涉及上百台仪器晶瑞光刻胶研发工艺曝光

  IC光刻胶开发一般会涉及研发设备和测试设备，其中研发设备主要是以混配釜和过滤设备为主，此类设备需考虑纯度控制，设备内通常用PFA内衬或PTFE涂层，避免金属离子析出。

  一般来说会涉及研发设备和测试设备，其中研发设备主要是以混配釜和过滤设备为主，此类设备需考虑纯度控制，设备内通常用PFA内衬或PTFE涂层，避免金属离子析出。测试设备（必备的）ICP-MS、膜厚仪、旋涂机、显影器、LPC、质谱、GPC，另外关于光刻机也是核心部分。

  光刻胶是半导体产业重要的耗材，而有这样一家公司从事光刻胶研发多年，去年却因采购光刻机投入了人们的视野，登上了风口浪尖。

  苏州晶瑞化学股份有限公司（已更名为“晶瑞电子材料股份有限公司”）是一家微电子化学品及其它精细化工品生产商，公司的产品最重要的包含超净高纯试剂、光刻胶、功能性材料以及锂电池粘结剂等，可应用于半导体、光伏太阳能电池、LED等相关行业，具体应用到下游电子信息产品的清洗、光刻、制备等工艺环节。

  其采购光刻机大多数都用在晶瑞化学集成电路用高端光刻胶研发项目。近日，仪器信息网从公开文件了解到该项目的有关信息，涉及工艺流程和仪器配置等信息，详情如下：

  工艺流程及简述：本项目通过小试实验为晶瑞化学股份有限公司生产提供技术支撑，不产生具体产品，实验室在进行实验后得到的合成树脂与光产酸剂用于合成光刻胶，光刻胶性能测试结束后剩余物料作为危险废物委托有资质单位处理，不作为产品营销售卖或外卖。

  因研发中心项目每次开发过程中所使用的化学原料、有几率发生的化学反应等均具有不确定性，因此研发中心项目的流程以实验研发中心为单元进行表示如下：

  a、实验前风险评估：在此阶段科学家将对需进行的研究进行预研发风险分析，并通过相关的安全分析得出需研究项目的试验安全等级，确定试验过程中需采取的安全和环保措施。

  b、风险评估通过后将进入研发小试实验阶段：因研发中心项目每次实验需用到的物料和用量均无法事先设定，需根据具体的研发方向和实验要求来确定，因此研发中心项目的物料使用种类和使用量具有不确定性。但公司从环保角度考虑，研发中心项目各实验室均按标准化实验室做建设，本次研究实验除光刻胶制备与测试在密闭的光刻机中进行，其他实验步骤均在实验室通风橱内进行，通风橱收集率为 90%，光刻机为密闭系统，产生的废气由单独的管道收集，收集率为 98%。收集后的废气经一套“蜂窝活性炭+袋式活性炭”两级活性炭处理装置处理后由 30m 高排气筒 P4 排放。研发中心项目实验过程得到的合成树脂与光产酸剂用于合成光刻胶，光刻胶性能测试结束后剩余物料均收集后作为危废委外处理，有妥善的处理处置方式。

  树脂合成工艺流程简述如下：除氧：常温、常压下，向搭载机械搅拌、冷凝管和温度计的四口烧瓶中持续通入氮气，除去反应瓶中的氧气，氮气作为保护气体，可保护后续反应不受氧气干扰。

  聚合反应：除氧后向四口烧瓶中依次加入反应所需单体，引发剂及适量溶剂后，将四口烧瓶置于油浴锅（加热辅材为硅油）中用机械搅拌器搅拌至四口烧 瓶中的物料搅拌成透明均一的溶液，于设定温度条件下油浴锅加热反应，红外监测反应进程。油浴加热为间接加热，使用硅油作为加热辅材，硅油的沸点高于100摄氏度，油浴加热所需的加热温度为 20~60 摄氏度，该温度下硅油几乎不产生油雾，反应在通风橱中进行。引发剂和溶剂的添加种类与添加量，单体的配比等根据设定的工艺路线及实验的测试结果进行优化。

  该过程使用的单体有：（A）丙烯酸酯类单体（甲基丙烯酸 5-氧代四氢呋喃 -3-基酯，2-甲基 2-金刚烷基甲基丙烯酸酯，丙烯酸叔丁酯）；（B）马来酸酐；（C）降冰片烯；

  加入的溶剂为二氧六环；引发剂为：对甲基苯磺酸、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰，以及氨水。

  反应过程中无废液产生，反应装置使用自来水间接冷却。该反应过程产生 G1-1 有机废气、G1-2 氨气。

  一次清洗、过滤、干燥：使用滴液漏斗将树脂溶液用丙酮稀释，通过滴液漏斗缓慢滴加到 5 倍用量纯水中，将上述混合物倒入布氏漏斗，并用真空泵抽滤，得到白色粉末产物，将得到的产物放置于 65 ℃ 烘箱烘 20h（仪器可定时，烘干结束后自动停止）。树脂沉淀过滤过程中，产生 S1-2 废滤材及 S1-2 清洗废液，均作为危废委托有资质单位做处理。干燥过程产生 G1-2 有机废气。

  金属离子去除：将离子交换树脂填充到离子交换柱中。将醋酸丁酯和聚合物 粉末于烧杯中溶解，并调节体系固含至 15-20 wt%。将树脂溶液直接倒入离子交 换柱中，流经离子交换树脂，循环多次，ICP-MS 金属离子浓度低于 10 ppb。该过程产生固体 G1-3 有机废气、S1-3 离子交换树脂。

  二次清洗、过滤、干燥：将树脂溶液缓慢滴加到去 5 倍用量的纯水中（1L 废水量），抽滤得到白色粉末状聚合物，将得到的产物放置于 65 ℃ 烘箱烘 20h（仪器可定时，烘干结束后自动停止），产生 S1-4 废液、S1-5 废滤材、G1-4 有机废气。

  水分测试：加入卡尔菲休试剂，使用水分仪检测水分含量至 2000ppm，该过程产生 G1-5 有机废气，S1-6 测试废液。

  理化性质测试：树脂经过真空干燥后，在测试实验室中使用四氢呋喃、DMF、四氢呋喃、重水、氘代丙酮、氘代氯仿、DMSO-d6、甘油、丙二醇甲醚醋酸酯、乙腈、丙酮、溴化钾、硝酸钾等溶剂对树脂的理化性质进行测试。通过核磁测试聚合物结构，通过凝胶渗透色谱测定聚合物分子量大小，该过程产生 G1-6 有机废气以及 S1-7 测试废液。

  备料：光产酸剂制备研发实验常用的原料包括：对羟基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、樟脑坤磺酸钠、和三苯基氯化硫鎓盐，二苯基氯化碘鎓盐、醋酸酐、间苯二酚等；

  合成：将光产酸合成所需原料钠盐加入到搭载机械搅拌的四口烧瓶中，用水溶解。

  萃取：通过滴液漏斗向烧瓶中缓慢滴加鎓盐溶液，于室温下反应 3-5 个小时。静止分层，除去上层水溶液，并继续用水洗涤 3 次，用甲醇萃取产物，该工序产生 S7 废液。该工序产生 S2-1 废液以及 G2-2 有机废气。

  干燥、过滤：用无水硫酸钠干燥甲醇萃取液 24h，然后过滤。该工序产生 S2-2 硫酸钠以及 S2-3 废滤材。

  旋蒸：使用旋转蒸发仪将滤液旋蒸后得到产物光产酸剂。该过程产生 G2-3 有机废气。

  样品制备与测试：样品制备所用树脂为实验室自主研发合成，光致产酸剂为自主研发合成；所用溶剂包括：丙二醇甲醚醋酸酯、乳酸乙酯、二甲苯、γ -丁内酯、丁酮、丙二醇单甲醚、醋酸丁酯、石油醚、二甘醇单丁醚、甲基异丁基酮、DMAC、NMP等。调制时根据设定的工艺路线或前次的测试结果选择加入不同的树脂和溶剂。将所用的树脂与光致产酸剂、碱性添加物三辛胺等和溶剂按照一 定的比例混合、溶解。

  样品调制用树脂主要包括：酚醛树脂、重氮萘醌磺酸酯、叠氮类化合物、甲醚化三聚氰胺等。

  光刻胶成膜、烘干：使用匀胶显影涂布机将调制好的光刻胶涂布在硅片上， 涂布好的硅片用100℃热板烘干。

  涂布、烘干过程中光刻胶中的有机溶剂挥发产生 G3-1 有机废气；剩余的光刻胶报废处理，产生 S3-2 废光刻胶。

  光刻胶曝光显影：将冷却至室温的硅片放入曝光机内曝光。曝光结束后将硅片放入显影液中显影，显影后使用纯水清洗硅片即可得到微米或纳米级别图案。

  成像测试：主要通过显微镜、椭偏仪等仪器观察光刻胶图形的成像效果。测试后产生 S3-4 废硅片。

  残余物溶解：加丙酮溶解仪器内残留的光刻胶或树脂，产生溶解废液 S4-1，丙酮挥发产生有机废气 G4-1；

  清洗溶剂：加少量纯水，清洗仪器内残留的废液，产生含有机溶剂的清洗废液 S4-2，丙酮挥发产生有机废气 G4-2；擦拭：使用无尘布蘸取少量丙酮擦拭干净仪器内壁，产生有机废气 G4-3。

  润洗：待仪器干燥后，使用纯水对仪器进行润洗，产生的 W1 润洗水排入污水管网；

  上述流程除光刻胶制备与测试在密闭的光刻机中进行，其他实验步骤均在实 验室通风橱内进行。

  使用纯水对设备进行清洗，使用的工段有：（1）显影工艺中对硅片进行喷淋清 洗；（2）湿法曝光工段中作为镜头与硅片间的浸没液体；该工序产生清洗废液，作为危废委托有资质单位做处理。 纯水使用情况详情见下表：