Lithographie. Mirco Pötter. 19. Juni Universität Osnabrück

Transkript

1 Lithographie Mirco Pötter Universität Osnabrück 19. Juni 2007

2 Herleitung des Namens lithos (λίθος) = Stein graphein (γράφειν) = schreiben Spiegelverkehrtes Relief in Stein prägen Farbe auftragen Auf Papier o.ä. drucken

3 Bild dazu

4 Photolithographie Prinzip ist schon mal toll: Eine Vorlage wird erstellt, damit werden beliebig viele Kopien erstellt. Für sehr kleine Strukturen sind mechanische Stempel schwer herzustellen und damit sehr teuer. Lösung: Man nutzt die Erkenntnisse der Photographie

5 Allgemeines Prinzip Geeignetes Substrat (meist Silizium) auf das der Fotolack aufgetragen wird Vorlage stellt eine Maske dar, durch die auf das Substrat durchgeleuchtet wird Dadurch wird der Lack punktuell ausgehärtet, danach der (nicht) bearbeitete Lack weggeätzt, wodurch die Struktur der Maske auf den Lack übertragen wurde

6 Hügel oder Rillen? additive Methode subtrative Methode

7 Maske / Fotomaske Scheibe aus hochreinem Quarzglas oder Calciumfluorid die mit Chrom beschichtet werden. Aus der Chromschicht wird idr mit einem Elektronenstrahl die gewünschte Struktur entfernt. Die Vorgang ist recht langsam und teuer.

8 Übliche Verfahren Projektionsbelichtung Immersionslithografie (Kontaktbelichtung) Proximitybelichtung Grautonlithografie

9 Projektionsbelichtung Strahl wird durch ein Linsensystem fokusiert, typischerweise wird dadurch die Maske im Verhältnis 5:1 bzw 4:1 auf dem Wafer abgebildet Vorteile: Strukturen auf der Maske sind deutlich größer als auf dem Wafer Fehler im Glas werden verkleinert kostengünstig

10 Immersionslithografie (Immersion = Eintauchen) Variante der Projektionsbelichtung, allerdings nicht in Luft, sondern einem Medium mit höherer Brechzahl, zb Reinstwasser, was zu einer Verkürzung der Wellenlänge führt Kleinere Strukturen sind dadurch möglich, allerdings ist das Verfahren auch aufwendiger und damit teurer

11 Phasenmaske Trick: An den Rändern Phasenverschiebung des Lichts Höherer Kontrast, kleinere Strukturen

12 Double-Exposure (Doppelte Aufnahme) Der Wafer wird belichtet, dann um die halbe Strukturbreite verschoben und noch einmal belichtet. Das resultiert in einer halb so breiten Struktur auf dem Wafer.

13 Kontaktbelichtung Hierbei wird die Fotomaske direkt auf den Wafer gelegt. Der Vorteil ist Nahfeld, keine Beugung, Strukturen werden direkt übertragen. Nachteil: Strukturen in der Maske kleiner, großerer Aufwand, damit deutliche längere und teurere Herstellung Fehler in der Glas der Maske werden 1:1 übertragen, wodurch die Anforderungen an die Maske steigen Beim Verfahren kann die Maske leicht kaputt gehen, zb durch Verschmutzung und Ablösen. Dadurch können von einer Maske weniger Kopien hergestellt werden

14 Proximitybelichtung (Proximity = Nachbarschaft / Nähe) Mittelding aus Projektion- und Kontaktbelichtung, heißt man lässt einen geringen Abstand von ca Mikrometern zwischen Wafer und der Maske

15 Grautonlithografie Strukturen auf der Maske liegen unterhalb der Auflösungsgrenze, was zu unterschiedlichen Helligkeiten auf dem Wafer führt. Dadurch kann man in einem Schritt dreidimensionale Strukturen auf die Unterlage bringen.

16 Industrielle Praxis Quecksilberlampen (verschiedene Linien) KrF Excimerlaser (248 nm) ArF-Excimerlaser (193 nm) Damit lassen sich Strukturen unter 100nm herstellen Produktionsstand bei Prozessorherstellung ist 65nm mit ArF, 40 nm mit Immersion und nochmal die Hälfte mit Double Exposure

17 Alternative: Laserlithografie Mit Excimer-Lasern o.ä. können die Strukturen der Maske direkt in das Substrat gelasert werden. Nachteil ist hierbei auch die Herstellung der Maske, die sich aufwendig gestaltet, damit sich nicht auch weggelasert wird.

18 Zukunft EUV-Lithographie Problem ist die Absorption der meisten Materialien bei der gewünschten Wellenlänge von 13.5 nm Röntgenlithographie Problem ist die teure Strahlungsquelle Vorteil ist, das durch ziemlich alles Ungewolltes einfach durch strahlt wird Generelle Probleme sind Linsen und damit die Herstellung der Masken

19 Quellen Wikipedia.de Jörg Wengelink: Photolithographie mit semitransparenten Masken für einzelne Begriffserklärungen: Google