Nano lithography Anders Elfwing. Vilka alternativ finns? Förfina existerande teknologi Skrivande tekniker (E-beam/ion beam) Nanolitografi mfl.

En presentation över ämnet: "Nano lithography Anders Elfwing. Vilka alternativ finns? Förfina existerande teknologi Skrivande tekniker (E-beam/ion beam) Nanolitografi mfl."— Presentationens avskrift:

1 Nano lithography Anders Elfwing

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

3 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

4 Multiple patterning Double patterning

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

6 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

7 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!!!!!

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

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

10 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

11 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.

12 + 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

13 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

14 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

15 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)

16 Atomic force microscopy

17 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

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

19 Problitografi genom nano”rakning”

20 Problitografi med proteiner

21 Anodisk oxidation På anoden dvs positiva elektroden bildas oxid

22 www.liu.se Take home message Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing techniques, immersion lithography, e-beam lithography, abberation