Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Tecniche litografiche/Litografia elettronica: differenze tra le versioni

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Il vantaggio della litografia elettronica rispetto a quella ottica, consiste nel poter agggirare il limite imposto dalla [[w:Diffrazione|diffrazione]] della luce, permettendo di fabbricare dispositivi di dimensioni nanometriche. Questo tipo di litografia senza maschera viene utilizzato per la fabbricazione di fotomaschere, prototipi di componenti elettronici e nel campo della ricerca e sviluppo.
Il vantaggio della litografia elettronica rispetto a quella ottica, consiste nel poter agggirare il limite imposto dalla [[w:Diffrazione|diffrazione]] della luce, permettendo di fabbricare dispositivi di dimensioni nanometriche. Questo tipo di litografia senza maschera viene utilizzato per la fabbricazione di fotomaschere, prototipi di componenti elettronici e nel campo della ricerca e sviluppo.


Lo svantaggio principale di questa tecnica, è rappresentato dal lungo tempo necessario per esporre un intero wafer. Questo lungo tempo di esposizione rende il processo costoso e delicato, in quanto deve essere garantita una elevata stabilità del fascio durante tutta l'esposizione.
Lo svantaggio principale di questa tecnica, è rappresentato dal lungo tempo necessario per esporre un intero wafer. Questo lungo tempo di esposizione rende il processo costoso e delicato, in quanto durante l'esposizione deve essere garantita una elevata stabilità del fascio.


== Sistemi di litografia elettronica==
== Sistemi di litografia elettronica==
La litografia elettronica nasce dalla modifica di un [[w:Microscopio_elettronico#Microscopio_elettronico_a_scansione_SEM|microscopio elettronico a scansione]]. Tuttora in laboratori di ricerca, con una semplice elettronica di controllo del costo commerciale di poche decine di migliaia di Euro, si riesce a fare litografia elettronica su una piccola area di esposizione. Tali sistemi sono utilizzati per piccoli campioni, sono molto lenti e difficilmente raggiungono risoluzione migliori di qualche decina di nm.
La litografia elettronica nasce dalla modifica di un [[w:Microscopio_elettronico#Microscopio_elettronico_a_scansione_SEM|microscopio elettronico a scansione]]. Tuttora in laboratori di ricerca, utilizzando una semplice elettronica di controllo del costo commerciale di poche decine di migliaia di Euro, si riesce a frealizzare litografia elettronica su una piccola area di esposizione. Tali sistemi sono utilizzati per piccoli campioni, sono molto lenti e difficilmente raggiungono risoluzione migliori di qualche decina di nm.


Sistemi commerciali, dedicati, con sosfisicati sistemi di controllo della posizione sia orizzonatale che della planarità, con elevata velocità di scansione del fascio (decine di MHz), in grado di esporre grandi aree fino a 25x 25 cm, sono utilizzati sia nelle industrie che producono maschere che in laboratori avanzati di ricerca. Il costo di tali apparecchiatura può arrivare fino a una decina di milioni di Euro, anche se esistono macchine commerciali di prestazioni inferiori
Sistemi commerciali, dedicati, con sosfisicati sistemi di controllo della posizione sia orizzonatale che della planarità, con elevata velocità di scansione del fascio (decine di MHz), in grado di esporre grandi aree fino a 25x 25 cm, sono utilizzati sia nelle industrie che producono maschere che in laboratori avanzati di ricerca. Il costo di tali apparecchiatura può arrivare fino a una decina di milioni di Euro, anche se esistono macchine commerciali di prestazioni inferiori
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===Tempo di scrittura===
===Tempo di scrittura===
Il tempo minimo per esporre una data area dipende dalla sensibilità del resist. La sensibilità del resist elettronico ha le dimensioni di una carica per unità di superficie. Un resist molto comune il PMMA ha sensibilità di circa 10<sup>-3</sup> C/cm<sup>2</sup>. Questo significa che se ho una superficie di 1 cm<sup>2</sup> da esporre saranno necessaria una carica totale 10<sup>-3</sup> C per esporre tale area e se la corrente usata è di 10 nA ci vogliono 10<sup>5</sup> s per esporre
Il tempo minimo per esporre una data area dipende dalla sensibilità del resist. La sensibilità del resist elettronico ha le dimensioni di una carica per unità di superficie. Un resist molto comune il PMMA ha sensibilità di circa 10<sup>-3</sup> C/cm<sup>2</sup>. Questo significa che se ho una superficie di 1 cm<sup>2</sup> da esporre sarà necessaria una carica totale 10<sup>-3</sup> C per esporre tale area; se la corrente usata è di 10 nA, occorreranno 10<sup>5</sup> s per esporre
tale area. Tale tempo non include il tempo necessario per muovere la superficie da esporre, interrompere il fascio tra posizioni non contiguee e per le calibrazioni intermedie interrompendo l'esposizione. Per ricoprire l'area di un wafer da 12" sarebbe necessario un tempo di 7*10<sup>7</sup> s, circa 2.2 anni!. Tale tempo è un milione di volte maggiore del tempo di esposizione mediante litografia ottica.
tale area. Tale tempo non include il tempo necessario per muovere la superficie da esporre, interrompere il fascio tra posizioni non contiguee e per le calibrazioni intermedie interrompendo l'esposizione. Per ricoprire l'area di un wafer da 12" sarebbe necessario un tempo di 7*10<sup>7</sup> s, circa 2.2 anni!. Tale tempo è un milione di volte maggiore del tempo di esposizione mediante litografia ottica.


E' quindi chiaro come tale tecnologia non sia utilizzabile per la produzione su larga scala di aree con elevata densità di area esposta. Il procedimento di scrittura essendo seriale rende la generazione delle strutture estremanente lenta, la litografia ottica è una tecnica parallela, anche se gli stepper riducenti sono parzialmente seriali ogni area sequenziale esposta è di molti mm<sup>2</sup>. Quindi uno stepper con riduzione 5X impiega pochi minuti per esporre un wafer si
E' quindi chiaro come tale tecnologia non sia utilizzabile per la produzione su larga scala di aree con elevata densità di area esposta. Il procedimento di scrittura essendo seriale rende la generazione delle strutture estremanente lenta; la litografia ottica è invece una tecnica parallela, anche se gli stepper riducenti sono parzialmente seriali e ogni area sequenziale esposta è di molti mm<sup>2</sup>. Quindi uno stepper con riduzione 5X impiega pochi minuti per esporre un wafer di 300 mm, mentre per ottenere la stessa esposizione con la litografia elettronica con una risoluzionde di 100 nm, sono necessari giorni di esposizione.
300 mm, mentre per ottenere la stessa esposizione con la litografia elettronica ed una risoluzionde i 100 nm sono necessari giorni di esposizione.


[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Litografia]]
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Litografia]]

Versione delle 13:03, 21 apr 2009

Indice del libro

La litografia elettronica è una tecnica di scrittura che utlizza un pennello di elettroni per disegnare una superficie coperta con un resist. Il resist elettronico ha un comportamento simile a quello ottico, in quanto le zone esposte agli elettroni o vengono dissolte dallo sviluppo (resit positivo) o risultano insolubili nello sviluppo (resist negativo).

Il vantaggio della litografia elettronica rispetto a quella ottica, consiste nel poter agggirare il limite imposto dalla diffrazione della luce, permettendo di fabbricare dispositivi di dimensioni nanometriche. Questo tipo di litografia senza maschera viene utilizzato per la fabbricazione di fotomaschere, prototipi di componenti elettronici e nel campo della ricerca e sviluppo.

Lo svantaggio principale di questa tecnica, è rappresentato dal lungo tempo necessario per esporre un intero wafer. Questo lungo tempo di esposizione rende il processo costoso e delicato, in quanto durante l'esposizione deve essere garantita una elevata stabilità del fascio.

Sistemi di litografia elettronica

La litografia elettronica nasce dalla modifica di un microscopio elettronico a scansione. Tuttora in laboratori di ricerca, utilizzando una semplice elettronica di controllo del costo commerciale di poche decine di migliaia di Euro, si riesce a frealizzare litografia elettronica su una piccola area di esposizione. Tali sistemi sono utilizzati per piccoli campioni, sono molto lenti e difficilmente raggiungono risoluzione migliori di qualche decina di nm.

Sistemi commerciali, dedicati, con sosfisicati sistemi di controllo della posizione sia orizzonatale che della planarità, con elevata velocità di scansione del fascio (decine di MHz), in grado di esporre grandi aree fino a 25x 25 cm, sono utilizzati sia nelle industrie che producono maschere che in laboratori avanzati di ricerca. Il costo di tali apparecchiatura può arrivare fino a una decina di milioni di Euro, anche se esistono macchine commerciali di prestazioni inferiori (meno veloci, aree esposte più piccole) che possono essere acquistate per importi di circa un milione di Euro. I sistemi commerciali attualmente raggiungono un potere risolutivo di 10 nm.

I sistemi commerciali di litografia elettronica possono essere classificati in base alla strategia di scrittura. I sistemi utilizzati per ricerca e sviluppo, che debbono esporre piccole parti della superfice utilizzano una tecnica vettoriale di esposizione: il fascio, in genere di piccole dimensione con profilo gaussiano, viene diretto nelle sole aree da esporre, bloccando il fascio tra una esposizione e l'altra. Invece i sistemi utilizzati per la produzione di maschere, che richiedono l'esposizione di gran parte dell'area, usano la scansione (raster) linea per linea con fasci di forma controllata, la scanzione è simile a quella di un tubo catodico di un televisore. Quindi i sistemi commerciali si classificano in vettoriali o raster (in genere quest'ultimi sono più sofisticati e quindi più costosi).

Sorgenti

I sistemi a bassa risoluzione possono usare sorgenti termoioniche che sono fatte o da filamenti di Tungsteno o preferibilmente LaB6 (esaboruro di Lantanio). I sistemi con alta risoluzione usano sorgenti di elettroni ad emissione di campo, come un filamento riscaldato di W/ZrO2. Queste sorgenti producono elettroni con valori di energia in un piccolo intervallo di valori ed elevata intensità. Le sorgenti riscaldate sono preferibili rispetto a quelle fredde, (malgrado la dimensione del fascio sia più grande) in quanto garantisco una maggiore stabilità nel tempo: tale proprietà è un fattore chiave dato il lungo tempo di scrittura.

Lenti

Sia lenti magnetiche che elettrostatiche sono utilizzate per focalizzare il fascio. Tuttavia le lenti elettrostatiche hanno una maggiore aberrazione e quindi vengono usate nella focalizzazione più grossolana, mentre la focalizzazione più spinta viene ottenuta con lenti magnetiche (cioè quadripoli magnetici che focalizzano gli elettroni grazie alla forza di Lorentz). La deflessione dipende dall'energia degli elettroni e quindi non è possibile fare delle lenti per elettroni acromatiche. Per evitare tale aberrazione, che compromette la risoluzione, l'accuratezza di scrittura e la focalizzazione, l'energia degli elettroni deve avere un dispersione molto stretta.

Area esposta e accuratezza

La scansione del fascio viene ottenuta mediante la deflessione con l'uso delle lenti elettrostatiche. Per evitare fenomeni di aberrazione e a causa del numero limitato di passi nella griglia di scrittura tale deflessione viene limitata a poche centinania di micron. Per scrivere su aree maggiori bisogna che il wafer venga mosso meccanicamente con un accurato controllo della posizione, in maniera che aree contigue si sovrappongano perfettamente. In genere degli interferometri laser misurano con elevata precisione la posizione del campione da esporre. Il riallineamneto di strati successivi raggiunge elevati valori di accuratezza spesso migliori di 100 nm.

Tempo di scrittura

Il tempo minimo per esporre una data area dipende dalla sensibilità del resist. La sensibilità del resist elettronico ha le dimensioni di una carica per unità di superficie. Un resist molto comune il PMMA ha sensibilità di circa 10-3 C/cm2. Questo significa che se ho una superficie di 1 cm2 da esporre sarà necessaria una carica totale 10-3 C per esporre tale area; se la corrente usata è di 10 nA, occorreranno 105 s per esporre tale area. Tale tempo non include il tempo necessario per muovere la superficie da esporre, interrompere il fascio tra posizioni non contiguee e per le calibrazioni intermedie interrompendo l'esposizione. Per ricoprire l'area di un wafer da 12" sarebbe necessario un tempo di 7*107 s, circa 2.2 anni!. Tale tempo è un milione di volte maggiore del tempo di esposizione mediante litografia ottica.

E' quindi chiaro come tale tecnologia non sia utilizzabile per la produzione su larga scala di aree con elevata densità di area esposta. Il procedimento di scrittura essendo seriale rende la generazione delle strutture estremanente lenta; la litografia ottica è invece una tecnica parallela, anche se gli stepper riducenti sono parzialmente seriali e ogni area sequenziale esposta è di molti mm2. Quindi uno stepper con riduzione 5X impiega pochi minuti per esporre un wafer di 300 mm, mentre per ottenere la stessa esposizione con la litografia elettronica con una risoluzionde di 100 nm, sono necessari giorni di esposizione.