Fotolack
Fotolacke (englisch photoresist) werden bei der fotolithografischen Strukturierung verwendet, insbesondere in der Mikroelektronik und der Mikrosystemtechnik für die Produktion von Strukturen im Mikro- und Submikrometerbereich sowie bei der Leiterplattenherstellung. Die wichtigsten Ausgangsstoffe für Fotolacke sind Polymere (z. B. Polymethylmethacrylat, Novolak, Polymethylglutarimid) bzw. Epoxidharze (z. B. SU-8), Lösungsmittel wie Cyclopentanon oder Gamma-Butyrolacton, sowie eine fotoempfindliche Komponente.
Neben flüssigen Fotolacken gibt es noch Fest- bzw. Trockenresists (Fotofolien).
Belichtung
Als Belichten bezeichnet man die selektive Bearbeitung der Fotoschicht durch eine Belichtungsmaske oder Fotoschablone (Fotokopien des Leiterbildoriginals) mit dem Ziel die Löslichkeit dieser Schicht durch eine fotochemische Reaktion lokal zu verändern. Die Belichtungsmasken bestehen aus einer UV-durchlässigen Trägerschicht, wie Quarzglas, und einer Absorberschicht, beispielsweise Chrom. Nach der fotochemisch erzielbaren Löslichkeitsveränderung unterscheidet man Fotolacke:
- Negativlacke (engl. negative resist): Löslichkeit nimmt durch Belichten ab
- Positivlacke (engl. positive resist): Löslichkeit wächst durch Belichten.
Negativlack
Der Negativlack polymerisiert durch Belichtung und einem nachfolgenden Ausheizschritt zur Stabilisierung, das heißt, nach der Entwicklung bleiben die belichteten Bereiche stehen.
Diese Fotolacke werden hauptsächlich in der Mikrosystemtechnik für die Produktion von kleinsten Strukturen im Mikro- und Submikrometerbereich eingesetzt.
Positivlack
Bei Positivlacken wird der bereits verfestigte Lack durch Belichtung wieder löslich für entsprechende Entwicklerlösungen, das heißt, nach der Entwicklung bleiben nur die Bereiche übrig, welche durch eine Maske vor der Bestrahlung geschützt sind und somit nicht belichtet werden.
In der Halbleitertechnik bestehen die verwendeten Positivlacke meist aus Harz (Novolak) zusammen mit einer fotoaktiven Komponente (z. B polymere Diazoverbindungen) und einem Lösungsmittel. Sie werden ebenfalls durch Rotationsbeschichtung aus der flüssigen Phase auf das Substrat gebracht. Im Gegensatz zu Negativlacken werden sie dann einem Ausheizschritt (engl. pre-bake) unterzogen, dabei entweicht das Lösungsmittel und der Lack härtet aus. Anschließend wird der Lack je nach gewünschter Struktur mit UV-Licht belichtet. Dabei bricht die fotoaktive Komponente mithilfe des Lichts auf und der Lack wird an den belichteten Stellen löslich. Nach der Belichtung werden diese Teile mit einer geeigneten Entwicklerlösung weggespült und es bleiben die unbelichteten Teile des Fotolacks stehen. Nach der Entwicklung folgt meist abermals ein Ausheizschritt (engl. hard-bake) zur Stabilisierung der Fotolackmaske.
Entwicklung
Bei der Entwicklung erfolgt ein Strukturieren der Fotolackschicht durch Herauslösen der unbelichteten Bereiche bei Negativlacken bzw. der belichteten Bereiche bei Positivlacken durch ein geeignetes Lösungsmittel (Entwicklerflüssigkeit).
Negativlacke werden bei Bestrahlung mit UV-Licht durch eine Fotopolymerisation unlöslich. Dabei werden schwache Pi-Bindungen in den Resistmolekülen (intramolekulare Bindungen) in starke Sigma-Bindungen zwischen verschiedenen Resistmolekülen (intermolekulare Bindungen) überführt.
Ergebnis der Entwicklung ist die fertige Haftmaske.
Entfernung
Nach einem oder mehreren nachfolgenden Prozessschritten (beispielsweise einer Dotierung) muss der Fotolack wieder entfernt werden. Dies kann im Wesentlichen auf zwei Weisen geschehen: dem nasschemischen Strippen (von englisch to strip, dt. ‚ablösen‘) des Lacks, beispielsweise mithilfe von Aceton, oder der Plasmaveraschung. Dabei wird der Lack mithilfe eines mikrowellenangeregten Sauerstoffplasmas zersetzt bzw. oxidiert, wobei gasförmige Reaktionsprodukte entstehen. Sie ist heutzutage die am meisten verwendete Methode in der Halbleiterindustrie.
Literatur
- E. Roßhaupter, D. Hundt: Photolacke. In: Chemie in unserer Zeit. 5, Nr. 5, 1971, S. 147–153, doi:10.1002/ciuz.19710050504.