5. Technologia procesów fotolitografii
2
Odwzorowanie kształtu - fotolitografia
Odwzorowanie kształtu - fotolitografia
Inżynieria wytwarzania
Inżynieria wytwarzania
Dr inż. Andrzej Kubiak
Dr inż. Andrzej Kubiak
Fotolitografia - proces umożliwiający selektywne trawienie
1. Definicje mikro- i nanotechnologii
1. Definicje mikro- i nanotechnologii warstw (strukturyzację) i uzyskanie pożądanych kształtów np.
obszarów dyfuzyjnych, ścieżek przewodzących
2. Zagadnienia utrzymania czystości w procesach mikro- i
2. Zagadnienia utrzymania czystości w procesach mikro- i
nanotechnologii
nanotechnologii
3. Materiały półprzewodnikowe  własności, wytwarzanie, obróbka
3. Materiały półprzewodnikowe  własności, wytwarzanie, obróbka
Fotolitografia wykorzystuje:
mechaniczna
mechaniczna
" pozytywowy lub negatywowy fotorezyst (emulsję światłoczułą)
4. Trawienie materiałów półprzewodnikowych
4. Trawienie materiałów półprzewodnikowych
" maski fotolitograficzne definiujące kształt struktur
5. Technologia procesów fotolitografii
5. Technologia procesów fotolitografii
" urządzenia do naświetlania (mask-aligner, stepper)
6. Domieszkowanie półprzewodników
6. Domieszkowanie półprzewodników
7. Wytwarzanie nowych warstw. Tlenek krzemu.
7. Wytwarzanie nowych warstw. Tlenek krzemu.
8. Osadzanie próżniowe cienkich warstw.
8. Osadzanie próżniowe cienkich warstw.
Fotorezyst - materiał polimerowy, którego właściwości (w
9. Osadzanie chemiczne z fazy lotnej
9. Osadzanie chemiczne z fazy lotnej
szczególności odporność chemiczna) zmieniają się pod wpływem
10. Montaż i hermetyzacja struktur
10. Montaż i hermetyzacja struktur oświetlenia promieniowaniem UV.
11. Struktury mechatroniczne
11. Struktury mechatroniczne
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
3 4
Odwzorowanie kształtu - fotolitografia Odwzorowanie kształtu - fotolitografia
Odwzorowanie kształtu - fotolitografia Odwzorowanie kształtu - fotolitografia
maska
Metody odwzorowywania kształtów naświetlanie
emulsji
emulsja emulsja
obszar naświetlany
pozytywowa negatywowa
Wzór przenoszony Wzór przenoszony
za pomocą emulsji bez udziału emulsji
wywolana emulsja wywolana emulsja
Metoda subtraktywna Metoda addytyna Bezpośrednie trawienie
wywolywanie
litografia + trawienie litografia + odrywanie skanującą wiązką jonową
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
5 6
Odwzorowanie kształtu - fotolitografia Emulsja światłoczuła
Odwzorowanie kształtu - fotolitografia Emulsja światłoczuła
podloże
Wymagania:
" duża czułość na promieniowanie o wybranej długości fali (np. = 436,
Metoda Metoda
Metoda Metoda
405, 365, 248, 193 nm)
substraktywna addytywna
substraktywna addytywna
" duży kontrast zapewniający ostre krawędzie (efekty dyfrakcyjne przy
TWORZENIE
odtwarzaniu małych struktur)
WARSTWY
" kompatybilność z technologią krzemową (łatwość nakładania /
emulsja
wywoływania / usuwania, brak zanieczyszczeń)
PO
FOTOLITOGRAFII
" mała absorpcja światła (fotorezyst musi jednakowo naświetlać się w
różnych odległościach od powierzchni)
nieciąglość
TWORZENIE WARSTWY
" minimalne odbicie światła, szczególnie od powierzchni fotorezyst-
TRAWIENIE
podłoże
" odporność na działanie roztworów trawiących warstwy (np. HF) oraz
bombardowanie jonowe podczas implantacji
USUWANIE
EMULSJI
1
R. Beck Technologia krzemowa, PWN 1991
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
7 8
Wymiar krytyczny (critical dimension, CD) Algorytm procesu fotolitografii
Wymiar krytyczny (critical dimension, CD) Algorytm procesu fotolitografii
Nakładanie Wstępne Centrowanie
Początek
Wymiar krytyczny (CD) to wielkość najmniejszej struktury możliwej do odtworzenia,
emulsji suszenie emulsji i naświetlenie
procesu
np. odległość pomiędzy dwoma liniami metalizacji
 - długość fali światła
Usuwanie Kontrola wywołania Wywołanie
CD H"  / 2�NA
H" 
H" 
H" 
NA - apertura układu optycznego (rzędu 0,6 - 1)
emulsji pod mikroskopem emulsji
NIE TAK
Gdy  = 0,4�m i NA= 0,6 �! CD = 0,33� Czy płytka Suszenie
�m
�
�
przeszła kontrolę końcowe emulsji
Trawienie warstwy
Usuwanie
emulsji Kontrola wywołania
pod mikroskopem
Końcowa ocena
TAK NIE
Czy płytka
skutków trawienia
przeszła kontrolę
NIE Czy płytka TAK Koniec
Odrzuty
przeszła kontrolę procesu
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
9 10
Urządzenia do naświetlania - mask aligner Urządzenia do naświetlania - wafer stepper
Urządzenia do naświetlania - mask aligner Urządzenia do naświetlania - wafer stepper
Układ optyczny w urządzeniu Układ optyczny w
Urządzenie do naświetlania typu mask-aligner Urządzenie do naświetlania typu wafer
mask-aligner
urządzeniu wafer stepper
stepper
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
11 12
Maski do fotolitografii Przykład procesu fotolitografii
Maski do fotolitografii Przykład procesu fotolitografii
Materiał wyjściowy: warstwa SiO2 na podłożu Si
Zadanie: wytrawienie okien w warstwie SiO2
Metoda: fotolitografia i trawienie SiO2
Maska stosowana w urządzeniu typu Maska stosowana w urządzeniu typu
mask-aligner - jednoczesne naświetlenie wafer stepper - naświetlanie kolejnych
całej płytki chipów krok po kroku
2
R. Beck Technologia krzemowa, PWN 1991
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
13 14
Przykład procesu fotolitografii Przykład procesu fotolitografii
Przykład procesu fotolitografii Przykład procesu fotolitografii
" naświetlanie fotorezystu przez maskę w mask-alignerze
" rozprowadzenie fotorezystu (wirówka, 3000 - 5000 min-1)
" suszenie wstępne (ok. 90�C)
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
15 16
Przykład procesu fotolitografii Przykład procesu fotolitografii
Przykład procesu fotolitografii Przykład procesu fotolitografii
" wywołanie fotorezystu w roztworze " trawienie odsłoniętej warstwy SiO2 za pomocą
wywołującym (emulsja negatywowa) kwasu fluorowodorowego (HF)
" suszenie końcowe (ok. 120oC)
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
17 18
Przykład procesu fotolitografii Lay-out pojedynczego inwertera CMOS
Przykład procesu fotolitografii Lay-out pojedynczego inwertera CMOS
" usunięcie fotorezystu (rozpuszczalnik zależny od
rodzaju fotorezystu)
Lay-out zawiera informacje o strukturze
wszystkich warstw
Rezultat: warstwa SiO2 jest częściowo usunięta zgodnie
ze strukturą maski fotolitograficznej
3
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
19 20
Lay-out komórki pamięci Electric VLSI Design System
Lay-out komórki pamięci Electric VLSI Design System
" sprawdzanie
Projektowanie i optymalizacja struktur
poprawności
półprzewodnikowych realizowane jest z użyciem
technologicznej i
specjalizowanego oprogramowania (np. programu
elektrycznej
Cadence, Electric)
" symulacje
" generacja layout u
" technologie nMOS,
CMOS, Bipolar, BiCMOS
http://www.staticfreesoft.com
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
21 22
Schemat inwertera  oprogramowanie Cadence Layout inwertera  oprogramowanie Cadence
Schemat inwertera  oprogramowanie Cadence Layout inwertera  oprogramowanie Cadence
5. Technologia procesów fotolitografii 5. Technologia procesów fotolitografii
23 24
Layout modułu układu scalonego Layout układu scalonego
Layout modułu układu scalonego Layout układu scalonego
4
5. Technologia procesów fotolitografii
25
Układ scalony w obudowie
Układ scalony w obudowie
5