dimensionsfehler vor, da étendue eine Fläche mal Raumwinkel des Lichtkegels ist und die inverse Länge, die den numerischen Ausgleich liefert, zusammen mit der Wellenlänge im Lichtkegel verborgen ist. Wir vergleichen jedoch verschiedene Technologien bei einer festen Wellenlänge. Daher die Abkürzung)
Hier bietet das DLP eine interessante Wendung. Wenn der Neigungswinkel, die Pixelgröße und die Wellenlänge übereinstimmen, kann sich das DLP wie ein Blaze-Gitter mit guter Beugungseffizienz verhalten. Weiße Bereiche im Muster sehen einheitlich weiß aus, und Schwarz ist einheitlich schwarz, selbst wenn die Apertur höhere Beugungsordnungen enthält, und die Form der Spiegel wird nur in den Übergangsbereichen sichtbar. Die numerische Apertur des Systems kann nun bis zu einer Verhältnis und das Gerät wird nun die Form der Pixel in den Übergangsbereichen anzeigen. Dies ist eine kleine Komplikation, die leicht innerhalb des Verfahrens zur Erzeugung von Graustufen gelöst werden kann.
Was ist also hier los? Warum ist das relevant? Der Grund für die Aufregung ist, dass das Projektionssystem jetzt eine Lichtquelle mit einer viel größeren Größe (étendue) akzeptiert. Können wir wieder die I-Lampe verwenden? Ich denke schon, aber es ist sogar noch besser. Es wird machbar, den Laser ganz wegzulassen und eine UV-LED zu verwenden.
Zwei Schlüsselfaktoren machen dies spannend. Erstens brauchen wir eine teilkohärente Lichtquelle für den DLP. Diese ist mit Laserdioden kostspielig und komplex zu erzeugen. Sie erfordert zahlreiche LDs, Fasern und viel Geduld. LEDs hingegen sind Multimode-Flächenstrahler. Sie haben einen großen Nachteil: Ihr Etendue ist zu groß, um in normale SLMs zu passen. Die DLP-Technologie ermöglicht es uns jedoch, die numerische Apertur drastisch zu vergrößern und die Nachteile mit ihrer Multipass-Leistung zu überdecken, wodurch viel mehr Licht durchgelassen wird. Und wenn Texas Instruments den UV-Modulator mit 4096 x 2160 Pixeln auf den Markt bringt, wird dies DLP als die ultimative Lösung für maskenloses Schreiben festigen. Hoffen wir, dass sie die Blaze-Bedingung für 365 nm nicht (zu sehr) verfehlen. Die aktuelle DLP9000XUV bietet eine unübertroffene Schreibkapazität mit einer erschwinglichen Lichtquelle. Bildlich gesprochen, wird dieses "seltsame Kind im Block" alle anderen Lösungen in den Schatten stellen.
Der DLP in Verbindung mit einer UV-LED ist zweifellos eine sehr interessante Wahl für die maskenlose Anwendung, die mit der voraussichtlichen Entwicklung der DLP-Technologie immer attraktiver wird. Dennoch gibt es sowohl beim Design als auch bei der Produktion Herausforderungen, wie z. B. die Anpassung des Seitenverhältnisses der LED an den Modulator, die Erhaltung der Etendue, die Festlegung von Designzielen für die Projektionsoptik, die den Systemanforderungen entsprechen, und vieles mehr. Für all diese Themen finden Sie hier bei Senslogic Unterstützung. Gerne können Sie ein kostenloses Erstgespräch vereinbaren.
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