用来将材料粘合在一起的方法和组合物的制作方法

专利名称：用来将材料粘合在一起的方法和组合物的制作方法
用来将材料粘合在一起的方法和组合物关于联邦资助的研究或开发的声明美国政府在本发明中享有已付清许可证，在限定的情况下有权要求本专利 所有人以合理的条件授予他人许可证，所述合理的条件是根据国家标准学会(National Institute of Standards)(NIST)ATP裁决所裁决的70NANB4H3012的条款提供的。发明背景本发明范围总体上涉及结构的纳米级制造(nano-fabrication)。更具体地说， 本发明涉及一种方法，该方法能够将不同的材料粘合在一起，其适用于压印光 亥'J工艺(imprint lithographic process)。纳米级制造涉及制造非常小的结构，例如具有l纳米或以上的数量级特征 的结构。用于纳米级制造的一种前景看好的工艺被认为是压印光刻工艺。压印 光刻工艺的例子在许多文献中有详细描述，如登记为美国专利申请10/264960、 题为"Method and a Mold to Arrange Features on a substrate to Replicate Features having Minimal Dimensional Variability"的美国公开专利申请2004-0065976;登 记为美国专禾U申请10/264926 、题为"Method of Forming a Layer on a substrate to Facilitate Fabrication of Metrology Standards "的美国公开专禾U申请 2004-0065252;登记为美国专利申请10/235314、题为"Method and a Mold to Arrange Features on a substrate to Replicate Features having Minimal Dimensional Variability"的美国公开专利申请2004-0046271;上述专利均转让 给本发明的受让人。参见图l，在压印光刻后面的基本原理是在基片上形成浮雕图案，基片尤 其起蚀刻掩模的作用，因此在基片中形成一种对应于所述浮雕图案的图形。用 来形成浮雕图案的系统10包括其上承载基片12的平台11，和具有模具16的模板 14，模具16上有图形形成表面18。图形形成表面18可基本上是光滑的和/或平坦 的，或者可以形成图形，这样在其中形成一个或多个凹处。模板14与压印头20相连，以便于模板14移动。连接流体分配系统22，使该系统能选择位置与基片 12流体连通，以便在基片上沉积可聚合材料24。连接能量28的供应源26，使能 量28沿路径30传递。对压印头20和平台11分别进行布置，以调整模具16与基片 12，使它们处于叠加状态，并位于路径30中。使压印头20和平台11中的任何一 个或两者变化模具16与基片12之间的距离，以确定出在它们两者之间的注入可 聚合材料24的所需体积。一般在确定模具16与基片12之间的所需体积之前，先将可聚合材料24置于 基片12上。然而，也可以在得到所需体积后将可聚合材料24注入该体积。在所 需体积被注入可聚合材料24之后，能量供应源26产生能量28，该能量引起可聚 合材料24固化和/或交联，形成的聚合物材料的形状与基片表面25和模具表面18 的形状相一致。此工艺的控制通过处理器32调整，该处理器与平台ll、压印头 20、流体分配系统22和能量供应源26之间处于数据通信状态，根据存储在存储 器34中的计算机可读程序操作。在可聚合材料中精确形成图案的一个重要特性是减少(若不能防止的话)聚 合物材料粘合到模具上，同时确保适当粘合到基片上。这种现象称作择优脱模 与粘合性。以这种方式，记录在聚合物材料中的图案就不会在分离模具的过程 中发生变形。现有技术试图在模具表面上使用脱模层来改善脱模特性。脱模层 通常是疏水的和/或具有低表面能。脱模层粘合在模具上。提供脱模层能改善脱 模特性。这可通过它将由于分离模具引起的记录在聚合物材料中的图案变形减 至最小而看出。在本讨论中，把这种类型的脱模层称作预先脱模层，即固化到 模具上的脱模层。另一种试图改进脱模性的现有技术参见Bender等，在Multiple Imprinting in UV-based Nanoimprint Lithography: Related Material Issues, Microelectronic Engeering， 61—62(2002)，第407 —413页中的描述。具体说来，Bender等采用 含有预先脱模层的模具，和经过氟处理的可UV固化材料。为此，将可UV固化 层施加在基片上，具体方法是旋涂200厘泊的可UV固化流体，形成可UV固化层。 可UV固化层富含氟基团，以改进脱模性。因此，需要改进压印光刻工艺所用模具的择优脱模和粘合性。发明概述本发明提供了一种将一层粘合到基片上的方法，特征是通过在所述层和所述基片之间存在一种组合物而限定第一界面和第二界面，所述组合物与所述层 形成共价键，使用共价键、离子键和范德华力中的一种或多种与所述基片相结 合。以这种方式，确保所述层与所述组合物的粘合力的强度大于具有预定粘合 机理(即不包括共价键合的粘合机理)的所述层与组合物的粘合力。本发明还涉 及用来将第一材料和第二材料粘合起来的组合物。该组合物的特征是包含多 官能活性化合物，该化合物包含主链基团以及第一和第二官能团；交联剂以及 催化剂。所述第一官能团对第一光化能量敏感，形成交联分子，使得所述交联 分子的子集与所述第一材料相连。第二官能团对第二光化能量敏感，与所述第 二材料相结合，所述第二光化能量不同于所述第一光化能量。本文描述了这些 实施方式和其它的实施方式。附图简述图l是根据现有技术的光刻系统的平面简图；图2是根据本发明模板和设置在基片上的压印材料的正视简图；图3是图2所示的模板和基片的正视简图，图中显示所述压印材料是在所述 层上形成图形并固化的；图4是接触压印材料的模板的截面图，说明在固化的压印材料和模板之间 形成弱的边界薄层；图5是图2所示的压印材料液滴的详图，显示液滴分成富含表面活性剂的区 域和缺少表面活性剂的区域；图6是用旋涂技术沉积的压印材料层的详图，显示该层分成富含表面活性 剂的区域和缺少表面活性剂的区域；图7是与固化压印材料接触的模板的截面图，压印材料如图5或图6所示沉 积，形成在包括底涂层的基片上；图8是根据本发明一个实施方式，可用来形成图2、 3和7中所示的底涂层的 组合物的一种组分的化学结构的平面图；图9是根据本发明的第二个实施方式，可用来形成图2、 3和7中所示的底涂 层的组合物的一种组分的化学结构的平面图；

图10是根据本发明的第三个实施方式，可用来形成图2、 3和7中所示的底 涂层的组合物的一种组分的化学结构的平面图；图ll是根据本发明的第四个实施方式，可用来形成图2、 3和7中所示的底涂层的组合物的一种组分的化学结构的平面图。发明详述参见图1和2，根据本发明，模具36可用于系统10，并且可限定具有基本光 滑或平坦外形的表面(未示出)。或者，模具36可包含由许多间隔的凹处38和凸 起40确定的特征结构。所述许多特征结构确定了原始图案，该原始图案形成将 要形成在基片42上的图案的基础。基片42可包括裸晶片或带有配置在其上的一 层或多层的晶片，其中一层显示为底涂层45。因此，模具36与基片42之间的距 离"d"减小。这样，模具36上的特征结构可压印到基片42的适合区域，如位 于表面44上呈现基本平坦外形的部分上的压印材料中。应当理解，压印材料可 采用任何已知技术沉积，例如旋涂、浸涂等。但是，在本实例中，压印材料以 许多间隔的离散液滴46的形式沉积在基片42上。压印材料可由组合物形成，该 组合物可发生选择性聚合和交联，以在其中记录原始图案，限定记录的图案。具体说来，记录在压印材料中的图案是部分通过与模具36的相互作用例如 电相互作用、磁相互作用、热相互作用、机械相互作用等产生的。在本实例中， 模具36与压印材料机械接触，将液滴36铺展开，在表面44上产生压印材料的连 接的形成体50。在一种实施方式中，减小距离"d"，使压印材料的子部分52 进入并填充凹处38。为了促进填充凹处38，在模具36与液滴46接触之前，模具 36和液滴46之间的气氛被氦气饱和，或者完全抽空，或者是部分抽空的氦气气 氛。压印材料具有必要的性质，使之完全填充凹处38，同时用压印材料的连接 的形成体覆盖表面44。在本实施方式中，当达到所需的、通常也是最小距离"d" 之后，压印材料与凸起40叠加的子部分54保留。这种作用为形成体50提供了厚 度^的子部分52和厚度t2的子部分54。厚度"t/和"t2"可以是任何所需的厚 度，具体取决于应用。然后，通过使形成体50受到合适的固化剂，例如光化能 量(如宽带紫外能量、热能等，取决于压印材料)的作用使形成体50固化。这会 引起压印材料聚合和交联。整个过程可在环境温度和压力下进行，或者在具有 所需温度和压力的环境受控室中进行。照这样，形成体50固化后，其侧面56具 有与模具36的表面58的形状相一致的形状。参见图l、 2和3，从所采用的独特的形成图形工艺来看，压印材料的特性 对于使基片42有效地形成图形是重要的。例如，需要压印材料具有某些特性，以便快速而均匀地填充模具36的特征结构，这样所有的厚度t,基本上一致，并且所有的厚度t2基本上一致。为此，需要根据所用沉积工艺来确定压印材料的粘度，以获得前述特性。如上所述，压印材料可采用各种技术沉积在基片42上。 若将压印材料沉积成许多离散的间隔的液滴46，则要求形成压印材料的组合物 具有较低的粘度，例如在0.5 — 20厘泊(cP)之间。考虑到压印材料同时铺展和 形成图形，随后通过辐射将图案固化成形成体50，要求组合物能够湿润基片42 和/或模具36的表面，并且避免在聚合之后接着形成坑或洞。若用旋涂技术沉 积压印材料，则要求使用粘度较高的材料，例如粘度大于10厘泊，通常为数百 至数千厘泊，所述粘度测定在不含溶剂的情况下进行。除了前述特性(称作液相特性)之外，还需要组合物赋予压印材料某些固相 特性。例如，形成体50固化之后，压印材料需要具有择优粘合和脱模特性。具 体说来，制备压印材料的组合物要有助于为形成体50提供与基片42的择优粘合 性和对模具36的择优脱模性。这样，由分离模具36引起的尤其因为形成体50的 撕裂、拉伸或其他结构性破坏等而造成记录的图案发生变形的可能性就会减 少。形成提供前述特性的压印材料的组合物的组成组分可以不同，这是因为基 片42是由许多不同材料形成的。结果，表面44的化学组成随着形成基片42的材 料变化。例如，基片42可由硅、塑料、砷化镓、碲化汞及其复合材料形成。如 上所述，基片42可包含一层或多层(图中显示为底涂层45)，例如介电层、金属 层、半导体层、平面化层等，形成体50在这些层上形成。为此，底涂层45可以 使用任何合适的技术沉积在晶片47上，例如化学气相沉积、旋涂法等。另外， 底涂层45可由任何合适的材料如硅、镓等形成。另外，模具36可由若干材料形 成，例如热解法二氧化硅、石英、氧化铟锡金刚石状碳、MoSi、溶胶一凝胶等。用来形成形成体50的示例性主体材料如下主体压印材料丙烯酸异冰片酯 丙烯酸正己酯 二丙烯酸乙二醇酯 2-羟基-2-甲基-l-苯基-l-丙酮 丙烯酸酯组分，即丙烯酸异冰片酯(IBOA)具有以下结构它约占主体材料重量的47%，但其含量可以在20。％—80%范围内(含端值)。结 果，形成体50的机械性能主要由IB0A造成。IBOA的一个示例性来源是美国宾夕 法尼亚州爱克斯顿(Exton)的萨托莫(Sartomer)公司的名为SR 506的产品。 组分丙烯酸正己酯(n-HA)具有以下结构-
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它约占主体材料重量的25%，但其含量可以在0%—50%范围内(含端值)。n-HA 既为形成体50提供柔性，也用来降低现有技术的主体材料的粘度，使得液态主 体材料的粘度在2 — 9厘泊的范围内(含端值)。n-HA组分的一个示例性来源是美 国威斯康辛州密尔沃基的阿尔德瑞奇化学品公司(Aldrich Chemical)。 交联组分二丙烯酸乙二醇酯具有以下结构
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它约占主体材料重量的25%，其含量可在10% —50%范围内(含端值)。EGDA还 影响模量和刚性的形成，并在主体材料的聚合过程中有助于n-HA和IBOA的交 联。引发剂组分2-羟基-2-甲基-1-苯基-l-丙酮可以商品名达洛克(DAROCURr 1173从在美国纽约州特瑞镇(Tarrytown)的希巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals)购得，它具有以下结构
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它约占主体材料重量的3%，其含量也可在1%—5%范围内(含端值)。使 得引发剂对其敏感的光化能量是中压汞灯产生的宽带紫外能量。以这种方式， 引发剂促进主体材料的组分交联和聚合。但是，将Frank Xu和Michael N. Miller列为发明人、在2005年2月28日提交的题为"减少一致性区域和模具之间的粘合性的组合物(Composition to Reduce Adhesion Between a Conformable Region and a Mold)"的同时待审的美国专利申 请号11/068,171中，揭示了上文讨论的所需的择优粘合和脱模性可通过如图3和 图4所示在模具36、表面58和形成体50之间形成弱的边界层，薄层60而获得。 在压印材料固化之后，薄层60得以保留。因此，模具36和形成体50之间的粘合 力很小。为此，发现使用包括几种组合物之一的组合物用于压印材料是有益的， 例如上述的主体压印材料(BULK IMPRINTING MATERIAL),以及包含低表面 能基团的组分，这些组分被称为表面活性剂组分，在将Frank Xu和Michad N. Miller列为发明人、在2005年2月28日提交的题为"减少一致性区域和模具之间的 粘合性的组合物(Composition to Reduce Adhesion Between a Conformable Region and a Mold)"的同时待审的美国专利申请号11/068，171中详细描述，该文 献通过参考结合于此。参见图5，在沉积压印材料之后，表面活性剂组分上升，在一段时间之后， 上升到空气-液体界面，提供具有材料分化浓度的压印材料的液滴146。在第一 部分，液滴146包括浓度高于第二部分的表面活性剂组分，该组分称作富含表 面活性剂组分(SCR)子部分136，而第二部分称作缺少表面活性剂组分(SCD)子 部分137。 SCD子部分137位于表面44与SCR子部分136之间。 一旦压印材料固化， SCR子部分136即可减弱模具36与压印材料之间的粘合力。具体说来，表面活性 剂组分具有不同的两端。当压印材料处于液相，即可聚合时，不同的两端之一 对包含在压印材料中包含的主体材料具有亲和性。另一端具有含氟组分。参见图4和图5，由于对主体材料的亲和性，表面组分取向，因此含氟组分 从由压印材料和周围环境限定的空气-液体界面伸出。在压印材料固化的时候，第一部分压印材料形成薄层60'，第二部分压印材 料，即显示为形成体50的聚合材料固化。薄层60位于形成体50和模具36之间。 薄层60是由于含氟组分存在于并位于SCR子部分136而形成的。薄层60防止模 具36与形成体50之间形成强的粘合力。具体说来，形成体50具有相对的第一面 62和第二面64。面62以第一粘合力粘合到模具36上，面64以第二粘合力粘合到 基片42上。薄层60造成第一粘合力小于第二粘合力。结果，模具36容易从形成 体50上移除，同时将变形和/或分离模具36所需的力减至最小。虽然示出的形 成体50具有被形成图形的面62，但应当理解，面62即使不是平坦的，也可以是 光滑的。此外，若需要，可以在形成体50与基片42之间形成薄层60。例如，可以通 过在模具36上施加压印材料，然后使基片42与在模具36上的压印材料接触来实 现这一点。这样，可以说形成体50将位于薄层60与主体，例如模具36或基片42 之间，在该模具36或基片42上沉积可聚合材料。应当理解，若采用旋涂技术沉 积压印材料，材料可类似地出现分化浓度，如图6所示SCR子部分236和SCD子部 分237。分化所需时间取决于若干因素，包括组合物中的分子大小和组合物的 粘度。当组合物的粘度低于20厘泊时，组合物浓度出现上述分化所需时间仅为 数秒。但当材料的粘度为数百厘泊时，可能需要数秒至数分钟的时间。但是已经发现，所述薄层60可能不是均匀的。薄层60的一些区域比其它的 区域薄，在一些极端情况下，在模板表面极小的百分比范围内可能不存在薄层 60，因此模板36与形成体50相接触。薄层60有较薄的区域以及不存在薄层60的 结果是，可能发生形成体50的变形和/或从基片42脱层。具体来说，在分离模具 36的时候，形成体50受到分离作用力Fs。分离作用力Fs是由于施加在模具36上 的拉力Fp，以及由于薄层60减小而造成的形成体50和模具36之间的粘合力，例 如范德华力产生的。由于薄层60的存在，分离作用力Fs的大小通常小于形成体 50和基片42之间的粘合力FA的大小。但是，通过减少或不存在薄层60,局部的 分寓作用力Fs可以接近局部的粘合力Fa的大小。局部作用力表示在薄层60的特 定区域存在的作用力，在本实例中其为薄层60的很薄区域附近或薄层60基本不 存在的区域的局部作用力。这导致形成体50变形和/或从基片42脱层。对于图7，在存在底涂层45的情况下，由于存在两个界面66和68，情况变得 更为复杂。在第一界面66处，在底涂层45和形成体50之间存在第一粘合力F,。 在第二界面68，在底涂层45和晶片47之间存在第二粘合力F2。需要分离作用力 Fs的大小小于粘合作用力F,和F2。然而，由于如上所讨论的薄层60厚度变化或 薄层60不存在，分离作用力Fs可能类似或接近粘合力F!和F2中一个或两个的大 小。这可能会造成形成体50从底涂层45脱层，底涂层45从晶片47脱层，或者两 种情况皆有。本发明通过由一种材料形成底涂层45，即使不能避免上述脱层问题，也可 以减小此问题，由于薄层起伏，所述材料使得第一和第二界面的第一F^卩F2粘 合力分别大于分离作用力F3的可能性增大。因此，底涂层45由在界面66(即在底 涂层45和形成体50之间)，以及在界面66、底涂层45和晶片47之间形成强的粘合 的组合物形成。在本实例中，在第一界面66处底涂层45和形成体50之间的粘合是共价键合的结果，即在用来形成底涂层45的组合物和用来形成形成体50的组 合物之间存在共价键。所述底涂层45和晶片47之间的粘合可通过各种机理中的 任意一种来实现。这些机理可包括用来形成底涂层45的组合物与用来形成晶片 47的材料之间形成共价键。作为替代共价键或除共价键外，可以在用来形成底 涂层45的组合物和用来形成晶片47的材料之间形成离子键。作为替代共价键 和/或离子键或两者，或除共价键和/或离子键或两者外，用来形成底涂层45的 组合物与用来形成晶片47的材料之间的粘合可通过相互的范德华力来实现。这是通过由包含多官能活性化合物的组合物形成底涂层45来完成的，所述 多官能活性化合物即为W下诵化夷5的句.今新个成审名小亩辨团的化合物<formula>formula see original document page 13</formula>式中R, R' , R"和R"'是连接基团，x， y， z是与之连接的基团的平均重复数。 这些重复单元可以是无规分布的。基团X和X'表示官能团，通常理解为官能团X 不同于官能团X'。对官能团X和X'中的一种，例如X'进行选择，以完成与用来形 成基片42的材料的交联反应，以便通过与其形成共价键、离子键和/或范德华力 而与之结合。对余下官能团X和X'中的一种，例如X进行选择，以完成与用来形成形成体 50的材料的交联反应，从而在它们之间形成共价键。确定X基团的官能度，以 便在形成体50的聚合过程中发生交联。因此，对官能团X的选择取决于用来形 成形成体50的材料的特性，需要官能团X能够与用来形成形成体50的组合物的 官能团反应。例如，如果形成体50由丙烯酸酯单体形成，则X可以由丙烯酸类 官能团、乙烯醚官能团或烷氧基官能团，禾B/或能够与形成体50中的丙烯酸类基 团共聚的官能团组成。因此，X官能团对紫外光化能量作出响应，发生交联反应。官能团X'还可参与底涂层45的交联和聚合反应。通常，X'官能团对一种光 化能量(该能量不同于使X官能团交联反应所响应的光化能量)作出响应，促进聚 合和交联反应。本实例中的X'官能团对于所受到的热能作出响应，促进底涂层 45中的分子交联。通常，对官能团X'进行选择，以通过以下三种机理促进与基 片42的交联反应1)直接与用来形成基片42的材料反应；2)与具有与基片42反应 的交联剂的连接官能团的交联剂分子反应；3)底涂层45聚合和交联，因此可以形成足够长度的分子链，连接在形成体50和基片42之间。参见图7和图8，可用来在由主体材料形成的形成体50的存在下形成底涂层 45的示例性多官能活性化合物包括丙烯酸-(3-羧乙基酯，其可购自美国佐治亚州 士麦那(Smyrna)的UCB化学品公司(UCB Chemicals),产品名为p-CEA。 p-CEA 是具有以下结构的脂族化合物o oX'官能团70提供了羧基官能团。X官能团72提供了丙烯酸酯官能团。官能 团70和72与主链组分74的不同端相连。参见图7和图9，另一种可用来在由主体材料形成的形成体50的存在下形成 底涂层45的多官能活性化合物包括芳族双酚化合物，其可购自美国佐治亚州士 麦那(Smyrna)的UCB化学品公司(UCB Chemicals)，产品名为尔毕克瑞 3605(Ebecryl 3605)，其具有以下结构oX'官能团76提供了环氧官能团。X官能团78提供了丙烯酸酯官能团。官能 团76和78连接在主链组分80的不同端。参见图7和图10,另一种可用来在由主体材料形成的形成体50的存在下形 成底涂层45的多官能活性化合物包括芳族化合物，其可购自美国纽约州斯科内 科塔迪(Schenectady)的斯科内科塔迪国际有限公司(Schenectady International Inc.),其产品名为埃索拉德501(Isorad501)，具有以下结构式中x和y是表示无规分布的重复单元的整数。X'官能团82提供羧酸官能 度。X官能团84提供丙烯酸酯官能度。官能团82和84与主链组分86的不同端连接。参见图7和图11,除了与形成体50发生交联反应以外，官能团X可产生自由 基，所述自由基可以在用来形成形成体50的组合物固化期间，促进其聚合。因 此，所述官能团X将会在形成体50受到光化能量(例如宽带紫外能)辐照的时候 促进其聚合。包括这些性质的一个示例性的多官能活性化合物是购自美国纽约 州特瑞镇(Tarrytown)的希巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals)的光引 发剂，其商品名为伊加科尔2959(Igacure 2959)，具有以下结构X'官能团90提供了羟基官能度。X官能团92提供了引发剂类的官能度。具 体来说，对受到宽带紫外能辐照作出响应，官能团X发生(x-裂解，产生苯甲酰类 自由基。所述自由基促进用来形成形成体50的组合物的自由基聚合。官能团90 和92与主链组分94的不同端连接。形成了几种组合物，其包括一些上述的多官能活性化合物，以确定界面66 和68的粘合强度。下面是包含多官能活性化合物的示例性组合物组合物l 卩-CEA DUV30J-16其中在组合物1中DUV30J-16约有100克，(3-CEA约有0.219克。DUV30J-16 是底部减反射涂层，BARC,购自美国密苏里州罗拉(Rolla)的布鲁尔科学公司 (Brewer Science),其包含93%的溶剂以及7。/。的非溶剂活性组分。DUV30J-16包 含酚醛树脂，其交联剂可与羧酸官能团反应。认为DUV30J-16不会与形成体50 形成共价键。在另一个组合物中，P-CEA用交联剂、催化剂和埃索拉德501代替。 交联剂和催化剂均购自美国新泽西州，西帕特森(West Patterson)的西特克工业 有限公司(Cytec Industries, Inc.)。所述交联剂的产品名为赛麦尔303ULF(Cymel 303ULF)。赛麦尔303ULF的一种主要组分是六甲氧基甲基-三聚氰胺(HMMM)。 所述HMMM的甲氧基官能团可以参与许多縮合反应。催化剂的产品名为赛凯特 4040(Cycat4040)，提供以下组合物通常，固结磨料制品包含的固结材料的体积占固结的磨料制品总体积 的约5%至40%，复合颗粒(或者复合颗粒/磨料颗粒共混物)的体积占固结磨料制品总体积的约12%至80%，添加剂(包括助磨剂)的体 积不超过固结磨料制品总体积的50%,孔隙的体积不超过固结磨料制 品总体积的40%。磨料制品中的磨料颗粒可以为100%的本发明的复合颗粒，或者 为由该磨料颗粒与其它(第二)磨料颗粒和/或稀释剂颗粒形成的共 混物。但是，有利的是，在磨料制品中约25重量％至100重量％的磨 料颗粒应该是本发明的复合颗粒。在一些情况下，本发明的复合颗粒 可以与其它磨料颗粒和/或稀释剂颗粒共混，重量比为5%:75%，约25%:75%，约40%:60%,或者约50%:50% (即，重量相等)。适合的 传统磨料颗粒的例子包括熔融氧化铝(包括白刚玉、热处理氧化铝和 棕刚玉)、碳化硅、碳化硼、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、 熔融氧化铝-氧化锆以及溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒，等等。溶胶-凝胶 衍生的磨料颗粒可以是有晶种的或无晶种的。同样，溶胶-凝胶衍生 的磨料颗粒可以是随机形状或具有与其相关的形状，例如棒状或三角形。溶胶-凝胶磨料颗粒的例子包括以下专利中所描述的美国专利No. 4,314,827(Leitheiser等人)、4,518,397 (Leitheiser等人)、4,623,364 (Cottringer等人)、4,744,802 (Schwabel) 、 4,770,671 (Monroe等 人)、4,881,951 (Wood等人)、5,011,508 (Wald等人)、5，0卯,968 (Pellow) 、 5,139,978 (Wood) 、 5,201,916 (Berg等人)、5，227，104 (Bauer) 、 5,366,523 (Rowenhorst等人)、5,429,647 (Larmie)、 5,498,269 (Larmie)和5,551,963 (Larmie)。使用氧化铝粉作为原料 来源制造烧结氧化铝磨料颗粒的其它细节还可以参见(例如)美国专 利No. 5,259,147 (Falz) 、 5,593，467 (Monroe)和5,665,127 (Moltgen)。 与熔融磨料颗粒有关的其它细节请参见(例如)美国专利No. 1,161,620 (Coulter) 、 1,192,709 (Tone) 、 1，247,337 ( Saunders等人)、 1,268,533 (Allen)和2,424,645 (Baumann等人)、3,891,408 (Rowse 等人)、3,781,172 (Pett等人)、3,893,826 ( Quinan等人)、4，126,429 (Watson) 、 4,457,767 (Poon等人)、5,023，212 (Dubots等人)、上述的五种组合物，组合物1-5,与压印材料一起使用，用来产生界面66和 68的粘合力强度的比较数据，用来与完全由DUV30J-16形成的底涂层45上测得 的基线相比较，人们不知道后者会与由压印材料形成的形成体50形成共价键。 因此，将由主体压印材料形成的形成体50,以及由组合物l-5和基线组合物形成 的底涂层45沉积在两片载玻片(未显示)之间，然后固化。各载玻片(未显示)的厚 度约为1毫米，横向尺寸为75X25毫米。在沉积底涂层45和形成体50之前，对载玻片(未显示)进行清洁。具体来说， 使各载玻片(未显示)与皮然哈(Piranha)溶液(H2S04:H202(体积比^2.5:l)接触。 然后用去离子水淋洗载玻片(未显示)，喷洒异丙醇，然后接触流体流(例如氮气 流)进行干燥。然后载玻片(未显示)在12(TC下烘烤2小时。使用旋涂技术将底涂层45沉积在两片载玻片的各片(未显示)上，转速高达 3000 rpm。在载玻片(未显示)上的底涂层45在180°C电热板上加热2分钟。换而 言之，组合物l-5，以及基线组合物各自通过受到热能的作用而固化，即聚合并 交联。使用上述液滴分配技术得到形成体。具体来说，主体压印材料以许多液 滴的形式设置在两片载玻片中之一的底涂层45上。然后通过将两片载玻片(未显 示)上的底涂层相互面对，接触主体压印材料，将主体压印材料夹在两底涂层45 之间。通常所述两片载玻片(未显示)中一片的纵轴沿着与剩下的载玻片(未显示) 的纵轴正交的方向延伸。使用中压紫外汞灯对这两片载玻片辐照强度为20毫瓦 /厘米2的光化能(例如宽带紫外波长)40秒，使得主体压印材料固化，即聚合并交 联。为了测量粘合的强度，使用四点弯曲夹具(未显示)进行粘合测试该测量方 法类似于以下文献的描述"Measurement of Adhesive Force Between Mold and Photocurable Resin in Imprint Technology", Japanese Journal of Applied Physics, 第41巻，(2002)，第4194-4197页。取最大作用力/负荷作为粘合数值。上下两点 的横梁(beam)距离为60毫米。以0.5毫米/分钟的速率施加负荷。使用该测试测得， 当底涂层45由基线组合物形成的时候，在6.1磅的作用力下发生分层。当底涂层 45由组合物1形成的时候，在出现分层之前达到的分离作用力约为6.5磅。当底 涂层45由组合物2形成的时候，在出现分层之前达到的分离作用力约为9.1磅。 当底涂层45由组合物3,4或5形成的时候，在出现分层之前，两片载玻片(未显示) 中的一片或两片便已损坏(破损)。因此，测得作用力高达ll磅而未观察到分层。 因此，观察到组合物3， 4和5向底涂层45提供了优良操作特性，因为当薄层60具有人们所不希望有的薄区域或完全不存在的时候，该底涂层45能够有效地防止 分层。上文所述的本发明的实施方式是示例性的。可以在保持在本发明范围内的 同时，进行许多改变和改进。例如，主要使用溶剂PM乙酸酯溶解组合物3,4和5 的其它构成组分。因此，可将许多常用的光刻胶溶剂用于代替PM乙酸酯，例如 二甘醇单乙基醚乙酸酯，甲基戊基酮等。另外，组合物3、 4和5中的固体含量(以 组合物重量为基准计)，即埃索拉德501，赛麦尔303ULF和赛凯特的含量可为 0.1-70重量％,更优选为0.5-10重量％,余量由溶剂组成。所述组合物3、 4和5各 自的固体组分可包含50-99重量％的埃索拉德501, l-50重量。/。的赛麦尔303ULF， 以及0-10重量％的赛凯特4040。因此本发明的范围不应受以上描述的限制，而 应当根据所附权利要求书及其全部等价范围来决定。
权利要求
1.一种将一层粘合到基片上的方法，所述方法包括通过在所述层和所述基片之间存在一种组合物而限定第一界面和第二界面，所述第一界面限定在所述层和所述组合物之间，所述第二界面限定在所述基片和所述组合物之间，所述第一界面包括共价键，所述第二界面包括将所述组合物粘合于所述基片的机理。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述机理选自包括共价键、离 子键和范德华力的一组机理。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述第二界面通过使所述组合 物热固化而形成，所述第一界面通过使所述层和所述组合物受到光化能的作用 而形成。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述限定第一和第二界面的操作还包括固化所述组合物，限定固化的组合物，在所述固化的组合物上形成 所述的层。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述限定第一和第二界面的操 作还包括使大量分子位于所述层和所述基片之间，所述分子的子集包括有机 主链基团以及第一和第二官能团，所述第一官能团与所述层反应，形成所述共 价键，所述第二官能团与所述基片反应。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述限定第一和第二界面的操 作还包括使大量分子位于所述层和所述基片之间，所述分子的第一子集是交 联剂，第二子集包括主链基团以及第一和第二官能团，所述第一官能团与所述 层反应，形成所述共价键，所述第二官能团与所述基片和所述交联剂中的一种 反应。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主链基团包括芳族结构。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述限定第一和第二界面的操作还包括使大量分子位于所述层和所述基片之间，所述分子的子集包括主链基团以及第一和第二官能团，所述第一官能团主要由能够与所述层反应形成所 述共价键的丙烯酸酯官能团组成。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述主链基团选自主要由脂族和芳族基团组成的一组基团。
10. 用来将第一材料和第二材料粘合起来的组合物，该组合物包含 多官能活性化合物，该化合物包含主链基团以及第一和第二官能团； 催化剂，以及交联剂，所述第一官能团对第一光化能量敏感，形成交联分子，使所述交 联分子的子集与所述第一材料相连，所述第二官能团对第二光化能量敏感，与 所述第二材料相结合，所述第二光化能量不同于所述第一光化能量。
11. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述第一光化能量包括热能。
12. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述第二光化能包括宽带 紫外能。
13. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述多官能活性化合物具 有以下结构式中x和y是整数。
14. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述多官能活性化合物具 有以下结构5C 萃十『妒，t式中R' ， R"和R'"是连接基团，x, y, z是平均重复数。
15. 如权利要求14所述的组合物，其特征在于，所述连接基团R' , R"和R"' 无规分布在整个所述组合物中。
16. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述第一官能团通过选自 主要由以下组成的一组机理的粘合机理与所述第一材料结合共价键、离子键、 范德华力。
17. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述交联剂包括连接官能团，所述第一官能团通过所述交联剂官能团的连接而与所述第一材料相连。
18. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述第二官能团通过与所 述第二材料形成共价键而与之相连。
19. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述第一官能团选自主要由以下组成的一组官能团羧酸基团、环氧基团、羟基和垸氧基。
20. 如权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述第二官能团选自主要 由丙烯酸类基团和乙烯基醚基团组成的一组官能团。
全文摘要
本发明提供了一种将一个层粘合到基片上的方法，特征是通过在所述层和所述基片之间存在一种组合物而限定第一界面和第二界面，所述组合物与所述层形成共价键，使用共价键、离子键和范德华力中的一种或多种与所述基片相结合。以这种方式，确保所述层与所述组合物的粘合力的强度大于用预定粘合机理(即不包括共价键合的粘合机理)的所述层与组合物的粘合力。本发明还涉及用来将第一材料和第二材料粘合起来的组合物。该组合物的特征是包含多官能活性化合物，该化合物包含主链基团以及第一和第二官能团；交联剂以及催化剂。所述第一官能团对第一光化能量敏感，形成交联分子，使所述交联分子的子集与所述第一材料相连。第二官能团对第二光化能量敏感，与所述第二材料相结合，所述第二光化能量不同于所述第一光化能量。
文档编号B29B9/00GK101228013SQ200680026686
公开日2008年7月23日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年7月22日
发明者F·Y·徐 申请人:分子制模股份有限公司