Photolithographie: Die Grundlagen

Photolithographie ist ein binäres Bildübertragungsverfahren, das zur Verbesserung zahlreicher Mikrofertigungsanwendungen eingesetzt werden kann.

Die Grundlagen der Photolithographie-Vorstufe bestehen aus den folgenden Verfahren:

• Oberflächenreinigung
• Spin-Beschichtung
• Weiches Backen
• Belichtung & Maskierung
• Postexpositions-Backen (PEB)
• Entwicklung
• Hart backen

Oberflächenreinigung

Einer der wichtigsten Schritte bei der Durchführung der Fotolithografie ist die Oberflächenreinigung. Eine saubere Oberfläche ist für die Herstellung hochwertiger mikrogefertigter Oberflächen unerlässlich. Partikel, die sich auf einem Substrat befinden, können unerwünschte Defekte im endgültigen Resistmuster verursachen. Außerdem kann eine Verunreinigung des Films zu einer schlechten Haftung führen. Häufig werden die Materialien einfach mit einer Alkohollösung abgespült und anschließend getrocknet. Piranha dient auch als Glasreinigungslösung. Aufgrund des Säuregehalts ist diese Reinigungsmethode jedoch weniger wünschenswert.

Spin-Beschichtung

Die Schleuderbeschichtung erfolgt in einem Schleuderbeschichtungsgerät mit einem Schleuderbeschichtungsspannfutter. Die Schleudergeschwindigkeit bestimmt die Dicke des Fotoresists, eines lichtempfindlichen Materials. Ein Photoresist besteht aus einem Harz, einem Sensibilisator, einem Haftvermittler und einer Verdünnung. Es gibt zwei Arten von Photoresisten, positive und negative. Positive Fotolacke lassen sich bei Lichteinwirkung leichter ätzen, während negative Fotolacke bei Lichteinwirkung schwerer zu ätzen sind. Für jeden Fotolack gibt es eine eigene Kurve der Schleudergeschwindigkeit, die zur Bestimmung der resultierenden Dicke herangezogen werden kann.

Beim Auftragen eines Fotolacks auf ein Substrat kann entweder statisch oder dynamisch dosiert werden. Bei der dynamischen Dosierung ist das Substrat während der Dosierung in Bewegung. Bei der statischen Dosierung wird der Fotolack in der Mitte des Substrats aufgetragen, bevor es sich bewegt. Die Art des Auftragens hängt von der gewünschten Anwendung ab.

Weiches Backen

Nach dem Spin-Coating dient ein Soft-Backing-Schritt dazu, den Lösungsmittelgehalt zu reduzieren, um die Lackschicht zu stabilisieren. Das Soft-Baking dient in erster Linie dazu, eine Delaminierung zu verhindern, indem die Haftung verbessert wird. Die Soft-Bake-Zeit bestimmt die Verdunstungsrate, die bei zu schneller oder zu langsamer Durchführung zu Defekten führen kann. Wird der Soft-Bake-Schritt über einen längeren Zeitraum durchgeführt, können sich Blasen bilden, und durch zu kurzes Backen kann sich ein klebriger Film bilden. Die Bestimmung einer angemessenen Soft-Bake-Zeit ist während des Fotolithografieprozesses sehr wichtig.

Belichtung & Maskierung

Ein Belichtungssystem wird verwendet, um eine bestimmte Wellenlänge des Lichts zu emittieren, das zur Aktivierung der photoaktiven Verbindung im Photoresist benötigt wird. Die Zeit, die ein Substrat belichtet wird, dient dazu, die gewünschten Abmessungen von Makro- und Mikrostrukturen zu erzeugen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Eigenschaften des Fotolacks mit der Temperatur variieren können. Daher führt eine Überbelichtung zu kleineren Resistmustern, während eine Unterbelichtung zu breiteren Strukturen führt. Eine kürzere Wellenlänge führt zu kleineren Strukturen.

Masken werden verwendet, um ein gewünschtes Muster auf einem Substrat zu erzeugen. Dies kann durch Kontakt-, Projektions- oder Proximity-Druck geschehen. Wie der Name schon sagt, wird beim Kontaktdruck eine Maske vor der Belichtung direkt auf das Substrat gelegt. Diese Methode wird für die Erstellung größerer Strukturen verwendet. Beim Projektionsdruck wird eine Linse verwendet, die eine bessere Auflösung der Merkmale ermöglicht. Beim Proximity-Druck wird das Substrat in einem bestimmten Abstand von der Maske gehalten, wodurch ein Proximity-Spalt entsteht.

Post-Expositions-Backen

Um ein Abplatzen des Films zu verhindern und den Stehwelleneffekt zu verringern, ist ein Einbrennschritt nach der Belichtung erforderlich. Das Abplatzen des Films kann durch die Einstellung der Löslichkeit des im Fotolack enthaltenen Polymerharzes verringert oder verhindert werden. Das Vorhandensein von stehenden Wellen kann die Kontrolle der Linienbreite erschweren. PEB hilft, die Maximal- und Minimalwerte der Sensibilisatorkonzentration des Fotolacks auszugleichen und eine gleichmäßige Entwicklungsrate zu erreichen.

Entwicklung

Bei der Entwicklung wird ein mit Fotolack beschichtetes Substrat in eine Entwicklerlösung getaucht. Während es sich im Entwickler befindet, wird unpolymerisierter Fotolack abgewaschen, um ein endgültiges Resistmuster zu erzeugen. Dieser Vorgang muss unter Umständen einige Male wiederholt werden, um sicherzustellen, dass die Merkmale auf dem Substrat richtig festgelegt werden.

Hart backen

Der letzte Schritt eines typischen Fotolithografieprozesses ist das Hartbacken. Beim Hartbacken wird das Muster durch Vernetzung thermisch stabiler. Durch die hohen Temperaturen wird die Haftung des Resists auf dem Substrat verbessert.

Unsere Ingenieure bei Platypus Technologies verfügen über umfangreiche Photolithographie Erfahrung, um hochpräzise kundenspezifische Oberflächen zu liefern. Kundenspezifische Projekte sind auf Anfrage erhältlich. Kontaktieren Sie uns noch heute!