Литография без маски - Maskless lithography

Литография без маски использует методы, которые напрямую переносят информацию на подложку, без использования промежуточной статической маски, т.е. фотомаска это напрямую тиражируется. В микролитография обычно радиация Transfer наносит изображение маски постоянной времени на светочувствительную эмульсию (или фоторезист ).^[1]Традиционно используются выравниватели масок, степперы, сканеры, а также другие неоптические методы для высокоскоростной репликации микроструктур. Эта концепция использует преимущества высокоскоростных технологий или технологий параллельного манипулирования, которые были обеспечены большими и дешевыми доступными вычислительными мощностями, что не является проблемой для стандартного подхода, который отделяет медленный, но точный процесс структурирования для записи маски от быстрого и высокопроизводительного процесс параллельного копирования для достижения высокой производительности репликации, необходимой для промышленного микроструктурирования.

Безмасочная литография идет двумя основными путями. Один из них - это растеризованный подход путем генерации изменяющегося во времени прерывистого изображения на электронно изменяемой (виртуальной) маске, которая проецируется известными средствами (также известными как Прямая лазерная визуализация и другие синонимы), или путем прямого письма, когда излучение фокусируется в узкий луч, который сканируется в векторной форме по резисту. Затем луч используется для прямой записи изображения на фоторезист, один или несколько пиксели вовремя. Также известны комбинации этих двух подходов, и они не ограничиваются оптическим излучением, но также распространяются в УФ, включают в себя электронные лучи, а также механическую или термическую абляцию через МЭМС устройств.

Ключевым преимуществом литографии без маски является возможность изменять образцы литографии от одного цикла к другому без затрат на создание новой фотошаблона. Это может оказаться полезным для двойной узор или компенсация нелинейного поведения материала (например, при использовании более дешевой, не кристаллической основы или для компенсации случайных ошибок размещения предыдущих структур).

Основными недостатками являются сложность и стоимость процесса репликации, ограничение растеризации в отношении передискретизации вызывает артефакты наложения спектров, особенно с меньшими структурами, тогда как прямая запись вектора ограничена в пропускной способности. Также цифровая пропускная способность таких систем является узким местом для высоких разрешений, то есть для структурирования пластины диаметром 300 мм и ее площадью ~ 707 см² требуется около 10 Ti B данных в растровом формате без передискретизации и, следовательно, страдает ступенчатыми артефактами (сглаживание ). Передискретизация в 10 раз для уменьшения этих артефактов добавляет еще два порядка 1 ПиБ на одну пластину, которую необходимо передать за ~ 1 мин на подложку для достижения крупносерийное производство Поэтому промышленная литография без маски в настоящее время широко используется только для структурирования подложек с низким разрешением, например Печатная плата -производство панелей, где разрешение ~ 50 мкм является наиболее распространенным (в ~ 2000 раз меньшая пропускная способность компонентов).

Формы

В настоящее время основными видами безмасковой литографии являются электронно-лучевая и оптическая. Кроме того, системы сфокусированного ионного пучка заняли важное место в анализе отказов и ремонте дефектов. Также были продемонстрированы системы, основанные на массивах наконечников механических и термоабляционных зондов.

Электронный луч

Наиболее часто используемая форма литографии без маски сегодня - это электронно-лучевая литография. Его широкое использование связано с широким диапазоном доступных систем электронного пучка, обеспечивающих доступ к столь же широкому диапазону энергий электронного пучка (от ~ 10 эВ до ~ 100 кэВ). Это уже используется в производстве пластин на легкий, который использует обычную прямую запись электронно-лучевая литография чтобы настроить один переходной слой для недорогого производства ASIC.

Большинство разрабатываемых в настоящее время систем литографии без масок основаны на использовании нескольких электронных пучков.^[2] Цель состоит в том, чтобы использовать параллельное сканирование лучей, чтобы ускорить формирование рисунка на больших площадях. Однако фундаментальное соображение здесь заключается в том, в какой степени электроны из соседних пучков могут мешать друг другу (от Кулоновское отталкивание ). Поскольку электроны в параллельных лучах движутся одинаково быстро, они будут постоянно отталкивать друг друга, в то время как электронные линзы действуют только на части траекторий электронов.

Оптический

Прямая лазерная запись - очень популярная форма оптической литографии без маски, которая обеспечивает гибкость, простоту использования и экономическую эффективность при проведении исследований и разработок. Это оборудование обеспечивает быстрое формирование рисунка с субмикрометровым разрешением и обеспечивает компромисс между производительностью и стоимостью при работе с элементами размером примерно 200 нм или больше.

Интерференционная литография или голографические экспонирования не являются процессами без масок и поэтому не считаются «без масок», хотя между ними нет системы визуализации 1: 1.

Плазмонная литография прямого письма использует локализованный поверхностный плазмон возбуждения через сканирующие зонды для прямого экспонирования фоторезиста.^[3]

Для улучшения разрешения изображения, ультрафиолетовый свет, который имеет более короткую длину волны, чем видимый свет, используется для достижения разрешения примерно до 100 нм. Основные используемые сегодня оптические литографические системы без масок - это системы, разработанные для создания фотошаблонов для полупроводников и ЖК-дисплей отрасли.

В 2013 году группа из технологического университета Суинберна опубликовала свое достижение размера элемента 9 нм и шага 52 нм с использованием комбинации двух оптических лучей с разной длиной волны.^[4]

Технология DLP также может использоваться для литографии без маски.^[5]

Сфокусированный ионный пучок

Сфокусированный ионный пучок Системы сегодня широко используются для удаления дефектов или обнаружения скрытых деталей. Использование ионного распыления должно учитывать повторное осаждение распыляемого материала.

Контакт наконечника зонда

IBM Research разработала альтернативную технику литографии без маски, основанную на атомно-силовая микроскопия.^[6] Кроме того, Dip Pen Нанолитография это новый многообещающий подход к формированию структур субмикронных элементов.

Будущее

Технологии, обеспечивающие литографию без маски, уже используются для производства фотошаблонов и в ограниченном производстве пластин. Перед его использованием в крупносерийном производстве есть некоторые препятствия. Во-первых, существует большое разнообразие техник без масок. Даже в категории электронных лучей есть несколько поставщиков (Многолучевой, Картографическая литография, Canon, Адвантест, Nuflare, JEOL ) с совершенно разными архитектурами и энергиями пучка. Во-вторых, все еще необходимо достичь целевого уровня пропускной способности, превышающего 10 пластин в час. В-третьих, емкость и способность обрабатывать большие объемы данных (Tb -scale) необходимо разработать и продемонстрировать.

В былые времена DARPA и NIST сократили поддержку литографии без маски в США.^[7]

Была европейская программа, которая подтолкнула к внедрению литографии без масок для производства ИС на 32-нм технологии. полутона узел в 2009 году.^[8] Название проекта было MAGIC, или «Бесконтактная литография для производства ИС», в рамках 7-й рамочной программы ЕС (FP7).^[9]

Из-за увеличения стоимости масок для множественный паттерн, литография без масок снова становится все более заметной.