Wat is 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.
Japanse benaming: 化学増幅型レジスト
“Chemisch versterkte resist (CAR)” komt voor in 8 oefenvragen uit 3 onderwerpen, bijv. Lithografie, Cleanroom en productieapparatuur, Procesmaterialen (gassen, chemicaliën).
Vakgebied: Lithografie
Hoe chemische versterking werkt
Een chemisch versterkte resist (CAR) bevat een polymeer waarvan de alkalioplosbare groepen zijn geblokkeerd door zuurgevoelige beschermgroepen, plus een fotozuurgenerator (PAG). Belichting levert maar een kleine hoeveelheid zuur op. Tijdens de post-exposure bake (PEB), meestal rond 90–130 °C, verwijdert elk zuurmolecuul katalytisch keer op keer beschermgroepen, tientallen tot honderden keren, zonder zelf te worden verbruikt. In een positieve CAR worden de ontschermde gebieden oplosbaar in waterige TMAH-ontwikkelaar. Eén geabsorbeerd foton zet dus veel chemische gebeurtenissen in gang, en dat is de versterking.
Waarom KrF, ArF en EUV het nodig hebben
Oudere i-line-resists op basis van novolak en een diazonaftochinon-sensibilisator leveren hooguit één fotochemische gebeurtenis per geabsorbeerd foton, en novolak absorbeert te sterk bij diep-UV-golflengten. Excimeerlasers en EUV-bronnen leveren relatief weinig bruikbare dosis, dus de doorvoer hangt af van de gevoeligheid van de resist. Chemische versterking, een concept dat in de jaren tachtig bij IBM werd ontwikkeld, maakte praktische doses mogelijk en werd vanaf KrF (248 nm) de standaard. ArF-resists gebruiken andere, transparante polymeerplatformen, maar het zuurgekatalyseerde mechanisme is hetzelfde.
Zuurdiffusie en basische contaminatie
Omdat het beeld wordt gevormd doordat zuur zich tijdens de PEB verplaatst, vervaagt diffusie het latente beeld en worden lijnranden ruwer, dus temperatuur en tijd van de PEB worden strak beheerst en er worden basische quenchers toegevoegd om te beperken hoe ver het zuur reist. Dezelfde gevoeligheid maakt CAR's kwetsbaar voor basen in de lucht, zoals aminen. Verontreinigingen neutraliseren het zuur aan het resistoppervlak, waardoor een onoplosbare huid achterblijft die bij het ontwikkelen T-vormige profielen geeft, T-topping genoemd, en het effect wordt erger naarmate de tijd tussen belichting en PEB langer is. Lithografietracks gebruiken daarom chemische filters om aminen te verwijderen.
CAR versus niet-versterkte resists
De afweging wordt vaak samengevat als resolutie, line-edge roughness en gevoeligheid: wie er één verbetert, verslechtert meestal een andere, een spanningsveld dat vooral bij EUV zichtbaar is. Een positieve CAR kan ook worden ontwikkeld in een organisch oplosmiddel dat juist de onbelichte gebieden oplost, negative-tone development (NTD) genoemd, wat een beter beeldcontrast geeft voor kleine contactgaten en smalle trenches. Niet-versterkte resists, zoals novolak voor i-line, hebben geen stap met zuurdiffusie en zijn eenvoudiger te beheersen, maar hebben bij korte golflengten veel hogere doses nodig.
Veelgestelde vragen
Wat is een fotozuurgenerator in een chemisch versterkte resist?
Een fotozuurgenerator (PAG) is een verbinding die een sterk zuur vrijgeeft wanneer hij belichtingslicht absorbeert; dat zuur katalyseert vervolgens de ontschermingsreactie tijdens de post-exposure bake.
Waarom is de post-exposure bake zo kritisch voor chemisch versterkte resists?
De versterkingsreactie en de zuurdiffusie vinden allebei tijdens de PEB plaats, dus kleine veranderingen in temperatuur of tijd veranderen de dosisrespons en de afgebeelde lijnbreedte.
Wat veroorzaakt T-topping in fotoresist?
T-topping ontstaat wanneer basen in de lucht, zoals aminen, het fotogegenereerde zuur bovenin een chemisch versterkte resist neutraliseren, waardoor een onoplosbare oppervlaktelaag achterblijft die over het ontwikkelde patroon heen steekt.