[发明专利]一种星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃、正性光刻胶、正性光刻胶涂层及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体地涉及一种星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃、正性光刻胶、正性光刻胶涂层及其应用。

背景技术

光刻胶(又称光致抗蚀剂)是一类通过光束、电子束、离子束或x射线等能量辐射后，溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，在集成电路和半导体分立器件的微细加工中也有着广泛的应用。通过将光刻胶涂覆在半导体、导体和绝缘体上，经曝光、显影后留下的部分对底层起保护作用，然后采用蚀刻剂进行蚀刻就可将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工的衬底上，因此光刻胶是微细加工技术中的关键性材料。半导体工业的迅速发展对光刻技术提出了越来越高的要求，从最早的g线(436nm)光刻，i线(365nm)光刻，深紫外248nm光刻，到目前的193nm光刻，以及下一代最有发展前景的极紫外（EUV，13.5nm）光刻，光刻技术的分辨率从微米级发展到纳米级，相应的对光刻胶也提出了更高的要求，开发新型具有高分辨率、高灵明度、低边缘粗糙度的光刻胶，使其综合性能满足光刻工艺的要求成为目前光刻技术的发展重要任务。

目前，商品化的光刻胶主体材料通常采用分子量5000～15000道尔顿的低分子量聚合物，但是聚合物材料通常由于分子体积太大、分子量多分散以及分子链缠绕等原因而影响光刻图案的分辨率。分子玻璃（MolecuarGlasses）是一类的具有特殊结构和功能的小分子化合物，这类小分子化合物具有确切的分子结构、单分散性以及小的回旋半径，同时兼具有聚合物的热稳定性和成膜性，有望成为一类新的光刻胶主体材料（Adv.Mater.2008,20,3355）。常见的分子玻璃主要是一些具有拓扑结构的支状或环状结构化合物，如多苯环连接的刚性结构（J.Mater.Chem.2008,18,1903;Chem.Mater.2008,20,1606），杯芳烃结构（J.Mater.Chem.2008,18,3588;J.Mater.Chem.2010,20,4445）等，具有这些结构的分子玻璃通常表现出较高的玻璃化温度(Tg)和很好的成膜性，能够满足光刻加工工艺的要求。

四苯基乙烯类化合物是目前研究较多的一类发光化合物（Chem.Soc.Rev.,2011,40,5361;Chem.Commun.2009，4332），具有相互交叉的星形结构，四个不共平面苯环结构可以有效地抑制分子间的结晶，有助于成膜，同时四苯基乙烯具有一定的刚性，玻璃化温度高，热稳定性好，设计合成基于四苯基乙烯结构为核心的分子玻璃将有助于提高分子玻璃的玻璃化温度和成膜性能。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃，该分子玻璃在各种极性溶剂中均有好的溶解性，采用旋涂法（Spin Coating）可制得良好的薄膜；可作为光刻胶与其他的添加剂配合制成正性光刻胶用于光刻。

为解决第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃，具有如下分子结构：

其中，取代基R为酸敏感性取代基团。

优选地，所述酸敏感性取代基团为碳原子数小于12的烷烃类碳酸酯取代基或烷烃类α-醋酸酯取代基；

更优选地，所述酸敏感性取代基团为具有如下结构的基团：

式中，表示与苯环的连接键。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种上述星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃的制备方法，包括以下制备步骤：

1)在高纯氮气或氩气保护下，将四(4-溴苯基)乙烯和含甲氧基取代基的苯基硼化物以摩尔比为1：4～8的比例混合，向其中加入4～8当量，浓度为2M的碳酸钠溶液以及催化量的四(三苯基膦)钯，在甲苯中在50～70℃条件下反应 6～24小时，得到甲氧基取代四苯基乙烯衍生物；

2)将步骤1)得到的甲氧基取代四苯基乙烯衍生物与BBr3以摩尔比1：6～18混合，在干燥的二氯甲烷中在-50～-80℃条件下反应，之后逐渐升温到室温，并继续在室温反应，生成外围带有酚羟基的四苯基乙烯衍生物；

3)在高纯氮气或氩气保护下，将步骤2)得到的外围带有酚羟基的金刚烷衍生物与含酸敏感性取代基的化合物以摩尔比为1：4～18混合，加入催化量的弱碱为催化剂，在极性溶剂中，在25～60℃条件下反应10～48小时，得到星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃。