Штамп для импринт-литографии и способ его изготовления и использования - RU2018138733A

1. Штамп (14) для способа импринт-литографии, причем упомянутый штамп содержит

тело эластомерного штампа, содержащее проницаемую для текучих сред органическую полимерную объемную часть (110) и поверхность с сформированным рисунком, имеющую рисунок (16) топологических особенностей рельефа для импринтинга импринтинг-композиции (12) в сообщении по текучей среде с проницаемой для текучих сред органической полимерной объемной частью, и

некоторое количество по меньшей мере одной основной органической группы, способной стимулировать отверждение импринтинг-композиции, когда она находится в контакте с поверхностью с сформированным рисунком, диспергированной во внутреннем объеме проницаемой для текучих сред органической полимерной объемной части.

2. Штамп по п.1, в котором основная органическая группа является незаряженным основанием Льюиса с по меньшей мере одним донорным атомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода, азота, серы и фосфора.

3. Штамп по п.2, в котором донорный атом является атомом азота.

4. Штамп по п.1 или 2, в котором основная органическая группа имеет pKa в пределах между 8 и 12.

5. Штамп по п.3 или 4, в котором основная органическая группа имеет структуру согласно формуле 8

,

где N является донорным атомом, R₁-R₃ индивидуально выбираются из водорода, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкильной группы, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкенильной группы, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкинильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ циклоалкильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₂₀ циклоалкенильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ гетероциклильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ арильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ алкиларильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₃₀ гетероарильной группы, при условии, что не все R₁-R₃ являются водородом, причем по меньшей мере два из R₁-R₃ могут образовывать часть одной и той же незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ циклоалкильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₂₀ циклоалкенильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ гетероциклильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ арильной группы или незамещенной или замещенной C₄-C₃₀ гетероарильной группы.

6. Штамп по п.5, в котором R₁-R₃ индивидуально выбираются из водорода, незамещенной или замещенной линейной C₆-C₂₀ алкильной группы или разветвленной C₃-C₂₀ алкильной группы, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкенильной группы, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкинильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ циклоалкильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₂₀ циклоалкенильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ гетероциклильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ арильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ алкиларильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₃₀ гетероарильной группы, при условии, что только один из R₁-R₃ является водородом, предпочтительно, при этом R₁-R₃ индивидуально выбираются из водорода, незамещенной или замещенной линейной C₆-C₂₀ алкильной группы или разветвленной C₃-C₂₀ алкильной группы или незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ алкиларильной группы, при условии, что только один из R₁-R₃ является водородом.

7. Штамп по п.6, в котором R₁-R₃ индивидуально выбираются из незамещенной или замещенной линейной C₂-C₂₀ алкильной группы или разветвленной C₃-C₂₀ алкильной группы, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкенильной группы, незамещенной или замещенной C₂-C₂₀ алкинильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ циклоалкильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₂₀ циклоалкенильной группы, незамещенной или замещенной C₃-C₂₀ гетероциклильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ арильной группы, незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ алкиларильной группы, незамещенной или замещенной C₄-C₃₀ гетероарильной группы, при этом предпочтительно то, что R₁-R₃ индивидуально выбираются из незамещенной или замещенной линейной C₂-C₂₀ алкильной группы или разветвленной C₃-C₂₀ алкильной группы или незамещенной или замещенной C₆-C₃₀ алкиларильной группы.

8. Штамп по п.3 или 4, в котором основная органическая группа имеет структуру согласно формуле 9

,

где N является донорным атомом, X выбирается из группы, состоящей из кислорода, азота, серы и фосфора, R₁-R₄ индивидуально выбираются из незамещенной или замещенной линейной C₂-C₂₀ алкильной группы или разветвленной C₃-C₂₀ алкильной группы, причем предпочтительно то, что R₁-R₄ индивидуально выбираются из метила, этила или пропила, и R₅-R₇ могут быть индивидуальными органическими группами или одной и той же органической группой, содержащей один или более атомов водорода, углерода, кислорода, азота и серы с меньше, чем 20 атомами углерода.

9. Штамп по п.8, в котором структура представляет собой структуру согласно формуле 10

.

10. Штамп по любому из предыдущих пунктов, в котором основная органическая группа является частью вещества, не связанного ковалентно с телом эластомерного штампа.

11. Штамп по п.10, в котором тело эластомерного штампа содержит вещество в количестве по меньшей мере 0,1% по массе по отношению к общей массе эластомерного тела штампа.

12. Штамп по п.10 или 11, в котором вещество имеет давление паров 0,2 мбар или меньше при температуре 25°C.

13. Штамп по любому из пп.1-9, в котором

основная органическая группа ковалентно связана с органической полимерной объемной частью, или

тело эластомерного штампа содержит органический полимерный поверхностный слой (120), прикрепленный к органической полимерной объемной части, и поверхность с сформированным рисунком образует часть органического полимерного поверхностного слоя, и по меньшей мере часть количества основной органической группы ковалентно связана с органическим полимерным поверхностным слоем.

14. Штамп по любому из предыдущих пунктов, в котором тело эластомерного штампа или органическая полимерная объемная часть содержит или состоит из материала, выбранного из группы, состоящей по меньшей мере из одного полисилоксана, по меньшей мере одного простого перфторполиэфира или их смеси.

15. Штамп по любому из предыдущих пунктов, в котором тело эластомерного штампа содержит или состоит из органического полимерного поверхностного слоя (120), прикрепленного к органической полимерной объемной части, и поверхностный слой с сформированным рисунком является частью органического полимерного поверхностного слоя, и органический полимерный поверхностный слой содержит или состоит из материала, выбранного из группы, состоящей по меньшей мере из одного полисилоксана, по меньшей мере одного простого перфторполиэфира (PFPE) или их смеси.

16. Штамп по любому из пп.14, 15, в котором полисилоксан содержит или состоит из полидиметилсилоксана (PDMS).

17. Штамп по любому из предыдущих пунктов, в котором полимерная органическая объемная часть содержит или состоит из органического полимерного поверхностного слоя (120), прикрепленного к органическому полимерному подповерхностному слою, и поверхностный слой с сформированным рисунком образует часть органического полимерного поверхностного слоя, и органический полимерный поверхностный слой имеет модуль Юнга, который выше, чем модуль Юнга органического полимерного подповерхностного слоя.

18. Штамп по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий носитель (130), при этом органическая полимерная объемная часть (110) присоединена к главной поверхности носителя, дальней от поверхности с сформированным рисунком, либо непосредственно, либо посредством по меньшей мере одного дополнительного слоя.

19. Способ изготовления штампа (14) по любому из предыдущих пунктов, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых

обеспечивают тело эластомерного штампа, имеющее органическую полимерную объемную часть и рельефную поверхность;

ипрегнируют тело эластомерного штампа некоторым количеством основного органического вещества для обеспечения импрегнированного тела эластомерного штампа, причем упомянутое вещество содержит основную органическую группу для стимуляции отверждения импринтинг-композиции при вступлении в контакт с поверхностью с сформированным рисунком; и

удаляют по меньшей мере часть растворителя из импрегнированного тела эластомерного штампа, оставляя основное органическое вещество в теле эластомерного штампа.

20. Способ по п.19, в котором органическая полимерная объемная часть содержит или состоит из полисилоксана и этап ипрегнирования осуществляется посредством растворения некоторого количества основного органического вещества в органическом растворителе, предпочтительно, являющимся C₁-C₆ алифатическим спиртом или его смесью.

21. Способ изготовления штампа (14) по любому из пп.1-18, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых обеспечивают смесь

одного или более прекурсоров, каждый из которых содержит по меньшей мере одну первую реакционноспособную группу, с помощью которой они могут полимеризоваться с образованием органической полимерной объемной части, и

вещества, содержащего основную органическую группу или содержащего защищенную основную органическую группу, которая по существу не препятствует полимеризации одного или более прекурсоров;

полимеризуют прекурсор органической полимерной объемной части с образованием органической полимерной объемной части, содержащей заключенное в ней упомянутое вещество; и

если упомянутое вещество содержит защищенную основную органическую группу, удаляют защиту с основной органической группы для обеспечения основной органической группы.

22. Способ по п.21, в котором один или более прекурсоров содержат

первый полисилоксановый прекурсор, содержащий в качестве по меньшей мере одной первой реакционноспособной группы по меньшей мере две группы, каждая из которых содержит ненасыщенную связь, и каждая из которых выбирается из группы, состоящей из алкина, алкена, винила, альдегида, кетона и имина, и второй полисилоксановый прекурсор, содержащий по меньшей мере две гидросилановых группы, и при этом смесь дополнительно содержит катализатор гидросилилирования для катализа присоединения гидросилановой группы по ненасыщенной связи, и при этом полимеризация включает в себя вызов присоединения гидросилановых групп по ненасыщенным связям с образованием при этом органической полимерной объемной части.

23. Способ по п.21, в котором вещество дополнительно содержит по меньшей мере одну вторую реакционноспособную группу для реакции с первой реакционноспособной группой, и при этом полимеризация включает вызов реакции между первой реакционноспособной группой и второй реакционноспособной группой, чтобы тем самым присоединить упомянутое вещество к органической полимерной объемной части.

24. Способ по п.23, в котором один или более прекурсоров содержат

первый полисилоксановый прекурсор, имеющий в качестве по меньшей мере одной первой реакционноспособной группы по меньшей мере две группы, каждая из которых содержит ненасыщенную связь и каждая из которых выбирается из группы, состоящей из алкина, алкена, винила, альдегида, кетона и имина, и

второй полисилоксановый прекурсор, имеющий по меньшей мере две гидросилановых группы, и

по меньшей мере одна вторая реакционноспособная группа выбирается из группы, состоящей из алкина, алкена, винила, альдегида, кетона, имина и гидросилана; и

смесь дополнительно содержит:

катализатор гидросилилирования для катализа присоединения гидросилановой группы по ненасыщенной связи; и

при этом этап полимеризации включает в себя вызов присоединения гидросилановых групп по ненасыщенным связям с образованием тем самым органической полимерной объемной части.

25. Набор частей для изготовления штампа по любому из пп.1-18, причем упомянутый набор частей содержит

первую часть, содержащую один или более прекурсоров, каждый из которых содержит реакционноспособные группы, с помощью которых один или более прекурсоров могут полимеризоваться для формирования органической полимерной объемной части; и

вторую часть, содержащую вещество, содержащее основную органическую группу или содержащее защищенную основную органическую группу, которая по существу не препятствует полимеризации одного или более прекурсоров.

26. Набор из частей по п.25, в котором один или более прекурсоров включают в себя:

первый полисилоксановый прекурсор, имеющий в качестве по меньшей мере одной первой реакционноспособной группы по меньшей мере две группы, каждая из которых содержит ненасыщенную связь, и каждая из которых выбирается из группы, состоящей из алкина, алкена, винила, альдегида, кетона и имина, и

второй полисилоксановый прекурсор, имеющий по меньшей мере две гидросилановые группы, и

катализатор гидросилилирования для катализа присоединения гидросиланной группы по ненасыщенной связи.

27. Набор из частей по п.26, в котором упомянутое вещество содержит реакционноспособную группу, выбранную из группы, состоящей из алкина, алкена, винила, альдегида, кетона, имина и гидросилана.

28. Способ формирования слоя со сформированным рисунком, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых

обеспечивают слой импринтинг-композиции (12), причем импринтинг-композиция способна отверждаться под воздействием органической основной группы;

приводят в контакт упомянутый слой с штампом (14) по любому из пп.1-18, так что рисунок (16) топологических особенностей рельефа отпечатывается в слое импринтинг-композиции;

удерживают контакт между упомянутым слоем импринтинг-композиции и штампом до тех пор, пока отпечатанная композиция не достигнет желаемой степени отверждения; и

высвобождают штамп из отвержденного слоя импринтинг-композиции с получением слоя со сформированным рисунком.

29. Способ по п.28, в котором импринтинг-композиция содержит состоит из золь-гель импринтинг-композиции, такой как, например, импринтинг-композиция на основе алкоксисилоксана;

30. Применение штампа по любому из пп.1-18 в способе импринт-литографии для формирования слоя со сформированным рисунком.