9. Фоторезисты
Фоторезисты - светочувствительные материалы, применяемые в фотолитографии для формирования рельефного покрытия заданной конфигурации и защиты нижележащей поверхности от воздействия травителей.
Фоторезисты обычно представляют собой композиции из светочувствительных органических веществ, пленкообразователей (феноло-форматьдегидные и др. смолы), органических растворителей и специальных добавок. Фоторезисты характеризуют светочувствительностью, контрастностью, разрешающей способностью и теплостойкостью. Область спектральной чувствительности фоторезистов определяется наличием в светочувствительных органических веществах хромофорных групп, способных к фотохимическим превращениям, и областью оптической прозрачности пленкообразователя.
По спектральной чувствительности различают фоторезисты для видимой области спектра ближнего (λ=320...450 нм) и дальнего (λ=180...320 нм) УФ-излучения, по характеру взаимодействия с излучением делят на позитивные и негативные. Фоторезисты могут быть жидкими, сухими и пленочными. Жидкие фоторезисты содержат 60-90% по массе органического растворителя, пленочные — менее 20%, сухие обычно состоят только из светочувсгвительного вещества. Жидкие фоторезисты наносят на подложку центрифугированием, напылением (пульверизацией) или накаткой валиками, сухие — напылением и возгонкой, пленочные — накаткой (ламинированием). Последние имеют вид пленки, защищенной с двух сторон тонкой пленкой светопроницаемого полимера например, полиэтиленовой с одной стороны и полиэфирной — с другой. Методом полива и с последующим центрифугированием жидких или методом возгонки сухих фоторезистов формируют тонкие слои (3...4 мкм). В непрерывном производстве жидкие фоторезисты (чаще всего композиции паяльных масок) наносят «мокрым занавесом».
Для успешного покрытия необходимы тщательная очистка и обезжиривание поверхности заготовок.
Покрытие окунанием осуществляется путем погружения заготовок в кювету, наполненную фоторезистом, и вытягивания с постоянной скоростью (от 10 до 50 см/мин). Толщина слоя зависит от вязкости фоторезиста и скорости вытягивания. При больших скоростях получают более толстые слои, которые, однако, имеют худшую разрешающую способность. Покрытие окунанием пригодно для фоторезистов всех видов при наименьших затратах на оборудование, к тому же оно дает сразу двухстороннее покрытие заготовок фоторезистом.
При центрифугировании заготовки устанавливаются в центробежной установке горизонгатьно. Фоторезист растекается, и излишки его сбрасываются с поверхности заготовки под действием центробежной силы. Толщина слоя зависит от частоты вращения и вязкости фоторезиста. Недостатками являются большая потеря фоторезиста.
При методе накатки можно наносить более равномерные по толщине слои, но для этого нужны специальные фоторезисты, которые бы не так быстро высыхали на валах валковой установки. Толщину слоя можно регулировать изменением скорости установки и варьированием зазоров между лакирующими валами и каландрируюшими валами.
Жидкие фоторезисты перед экспонированием высушивают. При этом следят за отсутствием пыли, всякая грязь и пыль воспроизводятся в изображении рисунка.
Рисунок 8 – Способы нанесения жидких фоторезистов: а) центрифугированием; б) медленным вытягиванием; в) валками; г) пульверизацией. 1 – полив эмульсии; 2- подложка; 3- стол центрифуги; 4- ванна с эмульсией; 5- вал для переноса эмульсии; 6- подвижной стол; 7- пульверизатор.
Сухим пленочным фоторезистом называют комбинированную пленку, у которой позитивный или негативный светочувствительный слой толщиной 10—40,1 мкм находится между защитными пленками из полиэтилена и полиэфира толщиной 30 мкм.
Сухие фоторезисты наносят на заготовку с помощью специальных ламинаторов (рис 9). В ламинаторе снимается полиэтиленовая пленка, а оставшаяся композиция сухого фоторезиста с полиэфирной пленкой нагревается и соединяется под давлением с поверхностью заготовки. Сухие фоторезисты обладают следующими преимуществами:
острые кромки могут быть перекрыты (толщина слоя 30 мкм);
толщина слоя не зависит от метода покрытия;
нет необходимости в подготовке фоторезиста по консистенции и в его очистке (разжижение, фильтрация);
не нужна сушка;
мало работ по ретуши.
Рисунок 9 – Схема нанесения пленочного фоторезиста с помощью ламинатора.
Одной из основных характеристик фотолитографического процесса является разрешающая способность т.е. способность раздельно воспроизводить мелкие элеметы рисунка (обычно оценивается по минимальной ширине воспроизводимой линии). Разрешающая способность определяется главным образом способом экспонирования, длиной волны воздействующего излучения и характеристиками фоторезиста. Теоретически предел разрешающей способности, согласно критерию Рэлея. – величина равная половине длины волны экспонирующего излучения. Однако, из-за неидеальности оптических систем экспонирования, неплоскости подложек и шаблонов и других факторов практически достигаемая разрешающая способность фотолиграфии значительно ниже теоретической.