功能高分子材料之感光树脂
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 光功能高分子材料
•3.1 感光树脂 •3.2 光致变色高分子 •3.3 塑料光导纤维 •3.4 光降解高分子材料
概述
• 定义：光功能高分子材料是指能够对光 进行传输、吸收、储存、转换的一类高 分子材料。
• 分类：
光物理材料：对光的物理输出和转化特性。 包括光的透过、传导、干射、洐射、散射、 折射等。 光化学材料：光的作用下发生光化学变化。 包括光交联、光分解、光聚合及光异构等 反应。
光刻胶的发展
发展趋势主要是提高分辨率、灵敏度和抗蚀性能。
随着集成度的提高，对光刻胶的分辨率的要求 越来越高，光源波长越短，光刻分辨率也就越高。
光源波长
紫外光刻胶（350～450nm）
远紫外（200～300nm）
辐照光刻胶
X射线（0.4～1.4nm） 电子束（0.001～0.01nm）
新的光刻工具提供的辐照密度都比传统的光 刻工具低
光致抗蚀剂
光致抗蚀剂又称光刻胶。
定义： 感光树脂
溶解 适当溶剂
加入 增感剂
光致抗蚀剂
特性：
光照后即即发生交联或分解反应，引起溶解度的变化。
光致抗蚀剂分类
1 按成像作用
正性光致抗蚀剂 负性光致抗蚀剂
2 按形态或组成
光敏剂+聚合物 带有感光基团的聚合物
3 按光化学反应
光交联型 光降解型
负性光致抗蚀剂
• Stark-Eienstein 定律：分子吸收光是量子化的 。即一个分子只 吸收一个光子，光化学反应是分子吸收一个光子的结果。
• Beer-Lambert 定律：单色光的吸收与吸光物质的厚度呈指数关 系：
I=I010-εcl
式中，为单色光的发射强度I0； I为透射光强度；c为试样溶液的摩尔浓度， mol/L；l 为通过样品的光程长度，cm；ε为吸光物质的摩 尔消光系数， （mol·L-1）-1·cm-1, ε越大吸光本领越强。
3.1 感光树脂
感光树脂
带有感光基团的高分子 加入感 光性化合物（光敏剂）
吸收光能量hv 光化学反应
1 印刷制版 2 孔板制造
应用 高分子发生物理和化学变化
3 集成电路加工 4精密机械加工
电磁波谱
光化学反应
物质分子
吸收hv
基态跃迁 到激发态
化学变化 如光交联
物理变化 如荧光、磷光
光化学定律
• Crotthus-Draper定律：hv=E.m-E.n (m>n)。即光源波长与反应 物吸收光要匹配，只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。
1 聚乙烯醇肉桂酸酯系抗蚀剂
吸光交联
感光基团
2 双叠氮-橡胶系抗蚀剂 定义:以双氮化合物为感光剂并与二烯系橡胶及溶剂组成的
光刻胶。由柯达公司开发。 环化
① 浓硫酸
② 双氮化合物吸光分解
③ 交联反应
优点
分辨率高， 2-3μm
耐腐蚀 粘附性好
应用
用于硅、二氧化硅、铝、 钼、铜、铬、不锈钢及石 英材料的光刻
光分解型抗蚀剂
合成: 一般在带有羟基或胺基的大分子链中引入叠氮醌基团。
机理： 曝光部分
①
与共存的碱溶性线性酚醛树脂一起溶出
②
未曝光部分
在碱性水溶液中难溶而形成图像
1 分辨率高，能多次曝光
2 图像线条清晰度好，优于负性光刻胶
优点
3 曝光时不受氧影响，因而易于处理
4 高反差，灵敏度比负性光刻胶好
5 易去胶，对铝布和铬掩膜等光刻胶较理想 缺点：难于精制，易产生针孔，黏附性、抗蚀性比负性光刻胶差等
①曝光部分发生交联反 应，溶解度变小。
②显影除去未曝光部分， 而形成负型图像。
③腐蚀后在氧化硅表面 形成窗口。
④除去光刻胶，即完成 集成电路的一次光刻。
氧化硅层 硅 抗蚀剂层
掩膜
正性光致抗蚀剂
①曝光部分发生分解反 应，溶解度变大。
②显影除去曝光部分，而形成与 掩膜一致的正型图像。
光交联型光致抗蚀剂
对胶的灵敏度提出了更高的要求
化学放大光刻胶系统 此外一些新的技术如图形反转、多层胶技术、表 面硅烷化技术、干法显影技术等也在研究之中。
印刷制版
在印刷制版中采用感光树脂代替银盐的 照相法，称为非银盐照相法。
感光树脂版
光刻胶商品
使用SU-8胶光刻图形
wenku.baidu.com
精密机械加工
•3.1 感光树脂 •3.2 光致变色高分子 •3.3 塑料光导纤维 •3.4 光降解高分子材料
概述
• 定义：光功能高分子材料是指能够对光 进行传输、吸收、储存、转换的一类高 分子材料。
• 分类：
光物理材料：对光的物理输出和转化特性。 包括光的透过、传导、干射、洐射、散射、 折射等。 光化学材料：光的作用下发生光化学变化。 包括光交联、光分解、光聚合及光异构等 反应。
光刻胶的发展
发展趋势主要是提高分辨率、灵敏度和抗蚀性能。
随着集成度的提高，对光刻胶的分辨率的要求 越来越高，光源波长越短，光刻分辨率也就越高。
光源波长
紫外光刻胶（350～450nm）
远紫外（200～300nm）
辐照光刻胶
X射线（0.4～1.4nm） 电子束（0.001～0.01nm）
新的光刻工具提供的辐照密度都比传统的光 刻工具低
光致抗蚀剂
光致抗蚀剂又称光刻胶。
定义： 感光树脂
溶解 适当溶剂
加入 增感剂
光致抗蚀剂
特性：
光照后即即发生交联或分解反应，引起溶解度的变化。
光致抗蚀剂分类
1 按成像作用
正性光致抗蚀剂 负性光致抗蚀剂
2 按形态或组成
光敏剂+聚合物 带有感光基团的聚合物
3 按光化学反应
光交联型 光降解型
负性光致抗蚀剂
• Stark-Eienstein 定律：分子吸收光是量子化的 。即一个分子只 吸收一个光子，光化学反应是分子吸收一个光子的结果。
• Beer-Lambert 定律：单色光的吸收与吸光物质的厚度呈指数关 系：
I=I010-εcl
式中，为单色光的发射强度I0； I为透射光强度；c为试样溶液的摩尔浓度， mol/L；l 为通过样品的光程长度，cm；ε为吸光物质的摩 尔消光系数， （mol·L-1）-1·cm-1, ε越大吸光本领越强。
3.1 感光树脂
感光树脂
带有感光基团的高分子 加入感 光性化合物（光敏剂）
吸收光能量hv 光化学反应
1 印刷制版 2 孔板制造
应用 高分子发生物理和化学变化
3 集成电路加工 4精密机械加工
电磁波谱
光化学反应
物质分子
吸收hv
基态跃迁 到激发态
化学变化 如光交联
物理变化 如荧光、磷光
光化学定律
• Crotthus-Draper定律：hv=E.m-E.n (m>n)。即光源波长与反应 物吸收光要匹配，只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。
1 聚乙烯醇肉桂酸酯系抗蚀剂
吸光交联
感光基团
2 双叠氮-橡胶系抗蚀剂 定义:以双氮化合物为感光剂并与二烯系橡胶及溶剂组成的
光刻胶。由柯达公司开发。 环化
① 浓硫酸
② 双氮化合物吸光分解
③ 交联反应
优点
分辨率高， 2-3μm
耐腐蚀 粘附性好
应用
用于硅、二氧化硅、铝、 钼、铜、铬、不锈钢及石 英材料的光刻
光分解型抗蚀剂
合成: 一般在带有羟基或胺基的大分子链中引入叠氮醌基团。
机理： 曝光部分
①
与共存的碱溶性线性酚醛树脂一起溶出
②
未曝光部分
在碱性水溶液中难溶而形成图像
1 分辨率高，能多次曝光
2 图像线条清晰度好，优于负性光刻胶
优点
3 曝光时不受氧影响，因而易于处理
4 高反差，灵敏度比负性光刻胶好
5 易去胶，对铝布和铬掩膜等光刻胶较理想 缺点：难于精制，易产生针孔，黏附性、抗蚀性比负性光刻胶差等
①曝光部分发生交联反 应，溶解度变小。
②显影除去未曝光部分， 而形成负型图像。
③腐蚀后在氧化硅表面 形成窗口。
④除去光刻胶，即完成 集成电路的一次光刻。
氧化硅层 硅 抗蚀剂层
掩膜
正性光致抗蚀剂
①曝光部分发生分解反 应，溶解度变大。
②显影除去曝光部分，而形成与 掩膜一致的正型图像。
光交联型光致抗蚀剂
对胶的灵敏度提出了更高的要求
化学放大光刻胶系统 此外一些新的技术如图形反转、多层胶技术、表 面硅烷化技术、干法显影技术等也在研究之中。
印刷制版
在印刷制版中采用感光树脂代替银盐的 照相法，称为非银盐照相法。
感光树脂版
光刻胶商品
使用SU-8胶光刻图形
wenku.baidu.com
精密机械加工