포토 레지스트

Photoresist
포토레지스터와 혼동하지 마세요.

포토 레지스트(단순히 레지스트라고도 함)는 표면에 패턴 코팅을 형성하기 위해 포토 리소그래피 및 포토 인그레이빙과 같은 여러 공정에서 사용되는 빛에 민감한 재료입니다.이 과정은 전자 [1]산업에서 매우 중요합니다.

공정은 기판에 감광성 유기물을 코팅하는 것으로 시작됩니다.그런 다음 패턴 마스크가 표면에 적용되어 빛을 차단하고 마스크되지 않은 소재 영역만 빛에 노출됩니다.현상제라고 불리는 용제가 표면에 도포된다.양성 포토 레지스트의 경우, 감광성 소재가 빛에 의해 분해되고, 현상제는 마스크가 놓여진 곳에 코팅이 남겨진 채 빛에 노출된 영역을 용해시킵니다.네거티브 포토 레지스트의 경우는, 감광 재료를 빛에 의해서 강화(중합 또는 가교)해, 현상제는, 빛에 노출되지 않은 영역만을 용해해, 마스크가 놓여 있지 않은 영역에 코팅을 남긴다.

포토레지스트

포토레지스트를 적용하기 전에 BARC 코팅(Bottom Anti-Reflectant Coating)을 적용하여 포토레지스트 아래에서 반사가 발생하는 것을 방지하고 보다 작은 반도체 [2][3][4]노드에서의 포토레지스트 성능을 향상시킬 수 있다.

정의들

포지티브 포토 레지스트

광생성산에 의해 용해도가 변화하는 양성 포토레지스트의 예.산은 tert-butoxycarbonyl(t-BOC)을 디프로텍션하여 알칼리 불용성에서 알칼리 수용성으로 레지스트를 유도합니다.1982년 [5]이토, 윌슨, 프레셰가 개발한 반도체 산업에서 사용된 최초의 화학 증폭 레지스트였다.
단일 성분 양성 포토 레지스트에 대한 예제

포지티브 포토 레지스트는 포토 레지스트의 일종으로, 포토 레지스트의 빛에 노출된 부분이 포토 레지스트 현상제에 용해됩니다.포토레지스트의 노출되지 않은 부분은 포토레지스트 현상제에 용해되지 않은 상태로 남아 있습니다.

네거티브 포토 레지스트

네거티브 포토레지스트는 포토레지스트의 일종으로, 포토레지스트 현상제는 포토레지스트의 빛에 노출된 부분을 불용성화한다.포토 레지스트의 노출되지 않은 부분은 포토 레지스트 현상제에 의해 용해됩니다.

네거티브 포토 레지스트로서의 광반응성 비아지드에 의한 폴리이소프렌 고무의 가교
네거티브 포토 레지스트로서의 아크릴레이트 모노머의 래디컬 유도 중합 및 가교

양극 저항과 음극 저항의 차이

다음[6] 표는 Micro Electrical Systems(MEMS) 제조 업계에서 일반적으로 받아들여지고 있는 일반화에 기초하고 있습니다.

특성. 긍정적 아니요.
실리콘과의 접착 공정한 훌륭합니다.
상대 비용 고액 저렴한 가격
개발자 기반 수성 유기농
현상액 내 용해성 노출된 부위는 용해된다. 노출된 부위는 녹지 않습니다.
최소 기능 0.5 µm 7 nm
스텝 커버리지 낫다. 더 낮게
내습성 화학 물질 공정한 훌륭합니다.

종류들

포토 레지스트의 화학적 구조에 근거해, 포토 폴리머, 포토 분해, 포토 크로스 링크 포토 레지스트의 3 종류로 분류할 수 있습니다.

광중합체 포토레지스트는 포토레지스트의 한 종류로, 보통 알릴 모노머는 빛에 노출되었을 때 유리기를 발생시킨 다음 모노머를 광중합하여 폴리머를 생성한다.광중합체 포토레지스트는 일반적으로 음성 포토레지스트(예: 메타크릴산메틸)에 사용됩니다.

고분자를 생성하는 UV 하에서 메타크릴산메틸단량체의 광중합

광분해 포토 레지스트는 빛을 받아 친수성 제품을 생성하는 포토 레지스트의 일종이다.광분해 포토 레지스트는 보통 양성 포토 레지스트에 사용됩니다.대표적인 예로는 아지드 퀴논(예: 디아조나프타퀴논(DQ))이 있다.

디자오나프토키논의 광분해로 보다 극지방의 환경이 조성되어 수성염기가 베이클라이트형 폴리머를 용해할 수 있습니다.

포토 가교 포토 레지스트는 포토 레지스트의 일종으로, 빛에 노출되면 체인별로 가교해 불용성 네트워크를 형성할 수 있습니다.포토 가교 포토 레지스트는, 통상, 네거티브 포토 레지스트에 사용됩니다.

SU-8의 화학구조(단일분자에는 에폭시기가 8개 포함)
음성 포토 레지스트용 SU-8 메커니즘

오프스토이코메트리 티올엔스(OSTe) 폴리머[7]

자기조립형 단층 SAM 포토레지스트는 우선 자기조립에 의해 기판상에 SAM을 형성한다.그런 다음 다른 포토 레지스트와 마찬가지로 SAM에 의해 피복된 이 표면을 마스크를 통해 조사하여 조사 영역에 사진 패턴 샘플을 생성한다.그리고 마지막으로 현상제를 사용하여 디자인된 부품을 제거합니다(양 또는 음의 포토 [8]레지스트로서 사용할 수 있습니다).

광원

UV 및 단파장에서의 흡수

리소그래피에서는 광원의 파장을 줄이는 것이 [9]고해상도를 달성하는 가장 효율적인 방법입니다.포토 레지스트는 자외선 스펙트럼의 파장 이하(400 nm 미만)에서 가장 일반적으로 사용됩니다.예를 들어 디아조나프토키논(DNQ)은 약 300nm에서 450nm의 강한 흡수를 한다.흡수 대역은 DNQ [citation needed]분자 내의 n-γ*(S0~S1) 및 γ-γ*(S1~S2) 전이에 할당할 수 있다.딥 자외선(DUV) 스펙트럼에서는 벤젠 또는 탄소 이중결합 색소층의[10] δ-δ* 전자전이가 약 200 [citation needed]nm에서 나타난다.더 큰 에너지 차이를 수반하는 더 많은 가능한 흡수 전환의 출현으로 인해, 흡수량은 더 짧은 파장 또는 더 큰 광자 에너지와 함께 증가하는 경향이 있다.에너지가 포토 레지스트의 이온화 전위를 초과하는 광자(응축 용액에서는 [11]5eV까지 낮을 수 있음)는 포토 레지스트의 추가 노출이 가능한 전자를 방출할 수도 있다.약 5 eV에서 약 20 eV까지 외부 "원자가 밴드" 전자의 광이온화가 주요 흡수 [12]메커니즘입니다.20 eV 이상에서는 내부 전자 이온화와 오거 전이가 더욱 중요해집니다.광자 흡수는 X선 영역에 접근함에 따라 감소하기 시작한다. 더 높은 광자 에너지에 대해 깊은 원자 수준 사이의 오거 전환이 더 적게 허용되기 때문이다.흡수된 에너지는 더 많은 반응을 일으키고 궁극적으로 열로 소멸됩니다.이것은 포토 레지스트로부터의 가스 배출 및 오염과 관련이 있습니다.

전자선 노출

포토 레지스트도 전자빔에 노출되어 빛에 노출되는 것과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.가장 큰 차이점은 광자가 흡수되면서 모든 에너지가 한꺼번에 축적되는 동안 전자는 점차 에너지를 축적하고 이 과정에서 포토레지스트 안에 산란한다는 것이다.고에너지 파장과 마찬가지로 전자빔에 의해 많은 전환이 들뜨고 가열과 배기가스는 여전히 우려 사항입니다.C-C 결합의 해리 에너지는 3.6 eV입니다.1차 이온화 방사선에 의해 생성된 2차 전자는 이 결합을 분리하기에 충분한 에너지를 가지며, 이로 인해 편차를 일으킨다.또한, 낮은 에너지 전자는 느린 속도 때문에 더 긴 포토 레지스트 상호작용 시간을 가집니다; 기본적으로 전자는 해리성 전자 부착을 통해 가장 강하게 반응하기 위해 분자에 대해 정지해 있어야 하며, 여기서 전자는 모든 운동 [13]에너지를 축적합니다.그 결과, 원래의 폴리머를 보다 낮은 분자량의 세그먼트(segment)로 분해해, 용매에 보다 쉽게 용해하거나, 다른 화학종(acid)을 방출해, 한층 더 스크리션 반응을 촉진합니다(아래의 화학적으로 증폭된 저항성에 대한 설명 참조).전자빔 노출을 위해 포토 레지스트를 선택하는 것은 일반적이지 않습니다.전자빔 리소그래피는 일반적으로 전자빔 노출 전용 저항기에 의존합니다.

파라미터

포토 레지스트의 물리적, 화학적 및 광학적 특성은 다양한 [14]프로세스에 대한 선택에 영향을 미칩니다.

  • 해상도는 기판상의 인접 기능을 달리하는 기능입니다.임계치수(CD)는 분해능의 주요 척도입니다.

임계 치수가 작을수록 해상도는 높아집니다.

  • 대비는 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 차이입니다.대조도가 높을수록 노출 부분과 노출되지 않은 부분의 차이가 더 명확해진다.
  • 감도는 기판의 포토 레지스트에 명확하게 정의된 특징을 생성하는 데 필요한 최소 에너지로 mJ/cm2 단위로 측정됩니다.포토 레지스트의 감도는 딥 자외선(DUV) 또는 극자외선(EUV)을 사용할 때 중요합니다.
  • 점도는 유체의 내부 마찰을 측정하는 것으로 유체가 얼마나 쉽게 흐르는지에 영향을 미칩니다.더 두꺼운 층을 만들어야 할 경우 점도가 높은 포토 레지스트가 선호됩니다.
  • 접착력은 포토 레지스트와 기판 사이의 접착 강도입니다.레지스트가 기판에서 떨어지면 일부 기능이 누락되거나 손상됩니다.
  • 안티에칭이란 포토레지스트가 고온의 다른 pH 환경 또는 변경 후의 이온 충격에 저항하는 능력입니다.
  • 표면장력은 액체에 의해 유도되는 장력으로 표면적을 최소화하는 경향이 있으며 표면층 입자의 흡인력에 의해 발생한다.기판의 표면을 더 잘 적시기 위해서는 상대적으로 낮은 표면장력을 갖는 포토레지스트가 필요하다.

포지티브 포토 레지스트

DNQ-노보락 포토레지스트

수은증기램프에서 I, G 및 H라인에 사용되는 매우 일반적인 포지티브 포토레지스트 중 하나는 디아조나프토키논(DNQ)과 노볼락수지(페놀포름알데히드수지)의 혼합물에 기초한다.DNQ는 노볼락 수지의 용해를 억제하지만 빛에 노출되면 순수한 노볼락보다 용해율이 높아진다.미노출 DNQ가 노볼락 용해를 억제하는 메커니즘은 잘 알려져 있지 않지만 수소 결합(또는 미노출 영역의 디아조커플링)과 관련이 있는 것으로 생각된다.DNQ-노볼락 저항성은 기본 용액(보통 물에서 0.26N 테트라메틸암모늄 수산화물(TMAH))에서 용해되어 개발됩니다.

네거티브 포토 레지스트

에폭시계 폴리머

매우 일반적인 네거티브 포토 레지스트 중 하나는 에폭시계 폴리머에 기초하고 있습니다.일반적인 제품명은 SU-8 포토 레지스트이며, 원래는 IBM에 의해 발명되었지만, 현재는 Microchem과 Gersteltec에 의해 판매되고 있습니다.SU-8의 한 가지 독특한 특성은 벗기가 매우 어렵다는 것이다.따라서 영구적인 레지스트 패턴(스트라이핑이 불가능하며 가혹한 온도 및 압력 환경에서도 사용할 수 있음)이 [15]장치에 필요한 애플리케이션에서 자주 사용됩니다.에폭시계 폴리머의 메커니즘은 1.2.3 SU-8에 나타나 있다.

오프스토이코메트리티올엔(OSTe) 폴리머

2016년 OTE 폴리머는 확산유발 모노머 고갈을 기반으로 하여 포토구조 정밀도가 높은 독특한 포토폴리머 메커니즘을 가지고 있는 것으로 나타났다.OSTE 폴리머 재료는 원래 KTH Royal Institute of Technology에서 개발되었지만, 현재는 Mercene Labs에서 판매되고 있습니다.이 물질은 SU8과 유사한 특성을 가지고 있는 반면, OTE는 반응성 표면 분자를 포함하고 있어 미세 유체학 또는 생물의학 애플리케이션에 [14]이 물질을 매력적으로 만든다.

수소실세스키옥산(HSQ)

HSQ는 전자빔의 일반적인 네거티브 레지스트이지만 포토 리소그래피에도 유용합니다.원래 Dow Corning(1970년)[16]에 의해 발명되어 현재 Applied Quantum Materials Inc.(AQM)에 의해 생산되고 있다.HSQ는 다른 네거티브 저항체와 달리 무기질이며 금속이 없다.따라서 노출된 HSQ는 낮은 유전율(low-k) Si 농후 산화물을 제공합니다.다른 포토레지스트와의 비교 연구는 2015년에 보고되었다(Dow Corning HSQ).[17]

적용들

마이크로 콘택트 인쇄

주요 기사:마이크로 콘택트 인쇄

마이크로 콘택트 인쇄는 Whitesides Group에 의해 1993년에 기술되었습니다.일반적으로, 이 기술에서는, [18]고체 기판의 표면에 「잉크」분자를 인쇄하는 것에 의해서, 탄성체 스탬프를 사용해 2차원 패턴을 생성한다.

PDMS 마스터 생성
적중 및 연락 프로세스

마이크로 콘택트 인쇄의 순서 1.폴리디메틸실록산(PDMS) 마스터 스탬프 작성 스킴.마이크로 콘택트 인쇄를 위한 스텝 2 마이크로 프린트 리소그래피의 잉크 및 콘택트 프로세스의 스킴.

프린트 기판

프린트 회로 기판의 제조는 포토 레지스트의 가장 중요한 용도 중 하나입니다.포토 리소그래피를 사용하면 복잡한 전자 시스템 배선을 인쇄기에서 구동되는 것처럼 신속하고 경제적으로 정확하게 재현할 수 있다.일반적인 공정은 포토 레지스트(photo-regist)를 적용하여 이미지를 자외선에 노출시킨 후 식각하여 구리 피복 [19]기판을 제거하는 것입니다.

프린트 회로 기판-4276

기판의 패터닝 및 식각

여기에는 특수 광자재, 마이크로일렉트로메커니즘시스템(MEMS), 유리프린트회로기판 및 기타 미세물질처리 작업이 포함됩니다.포토 레지스트는 pH가 [20]3보다 큰 용액에 식각되지 않는 경향이 있습니다.

포토에칭으로 생산되는 마이크로 전기 기계 캔틸레버

마이크로일렉트로닉스

실리콘 웨이퍼/실리콘 집적회로에 주로 적용되는 이 애플리케이션은 가장 발전된 기술이며,[21] 가장 전문화된 분야입니다.

12인치 실리콘 웨이퍼는 수백 또는 수천 개의 집적회로 주사위를 운반할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Eric, Anslyn; Dougherty, Dennis. Modern physical organic chemistry. University Science Books.
  2. ^ "Top Anti-reflective Coatings vs Bottom Anti-reflective Coatings".
  3. ^ MicroChemicals. "Basics of Microstructuring: Anti-Reflective Coatings" (PDF). Microchemicals GmbH. Retrieved 2020-01-31.
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