Fotolithografie: Definition und Methoden

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1 Fotolithografie: Definition und Methoden Fotolithografie ist eine Verfahrensgruppe in der die laterale Strukturdefinition mittels Aufprägen eines Abbildes in einem strahlungsempfindlichen n Lack und die Strukturübertragung durch nachgelagerte additive, subtraktive oder eigenschaftsmodifizierende Prozesse auf die darunter liegende Unterlage erfolgt. Strahlung zur Strukturdefinition Elektromagnetische Strahlung Teilchenstrahlung Optische Strahlung Röntgenstrahlung Elektronen Ionen 1

2 Fotolithografie: Grundbegriffe (1) Minimale Strukturgröße b min (Linienbreite oder feinste Strukturgröße) (2) Linienbreitenstreuung: Δb l = ±( ) b min (3) Lagefehler als relativer Lagefehler von der Ebene 1 zur Ebene 2 (a) Mittenlagefehler: Δb mf = ±( ) b min (b) Kantenlagefehler: Δb kf = ±( ) b min (4) Zulässige Defektdichte als 0.1 tödlicher Defekt je cm -2 (5) Tödlicher Defekt: d p > 1/3 b min (6) Empfindlichkeit D 100 als die Dosis, die für die vollständige Belichtung notwendige Bestrahlungsdosis (7) Resistkontrast (8) Auflösungsvermögen, als kleinster auflösbarer Abstand (9) Tiefenschärfe [ lg( D ] 1 γ = D 100 / 0 2

3 Fotolithografie: Grundbegriffe (10) Modulationstransferfunktion I MTF = I max min > max I + I min 0.5 (11) Kritische Modulationstransferfunktion D CMTF = D D + D 0 0 CMTF / γ = 1/ γ > 0.4 (12) Numerische Apertur NA= nsinα = nsin 2 D D f 2 (12) Kohärenz als S = NA Kondensor / NA NA Kondensor NA Projektionsoptik 3

4 Fotolithografie Varianten der Masken- herstellung und der Strukturübertragung auf den strahlungs- empfindlichen Lack 4

5 Fotolithografie: Belichtungsquellen und deren Strukturaflösung g-linie der Quecksilberdampflampe λ = 436 nm 5

6 Fotolithografie: Positive und negative Lackverfahren 6

7 Fotolithografie: Positiver Fotolackprozeß 7

8 Fotolithografie: Negativer Fotolackprozeß 8

9 Fotolithografie: Kontaktbelichtung bmin = λ h Partikeleffekt Prinzipschema 9

10 Fotolithografie: Abstandsbelichtung ( h pa) b = λ + min Intensitätsverteilung an der Maskenkante als Funktion des Proximityabstandes Prinzipschema 10

11 Fotolithografie: 1:1 Projektionsbelichtung b min λ = 2NA ± λ DOF = 2 4 NA Schematische Darstellung 11

12 Fotolithografie: Verkleinernde Projektionsbelichtung Schematische Darstellung b min DOF λ = 2NA ± λ = 2 4 NA 12

13 Fotolithografie: Effekte Einfluß des Fotolackkontrastes und der Belichtungsdosis auf die Lackkantenform und die Lage der Lackkante 13

14 Fotolithografie: Effekte Stehende Welleeffekte und deren Unterdrückung 14

15 Fotolithografie: Effekte Linienbreitenänderung durch stehende Welleeffekte Linienbreitenänderung durch Reflexion an schiefen Ebenen 15

16 Fotolithografie: Effekte Streulichteffekte durch Rückreflexionen in der Belichtungsoptik 16

17 Fotolithografie: Maskentypen 17

18 Fotolithografie: Lacktechniken Dreilagenlacksystem Zweilagenlacksystem Einlagenlacksystem 18

19 Fotolithografie: Spezialtechniken 19

20 Literatur [1] I. Ruge,, Halbleiter Technologie, Springer-Verlag, Berlin u.a., 1991 (69 ELT ZN 4100 R928(3)). [2] D.Widmann, H. Mader, H. Friedrich, Technology of integrated circuits, Springer Verlag, Heidelberg, 2000 (HA 142 ELT ZN 4100 W641). [3] W. von Münch, Einführung in die Halbleitertechnologie, B.G. Teubner, Stuttgart, 1993 (79 ELT ZN 4100 M948+4). [4] J.D. Plummer,, M.D. Deal, P.B. Griffin, Silicon VLSI Technology: Fundamentals, Practice and Modelling, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2000 (79 ELT ZN 4950 P735). 20