Безмасочная литография
Безмасочная литография ( MPL ) — это фотомаски без технология, подобная фотолитографии , используемая для проецирования или записи рисунка изображения в фокальном пятне на подложку с химическим резистивным покрытием (например, пластину ) с помощью УФ-излучения или электронного луча. [1]
В микролитографии обычно УФ-излучение создает изображение маски постоянной времени на светочувствительной эмульсии (или фоторезисте ). [2] микроструктур используются выравниватели масок, степперы, сканеры и другие виды неоптических методов Традиционно для высокоскоростного изготовления , но в случае MPL некоторые из них становятся излишними.
Безмасочная литография имеет два подхода к проецированию узора: растеризованный и векторизованный . В первом методе используется генерация изменяющегося во времени прерывистого изображения на изменяемой электронным способом (виртуальной) маске, которая проецируется известными средствами (также известными как прямое лазерное изображение и другие синонимы). При векторном подходе прямая запись достигается за счет излучения, которое фокусируется в узкий луч, который сканируется в векторной форме по резисту. Затем луч используется для прямой записи изображения на фоторезист по одному или нескольким пикселям за раз. Также известны комбинации двух подходов, и они не ограничиваются оптическим излучением, но распространяются и на УФ, включая электронные лучи , а также механическую или термическую абляцию с помощью устройств MEMS .
Преимущества [ править ]
Преимущество MPL заключается в высокоскоростном параллельном манипулировании шаблоном, обеспечиваемом большой и дешевой доступной вычислительной мощностью, что не является проблемой при стандартном подходе, который отделяется от медленного, но точного процесса структурирования для написания маски из быстрого и высокопроизводительного параллельный процесс копирования для достижения высокой производительности репликации в соответствии с требованиями отрасли.
Ключевым преимуществом безмасочной литографии является возможность менять рисунки литографии от одного прогона к другому, не неся затраты на создание новой фотомаски. Это может оказаться полезным для создания двойного рисунка или компенсации нелинейного поведения материала (например, при использовании более дешевой некристаллической подложки или для компенсации случайных ошибок размещения предыдущих структур).
Недостатки [ править ]
Основными недостатками являются сложность и затраты на процесс репликации, ограничение растеризации в отношении передискретизации приводит к артефактам сглаживания, особенно с меньшими структурами (что может повлиять на производительность), в то время как прямая векторная запись ограничена в пропускной способности. Кроме того, цифровая пропускная способность таких систем является узким местом для высоких разрешений, т.е. для структурирования пластины диаметром 300 мм и площадью ~707 см² требуется около 10 ТиБ данных в растеризованном формате без передискретизации и, следовательно, страдает от ступенчатых артефактов ( алиасинга ). Передискретизация в 10 раз для уменьшения этих артефактов добавляет еще два порядка величины 1 ПиБ на одну пластину, которую необходимо перенести на подложку примерно за 1 минуту для достижения высоких скоростей серийного производства .Таким образом, промышленная безмасочная литография в настоящее время широко используется только для структурирования подложек с более низким разрешением, например, в производстве панелей печатных плат , где разрешение ~ 50 мкм является наиболее распространенным (при ~ 2000 раз более низкой пропускной способности компонентов).
Формы [ править ]
В настоящее время основными видами безмасочной литографии являются электронно-лучевая и оптическая. Кроме того, системы сфокусированного ионного пучка (FIB) заняли важную нишу в анализе отказов и устранении дефектов. Также были продемонстрированы системы на основе массивов механических и термоабляционных наконечников зондов.
Электронный луч (электронный луч) [ править ]
Наиболее часто используемой формой безмасочной литографии сегодня является электронно-лучевая литография . Его широкое использование обусловлено широким спектром доступных электронно-лучевых систем, обеспечивающих столь же широкий диапазон энергий электронного пучка (от ~ 10 эВ до ~ 100 кэВ). Это уже используется в производстве пластин на предприятии eASIC , которое использует традиционную электронно-лучевую литографию с прямой записью для настройки одного переходного слоя для недорогого производства ASIC.
Большинство разрабатываемых в настоящее время систем безмасочной литографии основаны на использовании нескольких электронных лучей. [3] Цель состоит в том, чтобы использовать параллельное сканирование лучей для ускорения формирования рисунка на больших площадях. Однако фундаментальным соображением здесь является то, в какой степени электроны из соседних пучков могут мешать друг другу (из-за кулоновского отталкивания ). Поскольку электроны в параллельных пучках движутся одинаково быстро, они будут постоянно отталкиваться друг от друга, в то время как электронные линзы воздействуют только на часть траекторий электронов.
Оптический [ править ]
Прямое лазерное письмо — очень популярная форма оптической безмасочной литографии, которая обеспечивает гибкость, простоту использования и экономическую эффективность при проведении исследований и разработок (мелкосерийное производство). В базовой технологии используются микроматрицы пространственной светомодуляции (SLM) на основе стекла, чтобы блокировать путь лазерного излучения к подложке с фоторезистом (аналогично цифровым микрозеркальным устройствам ). [4] [5] Это оборудование обеспечивает быстрое создание рисунков с разрешением субмикрометра и предлагает компромисс между производительностью и стоимостью при работе с размерами элементов примерно 200 нм или более. Прямая лазерная запись для упаковки микроэлектроники, 3D-электроники и гетерогенной интеграции была разработана в 1995 году в Корпорации микроэлектроники и компьютерных технологий (или MCC) в Остине, штат Техас. [6] Система MCC была полностью интегрирована с прецизионным управлением трехмерными поверхностями и программным обеспечением искусственного интеллекта с машинным обучением в реальном времени и включала длины волн лазера для стандартного резиста i-line и DUV 248 нм. Система MCC также включала возможности редактирования схем для изоляции схем на программируемой пластине. В 1999 году система MCC была усовершенствована для использования в производстве MEMS. [7]
Интерференционная литография или голографическое экспонирование не являются безмасковыми процессами и поэтому не считаются «безмасочными», хотя между ними нет системы визуализации 1:1.
Плазмонная литография с прямым письмом использует локализованное возбуждение поверхностного плазмона с помощью сканирующих зондов для непосредственного экспонирования фоторезиста. [8]
Для улучшения разрешения изображения ультрафиолетовый используется свет, длина волны которого короче, чем у видимого света, для достижения разрешения примерно до 100 нм. Основными системами оптической безмасковой литографии, используемыми сегодня, являются системы, разработанные для создания фотошаблонов для полупроводниковой и ЖК- индустрии.
В 2013 году группа из Технологического университета Суинберна опубликовала достижение размера элемента 9 нм и шага 52 нм с использованием комбинации двух оптических лучей с разными длинами волн. [9]
Технология DLP также может использоваться для литографии без маски. [10]
Сфокусированный ионный луч [ править ]
Системы сфокусированного ионного пучка сегодня обычно используются для распыления дефектов или обнаружения скрытых особенностей. При использовании ионного распыления необходимо учитывать переосаждение распыляемого материала.
Запись протонным пучком [ править ]
Протонно-лучевая запись с прямой записью (или запись p-лучем) — это процесс литографии высокой энергии ( МэВ ) , в котором используется сфокусированный луч протонов для создания рисунка на резистивном материале наноразмеров. [11] Этот процесс, хотя во многом и похож на прямое письмо с использованием электронов , тем не менее предлагает некоторые интересные и уникальные преимущества.
Контакт наконечника зонда [ править ]
IBM Research разработала альтернативный метод безмасочной литографии, основанный на атомно-силовой микроскопии . [12] Кроме того, нанолитография Dip-Pen представляет собой новый многообещающий подход к созданию структур субмикрометрового размера.
Исследования [ править ]
2000-е [ править ]
Технологии, позволяющие осуществлять безмасочную литографию, уже используются для производства фотошаблонов и ограниченного производства пластин. Существуют некоторые препятствия на пути его использования в крупносерийном производстве. Во-первых, существует большое разнообразие безмасочных техник. Даже в категории электронно-лучевых систем есть несколько поставщиков ( Multibeam , Mapper Lithography , Canon , Advantest , Nuflare , JEOL ) с совершенно разными архитектурами и энергиями пучков. Во-вторых, все еще необходимо достичь целевого показателя пропускной способности, превышающего 10 пластин в час. емкость и способность обрабатывать большие объемы данных ( в масштабе ТБ ). В-третьих, необходимо развивать и демонстрировать [ нужна ссылка ]
В последние годы DARPA и NIST сократили поддержку безмасочной литографии в США. [13]
В 2009 году существовала европейская программа, которая способствовала внедрению безмасковой литографии для производства микросхем на 32-нм полушаговом узле. [14] Название проекта было MAGIC, или «Бесмасочная литография для производства микросхем», в рамках 7-й рамочной программы ЕС (FP7). [15]
Из-за увеличения стоимости маски для нанесения множественного рисунка безмасочная литография снова вызывает необходимость проведения соответствующих исследований в этой области.
DARPA (США) [ править ]
По крайней мере, с 2001 года DARPA инвестировало в различные технологии создания рисунков без масок, включая параллельные массивы электронных лучей, массивы датчиков параллельного сканирования и инновационный инструмент электронно-лучевой литографии, позволяющий обеспечить малосерийный производственный процесс. Технология получила кодовое название «Решетки регулярных матриц и обрезки экспозиций» (GRATE) (ранее известная как «Экономичное малообъемное нанопроизводство»). [16] [17] [18]
Экономика [ править ]
Литейные заводы [ править ]
В 2018 году совместно финансируемая Голландией и Россией ( Роснано ) компания Mapper Lithography, производящая компоненты MEMS для многолучевой безмасковой литографии, обанкротилась и была приобретена холдингом ASML , основным конкурентом в то время. [19] Литейный завод по производству оборудования расположен в Подмосковье, Россия. По состоянию на начало 2019 года им управляло ООО «Маппер». [20] Литография Mapper изначально была создана в Делфтском технологическом университете в 2000 году. [ нужна ссылка ]
Ссылки [ править ]
- ^ Уолш, Мэн; Чжан, Ф.; Менон, Р.; Смит, Гавайи (2014). «Безмасочная фотолитография». Нанолитография . стр. 179–193. дои : 10.1533/9780857098757.179 . ISBN 9780857095008 .
- ^ Р. Менон и др. , Materials Today, февраль 2005 г., стр. 26–33 (2005).
- ^ THP Чанг и др. , Микроэлектроника 57–58, стр. 117–135 (2001).
- ^ Юнг, Иль Ун; Ван, Джен-Шян; Солгаард, О. (август 2006 г.). «Пространственные модуляторы света для безмасочной литографии» . Международная конференция IEEE/LEOS по оптическим МЭМС и их применениям, 2006 г. стр. 150–151. дои : 10.1109/OMEMS.2006.1708309 . ISBN 0-7803-9562-Х . S2CID 25574690 .
- ^ Уотсон, врач общей практики; Аксюк В.; Саймон, Мэн; Теннант, DM; Чирелли, РА; Мэнсфилд, Вашингтон; Пардо, Ф.; Лопес, DO; Болле, Калифорния; Папазян, Арканзас; Басаванхалли, Н. (2006). «Пространственный модулятор света для безмасковой оптической проекционной литографии» . Журнал вакуумной науки и технологий B: Микроэлектроника и нанометровые структуры . 24 (6): 2852. Бибкод : 2006JVSTB..24.2852W . дои : 10.1116/1.2387156 .
- ^ Да, я.; Мираки, Р.; Рид, Дж.; Лансфорд, Б.; Миньчуань Ван; Кобб, Д.; Колдуэлл, Г. (1997). «Гибкое производство многокристальных модулей для микросхем с перевернутым кристаллом». Материалы конференции IEEE по многочиповым модулям , 1997 г. стр. 130–132. дои : 10.1109/MCMC.1997.569357 . ISBN 0-8186-7789-9 . S2CID 111088663 .
- ^ Гильберт, К.; Нельсон, Р.; Рид, Дж.; Лансфорд, Б.; Сомаддер, А.; Ху, К.; Гошал, У. (1999). «Термоэлектрические МЭМС-охладители». Восемнадцатая международная конференция по термоэлектрике. Труды, ICT'99 (Кат. №99TH8407) . стр. 117–122. дои : 10.1109/ICT.1999.843347 . ISBN 0-7803-5451-6 . S2CID 46697625 .
- ^ Се, Чжихуа; Ю, Вэйсин; Ван, Тайшэн; и др. (31 мая 2011 г.). «Плазмонная нанолитография: обзор». Плазмоника . 6 (3): 565–580. дои : 10.1007/s11468-011-9237-0 . S2CID 119720143 .
- ^ Ган, Зонгсонг; Цао, Яоюй; Эванс, Ричард А.; Гу, Мин (октябрь 2013 г.). «Трехмерная литография оптическим лучом с глубокой субдифракцией и размером элемента 9 нм» . Природные коммуникации . 4 (1): 2061. Бибкод : 2013NatCo...4.2061G . дои : 10.1038/ncomms3061 . ПМИД 23784312 .
- ^ «Инструмент безмасочной литографии» . НаноСистем Солюшнс, Инк . 17 октября 2017 г.
- ^ Мёллер, Сёрен (2020). Ускорительные технологии – применение в науке, медицине и промышленности (1-е изд.). Спрингер Природа. ISBN 978-3-030-62307-4 .
- ^ П. Веттигер и др. , IBM J. Dev. 44, стр. 323–340 (2000).
- ^ «DARPA и NIST прекращают финансирование американской литографии без масок» . ЭТаймс . 19 января 2005 г.
- ^ [1] ЕС формирует новую группу по литографии без масок
- ^ «КОРДИС | Европейская Комиссия» . Архивировано из оригинала 28 марта 2008 г. Проверено 17 июля 2012 г.
- ^ «Оценка бюджета Министерства обороны на 2010 финансовый год» (PDF) . Май 2009.
- ^ «СтекПуть» . www.militaryaerospace.com . Проверено 19 июня 2021 г.
- ^ Фрице, М.; Тиррелл, Б.; Астольфи, Д.; Йост, Д.; Дэвис, П.; Уилер, Б.; Маллен, Р.; Ярмолович, Дж.; Канн, С.; Чан, Д.; Райнс, П.; Карни, К.; Ферри, Дж.; Блахович, бакалавр (2001). «Решетки регулярных решеток и обрезки экспозиций для сверхбольших интегральных схем с фазовой литографией». Журнал вакуумной науки и технологий B: Микроэлектроника и нанометровые структуры . 19 (6): 2366. Бибкод : 2001JVSTB..19.2366F . дои : 10.1116/1.1408950 .
- ^ «ASML приобретает Mapper Lithography после банкротства» . хабр.com . 28 января 2019 года . Проверено 5 июня 2021 г.
- ^ «ASML приобретает Mapper Lithography после банкротства» . хабр.com . 28 января 2019 года . Проверено 5 июня 2021 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Виланд, MJ; Де Бур, Г.; Тен Берге, ГФ; Джагер, Р.; Ван Де Пют, Т.; Пейстер, JJM; Слот, Э.; Стинбринк, SWHK; Типен, ТФ; Ван Вин, AHV; Камфербек, Би Джей (2009). «MAPPER: Высокопроизводительная безмасочная литография». В Шелленберге, Фрэнк М.; Ла Фонтен, Бруно М. (ред.). Альтернативные литографические технологии . Том. 7271. С. 72710О. дои : 10.1117/12.814025 . S2CID 173181588 .
- 35-я Европейская конференция по маскам и литографии (EMLC 2019)