Nghiên cứu chế tạo photoresist trên cơ sở photopolymer được tổng hợp từ nhựa epoxy và acid methacrylic

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN MINH BÁU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHOTORESIST TRÊN CƠ SỞ
PHOTOPOLYMER ĐƯC TỔNG HP TỪ NHỰA EPOXY VÀ
ACID METHACRYLIC

Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2007


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày 2 tháng 8 năm 2007.
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHAN MINH BÁU
Ngày, tháng, năm sinh: 17/02/81
Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
I- TÊN ĐỀ TÀI:

Phái: Nam
Nơi sinh: Khánh Hoà

MSHV: 00304047

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHOTORESIST TRÊN CƠ SỞ PHOTOPOLYMER
ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ NHỰA EPOXY VÀ AXIT METHACRYLIC.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong Quyết định
giao đề tài): .........................................................................................................................
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:.......................................................................
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):........................................
.............................................................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH

Ngày 2 tháng 8 năm 2007
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : GS.TS. Nguyễn Hữu Niếu ..................................
TS. La Thị Thái Hà ............................................
Cán bộ chấm nhận xét 1 :......................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 :......................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 2 tháng 8 năm 2007


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến GS.TS. Nguyễn Hữu Niếu và TS.
La Thị Thái Hà đã giúp đỡ và hướng dẫn cho tôi rất tận tình trong thời gian thực hiện đề
tài.
Tơi cũng xin được cảm ơn các thầy cô Khoa Công Nghệ Vật Liệu cũng như các anh
chị trong Trung Tâm Polymer, đặc biệt là Th.s Võ Hồ Ngọc Nhung đã truyền đạt cho tôi
những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tơi hồn thành tốt luận văn.
Và lời cảm ơn chân thành đến ba mẹ và những người thân trong gia đình đã động
viên và ủng hộ tơi trong q trình học tập.
Tơi xin được cảm ơn tất cả những người bạn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình
thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn.

Học viên

Phan Minh Báu

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Photoresist là lónh vực đầy tiềm năng, được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên thế
giới vào thập niên 50 của thế kỷ 20 cho đến nay. Chúng được ứng dụng trong nhiều
lónh vực: chế tạo bản mạch điện tử, linh kiện bán dẫn, công nghệ in ấn…Trong luận
văn này, chúng tôi bước đầu nghiên cứu chế tạo photoresist âm dựa trên cơ sở polymer
cảm quang được tổng hợp từ nhựa epoxy DER 331 và axit methacrylic. Loại photoresist
này cho ảnh có độ sắc nét cao, khả năng chịu môi trường axit và bazơ tốt, thích hợp
trong các ứng dụng quang khắc trên bề mặt đồng. Tuy nhiên, độ bám dính của nó trên
bề mặt đồng không tốt, cần được cải thiện.


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC
Chương 1 : TỔNG QUAN ………………………………………………………

1

I.1. Giới thiệu chung về photoresist …………………………………………

1

I.1.1 Phân loại photoresist ...........................................................................

2

I.1.2. Cơ chế tạo ảnh.,………………………………………………………

2

I.1.2.1. Cơ chế tạo ảnh âm ……………………………………………

2

I.1.2.2. Cơ chế tạo ảnh dương …………………………………………

3

I.1.3. So sánh giữa 2 loại photoresist ………………………………………

4

I.2. Phản ứng trùng hợp theo cơ chế khơi mào quang ……………………

5

I.2.1. Giai đoạn khơi mào …………………………………………………

6

I.2.1.1. Phản ứng phụ ………………………………………………….

8

I.2.1.2. Chất khơi mào gốc ……………………………………………

9

a. Phản ứng quang cắt …………………………………………..

10

b. Phản ứng cộng H liên phân tử ……………………………….

11

c. Phản ứng cộng H nội phân tử …………………………..........

11

d. Phản ứng chuyển e kèm theo chuyển H …………………….

11

I.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang trùng hợp ……………….

12

I.2.2.1. Ảnh hưởng của hệ khơi mào ……………………………………

12

a. Hoạt tính hố học …………………………………………….

12

b. Nồng độ khơi mào ……………………………………… …..

13

I.2.2.2. Ảnh hưởng của bề dày màng ......................................................

14

I.2.2.3. Ảnh hưởng của nguồn sáng ……………………………………

15

I.2.2.4. Ảnh hưởng của oxy khơng khí ………………………………….

16

I.2.2.5. Vai trò của monomer và oligomer...............................................

16

I.2.3. Phương pháp nghiên cứu quá trình quang trùng hợp ..........................

17


I.2.3.1. Phương pháp quang học ................................................................

17

I.2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai ...............................................

18

I.2.3.3. Phương pháp phân tích cơ nhiệt động DMTA ..............................

18

I.3. Photoresist âm

…………………………………………………………

18

I.3.1. Phân loại …………………………………………………………

18

I.3.2. Thành phần của photoresist âm

…………………………………

21

I.3.3. Đặc điểm của photoresist âm ………………………………………

22

I.3.4. Ứng dụng …………………………………………………………..

23

I.3.4.1. Màng photoresist ướt ……………………………………….

23

I.3.4.2. Màng photoresist khô……………………………………….

26

I.4. Photoresist hệ acrylat ……………………………………………………

31

I.4.1. Nhựa vinylester …………………………………………………….

31

I.4.1.1. Giới thiệu nhựa vinylester ………………………………….

31

I.4.1.2. Phản ứng tổng hợp………………………………………….

31

I.4.2. Photoresist dựa trên hệ acrylat ……………………………………..

32

Chương 2 : PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ……………………………….

36

II.1. Sơ đồ thí nghiệm ………………………………………………………...

36

II.2. Nguyên liệu ………………………………………………………………

37

II.2.1. Nguyên liệu tổng hợp nhựa vinylester ……………………………

37

II.2.1.1. Nhựa epoxy Der 331 ...............................................................

37

II.2.1.2. Axit methacrylic ……………………………………………

37

II.2.1.3. Pyridin……………………………………………………….

38

II.2.1.4. Hydroquynon ………………………………………………..

39

II.2.2. Nguyên liệu khảo sát photoresist …………………………………

39

II.2.2.1. Chất khơi mào I651…………………………………………

39

II.2.2.2. Chất khơi mào I369 …………………………………………

41

II.2.2.3. SR 306 .....................................................................................

42

II.2.2.4. SR351 ......................................................................................

42


II.2.2.5. SR339 ..............................................................................................

43

II.3. Quy trình tổng hợp nhựa vinylester ......................................................

43

II.4. Khảo sát hệ photoresist …………………………………………………

45

II.4.1. Pha chế nhựa Resist…………………………………………………

45

II.4.2. Phương pháp tạo màng ……………………………………………

46

II.4.3. Xác định điều kiện đóng rắn ………………………………………

48

II.5. Xác định tính chất màng ………………………………………………

49

II.5.1. Khảo sát khả năng bám dính ………………………………………

49

II.5.2. Khảo sát khả năng ảnh hưởng của dung môi ………………………

49

II.6. Khảo sát độ sắc nét ……………………………………………………

50

II.6.1. Khoảng cách chiếu ………………………………………………….

51

II.6.2. Loại và hỗn hợp monomer ………………………………………….

51

II.7. Ứng dụng trong quá trình quang khắc ………………………………..

51

II.8. Phương pháp phân tích và đánh giá …………………………………...

52

II.8.1. Nguồn chiếu UV ................................................................................

52

II.8.1.1. Máy chiếu màng……………………………………………...

52

II.8.1.2. Máy chiếu điểm………………………………………………

52

II.8.2. Phân tích phổ hồng ngoại ………………………………………….

53

II.8.3. Thiết bị đo DMTA …………………………………………………

53

II.8.4. Thiết bị đo bề dày màng …………………………………………….

53

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ………………………………………..

54

III.1. Tổng hợp nhựa …………………………………………………………

54

III.2. Khảo sát hệ photoresist ………………………………………………

54

III.2.1. Xác định điều kiện đóng rắn ………………………………………

55

III.2.1.1. Khảo sát khả năng đóng rắn của màng bằng
phương pháp DMTA ………………………………………

55

a. Khơi mào I651…………………………………………….

55

b. Khơi mào I369 ……………………………………………

58


c. So sánh giữa hai khơi mào ……………………………….

59

III.2.1.2. Khảo sát khả năng đóng rắn theo hỗn hợp polymer ……….

59

a. Hỗn hợp 2 loại monomer …………………………………

60

b. Hỗn hợp 3 loại monomer …………………………………

61

III.2.2. Xác định tính chất màng……………………………………………

63

III.2.2.1. Tính bám dính của màng …………………………………

63

III.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi ………………………

63

a. Khả năng trương của màng photoresist
được tạo thành từ một loại monomer 2 chức ……………

63

i. Dung môi vô cơ ……………………………………..

63

ii. Dung môi hữu cơ ……………………………………

65

b. Khả năng trương của màng photoresist
được tạo thành từ hỗn hợp monomer …………………….

66

III.3. Khảo sát độ sắc nét ……………………………………………………

67

III.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách chiếu ………………………

68

III.3.1.1. Mặt nạ A1 ………………………………………….……..

68

a. Khoảng cách chiếu 2.5 cm ………………………………..

68

i. Chất khơi mào I651 ………………………………….

68

ii. Chất khơi mào I369………………………………….

70

b. Khoảng cách chiếu 5cm ………………………………….

72

i. Chất khơi mào I651 ………………………………….

72

ii. Chất khơi mào I369 …………………………………

74

c. Khoảng cách chiếu 8cm ....................................................

76

i. Chất khơi mào I651 …………………………………

76

ii. Chất khơi mào I369 …………………………………

78

III.3.1.2. Mặt nạ A3 ………………………………………………

81

a. Khoảng cách chiếu 2.5 cm ………………………………..

81

i. Chất khơi mào I651 ………………………………….

81


ii. Chất khơi mào I369 …………………………………

82

b. Khoảng cách chiếu 5cm …………………………………

84

i. Chất khơi mào I651 …………………………………

84

ii. Chất khơi mào I369 …………………………………

85

c. Khoảng cách chiếu 8cm ………………………………….

87

III.3.2. Hỗn hợp monomer ………………………………………………...

89

a. Thời gian chiếu 0,4s …………………………………………….

90

b. Thời gian chiếu 0,5s …………………………………………….

92

III.4. Quy trình quang khắc

……………………………………………….

97

Chương 4: KẾT LUẬN …………………………………………………………

99

Tài liệu tham khảo.
Phụ luc.
Lý lịch khoa học.


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình I.1.

Phân loại photoresist ………………………………………………….

2

Hình I.2.

Cơ chế cho ảnh âm……………………………………………………

3

Hình I.3.

Cơ chế cho ảnh dương ………………………………………………

3

Hình I.4.

Nhu cầu dùng photoresist …………………………………………….

4

Hình I.5.

Ảnh của photoresist âm ………………………………………………

5

Hình I.6.

Ảnh của photoresist dương …………………………………………

5

Hình I.7.

Các giai đoạn của quá trình trùng hợp ………………………………

6

Hình I.8.

Phân loại quá trình trùng hợp…………………………………………

7

Hình I.9.

Cơ chế khơi mào ……………………………………………………..

8

Hình I.10. Phản ứng phụ………………………………………………………….

9

Hình I.11. Cơ chế khơi mào của I651 ……………………………………………

10

Hình I.12. Ảnh hưởng của nồng độ khơi mào I651 đối với phản ứng đóng rắn
hệ photoresist epoxy acrylate-TPGDA ………………………………

13

Hình I.13. Ảnh hưởng của bề dày màng đến độ chuyển hố …………………….

14

Hình I.14. Sự không phù hợp giữa nguồn sáng và chất khơi mào ……………….

15

Hình I.15. Sự phù hợp giữa nguồn sáng và chất khơi mào ………………………

15

Hình I.16. Ảnh hưởng của oxy khơng khí………………………………………..

16

Hình I.17. Cơ chế phản ứng của màng khơ điển hình sản xuất năm 1968…… …

19

Hình I.18. Photoresist khơ ……………………………………………………….

20

Hình I.19. Phương pháp quay spin……………………………………………….

20

Hình I.20. Quy trình quang khắc…………………………………………………

24

Hình I.21. Cách định vị mặt nạ …………………………………………………

25

Hình I.22. Quy trình ứng dụng photoresist khơ ………………………………….

26

Hình I.23. Sự lựa chọn bề dày màng theo ứng dụng khác nhau …………………

27

Hình I.24. Ứng dụng khắc (print and etch)……………………………………….

28

Hình I.25. Ứng dụng mạ đồng (pattern plating)…………………………………

29


Hình I.26. Sơ đồ sự lựa chọn bề dày màng theo u cầu khả năng phân giải……

30

Hình I.27. Cơng thức cấu tạo nhựa vinyl ester …………………………………

31

Hình I.28. Phản ứng tổng hợp nhựa vinyl ester ………………………………….

32

Hình I.29. Một số nhựa nền dựa trên hệ acrylat thơng dụng …………………….

33

Hình I.30. Một số monomer hệ acrylat thơng dụng………………………………

34

Hình II.1. Sơ đồ thực nghiệm ……………………………………………………

36

Hình II.2. Phổ hấp thụ tia UV của khơi mào I651……………………………….

40

Hình II.3. Phổ hấp thụ tia UV của khơi mào I369……………………………….

41

Hình II.4. Quy trình tổng hợp nhựa vinylester …………………………………

44

Hình II.5. Quy trình pha chế nhựa resist…………………………………………

46

Hình II.6. Dụng cụ tạo màng 1 ………………………………………………….

47

Hình II.7. Dụng cụ tạo màng 2 …………………………………………………

47

Hình II.8. Máy chiếu màng ……………………………………………………

52

Hình II.9. Máy chiếu điểm……………………………………………………….

52

Hình II.10. Phổ phát xạ UV của máy chiếu điểm…………………………………

52

Hình II.11. Máy hồng ngoại ………………………………………………………

53

Hình II.12. Thiết bị đo bề dày màng………………………………………………

53

Hình III.1. M1- cường độ yếu ……………………………………………………

55

Hình III.2. M2- cường độ yếu ……………………………………………………

56

Hình III.3. M3- cường độ yếu ……………………………………………………

56

Hình III.4. M1- cường độ mạnh …………………………………………………

55

Hình III.5. M2- cường độ mạnh …………………………………………………

56

Hình III.6. M3- cường độ mạnh …………………………………………………

56

Hình III.7. N1- cường độ yếu …………………………………………………….

58

Hình III.8. N2- cường độ yếu……………………………………………………..

58

Hình III.9. N3- cường độ yếu……………………………………………………..

58

Hình III.10. N1- cường độ mạnh…………………………………………………

58

Hình III.11. N2- cường độ mạnh…………………………………………………

58


Hình III.12. N3- cường độ mạnh…………………………………………………

58

Hình III.13. Mẫu B ………………………………………………………………

60

Hình III.14. Mẫu A ………………………………………………………………

60

Hình III.15. Mẫu C……………………………………………………………….

62

Hình III.16. Mẫu D ………………………………………………………………

62

Hình III.17. Mẫu E ……………………………………………………………….

62

Hình III.18. Mặt nạ A1 …………………………………………………………

68

Hình III.19. Mặt nạ A3 …………………………………………………………

68

Hình III.20. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 2,8s và 2,6s ..

69

Hình III.21. Mẫu khơng tốt – 0,6s ………………………………………………

70

Hình III.22. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 1,6s và 1,4s ..

71

Hình III.23. Mẫu khơng tốt -0,4s ………………………………………………

72

Hình III.24. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 4 và 4,2s …...

73

Hình III.25. Mẫu khơng tốt- 1s …………………………………………………..

74

Hình III.26. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 3,8s và 4s ….

75

Hình III.27. Mẫu khơng tốt -0,6s ………………………………………………

76

Hình III.28. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 12s và 11,8s..

77

Hình III.29. Mẫu khơng tốt – 3,6s ……………………………………………….

78

Hình III.30. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 6,4s và 6,6s ..

79

Hình III.31. Mẫu khơng tốt- 1s ………………………………………………….

80

Hình III.32. Mẫu tốt -0,7s ………………………………………………………..

81

Hình III.33. Mẫu khơng tốt – 0,8s ………………………………………………

82

Hình III.34. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 0,6s và 0,7s ..

83

Hình III.35. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 1s và 1,2s …

84

Hình III.36. Mẫu khơng tốt – 0,8s ………………………………………………

85

Hình III.37. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 1,2s và 1,4s ..

86

Hình III.38. Mẫu khơng tốt – 0,4s ………………………………………………

87

Hình III.39. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 2,2 và 2,4s …

88

Hình III.40. Mẫu A -0,4s…………………………………………………………

90

Hình III.41. Mẫu B -0,4s…………………………………………………………

90

Hình III.42. Mẫu C -0,4s…………………………………………………………

91

Hình III.43. Mẫu D -0,4s…………………………………………………………

91

Hình III.44. Mẫu E -0,4s …………………………………………………………

92

Hình III.45. Mẫu C -0,5s…………………………………………………………

93

Hình III.46. Mẫu E -0,5s …………………………………………………………

93

Hình III.47. So sánh giữa mẫu tốt và lan ở hai thời gian cận nhau- 0,6s và 0,7s ..

94

Hình III.48. Mẫu E tốt -1,8s……………………………………………………...

95

Hình III.49. Mẫu E bị lan - 2s ……………………………………………………

96

Hình III.50. Mẫu E khơng tốt – 0,6s……………………………………………...

96

Hình III.51. Mẫu quang khắc …………………………………………………….

97


DANH MỤC BẢNG
Bảng I.1.

Sự lựa chọn nguồn bức xạ…………………………………………….

24

Bảng I.2.

Một số chất khơi mào thông dụng ……………………………………

35

Bảng III.1. Thành phần % độ giảm khối lượng của màng sau khi ngâm
trong môi trường axit ..................................................................................

64

Bảng III.2. Thành phần % độ giảm khối lượng của màng sau khi ngâm
trong môi trường bazơ...........................................................................

64

Bảng III.3. Thành phần % độ giảm khối lượng của màng sau khi ngâm
trong dung môi hữu cơ ………………………………………………

65

Bảng III.4. Thành phần % độ giảm khối lượng của màng A, B, C, D, E
sau khi ngâm trong dung môi MEK. …………………………………

66

Bảng III.5. Thành phần % độ giảm khối lượng của màng A, B, C, D, E, N1, M2
sau khi ngâm trong dung môi butyl acetat ……………………………

67

Bảng III.6. Thời gian cho ảnh đẹp theo khoảng cách chiếu với mặt nạ A1 ………

80

Bảng III.7. Thời gian cho ảnh đẹp theo khoảng cách chiếu với mặt nạ A3 ………

89



CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHOTORESIST
I.1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHOTORESIST [5, 6, 9,10]
Photoresist là loại vật liệu dưới tác dụng của các tia bức xạ sẽ thay đổi tính chất

vốn có của nó, hoặc cứng lại hoặc dễ tan trong dung môi nhất định. Thành phần của
photoresist là một hỗn hợp các monomer, polymer thấp phân tử, và các chất khơi mào
nhạy quang.
Vật liệu photoresist được nghiên cứu từ rất sớm tại một số nước có nền công
nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, Đức…. Chúng được ứng dụng khá nhiều trong công
nghệ in ấn, chế tạo bản mạch điện tử, quang khắc tạo thiết bị bán dẫn (transitor…),
các vi hệ thống (MEMs, NEMs)…Ứng dụng đầu tiên trong lónh vực quang khắc được
thực hiện bởi Nicephore Niepce vào năm 1822 với lớp photoresist là nhựa đường với
độ chính xác đạt được là khoảng 0,5mm. Sau chiến tranh thế giới, thì ứng dụng
photoresist trong công nghệ quang khắc để sản xuất các vi mạch điện tử phát triển
mạnh mẽ.
Ngày nay, các ngành khoa học công nghệ: công nghệ thông tin, công nghệ bán
dẫn, cơ điện tử,… phát triển mạnh mẽ. Chúng đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu và xử lý
thông tin ngày càng nhanh. Để đáp ứng nhu cầu này, việc chế tạo các thiết bị bán dẫn
(transitor,…), các con chip điện tử,… có kích thước ngày càng nhỏ là một thách thức

lớn cho các nhà khoa học. Vật liệu photoresist cũng không ngừng được nghiên cứu để
theo kịp sự phát triển này. Độ phân giải của vật liệu photoresist luôn được cải tiến để
đạt ảnh có độ sắc nét cao, kích thước ảnh ở mức độ nanomet là một mục tiêu cần
hướng đến. Để đạt được điều này, nhiều loại photoresist xuất hiện với các thành phần
hoá học khác nhau thích hợp với các loại bức xạ khác nhau: tia UV, chùm tia electron,
tia X, Deep-UV… Vật liệu photoresist là một lónh vực tiềm năng cần được nghiên cứu
và phát trieån.

-1-


CHƯƠNG 1

I.1.1.

PHÂN LOẠI PHOTORESIST [6]

Hình I.1: phân loại photoresist
I.1.2. CƠ CHẾ TẠO ẢNH
I.1.2.1.

CƠ CHẾ CHO ẢNH ÂM [4, 5, 6]

™ Cơ chế tăng trọng lượng phân tử: dựa trên phản ứng :
• Phản ứng trùng hợp quang từ các monomer hay oligomer, được
khơi mào bằng chất khơi mào nhạy quang.
• Đóng rắn bằng quang học cũng được khơi mào bằng các tác nhân
nhạy quang.
™ Cơ chế không tăng trọng lượng phân tử: thông qua phản ứng chuyển hóa
thành các polymer tương tự ( phản ứng hóa học của các nhóm chức) với tác nhân khơi

mào là các chất nhạy quang, để tạo thành các nhóm chức ưa hay không ưa nước…

-2-


CHƯƠNG 1

Hình I.2: cơ chế cho ảnh âm
I.1.2.2.

CƠ CHẾ TẠO ẢNH DƯƠNG [4, 5, 6]
Dựa trên sự biến đổi thành các polymer tương tự, hoặc phá huỷ polymer cao

phân tử thành các polymer thấp phân tử hay thành các monomer dễ tan trong dung môi
nhất định.

Hình I.3: cơ chế cho ảnh dương

-3-


CHƯƠNG 1

I.1.3. SO SÁNH GIỮA HAI LOẠI PHOTORESIST [4, 5, 9, 10]
Sau hơn 40 năm, một lượng lớn các photoresist ( kể cả dương và âm) đã được
chế tạo để đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của nền công nghiệp chế tạo vi hệ
thống, bản mạch điện tử…
Phân đoạn nhu cầu từng loại photoresist :

Hình I.4: nhu cầu dùng photoresist

Tuỳ từng ứng dụng cụ thể mà nhu cầu sử dụng sẽ khác nhau và đòi hỏi mức độ
đặc điểm kỹ thuật của từng loại photoresist cũng sẽ khác nhau về: Khả năng phân giải,
tính chất của photoresist, chi phí thực hiện sản xuất, kỹ thuật sản xuất, môi trường sản
xuất…
-4-


CHƯƠNG 1

Giữa hai loại photoresit dương và âm có sự khác nhau cơ bản:
9 Ảnh tạo được sau khi chiếu tia bức xạ.

Hình I.5 :nh của photoresist âm.

Hình I.6 : nh của photoresist dương.
9 Ảnh hưởng của oxy không khí đến hiệu suất phản ứng của
photoresist dương hầu như không có so với photoresist âm.
9 Độ nhạy quang của màng dương yếu hơn âm.
9 Hiệu suất lượng tử của màng dương thấp hơn màng âm.

I.2. PHẢN ỨNG TRÙNG HP THEO CƠ CHẾ KHƠI MÀO QUANG [ 6]
Phản ứng trùng hợp theo cơ chế khơi mào quang hay còn gọi là phản ứng quang
polymer hoá ( photopolymerization) cũng gồm những giai đoạn giống như phản ứng
trùng hợp polymer thông thường: giai đoạn khơi mào, giai đoạn phát triển mạch, giai
đoạn tắt mạch (Hình I.7).
Hiệu suất lượng tử của quá trình trùng hợp Φm được xác định bằng công thức:
Φm= RP / Iabs
Với: RP :là tỷ lệ trùng hợp (M s-1)
Iabs :cường độ ánh sáng hấp thụ (l-1 s-1)
-5-

CHƯƠNG 1

Hình I.7: các giai đoạn của quá trình trùng hợp
I.2.1.

GIAI ĐOẠN KHƠI MÀO [6]
Giai đoạn khơi mào được kích hoạt bằng tác nhân quang học, gồm những tia

bức xạ:UV, tia X, tia gama, plasma…Cơ chế khơi mào có hai loại chính:
-6-


CHƯƠNG 1

9 Cơ chế tạo ra gốc tự do dựa trên chất khơi mào gốc.
9 Cơ chế tạo ra cation dựa trên chất khơi mào cation.
Do đó cũng có 2 cơ chế quang polymer hoá chính:
9 Trùng hợp gốc tự do.
9 Trùng hợp cation.

Hình I.8: phân loại trùng hợp

Trong giai đoạn khơi mào, quá trình hấp thụ năng lượng từ bức xạ quang
của chất khơi mào cũng có hai cơ chế:
9 Cơ chế quang trực tiếp
9 Cơ chế nhạy quang

-7-

CHƯƠNG 1

Hình I.9: cơ chế khơi mào
Kết quả của giai đoạn khơi mào sẽ ảnh hưởng lớn đến sự chuyển hoá
của monomer .

I.2.1.1. PHẢN ỨNG PHỤ [6]
Khi phân tử chất khơi mào hấp thụ năng lượng bức xạ quang, nó sẽ nhảy lên
mức năng lượng cao hơn. trạng thái này, các electron rất linh động và không ổn định.
Do đó phân tử khơi mào thường kết hợp với những chất khác như monomer…để tạo
thành những gốc tự do hay cation-tác nhân đầu tiên cho phản ứng trùng hợp. Tuy nhiên
trong giai đoạn này cũng xảy ra những phản ứng phụ không mong muốn:
9 Sự hồi phục: electron từ mức năng lượng kích thích sẽ quay về mức
năng lượng ban đầu, đồng thời phát ra những bức xạ có bước sóng không giống như
bước sóng của bức xạ ban đầu. Những bức xạ này có thể là lân quang, huỳnh quang,
hay bức xạ nhiệt…
-8-


CHƯƠNG 1

9 Sự khử hoạt tính trạng thái kích thích bằng tác nhân monomer.
9 Sự khử hoạt tính trạng thái kích thích bằng tác nhân oxy không khí.

Hình I.10: phản ứng phụ
I.2.1.2. CHẤT KHƠI MÀO GỐC [6]
Là những chất khơi mào tạo ra gốc tự do khi hấp thụ bức xạ. Loại khơi mào
này được xây dựng trên nhóm mang màu benzoyl, hấp thụ tốt trong vùng bước sóng tia

UV và thực hiện phản ứng quang hoá học tốt.

R
C

R'

O

Có 4 quá trình quang hoá học chính tạo ra gốc khơi mào tự do được trình bày
dưới đây.

-9-