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 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 Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng 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 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 LV ghi 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 chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH Ngày tháng 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 hướng dẫn khoa học : GS.TS Nguyễn Hữu Niếu TS La Thị Thái Hà Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2007 LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Hữu Niếu TS La Thị Thái Hà giúp đỡ hướng dẫn cho tận tình thời gian thực đề tài Tôi xin cảm ơn thầy cô Khoa Công Nghệ Vật Liệu anh chị Trung Tâm Polymer, đặc biệt Th.s Võ Hồ Ngọc Nhung truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm q báu để tơi hồn thành tốt luận văn Và lời cảm ơn chân thành đến ba mẹ người thân gia đình động viên ủng hộ tơi q trình học tập Tơi xin cảm ơn tất người bạn giúp đỡ tơi nhiều q trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Học viên Phan Minh Báu TÓM TẮT LUẬN VĂN Photoresist lónh vực đầy tiềm năng, nghiên cứu phát triển rộng rãi giới vào thập niên 50 kỷ 20 Chúng ứng dụng nhiều lónh vực: chế tạo mạch điện tử, linh kiện bán dẫn, công nghệ in ấn…Trong luận văn này, bước đầu nghiên cứu chế tạo photoresist âm dựa sở polymer cảm quang tổng hợp từ nhựa epoxy DER 331 axit methacrylic Loại photoresist cho ảnh có độ sắc nét cao, khả chịu môi trường axit bazơ tốt, thích hợp ứng dụng quang khắc bề mặt đồng Tuy nhiên, độ bám dính bề mặt đồng không tốt, cần cải thiện MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC Chương : TỔNG QUAN ……………………………………………………… I.1 Giới thiệu chung photoresist ………………………………………… I.1.1 Phân loại photoresist I.1.2 Cơ chế tạo ảnh.,……………………………………………………… I.1.2.1 Cơ chế tạo ảnh âm …………………………………………… I.1.2.2 Cơ chế tạo ảnh dương ………………………………………… I.1.3 So sánh loại photoresist ……………………………………… I.2 Phản ứng trùng hợp theo chế khơi mào quang …………………… I.2.1 Giai đoạn khơi mào ………………………………………………… I.2.1.1 Phản ứng phụ ………………………………………………… I.2.1.2 Chất khơi mào gốc …………………………………………… 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 trình quang trùng hợp ……………… 12 I.2.2.1 Ảnh hưởng hệ khơi mào …………………………………… 12 a Hoạt tính hố học …………………………………………… 12 b Nồng độ khơi mào ……………………………………… … 13 I.2.2.2 Ảnh hưởng bề dày màng 14 I.2.2.3 Ảnh hưởng nguồn sáng …………………………………… 15 I.2.2.4 Ảnh hưởng oxy khơng khí ………………………………… 16 I.2.2.5 Vai trò monomer oligomer 16 I.2.3 Phương pháp nghiên cứu 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 nhiệt động DMTA 18 I.3 Photoresist âm ………………………………………………………… 18 I.3.1 Phân loại ………………………………………………………… 18 I.3.2 Thành phần photoresist âm ………………………………… 21 I.3.3 Đặc điểm 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 hệ acrylat …………………………………… 32 Chương : 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 bám dính ……………………………………… 49 II.5.2 Khảo sát khả ảnh hưởng dung môi ……………………… 49 II.6 Khảo sát độ sắc nét …………………………………………………… 50 II.6.1 Khoảng cách chiếu ………………………………………………… 51 II.6.2 Loại hỗn hợp monomer ………………………………………… 51 II.7 Ứng dụng trình quang khắc ……………………………… 51 II.8 Phương pháp phân tích 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 đóng rắn màng phương pháp DMTA ……………………………………… 55 a Khơi mào I651…………………………………………… 55 b Khơi mào I369 …………………………………………… 58 c So sánh hai khơi mào ……………………………… 59 III.2.1.2 Khảo sát khả đóng rắn theo hỗn hợp polymer ……… 59 a Hỗn hợp loại monomer ………………………………… 60 b Hỗn hợp loại monomer ………………………………… 61 III.2.2 Xác định tính chất màng…………………………………………… 63 III.2.2.1 Tính bám dính màng ………………………………… 63 III.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng dung môi ……………………… 63 a Khả trương màng photoresist tạo thành từ loại monomer chức …………… 63 i Dung môi vô …………………………………… 63 ii Dung môi hữu …………………………………… 65 b Khả trương màng photoresist tạo thành từ hỗn hợp monomer …………………… 66 III.3 Khảo sát độ sắc nét …………………………………………………… 67 III.3.1 Khảo sát ảnh hưởng 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 PHUÏ LUÏC ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI NaOH 10% LÊN MÀNG SAU ĐÓNG RẮN: Bảng giá trị khối lượng màng trước sau ngâm dung môi NaOH 10%: H1: khối lượng màng trứơc ngâm dung môi H2: khối lượng màng sau ngâm dung môi H3: độ chênh lệch khối lượng màng: H3=H1-H2 H4: độ giảm % khối lượng màng sau ngâm dung môi: H4=(H3/H1)*100% I651 CƯỜNG ĐỘ MẠNH M1 (0,6%) M2 (1%) M3 (2%) CƯỜNG ĐỘ YẾU M1(0,6%) M2 (1%) M3 (2%) H1 (g) 0,0198 0,0260 0,0254 0,0209 0,0324 0,0246 H2 (g) 0,0204 0,0258 0,0259 0,0210 0,0325 0,0250 H3 (g) -0,0006 0,0002 -0,0005 -0,0001 -0,0001 -0,0004 H4 (%) 3,0 0,76 1,9 0,47 I 369 CƯỜNG ĐỘ MẠNH 0,31 1,62 CƯỜNG ĐỘ YẾU N1 (0,6%) N2 (1%) N3 (2%) N1 (0,6%) N2 (1%) N3 (2%) H1 (g) 0,0278 0,0237 0,0238 0,0355 0,0274 0,0327 H2 (g) 0,0276 0,0234 0,0240 0,0350 0,0280 0,0324 H3 (g) 0,0002 0,0003 -0,0002 0,0005 -0,0006 0,0003 H4 (%) 0,71 1,3 0,84 1,4 2,2 0,92 PHỤ LỤC ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI MEK LÊN MÀNG SAU ĐÓNG RẮN BẰNG CƯỜNG ĐỘ UV MẠNH Bảng giá trị khối lượng màng A, B, C, D, E trước sau ngâm dung môi MEK (Metyl etyl keton): Mẫu A Mẫu B Mẫu C Mẫu D Lần H1 (g) 0,0168 H2 (g) 0,0166 H3 (g) 0,0002 H4(%) 1,2 H1 (g) 0,0316 H2 (g) 0,0310 H3 (g) 0,0006 H4(%) 1,9 H1(g) 0,0215 H2(g) 0,0211 H3(g) 0,0004 H4(%) 1,9 H1(g) 0,0287 H2(g) 0,0283 H3(g) 0,0004 H4(%) 1,4 H1(g) Maãu E 0,0371 Lần 0,0118 0,0117 Lần Giá trị trung bình H4 0,0418 0,0414 0,0001 0,0004 0,8 1,0 0,0237 0,0228 0,0202 0,0192 0,0009 0,0010 3,8 4,9 0,0186 0,0184 0,0304 0,0297 0,0002 0,0007 1,1 2,3 0,0329 0,0325 0,0415 0,0410 0,0004 0,0005 1,2 1,2 0,0177 1,0 % 3,5 % 1,8 % 1,3 % 0,0183 H2(g) 0,0368 0,0174 0,0177 H3(g) 0,0003 0,0003 0,0006 H4(%) 0,8 1,7 3,3 1,9 % PHUÏ LUÏC ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI BUTYL ACETAT LÊN MÀNG SAU ĐÓNG RẮN BẰNG CƯỜNG ĐỘ UV MẠNH Bảng giá trị khối lượng màng A, B, C, D, E, N1, M2 trước sau ngâm dung môi Butyl acetat: Maãu A Maãu B Maãu C Maãu D Maãu E Mẫu M2-cường độ mạnh Mẫu N1-cường độ mạnh Lần Lần Lần Giá trị trung bình H4 H1 (g) 0,0400 0,0645 0,0455 H2 (g) 0,0398 0,0636 0,0453 H3 (g) 0,0002 0,0009 0,0002 H4(%) 0,5 1,4 0,4 H1 (g) 0,0484 0,0499 0,0400 H2 (g) 0,0465 0,0487 0,0395 H3 (g) 0,0019 0,0012 0,0005 H4(%) 3,9 2,4 1,3 H1(g) H2(g) 0,0320 0,0170 0,0218 0,0316 0,0168 0,0215 H1(g) H2(g) 0,0441 0,0358 0,0463 0,0433 0,0352 0,0456 H1(g) 0,0358 0,0466 0,0414 H2(g) 0,0354 0,0460 0,0400 H1(g) H2(g) 0,0235 0,0306 0,0267 0,0230 0,0300 0,0258 H1(g) H2(g) 0,0361 0,0487 0,0414 0,0350 0,0470 0,0400 H3(g) 0,0004 0,0002 0,0003 H4(%) 1,3 1,2 1,4 H3(g) 0,0008 0,0006 0,0007 H4(%) 1,8 1,7 1,5 H3(g) 0,0004 0,0006 0,0014 H4(%) 1,1 1,3 3,4 H3(g) 0,0005 0,0006 0,0009 H4(%) 2,1 2,0 3,4 H3(g) 0,0011 0,0017 0,0014 H4(%) 3,0 3,5 3,4 0,8 % 2,5 % 1,3 % 1,7 % 1,9 % 2,5 % 3,3 % PHỤ LỤC ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I651 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 2,5CM-MẶT NẠ A1 nh sắc nét I651 thời gian 0,8s nh sắc nét I651 thời gian 2s PHỤ LỤC ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I369 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 2,5CM-MẶT NẠ A1 nh sắc nét I369 thời gian 0,6s nh sắc nét I369 thời gian 1,2s PHỤ LỤC 10 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I651 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 5CM-MẶT NẠ A1 nh sắc nét I651 thời gian 1,2s nh sắc nét I651 thời gian 3s PHỤ LỤC 11 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I369 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 5CM-MẶT NẠ A1 nh sắc nét I369 thời gian 0,8s nh sắc nét I369 thời gian 3s PHỤ LỤC 12 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I651 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 8CM-MẶT NẠ A1 nh sắc nét I651 thời gian 4s nh sắc nét I651 thời gian 11,6s PHỤ LỤC 13 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I369 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 8CM-MẶT NẠ A1 nh sắc nét I369 thời gian 2s nh sắc nét I369 thời gian 6,2s PHỤ LỤC 14 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I651 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 2,5CM-MẶT NẠ A3 nh sắc nét I651 thời gian 0,6s PHỤ LỤC 15 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I369 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 2,5CM-MẶT NẠ A3 nh sắc nét I369 thời gian 0,4s nh sắc nét I369 thời gian 0,5s PHỤ LỤC 16 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I369 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 5CM-MẶT NẠ A3 nh sắc nét I369 thời gian 0,6s nh sắc nét I369 thời gian 1s PHỤ LỤC 17 ẢNH SẮC NÉT CỦA KHƠI MÀO I369 Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 8CM-MẶT NẠ A3 nh sắc nét I369 thời gian 1s nh sắc nét I369 thời gian 2s PHỤ LỤC 18 ẢNH SẮC NÉT CỦA MẪU E Ở KHOẢNG CÁCH CHIẾU 2,5CM - MẶT NẠ A1 nh sắc nét mẫu E thời gian 0,8s nh sắc nét I651 thời gian 1,6s CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LUỢC : Họ Tên: PHAN MINH BÁU Ngày sinh : 17 / 02 / 1981 - Nam Bí danh: Khơng có Ngun qn: Nha Trang – Khánh Hoà Nơi sinh: Nha Trang – Khánh Hoà Dân tộc: Kinh Tơn giáo: khơng có Ngày vào Đồn TNCS Hồ Chí Minh : 26/3/1994 Chổ riêng địa liên lạc: 134/8c đường Trần Quý, Phường 6, Quận 11, Tp HCM Email : pmbau2007@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC : Chế độ học: Chính quy Thời gian học: 1999-2003 Nơi học : Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – HCM Ngành học: Hoá – chuyên ngành : Hóa lý Tên đồ án, luận án, môn thi tốt nghiệp chủ yếu: Trùng hợp polymer sống isopropyliden glycerin acrylat tác nhân chuyển tạo gốc tự nguyên tử hệ xúc tác oxy hoá khử Ngày nơi bảo vệ đồ án, luận án, thi tốt nghiệp: tháng 7/ 2003 - trường ĐHKHTN-tpHCM TRÊN ĐẠI HỌC: Chế độ học : Chính quy Thời gian học : 2004 đến Nơi học : Trường Đại học Bách Khoa – HCM Ngành học : Vật liệu cao phân tử tổ hợp ... tử 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... nghệ in ấn…Trong luận văn này, bước đầu nghiên cứu chế tạo photoresist âm dựa sở polymer cảm quang tổng hợp từ nhựa epoxy DER 331 axit methacrylic Loại photoresist cho ảnh có độ sắc nét cao, khả... liệu photoresist lónh vực tiềm cần nghiên cứu phát triển -1- CHƯƠNG 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