Maskesiz litografi - Maskless lithography

Maskesiz litografi (MPL), bir olduğu Işık maskesi -daha az fotolitografi kimyasal bir karşı-kaplanmış alt-tabaka (örneğin, üzerine projesi veya odak nokta yazma görüntü deseni kullanılan benzeri teknolojisi gofret , UV radyasyon ya da elektron ışını ile).

Gelen mikrolitografi genellikle UV ışını , bir ışığa duyarlı emülsiyon (veya üzerine bir zaman sabiti Maskenin bir görüntüsünü atan fotorezist ). Geleneksel olarak maske hizalayıcılar, adımlayıcılar, tarayıcılar ve diğer optik olmayan teknikler, mikro yapıların yüksek hızlı mikro imalatı için kullanılır, ancak MPL durumunda bunlardan bazıları gereksiz hale gelir.

Maskesiz litografinin bir deseni yansıtmak için iki yaklaşımı vardır: rasterleştirilmiş ve vektörleştirilmiş . İlkinde, bilinen araçlarla ( Lazer Doğrudan Görüntüleme ve diğer eş anlamlılar olarak da bilinir) yansıtılan elektronik olarak değiştirilebilir (sanal) bir maske üzerinde zamana göre değişen aralıklı bir görüntünün oluşturulmasını kullanır . Vektörlü yaklaşımda doğrudan yazma, direnç boyunca vektör biçiminde taranan dar bir ışına odaklanan radyasyon ile elde edilir. Işın daha sonra görüntüyü bir seferde bir veya daha fazla piksel olmak üzere doğrudan fotodirenç içine yazmak için kullanılır . Ayrıca iki yaklaşımın kombinasyonları da bilinmektedir ve optik radyasyonla sınırlı değildir, aynı zamanda UV'ye de uzanır, elektron ışınlarını ve ayrıca MEMS cihazları yoluyla mekanik veya termal ablasyonu içerir .

Avantajlar

MPL avantajı, büyük ve ucuz bir kullanılabilir bilgi işlem kapasitesi tarafından etkinleştirilen modelin yüksek hızlı paralel manipülasyonudur; bu, hızlı ve yüksek bir maskeden bir maske yazmak için yavaş, ancak kesin bir yapılandırma sürecine ayrılan standart yaklaşımla ilgili bir sorun değildir. endüstri tarafından talep edilen yüksek çoğaltma çıktıları elde etmek için paralel kopyalama süreci.

Maskesiz litografinin önemli bir avantajı, yeni bir fotoğraf maskesi oluşturma maliyetine maruz kalmadan litografi desenlerini bir işlemden diğerine değiştirebilme yeteneğidir. Bu, çift ​​modelleme veya doğrusal olmayan malzeme davranışının telafisi için yararlı olabilir (örneğin daha ucuz, kristal olmayan alt tabaka kullanırken veya önceki yapıların rastgele yerleştirme hatalarını telafi etmek için).

Dezavantajları

Ana dezavantajlar, çoğaltma işleminin karmaşıklığı ve maliyetleridir; aşırı örneklemeyle ilgili olarak rasterleştirmenin sınırlandırılması, özellikle daha küçük yapılarda (verimi etkileyebilecek) örtüşme artefaktına neden olurken, doğrudan vektör yazmanın çıktısı sınırlıdır. Ayrıca, bu tür sistemlerin dijital çıktısı, yüksek çözünürlükler için bir darboğaz oluşturur, yani, 300mm çaplı bir gofreti ~707cm² alanıyla yapılandırmak, aşırı örnekleme olmaksızın rasterleştirilmiş bir formatta yaklaşık 10 Ti B veri gerektirir ve bu nedenle, adım artefaktlarından ( aliasing ) muzdariptir . Bu artefaktları azaltmak için 10 kat fazla örnekleme, yüksek hacimli üretim hızları elde etmek için ~1 dakika içinde alt tabakaya aktarılması gereken tek bir gofret başına 1 PiB büyüklüğünde iki sipariş daha ekler . Bu nedenle, endüstriyel maskesiz litografi şu anda yalnızca ~50µm çözünürlüklerin en yaygın olduğu PCB panel üretiminde olduğu gibi düşük çözünürlüklü alt tabakaları yapılandırmak için yaygın olarak bulunur (bileşenlerde ~2000 kat daha düşük verim talebi).

Formlar

Şu anda, maskesiz litografinin ana biçimleri elektron ışını ve optiktir. Ek olarak, odaklanmış iyon demeti sistemleri, arıza analizi ve kusur onarımında önemli bir niş rol oluşturmuştur. Ayrıca, mekanik ve termal olarak ablatif prob uçlarının dizilerine dayalı sistemler de gösterilmiştir.

Elektron ışını (e-ışın)

Günümüzde maskesiz litografinin en yaygın kullanılan şekli elektron ışınlı litografidir . Yaygın kullanımı, eşit derecede geniş bir elektron ışını enerjisi aralığına (~10 eV ila ~100 keV) erişen çok çeşitli elektron ışını sistemlerinden kaynaklanmaktadır. Bu, ASIC'lerin düşük maliyetli üretimi için tek bir geçiş katmanını özelleştirmek için geleneksel doğrudan yazma elektron ışını litografisini kullanan eASIC'te gofret düzeyinde üretimde zaten kullanılıyor .

Şu anda geliştirilmekte olan maskesiz litografi sistemlerinin çoğu, çoklu elektron ışınlarının kullanımına dayanmaktadır. Amaç, geniş alanların modellenmesini hızlandırmak için kirişlerin paralel taranmasını kullanmaktır. Bununla birlikte, burada temel bir husus, komşu ışınlardan gelen elektronların birbirini ne dereceye kadar bozabileceğidir ( Coulomb itmesinden ). Paralel ışınlardaki elektronlar eşit hızda hareket ettiğinden, elektron mercekleri elektronların yörüngelerinin sadece bir kısmı üzerinde hareket ederken, birbirlerini sürekli olarak iteceklerdir.

Optik

Doğrudan lazerle yazma , Ar-Ge işlemlerinde esneklik, kullanım kolaylığı ve maliyet etkinliği sunan çok popüler bir optik maskesiz litografi biçimidir. Bu ekipman, mikrometre altı çözünürlüklerde hızlı modelleme sunar ve yaklaşık 200 nm veya daha büyük özellik boyutlarıyla çalışırken performans ve maliyet arasında bir uzlaşma sunar. Mikroelektronik paketleme, 3D elektronik ve heterojen entegrasyon için doğrudan lazerle yazma, 1995 yılında Austin, Teksas'taki Microelectronics and Computer Technology Corporation'da (veya MCC) geliştirildi. MCC sistemi, 3D yüzeyler için hassas kontrol ve gerçek zamanlı makine öğrenimi ile yapay zeka yazılımı ile tamamen entegre edildi ve standart i-hat direnci ve DUV 248nm için lazer dalga boylarını içeriyordu. MCC sistemi ayrıca programlanabilir bir gofret tasarımı üzerinde devreleri izole etmek için devre düzenleme yetenekleri içeriyordu. 1999 yılında, MCC sistemi MEMS imalatında kullanılmak üzere geliştirildi.

Girişim litografisi veya holografik pozlamalar maskesiz süreçler değildir ve bu nedenle aralarında 1:1 görüntüleme sistemi olmamasına rağmen "maskesiz" sayılmazlar.

Plazmonik doğrudan yazma litografisi , fotorezisti doğrudan ortaya çıkarmak için tarama probları aracılığıyla lokalize yüzey plazmon uyarımlarını kullanır .

Geliştirilmiş görüntü çözünürlüğü için, yaklaşık 100 nm'ye kadar çözünürlük elde etmek için görünür ışıktan daha kısa dalga boyuna sahip olan ultraviyole ışık kullanılır. Günümüzde kullanılan başlıca optik maskesiz litografi sistemleri, yarı iletken ve LCD endüstrileri için fotoğraf maskeleri üretmek için geliştirilmiş olanlardır .

2013 yılında Swinburne Teknoloji Üniversitesi'nden bir grup, farklı dalga boylarında iki optik ışının bir kombinasyonunu kullanarak 9 nm özellik boyutu ve 52 nm aralık başarılarını yayınladı.

DLP teknolojisi, maskesiz litografi için de kullanılabilir.

Odaklanmış iyon ışını

Odaklanmış iyon ışını sistemleri, günümüzde kusurları püskürtmek veya gömülü özellikleri ortaya çıkarmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. İyon püskürtme kullanımı, püskürtme malzemesinin yeniden birikmesini hesaba katmalıdır.

Prob ucu teması

IBM Research , atomik kuvvet mikroskobuna dayalı alternatif bir maskesiz litografi tekniği geliştirdi . Ek olarak, Dip Pen Nanolitografi , mikrometre altı özelliklerin modellenmesi için umut verici yeni bir yaklaşımdır.

Araştırma

2000'ler

Maskesiz litografiyi mümkün kılan teknolojiler, fotoğraf maskelerinin üretiminde ve sınırlı gofret seviyesinde üretimde zaten kullanılıyor. Yüksek hacimli üretimde kullanımının önünde bazı engeller bulunmaktadır. İlk olarak, çok çeşitli maskesiz teknikler vardır. Elektron ışını kategorisinde bile , tamamen farklı mimarilere ve ışın enerjilerine sahip birkaç satıcı ( Multibeam , Mapper Lithography , Canon , Advantest , Nuflare , JEOL ) vardır. İkincisi, saatte 10 gofreti aşan verim hedeflerinin hala karşılanması gerekiyor. Üçüncüsü, büyük veri hacmini ( Tb- ölçek) işleme kapasitesi ve yeteneğinin geliştirilmesi ve gösterilmesi gerekmektedir.

Son yıllarda DARPA ve NIST , ABD'de maskesiz litografiye verilen desteği azalttı

2009'da 32 nm yarım adımlı düğümde IC üretimi için maskesiz litografinin eklenmesini zorlayacak bir Avrupa programı vardı . Proje adı, EC 7. Çerçeve Programı çerçevesinde MAGIC veya "IC üretimi için Maskesiz litoGrafik" idi ( FP7).

Çoklu desenleme için artan maske maliyetleri nedeniyle , maskesiz litografi bir kez daha bu alanda ilgili araştırmaları teşvik etmektedir .

Darpa

En az 2001'den beri DARPA , paralel e-ışın dizileri, paralel tarama prob dizileri ve düşük hacimli üretim sürecini mümkün kılmak için yenilikçi bir e-ışın litografi aracı dahil olmak üzere çeşitli maskesiz modelleme teknolojilerine yatırım yaptı . Bu teknoloji, Gratings of Regular Arrays and Trim Exposures (GRATE) (önceden Maliyet Etkili Düşük Hacimli Nanofabrikasyon olarak biliniyordu) olarak kodlanmıştır.

ekonomi

dökümhaneler

2018'de Hollanda ve Rusya'nın ortaklaşa finanse ettiği ( Rusnano ) çok e-ışınlı maskesiz litografi MEMS bileşenleri üreten Mapper Lithography şirketi iflas etti ve o sırada büyük bir rakip olan ASML Holding tarafından satın alındı . Dökümhane üreten cihazlar, Moskova, Rusya yakınlarında bulunmaktadır. 2019'un başlarından itibaren Mapper LLC tarafından yönetiliyordu. Eşleştirici Litografi, ilk olarak 2000 yılında Delft Teknoloji Üniversitesi'nde oluşturuldu .

Referanslar

  1. ^ "Maskesiz fotolitografi" . Nanolitografi : 179–193. 2014-01-01. doi : 10.1533/9780857098757.179 .
  2. ^ R. Menon ve ark. , Materials Today, Şubat 2005, s. 26-33 (2005).
  3. ^ THP Chang et al. , Mikroelektronik Mühendisliği 57-58, s. 117-135 (2001).
  4. ^ Evet , Ian; Mucize, Robert; Reed, Jason; Lunceford, Brent; Wang, Min; Cobb, Deborah; Caldwell, dostum. https://www.semanticscholar.org/paper/Flexible-manufacturing-of-multichip-modules-for-ICs-Yee-Miracy/855c33ea9216f556b2aea33dca30f38a6add2bec . Cite dergisinin ihtiyacı |journal=( yardım );Eksik veya boş |title=( yardım )
  5. ^ https://ieeexplore.ieee.org/document/843347 . Cite dergisinin ihtiyacı |journal=( yardım );Eksik veya boş |title=( yardım )
  6. ^ Xie, Zhihua; Yu, Weixing; Wang, Taisheng; et al. (31 Mayıs 2011). "Plazmonik nanolitografi: bir inceleme". Plazmonikler . 6 (3): 565–580. doi : 10.1007/s11468-011-9237-0 .
  7. ^ Gan, Zongsong; Cao, Yaoyu; Evans, Richard A.; Gu, Min (19 Haziran 2013). "9 nm özellik boyutuna sahip üç boyutlu derin alt kırınım optik ışın litografisi" . Doğa İletişimi . 4 (1): 2061. doi : 10.1038/ncomms3061 . PMID  23784312 – www.nature.com aracılığıyla.
  8. ^ "Maskesiz Litografi aracı" . NanoSystem Solutions, Inc. . 17 Ekim 2017.
  9. ^ P. Vettiger ve ark. , IBM J. Res. geliştirici 44, sayfa 323-340 (2000).
  10. ^ "Darpa, NIST, ABD maskesiz litografisi için fon sağlamaya son verecek" . EETimes . 19 Ocak 2005.
  11. ^ [1] AB yeni maskesiz lito grubu oluşturuyor
  12. ^ "CORDIS | Avrupa Komisyonu" . Arşivlenmiş orijinal 2008-03-28 tarihinde . 2012-07-17 alındı .
  13. ^ "Savunma Bakanlığı Mali Yılı (MY) 2010 Bütçe Tahminleri" (PDF) . Mayıs 2009.
  14. ^ "Yığın Yolu" . www.militaryaerospace.com . 2021-06-19 alındı .
  15. ^ Fritze, M.; Tyrrell, B.; Astolfi, D.; Yost, D.; Davis, P.; Wheeler, B.; Mallen, R.; Jarmolowicz, J.; Can, S.; Çan, D.; Rhyins, P. (2001-11-01). "Ultra büyük ölçekli entegre devre faz kaydırmalı litografi için normal dizilerin ızgaraları ve kırpma pozları" . Vakum Bilimi ve Teknolojisi Dergisi B: Mikroelektronik ve Nanometre Yapıları İşleme, Ölçüm ve Olaylar . 19 (6): 2366–2370. doi : 10.1116/1.1408950 . ISSN  1071-1023 .
  16. ^ "ASML, iflastan sonra Mapper Lithography'yi devraldı" . habr.com . 2021-06-05 alındı .
  17. ^ Anonim. "Çip makinesi üreticisi ASML, iflas etmiş rakip Mapper | tellerreport.com'u satın aldı" . www.tellerreport.com . 2021-06-05 alındı .
  18. ^ "ASML, iflastan sonra Mapper Lithography'yi devraldı" . habr.com . 2021-06-05 alındı .
  19. ^ Anonim. "Çip makinesi üreticisi ASML, iflas etmiş rakip Mapper | tellerreport.com'u satın aldı" . www.tellerreport.com . 2021-06-05 alındı .

Dış bağlantılar