處理光敏結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種將涂覆材料施用到光敏材料上以形成表面涂層的方法，其中，該光敏材料，在固化之前或之后，以及該表面涂層可溶于一種第一液體，該方法包括將該涂覆材料作為在一種第二液體中的分散體來施用，該光敏材料不溶于該第二液體。通過將該涂覆材料作為在一種其中該光敏材料不可溶的液體中的分散體來施用，該光敏材料不被破壞。
【專利說明】處理光敏結(jié)構(gòu)的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及例如通過光刻法在光圖案化中有用的光敏結(jié)構(gòu)。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 光刻法已經(jīng)廣泛用于在電子學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域中對結(jié)構(gòu)進行圖案化。幾十年來用 于電子工業(yè)的印刷電路板和硅集成電路一直通過光刻法來生產(chǎn)。在光刻法中，將一種光敏 材料選擇性地按逐圖案方式暴露于導(dǎo)致該材料中的物理或化學(xué)變化的一個波長的電磁輻 射（通常紫外（UV))、可見、紅外、電子束或其組合），使得該光敏材料可以用于形成一個圖 案。典型地，該暴露導(dǎo)致該材料變得或多或少可溶，有效地將該材料的狀態(tài)相對于一種特定 的溶劑或顯影介質(zhì)從可溶性改變?yōu)椴蝗苄裕ɑ蚍粗嗳唬?。然后該溶劑或顯影介質(zhì)可以用 于去除該光敏材料的已暴露或未暴露的區(qū)域。通常地，此類材料將被稱為光致抗蝕劑。一 旦暴露于該圖案化輻射并且然后進行顯影，所得到的圖案化的抗蝕劑可以用作一個阻擋層 來保護下面的材料的某些區(qū)域免受來自多種濕法蝕刻或干法蝕刻種類的化學(xué)或物理侵蝕。 例如，可以將光致抗蝕劑涂覆到一個包銅的環(huán)氧玻璃板的頂部上，用于生產(chǎn)印刷電路。這種 光致抗蝕劑的暴露于UV光的區(qū)域可以變得可溶于一種特定的顯影液。一旦暴露并且顯影， 該銅金屬將僅在之前暴露于UV光的區(qū)域中被暴露。如果現(xiàn)在將該板浸沒在三氯化鐵溶液 中，這些暴露的銅區(qū)域?qū)⒈蝗芙獾?，留下仍涂覆有抗蝕劑的區(qū)域。該抗蝕劑的隨后去除將在 該板上留下所希望的銅圖案。典型地，這將是在其上電子器件可以被安裝并且彼此連接的 一系列導(dǎo)線和焊盤的圖案。
[0004] 光致抗蝕劑材料典型地用于一種減去式的圖案化方法，即其中去除不想要的材料 并且所需要的材料被該抗蝕劑保護的那些方法，但光刻法還可以用于添加式的方法。
[0005] 發(fā)明概沭
[0006] 在一個方面，本發(fā)明提供一種將涂覆材料施用到光敏材料上以形成表面涂層的方 法，其中，該光敏材料（在固化之前或之后）和該表面涂層可溶于一種第一液體，該方法包 括將該涂覆材料作為在一種第二液體中的分散體來施用，該光敏材料不溶于該第二液體。
[0007] 通過將該涂覆材料作為在一種其中該光敏材料不可溶的液體中的分散體來施用， 該光敏材料不被破壞。因此，本發(fā)明使得能夠施用僅可溶于同樣為該光敏材料溶劑的液體 中的涂覆材料（與許多涂覆材料和光敏材料的情況一樣），其中從溶液施用將破壞該光敏 材料。因此，本發(fā)明有助于寬范圍的涂覆材料的使用。
[0008] 在一個另外的方面，本發(fā)明提供一種光敏結(jié)構(gòu)，特別地一種可光圖案化的結(jié)構(gòu)，包 括具有一個表面涂層的光敏材料，其中該表面涂層和該光敏材料，在固化之前或之后，可溶 于一種第一液體。
[0009] 該光敏材料典型地存在于一個基底上，并且通常處于該基底上的一個層的形式。 該基底典型地是平面的，例如處于一個板、片或膜的形式。可以在一個平面基底的一個或兩 個主面上提供光敏材料層，在這兩個面上具有相同的或不同的光敏材料。該光敏材料典型 地按不中斷的方式覆蓋基底表面全部或一個實質(zhì)性的部分。
[0010] 該基底可以由寬范圍的材料制成，這些材料包括玻璃纖維、玻璃、半導(dǎo)體、金屬、塑 料材料等，包括例如聚對苯二甲酸乙二酯（PET)、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN)。 toon] 術(shù)語"基底"用于指在該光敏材料以下的材料并且可以由若干個層組成。例如，該 基底可以包括一種芯基底材料（例如塑料材料的），具有一個或多個涂層來改變它的表面 特性，例如但不限于粘附性、表面張力、耐化學(xué)性。該基底可以具有在其上的部件和/或之 前定義的特征。例如，該基底可以具有在其上的被定義為離散部件和/或不中斷層的導(dǎo)電、 半導(dǎo)電、電阻、電容、電感或光學(xué)材料。
[0012] 術(shù)語"光敏材料"用于指當(dāng)暴露于例如來自電磁波譜的一個具體區(qū)域的一個或多 個特定波長的電磁輻射時，在固化反應(yīng)中引起化學(xué)或物理變化的一種材料。此類輻射在此 被稱為固化輻射并且通常是UV、可見、紅外、電子束輻射、或其組合。所得到的輻射誘發(fā)的變 化可以歸因于經(jīng)由吸收輻射產(chǎn)生反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)（例如，自由基的產(chǎn)生導(dǎo)致聚合作用或者 聚合物中的化學(xué)鍵的裂變導(dǎo)致增加的溶解性）。這種輻射誘發(fā)的變化可以替代性地是一種 輻射誘發(fā)的物理變化（例如，聚合物鏈中的光誘導(dǎo)的構(gòu)象變化導(dǎo)致該材料的增加的自由體 積和所產(chǎn)生的膨脹）。該輻射誘發(fā)的變化（或固化反應(yīng)）典型地導(dǎo)致溶解性變化，如以上所 討論的。
[0013] 光敏材料是眾所周知的，并且寬范圍的合適的光敏材料是商業(yè)上容易獲得的。這 些包括光敏單體、低聚物和高聚物，例如丙烯酸酯材料。該光敏材料典型地包括一種光引發(fā) 齊IJ，具有在本領(lǐng)域中眾所周知的合適的材料。
[0014] 該光敏材料可以是一種負(fù)性作用材料，通過固化輻射的作用變成不溶于顯影介 質(zhì)，因此對該光敏材料進行顯影以形成一個光掩膜的不透明區(qū)域的負(fù)像?？商娲?，該光敏 材料可以是一種正性作用材料，通過暴露于固化輻射而溶解，并且因此形成一個光掩模的 不透明區(qū)域的復(fù)本。
[0015] 在某些實施例中，該光敏材料不溶于水并且選擇性地可溶于（在固化或未固化條 件下，但不是兩者同時）一種或多種有機溶劑或其混合物中。因此，這種或這些溶劑可以構(gòu) 成該第一液體，并且用作一種顯影介質(zhì)。為此目的這種或這些合適的溶劑可以對于任何特 定的光敏材料容易地進行確定。
[0016] 在某些實施例中，該光敏材料不溶于一種非堿性溶液并且選擇性地可溶于（在固 化或未固化條件下，但不是兩者同時）一種堿性溶液。因此，一種堿性溶液可以構(gòu)成該第一 液體，并且用作一種顯影介質(zhì)。
[0017] 在某些實施例中，該光敏材料不溶于一種堿性溶液并且選擇性地可溶于（在固化 或未固化條件下，但不是兩者同時）一種非堿性溶液。因此，一種非堿性溶液可以構(gòu)成該第 一液體，并且用作一種顯影介質(zhì)。
[0018] 在某些實施例中，該光敏材料不溶于一種酸性溶液并且選擇性地可溶于（在固化 或未固化條件下，但不是兩者同時）一種中性溶液。因此，一種中性溶液可以構(gòu)成該第一液 體，并且用作一種顯影介質(zhì)。
[0019] 在某些實施例中，該光敏材料不溶于一種或多種有機溶劑或其混合物并且選擇性 可溶于（在固化或未固化條件下，但不是兩者同時）一種主要地水性的溶液。因此，一種主 要地水性的溶液可以構(gòu)成該第一液體，并且用作一種顯影介質(zhì)。
[0020] 在某些實施例中，該光敏材料選擇性地可溶于（在固化或未固化條件下，但不是 兩者同時）第一一種或多種有機溶劑或其混合物并且不溶于不同的（第二）一種或多種有 機溶劑或其混合物。因此，該一種或多種第一有機溶液可以構(gòu)成該第一液體并且用作一種 顯影介質(zhì)。
[0021] 該表面涂層可以旨在執(zhí)行許多功能中的一項或多項。例如，該涂層可以改變下方 的光敏材料的特性或性能，例如通過用作一種濾光片。典型地，該表面涂層執(zhí)行一種保護功 能，以保護該光敏材料或與該結(jié)構(gòu)一起使用的其他部件，如一個光掩膜。例如，該表面涂層 可以作為一個氧阻擋層和/或一個物理阻擋層起作用。例如，該光敏材料可以在固化之前 略有粘性并且提供一個非粘性表面涂層可以防止光敏材料粘附到或損壞光掩模，并且還可 以有助于用該光敏材料涂覆的一個或多個基底的存儲，例如作為疊片或成卷。該表面涂層 典型地處于一個惰性涂層的形式。
[0022] 該表面涂層應(yīng)該對于固化輻射是透明的。不要求100%透明度，其條件是可以透 射足夠的輻射以使得該光敏材料能夠起作用，并且在此背景下術(shù)語"透明的"應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地進 行解釋。在某些實施例中，該表面涂層優(yōu)選透射至少50 %，更優(yōu)選至少60 %、70 %、80 %或 90 %的固化福射。
[0023] 在某些實施例中，該表面涂層執(zhí)行該固化輻射的衰減器的功能，這樣使得下方的 光敏材料接收入射到該表面涂層上的可選擇的量的固化輻射。在某些實施例中，該表面涂 層執(zhí)行該固化輻射的過濾器的功能，這樣使得下方的光敏材料接收入射到該表面涂層上的 某些波長的固化輻射。
[0024] 在某些實施例中，該表面涂層執(zhí)行該固化輻射的衰減器和過濾器的功能，這樣使 得下面的光敏材料接收入射到該表面涂層上的可選擇的量的和/或某些波長的固化輻射。
[0025] 考慮該表面涂層的預(yù)期功能而選擇該涂覆材料。典型地，該涂覆材料包括例如 聚酯、丙烯酸聚合物和共聚物如苯乙烯-丙烯酸聚合物的成膜聚合物材料。此類材料作 為小顆粒的水性分散體（典型地具有亞微米尺寸）、或水性乳液是可商購的，其中水因 此構(gòu)成該第二液體。光敏材料，例如如以上所討論的，通常不溶于水。可商購的水性分 散體的實例包括來自伊士曼公司（Eastman)的EastekllOO(Eastek是一個商標(biāo)），其是 作為一種水性分散體供應(yīng)的一種聚酯聚合物；來自斯高特巴德公司（Scott Bader)的 Texicryll3-809 (Texicryl是一個商標(biāo)），其是產(chǎn)生高的清晰度、耐水性和耐熱性的膜 的具有82°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)的一種苯乙烯丙烯酸共聚物乳液；來自斯高特巴德 公司的Texicryl 13-813,其是產(chǎn)生高光澤的軟膜的一種改性的苯乙烯丙烯酸共聚物乳 液；來自昕特瑪公司（Synthomer)的Revacryl815 (Revacryl是一個商標(biāo)），其是產(chǎn)生有 光澤的膜的一種改性的丙烯酸水性分散體；以及來自克雷威利公司（Cray Valley)的 Craymul8500 (Craymul是一個商標(biāo)），其是產(chǎn)生具有良好粘附性的軟膜的一種丙烯酸共聚 物乳液。
[0026] 此類涂覆材料可溶于多種有機溶劑中，并且因此此類溶劑可以用作該第一液體， 還經(jīng)受這些光敏材料在其中是可溶的要求，如以上所討論的。
[0027] 可以將該涂覆材料通過任何方便的涂覆技術(shù)施用到該光敏材料上，如本領(lǐng)域中眾 所周知的，包括棒涂、棍涂、噴涂、旋涂、浸涂、凹板式涂覆、空隙式涂覆（gap coating)、狹縫 式涂覆（slot coating)等。
[0028] 在施用之后，該分散劑液體（典型地水）在一個干燥步驟中被去除，例如包括暴露 于熱，以留下一個表面涂層。
[0029] 該涂覆材料可以包括任選的添加劑，例如起作用以輔助該施用過程或以改變所得 到的涂層的特性。例如，該涂覆材料可以包括一種或多種表面活性劑以促進該涂覆過程。可 以包括添加劑如蠟以賦予該涂層滑動特性，以便促進例如通過一個輥系統(tǒng)的機械處理。
[0030] 這些添加劑不需要可溶于該第一液體，其條件是該涂層的完整性被該第一液體充 分破壞以將這些添加劑從該光敏材料的表面中釋放并且去除。優(yōu)選地，該涂覆材料中的此 類不溶性添加劑構(gòu)成該干燥的已涂覆材料的不大于按重量計70 %，更優(yōu)選該干燥的已涂覆 材料的不大于按重量計50%、20%或10%。
[0031] 對于涂覆材料和光敏材料的任何特定組合，確定合適的第一和第二液體。該第二 液體通常包括水，如以上所討論的，并且該第一液體通常包括一種有機溶劑或溶劑的混合 物，例如選自包括二甲基亞砜（DMSO)、丙酮、醚類、乙二醇醚類例如二甘醇單乙醚（例如，作 為Carbitol (Carbitol是一個商標(biāo)）可獲得的）等等的溶劑。
[0032] 在使用中，將該已涂覆的基底暴露于固化輻射，典型地按逐圖案方式，這樣使得該 光敏材料經(jīng)歷輻射誘發(fā)的固化反應(yīng)，導(dǎo)致溶解性的改變。
[0033] 然后進行一個顯影步驟。這涉及通過例如浸沒在該第一液體（其作為一種顯影介 質(zhì)起作用）中進行處理。該第一液體去除該表面涂層并且選擇性地去除光敏材料的區(qū)域 (僅固化的或未固化的材料，取決于該材料是正性還是負(fù)性作用的），以便留下一個不溶性 光敏材料的圖案。因此在該顯影步驟之前不必去除該表面涂層。因此該表面涂層并不有害 地影響該光敏材料的工作，也不干擾這些固化和顯影步驟。
[0034] 本發(fā)明還涵蓋了一種處理根據(jù)本發(fā)明的光敏結(jié)構(gòu)的方法，包括使該光敏材料暴露 于固化輻射，典型地按逐圖案方式；并且用該第一液體處理該表面涂層和該固化的光敏材 料。
[0035] 將該光敏材料按逐圖案方式暴露于固化輻射以產(chǎn)生光圖案化可以按多種方式進 行，如本領(lǐng)域中眾所周知的。這些包括：通過被成像到該光敏材料上或者與該材料接觸或很 靠近的一個掩膜或孔進行暴露；通過將該光敏材料暴露于一個小輻射區(qū)域，該小輻射區(qū)域 然后被移動或掃描以形成一個所希望的圖案，例如通過用一個激光束或電子束直寫或者通 過一個孔板的移動；或者通過使得該輻射例如通過一個光柵或狹縫、或通過一個全息圖的 投影被衍射到該材料上來形成一個干涉圖案。
[0036] 所得到的圖案化光敏材料可以起到許多作用。例如，它可以形成保護下方的材料 免受濕法或干法蝕刻過程的一個蝕刻掩膜；它可以形成保護隨后的材料免受沉積在下方的 材料上（例如通過金屬的蒸發(fā)或電鍍）的一個模板；并且它可以形成在其上形成一個后續(xù) 的層的一個模板（例如，它可以是一種用于化學(xué)鍍的催化劑或化學(xué)或生物種類可以鍵合到 其上的一個反應(yīng)性層）。
[0037] 本發(fā)明在制造電子學(xué)、光學(xué)和相關(guān)學(xué)科的領(lǐng)域中有用的物品中的得到具體應(yīng)用。
[0038] 本發(fā)明將在以下實例中并且參考附圖以說明的方式進一步進行描述。
[0039] 在附圖中：
[0040] 圖1是展示在圖案化之前，根據(jù)本發(fā)明的一個可光圖案化的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0041] 圖2是類似于圖1的在圖案化之后的結(jié)構(gòu)的視圖。
[0042] 附圖的詳細(xì)說明
[0043] 參加附圖，圖1示意性地示出了（并且不按比例）根據(jù)本發(fā)明的一個可光圖案化 的結(jié)構(gòu)10,包括一片具有相反的主面14、16的基底材料12。面14承載一個光敏材料層18。 通過從該涂覆材料的分散體來施用，使一種惰性的、保護性材料的一個涂層20在光敏層18 的頂部形成。
[0044] 在使用中，將該結(jié)構(gòu)的面14通過使用22處代表的一個掩膜按逐圖案方式暴露于 來自一個來源（未示出）的固化輻射。暴露于固化輻射導(dǎo)致光敏層18的僅未被該掩膜覆 蓋的暴露部分的反應(yīng)，并且改變該光敏材料相對于一種特定的顯影介質(zhì)的溶解性特性。在 所示出的實施例中，使用一種負(fù)性作用的光敏材料，其在暴露于固化輻射時從可溶性轉(zhuǎn)化 為不溶性狀態(tài)。在適當(dāng)?shù)臈l件下用該顯影介質(zhì)進行處理導(dǎo)致僅在未暴露于固化輻射的區(qū)域 (即，對應(yīng)于該掩膜）中的光敏材料的選擇性去除，留下該基底上的僅在暴露于固化輻射的 這些區(qū)域上的不溶性光固化的材料，在如圖2中所示的24處代表的圖案中。
[0045] 實例
[0046] 實例 1
[0047] 使用一種PET-PMX726基底膜，50 μ HiFi膜來制備樣品。將該基底的一個主面用三 個層涂覆，如下。
[0048] 1.將一個基層首先涂覆到該基底上并且然后使用一個IkW汞燈進行固化。這是為 了保證對后續(xù)涂層兼容的表面能。
[0049] 2.然后將一個光敏材料的活性層涂覆到該基層的頂部上并且干燥。
[0050] 3.然后將一個惰性頂涂層施用到該活性層的頂部上。將其干燥以給出一個透明、 非粘性的表面涂層膜，該表面涂層膜減少在固化過程中的氧抑制并且保護該掩膜免受來自 該活性層的固化中污染物的任何損害。將該頂涂層小心地配制以便在能夠以一種不侵蝕下 方的光敏材料涂層的水性分散體的形式來施用的同時，可溶于在本發(fā)明的情況下使用的顯 影介質(zhì)（DMS0/丙酮）。
[0051] 所有涂層通過一個12 μ的刮涂棒來施用并且然后在一個熱板上50°C下干燥5分 鐘。
[0052] 這三個涂層配方如下：
【權(quán)利要求】
1. 一種將涂覆材料施用到光敏材料上以形成表面涂層的方法，其中，該光敏材料，在固 化之前或之后，以及該表面涂層可溶于一種第一液體，該方法包括將該涂覆材料作為在一 種第二液體中的分散體來施用，該光敏材料在固化之前不溶于該第二液體。
2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該第一液體包含一種或多種有機溶劑。
3. -種根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，該有機溶劑選自二甲基亞砜、丙酮、醚類和 乙二醇醚類。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，該第二液體包含水。
5. -種根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其中，該表面涂層包括一個惰性涂 層。
6. -種根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其中，該涂覆材料包括一種成膜聚 合物。
7. -種根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，該聚合物選自聚酯類、丙烯酸聚合物和共聚 物。
8. -種根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其中，該涂覆材料包括一種或多種 表面活性劑。
9. 一種根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其中，該涂覆材料包括一種或多種 不可溶于該第一液體中的添加劑。
10. -種根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，該一種或多種不溶性添加劑構(gòu)成該表面涂 層的不大于按重量計70%。
11. 一種光敏結(jié)構(gòu)，包括具有一個表面涂層的光敏材料，其中，該表面涂層和該光敏材 料，在固化之前或之后，可溶于一種第一液體中。
12. -種處理根據(jù)權(quán)利要求11所述的光敏結(jié)構(gòu)的方法，包括使該光敏材料暴露于固化 輻射；并且用該第一液體處理該表面涂層和該固化的光敏材料。
【文檔編號】G03F7/09GK104246613SQ201380008928
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】G. 本特利 P., 布魯克斯 J., 羅賓遜 M. 申請人:傳導(dǎo)噴墨技術(shù)有限公司