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光刻胶是一种具有光敏性的薄膜材料,它是光电信息产业中微细加工技术的关键性基础材料。通常光刻胶由成膜树脂、光致产酸剂、溶剂和一些添加剂组成。光刻胶的配置过程繁杂,且光刻胶性质的影响因素较多,因此研究不使用任何产酸剂及添加剂就能独立显影的新型的光刻胶有良好的发展前景。本论文基于以上目的,利用邻硝基苄酯在紫外光照条件下形成羧酸,可以在碱性水溶液中显影的原理,设计并合成了含有邻硝基苄酯的新型丙烯酸酯类树脂,验证了其在正性光刻胶领域应用的可行性。
本文主要运用原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移反应(RAFT)两种聚合方法合成了光刻胶树脂,甲基丙烯酸环己酯-甲基丙烯酸异冰片酯-甲基丙烯酸邻硝基苄酯(PCHIBNB)。
本论文首先用甲基丙烯酰氯(MAC)与邻硝基苄醇(NBA)反应,合成了感光性单体甲基丙烯酸邻硝基苄酯(NBMA);然后以2-溴异丁酸乙酯(EBIB)为引发剂,甲基丙烯酸环己酯(CHMA)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA)、甲基丙烯酸邻硝基苄酯(NBMA)为单体,运用ATRP方法,合成了光刻胶树脂PCHIBNB,并用核磁共振氢谱(1H NMR)和红外吸收光谱(FT-IR)对单体NBMA、PCHIBNB三元共聚物以及PCHIBNB紫外曝光后的产物PCHIBMA进行结构表征,并用热重分析仪(TGA)研究了PCHIBNB及PCHIBMA的热性能。探讨了单体与引发剂比例、反应温度对ATRP聚合反应的影响,应用凝胶渗透色谱法(GPC)测定了PCHIBNB的分子量及分子量分布指数,确定用ATRP方法聚合PCHIBNB的最佳反应条件为单体配比CHMA∶IBMA∶NBMA为1∶1∶2、单体与引发剂的摩尔比为150∶1、反应温度为70℃。
另外,本论文以溴苯和α-溴丁酸为原料,合成了RAFT链转移剂α-羧基二硫代苯甲酸丙酯(CPDB)。以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,CPDB为链转移剂,CHMA、IBMA、NBMA为单体,用RAFT的方法合成了聚合物PCHIBNB,并用核磁共振氢谱(1H NMR)和红外吸收光谱(FT-IR)对CPDB进行结构表征。分别探讨了链转移剂用量、反应温度对RAFT反应的影响,并确定用RAFT方法合成PCHIBNB的最佳反应条件为单体:链转移剂:引发剂比例为150∶1∶0.25,反应温度为70℃。
最后,将两种不同聚合方法制得的共聚物PCHIBNB分别配置成光刻胶溶液,研究PCHIBNB树脂的光刻性能,确定较佳的光刻工艺条件。
综合实验结果,本论文证明了含邻硝基苄基的丙烯酸酯类光刻胶树脂PCHIBNB在不使用任何产酸剂及添加剂时就能独立显影,验证了其在正性光刻胶领域的应用可行性。