本发明涉及光刻胶,具体涉及一种光刻胶树脂的后处理方法及应用。
背景技术:
1、光刻胶主要由聚合物树脂、光产酸剂、碱、溶剂、添加剂等按照一定比例混合配制而成。聚合物树脂在光刻胶中是最主要的成分,聚合物树脂会对光刻胶的粘附力、膜厚等各种基本性能产生非常重要的影响。
2、与非电子级聚合物树脂相比,半导体光刻胶树脂的主要要求如下:(a)产品品质要高,所有的树脂分子量与分子量分布都要非常接近,并且在较高档的光刻胶中,树脂就越要达到最高品质一致;(b)树脂的分子量分布越小越好,一般euv光刻胶树脂分子量分布都要在1.02-1.05左右;(c)金属离子浓度要低,尤其是半导体光刻胶使用的树脂。
3、不同结构单体合成的树脂,同种单体不同比例合成的树脂,都会对光刻胶造成不同的影响。聚合物树脂也会影响光刻胶在一定波长下能够达到的线宽,会影响光刻胶的溶解速度,甚至影响光刻胶工艺窗口值的大小等。另外,聚合物树脂的纯度(单体、溶剂残留)、分子量、pdi值(扩散度)等因素也会直接影响光刻胶的胶膜厚薄、抗刻蚀性能、粘附力等,而聚合物树脂工艺的品质也决定了光刻外观图形的品质。
4、目前国内生产聚甲基丙烯酸酯类树脂多存在纯度不高、杂质偏多的问题,其杂质多为未发生聚合的单体、沉降剂残留、小分子和高分子链区的残留等。193nm光刻胶树脂目前现有的树脂后处理工艺主要是将反应液投到不良溶剂里沉降出树脂后,在干燥后再重复一步溶解沉降,最后干燥后得到成品树脂。主要缺点就是树脂中残留的单体、溶解性较差的高分子量链段以及微凝胶是一直伴随着树脂的,并不能在沉降和精制过程中有效的去除。而残留在树脂里的这部分单体、高分子量链段以及微凝胶,在193nm光刻胶中使用时很容易使得图形产生缺陷,尤其是关键尺寸达到28nm节点及以下的时候更为显著,而这些缺陷又会进一步压缩光刻胶的工艺窗口,影响光刻胶性能。
5、针对聚甲基丙烯酸酯类树脂纯化的问题,国内企业普遍使用正庚烷、甲醇等非极性和极性溶液洗去树脂液中的未聚合单体和一些极性链段,因其工艺特性的限制,并不能在保证分子量变化差异不大的情况下,彻底解决树脂纯度不高的问题。树脂成品中依旧存在单体残留、溶剂残留偏高等,这非常影响后续光刻胶性能。
6、193nm光刻胶图形上的微小缺陷问题随着关键尺寸的减小,越来越影响工艺窗口和粗糙度。而产生这种微小缺陷的关键原因就是树脂中那部分溶解性较差的高分子量链段以及微凝胶。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光刻胶树脂的后处理方法及应用,在树脂溶液中将这部分容易导致缺陷的单体残留、高分子量链段和微凝胶去除,使得最终得到的成品树脂在光刻胶中使用时能够明显降低缺陷数量。
2、在第一方面中,本发明提供一种光刻胶树脂的后处理方法,包括如下步骤:
3、a)向聚合反应合成的聚甲基丙烯酸酯类树脂液中加入有机溶剂稀释树脂液,然后将稀释后的树脂液滴加到第一沉降剂中,并搅拌,通过离心进行固液分离,然后烘干,得到一沉树脂;
4、b)使用极性有机溶剂溶解烘干后的一沉树脂得到树脂溶解液,并向树脂溶解液中滴加不良溶剂,并搅拌,过滤以将析出的固体除去,并浓缩,得到二沉树脂液;
5、c)将二沉树脂液滴加到第二沉降剂中,并搅拌,通过离心进行固液分离,然后烘干,得到聚甲基丙烯酸酯类成品树脂。
6、第二次沉降时,由于加入的不良溶剂较少,因此树脂中高分子量链段和微凝胶优先析出来,这对树脂的性能具有重要意义,树脂后处理工艺中通过反沉降手段对除去高分子量链段和微凝胶,从而得到高品质树脂是一步非常关键的步骤。
7、进一步地,步骤a)中还包括如下技术特征中的至少一项:
8、a1)滴加速度为150~300g/min;
9、a2)搅拌速度为200~300rpm/min,搅拌时间为30~60min;
10、a3)有机溶剂与树脂液的质量比为(1~3):1;
11、a4)第一沉降剂与稀释后的树脂液的质量比为(4~8):1;
12、a5)所述第一沉降剂包括第一非极性溶剂和第一极性溶剂;所述第一非极性溶剂与第一极性溶剂的质量比为9:1~7:3;所述第一非极性溶剂选自正庚烷、正己烷或石油醚中的一种;所述第一极性溶剂选自甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮或四氢呋喃中的一种;优选地,所述第一沉降剂为正庚烷和二氯甲烷混合使用;
13、a6)所述有机溶剂选自二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮或四氢呋喃中的一种。
14、进一步地,步骤b)中还包括如下技术特征中的至少一项:
15、b1)一沉树脂与极性有机溶剂的质量比为1:(3~5);
16、b2)不良溶剂的质量为树脂溶解液质量的5~15%;
17、b3)滴加速度为150~300g/min;
18、b4)搅拌速度为200~300rpm/min,搅拌时间为30~60min;
19、b5)所述极性有机溶剂选自二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、丙二醇醚醋酸酯或丙二醇甲醚中的一种或两种;
20、b6)所述不良溶剂选自正庚烷、甲醇或水中的一种或两种;
21、b7)所述浓缩的固含量为20~30%。
22、进一步地,步骤c)中还包括如下技术特征中的至少一项:
23、c1)滴加速度为150~300g/min;
24、c2)搅拌速度为200~300rpm/min,搅拌时间为30~60min;
25、c3)二沉树脂液与第二沉降剂的质量比为1:(8~10);
26、c4)所述第二沉降剂包括第二非极性溶剂和第二极性溶剂;所述第二非极性溶剂与第二极性溶剂的质量比为9:1~7:3;所述第二非极性溶剂选自正庚烷、正己烷或石油醚中的一种;所述第二极性溶剂选自甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮或四氢呋喃中的一种;优选地,所述第二沉降剂为正庚烷和二氯甲烷混合使用。
27、进一步地,所述聚甲基丙烯酸酯类树脂选自以下结构通式中的至少一种,
28、
29、单体a单体b单体c单体d
30、其中,r1、r2和r3分别独立地包括或不包括甲基、乙基、异丙基、羟基、酯基、羰基的金刚烷衍生物,r4为氢原子或c1~6的烷基,n为碳的个数2~5,x1、x2、x3和x4分别表示主链内重复单元的数目,其中,x1+x2+x3+x4=1,0<x1<0.5,0<x2<0.6,0≤x3<0.6,0<x4<0.6。
31、进一步地,所述聚甲基丙烯酸酯类树脂的合成方法包括如下步骤:
32、a)将第一份乙酸乙酯加热至稳定的回流状态;
33、b)将单体a、单体b、单体c和单体d混合溶解于第二份乙酸乙酯中得到单体混合液,将引发剂溶解于第三份乙酸乙酯中;
34、c)在惰性环境下,使用双滴加的方式将单体混合液和引发剂加到第一份乙酸乙酯中,加热反应,得到反应混合液。
35、更进一步地,所述合成方法还包括如下技术特征中的至少一项:
36、d1)所述引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈或过氧化环己酮中的一种;
37、d2)滴加时间为7~10h;
38、d3)反应温度为70~85℃,反应时间为2~4h。
39、在第二方面中,如上所述的处理方法最终得到的成品树脂在193nm光刻胶中的应用。
40、进一步地,所述193nm光刻胶包括还包括光致产酸剂、酸猝灭剂、流平剂和溶剂。
41、与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
42、本发明的后处理方法在传统的沉降和精制步骤中,沉降剂使用非极性溶剂与极性溶剂混合搭配并调整两者的比例,使得树脂中残留的单体有效除去,并额外增加一步“反向沉降”的工艺,即向树脂溶液中加入一定比例的不良溶剂,使得溶解性较差的高分子量链段以及微凝胶“优先”析出沉降,并通过过滤去除,之后在通过沉降,得到优化的树脂,使得最终得到的成品树脂在光刻胶中使用可以明显降低缺陷数量。
1.一种光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.如权利要求1所述的光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,步骤a)中还包括如下技术特征中的至少一项:
3.如权利要求1所述的光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,步骤b)中还包括如下技术特征中的至少一项:
4.如权利要求1所述的光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,步骤c)中还包括如下技术特征中的至少一项:
5.如权利要求1所述的光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,所述聚甲基丙烯酸酯类树脂选自以下结构通式中的至少一种,
6.如权利要求5所述的光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,所述聚甲基丙烯酸酯类树脂的合成方法包括如下步骤:
7.如权利要求6所述的光刻胶树脂的后处理方法,其特征在于,所述合成方法还包括如下技术特征中的至少一项:
8.一种如权利要求1~7任一所述的后处理方法制得的成品树脂在193nm光刻胶中的应用。
9.如权利要求8所述的成品树脂在193nm光刻胶中的应用,其特征在于,所述193nm光刻胶还包括光致产酸剂、酸猝灭剂、流平剂和溶剂。