#01c - FOTOLITOGRÁFIA - személyes HONLAP Témavezető: VÁZSONYI Éva, Tel.:392-2222-2698, Épület:29/B, Szoba:4. és tisztatér, E-mail:vazsonyi@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_29B)

Bizonyára többetekben megfogalmazódott már a kérdés, hogy vajon hogyan alakítják ki az integrált áramkörökben és a mikro-elektromechanikus érzékelőkben azokat a rendkívül finom (mikro és nano méterű) struktúrákat, amelyek szabad szemmel nem is láthatók. Nos, a választ a modern félvezető technológia egyik alapköve, az ún. fotolitográfia, avagy optikai litográfia jelenti. Ez voltaképpen nagyon hasonló a klasszikus fényérzékeny kémiai anyagokra épülő "analóg" fényképezéshez. A megmunkáladó félvezető szeletet fényérzékeny anyaggal (ún. fotoreziszt, vagy egyszerűen csak reziszt) vonják be, amelyre aztán ráfényképezik a célnak megfelelő mintázatot, az ún. maszkot, amelyet előzőleg kényelmesen nagy méretben készítettek el (többnyire valamilyen elektronsugaras eljárással). A ráfényképezett mintázatot aztán kémiai anyagokkal előhívják, a felesleget lemossák, stb. Egyéb műveletek mellett egymás után többször is (több rétegben) felvihetnek így struktúrákat, végső fokon hasonlót eredményezve (csak sokkal kisebb méretekben) a többrétegű nyomtatott áramkörökhöz. Az áramkör kicsinysége abból fakad, hogy a fényképezésnél optikai módszerrel lekicsinyítjük a méretet (mint egy fordított mikroszkóppal). Szóval a fotolitográfia segítségével egy előre megtervezett mikroméretű mintázatot alakíthatunk ki a szilícium szelet felületén egy speciális fényérzékeny fotoreziszt rétegben egy fotómaszk segítségével.

1. ábra. A litográfiai folyamat a maszk tervezéssel kezdődik, majd az elkészített maszkon keresztül világítjuk meg a fotóreziszttel bevont szeletet.

Felvetődik a kérdés, hogy ezzel a módszerrel vajon meddig mehetünk el a kicsinyítésben. Minthogy a kicsinyítés optikailag történik, nyilván a felhasznált fény hullámhossza jelenti az alapvető korlátot. A legkisebb méret amit így előállíthatunk közelítőleg: k₁l/NA (ahol "k₁" a 0,4 körüli technológiai faktor, "NA" pedig az optika numerikus apertúrája (azaz lényegében fénygyűjtő képessége).) Manapság a korszerű eljárásoknál 200 nm körüli hullámhosszúságú (ún. mély ultraibolya, avagy DUV) fénnyel a legkisebb méretek 50 nm környékére adódnak. A hullámhosszat tovább csökkenthetjük a fény frekvenciájának növelésével, de ún. immerziós közeg bevetésével is, változatlan frekvencia mellett, teljesen hasonlóan az olaj immerziós mikroszkópiához. Hogy mik e technológia végső határai, azt nehéz pontosan megmondani, de ma úgy látszik, hogy kb. 20-30 nm-es csíkszélességig biztosan eljutunk a következő években. (Utána talán átveszi a stafétabotot a grafén alapú nanotechnológia, vagy valami más.)

KÍSÉRLETI MUNKA:
A fotoreziszt réteget "felpörgetjük" a Si szeletre és a megfelelő ábrákat tartalmazó fotomaszkon keresztül megvilágítjuk (exponáljuk). Ahol a fény átjut a fotomaszkon, ott a fotoreziszt majd eltávolíthatóvá válik - és el is távolítjuk (előhívjuk, fixáljuk). A szilícium szeleten kialakított fotoreziszt ábra a leendő áramkör bizonyos részeit elszigeteli, másokat pedig hozzáférhetővé tesz egyéb technológiai lépések (pl. marás) számára.

2. ábra. A bal oldalon a számítógépen megtervezett maszk ábra részlete látható egy tranzisztor aktív területének (zöld) és az azokhoz kialakítandó kontaktusoknak (fekete). A jobb oldalon ennek a mintázatnak a szilícium felületen fotolitográfiával kialakított, 5000-szeres nagyítású elektronmikroszkópos képe látható.

3. ábra. Az MFA MEMS laboratóriumában ezt a berendezést használjuk fel a fotoreziszt lakk felpörgetésére a Si szeleteken.

4. ábra. A SÜSS MicroTech modern maszkillesztő berendezése a Mikrotechnológia Laboratóriumban.