무마스크 석판화

Maskless lithography

MPL(Maskless Lotography, Maskless Lotography, MPL)은 UV 방사선이나 전자 빔을 이용하여 화학 저항 코팅 기질(예: 웨이퍼)에 영상 패턴을 작성하는 데 사용되는 광마스크 없는 광석학 기술이다.[1]

마이크로라이토그래피에서 일반적으로 UV 방사선은 감광성 에멀전(또는 포토레지스트)에 시간 상수 마스크의 이미지를 주조한다.[2] 전통적으로 마스크 얼라이너, 스테퍼, 스캐너 및 기타 종류의 비광학 기법은 마이크로 구조의 고속 마이크로 패브릭에 사용되었지만 MPL의 경우 이들 중 일부는 중복이 된다.

무마스크 석판술은 패턴을 투영하기 위한 두 가지 접근방식을 가지고 있다: 래스터화 및 벡터화. 첫 번째 방법에서는 알려진 수단과 함께 투사되는 전자적 수정 가능(가상) 마스크에 시간 변수 간헐적 영상 생성을 활용한다(Laser Direct Imaging 및 기타 동의어라고도 함). 벡터링 접근법에서 직접 쓰기는 저항기를 가로질러 벡터 형태로 스캔되는 좁은 빔에 초점을 맞춘 방사선에 의해 달성된다. 그런 다음 빔을 사용하여 이미지를 한 번에 하나 이상의 픽셀씩 포토레시스트에 직접 기록한다. 또한 이 두 접근법의 조합이 알려져 있으며 광학 방사선에 국한되지 않고 UV로 확장되며 전자 빔과 MEMS 장치를 통한 기계적 또는 열적 절제도 포함된다.

이점

MPL의 장점은 크고 저렴한 컴퓨팅 용량에 의해 활성화된 패턴을 고속 병렬로 조작하는 것으로, 이는 속도가 느리지만 병렬이 매우 빠른 복사 프로세스에서 마스크를 쓰는 표준 접근 방식에 문제가 되지 않아 높은 복제 처리량을 수요로 달성할 수 있다.업종별

마스크 없는 석판화의 주요 장점은 새로운 광마스크를 생성하는 비용을 부담하지 않고 한 번의 런에서 다음 런으로 석판 패턴을 변경할 수 있다는 것이다. 이는 비선형 재료 거동의 이중 패터닝 또는 보상에 유용할 수 있다(예: 값싼 비크리스탈린 기질을 활용하거나 선행 구조물의 임의 배치 오류를 보상하는 경우).

단점들

주된 단점은 복제 프로세스에 대한 복잡성과 비용이다. 과표본에 관한 래스터화의 제한은 특히 작은 구조(수율에 영향을 미칠 수 있는)에서 앨리어싱 아르테팩트를 유발하는 반면, 직접 벡터 쓰기는 처리량이 제한적이다. 또한 이러한 시스템의 디지털 처리량은 고해상도 병목 현상을 일으키는데, 즉 300mm 직경의 웨이퍼를 707cm²까지 구조화하려면 오버샘플링 없이 래스터화된 형식의 약 10TiB의 데이터가 필요하기 때문에 단계별 사실(별칭)에 시달린다. 이러한 공정을 줄이기 위해 10배 이상 과표본을 추출하면 웨이퍼 1개당 1PiB의 크기가 2주 더 추가되며, 이는 1분 내에 기질에 전달해야 대량 제조 속도를 달성할 수 있다. 따라서 산업용 마스크 없는 석판화는 현재 PCB 패널 생산에서와 같이 분해능이 낮은 기판을 구조화하는 용도로만 광범위하게 발견되며, 해상도는 50µm까지(부품에 대한 처리량 수요의 최대 2000배 감소) 가장 흔하다.

양식

현재 마스크 없는 석판화의 주요 형태는 전자빔과 광학이다. 또한 집중 이온 빔 시스템은 고장 분석과 결함 수리에 있어 중요한 틈새 역할을 확립했다. 또한 기계적 및 열적 축열 탐침 팁의 배열 기반 시스템도 입증되었다.

전자빔(e빔)

오늘날 가장 흔하게 사용되는 무마스크 석판화의 형태는 전자빔 석판화다. 그것의 광범위한 사용은 동일한 범위의 전자 빔 에너지 (약 10 eV ~ 100 keV)에 접근할 수 있는 광범위한 전자 빔 시스템 때문이다. 이것은 ASIC의 저비용 생산을 위해 기존의 직접 쓰기 전자 빔 석판화를 사용하여 단일 통과 레이어를 커스터마이징하는 eASIC의 웨이퍼 레벨 생산에 이미 사용되고 있다.

현재 개발되고 있는 대부분의 마스크 없는 석판화 시스템은 다중 전자 빔의 사용에 기초하고 있다.[3] 보의 병렬 스캐닝을 이용해 넓은 면적의 패터닝 속도를 높이는 것이 목표다. 그러나 여기서 근본적으로 고려해야 할 것은 이웃한 보의 전자가 어느 정도(쿨롬 거부반응으로부터) 서로 교란할 수 있느냐 하는 것이다. 병렬 빔의 전자는 똑같이 빠르게 이동하기 때문에, 전자 렌즈는 전자의 궤도의 일부에 대해서만 작용하는 반면, 그들은 끈질기게 서로를 밀어낼 것이다.

광학

직접 레이저 글쓰기는 광학 마스크 없는 석판화의 매우 인기 있는 형태로서, R&D 프로세싱에서 유연성과 사용 편의성, 비용 효율성을 제공한다. 이 장비는 약 200nm 이상의 피쳐 크기로 작업할 때 성능과 비용을 절충할 수 있는 서브마이크로미터 해상도를 제공한다. 마이크로 일렉트로닉스 패키징, 3D 전자제품 및 이질적인 통합을 위한 직접 레이저 쓰기는 1995년 텍사스주 오스틴에 있는 마이크로 일렉트로닉스 및 컴퓨터 테크놀로지(MCC)에서 개발되었다.[4] MCC 시스템은 실시간 머신러닝이 가능한 3D 표면과 인공지능 소프트웨어에 대한 정밀 제어와 완벽하게 통합됐으며, 표준 아이라인 저항용 레이저 파장과 DUV 248nm가 포함됐다. MCC 시스템에는 프로그래밍 가능한 웨이퍼 설계에서 회로를 차단하기 위한 회로 편집 기능도 포함되었다. 1999년에 MEMS 제조에 사용하기 위해 MCC 시스템이 발전되었다.[5]

간섭 광학이나 홀로그래피 노출은 마스크가 없는 과정이 아니므로 중간에 1:1 영상 시스템이 없더라도 "마스크리스"로 계산하지 않는다.

Plasmonic 다이렉트 글쓰기 석판화는 포토레지스트를 직접 노출하기 위해 스캐닝 프로브를 통한 국부적 표면 플라스몬 절제를 사용한다.[6]

영상 해상도 향상을 위해 가시광선보다 파장이 짧은 자외선을 사용해 해상도를 100nm 내외로 낮춘다. 현재 사용되고 있는 주요 광학 마스크리스 석판화 시스템은 반도체와 LCD 산업용 포토마스크를 생산하기 위해 개발된 것이다.

2013년 스윈버네공대 그룹이 서로 다른 파장의 광학빔 2개를 조합해 9nm 피쳐 사이즈와 52nm 피치라는 성과를 발표했다.[7]

DLP 기술은 마스크 없는 석판 인쇄에도 사용될 수 있다.[8]

집중이온빔

집중형 이온 빔 시스템은 오늘날 결함을 가래로 제거하거나 매립형 형상을 밝혀내는 데 흔히 사용된다. 이온 스퍼터링의 사용은 스퍼터링 재료의 재분류를 고려해야 한다.

프로브-팁 접촉

IBM Research는 원자력의 현미경을 기반으로 한 마스크 없는 대체 석판 기술을 개발했다.[9] 또한 Dip Pen Nanolisography는 서브마이크로미터 기능을 패터링하는 새로운 접근법이다.

리서치

2000년대

마스크 없는 석판화를 가능하게 하는 기술은 이미 포토마스크 생산과 웨이퍼 레벨 제한 생산에 사용되고 있다. 대량 생산에 사용하기에는 몇 가지 장애물이 있다. 첫째, 마스크 없는 기술의 다양성이 매우 다양하다. 전자빔 범주 내에서도 구조와 빔 에너지가 완전히 다른 여러 공급업체(멀티빔, 매퍼 리토그래피, 캐논, 어드밴스트, 누플레어, JEOL)가 있다. 둘째, 시간당 웨이퍼 10개를 초과하는 처리량 목표를 여전히 충족해야 한다. 셋째, 대용량(Tb-scale)을 처리할 수 있는 용량과 능력을 개발하고 입증해야 한다.[citation needed]

최근 몇 년 동안 DARPA와 NIST는 미국에서 마스크 없는 석판화에 대한 지원을 줄였다.[10]

2009년 32nm 하프 피치 노드에서 IC 제조를 위한 마스크 없는 석판화의 삽입을 추진하는 유럽 프로그램이 있었다.[11] 프로젝트명은 EC 7차 프레임워크 프로그램(FP7) 틀에서 MASIC 또는 "IC 제조를 위한 MASKless riotoGraphy"였다.[12]

다중 패터닝에 대한 마스크 비용 증가 때문에 마스크 없는 석판화는 이 분야에서 다시 한번 관련 연구를 촉진한다.

다르파

최소 2001년부터 DARPA는 병렬 전자 빔 어레이, 병렬 스캐닝 프로브 어레이 및 소량 제조 공정을 가능하게 하는 혁신적인 전자 빔 리토그래피 도구를 포함한 다양한 마스크 없는 패터닝 기술에 투자해 왔다. 이 기술은 GRATE(Grating of Regular Arrays and Trime Exposure)(이전에는 비용 효율적 저용량 나노포크레이션으로 알려져 있다.[13][14][15]

경제학

주조 공장

2018년 네덜란드와 러시아가 공동 출자한(Rusnano) 기업 매퍼 리토그래피(Mapper Ritotography)는 다중 e-빔 마스크리스 리토그래피 부품 생산에 부도가 나 당시 주요 경쟁사인 ASML 홀딩에 인수됐다.[16][17] 이 주조 공장 생산 장치는 러시아 모스크바 근처에 위치해 있다. 2019년 초에 그것은 Mapper LLC에 의해 운영되었다.[18] 매퍼 리토그래피는 원래 2000년에 델프트 공과대학에서 만들어졌다.[19]

참조

  1. ^ Walsh, M.E.; Zhang, F.; Menon, R.; Smith, H.I. (2014). "Maskless photolithography". Nanolithography. pp. 179–193. doi:10.1533/9780857098757.179. ISBN 9780857095008.
  2. ^ R. Menon 등, 2005년 2월 Materials Today, 페이지 26-33 (2005)
  3. ^ T. H. P. Chang 외, 마이크로전자공학 57-58, 페이지 117-135(2001)
  4. ^ Yee, I.; Miracky, R.; Reed, J.; Lunceford, B.; Minchuan Wang; Cobb, D.; Caldwell, G. (1997). "Flexible manufacturing of multichip modules for flip chip ICs". Proceedings 1997 IEEE Multi-Chip Module Conference. pp. 130–132. doi:10.1109/MCMC.1997.569357. ISBN 0-8186-7789-9. S2CID 111088663.
  5. ^ Hilbert, C.; Nelson, R.; Reed, J.; Lunceford, B.; Somadder, A.; Hu, K.; Ghoshal, U. (1999). "Thermoelectric MEMS coolers". Eighteenth International Conference on Thermoelectrics. Proceedings, ICT'99 (Cat. No.99TH8407). pp. 117–122. doi:10.1109/ICT.1999.843347. ISBN 0-7803-5451-6. S2CID 46697625.
  6. ^ Xie, Zhihua; Yu, Weixing; Wang, Taisheng; et al. (31 May 2011). "Plasmonic nanolithography: a review". Plasmonics. 6 (3): 565–580. doi:10.1007/s11468-011-9237-0. S2CID 119720143.
  7. ^ Gan, Zongsong; Cao, Yaoyu; Evans, Richard A.; Gu, Min (October 2013). "Three-dimensional deep sub-diffraction optical beam lithography with 9 nm feature size". Nature Communications. 4 (1): 2061. doi:10.1038/ncomms3061. PMID 23784312.
  8. ^ "Maskless Lithography tool". NanoSystem Solutions, Inc. October 17, 2017.
  9. ^ P. 베티거 외, IBM J. Res. Dev. 44, 페이지 323-340(2000)
  10. ^ "Darpa, NIST to end funding for U.S. maskless lithography". EETimes. January 19, 2005.
  11. ^ [1] EU는 새로운 마스크 없는 리토 그룹을 형성한다.
  12. ^ "CORDIS European Commission". Archived from the original on 2008-03-28. Retrieved 2012-07-17.
  13. ^ "Department of Defense Fiscal Year (FY) 2010 Budget Estimates" (PDF). May 2009.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  14. ^ "StackPath". www.militaryaerospace.com. Retrieved 2021-06-19.
  15. ^ Fritze, M.; Tyrrell, B.; Astolfi, D.; Yost, D.; Davis, P.; Wheeler, B.; Mallen, R.; Jarmolowicz, J.; Cann, S.; Chan, D.; Rhyins, P.; Carney, C.; Ferri, J.; Blachowicz, B. A. (2001). "Gratings of regular arrays and trim exposures for ultralarge scale integrated circuit phase-shift lithography". Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 19 (6): 2366. Bibcode:2001JVSTB..19.2366F. doi:10.1116/1.1408950.
  16. ^ "ASML takes over Mapper Lithography after the bankruptcy". habr.com. Retrieved 2021-06-05.
  17. ^ Anonym. "Chip machine maker ASML buys bankrupt competitor Mapper tellerreport.com". www.tellerreport.com. Retrieved 2021-06-05.
  18. ^ "ASML takes over Mapper Lithography after the bankruptcy". habr.com. Retrieved 2021-06-05.
  19. ^ Anonym. "Chip machine maker ASML buys bankrupt competitor Mapper tellerreport.com". www.tellerreport.com. Retrieved 2021-06-05.

외부 링크

  • Wieland, M. J.; De Boer, G.; Ten Berge, G. F.; Jager, R.; Van De Peut, T.; Peijster, J. J. M.; Slot, E.; Steenbrink, S. W. H. K.; Teepen, T. F.; Van Veen, A. H. V.; Kampherbeek, B. J. (2009). "MAPPER: High-throughput maskless lithography". In Schellenberg, Frank M; La Fontaine, Bruno M (eds.). Alternative Lithographic Technologies. Vol. 7271. pp. 72710O. doi:10.1117/12.814025. S2CID 173181588.
  • 제35회 유럽 마스크 및 리토그래피 컨퍼런스(EMLC 2019)