CN111072482A - 由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由螺[2.5]癸烷‑6,8‑二酮合成的光刻胶树脂单体及其合成方法，属于化学合成和光刻技术领域。该光刻胶树脂单体的结构通式为式I：
式I中，R1为氢或者甲基，R2为饱和烷烃或者环烷烃，其的合成方法包括以下步骤：在惰性气体保护下，将螺[2.5]癸烷‑6,8‑二酮与烷基格氏试剂或者环烷基格氏试剂进行格氏反应，格氏反应结束后加水淬灭，并经后处理纯化，得到中间体；将上述中间体与丙烯酰氯或者甲基丙烯酰氯进行酯化反应，酯化反应结束后，经后处理纯化，得到所述的光刻胶树脂单体。本发明提供的树脂单体为可降解型树脂单体，含该树脂单体的聚合物树脂具有更好的耐刻蚀性能且能够提高光刻胶光刻图案的分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成和光刻技术领域，具体是一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体及其合成方法。
背景技术
光刻技术是指利用光刻材料(特指光刻胶)在可见光、紫外线、电子束等作用下的化学敏感性，通过曝光、显影、刻蚀等工艺过程，将设计在掩膜版上的图形转移到衬底上的图形微细加工技术。
光刻材料(特指光刻胶)，又称光致抗蚀剂，是光刻技术中涉及的最关键的功能性化学材料，主要成分是树脂、光酸产生剂、以及相应的添加剂和溶剂，这类材料具有光(包括可见光、紫外线、电子束等)化学敏感性，经光化学反应，本身在显影液中的溶解性发生变化。根据光化学反应机理不同，光刻胶分为正性光刻胶与负性光刻胶：曝光后，光刻胶在显影液中溶解性增加，得到与掩膜版相同图形的称为正性光刻胶；曝光后，光刻胶在显影液中溶解性降低甚至不溶，得到与掩膜版相反图形的称为负性光刻胶。
其中，光刻胶所使用的树脂是由多种树脂单体共聚而成的聚合物，其中酸敏树脂单体是实现曝光前后树脂在显影液中溶解差异的重要组成部分，常见的酸敏树脂单体只有一个酸敏基团，其聚合物树脂为线性，曝光区域和未曝光区域的溶解度差异是通过酸敏基团曝光后脱保护形成的，线性聚合物主链并不会断开。因此，现有光刻胶由于酸敏树脂单体的特定结构，存在光刻图案分辨率较低的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，所述光刻胶树脂单体的结构通式为式I：
式I中，R1为氢或者甲基，R2为饱和烷烃或者环烷烃。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述光刻胶树脂单体的结构式为式II、式III、式IV、式V、式VI和式VII中的一种：
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述树脂单体的合成方法，其包括以下步骤：
在惰性气体保护下，将螺[2.5]癸烷-6,8-二酮与烷基格氏试剂或者环烷基格氏试剂置于第一溶剂中进行格氏反应，格氏反应结束后加水淬灭，并经后处理纯化，得到中间体；
将上述中间体与丙烯酰氯或者甲基丙烯酰氯置于第二溶剂中进行酯化反应，酯化反应结束后，经后处理纯化，得到所述的光刻胶树脂单体。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述格氏反应的温度为0～30℃；酯化反应的温度为0～70℃。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述第一溶剂为无水乙醚。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述第二溶剂为无水四氢呋喃、甲苯和氯仿中的一种。
作为本发明实施例的另一种优选方案，所述第二溶剂中添加有三乙胺或者吡啶。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种新的光刻胶树脂单体，为可降解型树脂单体，该光刻胶树脂单体是由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的，其含有两个不饱和碳碳双键，故在其与其它树脂单体聚合的过程中能够产生交联，形成三维网状结构的聚合树脂，从而可以使该聚合树脂具有更好的耐刻蚀性能，曝光时，光酸产生剂产生酸，在曝光区，主链上的(甲基)丙烯酸酯在酸性条件下断裂，聚合物树脂主链断裂产生分子量更小的产物，增加了曝光后树脂在显影液中的溶解性，由于曝光前后的聚合物树脂在显影液中溶解速度差增大，有利于改善显影后图形的边缘粗糙度，大大提高了光刻胶光刻图案的分辨率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，所述光刻胶树脂单体的结构通式为式I：
式I中，R1为氢或者甲基，R2为饱和烷烃或者环烷烃。
该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、在惰性气体保护下，将螺[2.5]癸烷-6,8-二酮(结构式为式VIII)与烷基格氏试剂或者环烷基格氏试剂置于第一溶剂中进行格氏反应，格氏反应结束后加水淬灭，并经后处理纯化，得到中间体(结构式为式IX)；其中，格氏反应的温度为0～30℃，第一溶剂为无水乙醚。
S2、将上述中间体与丙烯酰氯或者甲基丙烯酰氯置于第二溶剂中进行酯化反应，酯化反应结束后，经后处理纯化，得到所述的光刻胶树脂单体(结构式为式I)；其中，酯化反应的温度为0～70℃，第二溶剂为无水四氢呋喃、甲苯和氯仿中的一种；另外，第二溶剂中还可添加三乙胺或者吡啶。
将上述树脂单体与其他树脂单体进行聚合交联反应，可以制得树脂，将该树脂与光酸产生剂、添加剂、溶剂等组分进行混合，可以制得光刻胶。另外，上述树脂单体的合成方法在实际应用中的具体实施方式，可参见以下实施例。
实施例1
该实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、制备甲基格式试剂：先将3.0g镁屑(123mmol)加入到15ml无水乙醚中，以及加入一粒碘片，得到反应液；接着，将11.5g甲基溴(121mmol)溶解在25mL乙醚中配制成甲基溴乙醚溶液；然后，在氮气保护下，先向上述反应液中加入6mL甲基溴乙醚溶液，5分钟后，反应液微沸，碘的颜色消失，在搅拌下，继续滴加剩余的甲基溴乙醚溶液，并补加20mL乙醚，升温保持微沸，回流半小时，得到甲基格式试剂。
S2、合成中间体(式1-2)：在氮气保护下，将上述制备好的甲基格式试剂用冰水冷却，搅拌下滴加螺[2.5]癸烷-6,8-二酮(式1-1，10.0g，60mmol)的乙醚(20mL)溶液，控制滴加速度，保持反应液微沸，滴加结束后，在室温下继续搅拌半小时，反应液中有白色固体析出，将反应液用冰水冷却到0摄氏度，并慢慢滴加20mL的20％稀硫酸，滴加结束后，分离醚层，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为100mL，合并有机相，有机相浓缩后的粗品经柱层析纯化，干燥得到9.6g的中间体(48mmol)，其收率为80.5％。
S3、将9.6g上述中间体溶解在120mL的无水四氢呋喃中，并加入20.0g的三乙胺(198mmol)；接着，用冰水冷却到0摄氏度，并在氮气保护下，向其中慢慢滴加丙烯酰氯(8.8g，97mmol)的无水四氢呋喃(50mL)溶液，得到反应液；反应液升至室温继续反应5小时后，再将反应液置于真空下进行浓缩除去溶剂，并加入50mL乙酸乙酯以及20mL饱和碳酸氢钠水溶液，分离有机相，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为80mL，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤以及用无水硫酸钠干燥后旋干得到粗品，粗品经柱层析纯化，干燥得到12.5g的树脂单体(式1-3，41mmol)，其收率为84.3％。
实施例2
该实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、按照上述实施例1的步骤S1～S2，制得9.5g中间体(式2-2，48mmol)，其收率为79.6％。
S2、将9.5g上述中间体溶解在120mL的无水四氢呋喃中，并加入20g的三乙胺(198mmol)；接着，用冰水冷却到0摄氏度，并在氮气保护下，向其中慢慢滴加甲基丙烯酰氯(10.1g，97mmol)的无水四氢呋喃(50mL)溶液，得到反应液；反应液升至室温继续反应5小时后，再将反应液置于真空下进行浓缩除去溶剂，并加入50mL乙酸乙酯以及20mL饱和碳酸氢钠水溶液，分离有机相，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为80mL，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤以及用无水硫酸钠干燥后旋干得到粗品，粗品经柱层析纯化，干燥得到13.8g的树脂单体(式2-3，41mmol)，其收率为86.1％。
实施例3
该实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、制备乙基格式试剂：先将3.0g镁屑(123mmol)加入到15ml无水乙醚中，以及加入一粒碘片，得到反应液；接着，将13.2g乙基溴(121mmol)溶解在25mL乙醚中配制成乙基溴乙醚溶液；然后，在氮气保护下，先向上述反应液中加入6mL乙基溴乙醚溶液，5分钟后，反应液微沸，碘的颜色消失，在搅拌下，继续滴加剩余的乙基溴乙醚溶液，并补加20mL乙醚，升温保持微沸，回流半小时，得到乙基格式试剂。
S2、合成中间体(式3-2)：在氮气保护下，将上述制备好的乙基格式试剂用冰水冷却，搅拌下滴加螺[2.5]癸烷-6,8-二酮(式3-1，10.0g，60mmol)的乙醚(20mL)溶液，控制滴加速度，保持反应液微沸，滴加结束后，在室温下继续搅拌半小时，反应液中有白色固体析出，将反应液的温度控制在30摄氏度，并慢慢滴加20mL的20％稀硫酸，滴加结束后，分离醚层，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为100mL，合并有机相，有机相浓缩后的粗品经柱层析纯化，干燥得到11.3g的中间体(50mmol)，其收率为83％。
S3、将11.3g上述中间体溶解在120mL的无水四氢呋喃中，并加入20.3g的三乙胺(201mmol)；接着，用冰水冷却到0摄氏度，并在氮气保护下，向其中慢慢滴加丙烯酰氯(9.2g，102mmol)的无水四氢呋喃(50mL)溶液，得到反应液；反应液升至室温继续反应5小时后，再将反应液置于真空下进行浓缩除去溶剂，并加入50mL乙酸乙酯以及20mL饱和碳酸氢钠水溶液，分离有机相，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为80mL，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤以及用无水硫酸钠干燥后旋干得到粗品，粗品经柱层析纯化，干燥得到13.8g的树脂单体(式3-3，41.3mmol)，其收率为82.7％。
实施例4
该实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、按照上述实施例3的步骤S1～S2，制得11.5g中间体(式4-2，51mmol)，其收率为84.5％。
S2、将11.5g上述中间体溶解在120mL的氯仿中，并加入20.6g的三乙胺(203mmol)；接着，用冰水冷却到0摄氏度，并在氮气保护下，向其中慢慢滴加甲基丙烯酰氯(10.7g，102mmol)的氯仿(50mL)溶液，得到反应液；反应液升至室温继续反应5小时后，再将反应液置于真空下进行浓缩除去溶剂，并加入50mL乙酸乙酯以及20mL饱和碳酸氢钠水溶液，分离有机相，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为80mL，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤以及用无水硫酸钠干燥后旋干得到粗品，粗品经柱层析纯化，干燥得到15.5g的树脂单体(式4-3，43mmol)，其收率为84.2％。
实施例5
该实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、制备环己基格式试剂：先将3.0g镁屑(123mmol)加入到15ml无水乙醚中，以及加入一粒碘片，得到反应液；接着，将19.7g环己基溴(121mmol)溶解在25mL乙醚中配制成环己基溴乙醚溶液；然后，在氮气保护下，先向上述反应液中加入6mL环己基溴乙醚溶液，5分钟后，反应液微沸，碘的颜色消失，在搅拌下，继续滴加剩余的环己基溴乙醚溶液，并补加20mL乙醚，升温保持微沸，回流半小时，得到环己基格式试剂。
S2、合成中间体(式5-2)：在氮气保护下，将上述制备好的环己基格式试剂用冰水冷却，搅拌下滴加螺[2.5]癸烷-6,8-二酮(式5-1，10.0g，60mmol)的乙醚(20mL)溶液，控制滴加速度，保持反应液微沸，滴加结束后，在室温下继续搅拌半小时，反应液中有白色固体析出，将反应液用冰水冷却到0摄氏度，并慢慢滴加20mL的20％稀硫酸，滴加结束后，分离醚层，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为100mL，合并有机相，有机相浓缩后的粗品经柱层析纯化，干燥得到15.5g的中间体(46mmol)，其收率为77％。
S3、将15.5g上述中间体溶解在120mL的甲苯中，并加入14.7g的吡啶(186mmol)；接着，用冰水冷却到0摄氏度，并在氮气保护下，向其中慢慢滴加丙烯酰氯(8.5g，94mmol)的甲苯(50mL)溶液，得到反应液；反应液升至室温继续反应5小时后，再将反应液置于真空下进行浓缩除去溶剂，并加入50mL乙酸乙酯以及20mL饱和碳酸氢钠水溶液，分离有机相，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为80mL，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤以及用无水硫酸钠干燥后旋干得到粗品，粗品经柱层析纯化，干燥得到16.5g的树脂单体(式5-3，37mmol)，其收率为80.5％。
实施例6
该实施例提供了一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，该光刻胶树脂单体的合成方法的反应路线如下：
其具体包括以下步骤：
S1、按照上述实施例5的步骤S1～S2，制得15.0g中间体(式6-2，45mmol)，其收率为74.5％。
S2、将15g上述中间体溶解在120mL的无水四氢呋喃中，并加入18.2g的三乙胺(180mmol)；接着，用冰水冷却到0摄氏度，并在氮气保护下，向其中慢慢滴加甲基丙烯酰氯(9.4g，90mmol)的无水四氢呋喃(50mL)溶液，得到反应液；反应液升至室温继续反应5小时后，再将反应液置于真空下进行浓缩除去溶剂，并加入50mL乙酸乙酯以及20mL饱和碳酸氢钠水溶液，分离有机相，水相用乙酸乙酯进行萃取三次，每次萃取乙酸乙酯的用量为80mL，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤以及用无水硫酸钠干燥后旋干得到粗品，粗品经柱层析纯化，干燥得到17.2g的树脂单体(式6-3，36.5mmol)，其收率为81.5％。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，其特征在于，所述光刻胶树脂单体的结构通式为式I：
式I中，R1为氢或者甲基，R2为饱和烷烃或者环烷烃。
2.根据权利要求1所述的一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体，其特征在于，所述光刻胶树脂单体的结构式为式II、式III、式IV、式V、式VI和式VII中的一种：
3.一种如权利要求1或2所述的由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
在惰性气体保护下，将螺[2.5]癸烷-6,8-二酮与烷基格氏试剂或者环烷基格氏试剂置于第一溶剂中进行格氏反应，格氏反应结束后加水淬灭，并经后处理纯化，得到中间体；
将所述中间体与丙烯酰氯或者甲基丙烯酰氯置于第二溶剂中进行酯化反应，酯化反应结束后，经后处理纯化，得到所述的光刻胶树脂单体。
4.根据权利要求3所述的一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体的合成方法，其特征在于，所述格氏反应的温度为0～30℃；酯化反应的温度为0～70℃。
5.根据权利要求3所述的一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体的合成方法，其特征在于，所述第一溶剂为无水乙醚。
6.根据权利要求3所述的一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体的合成方法，其特征在于，所述第二溶剂为无水四氢呋喃、甲苯和氯仿中的一种。
7.根据权利要求3或6所述的一种由螺[2.5]癸烷-6,8-二酮合成的光刻胶树脂单体的合成方法，其特征在于，所述第二溶剂中添加有三乙胺或者吡啶。
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