Litografi Yöntemleri
Yrd. Doç. Dr. Mehmet Oğuz GÜLER
LİTOGRAFİ
Süper İletken Kuantum Interferans Cihazı
LİTOGRAFİ
Mikro üretim kontrollü bir ortamda ve sürekli bir
film formunda bir desen oluşturma işlemidir. Mikro
desenler altlık malzeme üzerine “litografi” adı verilen
bir görüntüleme işlemi ile gerçekleştirilir.
LİTOGRAFİ
Başlangıç
Altlık Üzerinde İnce Film
Bitiş
Mikro Yapılandırılmış
İnce Film
LİTOGRAFİ
LİTOGRAFİ
E-ışınları ile üretilmiş Nano Gitar
50 nm’llik tellere sahip olan “nano-gitar”
LİTOGRAFİ
Moore’un Öngörüsü
LİTOGRAFİ
Moore’un Öngörüsü
LİTOGRAFİ
Moore’un Öngörüsü
İşlemci
Adı
P1266
P1268
P1270
P1272
P1274
Litografi
45 nm
32 nm
22 nm
14 nm
10 nm
İlk Üretim
2007
2009
2011
2013
2015
LİTOGRAFİ
Moore’un Öngörüsü
Ticari olarak satılmakta olan 167,2 mm2’lık alana ve 25
nm’lik genişliğe sahip 8 GB’lık NAND Flash bellek.
LİTOGRAFİ
Temel Üretim Yöntemleri

Yüzey Mikro İşlemler
Robert Bosch GmbH
Sandia National Laboratories
IBM

Kütlesel Mikro İşlemler
HT Micro

LIGA (“LIGA Benzeri”)
LİTOGRAFİ
Yüzey Mikro İşlemler
Bütünleyici Metal Oksit Yarıiletken
(CMOS) Esas Alınarak
Alternatif yapısal ve kurban edilecek
tabakalar kaplanır, işlenir ve dağlanır.
• Kurban
Tabakalar işlem sonunda
çözündürülür ve arzu edilen serbest
yapılar elde edilir.
• Malzeme
türleri
CMOS
tipi
malzemelerle sınırlıdır (Polikristalin
silikon, silikon oksit, Silikon nitrit,
BPSG ve PSG)
IBM
• Yapısal oranlar çok düşüktür ve bazen
2,5B olarakta adlandırılırlar
(aşırı
düzlemsel)
•
Sandia National Laboratories
HT Micro
LİTOGRAFİ
Kütlesel Mikro İşlemler
•
Alternatif yapısal ve kurban edilecek tabakalar
kaplanır, işlenir ve dağlanır.
Çok geniş yüzey alanına sahip silikon altlıkların
kütlesel olarak kuru yada yaş dağlama işlemlerini
içerir.
• İnce
membranlar, piezo rezistörler ve
kantileverler gibi geniş hacim alanına ve dar akış
kanalları
içeren bileşenlerin üretilmesinde
IBM
kullanılan önemli bir tekniktir.…
•
Sandia National Laboratories
HT Micro
LİTOGRAFİ
LIGA
Almanca bir terimdir
(Lithography Galvo Abformung)
Bu proseste x-ışınları litografisi,
elektrokaplama ve kalıplama yada bu
proseslerin farklı kombinasyonları
kullanılır.
Sandia National Laboratories
IBM
Çok geniş yelpazede malzeme işlenebilir
Elde edilen yapılar çok geniş oranlara sahiptir –
Tam anlamıyla 3B’ludurlar.
HT Micro
LİTOGRAFİ
Yüzey Mikroişleme Malzemeleri
Kurban Tabakalar
 Silikon Dioksit
 Yapısal Tabakalar
Sandia National Laboratories
 Poli kristalin Silikon
IBM
 Izolatörler
 Silikon dioksit, Silikon Nitrit
 Kaplamalar
 SAM – Kendi kendine oluşan tek tabaka
HT Micro

LİTOGRAFİ
Kurban Tabaka Nedir?
Sandia National Laboratories
IBM
HT Micro
LİTOGRAFİ
Yüzey Mikro İşleme Prosesleri
Silikon Waferların üretimi
 İnce film malzemesinin kaplanması (yada büyütülmesi)
 Desen Oluşturma (Foto Litografi)
 Dağlama (Yaş ve/veya Kuru Dağlama)
Sandia National Laboratories
 İkincil filmin kaplanması
IBM
 Desenin tekrarlanması, Dağlama, sonrasında tekrar Kaplama
 Son aşamada kurban tabakaların çözündürülmesi ile yapısal
tabakaların elde edilmesi.

HT Micro
LİTOGRAFİ
Yüzey Mikro İşleme Prosesleri
Tek kristal Silikon üretimi
 İngotlar dilimlenir ve Parlatılır

Czochralski yöntemi
IBM
Yüzeyi Parlatılır
HT Micro
Ingot
Waferlar Dilimlenir
LİTOGRAFİ
Üretim Yöntemleri İki Gruba Ayrılabilir
1. Kimyasal reaksiyonlarla elde edilen ince filmler:
Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)
Elektrokaplama
Epitaksi
Termal Oksidasyon
Bu prosesler ağırlıklı olarak gaz ve/veya sıvı kompozisyonlar
yada altlık malzeme ile kimyasal reaksiyonlar sonucu elde
edilir. Katı olarak elde edilen film genellikle reaksiyona giren
ürünlerden farklıdır. Ürünler gaz, sıvı ve hatta diğer
katılarda olabilir.
LİTOGRAFİ
Üretim Yöntemleri İki Gruba Ayrılabilir
2. Fiziksel bir reaksiyon sonucu elde edilen filmler:
Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD)
Buharlaştırma
Sıçratma
Döküm
Bu proseslerde malzemeler fiziksel olarak altlık yüzeyine
taşınır. Diğer bir deyişle, altlık yüzeyinde ince filmi oluşturan
herhangi bir kimyasal reaksiyon yoktur.
LİTOGRAFİ
Litografinin Temelleri
Sonuç: Farklı malzemelerin çoklu desene sahip tabakaları
LİTOGRAFİ
Litografinin Temelleri
LİTOGRAFİ
Litografinin Temelleri
Foto Resist ile waferın kaplanması,
 Desen oluşumu için Pozlama,
 Resist Geliştirme,
 Resistin tek başına pişirilme sonrası
dağlama.

LİTOGRAFİ
Litografik Prosesler: Wafer Üretimi
Temiz ve Düz bir yüzeye sahip wafer üretimi
Tek kristal silikon ingotu
Tek kristal silikon waferı
LİTOGRAFİ
Litografik Prosesler: Wafer Üretimi
Kaplanmış silikon waferlar
LİTOGRAFİ
Spin Kaplama ile Fotoresist Kaplama
LİTOGRAFİ
Maskeleme
LİTOGRAFİ
Başlangıç
Bitiş
Altlık Üzerinde İnce Film
İlk Adım:
Mikro Yapılandırılmış
İnce Film
maskeleme
=
Bir malzemeyi seçici olarak işleme tabi tutabilmek
amacı ilk fiziksel bir bariyer oluşturma işlemidir…
LİTOGRAFİ
2B Düz Plaka: Folyo yada cam
→ Fotolitografi
Avantajlar / Dezavantajlar:
- Köşe kalitesi
- minimum nitelik boyutu
- maliyet
- esneklik
- Uzun dönemli kullanım
3B Damga
→ Yumuşak Litografi
LİTOGRAFİ
Maskeleme
İşlem için Pozitif Maske
Maskenin yokedilmesi
LİTOGRAFİ
Maskeleme
LİTOGRAFİ
Pozlama
LİTOGRAFİ
Pozlama
→ Maskelenmiş altlık yüzeyine yansıtılan ışık
tam şiddette yüzeye düşürülmüş ve arzu edilen
desen elde edilmiştir.
→ Özellikle pozitif maskelenmiş altlık
malzemelerde görülür. Kenar keskisliği zayıftır.
→ Maskelenmiş altlık yüzeyine zayıf olarak
pozlama yapıldığında aşırı pozlamanın tersine
benzeyen bir geometride bozuk yapılar ortaya
çıkar…
LİTOGRAFİ
Dağlama
Dağlama:
• ıslak dağlama
• kuru dağlama
LİTOGRAFİ
Dağlama
Foto Resist Kaplama
Sıcaklık
Negatif Foto Resist
Pozitif Foto Resist
LİTOGRAFİ
Dağlama
LİTOGRAFİ
Kompleks Yapılar için İşlemler Tekrarlanır
LİTOGRAFİ
Nihai Ürünler
LİTOGRAFİ
Nihai Ürünler
MEMS litografisi ışık gibi bir radyasyon kaynağı kullanılarak bir desenin oluşumu
arzu edilen bir altlık malzeme üzerinde gerçekleştirilebilir.
LİTOGRAFİ
Dağlama
Bir altlık yüzeyinde fonksiyonel bir MEMS yapısı elde edilebilmesi için
altlık üzerine daha önceden kaplanmış olan ince filmin dağlanması
gerekmektedir. MEMS üretiminde bilinen iki türlü dağlama yöntemi
bulunmaktadır:
Yaş Dağlama: Waferın bir kimyasal çözelti içerisine batırılması ile maske
malzemesinin çözündürülmesi.
Kuru Dağlama: Reaktif iyonlar yada buhar fazında dağlayıcılar
kullanılarak gerçekleştirilen dağlama işlemi.
LİTOGRAFİ
Yaş Dağlama
Maske malzemesinin bir çözelti içeren kap içerisinde çözündürülmesi
işlemidir. Ancak, silikon gibi bazı tek kristal malzemeler dağlanma
esnasında anizotropik özellik gösterirler.
Anizotropik dağlama malzemenin farklı yönlerinde farklı dağlama
oranlarının gözlemlenmesidir. Buna örnek olarak <100> düzlemine sahip
tek kristal silikonun KOH çözeltisi içerisinde <111> yönünde dağlanmasında
gözlemlenir. Dağlanma işlemi soununda yuvarlak bir yarıçaptan ziyade
piramit benzeri bir pinholün elde edilmesi ortaya çıkar.
LİTOGRAFİ
Kuru Dağlama
Kuru dağlama teknolojisi reaktif iyon dağlaması (RIE), sıçratma ile
dağlama ve buhar fazında dağlama olmak üzere üçe ayrılır.
RIE prosesinde altlık bir reaktör içerisine yerleştirilerek birden fazla gaz ile
plazma oluşturulur. Reaktör içerisindeki gazlar RF sinyali ile ateşlenerek
gazlar iyonlarına ayrıştırılır ve plazma oluşturulur. İyonlar malzeme yüzeyine
hızlandırılarak çarptırılır. İyonların yeterli güce sahip olması ile malzeme
yüzeyinde herhangi bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilmeden dağlama
işlemi tamamlanır.
LİTOGRAFİ
Kuru Dağlama
Kuru dağlama teknolojisi reaktif iyon dağlaması (RIE), sıçratma ile
dağlama ve buhar fazında dağlama olmak üzere üçe ayrılır.
RIE prosesinde altlık bir reaktör içerisine yerleştirilerek birden fazla gaz ile
plazma oluşturulur. Reaktör içerisindeki gazlar RF sinyali ile ateşlenerek
gazlar iyonlarına ayrıştırılır ve plazma oluşturulur. İyonlar malzeme yüzeyine
hızlandırılarak çarptırılır. İyonların yeterli güce sahip olması ile malzeme
yüzeyinde herhangi bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilmeden dağlama
işlemi tamamlanır.
LİTOGRAFİ
Anizotropik ve İzotropik Dağlama
Anizotropik: Tek yönlü – Kesilen kısım
derinlikten çok daha küçüktür.
İzotropik: Çok yönlü – Kesilen kısım
derinlikten yüksektir.
LİTOGRAFİ
Yaş (İzotropik) Dağlama
LİTOGRAFİ
Kuru (Anizotropik) Dağlama
LİTOGRAFİ
Örnek Çalışma
 Maskelerin
Tasarlanması
 Silikon Altlık
 5K Angstrom Kalınlığında Oksit Tabakası
 Maske 1 Deseni Uygulama
 Yaş Dağlama
 Resist Tabakanın Kaldırılması
 Alüminyum Biriktirme (PVD - Buharlaştırma)
 Maske 1 Deseni Uygulama
 Metal Dağlama
 Resist Tabakanın Temizlenmesi
Maskeler (Tasarım)
Maske 1
Maske 2
İşlem Görmemiş Silikon Tabaka
İşlem görmemiş Saf Silikon ile işleme başlanır
Oksitleme
Termal olarak 5K Angstromluk Oksidasyon
Litografi – Resist Kaplama
Oksit tabakası fotoresist tabaka ile kaplanır.
Foto rezist tabaka ışığa
duyarlıdır. UV ışığına
maruz bırakıldığında
çözünür. (maske ışık ile
pozlanır ve geliştirme
safhasında
çözündürülür.)
Kullanılacak
olan maske
Pozlama
Kaplanmış wafer alınır
İlk maske uygulanır
UV ile pozlanır
Maske kaldırılır
Pozlanmış alanın görüntüsü
Geliştirme
Pozlanmış resizt
tabaka kaldırılır.
Geliştirme
safhasına geçilir.
Açık olan yeşil alan
bir sonraki
aşamada yaş
dağlama işlemine
tabi tutulur.
Islak Dağlama
Çok ince bir açıklığa sahip oksit kaplı bir wafer elde edilmiştir.
İşlenmiş wafer alınır
Oksit dağlama çözeltisi
içerisine yerleştirilir.
Sadece oksit tabakasını
ortadan kaldıracak sürede
işlem gerçekleştirilir.
Dağlamadan sonra resizst
tabaka kaldırılır.
Portakal rengi oksit
tabakasında meydana
gelen kalınlık değişiminden
dolayıdır.
Alüminyum Kaplama
Dağlanmış oksitli wafer
ile işleme başlanır.
Alüminyum Kaplama Yapılır
- PVD – Termal Buharlaştırma!
Maske 2 – Pattern Oluşturma & Al’un
Dağlanması
Wafer rezist ile kaplanır
Maske yerleştirilir
UV ışığı ile pozlanır
Pozlanmış rezist tabaka
geliştirilir.
Wafer Dağlanır.
Rezist tabaka tamamen çözündürülür.
Download

litografi