TWI358439B - Non-leaching adhesive system and its use in a liqu - Google Patents

Non-leaching adhesive system and its use in a liqu Download PDF

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Description

1358439 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於黏合系統之領域，特別是關於在熟化後不 潰任何有害組份或雜質到液體（其為該黏合系統或變成 與該黏合系統接觸）之非浸潰黏合系統。 【先前技術】 「非浸潰」一詞這裏指沒有浸潰對使用黏合劑之應用有 害之化合物。這類應用之實例為用於高密度光碟之深uv製 版’用於石夕晶圓之深XJV微影、用於生化領域中之浸液微影 及浸潰顯微鏡中。更重要之應用為接觸流體及組織之應用 在導管及其他生物醫學裝置之組合以及生物感應器之建造 中’特別是那些含有組合微流體結構者。許多應用亦在獸 醫及食物與飲料工業中見到。在這類應用中最重要的是接 觸沾化黏合劑之液體維持極高的純度，如此沒有任何污染。 在浸液顯微鏡中，例如藉由在固定鏡頭及固定物體間應 用浸潰液體，數值孔徑（NA)增加且因此顯微鏡物體之解析 度增加。液體之黏合力保持物體被浸潰。然而當物體移動 時’可能因將液體拉離鏡頭或在物體下拉動氣體，發生浸 潰之破壞。在動態系統（如製版機台）中應用液體浸潰之主要 問題是在靜止鏡頭及移動基板間維持安定之液膜。 在極端之應用中，例如使用在母片上光阻層中記錄資料 之咼NA浸液物體之向密度（藍光光碟）光碟之sUV複製，光 阻之適當顯影常受浸潰液體中低濃度雜質之阻礙。此污染 (可能是很少的）是由於來自用於建造物體及浸潰配件之黏 95344.doc 1358439 合劑之雜質的浸潰。 一般使用二成分環氧樹脂-胺或環氧樹脂-酐黏合系統。 因此常發生黏合劑之鹼性雜質，或黏合劑給藥後不適當混 合及/或熟化之未反應胺浸潰到水相及接著進入光阻中。（甚 至環氧樹脂-肝系統可含有可浸潰之四級胺加速劑）。之後曝 光與非曝光區域間期望之對比將局部地被改變或甚至被移 除，其顯示如在母片上之點缺陷或污點。這樣之缺陷之後 亦將轉移到模版及由該等母片製造之複製碟片上。 部份或完全未顯影之光阻之相同問題已在幾種正型光阻 上被觀察到，其屬於例如酚醛清漆環氧樹脂_二偶氮基醌形 式之光阻。 【發明内容】 現在本發明提供不浸潰有害雜質或組合物之黏合系統， 且由此使得曝光之光阻層適當顯影及隨後模版之製造。 更特別地，本發明係關於非浸潰、可熟化、黏合系統， 〃包括至_> -種單體，其選自丙烯酸酯與曱基丙烯酸酯單 體、烯丙基單體、冰片烯單體、該單體與在一單體中含有 化學上不同可聚合基之雜交單 3有 置种，甘m 乂早體之⑽合物及多官能性硫醇 早體（其條件為該硫㈣合至少—種該非 群中；及聚合起始劍。較佳# s , 平趙便用)之 醇)有至少二種官能性可臂人其… 子早體(不疋硫 得到交聯聚合物網。此片佶田「 一氷《方法）以 早體可被偶合之單體數大於丨。 “扣母
雖然事實上可藉自由A "引^聚合之任何單體可用於本黏 95344.doc 合系統中，但是以提供對玻璃及金屬具良好黏合性質之交 聯產物之那些化合物較佳。觀察到在此使用之「玻璃」-詞亦指石英玻璃。 用於本黏a系統中較佳之二丙稀酸醋I體為2,2_雙[4 (3_ 丙烯醯氧基-2-羥基丙氧基）苯基]丙烷。 另方面可为離或結合上面所示之（甲基）丙烯酸酯使 用由多硫醇及多烯丙基單體組成之硫醇_烯系統及（自由基) 聚合起始劑。硫醇之非限制性實例為三曱醇丙烷三硫醇、 季戊四醇四硫醇及其乙氧化同系物。烯丙基單體之非限制 性實例為異佛爾酮二異氰酸鹽之二烯丙酯、氰酸三烯丙酯 與異氰酸二烯丙酯及三甲基醇丙烧之二與三烯丙酯。 如上面所示，黏合系統亦含有聚合起始劑。使用可熱活 化及射線（以UV射線較佳）活化之單一起始劑較佳。 偶氮雙異丁腈為好的實例，雖然許多種偶氮酯同樣可以 使用。 偶氮酯起始劑除了其光化學分解之外在較低溫下有相當 高之分解速率之優點，這讓其亦可在低及較高之溫度下使 用0 只在高溫分解且亦可用於本發明中之光起始劑之實例為 α-羥基酮，如伊加庫爾（irgacure) 1 84及達羅庫爾（Dar〇cure) 1173 (皆為汽巴加基（Ciba-Geigy AG)之商標）；ce-胺基酮， 如伊加庫爾（Irgacure) 907及達羅庫爾（Darocure)369(皆為 汽巴加基（Ciba-Geigy AG)之商標）及苯基二曱基縮酮，如伊 加庫爾（Irgacure) 65 1 (= DMPA : 〇;，α-二曱氧基-α-苯基乙醯 95344.doc ^58439 苯）（汽巴加基（Ciba-Geigy AG)之商標）。 本黏合系統尚包括在有利之實驗中之反應性稀釋劑。在 此觀點中觀察到用於本黏合系統中之二（甲基）丙烯酸醋單 體在操作溫度（例如60eC )下之黏度對欲結合之精密基板上 之適當應用太高。在這些情況中使用反應性稀釋劑較佳。 该反應性稀釋劑為單丙烯酸酯但以二或多丙烯酸酯及/ 或甲基丙烯酸酯較佳，其實例為1)6_己二醇二丙烯酸酯及三 聚丙一醇二丙烯酸酯。其他實例包括乙氧化三曱醇丙烷三 (曱基）丙烯酸酯及黏度夠低之季戊四醇四（曱基）丙烯酸酯。 為支持本黏合系統對基板（特別是金屬或玻璃基板）之黏 著性質，以適當表面活化劑預處理這類基板較佳。這樣之 表面預處理將幫助防止脫層或由基板釋放黏合劑之其他方 法。 因此本發明亦關於非浸潰、可熟化、黏合劑組合物，其 以早體為基礎，包括⑷如上面定義之黏合系統及⑻表面活 化劑。 該表面活化劑以丙烯酸或曱基丙烯酸矽烷偶合劑較佳。 這些試劑可與（甲基）丙烯酸酯及硫醇-烯系統使用。另一方 面，硫醇或烯丙基偶合劑亦可與硫醇_烯系統使用。在此觀 械察到由如歐洲專利_A_ 1 〇〇5 03 7所知石夕娱(偶合劑一 起/、黏α劑、纟且合物使用以結合金屬基板。儘管如此此文獻 中沒有這類偶合劑之特定實例。此外，歐洲專利-Α-1 005 037係士關於陽離子υν可熟化組合物，其由作為主要成分之 a氧^知及陽離子聚合形式之光起始劑組成較佳。這類系 95344.doc ，、先之特徵為其浸漬可能會影#光阻行為之離子化合物之能 力。 如上面所示，本發明相反地關於以丙烯酸酯及/或甲基丙 缔單體、稀丙基單體、冰片稀單體、含有化學上不同 之可聚合基團之雜交單體、該單體之混合物與多官能性硫 醇早體（其條件為為該硫醇結合至少—種該其他、非硫醇單 體）及聚合起始劑為基礎之黏合系統，此系統不浸潰任何有 害組分至熟化後接觸該黏合系統之液體中。 本發明之甲基丙烯酸矽烷偶合劑以γ_甲基丙烯醯氧丙基 二曱氧基梦烧較佳。 本發明尚關於確保金屬對金屬及金屬對玻璃黏著性之方 法，其藉由塗佈如上面定義之非浸潰、可熟化、黏合系統 之塗層到欲接合零件之表面，接合如此塗佈之該等零件表 面並熟化此組合，其中欲接合表面在塗佈黏合系統之前以 表面活化劑預處理。 圪樣之預處理將進一步防止如上所示之脫層及/或漏水。 表面活化劑以丙烯酸或曱基丙烯酸矽烷偶合劑較佳以 Ύ-甲基丙烤酿氧丙基三曱氧基石夕烧更佳。 欲賦予根據本發明黏合劑之表面之預處理由暴露該表面 至偶合劑之蒸氣中組成較佳，若需要溶解在適當溶劑中， 或以在適當溶劑中之該偶合劑溶液處理該表面，或用任何 其他適當方法。 本發明尚關於使用本黏合系統黏著金屬膜到另一金屬膜 或浸液物體之玻璃基板，這用於製備基板，特別是光學母 95344.doc -10- J面之解釋，浸潰來自用於建造浸漬物體及浸潰配件 之黏合劑之微量組分到浸潰液中常有在浸潰顯微鏡中母 光阻之適§顯影受阻礙之結果。如此得到之缺陷顯示 έ缺陷或々點；其不僅出現在母片之光阻層中，亦轉移 到模版及由這類母片製造之複製碟片上。 使用本黏合系統令人驚料、完全地防止此浸潰問題。 本發明尚關於在請求項16中定義之浸液物體。 上面所示及本發明之其他觀念藉由參照圖式及下列實例 將變得明顯並說明，其不解釋為以任何方式限制本發明之 範圍。 【實施方式】 在藍光光碟母片之浸潰製版使用之裝備中，使用如圖 a、、11^中描述之液體浸潰觀念已被瞭解。 液體汉'貝藉局部維持物體6之最終鏡頭元件5及有光阻4 間之切達到（見叫水為在浸潰液體 :之選擇，因為其對用於製版之257 nm波長之 ^ >、先阻加工相容。使用之物體為商業上可 付之鏡頭（數值孔徑（ΝΑ)= θ : ) 〇·9 ’ X=257 nm)，其藉增加幾乎 疋K形之最終鏡頭元件（未顯示出）轉變成财叫Μ之 浸潰鏡頭。水透過恰在浸潰鏡頭5上游之孔9在屢 供應，該壓力夠古LV -拽A尸 下連，··只 ^避免軋體含有物且夠低以防止放出、、容 解氧體。在圖1 b中之仰親圖辟-β 、 / 動如何拉動鏡頭下之水，產:Γ 塗佈碟片之相對運 產生環繞焦點之安定水痕。水痕 95344.doc 1358439 典型上在刻版速度最高5 m/s下為7 μηι高及200 /im寬。由在 鏡頭5上之此窄水痕產生之力為最小化的，故聚焦行動不受 水膜存在之阻礙β 浸潰鏡頭裝備及水供應之構造必須在遠場物體之最初工 作距離内實行，其僅為250 μπι。這已產生浸潰鏡頭之非常 瘦之底板（僅200 μιη厚），其含有水供應通道8。鏡頭底板由 四層金屬治之堆疊7組成（顯示在圖1 c中），其以創造水供應 通道8之方法一起成形並黏合。 水通過金屬落之堆疊7之低層落中之孔9到達物體6及碟 片2間之界面。這意指浸潰用之水接觸黏合劑。金屬箔之堆 疊7中之黏合劑必須以熱熟化因為其不通過UV光。 最終浸潰鏡頭元件必須牢固地貼在箔配件上。這亦藉由 黏合達成。此處，以UV可硬化黏合劑較佳因為避免高溫以 減少應力之聚集、其鬆弛及因此浸潰鏡頭元件5之不正確之 定位 當使用傳統黏合劑（如環氧樹脂-胺/酐基黏合劑）時，常發 生在沖洗或喷灑或浸泡水溶液顯影液後光阻留下部份或全 未顯衫。此缺陷顯示如點缺陷（圖2)或如污點（圖3)。缺陷 不僅在光阻膚中出現也轉移到模板及由這類母片製造之複 製碟片中。在公模板上點缺陷之細節顯示在圖4中。此光阻 局部未顯影》 圖2及3中痕跡寬度為0.7 mm，同時圖4中之痕跡間距為 320 nm。 圖5a及圖5b顯示使用圖la、lb及lc中敘述之浸潰顯微鏡 95344.doc 12 1358439 產生之複製碟片，其藉使用根據本發明黏合劑安裝。圖 及5b中痕跡寬為0.4 mm。 實例1 藉由混合80% (w/灼在丨，6_己二醇二丙烯酸酯中之2,2雙 [4-(3-丙烯醯氧基-2-羥基丙氧基）笨基]丙烷（=雙_gaa)與 0.1% (b.w.)之偶氮雙異丁腈製備黏合劑。 此黏合劑用於如圖la&lb中金屬㈣疊之層磨及物鏡之 黏合。金屬箔間之黏合劑藉加熱金屬箔堆疊到9〇。〇丨2小時 熟化。物鏡藉暴露相同黏合劑在1；¥光（波長範圍32〇_39〇 nm，強度40 mW.cm·2,暴露時間丨分鐘作固定在到金屬络 堆疊。 7似乎黏合系統不溶解雜質，如適#顯影曝光光阻層及隨 後如圖la、lbAle中所示之以浸潰顯微鏡物體製造模板所 示。 黏合系統極佳之品質進一步在複製碟片上沒有污點及針 孔下描述’如圖5a及5b所示》 實例2 根據實例1製備之黏合劑，但使用75%(w/w)於三甘醇二丙 烯酸酯中之雙-GAA溶液。 得到如實例1所示之相同結果。 實例3 為了進步防止脫層及/或漏水（如果可能，根本防止）， 机互相結合之表面以液體矽烷偶合劑預處理。更特別地， 金屬羯及浸潰鏡頭置於乾燥器中，其含有具有^甲基丙婦 95344.doc 酸氧丙基三甲氧基錢之開放容器。
乾燥器抽直咖B __ ^ 金屬治及鏡頭暴露在該偶合劑之蒸氣整 之後零件使用實例1所示之黏合劑及步驟結合。 >/7 、一 ^ ’可點或點缺陷在顯影使用圖1描繪之複製裝置製造 之母片上觀察到。 比較實例1 产β ,用圖1c中所繪之略圖之浸液顯微鏡系統（使用傳統 =乳樹脂-胺黏合劑（即阿拉耳迪特（―）細0建造）製 造之模板複製之碟片顯示許多點缺陷及污點，如圖2及3所 不°缺陷已經存在用於複製碟片之模板上（圖4)。 笞本發明相關其特定具體實施例敘述，認定可做其種 種仏正或變化而不違背在參照後面的申請專利範圍後更清 楚瞭解之本發明範圍及精神。在中請專利範圍中任何參考 之符號將不構成限制本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 圖la及lb顯示用於光碟複製之液體浸潰觀念之剖面及仰 視圖。 圖lc顯示圖la之浸潰鏡頭底板及水供應配件之具體實施 例之細節。 圖2顯不點缺陷，在浸液顯微鏡中使用傳統黏合劑之複製 碟片上得到的。 圖3顯示污點，在浸液物體中使用傳統黏合劑之複製碟片 上得到的。 圖4為顯示在浸液物體中使用傳統黏合劑製造之公模版 95344.doc 14 1358439 上點缺陷之AFM照片。 *並沒有 圖5a顯示使隸據本發明毒占合劑得到複製碟片 污點或點缺陷（倍率10X)。 圖5b顯示圖5a所示之相回摊w , 伯冋碟片’但倍率為20X。 【主要元件符號說明】 1 碟片 2 母片 3 水供應通道 4 光阻層 5 浸潰鏡頭 6 物體 7 金屬箔堆疊 8 水供應通道 9 孔 95344.doc

Claims (1)

1358439 p—---- 丨年/_。月午日修正本 第093124688號專利申請案 1----1 中文申請專利範圍替換本(100年10月） ^ 十、申請專利範圍： 1. 一種可熟化之黏合系統，其實質上由下列成分組成： (1)至少—種可藉由自由基引發聚合之單體，該單體係選 自由2, 2-雙[4-(3-丙烯醯氧基_2_羥基丙氧基）苯基]丙烷、 2’ 2-雙[4-(3-甲基丙烯醯氧基_2_羥基丙氧基）苯基]丙烷、 異佛爾酮二異氰酸鹽之二烯丙酯、氰酸三烯丙酯、異氰 酸二烯丙酯、三甲醇丙烷之二與三烯丙酯、冰片烯單體、 二曱醇丙烷三硫醇、季戊四醇四硫醇及其乙氧化同系 物、該等單體之混合物及在一單體中含有化學上不同之 可聚合基團之雜交單體所組成之群組，其條件為當該至 少一種單體係為該硫醇單體時，該硫醇單體係用於結合 至少一種該丙烯酸酯單體、曱基丙烯酸酯單體、烯丙基 早體、冰片細單體、該等單體之混合物及/或該等單體之 雜交單體之非硫醇單體；及 (2)聚合起始劑， 當與存在於使用經熟化之黏合系統之應用中之液體或液 膜接觸時’該黏合系統係為沒有浸潰對於該應用有害之 化合物之非浸潰系統。 2. 如請求項1之可熟化之黏合系統，其中該至少一種單體係 為選自由異佛爾酮二異氰酸鹽之二烯丙酯、氰酸三烯丙 酉旨、異乱酸二稀丙醋及三曱醇丙烧之二與三烯丙醋組成 之群組之烯丙基單體。 3. 如請求項1之可熟化之黏合系統，其中該至少一種單體係 為選自由三甲醇丙烷三硫醇、季戊四醇四硫醇及其乙氧 95344-1001004.doc 1358439 化同系物組成之群組之多官能性硫醇。 \ 4.如請求項1之可熟化之黏合系統，其中該至少一種單體係 為2, 2-雙[4-(3-丙烯醯氧基-2-羥基丙氧基）苯基]丙烷。 5. 如清求項1之可熟化之黏合系統，其中該起始劑為光起始 劑、熱起始劑或二者之組合。 6. 一種可熟化之黏合系統’其實質上由下列成分組成：（a) 如請求項1中定義之黏合系統，及（b) 一種反應性稀釋劑。 7. 如請求項6之可熟化之黏合系統，其中該反應性稀釋劑為 丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯稀釋劑。 8. 一種可熟化之黏合組合物，其實質上由下列成分組成：（a) 如請求項1中定義之黏合系統，及（b)一種表面活化劑。 9·如請求項8之黏合組合物，其中該表面活化劑為丙烯酸或 甲基丙稀酸石夕烧偶合劑。 10. 如請求項9之黏合組合物’其中該甲基丙烯酸矽烷偶合劑 為γ-甲基丙稀酿氧丙基三甲氧基發烧。 11. 如請求項1之可熟化之黏合系統，其實質上由一種硫醇〜 稀系統及有效量之自由基聚合起始劑組成，該硫醇-婦系 統係由包含至少一種選自由三甲醇丙烷三硫醇、季戊四 醇四硫醇及其乙氧化同系物組成之群組之多硫醇單體， 及至少一種選自由異佛爾酮二異氰酸鹽之二烯丙酯、氰 酸三烯丙酯、異氰醆三烯丙酯及三曱醇丙烷之二與三歸 丙酯組成之群組之多烯丙基單體之混合物所組成，當與 存在於使用經熟化之黏合系統之應用中之液體或液膜接 觸時’該黏合系統係為沒有浸潰對於該應用有害之化合 95344-1001004.doc S 1358439 物之非浸潰系統。 △ 可熟化之料組合物，其實質上由下列成分組成⑷ 如明求項11令定義之黏合系統，及㈦作為偶合劑之" 基丙烯醯氧丙基三f氧基矽烷。 13. -種可熟化之黏合系統，其實質上由⑴在16己二醇二丙 烯酸曰中之2, 2-雙[4-(3-丙烯酿氧基_2_經基丙氧基）苯基] 丙烧冷液及有效里之偶氮雙異丁猜起始劑所組成，或由⑺ 在三甘醇二丙埽酸g旨中之2, 2雙[4_(3丙稀醯氧基·2·經 基丙氧基）笨基]丙院溶液及有效量之聚合起始劑所組成。 14. 一種可熟化之黏合系統，其實質上由下列成分組成：（昀 如請求項13中定義之黏合系統，及（b)作為偶合劑之甲 基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烧。 95344-1001004.doc
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