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MST-Techno (Subject) / Lithografie (Lesson)

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• Resisttechnik: Was ist ein Resist? Was unterscheidet einen Positv-Resist und einen Negativ-Resist? Resist Polymer Änderung Löslichkeit/Ätzbarkeit durch Bestrahlung (selektiv strukturierbar) Widersteht folgendem Prozess
• Resisttechnik: Aus was besteht ein Einkomponenten-Resist? Was passiert im Einkomponenten-Negativ-Resist und Einkomponenten-Positiv-Resist durch die UV-Belichtung? Einkomponentenresist: Polymergerüst oder Photoempfindliche Komponente in Polymergerüst (denke die Komponente ist teil des Polymers) Lömi Positiv: Aufbrechen von Bindungen, Verringerung molekulargewicht, erhöhte Löslichkeit. Z.B. PMMA Negativ: Absorption durch Photokomponente induziert Vernetzungsreaktion, dadurch diese Bereiche nicht mehr lösbar. Z.B. SU8
• Resisttechnik: Welche Komponenten weist ein Mehrkomponenten-Resist auf? Was geschieht im Resist durch die UV-Belichtung? Komponenten Lömi Photoaktive Komponente (z.B. DNQ) Matrixbildner (z.B. Novolak) => Diazo-Novolak-Resist. Bestrahlung => vorher hydrophobe photoaktive Komponente wird z.B. hydrophil (Wolffsche Umwandlung) => Aufnahme von hydrophilem Entwickler möglich (z.B. NaOH)
• Resisttechnik: Erläutern Sie die Begriffe „Lift-Off-Prozess“ und „Image Reversal“. Lift-Off = erst Litho, dann Schicht abscheiden, dann Entwickeln. Nur möglich via Image Reversal eines Positivresists: Belichten Erhitzen => belichtete Stellen permanent unlöslich Flutbelichtung => neu belichtete Stellen löslich Entwickeln => Strukturierung bei der Kante oben breiter als unten
• Welche Arten von Strahlung verwendet man in der Lithographie? Teilchen (Elektronen, Ionen) optische (UV, EUV) Röntgen
• Mit welcher Wellenlänge werden derzeit die Wafer in der Mikroelektronik belichtet? Wie klein sind die kleinsten damit herstellbaren Strukturen? 193 nm 22nm
• Welche Arten von Masken werden in der optischen Lithographie eingesetzt und wie sind diese aufgebaut? Beschreiben Sie, wie eine Maske hergestellt wird. Transmissionsmasken (entweder Schattenmasken für Proximity, Kontakt oder 1:1 Projektion) oder Masken für abbildende Projektion, dann Reticel (nur 1 Chip des Wafers auf Maske). Herstellung Quarzglasplatte mit Cr beschichten Resist aufbringen mit Elektronenstrahlschreiber (Direktschreiben) oder Patterngenerator (rückläufig) strukturieren Entwickeln Cr ätzen Strippen (Maskenreparatur (bei < 1µm immer: abtragen mit Laser oder fokuss. Ionenstrahl, abscheiden via lokaler laser/teilchenstrahl-cvd))
• Nennen Sie die drei Projektionsverfahren für die optische Belichtung Proximity, Kontakt, abbildende Belichtung
• Welche physikalischen Größen und welcher physikalische Effekt limitiert die Auflösung bei der „Proximity-Belichtung“? Was sind die Vor- und Nachteile der Proximity-Belichtung gegenüber der Kontaktbelichtung? Limit: Beugung (also Resistdicke, Abstand Maske zum Resist, Brechungsindex, Wellenlänge) Vorteile vs Kontakt keine Maskenverschmutzung, keine Maskendefekte durch Staubteilchen (höhere Lebensdauer) geringere Ebenheitsanforderungen Nachteile vs Kontakt geringere Auflösung (größerer Abstand)
• Nennen Sie die Vor- und Nachteile der Kontaktbelichtung. Vorteil hohe Auflösung hoher Durchsatz (full wafer) Nachteil Maskenverschmutzung Maskendefekte durch Staubteilchen hohe Ebenheit gefordert
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• Welche Seite der Maske muss bei der Kontakt- und Proximity-Belichtung dem Wafer zugewandt sein. Begründen Sie ihre Aussage. Cr-Seite zum Wafer, da somit kürzere Distanz der Beugenden Cr-Schicht zum Substrat und höhere Auflösung
• Was versteht man unter einer phasenschiebenden Maske und was bringt diese? Maskenöffnungen benachbarter Strukturen transmittieren Licht mit 180° Phasenverschiebung zu einander, somit interferieren die Lichtwellen in den überlappenden Beugungsgebieten destruktiv. => im Idealfall dort keine Belichtung => höhere Auflösung
• Was versteht man unter dem „Tri-Level-Prozess“ und welchen Vorteil bringt dieser? Prozess für Belichtungsverfahren, bei denen die zu belichtende Resistdicke nur sehr dünn sein darf (Abbildende Projektion wegen Tiefenschärfe, EUV wegen Absorption und Tiefenschärfe) und dennoch gute Auflösung gefordert ist Prinzip: obere dünne Resistschicht, untere dünne Resistschicht ("Transferschicht", Hardmask,z.B. Si3N4) und 1 Planarisierungsschicht darunter Planarisierungsschicht => Ebenheitsanforderung der geringen Tiefenschärfe erfüllt Obere dünne Resistschicht: wird belichtet, und dient dazu die Transferschicht zu strukturieren Planarisierungsschicht anisotrop gegen Transferschicht (und anfangs obersten Resist) ätzen
• Was versteht man und Immersionslithographie und welchen Vorteil bringt diese? Lithografie, bei der eine Flüssigkeit zwischen Maske und Substrat mit n> 1 ist, dadurch reduzierte Beugung und erhöhte Auflösung
• Welche Wellenlänge wird wahrscheinlich für die Belichtung der nächsten Generation elektronischer Schaltungen eingesetzt? 13,5 (EUV)
• Zeichnen Sie den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Belichtungsanlage und benennen Sie die wichtigsten Komponenten später
• Nenne Sie drei Schwierigkeiten bei der Entwicklung der EUV-Belichtung, welche für die Verzögerung des Einsatzes verantwortlich sind. Strahlungsquellen mit Intensität die hoch genug ist fehlerfreie Maskenherstellung (bei einer solchen Präzision schwer) Resist (neue müssen her, darf nur dünn sein aber trotzdem resistent)
• Wie funktionieren bei der EUV die Masken und wie sind sie aufgebaut? Über Reflektion bzw. Absorption. EUV wird von jedem Medium sofort absorbiert => UHV nötig, und Transmissionsmaske unmöglich, genauso Abbildungsoptik nur via Spiegel Aufbau Spiegelflächen: viele abwechselnde Schichten von dünnen Si und Mo auf Bulk mit kleinem CTE Absorption mit extra Absorptionsschicht
• Wie ist ein Elektronenstrahlschreiber aufgebaut? Zeichnen Sie eine Skizze mit den wichtigsten Komponenten und erklären Sie deren Funktion. Aufbau Elektronenquelle (Glühkathode, oder Feldentladung (spitz)) elektronenoptische Linse (Fokussierung) Kondensator zur Strahlaustastung elekronenoptische Linse (Fokussierung) Spulen zur Strahlauslenkung (Ortssteuerung) xy-Tisch (Strahlauslenkung erlaubt nur Fläche von 1 qmm => Tisch verfahrbar mit Laserinterferometer
• Welche Schreibstrategien gibt es bei der Elektronenstrahllithographie? Vektorscan (nur zu beschreibende Stellen werden angefahren) shaped beam (entweder elektronenstrahl einfach nur quadratisch, dann aber rundungen problem und überlappungen) ODER1  rechteckblende zwischen elektronenquelle und elektronenoptischer linse, und dann ablenkungseinheit  und noch ne rechteckblende, dann substrat => Rechtecke variabel generierbar variably shaped beam
• Was versteht man unter „Proximity Effekt“ bei der Elektronenstrahllithographie? Proximity-Effekt = Tatsache dass der Resist unter einem Auftreffpunkt birnenförmig entwickelt wird. Ursache: Neben erwünschtem lokalem Aufbrechen von Valenzbindungen: Vorwärts- und Rückwärtsstreuung von Primär- und Sekundärelektronen sowie Röntgenstrahlung (hohe Reichweite) durch Abregungsprozesse (Elektron fällt aus hoher Schale in niedrige Schale) =>Valenzelektronen werden auch an unerwünschten Orten aufgebrochen Wirkung =>Valenzelektronen werden auch an unerwünschten Orten aufgebrochen Verringerte Auflösung
• Was ist der Unterschied zwischen eine „Gaußschen Strahl“ und einem „geformten Strahl“? Gauß: punktförmig (downto 1 nm Durchmesser) und Gauss-förmige Intensitätsverteilung (in Mitte am höchsten) Shaped: rechteckförmiger Strahl. Gut wenn keine keine runden Ecken nötig (in MST problematisch, in ME wird Design danach ausgelegt)
• Was ist Ätzen? Festkörperoberfläche abtragen durch chemische Reagentien oder mit Teilchenimpuls
• Was versteht man jeweils unter isotropen und anisotropen Ätzen? Ätzrate richtungsabhängig oder nicht
• Wie sind die beiden Größen Anisotropiefaktor und Selektivität definiert? Zeichen sie jeweils eine typisches Ätzprofil. A = 1- laterale Ätzrate / vertikale Ätzrate
• Nennen Sie jeweils ein typisches Ätzverfahren für Silizium mit hoher und geringer Anisotropie. hohe Anisotropie: nasschemisch KOH-ätzen (aber erst am Schluss, schmutzig) oder RIE niedrige Anisotropie: Plasmaätzen mit CF4 (heute kaum mehr nasschemisch, früher HF + HNO3)

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