Fotolitografia

1 Litografia

Din greaca veche, litografia înseamnă scrierea pe o piatră (lithos - piatră; graphein - scriere) calcaroasă cu o suprafață perfect neteză [*Lit.18]. Este o metodă de tipar, inventată de Alois Senefelder, în 1796, ce permite „reproducerea și multiplicarea pe hârtie a textelor, desenelor, figurilor etc., prin utilizarea de negative imprimate sau desenate pe o piatră specială, calcaroasă” (https://dexonline.ro/definitie/litografie).

Astăzi, termenul litografie desemnează transferul unor forme sau imagini predefinite la scara 1:1, de pe un șablon (mască fizică sau virtuală) pe suprafața unui substrat. Prin tehnica litografiei transferul motivelor de pe șablon se realizează pe zone foarte bine definite și pe suprafețe din ce în ce mai mai mici, de ex. 90 [nm], 65 [nm], 45 [nm], etc.

Transferul imaginilor se face cu ajutorul unui echipament complex format (Fig.1) dintr-un substrat (pastilă de siliciu), o peliculă subțire de material rezistent la iradiere, numit rezist, depusă pe întreaga suprafață a substratului, un agent de transfer a informației reprezentat de o sursă de iradiere și o mască care transmite selectiv informația pe substrat.

Procesul de litografiere se efectuează prin parcurgerea succesivă a următoarelor etape de lucru:

a. curățirea și pregătirea substratului (pachetei de siliciu);

b. acoperirea întregii suprafețe a substratului cu o peliculă subțire de rezist; sau acoperirea întregii suprafețe a stratului depus deja pe substrat;

c. aplicarea unui tratament termic de recoacere pentru a se asigura adeziunea rezistului cu suprafața sub;

d. expunerea suprafeței rezistului la tipul de radiație la care este sensibil;

e. developarea ansamblului substrat;

f. corodarea substratului de siliciu;

g. curățirea ansamblului substrat;

h. control.

În funcție de tipul de radiație la care rezistul este sensibil, se folosesc mai multe metode de litografiere:

- fotolitografia optică- expunere cu radiație luminoasă;

- electronolitografia - expunere cu fascicol de electroni;

- roentgenolitografia - expunere cu radiație X;

- ionolitografia sau litografia ionică - expunere cu fascicol de ioni.

Performanța unui sistem litografic este caracterizată de următorii parametri [*Lit.18]:

- rezoluția de lucru „R” exprimată de dimensiunea minimă ce poate fi transferată pe rezist, cu o înaltă fidelitate (Tab.1). Miniaturizarea reprezintă o problemă însemnată ce limitează procesul de litografiere;

Tab.1 Indicatori de performanță la diverse procese litografice, după [*Lit.18]

Indicator de performanță Procesul litografic

Optic

ultra-violet

apropiat

λ = 0.2 [mμ] EUV(Extreme

Ultra Violet)

λ = 0.01[mμ]

Radiație X

λ= 1[nm]

Fascicol

electronic

(SCALPEL) Fascicol

ionic

Fenomenul de limitare a miniaturizării Difracție în rezist

Difracție în rezist Considerente

de optică geometrică Împrăștiere

fascicol în rezist Împrăștiere

fascicol în rezist

Viteza de lucru

(nr. plachete

de diametru

100-200 [mm/oră] zeci zeci zeci zeci Peste zeci

Rezoluția R [mμ] 1 0,1 0,1 0,1 0,01

Cost mască (fabricație, întreținere)

redus ridicat Foarte ridicat ridicat ridicat

- gradul de aliniere a măștii sau măștilor cu rezistul;

- viteza de lucru, exprimată prin numărul de probe (plachete) ce pot fi expuse într-o oră pentru un anumit set de măști. Viteza este, în general, dependentă de tipul radiației la care este supus rezistul și de construcția specifică a măștii;

- performanțele componentelor sistemului litografic cum ar fi setul de măști (transferul imaginilor de realizează în mai multe etape), agentul de iradiere, caracteristicile rezistului folosit, tipul de corodare etc..