光可逆的纳米压印光刻胶及其制备和应用方法 技术领域 本发明涉及的是一种微纳米加工技术领域的材质和方法, 具体是一种光可逆的纳 米压印光刻胶及其制备和应用方法。
背景技术 纳米压印技术 (Nanoimprint Lithography, NIL) 由普林斯顿大学 (Princeton University) 的 Stephen Y.Chou 教授在 1995 年首先提出, 并在近年来得到了很多的关注和 发展。与其他光刻技术相比, 由于省去了光学光刻掩模板和光学成像设备的成本, 因此 NIL 具有低成本、 高分辨率、 高产能等优点。同时, 其制备高分辨率微 / 纳米尺度图形的特点, 使 其可应用的范围十分广泛, 包括电子、 生物和光子晶体等领域。
目前, 纳米压印技术产业化最大的挑战是压印的可重复性和模板的利用率, 因为 在压印过程中, 传统压印的承载体模板是石英制作, 不仅成本昂贵, 同时极易破碎, 反复工 作后, 刻蚀胶容易粘在模板表面, 这些残留固化聚合物极易破坏结构的复制精密度。 所以避 免残留胶体粘在模板表面是非常有必要的。最近, 纳米压印技术的发展基本上集中在开发 新的软模板, 氟化模板表面技术, 或者直接在胶体中添加含氟表面活性剂自组装形成表面 单分子层 (SAM) 提高表面疏水性能, 以便提高模板的利用率, 减少工业化成本。但这些方法 存在的问题是进行模板表面处理时需要高温加热处理和高压, 同时表面氟化不是一劳永逸 的, 重复压印数几十次后, 不仅需要清洁表面残留固体, 同时需要在次氟化模板表面, 影响 大规模化的工艺要求。本发明旨在开发一种新型的光可逆的光刻胶, 利用光可逆的性质使 固化的聚合物降解重新溶解在有机溶剂中, 减少常规清洁模板表面的方法对模板的损害, 同时模板表面的残留固化光刻胶只需简便的处理过程即可清洗, 减少表面氟化工艺次数。
经过对现有技术的检索发现, 目前针对具有可逆性质的光刻胶的方法比较少, 同 时绝大多数的可逆胶是热可逆, 需要高温处理分解固化光刻胶, 过程繁琐。 同时在热处理过 程中, 对模板表面修饰的含氟化合物有破坏作用, 以及热可逆的反应过程中可能产生酸性 或碱性的物质, 对石英模板微结构有破坏作用。 本发明针对上述缺点, 发明了一种光可逆的 交联剂, 并进一步的制备了光可逆的纳米压印胶。 利用光可逆的性质, 模板表面残留聚合物 在温和的条件下即可以分解溶解在溶剂中, 整个过程对模板含氟层基本没影响, 同时减少 了热处理的产物对模板的腐蚀作用, 提高了模板的利用率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足, 提供一种光可逆的纳米压印光刻胶及其制 备和应用方法, 制备得到的光刻胶的光可逆的特性有效减少了常规清洁模板表面的方法对 模板的损害, 同时利用该光刻胶制备出了大面积高精度的纳米尺寸图形结构, 并且具有较 高的抗刻蚀性能。
本发明是通过以下技术方案实现的 :
本发明涉及一种制备光刻胶的交联剂, 其分子结构式为 :其中 : R1、 R2、 R3 和 R4 分别为氢原子、 C1-C10 烷基、 C1-C10 烷氧基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C10 烯基、 C2-C10 炔基或 C3-C10 环烷基, n 是 1-10 的整数。
所述的 R1 优选氢、 C1-C6 烷基、 C1-C6 烷氧基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C6 烯基、 C2-C6 炔 基或 C3-C6 环烷基 ; 进一步优选氢或甲基。
所述的 R2 优选氢、 C1-C6 烷基、 C1-C6 烷氧基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C6 烯基、 C2-C6 炔 基或 C3-C6 环烷基 ; 进一步优选氢或甲基。
所述的 R3 优选氢原子、 C1-C10 烷基、 C1-C10 烷氧基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C10 烯基、 C2-C10 炔基或 C3-C10 环烷基 ; 进一步优选氢或甲基。
所述的 R4 优选氢原子、 C1-C10 烷基、 C1-C10 烷氧基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C10 烯基、 C2-C10 炔基或 C3-C10 环烷基 ; 进一步优选氢或甲基。
所述的 n 优选 1-8 的整数 ; 进一步优选 2 或 3。
所述的制备光刻胶的交联剂, 其分子结构式优选为 :
本发明涉及上述交联剂的制备方法, 包括如下步骤 : 第一步、 使香豆素化合物和卤代醇反应, 形成以下结构所示的香豆素衍生物 :
所述的香豆素化合物的结构式为 :
所述的卤代醇的结构式为 :式中 : R1 选自氢原子、 C1-C10 烷基、 C1-C10 烷氧基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C10 烯基、 C2-C10 炔基和 C3-C10 环烷基 ; X 是卤素 ; n 表示 1-10 的整数 ;
第二步、 使香豆素衍生物和卤代乙酰化合物反应, 制备得到交联剂 ;
所述的卤代乙酰化合物的结构式为 :
式中 : X 是卤素 ; R2、 R3 和 R4 各自独立地选自选自氢原子、 C1-C10 烷基、 C1-C10 烷氧 基、 卤素、 氰基、 羟基、 C2-C10 烯基、 C2-C10 炔基和 C3-C10 环烷基。
本发明的涉及上述交联剂制备得到的光可逆的纳米压印光刻胶, 其组分及质量百 分比含量为 : 光可逆交联剂 5 ~ 50%、 光聚合性化合物 5 ~ 80%以及为光聚合引发剂或光 产酸剂 0.1%~ 15%, 各组分的重量之和为 100%。
所述的光可逆交联剂优选丙烯酸 2-[(4- 甲基香豆素基 -7- 基 ) 氧基 ]- 乙酯 (AHEMC)、 丙烯酸 2-[(2- 氧代 -2H-1- 苯并吡喃 -7- 基 ) 氧基 ]- 乙酯 (AHEC) 或甲基丙烯酸 2-[(4- 甲基香豆素基 -7- 基 ) 氧基 ]- 乙酯 (MAHEMC)。
所述的光聚合性化合物是指 : 具有至少一个聚合性基团的光聚合性化合物包括 : 丙烯酸酯化合物、 甲基丙烯酸酯化合物、 环氧化合物、 氧杂环丁烷化合物、 乙烯基醚化合物 或苯乙烯化合物中的一种或其组合, 如: ( 甲基 ) 丙烯酸苯氧基二醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸苯氧 基乙二醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸 2- 苯氧基乙酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸苯氧基聚乙二醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸正丁酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸叔丁酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸甲氧基三乙二醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸 甲氧基聚乙二醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸山
醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸苄酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸 1- 金刚烷基酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸异冰 片酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸十三烷基酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸月桂醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸辛氧基聚乙 二醇酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸 2- 羟基 -3- 苯氧基丙酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸异硬脂醇酯、 ( 甲基 ) 丙 烯酸月桂醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸聚乙二醇酯、 乙氧基化双酚 A 二 ( 甲基 ) 丙烯酸酯、 丙氧 基化双酚 A 二 ( 甲基 ) 丙烯酸酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸 1, 10- 癸二醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸环
癸烷二甲醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸乙氧基化 -2- 甲基 1, 3- 丙二醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸二 乙二醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸 1, 4- 丁二醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸新戊二醇酯、 二 ( 甲基 ) 丙 烯酸 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5- 八氟 -1, 6- 己酯、 ( 甲基 ) 丙烯酸 2- 羟基 -3- 丙烯酰氧基丙酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸亚乙酯、 丙氧基化乙氧基化双酚 A 二 ( 甲基 ) 丙烯酸酯、 二 ( 甲基 ) 丙烯酸 1, 6- 己二醇酯、 但不限定于此。它们可单独使用或 2 种以上组合使用。
所述的环氧化合物包括 : 双酚 A 二缩水甘油醚、 双酚 F 二缩水甘油醚、 双酚 S 二缩 水甘油醚、 溴化双酚 A 二缩水甘油醚、 溴化双酚 F 二缩水甘油醚、 溴化双酚 S 二缩水甘油醚、 氢化双酚 A 二缩水甘油醚、 氢化双酚 F 二缩水甘油醚、 氢化双酚 S 二缩水甘油醚、 1, 4- 丁二 醇二缩水甘油醚、 1, 6- 己二醇二缩水甘油醚、 甘油三缩水甘油醚、 三羟甲基丙烷三缩水甘油 醚、 聚乙二醇二缩水甘油醚等, 但不限定于此。它们可单独使用或 2 种以上组合使用。
所述的氧杂环丁烷化合物包括 : 3- 乙基 -3- 羟甲基氧杂环丁烷、 3-( 甲基 ) 烯丙氧 基甲基 -3- 乙基氧杂环丁烷、 (3- 乙基 -3- 氧杂环丁基甲氧基 ) 甲基苯、 4- 氟 -〔1-(3- 乙 基 -3- 氧杂环丁基甲氧基 ) 甲基〕 苯、 4- 甲氧基 -〔1-(3- 乙基 -3- 氧杂环丁基甲氧基 ) 甲 基〕 苯、 〔1-(3- 乙基 -3- 氧杂环丁基甲氧基 ) 乙基〕 苯基醚、 异丁氧基甲基 (3- 乙基 -3- 氧 杂环丁基甲基 ) 醚、 异冰片氧基乙基 (3- 乙基 -3- 氧杂环丁基甲基 ) 醚、 异冰片基 (3- 乙 基 -3- 氧杂环丁基甲基 ) 醚等, 但不限定于此。它们可单独使用或 2 种以上组合使用。
所述的乙烯基醚化合物包括 : 正丙基乙烯基醚、 正丁基乙烯基醚、 正己基乙烯基 醚、 叔丁基乙烯基醚、 叔氨基乙烯基醚、 环己基乙烯基醚、 芳基乙烯基醚、 十二烷基乙烯基 醚、 乙二醇丁基乙烯基醚、 乙基己基乙烯基醚、 异丁基乙烯基醚、 聚乙二醇甲基乙烯基醚、 三 乙二醇甲基乙烯基醚、 三乙二醇二乙烯基醚、 丁二醇二乙烯基醚、 环己烷二甲醇二乙烯基 醚、 二乙二醇二乙烯基醚、 己二醇二乙烯基醚、 四乙二醇二乙烯基醚、 1, 4- 丁二醇二乙烯基 醚、 三环癸烷二甲醇二乙烯基醚、 三甲氧基丙烷三乙烯基醚等, 但不限定于此。它们可单独 使用或 2 种以上组合使用。
所述的苯乙烯化合物包括 : 苯乙烯、 对甲基苯乙烯、 对甲氧基苯乙烯、 β- 甲基苯 乙烯、 对甲基 -β- 甲基苯乙烯、 α- 甲基苯乙烯、 对甲氧基 -β- 甲基苯乙烯、 对羟基苯乙烯 等, 但不限定于此。它们可单独使用或 2 种以上组合使用。
所述的光聚合性化合物优选为具有至少一个聚合性基团的环状结构的光聚合性 化合物, 所述的环状结构为脂肪族环或芳香族环 ;
所述的脂肪族环包括 : 碳数 4 ~ 12 的环烷基和这些基团的氢原子被任意取代基取 代而得的基团 ;
所述的芳香族环包括 : 苯基、 萘基、 呋喃基、 吡咯基等和这些基团的氢原子被任意 取代基取代而得的基团。
所述的聚合性基团优选烯键式不饱和键, 更优选 ( 甲基 ) 丙烯酸酯、 乙烯基醚、 烯 丙基醚或苯乙烯中的任一种, 从感光性树脂组合物的固化性的角度考虑, 更优选 ( 甲基 ) 丙 烯酸酯。在本发明的一个优选实例中, 选自甲基丙烯酸苄酯, 苯氧基乙二醇丙烯酸酯。
所述的光聚合性化合物为具有二个以上的聚合性基团的环状结构的光聚合性化 合物, 其位于光可逆的纳米压印光刻胶中的质量百分比为 5 ~ 60 %, 进一步优选为 15 ~ 40%。
所述的光聚合引发剂包括 : 2, 2- 二甲氧基 -1, 2- 二苯基乙烷 -1- 酮、 1- 羟基 - 环己基 - 苯基 - 酮、 2- 羟基 -2- 甲基 -1- 苯基 - 丙烷 -1- 酮、 二苯酮、 1-[4-(2- 羟基乙氧基 )- 苯 基 ]-2- 羟基 -2- 甲基 -1- 丙烷 -1- 酮、 2- 甲基 -1-[4-( 甲硫基 ) 苯基 ]-2- 吗啉代 - 丙 烷 -1- 酮、 2- 苄基 -2- 二甲基氨基 -1-(4- 吗啉代苯基 )- 丁酮 -1、 双 (2, 6- 二甲氧基苯甲酰 基 )-2, 4, 4- 三甲基 - 戊基氧化膦、 2- 羟基 -2- 甲基 -1- 苯基 - 丙烷 -1- 酮、 双 (2, 4, 6- 三 甲基苯甲酰基 )- 苯基氧化膦、 双 (η5-2, 4- 环戊二烯 -1- 基 )- 双 (2, 6- 二氟 -3-(1H- 吡 咯 -1- 基 )- 苯基 ) 钛、 2-( 二甲基氨基 )-2-[(4- 甲基苯基 ) 甲基 ]-1-[4-(4- 吗啉基 ) 苯 基 ]-1- 丁酮, 优选 2- 甲基 -1-[4-( 甲硫基 ) 苯基 ]-2- 吗啉代 - 丙烷 -1- 酮。
所述的光产酸剂包括 : 重氮盐、 碘盐、 溴盐、 氯盐、 硫盐、 硒盐、 吡喃盐、 噻喃盐、 吡啶 盐等盐 ; 三 ( 三卤代甲基 )-s- 三嗪及其衍生物等卤化化合物 ; 磺酸的 2- 硝基苄酯 ; 亚氨基 磺酸酯 ; 1- 氧代 -2- 重氮萘醌 -4- 磺酸酯衍生物 ; N- 羟基亚氨基磺酸酯 ; 三 ( 甲磺酰氧基 ) 苯衍生物 ; 双磺酰基重氮甲烷类 ; 磺酰基羰基链烷类 ; 磺酰基羰基重氮甲烷类 ; 二砜化合物 等。
本发明涉及上述光可逆的纳米压印光刻胶的制备方法, 通过将光可逆交联剂、 光 引发剂和光聚合性化合物混合后制备得到光可逆的纳米压印光刻胶。
本发明涉及上述光可逆的纳米压印光刻胶的应用方法, 通过将所述光刻胶溶解于 无水氯仿中并稀释至质量浓度 5%后, 通过 0.2 微米的过滤器对光刻胶溶液进行微滤后置 于避光冷冻环境下保存或用于刻蚀半导体硅片。 所述的光可逆的纳米压印光刻胶在常温 (15 ~ 30℃ ) 下其单体及低聚物呈液态, 在 25℃下的粘度在 20mPa·s 以下的范围内, 较好是在 3 ~ 15mPa·s 的范围内, 更好是在 8 ~ 13mPa·s 的范围内。通过使其具有这样的粘度, 可赋予固化前的微细凹凸图案的形成 能力、 涂布性能及其它加工性能, 在固化后可赋予析像性、 残膜特性、 基板密合性或其它诸 多方面均良好的涂膜物性。感光性树脂组合物的粘度如果超过 20mPa·s, 则对凹凸图案的 随动性差, 需要更长的时间和更强的加压来将其填充至模具。
本发明针对传统压印光刻胶难处理的技术问题, 设计并合成出一种具有光可逆性 质的交联剂, 进而制备得到适用于纳米压印的光刻胶。 与现有的光刻胶相比, 其技术效果包 括:
1. 低黏度, 便于旋涂涂覆与压印工艺操作。
2. 光可逆, 便于清洁模板表面, 提高模板的工作效率。
3. 低压力, 充分减少因为高压对模板造成的损害。
4. 低收缩, 保证固化过程中的最小变形量, 保证高的复型精度。
5. 抗刻蚀好, 可以提高基材的刻蚀效率, 便于图形转移, 保证刻蚀精度。
附图说明
图 1 描述了本发明所述中间体 HEMC 的核磁共振谱。 图 2 描述了本发明所述交联剂 AHEMC 的核磁共振谱。 图 3 描述了压印与图形转移的工艺流程。 图 4 描述了 AHEMC- 光刻胶 -1 压印后的 SEM 图。 图 5 描述了图形转移至硅基底的 SEM 图。 图 6a 描述了光刻胶涂层经过 365nm 波段的紫外曝光后的紫外光谱。图 6b 描述了光刻胶涂层经过 254nm 波段的紫外曝光后的紫外光谱。具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明, 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施, 给出了详细的实施方式和具体的操作过程, 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
实施例 1 光可逆交联剂丙烯酸 2-[(4- 甲基香豆素基 -7- 基 ) 氧基 ]- 乙酯 (AHEMC) 制备
取 10.0g(56.7mmol)4- 甲基香豆素, 100mmol 2- 溴乙醇, 120mmol 碳酸钾于三口烧 瓶中, 量取 450ml 丙酮溶剂溶解。混合物在 60℃回流 3 小时, 抽滤。所得溶液旋转蒸发以蒸 干溶剂, 再在乙醇中重结晶, 得到中间体产物 HEMC, 得率 95%。
取 2g HEMC, 2g 三乙醇胺 (TEA), 40ml 氯仿于三口烧瓶中。在冰水浴中逐滴滴 加 3g 丙烯酰胺 (AC), 搅拌反应 2 小时。继续在室温下搅拌反应 6 小时。停止反应, 静置 分层, 然后氯仿层分别水洗和稀硫酸洗三次, 接着在氯仿层中加入无水硫酸镁去除残留未 反应的物质。最后, 所得氯仿溶液在旋转蒸干, 得到最终所需的光可逆交联剂 AHEMC, 得率 70% -75%。
实施例 2 光可逆压印胶 AHEMC- 光刻胶 -1 的制备
分别称取实施例 1 所得光可逆交联剂 AHEMC 0.1g、 光引发剂 I-907( 常州强力电 子新材料有限公司 )0.015g, 单体苯氧基乙二醇丙烯酸酯 ( 新中村化学工业株式会社 )1.0g 逐一加入到试剂瓶中, 搅拌混合均匀, 得到光刻胶。称取所得光刻胶 1.0g, 将其用无水氯仿 稀释至质量浓度 5%。使用 0.2 微米的过滤器对光刻胶溶液进行微滤, 避光冷冻保存。
实施例 3 光可逆压印胶 AHEMC- 光刻胶 -2 的制备
分别称取实施例 1 所得光可逆交联剂 AHEMC 0.3g, 光引发剂 I-907( 常州强力电 子新材料有限公司 )0.015g, 单体苯氧基乙二醇丙烯酸酯 ( 新中村化学工业株式会社 )1.0g 逐一加入到试剂瓶中, 搅拌混合均匀, 得到光刻胶。称取所得光刻胶 1.0g, 将其用无水氯仿 稀释至质量浓度 5%。使用 0.2 微米的过滤器对光刻胶溶液进行微滤, 避光冷冻保存。
实施例 4 光可逆压印胶 AHEMC- 光刻胶 -3 的制备
分别称取实施例 1 所得光可逆交联剂 AHEMC 0.3g, 光引发剂 I-907( 常州强力电子 新材料有限公司 )0.030g, 单体甲基丙烯酸苄酯 ( 百灵威 )1.0g 逐一加入到试剂瓶中, 搅拌 混合均匀, 得到光刻胶。称取所得光刻胶 1.0g, 将其用无水氯仿稀释至质量浓度 5%。使用 0.2 微米的过滤器对光刻胶溶液进行微滤, 避光冷冻保存。
实施例 5 光可逆压印胶 AHEMC- 光刻胶 -4 制备
分别称取实施例 1 所得光可逆交联剂 AHEMC 0.3g, 光引发剂 Irgacure 184(1- 羟 基环己基苯基酮 )( 常州强力电子新材料有限公司 )0.030g, 单体 1.0g 甲基丙烯酸苄酯 ( 百 灵威 ) 逐一加入到试剂瓶中, 搅拌混合均匀, 得到光刻胶。称取所得光刻胶 1.0g, 将其用无 水氯仿稀释至质量浓度 5%。使用 0.2 微米的过滤器对光刻胶溶液进行微滤, 避光冷冻保 存。
实施例 6AHEMC- 光刻胶 -1 可逆胶压印及图形转移工艺
图 3 描述的是本发明光刻胶的压印及图形转移的工艺及其条件。
1. 衬底修饰 : 将待修饰硅片衬底置于 98% H2SO4 ∶ 30% H2O2 体积比 3 ∶ 1 的混合 溶液中, 于 150℃处理 3 小时。然后, 用丙酮、 酒精先后冲洗数次、 干燥, 接着于 120℃真空干 燥 12h。将干燥后的硅片浸入 0.2wt% 3-( 三甲氧基甲硅烷基 ) 丙基 -2- 甲基 -2- 丙烯酸 酯 (MAPTES) 的无水甲苯溶液中, 密封保存 4 小时。用丙酮洗净硅片, 氮气吹干以备用。 2. 采用旋涂工艺在硅片上甩胶 : 实施例 2 所得的 AHEMC- 光刻胶 -1, 低速 300rpm, 时间 10s ; 高速 3000rpm, 时间 20s。
3. 将周期为 1.4μm 的点阵结构的石英模板盖在胶体上, 连同硅片一起放入纳米 压印机中。如图 2-B 所示, 抽真空 3 分钟, 给模板施加 10psi 的压力, 保压 20 分钟。
4. 如图 1-C 所示, 硅片连同石英模板在 365nm 的紫外光源下曝光 15 分钟。待光刻 胶固化后, 直接进行脱模。图 4 是压印后固化聚合物的 SEM 图, 说明本发明的光刻胶可以支 持高分辨率水平。
5. 将 脱 模 后 样 品 置 于 反 应 离 子 刻 蚀 真 空 室 内 进 行 刻 蚀, 真空室本底真空是 -3 5×10 pa。刻蚀气体 SF6。刻蚀至下层的硅衬底露出来, 如图 1-E 所示, 流量为 20sccm, 功 率为 40w, 气压为 60mTorr, 刻蚀时间 120s。
实施例 7AHEMC- 光刻胶 -2 可逆胶压印
整个工艺步骤与参数保持不变, 不同的是使用实施例 3 所得的 AHEMC- 光刻胶 -2 光刻胶。
实施例 8AHEMC- 光刻胶 -3 可逆胶压印
整个工艺步骤与参数保持不变, 不同的是使用实施例 4 所得的 AHEMC- 光刻胶 -3 光刻胶。
实施例 9AHEMC- 光刻胶 -4 可逆胶压印
整个工艺步骤与参数保持不变, 不同的是使用实施例 5 所得的 AHEMC- 光刻胶 -4 光刻胶。
实施例 10 固化可逆胶 AHEMC- 光刻胶 1 的光可逆溶解
实验例 6 步骤 5 脱模后, 将固化图形的聚合物膜放置于 254nm 的点光源下持续曝 光 2 小时, 然后将其置于氯仿溶剂中, 聚合物膜逐渐破裂溶解。如图 5b 所示, 经过 254nm 波 段的紫外曝光后, 特征吸收峰的强度升高, 对比图 5a 在 365nm 波段的紫外曝光图谱, 说明固
化后的聚合物可以可逆降解, 3 小时后, 聚合物膜基本溶解在氯仿溶剂中。
实施例 11 固化可逆胶 AHEMC- 光刻胶 2 的光可逆溶解
将脱模后的 AHEMC- 光刻胶 2 聚合物膜放置于 254nm 的点光源下持续曝光 2 小时, 然后将其置于氯仿溶剂中, 聚合物膜逐渐破裂溶解。与实验例 10 所得结果一致。
实施例 12 固化可逆胶 AHEMC- 光刻胶 3 的光可逆溶解
将脱模后的 AHEMC- 光刻胶 3 聚合物膜放置于 254nm 的点光源下持续曝光 2 小时, 然后将其置于氯仿溶剂中, 聚合物膜逐渐破裂, 溶解。与实验例 10 所得结果一致。
实施例 13 固化可逆胶 AHEMC- 光刻胶 4 的光可逆溶解
将脱模后的 AHEMC- 光刻胶 4 聚合物膜放置于 254nm 的点光源下持续曝光 2 小时, 然后将其置于氯仿溶剂中, 聚合物膜逐渐破裂溶解。与实验例 10 所得结果一致。
比较例 1 商业胶 Watershed 11110 压印及图形转移
整 个 工 艺 步 骤 与 参 数 基 本 与 实 施 例 6 相 同, 不同的是使用市售商业光刻胶 Watershed-Resist( 德国 DSM Somos 公司 )。由于商业胶粘度较大, 甩胶旋涂工艺稍微调整 一下, 其方法如下 : 采用旋涂工艺在硅片上甩胶 : 低速 300rpm, 时间 10s ; 中速 2000rpm, 时 间 20s ; 高速 4000rpm, 时间 20s。该商业胶 Watershed-Resist 不具有可逆降解性。
比较例 2 商业胶 mr-NIL 6000 压印及图形转移
整个工艺步骤与参数基本实施例 6 相同, 不同的是使用市售商业光刻胶 mr-NIL 6000( 美国 micro resist technology GmbH 公司 )。由于商业胶粘度较大, 甩胶旋涂工 艺稍微调整一下, 其方法如下 : 采用旋涂工艺在硅片上甩胶 : 低速 300rpm, 时间 10s ; 中速 2000rpm, 时间 20s ; 高速 6000rpm, 时间 40s。该商业胶 Resist 6000 不具有可逆降解性。
对于上述三种纳米压印用紫外光固化刻蚀胶进行各种性能测试, 其结果见表 1。 现 行的商业纳米压印胶基本没有可逆性能, 粘附在模板上的残留聚合物一般都是采用浓硫酸 高温加热分解, 不但会破坏表面的含氟化合物, 多次处理后会破损模板的微结构, 而且处理 后的模板要重新修饰含氟化合物。 与普通商业胶相比, 本发明所提供的光刻胶, 由于其光可 逆性能, 纳米压印过程中模板表面残留聚合物在温和的条件下即可以分解溶解在溶剂中, 对模板结构没有损伤, 并且对模板修饰的含氟化合物基本没影响, 极大的提高了模板的利 用率。
样品粘度由乌氏粘度仪在 25℃下, 通过液体样品与水的流水时间, 样品密度以及 水的粘度计算得出, 具体计算公式如下所示 :
其中, ρi 和 ρ0 分别为为样品密度和水的密度, ti 和 t0 分别为样品和水流过相同 体积所需的时间, 若已知某温度下参比液体 H2O 的粘度为 η0 和 ρ0, 并测得 ρi, t0, ti 即可 求得该温度下的样品的粘度。
真空度与曝光时间分别是对应压印过程中压印机的真空度和紫外光刻胶的曝光 时间, 如实施列 6 中步骤的 3 和 4 的方案。
SF6 的刻蚀速率和刻蚀选择性方法 :
刻蚀速率 : V = H/t, 其中 H 为刻蚀的深度, t 为刻蚀所需时间。
刻蚀选择性 : 刻蚀选择性是指光刻胶与基底刻蚀的速率比。
整个刻蚀过程是在 Alcatel 公司提供的等离子刻蚀机中完成。