[发明专利]基于双抑制效应的飞秒激光直写光刻胶组合物及其应用

说明书

本发明公开了一种基于双抑制效应的高精度飞秒激光直写光刻胶组合物及其应用。所述飞秒激光直写光刻胶组合物包括单体、双光子引发剂和阻聚剂；所述单体选自丙烯酸酯类化合物和甲基丙烯酸酯类化合物中的一种或多种按任意配比的组合；以单体质量为100％计，双光子引发剂和阻聚剂的质量百分比为0.5‑5wt％和0.1‑5wt％。本发明公开的光刻胶组合物中加入了阻聚剂，利用化学抑制效应可以提高飞秒激光直写的刻写精度。本发明提供了所述光刻胶组合物在飞秒激光直写制备微结构中的应用，其结合了PPI的物理抑制和阻聚剂的化学抑制两种抑制效应，可以显著提高飞秒激光直写的刻写精度，获得极高精度的高质量刻写线条。

技术领域

本发明属于微纳加工制造领域，具体地说涉及一种高精度飞秒激光直写光刻胶组合物及其应用。

背景技术

飞秒激光直写技术是一种利用飞秒激光光束在涂有光刻胶的基板上进行刻写，从而直接生成二维或者三维结构，是一种无掩膜、微纳加工的理想手段。

随着信息技术和人工智能的发展，微纳加工行业对加工精度的要求也越来越高。根据瑞利衍射原理，飞秒激光直写技术的刻写分辨率受到激发光波长的限制，例如使用800nm的飞秒激光、数值孔径为1.4的物镜进行直写，获得的最小横向分辨率为340nm左右。科研人员通过降低光刻胶的光刻阈值等手段，将刻写精度降到了100nm左右。例如，目前市场上最为成熟的双光子直写设备——德国Nanoscribe公司的Photonic Professional GT系列快速高分辨系统能够达到160nm的刻写尺寸。

飞秒激光直写技术的刻写精度受到诸多因素的影响，总体上可以分为物理因素和化学因素两大类。物理因素包括激光波长、物镜数值孔径、折射率匹配度等，其中值得注意的是边缘光抑制(PPI)技术，即利用两个光束，其中一束为飞秒激发光，用于刻写结构，另一束为连续抑制光，用于抑制刻写线条边缘的聚合过程，此技术成功地将刻写精度提高到了50nm。但是基于PPI技术的原理，刻写线宽随着抑制光能量的增加而减小，但是实际刻写过程中存在一个最佳的抑制光功率，超过次范围，线条的宽度反而会增加，因此限制了PPI技术的精度，极限宽度在50nm左右。影响光刻精度的化学因素包括光引发剂、单体以及其他添加剂的选择，其中研究最多的是通过提高光刻胶的灵敏度来获取高精度的。

然而，以上任意一种方法，都不能稳定获得高质量的50nm以下的高精度线条，因此需要提供一种新的、可获得稳定高质量线条的飞秒激光光刻胶组合物。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的限制，利用飞秒激光直写技术提供一种基于双抑制效应的高精度飞秒激光直写光刻胶组合物及其应用，以提高飞秒激光直写的刻写精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种飞秒激光直写光刻胶组合物，其包括单体、双光子引发剂和阻聚剂；所述单体选自丙烯酸酯类化合物和甲基丙烯酸酯类化合物中的一种或多种按任意配比的组合；以单体质量为100％计，双光子引发剂和阻聚剂的质量百分比为0.5-5wt％和0.1-5wt％。

作为优选，所述单体选自三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸2-苯氧乙酯、2-异丙基-2-甲基丙烯酰氧基金刚烷、丙烯酸异冰片烯、乙氧基化双苯基芴二丙烯酸酯、邻苯基苯氧基丙烯酸乙酯中的一种或多种按任意配比的组合。本发明的一种具体实施方式中，所述单体是三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、乙氧基化双苯基芴二丙烯酸酯和邻苯基苯氧基丙烯酸乙酯的组合，其中三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、乙氧基化双苯基芴二丙烯酸酯、邻苯基苯氧基丙烯酸乙酯的质量比为10-20:1-2:1-2，优选为14:1:1。