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2024-08-07T15:19:08Z

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'''Fotolacke''' ({{EnS|photoresist}}) werden bei der [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|fotolithografischen]] Strukturierung verwendet, insbesondere in der [[Mikroelektronik]] und der [[Mikrosystemtechnik]] für die Produktion von Strukturen im Mikro- und Submikrometerbereich sowie bei der [[Leiterplatte]]nherstellung. Die wichtigsten Ausgangsstoffe für Fotolacke sind [[Polymer]]e (z. B. [[Polymethylmethacrylat]], [[Novolak]], [[Polymethylglutarimid]]) bzw. [[Epoxidharz]]e (z. B. [[SU-8 (Fotolack)|SU-8]]), Lösungsmittel wie [[Cyclopentanon]] oder [[Gamma-Butyrolacton]], sowie eine fotoempfindliche Komponente.

Neben flüssigen Fotolacken gibt es noch Fest- bzw. Trockenresists ([[Fotofolie]]n).

== Belichtung ==
[[Datei:Vegleich Positiv- und Negativlack.svg|mini|hochkant=2|Vergleich von Positiv- und Negativlack bei der fotolithografischen Strukturierung]]

Beim Belichten wird die [[Löslichkeit]] der Fotoschicht durch [[Ultraviolett]] und eine Belichtungsmaske oder Fotoschablone (Fotokopien des Leiterbildoriginals) lokal verändert ([[Fotochemie|fotochemische Reaktion]]). Die Belichtungsmasken bestehen aus einer Ultraviolett-durchlässigen Trägerschicht ([[Quarzglas]], Polymerfilm) und einer Ultraviolett-undurchlässigen Schicht (beispielsweise [[Chrom]] oder auch Tinte oder Druckfarbe). Nach der Löslichkeitsveränderung unterscheidet man:
# Negativlack (engl. {{lang|en|negative resist}}): Löslichkeit nimmt durch Belichten ab
# Positivlack (engl. {{lang|en|positive resist}}): Löslichkeit wächst durch Belichten.

=== Negativlack ===
Der Negativlack polymerisiert durch Belichtung und einem nachfolgenden Ausheizschritt, nach der Entwicklung bleiben die belichteten Bereiche stehen.

Diese Fotolacke werden hauptsächlich in der Mikrosystemtechnik für die Produktion von kleinsten Strukturen im Mikro- und Submikrometerbereich eingesetzt.

=== Positivlack ===
Bei Positivlacken wird der bereits verfestigte Lack durch Belichtung wieder löslich für entsprechende Entwicklerlösungen und nach der Entwicklung bleiben nur die Bereiche übrig, welche durch eine Maske vor der Bestrahlung geschützt wurden.

In der [[Halbleitertechnik]] bestehen die verwendeten Positivlacke meist aus Harz ([[Novolak]]) zusammen mit einer fotoaktiven Komponente (z. B. polymere [[Diazoverbindung]]en) und einem Lösungsmittel. Sie werden durch [[Rotationsbeschichtung]] als Flüssigkeit auf das Substrat gebracht. Im Gegensatz zu Negativlacken werden sie dann ausgeheizt (engl. {{lang|en|pre-bake}}), dabei entweicht das Lösungsmittel und der Lack härtet aus. Anschließend wird der Lack strukturiert mit Ultraviolett bestrahlt. Das Ultraviolett bricht mit der fotoaktiven Komponente die stoffliche Bindung im Lack auf und der Lack wird an den belichteten Stellen löslich. Nach der Belichtung werden diese Teile mit einer geeigneten Entwicklerlösung weggespült und es bleiben die unbelichteten Teile des Fotolacks stehen. Nach der Entwicklung folgt meist abermals ein Ausheizen (engl. {{lang|en|hard-bake}}) zur Stabilisierung der Fotolackmaske. Siehe auch [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)]].

== Entwicklung ==
Bei der Entwicklung erfolgt ein Strukturieren der Fotolackschicht durch Herauslösen der unbelichteten Bereiche bei Negativlacken bzw. der belichteten Bereiche bei Positivlacken durch ein geeignetes Lösungsmittel ([[Entwicklerflüssigkeit]]).

Negativlacke werden bei Ultraviolett-Bestrahlung durch eine Foto[[polymerisation]] unlöslich. Dabei werden schwache [[Pi-Bindung]]en in den Resistmolekülen (intermolekulare Wechselwirkungen) durch photoinduzierte Quervernetzung in starke [[Sigma-Bindung]]en zwischen verschiedenen Resistmolekülen (intramolekulare Bindungen) überführt.

Ergebnis der Entwicklung ist die fertige Haftmaske oder Beschichtung für das nachfolgende [[Ätzen]] (Vertiefen oder Entfernen der darunter liegenden Schicht).

== Entfernung ==

Nach erfolgten Prozessschritten (beispielsweise einer [[Dotierung]]) muss die Fotolack-Maske wieder entfernt werden. Das erfolgt im Wesentlichen auf zwei Arten:
* durch ''Strippen'' (von {{enS|to strip}}, dt. ‚ablösen‘)
** mit einem organischen Lösungsmittel, z. B. [[Aceton]] (bedingt geeignet wegen dessen hohem Dampfdruck, besser geeignet ist [[N-Methyl-2-pyrrolidon|1-Methyl-2-pyrrolidon]]<ref> {{Webarchiv |url=http://www.fotolack.eu/fotolack_1931.html |text=Archivlink |wayback=20161217175400 |archiv-bot=}}</ref>)
** üblicherweise mit [[Natronlauge]], wenn es das Substrat zulässt
** mit speziellen ''Removern'' (alkalische oder neutrale Flüssigkeiten)
* mittels [[Plasmaveraschung]]: der Lack wird mithilfe eines [[mikrowellen]]angeregten [[Sauerstoff]]plasmas zersetzt bzw. oxidiert, wobei ausschließlich gasförmige Reaktionsprodukte entstehen. Sie ist heutzutage die am meisten verwendete Methode in der Halbleiterindustrie.

== Weblinks ==
* [https://www.radiertechniken.de/edeldruckverfahren/ Beschreibung und Rezepturen historischer lichtempfindlicher Beschichtungen für Ätzverfahren]

== Literatur ==
* E. Roßhaupter, D. Hundt: ''Photolacke.'' In: ''[[Chemie in unserer Zeit]].'' 5, Nr. 5, 1971, S. 147–153, {{DOI|10.1002/ciuz.19710050504}}.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Edeldruck]]
[[Kategorie:Lithografie (Halbleitertechnik)]]
[[Kategorie:Werkstoff der Halbleiterelektronik]]

Fotolack - Versionsgeschichte

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