Układy cienkowarstwowe LITOGRAFIA

Transkrypt

1 Układy cienkowarstwowe LITOGRAFIA 1

2 Układy cienkowarstwowe Wafer krzemowy Warstwa Tlenku Warstwa tlenku Warstwa fotorezystywna Wafer krzemowy Maska Wafer krzemowy Maska Warstwa fotorezystywna Wafer krzemowy Warstwa tlenku UV Warstwa tlenku Warstwa tlenku Warstwa fotorezystywna Wafer krzemowy Warstwa fotorezystywna Wafer krzemowy Maska 2

3 Układy cienkowarstwowe Warstwa tlenku UV Utwardzona warstwa fotorezystywna Wafer Krzemowy Wafer Krzemowy Wafer Krzemowy Nieutwardzona warstwa fotorezystywna Nieutwardzona warstwa fotorezystywna Maska Specjalny rozpuszczalnik Utwardzona warstwa fotorezystywna Warstwa tlenku Rozpuszczalnik warstwy nieutwardzonej Utwardzona warstwa fotorezystywna Warstwa tlenku 3

4 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Fotolitografia 4

5 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia 5

6 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Zapis wzoru za pomocą lasera. Odkryte obszary chromowe są usuwane, pozostałe obszary polimeru są rozpuszczane. Rezultatem jest maska szklana z chromowym wzorem. Promienie UV przechodzące przez maskę padają na soczewkę. Soczewka redukuje rozmiar strumienia UV padającego na warstwę fotorezystywną Wynik fotolitografii chipy krzemowe 6

7 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Metoda kontaktowa Zalety: nieskomplikowany, niedrogi, szybki, zminimalizowane efekty dyfrakcji Wady: maska ma ten sam rozmiar co wafer duża i droga, zużywanie maski Metoda bezstykowa Zalety: maska nie dotyka wafera brak zużycia maski, szybka Wady: większa dyfrakcja, mniejsza rozdzielczość, maska tego samego rozmiaru co wafer 7

8 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Metoda projekcyjna Zalety: maska nie styka się z waferem, pomniejszenie 1-10 razy, większa możliwość realizacji bezdefektowej maski przy większym pomniejszaniu wzoru maski Wady: bardzo droga, złożona, wymaga zastosowania silników krokowych, długi czas zapełniania wafera 8

9 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia 9

10 Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Problem!!! Konwencjonalne soczewki stosowane w fotolitografii nie są w stanie przepuścić fal o mniejszych długościach 10

11 Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska Litografia rentgenowska Światło widzialne Optyka Absorber Poziom wyrównania a Membrana Rezyst Ukryty obraz 11

12 Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska 12

13 Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska 13

14 Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska Wady i zalety litografii rentgenowskiej Zalety: Proces szybki Rozdzielczość ~0.5µm Brak wpływu organicznych defektów maski Znika problem kurzu (jest niewidoczny dla promieni rentgenowskich) Redukcja efektów dyfrakcji, refleksji i rozpraszania Wysoki współczynnik kształtu Niewielki koszt źródła promieniowania Wady: Błąd powiększenia Druk cienisty Wymagana bardzo czuła warstwa rezystywna dla wyższej rozdzielczości przy słabym źródle promieniowania Wieloetapowy proces dla negatywnej warstwy rezystywnej Długi czas naświetlania dla pozytywnej warstwy Skomplikowane wytwarzanie masek Wymagane większe ekranowanie źródła promieniowania Wysoki koszt wytwarzania masek 14

15 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Litografia elektronowa 15

16 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Szczelina modulacji Deflektor Szczeliny o zmiennej szerokości Soczewki iluminatora Płaszczyzna siatki Soczewki kolimatora Soczewki projektora Szczelina kontrastu 16

17 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 17

18 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 18

19 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 19

20 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 20

21 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Substancje rezystywne 21

22 Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Zalety i wady litografii elektronowej Zalety: Duża rozdzielczość: od kilku nm do 1 µm Komputerowo sterowana wiązka Możliwość wyeliminowania maski Zredukowany czas od projektu do wykonania Mała dyfrakcja Wady: Koszt systemu Proces skanowania jest bardzo wolny 22

23 Układy cienkowarstwowe litografia jonowa Litografia jonowa Wodór lub hel Rozmiar wirtualnego źródła Źródło jonów Elektrody metalowe Izolator Elektrostatyczna optyka jonowa Maska System iluminacji strumienia jonowego 4-krotna redukcja kolumny optyki jonowej Rozmycie chromatyczne Rozmycie stochastyczne Rozmycie geometryczne 23

24 Układy cienkowarstwowe litografia jonowa Wykorzystanie jonów: H + H 2 + H 3 + He + Rodzaje wykorzystywanej wiązki: szeroka skupiona 24

25 Układy cienkowarstwowe litografia jonowa Zalety i wady litografii jonowej Zalety: Komputerowo sterowana wiązka Brak maski Warstwa rezystywna wrażliwsza niż przy wiązce elektronowej Zminimalizowane efekty dyfrakcji Mniejsze rozproszenie wsteczne Wyższa rozdzielczość Wady: Wymagane niezawodne źródło Wolniejsze niż system fotolitografii Droższe niż fotolitografia Wymagany proces trójpoziomowy 25

26 Układy cienkowarstwowe litografia EUV Litografia EUV 26

27 Układy cienkowarstwowe litografia EUV 27

28 Układy cienkowarstwowe litografia EUV Przykładowe lustro 81 cienkich warstw 28

29 Układy cienkowarstwowe litografia EUV 29

30 Układy cienkowarstwowe litografia EUV 30

31 Układy cienkowarstwowe Podsumowanie Rodzaj litografii Długość fali Energia cząstek [kev] Rozdzielczość minimalna [nm] Fotolitografia nm do 0, Rentgenowska 0,01-4,0 nm 0,5 10 < 100 Elektronowa < 1nm Jonowa ~50µm EUV (w fazie testów) nm ~ 0,1- ~ (docelowo 7) 31

32 Układy cienkowarstwowe Literatura 1. Nanosphere Lithography, Anat Hatzor Penn State Nanofabrication Facility, The Pennsylvania State University, PA, 2. One-step lithography for various size patterns with a hybrid mask-mold Xing Cheng, L. Jay Guo, Solid Sate Electronic Laboratory, Department of Electrical University of Michigan, Ann Arbor, MI , USA, %20Hybrid%20mold_ME.pdf Deep X-ray Lithography Developed at SRRC, Yao Cheng, Bor-Yuan Shew, Ching-Yao Lin, and Der-Hsin Wei, Synchrotron Radiation Research Center Science Based Industrial Park Hsinchu, Taiwan, R.O.C. nr.stic.gov.tw/ejournal/proceedinga/v23n4/ pdf Introduction to MEMS, Choongho Yu, Sanghoon Lee, Univ. of Texas at Austin Large-Field Particle Beam Optics for Projection and Proximity Printing and for Mask-Less Lithography (ML2) JM3-2003_Large-Field-Particle-Optics.pdf Lithography Strategy for 65nm Node, Y. Borodovsky, R. Schenker, G. Allen, E. Tejnil, D. Hwang, F. C. Lo, V. Singh, R. Gleason, J. Brandenburg, R. Bigwood BorodovskyPhotomaskJapan0402doc.htm 32

33 Układy cienkowarstwowe 17. Lithography Strategy for 65nm Node, Y. Borodovsky, R. Schenker, G. Allen, E. Tejnil, D. Hwang, F. C. Lo, V. Singh, R. Gleason, J. Brandenburg, R. Bigwood BorodovskyPhotomaskJapan0402doc.htm PREVAIL Electron projection technology approach for next-generation lithography, X-Ray and E-beam Lithography by Maggie Snowel and Nima Ghalichechian, Electron-Beam Lithography: From Past to Present, David J. Grant, Photolithography (II), J.Wang, X-ray lithography in IBM, , the development years, by A.D.Wilson High aspect ratio UV photolithography for electroplated structures S Roth, L Dellmann, GA Racine and NF de Rooij, Fabrication Technology, Part I (lecture 4, 3 September) EEL Fall 2003, Multicusp Ion Source for Ion Projection Lithography, 33