tmn litografia

Tecnologia de Micro e Nanofabricao

Litograa

M. Xavier, M. Baeta, D. Silva, J. Alho

19 de Abril de 2015

Resumo

Este trabalho instrumental tocou na realizao passo-a-passo do

processo de fotolitograa, anlise de variao de parmetros do pro-

cesso e medidas das dimenses da camada de fotoresiste atravs de

microscpio e perlmetro.

M. Xavier, M. Baeta, D. Silva, J. Alho 19 Abr. 2015

Contedo

1 Introduo terica

2 Procedimento experimental

3 Anlise de resultados e respostas

3.1 Perlmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Microscpio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 SEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Questes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Litograa Tecnologia de Micro e Nanofabricao 2014/2015


Captulo 1

Introduo terica

O processo de litograa - especicamente fotolitograa - consiste no uso

de luz para transferncia dum padro geomtrico duma mscara para um

qumico sensvel luz denominado fotoresiste, num dado substrato. No caso

em anlise, o fotoresiste sensibilizado quando exposto a radiao UV.

Figura 1.1: Diagrama do processo.

O fotoresiste uma juno de resinas, compostos fotossensveis e sol-

vente. Caractersticas desejveis so boa aderncia, alta resoluo, unifor-

midade, alta sensibilidade, facilidade de remoo, elevada pureza qumica e

viscosidade adequada. Tipicamente aplicado no estado lquido.



Pode ser dividido em dois tipos:

Positivo - grava o padro da mscara litogrca. Negativo - grava o padro negativo (ou seja, inverso) da mscara lito-grca.

A tcnica utilizada neste trabalho para a aplicao denomina-se de spin-

ner, onde xamos o substrato por vcuo no centro dum disco giratrio no

qual aplicado algum fotoresiste. A sua rotao, de alguns milhares de rpm,

provoca o espalhamento do fotoresiste ao longo do substrato. A espessura

do fotoresiste espalhado obedece seguinte expresso:

dft =KP 2(1.1)

Onde dft a espessura do fotoresiste, K a constante relativa ao spinnere ao substrato, P a percentagem de slidos no fotoresiste e a velocidaderotacional do spinner. Procuraremos vericar esta expresso na anlise de

resultados.

Figura 1.2: Imagem de um modelo sosticado de um spinner.

Note-se que as condies experimentais so bastante particulares, para

maximizar a qualidade do processo: deve ser feito sob luz amarela, para

minimizar a irradiao nas zonas UV da luz branca normal, em condies de

presso e temperatura controladas, numa cmara limpa.

De mencionar tambm que o spinner tem fases de rotao: uma com uma

menor velocidade, onde se espalha inicialmente o fotoresiste, e outra de spin,

de maior velocidade.



Segue-se o processo de soft-baking, onde se coloca o substrato numa placa

de aquecimento de modo a provocar uma melhor adeso do fotoresiste e sec-

lo atravs de remoo do solvente. Aps isto pode-se efectuar a fotolitograa

propriamente dita, onde expomos o substrato luz UV, em alinhamento com

uma dada mscara que queremos impor.

Pode ser feita de dois modos, dependendo de onde est a mscara relativa

ao substrato:

Proximidade - O substrato encontra-se prximo, resultando em menosdanos na mscara.

Contacto - O substrato encontra-se encostado mscara, resultandonuma melhor resoluo devido ao no-espalhamento da luz.

No nal, colocamos o substrato numa tina com um revelador de modo a

revelarmos o nosso produto nal. O processo de revelao simples.



Captulo 2

Procedimento experimental

O procedimento experimental est explcito no guio e aqui resumido.

Reagentes utilizados:

Acetona lcool isoproplico gua ultra pura Fotoresiste AZ 6612 Revelador AZ 726 MIFInicialmente e antes de realizarmos o trabalho, foram lavados os substra-

tos atravs de acetona, lcool e banho de ultra-sons, seguidos de lavagem

com gua-ultrapura e aquecimento.

Os vrios substratos foram posicionados no spinner, aplicando-se 0,4 mL

de fotoresiste com micropipeta e programando ento as seguintes velocidades

de rotao de spin: 3000, 3750 e 4500 rpm, tendo-se efectuado tempos de

revelao de 20 segundos excepto para o ltimo caso, onde realizmos para

3750 rpm uma revelao de 50 segundos. Temos portanto um total de 4

amostras. Segue-se o soft-baking j mencionado na introduo.

Aps aquecimento, colocmos o substrato no alinhador de mscaras Karl

Sss Microtec MA45, em modo de contacto e alinhmos. Aps exposio

luz UV durante 5 segundos, est pronto para revelar, com as especicaes

dadas acima relativas ao tempo usado. Aps a revelao, lava-se com gua-

ultrapura e seca-se com jacto de azoto.

Depois de completo o processo, analismos os substratos obtidos atravs

de perlmetro, microscpio e ainda SEM (Scanning Electron Microscope),

resultados que apresentaremos no seguinte captulo.



Captulo 3

Anlise de resultados e respostas

Neste captulo, apresentaremos os resultados e responderemos s perguntas

colocadas no guio.

Os substratos foram analisados com trs aparelhos diferentes: um per-

lmetro XP-200 da Ambios, um microscpio e o SEM (Scanning Electron

Microscope) instalado no CENIMAT.

3.1 Perlmetro

No perlmetro, o intuito era obter a espessura da camada de fotoresiste

aplicado e essencialmente retirar concluses acerca da variao da mesma

com os parmetros que tommos. Do perlmetro retirmos resultados do

tipo:

Podemos retirar a espessura para cada um atravs da mdia de espessuras

no topo dos picos, obtendo ento:

Parmetros Espessura mdia ()

3000 rpm, 20 s 8988.45

3750 rpm, 20 s 8633.89

4500 rpm, 20 s 8670.81

3750 rpm, 50 s 8596.5

Tabela 3.1: Espessura mdia da camada de fotoresiste no substrato.

Vemos imediatamente que para menores velocidades do spinner, obte-

mos maiores espessuras mdias para o mesmo tempo de revelao, o que faz

sentido pois uma maior rotao ir remover ligeiramente menos fotoresiste.

Podemos ento fazer uma regresso para tentarmos obter a expresso

(1.1), usando apenas 3 pontos, dando ento uma aproximao algo grosseira.



Figura 3.1: Medio de espessura obtida para a ltima amostra preparada.

Portanto, faz-se uma regresso de dft em ordem a1. No entanto, o R2

obtido foi de 13, pelo que simplesmente os dados no se adequam bem expresso utilizada. De qualquer forma, verica-se largamente o compor-

tamento esperado, precisando-se de uma maior quantidade de pontos para

obter concluses mais apropriadas.

3.2 Microscpio

No microscpio, obtiveram-se os resultados nais:

Larguras (m)Parmetros 1 2

3000 rpm, 20 s 29.87 47.67

3750 rpm, 20 s 29.87 47.04

4500 rpm, 20 s 28.63 50.23

3750 rpm, 50 s 27.33 47.04

Tabela 3.2: Largura de elementos impressos no substrato.

Foram retirados atravs da interface informtica do aparelho, com recurso

ferramenta de medio. Aqui, o intuito era ter uma melhor ideia sobre a

resoluo da fotolitograa efectuada, de modo a podermos tirar concluses

acerca da sua dependncia na velocidade de rotao e tempo de revelao.



As imagens obtidas por microscpio tinham forma:

Figura 3.2: Imagem obtida para a ltima amostra preparada.

Podemos tirar concluses acerca da resoluo olhando "sombra" que

cada um dos elementos deixa, para cada imagem obtida em cada caso, aliando

aos resultados do perlmetro, onde podemos vericar o declive de ascenso

ou descenso da espessura da camada de fotoresiste. O que se retira o facto

de no encontrarmos grandes diferenas de resoluo nem de dimenses das

microestruturas pelos mtodos utilizados ao alterarmos a velocidade. Tal

faz algum sentido: de facto, o processo de irradiao UV dene a resoluo

da mscara depositada no substrato, tendo como limitantes a j mencionada

distncia ao substrato, o prprio comprimento de onda da radiao utilizada e

outros, dentro dos quais pensamos que o tempo de revelao ser signicativo,

mas no a velocidade.



3.3 SEM

A observao em SEM foi mais ilustrativa e serve para complementar o men-

cionado anterior, pelo que a apresentamos aqui em adio pstuma ao rela-

trio:

Figura 3.3: Imagem SEM obtida para a ltima amostra preparada.

3.4 Questes

Questo 1 - Quais so os princpios bsicos da fotolitograa e quais

as suas aplicaes?

A fotolitograa um processo essencialmente utilizado no mbito da mi-

croeletrnica para denir padres para a superfcie de uma bolacha semi-

condutora, neste caso, silcio. Este tcnica consiste na exposio radiao

UV dum fotoresiste, com o objectivo de sensibilizar o prprio fotoresiste.

O fotoresiste constitudo por resinas, compostos fotossensveis e solvente,

sendo responsveis pelas propriedades mecnicas do fotoresiste. A litograa



tem algumas exigncias para que os dispositivos obtenham o melhor desem-

penho possvel, como controlar o ambiente a nvel de presso, humidade,

temperatura e numa sala limpa de modo a reduzir a quantidade e tamanho

das partculas que esto no ambiente que podero afectar o dispositivo. Apli-

caes incluem qualquer tipo de micro e nanoelectrnica, e consequentemente

qualquer aparelho que utilize ICs est inevitavelmente ligado a este processo.

Questo 2 - Que tipos de fotoresiste existem?

Como mencionado na introduo terica, os tipos de fotoresiste so de-

nidos de acordo com a sua polaridade:

Positivo, que tem a funcionalidade de gravar no substrato a mscarautilizada neste processo, tendo como vantagem uma melhor resoluo,

devido facilidade de remoo das reas expostas.

Negativo, que tem como funcionalidade gravar no substrato o inverso damscara utilizada, tendo como vantagens melhor adeso ao substrato

e maior resistncia eroso.

Questo 3 - Qual a inuncia da velocidade de rotao durante o

espalhamento na espessura nal do fotoresiste e na constante spin-

ner/substrato? Responda fazendo os clculos e/ou grcos ade-

quados.

Questo resolvida na anlise de resultados, seco Perlmetro.

Questo 4 - Ao serem utilizados diferentes programas de veloci-

dade, observada alguma alterao na denio do fotoresiste aps

a revelao?

Questo resolvida na anlise de resultados, seco Microscpio.



Bibliograa

[1] Guio da aula de laboratrio


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