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

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# Una piccola quantità di resist (un [[w:Polimero|polimero]] o un suo precursore) viene depositato sul wafer. Mettendo il wafer in rotazione se ne ottiene la totale copertura con ottima uniformità (tranne i bordi), grazie alla elevata viscosità del resist.
# Il processo successivo consiste nella evaporazione dei solventi ponendo il wafer per un tempo di circa 5' su un piatto riscaldato (''hotplate'') a temperatura controllata. Questo processo viene chiamato preriscaldamento (''prebaking'')
# Viene allineato il wafer al reticolo disegnato precedentemente (una maschera di quarzo con incisioni di cromo) ed esposto alla sorgente [[w:Radiazione_ultravioletta|ultravioletta]] (UV).
# Spesso si effettua un altro riscaldamento a temperatura maggiore del primo (''postbake'') per migliorare l' adesione del resist, per fare avvenire delle reazioni chimiche nel resist o per eliminare le onde stazionarie provocate dai fenomeni di interferenza.
# Il resist viene sviluppato o mediante immersione in una soluzione opportuna o spruzzando lo sviluppo in processo simile alla deposizione del resist.
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=== Pulizia ===
Nel caso in cui dei contaminanti siano presenti sulla superfice del wafer, essi vengono preventivamente rimossi mediante un trattamento chimico in fase liquida. L'immersione in una soluzione al 50% di [[w:Perossido_di_idrogeno|acqua ossigenata]] (ad alta concentrazione) e [[w:Acido_solforico|acido solforico]] è in genere la procedura più usata per rimuovere sia tracce organiche che normali contaminanti.
Questo tipo di pulizia è applicabile in genere solo come primo step su wafer di silicio. In quanto
la soluzione è fortemente corrosiva e facilmente danneggerrebbe la maggior parte delle strutture dei materiali utilizzati nei processi successivi
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Il fotoresist è una particolare sostanza chimica usata nei processi di fotoincisione. Questa sostanza è sensibile alle radiazioni luminose (in particolar modo ai raggi UV) e altera le sue proprietà chimiche se sottoposto a tali radiazioni. Per l'applicazione sui wafer, il fotoresist viene versato in poche gocce sulla superficie del wafer stesso che successivamente viene fatto ruotare con una elevata velocità angolare attorno al suo centro, affinchè tutto il fotoresist copra tutta la superficie in maniera omogenea. La tecnica viene chiamata
[[w:Spin_coating|spin coating]], di cui non esiste una efficace traduzione in italiano. Le velocità angolari tipiche vanno da 1000 giri al minuto fino a 6000 giri al minuto. La durata caratteristica di tale rotazione è dell'ordine del minuto. La diluizione del resist, come la velocità angolare, influenzano lo spessore del resist; tale spessore può andare da frazioni di [[w:Micron|micron]] a qualche micron. Aumentare la velocità di rotazione diminisce lo spessore del resist.
Aumentare la velocità di rotazione diminisce lo spessore del resist.
 
Nel processo di ricopertura mediante spinning, naturalmente uno spessore maggiore di resist si forma sul bordo esterno del wafer. Tale spessore viene quindi rimosso dalla geometria della centrifuga o in una fase successiva.
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=== Esposizione e sviluppo ===
Nel processo successivo viene allineata la maschera al wafer, ponendoli o a contatto o nel cono d'ombra l'uno dell'altro. L'apparecchio che opera tale operazione, chiamato allineatore di maschere, è in genere di elevato costo e complessità, specialmente se opera in proiezione.
 
Tali processi devono necessariamente svolgersi in una camera pulita. La necessità di tale ambiente deriva dal fatto che le particelle di polvere sospese nell’aria possono posarsi sulle fette di silicio e sulle maschere fotolitografiche, causando così nei dispositivi difetti tali da provocare il mancato funzionamento dell’intero circuito integrato. Per esempio nell’area di fotolitografia, una particella di polvere aderita ad una maschera fotolitografica si comporta come una sagoma opaca sulla maschera stessa e come tale viene trasferita agli strati sottostanti assieme al tracciato del circuito.Per laDi maggiorsolito partequesta degli ambiento nei quali si sviluppaè la fabbricazionefase deipiù circuitidelicata integratie è necessariarichiede una camera pulitapulità dicon grado classedi 100.pulizia
molto elevato: classe 1 per il livello di integrazione attualmente raggiunto dall'industria elettronica.
 
====Metodi di esposizione====
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:Nel primo caso la maschera e la fetta possono essere a diretto contatto o molto vicine, ma comunque separate.
:Il primo metodo ottiene una risoluzione migliore (circa <math>1 \mu m\ </math>) ma è soggetta all’inconveniente provocato dalla possibile presenza delle particelle di polvere, che se presenti sulla fetta, possono essere inclusi nella maschera quando viene posta a contatto danneggiandola in maniera permanente.
:Per eliminare il problema delle particelle si utilizza il metodo di esposizione per prossimità, in cui la maschera viene distanziata dalla fetta di una spaziatura di <math>10-50\mu m\ </math>. Questo metodo ottiene una risoluzione inferiore (<math>21-5\mu m\ </math>) per effetto del fenomeno della [[w:Diffrazione_(fisica)|diffrazione]] ai bordi delle sagome presenti sulla maschera. Si nota infatti che quando la luce passa in vicinanza dei bordi delle sagome opache, subisce una deviazione dalla direzione rettilinea (diffrazione), e parte della luce invade anche le zone d’ombra. Tuttavia anche questo metodo non garantisce di evitare completamente il danneggiamento della maschera, poichè, per una data distanza di separazione tra la maschera e la fetta, ogni particella di polvere avente un diametro superiore può potenzialmente danneggiare la maschera.
;Stampa per proiezione
[[Image:EVG-620 & MA-150 steppers at LAAS (FDLS 2007) 0438.jpg|thumb|250px|Due diversi stepper'']]
:Per i problemi legati al danneggiamento della maschera, tipici della stampa per trasparenza, sono stati sviluppati particolari strumenti di esposizione per la stampa per proiezione. Tali apparati sono ingradoin grado di proiettare l’immagine delle sagome presenti sulla maschera sulla fetta ricoperta di resist, da una distanza di parecchi cm dalla maschera stessa. Il dispositivo in grado di proiettare l'immagine della maschera sul wafer viene chiamato ''stepper'' il suo funzionamento
è simile a quello di proiettore di diapositive (tranne che invece di ingrandire l'immagine in questo caso viene rimpiccolita). Quando un wafer è processato in uno stepper, il disegno sul reticolo è esposto ripetutamente sulla superficie del wafer seguendo una griglia. Questo viene
effettuato muovendo il wafer avanti e indietro e sinistra e a destra sotto la lente dello stepper. Uno stepper esponendo una area limitata è capace di una più elevata risoluzione di dispositivi che stampano per trasparenza. Attualmente (2009) vi stata una ulteriore miglioramento tecnologico che permette la movimentazione del wafer come della maschera (questi stepper vengono detti scanner) questo permette un aumento delle dimensioni dell'area esposta ed un aumento della qualità dell'immagine proiettata dalla lente.
 
====Sviluppo====
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Si cerca quindi di ottimizzare la sorgente di luce piuttosto che NA. Questo fatto spiega la tendenza della litografia ottica verso l’uso di lunghezze d’onda sempre più piccole.
 
== Sorgenti ==
 
La litografia usa luce ultravioletta, la cui frequenza si sta spostando sempre di più verso le piccole lunghezze d'onda, infatti più piccola è la lunghezza d'onda più elevato è il potere risolutivo raggiungibile. Le sorgenti più usate tradizionalmente sono le [[w:Lampada_a_scarica|lampade scarica]] al [[w:Mercurio|Mercurio]], a volte mescolato ad un gas nobile. Queste lampade producono un largo spettro di radiazione con parecchi picchi di emissione nell'ultravioletto. Usualmemte lo spettro viene filtrato per selezionare una stretta banda: la ''g-line'' (436 nm) o la ''i-line'' (365 nm).
 
La litografia punta sempre più al profondo ultravioletto che viene prodotto da [[w:Laser|Laser]] ad eccimeri. Nella litografia, lunghezze d'onda al di sotto dei 300 nm sono chiamate profondo ultravioletto (DUV). Il fluoruro di Kripton ad esempio produce una linea spettale di 248 nm, il fluoruoro
di Argon una linea a 193 nm. Generalmente, il cambiare la lunghezza d'onda comporta notevoli difficoltà tecnologiche sia per la generazione di nuove lunghezze d'onda che per l'assorbimento dei materiali. L'aria comincia ad assorbire in maniera significativa attorno a 193 nm; quindi diminuire la lunghezza d'onda comporta che il processo deve essere effettuato sotto vuoto. Inoltre i materiali isolanti, ad esempio il biossido di silicio, quando sono esposti a fotoni con energia maggiori della loro gap, liberano elettroni e buche che causano effetti di carica locale.
 
==Resist==
I resist sono classificati in due gruppi: resist positivi e negativi:
* Un resist positivo è un tipo di resist per il quale la parte del resist che viene esposta alla luce diventa solubile nello sviluppo, mentre la porzione non esposta rimane insolubile allo sviluppo.
 
* Un resist negativo (in genere meno usati) invece è un tipo di resist in cui la porzione di resist che viene esposta alla luce polimerizza e diventa insolubile allo sviluppo. Mentre la parte non esposta rimane solubile allo sviluppo.
 
A seconda del tipo di radiazione usata cambia la composizione del resist. Esso è in genere composto da tre parti:
 
-Resina (10%): costituita da vari polimeri organici, solitamente novalac.
 
-Componente Fotosensibile (5%) : che viene denomito con l'acronimo PAC:Photo Active Compound
 
-Solvente (85%)
 
Nel caso di esposizione con i-line il componente fotosensibile, esposto alla luce, si trasforma in acido carbossilico indenico. Questo presenta una elevata capacità di divenire solubile, in particolare viene rimosso tramite una soluzione basica di (CH<sub>3</sub>)<sub>4</sub>NOH) (idrossido di tetrametilammonio).
 
Vi è da aggiungere che nel caso di DUV non è sufficiente che ogni fotone produca una singola reazione chimica, in quanto l'intensità delle sorgenti luminose è bassa e quindi si allungherebbe eccessivamente il tempo di esposizione. Per questa ragione si usano tecniche di amplificazione chimica. In questo caso vengono aggiunti al resist delle sostanze che generano ioni idrogeno in presenza di radiazione DUV (Photo Acid Generator: acronimo PAG). Quindi un fotone genera un ione idrogeno, tale ione mediante amplificazione termica provoca una reazione chimica, in maniera tale che da un singolo fotone si producono molte reazioni chimiche, amplificando quindi l'effetto
di ogni singolo fotone.
 
 
== Lastre ==
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[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Litografia ottica]]
 
 
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