Fotoresist

Fotoresist (från foto och engelska  resist ) - polymer ljuskänsligt material . Den appliceras på materialet som ska bearbetas i processen för fotolitografi eller fotogravering för att erhålla ett arrangemang av fönster som motsvarar fotomasken för åtkomst av etsning eller andra ämnen till ytan av materialet som bearbetas.

Fotoresistton

Positiva fotoresists

I positiva fotoresister blir exponerade områden lösliga och förstörs efter framkallning. Sådana fotoresister tillåter som regel att erhålla högre upplösningar än negativa [1] [2] [3] , men är dyrare [4] .

För g-line och i-line fotolitografi vid tillverkning av mikroelektronik användes positiva tvåkomponents fotoresister baserade på DQN (diazokinon, DQ och novolac, N) [5] . Senare, för submikronprocesser som använder KrF, användes ArF excimerlasrar, organiska glasbaserade fotoresister , oorganiska resister (Ag + Ge-Se), Polysilyne, två- och treskiktsresister (flerskiktsresister för 90 nm och nyare tekniska processer) [6] .

allmänning[ när? ] följande typer av positiva fotoresister för g-linje (litografier med en våglängd på 436 nm , tillverkningsprocesser upp till 0,5 μm [7] [8] ): Shipley 1805, Shipley 1813, Shipley 1822 (tillverkare Microchem [9] ).

Negativ fotoresist

I negativa fotoresister polymeriserar de exponerade områdena och blir olösliga, så att endast de oexponerade områdena löses upp efter framkallning. Negativa fotoresister har i allmänhet högre vidhäftning än positiva fotoresister och är mer motståndskraftiga mot etsning.

I allmänhet hade 1972 gränserna för klassiska negativa fotoresister nåtts, och positiva fotoresister användes för tekniska processer bättre än 2 µm [2] [10] .

Vändbara fotoresister

Reversibla fotoresister ( image reversal [8] ) är speciella fotoresister som efter exponering beter sig som positiva, men som kan "vändas" genom värmebehandling och efterföljande exponering av hela fotoresisten (redan utan fotomask) för ultraviolett strålning . I det här fallet, efter utveckling, kommer sådana resister redan att bete sig som negativa. Huvudskillnaden mellan mönstren som erhålls på detta sätt och den enkla användningen av en positiv resist är lutningen av fotoresistens väggar; i fallet med en positiv fotoresist lutar väggarna utåt, vilket är lämpligt för etsningsprocessen, och när fotoresistmönstret vänds lutar väggarna inåt, vilket är en fördel i den omvända litografiprocessen.

Våglängder och exponeringstyper

Fotoresister är resister som utsätts för ljus ( fotoner ), i motsats till resister som är utformade för att exponeras för elektroner . I det senare fallet kallas fotoresist för elektroniska resist eller resist för elektronisk (e-beam) litografi . Fotoresister skiljer sig åt i den exponeringsvåglängd som de är känsliga för. De mest standardiserade exponeringsvåglängderna var de så kallade. i-linje (365 nm), h-linje (405 nm) och g-linje (436 nm) av emissionsspektrumet för kvicksilverånga . Många fotoresister kan också exponeras för ett brett spektrum inom UV-området (integral exponering), för vilket man vanligtvis använder en kvicksilverlampa . Nästa generations resist utvecklades för excimerlasrar KrF, ArF (mellan och långt ultraviolett; 248 nm och 193 nm). Separata klasser av fotoresist är material som är känsliga för djup (extrem) UV ( GUV (EUV) litografi ) och röntgenstrålar ( röntgenlitografi ). Dessutom finns speciella fotoresister för nanoimprinting (nanoprinting) litografi .

Fotoresistfilmtjocklek

Tjockleken på fotoresistfilmen är en av dess nyckelparametrar. För att få hög upplösning krävs som regel en filmtjocklek på högst två gånger den erforderliga upplösningen. Upplösningen för en fotoresist definieras som det maximala antalet minsta element per längdenhet (1 mm). R=L/2l, där L är längden på sektionen, mm; l är elementets bredd, mm. Omvänt kräver djupetsnings- eller omvänd litografiprocesser en relativt stor tjocklek av fotoresistfilmen. Tjockleken på filmen som helhet bestäms av fotoresistens viskositet, såväl som av appliceringsmetoden. I synnerhet under spinnbeläggning minskar filmtjockleken med ökande rotationshastighet.

Avsättning av fotoresist

Innan fotoresist appliceras på material med låg vidhäftning, appliceras först ett underlack (till exempel HMDS), vilket förbättrar fotoresistens vidhäftning mot ytan. Efter applicering beläggs fotoresisten ibland med en antireflekterande beläggningsfilm för att förbättra exponeringseffektiviteten. För samma ändamål appliceras ibland en antireflektionsbeläggning innan fotoresisten appliceras. Själva fotoresisterna appliceras med följande huvudmetoder:

Centrifugering

Spinning  är den mest använda metoden för att applicera fotoresist på en yta, vilket gör att du kan skapa en enhetlig fotoresistfilm och kontrollera dess tjocklek genom rotationshastighet.

Doppning

Vid användning av ytor som inte lämpar sig för centrifugering används doppbeläggning i fotoresist. Nackdelarna med denna metod är den höga förbrukningen av fotoresist och inhomogeniteten hos de resulterande filmerna.

Aerosolsprutning

Om det är nödvändigt att applicera resisten på komplexa ytor används aerosolsprutning, men filmtjockleken med denna appliceringsmetod är inte enhetlig. För aerosolavsättning används i regel specialdesignade fotoresister.

Photoresist-applikationer

PCB-tillverkning

Fotoresister används för att skapa ett mönster på en foliedielektrikum när man skapar kretskort . Järnklorid eller ammoniumpersulfat används för att etsa koppar. Det finns två huvudtyper av fotoresist som används vid tillverkning av tryckta kretskort: torrfilmsfotoresist (SPF) och aerosol "POSITIV". SPF har blivit mer allmänt använt i produktionen, eftersom det ger ett enhetligt lager. Det är en struktur i tre lager: två lager av en skyddande film och ett lager av fotoresist mellan dem. Det limmas på materialet som ska bearbetas med hjälp av en laminator.

Etsning

Fotoresister används oftast som en mask för etsningsprocesser vid tillverkning av halvledarenheter för mikroelektronik , inklusive MEMS , transistorer och andra. Fotoresister avsedda för etsning har vanligtvis hög kemisk beständighet mot etsmedel och ett högt förhållande mellan etsdjup och upplösning. Etsningsdjupet beror till stor del på filmens tjocklek: ju tjockare filmen är, desto större etsningsdjup kan uppnås.

Legering

Fotoresister används också i dopningsimplantationsprocesser via jonimplantation . Vanligtvis, med hjälp av en fotoresist, skapas ett mönster på oxiden som täcker ytan, och sedan implanteras föroreningarna redan genom fönstren som bildas i denna oxid, varvid endast vissa delar av materialet dopas.

Omvänd fotolitografi

I omvända (explosiva litografiska) processer, efter framkallning av fotoresisten, sprutas en tunn film av material på fotoresistfilmen. Vidare avlägsnas de områden av fotoresisten som finns kvar efter framkallningen, varvid det avsatta materialet tas med sig, så att filmerna av materialet förblir endast på de platser som är oskyddade av fotoresisten. För den omvända litografiprocessen måste resistfilmtjockleken vara två eller flera gånger tjockare än filmtjockleken för det avsatta materialet. Dessutom används ofta två- och treskiktsprocesser för omvänd litografi, där flera lager av fotoresist avsätts. Samtidigt har den lägre fotoresisten en högre utvecklingshastighet, vilket så att säga etsar det andra skiktet av fotoresist på vilket materialet är avsatt. I detta avseende måste det undre fotoresistskiktet vara olösligt i den andra fotoresisten. Dessutom måste fotoresister för omvänd litografi ha hög temperaturstabilitet, vilket krävs på grund av de höga temperaturerna för vissa typer av sputtering. Sådana fotoresister kallas LOR-fotoresister (engelska lift-of-resist).

Sandblästrad gravyr

Även fotoresister i form av filmer används som en mask för sandblästring .

Försegling

Vissa typer av resister, som cykloten, används som polymer för att skapa dielektriska, täckande och tätande skikt, vilket kan minska antalet tekniska steg i kristallproduktionsprocessen .

Skapande av olika strukturer

Fotoresister används ofta inte för sitt avsedda syfte, utan som ett material för att skapa olika strukturer för mikroelektronik. Till exempel används speciella resister för att skapa polymervågledare med önskad form på substratytan. Dessutom kan mikrolinser erhållas från fotoresisten. För att göra detta formas först den önskade formen på linsbasen från fotoresisten, och sedan smälts resisten med hjälp av värmebehandling, vilket ger den formen av en lins.

Fotoresisters kemi

UV-känsliga fotoresister
  • Positivt - sulfo-estrar av ortokinondiazid som ett ljuskänsligt ämne och novolack-, fenol- eller kresol-formaldehydhartser som filmbildare.
  • Negativt cykloolefingummi som använder diazider som tvärbindningsmedel ; lager av polyvinylalkohol med salter av kromsyror eller estrar av kanelsyra; polyvinylkanel.
Fotoresists känsliga för GUV
  • Positivt - sensibiliserade polymetakrylater och arylsulfoetrar med fenolhartser
  • Negativa - halogenerade polystyrener , diazider med fenol-formaldehydhartser

Också använda är kemiska latenta bildförbättrande fotoresister , bestående av ljuskänsliga oniumsalter och estrar av naftolresolhartser i vilka kemiska reaktioner sker under inverkan av salterna.

Elektroniska resist och fotoresist som är känslig för röntgenstrålar och jonflöden
  • Positiva derivat av polymetakrylater , polyalkylenketoner , etc.
  • Negativa - polymerer av derivat av metakrylat , butadien , etc.

Litteratur

  • Photolithography and optics, M. Berlin, 1974; Mazel E. Z., Press F. P., Planar technology of silicon devices, M., 1974
  • W. Moreau. Mikrolitografi. Om 2 timmar. M., Mir, 1990.
  • TSB, artikel "Photoresist"
  • fotolitografi. Teori och tillämpning av fotoresister, etsmedel och lösningsmedel. K. Koch och T. Rinke.
  • Valiev K. A., Rakov A. A., Physical foundations of submicron lithography in microelectronics, M., 1984;
  • Ljuskänsliga polymera material, red. A.V. Eltsova, L., 1985. G.K. Selivanov.
  • Lapshinov B. A. Teknik för litografiska processer. Lärobok  - MIEM, 2011

Anteckningar

  1. Positiv och negativ fotoresist  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . ECE, Georgia Tech. "Negativa resister var populära i den tidiga historien av integrerad kretsbehandling, men positiv resist blev gradvis mer utbredd eftersom de erbjuder bättre processkontrollerbarhet för små geometriska egenskaper. Positiva resister är nu den dominerande typen av resist som används i VLSI-tillverkningsprocesser." Tillträdesdatum: 18 december 2015. Arkiverad från originalet 5 december 2015.
  2. 1 2 Föreläsning11: Fotolitografi - I  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . "Instabilitet och mönster av tunna polymerfilmer" . Indian Institute of Technology. — "Historiskt sett nåddes 1972 begränsningarna för negativ fotoresist. Efterföljande utvecklingar baserades alla på positiva fotoresists." Tillträdesdatum: 18 december 2015. Arkiverad från originalet 22 december 2015.
  3. Advanced Photoresist Technology Arkiverad 5 mars 2016 på Wayback Machine / PSU, EE518 , 2006: "Positiv: exponerade områden löses upp (bästa upplösning)"
  4. Fotoresistprocessen och dess tillämpning på halvledarindustrin . CE435 - INTRODUKTION TILL POLYMERER . Inst. för kemi- och bioteknik. State University of New York (19 april 2000). — «...positiva är dyrare att producera. Men bilder från denna resist är extremt exakta, kräver minimal bearbetningsteknik och involverar få bearbetningssteg." Tillträdesdatum: 18 december 2015. Arkiverad från originalet 22 december 2015.
  5. Advanced Photoresist Technology Arkiverad 5 mars 2016 på Wayback Machine / PSU, EE518, 2006: "Tvåkomponents DQN resist: DQN, motsvarande den fotoaktiva föreningen, diazokinon (DQ) och harts, novolack (N). Dominant för G-line (436nm) och I-line (365nm) exponering och inte lämplig för exponeringar med mycket korta våglängder"
  6. Advanced Photoresist Technology Arkiverad 5 mars 2016 på Wayback Machine /PSU, EE518, 2006: "Deep UV Photoresist ... Begränsning av Novolac-baserad fotoresist: Absorberar starkt under 250nm, KrF (248nm) marginellt acceptabelt men inte ArF (193nm) Fotoresistlösning för Submicron-funktioner..."
  7. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.459.6517&rep=rep1&type=pdf Arkiverad 22 december 2015 på Wayback Machine 2000, PII S 0018-9219(01-02)
  8. 1 2 Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 18 december 2015. Arkiverad från originalet 30 april 2014. 
  9. Microposit S1800 Series Photo Resists Arkiverad 4 mars 2016 på Wayback Machine
  10. courses.ee.psu.edu/ruzyllo/ee518/EE518_Adv.PR.Tech.S06.ppt

Länkar