Lithographie - Universität Osnabrück

Lithographie
Mirco Pötter
Universität Osnabrück
19. Juni 2007
Herleitung des Namens
lithos (λίθος) = Stein
graphein (γράφειν) = schreiben
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Spiegelverkehrtes Relief in Stein prägen
Farbe auftragen
Auf Papier o.ä. drucken
Bild dazu
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
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
Hügel oder Rillen?
additive Methode
subtrative Methode
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.
Übliche Verfahren
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Projektionsbelichtung
Immersionslithografie
(Kontaktbelichtung)
Proximitybelichtung
Grautonlithografie
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
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
Phasenmaske
Trick:
An den Rändern
Phasenverschiebung
des Lichts
Höherer Kontrast,
kleinere Strukturen
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.
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
Proximitybelichtung
(Proximity = Nachbarschaft / Nähe)
Mittelding aus Projektion- und
Kontaktbelichtung, heißt man lässt einen
geringen Abstand von ca. 10-50 Mikrometern
zwischen Wafer und der Maske
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.
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“
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.
Zukunft
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EUV-Lithographie
Problem ist die Absorption der meisten Materialien bei der
gewünschten Wellenlänge von 13.5 nm
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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
Quellen
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Wikipedia.de
http://www.computerwoche.de/heftarchiv/1991/40/1142019/
http://www.tu-chemnitz.de/physik/AFKO/nano/v0506/script/
Jörg Wengelink: Photolithographie mit semitransparenten
Masken
für einzelne Begriffserklärungen: Google