Photorésist

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Le photorésist est un matériau photosensible utilisé dans de nombreux procédés industriels, comme la photolithographie ou la photogravure afin de former un revêtement modèle sur une surface.

Sommaire

[modifier] Classes de photorésists

Les photorésists peuvent être classés en deux groupes, les « résists » positifs et les « résists » négatifs :

  • un « résist » positif est un type de photorésist pour lequel la partie exposée à la lumière devient soluble au révélateur du photorésist et la portion du photorésist non exposée reste insoluble au révélateur du photorésist.
  • un « résist » négatif est un type de photorésist pour lequel la partie exposée à la lumière reste insoluble au révélateur du photorésist et la portion du photorésist non exposée devient soluble au révélateur du photorésist.

[modifier] Absorbtion des UV et des longueurs d'ondes plus courtes

Les photorésists sont habituellement utilisés à des longueurs d'ondes dans le spectre ultraviolet ou plus courtes encore (< 400 nm). Ainsi par exemple, le DNQ absorbe entre 300 et 450 nm approximativement. Les bandes d'absorption peuvent êtres assignées aux transitions n-p* (S0-S1) et p-p* (S1-S2) dans la molécule de DNQ [1]. Dans l'ultraviolet lointain, la transition électronique π-π* dans le benzène [2] ou dans les chromophores à doubles-liaisons carbonées [3] se situent autour de 200 nm. En raison du fait que la plupart des transitions d'absorption nécessitent de plus grandes différences d'énergies, l'absorption tend à s'accroître avec les longueurs d'ondes les plus courtes (ou de plus grandes énergies de photons). Les photons dont l'énergie est supérieure au potentiel d'ionisation du photorésist (soit typiquement de l'ordre de 8 eV) peuvent aussi relâcher des électrons pouvant être responsables d'une exposition supérieure du photorésist. De 8 à 20 eV environ, la photoionisation des électrons « de valence » externes est le principal mécanisme d'absorption [4]. Au-delà de 20 eV, l'ionisation des électrons internes et les transitions Auger deviennent plus importantes. L'absorbtion de photons commence à décroître lorsque l'on approche de la région des rayons X, lorsque de moins en moins de transitions Auger sont autorisées pour les énergies photoniques les plus élevées relativement. L'énergie absorbée peut induire d'autres réactions et est finalement dissipée sous forme de chaleur. Cela est associé avec le dégagement de gaz et la contamination issue du photorésist.

[modifier] Exposition à un faisceau d'électrons

Les photorésists peuvent aussi être exposés à des faisceaux d'électrons, ce qui produit les mêmes résultats que l'exposition à la lumière. La différence principale est que lorsque les photons sont absorbés, l'énergie est déposée en une seule fois, alors que les électrons déposent leur énergie graduellement et diffusent dans le photorésist durant le processus. Comme pour les longueurs d'ondes de hautes énergies, de nombreuses transitions sont excitées par les faisceaux d'électrons, et le chauffage et le dégagement gazeux sont également concernés. L'énergie de dissociation pour une liaison C-C est de 3,6 eV. Les électrons secondaires générés par le rayonnement ionisant primaire ont des énergies suffisantes pour dissocier cette liaison, provoquant sa rupture. De plus, les électrons de faible énergie ont un temps d'interaction plus long avec le photorésist en raison de leur vitesse plus faible. La scission coupe le polymère initial en segments de plus faibles masses moléculaires, plus susceptibles d'être dissoutes dans un solvant.
Il n'est pas habituel d'utiliser des photorésists pour une exposition à un faisceau d'électrons. La lithographie à faisceau d'électrons utilise des résists spécialement conçus pour cet usage.

[modifier] Photorésist DNQ-Novolac

Un photorésist positif très commun utilisé avec les bandes I, G, et H d'une lampe à vapeur de mercure est basé sur un mélange de diazonaphtoquinone (DNQ) et d'une résine Novolac (résine de phénolformaldéhyde). La DNQ inhibe la dissolution de la résine Novolac, cependant, sous exposition de lumière, le taux de dissolution croît même au delà de celui de la Novolac pur. Le mécanisme par lequel le DNQ non exposé inhibe la dissolution de la résine Novolac n'est pas encore bien compris, mais on pense qu'il est lié aux liaisons hydrogène (ou plus exactement un couplage diazoïque dans la région non-exposée). Les résists DNQ-Novolac sont développés par dissolution dans une solution basique (habituellement dans une solution à 0,26 N d'hydroxyde de tétraméthylammonium dans de l'eau).
Un photorésist négatif très commun est basé sur des polymères de type époxyde. Le nom commun de ce produit est le photorésist SU-8.

[modifier] Photorésist DUV

Les résists DUV (pour deep ultraviolet - ultraviolet lointain) sont typiquement des polymères basés sur les polyhydroxystyrènes avec un générateur photoacide procurant le changement de solubilité. Cependant, ce type de matériau n'utilise pas le diazocouplage. Les mécanismes couplés des absorptions benzène-chromophore et DNQ-Novolac conduisent à une absorption plus importante par les photorésists DNQ-Novolac dans l'ultraviolet lointain, nécessitant une plus grande quantité de lumière pour atteindre une exposition suffisante. L'absorption forte dans l'ultraviolet lointain conduit à une diminution de la sensibilité du photorésist.

[modifier] Amplification chimique

Les photorésists utilisés en production pour les ultraviolets ou les longueurs d'ondes plus courtes nécessitent l'utilisation d'une amplification chimique afin d'accroître leur sensibilité à l'exposition à l'énergie. Cela est effectué afin de contrer l'absorption plus importante aux longueurs d'ondes courtes. L'amplification chimique est parfois aussi utilisée pour les expositions à une faisceau d'électrons afin d'accroître la sensibilité aux doses d'exposition. Des acides relachés durant le procédé par la radiation d'exposition diffusent durant l'étape de post-exposition. Ces acides rendent le polymère d'entourage soluble dans le révélateur. Une seule molécule d'acide peut catalyser de nombreuses réactions de déprotection; par conséquent, moins de photons ou d'électrons sont nécessaires. La diffusion d'acide est importante non seulement pour accroître la sensibilité et la qualité du photorésist, mais aussi pour limiter la rugosité de la ligne de bord due au bruit statistique[1]. Cependant, la longueur de diffusion de l'acide est en elle-même un limiteur potentiel de la résolution. De plus, trop de diffusion réduit le contraste chimique, conduisant encore à plus de rugosité.

[modifier] Référence

  1. ↑ D. van Steenwinckel et. al., J. Vac. Sci. Tech. B, vol. 24, 316-320 (2006).


  • (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d’une traduction de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Photoresist ».