Litografi. Föreläsningens mål: Introducera följande begrepp:

HTML
DOWNLOAD

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Litografi. Föreläsningens mål: Introducera följande begrepp:"

Britt-Marie Håkansson
för 9 år sedan
Visningar:

1 Litografi

2 Litografi Föreläsningens mål: Introducera följande begrepp: Litografi, speciellt fotolitografi Material inom litografi, speciellt fotoresister Exponeringsmetoder Nya metoder inom litografi - Förklara: En vanlig litografiprocess inom CMOS teknologi Begränsningar hos fotolitografi

fotoresister Exponeringsmetoder Nya metoder inom litografi -

3 Litografi Att överföra ett mönster från en förlaga till ett solitt material Historiskt sett från grekiskans lithos = sten och gráphein = skriva Första litografin följt av etsning, nm litografi med hjälp av immersions exponering fbeeldingen/sr027f1.jpg

skriva Första litografin följt av etsning, 1827 32nm litografi med

4 Olika typer av litografi Skrivande tekniker: Laserwriting, e-beam, ion beam, ink jet, SPM baserade tekniker Projektionstekniker: UV, EUV, X-ray, e-beam, ion beam Trycktekniker: Mjuk litografi, NIL (nano imprint lithography), screen printing

Projektionstekniker: UV, EUV, X-ray, e-beam, ion beam

5 Parametrar inom litografi Upplösning: Ofta definierad av linjebredd, minsta halva perioden på ett linjärt gitter Critical dimension: minsta möjliga dimension i mönstret Aspect ratio: djup-till-bredd ratio Begränsas av : Diffraktion, vibrationer, partiklar, strålens divergens/konvergens Filmegenskaper; ljusspridning, kontrast, absorbans, homogenitet Substratets reflektivitet Rayleigh s criteria: Two objects are just resolvable if the centre of the diffraction pattern from one object diffraction pattern coincides with the first minimum of the diffraction pattern from the other.

$are just resolvable if the centre of the diffraction pattern from one object diffraction pattern coincides with the first minimum of the$

6 UV litografi Metod att överföra mönster till filmer på mikrometerskala Idag från flera µm till 10-tals nm Tre avgörande delar: Ljuskänslig lager fotoresist Förlaga mask Exponeringkälla UV - Hg, nm DUV - Hg/Xe, nm EUV - X-ray, nm

avgörande delar: Ljuskänslig lager fotoresist Förlaga mask

7 Inspektera Exempel på en process Förbehandling Rengöra wafer: Organiskt, metalliskt, damm TL1, Ultraljud, CO2, Plasma, Ozon Spin coating Dehydration bake 250 C, 30 min Applicera fotoresist Dispensera (static/dynamic) 500 rpm, 5 sec Spinna 4000 rpm, 30 sec Pre-bake 110 C, 15 min Exponera 6 MJ/cm 2, 10 sec Framkalla NaOH solution, 60 sec Post-bake 120 C, 30 min Processa Strippa resist UV ozone, HNO 3, H 2 SO 4 +Cr 2 O 3, Butylene Propyl glycol, O 2 plasma Acetone, Isopropylalcohol

4000 rpm, 30 sec Pre-bake 110 C, 15 min Exponera 6 MJ/cm 2, 10 sec Framkalla NaOH solution, 60 sec Post-bake 120 C, 30

8 Fotoresister ljuskänslighet (tone) Positiv resist Exponering försvagar polymeren Ljuskällan bryter bindningar i polymeren Negativ resist Exponering förstärker polymeren Ljuskällan skapar bindningar i polymeren D exp > D 0 D exp < D 0 Där D 0 är löslighet före exponering och D exp efter.

Exponering förstärker polymeren Ljuskällan skapar bindningar i

9 Fotoresist (tone) Negativ resist Framkallning Positiv resist Exponering Mask Resist Etsning Si Metall, SiO 2 Resist stripping

10 Exempel på resister - positiv Shipley s Series, standard resist PMMA DQN: diazoquinone ester (DQ) och phenolic novolak resin (N) Positiva framkallas ofta i basiska lösningar, ex KOH λ (N) (DQ) PMMA Ins 1.5 DQN Ins 1.6

phenolic novolak resin (N) Positiva framkallas ofta i

11 Exempel på negativ resist SU8 från Microchem (patent IBM) (Epoxybaserad bis-phenol-a novolak) Låg molekylvikt, hög polymerisation ger mindre svällning Höga aspect ratios 20 Mycket stabil, omöjlig att lösa efter exponering (sk. permanent resist) Fig 1.23 Fler resister: se tabell 1.2

polymerisation ger mindre svällning Höga aspect ratios 20 Mycket

12 Resister (profiler) Exponering Ljusspridningseffekter Mask Resist Lagom dos, lagom tid Profiler för positiv resist Framkallad negativ resist Låg dos med lång tid Framkallad positiv resist Områden utsatta för ljusspridning Hög dos, kort tid Spridning i substrat är avgörande Fler profiler i fig 1.8

dos med lång tid Framkallad positiv resist Områden utsatta för

13 Resister: önskade egenskaper Hög känslighet (för ljus) Hög kontrast Bra upplösning Enkel processering Hög renhet Lång hållbarhet Minimalt med lösningsmedel Hög glasövergångstemperatur Tg Intrinsic Sensitivity: Φ = # photo induced events # photons absorbed

hållbarhet Minimalt med lösningsmedel Hög

14 Resister kontrast Upplösning hos en resist beror på kontrast Positiv resist: relaterat till hastighet på bidningsbrytning Negativ resist: relaterat till polymeriseringshastighet Båda: kopplad till ändring i löslighet Fig 1.10

bidningsbrytning Negativ resist: relaterat till

15 Exponering - ljuskälla Lasrar Kvicksilverlampa Transparancy

16 Exponeringssätt Shadow printing Projection printing Contact printing Proximity printing

17 Shadow printing Z 2b min = 3 λ s + 2 b min = upplösningen λ= ljusets våglängd s= avstånd mellan mask och fotoresist z= fotoresistens tjocklek Fig 1.12

18 Projection printing k λ = 1 NA Critical dimension NA är numerisk apertur normalt 0,16-0,6 k1=processparameter (~0.4) NA= n sin θ = k 1 λ NA Fokusdjup, Depth of focus = = k2λ 2 NA

19 Mask design - alignment Verniermönster:

20 Resolution Enhancement Techniques Optimera: Resist, mask och exponering 2 b = min k1λ NA Exponering: k 1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag minskaλ Öka NA genom immersionsteknik Vätskor med högt brytnings index vatten mkt bra n ~1,3

21 Öka kontrasten Dyrare masker < 50 nm upplösning Phase shift mask

22 Röntgen litografi Kort våglängd - hög upplösning Diffraktion obetydlig Endast 1:1 mönstring Ljuskälla: synkrotron, eller vanlig källa Mask: tunga atomer, tex Au Resist: PMMA långsam, SU8

23 Stereolitografi Exponering polymeriserar en vätska till önskad 3 D Masklöst Långsam 1 µm 3 upplösning 3D litografi Fig 1.53

Relevanta dokument

Top down vs. Bottom up

Nano patterning Fokus Top down vs. Bottom up There is plenty of room at the bottom R. Feynman 1959 Mindre, snabbare, billigare bättre G Moore (1965): The surface area of a single transistor is reduced