Ti DLP - Le cheval de bataille de la lithographie sans masque

Introduction aux générateurs de modèles

Le Ti DLP est en train de devenir une force majeure dans la lithographie sans masque. Bien qu'il s'agisse d'un outil étrange pour cette tâche, il possède des qualités qui compensent largement ses inconvénients. Pour expliquer ce que je veux dire, revenons un peu en arrière.

La lithographie sans masque fait référence à une approche où l'utilisation d'un masque photographique devient économiquement irréalisable. Pourquoi ? Parce que le volume et la valeur des objets que nous produisons ne justifient pas le coût élevé de la création d'un masque. Il s'agit également de produire plus qu'un seul objet. Généralement, les volumes sont supérieurs à un seul et nous attendons des temps d'écriture de quelques minutes, et non de quelques heures. Cela a de nombreuses implications que je n'aborderai pas, comme, par exemple, le temps que nous pouvons consacrer à la préparation des données. Cette présentation technique porte sur l'aspect optique des choses.

Même si nous nous concentrons uniquement sur l'optique, il y aura des différences entre un dispositif de gravure sans masque et un dispositif de gravure avec masque. Les deux font, superficiellement, la même chose : ils écrivent un motif sur une surface recouverte d'un matériau photosensible. La différence réside dans le fait que le dispositif de gravure de masque vise généralement une qualité d'image nettement supérieure et que le volume est d'un motif par objet, ce que nous appelons généralement un photomasque. Nous avons le temps d'adapter les données au système de projection et d'adapter le système de projection aux données, bien que cela soit rarement, voire jamais, utilisé. Le temps disponible est généralement d'une à plusieurs heures, tandis que pour l'application sans masque, il est d'une ou plusieurs minutes. Il n'y a pas de temps pour adapter quoi que ce soit.

Principes de la théorie de l'imagerie

Chaque générateur de motifs nécessite un élément optique actif, et le choix n'est pas seulement une question de technologie et de praticité. Cependant, quel que soit le choix, nous pouvons considérer que l'image projetée à l'aide de cet élément est beaucoup plus petite que la taille de la surface photosensible que nous avons l'intention d'exposer à l'aide d'un motif. C'est pourquoi tous les générateurs de motifs utilisent une forme ou une autre de balayage.

Le choix du générateur de motifs influe également sur la résolution finale. Le balayage de la pièce avec un point lumineux, que nous déplaçons à l'aide d'un déflecteur acousto-optique, entraîne la formation d'une image incohérente, car nous ne pouvons ajouter de l'intensité qu'au fil du temps. Si le modulateur expose un objet bidimensionnel, l'image devient cohérente ou partiellement cohérente. Nous pouvons alors ajouter ou soustraire de l'amplitude, ce qui limite la résolution à un quart de la longueur d'onde. Cependant, même si nous utilisons des modulateurs plus simples qui ne modulent pas la phase, des résolutions inférieures à la moitié de la longueur d'onde sont possibles, même sans illumination avancée. J'ai abordé certains détails à ce sujet dans un précédent discussion technique.

La DLP - Un champion inattendu

Du point de vue de la théorie de l'imagerie pure, le DLP est l'enfant étrange du quartier. Les générateurs de motifs doivent créer des images en niveaux de gris et le TI-DLP est un dispositif binaire. La source lumineuse est d'une importance capitale pour tout système d'imagerie. Ceci est vrai - avec intérêt - pour un générateur de motifs. Texas Instruments a conçu le DLP pour la lampe à arc. Nous ne voyons généralement pas cette source lumineuse avec les SLM à cause des problèmes d'étendue. Pour les SLM, la source lumineuse préférée est le laser excimer.

Origine et limites de la DLP

Pour quelqu'un comme moi, qui a commencé dans le camp KrF - tilt-mirror, le DLP semblait être un mauvais choix. Il n'a pas la même résolution limite puisque la méthode implicite d'échelonnement des gris dégrade quelque peu les effets de la cohérence partielle. Cependant, tout ce qui semblait si important à l'époque où les auteurs de masques optiques faisaient fureur, a disparu deux décennies plus tard.

Le paysage changeant des générateurs de modèles

Aujourd'hui, la course aux générateurs de modèles n'est plus une question de résolution. Les générateurs de motifs optiques ont perdu cette bataille au profit de l'EBeam il y a de nombreuses années. La bataille se situe maintenant dans le domaine de la capacité d'écriture et du prix, où le DLP a pris pied et pourrait être impossible à briser. Dans ce segment, les résolutions sont modérées. En général, elles ne sont même pas inférieures à la longueur d'onde. La valeur des tranches exposées ne couvrira plus le coût d'un laser Excimer. Enfin, à proprement parler, c'est possible, mais la valeur des masques ne couvrira pas le coût de développement d'une telle machine.

Sources lumineuses et générateurs de motifs

On ne saurait trop insister sur l'importance de la source lumineuse pour tout générateur de motifs optiques. Le laser à excimère génère des centaines de milliers de modes indépendants en une seule impulsion de 10 nanosecondes et, ce faisant, il résout pratiquement tous les problèmes que nous rencontrons lors de la conception d'un outil pour une pièce en mouvement continu. Il s'adapte parfaitement à l'application d'écriture de masque haut de gamme avec un modulateur bidimensionnel. C'est un mariage parfait, car au paradis, on ne se préoccupe pas du coût.

Quelles sont alors les alternatives ? Nous avons besoin de photons indépendants pour créer une incohérence spatiale, et ces photons doivent tenir dans une petite étendue. Et pour ajouter l'insulte à l'injure, nous avons besoin d'une source pulsée pour qu'elle puisse geler une image sur une pièce en mouvement. Permettez-moi de résumer. Cette source lumineuse n'existe pas. Si nous excluons l'Excimer, nous devrons faire des compromis. La dose disponible, ou la résolution (mais pas tant que ça), ou la vitesse.

Une inadéquation avec les sources lumineuses traditionnelles

Le projecteur DLP et l'atelier de lithographie traditionnel ont un point commun : la lampe à arc à haute pression. Mais la similitude s'arrête là. La lampe à mercure était parfaite pour un masque de grande taille et à haute résolution. Même après le Mask Maker's Holiday, les ouvertures numériques combinées à la taille du champ éclairé, la "taille" de la source lumineuse était toujours adaptée à un masque, alors qu'elle l'est terriblement pour un SLM. Avec la taille de la lumière, je fais bien sûr référence à l'étendue, mais cela signifie essentiellement la taille ou l'étendue, alors nous nous en tiendrons à cela.

Le laser est roi dans le monde de la lithographie optique SLM, du moins il l'était. Avant d'approfondir la question de la DLP, je dois faire une petite digression. Nous devons parler de l'échelle de gris.

Réexamen de l'échelle des gris et des limites de résolution

Avec les SLM analogiques à miroirs, supposés être 2D, la mise à l'échelle des gris est effectuée dans la pupille, en l'utilisant comme un filtre passe-bas spatial. Le degré de filtrage peut varier en fonction de la manière dont nous voulons que le système d'imagerie se comporte près de la limite de résolution (le plus souvent). Le facteur de filtrage est généralement paramétré comme un ratio de l'ouverture numérique et de la distance angulaire entre les modes de diffraction du réseau de miroirs. Le choix d'un tiers ou d'un quart de l'angle de diffraction fondamental (longueur d'onde divisée par la période du miroir) est généralement un bon choix, bien que des rapports plus petits ou plus grands puissent être motivés. un ne peut jamais être motivée, car cela détruit l'échelle de gris par interférence.

Matrices de miroirs analogiques vs. DLP

Cependant, avec le DLP, l'intrigue se corse. Pour les appareils analogiques, la taille de la source lumineuse acceptée par le système de projection correspond à l'échelle susmentionnée. ratio au carré multiplié par le nombre de pixels. La raison pour laquelle seul le nombre de pixels compte est que l'ouverture numérique est inversement proportionnelle à la taille du pixel, tandis que la taille du champ est proportionnelle à la taille du pixel, de sorte que la taille du pixel n'entre pas en ligne de compte. (Veuillez excuser la simplification qu'implique l'assimilation de l'étendue au nombre de pixels. Il s'agit d'une erreur de dimension puisque l'étendue est une surface multipliée par un angle solide du cône de lumière et que la longueur inverse qui fournit la compensation numérique est cachée à l'intérieur du cône de lumière avec la longueur d'onde. Cependant, nous comparons différentes technologies à une longueur d'onde fixe. D'où le raccourci suivant)

Dans ce cas, le DLP présente une particularité intéressante. Si l'angle d'inclinaison, la taille des pixels et la longueur d'onde correspondent, le DLP peut se comporter comme un réseau blazé avec une bonne efficacité de diffraction. Les zones blanches du motif seront uniformément blanches et les zones noires uniformément noires, même si l'ouverture comprend des ordres de diffraction plus élevés, et la forme des miroirs ne sera révélée que dans les régions de transition. L'ouverture numérique du système peut maintenant être ouverte jusqu'à une valeur de ratio au-dessus d'un et l'appareil révélera maintenant la forme des pixels dans les régions de transition. Il s'agit d'une petite complication qui peut être facilement résolue dans le cadre de la procédure utilisée pour générer l'échelle de gris.

L'avenir de la lithographie sans masque : Une nouvelle ère pour la DLP

Que se passe-t-il donc ici ? Pourquoi est-ce important ? La raison de cette agitation est que le système de projection accepte désormais une source lumineuse de taille beaucoup plus importante (étendue). Pouvons-nous utiliser à nouveau la lampe I ? Sans doute, mais c'est encore mieux. Il devient possible d'abandonner complètement le laser et d'utiliser une LED UV.

DLP - Une capacité d'écriture qui change la donne

Deux facteurs clés rendent ce projet passionnant. Premièrement, nous avons besoin d'une source de lumière partiellement cohérente pour le DLP. Cette source est coûteuse et complexe à créer avec des diodes laser. Elle nécessite de nombreuses diodes laser, des fibres et beaucoup de patience. Les DEL, quant à elles, sont des émetteurs de surface multimodes. Elles présentent un inconvénient majeur : leur étendue est trop grande pour s'adapter aux SLM normales. Cependant, le DLP nous permet de surdimensionner considérablement l'ouverture numérique et de couvrir les inconvénients grâce à sa puissance multi-passages, ce qui permet de faire passer beaucoup plus de lumière. Et si (ou quand) Texas Instruments sort le modulateur UV 4096 x 2160, cela consolidera le DLP en tant que solution ultime pour l'écriture sans masque. Espérons qu'ils ne manqueront pas la condition de l'embrasement pour 365 nm (de beaucoup). L'actuelle technologie DLP9000XUV prépare déjà le terrain en offrant une capacité d'écriture inégalée avec une source lumineuse abordable. Au sens figuré, ce "petit nouveau" laissera toutes les autres solutions sur le carreau.

Dernières paroles

Le DLP associé à une LED UV est sans aucun doute un choix très intéressant pour l'application sans masque, un choix qui deviendra de plus en plus attrayant avec le développement prévu de la technologie DLP. Cela dit, il reste des défis de conception et de production à relever, comme l'adaptation du rapport d'aspect de la LED au modulateur, la préservation de l'étendue, la définition d'objectifs de conception pour l'optique de projection qui correspondent aux exigences du système, et plus encore. Pour tous ces sujets, vous pouvez trouver de l'aide chez Senslogic. Nous vous invitons à prendre rendez-vous pour une première consultation gratuite.