Multiple level structures are present in many electronic applications. One example of an electronic application is an accelerometer that can be found from everyday applications, such as smartphones.
Optical lithography is an essential part of the fabrication process of accelerometers. During optical lithography, a substrate is coated with a resist. The resist is illuminated with light, and further proceeded by development resulting in structures on the resist. After optical lithography, the structures on the resist are further transferred to the substrate by etching.
Traditional one-step optical lithography process combined with etching can only produce one-level structures. If multiple levels are desired, multiple lithography steps have to be coupled with etching. The challenge associated with multiple lithography steps is the alignment between different layers, which means that the exposure has to happen exactly at the same place between different lithography steps. Another motive for this research is the possibility of decreased process costs because there are less process steps.
One of the challenges associated with multiple resist level processing with one lithography step is the lack of knowledge. This master’s thesis studied on how to fabricate two-level resist structures by one-step optical lithography process utilizing thick resist and halftone mask.
This master’s thesis proves that two-level resist structures can be fabricated with one-step lithography process. In future, more research is required to improve resist thickness uniformity. Furthermore, the process steps after optical lithography have to be optimized in order to obtain a final working product. This master’s thesis was done for Murata Electronics Oy in Finland.Useampitasoisia rakenteita voi löytää monista sähköisistä sovelluksista. Kiihtyvyysanturi on yksi esimerkki tällaisesta sähköisestä sovelluksesta, joita voi löytää arkisista tuotteista, kuten älypuhelimista.
Optinen litografia on tärkeä osa kiihtyvyysantureiden valmistusprosessia. Optisessa litografiassa pohjamateriaali päällystetään resistillä. Resisti valotetaan ja edelleen prosessoidaan kehittämällä tuottaen rakenteita resistiin. Optisen litografian jälkeen resistin rakenteet siirretään edelleen pohjamateriaaliin etsauksella.
Perinteinen yksi litografia-askel yhdistettynä etsauksen kanssa voi tuottaa vain yksitasoisia rakenteita. Jos halutaan useampitasoisia rakenteita, useampaalitografia-askelta sekä etsausta tarvitaan. Useamman litografia-askeleen haasteena on eri kerroksien kohdistaminen toisiinsa nähden, joka tarkoittaa sitä että valotus täytyy tapahtua tarkalleen samassa kohdassa eri askeleilla. Toisena motiivina tutkimukseen on mahdollisuus alentuneisiin prosessikustannuksiin, koska prosessointiaskeleita on vähemmän.
Yksi haasteista, joka liittyy useampitasoisen resistin prosessointiin yhdellä liografia-askeleella, on tietotaitojen puute. Tässä maisterin lopputyössä tutkittiin miten kaksitasoisia resistirakenteita voidaan valmistaa yhdellä optisella litografiaaskeleella hyödyntäen paksua resistiä ja harmaasävymaskia.
Tässä maisterin lopputyössä todistetaan, että yhdellä litografia-askeleella voidaan valmistaa kaksitasoisia resistirakenteita. Seuraavissa tutkimuksissa resistin paksuuden tasaisuutta tulisi parantaa. Myös prosessivaiheet optisen litografian jälkeen tulisi optimoida saadakseen lopullisen toimivan tuotteen. Tämä maisterityö tehtiin Murata Electronics Oy:lle Suomessa.
