מבוא לתהליכי מזעור - טכנולוגיות ייצור מערכות מיקרו וננו חלק ב ’ - תהליכים Yosi Shacham-Diamand Department of Physical Electronics Tek-Aviv University, Ramat-Aviv, 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 ליתוגרפיה של קרני X ליתוגרפיה בעזרת SPM

First transistor and first integrated circuit  John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain invented the transistor in  This transistor was a point- contact transistor made out of Germanium not Silicon which is widely used today.  The idea of an integrated circuit was conceived at the same time by Jack kilby of Texas Instruments and Robert Noyce of Fairchild semiconductor.

ליתוגרפיה אופטית - עקרונות בסיסים תאור הדמות ( Aerial Image) תהליך החשיפה תהליך הפיתוח בקרת רוחב קו, בקרת ממד קריטי

ליתוגרפיה כתהליך העברת מידע מסכה דמות אופטית דמות סמויה בחומר הצילום פיתוח הדמות העתקת הדמות למעגל המשולב תכנון

מערכת החשיפה מאירים 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 חוק בראג: מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם מרחק מחזור P הארה קוהרנטית

העדשה מישור המוקד עדשה בקוטר D ומרחק f מהמסכה מסכה

קונטרסט הדמות 0 1Intensity, I I max I min

הטלת דמות בעזרת עדשה דקה

f/#=f/D NA=n sin(a) NA = 1/(2 f/#) במה תלויה הרזולוציה של עדשה ? ביכולתה לאסוף אור מהמסכה שיחסי ל- #/F ויחסי הפוך לגודל אחר הקרוי NA.

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, הרזולוציה משתפרת ככל שה - NA עולה - העדשה אוספת יותר מידע.

צילום ישיר ע ” י MASK ALIGNER

רזולוציה של MASK ALIGNER  = exposure wavelength d = resist thickness 2b = minimum pitch of line-space pattern s = spacing between the mask and the resist

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 - אור - E=h 

חומר צילום שלילי - NEGATIVE PHOTORESIST 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:

חומר צילום שלילי - NEGATIVE PHOTORESIST 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 חיובי הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט חיובי החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויה : –PAC - Photo Active Compound ריכוז ה PAC מסומן כ - m - וזו התמונה הסמויה מכפלת עוצמת ההארה (I) בזמן ההארה נותנת את אנרגיית החשיפה. m הנו פונקציה של אנרגיית החשיפה

הקונטרסט של הפוטורזיסט E, אנרגית החשיפה [mJ/cm 2 ] שיפוע -  E 0 - אנרגית הסף להורדת הרזיסט עובי רזיסט מנורמל

הפיכת הדמות

איכול - העתקת הדמות רזיסט שכבה I שכבה II איכול אנאיזוטרופי

סיכום ביניים תהליך פונקציה מאפיינת יצירת תמונהאיכות הדמות האופטית חשיפהאיכות הדמות הסמויה פיתוחצורת חומר הצילום סה ” כ התהליךמרווח החשיפה - 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

תאור המערכת של SCALPEL

SCALPEL - עקרון פעולה

חורים בקוטר 80 ננומטר

ליתוגרפיה בקרני -X חשיפה ישירה דרך מסכת בליעה XRAY רזיסט 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 ליתוגרפיה עד 100 ננומטר - אופטית ליתוגרפיה עד 10 ננומטר - קרני אלקטרונים או ( Extreme UV (EUV ליתוגרפיה מתחת ל 10 ננומטר - SPM