CN100540275C - 固化有机硅树脂基底的压花方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及给固化的有机硅树脂的热固性基底压花以将母模的图案压印在基底上的方法，该方法包括：(i)层叠母模与固化的有机硅树脂的热固性基底，使含有某一特征的母模的表面面对有机硅树脂基底；(ii)在压机内，在略高于有机硅树脂的Tg但低于母模软化点的温度下，施加压力到(i)的产品上；(iii)冷却(ii)的产品并在模具上维持该压力；和(iv)剥离该基底，于是将该特征压印在有机硅树脂基底上。与有机热塑性塑料相比，固化的有机硅树脂热固性基底通过提供非常光滑的表面(其中所述非常光滑的表面有助于微米和纳米区域内复制的高保真度)且不要求用于脱模的剥离剂，从而在热压花光刻方面提供优势。
Description
制品或基底表面的压花是在表面上赋予图案的重要和容易的施加方法。在表面上压印的图案或者使得制品更具有视觉吸引力，或者在表面上增加功能性，例如增加摩擦。
热压花基本上是在通过升高聚合物温度到刚好高于其玻璃化转变温度而软化的聚合物内压印图案。宽范围的各种热塑性聚合物，其中包括聚碳酸酯和PMMA，已被成功地热压成微米级和以下的尺寸特征。主要使用这一技术来确定用于射流器件的微通道和孔。这一方法的优势是能利用宽范围性能的聚合物，以及在经济上潜在地批量生产具有微米级特征的部件。尽管热塑性聚合物在压花应用中用作基底，但没有使用固化的热固性塑料，虽然已提出热固性聚合物作为母模。
Xing，Rubo；Wang，Zhe；Han，Yanchun，Changchun Institute ofApplied Chemistry，State Key Laboratory of Polymer Physics andChemistry，Chinese Academy of Sciences，Changchun，PeoplesRepublic of China，在Journal of Vacuum Science & Technology，B：Microelectronics and Nanometer Structures(2003)，21(4)，1318-1322中描述了使用通过软光刻技术制造的热固性聚合物模具给聚合物压花。
Roos，Nils；Schulz，Hubert；Fink，Marion；Pfeiffer，Karl；Osenberg，Frank；Scheer，Hella-Christin；Univ.of Wuppertal，Wuppertal，德国，Proceedings of SPIE-The International Societyfor Optical Engineering(2002)，4688(Pt.1，Emerging LithographicTechnologies VI)，232-239中也描述了在热压花光刻术中晶片等级的热固性工作印模的性能。
有机硅树脂最经常被公开用作压花工艺的剥离层。在日本专利No.11059094中公开了在基底上施涂包括硅氧烷的未固化的树脂，在压花辊与平坦表面辊之间经过，使该树脂硬化，并除去基底。
在日本专利No.06210740中公开了使用热固性硅氧烷化合物作为在热塑性膜上的涂层，和然后将所得产品用于热压花工艺中。
在日本专利No.05338091中公开了包括有机硅树脂的可辐射固化的树脂，所述树脂在基底上形成涂布层，然后对其进行压花工艺。
因此，现有技术中公开了在压花工艺中使用未固化的有机硅树脂。然而，现有技术无一公开了在压花工艺中使用固化的有机硅树脂。给未固化的有机硅树脂压花必然需要使用热或辐射来固化它，并使用基底，以便在树脂固化之前支撑该树脂。施加树脂的额外步骤也是必需的。若固化的有机硅树脂可被压花，则该工艺将会简化。此外，若有机硅树脂为自立式膜或板形式，而不是剥离涂层形式，则可充分利用有机硅树脂的其它优点，例如抗辐射和耐热性。
最近表明，压花是一种转移具有微米特征的表面图案的有用技术，可使用该技术制造微射流器件和微电子电路。在那些情况下，与其它聚合物相比，硅氧烷聚合物容易且清洁地剥离的能力使得它们真正变得突出。
Wang等人公开了使用具有甲基丙烯酸缩水甘油酯的氟化马来酰亚胺共聚物作为微型热压花和E束光刻技术的基底，以便制造信道波导和其它微结构(Wang，Jianguo；Shustack，Paul J；Garner，Sean M.，Science Technology Division，Corning Inc.，Corning，NY，USA，Proceedings of SPIE-The International Society for OpticalEngineering(2002)，4904(Optical Fiber and Planar WaveguideTechnology II)，pp.129-138)。
Schift等人公开了使用热压花和剥离，在硅基底上纳米构图硅烷的方法(Schift，H.；Heyderman，L.J.；Padeste，C.；Gobrecht，J.，Laboratory for Micro-and Nanotechnology，Paul ScherrerInstitute，Villigen，瑞典，Microelectronic Engineering(2002)，pp.61-62，423-428)。
Qi等人公开了热压花来自镍基模塑模头的聚甲基丙烯酸甲酯(Qi，Shize；Liu，Xuezhu；Ford，Sean；Barrows，James；Thomas，Gloria；Kelly，Kevin；McCandless，Andrew；Lian，Kun；Goettert，Jost；Soper，Steven A.，Department of Chemistry，Louisiana StateUniversity，Baton Rouge，LA，USA，Lab on a Chip(2002)，pp.2(2)，88-95)。
类似地，Hirai等人公开了使用硅模具，将精细的衍射光学图案转移到硅片上的PMMA薄层上(Hirai，Yoshihiko；Okano，Masato；Okuno，Takayuki；Toyota，Hiroshi；Yotsuya，Tsutomu；Kikuta，Hisao；Tanaka，Yoshio。Mechanical Systems Engineering，Graduate Schoolof Osaka Prefecture University，日本，Proceedings of SPIE-TheInternational Society for Optical Engineering(2001)，4440(Lithographic and Micromachining Techniques for OpticalComponent Fabrication)，pp.228-237)。
本发明涉及给固化的有机硅树脂的热固性基底压花的方法，以便在基底上赋予来自母模的图案，该方法包括：(i)层叠母模与固化的有机硅树脂的热固性基底，使含有某一特征的母模的表面面对有机硅树脂基底；(ii)在压机内，在略高于有机硅树脂的Tg但低于母模软化点的温度下，施加压力到(i)的产品上；(iii)冷却(ii)中的产品并在模具上维持该压力；和(iv)剥离该基底，于是在有机硅树脂基底上压印所述特征。
基底可以是膜、板或涂层形式。韧化的有机硅树脂热固性基底具有适中的玻璃化转变温度，从高于室温到略高于100℃，典型地介于50℃-80℃。
该方法涉及将母模和韧化的有机硅树脂基底压制在一起预定量的时间，同时在略高于有机硅树脂的玻璃化转变温度的温度下加热该体系，随后使该体系回到室温，同时维持压力，然后脱模。热压花工艺的常见时间为5分钟到数小时，和更典型地为1-3小时。所施加的压力可在宽范围内变化，但典型地大于或等于1公吨。
层叠顺序不是重要的，但取向使得在母模上的特征面对有机硅树脂基底。通过这一技术，获得模具特征的优良再现保真度。只要基底温度保持低于其玻璃化转变温度，则所述特征在有机硅树脂基底上保持不变。
玻璃化转变温度适当地高于室温且相对较大的破坏伸长的韧化的热固性有机硅树脂用作基底。母模通常本质上为金属性的，但可由软化点显著高于有机硅树脂Tg的任何材料制造。母模可例举硅片、碳化硅、氮化硅、铝、不锈钢、镍、许多合金和金属氧化物。
韧化硅氧烷热固性树脂的典型的玻璃化转变温度范围通常为刚刚高于室温到刚刚大于100℃，这取决于组成，配方中所使用的交联剂的类型(适用于加成固化的树脂)和结构。适合于在本发明方法中使用的韧化有机硅树脂基底可例举加成固化的有机硅树脂，例如如美国专利No.6368535中所述的那些，该专利公开了可固化的倍半硅氧烷树脂组合物，其通过包括下述步骤的方法获得：(1)共聚含组分(A)和(B)的组合物，其中组分(A)是水解前体的水解物，其中水解前体包括(i)有机三烷氧基硅烷或有机三卤代硅烷和(ii)选自三有机单烷氧基硅烷、三有机单卤代硅烷、二硅氧烷和二硅氮烷的单官能的硅烷，而组分(B)是具有下式的甲硅烷基封端的烃：
其中每一R1独立地选自卤素原子、羟基、烷氧基、肟基(oximo)、烷基肟基、芳基肟基、烷基羧基、和芳基羧基，每一R2独立地选自烷基和芳基，和R4是二价烃基。该水解前体可进一步包括(iii)选自二有机二卤代硅烷和二有机二烷氧基硅烷的二官能的硅烷。
该水解前体可进一步包括(iii)选自二有机二卤代硅烷和二有机二烷氧基硅烷的二官能的硅烷。典型地，组分(i)是选自甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷或其结合的有机三卤代硅烷。
在′535专利中，适合于组分(B)的化合物可例举：
其中R1如上所定义，x为1-6，优选1-4。
在′535专利中，适合于用作组分(B)的化合物可进一步列举以下所示的那些。这些化合物是本领域已知且可商购。例如，以下所示的对-双(羟基二甲基甲硅烷基)苯可获自于Gelest，Inc.ofTullytown，Pennsylvania，和对-双(氯代二甲基甲硅烷基乙基)苯可获自于United Chemical Technologies，Inc.。
对-双(羟基二甲基甲硅烷基)苯
对-双(氯代二甲基甲硅烷基乙基)苯
组分(A)可进一步包括(C)选自四乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三肟基硅烷和四肟基硅烷的交联剂。
该组合物可进一步包括(D)弱的缩合催化剂，其典型地选自第IVB族金属的金属酯和第IVB族金属的烷氧化物。
该方法可进一步包括(2)加热可固化的倍半硅氧烷树脂组合物，其时间和温度足以固化该可固化的组合物，从而形成固化的倍半硅氧烷树脂。该方法也可进一步包括在步骤(2)之前添加强的缩合反应催化剂到可固化的倍半硅氧烷树脂组合物中。强的缩合催化剂典型地选自辛酸锌、辛酸胆碱、硫酸、磷酸、氢氧化钾、氢氧化铯、金属硅烷醇盐和烧石灰。强的缩合催化剂在组合物内的含量典型地为0-2，优选0.05-0.4wt％。
该方法可进一步包括添加选自下述中的一种或多种组分：
(E)具有下述经验式的第一硅橡胶：
(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)(R5 2SiO2/2)z((R5 (2-q)R1 qSiO2/2)(R5 2SiO2/2)z)y(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)
其中每一R1如上所述，每一R5独立地选自无官能R2基，p为1、2或3，q为1或2，z为大于或等于6的整数，y为0或最多10的整数，
(F)具有下述经验式的第二硅橡胶：
R5 2R2SiO(R5 2SiO)m(R5R2SiO)nSiR2R5 2
其中R2是以上所述的R1或R2，和每一R5如上所述，条件是每一分子中至少两个R2基必需是R1，m为150-1000，n为0-10，和
(G)溶剂，其中在步骤(1)之后和在步骤(2)之前，将组分(E)、(F)和(G)中的一种或多种加入到可固化的倍半硅氧烷树脂组合物中。
组分(E)是第一种任选的硅橡胶。在可固化的组合物内组分(E)的用量为0-30wt％，优选5-20wt％。在美国专利5747608和5830950中公开了用于组分(E)的合适的硅橡胶和将它们掺入到可固化组合物内的方法。该硅橡胶的经验式为：
(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)(R5 2SiO2/2)z((R5 (2-q)R1 qSiO2/2)(R5 2SiO2/2)z)y(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)
其中每一R1如上所述，p为1、2或3，q为1或2，z为大于或等于6的整数，y为0或最多10的整数。组分(E)中的每一R5独立地选自以上对于R2所述的无官能基团。每一R1是如上所述参与固化反应形成本发明的固化的倍半硅氧烷的官能团。
在该经验式中，z代表硅橡胶的平均无官能团的直链长度，即介于R1之间的平均链长。因此，组分(E)可以是各种聚合度的均用上述经验式表示的硅橡胶的混合物。本发明所使用的大多数硅橡胶仅仅在链的端基处具有反应性基团。在这种情况下，此处所使用的术语“聚合度(DP)”与z的数值相同。DP不包括末端官能的甲硅烷氧基基团R1。
在本发明的优选实施方案中，R5基是甲基、苯基或其结合。当较高百分数的组分(A)倍半硅氧烷前体中的R2基和(E)第一硅橡胶中的R5基主要是甲基或者主要是苯基时，(A)倍半硅氧烷前体和(E)第一硅橡胶通常相容，从而使得该橡胶可以以相对均匀的方式分散在整个固化的倍半硅氧烷树脂结构中。
组分(F)是第二任选的硅橡胶。这一任选的的硅橡胶是下述经验式的聚二有机硅氧烷：R5 2R2SiO(R5 2SiO)m(R5R2SiO)nSiR2R5 2，其中每一R2和每一R5如上所述，条件是每一分子中至少两个R2基必需是R1，m为150-1000，优选246-586，n为1-10。在可固化的组合物中组分(F)的用量通常为0-15wt％，优选2-8wt％。
典型地，组分(G)溶剂的用量为组合物的0-90wt％，优选0-50wt％。作为(G)的合适的溶剂包括醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇；芳烃，例如苯、甲苯和二甲苯；脂族烃，例如庚烷、己烷和辛烷；二元醇醚，例如丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丁醚、丙二醇正丙醚和乙二醇正丁醚；和卤代烃，例如1，1，1-三氯乙烷和二氯甲烷。优选甲苯和异丙醇。
适合于在本发明方法中使用的韧化有机硅树脂还可例举在美国专利No.6310146中公开的加成固化的有机硅树脂，该专利公开了一种可氢化硅烷化反应固化的组合物，其包括：(A′)含具有下述经验式的单元的倍半硅氧烷：R1 aR2 bR3 cSiO(4-a-b-c)/2，其中a为0或正数，b为0或正数，c为0或正数，条件是：0.8≤(a+b+c)≤3.0，且组分(A′)平均每一分子具有至少两个R1基，每一R1是独立地选自氢原子和具有脂族不饱和的单价烃基的官能团，每一R2是选自无官能基团和R1的单价烃基，每一R3是选自无官能基团和R1的单价烃基；(B′)具有下述通式的甲硅烷基封端的烃：
其中R1和R2如以上对于组分(A′)中所述的一样，条件是当组分(A′)中的R1是氢原子时，组分(B′)中的R1是不饱和单价烃基，和当组分(A′)中的R1是不饱和单价烃基时，组分(B′)中的R1是氢原子，和R4是二价烃基；和(C′)氢化硅烷化反应催化剂。
该组合物可进一步包括选自下述的一种或多种组分：(D′)氢化硅烷化反应催化剂抑制剂，(E′)具有下述经验式的第一硅橡胶：
(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)(R5 2SiO2/2)z((R5 (2-q)R1 qSiO2/2)(R5 2SiO2/2)z)y(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)
其中每一R1如上所述，在组分(E′)中的每一R5独立地选自对于R2所述的无官能基团，p为1、2或3，q为1或2，z为大于或等于6的整数，y为0或最多10的整数，(F′)0-15wt％具有经验式R5 2R6SiO(R5 2SiO)m(R5R6SiO)nSiR6R5 2的第二硅橡胶，其中每一R5如上所述，每一R6选自R1和R5，条件是每一分子中至少两个R6基必需是R1，m为150-1000，n为1-10，和(G′)溶剂。
典型地添加组分(A′)和(B′)到可固化的组合物中，其用量使得在组分(A′)和(B′)中与硅键合的氢原子(SiH)和不饱和氢原子(C＝C)以范围为1.0∶1.0到1.5∶1.0，和更典型地1.1∶1.0到1.5∶1.0的摩尔比(SiH∶C＝C)存在于可固化的组合物内。在该组合物中组分(A′)和(B′)的用量取决于每一分子中C＝C和SiH基的数量。然而，组分(A′)的用量典型地为组合物的50-98wt％，和组分(B′)的用量典型地为组合物的20-50wt％。典型地，R1是链烯基，如乙烯基或烯丙基。典型地，R2和R3是选自烷基和芳基的无官能基团。合适的烷基包括例如甲基、乙基、异丙基、正丁基和异丁基。合适的芳基可例举苯基。组分(A′)的合适的倍半硅氧烷共聚物可例举(PhSiO3/2)0.75(ViMe2SiO1/2)0.25，其中Ph是苯基，Vi代表乙烯基，和Me代表甲基。
组分(B′)典型地选自具有下式的化合物：
其中R1如上所定义，x为1-6的整数。用于组分(B′)的最常见的化合物是对-双(二甲基甲硅烷基)苯。
典型地，组分(C′)是铂催化剂，且典型地以足以提供为可固化组合物的1-10ppm重量铂的用量加入到可固化组合物中。组分(C′)可例举铂催化剂，例如氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、二氯双(三苯基膦)铂(II)、氯化铂、氧化铂、铂化合物与不饱和有机化合物如烯烃的络合物，铂化合物与含有不饱和烃基的有机硅氧烷的络合物，例如Karstedt′s催化剂(即，氯铂酸与1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷的络合物)和1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，和铂化合物与有机硅氧烷的络合物，其中该络合物被包埋在有机硅氧烷树脂内。在美国专利No.3419593中公开了合适的氢化硅烷化反应催化剂。
组分(D′)是任选的催化剂抑制剂，当制备单份组合物时，典型地添加它。在美国专利3445420中公开了合适的抑制剂。组分(D′)优选是炔醇，例如甲基丁炔醇或乙炔基环己醇。组分(D′)更优选是乙炔基环己醇。抑制剂的其它实例包括马来酸二乙酯、富马酸二乙酯、双(2-甲氧基-1-甲基乙基)马来酸酯、1-乙炔基-1-环己醇、3，5-二甲基-1-己炔基-3-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、亚乙基二胺、二苯基膦、亚磷酸二苯酯、三辛基膦、亚膦酸二乙基苯酯和亚膦酸甲基二苯酯。
组分(D′)以为可氢化硅烷化反应固化的组合物的0-0.05wt％的用量存在。组分(D′)典型地占可固化组合物的0.0001-0.05wt％。组分(D′)优选占可固化组合物总量的0.0005-0.01wt％。组分(D′)更优选占可固化组合物总量的0.001-0.004wt％。
组分(E′)是任选的硅橡胶。组分(E′)在可氢化硅烷化反应固化组合物中的用量为0-30wt％，优选5-20wt％。在美国专利No.5747608和5830950中公开了用于组分(E′)的合适的硅橡胶和将其掺入到可固化组合物内的方法。该硅橡胶具有下述经验式：
(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)(R5 2SiO2/2)z((R5 (2-q)R1 qSiO2/2)(R5 2SiO2/2)z)y(R5 (3-p)R1 pSiO1/2)
其中每一R1如上所述，p为1、2或3，q为1或2，z为大于或等于6的整数，y为0或最多10的整数。每一R1是如上所述确实参与固化反应形成本发明固化的倍半硅氧烷的官能团。如上所述，组分(E′)中的每一R5独立地选自如上对于R2所述的无官能基团。
在该经验式中，z代表硅橡胶的平均无官能的直链长度，即介于R1基团之间的平均链长。因此，组分(E′)可以是各种聚合度的均用上述经验式表示的硅橡胶的混合物。所使用的大多数硅橡胶仅仅在链的端基处具有R1基团。在这种情况下，此处所使用的术语“聚合度(DP)”与z的数值相同。DP不包括末端官能的甲硅烷氧基基团。
在优选实施方案中，R5基是甲基、苯基或其结合。当较高百分数的组分(A′)倍半硅氧烷共聚物中的R2基和(E′)第一硅橡胶中的R5基主要是甲基或者主要是苯基时，(A′)倍半硅氧烷共聚物和(E′)第一硅橡胶通常相容，从而使得该橡胶可以以相对均匀的方式分散在整个固化的倍半硅氧烷树脂结构中。
组分(F′)第二任选的硅橡胶是下述经验式的聚二有机硅氧烷：R5 2R6SiO(R5 2SiO)m(R5R6SiO)nSiR6R5 2，其中每一R5如上所述，每一R6选自R1和R5，条件是每一分子中至少两个R6基必需是R1，m为150-1000，优选246-586，n为1-10。在可固化的组合物中组分(F′)的用量通常为0-15wt％，优选2-8wt％。
含组分(A′)、(B′)和(C′)以及任何任选的组分的可氢化硅烷化反应固化的组合物可溶解在组分(G′)任选的溶剂内。典型地，溶剂的用量为可固化组合物的0-90wt％，优选0-50wt％。溶剂可以是醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇；酮，例如丙酮、甲乙酮和甲基异丁基酮；芳烃如苯、甲苯和二甲苯；脂族烃，例如庚烷、己烷和辛烷；二元醇醚，例如丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丁醚、丙二醇正丙醚和乙二醇正丁醚；和卤代烃，例如二氯甲烷、1，1，1-三氯乙烷和二氯甲烷；氯仿；二甲亚砜；二甲基甲酰胺；乙腈和四氢呋喃。优选甲苯。
通过包括混合含组分(A′)-(C′)和以上所述的任何任选的成分的组合物的方法，来制备以上所述的可氢化硅烷化反应固化的组合物。可通过任何合适的方式进行混合。可固化组合物可制成单份或者多份组合物，例如两份组合物。
当可固化组合物被配制成单份组合物时，制备单份组合物的方法通常包括：(I)预混(C′)催化剂和(D′)抑制剂，从而形成络合物，和(II)混合该络合物与组分(A′)、(B′)和任何所需的任选的组分(E′)-(G′)。
在本发明的可供替代的实施方案中，可通过(i)预混(C′)催化剂和(D′)抑制剂，从而形成络合物，(II)混合组分(A′)、(B′)、(E′)、(F′)和(G′)，(iii)从步骤(ii)的产物中除去(G′)溶剂，从而形成流动的低粘度组合物，和之后(iv)混合该络合物与步骤(iii)的产物，从而制备单份组合物。
可通过(1)制备含组分(A′)的第一份，和(2)制备含组分(B)的第二份，从而制备两份组合物，其中混合组分(C′)与或者第一或者第二份，和之后保持第一份和第二份分开。在使用之前立即混合第一份和第二份。
优选地，通过(1′)混合组分(A′)、(E′)、(F′)和(G′)，形成第一份，(2′)混合组分(C′)与选自第一份和含组分(B′)的第二份的一份，从而制备两份组合物。之后保持第一份和第二份分开，直到在使用之前立即混合。
上述方法中的每一种可进一步包括在固化之前使组合物脱气的步骤。典型地通过使组合物经历适度真空，从而进行脱气。
通过包括下述步骤的方法制备固化的倍半硅氧烷树脂：在一定温度下加热以上所述的可氢化硅烷化反应固化的组合物足以固化可氢化硅烷化反应固化的组合物的时间。可在固化之前使可固化的组合物脱气，且在固化之前或之中除去任何溶剂。可通过任何常规的方式，例如通过将可固化组合物暴露于适度热或真空下，从而除去溶剂。
同样在PCT专利申请No.JP3/07154中例举说明了适合于在本发明方法中使用的韧化的有机硅树脂基底，该专利公开了含有机硅树脂的聚硅氧烷膜，所述有机硅树脂通过包括下述步骤的方法获得：在(C″)铂催化剂存在下，使(A″)用平均式R1 aSiO(4-a)/2表示且在其分子内具有至少两个不饱和的脂族烃基的有机硅树脂，其中R1独立地为具有1-10个碳原子的单价烃基，和a是0-2的整数(包括端值)，(B″)在其分子内具有至少两个与硅键合的氢原子的有机硅化合物反应。组分(A″)典型地含下述单元的有机硅树脂：
(R1 3SiO1/2)a (i)
(R2 2SiO2/2)b (ii)
(R3SiO3/2)c (iii)和
(SiO4/2)d (iv)
其中R1和R2各自独立地选自具有1-10个碳原子的单价烃基，和不饱和脂族烃基，R3是具有1-8个碳原子的烷基，或芳基，a的数值为0或大于0，b的数值为0或大于0，c的数值为0或大于0，d的数值为0或大于0，条件是c+d的数值大于0，a+b+c+d＝1，和至少两个与硅键合的不饱和脂族烃原子存在于有机硅树脂内。组分(A″)可例举含单元(ViMe2SiO1/2)0.25和(PhSiO3/2)0.75的有机硅树脂，其中Vi代表乙烯基，Ph是苯基，和Me代表甲基。
组分(B″)可例举对-双(二甲基甲硅烷基)苯。典型地，组分(C″)是铂催化剂，且典型地以足以提供为可固化组合物的1-10ppm重量铂的用量加入到可固化组合物中。组分(C″)可例举铂催化剂，例如氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、二氯双(三苯基膦)铂(II)、氯化铂、氧化铂、铂化合物与不饱和有机化合物如烯烃的络合物，铂化合物与含有不饱和烃基的有机硅氧烷，例如Karstedt′s催化剂(即，氯铂酸与1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷的络合物)和1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，和铂化合物与有机硅氧烷的络合物，其中该络合物被包埋在有机硅氧烷树脂内。在美国专利No.3419593中公开了合适的氢化硅烷化反应催化剂。
本发明涉及给自立式膜或作为较厚的板形式的这些基底压花。这些基底具有额外的优势是极其光滑的表面(它们是自平面化的)，这会大大地改进具有非常高保真度的图案的转移。在韧化的有机硅树脂膜内容易地观察到低至10埃的表面平均粗糙度(通过AFM测量的RMS值)。常见的有机热塑性基底，例如PET或聚碳酸酯的自立式膜或板显示出粗糙得多的表面(典型的RMS值为数十埃)。
在本发明的压花方法中，同样必要的是，用剥离剂表面处理基底或者更常见地处理母模，以便在图案转移之后促进基底与母模的分离。最常见的剥离剂是硅氧烷聚合物或包括氟硅氧烷的氟聚合物。在不存在这些剥离涂料的情况下，热压花是不成功的，这是因为在脱模过程中，在母模和聚合物基底之间的粘合力导致复制图案扭曲(变形)。
与有机热塑性塑料相比，固化的有机硅树脂的热固性基底通过提供非常光滑的表面(其中所述非常光滑的表面有助于微米和纳米区域内复制的高保真度)且不要求用于脱模的剥离剂，从而在热压花光刻方面提供优势。
附图
图1是实施例1的压花的有机硅树脂膜(左侧)和25美分硬币(右侧)的光学图像(放大10倍)。压花的图像从左向右旋转以供比较(看见在右上角处反转的100nm的条码)。
图2是实施例1的压花的有机硅树脂膜(左侧)和图案晶片(右侧)的光学图像。
实施例
实施例1
在配有搅拌器、滴液漏斗、温度计和Dean-Stark分水器的三颈圆底烧瓶内引入17g(ViMe2Si)2O、107g PhSi(OMe)3、1g H2O和0.1g三氟甲磺酸。在60℃下加热该混合物2小时。添加另外22.2g H2O和27.2g甲苯，并在50℃下搅拌该混合物2小时。然后升高温度以维持良好的回流，并从冷凝器的底部引出甲醇。当温度达到80℃时，冷却烧瓶到40℃。添加0.23g CaCO3，并在没有加热的情况下搅拌24小时。之后添加18g甲苯和0.1g KOH。升高温度至回流，并从冷凝器的底部取出冷凝水，直到水不再出来。冷却该干性(bodied)树脂到室温，并在其内搅拌进0.18g ViMe2SiCl。最后过滤该树脂溶液，并可添加额外的甲苯以调节固含量到75wt％。所得产品是含单元(PhSiO3/2)0.75和(ViMe2SiO1/2)0.25的有机硅树脂。
在用加热煲加热并用干燥氮气吹扫的配有搅拌器、冷凝器、两个滴液漏斗、温度计的5L三颈圆底烧瓶内引入84g Mg和406g THF。添加10g BrCH2CH2Br以活化Mg。在滴液漏斗之一中添加270g二溴苯在526g THF中的溶液，和在另一滴液漏斗中添加400g THF。加热该烧瓶到50-60℃，然后添加200ml THF，并缓慢添加二溴苯溶液。在这一步骤过程中维持良好的回流。在这一步骤之后，添加500ml THF，并在65℃下加热该烧瓶5小时，在冷却烧瓶之后，添加额外500ml THF，并缓慢添加440g二甲基氯代硅烷，同时通过冰水浴冷却烧瓶。调节氯代硅烷的添加，以便维持良好的回流。在添加氯代硅烷之后，在60℃下加热烧瓶过夜。然后冷却该烧瓶到室温，并添加1000ml甲苯。缓慢添加饱和氯化铵水溶液，以水解并缩合过量的氯代硅烷，然后用大量的水洗涤混合物，直到获得清澈的底部相。收集顶部有机相，并用硫酸镁干燥，和通过蒸馏除去大多数溶剂，直到烧瓶内达到150℃的温度。通过真空蒸馏进一步纯化浓缩的粗产品。产品的GC纯度为97％，并使用FT-IR、29Si、13C和1H NMR鉴定结构。所得产品是具有结构1，4-HMe2Si-Ph-SiMe2H的化合物(对-双(二甲基甲硅烷基)苯)。
通过混合含单元(PhSiO3/2)0.75和(ViMe2SiO1/2)0.25的有机硅树脂与1，4-HMe2Si-Ph-SiMe2H，以便SiH/SiVi之比为1.1/1，从而制备有机硅树脂的热固性基底，并通过在80℃下，在10mmHg的真空下加热，从而除去甲苯溶剂。混合物内的残留甲苯小于1wt％。然后在聚乙烯片材上流延这一混合物，并在150℃下固化2小时。用5ppm Pt催化该混合物。在热水中，从PE基底上剥离该固化膜并冷却。根据动力学机械分析，该膜的Tg介于75至90℃，这取决于实验条件。
将该固化膜放置在平坦、光滑的不锈钢板上，并将25美分硬币放置在该膜之上。在80℃的温度下，将板、膜和硬币放置在热压机内，并施加2公吨的力120分钟。然后在压机内在维持压力的情况下冷却该组件。在冷却之后，树脂膜清晰地被硬币压花，正如图1所示的。
实施例2
将切割成尺寸100mm×80mm的实施例1的固化硅氧烷膜放置在直径2英寸的构图的硅片上，然后将其夹在两块不锈钢板(230mm×230mm)之间。将该体系放置在热压机内，在5公吨的恒力下，在100℃下加热2小时。根据动力学机械分析，该膜的Tg介于80至95℃，这取决于实验条件。因此，该膜在压花过程中的温度高于其Tg。使该体系在压力下冷却。光学显微术表明，晶片图案被压花到有机硅树脂膜内，如图2所示。
Claims (10)
1.给固化的有机硅树脂热固性基底压花以将母模的图案压印到该基底上的方法，该方法包括：
(i)层叠母模与固化的有机硅树脂热固性基底，使含有某一特征的母模的表面面对有机硅树脂基底；
(ii)在压机内，在略高于有机硅树脂的Tg但低于母模软化点的温度下，施加压力到(i)的产品上；
(iii)冷却(ii)的产品并在模具上维持该压力；和
(iv)剥离该基底，于是所述特征压印在有机硅树脂基底上。
2.权利要求1的方法，其中基底为膜、板或涂层形式。
3.权利要求1的方法，其中固化的有机硅树脂热固性基底具有50℃-120℃的玻璃化转变温度。
4.权利要求1的方法，其中压力高于或等于1公吨。
5.权利要求1的方法，其中母模选自硅晶片、碳化硅、氮化硅、铝、不锈钢、镍、合金和金属氧化物。
6.权利要求1、2、3、4或5的方法，其中固化的有机硅树脂热固性基底是通过包括下述步骤的方法获得的组合物：(1)共聚含组分(A)和(B)的结合物，其中组分(A)是水解前体的水解物，其中该水解前体包括(i)有机三烷氧基硅烷或有机三卤代硅烷和(ii)选自三有机单烷氧基硅烷、三有机单卤代硅烷、二硅氧烷和二硅氮烷的单官能的硅烷，和组分(B)是具有下式的甲硅烷基封端的烃：
其中每一R1独立地选自卤素原子、羟基、烷氧基、肟基、烷基肟基、芳基肟基、烷基羧基和芳基羧基，每一R2独立地选自烷基和芳基，和R4是二价烃基。
7.权利要求1、2、3、4或5的方法，其中固化的有机硅树脂热固性基底是含下述的组合物：(A′)含具有下述经验式的单元的倍半硅氧烷共聚物：R1 aR2 bR3 cSiO(4-a-b-c)/2，其中a为0或正数，b为0或正数，c为0或正数，条件是：0.8≤(a+b+c)≤3.0，且组分(A′)平均每一分子具有至少两个R1基，每一R1是独立地选自氢原子和具有脂族不饱和的单价烃基的官能团，每一R2是选自无官能基团和R1的单价烃基，每一R3是选自无官能基团和R1的单价烃基；(B′)具有下述通式的甲硅烷基封端的烃：
其中R1和R2如以上对于组分(A′)中所述的一样，条件是当组分(A′)中的R1是氢原子时，组分(B′)中的R1是不饱和单价烃基，和当组分(A′)中的R1是不饱和单价烃基时，组分(B′)中的R1是氢原子，和R4是二价烃基；和(C′)氢化硅烷化反应催化剂。
8.权利要求1、2、3、4或5的方法，其中固化的有机硅树脂热固性基底是包括有机硅树脂的聚硅氧烷膜，所述有机硅树脂通过包括下述步骤的方法获得：在(C″)铂催化剂存在下，使(A″)用平均式R1 aSiO(4-a)/2表示且在其分子内具有至少两个不饱和的脂族烃基的有机硅树脂，其中R1独立地为具有1-10个碳原子的单价烃基，和a是0-2的整数，包括端值，(B″)在其分子内具有至少两个与硅键合的氢原子的有机硅化合物反应。
9.权利要求8的方法，其中组分(A″)是含下述单元的有机硅树脂：
(R1 3SiO1/2)a(i)
(R2 2SiO2/2)b(ii)
(R3SiO3/2)c(iii)和
(SiO4/2)d(iv)
其中R1和R2各自独立地选自具有1-10个碳原子的单价烃基和不饱和脂族烃基，R3是具有1-8个碳原子的烷基，或芳基，a的数值为0或大于0，b的数值为0或大于0，c的数值为0或大于0，d的数值为0或大于0，条件是c+d的数值大于0，a+b+c+d＝1，和至少两个与硅键合的不饱和脂族烃原子存在于该有机硅树脂内。
10.权利要求8的方法，其中组分(B″)是对-双(二甲基甲硅烷基)苯。
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