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JP7709336B2 - インプリント用硬化性組成物、塗布膜、膜の製造方法、硬化物、インプリントパターンの製造方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents
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インプリント用硬化性組成物、塗布膜、膜の製造方法、硬化物、インプリントパターンの製造方法及びデバイスの製造方法

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Description

本発明は、インプリント用硬化性組成物、ならびに、上記インプリント用硬化性組成物を用いた塗布膜、膜の製造方法、硬化物、インプリントパターンの製造方法及びデバイスの製造方法に関する。
インプリント法とは、パターンが形成された金型(一般的にモールド、スタンパと呼ばれる)を押し当てることにより、材料に微細パターンを転写する技術である。インプリント法を用いることで簡易に精密な微細パターンの作製が可能なことから、近年さまざまな分野での応用が期待されている。特に、ナノオーダーレベルの微細パターンを形成するナノインプリント技術が注目されている。
特許文献1には、分子中にケイ素原子を含有する重合性化合物(A)と、光重合開始剤(B)と、添加剤(C)とを含む光インプリント用硬化性組成物であって、上記添加剤(C)が、特定の構造の化合物であることを特徴とする、光インプリント用硬化性組成物が記載されている。
特許文献2には、特定の構造を有する単官能重合性化合物、光重合開始剤及び特定の構造の離型剤を含む、インプリント用硬化性組成物が記載されている。
国際公開第2017/195586号 国際公開第2019/188882号
インプリント法としては、その転写方法から熱インプリント法、及び、硬化型インプリント法と呼ばれる方法が提案されている。熱インプリント法では、ガラス転移温度(以下、「Tg」ということがある)以上に加熱した熱可塑性樹脂にモールドをプレスし、冷却後にモールドを離型することにより微細パターンを形成する。この方法は多様な材料を選択できるが、プレス時に高圧を要すること、熱収縮等により寸法精度が低下するなど、微細なパターン形成が困難であるといった問題点も有する。
一方、硬化型インプリント法では、例えば、インプリント用硬化性組成物から形成される膜にモールドを押し当てた状態で光硬化又は熱硬化させた後、モールドを離型する。未硬化物へのインプリントのため、高圧付加、高温加熱の一部又は全部が省略可能であり、簡易に微細なパターンを作製することが可能である。また、硬化前後で寸法変動が小さいため、微細なパターンを精度よく形成できるという利点もある。
最近では、熱インプリント法及び硬化型インプリント法の両者の長所を組み合わせたナノキャスティング法や、3次元積層構造を作製するリバーサルインプリント法などの新しい展開も報告されている。
硬化型インプリント法では、支持体(必要に応じて表面に密着処理を行う)上にインプリント用硬化性組成物を塗布し、膜を形成した後、石英等の光透過性素材で作製されたモールドを押し当てる。モールドを押し当てた状態で光照射又は加熱によりインプリント用硬化性組成物を硬化し、その後モールドを離型することで目的のパターンが転写された硬化物が作製される。
支持体上にインプリント用硬化性組成物を適用する方法としては、スピンコート法やインクジェット法が挙げられる。スピンコート法は、スループットが高いという点で、生産性に優れた適用方法である。
また、転写したインプリントパターンをマスクとして微細加工を行う方法はナノインプリントリソグラフィー(NIL)と呼ばれ、現行のArF液浸プロセスに代わる次世代リソグラフィー技術として開発が進められている。そのため、NILに用いられるインプリント用硬化性組成物は、EUVレジストと同様、20nm以下の超微細パターンが解像可能であり、かつ加工対象を微細加工する際のマスクとして高いエッチング耐性が必要となる。マスクとしての使用を想定したインプリント用硬化性組成物の具体例としては、特許5426814号公報、特開2015-009171号公報、特開2015-185798号公報、特開2015-070145号公報、特開2015-128134号公報等に記載のものが挙げられる。
インプリント法においては、硬化物の変形、破断、モールドの破損を抑制する等の目的から、モールドとインプリント用硬化性組成物の硬化物とを剥離する際に必要な力(離型力)が小さいことが求められている。
本発明は、得られる硬化物とモールドとの離型力が小さいインプリント用硬化性組成物、上記インプリント用硬化性組成物の塗布膜、上記膜の製造方法、上記インプリント用硬化性組成物の硬化物、上記インプリント用硬化性組成物を用いたインプリントパターンの製造方法、及び、上記インプリントパターンの製造方法を含むデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の代表的な実施態様を以下に示す。
<1> ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、
ラジカル発生剤と、
炭素数4~11の1価の炭化水素基、及び、ポリ(オキシアルキレン)基を有する化合物とを含み
上記1価の炭化水素基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子により置換されていてもよい
インプリント用硬化性組成物。
<2> 上記ポリ(オキシアルキレン)基におけるオキシアルキレン基の繰返し数が、4~20である、<1>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<3> 上記ポリ(オキシアルキレン)基におけるオキシアルキレン基の炭素数が、2又は3である、<1>又は<2>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<4> 上記1価の炭化水素基が、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基である、<1>~<3>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<5> 上記化合物が、上記1価の炭化水素基を2つ有する、<1>~<4>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<6> 上記1価の炭化水素基が、上記ポリ(オキシアルキレン)基と直接結合している、<1>~<5>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<7> 上記1価の炭化水素基が、無置換の炭化水素基である、<1>~<6>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<8> 上記化合物における、上記ポリ(オキシアルキレン)基の含有量が30~90質量%である、<1>~<7>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<9> 上記化合物が、下記式(C-1)で表される化合物である、<1>~<8>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
式(C-1)中、R11及びR12はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R11及びR12の少なくとも一方は炭素数4~11の1価の炭化水素基であり、L11はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n1は2以上の整数を表す。
<10> ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、
ラジカル発生剤と、
下記式(C-2)で表される化合物とを含む
インプリント用硬化性組成物。
式(C-2)中、R21及びR22はそれぞれ独立に、1価の炭化水素基であり、L21はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n2は2以上の整数を表す。
<11> 上記化合物の重量平均分子量が、300~1000である、<1>~<10>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<12> 上記化合物の含有量が組成物の全固形分に対して、0.5~10質量%である、<1>~<11>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<13> 上記化合物が、ラジカル重合性基を有しない、<1>~<12>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<14> 上記オルガノポリシロキサンの全質量に対する、上記化合物の含有量が0.5~10質量%である、<1>~<13>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<15> 組成物の全質量に対する溶剤の含有量が90~99質量%である、<1>~<14>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物。
<16> <1>~<15>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物の塗布膜。
<17> <1>~<15>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物を支持体上又はモールド上に適用する工程を含む、膜の製造方法。
<18> <1>~<15>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物を硬化してなる硬化物。
<19> 支持体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材に<1>~<15>のいずれか1つに記載のインプリント用硬化性組成物を適用する適用工程、
上記支持体及び上記モールドよりなる群のうち上記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として上記インプリント用硬化性組成物に接触させる接触工程、
上記インプリント用硬化性組成物を硬化物とする硬化工程、並びに、
上記モールドと寄稿硬化物とを剥離する剥離工程を含む、
インプリントパターンの製造方法。
<20> 上記支持体が、インプリント用硬化性組成物が適用される側の面に密着層を備える部材である、<19>に記載のインプリントパターンの製造方法。
<21> <19>又は<20>に記載のインプリントパターンの製造方法を含む、デバイスの製造方法。
本発明によれば、得られる硬化物とモールドとの離型力が小さいインプリント用硬化性組成物、上記インプリント用硬化性組成物の塗布膜、上記膜の製造方法、上記インプリント用硬化性組成物の硬化物、上記インプリント用硬化性組成物を用いたインプリントパターンの製造方法、及び、上記インプリントパターンの製造方法を含むデバイスの製造方法が提供される。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。
本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルを表す。「(メタ)アクリロイルオキシ」は、アクリロイルオキシ及びメタクリロイルオキシを表す。
本明細書において、「インプリント」は、好ましくは、1nm~10mmのサイズのパターン転写をいい、より好ましくは、およそ10nm~100μmのサイズ(ナノインプリント)のパターン転写をいう。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において、「光」には、紫外、近紫外、遠紫外、可視、赤外等の領域の波長の光や、電磁波だけでなく、放射線も含まれる。放射線には、例えばマイクロ波、電子線、極端紫外線(EUV)、X線が含まれる。また248nmエキシマレーザー、193nmエキシマレーザー、172nmエキシマレーザーなどのレーザー光も用いることができる。これらの光は、光学フィルターを通したモノクロ光(単一波長光)を用いてもよいし、複数の波長の異なる光(複合光)でもよい。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC測定)に従い、ポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000又はTSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いることによって求めることができる。溶離液は特に述べない限り、THF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。また、検出は特に述べない限り、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用したものとする。
本明細書において、特に述べない限り、温度は23℃、気圧は101325Pa(1気圧)、相対湿度は50%RHである。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、全固形分とは、組成物の全成分から溶剤を除いた成分の総質量をいう。また本明細書において、固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量百分率である。
本明細書において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本発明の第1の態様に係るインプリント用硬化性組成物は、ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、ラジカル発生剤と、炭素数4~11の1価の炭化水素基、及び、ポリ(オキシアルキレン)基を有する化合物とを含み、上記1価の炭化水素基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子により置換されていてもよい。
本発明の第2の態様に係るインプリント用硬化性組成物は、ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、ラジカル発生剤と、下記式(C-2)で表される化合物とを含む。
式(C-2)中、R21及びR22はそれぞれ独立に、1価の炭化水素基であり、L21はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n2は2以上の整数を表す。
以下、単に「本発明の組成物」又は「本発明のインプリント用硬化性組成物」と記載した場合、本発明の第1の態様に係るインプリント用硬化性組成物、及び、本発明の第2の態様に係るインプリント用硬化性組成物の両方を指すものとする。
また、第1の態様に係るインプリント用硬化性組成物における炭素数4~11の1価の炭化水素基、及び、ポリ(オキシアルキレン)基を有する化合物を、「特定化合物1」ともいう。
更に、第2の態様に係るインプリント用硬化性組成物における式(C-2)で表される化合物を、「特定化合物2」ともいう。
以下、単に「特定化合物」と記載した場合、特定化合物1及び特定化合物2の両方を指すものとする。
本発明のインプリント用硬化性組成物は、得られる硬化物とモールドとの離型力が小さい。
上記効果が得られるメカニズムは不明であるが、下記のように推測される。
本発明の第1の態様に係るインプリント用硬化性組成物は、特定化合物1を含む。
本発明の第2の態様に係るインプリント用硬化性組成物は、特定化合物2を含む。
ここで、特定化合物1、又は、特定化合物2に含まれるポリ(オキシアルキレン)基はモールドに吸着しやすいため、上記特定化合物は硬化後にインプリントパターンの表面に偏在する。特に、特定化合物1は炭素数4~11の1価の炭化水素基を有し、特定化合物2は1価の炭化水素基を2つ有することにより、ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンとの相溶性の関係上、離型剤がテンプレート表面に偏析しやすいと考えられる。
その結果、インプリントパターンの表面付近に特定化合物1における炭素数4~11の1価の炭化水素基、又は、特定化合物2におけるR21及びR22である1価の炭化水素基も、インプリントパターンの表面に偏在する。その結果、インプリントパターンの表面自由エネルギーが低下する等の理由により、モールドとインプリントパターンとの離型に必要な力を下げることができ、離型力を減少させることができると考えられる。また、炭素数が11以上になると、炭化水素の組成比率が上がるためパターンが柔らかくなり、パターン倒れやもげが発生しやすくなる場合が有る。
また、特定化合物1又は特定化合物2を含むことにより、炭化水素の組成比率が上がるので、SPM(sulfuric acid-hydrogen peroxide mixture)洗浄での洗浄性が向上すると考えられる。
以下、本発明について、詳細に説明する。
<ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサン>
本発明のインプリント用硬化性組成物は、ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンを含む。
〔ラジカル重合性基〕
ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンにおけるラジカル重合性基としては、エチレン性不飽和結合含有基が好ましく、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニル基、ビニルオキシ基、アリル基、マレイミド基、芳香環にビニル基が直接結合した基(例えば、ビニルフェニル基)等が例示され、(メタ)アクリルアミド基又は(メタ)アクリロキシ基がより好ましく、アクリルアミド基又はアクリロキシ基が更に好ましく、アクリロキシ基が特に好ましい。
ラジカル重合性基価が上記下限値以上であれば硬化時の弾性率が適切な範囲となり、離型性に優れると考えられる。一方、重合性基価が上記上限値以下であれば、硬化物パターンの架橋密度が適切な範囲となり、転写パターンの解像性に優れると考えられる。
〔オルガノポリシロキサン〕
オルガノポリシロキサンとは、シロキサン結合(-Si-O-Si-O-Si-)を骨格として含み、そのケイ素原子に結合した有機基を有する化合物をいう。
上記有機基においては、ケイ素原子に結合する原子が炭素原子であることが好ましい。
ケイ素原子の一部には有機基以外の原子や基(たとえば、水素原子、ヒドロキシ基、加水分解性基等)が結合していてもよい。
加水分解性基とは、水と反応してヒドロキシ基となり得る基であり、ハロゲン原子(塩素原子等)、アルコキシ基、アシル基、アミノ基等が挙げられる。
有機基としては、炭化水素基が好ましく、芳香族炭化水素基又は飽和脂肪族炭化水素基がより好ましい。上記炭化水素基、芳香族炭化水素基、飽和脂肪族炭化水素基はそれぞれ更に置換基を有してもよい。置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリーロキシ基、上述のラジカル重合性基を含む基等が挙げられる。
ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンは、下記式(S1)で表されるD単位のシロキサン構造及び式(S2)で表されるT単位のシロキサン構造のうち少なくとも一方を有する化合物が好ましい。
式(S1)又は式(S2)中、RS1~RS3はそれぞれ独立に水素原子又は1価の置換基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
S1~RS3はそれぞれ独立に、1価の置換基であることが好ましい。
上記1価の置換基としては、芳香族炭化水素基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)又は脂肪族炭化水素基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)が好ましく、中でも、環状又は鎖状(直鎖若しくは分岐)のアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)又は重合性基を含む基が好ましい。
具体的なオルガノポリシロキサンの構造の例としては、部分構造で示すと、以下の式(s-1)~(s-9)の例が挙げられる。式中のQは上述のラジカル重合性基を含む基である。これらの構造は化合物に複数存在してもよく、組み合わせて存在していてもよい。
ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンは、シリコーン樹脂と重合性基を有する化合物との反応物であることが好ましい。
上記シリコーン樹脂としては、反応性シリコーン樹脂が好ましい。
反応性シリコーン樹脂としては、上述したシリコーン骨格を有する変性シリコーン樹脂が挙げられ、例えば、モノアミン変性シリコーン樹脂、ジアミン変性シリコーン樹脂、特殊アミノ変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、脂環式エポキシ変性シリコーン樹脂、カルビノール変性シリコーン樹脂、メルカプト変性シリコーン樹脂、カルボキシ変性シリコーン樹脂、ハイドロジェン変性シリコーン樹脂、アミノ・ポリエーテル変性シリコーン樹脂、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーン樹脂、エポキシ・アラルキル変性シリコーン樹脂などが挙げられる。
上記重合性基を有する化合物としては、重合性基と、アルコキシシリル基又はシラノール基と反応可能な基とを有する化合物が好ましく、重合性基及びヒドロキシ基を有する化合物がより好ましい。
また、シリコーン樹脂として上述の変性シリコーン樹脂を用いる場合、上記重合性基を有する化合物として、重合性基及び上記変性シリコーン樹脂に含まれるアミノ基、エポキシ基、メルカプト基、カルボキシ基等と反応する基を有する化合物を用いてもよい。
上記重合性基を有する化合物における重合性基の好ましい態様は、上述の重合性化合物における重合性基の好ましい態様と同様である。
これらの中でも、上記重合性基を有する化合物としては、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましい。
さらに具体的には、重合性基及びアルコキシシリル基又はシラノール基と反応可能な基(例えば、ヒドロキシ基)を有する化合物と、アルコキシシリル基又はシラノール基を有するシリコーン樹脂との反応物であることが好ましい。
ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンの重量平均分子量は、500~10,000であることが好ましく、800~5,000であることがより好ましく、1,000~3,000であることが更に好ましい。
ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンにおけるラジカル重合性基の数は、一分子中、2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましく、4個以上であることがさらに好ましい。上限としては、50個以下であることが好ましく、40個以下であることがより好ましく、30個以下であることがさらに好ましく、20個以下であることが一層好ましい。
ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンの23℃における粘度は、100mPa・s以上であることが好ましく、120mPa・s以上であることがより好ましく、150mPa・s以上であることがさらに好ましい。上記粘度の上限値は、2,000mPa・s以下であることが好ましく、1,500mPa・s以下であることがより好ましく、1,200mPa・s以下であることがさらに好ましい。
本明細書において粘度は、特に断らない限り、東機産業(株)製のE型回転粘度計RE85L、標準コーン・ロータ(1°34’×R24)を用い、サンプルカップを23℃に温度調節して測定した値とする。測定に関するその他の詳細はJISZ8803:2011に準拠する。1水準につき2つの試料を作製し、それぞれ3回測定する。合計6回の算術平均値を評価値として採用する。
〔他の重合性化合物〕
本発明のインプリント用硬化性組成物は、上述のラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンとは異なる、他の重合性化合物を更に含んでもよい。
他の重合性化合物は2つ以上の重合性基を有する多官能重合性化合物であることが好ましい。他の重合性化合物の重合性基の数は、一分子中に2個以上であることが好ましい。上限としては、4個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましく、2個であることがさらに好ましい。
他の重合性化合物における重合性基としては、特に限定されないが、ラジカル重合性基、環状エーテル基(エポキシ基、グリシジル基、オキセタニル基)等が例示され、ラジカル重合性基が好ましい。ここで定義する重合性基をQpと称する。
他の重合性化合物におけるラジカル重合性基の好ましい態様は、上述のラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンにおけるラジカル重合性基の好ましい態様と同様である。
他の重合性化合物の一例として、下記式で示される化合物が例示される。
式中、R21はq価の有機基であり、R22は水素原子またはメチル基であり、qは2以上の整数である。qは2以上7以下の整数が好ましく、2以上4以下の整数がより好ましく、2または3がさらに好ましく、2が一層好ましい。
21は、2~7価の有機基であることが好ましく、2~4価の有機基であることがより好ましく、2または3価の有機基であることがさらに好ましく、2価の有機基であることが一層好ましい。R21は直鎖、分岐および環状の少なくとも1つの構造を有する炭化水素基であることが好ましい。炭化水素基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
21が2価の有機基であるとき、下記式(1-2)で表される有機基であることが好ましい。
式中、ZおよびZはそれぞれ独立に、単結合、-Alk-、または-Alk-O-(AlkとOの順序は問わず、式中で-O-Alk-となっていてもよい)であることが好ましい。Alkはアルキレン基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)を表し、本発明の効果を損ねない範囲で、置換基を有していてもよい。
は、単結合または下記の式(9-1)~(9-10)から選ばれる連結基またはその組み合わせが好ましい。中でも、式(9-1)~(9-3)、(9-7)、および(9-8)から選ばれる連結基であることが好ましい。
101~R117は任意の置換基である。中でも、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アラルキル基(炭素数7~21が好ましく、7~15がより好ましく、7~11がさらに好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、チエニル基、フリル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルオキシアルキル基(アルキル基は炭素数1~24のものが好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)が好ましい。R101とR102、R103とR104、R105とR106、R107とR108、R109とR110、複数あるときのR111、複数あるときのR112、複数あるときのR113、複数あるときのR114、複数あるときのR115、複数あるときのR116、複数あるときのR117は、互いに結合して環を形成していてもよい。
Arはアリーレン基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)であり、具体的には、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、フェナントレンジイル基、フルオレンジイル基が挙げられる。
hCyはヘテロ環基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、2~5がさらに好ましい)であり、5員環または6員環がより好ましい。hCyを構成するヘテロ環の具体例としては、後述の芳香族複素環hCy、ピロリドン環、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロピラン環、モルホリン環などの例が挙げられ、中でも、チオフェン環、フラン環、ジベンゾフラン環が好ましい。
nおよびmは100以下の自然数であり、1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい。
pは0以上で、各環に置換可能な最大数以下の整数である。上限値は、それぞれの場合で独立に、置換可能最大数の半分以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、2以下であることがさらに好ましい。
また、他の重合性化合物は、上記で定義される重合性基価が150以上のものであることが好ましく、160以上であることがより好ましく、190以上であることがさらに好ましく、240以上であることが一層好ましい。上限としては、2,500以下であることが好ましく、1,800以下であることがより好ましく、1,000以下であることがさらに好ましい。
他の重合性化合物は、環状構造を有することが好ましい。その環状構造として、後述する芳香族炭化水素環aCy、芳香族複素環hCy、脂環fCyの例が挙げられる。
その他、他の重合性化合物としては、環状構造を含む化合物(環含有化合物)、デンドリマー型化合物等が挙げられる。
<<<環含有化合物>>>
環を含む化合物(環含有化合物)の環状構造としては、芳香族環、脂環が挙げられる。芳香族環としては、芳香族炭化水素環、芳香族複素環が挙げられる。
芳香族炭化水素環としては、炭素数6~22のものが好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい。芳香族炭化水素環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フェナレン環、フルオレン環、ベンゾシクロオクテン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、インデン環、インダン環、トリフェニレン環、ピレン環、クリセン環、ペリレン環、テトラヒドロナフタレン環などが挙げられる。なかでも、ベンゼン環またはナフタレン環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。芳香族環は複数が連結した構造を取っていてもよく、例えば、ビフェニル構造、ジフェニルアルカン構造(例えば、2,2-ジフェニルプロパン)が挙げられる。(ここで規定する芳香族炭化水素環をaCyと称する)
芳香族複素環としては、炭素数1~12のものが好ましく、1~6がより好ましく、1~5がさらに好ましい。その具体例としては、チオフェン環、フラン環、ジベンゾフラン環、ピロール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、オキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、イソインドール環、インドール環、インダゾール環、プリン環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェナジン環、フェノチアジン環、フェノキサチイン環、フェノキサジン環などが挙げられる。(ここで規定する芳香族複素環をhCyと称する)
脂環としては炭素数3~22が好ましく、4~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい。具体的に脂肪族炭化水素環としては、例としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロブテン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、ジシクロペンタジエン環、スピロデカン環、スピロノナン環、テトラヒドロジシクロペンタジエン環、オクタヒドロナフタレン環、デカヒドロナフタレン環、ヘキサヒドロインダン環、ボルナン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、イソボルナン環、トリシクロデカン環、テトラシクロドデカン環、アダマンタン環などが挙げられる。脂肪族複素環としては、ピロリジン環、イミダゾリジン環、ピぺリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、オキシラン環、オキセタン環、オキソラン環、オキサン環、ジオキサン環などが挙げられる。(ここで規定する脂環をfCyと称する)
本発明においては、透光性重合性化合物が環含有化合物であるとき、芳香族炭化水素環を含有する化合物であることが好ましく、ベンゼン環を有する化合物であることがより好ましい。例えば、下記式C-1の構造を有する化合物が挙げられる。
式中、Arは上記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環を表す。
およびLはそれぞれ独立に単結合または連結基である。連結基としては、酸素原子(オキシ基)、カルボニル基、アミノ基、アルキレン基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、またはこれらを組み合わせた基が挙げられる。中でも、(ポリ)アルキレンオキシ基が好ましい。(ポリ)アルキレンオキシ基とは、アルキレンオキシ基が1つのものでも、複数繰り返して連結されているものでもよい。また、アルキレン基とオキシ基の順序が限定されるものではない。アルキレンオキシ基の繰り返し数は1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい。また、(ポリ)アルキレンオキシ基は母核となる環Arまたは重合性基Qとの連結の関係で、アルキレン基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)が介在していてもよい。したがって、(ポリ)アルキレンオキシ=アルキレン基となっていてもよい。
は任意の置換基であり、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい)、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)、アシル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリーロイル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい)が挙げられる。
は単結合または連結基である。連結基としては、上記L,Lの例が挙げられる。
n3は3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1以下であることがさらに好ましく、0であることが特に好ましい。
およびQはそれぞれ独立に重合性基であり、上記重合性基Qpの例が好ましい。
環含有化合物においては、重合性基を有する側鎖の数が増えることで、硬化時に強固な架橋構造を形成することが可能となり解像性が向上する傾向がある。かかる観点から、nqは2以上であることが好ましい。上限としては、6以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることがさらに好ましい。
同様に均一な架橋構造を形成しやすいという観点から、環状構造に重合性基を含む基ないし置換基が導入される場合、直列状に置換基が配置されることが好ましい。
<<<デンドリマー型化合物>>>
透光性重合性化合物はデンドリマー型化合物であってもよい。デンドリマーは、中心から規則的に分枝した構造を持つ樹状高分子を意味する。デンドリマーはコアと呼ばれる中心分子(幹)と、デンドロンと呼ばれる側鎖部分(枝)から構成される。全体としては扇形の化合物が一般的であるが、半円状ないし円状にデンドロンがひろがった、デンドリマーであってもよい。このデンドリマーのデンドロンの部分(例えば、コアからは離れる末端部分)に重合性基を有する基を導入し重合性化合物とすることができる。導入する重合性基に(メタ)アクリロイル基を用いれば、デンドリマー型の多官能(メタ)アクリレートとすることができる。
デンドリマー型化合物における重合性基の数の好ましい範囲はすでに述べた。
デンドリマー型化合物については、例えば、特許第5512970号に開示された事項を参照することができ、その記載を引用して本明細書に組み込む。
また、他の重合性化合物の例としては、特開2014-90133号公報の段落0017~0024および実施例に記載の化合物、特開2015-9171号公報の段落0024~0089に記載の化合物、特開2015-70145号公報の段落0023~0037に記載の化合物、WO16/152597号公報の段落0012~0039に記載の化合物を挙げることができ、これらを引用して本明細書に組み込む。
他の重合性化合物は、インプリント用硬化性組成物中、10質量%以上含まれていてもよい。上限値は、透光性重合性化合物との関係で30質量%未満であることが実際的である。他の重合性化合物1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。
<ラジカル発生剤>
本発明のインプリント用硬化性組成物は、ラジカル発生剤を含む。
ラジカル発生剤は、熱ラジカル発生剤又は光ラジカル発生剤であることが好ましく、光インプリント法に用いることが可能となる点からは光ラジカル発生剤が好ましい。
光ラジカル発生剤は、光照射により上述の重合性化合物を重合させる活性種を発生する化合物であればいずれのものでも用いることができる。また、本発明において、光ラジカル発生剤は複数種を併用してもよい。
本発明に用いられるラジカル発生剤の含有量は、インプリント用硬化性組成物の全固形分に対し、例えば、0.01~15質量%であり、好ましくは0.1~12質量%であり、さらに好ましくは0.2~7質量%である。2種類以上のラジカル発生剤を用いる場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
光ラジカル発生剤の含有量が0.01質量%以上であると、感度(速硬化性)、解像性、ラインエッジラフネス性、塗膜強度が向上する傾向にあり好ましい。一方、ラジカル発生剤の含有量を15質量%以下とすると、光透過性、着色性、取り扱い性などが向上する傾向にあり、好ましい。
熱ラジカル発生剤については、特開2013-036027号公報、特開2014-090133号公報、特開2013-189537号公報に記載の各成分を用いることができる。含有量等についても、上記公報の記載を参酌できる。
本発明で使用される光ラジカル発生剤としては、例えば、市販されている開始剤を用いることができる。これらの例としては、例えば、特開平2008-105414号公報の段落番号0091に記載のものを好ましく採用することができる。この中でもアセトフェノン系化合物、フェニルグリオキシレート系化合物、アシルホスフィンオキサイド系化合物、オキシムエステル系化合物が硬化感度、吸収特性の観点から好ましい。
アセトフェノン系化合物として好ましくはヒドロキシアセトフェノン系化合物、ジアルコキシアセトフェノン系化合物、アミノアセトフェノン系化合物が挙げられる。ヒドロキシアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)2959(1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、Irgacure(登録商標)184(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、Irgacure(登録商標)500(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン)、Darocure(登録商標)1173(2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-プロパン-1-オン)が挙げられる。
ジアルコキシアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)651(2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン)が挙げられる。
アミノアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)369(2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)ブタノン-1)、Irgacure(登録商標)379(EG)(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン)、Irgacure(登録商標)907(2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-(4-モルフォリニル)-1-プロパノン)が挙げられる。
フェニルグリオキシレート系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)754、Darocure(登録商標)MBFが挙げられる。
アシルホスフィンオキサイド系化合物(分子内にアシルホスフィンオキサイド基を有する重合開始剤)として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)819(ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド、Irgacure(登録商標)1800(ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチル-ペンチルホスフィンオキサイド、BASF社から入手可能なLucirinTPO(2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド)、Lucirin TPO-L(2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド)が挙げられる。
オキシムエステル系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)OXE01(1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-2-(O-ベンゾイルオキシム)、Irgacure(登録商標)OXE02(エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)が挙げられる。
<特定化合物>
〔特定化合物1〕
本発明の第1の態様に係るインプリント用硬化性組成物は、特定化合物1を含む。
特定化合物1は、炭素数4~11の1価の炭化水素基、及び、ポリ(オキシアルキレン)基を有する。
-ポリ(オキシアルキレン)基-
特定化合物1におけるポリ(オキシアルキレン)基は、2個以上のオキシアルキレン基が直接結合した基である。
上記ポリ(オキシアルキレン)基におけるオキシアルキレン基の繰返し数は、4~40であることが好ましく、4~20であることがより好ましく、4~15であることが更に好ましい。
ポリ(オキシアルキレン)基に含まれるそれぞれのオキシアルキレン基は、構造が同一であっても異なっていてもよい。
また、ポリ(オキシアルキレン)基が構造の異なる2種以上のオキシアルキレン基を含む場合、例えば、ポリ(オキシアルキレン)基は、構造の異なる2種以上のオキシアルキレン基がランダムに結合した物であってもよいし、ある構造のオキシアルキレン基によるブロックと、別の構造のオキシアルキレン基によるブロックとを含んでもよく、オキシアルキレン基の配列は特に限定されない。
ポリ(オキシアルキレン)基におけるアルキレン基の炭素数は、2~10であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2又は3であることがより好ましい。
ポリ(オキシアルキレン)基は、下記式(OA-1)で表されるオキシアルキレン基を含むことが好ましく、下記式(OA-1)で表されるオキシアルキレン基からなる基であることがより好ましい。
式(OA-1)中、RO1及びRO2はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、RO1及びRO2の両方がメチル基となることはない。
ポリ(オキシアルキレン)基は、ポリ(エチレンオキシ)基、ポリ(エチレンオキシ-ran-プロピレンオキシ)基、又は、ポリ(エチレンオキシ-block-プロピレンオキシ)基であることが好ましい。
ポリ(A-ran-B)とは、AとBとがランダムに結合していることを示し、ポリ(A-block-B)とは、Aにより形成されるブロックと、Bにより形成されるブロックとが結合していることを示す。
特定化合物1におけるポリ(オキシアルキレン)基の含有量は、30~90質量%であることが好ましく、40~85質量%であることがより好ましく、50~75質量%であることが更に好ましい。
-炭素数4~11の1価の炭化水素基-
特定化合物1における炭素数4~11の1価の炭化水素基は、芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素基のいずれであってもよいが、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
また、上記脂肪族炭化水素基、又は、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、環状又はこれらの結合により表される構造のいずれであってもよいが、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。
これらの中でも、上記1価の炭化水素基は、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基であることが好ましい。
上記1価の炭化水素基の炭素数は、4~11であり、5~10が好ましく、6~10がより好ましい。
特定化合物1は、上記1価の炭化水素基を1つのみ有してもよく、2つ以上有してもよい。
特定化合物1における上記1価の炭化水素基の数は、1又は2が好ましい。
また、上記1価の炭化水素基を2つ有する態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
上記1価の炭化水素基は、上記ポリ(オキシアルキレン)基と直接結合していることが好ましい。
上記1価の炭化水素基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子により置換されていてもよい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子又は塩素原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
また、上記1価の炭化水素基が、無置換の炭化水素基である態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
上記1価の炭化水素基の具体例としては、例えば下記の基が挙げられるが、これに限定されるものではない。例えば、下記に記載した以外の炭素数4~11の直鎖アルキル基、炭素数4~11の分岐アルキル基も使用可能である。下記構造中、*は他の構造との結合部位を表す。
-式(C-1)で表される化合物-
特定化合物1は、下記式(C-1)で表される化合物であることが好ましい。
式(C-1)中、R11及びR12はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R11及びR12の少なくとも一方は炭素数4~11の1価の炭化水素基であり、L11はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n1は2以上の整数を表す。
式(C-1)中、R11及びR12はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R11及びR12の少なくとも一方は炭素数4~11の1価の有機基である。
11及びR12における炭素数4~11の1価の炭化水素基の好ましい態様は、上述の特定化合物1における炭素数4~11の1価の炭化水素基の好ましい態様と同様である。
11及びR12における炭素数4~11の1価の有機基としては、炭素数1~3の炭化水素基等が挙げられる。
11及びR12は、いずれもが炭素数4~11の1価の炭化水素基であるか、又は、一方が炭素数4~11の1価の炭化水素基であり、他方が水素原子であることが好ましい。
式(C-1)中、L11は炭素数2~10のアルキレン基が好ましく、炭素数2~4のアルキレン基がより好ましく、エチレン基又はプロピレン基が更に好ましい。
式(C-1)中、n1は4以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましい。また、n1は40以下であることが好ましく、20以下であることが更に好ましい。
〔特定化合物2〕
本発明の第2の態様に係るインプリント用硬化性組成物は、特定化合物2を含む。
特定化合物2は、下記式(C-2)で表される化合物である。
式(C-2)中、R21及びR22はそれぞれ独立に、1価の炭化水素基であり、L21はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n2は2以上の整数を表す。
式(C-2)中、R21及びR22における1価の炭化水素基は、芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素基のいずれであってもよいが、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
また、上記脂肪族炭化水素基、又は、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、環状又はこれらの結合により表される構造のいずれであってもよいが、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。
これらの中でも、上記1価の炭化水素基は、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基であることが好ましい。
21及びR22における1価の炭化水素基の炭素数は、1~20であることが好ましく、4~11であることがより好ましく、5~10が更に好ましく、6~10が特に好ましい。
21及びR22における1価の炭化水素基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子により置換されていてもよい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子又は塩素原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
また、上記1価の炭化水素基が、無置換の炭化水素基である態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
また、R21及びR22の少なくとも一方が炭素数4~11の1価の炭化水素基である態様も好ましい。炭素数4~11の1価の炭化水素基の好ましい態様は、上述の特定化合物1における炭素数4~11の1価の炭化水素基の好ましい態様と同様である。
式(C-2)中、L21及びn2の好ましい態様はそれぞれ、式(C-1)中のL11及びn1の好ましい態様と同様である。
〔特定化合物〕
特定化合物は、重量平均分子量が300~1000であることが好ましく、350~900であることがより好ましく、400~800であることが更に好ましい。
特定化合物のClogP値は、1~10であることが好ましく、2~8であることがより好ましく、3~7であることが更に好ましい。
また、特定化合物のCLogP値と、ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンのCLogP値との差の絶対値は、1~5であることが好ましく、1~4であることがより好ましく、1~3であること更に好ましい。
本明細書で「ClogP」とは、化学構造から計算により予測されたlogP(log[水/オクタノール分配係数])を意味する。本明細書におけるClogPはChem Draw Pro 20.1で計算された値を用いている。
特定化合物はヒドロキシ基を有することが好ましい。
特定化合物がヒドロキシ基を有する場合、特定化合物におけるヒドロキシ基の数は、1~4であることが好ましく、1~3であることがより好ましく、1~2であることが更に好ましい。
特定化合物は、硬化時に表面に偏在しやすいよう、ラジカル重合性基を有しないことが好ましい。ラジカル重合性基としては、上述のラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンにおけるラジカル重合性基と同様の基が挙げられる。
特定化合物の具体例としては、後述の実施例におけるC-1~C-20、22が挙げられるが、これに限定されるものではない。
特定化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.5~10質量%であることが好ましく、0.6~5質量%であることがより好ましく、0.7~3であることが更に好ましい。
また、上記オルガノポリシロキサンの全質量に対する、特定化合物の含有量は、0.5~10質量%であることが好ましく、0.6~5質量%であることがより好ましく、0.7~3質量%であることが更に好ましい。
<離型剤>
本発明のインプリント用硬化性組成物は離型剤を更に含有してもよい。ただし、上述の特定化合物に該当する化合物は、離型剤には該当しないものとする。離型剤の含有量は、組成物の全固形分に対して0.1質量%以上であり、0.3質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましい。上限値としては、1.0質量%未満であり、0.9質量%以下が好ましく、0.85質量%以下がより好ましい。離型剤の含有量を上記下限値以上とすることで、離型性が良好となり、硬化膜の剥がれや、離型時のモールド破損を防ぐことができる。また、上記上限値以下とすることで、離型剤の影響による硬化時のパターン強度の過度な低下を招かず、良好な解像性を実現することができる。
離型剤は1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。
離型剤の種類は特に限定されないが、好ましくは、モールドとの界面に偏析し、効果的にモールドとの離型を促進する機能を有することが好ましい。本発明では、離型剤が、フッ素原子及びケイ素原子を実質的に含まないことが好ましい。実質的に含まないとは、フッ素原子及びケイ素原子の合計量が離型剤の1質量%以下であることをいい、0.5質量%以下が好ましく、0.1質量%以下がより好ましく、0.01質量%以下がさらに好ましい。離型剤としてフッ素原子及びケイ素原子を実質的に含有しないものを用いることにより、インプリント用硬化性組成物を、その膜の高い離型性を実現しつつ、エッチング等に対する加工耐性に優れたものとする観点から好ましい。
本発明で用いられる離型剤は、具体的には、界面活性剤であることが好ましい。あるいは、末端に少なくとも1つのヒドロキシ基を有するアルコール化合物か、又は、ヒドロキシ基がエーテル化された(ポリ)アルキレングリコール構造を有する化合物((ポリ)アルキレングリコール化合物)であることが好ましい。界面活性剤及び(ポリ)アルキレングリコール化合物は重合性基Qpを持たない非重合性化合物であることが好ましい。なお、(ポリ)アルキレングリコールとは、アルキレングリコール構造が1つのものでも、複数繰り返して連結されているものでもよい意味である。
<<界面活性剤>>
本発明において離型剤として用いることができる界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
ノニオン性界面活性剤とは、少なくとも一つの疎水部と少なくとも一つのノニオン性親水部を有する化合物である。疎水部と親水部は、それぞれ、分子の末端にあっても、内部にあってもよい。疎水部は、例えば炭化水素基で構成され、疎水部の炭素数は、1~25が好ましく、2~15がより好ましく、4~10がさらに好ましく、5~8が一層好ましい。ノニオン性親水部は、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基、エーテル基(好ましくは(ポリ)アルキレンオキシ基、環状エーテル基)、アミド基、イミド基、ウレイド基、ウレタン基、シアノ基、スルホンアミド基、ラクトン基、ラクタム基、シクロカーボネート基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有することが好ましい。なかでも、アルコール性水酸基、エーテル基(好ましくは(ポリ)アルキレンオキシ基、環状エーテル基)を有する化合物であることがより好ましい。
<<アルコール化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物>>
本発明のインプリント用硬化性組成物に用いられる好ましい離型剤として、上記のように、末端に少なくとも1つのヒドロキシ基を有するアルコール化合物か、又は、ヒドロキシ基がエーテル化された(ポリ)アルキレングリコール化合物が挙げられる。
(ポリ)アルキレングリコール化合物は、具体的には、アルキレンオキシ基又はポリアルキレンオキシ基を有することが好ましく、炭素数1~6のアルキレン基を含む(ポリ)アルキレンオキシ基を有することがより好ましい。具体的には、(ポリ)エチレンオキシ基、(ポリ)プロピレンオキシ基、(ポリ)ブチレンオキシ基、又はこれらの混合構造を有するが好ましく、(ポリ)エチレンオキシ基、(ポリ)プロピレンオキシ基、又はこれらの混合構造を有するがより好ましく、(ポリ)プロピレンオキシ基を有することがさらに好ましい。(ポリ)アルキレングリコール化合物は、末端の置換基を除き実質的に(ポリ)アルキレンオキシ基のみで構成されていてもよい。ここで実質的にとは、(ポリ)アルキレンオキシ基以外の構成要素が全体の5質量%以下であることをいい、好ましくは1質量%以下であることをいう。特に、(ポリ)アルキレングリコール化合物として、実質的に(ポリ)プロピレンオキシ基のみからなる化合物を含むことが特に好ましい。
(ポリ)アルキレングリコール化合物における、アルキレンオキシ基の繰り返し数は、3~100であることが好ましく、4~50であることがより好ましく、5~30であることがさらに好ましく、6~20であることが一層好ましい。
(ポリ)アルキレングリコール化合物は、末端のヒドロキシ基がエーテル化されていれば、残りの末端はヒドロキシ基であってもよく、末端ヒドロキシ基の水素原子が置換されているものであってもよい。末端ヒドロキシ基の水素原子が置換されていてもよい基としてはアルキル基(すなわち(ポリ)アルキレングリコールアルキルエーテル)、アシル基(すなわち(ポリ)アルキレングリコールエステル)が好ましい。連結基を介して複数(好ましくは2又は3本)の(ポリ)アルキレングリコール鎖を有している化合物も好ましく用いることができる。
(ポリ)アルキレングリコール化合物の好ましい具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール(例えば、和光純薬製)、これらのモノ又はジメチルエーテル、モノ又はジセチルエーテル、モノステアリン酸エステル、モノオレイン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリルエーテル、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、これらのトリメチルエーテルが挙げられる。
(ポリ)アルキレングリコール化合物は下記の式(P1)又は(P2)で表される化合物であることが好ましい。
式中のRP1は鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよいアルキレン基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)である。RP2、RP3は水素原子あるいは鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよい炭素数1~3又は12以上のアルキル基(炭素数1~3又は12~36が好ましく、2~3又は12~24がより好ましい)である。ただし、式(P1)においてRP2、RP3のいずれもがアルキル基となることはない。pは1~24の整数が好ましく、2~12の整数がより好ましい。
P4はq価の連結基であり、有機基からなる連結基であることが好ましく、炭化水素からなる連結基であることが好ましい。具体的に炭化水素からなる連結基としては、アルカン構造の連結基(炭素数1~24が好ましく、2~12がより好ましく、2~6がさらに好ましい)、アルケン構造の連結基(炭素数2~24が好ましく、2~12がより好ましく、2~6がさらに好ましい)、アリール構造の連結基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)が挙げられる。
qは3~8の整数であることが好ましく、3~6の整数であることがより好ましく、3~4の整数であることがさらに好ましい。
離型剤として用いられるアルコール化合物又は(ポリ)アルキレングリコール化合物の重量平均分子量としては150~6000が好ましく、200~3000がより好ましく、250~2000がさらに好ましく、300~1200が一層好ましい。
また、本発明で用いることができる(ポリ)アルキレングリコール化合物の市販品としては、オルフィンE1010(日信化学工業社製)、Brij35(キシダ化学社製)等が例示される。
<重合禁止剤>
本発明のインプリント用硬化性組成物は、重合禁止剤の少なくとも1種を含んでもよい。
重合禁止剤は光重合開始剤から発生するラジカル等の反応性物質をクエンチする(失活させる)機能を有し、インプリント用硬化性組成物の低露光量での反応を抑制する役割を担う。
特に、他の重合性化合物を含む場合に、重合禁止剤を充分に溶解させることが可能となり、上記の効果が発現しやすくなる。
重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、4-メトキシフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、p-tert-ブチルカテコール、1,4-ベンゾキノン、ジフェニル-p-ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシアミンアルミニウム塩、フェノチアジン、N-ニトロソジフェニルアミン、N-フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、5-ニトロソ-8-ヒドロキシキノリン、1-ニトロソ-2-ナフトール、2-ニトロソ-1-ナフトール、2-ニトロソ-5-(N-エチル-N-スルホプロピルアミノ)フェノール、N-ニトロソ-N-(1-ナフチル)ヒドロキシアミンアンモニウム塩、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-tert-ブチル)フェニルメタンなどが好適に用いられる。また、特開2015-127817号公報の段落0060に記載の重合禁止剤、及び、国際公開2015/125469号の段落0031~0046に記載の化合物を用いることもできる。重合禁止剤の市販品の具体例としては、Q-1300、Q-1301、TBHQ(和光純薬工業株式会製)、キノパワーシリーズ(川崎化成工業株式会製)などが挙げられる。
また、下記化合物を用いることができる(Meはメチル基である)。
重合禁止剤の含有量は0.1~5質量%であることが好ましく、0.5~3質量%であることがより好ましい。この含有量が上記下限値以上とすることで光重合開始剤の反応性を効果的に発揮させることができ。また、上記上限値以下とすることで、転写パターンの倒れを防ぎ効果的なパターニングを可能とする。
重合禁止剤は1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となることが好ましい。
<溶剤>
上記インプリント用硬化性組成物は、溶剤を含んでいてもよい。溶剤とは、23℃において液体であって沸点が250℃以下の化合物をいう。溶剤を含む場合、その含有量は、例えば1質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、30質量%以上がさらに好ましい。
その含有量は、また、例えば、99.5質量%以下が好ましく、99質量%以下がより好ましく、98質量%以下がさらに好ましい。
また、組成物の全質量に対する溶剤の含有量が90~99質量%であることも、本発明の好ましい態様の1つである。上記態様において、溶剤の含有量は92~99質量%であることも好ましく、94~99質量%であることも好ましい。
溶剤は、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明においては、溶剤のうち最も含有量の多い成分の沸点が200℃以下であることが好ましく、160℃以下であることがより好ましい。溶剤の沸点を上記の温度以下とすることにより、ベイクの実施によりインプリント用硬化性組成物中の溶剤を除去することが可能となる。溶剤の沸点の下限値は特に限定されないが、60℃以上が実際的であり、80℃以上、さらには100℃以上であってもよい。
溶剤は、有機溶剤が好ましい。溶剤は、好ましくは、エステル基、カルボニル基、アルコキシ基、水酸基及びエーテル基のいずれか1つ以上を有する溶剤であることが好ましい。
溶剤の具体例としては、アルコキシアルコール、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、及びアルキレンカーボネートが選択される。
アルコキシアルコールとしては、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール(例えば、1-メトキシ-2-プロパノール)、エトキシプロパノール(例えば、1-エトキシ-2-プロパノール)、プロポキシプロパノール(例えば、1-プロポキシ-2-プロパノール)、メトキシブタノール(例えば、1-メトキシ-2-ブタノール、1-メトキシ-3-ブタノール)、エトキシブタノール(例えば、1-エトキシ-2-ブタノール、1-エトキシ-3-ブタノール)、メチルペンタノール(例えば、4-メチル-2-ペンタノール)などが挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとしては、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プロピオネート、及び、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートからなる群より選択される少なくとも1つが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートであることが特に好ましい。
また、プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル又はプロピレングリコールモノエチルエーテルが好ましい。
乳酸エステルとしては、乳酸エチル、乳酸ブチル、又は乳酸プロピルが好ましい。
酢酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソアミル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、又は酢酸3-メトキシブチルが好ましい。
アルコキシプロピオン酸エステルとしては、3-メトキシプロピオン酸メチル(MMP)、又は、3-エトキシプロピオン酸エチル(EEP)が好ましい。
鎖状ケトンとしては、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、アセトン、4-ヘプタノン、1-ヘキサノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン又はメチルアミルケトンが好ましい。
環状ケトンとしては、メチルシクロヘキサノン、イソホロン又はシクロヘキサノンが好ましい。
ラクトンとしては、γ-ブチロラクトン(γ-BL)が好ましい。
アルキレンカーボネートとしては、プロピレンカーボネートが好ましい。
上記成分の他、炭素数が7以上(7~14が好ましく、7~12がより好ましく、7~10がさらに好ましい)、かつ、ヘテロ原子数が2以下のエステル系溶剤を用いることが好ましい。
炭素数が7以上かつヘテロ原子数が2以下のエステル系溶剤の好ましい例としては、酢酸アミル、酢酸2-メチルブチル、酢酸1-メチルブチル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸ペンチル、プロピオン酸ヘキシル、プロピオン酸ブチル、イソ酪酸イソブチル、プロピオン酸ヘプチル、ブタン酸ブチルなどが挙げられ、酢酸イソアミルを用いることが特に好ましい。
また、引火点(以下、fpともいう)が30℃以上であるものを用いることも好ましい。このような成分(M2)としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(fp:47℃)、乳酸エチル(fp:53℃)、3-エトキシプロピオン酸エチル(fp:49℃)、メチルアミルケトン(fp:42℃)、シクロヘキサノン(fp:30℃)、酢酸ペンチル(fp:45℃)、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル(fp:45℃)、γ-ブチロラクトン(fp:101℃)又はプロピレンカーボネート(fp:132℃)が好ましい。これらのうち、プロピレングリコールモノエチルエーテル、乳酸エチル(EL)、酢酸ペンチル又はシクロヘキサノンがさらに好ましく、プロピレングリコールモノエチルエーテル又は乳酸エチルが特に好ましい。なお、ここで「引火点」とは、東京化成工業株式会社又はシグマアルドリッチ社の試薬カタログに記載されている値を意味している。
より好ましい溶剤としては、水、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エトキシエチルプロピオネート、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、γ-ブチロラクトン、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、乳酸エチル及び4-メチル-2-ペンタノールからなる群から選択される少なくとも1種であり、PGMEA及びPGMEからなる群から選択される少なくとも1種がさらに好ましい。
<紫外線吸収剤>
本発明のインプリント用硬化性組成物は紫外線吸収剤を含有してもよい。
紫外線吸収剤は露光の際に発生する漏れ光(フレア光)を吸収することで光重合開始剤に反応光が届くことを抑制し、インプリント用硬化性組成物の低露光量での反応を抑制する役割を担う。
紫外線吸収剤の種類としては、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、シアンアクリレート系、ベンゾフェノン系、ベンゾエート系が挙げられる。
紫外線吸収剤の含有量は0.01~5質量%であることが好ましく、0.02~3質量%であることがより好ましい。紫外線吸収剤は1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となることが好ましい。
<その他の成分>
本発明のインプリント用硬化性組成物にはその他の成分を用いることもできる。例えば、増感剤、酸化防止剤などを含んでいてもよい。含有量は特に限定されないが、組成物の全固形分中、0.01~20質量%程度を適宜配合してもよい。
本発明のインプリント用硬化性組成物に含まれるその他の成分の具体例としては、特開2013-036027号公報、特開2014-090133号公報、特開2013-189537号公報に記載の組成物に含まれる添加剤が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。また、組成物の調製、インプリントパターンの製造方法についても、上記公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
<物性>
本発明においては、インプリント用硬化性組成物を、膜状にし、露光量300mJ/cmで照射してなる厚さ300nmの硬化膜のOliver-Pharr法で算出した弾性率が1.5GPa以上であることが好ましく、1.8GPa以上であることがより好ましく、2.0GPa以上であることがさらに好ましい。上限としては、4.0GPa以下であることが実際的である。
インプリント用硬化性組成物の硬化膜の弾性率が上記下限値以上であることで、インプリントパターンに充分な強度を付与することが可能となり、解像性が向上する。一方、上限値以下とすることにより、モールドとの離型性が向上し欠陥が低減する。
本発明のインプリント用硬化性組成物は、その全固形分の表面張力と、インプリント用硬化性組成物の全固形分から離型剤を除いた成分の表面張力の差が1.5mN/m以下であることが好ましく、1.0mN/m以下であることがより好ましく、0.8mN/m以下であることがさらに好ましい。下限値としては、例えば、0.01mN/m以上、さらには0.1mN/m以上であることが実際的である。この差が小さいほど、インプリント用硬化性組成物中での離型剤の相溶性が向上し、均質な硬化膜を形成することが可能となる。
<保存容器>
本発明で用いるインプリント用硬化性組成物の収容容器としては従来公知の収容容器を用いることができる。また、収容容器としては、原材料や組成物中への不純物混入を抑制することを目的に、容器内壁を6種6層の樹脂で構成された多層ボトルや、6種の樹脂を7層構造にしたボトルを使用することも好ましい。このような容器としては例えば特開2015-123351号公報に記載の容器が挙げられる。
<塗布膜及びその製造方法>
本発明の膜は、本発明のインプリント用硬化性組成物の塗布膜である。
本発明の塗布膜は、本発明のインプリント用硬化性組成物が溶剤を含む場合、乾燥により溶剤が除去されていてもよい。
すなわち、本発明の膜は、ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、ラジカル発生剤と、特定化合物と、必要に応じて、上述の本発明のインプリント用硬化性組成物に含まれる上記以外の成分とを含み、溶剤を含んでもよいし、溶剤を実質的に含有しない膜であってもよい。
本発明の膜における溶剤の含有量は、膜の全質量に対して3質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることが更に好ましい。上記含有量の下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。
本発明の膜は、例えば、本発明のインプリント用硬化性組成物を支持体上又はモールド上に適用することにより形成されることが好ましい。
本発明の膜の製造方法は、本発明のインプリント用硬化性組成物を支持体上又はモールド上に適用する工程を含む。
また、本発明のインプリント用硬化性組成物が溶剤を含む場合、本発明の膜の製造方法は、本発明のインプリント用硬化性組成物を支持体上又はモールド上に適用する工程、及び、適用されたインプリント用硬化性組成物を乾燥する乾燥工程を含むことが好ましい。
上記適用する工程及び乾燥工程の詳細については、後述のパターンの製造方法における適用工程及び乾燥工程の詳細と同様である。
(硬化物およびインプリントパターンの製造方法)
本発明の硬化物は、本発明のインプリント用硬化性組成物を硬化してなる硬化物である。
本発明の硬化物は、パターン状の硬化物(インプリントパターン)であることが好ましい。
以下、インプリントパターンの製造方法について説明する。
<インプリントパターンの製造方法>
本発明のインプリントパターンの製造方法は、支持体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材に本発明のインプリント用硬化性組成物を適用する適用工程、
上記支持体及び上記モールドよりなる群のうち上記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として上記インプリント用硬化性組成物に接触させる接触工程、
上記インプリント用硬化性組成物を硬化物とする硬化工程、並びに、
上記モールドと上記硬化物とを剥離する剥離工程を含む。
〔適用工程〕
本発明のインプリントパターンの製造方法は、支持体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材に本発明のインプリント用硬化性組成物を適用する適用工程を含む。
適用工程において、支持体及びモールドよりなる群から選択された1つの部材が被適用部材として選択され、選択された被適用部材上に本発明のインプリント用硬化性組成物が適用される。
支持体及びモールドのうち、選択された一方が被適用部材であり、他方が接触部材となる。
すなわち、適用工程において、本発明のインプリント用硬化性組成物を支持体に適用した後にモールドと接触させてもよいし、モールドに適用した後に支持体(後述する密着層等を有していてもよい)と接触させてもよい。
-支持体-
支持体としては、特開2010-109092号公報(対応米国出願は、米国特許出願公開第2011/0199592号明細書)の段落0103の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。具体的には、シリコン基板、ガラス基板、サファイア基板、シリコンカーバイド(炭化ケイ素)基板、窒化ガリウム基板、金属アルミニウム基板、アモルファス酸化アルミニウム基板、多結晶酸化アルミニウム基板、GaAsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlGaInP、又は、ZnOから構成される基板が挙げられる。なお、ガラス基板の具体的な材料例としては、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスが挙げられる。本発明では、基板として、シリコン基板が好ましい。
上記支持体は、インプリント用硬化性組成物が適用される側の面に密着層を備える部材であることが好ましい。
密着層は、後述する密着層形成用組成物を支持体に適用することにより形成された密着層であることが好ましい。
また、上記支持体は、密着層の支持体と接する側とは反対側の面に後述する液膜を更に備えてもよい。
液膜は、後述する液膜形成用組成物を密着層上に適用することにより形成された液膜であることが好ましい。
上記密着層としては、例えば、特開2014-024322号公報の段落0017~0068、特開2013-093552号公報の段落0016~0044に記載されたもの、特開2014-093385号公報に記載の密着層、特開2013-202982号公報に記載の密着層等を用いることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
-モールド-
本発明においてモールドは特に限定されない。モールドについて、特開2010-109092号公報(対応米国出願は、米国特許出願公開第2011/0199592号明細書)の段落0105~0109の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。本発明において用いられるモールドとしては、石英モールドが好ましい。本発明で用いるモールドのパターン(線幅)は、サイズが50nm以下であることが好ましい。上記モールドのパターンは、例えば、フォトリソグラフィや電子線描画法等によって、所望する加工精度に応じて形成できるが、本発明では、モールドパターン製造方法は特に制限されない。
また、インプリントパターンとして、ライン、ホール、ピラーのいずれかの形状を含むインプリントパターンが形成されるモールドが好ましい。
中でも、サイズが100nm以下のライン、ホール、ピラーのいずれかの形状を含むインプリントパターンが形成されるモールドが好ましい。
-適用方法-
被適用部材に本発明のインプリント用硬化性組成物を適用する方法としては、特に定めるものではなく、一般によく知られた適用方法を採用できる。例えば、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、インクジェット法が例示される。
これらの中でも、インクジェット法及びスピンコート法が好ましく挙げられる。
また、インプリント用硬化性組成物を多重塗布により塗布してもよい。
インクジェット法により液滴を配置する方法において、液滴の体積は1~20pL程度が好ましく、液滴間隔をあけて支持体表面に配置することが好ましい。液滴間隔としては、液滴の体積に応じて適宜設定すればよいが、10~1000μmの間隔が好ましい。液滴間隔は、インクジェット法の場合は、インクジェットのノズルの配置間隔とする。
インクジェット法は、インプリント用硬化性組成物のロスが少ないといった利点がある。
インクジェット方式によるインプリント用硬化性組成物の適用方法の具体例として、特開2015-179807号公報、国際公開第2016/152597号等に記載の方法が挙げられ、これらの文献に記載の方法を本発明においても好適に使用することができる。
一方、スピンコート方式は塗布プロセスの安定性が高く使用可能な材料の選択肢も広がるという利点がある。
スピンコート方式によるインプリント用硬化性組成物の適用方法の具体例として、特開2013-095833号公報、特開2015-071741号公報等に記載の方法が挙げられ、これらの文献に記載の方法を本発明においても好適に使用することができる。
-乾燥工程-
また、本発明のインプリントパターンの製造方法は、適用工程により適用した本発明のインプリント用硬化性組成物を乾燥する乾燥工程を更に含んでもよい。
特に、本発明のインプリント用硬化性組成物として、溶剤を含む組成物を用いる場合、本発明のインプリントパターンの製造方法は乾燥工程を含むことが好ましい。
乾燥工程においては、適用された本発明のインプリント用硬化性組成物に含まれる溶剤のうち、少なくとも一部が除去される。
乾燥方法としては特に限定されず、加熱による乾燥、送風による乾燥等を特に限定なく使用することができるが、加熱による乾燥を行うことが好ましい。
加熱手段としては、特に限定されず、公知のホットプレート、オーブン、赤外線ヒーター等を用いることができる。
本発明において、適用工程、及び、必要に応じて行われる乾燥工程後のインプリント用硬化性組成物から形成される層であって、接触工程前の層を「硬化性膜」ともいう。
〔接触工程〕
本発明のインプリントパターンの製造方法は、上記支持体及び上記モールドよりなる群のうち上記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として上記インプリント用硬化性組成物(硬化性膜)に接触させる接触工程を含む。
上記適用工程において支持体を被適用部材として選択した場合、接触工程においては、支持体の本発明のインプリント用硬化性組成物が適用された面(硬化性膜が形成された面)に、接触部材であるモールドを接触させる。
上記適用工程においてモールドを被適用部材として選択した場合、接触工程においては、モールドの本発明のインプリント用硬化性組成物が適用された面(硬化性膜が形成された面)に、接触部材である支持体を接触させる。
すなわち、接触工程において、本発明のインプリント用硬化性組成物は被適用部材と接触部材との間に存在することとなる。
支持体及びモールドの詳細は上述の通りである。
被適用部材上に適用された本発明のインプリント用硬化性組成物(硬化性膜)と接触部材とを接触させるに際し、押接圧力は1MPa以下とすることが好ましい。押接圧力を1MPa以下とすることにより、支持体及びモールドが変形しにくく、パターン精度が向上する傾向にある。また、加圧力が低いため装置を小型化できる傾向にある点からも好ましい。
また、硬化性膜と接触部材との接触を、ヘリウムガス又は凝縮性ガス、あるいはヘリウムガスと凝縮性ガスの両方を含む雰囲気下で行うことも好ましい。
〔硬化工程〕
本発明のインプリントパターンの製造方法は、上記インプリント用硬化性組成物を硬化物とする硬化工程を含む。
硬化工程は、上記接触工程の後、上記剥離工程の前に行われる。
本発明の硬化物の製造方法は、本発明のインプリント用硬化性組成物の製造方法により得られたインプリント用硬化性組成物を硬化する工程を含む。上記硬化する工程は、本発明のインプリントパターンの製造方法における硬化工程と同様の方法により行うことができる。また、上記硬化物は、後述する剥離工程によりモールドが剥離された状態の硬化物であることが好ましい。
硬化方法としては、加熱による硬化、露光による硬化等が挙げられ、インプリント用硬化性組成物に含まれる重合開始剤の種類等に応じて決定すればよいが、露光による硬化が好ましい。
例えば、上記重合開始剤が光重合開始剤である場合、硬化工程において露光を行うことにより、インプリント用硬化性組成物を硬化することができる。
露光波長は、特に限定されず、重合開始剤に応じて決定すればよいが、例えば紫外光等を用いることができる。
露光光源は、露光波長に応じて決定すればよいが、g線(波長 436nm)、h線(波長 405nm)、i線(波長 365nm)、ブロードバンド光(g,h,i線の3波長、及び、i線よりも短い波長の光よりなる群から選ばれた、少なくとも2種の波長の光を含む光。例えば、光学フィルタを使用しない場合の高圧水銀灯等が挙げられる。)、半導体レーザー(波長 830nm、532nm、488nm、405nm etc.)、メタルハライドランプ、エキシマレーザー、KrFエキシマレーザー(波長 248nm)、ArFエキシマレーザー(波長 193nm)、Fエキシマレーザー(波長 157nm)、極端紫外線;EUV(波長 13.6nm)、電子線等が挙げられる。
これらの中でも、i線又はブロードバンド光を用いた露光が好ましく挙げられる。
露光時における照射量(露光量)は、インプリント用硬化性組成物の硬化に必要な最小限の照射量よりも十分大きければよい。インプリント用硬化性組成物の硬化に必要な照射量は、インプリント用硬化性組成物の不飽和結合の消費量などを調べて適宜決定することができる。
露光量は、例えば、5~1,000mJ/cmの範囲にすることが好ましく、10~500mJ/cmの範囲にすることがより好ましい。
露光照度は、特に限定されず、光源との関係により選択すればよいが、1~500mW/cmの範囲にすることが好ましく、10~400mW/cmの範囲にすることがより好ましい。
露光時間は特に限定されず、露光量に応じて露光照度を考慮して決定すればよいが、0.01~10秒であることが好ましく、0.5~1秒であることがより好ましい。
露光の際の支持体の温度は、通常、室温とするが、反応性を高めるために加熱をしながら露光してもよい。露光の前段階として、真空状態にしておくと、気泡混入防止、酸素混入による反応性低下の抑制、モールドとインプリント用硬化性組成物との密着性向上に効果があるため、真空状態で光照射してもよい。また、露光時における好ましい真空度は、10-1Paから常圧の範囲である。
露光後、必要に応じて、露光後のインプリント用硬化性組成物を加熱してもよい。加熱温度としては、150~280℃が好ましく、200~250℃がより好ましい。また、加熱時間としては、5~60分間が好ましく、15~45分間がさらに好ましい。
また、硬化工程において、露光を行わずに加熱工程のみを行ってもよい。例えば、上記重合開始剤が熱重合開始剤である場合、硬化工程において加熱を行うことにより、インプリント用硬化性組成物を硬化させることができる。その場合の加熱温度及び加熱時間の好ましい態様は、上記露光後に加熱を行う場合の加熱温度及び加熱時間と同様である。
加熱手段としては、特に限定されず、上述の乾燥工程における加熱と同様の加熱手段が挙げられる。
〔剥離工程〕
本発明のインプリントパターンの製造方法は、上記モールドと上記硬化物とを剥離する剥離工程を含む。
剥離工程により、硬化工程により得られた硬化物とモールドとが剥離され、モールドのパターンが転写されたパターン状の硬化物(「硬化物パターン」ともいう。)が得られる。得られた硬化物パターンは後述する通り各種用途に利用できる。本発明では特にナノオーダーの微細硬化物パターンを形成でき、さらにはサイズが50nm以下、特には30nm以下の硬化物パターンも形成できる点で有益である。上記硬化物パターンのサイズの下限値については特に定めるものでは無いが、例えば、1nm以上とすることができる。
剥離方法としては特に限定されず、例えばインプリントパターン製造方法において公知の機械剥離装置等を用いて行うことができる。
(デバイス、デバイスの製造方法、硬化物パターンの応用)
本発明のデバイスは、本発明の硬化物を含む。また、本発明のデバイスは、例えば、以下の本発明のデバイスの製造方法により得られる。
本発明のデバイスの製造方法は、本発明のインプリントパターンの製造方法を含む。
具体的には、本発明のインプリントパターンの製造方法によって形成されたパターン(硬化物パターン)を、液晶表示装置(LCD)などに用いられる永久膜や、半導体素子製造用のエッチングレジスト(リソグラフィ用マスク)として用いたデバイスの製造方法が挙げられる。
特に、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法によりパターン(硬化物パターン)を得る工程を含む、回路基板の製造方法、及び、上記回路基板を含むデバイスの製造方法を開示する。さらに、本発明の好ましい実施形態に係る回路基板の製造方法では、上記パターンの形成方法により得られたパターン(硬化物パターン)をマスクとして基板にエッチング又はイオン注入を行う工程と、電子部材を形成する工程と、を有していてもよい。上記回路基板は、半導体素子であることが好ましい。すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含む半導体デバイスの製造方法を開示する。さらに、本発明では、上記回路基板の製造方法により回路基板を得る工程と、上記回路基板と上記回路基板を制御する制御機構とを接続する工程と、を有するデバイスの製造方法を開示する。
また、本発明のインプリントパターンの製造方法を用いて液晶表示装置のガラス基板にグリッドパターンを形成することで、反射や吸収が少なく、大画面サイズ(例えば55インチ、60インチ超)の偏光板を安価に製造することができる。すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含む偏光板の製造方法及び上記偏光板を含むデバイスの製造方法を開示する。例えば、特開2015-132825号公報や国際公開第2011/132649号に記載の偏光板が製造できる。なお、1インチは25.4mmである。
本発明のインプリントパターンの製造方法によって製造されたパターン(硬化物パターン)はエッチングレジスト(リソグラフィ用マスク)としても有用である。すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含み、得られた硬化物パターンをエッチングレジストとして利用するデバイスの製造方法を開示する。
硬化物パターンをエッチングレジストとして利用する場合には、まず、支持体上に本発明のインプリントパターンの製造方法を適用してパターン(硬化物パターン)を形成し、得られた上記硬化物パターンをエッチングマスクとして用いて支持体をエッチングする態様が挙げられる。ウェットエッチングの場合にはフッ化水素等、ドライエッチングの場合にはCF等のエッチングガスを用いてエッチングすることにより、支持体上に所望の硬化物パターンの形状に沿ったパターンを形成することができる。
また、本発明のインプリントパターンの製造方法によって製造されたパターン(硬化物パターン)は、磁気ディスク等の記録媒体、固体撮像素子等の受光素子、LED(light emitting diode)や有機EL(有機エレクトロルミネッセンス)等の発光素子、液晶表示装置(LCD)等の光デバイス、回折格子、レリーフホログラム、光導波路、光学フィルタ、マイクロレンズアレイ等の光学部品、薄膜トランジスタ、有機トランジスタ、カラーフィルタ、反射防止膜、偏光板、偏光素子、光学フィルム、柱材等のフラットパネルディスプレイ用部材、ナノバイオデバイス、免疫分析チップ、デオキシリボ核酸(DNA)分離チップ、マイクロリアクター、フォトニック液晶、ブロックコポリマーの自己組織化を用いた微細パターン形成(directed self-assembly、DSA)のためのガイドパターン等の作製に好ましく用いることもできる。
すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含むこれらのデバイスの製造方法を開示する。
<密着層形成用組成物>
上記のとおり、支持体とインプリント用硬化性組成物の間に密着層を設けることにより、支持体とインプリント用硬化性組成物層の密着性が向上するなどの効果が得られる。本発明において、密着層は、インプリント用硬化性組成物と同様の手法により、密着層形成用組成物を支持体上に適用し、その後、組成物を硬化することにより得られる。以下、密着層形成用組成物の各成分について説明する。
密着層形成用組成物は、硬化性成分を含む。硬化性成分とは、密着層を構成する成分であり、高分子成分(例えば、分子量1000超)や低分子成分(例えば、分子量1000未満)のいずれであってもよい。具体的には、樹脂及び架橋剤などが例示される。これらは、それぞれ、1種のみ用いられていてもよいし、2種以上用いられていてもよい。
密着層形成用組成物における硬化性成分の合計含有量は、特に限定されないが、全固形分中では50質量%以上であることが好ましく、全固形分中で70質量%以上であることがより好ましく、全固形分中で80質量%以上であることがさらに好ましい。上限は特に制限されないが、99.9質量%以下であることが好ましい。
硬化性成分の密着層形成用組成物中(溶剤を含む)での濃度は、特に限定されないが、0.01質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、0.1質量%以上であることがさらに好ましい。上限としては、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることがさらに好ましく、1質量%未満であることが一層好ましい。
〔樹脂〕
密着層形成用組成物中の樹脂は、公知の樹脂を広く用いることができる。本発明で用いる樹脂は、ラジカル重合性基及び極性基の少なくとも一方を有することが好ましく、ラジカル重合性基及び極性基の両方を有することがより好ましい。
ラジカル重合性基を有することにより、強度に優れた密着層が得られる。また、極性基を有することにより、支持体との密着性が向上する。また、架橋剤を配合する場合は、硬化後に形成される架橋構造がより強固となり、得られる密着層の強度を向上させることができる。
ラジカル重合性基は、エチレン性不飽和結合含有基を含むことが好ましい。エチレン性不飽和結合含有基としては、(メタ)アクリロイル基(好ましくは、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基)、ビニル基、ビニルオキシ基、アリル基、メチルアリル基、プロぺニル基、ブテニル基、ビニルフェニル基、シクロヘキセニル基が挙げられ、(メタ)アクリロイル基、ビニル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましく、(メタ)アクリロイルオキシ基がさらに好ましい。ここで定義するエチレン性不飽和結合含有基をEtと称する。
また、極性基は、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、スルホニルオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アシルアミノ基、カルバモイル基、アルコキシカルボニルアミノ基、スルホンアミド基、リン酸基、カルボキシ基及びヒドロキシ基の少なくとも1種であることが好ましく、アルコール性ヒドロキシ基、フェノール性ヒドロキシ基及びカルボキシ基の少なくとも1種であることがより好ましく、アルコール性ヒドロキシ基又はカルボキシ基であることがさらに好ましい。ここで定義する極性基を極性基Poと称する。極性基は、非イオン性の基であることが好ましい。
密着層形成用組成物中の樹脂は、さらに、環状エーテル基を含んでいてもよい。環状エーテル基としては、エポキシ基、オキセタニル基が例示され、エポキシ基が好ましい。ここで定義する環状エーテル基を環状エーテル基Cytと称する。
上記樹脂は、(メタ)アクリル樹脂、ビニル樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が例示され、(メタ)アクリル樹脂、ビニル樹脂及びノボラック樹脂の少なくとも1種であることが好ましい。
上記樹脂の重量平均分子量は、4000以上であることが好ましく、6000以上であることがより好ましく、8000以上であることがさらに好ましい。上限としては、1000000以下であることが好ましく、500000以下であってもよい。
上記樹脂は下記の式(1)~(3)の少なくとも1つの構成単位を有することが好ましい。
式中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21及びRはそれぞれ独立に置換基である。L、L及びLは、それぞれ独立に、単結合又は連結基である。n2は0~4の整数である。n3は0~3の整数である。Qはエチレン性不飽和結合含有基又は環状エーテル基である。Qはエチレン性不飽和結合含有基、環状エーテル基又は極性基である。
及びRは、メチル基が好ましい。
21及びRはそれぞれ独立に上記置換基が好ましい。
21が複数あるとき、互いに連結して環状構造を形成してもよい。本明細書において連結とは結合して連続する態様のほか、一部の原子を失って縮合(縮環)する態様も含む意味である。また特に断らない限り、連結する環状構造中に、酸素原子、硫黄原子、窒素原子(アミノ基)を含んでいてもよい。形成される環状構造としては、脂肪族炭化水素環(以下に例示するものを環Cfと称する)(例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等)、芳香族炭化水素環(以下に例示するものを環Crと称する)(ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等)、含窒素複素環(以下に例示するものを環Cnと称する)(例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピロリン環、ピロリジン環、イミダゾリジン環、ピラゾリジン環、ピぺリジン環、ピペラジン環、モルホリン環等)、含酸素複素環(以下に例示するものを環Coと称する)(フラン環、ピラン環、オキシラン環、オキセタン環、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロピラン環、ジオキサン環等)、含硫黄複素環(以下に例示するものを環Csと称する)(チオフェン環、チイラン環、チエタン環、テトラヒドロチオフェン環、テトラヒドロチオピラン環等)などが挙げられる。
が複数あるとき、互いに連結して環状構造を形成してもよい。形成される環状構造としては、Cf、環Cr、環Cn、環Co、環Csなどが挙げられる。
、L、Lはそれぞれ独立に単結合又は後述する連結基Lであることが好ましい。中でも、単結合、又は連結基Lで規定されるアルキレン基若しくは(オリゴ)アルキレンオキシ基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。連結基Lは、極性基Poを置換基として有することが好ましい。また、アルキレン基がヒドロキシ基を置換基として有する態様も好ましい。本明細書において、「(オリゴ)アルキレンオキシ基」は、構成単位である「アルキレンオキシ」を1以上有する2価の連結基を意味する。構成単位中のアルキレン鎖の炭素数は、構成単位ごとに同一であっても異なっていてもよい。
n2は0又は1であることが好ましく、0がより好ましい。n3は0又は1であることが好ましく、0がより好ましい。
はエチレン性不飽和結合含有基Etが好ましい。
は、極性基が好ましく、アルコール性ヒドロキシ基を有するアルキル基が好ましい。
上記の樹脂は、さらに、下記構成単位(11)、(21)及び(31)の少なくとも1つの構成単位を含んでいてもよい。特に、本発明に含まれる樹脂は、構成単位(11)が構成単位(1)と組み合わせられることが好ましく、構成単位(21)が構成単位(2)と組み合わせられることが好ましく、構成単位(31)が構成単位(3)と組み合わせられることが好ましい。
式中、R11及びR22は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R17は置換基である。R27は置換基である。n21は0~5の整数である。R31は置換基であり、n31は0~3の整数である。
11及びR22は、メチル基が好ましい。
17は極性基を含む基又は環状エーテル基を含む基であることが好ましい。R17が極性基を含む基である場合、上述の極性基Poを含む基であることが好ましく、上述の極性基Poであるか、上述の極性基Poで置換された置換基であることがより好ましい。R17が環状エーテル基を含む基である場合、上述の環状エーテル基Cytを含む基であることが好ましく、上述の環状エーテル基Cytで置換された置換基であることがより好ましい。
27は公知の置換基であり、R27の少なくとも1つは、極性基であることが好ましい。n21は0又は1が好ましく、0がより好ましい。R27が複数あるとき、互いに連結して環状構造を形成していてもよい。形成される環状構造としては、環Cf、環Cr、環Cn、環Co、環Csの例が挙げられる。
31は公知の置換基が好ましい。n31は0~3の整数であり、0又は1が好ましく、0がより好ましい。R31が複数あるとき、互いに連結して環状構造を形成してもよい。形成される環状構造としては、環Cf、環Cr、環Cn、環Co、環Csの例が挙げられる。
連結基Lとしては、アルキレン基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)、アルケニレン基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、(オリゴ)アルキレンオキシ基(1つの構成単位中のアルキレン基の炭素数は1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい;繰り返し数は1~50が好ましく、1~40がより好ましく、1~30がさらに好ましい)、アリーレン基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、カルボニル基、チオカルボニル基、-NR-、及びそれらの組み合わせに係る連結基が挙げられる。アルキレン基、アルケニレン基、アルキレンオキシ基は置換基を有していてもよい。例えば、アルキレン基がヒドロキシ基を有していてもよい。
連結基Lの連結鎖長は、1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい。連結鎖長は連結に関与する原子団のうち最短の道程に位置する原子数を意味する。例えば、-CH-(C=O)-O-であると3となる。
なお、連結基Lで規定されるアルキレン基、アルケニレン基、(オリゴ)アルキレンオキシ基は、鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよい。
連結基Lを構成する原子としては、炭素原子と水素原子、必要によりヘテロ原子(酸素原子、窒素原子、硫黄原子から選ばれる少なくとも1種等)を含むものであることが好ましい。連結基中の炭素原子の数は1~24個が好ましく、1~12個がより好ましく、1~6個がさらに好ましい。水素原子は炭素原子等の数に応じて定められればよい。ヘテロ原子の数は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、それぞれ独立に、0~12個が好ましく、0~6個がより好ましく、0~3個がさらに好ましい。
上記樹脂の合成は常法によればよい。例えば、式(1)の構成単位を有する樹脂は、オレフィンの付加重合に係る公知の方法により適宜合成することができる。式(2)の構成単位を有する樹脂は、スチレンの付加重合に係る公知の方法により適宜合成することができる。式(3)の構成単位を有する樹脂は、フェノール樹脂の合成に係る公知の方法により適宜合成することができる。
上記の樹脂は1種を用いても複数のものを用いてもよい。
硬化性成分としての樹脂は、上述の他、国際公開第2016/152600号の段落0016~0079の記載、国際公開第2016/148095号の段落0025~0078の記載、国際公開第2016/031879号の段落0015~0077の記載、国際公開第2016/027843号の0015~0057に記載のものを用いることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
〔架橋剤〕
密着層形成用組成物中の架橋剤は、架橋反応により硬化を進行させるものであれば、特に限定はない。本発明では、架橋剤は、樹脂が有する極性基との反応によって、架橋構造を形成するものが好ましい。このような架橋剤を用いることにより、樹脂がより強固に結合し、より強固な膜が得られる。
架橋剤としては、例えば、エポキシ化合物(エポキシ基を有する化合物)、オキセタニル化合物(オキセタニル基を有する化合物)、アルコキシメチル化合物(アルコキシメチル基を有する化合物)、メチロール化合物(メチロール基を有する化合物)、ブロックイソシアネート化合物(ブロックイソシアネート基を有する化合物)などが挙げられ、アルコキシメチル化合物(アルコキシメチル基を有する化合物)が低温で強固な結合形成が可能であるため好ましい。
〔他の成分〕
密着層形成用組成物は、上記成分に加え、他の成分を含んでいてもよい。
具体的には、溶剤、熱酸発生剤、アルキレングリコール化合物、重合開始剤、重合禁止剤、酸化防止剤、レベリング剤、増粘剤、界面活性剤等を1種又は2種以上含んでいてもよい。上記成分について、特開2013-036027号公報、特開2014-090133号公報、特開2013-189537号公報に記載の各成分を用いることができる。含有量等についても、上記公報の記載を参酌できる。
-溶剤-
本発明では、密着層形成用組成物は、特に、溶剤(以下、「密着層用溶剤」ともいう。)を含むことが好ましい。溶剤は例えば、23℃で液体であって沸点が250℃以下の化合物が好ましい。密着層形成用組成物は、密着層用溶剤を99.0質量%以上含むことが好ましく、99.2質量%以上含むことがより好ましく、99.4質量%以上であってもよい。すなわち、密着層形成用組成物は、全固形分濃度が1質量%以下であることが好ましく、0.8質量%以下であることがより好ましく、0.6質量%以下であることがさらに好ましい。また、下限値は、0質量%超であることが好ましく、0.001質量%以上であることがより好ましく、0.01質量%以上であることがさらに好ましく、0.1質量%以上であることが一層好ましい。溶剤の割合を上記の範囲とすることで、膜形成時の膜厚を薄く保ち、エッチング加工時のパターン形成性が向上する傾向にある。
溶剤は、密着層形成用組成物に、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。2種以上含む場合、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
密着層用溶剤の沸点は、230℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましく、180℃以下であることがさらに好ましく、160℃以下であることが一層好ましく、130℃以下であることがより一層好ましい。下限値は23℃であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。沸点を上記の範囲とすることにより、密着層から溶剤を容易に除去でき好ましい。
密着層用溶剤は、有機溶剤が好ましい。溶剤は、好ましくはエステル基、カルボニル基、ヒドロキシ基及びエーテル基のいずれか1つ以上を有する溶剤である。なかでも、非プロトン性極性溶剤を用いることが好ましい。
密着層用溶剤として中でも好ましい溶剤としては、アルコキシアルコール、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、及びアルキレンカーボネートが挙げられ、プロピレングリコールモノアルキルエーテル及びラクトンが特に好ましい。
<液膜形成用組成物>
また、本発明において、23℃、1気圧で液体であるラジカル重合性化合物を含む液膜形成用組成物を用いて、密着層の上に液膜を形成することも好ましい。本発明において、液膜は、インプリント用硬化性組成物と同様の手法により、液膜形成用組成物を支持体上に適用し、その後、組成物を乾燥させることにより得られる。このような液膜を形成することにより、支持体とインプリント用硬化性組成物との密着性がさらに向上し、インプリント用硬化性組成物の支持体上での濡れ性も向上するという効果がある。以下、液膜形成用組成物について説明する。
液膜形成用組成物の粘度は、1000mPa・s以下であることが好ましく、800mPa・s以下であることがより好ましく、500mPa・s以下であることがさらに好ましく、100mPa・s以下であることが一層好ましい。上記粘度の下限値としては、特に限定されるものでは無いが、例えば、1mPa・s以上とすることができる。粘度は、下記の方法に従って測定される。
粘度は、東機産業(株)製のE型回転粘度計RE85L、標準コーン・ロータ(1°34’×R24)を用い、サンプルカップを23℃に温度調節して測定する。単位は、mPa・sで示す。測定に関するその他の詳細はJISZ8803:2011に準拠する。1水準につき2つの試料を作製し、それぞれ3回測定する。合計6回の算術平均値を評価値として採用する。
〔ラジカル重合性化合物A〕
液膜形成用組成物は、23℃、1気圧で液体であるラジカル重合性化合物(ラジカル重合性化合物A)を含有する。
ラジカル重合性化合物Aの23℃における粘度は、1~100000mPa・sであることが好ましい。下限は、5mPa・s以上であることが好ましく、11mPa・s以上であることがより好ましい。上限は、1000mPa・s以下であることが好ましく、600mPa・s以下であることがより好ましい。
ラジカル重合性化合物Aは、一分子中にラジカル重合性基を1つのみ有する単官能のラジカル重合性化合物であってもよく、一分子中にラジカル重合性基を2つ以上有する多官能のラジカル重合性化合物であってもよい。単官能のラジカル重合性化合物と多官能のラジカル重合性化合物とを併用してもよい。なかでも、パターン倒れ抑制という理由から液膜形成用組成物に含まれるラジカル重合性化合物Aは多官能のラジカル重合性化合物を含むことが好ましく、一分子中にラジカル重合性基を2~5つ含むラジカル重合性化合物を含むことがより好ましく、一分子中にラジカル重合性基を2~4つ含むラジカル重合性化合物を含むことが更に好ましく、一分子中にラジカル重合性基を2つ含むラジカル重合性化合物を含むことが特に好ましい。
また、ラジカル重合性化合物Aは、芳香族環(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)及び脂環(炭素数3~24が好ましく、3~18がより好ましく、3~6がさらに好ましい)の少なくとも一方を含むことが好ましく、芳香族環を含むことがさらに好ましい。芳香族環はベンゼン環が好ましい。また、ラジカル重合性化合物Aの分子量は100~900が好ましい。
ラジカル重合性化合物Aが有するラジカル重合性基は、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基などのエチレン性不飽和結合含有基が挙げられ、(メタ)アクリロイル基であることが好ましい。
ラジカル重合性化合物Aは、下記式(I-1)で表される化合物であることも好ましい。
20は、1+q2価の連結基であり、例えば、1+q2価の、アルカン構造の基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アルケン構造の基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリール構造の基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、ヘテロアリール構造の基(炭素数1~22が好ましく、1~18がより好ましく、1~10がさらに好ましい、ヘテロ原子としては、窒素原子、硫黄原子、酸素原子が挙げられる、5員環、6員環、7員環が好ましい)、又はこれらを組み合わせた基を含む連結基が挙げられる。アリール基を2つ組み合わせた基としてはビフェニルやジフェニルアルカン、ビフェニレン、インデンなどの構造を有する基が挙げられる。ヘテロアリール構造の基とアリール構造の基を組合せたものとしては、インドール、ベンゾイミダゾール、キノキサリン、カルバゾールなどの構造を有する基が挙げられる。
20は、アリール構造の基及びヘテロアリール構造の基から選ばれる少なくとも1種を含む連結基であることが好ましく、アリール構造の基を含む連結基であることがより好ましい。
21及びR22はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
21及びL22はそれぞれ独立に単結合又は上記連結基Lを表し、単結合又はアルキレン基であることが好ましい。
20とL21又はL22は連結基Lを介して又は介さずに結合して環を形成していてもよい。L20、L21及びL22は置換基を有していてもよい。置換基は複数が結合して環を形成してもよい。置換基が複数あるときは互いに同じでも異なっていてもよい。
q2は0~5の整数であり、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、1が特に好ましい。
ラジカル重合性化合物Aとしては、特開2014-090133号公報の段落0017~0024及び実施例に記載の化合物、特開2015-009171号公報の段落0024~0089に記載の化合物、特開2015-070145号公報の段落0023~0037に記載の化合物、国際公開第2016/152597号の段落0012~0039に記載の化合物を用いることもできる。
液膜形成用組成物中におけるラジカル重合性化合物Aの含有量は、0.01質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、0.1質量%以上であることがさらに好ましい。上限としては、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることがさらに好ましい。
液膜形成用組成物の固形分中におけるラジカル重合性化合物Aの含有量は、50質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。上限としては、100質量%であってもよい。ラジカル重合性化合物Aは、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。2種以上用いる場合、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
また、液膜形成用組成物の固形分は実質的にラジカル重合性化合物Aのみからなることも好ましい。液膜形成用組成物の固形分は実質的にラジカル重合性化合物Aのみからなる場合とは、液膜形成用組成物の固形分中におけるラジカル重合性化合物Aの含有量が99.9質量%以上であることを意味し、99.99質量%以上であることがより好ましく、重合性化合物Aのみからなることが更に好ましい。
〔溶剤〕
液膜形成用組成物は溶剤(以下、「液膜用溶剤」ということがある)を含むことが好ましい。液膜用溶剤としては、上述した密着層用溶剤の項で説明したものが挙げられ、これらを用いることができる。液膜形成用組成物は、液膜用溶剤を90質量%以上含むことが好ましく、99質量%以上含むことがより好ましく、99.99質量%以上であってもよい。
液膜用溶剤の沸点は、230℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましく、180℃以下であることがさらに好ましく、160℃以下であることが一層好ましく、130℃以下であることがより一層好ましい。下限値は23℃であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。沸点を上記の範囲とすることにより、液膜から溶剤を容易に除去でき好ましい。
〔ラジカル重合開始剤〕
液膜形成用組成物はラジカル重合開始剤を含んでいてもよい。ラジカル重合開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤及び光ラジカル重合開始剤が挙げられ、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、公知の化合物を任意に使用できる。例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、オキサジアゾール骨格を有する化合物、トリハロメチル基を有する化合物など)、アシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、オキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、アセトフェノン化合物、アゾ化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、有機ホウ素化合物、鉄アレーン錯体などが挙げられる。これらの詳細については、特開2016-027357号公報の段落0165~0182の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。この中でもアセトフェノン化合物、アシルホスフィン化合物、オキシム化合物が好ましい。市販品としては、IRGACURE-OXE01、IRGACURE-OXE02、IRGACURE-127、IRGACURE-819、IRGACURE-379、IRGACURE-369、IRGACURE-754、IRGACURE-1800、IRGACURE-651、IRGACURE-907、IRGACURE-TPO、IRGACURE-1173等(以上、BASF社製)、Omnirad 184、Omnirad TPO H、Omnirad 819、Omnirad 1173(以上、IGM Resins B.V.製)が挙げられる。
ラジカル重合開始剤は、含有する場合、液膜形成用組成物の固形分の0.1~10質量%であることが好ましく、1~8質量%であることがより好ましく、2~5質量%であることが更に好ましい。2種以上のラジカル重合開始剤を用いる場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
〔その他の成分〕
液膜形成用組成物は、上記の他、重合禁止剤、酸化防止剤、レベリング剤、増粘剤、界面活性剤等を1種又は2種以上含んでいてもよい。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
<インプリント用硬化性組成物の調製>
表に記載の各種化合物を混合し、さらに重合禁止剤として4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル(東京化成社製)を重合性化合物の合計量に対して200質量ppm(0.02質量%)となるように加えた。下記表中、上記重合性化合物に該当するのはA-1である。表中に「-」と記載された欄の成分は使用しなかった。溶剤は表中に記載のものを用い、溶剤の添加量は、組成物の不揮発性成分濃度(固形分濃度)が、表中の「不揮発性成分濃度(質量%)」の値となるようにした。これを0.02μmのNylonフィルター及び0.003μmのUPEフィルターでろ過して、インプリント用硬化性組成物を調製した。
<重合性化合物の分子量の測定方法>
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC測定)に従い、ポリスチレン換算値として定義した。装置はHLC-8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000及びTSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いた。溶離液は、THF(テトラヒドロフラン)を用いた。検出は、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用した。
分子量が1500未満の低分子化合物の重量平均分子量Mwは、LC-MS(液体クロマトグラフィー質量分析計)を用いて測定した。条件は下記のとおりとした。
装置:Agilent 製 LC/MS G1956B
カラム:TOSOH ODS-80Ts
移動相:10mM酢酸アンモニウム水溶液/10mM酢酸メタノール水溶液
流量:0.2mL/分
注入量:2μL
カラム温度:40℃
検出器:ESI-Posi-SIMモード
<離型力の評価>
シリコンウエハ上に、特開2014-24322号公報の実施例6に示す密着層形成用組成物をスピンコートし、220℃のホットプレートを用いて1分間加熱し、厚さ5nmの密着層を形成した。さらに、密着層上にインプリント用硬化性組成物をスピンコートし、80℃のホットプレートを用いて1分間加熱することで、実施例43では膜厚53nm、実施例44では膜厚107nm、その他の例では膜厚80nmのパターン形成層を得た。次に、パターン形成層に、石英モールド(実施例43ではモールド凸部の幅が40nm、モールド凹部の幅が20nm、深さ50nm実施例44ではモールド凸部の幅が20nm、モールド凹部の幅が40nm、深さ50nm、その他の例ではモールド凸部の幅が20nm・モールド凹部の幅が20nm、深さ50nmのラインパターン)をHe雰囲気下(置換率90%以上)で押接し、インプリント用硬化性組成物をモールドに充填した。押接後10秒が経過した時点で、モールド側から高圧水銀ランプを用い、照射光源の極大波長:365nm、露光照度:10mW/cm、露光時間:15秒(露光量150mJ/cm)の条件で露光した後、モールドを剥離することでパターン形成層にパターンを転写させた。剥離時に必要な離型力をロードセルを用いて測定した。上記離型力について、下記評価基準に従って評価を行った。評価結果は表中の「離型力の評価」の欄に記載した。
-評価基準-
A:離型力≦15N
B:15N<離型力≦20N
C:20N<離型力≦25N
D:離型力>25N
表中の各成分の詳細は下記の通りである。
〔含シリコーンアクリレート樹脂の合成〕
シリコーン樹脂X-40-9225(商品名、信越化学工業(株)製)(10部)、2-ヒドロキシエチルアクリレート(58.1部)、パラトルエンスルホン酸一水和物(0.034部)を混合後、120℃に昇温し、縮合反応により生成したメタノールを留去しながら3時間撹拌して反応させ、48部の含シリコーンアクリレート樹脂1を得た。
また、上記含シリコーンアクリレート樹脂1と同様の方法により、シリコーンアクリレート樹脂2~6を合成した。
上記構造式中、括弧の添え字は繰返し数を表す。
上記構造式中、括弧の添え字は繰返し数を表す。
上記の結果から分かるとおり、本発明のインプリント用硬化性組成物によれば、離型力が小さい硬化物が得られた。
これと比較して、炭素数4~11の1価の炭化水素基、及び、ポリ(オキシアルキレン)基を有する化合物を含まない比較例1及び2に係る組成物は、離型力が大きかった。
また、上述の離型性の評価と同様の方法により密着層形成用組成物を用いて密着層をシリコンウェハ上に形成し、この密着層付シリコンウェハの密着層の上に、各実施例に係るインプリント用硬化性組成物を用いて、ライン&スペース構造、コンタクトホール構造、デュアルダマシン構造、階段構造を形成した。そして、このパターンをエッチングマスクとして、シリコンウェハをそれぞれドライエッチングし、そのシリコンウェハを用いて半導体素子をそれぞれ作製した。いずれの半導体素子についても、性能に問題はなかった。さらに、上述の密着層形成用組成物及び各実施例に係るインプリント用硬化性組成物を使用して、SOC(スピンオンカーボン)層を有する基板上に上記と同様の手順で半導体素子を作製した。この半導体素子についても、性能に問題はなかった。

Claims (21)

  1. ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、
    ラジカル発生剤と、
    炭素数4~11の1価の炭化水素基、及び、ポリ(オキシアルキレン)基を有する化合物とを含み
    前記1価の炭化水素基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子により置換されていてもよく、
    前記化合物が、下記式(C-1)で表される化合物である、
    インプリント用硬化性組成物。
    式(C-1)中、R 11 及びR 12 はそれぞれ独立に、炭素数4~11の1価の炭化水素基であり、L 11 はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n1は4以上40以下の整数を表す。
  2. 式(C-1)中、L 11 が炭素数2~10のアルキレン基である、請求項1に記載のインプリント用硬化性組成物。
  3. 式(C-1)中、n1が4以上20以下である、請求項1又は2に記載のインプリント用硬化性組成物。
  4. 式(C-1)中、L 11 がエチレン基又はプロピレン基である、請求項1又~3のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  5. 式(C-1)中、R 11 及びR 12 が、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基である、請求項1~4のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  6. 式(C-1)中、R 11 及びR 12 が、無置換の炭化水素基である、請求項1~5のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  7. 前記化合物における、前記ポリ(オキシアルキレン)基の含有量が30~90質量%である、請求項1~のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  8. ラジカル重合性基を有するオルガノポリシロキサンと、
    ラジカル発生剤と、
    下記式(C-2)で表される化合物とを含む
    インプリント用硬化性組成物。
    式(C-2)中、R21及びR22はそれぞれ独立に、アルキル基であり、L21はそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n2は4以上40以下の整数を表す。
  9. 式(C-2)中、R 21 及びR 22 はそれぞれ独立に、炭素数1~20のアルキル基である、請求項8に記載のインプリント用硬化性組成物。
  10. 式(C-2)中、L 21 が炭素数2~10のアルキレン基である、請求項8又は9に記載のインプリント用硬化性組成物。
  11. 前記化合物の重量平均分子量が、300~1000である、請求項1~10のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  12. 前記化合物の含有量が組成物の全固形分に対して、0.5~10質量%である、請求項1~11のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  13. 前記化合物が、ラジカル重合性基を有しない、請求項1~12のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  14. 前記オルガノポリシロキサンの全質量に対する、前記化合物の含有量が0.5~10質量%である、請求項1~13のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  15. 組成物の全質量に対する溶剤の含有量が90~99質量%である、請求項1~14のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
  16. 請求項1~15のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物の塗布膜。
  17. 請求項1~15のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物を支持体上又はモールド上に適用する工程を含む、膜の製造方法。
  18. 請求項1~15のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物を硬化してなる硬化物。
  19. 支持体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材に請求項1~15のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物を適用する適用工程、
    前記支持体及び前記モールドよりなる群のうち前記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として前記インプリント用硬化性組成物に接触させる接触工程、
    前記インプリント用硬化性組成物を硬化物とする硬化工程、並びに、
    前記モールドと寄稿硬化物とを剥離する剥離工程を含む、
    インプリントパターンの製造方法。
  20. 前記支持体が、インプリント用硬化性組成物が適用される側の面に密着層を備える部材である、請求項19に記載のインプリントパターンの製造方法。
  21. 請求項19又は20に記載のインプリントパターンの製造方法を含む、デバイスの製造方法。
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