Prof. Brinkmann, FHD - ViaOptic GmbH

Mikrostrukturierung von Formeinsätzen 

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 

Jan Marien, naomi technologies AG 

© Copyright naomi technologies AG 2005

Inhalt 

§ Kurzvorstellung Unternehmen 

§ Geschäftsbereiche 

§ Eingesetzte Prozesse 

§ Projektidee 

§ Diffraktive optische Elemente 

§ Prozessführung und Resultate 

§ Stand der Technik 

§ Ausblick 

2 21-Apr-05 

©Copyright naomi technologies AG 2004 

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Naomi technologies AG: Das Unternehmen 

Fertigungsgebäude, Mainz 

K.H. Lust, J. Bolle 

Geschäftsführung 

§ Gegründet: Juli 2003 

§ Sitz: Mainz 

§ Mitarbeiter: ca. 55 (35 festangestellt) 

§ Gesellschafter: sensitec GmbH 

§ Mitglied der Lust Gruppe 

§ Geschäftsbereiche 

- AMR/ GMR Sensorwaferfertigung 

- Magnetische Schreib/Leseköpfe 

- Fertigungsdienstleistungen 

§ Fertigungsfläche: 4500 m 2 Reinraum 

§ Gruppenumsatz: ca. 60 Mio. € 

3 21-Apr-05 



Naomi technologies AG: Die Historie 

§ Ehemals Ferigungsstätte der IBM 

für Disk, Magnetkopf und HDD 

§ Schreib-/Lesekopf-Fertigung 

- Ca. 8000 Wafer / Jahr 

- Komplexität ca. 45 Maskenebenen 

- Ca. 30 Mio. € Investition / Jahr 

- Ca.320 Mitarbeiter 

§ Verkauf der Sparte an Hitachi 

§ Gründung von naomi durch 

Mitarbeiter und mit Hilfe des 

Landes Rheinlad-Pfalz 

§ Übernahme zum 1.1.2004 durch 

Sensitec 

4 21-Apr-05 



Naomi technologies AG: Die Geschäftsfelder 

AMR / GMR Sensor Waferfertigung 

Diode 

Chip 

Flipchip 

Silicon 

Line of writing 

poles 

Tribologica 

lResin 

Magnetische Spezial Schreib-/Leseköpfe 

Fertigungsdienstleitungen 

5 21-Apr-05 



Der Verbund: naomi und sensitec 

Wetzlar 

Backendprozesse 

Lahnau 

Hybridfertigung 

Mainz 

Frontendprozesse (Waferfertigung) 

Lahnau 

Entwicklung 

Vertrieb 

Verwaltung 

6 21-Apr-05 



Magnetoresistive Sensoren 

Length Encoders Field sensing 

Current Sensing 

Angular measurement 

7 21-Apr-05 



Technologien 

Deposition of materials 

§ sputtering (seed layer, passivation, interconnection layer, GMR sensors) 

§ electroplating (thick metal layers) 

§ Cu, NiFe, Ni Au 

§ Ion beam deposition (Sensor layers) 

Removal of materials 

§ physical etching (sputter etching, ion beam milling) 

§ chemical etching (Cr, Al 2 O 3 , Cu, NiFe) 

§ planarization (lapping, CMP) 

§ lift off 

Microstructuring 

§ resist processing 

§ optical lithography 

§ thermal processing 

8 21-Apr-05 



Mikrogalvanik 

9 21-Apr-05 



Electroplating: process steps 

1 

2 

3 

4 

SEED DEPOSITION (Cu) 

Sputtering seed 

RESIST apply APPLY 

RESIST EXPOSE 

expose 

RESIST DEVELOP 

Develop resist 

mask 

5 

6 

Plating 

7 

PLATING (Cu) 

Resist removal 

STRIP RESIST 

ETCH SEED 

Etching of seed layer 

10 21-Apr-05 



Process Capabilities -Photolithographie 

overview stepper tools 

stepper 

Ultratech 

Canon 

Canon 

ASML 

Suess 

typ 

UTS 4700 

FPA-3000 MR 

FPA-3000 i5 

MPA200CC 

8” proximity 

light source 

g-h line 

i line 

i line 

DUV 

G-h line 

res 

1.0 µm 

0.8 µm 

0.4 µm 

0.2 µm 

2.0 µm 

11 21-Apr-05 



Process Capabilities -Photolithographie 

Overview chemicals 

chemical 

AZ 1529 

LOL 1000 

AZ 7812 

AZ 2020 nLOF 

AZ 9235 

AZ 9260 

XT50 

AZ 6850 

BCB 

AZ aquator 3 

BARLi 200 

application 

g-h line, hard bake 

etching 

L/O release resist 

i-line CD resist 

i-line neg. CD resist 

i-line plating resist 

i-line plating resist 

i-line Plating resist 

DUV CD resist 

Isolation, Chip 

packaging 

Top anti reflective 

coating 

Bottom antireflective 

coating 

range 

2 – 10 µm 

0.1 µm 

2 µm 

2-3 µm 

2-5 µm 

6- 12 µm 

40 – 80 µm 

0,5 – 1 µm 

2,5 – 10 µm 

0.2 µm 

0.2 µm 

12 21-Apr-05 



Dry Etch Techniques –Ion Milling Cluster Tool 

Liftoff structures 

§ depth accuracy

Die Ausgangssituation 

Projektanfrage von Siemens-VDO 

§ Herstellung eines Masters für eine diffraktives optisches Element (DOE) 

§ zur Realisierung einer neuen Funktionalität in einem HUD der nächsten Generation 

§ Optisches Anforderungsprofil: Siemens VDO 

§ Optisches Design: Prof. Brinkmann, FH Darmstadt 

§ Herstellung der Master: naomi technologies AG 

§ Abformung in Kunststoff: via optic GmbH 

§ Wechsel des kurzfristigen Projektzieles: Herstellung von Mustern in Glas 

14 21-Apr-05 



Die Idee: Phasen DOE 

Quelle: Prof. Brinkmann, FHD 

15 21-Apr-05 



Wie funktioniert ein Phasen DOE 


16 21-Apr-05 



Der Übergang Refraktiv Diffraktiv 


17 21-Apr-05 



Lithographische Herstellung von DOE‘s 


18 21-Apr-05 



Die hohe Kunst: Beugung in nur eine Richtung 


19 21-Apr-05 



Die weite Welt der DOE‘s 


20 21-Apr-05 



Die Vorteile von DOE‘s 

21 21-Apr-05 



Der Herstellprozeß 

§ Zur Herstellung der DOE Test Designs wurden beidseitig polierte Borosilikat Gläser 

eingesetzt (1,10 mm stark, 125 mm Durchmesser mit Notch) 

DOE Toolset 

Semitool Barrelstripper 

Leybold Z660 

FSI Polaris 2100 

Cannon FPA 3000 MR 

Veeco Ion Mill C2 

Matrix System one 

Snowcleaner 

Leica INS 3000 

Tauchbecken Labor 

Tencor Profiler 

Mikroskop 

FEI FIB ( SEM) 

Prozesse 

Strippen/Reinigen/ Trocknen 

Chrom Metallisierung (Sputtern) 

Belacken/Trocknen/Entwickeln 

Belichten 

Milling 

Ashen 

CO2 clean 

Linienbreiten- / Overlay-Messung 

Chrom ätzen 

Stufenmessung 

Inspizieren 

Flankenwinkel- /Fehleranalyse 

22 21-Apr-05 




§ Die erforderlichen Prozess- Arbeitsfolgen wurden im Reinraum Klasse 10 

und Klasse 100 durchgeführt. 

§ Für die 2-stufigen Designs wurden die Arbeitfolgen 1 x, für die 4-stufigen Designs 2 x 

und die 8 stufigen DOE 3 x durchlaufen 

§ Als kritische Prozesse/Parameter wurden identifiziert 

Justage der Maskenlagen zueinander ( für 4 und 8 stufige Designs (Overlay)) 

Reinigungsschritte nach dem Millen 

Maske 

M0 

Ion 

Milling 

1/7 Tiefe 

Glas 

Substrat 

IM 

Tasche 

23 21-Apr-05 



resist 1

2/7 

Tiefe 


Maske 

M1 

IM 2 

resist 

2 

Ion Milling 

2/7 

Tiefe 

IM 2 

Glas Substrat 

24 21-Apr-05 



resist 

2 

IM 2 

resist 

2 

IM1 

IM2


Resist 

3 

IM1 

IM2 

Maske M 

2 

IM2 

IM1 

Ion 

Mill 

IM1 

IM2 

4/7 

Tiefe 

Glas Substrat 

25 21-Apr-05 



IM2 

IM1 

IM 3 

Resist 

3 

IM1 

IM2 

IM2 

IM1 

IM1 

IM2 

IM 3

Resultate 

Ergebnisse 

2 stufiges Test Design 

die Herstellung eines 2 stufigen DOE ist absolut unproblematisch und bei 

Verfügbarkeit einer Maske innerhalb von einem Arbeitstag durchführbar. 

2 stufiges Design 

Oberflächenrauhigkeit 

Stufe 

Mill schritt 

< 10 nm 

Maske 

M0 

Plan (nm) 

1352 

Actual 

(nm) 

26 21-Apr-05 



1207 

x/y blaze 200 x

Resultate: 4-stufiges Test-Design 

Ergebnisse 

4 stufiges Test Design 

4 stufiges Test 

Design 

Oberflächenrauhigk 

eit 

Stufen Tiefen 

1. Mill schritt 

2. Millschritt 

Gesamttiefe 

< 5nm 

Masken 

Layer 

M0 

M1 

M0+M1 

Plan 

(nm) 

451 

901 

1352 

Actual 

(nm) 

467 

828 

1295 

Abweich 

ung 

-8,1% 

-3,8% 

X blaze 200 x 

27 21-Apr-05 



(%) 

3,5%

Resultate: 8 stufiges DOE 

8 stufig, x/y blaze, fertig, 200 x 

Defekt durch Justageversatz 

Stufenprofil 

28 21-Apr-05 



Resultate: 8-stufiges DOE 

8 stufiges Test 

Design 

Oberflächenrauhigk 

eit 

Stufen Tiefen 

1. Mill schritt 



Gesamttiefe 

< 5nm 

Masken 

Layer 

M0 

M1 

M2 

M0+M1+ 

M 

Plan 

(nm) 

171 

343 

686 

1200 

Actual 

(nm) 

181 

336 

682 

1199 

Abweich 

ung 

5,8% 

-2,0% 

-0,6% 

-0,1% 

29 21-Apr-05 



(%) 

Ratio Stufenbreiten 

Target 

12,50% 

x/y blaze 8 stufig 

Verursacht durch unzureichende 

Justagemöglichkeiten 

gemessen im SEM 

(3,5k x) 

10,5 % bis 14, 9 %

Das optische Ergebnis 

Blaze 40-5-2-X mit 632 nm-Laserlicht beleuchtet in 2.50 m Entfernung 

Beugungsordnungen 

…-5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 … 

Blaze 40-5-2-XY mit 632 nm-Laserlicht beleuchtet in 2.50 m Entfernung 

Diagonalbeugung 

durch X/Y Pixelierung 

Diagonalbeugung 

durch X/Y Pixelierung 

30 21-Apr-05 



Stand der Technik 

§ 8-stufige Designs können bei naomi routinemäßig gefertigt werden 

§ Glas und Silizium (5“) können bearbeitet werden 

§ Herausforderung ist die Umsetzung der Maskendaten bei größeren Designs 

§ Die Zielvorgaben an Präzision konnten leicht erfüllt werden 

§ Justagegenauigkeit < 100 nm kann mit STeppern erreicht werden 

§ Stepper: hohe Justagegenauigkeit, Auflösung bis 0,8 µm 

§ aber: maximale Feldgröße 49 x 49 mm 

§ Maskaligner: Justagegenauigkeit ca. 0,5 µm, kleinste Strukturbreite ca. 2-3 µm 

§aber: kompletteWaferbelichtung möglich 

31 21-Apr-05 



Die nächsten Schritte 

§ Herstellung von Mastern in Si und Ni 

§ Verkleinerung der Detailgröße 

§ Verbesserung der IT-Ausstattung zum Datenhandling 

§ Zusammenarbeit mit via-optik, FHD und Referenzkunden 

32 21-Apr-05

Prof. Brinkmann, FHD - ViaOptic GmbH

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?