[发明专利]包含聚对羟基苯乙烯类氧杂环丁烷树脂作为成膜树脂的光刻胶组合物

说明书

本发明涉及一种包含式(I)聚合物作为成膜树脂的光刻胶组合物，其中R_a‑R_d、R和n如说明书中所定义。光刻胶组合物包含的成膜聚合物当用作光刻胶的成膜树脂时具有紫外光透过性好、粘度大可形成厚膜、光固化彻底、分辨率高等优点。本发明的光刻胶是一种可应用于先进封装技术和MEMS制造的负性厚膜光刻胶，根据需要其膜厚一次匀胶甩片可达20‑100微米，分辨率的独立线宽范围5微米以上，感度(以20μm膜厚计)50‑80mJ/cm^‑2。

技术领域

本发明涉及包含聚对羟基苯乙烯类氧杂环丁烷树脂作为成膜树脂的光刻胶组合物。该光刻胶组合物适用于大规模集成电路的先进封装(硅片及封装WLP)和微电子机械系统(MEMS,Micro-Electronic Machine System)领域。

背景技术

光刻胶是在紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射下，溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料。自二十世纪五十年代被发明以来，光刻胶就成为半导体行业最核心的工艺材料，广泛应用于集成电路和印制电路板的制造中。二十世纪九十年代初，光刻胶又被运用到LCD器件的加工制作，对LCD面板的大尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用。在微电子制造业精细加工从微米级、亚微米级、深亚微米级进入到纳米级水平的过程中，光刻胶也起到了举足轻重的关键性作用。

根据光刻胶在曝光前后溶解度的变化情况，可分为正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶经曝光和显影后溶解度增加，负性光刻胶经曝光和显影后溶解度减小。一般来说，正性光刻胶具有高分辨率、抗干法刻蚀性强、耐热性好、去胶方便、对比度好等优点，但粘附性和机械强度较差，且成本较高。而负性光刻胶对基材有良好的粘附能力、耐酸耐碱、感光速度快，但由于在曝光区域发生交联，溶解能力减弱，导致显影时容易变形和溶胀，从而限制了它的分辨率。

随着电子器件不断向高集成化和精细化发展，对光刻胶分辨率等性能的要求也不断提高。光刻技术经历了从g线(436nm)光刻，i线(365nm)光刻，到KrF(深紫外248nm)光刻，ArF(深紫外193nm)光刻，以及下一代极紫外(EUV，13.5nm)光刻的发展历程，相对应于各曝光波长的光刻胶也应运而生。光刻胶中的关键配方成分，如成膜树脂也随之发生变化，使光刻胶的综合性能更好地满足工艺要求。

微机电系统(MEMS)是一个微型化的机械电子智能系统，由微传感器、微执行器和微能源三个主要部分组成，其系统尺寸一般在微米级甚至更小，内部结构尺寸在微米级甚至纳米级。微机电系统具有微型化、智能化、集成化、多功能以及适于批量生产等优点，在军事、航空航天、信息通信、生物医学、自动控制、汽车工业等领域都有广阔的发展前景。

MEMS器件的微结构制造是通过光刻工艺来实现的。与一般集成电路制造中光刻工艺追求更高分辨率不同，MEMS制造追求的是更高的深宽比，这就要求用于MEMS的光刻胶具有一定的厚度。为了满足MEMS产品发展的需要，厚膜光刻胶应运而生。一般来说，厚膜光刻胶需要有良好的光敏性和深宽比，涂层厚度通常至少达到10微米。在MEMS制造中，厚胶可直接作为MEMS器件的工作部件，也可以作为牺牲层材料来制作膜结构和悬臂梁结构的MEMS器件，或者作为湿法刻蚀的掩膜层，还可作为电镀的模型，用于制作非硅材料的三维MEMS器件。因此，随着MEMS的不断发展，开发出适于MEMS制造的厚膜光刻胶十分重要。

目前已商品化的厚膜光刻正胶主要有AZ系列正胶、SJR3000系列正胶、Ma-p100正胶以及SPR 220-7正胶等，负胶以美国MicroChem公司生产的SU-8系列负胶为主。

商品化的正性厚膜光刻胶大都属于重氮萘醌正性光刻胶，主要由酚醛树脂、感光化合物重氮萘醌及有机溶剂组成。在紫外光照射下，曝光区的重氮萘醌化合物发生光解反应，失去一分子氮，发生Wolff重排转变为茚羧酸，使胶膜能溶于碱性显影液。而在非曝光区，光化学反应不能发生，且酚醛树脂的羟基与重氮萘醌化合物通过氢键作用，形成稳定的六元环结构，抑制树脂的溶解。