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Author: Alessandro di Bona

Published on Leave a comment on intervento su workholder & bonding

workholder
Il workholder riscaldato non funziona correttamente: la temperatura indicata dal controller mostra grandi escursioni. Il problema sembra essere il cavo di collegamento fra il workholder ed il controller. Si sostituisce il cavo di collegamento, eliminando anche il connettore sul workholder, che inoltre intralcia i movimenti del workholder quando è installato nel bonder. L'intervento sembra essere andato a buon fine.

bonding
Bonding dei campioni di Vitali. Incollaggio dei chip al chip carrier con silver paint. Asciugatura a temperatura ambiente per 20 min. Bonding secondo gli schemi riportati in precedenza. Nessun particolare problema (nessuna failure dopo 120 bond completi). Sono stati contattati 4 chip (A, B, C e D). Precauzioni anti-statiche standard: uso del bracciale antistatico, no guanti in nitrile, non contatto fra pin e parti metalliche floating.

Published on Leave a comment on intervento su bonder, scribing & breaking

intervento su bonder
Sintomo: dopo il bond 2, il filo non viene tagliato, perchè esce dalla clamp. Soluzione: Abbiamo alzato il filo rispetto alla clamp, agendo sia sulla posizione del supporto del filo (forzandolo leggermente verso l'alto), sia avvolgendolo con un tubicino in plastica. Il filo ora passa più in alto rispetto al bordo inferiore della clamp ed il taglio viene eseguito correttamente (test su chip di prova, 21 successi su 21 bond).

scribing & breaking
I chip di Vitali (c.a. 10 × 11 mm) sono troppo grandi per il chip carrier JCC44, che ha una cavità  di dimensione 8.6 × 8.6 mm. Occorre quindi "rifilare" i chip. Con lo scriber Karl Suss incidiamo lungo i quattro lati a 250 µm di distanza dai pad più esterni, ottenendo 4 chip da circa 8 × 7 mm, un campione per ogni serie (A, B, C e D). Domani incolleremo i chip ai chip carrier e faremo i collegamenti.

Published on Leave a comment on campioni EBL settembre 2005

Vitali Methlusko del laboratorio NCF dell'Università  dell'Illinois, Chicago, ci ha fornito 4 serie di nanostrutture magnetoresistive:

D 20 dischi Co 200 Å/Cu 100 Å/Py 250 Å 2 contatti bottom, 2 top

id qty descrizione contatti
A 3 dischi Py 250 Å 4 contatti bottom
B 7 dischi Co 200 Å /Cu 100 Å / Py 250 Å 4 contatti bottom
C 14 anelli quadrati, Py 250 Å 6 contatti bottom

I chip sono da contattare secondo il seguente schema (notare i due collegamenti in alto a destra ed in basso a sinistra, contatti per la massa del substrato):

chip di strutture a 4 contatti (A, B e D).
chip di strutture a 6 contatti (C).

Oggi abbiamo collegato i collegamenti per la massa del substrato su 4 portachip JCC44. Il bonder non tagliava bene il filo sul bond 2, quindi lo abbiamo tagliato a mano. Abbiamo aumentato la forza di chiusura della clamp. Domani il test. Questi i parametri della macchina:

search force time power loop
bond 1 6.0 3.0 4.0 2.70 7.0
bond 2 6.0 3.0 4.0 2.70 7.0

Published on Leave a comment on rendiconto spese del laboratorio litografico

introduzione
Nel febbraio 2005, il centro S3, sentendo la necessità  di dotarsi di un sistema per la microfabbricazione di strutture litografiche da affiancare ai laboratori esistenti (FIB, Nano-Mask, Sesamo, Bio-Lab, LowTemp Mag.), ha destinato un finanziamento di € 20.000,00 (fondi JEF, 2/2/2005) all' "upgrade di strumentazione già  esistente e disponibile" (riferendosi al laboratorio fotolitografico installato presso il Dipartimento di Fisica), operazione coordinata da Alessandro di Bona, insieme ad un gruppo di lavoro composto da Elena Angeli, Andrea Candini, Paolo Facci e Marco Affronte.
Il laboratorio fotolitografico è stato messo a disposizione del centro S3 a partire dal mese di gennaio 2005. Le apparecchiature presenti, acquistate dal prof. Filippo Nava nel 1993, sono state trovate in buono stato ed hanno quindi richiesto minimi interventi di manutenzione per essere nuovamente operative. I materiali di consumo invece, avendo superato abbondantemente la loro data di utilizzo, sono stati smaltiti. Le principali apparecchiature del laboratorio sono:

apparecchiatura descrizione
mask aligner Karl Suss MA6 È uno strumento opto-meccanico di precisione che consente di allineare le strutture precedentemente fabbricate sul substrato con una fotomaschera contenente nuove strutture da sovraimporre al substrato.
cappa a flusso laminare classe 100 È un banco di lavoro per effettuare i trattamenti chimici necessari alle operazioni litografiche. Garantisce contemporaneamente la sicurezza dell'operatore e la sostanziale assenza di particelle contaminanti.
impianto per la produzione di H2O deionizzata Fornisce acqua di elevata purezza al banco di lavoro.
spin coater Zelpro Viene utilizzato per depositare spessori ben determinati di resine di varia natura (principalmente fotoresist).
forno a convezione Serve ad eseguire particolari trattamenti termici sui substrati e sulle resine.
diamond scriber Karl Suss HR 100 Incide il substrato con una forza controllata, permettendo di separare il wafer nei diversi chip
wedge bonder K&S Collega elettricamente il chip ai contatti del chip carrier, usando un filo di Au del diametro di 20 µm.

Il laboratorio contiene anche un sistema per la produzione di aria compressa oil-free ed un impianto per la distribuzione di N2, entrambi funzionali alle apparecchiature del laboratorio.

spese per materiale inventariabile
I principali investimenti del laboratorio sono qui di seguito descritti:

  1. Microscopio ottico di buona qualità  per l'analisi di routine del fotoresist. Tale analisi è necessaria per la regolazione dei parametri di processo e viene eseguita durante alcune fasi critiche della fabbricazione, da cui la necessità  di avere uno strumento installato presso il laboratorio stesso. Il costo dello strumento (€ 18.116,82 ) avrebbe esaurito quasi completamente il finanziamento disponibile. L'acquisto è stato reso possibile ripartendo il costo su vari fondi (Stefano Frabboni 44%, JEF 32%, Marco Affronte 24%).
  2. Messa in sicurezza del laboratorio, con l'acquisto di un armadio per infiammabili liquidi e solidi secondo norme DIN 12925-1. La maggior parte dei reagenti chimici per la pulizia del substrato e per il processo litografico rientra in questa categoria di sostanze.
  3. Interventi di manutenzione sul mask aligner. 1) l'aria compressa "oil-free" necessaria al funzionamento del mask aligner, veniva originariamente fornita da due compressori, ora non più operativi nè riparabili. Si è quindi reso necessario l'acquisto di un nuovo compressore d'aria. 2) l'ottica per l'allineamento della maschera non disponeva di un ingrandimento sufficiente. Si è acquistato un obiettivo di maggiore ingrandimento. 3) sono state progettate e acquistate due fotomaschere per la riproduzione di i) strutture magnetoresistive; ii) sonde di Hall; iii) contatti per misure elettriche.

La tabella che segue riporta in maggiore dettaglio le spese di investimento per il laboratorio fotolitografico.

materiale inventariato ditta importo
microscopio ottico(*) Remet € 5.839,14
armadio di sicurezza Incofar € 2.710,00
compressore d'aria Bertacchini € 2.220,00
n. 2 fotomaschere da 4", Cr/glass Adtek € 1.590,00
obiettivo 20X BF Remet € 1.488,00
totale € 13.847,14

(*) solo quota del 32% di € 18.116,82 a carico dei fondi JEF

 

spese per materiale di consumo
Le principali spese per materiale di consumo sono state quelle relative ai reagenti (fotosensibili e per la pulizia del substrato), alla dotazione di laboratorio per la manipolazione e conservazione dei substrati (labware, dippers, contenitori) e ai substrati stessi (wafer da 2" di Si (100), con 700 nm di ossido termico). Il workholder riscaldato viene utilizzato insieme al wedge bonder messo a disposizione da Filippo Nava, attualmente installato presso il Low Temp. Lab. di Marco Affronte.
La tabella che segue riporta in dettaglio le spese sostenute per l'acquisto dei materiali di consumo:

materiale di consumo ditta importo
fotoresist, LOL, developer, remover Amira € 1.752,00
labware in PTFE, ecc... Jeol Italia € 1.557,60
n. 50 wafer 2" Si (100) Siltronix € 1.050,00
wafer dippers Entegris, Inc. € 1.026,30
reagenti "electronic grade" Sigma-Aldrich € 550,44
materiale per workholder riscaldato RS Components € 539,54
contenitori per singolo wafer Entegris, Inc. € 457,00
n. 3 bombole da 50 litri di N2 Rivoira € 114,50
piccole spese € 86,50
totale € 7.133,88

 

quadro generale delle spese finora sostenute
Il finanziamento iniziale di € 20.000,00 è stato quindi completamente utilizzato, due terzi in investimento (non conteggiando i contributi di Stefano Frabboni e Marco Affronte per l'acquisto del microscopio) ed un terzo in materiale di consumo, come mostra la seguente tabella:

voce di spesa fraz. del totale importo
materiale inventariato 66% € 13.847,14
materiale di consumo 34% € 7.133,88
totale 100% € 20.981,02

primi risultati
Dopo una prima fase di manutenzione e verifica dell'operatività  delle singole apparecchiature, l'attività  del laboratorio litografico si è articolata in due direzioni:

  • Fabbricazione di contatti metallici su SiO2 con dimensione minima delle strutture di 2 µm. Sono stati messi a punto i parametri di processo per la deposizione di fotoresist con profilo di tipo "undercut", che consente di evaporare strati metallici attraverso le aperture del fotoresist, il quale viene successivamente rimosso insieme alle parti metalliche non desiderate (processo di lift-off). Il profilo con "undercut" è stato ottenuto mediante un processo a due strati di resist (bi-layer resist process), che dà  risultati ottimali dal punto di vista della morfologia delle strutture metalliche ottenute. Questa attività  ha avuto come scopo primario quello di dimostrare le potenzialità  e la funzionalità  del laboratorio, verificando l'operatività  di tutte le apparecchiature e dei materiali coinvolti nel processo di fabbricazione. Come risultato "secondario", questa prima fase ha prodotto contatti elettrici di buona qualità , conformi alle specifiche della fotomaschera utilizzata, con un buon grado di riproducibilità  ed un "througput" ragionevole (8 substrati contenenti 4 serie di contatti ciascuno in due giorni). Questi primi contatti saranno utilizzati per misure di trasporto in film Lamgmuir-Blodgett di CdS. È in previsione anche la fabbricazione di sonde di Hall in Bi e di strutture magnetoresistive in permalloy.
  • Pubblicazione dei risultati ottenuti sul weblog del laboratorio litografico di S3, con lo scopo di documentare l'attività  del laboratorio in una forma facilmente accessibile a chiunque ne sia interessato. Basato su software di pubblico dominio, il weblog serve sia da "logbook" (dove vengono annotate le procedure operative, i parametri di processo, lo stato di funzionamento delle apparecchiature, il diario degli esperimenti, ecc...), che da "bacheca" per la presentazione dei risultati e delle potenzialità  del laboratorio stesso.

Il passo successivo sarà  quello di utilizzare come substrati wafer interi di diametro 2" anziché frammenti di wafer, allo scopo di aumentare ulteriormente il numero di strutture prodotte e di semplificare la procedura di fabbricazione.

previsione di spesa per l'ultimo trimestre 2005 e per il futuro
Per completare la dotazione del laboratorio fotolitografico sono necessari alcuni ulteriori investimenti e spese per materiale di consumo, che non è stato possibile fare in questa prima fase. L'elenco che segue descrive i diversi interventi richiesti e ne riporta il costo approssimativo e la priorità.

  • vasca ad ultrasuoni e piastra riscaldante. Sono indispensabili per la pulizia dei substrati e in alcune fasi critiche del processo litografico. Attualmente vengono utilizzate quelle gentilmente prestate rispettivamente da Marco Affronte e da Roberto Biagi.
    costo previsto: € 1.600,00
    priorità: alta
  • vetreria per il processo di wafer da 2". Processare wafer interi, oltre a produrre un maggior numero di chip, migliora la qualità  delle strutture litografiche, perché il taglio del substrato introduce inevitabilmente una contaminazione della superficie del wafer che è difficilmente eliminabile con procedimenti di pulizia successivi. Occorre quindi attrezzare il laboratorio con vetreria in grado di processare wafer da 2" (50 mm di diametro) interi.
    costo previsto: € 2.500,00
    priorità: alta
  • materiali di consumo. Il processo di fabbricazione prevede l'utilizzo di reagenti chimici di tipo "electronic grade", cioè contenenti un basso numero di particelle estranee, che sono relativamente costosi rispetto ai normali reagenti di tipo "analitico", oltre a reagenti fotosensibili specifici del processo litografico, anch'essi abbastanza costosi e soggetti a data di utilizzo.
    costo previsto: € 4.000,00
    priorità: per ora media, ma alta quando finiranno le scorte
  • telecamera CCD per mask aligner. La telecamera originariamente in dotazione al mask aligner non è più funzionante e dovrebbe essere sostituita. Ciò non pregiudica l'operatività  dello strumento in quanto l'allineamento può essere fatto osservando il substrato attraverso gli oculari del microscopio, ma le operazioni risultano più difficili e affaticanti per la vista dell'operatore. La sostituzione richiede anche l'acquisto di un'ottica di riduzione dell'ingrandimento, in quanto telecamere con sensore da 2/3" come l'originale non sono più in commercio.
    costo previsto: € 1.300,00
    priorità: media
  • forno sotto vuoto. L'adesione dei fotoresist al substrato è ovviamente un parametro critico del processo litografico. È noto che minime quantità  di H2O adsorbite sulla superficie del substrato riducono notevolmente l'adesione del fotoresist. Per questo motivo si ricorre alla tecnica del "priming" con HMDS (hexamethildisilazane), che depositato sul substrato, ne riduce l'assorbimento di umidità . Chiaramente il tempo che trascorre fra la disidratazione (che viene fatta in forno) ed il priming deve essere il più breve possibile. Facendo la disidratazione in un forno convenzionale come quello attualmente operativo presso il laboratorio litografico, il tempo che trascorre fra l'estrazione ed il priming è dell'ordine del minuto. Questo tempo viene effettivamente eliminato se la disidratazione ed il priming vengono fatti all'interno di un forno a vuoto, dove il substrato viene esposto a vapore di HMDS prima dell'estrazione.
    costo previsto: € 3.500,00
    priorità: bassa

Il costo degli interventi urgenti (vasca ultrasuoni, piastra riscaldante e vetreria) ammonta a € 4.100,00, quelli meno urgenti (telecamera) a € 1.300,00, a cui si aggiungono circa € 4.000,00 per il mantenimento delle scorte durante l'anno successivo. Queste spese sono necessarie per garantire l'operatività  del laboratorio fotolitografico, così come è stata descritta, nel prossimo futuro. Gli eventuali costi per l'acquisto di fotomaschere per applicazioni specifiche non è incluso in questa previsione. Si può stimare un costo di € 400,00 per fotomaschere da 4" con risoluzione di 2 µm, circa il doppio se è necessaria la risoluzione sub-micrometrica. Rimane da considerare l'opportunità  di effettuare l'investimento a priorità  bassa (forno a vuoto, € 3.500,00). La tabella che segue riassume i costi e le priorità  degli interventi che si renderanno necessari nel prossimo futuro.

intervento priorità  costo
strumentazione da restituire e vetreria per il processo di wafer da 2" alta € 4.100,00
telecamera e ottica di riduzione ingrandimento media € 1.300,00
reagenti e consumabili per il secondo anno bassa(*) € 4.000,00
forno a vuoto per la disidratazione dei substrati bassa € 3.500,00
fotomaschere secondo necessità € 400,00 - 800,00 cad.

(*) fino all'esaurimento delle scorte, poi alta

conclusioni
Il laboratorio litografico è ora in grado di produrre strutture litografiche di buona qualità  su frammenti di wafer da 25 mm di lato. La dimensione minima ottenuta è conforme alle strutture della fotomaschera (2 µm), ma non ci sono ragioni per dubitare del fatto che sia possibile riprodurre anche strutture di dimensioni submicrometriche (> 0.8 µm). Il finanziamento assegnato nel febbraio 2005 (fondi JEF, € 20.000,00) è ora completamente esaurito, ma sono state acquistate scorte di reagenti e materiale di consumo che consentiranno il funzionamento del laboratorio ancora per alcuni mesi. Sono stati indicati, in ordine di priorità, alcuni interventi da fare nel prossimo futuro, che dovrebbero ulteriormente migliorare la qualità delle strutture litografiche e la produttività  del laboratorio.

Published on Leave a comment on esperimento del 22 settembre 2005

metallizzazione dei substrati A, B, C e D

Sono qui riassunte le caratteristiche salienti degli ultimi substrati prodotti:

substrato temp. softbake LOL tempo sviluppo undercut
A 160 °C 120" 3.1 µm
B 176 °C 200" ≈ 0.0 µm
C 176 °C 300" 1.0 µm
D 176 °C 420" 1.8 µm

Questi substrati sono stati metallizzati presso il laboratorio bio-lab con Cr (5 nm) e Au (95 nm).

rimozione del fotoresist
Il fotoresist è stato rimosso usando il remover Shipley 1165. (chiedere ad Elena i dettagli, tempo, temperatura...). Il risultato, dopo la rimozione del fotoresist, è mostrato nelle foto seguenti.
A: 3.6 µm, 12.4 µm
B: 1.9 µm
B: 3.6 µm, 12.6 µm
C: 3.7 µm, 12.0 µm
C: 6.8 µm

Substrato A 100X BF.

La larghezza delle "dita" più sottili è 3.6 µm (invece dei 4.0 µm nominali), mentre la distanza fra le punte è 12.4 µm, invece di 12.0 µm. I crocini di allineamento non sono stati riprodotti perchè l'undercut per il substrato A (3.1 µm) è superiore alla semilarghezza delle linee di fotoresist (2.0 µm).

Substrato B 100X BF.

Per il substrato B l'undercut è circa zero, e quindi per la prima volta è possibile vedere i crocini di allineamento riprodotti correttamente. La larghezza dei "tagli" nella metallizzazione è di 1.9 µm (invece di 2.0 µm nominali sulla fotomaschera).

Substrato B 100X BF.

Ancora il substrato B, nella zona dei contatti. La larghezza delle dita è ancora 3.6 µm (invece dei 4.0 µm nominali), e la distanza fra le punte è di 12.6 µm invece dei 12.0 µm nominali. Nonostante il piccolo grado di undercut (al limite nullo, comunque non visibile al microscopio ottico), i bordi delle metallizzazioni sono regolari e non si osserva la presenza di "fences".

Substrato C 100X BF.

La semilarghezza delle linee di fotoresist relative ai crocini di allineamento (larghezza nominale 2.0 µm) è confrontabile con l'undercut del substrato C (1.0 µm). Questa immagine mostra infatti che il crocino di allineamento è riprodotto parzialmente (si vedono solo le linee diagonali).

Substrato C 100X BF.

Queste geometria "a punta" mostrano un arrotondamento. La distanza fra gli elettrodi è di 6.8 µm, mentre la distanza nominale dovrebbe essere 4.0 µm. La distanza fra i vertici ideali delle punte, ottenuti prolungando i lati dei triangoli è invece di 4.7 µm (linee verdi).

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Published on 1 Comment on esperimento del 20 settembre 2005

applicazione del fotoresist e sviluppo
In questo run sono stati impressionati e sviluppati 3 substrati, con procedura identica a quella dell'esperimento del 16 settembre 2005, con l'unica differenza che la temperatura di softbake del LOL è stata portata a 176 °C. I tre substrati, chiamati nel seguito substrati B, C e D, sono stati sviluppati per tempi progressivamente più lunghi (200", 300" e 420", rispettivamente). Abbiamo quindi misurato il grado di undercut in funzione del tempo di sviluppo. Per il primo campione (200" di sviluppo) non è stato possibile osservare undercut. Per gli altri due si è misurato 1.0 µm e 1.8 µm, rispettivamente. Il risultato è mostrato nel seguente grafico.

undercut @ 176 °C

Dal best-fit con una retta si ottiene una velocità  di rimozione laterale del LOL di 0.49 µm/min, rimozione che inizia 3.2 minuti dopo l'immersione nel developer. L'esperimento continua nel post successivo.

Published on Leave a comment on esperimento del 19 settembre 2005

esposizione del fotoresist
È stata costruita una maschera di acetato da collocare sul chuck da 4" con lo scopo di impressionare un frammento di wafer utilizzando una porzione specifica della fotomaschera. La maschera di acetato ha lo scopo di ostruire i canali di aspirazione del chuck che rimangono scoperti quando si utilizza un frammento di wafer e di consentire una collocazione abbastanza precisa del substrato rispetto alla fotomaschera. La maschera ha quattro aperture simmetriche da circa 20 × 20 mm sulle quali si collocano quattro frammenti dello stesso wafer (o almeno dello stesso spessore). Uno di questi è il vero e proprio substrato, gli altri tre servono solamente a garantire il parallelismo fra la fotomaschera e il wafer. Quando di applica il vuoto al chuck, maschera e frammenti vengono trattenuti in posizione sufficientemente stabile. Il substrato è stato esposto per 10" ad un flusso di 15 mW/cm2 (canale CI 2), cioè ad una dose di 150 mJ/cm2. La particolare geometria della fotomaschera permette di eseguire quattro esposizioni del substrato, ottenute ruotandolo di 90° prima di ogni esposizione.
In un post successivo sarà  descritta la procedura operativa dettagliata per l'esposizione del fotoresist con il mask aligner Karl Suss MA6.

sviluppo del fotoresist
Il fotoresist è stato sviluppato con MF-321 a temperatura ambiente per 2' in una capsula Petri, successivamente sciacquato per 2' in acqua corrente. Il risultato è descritto nel post del 20 settembre. Il campione così ottenuto sarà  chiamato nel seguito "substrato A".

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Published on 2 Comments on esperimento del 16 settembre 2005

taglio dei substrati
Sono stati preparati 8 substrati quadrati, 25 × 25 mm tagliando un wafer di Si (100) da 4", spessore 550 µm, con 3000 Å di ossido termico. Per le incisioni è stato utilizzato lo scriber  (forza di taglio a 3.5).

pulizia del substrato

Uno dei substrati è stato pulito prima con solventi:

  1. immersione in TCE e scrubbing con swab di schiuma in capsula Petri
  2. lavaggio in ACE per 3' in vasca a ultrasuoni
  3. lavaggio in IPA per 3' in vasca a ultrasuoni
  4. asciugatura con N2

Poi sono state preparate le soluzioni per la pulizia RCA:

soluzione SC-1

In un becker da 150 cc dedicato si prepara una soluzione 5:1:1 di H2O:H2O2:NH4OH (100 cc : 20 cc : 20 cc). Si porta la soluzione a 75 °C in bagnomaria.

soluzione HF diluito

In un becker da 150 cc di teflon si prepara una soluzione 50:1 di H2O:HF (150 cc : 3 cc).

soluzione SC-2

In un becker da 150 cc dedicato si prepara una soluzione 6:1:1 di H2O:H2O2:HCl (90 cc : 15 cc : 15 cc). Si porta la soluzione a 75 °C in bagnomaria.

pulizia RCA

  1. si immerge il substrato nella soluzione SC-1 per 10';
  2. si risciacqua in H2O corrente per 2';
  3. si immerge in HF diluito per 15";
  4. si risciacqua in H2O corrente per 2';
  5. si immerge il substrato nella soluzione SC-2 per 10';
  6. si risciacqua in H2O corrente per 2';
  7. si asciuga con N2;

disidratazione e priming

  1. si mette il substrato in forno a convezione a 160 °C per 20';
  2. si estrae velocemente il substrato e si mette in una capsula Petri;
  3. si mettono 3 gocce di HMDS sull'interno della capsula Petri;
  4. si lascia il substrato esposto ai vapori HMDS per 3'

spinning e softbake del LOL

  1. spinning del LOL a 2250 rpm;
  2. softbake in forno a convezione a 160 °C per 30';

spinning e softbake del fotoresist

  1. spinning del fotoresist a 4000 rpm;
  2. softbake in forno a convezione a 115 °C per 6';

L'esperimento continua in un post successivo.

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Published on 1 Comment on undercut eccessivo: confermata ipotesi

Si conferma che la causa dell'eccessivo undercut è il tempo di soft-bake del LOL. Abbiamo ripetuto l'esperimento del 4-5 agosto 2005, aumentando il tempo di soft-bake del LOL (30 minuti a 160 °C) e del fotoresist (6 minuti a 115 °C). Il tempo di sviluppo (MF-321 a temperatura ambiente) è stato di 2' 10". I dettagli dell'esperimento saranno descritti nel post successivo. Il risultato dopo lo sviluppo è mostrato nell'immagine qui sotto (in contrasto DIC): l'undercut misura 3.2 ± 0.1 µm (prima era 11 ± 2 µm).

Photoresist 100X, contrasto DIC.

Le zone viola sono il substrato esposto, quelle rosa il bi-strato fotoresist+LOL, quelle bianche il solo fotoresist "a sbalzo" sul substrato. Il grado di undercut risulta tuttavia ancora eccessivo (0.5 - 1 µm dovrebbe essere sufficiente) e le strutture fini come i marker di allineamento non risultano riprodotti correttamente, come mostra la seguente immagine.

Photoresist 5X, contrasto BF.

Si vede il fotoresist sviluppato in una zona di angolo del wafer, dove è presente un gradiente di spessore, evidenziato anche dalle frange d'interferenza. Il fotoresist è più spesso, nell'ordine: sull'angolo, sui bordi, al centro. Si nota che nella zona a spessore costante, ossia verso il centro del wafer, le strutture interne del marker (linee sottili che formano una croce) non vengono riprodotte, mentre sono visibili sul fotoresist più spesso. Le linee sottili, di spessore nominale 2 µm sono state "scavate alla base" dall'eccessivo undercut. È in corso un nuovo esperimento con una temperatura di soft-bake superiore (176 °C, che dovrebbe ulteriormente dimezzare la velocità  di dissoluzione del LOL) e sviluppo progressivo a tappe di 30".

Published on Leave a comment on possibile causa dell’eccessivo undercut

I risultati sul fotoresist sviluppato indicano la presenza di un eccessivo grado di undercut. Poiché il LOL non è fotosensibile, la quantità  di LOL dissolto dipende solamente dal prodotto tempo di sviluppo × velocità  di dissoluzione. Un eccessivo undercut può essere quindi causato da un eccessivo tempo di sviluppo o da un eccessiva velocità  di dissoluzione. Tenderei ad escludere la prima causa, perché i tempi di sviluppo che abbiamo usato (1-2 minuti) sono tipici quindi non eccessivi. Inoltre il tipo di developer usato (Microposit MF 321) è il meno concentrato (quindi il più lento ) della serie 300. Quindi la probabile causa dell'eccessivo undercut è la velocità  di dissoluzione del LOL.

I tempi e le temperature di soft-bake regolano la velocità  di dissoluzione del LOL. Il soft-bake di riferimento Shipley prevede 5' a 150 °C - 170 °C su hotplate, che porta a una velocità  di dissoluzione di 50-150 Å/s = 0.3 - 0.9 µm/min. In queste condizioni, e con tempi di sviluppo dell'ordine del minuto, ci si aspetta un undercut inferiore al µm. Noi invece abbiamo osservato un undercut dell'ordine di 10 µm, un ordine di grandezza maggiore.

Il nostro soft-bake viene fatto in forno a convezione, appoggiando il wafer su una piastra metallica (preriscaldata nel forno). Abbiamo stabilito che questa procedura è equivalente ad un soft-bake su hotplate, quindi abbiamo riscaldato il wafer per 5' a 150 °C. Questo è probabilmente l'errore. I "veri" hotplate fanno il vuoto fra il wafer e la piastra per avere un buon contatto termico, cosa che non si ha se il wafer è solamente appoggiato sulla piastra. Avremmo quindi dovuto seguire la ricetta per il forno a convezione "normale", che prevede un soft-bake di 30' (e non di 5') a 150C -170 °C. Occorre fare un nuovo tentativo.