Learning Centre

Stepper lithography optimization

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Torkkeli, Altti
dc.contributor.author Leppäniemi, Jarmo
dc.date.accessioned 2014-01-10T09:38:10Z
dc.date.available 2014-01-10T09:38:10Z
dc.date.issued 2013-12-03
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/12042
dc.description.abstract In this work we found optimum exposure parameters and determined a process window for a 1X Stepper tool used in MEMS fabrication. Compared to older full-wafer imaging, Stepper lithography has a smaller exposure field that enables to maintain high Depth of Focus (DOF) even at submicron dimensions. Even though its resolution limit is far from the modern step-and-scan tools used in IC industry today, its higher depth of focus makes it a suitable tool for MEMS, where lithography over severe topography is often mandatory. For the optimization of our Stepper tool, photoresist profiles obtained with different exposure parameters and test masks were analysed with Scanning Electron Microscope (SEM) and optical microscope delegated to measurement of Critical Dimensions (CD). Both profiles on top of thermal oxide and on top of bare silicon were investigated. A Swing Curve was constructed to determine photoresist thickness by RPM. Photoresist profiles were analysed with different focus and exposure energies to construct Bossung plots. These Bossung plots were used to determine our process window. Different types of submicron structures were investigated with the optimum parameters found. Optimum photoresist thickness obtained in Swing Curve analysis was 1,67 μm for planar surfaces. The process window of our Stepper tool is quite large, with DOF of 4 μm. The optimum exposure energy of our Stepper tool was 230 mJ and optimum focus was -1,0 μm. The isofocal CD was about 150 nm lower than CD on mask. The resolution limit of our Stepper tools is slightly lower than 1,0 μm: submicron lines are exposed and defined clearly, but they are sloped and thus quite narrow at top. After final oxide etching, photoresist profiles were almost identical on top of bare silicon and oxide. Our Stepper tool has sufficient resolution and high DOF suitable for MEMS fabrication. The optimal exposure parameters found in this work allow for smaller safety tolerances in chip design and thus more efficient use of silicon area. This allows reducing the size and cost of the MEMS without reducing device performance. In a farther future with more strict resolution requirements, either creative solutions or new kind of lithography tools are needed. en
dc.description.abstract Tässä työssä tutkimme 1X Stepperin optimivalotusparametreja, tarkoituksena määrittää laitteen prosessi-ikkuna. Stepperilitografian koko kiekkoaluetta pienempi valotusalue mahdollistaa paremman fokustason alle mikrometrin dimensioiden rakenteille. Vaikka laitteemme resoluutio ei vastaa moderneja step-and-scan valottimia, on sen tarjoama korkea fokustaso erittäin hyödyllinen topografiaa sisältävissä valmistusprosesseissa, kuten monissa MEMS-tuotteissa. Tutkimme sähköelektronimikroskoopilla (SEM) photoresistiprofiileja eri valotusenergioilla ja testimaskeilla löytääksemme optimaaliset valotusparametrit. Arvioimme optimaalista resistinpaksuutta Swing Curve –kuvaajista. Eri valotusenergioiden ja fokuksien näytteiden SEM:llä tehtyjen profiilimittausten perusteella piirsimme Bossung-kuvaajat, joiden pohjalta arvioimme Stepperin prosessi-ikkunaa. Vertailimme profiileja paljaan piin ja termisen oksidin välillä sekä tutkimme yleisesti alle mikrometrin rakenteiden valotuksen onnistumista. Optimiresistipaksuudeksi tasaiselle pinnalle määritettiin 1,67 μm. Stepperin prosessi-ikkunan huomattiin olevan varsin suuri, fokustason ollessa 4,0 μm. Optimivalotusenergiaksi määritettiin 230 mJ ja optimifokukseksi -1,0 μm. Stepperin resoluutio oli alle mikrometrin: tätä pienemmät rakenteet valottuivat hyvin, joskin ne olivat varsin kapeita yläosastaan. Resistiprofiilien huomattiin olevan samanlaisia paljaan piin ja oksidin päällä oksidietsausprosessivaiheen jälkeen. Stepperillämme on riittävä fokustaso ja resoluutiokyvykkyys MEMS-tuotantoon. Tämän työn tuloksena saatiin optimivalotusparametrit, jotka mahdollistavat tehokkaamman piirisuunnittelun ja piikiekkopinta-alan käytön. Tämä mahdollistaa MEMS-tuotteiden koon ja hinnan pienentämisen. Kaukaisemmassa tulevaisuudessa kiristyvät resoluutiotarpeet vaativat joko luovia laitekehitysratkaisuja tai uuden, modernimman valotuslaitteen. fi
dc.format.extent 104 + 10
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Stepper lithography optimization en
dc.title Stepperin optimointi litografiaan fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword stepper en
dc.subject.keyword optical lithography en
dc.subject.keyword process window en
dc.subject.keyword DOF en
dc.subject.keyword photoresist profile en
dc.subject.keyword Bossung plot en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201401101108
dc.programme.major Soveltava Materiaalitiede fi
dc.programme.mcode MT3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Franssila, Sami
dc.programme MTE - Materiaalitekniikana koulutusohjelma fi
dc.location PK fi
local.aalto.openaccess yes
local.aalto.digifolder Aalto_06679
dc.rights.accesslevel openAccess
local.aalto.idinssi 48440
dc.type.publication masterThesis
dc.type.okm G2 Pro gradu, diplomityö


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse