[发明专利]一种飞秒激光直写光刻胶组合物

说明书

本发明属于光刻胶及激光直写技术领域，公开了一种适用于飞秒激光直写的光刻胶组合物，所述光刻胶组合物由单体、光引发剂和聚合物组成，其技术特征在于所述光刻胶组合物具有双色光敏性，可以被特定波长的飞秒激光引发聚合，同时又可以被另一束连续激光抑制聚合，抑制光束减小了飞秒激光的直写区域，从而提高了飞秒激光直写精度，本发明所提供的光刻胶组合物通过特定结构的单体和聚合物，不仅提高了飞秒激光直写精度，同时降低了飞秒激光直写阈值、增强了机械强度。

技术领域

本发明属于光刻胶及飞秒激光直写技术领域，更具体地，涉及一种具有高精度、高灵敏度和高力学强度的飞秒激光直写光刻胶组合物。

背景技术

飞秒激光直写技术是一种借助飞秒激光实现直接写入的无掩模光刻技术，通过飞秒激光光束在具有光刻胶涂层的基片上进行扫描，直接产生图形信息，无需掩模版，提高了加工效率。

飞秒激光光刻胶是一种对飞秒激光具有双光子吸收的材料体系。双光子聚合仅发生在飞秒激光的焦点区域，该区域一般称之为体素，体素的大小决定了飞秒激光直写精度。受限于衍射极限，体素的横向尺寸约200nm。因此，飞秒激光直写的精度通常只能达到200nm。近年来，尽管充分利用了光刻胶的特性，比如阈值特性，也很难达到100nm以下的直写精度。

基于边缘光抑制技术的双光束飞秒激光直写，通过利用另一束经调制的抑制激光束套入光刻飞秒激光，利用抑制激光的边缘光抑制效应，形成了仅在激光中央才具有引发光刻胶能力的直写光区，可突破光学衍射极限，进一步提高飞秒激光直写精度。基于该技术的光刻胶需要对飞秒激光和抑制激光同时具有光响应。首先可以对飞秒激光产生双光子吸收，从基态转变为活性的激发态，使光刻胶发生聚合。之后，在抑制激光的作用下，抑制光刻胶发生聚合。抑制光减小了飞秒激光直写区域，将飞秒激光直写精度提升至100nm以下，甚至可以达到50nm。但是，由于抑制激光阻止了聚合反应，降低了光刻胶的聚合度，导致直写的结构力学强度较差，不利于飞秒激光直写技术进行高精度结构的加工。【Chemistry ofMaterials,2019.31(6):p.1966-1972.】。

因此，需要开发一种具备高灵敏度、高精度和高力学强度的双色光敏性光刻胶，以促进飞秒激光直写技术产业化发展。

发明内容

针对现有技术以上的发展状况以及对于适用于飞秒激光直写光刻胶研究的不足，本发明所要解决的技术问题在于，提供了一种具有双色光敏性光刻胶组合物，该组合物由单体、光引发剂和聚合物组成。在光引发剂存在下可以被飞秒激光引发聚合，然后又可以被另一束激光抑制聚合，抑制光束减小了飞秒激光的直写区域，从而提高了飞秒激光直写精度。

本发明的技术方案如下：

一种具有双色光敏性光刻胶组合物，其包含单体、光引发剂和聚合物。通过特定结构的单体和聚合物，所述光刻胶组合物具有双色光敏性，不仅提高了飞秒激光直写精度，同时降低了飞秒激光直写阈值、增强了机械强度。

所述单体为具有如下结构式(I)的丙烯酸酯类单体：

Y-(Z)_m1

(I)

Y表示C1-C50的直链或支链烷基，Y上的氢可以被羟基、氨基或卤素部分取代；m1独立地表示1～20的整数，优选为2～10的整数，进一步优选为2～8的整数。

Z表示如下结构：

-(O-R₁)_m2-O-C(O)-CR₂＝CH₂

其中，R1独立地表示C1-C5的直链或支链烷基，优选为C1-C3的烷基。m2独立地表示0～50的整数，优选为0～20的整数，进一步优选为0～10的整数；R2独立地表示甲基或氢。

所述聚合物为具有如下结构式(II)的聚合物：