[發明專利]一種新型熱塑性壓印膠及其合成與應用方法

有效

• 申請號: 201310544557.7
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103631088A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 顧榮華
• 申請（專利權）人: 無錫英普林納米科技有限公司
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明屬于微納米加工領域，具體涉及熱塑性壓印膠的合成與應用。

背景技術

納米壓印技術率先由Stephen?Y?Chou教授1995年在美國明尼蘇達大學納米結構實驗室提出，其特點是高分辨率、高產量和低成本。這是一種不同于傳統光刻技術的全新圖形轉移技術，自開發以來已成為微納米加工技術方面一個最活躍的研究領域，同時也展現了廣闊的應用領域。納米壓印技術既擁有大規模工業生產所必需的高產出率、低成本的優勢，同時具備了電子束直寫等技術才能達到的高分辨率，自2003年以來成為替代光學曝光技術的下一代超大規模集成電路光刻候選技術之一。

目前的納米壓印技術主要包括熱壓納米壓印技術和紫外光固化納米壓印技術。其中，熱壓納米壓印技術最適合制作均勻的、小尺寸的、陣列形式的圖形，一般對熱壓膠的基本要求是較低的玻璃化轉變溫度、較低的粘塑性、較小的收縮性以及較好的抗刻蝕性。常用的熱塑性壓印膠有PMMA和PS，其中PMMA的壓印溫度較高，PS在氧氣等離子體刻蝕之后不易于進一步的舉離工藝。

發明內容

本發明的目的在于合成一種新型的熱塑性壓印膠，能夠彌補現有PMMA和PS兩種熱壓膠材料的不足。另外一個目的是提供該熱塑性壓印膠在熱壓納米技術中的應用。

本發明采用的技術方案如下：

一種新型熱塑性壓印膠，該熱塑性壓印膠的材料為聚甲基丙烯酸異冰片酯，其分子量Mn≈100000，玻璃化轉變溫度Tg=90℃。

上述熱塑性壓印膠的合成方法，其步驟如下：

a)稱取適量的引發劑放入反應裝置中，保證磁子攪拌，通氮氣3分鐘；

b)稱取一定量的單體丙烯酸異冰片酯，溶入適量溶劑后倒入反應裝置中，繼續通氮氣3分鐘以確保聚合反應在完全的氮氣保護氛圍中進行；

c)在反應溫度70℃、氮氣氛圍下反應24小時；

d)將反應液過濾處理后，加入甲醇沉淀出合成好的聚甲基丙烯酸異冰片酯，在40℃真空干燥24小時。

所述步驟b)中的單體丙烯酸異冰片酯的量為5g，適量溶劑為氯苯45g。

利用制備的新型熱塑性壓印膠在納米壓印技術中的應用，包括如下步驟：

a)將制備的聚甲基丙烯酸異冰片酯用氯苯溶劑配成5wt%的熱塑性壓印膠，以轉速3000RPM旋涂在硅襯底上；

b)在溫度120℃、壓力0.6MPa的條件下，在熱塑性壓印膠上壓印出400nm周期的點陣結構；

c)通過氧氣等離子體刻蝕去除壓印膠殘余層，暴露出硅襯底表面，再利用電子束蒸發鍍膜沉積金屬材料；

d)將步驟c)制備的樣品放入甲苯中超聲30秒，得到與壓印模板結構相同的金屬圖案結構。

本發明的制備方法簡單，成本低廉，獲得的熱塑型壓印膠具有以下四個優點：（1）該壓印膠的玻璃化轉變溫度較低，熱壓印時需要較低的壓印溫度（120℃）；（2）該壓印膠在氧氣等離子體刻蝕去除殘余層后，易于溶解在甲苯中，方便進一步的舉離工藝；（3）該壓印膠在120℃有良好的流動性，可以充分地填充印模的空腔，得到較為完整的壓印圖形；（4）該壓印膠體積收縮率很低，冷卻后的壓印結構變形很小。本發明的熱塑型壓印膠可以在納米壓印技術中得到很好的應用。

附圖說明

圖1為本發明制備聚甲基丙烯酸異冰片酯的裝置示意圖；1-反應裝置；2-液封裝置；3-冷凝裝置；4-溫度計。

圖2為熱納米壓印的流程示意圖；5-硅模板；6-熱塑性壓印膠；7-硅片；8-已壓印好的納米結構。

具體實施方式

本發明制備熱塑性壓印膠聚甲基丙烯酸異冰片酯的裝置如圖1所示，反應裝置1為250mL三口燒瓶；2是裝有5g硅油的燒杯，作用為液封；3是冷凝管，用于冷卻回流；4是水銀溫度計，實時觀測反應溫度。

實施例一

（一）聚甲基丙烯酸異冰片酯的制備

a)稱取0.8wt%的偶氮二異丁腈作為引發劑放入反應裝置1中，保證磁子攪拌，通氮氣3分鐘；

b)稱取5g的丙烯酸異冰片酯，溶入45g苯后倒入反應裝置1中，繼續通氮氣3分鐘以確保聚合反應在完全的氮氣保護氛圍中進行；

c)反應溫度70℃，氮氣氛圍下反應24小時；

d)反應液過濾處理后，加入500mL甲醇沉淀出合成好的聚合物，40℃真空干燥24小時。

（二）利用聚甲基丙烯酸異冰片酯壓印400nm周期點陣結構

a)將（100）硅片襯底用RCA（氨水：雙氧水：水=1:1:5）溶液清洗，110℃烘干備用；