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Processos Avançados de Microeletrônica
Litografia
Aula4
Prof. Dr. Antonio Carlos SeabraDep. Eng. de Sistemas Eletrônicos
Escola Politécnica da [email protected]
Prof. A.C. Seabra Processos Avançados de Microeletrônica 2015 2
CAD
Máscara(s)
LitografiaÓptica
Litografiapor Raios-X
Escrita Direta Nanocarimbos
Nanotecnologia
Técnicas de Exposição
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Hoje
CAD
Máscara(s)
LitografiaÓptica
Litografiapor Raios-X
Escrita Direta Nanocarimbos
Nanotecnologia
Técnicas deExposição
Prof. A.C. Seabra Processos Avançados de Microeletrônica 2015 4
Litografia Top-Down
Litografia Top-Down para Nanotecnologia• Litografia FE, FI, RX, Holografia
• Processo Lift-off (com e sem sombreamento)
• Processos de Máscara Embutida
• Nanoimpressão
• Varredura por Sonda
• Processamento Litográfico
Aplicações
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Lift-off Processo Tradicional
resistemetalsubstrato
Deposições de metal e resiste
resistemetalsubstrato
Exposição doresiste
metalsubstrato
Revelação doresiste
Corrosão
substratometal
Úmida Seca
Lift-offresiste 2resiste 1substrato
Deposições
resiste 2resiste 1substratoEscrita Direta
resiste 1substrato
resiste 2
Revelação 1
resiste 1substrato
resiste 2
Revelação 2
metalDeposição
metalLift-off
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Processos de Máscara Embutida (BIM)
Sililaçãoresiste 2
substratoDeposição
substrato
resiste 2Sililação
HMDS
Revelação Secasubstrato
resiste 2
Escrita Direta substrato
resiste 2
Exposição
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Nanoimpressão (nanocarimbos) Nanoimpressão é um tipo de impressão por contato
onde as geometrias são geradas por deformação/transformação física ao invés de reações fotoquímicas
Potencial
Produtividade
Resolução
Dificuldades
Defeitos
Pouca capacidade de alinhamento
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Nanoimpressão por Microcontato (CP)
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Nanoimpressão por Microcontato (CP)
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Nanoimpressão por Microcontato (CP)
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Litografia por Nanoimpressão (NIL)
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Resultados por Nanoimpressão (NIL)
Linhas de 50nm Estruturas 3D
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Litografia de Impressão por Passo e Exposição (SFIL)
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Nanoimpressão (SFIL)SFIL (Resnick, 2003)
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Prof. A.C. Seabra Processos Avançados de Microeletrônica 2015 15
As três Técnicas Principais de Nanoimpressão
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Equipamentos comerciais para nanoimpressão
Molecular Imprints
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Litografia por Varredura de Sonda
AFM, STM• Arraste• Pinçagem
(Eigler, 1990)
• Exposição
• Dip-pen(Mirkin, 1999)
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Litografia por Varredura de Sonda
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No Brasil
Litografia por Feixe de Elétrons• Cenpra (feixe gaussiano, ~100nm, escrita direta?)
• CCS-UNICAMP (feixe moldado, ~300nm)
Holografia• Profa. Lucila Cescatto (IFGW-Unicamp)
Microscópio Eletrônicos de Varredura Adaptados• USP
• DEMA-UFSC
• UFMG
• UFPE
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Litografia Top-Down
Preparação das amostras
Recomendações
Aplicações
Litografia na Indústria de CIs•Litografia Óptica•Litografia por Raios-X
Litografia Top-Down para Nanotecnologia
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Até agora
CAD
Máscara(s)
LitografiaÓptica
Litografiapor Raios-X
Escrita Direta Nanocarimbos
Nanotecnologia
Técnicas de Exposição
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Processamento Litográfico
Aquecimentode Estabilização
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
ExposiçãoAquecimentoPós-exposiçãoRevelaçãoEsfoliaçãoPor Plasma
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Limpeza do Substrato Lâmina
• nova: álcool isopropílico 5min@ 80C
• Se não, Inpeção do substrato em microscópio óptico
Remoção de óxido nativo (p.ex. BOE 5s para Si)
Limpeza com solventes: • Acetona PA 5min@ 80C +
Álcool isopropílico 5min@ 80C
Se já foi processada com resiste• Remoção do resiste (Removedor apropriado / plasma de O2)
• Acetona PA 5min@ 80C +
Álcool isopropílico 5min@ 80C
Inspeção do substrato em microscópio óptico
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Aquecimento de Desidratação (Dehydration Bake)
substratoSubstrato adsorveÁgua facilmente
H2O
substrato
O O OH
H
Placa Quente(Hot Plate)
O
O HH
O
10min@ 200C 30min@ 200C
Estufa(Oven)
O
O HH
O
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Promotor de Aderência (Adhesion Promoter)
O HMDS é muito utilizado para Si
Ele pode ser aplicado:• Na forma líquida, diluído em solvente (20% HMDS em PGMEA), sobre
uma superfície desidratada, por spinning a frio (10~20s @1500rpm), imediatamente antes de de aplicar o resiste.
• Na forma de vapor, em uma estufa (~ 35min@ 150C), na forma pura. Esta forma é muito mais eficiente.
Cuidado: dependendo da superfície, o tratamento pode variar
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Promotor de AderênciaO
substratoSubstrato oxida
facilmente
O
H2O
substrato
O O OH
H
substratoSubstrato oxida
facilmente
O O OH
H
+H2O
OH
H
OH HO
H
H
Aplicação de HMDS(Hexametildisilazana)
CH3CH3
CH3
Si N
H
CH3
CH3
Si CH3
H2O
N
H
CH3
CH3
Si CH3H
CH3CH3
CH3
Si O H +
substrato
N
H
H HCH3 CH3
CH3
Si
O
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Espalhamento do Resiste (spinning)
Seguir recomendação do fabricante, em geral na rotação adequada por 30 segundos
A física de espalhamento do resiste é complicada e depende fortemente da taxa de evaporação do solvente utilizado. Por isso os fabricantes preferem utilizar sempre os mesmos solventes
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Espalhamento do Resiste (spinning)
Amostras com diâmetros menores que 10mm não permitem uma cobertura uniforme com resiste.
• Em GaAs isso é um problema
• Se possível evitar amostras pequenas
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Aquecimento pré-exposição (prebake ou softbake)
Utilizado para evaporar eficientemente o solvente do resiste.
Consulte o fabricante sobre as condições adequadas, mas tipicamente é realizado por 1min@ 90C em placa quente ou 30min@ 90C em estufa.
Resistes espessos (> 5m) requerem que a lâmina volte à temperatura ambiente de forma lenta, preferencialmente sobre a placa quente, para evitar rachaduras no resiste
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Aquecimento pós-exposição(post-exposure bake, PEB) Empregado para reduzir fenômenos de ondas estacionárias no
resiste:
Empregado para ativar reações químicas em resistes p/ DUV (248nm e abaixo) – Muito utilizados em LFE
Resistes mais convencionais (PMMA, AZ, não necessitam desta etapa)
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Revelação Quando adquirir o resiste, adquira também o revelador
apropriado
Solução alcalina. Soluções simples como NaOH (Shipley 351) ou KOH (AZ400K) podem ser utilizadas, mas devido à contaminação de dispositivos CMOS por íons móveis, reveladores MIF (isentos de íons metálicos) são utilizados. São em geral baseados em TMAH (MF312, 300-MIF) e podem conter surfactantes
Cada revelador utiliza uma diluição própria para o resiste de escolha. Podem ser trocados até certo ponto mas convém acompanhar cuidadosamente alterações introduzidas no processo
Muitos reveladores corroem alumínio
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Esfoliação por Plasma (Plasma Flash)
Plasma de O2, 5s
Antes Depois
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Processamento Litográfico
Aquecimento deDesidratação
Promotor deAderência
Espalhamentodo Resiste
Pré-Aquecimento
Exposição
Aquecimentode Estabilização
EsfoliaçãoPor Plasma Revelação
AquecimentoPós-exposição
Corrosão
Deposição(Lift-off)
Limpeza do Substrato
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Aquecimento de Estabilização (hard-bake) Em geral utilizado para melhorar a resistência ao processo de
corrosão (por plasma) posterior. Siga as recomendações do fabricante
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