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Slide 1Mikrosysteme – Photolithographie

Grundlagen Grundlagen Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme

Mikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und MedizinMikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und Medizin

PhotolithographiePhotolithographie

Dr. Marc R. DusseillerDr. Marc R. Dusseiller


MikrofabrikationMikrofabrikation

CleanroomsCleanrooms


Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum






PhotolithographiePhotolithographieSpin-coatingSpin-coating



PlasmaätzenPlasmaätzenICP (inductive coupled plasma etching)ICP (inductive coupled plasma etching)



BeschichtungenBeschichtungenPlasma Sputtering (PVD)Plasma Sputtering (PVD)



AnalytikAnalytikElipsometrieElipsometrie


MikrofabrikationMikrofabrikation




Photolithographie ist parallelPhotolithographie ist parallel


Photolithographie - ÜberblickPhotolithographie - Überblick

Beschichtetes SubstratBeschichtetes Substrat

Beschichtung mit PhotoresistBeschichtung mit Photoresist

BelichtungBelichtung

EntwicklungEntwicklung

ProzessschrittProzessschrittÄtzenÄtzen

BeschichtenBeschichten

DotierenDotieren

AbformenAbformen

Resist strippenResist strippenBraun: Photoresist

Grün: Dünnschicht (zb Pt oder TiO

2)

Grau: Substrat (zb Si)



Positiver Photolack / PhotoresistPositiver Photolack / Photoresist


MaskenherstellungMaskenherstellung

Masken haben generell eine höhere Qualität/AuflösungMasken haben generell eine höhere Qualität/Auflösung

können mehrmals gebraucht werdenkönnen mehrmals gebraucht werden

Herstellung meist bei SpezialfirmenHerstellung meist bei Spezialfirmen

teuerteuer

HerstellungHerstellung

Glassplatte mit strukturierter ChromschichtGlassplatte mit strukturierter Chromschicht

Elektronenstrahl geschrieben (sequenziell)Elektronenstrahl geschrieben (sequenziell)

Laser geschrieben (sequenziell)Laser geschrieben (sequenziell)



Negativer Photolack / Photoresist


PhotoresistsPhotoresists

Die Wahl des Resists beschränkt Eigenschaften wie:Die Wahl des Resists beschränkt Eigenschaften wie:

AuflösungAuflösung

SchichtdickeSchichtdicke

Mögliche Prozessschritte (Lift-Off ..)Mögliche Prozessschritte (Lift-Off ..)

Mechanische Eigenschaften (für permanente Anwendungen)Mechanische Eigenschaften (für permanente Anwendungen)

Belichtungsart (UV, x-ray, E-beam)Belichtungsart (UV, x-ray, E-beam)



Artekakte bei der Beleuchtung/EntwicklungArtekakte bei der Beleuchtung/Entwicklung

Beispiel negativer ResistBeispiel negativer Resist


Auflösung der PhotolithographieAuflösung der Photolithographie

Belichtung (minimale Linienbreite, eg. 45 nm)Belichtung (minimale Linienbreite, eg. 45 nm)Linienbreite hängt ab vonLinienbreite hängt ab von

Wellenlänge des UV LichtsWellenlänge des UV Lichts(DUV 150 – 300 nm, UV 350 – 500 nm)(DUV 150 – 300 nm, UV 350 – 500 nm)

Dicke des PhotolacksDicke des Photolacks

( )

eResistdick

Maskezur Abstand

eWellenläng

teLinienbrei minimale

2

3min

====

+≈

z

s

w

zsw

λ

λ


Hochauflösende TechnikenHochauflösende Techniken

• Extreme UV Lithographie (Extreme UV Lithographie (λλ =n 13.5 nm) =n 13.5 nm)

• Electronenstrahl Lithographie (sequenziell)Electronenstrahl Lithographie (sequenziell)

• Focused Ion Beam (sequenziell)Focused Ion Beam (sequenziell)

• X-Ray Lithopgraphie (Röntgenstrahlen)X-Ray Lithopgraphie (Röntgenstrahlen)

• Scanning Probe Lithography (Rastersonden Lithographie, seq.)Scanning Probe Lithography (Rastersonden Lithographie, seq.)

• Soft Lithographie (Stempeln)Soft Lithographie (Stempeln)

• Nanoimprint Lithographie (Prägen)Nanoimprint Lithographie (Prägen)


Prozessschritte der PhotolithographieProzessschritte der Photolithographie

Nach der Strukturierung des Resists folgt der ProzessschrittNach der Strukturierung des Resists folgt der Prozessschritt

• ÄtzenÄtzen• DotierenDotieren• Beschichten (Lift-Off)Beschichten (Lift-Off)• Elektroformen (LIGA)Elektroformen (LIGA)• Mikroabformen (PDMS - Soft Lithographie)Mikroabformen (PDMS - Soft Lithographie)

Meist wird nach dem Prozess der Resist wieder entfernt (Strippen)Meist wird nach dem Prozess der Resist wieder entfernt (Strippen)

• Nasschemisches ÄtzenNasschemisches Ätzen• LösungsmittelLösungsmittel• PlasmaätzenPlasmaätzen


DünnschichtätzenDünnschichtätzen

Beschichtetes SubstratBeschichtetes Substrat


Ätzen der BeschichtungÄtzen der BeschichtungSelektiv für BeschichtungsmaterialSelektiv für Beschichtungsmaterial

Stopp am Substrat oder über ÄtzzeitStopp am Substrat oder über Ätzzeit

Resist strippenResist strippen

Braun: Photoresist

Grün: Dünnschicht (zb Pt oder TiO

2)

Grau: Substrat (zb Si)


Dotieren - DopingDotieren - Doping


Medium mit Dotierungselementen, DiffusionMedium mit Dotierungselementen, DiffusionBor, Gallium (p-type, Gruppe III Elemente)Bor, Gallium (p-type, Gruppe III Elemente)

Phosphor, Arsen (n-type, Gruppe V Elemente)Phosphor, Arsen (n-type, Gruppe V Elemente)

Oder durch Ionen Implantation (bombardment)Oder durch Ionen Implantation (bombardment)

Resist strippenResist strippen


Lift-OffLift-Off

Spezielle Photoresist (Flanken)Spezielle Photoresist (Flanken)zB. Image Reversal ResistszB. Image Reversal Resists

Beschichtung, stark gerichtetBeschichtung, stark gerichtet

Lift-Off durch Auflösung des ResistsLift-Off durch Auflösung des ResistsWenn Beschichtung durchgehend nicht möglichWenn Beschichtung durchgehend nicht möglich

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