[发明专利]一种生物基水溶性负性紫外光刻胶组合物、光刻胶及其制备方法

说明书

本申请涉及一种生物基水溶性负性紫外光刻胶组合物，所述生物基水溶性负性紫外光刻胶组合物包括以下组分：a)室温稳定且不胶凝的明胶水溶液；b)水溶性光引发剂；以及c)可聚合单体，其包括多官能团的可交联的单体。本申请还涉及一种利用上述光刻胶组合物制备的光刻胶及其制备方法。本申请的光刻胶除了涂胶后的烘干步骤以外，全部光刻工艺过程都在室温下进行，且光刻胶和光刻工艺过程中无三废产生，节省能源且环境友好。

技术领域

本申请涉及光刻胶技术领域，具体来说，涉及一种生物基水溶性负性紫外光刻胶组合物、光刻胶及其制备方法。

背景技术

光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，特别是近40年来大规模和超大规模集成电路的发展，更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用；其中最具有革命性意义的进展是1982年化学放大光刻胶(chemical amplification)概念的提出和应用(Ito,Adv.Polym.Sci.,2005,172,37)。根据光刻胶化学反应机理可分为负性胶和正性胶两大类，曝光后不溶为负性胶(简称负胶)，曝光后可溶为正性胶(简称正胶)。

目前广泛应用的光刻胶大多是溶剂型的，使用人工合成的聚合物作为成膜树脂，在生产时会产生溶剂挥发等环境有关的问题，长期对工作人员与环境均有危害，不利于经济与环境的可持续发展。水性光刻胶，或称水基光刻胶，是指采用水为溶剂的光刻胶，因此是绿色环保的产品，一直受到很大重视；但由于其分辨率较低，目前只能应用于对分辨率要求不高的领域或特别的应用。

1991年，美国专利US5045435报道了基于聚丙烯酸酯类共聚物乳液(latex)的水基光刻胶负胶，基于光引发的自由基聚合，在曝光后采用1％碳酸钠水溶液显影，可以获得25微米的图形(L/S，Line/Space)。

1999年，Frechet等人报道了基于聚(2-异丙烯基-2-恶唑啉)的水基光刻胶(J.Polym.Sci.,A.,1999,vol.37,125)。采用水为溶剂，4-甲氧基苯基-二甲基鋶鎓盐三氟甲基磺酸为光酸，经254nm曝光后，再经PEB(post exposure Bake),再采用水显影，得到了1.5微米的图形(L/S)。

2002年，美国专利US6379865报道了基于光敏性聚酰亚胺的水基光刻胶(含少量有机溶剂)，采用电泳的方式涂胶，在金属表面形成保形的涂层(conformal coating),经紫外曝光后，采用0.2％醋酸水溶液显影。

2004年，中国专利CN1145651C报道了一种基于乙烯基醚类为聚合物主链、侧基为缩醛保护的β-酮酸的负性水基光刻胶，经曝光产出的光酸催化缩醛基团去保护，在加热后(PEB，post exposure bake)脱羧，分子极性大大降低，得到不溶于水的聚合物，显影后得到负胶图形。使用的显影液为常规的四甲基氢氧化铵水溶液。

2017年，中国专利申请CN106773533A公开了基于基因重组蜘蛛丝蛋白的水基光刻胶，采用电子束曝光，纯水显影，分辨率可达500nm。

2019年，厦门大学物理科学与技术学院林友辉、刘向阳等人报道了通过化学修饰，在侧基引入丙烯酸酯官能团，赋予了羊毛角蛋白的光敏特性，采用水溶性光引发剂Irgacure 2959，成功开发了新型羊毛角蛋白水基光刻胶，并用于构筑高精度角蛋白微图案。曝光后采用水为显影剂，分辨率可达2微米。这一工作开拓了羊毛角蛋白作为软物质生物材料在组织工程、药物科学、和光电子器件等方面的应用(Adv.Mater.,2019,31,1900870)。

生物基材料来源广泛，种类繁多，很多具有水溶性或经处理后具有水溶性，是水基光刻胶的重要原料。明胶(Gelatin)是一种重要的生物基材料，它是胶原蛋白的水解产物，是一种无脂肪的高蛋白，且不含胆固醇，是一种天然营养型的食品增稠剂。明胶亦是一种强有力的保护胶体，乳化力强，进入胃后能抑制牛奶、豆浆等蛋白质因胃酸作用而引起的凝聚作用，从而有利于食物消化。