1. Aumento di NA: Litografia a immersione
• Immergere il sistema in un fluido con indice di rifrazione maggiore di quello dell’aria
(n=1) aumenta la profondità di fuoco e la risoluzione
– Acqua: n=1.45 a 193 nm
2. • Problemi:
– Rigonfiamento del film dovuto all’acqua
– L’acqua deve essere purissima, senza
bolle
– Il rilascio di componenti del resist
nell’acqua deve essere controllato
• Soluzioni:
– Rivestimento trasparente sul resist per
ridurre l’interazione fra resist e acqua
– Engineering del resist per aumentare
l’idrofobicità
– Uso di additivi che non segregano alla
superficie.
3. Sorgenti di luce a bassa lunghezza d’onda
Sviluppo di sorgenti laser a
lunghezza d’onda sempre
minore
4. Litografia nell’UV estremo
Rispetto alla litografia ottica, la
litografia EUV è molto più
complessa.
Per ottenere radiazione
nell’EUV (in particolare a 13.4
nm) si eccita un fascio di Xe
con un laser IR. Dato che non
esistono sostanze trasparenti a
13.4 nm, non si possono
costruire le lenti. L’intero
sistema ottico deve essere fatto
di specchi.
Gli specchi convenzionali non vanno bene; si usano specchi fatti con multistrati impilati
di materiali con costanti dielettriche diverse (solitamente alternando Mo e Si o Be).
Questi specchi riflettono la luce per interferenza costruttiva, lo spessore ottico di ogni
strato deve essere pari a λ/4. La produzione di questi strati è molto costosa.
5. Litografia EUV
50 nm lines fabricated with EUV lithography (~1999)
30 nm features now routinely achieved
I sistemi EUV devono usare un’ottica di riflessione invece che di rifrazione
Sfide di questa nuova tecnologia:
• Fabbricazione dell’ottica inclusi i multi-strati con precisione atomica
• Sviluppo di sorgenti potenti
• Fabbricazione di maschere di riflessione prive di difetti
• Controllo delle contaminazioni (molecolari e particolato)
• Costi
6. X-Ray lithography (XRL)
Sorgente “ottimale”: sincrotrone Maschere:
(fascio intenso e ben collimato)
in genere membrane di Si o
--> proximity mode masks
SiC ricoperte con un metallo
Resist: solitamente PMMA ad alto Z
(sensibilità bassa -->
necesstà di alte dosi, ~ 2
J/cm2 )
Problema: fasci di elettroni
generati dallo scattering di
raggi X su maschera, resist,
substrato, ...
Risoluzione effettiva
~ decine di nm
Vantaggio: profondità di campo (fascio collimato)
--> high aspect ratio features, LIGA,...
8. Litografia da fascio di cariche
Un fascio focalizzato di cariche accelerate può essere usato per la scrittura
(impressione) di un resist e successivo trasferimento del pattern
Tecnica di scrittura “seriale” (pattern
generato in sequenza) --> alti tempi di
processo
(in linea di principio è possibile anche litografia
con maschera su area estesa, ma la
realizzazione della maschera è critica)
Sviluppi recenti: array di emettitori ad
effetto di campo
9. Litografia a fascio elettronico
Fotolitografia - ottica, UV (200nm), DUV(80nm), EUV (10nm)
λ
Risoluzione
Sorgente – Fascio di elettroni
Per una tensione di accelerazione, Vc, di 120KV, λ = 3.36pm
Si utilizza un cannone elettronico per produrre un fascio di elettroni focalizzato
11. I sistemi a scrittura diretta usano un fascio di elettroni che viene fatto muovere
rispetto al wafer per esporre un pixel alla volta
12. Litografia a fascio elettronico
Cross-linking delle catene
Materiale a più alto peso molecolare
Un solvente opportuno può rimuovere le parti
a più basso peso molecolare patterning
resist negativo
Frammentazione delle catene
Materiale a più basso peso molecolare
Un solvente opportuno può rimuovere le parti
esposte patterning
resist positivo
14. Volume di interazione - Risoluzione
La risoluzione è determinata dalle collisioni elettrone-substrato
- Forward scattering (dal resist), - Backward scattering (dal substrato)
- Elettroni secondari
15. Interazione fascio-solido: scattering
Simulazioni Monte-Carlo
Fasci di elettroni con energie
maggiori portano un aumento
dello scattering nel PMMA e nel
substrato
La risoluzione dipende dalle dimensioni dello spot e dallo scattering
degli elettroni incidenti
La risoluzione viene limitata dagli elettroni riflessi e diffusi nel resist
e nel substrato, non dalla diffrazione
Effetto di prossimità: esposizione non voluta dovuta ai processi di
scattering da parte dei punti vicini
La risoluzione migliora per energie del fascio elevate
16. Fotoresist per fasci di elettroni
• PMMA (Poli Metil MetAcrilato)è il resist più comunemente usato in litografia elettronica
• Il PMMA è otticamente trasparente
17. Resists in EBL e risoluzione spaziale
Resists organici (es. PMMA, stessi meccanismi dei fotoresist) oppure inorganici
(es. film sottili di fluoruri, calcogenuri amorfi, AsS, AsSe,…)
Problemi EBL: scattering inelastico degli elettroni da
parte del resist (o substrato)
--> elettroni secondari, raggi-X, etc.
--> riduzione risoluzione spaziale (cfr. anche XRL)
- Uso di resist “robusti” (ad es. inorganici) e
compatti (film sottili policristallini o amorfi)
- Spessori resist ridotti (per evitare fenomeni
secondari), in genere < 100 nm
- Uso di basse differenze di potenziale e controllo
accurato della dose
Risoluzione spaziale ultima fortemente influenzata
dal processo di interazione con il resist (e
substrato)
20. Immagini SEM di nanostrutture d’oro
fabbricate usando litografia a fascio di
elettroni su un resist sottile di PMMA,
seguito da evaporazione di oro e “lift-
off”
21. SCALPEL ( = Scattering with Angular Limitation Projection
Electron-beam)
Possibilità di superare i limiti dovuti al carattere seriale con tecniche di
“proiezione”
Maschera vista dall’alto
Sezione trasversale
Solo gli elettroni che non vengono diffusi passano
attraverso l’apertura e vengono proiettati sul campione
22. Litografia con fascio di ioni focalizzati (FIB)
Componenti FIBL : Specifiche:
Sorgente di ioni Tensione di accelerazione 3-200 kV.
Colonna (ottica) Densità di corrente fino a 10 A/cm2 .
Supporto mobile campione Diametro del fascio 0.5-1.0 μm.
Ioni: Ga+ , Au+ ,Si+ ,Be+ etc.
Il principio operativo di base di un sistema FIB è simile a quello a
fascio elettronico, la principale differenza è l’uso di un fascio di
ioni di gallio (Ga+). Il fascio di ioni è prodotto in una sorgente di
ioni liquido-metallo (LMIS), l’applicazione di un forte campo
elettrico causa l’emissione di ioni positivi da un cono liquido di
gallio. Si usa un insieme di aperture per impostare la corrente del
fascio e quindi la sua dimensione e la risoluzione dell’immagine.
L’energia del fascio è in genere di 30 o 50 keV e la migliore
risoluzione che si può ottenere è circa 5 - 7 nm. Il fascio viene
scansionato sul campione, che è montato in una camera sotto
vuoto alla pressione di circa 10-7 mbar. Quando il fascio colpisce il
campione vengono emessi dalla superficie elettroni e ioni
secondari.
L’intensità degli elettroni o degli ioni viene monitorata e usata per
generare un immagine della superficie. Gli elettroni secondari
sono prodotti in quantità molto maggiori rispetto agli ioni e
forniscono immagini di qualità e risoluzione migliore; quindi la
modalità con gli elettroni secondari viene usata per la maggior
parte delle applicazioni di imaging.
23. Vantaggi dei fasci di ioni:
Sensibilità del resist migliorata
Possono essere focalizzati meglio
Scattering ridotto
Permette processi ibridi quali l’ “ion-induced etching”
e l’impiantazione
Effetti del fascio di ioni sul substrato:
Spostamento degli atomi.
Emissione di elettroni.
Effetti chimici come il cambiamento di solubilità del resist.
Sputtering degli atomi del substrato da parte degli ioni a bassa
energia.
Si può avere un riscaldamento del resist fino a 1500° C
