Graustufenlithografie mit Maske

Der Großteil der heute für die Grauskalenlithografie eingesetzten Geräte sind Laserdirektschreiber (Direct-Write-Laser Systemen - DWL), welche maskenlos arbeiten. Der Vorteil liegt hier in der Flexibilität, es können leicht Änderungen am Design vorgenommen werden. Allerdings ist dieses Verfahren für die Produktion größerer Stückzahlen ungeeignet.

Abhilfe kann hier die i-line Grauskalenlithografie schaffen. Auch heute noch werden i-line Stepper, welche meist eine Auflösung bis 350 nm liefern, in der Industrie zur Produktion von Mikrochips eingesetzt. Möglich wird die Grauskalenlithografie durch die Nutzung sog. „pixelated sub-resolution features“ auf der Maske. Hier macht man sich die Auflösungsgrenze des Steppers zu Nutze. Diese Masken werden mittels Elektronenstrahl geschrieben und mit Strukturen gefüllt, welche unter der Auflösungsgrenze der Anlage liegen (<350 nm). Diese Strukturen können nicht mehr scharf abgebildet werden, über deren Belegungsgrad kann nun allerdings die Lichtintensität gesteuert werden. So ist es möglich, das gewünschte Layout auf der Maske in viele kleine Teilabschnitte zu zerlegen, welche alle eine eigene Belichtungsintensität aufweisen, diese verschiedenen Intensitäten werden als Grauskalenlevel bezeichnet. Somit wird es möglich, eine weitere „Dimension“ nutzbar zu machen, es können positive Lackkantenverläufe erzeugt werden.

Für den Erfolg ist es wichtig, passende Lacke mit einem niedrigen Kontrast zu benutzen, verglichen mit Lacken aus der Binär-Lithografie, welche gewöhnlich einen hohen Kontrast aufweisen.

Üblicherweise erfolgt die Anpassung der Grauskalen Masken in mehreren Iterationen an das gewählte Lacksystem und Substrat. Durch die Aufnahme von Kontrastkurven wird die Lackantwort gemessen und in folgenden Masken umgesetzt. So können Flankenwinkel präzise eingestellt werden. Durch die enge Kooperation des Fraunhofer ENAS mit Lackherstellern und Designfirmen für Grauskalenmasken wurden bereits mehrere Lackprozesse evaluiert. Kunden sparen so Zeit und Geld bei der Umsetzung Ihrer eigenen Designs.

Genutzt werden kann diese Technologie, um bestehende Prozesse flexibler zu machen und Prozessschritte einzusparen. Ein sehr einfaches Beispiel wäre die Integration verschiedener Höhenlevel in einer Ebene und anschließendem Übertrag mittels Ätzens. Es können aber auch neue, bis dato nicht realisierbare 3D Geometrien umgesetzt werden. Ebenfalls denkbar ist die direkte Nutzung der Lackmaske ohne Strukturübertrag.