Estudo de um Sistema de Controle do Foco de um Equipamento Litográfico de Baixo Custo

RESUMO

O presente projeto teve por objetivo o desenvolvimento de um sistema de controle do foco de um equipamento litográfico construído a partir de um projetor de imagens da marca acer, modelo X1111. Por meio dos conhecimentos adquiridos na graduação e através de ferramentas computacionais, serão apresentados os métodos utilizados e os resultados obtidos com a elaboração deste projeto.

Palavras-chave: Litografia; Sistema de Controle; Foco; Equipamento Litográfico.

 

Sumário

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5

2. MATERIAIS E MÉTODOS 8

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 15

3.1 Caracterização da Fonte de Luz 15

3.1.1 Comprimento de onda 15

3.1.2 Ângulo de incidência 15

3.1.3 Perfil de intensidade 16

3.2 Ajuste do Melhor Foco 17

3.2.1 Ajuste visual do melhor foco 17

3.2.2 Ajuste fino do foco através da escala de cinza 18

4. CONCLUSÕES 23

REFERÊNCIAS BILIOGRÁFICAS 24

APÊNDICES 25

Apêndice 1 – Código em assembly implementado no PIC16F628A para realizar o controle do ajuste fino do foco do equipamento litográfico e o controle do ligamento/desligamento do UV-LED 25

Apêndice 2 – Código em C# implementado para construção de um terminal de comunicação serial 31

Apêndice 3 – Código em C++ implementado para capturar imagem da câmera, converter a imagem para escala de cinza e varrer intensidade dos pixels em torno da imagem projetada 35

 

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Para a fabricação de microestruturas várias técnicas litográficas estão à disposição. Em um sentido amplo elas são classificadas em técnicas de litografia óptica, litografia por feixe de elétrons, litografia por feixe de íons e litografia por raios X. Dentre elas, as de maior interesse atual são a litografia óptica e a litografia por feixe de elétrons.

Em litografia óptica, o principal objetivo é obter-se maior resolução com maior profundidade de foco. Por profundidade de foco entende-se a habilidade do sistema em manter o foco para pontos situados em diferentes posições da espessura do resiste. Se houver uma desfocalização excessiva, a energia é dispersada espacialmente e, portanto, o resiste não é sensibilizado adequadamente (a Nikon define a profundidade de foco como a distância onde o contraste da imagem latente no resiste é maior que 60% da condição de pleno foco). Este problema é especialmente grave se a superfície da lâmina em processamento apresentar topografia bastante irregular, com vários degraus. As duas expressões fundamentais para o estudo desses parâmetros são:

Resolução =(k_1 λ)/NA

Equação 1 – Cálculo do limite de resolução.

DOF=(k_2 λ)/〖(NA)〗^2

Equação 2 – Cálculo da profundidade de foco.

onde DOF é a profundidade de foco (depth of focus), λ é o comprimento de onda da luz utilizada, NA é a abertura numérica do sistema de lentes empregado, k1 é uma constante que depende das condições de processo e da técnica litográfica empregada e k2 é uma constante que depende do sistema óptico empregado. [1]

De acordo com essas expressões, as regras de escalamento sugerem que se aumentando a resolução, a profundidade de foco é reduzida (para a situação limite). Isto é o que ocorre quando se empregam aberturas numéricas NA cada vez maiores (implicando em sofisticação do sistema de lentes) ou comprimentos de onda λ menores (fonte de radiação modificada). No final dos anos 80, a DOF necessária para o processo começou a limitar a resolução prática dos sistemas ópticos. Os sistemas litográficos disponíveis atualmente para a fabricação de dispositivos com dimensão crítica de 0,35 μm apresentam DOF em torno de 1μm, que está no limiar do aceitável.

Do ponto de vista prático precisa-se empregar artifícios para aumentar a resolução sem sacrificar a profundidade de foco. Três idéias práticas que têm atraído atenção são as máscaras com deslocamento de fase (phase shifting masks – PSM), os sistemas de iluminação modificados e a técnica de correção do efeito de proximidade óptico (optical proximity correction – OPC). [2] [3]

Atualmente a empresa EV Group é uma das referências de mercado quanto equipamentos de litografia óptico.

A litografia por feixe de elétrons, além da alta resolução possui excelente profundidade de foco e difração desprezível. Além disso, como elétrons são partículas carregadas eletricamente elas podem ser facilmente focalizadas e defletidas por campos magnéticos e eletrostáticos. Por outro lado, os elétrons do feixe ao chocarem-se com o material a ser sensibilizado, sofrem um processo de espalhamento que depende do peso atômico do material onde o feixe incide. No caso de o substrato estar recoberto com um filme sensível, este filme é sensibilizado nas áreas expostas e a seguir, após atingirem o substrato, alguns elétrons retornam e re-sensibilizam o resiste em áreas que não foram expostas previamente. O resultado disto é que as estruturas sensibilizadas perdem a definição de borda e regiões supostamente não expostas podem receber uma dose de energia equivalente à de regiões intencionalmente expostas. Este efeito de exposição indesejada é conhecido como efeito de proximidade (proximity effect) e é altamente dependente da energia do feixe incidente.

O maior problema em litografia por feixe de elétrons é sem dúvida a lentidão de exposição. O tempo total de exposição da lâmina inclui o tempo para carregar e descarregar lâminas, o tempo para movimentar o estágio de campo para campo de exposição, o tempo para acomodar os amplificadores de deflexão antes de cada exposição e naturalmente o tempo total de exposição propriamente dito. [2] [3]

A empresa Raith nanofabrication está entre as melhores deste segmento.

Outras tecnologias, tais como aquelas baseadas em fontes de raio-X, vem sendo desenvolvidas com o objetivo de aumentar a resolução das estruturas a serem transferidas