AKTUELLE ENTWICKLUNGEN DER LITHOGRAPHIE PLASMAAKTIVIERUNG VON SUBSTRATEN IN EINEM MASK ALIGNER

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Marielies Ursula Fiedler
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1 AKTUELLE ENTWICKLUNGEN DER LITHOGRAPHIE PLASMAAKTIVIERUNG VON SUBSTRATEN IN EINEM MASK ALIGNER Ulrike Schömbs Product Manager Manual Aligner

2 ÜBERSICHT PRODUKT PORTFOLIO MASK ALIGNER MA100e Gen2 Automatic Pieces up to 100mm MA200Compact Automatic 2 up to 200mm MA300 Gen2 Automatic 200/300mm Fab LithoFab200 Litho Cluster 200mm Lab MJB4 Manual Pieces up to 100mm MA/BA6 Manual Pieces up to 150mm MA/BA8 Gen3 Semi-Automatic Pieces up to 200mm LithoPack300 Litho Cluster 300mm 2

3 SUSS DSM8/200 GEN2 High level Vorder zu Rückseiten - Messung Bis zu 200mm Doppelseitenmessung Neue Plattform für manuelle und automatische Version Vorder- zu Rückseiten - Messgenauigkeit: 0.2µm (3s) Optionen: IR Messung Overlay Messung Ergo load Kassetten Stationen SECS/GEM incl. Rezept und Parameter Mgmt. 3

4 ENHANCED AUTOAL (2P2P) FÜR MA300 MASK ALIGNER 2. Alignment: DirectAlign Aufgabe: Aufgrund einer Dunkelfeldmaske kann das Wafer Target nicht gesehen werden Bumps können nicht zum Alignment verwendet werden, da nicht eindeutig Lösung: Large Clearfield Mask Movement (LCMM) für die erste eindeutige Justiermarke Verfahren des Mikroskops zur zweiten nicht eindeutigen Justiermarke (hier Bump) und laden eines zweiten gespeicherten Targets DirectAlign mit spezifischem Bump 1. Alignment: LCMM 4

5 MO EXPOSURE OPTICS UND SOFTWARE SIMULATION

6 MO EXPOSURE OPTICS Stabile Lichtquelle Unübertroffene Lichtgleichmässigkeit Telezentrische Belichtung Vorteile der MO Exposure Optics: Verbesserte Lcihtgleichmäßigkeit (± 2.5%) SUSS HR (High Resolution) und LGO (Large Gap) Optiken in einer Belichtungsoptik Flexible Belichtungseinstellungen via schnellem und einfachem IFP Wechsel Entkopplung der Lichtquelle Micro- Optics Standard Mask Illumination MO Integrator IFP Module MO Integrator MO Exposure Optics Illumination Filter Plate Telecentric Mask Illumination Flexible beam shaping by using different illumination filter plates MO Exposure Optics MA 200 Compact 6

7 GENISYS LAYOUT LAB SIMULATIONS SOFTWARE Die Layout Lab Simulation berücksichtigt die Komplexität eines Lithographie Prozesses Quelle Wellenlänge (Breitband) Kollimationswinkel, Quellenform Kohärenz Maske Layout Strukturgrößen Vergleich von experimentellem und simuliertem Lackprofil für zwei verschiedene Belichtungseinstellungen Simuliert Experiment Transmission / Grauskala Beugungseffekte Lack & Stack Optische Eigenschaften des Materials Dicke und Reflektionen IFP Maske Exposure gap IFP Maske Source Mask Optimierung 7

8 NANOIMPRINT

9 SCIL (SUBSTRATE CONFORMAL IMPRINT LITHOGRAPHY) Herkömmlicher Nanoimprint SCIL Stempel: dicke Glasplatte (>3mm) mit PDMS Schicht Nur das PDMS ist flexibel genug, um Unebenheiten des Substrats aufzunehmen -> Druckbelastung der PDMS Strukturen Keine automatische Separation ohne Belastung der Strukturen auf großer Fläche möglich Imprint erfolgt durch aufbringen einer Kraft vollflächig in einem Schritt Stempel: dünne Glasplatte (~200µm) mit PDMS Schicht Unebenheiten des Substrats können von der flexiblen Glasplatte kompensiert werden -> keine Druckbelastung der PDMS Strukturen Automatische Imprint und Separationssequenz Imprint erfolgt hauptsächlich durch Kapilarkräfte 9

10 SCIL (SUBSTRATE CONFORMAL IMPRINT LITHOGRAPHY) PDMS Stamp Glass Back Plate Rubber for handling SCIL working stamp: PDMS mounted on thin glass SCIL vereint die Eigenschaften des weichen PDMS mit denen des harten Glascarriers Preisgünstiger Stempel: eine unbegrenzte Anzahl von Stempeln kann von einem Master repliziert werden > 1000 Imprints mit einem Stempel* Selbstreinigender Prozess Imprintfläche bis zu 8 SCIL working stamp on SCIL stamp holder *Imprint mit Sol-Gel 10

11 SCIL (SUBSTRATE CONFORMAL IMPRINT LITHOGRAPHY) Aktuelle Entwicklungen Resistevaluierung Delo Katiobond Kürzere Belichtungszeiten im Vergleich zu bisher verwendeten Resisten (Amonil und UV SolGel) => höherer Durchsatz Imprints zur Herstellung von PSS Strukturen im LED Bereich Optimierung der Stempelreplikation Implementierung eines 8 vollflächigen Imprints Courtesy Philips Research 11

12 SELEKTIVE PLASMA AKTIVIERUNG

13 SELECTIVE PLASMA AKTIVIERUNG Vorteile einer selektiven Plasma Aktivierung Selektive Plasma Aktivierung kann helfen zusätzliche Prozessschritte zu vermeiden Masking Schritte und Behandlung in einem Plasmaofen können vermieden werden Kein Entfernen von zusätzlichen Maskingschichten nötig, keine Nasschemie Partielle Behandlung mit unterschiedlichen Gasen auf dem selben Wafer möglich z.b. bei mikrofluidischen Kanälen Gegenüber Plasma sensitive Bauteile können vor einer Behandlung mit Plasma geschützt werden z.b. bei der Verkapselung von sensitiven Bauteilen Reduktion der Cost of ownership durch Gebrauch mehrerer Funktionen in einer Maschine Selective plasma treatment of a structured wafer Selective plasma treatment with a patterned electrode 13

14 SELECT TOOLKIT FÜR SELECTIVE PLASMA AKTIVIERUNG SELECT Toolkit: Vollflächige oder selektive Behandlung mit Plasma Option zu einem standard Mask und/oder Bond Aligner Oberflächenmodifikation durch chemische Reaktion (hydrophil, hydrophob, Oxidation, Reduction, Abscheidung) Plasma unter Umgebungsdruck und Raumtemperatur Basierend auf einer dielectric barrier discharge (DBD) Technologie Verwendung verschiedner Prozessgase möglich (bis zu 2 zur gleichen Zeit) Behandlung von Bruchstücken bis zu 200mm Wafern (Plasma Aktivierung ist limitiert auf eine Fläche von 160mm) aus verschiedenen Materialien (z.b. Glas, Silizium oder Kunststoff) Alignment der Electrode und des Substrats zueinander durch nutzen der standard SUSS BSA Mikroskope Geschlossenes Mini environment SELECT Electrodenhalter SELECT laden eines Wafers auf den Plasmachuck MA/BA8 Gen3 mih SELECT toolkit 14

15 ABSTANDSREGULIERTE SELEKTIVE PLASMA AKTIVIERUNG Selektive Entladung eines Plasma ist abhängig vom Abstand der Elektrode zum Substrat Leitfähige Schicht Leitfähige Schicht ELEKTRODE Substrate (Pyrex) Si-wafer Plasma (DBD) ~ V ELEC KTRODE Substrate (Pyrex) Si-wafer ~ V Gap 200 µm Gap 50 µm Plasma Aktivierung auf den Stegen Plasma Aktivierung in den Kavitäten 15

16 PLASMA PRINTING Selektive Behandlung von Substraten mit einer Topographie von weniger als 70µm Tiefe Die Electrode wird entweder durch ein Dielektrikum (z.b. SU8) oder ein direktschreiben in das Elektrodenglas strukturiert. Leitfähige Schicht Strukturierter Resist oder strukturiertes Elektrodenglas ELEKTRODE (Pyrex) Substrate ~V Plasma Printing Process transparente Glaselektrode mit strukturierter SU8 Resistschicht Conductive layer Plasma (DBD) DI Wasser Test Oberflächeneigenschaften sind lokal verändert durch selektive Plasmabehandlung Hydrophobe und hydrophile Regionen auf einem 4 Wafer nach einer selektiven Plasmabehandlung und nach dem Eintauchen in DI Wasser 16

17 GRÜNDE FÜR DIE IMPLEMENTIERUNG VON SELECT IN DIE ALIGNER TECHNOLOGIE Prozesskontrolle und verbesserter Yield in Atmosphärenplasma In der Vergangenheit haben Tests mit Atmosphärenplasma gezeigt, daß dünnen Oxidschichten durch das Plasma beschädigt werden können. Das Fraunhofer Institut IST hat gezeigt, daß zur Vermeidung solcher Defekte eine genaue Prozesskontrolle nötig ist. Hierbei sind zu überwachen: Gap setting (Parallelität und Abstand) Gasfluss Mischung des Prozessgases Generatorleistung Feldstärke Mit dieser Prozesskontrolle konnten defektfreie Aktivierungen auf einer Oxidschicht bis zu 100nm im Atmosphärenplasma erreicht werden. Kostenreduzierung Durch die Verwendung eines Mini Environment ist gewährleistet, daß lediglich eine sehr geringe Menge an Gas verbraucht wird Synergien mit anderen Aligner Anwendungen wie Bond Alignment nach der Plasmaaktivierung kann im selben Tool durchgeführt werden Alignment der Elektrode zum Substrat Durch die Verwendung der Rückseitenmikroskope kann die Elektrode zum Substrat ausgerichtet werden 17

18 SELECT APPLIKATIONEN VERKAPSELUNG VON SENSITIVEN BAUTEILEN Vorbereitung von Bondberflächen ohne Behandlung des Device Plasma Step 1: Vorbereitung mit Plasma Aktivierung der Bond Interfaces Elektrode Device Substrat Step 2: Verkapselung Deckelsubstrat Device Substrat 18

19 SELECT APPLIKATIONEN - MIKROVENTIL Erzeugung von bondenden und nicht bondenden Oberflächen auf der selben Ebene in einem Schritt 1: Plasma Print 2: Bonding Strukturierte Elektrode Bond interface Nicht bondende Fläche 19

20 SELECT APPLIKATIONEN MIKROFLUIDISCHES BAUTEIL Selektive Veränderung der Oberflächeneigenschaften in Mikrokanälen 20

21 SELECT APPLIKATIONEN - 3D INTEGRATION SELF ASSEMBLY Vorbereitung der Pads mit selektivem Plasma Selektive Änderung der Oberflächenspannung (hydrophil hydrophob) Adhesive aufbringen Der Adhesive haftet nur auf selektiv behandelten Arealen Pick and Place grobes alignment - großer Durchsatz Self alignment aufgrund von Oberflächenspannung des Adhesive Die Geometrie richtet sich zur Adhesive geometrie aus 21

22 SÜSS MicroTec AG Schleissheimer Str Garching 22

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