1. Slide 1Mikrosysteme – Photolithographie
GrundlagenGrundlagen
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

2. Slide 2Mikrosysteme – Photolithographie
MikrofabrikationMikrofabrikation
CleanroomsCleanrooms

3. Slide 3Mikrosysteme – Photolithographie
Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum

4. Slide 4Mikrosysteme – Photolithographie
Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum
PhotolithographiePhotolithographie

5. Slide 5Mikrosysteme – Photolithographie
Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum
PhotolithographiePhotolithographie
Spin-coatingSpin-coating

6. Slide 6Mikrosysteme – Photolithographie
Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum
PlasmaätzenPlasmaätzen
ICP (inductive coupled plasma etching)ICP (inductive coupled plasma etching)

7. Slide 7Mikrosysteme – Photolithographie
Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum
BeschichtungenBeschichtungen
Plasma Sputtering (PVD)Plasma Sputtering (PVD)

8. Slide 8Mikrosysteme – Photolithographie
Cleanroom/ReinraumCleanroom/Reinraum
AnalytikAnalytik
ElipsometrieElipsometrie

9. Slide 9Mikrosysteme – Photolithographie
MikrofabrikationMikrofabrikation
PhotolithographiePhotolithographie

10. Slide 10Mikrosysteme – Photolithographie
PhotolithographiePhotolithographie
Photolithographie ist parallelPhotolithographie ist parallel

11. Slide 11Mikrosysteme – Photolithographie
Photolithographie - ÜberblickPhotolithographie - Überblick
Beschichtetes SubstratBeschichtetes Substrat
Beschichtung mit PhotoresistBeschichtung mit Photoresist
BelichtungBelichtung
EntwicklungEntwicklung
ProzessschrittProzessschritt
ÄtzenÄtzen
BeschichtenBeschichten
DotierenDotieren
AbformenAbformen
Resist strippenResist strippen
Braun: Photoresist
Grün: Dünnschicht (zb Pt oder
TiO2
)
Grau: Substrat (zb Si)

12. Slide 12Mikrosysteme – Photolithographie
PhotolithographiePhotolithographie
Positiver Photolack / PhotoresistPositiver Photolack / Photoresist

13. 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)

14. Slide 14Mikrosysteme – Photolithographie
PhotolithographiePhotolithographie
Negativer Photolack / Photoresist

15. 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)

16. Slide 16Mikrosysteme – Photolithographie
PhotolithographiePhotolithographie
Artekakte bei der Beleuchtung/EntwicklungArtekakte bei der Beleuchtung/Entwicklung
Beispiel negativer ResistBeispiel negativer Resist

17. 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
MaskezurAbstand
eWellenläng
teLinienbreiminimale
2
3
min
=
=
=
=
+≈
z
s
w
zsw
λ
λ

18. 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)

19. 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

20. Slide 20Mikrosysteme – Photolithographie
DünnschichtätzenDünnschichtätzen
Beschichtetes SubstratBeschichtetes Substrat
PhotolithographiePhotolithographie
Ätzen der BeschichtungÄtzen der Beschichtung
Selektiv 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 TiO2
)
Grau: Substrat (zb Si)

21. Slide 21Mikrosysteme – Photolithographie
Dotieren - DopingDotieren - Doping
PhotolithographiePhotolithographie
Medium mit Dotierungselementen, DiffusionMedium mit Dotierungselementen, Diffusion
Bor, 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

22. 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 Resists
Wenn Beschichtung durchgehend nicht möglichWenn Beschichtung durchgehend nicht möglich