Differenze tra le versioni di "Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Tecniche litografiche/Litografia elettronica"

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{{Micro e nanotecnologia}}
La litografia elettronica è una tecnica di scrittura che utlizza un pennello di elettroni per disegnare una superficie coperta con un resist. Il resist elettronico ha unproprietà comportamentosimili simileai a quelloresist otticoottici, in quanto le zone esposte agli elettroni o vengono dissolte dallo sviluppo (resit positivo) o risultano insolubili nello sviluppo (resist negativo). Alcuni resist ottici possono essere usati come resist elettronici.
 
Il vantaggio della litografia elettronica rispetto a quella ottica, consiste nel poter agggirare il limite imposto dalla [[w:Diffrazione|diffrazione]] della luce, permettendo di fabbricare dispositivi di dimensioni nanometriche. Questo tipo di litografia senza maschera viene utilizzato per la fabbricazione di fotomaschere, prototipi di componenti elettronici e nel campo della ricerca e sviluppo.
 
Lo svantaggio principale di questa tecnica, è rappresentato dal lungo tempo necessario per esporre una grande area, come ad esempio un interogrande wafer con un grande numero di dispositivi. Questo lungo tempo di esposizione rende il processo costoso e delicato, in quanto durante l'esposizione deve essere garantita una elevata stabilità del fascio elettronico.
 
== Sistemi di litografia elettronica==
La litografia elettronica nasce dalla modifica di un [[w:Microscopio_elettronico#Microscopio_elettronico_a_scansione_SEM|microscopio elettronico a scansione]]. Tuttora innei laboratori di ricerca, utilizzando una semplice elettronica di controllo del costo commerciale di poche decine di migliaia di Euro, si riesce a frealizzarerealizzare litografia elettronica su una piccola area di esposizione. Tali sistemi sono utilizzati per piccoli campioni, sono molto lenti e difficilmente raggiungono risoluzione migliori di qualche decina di nm.
 
Sistemi commerciali, dedicati, con sosfisicatisofisicati sistemi di controllo della posizione sia orizzonatale che della planarità, con elevata velocità di scansione del fascio (decine di MHz), in grado di esporre grandi aree fino a 25x 25 cm, sono utilizzati sia nelle industrie che producono maschere che in laboratori avanzati di ricerca. Il costo di tali apparecchiaturaapparecchiature può arrivare fino a una decina di milioni di Euro, anche se esistono macchine commerciali di prestazioni inferiori
(meno veloci, aree esposte più piccole) che possono essere acquistate per importi di circa un milione di Euro. I sistemi commerciali attualmente raggiungono un potere risolutivo di 10 nm.
 
 
I sistemi commerciali di litografia elettronica possono essere classificati in base alla strategia di scrittura. I sistemi utilizzati per ricerca e sviluppo, che debbono esporre piccole parti della superfice utilizzano una tecnica vettoriale di esposizione: il fascio, in genere di piccole dimensione con profilo gaussiano, viene diretto nelle sole aree da esporre, bloccando il fascio tra una esposizione e l'altra. Invece i sistemi utilizzati per la produzione di maschere, che richiedono l'esposizione di gran parte dell'area, usano la scansione (raster) linea per linea con fasci di forma controllata, la scanzione è simile a quella di un tubo catodico di un televisore. Quindi i sistemi commerciali si classificano in vettoriali o raster (in genere quest'ultimi sono più sofisticati e quindi più costosi).
[[Immagine:Variable_shaped_beam.JPG|thumb|520px|left|Schema di un sistema a fascio di dimensioni variabili]]
Invece i sistemi utilizzati per la produzione di maschere, che richiedono l'esposizione di gran parte dell'area, usano la scansione (raster) linea per linea con fasci di forma controllata, la scanzione è simile a quella di un tubo catodico di un televisore. Quindi i sistemi commerciali si classificano in vettoriali o raster (in genere quest'ultimi sono più sofisticati e quindi più costosi).
 
===Sorgenti===
I sistemi a bassa risoluzione possono usare sorgenti termoioniche che sono fatte o da filamenti di Tungsteno o preferibilmente LaB<sub>6</sub> (esaboruro di Lantanio). I sistemi con alta risoluzione
usano sorgenti di elettroni ad emissione di campo, come un filamento riscaldato di W/ZrO<sub>2</sub>. Queste sorgenti producono elettroni con valori di energia in un piccolo intervallo di valori ed elevata intensità. Le sorgenti riscaldate sono preferibili rispetto a quelle fredde, (malgrado la dimensione del fascio sia più grande) in quanto garantiscogarantiscono una maggiore stabilità nel tempo: tale proprietà è un fattore chiave dato il lungo tempo di scrittura.
 
===Lenti===
 
===Tempo di scrittura===
Il tempo minimo per esporre una data area dipende dalla sensibilità del resist. La sensibilità del resist elettronico ha le dimensioni di una carica per unità di superficie. Un resist molto comune il [[w:Polimetilmetacrilato|PMMA]] ha sensibilità di circa 10<sup>-3</sup> C/cm<sup>2</sup>. Questo significa che se ho una superficie di 1 cm<sup>2</sup> da esporre sarà necessaria una carica totale 10<sup>-3</sup> C per esporre tale area; se la corrente usata è di 10 nA, occorreranno 10<sup>5</sup> s per esporre
tale area. Tale tempo non include il tempo necessario per muovere la superficie da esporre, interrompere il fascio tra posizioni non contiguee e per le calibrazioni intermedie interrompendo l'esposizione. Per ricoprire l'area di un wafer da 12" sarebbe necessario un tempo di 7*10<sup>7</sup> s, circa 2.2 anni!. Tale tempo è un milione di volte maggiore del tempo di esposizione mediante litografia ottica. Il PMMA è il resist più utilizzato in quanto è quello che
con ottima risoluzione, ma non è l'unico usato esistono altri resist positivi con sensibilità
un ordine di grandezza maggiore e quindi un ordine di grandezza inferiore nel tempo di esposizione. Mentre per quanto riguarda i resist negativi, quelli più utilizzati nella fabbricazione di maschere
la sensibilità arriva fino a 10<sup>-6</sup> C/cm<sup>2</sup>.
 
E' quindi chiaro comeAttualmente tale tecnologia non sia utilizzabile per la produzione su larga scala di aree con elevata densità di area esposta. Il procedimento di scrittura essendo seriale rende la generazione delle strutture estremanente lenta; la litografia ottica è invece una tecnica parallela, anche se gli stepper riducenti sono parzialmente seriali e ogni area sequenziale esposta è di molti mm<sup>2</sup>. Quindi uno stepper con riduzione 5X impiega pochi minuti per esporre un wafer di 300 mm, mentre per ottenere la stessa esposizione con la litografia elettronica con una risoluzionde di 100 nm, sono necessari giorni di esposizione.
 
Sono stati previsti sistemi innovativi a fasci multipli che peremtterebbero di raggiungere velocità di scrittura molto più elevate.
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Litografia]]
 
===Difetti nella litografia elettronica ===
{{Avanzamento|25%|20 aprile 2009}}
Nonostante la alta risoluzione della litografia basata su fasci di elettroni, vi sono dei difetti che nascono nel processo di scrittura classificabili come difetti di scrittura e difetti fisici.
 
I difetti di scrittura possono essere dovuti alla non corretta deflessione del fascio e nel caso di fasci con forma variabile la forma può risultare deformata in maniera non propria: tali difetti dipendono sia dall'elettronica di controllo degli elettroni, come dalla trasmisssione dei dati digitali. Spesso i file che contengono le informazioni di scrittura sono molto grandi e quindi suscettibili statisticamente di errori.
 
Altri difetti possibili hanno una origine da effetti fisici. Il caso più facile da comprendere è un difetto causato localmente dall'accumulo di cariche, gli elettroni a differenza dei fotoni hanno una carica elettrica, per evitare questo tipo di difetto un leggero strato metallico che ricopre tutta la superfice da esporre evita problemi. Lo spessore dello strato metallico deve essere abbastanza sottile da non assorbire in maniera significativa il fascio di elettroni, e d'altro canto essere facilmente rimuobile dopo l'esposizione. La tecnica di ricoprire campioni isolanti con un leggero strato metallico è in realtà mutuata dalle tecniche dei microscopi elettronici a scansione. Il fenomeno dello [[w:Scattering|scattering]] degli elettroni che dipende dall'energia degli elettroni e dal materiale è un'altra causa di difetti, il fenomeno comune a tutte le particelle energetiche è causa dalla causalità dell'urto. A causa di tale fenomeno un elettrone viene deviato nel suo cammino perdendo via via energia e causando un allargamento effettivo dell'area esposta. Quando bisogna disegnare dispositivi nanometrici di tale effetto indesiderato che viene chiamato effetto di prossimità: in quanto aree prossime al fascio anche se non attraversate ricevono una dose di elettroni, mediante simulazione numerica è possibile correggere tale difetti. Gli effetti di degassamento e di contaminazione dovuti al fascio sono in genere meno importanti. Mentre se la durata dell'esposizione è eccessiva le dilatazioni termiche dovute alla non stabilità della temperatura possono causare difetti.
 
 
 
 
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Litografia]]
{{Avanzamento|2550%|2025 aprile 2009}}