Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Tecniche litografiche: differenze tra le versioni

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[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Tecniche litografiche]]{{Avanzamento|0%|6 marzo 2009}}
 
 
FOTOLITOGRAFIA
 
E' una tecnica utile al tracciamento del circuito da realizzare sul wafer, è consiste nel trasferire il disegno circuitale presente in una maschera ad un materiale fotosensibile (photoresist) da utilizzare succesivamnteper i vari processi di etch o di impiantazione.
L'intero processo è suddivisibile in più step:
1.Vapor prime: si effettua un riscaldamento del materiale a cui occorre applicare la maschera in modo tale da eliminare traccie di vapor acqueo presente in superficie, garantendo una migliore adesione del fotoresist. L'azione termica è accompagnata dall'iniezione di materiale idrofobico (impermeabile ). T=90-150°C time=10-90sec
2.Spin Coat: si cala il photoresist sul materiale di interesse, che è sottoposto a rotazione in modo tale da ridurre l'attrito.
3.Soft bak: il materiale viene posto al di sopra di un piatto riscaldato allo scopo principale di far evaporare i solventi. Questo processo è importante perchè determina le caratteristiche del resist: spessore del film , migliora l’adesione , migliora l’uniformita`, migliora la resistenza all’etch , migliora il controllo sulla larghezza delle linee , ottimizza le caratteristiche di assorbimento della luce . T= ~ 100 – 130°C , Time ~ 90 sec.
4.Alignment: qui avviene l'esposizione alla luce ( λ=365nm I-line, λ=248nm DUV) sul resist
5.Post-exposure bake: avviene un ulteriore riscaldamento (T=110-130°C, time=90 sec) al fine di evaporare ulteriori solventi, migliorare l'adesione ma sopratutto fornire energia di attivazione ai processi chimici in atto dall'illuminazione.
6.Development: si bagna il resist con una soluzione basica per eliminare quello non indicante la traccia circuitale. Successivamente il resist viene asciugato tramite rotazione ad alta velocità.
7.AD: avviene una fase di ispezione tramite SEM (microscopio a scansione elettronica)
se l'ispezione da esito negativo, occorre ripetere il processo
 
Dato l'utilizzo della luce per passare la forma del circuito al photoresist occorre che la camera in cui avviene il processo sia il più possibile pulita da particelle contaminanti. Al tal fine l'intero processo avviene nelle camere pulite (clean room), oltre all'accorgimento di schermare opportunamente la luce “esterna”.
L'esposizione del photoresist alla luce può avvenire tramite due metodi: stampa per trasparenza, stampa per esposizione.
Nella prima viene usata una lente tra la sorgente di luce e la maschera, tra la maschera è il photoresist vi è contatto diretto ( trasparenza a contatto) oppure è senza contatto
[[File:1.jpg]]
 
La stampa a trasparenza (senza contatto) fornisce una minore risoluzione a causa del fenomeno della diffrazione ( le onde provenienti dalle regioni trasparenti della maschera tendono ad interferirsi prima di arrivare alla regione fotosensibile). Al contrario quella a contatto fornisce una migliore risoluzione, ma è maggiormente esposta alla contaminazione delle particelle che potrebbero cambiare il disegno circuitale. Ciò non vuol dire che le particelle non influiscano sulla tecnica senza contatto, infatti, se le dimensioni degli agenti contaminanti sono dell'ordine di grandezza del gap che separa la maschera dal phoresist vi è un cambiamento del disegno.
Per questo motivo si è passati alla esposizione per proiezione. Si è inserita una lente tra la maschera è il photoresist: in tal modo la distanza tra questi è aumentata eliminando il problema delle particelle.
 
wafer
 
 
sorgente lente condensatrice reticolo lente obbiettivo
 
 
 
Dove rappresenta l'apertura numerica
Il fenomeno della diffrazione rappresenta un problema per la risoluzione del disegno. Esso si verifica per l'incidenza dei fotoni sulla maschera. Quando il fotone colpisce le zone su cui sono presenti delle variazioni chiaro-scuro, secondo il principio di Huygen, si creano delle onde secondarie che interferiscono tra loro prima di arrivare al materiale fotosensibile. Il grado di interferenza è maggiore tanto più è maggiore l'angolo di diffrazione, α:
quindi tanto più piccolo è il pitch. Le onde secondarie interferendo tra loro danno luogo a delle direzioni in cui l'interferenza stessa è massima e altri in cui è minima. Le intensità dei massimi sono dette ordini di grandezza. Questi ordini conterranno le informazioni relative alla maschera quindi maggiori ordini si riescono a catturare maggiore e la risoluzione finale. Quindi la lente finale, oltre ad aumentare la distanza tra maschere e photoresist ha il compito di “intercettare" il maggiore numero ordini possibile. Se non vengono raccolti gli ordini 0 e 1 non è possibile ricreare l'immagine. Maggiori sono gli ordini raccolti maggiore è il grado di intensità rilevabile. E' possibile ricavare il passo minimo (pitch) utile a formare immagini, andando ad imporre l'angolo di diffrazione relativo all'ordine 1: , ma per il primo ordine n=1 e α=ф, segue che
 
 
 
 
 
φ α
 
 
Questo è il passo minimo sotto il quale non è più possibile ricreare l'immagine.
 
 
 
 
 
 
 
 
DISTANZA DI FUOCO
Oltre alla risoluzione, un aspetto da tenere in considerazione è la profondita di fuoco, ovvero la distanza entro il quale l'immagine si mantiene a fuoco.
 
θ lm
DOF
lente obbiettivo wafer
 
La distanza di fuoco, indicata come DOF, è data da
 
 
Si osserva come i parametri lunghezza d'onda della luce ( λ) ed apertura numerica siano proporzionali in modo opposto rispetto alla risoluzione minima. Infatti una diminuzione della λ aumenta la qualità dell'immagine ( migliora la risoluzione) ma diminuisce la profondità di fuoco. Discorso opposto vale per NA, dove è inversamente proporzionale, in modo quadratico, alla DOF. Per avere un compromesso tra λ e DOF, occorre avere valori di λ relativamente piccolo per una buona risoluzione con una NA non troppo grande per non avere valori di DOF cattivi.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SORGENTI DI ILLUMINAZIONE
 
Sono di due tipi: lampada o laser.
Quelle a lampada sono denominate I-line è spesso usano lampade al mercurio ottenendo valori di
lunghezza d'onda e risoluzione rispettivamente di 365nm, 0,3μm.
Le seconde (DUV) usano laser eccimeri (KrF, ArF ) con valori di λ dell'ordine dei 200nm e di risoluzione inferiori ai 0,2 μm, per tale motivo sono usate per tecnologie più critiche.
RESIST
 
A seconda del tipo di illuminazione usata cambia la composizione del resist. Esso è composto da tre parti:
 
-Resina (10%): costituita da vari polimeri organici, solitamente le novalacche.
 
-Componente Fotosensibile (5%) : è di due tipi a seconda dell'illuminazione.
 
Photo Active Compound (PAC) (I-Line) e Photo Acid Generator (PAG) (DUV)
-Solvente (85%)
 
Per illuminazione I-line IL componente fotosensibile, esposto alla luce, si trasforma in acido carbossilico indenico. Questo presenta una elevata capacità di solubilizzarsi, in particolare viene rimosso tramite una soluzione basica di (N(CH3)4OH).
Nell'illuminazione DUV, il PAG (acido) produce ioni H+ che a loro volta si legano con I gruppi protettivi, della molecola stessa, liberando ulteriori ioni H+. La molecola diventa insolubile.
Resist positivo e negativo
Il resist positivo è quel tipo di resist che esposto alla luce diventa solubile, di conseguenza la traccia del circuito è indicata dalle zone scure della maschera
Il resist negativo presenta caratteristiche opposte, di conseguenza la traccia del circuto è indicata dalle zone chiare della maschera.
Resist positivo Resist negativo
luce
 
 
 
TECNICA DI ESPOSIZIONE
 
Attualmente si usa un sitema di proiezione con rapporto di riduzione M:1 vale a dire che tramite una esposizione su un unico wafer si impressionano più maschere. L'esposizione prevede due modalità: step-and repeat, step-and scan.
Nella prima, si illumina ogni parte di wafer in modo tale da ricoprire l'intera area della parte stessa. Nella seconda ogni parte viene impressionata seconda una scansione. Se la scansione parte dalla parte bassa di una prima area, finira nella parte alta, di conseguenza l'area successiva viene impressionata dalla parte alta per terminare in quella bassa. Il vantaggio di quest'ultima tecnica sta nel non dover usare lenti più grandi per aumentare la risoluzione.
 
 
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