A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Nanotechnológia Nanolitográfia és egyéb kapcsolódó eljárások |
---|
Rétegleválasztás: Vékonyréteg-leválasztás, Kémiai gőzfázisú leválasztás, Atomi rétegleválasztás, Fizikai gőzfázisú leválasztás, Katódporlasztás, Vákuumpárologtatás, Impulzuslézeres leválasztás Felületmódosítás: Fókuszált ionnyalábos porlasztás, Reaktívion-marás, |
Szakterületek |
Anyagtudomány, Szilárdtestfizika, Atomfizika, Mezoszkopikus fizika, Felületfizika, Félvezetők |
Alapjelenségek |
Nanoszerkezet, Kvantumbezárás, Van Hove-szingularitás, Kétdimenziós elektrongáz, Ballisztikus vezetés, Önszerveződés, Alagúthatás |
Eljárások |
Nanolitográfia, Atomerő-mikroszkóp, Pásztázó alagútmikroszkóp, Pásztázó elektronmikroszkóp, Transzmissziós elektronmikroszkóp, Mágneses magrezonancia |
A Wikimédia Commons tartalmaz Nanotechnológia témájú médiaállományokat. |
A mikro- és nanotechnológiában, illetve a félvezetőiparban a fotolitográfia egy olyan gyártási eljárás, melyet például mikroprocesszorok, és egyéb félvezető eszközök gyártására alkalmaznak. Az eljárás segítségével rendkívül kis méretű elektronikus áramkörök készíthetők: az így készült vezetők vastagsága mindössze néhány tíz nanométer; ez az úgynevezett „csíkszélesség”. Minimális csíkszélességnek nevezzük a kialakítható legkisebb alakzat méretét ez az ún. MFS (Minimal Feature Size).
Az eljárás során a félvezető felületére felvitt speciális rétegen maszkot alakítanak ki, mely fény hatására eltávolíthatóvá válik, ezáltal a félvezetőn bizonyos miniatűr struktúrát hátrahagyva. Az így kialakított maszk bizonyos részeket elszigetel, másokat elérhetővé tesz más technológiai eljárások számára. A mikroprocesszorok gyártása során számos ilyen, néhány tized mikrométer vastag réteg kerül egymás fölé, igen bonyolult áramköri struktúrát kialakítva ezzel.
A régebbi, kisebb integráltsági fokú eszközöknél a megvilágításra egyszerű fénysugarakat használtak, mivel azonban az alkalmazott hullámhossz határt szab a kialakítható szerkezet méretének, a nanoméretekhez közelítve újabban a megvilágítást speciális optikai eszközökkel, lézerrel, röntgensugarakkal végzik. A fotolitográfa módosulatai az elektron- és ionsugarakkal működő litográfiás berendezések is, melyek alkalmazásával az elérhető legkisebb csíkszélesség elméletileg 5 nm körül van, melyet a becslések szerint (lásd még: Moore-törvény) 2020-ra érnek el. Ez alatt a méret alatt technológiaváltásra lesz szükség.
Lépései
A fotolitográfiai folyamat különféle mintázatokkal való megismétlése során bonyolult rétegszerkezetek alakíthatók ki. Egy fotolitográfiai folyamat általában az alábbi főbb lépésekből áll:[1]
Előkészítés
A hordozó, amin az eszközök kialakításra kerülhetnek, szennyezett lehet. A szerves és szervetlen szennyezők eltávolítására a modern tisztatéri félvezetőipari üzemekben sztenderd eljárásokat alkalmaznak, ilyen például a Radio Corporation of America üzemeiben kidolgozott RCA tisztítási eljárás. Az alkalmazott vegyi tisztítási és marási lépések az alkalmazástól is függnek. Egyes esetekben a szennyezőkön kívül a natív felületi oxidréteg eltávolítására is szükség van.
A rétegleválasztási lépésekhez a szilíciumlapkákat gyakran 150 °C-ra melegítik, melynek célja a felületre adszorbeálódott páracseppek elpárologtatása.[2]
Fotoreziszt-réteg leválasztása
A mintadarab felületén fényérzékeny fotoreziszt-bevonatot alakítanak ki például spin-coating eljárással, azaz a mintát forgatva az oldószerben oldott, folyékony, viszkózus rezisztanyagot lecseppentik, kiszárítják. A minta forgatása az egyenletes rétegvastagság, és a száradási foltok elkerülése végett lényeges. A 30–60 másodperces folyamat során 0,5–2,5 µm vastagságú réteg képződik, melynek egyenetlensége tipikusan nem haladja meg a 10 nm-t. A rétegvastagságot befolyásolni lehet a forgatás sebességével, az oldott reziszt összetételével illetve a forgatás időtartamával. A rezisztréteg helyes kialakításakor figyelembe kell venni, hogy milyenek lesznek az eszköz kívánt végső mintázatai: apróbb, finomabb részleteket tartalmazó áramkörök esetén a szóródási jelenségek miatt vékonyabb rezisztet alkalmaznak, hogy elkerüljék a mintázat elmosódását.
Maszkolás
A mintadarab fölé elhelyezik a fotomaszkot, mely a kívánt mintázat szerint lett kialakítva: tipikusan olyan vékony szűrő, mely bizonyos helyeken átengedi a nyalábot, máshol pedig nem.
Expozíció
Ezt követi az expozíció, mely során a maszkon át szelektíven megvilágítják a mintadarabot. A fotoreziszt a nyalábra érzékeny, így ahol fény érte, kémiai jellemzői megváltoznak.
Marás
A levilágított fotorezisztet kémiai vagy fizikai kezelésnek vetik alá, melyben az például szelektíven kioldódik. A rezisztet pozitívnak vagy negatívnak nevezik aszerint, hogy ettől a kezeléstől az exponált területek oldódnak-e le, vagy épp azok maradnak a felületen.
A fenti lépéseket más eljárások követhetik: marás, porlasztás, rétegleválasztás, stb. illetve további litográfiás lépések.
Miniatürizálási igény
A felbontóképesség korlátja
A leképező nanolitográfia során az expozíció során a maszkot optikai rendszeren át világítjuk meg, majd a maszk ábráin diffraktálódik, és a minta tetején levő fotorezisztben képeződik le. A maszk és a minta távolsága a hullámhosszhoz képest ekkor igen nagy, ezért Fraunhofer-diffrakciós, azaz távoltéri közelítést alkalmazhatunk. Ebben a közelítésben a felbontás alsó határát a Rayleigh-feltétel adja meg, mely szerint
,
ahol d a felbontás, a használt fény hullámhossza, NA pedig a leképezőrendszer numerikus apertúrája. A felbontás javítására alapvetően kétféle lehetőség van a fenti egyenlet szerint. A felbontás javul, ha
- a numerikus apertúrát növelik (pl. nagyobb lencsét alkalmaznak), vagy
- a hullámhosszat csökkentik.
A fotolitográfia fényforrása látható fény volt. A 2000-es évek közepére azonban a vonalszélesség elérte a 100 nanométeres nagyságrendet, így további csökkentéséhez szükségessé vált a forrás hullámhosszának látható tartomány alá csökkentése. Az ultraibolya-tartományba eső forrással működő eszközöket már az ipari gyakorlatban is elterjedten alkalmazzák, és folyik az ennél még rövidebb hullámhosszú, például röntgennyalábos eszközök fejlesztése.
Anyagválasztás
Problémát jelent, hogy az ultraibolya-sugárzás a hagyományos optikai eszközöket károsítja, az optikai üvegek áteresztése igen lecsökken az UV-tartományban. Emiatt más anyagok, például CaF2 anyagú lencséket kell használni, mely kettős törő tulajdonsága miatt viszont egyéb nehézségekhez vezet.[3] Kb. 157 nm alatti hullámhosszú fény esetén már ezen eszközök sem alkalmazhatók, lencsék helyett csak tükröket lehet alkalmazni, az optikai rendszer tervezése igen összetett feladat.[4]
Ahogy a hullámhosszat csökkentik, úgy kell időről-időre újítani a reziszt kutatását is, ugyanis adott fotoreziszt csak adott hullámhosszúságú fénnyel működik. Továbbá vannak hullámhosszfüggő diffrakciós jelenségek a maszk levilágításakor, például a maszkon való fényelhajlás és a fotoreziszt proximity-effektusa.[5]
Egyéb nehézségek
Nagyobb vastagságú minta esetén számottevő hatást jelenthet a mélységélességből adódó pontatlanság. A kis mélységélesség azt jelenti, hogy a fókuszpont körül kis magasságban lesz a levilágítás leképezése éles, azaz a fókuszsíkhoz képest túl mélyen vagy túl magasan levő síkokban a maszk leképezett mintázata elmosódik.[5]
Jegyzetek
- ↑ Lithography Lecture #1. hackman.mit.edu. (Hozzáférés: 2017. április 21.)
- ↑ Mack, Chris: The Basics of Microlithography (angol nyelven). www.lithoguru.com. (Hozzáférés: 2017. december 8.)
- ↑ CaF2 Lenses. www.tf.uni-kiel.de. (Hozzáférés: 2017. április 21.)
- ↑ Cui 2016, 22. o.
- ↑ a b N. Cheung: Lecture 4. Photolithography. U.C. Berkeley. (Hozzáférés: 2017. április 21.)
Források
Szakkönyvek
- Chang, C. Y.. ULSI technology. McGraw-Hill (1996). ISBN 978-0-07-063062-8
- Bucknall, David. Nanolithography and patterning techniques in microelectronics. Woodhead Pub. CRC Press (2005). ISBN 978-1-84569-090-8
- Thomas Ihn: Semiconductor Nanostructures: Quantum states and electronic transport. Oxford: Oxford University Press. 2009. ISBN 9780199534432
- Okoroanyanwu, Uzodinma. Chemistry and lithography. SPIE (2010). ISBN 978-0-8194-7562-6
- Waser, Rainer. Nanoelectronics and information technology : advanced electronic materials and novel devices. Wiley-VCH (2012). ISBN 978-3-527-40927-3
- Madou, Marc. Fundamentals of microfabrication and nanotechnology. CRC Press (2012). ISBN 978-1-4200-5519-1
Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok
- Vékonyréteg leválasztás - Fizipedia. fizipedia.bme.hu. . (Hozzáférés: 2017. december 8.)
- Mack, Chris: The Basics of Microlithography (angol nyelven). www.lithoguru.com. (Hozzáférés: 2017. december 8.)
- Dr. R. B. Darling: Photolithography lecture notes. (Hozzáférés: 2017. december 8.)
- Photolithography. Circuits Today, 2010. május 31. (Hozzáférés: 2017. december 8.)
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.