LSPE technical notes

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Pagina dedicata al processo di fabbricazione degli Spiderweb (SW). sistemare parte etch RIE ed endpoint+ aggiornare dettagli sospensione

Preparazione dei chip

Note sui processi

File:LSPE wafer.jpg
Wafer utilizzati per la produzione dei rivelatori finali.
  • Wafer utilizzati: 380 μm Si wafer <100> DSP, coating bilayer su entambi i lati: 300 nm thermal oxide + 1500 nm low stress LPCVD SiN. Pretagliati 1.5 cm x 1.5 cm da FBK

Procedura

  1. Sonicatore:
    1. Acqua e micro90: 3-6 min
    2. Risciacquo sotto acqua corrente fino a completa rimozione dei residui di micro90 (bolle)
    3. Acqua: 3-6 min
  2. Risciacquo e asciugatura:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
  3. Check al microscopio: controllo che il campione sia libero da particolato e residui di sostanze che possono compromettere l’adesione dei film. È considerato accettabile un chip quando è completamente libero dal particolato più grande e presenta una decina massimo di particelle più piccole.
  4. [Se necessario]Pulizia standard con spray:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: punto 3
  5. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Pulizia meccanica con mr-Rem e swab: rimuovo il rem dal chip passando lo swab, passate da un lato all’altro del chip sempre nello stesso verso, senza sfregare avanti e indietro.
    3. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    4. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    5. Check al microscopio: punto 3: punto 3
  6. [Se necessario] Pulizia con Ox plasma (efficace su residui organici): 5 min
    1. Ox plasma: 3min-5min-8min20s| tempo da scegliere in base alla quantità dei residui presenti e alla dimensione.
    2. Check al microscopio
  7. Bake per degas acqua: minimo 1h a 120°C
  8. Check al microscopio
  9. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

TES

Note sui processi

  • Allineamento: non critico, prestare attenzione solo ad una centratura sommaria.
  • Sviluppo: attenzione a residui resist in zona TES e croce sul lato, attenzione anche a residui su croci ai 4 angoli ma meno critico.
  • Liftoff: come sviluppo: TES e croce sul lato fondamentali, croci di allineamento grosse ai 4 vertici importanti ma bastano anche croci non complete (minimo 2 croci)

Parametri evaporazione e maschera litografica

File:LSPE mask TES.png
Maschera litografica per TES.
Parametri e-beam
Parametro Titanio Oro
Gain 5 10
Approach 5 15
Rate 7 Å/s 4 Å/s
Thickness limit 170 Å 170 Å
Final thickness 200 Å 200 Å
Max power 30.0% -
New rate 0.5 Å/s 0.5 Å/s
Rate ramp 6s 6s
High voltage 6.61 KV 6.88 KV

Procedura

  1. Accensione piatto caldo a 95°C
  2. Resist Coating con ma-N440:
    1. Chip sul chuck e fisso con vuoto
    2. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    3. Goccia di resist sul chip: 0.75 ml
    4. Spinner: 30s|3000rpm
  3. Bake:
    1. Spostare il campione dallo spinner al piatto caldo: cercare di non toccare il lato superiore per non rovinare lo strato di resist
    2. Bake 6m | 95°C
  4. Allineamento ed esposizione:
    1. Pulire la maschera: acetone, etanolo e asciugo con azoto.
    2. Caricare la maschera nel mask aligner: lato cromato verso il basso (a contatto con il campione) e pattern di interesse in corrispondenza della cavità per il campione nel chuck.
    3. [Ad ogni cambio maschera] Controllare WEC e in caso regolarlo per maschera e chuck utilizzati tramite la procedura di regolazione automatica.
    4. [Ad ogni cambio maschera] Controllare le impostazioni di esposizione: 5 cicli da 5 sec.
    5. Posizionare il campione sul chuck in corrispondenza dello slot portacampioni (orientamento non importante).
    6. Allineare il campione con il pattern sulla maschera. Dal momento che è la prima litografia sul campione l’allineamento non è cruciale, l’importante è che le croci di allineamento grandi ai 4 vertici e le due sui lati rimangano all’interno del chip e lontano dai bordi.
    7. Portare il campione a soft contact e verificare che non venga modificato l’allineamento
    8. Far partire l’esposizione
  5. Sviluppo:
    1. Preparare i becher:
      • 1 x becher 100 ml: developer ma-D 532s/ma-D 332s
      • 2 x becher 100 ml: acqua
    2. Posizionare il becher con developer sull’agitatore con la stir bar all’interno
    3. Inserire i campioni nel portacampioni multiplo, uno per scanalatura.
    4. Utilizzando le pinzette ad azione inversa immergere il portacampioni nel developer e far partire cronometro e stir: i campioni vanno mantenuti ad un’altezza di circa 1 cm dal fondo del becher per evitare di urtare la barretta.
    5. Attendere il tempo di sviluppo: 2 min
    6. Estrarre il portacampioni dal developer ed inserirlo nel primo dei due becher di acqua: muovere su e giù i campioni per un po’ di volte al fine di eliminare i residui di developer
    7. Trasferire il portacampioni nel secondo becher di acqua
    8. Estrarre singolarmente i campioni
      1. Asciugare con azoto
      2. Check al microscopio: controllare che non siano rimasti residui di resist, particolare attenzione al TES e alle croci di allineamento sul perimetro esterno (4 angoli e 2 lati)
      3. [Se necessario] Sviluppare i singoli campioni per ulteriori 10-30 sec
    9. Se i tempi di sviluppo di tutto il batch si allungano di molto ( 2x/ 3x tempo std) il resist è degradato e va sostituito [ripetere litografie, se necessario]
  6. Montaggio per deposizione:
    1. Oxygen plasma: 5 min
    2. Check al microscopio: controllare con ingrandimento 40x che non vi siano residui di resist nel TES
    3. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio
    4. Montare i campioni nel portacampioni apposito e annotare la disposizione
  7. Deposizione: E-Beam 1000 Å Ti + 200 Å Au
    1. La pressione in camera e-beam deve essere almeno 1-5 10-8
    2. [Se prima evaporazione della giornata] Test parametri e-beam
    3. In tabella: parametri al 18/02/2020
    4. Thickness limit e final thickness vanno aggiustati di conseguenza in base allo spessore da depositare, in tabella i valori per l’evaporazione di test da 200 Å.
    5. Settare high voltage in modo che il fascio di elettroni sia centrato sul crogiolo
  8. Liftoff:
    1. Inserire i campioni singolarmente in becher con almeno 25 ml di acetone
    2. Sonicare per almeno 2 min
    3. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    4. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    5. Asciugo con gas azoto
  9. Check al microscopio:
    • TES e la croce sul lato più vicina
    • almeno 2 delle 4 croci di allineamento agli angoli utilizzabili
    • assenza di residui sul resto del campione, in particolare nella zona del wiring
  10. [Se necessario] Ripetere sonicatore: step 8 e 9
  11. [Se necessario]Pulizia standard con spray:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: step 9
  12. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    3. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    4. Check al microscopio: step 9
  13. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

Wiring

Note sui processi

  • Allineamento: critico, verificare centratura TES e corretto posizionamento contatti wiring.
  • Sviluppo: attenzione a residui resist su tracce wiring, controllare a 40x minimo, attenzione anche a residui su pad ma meno critico. Controllare centratura del TES e corretto posizionamento dei contatti. Eventuali residui dal TES non devono essere in corrispondenza di tracce del wiring per possibile rischio di interruzione delle tracce o di corto.
  • Liftoff: Controllare che le tracce per i contatti elettrici non siano interrotte e che il TES sia contattato da entrambi i lati.

Parametri evaporazione e maschera litografica

File:LSPE mask Wiring.png
Maschera litografica per wiring.
Parametri sputtering
Materiale Niobio
P PLASMA ON 3.5-4.0 e-2 mbar
P DEPOSIZIONE 3.0 e-2 mbar
TIME 10 min
RATE 2.0-2.1 Å/s
THICKNESS 1200 Å
POWER 200 (2t)
LOAD 56
TUNE 30

Procedura

  1. Accensione piatto caldo a 95°C
  2. Resist Coating con ma-N440:
    1. Chip sul chuck e fisso con vuoto
    2. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    3. Goccia di resist sul chip: 0.75 ml
    4. Spinner: 30s|3000rpm
  3. Bake:
    1. Spostare il campione dallo spinner al piatto caldo: cercare di non toccare il lato superiore per non rovinare lo strato di resist
    2. Bake 6m | 95°C
  4. Allineamento ed esposizione:
    1. Pulire la maschera: acetone, etanolo e asciugo con azoto.
    2. Caricare la maschera nel mask aligner: lato cromato verso il basso (a contatto con il campione) e pattern di interesse in corrispondenza della cavità per il campione nel chuck.
    3. [Ad ogni cambio maschera] Controllare WEC e in caso regolarlo per maschera e chuck utilizzati tramite la procedura di regolazione automatica.
    4. [Ad ogni cambio maschera] Controllare le impostazioni di esposizione: 5 cicli da 5 sec.
    5. Posizionare il campione sul chuck in corrispondenza dello slot portacampioni (orientare correttamente il campione rispetto ai pattern sulla maschera).
    6. Allineare il campione con il pattern sulla maschera. Per l’allineamento si può utilizzare la croce fra i due pad e le croci piccole dal TES, controllando che il TES sia centrato sui due contatti. Si possono utilizzare anche le due croci sottostanti per migliorare la precisione dell’allineamento.
    7. Portare il campione a soft contact e verificare che non venga modificato l’allineamento
    8. Far partire l’esposizione
  5. Sviluppo:
    1. Preparare i becher:
      • 1 x becher 100 ml: developer ma-D 532s/ma-D 332s
      • 2 x becher 100 ml: acqua
    2. Posizionare il becher con developer sull’agitatore con la stir bar all’interno
    3. Inserire i campioni nel portacampioni multiplo, uno per scanalatura.
    4. Utilizzando le pinzette ad azione inversa immergere il portacampioni nel developer e far partire cronometro e stir: i campioni vanno mantenuti ad un’altezza di circa 1 cm dal fondo del becher per evitare di urtare la barretta.
    5. Attendere il tempo di sviluppo: 2 min
    6. Estrarre il portacampioni dal developer ed inserirlo nel primo dei due becher di acqua: muovere su e giù i campioni per un po’ di volte al fine di eliminare i residui di developer
    7. Trasferire il portacampioni nel secondo becher di acqua
    8. Estrarre singolarmente i campioni
      1. Asciugare con azoto
      2. Check al microscopio: controllare che vi sia contatto elettrico da entrambi i lati del TES e che le tracce del wiring siano libere dai residui di resist (controllare con oculare 40x tutta la traccia).
      3. [Se necessario] Sviluppare i singoli campioni per ulteriori 10-30 sec
    9. Se i tempi di sviluppo di tutto il batch si allungano di molto ( 2x/ 3x tempo std) il resist è degradato e va sostituito [ripetere litografie, se necessario]
  6. Montaggio per deposizione:
    1. Oxygen plasma: 5 min
    2. Check al microscopio: controllare con ingrandimento 40x che non vi siano residui di resist nelle tracce del Wiring.
    3. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio
    4. Montare i campioni nel portacampioni apposito e annotare la disposizione
  7. Deposizione: Sputtering 2000 Å Nb
    1. La pressione in camera sputtering deve essere almeno 10-8
    2. [Se prima evaporazione dopo tanto tempo o dopo aver utilizzato e-beam] Test transizione superconduttiva su chip di test.
      1. Utilizzare come test chip ritagli dei wafer non utilizzabili per la produzione (forme irregolari).
      2. Pulizia std del chip con spray Acetone, spray Etanolo e asciugatura con azoto.
      3. [Se necessario] Evaporazione a vuoto: plasma in condizioni std acceso per 5 min.
      4. Evaporazione su test sample: plasma in condizioni std acceso per 10 min.
      5. Montaggio e test del campione in LHe: verificare la presenza della transizione superconduttiva e misurare RRR.
      6. [Se necessario]Ripetere step 7.2 fino a ricondizionamento camera.
    3. In tabella: parametri standard
    4. Interrompere l’evaporazione quando si raggiunge il tempo prestabilito in Time, monitorare pressione in camera e rate di evaporazione per verificare che il processo prosegua correttamente.
  8. Liftoff:
    1. Inserire i campioni singolarmente in becher con almeno 25 ml di acetone
    2. Sonicare per almeno 2 min
    3. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    4. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    5. Asciugo con gas azoto
  9. Check al microscopio:
    • contatto su entrambi i lati del TES
    • piste integre: dai pad al TES senza interruzioni
    • assenza di corti fra le due piste
    • assenza di residui sul resto del campione, in particolare nella zona del wiring
  10. [Se necessario] Ripetere sonicatore: step 8 e 9
  11. [Se necessario]Pulizia standard con spray:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: step 9
  12. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    3. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    4. Check al microscopio: step 9
  13. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

RIM

Note sui processi

  • Allineamento: non critico, il rischio in caso di allineamento scorretto è avere diverse copie della stessa croce di allineamento leggermente traslate. Il rischio di corti fra i pad dovuti al RIM è possibile ma facilmente evitabile.
  • Sviluppo: attenzione a residui resist sui bordi del chip, con la nuova maschera il cordolo esterno dovrebbe essere ridotto, se presente. Non è più necessario rimuoverlo manualmente.
  • Liftoff: controllare che non si siano creati corti fra le tracce del wiring dovuti a residui di film.

Parametri evaporazione e maschera litografica

File:LSPE mask RIM.png
Maschera litografica per rim.
Parametri palombaro
Parametro Titanio Oro
Rate 1-2 Å/s 4-5 Å/s
Final thickness 100 Å 1000 Å

Procedura

  1. Accensione piatto caldo a 95°C
  2. Resist Coating con ma-N440:
    1. Chip sul chuck e fisso con vuoto
    2. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    3. Goccia di resist sul chip: 0.75 ml
    4. Spinner: 30s|3000rpm
  3. Bake:
    1. Spostare il campione dallo spinner al piatto caldo: cercare di non toccare il lato superiore per non rovinare lo strato di resist
    2. Bake 6m | 95°C
  4. Allineamento ed esposizione:
    1. Pulire la maschera: acetone, etanolo e asciugo con azoto.
    2. Caricare la maschera nel mask aligner: lato cromato verso il basso (a contatto con il campione) e pattern di interesse in corrispondenza della cavità per il campione nel chuck.
    3. [Ad ogni cambio maschera] Controllare WEC e in caso regolarlo per maschera e chuck utilizzati tramite la procedura di regolazione automatica.
    4. [Ad ogni cambio maschera] Controllare le impostazioni di esposizione: 5 cicli da 5 sec.
    5. Posizionare il campione sul chuck in corrispondenza dello slot portacampioni (orientare correttamente il campione rispetto ai pattern sulla maschera).
    6. Allineare il campione con il pattern sulla maschera. L’allineamento non è cruciale, l’importante è che le croci di allineamento attorno all’assorbitore coincidano e che non siano messi in corto i pad di wiring.
    7. Portare il campione a soft contact e verificare che non venga modificato l’allineamento
    8. Far partire l’esposizione
  5. Sviluppo:
    1. Preparare i becher:
      • 1 x becher 100 ml: developer ma-D 532s/ma-D 332s
      • 2 x becher 100 ml: acqua
    2. Posizionare il becher con developer sull’agitatore con la stir bar all’interno
    3. Inserire i campioni nel portacampioni multiplo, uno per scanalatura.
    4. Utilizzando le pinzette ad azione inversa immergere il portacampioni nel developer e far partire cronometro e stir: i campioni vanno mantenuti ad un’altezza di circa 1 cm dal fondo del becher per evitare di urtare la barretta.
    5. Attendere il tempo di sviluppo: 2 min
    6. Estrarre il portacampioni dal developer ed inserirlo nel primo dei due becher di acqua: muovere su e giù i campioni per un po’ di volte al fine di eliminare i residui di developer
    7. Trasferire il portacampioni nel secondo becher di acqua
    8. Estrarre singolarmente i campioni
      1. Asciugare con azoto
      2. Check al microscopio: controllare che non siano rimasti residui di resist, particolare attenzione ai bordi esterni dove tende a rimanere un cordolo di resist. Grazie alla nuova maschera più estesa dovrebbe essere notevolmente ridotto e quasi completamente eliminabile con Oxygen Plasma, non è necessario procedere con la rimozione manuale.
      3. [Se necessario] Sviluppare i singoli campioni per ulteriori 10-30 sec
    9. Se i tempi di sviluppo di tutto il batch si allungano di molto ( 2x/ 3x tempo std) il resist è degradato e va sostituito [ripetere litografie, se necessario]
  6. Montaggio per deposizione:
    1. Oxygen plasma: 5 min
    2. Check al microscopio: controllare con ingrandimento 10x (o più, non necessario) che non vi siano residui di resist eccessivi ai bordi
    3. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio
    4. Montare i campioni nel portacampioni apposito e annotare la disposizione
  7. Deposizione: Evaporatore 100 Å Ti + 1000 Å Au
    1. Dal momento che non sono importanti le proprietà elettriche di questo film si può procedere con l’evaporazione non appena la turbo va a regime (~10-4).
    2. Prestare attenzione ad aumentare gradualmente la tensione applicata ai crogioli per evitare di surriscaldare il materiale ed avere un’evaporazione non controllata.
  8. Liftoff:
    1. Inserire i campioni singolarmente i becher con almeno 25 ml di acetone
    2. Sonicare per almeno 2 min
    3. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    4. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    5. Asciugo con gas azoto
  9. Check al microscopio:
    • controllare che non vi siano sezioni di film con problemi di adesione che potrebbero staccarsi in step successivi e creare problemi.
    • le croci di allineamento nella zona dell’assorbitore devono essere utilizzabili
    • assenza di residui sul resto del campione, in particolare nella zona di TES wiring e nella zona centrale dell’assorbitore
  10. [Se necessario] Ripetere sonicatore: step 8 e 9
  11. [Se necessario]Pulizia standard con spray:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: step 9
  12. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    3. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    4. Check al microscopio: step 9
  13. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

Assorbitore

Note sui processi

  • Allineamento: critico, prestare attenzione alla centratura del TES utilizzando le croci attorno all’assorbitore. Maggiore è la precisione di allineamento di questa litografia e delle precedenti più sarà facilitato lo step successivo.
  • Sviluppo: attenzione a residui resist. Controllare contatto del TES.
  • Liftoff: controllare l’integrità delle maglie, un paio di singole maglie interrotte non sono un problema ma se ci sono troppe interruzioni (+ di 5) o buchi grandi (interessano più di 1 maglia) il dispositivo è da scartare. Assenza di residui sul TES, sul wiring e sull’assorbitore stesso, residui sul rim esterno o sull’area fra Rim e assorbitore si possono trascurare.

Parametri evaporazione e maschera litografica

File:LSPE mask Absorber.png
Maschera litografica per assorbitore.
Parametri e-beam
Parametro Titanio Oro
Gain 5 10
Approach 5 15
Rate 7 Å/s 4 Å/s
Thickness limit 170 Å 170 Å
Final thickness 200 Å 200 Å
Max power 30.0% -
New rate 0.5 Å/s 0.5 Å/s
Rate ramp 6s 6s
High voltage 6.61 KV 6.88 KV

Procedura

  1. Accensione piatto caldo a 95°C
  2. Resist Coating con ma-N440:
    1. Chip sul chuck e fisso con vuoto
    2. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    3. Goccia di resist sul chip: 0.75 ml
    4. Spinner: 30s|3000rpm
  3. Bake:
    1. Spostare il campione dallo spinner al piatto caldo: cercare di non toccare il lato superiore per non rovinare lo strato di resist
    2. Bake 6m | 95°C
  4. Allineamento ed esposizione:
    1. Pulire la maschera: acetone, etanolo e asciugo con azoto.
    2. Caricare la maschera nel mask aligner: lato cromato verso il basso (a contatto con il campione) e pattern di interesse in corrispondenza della cavità per il campione nel chuck.
    3. [Ad ogni cambio maschera] Controllare WEC e in caso regolarlo per maschera e chuck utilizzati tramite la procedura di regolazione automatica.
    4. [Ad ogni cambio maschera] Controllare le impostazioni di esposizione: 5 cicli da 5 sec.
    5. Posizionare il campione sul chuck in corrispondenza dello slot portacampioni (orientare correttamente il campione rispetto ai pattern sulla maschera).
    6. Allineare il campione con il pattern sulla maschera. Allineare la maschera utilizzando le croci attorno all’assorbitore stesso, se non coincidono completamente prestare maggiore attenzione alle croci del wiring. Controllare che il contatto centrale sul TES sia posizionato correttamente.
    7. Portare il campione a soft contact e verificare che non venga modificato l’allineamento
    8. Far partire l’esposizione
  5. Sviluppo:
    1. Preparare i becher:
      • 1 x becher 100 ml: developer ma-D 532s/ma-D 332s
      • 2 x becher 100 ml: acqua
    2. Posizionare il becher con developer sull’agitatore con la stir bar all’interno
    3. Inserire i campioni nel portacampioni multiplo, uno per scanalatura.
    4. Utilizzando le pinzette ad azione inversa immergere il portacampioni nel developer e far partire cronometro e stir: i campioni vanno mantenuti ad un’altezza di circa 1 cm dal fondo del becher per evitare di urtare la barretta.
    5. Attendere il tempo di sviluppo: 2 min
    6. Estrarre il portacampioni dal developer ed inserirlo nel primo dei due becher di acqua: muovere su e giù i campioni per un po’ di volte al fine di eliminare i residui di developer
    7. Trasferire il portacampioni nel secondo becher di acqua
    8. Estrarre singolarmente i campioni
      1. Asciugare con azoto
      2. Check al microscopio: controllare che non siano rimasti residui di resist.
      3. [Se necessario] Sviluppare i singoli campioni per ulteriori 10-30 sec
    9. Se i tempi di sviluppo di tutto il batch si allungano di molto ( 2x/ 3x tempo std) il resist è degradato e va sostituito [ripetere litografie, se necessario]
  6. Montaggio per deposizione:
    1. Oxygen plasma: 5 min
    2. Check al microscopio: controllare con ingrandimento 40x che non vi siano residui di resist nelle tracce dell’assorbitore
    3. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio
    4. Montare i campioni nel portacampioni apposito e annotare la disposizione
  7. Deposizione: E-Beam 60 Å Ti + 600 Å Au
    1. La pressione in camera e-beam deve essere almeno 1-5 10-8
    2. [Se prima evaporazione della giornata] Test parametri e-beam
    3. In tabella: parametri al 18/02/2020
    4. Thickness limit e final thickness vanno aggiustati di conseguenza in base allo spessore da depositare, in tabella i valori per l’evaporazione di test da 200 Å.
    5. Settare high voltage in modo che il fascio di elettroni sia centrato sul crogiolo
  8. Liftoff:
    1. Inserire i campioni singolarmente i becher con almeno 25 ml di acetone
    2. Sonicare per almeno 2 min
    3. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    4. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    5. Asciugo con gas azoto
  9. Check al microscopio:
    • contatto con il TES e centratura rispetto al wiring
    • integrità delle maglie: non più di 5 interruzioni puntuali dell’assorbitore (non devono interessare più di una maglia)
    • assenza di residui nelle zone di assorbitore, TES e wiring
  10. [Se necessario] Ripetere sonicatore: step 8 e 9
  11. [Se necessario]Pulizia standard con spray:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: step 9
  12. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    3. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    4. Check al microscopio: step 9
  13. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

Taglio membrana

Note sui processi

  • Allineamento: critico: verificare centratura assorbitore e wiring.
  • Sviluppo: attenzione a residui resist nelle aree da scavare, talvolta lo sviluppo avviene in maniera non simmetrica e si rischia di avere zone con residui e zone sovrasviluppate. Controllare centratura assorbitore, critica e non controllabile completamente in fase di allineamento a causa del ridotto ingrandimento. Controllare anche wiring e TES.
  • Scavo: Controllare underetch, appena finito il processo ma soprattutto a resist rimosso per avere la conferma. Un leggero underetch può essere considerato accettabile ma rende le lavorazioni successive più delicate e il rischio di rottura più alto.

Parametri etch e maschera litografica

File:LSPE mask MembraneCut.png
Maschera litografica per taglio membrana.
Programma: Sietch_12um_min_Flavio_14may17
Parametro Valore
SF_6 70.0 sccm
O_2 20.0 sccm
RF 30 W
ICP 300 W
Time 7-9 min

Procedura

  1. Accensione piatto caldo a 105°C
  2. Resist Coating con ma-P1275:
    1. Chip sul chuck e fisso con vuoto
    2. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    3. Goccia di resist sul chip: 0.75 ml
    4. Spinner: 30s|1500rpm
  3. Bake:
    1. Spostare il campione dallo spinner al piatto caldo: cercare di non toccare il lato superiore per non rovinare lo strato di resist
    2. Bake 8m | 105°C
  4. Allineamento ed esposizione:
    1. Pulire la maschera: acetone, etanolo e asciugo con azoto.
    2. Caricare la maschera nel mask aligner: lato cromato verso il basso (a contatto con il campione) e pattern di interesse in corrispondenza della cavità per il campione nel chuck.
    3. [Ad ogni cambio maschera] Controllare WEC e in caso regolarlo per maschera e chuck utilizzati tramite la procedura di regolazione automatica.
    4. [Ad ogni cambio maschera] Controllare le impostazioni di esposizione: 5 cicli da 5 sec.
    5. Posizionare il campione sul chuck in corrispondenza dello slot portacampioni (orientare correttamente il campione rispetto ai pattern sulla maschera)
    6. Allineare il campione con il pattern sulla maschera. Utilizzare le croci di allineamento attorno all’assorbitore per allineare correttamente il campione: la griglia metallica dell’assorbitore non deve essere visibile in nessun punto. A causa dell’ingrandimento disponibile sull’oculare purtroppo anche un allineamento che all’operatore appare corretto potrebbe rivelarsi impreciso in seguito.
    7. Portare il campione a soft contact e verificare che non venga modificato l’allineamento
    8. Far partire l’esposizione
  5. Sviluppo:
    1. Preparare i becher:
      • 1 x becher 100 ml: developer ma-D 532s/ma-D 332s
      • 2 x becher 100 ml: acqua
    2. Posizionare il becher con developer sull’agitatore con la stir bar all’interno
    3. Inserire i campioni nel portacampioni multiplo, uno per scanalatura.
    4. Utilizzando le pinzette ad azione inversa immergere il portacampioni nel developer e far partire cronometro e stir: i campioni vanno mantenuti ad un’altezza di circa 1 cm dal fondo del becher per evitare di urtare la barretta.
    5. Attendere il tempo di sviluppo: 2 min
    6. Estrarre il portacampioni dal developer ed inserirlo nel primo dei due becher di acqua: muovere su e giù i campioni per un po’ di volte al fine di eliminare i residui di developer
    7. Trasferire il portacampioni nel secondo becher di acqua
    8. Estrarre singolarmente i campioni
      1. Asciugare con azoto
      2. Check al microscopio: controllare il corretto allineamento: tutta la ragnatela dell’assorbitore deve essere coperta dal resist, non devono rimanere sezioni esposte. Lo sviluppo talvolta avviene in maniera asimmetrica quindi occorre prestare molta attenzione perché per eliminare completamente i residui in alcune zone potrebbe porta ad un sovrasviluppo di altre.
      3. [Se necessario] Sviluppare i singoli campioni per ulteriori 10-30 sec
    9. Se i tempi di sviluppo di tutto il batch si allungano di molto ( 2x/ 3x tempo std) il resist è degradato e va sostituito [ripetere litografie, se necessario]
  6. [Se non si procede con lo scavo] Riporre i campioni nell’essiccatore
  7. Montaggio per scavo:
    1. Accensione piatto caldo a 60°C
    2. Oxygen plasma: 5 min
    3. Check al microscopio: controllare con ingrandimento 40x che non vi siano residui di resist
    4. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio
    5. Depositare 10 μl di Santovac 5 al centro di un wafer di zaffiro fisso sul piatto caldo e appoggiare il campione sulla goccia, con la litografia verso l’alto.
    6. Degasare per 5 min su piatto caldo.
    7. Controllare dal retro che non siano presenti bolle di aria fra il chip e il wafer
    8. Rimuovere eventuali eccessi di Santovac 5 con swab
  8. Scavo: RIE
    1. Programma: Sietch_12um_min_Flavio_14may17
    2. La durata effettiva del processo di etching viene determinata utilizzando un sistema di endpoint detection: utilizzando lo spettrofotometro è importante analizzare sia le differenze normalizzate delle linee di interesse che le derivate delle stesse.
  9. Check al microscopio: controllare la presenza di underetch e lo stato dello scavo. La presenza di residui di resist sul campione può creare problemi durante controllo, ripetere un controllo accurato anche dopo la rimozione della stessa.
  10. Staccare i campioni dal carrier wafer: piatto caldo a 60°C faccio scivolare il chip via
  11. Pulizia standard con spray: rimozione residui Santovac 5
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: step 9
  12. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

Pulizia chip

Note sui processi

  • Pulizia fronte: l’obiettivo è rimuovere la maschera di resist utilizzata allo step precedente per lo scavo ed eventuali residui sul dispositivo.
  • Pulizia retro: l’obiettivo è ripulire il retro da depositi di resist o altro materiale che possono essere presenti a causa degli step precedenti per preparare la superficie e garantire una buona adesione alla Hard Mask in Alluminio fondamentale per gli step di sospensione della membrana.

Procedura

Pulizia fronte

  1. Pulizia con Rem: IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5-10 min
    2. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    3. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    4. Check al microscopio
  2. [Se necessario] Pulizia con Ox plasma (efficace su residui resist): 5 min
    1. Ox plasma: 3min-5min-8min20s| tempo da scegliere in base alla quantità dei residui presenti e alla dimensione.
    2. Check al microscopio
  3. Ripetere step 1 e 2 fino a completa rimozione dei residui di resist e di eventuale altra sporcizia presente sul dispositivo.

Pulizia retro

  1. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Pulizia meccanica con mr-Rem e swab: rimuovo il rem dal chip passando lo swab, passate da un lato all’altro del chip sempre nello stesso verso, senza sfregare avanti e indietro.
    3. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    4. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    5. Check al microscopio
  2. [Se necessario] Pulizia con Ox plasma (efficace su residui organici): 5 min
    1. Ox plasma: 3min-5min-8min20s| tempo da scegliere in base alla quantità dei residui presenti e alla dimensione.
    2. Check al microscopio
  3. Ripetere step 4 e 5 fino a completa rimozione di residui o particolato presenti sul retro del dispositivo.
  4. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

Hard Mask

Note sui processi

  • Litografia da effettuare sul RETRO del campione, si lavora detector side down.
  • Allineamento: allineamento semplice, complicato dal fatto che viene eseguito dal retro del campione. Per la particolare configurazione del chuck e la posizione del pattern sulla maschera è possibile utilizzare solo due delle quattro croci di allineamento presenti agli angoli del campione.
  • Sviluppo: attenzione a residui resist sui bordi del chip, con la nuova maschera il cordolo esterno dovrebbe essere ridotto, se presente. È necessario rimuovere manualmente i residui di resist presenti sui bordi esterni del chip e le 4 croci di allineamento agli angoli del chip.
  • Liftoff: Controllare che il film sia aderito correttamente su tutta la superficie della maschera. Controllare sul davanti che non siano rimasti residui di film sul davanti del chip.

Parametri evaporazione e maschera litografica

File:LSPE mask HardMask.png
Maschera litografica per hard mask.
Parametri palombaro
Parametro Titanio Alluminio
Rate 1-2 Å/s 30-40 Å/s
Final thickness 100 Å 3000 Å

Procedura

File:LSPE incollaggioHM.PNG
Incollaggio campione per evaporazione hard mask.
  1. Accensione piatto caldo a 95°C
  2. Lavoro sul retro del chip
  3. Resist Coating con ma-N440:
    1. Chip sul chuck e fisso con vuoto
    2. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    3. Goccia di resist sul chip: 0.75 ml
    4. Spinner: 30s|3000rpm
  4. Bake:
    1. Spostare il campione dallo spinner al piatto caldo: cercare di non toccare il lato superiore per non rovinare lo strato di resist
    2. Bake 6m | 95°C
  5. Allineamento ed esposizione:
    1. Pulire la maschera: acetone, etanolo e asciugo con azoto.
    2. [Se necessario]Montare chuck per litografia con allineamento IR.
    3. Caricare la maschera nel mask aligner: lato cromato verso il basso (a contatto con il campione) e pattern di interesse in corrispondenza della cavità per il campione nel chuck.
    4. [Ad ogni cambio maschera] Controllare WEC e in caso regolarlo per maschera e chuck utilizzati tramite la procedura di regolazione automatica.
    5. [Ad ogni cambio maschera] Controllare le impostazioni di esposizione: 5 cicli da 5 sec.
    6. Posizionare il campione sul chuck in corrispondenza dello slot portacampioni (orientamento non importante).
    7. Allineare il campione con il pattern sulla maschera. L’allineamento di per sé semplice richiede di utilizzare le 4 croci ai vertici del chip per allineare la maschera ma è reso complicato dal fatto che si utilizza l’illuminazione a IR e si lavora col campione a faccia in giù. Per la particolare configurazioen del chuck IR è possibile utilizzare solo due croci per l’allineamento.
    8. Portare il campione a soft contact e verificare che non venga modificato l’allineamento
    9. Far partire l’esposizione
  6. Sviluppo:
    1. Preparare i becher:
      • 1 x becher 100 ml: developer ma-D 532s/ma-D 332s
      • 2 x becher 100 ml: acqua
    2. Posizionare il becher con developer sull’agitatore con la stir bar all’interno
    3. Inserire i campioni nel portacampioni multiplo, uno per scanalatura.
    4. Utilizzando le pinzette ad azione inversa immergere il portacampioni nel developer e far partire cronometro e stir: i campioni vanno mantenuti ad un’altezza di circa 1 cm dal fondo del becher per evitare di urtare la barretta.
    5. Attendere il tempo di sviluppo: 2 min
    6. Estrarre il portacampioni dal developer ed inserirlo nel primo dei due becher di acqua: muovere su e giù i campioni per un po’ di volte al fine di eliminare i residui di developer
    7. Trasferire il portacampioni nel secondo becher di acqua
    8. Estrarre singolarmente i campioni
      1. Asciugare con azoto
      2. Check al microscopio: controllare che non siano rimasti residui di resist, particolare attenzione ai bordi esterni dove tende a rimanere un cordolo di resist.
      3. [Se necessario] Sviluppare i singoli campioni per ulteriori 10-30 sec
    9. Se i tempi di sviluppo di tutto il batch si allungano di molto ( 2x/ 3x tempo std) il resist è degradato e va sostituito [ripetere litografie, se necessario]
  7. Rimozione delle croci di allineamento:
    1. Bagnare swab pulita con mr-Rem700 e asciugare l’eccesso con un foglio di carta da camera pulita
    2. Passare la swab sul bordo del chip per rimuovere il cordolo di resist e le croci di allineamento ai 4 angoli: prestare attenzione a non danneggiare la sezione di resist centrale.
    3. Sciacquare il chip sotto l’acqua corrente per eliminare i residui di remover
    4. Asciugo con gas azoto
    5. Check al microscopio: verifico la completa rimozione dei residui dal campione. Sono accettabili aloni rimovibili oxygen plasma.
    6. [Se necessario] Ripetere step da 7.1 a 7.5
    7. Ox plasma: 3min-5min-8min20s| tempo da scegliere in base alla quantità dei residui presenti e alla dimensione.
    8. Check al microscopio: verifico la completa rimozione dei residui dal campione.
  8. Montaggio per deposizione:
    1. Oxygen plasma: 3 min
    2. Check al microscopio: controllare con ingrandimento 40x che non vi siano residui di resist ai bordi e in corrispondenza delle 4 croci ai vertici.
    3. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio
    4. Accensione piatto caldo a 90°C, metto il supporto per la deposizione a Porre una piccola quantità di Quick Stick 135 in corrispondenza dei 4 vertici del campione sul supporto scelto
    5. Attendere che l’adesivo si ammorbidisca (20 s)
    6. Appoggiare il campione sull’adesivo ammorbidito (retro verso l’alto) e premere leggermente sui 4 vertici (con pinzette in Teflon o retro swab) per far affondare leggermente gli angoli del campione nelle gocce di colla.
    7. [vedi immagine]Esempio di campioni incollati su vetrino visti dal lato superiore (sx) e inferiore (dx). In entrambe le immagini si vedono le 4 gocce di adesivo ai vertici e osservando dal lato inferiore si può vedere come con questo tipo di incollaggio si riesce ad evitare che l’adesivo finisca sulla zona delicata della membrana.
  9. Deposizione: Evaporatore 100 Å Ti + 3000 Å Al
    1. Dal momento che non sono importanti le proprietà elettriche di questo film si può procedere con l’evaporazione non appena la turbo va a regime (~10-4).
    2. Prestare attenzione ad aumentare gradualmente la tensione applicata ai crogioli per evitare di surriscaldare il materiale ed avere un’evaporazione non controllata.
  10. Liftoff:
    1. Inserire i campioni singolarmente i becher con almeno 25 ml di acetone
    2. Sonicare per almeno 2 min
    3. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    4. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    5. Asciugo con gas azoto
  11. Check al microscopio:
    • Integrità della maschera e assenza di zone con problemi di adesione del film
    • assenza di residui sul fronte del campione
  12. [Se necessario] Ripetere sonicatore: step 8 e 9
  13. [Se necessario]Pulizia standard con spray:
    1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
    2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
    3. Asciugo con gas azoto
    4. Check al microscopio: step 9
  14. [Se necessario] Pulizia con Rem (più aggressiva): IN SPINNER
    1. Goccia di mr-Rem700 sul chip: 5 min
    2. Acqua spray: 20 ml | 3000 rpm
    3. Acetone spray 20 ml|1ml/s| 3000rpm
    4. Check al microscopio: step 9
  15. [Se non si procede con lo step successivo] Riporre i campioni nell’essiccatore

Back Etch

Note sui processi

  • Questo step di fabbricazione contiene diversi processi critici interconnessi fra loro: il corretto montaggio e preparazione del chip allo scavo sono fondamentali per evitare rotture durante il processo di etch e successivamente con la sospensione.
  • Stiamo lavorando attivamente per cercare di migliorare lo yield dei vari processi coinvolti dal momento che escludendo problemi con gli apparati di deposizione il collo di bottiglia che riduce di molto il numero di bolometri fabbricati è questo step. Probabilmente sarà necessario cercare di definire in maniera più precisa alcuni processi implementando nuove procedure e cercando di automatizzare quando possibile. Esempio di processi su cui lavorare: end point detection, utilizzare un peso definito per premere sul supporto in fase di incollaggio, definire con precisione le quantità di QStick, ecc.

Parametri etch

Programma: Sietch_12um_min_Flavio_14may17
Parametro Valore
SF_6 70.0 sccm
O_2 20.0 sccm
RF 30 W
ICP 300 W
Time 40-50 min

Procedura

  1. Montaggio per scavo: montaggio supporto assorbitore
    1. Accensione piatto caldo a 125°C (temperatura inferiore alla temperatura usata per il degasaggio dell’adesivo Qstick135)
    2. Check al microscopio: controllare faccia superiore del chip con ingrandimento 40x che non vi siano residui di resist e che la membrana non sia danneggiata.
    3. [Se necessario] Oxygen plasma (3 min) e check al microscopio.
    4. Pulizia del supporto per la membrana
      1. Spray acetone: 8 ml | 0.8 ml/s
      2. Spray etanolo: 6ml |0.8 ml/s
      3. Asciugo con gas azoto
      4. Check al microscopio
    5. Con chip e supporto sul piatto caldo depositare una piccola quantità di QuickStick135 degasato.
    6. Distribuire l’adesivo su tutta l’area della membrana per il chip e su tutta la superficie per il quarzo.
    7. Degasare per 5 min su piatto caldo.
    8. Controllare al microscopio che non siano presenti bolle di aria e se necessario rimuoverle manualmente e controllare che l’adesivo sia distribuito su tutte le zone.
    9. Ripetere step 1.7 e 1.8 fino alla completa rimozione di tutte le bolle visibili
    10. Riportare sul piatto caldo solo il chip
    11. Appoggiare il quarzo sul chip, lato con l’adesivo verso il basso. Il supporto va appoggiato inclinato e lasciato adagiare gradualmente sull’adesivo gradualmente per evitare sacche d’aria che si potrebbero formare se lo appoggiassimo di piatto sul chip.
    12. Premere in maniera controllata sul quarzo in maniera tale da far fuoriuscire l’eccesso di adesivo e ridurre al minimo la quantità presente, mantenendo il cristallo in posizione e parallelo al detector.
    13. Distribuire l’adesivo fuoriuscito sugli angoli e sugli spigoli del chip, andando a coprire la superficie scoperta e rimuovendo gli eccessi in modo tale da avere una superficie livellata su tutto il chip.
    14. Togliere il chip dal piatto caldo stando attenti a non spostare il quarzo
  2. Ripulire gli eccessi di adesivo ancora presenti, in particolare sulla faccia posteriore e sui lati.
  3. Montaggio per scavo: montaggio su carrier wafer
    1. Accensione piatto caldo a 60°C
    2. Depositare 15-20 μl di Santovac 5 al centro di un wafer di zaffiro fisso sul piatto caldo e appoggiare il campione sulla goccia, con l’hard mask verso l’alto. La quantità di olio necessaria è maggiore per tenere conto della superficie irregolare dovuta a colla e supporto.
    3. Degasare per 5 min su piatto caldo.
    4. Controllare dal retro che non siano presenti bolle di aria fra il chip e il wafer
    5. Rimuovere eventuali eccessi di Santovac 5 con swab
  4. Scavo: RIE
    1. Programma: Sietch_12um_min_Flavio_14may17
    2. La durata effettiva del processo di etching viene determinata utilizzando un sistema di endpoint detection: utilizzando lo spettrofotometro è importante analizzare sia le differenze normalizzate delle linee di interesse che le derivate delle stesse.
  5. Check al microscopio: controllare lo stato dello scavo.
  6. Staccare il campione dal carrier wafer:
    1. Accensione piatto caldo a 60°C e poggiare il carrier wafer
    2. Far scivolare il chip via facendo scorrere un oggetto sottile sotto allo stesso e sollevandolo da un lato. Prestare molta attenzione a non muovere il quarzo di supporto della membrana durante questa operazione.
  7. Rimuovere delicatamente con una punta metallica residui di resina o olio intaccati dai processi di scavo, prestando sempre attenzione a non danneggiare l’oggetto e a non far muovere il quarzo rispetto al chip.
  8. Sospensione:
    1. Preparare un becher da 100 ml con acetone (almeno 75 ml)
    2. Preparare una copertura del becher con parafilm, lasciare una apertura al centro (fenditura rettangolare 0.5x2 cm va bene)
    3. Prelevare il chip da un vertice con le pinzette ad azione inversa a punta fine, prestando particolare attenzione a prendere solo il chip ed eventuale resina ma non il supporto in quarzo.
    4. Fissare le pinze ad azione inversa alla movimentazione verticale in maniera che il chip rimanga sospeso sopra al becher di acetone.
    5. Abbassare il chip all’interno del becher e lasciarlo in sospensione. Il chip deve rimanere completamente immerso nel liquido e sollevato dal fondo di circa 0.5-1 cm.
    6. Attendere il distacco del supporto in quarzo e la sospensione della membrana.
    7. Estrarre lentamente il chip dal liquido utilizzando la movimentazione. Il chip deve attraversare il pelo del liquido perfettamente in verticale e molto lentamente.
    8. Attendere un paio di minuti con il chip subito sopra al pelo del liquido ma ancora nel becher, attendendo che evapori tutto il liquido rimasto sul chip in atmosfera ricca di acetone.
    9. Se necessario si è visto che per rimuovere residui di adesivo che vanno in sospensione nel bagno di acetone può essere utile sostituire al bagno di puro acetone un bagno con acetone e remover in due strati separati. In questo modo facendo passare il chip fra i due liquidi è possibile rimuovere le impurità che normalmente si trovano alla superficie del bagno e rimangono attaccate al chip quando lo si estrae.
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