PPA-Schichten sind lichtempfindlich und können daher auch mittels Photolithographie direkt strukturiert werden. Eine Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge <300nm (Hg-Dampflampe) führt zur Spaltung der Polymerketten unter Bildung leichtflüchtiger Bestandteile, die sich zum Teil schon bei Raumtemperatur zu verflüchtigen beginnen. Durch Erwärmen belichteter Substrate auf etwa 100 – 120°C kann der trockene (entwicklerfreie) Entwicklungsprozess vervollständigt werden. Die Lichtempfindlichkeit kann durch Zusatz von Säurebildnern (PAG's) gesteigert werden. Zum Strippen/Removen kann entweder mit Plasma geätzt werden oder das Substrat auf etwa 200°C erwärmt werden, wobei PPA rückstandsfrei verdampft. Durch Zusatz von PAGs (photo acid generator) kann die Empfindlichkeit deutlich gesteigert werden. Durch die Belichtung wird Säure in situ freigesetzt, die durch den anschließenden PEB (zum Teil sogar schon bei Raumtemperatur) die PPA-Schicht zersetzt. Die Wahl der richtigen PAGs und auch die richtige PAG-Konzentration sind entscheidende Parameter. Zahlreiche getestete PAGs führen nur zu einer unvollständigen Entwicklung und im Fall von Variante 8100/3 führt eine Überbelichtung wieder zu höheren Schichtdicken bedingt durch UV-induzierte Vernetzungsreaktionen:
Abb. 1: Schichtdicke in Abhängigkeit von der Belichtungsdosis, keine Durchentwicklung möglich
Die PPA-Varianten 8100/2 und 8100/3 sind durch den Zusatz von PAGs erheblich empfindlicher als 8100/1 (reines PPA ohne Zusätze). Jedoch konnte keine 100%ige positive thermische Entwicklung bei 120°C beobachtet werden. Bereits bei Raumtemperatur erfolgt in geringem Maße eine Entwicklung im Fall von 8100/3, die aber ohne nachfolgenden PEB unvollständig ist.
Die neuen Muster 8100/4,5,6,7 enthalten einen Säuregenerator, der eine vollständige thermische Entwicklung bereits bei einem PEB von 98°C, also deutlich unterhalb der Zerfallstemperatur von PPA, ermöglicht. Die Belichtung gelingt nur bei Wellenlängen < 300nm. Die PPA-Schichten mit den unterschiedlichen PAGs sind wenigstens einige Tage lagerstabil. Die optimierten Rezepturen (Variation der PAG-Konzentration) erlauben eine (nahezu) vollständige thermische Entwicklung (bis zur Nachweisgrenze weniger Nanometer dicker Schichten). Die vollständige Entwicklung kann mit einem kurzen Plasmaätzschritt abgeschlossen werden.
Abb. 2: Durchentwicklung der belichteten Quadrate mit neuer PAG
Entscheidende Einflussgrößen sind:
- PAG-Konzentration (zu wenig, dann ist die Entwicklung unvollständig; zu viel und das Prozessfenster wird schmaler)
- Belichtungsdosis (und -wellenlänge)
- Höhe und Dauer des PEB
- Zeitabstand zwischen Belichtung und PEB (wird unmittelbar nach der Belichtung ein PEB durchgeführt sind die beobachteten Empfindlichkeiten höher)
- Schichtdicke (dünne Filme sind empfindlicher)!
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