CN112645849A - 一种由松香酸合成的磺酸锍盐类光产酸剂及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及光刻胶领域,特别涉及一种由松香酸合成的磺酸锍盐类光产酸剂及其合成方法。
背景技术
光刻技术是指利用光刻胶在可见光、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、光产酸剂、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。
光产酸剂是光刻胶的光活性成分,其在辐射下产生酸。目前,离子型硫鎓盐类光产酸剂最为常见。光刻胶的设计离不开光产酸剂的设计和合成,设计光产酸剂需要考虑光产酸剂的量子效率、透光能力、酸的扩散以及亲水亲油平衡。这些性能会影响光刻胶的分辨率、线宽粗糙度和图像的轮廓。传统的硫鎓盐因为含苯环结构,在193nm透明度较差,对于后续曝光存在影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种由松香酸合成的磺酸锍盐类光产酸剂及其合成方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
本发明一种由松香酸合成的磺酸锍盐类光产酸剂,所述光产酸剂的结构式为:
作为本发明的一种优选技术方案,所述光产酸剂包括光产酸剂Ⅰ和光产酸剂Ⅱ:
作为本发明的一种优选技术方案,所述光产酸剂包括:
一种光产酸剂Ⅰ的合成方法,所述合成方法为:
M为碱金属;R2为氟代烷基;
第一步:将1当量的松香酸和1当量的化合物Ⅰ-1加入到甲苯中,加入0.1~0.2当量的酸催化剂,将反应液回流15~20小时,反应液冷却后过滤得到固体,固体用乙腈清洗,将混合的乙腈溶液进行浓缩,并加入到甲基叔丁基醚中进行打浆,过滤上述混合液,收集烘干滤饼得到中间体Ⅰ-2;
第二步:在惰性气体保护下,将1当量的(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷和1当量的四亚甲基亚砜溶解在氯仿中,冷却至-20~-40摄氏度,在20~40分钟内慢慢加入1~1.5当量的三氟乙酸酐,搅拌反应20~40分钟,在搅拌下加入1当量的中间体Ⅰ-2的饱和水溶液,搅拌反应0.5~1.5小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产品用甲基叔丁基醚洗涤,得到光产酸剂Ⅰ。
作为本发明的一种优选技术方案,所述酸催化剂为对甲苯磺酸或者硫酸。
作为本发明的一种优选技术方案,所述M为钾、钠或者锂。
一种光产酸剂Ⅱ的合成方法,所述合成方法为:
M为碱金属;R2为氟代烷基;
第一步:将1当量的松香酸溶解到无水四氢呋喃中,冷却到0~5摄氏度,在惰性气体保护下,缓慢添加1.5~2.5当量的氢化铝锂,反应液加热回流10~16小时,冷却到0摄氏度,用氢氧化钠和水淬灭反应,过滤,滤饼用四氢呋喃洗涤,滤液用无水硫酸钠干燥,真空下浓缩得到中间体Ⅱ-1;
第二步:将1当量的中间体Ⅱ-1(9g,31mmol),1~1.1当量的化合物Ⅱ-2加入到甲苯中,加入0.1~0.2当量的酸催化剂,反应液回流14~18小时,反应液冷却后过滤得到固体,固体用乙腈清洗,将混合的乙腈溶液进行浓缩,并加入到甲基叔丁基醚中进行打浆,过滤,收集烘干滤饼得到中间体Ⅱ-3;
第三步:在惰性气体保护下,将1当量的(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷和1当量的四亚甲基亚砜溶解在氯仿中,冷却至-20~-40摄氏度,在20~40分钟内慢慢加入1~1.5当量的三氟乙酸酐,搅拌反应20~40分钟,在搅拌下加入1当量的中间体Ⅱ-3的饱和水溶液,搅拌反应0.5~1.5小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产品用甲基叔丁基醚洗涤,得到光产酸剂Ⅱ。
作为本发明的一种优选技术方案,所述M为钾、钠或者锂。
作为本发明的一种优选技术方案,所述酸催化剂为对甲苯磺酸或者硫酸。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)松香酸分子量较大,合成的光产酸剂具有较大分子量,可以降低光产酸剂的扩散,有利于改善边缘粗糙度,减小线宽粗糙度,提高分辨率。
(2)光产酸剂不含苯环结构,在193nm下更具透明性,有利于193nm光源下的曝光。
(3)光产酸剂含有多个脂肪环,具有优良的耐刻蚀性能。
(4)光产酸剂亲水亲油平衡,既具有合适的粘附力,又具有优秀的溶解性,溶解更加均匀。
(5)合成路线简单。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
实施例1:
第一步:将松香酸1-1(10g,33.1mmol),1,1-二氟-2-羟基乙烷-1-磺酸钠(6.1g,33.1mmol)加入到甲苯(100g)中,加入对甲苯磺酸(0.8g,4.6mmol),将反应液加热回流16小时,反应液冷却后过滤得到固体,固体用乙腈(100g×3)清洗三次,将混合的乙腈溶液浓缩,并加入到甲基叔丁基醚(100g)中进行打浆,过滤上述混合液,收集烘干滤饼得到固体化合物1-2(12.5g,26.7mmol,收率80.6%);
第二步:在氮气流保护下,将(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷(4.5g,26.7mmol)和四亚甲基亚砜(2.8g,26.9mmol)溶液在氯仿(250g)中,冷却至-30摄氏度,在30分钟内慢慢加入三氟乙酸酐(8g,38.1mmol),搅拌反应30分钟,在搅拌下加入1-2(12.5g,26.7mmol)的饱和水溶液,搅拌反应1小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿(60g×3)萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产品用甲基叔丁基醚(50g)洗涤,得到光产酸剂1-3(13.2g,21.0mmol,收率78.7%)。
实施例2:
第一步:将松香酸2-1(10g,33.1mmol)、1,1,2,2-四氟-3-羟基丙烷-1-磺酸钠(7.7g,32.9mmol)和硫酸(0.5g,5.1mmol)加入到甲苯(150g)中,加热回流18小时并且冷却至室温。过滤该混合物得到固体,固体用乙腈(100g×3)清洗三次。将混合的乙腈溶液进行浓缩,并加入到甲基叔丁基醚(100g)中进行打浆,过滤上述混合液,收集烘干滤饼,得到中间体2-2(13.5g,26.0mmol,收率78.7%)。
第二步:在氮气流保护下,将(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷(4.4g,26.1mmol)和四亚甲基亚砜(2.7g,25.9mmol)溶解在氯仿(200g)中,冷却至-30摄氏度,在30分钟内慢慢加入三氟乙酸酐(6.5g,30.9mmol),搅拌反应30分钟,在搅拌下加入2-2(13.5g,26.0mmol)的饱和水溶液,搅拌反应1小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿(100g×3)萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产品用甲基叔丁基醚(50g)洗涤,得到光产酸剂2-3(14g,20.6mmol,收率79.2%)。
实施例3:
第一步:将松香酸(10g,33.1mmol)溶解到无水四氢呋喃(100g)中,用冰水浴冷却到0摄氏度,在氮气流保护下,缓慢添加氢化铝锂(2.5g,65.9mmol),反应液加热回流12小时,反应液冷却到0摄氏度,加入2.5g水,慢慢滴加15%氢氧化钠溶液(6g),再加入7.5g水,升至室温搅拌半小时,加入四氢呋喃50g稀释,用装有硅藻土的漏斗进行过滤,滤饼用四氢呋喃(50g)洗涤,滤液用无水硫酸钠干燥,真空下浓缩得到中间体3-2(9.1g,31.5mmol,收率:95.4%)。
第二步:将中间体3-2(9.1g,31.5mmol),羧基二氟甲磺酸钠(6.2g,31.3mmol)加入到甲苯(100g)中,加入对甲基苯磺酸(0.8g,4.6mmol),将反应液加热回流16小时,反应液冷却后过滤得到固体,固体用乙腈(100g×3)清洗三次,将混合的乙腈溶液进行浓缩,并加入到甲基叔丁基醚(100g)中进行打浆,过滤上述混合液,收集烘干滤饼得到中间体3-3(12.3g,26.3mmol,收率:83.2%)。
第三步:在氮气流保护下,将(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷(4.4g,26.1mmol)和四亚甲基亚砜(2.7g,25.9mmol)溶解在氯仿(150g)中,冷却至-30摄氏度,在30分钟内慢慢加入三氟乙酸酐(6g,28.6mmol),搅拌反应30分钟,在搅拌下加入3-3(12.3g,26.3mmol)的饱和水溶液,搅拌反应1小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿(100g×3)萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产物用甲基叔丁基醚(50g)洗涤,得到光产酸剂3-4(13.5g,21.5mmol,收率:81.8%)。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
4.如权利要求2所述的一种光产酸剂Ⅰ的合成方法,其特征在于,所述合成方法为:
M为碱金属;R2为氟代烷基;
第一步:将1当量的松香酸和1当量的化合物Ⅰ-1加入到甲苯中,加入0.1~0.2当量的酸催化剂,将反应液回流15~20小时,反应液冷却后过滤得到固体,固体用乙腈清洗,将混合的乙腈溶液进行浓缩,并加入到甲基叔丁基醚中进行打浆,过滤上述混合液,收集烘干滤饼得到中间体Ⅰ-2;
第二步:在惰性气体保护下,将1当量的(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷和1当量的四亚甲基亚砜溶解在氯仿中,冷却至-20~-40摄氏度,在20~40分钟内慢慢加入1~1.5当量的三氟乙酸酐,搅拌反应20~40分钟,在搅拌下加入1当量的中间体Ⅰ-2的饱和水溶液,搅拌反应0.5~1.5小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产品用甲基叔丁基醚洗涤,得到光产酸剂Ⅰ。
5.根据权利要求4所述的一种光产酸剂Ⅰ的合成方法,其特征在于,所述酸催化剂为对甲苯磺酸或者硫酸。
6.根据权利要求4或5所述的一种光产酸剂Ⅰ的合成方法,其特征在于,所述M为钾、钠或者锂。
7.如权利要求2所述的一种光产酸剂Ⅱ的合成方法,其特征在于,所述合成方法为:
M为碱金属;R2为氟代烷基;
第一步:将1当量的松香酸溶解到无水四氢呋喃中,冷却到0~5摄氏度,在惰性气体保护下,缓慢添加1.5~2.5当量的氢化铝锂,反应液加热回流10~16小时,冷却到0摄氏度,用氢氧化钠和水淬灭反应,过滤,滤饼用四氢呋喃洗涤,滤液用无水硫酸钠干燥,真空下浓缩得到中间体Ⅱ-1;
第二步:将1当量的中间体Ⅱ-1(9g,31mmol),1~1.1当量的化合物Ⅱ-2加入到甲苯中,加入0.1~0.2当量的酸催化剂,反应液回流14~18小时,反应液冷却后过滤得到固体,固体用乙腈清洗,将混合的乙腈溶液进行浓缩,并加入到甲基叔丁基醚中进行打浆,过滤,收集烘干滤饼得到中间体Ⅱ-3;
第三步:在惰性气体保护下,将1当量的(环己-1,5-二烯基氧基)-三甲基-硅烷和1当量的四亚甲基亚砜溶解在氯仿中,冷却至-20~-40摄氏度,在20~40分钟内慢慢加入1~1.5当量的三氟乙酸酐,搅拌反应20~40分钟,在搅拌下加入1当量的中间体Ⅱ-3的饱和水溶液,搅拌反应0.5~1.5小时,反应结束恢复到室温,分离水和氯仿,水相用氯仿萃取,氯仿相在真空下浓缩,得到粗产物,粗产品用甲基叔丁基醚洗涤,得到光产酸剂Ⅱ。
8.根据权利要求7所述的一种光产酸剂Ⅱ的合成方法,其特征在于,所述M为钾、钠或者锂。
9.根据权利要求7或8所述的一种光产酸剂Ⅱ的合成方法,其特征在于,所述酸催化剂为对甲苯磺酸或者硫酸。
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