मास्कलेस लिथोग्राफी

मास्कलेस फोटोलिथोग्राफी (एमपीएल) एक फोटोमास्क-रहित फोटोलिथोग्राफी-जैसी तकनीक है जिसका उपयोग यूवी विकिरण या इलेक्ट्रॉन बीम के माध्यम से एक रासायनिक प्रतिरोध-लेपित सब्सट्रेट (जैसे वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स)पर छवि पैटर्न को प्रोजेक्ट या फोकल-स्पॉट लिखने के लिए किया जाता है।

माइक्रोलिथोग्राफी में, आमतौर पर यूवी विकिरण एक प्रकाशसंवेदी इमल्शन (या फोटोरिसिस्ट) पर एक समय स्थिर मुखौटा की एक छवि डालता है। परंपरागत रूप से, मास्क एलाइनर, स्टेपर, स्कैनर और अन्य प्रकार की गैर-ऑप्टिकल तकनीकों का उपयोग माइक्रोस्ट्रक्चर के उच्च गति वाले माइक्रोफैब्रिकेशन के लिए किया जाता है, लेकिन एमपीएल के मामले में, इनमें से कुछ बेमानी हो जाते हैं।

मास्कलेस लिथोग्राफी में पैटर्न को प्रोजेक्ट करने के दो तरीके हैं: रैस्टराइज़्ड और वेक्टराइज़्ड।पहले में यह इलेक्ट्रॉनिक रूप से संशोधित (वर्चुअल) मास्क पर एक टाइम-वैरिएंट आंतरायिक छवि की पीढ़ी का उपयोग करता है जिसे ज्ञात साधनों ( लेजर डायरेक्ट इमेजिंग और अन्य समानार्थी के रूप में भी जाना जाता है) के साथ पेश किया जाता है। वेक्टर्ड दृष्टिकोण में, प्रत्यक्ष लेखन विकिरण द्वारा प्राप्त किया जाता है जो एक संकीर्ण बीम पर केंद्रित होता है जिसे प्रतिरोध के पार वेक्टर रूप में स्कैन किया जाता है। फिर बीम का उपयोग छवि को सीधे फोटोरेसिस्ट में लिखने के लिए किया जाता है, एक समय में एक या अधिक पिक्सेल। इसके अलावा दो दृष्टिकोणों के संयोजन ज्ञात हैं, और यह ऑप्टिकल विकिरण तक ही सीमित नहीं है, बल्कि यूवी में भी फैली हुई है, इसमें इलेक्ट्रॉन बीम और एमईएमएस उपकरणों के माध्यम से यांत्रिक या थर्मल पृथक्करण भी शामिल है।

लाभ
एमपीएल लाभ एक बड़ी और सस्ती उपलब्ध कंप्यूटिंग क्षमता द्वारा सक्षम पैटर्न की एक उच्च गति समानांतर हेरफेर है, जो मानक दृष्टिकोण के साथ कोई समस्या नहीं है जो एक धीमी, लेकिन सटीक संरचना प्रक्रिया के लिए तेजी से और अत्यधिक से एक मुखौटा लिखने के लिए decouples उद्योग द्वारा मांग के अनुसार उच्च प्रतिकृति थ्रूपुट प्राप्त करने के लिए समानांतर प्रतिलिपि प्रक्रिया।

मुखौटा रहित लिथोग्राफी का एक प्रमुख लाभ एक नया फोटोमास्क बनाने की लागत के बिना, लिथोग्राफी पैटर्न को एक रन से दूसरे रन में बदलने की क्षमता है। यह डबल पैटर्निंग या गैर-रैखिक सामग्री व्यवहार के मुआवजे के लिए उपयोगी साबित हो सकता है (उदाहरण के लिए सस्ता, गैर-क्रिस्टलीय सब्सट्रेट का उपयोग करते समय या पूर्ववर्ती संरचनाओं की यादृच्छिक प्लेसमेंट त्रुटियों की भरपाई के लिए)।

नुकसान
प्रतिकृति प्रक्रिया के लिए मुख्य नुकसान जटिलता और लागत हैं, ओवरसैंपलिंग के संबंध में रेखांकन की सीमा अलियासिंग आर्टिफैक्ट का कारण बनती है, विशेष रूप से छोटी संरचनाओं (जो उपज को प्रभावित कर सकती है) के साथ, जबकि प्रत्यक्ष वेक्टर लेखन थ्रूपुट में सीमित है। साथ ही ऐसी प्रणालियों का डिजिटल थ्रूपुट उच्च रिज़ॉल्यूशन के लिए एक अड़चन बनाता है, यानी ~ 707 सेमी² के अपने क्षेत्र के साथ 300 मिमी व्यास के वेफर को संरचित करने के लिए लगभग 10 TiB डेटा की आवश्यकता होती है, बिना ओवरसैंपलिंग के एक रेखापुंज प्रारूप में और इस प्रकार स्टेप-आर्टिफैक्ट्स (अलियासिंग) से ग्रस्त होता है। इन शिल्पकृतियों को कम करने के लिए 10 के एक कारक द्वारा ओवरसैंपलिंग 1 PiB प्रति सिंगल वेफर परिमाण के दो अन्य ऑर्डर जोड़ता है जिसे उच्च मात्रा विनिर्माण गति प्राप्त करने के लिए सब्सट्रेट में ~1 मिनट में स्थानांतरित किया जाना है। औद्योगिक मास्कलेस लिथोग्राफी इसलिए वर्तमान में केवल व्यापक रूप से कम रिज़ॉल्यूशन सबस्ट्रेट्स की संरचना के लिए पाई जाती है, जैसे कि पीसीबी-पैनल उत्पादन में, जहां रिज़ॉल्यूशन ~ 50µm सबसे आम हैं (घटकों पर ~ 2000 गुना कम थ्रूपुट मांग पर)।

रूप
वर्तमान में, मुखौटा रहित लिथोग्राफी के मुख्य रूप इलेक्ट्रॉन बीम और ऑप्टिकल हैं। इसके अलावा, केंद्रित आयन बीम (FIB) सिस्टम ने विफलता विश्लेषण और दोष की मरम्मत में एक महत्वपूर्ण विशिष्ट भूमिका स्थापित की है। साथ ही, मैकेनिकल और थर्मली एब्लेटिव प्रोब युक्तियों की सरणियों पर आधारित प्रणालियों का प्रदर्शन किया गया है।

इलेक्ट्रॉन बीम (ई-बीम)
आज नकाब रहित लिथोग्राफी का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला रूप इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी है। इसका व्यापक उपयोग इलेक्ट्रॉन बीम ऊर्जा की एक समान विस्तृत श्रृंखला (~ 10 eV से ~ 100 keV) तक पहुँचने के लिए उपलब्ध इलेक्ट्रॉन बीम सिस्टम की विस्तृत श्रृंखला के कारण है। यह पहले से ही ईएएसआईसी में वेफर-स्तर के उत्पादन में उपयोग किया जा रहा है, जो एएसआईसी के कम लागत वाले उत्पादन के लिए सिंगल वाया लेयर को अनुकूलित करने के लिए पारंपरिक डायरेक्ट-राइट इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी का उपयोग करता है।

वर्तमान में विकसित की जा रही अधिकांश नकाब रहित लिथोग्राफी प्रणालियां बहु इलेक्ट्रॉन बीम के उपयोग पर आधारित हैं। लक्ष्य बड़े क्षेत्रों के पैटर्निंग को तेज करने के लिए बीम की समानांतर स्कैनिंग का उपयोग करना है। हालाँकि, यहाँ एक मूलभूत विचार यह है कि पड़ोसी बीम से किस डिग्री के इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को परेशान कर सकते हैं (कूलॉम्ब प्रतिकर्षण से)। चूंकि समानांतर बीम में इलेक्ट्रॉन समान रूप से तेजी से यात्रा कर रहे हैं, वे लगातार एक दूसरे को पीछे हटा देंगे, जबकि इलेक्ट्रॉन लेंस इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र के केवल एक हिस्से पर कार्य करते हैं।

ऑप्टिकल
डायरेक्ट लेजर राइटिंग ऑप्टिकल मास्कलेस लिथोग्राफी का एक बहुत लोकप्रिय रूप है, जो आर एंड डी प्रोसेसिंग (छोटे बैच उत्पादन) में लचीलापन, उपयोग में आसानी और लागत प्रभावशीलता प्रदान करता है। अंतर्निहित तकनीक एक फोटोरेसिस्ट (अंकीय प्रकाश प्रक्रमण उपकरणों के समान तरीके से) के साथ एक सब्सट्रेट तक पहुंचने से लेजर मार्ग को अवरुद्ध करने के लिए ग्लास पर आधारित स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक (एसएलएम) माइक्रो-एरे का उपयोग करती है। यह उपकरण उप-माइक्रोमीटर रिज़ॉल्यूशन पर तेजी से पैटर्निंग प्रदान करता है, और लगभग 200 एनएम या उससे अधिक के फीचर आकार के साथ काम करते समय प्रदर्शन और लागत के बीच समझौता करता है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, 3डी इलेक्ट्रॉनिक्स और विषम एकीकरण के लिए प्रत्यक्ष लेजर लेखन 1995 में ऑस्टिन, टेक्सास में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी निगम (या एमसीसी) में विकसित किया गया था। MCC सिस्टम को 3D सतहों के लिए सटीक नियंत्रण और रीयल-टाइम मशीन लर्निंग के साथ आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस सॉफ़्टवेयर के साथ पूरी तरह से एकीकृत किया गया था और इसमें मानक i-लाइन प्रतिरोध और DUV 248nm के लिए लेजर तरंग दैर्ध्य शामिल थे। एमसीसी प्रणाली में प्रोग्राम योग्य वेफर डिजाइन पर सर्किट को अलग करने के लिए सर्किट संपादन क्षमताएं भी शामिल थीं। 1999 में, MCC प्रणाली MEMS निर्माण में उपयोग के लिए उन्नत थी।

हस्तक्षेप लिथोग्राफी या होलोग्राफिक एक्सपोजर मुखौटा रहित प्रक्रियाएं नहीं हैं और इसलिए उन्हें "मास्कलेस" के रूप में नहीं गिना जाता है, हालांकि उनके बीच कोई 1:1 इमेजिंग सिस्टम नहीं है।

प्लाज़ोनिक नैनोलिथोग्राफी डायरेक्ट राइटिंग लिथोग्राफी स्कैनिंग जांच के माध्यम से स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन उत्तेजनाओं का उपयोग सीधे फोटोरेसिस्ट को उजागर करने के लिए करती है।

बेहतर छवि रिज़ॉल्यूशन के लिए, पराबैंगनी प्रकाश, जिसमें दृश्य प्रकाश की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य होता है, का उपयोग लगभग 100 एनएम तक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने के लिए किया जाता है। आज उपयोग में आने वाली मुख्य ऑप्टिकल मास्कलेस लिथोग्राफी प्रणालियां सेमीकंडक्टर और एलसीडी उद्योगों के लिए फोटोमास्क बनाने के लिए विकसित की गई हैं।

2013 में, स्विनबर्न प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के एक समूह ने विभिन्न तरंग दैर्ध्य के दो ऑप्टिकल बीम के संयोजन का उपयोग करते हुए 9 एनएम फीचर आकार और 52 एनएम पिच की अपनी उपलब्धि प्रकाशित की।

डीएलपी तकनीक का उपयोग मास्क रहित लिथोग्राफी के लिए भी किया जा सकता है।

केंद्रित आयन बीम
फ़ोकस किए गए आयन बीम सिस्टम का उपयोग आमतौर पर दोषों को दूर करने या दबी हुई विशेषताओं को उजागर करने के लिए किया जाता है। आयन स्पटरिंग के उपयोग में थूक सामग्री के पुनर्निक्षेपण को ध्यान में रखना चाहिए।

जांच-टिप संपर्क
आईबीएम रिसर्च ने परमाणु बल माइक्रोस्कोपी पर आधारित एक वैकल्पिक मास्कलेस लिथोग्राफी तकनीक विकसित की है। इसके अलावा, डीआईपी पेन नैनोलिथोग्राफी पैटर्निंग सबमाइक्रोमीटर सुविधाओं के लिए एक आशाजनक नया दृष्टिकोण है।

2000S
तकनीकें जो मुखौटा रहित लिथोग्राफी को सक्षम करती हैं, पहले से ही फोटोमास्क के उत्पादन और सीमित वेफर-स्तर के उत्पादन में उपयोग की जाती हैं। उच्च मात्रा के निर्माण में इसके उपयोग के आगे कुछ बाधाएँ हैं। सबसे पहले, मास्कलेस तकनीकों की एक विस्तृत विविधता है। इलेक्ट्रॉन-बीम श्रेणी के भीतर भी, पूरी तरह से अलग आर्किटेक्चर और बीम ऊर्जा वाले कई विक्रेता (मल्टीबीम, मैपर लिथोग्राफी, कैनन (कंपनी), सुगंधित, नुफलेर, जेओएल) हैं।दूसरा, प्रति घंटे 10 वेफर्स से अधिक के थ्रूपुट लक्ष्यों को अभी भी पूरा करने की आवश्यकता है। तीसरा, बड़े डेटा वॉल्यूम ( टेराबिट-स्केल)को संभालने की क्षमता और क्षमता को विकसित और प्रदर्शित करने की आवश्यकता है।

हाल के वर्षों में DARPA और NISTने अमेरिका में नकाब रहित लिथोग्राफी के लिए समर्थन कम कर दिया है।

एक यूरोपीय कार्यक्रम था जो 2009 में 32-एनएम हाफ-पिच नोड पर आईसी निर्माण के लिए मास्कलेस लिथोग्राफी के प्रवेश को आगे बढ़ाएगा। ईसी 7वें फ्रेमवर्क प्रोग्राम (एफपी7) के फ्रेम में परियोजना का नाम मैजिक, या "एमएस्कलेस लिथोग्राफी फॉर आईसी मैन्युफैक्चरिंग" था।

एकाधिक पैटर्निंग के लिए बढ़ी हुई मुखौटा लागत के कारण, मुखौटा रहित लिथोग्राफी एक बार फिर इस क्षेत्र में प्रासंगिक शोध को प्रेरित करती है।

डार्पा (संयुक्त राज्य अमेरिका)
कम से कम 2001 के बाद से DARPA ने कम-मात्रा निर्माण प्रक्रिया को सक्षम करने के लिए समानांतर ई-बीम सरणियों, समानांतर स्कैनिंग जांच सरणियों और एक अभिनव ई-बीम लिथोग्राफी उपकरण सहित विभिन्न प्रकार की मास्कलेस पैटर्निंग तकनीकों में निवेश किया है। तकनीक का कोडनेम ग्रेटिंग ऑफ रेगुलर एरे और ट्रिम एक्सपोजर (ग्रेट) (पहले लागत प्रभावी कम वॉल्यूम नैनोफैब्रिकेशन के रूप में जाना जाता था) है।

ढलाई कारखानों
2018 में डच और रूस ने संयुक्त रूप से वित्त पोषित कंपनी मैपर लिथोग्राफी कंपनी मैपर लिथोग्राफी का निर्माण किया, जो मल्टी ई-बीम मास्कलेस लिथोग्राफी एमईएमएस घटकों का निर्माण कर रही थी और उस समय एक प्रमुख प्रतियोगी ASML होल्डिंग द्वारा अधिग्रहित की गई थी। फाउंड्री उत्पादक उपकरण मास्को, रूस के पास स्थित है। 2019 की शुरुआत में इसे मैपर एलएलसी द्वारा चलाया गया था। मैपर लिथोग्राफी मूल रूप से 2000 में डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी में बनाई गई थी।

बाहरी कड़ियाँ

 * 35th European Mask and Lithography Conference (EMLC 2019)
 * 35th European Mask and Lithography Conference (EMLC 2019)