1.  Wie ist ein Photoresist aufgebaut und wie funktioniert er?

Photoresists (Photolacke) werden insbesondere in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik für die Produktion von µm- und subµm-Strukturen eingesetzt.

Die Allresist GmbH verfügt über ein sehr breites Sortiment an unterschiedlichen Resisttypen, mit denen eine Vielzahl von Anwendungen abgedeckt werden können:

Die von Allresist hergestellten Positiv-Photoresists wie z.B. AR-P 1200 (Sprayresists), AR-P 3100, 3200, 3500, 3700 bestehen aus einer Kombination von Schichtbildnern, wie z.B. Kresolnovolakharzen sowie lichtempfindlichen Komponenten, wie z.B. Naphthochinondiazide (NCD), gelöst in Lösemitteln, wie z.B. Methoxypropylacetat (entspricht PGMEA). Die Zugabe der lichtempfindlichen Komponente zum alkalilöslichen Novolak bewirkt eine verringerte Alkalilöslichkeit der Schicht. Die NCD-Gruppen blockieren die OH-Gruppen der Kresolnovolakharze, die Alkalilöslichkeit sinkt (Inhibierender Effekt). Nach der Belichtung durch eine Belichtungsmaske im UV-Bereich (308 – 450 nm) reagiert die lichtempfindliche Komponente zu Indencarbonsäure-Derivaten, die Blockierung wird aufgehoben und dadurch wird die Resistschicht bei Positivlacken etwa um den Faktor 100 alkalilöslicher. Nach der Entwicklung bleiben nur die durch die Maske geschützten Bereiche stehen, während die belichteten Areale abgelöst werden. Die Brechzahl novolakbasierter Photoresists liegt bei 1,58 – 1,63. Photoresists bieten einen hervorragenden Schutz gegen flüssige Ätzmedien von pH 0 bis 12.

Negativ-Photoresists wie die AR-N 4200, 4300, 4400 bestehen aus Novolaken und Bisaziden (4200, no CAR) bzw. Novolaken, Säurebildnern und aminischen Komponenten (4300, 4400, CAR) gelöst in safer solvent Lösemitteln, wie z.B. Methoxypropylacetat (PGMEA). (CAR = Chemical Amplified Resist, Chemisch verstärkter Resist) Die chemische Verstärkung beruht auf der Säurebildung beim Belichten und anschließende Vernetzung des Amins mit den Novolaken. Da die Säure (Protonen) ständig zurückgebildet wird bei der Vernetzungsreaktion, kann ein Proton eine Vielzahl von Vernetzungen bewirken, was zu einer hohen Empfindlichkeit führt. Die CAR-Zusammensetzung führt nach einer Belichtung mit anschließender Temperung zur Vernetzung der belichteten Negativresistschicht. Dadurch werden diese Bereiche unlöslich und bleiben nach der Entwicklung stehen.

Die unbelichteten Bereiche dagegen bleiben löslich und werden durch den Entwickler entfernt.

Dicke Negativschichten bis 200 µm können mit dem CAR 44 (AR-N 4400) erzeugt werden. Die Resists sind im Bereich von 300 – 440 nm sowie im Synchrotron sehr empfindlich und zeigen eine exzellente Strukturgüte. Mittels Photolithographie sind Schichtdicken und Strukturen bis 100 µm möglich.

Die Bildumkehrlacke (Image Reversal Resists) sind die AR-U 4000. Das sind Positivresists mit einem zusätzlichen Amin. Je nach Verarbeitungsprozess können positive oder negative Abbildungen erzeugt werden. Für den Positivmodus wird wie bei den Positivlacken üblich belichtet und entwickelt. Zur Erzeugung des Negativbildes werden nach der bildmäßigen Belichtung eine zusätzliche Temperung und eine ganzflächige Flutbelichtung durchgeführt. ( Frage 13).

Resists für Lift-off-Applikationen sind die Positivresists AR-P 5300 und das Zweilagensystem AR-BR 5400 / AR-P 3510. Lift-off = Aufdampfen oder Sputtern von Metall ist auch mit den Negativlacken AR-N 4200, 4300, 4450 und den Umkehrlacken AR-U 4000 möglich. In allen Fällen muss eine unterschnittene Resistkante erzeugt werden, damit nach der Metallisierung der Remover den Resist über die nicht metallisierte Flanke ablösen kann.

unterschnittene-Struktur

Unterschnittene Struktur

Schutzlacke / Protectice Coatings wie AR-PC 500 und 5000 bietet Allresist für die verschiedensten Anwendungen an, so z.B. für den Rückseitenschutz von prozessierten Wafern, bei KOH- oder HF-Ätzungen, für den mechanischen Schutz beim Transport oder als Isolatorschicht. Ein besonderer Schutzlack ist der Electra 92 (AR-PC 5010, 5091). Dieser ist leitfähig und wird bei der E-Beamlithographie eingesetzt. Die Lacke sind nicht lichtempfindlich und allein nicht strukturierbar. Sie können jedoch mit Photoresists innerhalb eines Zweilagensystems strukturiert werden.

Allresist fertigt auch eine Vielzahl von Spezialresists, z.B. Galvanostabile Resists wie den SX AR-P 5900/4 für ein Arbeiten bei pH 13.

Bei Flusssäureätzungen und BOE-Prozessen (bis 5 % HF) zeigt der 5 µm-Lack AR-P 5910 (früher X AR-P 3100/10) deutlich bessere Hafteigenschaften als andere Photoresists.

Für konzentrierte HF-Strukturierungen von Glas-/ SiO2- Substraten empfiehlt sich das Positiv-Zweilagensystem SX AR-PC 5000/40 – AR-P 3540 T oder das Negativ-Zweilagensystem SX AR-PC 5000/40 – AR-N 4400-10. Dabei wird zuerst die obere Photoresistschicht wässrig alkalisch und anschließend die untere SX AR-PC 5000/40-Schicht mit Lösemitteln entwickelt.

Sowohl für den Tief-UV-Bereich von 248 – 300 nm (AR-N 4200, 4300) als auch für den langwelligen Belichtungsbereich bis 500 nm (SX AR-P 3500/6) sind AR-Produkte verfügbar.

Thermisch stabile Lacke bis 400 °C sind die Polyimidresists SX AR-PC 5000/80 bzw. SX AR-P 5000/82 und SX AR-P 3500/8 auf PHS-Basis.

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