Photoresist ( valokuvasta ja englanninkielisestä resististä ) - polymeeri valoherkkä materiaali . Sitä levitetään prosessoitavaan materiaaliin fotolitografiassa tai valokaiverruksessa , jotta saadaan aikaan valomaskia vastaava ikkunajärjestely , jotta etsaus tai muut aineet pääsevät käsiteltävän materiaalin pinnalle.
Positiivisissa fotoresisteissa valotetut alueet liukenevat ja tuhoutuvat kehityksen jälkeen. Tällaiset fotoresistit mahdollistavat yleensä suurempien resoluutioiden saavuttamisen kuin negatiiviset [1] [2] [3] , mutta ovat kalliimpia [4] .
G-line- ja i-line- fotolitografiassa mikroelektroniikan valmistuksessa käytettiin DQN -pohjaisia positiivisia kaksikomponenttisia fotoresistejä (diatsokinoni, DQ ja novolakki, N) [5] . Myöhemmin submikronisissa prosesseissa, joissa käytettiin KrF-, ArF-eksimeerilasereita, orgaaniseen lasiin perustuvia fotoresistejä , epäorgaanisia resistejä (Ag + Ge-Se), Polysilyneä, kaksi- ja kolmikerroksisia resistejä (monikerroksiset resistit 90 nm:lle ja uudemmille teknisille prosesseille) [6] .
yleinen[ milloin? ] seuraavan tyyppiset positiiviset fotoresistit g-linjalle (litografiat, joiden aallonpituus on 436 nm , valmistusprosessit jopa 0,5 μm [7] [8] ): Shipley 1805, Shipley 1813, Shipley 1822 (valmistaja Microchem [9] ).
Negatiiviset fotoresistitNegatiivisissa fotoresisteissa valotetut alueet polymeroituvat ja muuttuvat liukenemattomiksi, joten vain valottamattomat alueet liukenevat kehityksen jälkeen. Negatiivisilla fotoresisteillä on yleensä korkeampi adheesio kuin positiivisilla fotoresisteillä, ja ne kestävät paremmin syövytystä.
Yleisesti ottaen vuoteen 1972 mennessä klassisten negatiivisten fotoresistien rajat oli saavutettu, ja positiivisia fotoresistejä käytettiin teknisissä prosesseissa, jotka ovat parempia kuin 2 µm [2] [10] .
Käännettävät fotoresistitReversiibelit fotoresistit ( kuvan käännös [8] ) ovat erityisiä fotoresistejä, jotka valotuksen jälkeen käyttäytyvät kuin positiiviset, mutta ne voidaan "kääntää" lämpökäsittelyllä ja myöhemmin altistamalla koko fotoresist (jo ilman fotomaskia) ultraviolettisäteilylle . Tässä tapauksessa kehityksen jälkeen tällaiset vastukset käyttäytyvät jo negatiivisina. Suurin ero tällä tavalla saatujen kuvioiden ja positiivisen resistin yksinkertaisen käytön välillä on fotoresistin seinien kaltevuus; positiivisen fotoresistin tapauksessa seinät ovat kaltevat ulospäin, mikä sopii etsausprosessiin, ja kun fotoresistikuvio käännetään, seinät kallistuvat sisäänpäin, mikä on etu käänteisessä litografiaprosessissa.
Fotoresistit ovat valolle altistettuja resistejä ( fotoneja ) toisin kuin elektroneille altistettaviksi suunniteltuja resistejä . Jälkimmäisessä tapauksessa fotoresistejä kutsutaan elektronisiksi resisteiksi tai elektronisen (e-beam) litografian resistiksi . Fotoresistit eroavat valotusaallonpituudesta , jolle ne ovat herkkiä. Tavallisimmat altistusaallonpituudet olivat ns. elohopeahöyryn emissiospektrin i-linja (365 nm), h-viiva (405 nm) ja g-viiva (436 nm) . Monet fotoresistit voidaan myös altistaa laajalle spektrille UV-alueella (integroitu valotus), johon yleensä käytetään elohopealamppua . Seuraavan sukupolven resistit kehitettiin eksimeerilasereille KrF, ArF (keski- ja kauko-ultravioletti; 248 nm ja 193 nm). Erilliset fotoresistiluokat ovat materiaalit, jotka ovat herkkiä syvälle (äärimmäiselle) UV-säteilylle ( GUV (EUV) litografia ) ja röntgensäteille ( röntgenlitografia ). Lisäksi on olemassa erityisiä fotoresistejä nanoimprinting (nanoprinting) litografiaan .
Fotoresistikalvon paksuus on yksi sen tärkeimmistä parametreista. Pääsääntöisesti korkean resoluution saavuttamiseksi tarvitaan kalvon paksuus, joka on enintään kaksi kertaa vaadittu resoluutio. Fotoresistin resoluutio määritellään vähimmäiselementtien enimmäismääräksi pituusyksikköä (1 mm) kohti. R=L/2l, jossa L on poikkileikkauksen pituus, mm; l on elementin leveys, mm. Sitä vastoin syväetsaus- tai käänteislitografiaprosessit vaativat suhteellisen suuren fotoresistikalvon paksuuden. Kalvon paksuus kokonaisuudessaan määräytyy fotoresistin viskositeetin sekä levitysmenetelmän mukaan. Erityisesti kehruupäällystyksen aikana kalvon paksuus pienenee pyörimisnopeuden kasvaessa.
Ennen valoresistien levittämistä materiaaleille, joilla on alhainen tarttuvuus, levitetään ensin pohjamaali (esimerkiksi HMDS), joka parantaa fotoresistin kiinnittymistä pintaan . Kun fotoresisti on levitetty, se päällystetään joskus heijastamattomalla pinnoitekalvolla valotuksen tehokkuuden parantamiseksi. Samaa tarkoitusta varten levitetään joskus heijastuksenestopinnoite ennen fotoresistin levittämistä. Itse fotoresistejä levitetään seuraavilla päämenetelmillä:
SentrifugointiSpinning on yleisimmin käytetty menetelmä fotoresistin levittämiseksi pinnalle, jonka avulla voit luoda tasaisen fotoresistikalvon ja säätää sen paksuutta pyörimisnopeudella.
KastoKäytettäessä sentrifugointiin sopimattomia pintoja käytetään fotoresistissä olevaa kastopinnoitetta. Tämän menetelmän haittoja ovat fotoresistin suuri kulutus ja tuloksena olevien kalvojen epähomogeenisuus.
AerosoliruiskutusJos estopinnoite on tarpeen levittää monimutkaisille pinnoille, käytetään aerosoliruiskutusta, mutta kalvon paksuus ei ole tällä levitysmenetelmällä tasainen. Aerosolipinnoitukseen käytetään yleensä erityisesti suunniteltuja fotoresistejä.
Fotoresisteillä luodaan kuvio eristekalvolle painettuja piirilevyjä luotaessa . Rautakloridia tai ammoniumpersulfaattia käytetään kuparin etsaukseen . Painettujen piirilevyjen valmistuksessa käytetään kahta päätyyppiä fotoresistejä: kuivakalvofotoresist (SPF) ja aerosoli "POSITIV". SPF on yleistynyt tuotannossa, koska se muodostaa tasaisen kerroksen. Se on kolmikerroksinen rakenne: kaksi kerrosta suojakalvoa ja kerros fotoresistiä niiden välissä. Se liimataan laminaattorilla käsiteltävään materiaaliin.
EtsausFotoresistejä käytetään yleisimmin peitteenä etsausprosesseissa mikroelektroniikan puolijohdelaitteiden valmistuksessa , mukaan lukien MEMS , transistorit ja muut. Syövytykseen tarkoitetuilla fotoresisteillä on tyypillisesti korkea etsausaineiden kemiallinen kestävyys ja korkea etsaussyvyyden suhde erottelukykyyn. Syövytyssyvyys riippuu suurelta osin kalvon paksuudesta: mitä paksumpi kalvo, sitä suurempi etsaussyvyys voidaan saavuttaa.
SeostusFotoresistejä käytetään myös lisäaineiden implantointiprosesseissa ioni-implantoinnin kautta . Yleensä pintaa peittävälle oksidille luodaan fotoresistin avulla kuvio, jonka jälkeen epäpuhtaudet istutetaan jo tähän oksidiin muodostuneiden ikkunoiden läpi, jolloin seostetaan vain tietyt materiaalin osat.
Käänteinen fotolitografiaKäänteisissä (räjähdysainelitografia) prosesseissa fotoresistin kehittämisen jälkeen ohut kalvo materiaalia suihkutetaan fotoresistikalvolle. Lisäksi fotoresistin kehittelyn jälkeen jäljelle jääneet alueet poistetaan ottamalla kerrostunut materiaali mukanaan siten, että materiaalin kalvot jäävät vain fotoresistin suojaamattomiin paikkoihin. Käänteisessä litografiaprosessissa estokalvon paksuuden on oltava vähintään kaksi kertaa paksumpi kuin kerrostetun materiaalin kalvon paksuus. Lisäksi kaksi- ja kolmikerroksisia prosesseja käytetään usein käänteislitografiassa, jossa kerrostetaan useita kerroksia fotoresistiä. Samanaikaisesti alemmalla fotoresistillä on korkeampi kehitysnopeus, joten se ikään kuin syövyttää toisen kerroksen fotoresistiä, jolle materiaali kerrostetaan. Tässä suhteessa alemman fotoresistikerroksen on oltava liukenematon toiseen fotoresistiin. Lisäksi käänteislitografiassa käytettävillä fotoresisteillä on oltava korkea lämpötilastabiilisuus, jota vaaditaan joidenkin sputteroinnin korkeiden lämpötilojen vuoksi. Tällaisia fotoresistejä kutsutaan LOR-valoresisteiksi (englanniksi lift-of-resist).
HiekkapuihkukaiverrusMyös kalvojen muodossa olevia fotoresistejä käytetään maskina hiekkapuhalluksessa .
TiivistysJoitakin estotyyppejä, kuten sykloteenia, käytetään polymeerinä dielektristen, päällys- ja tiivistyskerrosten luomiseen, mikä voi vähentää teknisten vaiheiden määrää kiteen tuotantoprosessissa .
Erilaisten rakenteiden luominenFotoresisteja ei usein käytetä aiottuun tarkoitukseen, vaan materiaalina erilaisten mikroelektroniikan rakenteiden luomiseen. Esimerkiksi erityisillä resisteillä luodaan halutun muotoisia polymeeriaaltoputkia substraatin pinnalle. Lisäksi fotoresististä voidaan saada mikrolinssejä. Tätä varten fotoresististä muodostetaan ensin haluttu muoto linssin pohjalle, jonka jälkeen resisti sulatetaan lämpökäsittelyn avulla, jolloin saadaan linssin muoto.
Käytetään myös kemiallisia latentteja kuvanparannusvaloresistejä , jotka koostuvat valoherkistä oniumsuoloista ja naftoliresolihartsien estereistä, joissa suolojen vaikutuksesta tapahtuu kemiallisia reaktioita.
Röntgensäteilylle ja ionivirroille herkät elektroniset esto- ja fotoresistit