Kontakt litografi - Contact lithography

Kontaktlitografi , også kjent som kontakttrykk, er en form for fotolitografi, hvorved bildet som skal skrives, oppnås ved belysning av en fotomaske i direkte kontakt med et substrat belagt med et bildebehandlet fotoresistsjikt .

Historie

De første integrerte kretsene hadde funksjoner på 200 mikrometer som ble skrevet ut ved hjelp av kontaktlitografi. Denne teknikken var populær på 1960-tallet til den ble erstattet av nærhetstrykk, der det er innført et gap mellom fotomasken og underlaget. Nærhetsutskrift hadde dårligere oppløsning enn kontaktutskrift (på grunn av gapet som tillot mer diffraksjon), men genererte langt mindre feil. Oppløsningen var tilstrekkelig for ned til 2 mikrometer produksjon. I 1978 dukket trinn-og-gjenta projeksjonssystemet opp. Plattformen fikk bred aksept på grunn av reduksjonen av maskebildet og er fortsatt i bruk i dag.

Kontaktlitografi praktiseres fortsatt ofte i dag, hovedsakelig i applikasjoner som krever tykk fotoresist og / eller dobbeltsidig justering og eksponering. Avansert 3D-emballasje, optiske enheter og mikro-elektromekaniske applikasjoner (MEMS) faller inn i denne kategorien. I tillegg er kontaktplattformen den samme som brukt i avtrykksprosesser.

Nylig har to utviklinger gitt kontaktlitografipotensial for comeback i halvlederlitografi. For det første er overflateplasmonresonansforbedringer inkludert bruk av sølvfilmer som linser vist å gi oppløsning på mindre enn 50 og til og med 22 nm ved bruk av bølgelengder på 365 og 436 nm. Den eksotiske dispersjonsforholdet til overflateplasmon har ført til den ekstremt korte bølgelengden, noe som bidrar til å bryte diffraksjonsgrensen. For det andre har nanoimprint litografi allerede fått popularitet utenfor halvledersektoren (for eksempel harddisk, bioteknologi) og er en kandidat for halvlederlitografi under 45 nm , kjøredefektreduksjonspraksis og forbedring av ensartethet for masker i kontakt med underlaget. Step-and-flash imprint litography (SFIL), en populær form for nanoimprint litografi som involverer UV- herding av avtrykkfilmen , bruker i hovedsak det samme oppsettet som kontaktlitografi.

Driftsprinsipp

Vanligvis kjøpes / genereres en fotomaske , som består av ugjennomsiktige krommønstre på en gjennomsiktig glassplate. En prøve (eller " substrat ") er belagt med en tynn film av UV- følsom fotoresist . Prøven plasseres deretter under fotomasken og presses i "kontakt" mot den. Prøven blir "eksponert", under hvilken UV-lys deretter lyses fra oversiden av fotomasken. Fotoresist som ligger under gjennomsiktig glass blir eksponert og kan oppløses av en utvikler , mens fotoresist som ligger under Chrome ikke mottok noen UV-eksponering og vil forbli intakt etter utvikling. Dermed kan mønsteret overføres fra fotomasken til en prøve, i form av fotosensitiv resist. Mønsteret kan deretter overføres permanent til underlaget via et hvilket som helst antall mikrofabrikasjonsprosesser , slik som etsing eller løfting . En enkelt fotomaske kan brukes mange ganger for å reprodusere et mønster på forskjellige underlag repeterbart. En " kontaktjustering " brukes vanligvis til å utføre denne operasjonen, slik at tidligere mønstre på et substrat kan være justert til mønsteret man vil eksponere.

Når du kommer ut av grensesnittet fotomaske og fotoresist, er det bildedannende lys utsatt for nærfeltdiffraksjon når det forplanter seg gjennom fotoresisten. Diffraksjon får bildet til å miste kontrast med økende dybde inn i fotoresisten. Dette kan forklares med det raske forfallet av de høyeste ordens unnvikende bølgene med økende avstand fra fotomask-fotoresistgrensesnittet. Denne effekten kan delvis dempes ved å bruke tynnere fotoresist. Kontrastforbedringer basert på plasmonresonanser og linsefilmer er nylig blitt avslørt. Den største fordelen med kontaktlitografi er eliminering av behovet for kompleks projeksjonsoptikk mellom objekt og bilde. Oppløsningsgrensen i dagens projiseringsoptiske systemer stammer fra den endelige størrelsen på den endelige bildelinsen og dens avstand fra bildeplanet. Mer spesifikt kan projeksjonsoptikken bare fange et begrenset romlig frekvensspektrum fra objektet (fotomaske). Kontaktutskrift har ingen slik oppløsningsgrense, men er følsom for tilstedeværelsen av feil på masken eller på underlaget.

Typer kontaktmasker

Det finnes flere typer kontaktlitografimasker.

Standard amplitude-masken for binær intensitet definerer mørke og lyse områder der lys blokkeres eller overføres. De mørke områdene er mønstrede filmer som består av krom eller annet metall.

Den lett kopling Masken har en korrugert dielektrisk overflate. Hvert fremspring fungerer som en lokalisert bølgeleder. Lys overføres først og fremst gjennom fremspringene som et resultat av denne lokaliserte styrende effekten. Siden det er behov for mindre kontaktareal, er det mindre potensial for mangler.

En hybrid nanoimprint-kontaktmaske benytter både kontaktbildebehandling og mekanisk avtrykk, og er blitt foreslått for å optimalisere bildebehandling av både store og små funksjoner samtidig ved å eliminere problemer med gjenværende lag.

Kontaktmasker har tradisjonelt vært ganske store (> 100 mm), men det er mulig at justeringstoleranser kan kreve mindre maskestørrelser for å tillate trinn mellom eksponeringene.

Som i nanoimprint litografi, må masken ha omtrent samme funksjonsstørrelse som ønsket bilde. Kontaktmasker kan dannes direkte fra andre kontaktmasker, eller ved direkte skriving (f.eks. Elektronstrålelitografi ).

Forbedringer av oppløsningen

Som nevnt ovenfor kan tynnere fotoresist bidra til å forbedre bildekontrasten. Refleksjoner fra laget som ligger under fotoresisten, må også tas i betraktning når absorpsjon og evanescent bølgenedgang reduseres.

Oppløsningen av kontaktlitografi er blitt spådd å overgå λ / 20 periodisitet.

Tonhøydeoppløsningen til kontaktlitografi kan lett forbedres ved flere eksponeringer som genererer funksjonsbilder mellom tidligere eksponerte funksjoner. Dette er egnet for nestede matrisefunksjoner, som i minneoppsett.

Overflateplasmoner er kollektive svingninger av frie elektroner begrenset til metalloverflater. De kobles sterkt sammen med lys og danner overflate plasmon polaritons . Slike eksitasjoner oppfører seg effektivt som bølger med veldig kort bølgelengde (nærmer seg røntgenregimet). Ved å spennende slike svingninger under de rette forholdene, kan flere funksjoner vises mellom et par spor i kontaktmasken. Oppløsningen som kan oppnås med overflateplasmon polariton stående bølger på en tynn metallfilm er <10 nm med en bølgelengde i området 380-390 nm ved bruk av en <20 nm sølvfilm. I tillegg har dype smale spalter i metalloverføringsgitter vist seg å tillate resonanser som forsterker lys som går gjennom spaltene.

Et lag av metallfilm er blitt foreslått å fungere som en 'perfekt linse' for å forsterke de flyktige bølgene, noe som resulterer i forbedret kontrast. Dette krever innstilling av permittiviteten for å ha en negativ reell del, f.eks. Sølv ved 436 nm bølgelengde. Bruken av en slik linse gjør at avbildning kan oppnås med en bred toleranse for avstanden mellom maske og fotoresist, mens man oppnår ekstrem oppløsningsforbedring ved bruk av overflateplasmoninterferens, f.eks. En halv tonehøyde på 25 nm med 436 nm bølgelengde. Den perfekte linseeffekten er bare effektiv under visse forhold, men tillater en oppløsning omtrent lik lagtykkelsen. Derfor synes en oppløsning under 10 nm også å være mulig med denne tilnærmingen.

Bruken av overflateplasmoninterferens gir en kant i forhold til andre litografiteknikker, ettersom antall maskeegenskaper kan være mye mindre enn antall funksjoner i ønsket bilde, noe som gjør masken lettere å fabrikere og inspisere. Mens sølv er det mest brukte metallet for å demonstrere overflateplasmoner for litografi, har aluminium også blitt brukt ved 365 nm bølgelengde.

Selv om disse oppløsningsforbedringsteknikkene gjør det mulig å tenke på 10 nm-funksjoner, må andre faktorer vurderes for praktisk implementering. Den mest grunnleggende begrensningen ser ut til å være fotoresist grovhet, som blir dominerende i kortere perioder med underbølgelengder der det kun forventes at nullen diffraksjonsrekkefølge vil forplante seg. Alle mønsterdetaljene blir i dette tilfellet formidlet av de unnvikende bølgene, som forfaller raskere for finere oppløsning. Som et resultat kan fotoresistens iboende grovhet etter utvikling bli mer signifikant enn mønsteret.

Problemer med feil og forurensning

Som med all teknologi som er avhengig av overflatekontakt, er mangler en stor bekymring. Mangler er spesielt skadelige for kontaktlitografi på to måter. For det første kan en hard defekt utvide gapet mellom masken og underlaget. Dette kan lett føre til at bilder som er basert på flyktige bølger eller interferens fra overflateplasmon forsvinner. For det andre kan mindre, mykere defekter festet til metalloverflaten på masken ikke forstyrre gapet, men kan likevel endre den flyktige bølgefordelingen eller ødelegge overflatens plasmoninterferens.

Oksidasjon av metalloverflaten ødelegger også plasmonresonansforhold (ettersom oksidoverflaten ikke er et metall).

Referanser