成膜树脂对重氮萘醌体系正性光致抗蚀材料性能的影响

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1、第18卷第1期感光科学与光化学Vo1.18,No.12000年2月PHOTOGRAPHICSCIENCEANDPHOTOCHEMISTRYFeb.,2000应用与发展成膜树脂对重氮萘醌体系正性光致抗蚀材料性能的影响3薛永薰邬兰王鹏(天津天龙科技公司,天津300163)关键词感光材料,成膜树脂,重氮萘醌体系,抗蚀材料多数的重氮萘醌体系正性光致抗蚀材料(以下简称抗蚀材料)都是用线性酚醛树脂作为成膜组分,用重氮萘醌的酯化产物作为感光性组分的光分解型感光材料.这种材料以其高反差的成像性能广泛地应用于电子、印刷及精密加工等各个领域中.常用的光致抗蚀剂及平版印刷的P

2、S版材大多用的是这种材料.也像其他的各种银盐体系或非银盐体系的感光材料一样,抗蚀材料的各种成像性能或物理性能之间同样存在着相互影响、相互制约的关系.例如:为了提高感光度,可以使用提高树脂在显影液中溶解速度的添加剂,但是曝光区域和未曝光区域的溶解速度同时[1]得以提高,结果是反差系数和分辨力的下降.又如,使用分子量较高的线性酚醛树脂可以有效地提高材料的耐热性能,但伴随的结果是感光度的降低.当然,权衡各方面因素的影响,也能得到各种性能都兼顾的满意结果.成膜树脂和重氮萘醌酯化物的性能同样重要地决定着感光材料的性能,但至今正性感光材料一直没能脱离重氮萘醌的体系,

3、只是在酯化载体的变化上进行了不少的研究.而成膜树脂的组成与结构变化万千,可以多方面地影响材料的性能,世界上许多研究机构和企业都投入了很大的力量进行研究与开发工作,以改善材料的成像性能及应用过程中的机械强度和其它多种适性.例如赫司特公司采用了含有卤素的酚醛树脂,提高图像区域的抗显影液性能和抗溶剂性能,在显影液[2]中膜层5分钟不被攻击,图像区域膜层的损失大大减少.富士公司调整邻苯二酚和对苯二酚的不同比例代替习惯上常用烷基取代酚制备的酚醛树脂成膜性能良好,又可以适[3]应于弱碱性显影液,改善了图像的质量.小西六公司采用带有羧基的酚与醛或酮进行缩聚制备的树脂作

4、为成膜组分,可以提高感光度,又不损失其在显影方面和耐受化学品[4]方面的宽容度.IBM公司为了提高图像的质量,则是采用了降低酚醛树脂在显影液中溶解性的办法.将酚醛树脂作部分酰化的处理,减少分子结构中可溶于碱水溶液的羟基比例.这样,利用酰化可以调整树脂的综合性能,改善树脂合成批次间的稳定性,还可以1999204212收到初稿,1999211225收到修改稿.3通讯联系人8586感光科学与光化学18卷[5]避免由于提高分子量而造成的凝胶现象,改善成膜性能和保存性.日本住友化学品公司大坂研究所的花诚(M.Hanabata)等人研究光致抗蚀剂多年,在不少刊物上发

5、表过研究报告,也申请过不少专利,介绍他们设计新型线性酚醛树脂的指导思想和研究成果.研究者对于影响成膜树脂的结构与性能的各个要素及其这些要素怎样影响抗蚀材料的性能都进行过系统的研究.他们介绍的那些提高抗蚀材料性能、权衡各影响要素的手段可以直接或间接地运用到改善PS版的性能方面,但要注意到不能影响到PS版的亲墨、耐印等印刷适性方面的要求.以下,对住友研究所的一部分文献综述如下.1抗蚀材料的成像过程分析研究者认为,改善抗蚀材料的性能问题必须从成像过程入手,在这个过程中,除了曝光过程的光分解作用之外,影响其性能的主要因素是显影过程中未曝光区域的溶解抑制和曝光区域

6、的溶解促进作用.欲改善成像性能,必须设法降低未曝光区域在显影液中的[6]溶解速度(Ro),并提高曝光区域的溶解速度(Rp).在整个成像过程中,重氮萘醌的酯化产物与成膜树脂依靠分子间力结合起来,从而形成对成膜树脂的屏蔽,保护其在显影液中免受侵蚀(虽然至今人们对于这种屏蔽作用的机理认识不清,几种推断仍在争论,但是未曝光区域的成膜树脂受到保护是确实的).由于这样两种截然相反作用的结果,抗蚀材料的膜层才得以在曝光显影之后形成边缘整齐、轮廓清晰的抗蚀图像.为了研究抗蚀材料的性能,研究者提出从反差系数γ值、原稿尺寸的还原能力和曝光或显影宽容度三个方面来评价分辨[7]

7、力的优劣.他们测定不同组成的抗蚀材料性能,进行评价分析.研究中,用凝胶渗透色谱的方法测定不同的线性酚13醛树脂的分子量,还借助C核磁共振波谱的方法测定树脂苯环上不饱和碳原子的位置与比例.实验中所用的感光组分是单一不变的2,3,42三羟基二苯甲酮与2,12重氮萘醌252磺酰氯按摩尔比为1∶3进行酯化得到的酯化产物.2成膜树脂对抗蚀材料性能的影响研究者将那些由于成膜树脂的结构与组成不同以及成膜树脂和重氮萘醌酯化物间的配比变化造成对抗蚀材料性能的影响归纳为六个要素,分别进[8]行讨论.他们认为,线性酚醛树脂的分子量、甲酚的异构体结构和甲叉键位置都与树脂和重氮萘

8、醌之间的偶联反图1不同分子量成膜树脂对溶解速度的影响应有关,影响着显影过程的溶解