Fotolitografía - Photolithography
La fotolitografía , también llamada litografía óptica o litografía UV , es un proceso utilizado en la microfabricación para modelar piezas en una película delgada o en la mayor parte de un sustrato (también llamado oblea ). Utiliza luz para transferir un patrón geométrico de una fotomáscara (también llamada máscara óptica ) a una fotorresistencia química fotosensible (es decir, sensible a la luz) en el sustrato. Luego, una serie de tratamientos químicos graba el patrón de exposición en el material o permite la deposición de un nuevo material en el patrón deseado sobre el material debajo del fotorresistente. En circuitos integrados complejos , una oblea CMOS puede pasar por el ciclo fotolitográfico hasta 50 veces.
La fotolitografía comparte algunos principios fundamentales con la fotografía, ya que el patrón en el grabado fotorresistente se crea exponiéndolo a la luz , ya sea directamente (sin usar una máscara) o con una imagen proyectada usando una fotomáscara. Este procedimiento es comparable a una versión de alta precisión del método utilizado para fabricar placas de circuito impreso . Las etapas posteriores del proceso tienen más en común con el grabado que con la impresión litográfica . Este método puede crear patrones extremadamente pequeños, de hasta unas pocas decenas de nanómetros de tamaño. Proporciona un control preciso de la forma y el tamaño de los objetos que crea y puede crear patrones sobre una superficie completa de manera rentable. Sus principales desventajas son que, para empezar, requiere un sustrato plano, no es muy eficaz para crear formas que no sean planas y puede requerir condiciones de funcionamiento extremadamente limpias. La fotolitografía es el método estándar de fabricación de placas de circuito impreso (PCB) y microprocesadores . El autoensamblaje dirigido se está evaluando como una alternativa a la fotolitografía.
Historia
Las palabras raíz foto , litografía y grafía tienen orígenes griegos, con los significados "luz", "piedra" y "escritura", respectivamente. Como sugiere el nombre compuesto a partir de ellos, la fotolitografía es un método de impresión (originalmente basado en el uso de planchas de impresión de piedra caliza) en el que la luz juega un papel esencial. En la década de 1820, Nicephore Niepce inventó un proceso fotográfico que utilizaba Betún de Judea , un asfalto natural, como primer fotoprotector . Una fina capa de betún en una hoja de metal, vidrio o piedra se volvió menos soluble donde estaba expuesta a la luz; las partes no expuestas se podían enjuagar con un disolvente adecuado, dejando al descubierto el material de debajo, que luego se atacaba químicamente en un baño de ácido para producir una placa de impresión. La sensibilidad a la luz del betún era muy pobre y se requirieron exposiciones muy prolongadas, pero a pesar de la posterior introducción de alternativas más sensibles, su bajo costo y excelente resistencia a los ácidos fuertes prolongó su vida comercial hasta principios del siglo XX. En 1940, Oskar Süß creó un fotorresistente positivo utilizando diazonaftoquinona , que funcionó de manera opuesta: el recubrimiento era inicialmente insoluble y se volvió soluble donde se expuso a la luz. En 1954, Louis Plambeck Jr. desarrolló la plancha polimérica tipográfica Dycryl, que aceleró el proceso de fabricación de planchas.
En 1952, el ejército de los EE. UU. Asignó a Jay W. Lathrop y James R. Nall en la Oficina Nacional de Estándares (más tarde el Laboratorio de Espoleta de Artillería de Diamantes del Ejército de EE. UU. , Que finalmente se fusionó para formar el Laboratorio de Investigación del Ejército ahora presente ) con la tarea de encontrar una forma de reducir el tamaño de los circuitos electrónicos para ajustar mejor los circuitos necesarios en el espacio limitado disponible dentro de una espoleta de proximidad . Inspirado por la aplicación de fotorresistencia, un líquido fotosensible que se usa para marcar los límites de los orificios de los remaches en las alas metálicas de los aviones, Nall determinó que se puede usar un proceso similar para proteger el germanio en los transistores e incluso modelar la superficie con luz. Durante el desarrollo, Lathrop y Nall lograron crear un circuito integrado híbrido miniaturizado 2D con transistores utilizando esta técnica. En 1958, durante la conferencia IRE Professional Group on Electron Devices (PGED) en Washington, DC, presentaron el primer artículo para describir la fabricación de transistores utilizando técnicas fotográficas y adoptaron el término "fotolitografía" para describir el proceso, marcando el primer trabajo publicado uso del término para describir patrones de dispositivos semiconductores.
A pesar de que la fotolitografía de componentes electrónicos se refiere al grabado de duplicados de metal, en lugar de grabar en piedra para producir un "maestro" como en la impresión litográfica convencional, Lathrop y Nall eligieron el término "fotolitografía" en lugar de "fotograbado" porque el primero sonaba como "alta tecnología". " Un año después de la conferencia, la patente de Lathrop y Nall sobre fotolitografía fue aprobada formalmente el 9 de junio de 1959. La fotolitografía contribuiría más tarde al desarrollo de los primeros circuitos integrados de semiconductores, así como los primeros microchips.
Procedimiento básico
Una sola iteración de fotolitografía combina varios pasos en secuencia. Las salas blancas modernas utilizan sistemas de seguimiento de obleas robóticos y automatizados para coordinar el proceso. El procedimiento descrito aquí omite algunos tratamientos avanzados, como agentes diluyentes o eliminación de bordes. El proceso de fotolitografía se lleva a cabo mediante la pista de obleas y el paso a paso / escáner, y el sistema de pista de obleas y el paso a paso / escáner se instalan uno al lado del otro. Los sistemas de pistas de obleas han sido reemplazados por sistemas de revestimiento / revelado, que realizan las mismas funciones.
Limpieza
Si hay contaminaciones orgánicas o inorgánicas en la superficie de la oblea, generalmente se eliminan mediante un tratamiento químico húmedo, por ejemplo, el procedimiento de limpieza RCA basado en soluciones que contienen peróxido de hidrógeno . También se pueden usar otras soluciones hechas con tricloroetileno, acetona o metanol para limpiar.
Preparación
La oblea se calienta inicialmente a una temperatura suficiente para eliminar cualquier humedad que pueda estar presente en la superficie de la oblea; 150 ° C durante diez minutos es suficiente. Las obleas que han estado almacenadas deben limpiarse químicamente para eliminar la contaminación . Se aplica un "promotor de la adhesión" líquido o gaseoso , tal como bis (trimetilsilil) amina ("hexametildisilazano", HMDS) , para promover la adhesión del fotorresistente a la oblea. La capa superficial de dióxido de silicio en la oblea reacciona con HMDS para formar dióxido de silicio trimetilado, una capa altamente repelente al agua similar a la capa de cera en la pintura de un automóvil. Esta capa repelente al agua evita que el revelador acuoso penetre entre la capa fotorresistente y la superficie de la oblea, evitando así el llamado levantamiento de pequeñas estructuras fotorresistentes en el patrón (revelado). Para asegurar el revelado de la imagen, es mejor cubrirlo y colocarlo sobre una placa calefactora y dejarlo secar mientras se estabiliza la temperatura a 120 ° C.
Aplicación fotorresistente
La oblea se cubre con fotorresistente mediante revestimiento giratorio . Por tanto, la capa superior de la capa protectora se expulsa rápidamente del borde de la oblea mientras que la capa inferior todavía se desliza lentamente radialmente a lo largo de la oblea. De esta manera, se elimina cualquier "protuberancia" o "cresta" de la capa protectora, dejando una capa muy plana. Sin embargo, las películas viscosas pueden dar como resultado grandes perlas de borde cuya planarización tiene límites físicos. El espesor final también está determinado por la evaporación de los disolventes líquidos de la capa protectora. Para características muy pequeñas y densas (<125 nm aproximadamente), se necesitan espesores de resistencia más bajos (<0,5 micrones) para superar los efectos de colapso en relaciones de aspecto altas; las relaciones de aspecto típicas son <4: 1.
La oblea revestida con fotorresistencia se hornea a continuación para eliminar el exceso de solvente fotorresistente, típicamente entre 90 y 100 ° C durante 30 a 60 segundos en una placa calefactora. Se puede aplicar un revestimiento BARC (revestimiento antirreflectante inferior) antes de aplicar la fotorresistencia, para evitar que se produzcan reflejos debajo de la fotorresistencia y para mejorar el rendimiento de la fotorresistencia en nodos semiconductores más pequeños.
Exposición y desarrollo
Después del pre-horneado, el fotorresistente se expone a un patrón de luz intensa. La exposición a la luz provoca un cambio químico que permite eliminar parte del fotorresistente mediante una solución especial, denominada "revelador" por analogía con el revelador fotográfico . El fotorresistente positivo, el tipo más común, se vuelve soluble en el revelador cuando se expone; con fotorresistencia negativa, las regiones no expuestas son solubles en el revelador.
Se realiza un horneado posterior a la exposición (PEB) antes del revelado, generalmente para ayudar a reducir los fenómenos de ondas estacionarias causados por los patrones de interferencia constructiva y destructiva de la luz incidente. En la litografía ultravioleta profunda , se utiliza química de resistencia amplificada químicamente (CAR). Este proceso es mucho más sensible al tiempo, la temperatura y el retraso del PEB, ya que la mayor parte de la reacción de "exposición" (que crea ácido, hace que el polímero sea soluble en el revelador básico) realmente ocurre en el PEB.
La química de revelado se entrega en una rueda giratoria, muy similar a la fotorresistencia. Los reveladores originalmente contenían hidróxido de sodio (NaOH). Sin embargo, el sodio se considera un contaminante extremadamente indeseable en la fabricación de MOSFET porque degrada las propiedades aislantes de los óxidos de la puerta (específicamente, los iones de sodio pueden migrar dentro y fuera de la puerta, cambiando el voltaje umbral del transistor y haciendo que sea más difícil o más fácil girar el transistor con el tiempo). Ahora se utilizan reveladores sin iones metálicos como el hidróxido de tetrametilamonio (TMAH).
A continuación, la oblea resultante se "endurece" si se utilizó una capa protectora no amplificada químicamente, típicamente de 120 a 180ºC durante 20 a 30 minutos. El horneado duro solidifica el fotorresistente restante, para hacer una capa protectora más duradera en la futura implantación de iones , grabado químico húmedo o grabado con plasma .
Desde la preparación hasta este paso, el procedimiento de fotolitografía se ha realizado mediante dos máquinas: la fotolitografía paso a paso o escáner y la revestidora / reveladora. Las dos máquinas generalmente se instalan una al lado de la otra.
Grabando
En el grabado, un agente químico líquido ("húmedo") o de plasma ("seco") elimina la capa superior del sustrato en las áreas que no están protegidas por fotorresistente. En la fabricación de semiconductores , se utilizan generalmente técnicas de grabado en seco, ya que pueden hacerse anisotrópicas , para evitar un corte significativo del patrón fotorresistente. Esto es esencial cuando el ancho de las características a definir es similar o menor que el grosor del material que se está grabando (es decir, cuando la relación de aspecto se acerca a la unidad). Los procesos de grabado en húmedo son generalmente de naturaleza isotrópica, lo que a menudo es indispensable para los sistemas microelectromecánicos , donde las estructuras suspendidas deben "liberarse" de la capa subyacente.
El desarrollo del proceso de grabado en seco anisotrópico de baja defectividad ha permitido que las características cada vez más pequeñas definidas fotolitográficamente en la capa protectora se transfieran al material del sustrato.
Eliminación fotorresistente
Una vez que ya no se necesita un fotorresistente, debe retirarse del sustrato. Esto generalmente requiere un "decapante de la capa protectora" líquido, que altera químicamente la capa protectora para que ya no se adhiera al sustrato. Alternativamente, el fotorresistente puede eliminarse mediante un plasma que contiene oxígeno , que lo oxida. Este proceso se llama incineración y se asemeja al grabado en seco. El uso de disolvente de 1-metil-2-pirrolidona (NMP) para fotorresistente es otro método utilizado para eliminar una imagen. Cuando la capa protectora se ha disuelto, el disolvente se puede eliminar calentando a 80 ° C sin dejar ningún residuo.
Sistemas de exposición ("impresión")
Los sistemas de exposición suelen producir una imagen en la oblea utilizando una fotomáscara . La fotomáscara bloquea la luz en algunas áreas y la deja pasar en otras. ( La litografía sin máscara proyecta un rayo preciso directamente sobre la oblea sin usar una máscara, pero no se usa ampliamente en procesos comerciales). Los sistemas de exposición pueden clasificarse por la óptica que transfiere la imagen de la máscara a la oblea.
La fotolitografía produce mejores estructuras de transistores de película delgada que la electrónica impresa , debido a capas impresas más suaves, patrones menos ondulados y un registro de electrodo de fuente de drenaje más preciso.
Contacto y proximidad
Una impresora de contacto, el sistema de exposición más simple, pone una fotomáscara en contacto directo con la oblea y la expone a una luz uniforme. Una impresora de proximidad deja un pequeño espacio entre la fotomáscara y la oblea. En ambos casos, la máscara cubre toda la oblea y simultáneamente modela cada dado.
La impresión por contacto puede dañar tanto la máscara como la oblea, y esta fue la razón principal por la que se abandonó para una producción de alto volumen. Tanto la litografía de contacto como la de proximidad requieren que la intensidad de la luz sea uniforme en toda una oblea y que la máscara se alinee con precisión con las características que ya están en la oblea. A medida que los procesos modernos utilizan obleas cada vez más grandes, estas condiciones se vuelven cada vez más difíciles.
Los procesos de investigación y creación de prototipos a menudo utilizan litografía de contacto o de proximidad, ya que utiliza hardware económico y puede lograr una alta resolución óptica. La resolución en la litografía de proximidad es aproximadamente la raíz cuadrada del producto de la longitud de onda y la distancia de separación. Por lo tanto, a excepción de la litografía de proyección (ver más abajo), la impresión por contacto ofrece la mejor resolución, porque su distancia de separación es aproximadamente cero (despreciando el grosor de la fotorresistencia en sí). Además, la litografía por nanoimpresión puede revivir el interés en esta técnica familiar, especialmente porque se espera que el costo de propiedad sea bajo; sin embargo, las deficiencias de la impresión por contacto discutidas anteriormente siguen siendo un desafío.
Proyección
La litografía de integración a muy gran escala (VLSI) utiliza sistemas de proyección. A diferencia de las máscaras de contacto o de proximidad, que cubren una oblea completa, las máscaras de proyección (conocidas como "retículas") muestran solo un troquel o una matriz de troqueles (conocido como "campo"). Los sistemas de exposición por proyección (steppers o scanners) proyectan la máscara sobre la oblea muchas veces para crear el patrón completo. La diferencia entre los steppers y los escáneres es que, durante la exposición, un escáner mueve la fotomáscara y la oblea simultáneamente, mientras que un paso a paso solo mueve la oblea. Los alineadores de máscara precedieron a los steppers y no mueven la fotomáscara ni la oblea durante la exposición. Los escáneres de litografía por inmersión utilizan una capa de agua ultrapura entre la lente y la oblea para aumentar la resolución. Una alternativa a la fotolitografía es la litografía por nanoimpresión .
Fotomáscaras
La imagen de la máscara se origina en un archivo de datos computarizado. Este archivo de datos se convierte en una serie de polígonos y se escribe en un cuadrado de sustrato de cuarzo fundido cubierto con una capa de cromo mediante un proceso fotolitográfico. Se utiliza un rayo láser (escritor láser) o un rayo de electrones (escritor de rayo electrónico) para exponer el patrón definido por el archivo de datos y se desplaza sobre la superficie del sustrato en forma de escaneo vectorial o de trama. Donde queda expuesta la fotorresistencia de la máscara, el cromo se puede grabar, dejando un camino despejado para que la luz de iluminación en el sistema de escaneo / paso a paso viaje.
Resolución en sistemas de proyección
La capacidad de proyectar una imagen clara de una pequeña característica en la oblea está limitada por la longitud de onda de la luz que se utiliza y la capacidad del sistema de lentes de reducción para capturar suficientes órdenes de difracción de la máscara iluminada. Las herramientas de fotolitografía de vanguardia actuales utilizan luz ultravioleta profunda (DUV) de láseres excimer con longitudes de onda de 248 y 193 nm (la tecnología de litografía dominante en la actualidad también se denomina "litografía láser excimer"), lo que permite reducir el tamaño mínimo de las características. a 50 nm. Por lo tanto, la litografía con láser excímero ha desempeñado un papel fundamental en el avance continuo de la Ley de Moore durante los últimos 20 años (ver más abajo).
El tamaño mínimo de función que puede imprimir un sistema de proyección viene dado aproximadamente por:
dónde
es el tamaño mínimo de la característica (también llamada dimensión crítica , regla de diseño de destino ). También es común escribir 2 veces el medio tono .
(comúnmente llamado factor k1 ) es un coeficiente que encapsula los factores relacionados con el proceso y, por lo general, equivale a 0,4 para la producción. El tamaño mínimo de la característica se puede reducir disminuyendo este coeficiente a través de la litografía computacional .
es la longitud de onda de la luz utilizada
es la apertura numérica de la lente vista desde la oblea
De acuerdo con esta ecuación, los tamaños mínimos de las características se pueden disminuir disminuyendo la longitud de onda y aumentando la apertura numérica (para lograr un haz enfocado más ajustado y un tamaño de punto más pequeño). Sin embargo, este método de diseño se encuentra con una restricción competitiva. En los sistemas modernos, la profundidad de enfoque también es una preocupación:
Aquí hay otro coeficiente relacionado con el proceso. La profundidad de enfoque restringe el grosor del fotorresistente y la profundidad de la topografía en la oblea. El pulido químico mecánico se utiliza a menudo para aplanar la topografía antes de los pasos litográficos de alta resolución.
De la óptica clásica, k1 = 0,61 según el criterio de Rayleigh . La imagen de dos puntos separados por menos de 1,22 de longitud de onda / NA no mantendrá esa separación pero será más grande debido a la interferencia entre los discos Airy de los dos puntos. Sin embargo, también debe recordarse que la distancia entre dos características también puede cambiar con el desenfoque.
La resolución tampoco es trivial en un contexto bidimensional. Por ejemplo, un paso de línea más estrecho da como resultado espacios más amplios (en la dirección perpendicular) entre los extremos de las líneas. Más fundamentalmente, los bordes rectos se redondean para las entidades rectangulares acortadas, donde los tonos xey están cerca del límite de resolución.
Para los nodos avanzados, el desenfoque, en lugar de la longitud de onda, se convierte en el factor clave que limita la resolución. El tono mínimo viene dado por el desenfoque sigma / 0.14.
Efectos estocásticos
Como la luz está formada por fotones , en dosis bajas la calidad de la imagen depende en última instancia del número de fotones. Esto afecta el uso de litografía ultravioleta extrema o EUVL, que se limita al uso de dosis bajas del orden de 20 fotones / nm 2 . Esto se debe a que hay menos fotones para la misma dosis de energía para una longitud de onda más corta (mayor energía por fotón). Con menos fotones que componen la imagen, hay ruido en la ubicación de los bordes.
Los efectos estocásticos se volverían más complicados con patrones de tono más grandes con más órdenes de difracción y utilizando más puntos de fuente de iluminación.
Fuentes de luz
Históricamente, la fotolitografía ha utilizado luz ultravioleta de lámparas de descarga de gas que utilizan mercurio , a veces en combinación con gases nobles como el xenón . Estas lámparas producen luz en un amplio espectro con varios picos fuertes en el rango ultravioleta. Este espectro se filtra para seleccionar una sola línea espectral . Desde principios de la década de 1960 hasta mediados de la de 1980, las lámparas de Hg se habían utilizado en litografía para sus líneas espectrales a 436 nm ("línea g"), 405 nm ("línea h") y 365 nm ("línea i" ). Sin embargo, con la necesidad de la industria de los semiconductores tanto de una resolución más alta (para producir chips más densos y más rápidos) como de un rendimiento más alto (para costos más bajos), las herramientas de litografía basadas en lámparas ya no podían cumplir con los requisitos de alta gama de la industria.
Este desafío se superó cuando, en un desarrollo pionero en 1982, Kanti Jain propuso y demostró la litografía láser excimer en IBM, y ahora las máquinas de litografía láser excimer (steppers y scanners) son las principales herramientas utilizadas en todo el mundo en la producción de microelectrónica. Con los rápidos avances realizados en la tecnología de herramientas en las últimas dos décadas, es la opinión de la industria de semiconductores que la litografía con láser excimer ha sido un factor crucial en el avance continuo de la Ley de Moore, permitiendo que los tamaños mínimos de las características en la fabricación de chips se reduzcan de 800 nanómetros en 1990 a 7 nanómetros en 2018. Desde una perspectiva científica y tecnológica aún más amplia, en los 50 años de historia del láser desde su primera demostración en 1960, la invención y el desarrollo de la litografía con láser excimer han sido reconocidos como un hito importante.
Los láseres excímeros ultravioleta profundos comúnmente utilizados en los sistemas de litografía son el láser de fluoruro de criptón (KrF) a una longitud de onda de 248 nm y el láser de fluoruro de argón (ArF) a una longitud de onda de 193 nm. Los principales fabricantes de fuentes de luz láser excimer en la década de 1980 fueron Lambda Physik (ahora parte de Coherent, Inc.) y Lumonics. Desde mediados de la década de 1990, Cymer Inc. se ha convertido en el proveedor dominante de fuentes de láser excimer para los fabricantes de equipos de litografía, con Gigaphoton Inc. como su rival más cercano. Generalmente, un láser excimer está diseñado para operar con una mezcla de gases específica; por lo tanto, cambiar la longitud de onda no es un asunto trivial, ya que el método para generar la nueva longitud de onda es completamente diferente y las características de absorción de los materiales cambian. Por ejemplo, el aire comienza a absorber significativamente alrededor de la longitud de onda de 193 nm; pasar a longitudes de onda inferiores a 193 nm requeriría instalar una bomba de vacío y un equipo de purga en las herramientas de litografía (un desafío importante). En ocasiones, se puede utilizar una atmósfera de gas inerte como sustituto de una aspiradora, para evitar la necesidad de tuberías duras. Además, los materiales aislantes como el dióxido de silicio , cuando se exponen a fotones con una energía superior a la banda prohibida, liberan electrones libres y huecos que posteriormente provocan una carga adversa.
La litografía óptica se ha ampliado para presentar tamaños por debajo de 50 nm utilizando el láser excimer ArF de 193 nm y técnicas de inmersión en líquido. También denominada litografía de inmersión , permite el uso de ópticas con aperturas numéricas superiores a 1,0. El líquido utilizado es típicamente agua desionizada ultrapura, que proporciona un índice de refracción superior al del espacio de aire habitual entre la lente y la superficie de la oblea. El agua se hace circular continuamente para eliminar las distorsiones inducidas térmicamente. El agua solo permitirá NA de hasta ~ 1,4, pero los fluidos con índices de refracción más altos permitirían aumentar aún más la NA efectiva .
Se han construido herramientas experimentales que utilizan la longitud de onda de 157 nm del láser excimer F2 de una manera similar a los sistemas de exposición actuales. Alguna vez se apuntó a tener éxito en la litografía de 193 nm en el nodo de tamaño de característica de 65 nm, pero ahora casi se han eliminado mediante la introducción de la litografía de inmersión. Esto se debió a problemas técnicos persistentes con la tecnología de 157 nm y consideraciones económicas que proporcionaron fuertes incentivos para el uso continuo de la tecnología de litografía con láser excimer de 193 nm. La litografía de inmersión de alto índice es la extensión más reciente de la litografía de 193 nm a considerar. En 2006, IBM demostró características de menos de 30 nm utilizando esta técnica.
Se ha demostrado que los láseres UV de excímeros alcanzan aproximadamente 126 nm (para Ar 2 *). Las lámparas de arco de mercurio están diseñadas para mantener una corriente continua constante de 50 a 150 voltios, sin embargo, los láseres excimer tienen una resolución más alta. Los láseres excímeros son sistemas de luz a base de gas que generalmente están llenos de gases inertes y haluros (Kr, Ar, Xe, F y Cl) que se cargan mediante un campo eléctrico. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la resolución de la imagen. Los láseres KrF pueden funcionar a una frecuencia de 4 kHz. Además de funcionar a una frecuencia más alta, los láseres excimer son compatibles con máquinas más avanzadas que las lámparas de arco de mercurio. También pueden operar desde distancias mayores (hasta 25 metros) y pueden mantener su precisión con una serie de espejos y lentes con recubrimiento antirreflectante. Al instalar múltiples láseres y espejos, la cantidad de pérdida de energía se minimiza, además, dado que las lentes están recubiertas con material antirreflectante, la intensidad de la luz permanece relativamente igual desde que salió del láser hasta que golpea la oblea.
Se han utilizado láseres para generar indirectamente luz ultravioleta extrema no coherente (EUV) a 13,5 nm para la litografía ultravioleta extrema . La luz EUV no es emitida por el láser, sino por un plasma de estaño o xenón que es excitado por un excímero o láser de CO2. Se ha demostrado la fabricación de características de tamaño de 10 nm en entornos de producción, pero aún no a las tasas necesarias para la comercialización. Sin embargo, esto se espera para 2016. Esta técnica no requiere un sincrotrón, y las fuentes EUV, como se señaló, no producen luz coherente. Sin embargo, se necesitan sistemas de vacío y una serie de tecnologías novedosas (incluidas energías EUV mucho más altas que las que se producen ahora) para trabajar con UV en el borde del espectro de rayos X (que comienza en 10 nm). A partir de 2020, EUV está en producción en masa por parte de fundiciones de vanguardia como TSMC y Samsung.
Teóricamente, una fuente de luz alternativa para la fotolitografía, especialmente si y cuando las longitudes de onda continúan disminuyendo a rayos ultravioleta o X extremos, es el láser de electrones libres (o se podría decir xaser para un dispositivo de rayos X). Los láseres de electrones libres pueden producir haces de alta calidad en longitudes de onda arbitrarias.
También se aplicaron láseres de femtosegundos visibles e infrarrojos para la litografía. En ese caso, las reacciones fotoquímicas se inician por absorción multifotónica. El uso de estas fuentes de luz tiene muchos beneficios, incluida la posibilidad de fabricar objetos 3D reales y procesar materiales similares al vidrio no fotosensibilizados (puros) con una excelente resistencia óptica.
metodos experimentales
La fotolitografía ha estado frustrando las predicciones de su desaparición durante muchos años. Por ejemplo, a principios de la década de 1980, muchos en la industria de los semiconductores habían llegado a creer que las características de menos de 1 micra no podían imprimirse ópticamente. Las técnicas modernas que utilizan la litografía láser excimer ya imprimen características con dimensiones de una fracción de la longitud de onda de la luz utilizada, una hazaña óptica asombrosa. Nuevas técnicas como la litografía de inmersión , la resistencia de dos tonos y el patrón múltiple continúan mejorando la resolución de la litografía de 193 nm. Mientras tanto, la investigación actual está explorando alternativas a los rayos UV convencionales, como la litografía por haz de electrones , la litografía de rayos X , la litografía ultravioleta extrema y la litografía por proyección de iones . La litografía ultravioleta extrema se utiliza en producción en masa a partir de 2020 por parte de Samsung.
Ver también
- Nanolitografía con bolígrafo
- Litografía blanda
- Magnetolitografía
- Materiales de vidrio nanocanal
- Estereolitografía , un proceso a macroescala utilizado para producir formas tridimensionales.
- Fundicion de obleas
- Química de la fotolitografía
- Litografía computacional
- ASML Holding
- Laboratorio Alvéole
- Fabricación de dispositivos semiconductores
Referencias
enlaces externos
- Recursos de fotolitografía de BYU
- Litografía de semiconductores : una descripción general de la litografía
- Introducción a la litografía óptica : sitio de IBM con artículos relacionados con la litografía