新型紫外納米壓印光刻膠的研究.pdf

1、紫外納米壓印技術(shù)基于機(jī)械壓印原理，具有避免使用昂貴的光源及投影光學(xué)系統(tǒng)，不受光學(xué)光刻的最短曝光波長(zhǎng)的物理限制和工藝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在下一代納米圖形加工技術(shù)中脫穎而出，引起了人們廣泛的關(guān)注。目前，納米壓印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到光探測(cè)器、晶帶板、以及柔性電路板、有機(jī)電子裝置、LED封裝、具有以及高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的研究。在歐盟提出的DONDODEM計(jì)劃中，也對(duì)納米壓印光刻技術(shù)給予了支持，該計(jì)劃旨在形成一套納米壓印光刻技術(shù)的工藝規(guī)范和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)其早日

2、在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。在紫外壓印工藝中，壓印成像用的光刻膠是該技術(shù)成功的關(guān)鍵之一，光刻膠的粘性，濕度，紫外光聚合的動(dòng)力學(xué)，還有刻蝕的選擇性等都是需要關(guān)注的問題，需要不斷開發(fā)新的光刻膠體系。本論文結(jié)合目前的紫外納米壓印技術(shù)，針對(duì)目前紫外納米壓印膠的一些缺陷，探索和設(shè)計(jì)了不同類型的紫外納米壓印膠，并深入研究了其性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并將之進(jìn)一步應(yīng)用到納米壓印及其圖形轉(zhuǎn)移、以及軟模板制備中。
　　一、開發(fā)出一種基于硫-烯點(diǎn)擊化學(xué)的新型的

3、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的紫外納米壓印膠JTHC-a。合成了基于巰基的POSS-SH，相對(duì)于商業(yè)用的巰基化合物，揮發(fā)性小、且是有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的分子級(jí)的功能化材料。將POSS-SH和傳統(tǒng)的甲基丙烯酸酯類化合物組合形成硫-烯類紫外光刻膠JTHC-a，該體系透明均一，穩(wěn)定性好，有良好的儲(chǔ)存性能。全文系統(tǒng)研究和考察了壓印膠的組份及其聚合物膜的性能，整個(gè)光刻膠體系具有較低的粘度(6.1-24.4 cP)，及其適合低壓壓印，同時(shí)POSS的摻入大大提高了光刻膠的

4、抗氧刻蝕性能和熱穩(wěn)定性能。通過(guò)紅外和PhotoDSC的原位跟蹤檢測(cè)，該光刻膠的光聚合過(guò)程中有效降低了氧阻聚作用，提高了碳碳雙鍵轉(zhuǎn)化率(93％)，同時(shí)降低了光刻膠聚合后的本體收縮率(5.3％)。將優(yōu)化后的壓印膠JTHC-a1用于紫外納米壓印，成功的壓印出從微米到100納米尺寸的結(jié)構(gòu)，并將之應(yīng)用到圖形轉(zhuǎn)移中，能得到高分辨率的硅納米圖案。
　　二、基于硫-烯點(diǎn)擊化學(xué)的作為紫外壓印膠的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步開發(fā)出一種基于硫-烯點(diǎn)擊化學(xué)的含氟的紫外壓

5、印膠JTHC-b，并將之用于制備軟模板。通過(guò)對(duì)含巰基的低倍多聚硅氧烷化合物(POSS-SH)巰基端基嫁接低表面能的氟化官能團(tuán)，將硫-烯點(diǎn)擊化學(xué)和POSS氟化物(POSS-F-SH)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，開發(fā)出一種基于硫-烯點(diǎn)擊化學(xué)的含氟的紫外壓印膠JTHC-b。該光刻膠由POSS-F-SH，雙官能團(tuán)的含氟甲基丙烯酸酯DCFA4作為交聯(lián)劑，和光引發(fā)劑I-907按一定摩爾比混合組成。這種基于硫-烯點(diǎn)擊化學(xué)的光刻膠，具備紫外壓印膠優(yōu)異的品質(zhì)，包括低

6、粘度(16-239 cP)、低本體收縮率(4.8-7.5％)、以及極好的抗氧阻聚性能。此外，與傳統(tǒng)的PDMS軟模板相比，JTHC-b軟模板具有低表面張力(14-20.4 mJ·m-2)、高脫模效率、高透光率、高機(jī)械強(qiáng)度(0.31-1.56 GPa)以及較高的熱穩(wěn)定性(Td＞300℃)，并且進(jìn)一步將此軟模板應(yīng)用于商業(yè)紫外光刻膠的壓印中，得到很好的脫模效果以及大范圍高精細(xì)的微納米圖形(200 nm-3.9μm)。軟模板在高溫及不同壓力下反復(fù)

7、套用10次后，表現(xiàn)出較強(qiáng)的機(jī)械性能，模板沒有撕裂和結(jié)構(gòu)破損。這種經(jīng)濟(jì)的軟模板制備方法，以及較強(qiáng)的機(jī)械性能和脫模性能使得該軟模板具有在大規(guī)模微納米器件制造中存在著潛在的價(jià)值。
　　三、首次報(bào)道了一種基于硫-炔點(diǎn)擊化學(xué)的含POSS的雜化紫外壓印膠JTHC-c。這種基于硫-炔化學(xué)的體系比硫-烯體系具有更高的交聯(lián)密度和玻璃化溫度。整個(gè)光刻膠由雙功能化的POSS-SH-OA，雙官能團(tuán)炔烴組成。整個(gè)體系透明均一，穩(wěn)定性好，有良好的儲(chǔ)存性能。P

8、OSS-SH-OA的摻入能有效降低聚合后的本體收縮率(0.8-4.8％)，大大提高了光刻膠的抗氧刻蝕性能以及熱穩(wěn)定性。同時(shí)，聚丙二醇類炔烴(PPGY)的加入能提高疏水性能（水接觸角＞90℃），這種基于硫-炔點(diǎn)擊化學(xué)的光刻膠還因?yàn)槠浞磻?yīng)速度快，且具有低粘度(127-198 cP)、便于旋涂涂覆，極其適合低壓壓印。本章系統(tǒng)考察和優(yōu)化了壓印膠的組份，成功的壓印出高精的微納米圖形，并將之應(yīng)用到圖形轉(zhuǎn)移中，能得到高深寬比的硅納米圖案。
　　

9、四、為了進(jìn)一步提高模板的利用效率，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可擦除的紫外壓印膠。首先合成出具有光可逆功能的帶有丙烯酸酯官能團(tuán)的香豆素衍生物AHEMC作為交聯(lián)劑。進(jìn)一步的組合了光可逆紫外納米壓印膠，并對(duì)光可逆紫外壓印膠的優(yōu)化和性能進(jìn)行了表征。通過(guò)UV-vis光譜的跟蹤檢測(cè)，可逆膠具有明顯的光可逆性能。并且優(yōu)化后的光可逆壓印膠通過(guò)光二聚和解聚后，可以溶解在氯仿溶劑中，從而達(dá)到了很容易在模板表面清洗的目的。通過(guò)紫外納米壓印，AMP-10G-AHEMC光可