Co je litografie? - technologický proces sloužící pro vytváření jemných struktur (obzvláště mikrostruktur a nanostruktur) -přenesení dané struktury na povrch strukturovaného substrátu Princip - interakce elektromagnetického záření se světlocitlivou složkou vymezené části fotorezistu naneseného na povrch substrátu. (Rezist - tenká vrstva polymerního materiálu, kterou se pokryje substrát. Modifikací je možné tuto vrstvu z určitých oblastí relativně snadno odstranit) - následné odstranění exponovaných (pozitivní rezist), nebo neexponovaných (negativní rezist) částí fotorezistu
Typický sled procesů v litografii Příprava substrátu Pokrytí substrátu fotorezistem Vysoušení Návrh masky a expozice Poexpoziční vysoušení (vypalování) Vývoj (pro případ pozitivního rezistu Leptání, implantace Odstranění zbývajícího fotorezistu
Nejdůležitější parametry při procesu litografie - rozlišovací schopnost - kvalita struktury - rychlost vytváření struktur
Provedení expozice rezistu -zářením určité vlnové délky, na které je rezist citlivý, - částicemi. Typy expozice - Expozice přes masku rezist je exponován elektromagnetickým zářením přes litografickou masku. -Přímé psaní fokusované elektrony nebo ionty přímo rastrují rezist
Litografie z hlediska rozměrů vytvářených struktur mikrometrová litografie sub-mikrometrová litografie sub-0,5-mikrometrová litografie sub-100 nm nanolitografie sub-50 nm nanolitografie sub-10 nm nanolitografie metody bottom-up
Litografie (konvenční) rozdělení podle použité vlnové délky, či typu částic pro expozici - Fotolitografie (optická litografie), typické vlnové délky elektromagnetického záření (430 160) nm -RTG litografie (X-ray Lithography), typické vlnové délky elektromagnetického záření (5 0,4) nm -Elektronová litografie, typické energie (10 100) kev - Iontová litografie (0,05 3) MeV
Skenovací sondová litografie Konstruktivní vzor je utvářen přenosem chemických částic do povrchu substrátu (Dip Pen Nanolithography). Destruktivní vzor je utvářen dodáním energie (mechanické, tepelné, elektromagnetické) do substrátu a jeho následnou deformací zapříčiněnou touto energií (local oxidation nanolithography, nanoimprint lithography ).
Procesy uplatňující se při litografii: - Nanášení materiálu depozice - Odstranění materiálu leptání, odpaření - Modifikace materiálu implantace, difúze, atd. - Exponování materiálu
Optická litografie rozdělení podle módu - kontaktní 2b d 1 ( λ / ) 2 min 3 2 = d - šířka fotorezistu - hlavní nedostatek: časté defekty masky λ - vlnová délka použitého záření b min teoretická rozlišovací schopnost - bezkontaktní maska se nedotýká fotorezistu, 1 1 ( λs + 1 2 d ) 2 ( λ ) 2 2b s min = 3 3 pro s >> d, s - vzdálenost mezi maskou a rezistem (~ desítky mikrometrů), - hlavní nedostatek: malé rozlišení -projekční - obsahuje soustavu čoček vzdálenou několik centimetrů od masky - nižší hustota defektů - zlepšený záznam - nižší teoretická rozlišovací schopnost
Fotolitografie technologický postup 1. čištění substrátu odstranění nečistot z povrchu substrátu 2. nanesení rezistu (fotosenzitivního povlaku - polymeru) na substrát (spin coating) 3. vytvoření masky se vzorem, generátory obrazců 4. expozice vlastní ozáření fotosenzitivního povlaku přes masku s požadovaným vzorem (selektivní interakce elektromagnetického záření se světlocitlivou složkou vymezené části fotorezistu naneseného na povrch substrátu) 5. odstranění (vyvolání) fotorezistu odstranění nebo odleptání (chemické = odleptání, fyzikální = vypařování). Positivní fotorezist ve vývojce odstraněna exponovaná část. Negativní fotorezist odstraněna neexponovaná část.
Fotorezist typy a vlastnosti -materiály, které mění svoje vlastnosti po interakci s některými druhy elektromagnetického záření Pozitivní rezisty elektromagnetické záření rozbíjí, či porušuje v exponovaných částech rezistu chemické vazby, tyto exponované části se odleptají (ozářením dochází k porušení vazeb polymerních řetězců) příklad: FOTURAN -některé polymery na bázi DNQ-Novolakči polyimidové Negativní rezisty exponované části zůstávají záření způsobuje fotochemické reakce, po nichž dochází k vytvrzení např. SU8 - rezistyna bázi epoxidů, DNQ-Novolak, některé polyimidové
Příklady rezistů a oblast využití Typ rezistu Pozitivní Negativní PMMA Poly(methyl methacrylate) PMMA PMMA Způsob expozice (záření, částice) oblast UV oblast UV oblast UV rentgenové záření elektronový paprsek Hustota energie záření nebo částic 50-150 mj/cm 2 20-30 mj/cm 2 500-1500 mj/cm 2 500-1200 mj/cm 2 2 10-4C/cm 2
Rentgenová litografie (X-ray Lithography) - kolineárního svazek paprsků RTG záření - rezist citlivý na rentgenové záření je vystaven tomuto záření přes masku s požadovaným vzorem - nižší vlnová délka RTG záření znamená vyšší rozlišení
Elektronová litografie -založena na netermické interakci svazku urychlených elektronů s vrstvou vhodné látky elektronovým rezistem. -rozměry řízeného svazku elektronů ažv několika jednotkách nanometrů - výsledné rozlišení při této technice je nepříznivě ovlivněno rozptylovými mechanizmy elektronů ve vrstvě rezistu a interakcí těchto elektronů s podložkou, na které je rezist umístěn (zpětně odražené elektrony) - proximity effect. - Uvedené rozptylové a interakční jevy jsou funkcí energie elektronů, penetrační hloubky a materiálových vlastností rezistu i podložky. - urychlovací napětí ~ 100 kv
Elektronová litografie - Elektrony předávají energii skrze elastické a při průchodu fotorezistem ozařovanému materiálu
- AFM litografie Sondové litografické techniky - kontaktní mód - mechanické vtlačování jehly do materiálu, -přesné nastavení polohy, - v porovnání se strukturními procesy používajícími svazek iontů, nebo elektronů - není třeba dalších technologických kroků jako leptání substrátu. - polokontaktní mód použití elektrického pole
Sondové litografické techniky -STM litografie - desorpce z povrchu elektrickým polem - odpaření z jehly