E-Beam Resists (Elektronenstrahlresists) sind für Elektronenstrahl- und Tief-UV-Anwendungen zur Herstellung von höchstintegrierte Strukturen, hauptsächlich für die Maskenfertigung konzipiert. Üblicherweise werden mit ihnen auf Masken und Wafern 100 bis 500 nm Strukturen bei Schichtdicken von 200 bis 500 nm realisiert.
E-Beamresists sind auch für Direktschreibverfahren und Mehrlagenprozesse eingesetzt. In dünnen Schichten unter 100 nm sind sie für die höchstauflösende Nanometer-Lithographie ausgezeichnet geeignet. In einem optimierten Verarbeitungsregime ist es möglich, Strukturen unter 10 nm bei einer Schichtdicke von 50 nm zu realisieren.
Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Haftung auf Silizium, Glas und den meisten Metallen aus. Sie werden mittels spin coating zwischen 6000 und 1000 rpm beschichtet, damit sind Schichtdicken zwischen 20 nm bis 1,75 µm erreichbar. Für E-Beam-Spezialanwendungen sind auch Schichtdicken bis über 10 µm möglich (AR-P 6510).
Allresist bietet mehrere Typen von E-Beam-Resists an.
1) PMMA-Resists bestehen aus Polymethacrylaten verschiedener Molgewichte (50K, 200K, 600K und 950K) gelöst in Chlorbenzen (AR-P 631 … 671) bzw. den Safersolvent Lösemitteln Anisol (AR-P 632 … 672), Ethyllactat (AR-P 639 … 679) und 1-Methoxy-2-propylacetat (AR-P 6510). Sie arbeiten positiv. Dabei besitzt das Polymer 50K gegenüber dem 950K eine um 20 % höhere Empfindlichkeit. Die Glastemperatur von PMMA-Schichten liegt bei 105 °C. Die Polymere sind bis 230 °C thermisch stabil.
2) Copolymerresists bestehen aus Copolymeren auf der Basis von Methylmethacrylat und Methacrylsäure (PMMA/MA 33 %) gelöst in dem Safersolvent-Lösemittel 1-Methoxy-2-propanol (AR-P 617). Copolymerresists arbeiten ebenfalls positiv und besitzen, aufgrund des chemischen Verhaltens der Metha-crylsäure beim Tempern auf 200 °C, wo unter Wasserabspaltung eine Ringbildung stattfindet, eine 3-4 fache Empfindlichkeit gegenüber PMMA-Resists und einen deutlich höheren Kontrast. Darüber hinaus sind die Polymerschichten bis 240 °C thermisch stabil, die Glastemperatur beträgt 150 °C.
Ein Sonderfall für hohe Schichtdicken von 5 – 250 µm für die LIGA-Technik (Synchrotron-Strahlung) ist der AR-P 6510.
Oberhalb der Wellenlänge von 260 nm sind PMMA- und Copolymerschichten optisch transparent. Da sie jedoch bei 248 nm eine Absorption besitzen, ist eine Tief-UV-Belichtung und Strukturierung mit diesen Resists, bei allerdings geringer Empfindlichkeit, möglich.
3) Der CSAR 62 (AR-P 6200) ist styrenacrylatbasiert und in dem Safer-solvent- Lösemittel Anisol gelöst. Darüber hinaus sind diese Polymerschichten bis 240 °C thermisch stabil, die Glastemperatur ist 148 °C. Sie sind 2x empfindlicher als PMMA-Resists und etwas unempfindlicher als das Copolymer (AR-P 617). Diese Unterschiede können für Zwei- und Dreilagenprozessen ausgenutzt werden (z.B. T-Gate-Herstellung). Der CSAR 62 weist einen sehr hohen Kontrast (> 15) und eine gute Plasmaätzstabilität auf.
Oberhalb einer Wellenlänge von 260 nm sind PMMA-, Copolymer- und Styrenacrylat-Resist-schichten optisch transparent. Da sie jedoch bei 248 nm eine Absorption besitzen, ist auch eine Tief-UV-Belichtung und Strukturierung mit diesen Resists, bei allerdings geringer Empfindlichkeit, möglich.
4) Novolak basierte E-beam-Resists (AR-P 7400, AR-N 7500…7700) sind generell wässrig-alkalisch entwickelbar. Hier unterscheidet man zwischen Positiv- und Negativelektronenstrahllacken. Die Positiv-E-Beamresists enthalten Naphthochinondiazid und Novolak (AR-P 7400). Die Negativlacke enthalten neben dem Novolak organische oder aminische Vernetzter und/oder Säuregeneratoren. Der AR-N 7500 enthält zusätzlich Naphthochinondiazide.
Sie sind ca. zweimal plasmätzstabiler als PMMA- und Copolymerresists (AR-P 617) und dienen zur Strukturerzeugung mittels Elektronenstrahllithographie und zur Maskenherstellung. Einige E-Beamresists verfügen über die Möglichkeit zu Mix-&-Match-Prozessen zwischen E-Beam- und UV-Belichtungen (AR-P 7400, 7520 und 7700/30). Die feinen Strukturen werden mit der E-Beamlithographie in die Resistschicht eingeschrieben, dann erfolgt sofort die UV-Belichtung (i-line) der größeren Strukturen. Anschließend werden die Resists in einem Schritt normal entwickelt.
Die maximale Auflösung des AR-P 7400 und des AR-N 7520 beträgt bei dünnen Schichten < 40 nm.
Chemisch verstärkte E-beam Resists sind AR-N 7700, 7720 sowie AR-N 7700/30. Letzter hat eine sehr hohe Empfindlichkeit, ist sehr prozess- und lagerstabil und lässt sich auch im Tief- und Breitband-UV belichten. Die AR-N 7700er Resists sind hochauflösend und gestatten Strukturauflösungen von 50 -100 nm bei sehr guter Empfindlichkeit. Der AR-N 7720 ist aufgrund seines gezielt eingestellten geringen Kontrastes für dreidimensionale Strukturen geeignet.
Eine wichtige Ergänzung der E-Beamresists ist der Electra 92 (AR-PC 5090 und 5091). Der leitfähige Resist ist selber nicht strukturierbar, wird jedoch gebraucht, um auf isolierenden Substraten (Glas, Quarz, Polymere) eine exakte Strukturabbildung durch die Ableitung von Aufladungen zu realisieren.
Die Brechzahlen sind für PMMAs 1,48, für Copolymere 1,49, für Styrenacrylat 1,54 und für auf Novolak basierenden E-Beam Resists 1,60 – 1,61.