Фоторезист: виды и применение¶

Фоторезист — светочувствительный материал, изменяющий свои физико-химические свойства под действием ультразвукового излучения, применяемый в фотолитографии для формирования рельефных покрытий на подложках. Представляет собой композицию из полимерного связующего, фотоинициатора (сенсибилизатора) и растворителя; в зависимости от состава может быть жидким или плёночным. Является ключевым расходным материалом в производстве полупроводниковых приборов, печатных плат и микросхем.

¶История

Первые фоторезисты появились в 1950-х годах в связи с развитием планарной технологии производства транзисторов. Изначально использовались негативные материалы на основе цинковых солей и поливинилового спирта. В 1960-х годах компания Eastman Kodak разработала позитивные фоторезисты на основе новолачных смол с диазонафтохиноновыми сенсибилизаторами, что позволило существенно повысить разрешающую способность литографии. С 1970-х годов массовое применение получили сухие плёночные фоторезисты, упростившие процесс нанесения. Дальнейшее развитие связано с переходом на коротковолновое излучение (УФ, затем эксимерные лазеры) и созданием химически усиленных резистов для нанолитографии.

¶Классификация

¶По типу реакции

• Негативные — экспонированные участки под действием света полимеризуются и становятся нерастворимыми; неэкспонированные удаляются проявителем. Обеспечивают высокую адгезию, но ограничены по разрешению из-за набухания в проявителе.
• Позитивные — экспонированные участки деструктируются и растворяются в проявителе, неэкспонированные остаются. Дают более высокое разрешение и чаще применяются в микроэлектронике.

¶По составу и форме

• Жидкие — наносятся центрифугированием, распылением или окунанием.
• Сухие плёночные — представляют собой трёхслойную структуру (полимерная плёнка, фоторезистивный слой, защитная плёнка), ламинируются на подложку.
• Позитивные и негативные по механизму действия.
• Химически усиленные — содержат фотоацидогенератор, чувствительны к дальнему УФ и рентгену.

¶По спектральной чувствительности

Различают резисты, чувствительные к ближнему УФ (365–436 нм), дальнему УФ (248 нм), экстремальному УФ (13,5 нм), а также к электронным и ионным пучкам.

¶Применение

• Производство печатных плат — формирование топологии проводников, маскирование при травлении и гальванике.
• Полупроводниковая промышленность — литографические процессы при изготовлении интегральных схем, транзисторов, диодов.
• Микроэлектромеханика (МЭМС) — создание объёмных микроструктур методом LIGA-технологии.
• Плоская печать и офсет — изготовление печатных форм.
• Медицина и биотехнология — изготовление микрофлюидных чипов, лабораторий на чипе.
• Ювелирное дело и гальванопластика — точное маскирование при электроосаждении металлов.

¶Технологический процесс

Типовая последовательность операций фотолитографии включает:

1. Подготовку поверхности подложки (очистка, нанесение адгезионного подслоя).
2. Нанесение фоторезиста (центрифугирование, распыление, ламинирование).
3. Сушку (мягкий отжиг) для удаления растворителя.
4. Экспонирование через фотошаблон.
5. Проявление — удаление растворимых участков.
6. Твёрдый отжиг для повышения стойкости.
7. Травление или осаждение материала через маску.
8. Удаление фоторезиста (снятие).

¶Основные характеристики

¶Экологические аспекты

Отработанные фоторезисты и проявители относятся к опасным отходам, содержащим органические растворители и щёлочи. Утилизация требует нейтрализации и рекуперации; в промышленности внедряются водно-щелочные проявители и безрастворительные (dry-film) технологии.