JP7034696B2 - 硬化物パターンの製造方法、加工基板の製造方法、回路基板の製造方法、電子部品の製造方法、およびインプリントモールドの製造方法 - Google Patents
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Description
基板上に硬化性組成物の液滴を配置する工程と、
表面に凹凸パターンが形成されたモールドと、前記硬化性組成物とを接触させる工程と、
前記硬化性組成物を硬化させる工程と、
前記硬化性組成物の硬化物と、前記モールドとを引き離す工程と、
を該順に有し、前記硬化性組成物の硬化物パターンを製造する方法であって、
前記モールドは、底面と、当該底面からモールド表面に向かうにつれて開口が広がるように配置された階段構造とを有する凹部を有しており、
前記硬化性組成物の前記基板の表面に対する接触角が、前記階段構造の階段角度より大きく、且つ90°未満であり、
前記接触させる工程において、前記底面と前記液滴の頂部とが接触した後に、前記硬化性組成物と前記階段構造とが接触する
ことを特徴とする。
本実施形態に係る硬化性組成物(A)は、少なくとも重合性化合物である成分(a)を有する化合物である。本実施形態に係る硬化性組成物は熱硬化性の組成物であってもよいが、光硬化性組成物であると良い。さらに、光硬化性組成物として、光重合開始剤である成分(b)、内添型離型剤である(c)、その他の非重合性化合物である(d)、溶剤である成分(e)を含有してもよい。
成分(a)は重合性化合物である。ここで、本明細書において重合性化合物とは、光重合開始剤(成分(b))から発生した重合因子(ラジカル等)と反応し、連鎖反応(重合反応)によって高分子化合物からなる膜を形成する化合物である。
成分(b)は、光重合開始剤である。
内添型離型剤としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びおよび炭化水素系界面活性剤等の界面活性剤等を使用できる。なお、本発明において内添型離型剤は、重合性を有さないものとする。
本実施形態に係る硬化性組成物(A)は、前述した、成分(a)、成分(b)、成分(c)の他に、種々の目的に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で、更に成分(d)として非重合性化合物を含有することができる。このような成分(d)としては、(メタ)アクリロイル基などの重合性官能基を有さず、かつ、所定の波長の光を感知して上記重合因子(ラジカル)を発生させる能力を有さない化合物が挙げられる。例えば、増感剤、水素供与体、酸化防止剤、ポリマー成分、その他添加剤等が挙げられる。成分(d)として前記化合物を複数種類含有してもよい。
本実施形態に係る硬化性組成物は、成分(e)として溶剤を含有していてもよい。成分(e)としては、成分(a)、成分(b)、成分(c)、成分(d)が溶解する溶剤であれば、特に限定はされない。好ましい溶剤としては常圧における沸点が80℃以上200℃以下の溶剤である。さらに好ましくは、エステル構造、ケトン構造、水酸基、エーテル構造のいずれかを少なくとも1つ有する溶剤である。具体的には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、γ-ブチロラクトン、乳酸エチルから選ばれる単独、あるいはこれらの混合溶剤である。
本実施形態の硬化性組成物(A1)を調製する際には、少なくとも成分(a)、成分(b)、成分(c)、成分(d)を所定の温度条件下で混合・溶解させる。具体的には、0℃以上100℃以下の範囲で行う。成分(e)を含有する場合も同様である。
本実施形態に係る硬化性組成物(A)は液体であることが好ましい。なぜならば、後述する型接触工程において、硬化性組成物(A1)のスプレッド及びフィルが速やかに完了する、つまり充填時間が短いからである。
本実施形態に係る硬化性組成物(A)の表面張力は、溶剤(成分(e))を除く成分の組成物について23℃での表面張力が、5mN/m以上70mN/m以下であることが好ましい。また、より好ましくは、7mN/m以上50mN/m以下であり、さらに好ましくは、10mN/m以上40mN/m以下である。ここで、表面張力が高いほど、例えば5mN/m以上であると、毛細管力が強く働くため、硬化性組成物(A)をモールドに接触させた際に、充填(スプレッド及びフィル)が短時間で完了する。
本実施形態に係る硬化性組成物(A)の基板表面(下地層表面の場合も含まれる)に対する接触角は、溶剤(成分(e))を除く成分の組成物について、モールドの凹部が有する階段構造の階段角度より大きく90°未満であることが好ましい。接触角が階段角度より小さいとモールドの押印時に凹部の階段構造と先に接触してしまい、モールドの凹部の底面付近に気体が残存しやすく、充填に時間がかかる。また、下地層表面に対する接触角が90°以上だと、モールドパターンの内部や下地層-モールドの間隙において毛細管力が負の方向(モールドと硬化性組成物間の接触界面を収縮させる方向)に働き、充填はされにくくなる。さらには、モールド表面に対する接触角が、基板面に対する接触角以下であることが好ましい。モールド表面に対する接触角が下地層表面に対する接触角より低いほどモールド表面の濡れ性が上がり、硬化性組成物(A)がモールドと接触後においてモールド表面側からの充填速度が速くなり、基板面方向に気体が追いやられ、気体が抜けやすくなる。
本実施形態に係る硬化性組成物(A)は、できる限り不純物を含まないことが好ましい。ここで記載する不純物とは、前述した成分(a)、成分(b)、成分(c)成分(d)および成分(e)以外のものを意味する。
本発明で使用される基板は、特に制限されるものではないが、半導体集積回路の製造に利用されるシリコン基板、液晶や光学部品(フィルタやDOEレンズ)などに使用されるガラス基板、石英基板、あるいはPET、PEなどの有機高分子基板などが適宜利用できる。
下地層に対する硬化性組成物(A)の接触角は、硬化性組成物と下地層との相互作用により決まる。本発明の発明者らは、鋭意検討の結果、カーボン材料を下地層として積層した基板上において、本発明の硬化性組成物が高い接触角を示し、かつカーボン材料である下地層表面と硬化性組成物が良好な密着性を示すことを見出した。
本発明に係るモールドは、後述の光照射工程を考慮して光透過性の材料で構成されたモールドを用いるとよい。モールドを構成する材料の材質としては、具体的には、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂等の光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサン等の柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が挙げられる。
次に、実施形態に係るパターン形成方法について、図3の模式断面図を用いて説明する。
基板上に、
下地層を積層する工程[1]、
下地層の表面に少なくとも重合性化合物(a)を含む液状の硬化性組成物(A)の液滴を離散的に配置する工程[2]、
凹凸パターンが形成されたモールドを硬化性組成物(A)に接触させる工程[3]、
モールド側から光を照射することにより液状の硬化性組成物(A)を硬化させる工程[4]、
モールドを硬化後の硬化性組成物からなる層から引き離す工程[5]、
を有する。
本工程(積層工程1)では、図3[1]に示す通り、前述した本実施形態に係る下地層302を基板301上に積層(塗布)し、ベークを行い下地層を形成する。本実施形態において、下地層302を基板301あるいは被加工層上に配置する方法としては、例えば、インクジェット法、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スピンコート法、スリットスキャン法等を用いることができる。本発明においては、スピンコート法が特に好ましい。
本工程(積層工程2)では、図3[2]に示す通り、硬化性組成物(A)303の液滴を、前記下地層302上に離散的に滴下して配置することが好ましい。配置方法としては、一般的なスポッティング方法および液体吐出手段が使用できるが、インクジェット法が特に好ましい。
図3[3]は、本工程(型接触工程3)の型接触状態を示す図である。
次に、図3[4]に示すように、硬化性組成物(A)303に対し、モールド305を介して照射光312を照射する。より詳細には、モールドの微細パターンに充填された硬化性組成物(A)303に、モールド305を介して照射光312を照射する。これにより、モールド305の微細パターンに充填された硬化性組成物(A)303は、照射される照射光312によって硬化してパターン形状を有する硬化膜313となる。
次に、パターン形状を有する硬化膜313とモールド305と引き離す。本工程(離型工程)では、図3[5]に示すように、パターン形状を有する硬化膜313とモールド305とを引き離し、工程[4](光照射工程)において、モールド305上に形成された微細パターンの反転パターンとなるパターン形状を有する硬化膜313が自立した状態で得られる。なお、パターン形状を有する硬化膜313の凹凸パターンの凹部にも硬化膜が残存するが、この膜のことを残膜と呼ぶこととする。
本実施例および比較例では、図3に示すような凹部を有する石英製のインプリントモールドを使用する。
実施例及び比較例の硬化性組成物(A)を下記方法にて調整し、それぞれ評価を行った。
(1)基板の準備
基板301としてシリコン基板を用い、下地層302としてスピンオンカーボン(SOC)を基板表面に形成した。
下記に示される成分(a)、成分(b)、成分(c)、成分(d)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタで濾過し、比較例1の硬化性組成物(A-1’)を調製した。
成分(a):合計94重量部
イソボルニルアクリレート(共栄社化学製、商品名:IB-XA):9.0重量部
ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):38重量部
ネオペンチルグリコールジアクリレート(共栄社化学製、商品名:NP-A):47重量部
成分(b):合計3.0重量部
Lucirin(登録商標) TPO(BASF製):3.0重量部
成分(c):合計0重量部
成分(c)は添加しなかった。
成分(d):合計0.50重量部
N,N’-テトラエチル-4,4’-ジアミノベンゾフェノン(東京化成製、略称EAB):0.50重量部
成分(e):合計0重量部
成分(e)は添加しなかった。
硬化性組成物(A-1’)の下地層上での接触角を測定するために、協和界面科学社製のDropMasterを用いた。硬化性組成物(A-1’)の液滴(約1μL)を基板に滴下し、滴下してから約10秒経過後の液滴の接触角をθ/2法で求めた。滴下及び測定は5回行い、測定値の相加平均を算出したところ、4.9°であった。
インプリント評価は、階段角度及び接触角測定の値を基に評価した。 なおインプリントの評価は、硬化性組成物(A)のモールドへの接触形態の評価と充填性の評価を行う。
硬化性組成物(A)が最初に接触するモールドの部分の確認は、モールド押印時に高速度カメラにてモールド上面から確認を行うことができる。基準は、以下の通りである。
○:硬化性組成物(A)がモールドの図3に示す平坦部分307(凹部)に最初に接触する。
×:硬化性組成物(A)がモールドの図3に示す階段部分308または残膜部分309に最初に接触する。
充填性の評価基準は以下の通りである。
○:階段パターン部分に気体を残存させずに硬化性組成物が速やかに充填する。
△:階段パターン部分に気体が残存し、気体の消失に時間がかかる。
×:充填しない。
(1)基板の準備
比較例1と同じ基板を準備した。
硬化性組成物(A-1’)の調製の成分で、成分(c)が以下の通り異なる。
成分(c):合計0.25重量部
ペンタデカエチレングリコールモノ1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルエーテル(F(CF2)6CH2CH2(OCH2CH2)15OH)(DIC製、略称DEO-15):0.25重量部
比較例1と同様に接触角を測定し算出したところ、7.8°であった。
比較例1と同様にインプリントを行い、評価した。
比較例1と同様に評価を行い、評価は×とした。
比較例1と同様に評価を行い、評価は△とした。
(1)基板の準備
基板301としてシリコン基板、下地層302として、特許第6141500号の0123段落に記載の密着層組成物である光ナノインプリント用密着層組成物(B)、をシリコンウエハ上にスピンコートによって塗布した。スピンコートの条件は、500~4000rpm、30秒とした。その後、ホットプレート上においてシリコンウエハを加熱し、下地層を形成した。加熱の条件としては、約160℃で約2分間加熱した。これにより、膜厚3nmの下地層を形成した。また、炭素原子濃度の測定は、比較例1と同様に行った。ベーク後の組成物中の総原子数を100重量%とした時の炭素原子の含有量は65.7重量%であった。
硬化性組成物(A-1’)の調製の成分で、成分(c)が以下の通り異なる。
成分(c):合計0.50重量部
ペンタデカエチレングリコールモノ1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルエーテル(F(CF2)6CH2CH2(OCH2CH2)15OH)(DIC製、略称DEO-15):0.50重量部
比較例1と同様に接触角を測定し算出したところ、7.8°であった。
比較例1と同様にインプリントを行い、評価した。
比較例1と同様に評価を行い、評価は×とした。
比較例1と同様に評価を行い、評価は△とした。
(1)基板の準備
比較例1と同じ基板を準備した。
比較例1の硬化性組成物(A-1’)の調製の成分で、成分(c)が以下の通り異なる。
成分(c):合計0.50重量部
ペンタデカエチレングリコールモノ1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルエーテル(F(CF2)6CH2CH2(OCH2CH2)15OH)(DIC製、略称DEO-15):0.50重量部
比較例1と同様に接触角を測定し算出したところ、12.2°であった。
比較例1と同様にインプリントを行い、評価した。
比較例1と同様に評価を行い、評価は○とした。
比較例1と同様に評価を行い、評価は○とした。
(1)基板の準備
比較例1と同じ基板を準備した。
比較例1の硬化性組成物(A-1’)の調製の成分で、成分(c)が以下の通り異なる。
成分(c):合計1.0重量部
ペンタデカエチレングリコールモノ1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルエーテル(F(CF2)6CH2CH2(OCH2CH2)15OH)(DIC製、略称DEO-15):1.0重量部
比較例1と同様に接触角を測定し算出したところ、16.6°であった。
比較例1と同様にインプリントを行い、評価した。
比較例1と同様に評価を行い、評価は○とした。
比較例1と同様に評価を行い、評価は○とした。
(1)基板の準備
比較例1と同じに基板を準備した。
硬化性組成物(A-1’)の調製の成分で、成分(c)が以下の通り異なる。
成分(c):合計2.0重量部 ペンタデカエチレングリコールモノ1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルエーテル(F(CF2)6CH2CH2(OCH2CH2)15OH)(DIC製、略称DEO-15):2.0重量部
比較例1と同様に接触角を測定し算出したところ、20.1°であった。
比較例1と同様にインプリントを行い、評価した。
比較例1と同様に評価を行い、評価は○とした。
比較例1と同様に評価を行い、評価は○とした。
下記表1に比較例1~3および実施例1~3のインプリント評価結果の一覧を示す。
102 下地層
103 レジスト
104 液滴の拡がる方向
105 モールド
106 照射光
107 硬化膜パターン
108 残膜
201 基板
202 下地層
203 階段パターン
204 パターン高さ(数段~百数十段、全段:数μm)
205 踏面寸法(数百nm)
206 蹴上寸法(数百nm)
207 平坦部分の横幅(数mm)
208 階段部分の横幅(数十μm)
209 パターン奥行(数mm)
301 基板
302 下地層
303 硬化性組成物(A)
304 硬化性組成物(A)の下地層に対する接触角θU
305 モールド
306 階段パターン部分
307 平坦部分
308 階段部分
309 残膜部分
310 硬化性組成物(A)のモールドに対する接触角θM
311 硬化性組成物(A)の広がる方向
312 照射光
313 パターンを有する硬化膜
401 モールド
402 踏面(踏面寸法:D)
403 蹴上(蹴上寸法:H)
404 階段角度θS
Claims (17)
- 基板上に硬化性組成物の液滴を配置する工程と、
表面に凹凸パターンが形成されたモールドと、前記硬化性組成物とを接触させる工程と、
前記硬化性組成物を硬化させる工程と、
前記硬化性組成物の硬化物と、前記モールドとを引き離す工程と、
を該順に有し、前記硬化性組成物の硬化物パターンを製造する方法であって、
前記モールドは、底面と、当該底面からモールド表面に向かうにつれて開口が広がるように配置された階段構造とを有する凹部を有しており、
前記硬化性組成物の前記基板の表面に対する接触角が、前記階段構造の階段角度より大きく、且つ90°未満であり、
前記接触させる工程において、前記底面と前記液滴の頂部とが接触した後に、前記硬化性組成物と前記階段構造とが接触する
ことを特徴とする硬化物パターンの製造方法。 - 前記基板の表面に下地層を形成する工程をさらに有する請求項1に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記硬化性組成物(A)の前記下地層に対する接触角θUが、前記階段構造の階段角度θSより大きく、90°未満であることを特徴とする請求項2に記載の硬化物パターンの製造方法。
(但し、階段角度θSは、階段構造の踏面寸法Dと蹴上寸法Hから、θS=cot-1(D/H)より算出される。) - 硬化性組成物(A)のモールド上の接触角θMが下地層に対する接触角θUより小さいことを特徴とする請求項2または3に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記底面が、0.25mm2以上の面積を有する請求項1から4のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記凹部のモールド表面から底面までの深さ(M)より、前記液滴の高さ(L)が大きい請求項1から5のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記モールドの凹部1か所につき、前記基板上に対応する液滴が1滴ずつ配置されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記モールドの凹部の底面の面積が、前記液滴の面積より大きいことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記液滴が、液体吐出手段の1回の吐出により前記基板上に配置されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記液滴が、液体吐出手段の2回以上の吐出の重ね合せにより1滴の液滴として基板上に配置されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記硬化性組成物(A)において、フッ素系界面活性剤の配合割合が0.50重量%以上2.0重量%以下であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記下地層は、炭素原子濃度が80~95重量%であることを特徴とする請求項2から11のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記下地層が、ナフタレン系化合物及び有機溶剤を含有する前駆体組成物を塗布し、ベークすることで形成されることを特徴とする請求項2から12のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 前記下地層のベーク温度が180℃以上であることを特徴とする請求項2から13のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法を有することを特徴とする加工基板の製造方法。
- 請求項1から15のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法を有することを特徴とするモールドレプリカの製造方法。
- 請求項1から15のいずれか1項に記載の硬化物パターンの製造方法を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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