Fotorezist - Photoresist
Bir fotorezist (aynı zamanda basit bir şekilde bilinmektedir karşı ) gibi çeşitli işlemlerinde kullanılan bir ışığa duyarlı malzeme fotolitografi ve Foto gravür yüzeyi üzerinde belirli bir desene kaplama oluşturmak için,. Bu süreç elektronik endüstrisinde çok önemlidir .
İşlem, bir alt tabakanın ışığa duyarlı bir organik malzeme ile kaplanmasıyla başlar. Ardından, ışığın bloke edilmesi için yüzeye desenli bir maske uygulanır, böylece malzemenin sadece maskelenmemiş bölgeleri ışığa maruz kalır. Daha sonra yüzeye geliştirici adı verilen bir çözücü uygulanır. Pozitif bir fotorezist olması durumunda, ışığa duyarlı malzeme ışıkla bozulur ve geliştirici, ışığa maruz kalan bölgeleri çözerek maskenin yerleştirildiği bir kaplamayı geride bırakır. Negatif bir fotorezist olması durumunda, ışığa duyarlı malzeme ışıkla güçlendirilir (polimerize veya çapraz bağlanır) ve geliştirici, yalnızca ışığa maruz kalmayan bölgeleri çözerek maskenin bulunduğu alanlarda bir kaplama bırakacaktır. yerleştirilmedi.
Fotorezist uygulanmadan önce bir BARC kaplama (Alt Yansıma Önleyici Kaplama), fotorezist altında yansımaların meydana gelmesini önlemek ve daha küçük yarı iletken düğümlerde fotoresistin performansını iyileştirmek için uygulanabilir.
Tanımlar
Pozitif fotorezist
Bir pozitif fotorezist ışığa maruz fotorezist kısmı fotodirenç çözünür hale geldiği bir fotodirenç türüdür. Fotorezistin maruz kalmayan kısmı, fotorezist geliştirici için çözünmez kalır.
Negatif fotorezist
Bir negatif fotorezist ışığa maruz fotorezist kısmı fotodirenç çözünmeyen hale geldiği bir fotodirenç türüdür. Fotorezistin maruz kalmayan kısmı, fotorezist geliştirici tarafından çözülür.
Pozitif ve negatif direnç arasındaki farklar
Aşağıdaki tablo, mikroelektromekanik sistemler (MEMS) imalat endüstrisinde genel olarak kabul edilen genellemelere dayanmaktadır .
Karakteristik | Pozitif | Olumsuz |
Silikona yapışma | Fuar | Mükemmel |
Göreceli maliyet | Daha pahalı | Daha az pahalı |
Geliştirici tabanı | Sulu | Organik |
Geliştiricide çözünürlük | Maruz kalan bölge çözünür | Maruz kalan bölge çözülmez |
Minimum özellik | 0,5 µm | 2 µm |
Adım kapsamı | Daha iyi | Daha düşük |
Islak kimyasal direnç | Fuar | Mükemmel |
Türler
Fotorezistlerin kimyasal yapısına bağlı olarak, üç tipte sınıflandırılabilirler: fotopolimerik, foto ayrıştırıcı, foto çapraz bağlama fotorezist.
Fotopolimerik fotorezist, ışığa maruz kaldığında serbest radikal oluşturabilen ve daha sonra bir polimer üretmek için monomerin fotopolimerizasyonunu başlatan, genellikle alil monomer olan bir tür fotorezisttir. Fotopolimerik fotorezistler genellikle negatif fotorezist, örneğin metil metakrilat için kullanılır.
Photodecomposing photoresist, ışık altında hidrofilik ürünler üreten bir tür fotorezisttir. Photodecomposing photoresists genellikle pozitif fotorezist için kullanılır. Tipik bir örnek, azid kinon, örneğin diazonafakinondur (DQ).
Photocrosslinking photoresist, çözünmez bir ağ oluşturmak için ışığa maruz kaldığında zincir ile zincir çapraz bağlanabilen bir tür fotorezisttir. Photocrosslinking photoresist, genellikle negatif fotorezist için kullanılır.
Off-Stoichiometry Thiol-Enes (OSTE) polimerleri
İçin kendinden düzenlenen tek tabaka SAM fotorezist, ilk olarak bir SAM ile alt-tabaka üzerinde oluşturulur kendini düzenlemesi . Daha sonra, SAM ile kaplanan bu yüzey, ışınlanmış alanlarda foto-desenli bir örnek oluşturan diğer fotorezistlere benzer şekilde bir maske ile ışınlanır. Ve son olarak geliştirici, tasarlanan parçayı çıkarmak için kullanılır (hem pozitif hem de negatif fotorezist olarak kullanılabilir).
Işık kaynakları
UV ve daha kısa dalga boylarında soğurma
Litografide, ışık kaynağının dalga boyunu azaltmak, daha yüksek çözünürlük elde etmenin en etkili yoludur. Fotorezistler en yaygın olarak ultraviyole spektrumunda veya daha kısa (<400 nm) dalga boylarında kullanılır. Örneğin, diazonaftokinon (DNQ), yaklaşık 300 nm'den 450 nm'ye kadar güçlü bir şekilde emer. Absorpsiyon bantları, DNQ molekülündeki n-π * (S0 – S1) ve π-π * (S1 – S2) geçişlerine atanabilir. Olarak derin ultraviyole (DUV) spektrumu, yaklaşık 200 nm 'de benzen veya karbon çift bağı kromoforlar görünür olarak π-π * elektronik geçişi. Daha büyük enerji farklılıklarını içeren daha olası soğurma geçişlerinin ortaya çıkması nedeniyle, soğurma, daha kısa dalga boyu veya daha büyük foton enerjisi ile artma eğilimindedir . Fotoresistin iyonlaşma potansiyelini aşan enerjilere sahip fotonlar (yoğunlaştırılmış çözeltilerde 5 eV kadar düşük olabilir), ayrıca fotoresistin ilave maruziyetini sağlayabilen elektronları serbest bırakabilir. Yaklaşık 5 eV'den yaklaşık 20 eV'ye kadar, dış " değerlik bandı " elektronlarının fotoiyonizasyonu ana soğurma mekanizmasıdır. 20 eV'nin üzerinde, iç elektron iyonizasyonu ve Auger geçişleri daha önemli hale gelir. Daha yüksek foton enerjisi için derin atomik seviyeler arasında daha az Auger geçişine izin verildiğinden, X-ışını bölgesine yaklaşıldıkça foton emilimi azalmaya başlar. Emilen enerji, daha fazla reaksiyona neden olabilir ve nihayetinde ısı olarak dağılır. Bu, fotorezistin gaz çıkışı ve kontaminasyonu ile ilişkilidir.
Elektron ışınına maruz kalma
Fotorezistler, elektron ışınlarıyla da açığa çıkarak ışığa maruz kalmayla aynı sonuçları üretebilir. Temel fark, fotonlar emilirken, tüm enerjilerini bir kerede biriktirirken, elektronların enerjilerini kademeli olarak biriktirmesi ve bu işlem sırasında fotoresist içinde saçılmasıdır. Yüksek enerjili dalga boylarında olduğu gibi, birçok geçiş elektron ışınları tarafından uyarılır ve ısınma ve gaz çıkışı hala bir endişe kaynağıdır. Bir CC bağı için ayrışma enerjisi 3.6 eV'dir. Birincil iyonlaştırıcı radyasyon tarafından üretilen ikincil elektronlar, bu bağı ayırmak için yeterli enerjilere sahiptir ve bu da kesilmeye neden olur. Ek olarak, düşük enerjili elektronlar, düşük hızlarından dolayı daha uzun bir fotoresist etkileşim süresine sahiptir; Esasen, elektronun molekülde durduğu ve tüm kinetik enerjisini biriktirdiği dissosiyatif elektron bağlanması yoluyla en güçlü şekilde reaksiyona girmesi için moleküle göre hareketsiz durumda olması gerekir. Ortaya çıkan bölünme, orijinal polimeri, bir çözücü içinde daha kolay çözünen daha düşük moleküler ağırlıklı segmentlere ayırır veya başka kesim reaksiyonlarını katalize eden diğer kimyasal türleri (asitleri) serbest bırakır (aşağıdaki kimyasal olarak güçlendirilmiş dirençler hakkındaki tartışmaya bakın). Elektron ışınına maruz kalma için fotorezistlerin seçilmesi yaygın değildir. Elektron ışını litografisi genellikle özellikle elektron ışınına maruz kalmaya adanmış dirençlere dayanır.
Parametreler
Fotorezistlerin fiziksel, kimyasal ve optik özellikleri, farklı işlemler için seçimlerini etkiler.
- Çözünürlük, alt tabakadaki komşu özellikleri farklılaştırma yeteneğidir. Kritik boyut (CD), ana çözünürlük ölçüsüdür.
Kritik boyut ne kadar küçükse, çözünürlük o kadar yüksek olur.
- Kontrast, maruz kalan kısımdan maruz kalmayan kısım arasındaki farktır. Kontrast ne kadar yüksek olursa, maruz kalan ve olmayan kısımlar arasındaki fark o kadar belirgin olacaktır.
- Hassasiyet mJ / cm olarak ölçülür substrat üzerinde fotorezist, bir iyi tanımlanmış özelliği oluşturmak için gerekli olan en az enerji 2 . Derin ultraviyole (DUV) veya aşırı ultraviyole (EUV) kullanırken bir fotorezistin hassasiyeti önemlidir.
- Viskozite, bir sıvının ne kadar kolay akacağını etkileyen iç sürtünmesinin bir ölçüsüdür. Daha kalın bir katman üretilmesi gerektiğinde, daha yüksek viskoziteli bir fotorezist tercih edilecektir.
- Yapışma, fotorezist ve substrat arasındaki yapışma gücüdür. Direnç alt tabakadan çıkarsa, bazı özellikler eksik veya hasar görmüş olabilir.
- Anti-dağlama, bir fotoresistin yüksek sıcaklığa, farklı pH ortamına veya modifikasyon sonrası işlemde iyon bombardımanına direnme yeteneğidir.
- Yüzey gerilimi, yüzey alanını küçültme eğiliminde olan bir sıvının neden olduğu, yüzey tabakasındaki parçacıkların çekilmesinden kaynaklanan gerilimdir. Substratın yüzeyini daha iyi ıslatmak için, fotorezistlerin nispeten düşük yüzey gerilimine sahip olması gerekir.
Pozitif fotorezist
DNQ- Novolac fotorezist
Cıva buharlı lambadan I, G ve H çizgileriyle kullanılan çok yaygın bir pozitif fotorezist, diazonaftokinon (DNQ) ve novolak reçinesi (bir fenol formaldehit reçinesi) karışımına dayanır . DNQ, novolak reçinenin çözünmesini engeller, ancak ışığa maruz kalındığında, çözünme hızı saf novolakın bile ötesinde artar. Maruz kalmamış DNQ'nun novolak çözünmesini inhibe ettiği mekanizma iyi anlaşılmamıştır, ancak hidrojen bağlanmasıyla (veya daha kesin olarak maruz kalmamış bölgede diazokuplajla) ilgili olduğuna inanılmaktadır. DNQ-novolak dirençleri, bazik bir çözelti (genellikle suda 0.26N tetrametilamonyum hidroksit (TMAH)) içinde çözündürülerek geliştirilir.
Negatif fotorezist
Epoksi bazlı polimer
Çok yaygın bir negatif fotorezist, epoksi bazlı polimere dayanır. Yaygın ürün adı SU-8 photoresist'tir ve ilk olarak IBM tarafından icat edilmiştir , ancak şimdi Microchem ve Gersteltec tarafından satılmaktadır . SU-8'in benzersiz bir özelliği, soymanın çok zor olmasıdır. Bu nedenle, bir cihaz için kalıcı bir direnç modelinin (soyulamayan ve hatta zorlu sıcaklık ve basınç ortamlarında bile kullanılabilen) gerekli olduğu uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Epoksi bazlı polimerin mekanizması 1.2.3 SU-8'de gösterilmektedir.
Stokiyometri dışı tiyol-enler (OSTE) polimeri
2016 yılında OSTE Polimerlerinin, difüzyonla indüklenen monomer tükenmesine dayanan ve yüksek foto-yapı doğruluğunu sağlayan benzersiz bir fotolitografi mekanizmasına sahip olduğu gösterildi. OSTE polimer malzemesi ilk olarak KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü'nde icat edildi , ancak şimdi Mercene Labs tarafından satılıyor . Materyal SU8'inkilere benzer özelliklere sahipken, OSTE, bu materyali mikroakışkan veya biyomedikal uygulamalar için çekici kılan reaktif yüzey molekülleri içermesi özel avantajına sahiptir.
Başvurular
Mikro temaslı baskı
Microcontact baskı, 1993 yılında Whitesides Group tarafından tanımlanmıştır. Genel olarak, bu tekniklerde, "mürekkep" moleküllerini katı bir substratın yüzeyine basmak suretiyle iki boyutlu desenler oluşturmak için elastomerik bir damga kullanılır.
Mikro temaslı baskı için 1. Adım. Bir polidimetilsiloksan ( PDMS ) ana damgasının oluşturulması için bir şema . Mikro temaslı baskı için 2. Adım Mikro baskı litografi mürekkepleme ve temas sürecinin bir şeması .
Baskılı devre kartı
Baskılı devre kartlarının üretimi , fotoresistin en önemli kullanım alanlarından biridir. Fotolitografi, bir elektronik sistemin karmaşık kablolamasının hızlı, ekonomik ve bir baskı makinesinden çıkmış gibi doğru bir şekilde çoğaltılmasına izin verir. Genel işlem fotorezist uygulamak, görüntüyü ultraviyole ışınlarına maruz bırakmak ve ardından bakır kaplı alt tabakayı çıkarmak için aşındırmaktır.
Alt tabakaların desenlenmesi ve dağlanması
Bu, özel fotonik malzemeleri, MikroElektro-Mekanik Sistemleri ( MEMS ), cam baskılı devre kartlarını ve diğer mikro desenleme görevlerini içerir. Photoresist, pH'ı 3'ten büyük olan çözeltilerle dağlanmama eğilimindedir.
Mikroelektronik
Ağırlıklı olarak silikon wafer / silikon entegre devrelere uygulanan bu uygulama, teknolojilerin en gelişmiş ve bu alanda en uzmanlaşmış olanıdır.