[发明专利]基于纤维素衍生物的激光直写光刻胶组合物及图案化方法

说明书

本发明公开了一种基于纤维素衍生物的激光直写光刻胶组合物及图案化方法，其特征在于，按质量百分比计，由4‑8wt%纤维素衍生物，4‑8wt%活性单体，0.1‑0.5wt%光敏剂及85‑90wt%溶剂构成。由纤维素衍生物作为飞秒激光直写光刻胶的固态成膜树脂，可以在光刻胶涂膜后将光刻胶固态化，并通过空气物镜的方式进行飞秒激光直写加工，而无需使用折射率匹配油，以方便进行大面积激光直写，并节省光刻胶的用量。同时，纤维素衍生物来源广泛，价格便宜，具有优异的生物可降解性，采用的活性单体和光敏剂也均具有生物相容性，最终光刻胶组合物几乎无毒，使用完毕后可快速的生物降解，不会对环境造成污染。

技术领域

本发明涉及有机高分子材料的技术领域，具体涉及一种基于纤维素衍生物的激光直写光刻胶组合物及图案化方法。

背景技术

飞秒激光直写一种新型的微纳加工方法，其无需使用掩膜版，且可在光刻胶内直写实现任意2D、3D结构的微纳加工，在微机械、生物工程、传感、光子器件等领域具有广泛的应用，比传统紫外光刻具有巨大优势。光刻胶，也叫光致抗蚀刻，是进行图案化的介质和载体，对微纳加工的性能具有至关重要的影响。由于飞秒激光直写是新兴技术，其专用光刻胶种类并不多，目前主要借鉴紫外光固化体系，成分一般包含光敏剂、活性稀释剂及溶剂。因此，上述光刻胶组合物一般为液态，主要用于2D及3D微纳制造。然而液态光刻胶加工过程中，要求物镜直接沉浸在折射率匹配油或光刻胶内，只能加工小尺寸微纳结构，在进行厘米级别的大面积结构加工时，物镜容易与光刻胶或折射率油脱离，造成加工失败。例如中国专利（CN202210143737.3）报道了一种高精度光刻胶组合物及其直写系统，引入高折射率活性单体，获得了折射率匹配光刻胶组合物，并在硅片上实现了亚50nm的高精度加工，然而该发明提供的折射率匹配光刻胶组合物并不适合大面积制造。此外，液态光刻胶进行大面积结构制造时，会对光刻胶造成严重的浪费。在半导体制造领域，光刻胶在图案化工艺过程中，均为固态薄膜，非常适合大面积制造。商业化的SU-8胶及AZ系列光刻胶也可以用于飞秒激光直写，不过由于其使用的光敏剂与飞秒激光不匹配，导致它们的灵敏度不足，制造速度慢。此外，SU-8及AZ系列光刻胶采用的化学原料均为危化品，具有较高的生物毒性，且在自然界中难以生物降解，产生的废弃物会对环境造成严重的污染。

纤维素是天然的高分子材料，其存在广泛，且无毒，具有良好的生物可降解性。纤维素具有种类繁多的衍生物，例如羧甲基纤维素、氰基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、丁酸纤维素、醋酸丁酸纤维素等等，其在食品、药品、化妆品等领域具有广泛地应用。中国专利（CN202010160572.1）报道了一种纳米纤维素基高分辨率光刻胶用成膜树脂的制备方法，其采用化学接枝改性，通过在纳米纤维素上接枝保护基团，达到制备高分辨率光刻胶用成膜树脂的目的。该成膜树脂预期用于正性半导体光刻胶内，不过该专利并未提供光刻胶组合物配方。此外，该专利通过化学改性的方法使得纳米纤维素成膜树脂的毒性变得很高，生物相容性也完全丧失。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有的技术限制，提供一种基于纤维素衍生物的激光直写光刻胶组合物及图案化方法，该光刻胶组合物具有良好的成膜性、高灵敏度及生物可降解性，可实现飞秒激光的大面积加工，并减少相关废弃物对环境的负面影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的一种基于纤维素衍生物的激光直写光刻胶组合物，其组成包括：纤维素衍生物A、活性单体B、光敏剂C及溶剂D。

优选地，按质量百分比计，所述纤维素衍生物A的添加量占光刻胶组合物总量的4-8wt%；所述活性单体B的添加量占光刻胶组合物总量的4-8wt%；所述光敏剂C的添加量占光刻胶组合物总量的0.1-0.5wt%；所述溶剂D的添加量占光刻胶组合物的85-90%。

优选地，所述纤维素衍生物A为醋酸丁酸纤维素，数均分子量12000-70000。

优选地，所述活性单体B为聚乙二醇二（甲基）丙烯酸酯，数均分子量200-700。