Nederlands
Menu

Positieve versus negatieve fotoresist: reactie, resolutie en toepassingen vergeleken

Fotoresist is een lichtgevoelige coating waarin het circuitpatroon wordt vastgelegd. Bij positieve resist wordt het belichte deel beter oplosbaar en door de ontwikkelaar weggespoeld, zodat het patroon gelijk is aan het masker. Bij negatieve resist wordt het belichte deel uitgehard en blijft het staan, zodat het patroon het omgekeerde van het masker is. Voor fijne patroonvorming in chips is positieve resist de standaard, en negatieve resist wordt gebruikt waar dikke films of bijzondere profielen nodig zijn.

KenmerkPositieve resistNegatieve resist
Effect van lichtHet belichte deel wordt beter oplosbaar en door de ontwikkelaar verwijderdHet belichte deel wordt onoplosbaar (crosslinking) en blijft staan
Relatie met het maskerDezelfde polariteit. Het resistpatroon geeft het masker rechtstreeks weerOmgekeerde polariteit. Resist blijft staan onder de transparante delen van het masker
ResolutieHoog. Geschikt voor fijne patronenVan oudsher lager, doordat de resist in de ontwikkelaar kan zwellen
OntwikkelaarMeestal een waterige alkalische oplossing (zoals TMAH)Van oudsher organische oplosmiddelen. Ook bij negatieve-toonontwikkeling (NTD) van moderne resists worden oplosmiddelen gebruikt
Profiel van de zijwandLicht hellend tot vrijwel verticaalKan een undercut (uitgehold profiel) geven, geschikt voor lift-off
Belangrijkste materialenNovolakhars met de oplossingsremmer diazonaftochinon (DNQ). Chemisch versterkte polymeren voor KrF, ArF en EUVGecycliseerd rubber met bisazide (oudere materialen). SU-8 op epoxybasis voor dikke MEMS-structuren
Dikke filmsMinder gebruiktGeschikt. SU-8 maakt hoge structuren met een grote aspectverhouding mogelijk
Belangrijkste toepassingenLithografie van vrijwel alle moderne IC'sMEMS, lift-off, printplaten, dikke lagen voor packaging, enkele speciale lagen in geavanceerde nodes

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Positief
De standaard voor IC-productie. Wanneer resolutie en beheersing van de patroonoverdracht het belangrijkst zijn.
Negatief
Wanneer zeer dikke en hoge structuren, een lift-off-profiel of een bepaalde maskerpolariteit nodig zijn.

Veelgestelde vragen

Wat gebeurt er met positieve resist bij belichting?

Het belichte deel wordt beter oplosbaar en lost op in de ontwikkelaar, zodat het resistpatroon het masker rechtstreeks weergeeft.

Waarom heeft positieve resist de voorkeur voor fijne patronen?

Vanwege de hoge resolutie. Negatieve resist kon van oudsher in de ontwikkelaar zwellen.

Wanneer wordt negatieve resist gebruikt?

Voor dikke, hoge structuren (zoals SU-8 voor MEMS), voor lift-off waarvoor een undercut-profiel nodig is en voor enkele speciale lagen.

Wat is chemisch versterkte resist?

Resist waarbij belichting een zuur vormt dat tijdens de bake veel chemische reacties veroorzaakt, zodat een kleine lichtdosis volstaat. Wordt gebruikt bij KrF-, ArF- en EUV-lithografie.

Test uw begrip

Welke omschrijving van positieve fotoresist is juist?

  1. ADe belichte delen blijven na het ontwikkelen over
  2. BDe belichte delen lossen bij het ontwikkelen op en worden verwijderd
  3. CAlles lost bij het ontwikkelen op, ongeacht belichting
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. De belichte delen lossen bij het ontwikkelen op en worden verwijderd

Bij positieve resist worden de belichte delen goed oplosbaar in de ontwikkelaar en bij het ontwikkelen verwijderd, zodat het patroon van de delen die door het masker tegen licht waren afgeschermd, overblijft. Kenmerkend zijn de i-lijn-resist op novolakbasis en chemisch versterkte typen voor KrF en ArF, die met alkalische ontwikkelaar (TMAH-oplossing) worden ontwikkeld. Vanwege de uitstekende resolutie is het nu de hoofdstroom. Bij negatieve resist blijven de belichte delen over, naar hetzelfde idee als negatief en positief in de fotografie.

Welke omschrijving van fotoresist is juist?

  1. AEen lijm om de wafer vast te zetten
  2. BEen metaal dat voor bedrading wordt gebruikt
  3. CEen lichtgevoelig materiaal waarvan de eigenschappen veranderen bij belichting, waardoor het beter of slechter oplosbaar wordt in de ontwikkelaar
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Een lichtgevoelig materiaal waarvan de eigenschappen veranderen bij belichting, waardoor het beter of slechter oplosbaar wordt in de ontwikkelaar

Fotoresist is een lichtgevoelige hars waarvan de chemische eigenschappen door licht veranderen en die in een dikte van enkele tientallen nm tot enkele µm wordt aangebracht. Bij positieve resist lossen de belichte delen op in de ontwikkelaar en bij negatieve resist blijven de belichte delen onopgelost over. Het dient niet alleen om patronen over te brengen maar ook als masker dat de ondergrond beschermt tegen latere etsprocessen en ionenimplantatie; daarom is materiaalontwerp dat resolutie, gevoeligheid en etsbestendigheid combineert belangrijk, een gebied waarin Japanse bedrijven een hoog marktaandeel hebben.

Welke eigenschap van chemisch versterkte resist is juist?

  1. AHet lost ook zonder belichting op bij het ontwikkelen
  2. BHet reageert alleen op warmte en niet op licht
  3. CHet zuur dat bij belichting ontstaat werkt tijdens de post-exposure bake (PEB) als katalysator, zodat de reactie met weinig belichting vordert
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Het zuur dat bij belichting ontstaat werkt tijdens de post-exposure bake (PEB) als katalysator, zodat de reactie met weinig belichting vordert

Bij chemisch versterkte resist ontstaat bij belichting zuur uit een fotozuurgenerator, en tijdens de verhitting na de belichting (PEB, ongeveer 90-130 °C) werkt dat zuur als katalysator en herhaalt de reactie waarbij beschermende groepen van de hars worden afgesplitst tientallen tot honderden malen. Omdat één foton veel reacties laat verlopen, is de gevoeligheid zeer hoog, wat nodig was voor KrF, ArF en EUV met zwakke lichtbronnen. Het werd in de jaren 80 bij IBM ontwikkeld. Als het zuur te ver diffundeert, wordt het beeld echter vaag, dus temperatuur en tijd van de PEB worden streng beheerd.

  1. Welke methode ontwikkelt positieve chemisch versterkte resist met een organisch oplosmiddel en lost de niet-belichte delen op?
  2. Wat is het belangrijkste doel van de anti-reflectiefilm (BARC) die onder de resist wordt aangebracht?
  3. Welk voordeel van resist met metaaloxide, die voor EUV-belichting wordt ontwikkeld, is juist?

Oefenvragen over Lithografie

Belangrijke termen uitgelegd

Fotoresist
Lichtgevoelig materiaal waarvan de oplosbaarheid in de ontwikkelaar verandert onder invloed van licht. Bij een positieve resist lost het belichte deel op, bij een negatieve resist blijft het belichte deel staan.
Positieve fotoresist
Fotoresist waarvan het belichte deel bij het ontwikkelen oplost en wordt verwijderd. Resist waarvan het belichte deel juist blijft staan, heet negatieve resist.
Chemisch versterkte resist (CAR)
Resist waarin een bij belichting gevormd zuur tijdens de post-exposure bake (PEB) als katalysator kettingreacties laat verlopen. Gevoelig bij een lage belichtingsdosis en breed toegepast vanaf KrF. Gevoelig voor basische verontreiniging.

Verwante vergelijkingen