Photolithographie

Die Photolithographie ist ein lithographisches Reproduktionsverfahren bei dem mittels Belichtung Muster auf Materialien aufgebracht werden. Sie ist in der Drucktechnik und der Halbleitertechnik von Bedeutung.

Table of contents

1 Drucktechnik 2 Halbleitertechnik 2.1 Optische Lithographie 2.2 Röntgenlithographie 2.3 Elektronen- und Ionenlithographie

Drucktechnik

In der Drucktechnik werden in diesem Verfahren Halbtonnegative auf beschichtete Steinplatten belichtet. Diese wurden zuvor mit einer lichtempfindlichen Asphaltschicht versehen auf die über mehrere Stunden belichtet wird, wobei die Lichteinwirkung für eine Aushärtung des Asphaltes sorgt. Verschiedene Terpentinöle entfernen bei der Entwicklung die noch unbelichteten Partien, wodurch - je nach Halbtonwert - eine körnige Oberflächenstruktur verbleibt.

Halbleitertechnik

In der Halbleitertechnik werden mittels der Photolithographie Strukturinformation in einen Photoresist übertragen, der wiederum zuvor auf ein Substrat (meistens einen Wafer) aufgebracht wurde. Nach Entwicklung des latenten Bildes kann die Strukturinformation z.B. mittels Ätzen in eine darunterliegende Schicht übertragen werden. Der Photoresist wird danach wieder entfernt.

Das Wiederholen dieser Prozessabfolge mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Schichten und einer genauen Justierung der einzelnen Muster zueinander ist die Schlüsseltechnik bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, den so genannten Mikrochips.

Das Beherrschen und die Weiterentwicklung dieses Verfahrens bestimmt wesentlich mit, wie lange das Mooresche Gesetz noch gelten wird.

Optische Lithographie

Bei der optischen Lithographie wird die Struktur einer Photomaske mittels Schattenwurf oder Projektion in einen lichtempfindlichen Photoresist übertragen. Die Auflösung wird im wesentlichen von der verwendeten Lichtwellenlänge bestimmt. Stand der Technik 2003 ist die Verwendung von ArF Excimer-Lasern mit einer Wellenlänge von 193 nm. Damit lassen sich mit der entsprechenden Kalziumfluorid-Optik Linienbreiten von ca. 130 nm erzeugen.

Röntgenlithographie

Bei der Verwendung von Röntgenstrahlen aus Quellen mit der nötigen Konvergenz (z. B. Synchrotronstrahlung) lassen sich theoretisch kleinere Strukturen herstellen bzw. das Verfahren besitzt eine erheblich größere Fokustiefe. Die Maskentechnik gestaltet sich allerdings sehr aufwändig, so dass bis heute keine großtechnische Anwendung dieses Verfahrens abzusehen ist.

Elektronen- und Ionenlithographie

Mit Teilchenstrahlen lassen sich die technischen Schwierigkeiten bei der hochauflösenden Lithographie besser beherrschen. So werden die Photomasken für die optische Lithographie heute praktisch nur noch im Direktschreibverfahren mittels Elektronenlithographie hergestellt. Elektronenstrahlschreiber sind vom Funktionsprinzip her modifizierte Rasterelektronenmikroskope. Der geringe Durchsatz dieses Verfahrens verbietet allerdings die direkte Verwendung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen.

Mit open_stencil_masks und Ionenlithographie wären höhere Durchsätze möglich. Aber auch hier ist aufgrund der aufwändigen Maskentechnik keine Anwendung in grossem Maßstab in Sicht.