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

Slide 2Mikrosysteme – Photolithographie

MikrofabrikationMikrofabrikation

CleanroomsCleanrooms

Slide 3Mikrosysteme – Photolithographie

Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

Slide 4Mikrosysteme – Photolithographie

Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

PhotolithographiePhotolithographie

Slide 5Mikrosysteme – Photolithographie

Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

PhotolithographiePhotolithographieSpin-coatingSpin-coating

Slide 6Mikrosysteme – Photolithographie

Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

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

Slide 7Mikrosysteme – Photolithographie

Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

BeschichtungenBeschichtungenPlasma Sputtering (PVD)Plasma Sputtering (PVD)

Slide 8Mikrosysteme – Photolithographie

Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

AnalytikAnalytikElipsometrieElipsometrie

Slide 9Mikrosysteme – Photolithographie

MikrofabrikationMikrofabrikation

PhotolithographiePhotolithographie

Slide 10Mikrosysteme – Photolithographie

PhotolithographiePhotolithographie

Photolithographie ist parallelPhotolithographie ist parallel

Slide 11Mikrosysteme – Photolithographie

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)

Slide 12Mikrosysteme – Photolithographie

PhotolithographiePhotolithographie

Positiver Photolack / PhotoresistPositiver Photolack / Photoresist

Slide 13Mikrosysteme – Photolithographie

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)

Slide 14Mikrosysteme – Photolithographie

PhotolithographiePhotolithographie

Negativer Photolack / Photoresist

Slide 15Mikrosysteme – Photolithographie

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)

Slide 16Mikrosysteme – Photolithographie

PhotolithographiePhotolithographie

Artekakte bei der Beleuchtung/EntwicklungArtekakte bei der Beleuchtung/Entwicklung

Beispiel negativer ResistBeispiel negativer Resist

Slide 17Mikrosysteme – Photolithographie

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

Slide 18Mikrosysteme – Photolithographie

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)

Slide 19Mikrosysteme – Photolithographie

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

Slide 20Mikrosysteme – Photolithographie

DünnschichtätzenDünnschichtätzen

Beschichtetes SubstratBeschichtetes Substrat

PhotolithographiePhotolithographie

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)

Slide 21Mikrosysteme – Photolithographie

Dotieren - DopingDotieren - Doping

PhotolithographiePhotolithographie

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

Slide 22Mikrosysteme – Photolithographie

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