Published June 6, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Method for improving the speed and pattern quality of a DMD maskless lithography system using a pulse exposure method

Creators

  • 1. Korea Advanced Institute of Science and Technology
  • 2. Korea Institute of Machinery and Materials
  • 3. University of Science and Technology

Description

Maskless lithography based on a digital micromirror device (DMD) has the advantages of high process flexibility and a low production cost. However, due to the trade-off relationship between the pixel size and exposure area, it is challenging to achieve high resolutions and high patterning speeds at the same time, which hinders the wider application of this technology in micro- and nano-fabrication processes. In addition, micromirrors in DMDs create pixelated edges that limit the pattern quality. In this paper, we propose a novel DMD maskless lithography method to improve the pattern quality during high-speed continuous patterning by means of pulse exposure and oblique scanning processes. A unique criterion, the pixel occupancy, was devised to determine the parameters related to the pulse exposure and oblique scanning optimally. We also studied how the duty cycle of the pulse exposure affects the pattern quality. As a result, we were able to increase the scanning speed up to the speed limit considering the damage threshold of the DMD and improve the pattern quality by resolving the pixelation problem. We anticipate that this method can be used in various microfabrication fields with short product life cycles or in those that require custom designs, such as the manufacturing of PCBs, MEMS devices, and micro-optics devices, among others.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تتميز الطباعة الحجرية بدون قناع المستندة إلى جهاز مرآة دقيقة رقمي (DMD) بمزايا مرونة المعالجة العالية وتكلفة الإنتاج المنخفضة. ومع ذلك، نظرًا لعلاقة المفاضلة بين حجم البكسل ومنطقة التعرض، من الصعب تحقيق دقة عالية وسرعات نقش عالية في نفس الوقت، مما يعوق التطبيق الأوسع لهذه التكنولوجيا في عمليات التصنيع الدقيقة والنانوية. بالإضافة إلى ذلك، تنشئ المرايا الدقيقة في DMDs حوافًا منقطة تحد من جودة النمط. في هذه الورقة، نقترح طريقة جديدة للطباعة الحجرية بدون قناع من DMD لتحسين جودة النمط أثناء الزخرفة المستمرة عالية السرعة عن طريق التعرض للنبض وعمليات المسح المائلة. تم وضع معيار فريد، إشغال البكسل، لتحديد المعلمات المتعلقة بالتعرض للنبض والمسح الضوئي المائل على النحو الأمثل. درسنا أيضًا كيف تؤثر دورة عمل التعرض للنبض على جودة النمط. ونتيجة لذلك، تمكنا من زيادة سرعة المسح الضوئي إلى الحد الأقصى للسرعة مع الأخذ في الاعتبار عتبة تلف DMD وتحسين جودة النمط من خلال حل مشكلة البكسل. نتوقع أن يتم استخدام هذه الطريقة في مختلف مجالات التصنيع الدقيق مع دورات حياة قصيرة للمنتج أو في تلك التي تتطلب تصميمات مخصصة، مثل تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور وأجهزة MEMS وأجهزة البصريات الدقيقة، من بين أمور أخرى.

Translated Description (French)

La lithographie sans masque basée sur un dispositif de micromiroir numérique (DMD) présente les avantages d'une grande flexibilité de processus et d'un faible coût de production. Cependant, en raison de la relation de compromis entre la taille des pixels et la zone d'exposition, il est difficile d'atteindre simultanément des résolutions élevées et des vitesses de structuration élevées, ce qui entrave l'application plus large de cette technologie dans les processus de micro et nano-fabrication. En outre, les micromiroirs dans les DMD créent des bords pixelisés qui limitent la qualité du motif. Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode de lithographie sans masque DMD pour améliorer la qualité des motifs lors de la formation de motifs en continu à grande vitesse au moyen de processus d'exposition par impulsions et de balayage oblique. Un critère unique, l'occupation des pixels, a été conçu pour déterminer de manière optimale les paramètres liés à l'exposition au pouls et au balayage oblique. Nous avons également étudié comment le cycle de service de l'exposition au pouls affecte la qualité du motif. En conséquence, nous avons pu augmenter la vitesse de balayage jusqu'à la limite de vitesse compte tenu du seuil d'endommagement du DMD et améliorer la qualité du motif en résolvant le problème de pixellisation. Nous prévoyons que cette méthode peut être utilisée dans divers domaines de la microfabrication avec des cycles de vie de produits courts ou dans ceux qui nécessitent des conceptions personnalisées, telles que la fabrication de PCB, de dispositifs MEMS et de dispositifs micro-optiques, entre autres.

Translated Description (Spanish)

La litografía sin máscara basada en un dispositivo de microespejo digital (DMD) tiene las ventajas de una alta flexibilidad de proceso y un bajo coste de producción. Sin embargo, debido a la relación de compromiso entre el tamaño del píxel y el área de exposición, es difícil lograr altas resoluciones y altas velocidades de modelado al mismo tiempo, lo que dificulta la aplicación más amplia de esta tecnología en procesos de micro y nanofabricación. Además, los microespejos en los DMD crean bordes pixelados que limitan la calidad del patrón. En este artículo, proponemos un nuevo método de litografía sin máscara DMD para mejorar la calidad del patrón durante el modelado continuo de alta velocidad mediante la exposición al pulso y los procesos de escaneo oblicuo. Se ideó un criterio único, la ocupación de píxeles, para determinar los parámetros relacionados con la exposición al pulso y el escaneo oblicuo de manera óptima. También estudiamos cómo el ciclo de trabajo de la exposición al pulso afecta la calidad del patrón. Como resultado, pudimos aumentar la velocidad de escaneo hasta el límite de velocidad teniendo en cuenta el umbral de daño del DMD y mejorar la calidad del patrón resolviendo el problema de pixelación. Anticipamos que este método se puede utilizar en diversos campos de microfabricación con ciclos de vida del producto cortos o en aquellos que requieren diseños personalizados, como la fabricación de PCB, dispositivos MEMS y dispositivos microópticos, entre otros.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
طريقة لتحسين سرعة ونمط جودة نظام الطباعة الحجرية بدون قناع DMD باستخدام طريقة التعرض للنبض
Translated title (French)
Procédé pour améliorer la vitesse et la qualité des motifs d'un système de lithographie sans masque DMD à l'aide d'un procédé d'exposition par impulsions
Translated title (Spanish)
Método para mejorar la velocidad y la calidad del patrón de un sistema de litografía sin máscara DMD utilizando un método de exposición al pulso

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4281735786
DOI
10.1364/oe.460780

Is supplement to
https://openalex.org/W4381683756 (Other)
https://openalex.org/W4200384696 (Other)
https://openalex.org/W2990131135 (Other)
https://openalex.org/W2756306938 (Other)
https://openalex.org/W2214066538 (Other)
https://openalex.org/W2115322984 (Other)
https://openalex.org/W2083608678 (Other)
https://openalex.org/W2047470612 (Other)
https://openalex.org/W2021077848 (Other)
https://openalex.org/W1933867914 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Yemen

References

  • https://openalex.org/W1967854874
  • https://openalex.org/W1991467355
  • https://openalex.org/W1994069012
  • https://openalex.org/W1995125212
  • https://openalex.org/W1998135128
  • https://openalex.org/W2000365675
  • https://openalex.org/W2008204797
  • https://openalex.org/W2061813362
  • https://openalex.org/W2066427528
  • https://openalex.org/W2074658062
  • https://openalex.org/W2078247899
  • https://openalex.org/W2079113065
  • https://openalex.org/W2100522523
  • https://openalex.org/W2123531213
  • https://openalex.org/W2560595669
  • https://openalex.org/W2749877078
  • https://openalex.org/W2752827440
  • https://openalex.org/W2803457334
  • https://openalex.org/W2910085586
  • https://openalex.org/W2964275980
  • https://openalex.org/W2980431848
  • https://openalex.org/W3108735996
  • https://openalex.org/W3131134242
  • https://openalex.org/W3132933428
  • https://openalex.org/W3146469123
  • https://openalex.org/W3198499620