VI Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν- Ζιεθηξνληθήο Θεξκηθή Ομείδσζε θαη Φσηνιηζνγξαθία

Transcript

1 VI Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν- Ζιεθηξνληθήο Θεξκηθή Ομείδσζε θαη Φσηνιηζνγξαθία Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά TT Σκήκα Μεραληθώλ Απηνκαηηζκνύ Σ.Δ.

2 ύλνςε Μαζήκαηνο > Βήκαηα γηα ηελ θαηαζθεπή CMOS > Καηαζθεπή ησλ wafer Si > Θεξκηθή Ομείδσζε > Σν κνληέιν ησλ Deal & Grove > Φσηνιηζνγξαθία 2 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

3 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Δπεμεξγαζίαο ηνπ Si

4 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Ομείδσζε ηνπ Si (Ξεξή θαη Τγξή) Δηζαγσγή πξνζκίμεσλ ηνπ Si ρεκαηνπνίεζε δνκώλ ζην Si Φσηνιηζνγξαθία Δλαπόζεζε Poly-Si Δλαπόζεζε Γηειεθηξηθώλ Δλαπόζεζε Μεηάιισλ Αλόπηεζε Υεκηθνκεραληθή Λείαλζε Δγράξαμε (Ξεξή θαη Τγξή)

5 Front End of Line (FEOL) θαη Back End of Line (BEOL)

6 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS I

7 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS II

8 Καηαζθεπή Wafer Si

9 Από ηελ άκκν ζην Wafer Si I Άμμοσ Με περίπου 25% Si είναι το πιο ςυχνό χθμικό ςτοιχείο ςτο ζδαφοσ. Η άμμοσ αποτελείται από SiO 2 που είναι και το βαςικό ςτοιχείο τθσ βιομθχανίασ θμιαγωγϊν. Λιωμζνο Si scale: wafer level (~300mm / 12 inch) Το Si πρζπει να περάςει μεγάλθ επεξεργαςία για να φτάςει τθν απαραίτθτθ κακαρότθτα (Electronic Grade Silicon). Ο μονοκρφςταλλοσ Si προκφπτει μζςα από λιωμζνο Si και ονομάηεται ingot. Μονοκρυςταλλικό Si Ingot scale: wafer level (~300mm / 12 inch) Ένασ μονοκρφςταλλοσ πυριτίου ηυγίηει ~100 kg και ζχει κακαρότθτα % Κόψιμο του Ingot ςε Διςκίδια (Wafers) scale: wafer level (~300mm / 12 inch) Το Ingot κόβεται ςε ανεξάρτθτα wafers. Το πάχοσ του κάκε wafer είναι ~1mm.

10 Από ηελ άκκν ζην Wafer Si II Δισκίδιο (Wafer) Τα wafer γσαλίζονηαι μέτρι να είναι ηελείως λεία (ζε αηομικό επίπεδο). Οι ζύγτρονες ηετνολογίες τρηζιμοποιούν wafer διαμέηροσ 300mm (~12 inches), ενώ ηα πρώηα chip καηαζκεσαζόηαν ζε 2 inch wafer. Η τρήζη μεγαλύηερων wafer οδηγεί ζε μικρόηερο κόζηος ανά chip. Η καταςκευι IC αποτελείται από 100άδεσ βιματα υπερυψθλισ ακρίβειασ κατά τθ διάρκεια των οποίων χτίηονται δομζσ διαφορετικϊν υλικϊν θ μία πάνω ςτθν άλλθ., Single Side Polish Double Side Polish Δπηθαλεηαθή ηξαρύηεηα κπξνζηηλήο κεξηάο Δπηθαλεηαθή ηξαρύηεηα νπίζζηαο κεξηάο nm 100 nm nm nm Τα βιματα που ακολουκοφν περιγράφουν τισ πιο ςθμαντικζσ διεργαςίεσ. 11/21/2016

11 Ομείδσζε ηνπ Si

12 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Ομείδσζε ηνπ Si (Ξεξή θαη Τγξή) Δηζαγσγή πξνζκίμεσλ ηνπ Si ρεκαηνπνίεζε δνκώλ ζην Si Ληζνγξαθία Δλαπόζεζε Poly-Si Δλαπόζεζε Γηειεθηξηθώλ Δλαπόζεζε Μεηάιισλ Αλόπηεζε Υεκηθνκεραληθή Λείαλζε Δγράξαμε (Ξεξή θαη Τγξή)

13 Υξήζε Θεξκηθνύ Ομεηδίνπ Υξήζε ζηελ αλαθαηαλνκή ησλ πξνζκίμεσλ (screening oxide) Παξεκπόδηζε εηζαγσγήο πξνζκίμεσλ Υξήζε σο Ομείδην Πύιεο (Gate Oxide) Θεξκηθό Ομείδην Υξήζε γηα απνκόλσζε transistor κεηαμύ ηνπο (π.ρ. LOCOS) Αδξαλνπνίεζε επηθάλεηαο

14 Θεξκηθή Ομείδσζε Si Ζ νμείδσζε γίλεηαη ζηνπο 900 ν C 1300 ν C Ο όγθνο SiO2 πνπ δεκηνπξγείηαη είλαη ~x2 από ηνλ αξρηθό όγθν ηνπ Si εμαηηίαο ηεο πξνζξόθεζεο κνξίσλ O 2 Μπνξνύκε λα δηαθξίλνπκε ηελ νμείδσζε ζε μεξή θαη πγξή Ξεξή Ομείδσζε Μόλν κε παξνπζία Ο 2 Si + O 2 SiO 2 Τςειή ππθλόηεηα (2.24 g/cm 2 ) Τςειή δηειεθηξηθή αληνρή ~ V/cm Μηθξόο Ρπζκόο αλάπηπμεο Τγξή Ομείδσζε Με παξνπζία Ζ 2 Ο Si + 2Ζ 2 O SiO 2 + 2Ζ 2 Υακειόηεξε ππθλόηεηα (2.18 g/cm 2 ). Δμαηηίαο ηνπ H 2 ην SiO 2 γίλεηαη πην πνξώδεο Μεγάινο Ρπζκόο αλάπηπμεο

15 Μνληέιν ησλ Deal & Grove Η Σν κνληέιν ησλ Deal & Grove ζηεξίδεηαη ζηηο 5 παξαθάησ ππνζέζεηο: 1. Tα νμεηδώλνληα κόξηα (O 2 ή Ζ 2 O) δηαρένληαη από ην αέξην πξνο ηελ επηθάλεηα κε ην SiO 2 (ξνή F 1 ) 2. Tα νμεηδώλνληα κόξηα δηαρένληαη δηακέζσ ηνπ SiO 2 πξνο ηε δηεπηθάλεηα SiO 2 Si (ξνή F 2 ) 3. Ζ αληίδξαζε O Si ζπκβαίλεη ζηε δηεπηθάλεηα SiO 2 Si (ξνή F 3 ) 4. Ζ ξνή ηνπ θαζελόο ζηαδίνπ είλαη αλάινγε ηεο ζπγθέληξσζεο ηνπ νμεηδσηή, δειαδή ηνπ O 2 ή ηνπ Ζ 2 O 5. ηαζεξή θαηάζηαζε (δειαδή F 1 = F 2 =F 3 ) Αέξην πινύζην ζε Ο 2 SiΟ 2 Si F 1 F 2 F 3 15 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

16 Si Μνληέιν ησλ Deal & Grove ΗΗ για να δούμε λίγο καλύηεπα ηο Οη ξπζκνί ηνπ θαζελόο ζηαδίνπ είλαη αλάινγνη ηεο παξνπζίαο ηνπ νμεηδσηή, δειαδή ηνπ O 2 ή ηνπ Ζ 2 O Δληόο ηνπ αεξίνπ Δληόο ηνπ SiO 2 F h C C 1 g g SO i 2 όπνπ h g ν ζπληειεζηήο κεηαθνξάο κάδαο ηεο αέξηαο θάζεο C g ε ζπγθέληξσζε ηνπ νμεηδσηή ζηε κάδα ηνπ αεξίνπ C SiO2 ε ζπγθέληξσζε ηνπ νμεηδσηή ζηελ επηθάλεηα ηνπ SiO 2 F 2 D ox CSiO2 C Si d ox όπνπ D ox ε ζηαζεξά δηάρπζεο ηνπ O 2 ή ηνπ SiO 2 εληόο ηνπ SiO 2 d ox ην πάρνο ηνπ SiΟ 2 C Si ε ζπγθέληξσζε ηνπ Ο 2 ζηελ επηθάλεηα ηνπ Si ηε δηεπηθάλεηα SiO 2 Si F k C 3 Si Si όπνπ k Si ε ζηαζεξά ηεο αληίδξαζεο ηεο νμείδσζεο ηνπ Si (αληίζξαζε Si O) C g Αέξην πινύζην ζε Ο 2 C SiO2 SiΟ 2 F 1 F 2 C Si F 3

17 Δπίιπζε ηεο δηαθνξηθήο Si Μνληέιν ησλ Deal & Grove ΗΗΗ για να δούμε λίγο καλύηεπα ηο 5 5. ηαζεξή θαηάζηαζε (δειαδή F 1 = F 2 =F 3 =F) C g C SiO2 C Si g dx 0( t) F N dt N 1 k C 1 h X D 0 Si g ox Όπνπ: X 0 (t), ην πάρνο ηνπ SiO 2 Όπνπ ην N είλαη ηα κόξηα ηνπ νμεηδσηή αλά κνλάδα όγθνπ πνπ ρξεηάδνληαη γηα λα παξαρζεί κία κνλάδα όγθνπ ηνπ SiO 2 Αέξην πινύζην ζε Ο 2 SiΟ 2 F 1 F 2 F 3 t 2 2 X 0 X i X 0 X B B A i Όπνπ: X i =X 0 (0), δειαδή ην αξρηθό πάρνο ηνπ SiO DoxCSiO2 A 2 Dox, B ksi h g N

18 Si Μνληέιν ησλ Deal & Grove ΗV t X X 0 X i X 0 X B B A () t 2 A A B 2 i 4 (t ) Παίπνει ςπότιν ηο απσικό πάσορ ηος οξειδίος X 2 i B AX i C g Αέξην πινύζην ζε Ο 2 C SiO2 SiΟ 2 C Si F 1 F 2 F DoxCSiO A 2 Dox, B ksi h g N 2 Όπνπ ην C SiO2 με βάζει ηο νόμο ηος Henry είναι ίζο με C SiO2 HP g H είλαη ε ζηαζεξά ηνπ Henry Pg είναι η μεπική πίεζη ηος οξειδυηή (Ο 2 ή Η 2 Ο) ζηο αέπιο

19 Si Μνληέιν ησλ Deal & Grove V Γηα κεγάινπο ρξόλνπο νμείδσζεο: Γηα κηθξνύο ρξόλνπο νμείδσζεο: 2 A ( ) B t X ( ) 0 t t 4B A 2 A t X 0( t) B( t ) 4B Γξακκηθή Δμίζσζε Ομείδσζεο Σεηξαγσληθή Δμίζσζε Ομείδσζεο B B e 0 E A kt Καζνξίδνληαη Πεηξακαηηθά C g C SiO2 C Si B A E A B e 0 A kt Αέξην πινύζην ζε Ο 2 SiΟ 2 όπνπ E A είλαη ε ελέξγεηα ελεξγνπνίεζεο ηεο νμείδσζεο k= ev K 1 είναι η ζηαθεπά ηος Boltzmann F 1 F 2 F 3

20 Μνληέιν ησλ Deal & Grove VI B E A kt B0e EA B kt B e 0 Parameter Quantity Wet (H 2 O) Dry (O 2 ) Linear rate constant m 0 B A hr A <100>: <111>: A <100>: <111>: E A [ev] Parabolic rate constant B 2 m 0 hr E A [ev] Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

21 Μνληέιν ησλ Deal & Grove VΗI Ο ξπζκόο νμείδσζεο ηνπ Si επεξεάδεηαη θαη από άιιεο παξακέηξνπο όπσο: 1. Ο πξνζαλαηνιηζκόο ηνπ θξπζηάιινπ ηνπ ππξηηίνπ (π.ρ. ν θξύζηαιινο (111) νμεηδώλεηαη πην γξήγνξα από ηνλ (100)) 2. Σν βαζκό λόζεπζεο 3. Σν ζηνηρείν ηεο λόζεπζεο 4. Σελ παξνπζία αινγόλσλ ζηελ νμείδσζε 5. Σνλ πξννμεηδσηηθό θαζαξηζκό 6. Σν κνληέιν Deal & Grove ζην Si εξκελεύεη ηελ νμείδσζε πνπ ζπκβαίλεη γηα πάρε > 30 nm, θαζώο ζε κηθξόηεξα πάρε πξνθύπηνπλ πην ζύλζεηα ζέκαηα πνπ επεξεάδνπλ ηνλ ζρεκαηηζκό ησλ αξρηθώλ λαλνκέηξσλ ηνπ SiO 2 21 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

22 Αλαιπηηθή Δπίιπζε ηνπ Μνληέινπ Deal & Grove Deal & Grove Model PhD DISSERTATION Modeling of Thermal Oxidation and Stress Effects CHRISTIAN HOLLAUER Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

23 Φσηνιηζνγξαθία

24 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Ομείδσζε ηνπ Si (Ξεξή θαη Τγξή) Δηζαγσγή πξνζκίμεσλ ηνπ Si ρεκαηνπνίεζε δνκώλ ζην Si Φσηνιηζνγξαθία Δλαπόζεζε Poly-Si Δλαπόζεζε Γηειεθηξηθώλ Δλαπόζεζε Μεηάιισλ Αλόπηεζε Υεκηθνκεραληθή Λείαλζε Δγράξαμε (Ξεξή θαη Τγξή)

25 Φσηνιηζνγξαθία Επίςτρωςη του Φωτοευαίςθητόυ Υλικοφ Οπτική Λιθογραφία μέςω μάςκασ Ζκθεςη ςε ακτινοβολία UV, developing και εγχάραξη

26 Σα Βήκαηα ηεο Ληζνγξαθάηο

27 ρεκαηνπνίεζε Γνκώλ ρεδίαζε ησλ Γηαηάμεσλ Καηαζθεπή Μάζθαο Ληζνγξαθία

28 Ρνή ηεο Πιεξνθνξίαο θαηά ηε Φσηνιηζνγξαθία ρεδηαζκόο Μάζθα Πξώηε Δηθόλα Πξαγκαηηθή Δηθόλα Σειεπηαία Δηθόλα Δηθόλα ζηε Ρεηίλε Γηάηαμε 28 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

29 Πξνδηαγξαθέο γηα ηε Ληζνγξαθία γηα VLSI Year of 1st DRAM Shipment DRAM Bits/Chip 256M 1G 4G 16G 64G 256G Minimum Feature Size nm Isolated Lines (MPU) Dense Lines (DRAM) Contacts Gate CD Control 3s (nm) Alignment (mean + 3s) (nm) Depth of Focus Defect Density (per Defect Size (nm) DRAM Chip Size (mm2) MPU Chip Size (mm2) Field Size (mm) 22x22 25x22 25x36 25x40 25x44 25x52 Exposure Technology 248nm DUV 248nm DUV 248nm or 193nm DUV 193nm DUV or??? 193nm DUV or??? Minimum Mask Count 22 22/ /26 26/28 28 Placement accuracy >> 1/3 of feature size ???

30 Φσηνιηζνγξαθία γηα ηε ρεκαηνπνίεζε SiO 2 Ζ θσηνιηζνγξαθία ή αιιηώο νπηηθή ιηζνγξαθία ή αιιηώο UV ιηζνγξαθία είλαη κία ηερληθή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη θαηά θόξνλ ζηε ζρεκαηνπνίεζε ιεπηώλ πκελίσλ ή ζηξσκάησλ κεγαιύηεξνπ πάρνπο. Τπεξηώδεο Αθηηλνβνιία Υξεζηκνπνηεί ην θσο γηα λα πεξάζεη κία γεσκεηξηθή δνκή από ηε κάζθα ζε έλα θσηνεπαίζζεην πιηθό (ή αιιηώο ξεηίλε) ην νπνίν βξίζθεηαη πάλσ ζε έλα ππόζηξσκα. ηε ζπλέρεηα είλαη απαξαίηεηε κία ζεηξά από αξθεηέο ρεκηθέο δηεξγαζίεο ώζηε λα πεξάζεη ην ζρήκα ζην ππόζηξσκα θάησ από ηε ξεηίλε ήκεξα γηα ηα νινθιεξσκέλα θπθιώκαηα CMOS ε θσηνιηζνγξαθία ρξεζηκνπνηείηαη πάλσ από 50 θνξέο

31 Φσηνεπαίζζεην Τιηθό Η Σν θσηνεπαίζζεηό πιηθό είλαη έλα πιηθό ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη ζε δηάθνξεο βηνκεραληθέο δηεξγαζίεο γηα λα θαιύςεη κία επηθάλεηα. ρεκαηνπνηώληαο απηό ην πιηθό (ζπλήζσο κε ηε κέζνδν ηεο ιηζνγξαθίαο) κπνξνύκε λα πεξάζνπκε ην ζρήκα ζηελ επηθάλεηα από θάησ. πλήζσο απηό ην πιηθό είλαη θάπνηνπ είδνπο πνιπκεξέο θαη πην εηδηθά θάπνηνπ είδνπο ξεηίλε. ηε ζπλέρεηα: θσηνεπαίζζεην πιηθό = ξεηίλε ηε Μίθξν- Ναλνειεθηξνληθή επηζηξώλνπκε απηή ηε ξεηίλε πάλσ ζηα δείγκαηά καο. πλήζσο ρξεζηκνπνηνύκε ηελ ηερληθή ηνπ spin coating.

32 Φσηνεπαίζζεην Τιηθό ΗΗ πλεζηζκέλεο Ρεηίλεο Θεηηθή Ρεηίλε Αξλεηηθή Ρεηίλε PMMA SU8 Ρεηίλεο ΑΕ Ρεηίλεο ΑΕ Ζ ζεηηθή ξεηίλε είλαη απηή πνπ ην θνκκάηη πνπ εθηίζεηαη ζην θσο δηαιύεηαη από ην developer. Ζ αξλεηηθή ξεηίλε είλαη απηή πνπ ην θνκκάηη πνπ εθηίζεηαη ζην θσο αληέρεη ζην developer Ζ ξεηίλε, αλάινγα κε ηελ επεμεξγαζία ηεο (θσηηζκόο) δηαιύεηαη ή δελ δηαιύεηαη από έλα ρεκηθό δηάιπκα πνπ νλνκάδεηαη developer. Ζ ξεηίλε αθαηξείηαη ηειείσο κε δηάιπκα αθεηόλεο θαη κε ρξήζε ππεξήρσλ πλήζε κήθε θύκαηνο είλαη ην UV, ην EUV θαη αθόκε κηθξόηεξα όπσο X-rays 32 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

33 Φσηνεπαίζζεην Τιηθό ΗIΗ

34 Φσηνιηζνγξαθηθή Μάζθα Ζ κάζθα ιηζνγξαθίαο (θσηνκάζθα) είλαη κία δηαθαλήο πιάθα ε νπνία αθήλεη ην θσο λα πεξάζεη από ηα ζεκεία πνπ δελ είλαη ζθνύξα. Φσηίδνληαο ηε κάζθα κεηαθέξνπκε ηα επηζπκεηά ζρήκαηα από ηε κάζθα θσηνεπαίζζεην πιηθό Ζ επζπγξάκκηζε ηεο κάζθαο κε ην wafer είλαη πνιύ ζεκαληηθή γηα λα θαηαθέξνπκε λα έρνπκε δνκέο κε πνιιαπιά ζηξώκαηα Γπαιί (fused silica ή quartz) γηα λα κελ απνξξνθά ην UV θνύξεο πεξηνρέο από ζσκαηίδηα ρξσκίνπ

35 Θεηηθή θαη Αξλεηηθή Ληζνγξάθία Θεηηθή & Αξλεηηθή Ληζνγξαθία 2 είδε ιηζνγξαθίαο αλαιόγσο ην θσηνεπαίζζεην πιηθό: Θεηηθή Ληζνγξαθία: Υξεζηκνπνηνύκε ζεηηθό θσηνεπαίζζεην ζηξώκα. Όπνηα πεξηνρή ηνπ θσηνεπαίζζεηνπ θσηίδεηαη, εθεί ην θσηνεπαίζζεην θεύγεη Αξλεηηθή Ληζνγξαθία: Υξεζηκνπνηνύκε αξλεηηθό θσηνεπαίζζεην ζηξώκα. Όπνηα πεξηνρή ηνπ θσηνεπαίζζεηνπ θσηίδεηαη, εθεί ην θσηνεπαίζζεην κέλεη Ζ θάζε ιηζνγξαθία απαηηεί ηηο αληίζηνηρεο ξεηίλεο θαη ηηο αληίζηνηρεο κάζθεο γηα λα βγάινπκε ηηο επηζπκεηέο δνκέο

36 Σξόπνη Δπζπγξάκκηζεο θαη Ληζνγξαθίαο 3 Σξόπνη Μεηαθνξάο ηνπ ρεδίνπ από ηε Μάζθα Ληζνγξαθία Δπαθήο Ζ κάζθα έξρεηαη ζε επαθή κε ηε ξεηίλε Ληζνγξαθία Δγγύηεηαο Ζ κάζθα δηαρσξίδεηαη από ηε ξεηίλε κε έλα κηθξό ζηξώκα αέξα Ληζνγξαθία Πξνβνιήο ε απηήλ ε κάζθα δελ αληηζηνηρεί ζε 1-1 κέγεζνο κε ηηο δνκέο πνπ θαηαζθεπάδνληαη. Απηή ε κέζνδνο έρεη ηε κεγαιύηεξε αλάιπζε.

37 Όξηα ηεο Φσηνιηζνγξαθίαο Πεξίζιαζε ηνπ Φσηόο Πεξίζιαζε έρνπκε όηαλ νη αθηίλεο πεξλάλ από κία ζηελή ζρηζκή (ηεο ηάμεο ηνπ κήθνπο θύκαηνο ι) θαη κεηά αλνίγνπλ πξνο κε εθηεζεηκέλεο επηθάλεηεο Πεξίζιαζε Μαθξηλνύ Πεδίνπ (Far field) Fraunhofer 2 ζρηζκέο ζπκβνιή

38 Όξηα ηεο Φσηνιηζνγξαθίαο Πεξίζιαζε ηνπ Φσηόο Σν πξνθίι ηεο δέζκεο γηα ηα ηξία ζπζηήκαηα ιηζνγξαθίαο

39 Αξλεηηθά Θεηηθά Ληζνγξαθία Δπαθήο Contact Lithography Σν wafer έξρεηαη ζε επαθή κε ην ρξώκην ηεο κάζθαο Αλάιπζε Μάζθαο: Ζ κάζθα είλαη 1-1 κε ηε δνκή Δμαηηίαο ηεο επαθήο δελ ππάξρνπλ πξνβιήκαηα κε ηελ πεξίζιαζε ηνπ θσηόο. Με θηελό θαη απιό εμνπιηζκό θηάλεηο ηα 0.1 κm Ζ αλάιπζε πεξηνξίδεηαη κόλν από ηε ζθέδαζε εληόο ηεο ξεηίλεο Γεκηνπξγεί πνιιά πξνβιήκαηα θαη αηέιεηεο ζην απνηέιεζκα Φζείξεη θαη ιεξώλεη ηε κάζθα κε απνηέιεζκα ηελ πηώζε ηεο πνηόηεηαο ζηηο επόκελεο ιηζνγξαθίεο Μεηώλεηαη ν ρξόλνο δσήο ηεο κάζθαο Υξεζηκνπνηνύληαλ κέρξη ην 1960, νπόηε θαη αληηθαηαζηάζεθε από ηε ιηζνγξαθία εγγύηεηαο. ήκεξα ρξεζηκνπνηείηαη ζε πξνεγκέλα ζπζηήκαηα 3D ζπζθεπαζίαο ICs, ζε νπηηθέο δηαηάμεηο θαη ζε MEMS

40 Βειηηώζεηο Αξλεηηθά Θεηηθά Ληζνγξαθία Δγγύηεηαο Proximity Lithography Έλα ιεπηό ζηξώκα (2-50 κm) αέξα (ζπλήζσο N 2 ) ρσξίδεη ην wafer από ηε κάζθα Αλάιπζε Μάζθαο: Ζ κάζθα είλαη 1-1 κε ηε δνκή Απνθεύγεηαη νη δεκηνπξγία αηειεηώλ Γελ θζείξνληαη νη κάζθεο Ζ αλάιπζε πεξηνξίδεηαη από ηελ πεξίζιαζε Fresnel ηνπ θσηόο θαη κε ζπκβαηηθέο κεζόδνπο ηεο (ρξήζε νξαηνύ θσηόο) θηάλεη ηα 4-2 κm d g W k d g όπνπ ι είλαη ην κήθνο θύκαηνο ηνπ θσηόο, dg ε απόζηαζε κεηαμύ κάζθαο θαη wafer θαη 1< k < 2 αλαιόγσο κε ηε δηεξγαζία ηεο ξεηίλεο Ζ αλάιπζε κπνξεί λα αιιάμεη είηε κηθξαίλνληαο ηελ απόζηαζε είηε κεηώλνληαο ην κήθνο θύκαηνο W Με ρξήζε X-rays (ι=1nm) κπνξεί λα πηάζεη W < 200 nm

41 Βειηηώζεηο Αξλεηηθά Θεηηθά Ληζνγξαθία Πξνβνιήο Projection Lithography Μεηαμύ κάζθαο θαη δείγκαηνο παξεκβάιινληαη νπηηθά ζπζηήκαηα Αλάιπζε Μάζθαο: Ζ κάζθα είλαη 4-5πιάζηα ηεο δνκήο Απνθεύγεηαη νη δεκηνπξγία αηειεηώλ Γελ θζείξνληαη νη κάζθεο Μεγαιύηεξε αθξίβεηα από ηε κέζνδν εγγύηεηαο Ζ αλάιπζε πεξηνξίδεηαη από ηελ πεξίζιαζε Fraunhofer. Ζ πξνβνιή ηεο κάζθαο γίλεηαη θαηά ηκήκαηα κε απνηέιεζκα λα απμάλεηαη ν ρξόλνο Ζ αλάιπζε κπνξεί λα αιιάμεη είηε κηθξαίλνληαο ηηο απνζηάζεηο, είηε κεηώλνληαο ην κήθνο θύκαηνο είηε ρξεζηκνπνηώληαο θάπνην πγξό κεηαμύ..

42 Ληζνγξαθία Πξνβνιήο Projection Lithography Αλάιπζε (Resolution) I 1.22 min f d όπνπ f ε απόζηαζε εζηίαζεο, d ην κέγεζνο ηεο ζρηζκήο ηεο κάζθαο θαη ι ην κήθνο θύκαηνο

43 Ληζνγξαθία Πξνβνιήο Projection Lithography Αξηζκεηηθό Γηάθξαγκα (Numerical Aperture) Οξηζκόο NA nsin a sin a d /2 f d NA n 2 f 43 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

44 Ληζνγξαθία Πξνβνιήο Ρπζκίδνληαο ηηο πλζήθεο 44 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016

45 Πξνδηαγξαθέο πζηήκαηνο Φσηνιηζνγξαθίαο Αλάιπζε (η μικπόηεπη διάζηαζη πος μποπεί να ηςπυθεί) Καζνξίδεηαη από ην νπηηθό ζύζηεκα, ην θσηνεπαίζζεην πιηθό, ηε δηαδηθαζία εγράξαμεο. Έιεγρνο ηεο θξίζηκεο δηάζηαζεο (Critical Dimension CD) [3ζ = 10% of mean] Δπζπγξάκκηζε (μεγαλύηεπη ακπίβεια από ηην ανάλςζη 3ζ = 1/3 ανάλςζηρ) Καζνξίδεηαη από ην νπηηθό ζύζηεκα θαη ηνλ επζπγξακκηζηή (aligner) Έιεγρνο θαη νκνηνκνξθία ησλ δηαζηάζεσλ (ομοιομοπθία ζηη διάηαξη, δείγμα, wafer, παπηίδα) Καζνξίδεηαη από ην νπηηθό ζύζηεκα, ηε κάζθα, ην θσηνεπαίζζεην πιηθό, ηε δηαδηθαζία εγράξαμεο Απόδνζε (πόζα wafers/ώπα) Καζνξίδεηαη από ην νπηηθό ζύζηεκα θαη ην θσηνεπαίζζεην πιηθό

46 Φσηνιηζνγξαθία γηα ηε ρεκαηνπνίεζε SiO 2 Μεηαμύ ηεο νμείδσζεο ηνπ wafer Si θαη ηεο ζρεκαηνπνίεζεο ηνπ παξεκβάιινληαη πνιιά βήκαηα επεμεξγαζίαο!!

47 Βήκα 3 Βήκα 5 Βήκα 7 Βήκα 2 Βήκα 4 Βήκα 1 Βήκα 6 Σα βήκαηα ηεο Φσηνιηζνγξαθίαο αρ δούμε ένα ένα αναλςηικά.

48 1 & 2 Δπίζηξσζε ηνπ Φσηνεπαίζζεηνπ Τιηθνύ Ζ επίζηξσζε γίλεηαη κε ηε κέζνδν ηνπ spin-coating. Όζν κεγαιύηεξε ε ηαρύηεηα πεξηζηξνθήο ηόζν πην ιεπηό γίλεηαη ην ζηξώκα ηεο ξεηίλεο Όζν πην ιεπηό ην ζηξώκα ηόζν πην εύθνιν λα θαηαζθεπάζνπκε κηθξέο δνκέο Μπνξεί λα ρξεηαζηεί θάπνην ςήζηκν ηεο ξεηίλεο

49 3 Σνπνζέηεζε θαη Δπζπγξάκκηζε Μάζθαο Ληζνγξαθίαο Γνκέο alignment

50 4. Φσηνιηζνγξαθία κε UV ε απηό ην βήκα ξπζκίδνπκε ην ρξόλν έθζεζεο θαη ηελ ηζρύ ηεο ιάκπαο

51 5. Developing Μεηά από ην developing κπνξεί λα ρξεηαζηεί θάπνην ςήζηκν γηα λα εμαηκηζηεί ν δηαιύηεο ηεο ξεηίλεο θαη γηα λα γίλεη αλζεθηηθή ζηα ρεκηθά

52 6 & 7. Δγράξαμε θαη Αθαίξεζε Ρεηίλεο Ζ εγράξαμε γίλεηαη είηε κε πγξέο είηε κε μεξέο δηαδηθαζίεο. Θα δνύκε αλαιπηηθά ζε επόκελν κάζεκα κηαο θαη ε δηεξγαζία δηαθνξεηηθή από ηε ιηζνγξαθία. Ζ νιηθή αθαίξεζε ηεο ξεηίλεο γίλεηαη κε ρξήζε ησλ εμήο ρεκηθώλ: Αθεηόλε + ππέξερνη Γηάιπκα NaOH ή ΚΟΖ 5% Πιάζκα O 2 NMP (1-Methyl-2-pyrrolidon) Xεκηθά δηαιύκαηα εηδηθά αλαπηπγκέλα γηα ζπγθεθξηκέλεο ξεηίλεο π.ρ. AZ-100

53 VI Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ζιεθηξνληθήο Θεξκηθή Ομείδσζε θαη Φσηνιηζνγξαθία Σέινο γηα ζήκεξα Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία Θεσξία: Γεπηέξα, 09:00 12:00 Δξγαζηήξην: Σξίηε, 09:00 11:00 53 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΗ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 11/21/2016