Principis de la litografia fotoresista

Aquest article introdueix breument els diversos tipus de fotoresist que poden ser fotolitografia i els principis que es poden dur a terme.

Assy de cambra de llauna

Al camp de batalla microscòpic de la fabricació de xips, Photoresist és com un "pintor nano" hàbil, utilitzant pinzellades lleugeres per perfilar els patrons de circuit de les hòsties de silici que són milers de vegades més primes que un pèl. Aquest material sorprenent no només és el medi principal del procés de litografia, sinó també el pont entre el model de disseny i el dispositiu físic. Des dels transistors originals de Micron fins al procés 3NM actual, l’evolució dels fotoresistes és gairebé equivalent a la història de la revolució de precisió a la indústria dels semiconductors.

I,Fotoresista

L’essència del fotoresista

Funcions:

Portador de patrons: transferiu el patró de disseny de la màscara a la superfície de la hòstia de silici;

Barrera de protecció: protegeix una àrea específica durant un procés d’implantació de gravat o d’ions;

Escala de precisió: determina directament l’amplada mínima de la línia mecanitzable (IE Resolució).

El gruix de la fotoresista en una hòstia de 300 mm sol ser nanòmetres 50-200, que equival a aplicar uniformement una capa de pintura en un camp de futbol que és 1, 000 vegades més fina que l’embolcall de plàstic. Els requisits de precisió són tan exigents que fins i tot cal controlar la fluctuació del gruix de la pel·lícula dins de ± 1 nanòmetre.

II,Composició de fotoresista

Els fotoresistes moderns estan formats per diversos components funcionals, la composició dels quals inclou ::

Composició	Funcions	Substància típica
Matriu de resina	Forma un esquelet col·loidal que determina la resistència mecànica i la resistència a la gravació	Resina fenòlica (cola negativa), polihidroxistirè (cola positiva)
Sensibilitzador	Els fotons absorbents inicien una reacció química	Diazonaphthoquinone, (DNQ), agent productor de fotoacids (PAG)
Dissolvent	Ajusteu la viscositat per aconseguir un recobriment de gir uniforme	Acetat de propilenglicol metil èter (PGMEA)
Additiu	Millora l'estabilitat, la humectació superficial, etc.	Tensioactius, estabilitzadors

Positiu Vs.Neficient:

(Photoresist positiu): · L’àrea exposada experimenta una reacció de fotodecomposició i es dissol durant el desenvolupament, deixant un patró de l’àrea no exposada. Resolució superior, liderant processos avançats.

(Photoresist negatiu): · La zona exposada està reticulada i curada, i la zona d’exposició es conserva durant el desenvolupament. El procés és senzill, però la resolució és limitada i s’utilitza principalment per a processos de línia gruixuda com els envasos.

III,Química de l'exposició

Quan una longitud d’ona específica de llum (UV, UV profunda o UV extrem) penetra a la màscara i colpeja el fotoresist, la “màgia de la llum i l’ombra” a nivell molecular és instantània:

Abans de l’exposició: la diazonaftoquinona (DNQ) actua com a inhibidor de la solubilitat i s’uneix fortament a la resina per fer que el col·loide sigui insoluble en el desenvolupador alcalí.

o Moment d’exposició: DNQ absorbeix fotons (normalment 365 nm I-Line o 248 nm KRF làsers) i després es descomponen per formar àcid carboxílic indè i alliberar nitrogen:

O Fase de desenvolupament: els àcids carboxílics resultants fan que la zona d’exposició sigui alcalina i soluble, que s’elimina amb precisió en una solució d’hidròxid de tetrametilamoni (TMAH) per formar el mateix patró que la màscara.
Cola negativa

Desencadenament d’exposició: la llum UV activa els fotoinicionals (per exemple, benzofenona) per produir radicals lliures actius

Reacció en cadena: els radicals lliures ataquen els dobles enllaços a la resina, provocant la reticulació entre molècules per formar una estructura de xarxa tridimensional:

Contrast de desenvolupament: la zona reticulada es manté estable en el dissolvent, la part no exposada es dissol i el patró es reverteix a la màscara.

L’adhesiu d’amplificació química (CAR)

Desencadenament d’un fotó únic: un fotó ultraviolat extrem (EUV, 13,5 nm) fa que la PAG (per exemple, la sal de trifenilmatoni) alliberi h⁺:

Reacció en cadena catalitzada per l’àcid: difusió àcida en l’etapa post-baixa (PEB) catalitza les reaccions de desprotecció de resina (per exemple, eliminació de grups tert-butoxicarbonil), provocant milers de reaccions per molècula àcida, augmentant significativament la sensibilitat:

Salt en resolució: Aquest mecanisme permet exposar el gel de la UEV a una dosi de 10MJ/cm², donant suport al procés inferior a 7nm.