Resist-Wiki E-Beam Resist Positiv

CSAR 62 Einlagen-lift-off System

Mit unserer Neuentwicklung E-beam Resist AR-P 6200 (CSAR 62) lassen sich sehr feine Strukturen, wie z.B. 10nm breite Gräben, mit sehr hohem Kontrast >14 generieren bei vergleichs­weise hoher Empfindlichkeit.
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Dreilagensystem CSAR 62 / PMMAcoMA / PMMA

T-Gate-Strukturen werden häufig für die Realisierung elektronischer Bauelemente (MEMS, HEMTs) benötigt. Entsprechende Nanostrukturen können mittels E-Beamlithografie in Mehrlagenprozessen realisiert werden.
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CSAR 62 für dicke Schichten

Mit dem AR-P 6200.18 wurden 1,5 µm dicke Schichten erzeugt. Wie Untersuchungen am KIT (IMT, Dr. Lothar Hahn) zeigen, lassen sich bei dieser Schichtdicke sehr regelmäßige Gräben mit einer Breite von 300 nm bei einer Periode von 300 nm realisieren.
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Top Surface Imaging E-Beamresist

Der DESIRE-Prozess (siehe Wiki Top Surface Imaging Photoresist) kann auch für die Elektronenstrahllithographie genutzt werden. Dabei gibt es jedoch Unterschiede zwischen der Photo- und der E-Beamlithographie. In die Resistschicht werden mittels Elektronen Strukturen geschrieben. Dabei vernetzen die Komponenten (Novolake und LEK) intensiv, die OH-Gruppen der Novolake bleiben somit geschützt. Das bei einer Bestrahlung das Naphthochinondiazid (LEK) nicht zur Indencarbonsäure (siehe Wiki Lichtempfindliche Komponenten) wird, hängt mit dem Hochvakuum beim Bestrahlen zusammen, das das Wasser aus der Schicht entfernt. Die Reaktion zur Indencarbonsäure benötigt jedoch Wasser. Nach der teilweisen Vernetzung wird nun die Resistschicht mittels Photolithographie flutbelichtet (300 – 450 nm Wellenlänge). Dabei entsteht in den zuvor unbestrahlten Flächen wieder die Indencarbonsäure, die Schutzwirkung auf die OH-Gruppen des Novolaks wird aufgehoben. Somit kann an diesen Stellen die siliziumorganische Komponente (z.B. HMDS) eindringen. Wird nun mit einem Sauerstoffplasma trocken entwickelt, werden die elektronenbestrahlten, nicht silylierten Strukturen abgetragen, es resultiert ein Positiv-E-Beamresist.

In dem BMBF-Projekt FB (01 M 2854 D) Juli 1995 „Elektronenstrahl-Direktschreiben für Submicrometer ASIC´s“ (Institut für Halbleiterphysik, Frankfurt/O., Allresist GmbH) wurde der Prozess insofern erweitert, dass anstatt der Flutbelichtung eine strukturierende Photolithographie durchgeführt wurde. Die bei der Photolithographie nicht belichteten Areale werden im Sauerstoffplasma ebenfalls entfernt. Damit steht dem Anwender eine Mix & Macht-Technologie zwischen E-Beam- und Photolithographie zur Verfügung. In Abbildung x werden die Prozessschritte gezeigt:

TSI-Prozessschema

Abb.: Die Prozessschritte des TSI-E-Beamlithographie-Verfahrens

Die Vorzüge des TSI-Prozesses entfalten sich bei der E-Beamlithographie besonders, wenn mit sehr kleinen Beschleunigungsspannungen (1 – 5 kV) gearbeitet wird. Bei 1,8 kV dringen die Elektronen aufgrund der geringen Beschleunigung nur noch 150 nm tief in die Resistschicht. Damit verbleibt die gesamte eingetragene Energie in der Schicht. Für den TSI-Prozess ist diese Eindringtiefe völlig ausreichend.

Eindringtiefen-der-Elektronen-in-Resistschicht

Abb.: Eindringtiefen der Elektronen in die Resistschicht in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung

Die Eindringtiefe der Silylierung kann einfach überprüft werden. Der silylierte Novolak ist leicht in unpolaren, aromatischen Lösemitteln (z.B. Toluen, Xylen) löslich, während der unsilylierte Resist darin unlöslich ist. Durch „Entwickeln“ in Toluen kann die silylierte Resistschicht herausgelöst werden.

Toluenbehandlung

Abb. Hierbei wurden 1 µm breite Stege mittels E-Beam (1,8 kV) geschrieben, alles flutbelichtet und lange silyliert. Die „Entwicklung“ mit Toluen hat dann sämtlichen silylierten Novolak ausgewaschen, es bleiben nur die E-Beam vernetzten Stege stehen.

Allresist hat einen TSI-E-Beamresist entwickelt. Das Experimentalmuster SX AR-P 7300/8 ist ein Positiv-Elektronenstrahlresist auf Safer-solvent-Basis, der nach dem Prinzip des Top Surface Imaging (modifizierter DESIRE-Prozess) wirkt. Nach der strukturierenden Elektronenbestrahlung wird der Resist einer Flutbelichtung im Bereich von 300 – 450 nm sowie einer Oberflächensilylierung unterzogen. Die Entwicklung erfolgt mittels Sauerstoff-Plasma. Dabei wird der silylierte Resist zu einer SiOx-Maske oxidiert, die zur Strukturübertragung in die darunterliegende Schicht genutzt wird. Es sind mix-&-match-Anwendungen möglich, d.h. nach der Elektronenbestrahlung folgt eine UV-Belichtung mit anschließender Entwicklung mittels RIE-O2 in einem Schritt.

Der Verarbeitungsprozess umfasst folgende Schritte:

  • Beschichtung
  • Temperung (Soft Bake)
  • Elektronenbestrahlung
  • Flutbelichtung
  • Silylierung aus der Gasphase
  • Trockenentwicklung (O2-Plasma)

Alternativ zur Gasphasensilylierung kann eine Flüssigsilylierung eingesetzt werden.

Im Fall der Mix-&-Match-Anwendung wird anstelle der Flutbelichtung eine strukturierende UV-Lithographie realisiert, hierbei sind beide Prozesse sorgfältig aufeinander abzustimmen.

Resiststrukturen

Strukturen

Herstellung unterschnittener Strukturen in 3-Lagenprozessen für T-Gates

Für den Aufbau von Dreilagensystemen zur Herstellung von T-Gates gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten. Entscheidend ist, dass sich die unterschiedlichen Resists bei der Beschichtung nicht vermischen, um einen einheitlichen und gut definierten Schichtaufbau zu gewährleisten.
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Verwendung von CSAR 62 zur Herstellung von Nanostrukturen auf GaAs-Substraten

CSAR 62 eignet sich auch sehr gut zur Erzeugung regelmäßiger Gitterstrukturen, die z.B. für die Untersuchung von Quanteneffekten mit Elektronen (2d-Elektronengas) verwendet werden können.
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Mit 100kV geschriebene CSAR 62-Nanostrukturen

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT, Institut für Mikrostrukturtechnik, Dr. Lothar Hahn) wurde die Eignung von CSAR 62 für die Herstellung komplizierter Architekturen detailliert untersucht
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Hochempfindlicher E-Beamresist AR-P 617 (PMMA-Copolymer)

Das Copolymer aus Methylmethacrylat und Methacrylsäure ist im Gegensatz zu den reinen PMMA´s in der Lage, bei einer thermischen Belastung einen 6-Ring zu bilden.
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CSAR 62 für EUV-Anwendungen

Der hochempfindliche E-Beamresist CSAR 62 kann neben dem Einsatz in der E-Beam-Lithographie auch durch Belichtung mittels UV-Strahlung strukturiert werden, da der Resist im Wellenlängen-bereich von 190 – 240nm UV-Strahlung stark absorbiert.
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HF-Ätzung von GaAs mit CSAR 62-Maske

Mr. Y. Nori von der Lancaster Uni (Department of Physics, UK) konnte unter Einsatz von CSAR 62 sehr erfolgreich Strukturen für die Herstellung von photonischen Kristallen erzeugen.
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