Transcript MPA_광효율_분석[1] [복구됨].

Digital lithography 용
MPA(Micro Prism Array)의 광효율 분석
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마스크 리스(ML) 노광 장치의 구성 및 기능
광 미세 가공기술 (Photolithography) : 반도체 웨이퍼에 만들려고 하는 회로패턴을 지니고 있는 마스크를 통해 빛을 통과시켜 그 형태를 마스크로
부터 감광제로 옮기는 작업, 즉 광원을 이용하여 원하는 부분에 미세 패턴을 형성시키는 기술.
노광 장치 : 광 미세 가공기술를 수행하는 장치.
노광 장치는 노광 방식에 따라 근접 노광(Proximity Exposure), 투영 노광(Projection Exposure),으로 구분되며
투영노광은 마스크 노광(Mask Exposure)과 마스크 리스 노광(Mask-less Exposure)으로 나누어 진다.
마스크 리스 노광은 마스크 노광 방식에서 마스크 대신 DMD를 사용한 방식이다.
전반사
프리즘
DMD
(1차 결상 광학계)
마이크로렌즈 어레이
/ 어퍼쳐 어레이
(2차 결상 광학계)
조명부
마스크 리스 노광 장치의 구성 및 기능
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광원 : 빛을 출사
조명부 : 출사된 광을 균일한 광 강도 분포를 갖도록 보정 출사시키는 광 강도 분포 보정 광학계
DMD : 광을 반사시키며 각각 소정의 제어 신호에 따라 공간 광 변조하는 복수의 화소 부인 미소 미러
전반사 프리즘 : 조명부를 거쳐 광 강도 분포가 균일한 빛을 전반사 시켜 DMD에 조명해주고 DMD에 의해
광 변조 빛을 다시 투과시키는 프리즘
1차 결상 광학계 : DMD에서 반사된 빛이 1차 광학계를 거쳐 1차 결상됨.
마이크로렌즈 어레이(MLA) : 1차 결상 위치에 다수의 마이크로 렌즈를 배열하여 어퍼쳐 사이즈에 집광
어퍼쳐 어레이 : 마이크로렌즈에 의하여 집광되는 위치에 다수의 어퍼쳐를 배열
2차 결상 광학계 : 마이크로렌즈 어레이 및 어퍼쳐 어레이를 통과한 광을 다시 프린트 배선 기판용 소재에 결상시킨다.
광원
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MLA / MPA / MTA 특징
MLA(Micro Lens Array)
형상 : 통상 볼록렌즈로 형성
특징 : 광이 MLA를 통과하면서 일부는 굴절, 확산 등에 의해 완벽하게 집광 및 투과되지 못하고 광량의 손실이
일어나 작은 크기의 어퍼쳐로 구성된 어퍼쳐 어레이에서 광이 효율적으로 출사되지 못하는 문제점이 있다.
MPA(Micro Prism Array)
형상 : 넓은 입사부와 좁은 출사부로 형성
특징 : DMD에 의해 변조된 광을 결상시키는 제 1 결상 광학계를 통과한 광이 넓은 입사부로 입사시켜 광의 굴절 또는 전반사로 집광을
이루도록 하여 좁은 출사부로 모두 투과되도록 함으로써, 광량 손실이 없다. 그리고, MPA 바깥으로 일부 확산되는 광은 MPA 구멍 외측
부분에 형성된 확산광 차단영역에 의해 차단 되도록 한 것을 특징으로 한다.
최종 원하는 패턴의 형태에 따라
사각형, 원형, 다각형 형성
확산광 차단 영역
MPA & MTA의 출사부 사이즈 = 어퍼쳐 사이즈
MTA(Micro Tunnel Array)
형상 : 넓은 입사부와 좁은 출사부로 형성
특징 : DMD에 의해 변조된 광을 결상시키는 제 1 결상 광학계를 통과한 광이 반사 방식의 금속재에 MPA와 동일한 형상의 넓은 입사부와 좁은 출사부를
갖는 다수의 터널 구멍에서 터널에 입사되는 광은 입사 후, 터널 구멍의 내측 면에서 반사시켜 광량 손실이 없이 출사 되도록 하며, 터널 구멍의
바깥으로 일부 확산되는 광은 터널 구멍 외측 부분에 형성된 확산광 차단영역에 의해 차단 되도록 한 것을 특징으로 한다.
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마스크 리스 광학계 스펙
전반사
프리즘
DMD
어퍼쳐 사이즈
10um x 10um
(1차 광학계)
(2차 광학계)
조명부
DMD Size
13.68um
1um
구분
First Lens
Second Lens
사용목적
조명용
결상용
광원
405nm
405nm
Detector
10um x 10um 마스크
노광면
시계각
D 17.5104 (1024x768 13.68um )
D 41.027mm
배율
First Lens 2.343x
Second Lens 1.0x
Image NA
0.038(2.20도)
0.15(8.62도)
MTF
0.65 @ 50lp/mm
0.8 @ 50lp/mm
Dist
0.003% 이하
0.0001%
광량
95%이상
95%이상
TTL
약 550mm
약 435.8mm
렌즈수
8매
10 매
13.68um
광원
성능
DMD 3 x 3
구조
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MLA / MPA / MTA 광효율 분석 조건
MLA(Micro Lens Array)
어퍼쳐 사이즈
10um x 10um
DMD
(1차 광학계)
(2차 광학계)
MLA : SILICA, EFL 0.1mm, NA 0.15 (광효율 69.2%)
MASK 결상 이미지
MLA / MPA / MTA 입사부 사이즈 : 32um x 32um
확산광 차단
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MPA 길이 계산식
프리즘(터널)경사각 관계식


1번 반사후 출사각x  : n   2   x
  : 프리즘(터널)경사각 , :입사각 ,n : 프리즘(터널) 굴절률
n

 :1차 광학계 image NA  0 .038419  2 .2026 ,x :2 차 광학계 object NA  0 .15  8 .6 ,n  1 .469 SILICA 
 
1
1
x      
8 .6  2 .2026   2 .185
2n
2  1 .469
프리즘(터널)길이관계식
D D 2
D1
최장 L  1
, 최단 L 
2 tan
tan 
 2   tan
 n

D 1  0 .01368  M (2 .3426 )  0 .032 mm , D 2  0 .01mm
최단 L 
0 .032
 2 .2026
tan
 2  2 .185
 1 .469

  tan 2 .185

 D 1 :입사부크기,D
 0 .227 mm ,최장 L 
2
: 출사부 크기
0 .032  0 .01
 0 .288 mm
2  tan 2 .185
MPA(MTA) 최단길이는 입사 광이 입사면 상부 끝에서 1번 반사한 후 출사 면의 하부 끝을
통과할 경우이다.
2.2026도
2.2026도
8.6도
8.6도
MPA 최단길이 : 0.227mm
MPA 최장길이 : 0.288mm
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MPA 광량분석
MPA(Micro Prism Array)
MTA 출사부 사이즈
10um x 10um
DMD
(1차 광학계)
(2차 광학계)
확산광 차단
MPA 길이 : 0.227mm(0.288mm)
광효율 33.4%(49.8%)
MASK 결상 이미지
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MPA 길이 계산식(보완)

2   '
4   '
D1
D2
2  
D4
D3
6   '
'

L1
L2
L3
 (경사각), (입사각), '(굴절각),D 1(입사부크기),D 2 (출사부크기),n (프리즘굴절률),m (반사횟수), (D m 의입사각)
 sin 

 n 
 '  sin1
y  L1x tan
D 1D 2 2 y  L1x tan
D 2 y  L1x tan(2   '),D 1 y  L1x tan(2   ')
D 1 L1x tan(2   ')  L1x tan  L1(tan  tan(2   '))
L1 
D
D
D
D
2
3
m
,L2 
,L3 
,Lm 
tan  tan(2   )
tan  tan[2  (2   ')]
tan  tan[2  (4    ')]
tan  tan{2  [2(m  1)   ']}
1
'
MPA (MTA )길이  L1  L2  L3  ... Lm
MPA (MTA )출사각  sin1[n sin(2m    ')]
MPA(MTA)의 입사부 크기, 출사부 크기, 길이가 결정된 후 길이에 따른 반사 횟수와 이에 따른 출사각도를
계산할 수 있는 수식이다.(단, 최단거리에서 반사조건에 의한 식)
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MPA 길이 계산식에 의한 수치분석
MPA 길이 0.227mm
MPA 길이 0.288mm
MPA 길이 1.5mm
MPA(MTA)의 입사부 크기, 출사부 크기, 길이가 결정된 후 길이에 따른 반사 횟수와 이에 따른 출사각도를
계산할 수 있는 수식이다.(단, 최단거리에서 반사조건에 의한 식)
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MPA 광량분석(길이 : 1.5mm)
MPA(Micro Prism Array)
MTA 출사부 사이즈
10um x 10um
DMD
(1차 광학계)
(2차 광학계)
확산광 차단
MPA 길이 : 1.5mm
광효율 95.2%
MASK 결상 이미지
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MPA(MTA) 고려 사항
MPA(MTA)의 입사부 크기, 출사부 크기, 길이에 따라 경사각이 변화 됨.
 2차 광학계의 NA와 동일한 출사각이 필요함.(NA 저하 및 광량 손실이 없어야 됨.)
특징
MPA의
길이가 길어지면
MPA의
길이가 짧아지면
내부의 반사각 변화율
(반사 횟수 증가에 따른 반사각 변화율)
변화율 작아짐
변화율 큼
출사각
작아짐
커지게 됨
MPA와 MTA의 비교
1. 동일 조건에서 즉, MPA(MTA)의 입사부 크기, 출사부 크기가 동일하다면 같은 출사각을 만들 경우 MTA가 MPA 보다
길이가 짧아 진다.
2. 내부의 반사율 및 반사 횟수에 의하여 광효율이 저하 된다.
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결론
1. MLA/MPA(MTA) 광효율 검증 완료
2. MPA(MTA)의 출사각 결정 후, 출사광 NA에 매칭 되는 2차 광학계 설계  광량 최대 확보 가능
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