Produktinformation · 100 nm Pitch) benötigt der AR 6200.09 eine Dosis von ca. 220 pC/cm (30 kV,...

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InnovationKreativität

Kundenspezifische Lösungen

Produktinformation

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InnovationKreativitätKundenspezifische Lösungen

DIE ALLRESIST GMBHDie Allresist GmbH bietet eine breite Palette an Re-sists und Prozesschemikalien für alle Standardprozes-se der Photo- und E-Beam-Lithographie zur Herstel-lung elektronischer Bauteile an.

Als unabhängiger Resisthersteller entwickeln, pro-duzieren und vertreiben wir unsere Produkte selbst. Seit 1992 auf dem Markt, nutzt Allresist ihr Know how aus 30 jähriger Resistforschung und produziert ihre Produkte in höchster Qualität (ISO 9001).

Als chemischer Betrieb sind wir uns der besonde-ren Verpflichtung für eine gesunde Umwelt bewusst. Ein verantwortlicher, schonender Ressourcenumgang und freiwilliger Ersatz umweltgefährdender Produkte sind gelebte Politik. Allresist ist umweltzertifiziert (ISO 14001) und Umweltpartner des Landes Brandenburg.

Das Unternehmen ist mit seiner umfangreichen Pro-duktpalette weltweit vertreten. Neben unseren Stan-dardartikeln fertigen wir kundenspezifische Produkte.

Darüber hinaus entwickelt Allresist innovative Pro-dukte für Zukunftstechnologien wie z.B. die Mikro-systemtechnik und Elektronenstrahllithographie. In diesen Wachstumsmärkten werden leistungsfähige, empfindliche und hochauflösende Lacke benötigt.

Unsere neu entwickelten E-Beamresists CSAR 62 und Medusa 82 entsprechen diesen Forderungen und befördern mit ihren exzellenten Eigenschaften weg-weisende Technologien. Mit Electra 92 als Top-Layer können E-Beamresists auch auf isolierenden Schichten wie Glas, Quarz, GaAs verarbeitet werden. Unser flexibles Eingehen auf Kundenwünsche verbun-

den mit einer effizienten Produktionstechnologie erlau-ben eine rasche Verfügbarkeit. Daraus resultieren sehr kurze Lieferzeiten, kleine Abpackungen ab ¼ l, 30 ml Testmuster sowie ein individueller Beratungsservice.

Allresist wurde für ihre wissenschaftlichen und wirt-schaftlichen Spitzenleistungen vielfach ausgezeichnet (Technologietransferpreis, Innovationsspreis, Kunden-champions, Qualitätspreis und Ludwig-Erhard-Preis).

Interessante Neuigkeiten und weitere Informationen haben wir für Sie auf unserer Website zusammenge-stellt. In unserem Resist-WIKI und den FAQ können Sie rasch Antworten auf viele Fragen finden.

Geschäftsführende Gesellschafter Brigitte und matthias schirmer mit tochter und Nachfolgerin Ulrike schirmer

WWW.ALLRESIST.DE

32 nm-technologie mit sX aR-N 7520/4 = aR-N 7520.07 neu

10 nm-strukturen mit dem aR-P 6200 = CsaR 62 (100 nm pitch)

Gesellschaft für chemische Produkte zur mikrostrukturierung mbH

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E-Beam Resists



UNSERE NEUIGKEITEN

Stand: Januar 2020

Gesellschaft für chemische Produkte zur mikrostrukturierung mbH

Ein Copolymer auf der Basis von Methylstyren-

α-chlormethacrylat garantiert hohe Empfindlich-keit und exzellente Auflösung, steilen Kontrast sowie eine hervorragende Plasmaätzstabilität. Mit verschiedenen CSAR-Entwicklern kann eine Auflösung bis 10 nm und eine Empfindlichkeit um 10 µC/cm² realisiert werden. In einem Zwei-lagensystem mit PMMA können kleinste Struktu-ren mit extremen Unterschnitt erzeugt werden.

2012Mit dem neuen E-Beam-Resist aR-N 7520/4 ab 2014 AR-N 7520 neu bringt Allresist einen hochauflösenden und gleichzeitig empfindlichen Resist auf den Markt: Im Vergleich zu dem bis-herigen E-Beamresist verfügt er über eine 7-fa-che höhere Empfindlichkeit. Die Dose to clear einer 100-nm-Schicht reduziert die Schreibzei-ten bei 30 KV auf 35 µC/cm².

18 neue anisol-Pmma-Resists aR-P 632 ... 672 der typen 50K, 200K, 600K und 950K ergänzen die bisherige Anisol-PMMA-Resist-palette, die genau wie die Chlorbenzen-PMMA-Resists die hohen Anforderungen der E-Beam-Technologie erfüllen.

2011Bis 400 °C temperaturstabile Polyimidresists sind als Schutzlack unter der Bezeichnung SX AR-PC 5000/80 sowie als Photoresist unter dem Namen SX AR-P 5000/82 erhältlich.

aktuell in der Neuentwicklung befindlich Mit Hochruck wird an der Entwicklung eines posi-tiven, hochempfindlichen CAR E-Beamresist EOS 72 gearbeitet (Alternative zum FEP 171).

Neue Anwendungen in Mikrobiologie und Optik ergeben sich mit unseren neuen fluoreszieren-den bzw. farbigen Resists. Farbstoffe bzw. Quan-tendots bringen die Strukturen zum Leuchten.

Für organische Halbleiter und flexible Substrate werden in Zukunft fluorierte Polymere (vglb. mit Cytop) zur Verfügung stehen.

2017 - 2020Weitere 3 bedeutende Neuentwicklungen lassen grundsätz-lich neue Resistanwendungen zu: sehr stabiler Negativresist atlas 46 s (AR-N 4600, vglb. SU-8), thermisch strukturier-barer Phoenix 81 (AR-P 8100, Nanofrazor) und höchstauf-lösender medusa 82 (SX AR-N 8200 vglb. HSQ).

Die gebrauchsfertigen Sprühlacke aR-P 1200, aR-N 2200 werden nach weiterer Optimierung mit Erfolg eingesetzt. Sie dienen der gleichmäßige Bedeckung senkrechter Grä-ben, geätzter 54° Böschungen sowie für spin coating.

Der alte strukturtreue aR-N 7520 für sehr präzise Kanten wird auf vielfachen Kundenwunsch wieder angeboten.

2016 Für eine effiziente Ableitung der Aufladungen bei der E-Beam-Lithographie auf isolierenden Substraten wurden der aR-PC 5090 und 5091 (Electra 92) entwickelt. Die neuen sehr leitfähigen Schutzlacke können auf PMMA, CSAR 62 und HSQ bzw. auf novolakbasierten E-Beamresists eingesetzt und nach dem Prozess einfach und vollständig entfernt werden. Darüber hinaus kann Electra 92 als Ersatz für die Metallbe-dampfung bei REM-Aufnahmen verwendet werden.

2014, 2015Aufgrund der reprotoxischen Einstufung des Rohstoffes NEP in den Removern AR 300-70, 300-72 führt Allresist hierfür einen gesundheitsunschädlicheren Remover aR 300-76 ein.

Weitere 8 PMMA-Feststoffe ergänzen das nunmehr 43 Feststoffgehalte umfassende PMMA-Produktportfolio.

2013Der 5 µm-Lack aR-N 4400-05 vervollständigt die CAR-Se-rie 44, einer wirksamen Alternative zum SU-8. Der Schicht-dickenbereich beträgt damit 2,5 µm - 100 µm.

Der neue Remover aR 600-71 ist ein besonders effizienter Remover für höher getemperte E-Beam- und Photoresist-schichten (210 bzw. 170 °C) bereits bei Raumtemperatur.

Der neue Elektronenstrahlresist CsaR 62 ist eine Weiter-entwicklung des bekannten ZEP-Resists.

22 nm-Strukturen mit Zweilagensystem AR-P 6200.09 / AR-P 679.03

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Inhalt & Produktübersicht E-Beam Resists

Wir liefern unsere Produkte innerhalb 1 Woche ab Werk, vorrätige Lagerware sofort bzw. entsprechend Wunschtermin. Packungsgrößen Resist: ¼ , 0,5 , 1 , 2,5 , 6 x 1 , 4 x 2,5 , Prozesschemikalien in 1 , 2,5 , 5 , 4 x 2,5 , 4 x 5 .

Informationen zu Allresist - Produkten Seite

Allgemeine Produktinformationen (Überblick, Haltbarkeit, Abwasserbehandlung, Sicherheitshinweise) 5

Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists 7Produktportfolio aller Allresist-Produkte (Photoresists, E-Beamresists, Experimentalmuster) 70

Positiv-system Anwendung / Eigenschaft Produkt Seite

AR-P 610 er Copolymer PMMA/MA 33% für Nanometerlitho. AR-P 617.03 - 617.14 10

AR-P 630-670 er PMMA 50K, 200K, 600K, 950K in ChlorbenzenPMMA 50K ... 950K im safer solvent AnisolPMMA 50K ... 950K im safer solvent Ethyllactat

AR-P 631 ... 671 (.01-.09) AR-P 632 ... 672 (.01-.12) AR-P 639 ... 679 (.01-.07)

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AR-P 6200 (CSAR 62)

Poly(α-methylstyren-co-α-chloracrylsäuremethylester) höchstauflösend, hochempfindlich, plasmaätzresistent

AR-P 6200.04 - 6200.18

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AR-P 6500 hohe PMMA-Schichten bis 250 µm, X-Ray, Tief-UV AR-P 6510.15, .17, .18, .19 28

AR-P 7400 mix & match, ätzresistent, g-, i-line, auch negativ AR-P 7400.23

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AR-P 8100 höchstauflösend, nicht lichtempfindlch, NanoFrazor AR-P 8100.03, 8100.06 34

Negativ-system Anwendung / Eigenschaft Produkt Seite

AR-N 7500 mix & match, ätzresistent, UV: positiv o. negativ AR-N 7500.08, 7500.18 40

AR-N 7520 neu mix & match, höchstauflösend, kurze Schreibzeit AR-N 7520.07 - 7520.17 42

AR-N 7520 mix & match, höchstauflösend, hochpräzise Kanten AR-N 7520.073, 7520.18 44

AR-N 7700 hochauflösend, steile Gradation für digitale Abb. AR-N 7700.08, 7700.18 46

AR-N 7720 hochauflösend, flache Gradation AR-N 7720.13, 7720.30 48

top-Layer-system Anwendung / Eigenschaft Produkt Seite

AR-PC 5000 Leitfähige Schutzlacke für E-Beamresists AR-PC 5090.02, 5091.02 54

Prozesschemie Anwendung / Eigenschaft Produkt Seite

Verdünner safer solvent für Photoresists und safer solvent (tlw.) für E-Beamresists

AR 300-12 AR 600-01, -02, -07, -09

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Entwickler Puffersysteme für Photo-/E-Beamresists AR 300-26, 300-35

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Entwickler

Entwickler

Stopper

metallionenfrei für Photo-/E-Beamresists

lösemittelbasiert für E-Beamresists

lösemittelbasiert für E-Beamresists

AR 300-44, -46, -47, -475

AR 600-50, -51, -55, -56

AR 600-546, -548, -549

AR 600-60, -61

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Remover organische Lösungen und wässrig-alkalische Lösungen für Photo-/E-Beamresists

AR 600-70, -71 AR 300-70, -72, -73, -76

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Haftvermittler organische Lösungen für Photo-/E-Beamresists AR 300-80 neu, HMDS 68Stan

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E-Beam Resists



Überblick über Aufbau, Wirkungsweise und Eigenschaften von E-BeamresistsE-Beam Resists (Elektronenstrahlresists) sind für Elektro-nenstrahl-, Ionenstrahl- und Tief-UV-Anwendungen zur Herstellung von höchstintegrierten Strukturen konzipiert. Sie werden für die Maskenfertigung und bei maskenlosen Lithografieverfahren für die Strukturierung von Schichten bzw. Wafern in der Prototypen- oder Kleinserienherstel-lung eingesetzt. E-Beamresists werden im Direktschreibverfahren oder mittels maskenbasierter Technik (z.B. „stencil mask“) ge-nutzt und können auch für Mehrlagen-Prozesse verwen-det werden (z.B. Herstellung von T-Gates). In dünnen Schichten (< 100 nm) sind sie für die Nanometer-Litho-graphie ausgezeichnet geeignet. In einem optimierten Ver-arbeitungsregime ist es möglich, Strukturen < 10 nm bei einer Schichtdicke von 50 nm zu realisieren. E-Beamresists werden mittels spin coating beschichtet und zeichnen sich durch eine sehr gute Haftung auf Silizium, Glas und den meisten Metallen aus. Bei dünnen Resists liegt der optimale Bereich der Schleuderdrehzahl zwischen 2000 und 3000 rpm, bei dicken Lacken bei 500 bis 2000 rpm. Für novolakbasierte E-Beamresists sind Drehzah-len bis 9000 rpm geeignet. Bei hochmolekularen PMMA (600K, 950K) sind Drehzahlen über 6000 rpm zu vermei-den, da diese Lacke zum Verspinnen (Zuckerwatte-Effekt) neigen. Je nach Resisttyp können E-BeamresistSchichten von 10 nm bis 4 µm realisiert werden.Die allresist GmbH verfügt über ein breites sortiment an unterschiedlichen Resisttypen, mit denen eine Viel-zahl von anwendungen abgedeckt werden können:Pmma-Resists bestehen aus Polymethacrylaten verschie-dener Molgewichte (50K, 200K, 600K und 950K) gelöst in Chlorbenzen (AR-P 631 … 671) bzw. den Safer-solvent- Lösemitteln Anisol (AR-P 632 … 672), Ethyllactat (AR-P 639 … 679) und 1-Methoxy-2-propylacetat (AR-P 6510). Sie arbeiten positiv. Dabei besitzt das Polymer 50K gegen-über dem 950K eine um 20 % höhere Empfindlichkeit. Die Glastemperatur von PMMA-Schichten liegt bei 105

°C. Die Polymere sind bis 230 °C thermisch stabil. Die PMMA´s verfügen über eine exzellente Auflösung. So sind mit dem AR-P 679.02 6 nm Stege mit einem Aspekt-verhältnis von 10 erreichbar.

Ein Sonderfall sind die AR-P 6510 er PMMA-Resists für hohe Schichtdicken (65-250 µm) für die LIGA-Technik.

Copolymerresists wie der AR-P 617 bestehen aus Copoly-meren auf der Basis von Methylmethacrylat und Methacryl-säure (PMMA/MA 33 %) gelöst in dem Safer-solvent-Löse-mittel 1-Methoxy-2-propanol. Der CSAR 62 (AR-P 6200) ist styrenacrylatbasiert und in dem Safer-solvent-Lösemittel Anisol gelöst. Copolymerresists arbeiten positiv und haben eine 3-4 fache höhere Empfindlichkeit gegenüber PMMA-Resists. Darüber hinaus sind die Polymerschichten bis 240 °C thermisch stabil, die Glastemperaturen liegen beim AR-P 617 bei 150 °C und CSAR 62 bei 148 °C. Oberhalb einer Wellenlänge von 260 nm sind PMMA- und Copolymer-schichten optisch transparent. Da sie jedoch bei 248 nm eine Absorption besitzen, ist auch eine Tief-UV-Belichtung und Strukturierung mit diesen Resists, bei allerdings geringer Empfindlichkeit, möglich.

Novolakbasierte E-Beamresists, wie die AR-P 7400, AR-N 7500, 7520, 7700 und 7720 sind generell wässrig-alkalisch entwickelbar. Hier unterscheidet man zwischen Positiv- und Negativelektronenstrahllacken. Sie enthalten neben dem Novolak organische oder aminische Vernetzer und/oder Säuregeneratoren. Der AR-N 7500 enthält zu-sätzlich positiv arbeitende Naphthochinondiazide. Novo-lakbasierte E-Beamresists sind etwa zweimal plasmätzsta-biler als PMMA-Resists und dienen zur Strukturerzeugung mittels Elektronenstrahllithographie und zur Maskenher-stellung. Einige E-Beamresists können auch durch Mix-&-Match-Prozesse von E-Beam- und UV-Belichtungen (7400, 7520, 7700) strukturiert werden.

Dieser allgemeine Teil ist der erklärende und ergänzende Teil zu den einzelnen E-Beamresistinformationen und vermit-telt einen ersten Überblick sowie Hintergrundwissen. Unter www.allresist.de finden Sie darüber hinaus unsere FAQs sowie unser Resist-WIKI und eine detaillierte Produkt-Parametersammlung.

Allgemeine Produktinformationen zu Allresist - E-Beamresists

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Die feinen Strukturen werden mit dem Elektronenstrahl in die Resistschicht eingeschrieben, dann erfolgt die UV-Belichtung (i-line) der größeren Strukturen. Anschließend werden die Resists wie üblich entwickelt. Die maximale Auflösung des AR-P 7400 und AR-N 7520 kann bei sehr dünnen Schichten < 30 nm betragen.

Chemisch verstärkte E-Beamresists sind der AR-N 7700 und 7720. Sie enthalten strahlungsempfindliche Säurege-neratoren und benötigen immer ein Cross Linking Bake nach der Bestrahlung. Diese Resists sind hochauflösend und gestatten Strukturauflösungen von 50-100 nm bei sehr guter Empfindlichkeit. Der AR-N 7720 ist aufgrund seines gezielt eingestellten geringen Kontrastes für dreidi-mensionale Strukturen wie diffraktive Optiken oder Holo-gramme besonders gut geeignet.

Die Brechzahlen betragen bei PMMAs 1,48, bei den Co-polymeren AR-P 617 1,49 und CSAR 62 1,54. Novolakba-sierte E-Beamresists liegen bei 1,60 - 1,61.

Kundenspezifische E-Beam ResistsDie große Palette der Allresist Elektronenstrahlresists deckt fast alle Applikationen der E-Beam-Lithographie ab. Sollten jedoch Sonderwünsche (spezielle Schichtdicke oder bestimmter Kontrast) bestehen, können wir solche Experimentalmuster rasch und kostengünstig herstellen.

Haltbarkeit und optimale Lagerbedingungen PMMA- und Copolymer-E-Beamresists sind im sichtba-ren Wellenlängenbereich nicht lichtempfindlich (Gelblicht nicht erforderlich) und reagieren weniger empfindlich als novolakbasierte Resists auf Temperatureinwirkung. Sie al-tern nur sehr langsam, Alterungserscheinungen sind das allmähliche Eindicken, das jedoch ohne Qualitätseinbußen bleibt. Lediglich die Schichtdicke wird etwas höher, was jedoch beim Beschichten leicht korrigiert werden kann.

Novolakbasierte E-Beam Resists sind dagegen wie Pho-toresists lichtempfindlich, reagieren auf Licht- und Tem-peratureinwirkung und altern stärker im Verlauf ihrer La-gerung. Sie werden in lichtgeschützten Braunglasflaschen abgefüllt, kühl gelagert und dürfen nur in Gelblichträumen (λ > 500 nm) verarbeitet werden. Haltbarkeitsdatum und empfohlene Lagertempera-tur sind auf dem jeweiligen Produktetikett vermerkt. Bei Einhaltung dieser Temperaturen sind die Resists im ungeöffneten Zustand bis zum Ablauf des Haltbarkeits-datums (das sind i. d. R. 2 Jahre nach Herstellung), min-destens jedoch 6 Monate ab Verkaufsdatum, haltbar. Kurzzeitige Temperaturabweichungen haben keinen Ein-fluss auf die Produkteigenschaften. sollen Resists länger als 6 monate nach Verkaufsdatum eingesetzt bzw. innerhalb sehr enger Prozessfenster prozessiert werden, empfiehlt sich eine Lagerung bei 4 - 8 °C. ausnahmen bilden Lacke, die bei 14 - 20 °C lagern sollen, diese dürfen nicht kälter gelagert werden.Mehrere Jahre gelagerte novolakbasierte E-Beamresists sind nur noch mit deutlichen Einschränkungen verwendbar. Das gilt auch für bei zu hohen Temperaturen gelagerte sowie stark verdünnte Lacke, die rascher als normal altern.

AbwasserbehandlungDurch Einstellen der verbrauchten, wässrig alkalischen Developer- und Remover-Lösungen auf pH 9 bis 10 durch den Zusatz von Säuren und anschließender Abtrennung des Niederschlages können bis zu 90 % des organischen Materials aus den Developerabfällen entfernt werden. Zur Entsorgung ist die filtrierte Lösung auf pH 6,5 bis 8,0 einzustellen. Die Abfallbeseitigung der festen Rückstände kann in geordneten Deponien or durch Verbrennung in behördlich genehmigten Anlagen erfolgen. Die gesammel-ten Resist und Lösemittelabfälle sind in autorisierten Ver-brennungsanlagen zu entsorgen.

SicherheitshinweiseResists, Thinner, Remover und Adhesion promoter enthal-ten organische Lösemittel, es ist für ausreichende Be- und Entlüftung im Arbeitsraum zu sorgen. Developerlösungen sind basische, ätzende Flüssigkeiten. Der Kontakt mit den Developern ist zu vermeiden, da sie die Haut reizen (Schutzbrille, Schutzhandschuhe tragen). Die EG-Sicherheitsdatenblätter unserer Produkte können Sie unter www.allresist.de / Produkte abrufen or unter [email protected] anfordern.

Allgemeine Produktinformationen zu Allresist - E-Beamresists

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0. Haftung - SubstratvorbehandlungDie Haftung zwischen Substrat und Lack ist für eine sichere Verarbeitung des Resists von großer Bedeutung. Geringste Veränderungen des Reinigungsprozesses oder der Techno-logie können signifikante Auswirkungen auf die Haftfestig-keit haben. Im Allgemeinen weisen Silizium, Siliziumnitrid, Nichtedelmetalle (Aluminium, Kupfer) eine gute Lackhaf-tung auf, während die Haftung auf SiO2, Glas, Edelmetallen, wie Gold und Silber, sowie auf Galliumarsenid schlechter ist. Hier sind unbedingt Maßnahmen zur Verbesserung der Haftfestigkeit erforderlich. Zu hohe Luftfeuchtigkeit (> 60

%) verschlechtert die Haftung deutlich.Bei Verwendung neuer Substrate ist ein Ausheizen bei etwa 200 °C (3 min, hot plate) zur Trocknung ausreichend. Jedoch sind die Substrate im Anschluss daran schnell zu verarbeiten. Es empfiehlt sich eine Zwischenlagerung in einem Exsikkator zur Verhinderung der Rehydrierung.Organisch verunreinigte oder bereits verwendete Wafer erfordern vorherige Reinigungen in Aceton und nachfol-gend in Isopropanol oder Ethanol ggf. mit anschließender Trocknung. Dadurch verbessert sich die Lackhaftung. Wird nur Aceton zur Reinigung verwendet, sollte das Substrat unbedingt im Trockenschrank getrocknet werden, um die kondensierte Luftfeuchte, die durch die Verdunstungskälte des Acetons entsteht, zu entfernen. Werden die Wafer in einer Technologie mehrfach pro-zessiert und unterschiedlichen Einflüssen ausgesetzt, empfiehlt sich eine intensive Reinigung. Diese ist jedoch stark substrat- (inklusive der schon aufgebrachten Struk-turen) und prozessabhängig. Der Einsatz von Removern oder Säuren (z.B. Piranha) mit anschließender Spülung und Trocknung kann erforderlich sein. Eine Unterstützung durch Ultra- oder Megaschall hilft in schwierigen Fällen. Zur Verbesserung der Haftung dienen Haftvermittler, wie z.B. der Adhäsionspromotor AR 300-80 neu, der unmittel-bar vor der Lackbeschichtung in einem einfachen Handling mittels Spincoating als dünne, ca. 15 nm dicke Schicht auf-getragen und getempert wird. Es kann auch HMDS auf die Substrate gedampft werden, dabei wirkt die monomoleku-lare Schicht auf der Waferoberfläche haftverbessernd, weil sie hydrophob wird und den Resist besser anlagert.

1. BeschichtungSubstrate sollten vor der Beschichtung abgekühlt sein. Re-sists müssen vor dem Einsatz an die Temperatur des mög-lichst klimatisierten Arbeitsraumes angepasst werden. Zu kalter Lack zieht Wasser aus der Luftfeuchtigkeit. Daher sollten aus dem Kühlschrank genommene Flaschen nicht

sofort geöffnet, sondern mehrere Stunden vorher auf Raumtemperatur erwärmt werden.

Luftbläschen sind vermeidbar, wenn der Verschluss der Lackflasche einige Stunden vor der Beschichtung für einen Druckausgleich ein klein wenig gelöst wird und der Lack ruhig stand. Dicke Lacke benötigen dafür mehrere Stun-den, dünne Lacke kürzer. Vorsichtiger und nicht zu schnel-ler Lackauftrag mittels Pipette oder Dispenser verhindert Bläschen und Inhomogenitäten in der Lackschicht.

Das häufige Öffnen der Lackflaschen bewirkt, dass Löse-mittel verdunstet und der Lack „eindickt“. Schon 1 % Löse-mittelverlust bewirkt bei einem Resist von 1,4 μm Schicht-dicke etwa eine um 4 % dickere Schicht und dadurch einen deutlichen Anstieg der Belichtungsdosis.

Übliche Beschichtungsbedingungen sind Temperaturen von 20 bis 25 °C mit einer Temperaturkonstanz von ± 1

°C (Optimum 21 °C) bei einer relativen Luftfeuchte von 30 bis 50 % (Optimum 43 %). Höhere Luftfeuchten da-gegen beeinträchtigen die Haftung. Oberhalb von 70 % Luftfeuchte ist kaum noch eine Beschichtung möglich. Die Luftfeuchte beeinflusst auch die Schichtdicke. Mit steigen-der Luftfeuchte sinkt hier die Schichtdicke geringfügig.

Bei Drehzahlen > 1500 rpm sind 30 s zur Erzielung der gewünschten Schichtdicke ausreichend. Bei geringe-ren Drehzahlen sollte die Zeit auf 60 s erhöht werden.

Bei dicken Schichten ab > 5 μm nimmt die Neigung zur Ausbildung einer Randwulst stark zu. Hier hilft nach dem Spin coating eine Randentlackung mit dem Resistlösemit-tel AR 300-12 oder Isopropanol (Aceton ist dagegen ungeeignet). Ein Gyrset-Gerät (Closed Chuck) verringert die Randwulst ebenfalls. Zu berücksichtigen ist dabei je-doch, dass sich dadurch die Schichtdicke gegenüber ei-nem offenen Chuck auf etwa 70 % verringert.

2. Temperung / SoftbakeFrisch beschichtete Lackschichten besitzen, je nach Schicht-dicke, noch einen Restlösemittelgehalt. Die anschließende Temperung bei 85 ... 210 °C trocknet und härtet die Lack-schicht. Neben der besseren Lackhaftung verringert sich auch der Dunkelabtrag beim Entwickeln.

Für die Bearbeitung temperaturempfindlicher Substrate ist es auch möglich bei deutlich niedrigeren Softbaketempera-turen (< 60 °C) zu arbeiten. Hierbei muss jedoch das Ent-wicklungsregime entsprechend angepasst werden.Nach dem Softbake werden die Substrate vor der weite-ren Verarbeitung auf Raumtemperatur abgekühlt.

Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists

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3. BelichtungDie Belichtung erfolgt durch herkömmliche Geräte der Elektronenstrahl-Lithographie nach dem Prinzip des Di-rektschreib- oder des Formstrahlverfahrens. Durch die Verwendung der sehr kurzwelligen Elektronen für die Re-sistbestrahlung kann eine ausgezeichnete Auflösung von bis zu 2 nm erreicht werden (Punktstrahl). Für Mix & match-Prozesse der AR 7000er Resists können zusätzlich Belichtungen mit i-, g-line-Steppern bzw. Kon-taktbelichtern im jeweiligen spektralen UV-Arbeitsbereich realisiert werden.Die von uns in den Produktinformationen angegebenen Werte für die Strahlungsempfindlichkeit, die für unseren je-weiligen Standardprozess gelten, müssen durch eigene Ver-suche bestätigt werden. Sie sind daher nur als Richtwerte zu verstehen. Allein der Unterschied der Empfindlichkeit zwischen Siliziumwafern und Maskenblank ist erheblich (PMMA Maske: 15 µC/cm² - PMMA Wafer 80 µC/cm²). Ebenso hat die Beschleunigungsspannung einen großen Einfluss auf die Empfindlichkeit. Je höher die Spannung ist, desto unempfindlicher reagieren die Lacke.

Die Belichtungsdosis (dose to clear), die eine große Fläche ohne Strukturen in einer angemessenen Entwicklungszeit (schichtdickenabhängig, 0,5 µm: 30 – 60 s) bei einem E-Beamresists aufentwickelt, sollte für die normale Struk-turabbildung um 10 – 20 % erhöht werden. Für die maxi-male Auflösung sind noch höhere Dosen erforderlich. Für Negativresists sollte die Durchentwicklungszeit (DEZ) der unbelichteten Flächen für 0,5 µm bei 30 – 40 s liegen. Die Belichtungsdosis, die dabei einen Schichtaufbau von > 90

% bewirkt, sollte für die Strukturierung ebenfalls um 10

– 20 % erhöht werden. Wird eine kürzere DEZ gewählt (bei Einsatz eines stärkeren Entwicklers), verringert sich die Empfindlichkeit, da mit einer höheren Bestrahlungsdo-sis stärker vernetzt werden muss. Beschichtete und getemperte E-Beamresistschichten kön-nen vor der Belichtung mehrere Wochen ohne Qualitäts-verlust aufbewahrt werden. PMMA-Schichten sind noch stabiler und können praktisch unbegrenzt aufbewahrt werden.

4. EntwicklungBei der Entwicklung erfolgt die Strukturierung der Lack-schicht durch Herauslösen der belichteten Teile bei Positiv-resists und der unbelichteten Bereiche bei Negativresists. Für reproduzierbare Ergebnisse sollte bei einer Tempera-tur zwischen 21 und 23 °C bei einer Temperaturkonstanz von + 1 °C bei Lösemittel-Entwicklern (AR 600-50, -55,

-56) und von + 0,5 °C bei wässrig-alkalischen Entwicklern (AR 300-26, -35, -40) entwickelt werden.Der Entwickler AR 600-50 ist ein lösemittelbasierter Ent-wickler und wurde speziell für die Copolymerschichten (AR-P 617) konzipiert. Durch diesen Entwickler wird die Empfindlichkeit dieses E-Beamresists zusätzlich gesteigert. Der Entwickler AR 600-55 ist, wie auch der AR 600-56, ebenfalls lösemittelbasiert und wird als schneller Entwickler bevorzugt für PMMA-Schichten (AR-P 630-670 er) ver-wendet, wenn kurze Entwicklungszeiten für einen hohen Produktionsdurchsatz gewünscht werden. Copolymer-schichten (AR-P 617), auch in Zweilagensystemen PMMA/Copolymer, können mit ihm ebenfalls entwickelt werden.Der Entwickler AR 600-56 entwickelt langsamer als der AR 600-55 und wird bevorzugt für PMMA-Schichten (AR-P 630-670 er) eingesetzt, wenn gute Auflösungen und hoher Kontrast, bei gleichzeitig längeren Entwicklungszei-ten, gewünscht werden. Für die Colpolymerschichten des AR-P 617 kann er ebenfalls verwendet werden.Die Entwicklung von PMMA-Schichten kann, im Gegensatz zu den novolakbasierten Resists, beliebig oft unterbrochen und fortgesetzt werden. Um eine besonders hohe Auf-lösung zu erreichen, können Entwickler aus Isopropanol oder Isopropanol/Wasser verwendet werden. Dabei wird dann jedoch eine deutlich höhere Bestrahlungsdosis be-nötigt. Zur Entwicklung der belichteten CSAR-Resistschichten eignen sich die Entwickler AR 600-546, 600-548 und 600-549. Der Entwickler AR 600-546 gewährleistet als schwächerer Entwickler ein breiteres Prozessfenster mit den höchsten Kontrastwerten > 15. Verwendet man den stärkeren Entwickler AR 600-548, kann die Empfindlich-keit um das 6-fache auf 10 μC/cm² gesteigert werden. Der mittelstark wirkende Entwickler AR 600-549 macht den CSAR 62 doppelt so empfindlich im Vergleich zu dem AR 600-546, zeigt er ebenfalls keinen Dunkelabtrag, der Kon-trast liegt bei 4.

Die wässrig-alkalische Entwicklerserie AR 300-40 umfasst metallionenfreie Entwickler verschiedener Konzentrati-onen. Die Verwendung dieser Entwickler vermindert die Möglichkeit einer Metallionenkontamination an der Subst-ratoberfläche. Sie weisen ausgezeichnete Benetzungseigen-schaften auf und arbeiten rückstandsfrei. Die Entwickler AR 300-46 und 300-47 kommen speziell bei den novo-lakbasierten E-Beamresists AR-P/N 7400 ... 7700, z.T. in Verdünnungen, zum Einsatz.

Die in den Produktinformationen aufgeführten Entwickler-konzentrationen sind für spezielle Schichtdicken und Ver-


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E-Beam Resists



arbeitungsbedingungen angegeben und gelten bei anderen Bedingungen nur als Richtwerte. Die genaue Entwicklerkon-zentration ist an die spezifischen Gegebenheiten (Schichtdi-cke, Bestrahlungsdosis, Entwicklungszeit, Temperung) anzu-passen. Die beiden Parameter Kontrast und Empfindlichkeit sind über die Entwicklerkonzentration durch definiertes Verdünnen mit DI-Wasser einstellbar. Hinweis: Metallio-nenfreie Entwickler der Serie 300-40 reagieren empfind-licher als Puffersysteme auf Verdünnungsschwankungen. Werden metallionenfreie Entwickler verdünnt, so sollten sie unmittelbar vor Gebrauch und für reproduzierbare Ergeb-nisse sehr genau, möglichst über eine Einwaage, verdünnt werden.

Höhere Entwicklerkonzentrationen bewirken formal eine höhere Lichtempfindlichkeit bei einem Positivresist-Ent-wicklersystem. Sie minimieren die erforderliche Belich-tungsintensität, setzen die Entwicklungszeiten herab und ermöglichen dadurch einen hohen Durchsatz in den Anla-gen. Mögliche Nachteile können ein erhöhter Dunkelabtrag und ggf. eine zu geringe Prozessstabilitität (zu schnell) sein. Negativlacke benötigen bei höheren Entwicklerkonzen-trationen eine höhere Belichtungsdosis für die Vernetzung.

Niedrigere Entwicklerkonzentrationen liefern bei Positiv-resistschichten einen höheren Kontrast und verringern den Resistabtrag in den unbelichteteten Zonen und teilbe-lichteten Grenzbereichen, auch bei längeren Entwicklungs-zeiten. Diese besonders selektive Arbeitsweise sichert ein hohes Maß an Detailwiedergabe bei höherer Belichtungs-intensität.

Die Standzeit des Entwicklerbades für Tauchentwicklungen wird vom Materialdurchsatz und der Aufnahme von CO2 aus der Luft begrenzt. Der Materialdurchsatz hängt vom Anteil der entwickelten Flächen ab. CO2-Aufnahme erfolgt auch durch häufiges Öffnen der Entwicklergebinde und führt zu einer verringerten Entwicklungsrate. Diese kann duch Stickstoffumspülungen des Bades vermindert werden.

5. Spülen / RinseNach der Entwicklung sind die Substrate bei PMMA-, Co-polymer- und Styrenacrylat-E-Beamresists sofort mit dem Stopper AR 600-60 abzustoppen und bei novolakbasier-ten E-Beamresists mit deionisiertem Wasser bis zur voll-ständigen Entfernung aller Entwicklerreste zu spülen und anschließend zu trocknen.

6. Nachtemperung / Hard bakeEine Nachtemperung für spezielle Arbeitsgänge bei etwa 115 °C (novolakbasiert) oder bei 180 °C (PMMA-basiert)

führt zu einer verbesserten Ätzbeständigkeit bei nasschemi-schen und plasmachemischen Ätzprozessen. Höhere Tem-peraturen sind bei intensiven Ätzanwendungen möglich, können jedoch zu Verrundungen der Resist-profile führen.

7. Kundenspezifische TechnologienErzeugung der Halbleitereigenschaften: Die erzeugte Lackmaske dient nun dem vom Anwender gewünschten technologischen Prozess. Die Erzeugung der Halbleiter-eigenschaften erfolgt anwenderspezifisch, z.B. durch Do-tieren mit Bor oder Phospor bzw. durch Ätzprozesse oder Erzeugung von Leitbahnen. Danach ist der Einsatz der Resists beendet und es erfolgt meist das Removing. In wenigen Fällen werden die Resiststrukturen als eigentli-che Funktion auf den Bauteilen genutzt und verbleiben auf dem Substrat.

8. RemovingZur Entfernung gering getemperter Lackschichten (Soft-bake-Temperatur) aller E-Beamresists eignen sich polare Lösemittel, wie z.B. der jeweilige Lackverdünner AR 300-12 bzw. AR 600-01, 600-07 und 600-09 sowie der Remo-ver AR 600-70 (Acetonbasis). Letzterer ist der gebräuch-lichste Remover.

Zur nasschemischen Entschichtung intensiv getemperter E-Beamresistschichten bis 200 °C empfiehlt Allresist den organischen Allround-Remover AR 300-76, der zur Ver-kürzung der Lösezeit auf 80 °C erwärmt werden kann.

Darüber hinaus stehen auch die organischen Remover AR 300-70 und AR 300-72 mit dem Hauptrohstoff NEP zur Auswahl, der jedoch reprotoxisch eingestuft wurde.

Der wässrig-alkalische Remover AR 300-73, der auf 50 °C erwärmbar ist, eignet sich für bis 200 °C getemperte novolakbasierte E-Beamresistschichten. Allerdings greift dieser Remover Aluminiumflächen an.

Für bis 200 °C getemperte E-Beamresistschichten außer Novolakbasierten eignet sich der bereits bei Raumtempe-ratur effizient lösende Remover AR 600-71. Er ist für Kun-den vorgesehen, die Remover mit niedrigem Flammpunkt einsetzen können.

In der Halbleiterindustrie erfolgt das Removing (Strippen) oft durch Veraschen in einem Plasmaverascher. Das mik-rowellenangeregte O2-Plasma dient der rückstandsfreien Resistentfernung. Für das nasschemische Removing kön-nen jedoch auch oxidierende Säuregemische (Piranha, Kö-nigswasser, Salpetersäure u.ä.) eingesetzt werden.


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Prozesschemikalien

Eigenschaften I

Spinkurve Eigenschaften II

Charakterisierung

Parameter / AR-P 617.03 617.06 617.08Feststoffgehalt (%) 3,0 6,0 8,0Viskosität 25 °C (mPas) 7 20 36Schichtdicke/4000 rpm (nm) 90 290 480Auflösung bester Wert (nm) 10Kontrast 6Flammpunkt (°C) 38Lagerung bis 6 Monate (°C) 10 - 22

aR-P 617 E-Beamresists für die NanometerlithographieCopolymerresistserie zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen und Masken

- E-Beam, Tief-UV (248 nm)- höchste Auflösung, hoher Kontrast- starke Haftung auf Glas, Silizium und Metallen- 3-4 x empfindlicher als PMMA, - Empfindlichkeit über Softbake einstellbar- für Planarisierungen und Mehrlagenprozess - thermisch stabil bis 240 °C- Copolymer auf der Basis von Methylmethacrylat und Methacrylsäure, safer solvent 1-Methoxy-2-propanol

Glas-Temperatur (°C) 150Dielektrizitätskonstante 2,6Cauchy-Koeffizienten N0 1,488

N1 44,0N2 1,1

Plasmaätzraten (nm/min)

(5 Pa, 240-250 V Bias)

Ar-Sputtern: 16O2 291CF4 56

80 CF4 + 16 O2

151

Substrat Si 4“-WaferTemperung 200 °C, 2 min, hot plateBestrahlung ZBA 21, 20 kVEntwicklung AR 600-50, 2 min, 21°C

AR-P 617.03 30 nm Gräben bei einer Schicht-dicke von 120 nm

Haftvermittler AR 300-80 neuEntwickler AR 600-50, AR 600-55Verdünner AR 600-07Stopper AR 600-60Remover AR 600-71, AR 300-76

Positiv - E-Beamresists AR-P 610 er

AR-P 617.03150 nm Stege über 200 nm Oxidstufen

Prozessparameter

Strukturauflösung Resiststrukturen

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E-Beam Resists



ProzessbedingungenDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für die Resists AR-P 610. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-E-Beamresists“.

Beschichtung AR-P 617.064000 rpm, 60 s, 290 nm

Temperung (± 1 °C) 200 °C, 25 min hot plate oder

200 °C, 30 min Konvektionsofen

E-Beam-Bestrahlung ZBA 21, Beschleunigungsspannung 20 kVBestrahlungsdosis (E0): 30 µC/cm², 500 nm space & lines

Entwicklung(21-23 °C ± 1 °C) Puddle

AR 600-50, 60 s

Stoppen AR 600-60, 30 s

Nachtemperung (optional)

130 °C, 1 min hot plate oder 130 °C, 25 min Konvektionsofen für eine leicht verbesserte Plasmaätzbeständigkeit

Kundenspezifische Technologien

z.B. Erzeugung der Halbleitereigenschaften

Removing AR 300-76 oder O2-Plasmaveraschung


Schichtdicken des AR-P 617 vs. Feststoffgehalt und Drehzahl

Stand: Mai 2019

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Dosis vs. Soft-Bake-Temperatur beim AR-P 617


Gradationskurve des AR-P 617

Die Resistempfindlichkeit wächst mit steigender Soft-Bake-Temperatur aufgrund der intensiveren Anhydridbildung der Methacrylsäure unter Wasserabspaltung ( Grafik Dosis vs. Soft-Bake-Temperatur). Dadurch ist der AR-P 617 bei Temperungen bei 200 °C gegenüber 180 °C etwa 20 % empfindlicher. Die Dosis kann somit eingestellt werden. Das ist bei einem Zweilagensystem aus zwei Schichten AR-P 617 von großer Bedeutung. Dazu wird zuerst die untere Schicht bei 200 °C getrocknet und dann gemeinsam mit der oberen Schicht bei 180 °C getempert.

Durch die erfolgte Differenzierung wird die untere Schicht schneller vom Entwickler angegriffen, es entstehen stark unterschnittene Strukturen (lift-off). Solche Lift-off-Strukturen können auch mit dem Zweilagensystem PMMA/ Co-polymer hergestellt werden. Zuerst wird der AR-P 617 beschichtet und bei 190 °C getempert, dann der PMMA-Resist AR-P 679.03 aufgeschleudert und bei 150 °C getrocknet. Nach der Bestrahlung werden beide Schichten in einem Schritt z.B. mit dem AR 600-56 entwickelt, mit dem AR 600-60 gestoppt und dann abgespült.

Hinweise für die Verarbeitung

Mit steigender Temperatur wird der AR-P 617.08 (Schichtdicke 680 nm) linear empfindlicher.

Lift-off-Struktur mit zwei Schichten AR-P 617 Unterschnittene Struktur mit PMMA/ Copolymer

Nach der Entwicklung mit AR 600-50 Unten: AR-P 617.06, 400 nm dick bei 200 °C getempert Oben: AR-P 617.06, 500 nm dick bei 180 °C getempert

Zweilagensystem PMMA/Copolymer nach der EntwicklungUnten: AR-P 617.06, 400 nm dick bei 190 °C getempert Oben: AR-P 679.06, 180 nm dick bei 150 °C getempert

Bei einer Schichtdicke von 350 nm wurde ein Kontrast von 5,0 gemessen (30 kV, Entwickler AR 600-50)

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Das Copolymer aus Methylmethacrylat und Methacrylsäure ist im Gegensatz zu den reinen PMMA´s in der Lage, bei einer thermischen Belastung einen 6-Ring zu bilden. Dazu müssen 2 Methacrylsäure-Gruppen nebeneinander in der Polymerkette angeordnet sein (siehe große Strukturformel links). Bei einem Mischungsverhältnis von 2 : 1 (PMMA : Methacrylsäure) kommt das statistisch gesehen ausreichend oft vor (siehe Summenformel oben rechts). Die Reaktion ist bei dieser Temperatur möglich, weil das entstehende Wasser eine sehr gute Abgangsgruppe ist. Der gebildete 6-Ring ist bei einer Bestrahlung mittels Elektronen einfacher zu brechen als die aliphatische Restkette. Daraus resultiert die höhere Empfindlichkeit des Copolymers. Die eingestellte Empfindlichkeit bleibt dann unverän-dert erhalten, eine Rückreaktion unter Ringöffnung ist unmöglich.

Empfindlichkeitssteigernde Reaktion beim Tempern

Planarisierung mit dem AR-P 617

AR-P 617.12 Strukturen über Topologien

Aufgrund des ausgezeichneten Beschichtungsverhal-tens ist es möglich, vorhandene Topologien auf einem Wafer einzuebnen und anschließend zu entwickeln. In dem Beispiel wurden 200 nm hohe Oxid-Strukturen mit dem AR-P 617.08 beschichtet. Die Schichtdicke betrug 780 nm. Nach der Bestrahlung (20 kV) und der Entwicklung (AR 600-50, 2 min) bedeckten absolut pla-nare Resiststege den gegliederten Wafer.

Stand: Januar 2014

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Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

aR-P 631-679 E-Beamresists für die NanometerlithographiePMMA-Resistserien 50 K - 950 K zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen und Masken

- E-Beam, Tief-UV (248 nm)- sehr gute Haftung auf Glas, Silizium und Metallen- 50 K: 20 % empfindlicher als 950 K- für Planarisierungen und Mehrlagenprozesse - höchste Auflösung, hoher Kontrast- Polymethylmethacrylate verschiedener Molgewichte- AR-P 631-671 Chlorbenzen, Flammpunkt: 28 °C- AR-P 632-672 Safer Solvent Anisol, Flammp.: 44 °C- AR-P 639-679 Safer Solvent Ethyllactat, Fl.p.: 36 °C


N1 47,3N2 0


(5 Pa, 240-250 V Bias)

Ar-Sputtern: 21O2 344CF4 59

80 CF4 + 16 O2

164

Substrat Si 4“-WaferTemperung 150 °C, 3 min. hot plateBestrahlung Raith Pioneer, 30 kVEntwicklung AR 600-56, 60 s, 21 °CStoppbad AR 600-60, 30 s, 21 °C

AR-P 679.02erzeugte Strukturauflösung: 6,2 nm Gap, 65 nm hoch

Haftvermittler AR 300-80 neuEntwickler AR 600-55, AR 600-56Verdünner AR 600-01 bzw. -02 bzw. -09Stopper AR 600-60Remover AR 600-71, AR 300-76

Positiv - PMMA E-Beamresists AR-P 630 - 670 er

AR-P 671.09Diffraktive Optiken 4,4 µm dick

Prozessparameter


Parameter / AR-P 631-639

641-649

661-669

671-679

PMMA-Typ 50 K 200 K 600 K 950 KSchichtdicke/4000 rpm (µm)entsprechend Feststoffgehalt

0,02-0,31

0,02-0,78

0,02-1,04

0,03-1,87

Feststoffgehalt (%) 1-12 1-12 1-11 1-11Auflösung bester Wert (nm) 6Kontrast 7Lagerung bis 6 Monate (°C) 10 - 22

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E-Beam Resists



ProzessbedingungenDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für den Resists AR-P 630-670. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-E-Beamresists“.

Beschichtung AR-P 632.06 AR-P 671.054000 rpm, 60 s, 110 nm 2000 rpm, 60 s, 690 nm



E-Beam-Bestrahlung ZBA 21, 20 kV Raith Pioneer, 30 kVBestrahlungsdosis (E0):

95 µC/cm² 770 µC/cm²

Entwicklung(21-23 °C ± 1 °C) Puddle

AR 600-55 1 min

AR 600-56 3 min








Hinweise für die Verarbeitung als ZweilagensystemStark unterschnittene Strukturen (lift-off) werden erhalten, wenn PMMA-Resists verschiedener Molmassen für ein Zweilagensystem ausgewählt werden. Als obere Schicht empfiehlt sich ein Ethyllactat-PMMA, da Ethyllactat im Ge-gensatz zu den anderen Lösemitteln die nachfolgende Schicht nicht angreift. Die untere Schicht kann dagegen ein Chlorbenzen-, Anisol- oder Ethyllactat-PMMA sein. Beide Temperungen erfolgen bei 150 °C.

Empfehlung: großer Unterschnitt (geringere Auflösung): untere Schicht 50K, obere Schicht: 200K, 600K oder 950K.hohe Auflösung (geringerer Unterschnitt): untere Schicht: 600K, obere Schicht: 950K.

Nach der Entwicklung (AR 600-56) Mit Metall bedampfte Strukturen geliftete 30 nm Metall-Stege

Stand: Januar 2014

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Untersuchungen von 2-Lagen-PMMA lift-off Strukturen

Dosisstaffel des 600k/950k-Systems

Stetige Zunahme des UnterschnittesBei 1800 pC/cm noch nicht durchentwickelt

Ausbildung Unterschnitt vs. Bestrahlungsdosis Applikationsbeispiel

Für die Versuche wurden die 2-Lagensyste-me wie links gezeigt beschichtet und jeweils bei 180 °C, 60 s getempert, anschließend mit verschiedenen Dosen bestrahlt (30 kV) und entwickelt (AR 600-60, IPA).

Dosisstaffel des 50K/ 200K-Systems

Das System 50K/200K ist empfindlicher, bei 1500 pC/cm ist die Doppelschicht vollständig entwickelt. Dafür benötigt die Variante 600K/950K eine höhere Dosis von 2200 pC/cm. Mit steigender Dosis prägt sich auch der Unterschnitt bei dem System 50K/200K stärker aus. Damit ist dieses Zweilagensystem für komplizierte Lift-off-Prozesse präde-stiniert. Die Variante 600K/950K kann für höhere Gesamtschichtdicken (> 500 nm) eingesetzt werden und ist ein zuverlässiges Lift-off-System für einfache Anwendungen. Bei diesen Untersuchungen wurde als Entwickler immer der AR 600-60 (IPA) eingesetzt.. Das erklärt die relativ hohen Dosen, jedoch auch die gute Prozessstabilität.

Schichtaufbau des Zweilagensystems 50K/ 200K

Schichtaufbau des Zweilagensys-tems 600K/ 950K

Grabenbreite oben: 20 nm, Messwerte im Diagramm: Brei-te der Gräben unten

„Fingerstrukturen“ mit dem Sondersystem PMMA 90K/200K, Gräben 30 nm breit

Definition: Die Empfindlichkeit für eine Linie wird in pC/cm angegeben, für eine Fläche ist die Einheit µC/cm²

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Empfindlichkeit eines PMMA-Resist Gradationskurve PMMA

Vergleich der Entwickler AR 600-55 und AR 600-56 Gradationskurve bis zur maximalen Dosis

Die Empfindlichkeit eines PMMA-Resists (AR-P 671.05) hängt stark von der Beschleunigungsspannung ab. Bei 100 kV passiert ein großer Teil der Energie den Resist ohne Wech-selwirkung, deshalb ist der Resist unempfindlicher. Bei 5 kV werden dagegen die gesamten Elektronen absorbiert.


Depolymerisation bei der Bestrahlung

Die Hauptkette des PMMA wird in viele, radikali-sche Bruchstücke zerschlagen

Im linken Diagramm ist der Vergleich der Empfindlichkeiten des AR-P 679.03 in 2 unterschiedlichen Entwicklern zu sehen. Unter sonst gleichen Bedingungen (30 kV, 165 nm Schichtdicke) ergibt der Standardentwickler AR 600-55 eine fast doppelt so hohe Empfindlichkeit im Vergleich zum AR 600-60 (IPA). Die Entwicklung mit IPA führt jedoch zu einem deutlich höheren Kontrast (10,5 : 6,6). Damit ist dieser Entwickler für höhere Auflösungen prädestiniert. Außerdem zeigen die Erfahrungen, dass das Prozessfenster deutlich größer als bei den schnelleren Entwicklern ist. Eine Abweichung z.B. der Dosis von 10 % wird ohne Qualitätsverlust hingenommen.

Bei der Elektronenbestrahlung der PMMA´s kommt es zum Bruch der Hauptkette. Dabei sinkt die Molmasse von ursprünglich 950.000 g/mol (950K) auf 5.000 – 10.000 g/mol. Dieser Kettenbruch verläuft hauptsächlich radikalisch (siehe Abbildung unten). Bei einer optimalen Dosis rekombinieren die Radikale zu Molekülen mit einer Molmasse um 5.000 g/mol. Wird jedoch die Dosis drastisch erhöht, entstehen soviel Radikale, dass diese wieder zu wesentlich höheren Molmassen vernetzen, das PMMA wird zum Negativresist. In dem oberen rechten Diagramm wird dieses Verhalten durch die Gradationskurve eines Standardprozesses dargestellt (AR-P 671.05, 490 nm Schichtdicke, 30 kV, Entwickler AR 600-56), die hohen Dosen bauen den Resist als Negativlack auf.

PMMAPolymer

PMMA-Bruchstücke

Dosis gegen Beschleunigungsspannung

Stand: Januar 2014

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Spezifikationen von 50 K, 200 K, 600 K und 950 K in Chlorbenzen, Anisol und Ethyllactat

PMMAE-Beam Resist AR-P

Feststoff-gehalt [%]

Viskosität [mPas] 25°C

Schichtdicke 1000 rpm [µm]




Dichte [g/cm³] 20°C

50 K

631.01 1,0 0,9 0,02 0,02 0,01 1,104

631.04 4,0 1,3 0,02 0,13 0,09 0,08 1,107631.06 6,0 1,9 0,23 0,17 0,14 1,110

631.09 9,0 3,1 0,57 0,41 0,30 0,25 1,112632.01 1,0 1,2 0,20 0,02 0,02 0,01 0,992

632.04 4,0 1,8 0,11 0,08 0,06 0,05 0,995632.06 6,0 2,3 0,21 0,16 0,11 0,09 0,997632.09 9,0 3,5 0,38 0,27 0,20 0,17 0,999

632.12 12,0 5,1 0,60 0,42 0,31 0,25 1,001639.01 1,0 1,4 0,02 0,02 0,02 0,01 0,964

639.04 4,0 2,2 0,16 0,12 0,08 0,07 0,970

200 K

641.01 1,0 1,4 0,04 0,02 0,01 1,104

641.04 4,0 4,4 0,33 0,23 0,16 0,13 1,108

641.06 6,0 7,9 0,38 0,28 0,26 1,110

641.07 7,0 11,0 0,71 0,52 0,37 0,31 1,110

641.09 9,0 17,4 1,13 0,83 0,59 0,48 1,112

642.01 1,0 1,9 0,03 0,02 0,02 0,01 0,992

642.03 3,0 4,8 0,13 0,09 0,07 0,05 0,994

642.04 4,0 6,8 0,21 0,15 0,11 0,08 0,996

642.06 6,0 12,8 0,41 0,29 0,21 0,17 0,997

642.07 7,0 16,5 0,53 0,37 0,27 0,22 0,998

642.09 9,0 30,3 0,85 0,59 0,41 0,35 0,999

642.12 12,0 62,3 1,51 1,08 0,78 0,63 1,002

649.01 1,0 1,9 0,03 0,02 0,01 0,964

649.04 4,0 5,8 0,25 0,20 0,15 0,12 0,970

600 K

661.01 1,0 2,2 0,04 0,03 0,02 1,104

661.04 4,0 13,7 0,43 0,32 0,23 0,19 1,108661.06 6,0 28,2 0,67 0,48 0,39 1,110

661.08 8,0 76,0 1,29 0,93 0,74 1,120

661.09 9,0 105 2,58 1,75 1,25 1,00 1,113662.01 1,0 2,6 0,03 0,02 0,02 0,01 0,991

662.04 4,0 12,2 0,28 0,22 0,14 0,09 0,995662.06 6,0 31,2 0,59 0,41 0,29 0,25 0,998662.09 9,0 82,5 1,27 0,91 0,62 0,54 1,003662.11 11,0 158,8 2,14 1,47 1,04 0,88 1,005669.01 1,0 2,5 0,03 0,02 0,02 0,965669.04 4,0 15,6 0,46 0,31 0,22 0,18 0,970669.06 6,0 68,0 0,99 0,74 0,52 0,42 0,975669.07 7,0 128 1,66 1,07 0,74 0,60 0,978

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E-Beam Resists




Spezifikationen von 50 K, 200 K, 600 K und 950 K in Chlorbenzen, Anisol und Ethyllactat

PMMA E-Beam Resist AR-P

Feststoff-gehalt [%]

Viskosität [mPas] 25°C





Dichte [g/cm³] 20°C

950 K

671.01 1,0 3,2 0,05 0,04 0,03 0,02 1,105

671.02 2,0 7,3 0,19 0,13 0,09 0,07 1,106

671.04 4,0 23,2 0,56 0,43 0,31 0,26 1,108

671.05 5,0 57,0 0,95 0,69 0,49 0,39 1,109

671.06 6,0 86,0 0,97 0,68 0,54 1,110

671.07 7,0 135 1,37 0,97 0,78 1,111

671.09 9,0 285 3,70 2,40 1,70 1,34 1,113

672.01 1,0 3,8 0,05 0,04 0,03 0,02 0,998

672.02 2,0 8,8 0,12 0,09 0,07 0,06 0,991

672.03 3,0 15,5 0,22 0,17 0,13 0,10 0,994

672.045 4,5 46,2 0,41 0,32 0,23 0,19 0,998

672.05 5,0 63,1 0,65 0,45 0,32 0,26 1,000

672.06 6,0 76,2 0,83 0,63 0,45 0,36 1,001

672.08 8,0 211 1,65 1,21 0,87 0,69 1,005

672.11 11,0 503 3,94 2,82 1,87 1,42 1,007

679.01 1,0 3,4 0,05 0,04 0,03 0,02 0,965

679.02 2,0 7,8 0,12 0,10 0,07 0,06 0,967

679.03 3,0 16,4 0,31 0,23 0,16 0,12 0,968

679.04 4,0 43,4 0,63 0,40 0,27 0,22 0,970

Chlorbenzen Anisol Ethyllactat

Die fettgedruckten Resists sind Standardvarianten, deren Preise in der Preisliste aufgeführt sind. Weitere Feststoff-gehalte sind ab 1/4 l möglich und werden mit 10 % Preisaufschlag, bezogen auf den nächst höheren Feststoffgehalt, berechnet.

Allresist hat seine Anisolresist- und Ethyllactat-Palette erneut deutlich erweitert und strebt aus Gesundheits- und Umweltschutzgründen ab 2014 die allmähliche Reduzierung der Chlorbenzenresist-Palette im Einvernehmen mit unseren Kunden an.

Applikationen der PMMA-Resists

Herstellung einer PMMA-Brücke durch die Ausnutzung begrenzter Eindringtiefen bei niedriger Beschleunigungsspan-nung mit dem AR-P 679.04

Fresnell-Linsen mit dem AR-P 671.09

Stand: Januar 2014

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Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter


Parameter / AR-P 6200 .18 .13 .09 .04Feststoffgehalt (%) 18 13 9 4Viskosität 25 °C (mPas) 29 11 6 2Schichtdicke/4000 rpm (µm) 0,80 0,40 0,20 0,08Auflösung bester Wert (nm) 6Kontrast 14Flammpunkt (°C) 44Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-18

aR-P 6200 E-Beam Resists höchster auflösungKontrastreiche E-Beamresists für die Herstellung integrierter Schaltkreise und Masken

- E-Beam; Schichtdicken 0,05-1,6 µm (6000-1000 rpm)

- hohe, über Entwickler einstellbare Empfindlichkeit

- höchstauflösend (< 10 nm) und sehr hoher Kontrast

- sehr prozessstabil, sehr plasmaätzresistent

- leichte Erzeugung von Lift-off-Strukturen

- Poly(α-methylstyren-co-α-chloracrylsäure- methylester)

- Safer Solvent Anisol


N1 71,4N2 0


(5 Pa, 240-250 V Bias)

Ar-Sputtern 10O2 180CF4 45

80 CF4 + 16 O2

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Substrat Si 4“ WaferTemperung 150 °C, 60 s, hot plateBelichtung Raith Pioneer, 30 kV

Entwicklung AR 600-546, 60 s, 22 °C

AR-P 6200.04Auflösung bis zu 6 nm bei einer Schichtdicke von 80 nm

Haftvermittler AR 300-80 neuEntwickler AR 600-546, 600-549Verdünner AR 600-02Stopper AR 600-60Remover AR 600-71, 300-76

Positiv - E-Beam Resists AR-P 6200 (CSAR 62)

AR-P 6200.0925-nm-Strukturen, Schichtdicke 180 nm, Artwork

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E-Beam Resists




Beschichtung AR-P 6200.094000 rpm, 60 s0,2 µm



E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer, Beschleunigungsspannung 30 kVBestrahlungsdosis (E0): 65 µC/cm²

Entwicklung(21-23 °C ± 0,5 °C) Puddle

AR 600-5461 min

Stoppen / Spülen AR 600-60, 30 s, DI-H2O, 30 s


130 °C, 1 min hot plate oder 130 °C, 25 min Konvektionsofen für leicht verbesserte Plasmaätzbeständigkeit





PlasmaätzresistenzCSAR 62 zeichnet sich durch eine hohe Plasmaätzresistenz aus. Hier werden die Ätzraten vom AR-P 6200.09 mit denen vom AR-P 3740 (Photoresist), von AR-P 679.04 (PM-MA-Resist) und ZEP 520A in CF4

+

O2 Plasma verglichen.

Stand: Januar 2017

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E-Beambelichtung: Die notwendige E-Beam-Bestrahlungs-dosis zur Strukturabbildung hängt von der gewünschten minimalen Strukturgröße, dem Entwickler, der Beschleuni-gungsspannung (1-100 kV) und der Schichtdicke ab.

Die Bestrahlungsdosis des AR-P 6200.09 beträgt bei die-sem Versuch ( Abb. Vergleich CSAR 62 und PMMA) 55 µC/cm² (Dose to clear D0, 30 kV, 170 nm Schicht, Entwickler AR 600-546, Si-Wafer). Der Kontrast wurde hier mit 14,2 bestimmt.

Damit ist der CSAR 62 im Vergleich zum Standard-PMMA AR-P 679.03, 3x empfindlicher (entwickelt im AR 600-56) bzw. 6x empfindlicher (entwickelt im AR 600-60). Auch der Kontrast ist hierbei um den Faktor 2 bzw. 1,4 höher.

Eine zusätzliche Empfindlichkeitssteigerung durch einen Empfindlichkeitsverstärker erfolgt bereits bei der Bestrah-lung. Somit ist ein Post-Exposure-Bake nicht erforderlich.

Für die Erzeugung von 10 nm Gräben (174 nm Schicht, 100 nm Pitch) benötigt der AR 6200.09 eine Dosis von ca. 220 pC/cm (30 kV, Entwickler AR 600-546)

Vergleich D0 und Kontrast CSAR 62 und PMMA

Maximale Auflösung CSAR 62 von 10 nm (180 nm)

Entwicklung: Zur Entwicklung der belichteten Resist-schicht eignen sich die Entwickler AR 600-546, 600-548 und 600-549. Der Entwickler AR 600-546 gewährleistet als schwächerer Entwickler ein breiteres Prozessfenster. Verwendet man den stärkeren Entwickler AR 600-548, kann die Empfindlichkeit um das 6-fache auf < 10 µC/cm² gesteigert werden. Der mittelstark wirkende Entwickler AR 600-549 macht den CSAR 62 doppelt so empfindlich im Vergleich zu dem AR 600-546, zeigt er ebenfalls keinen Dunkelabtrag, der Kontrast liegt bei 4.

Für die Tauchentwicklung werden Entwicklungszeiten von 30-60 Sekunden empfohlen. Mit dem Entwickler AR 600-546 ist auch nach 10 Minuten kein Abtrag an den unbelich-teten Flächen bei Raumtemperatur messbar. Dagegen greift der Entwickler AR 600-548 schon nach zwei Minuten die Resistoberfläche erkennbar an. Wird jedoch bei einer Entwicklertemperatur um 0 °C gearbei-tet, findet auch nach 5 Minuten kein Abtrag (jedoch unter Empfindlichkeitseinbuße) statt.

Nach dem Entwickeln sollte der Vorgang rasch gestoppt werden. Dazu wird das Substrat für 30 Sekunden im Stop-per AR 600-60 bewegt. Optional kann das Substrat zur Entfernung der letzten Lösemittelreste danach noch für 30 Sekunden mit DI-Wasser gespült werden.

Hinweis: Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass es durch intensive Spülprozesse zum Kollabieren kleiner Strukturen kommen kann ( untenstehende Abb.).

Eine Nachtemperung für spezielle Arbeitsgänge bis max. 130 °C führt zu einer leicht verbesserten Ätzbeständigkeit bei nasschemischen und plasmachemischen Prozessen.

Gefahr von kollabierten Stegen nach zu langem Rinse

Positiv - E-Beam Resists AR-P 6200 (CSAR 62)Verarbeitungshinweise

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E-Beam Resists



Lift-off-Strukturen: Der Resist CSAR 62 eignet sich sehr gut zur Erzeugung von lift-off-Strukturen bei einer Auflö-sung von bis zu 10 nm. Mit einer etwa 1,5-2 fach höheren Dosis lassen sich mit dem AR-P 6200.09 schmale Gräben mit einem definierten Unterschnitt erzeugen:

Unterschnittene Strukturen durch erhöhte Dosis

Nach dem Bedampfen mit Metall und dem anschließen-den leicht auszuführenden Liften bleiben die Metallstruk-turen zurück:

19-nm-Metallbahnen nach Liftprozess mit AR-P 6200.09

CrAu-Test-Strukturen mit einer Linienbreite von 26 nm

Hohe Schichten für Spezial-Anwendungen:

Mit dem AR-P 6200.13 lassen sich Schichtdicken bis 800 nm und mit dem AR-P 6200.18 bis 1,5 µm erzeugen.

AR-P 6200.13: 100-nm-Gräben bei 830 nm hoher Schicht

Der CSAR 62 findet auch Einsatz in verschiedenen Zwei-lagen-Systemen. Dabei kann er sowohl als Bottom- als auch als Top-Resist eingesetzt werden:

AR-P 6200.09 hier als Top-Resist für extreme Lift-off-Anwendungen

Ein weiteres Einsatzgebiet für den CSAR 62 sind Maskblanks. Sie werden mit unserem Lack beschichtet und von unseren Partnern angeboten:

Bei einer Schichtdicke von 380 nm werden mit dem AR-P 6200.13 auf einer Chrom-Maske 100 nm lines&spaces erreicht. Die Empfindlichkeit beträgt 12 µC/cm² (20 kV, AR 600-548).

Verarbeitungshinweise


Stand: Januar 2017

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Künftig können mit CSAR 62 Schaltkreise für den 5Ghz Bereich hergestellt werden, die vor allem für die draht-lose Bluetooth oder Wi-Fi-Technik genutzt werden. Die E-Beam-Lithographie wird auch bei der Erforschung von Nanomaterialien wie Graphen, dreidimensionalen integ-rierten Schaltkreisen sowie bei optischen und Quanten-computern benötigt. Bei all diesen Technologien wird die Rechenleistung oder Speicherdichte gesteigert. Im Bereich höchster Rechneranforderungen, z.B. bei der numerischen Strömungssimulation oder bei der Raumfahrt, sind Mikro-chips mit allerhöchster Integrationsdichte gefragt.

CSAR 62 auf Maskenblanks

Experten am HHI Berlin haben den CSAR 62 auf Masken-blanks getestet (s. Abb. 1). Sie erreichten auf Anhieb eine Auflösung von 50 nm, was für Masken ein ausgezeichne-ter Wert ist. Aktuell werden auf Masken minimal 100 nm Linien genutzt. Zurzeit erfolgen Probebeschichtungen von Maskenblanks mit CSAR 62, sie werden in absehbarer Zeit allen Kunden über unseren Partner angeboten.

Abb. 1 CSAR 62-Teststruktur auf Maskenblank mit 50 nm Stegen und 50 nm Gräben; pitch line & space hier 99,57 nm

CSAR 62 für die höchstauflösende LithographieIn der Fachgruppe Nanostrukturierte Materialien der MLU Halle wird CSAR 62 vor allem für die höchstauflö-sende Lithographie für den Lift-off und als Ätzmaske für trockenchemische Ätzprozesse verwendet. Er zeigt hier mehrere besondere Vorteile. Er erreicht die hohe Auf-lösung von PMMA, jedoch bei deutlich niedrigerer Dosis. Durch den hohen Kontrast werden senkrechte Resistflan-ken erzeugt, die auch bei dünnen Schichten einen sicheren lift-off ermöglicht. Das erlaubt einen gleichmäßigen Lift-off bis zu 20 nm:

Abb. 3 Chrom-Strukturen mit 20 nm Linien nach dem Lift-off

Beim Lift-off von Metallstrukturen, z.B. bei der Kontaktie-rung von Nanodrähten, werden 30-50 nm Abmessungen benötigt. Diese sind zwar auch mit anderen Resists realisier-bar, die beim CSAR 62 vorhandene „Auflösungsreserve“ ermöglicht jedoch eine deutlich verbesserte Strukturtreue sowie ein schnelleres Design mit weniger Iterationen:

Abb. 4 Typische Struktur zur Kontaktierung von Nanodrähten, große Flächen sind mit kleinen Details gemischt

Beim trockenchemischen Ätzen, zum Beispiel bei der Struk-turierung von Siliziumnitrid, bietet der CSAR das Beste aus zwei Welten: Zum einen erlaubt er den Einsatz als hochauf-lösender Positivresist analog zum PMMA, zum anderen bietet er eine Ätzstabilität, die eher dem Novolak entspricht. Hier-durch können Strukturen mit steilen Flanken erzeugt werden, die die notwendige Ätzstabilität bieten und die häufig auf-tretende, störende Facettierung an den Rändern vermeiden.

Üblicherweise wird CSAR 62 bei Schichtdicken zwischen 50 und 300 nm eingesetzt. Intensives Plasmaätzen zur Herstel-lung tiefer Ätzstrukturen erfordert jedoch noch deutlich di-ckere Resistschichten und stellt besondere Anforderungen an Auflösung und Kontrast. Deshalb wurde der AR-P 6200.18 für hohe Schichtdicken von 0,6-1,6 µm entwickelt. Damit las-sen sich besonders gut hohe Metallstrukturen mittels Lift-off, tiefe Plasmaätzprozesse oder Nanowires realisieren.

Abb. 5 Lift-off Strukturen mit starkem Unterschnitt bei einer Schichtdicke von 800 nm

Positiv - E-Beam Resists AR-P 6200 (CSAR 62)Anwendungsbeispiele für CSAR 62

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E-Beam Resists



Trotzdem lassen sich bei einer Schichtdicke von 800 nm Grä-ben einer Breite < 100 nm erzeugen. Der hohe Kontrast wird durch Einsatz unseres Entwicklers AR 600-546 ermöglicht. Er-höht man die Bestrahlungsdosis, kann der Grad des erzeugten Unterschnitts gezielt eingestellt werden (Abb. 5 + 6). Hiermit kann jeder Anwender das für seinen Lift-off-Prozess güns-tigste Profil auswählen.

Abb. 6 AR-P 6200.13, 823 nm Schicht, Dosis: 1440 pC/cm

Abb. 7 Senkrechte Strukturen bei einer Flächendosis von 120 µC/cm² für Nanowires

Werden in solch dicken Schichten Kreise belichtet und ent-wickelt, können durch eine hohe Metallabscheidung (Be-dampfen, Sputtern oder Galvanik) Säulen (Nanowires) er-zeugt werden (siehe senkrechte Flanken in Abb. 7).

Hochpräzise Lift-off-Strukturen mit dem Zweilagensystem CSAR 62 / AR-P 617

Aufgabenstellung am IAP der Friedrich-Schiller-Universi-tät Jena war die Herstellung sehr kleiner, hoch präziser Rechteckstrukturen. Dazu wurde ein Zweischichtsystem aus dem Top Layer AR-P 6200.09 und dem Bottom Lay-er AR-P 617.06 aufgebaut. Nach der Belichtung mit E-Beam Writer Vistec SB 350OS wurde CSAR 62 mit dem Entwickler AR 600-546 strukturiert, anschließend der Bottom-Layer mit dem Entwickler AR 600-55 entwickelt. Dann erfolgte die Beschichtung mit Gold. Der Lift-off wurde mit einem Gemisch aus Aceton und Isopropanol durchgeführt. Die Strukturen sind in Abb. 12 gezeigt. Die Strukturgrößen betragen 38 nm bei Strukturabständen von etwa 40 nm. Besonders positiv zu bewerten sind die kleinen Krümmungsradien an der Ecke der „L“-Innenseite.

Abb. 12 Hochpräzise L-Strukturen, erzeugt mit dem Zweilagen-System AR-P 6200.09 / AR-P 617.06; rechts Zweilagensystem

CSAR 62 – hochpräzise Quadratstrukturen

Eine ähnliche Zielstellung wurde von dieser Arbeitsgruppe bei der Erzeugung von Quadratstrukturen angestrebt. Auch hier sollten die Ecken über eine besonders gute Auflösung verfügen. Dazu wurde CSAR 62 in einer Schichtdicke von 100 nm mit 50 kV bestrahlt und mit dem Entwickler AR 600-546 entwickelt. Neben den exzellenten Eigenschaften des CSAR 62 ist das Bestrahlungsdesign von entscheiden-der Bedeutung (siehe Abb. 13, Mitte: A und rechts: B).

Abb. 13 Unterschiedliche Belichtungsdesigns und die resultieren-den Quadratstrukturen (mitte: A, rechts: B)

CSAR 62 – Entwicklung bei tieferen Temperaturen

Die Empfindlichkeit des CSAR 62 kann durch die Wahl des Entwicklers beeinflusst werden. Im Vergleich zum Stan-dard-Entwickler AR 600-546 kann die Empfindlichkeit bei der Verwendung des AR 600-548 fast verzehnfacht wer-den. Allerdings geht damit ein beginnender Abtrag der un-bestrahlten Resistflächen einher. Der ist zu einem bestimm-ten Maß tolerabel: Wenn man z.B. immer 10 % der Schicht verliert, kann das vorher eingeplant werden. Diesen Abtrag kann man jedoch auch vermeiden, wenn man bei tieferen Temperaturen entwickelt. Allerdings verliert man dadurch wiederum einen Teil der gewonnenen Empfindlichkeit. Es läuft also auf eine Optimierung des Prozesses hinaus. Die tieferen Temperaturen räumen aufgrund der schonenden Entwicklung die Möglichkeit einer Kon-traststeigerung oder geringeren Kantenrauigkeit ein.

Anwendungsbeispiele für CSAR 62


Stand: Februar 2020

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In Abb. 14-16 sind die Empfindlichkeiten und Auflösungen des AR-P 6200.04 bei 6 °C und 21 °C (Entwickler AR 600-546) dargestellt. Aufgrund des hohen Kontrastes bei 6 °C konnte eine Auflösung von 6 nm erzielt werden.

Abb. 14 CSAR 62 Strukturen bei 6 °C, opt. Dosis 195 pC/cm

Abb. 15 CSAR 62 Strukturen bei 21 °C, opt. Dosis 121 pC/cm

Abb. 16 max. Auflösung von 6 nm bei 235 pC/cm bei 6 °C

Mit 100kV geschriebene CSAR 62-NanostrukturenAm Karlsruher Institut für Technologie wurde die Eignung von CSAR 62 für die Herstellung komplizierter Architektu-ren detailliert untersucht. Dafür wurden CSAR 62–Schichten mit einem EBPG5200Z E-Beam-Writer bei 100kV belichtet und dem Entwickler AR 600-546 entwickelt. Die Ergebnisse sind in den untenstehenden Abbildungen dargestellt.

Abb. 17 REM-Bilder (Gold besputtert): CSAR 62 Nanostrukturen, Para-meter: Schichtdicke 200nm, Dosis 225µC/cm2,100kV, Entwickler AR 600-546, 3 min, Stopper AR 600-60

Eine besondere Herausforderung ist das Schreiben und Ent-wickeln nano-dimensionierter Lochstrukturen. Mit CSAR 62 konnte ein Durchmesser von beachtlichen 67nm realisiert werden, wobei das anspruchsvolle Strukturelement ein sehr regelmäßiges Muster aufweist.

Entwickler für T-Gate-Anwendungen mit AR-P 617Der X AR 600-50/2 ist ein neuer, empfindlicher und sehr selektiver Entwickler für hochgetemperte AR-P 617 Schichten (SB >180°C). Schichten von PMMA oder CSAR 62 werden nicht angegriffen, was insbesondere für Mehr-lagenprozesse, z.B. bei der Herstellung von T-Gates, von Bedeutung ist.

Abb. 18 AR-P 617, Schichtdicke: ~1µm, SB 10 Minuten bei 200°C, 50kV, Dosisstaffel, Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Entwicklungsdauer mit Entwickler X AR 600-50/2 bei Raumtemperatur, Stopper AR 600-60

Die Empfindlichkeit kann gut über die Dauer der Entwicklung gesteuert werden. Bei einer Entwicklungszeit von 60s beträgt die Dose to clear etwa 70 µC/cm2, nach 3 minütiger Entwick-lung etwa 40 µC/cm2, nach 6 Minuten noch 25 µC/cm2 und nach 10 Minuten sogar nur etwa 20 µC/cm2! Der Dunkelab-trag ist auch bei längeren Entwicklungszeiten sehr gering.

Positiv - E-Beam Resists AR-P 6200 (CSAR 62)Anwendungsbeispiele für CSAR 62

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E-Beam Resists




Stand: Januar 2017

In positive E-Beamresists wie CSAR 62 und PMMA kön-nen fluoreszierende Farbstoffe eingebettet werden. Da-für wurden sowohl PMMA- als auch CSAR 62-Polyme-re in einem Lösemittelgemisch angesetzt, das auch die Fluoreszenz-Farbstoffe in einem ausreichenden Maße löst. Die Verwendung unterschiedlicher Fluoreszenzfarb-stoffe erlaubt eine definiert einstellbare Emission in va-riablen Wellenlängenbereichen. Die Farbstoffe sind sehr prozessstabil, die Strukturierung erfolgt genauso wie im entsprechenden Standardprozess mit den ungefärbten E-Beamresists. Durch Einbettung in CSAR 62 konnten Re-sistschichten erzeugt werden, die wahlweise eine violette, blaue, gelbe, orange oder auch rote Fluoreszenz zeigen. Die intensive Fluoreszenz bleibt auch nach Tempern bei 180°C erhalten.

Abb. 19 Iintensiv fluoreszierende Schichten von CSAR 62 auf Glas

Abb. 20 Fluoreszierende Strukturen (UV-Belichtung mit einer Wellen-

länge < 250 nm, Entwickler AR 600-546)

Fluoreszierende PMMA-Architekturen wurden bei der Präzisionsoptik Gera GmbH mittels Elektronen-strahlli-thographie erzeugt. In einem optimierten Entwickler lie-ßen sich die Strukturen rückstandsfrei entwickeln.

Werden die Resiststrukturen, wie auf den beiden Bildern ge-zeigt mit UV-Licht angeregt, beginnen sie intensiv zu leuchten.

Abb. 21 Gelb fluoreszierende PMMA basierte Resistarchitekturen

Abb. 22 Rot fluoreszierende PMMA basierte Resistarchitekturen

Aufgrund der Eigenschaften dieser E-Beamresists sind Auf-lösungen bis in den Bereich von 10 - 20 nm möglich. Der Schwerpunkt der Anwendungen liegt in der optischen In-dustrie, so werden diese Materialien, z.B. für Nachtsicht-geräte benötigt. Weiterhin finden fluoreszierende Resist-schichten auch Anwendung in der Mikroskopie.

Fluoreszierende Schichten mit CSAR 62 und PMMA

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Prozesschemikalien

Eigenschaften I

Schichtdicken Eigenschaften II

Charakterisierung

Prozessparameter


Parameter / AR-P 6510 .15 .17 .18 .19Feststoffgehalt (%) 15 17 18 19Viskosität 25 °C (Pas) 12.2 24.5 41 60Schichtdicke/200 rpm (µm) 45 95 155 235Auflösung bester Wert (µm) 1 (X-Ray)

Kontrast 10 (X-Ray)

Flammpunkt (°C) 42Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-22

aR-P 6510 E-Beam Resists für hohe schichtdickenPositivdicklacke für die Herstellung von Mikrobauteilen

- E-Beam, Synchrotron, X-Ray (kein Gelblicht nötig)

- exzellente Abbildungsgüte

- Entwickler auf Lösemittel-Basis

- Schichtdicken von 10 µm bis 250 µm

- prozessstabil

- hochmolekulares Polymethylmethacrylat

- Safer Solvent PGMEA


N1 41,9N2 0


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4 + 16 O2

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Substrat Si 4“ WaferTemperung 100 °C, 4 h KonvektionsofenBelichtung SynchrotronEntwicklung AR 600-51, 20 minStopper AR 600-61, 3 min

AR-P 6510.17Schichtdicke 40 µm, Strukturen bis 5 µm (Synchrotron)

Haftvermittler AR 300-80 neuEntwickler AR 600-51Verdünner AR 300-12Stopper AR 600-61Remover AR 600-71, AR 300-76

Positiv - Synchrotron - Resists AR-P 6500

AR-P 6510.17 (verdünnt), Bestrahlung mittels E-Beam (Entwickler AR 600-55) Schichtdicke 5 µm

Die Resists sind für hohe Schichtdicken konzipiert, welche nur mit geringen Drehzahlen erreichbar sind.

Bei Drehzahlen > 1.000 rpm neigen die Lacke zum Verspinnen. Geringere Schichtdicken müssen durch Verdünnen realisiert werden.

2 min / 30 s .15 .17 .18 .19200 / 350 rpm (µm) 45 95 155 235350 / 500 rpm (µm) 28 56 88 135

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E-Beam Resists




Beschichtung AR-P 6510.17350 rpm, 5 min45 µm

Temperung (± 1 °C) 95 °C, 60 min hot plate (Temperaturrampen empfohlen)

90 °C, 3 h Konvektionsofen (Temperaturrampen empfohlen)

E-Beam-Bestrahlung Synchrotron-BeschleunigerBestrahlungsdosis (E0): 4 kJ/cm³

Entwicklung(21-23 °C ± 1 °C) Tauchen

AR 600-5115 min

Stoppen / Spülen AR 600-61, 30 s / DI-H2O, 30 s


100 °C, 10 min hot plate, 95 °C, 60 min, Konvektionsofen Zur vollständigen Trocknung und leicht verbesserten Plasmaätzbestän-digkeit


z.B LIGA-Verfahren oder Röntgenmasken-Fertigung


Positiv - E-Beam Resists AR-P 6500

In Vorbereitung der Schleuderbeschichtung wird empfohlen, die möglicherweise enthaltenen Gase zu entfernen. Dazu sollten die hochviskosen Resists vor dem Einsatz mehrere Stunden ruhen. Eine Erwärmung der Resistflaschen im Wasserbad auf max. 50 °C zur Viskositätsverringerung und die Anwendung von Ultraschall unterstützen die Ent-fernung der Gasbläschen. Der Lackauftrag sollte äußerst vorsichtig erfolgen, damit keine Luftbläschen in den Resist gezogen werden. Es sollten kleine Drehzahlen und lange Beschichtungszeiten gewählt werden (200 bis 350 rpm, > 3 min). Zur Verringerung der Randwulst wird eine kurze Erhöhung der Drehzahl zum Ende der Beschichtung emp-fohlen (z.B. 30 s bis max. 500 rpm). Die Resistmenge beeinflusst die Schichtdicke ebenfalls. Für einen 4-Zoll-Wafer werden als minimale Menge 10 g pro Lackauftrag empfohlen. Zur Erzielung höchster Schichtgüte sind anwender-spezifische Versuche notwendig.

Verarbeitungshinweise zur Beschichtung

Stand: Januar 2017

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Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter


Parameter / AR-P 7400.23Feststoffgehalt (%) 23Viskosität 25 °C (mPas) 6Schichtdicke/4000 rpm (µm) 0,60Auflösung bester Wert (nm) 40Kontrast 4 (pos.) ; 10 (neg.)

Flammpunkt (°C) 42Lagerung bis 6 Monate (°C) 8 - 12

aR-P 7400 E-Beam Resist für mix & matchPlasmaätzstabliler E-Beamresist für die Herstellung integrierter Schaltkreise und Masken

- E-Beam, Tief-UV, g-line, i-line: positiv und negativ

- mittlere Empfindlichkeit

- prozessstabil, plasmaätzresistent

- für E-Beam-Bestrahlung vorgesehen

- für UV-Belichtung geeignet (λ = 310 - 450 nm)

- mix & match möglich

- Novolak-Naphthochinondiazid-Kombination



N1 57,0N2 220,4


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4 + 16 O2

89

Substrat Si 4“ WaferTemperung 90 °C, 10 min hotplateBelichtung Raith Pioneer, 30 kVEntwicklung AR 300-26, 1: 6, 60 s

AR-P 7400.23 150 nm Säulen bei einer Schichtdicke von 1,43 µm (Negativprozess)

Haftvermittler AR 300-80 neuEntwickler AR 300-47, 300-26Verdünner AR 300-12Remover AR 300-76, AR 600-71

Positiv - E-Beam Resist AR-P 7400

AR-P 7400.23 Arrays mit einer Pixelgröße von 220 x 85 nm (Negativ)

Stan

d: M

ai 2

019

31

E-Beam Resists



Prozessbedingungen - PositivDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für die Resists AR-P 7400. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-E-Beamresists“.

Beschichtung AR-P 7400.234000 rpm, 60 s0,6 µm



E-Beam-Bestrahlung

UV-Belichtung (optional)

Raith Pioneer (Punktstrahler), Beschleunigungsspannung 30 kVBestrahlungsdosis (E0): 200 µC/cm²UV-Belichtungsdosis (E0, BB-UV): 80 mJ/cm² (für mix & match)


AR 300-26, 1 : 660 s

Spülen DI-H2O, 30 s







Mix-&-match Anwendungen können im Positiv-Modus einfacher durchgeführt werden. Hierbei werden die kleinen Strukturen mittels E-Beam geschrieben, dann werden die großen Flächen UV-mäßig belichtet. Danach erfolgt die Entwicklung in einem Schritt. Die mix-&-match-Prozesse sind für die beiden Belichtungsmethoden E-Beam- und UV-Lithographie sorgfältig aufeinander abzustimmen.

Der flexibelste Entwickler für den Resist AR-P 7400.23 ist der AR 300-26. Durch eine Verdünnung des Entwicklers können der Kontrast und die Entwicklungsgeschwindigkeit in einem hohen Maße beeinflusst werden. Es sind Ent-wicklerverdünnungen von 1 : 2 bis 1 : 8 mit DI-Wasser möglich. Eine stärkere Verdünnung führt im Positiv-Modus zu einer Erhöhung des Kontrastes und zu einer Verlangsamung der Entwicklungsgeschwindigkeit. Die Entwicklungszeit sollte zwischen 30 und 60 Sekunden betragen.


Entwicklungsempfehlungen optimal geeignet geeignet

Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-P 7400.23 1 : 6 1 : 2 300-47, 1 : 3

Stand: Mai 2019

32

E-Be

am R

esist

s


Prozessbedingungen - NegativDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für die Resists AR-P 7400. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-E-Beamresists“.

Beschichtung AR-P 7400.234000 rpm, 60 s, 0,6 µm

Temperung (± 1 °C) 85 °C, 2 min hot plate oder85 °C, 30 min Konvektionsofen

E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer (Punktstrahler), Beschleunigungsspannung 30 kVBestrahlungsdosis (E0): 125 µC/cm², kein mix-&-match möglich

Image Reversal Bake - Umkehrtemperung

105 °C, 5 min hot plate oder 100 °C, 25 min, Konvektionsofen

Flut-Belichtung Maskaligner i-lineBelichtungsdosis (E0): 200 mJ/cm²


AR 300-26, 1 : 6 verdünnt60 s


Nachtemperung(optional)

120 °C, 1 min hot plate oder 120 °C, 25 min Konvektionsofen für leicht verbesserte Plasmaätzbeständigkeit





Bei Mix-&-Matchanwendungen im Negativmodus werden die Prozessschritte um eine Temperung und Flutbelich-tung nach der bildmäßigen Primärbelichtung erweitert Damit wird das Verfahren sehr komplex. Der flexibelste Entwickler für den Resist AR-P 7400.23 ist der AR 300-26. Durch eine Verdünnung des Entwicklers können der Kontrast und die Entwicklungsgeschwindigkeit in einem hohen Maße beeinflusst werden. Es sind Entwicklerverdün-nungen von 1 : 3 bis 1 : 8 mit DI-Wasser möglich. Im Negativ-Modus führt ein relativ starker Entwickler (AR 300-26) zu besseren Ergebnissen. Die Entwicklungszeit sollte zwischen 30 und 60 Sekunden betragen.


Entwicklungsempfehlungen optimal geeignet geeignet

Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-P 7400.23 1 : 6 1 : 2 - 2 : 3 300-47, 1 : 2St

and:

Mai

201

9

33



34

E-Be

am R

esist

s


Stan

d: Ju

li 20

18

Information zum PPA, dem Ausgangspolymer für Phoenix 81

1. Zum Ansetzen der PPA Lösungen wird die abgewogene Menge PPA vorgelegt, die berechnete Menge Anisol zugege-ben und bei Raumtemperatur gerührt oder geschüttelt, bis nach etwa 10 Minuten eine klare, homogene Lösung vorliegt.

2. Die PPA-Lösung wird in eine Spritze geeigneter Größe überführt und unter Verwendung eines 0,2 µm Spritzenfilters in eine trockene und saubere Flasche filtriert.

Rezepturbeispiel für eine 2,5% ige Lösung

2,5 g PPA + 97,5 g Anisol = 100,0 g 2,5% ige 0,2 µm filtrierte Polymerlösung. Diese entspricht in den Eigenschaften dem AR-P 8100.03. Hinweis: 2,5% werden in der Produktbezeichnung auf 3% aufgerundet.

Lagerung

Die PPA-Lösung ist nur bei niedrigen Temperaturen haltbar, wir empfehlen eine Lagerung bei -18°C, dann ist sie mindestens 6 Monate stabil. Vor der Anwendung sollte die Lösung auf Raumtemperatur erwärmt werden, um ein Ein-kondensieren von Feuchtigkeit zu vermeiden. Bei einem kurzzeitigen Gebrauch der PPA-Lösung bei Raumtemperatur (bis 3 Stunden) bleibt die hohe Produktqualität bestehen.

Ansetzen und Vorbereiten der Polymerlösung

Abhängigkeit der Schichtdicke vom Feststoffgehalt (anionisches PPA in Anisol, 4000rpm, 30s, open chuck)

Anionisch polymerisiertes Polyphtalaldehyd (PPA), das Ausgangspolymer für den thermo-strukturierbaren Resists Phoenix 81, ist ein weißes Pulver, dass bei Raumtemperatur mindestens 4 Wochen lagerstabil ist. PPA kann daher im normalen Versand, ohne den für PPA-Lösungen notwendigen, sehr kostenintensiven Kühltransport versendet werden.

Bei Kühlschrank-Lagerung (8 - 12 °C) ist das PPA-Polymer mindestens 6 Monate haltbar. Wir empfehlen für eine längere Lagerung den Tiefkühlschrank bei -18°C, da hier sichergestellt ist, dass das PPA für mindestens 1 Jahr stabil bleibt.

Das Polymer PPA löst sich sehr gut in Anisol, durch Variation der Polymerkonzentration können für die Realisierung un-terschiedlicher Schichtdicken sehr flexibel Lösungen hergestellt werden. Weiterhin können die Schichtdicken auch durch Veränderung der Schleudergeschwindigkeiten variiert werden. Dies ist beispielhaft für AR-P 8100.03 (Feststoffgehalt: 2.5%) und AR-P 8100.06 Feststoffgehalt: 5.5%) in der Tabelle Eigenschaften I gezeigt.

Die folgende Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen Polymerkonzentration und resultierender Schichtdicke.

Thermisch strukturierbarer Positiv Resist AR-P 8100

35

E-Beam Resists



Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Parameter / AR-P 8100.03 8100.06Feststoffgehalt (%) 3 6Schichtdicke/4000 rpm (nm) 30 80

Auflösung (nm) 10Kontrast (indiv. einstellbar) 1 - 10

Flammpunkt (°C) 44Lagerung bis 6 Monate (°C) -18

aR-P 8100 (Phoenix 81) für NanoFrazor-anwendungenThermolabiler Resist für integrierte Schaltkreise & holografische Strukturen

• für tSPL (thermal Scanning Probe Lithography)• Schichtdicke 20 - 160 nm• höchstauflösend (< 10 nm) und sehr hoher Kontrast• sehr prozesstabil• nicht lichtempfindlich > 300 nm• gut geeignet für Zweilagenprozesse (Lift-off)• zur Herstellung von „Overlay-Pattern“• Anwendung für Grauton- und E-Beamlithographie• Lösung von PPA in safer solvent Anisol

Glas-Temperatur (°C) Zersetzung > 120 °CCauchy-Koeffizienten N0 1,563

N1 81,9N2 0


(20 mbar, 120 V Bias, 400 W (ICP), 20 W (RF))

90 H2+ 10 Ar 42

Substrat Si WaferTemperung 90 °C, 3 min, Hotplate

Strukturierung NanoFrazor

Haftvermittler AR 300-80 neu, HMDSVerdünner AR 600-02Remover AR 600-01, AR 600-02


Prozessparameter

Grauton-Interferenz-Struktur Resiststrukturen

Plasmonisches Trimer mit 30 nm breiten Goldscheiben im Abstand von 20 nm

Geätzte Sinus-Strukturen

Stand: Mai 2018

36

E-Be

am R

esist

s


Beschichtung AR-P 8100.03 AR-P 8100.06

4000 rpm, 60 s, 30 nm 4000 rpm, 60 s, 80 nm

Temperung (± 1 °C) 90 °C, 3 min Hotplate oder


Strukturierung tSPL (NanoFrazor), E-Beam


z.B. Erzeugung der Halbleitereigenschaften, Ätzen


ProzessbedingungenDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für die Resists AR-P 8100. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-Photoresists“.


Bei den Polyphthalaldehyden (PPA) handelt es sich um thermisch strukturierbare Resists, die hauptsächlich für die tSPL-Anwendungen mit dem NanoFrazor (SwissLitho AG) entwickelt wurden. Das Kernstück dieses Geräts ist eine heiße Nadel, die die Resistoberfläche abrastert. Bei jedem Tipp verdampft das thermolabile PPA, dadurch werden die gewünschten Struktu-ren in die Schicht übertragen. Damit können sowohl 10-nm-Linien als auch anspruchsvolle dreidimensionale Strukturen geschrieben werden.

Mit dem NanoFrazor können die Strukturen auch ohne Vakuumtechnik geschrieben wer-den. Ebenso ist eine Aufstellung des Gerätes aufgrund der Technologie in einem sauberen Labor möglich. Für das Beschichten der Substrate mit dem Resist Phoenix 81 ist jedoch ein Reinraum notwendig. Die Schreibgeschwindigkeit des NanoFrazor entspricht in etwa der von einfachen Elektronenstrahlgeräten bei der Realisierung höchstaufgelöster Strukturen.

NanoFrazor-Technologie

Phoenix 81 ist bei Raumtemperatur nicht lagerstabil und sollte daher bei -18 °C aufbewahrt werden. Um eine hohe Produktqualität zu gewährleisten, wird es nur in Pulverform als PPA-Polymer á 1g versendet.

Vor der Beschichtung sollte die PPA-Lösung auf Raumtemperatur erwärmt werden. Ein kurzzeitiges Erwärmen hat dabei keinen signifikanten Einfluss auf die Stabilität.

PPA-Schichten sind thermolabil, eine signifikante Zersetzung erfolgt jedoch erst bei Temperatur > 120°C.

Verarbeitungsempfehlungen

Stan

d: M

ai 2

019

37

E-Beam Resists



Stand: Juli 2019


1. Beschichtung(Bottomresist)

AR-P 617.03

4000 rpm, 60 s, 90 nm

1. Temperung (± 1 °C) 200 °C, 20 min Hoteplate oder


2. Beschichtung (Topresist)

AR-P 8100.03 AR-P 8100.06

4000 rpm, 60 s, 30 nm 4000 rpm, 60 s, 80 nm

2. Temperung (± 1 °C) 90 °C, 3 min Hoteplate oder 90 °C, 20 min Konvektionsofen

Strukturierung(Topresist)

tSPL (NanoFrazor), E-Beam

Entwicklung(Bottomresist)

AR 600-50, 30-60 s


z.B. Erzeugung der Halbleitereigenschaften, Lift-off

Removing AR 300-76, AR 600-71 oder O2-Plasmaveraschung

Zweilagenprozess

Ergänzungen zum Positiv-Zweilagensystem

Der AR-P 617.03 wird zuerst beschichtet und getempert. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird Phoenix 81 als Topresist aufgetragen. Die Schichtdicke kann im Bereich von 20 nm – 160 nm variiert werden. Anschließend wird das Zweilagensys-tem getempert. Die Dickenverhältnisse beider Schichten beein-flussen die Strukturgeometrie. Für einen starken Lift-off-Effekt sollte die PPA-Schicht dünn und die Unterschicht dick gewählt werden. Dagegen sollten für eine maßhaltige Strukturübertra-gung beide Schichten im Verhältnis etwa gleich dick sein. Das gesamte System ist im Hinblick auf die jeweilige Anwendung zu optimieren.

Die Entwicklung der unteren Schicht erfolgt ausschließlich in den vom Nanofrazor freigelegten Bereichen, PPA wird vom Entwickler AR 600-50 nicht angegriffen. Die Ent-wicklung erfolgt isotrop mit definierter Geschwindigkeit. Dabei beeinflussen sowohl die Dauer der Entwicklung als auch die Entwicklertemperatur stark die Ausprägung des Unterschnitts. Je länger der Entwickler einwirkt und je höher die Entwicklertemperatur ist, desto intensiver wird der Unterschnitt ausgeprägt.

Für das abschließende Liften eignet sich Remover AR 300-76 oder AR 600-71.

Beschichtung Entwicklung

Liften / Removing

38

E-Be

am R

esist

s



PPA-Schichten können auch durch Elektronenbeschuss di-rekt positiv strukturiert werden. Ähnlich wie bei der Be-strahlung der sonst verwendeten E-Beam Resists, wie z.B. CSAR 62 oder PMMA, bewirkt der Elektronenstrahl eine Fragmentierung der Polymerketten. Allerdings sind die aus PPA entstandenen Polymerfragmente instabil und zerfallen direkt in die leichtflüchtigen ortho-Phtalaldehyde.

Während der E-Beambelichtung werden nur äußerst ge-ringe Mengen an monomeren Phthalaldehyde direkt im Gerät freigesetzt, erst der nachfolgende PEB bewirkt eine nahezu vollständige thermische Entwicklung. Jedoch ver-bleibt selbst im Bereich der dose to clear (bei ca. 30 - 40 µC/cm²) eine nur wenige Nanometer dicke Restschicht. Durch einen zusätzlichen, kurzen Plasmaätzschritt kann eine rückstandfreie Substratoberfläche erhalten werden. Die Gradation durchläuft ein Minimum, mit ansteigender Dosis gewinnen die gleichzeitig ablaufenden, vernetzenden Prozesse zunehmend an Bedeutung. Die unerwünsch-te Nebenreaktion basiert auf den durch die Elektronen-bestrahlung erzeugten Radikalen, die die Schicht durch Crosslinken stabilisieren, ein Effekt, der auch bei PMMA, allerdings im Bereich sehr viel höherer Belichtungsdosen, auftritt und zur Erzeugung negativer PMMA-Architekturen genutzt wird. Für die Bestimmung der Auflösungsgrenzen des AR-P 8100 wurden bei der Firma Raith Linienmuster detailliert untersucht. Linien variabler Breite wurde in die PPA-Schicht geschrieben und nach PEB und anschließen-der Metallisierung mit Platin wurden Metallstege mit einer Breite < 20 nm erhalten. Die höchste bisher erhaltene Auf-lösung betrug 16 nm.

In PPA (Resist AR-P 8100) geschriebene Linien

Nach Sputtercoating mit Platin erhaltener 16 nm breiter Steg (Schichtdicke: 4 nm)

Durch Zusatz von PAGs (photo acid generator) zu PPA (Muster SX AR-P 8100/5) kann die Empfindlichkeit gestei-gert und die Gradation besser gesteuert werden. Durch die Belichtung wird in situ Säure freigesetzt, die durch den anschließenden PEB bei 95 - 100°C die PPA-Schicht zer-setzt, also positiv entwickelt. Der thermisch induzierte, lösungsmittelfreie Entwicklungsschritt verläuft nahezu voll-ständig, trotz Zusatz von PAGs verbleibt eine sehr dünne Restschichtdicke.

Gradation von SX AR-P 8100/5 nach PEB 98°C

Werden PAG-haltige Resists in einem Zweilagenprozess mit AR-P 617 verwendet, stört die verbleibende Rest-schicht den weiteren Prozessverlauf nicht. Sie wird bei der anschließenden Entwicklung gelöst. Nach der E-Beambe-lichtung und PEB wird der Bottomresist AR-P 617 mit Ent-wickler AR 600-50 selektiv entwickelt. Über die Dauer des Entwicklungsschrittes kann der Unterschnitt gezielt einge-stellt werden. Dementsprechend können zuverlässlich pro-zessierbare Lift-off-Resistarchitekturen erzeugt werden. Mit dieser Methode werden Metallstege (Platin) realisiert:

Anwendungsbeispiele

Strukturierung von PPA mittels E-Beamlithographie

Stan

d: Ju

ly 2

019

39

E-Beam Resists



Stand: Mai 2018


Anwendungsbeispiele

Im Zweilagenprozess realisierte Platinstege, Breite 58 nm (links), 70 nm (rechts)

Allerdings ist das Prozessfenster recht schmal, bereits eine geringe Variation der Dosis beeinflusst deutlich die Lini-enbreite.

PPA-Schichten können auch mittels Photolithographie, mit Wellenlängen < 300 nm, direkt strukturiert werden. Die UV-Bestrahlung führt zur Spaltung der Polymerket-ten unter Bildung leichtflüchtiger Bestandteile. Durch Zu-satz von PAGs (photo acid generator) kann die Empfind-lichkeit deutlich gesteigert werden. Durch die Belichtung wird in situ Säure freigesetzt, die durch den anschließen-den PEB bei 95 - 100°C die PPA-Schicht zersetzt, also positiv entwickelt.

Der thermisch induzierte, lösungsmittelfreie Entwick-lungsschritt verläuft nahezu vollständig. Die durch die UV-Bestrahlung ebenfalls induzierten Vernetzungspro-zesse können jedoch eine verbleibende, nur wenige Na-nometer dicke Restschicht verursachen. Durch einen kurzen Plasmaätzschritt entsteht eine rückstandfreie Sub-stratoberfläche.

PPA-Schichten können auch durch Laserablation struk-turiert werden. Mit AR-P 8100 beschichtete Substrate wurden am IOM Leipzig mit gepulstem Laserlicht bei un-terschiedlichen Wellenlängen strukturiert. Dabei konnten Architekturen mit sehr geringer Kantenrauigkeit realisiert werden. Im Absorptionsbereich von PPA, bei 248 nm, wur-de ohne Schädigung des Siliziumsubstrates eine vollständige Ablation erreicht.

0,5 J/cm2, 248 nm, 20 ns, Doppelpuls-Belichtung, 700 nm PPA auf Si-Wafer

Obwohl PPA bei einer Wellenlänge von 355 nm nur eine sehr geringe Absorption zeigt, kann dennoch selektiv, mit vergleichsweiser hoher Empfindlichkeit abladiert werden. Die realisierten Strukturen zeigen dabei erneut sehr glatte Kanten.

0,1 J/cm2, 355 nm ps-Laser, Einpuls-Belichtung, 700 nm PPA auf Si-Wafer

Der Laserstrahl kann auch zur Erzeugung von 3D-Struk-turen eingesetzt werden. Interferenzprojektion durch eine Phasenmaske erlaubt die Herstellung von Gitterstruktu-ren mit sinusförmigen Verlauf und sehr geringer Oberflä-chenrauigkeit.

Experimenteller Aufbau Interferenzprojektion

REM-Aufnahme realisiertes PPA-Gitter mit sinusförmigem Ver-lauf (Periode ~750 nm); 248 nm, 20 ns Pulse, Anzahl Pulse: 10, 700 nm PPA auf Si-Wafer

Strukturierung mit Laser (Puls)

Strukturierung von PPA mittels Photolithographie

40

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter


Parameter / AR-N 7500.18 7500.08Feststoffgehalt (%) 18 8Viskosität 25 °C (mPas) 4 2Schichtdicke/4000 rpm (µm) 0,4 0,1Auflösung bester Wert (nm) 40Kontrast 5Flammpunkt (°C) 42Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-18

aR-N 7500 E-Beamresists für mix & matchHochauflösende E-Beamresists für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen

- E-Beam, Tief-UV, i-line, g-line- mittlere Empfindlichkeit- mix- & match-Prozesse zwischen E-Beam- und UV- Belichtungen 310-450 nm, positiv o. negativ durch Auswahl der Belichtungswellenlänge - hochauflösend, prozessstabil (no-CAR)- plasmaätzresistent, thermisch stabil bis 120 °C- Novolak, Naphthochinondiazid, organ. Vernetzer- Safer Solvent PGMEA


N1 157,1N2 0


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4+ 16 O2

90

Substrat Si 4“ WaferTemperung 85 °C, 90 s, hot plateBelichtung ZBA 21, 30 kVEntwicklung AR 300-47, 4 : 1, 60 s, 22 °C

AR-N 7500.18 Schichtdicke 400 nm Gitter mit 70 nm Stegen

Haftvermittler AR 300-80 neu

Entwickler AR 300-47Verdünner AR 300-12Remover AR 300-76, AR 300-73

Negativ - E-Beam Resists AR-N 7500

AR-N 7500.18, Zylin-derreihen mit einem Durchmesser von 500 nm

Stan

d: Ju

li 20

19

41

E-Beam Resists



Beschichtung AR-N 7500.18 4000 rpm, 60 s, 0,4 µm

Temperung (± 1 °C) 85 °C, 2 min hot plate oder 85 °C, 30 min Konvektionsofen

E-Beam-Bestrahlung ZBA 21, Beschleunigungsspannung 20 kVBestrahlungsdosis (E0): 180 µC/cm²


AR 300-47, 4 : 160 s



120 °C, 1 min hot plate oder 120 °C, 25 min Konvektionsofen für bessere Plasmaätzbeständigkeit




Entwicklungsempfehlungen

ProzessbedingungenDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für die Resists AR-N 7500. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-E-Beamresists“.

Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-N 7500.18 ; .08 1 : 4 ; 1 : 7 4 : 1 ; 1 : 1 300-47, 4 : 1


Verarbeitungshinweise Die Resists sind für die E-Beam-Bestrahlung prädestiniert, jedoch auch für die UV-Belichtung geeignet. Mix-&-match-Prozesse sind bei sorgfältiger Abstimmung beider Belichtungsmethoden möglich. Bei E-Beam-Bestrahlung arbeitet der Resist negativ. Bei UV-Belichtung arbeitet er ebenfalls negativ, wenn die bildmäßige Belichtung bei 310 bis 365 nm erfolgt und sich eine Flutbelichtung > 365 nm (optimal g-line) anschließt. Die Belichtungsdosis liegt hier bei einer Schichtdicke von 400 nm etwa 100 mJ/cm² (i-line). Durch einen zusätzlichen Temperschritt (85 °C, 2 min hot plate) nach der bildmä-ßigen UV-Belichtung kann die Empfindlichkeit leicht erhöht werden. Eine positive Abbildung wird bei einer bildmäßigen UV-Belichtung bei 365 – 450 nm ohne nachfolgende Flutbelichtung erhalten. Die Entwicklerverdünnung sollte mit DI-Wasser so eingestellt werden, dass die Entwicklungszeit zwischen 30 und 120 s bei 21 - 23 °C beträgt.

optimal geeignet geeignet

Stand: Mai 2019

42

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter


Parameter / AR-N neu 7520.17 7520.11 7520.07Feststoffgehalt (%) 17 11 7Viskosität 25 °C (mPas) 4 3 2Schichtdicke/4000 rpm (µm) 0,4 0,2 0,1Auflösung bester Wert (nm) 30Kontrast 8Flammpunkt (°C) 42

Lagerung bis 6 Monate (°C) 10 - 18

aR-N 7520 neu E-Beamresists für mix & matchHöchstauflösende, hochempfindliche E-Beamresists zur Herstellung integrierter Schaltkreise

- E-Beam, Tief-UV, i-line (früher SX AR-N 7520/4)- kurze Schreibzeiten, sehr hoher Kontrast- mix- & match-Prozesse zwischen E-Beam- und UV- Belichtungen 248-365 nm, im UV negativ- höchstauflösend, sehr prozessstabil (no-CAR)- plasmaätzresistent, thermisch stabil bis 140 °C- Novolak, organischer Vernetzer- Safer Solvent PGMEA


N1 123,2N2 0


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4+ 16 O2

90

Substrat Si 4“ WaferTemperung 85 °C, 90 s, hot plateBelichtung Raith Pioneer 30 kVEntwicklung AR 300-47, 60 s, 22 °C

AR-N 7520.07 neu30-nm-Steg bei einer Schichtdicke von 90 nm


Entwickler AR 300-46 bzw. AR 300-47Verdünner AR 300-12Remover AR 300-73, AR 300-76

Negativ - E-Beam Resists AR-N 7520 neu

AR-N 7520.17 neu 400- und 600-nm-Stege, Schichtdicke 400 nm

Stan

d: M

ai 2

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43

E-Beam Resists



Beschichtung AR-N 7520.17 neu AR-N 7520.07 neu4000 rpm, 60 s, 0,4 µm

4000 rpm, 60 s,0,1 µm


E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer, Beschleunigungsspannung 30 kVBestrahlungsdosis (E0): 30 µC/cm² , 100 nm space & lines


AR 300-4690 s

AR 300-47 50 s








ProzessbedingungenDieses Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für die Resists AR-N 7520 neu. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen. Weitere Angaben zur Prozessierung „Detaillierte Hinweise zur optimalen Verarbeitung von E-Beamresists“. Empfehlungen zur Abwasserbehandlung und allgemeine Sicherheitshinweise „Allgemeine Produktinformationen zu Allresist-E-Beamresists“.

Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-N 7520.17, .11; .07 neu 3 : 1 ; 1 : 1 - 300-46 ; 300-47

Negativ - E-Beam Resists AR-N 7520 neu

Verarbeitungshinweise Die Resists sind für die E-Beam-Bestrahlung prädestiniert, jedoch auch für die UV-Belichtung geeignet. Mix-&-match-Pro-zesse sind bei sorgfältiger Abstimmung beide Belichtungsmethoden möglich. Bei E-Beam-Bestrahlung arbeitet der Resist negativ. Bei UV-Belichtung im Tief-UV (248-270 nm) oder im mittleren UV (290-365 nm) arbeitet der Resist ebenfalls negativ. Durch einen zusätzlichen Temperschritt (85 °C, 2 min hot plate) nach der bildmäßigen UV-Belichtung kann die Empfindlichkeit leicht erhöht werden.

Die Entwicklerverdünnung sollte mit DI-Wasser so eingestellt werden, dass die Entwicklungszeit zwischen 20 und 120 s bei 21-23 °C beträgt. Durch eine Verdünnung der Entwickler können Kontrast und Entwicklungsgeschwindigkeit in hohem Maße beeinflusst werden. Eine stärkere Verdünnung führt zu einer Erhöhung des Kontrastes und zu einer Ver-langsamung der Entwicklungsgeschwindigkeit.


Stand: Mai 2019

44

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter


aR-N 7520 E-Beamresists für mix & matchHöchstauflösende E-Beamresists für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen

- E-Beam, Tief-UV, i-line

- sehr hoher Kontrast, exzellente Strukturüber- tragung, hochpräzise Kanten

- mix- & match-Prozesse zwischen E-Beam- und UV-Belichtungen 248-365 nm

- höchstauflösend, sehr prozessstabil (no-CAR)

- plasmaätzresistent, thermisch stabil bis 140 °C

- Novolak, organ. Vernetzer, Safer Solvent PGMEA


N1 122,0N2 0


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4+ 16 O2

90

Substrat Si 4“ WaferTemperung 85 °C, 90 s, hot plateBelichtung Raith Pioneer 30 kVEntwicklung AR 300-47, 4 : 1, 60 s, 22 °C




1 µm Steg mit präzisen Kanten, AR-N 7520.18, Schichtdicke 340 nm, 1.400 µC/cm², 100 kV

Stan

d: M

ai 2

019

Parameter / AR-N 7520.18 7520.073Feststoffgehalt (%) 18 7,3Viskosität 25 °C (mPas) 4,2 2,3Schichtdicke/4000 rpm (µm) 0,4 0,1Auflösung bester Wert (nm) 28Kontrast 10Flammpunkt (°C) 42

Lagerung bis 6 Monate (°C) 10 - 18

400 nm Stege mit dem AR-N 7520.073

45

E-Beam Resists



Beschichtung AR-N 7520.18 AR-N 7520.0734000 rpm, 60 s, 0,4 µm

4000 rpm, 60 s,0,1 µm


E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer, Beschleunigungsspannung 30 kVBestrahlungsdosis (E0): 100 nm space & lines500 µC/cm² 300 µC/cm²


AR 300-47, 4 : 190 s

AR 300-47, 4 : 1 50 s









Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-N 7520.18, 7520.073 2 : 3 , 1 : 3 2 : 1, pur 300-47, 4 : 1


Verarbeitungshinweise Die Resists sind für die E-Beam-Bestrahlung prädestiniert, jedoch auch für die UV-Belichtung geeignet. Mix-&-match-Prozesse sind bei sorgfältiger Abstimmung für beide Belichtungsmethoden möglich (Details zu Mix-&-Match siehe AR-N 7520 neu). Die Resists AR-N 7520 sind durch ihre Zusammensetzung etwa 8x un-empfindlicher als die Resists der Serie AR-N 7520 neu. Die benötigte höhere Dosis ist für die Erzeugung von sehr präzisen Strukturkanten prädestiniert. Durch die hohe Elektronendichte werden die Kanten perfekt ab-gebildet. Für die sehr hohe Abbildungsgüte müssen jedoch längere Schreibzeiten in Kauf genommen werden.

Die Entwicklerverdünnung sollte mit DI-Wasser so eingestellt werden, dass die Entwicklungszeit zwischen 20 und 120 s bei 21-23 °C beträgt. Durch eine Verdünnung der Entwickler können Kontrast und Entwicklungsgeschwindigkeit in hohem Maße beeinflusst werden. Eine stärkere Verdünnung führt zu einer Erhöhung des Kontrastes und zu einer Ver-langsamung der Entwicklungsgeschwindigkeit.


Stand: Mai 2019

46

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter


Parameter / AR-N 7700.18 7700.08Feststoffgehalt (%) 18 8Viskosität 25 °C (mPas) 4 2Schichtdicke/4000 rpm (µm) 0,4 0,1Auflösung bester Wert (nm) 80Kontrast 5Flammpunkt (°C) 42Lagerung bis 6 Monate (°C) 8 - 12

aR-N 7700 E-Beamresists mit steiler GradationHochauflösende E-Beamresists für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen

- E-Beam, Tief-UV; chemisch verstärkt (CAR) - 7700: hoher Kontrast für digitale Abbildungen bei exzellenter Empfindlichkeit - im UV-Bereich 248-265 nm und 290-330 nm negativ mit hoher Auflösung - plasmaätzresistent, thermisch stabil bis 140 °C- Novolak, Säuregenerator, Vernetzer- Safer Solvent PGMEA

Glas-Temperatur (°C) 102Dielektrizitätskonstante 3,1Cauchy-Koeffizienten unvernetzt / vernetzt

N0 1,596/ 1,604N1 77,0 / 85,5N2 65,0 / 56,9


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4+ 16 O2

89

Substrat Si 4“ WaferTemperung 85 °C, 90 s, hot plateBelichtung ZBA 21, 30 kVEntwicklung AR 300-46, 60 s, 22 °C

AR-N 7700.18112 x 164 nm Quader bei einer Schichtdicke von 400 nm


Entwickler AR 300-46 bzw. AR 300-47Verdünner AR 300-12Remover AR 300-73, AR 300-76


AR-N 7700500 nm große Dots, geschrieben mit einer Dosis von 12 µC/cm² (30 kV)

Stan

d: M

ai 2

019

47

E-Beam Resists



Beschichtung AR-N 7700.18 AR-N 7700.084000 rpm, 60 s0,4 µm

4000 rpm, 60 s 0,1 µm


E-Beam-Bestrahlung ZBA 21, Beschleunigungsspannung 30 kVE-Beam Bestrahlungsdosis (E0):

UV-Belichtung (optional)12 µC/cm² 8 µC/cm²UV-Belichtungsdosis (E0): für mix & match30 mJ/cm² 24 mJ/cm²

Cross Linking Bake 105 °C, 2 min hot plate oder100 °C, 60 min Konvektionsofen


AR 300-46 pur60 s

AR 300-46, 4 : 1 60 s









Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-N 7700.18 ; 7700.08 2 : 1 ; 1 : 3 pur bis 3 : 1 300-46 pur ; 300-46, 4 : 1


optimal geeignet geeignet Stand: Mai 2019

48

E-Be

am R

esist

s



VerarbeitungshinweiseDiese Resists sind für die Elektronenbestrahlung prädestiniert, aber auch für Tief-UV-Belichtung geeignet. Bei E-Beam-Bestrahlung arbeiten die Resists negativ. Die Bestrahlungsdosis hängt hauptsächlich von Beschleunigungsspannung, Sub-strat und Schichtdicke ab. Bei Tief-UV-Belichtung arbeiten die Resists ebenfalls negativ, wenn die bildmäßige Belichtung bei einer Wellenlänge von 248 - 265 und 290 - 330 nm erfolgt. Nach der Bestrahlung (E-Beam/UV) muss eine Tem-perung erfolgen, da erst durch diesem Schritt die erforderliche Vernetzung erreicht wird. Kontrast und Entwicklungs-geschwindigkeit hängen stark von der Temperung ab. Die empfohlene Temperatur liegt für hot plate bei 105 °C für 2 min. Eine Variation der Temperatur im Bereich von + 5 °C ist möglich. Höhere Vernetzungstemperaturen erfordern stärkere Entwickler. Durch die Abstimmung von Entwicklerstärke und Tempertemperatur können Kontrast und Ent-wicklungsgeschwindigkeit in hohem Maße beeinflusst werden. Generell gilt: je schwächer der Entwickler, desto höher ist der Kontrast und umso geringer die Entwicklungsgeschwindigkeit. Die Entwicklungszeit sollte etwa 60 Sekunden (30 ... 120 s) bei 21 - 23 °C betragen. Kürzere Durchentwicklungszeiten greifen die vernetzten Strukturen an.

Proximity-Effekt Wenn Elektronen zum Bestrahlen der Resistschicht verwendet werden, entstehen immer Streustrahlungen, entweder als Vorwärtsstreuung durch die Wechselwirkung mit dem Resistmaterial oder als Rückstreuung aus dem Substrat (Wa-fer). Dieses Phänomen wird Proximity-Effekt genannt. Die Folge ist eine unerwünschte Veränderung der Strukturen. Der Proximity-Effekt ist bei den empfindlichen Resists (CAR) deutlich stärker ausgeprägt als z.B. bei den PMMA-Resists.

In dem folgenden Beispiel wurde der AR-N 7700.18 mit einer Schichtdicke von 1100 nm aufgeschleudert, getempert (85 °C, 2 min hot plate) und mit unterschiedlichen Dosen (20 kV) bestrahlt. Die Vernetzungstemperung wurde bei 105 °C, 3 min hot plate durchgeführt. Nach dem Entwickeln (AR 300-46 pur, 2 min) wurden die folgende Strukturen erhalten. Deutlich ist die Aufweitung der 250-nm-Stege mit steigender Dosis zu erkennen.

AR-N 7700.18 Dosis 19,5 µC/cm² AR-N 7700.18 Dosis 37,0 µC/cm²

AR-N 7700.18 Dosis 63,5 µC/cm² Dosisstaffel des AR-N 7700.08 : Die Quadrate wurden mit einer Dosis von 1,0 – 90 µC/cm² geschrieben, auch hier ist der Proximity-Effekt bei hohen Dosen gut zu erkennen.

Stan

d: Ja

nuar

201

4

49



50

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I


Charakterisierung

Prozessparameter

Dreidimensionale Strukturen Applikationen des AR-N 7720

Parameter / AR-N 7720.30 7720.13Feststoffgehalt (%) 30 13Viskosität 25 °C (mPas) 20 3Schichtdicke/4000 rpm (µm) 1,4 0,25Auflösung bester Wert (nm) 80Kontrast < 1Flammpunkt (°C) 42Lagerung bis 6 Monate (°C) 8 - 12

aR-N 7720 E-Beamresists mit flacher GradationHochauflösende E-Beamresists für die Herstellung von diffraktiven Optiken

- E-Beam, Tief-UV; chemisch verstärkt (CAR)

- flache Gradation für dreidimensionale Resistprofile

für diffraktive Optiken und Hologramme

- im UV-Bereich 248-265 nm und 290-330 nm

negativ mit hoher Auflösung

- plasmaätzresistent, thermisch stabil bis 140 °C

- Novolak, Säuregenerator, Vernetzer


Glas-Temperatur (°C) 102Dielektrizitätskonstante 3,1Cauchy-Koeffizienten vernetzt / unvernetzt

N0 1,595 / 1,602

N1 69,9 / 85,3N2 64,9 / 56,8


(5 Pa, 240-250 V Bias)


80 CF4+ 16 O2

89

Substrat Si 4“ WaferTemperung 85 °C, 90 s, hot plateBelichtung Vistec Lion, 12,5 kVEntwicklung AR 300-47, 4 : 1, 60 s, 22 °C

AR-N 7720.13

Sinusförmige Strukturen




Diffraktive Optik mit dem AR-N 7720.30 in Silizium übertragen

Stan

d: M

ai 2

019

51

E-Beam Resists



Beschichtung AR-N 7720.30 AR-N 7720.134000 rpm, 60 s1,4 µm

4000 rpm, 60 s 0,25 µm

Temperung (± 1 °C) 85 °C, 2 min hot plate oder 85 °C 30 min Konvektionsofen

E-Beam-Bestrahlung Vistec Lion, Beschleunigungsspannung 12,5 kVE-Beam Bestrahlungsdosis (E0):

100 µC/cm² 35 µC/cm²

Cross Linking Bake 105 °C, 5 min, hot plate oder 100 °C, 60 min Konvektionofen

Nachtemperung 70 °C, 20 min, hot plate oder 70 °C, 120 min KonvektionsofenZur präventiven Vermeidung von Rauigkeiten


AR 300-47 90 s

AR 300-47, 4 : 1 60 s



120 °C, 1 min hot plate oder 120 °C, 25 min Konvektionsofenfür leicht verbesserte Plasmaätzbeständigkeit


Erzeugung von Hologrammen oder diffraktiven Optiken




Entwickler AR 300-26 AR 300-35 AR 300-40AR-N 7720.30 ; 7720.13 1 : 2 ; 1 : 3 - 300-47 pur ; 300-47, 4 : 1



Stand: Mai 2019

52

E-Be

am R

esist

s




Diese Resists sind für die Elektronenbestrahlung prädestiniert, aber auch für Tief-UV-Belichtung geeignet. Bei E-Beam-Bestrahlung arbeiten die Resists negativ. Die Bestrahlungsdosis hängt hauptsächlich von Beschleunigungsspannung, Sub-strat und Schichtdicke ab. Bei Tief-UV-Belichtung arbeiten die Resists ebenfalls negativ, wenn die bildmäßige Belichtung bei einer Wellenlänge von 248 - 265 und 290 - 330 nm erfolgt. Nach der Bestrahlung (E-Beam/UV) muss eine Tem-perung erfolgen, da erst durch diesem Schritt die erforderliche Vernetzung erreicht wird. Kontrast und Entwicklungs-geschwindigkeit hängen stark von der Temperung ab. Die empfohlene Temperatur liegt für hot plate bei 105 °C für 2 min. Eine Variation der Temperatur im Bereich von + 5 °C ist möglich. Höhere Vernetzungstemperaturen erfordern stärkere Entwickler. Für den Resist AR-N 7720 empfiehlt sich vor der Entwicklung eine nochmalige Temperung bei 60 - 70 °C von 1-3 Stunden im Ofen, um auftretende Rauhigkeiten bei den zu entwickelnden Strukturen zu vermeiden. Durch die Abstimmung von Entwicklerstärke und Tempertemperatur können Kontrast und Entwicklungsgeschwindig-keit in hohem Maße beeinflusst werden. Generell gilt: je schwächer der Entwickler, desto höher ist der Kontrast und umso geringer die Entwicklungsgeschwindigkeit. Die Entwicklungszeit sollte etwa 60 Sekunden (30 ... 120 s) bei 21 - 23 °C betragen. Kürzere Durchentwicklungszeiten greifen die vernetzten Strukturen an. Eigene Versuche zum Entwick-lungsprozess sind erforderlich.

Dreidimensional, „analoge“ strukturen Für die meisten Anwendungen strebt man einen hohen Kontrast an, um eine hohe Auflösung zu erreichen. Für die Her-stellung von Hologrammen, diffraktiven Optiken oder geschwungenen Oberflächen sind jedoch Resists mit einem geringen Kontrast prädestiniert. Der AR-N 7720 wurde für solche Anwendungen konzipiert. Die Wirkkomponenten Säuregenerator und Vernetzer wurden im Vergleich zu den „digitalen“ Resists deutlich reduziert. Damit wird die Vernetzungseffizienz geringer. Somit erhält man mit steigender Dosis eine definierte Schichtdickenzunahme (siehe Diagramm Schichtaufbau).

Schichtaufbau in Abhängigkeit von der Dosis Dosisstaffel des AR-N 7720.30

AR-N 7720.30: Der Schichtaufbau vollzieht sich über den ganzen angegebenen Dosisbereich, Schichtdicke 1,4 µm, Beschleunigungsspannung 12,5 kV, Vernet-zungstemperung 100 °C, 3 min, Nachtemperung 70 °C, 4 h Konvektionsofen, Entwickler AR 300-47 (4 : 1 verdünnt).

Bis zu einer Schichtdicke von 1,4 µm ergeben sich glatte, defi-nierte Oberflächen

Applikation AR-N 7720

Erzeugung eine topologisch gegliederten Codes aus dem AR-N 7720.30St

and:

Janu

ar 2

014

53



54

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I

Eigenschaften II

Charakterisierung

Prozessparameter

Leitfähigkeit

Resiststrukturen nach Ableitung von Aufladungen

Parameter / AR-PC 5090.02Feststoffgehalt (%) 2Viskosität 25°C (mPas) 1Schichtdicke/4000 rpm (nm) 42Schichtdicke/1000 rpm (nm) 100Auflösung (µm) / Kontrast -Flammpunkt (°C) 28Lagerung bis 6 Monate (°C) 8 - 12

Leitfähiger schutzlack für nichtnovolakbasierte E-Beamresists Top-Layer zur Ableitung von E-Beam-Aufladungen auf isolierenden Substraten

- ist als Schutzlack nicht licht-/strahlungsempfindlich

- dünne, leitfähige Schichten zur Ableitung von Aufladungen bei der Elektronenbestrahlung

- zur Beschichtung auf PMMA, CSAR 62, HSQ u.a.

- langzeitstabile, preisgünstige Espacer-Alternative

- leichtes Removing mit Wasser nach Bestrahlung

- Polyanilin-Derivat gelöst in Wasser und Isopropanol

Leitfähigkeit in Schicht, 60 nm (S/m)

1,2

Cauchy-Koeffizienten N0 -N1 -N2 -


(5 Pa, 240-250 V Bias)

Ar-sputtern -O2 -CF4 -

80 CF4 + 16 O2

-

Substrat 4“ Quarz-Wafer mit AR-P 662.04Beschichtung 2000 rpm, 60 nm auf E-BeamresistTemperung 85 °C

Haftvermittler -Entwickler -Verdünner -Remover DI-Wasser

Protective Coating PMMA-Electra 92 (AR-PC 5090)

Auf Quarz ge-schriebene 200 nm große Quadrate ohne Verzeichnungen durch Aufladungen mit AR-P 662.04 und AR-PC 5090.02.

Stan

d: Ja

nuar

201

6

Leitfähigkeitsmessungen der durch Schleuderbe-schichtung erzeugten Schichten des AR-PC 5090 Mit dünneren Schichten nehmen der Widerstand zu und die Leitfähigkeit ab.

55

E-Beam Resists



ProzessbedingungenDas Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für den leitfähigen Schutzlack AR-PC 5090.02 und PMMA-Resist AR-P 662.04. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen.

Protective Coating PMMA-Electra 92 (AR-PC 5090)

Über die Einstellung der Schichtdicke durch unterschiedliche Drehzahlen kann die Leitfähigkeit variiert werden. So haben dickeren Schichten von 90 nm gegenüber 60 nm eine um 2,5 fach höhere Leitfähigkeit.

Für die Ausbildung einer gleichmäßigen Schicht sollte erst die Resistlösung das gesamte Substrat benetzen, ehe der Schleudervorgang gestartet wird.

1. Beschichtung AR-P 662.04 auf isolierenden Substraten (Quarz, Glas, GaAs)

4000 rpm, 60 s, 100 nm

1. Temperung (± 1 °C) 150 °C, 2 min hot plate oder


2. Beschichtung AR-PC 5090.022000 rpm, 60 s , 60 nm

2. Temperung (± 1 °C) 90 °C, 2 min hot plate oder 85 °C, 25 min Konvektionsofen

E-Beam-Bestrahlung ZBA 21, 20 kVBestrahlungsdosis (E0): 110 µC/cm² (AR-P 662.04, 140 nm)

Removing AR-PC 5090.02

DI-H2O, 60 s Entwicklung(21-23 °C ± 0,5 °C) Puddle

AR-P 662.04AR 600-56, 2 min


Nachtemperung optional



Erzeugung der Halbleitereigenschaften, Ätzen, Sputtern


Verarbeitungshinweise Stand: Januar 2016

56

E-Be

am R

esist

s


Prozesschemikalien

Eigenschaften I

Eigenschaften II

Charakterisierung

Prozessparameter

Leitfähigkeit

Resiststrukturen nach Ableitung von Aufladungen

Parameter / AR-PC 5091.02Feststoffgehalt (%) 2Viskosität 25°C (mPas) 1Schichtdicke/4000 rpm (nm) 31Schichtdicke/1000 rpm (nm) 80Auflösung (µm) / Kontrast -Flammpunkt (°C) 39Lagerung bis 6 Monate (°C) 8 - 12

Leitfähiger schutzlack für novolakbasierte E-Beamresists Top-Layer zur Ableitung von E-Beam-Aufladungen auf isolierenden Substraten

- ist als Schutzlack nicht licht-/strahlungsempfindlich

- dünne, leitfähige Schichten zur Ableitung von Aufladungen bei der Elektronenbestrahlung

- Beschichtung auf Novolak E-Beamres. wie AR-N 7000

- langzeitstabile, preisgünstige Espacer-Alternative

- leichtes Removing mit Wasser nach Bestrahlung

- Polyanilin-Derivat gelöst in Wasser und Isopropanol

Leitfähigkeit in Schicht, 60 nm (S/m)

1,2

Cauchy-Koeffizienten N0 -N1 -N2 -


(5 Pa, 240-250 V Bias)

Ar-sputtern -O2 -CF4 -

80 CF4 + 16 O2

-

Substrat 4“ Quarz-Wafer mit 7520.07 neuBeschichtung 2000 rpm, 60 nm auf E-BeamresistTemperung 50 °C

Haftvermittler -Entwickler -Verdünner -Remover DI-Wasser

Protective Coating Novolak-Electra 92 (AR-PC 5091)

Auf Glas geschrie-bene 50 nm Linien bei einem pitch von 150 nm mit AR-N 7520.07 neu und AR-PC 5091.02

Stan

d: Ja

nuar

201

6

Widerstandsmessungen der durch Schleuderbeschich-tung erzeugten Schichten des AR-PC 5091. Mit dün-neren Schichten nehmen der Widerstand zu und die Leitfähigkeit ab.

Hinweis: Novolak-basierte E-Beamresists besitzen an-dere Oberflächeneigenschaften als CSAR 62 bzw. PMMA. Deshalb wurde der AR-PC 5091 mit einer anderen Lösemittelzusammensetzung konzipiert. An-sonsten ist jedoch die Polymerzusammensetzung von AR-PC 5090 und 5091 gleich, so dass wir bei beiden Lacken von Electra 92 sprechen.

57

E-Beam Resists



ProzessbedingungenDas Schema zeigt ein Prozessierungsbeispiel für den leitfähigen Schutzlack AR-PC 5091.02 und E-Beamresist AR-N 7520.07 neu. Die Angaben sind Richtwerte, die auf die eigenen spezifischen Bedingungen angepasst werden müssen.

Protective Coating Novolak-Electra 92 (AR-PC 5091)

Über die Einstellung der Schichtdicke durch unterschiedliche Drehzahlen kann die Leitfähigkeit variiert werden. So haben dickeren Schichten von 90 nm gegenüber 60 nm eine um 2,5 fach höhere Leitfähigkeit. Bei ggf. auftretender Rissbildung nach Tempern des Schutzlackes kann auch auf die Temperung verzichtet werden.

Für die Ausbildung einer gleichmäßigen Schicht sollte erst die Resistlösung das gesamte Substrat benetzen, ehe der Schleudervorgang gestartet wird.

1. Beschichtung AR-N 7520.07 neu auf isolierenden Substraten (Quarz, Glas, GaAs)

4000 rpm, 60 s, 80 nm



2. Beschichtung AR-PC 5091.022000 rpm, 60 s , 50 nm



E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer, Beschleunigungsspannung 30 kVBestrahlungsdosis (E0): 30 µC/cm², 100 nm spaces & lines

Removing optional AR-PC 5091.02 (Removingschritt kann auch gleichzeitig mit demDI-H2O, 60 s nachfolgenden Entwicklungsschritt erfolgen)

Entwicklung (21-23 °C ± 0,5 °C) Puddle

AR-N 7520.07 neu AR 300-47, 50 s

Spülen DI-H2O

Nachtemperung optional



Erzeugung der Halbleitereigenschaften, Ätzen, Sputtern


Verarbeitungshinweise für den Schutzlack Stand: Mai 2019

58

E-Be

am R

esist

s


Leitfähigkeitsverhalten unterschiedlich lang gelagerter Chargen Electra 92

Die Leitfähigkeit wurde in Abhängigkeit von der Mes-stemperatur ermittelt. Bei Temperaturen < 100 °C sind beide Leitfähigkeiten nahezu identisch. Dem-nach besitzt Electra 92 eine sehr hohe Lagerstabilität. Eine Messung der Leitfähigkeit bis 160 °C direkt auf einer Hot-plate führt zu einer großen Erhöhung der Leitfähigkeit um den Faktor 10 (siehe Diagramm). Dieser Fakt beruht auf der vollständigen Entfernung des Wassers aus der Schicht. Nach einigen Stunden Aufnahme der Luftfeuchtigkeit unter Raum-bedingungen sinkt die Leitfähigkeit auf den Ausgangswert zu-rück. Im Hochvakuum des E-Beam-Gerätes wird das Wasser ebenfalls restlos entfernt, die Leitfähigkeit steigt. Das wurde bei direkten Messungen der Leitfähigkeit im mittleren Vakuum nachgewiesen. Temperaturen größer 165 °C wiederum zer-stören das Polyanilin irreversibel, die Leitfähigkeit verschwindet.

30 – 150 nm Quadrate des CSAR 62 auf Glas

Die Kombination von CSAR 62 mit AR-PC 5090.02 bietet beste Möglichkeiten, komplizierte E-Beam-Strukturierun-gen auf Glas, Quarz oder semiisolierenden Substraten wie z.B. Galliumarsenid durchzuführen. Die sehr gute Empfind-lichkeit und höchste Auflösung des CSAR werden durch die Leitfähigkeit des Electra harmonisch ergänzt.

Substrat Glas 24 x 24 mm

Haftvermittlung AR 300-80 4000 rpm; 10 min, 180 °C Hotplate

Beschichtung AR-P 6200.09 4000 rpm; 8 min, 150 °C Hotplate

Beschichtung AR-PC 5090.02 4000 rpm; 5 min, 105 °C Hotplate

E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer; 30 kV, 75 µC/cm²

Removing Electra 92 2 x 30 s Wasser, Tauchbad

Zwischenbad (Trocknung) 30 s AR 600-60

Entwicklung CSAR 62 60 s AR 600-546

Stoppen 30 s AR 600-60

Bei einer CSAR-Schichtdicke von 200 nm wurden Qua-drate mit einer Kantenlänge von 30 nm sicher aufgelöst.

200 nm Quadrate erzeugt mit 2-Lagen-PMMA-Lift-off

Auf einem Glas-Substrat wurde zuerst der PMMA-Resist AR-P 669.04 (200 nm dick) beschichtet und getempert. Darauf wurde der zweite PMMA-Resist AR-P 679.03 (150 nm dick) aufgebracht und getempert. Dann folgte die Be-schichtung mit Electra 92. Nach der Bestrahlung wurde Electra mittels Wasser entfernt, die PMMA-Strukturen mit AR 600-56 entwickelt und das Substrat mit Titan/Gold bedampft. Nach dem Liften mit Aceton blieben die ge-wünschten Quadrate hochpräzise auf dem Glas zurück.

Substrat Glas 25 x 25 mm



Beschichtung AR-PC 5090.02 2500 rpm; 5 min, 105 °C Hotplate

E-Beam-Bestrahlung Raith Pioneer; 30 kV, 75 µC/cm²

Removing Electra 92 2 x 30 s Wasser

Entwicklung PMMAs 60 s AR 600-56

Stoppen 30 s AR 600-60

Bedampfung Titan/Gold

Protective Coating Electra 92

Anwendungsbeispiele für PMMA-Electra 92

Stan

d: Ja

naur

201

6

Lagerfähigkeit Electra 92

CSAR 62 auf Glas mit Electra 92 zur Ableitung

CSAR 62 und Electra 92 auf Glas

PMMA-lift-off auf Glas mit Electra 92

PMMA-Lift-off auf Glas mit Electra 92

59

E-Beam Resists



20 nm Stege des HSQ, präpariert auf Quarz mit AR-PC 5090.02

Nach der Beschichtung mit Electra 92 auf den HSQ-Re-sist kann auch dieser auf einem Quarzsubstrat mit sehr guter Qualität strukturiert werden. Der HSQ-Resist (20 nm dick) wurde mit der notwendigen Flächendosis von 4300 µC/cm² bestrahlt. Anschließend wurde der leitfä-hige Resist AR-PC 5090 innerhalb von 2 Minuten mit warmem Wasser vollständig entfernt, es konnten keinerlei Rückstände beobachtet werden. Nach der Entwicklung des HSQ-Resists blieben die Strukturen mit hochpräzisen 20-nm-Stegen stehen.

Lift-off-Strukturen auf Granat (University of California, Riverside, Department of Physics and Astronomy)

Silbernanopartikel auf Quarz erzeugt mit AR-P 672.11 und AR-PC 5090.02 (Aarhus University in Dänemark)

60 – 150 nm Quader (100 nm hoch) auf Glas mit AR-N 7700.08 und AR-PC 5091.02

Zunächst wurde der E-Beamresist AR-N 7700.08 auf Glas aufgeschleudert, getrocknet, mit Electra 92 beschichtet und bei 50 °C getrocknet. Nach der Bestrahlung wurde die Elec-traschicht innerhalb 1 Minute mit Wasser entfernt und dann der E-Beamresist entwickelt. Es resultiert eine für chemisch verstärkte Resists sehr gute Auflösung von 60 nm.

Zur Vermeidung einer elektrostatischen Aufladung der Oberfläche, die durch Ablenkung des einfallenden Elektro-nenstrahls eine korrekte Abbildung massiv stören kann, wird z.B. Gold auf die Proben aufgedampft. Das Aufbrin-gen von Gold bringt jedoch auch Nachteile mit sich, so verändern sich manche Strukturen aufgrund auftretender thermischer Effekte irreversibel. Wie Untersuchungen zei-gen, kann alternativ die leitfähige Beschichtung Electra 92 eingesetzt werden. Die Beschichtung auf stark elektrisch isolierend wirkenden Polymeren oder auch Glas ermög-lichte die qualitativ hochwertige Abbildung von Nanos-trukturen im REM:

REM-Bilder: Stark isolierender Polymerstrukturen beschichtet mit AR-PC 5090.02

Nach der REM-Untersuchung wurde die leitfähige Be-schichtung mit Wasser wieder vollständig entfernt, dabei konnten die Strukturen weiter verwendet werden.

Anwendungsbeispiele für PMMA-Electra 92

Protective Coating Electra 92

Stand: Januar 2017

Electra 92 mit HSQ auf Quarz

Lift-off-Strukturen auf Granat

Plasmonische Strukturen auf Quarz

Auf stark isolierenden Substraten für REM-Anwendungen

Electra 92 und AR-N 7700 auf Glas

Anwendungsbeispiele für Novolak-Electra 92

60

E-Be

am R

esist

s


Charakterisierung

Hinweise zur Verdünnung

aR 300-12, 600-01, 600-02, 600-07, 600-09 VerdünnerZur Schichtdickeneinstellung von Photoresists und E-Beamresists

- Feinfiltrierte farblose organische Lösemittelgemische hoher Reinheit - Schichtdickeneinstellung von Resists durch definiertes Verdünnen: AR 300-12 für Photoresists, AR 600-01 … 09 für E-Beamresists- Randentlackung beschichteter Subtrate sowie Gerätereinigung- AR 300-12: Ablösung bis 150 °C getemperter Positiv-Photoresist- und ungehärteter E-Beamresistschichten

Verdünner für AR-Resists

Parameter / AR 300-12 600-01 600-02 600-07 600-09Hauptbestandteil PGMEA Chlorbenzen Anisol Methoxypropanol Ethyllactat

Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,970 1,108 0,990 0,960 1,036Brechzahl bei 20 °C 1,402 1,524 1,517 1,403 1,413

Wassergehalt max. (%) 0,1

Nichtflüchtiges max. (%) 0,002

Flammpunkt (° C) 42 28 44 38 46

Filtrationsgrad (µm) 0,2

geeignet zur Verdünnung von AR-Photoresists

3000, 4000, 5000

503, 504 5040 - -

geeignet zur Verdünnung von AR-E-Beamresists

6510, 7000 631, 641, 661, 671

632, 642, 662, 672, 6200

617 639, 649, 669, 679

Lagerung bis 6 Monate (° C) 10-22

Eigenschaften

Stärkere Verdünnungen von Resists können Gelbildungen der Polymeren hervorrufen, die bei der Beschichtung Par-tikel in der Lackschicht bewirken können. Deshalb sollte der verdünnte Resist ultrafiltriert (0,2 µm) werden. Meist ist es günstiger, die gewünschten Schichtdicken über die Drehzahl einzustellen oder einen fertig eingestellten Resist zu verwenden. Schichtdicken-Sondereinstellungen sind gegen Aufpreis möglich.

Formel zur VerdünnungBeispiel: Ausgehend von einem Resist mit 35 % Feststoffgehalt (AR-P 3510) wird ein Resist-Feststoffgehalt von 31 % ge-wünscht. Gesucht ist die Menge Verdünner AR 300-12 in g, die zu 100 g Lack mit 35 % Feststoffgehalt dazu zugegeben werden soll (Masse m in g; Feststoffgehalt c / 100).

m Verdünner = m Resist (c Resist – c Wunsch) = 100,0 g (0,35 – 0,31) = 12,9 g Verdünner c Wunsch 0,31

Werden 100,0 g Resist (35 % Feststoff = AR-P 3510) mit 12,9 g Verdünner AR 300-12 definiert verdünnt, ergeben sich daraus 112,9 g verdünnter Resist (31 % Feststoff = AR-P 3540). Mit dieser Verdünnung erfolgt eine Änderung der Schichtdicke von 2,0 auf 1,4 µm bei einer Drehzahl von 4000 rpm.

AnwendungDie Verdünnung erfolgt durch 1. definiertes Vorlegen des Resists, 2. definierte Zugabe des Verdünners, 3. Homoge-nisierung mittels Rühren (beide Flüssigkeiten sollten dabei rasch durchmischt werden), 4. Feinfiltration (0,2 µm).

safer solvent

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d: Ja

nuar

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E-Beam Resists



Eigenschaften Charakterisierung

Hinweise zur Entwicklerverarbeitung (gilt für gepufferte und TMAH-Entwickler)

Parameter / AR 300-26 300-35

Normalität (n) 1,10 0,33

Dichte bei 20 °C (g/cm³) 1,06 1,02

Filtrationsgrad (µm) 0,2

Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-22

aR 300-26 und aR 300-35 gepufferte EntwicklerZur Entwicklung von Photoresists- und novolakbasierten E-Beamresistschichten

- Gepufferte, farblose wässrig-alkalische Lösungen zur Photoresistentwicklung mit geringem Dunkelabtrag

- AR 300-26: hoher Kontrast, steile Kanten, rasche Entwicklung, besonders für hohe Schichten

- AR 300-35: universell, große Prozessbreite für Schichten bis 6 µm

Entwickler für AR-Resists

AR-Resists /Hauptbestandteil(e)

AR 300-26Natriumborat und NaOH

AR 300-35Natriummetasililkat/-phosphat

Einsatzgebiet / Bedingungen

Tauch-, Puddle-, Sprühentwicklung 21-23 °C ± 0,5 °C, ca. 40-60 s (max. 120 s)

Tauch-, Puddleentwicklung 21-23 °C ± 0,5 °C, ca. 40-60 s (max. 120 s)

AR-P 3110 ; 3120 ; 3170 1 : 3 ; 1 : 3 ; 1 : 4 pur ; 5 : 1 ; 1 : 1

AR-P 3210 1 : 3 pur bis 10 µm

AR-P 3220 ; 3250 2 : 1 ; 2 : 1 bis 3 : 2 - ; -

AR-P 3510, 3540 ; 3510 T, 3540 T 1 : 5 ; 1 : 2 1 : 1 ; pur

AR-P 3740, 3840 1 : 3 4 : 1

AR-U 4030, 4040, 4060 1 : 5 1 : 1

AR-P 5320 ; 5350 2 : 1 bis 3 : 2 ; 1 : 7 - ; 1 : 2

AR-P 5460, 5480 1 : 4 1 : 1

AR-P 5910 (früher X AR-P 3100/10) pur -

AR-N 4340 1 : 1 - ; purAR-P 7400 1 : 6 1 : 2AR-N 7500.18 ; 7500.08 1 : 4 ; 1 : 7 4 : 1 ; 1 : 2AR-N 7520.17 ; 7520.11, .07 neu 1 : 1 ; 3 : 1 -AR-N 7520.18, 7520.073 2 : 3 ; 1 : 3 2 : 1 ; purAR-N 7700.18 ; 7700.08 2 : 1 ; 1 : 3 pur bis 3 : 1AR-N 7720.30 ; 7720.13 1 : 2 ; 1 : 3 -


Höhere Entwicklerkonzentrationen bewirken bei Positivlacken eine formal höhere Lichtempfindlichkeit des Resist-Entwickler-Systems. Sie minimieren die erforderliche Belichtungsintensität, setzen die Entwicklungszeiten herab und ermöglichen einen hohen Durchsatz in den Anlagen. Zu berücksichtigen ist, dass mit stärkeren Entwicklern ein er-höhter Dunkelabtrag auftritt, der die unbelichteten Strukturen anzugreifen beginnt. Niedrigere Entwicklerkonzentra-tionen liefern, abhängig vom Resisttyp, einen höheren Kontrast und verringern den Resistabtrag in den unbelichteten Zonen und den teilbelichteten Grenzbereichen auch bei längeren Entwicklungszeiten. Diese besonders selektive Arbeitsweise sichert ein hohes Maß an Detailwiedergabe. Notwendigerweise erhöht sich damit die zur Belichtung erforderliche Intensität. Empfehlenswert für einen hohen Kontrast ist eine höhere Verdünnung bei längeren Entwick-lungszeiten. Nach der Entwicklung sind die Substrate sofort mit deionisiertem Wasser bis zur vollständigen Entfer-nung aller Entwicklerreste zu spülen und zu trocknen.


Stand: Januar 2018

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E-Be

am R

esist

s




Hinweise zur Entwicklerverarbeitung ( siehe auch Hinweise der Entwickler AR 300-26 und 300-35)

Parameter / AR 300-44

300-46

300-47

300-475

Normalität (n) 0,26 0,24 0,20 0,17Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,99Oberflächenspannung (mN/m) max. 32Filtrationsgrad (µm) 0,2Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-22

aR 300-40 metallionenfreie EntwicklerZur Entwicklung von Photoresist- und novolakbasierten E-Beamresistschichten

- metallionenfreie wässrig-alkalische Lösungen

zur Verarbeitung von Photo-/ E-Beamresists

- vermindern die Möglichkeit einer Metallionen-

kontamination an der Substratoberfläche

- rückstandsfreie Entwicklung

- Metallionengehalt < 0,1 ppm

- Hauptbestandteil TMAH

Entwickler für AR-Resists

AR-Resists AR 300-44 AR 300-46 AR 300-47 AR 300-475Einsatzgebiete / Bedingungen

Phot

ores

ists

Tauch-, Puddle-, Sprühentwicklung 21-23 °C ± 0,5 °C, ca. 40 - 60 s (max. 120 s)

AR-P 1200, AR-N 2200 2 : 1 bis 3 : 1 - - -

AR-P 3110, 3120, 3170 - - 1,5 : 1 bis 1 : 1,5 -

AR-P 3510, 3540 ; 3510 T, 3540 T - ; pur - 1 : 1 ; - -

AR-P 3740, 3840 - pur pur -

AR-U 4030, 4040, 4060 - - 1 : 2 + , 2 : 3 - -

AR-P 5320; AR-P 5350 - pur ; - - ; 2 : 3 -

AR-BR 5460, 5480 - - 1 : 1 -

AR-P 5910 (früher X AR-P 3100/10) - - - -

AR-N 4340 - - - pur

AR-N 4400-10, 4450-10 - - 3 : 2 bis pur -

AR-N 4400-25 1 : 1 5 : 1 bis pur pur -

AR-N 4400-50 8 : 1 bis pur pur - -

AR-P 7400. 23

E-Be

amre

sists

- - 1 : 3 -

AR-N 7500.18 ; 7500.08 - - 4 : 1 -

AR-N 7520.17 ; 7520.11, .07 neu - pur: .17, .11 pur: .07 -

AR-N 7520.18 ; 7520.073 - - 4 : 1 -

AR-N 7700.18 ; 7700.08 - pur ; 4 : 1 - ; pur -

AR-N 7720.30 ; 7720.13 - - pur ; 4 : 1 -

Werden metallionenfreie Entwickler verdünnt, ist es empfehlenswert, die Einstellung der gewünschten Normalität unmittelbar vor Gebrauch durch eine sehr genaue Verdünnung (möglichst über eine Einwaage) des stärkeren Ent-wicklers mit DI-Wasser vorzunehmen. Schon geringe Normalitätsunterschiede bewirken hier größere Differenzen in der Entwicklungsgeschwindigkeit. Lange Standzeiten sind zu vermeiden, da sie die Entwicklerwirkung vermindern.


Stan

d: Ja

nuar

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E-Beam Resists



Eigenschaften

Charakterisierung

Hinweise zur Entwicklerverarbeitung

aR 600-50, -51, 600-546, -548, -549, 600-55, -56 EntwicklerZur Entwicklung von E-Beamresistschichten

- hochreine und ultrafeinfiltrierte (0,2 µm) Lösemittelgemische

- Lagerung bei 10-22 °C für 6 Monate

Entwickler für AR-E-Beamresists

AR-Resist / Entwickler AR 600-50 AR 600-51 AR 600-55 AR 600-56Einsatzgebiete / Bedingungen Tauch-, Puddle-, Sprühentwicklung bei 21-23 °C ± 1 °C

Hauptbestandteil(e) Methoxypropanol/ Isopropylalkohol

Butoxyethoxy-ethanol

Methylisobutyl-keton (MIBK)

Methylisobutyl-keton (MIBK)

Eigenschaft starker Entw. schwächerer Entw.

Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,871 0,972 0,792 0,788

Brechzahl bei 20 °C 1,395 1,430 1,384 1,381

Wassergehalt max. (%) 0,1 15 0,1 0,1

Flammpunkt (°C) 21 85 12 12

AR-P 617 2-3 min - 3 min 3 min

AR-P 630 - 670 er - - 1-3 min 1-3 min

AR-P 6500 - 1 h - -

AR-Resist / Entwickler AR 600-546 AR 600-548 AR 600-549Einsatzgebiete / Bedingungen Tauch-, Puddle-, Sprühentwicklung bei 21-23 °C ± 1 °C

Hauptbestandteil(e) Amylacetat Diethylketon/ Diethylmalonat

Diethylmalonat/Anisol

Eigenschaft schwächerer Entw. starker Entw. mittlerer Entw.

Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,876 0,917 1,053

Brechungszahl bei 20 °C 1,402 1,401 1,417

Wassergehalt max. (%) 0,1 0,1 0,1

Flammpunkt (°C) 41 22 85

AR-P 6200 1 min 1 min 1 min

Durch die Wahl des Entwicklers können Entwicklungsgeschwindigkeit, Empfindlichkeit und Profil der Re-siststrukturen stark beeinflusst werden. Die beschichteten und belichteten Substrate werden bei mög-lichst konstanter Temperatur von 21-23 °C in den dafür geeigneten Entwicklern bewegt (Puddle, Sprü-hen, Tauchbad). Die jeweils erforderliche Entwicklungszeit hängt von der Resistschichtdicke ab, so können Schichten unter 0,2 µm schon nach 30 s durchentwickelt sein. Eine Verlangsamung des Entwicklungsprozes-ses beim AR 600-50, -55 und -56 kann durch den 10-20 % igen Zusatz des Stoppers AR 600-60 erreicht werden. Schwächere Entwickler wie der AR 600-56 und AR 600-546 gewährleisten eine höhere Auflösung ohne Dunkel-abtrag. Mit dem AR 600-55 und AR 600-548 ist dagegen eine deutlich höhere Empfindlichkeit, bei gleichzeitig hö-herem Abtrag, erreichbar. Wird beim CSAR 62 mit dem Entwickler AR 600-548 bei einer Entwicklertemperatur um 0 °C gearbeitet, findet hier auch nach 10 Minuten kein Abtrag bei verlängerter Entwicklungszeit statt. Unmit-telbar nach dem Entwickeln werden die Substrate 30 Sekunden im Stopper gespült und anschließend getrocknet.

optimal geeignet geeignetsafer solvent

Stand: Januar 2016

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E-Be

am R

esist

s


Eigenschaften ICharakterisierung

Hinweise zur Stopperverarbeitung

Parameter / AR 600-60 600-61Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,785 0,964Wassergehalt max. (%) 0,1 20Nichtflüchtiges max. (%) 0,002 0,002Flammpunkt (°C) 12 105Filtrationsgrad (µm) 0,2Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-22

aR 600-60, 600-61 stopperZum Abstoppen von E-Beamresistschichten nach der Entwicklung mit Lösemitteln

- sofortiges Unterbrechen der Entwicklung

- hochreine Lösemittelgemische zur rückstands-

freien Entfernung der Entwicklerreste

- AR 600-60 für AR-P 617, 630-670 er, 6200

- AR 600-61 für AR-P 6510

Stopper für AR-Resists

Mit dem Abstoppen nach der Entwicklung für etwa 30 s wird der Entwicklungsprozess unterbrochen und ein rasches Abspülen der Entwicklerreste erreicht.

Durch den Verarbeitungsprozess wird ständig Entwickler in das Stopperbad verschleppt. Schon relativ geringe Men-gen des Entwicklers beeinträchtigen die Effizienz des Stoppens. Es wird deshalb ein ständiger Wechsel des Stoppers oder die Verwendung von zwei nacheinander angeordneten Stopperbädern empfohlen.

Durch einen 10-20 %igen Zusatz des Stoppers AR 600-60 in die Entwickler AR 600-50, 600-55 und 600-56 kann eine Verlangsamung des Entwicklungsprozesses erreicht werden.

Setzt man beim AR-P 630 - 670 als Entwickler den Stopper AR 600-60 ein, sind höhere Kontrastwerte bis 10 mög-lich. Damit einher geht eine verringerte Empfindlichkeit des PMMA-Resists. Es werden höhere Bestrahlungsdosen und längere Entwicklungszeiten benötigt.

Hinweis: Setzt man beim AR-P 630-670 als Entwickler den Stopper AR 600-60 ein, sind höhere Kontrastwerte bis zu 10 möglich.

Stan

d: Ja

nuar

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E-Beam Resists




Hinweise zur Remoververarbeitung

aR 600-70, 600-71, 300-76, 300-70, -72, 300-73 RemoverZur Entfernung getemperter Photoresist- und E-Beamresistschichten

- Wässrig-alkalische Lösung (AR 300-73) bzw. organische Lösemittel (alle anderen)

Removerempfehlungen nach Temperungen:- Photoresists bis 180 °C: AR 600-71, 300-76 - Photoresists bis 200 °C: AR 300-76, 300-73- PMMAs bis 200 °C: AR 600-71, 300-76 - Copolymere bis 210 °C: AR 600-71, 300-76- CSAR 62 bis 200 °C: AR 600-71, 300-76 - Novolak-E-Beams 150 °C: AR 300-73, 300-76

Remover für AR-Resists

Eigenschaften / Remover AR durchschnittl. Ablösezeit bei 1,5 µm

600-70 600-71 300-76 * auf 80 °C erwärmt

300-70, 300-72* auf 80 °C erwärmt

300-73+ auf 50 °C erwärmt

Eignung für getemperte Pho-toresistschichten (21 °C)

preiswert & gebräuchlich

effizienter Allrounder

universell, Ersatz für reprotox. NEP: = AR 300-70, -72

universell, besonders für dünne Schichten, jedoch reprotoxisch

speziell: AR-BR 5400, AR-P 3100,

3500, 3700

120 °C 15 s 10 s 25 s 20 s 30 s 150 °C 20 s 15 s 3 min 25 s * 2 min 20 s * 2 min 60 s +

180 °C 5 min 4 min 2 h 60 s * 2 h 50 s * 2 h 2 min +

200 °C 30 min * 25 min * 30 min +

Eignung für getemperte E-Beamresistschichten (21 °C)

preiswert & gebräuchlich

sehr effizien-ter Allrounder

universell, Ersatz für reprotox. NEP

universell, jedoch reprotoxisch

speziell: AR-N 7520, 7700

PMMA 150 °C 25 s 20 s 20 min 10 s * 18 min 10 s * 15 min +

PMMA 180 °C 2 min 2 min 30 min 30 s * 28 min 30 s * 25 min +PMMA 200 °C 3 min 3 min 42 min 50 s * 40 min 50 s *Copolymer 190 - 210 °C 10 s 5 s 60 s * 50 s * 20 min +

CSAR 62 150 °C 30 s 60 s * 50 s * 10 min +

CSAR 62 180 - 200 °C 40 - 60 s 5 min * 4 min * 15 - 25 min +

Novolakbasiert 85 - 120 °C 5 - 60 s außer 7700

3 - 50 s außer 7700

5 s * außer 7520, 7700

5 s * außer 7520, 7700 25 s - 3 min +

Novolakbasiert 150 °C 10 s - 9 min außer 7520, 7700

5 s - 7 min außer 7520, 7700

30 s * außer 7520, 7700

10 s * außer 7520, 7700 10 s - 50 min +

Removerempfehlungen

Die mit Resist beschichteten Substrate werden den Removern mittels Puddle oder Tauchen ausgesetzt. Zur Verkürzung der Lösezeit getemperter Schichten können die Remover 300-70, -72 und 300-76 bis 80 °C und der AR 300-73 bis 50 °C er-wärmt werden. Eine Unterstützung durch Ultraschall bzw. Megaschall ist sinnvoll. Ein Abspülen der Remover mit DI-Wasser, frischem Remover oder geeignetem Verdünner wird empfohlen. Sehr stark gehärtete Schichten (> 220 °C) sind kaum mehr in Removern ablösbar. Dann empfielt sich der Einsatz von oxydierenden Säuren oder die Anwendung von Sauerstoffplasma.

Weitere detaillierte Removingangaben zu einer großen Auswahl an Resists finden Sie auf den nachfolgenden Seiten.

optimal geeignet geeignet bedingt geeignet ungeeignet

Parameter / AR 600-70

600-71

300-76

300-70, -72

300-73

Hauptbestandteil Aceton Dioxolan DMG NEP TMAH

Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,79 1,02 1,08 1,03 1,00Nichtflüchtiges max. (%) 0,002

Flammpunkt (° C) -17 3 103 98 -Filtrationsgrad (µm) 0,2

Lagerung bis 6 Monate (° C) 10-22 10-18 10-22 10-22 10-22

Stand: Juli 2019

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E-Be

am R

esist

s



Produkt AR Schicht-dicke (µm)

Tempe-rung (°C)

Empfeh-lung

600-70 600-71 300-76 300-70, 300-72 300-73

21 °C 21 °C 21 °C 80 °C 21 °C 80 °C 21 °C 50 °C

AR-P 3100Beispiel 3110

1,5 95 - 120

300-76 300-73

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

150 3 h < 20 s < 20 s < 60 s

180 6 h < 5 min < 60 s < 5 min < 60 s 1 h < 60 s

200 < 30 min < 30 min < 30 min


AR-P 1200

10 95

300-76 600-71

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 5 min < 60 s

120 < 20 s < 20 s < 60 s < 60 s < 30 min < 5 min

150 < 60 s < 20 s < 5 min < 60 s < 5 min < 60 s < 30 min < 5 min

180 4 h 1 h < 30 min 1 h < 30 min < 30 min

200 1 h 1 h 2 h


1,5 95 - 150 300-76 600-71

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

180 < 30 min < 5 min < 5 min < 20 s < 5 min < 20 s < 60 s < 20 s

200 < 1 h < 1 h 3 h < 30 min

AR-P 3500 TBeispiel 3540 T

1,5 95 - 120 300-76 600-71

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

150 4 h < 5 min < 60 s < 20 s < 5 min < 20 s < 30 min < 5 min

180 < 30 min < 5 min < 5 min < 30 min

200 1 h 1 h

AR-P 3700 / 3800Beispiel 3740

1,5 95

300-76 600-71

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 60 s

120 < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 5 min < 20 s

150 < 60 s < 20 s < 60 s < 60 s < 5 min < 20 s

180 < 30 min < 30 min < 5 min < 60 s < 5 min < 60 s < 30 min < 60 s

200 < 30 min < 30 min 6 h < 30 min


1,5 95 - 150 300-76 600-71

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

180 < 60 s < 60 s < 60 s < 60 s < 60 s

200 1 h 1 h < 30 min

AR-U 4000Beispiel 4040

1,5 95300-76 (300-72)

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

120 < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 60 s

150 < 5 min < 5 min 3 h

180 < 30 min < 30 min

AR-PC 500(0)Beispiel 504

2,0 150 300-76 600-71

< 5 min < 5 min < 1 h < 5 min < 1 h < 5 min < 5 min

190 < 30 min < 30 min 1 h < 5 min 1 h < 5 min 4 h


5,0 85 - 120

300-76 300-73

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 5 min

150 < 2 h < 30 min < 2 h < 30 min < 2 h < 5 min

180 < 2 h

200

Remover-Eignungen < 20/ 60 s optimal geeignet < 5/ 30 min geeignet < 1-6 h bedingt geeignet > 6 h ungeeignet

Stan

d: Ja

nuar

201

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E-Beam Resists




Produkt AR Schicht-dicke (µm)

Tempe-rung (°C)

Empfeh-lung

600-70 600-71 300-76 300-70, 300-72 300-73

21 °C 21 °C 21 °C 80 °C 21 °C 80 °C 21 °C 50 °C

AR-N 4300Beispiel 4340

1,5 95

300-76 (300-72)

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 60 s

110 < 60 s < 60 s 1 h < 60 s

120 < 30 min < 5 min < 5 min 6 h < 30 min

150 1 h < 30 min < 30 min < 5 min < 30 min

180 6 h 1 h 1 h < 30 min

200 5 h 1 h

AR-N 4400Beispiel 4400-50

AR-N 2200

50 95

600-71 600-70

< 20 s < 20 s < 5 min < 5 min < 5 min < 60 s < 60 s

120 < 5 min < 5 min 6 h < 60 s 5 h < 60 s 6 h < 30 min

150 < 5 min < 5 min 1 h 1 h 2 h

180 < 30 min < 30 min 2 h 2 h

200 5 h 4 h

AR-P 617Beispiel 617.08

0,5 190 600-71 300-76

< 5 min < 5 min < 1 h < 60 s < 1 h < 60 s < 30 min

210 < 30 min < 5 min 6 h < 5 min 6 h < 5 min < 30 min

AR-P 630-670Beispiel 671.05

0,5 150 600-71 300-76

< 20 s < 20 s < 30 min < 20 s < 30 min < 20 s < 30 min

180 < 5 min < 5 min < 30 min < 60 s < 30 min < 60 s < 30 min

200 < 5 min < 5 min < 1 h < 60 s < 1 h < 60 s

AR-P 6200Beispiel 6200.09

0,4 150 600-71 300-76

< 20 s < 30 min < 5 min < 30 min < 5 min < 30 min < 5 min

180 < 60 s < 30 min < 5 min < 30 min < 5 min < 1 h < 30 min

200 < 60 s < 30 min < 60 s < 30 min < 60 s < 30 min

AR-P 7400 Beispiel 7400.23

1,5 105 300-76 600-71

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

120 < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

150 < 5 min < 5 min 3 h

180 < 30 min < 30 min

AR-N 7500Beispiel 7500.18

0,4 85-150 300-76 300-73

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s

180 6 h 4 h 3 h < 10 min

AR-N 7520 neuBeispiel 7520.17

0,4 85 300-73 300-76

< 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 60 s

105 < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 20 s < 5 min

120 4 h 3 h < 30 min < 5 min

150 6 h 4 h < 1 h


0,4 105 300-73 300-76

< 1 h < 30 s < 1 h < 1 h < 60 s

120 < 1 h < 5 min

150 3 h < 30 min


1,4 105-120 300-76 (300-72)

< 60 s < 60 s < 20 s < 20 s < 20 s

150 < 5 min < 5 min 3 h < 5 min 1 h < 5 min < 90 s

180 < 30 min < 30 min < 30 min < 60 min < 5 min

200 1 h 1 h

Die unter AR-Bedingungen bestimmten Ablösezeiten sind zur besseren Orientierung in Zeitcluster (< 20 s, < 60 s ...) eingeteilt.

Die Removerempfehlungen gelten i.A. für die allgemein gebräuchlichen Temperungen bei 150 °C und 180 °C.

Die Empfehlung für den Remover AR 300-72 sind eingeklammert, da er zwar gut entschichtet, jedoch von Allresist wegen seiner reprotoxischen Einstufung nicht priorisiert wird. Als Ersatz werden die gleichwertigen Remover AR 300-76 und 600-71 empfohlen.

Remover-Eignungen < 20/ 60 s optimal geeignet < 5/ 30 min geeignet < 1-6 h bedingt geeignet > 6 h ungeeignet

Stand: Januar 2018

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E-Be

am R

esist

s



Parameter / AR 300-80 neu HMDS

Dichte bei 20 °C (g/cm³) 0,971 0,774

Flammpunkt (° C) 7 14

Filtrationsgrad (µm) 0,2 0,2

Lagerung bis 6 Monate (°C) 10-22

aR 300-80 neu und HmDs HaftvermittlerZur Verbesserung der Haftfestigkeit von Photo- und E-Beamresists

- Verbesserung der Haftfestigkeit von Photoresist- und E-Beamresistschichten

- Speziell bei Oberflächen mit schlechten Hafteigen- schaften z.B. Metall, SiO2, GaAs

- AR 300-80 neu: Aufschleudern einer siliziumor- ganischen Lösung für bessere Hafteigenschaften und einfachere, preiswertere Alternative zu HMDS

- HMDS: Verdampfen von HMDS auf der Substrat- oberfläche (Equipment erforderlich)

Haftvermittler für AR-Resists

Verarbeitungshinweise AR 300-80 und AR 300-80 neu

Der AR 300-80 neu wird mittels spin coating zwischen 1000 - 6000 rpm aufgetragen. Die Schichtdicke kann über die Drehzahl auf die für den jeweiligen Prozess optimale Bedingung eingestellt werden.

Dabei sind höhere Drehzahlen und damit dünnere Schichten anzustreben, z.B. 4000 rpm mit ca. 15 nm. Zu hohe Konzentrationen (Schichtdicken) können die haftvermittelnde Wirkung wieder verringern oder aufheben.

Beim AR 300-80 wird empfohlen, die sich anschließende Temperung auf der hot plate für 2 min oder im Konvekti-onsofen für 25 min bei 180 °C durchzuführen. Der AR 300-80 neu bietet für empfindlichen Substrate den großen Vorteil, dass eine ausreichende Temperung bereits bei 60 °C bei gleicher Zeitdauer erreicht wird, ohne dass jedoch höhere Temperaturen schaden. Mit der Temperung bildet sich eine sehr gleichmäßige, extrem dünne Haftvermittlerschicht auf dem Substrat aus (ca. 15 nm). Nach Abkühlung des Substrats kann der Resist wie üblich aufgetragen werden.

Überschüssiger Haftvermittler kann mit organischen Lösemitteln, wie z.B. dem AR 600-70 bzw. AR 600-71 abgewa-schen werden, die optimierten Oberflächeneigenschaften bleiben dabei uneingeschränkt erhalten.

Für die Verarbeitung von HMDS ist ein entsprechendes Equipment erforderlich. Bei der Großserienfertigung wer-den Hotplates mit HMDS-Bedampfung verwendet.

Steht kein solches Equipment zur Verfügung, kann wie folgt vorgegangen werden: Die Vorbehandlung sollte unmit-telbar vor der Resistbeschichtung stattfinden. Dazu wird das Substrat in einen Exsikkator gestellt. HMDS kann dort bei Raumtemperatur oder bei Temperaturen bis max. 160 °C verdampft werden und schlägt sich als monomoleku-lare Schicht (ca. 5 nm) auf der Substratoberfläche nieder.

Das behandelte Substrat kann ohne nachfolgende Temperung, unmittelbar nach der HMDS-Behandlung, mit Resist beschichtet werden oder bis zu einigen Tagen in einem geschlossenen Behälter aufbewahrt werden.

Die Lagerstabilität kann durch die Aufnahme von Wasser aus der Atmosphäre begrenzt werden. Aus diesem Grun-de ist ein Stehenlassen in offenen Gefäßen zu vermeiden.

Verarbeitungshinweise HMDS

Stan

d: M

ai 2

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E-Be

am R

esist

s


Wir liefern unsere Produkte innerhalb 1 Woche ab Werk, vorrätige Lagerware sofort bzw. entsprechend Wunschtermin. Sie erhalten unsere Resists in den Packungsgrößen ¼ , 0,5 ,1 , 2,5 , 6 x 1 , 4 x 2,5 und die passenden Prozesschemikalien in 1 , 2,5 , 5 , 4 x 2,5 , 4 x 5 . 30 ml und 100 ml Testmuster/ Kleinstmengen sind möglich. Fordern Sie unsere Preislisten an.

Produktportfolio Photoresists

Alle Lacksysteme erhalten eine optimale Haftung mit dem Haftvermittler AR 300-80 neu, der vor dem Resistauftrag erfolgt.

Resist-system

Produkt Do/ µm 4000 rpm

typ charakteristische Eigenschaften

anwen-dung

auflösung [µm]

Kon-trast

Belich-tung

Ver-dünner

Ent-wickler

Remo-ver

aR-P

12001210,1220,

1230[0,5 - 10]

Posit

ivre

sist

Sprühresist, verschied.

AnwendungenMEMS 1 3

i-line,

g-line,

BB-UV

- 300-44 600-71

300-76

aR-P

31003110, 3120,

3170

1,0 ; 0,6

; 0,1

hochauflösend,

haftverstärkt

Masken,

Gitter

0,5 ; 0,4;

0,43,0 300-12

300-35

300-47

300-76

300-73

aR-P

32003210,

3220, 3250

10 ;

10 ; 5

Dicklack hoher Maß-

haltigkeit bis 100 µm

Galvanik,

MST

4 ;

3 ; 1,2

2,0 ; 2,0

; 2,5300-12 300-26

300-76

600-71

aR-P

35003510,

35402,0 ; 1,4

große Prozessbreite,

hochauflösendICs 0,8 ; 0,7

4,0 ;

4,5300-12

300-35

300-26

300-76

600-71

aR-P

3500 t3510 t,

3540 t

2,0 ;

1,4

große Prozessbreite,

hochauflös., 0,26 n

TMAH-entwickelbarICs

0,6 ;

0,5

4,5 ;

5,0300-12

300-44

300-26

300-76

600-71

aR-P

3700,

3800

3740,

3840

1,4 ;

1,4

höchstauflösend,

sub-µm, hoher Kontr.

3840 eingefärbt

VLSICs0,4 ;

0,4

6,0 ;

6,0300-12

300-47

300-26

300-76

600-71

aR-P

53005320,

53505,0 ; 1,0

unterschnitt.

Strukturen

(Einlagen-lift-off)

Auf-

dampf-

muster

2 ; 0,5 4 ; 5 300-12300-26

300-35

300-76

600-71

aR-U

40004030,

4040 4060

1,8 ; 1,4

; 0,6

Sond

eran

wen

dung

wahlw. positiv oder

negativ, lift-offICs

0,8 ; 0,7;

0,5

3 ; 3 ;

3,5300-12

300-35

300-26

300-76

600-72

aR-

PC

500

503 eingefärbt

504, 5040

1,0 ;

2,2 ; 2,8

Protective Coating,

40 % KOH-ätzstabil

Schutz-

schicht- - - 600-01 -

300-76

600-71

aR-BR

54005460,

54801,0 ; 0,5

Bottomresist für

2L-lift-off-System

Lift-off

(pos./neg.)3 ; 1,5 lift-off - 600-07 300-47

300-76

300-73

aR-P

59005910 5,0

komplizierte Strukt.

bis 5 % HF / BOEMEMS 2 2,0 i-line,

g-line,

BB-UV

300-12 300-26300-76

300-73

aR-N

22002210,

2220, 2230[0,5 - 10]

Neg

ativ

resis

t

Sprühresist, verschied.

AnwendungenMEMS 1 3 - 300-44

600-71

600-70

aR-N

43004340 1,4

höchstempfindlich,

hochauflösend, CARICs 0,5 5

i-line,

g-line300-12

300-26

300-475

600-76

300-72

aR-N

4400

4400-50,

-25, -10,

-05

1000 rpm:

50 ; 25 ;

10 ; 5

hohe Schichten bis

100, 50, 20, 10 µm,

leichtes RemovingGalvanik,

MST,

LIGA

5,0 ;

3,5 ;

2,0 ; 1,0

6 ;

5 ;

4 ; 4X-Ray,

E-Beam,

i-line

300-12300-44

bis -475

600-71

600-70

aR-N

44504450-10

1000 rpm:

10

hohe Schichten bis

20 µm, lift-off

2,0

3,5

10

lift-off300-12 300-47

600-71

600-70

Stan

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E-Beam Resists



Wir liefern unsere Produkte innerhalb 1 Woche ab Werk, vorrätige Lagerware sofort bzw. entsprechend Wunschtermin. Sie erhalten unsere Resists in den Packungsgrößen ¼ , 0,5 ,1 , 2,5 , 6 x 1 , 4 x 2,5 und die passenden Prozesschemikalien in 1 , 2,5 , 5 , 4 x 2,5 , 4 x 5 . 30 ml und 100 ml Testmuster/ Kleinstmengen sind möglich. Fordern Sie unsere Preislisten an.

Produktportfolio E-Beam Resists

Resist-system

Produkt Do/ µm 4000 rpm


anwen-dung

auflösung [nm] *

Kon-trast

Belich-tung

Ver-dünner

Ent-wickler

Remo-ver

aR-P 617

Copolymer Pmma/ma 33%

0,09-1,75

posit

iv

höchstauflösend, 2x empfindlicher als PMMA, lift off

ICs, Masken

10 / 100 6,0

E-Beam, Tief-UV

600-07600-50 600-55

600-71 300-76

aR-P 631-671

Pmma 50K, 200K, 600K, 950K

0,02-1,70 Chlorbenzen

höchstauflösend, uni-versell, prozessstabil, einfache Verarbeitung

ICs, Masken 6 / 100 7,0 600-01

600-55 600-56

600-71 300-76

aR-P 632-672

Pmma 50K, 200K, 600K, 950K

0,01-1,87 Anisol


ICs, Masken 6 / 100 7,0 600-02

600-55 600-56

600-71 300-76

aR-P 639-679

Pmma 50K, 200K, 600K, 950K

0,02-0,74 Ethyllactat


ICs, Masken 6 / 100 7,0 600-09

300-55 300-56

600-71 300-76

aR-P 6200 CSAR 62

6200.04, .09, 6200.13, -18styrenacrylat

0,08 ; 0,4 ; 0,2 ; 0,8

höchstauflösend, hochempfindlich, plasmaätzresistent

ICs, Sen-soren, Masken

6 15 600-02600-546 600-548 600-549

600-71 300-76

aR-P 6500

6510.15, .17, .18, .19 Pmma

350 rpm: 28, 56, 88, 135

hohe PMMA-Schich-ten bis 250 µm für MST, Synchroton

Mikro-bauteile

1 µm (X-Ray)

10 (X-Ray)

X-Ray, E-Beam

300-12600-51 600-56

600-71 300-76

aR-P 7400

7400.23 Novolak

0,6mix & match, hoch-auflösend, plasma-ätzresistent, auch neg.

ICs, Masken

40 / 150 4,0

E-Beam, Tief-UV, g-, i-line

300-12300-47 300-26

300-76 600-71

aR-N 7500

7500.08, 7500.18 Novolak

0,1 ; 0,4

nega

tiv

mix & match, hoch-auflösend, plasma-ätzresistent, pos./neg.

ICs, Masken

40 / 100 5,0 300-12 300-47

300-76 300-73

aR-N 7520 neu

7520.07, .11, 7520.17 Novolak

0,1 ; 0,2; 0,4

mix & match, höchstempfindlich, höchstauflösend,

ICs, Masken 30 8,0

E-Beam, Tief-UV, i-line

300-12300-46 300-47

600-71 300-73

aR-N 7520

7520.073, 7520.18

0,1 ; 0,4

mix & match, höchstauflösend, hochpräzise Kanten,

ICs, Masken 28 10

E-Beam, Tief-UV, i-line

300-12 300-47300-73 300-76

aR-N 7700

7700.08, 7700.18 Novolak

0,1 ; 0,4

CAR, hochauflösend, hochempfindlich, steile Gradation

ICs, Masken

80 / 100 5,0

E-Beam, Tief-UV

300-12300-46 300-47

300-76 300-73

aR-N 7720

7720.13, 7720.30 Novolak

0,25 ; 1,4

CAR, hochauflösend, flache Gradation für dreidimens. Strukt.

diffrakt. Optiken

80 / 200 < 1,0 300-12 300-47

300-76 300-72

aR-PC 5000

Polyanilin-D. 5090.02 5091.02

0,04 ; 0,03

-leitfähige Schutzlacke zur Ableitung von Aufladungen für Nichtnovolak-E-Beamresists (PMMA, CSAR 62, HSQ) Novolak-E-Beamresists (z.B. AR-N 7500, 7700)

- -DI-Wasser

Alle Lacksysteme erhalten eine optimale Haftung mit dem Haftvermittler AR 300-80 neu, der vor dem Resistauftrag erfolgt.

Die Resists AR-P 617, 631-679, 6200 benötigen nach der Entwicklung ein kurzes Abstoppen im Stopper AR 600-60.

Stand: Mai 2019

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E-Be

am R

esist

s


Wir liefern unsere Produkte innerhalb 2 Wochen ab Werk, vorrätige Lagerware sofort bzw. entsprechend Wunschtermin. Sie erhalten unsere Resists in den Packungsgrößen ¼ , 0,5 ,1 , 2,5 , 6 x 1 , 4 x 2,5 und die passenden Prozesschemikalien in 1 , 2,5 , 5 , 4 x 2,5 , 4 x 5 . 30 ml und 100 ml Testmuster/ Kleinstmengen sind möglich. Fordern Sie unsere Preislisten an.

Produktportfolio Experimentalmuster

sonder-Produkt

Do / µm 4000 rpm


auflösung [µm] *

Kon-trast

Belich-tung

Ver-dünner

Ent-wickler

Re-mover

Produktreife Experimentalmuster

X aR-P 3220/7 6,0

posit

iv

temperatur- und plasmaätz-stabiler dicker Photoresist 2 2

i-line. g-line, BB-UV

300-12 300-26 300-76 300-72

X aR-P 5900/4 1,4 Positiv-Photoresist,

alkalistabil bis pH 13 1 2 i-line, g-line 300-12 300-26 600-70

X aR-N 7700/30 0,4 ne

g. hochempfindlicher und höchstauflösender CA-Negativ-E-Beam Resist

0,2 5E-Beam, Tief-UV

300-12 300-475 600-70 300-76

sonderanfertigungen / Experimentalmuster

sX aR-P 3500/6 2,0

posit

iv

Positiv-Photoresist für Ho-lographie (488 nm) 1 3

i-line. g-line, BB-UV

300-12 300-47 600-70 300-76

sX aR-P 3500/8 1,4 Thermostabiler Positiv-

Photoresist bis 300 °C 1 3i-line. g-line,

BB-UV300-12 300-47 600-70

300-76

sX aR-P 3740/4 1,4 Positiv-Photoresist, sehr pro-

zessstabil, hoher Kontrast 0,6 5i-line. g-line,

BB-UV300-12 300-475 600-70

300-76

sX aR-N 4340/7 1,4 ne

g. Thermostabiler Negativresist bis 270 °C (1-/2L-System) 0,5 5 i-line, g-line 300-12 300-47 300-76

600-71

sX aR-PC 5000/40

5,0 - Protective Coating 40% KOH- und 50% HF-stabil

-

2 L: 10

-

2 L: 1

-

2 L: i-line300-74/1 300-26 300-74/1

sX aR-PC 5000/80.2

0,4 -Polyimid-Photoresist, Schutzlack für 2-Lagen-strukturierung

-

2 L: 2

-

2 L: 1

-

2 L: i-line300-12/3 - 600-70

300-76

sX aR-P 5000/82.7 0,8 - Polyimid-Photoresist, struk-

turierbar und thermostabil 1,5 2 i-line 300-12/3 300-26 300-47

300-76 300-72

Alle Lacksysteme erhalten eine optimale Haftung mit dem Haftvermittler AR 300-80 neu, der vor dem Resistauftrag erfolgt.Stan

d: M

ay 2

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E-Be

am R

esist

s

Allresist GmbHAm Biotop 14

15344 Strausberg

Tel. +49 (0) 3341 35 93 - 0 Fax +49 (0) 3341 35 93 - 29

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Produktinformation · 100 nm Pitch) benötigt der AR 6200.09 eine Dosis von ca. 220 pC/cm (30 kV,...

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