光刻膠是半導體制造中至關重要的材料,直接影響半導體芯片的制程精度、穩(wěn)定性和良率,是推動半導體技術進步的關鍵因素之一。光刻膠作為配方型產品,其中樹脂的研發(fā)與生產是技術壁壘最高的環(huán)節(jié)。樹脂是一種高分子聚合物物質,那么熱裂解-氣相色譜\質譜(PY_GCMS)成為其研究和組成性能不可或缺的研究手段。其次,光刻膠中的其他添加劑也能通過裂解的方式獲得信息。
在光刻膠的分析中,PY_GCMS 技術可以應用于以下幾個方面:
成分分析:通過分析光刻膠在熱裂解過程中產生的揮發(fā)性小分子化合物,可以推斷其化學組成和結構。
質量控制:通過對光刻膠樹脂進行輪廓分析,可以評估其質量是否符合光刻要求。
配方解析:通過 PY_GCMS 可以穩(wěn)定的、全面的獲得光刻膠成品的組成成分。
PY_GC/SQ與PY_GC/Q-TOF儀器聯(lián)用平臺
成分分析
01 光刻膠成分分析
光刻膠主要由感光樹脂、感光劑、溶劑、添加劑等成分組成, 具體成分會根據(jù)不同的配方而有所不同。如紫外負性膠的主要成分包括環(huán)化聚異戊二烯橡膠、2,6- 雙(4'- 疊氮亞芐基)-4- 甲基環(huán)己酮、甲苯等芳香烴溶劑以及必要的添加劑。紫外正性光刻膠的核心成分包括甲酚醛樹脂、重氮萘醌磺酸酯類光敏劑、溶劑和增感劑、增韌劑和附著力促進劑等添加劑。
通過 PY-GCMS 聯(lián)用儀器能夠實現(xiàn)直接原樣品分析,無需經過溶解與提取步驟,最大程度保持樣品的原始性能,結合 GCMS 出色的分離和強大的譜庫定性能力,能夠定性出絕大部分物質成分。對于譜庫之外的物質,也可以通過 GC/Q-TOF 高分辨質譜給出合理的結構解析。
02 單體與端基研究
樹脂是光刻膠生產中最難突破的環(huán)節(jié),其發(fā)生聚合的順序直接影響到光刻的性能。特別一些高端光刻膠,如 ArF 光刻膠中所含的樹脂單體不止一種,而是 2-3 種單體共聚而成。對于樹脂組成單體的研究及端基的類型等信息,可以通過裂解樹脂聚合物產生的單體及基團被 GCMS 儀器檢測與數(shù)據(jù)解析獲得。
03 雜質定性分析
光刻膠配方產品中雜質定性,是生產先進制程光刻膠產品的重要考量因素,對雜質的準確定性,能夠快速而有效的指導和改進生產工藝和流程。作為合成過程中的產物,往往這些雜質成分都是一些未知物,即無法通過譜庫檢索得到。然而,通過 GC/Q-TOF 高分辨質譜能夠獲得很好的定性結果。
對未知雜質進行低能 EI(12eV)分析,獲得分子離子峰,如下圖所示:
通過分子離子峰和同位素信息,計算得到分子式。再把分子離子峰打碎,獲得二級質譜信息,導入 MSC 軟件作雜質結構推導,如下圖所示:
質量控制
光刻膠的光刻效果直接反應了光刻膠的質量,那么在光刻膠的生產過程中如何控制其質量就顯得格外重要。控制光刻膠的質量往往需要多種手段并行,除了我們所熟知的單體殘留檢測(液相色譜)、分子量和分子量分布測量(GPC)、樹脂的極性分析(聚合物梯度洗脫色譜 GPEC)等;對于光刻膠樹脂綜合性質的表征,可以通過 PY-GCMS 來實現(xiàn),從而達到控制樹脂生產的質量。
由于樹脂聚合的順序不一樣,造成了其結構的穩(wěn)定性和均一性存在差異,在裂解的過程中表現(xiàn)出不同的色譜行為,從而可以區(qū)分產品之間的差異。
配方解析
光刻膠逆向工程,依賴多個儀器平臺共同分析,并且數(shù)據(jù)結果相互補充與互通,才能加快國產替代的進程。那么,作為 PY-GCMS 儀器聯(lián)用平臺是其中不可或缺的一環(huán),基于上面所談到的分析內容,在這里作一些歸納性總結。
01 快速分析成分:無需對光刻膠樣品進行前處理,可直接進樣分析獲得樣品中多種成分。
02 出色的分離度與穩(wěn)定性:基于氣相色譜出色的分離能力和質譜 EI 離子源穩(wěn)定的電離能力,能夠獲得清晰、穩(wěn)定、重現(xiàn)性較好的樣品譜圖結果,便于做樣品間的差異比較。
03 樹脂單體分析:裂解的方式對于樹脂單體類型的分析具有較好的效果。
04 樹脂聚合物溫度屬性研究:逸出氣體分析(EGA)裂解曲線,考察連續(xù)溫度變化對樹脂樣品穩(wěn)定形態(tài)的影響。
結語
對于光刻膠產業(yè)而言,PY_GCMS 儀器聯(lián)用平臺是被行業(yè)所認可的一種分析手段。安捷倫提供常規(guī)分析氣相色譜質譜和高分辨氣相色譜質譜平臺產品,對于研究低端與高端光刻膠提供更全面、更專業(yè)、更可靠的解決方案。
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