Laser-Belichtung von Fotolacken - MicroChemicals GmbH

Laser-Belichtung von
Fotolacken
Version: 2010-01-27
Quelle: www.microchemicals.de/technische_infos
Grundsätzliches zur Laser-Belichtung
Das Belichten von Fotolack mit Lasern anstelle der üblicherweise eingesetzten Hg-Lampen in
Mask-Alignern oder Steppern bringt zwei grundsätzliche Unterschiede mit sich:
Zum einen ist die Belichtungs-Intensität (also die Flächenlichtleistung auf der Lackoberfläche)
eine ganz andere: Während bei der Laser-Interferenz-Lithografie meist sehr geringe
Intensitäten auftreten, liegt die Intensität beim Laser-Schreiben viele Größenordnungen
über der Belichtung mittels Mask-Aligner oder Stepper. Zum anderen ist die
Belichtungswellenlänge der verwendeten Laser meist eine andere als die der Hg-Linien bei
365, 405 oder 435 nm.
Geeignete Belichtungs-Wellenlängen
Die optische Absorption unbelichteter
Fotolacke erstreckt sich vom kurzwelligen
sichtbaren bis in den nahen ultravioletten
Spektralbereich und ist den Emissionslinien
der üblicherweise verwendeten Hg-
Dampflampen angepasst (Abb. rechts).
Die meisten Fotolacke absorbieren bei der
g-, h- und i-Linie (435, 405 und 365 nm),
während einigen moderneren Lacken wie
dem AZ ® 9260 oder AZ ® 5214E die langwellige
Absorption bei der g-Linie fehlt.
Moderne Negativlacke wie die AZ ® nLOF
2000 Serie oder der AZ ® 15 nXT oder 125
nXT sind als reine i-line Lacke nur unterhalb
von ca. 380 nm empfindlich.
Da die optische Absorption hin zu großen
Wellenlängen nicht abrupt auf Null sinkt,
ist beim Laser-Schreiben aufgrund der
sehr hohen Lichtintensitäten auch eine
Belichtung einige 10 nm entfernt von den Absorptionsbanden möglich. Durch die dort geringe
Absorption verlängern sich die Schreibzeiten jedoch deutlich.
Das Dokument Fotolacke, Entwickler und Remover gibt einen detaillierten Überblick zu den
hier genannten und anderen Fotolacken, während das Dokument Dicklackprozessierung auf
typische Frage- und Problemstellungen der Dicklackprozessierung mit u. a. den Lacken AZ ®
4562, 9260, oder 40 XT eingeht.
Laser-Interferenz-Lithografie: Geeignete Fotolacke
Bei der Laser-Interferenz-Lithografie sind die Anforderungen an die Auflösung des Lacks
üblicherweise sehr hoch. Des weiteren werden dabei meist sehr dünne Lackschichten von
wenigen 100 nm benötigt, welche durch Verdünnung bestehender Lacke realisiert werden
müssen. Aus beiden Gründen empfehlen sich für die Laser-Interferenz-Lithografie z. B. der
AZ ® 701 MiR (besonders geeignet für nachfolgende trockenchemische Prozesse wie Ätzen
oder Lift-off) oder die AZ ® ECI 3000 Serie (optimiert für nasschemische Prozesse wie Ätzen).
Fotolacke, Entwickler, Remover, Haftvermittler, Ätzchemikalien und Lösemittel ...
Fon: +49 (0)731 36080-409 www.microchemicals.de e-Mail: sales@microchemicals.de
Absorptionskoeffizient (1/µm) _____
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
AZ 9260
AZ 4562
AZ 6632
AZ 1518
AZ 1512HS
AZ 701MiR
AZ 5214E
320 370 420 470
Wellenlänge (nm)

MicroChemicals GmbH - Laser-Belichtung von Fotolacken
Weitere Hinweise zur Erzielung sehr hoher lateraler Auflösungen mit Fotolacken beschreibt
das Dokument Hochauflösende Fotolack-Prozessierung.
Laser-Schreiben: Geeignete Fotolacke und Problemstellungen
Bläschen-Bildung beim Laser-Schreiben
Nahezu alle Positivlacke setzen beim Belichten über die Fotoreaktion (Details im Dokument
Belichten von Fotolack) große Mengen Stickstoff frei. Bei der Belichtung unter moderaten
Lichtintensitäten (Mask-Aligner oder Stepper) und nicht zu dicken Lackschichten kann dieser
ausreichend schnell aus der Lackschicht diffundieren. Beim Laser-Schreiben hingegen bildet
sich die Gesamtmenge an N in kürzester Zeit, was zur Bildung von Bläschen oder
2
Spannungsrissen in der Lackschicht führen kann.
Diese Bläschen oder Risse führen zum einen nach dem Entwickeln zu unregelmäßigen Lackflanken.
Zum anderen streuen Bläschen und Risse das Licht auch lateral, wodurch die laterale
Auflösung abnimmt, und im Falle dicker Lackschichten (> einige µm) tiefer liegende
Lackbereiche eine zu geringe Lichtdosis erhalten und schwer durchbelichtet werden können.
Zur Vermeidung der Bläschen- oder Rissbildung empfehlen sich folgende Maßnahmen:
����� Ein ausreichender Softbake - wir empfehlen 100°C für 1 Minute/µm Lackschichtdicke.
Bei der Trocknung in Öfen sollte einige Minuten länger gebacken werden, um die Aufheizzeit
des Substrats zu berücksichtigen.
����� Im Falle dicker (einige µm oder mehr) Lackschichten die Verwendung eines geeigneten
Dicklacks mit geringer Fotoinitiator-Konzentration (geringeres gebildetes N -Volumen)
2
wie der AZ ® 9260.
����� Bei der Verwendung kurzwelliger (< 400 nm) Laserstrahlung die Verwendung des chemisch
amplifizierten i-line Lacks AZ ® 40 XT (positiv) oder den Negativlacken AZ ® 15 nXT
oder 125 nXT, welche alle beim Belichten keinen Stickstoff freisetzen.
����� Wenn möglich, ein mehrstufiges Laser-Schreiben mit jeweils verringerter Intensität. Die
Zeiten zwischen zwei Schreibzyklen erlauben es dem Stickstoff, aus der Lackschicht zu
diffundieren.
Fotolack lässt sich schwer entwickeln
Fotolacke benötigen eine Belichtungsenergie von einigen kJ/cm3 , was bei typischen
Quantenwirkungsgraden von ca. 30% und Reflexions- und Transmissionsverlusten immer
noch ausreichen würde, den Lack auf ca. 1000°C zu erhitzen. Während bei der Belichtung
mit Hg-Lampen die entstehende Wärme zeitgleich an das Substrat abgeführt wird was die
Erwärmung der Lackschicht in Grenzen hält, kann es beim Laserschreiben durch die sehr
kurzen Belichtungszeiten zu starker Erwärmung kommen, mit den möglichen Folgen:
����� Eine teilweise thermische Zersetzung des Fotoinitiators,
����� eine Quervernetzung des Harzes des Fotolacks welche den Lack unlöslich macht,
����� Spannungsrissen in der Lackschicht, welche das Licht streuen und den tiefer liegenden
Lackschichten so Licht „weg nehmen“.
Durch diese Mechanismen kann die Entwicklungsrate deutlich verringert bzw. die Durchentwicklung
der Lackschicht unmöglich gemacht werden. Mögliche Abhilfen sind:
����� Die Verwendung chemisch amplifizierter Lacke wie dem (allerdings nur unterhalb 400
nm empfindlichen) AZ ® 40 XT, welcher bei vergleichbarer Lackschichtdicke deutlich weniger
Belichtungsenergie benötigt als ein nicht chemisch verstärkter Lack.
����� Wenn möglich, ein mehrstufiges Laser-Schreiben mit jeweils verringerter Intensität. In
den Zeiten zwischen zwei Schreibzyklen kann Wärme an das Substrat abgeführt werden.
Im Zusammenhang mit dicken Lackschichten sei zur Erzielung ausreichend hoher
Entwicklungsraten auch auf die notwendige Rehydrierung verwiesen, wie sie im Dokument
Rehydrierung von Fotolacken beschrieben ist.
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Unsere Fotolacke
Alle hier beschriebenen Fotolacke bieten wir auch in 250, 500 und 1.000 ml Gebinden an.
Bitte fragen Sie uns bei Interesse nach weiteren technischen Infos!
Gewährleistungsausschluss
Alle in diesem Dokument enthaltenen Informationen, Prozessbeschreibungen, Rezepturen
etc. sind nach bestem Wissen und Gewissen zusammengestellt. Dennoch können wir keine
Garantie für die Korrektheit der Angaben übernehmen.
Grundsätzlich ist jeder Mitarbeiter dazu angehalten, sich im Zweifelsfall in geeigneter Fachliteratur
über die angedachten Prozesse vorab ausreichend zu informieren, um Schäden an
Personen und Equipment auszuschließen.
AZ ® und das AZ Logo sind eingetragene Markenzeichen der AZ Electronic Materials (Germany) GmbH.
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