Polymere (Schichtbildner)

Polymethylmethacrylate (PMMAs) finden breite Verwendung z.B. in der Elektronenstrahllithographie. Sie entstehen durch Polymerisation von Methacrylsäuremethylesters in Gegenwart von Radikalstartern (Verweis) . Die PMMA-Schichten zeichnen sich durch eine sehr gute Haftung auf Silizium, Glas und den meisten Metallen aus. Allresist verwendet kurzkettige (50k), langkettige (950k) und PMMAs mittlere Kettenlänge (200k, 600k) für die Herstellung positiver Elektronenstrahlresists. Dabei besitzt das kurzkettige PMMA eine etwa 20 % höhere Empfindlichkeit im Vergleich zum langkettigen Polymer. Darüber hinaus zeichnet sich PMMA durch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber den meisten Säuren sowie stark alkalischer Ätzmedien, wie z.B. 50% wässriger KOH, aus und wird daher auch als Ausgangsmaterial für unsere Schutzlacke AR-PC 503/504 eingesetzt.

Poly(methylmethacrylat- co- methacrylsäure) (PMMA co MA) ist ein Copolymer aus Methacrylsäure und Methacrylsäuremethylester. Allresist verwendet ein Copolymer mit einem 33%igen Anteil von Methacrylsäure als Ausgangsmaterial für die Elektronenstrahlresists AR-P 617 . Das Polymer zeigt sehr gute Haftungs­eigenschaften auf Silizium und Glas und besitzt in der E-Beam Lithographie eine im Vergleich zu den PMMA-Polymeren 3-4 fach höhere Empfindlichkeit und führt zu einem höheren Kontrast. Beim Erwärmen von PMMA co MA auf über 180°C spaltet das Polymer Wasser ab unter Bildung von Methacrylsäureanhydrid, das für die Steigerung der Empfindlichkeit verantwortlich ist. PMMA co MA eignet sich weiterhin gut für die Herstellung von lift-off Architekturen, wenn es in einem Zweilagenprozess eingesetzt wird.

Poly( α -methylstyren- co- chlormethacrylsäuremethylester) (PMS co Cl-MMA) ist ein Copolymer aus α -Methylstyren und Chlormethacrylsäuremethylester. Allresist verwendet dieses Copolymer für die sehr empfindlichen Elektronenstrahlresists CSAR 62 . Das Polymer zeigt sehr gute Haftungseigenschaften und eine den Novolaken vergleichbare sehr gute Plasmaätzstabilität. Im Vergleich zu den PMMA-Polymeren besitzt CSAR 62 eine bis zu 6-fach höhere Empfindlichkeit und führt zu einem deutlich höheren Kontrast (PMMA üblicherweise 5-7 dagegen CSAR 62 mit Entwickler X AR 600-54/6 sogar >14!). Weiterhin eignet sich CSAR 62 hervorragend zu Herstellung von lift-off Architekturen (s. Bild).

Polystyrene (PS) zeichnen sich durch ihre hohe chemische Resistenz gegenüber konzentrierten Säuren, Laugen sowie langkettigen Kohlenwasserstoffen und Aldehyden aus. Außerdem verfügen Polystyrene über sehr gute Isolatoreigenschaften und eine hohe Plasmaätzstabilität. Allresist verwendet Polystyrene zur Herstellung von Negativresisten, die sich sowohl durch UV-Licht als auch durch Elektronenstrahlen strukturieren lassen.

Polyimide (PI) werden als Sensormaterial, als Schutzlack oder als Isolationsschicht eingesetzt. Die Allresist-Lacke enthalten das fertige Polyimid, ein Hochtemperatur-Curing ist nicht nötig. Aufgrund des hohen Schmelzpunktes eignen sie sich besonders gut für Hochtemperatur-Anwendungen > 400 °C. Allresist bietet Polyimide auch strukturierbar als Negativ- Polyimidresists sowie als Positiv- Polyimidresists SX AR-P 5000/82.7 an, die erzeugten Strukturen zeichnen sich durch eine exzellente Stabilität bei Plasmaätz- und Implantationsprozessen aus. Der Negativ- Polyimidresists kann auch durch Laserbestrahlung bis in den NIR- Bereich und Elektronenstrahlen strukturiert werden.

Polyhydroxystyrene (PSOH) finden Verwendung als Isolationsschicht in organischen Transistoren und werden für LCD displays eingesetzt. Polyhydroxystyrene eignen sich genauso wie die Novolake für den Einsatz als Photolack, besitzen aber eine größere thermische Stabilität bis 300°C. Polyhydroxystyrene werden daher bevorzugt für Anwendungen eingesetzt, bei denen Metalle aufgedampft werden. Allresist bietet Polyhydroxystyrene als strukturierbaren Negativresist an. Eine Strukturierung ist auch durch Laserbestrahlung bis in den NIR-Bereich und durch Elektronenstrahlen möglich.

Poly(hydroxystyren- co- methylmethacrylat) (PSOH co MMA) ist ein Copolymer aus 4-Vinylphenol und Methacrylsäuremethylester. PSOH co MMA verfügt genauso wie die Polyhydroxystyrene über sehr gute Isolatoreigenschaften und eine hohe thermische Beständigkeit und kann ebenfalls wässrig alkalisch entwickelt werden. PSOH co MMA zeichnet sich gegenüber Polyhydroxystyren durch eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme aus der Luft aus. Allresist bietet PSOH co MMA als strukturierbaren Negativresist an.

Langkettige Kohlenwasserstoffe wie sie bei der Rektifikation von Erdöl anfallen, besitzen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl korrosiver Chemikalien wie z.B. konzentrierten Laugen oder auch konzentrierter Flusssäure. Sie werden daher in dem Spezialschutzlack SX AR-PC 5000/40 eingesetzt. Durch Kombination mit den Photoresists AR-N 4400-10 und AR-P 3250 können in einem Zweilagenprozess auch definierte Lackstrukturen erzeugt werden. Dadurch lassen sich Strukturen mit Flusssäure gezielt in Glassubstrate ätzen. (vgl. AR-NEWS 23. Ausgabe)

Als Novolake werden Phenolharze bezeichnet, die mit einem Formaldehyd-Phenol-Verhältnis kleiner als 1:1, durch saure Kondensation von Methanal und Phenol erhalten werden. In Kombination mit lichtempfindlichen Verbindungen wie z.B. D iazo- N aphto q uinone (DNQ) werden Novolake in der Mikroelektronik als Photoresist zur Mikrostrukturierung eingesetzt.

Polymere1

Abb. 1: Für lithographische Anwendungen eingesetzte Polymer, von links nach rechts PMMA, PMMA co MA, PMS co Cl-MMA, PSOH, PsOH co MMA, Novolake, PI, PS

Tabelle_Polymere

Tabelle 1: Übersicht ausgewählte Polymereigenschaften

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