MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi Prosesleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Mikro-Üretim Örneği
• 4 mm boyunda deniz
altı sıvı akrilikten
kalıplanıp katılaştırılmış.
• Ergitme ve katılaşma
bilgisayar kontrollü lazer
demeti ile yapılmış.
• Mikroskobik seviyede
insan bünyesinde tedavi
amaçlı kullanılması
düşünülmekte.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Nanolitografi Uygulamaları
Moleküler elektronik ,
Miroişlemciler (organik,
biyo-organik devreler)
Katı hal nano direnç
elemanları
Nano baskı
katalizörler
Şifreleme
(Kriotografi)
Ultra küçük, hassas
ve seçici sensörler
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
Kristalizasyon
(kolloidal kirstaller,
biyo yapılar)
Nano ve mikro
akışkanlar
Ultra yüksek
yoğunlukta
çekirdekleştiriciler (gen
devreleri, sıralayıcılar
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Mikroişlemcilerde ilerleme
•~ 10, 000 Tranzistör
•~ 2 cm
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Mikroişlemcilerde ilerleme
•1993
•1995
•AMD K6•®
••III
•İşlemci
•1998
•AMD
•Athlon•™
•İşlemci
•2003
•AMD
•Opteron•™
•İşlemci
•r
•2005
•AMD dual core
OpteronTM
İşlemci
•AMD
•Am486•®
•İşlemci
•0.35mm
•0.25mm
•1.2 milyon
•tranzistör
•9 milyon
•tranzistör
•35 mm2
•78 mm2
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
•180•nm
•130•nm
•37 milyon
•tranzistör
•100 milyon
•tranzistör
•120 mm2
•193 mm2
•90 nm
•233 milyon
tranzistör
•199 mm2
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Litografi ile Devre Yapımı
• Işık
•Maske
•Lensler
• Rezist
•Si wafer
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Litografi ile Devre Yapımı
•insulating
• layer
•resist
•insulating
• layer
•source
•gate
•drain
•resist
•coat
•align, expose
•and
•develop
•source
•gate
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
•drain
•etch of the
•insulating layer
•and
•resist strip
•resist
•insulating
•layer
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografinin temel basamakları
Radyasyona dayanıklı hassas polimer
kaplamaların yapılması (spin kaplama vs.)
 Tabakanın maske veya maskesiz (İşleme bağlı)
işleme maruz bırakılması
 Cihazı ortaya çıkarmak (geliştirmek)
 İstenmeyen bileşikleri dışarı atmak (dağlamak
vs.) veya yeni malzeme biriktirmek (kaplama ile)

Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Litografi Proses Akışı
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Si Altlık(Wafer)
İnce film biriktirme
(oksit, nitrür, vs.)
Fotorezist kaplama
Hafif pişirme
Maskeleme
Işık, XRD, vs uyg.
Rezist malz. işleme
Nihai pişirme
Litografi sonu
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi Yöntemleri







Fotolitografi
– Temas
– Kalkan
– İz düşüm
Elektron Demet Litografisi
X-Işını veya UV Litografisi
İyon Demet Litografisi
Dağlama (Kazıma)
AFM Litografisi
Nano Küre Litografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi
Optik Kaynak
Açıklık
Işık Kesici
(panjur)
Maske
Dayanıklı
wafer (pulcuk)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi Örnek (I)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi Örnek (II)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Fotolitografi ile üretilen bazı örnekler
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Elektron Demet Litografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Elektron Demet Litografisi
• Altlığın üstündeki rezist (Örnek. PMMA) içine nano paternleri transfer
etmek için yüksek voltajlı elektronlar kullanılır (1 kV – 100 kV)
•Resist development
•Define pattern on spin coated E-beam resist
•RIE etching
•Cladding deposition
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•ZEP 520
•PMGI SF7
•SiOx
•Si
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•Elektron demeti ile ışık saçma
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•İki katmanın seçici olarak ortaya çıkarılması:
•Üst katman:
•Alt katman:
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•Al biriktirme
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•İlk katmanın oksitlenmesi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
Ters açıdan Al biriktirme
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ve gölge buharlaştırma
•Rezist ve artan metalin uzaklaştırılması
Galeri bağlantıları
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Elde edilen ürün
•Devre ve Josephson Tünel Bağlantıları
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
X-Işını Litografisi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Ayırma (Lift-off) Prosesi
•27
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Absorblayıcı
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
İyon Demeti Litografisi
• Elektron demeti litografisi ile aynı ancak yüksek odaklı
elektron demeti kullanan yöntem
• İyonlar W iğne içeren sıvı bir metal iyon kaynağından
çıkarılan iyonlardır.
Her biri 125 nm olan
delikler bilgisayar kontrollü
bir odaklanmış iyon demeti
ile delinmiştir.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•İyon Demeti Üretim Örnekleri
•2 mikrometrelik bu dişli odaklı iyon demeti ile üretilmiştir.
(Büyütme 50,000 x)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•İyon Demeti Üretim Örnekleri
•6 Adet mikroskobik dişli bir mikro motoru 25.000 Rpm
hızda döndürebilmektedir.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi Prosesleri
İlk adımda
PVD, CVD
veya lazer ile
kaplama
yapımı.
Takiben
maskeleme
(paternleme
ile beraber )
yapılıp
kaplama
dağlanması.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
Şekil. Paralel elektrodlu tepkime
odasında plazmayla dağlama (kazıma).
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Kimyasal Dağlama
– Islak dağlama
– Plazma dağlama
 Fiziksel Dağlama
– Sputter dağlama
– İyon dağlama
 Kimyasal/Fizikel Dağlama
– Kimyasal destekli iyon
demeti dağlama
– Reaktif iyon dağlama(RIE)

Prof. Dr. Hatem AKBULUT
Şekil. Silisyumdan kimyasal
dağlama litografisi ile üretim
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Dağlama İşlemi
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Islak Dağlama

Silisyum oksitin dağlanması
SiO2 + 6HF → SiF6 + 2H2O + H2↑

Silisyumun dağlanması
Si + HNO3 + 6HF → H2SiF6 + HNO2 + H2O +H2↑
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Plazma Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Sputter Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
İyon Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Reaktif İyon Dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•1.5 mm
•Bağlanma
papuçları
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Bağlantı
şeritleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
•Ferromagnetik Normal metal
tünel bağlantıları
•100 nm
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Co
•Al
Ferro magnet (Co) dan normal metal (Al) a dönme enjeksiyonunu ölçen devre
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Bir çipteki şehir
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Basitleştirilmiş karşılaştırmalı dağlama mekanizmaları: (a) iyon
dağlama, (b) plazma dağlama ve (c) reaktif iyon dağlama
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
AFM Litografisi





The AFM ucu rezist malzeme
tepesinden kazıma yapar.
Bir geliştiriciye daldırma ile ara
•AFM Bulldozing
katman işlenir.
Üst katman depozisyon için
gölge maskesi olarak davranır.
Rezist katmanın
kaldırılmasından sonra depozit
edilen nano yapı kalır.
•Depositing
Takiben tema maskesi kaldırılır
ve nano yapı elde edilir.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
•Undercut
•Developing
•Lift Off
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
AFM Derin Kalem Nanolitografisi
•
•
•
Kaleme benzer uç
kullanan taramalı prop
esaslı litografi tekniğidir.
Uç kimyasal (mürekkep
yapısı) içine daldırılıp
uca atom ve
moleküllerin yapışıp bir
altlığa transferi
hedeflenir.
Çözünürlük: 15 nm veya
daha iyidir
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Termal Derin Kalem Nanolitografisi
•
•
•
•
Isıtıcı eleman uca
entegre edilir.
Nispeten yüksek
sıcaklılarda katı olan
mürekkep kullanımına
imkan verir.
Isıtma elemanı ayarı ile
depozisyon kolaylıkla
on/off by yapılabilir
Kirlilik/ yüzeye
absorblanma olmaz ise
anında yüzey fotoğrafı
da alınabilir.
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Tiyol, antikor, polimerler içeren mürekkeplerden derin kalem
litografi örnekleri
•Tagged antibodies
•Thiol ‘Ink’
•on gold
•(Friction Image)
•Chemical ‘Ink’
•on glass
•(Confocal Images)
•Electroluminescent
•polymers
•6 mm
•Human Hair (80 mm width)
•Noy et al., Nano Letters (2002)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Nanoküre Lithografi Tekniği
•1. Clean Substrate 2. Drop Nanosphere
•
Solution
•3. Dry
•6. Image Nanostructures•5. Remove Nanospheres
•4. Deposit Metal
•5000 nm
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
•Atomic Force Microscope Image
•125 nm
•Hole in Mask
•Nanosphere (Diameter = 400 nm)
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
•5000 nm
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ile üretilen Nanoçubuklardan örnekler
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
Litografi ile üretilen Nano örnekler
Prof. Dr. Hatem AKBULUT
Download

Nano-4