Фоторезист - Photoresist
Фоторезист (также известный просто как резист ) представляет собой материал , светочувствительный используется в нескольких процессах, такие как фотолитография и фоторепродуцирование , чтобы сформировать покрытие на узорчатую поверхность. Этот процесс имеет решающее значение в электронной промышленности .
Процесс начинается с покрытия подложки светочувствительным органическим материалом. Затем на поверхность наносится узорчатая маска, блокирующая свет, так что свету будут подвергаться только немаскированные области материала. Затем на поверхность наносится растворитель, называемый проявителем. В случае положительного фоторезиста светочувствительный материал разрушается под действием света, и проявитель растворяет области, которые подвергались воздействию света, оставляя после себя покрытие, на которое была помещена маска. В случае негативного фоторезиста светочувствительный материал усиливается (полимеризуется или сшивается) светом, и проявитель растворяет только те области, которые не подвергались воздействию света, оставляя покрытие в тех областях, где маска была не размещен.
Покрытие BARC (нижнее антиотражающее покрытие) может быть нанесено перед нанесением фоторезиста, чтобы избежать появления отражений под фоторезистом и улучшить характеристики фоторезиста на меньших полупроводниковых узлах.
Определения
Положительный фоторезист
Позитивный фоторезист представляет собой тип фоторезиста , в котором часть фоторезиста, которая подвергается воздействию света становится растворимым разработчиком фоторезиста. Неэкспонированная часть фоторезиста остается нерастворимой для проявителя фоторезиста.
Негативный фоторезист
Негативный фоторезист представляет собой тип фоторезиста , в котором часть фоторезиста, которая подвергается воздействию света становится нерастворимой для проявителя фоторезиста. Неэкспонированная часть фоторезиста растворяется проявителем фоторезиста.
Различия между положительным и отрицательным сопротивлением
Следующая таблица основана на обобщениях, которые являются общепринятыми в отрасли производства микроэлектромеханических систем (МЭМС) .
| Характерная черта | Положительный | Отрицательный |
| Адгезия к кремнию | Справедливая | Отлично |
| Относительная стоимость | Более дорогой | Менее дорогой |
| База разработчиков | Водный | Органический |
| Растворимость в проявителе | Открытая область растворима | Открытая область нерастворима |
| Минимальная функция | 0,5 мкм | 2 мкм |
| Покрытие ступеней | Лучше | Ниже |
| Влажная химическая стойкость | Справедливая | Отлично |
Типы
Исходя из химической структуры фоторезистов, их можно разделить на три типа: фотополимерные, фоторазлагаемые, фоторезисты фотошивки.
Фотополимерный фоторезист - это тип фоторезиста, обычно аллильного мономера, который может генерировать свободные радикалы при воздействии света, а затем инициирует фотополимеризацию мономера с образованием полимера. Фотополимерные фоторезисты обычно используются для негативного фоторезиста, например, метилметакрилата.
Фоторезист фоторазложения - это тип фоторезиста, который создает гидрофильные продукты под действием света. Фоторезисты фоторазложения обычно используются для позитивных фоторезистов. Типичным примером является азидхинон, например диазонафтахинон (DQ).
Фотосшивающий фоторезист - это тип фоторезиста, который может сшивать цепочку за цепочкой при воздействии света с образованием нерастворимой сети. Фотосшивающий фоторезист обычно используется для негативного фоторезиста.
Полимеры тиол-енов (OSTE) вне стехиометрии
Для самоорганизующегося однослойного фоторезиста SAM сначала формируется SAM на подложке путем самосборки . Затем эта поверхность, покрытая SAM, облучается через маску, аналогичную другим фоторезистам, которая формирует образец с фото-рисунком на облучаемых областях. И, наконец, проявитель используется для удаления разработанной детали (может использоваться как положительный, так и отрицательный фоторезист).
Источники света
Поглощение в УФ и более коротких длинах волн
В литографии уменьшение длины волны источника света является наиболее эффективным способом достижения более высокого разрешения. Фоторезисты чаще всего используются с длинами волн в ультрафиолетовом спектре или короче (<400 нм). Например, диазонафтохинон (DNQ) сильно поглощает от примерно 300 до 450 нм. Полосы поглощения можно отнести к переходам n-π * (S0 – S1) и π-π * (S1 – S2) в молекуле DNQ. В спектре глубокого ультрафиолета (DUV) электронный переход π-π * в бензоле или хромофорах с двойной углеродной связью проявляется в области около 200 нм. Из-за появления более возможных переходов поглощения, включающих большие различия в энергии, поглощение имеет тенденцию увеличиваться с более короткой длиной волны или большей энергией фотонов . Фотоны с энергией, превышающей потенциал ионизации фоторезиста (может быть всего 5 эВ в конденсированных растворах), также могут высвобождать электроны, которые способны дополнительно экспонировать фоторезист. В диапазоне от примерно 5 до примерно 20 эВ фотоионизация электронов внешней « валентной зоны » является основным механизмом поглощения. Выше 20 эВ внутренняя электронная ионизация и оже-переходы становятся более важными. Поглощение фотонов начинает уменьшаться по мере приближения к рентгеновской области, поскольку для более высокой энергии фотонов разрешается меньше оже-переходов между глубокими атомными уровнями. Поглощенная энергия может вызывать дальнейшие реакции и в конечном итоге рассеиваться в виде тепла. Это связано с выделением газа и загрязнением фоторезиста.
Электронно-лучевая экспозиция
Фоторезисты также могут подвергаться облучению электронными лучами, что дает те же результаты, что и световое облучение. Основное отличие состоит в том, что в то время как фотоны поглощаются, отдавая сразу всю свою энергию, электроны постепенно выделяют свою энергию и во время этого процесса рассеиваются внутри фоторезиста. Как и в случае с длинами волн высокой энергии, многие переходы возбуждаются электронными лучами, и нагревание и выделение газа по-прежнему вызывают беспокойство. Энергия диссоциации связи CC составляет 3,6 эВ. Вторичные электроны, генерируемые первичным ионизирующим излучением, обладают энергией, достаточной для разрыва этой связи, вызывая разрыв. Кроме того, электроны с низкой энергией имеют более длительное время взаимодействия с фоторезистом из-за их более низкой скорости; по существу, электрон должен находиться в состоянии покоя по отношению к молекуле, чтобы наиболее сильно реагировать посредством диссоциативного присоединения электрона, когда электрон останавливается на молекуле, отдавая всю свою кинетическую энергию. Получающееся в результате расщепление разбивает исходный полимер на сегменты с более низкой молекулярной массой, которые легче растворяются в растворителе, или высвобождает другие химические вещества (кислоты), которые катализируют дальнейшие реакции расщепления (см. Обсуждение химически усиленных резистов ниже). Подбирать фоторезисты для экспонирования электронным пучком не принято. Электронно-лучевая литография обычно основана на резистах, специально предназначенных для экспонирования электронным лучом.
Параметры
Физические, химические и оптические свойства фоторезистов влияют на их выбор для различных процессов.
- Разрешение - это способность различать соседние элементы на подложке. Критический размер (CD) - это основная мера разрешения.
Чем меньше критический размер, тем выше будет разрешение.
- Контраст - это разница между экспонированной частью и неэкспонированной частью. Чем выше контраст, тем более очевидной будет разница между экспонированными и неэкспонированными частями.
- Чувствительность - это минимальная энергия, которая требуется для создания четко выраженного элемента фоторезиста на подложке, измеряемая в мДж / см 2 . Чувствительность фоторезиста важна при использовании глубокого ультрафиолета (DUV) или экстремального ультрафиолета (EUV).
- Вязкость - это мера внутреннего трения жидкости, влияющая на то, насколько легко она будет течь. Когда необходимо получить более толстый слой, предпочтительным будет фоторезист с более высокой вязкостью.
- Адгезия - это сила адгезии между фоторезистом и подложкой. Если резист отключается от носителя, некоторые элементы будут отсутствовать или повреждены.
- Защита от травления - это способность фоторезиста противостоять высокой температуре, среде с различным pH или ионной бомбардировке в процессе пост-модификации.
- Поверхностное натяжение - это натяжение, вызываемое жидкостью, стремящейся минимизировать площадь ее поверхности, которое вызвано притяжением частиц в поверхностном слое. Для лучшего смачивания поверхности подложки требуется, чтобы фоторезисты обладали относительно низким поверхностным натяжением.
Положительный фоторезист
DNQ- Новолачный фоторезист
Один очень распространенный позитивный фоторезист, используемый с линиями I, G и H от ртутной лампы, основан на смеси диазонафтохинона (DNQ) и новолачной смолы (фенолформальдегидной смолы). DNQ ингибирует растворение новолачной смолы, но при воздействии света скорость растворения увеличивается даже по сравнению с чистым новолаком. Механизм, с помощью которого неэкспонированный DNQ ингибирует растворение новолака, не совсем понятен, но считается, что он связан с водородными связями (или, точнее, диазосвязью в неэкспонированной области). Резисты DNQ-новолачные получают путем растворения в основном растворе (обычно 0,26 н. Гидроксид тетраметиламмония (TMAH) в воде).
Негативный фоторезист
Полимер на основе эпоксидной смолы
Один из очень распространенных негативных фоторезистов основан на полимере на основе эпоксидной смолы. Распространенное название продукта - фоторезист SU-8 , первоначально он был изобретен IBM , но теперь продается Microchem и Gersteltec . Уникальным свойством СУ-8 является то, что его очень трудно раздевать. Таким образом, он часто используется в приложениях, где для устройства требуется постоянный рисунок резиста (тот, который не удаляется и может даже использоваться в суровых условиях температуры и давления). Механизм полимера на эпоксидной основе показан в 1.2.3 СУ-8.
Полимер тиоленов (OSTE) вне стехиометрии
В 2016 году было показано, что полимеры OSTE обладают уникальным механизмом фотолитографии, основанным на вызванном диффузией истощении мономеров, что обеспечивает высокую точность фотоструктурирования. Полимерный материал OSTE был первоначально изобретен в Королевском технологическом институте KTH , но теперь продается компанией Mercene Labs . В то время как материал имеет свойства, аналогичные свойствам SU8, OSTE имеет особое преимущество, заключающееся в том, что он содержит реактивные поверхностные молекулы, что делает этот материал привлекательным для микрофлюидных или биомедицинских применений.
Приложения
Микроконтактная печать
Микроконтактная печать была описана Whitesides Group в 1993 году. Обычно в этой технике эластомерный штамп используется для создания двумерных узоров путем печати молекул «чернил» на поверхности твердой подложки.
Шаг 1 для микроконтактной печати. Схема создания мастер-штампа из полидиметилсилоксана ( ПДМС ). Шаг 2 для микроконтактной печати. Схема красочного и контактного процесса микропечати .
Печатные платы
Производство печатных плат - одно из важнейших применений фоторезиста. Фотолитография позволяет быстро, экономично и точно воспроизвести сложную разводку электронной системы, как если бы она вышла из печатного станка. Общий процесс заключается в нанесении фоторезиста, воздействии на изображение ультрафиолетовых лучей и последующем травлении для удаления покрытой медью подложки.
Рисунок и травление подложек
Это включает в себя специальные фотоники материалы, MicroElectro-механических систем ( MEMS ), печатных плат печатных стекла и другие micropatterning задачи. Фоторезист обычно не травится растворами с pH выше 3.
Микроэлектроника
Это приложение, которое в основном применяется к кремниевым пластинам / кремниевым интегральным схемам, является наиболее развитой из технологий и наиболее специализированной в данной области.
