一種紫外光固化納米壓印光刻膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外光固化納米壓印光刻膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米壓印技術(shù)(Nano-1mprint lithography, NIL)是在一定的工藝條件下將模板上具有納米結(jié)構(gòu)的特征圖案等比例地轉(zhuǎn)移到基板上的一種圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)。納米壓印技術(shù)具有高分辨率、超低成本和高生產(chǎn)率，具有強大的競爭力和廣闊的發(fā)展前景，被認為是當今最具前景的納米制造技術(shù)之一。納米壓印技術(shù)主要包括熱壓印(HEL)、紫外壓印(UV-NIL)以及微接觸印刷(HCP)壓印。工藝基本原理基本相同，即先通過電子束曝光和干法刻蝕等常規(guī)微電子工藝制作出具有納米圖形結(jié)構(gòu)的模板，壓印時，首先在基片(硅、石英玻璃等)表面涂一層光致抗蝕劑，當光致抗蝕劑具備合適的流動性時，模板與基片表面物理接觸并使抗蝕劑充滿模板的凹凸圖形(即為壓印):然后通過紫外曝光或加熱固化光刻膠，脫模后模板上的圖形就被復制到抗蝕劑上，最后通過刻蝕工藝，將抗蝕劑上的圖形轉(zhuǎn)移到基片上，在基片上形成所需要的納米圖形結(jié)構(gòu)，這樣即完成整個的納米壓印過程。紫外納米壓印技術(shù)是一種在室溫、低壓環(huán)境下利用紫外光固化高分子的壓印光刻技術(shù)，由于紫外納米壓印技術(shù)是利用紫外光進行曝光固化，所以UV-NIL的模版材料要具有紫外光可穿透性，基本上用石英材料作為壓印模板，然后在硅基板涂上一層較低黏度、對UV感光的液態(tài)光刻膠組分，將模版壓入光刻膠層并且在紫外光下進行曝光，使光刻膠發(fā)生光固化反應(yīng)，然后再進行脫模處理，然后利用等離子刻蝕等刻蝕方式，將過多殘留在基板上的光刻膠去除，這樣即完成整個的紫外納米壓印光刻過程。
[0003]在紫外納米壓印光刻工藝流程中，壓印的目的是進行納米級結(jié)構(gòu)的復制和轉(zhuǎn)移，這個過程是在剛性或柔性結(jié)構(gòu)的表面進行的。得到的光刻膠膜的厚度為納米級，基本是幾十到幾百納米。所以，為了得到高質(zhì)量、高分辨率的轉(zhuǎn)移圖案，必須要有高質(zhì)量的光刻膠膜，就必然要求具有優(yōu)異性能的光刻膠。紫外納米壓印過程多采用旋涂制膜的方式，對光刻膠性能的要求自然更高，比如光刻膠對底材的潤濕性要好，旋涂后，得到的膜的厚度均勻且沒有氣泡氣孔等缺陷，這樣成膜性能才優(yōu)良。所以光刻膠體系要具有對底材潤濕性好，而且要具有能夠易成膜的特點，即具有低的表面張力。
[0004]在紫外納米壓印光刻過程中，光刻膠都是要參與紫外光聚合固化過程。由于其壓印式的工藝，光刻膠表面圖形的形成是由具有凸凹表面結(jié)構(gòu)的模板形成的。而圖形復制的精度的影響因素主要有光刻膠體系的硬度和粘度，其生產(chǎn)效率主要是受固化速率影響。為了得到高質(zhì)量的圖案，減少因壓印脫膠而帶來的圖形缺陷等缺點，必須要保證光刻膠對基底有良好附著力。為了能夠高質(zhì)量、精準的得到復制圖形，必須保證光刻膠具有很好的流變性以及可塑性。在固化前后，光刻膠硬度變化要非常明顯，由液態(tài)時的硬度小變成固化后的強度較大。低硬度的液態(tài)光刻膠利于低壓力下完成壓印，而高硬度的固化后光刻膠能夠有效防止圖形的精細結(jié)構(gòu)在脫模時發(fā)生脆斷等現(xiàn)象。高效的固化必然帶來高效率的生產(chǎn)效益。所以提高固化速率對光刻膠性能也比較重要。紫外納米壓印發(fā)展至今，尤其是步進式技術(shù)和紫外納米壓印技術(shù)結(jié)合形成的步進快閃式紫外納米壓印很好的解決了光刻膠的固化速率的問題。對于紫外納米壓印過程的機械式的接觸，要避免光刻膠和底材產(chǎn)生脫膠現(xiàn)象，就必然需要其間強的結(jié)合力。而為了保證壓印結(jié)束后，能夠順利脫模，光刻膠和模板有較低的結(jié)合力是必要的。在常用的光刻膠體系中，使用高表面能的具有碳氧主鏈的純有機材料可以達到和底材有強結(jié)合力的目的，但是其對模板的較強粘合力會導致壓印圖形產(chǎn)生缺陷，甚至會損壞模板。使用具有低表面能含硅、含氟材料，可以達到順利脫模的目的，但是其和底材的低結(jié)合力會導致脫膠現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)合這兩類材料的特點，在光刻膠體系中，加入含有碳氧基團和硅氧或氟碳基團的材料，可以解決光刻膠的這些缺陷和不足?？箍涛g能力在通常的壓印過程中，光刻膠主要是作為一種圖形轉(zhuǎn)移介質(zhì)，光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到基板上是通過離子刻蝕達到的，所以，要保證轉(zhuǎn)移圖形的質(zhì)量，自然要求光刻膠具有一定的抗刻蝕能力以及刻蝕選擇性。通常來說，含硅有機材料因硅氧鍵的高鍵能其抗刻蝕能力比較強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述不易旋涂、抗刻蝕性低等缺陷而提供一種透明均一、穩(wěn)定性好、有良好的儲存性能的液體，該發(fā)明與其他光刻膠相比具有較低的粘度，同時硅雜化材料的加入大大提高了光刻膠的抗刻蝕性能，該光刻膠在光聚合過程中具有碳碳雙鍵轉(zhuǎn)化高和氧阻聚率低的性能，能得到高分辨率的納米圖案。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種紫外光固化納米壓印光刻膠及其制備方法，包括:環(huán)氧丙烯酸酯5%_20%、紫外光引發(fā)劑1%_5%、乙二醇單異丙基醚30%-70%、活性稀釋劑10%-15%、表面活性劑10%_20%、有機硅雜化材料5%-10%、其他微量助劑0.5%-2%。
[0007]該配方中選用一款低粘度、彈性好和高活性的環(huán)氧丙烯酸酯，粘度在600-1200mPa.s，它可以用HDDA、TMPTA、TPGDA等單體或酯、酮和芳香烴稀釋，可以與很多活性丙烯酸樹脂混溶。
[0008]現(xiàn)在功能性的有機硅材料目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于紫外納米壓印光刻技術(shù)中。相較于純的有機材料，有機硅體系的光刻膠具有以下優(yōu)點:高穩(wěn)定性；低表面能和低表面張力。本發(fā)明選擇的籠狀倍半硅氧烷具有規(guī)則立體結(jié)構(gòu)的有機無機雜化分子，其納米級的籠狀結(jié)構(gòu)對于改善物理機械性能有較為顯著的效果。
[0009]本發(fā)明中選擇含氟活性劑來降低體系的表面張力，在聚合過程中表面活性劑會向模板-光刻膠的界面迀移，并與模板表面的Si—0H通過水解作用進行化學鍵的連接，相當于是強化了對模板的脫模處理，大大降低了表面能，通過多次的壓印實驗，壓印100次后其模板幾乎無明顯的缺陷，表面接觸角也未見明顯的變化，而不含添加劑的組分在多次壓印后表面出現(xiàn)了由于脫模不完全引起的缺陷，這表明含氟活性劑對于降低表面能具有良好的效果，同時也能夠有效延長模板的使用壽命，這對于量產(chǎn)化的納米級精細加工具有重要的意義。
[0010]本發(fā)明中采用反應(yīng)性溶劑和非反應(yīng)性溶劑混合使用，非反應(yīng)性溶劑在旋涂和軟烘過程中全部揮發(fā)，而反應(yīng)性溶劑有部分在聚合過程中參與反應(yīng)，兩種溶劑的混合使用不僅有效地降低體系的表面能，而且使成膜具有低的收縮率，對光刻膠固化后的粘接強度、