Introduzione ai generatori di pattern

Il Ti DLP sta diventando una forza importante nella litografia senza maschera. Anche se è uno strumento insolito per questo compito, ha qualità che più che compensare i suoi difetti. Per spiegare cosa intendo, torniamo un po’ indietro nel tempo.

La litografia senza maschera si riferisce a un approccio in cui l’utilizzo di una fotomask diventa economicamente poco pratico. Perché? Perché il volume e il valore degli oggetti che produciamo non giustificano il costo elevato della creazione della maschera. È anche una questione di realizzare più di un solo oggetto. In genere, i volumi sono più di uno e ci aspettiamo tempi di scrittura brevi, non ore. Ciò ha molte implicazioni che non tratterò, come ad esempio quanto tempo possiamo dedicare alla preparazione dei dati. Questo discorso tecnico riguarda il lato ottico delle cose.

Anche quando ci concentriamo solo sull’ottica, ci saranno differenze tra la maschera senza e quella con il sistema di scrittura. Entrambi, in superficie, fanno la stessa cosa: scrivono un disegno su una superficie ricoperta da un materiale fotosensibile. La differenza è che il sistema di scrittura maschera solitamente punta a una qualità dell’immagine significativamente superiore e il volume è uno schema per oggetto, che solitamente chiamiamo fotomask. Abbiamo tempo per adattare i dati al sistema di proiezione e adattare il sistema di proiezione ai dati, anche se questo è raramente, se mai, utilizzato. Il tempo disponibile è solitamente da uno a diverse ore, mentre per l’applicazione senza maschera è di un minuto o di pochi minuti. Non c’è tempo per adattare nulla.

Principi della teoria dell'imaging

Ogni generatore di pattern richiede un elemento ottico attivo e la scelta non è solo una questione di tecnologia e praticità. Tuttavia, indipendentemente dalla scelta, possiamo dare per scontato che l’immagine proiettata con questo elemento sia molto più piccola della dimensione della superficie fotosensibile che intendiamo esporre con il pattern. Pertanto, ogni generatore di pattern utilizza una forma di scansione.

La scelta del generatore di pattern influenza anche la risoluzione finale. La scansione del pezzo di lavorazione con una puntata di luce, che viene spostata tramite un deflettore acustico-ottico, produce una formazione dell’immagine incoerente perché possiamo solo aggiungere intensità nel tempo. Se il modulatore esporrà un oggetto bidimensionale, l’immagine si renderà incoerente o parzialmente incoerente. Ora possiamo aggiungere o sottrarre l’ampiezza, il che limita la risoluzione a un quarto della lunghezza d’onda. Tuttavia, anche se utilizziamo modulatori più semplici che non modulano la fase, risoluzioni inferiori alla metà della lunghezza d’onda sono possibili anche senza illuminazione avanzata. Ho trattato alcuni dettagli di questo aspetto in un precedente articolo. tech-talk.

Il DLP – Un campione inaspettato

Dal punto di vista della pura teoria dell’imaging, il DLP è il ragazzo insolito del gruppo. I generatori di pattern devono creare immagini a scala grigia, e il TI-DLP è un dispositivo binario. La sorgente luminosa è di fondamentale importanza per qualsiasi sistema di imaging. Questo è vero – e questo è interessante – per un generatore di pattern. Texas Instruments ha progettato il DLP per l’arco lampa. Di solito non vediamo questa sorgente luminosa con gli SLM a causa dei problemi di diffusione della luce. Per gli SLM, la sorgente luminosa preferita è il laser excimer.

Origini e limitazioni del DLP

Per una persona come me, che è partita dal campo del KrF – tilt-mirror, il DLP sembrava una scelta scadente. Non ha la stessa risoluzione limite poiché il metodo di gradazione grigia implicito degrada in qualche modo gli effetti della coerenza parziale. Tuttavia, tutto ciò che sembrava così importante quando gli autori di maschere ottiche erano di moda è passato alla storia come un ricordo del passato, due decenni dopo.

Il cambiamento del panorama dei generatori di pattern

La corsa ai generatori di pattern di oggi non è più una questione di risoluzione. I generatori ottici di pattern hanno già vinto questa battaglia contro l'Ebeam molti anni fa. La battaglia si svolge ora nel campo della capacità di scrittura e del prezzo, dove il DLP ha stabilito una posizione che potrebbe essere impossibile da conquistare. In questo segmento, le risoluzioni sono moderate. Di solito, non sono nemmeno inferiori alla lunghezza d'onda. Il costo delle wafer esposte non potrà più coprire il costo di un laser Excimer. Beh, in senso stretto potrebbero, ma il costo delle maschere non potrà coprire il costo dello sviluppo di una tale macchina.

Fonti di luce e generatori di pattern

Non possiamo sottovalutare l’importanza della sorgente luminosa per qualsiasi generatore di pattern ottico. Il laser excimer genera centinaia di migliaia di modalità indipendenti in un singolo impulso di 10 nanosecondi e, in questo modo, risolve praticamente tutti i problemi che si incontrano durante la progettazione di un utensile per un pezzo di lavorazione in movimento continuo. Si integra perfettamente con l’applicazione di alto livello per la scrittura di maschere con un modulatore bidimensionale. È una soluzione perfetta perché in cielo non si preoccupa del costo.

Quali sono allora le alternative? Abbiamo bisogno di fotoni indipendenti per creare incoerenza spaziale e di questi fotoni per inserirli in un piccolo intervallo di lunghezza d’onda. Per aggiungere ulteriore insulto, abbiamo bisogno di una sorgente pulsata in modo che possa congelare un’immagine su un pezzo in movimento. Lascio qui il mio riassunto. Questa sorgente luminosa non esiste. Se escludiamo l’Excimer, dovremo fare dei compromessi. Dose disponibile, risoluzione (anche se non molto) o velocità.

Un Misfit con sorgenti luminose tradizionali

Il proiettore DLP e il tradizionale laboratorio di litografia avevano una cosa in comune: la lampada ad arco ad alta pressione. Ma la somiglianza finisce proprio qui. La lampada a mercurio era perfetta per una maschera di grandi dimensioni e ad alta risoluzione. Anche dopo il periodo natalizio dei Mask Maker, le aperture numeriche, unite alle dimensioni del campo illuminato, “dimostravano” ancora una buona compatibilità con la maschera, mentre per un SLM la compatibilità era terribile. Per dimensioni di luce, mi riferisco ovviamente all’estensità, ma ciò significa essenzialmente dimensioni o ampiezza, quindi usiamo questo termine.

Il laser è il re nel mondo della SLM – Optical Lithography, almeno fino a qualche tempo fa. Prima di approfondire il tema della DLP, è necessario fare un piccolo passo indietro. Dobbiamo parlare di grayscale.

Rivedendo i limiti di scala e risoluzione della griglia

Con gli SLM analogici a specchio, presumibilmente a 2D, la scalatura grigia avviene nella pupilla, utilizzandola come filtro passante spaziale. Il grado di filtraggio può variare in base a come vogliamo che il sistema di imaging si comporti vicino al limite di risoluzione (in gran parte). Il fattore di filtraggio è solitamente parametrizzato come rapporto del coefficiente di apertura numerica e della distanza angolare tra i modi di diffrazione dell'array di specchi. Scegliere questo fattore come un terzo o un quarto dell'angolo fondamentale di diffrazione (lunghezza d'onda diviso per il periodo dello specchio) è solitamente una buona scelta, anche se sono possibili entrambi i rapporti più piccoli e più grandi; tuttavia valori più grandi di uno Non può mai essere motivato perché ciò distrugge la scalatura grigia a causa dell'interferenza.

Array di specchi analogici vs. DLP

Tuttavia, con il DLP la situazione si complica. Per i dispositivi analogici, le dimensioni della sorgente luminosa che il sistema di proiezione può accettare si riducono di conseguenza. rapporto il quadrato moltiplicato per il numero di pixel. Il motivo per cui solo il numero di pixel conta è perché l’apertura numerica varia inversamente con la dimensione del pixel, mentre la dimensione del campo è proporzionale alla dimensione del pixel e quindi la dimensione del pixel si calcola in base a questa differenza.Perdonate la semplificazione implicita nell’equivalenza tra étendue e numero di pixel. C’è un errore dimensionale qui poiché étendue è una superficie moltiplicata per un angolo solido del cono di luce e la lunghezza inversa che fornisce la compensazione numerica è nascosta all’interno del cono di luce insieme alla lunghezza d’onda. Tuttavia, stiamo confrontando diverse tecnologie con una lunghezza d’onda fissa. Pertanto, la scorciatoia)

Qui il DLP offre una soluzione interessante. Se l’angolo di inclinazione, la dimensione dei pixel e la lunghezza d’onda sono coerenti, il DLP può comportarsi come una griglia sfocata con una buona efficienza di diffrazione. Le aree bianche nel pattern appariranno bianche uniformemente, e il nero sarà uniforme anche quando l’apertura include ordini di diffrazione più elevati nell’array e la forma degli specchi sarà evidente solo nelle regioni di transizione. L’apertura numerica del sistema può ora essere aumentata fino a rapporto Sulla stessa immagine, il dispositivo rivelerà ora la forma dei pixel nelle regioni di transizione. Questa piccola complicazione può essere facilmente risolta all'interno della procedura utilizzata per generare la scala di grigiature.

Il futuro della litografia senza maschera: un'era nuova per il DLP

Cos’è che sta succedendo qui? Perché questo è rilevante? La ragione per cui questa emozione si sta diffondendo è perché il sistema di proiezione ora accetta una sorgente luminosa di dimensioni molto più grandi (étendue). Possiamo usare di nuovo l’I-lamp? Credo di sì, ma è ancora meglio. È possibile eliminare completamente il laser e utilizzare un LED UV.

DLP – Un gioco che cambia la capacità di scrittura

Due fattori chiave rendono tutto questo interessante. In primo luogo, abbiamo bisogno di una sorgente luminosa parzialmente coerente per il DLP. Questo è costoso e complesso da realizzare con i diodi laser. Richiede numerose LD, fibre e molta pazienza. I LED invece sono emettitori di luce a multi-modalità. Presentano un importante svantaggio: la loro lunghezza d’onda è troppo grande per adattarsi alle normali SLMs. Tuttavia, il DLP ci permette di aumentare drasticamente l’apertura numerica e di ovviare ai difetti con la sua potenza multistrato, consentendo così l’ingresso di molto più luce. E se (o quando) Texas Instruments rilascia il modulator UV da 4096 x 2160, il DLP si affermerà definitivamente come la soluzione definitiva per la scrittura senza maschera. Speriamo solo che non manchi la condizione di illuminazione per la lunghezza d’onda di 365 nm (di molto). DLP9000XUV Prepara già il terreno, offrendo una capacità di scrittura senza pari con una sorgente luminosa accessibile a tutti. In senso figurato, questo “bambino insolito del quartiere” lascerà tutti gli altri sistemi in disparte.

Ultimi commenti

La DLP, insieme a un UV-LED, è senza dubbio una scelta molto interessante per l’applicazione senza maschera, una scelta che sarà sempre più attraente con lo sviluppo previsto della tecnologia DLP. Ciò detto, esistono ancora sia sfide di progettazione che di produzione, come ad esempio come adattare il rapporto d’aspetto del LED al modulator, preservare l’etendue, stabilire obiettivi di design per l’ottica di proiezione in linea con i requisiti del sistema e altro ancora. Per tutti questi argomenti, potete trovare supporto qui su Senslogic. Vi invitiamo a prenotare una consulenza iniziale gratuita.