Forschungszentrum. Mikrotechnik

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2 Forschungszentrum Mikrotechnik Das Forschungszentrum Mikrotechnik (FZMT) beschäftigt sich mit der Entwicklung von mikrotechnischen Fertigungsverfahren und Komponenten von Mikrosystemen. Schwerpunkte Photolithographie Numerische Simulation von Proximityund lithographie Numerische Simulation von Elektronenstrahllithographie Plasmaätzen (RIE/DRIE von Si und Dielektrika) Beschichtung (Sputtering) Mikrogalvanik mit Ni und Cu Laserbearbeitung Thermische Oxidation von kristallinem oder polykristallinem Si Design und Simulation von integriertoptischen Komponenten Analytik: Rasterelektronenmikroskopie (REM), Elementbestimmung mit EDX Probenpräparation Anwendungsbeispiele Herstellung von Mikrolinsen Herstellung von Formeneinsätzen (LIGA) aus Nickel, Silizium, Kupfer Dickschichtlithographie bis 600 μm (SU8) Entwicklung der Fertigungstechnologie für einen holographischen Neurochip Laserschneiden von Greiferbauteilen Bohrungen in Keramik für Fadenführungen Entwicklung von optischen Komponenten für DWDM-Übertragung Die aufgeführten Verfahren stehen auch als Dienstleistung für externe F&E-Partner zur Verfügung. Dr. Johannes Edlinger T +43 (0) johannes.edlinger@fhv.at 1

3 Forschungszentrum Mikrotechnik Laserablation Als Ablation wird generell der Materialabtrag mittels Laser bezeichnet. Laserbearbeitung ermöglicht präzises und materialschonendes Schneiden, Bohren von Löchern nahezu beliebiger Querschnitte, sowie die Herstellung dreidimensionaler Oberflächenstrukturen und kleinster Teile. Das Forschungszentrum Mikrotechnik verfügt über einen Ultrakurzpulslaser (1040 nm/520 nm, 400 fs), einen Excimerlaser (193 nm, 25 ns) und einen CO 2 -Laser (40 W). Machbarkeitsstudien Bearbeitungsversuche (Bohren, Schneiden, Strukturieren, ) Bearbeitung verschiedenster Werkstoffe, wie beispielsweise weiche Kunststoffe, Hartmetalle, Gläser, Saphir oder Diamant Die Bearbeitung thermisch oder mechanisch sensitiver Werkstoffe ist mittels Laserablation möglich DI Dr. Sandra Stroj Dr. Johann Zehetner T +43 (0) T +43 (0) sandra.stroj@fhv.at johann.zehetner@fhv.at Photolithographie Die optische Lithographie ist eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung und Übertragung von Mikrostrukturen. Dabei werden Strukturen, die sich auf einer Maske befinden, mittels Schattenwurf auf ein Trägermaterial übertragen. Am FZMT wird die UV- und DUV (193 nm ArF Excimer Laser) Lithographie angewendet. Maskendesign und Koordination der Maskenherstellung mit Maskenshops Strukturierbare Lackdicken von 100 nm bis 600 μm Aspektverhältnisse (Höhe/Breite) von bis zu 35 Maximale erreichbare Auflösung bis 300 nm (lackdickenabhängig) Fertigung von mehrschichtigen Strukturen Standardsubstratgröße: 100 mm (4 Zoll) und 200 mm (8 Zoll) Photolackcharakterisierung mittels Dissolution Rate Monitor (DRM) Strukturierung für nachfolgende Galvanische Abformung (UV-LIGA) Strukturierung für Dünnschichttechnologie (Lift-off) Maskierungen für Trockenätzen und nasschemisches Ätzen Direkte Herstellung von Mikrobauteilen DI (FH) Stefan Partel MSc T +43 (0) stefan.partel@fhv.at 3

4 Lithographie Modellierung und Simulation Das Forschungszentrum Mikrotechnik beschäftigt sich mit der Modellierung und Simulation von: Numerische Simulation von optischer 1:1 Lithographie Belichtungssimulation von 1:1 Lithographieprozessen: Proximity und lithographie Geometrieoptimierung des Maskenlayouts aufgrund von Beugungserscheinungen Numerische Simulation von Elektronenstrahllithographie Modellierung von Prozessen in der direktschreibenden hochauflösenden E-Strahl Lithographie Simulation der Wirkung der parasitären Effekte der Belichtung mit dem E-Strahl auf die resultierende Geometrie der Resiststruktur Bestimmung von numerischen Korrekturparametern und Prozessoptimierung in der maskenlosen höchstauflösenden E-Strahl Lithographie Optische Lithographie Elektronenstrahllithographie DI (FH) Stefan Partel MSc DI Dr. Peter Hudek T +43 (0) T +43 (0) stefan.partel@fhv.at peter.hudek@fhv.at 5

5 Trockenätzen Reaktives Ionenätzen (RIE- Reactive Ion Etching) ist ein ionenunterstützter Reaktiv-Ätzprozess, welcher in der Halbleitertechnik angewandt wird. DRIE (Deep Reactive Ion Etching) ist eine RIE-Modifikation für Silizium-Tiefenätzen mittels alternierenden Ätz- und Passivierungszyklen (Gas Chopping, Time-Multiplexed Etching, ASE Advanced Silicon Etching) für höchste Aspektverhältnisse, Anisotropie und Ätzrate. Fertigung von Strukturen und Bauteilen aus Si, Dielektrika, Polymeren Plasmareinigung von Oberflächen Ätztiefen bis 1 mm Aspektverhältnisse (Breite/Höhe) von 1:10 bis 1:100 (materialabhängig) Auflösung besser 100 nm (maskenabhängig) Thermische Oxidation Die thermische Oxidation (von Silizium) ist in der Halbleitertechnik ein Beschichtungsverfahren, bei dem auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat eine dünne Schicht aus Siliziumdioxid aufgebracht wird. Der Beschichtungsprozess basiert auf einer chemischen Reaktion von Sauerstoff und Silizium bei Temperaturen über 1100 C. Das FZMT verfügt über einen programmierbaren Diffusionsofen der Fa. ATV Technologie GmbH. Damit ist es möglich, thermische Oxidschichten auf Silizium Wafer (Substratdurchmesser mm) durch feuchte und trockene Verfahren aufzuwachsen. Herstellung von hochqualitativen und stabilen SiO 2 -Schichten auf Silizium Substraten bis 200 mm Durchmesser mittels nasser oder trockener Oxidation. Halbleitertechnik Mikroreaktoren, Mikrodurchflusssensoren, Mikroschalter, Optokoppler, Mikromotoren, Biosensoren Kleinste Bauteile für bewegliche und unbewegliche Mikrostrukturen DI Dr. Peter Hudek T +43 (0) peter.hudek@fhv.at SiO 2 -Schichten dienen u.a. als Ätzstoppschichten und Maskierschichten beim Ätzen, Isolierschichten, Dielektrische Schichten, Passivierungsschichten, Haftschichten, Schichten zum Ausgleich von Stress, freitragende Membranen, Opferschichten und Diffusionsbarrieren. Dr. Pavlina Choleva T +43 (0) pavlina.choleva@fhv.at 7

6 Beschichtung Sputtering ist ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum. Wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, Substrate bei niedrigen Prozesstemperaturen zu beschichten. Das FZMT verfügt über eine Beschichtungsanlage vom Typ Oerlikon LLS EVO, mit der folgende Möglichkeiten zur Verfügung stehen: Vakuum-Beschichtung von Wafern und anderen planaren Substraten mittels Sputtering Maximale Substratgröße: 8 / 200 mm Maximale Substratdicke: 15 mm (Sondergeometrien nach Absprache) Verfügbare Beschichtungsmaterialien: Al, Cr, Cu, Ni, Si, Ti Reaktivgassputtering (N2,O2) zum Abscheiden von Oxiden und Nitriden Prozesstemperaturen: C Schichtdicken: 5 nm 5 μm (Schichtdicken > 1 µm nach Absprache) Metallisierungen für Lift-off Prozesse (Lithographie) Startschichten für Galvanikprozesse Maskierungen für RIE / DRIE Prozesse Metallisierung für R&D Anwendungen allgemein Dielektrische, isolierende Schichten Dr. Stephan Kasemann T +43 (0) stephan.kasemann@fhv.at 9

7 Forschungszentrum Mikrotechnik Mikrogalvanik Die Mikrogalvanik dient zur elektrochemischen Abscheidung von metallischen Schichten auf Gegenständen. In Kombination mit der lithographischen Strukturierung lassen sich damit verschiedene metallische Mikrostrukturen herstellen (das LIGA Verfahren: Lithografisch-Galvanische Abformung). Herstellung strukturierter Ni- und Cu-Teile Substratformat: 4 Substratdicke: max. 2 mm Max. Schichtdicke bis ca. 2 mm Aspektverhältnisse (Höhe/Breite) bis zu 6 Abscheiderate: 6 μm/h Form- und Prägeeinsätze Elektroden für Mikroerosion Masken für die Laserablation Metallische Mikrobauteile UV-LIGA Technologie Dr. Pavlina Choleva T +43 (0) pavlina.choleva@fhv.at Design und Simulation von integriert-optischen Komponenten Das FZMT bietet Designs integriert-optischer Komponenten sowohl als Dienstleistung als auch im Rahmen einer Forschungskooperation an. Dabei wird auf modernste kommerzielle Design-Tools zurückgegriffen, die durch inhouse Tools ergänzt werden, um komplexere Designs zu ermöglichen. Dank unserer internen Tools sind wir auch in der Lage die simulierten/gemessenen Daten sehr genau zu analysieren und daraus gegebenenfalls ein effizienteres Redesign zu ermöglichen. Unser speziell entwickeltes Design-Verfahren in Kombination mit unseren internen Tools garantiert in sehr kurzer Zeit die beste Lösung für Ihren Chip-Bedarf. Design von integriert-optischen Komponenten: DWDM / VHDWDM / CWDM AWGs Strahlteiler (basierend auf MMI oder Y-Verzweigung) Taper, Wellenleiter etc. Andere passive integriert-optische Elemente auf Anfrage DWDM Übertragung Optisches Add/Drop Multiplexing Optisches Codieren/Decodieren Dr. Dana Seyringer, Ph.D T +43 (0) dana.seyringer@fhv.at 11

8 Studienplan Bachelor Rasterelektronenmikrospkopie Das Forschungszentrum Mikrotechnik verfügt über ein Rasterelektronenmikroskop der Fa. Fei, Type FEI XL30-ESEM FEG. Mit diesem Gerät können Bilder mit gewünschter Vergrößerung von Proben aller Art erstellt werden (leitende, wenig bis nicht leitende, nasse und biologische Proben). Vergrößerungen von 30 bis fach Auflösung bis 10 nm Brüche, die Tiefenschärfe voraussetzten ElementAnalyse welche Elemente sind mit welchem %-Anteil vorhanden ElementMapping welche Elemente sind an welcher Stelle vorhanden Schadensanalyse Leitende, nicht leitende, nasse, biologische Proben Probengröße normal (zwischen Sandkorn und Weinkorken) Probengröße maximal 100x100x50 mm Qualitative ElementAnalyse von Bor B (OZ 5) bis Blei Pb (OZ 82) Quantitative ElementAnalyse ab Natrium (OZ 11) Prof. (FH) DI Dr. Heinz Duelli T +43 (0) heinz.duelli@fhv.at

9 Forschungszentrum Mikrotechnik Analytik Röntgenfluoreszenz Mit dem Röntgenfluoreszenz-Analysegerät Fischerscope X-Ray XAN werden Werkstoffe betreffend ihre Zusammensetzung analysiert. Zudem kann bei bekannten Beschichtungen, deren Schichtdicke bestimmt werden. Materialanalyse: welche Elemente sind mit welchem %-Anteil vorhanden Qualitative und Quantitative Analyse von Kalium K (OZ 19) bis Blei Pb (OZ 82) Schichtdickenmessung von bekannten Schichtaufbauten Weißlichtinterferometrie Mit dem Weißlichtinterferometer können Licht reflektierende Oberflächen analysiert werden. Es kann einerseits die Rauheit vermessen werden oder auch der Oberflächen-Verlauf, die Topografie. Die Auflösung liegt im Bereich von einigen Nanometern. Rauheitsmessung der gängigen und vieler nicht normierter Parameter Topographie-Vermessung Probenpräparation Bei der Werkstoffprüfung bzw. Schadensanalyse wird dem zu untersuchenden Teil eine Probe entnommen. Diese Probe muss mit Bedacht auf das folgende Analyseverfahren vorbereitet bzw. präpariert werden. Die Probenpräparation ist somit in vielen Fällen das erste Verfahren um den zu untersuchenden Sachverhalt der Analyse zugänglich zu machen. Komplette Probenpräparation Große Proben zerteilen kalt trennen Kalt bzw. warm einbetten Schleifen, polieren, ätzen Anschließend Bilderstellung und Vermessung mit Lichtmikroskop bzw. Rasterelektronenmikroskop Prof. (FH) DI Dr. Heinz Duelli T +43 (0) heinz.duelli@fhv.at 15

10 Forschungszentrum Mikrotechnik Infrastruktur Im April 2005 bezog das Forschungszentrum einen Reinraum der ISO Klasse 5 mit einer Gesamtfläche von ca. 240 m². Zusätzlich stehen ca. 150 m² Laborfläche mit Flowboxen zur Verfügung. Lithographie EVG 101 Resist Processing System (Belacker, 2 Hotplates, Sprühentwickler) Süss MA6 / BA6 Mask- und Bondaligner mit 365 und 193 nm Lichtquelle Verschiedene Öfen und Hotplates Laserablation Lambda Physik LPF 220 Excimerlaser für 193 nm High Q Laser Ytterbium Femtosekundenlaser (1040 nm) 2 Newport xyz-präzisionspositioniereinheiten (100 nm) Scanlab-Scanner Vakuumkammer mit Spektrometer Galvanik Ramgraber Galvanikanlagen für Ni und Cu Sputteranlagen Oerlikon LLS EVO Ätzen Plasmaätzanlage Adixen AMS 100 DSE Nassätzbank mit 4 Ätzbecken Thermische Oxidation Programmierbarer Diffusionsofen der Fa. ATV Technologie GmbH: Typ PEO 604 Analytik Rasterelektronenmikroskop: FEI XL-30 ESEM FEG Röntgenfluoreszenz: Fischerscope X-RAY XAN Weißlichtinterferometrie: VEECO Wyko NT1100 Probenpräparation Manuelle Nasstrennschleifmaschine: Struers Labotom-3 Automatische Warmeinbettpresse: Struers LaboPress-3 Schleif- und Poliermaschine: Struers LaboPol-5 Läpp- und Poliermaschine: Logitech PM5 Linear Precision Saw: Buehler Isomet

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