Фоторезист: ключевой элемент в современной промышленности и производстве
Фоторезист, также известный как резист, — это светочувствительный материал, который играет важную роль в таких процессах, как фотолитография и фотогравировка. Этот материал используется для создания узорчатых покрытий на поверхностях, что особенно важно в электронной промышленности. Фоторезисты нашли широкое применение в производстве микросхем, печатных плат и других высокотехнологичных устройств.
Как работает фоторезист?
Процесс использования фоторезиста начинается с нанесения светочувствительного органического материала на подложку. Затем на поверхность накладывается шаблонная маска, которая блокирует свет. Только те области, которые не закрыты маской, подвергаются воздействию света. После этого на поверхность наносится растворитель, называемый проявителем.
Позитивный и негативный фоторезист
Существует два основных типа фоторезиста: позитивный и негативный.
— Позитивный фоторезист разрушается под воздействием света. Проявитель растворяет те области материала, которые были подвержены свету, оставляя покрытие там, где находилась маска.
— Негативный фоторезист, напротив, укрепляется (полимеризуется) под действием света. Проявитель удаляет только те участки, которые не были экспонированы, оставляя покрытие в местах, где свет не воздействовал.
Покрытие BARC
Для улучшения характеристик фоторезиста на мелких полупроводниковых узлах часто используется покрытие BARC (нижнее антибликовое покрытие). Оно помогает избежать отражений под фоторезистом и повышает точность процесса.
Состав фоторезиста
Обычный фоторезист состоит из трёх основных компонентов:
1. Смола — связующее вещество, обеспечивающее физические свойства, такие как адгезия и химическая стойкость.
2. Сенсибилизатор — содержит фотоактивное соединение, которое реагирует на свет.
3. Растворитель — поддерживает резист в жидком состоянии до нанесения на поверхность.
Позитивный и негативный фоторезист: различия
Позитивный фоторезист становится растворимым в проявителе после воздействия света. Неэкспонированные участки остаются нетронутыми. Примером такого материала является полиметилметакрилат (ПММА) и двухкомпонентные резисты DQN.
Негативный фоторезист, наоборот, становится нерастворимым после экспонирования. Проявитель удаляет только неэкспонированные участки. Этот тип резиста часто используется в производстве микроэлектромеханических систем (МЭМС).
Классификация фоторезистов
По химической структуре фоторезисты можно разделить на три категории:
1. Фотополимерные — полимеризуются под действием света.
2. Фоторазлагаемые — разрушаются под воздействием света, образуя гидрофильные продукты.
3. Фотосшивающиеся — образуют поперечные связи между молекулами при экспонировании.
Источники света для экспонирования
Фоторезисты чаще всего используются с источниками света в ультрафиолетовом диапазоне или короче (длина волны менее 400 нм). Уменьшение длины волны позволяет достичь более высокого разрешения, что особенно важно для современных технологий.
Например, диазонафтохинон (ДНХ) сильно поглощает свет в диапазоне от 300 до 450 нм. В глубоком ультрафиолете (DUV) поглощение связано с электронными переходами в молекулах.
Электронно-лучевое воздействие
Фоторезисты также могут экспонироваться электронными лучами. В отличие от фотонов, которые отдают всю энергию сразу, электроны постепенно передают энергию материалу. Это приводит к нагреву и выделению газа, что может повлиять на качество процесса.
Основные параметры фоторезистов
При выборе фоторезиста важно учитывать его физические, химические и оптические свойства. Ключевые параметры включают:
— Разрешающая способность — возможность различать мелкие детали на подложке.
— Контраст — разница между экспонированными и неэкспонированными участки.
— Чувствительность — минимальная энергия, необходимая для формирования чёткого изображения.
— Вязкость — влияет на толщину наносимого слоя.
— Адгезия — прочность сцепления с подложкой.
— Устойчивость к травлению — способность выдерживать высокие температуры и химические воздействия.
— Поверхностное натяжение — важно для равномерного покрытия поверхности.
Химическая амплификация
Для повышения чувствительности фоторезистов к энергии экспонирования используется химическая амплификация. Этот процесс особенно важен при работе с глубоким ультрафиолетом (DUV) и экстремальным ультрафиолетом (EUV).
При химической амплификации кислота, выделяемая под действием света, диффундирует в материале, делая его растворимым в проявителе. Одна молекула кислоты может катализировать множество реакций, что повышает эффективность процесса.
Типы фоторезистов
1. DNQ-новолачный фоторезист — один из самых распространённых позитивных резистов. Основан на смеси диазонафтохинона (DNQ) и новолачной смолы.
2. Резисты на эпоксидной основе — например, SU-8, который используется для создания постоянных узоров.
3. Нестехиометрический тиол-еновый (OSTE) полимер — обеспечивает высокую точность фотоструктурирования.
4. Водородный силсесквиоксан (HSQ) — негативный резист для электронно-лучевой литографии.
Применение фоторезистов
1. Микроконтактная печать — технология, использующая эластомерный штамп для создания узоров на поверхности.
