Graustufenlithografie ohne Maske

Auch Elektronenstrahlschreiber können für die maskenlosen Grauskalenlithografie genutzt werden. Am Fraunhofer ENAS steht für diesen Anwendungsfall ein Vistec SB-254 zur Verfügung. Hierbei handelt es sich um einen Formstrahler („shaped beam“) mit 50 kV Beschleunigungsspannung. Im Gegensatz zu traditionellen Gaußstrahlern, bietet dieser Anlagentyp einen gesteigerten Durchsatz, da primitive Formen (Rechtecke, Dreiecke) in einem Schuss belichtet werden, anstatt eine komplette Rasterbelichtung zu benötigen.

In Ergänzung zu der Grauskalenlithografie mit dem i-line Stepper ergibt sich dadurch die Möglichkeit, auch flexibel neue Designs mit hoher Auflösung umzusetzen. Im Sinne des „Rapid Prototyping“ kann so eine schnelle Anpassung und Fertigung neuer Designvariationen durchgeführt werden. Möglich sind hier im Prinzip alle gängigen 3D Strukturen, darunter zum Beispiel Pyramiden oder Linsen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist eine niedrige Schreibgeschwindigkeit, sodass es für die Produktion von hohen Stückzahlen nicht geeignet ist.

Bei der Elektronenstrahllithografie wird direkt in den Fotolack geschrieben. Dabei kann der Strahl lokal in seiner Intensität moduliert werden, um pro Schuss die gelieferte Expositionsdosis anzupassen. Da die Lackdicke nach der Entwicklung von der Belichtungsdosis abhängt, können so unterschiedliche Graustufen im Fotolack erzeugt werden. Dafür muss die Kontrastkurve des Lackes genau bekannt sein, damit die verschiedenen Belichtungsdosen auf die daraus resultierenden Lackdicken abgebildet werden können. Für die Vorbereitung der Belichtung und die Zerlegung in die Schüsse ist eine spezielle Datenvorbereitung der Layouts nötig, die auf die Forderungen der Anwendung und Layouts abgestimmt werden kann. Nach der Belichtung wird der Lack entwickelt, wobei je nach Art des verwendeten Lackes (positiv bzw. negativ) entweder die belichteten bzw. unbelichteten Bereiche abgetragen werden. In weiterführenden Prozessschritten wie Ätzungen oder Abscheidungen werden danach die endgültigen 3D-Strukturen über die gefertigte Lackmaske erzeugt.