Um fotorresiste (também conhecido simplesmente como resiste) é um material sensível à luz usado em vários processos, como fotolitografia e fotogravura, para formar um revestimento padronizado em uma superfície. Este processo é crucial na indústria eletrônica.
O processo de fotogravura começa revestindo um substrato com um material orgânico sensível à luz. Uma máscara padronizada é então aplicada à superfície para bloquear a luz, de modo que apenas as regiões não mascaradas do material sejam expostas à luz. Um solvente, chamado de revelador, é então aplicado à superfície. No caso de um fotorresiste positivo, o material fotossensível é degradado pela luz, e o revelador dissolverá as regiões que foram expostas à luz, deixando para trás um revestimento onde a máscara foi colocada. No caso de um fotorresiste negativo, o material fotossensível é fortalecido (seja polimerizado ou reticulado) pela luz, e o revelador dissolverá apenas as regiões que não foram expostas à luz, deixando para trás um revestimento nas áreas onde a máscara não foi colocada.

Um BARC (revestimento anti-reflexo inferior) pode ser aplicado antes do fotorresiste ser aplicado, para evitar que reflexos ocorram sob o fotorresiste e para melhorar o desempenho do fotorresiste em nós de semicondutores menores.
Fotorresistes convencionais tipicamente consistem em 3 componentes: resina (um aglutinante que fornece propriedades físicas como adesão, resistência química, etc.), sensitizador (que tem um composto fotoativo) e solvente (que mantém o resiste líquido).
Positivo: a luz enfraquecerá o resiste e criará um buraco
Negativo: a luz endurecerá o resiste e criará uma máscara resistente à corrosão.
Para explicar isso em forma gráfica, você pode ter um gráfico de energia de exposição log versus fração de espessura do resiste remanescente. O resiste positivo será completamente removido na energia de exposição final, e o resiste negativo será completamente endurecido e insolúvel ao final da energia de exposição. A inclinação deste gráfico é a razão de contraste. Intensidade (I) está relacionada à energia por E = I*t.


Um fotorresiste positivo é um tipo de fotorresiste no qual uma porção é exposta à luz e se torna solúvel ao revelador de fotorresiste. A porção não exposta do fotorresiste permanece insolúvel no revelador de fotorresiste.
Alguns exemplos de fotorresistes positivos são:
PMMA (polimetilmetacrilato) de componente único
Resistes DQN de dois componentes:


Um fotorresiste negativo é um tipo de fotorresiste no qual a porção do fotorresiste que é exposta à luz se torna insolúvel no revelador de fotorresiste. A porção não exposta do fotorresiste é dissolvida pelo revelador de fotorresiste.
Função de transferência de modulação
MTF (função de transferência de modulação é a razão entre a modulação da intensidade da imagem e a modulação da intensidade do objeto e é um parâmetro que indica a capacidade de um sistema óptico.
A tabela a seguir é baseada em generalizações que são geralmente aceitas na indústria de fabricação de sistemas microeletromecânicos (MEMS).
| Característica | Positivo | Negativo |
|---|---|---|
| Adesão ao silício | Razoável | Excelente |
| Custo relativo | Mais caro | Menos caro |
| Base do revelador | Aquosa | Orgânica |
| Solubilidade no revelador | Região exposta é solúvel | Região exposta é insolúvel |
| Recurso mínimo | 0,5 μm | 7 nm |
| Cobertura de degraus | Melhor | Inferior |
| Resistência química úmida | Razoável | Excelente |


Com base na estrutura química dos fotorresistes, eles podem ser classificados em três tipos: fotopolimérico, fotodecompositor e fotoreticulante.

Na litografia, diminuir o comprimento de onda da fonte de luz é a maneira mais eficiente de alcançar maior resolução. Fotorresistes são mais comumente usados em comprimentos de onda no espectro ultravioleta ou mais curtos (<400 nm). Por exemplo, a diazonaftoquinona (DNQ) absorve fortemente de aproximadamente 300 nm a 450 nm. As bandas de absorção podem ser atribuídas a transições n-π* (S0–S1) e π-π* (S1–S2) na molécula de DNQ. No espectro de ultravioleta profundo (DUV), a transição eletrônica π-π* no benzeno ou cromóforos de ligação dupla de carbono aparece em torno de 200 nm.[carece de fontes] Devido ao aparecimento de mais transições de absorção possíveis envolvendo maiores diferenças de energia, a absorção tende a aumentar com comprimento de onda mais curto, ou maior energia do fóton. Fótons com energias excedendo o potencial de ionização do fotorresiste (pode ser tão baixo quanto 5 eV em soluções condensadas) também podem liberar elétrons que são capazes de exposição adicional do fotorresiste. De cerca de 5 eV a cerca de 20 eV, a fotoionização de elétrons externos da "banda de valência" é o principal mecanismo de absorção. Acima de 20 eV, a ionização eletrônica interna e as transições Auger tornam-se mais importantes. A absorção de fótons começa a diminuir à medida que a região de raios X é aproximada, pois menos transições Auger entre níveis atômicos profundos são permitidas para a maior energia de fóton. A energia absorvida pode impulsionar mais reações e, em última análise, dissipa-se como calor. Isso está associado à liberação de gases e contaminação do fotorresiste.
Fotorresistes também podem ser expostos por feixes de elétrons, produzindo os mesmos resultados que a exposição por luz. A principal diferença é que, enquanto os fótons são absorvidos, depositando toda a sua energia de uma vez, os elétrons depositam sua energia gradualmente e se espalham dentro do fotorresiste durante este processo. Como com comprimentos de onda de alta energia, muitas transições são excitadas por feixes de elétrons, e aquecimento e liberação de gases ainda são uma preocupação. A energia de dissociação para uma ligação C-C é 3,6 eV. Elétrons secundários gerados por radiação ionizante primária têm energias suficientes para dissociar esta ligação, causando cisão. Além disso, os elétrons de baixa energia têm um tempo de interação com o fotorresiste mais longo devido à sua velocidade mais baixa; essencialmente o elétron tem que estar em repouso em relação à molécula para reagir mais fortemente via anexação de elétron dissociativa, onde o elétron vem a repousar na molécula, depositando toda a sua energia cinética. A cisão resultante quebra o polímero original em segmentos de menor peso molecular, que são mais facilmente dissolvidos em um solvente, ou então libera outras espécies químicas (ácidos) que catalisam mais reações de cisão (ver a discussão sobre resistes quimicamente amplificados abaixo). Não é comum selecionar fotorresistes para exposição por feixe de elétrons. A litografia por feixe de elétrons geralmente depende de resistes dedicados especificamente à exposição por feixe de elétrons.
Propriedades físicas, químicas e ópticas dos fotorresistes influenciam sua seleção para diferentes processos. As principais propriedades do fotorresiste são capacidade de resolução, dose de processo e latitudes de foco necessárias para a cura, e resistência à corrosão iônica reativa.(p966) Outras propriedades-chave são sensibilidade, compatibilidade com hidróxido de tetrametilamônio (TMAH), adesão, estabilidade ambiental e prazo de validade.
Fotorresistes usados na produção para DUV e comprimentos de onda mais curtos requerem o uso de amplificação química para aumentar a sensibilidade à energia de exposição. Isso é feito para combater a maior absorção em comprimentos de onda mais curtos. A amplificação química também é frequentemente usada em exposições por feixe de elétrons para aumentar a sensibilidade à dose de exposição. No processo, os ácidos liberados pela radiação de exposição se difundem durante a etapa de aquecimento pós-exposição. Esses ácidos tornam o polímero circundante solúvel no revelador. Uma única molécula de ácido pode catalisar muitas dessas reações de 'desproteção'; portanto, menos fótons ou elétrons são necessários. A difusão de ácido é importante não apenas para aumentar a sensibilidade e a produtividade do fotorresiste, mas também para limitar a rugosidade da borda da linha devido às estatísticas de ruído de disparo. No entanto, o comprimento de difusão do ácido é ele próprio um potencial limitador de resolução. Além disso, muita difusão reduz o contraste químico, levando novamente a mais rugosidade.
As reações a seguir são um exemplo de fotorresistes quimicamente amplificados comerciais em uso hoje:
O e− representa um elétron solvatado, ou um elétron liberado que pode reagir com outros constituintes da solução. Ele tipicamente viaja uma distância na ordem de muitos nanômetros antes de ser contido; uma distância de viagem tão grande é consistente com a liberação de elétrons através de óxido espesso em EPROM UV em resposta à luz ultravioleta. Esta exposição parasitária degradaria a resolução do fotorresiste; para 193 nm a resolução óptica é o fator limitante de qualquer maneira, mas para litografia por feixe de elétrons ou EUVL é o alcance do elétron que determina a resolução em vez da óptica.
Um fotorresiste positivo muito comum usado com as linhas I, G e H de uma lâmpada de vapor de mercúrio é baseado em uma mistura de diazonaftoquinona (DNQ) e resina novolac (uma resina de fenol formaldeído). DNQ inibe a dissolução da resina novolac, mas após exposição à luz, a taxa de dissolução aumenta até além da do novolac puro. O mecanismo pelo qual o DNQ não exposto inibe a dissolução do novolac não é bem compreendido, mas acredita-se estar relacionado à ligação de hidrogênio (ou mais exatamente ao acoplamento diazo na região não exposta). Resistes DNQ-novolac são revelados por dissolução em uma solução básica (geralmente 0,26N hidróxido de tetrametilamônio (TMAH) em água).
Um fotorresiste negativo muito comum é baseado em oligômero à base de epóxi. O nome comercial comum é Fotorresiste SU-8, e foi originalmente inventado pela IBM, mas agora é vendido pela Microchem e Gersteltec. Uma propriedade única do SU-8 é que é muito difícil de remover. Como tal, é frequentemente usado em aplicações onde um padrão de resiste permanente (um que não é removível e pode até ser usado em ambientes severos de temperatura e pressão) é necessário para um dispositivo. O mecanismo do polímero à base de epóxi é mostrado em 1.2.3 SU-8. O SU-8 é propenso a inchaço em tamanhos de recursos menores, o que levou ao desenvolvimento de alternativas de pequenas moléculas que são capazes de obter resoluções mais altas que o SU-8.
Em 2016, foi demonstrado que os polímeros OSTE possuem um mecanismo de fotolitografia único, baseado na depleção de monômero induzida por difusão, que permite alta precisão de fotoestruturação. O material polimérico OSTE foi originalmente inventado no Instituto Real de Tecnologia KTH, mas agora é vendido pela Mercene Labs. Enquanto o material tem propriedades semelhantes às do SU8, o OSTE tem a vantagem específica de conter moléculas de superfície reativas, o que torna este material atraente para aplicações microfluídicas ou biomédicas.
HSQ é um resiste negativo comum para feixe de elétrons, mas também útil para fotolitografia. Originalmente inventado pela Dow Corning (1970), e agora produzido (2017) pela Applied Quantum Materials Inc. (AQM). Ao contrário de outros resistes negativos, o HSQ é inorgânico e sem metal. Portanto, o HSQ exposto fornece um óxido rico em Si de baixa constante dielétrica (low-k). Um estudo comparativo contra outros fotorresistes foi relatado em 2015 (Dow Corning HSQ).


A microestampagem por contato foi descrita pelo Grupo Whitesides em 1993. Geralmente, nesta técnica, um carimbo elastomérico é usado para gerar padrões bidimensionais, através da impressão das moléculas de "tinta" na superfície de um substrato sólido.
Passos para microestampagem por contato: 1) Um esquema para a criação de um carimbo mestre de polidimetilsiloxano (PDMS). 2) Um esquema do processo de entintamento e contato da litografia de microimpressão.
A fabricação de placas de circuito impresso é um dos usos mais importantes do fotorresiste. A fotolitografia permite que a fiação complexa de um sistema eletrônico seja rápida, economicamente e precisamente reproduzida como se fosse impressa em uma prensa tipográfica. O processo geral é aplicar fotorresiste, expor a imagem a raios ultravioleta e então corroer para remover o substrato revestido de cobre.

Isso inclui materiais fotônicos especializados, Sistemas Microeletromecânicos (MEMS), placas de circuito impresso de vidro e outras tarefas de micropadronização. O fotorresiste tende a não ser corroído por soluções com pH maior que 3.

Esta aplicação, aplicada principalmente a wafers de silício e circuitos integrados de silício, é a mais desenvolvida das tecnologias e a mais especializada no campo.
