[发明专利]含巯基多官能团的低倍多聚硅氧烷化合物及其组合物和压印的软模板

说明书

技术领域

本发明属于微电子学与纳米电子学中的微纳米加工领域，涉及含巯基的多官能团的低倍多聚硅氧烷化合物(将“低倍多聚硅氧烷化合物”简称为“Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane，缩写为POSS”)及其用于制备压印的软模板的组合物以及压印的软模板。

背景技术

纳米压印光刻技术被认为是最有应用前景的下一代光刻技术之一。基于其机械压印原理，纳米压印技术可以实现的图形分辨率超越了在别的传统技术中由光衍射或粒子束散射造成的局限，具有低成本、高分辨率、高产能等优点。

其中，模板是纳米压印光刻(Nanoimprint lithography，NIL)与传统光学光刻工艺最大的区别所在，模板作为压印特征的初始载体直接决定着压印图型的质量，要实现高质量的压印复型，必须要有高质量的压印模板。不同于传统光学光刻使用的掩模(4X)，纳米压印光刻使用的是1X模版，它在模板制作、检查和修复技术面临更大挑战。当前，模板的制作已经成为NIL最大的技术瓶颈，而且随着纳米压印光刻研究的日益深入以及应用领域的不断扩大，NIL模板的制造将变的越来越重要并面临着更加严峻的挑战。因此，模板的制造已经成为当前纳米压印光刻一个最重要的研究热点，尤其是三维模板、大面积模板和高分辨率模板的制作、模板缺陷的检查和修复是当前及其将来最迫切的需求、最主要的研究热点和挑战。

传统压印的承载体模板是石英制作，不仅成本昂贵，而且极易破碎，反复工作后，刻蚀胶容易粘在模板表面，这些残留固化聚合物极易破坏结构的复制精密度。同时模板多次使用后，要重新氟化处理，多次处理对材料结构本身有破坏作用。因此，迫切需要有新的材料能够取代石英基模板，节约成本，提高模板利用率。目前很多研究团队致力于软模板的研究，软模板泛指基质是软的材料做成的模板，通常是以光刻胶作为预聚物，利用压印技术在其表面制作图形，再通过热固化或者紫外光固化成型，得到反向复制图形的聚合物软模板。相比于硬模板，软模板不仅制备工艺简单，大大节约了成本；同时由于本身的软基质，可以替代硬性材料无法弯曲的缺点，大大提高了压印的质量。

经过对现有技术的检索发现，目前最成功商业化，应用于软模板制造的压印光刻胶产品是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。PDMS是一种广泛应用于微流体等领域的聚合物材料。它成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性，因此常用于芯片封装等领域。由于其良好的透光率，较低的表面能(21.6mJ/cm³)和收缩率，以及及其优异的抗溶剂性能，使得PDMS材料成为近年来软模板制作的热点。但是PDMS胶的粘度大，固化后膜的机械性能比较差，不耐磨损，尤其是不能制作高精度，高分辨率的图形(图形结构小于200nm后，PDMS模板结构很容易破损和变形)，使得该材料进一步的应用受到限制。随着光刻技术的发展，对精密度要求越来越高，目前大规模集成电路芯片上特征线条已经达到的平均线条宽度45nm，而国际上众多公司还在向更小的线条尺寸进军。显然，PDMS材料作为软模板已经不适应软膜技术的要求。

近几年，硫醇/烯类紫外光刻胶由于具有点击化学的反应高效、快速，反应条件温和等特点，显示出更大的应用情景。巯基/烯类紫外光聚合反应是指含有两个以上巯基(-SH)的单体与含有不饱和碳碳双键(-C＝C-)单体之间的自由基逐步聚合反应。与(甲基)丙烯酸酯紫外光自聚合反应相比，因为体系中引入含有巯基的共聚单体，从本质上改变其聚合机理，使光聚合反应由自由基链式自聚转变为自由基逐步共聚，从而使聚合物分子量逐步增长，推迟凝胶现象的发生，有效降低了氧阻聚效应，可大大提高双键的转化率，减小聚合物的体积收缩。而且，巯基/烯类单体光聚合反应所需光引发剂用量非常少，甚至可以不用，所以利用光固化来制备较厚制件成为了可能。