一种大分子结构光敏剂及其制备方法和用该光敏剂制备的光刻胶技术

本发明专利技术公开了一种大分子结构光敏剂及其制备方法和用该光敏剂制备的光刻胶，所述光敏剂具有如下结构通式：用该光敏剂制备的光刻胶，具有化学稳定性好、抗腐蚀好、抗高温等突出优点。

【技术实现步骤摘要】
一种大分子结构光敏剂及其制备方法和用该光敏剂制备的光刻胶
本专利技术涉及微电子及光电子领域，具体涉及一种大分子结构光敏剂及其制备方法和应用。
技术介绍
光刻胶又称光致抗蚀剂，一般由成膜树脂、光敏剂、溶剂、添加剂组成，广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性光刻胶和正性光刻胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性光刻胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性光刻胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性光刻胶。③光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。市场上现有光刻胶均是先将感光单体接枝在小分子上，然后再与高分子树脂混配，采用小分子复配的工艺路线，配制出的光刻胶都存在着显影宽容度不高、与基板的粘附性差、抗腐蚀不强和稳定性不好等缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术从设计光敏剂的结构入手，提供了一种大分子结构光敏剂及其制备方法和应用。本专利技术通过以下技术方案实现：一种大分子结构光敏剂，具有如下结构通式：其中，n=1~10,R为C1到C8的烷基，R1、R2为邻叠氮萘醌磺酸酯类化合物或聚酰亚胺化合物。制备该大分子结构光敏剂的方法，包括如下步骤：光敏剂的接枝反应：向反应釜中加入成膜剂、感光单体和溶剂，升温搅拌使其溶解，加入胺类催化剂，加完后升温至60~65℃，恒温反应5~6h，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，得到光敏剂；成膜剂的结构通式为：其中，n=1~10,R为C1到C8的烷基。所述感光单体为邻叠氮萘醌磺酸酯类化合物或聚酰亚胺化合物，邻叠氮萘醌磺酸酯类化合物有四种异构体，均可作为感光单体，四种异构体的结构式如下所示：。所述胺类催化剂为甲胺、二甲胺、二甲乙胺、乙二胺、三甲胺或三乙胺；所述溶剂为丙酮、乙醇或三氯甲烷小分子有机溶剂。光敏剂的接枝反应中所述的成膜剂、感光单体、胺类催化剂和溶剂的摩尔比为1：0.82~1.56:0.36~0.62：4~5。所述成膜剂的合成反应包括如下步骤：向反应釜中加入氯苯酚、羟基苯甲酸酯、二氯苯及醛，升温搅拌，使其溶解，在搅拌下，向反应釜滴加酸，滴加结束后，升温至105~115℃进行反应，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，得到成膜剂，成膜剂的熔点在110~130℃。成膜剂的合成反应中所述氯苯酚为邻氯苯酚、对氯苯酚或间氯苯酚；所述羟基苯甲酸酯为邻羟基苯甲酸酯、间羟基苯甲酸酯或对羟基苯甲酸酯；所述二氯苯为邻二氯苯、间二氯苯或对二氯苯；所述醛为多聚甲醛、三聚甲醛或甲醛；所述酸为硫酸、氯磺酸或硝酸。成膜剂的合成反应中所述的氯苯酚、羟基苯甲酸酯、二氯苯、醛类和酸的摩尔比为1:0.83~1.48:0.2~0.5:0.3~1:0.2~0.4。用上述大分子结构光敏剂制备的光刻胶。用上述大分子结构光敏剂制备光刻胶的方法，包括如下步骤：向反应釜中加入光敏剂和丙二醇甲醚醋酸酯，升温搅拌使其溶解，加入螯合剂，温度保持在40~60℃，持续反应一段时间后进行检测，物料的粘度为20-70cP终止反应，在百级净化环境下过滤，过滤后检测分装，得到光刻胶成品。所述过滤为三级过滤，最细滤孔为0.2微米。所述螯合剂为苯乙烯和马来酸酐的共聚物或丙烯酸酯和丙烯酸的共聚物。所述光敏剂、丙二醇甲醚醋酸酯、螯合剂的摩尔比为1:1.2~2.1:0.001~0.003。本专利技术的有益效果为：一、组分简单。二、化学稳定性好现有光刻胶保质期一般是6个月，而本专利技术的光刻胶保质期在20个月以上。三、抗腐蚀好，现有光刻胶的抗显影能力一般在5~8分钟，本专利技术的光刻胶抗显影能力在15分钟以上。四、抗高温，现有普通光刻胶在高温条件下，图形或线条就发生变形或脱落，而本专利技术的光刻胶在180℃的条件下仍不变形。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的光刻胶，显影1分钟显微镜照片示意图。图2为本专利技术实施例1得到的光刻胶，显影16分钟显微镜照片示意图。从图1、图2对比可知，显影16分钟显微镜照片显示光刻胶无脱落、无浮胶，无过显影边缘粗糙黑边。图3为本专利技术实施例1得到的光刻胶，在180℃经10分钟烘烤后的显微镜照片示意图（放大倍数200倍）。从中可看出光刻胶形状完整，边缘轮廓清晰，无塌陷。具体实施方式实施例1制备成膜剂：向反应釜中加入1摩尔邻氯苯酚、0.83摩尔间羟基苯甲酸酯、0.2摩尔间二氯苯及0.3摩尔甲醛，升温搅拌，使其全部溶于溶剂，此时在快速搅拌下，向反应釜滴加0.2摩尔36%的硫酸，当全部滴加结束后，把温度升到105-115℃，在本实施例中恒温110℃左右反应6-7小时反应结束，在反应过程中检测物料的熔点，以熔点110~130℃作为反应终点，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，所得产品即为成膜剂。制备光敏剂：向反应釜中加入1摩尔成膜剂、0.82摩尔邻叠氮萘醌磺酸酯和4摩尔三氯甲烷，升温搅拌使其完全溶解，加入0.36摩尔二甲乙胺，加完后升温至60-65℃，恒温反应5-6h，反应结束，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，所得产品即为光敏剂。制备光刻胶：向反应釜中加入1摩尔光敏剂和1.2摩尔PGMEA（丙二醇甲醚醋酸酯），升温搅拌使其完全溶解，加入0.001摩尔螯合剂（苯乙烯和马来酸酐的共聚物，电子级别，由市场购得），保持温度在40~60℃范围内，反应一段时间后进行粗检，在本实施例中物料粘度为40cP作为反应终点（这一步是物理溶解过程，不是化学反应过程，下同），然后在百级净化环境下，三级过滤，最细滤孔为0.2微米，过滤后检测分装，即为光刻胶成品。本实施例的光刻胶在室温保存，无须冷藏存储，经过21个月的试验，无凝胶颗粒产生，粘度仍保持与初配光刻胶一致。实施例2制备成膜剂：向反应釜中加入1摩尔间氯苯酚、1.48摩尔对羟基苯甲酸酯、0.5摩尔对二氯苯及1摩尔三聚甲醛，升温搅拌，使其全部溶于溶剂，此时在快速搅拌下，向反应釜滴加0.4摩尔氯磺酸，当全部滴加结束后，把温度升到105-115℃，在本实施例中恒温110℃左右反应6-7小时反应结束，在反应过程中检测物料的熔点，以熔点110~130℃作为反应终点，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，所得产品即为成膜剂。制备光敏剂：向反应釜中加入1摩尔成膜剂、1.56摩尔邻叠氮萘醌磺酸酯和5摩尔丙酮，升温搅拌使其完全溶解，加入0.62摩尔二甲胺，加完后升温至60-65℃，恒温反应5-6h，反应结束，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，所得产品即为光敏剂。制备光刻胶：向反应釜中加入1摩尔光敏剂和2.1摩尔PGMEA，升温搅拌使其完全溶解，加入0.003摩尔螯合剂（丙烯酸酯和丙烯酸的共聚物，电子级别由市场购得），保持温度在40~60℃范围内，反应一段时间后进行粗检，在本实施例中物料粘度为20cP作为反应终点，然后在百级净化环境下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大分子结构光敏剂，其特征在于具有如下结构通式：    其中，n=0~10,R为C1到C8的烷基，R1、R2为邻叠氮萘醌磺酸酯类化合物或聚酰亚胺化合物反应根。

【技术特征摘要】
1.一种大分子结构光敏剂，其特征在于具有如下结构通式：其中，n=1~10,R为C1到C8的烷基，R1、R2为邻叠氮萘醌磺酸酯类化合物基团或聚酰亚胺化合物基团。2.制备权利要求1所述的一种大分子结构光敏剂的方法，其特征在于包括如下步骤：光敏剂的接枝反应：向反应釜中加入成膜剂、感光单体和溶剂，升温搅拌使其溶解，加入胺类催化剂，加完后升温至60~65℃，恒温反应5~6h，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，得到光敏剂；成膜剂的结构通式为：其中，n=1~10,R为C1到C8的烷基。3.根据权利要求2所述的一种大分子结构光敏剂的制备方法，其特征在于所述感光单体为邻叠氮萘醌磺酸酯类化合物或聚酰亚胺化合物；所述胺类催化剂为甲胺、二甲胺、二甲乙胺、乙二胺、三甲胺或三乙胺；所述溶剂为丙酮、乙醇或三氯甲烷小分子有机溶剂。4.根据权利要求2或3所述的一种大分子结构光敏剂的制备方法，其特征在于：光敏剂的接枝反应中所述的成膜剂、感光单体、胺类催化剂和溶剂的摩尔比为1：0.82~1.56:0.36~0.62：4~5。5.根据权利要求2所述的一种大分子结构光敏剂的制备方法，其特征在于所述成膜剂的合成反应包括如下步骤：向反应釜中加入氯苯酚、羟基苯甲酸酯、二氯苯及醛，升温搅拌，使其溶解，在搅拌下，向反应釜滴加酸，滴加结束后，升温至105~115℃进行反应，反应产物纯水洗涤后抽滤烘干至恒重，得到成膜剂，成膜剂的熔点在110~130℃。6.根据权利要求5所述的一种大分子结构光敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋芳，
申请(专利权)人：宋芳，
类型：发明
国别省市：江苏;32