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)
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)
Longitud de onda menor?
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)
~ 10 (13.4) Plasma (EUV)
~ 1 Rayos-X, sincrotrn
Litografa EUV (ultravioleta extremo)
Litografa con rayos-x
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
LITOGRAFA EUVESPEJOS ~ 13.4 nm
S. Bajt
D. Attwood
LITOGRAFA EUVESPEJOS ~ 13.4 nm
D. Sweeney
D. AttwoodJ.Taylor
D. Attwood
LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO
R. Stulen
D. Attwood
LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO
D. Attwood & R. Stulen
pequea = absorcin por N2 + O2Necesidad de vaco
LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO
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 EUVSISTEMA PTICO
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)
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
Plasma de Xe
D. Attwood
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
G. OSullivan, R. Faulkner, A Cummings
D. Attwood
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
Plasma de Xe
D. Attwood
Banda espejos Mo/Si
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
Plasma de Xe Banda espejos Mo/Si
Ineficiente: 100 W de 13.4 nm implica varios kW de consumo de otras fuentes
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
Plasma de Sn
U. Stamm
Pueden contribuir iones de Sn desde +8e a +13e
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
Plasma de Sn
Mucho ms efeciente que Xe
a 13.4 nm
D. Attwood,
G. OSullivan, R. Faulkner, A Cummings
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
PLASMA PRODUCIDO POR LSER (LPP)
D. Attwood
U. Stamm
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
PLASMA POR DESCARGA ELCTRICA (DPP)
D. Attwood, N.Fornaciari & G. Kubiak
U. Stamm
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
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
LITOGRAFA EUVFUENTE DE EUV
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
LITOGRAFA EUVSISTEMA PTICO
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
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
LITOGRAFA POR RAYOS-X
Jefferson Lab
LITOGRAFA POR RAYOS-X
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
LITOGRAFA POR RAYOS-X
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
LITOGRAFA POR RAYOS-X
Mscara de oro
LITOGRAFA POR RAYOS-X
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
LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANO
A. J. Bourdillon
Y. Vladimirsky
d = 150 nm = 0.8 nm
Distintos niveles de revelado
LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANO
Demagnificacin por desplazamiento
A. J. Bourdillon
Y. Vladimirsky
LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANO
Y. Vladimirsky
Demagnificacin
LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANO
Y. Vladimirsky
Demagnificacin
LITOGRAFA RAYOS-XCAMPO CERCANO
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
LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA LSER
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
LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA LSER
LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA LSER
Se pueden obtener arrays sobre reas grandes, pero la estabilidadptica y mecnica ha de ser ptima
P. W. Konkola
LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA LSER
C. A. Ross
LITOGRAFA POR INTERFEROMETRA LSER
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
LITOGRAFA HOLOGRFICA
D. Xu
Al menos 4 haces para redes 3D
Se pueden obtener las 14 redes de
Bravais
LITOGRAFA HOLOGRFICA
Usar mscara de fase provoca interferencia
Sistema complejo de configurar y estabilizar
D. Xu
LITOGRAFA HOLOGRFICA
L. Hunting
MSCARA FASE
Si
PDMS
PDMS
Photoresist
Si
PDMS
LITOGRAFA HOLOGRFICA
D. Xu
MSCARA FASE
ZT
C
22
=Tz
tan
=c
Cuadrada
Hexagonal
LITOGRAFA HOLOGRFICA
D. Xu
Log-pile structure1D Phase Mask
1st Exposure
Photoresist
Woodpile structure
LITOGRAFA HOLOGRFICA
D. Xu
1D Phase Mask
1st Exposure
Photoresist
CRISTALES FOTNICOS
Litografa EUV (ultravioleta extremo)
~ 13.4 nm
Silicio u otro sustrato con bajo
coeficiente de expansin trmica
Multicapa Mo/SiCapping SiO2
Buffer Ru
Patrn de material
absorbente (TaN, Cr, W)
Silicio u otro sustrato con bajo
coeficiente de expansin trmica
Multicapa Mo/SiCapping SiO2
Buffer Ru
Patrn de material
absorbente (TaN, Cr, W)
Litografa con rayos-x
Litografa por interferencia lser
Sin mscara
Tcnicas de nanofabricacin para aplicaciones en Nanotecnologa Jaca 2011
Jos Ignacio MartnUniversidad de Oviedo - CINN
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