Litografia sem máscara - Maskless lithography

Sem máscara litografia (MPL) é um foto-mascara -menos fotolitografia -like tecnologia utilizada para projectar ou focal local de gravação do padrão de imagem sobre um substrato químico resistir-revestido (por exemplo, pastilha ) por meio de radiação UV ou feixe de electrões.

Na microlitografia, normalmente a radiação UV projeta uma imagem de uma máscara de constante de tempo em uma emulsão fotossensível (ou fotorresiste ). Tradicionalmente, alinhadores de máscara, steppers, scanners e outros tipos de técnicas não ópticas são usados ​​para microfabricação em alta velocidade de microestruturas, mas no caso de MPL alguns deles se tornam redundantes.

A litografia sem máscara tem duas abordagens para projetar um padrão: rasterizada e vetorizada . No primeiro, ele utiliza a geração de uma imagem intermitente variável no tempo em uma máscara eletronicamente modificável (virtual) que é projetada por meios conhecidos (também conhecidos como Imagem Direta a Laser e outros sinônimos). Na abordagem vetorial, a escrita direta é obtida por radiação que é focada em um feixe estreito que é varrido em forma de vetor através da resistência. O feixe é então usado para gravar a imagem diretamente no fotorresiste, um ou mais pixels por vez. Também combinações das duas abordagens são conhecidas e não se limitam à radiação óptica, mas também se estende ao UV, inclui feixes de elétrons e também ablação mecânica ou térmica por meio de dispositivos MEMS .

Vantagens

A vantagem do MPL é uma manipulação paralela de alta velocidade do padrão habilitada por uma grande e barata capacidade de computação disponível, o que não é um problema com a abordagem padrão que desacopla para um processo de estruturação lento, mas preciso para escrever uma máscara de um processo rápido e altamente processo de cópia paralela para obter altas taxas de transferência de replicação, conforme exigido pela indústria.

Uma das principais vantagens da litografia sem máscara é a capacidade de alterar os padrões de litografia de uma execução para a próxima, sem incorrer no custo de gerar uma nova fotomáscara. Isso pode ser útil para padronização dupla ou compensação de comportamento de material não linear (por exemplo, ao utilizar substrato não cristalino mais barato ou para compensar erros de posicionamento aleatório de estruturas anteriores).

Desvantagens

As principais desvantagens são a complexidade e os custos do processo de replicação, a limitação da rasterização em relação à sobreamostragem causa artefato de aliasing, especialmente com estruturas menores (que podem afetar o rendimento), enquanto a escrita vetorial direta é limitada no rendimento. Além disso, a taxa de transferência digital de tais sistemas forma um gargalo para altas resoluções, ou seja, a estruturação de um wafer de 300 mm de diâmetro com sua área de ~ 707 cm² requer cerca de 10 Ti B de dados em um formato rasterizado sem sobreamostragem e, portanto, sofre de artefatos de etapa ( aliasing ). A sobreamostragem por um fator de 10 para reduzir esses artefatos adiciona outras duas ordens de magnitude 1 PiB por bolacha única que deve ser transferida em ~ 1 min para o substrato para atingir velocidades de fabricação de alto volume . Litografia sem máscara industrial é, portanto, atualmente apenas amplamente encontrada para estruturar substratos de resolução mais baixa, como na produção de painéis de PCB , onde resoluções de ~ 50 µm são mais comuns (em ~ 2.000 vezes menor demanda de rendimento dos componentes).

Formulários

Atualmente, as principais formas de litografia sem máscara são o feixe de elétrons e a óptica. Além disso, os sistemas de feixe de íons focalizados estabeleceram um importante papel de nicho na análise de falhas e reparo de defeitos. Além disso, foram demonstrados sistemas baseados em matrizes de pontas de sondas mecânicas e termicamente ablativas.

Feixe de elétrons (feixe e)

A forma mais comumente usada de litografia sem máscara hoje é a litografia por feixe de elétrons . Seu uso difundido é devido à ampla gama de sistemas de feixe de elétrons disponíveis acessando uma gama igualmente ampla de energias de feixe de elétrons (~ 10 eV a ~ 100 keV). Isso já está sendo usado na produção de nível de wafer na eASIC , que usa litografia de feixe de elétrons de gravação direta convencional para personalizar uma única camada de via para produção de baixo custo de ASICs.

A maioria dos sistemas de litografia sem máscara em desenvolvimento atualmente são baseados no uso de múltiplos feixes de elétrons. O objetivo é usar a varredura paralela dos feixes para acelerar a padronização de grandes áreas. No entanto, uma consideração fundamental aqui é em que grau os elétrons de feixes vizinhos podem perturbar uns aos outros (da repulsão de Coulomb ). Como os elétrons em feixes paralelos estão viajando com a mesma rapidez, eles se repelirão persistentemente, enquanto as lentes eletrônicas atuam sobre apenas uma parte das trajetórias dos elétrons.

Ótico

A gravação direta a laser é uma forma muito popular de litografia óptica sem máscara, que oferece flexibilidade, facilidade de uso e economia no processamento de P&D. Este equipamento oferece padronização rápida em resoluções submicrométricas e oferece um meio-termo entre desempenho e custo ao trabalhar com tamanhos de recursos de aproximadamente 200 nm ou mais. A escrita direta a laser para empacotamento de microeletrônica, eletrônica 3D e integração heterogênea foi desenvolvida em 1995 na Microelectronics and Computer Technology Corporation (ou MCC) em Austin, Texas. O sistema MCC foi totalmente integrado com controle de precisão para superfícies 3D e software de inteligência artificial com aprendizado de máquina em tempo real e incluiu comprimentos de onda de laser para resistência de linha i padrão e DUV 248 nm. O sistema MCC também incluiu recursos de edição de circuito para isolar circuitos em um design de wafer programável. Em 1999, o sistema MCC foi avançado para uso na fabricação de MEMS.

Litografia de interferência ou exposições holográficas não são processos sem máscara e, portanto, não contam como "sem máscara", embora não tenham um sistema de imagem 1: 1 intermediário.

A litografia de escrita direta plasmônica usa excitações localizadas de plasma de superfície por meio de sondas de varredura para expor diretamente o fotorresiste.

Para melhorar a resolução da imagem, a luz ultravioleta , que tem um comprimento de onda mais curto do que a luz visível, é usada para atingir uma resolução de cerca de 100 nm. Os principais sistemas de litografia óptica sem máscara em uso hoje são aqueles desenvolvidos para gerar fotomáscaras para as indústrias de semicondutores e LCD .

Em 2013, um grupo da Swinburne University of Technology publicou sua conquista de tamanho de feição de 9 nm e pitch de 52 nm, usando uma combinação de dois feixes ópticos de comprimentos de onda diferentes.

A tecnologia DLP também pode ser usada para litografia sem máscara.

Feixe de íons focado

Os sistemas de feixe de íons focalizados são comumente usados ​​hoje para eliminar defeitos ou descobrir recursos enterrados. O uso de pulverização catódica deve levar em consideração a redeposição do material pulverizado.

Contato da ponta da sonda

A IBM Research desenvolveu uma técnica alternativa de litografia sem máscara baseada em microscopia de força atômica . Além disso, a nanolitografia com caneta Dip é uma nova abordagem promissora para padronizar recursos submicrométricos.

Pesquisa

Década de 2000

As tecnologias que permitem a litografia sem máscara já são utilizadas para a produção de fotomáscaras e na produção limitada de wafer. Existem alguns obstáculos antes de seu uso na fabricação de alto volume. Primeiro, existe uma grande diversidade de técnicas sem máscara. Mesmo dentro da categoria de feixe de elétrons, existem vários fornecedores ( Multibeam , Mapper Litografia , Canon , Advantest , Nuflare , JEOL ) com arquiteturas e energias de feixe totalmente diferentes. Em segundo lugar, as metas de taxa de transferência que excedem 10 wafers por hora ainda precisam ser atendidas. Terceiro, a capacidade e habilidade de lidar com o grande volume de dados ( escala Tb ) precisam ser desenvolvidas e demonstradas.

Nos últimos anos, DARPA e NIST reduziram o suporte para litografia sem máscara nos EUA

Havia um programa europeu que impulsionaria a inserção de litografia sem máscara para fabricação de IC no nó de meio-passo de 32 nm em 2009. O nome do projeto era MAGIC, ou "MAskless lithoGraphy for IC Manufacturing", no quadro do EC 7º Programa-Quadro ( FP7).

Devido ao aumento dos custos da máscara para padronização múltipla , a litografia sem máscara mais uma vez solicita pesquisas relevantes neste campo.

Darpa

Desde pelo menos 2001, a DARPA tem investido em uma variedade de tecnologias de padronização sem máscara, incluindo matrizes de feixe eletrônico paralelo, matrizes de sonda de varredura paralela e uma ferramenta inovadora de litografia de feixe eletrônico para permitir o processo de fabricação de baixo volume. A tecnologia tem o codinome de Gratings of Regular Arrays and Trim Exposures (GRATE) (anteriormente conhecida como Nanofabrication de baixo volume de baixo custo).

Economia

Fundições

Em 2018, os holandeses e a Rússia financiados conjuntamente ( Rusnano ), a Mapper Lithography, que produzia componentes de MEMS para litografia sem máscara de feixe múltiplo, faliu e foi adquirida pela ASML Holding , um grande concorrente na época. Os dispositivos de produção de fundição estão localizados perto de Moscou, Rússia. No início de 2019, ele era administrado pela Mapper LLC. A litografia do mapeador foi originalmente criada na Delft University of Technology em 2000.

Referências

links externos

• MAPPER: litografia sem máscara de alto rendimento , 2009
• 35ª Conferência Europeia de Máscara e Litografia (EMLC 2019)