Układy cienkowarstwowe LITOGRAFIA 1
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
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
Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Fotolitografia 4
Układy cienkowarstwowe - fotolitografia 5
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
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
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
Układy cienkowarstwowe - fotolitografia 9
Układy cienkowarstwowe - fotolitografia Problem!!! Konwencjonalne soczewki stosowane w fotolitografii nie są w stanie przepuścić fal o mniejszych długościach 10
Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska Litografia rentgenowska Światło widzialne Optyka Absorber Poziom wyrównania a Membrana Rezyst Ukryty obraz 11
Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska 12
Układy cienkowarstwowe litografia rentgenowska 13
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
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Litografia elektronowa 15
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Szczelina modulacji Deflektor Szczeliny o zmiennej szerokości Soczewki iluminatora Płaszczyzna siatki Soczewki kolimatora Soczewki projektora Szczelina kontrastu 16
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 17
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 18
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 19
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa 20
Układy cienkowarstwowe litografia elektronowa Substancje rezystywne 21
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
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
Układy cienkowarstwowe litografia jonowa Wykorzystanie jonów: H + H 2 + H 3 + He + Rodzaje wykorzystywanej wiązki: szeroka skupiona 24
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
Układy cienkowarstwowe litografia EUV Litografia EUV 26
Układy cienkowarstwowe litografia EUV 27
Układy cienkowarstwowe litografia EUV Przykładowe lustro 81 cienkich warstw 28
Układy cienkowarstwowe litografia EUV 29
Układy cienkowarstwowe litografia EUV 30
Układy cienkowarstwowe Podsumowanie Rodzaj litografii Długość fali Energia cząstek [kev] Rozdzielczość minimalna [nm] Fotolitografia 300-600 nm do 0,01 1000 Rentgenowska 0,01-4,0 nm 0,5 10 < 100 Elektronowa < 1nm 10 100 250 100 Jonowa ~50µm 10 150 100 50 EUV (w fazie testów) 10-14 nm ~ 0,1- ~100 50 (docelowo 7) 31
Układy cienkowarstwowe Literatura 1. Nanosphere Lithography, Anat Hatzor Penn State Nanofabrication Facility, The Pennsylvania State University, PA, www.nnf.cornell.edu/nnun/2002nnunpg52.pdf 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 48109-2122, USA, www.eecs.umich.edu/~guo/online-pub/ 2004%20Hybrid%20mold_ME.pdf 3. http://www.techfak.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/index.html 4. 4. 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/v23n4/537-543.pdf 5. http://www.lrsm.upenn.edu/~frenchrh/download/9905vacuumthinfilmh5.pdf 6. http://www.research.ibm.com/litho/ 7. http://www.unibas.ch/phys-meso/education/projektstudien/lithographie/litho-m1-lithography.html 8. http://www.csl.usc.edu/research/nanostructures/flowchart_files/slide0001.htm 9. http://www.nanophys.kth.se/nanophys/education/e-beam/gromov_99/index.htm 10. http://cuervo.eecs.berkeley.edu/volcano/ 11. http://www.leb.e-technik.uni-erlangen.de/lehre/mm/html/litho_anim.htm 12. Introduction to MEMS, Choongho Yu, Sanghoon Lee, Univ. of Texas at Austin http://www.me.utexas.edu/~lishi/l19b-mems1.ppt 13. http://www.semiconductorfabtech.com/features/lithography/articles/body7.147.php3 14. Large-Field Particle Beam Optics for Projection and Proximity Printing and for Mask-Less Lithography (ML2) www.ims.co.at/app_423_2002-02_spie-vol-4688_ JM3-2003_Large-Field-Particle-Optics.pdf 15. http://willson.cm.utexas.edu/research/sub_files/tsi/files/background_on_tli.pdf 16. 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 www.intel.com/research/silicon/ BorodovskyPhotomaskJapan0402doc.htm 32
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 www.intel.com/research/silicon/ BorodovskyPhotomaskJapan0402doc.htm 18. http://www.intel.com/research/silicon/lithography.htm 19. PREVAIL Electron projection technology approach for next-generation lithography, http://www.research.ibm.com/journal/rd/455/dhaliwal.html 20. X-Ray and E-beam Lithography by Maggie Snowel and Nima Ghalichechian, http://www.ece.umd.edu/~nima/ebeam.pdf 21. http://www.molecularimprints.com/ 22. Electron-Beam Lithography: From Past to Present, David J. Grant, www.davidgrant.ca:81/files/ebeamlith.pdf 23. Photolithography (II), J.Wang, http://www2.ece.jhu.edu/faculty/andreou/495/2003/lecturenotes/photolithographyii.pdf 24. X-ray lithography in IBM, 1980-1992, the development years, by A.D.Wilson http://domino.research.ibm.com/tchjr/journalindex.nsf/0/2a51d4b16888350385256bfa0067fc58?opendocument 25. http://dot.che.gatech.edu/henderson/introduction_to_electron_beam_lithography.htm 26. http://ece.pdx.edu/~jeske/litho/electronbeamlitho.html 27. http://ece.pdx.edu/~jeske/litho/ionbeamlitho.html 28. High aspect ratio UV photolithography for electroplated structures S Roth, L Dellmann, GA Racine and NF de Rooij, www.iop.org/ej/article/0960-1317/9/2/001/jm9201.pdf 29. Fabrication Technology, Part I (lecture 4, 3 September) EEL 5225 - Fall 2003, http://www.mems.ece.ufl.edu/xie/ 30. Multicusp Ion Source for Ion Projection Lithography, http://epaper.kek.jp/p99/papers/wep144.pdf 33