Nano lithography Anders Elfwing

Vilka alternativ finns? Förfina existerande teknologi Skrivande tekniker (E-beam/ion beam) Nanolitografi mfl

Resolution Enhancement Techniques 3 Optimera: Resist, mask och exponering Exponering: – k 1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4 – minska λ – Öka NA genom immersionsteknik Vätskor med högt brytnings index vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder EUV Röntgen E beam/e projection Ion beam/ion projection

Röntgen litografi Kort våglängd - hög upplösning Diffraktion obetydlig Endast 1:1 mönstring Ljuskälla: synkrotron, eller ”vanlig” källa Mask: tunga atomer, tex Au Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam Två operation modes: 1. Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam) 2. Projektion genom mask (e beam projection lithography) Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute 1 µm!!!!!

E- beam/ E- projection Exponering sker utan diffraktion λ< 1Å för 10-50KeV elektroner) PMMA vanlig resist Begränsningar Abberation Spridning 5 nm feature size

E beam / e projection Vanligast typen har samma struktur som SEM men med: Stråle av/på möjlighet Pixelering Noggrann positionering

Aberration Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta” Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga” Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt astigmatism Sfärisk aberration Kromatisk aberration Kromatisk – pga ej samma Energi - Elektroner har alltid ca 0.2 eV spridning i sin energi pga coulomb interaktion både horisontellt (Boersch effekten) och lateralt (Loeffler) ger olika fokusering längs y-axeln Sfärisk pga - ej perfekta linser. Strålarna bryts inte mot ett gemensamt fokus. - En punkt avbildas som en utspridd skiva. Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i strålen ej cirkulär och jämn

Elektronspriding vid ebeam ”Electron scattering”, elastisk och oelastisk reflektion i resist och substrat Generering av sekundärelektroner Resisten exponeras även av dessa elektroner  ökad linjebredd, fördubbling inte oväntat.

+ och – med e-beam + Kommersiell metod att generera submikrostrukturer + Automatiserat och kontrollerat + Stort fokusdjup + Direkt skrivande utan dyra masker - Långsam (därför dyr) ca 0.5 wafers/h vid 0.1 µm − Dyr utrustning − Elektronspridning − Vakuum − Aberration

Ion beam litografi Ion beam (projektion) litografi relativt likt e beam Används mycket inom halvledare industrin Joner alstras i ett extremet högt E-fält 10 8 V/cm Accelereras och fokuseras mot ytan Också för avbildning Vanlig är focused Ion Beam (FIB) - Gallium joner vanlig - Guld eller iridium Interagerad med hela atomer Tyngre - Högre moment Skapar sekundära elektroner och utslagna joner som kan användas för avbildning av ytan - även icke ledande material Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker - bryta elektrisk kontakt - deponera material för att skapa kontakt - Dopning Preparera prover för TEM - skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam + Mindre spridning + Resisterna är mer känsliga för joner + Större moment med samma energi ++ Högre upplösning och snabbare exponering än e-beam - Jonkälla, svårare att få bra - Strålens fokusering - Mask - Hög absorbans i resist – svårt med djupa strukturer - Ion implantation - Ytojämn, (roughnes)

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder Probe lithography, dip pen lithography; att skapa ett mönster med skarpa tippar Exakt med väldigt långsamt Tippen väts med bläck som diffunderar från tipp till yta

Problitografi med thioler A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Problitografi med proteiner

Anodisk oxidation På anoden dvs positiva elektroden bildas oxid

Take home message Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing techniques, immersion lithography, e-beam lithography, abberation