[发明专利]一种用于纳米压印的含氟硅低表面能材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及含氟硅低表面能材料，具体的说，是一种用于纳米压印的含氟硅低表面能材料及其制备方法。 

【背景技术】

纳米压印技术是为了适应集成电路技术的迅猛发展，光学光刻很难突破分辨率极限的情况下应运而生的一种制备微电子元件的新兴技术，其技术价格相对低廉、工艺相对简单，可以制备特征尺寸为几纳米的极小结构，在信息存储、生物传感器和亚波长光学器件领域，已成为价格相对较低、性能可靠、具有量产能力的制备技术。在2004和2005年召开的两届国际纳米压印技术大会上，纳米压印技术已经被纳入国际半导体蓝图。国际上原来生产微米加工设备的厂商，现在纷纷涉足纳米压印技术和设备，抢先一步占领市场。 

纳米压印技术按模板特性主要可分为热压印(hot embossinglithography，HEL)及紫外压印技术(UV imprint lithography，UV-NIL)2种工艺，但其原理基本一致：事先通过电子束曝光和干法刻蚀等常规微电子工艺制作出一个具有纳米图形结构的模板(或模具)，压印时首先在基片(硅、石英玻璃等)表面涂一层压印胶；模板与基片表面压印胶物理接触并使压印胶充满模板的凹花纹图案(即压印)；然后通过紫外线曝光(或冷却)固化压印胶，脱模后模板上的图形就被复制到压印胶上；最后通过刻蚀工艺，将压印胶上的图形转移到基片上，在基片上形成所需的纳米图形结构，完成纳米压印过 程。 

每一种纳米压印技术，本质上都有压印胶与模板的接触，而模板和压印胶之间的粘附性能是影响压印效果的一个重要因素，这是因为纳米压印中使用的模板表面排布着高密度的纳米级图案，在压印时模板与压印胶之间的接触面积大，表面能高，在脱模的过程中压印胶会粘附到模板表面上，这不仅降低模板的使用寿命，更严重的是降低图案的转移质量，导致图形复制失真及处理过程的复杂化。因此解决模板与压印胶之间的粘连问题，成为纳米压印技术得以进一步应用推广发展的关键技术。 

目前解决模板与压印胶之间的粘连问题的方法，主要是在模板表面涂上一层抗粘层，降低模板的表面能，采用的抗粘材料主要有聚四氟乙烯，烷基氯硅烷，聚二甲基硅氧烷，类金刚石碳膜等。 

PTFE膜是通过自身的损耗来达到抗粘目的的，在多次的热压印过程中，氟原子会转移到压印胶中，使得模板上的C-C键数目增加，CF₂数目减少，因此压印时间越长氟原子的损失越严重，同时，温度越高，氟原子的损失越严重，因此该膜对于高分辨率和高玻璃化转化温度的压印胶有着应用局限性(R.W.Jaszewski，H.Schift，Applied Surface Science，143，1999，301-308)。 

烷基氯硅烷是目前纳米压印技术中应用最广泛的抗粘材料，主要分为不含氟氯硅烷(如OTS)和全氟氯硅烷(如FDTS)两种，该类抗粘材料是通过化学键的形式结合在模板上的，可以得到1nm左右的膜层，具有很好的抗粘效果(M.Bender，M.Otto，Microelectronic Engineering 61-62(2002)407-413)，但是，氯硅烷对水敏感，即使气相沉积也很容易在湿气作用下发生共聚结块，影响模板表面粗糙度，难以在纳米级别的模板表面得到均一的膜， 特别是当纵横比很高的时候，另外，在模板的使用过程(UV-NIL)中发现，F原子从膜层中脱落，原因可能是压印过程中形成了挥发性的物质，从而对环境产生了污染(Min Jung Lee，Nae Yoon Lee，Adv.Mater.2006，18，3115-3119；F.A.Houle，C.T.Rettner，APPLIED PHYSICS LETTERS 90，213103，2007)。 

PDMS材料本身具有较低的表面能，可以作为软压印技术的模板，但是基于软压印技术分辨率较低的限制，PDMS材料也可以应用在硬膜板上，并且得到与PDMS材料本身相当的表面能，但是制作模板涂层的过程比较复杂，难以控制(Mihee Kim，Kyunghoon Kim，Chem.Commun，2007，2237-2239)。 

DLC是针对UV-NIL中SAM膜易破损的缺陷提出来的处理模板的新技术，是用甲烷等离子体，通过离子束沉积的方法沉积在模板表面上的，但是该膜层的表面能较大(42mN/m)，制备技术复杂(M.Grischke，A.Hieke，Diamondand Related Material s.7，1998.454-458)。