Category: Laboratory logbook

I substrati sono stati successivamente metallizzati con Cr (5 nm) + Au (95 nm) presso il laboratorio bio-lab. Il primo tentativo non è stato completato correttamente a causa della rottura del filamento/crogiuolo per l'Au. Il filamento/crogiuolo è stato sostituito, ma questa operazione ha interrotto la condizione di vuoto fra la deposizione del Cr e quella dell'Au, causando prevedibili problemi di adesione. Il secondo tentativo si è invece completato normalmente. Le aree di fotoresist metallizzato sono state rimosse (lift-off) mediante lavaggio in ACE a temperatura ambiente per 1' e in vasca ad ultrasuoni per 2'. Le immagini a basso ingrandimento mostrano le strutture litografiche in Au dopo il lift-off.

Le linee metalliche sono continue e ragionevolmente nette. Non si osservano le strutture tipo "fences" causate da un undercut insufficiente. Un immagine ad elevato ingrandimento in contrasto DIC è mostrata qui sotto conferma quanto osservato a basso ingrandimento.

Nell'immagine qui sotto confrontiamo l'immagine della struttura metallizzata con le dimensioni nominali della maschera (linea sottile verde).

Come nel caso del fotoresist, le larghezze delle linee metalliche risultano inferiori di circa 1.8 µm rispetto a quelle nominali della maschera. Questo indica che la procedura di lift-off è conforme, mentre la riduzione delle dimensioni delle linee metalliche è conseguenza del processo di esposizione/sviluppo del fotoresist.

Dopo lo sviluppo, i substrati sono stati spezzati in più parti. Alcune parti sono state metallizzate con Au/Cr presso il laboratorio bio-lab, altre sono state analizzate al microscopio ottico per stimare la qualità  delle strutture litografate nel fotoresist e verificare l'esistenza dell'undercut. I substrati provenienti dai due run del 4 e 5 agosto si sono rivelati molto simili, che indica che le differenze nelle procedure di preparazione si sono manifestate in fasi non eccessivamente critiche.

Seguono immagini a basso ingrandimento del fotoresist sviluppato.

Le zone chiare indicano le aperture nel fotoresist (substrato esposto), mentre le aree marroni rappresentano il fotoresist non esposto. Le immagini mostrano probabilmente la presenza di undercut (doppia linea che contorna le strutture litografiche, più evidente nella seconda immagine). La qualità  delle strutture è soddisfacente (linee continue, assenza di frastagliature). Si osserva la presenza di particelle estranee (polvere? specialmente nella seconda immagine).

Le immagini a più alto ingrandimento che seguono indicano che il grado di undercut (compreso fra i 9 e i 13 µm) risulta eccessivo, tanto che le strutture più piccole della maschera (crocini di allineamento, non mostrate qui) non risultano riprodotte dal fotoresist, essendo state completamente asportate dall'eccessivo effetto undercut. I crocini di allineamento, contrariamente alle aperture, dovrebbero risultare come sottili linee (2 µm, nominalmente) di fotoresist non esposto circondate da grandi aperture. Queste strutture sono particolarmente fragili dal punto di vista dell'effetto undercut, perché possono essere erose alla base ed asportate completamente in fase di sviluppo. Il grado eccessivo di undercut può essere dovuto a i) tempo/temperatura di sviluppo eccessivi; ii) tempo/temperatura di softbake del LOL insufficienti.

Le strutture litografiche incise vengono qui di seguito confrontate con le dimensioni nominali della maschera (riga verde sottile). Si osserva che le aperture nel fotoresist sono più piccole (di circa 1.8 µm, larghezza totale delle aperture) e più arrotondate di quelle nominali nella maschera. Tuttavia, per avere un'informazione più completa, occorrerebbe confrontare l'immagine del fotoresist con quella della maschera reale, non con le sue dimensioni nominali.

A parte l'eccessivo grado di undercut e la ridotta dimensione delle aperture nel fotoresist, questi primi risultati sono soddisfacenti perché tutte le strutture litografiche della maschera sono state riprodotte sul fotoresist (con l'esclusione dei crocini di allineamento che, dato l'eccessivo grado di undercut, non potevano essere riprodotti).

Deposizione, impressione e sviluppo di fotoresist con undercut per litfoff con Au/Cr

Substrato: wafer Si con ossido nativo, diametro 1.5", spessore 300 µm (circa)

Pulizia del substrato usando procedura RCA:

• lavaggio in TCE + azione meccanica con swab in schiuma (RS)
• lavaggio in ACE, 3' in vasca ultrasuoni
• lavaggio in IPA, 3' in vasca ultrasuoni
• lavaggio in DI, asciugatura con N2
• lavaggio in soluzione SC-1, 10' in bagnomaria a 75 °C
• lavaggio in DI:HF (50:1) per 15"
• lavaggio in DI, 5'
• lavaggio in soluzione SC-2, 10' in bagnomaria a 75 °C
• lavaggio in DI, 5'
• asciugatura con N2

Disidratazione del substrato: 15' in forno a convezione a 150 °C

Priming con HMDS: il substrato viene rapidamente estratto dal forno e chiuso in una capsula di Petri, facendo cadere all'interno del coperchio 2-3 gocce di HMDS (usare una pipetta usa-e-getta; estrarre la bottiglia dal frigo per tempo, per evitare l'assorbimento di umidità  da parte dell'HMDS). Si lascia agire il vapore di HMDS per 3'. La seconda volta (5 agosto) si è osservata la formazione di frange di interferenza.

Spinning del LOL-1000 (Shipley) : si posiziona il wafer sul chuck dello spinner e si centra al meglio possibile; sia attiva il vuoto sotto il chuck e si chiude il coperchio dello spinner; usando una pipetta usa-e-getta, si prelevano circa 2 ml di LOL dalla bottiglia (estrarre la bottiglia dal frigo per tempo) e si ricopre completamente la superficie del wafer. Questa operazione è critica. Si attiva la rotazione dello spinner (2250 rpm) finché non si stabilizzano le frange d'interferenza.

Soft-bake del LOL: 5' in forno a convezione a 150 °C (alla luce dei risultati successivi e della letteratura, questo tempo è probabilmente insufficiente).

Spinning del fotoresist (Shipley Microposit S1813): si posiziona il wafer sul chuck dello spinner e si centra al meglio possibile; sia attiva il vuoto sotto il chuck e si chiude il coperchio dello spinner; usando una pipetta usa-e-getta, si prelevano circa 2 ml di fotoresist dalla bottiglia (estrarre la bottiglia dal frigo per tempo) e si ricopre completamente la superficie del wafer. Questa operazione è critica. Si attiva la rotazione dello spinner (3500 rpm) finché non si stabilizzano le frange d'interferenza.

Soft-bake del fotoresist: 1' in forno a convezione a 115 °C (secondo la letteratura Shipley, questo tempo è probabilmente insufficiente).

Esposizione del fotoresist: 10" @ 15 mW/cm^2, canale CI2 del mask-aligner Suss.

Sviluppo del fotoresist: Shipley Microposit MF 321, circa uno o due minuti a temperatura ambiente (26-27 °C). Non si è fissato un tempo preciso di sviluppo, ma si è osservato visivamente lo scioglimento delle parti esposte, fermandosi alla stabilizzazione (questo passaggio è probabilmente critico; occorre controllare accuratamente il tempo di sviluppo).

Lavaggio in DI, asciugatura con N2.

I due run del 4 e 5 agosto 2005 sono sostanzialmente simili. Le principali differenze vengono qui elencate:

• il 4 agosto le soluzioni SC-1 e SC-2 sono state preparate e termalizzate al momento del bisogno, mentre il 5 agosto sono state preparate in anticipo. Questo ha accorciato sensibilmente il tempo necessario a completare il run (c.a. 2 ore)
• il 4 agosto non si è ricoperto completamente il wafer con il LOL. Ciò ha causato una deposizione disuniforme di LOL (striscie radiali, parti non ricoperte). Abbiamo quindi nuovamente ricoperto il wafer con LOL liquido (la nostra impressione è che il LOL liquido depositato sul LOL spinned lo abbia sciolto) e ripetuto la procedura di spinning. Il risultato ottenuto è stato giudicato visivamente soddisfacente.
• il 4 agosto il portamaschere del mask-aligner non era ben fissato.