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感光胶(光刻胶)
来源:本站 作者:匿名 发布:2014/8/20 修改:2014/8/20
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光刻胶又称感光胶,一般由感光剂(光致抗蚀剂)、增感剂和溶剂组成。感光剂是一种特别敏感的高分子化合物,当它受到适当波长光照射时,能吸收一定的波长的光能量,使之发生交联、聚合或分解等光化学反应,使光刻胶改变其性能。
2.1. 光化学与感光材料
(1)光对感旋旋光性物质的作用
当光作用于感旋旋光性材料时,反应的分子吸收了光能量而引起的化学反应有氧化,还原分解、加成、聚合、二聚化等。但是,光的能量是视其波长而有所不同,所以光的照射并不一定都能使分子产生这些反应。其理由是,波长短的紫外光的光能量大于波长长的可见光线,由此可见,要使其产生化学反应,短波长的光是有利的。光致抗蚀剂所用的感光材料,除了特殊的例子之外,只对紫外光产生化学感光作用。因此,晒版用的光源以采用可射出足量紫外光的炭精灯、水银灯、荧光灯、氙气灯等为宜。
(2)光和分子
研究由于感光而产生的感光材料的变化作用,就必须弄清楚当原子和分子遇光时,因吸收其能量所引起的状态变化。分子具有三种能量,即转动能、振动能、电子能。分子一旦吸收了光的能量,振动能转动能虽然增大,但以电子激发能量的增大为最大。这是因为电子是从基态的低能级的轨道跃迁至高能级的轨道,所以电子所获得的能量足以使原子或分子的键断裂,从而可以理解因吸收了光子而产生分角反应原情形。由于电子跃迁,使得分子的能量状态从基态转变为激发状态,进而又转变为基态。原子与分子都因吸收了光而产生电子跃迁的,但这里仅就分子的情形来考虑。现在假设成为感光剂的化合物分子,吸收了从紫外光到要见光范围里的某一波长范围的光,便引起电子跃迁而受到激发。这时,由于分子孙结构(电子对配位结合)的不同而对不同波长光的吸收是有选择性的。因此,根据测定紫外光和可见光的吸收不谱,便可以估量该化合物的分子结构,以及借助光吸收而产生的分子结构的变化。
(3)光解作用
化合物分子吸收了光能量分解时,分解生成物有时是稳定的化合物,有时是不稳定的化合物,还有时是离子或游离基的情形。在利用化合物感光剂的场合,光解作用是非常重要的。这是因为由光解作用而产生的游离基,能继续引起交联反应和聚合反应,从而使分子变成巨大的或形成网状结构,呈现了供作感光材料所需的特性。
(4)光光联
由于光能导致分子分解,或者键的一部分发生开键时,生成的游离基等活化分子互相键合,或者将其它的分子变成游离基后,使之产生键合反应的例子不少。如果其键合为高分子的架桥情形,称之为光交联反应。在感旋旋光性树脂方面,借助光的作用制作制蚀图像时,虽然利用光解反应和光聚反应,但光交联反应物别有效。其理由是,因交联而导致高分子链变成网状结构,它对溶有剂的溶解度变化是明显的,例如,即使光能量不足和交联率不高,依然可获得优质的图像。
(5)光聚作用
早就知道光活化单体遇光便聚合,虽已研究利用光聚作用作为形成图像的手段,全因得不到好的像质,所以在使用方面没有成功。最近用单体和预聚合物(有某种聚合程度的聚合物)进行光聚,虽然成功地制成了光致抗蚀剂和感光凸像的有实用价值的图像,但这些都不是纯粹的光聚作用,而是同时使其进行光交联,希望以此来改善图像质量。
(6)光敏作用
使感旋旋光性物质由于光能量的作用而发生的变化,比该物质分子原先的情况具有更为敏感的作用,称为光敏作用。它分为化学光敏作用和光学光敏作用。化学光敏作用是指在感旋旋光性物质原有的感光波长范围内不发生变化,只是感光度有了提高而已;光学光敏作用是指在其原有的感光波长范围以外,感光度延伸到了新的波长。
许多材料都可以用作照相复制的基本材料,只是灵敏度不同而已。然而,大多数材料的灵敏度都不高,包括目前已大量应用的复制影像材料在内。例如,某些工作所需的印制品或蓝图,是用晒蓝图的方法或用重氮法生产出来的。晒蓝图法是利用铁盐曝光后氧化状态的变化,重氮法测利用重氮盐受光以后的分解。在这两种方法中,一个光量子绝不会影响化合物一个以上的分子,而且单一种光量子往往是不够的,因此,只有使用强光的时候,这些材料才能满意地工作。在近代的电子工业中,在照相成像方面使用了许多种灵敏度低的材料。在所有工艺中,人们熟知的利用银卤化合物作乳剂的照相工艺灵敏度最高。银卤化合物乳剂是由银卤化物晶粒构成的,这些晶粒散布在光刻胶层当中,在光的作用下释出的少量银原子构成一个核心,在显影时其它的银原子就在其周围聚集,直至达到109倍的数量。银卤化物的基本的光化学反应过程,是电子由卤化物离子转换成银离子:
Ag++Br—hv Ag0+Br0
由于吸收了一个光量子,电子便从卤化物离子中释出,在晶体中徘徊,直到最后在某一位置上被陷。在此位置中,它可能和银离子结合,形成银原子。为另一光量子释出的另一电子,也可能在这同一位置陷入,形成另一银原子。正是这些银群的形成才使显影剂能对晶体施加作用,使更多的银离子还原,构成不透明地区包含的一个银微粒,这个不透明地区就是所谓的影像。
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