Vorteile und Nachteile der Fotolithografie

Die Fotolithografie, auch optische Lithografie genannt, ist eine Mikrofertigungstechnik, bei der mit Hilfe von Licht präzise strukturierte dünne Schichten auf Substraten wie Siliziumwafern erzeugt werden. Diese strukturierten Schichten schützen in der Regel ausgewählte Bereiche des darunter liegenden Substrats während der anschließenden Verarbeitung, z. B. durch Ätzen oder Metallabscheidung.

Was ist Photolithographie?

Die Fotolithografie umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird das Substrat beschichtet mit einem Photoresist: eine dünne, flache Schicht aus einer lichtempfindlichen Substanz. Anschließend wird der Fotolack ausgesetzt auf ein präzises Muster aus intensivem (in der Regel ultraviolettem) Licht. Dies wird in der Regel mit einer "Fotomaske" erreicht, die einige Teile des Lichts blockiert, während andere durchgelassen werden. Die Belichtung führt dazu, dass Teile des Fotolacks eine chemische Veränderung erfahren.

Der letzte Schritt des Fotolithografieverfahrens ist die Entwicklung. Der Fotolack wird einer speziellen "Entwicklerlösung" ausgesetzt, die Teile des Fotolacks vorzugsweise auflöst, je nachdem, wie sie dem intensiven Licht ausgesetzt sind. Ein "positiver" Fotolack wird bei Belichtung löslich, so dass sich die belichteten Teile während des Entwicklungsprozesses auflösen. Bei einem "negativen" Photoresist bleiben die unbelichteten Teile löslich, während die belichteten Teile unlöslich werden.

Auf die Fotolithografie folgt in der Regel eine zusätzliche Bearbeitung. Zum Beispiel, nasschemisches Ätzen kann verwendet werden, um Schichten des Substrats zu entfernen, die nicht durch den strukturierten Photoresist geschützt sind. Unter MetallabhebungDer Fotolack kann vor der Entwicklung mit einer dünnen Metallschicht überzogen werden, um einen strukturierten Metallfilm zu erzeugen.

Anwendungen der Fotolithografie

Die Hauptanwendung der Fotolithografie ist die Herstellung von Halbleiterbauelementen durch Strukturierung von Siliziumwafern. Bei diesen Anwendungen folgen auf die Fotolithografie Ätzverfahren - in der Regel Plasmaätzung -, bei denen der strukturierte Fotolack eine selektive Entfernung von Teilen des Substrats ermöglicht.

Weitere Anwendungen der Fotolithografie sind strukturierte Goldelektroden für die Biosensorik, hochselektive Interferenzfilter für die Optik und Mikrozellen-Arrays für biowissenschaftliche Anwendungen. Lesen Sie mehr über die Anwendungen der Photolithographie in der Mikrofabrikation hier.

Vorteile der Fotolithografie

Mit der Photolithographie lassen sich Muster mit extrem kleinen Merkmalen - bis hinunter zu einigen zehn Nanometern - erzeugen, wobei gleichzeitig eine unglaublich präzise Kontrolle der Geometrie der Merkmale möglich ist. Die Fotolithografie ist auch vergleichsweise schnell und kann mit relativ geringen Kosten Muster auf einem ganzen Siliziumwafer erzeugen.

Die Fotolithografie ist außerdem vielseitig: Sie wird häufig für die Strukturierung verschiedener Materialien verwendet, darunter Glas, Silizium und sogar flexible Substrate.

Nachteile der Fotolithografie

Obwohl die Fotolithografie in der Forschung und bei technischen Anwendungen äußerst nützlich ist, hat sie doch einige Einschränkungen. Aus technischer Sicht gibt es nur wenige Herausforderungen: Die Fotolithografie eignet sich nur für vollkommen ebene Substrate, und sie ist grundsätzlich durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts begrenzt (allerdings gibt es derzeit Bemühungen, die "Beugungsgrenze" der Fotolithografie für Halbleiteranwendungen der nächsten Generation zu überwinden).

Die Hauptnachteile der Fotolithografie sind eher praktischer als technologischer Natur. Erstens sind die Geräte für die Fotolithografie extrem teuer - eine Eigenschaft, die praktisch alle in der Halbleiterherstellung verwendeten Geräte aufweisen. Darüber hinaus kann die Fotolithografie nur in einer Umgebung durchgeführt werden, die frei von luftgetragenen Partikeln oder chemischen Verunreinigungen ist, was bedeutet, dass die Fotolithografie in einem Reinraum durchgeführt werden muss.

Fotolithografie-Dienstleistungen von Platypus Technologies

Es ist verständlich, dass die Investition in Reinraumeinrichtungen und Fotolithografieanlagen nicht für alle Labore oder Hersteller in Frage kommt. Deshalb bieten wir eine umfassende Palette von Photolithographie-Dienstleistungen für die Herstellung verschiedener Arten von gemusterten Oberflächen.

Das Fotolithografielabor von Platypus Technologies ist mit einem hochkollimierten 365-nm-Belichtungssystem ausgestattet, das eine Mindestauflösung von 5 µm auf kreisförmigen Substraten mit einem Durchmesser von bis zu 6" und quadratischen Substraten mit einer Größe von bis zu 4" x 4" erreicht.