Resist für das Nahe Infrarot (NIR)
Mit der Entwicklung von Photoresists für die Belichtungen in dem Wellenlängenbereich von 500 bis 1.100 nm mittels Laser wurden neue Verfahren ermöglicht. Mit den Standard-Photoresists ist eine Lithographie mit einer Belichtungswellenlänge > 480 nm nicht möglich. (siehe “Resist für 488 nm”)
Jetzt wurde eine Resistserie entwickelt, die für Laser-Belichtungen in diesem Spektrum empfindlich ist. Das Wirkprinzip der Lacke ist ebenfalls die chemische Verstärkung. Die Empfindlichkeit für die einzelnen Laser-Wellenlängen wird durch bei dieser Wellenlänge absorbierende Farbstoffe erhöht.
Ein erster Prinzip-Nachweis hatte bewiesen, dass es möglich ist, bei Belichtungswellenlängen von 532 nm und 1064 nm eine Vernetzung zu induzieren, die zu einem kompletten Schichtaufbau führten. Die Ausgangsschichtdicke von 6 µm wurde beim Schreiben von Punkten in einem bestimmten Energieintervall vollständig erreicht. Unterhalb des Intervalls blieben keine Strukturen stehen, oberhalb des Levels wurde die Resistschicht durch den zu hohen Energieeintrag des Laserstrahls zerstört und abgetragen. Die Entwicklung erfolgte mit den üblichen wässrig-alkalischen Entwicklern.
In einem zweiten Schritt wurden Linien geschrieben. Dabei kommt der Schreibgeschwindigkeit des Laserstrahles eine große Bedeutung zu. Je schneller die Schreibgeschwindigkeit, desto geringer wird der lokale Energieeintrag.
Umgekehrt führt eine geringe Schreibgeschwindigkeit zu einem hohen Energieeintrag der oberhalb eines bestimmten Grenzwertes die Resistschichten zerstört oder abträgt.
Abb. 1: Mit NIR-Lasern geschriebene Linien
Diese neuen Negativ-Lacke sind zudem bei allen Lasern im Bereich von 200 – 500 nm sehr empfindlich und können auch dort eingesetzt werden. Applikationen werden nicht nur in der Mikroelektronik angewendet, sondern auch für z.B. die Walzengravur bei der Textil- oder Teppich-Herstellung und bei der Herstellung von CNC-Codier Scheiben. Bei diesen Anwendungen wird normalerweise von den Anwendern kein Gelblicht verwendet. Daher müssen lichtempfindliche Verbindungen eingesetzt werden, die unter Weißlicht stabil sind, entsprechend nur durch UV-Licht mit einer Wellenlänge <300nm aktiviert werden und vernetzen. Für diese Fälle steht ein NIR-Resist für Weißlicht-Bedingungen zur Verfügung, dessen Absorptionsspektrum oberhalb von 300 nm keine Absorption aufweist. Dieser Lack kann ohne Gelblicht verarbeitet werden.
Durch Zusatz geeigneter Farbstoffe zu den negativ arbeitenden CAR-Resists kann auch bei Wellenlängen außerhalb des sonst üblichen Wellenlängenbereichs strukturiert werden, wenn mit gepulsten Lasern in ausreichender Intensität bestrahlt wird. Die Empfindlichkeit für die einzelnen Laser-Wellenlängen wird durch bei dieser Wellenlänge absorbierende Farbstoffe deutlich erhöht. Eine Strukturierung gelingt dabei mit gepulstem Laserlicht sowohl bei 532 nm als auch bei 1064 nm. Durch die Bestrahlung erwärmt sich der im jeweiligen Wellenlängenbereich intensiv absorbierende Farbstoff und es kommt im Bereich der sehr hohen Energiedichten des Laserstrahls zu 2-Photonenabsorptionsprozessen wodurch die Vernetzung der Lackschicht induziert wird. Die Entwicklung erfolgte jeweils mit den üblichen wässrig-alkalischen Entwicklern.
Neben der verwendeten Laserenergie kommt auch der Schreibgeschwindigkeit des Laserstrahles eine große Bedeutung zu. Je schneller die Schreibgeschwindigkeit, desto geringer wird der lokale Energieeintrag. Umgekehrt führt eine geringe Schreibgeschwindigkeit zu einem hohen Energieeintrag der oberhalb eines bestimmten Grenzwertes die Resistschichten zerstört oder abträgt.
Durch das Schreiben paralleler Linien können Oberflächen mit streng periodischen Wellenmustern hergestellt werden, die für die Herstellung adaptiver Optiken, z.B. für Mikrowellenanwendungen, von Interesse sein können. Die Periodizität kann dabei durch die gewählte Strahlüberlappung eingestellt werden. Bei einer Strahlüberlappung von ≤ 20 % werden parallele Linien erhalten. Mit etwas stärkerer Überlappung resultiert ein periodisches Wellenmuster während beim Schreiben mit ≥ 75 % Strahlüberlappung schließlich geschlossene, fast glatte Flächen entstehen.
Abb. 2: Mit gepulstem Laser (532 nm) geschriebene Linien mit unterschiedlicher Überlappung, Oberflächenscan am Dektak 150 nach Entwicklung mit AR 300-475; links: Strahldurchmesser 100 µm; rechts: Strahldurchmesser 50 µm