INSTITUTO NACIONAL DE ASTROFÍSICA ÓPTICA Y ELECTRÓNICA FÍSICA DE LÁSERES FOTOLITOGRAFÍA Presenta: Armando Pérez Leija Profesor: Dr. Carlos Treviño Primavera.

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1 INSTITUTO NACIONAL DE ASTROFÍSICA ÓPTICA Y ELECTRÓNICA FÍSICA DE LÁSERES FOTOLITOGRAFÍA Presenta: Armando Pérez Leija Profesor: Dr. Carlos Treviño Primavera 2006.

2 INTRODUCCI Ó N  Litograf í a viene de dos palabras griegas, “ lithos “ la cual significa piedra, y “ graphien “ que significa escribir. Litograf í a significa literalmente “ escribir un patr ó n en piedra “.  En microelectr ó nica la palabra litograf í a es com ú nmente usada para describir un proceso en el cual un patr ó n es delineado en una placa de un material sensible a los fotones, electrones o iones.  La litograf í a transforma un diagrama de circuito complejo en patrones que son definidos sobre una oblea en una sucesi ó n de exposiciones y procesos para formar un n ú mero de placas superpuestas de material aislante, conductor y semiconductor.  El principio es similar al de una c á mara fotogr á fica en la cual un objeto es grabado sobre una pel í cula de emulsi ó n fotosensible.

3 TECNICAS PARA REALIZAR LA FOTOLITOGRAFÍA: –ÓPTICA (UV) -HACES DE ELECTRONES -RAYOS X -HACES DE IONES  las ú ltimas tres han logrado un progreso considerable, la litograf í a ó ptica se ha mantenido como la tecnolog í a dominante.

4  LITOGRAF Í A Ó PTICA Una herramienta para llevar a cabo litograf í a ó ptica consiste de: -una fuente de luz ultravioleta (UV) -una fotomascar á -un sistema ó ptico -y una oblea cubierta con una placa fotosensible, llamada resistente por su habilidad a resistir los procesos qu í micos subsecuentes en el proceso.  La marcar á es expuesta a luz UV y la mascar á patr ó n es grabada sobre la resistente por el sistema ó ptico. (figura 1)

5 Figura 1

6  FUENTES DE LUZ Las fuentes de luz UV mas com ú nmente usadas en litograf í a ó ptica son las l á mparas de arco de alta presi ó n y las fuentes l á ser. Hay tres regiones del espectro de luz UV que podemos distinguir y son usadas, el ultravioleta profundo (DUV Deep ultraviolet) en el rango de 100-300 nm, medio UV en el rango de 300-360 nm y el UV cercano en el rango de 360-450nm.  FUENTES L Á SER Por lo tanto la inversi ó n de poblaci ó n puede llevarse a cabo Las fuentes mas potentes y com ú nmente usadas en fotolitograf í a DUV (deep UV) son los l á ser eximer. La palabra “ eximer “ combina las dos palabras en ingles “ exited “ y “ dimer “ (excitado y dimer), dimer es una mol é cula compuesta de dos á tomos id é nticos tales como Kr2 (Kripton). Un l á ser eximer es inestable en su estado base pero es metaestable en su estado excitado. La emisi ó n l á ser ocurre a trav é s de la transici ó n del estado exitado al estado base (figura 2). El tiempo para exitar a los á tomos en un l á ser de este tipo es del orden de picosegundos, mientras que el tiempo de vida del estado excitado esta en el rango de nanosegundos a microsegundos excitando una mezcla de gases raros y un halogeno sometidos a altas presiones.

7 La excitación se lleva acabo mediante un pulso de alto voltaje. Los pulsos de alta potencia de los láseres excimer permiten tiempos de exposición cortos (10 a 20 nS), a diferencia de los láseres convencionales. Los láseres excimer y los convencionales también difieren en que los excimer tienen poca coherencia espacial y los convencionales son muy coherentes. Se dice que los haces son espacialmente coherentes cuando los puntos de sus frentes de onda se mantienen en fase conforme el frente de onda se propaga. Con los haces espacialmente coherentes, alguna dispersión del sistema óptico causaría interferencia en la superficie de la oblea, resultando en un patrón aleatorio de interferencia constructiva o destructiva en el resistente llamado campo de speckle.

8 Pasos a seguir en el proceso de grabar un patrón de dioxido de silicio

9 Continuación del proceso

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11  Sobre una oblea base de silicio se deposita una capa delgada de dioxido de silicio (figura a). La temperatura de oxidación esta en el rango de 900 a 1200 grados centigrados la placa de dioxido es usada para aislar y proteger el silicio de abajo que formara los transistores o las compuertas.  La oblea es cubierta con una sustancia llamada fotoresistente (figura b), que es un material fotosensible. Hay principalmente dos tipos de fotoresistente -positivo y negativo. Cuando se usa un resistente negativo la porción que se expone a la luz es soluble dejando una imagen negativa. Alternativamente cuando se usa un resistente positivo la porción expuesta es la que se hace soluble.

12  GRABADO Con litografía, la luz ultravioleta es pasada a través de una mascara o plantilla de vidrio que tiene impreso el patrón e incide sobre la oblea (figura c). La mascara contiene un patrón que será transferido al silicio.

13 Proceso para hacer las interconexiones metalicas

14 CONTINUACIÓN

15 INTERCONEXIONES METALICAS Para conectar diferentas placas (figuras 2a-2c). Se utiliza una mascara con hoyos por donde va a pasar la luz e incidir en el resistente y definir un camino a través del cual se haran las conexiones. Aproximadamente 20 placas son interconectadas para formar un circuito integrado

16  1.- Rabaey, J. Digital integrated circuits Pretince Hall, New Jersey, 2002.  2.- Elliot, D., Microlithography Process Technology for IC fabrication, Mac Graw-Hill, New York, 1986.