Ti DLP – Il cavallo di battaglia della litografia senza maschera

Introduzione ai generatori di pattern

The Ti DLP is becoming a major force in maskless lithography. Even though it is an odd tool for this task, it has qualities that more than enough compensate for its drawbacks. To explain what I mean, let’s go back a little.

Maskless lithography refers to an approach where using a photomask becomes economically impractical. Why? Because the volume and value of the objects we produce don’t justify the high cost of creating a mask. It is also about making more than just one object. Typically, the volumes are more than just one and we expect minute write times, not hours. This has many implications that I will not cover such as, for example, how much time we can spend on the data preparation. This tech talk is about the optical side of things.

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.

The choice of pattern generator also affects ultimate resolution. Scanning the workpiece with a spot of light, which we move with an acousto-optical deflector, results in incoherent image formation because we can only add intensity over time. If the modulator exposes a two-dimensional object, the imaging becomes coherent or partially coherent. We can now add or subtract amplitude, which limits resolution to a quarter of the wavelength. However, even if we use simpler modulators that don’t modulate the phase, resolutions below half of the wavelength are possible even without advanced illumination. I covered some details of this in an earlier tech-talk.

The DLP – An Unexpected Champion

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

For someone like myself, who started out in the KrF – tilt-mirror camp, the DLP appeared to be a poor choice. It doesn’t have the same limit resolution since the implied gray-scaling method somewhat degrades the effects of partial coherence. However, all of that which seemed so important when optical mask writers were the rage, has gone by the way of the dodo bird two decades later.

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

We cannot overstate the importance of the light source for any optical pattern generator. The excimer laser generates hundreds of thousands of independent modes in a single 10 nanosecond pulse, and in doing so, it solves pretty much all the problems we encounter when designing a tool for a continuously moving workpiece. It fits perfectly the high-end mask-writer application with a two-dimensional modulator. It’s a match made in heaven because in heaven we don’t care about cost.

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

The DLP projector and the traditional lithography shop had one thing in common, the high-pressure arc lamp. But the similarity ends right here. The Mercury lamp was perfect for a large, high-resolution mask. Even after the Mask Maker’s Holiday, the numerical apertures combined with the size of the illuminated field, the “size” of the light source was still a good fit for a mask while it is a terrible fit for a SLM. With size of the light, I am of course referring to étendue, but that essentially means size or extent so we’ll go with it.

The laser is king in the SLM – Optical Lithography world, at least it used to be. Before we can dive deeper with DLP, I must digress a little. We need to talk about gray scaling.

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

So what’s going on here? Why is this relevant? The reason this the excitement is because the projection system now accepts a light source with a much larger size (étendue). Can we use the I-lamp again? I guess, but it’s even better. it becomes viable to drop the laser altogether and use a UV-LED.

DLP – A Write Capacity Game Changer

Two key factors make this exciting. First, we need a partially coherent light source for the DLP. This is costly and complex to create with laser diodes. It requires numerous LDs, fibers, and a lot of patience. LEDs, on the other hand, are multi-mode surface emitters. They’ve had one major drawback, their etendue is too large to fit normal SLMs. However, the DLP allows us to drastically over-size the numerical aperture and cover up the drawbacks with its multi-pass power, allowing much more light through. And if (or when) Texas Instruments releases the 4096 x 2160 UV modulator, it’ll solidify DLP as the ultimate solution for maskless writing. Let’s hope they don’t miss the blaze condition for 365 nm (by much). The current DLP9000XUV is already setting the stage, offering unmatched write capacity with an affordable light source. Figuratively speaking, this “strange kid on the block” will leave all other solutions in the dust.

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.