Photoresist (de photo y resist inglés ) - material fotosensible de polímero . Se aplica al material a procesar en el proceso de fotolitografía o fotograbado para obtener una disposición de ventanas correspondiente a la fotomáscara para el acceso de grabado u otras sustancias a la superficie del material a procesar.
En fotoprotectores positivos, las áreas expuestas se vuelven solubles y se destruyen después del revelado. Tales fotorresistores, por regla general, permiten obtener resoluciones más altas que los negativos [1] [2] [3] , pero son más caros [4] .
Para la fotolitografía g-line e i-line en la fabricación de microelectrónica, se utilizaron fotorresistores positivos de dos componentes basados en DQN (diazoquinona, DQ y novolac, N) [5] . Posteriormente, para los procesos submicrónicos con KrF, láseres excimer ArF, fotorresistores orgánicos a base de vidrio , resistivos inorgánicos (Ag + Ge-Se), polisilinos, se utilizaron resists de dos y tres capas (resistores multicapa para 90 nm y procesos técnicos más nuevos). [ 6] .
común[ ¿cuándo? ] los siguientes tipos de fotoprotectores positivos para g-line (litografías con una longitud de onda de 436 nm , procesos de fabricación de hasta 0,5 μm [7] [8] ): Shipley 1805, Shipley 1813, Shipley 1822 (fabricante Microchem [9] ).
Fotoprotectores negativosEn los fotoprotectores negativos, las áreas expuestas se polimerizan y se vuelven insolubles, de modo que solo las áreas no expuestas se disuelven después del revelado. Los fotorresistentes negativos generalmente tienen una mayor adhesión que los fotorresistentes positivos y son más resistentes al grabado.
En general, en 1972 se habían alcanzado los límites de los fotorresistores negativos clásicos y los fotorresistores positivos se usaban para procesos técnicos mejores que 2 µm [2] [10] .
Fotoprotectores reversiblesLos fotorresistores reversibles ( inversión de imagen [8] ) son fotorresistentes especiales que, después de la exposición, se comportan como positivos, pero pueden "revertirse" mediante un tratamiento térmico y la posterior exposición de todo el fotorresistente (ya sin fotomáscara) a la radiación ultravioleta . En este caso, después del desarrollo, tales resistencias ya se comportarán como negativas. La principal diferencia entre los patrones obtenidos de esta manera y el simple uso de un protector positivo es la inclinación de las paredes del fotorresistente; en el caso de una fotoprotección positiva, las paredes se inclinan hacia afuera, lo cual es adecuado para el proceso de grabado, y cuando se invierte el patrón de fotoprotección, las paredes se inclinan hacia adentro, lo que es una ventaja en el proceso de litografía inversa.
Los fotoprotectores son protectores expuestos a la luz ( fotones ), a diferencia de los protectores diseñados para estar expuestos a electrones . En este último caso, las fotorresistencias se denominan resistencias electrónicas o resistencias para litografía electrónica (e-beam) . Los fotoprotectores difieren en la longitud de onda de exposición a la que son sensibles. Las longitudes de onda de exposición más estándar fueron las llamadas. i-line (365nm), h-line (405nm) y g-line (436nm) del espectro de emisión de vapor de mercurio . Muchos fotorresistores también pueden exponerse a un amplio espectro en el rango UV (exposición integral), para lo cual se suele utilizar una lámpara de mercurio . La próxima generación de protectores se desarrolló para los láseres excimer KrF, ArF (ultravioleta medio y lejano; 248 nm y 193 nm). Las clases separadas de fotoprotectores son materiales sensibles a los rayos UV profundos (extremos) ( litografía GUV (EUV) ) y rayos X ( litografía de rayos X ). Además, existen fotorresistentes especiales para litografía de nanoimpresión (nanoprinting) .
El grosor de la película fotorresistente es uno de sus parámetros clave. Como regla general, para obtener una alta resolución, se requiere un espesor de película de no más del doble de la resolución requerida. La resolución de una fotoprotección se define como el número máximo de elementos mínimos por unidad de longitud (1 mm). R=L/2l, donde L es la longitud de la sección, mm; l es el ancho del elemento, mm. Por el contrario, los procesos de grabado profundo o litografía inversa requieren un espesor relativamente grande de la película fotorresistente. El espesor de la película como un todo está determinado por la viscosidad de la fotoprotección, así como por el método de aplicación. En particular, durante el recubrimiento por rotación, el espesor de la película disminuye al aumentar la velocidad de rotación.
Antes de aplicar fotorresistentes a materiales con baja adherencia, primero se aplica una capa base (por ejemplo, HMDS), que mejora la adherencia del fotorresistente a la superficie. Una vez aplicada, la fotoprotección a veces se recubre con una película de recubrimiento antirreflectante para mejorar la eficiencia de la exposición. Con el mismo fin, a veces se aplica un revestimiento antirreflectante antes de aplicar la fotoprotección. Los fotoprotectores en sí mismos se aplican mediante los siguientes métodos principales:
CentrifugaciónEl giro es el método más utilizado para aplicar fotorresistente a una superficie, lo que le permite crear una película fotorresistente uniforme y controlar su grosor mediante la velocidad de rotación.
InmersiónCuando se utilizan superficies no adecuadas para la centrifugación, se utiliza un recubrimiento por inmersión en fotoprotector. Las desventajas de este método son el alto consumo de fotoprotector y la falta de homogeneidad de las películas resultantes.
Pulverización de aerosolesSi es necesario aplicar el resist sobre superficies complejas, se utiliza la pulverización de aerosol, sin embargo, el espesor de la película con este método de aplicación no es uniforme. Para la deposición en aerosol, por regla general, se utilizan fotoprotectores especialmente diseñados.
Los fotoprotectores se utilizan para crear un patrón en un dieléctrico de lámina cuando se crean placas de circuito impreso . El cloruro de hierro o el persulfato de amonio se utilizan para grabar cobre. Hay dos tipos principales de fotoprotector que se utilizan en la fabricación de placas de circuito impreso: fotorresistente de película seca (SPF) y aerosol "POSITIV". SPF se ha vuelto más utilizado en la producción, ya que proporciona una capa uniforme. Es una estructura de tres capas: dos capas de una película protectora y una capa de fotoprotector entre ellas. Se pega al material a procesar utilizando un laminador.
GrabadoLos fotoprotectores se usan más comúnmente como una máscara para procesos de grabado en la fabricación de dispositivos semiconductores para microelectrónica , incluidos MEMS , transistores y otros. Los protectores fotorresistentes destinados al grabado suelen tener una alta resistencia química a los grabadores y una relación alta entre la profundidad del grabado y la resolución. La profundidad del grabado depende en gran medida del grosor de la película: cuanto más gruesa sea la película, mayor será la profundidad de grabado que se puede lograr.
AleaciónLos fotoprotectores también se utilizan en procesos de implantación de dopantes a través de la implantación de iones . Por lo general, con la ayuda de un fotoprotector, se crea un patrón en el óxido que cubre la superficie, y luego las impurezas ya se implantan a través de las ventanas formadas en este óxido, dopando así solo ciertas secciones del material.
Fotolitografía inversaEn los procesos inversos (litografía explosiva), después de revelar el fotorresistente, se rocía una película delgada de material sobre la película fotorresistente. Además, las áreas de la fotoprotección que quedan después del revelado se eliminan, llevándose consigo el material depositado, de manera que las películas del material quedan únicamente en los lugares desprotegidos por la fotoprotección. Para el proceso de litografía inversa, el espesor de la película protectora debe ser dos o más veces mayor que el espesor de la película del material depositado. Además, los procesos de dos y tres capas se utilizan a menudo para la litografía inversa, donde se depositan varias capas de fotoprotector. Al mismo tiempo, la fotoprotección inferior tiene una tasa de desarrollo superior, por lo que, por así decirlo, graba la segunda capa de fotoprotección sobre la que se deposita el material. A este respecto, la capa de fotorresistencia inferior debe ser insoluble en la segunda fotorresistencia. Además, los fotoprotectores para litografía inversa deben tener estabilidad a altas temperaturas, lo cual es necesario debido a las altas temperaturas de algunos tipos de pulverización catódica. Tales fotoprotectores se denominan fotorresistentes LOR (lift-of-resist en inglés).
Grabado con chorro de arenaAdemás, los fotoprotectores en forma de películas se utilizan como máscara para el pulido con chorro de arena .
SelladoAlgunos tipos de resistencias, como el cicloteno, se utilizan como polímero para crear capas dieléctricas, de protección y sellado, que pueden reducir la cantidad de pasos tecnológicos en el proceso de producción de cristales .
Creación de varias estructurasLos fotoprotectores a menudo no se usan para el propósito previsto, sino como material para crear varias estructuras para microelectrónica. Por ejemplo, se utilizan protectores especiales para crear guías de ondas de polímero de la forma deseada en la superficie del sustrato. Además, se pueden obtener microlentes a partir de la fotoprotección. Para hacer esto, primero se forma la forma deseada de la base de la lente a partir de la fotoprotección, y luego la protección se funde por medio de un tratamiento térmico, dándole la forma de una lente.
También se utilizan fotorresistores químicos de mejora de imágenes latentes , que consisten en sales de onio fotosensibles y resinas de ésteres de naftol resol en las que se producen reacciones químicas bajo la acción de las sales.
Resistes electrónicos y fotoresistores sensibles a rayos X y flujos de iones