DRIKA'S BOX

Essa é a minha caixinha, que estou abrindo para compartilhar com vocês aquilo que sei e que ainda quero aprender!

Litografia para Microfabricação

Resumo

 

A litografia é uma técnica para criar padrões em um determinado material, o qual pode tanto ser um semicondutor como de qualquer outro tipo. Esta técnica pode ser usada na microfabricação de forma a definir certas marcas em um substrato de acordo com o resiste que o cobre. Esse resiste recebe facilmente as impressões deixadas pela radiação. No capítulo em questão será descrito os principais métodos litográficos, os resistes mais utilizados. Serão debatidos os pontos de vista indispensáveis para a litografia óptica na microfabricação e na microeletrônica. O programa CAD LASI será apresentado para seu uso na microfabricação utilizando o formato CIF (Caltech Intermediate Format) na construção de máscaras pelos laboratórios do Brasil. A técnica por feixe de elétrons também será apresentada e mostraremos sua utilização na prototipagem de microdispositivos e CI’s.

 

Introdução

 

Devido á necessidade de dispositivos mais baratos e com um melhor desempenho o estudo da microeletrônica e da microfabricação cresceu muito nos últimos anos. O fator que torna o dispositivo mais barato é a possibilidade de se produzir mais peças em uma mesma área, já a melhora no desempenho se deve ao fato de o circuito no qual o elétron transita ficar menor, tornando esse ciclo mais rápido.

 

A amostra na qual se cria o padrão é constituída de um substrato e coberto com um resiste que nada mais é do que um fino material sensível à radiação. Através de uma máscara que é colocada em cima da amostra nas áreas onde não se deseja radiar, molda-se o formato desejado aplicando um feixe de radiação na amostra. Após esta etapa faz-se a revelação do resiste, a qual pode se dar de duas formas:

· Processo positivo à Quando a área que não foi coberta pela máscara é removida;

· Processo negativo à Quando a região removida é a área protegida pela máscara;

Existem várias técnicas para se modificar um substrato, as mais comuns são a corrosão, a difusão de dopantes, a implantação de dopantes ou a adição de material sobre a superfície.

 

Métodos Litográficos

 

O método litográfico nada mais é que um processo de transferência de padrão onde se destaca a técnica da fotolitografia, considerada uma das melhores devida sua ótima resolução e reprodutibilidade.

 

Silk-Screen

 

O silk-screening é uma das técnicas mais simples que existe. Trata-se de uma técnica onde um material pastoso é colocado em cima de uma tela e depositado no substrato. A menor resolução alcançada é de 100μm o filme depositado já fica no formato desejado, não sendo necessário nenhuma outra atividade.

 

 

Impressão

 

A técnica da impressão ocorre através de um filme polimérico que é colocado em contato com o substrato e reproduz o padrão em relevo formando um molde, onde juntamente com a amostra é submetido a uma determinada pressão e a uma alta temperatura. Após isso a amostra é separada do molde, deixando o padrão reproduzido no filme.

 

Holografia

 

A técnica da holografia é a deposição de um filme de fotoresiste em um substrato que é submetido a uma exposição de um padrão que é formado através de interferências de feixes de laser e revelado em seguida, gerando um padrão sobre o substrato.

 

Varredura de Pontas de Prova

 

Neste método é depositada uma camada de resiste sobre o substrato onde uma imagem é gerada e obtida no formato AFM (atomic force microscope) a ponta de prova é forçada sobre o resiste, penetrando-o e removendo o resiste ao se arrastada. Neste modo há uma limitação decorrente da geometria da ponta e pela espessura do resiste.

 

Raios-x

 

A técnica de raios-x é considerada possui uma ótima resolução, já que seu comprimento de onda e de 0,4 a 8 nm, tornado assim o efeito da difração desprezível, porém esta técnica também traz alguns problemas já que há uma certa dificuldade em se criar uma máscara com uma boa metrologia, além do alto custo das fontes de raios-x. O seu uso compensa-se somente quando há uma necessidade de altas resoluções.

 

Feixe de Elétrons

 

È a técnica que possui maior distinção de linhas muito próximas possuindo um comprimento de onde de 0,004nm. Esta dimensão permite estruturas da ordem de até 7nm. Devido todas essas características este método tornou-se a mais utilizada para fabricação de máscaras para litografia e raios-x.

 

Litografia Óptica

 

Existem três tipos de litografia óptica:

 

1- Por Proximidade: Esta técnica posiciona a máscara a distâncias maiores que 20µm protegendo assim a máscara do contato, porém esta distância influencia no na resolução devido à difração da luz nas bordas da máscara.

2- Por Contato: Nesta técnica a máscara é colocada em contato com a mostra, tendo-se assim uma melhor resolução, porém é necessário que a máscara seja constantemente limpa para se evitar contaminações o que desgasta as estruturas da máscara.

3- Por Projeção: É a técnica utilizada na indústria por necessitar de máscaras com resoluções módicas já que a imagem é reduzida e produz grande fluxo de amostras. É necessário um equipamento para a utilização desta técnica para que a amostra seja movimentada permitindo que toda a área seja exposta.

 

Fotogravação

 

A fotogravação é um método no qual um fotoresiste é colocado sobre um substrato e em seguida submetido à ação da luz ultravioleta através de uma máscara, após esta etapa é feita a revelação do padrão. O processo da fotogravação deve ser realizado em um ambiente iluminado através de um filtro para proteger o resiste.

 

Limpeza e preparação

 

A preparação do substrato é uma importante etapa da fotogravação, já que para ser utilizado ele precisa ter uma boa planaridade. O substrato não pode conter particulados, contaminantes ou água, pois podem impedir o contato com a máscara ou a corrosão. Para isso deve ser feita uma limpeza minuciosa até que se tenha certeza de que o substrato está em boas condições. Esta limpeza se dá através de solventes orgânicos. A preparação acontece em duas etapas:

1ª Realiza-se um bake (usado para retirar o excesso de H20) em uma placa quente para liberar a superfície do substrato de água.

2 ª Realiza-se a deposição de um promotor de aderência aos óxidos da superfície do substrato.

 

 

Deposição do Fotoresiste

 

O fotoresiste deve ser mantido refrigerado e para que possa ser depositado é necessário que se traga o frasco refrigerado à temperatura ambiente para evitar a condensação de água no seu interior.

Utilizando-se um spinner o resiste é depositado sobre o substrato e em seguida é recozido em uma placa quente ou forno. A espessura do resiste depende da sua viscosidade, da velocidade do spinner, do tempo de rotação e do tempo de recozimento.

O excesso de resiste nas bordas da amostra é retirado com uma lâmina, mas em processos que necessitam de uma boa resolução é possível utilizarmos uma seqüência de exposições prolongadas com uma máscara que recubra o centro da amostra e revelando-se rapidamente a amostra.

Para amostras fora do padrão é possível utilizarmos um jato de nitrogênio seco para espalharmos o resiste, porém desta forma não temos uma espessura uniforme do resiste.

 

Alinhamento e Exposição

 

Normalmente a exposição da mascara é feita com equipamentos que permitam um alinhamento preciso entre a amostra e o padrão da máscara. Inicialmente a máscara é colocada em contato com a máscara para se ajustar a ela. Em seguida é separada por uma escala micrométrica, o suficiente para uma movimentação relativa entre amostra e máscara. O alinhamento é feito com microscópios e micrômetros são utilizados para movimentar em x e y e girada no plano.

Após o alinhamento a amostra é colocada em contato com a máscara novamente para se verificar se o alinhamento se manteve. Se o alinhamento tiver sido modificado, é necessário fazer-se uma correção. Com o alinhamento correto é feita a exposição, que modifica o resiste, transformando seu índice de refração.

 

Revelação

 

Para a revelação, a amostra deve ser mergulhada numa solução de resiste diluído em água deionizada. A amostra deve sem agitada para tornar a revelação ser o mais uniforme possível. O tempo de revelação deve ser de aproximadamente 30 segundos. Depois de mergulhado na solução de resiste, os padrões devem ser mergulhados em água deionizada. Ao final a amostra pode ser inspecionada para se verificar o resultado e caso não esteja bom o processo pode ser repetido apesar de não ser recomendado este tipo de correção.

Para se ter certeza de que não sobrou nenhuma camada de resiste sobre o substrato, aconselha-se compara-lo a um substrato padrão.

Através de um microscópio pode-se classificar o perfil vertical do resiste como obtuso positivo, reto ou agudo negativo. Para cada perfil temos uma aplicação diferenciada:

 

Tipo

Formação

Aplicação

Obtuso Positivo

Baixas doses

Resistes negativos

Resistes positivos

Corrosão úmida

Corrosão à seco por plasma

Reto

Dose normal

Multicamadas

Resiste positivo

Corrosão física feixe iônico

Corrosão plasma reativo(RIE)

 

Agudo Negativo

Sobre exposição

Multicamadas

Imagem reversa

Resiste positivo

Lift-off

Implantação iônica

 

4 Respostas para “Litografia para Microfabricação

  1. Inês Santos 21 de setembro de 2010 às 14:18

    Boa noite,

    Somos investigadoras do Instituto Superior Técnico e não dominamos o campo das nanotecnologias. Gostaríamos de saber uma estratégia de nanofabricação para preparar uma matriz quadrada de Al ou Ni, com 40 nm de aresta e com um passo de separação de 100 nm. Se fosse possivel apresentar mais do que uma técnica, agradeciamos.

    Desde já muito obrigada pela sua atenção,
    Cumprimentos

    Inês Santos
    Sandra Ferreira

    • DRIKA 8 de outubro de 2010 às 12:27

      Desculpe a demora em responder mas perdi meu acesso ao blog e só consegui logar novamente hoje. Infelizmente não poderei ajudar, fiz esse trabalho na minha iniciação científica mas não me aprofundei mais no assunto. Preferi seguir outra linha de estudo.

  2. Diego Santana 8 de outubro de 2010 às 12:02

    Olá! Sou aluno do curso de Engenharia Mecatrônica da Escola Politécnica da USP e estou realizando o meu trabalho de formatura sobre a Microfabricação de CMUT. A técnica que utilizaremos na fabricação de alguns protótipos é a litografia.
    Estive lendo o seu material, que por sinal é muito interessante, e gostaria de saber se você não teria como me passar as fontes das informações que se enontram aki para eu poder me aprofundar melhor sobre o assunto.
    Grato.

  3. Diego Santana 8 de outubro de 2010 às 12:02

    Olá! Sou aluno do curso de Engenharia Mecatrônica da Escola Politécnica da USP e estou realizando o meu trabalho de formatura sobre a Microfabricação de CMUT. A técnica que utilizaremos na fabricação de alguns protótipos é a litografia.
    Estive lendo o seu material, que por sinal é muito interessante, e gostaria de saber se você não teria como me passar as fontes das informações que se enontram aki via e-mail para que eu possa me aprofundar melhor sobre o assunto e inserir estas informações no meu trabalho.
    Grato.

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