بخشی از مقاله
مقایسه روش هاي لیتوگرافی( اشعه ایکس و اشعه ي یونی)
چکیده
در علم الکترونیک لیتوگرافی نوعی روش براي انتقال نقشه و الگوي مدارات طراحی شده بر روي مواد نیمه هاديها میباشد. لیتوگرافی اولین گام در انتقال اطلاعات مربوط به الگوي مدار روي ویفر است.پس اساس کار انتقال یک تصویر بر روي یک ماده حساس(ویفر) میباشد. با پیشرفت تکنولوژي،مدارات الکترونیکی روز به روز کوچکتر شده است. فشردگی مدارات و افزایش چگالی آن در یک آي سی منجر به تکامل و ساخت ابزارهاي لیتوگرافی شده است. رسیدن ابعاد ادوات به زیر یک میکرومتر، نتیجه تکامل فناوري مختلف در عرصه لیتوگرافی بوده است.در این مقاله سعی شده است که دو روش لیتوگرافی اشعه ایکس و اشعه ي یونی مورد بررسی قرار گرفته و با یکدیگر مقایسه شود.
کلمات کلیدي: لیتوگرافی-نیمه هادي-ویفر-اشعه ي ایکس-اشعه ي یونی
مقدمه
لیتوگرافی یک واژه یونانی است که از دو قسمت لیتوس (Lithos) به معناي سنگ و گرافی((Graphia به معناي نوشتن و حکاکی کردن، تشکیل شده است. و به منعنی حکاکی بر روي سنگ معنی می شود.
در علم الکترونیک لیتوگرافی نوعی روش براي انتقال نقشه و الگوي مدارات طراحی شده بر روي مواد نیمه هاديها میباشد. پس اساس کار انتقال یک تصویر بر روي یک ماده حساس میباشد.
یک مثال ساده از لیتوگرافی میتوان عکاسی را نام برد که تصویر یک شی روي یک فیلم حساس به نور ظاهر میشود. در ظاهر کردن عکس با استفاده از مواد مخصوص، نواحی که نور دیده اند از نواحی که نور ندیده اند و یا کمتر نور دیده اند متمایز خواهد بود و به این ترتیب تصویر رویت خواهد شد.
در مدارات الکترونیکی هم مخصول نهایی یک صفحه چاپی است که تعیین میکند کدام ناحیه از فیلم باید برداشته و یا نگاهداشته شود و با نوردهی مناسب لایههاي مختلف نیمه هادي و یا عایق و یا هادي بر روي هم قرار می-
گیرد. معمولا بین 8 تا 22 گام براي لیتوگرافی و چندین مرحله پردازش در زمانهاي نوردهی به ویفر صورت میگیرد.
انواع روشهاي لیتوگرافی
-1 لیتوگرافی نوري( لیتوگرافی ماوراء بنفش)
-2 لیتوگرافی اشعه الکترونی
-3 لیتوگرافی اشعه-ایکس
-4 لیتوگرافی اشعه یونی
لیتوگرافی اشعه ایکس:
با استفاده از لیتوگرافی اشعه ایکس میتوان ادوات با کیفیت بهتري را ایجاد کرد. براي مثال در ایجاد یک چاه یا گودال داخل یک رزیست استفاده از اشعه ایکس میتواند از فتولیتوگرافی کیفیت بهتري را ایجاد کند زیرا اثرات پراش در لیتوگرافی اشعه ایکس کمتر از فتولیتوگرافی است.
در لیتوگرافی اشعه ایکس از دو روش نوردهی از نزدیک و یا لیتوگرافی پروژکتوري انجام میگیرد. فاصله مناسب بین ماسک و ویفر با توجه به طول موج ارسالی انتخاب میشود. هرگاه فاصله منبع نوري و ماسک خیلی زیاد باشد، شدت نور رسیده بسیار کم میشود. اگر ماسک و ویفر، خیلی نزدیک به منبع نوري باشد اثرات سایه زنی و واگرایی امواج ممکن است اتفاق بیفتد.
بنابراین باید عدسیهایی مناسب براي باند ایکس ساخت که پرتوهاي اشعه ایکس را موازي کند و از واگرایی آن جلو گیري کند. ساخت اشعه ایکس یکی از مشکلات موجود لیتوگرافی اشعه ایکس است.
رزیست استفاده شده در لیتوگرافی اشعه ایکس:
رزیست استفاده شده در لیتوگرافی اشعه ایکس شبیه زریست استفاده شده در ماوراء بنفش و اشعه الکترونی است. مکانیزم جذب اشعه در این لیتوگرافی متفاوت از بقیه لیتوگرافی میشود. در ارسال اشعه ایکس، رزیست انرژي اشعه را در الکترونهاي باند ظرفیت خود جذب میکند. بنابراین در طی دو مرحله نوردهی اتفاق میافتد.
فتون باند ایکس توسط یک اتم جذب میگردد و الکترون از لایه داخلی اتمی به بیرون پرت میشود و تولید الکترونهاي ثانوي میکند که داراي انرژيهاي در حد چندین الکترون ولت است.
فتون الکترونهاي ثانوي، در معرض بخش حساس به نور رزیست واقع میشوند.[1]
استفاده از رزیستهاي نظیر DQN و پلی متیل کربلیت PMMA مناسبند ولی قدرت حمل اطلاعات کمتري دارند که به لحاظ حساسیت محدود رزیست استفاده شده در باند اشعه ایکس است. معمولا از رزیستهاي فوق در کارهاي حساس استفاده نمیشود و از رزیست با تقویت شیمیایی استفاده میشود که کلاس جدیدي از رزیستها میباشد.
ماسک استفاده شده در لیتوگرافی اشعه ایکس:
از موارد اصلی در عدم استفاده زیاد از لیتوگرافی اشعه ایکس مواد استفاده شده در ماسک آن است. البته مواد استفاده شده بعنوان رزیست در لیتوگرافی اشعه ایکس نیز از اهمیت خاصی برخوردار است. مشخصات لیتوگرافی مواد استفاده شده در این فرایند کیفیت انواع لیتوگرافی را مشخص خواهد کرد. براي مثال ماسک استفاده شده در لیتوگرافی، میزان کدري و شفافی زیادي در مقابل اشعه از خود نشان دهد. در زیر به برخی از مشخصات ماسک اشعه ایکس اشاره خواهیم کرد.
میزان شفاف یا کدر بودن ماسک باید در تابشهایی که رزیست بیشترین حساسیت را دارد، شفاف باشد
براي مثال در لیتوگرافی اشعه ایکس در رنج طول موج اشعه ایکس باید شفاف شود و در رنج طول موج دیگر باید کدر باشد تا رنج طول موج دیگري بر روي رزیست تابیده نشود. از طرفی دیگر نواحی کدر ماسک باید بیشترین تضعیف را در آن باند داشته باشد. به این طریق کنتراست خوبی بین نواحی شفاف و کدر اتفاق خواهد افتاد.
پایداري ماسک در برابر اشعه ماسک باید پایداري ابعادي و فیزیکی بیشتري داشته باشد یعنی با تابش
اشعه ایکس و یا نور دیگر ابعاد ماسک تغییري نداشته باشد.
نوردهی کم الکترونهایی که توسط اشعه ایکس ایجاد میشود
منابع تولید اشعه ایکس، الکترونهایی نیز تولید میکنند. در لیتوگرافی با کیفیت بیشتر نیاز است تا الکترونهاي تولید شده به سطح ویفر و یا رزیست نرسد.
شفاف بودن ماسک در برخی از طول موجها مانند ماوراء بنفش:
در درون دستگاه لیتوگرافی اشعه ایکس براي تنظیم ماسک و نظم دهی ویفرها از برخی رنج طول موجها غیر از اشعه ایکس مانند ماوراء بنفش نیز استفاده میشود. در این رنج طول موج باید ماسک استفاده شده شفاف باشد تا تنظیم ماسک بر روي ویفر و ترتیب دهی اتفاق بیفتد.
مواردي که در مطالب بالا ذکر شد باید در ماسک اشعه ایکس رعایت شود.
بنابراین براي تولید این ماسک باید مواد سازگار با موارد فوق استفاده شود.
موادي که سازگار با همه موارد فوق باشد به مراتب کمتر از مواد استفاده شده در لیتوگرافی نوري است. لذا ساخت ماسک اشعه ایکس به مراتب مشکلتر از ساخت ماسک لیتوگرافی نوري است. موادي که براي ساخت ماسک اشعه ایکس استفاده میشود باید جاذب اشعه نباشند. بنابراین نمی-
توان از کوارتز به عنوان ماسک براي این نوع لیتوگرافی استفاده کرد. معمولا از ویفر سیلسیومی که روي آن شیشه بور و سیلیکات نشانده شده، براي ساخت ماسک استفاده میشود.
براي ساخت اینوع ماسک ویفر سیلسیومی را درون کوره با درجه حرارت بالا قرار میدهیم تا عنصر بور از شیشه بور سیلیکات به ویفر سیلسیومی نفوذ کند و یک لایه سیلسیوم با الایش بور پدید آید. بخش جاذب اشعه ایکس در ماسک با ضخامتهایی بیش از 0,5 میکرومتر از عناصري نظیر طلا، پلاتین، تنگستن و پالادیوم با اعداد اتمی بالا تشکیل میشود که جاذب اشعه ایکس در طول موجهاي 0,8 تا 2 نانومتر میباشد. براي چسپندگی بیشتر ابتدا یک لایه نازك 5 میکرومتري از جنس کروم و سپس یک لایه از جنس طلا با ضخامتهاي تا 30 نانومتر مورد استفاده قرار میگیرد. [2]
منابع تولید اشعه ایکس:
سنکروترون:
سنکروترون الکترونی یکی از منابع اصلی تولید اشعه ایکس در لیتوگرافی به شمار میرود. یک لایه محفظه خلاء و دوار که ضمن آن الکترونها به سرعتهاي خیلی نزدیک به سرعت نور شتاب داده میشوند.
الکترونها توسط مغناطیس در مدارشان نگاه داده میشوند. هر زمانی که الکترونها، توسط یکی از مغناطیسها انحراف پیدا میکنند، از خود اشعه پرشدنی در حوزه طول موجهایی از محدوده نور مرئی تا حوزه اشعه ایکس سخت منتشر میکنند. در شکل زیر شمایی از سنکروترون را نشان میدهد.
