Slide 1

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 2

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 3

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 4

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 5

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 6

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 7

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 8

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 9

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 10

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 11

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 12

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 13

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 14

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 15

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 16

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 17

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 18

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 19

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se


Slide 20

Nano lithography
Anders Elfwing

Vilka alternativ finns?
Förfina existerande teknologi
Skrivande tekniker (E-beam/ion beam)
Nanolitografi
mfl

3

Resolution Enhancement Techniques
Optimera: Resist, mask och exponering
2b min =

k1 λ
NA

Exponering:
– k1 är enligt Rayleigh krit. teoretiskt 0.25, idag 0.3 – 0.4
– minska λ
– Öka NA genom immersionsteknik
•Vätskor med högt brytnings index
•vatten mkt bra n ~1,3

Multiple patterning

Double patterning

Kommersiella nanomönstringsmetoder

•

•
•
•

EUV
Röntgen
E beam/e projection
Ion beam/ion projection

Röntgen litografi
Kort våglängd - hög upplösning
Diffraktion obetydlig
Endast 1:1 mönstring
 Ljuskälla: synkrotron,
eller ”vanlig” källa
 Mask: tunga atomer, tex Au
 Resist: PMMA – långsam, SU8

E beam


Två operation modes:
1.
Direkt skrivande med ”digital mask” (e beam)
2.
Projektion genom mask (e beam projection lithography)

1 µm!!!!!

Bragg Fresnel lins för Röntgen strålar PSI institute

E- beam/ E- projection


Exponering sker utan diffraktion





PMMA vanlig resist
Begränsningar





λ< 1Å för 10-50KeV
elektroner)

Abberation
Spridning

5 nm feature size

E beam / e projection
Vanligast typen

har
samma struktur som SEM
men med:
 Stråle av/på
möjlighet
 Pixelering
 Noggrann
positionering

Aberration
Optiska linser har utvecklats i 700 år  ”perfekta”
Magnetiska har utvecklats i ca 70 år  ”tokdåliga”
Viktigaste typerna är kromatisk och sfärisk aberration samt
astigmatism
Astigmatism – sker pga icke uniformt magnetiskt fält, varitationer i
strålen ej cirkulär och jämn

Kromatisk aberration
Kromatisk – pga ej
samma Energi
- Elektroner har alltid ca
0.2 eV spridning i sin
energi pga coulomb
interaktion både
horisontellt (Boersch
effekten) och lateralt
(Loeffler) ger olika
fokusering längs y-axeln

Sfärisk aberration
Sfärisk pga
- ej perfekta linser.
Strålarna bryts inte
mot ett gemensamt
fokus.
- En punkt
avbildas som en
utspridd skiva.

Elektronspriding vid ebeam


”Electron scattering”, elastisk och
oelastisk
reflektion i resist och substrat



Generering av sekundärelektroner



Resisten exponeras även av dessa
elektroner 
ökad linjebredd, fördubbling inte
oväntat.

+ och – med e-beam
+

+
+
+

Kommersiell metod att
generera
submikrostrukturer
Automatiserat och
kontrollerat
Stort fokusdjup
Direkt skrivande utan
dyra masker

−
−
−
−

Långsam (därför dyr) ca
0.5 wafers/h vid 0.1 µm
Dyr utrustning
Elektronspridning
Vakuum
Aberration

Ion beam litografi
Ion beam (projektion) litografi relativt likt e
beam
Används mycket inom halvledare industrin
Joner alstras i ett extremet högt E-fält 108
V/cm
Accelereras och fokuseras mot ytan
Också för avbildning
Vanlig är focused Ion Beam (FIB)
- Gallium joner vanlig
- Guld eller iridium
Interagerad med hela atomer
Tyngre - Högre moment
Skapar sekundära elektroner och utslagna
joner
som kan användas för avbildning av ytan
- även icke ledande material
Extreme precision fåtal nm

Både additativ och subtraktiv
Modifiera eller kontraktera strukturer skapade med andra tekniker
- bryta elektrisk kontakt
- deponera material för att skapa kontakt
- Dopning
Preparera prover för TEM
- skär ut tunna skivor

Jämförelse med E-Beam
+ Mindre spridning
+ Resisterna är mer känsliga för joner
+ Större moment med samma energi
++ Högre upplösning och snabbare
exponering än e-beam
Jonkälla, svårare att få bra
- Strålens fokusering
- Mask
- Hög absorbans i resist – svårt med
djupa strukturer
- Ion implantation
- Ytojämn, (roughnes)
-

Atomic force microscopy

Direkt skrivande med SPM metoder
Probe

lithography, dip pen lithography; att skapa ett
mönster med skarpa tippar
Exakt med väldigt långsamt

Tippen väts med bläck
som diffunderar från tipp
till yta

Problitografi med thioler

A-B storlek proportionell mot kontaktid - diffusionsbegränsad

Problitografi genom nano”rakning”

Take home message
Multiple patterning, dip pen lithography, resolution enhancing
techniques, immersion lithography, e-beam lithography,
abberation

www.liu.se