Μικρο Νανοκατεργασίες. Δρ. Μηχ. Άγγελος Μαρκόπουλος

Transcript

1 Μικρο Νανοκατεργασίες Δρ. Μηχ. Άγγελος Μαρκόπουλος

2 Ειδικά θέματα που αφορούν τη φωτολιθογραφία Στην παρουσίαση αυτή δίνονται κάποιοι ορισμοί και εξετάζονται κάποια ειδικά θέματα που αφορούν τη φωτολιθογραφία καθώς και τα διάφορα άλλα στοιχεία που συμμετέχουν στην κατεργασία, όπως οι αντιστάσεις. Μικρο νανοκατεργασίες 2

3 Προφίλ αντιστάσεων Όλα τα φωτόνια δεν προσκρούουν με την ίδια γωνία στη διεπιφάνεια αντίστασηςυποστρώματος. Ειδικότερα με μια υψηλή δόση ακτινοβολίας σε μια ανακλαστική διεπιφάνεια, μπορεί να προκληθεί διασκορπισμός του προφίλ της ακτινοβολίας. Γενικότερα, μετά την εμφάνιση των θετικών και αρνητικών αντιστάσεων, τρία διαφορετικά προφίλ αντιστάσεων μπορούν να προκύψουν, τα οποία εξαρτώνται από τη δόση της ακτινοβολίας, το ρυθμό εμφάνισης και το είδος της αντίστασης. Μικρο νανοκατεργασίες 3

4 Προφίλ αντιστάσεων Αν R είναι ο ρυθμός εμφάνισης των εκτιθέμενων ζωνών και R ο ο ρυθμός εμφάνισης των μη εκτιθέμενων περιοχών, ένας λόγος R/R o >10 χαρακτηρίζεται ως γρήγορη εμφάνιση. Στην περίπτωση έκθεσης σε μεγάλη δόση ακτινοβολίας και μέσω μιας γρήγορης εμφάνισης, το αποτέλεσμα είναι ένα χείλος, μια οπισθοχώρηση, ή ένα εσωτερικό κόψιμο υπό γωνία (>90 ο π.χ ο ). Με ένα λόγο R/R o =5 10 και μια κανονική δόση ακτινοβολίας προκύπτει ένα προφίλ αντίστασης με ίσες πλευρές (~90 ο π.χ ο ). Σε αυτή την περίπτωση η αφαίρεση της πλευρικά εκτιθέμενης περιοχής παρεμποδίζεται και προκύπτει μια τέλεια μεταφορά του προτύπου μέσω της μάσκας στην αντίσταση. Όταν ο λόγος είναι R/R o <5τότε προκύπτει ένα λοξό αβαθές προφίλ της αντίστασης και ακόμη λεπταίνει το στρώμα της αντίστασης. Μικρο νανοκατεργασίες 4

5 Προφίλ αντιστάσεων Σε θετικές αντιστάσεις η προκύπτουσα γωνία είναι ο. Η περίπτωση (α) είναι πιο σπάνιο να σχηματιστεί σε θετικές αντιστάσεις, διότι η δόση της ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη στην επιφάνεια, απ ότι στην οριακή επιφάνεια αντίστασης υποστρώματος, προκύπτοντας με αυτό τον τρόπο ένα κάθετο προφίλ με ρηχές γωνίες αντίστασης. Αντίθετα, η περίπτωση αυτή είναι πιο πιθανό να εμφανιστεί στις αρνητικές αντιστάσεις. Η εκμετάλλευση του προφίλ που εικονίζεται στο σχήμα (α) επιτυγχάνεται στη διαδικασία lift off. Μικρο νανοκατεργασίες 5

6 Διαδικασία lift-off Η διαδικασία αυτή χρησιμοποιείται για την ενσωμάτωση στα πλακίδια από πυρίτιο καταλυτικών μετάλλων, όπως Pt, που χρησιμοποιούνται συχνά στους χημικούς αισθητήρες. Ένας διαλύτης διαλύει την αντίσταση κάτω από το εναποτιθέμενο μέταλλο, αρχίζοντας από τη πλευρά της μη εκτιθέμενης περιοχής της φωτοαντίστασης και μετά ανασηκώνει το μέταλλο. Είναι σημαντικό να υπάρχει μια ασυνέχεια ή ένα κενό όταν εναποτίθεται το μέταλλο έτσι ώστε ο διαλύτης να μπορεί να διεισδύσει. Η εσωτερικά κεκλιμένη πλευρά θα λάβει λίγο ή καθόλου μέταλλο κατά την εναπόθεση και θα δημιουργηθεί το επιθυμητό κενό, για να μπορέσει να διεισδύσει στη συνέχεια ο διαλύτης και να διαλύσει την μη εκτιθέμενη σε ακτινοβολία περιοχή της αντίστασης και τελικά να μπορέσει να πραγματοποιηθεί η διαδικασία της ανύψωσης. Μικρο νανοκατεργασίες 6

7 Ευαισθησία αντίστασης Πρέπει να γίνει διάκριση μεταξύ της ευαισθησίας μιας αντίστασης, που είναι η απόκριση της αντίστασης στην ακτινοβολία, και της λιθογραφικής ευαισθησίας, η οποία ορίζει την αποδοτικότητα, με την οποία επιτυγχάνεται η μετατροπή μιας αντίστασης σε εικόνα. Μια πρώτη ένδειξη της ευαισθησίας μιας αντίστασης, σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ακτινοβολίας μπορεί να φανεί από την καμπύλη φασματικής απόκρισης της αντίστασης. Εάν η αντίσταση απορροφά ακτινοβολία έντονα σε περιοχές όπου η πηγή εκπέμπει δυνατά, τότε πρέπει να αναμένονται μικροί χρόνοι έκθεσης και ταυτόχρονα υψηλή απορροφητικότητα. Για να αυξηθεί η ανάλυση στη φωτολιθογραφία πρέπει να χρησιμοποιούνται τα μικρότερα μήκη κύματος. Οι πηγές γίνονται λιγότερο φωτεινές και τα οπτικά εξαρτήματα απορροφούν περισσότερη ακτινοβολία σ αυτά τα μήκη κύματος. Αφού η συνολική ενέργεια σε μια αντίσταση είναι συνάρτηση της έντασης της φωτεινής πηγής, του χρόνου, του ποσοστού απορρόφησης, μια μείωση της έντασης της πηγής και μια αύξηση της απορροφητικότητας χρειάζονται αντιστάθμιση μέσω αύξησης του χρόνου έκθεσης. Μικρο νανοκατεργασίες 7

8 Κρίσιμη διάσταση Ολική ανάλυση Το απόλυτο μέγεθος μικροσκοπικού χαρακτηριστικού σε ένα IC ή σε μια μικροσκοπική κατασκευή, το οποίο μπορεί να είναι το πάχος γραμμής, διάκενο ή διάσταση επαφής καλείται κρίσιμη διάσταση, critical dimension (CD). Η ολική ανάλυση μιας διαδικασίας περιγράφει την ικανότητα εκτύπωσης μιας κρίσιμης διάστασης κάτω από συγκεκριμένες κατασκευαστικές συνθήκες. Πολλά μέρη της διαδικασίας όπως ο εξοπλισμός και τα υλικά μπορούν να περιορίσουν την ανάλυση της λιθογραφίας. Οι περιορισμοί λόγω εξοπλισμού περιλαμβάνουν διάχυση και διάθλαση φωτός, ανωμαλία φακού, μηχανική σταθερότητα του συστήματος κτλ. Οι ιδιότητες των υλικών οι οποίες επηρεάζουν την ανάλυση είναι, η αντίθεση, η διόγκωση, η ροή θερμότητας, η χημική αντίσταση σε χάραξη κλπ. Οι πιο σημαντικές μεταβλητές είναι η διόγκωση (κατά τη διάρκεια της εμφάνισης) και η σταθερότητα. Μικρο νανοκατεργασίες 8

9 Πλάτος γραμμής Η ανάλυση συνήθως μετράται με μετρήσεις πλάτους γραμμής. Οι οπτικές τεχνικές μέτρησης του πλάτους εκτελούνται ικανοποιητικά για χαρακτηριστικά 1 μm και μεγαλύτερα παρέχοντας ακρίβεια ±0,1 μm. Από το 1998 εισήλθαν στην αγορά συσκευές με ελάχιστο μέγεθος χαρακτηριστικού 0,25 μm οι οποίες απαιτούσαν εξοπλισμό για μέτρηση πλάτους γραμμής ακρίβειας 0,02 μm. Στη σημερινή βιομηχανία IC, για τη μέτρηση πλάτους γραμμής χρησιμοποιούνται τα STM και AFM. Το πλάτος της γραμμής L ορίζεται ως η οριζόντια απόσταση μεταξύ δύο ορίων αντίστασης σε μια δεδομένη τομή της γραμμής, σε ένα συγκεκριμένο ύψος πάνω από τη διεπιφάνεια αντίστασης υποστρώματος. Επειδή διαφορετικές μετρήσεις τεχνικές μπορεί να μετρήσουν τη γραμμή σε διαφορετικά ύψη της τομής, η χρησιμοποιούμενη μέθοδος πρέπει να αναφέρεται. Μικρο νανοκατεργασίες 9

10 Λιθογραφική ανάλυση (resolution) Η μέτρηση της κρίσιμης διάστασης μιας κατασκευασμένης γραμμής με ένα SEM μικροσκόπιο ή με κάποιο άλλο μικροσκόπιο καθορίζει την ανάλυση ενός λιθογραφικού συστήματος. Επειδή η απόδοση των διάφορων συσκευών που κατασκευάζονται εξαρτάται από το σωστό μέγεθος των χαρακτηριστικών, πρέπει να εξασφαλίζεται η κατασκευή του ίδιου σωστού μεγέθους κατ επανάληψη. Στη συνέχεια γίνεται διαχωρισμός μεταξύ εκτύπωσης σκιάς και εκτύπωσης προβολής. Μικρο νανοκατεργασίες 10

11 Εκτύπωση σκιάς (shadow printing) Σε αυτές τις μεθόδους η ανάλυση έχει κάποια όρια που εξαρτώνται από ένα πλήθος παραγόντων. Αυτοί οι παράγοντες εμπεριέχουν τη διάθλαση του φωτός στην πλευρά ενός αδιαφανούς χαρακτηριστικού στη μάσκα (όπου το φως περνάει από τη γειτονική διάφανη περιοχή), ευθυγράμμιση της μάσκας και του δισκίου, ανωμαλίες στο επίπεδο του δισκίου και σε θραύσματα μεταξύ μάσκας και δισκίου. Στο σχήμα φαίνεται μια τυπική κατανομή του προφίλ του φωτός που προσπίπτει στην επιφάνεια της αντίστασης μετά από το πέρασμα από μια δικτυωτή μάσκα με περιοδικά κενά τα οποία είναι ίσου πλάτους b. Η διάθλαση προξενεί μια θαμπή τελική εικόνα μιας τέλεια σκιαγραφημένης Η θεωρητική έκφραση της ανάλυσης R, η οποία είναι η ελάχιστη διάσταση που μπορεί να αποτυπωθεί, δίνεται από τον τύπο: R 3 = λ s z όπου: λ= το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, s= το κενό μεταξύ της μάσκας και της επιφάνειας της αντίστασης, z= το πάχος της αντίστασης. πλευράς. Μικρο νανοκατεργασίες 11

12 Σκληρές μάσκες Στην εκτύπωση επαφής μια μάσκα πιέζεται επάνω στην επικαλυμμένη με αντίσταση επιφάνεια του δισκίου πυριτίου. Το κενό s στην προηγούμενη εξίσωση γίνεται μηδέν και άρα: R = 3 λ z 2 2 Λαμβάνοντας ως λ=400nmκαι πάχος αντίστασης 1 μm συμπεραίνουμε ότι είναι εφικτή μια ανάλυση υψηλότερη του 1 μm. Η προηγούμενη εξίσωση διευκρινίζει ότι πρέπει να χρησιμοποιούνται μικρότερη μήκη κύματος και λεπτότερες αντιστάσεις για να επιτευχθεί υψηλότερη ανάλυση. Η θεωρητικά μέγιστη ανάλυση σπάνια κατορθώνεται, όμως μόνο φαινόμενα διάθλασης έχουν ληφθεί υπόψη για την παραγωγή της εξίσωσης. Οιάλλοιπαράγοντεςοιοποίοιαναφέρθηκανπροηγουμένως, (επιπεδότητα δισκίου πυριτίου, ευθυγράμμιση μάσκας), συνήθως χειροτερεύουν την ανάλυση. Η απαιτούμενη επαφή μεταξύ της μάσκας και του δισκίου, προκαλεί φθορά της μάσκας και μόλυνσή της, κάνοντας τη μέθοδο ακατάλληλη για τη μοντέρνα κατασκευή μικροκυκλωμάτων. Μικρο νανοκατεργασίες 12

13 Μαλακές μάσκες Στην εκτύπωση εγγύτητας η απόσταση της μάσκας από το υπόστρωμα, η οποία είναι το λιγότερο 10 μm, ελαχιστοποιεί τα σφάλματα τα οποία προκύπτουν από την επαφή. Από την άλλη μεριά, η διάθλαση από την εκπεμπόμενη ακτινοβολία μειώνει την ανάλυση. Ο βαθμός μείωσης της ανάλυσης και της παραμόρφωσης της εικόνας εξαρτάται από την απόσταση μάσκας υποστρώματος, η οποία μπορεί να διαφοροποιείται κατά μήκος του δισκίου. Για την εκτύπωση εγγύτητας μπορεί να θεωρηθεί ότι s>>z και η εξίσωση μπορεί να γραφεί ως εξής: 3 R = λs 2 Για ένα κενό 10 μm και εκπεμπόμενη ακτινοβολία 400 nm το όριο της ανάλυσης το οποίο προκύπτει από την εξίσωση είναι 3 μm. Οι πιο συνηθισμένες αποστάσεις μεταξύ του δισκίου και της μάσκας είναι 20 έως 50 μm. Στις περισσότερες διεργασίες με εκπεμπόμενη UV ακτινοβολία τα μικρότερα χαρακτηριστικά που επιτυγχάνονται κατά την κατασκευή είναι μεγέθους 2 3 μm. Μικρο νανοκατεργασίες 13

14 Εκτύπωση προβολής (projection printing) Η ανάλυση στην εκτύπωση προβολής δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση: R k λ NA = 1 k1 είναι μια πειραματικά προσδιοριζόμενη παράμετρος, η οποία εξαρτάται από παραμέτρους της αντίστασης, συνθήκες της διαδικασίας και από την ευθυγράμμιση της μάσκας. Το λ αναπαριστά το μήκος κύματος του φωτός το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη μεταφορά του προτύπου ΝΑ είναι το αριθμητικό άνοιγμα του φακού του συστήματος. Μικρο νανοκατεργασίες 14

15 Εκτύπωση προβολής Τιμή του ΝΑ= 0σημαίνει ότι ο φακός δεν συγκεντρώνει καθόλου φως. Τιμή του ΝΑ= 1σημαίνειότιοφακόςσυγκεντρώνειόλοτοφωςπου πέφτει σε αυτόν. Η γωνία παραλαβής θ και το ΝΑ συνδέονται μέσω της εξίσωσης: NA =η sinθ max όπου n=1 για τον αέρα. Ως εκ τούτου το αριθμητικό άνοιγμα χαρακτηρίζει την ικανότητα του φακού να εκπέμψει φως. Αυτό είναι ανάλογο με το μέγεθος του φακού, τη διάμετρο του D, και αντιστρόφως ανάλογο του F, που είναι ο λόγος του f προς το D, και άρα: D NA = 2 F Μικρο νανοκατεργασίες 15

16 Εκτύπωση προβολής Τα περισσότερα συστήματα εκτύπωσης προβολής χρησιμοποιούν φακούς μείωσης 5Χ, 10Χ, παρά ένα φακό 1:1, δηλαδή μπορεί να εκτυπωθεί η ίδια εικόνα χρησιμοποιώντας μια μεγαλύτερη μάσκα. Αυτή η μείωση έχει το πλεονέκτημα της μείωσης των ανακριβειών, αύξησης της ανάλυσης και ευκολότερης κατασκευής της μάσκας, διότι η εκτύπωση των χαρακτηριστικών γίνεται με την έκθεση σε ακτινοβολία επάνω σε μέρη του δισκίου πυριτίου κάθε φορά, προτύπων από μία μάσκα η οποία είναι 5 με 10 φορές μεγαλύτερη από τη προβαλλόμενη εικόνα. Εξαιτίας όμως ατελειών στους φακούς και περίθλασης του φωτός, οι τεχνικές προβολής έχουν χαμηλότερη ανάλυση κατά τη μεταφορά ενός προτύπου, απ ότι οι μέθοδοι επαφής και εγγύτητας. Μικρο νανοκατεργασίες 16

17 Βάθος εστίασης Για να επιτευχθεί καλός έλεγχος του πλάτους γραμμής πρέπει η εικόνα να παραμείνει εστιασμένη μέχρι όλο το βάθος της στρώσης της αντίστασης. Συνήθως επιτρέπεται μια μικρή απόκλιση της εστίασης, κατά την οποία η εικόνα παραμένει μέσα στις προδιαγραφές η οποία απόκλιση ή ανοχή μπορεί να χαρακτηριστεί σαν βάθος εστίασης (depth of focus DOF) ή δ ενός οπτικού συστήματος και δίνεται από την εξίσωση: και μέσω της εξίσωσης για την ανάλυση μπορεί να μετατραπεί στην εξίσωση: δ = ± ( NA) 2 2 δ = ± k1λ Στις δύο προηγούμενες εξισώσεις το k2 είναι μια σταθερά η οποία κυμαίνεται γύρω από την τιμή 0,5. Για να επιτευχθεί καλύτερη ανάλυση πρέπει να μειωθεί το λ και να αυξηθεί το ΝΑ. Όπως συνεπάγεται από τις προηγούμενες εξισώσεις αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μία μείωση του βάθους εστίασης, έτσι ώστε να μην μπορεί να επιτευχθεί μια εστίαση κατά μήκος όλου του βάθους μιας αντίστασης πάχους 1,0 1,5 μm. k k λ 2 R 2 Μικρο νανοκατεργασίες 17

18 Συστήματα εκτύπωσης προβολής Με τα βηματικά συστήματα (stepper) ολόκληρη η μάσκα και σχεδόν όλος ο φακός φωτίζεται και η εικόνα προβάλλεται κατ ευθείαν σε μια περιοχή του δισκίου. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για μια γειτονική περιοχή μέχρι να καλυφθεί η επιφάνεια του δισκίου. Στα νεότερα συστήματα βήματος σάρωσης (step & scan) μόνο μια λεπτή περιοχή του δισκίου φωτίζεται. Στη συνέχεια το δισκίο μετατοπίζεται και ένα νέο πεδίο εκτίθεται σε ακτινοβολία. Αυτό συνεχίζεται μέχρι όλες οι περιοχές του δισκίου να σαρωθούν. Αυτή η μέθοδος προβάλλει ένα μέρος της εικόνας στο δισκίο και χρησιμοποιεί μόνο ένα μικρό κομμάτι του φακού. Με ταυτόχρονη κίνηση της μάσκας και του επιπέδου του δισκίου σε αντίθετες κατευθύνσεις όλο το πρότυπο απεικονίζεται στο δισκίο. Μικρο νανοκατεργασίες 18

19 Ευθυγράμμιση μάσκας Στόχος της ευθυγράμμισης είναι η τοποθέτηση των σημαδιών ευθυγράμμισης απέναντι το ένα με το άλλο και στις δύο επιφάνειες του δισκίου επιτρέποντας την ακριβή τοποθέτηση όλων των χαρακτηριστικών για τον καθορισμό του φωτολιθογραφικού προτύπου. Ένας τρόπος είναι η δημιουργία οπών κατά μήκος του δισκίου πυριτίου. Ένας άλλος καλύτερος τρόπος είναι η χρησιμοποίηση υπέρυθρης ακτινοβολίας για να δούμε μέσα από το δισκίο και η εφαρμογή συστήματος ευθυγράμμισης διπλής πλευράς στη μάσκα καθορίζοντας σημάδια στις απέναντι πλευρές του δισκίου με ένα σετ από καθρέφτες και δύο φωτεινές πηγές. Τα σημάδια σε σχήμα σταυρού στη μάσκα ευθυγραμμίζονται με τους σταυρούς στην πίσω πλευρά του δισκίου. Μικρο νανοκατεργασίες 19

20 Ευθυγράμμιση μάσκας Μικρο νανοκατεργασίες 20

21 Σφάλματα ευθυγράμμισης Μικρο νανοκατεργασίες 21

22 Τεχνικές βελτίωσης της φωτολιθογραφικής ανάλυσης Οι τρεις βασικές τεχνολογίες οι οποίες εμπλέκονται στην εκτύπωση των ΙCs και άλλων συσκευών σε μορφή μινιατούρας είναι αυτές της αντίστασης, της μάσκας και της έκθεσης της ακτινοβολίας οι οποίες σαν στόχο έχουν τη βελτίωση της ανάλυσης. Στα προηγούμενα αναφέρθηκε ότι η βελτιστοποιημένη λιθογραφική παραγωγή εφαρμόζει εκτύπωση προβολής και μέγεθος εκτυπώσιμων χαρακτηριστικών όσο περίπου είναι το μήκος κύματος της πηγής εκπομπής της ακτινοβολίας. Στη συνέχεια θα εξεταστούν μόνο τεχνικές βελτίωσης σε αντιστάσεις και μάσκες. Εκμεταλλευόμενοι αυτές τις βελτιωμένες τεχνικές οι οποίες ονομάζονται RET (resolution enhancement technology) χαρακτηριστικά με μέγεθος σχεδόν του μισού του μήκους κύματος μπορούν να κατασκευαστούν. Το μειονέκτημα όμως μερικών από αυτές τις μεθόδους είναι το απαγορευτικό τους κόστος. Μικρο νανοκατεργασίες 22

23 Χημικά ενισχυμένες αντιστάσεις Στις αντιστάσεις αυτές η ενίσχυση στηρίζεται στη δημιουργία, μέσω ακτινοβολίας, ενός καταλυτικού φωτοπαραγώγου, συνήθως οξέως, το οποίο χρησιμοποιείται ως καταλύτης στη διχοτόμηση των μοριακών αλυσίδων του πολυμερούς της αντίστασης (στις θετικές αντιστάσεις) και για της διασταύρωση των μοριακών αλυσίδων (στις αρνητικές αντιστάσεις). Στη περίπτωση των θετικών αντιστάσεων το απελευθερωμένο οξύ μετά από θέρμανση στους 100 ο C μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης για τη διχοτόμηση των μοριακών αλυσίδων του πολυμερούς κάνοντας την αντίσταση πιο διαλυτή. Ο σχηματισμός της εικόνας λαμβάνει χώρα μόνο μετά την ενεργοποίηση ενός σταδίου θέρμανσης στους 100 ο C για να πραγματοποιηθεί η διάχυση του φωτοπαραγόμενου οξέος και για να ολοκληρωθεί η αντίδραση. Η διχοτόμηση των μοριακών αλυσίδων και οι αντιδράσεις διασταύρωσης τους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία της προθέρμανσης, το χρόνο και τη μέθοδο. Μικρο νανοκατεργασίες 23

24 Αντίσταση tboc Οι χημικά ενισχυμένες αντιστάσεις συνεχώς βελτιώνονται και σήμερα είναι εφικτή η σχεδίαση βελτιωμένων συστημάτων αντιστάσεων για χρησιμοποίηση τους σε IC λιθογραφικές τεχνολογίες χαμηλού μήκους κύματος (<300 nm), και σε εφαρμογές κατασκευής μινιατούρων. Η έλευση της χημικής ενίσχυσης έκανε εφικτή τη λιθογραφία των 248 nm. Ένα παράδειγμα μιας χημικά ενισχυμένης αντίστασης είναι η αντίσταση βασισμένη σε tboc. Η ενίσχυση της στηρίζεται στις αλλαγές πολικότητας παρά στην αλλαγή μοριακού βάρους μέσω της διχοτόμησης και της διασταύρωσης των μοριακών αλυσίδων. Κάτω από έκθεση σε Deep UV ακτινοβολία με επακόλουθη θέρμανση για διάχυση του φωτοπαραγόμενου οξέος, σχηματίζεται ένα φαινολικό πολυμερές. Ανάλογα με τον εμφανιστή, ο οποίος μπορεί να είναι πολικός (polar) ή μη πολικός (nonpolar), μπορεί να σχηματιστεί μια θετική ή αρνητική εικόνα. Στα μέσα της δεκαετίας του 80 αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή εκατομμυρίων τσιπ μνήμης 1Mb DRAM από την IBM. Μικρο νανοκατεργασίες 24

25 Αντίσταση SU-8 Στις μικρο νανοκατεργασίες απαιτείται συχνά η κατασκευή στρωμάτων αντιστάσεων με μεγάλο πάχος που έχουν μεγάλη ανάλυση. Αλλά ενώ αυτές οι αντιστάσεις είναι χρήσιμες σε πολλές εφαρμογές είναι δύσκολο να επιτευχθούν λόγω κυρίως της δυσκολίας απόκτησης στρώσεων παχύτερων από 50μm με μία μόνο επικάλυψη μέσω της περιστροφικής διαδικασίας. Νέες αντιστάσεις μπορούν με την περιστροφική μέθοδο να εναποτεθούν σε μεγάλο πάχος (μέχρι 500 μm με μία μόνο επικάλυψη) και έχουν άριστη ευαισθησία υψηλή ανάλυση, χαμηλή οπτική απορροφητικότητα, υψηλόλόγοεικόναςκαικαλήθερμικήκαι χημική σταθερότητα. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της κατηγορίας είναι ένα «πολυλειτουργικό» εποξικό παράγωγο το οποίο είναι γνωστό με το όνομα SU 8. Η SU 8 αντίσταση αρχικά αναπτύχθηκε από την IBM. Ηχημικήδομήαυτήςτης αντίστασης επιτρέπει όχι μόνο στη UV ακτινοβολία (στο εύρος μεταξύ 365 και 436 nm) αλλά και στις ακτίνες Χ και στα ηλεκτρόνια να εισαγάγουν μια υψηλής πυκνότητας διασταύρωση των μοριακών αλυσίδων μετατρέποντας την SU 8 σε ένα δυνατό πολυμερές. Το χαμηλό μοριακό βάρος και η πολυλειτουργική φύση της εποξικής ρητίνης δίνει μια υψηλή τάση διασταύρωσης των μοριακών αλυσίδων και μειώνει τη διόγκωση η οποία προκαλείται από το διαλύτη για τις αρνητικές αντιστάσεις. Το αποτέλεσμα όλων αυτών είναι η απόκτηση CDs άνευ προηγουμένου. Μικρο νανοκατεργασίες 25

26 Αντιστροφή εικόνας Επειδή η διόγκωση δε συμβαίνει κατά τη διάρκεια της εμφάνισης με τις θετικές αντιστάσεις, πολλές παραλλαγές των μεθόδων στοχεύουν στην αντιστροφή του τόνου της εικόνας έτσι ώστε οι θετικές αντιστάσεις να μπορούν να συμπεριφερθούν σαν αρνητικές αντιστάσεις υψηλής ανάλυσης. Οι αντιστάσεις αυτές καλούνται επίσης διπλού τόνου αντιστάσεις. Αφού μια θετική αντίσταση έχει εκτεθεί σε ακτινοβολία και έχει μεταφερθεί το πρότυπο στις εκτιθέμενες περιοχές, διαχέεται ένα ρεύμα ατμού αμίνης στις εκτιθέμενες περιοχές. Η αμίνη ουδετεροποιεί το παράγωγο της φωτοσύνθεσης και κάνει τις εκτιθέμενες περιοχές πολύ ανθεκτικότερες σε επιπλέον μεταβολές λόγω έκθεσης σε ακτινοβολία και με υψηλή έλλειψη ευαισθησίας σε περαιτέρω εμφάνιση. ΜιαεπακόλουθηέκθεσησεUV ακτινοβολία κάνει τις περιοχές που είναι παρακείμενες στην ουδετεροποιημένη εικόνα διαλυτές σε συμβατικούς εμφανιστές θετικών αντιστάσεων. Το οξυγόνο που παραμένει στις αντιστάσεις μπορεί να βελτιώσει την ανάλυση, εμποδίζοντας την αδιαλυτοποίηση σε ζώνες διασποράς της ακτινοβολίας, έξω από τη ζώνη έκθεσης ακτινοβολίας. Δουλεύοντας σε χαμηλές εντάσεις η παροχή οξυγόνου μπορεί να καθαρίσει την περιοχή κάνοντας τις εκτιθέμενες περιοχές διαλυτές σε έναν εμφανιστή, ενώ αυτές εμποδίζονται εξαιτίας του πολυμερισμού. Μια επακόλουθη έκθεση σε ένα στρώμα αζώτου, σε υψηλότερη ένταση αρχίζει τον πολυμερισμό στις προηγούμενες μη εκτιθέμενες περιοχές. Μικρο νανοκατεργασίες 26

27 Αντιστάσεις Rohm & Haas Το 1985 αναπτύχθηκε από την Rohm & Haas μια χημική μέθοδος διπλού τονισμού των αντιστάσεων βασιζόμενη σε μια ρητίνη και μελαμίνη. Κατά τη διάρκεια της έκθεσης σε ακτινοβολία και εμφάνισης δημιουργείται η εικόνα με τη βοήθεια θετικής αντίστασης. Εάν μετά την έκθεση το φιλμ θερμανθεί έτσι ώστε να διεγείρει την αντίδραση της ρητίνης με τη μελαμίνη, οι εκτιθέμενες περιοχές γίνονται αδιάλυτες και ξεκινάει η διαδικασία αντιστροφής της εικόνα. Η αντιστροφή ολοκληρώνεται από μια μεταγενέστερη έκθεση σε ακτινοβολία διαλυτοποιώντας τις μη εκτιθέμενες περιοχές και σχηματίζοντας μια αρνητική εικόνα της μάσκας. Η τελική μορφή της εικόνας παρέχει αντίσταση στη διόγκωση και στη διαλυτοποίηση από οργανικά και υδατικά διαλύματα όπως επίσης θερμοκρασιακή και διαστασιολογική σταθερότητα σε θερμοκρασίες >300 0 C. Με τη χρησιμοποίηση μασκών τριών τόνων οι οποίες έχουν μια αδιαφανή, μια διαφανή και μια περιοχή με μερική μετάβαση του φωτός(50 %) μπορούν να παραχθούν αρθρωτές δομές με θετική και αρνητική μέθοδο. Μικρο νανοκατεργασίες 27

28 Μάσκες PSM Μια μέθοδος η οποία επιτρέπει μια επιπλέον βελτίωσητηςφωτολιθογραφικήςανάλυσηςκαιτου βάθους εστίασης σε ένα δεδομένο μήκος κύματος (λ), και άνοιγμα (ΝΑ), είναι με προσεκτικό έλεγχο της διάθλασης του φωτός. Η ιδέα της επιλεγόμενης μεταβολής της φάσης του φωτός το οποίο διέρχεται διάμεσου συγκεκριμένων περιοχών της μάσκας εκμεταλλευόμενη και την καταστρεπτική συμβολή (destructive interference) του φωτός, για τη βελτίωση της ανάλυσης και του βάθους εστίασης DOF εισήχθη το Με τη χρησιμοποίηση μιας μάσκας PSM μπορεί να ελεγχθεί το πλάτος και η φάση του φωτός. Μικρο νανοκατεργασίες 28

29 Μάσκες PSM Τα μεγέθη που απεικονίζονται στο σχήμα είναι η κατανομή της έντασης και του εύρους της ακτινοβολίας σε ένα δισκίο και η κατανομή του εύρους της ακτινοβολίας στις μάσκες. Καιοιδυομάσκεςπεριέχουναδιαφανείς περιοχές από χρώμιο, αλλά η PSM μάσκα διαθέτει και ένα διαφανές στρώμα το οποίο αλλάζει τη φάση του φωτός. Στην κλασσική μάσκα το φως διέρχεται και στο επίπεδο του πολυμερούς απλώνεται και η μορφή του από παραλληλόγραμμο γίνεται καμπύλη, αλλά δεν αλλάζει πρόσημο. Στην PSM το πρόσημο αλλάζει αλλά το πολυμερές είναι ευαίσθητο μόνο στην ένταση της ακτινοβολίας και όχι στη φάση και έτσι σχηματίζονται οι ίδιες δομές και στις δύο περιπτώσεις. Μικρο νανοκατεργασίες 29

30 Μάσκες γκρι απόχρωσης Οι μάσκες γκρι απόχρωσης, greytone masks (GTMs) αναπτύχθηκαν για τη παραγωγή 3D σχημάτων με τη χρήση συμβατικού μικροηλεκτρονικού εξοπλισμού και μονο με ένα στάδιο έκθεσης. Η κατασκευή τρισδιάστατων αντικειμένων με τη τεχνολογία μασκών γκρι απόχρωσης πραγματοποιείται σε τρία κύρια στάδια. Το πρώτο και πιο κρίσιμο αφορά την υλοποίηση της ίδιας της γκρι μάσκας. Στο δεύτερο στάδιο τα δισκία εκτίθενται στην ακτινοβολία και η ρύθμιση της έντασης του φωτός από της γκρι απόχρωσης περιοχές της μάσκας αποτυπώνει μεταβλητά βάθη στην αντίσταση. Στη συνέχεια το προφίλ αυτό μεταφέρεται αναλογικά στο υπόστρωμα κατά τη διάρκεια του τρίτου σταδίου μέσω χάραξης με πλάσμα. Μικρο νανοκατεργασίες 30

31 Λιθογραφικές μέθοδοι νέας γενιάς Οι λιθογραφικές μέθοδοι νέας γενιάς αποτελούν εναλλακτικές επιλογές της DUV φωτολιθογραφίας (deep ultraviolet lithography). Μερικές από αυτές είναι η λιθογραφία ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας EUVL (extreme ultraviolet lithography), λιθογραφία με ακτίνες Χ (x ray lithography), λιθογραφία με δέσμη φορτισμένων σωματιδίων (charged particle lithography), η LIGA και άλλες. Στην βιομηχανία IC οι συνεχείς βελτιώσεις της DUV φωτολιθογραφίας δεν επέτρεψαν την αντικατάστασή της, γιατί κάτι τέτοιο θα είχε τεράστια επιβάρυνση, όσον αφορά το κόστος έρευνας για την ανάπτυξη νέου εξοπλισμού. Όμως είναι πολύ πιθανό, εξαιτίας εμπορικών συμφερόντων, κάποια από τις προαναφερθείσες μεθόδους να εισαχθεί σε αυτή τη περιοχή της βιομηχανίας. Μικρο νανοκατεργασίες 31

32 Λιθογραφία ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας Μια από τις πιο πιθανές φυσικές επεκτάσεις της UV φωτολιθογραφίας είναι η λιθογραφία ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας EUVL στην οποία χρησιμοποιούνται μήκη κύματος 10 έως 14 nm για την προβολή της εικόνας. Η διαφορά αυτής της μεθόδου με την οπτική λιθογραφία είναι το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας. Ο τύπος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας αναφέρεται επίσης και ως soft Χ ray ακτινοβολία ή UV κενού (vacuum UV). Πηγές για αυτό τον τύπο ακτινοβολίας μπορούν να αποτελέσουν π.χ. το λέιζερ πλάσματος. ΓιαναεκτιμηθείηαξίατηςEUVL παίρνουμε ως αρχικό σημείο τις εξισώσεις για την ανάλυση R και το βάθος εστίασης DOF. Σε αυτές τις δύο εξισώσεις οι παράμετροι k1 και k2 προσδιορίζονται πειραματικά και επηρεάζονται από την αντίσταση και το σύστημα έκθεσης ακτινοβολίας. Γενικά σε κατασκευές μεγάλης κλίμακας στη βιομηχανία ICs οι συντελεστές k1 και k2 είναι μεγαλύτεροι από 0,6 και το DOF>0,5 μm. Η ώθηση για υψηλότερες αναλύσεις με ακτινοβολία 248 nm και 193 nm έκανε αναγκαία την αποδοχή τιμών για το k1 και k2 οι οποίες είναι μεγαλύτερες από 0,5. Αυτό οδήγησε εκτός των άλλων σε προβλήματα κατεργασιών, διότι είναι πιο δύσκολο να ελεγχθεί η κρίσιμη διάσταση και να δημιουργηθεί ένα ανεκτά χαμηλό βάθος εστίασης. Μικρο νανοκατεργασίες 32

33 EUVL Οι τεχνικές βελτίωσης της ανάλυσης RETs αν και βελτιώνουν την ανάλυση και το DOF δεν είναι «φιλικές» ως προς την κατεργασία. Η EUVL ξεπερνάει όλα αυτά τα προβλήματα εξαιτίας των μικρότερων μηκών κύματος. Η τεχνική αυτή είναι ικανή να τυπώνει χαρακτηρίστηκα κάτω των 100 nm με παράλληλη διατήρηση ενός DOF ίσο με 0,5 ή μεγαλύτερο. Δυστυχώς, όμως, τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά διότι η EUV ακτινοβολία απορροφάται σχεδόν από όλα τα υλικά και γι αυτό το λόγο πρέπει η κατεργασία να γίνεται σε κενό. Επίσηςόλαταοπτικάεξαρτήματαόπωςκαιοιμάσκεςπου χρησιμοποιούνται πρέπει να είναι ανακλαστικά παρά διαθλαστικά και πρέπει επίσης να αναπτυχθούν νέες τεχνικές κατασκευής αντιστάσεων. Το γεγονός ότι οι μάσκες EUV είναι ανακλαστικές έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Το πλεονέκτημα είναι ότι δε χρειάζονται λεπτές μεμβράνες (όπως για παράδειγμα στην περίπτωση της λιθογραφίας με ακτίνες Χ), μόνο ένα στερεό υπόστρωμα (π.χ δισκίου πυριτίου) επικαλυμμένο με την απαιτούμενη ανακλαστική επίστρωση και ένα απορροφητή της ακτινοβολίας EUV. Επίσης, εξαιτίας της οπτικής μείωσης (4x), η κατασκευή της μάσκας είναι ευκολότερη. Ένα σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι η πυκνότητα στην ανακλαστική στρώση πρέπει να είναι πολύ μικρή και μόνο λίγες τεχνικές είναι διαθέσιμες γι αυτό το σκοπό. Μικρο νανοκατεργασίες 33

34 Λιθογραφία με ακτίνες Χ Σε αυτή την κατεργασία η πηγή φωτός αντικαθίσταται από μια πηγή ακτίνων Χ. Οι τρεις βασικές κατηγορίες πηγών ακτινοβολίας σε αυτή τη μέθοδο είναι οι καθοδικοί σωλήνες πρόσκρουσης ηλεκτρονίων, τα λέιζερ πλάσματος και το σύγχροτρο. Η λιθογραφία με ακτίνες Χ είναι ανώτερη της φωτολιθογραφίας εξαιτίας της χρήσης μικρότερων μηκών κύματος, μεγάλου DOF, και επειδή οι συνθήκες έκθεσης και εμφάνισης δεν είναι τόσο αυστηρές. Η επαναλαμβανόμενη παραγωγή είναι υψηλή και είναι ανεξάρτητη από τον τύπο του υποστρώματος, τωνεπιφανειακώναντανακλάσεωνκαι της τοπογραφίας του δισκίου. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι η λιθογραφία με ακτίνες Χ είναι απρόσβλητη από τη μόλυνση λόγω σκόνης. Με ένα χρησιμοποιούμενου μήκος κύματος 10 Å ή λιγότερο οι επιδράσεις της διάθλασης είναι ασήμαντες και η χρησιμοποίηση μάσκας εγγύτητας είναι προτιμότερη για την αύξηση της διάρκειας ζωής της. Με ένα κενό 50 μm μεταξύ μάσκας και υποστρώματος, και με τη χρήση ακτινοβολίας από σύγχροτρο μπορούν να εκτυπωθούν χαρακτηριστικά εξαιρετικά μικρού μεγέθους. Μικρο νανοκατεργασίες 34

35 Αντιστάσεις Στη λιθογραφία με ακτίνες Χ δεν χρησιμοποιούνται οπτικά μέσα και αν αυτό ακούγεται σαν πλεονέκτημα είναι επίσης και μειονέκτημα. Δεν μπορεί να επιτευχθεί καμία μείωση της εικόνας και γι αυτό το λόγο η κατασκευή της μάσκας είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη. Στις ΗΠΑ, η IBM είναι η εταιρία η οποία υποστηρίζει τη μέθοδο και κατασκεύασε αρκετούς μικροεπεξεργαστές που χρησιμοποιούνται στα συστήματά της με τη μέθοδο αυτή για να αποδείξει τη βιωσιμότητά της. Στην Ιαπωνία οι Toshiba, Mitsubishi και NEC είναι μερικές από τις εταιρίες που έχουν αναπτύξει δικά τους συστήματα. Οι αντιστάσεις ακτινών Χ πρέπει να έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: υψηλή ανάλυση και αντίσταση σε χάραξη από πλάσμα, από χημικά και από ιόντα, θερμική σταθερότητα σε θερμοκρασίες >140 ο C και απορρόφηση ρητίνης μικρότερη από 0,35 μm στο μήκος κύματος που ενδιαφέρει. Ένα υλικό το οποίο χρησιμοποιείται στην λιθογραφία ακτινών Χ είναι το plexiglass (εμπορική ονομασία) ή PMMA (πολυμεθυλομεθακριλικό). Στη Βιομηχανία IC απαιτείται μια στρώση αντίστασης πάχους π.χ. μεγαλύτερου από 1 έως 2 μm. Οιπιοπαχιέςστρώσειςπ.χ. 10έως και 1000 μm χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μικρομηχανισμών. Στην περίπτωση ακτίνων Χ πολύ υψηλής ενέργειας τα σχετιζόμενα μήκη κύματος μετρώνται σε Å και όχι σε nm. Σε αυτές τις υψηλές ενέργειες σχεδόν κάθε τύπος πολυμερούς γίνεται αντίσταση και μπορεί να ειπωθεί ότι είναι δυνατή η λιθογραφία ακόμη και με απουσία αντιστάσεων. Μικρο νανοκατεργασίες 35

36 Μάσκες Όσον αφορά τις μάσκες, η κατασκευή τους είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη, για τρισδιάστατες εφαρμογές όπου το μέγεθος είναι πολύ μικρό. Μια μάσκα για λιθογραφία ακτίνων Χ αποτελείται από ένα πρότυπο σχήμααπόυλικότοοποίοαπορροφάτιςακτίνεςχ(υλικό με μεγάλο ατομικό βάρος, όπως χρυσός, βολφράμιο, ταντάλιο) σε μια μεμβράνη τουυποστρώματοςηοποίαείναιδιαφανήςστιςακτίνεςχ. Η μεμβράνη πρέπει να είναι θερμομηχανικά σταθερή και να μην υπάρχει υγρασία γιατί είναι πιθανή η παραμόρφωσή της. Μικρο νανοκατεργασίες 36

37 LIGA Το όνομα της τεχνικής LIGA προέρχεται από τα αρχικά των γερμανικών λέξεων Lithographie Galvanoformung Abformung. Η διαδικασία περιλαμβάνει μια παχιά στρώση αντίστασης (από μερικά μm έως mm), ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας και το σχηματισμό ενός καλουπιού από την αντίσταση. Με την εφαρμογή τεχνικών γαλβανισμού το καλούπι γεμίζεται με μέταλλο. Η αντίσταση στη συνέχεια απομακρύνεται και προκύπτει το μεταλλικό προϊόν. Επίσης εναλλακτικά το μεταλλικό κομμάτι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καλούπι για χύτευση πλαστικού με μεγάλη ακρίβεια. Τέλος τα πλαστικά τεμάχια που προκύπτουν μπορεί να αποτελέσουν καλούπια για γρήγορη και φτηνή μαζική παραγωγή. Μικρο νανοκατεργασίες 37

38 LIGA Με τη μέθοδο LIGA είναι δυνατή η χρησιμοποίηση νέων υλικών και η παραγωγή ενός μεγάλου εύρους διαστάσεων και πιθανών σχημάτων. Εξαιρετικού ενδιαφέροντος επίσης είναι η ικανότητα κατασκευής τρισδιάστατων αντικειμένων με πλευρές κεκλιμένες. Μικρο νανοκατεργασίες 38

39 Λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων Η ΕΒL είναι μια μέθοδος υψηλής ανάλυσης κατά την οποία ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας (από 10 έως 100 Kev) εστιάζονται σε μια στενή δέσμη και χρησιμοποιούνται για την έκθεση ηλεκτρόνιοευαίσθητων αντιστάσεων. Η λιθογραφία με δέσμη ηλεκτρονίων δεν περιορίζει την ανάλυση λόγω διάχυσης (όπως η λιθογραφία ακτινών Χ) επειδή τα μήκη κύματος των φορτισμένων σωματιδίων είναι πολύ μικρά. Μικρο νανοκατεργασίες 39

40 Πλεονεκτήματα Ακριβής έλεγχος της ενέργειας και της δόσης της ενέργειας η οποία προσπίπτει σε μια αντίσταση. Εκτροπή και ρύθμιση της δέσμης ηλεκτρονίων με ταχύτητα και ακρίβεια μέσω ηλεκτροστατικών και μαγνητικών πεδίων. Δεν απαιτείται φυσική μάσκα. Χρησιμοποιείται μόνο μια software μάσκα, μια μάσκα δηλαδή αποθηκευμένη σε ηλεκτρονική μορφή Ικανότητα εγγραφής σε μια πολύ μικρή περιοχή του δισκίου. Μικρότερη πυκνότητα σφαλμάτων. Μεγάλο βάθος εστίασης. Απεικόνιση ηλεκτρονίων για το σχηματισμό μικρών σημείων<100 Å σε αντίθεση με το στίγμα 5000 Å για το φως. Στα 30 Kev τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν κατά μέσο όρο σε βάθος>14 μm μέσα σε μία στρώση αντίστασης PMMA. Μικρο νανοκατεργασίες 40

41 Μειονεκτήματα Τα ηλεκτρόνια διασκορπίζονται εύκολα σε στερεά υλικά περιορίζοντας την ανάλυση σε διαστάσεις μεγαλύτερες από 10 nm. Τα ηλεκτρόνια πρέπει να βρίσκονται σε κενό κάνοντας τον εξοπλισμό πιο πολύ πλοκο από τη φωτολιθογραφία. Αργή ταχύτητα έκθεσης. Για να διανύσει μια δέσμη ηλεκτρονίων ένα δισκίο 4 ιντσών με υψηλή πυκνότητα χαρακτηριστικών χρειάζεται περίπου 1h. Το κόστος του συστήματος είναι υψηλό. Η ανάλυση της λιθογραφίας με δέσμη ηλεκτρονίων επηρεάζεται από το διασκορπισμό της δέσμης ηλεκτρόνιων μέσα στην αντίσταση, και γι αυτό το λόγο παρατηρούνται μεταβολέςτουπλάτουςμιαςεκτυπώσιμηςγραμμής. Αυτό το πρόβλημα και η αργή ταχύτητα της μεθόδου περιόρισαν τη χρήση της λιθογραφίας με δέσμη ηλεκτρονίων στη κατασκευή μασκών και στην άμεση εγγραφή σε δισκία πυριτίου για ειδικές εφαρμογές. Μικρο νανοκατεργασίες 41

42 Μέθοδος SCALPEL Η μέθοδος SCALPEL (Scattering with angular limitation electron beam lithography) είναι μια μέθοδος προβολής της δέσμης ηλεκτρονίων με εφαρμοζόμενη μείωση 4Χ και με βηματική μεθοδολογία εγγραφής. Η μάσκα είναι μια συνεχόμενη λεπτή μεμβράνη (~100 nm) κατασκευασμένη από υλικό χαμηλού ατομικού αριθμού, η οποία υποστηρίζεται από μια πιο παχιά στρώση πυριτίου για την αποφυγή παραμορφώσεων. Ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας διαπερνούν και τις δυο μεμβράνες με ελάχιστη απώλεια ενέργειας κατά την εμφάνιση της εικόνας. Τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας τα οποία διέρχονται από τη στρώση του προτύπου στη μάσκα διασκορπίζονται σε μεγάλες γωνίες ενώ αυτά τα οποία περνάνε από τη λεπτή μεμβράνη υφίστανται πολύ μικρό διασκορπισμό. Ένα στενό άνοιγμα μπλοκάρει το διασκορπισμό των ηλεκτρονίων έχοντας ως αποτέλεσμα μια εικόνα υψηλής αντίθεσης στο επίπεδο του δισκίου. Μικρο νανοκατεργασίες 42

43 Λιθογραφία εστιασμένης δέσμης ιόντων Στη λιθογραφία με δέσμη ιόντων οι αντιστάσεις εκτίθενται σε ένα βομβαρδισμό ιόντων σε κενό. Η λιθογραφία με δέσμη ιόντων αποτελείται από έκθεση σημείο προς σημείο από μια πηγή εκπομπής ιόντων. Για τη κατασκευή της δέσμης ιόντων οι πηγές ιόντων υγρού μετάλλου liquid metal ion (LIM) επιλέγονται έτσι ώστε οι παραγόμενες δέσμες ιόντων να είναι υψηλής πυκνότητας ρεύματος και κάτω της διάστασης του 1 μm. Οι LIM (συνήθως γαλλίου) έχουν εξαιρετικά υψηλά επίπεδα φωτεινότητας και ένα πολύ μικρό διασκορπισμό ενέργειας. Διάμετροι δέσμης κάτω των 50 nm και πυκνότητες ρεύματος μέχρι 8 Α/cm 2 είναι οι συνηθισμένες τιμές. Εκτός από το γάλλιο και άλλα στοιχεία είναι διαθέσιμα όπως το ίνδιο και οχρυσός. Όπως στην περίπτωση των συστημάτων με δέσμη ηλεκτρονίων η λιθογραφία με δέσμη ιόντων προσφέρει κατασκευαστικές λύσεις με άμεση εγγραφή. Σε σύγκριση με τα φωτόνια (ακτίνες Χ και φως) ήμετα ηλεκτρόνια, τα ιόντα αντιδρούν χημικά με το υπόστρωμα επιτρέποντας μια μεγαλύτερη ποικιλία επιφανειακών τροποποιήσεων. Μικρο νανοκατεργασίες 43

44 Τρισδιάστατες λιθογραφικές μέθοδοι Οι παραδοσιακές λιθογραφικές τεχνικές έχουν ως αποτέλεσμα την προβολή εικόνων σε ένα επίπεδο και αν και μερικές από αυτές μπορεί να έχουν ένα ύψος στη Ζ, κατεύθυνση δεν είναι πραγματικά τρισδιάστατες. Τρισδιάστατες λιθογραφικές μέθοδοι είναι η ολογραφική λιθογραφία και η μικροστερεολιθογραφία. Μικρο νανοκατεργασίες 44