מבוא לתהליכי מזעור - טכנולוגיות ייצור מערכות מיקרו וננו חלק ב’ - תהליכים Yosi Shacham-Diamand

1. מבוא לתהליכי מזעור - טכנולוגיות ייצור מערכות מיקרווננו חלק ב’ - תהליכים Yosi Shacham-Diamand Department of Physical Electronics Tek-Aviv University, Ramat-Aviv, 69978 yosish@eng.tau.ac.il Introduction to Nano bio technologies, TAU 2000

2. תוכן • מהי ליתוגרפיה - פרמטרים מאפיינים - עומק מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד • ליתוגרפיה אופטית • ליתוגרפיה של קרני אלקטרונים • ליתוגרפיה של קרני יונים • ליתוגרפיה של קרניX • ליתוגרפיה בעזרתSPM

3. First transistor and first integrated circuit n John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain invented the transistor in 1947. n This transistor was a point-contact transistor made out of Germanium not Silicon which is widely used today. n The idea of an integrated circuit was conceived at the same time by Jack kilby of Texas Instruments and Robert Noyce of Fairchild semiconductor.

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

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

7. 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

8. יצירת הדמות - דוגמה הארה קוהרנטית מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם מרחק מחזור P q n חוקבראג:

9. מסכה עדשה בקוטרD ומרחק fמהמסכה מישור המוקד העדשה

10. קונטרסט הדמות Intensity, I 1 Imax Imin 0

11. הטלת דמות בעזרת עדשה דקה

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

13. הגדרות • רזולוציה • הדמות הקטנה ביותר שיש לה משמעותייצורית. • עומק מוקד • תחום הסטייה ממשטח המוקד האידיאלי, שיתן את הרזולוציה הדרושה.

14. מה קובע את הרזולוציה ? • הרזולוציה יחסית לאורך הגל, l • הרזולוציה משתפרת ככל שה- NA עולה - העדשה אוספת יותר מידע.

15. צילום ישיר ע”יMASK ALIGNER

16. רזולוציה שלMASK ALIGNER • l = exposure wavelength • d = resist thickness • 2b = minimum pitch of line-space pattern • s = spacing between the mask and the resist

17. מסכות איכות החשיפה תלויה במערכות החשיפה אך גם במידע על המסכה .

18. השפעת ההארה על חומר הצילום אור - E=hu • הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה • של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט • ישנם שני סוגיחמריצילום: • שלילי - החומר נשאר באזור המואר - • חיובי - החומר יורד באזור המואר -

19. 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:

20. חומר צילום שלילי - NEGATIVE PHOTORESIST • ההארה יוצרת סופר מולקולות מרובות ענפים • המולקולות הגדולות יוצרות מבנההמאיטקצב חדירת נוזל למוצק. • ישנה נקודה, בה המוצק הופך להיות לא מסיס, הקרויה נקודת הג’ל,

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

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

24. 1 10 100 1000 הקונטרסט של הפוטורזיסט עובירזיסט מנורמל 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 שיפוע - g E0 - אנרגית הסף להורדתהרזיסט E, אנרגית החשיפה[mJ/cm2]

25. הפיכת הדמות

26. רזיסט שכבהI שכבהII איכולאנאיזוטרופי איכול - העתקת הדמות

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

28. First issue: lithography 193 nm excimer laser litho on a fully planar substrate

29. ליתוגרפיה בקרני אלקטרונים • כתיבה ישירה בקרן אלקטרונים • SCALPEL - Scattering with Angular Limitation Projection Electron Beam Lithography

31. תאור המערכת שלSCALPEL

32. SCALPEL - עקרון פעולה

33. חורים בקוטר 80 ננומטר

34. ליתוגרפיה בקרני-X • חשיפה ישירה דרך מסכת בליעה High Z Low Z XRAYרזיסט שכבה דקה מצע

35. 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].

36. (Asai 97)

37. סיכום ליתוגרפיה - המפתח ליצירת מבניםננומטרים ליתוגרפיה עד 100ננומטר - אופטית ליתוגרפיה עד 10ננומטר - קרני אלקטרונים או ( Extreme UV (EUV ליתוגרפיה מתחת ל 10ננומטר - SPM