光刻胶配方中主要由基础聚合物、光致酸产生剂和猝灭剂等组成,其中材料的选择、配方的比例和杂质均会影响光刻工艺,对预期蚀刻的线路稳定性带来风险。针对其杂质的鉴定和溯源对于配方优化和研究尤为重要。Waters Xevo G3 QTof结合waters_connect UNIFI软件,可“工程精简”地实现结构确证、杂质溯源。
图1.光刻常用化学品。
光致酸产生剂PAG杂质分析
PAG主要有离子型和非离子型,这两种类型的PAG在其结构中均由产酸部分和光吸收部分组成。对于其结构的研究有助于增加灵敏度和效率。例如对于光吸收部分,可以通过:
引入官能团提高光吸收或降低S+和I+的结合强度;
引入能吸收更多EUV光的原子元素;
引入具有不对称性的官能团,以提高非离子PAG的溶解性。
在本案例中就以碘盐PAG的杂质分析为例(实验条件和硫盐PAG杂质分析案例,扫描文末二维码索取)。
图2.PAG材料设计。
结构确证
使用甲醇溶解后制成不同浓度用于主成分和杂质分析。基于Waters MSE非数据依赖性数据采集、Waters UPLC技术的高效分离能力和软件的拆分能力,可同时获得母离子和碎片离子的信息。借助精确质量数和同位素获得可能的化学式,进一步基于软件匹配到的碎片信息,验证结构的可行性。在该案例中,PAG阴阳离子部分测得的碎片均有发生分子重排,在阳离子的碎片中获得C19H23的特征碎片信息。
图3.PAG阳离子和阴离子的质谱色谱图。
杂质鉴定和溯源
图4.借助共同特征结构查找相关杂质。
图5.PAG杂质鉴定过程。
表6.PAG材料杂质百分比。
沃特世杂质分析流程
沃特世杂质分析解决方案基于一个软件平台waters_connect UNIFI中,实现从二元比对、多元统计数据挖掘,到基于杂质与主成分的关系查找杂质,以及利用已知的合成信息/降解途径,进一步查找和溯源杂质。在纯度把控要求异常严苛的半导体光刻材料、OLED以及超纯化学品杂质分析中均具有广泛的应用(扫描文末二维码,获取杂质分析流程应用讲解视频)。
如您期望获取测试具体分析条件和其他半导体行业分析案例,欢迎扫描下方二维码。
沃特世半导体行业解决方案,涵盖光刻流程中所应用到的化学品分析,从液相色谱分离到高灵敏度质谱表征以及高分辨未知成分定性,提供快速高效的色谱质谱解决方案。从小分子到大分子,从日常质控、过程放行、到配方剖析,涉及光刻胶、蚀刻液、电镀液、研磨液等多种材料分析需求。
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