Fotolacke

Positiv-, Negativ- und Umkehrlacke

Bei Positivlacken werden belichtete Bereiche durch die dort statt findende Bildung einer Indenkarbonsäure im Entwickler löslich. Da Positivlacke nicht quervernetzen, führt ein Überschreiten ihres Erweichungspunkts (ca. 100-130°C) zu einem Verrunden der Lackprofile.

Negativlacke wie die AZ® nLOF 2000 Serie oder AZ® 15nXT und AZ® 125nXT hingegen quervernetzen an den belichteten Stellen durch einen anschließenden Backschritt (nicht erforderlich beim AZ® 125nXT) und bleiben dort nach dem Entwickeln auf dem Substrat..

The crosslinking makes the resist thermally stable, so even elevated temperatures will not deteriorate the resist profile. However, towards higher and higher process temperatures, the degree of crosslinking increases and it becomes hard or even impossible to wet-chemically remove the resist.

Image reversal resists can either be processed in positive or negative mode. In the positive mode, the process sequence is the same as for positive resists. In the image reversal mode, an image reversal bake after the exposure followed by a flood exposure without mask is required. Even in the negative mode, the degree of crosslinking of the resist is rather low, so the resist structures will rounden beyond the softening point of typically 130°C.

Geeignete Belackungstechniken

Aufschleudern ist die gängigste Methode der Beschichtung von Substraten mit Fotolack. Nahezu alle AZ® und TI Lacke sind hierfür optimiert und erlauben glatte und sehr homogene Schichtdicken. Die erzielte Lackschichtdicke ist proportional zur reziproken Wurzel der Schleuderdrehzahl und lässt sich daher für jeden Lack innerhalb gewisser Grenzen einstellen. Da der Randwall bei kleinen Schleuderdrehzahlen stärker ausgeprägt ist sollten zur Erzielung großer Lackschichtdicken jedoch entsprechend hoch-viskose Lacke wie der AZ® 4562 oder AZ® 9260 und geeignete Schleuderprofile eingesetzt werden.

Sprühbelacken erlaubt die Beschichtung auch stark texturierter Substrate. Für eine homogene Lackschichtdicke, eine glatte Lackoberfläche und gute Kantenbedeckung ist ein optimierter Ansatz aus verschiedenen Lösemitteln mit unterschiedlichen Dampfdrücken erforderlich, wie Sie in den Sprühlacken AZ® 4999 oder TI Spray voreingestellt sind.

Tauchbeschichten ermöglicht eine sehr kostengünstige (hohe Lackausbeute!) Beschichtung auch großer, rechteckiger Substrate bis in den m2-Bereich. Für eine homogene Lackschichtdicke über die gesamte Substratfläche muss die Lösemittelzusammensetzung optimal eingestellt werden, wie es beim MC Dip Coating Resist der Fall ist.

Anwendungsgebiete der Fotolackmaske

Nasschemisches Ätzen setzt eine optimale Haftung zum Substrat voraus. Hierfür empfiehlt sich die AZ® 1500 Serie für Schichtdicken von 500 nm bis 3 µm, die AZ® ECI 3000 Serie für Lackschichten von 1-4 µm, oder die AZ® 4500 Serie für Schichtdicken bis einige 10 µm. Bei geringen Anforderungen an die laterale Auflösung ist der PL 177 eine preiswerte Alternative. Bei HF-haltigen Ätzen stellt oftmals die Diffusion von HF durch die Fotolackmaske zum Substrat mit anschließendem Abheben der gesamten Lackschicht das Hauptproblem dar. In diesem Fall empfiehlt sich die Verwendung eines ausreichend dicken Lacks wie der AZ® 4562 oder AZ® 9260.

Trockenchemisches Ätzen erfordert eine Lackmaske mit möglichst hohem Erweichungspunkt sowie senkrechten Lackflanken. Hierfür ist die AZ® 6600 Serie für Lackschichtdicken von 1-4 µm, oder der AZ® 701 MIR für sehr hohe Auflösungsanforderungen optimiert. Beide Lacke  beginnen erst ab ca. 130°C zu verrunden.

Dicklackprozessierung: Sind Lackschichtdicken über 5 µm erforderlich muss auf entsprechende Dicklacke wie dem AZ® 4562 oder AZ® 9260, oder dem negativen AZ® 15nXT oder AZ® 125nXT ausgewichen werden. Letzterer bietet neben senkrechten Lackflanken bis ca. 10 µm Schichtdicke durch seine Quervernetzung auch eine ausgezeichnete thermische Stabilität.

Lift-off Prozesse lassen sich mit unterschnittenen Lackprofilen, wie sie von Umkehrlacken wie dem AZ® 5214E (Lackschichtdicken 1-2 µm), dem TI 35ESx (3-5 µm) oder den Negativlacken AZ® nLOF 2000 (2-20 µm) erzielt werden können, am reproduzierbarsten durchführen. Bei diesen Lacken ist zudem die thermische Stabilität ausreichend hoch um ein Verfließen des Lacks während der Beschichtung zu verhindern. Falls das Masken-Design einen Positivlack erfordert, sollten die Lackflanken möglichst senkrecht sein um deren Beschichten zu verhindern bzw. verringern. Hierfür empfehlen sich die temperaturstabilen AZ® 6600 Lacke oder der hochauflösende AZ® 701 MIR.

Die Galvanik stellt hohe Ansprüche an die Haftung und Stabilität der Lackmaske im Elektrolyten. Auf diese Eigenschaften optimiert sind die wässrig alaklisch entwickelbaren und nasschemisch strippbaren Negativlacke AZ® 15nXT (Lackschichtdicke 5-30 µm) und AZ® 125nXT (bis ca. 150 µm), welche mit den gängigen Substratmaterialien und Elektrolyten (für Cu, Au, NiFe, ...) kompatibel sind. Sollen Positivlacke eingesetzt werden, erlauben die Lacke der AZ® 4500 und 9200 Serie eine gute Haftung sowie senkrechte Lackflanken.

Lackschichtdicke

Viele für eine bestimmte Anwendung optimierten Fotolacke sind in unterschiedlich eingestellten Viskositäten zur Erzielung eines großen Lackschichtdickenbereichs verfügbar. Gewöhnlich bezeichnen die beiden letzten Ziffern des Lacks (z. B. AZ® 6632) die bei 4000 U/min (ohne Gyrset) erzielte Lackschichtdicke in der Einheit 100 nm (in diesem Beispiel 3.2 µm). Die Lackschichtdicke sinkt in guter Näherung mit der Quadratwurzel der Schleuderdrehzahl (z. B. AZ® 4533: 4.0 µm ... 3.3 µm ... 2.3 µm bei 2000 ... 4000 ... 6000 U/min), so dass mit einer bestimmten Viskosität die erzielte Lackschichtdicke in Grenzen eingestellt werden kann. Sollen diese Grenzen erweitert werden, ist eine andere verfügbare Viskositätsstufe empfehlenswert. Falls jedoch mit einem bestimmten Lack der Schichtdickenbereich nach unten oder oben erweitert werden soll, ist folgendes zu beachten:

Durch Verdünnen von hochviskosen Fotolacken mit PGMEA (= AZ® EBR Solvent) oder anderen geeigneten Lösemitteln wie Butylacetat oder Ethyllaktat lassen sich grundsätzlich mit einem Fotolack Prozesse mit verschiedenen Lackschichtdicken fahren. Es ist dabei jedoch zu beachten, dass verdünnte Fotolacke – je nach Lacksystem in unterschiedlichem Ausmaß - zu Partikelbildung neigen. Da die Partikel selbst u. a. aus dem Fotoinitiator bestehen, ist die Performance des Fotolacks auch nach einer Partikelfiltration eingeschränkt: Der Dunkelabtrag steigt (unbelichteter Fotoinitiator = Inhibitor im Entwickler), die Entwicklungsrate sinkt, d. h. der Kontrast des Lacks nimmt ab. Bei Bedarf informieren wir Sie gerne zu Grenzen und Rezepturen für die Verdünnung unterschiedlicher Lacksysteme.

Der Aufbau dicker Lackschichten mit Dünnlacken ist aus zwei Gründen problematisch: Die hierfür erforderlichen geringen Schleuderdrehzahlen erhöhen den Randwall, und die bei Dünnlacken oft hohe Konzentration an Fotoinitiator führt beim Belichten der aufgebauten dicken Lackschichten zu starker N2-Bildung mit Blasenbildung oder/und Spannungsrissen zur Folge, bzw. macht eine Durchbelichtung unmöglich.

Laterale Auflösung und Aspektverhältnis

Die theoretisch erzielbare laterale Auflösung hängt neben dem Fotolack selbst von dessen Schichtdicke ab. Unter optimalen Bedingungen erlauben hochauflösende Fotolacke wie der AZ® 701 MIR oder AZ® ECI 3007 bei i-line Belichtung (365 nm Wellenlänge) Strukturgrößen von ca. 300 nm.Neben der absoluten lateralen Auflösung kann auch das erzielbare Aspektverhältnis (Strukturhöhe zu -breite) ein Kriterium sein. Moderne Dicklacke wie der AZ® 9260 erlauben ein Aspektverhältnis von 6-10, bei entsprechend optimierter Prozessführung noch deutlich darüber.In der Praxis wird diese Auflösungsgrenze oftmals nicht vom Fotolack, sondern vom Equipment und der Prozessführung vorgegeben. Um die Möglichkeiten des verwendeten Fotolacks in die Praxis umsetzen zu können müssen neben den Belichtungsbedingungen (echter Kontakt zwischen Lackfilm und Maske ohne als Abstand dienende Partikel, Bläschen oder ein Randwall) die Softbakeparameter, die Belichtungsdosis und die Entwicklungsbedingungen (Art des Entwicklers, Konzentration und Entwicklungsdauer) optimiert werden.

Spektrale Empfindlichkeit

Die optische Absorption und damit die spektrale Empfindlichkeit unbelichteten Fotolacks erstreckt sich ganz oder teilweise über den kurzwelligen sichtbaren bis in den nahen ultravioletten Spektralbereich und ist den g- (435 nm), h- (405 nm) und i- (365 nm) Linien der üblicherweise verwendeten Hg-Dampflampen angepasst. Daraus resultiert das typisch rötlich-bräunliche Erscheinungsbild bereits weniger µm dicker Schichten.Einigen Lacken wie dem AZ® 5214E oder 9260 fehlt die Absorption bei der g-Linie, die Negativlacke AZ® nLOF 2000, AZ® 15nXT und 125nXT sind nur im Bereich der i-Linie empfindlich. Beim Belichten von Positiv- und Umkehrlacken ändert sich die spektrale Absorption, die Lacke bleichen dabei bis ca. 310 nm Wellenlänge nahezu vollständig. Die Lacke PL 177 und AZ® 520 D sind für eine bessere visuelle Kontrolle der aufgebrachten Lackschicht zusätzlich eingefärbt.

Hinweis:

MicroChemicals vertreibt original AZ® Fotolacke, in den original und in kleineren, umgefüllten Gebindegrößen, wie z.B. in 250 ml und 1000 ml. Die Umfüllung erfolgt unter Reinraumbedinungen (Klasse 10). Wir führen Fotolacke in Schichtdicken für beinahe alle Bereiche der Lithografie; positive wie negative Resisttypen.

MicroChemicals entwickelt, produziert und vertreibt TI Fotolacke für spezielle Anwendungen wie z.B. für lift-off und Plasmaprozesse, sowie für naß-chemisches Ätzen.

 

Fotolithografie Anwendungshinweise

Eine große Anzahl an Dokumenten zu theoretischem und praktischem Hintergrund aller Schritte der Mikrostrukturierung haben wir hier als pdf zum Download gelistet:
> Technische Info