[发明专利]超支化聚酯微光学光刻胶

说明书

技术领域

本发明是关于微光学元件加工用的光刻胶，特别是具有成膜性好、分辨率高 并有宽的线性光刻范围、面形易控制、可反复刻蚀的负性光刻胶。

背景技术

光致抗蚀剂是利用光反应前后溶解度的差别，来制作和转移图形的精细功能 材料。正性抗蚀剂适合高分辨的场合，如芯片电路等；负性抗蚀剂适合深度刻蚀， 如微机电系统、微光学元件、光盘母盘、印制电路板的制作等。微机电系统集成 多种物理或化学控制手段，采用类似集成电路的光刻加工方法制作。近来微机电 系统从研究进入应用，如基因芯片、全光交换机、微型机器等。微机电系统用的 抗蚀剂，分辨率不是要点，深度刻蚀和高的宽深比性能才是重要指标，目前国际 上使用的这类抗蚀剂，用有机溶剂显影，有较好的力学性能，可直接用其制作微 型部件，不足之处是这类抗蚀剂经暴光、显影后刻蚀深度有限，对很多用光刻法 制作图形，在原底材上的微细加工不太适用。微光学元件以重量轻，体积小，设 计灵活等优点获得迅速发展，代表性的微光学元件如微透镜阵列，是光通讯、光 计算、光学仪器等的重要基本元件。微透镜阵列的制作，已发展了多种方法，如 激光直写，即用激光直接加工，在微观上透镜二次面是由一系列台阶构成，因此， 不适于加工小口径的精细微透镜；热熔胶熔融加工法，在微透镜之间会产生死角； 灰度掩膜法是采用透过率梯度分布的特种玻璃为掩膜，用光致抗蚀剂经暴光、显 影等步骤加工；移动掩膜法是另一种控制暴光能量、使能量在抗蚀剂面上按二次 曲面分布的手段。后两种加工方法都需要抗蚀剂的刻蚀深度与暴光能量间有对应 的线性响应关系，使以二次曲线形式分布的能量，在经过暴光、显影后转化为抗 蚀剂的二次曲面结构。但是目前的抗蚀剂注重感度与反差，即使有这种线性响应 性能，其范围也很窄，不能制作小口径，高曲率的微透镜。高宽深比性能的光致 抗蚀剂是其关键材料。

目前，微机电系统和微光学元件制作所使用的抗蚀剂的基体树脂主要为线型 或低支化聚合物，线形高聚物分子结构的特点，是大分子只有两个链端和链之间 的链缠结，链端基团的影响随分子量的增加而减小，链缠结在一定程度上赋予了 高分子材料的韧性、蠕变、抗冲性、流变特性，线形高聚物分子的链缠结将导致 在显影过程中光刻胶的刻蚀断面不整齐，在连续深浮雕微光学元件加工中会造成 面形控制困难。超支化聚合物的分子链有大量的支化点和链末端，链末端基团对 大分子的影响很大，大分子之间难以相互缠结，在分子量超过一定值后，粘度较 线性大分子的要小，随分子量的增加变化不大。目前超支化聚合物已在涂料、粘 合剂、流变助剂、线性聚合物的改性剂、晶体成核剂、有机-无机掺杂物的结构 控制剂等方面得到应用。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术存在的不足，提供一种超支化聚酯微光学光 刻胶，该光刻胶具有成膜性好、分辨率高、有宽的线性光刻范围、微光学元件加 工时，面形易控制、并可反复刻蚀等性能。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是，该超支化聚酯微光学光刻 胶由以下重量百分比的原料组成：超支化碱溶性感光聚合物：60.0％～85.0％；活 性稀释剂：5.0％～15.0％；交联剂：5.0％～15.0％；光引发剂：1.0％～10.0％；德谦 466：0.1％～1.0％。

超支化聚酯微光学光刻胶其感光性能、刻蚀性能、线性范围等可通过超支化 聚合物结构、超支化聚合物分子末端的官能团及抗蚀剂配方进行调节。

所述超支化碱溶性感光聚合物通过发散法合成，其具体的合成方法如下：以 多元醇或单糖为起始核，利用多元醇或单糖的羟基与酸酐反应，再利用反应生成 的羧基与含有一个环氧基的环氧化合物反应，该反应生成的羟基再与酸酐反应， 如此反复扩链至需要的分子量，扩链反应的最后一步应是与酸酐反应，使合成的 超支化聚合物分子外围含有大量的羧基，利用羧基与分子中含有环氧基和双键的 化合物的环氧基反应，如与甲基丙烯酸缩水甘油酯或烯丙基缩水甘油醚的环氧基 反应合成超支化碱溶性感光聚合物。反应过程中，通过使用不同的起始核，加入 官能度不同的酸酐以及扩链次数，控制合成聚合物的支化度和分子量。

所述多元醇包括乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、三缩四乙二醇、各种分子量 的聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、肌醇，单 糖包括葡萄糖、甘露糖、半乳糖、果糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、脱氧核糖。

所述酸酐包括苯酐、偏苯三酸酐、丁二酸酐、丁烯二酸酐及具有如下结构的 酸酐：