מבוא לתהליכי מזעור - טכנולוגיות ייצור מערכות מיקרו וננו

חלק ב’ - תהליכים

Yosi Shacham-DiamandDepartment of Physical Electronics

Tek-Aviv University, Ramat-Aviv, 69978

yosish@eng.tau.ac.il

Introduction to Nano bio technologies, TAU 2000

תוכן

מהי ליתוגרפיה - פרמטרים מאפיינים - עומק •מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד

ליתוגרפיה אופטית•

ליתוגרפיה של קרני אלקטרונים•

ליתוגרפיה של קרני יונים•

Xליתוגרפיה של קרני •

SPMליתוגרפיה בעזרת •

First transistor and first integrated circuit

John Bardeen, WilliamShockley and Walter Brattaininvented the transistor in 1947.This transistor was a point-contact transistor made out ofGermanium not Silicon whichis widely used today.The idea of an integratedcircuit was conceived at thesame time by Jack kilby ofTexas Instruments and RobertNoyce of Fairchildsemiconductor.

ליתוגרפיה אופטית - עקרונות בסיסים

(Aerial Imageתאור הדמות ) •

תהליך החשיפה•

תהליך הפיתוח•

בקרת רוחב קו , בקרת ממד קריטי•

ליתוגרפיה כתהליך העברת מידעמסכה

דמות אופטית

דמות סמויה בחומר הצילום

פיתוח הדמות

העתקת הדמות למעגל המשולב

תכנון

מערכת החשיפהמאירים את המסכה מצידה האחורי•

האור עובר דרך המסכה ומתאבך•

תמונת ההתאבכות נעה מהמסכה לעדשה•

העדשה אוספת חלק מהגל המתאבך ויוצרת •דמות משוחזרת במישור המוקד

יש אובדן מידע הנובע מהגודל הסופי של •העדשה

יצירת הדמות - דוגמה

n

n(sin)θ p n

חוק בראג:

מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם

Pמרחק מחזור

הארה קוהרנטית

העדשהמישור המוקד

Dעדשה בקוטר מהמסכה f ומרחק

מסכה

fD

nNA2

(sin)

קונטרסט הדמות

0

1Intensity, IImax

Imin

minmax

minmax

III-I

contrast Image

הטלת דמות בעזרת עדשה דקה

f/#=f/D

NA=n sin)a(

NA = 1/)2 f/#(

במה תלויה הרזולוציה של עדשה ?

Fביכולתה לאסוף אור מהמסכה שיחסי ל- #/.NAויחסי הפוך לגודל אחר הקרוי

הגדרות

רזולוציה•הדמות הקטנה ביותר שיש לה משמעות –

ייצורית.

עומק מוקד•תחום הסטייה ממשטח המוקד –

האידיאלי, שיתן את הרזולוציה הדרושה.

מה קובע את הרזולוציה ?

הרזולוציה יחסית לאורך הגל, •עולה NAהרזולוציה משתפרת ככל שה- •

- העדשה אוספת יותר מידע.

NAksolution

1Re

MASK ALIGNERצילום ישיר ע”י

MASK ALIGNERרזולוציה של

• = exposure wavelength

• d = resist thickness

• 2b = minimum pitch of line-space pattern

• s = spacing between the mask and the resist

(5.0)32 dsb

מסכות

איכות החשיפה תלויה במערכות החשיפה אך גם במידע על המסכה .

השפעת ההארה על חומר הצילום

הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה•

של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט•

ישנם שני סוגי חמרי צילום:•

שלילי - החומר נשאר באזור המואר - •

חיובי - החומר יורד באזור המואר - •

E=hאור -

NEGATIVE PHOTORESISTחומר צילום שלילי -

1. Non-photosensitive substrate material

– About 80 % of solids content

– Usually cyclicized poly)cis-isoprene(

2. Photosensitive cross-linking agent

– About 20 % of solids content

– Usually a bis-azide ABC compound

3. Coating solvent

– Fraction varies

– Usually a mixture of n-butyl acetate, n-hexyl acetate, and 2-

butanol

Example: Kodak KTFR thin film resist:

NEGATIVE PHOTORESISTחומר צילום שלילי -

ההארה יוצרת סופר מולקולות מרובות ענפים•

המולקולות הגדולות יוצרות מבנה המאיט קצב •חדירת נוזל למוצק.

ישנה נקודה, בה המוצק הופך להיות לא מסיס, •הקרויה נקודת הג’ל,

פיתוח

באזורים המוארים הפולימר מצולב. ישנם ממסים אורגנים שיחדרו באזורים הלא מוארים, יתפיחו אותם, יגרמו לפירוק הקשרים הכימיים הקיימים

וישטפו אותם.

פוטורזיסט חיוביהדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר •

רגיש לאור - פוטורזיסט חיובי

החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויה:•–PAC - Photo Active Compound

וזו התמונה הסמויה - mמסומן כ - PACריכוז ה•

בזמן ההארה נותנת את ( Iמכפלת עוצמת ההארה )•אנרגיית החשיפה.

• m הנו פונקציה של אנרגיית החשיפה

הקונטרסט של הפוטורזיסט

1 10 100 1000E אנרגית החשיפה ,[mJ/cm2]

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

שיפוע -

E0 - אנרגית הסףלהורדת הרזיסט

עובי רזיסט מנורמל

הפיכת הדמות

איכול - העתקת הדמות

רזיסט

Iשכבה

IIשכבה

איכול אנאיזוטרופי

סיכום ביניים

פונקציה מאפיינתתהליך

איכות הדמות האופטיתיצירת תמונה•

איכות הדמות הסמויהחשיפה•

צורת חומר הצילוםפיתוח•

מרווח החשיפה - סה”כ התהליך•Exposure latitude

First issue: lithography

193 nm excimer laser litho on a fully planar substrate

ליתוגרפיה בקרני אלקטרונים

כתיבה ישירה בקרן אלקטרונים•

•SCALPEL - Scattering with Angular Limitation Projection Electron Beam

Lithography

SCALPELתאור המערכת של

SCALPELעקרון פעולה -

ננומטר80חורים בקוטר

Xליתוגרפיה בקרני-

חשיפה ישירה דרך מסכת בליעה•

XRAYרזיסט

שכבה דקה

מצע

High Z

Low Z

Ion protection lithography with 75 keV He + ions of a pattern on an open stencil mask (Si, 2 µm thick) onto a wafer coated with 300 nm of Shipley UV II HS resist. Exposure dose: 0.3 µC/cm 2 with research type ion projector operated with multi cusp ion source (2eV energy spread) [Brunger 1999].

)Asai 97(

סיכום

ליתוגרפיה - המפתח ליצירת מבנים ננומטרים

ננומטר - אופטית100ליתוגרפיה עד

Extreme UV ננומטר - קרני אלקטרונים או ) 10 ליתוגרפיה עד )EUV

SPM ננומטר - 10ליתוגרפיה מתחת ל