Laserlithographie-System mit Graustufen-Belichtungsmodus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Unterschied zur Mikroelektronik werden in der Mikrosystemtechnik häufig 2,5 oder sogar 3D Strukturen benötigt. Konventionelle Strukturierungstechniken der Mikrotechnik sind jedoch planar oder höchstens 2.5 dimensional. An der Hochschule Furtwangen wird seit vielen Jahren über 3D-Mikro- und Nanotechniken geforscht, die quasi 3D Freiformflächen ermöglichen und damit bisher auf dieser Skala noch nicht erreichbare Systemeigenschaften ermöglichen. Mit dem Laserlithographie-System können die Sonderanforderungen in der Forschung erfüllt werden, bei denen eine hohe Auflösung, eine hohe Alignmentgenauigkeit, eine Belichtung in tiefen Strukturen sowie die Erzeugung von 3D Strukturen erforderlich sind. Mit der Investition konnten neue mikro- und nanotechnologische Prozessfolgen erforscht werden, bei denen lithographische Verfahren mit subtraktiver Strukturierung mittels Ätzens und additive Strukturierung mittels Elektroplating kombiniert werden können. Hierzu wurden konkret verschiedene Modalitäten des Systems genutzt und in Prozessketten integriert: Erzeugen von 3D Strukturen in Photolack: Belichten von dreidimensionalen Strukturen im Photolack. Dafür wurde das Belichtungsverhalten von Photolacken untersucht und es wurden Verfahren entwickelt, um die gewünschten Strukturen formgemäß zu erzeugen. Im Weiteren wurden Abfomtechniken entwickelt, mit denen die 3D Strukturen des Photolacks in andere Substrate durch übertragen werden können, wie Polymere oder Metalle. Weiterhin wurden subtraktive Verfahren untersucht, bei denen die 3D-Lackstrukturen mittels Ätztechniken in das Siliziumsubstrat übertragen werden. Belichten in Vertiefungen: Ein weiteres Merkmal von Mikrosystemen nicht häufig ausgeprägte Topographien. Um auch auf solchen Topographien sehr gute Belichtungen zu erzielen, waren Optimierungsarbeiten erforderlich: Durch vergrößerten Abstand zwischen Schreibkopf und Substrat war es möglich, auch in tiefgeätzten Ebenen im Substrat zu belichten und damit neue Prozesswege zu gehen, um neuartige Produkte herzustellen wie z.B. Mikrostempel. Rapid-Prototyping von Mikrosystemen: Die Direktbelichtung von Wafern erhöht wesentlich die Geschwindigkeit und Flexibilität unserer Forschung. Ohne den Umweg der Maskenfertigung können kurzfristig Substrate mit unterschiedlichsten Strukturen erzeugt werden. Damit lassen sich schneller Mikrosysteme realisieren und neue Wirkprinzipien erforschen. Auflösung: Mit der hohen Auflösung des neuen Systems konnten die bisherigen Strukturgrenzen bei der Generierung von Mikrosystemen (kleinste Strukturen um 2 µm) deutlich zu kleineren Strukturen verschoben werden (0,6 µm), wodurch neue Systemeigenschaften möglich werden, beispielsweise zur gezielten Änderung optischer Eigenschaften einer Oberfläche. Mit dem Gerät können auch direkte Belichtungen von Wafern und Masken für Prozesse durchgeführt werden, mit denen neue Mikrosysteme erforscht werden (hier ist die Strukturierung sozusagen ein Hilfsmittel in der Systementwicklung).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A Novel Miniaturized Noise Level Dosimeter for Investigation and Prevention of Human Hearing Loss. Sensoren und Messsysteme 2014, 17. ITG/GMA-Fachtagung Nürnberger CongressCenter, Nürnberg, 3.- 4. Juni 2014
L. Becsi, T. Bier, W. Kronast, U. Mescheder, D. Benyoucef
- Corner rounding of sharp silicon punching tool edges by local oxidation of silicon. Proc. 40th Micro and Nano Engineering 2014, Lausanne, Switzerland, Sept 22-26, 2014
U. Mescheder, I. Khazi
- Development of a focusing micromirror device with an in-plane stress relief structure in silicon-on-insulator technology. J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS. 13(1), 011112 (Jan 21, 2014)
W. Kronast, U. Mescheder, B. Müller, R. Huster
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/1.JMM.13.1.011112) - Process development for 3D laser lithography WITpress, 2014, Paper
N. Kaste, A. Filbert, U. Mescheder, T. Rang & G. Rang
(Siehe online unter https://doi.org/10.2495/HPSM140131) - Corner rounding of sharp silicon punching tool edges by local oxidation of silicon. Microelectronic Engineering 02/2015; Volume 141:178– 183
Isman Khazi, Ulrich Mescheder
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mee.2015.02.033) - Optische Charakterisierung von Stressrelaxierten aktiven MOEMS-Membranspiegeln mit großer Apertur. MikroSystemTechnik Kongress 2015, 26.-28. Oktober 2015 Karlsruhe, CD ROM ISBN 978-3-8007-4100-7, S. 523-526
Wolfgang Kronast, Volker Lange, Rolf Huster, Ulrich Mescheder
- Self-aligning micro punch-die system for monocrystalline silicon punching tools for high precision blanking of thin metal foils. MikroSystemTechnik Kongress 2015, 26.-28. Oktober 2015 Karlsruhe, CD ROM ISBN 978-3-8007-4100-7, S. 429-432
Isman Khazi, Ulrich Mescheder
