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紫外曝光的光反應過程

點擊量:538 日期:2023-08-11 編輯:硅時代

曝光:在光刻膠膜中發(fā)生的化學過程導致其在顯影液中溶解度的增加(正膠)或減少(負膠),從而可以產(chǎn)生出特定結(jié)構(gòu)光刻膠膜。

基于DNQ-基光引發(fā)劑的正膠和圖形反轉(zhuǎn)膠

下圖1中展示了光反應的基本步驟,即光刻膠中的光引發(fā)劑在曝光時所需的化學反應:在光輻照下光引發(fā)劑結(jié)合水分子并釋放氮氣后轉(zhuǎn)化為茚羧酸(indene carboxylic acid)。

圖1 光引發(fā)劑在吸收光子后發(fā)生的光化學反應

SO2-R基團的結(jié)合位點決定了光刻膠是對h-線和i-線敏感(結(jié)合位點在碳環(huán) “右”側(cè))還是對g-線敏感(結(jié)合位點在碳環(huán) “左” 側(cè))。為了增加其在光刻膠中的熱穩(wěn)定性和溶解度以及增強其作為“抑制劑”(減少暗蝕)的性能,可以將幾個DNQ-磺酸鹽分子與一個所謂的主鏈分子結(jié)合。

光反應的量子效率定義的光刻膠膜中吸收的每光子光反應數(shù)量。充分吸水后DNQ-基光引發(fā)法劑的透明樹脂,在對應的波長(g、h、i線取決于DNQ)下曝光,可達到20 – 30%的量子效率。 

如果在光刻膠膜中只有少量的水(再吸水不足,見光刻膠再吸水),酮(圖1,中圖)可能會發(fā)生各種不需要的二次反應(例如與樹脂酯化或與CO2裂解聚合)。在這兩種情況下,沒有形成茚羧酸,顯影的速度只能通過降低抑制劑DNQ的濃度而增加。 

DNQ-基紫外正膠

在特殊化學放大光刻膠中,曝光的過程中不會形成茚羧酸,而是形成磺酸(sulphonic acid)。光化學反應不需要水分參與,也不會釋放氮氣,這使得這種光刻膠的處理比基于DNQ-基的光刻膠更簡單快速,即使是在非常厚的厚膠情況下也是如此。

紫外負膠交聯(lián)反應

在一些負膠中,如AZ®nLOF 2000系列或AZ®15nxt,曝光會激活三聚氰胺 (melamine) 交聯(lián)劑,在隨后的烘烤步驟(曝光后烘)中導致短酚醛樹脂單元(phenolic resin units)與長鏈連接。 

部分負膠產(chǎn)品,在曝光開始過程中光聚合丙烯酸單體已經(jīng)在室溫下形成。因此這種光刻膠不需要曝光后烘過程。


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