Publication

High power modular LED-based illumination system for lithography applications

Résumé

Mask-aligner lithography is a technology used to transfer patterns with critical dimensions in the micrometer range from below 1 micron for contact printing to a dozen of microns in proximity printing. This technology is widely used in the fabrication of MEMS, micro-optical components, and similar fields. Traditionally, the light sources used for mask-aligners are high-pressure mercury arc lamps, which emit in the UV rang of the spectrum with peaks at 365 nm, 405 nm and 435 nm, respectively the g-, h- and i- lines. These lamps suffer from several disadvantages (inefficient, bulky, dangerous), which makes alternatives interesting. In recent years, high power UV LEDs at the same wavelengths appeared on the market, opening the door to new illumination systems for mask-aligners. We have developed a modular 250 W LED-based illumination system, which can advantageously replace a 1 kW mercury arc lamp illumination. LEDs, arranged in a 7x7 grid array, are placed in the entrance apertures of individual reflectors, which collimate the individual irradiation to an output angle of 10◦. A subsequent fly’s eye integrator homogenizes the illumination in the mask plane. It is followed by a Fourier lens, superimposing the individual channels in the mask plane, and a field lens to ensure telecentric illumination. This multisource approach allows the shaping of the source by switching individual illumination channels, determining the illumination angles and the spatial coherence in the mask plane. This concept can be used, for example, to do source-mask optimization. Compared to mercury arc lamp illumination, our system is simultaneously more efficient, compact, versatile, economic and sustainable. In our contribution, we present the design of the system as well as lithographic test prints done with different illumination patterns.

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Lampe à vapeur de mercure
vignette|Une lampe à vapeur de mercure de 175 watts, environ 15 secondes après le démarrage. Une lampe à vapeur de mercure est une lampe à décharge qui utilise un arc électrique à travers du mercure vaporisé pour produire de la lumière. vignette|Lampe de Cooper Hewitt, 1903. Si l'on fait traverser les vapeurs de certains corps par un courant électrique ces vapeurs deviennent lumineuses. Charles Wheatstone a observé le spectre d'une décharge électrique dans de la vapeur de mercure en 1835 et a noté les raies ultraviolettes dans ce spectre.
Lithographie extrême ultraviolet
vignette|La technologie EUV. vignette|Outil de lithographie EUV. La lithographie extrême ultraviolet ou lithographie EUV est un procédé de photolithographie assez semblable aux procédés de lithographie classiques actuels. Il utilise un rayonnement ultraviolet (UV) d'une longueur d'onde de l'ordre de dix à quinze nanomètres (le rayonnement EUV avoisine donc la gamme des rayons X-mous), en remplaçant les objectifs (ou masques dits « en transmission ») par une série de miroirs de précision (exemple des masques dits « en réflexion »).
Photolithographie
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