Tässä työssä tutkimme 1X Stepperin optimivalotusparametreja, tarkoituksena määrittää laitteen prosessi-ikkuna. Stepperilitografian koko kiekkoaluetta pienempi valotusalue mahdollistaa paremman fokustason alle mikrometrin dimensioiden rakenteille. Vaikka laitteemme resoluutio ei vastaa moderneja step-and-scan valottimia, on sen tarjoama korkea fokustaso erittäin hyödyllinen topografiaa sisältävissä valmistusprosesseissa, kuten monissa MEMS-tuotteissa.

Tutkimme sähköelektronimikroskoopilla (SEM) photoresistiprofiileja eri valotusenergioilla ja testimaskeilla löytääksemme optimaaliset valotusparametrit. Arvioimme optimaalista resistinpaksuutta Swing Curve –kuvaajista. Eri valotusenergioiden ja fokuksien näytteiden SEM:llä tehtyjen profiilimittausten perusteella piirsimme Bossung-kuvaajat, joiden pohjalta arvioimme Stepperin prosessi-ikkunaa. Vertailimme profiileja paljaan piin ja termisen oksidin välillä sekä tutkimme yleisesti alle mikrometrin rakenteiden valotuksen onnistumista.

Optimiresistipaksuudeksi tasaiselle pinnalle määritettiin 1,67 μm. Stepperin prosessi-ikkunan huomattiin olevan varsin suuri, fokustason ollessa 4,0 μm. Optimivalotusenergiaksi määritettiin 230 mJ ja optimifokukseksi -1,0 μm. Stepperin resoluutio oli alle mikrometrin: tätä pienemmät rakenteet valottuivat hyvin, joskin ne olivat varsin kapeita yläosastaan. Resistiprofiilien huomattiin olevan samanlaisia paljaan piin ja oksidin päällä oksidietsausprosessivaiheen jälkeen.

Stepperillämme on riittävä fokustaso ja resoluutiokyvykkyys MEMS-tuotantoon. Tämän työn tuloksena saatiin optimivalotusparametrit, jotka mahdollistavat tehokkaamman piirisuunnittelun ja piikiekkopinta-alan käytön. Tämä mahdollistaa MEMS-tuotteiden koon ja hinnan pienentämisen. Kaukaisemmassa tulevaisuudessa kiristyvät resoluutiotarpeet vaativat joko luovia laitekehitysratkaisuja tai uuden, modernimman valotuslaitteen.