4.4. Резисты – полимеры, чувствительные к облучению

Фоторезисты. В качестве негативного резиста при фотолитографии используется полимер, смешанный с фоточувствительным соединением. Сенсибилизатор, или фотоинициатор, активизируется при поглощении энергии в диапазоне длин волн 130 – 450 нм. Активированный сенсибилизатор передает энергию молекулам полимера, что способствует образованию поперечных связей между молекулами полимера и приводит к нерастворимости резиста в проявителе.

Позитивные фоторезисты тоже состоят из полимерного материала и сенсибилизатора, но в этом случае необлученный сенсибилизатор нерастворим в проявителе и, следовательно, предотвращает растворение основного полимерного материала.

Негативные резисты обладают меньшей разрешающей способностью по сравнению с позитивными, но имеют большую чувствительность и позволяют обеспечить большую производительность. Позитивные резисты проявляются и экспонируются медленнее, но обладают более высокой разрешающей способностью. Следовательно, при определении типа выбираемого резиста необходимо делать выбор между разрешением и производительностью, а также учитывать тональность топологического рисунка.

Для работы в субмикронном диапазоне используются резисты, чувствительные к ГУФ - излучению. Для получения субмикронных размеров с помощью ГУФ - излучения в качестве источника применяются дуговые лампы с ксеноно-ртутным наполнителем ( = 200 – 260 нм), а также дейтериевые лампы мощностью 1 кВт. Как фоторезист чаще других используется полиметилметакрилат (ПММК). Перспективно применение фоторезиста на основе полиметилизопропенилкетона с   300 нм, чувствительность которого в несколько раз выше, чем чувствительность ПММК.

Для фоторезистов характерны следующие параметры:

Светочувствительность S = 1/H - величина, обратная экспозиции H, требуемой для перевода фоторезиста в растворимое или нерастворимое состояние (в зависимости от того, позитивный резист или негативный). Светочувствительностью определяются производительность фотолитографии и выбор оборудования. Светочувствительность измеряется в эрг^–1см².

Разрешающая способность R = N/2l - число N полос фоторезиста, умещающееся на 1 мм разделенных промежутками такой же ширины l.

Часто используется термин "выделяющая способность", т.е. способность передавать отдельные малые размеры. Разрешающая и выделяющая способности зависят от многих технологических факторов. Их конечная задача сводится к получению резкодифференцированной границы между неэкспонированным и экспонированным участками слоя резиста, минимально изменяющейся при проявлении и термообработке.

Необходимо различать разрешающую способность фоторезиста и фотолитографии в целом. Так, при разрешающей способности резиста до 1000 линий/мм разрешающая способность фотолитографии не будет превышать 500 – 600 линий/мм из-за искажения рисунка вследствие различных физических эффектов, возникающих при экспонировании. Например, при контактной фотолитографии на границе рисунка образуется небольшой "ореол" сшитого (или, напротив, вытравленного) резиста (рис.4.2). Это явление существенно уменьшает разрешающую способность негативных резистов.

Рис. 4.2. Влияние излучения на точность передачи размера рисунка:

а – рассеяние света на границе освещенного и неосвещенного участков фоторезиста; б – появление "ореола" при использовании негативного фоторезиста;

1 – фотошаблон, 2 – фоторезист, 3 –подложка

Стойкость к воздействию агрессивных факторов – понятие, не поддающееся общим определениям; в частном случае может означать величину, пропорциональную времени отслаивания пленки фоторезиста в используемом травителе или времени проникновения травителя сквозь поры пленки фоторезиста в подложку. Измеряется в секундах или минутах. В последнее время стойкость фоторезиста все чаще характеризуют плотностью дефектов, передающихся при травлении на подложку (дефект/мм²).

Для позитивных фоторезистов дополнительно указывают устойчивость к воздействию стандартного проявителя, которая измеряется в минутах (до момента разрушения слоя) и должна быть, по крайней мере, на порядок выше времени проявления.

Кислотостойкость k также можно оценить по величине бокового подтравливания под фоторезист x при глубине травления подложки h: k = h/x. Стойкость к воздействию агрессивных факторов существенно зависит от адгезии фоторезиста к подложке. Очевидно, что величина подтравливания x при высокой адгезии минимальна.

Стабильность эксплуатационных свойств фоторезистов во времени выражается сроком службы при определенных условиях хранения и использования. Ее обеспечение – одна из важнейших проблем.

Электронные резисты. Полимерное вещество, в котором облучение электронами приводит к расщеплению цепочки, в результате чего повышается его растворимость в растворителе, который не действует на высокомолекулярный материал, называется позитивным электронным резистом.

Если при стимулировании радиацией поперечных связей в молекулах полимера образуется структура с большим молекулярным весом, чем исходное вещество, этот полимер называется негативным электронным резистом.

Для электронных резистов, как и для фоторезистов, кроме чувствительности и разрешающей способности важной является маскирующая способность, т. е. стойкость к воздействию процессов травления.

Большинство резистов для электронно - лучевой литографии производятся также на основе ПММК.