Fotoprotector
Una fotorresistencia (también conocida simplemente como resistencia) es un material sensible a la luz que se utiliza en varios procesos, como la fotolitografía y el fotograbado, para formar un revestimiento estampado en una superficie. Este proceso es crucial en la industria electrónica.
El proceso comienza recubriendo un sustrato con un material orgánico sensible a la luz. Luego se aplica una máscara estampada a la superficie para bloquear la luz, de modo que solo las regiones del material que no estén enmascaradas queden expuestas a la luz. Luego se aplica un solvente, llamado revelador, a la superficie. En el caso de una fotoprotección positiva, el material fotosensible se degrada con la luz y el revelador disolverá las regiones que estuvieron expuestas a la luz, dejando una capa donde se colocó la máscara. En el caso de una fotoprotección negativa, el material fotosensible se fortalece (ya sea polimerizado o reticulado) por la luz, y el revelador disolverá solo las regiones que no estuvieron expuestas a la luz, dejando una capa en las áreas donde se colocó la máscara. no colocado
Se puede aplicar un recubrimiento BARC (recubrimiento antirreflectante inferior) antes de aplicar la fotoprotección, para evitar que se produzcan reflejos debajo de la fotoprotección y para mejorar el rendimiento de la fotoprotección en los nodos semiconductores más pequeños.
Los fotorresistentes convencionales suelen constar de 3 componentes: resina (un aglutinante que proporciona propiedades físicas como adhesión, resistencia química, etc.), sensibilizador (que tiene un compuesto fotoactivo), y disolvente (que mantiene la resistencia líquida).
Definiciones
Polaridad de resistencia simple
Positivo: la luz debilitará la resistencia y creará un agujero
Negativo: la luz endurecerá la resistencia y creará una máscara resistente al grabado.
Para explicar esto en forma gráfica, puede tener un gráfico sobre la energía de exposición de registro frente a la fracción de espesor de resistencia restante. La resistencia positiva se eliminará por completo a la energía de exposición final y la resistencia negativa se endurecerá por completo y será insoluble al final de la energía de exposición. La pendiente de este gráfico es la relación de contraste. La intensidad (I) está relacionada con la energía por E = I*t.
Fotorresistencia positiva
Una fotorresistencia positiva es un tipo de fotorresistencia en la que la parte de la fotorresistencia que se expone a la luz se vuelve soluble en el revelador de la fotorresistencia. La parte no expuesta de la fotoprotección permanece insoluble en el revelador de la fotoprotección.
Algunos ejemplos de fotoprotectores positivos son
PMMA (polimetilmetacrilato) monocomponente
- Resistente para rayos-e profundo UV, rayos-X
- La resina misma es sensible DUV (bajo)
- Mecanismo de tisión de cadena
Dos componentes DQN resiste:
- Resistencias comunes para lámparas de mercurio
- Ester de diazoquinona (DQ) 20-50% de peso
- fotosensible
- hidrofóbico, no soluble en agua
- Finolic Novolak Resin (N)
- Uso frecuente para exposiciones cercanas al UV
- Agua soluble
- La exposición UV destruye el efecto inhibidor del DQ
- Problemas: Adhesión, Resistencia Etch
Fotorresistencia negativa
Una fotorresistencia negativa es un tipo de fotorresistencia en la que la parte de la fotorresistencia que se expone a la luz se vuelve insoluble para el revelador de la fotorresistencia. La porción no expuesta de la fotoprotección es disuelta por el revelador de la fotoprotección.
- Basado en poliisopreno ciclizado (rubber)
- variedad de sensibilizadores (sólo un poco % en peso)
- free radical initiated photo cross-linking of polymers
- Cuestiones:
- potencial inhibición de oxígeno
- inflamación durante el desarrollo
- largas líneas estrechas pueden llegar a ser ondas
- inflamación es un problema para el patrón de alta resolución
- Ejemplo: SU-8 (polímero basado en epoxi), buena adherencia)
Función de transferencia de modulación
MTF (la función de transferencia de modulación es la relación entre la modulación de la intensidad de la imagen y la modulación de la intensidad del objeto y es un parámetro que indica la capacidad de un sistema óptico
Diferencias entre resistencia positiva y negativa
La siguiente tabla se basa en generalizaciones generalmente aceptadas en la industria de fabricación de sistemas microelectromecánicos (MEMS).
| Características | Positivo | Negativo |
| Adhesión al silicio | Feria | Excelente |
| Costo relativo | Más caro | Menos caro |
| Base de desarrolladores | Aqueroso | Orgánico |
| Solubilidad en el desarrollador | Región expuesta es soluble | Región expuesta es insoluble |
| Función mínima | 0,5 μm | 7 nm |
| Cobertura por etapas | Mejor | Bajo |
| Resistencia química húmeda | Feria | Excelente |
Tipos
Según la estructura química de los fotorresistentes, se pueden clasificar en tres tipos: fotorresistentes fotopoliméricos, fotodescompuestos y fotorreticulados.
- Photopolymeric fotoresista es un tipo de fotoresista, generalmente monómero de alilo, que podría generar radical libre cuando se expone a la luz, luego inicia la fotopolímero de monómero para producir un polímero. Photopolymeric photoresists are usually used for negative photoresist, e.g. methacrylate.
- Photocrosslinking fotoresista es un tipo de fotoresista, que podría cruzar cadena por cadena cuando se expone a la luz, para generar una red insoluble. Photocrosslinking photoresist se utilizan generalmente para fotoresist negativo.
- Photodecomposing fotoresista es un tipo de fotoresista que genera productos hidrofílicos bajo luz. Photodecomposing photoresists are usually used for positive photoresist. Un típico ejemplo es azide quinone, por ejemplo diazonaphthaquinone (DQ).
Estructura química de SU-8 (una sola molécula contiene 8 grupos epoxi)
- Off-Stoichiometry Pómulos Thiol-Enes (OSTE)
- Para fotoresistencia de monocapa autoensamblada SAM, primero un SAM se forma en el sustrato por auto-assembly. Luego, esta superficie cubierta por SAM se irradia a través de una máscara, similar a otra fotoresista, que genera una muestra fotograbada en las áreas irradiadas. Y finalmente el desarrollador se utiliza para eliminar la parte diseñada (puede ser utilizado como fotoresista positivo o negativo).
Fuentes de luz
Absorción en UV y longitudes de onda más cortas
En litografía, disminuir la longitud de onda de la fuente de luz es la forma más eficiente de lograr una resolución más alta. Los fotoprotectores se usan más comúnmente en longitudes de onda en el espectro ultravioleta o más cortas (<400 nm). Por ejemplo, la diazonaftoquinona (DNQ) se absorbe fuertemente desde aproximadamente 300 nm hasta 450 nm. Las bandas de absorción se pueden asignar a las transiciones n-π* (S0–S1) y π-π* (S1–S2) en la molécula de DNQ. En el espectro ultravioleta profundo (DUV), la transición electrónica π-π* en cromóforos de doble enlace de benceno o carbono aparece alrededor de 200 nm. Debido a la aparición de transiciones de absorción más posibles que involucran diferencias de energía más grandes, la absorción tiende a aumentar con longitudes de onda más cortas o energía fotónica más grande. Los fotones con energías que exceden el potencial de ionización de la fotorresistencia (pueden ser tan bajos como 5 eV en soluciones condensadas) también pueden liberar electrones que son capaces de una exposición adicional de la fotorresistencia. Desde aproximadamente 5 eV hasta aproximadamente 20 eV, la fotoionización de la "banda de valencia" electrones es el principal mecanismo de absorción. Por encima de 20 eV, la ionización interna de electrones y las transiciones Auger se vuelven más importantes. La absorción de fotones comienza a disminuir a medida que se acerca a la región de rayos X, ya que se permiten menos transiciones Auger entre niveles atómicos profundos para la energía fotónica más alta. La energía absorbida puede impulsar más reacciones y finalmente se disipa en forma de calor. Esto está asociado con la desgasificación y la contaminación del fotoprotector.
Exposición a haz de electrones
Los fotoprotectores también pueden exponerse a haces de electrones, produciendo los mismos resultados que la exposición a la luz. La principal diferencia es que mientras los fotones se absorben, depositando toda su energía a la vez, los electrones depositan su energía gradualmente y se dispersan dentro de la fotoprotección durante este proceso. Al igual que con las longitudes de onda de alta energía, los haces de electrones excitan muchas transiciones, y el calentamiento y la desgasificación siguen siendo motivo de preocupación. La energía de disociación de un enlace C-C es de 3,6 eV. Los electrones secundarios generados por la radiación ionizante primaria tienen energías suficientes para disociar este enlace, provocando la escisión. Además, los electrones de baja energía tienen un tiempo de interacción fotorresistente más prolongado debido a su menor velocidad; esencialmente, el electrón tiene que estar en reposo con respecto a la molécula para reaccionar más fuertemente a través de la unión disociativa de electrones, donde el electrón se detiene en la molécula, depositando toda su energía cinética. La escisión resultante rompe el polímero original en segmentos de menor peso molecular, que se disuelven más fácilmente en un solvente, o bien libera otras especies químicas (ácidos) que catalizan más reacciones de escisión (consulte la discusión sobre resistencias amplificadas químicamente a continuación). No es común seleccionar fotoprotectores para la exposición al haz de electrones. La litografía por haz de electrones generalmente se basa en resistencias dedicadas específicamente a la exposición al haz de electrones.
Parámetros
Las propiedades físicas, químicas y ópticas de los fotoprotectores influyen en su selección para diferentes procesos.
- Resolución es la capacidad de diferir las características vecinas en el sustrato. La dimensión crítica (CD) es una medida principal de resolución.
Cuanto menor sea la dimensión crítica, mayor será la resolución.
- El contraste es la diferencia de porción expuesta a porción no expuesta. Cuanto más alto sea el contraste, más evidente sería la diferencia entre las porciones expuestas y no expuestas.
- Sensibilidad es la energía mínima que se requiere para generar una característica bien definida en el fotoresista en el sustrato, medida en mJ/cm2. La sensibilidad de un fotoresista es importante cuando se utiliza ultravioleta profunda (DUV) o extremo-ultravioleta (EUV).
- La viscosidad es una medida de la fricción interna de un líquido, afectando cuán fácilmente fluirá. Cuando se necesite para producir una capa más gruesa, se preferirá un fotoresista con mayor viscosidad.
- La adherencia es la fuerza adhesiva entre fotoresista y sustrato. Si la resistencia sale del sustrato, algunas características se perderán o se dañarán.
- Anti-etching es la capacidad de un fotoresista para resistir la alta temperatura, el entorno de pH diferente o el bombardeo de iones en el proceso de post-modificación.
- La tensión superficial es la tensión inducida por un líquido tendió a minimizar su superficie, causada por la atracción de las partículas en la capa superficial. Para mojar mejor la superficie del sustrato, los fotoresistas deben poseer una tensión superficial relativamente baja.
Fotoprotector positivo
Fotorresistente DNQ-Novolac
Una fotoprotección positiva muy común que se usa con las líneas I, G y H de una lámpara de vapor de mercurio se basa en una mezcla de diazonaftoquinona (DNQ) y resina de novolaca (una resina de fenol formaldehído). DNQ inhibe la disolución de la resina de novolaca, pero tras la exposición a la luz, la velocidad de disolución aumenta incluso más que la de la novolaca pura. El mecanismo por el cual el DNQ no expuesto inhibe la disolución de la novolaca no se comprende bien, pero se cree que está relacionado con los enlaces de hidrógeno (o más exactamente con el diazoacoplamiento en la región no expuesta). Las resistencias de DNQ-novolaca se desarrollan por disolución en una solución básica (generalmente hidróxido de tetrametilamonio (TMAH) 0,26 N en agua).
Fotorresistencia negativa
Polímero a base de epoxi
Un fotorresistente negativo muy común se basa en un polímero a base de epoxi. El nombre común del producto es SU-8 photoresist, y fue originalmente inventado por IBM, pero ahora lo vende Microchem y Gersteltec. Una propiedad única del SU-8 es que es muy difícil de desmontar. Como tal, a menudo se usa en aplicaciones donde se necesita un patrón de resistencia permanente (uno que no se pueda quitar y que incluso se pueda usar en entornos de temperatura y presión severas) para un dispositivo. El mecanismo del polímero a base de epoxi se muestra en 1.2.3 SU-8.
Polímero de tiol-enos (OSTE) fuera de estequiometría
En 2016, se demostró que OSTE Polymers posee un mecanismo de fotolitografía único, basado en el agotamiento del monómero inducido por difusión, que permite una alta precisión de fotoestructuración. El material de polímero OSTE se inventó originalmente en el KTH Royal Institute of Technology, pero ahora lo vende Mercene Labs. Mientras que el material tiene propiedades similares a las de SU8, OSTE tiene la ventaja específica de que contiene moléculas de superficie reactivas, lo que hace que este material sea atractivo para aplicaciones microfluídicas o biomédicas.
Hidrógeno silsesquioxano (HSQ)
HSQ es una resistencia negativa común para haces de electrones, pero también es útil para fotolitografía. Originalmente inventado por Dow Corning (1970), y ahora producido (2017) por Applied Quantum Materials Inc. (AQM). A diferencia de otras resistencias negativas, HSQ es inorgánico y no contiene metales. Por lo tanto, el HSQ expuesto proporciona un óxido rico en Si de baja constante dieléctrica (baja k). En 2015 se informó un estudio comparativo con otros fotoprotectores (Dow Corning HSQ).
Aplicaciones
Impresión por microcontacto
La impresión por microcontacto fue descrita por Whitesides Group en 1993. Generalmente, en estas técnicas, se usa un sello elastomérico para generar patrones bidimensionales, a través de la impresión de moléculas de "tinta" en la superficie de un sustrato sólido.
Paso 1 para la impresión de microcontactos. Un esquema para la creación de un sello maestro de polidimetilsiloxano (PDMS). Paso 2 para la impresión por microcontacto Un esquema del proceso de entintado y contacto de la litografía por microimpresión.
Placas de circuito impreso
La fabricación de placas de circuito impreso es uno de los usos más importantes de la fotoprotección. La fotolitografía permite que el complejo cableado de un sistema electrónico se reproduzca de forma rápida, económica y precisa como si se tratara de una imprenta. El proceso general es aplicar fotoprotector, exponer la imagen a los rayos ultravioleta y luego grabar para eliminar el sustrato revestido de cobre.
Patrón y grabado de sustratos
Esto incluye materiales fotónicos especiales, sistemas microelectromecánicos (MEMS), placas de circuitos impresos de vidrio y otras tareas de micropatrones. Photoresist tiende a no ser atacado por soluciones con un pH superior a 3.
Microelectrónica
Esta aplicación, aplicada principalmente a obleas de silicio/circuitos integrados de silicio, es la más desarrollada de las tecnologías y la más especializada en el campo.
Contenido relacionado
Asistente personal digital
Dispersión
Autocad