Fotolithografie

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

Inhaltsverzeichnis

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.

Im Bereich der Originalgrafik kommt dieser Technik ebenfalls Bedeutung zu. Arbeiten haben dann originalgrafischen Charakter, wenn sie mit Fotomaterialien schöpferisch manipulieren. Ein bekannter Vertreter dieser Technik ist Robert Rauschenberg.

Halbleitertechnik

In der Halbleitertechnik werden mittels der Fotolithografie Strukturinformation in einen Fotoresist übertragen, der wiederum zuvor durch Spin-coating 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 Lithografie wird die Struktur einer Fotomaske 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 Excimerlasern mit einer Wellenlänge von 193 nm. Damit lassen sich mit der entsprechenden Kalziumfluorid-Optik Linienbreiten von ca. 130 nm erzeugen. Durch spezielle Techniken (z.B. Phasenmasken) lassen sich aber auch deutlich kleinere Strukturbreiten (Stand 2004: 65 nm) herstellen.

EUV Lithographie

Als konsequente Fortsetzung der optischen Lithographie hin zu kürzeren Wellenlängen und damit kleineren Strukturen gilt die EUV-Lithographie, die ab dem Jahre 2009 Wellenlängen um 13.5 nm nutzen soll um Strukturen von 45 nm und kleiner zu erzeugen.

Röntgenlithografie

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 Ionenlithografie

Mit Teilchenstrahlen lassen sich die technischen Schwierigkeiten bei der hochauflösenden Lithographie besser beherrschen. So werden die Fotomasken für die optische Lithographie heute praktisch nur noch im Direktschreibverfahren mittels Elektronenlithografie 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 Ionenlithografie wären höhere Durchsätze möglich. Aber auch hier ist aufgrund der aufwändigen Maskentechnik keine Anwendung in großem Maßstab in Sicht.

Weblinks



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