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(qiáng)大的競爭力和廣闊的發(fā)展前景，被認(rèn)為是當(dāng)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(shí)，首先在基片(硅、石英玻璃等)表面涂一層光致抗蝕劑，當(dāng)光致抗蝕劑具備合適的流動(dòng)性時(shí)，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(fù)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(gè)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(jìn)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(jìn)行曝光，使光刻膠發(fā)生光固化反應(yīng)，然后再進(jìn)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(gè)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(jìn)行納米級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)制和轉(zhuǎn)移，這個(gè)過程是在剛性或柔性結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行的。得到的光刻膠膜的厚度為納米級(jí)，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(diǎn)，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(fù)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(diǎn)，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(zhǔn)的得到復(fù)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(shí)的硬度小變成固化后的強(qiáng)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(xì)結(jié)構(gòu)在脫模時(shí)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(jìn)式技術(shù)和紫外納米壓印技術(shù)結(jié)合形成的步進(jìn)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(jī)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(qiáng)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(jī)材料可以達(dá)到和底材有強(qiáng)結(jié)合力的目的，但是其對模板的較強(qiáng)粘合力會(huì)導(dǎo)致壓印圖形產(chǎn)生缺陷，甚至?xí)p壞模板。使用具有低表面能含硅、含氟材料，可以達(dá)到順利脫模的目的，但是其和底材的低結(jié)合力會(huì)導(dǎo)致脫膠現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)合這兩類材料的特點(diǎn)，在光刻膠體系中，加入含有碳氧基團(tuán)和硅氧或氟碳基團(tuán)的材料，可以解決光刻膠的這些缺陷和不足。抗刻蝕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(dá)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(jī)材料因硅氧鍵的高鍵能其抗刻蝕能力比較強(qiáng)。

【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(chǔ)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(shí)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)材料，有機(jī)硅體系的光刻膠具有以下優(yōu)點(diǎn):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(jī)無機(jī)雜化分子，其納米級(jí)的籠狀結(jié)構(gòu)對于改善物理機(jī)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(huì)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(jìn)行化學(xué)鍵的連接，相當(dāng)于是強(qiáng)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(shí)驗(yàn)，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(shí)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(jí)精細(xì)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(qiáng)度、