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- Dünnschichttechnik: Definition und Herstellung der Produktabmessungen in z- Richtung

- Strukturdefinition: Definition der Produktabmessungen in x- und y- Richtung

- Strukturübertragung: Herstellung der Produktabmessungen in x- und y- Richtung im gewünschten Material

- Physical Vapour Deposition (PVD): Aufdampfen im Hochvakuum (reine Metalle, einige Verbindungen), Aufsputtern (Kathodenzerstäubung, für Metalle, Legierungen, Verbindungen). Chem. Zusammensetzung von Material und Schicht unterscheidet sich nicht.Schichtdickenkontrolle mit Quarz- Mikrowaage, oder Prozesszeit (Sputtern)

- Chemical Vapour Deposition (CVD): Für Halbleiter, einige Metalle und Dielektrika. low-pressure CVD (LPCVD): Ausgangsgas, z.B. SiH4, wird bei hoher Temperatur thermisch zersetzt und der gewünschte Film (Si) schlägt sich auf dem Subtrat nieder. Plasma-enhanced-CVD (PECVD): Enegrie für Zersetzung des Ausgangsgases wird durch Niederdruck- Plasma geliefert, deshalb kann die Schicht hier auch bei niedrigen Temp. hergestellt werden. Schichtdickenkontrolle über Prozesszeit, z.T. auch optisch

1 Angström = 0.1 nm

0.1 - 0.2 nm

Bis 50nm, etwa viermal so gross ist ein Virus (200 nm)

5 - 10 micrometer

- Mikrotechnik: optische Lithografie

- Nanotechnik: Elektronen- Ionenstrahllithografie, Röntgenlithografie und Abformverfahren

1. Substratreinigung

2. Beschichtung mit Resist

3. Belichtung des Resists durch Schattenwurfmaske mit dem Layout

4. Entwicklung des belichteten Resists

5. Stabilisieren der noch vorhandenen Resistbereiche durch Tempern

Nachdem das Layout im Resist auf der Substratoberfläche definiert ist, kann es durch Ätz- oder Lift-off Techniken
in die Schicht unter dem Resist übertragen werden. Man unterscheidet:

Nassätzprozesse: Strukturübertragung durch chemischen Abtrag der nicht resistgeschützen Bereiche. Völlig analog
wird beispielsweise bei der Herstellung von Printplatten in der Elektronik vorgegangen. Normalerweise erhält
man isotropen Ätzangriff. Ausnahme: kristallrichtungsselektives Ätzen von Einkristallen (z.B. Si in KOH)

Trockenätzprozesse: Strukturübertragung durch „Ätzangriff“ von Ionen aus einem Niederdruck-Gasplasma. Entweder
durch chemische Reaktion der Ionen mit dem Substrat (Plasma und Reaktiv-Ionenätzen) oder durch physikalische
Abtrageffekte (Sputterätzen). Trockenätzprozesse arbeiten wesentlich präziser und sauberer als Nassätzprozesse
(das „Lösungsmittel“ ist Vakuum!) und lassen sich viel besser steuern und kontrollieren. Der Aetzangriff
erfolgt meistens anisotrop, d.h. gerichtet.

Subtraktive Strukturübertragung: Durch Ätzen wird das Substrat nur an den Stellen entfernt die nicht vom Resist bedeckt waren.

Additive Strukturübertragung: Es wird statt Ätzen eine zusätzliche Beschichtung auf den Resist aufgebracht. Wird nun der Resist durch ein Lösungsmittel aufgelöst, wird auch die darauf liegende Beschichtung abgelöst (Lift-off). Die Beschich-tung bleibt an den Stellen bestehen, an denen vorher kein Resist war.

- Positivresist z.B. deshalb, weil durch die Belichtung aus einem langkettigem Polymer chemisch oder durch intensive schädigende Strahlung ein kurzkettiges, leicht lösliches Polymer entsteht.

- Negativresist z.B. deshalb, weil durch die Belichtung sich kleine Ketten chemisch zu einem Netz-werk großer Ketten verbinden (Vernetzung) und deshalb sehr schwer löslich werden (inverses Resistmuster).

Vorteile:

- Geringe Abbildungsfehler

- Strukturen im Sub-micro-Bereich sind möglich

- Full-Wafer -Verfahren: Hoher Durchsatz

Nachteile:

- Verschmutzung der Maske

- Maskendefekte durch Staubteilchen sind unvermeidbar

- Optische Lithographie (Photolithographie)

- Elektronenstrahl Lithographie

- Ionenstrahl Lithographie

- Röntgenlithographie

Durch die Wellenlänge

Sie bestehen aus einer Quarzglasplatte mit einer strukturierten Chromschicht

Vorteile:

- Kein direkter Kontakt zwischen Maske und Substrat

- Höhere Maskenlebensdauer

- Full-Wafer-Verfahren: Hoher Durchsatz

Nachteile:

- Geringere Strukturauflösung

- Proximiytygap: 10micrometer < g < 30micrometer

- Es treten Fresnel- Beugungen auf

Vorteile:

- Vergrösserte Masken sind leicht herstellbar

- Bessere Kontrollierbarkeit

- Nur 1 Chip auf Maske = Preiswert

- Einzelchipbelichtung = Nichtlinearer Waferverzug ist korrigierbar

Nachteile:

- Geräte sind sehr teuer (extrem korr. Optiken)

- Objekive haben NA < 0.6

- Geringer Durchsatz = Justage für jeden einzelnen Chip

- Geringe Tiefenschärfe = geringes Aspektverhältnis

- Verkleinerung der Maske durch Objektiv

- abschnittsweise Projektion der Maske auf den Wafer

- Maske enthält nur eine funktionelle Einheit z.B. einen Chip

- "step and repeat" -Verfahren

- bmin = 0.5 * lambda / NA

- Tiefenschärfe: delta f = lambda / NA^2

- Optical Proximity Correction (OPC): Ändern des Designs entsprechend OPC-Regeln und Simulation. Verbessern der konvexen Ecken und reduzieren der konkave Ecken

- Off-Axis Illumination (OAI): Blockieren des Lichts orthogonal durch die Mitte der Linse. Off-Axis-Licht von verschiedenen Richtungen, dies führt zu einer Kontraststeigerung durch konstruktive / destruktive Störungen

- Phase Shifting Mask (PSM): Lokales ätzen des Quarzsubstrats in Absorber-Muster. Zerstörerische Interferenzen zwischen benachbarten Maskenöffnungen.

- Double patterning litho (DPL): Teilen des Designs in zwei Teile (oder mehr). Abstand erhöhen (> Minimum). Gewichtete Dichte / Distanz.

- Immersion lithography (IL): Taucht Spalt zwischen Projektionsobjektiv und Resist. Verbesserung des Brechungsindex und der NA. Abkühlen des Resists. Vermeiden von Partikeln

- Massive parallel electron beam litho (MAPPER): Mehrere Spalten für hoch Durchsatz. Zerstörerische Interferenzen zwischen benachbarten Maskenöffnungen

- Vor- oder Grobvakuum: Druckbereich von 1000 bis 10-1mbar. Erzeugung mit Drehschieber-, Sorptions- oder Membranpumpen. Messung mit Pirani- oder Membranzellen.

- Hochvakuum: Bereich 10-2 bis 10-7 mbar. Erzeugung mit Turbo-, Kryo- oder Diffusionspumpen. Messung mit Ionisationszellen (Penning).

- Ultra-Hochvakuum: Druckbereich unter 10-7mbar. Erzeugung mit Turbo- oder Ionenpumpen. Messung mit Heiß-kathoden-Ionisationszellen. Pumpen werden durch die Sauggeschwindigkeit und das Saugvermögen charakteri-siert, Vakuumsysteme durch den erreichbaren Enddruck und die Leckrate.

- Alle möglichen Materialien

- 3D Modellierung von komplexen Oberflächen

- Grosse und kleine Strukturen in einem Schritt

- High End Microelectronic Chips

- Patterned Magnetic Media

- Wire Grid Polarizer

- High Brightness LEDs

Micro Electronic Mechanical System

- Drucksensoren

- Beschleunigungssensoren

- Kippspiegel = Beamer

- Tintenstrahldrucker

Prozess:

- Spin coat thermoplastic film

- Stempel auf film platzieren

- Erhitzen bis viskose

- Prägen bei hohem Druck

- Kühlen bis Ausgehärtet

- Stempel entformen

Resist: Fest, Thermoplast

Stempel Material: Si, SiO2, Ni, Diamant, opak

Stempel Grösse: gesamter Wafer, Durchmesser >200mm

Stempelkontakt: Erleichter durch Biegen

Prägezeit: sec. bis min.

Prozess:

- Flüssiges Harz wird aufdosiert

- parallele Ausrichtung von Stempel mit definierter Lücke

- Aufdruck bei niedrigem Druck

- mit UV-Licht durch Stempel belichten und dadurch Vernetzen

- Stempel entformen

Resist: Flüssig, UV härtbar

Stempel Material: SiO2, transparent

Stempel Grösse: 25x25 cm2, begrenzt durch die Einstellung der Lücke

Stempelkontakt: Planarisierungsschicht

Prägezeit: <1min (pro Belichtung)

- Strom Spannungskennlinien (IV)

- Vierpunkt- Widerstandsmessungen

- Kapazitäts- Spannungs- Messungen (CV)

- Hall Effekt

- Interferometrie / Reflektometrie

- Ellipsometrie

- Elektronenmikroskope (REM, TEM)

- Rasterkraftmikroskop

- Profilometer

delta xmin = k * (lambda / NA)

k: Technologiefaktor

NA: n * sin(alpha) Numerische Apertur

LI = Lithografie: Mit Röntgenstrahlungen primäre Mikrostrukturen erzeugen (DXRL = deep x-ray lithographie, UDXRL = ultra-deep x-ray lithographie)

G = Galvanik (Electroforming): Um Mikrostrukturen in Metall zu produzieren

A = Abformung (Molding): Formen von Sekundärmikrostrukturen in Polymere, Metalle und keramische Mikrostrukturen in Metall

Vorteile:

- Minimale Strukturbreite und geringe laterale Toleranzen bestimmt aus der Photolithographie

- Hohes Aspektverhältnis des Resists

- Paralleles Verfahren

Nachteile:

- Prozesskontrolle der Galvanik nicht immer einfach (z.B. Kontrolle der Strukturtiefe bei 2. Variante)

- sehr lange Zeiten, um Strukturen galvanisch zu Überwachsen (bei Variante 1)

Mit einem Cockcroft Walton Teilchenbeschleuniger