JP2010251434A - 光インプリント用被膜形成用組成物 - Google Patents
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Abstract
モールドを離型した後にクラックが発生せず、当該モールドのパターン痕が残る膜が得られ、さらに高弾性率の膜を形成可能な、光インプリント用被膜形成用組成物を提供すること。
【解決手段】
(A)成分:少なくとも1種の所定の加水分解性シランの加水分解縮合物、又は前記加水分解性シランの加水分解物と前記加水分解縮合物との混合物、(B)成分:重合性基を少なくとも2個有する化合物、及び(C)成分:光重合開始剤を含み、必要に応じてさらにその他の成分を含む光インプリント用被膜形成用組成物を用いる。
【選択図】なし
Description
(A)成分:下記式(1)で表される少なくとも1種の加水分解性シランの加水分解縮合物、又は前記加水分解性シランの加水分解物と前記加水分解縮合物との混合物、
(式中、R1は炭素原子数1乃至6のアルキル基を示し、R2は炭素原子数1乃至18のアルキル基又はアリール基を示し、aは0乃至3の整数を示す。)
(B)成分:重合性基を少なくとも2個有する化合物、及び
(C)成分:光重合開始剤、
を含む光インプリント用被膜形成用組成物である。
この(A)成分における加水分解縮合物は、Si−O−Si結合を主鎖に有するポリシロキサンである。
工程1:膜形成用組成物を基材に塗布する、
工程2:塗布した膜形成用組成物(以下、塗膜と称する)を必要に応じて仮乾燥させる、
工程3:塗膜にモールドを押し付け加圧する、その際、必要に応じて熱を加える、
工程4:塗膜とモールドとが接した状態で、その塗膜を硬化させる光を照射する、
工程5:光照射後に、硬化膜とモールドとを離型する、
工程6:離型後、モールドのパターンが転写された硬化膜に対し、必要に応じて本焼成を行う、
以上の工程により構成される。
有機酸として、例えば酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸(蓚酸)、マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン酸、没食子酸、酪酸、メリット酸、アラキドン酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、安息香酸、p−アミノ安息香酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸等を挙げることができる。無機酸として、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等を挙げることができる。有機塩基として、例えばピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデセン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン等を挙げることができる。無機塩基としては、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等を挙げることができる。これら触媒の内、有機酸、無機酸が好ましく、1種又は2種以上の触媒を同時に使用してもよい。
ポリマーの平均分子量測定は東ソー株式会社製、商品名:Eco SEC HLC−8320GPCを使用した。
ガスクロマトグラフ測定(以下、GCと略称する)は、島津製作所株式会社製、商品名:Shimadzu GC−14Bを用い、下記の条件で測定した。
カラム:キャピラリーカラム CBP1−W25−100(25mm×0.53mmφ×1μm)
カラム温度:開始温度50℃から15℃/分で昇温して到達温度290℃(3分)とした。
サンプル注入量:1μL、インジェクション温度:240℃、検出器温度:290℃、キャリヤーガス:窒素(流量30mL/min)、検出方法:FID法で行った。
ナノインプリント装置は、明昌機構株式会社製、NM−0801HBを使用した。
鉛筆硬度試験はJIS K 5400に規定の方法を用いて測定した。
弾性率の測定は株式会社エリオニクス製、超微小押し込み硬さ試験機 ENT−2100を用いた。
[合成例1]
還流管を備えた4つ口反応フラスコに、104.15g(0.5mol)のテトラエトキシシラン(以下、TEOSと略称する)と100.27gのエタノールを加えた。次いで、50.13gのエタノール、45.00g(2.5mol;TEOSのモル比に対して5eq.)の純水、0.45g(5mmol;TEOSのモル比に対して0.01eq.)の蓚酸を事前に混合し、完全に溶解させたものを30分かけて、一定の速度で滴下した。滴下終了後、23℃で30分間攪拌した。次いで、オイルバスを用いて昇温し、還流を開始してから1時間反応させた。反応終了後、オイルバスを除去し、23℃まで放冷した。最後に200gのエタノールを加え、SiO2固形分換算濃度が6質量%になるように調製し、ポリシロキサンワニス(以下、PTS1と略す)を得た。
還流管を備えた4つ口反応フラスコに、50.36gのエタノールを加え、次いで、10.8g(0.6mol;シランモノマーのモル比に対して3eq.)の純水、0.18g(2mmol;シランモノマーのモル比に対して0.01eq.)の蓚酸を加え均一になるまで、23℃で攪拌した。その後、20.83g(0.1mol)のTEOS、17.83g(0.1mol;TEOSのモル比に対して1eq.)のメチルトリエトキシシラン(以下、MTESと略称する)を加え、23℃で1時間攪拌した。次いで、オイルバスを用いて昇温し、還流を開始してから3時間反応させ、SiO2固形分換算濃度が12質量%になるように調製し、ポリシロキサンワニス(以下、PTS2と略す)を得た。
還流管を備えた4つ口反応フラスコに、53.36gのエタノールを加え、次いで、10.8g(0.6mol;MTESのモル比に対して3eq.)の純水、0.18g(2mmol;MTESのモル比に対して0.01eq.)の蓚酸を加え均一になるまで、23℃で攪拌した。その後、35.66g(0.2mol)のMTESを加え、23℃で1時間攪拌した。次いで、オイルバスを用いて昇温し、還流を開始してから3時間反応させ、SiO2固形分換算濃度が12質量%になるように調製し、ポリシロキサンワニス(以下、PMS1と略す)を得た。
[実施例1]
合成例1で得た10gのPTS1(SiO2固形分換算濃度が6質量%)に、0.6g(PTS1のSiO2固形分換算濃度を100質量部としたときに100質量部;1eq.)のKAYARAD DPHA(日本化薬株式会社製)(以下、DPHAと略す)、0.12g(DPHAの加えた量100質量部としたときに20質量部;0.2eq.)のDAROCUR(登録商標)1173(チバ・ジャパン株式会社製)(以下、DAR1173と略す)、2.48gのプロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、PGMEと略称する)を加え、光インプリント用被膜形成用組成物PTS1−Aを調製した。
合成例2で得た10gのPTS2(SiO2固形分換算濃度が12質量%)に、1.2g(PTS2のSiO2固形分換算濃度を100質量部としたときに100質量部;1eq.)のDPHA、0.24g(DPHAの加えた量100質量部とした時に20質量部;0.2eq.)のDAR1173、14.96gのPGMEを加え、光インプリント用被膜形成用組成物PTS2−Aを調製した。
合成例3で得た10gのPMS1(SiO2固形分換算濃度が12質量%)に、1.2g(PMS1のSiO2固形分換算濃度を100質量部とした時に100質量部;1eq.)のDPHA、0.24g(DPHAの加えた量100質量部とした時に20質量部;0.2eq.)のDAR1173、14.96gのPGMEを加え、光インプリント用被膜形成用組成物PMS1−Aを調製した。
合成例1で得た10gのPTS1(SiO2固形分換算濃度が6質量%)に、0.12gのDAR1173、2.48gのPGMEを加え、重合性基を2個以上有する化合物を含まない光インプリント用被膜形成用組成物PTS1−Bを調製した。
合成例1で得た10gのPTS1(SiO2固形分換算濃度が6質量%)に、0.6g(PTS1のSiO2固形分換算濃度を100質量部とした時に100質量部;1eq.)のDPHA、1.4gのPGMEを加え、光重合開始剤を含まない光インプリント用被膜形成用組成物PTS1−Cを調製した。
合成例1で得たPTS1をそのまま光インプリント用被膜形成用組成物とした。
実施例1で得たPTS1−Aを石英基板上にスピンコーターを用いてスピンコートし、100℃のホットプレートで2分間の仮焼成を行い、光インプリント用被膜(PTS1−AF)を得た。
実施例1乃至実施例3、比較例1乃至比較例3で得られた各光インプリント用被膜をパターニング試験した。用いたモールドはシリコン製であり、パターンは120nmのラインアンドスペースとした。モールドは事前にオプツールHD(ダイキン工業株式会社製)に浸漬し、温度が90℃、湿度が90RH%の高温高湿装置を用いて2時間処理し、純水でリンス後、エアーで乾燥させたものを使用した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
光インプリント用被膜 パ タ ー ン の 様 子
光硬化 痕跡 クラック 形状
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例1 PTS1−AF ○ ○ ○ ○
実施例2 PTS2−AF ○ ○ ○ ○
実施例3 PMS1−AF ○ ○ ○ ○
比較例1 PTS1−BF ○ × × ×
比較例2 PTS1−CF × × − ×
比較例3 PTS1−F − × ○ ×
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
上記表1において、「光硬化」とは露光後に膜が硬化したかどうかを示し、“○”は硬化した、“×”は硬化しなかった、“−”は露光前に硬化した、を示す。「痕跡」とは、モールドのパターンが膜に転写され、パターン痕が残ったかどうかを示し、“○”は痕跡が残った、“×”は痕跡が残らなかった、を示す。「クラック」とは、離型後の膜にクラックが発生していたかどうかを示し、“○”は発生しなかった、“×”は発生した、“−”は評価不能、を示す。「形状」とは、離型後の膜にモールドのパターンが良好に転写されたかどうかを示し、“○”は良好に転写された、“×”は良好に転写されなかった、を示す。
以上の実験結果から、PTS1−AF、PTS2−AF及びPMS1−AFは良好な光インプリントが可能であったが、硬度及び弾性率の違いがあるのかを検討した。
鉛筆硬度試験はJIS K 5400 に規定の方法を用いて測定した。
弾性率の測定は、押し込み荷重が100μN、押し込み荷重の分割数が500、ステップインターバルが20msec、圧子はビッカース圧子を用い、測定回数は5回でその平均値を採用した。硬さ試験の結果を表2に示す。
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
光インプリント用被膜 鉛筆硬度 弾性率
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例1 PTS1−AF 5H 59840N/mm2
実施例2 PTS2−AF 4H 48750N/mm2
実施例3 PMS1−AF HB 8942N/mm2
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
Claims (8)
- 前記加水分解性シランが、前記式(1)においてaが0である4官能シラン化合物であることを特徴とする請求項1に記載の光インプリント用被膜形成用組成物。
- 前記加水分解性シランが、前記式(1)においてaが0である4官能シラン化合物、及び前記式(1)においてaが1乃至3である少なくとも1種のシラン化合物であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光インプリント用被膜形成用組成物。
- 前記重合性基は、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基及びアリル基からなる群から選択される有機基であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光インプリント用被膜形成用組成物。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の被膜形成組成物から作製され、パターンが転写された膜。
- モスアイ構造を有する請求項5に記載のパターンが転写された膜。
- 請求項5又は請求項6に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた光学部材。
- 請求項5に記載のパターンが転写された膜を備えた半導体素子。
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