Estudo da decomposição fotoquímica por exposição à luz UV de fotorresinas positivas

Abstract

Recebido em 25/3/11; aceito em 5/8/11; publicado na web em 30/9/11 PHOTODECOMPOSITION BY ULTRAVIOLET EXPOSURE OF POSITIVE PHOTORESISTS. Positive photoresists are widely used in lithographic process in microelectronics and in optics for the fabrication of relief components. With the aim of identifying molecular modifications among positive photoresists unexposed and previously exposed to ultraviolet light the electron stimulated ion desorption technique coupled to time-of-flight mass spectrometry was employed in the study of the AZ-1518 photoresist. Mass spectra were obtained as a function of the electron beam energy, showing specific changes related to the photochemical decomposition of the photoresist. This reinforces the applicability of the technique to investigate and characterize structural changes in photosensitive materials.Keywords: AZ-1518 photoresist; photolysis; time-of-flight mass spectrometry. INTRODUÇÃOA necessidade de componentes eletrônicos cada vez menores exige um profundo conhecimento dos processos físicos e químicos de materiais fotossensíveis. A fotorresina AZ-1518 é uma fotorresina positiva, material fotossensível utilizado em muitos processos industriais e em microeletrônica, como fotolitografia e fotogravura, para formar um padrão de revestimento em uma superfície. Durante a exposição à luz UV, a fotorresina sofre uma reação química, modificando suas propriedades químicas e físicas. Dependendo da energia absorvida, podem-se observar mudanças através da medição do índice de refração do material. 1 As fotorresinas positivas reagem de tal maneira que regiões expostas à luz se dissolvem mais rapidamente durante o processo de revelação. Teoricamente, regiões não expostas permanecem inalteradas. As negativas respondem de forma oposta, mas pelo fato das positivas tenderem a ter uma melhor resolução, estas se tornaram mais populares para a fabricação de circuitos integrados. 2 As fotorresinas positivas apresentam usualmente três constituintes principais: um composto fotoativo denominado de diazonaftoquinona (DNQ), que atua também como um inibidor de dissolução, mostrado na Figura 1a, uma base de resina fenólica (novolak), mostrada na Figura 1b, que fornece suporte mecânico para a fotorresina, e um solvente de revestimento (xileno, acetato de n-butila, etc.). Durante a exposição da fotorresina à luz, ocorrem processos químicos, onde o composto fotoativo passa de inibidor a sensibilizador, aumentando a dissolução da fotorresina. A coloração vermelha da fotorresina pode ser atribuída a uma reação entre o novolak e o DNQ, formando um azocomposto. O novolak é um polímero de peso molecular moderado, cujos monômeros são anéis aromáticos contendo grupos metil e OH, que se dissolve de forma rápida em solução aquosa.O nitrogênio da molécula de DNQ está fracamente ligado e, durante a exposição à radiação na faixa do UV, desprende-se do anel aromático, gerando um carbeno, que é altamente reativo. A partir daí, um rearranjo de Wolff ocorre e um ceteno é formado. Em presença de água, um ácido carboxílico é ger...