CN115477864A - 紫外光固化纳米压印材料和压印模板 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种紫外光固化纳米压印材料和压印模板，属于微纳加工技术领域。本公开的紫外光固化纳米压印材料，包括可固化基材和金属有机化合物，其中，金属有机化合物不包含可紫外光固化的基团。
Description
技术领域
本公开属于微纳制造技术领域，具体涉及一种紫外光固化纳米压印材料和压印模板。
背景技术
通过干法刻蚀，把由纳米压印等技术制备的压印胶的纳米图案结构传递至目标衬底是微纳制造领域的最基本工艺之一。
但是传统的压印胶一般是由碳、氢、氧、氮、硫等轻质非金属元素构成的有机高分子材料，与需要结构传递的无机目标衬底如硅、氧化硅、氧化铝、氮化镓、金、铝等相比，抗干法刻蚀的性能差，在干法刻蚀的过程中图案会逐渐失去保真度。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种紫外光固化纳米压印材料和压印模板。
第一方面，本公开实施例提供一种紫外光固化纳米压印材料，包括可固化基材和金属有机化合物，其中，所述金属有机化合物不包含可紫外光固化的基团。
可选地，所述可固化基材包括丙烯酸脂类单体。
可选地，所述金属有机化合物质量占整个紫外光固化纳米压印材料质量的5％～70％。
可选地，所述金属有机化合物选择乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钙、乙酰丙酮铈、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铬、苯甲酰丙酮、乙酰乙酸铜、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铒、苯甲酰丙酮铁、乙酰乙酸铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、二异丙醇双(乙酰乙酸乙酯)钛、乙酰丙酮氧钛、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸锌、双(8-羟基喹啉)锌、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锆中的任意一种或几种的混合物。
第二方面，本公开实施例提供一种紫外光固化纳米压印材料，包括可固化基材，可固化基材中含有丙烯酸基团和不可紫外光固化的金属有机基团。
可选地，所述可固化基材选自甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯铜、钛三异丙醇甲基丙烯酸酯、钛三异丙醇甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯、三丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛、三甲基丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛、二甲基丙烯酸酯二丁醇锆、丙烯酸锆、羧乙基丙烯酸锆、羧乙基丙烯酸铪中的任意一种或几种的混合物。
可选地，紫外光固化纳米压印材料还包括溶剂、稀释剂、交联剂、自由基引发剂。
可选地，所述稀释剂包括环己酮、苯甲醚、乙酸乙酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯中的一种或者多种。
可选地，所述交联剂包括季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或多种。
可选地，所述自由基引发剂包括安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮中的一种或多种。
可选地，所述溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚、乙酸乙二醇乙醚中的一种或多种。
可选地，所述紫外光固化纳米压印材料还包括流平剂和/或偶联剂。
第三方面，本公开实施例提供一种压印模板，包括衬底，设于衬底一侧的紫外光固化层；其中所述紫外光固化层的材料包括上述的紫外光固化纳米压印材料。
附图说明
图1为紫外光固化纳米压印材料形成空白膜在氧气反应离子刻蚀下膜厚与刻蚀时间关系的示意图；
图2为紫外光固化纳米压印材料形成的空白膜在氟基反应离子刻蚀下膜厚与刻蚀时间关系的示意图；
图3为本公开实施例提供的一种压印模板的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
传统的压印胶一般是由碳、氢、氧、氮、硫等轻质非金属元素构成的有机高分子材料，与需要结构传递的无机目标衬底如硅、氧化硅、氧化铝、氮化镓、金、铝等相比，抗干法刻蚀的性能差，在干法刻蚀的过程中图案会逐渐失去保真度。
针对现有技术存在的问题，第一方面，本公开实施例提供一种紫外光固化纳米压印材料，紫外光固化纳米压印材料包括可固化基材和金属有机化合物，其中，金属有机化合物不包含可紫外光固化的基团。
在本实施例中，由于金属有机化合物在干法刻蚀的反应气体下(如氧气、氟基气体等)，会形成不易挥发的金属的无机化合物，这些无机金属化合物，具有抵抗干法刻蚀的性能，因此，在可固化基材中加入金属有机化合物，有利于纳米压印制备的微纳图案结构通过干法刻蚀传递至目标衬底，并且提高了紫外光固化纳米压印材料耐干法刻蚀的性能。
可选地，可固化基材包括丙烯酸脂类单体。具体的，丙烯酸酯类单体可以包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的任意一种或多种。
可选地，金属有机化合物质量占整个紫外光固化纳米压印材料质量的5％～70％。
可选地，金属有机化合物选择乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钙、乙酰丙酮铈、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铬、苯甲酰丙酮、乙酰乙酸铜、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铒、苯甲酰丙酮铁、乙酰乙酸铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、二异丙醇双(乙酰乙酸乙酯)钛、乙酰丙酮氧钛、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸锌、双(8-羟基喹啉)锌、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锆中的任意一种或几种的混合物。需要说明的是，金属有机化合物除包含上述类型的金属有机化合物外，还可以包括其他类型的金属有机化合物，在此不再一一举例说明。
在一些实施中，紫外光固化纳米压印材料包括可固化基材，可固化基材中含有丙烯酸基团和不可紫外光固化的金属有机基团。
可选地，可固化基材选自甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯铜、钛三异丙醇甲基丙烯酸酯、钛三异丙醇甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯、三丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛、三甲基丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛、二甲基丙烯酸酯二丁醇锆、丙烯酸锆、羧乙基丙烯酸锆、羧乙基丙烯酸铪中的任意一种或几种的混合物。需要说明的是，可固化基材除包含上述类型的可固化基材外，还可以包括其他类型的可固化基材，在此不再一一举例说明。
在本实施例中，由于金属有机化合物在干法刻蚀的反应气体下(如氧气、氟基气体等)，会形成不易挥发的金属的无机化合物，这些无机金属化合物，具有抵抗干法刻蚀的性能，因此，利用含有丙烯酸基团和不可紫外光固化的金属有机基团的紫外光固化纳米压印材料，有利于纳米压印制备的微纳图案结构通过干法刻蚀传递至目标衬底，并且提高了紫外光固化纳米压印材料耐干法刻蚀的性能。
在一些实施例中，紫外光固化纳米压印材料还包括溶剂、稀释剂、交联剂、自由基引发剂。其中，稀释剂可用于降低纳米压印胶粘度，使之适于涂敷工艺；交联剂可用于提高纳米压印胶材料的机械强度。
可选地，稀释剂包括环己酮、苯甲醚、乙酸乙酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯中的一种或者多种。需要说明的是，稀释剂还可以包括其他类型的稀释剂，在此不再一一举例说明。
可选地，交联剂包括季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或多种。需要说明的是，交联剂还可以包括其他类型的交联剂，在此不再一一举例说明。
可选地，自由基引发剂包括安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮中的一种或多种。需要说明的是，自由基引发剂还可以包括其他类型的自由基引发剂，在此不再一一举例说明。
可选地，溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚、乙酸乙二醇乙醚中的一种或多种。需要说明的是，溶剂还可以包括其他类型的溶剂，在此不再一一举例说明。在一些实施例中，紫外光固化纳米压印材料还包括流平剂和/或偶联剂。其中，流平剂有助于纳米压印胶形成均匀厚度薄膜，偶联剂可以增强纳米压印胶与衬底粘附性。
可选地，流平剂可以BYKUV系列表面助剂等。
可选地，偶联剂包括(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。需要说明的是，偶联剂还可以包括其他类型的偶联剂，在此不再一一举例说明。
以下例举出几个耐刻蚀紫外光固化纳米压印材料的具体实施例：
实施例1：
在本实施例中，紫外光固化纳米压印材料包括金属有机化合物、交联剂和引发剂，其中，金属有机化合物包括乙酰丙酮氧钛，交联剂包括季戊四醇三丙烯酸酯，引发剂包括1-羟基环已基苯基酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
具体的，本实施例中紫外光固化纳米压印材料包括乙酰丙酮氧钛(50％)、季戊四醇三丙烯酸酯(45％)、1-羟基环已基苯基酮(4％)和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(1％)。
实施例2：
在本实施例中，紫外光固化纳米压印材料包括金属有机化合物、交联剂、流平剂、偶联剂和引发剂，其中，金属有机化合物包括三甲基丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛，交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，流平剂包括BYK-UV3500，偶联剂包括(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷，引发剂包括1-羟基环已基苯基酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
具体的，本实施例中紫外光固化纳米压印材料包括三甲基丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛(50％)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(35％)、BYK-UV3500(5％)、(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷(5％)、1-羟基环已基苯基酮(4％)和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(1％)。
实施例3：
在本实施例中，紫外光固化纳米压印材料包括金属有机化合物、交联剂、流平剂、偶联剂和引发剂。其中，金属有机化合物包括二甲基丙烯酸酯二丁醇锆，交联剂包括乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯，流平剂包括BYK-UV3570，偶联剂包括(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷，引发剂包括1-羟基环已基苯基酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
具体的，本实施例中紫外光固化纳米压印材料包括二甲基丙烯酸酯二丁醇锆(40％)、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯(45％)、BYK-UV3570(5％)、(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷(5％)、1-羟基环已基苯基酮(4％)和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(1％)。
实施例4：
在本实施例中，紫外光固化纳米压印材料包括金属有机化合物、交联剂、流平剂、偶联剂和引发剂。其中，金属有机化合物包括三丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛，交联剂包括二季戊四醇六丙烯酸酯，流平剂包括BYK-UV3570，偶联剂包括(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷，引发剂包括1-羟基环已基苯基酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
具体的，本实施例中紫外光固化纳米压印材料包括三丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛(60％)、二季戊四醇六丙烯酸酯(25％)、BYK-UV3570(5％)、(3-丙烯酰氧丙基)三(三甲基硅氧基)硅烷(5％)、1-羟基环已基苯基酮(4％)和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(1％)。
需要说明的是，以上实施例为举例说明，本领域技术人员可根据需要选择紫外光固化纳米压印材料的各个组份及其含量，在此不再一一举例说明。
图1为紫外光固化纳米压印材料形成空白膜在氧气反应离子刻蚀下膜厚与刻蚀时间关系的示意图，图2为紫外光固化纳米压印材料形成的空白膜在氟基反应离子刻蚀下膜厚与刻蚀时间关系的示意图。
需要说明的是，图1和图2中A类紫外光固化纳米压印材料为未添加金属有机化合物的紫外光固化纳米压印材料；图1和图2中B类紫外光固化纳米压印材料为实施例2中添加有金属有机化合物的紫外光固化纳米压印材料；图1和图2中C类紫外光固化纳米压印材料为实施例4中添加有金属有机化合物的紫外光固化纳米压印材料。
如图1和2所示，由C类紫外光固化纳米压印材料形成的膜层随刻蚀时间的增加，膜层厚度的变化最小，由B类紫外光固化纳米压印材料形成的膜层随刻蚀时间的增加，膜层厚度的变化次之，由A类紫外光固化纳米压印材料形成的膜层厚度随刻蚀时间的增加，膜层厚度的变化最大，由此说明添加了金属有机化合物的C类和B类紫外光固化纳米压印材料增加了抗刻蚀的能力。
第二方面，如图1所示，本公开实施例提供一种压印模板，包括衬底11，设于衬底11一侧的紫外光固化层12，其中，紫外光固化层12的材料包括上述的紫外光固化纳米压印材料。
在本实施例中，由于紫外光固化纳米压印材料包括金属有机化合物，因此提高了紫外光固化纳米压印材料耐干法刻蚀的性能。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
Claims (13)
1.一种紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，包括可固化基材和金属有机化合物，其中，所述金属有机化合物不包含可紫外光固化的基团。
2.根据权利要求1所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述可固化基材包括丙烯酸脂类单体。
3.根据权利要求1所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述金属有机化合物质量占整个紫外光固化纳米压印材料质量的5％～70％。
4.根据权利要求1所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述金属有机化合物选择乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钙、乙酰丙酮铈、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铬、苯甲酰丙酮、乙酰乙酸铜、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铒、苯甲酰丙酮铁、乙酰乙酸铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、二异丙醇双(乙酰乙酸乙酯)钛、乙酰丙酮氧钛、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸锌、双(8-羟基喹啉)锌、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锆中的任意一种或几种的混合物。
5.一种紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，包括可固化基材，可固化基材中含有丙烯酸基团和不可紫外光固化的金属有机基团。
6.根据权利要求5所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述可固化基材选自甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯铜、钛三异丙醇甲基丙烯酸酯、钛三异丙醇甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯、三丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛、三甲基丙烯酸酯甲氧基乙氧基乙醇钛、二甲基丙烯酸酯二丁醇锆、丙烯酸锆、羧乙基丙烯酸锆、羧乙基丙烯酸铪中的任意一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1或5所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述紫外光固化纳米压印材料还包括溶剂、稀释剂、交联剂、自由基引发剂。
8.根据权利要求7所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述稀释剂包括环己酮、苯甲醚、乙酸乙酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯中的一种或者多种。
9.根据权利要求7所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述交联剂包括季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或多种。
10.根据权利要求7所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述自由基引发剂包括安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮中的一种或多种。
11.根据权利要求7所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚、乙酸乙二醇乙醚中的一种或多种。
12.根据权利要求7所述的紫外光固化纳米压印材料，其特征在于，所述紫外光固化纳米压印材料还包括流平剂和/或偶联剂。
13.一种压印模板，其特征在于，包括衬底，设于衬底一侧的紫外光固化层；其中所述紫外光固化层的材料包括权利要求1-12中任一项所述的紫外光固化纳米压印材料。
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2021
- 2021-05-31 CN CN202110602072.3A patent/CN115477864A/zh active Pending
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