Was ist ein Resist?
Resist ist ein Material, das zum Schutz bestimmter Bereiche eines Substrats bei Verfahren wie Ätzen und Löten verwendet wird. Fotoresiste, die in Halbleiterprozessen verwendet werden, werden im Allgemeinen einfach als Fotolacke bezeichnet.
Wenn Fotoresiste Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren, ändert sich ihre chemische Struktur und ihre Löslichkeit in Reinigungs- und Entwicklungslösungen. Daher ist es möglich, nach dem Auftragen des Resists auf das Substrat nur einen Teil des Resists aufzulösen oder unlöslich zu machen, indem man das Substrat durch eine Maske mit einem Schaltkreismuster hindurch bestrahlt. Wenn das Substrat in diesem Zustand mit einer Entwicklungslösung gewaschen wird, wird nur der lösliche Resist eluiert, so dass nur ein Teil des Substrats durch den Resist geschützt ist.
Es gibt zwei Arten von Resisten: Positivresiste, bei denen sich der lichtbestrahlte Bereich in der Entwicklungslösung auflöst, und Negativresiste, bei denen der lichtbestrahlte Bereich unlöslich wird.
Anwendungen von Resisten
Resist ist ein Material, das bei Verfahren wie Ätzen und Löten bestimmte Bereiche schützt. Fotoresiste, die als Fotosensibilisatoren in Halbleiterprozessen eingesetzt werden, werden oft einfach als Fotolacke bezeichnet, weshalb in diesem Artikel auch Fotolacke vorgestellt werden.
Fotoresists ändern ihre chemische Struktur, wenn sie Licht ausgesetzt werden, und entwickeln eine chemische Beständigkeit oder lösen sich umgekehrt in der Entwicklungslösung auf. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft werden Fotolacke, die auf einen Siliziumwafer aufgetragen werden, durch eine Maske, die ein vorher festgelegtes Muster abbildet, mit Licht bestrahlt und anschließend mit einer Entwicklungslösung gewaschen, so dass auf dem Substrat ein resistfreier, prozessierter Bereich und ein resistgeschützter, nicht prozessierter Bereich entsteht. Resist ist eines der unverzichtbaren Materialien für die Herstellung von hochintegrierten und miniaturisierten integrierten Halbleiterschaltungen.
Methoden zur Anwendung von Resisten
Bei der Herstellung von Halbleitern werden die Siliziumscheiben durch einen Ätzprozess geschabt, um feine Unregelmäßigkeiten zu erzeugen. Resist schützt das Substrat während dieses Ätzvorgangs selektiv.
Zunächst wird der Resist gleichmäßig auf das Substrat aufgetragen, und dann wird Licht durch eine Maske, die IC-Schaltkreise abbildet, auf den Resist gestrahlt. Die chemische Struktur des Resists in dem bestrahlten Bereich absorbiert das Licht und verändert sich. Bei Positivresisten werden die lichtbestrahlten Bereiche löslich, bei Negativresisten werden die nicht bestrahlten Bereiche löslich.
Durch das Ätzen mit auf diese Weise selektiv auf dem Substrat verbleibendem Resist ist es möglich, das Substrat nur in den Bereichen selektiv zu entfernen, in denen kein Resist vorhanden ist. Die Strukturierung des Substrats wird durch das Entfernen und Reinigen des nach dem Ätzen auf dem Substrat verbleibenden Resists abgeschlossen.
Resist und LCDs
Einige Resiste sind so genannte Farbresiste, d. h. Tinten, die Pigmente oder andere farbige Materialien enthalten. Auf Glassubstrate aufgebrachte Farbresiste werden durch Bestrahlung mit Licht, z. B. mit ultraviolettem Licht, gehärtet, so dass die Resiste nach der Lichtbestrahlung nicht von der Entwicklungslösung abgewaschen werden.
Flüssigkristallbildschirme werden mit den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün gemustert, und hier kommt der Farbresist zum Einsatz. Rote, blaue und grüne Muster lassen sich erzeugen, indem man zunächst roten Resist aufträgt, nur die dafür vorgesehenen Stellen mit Licht härtet und dann mit einer Entwicklungslösung wäscht, gefolgt von ähnlichen Vorgängen für blauen und grünen Resist.
Arten von Resisten
Resistmaterialien werden nicht nur in positive und negative Typen eingeteilt, sondern auch nach der Wellenlänge des Lichts, das sie absorbieren. In der Halbleiterfertigung werden in Belichtungssystemen die g-Linie (436 nm Wellenlänge), die i-Linie (365 nm), der KrF-Excimer-Laser (248 nm) und der ArF-Excimer-Laser (193 nm) verwendet, und es gibt Resiste mit einer Struktur, die jede Wellenlänge absorbiert.
Für positive Resiste für g- und i-Laser wird beispielsweise eine Verbindung verwendet, die aus einem Novolakharz und 1,2-Naphthochinondiazidsulfonat (NQD) besteht. In dieser Verbindung ist das NQD hydrophob und normalerweise in alkalischen wässrigen Lösungen unlöslich.
Bei Bestrahlung mit g- oder i-Strahlen zersetzt sich der NQD-Anteil jedoch und wird in eine hydrophile Verbindung umgewandelt. Infolgedessen kann der Resist nach der Bestrahlung in alkalischen Entwicklerlösungen aufgelöst werden. Andere positive Fotolacke für KrF-Laser verwenden chemisch verstärkte Fotolacke, bei denen die Belichtung eine Säure erzeugt und die katalytische Reaktion der Säure die Veränderung des Resists im belichteten Bereich beschleunigt.