Litografia Moore

Tcnicas de nanofabricacin para aplicaciones en Nanotecnologa Jaca 2011

Jos Ignacio MartnUniversidad de Oviedo - CINN

LITOGRAFA PTICA

Lneas del Hg

LITOGRAFA PTICAPROYECCIN

NAkresolucin

1=

= MFS

LITOGRAFA PTICAPROYECCIN

LITOGRAFA DE INMERSIN

Cambiar el ndice de refraccin aumenta la NA (se recoge ms luz)

El agua pura rene todos los requisitos: n = 1.47, 5% absorcin, compatible con lentes y fotoresina, no contamina.

LITOGRAFA PTICA

LITOGRAFA PTICAFUENTES DE LUZ

Longitud de onda (nm) Rango y fuente

436 Lnea-G Lmpara Hg (UV)

365 Lnea-I Lmpara Hg (UV)

248 Lser KrF (DUV)

193 Lser ArF (DUV)

157 Lser F2 (DUV)





248 Lser KrF (DUV)

193 Lser ArF (DUV)

157 Lser F2 (DUV)

Longitud de onda menor?





248 Lser KrF (DUV)

193 Lser ArF (DUV)

157 Lser F2 (DUV)

~ 10 (13.4) Plasma (EUV)

~ 1 Rayos-X, sincrotrn

Litografa EUV (ultravioleta extremo)

Litografa con rayos-x



Litografa por interferencia lser Litografa hologrfica

LITOGRAFA EUV(ULTRAVIOLETA EXTREMO)

Stulen & Sweeney, IEEE J. Quantum Electronics 35, 694 (1999)

LITOGRAFA PTICA

STEPPER

Control X-Y

Imagen sobre la obleaImagen sobre la oblea

LITOGRAFA PTICA

STEPPER

Control X-Y

Imagen sobre la obleaImagen sobre la oblea

Sigue vigente para

pequea ?

LITOGRAFA EUVPara = 157 nm (lser F2) cambiar lentes de cuarzo por lentes

de CaF2 por problemas de absorcin para < 180 nm

Para ~ 10 nm todos los materiales absorben prcticamente toda la luz

Cambiar ptica de refraccin por ptica de reflexin

Mscara

Espejo de imagen secundario

LITOGRAFA EUVESPEJOS ~ 10 nm

C

o

e

f

i

c

i

e

n

t

e

d

e

r

e

f

l

e

x

i

n

Stulen & Sweeney, IEEE J. Quantum Electronics 35, 694 (1999)

LITOGRAFA EUVESPEJOS ~ 13.4 nm

Multicapas Mo/Si ( alto n / bajo n )

S. Bajt

D. AttwoodDispersin ~ 1/2 rugosidad muy baja


S. Bajt

D. Attwood


D. Sweeney

D. AttwoodJ.Taylor

D. Attwood

LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO

R. Stulen

D. Attwood


D. Attwood & R. Stulen

pequea = absorcin por N2 + O2Necesidad de vaco


B. Replogle

D. Attwood

LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO (proyeccin)

D. Sweeney

D. Attwood

4 espejos

LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO (proyeccin)

D. Attwood

R. Hudyma & D. Sweeney

6 espejos

LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV

Materia neutra no proporciona EUV

Se requiere no slo iones, sino iones multicargadospositivamente

Generacin de un plasma

Temperaturas hasta del orden de 200000 K

tomos ionizados con carga del orden de +10e

Radiacin compatible con espejos de Mo/Si ( ~ 13.4 nm)


Plasma de Xe

D. Attwood


G. OSullivan, R. Faulkner, A Cummings

D. Attwood


Plasma de Xe

D. Attwood

Banda espejos Mo/Si


Plasma de Xe Banda espejos Mo/Si

Ineficiente: 100 W de 13.4 nm implica varios kW de consumo de otras fuentes


Plasma de Sn

U. Stamm

Pueden contribuir iones de Sn desde +8e a +13e


Plasma de Sn

Mucho ms efeciente que Xe

a 13.4 nm

D. Attwood,

G. OSullivan, R. Faulkner, A Cummings


PLASMA PRODUCIDO POR LSER (LPP)

D. Attwood

U. Stamm


PLASMA POR DESCARGA ELCTRICA (DPP)

D. Attwood, N.Fornaciari & G. Kubiak

U. Stamm


ESPECIFICACIONES REQUERIDAS

Control de la resolucin Reproducibilidad de los pulsos de plasma

Rendimiento Potencia EUV producida + recogida por ptica colectora

100 obleas/hora ~ 100 W

Coste econmico Vida de los componentes


VIDA DE LOS COMPONENTES

Iones de la fuente de plasma tienen suficiente energa como para arrancar material (sputtering) del sistema (Xe Sn)

Si se usa Sn (+ eficiente para EUV), adems se deposita sobre las lentes de Mo/Si colectoras!!!

Vida de los componentes muy reducida

100 W + pulsos a 1kHz ~ 1 mes de vida


R. Stulen

D. Attwood

LITOGRAFA EUVMSCARA

Silicio u otro sustrato con bajo

coeficiente de expansin trmica

Multicapa Mo/SiCapping SiO2

Buffer Ru

Patrn de material

absorbente (TaN, Cr, W)

LITOGRAFA EUVMSCARADEFECTOS

AMPLITUD FASE

Se pueden ver (AFM, SEM, dispersin EUV) si los hay en la mscara pero es muy difcil

repararlos

No pueden existir!

LITOGRAFA EUVRESINA

Brainard et al, Microelectron. Eng. 61-62, 707 (2002)

(EUV) ~ tamaopolmero

LITOGRAFA EUVRESINA

Transparencia: elementos en la resina con alta relacin de aspecto

Densidad ptica: OD Transmitancia: T

OD = log(T)

Brainard et al,

Microelectron. Eng. 61-62, 707 (2002)

EUV: energa baja transparencia independientemente de la resina

LITOGRAFA EUVRESINA

Sensibilidad: menor potencia fuentes EUV mayor sensibilidad de la resina (~ factor 10)

< 10 mJ/cm2

Cuidado con la rugosidad de borde de lnea (LER)

LITOGRAFA EUVRESINA

Positive Resist

2.3mJ/cm2 LER=7.2nm

Negative Resist

3.2mJ/cm2 LER=7.6nm

M. Smith

LITOGRAFA EUV

LITOGRAFA EUV

D. Attwood, UCB

LITOGRAFA POR RAYOS-X

~ 1 nmReduce el problema de la Difraccin

VENTAJAS Se evita el problema de la difraccin: alta resolucin Rpido - Proceso en paralelo Posibilidad de obtener formas complejas

DESVENTAJAS Se han de utilizar fuentes especiales de rayos-X: RADIACIN SINCROTRN (fuentes puntuales ~ centsima parte de la potencia de radiacin) Difcil de hacer mscaras Fuera de las hojas de ruta


Jefferson Lab


Mscaras

Combinacin de materialesopacos (elementos pesados: Au) y transparentes (membranas de bajo peso atmico: BN, S3N4) a los rayos-X

Hecha por litografa electrnica Polvo no es problema por ser transparente a los rayos-X

Efectos de sombra


Problemas con los efectos geomtricosPenumbra: tamao finito de la fuente+ espacio mscara-muestra

= g/LIncidencia oblicua: desplazamientolateral d en la magnificacin, a ser corregido al hacer la mscara

d = r g/L


Mscara de oro


LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANO

Rendija d

Difraccin Fresnel

Simulacind = 150 nm = 0.8 nm

A. J. Bourdillon

Y. Vladimirsky

LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANOIntensidad a distancia crtica

( ~ d2/3)

A. J. Bourdillon

Y. Vladimirsky

LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANOIntensidad a distancia crtica

( ~ d2/3)

Motivos menores que en la mscara ! Demagnificacin


A. J. Bourdillon

Y. Vladimirsky

d = 150 nm = 0.8 nm

Distintos niveles de revelado


Demagnificacin por desplazamiento

A. J. Bourdillon

Y. Vladimirsky


Y. Vladimirsky

Demagnificacin


Y. Vladimirsky

Correcciones en mscara

LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA LSER

Dos haces lser coherentes interfieren para producir franjasperidicas con separacin menor que la longitud de onda

Sin mscara

Zona de InterferenciaDebido a la interferencia, la intensidad sobre la resina se modula.

La dosis solo es suficiente paracambiar las propiedades de la resina en los mximos de interferencia.

Se pueden obtener motivos de hasta /10 de tamao



Se pueden obtener arrays sobre reas grandes, pero la estabilidadptica y mecnica ha de ser ptima

P. W. Konkola


C. A. Ross


VENTAJAS Rpido Proceso en paralelo Proceso relativamente sencillo Sin mscara Alta resolucin y reas relativamente grandes

DESVENTAJAS Solo es posible hacer estructuras derivadas de interferogramas

LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA ACROMTICA (AIL)

Problema: coherencia de la fuente de luz lser

Se pueden sustituir los espejospor redes de difraccin quedifracten la luz de forma selectiva.

Nanoestructuras de hasta 13 nm en PMMA

MIT

LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA DE RAYOS-X

L. J. Heyderman

LITOGRAFA HOLOGRFICA

D. XuMs de 2 haces 3D


D. Xu

Al menos 4 haces para redes 3D

Se pueden obtener las 14 redes de

Bravais


Usar mscara de fase provoca interferencia

Sistema complejo de configurar y estabilizar

D. Xu


L. Hunting

MSCARA FASE

Si

PDMS

PDMS

Photoresist

Si

PDMS


D. Xu

MSCARA FASE

ZT

C

22

=Tz

tan

=c

Cuadrada

Hexagonal


D. Xu

Log-pile structure1D Phase Mask

1st Exposure

Photoresist

Woodpile structure


D. Xu

1D Phase Mask

1st Exposure

Photoresist

CRISTALES FOTNICOS


~ 13.4 nm




Buffer Ru

Patrn de material





Buffer Ru

Patrn de material


Litografa por interferencia lser

Sin mscara

Tcnicas de nanofabricacin para aplicaciones en Nanotecnologa Jaca 2011

Jos Ignacio MartnUniversidad de Oviedo - CINN

Litografia Moore

Documents

Transcript of Litografia Moore