CN114315584A - 一种光敏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光敏剂技术领域,提供了一种光敏剂及其制备方法。所述光敏剂的结构通式为:其中,所述R1为氢、碳原子数为1~10的芳烃会含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R2为氢、甲基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、异丁氧基或氟、溴、碘的一种或多种;所述R3为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R4为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种。本发明提供的光敏剂及其制备方法能够有效的控制算扩散范围,使光刻胶拥有更好的形貌和线宽粗糙度,降低缺陷,同时本发明提供的制备方法步骤简单,能够实现制备多种光敏剂。
Description
技术领域
本发明属于有机物合成技术领域,尤其涉及一种光敏剂及其制备方法。
背景技术
光刻胶(Photoresist)又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。光刻胶是微电子加工技术中微细图形加工的关键材料之一,是将图像转移到基底上的光敏膜,其是由感光树脂、增感剂和溶剂这三种主要成分组成的对光敏感的混合液体,其在光刻工艺过程中,常用作抗腐蚀涂层材料。光刻胶的主要成分是聚合物树脂、光敏剂以及相应的添加剂。光敏剂是光刻胶体系中的重要组分,光照下产生酸(H+),在曝光后烘烤过程中,这些酸会作为催化剂使聚合物上的不稳定基团脱落,并产生新的酸,改变聚合物的特性,使光刻胶能够溶于显影液。
然而,现有工艺中的光敏剂基本上都为二苯基碘鎓盐且没有其他修饰官能团,其在光刻胶体系内,无法分散均匀,现有的光敏剂在光刻胶体系中性能较弱。
因此,现有技术需要进行改进。
发明内容
本发明实施例提供一种光敏剂及其制备方法,旨在解决,现有工艺中的光敏剂基本上都为二苯基碘鎓盐且没有其他修饰官能团,其在光刻胶体系内,无法分散均匀,现有的光敏剂在光刻胶体系中性能较弱的问题。
本发明实施例是这样实现的,本发明提供一种光敏剂,所述光敏剂的结构通式为:
其中,所述R1为氢、碳原子数为1~10的芳烃会含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R2为氢、甲基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、异丁氧基或氟、溴、碘的一种或多种;所述R3为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R4为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种。
更进一步地,所述光敏剂为(4-(甲基丙烯酰氧基)苯基)(对甲苯基)碘鎓,其化学式为:
更进一步地,所述光敏剂为(4-(甲基丙烯酰氧基)苯基)(对叔丁苯基)碘鎓,其化学式为:
更进一步地,所述光敏剂为(4-((甲基丙烯酰氧基)甲基)苯基)(对甲苯基)碘鎓1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺盐,其化学式为:
更进一步地,所述光敏剂为(4-(叔丁基丙烯酰氧基)苯基)(对甲苯基)碘鎓,其化学式为:
更进一步地,所述光敏剂为(4-(叔丁基)苯基)(4-((3,3-二甲基-2-亚甲基丁基)氧)甲基)苯基)碘鎓全氟丁基磺酸盐,其化学式为:
本发明实施例还提供一种如上所述的光敏剂的制备方法,其反应式为:
其中,所述R1为氢、碳原子数为1~10的芳烃会含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R2为氢、甲基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、异丁氧基或氟、溴、碘的一种或多种;所述R3为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R4为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述X为硫酸氢根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、磺酸根、氟、溴、碘的一种或多种;所述M金属离子。
更进一步地,其反应式为:
更进一步地,其反应式为:
更进一步地,其反应式为:
有益效果:本发明中通过在修饰苯环上的特定官能团引入酯基与丙烯酸体系,使光酸分子能够更好的溶解在光刻胶溶液内,使其分布均匀;同时新引入的光能团可以促使光产酸剂更好的提高产酸效率;能够产生足够的酸强,可以和树脂发生化学放大效应;本发明的光敏剂能够有效的控制算扩散范围,使光刻胶拥有更好的形貌和线宽粗糙度,降低缺陷。本发明提供的制备方法步骤简单,能够实现制备多种光敏剂。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光敏剂的结构通式;
图2是本发明实施例提供的光敏剂的制备方法的反应式。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请结合参阅图1和图2,其中,图1是本发明实施例提供的光敏剂的结构通式,图2是本发明实施例提供的光敏剂的制备方法的反应式。
本发明提供一种光敏剂,所述光敏剂的结构通式为:
其中,所述R1为氢、碳原子数为1~10的芳烃会含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R2为氢、甲基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、异丁氧基或氟、溴、碘的一种或多种;所述R3为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R4为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种。
本发明还提供一种如上所述的光敏剂的制备方法,其反应式为:
其中,所述R1为氢、碳原子数为1~10的芳烃会含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R2为氢、甲基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、异丁氧基或氟、溴、碘的一种或多种;所述R3为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述R4为氢、碳原子数为1~10的烷烃的芳烃或含硫/氧/氮杂原子的取代基的一种或多种;所述X为硫酸氢根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、磺酸根、氟、溴、碘的一种或多种;所述M金属离子。
实施例一
本实施例中提供的是(4-(甲基丙烯酰氧基)苯基)(对甲苯基)碘鎓为光敏剂及其制备方法。在本实施的制备过程中,在反应瓶中加入34.66g 4-羟基,4-甲基二苯基碘鎓氯盐,加入二氯甲烷150ml,溶清,滴加11.5g三乙胺溶液。将反应瓶在氮气保护下室温搅拌0.5h,然后冷却至-5℃。在另一个反应瓶中预先混合甲基丙烯酰氯11.7g溶于二氯甲烷30ml中,缓慢控制滴加速度,加入甲基丙烯酰氯混合液,控温为-5℃。滴加甲基丙烯酰氯混合液完毕后,将混合物在-5℃的条件下搅拌1h。当在-5℃下搅拌1h,自然升温至25℃后,搅拌2h。将混合物过滤,滤饼用30ml二氯甲烷洗涤,滤液使用纯水10ml洗涤2次。浓缩滤液,控温为35℃。最终得到产品36.97g的(4-(甲基丙烯酰氧基)苯基)(对甲苯基)碘鎓,其产率为89.3%。
其反应式为:
本发明提供的光敏剂引入丙烯酸基团使得所述光敏剂的整体性能的带改善,使其分布在聚合物树脂中符合相似相溶原则。
实施例二
在本实施例中,所述光敏剂的制备过程为:在反应瓶中加入28.9g 4-羟基,4-叔丁基二苯基碘鎓氯盐,加入二氯甲烷150ml,溶清,滴加11.5g三乙胺溶液。氮气保护下室温搅拌0.5h,然后冷却至-5℃。在另一个反应瓶中预先混合甲基丙烯酰氯11.7g溶于二氯甲烷30ml中。缓慢控制滴加速度,加入甲基丙烯酰氯混合液,控温-5℃。滴加甲基丙烯酰氯混合液完毕后,将混合物在-5℃下搅拌1h。-5℃下搅拌1h,自然升温至25℃,搅拌2h。过滤,滤饼用30ml二氯甲烷洗涤,滤液使用纯水10ml洗涤2次。浓缩滤液,控温35℃。得到产品39.1g(4-(甲基丙烯酰氧基)苯基)(对叔丁苯基)碘鎓,其产率为85.7%。
其反应式为:
实施例三
在本实施例中,所述光敏剂的制备过程为:将42.9g(4-((甲基丙烯酰氧基)甲基)苯基)(对甲苯基)碘鎓加入烧瓶内,加入200g纯化水与100ml甲醇混合物,溶清。再另一个反应瓶中加入30g 1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺盐甲醇水溶液,溶清状态。随着滴加得进行,有白色固体析出。室温搅拌过夜。脱溶,加入二氯甲烷250ml,搅拌,纯化水100ml*3次洗涤,脱溶,得目标产品63.8g(4-((甲基丙烯酰氧基)甲基)苯基)(对甲苯基)碘鎓1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺盐,产率为93.2%。
其反应式为:
实施例四
在本实施例中,所述光敏剂的制备过程为:在反应瓶中加入34.66g 4-羟基,4-甲基二苯基碘鎓氯盐,加入二氯甲烷150ml,溶清,滴加三乙胺溶液:11.5g。氮气保护下室温搅拌0.5h,然后冷却至-5℃。在另一个反应瓶中预先混合叔丁基丙烯酰氯14.6g溶于二氯甲烷30ml中。缓慢控制滴加速度,加入叔丁基丙烯酰氯混合液,控温-5℃。滴加完毕将混合物在-5℃下搅拌1h。-5℃下搅拌1h,自然升温至25℃,搅拌2h。过滤,滤饼用30ml二氯甲烷洗涤,滤液使用纯水10ml洗涤2次。浓缩滤液,控温35℃。得到产品(4-(叔丁基丙烯酰氧基)苯基)(对甲苯基)碘鎓。
其反应式为:
实施例五
在本实施例中,所述光敏剂的制备过程为:将51.3g(4-(叔丁基)苯基)(4-((3,3-二甲基-2-亚甲基丁基)氧)甲基)苯基)碘鎓盐加入烧瓶内,加入200g纯化水与100ml甲醇混合物,溶清。再另一个反应瓶中加入30g全氟丁基磺酸钾甲醇水溶液,溶清状态。随着滴加得进行,有白色固体析出。室温搅拌过夜。脱溶,加入二氯甲烷250ml,搅拌20min,纯化水100ml*3次洗涤,脱溶,得目标产品(4-(叔丁基)苯基)(4-((3,3-二甲基-2-亚甲基丁基)氧)甲基)苯基)碘鎓全氟丁基磺酸盐。
其反应式为:
总的来说,本发明提供的光敏剂通过修饰苯环上的特定官能团引入酯基与丙烯酸体系,使光酸分子能够更好的溶解在光刻胶溶液内,使其分布均匀;所述光敏剂分子内添加酯基和丙烯酸基团,使得所述光敏剂能够更好的分散在光刻胶树脂体系中,并且有更大的分子体积,更少的扩散系数,能够改善光刻性能,尤其使用全氟丁基磺酸盐、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺盐、三(三氟甲烷磺酰基)甲基盐、樟脑磺酸盐、含氟磺酸盐等能够有足够的酸强,使树脂上的光刻图形有更低的边缘粗糙度,以及更高的光刻图像成型质量;同时对羟基二烷烃阳离子引入酯基和丙烯酸基团可以改善光产酸剂在光刻胶体系中的稳定性,能够有更好的线条粗糙性能;于此同时,新引入的光能团可以促使光产酸剂更好的提高产酸效率;含有磺酸的阴离子特别是带有氟元素的阴离子能够产生足够的酸强,可以和树脂发生化学放大效应;本发明的光敏剂能够有效的控制算扩散范围,使光刻胶拥有更好的形貌和线宽粗糙度,降低缺陷。本发明提供的制备方法步骤简单,能够实现制备多种光敏剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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