Upload
vuongnhan
View
225
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
LithographyLithographyLithographyLithographyLithography is a method for printing on a smooth surface.
Invented by Bavarian author Alois Senefelder in 1796.
It can be used to print text or artwork onto paper or another suitable material.
It can also refer to photolithography, a microfabrication technique used to make integrated circuits and microelectromechanical systems.
Lithography stone and mirror-image print of a map of Munich
Lithography Lithography Lithography Lithography –––– The print principleThe print principleThe print principleThe print principle
Lithography is a printing process
that uses chemical processes to
create an image.
For instance, the positive part of
an image would be a hydrophobic
chemical, while the negative image
would be water. Thus, when the
plate is introduced to a compatible
ink and water mixture, the ink will
adhere to the positive image and
the water will clean the negative
image.
Lithography press for printing maps
in Munich
With the help ofWith the help ofWith the help ofWith the help of……………………....
1. Yosi Shacam – TAU
2. Yossi Rosenwacks – TAU
3. Delft people and site
4. …
Outline SEM/TEM:Outline SEM/TEM:Outline SEM/TEM:Outline SEM/TEM:
1. Examples, links and homework
2. Cleanroom
3. Photolithography
Internet SitesInternet SitesInternet SitesInternet Sites“Handbook of Microlithography, micromachining and
microfabrication”, Editor P. Rai-Choudhury.
http://www.cnf.cornell.edu/spiebook/toc.htm
http://dsa.dimes.tudelft.nl/
http://www.dimes.tudelft.nl/
http://www.dimes.tudelft.nl/2001/report.pdf
http://www.eng.tau.ac.il/~yosish/courses.html
http://www.jcnabity.com/
http://www.ece.gatech.edu/research/labs/vc/theory/photolith.html
http://www.ece.gatech.edu/research/labs/vc/http://www.ee.washington.edu/research/microtech/cam/PROCESSES/PDF%20FILES/Photolithography.pdf
....
Homework Homework Homework Homework 31. Read the paper:
“Scanning Gate Spectroscopy on Nanoclusters”
Gurevich et. al., Applied Physics Letters 76, 384 (2000).
- Emphasize the lithography part.
2. Read the paper:
“Direct Patterning of modified oligonucleotides on metals and
insulators by dip pen lithography”
Demers et. al., Science 283, 662 (1999).
- Emphasize the lithography part.
First Transistor and First Integrated CircuitFirst Transistor and First Integrated CircuitFirst Transistor and First Integrated CircuitFirst Transistor and First Integrated Circuit
� � � � John Bardeen, William Shockley
and Walter Brattain invented the
transistor in 1947.
� � � � This transistor was a point-
contact transistor made out of
Germanium (not Silicon which is
widely used today).
� � � � The idea of an integrated circuit
was conceived at the same time
by Jack kilby of Texas
Instruments and Robert Noyce
of Fairchild semiconductor.
Transistors Interconnects Transistors Interconnects Transistors Interconnects Transistors Interconnects (Intel, 130 nm technology)(Intel, 130 nm technology)(Intel, 130 nm technology)(Intel, 130 nm technology)
Cleanroom Class RatingsCleanroom Class RatingsCleanroom Class RatingsCleanroom Class Ratings
(“ULSI Technology, Chang & Sze)
(“ULSI Technology, Chang & Sze)
Cleanroom Class RatingsCleanroom Class RatingsCleanroom Class RatingsCleanroom Class Ratings
(“ULSI Technology, Chang & Sze)
Types of Types of Types of Types of CleanroomsCleanroomsCleanroomsCleanrooms
(“ULSI Technology, Chang & Sze)
Types of Types of Types of Types of CleanroomsCleanroomsCleanroomsCleanrooms
Vertical and Horizontal Laminar BenchesVertical and Horizontal Laminar BenchesVertical and Horizontal Laminar BenchesVertical and Horizontal Laminar Benches
Gowning in The CleanroomGowning in The CleanroomGowning in The CleanroomGowning in The CleanroomGowning – Class 10,000
Gowning – Class 100
Characteristics of Characteristics of Characteristics of Characteristics of CleanroomsCleanroomsCleanroomsCleanrooms
DIMES Facilities DIMES Facilities DIMES Facilities DIMES Facilities –––– Class 100Class 100Class 100Class 100 LabLabLabLab
DIMES Facilities DIMES Facilities DIMES Facilities DIMES Facilities –––– Class 10,000Class 10,000Class 10,000Class 10,000 LabLabLabLab
Base Processes
• 20-nm E-Beam Lithography • Near/Deep-UV Optical Lithography
• Various special dry-etch tools
• Metal Sputter Deposition • Metal Evaporation • Furnace and RTO Processes
• SEM, FIB, STM, MFM
Mask AlignersMask AlignersMask AlignersMask Aligners
DUV contact printer
Carl Susz NUV contact printer
Carl Susz DUV contact printer
Atomic Force Microscope (AFM)Atomic Force Microscope (AFM)Atomic Force Microscope (AFM)Atomic Force Microscope (AFM)
DIMES Facilities DIMES Facilities DIMES Facilities DIMES Facilities –––– Special Special Special Special
Applications LabApplications LabApplications LabApplications Lab
Post-Process Labs
• MEMS and RF/MEMS
• Wafer-Scale Packaging
• Laser annealing
• Amorphous silicon
• Other special processes
Post-Process Labs
• MEMS and RF/MEMS
• Wafer-Scale Packaging
• Laser annealing
• Amorphous silicon
• Other special processes
תוכן
עקרונות בסיסיים
, חשיפה, עומק מוקד-פרמטרי ם מאפיינ ים
קונטרסט ועוד, רזולוציה
מה מודדים ואיך-טכניקות מ דידה
עקרונות בקרת תהליך הליתוגרפיה
ULSIנושאים חדשים בליתוגרפיה עבור
עקרונו ת בסיסיים-ליתוגרפיה אופטית
)Aerial Image( תאור הדמות
תהליך החשיפה
תהליך הפיתוח
בקרת מ מד קרי טי , בקרת רוחב קו
ליתוגרפיה כתהליך העברת מידע
מסכה
דמות אופטית
דמות סמויה בחומר הצילום
פיתוח הדמות
העתקת הדמות למעגל המשולב
תכנון
מערכת החשיפהמאירים א ת המסכה
מצ ידה האחורי
האור עובר דרך המסכה ומתאבך
תמונת ההתאבכות נעה מהמסכה לעדשה
העדשה אוספת חלק מהגל המתאבך ויוצרת דמות
משוחזרת במישור המוקד
יש אובדן מידע הנובע מהגודל הסופי של
העדשה
מסכ
ה
דמות
אופטית
דמות סמויה בחומר
הצילום
פיתוח
הדמות
העתקת הדמות
למעגל המשולב
תכנון
תהליך העברת התמונה אל הרזיסט
http://www.ece.gatech.edu/research/labs/vc/processes/process-steps.html
מערכת החשיפה
מאירים א ת המסכה מצ ידה האחורי
האור עובר דרך המסכה ומתאבך
תמונת ההתאבכות נעה מהמסכה לעדשה
העדשה אוספת חלק מהגל המתאבך ויוצרת דמות
משוחזרת במישור המוקד
יש אובדן מידע הנובע מהגודל הסופי של העדשה
?מה קובע את איכות הליתוגרפיה
לאחר החשיפההפוטורזיסטאיכות חלון התהליך, רזולוציה, פרופיל הר זי סט, בקרת רוחב קו
רגיסטרצי ה
תאימות לתהליך, תאימות כימית, אדהזיה, יציבות תרמית, התנגדות לאיכ ול
היכולת להורדה
ייצוריות.זמן חיי מדף, יצ יבות, פגמים, בטיחות, מחיר
דוגמה-יצירת הדמות
θn
λλλλn) ====nsin(θ p
:בראגחוק
מסכת קוורץ עם שכבת
כרום ועליה פסים עם מרחק
P מחזור
הארה קוהרנטית
? מה קובע את הרזולוציה λλλλ, הרזולוציה יחסית לאורך הגל
העדשה אוספת יותר מידע -עולה NA -ככל שה
.והרזולוציה משתפרת
NAksolution
λ1Re =
f/#=f/D
NA=n sin(a) = 1/(2 f/#)
הגדרות פרקטיות
רזולוציה
.י יצורית הדמות הקט נה ב יותר ש י ש ל ה משמ עות
עומק מוקד
ש יתן , תחום ה ס ט יי ה ממש טח ה מוקד הא יד י אלי
. את הרזולוצ י ה הדרו שה
MASK ALIGNERרזולוציה של
• l = exposure wavelength
• d = resist thickness
• 2b = minimum pitch of line-space pattern
• s = spacing between the mask and the resist
)5.0(32 dsb += λ
Stepper - ה-אפיון מכשיר החשיפה
אורך , σσσσדרגת הקוהרנטיות , NA -נתוני בחירה
.λλλλהגל
.המחזור, רוחב הקו-תאור המסכה
כמות הסטייה האפשרית מהמו קד המצטב רת
.בתהליך החשיפה
הדמות הטובה ביותר תיתן את -הנחה בסיסית
.תהליך הליתוגרפיה הטוב ביותר
התמונה הסמויה
הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר
פוטורזיסט-רגיש לאור
:החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויה
PAC - Photo Active Compound
וזו התמונה הסמויה - m -מסומן כ PAC -ריכוז ה
בזמן ההארה נותנת את ) I(מכפלת עוצמ ת ההארה
.אנרגיית החשיפה
mהנו פונקציה של אנרגיית החשיפה
השפעת ההארה על חומר הצילום
הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה
פוטורזיסט-של חומר רגיש לאור
:ישנם שני סוגי פוטורזיסט
- החומר נשאר ב אזור המואר -שליל י
- החו מר יורד באזור המואר -חיוב י
E=hυυυυ -אור
NEGATIVE PHOTORESIST -חומר צילום שליל י
1. Non-photosensitive substrate material
– About 80 % of solids content
– Usually cyclicized poly(cis-isoprene)
2. Photosensitive cross-linking agent
– About 20 % of solids content
– Usually a bis-azide ABC compound
3. Coating solvent
– Fraction varies
– Usually a mixture of n-butyl acetate, n-hexyl acetate, and 2-
butanol
Example: Kodak KTFR thin film resist:
NEGATIVE PHOTORESIST -חומר צילום שלילי
ההארה יוצרת סופר מולקולות מרובות ענפים
המולקולות הגדולות יוצרות מבנה המאט את
. קצב חדירת הנוזל למוצק
, בה המוצק הופך להיות לא מסיס, ישנה נקודה
. ל’הקרויה נקודת הג
ישנם ממסים . באזורים המוארים הפולימר מצולב
, יתפיחו אותם, אורגנים שיחדרו באזורים הלא מוארים
.יגרמו לפירוק הקשרים ה כימיים הקיימים וישטפו אותם
פיתוח
פוטורזיסט חיובי
הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר
פוטורזיסט חיובי-רגיש לאור
:החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויהPAC - Photo Active Compound
וזו התמונה הסמויה - m -מסומן כ -PACריכוז ה
בזמן ההארה נותנת את ) I(מכפלת עוצמ ת ההארה
.אנרגיית החשיפה
mהנו פונקציה של אנרגיית החשיפה
הפוטורזיסטהקונטרסט של
1 10 100 1000 E , אנרגית החשיפה
]mJ/cm2[
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
אנרגית הסף - γγγγE0 -שיפוע
להורדת הרזיסט
רזיסטעובי
מנורמל
העתקת הדמות-איכול רזיסט
Iשכבה
IIשכבה
איכול
אנאיזוטרופי
שכבתי מתאים לני דוף מתכת ומונע מגע ישיר בין המתכת והרזיסט - דורזיסט
(lift off)הנותר כך שקל לסלק את הרזיסט לאחר הנ ידוף
סיכום ביניים
פונקציה מאפיינת תהליך
איכות הדמות האופטי ת יציר ת ת מונה•
איכות הדמות הסמויהחשיפה•
צורת חומר הצילוםפיתוח•
-מרווח החשיפה התהליךכ”סה
Exposure latitude
בקרת רוח ב הקו
?מה קובע את יכולת בקרת התהליך
הש ג יאות ה אקראיות בת הל יך ה י יצור
תגובת הת ה ליך לשג יאו ת הללו
הגדרת מרווח החשיפה
%100= מרווח החשיפה min
×∆
alnoE
E
10%) E(CD- 10%)- E(CD∆E +≡
CD +10%
CD
CD-10%
Nominal linewidth
E(CD+10%) E(CD) E(CD-10%)
אנרגית
החשיפה
רוחב הקו
פתרון לבעיית הגלים העומדים
הכנסת שכבה לא מחזירה
ARC - Anti Reflective Coating
: דוגמה
מע ל ) TiN ( ני טר יד -הוספת שכב ת ט י טנ יום
. שכבת אלומ ינ יום
)פתרון מוגבל (לרזיסטהוספת צבע בולע
עומק מוקד
תחום המוקד שנותן - ) DOF( עומק המוקד
את פרופיל הרזיסט לפי הדרישות לרוחב קו נתון
.ועומד בדרישות של מרווח חשיפה נתון
22NA
kDOFλ
=
השגיאה במרחק המוקד: דוגמה
מיקרון0.10חימום העדשה
מיקרון0.20השפעת הסביבה
מיקרון0.05 הטית המסכה
מיקרון0.12מישוריות המסכה
מיקרון0.30מישוריות הפרוסה
מיקרון0.14מישוריות המכשור
מיקרון0.20הדירות המכשיר
מיקרוןDOF0.30השגיאה בקביעת
מיקרון0.10רעידות
מיקרון0.60כ”סה
שג יאות אקראיות
)BIFE(שגיאת המוקד הבנויה במערכת
מיקרון 0.6שג יאות אקראיות
מיקרון 0.5טופוג רפ יה
מיקרון 0.4עקמומיות שד ה ואס ט י גמט יז ם
מיקרון 0.1עוב י הרז י ס ט
מיקרון BIFE1.6)( ה שג י אה כ”סה
קביעת חלון התהליךאנרגית
החשיפה
אנרגית
החשיפה
הנומינלית
מיקום
0המוקד
CD -תחום ה
% 10 < רזיסטתחום אבדן
ת יזוותחום
80> צד
חלון התהליך
הנדסת חזית הגל
בקרת העוצמה והפאזה של גל האור
הו ספת אלמנט י ם ה קטני ם מ גבו ל -ע יצוב המסכ ה
. הרזולוצי ה
OPC - Optical Phase Correction
הוספת אלמנ ט י ם מס יח י פאזה
PSM - Phase Shifting Masks
בזווית -האר ה מ יוחד ת
מסנני ם במ י שור הצמצם
הסחת פאזה על המסכה
שקופותדיאלקטריותי הוספת שכבות דקות ”ע
Shifter - פאזה מסיחתשכבה
λπ d1)-(n2∆φ =
n - הדיאלקטר יתמקדם השבירה של השכבה
d - הדיאלקטר יתעובי השכבה
משפרת את -הסחת הפאזה
הקונטרסט האופטי
E, mask
E, Wafer
I=|E|2
°180הסחת פאזה של
E - השדה החשמלי ,I - עוצמת ההארה
אפיון הליתוגרפיה
מדידות רוחב קו
מדי דות אופט יות
SEMמדי דות ב עזרת
מדידות צורת הקו
FIB -ו SEMמדי דות ב עזרת
A,B,C -מדידות פרמטר י הרזיסט
מדידות פרמטר י החשיפה