JP2014040046A - 微細パターンを表面に有する成形体および該成形体の製造方法 - Google Patents

微細パターンを表面に有する成形体および該成形体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フッ素系の光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターンを有する表面に対して、高い離型性、高い滑り性が付与され、例えばモールド、反射防止構造体などとして好適に使用される成形体の提供。
【解決手段】化合物(A)と化合物(B)と光重合開始剤(C)とを含むインプリント用光硬化性組成物の硬化物42からなる微細パターン(α)を表面44に有する成形体本体40と、該成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に形成された含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46とを有する成形体50である。化合物(A):フッ素原子を有し、かつ炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する。化合物(B):炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する(ただし、化合物(A)を除く。)。含フッ素エーテル化合物(i):パーフルオロポリエーテル構造と水酸基とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、微細パターンを表面に有する成形体および該成形体の製造方法に関する。
光学部材、記録メディア、半導体装置等の製造において、微細パターンを短時間で形成する方法として、ナノインプリント法が知られている。該方法は、基板の表面に配置された光硬化性組成物に対して、微細パターンの反転パターンを表面に有するモールドを押しつけ、該光硬化性組成物に光を照射し、該光硬化性組成物を硬化させた後にモールドを分離することによって、基板の表面に微細パターンを形成する方法である。
該方法においては、光硬化性組成物からなる硬化物とモールドとの離型性が重要である。そのため、モールドにおいて反転パターンが形成された表面に、離型処理を施すことが知られている。
例えば、特許文献1には、モールドの材料と化学的に反応する官能基を有するパーフルオロポリエーテルを用いて、離型処理を施すことが開示されている(特許文献1参照)。
また、最近では、多孔質のシリコーン系のエポキシ材料の表層をフッ素系シランカップリング剤で処理し、その後、表層に含フッ素化合物を含浸させると、滑り性(離型性)が向上することが報告されている(非特許文献1参照。)。
特開2002−283354号公報
T.Wong et al.,Nature(2011),p.443-447
しかしながら、モールドの表面がフッ素系の光硬化性組成物の硬化物からなる場合、従来の離型処理の方法では、該表面に、充分な離型性を付与できなかった。
さらに、非特許文献1の方法では、フッ素系シランカップリング剤による処理の後に、含フッ素化合物の含浸処理をする必要があり、製造工程が長くコストが嵩み、生産性が良好ではないという問題もあった。
本発明は、フッ素系の光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターンを有する表面に対して、高い離型性、高い滑り性が付与され、例えばモールド、反射防止構造体などとして好適に使用される成形体と、該成形体を生産性良く製造する方法を提供する。
本発明は以下の構成を有する。
[1]下記化合物(A)と、下記化合物(B)と、光重合開始剤(C)とを含むインプリント用光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターン(α)を表面に有する成形体本体と、該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に形成された下記含フッ素エーテル化合物(i)を含む層と、を有する、微細パターンを表面に有する成形体。
化合物(A):フッ素原子を有し、かつ炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物。
化合物(B):炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物(ただし、化合物(A)を除く。)。
含フッ素エーテル化合物(i):パーフルオロポリエーテル構造と水酸基とを有する化合物。
[2]前記含フッ素エーテル化合物(i)は、前記パーフルオロポリエーテル構造として、下記の式(1)、式(2)、式(3)および式(4)からなる群より選ばれる1つ以上の構造を有し、かつ、前記水酸基を2つ以上有する、[1]に記載の微細パターンを表面に有する成形体。
Figure 2014040046
(ただし、上記式(1)、式(2)、式(3)および式(4)において、t、u、v、wは、各々3〜200の整数である。)
[3]前記インプリント用光硬化性組成物は、前記化合物(A)と前記化合物(B)と前記光重合開始剤(C)との合計100質量部に対して、0.005〜15質量部の下記含フッ素化合物(D)をさらに含む、[1]または[2]に記載の微細パターンを表面に有する成形体。
含フッ素化合物(D):含フッ素界面活性剤およびフルオロシリコーン化合物の1種以上。
[4]インプリント用のモールドである、[1]〜[3]のいずれか1つに記載の微細パターンを表面に有する成形体。
[5]反射防止構造体である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載の微細パターンを表面に有する成形体。
[6][1]〜[5]のいずれか1つに記載の微細パターンを表面に有する成形体の製造方法であって、前記インプリント用光硬化性組成物を前記微細パターン(α)の反転パターンを有するモールドの表面に接触させる工程と、前記モールドの表面に前記インプリント用光硬化性組成物を接触させた状態で、前記インプリント用光硬化性組成物に光を照射し、前記インプリント用光硬化性組成物を硬化させて硬化物とする工程と、前記硬化物から前記モールドを分離して、前記微細パターン(α)を表面に有する成形体本体を得る工程と、該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に、前記含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する工程と、を有する、微細パターンを表面に有する成形体の製造方法。
本発明の成形体によれば、フッ素系の光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターンを有する表面に対して、高い離型性、高い滑り性が付与されている。そのため、該成形体は、例えば、高い離型性を有するインプリント用のモールドとして使用できる。また、該成形体は、高い滑り性を有し、例えば指紋付着防止性、防汚性を備えた反射防止構造体として使用できる。
本発明の成形体の製造方法によれば、フッ素系の光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターンを有する表面に高い離型性、高い滑り性が付与されている成形体を、生産性良く製造できる。
微細パターンを表面に有する成形体の一例を示す断面図である。 微細パターン(α)を表面に有する成形体本体の製造方法の一例を示す断面図である。 微細パターン(α)を表面に有する成形体本体の製造方法の他の一例を示す断面図である。 微細パターン(α)を表面に有する成形体本体の一例を示す断面図である。
本明細書においては、式(A)で表される化合物を化合物(A)と記す。他の式で表される化合物も同様に記す。
本明細書においては、(メタ)アクリロイルオキシ基は、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基を意味する。
本明細書においては、(メタ)アクリレートは、アクリレートまたはメタクリレートを意味し、(メタ)アクリルアミドは、アクリルアミドまたはメタクリルアミドを意味する。
<微細パターンを表面に有する成形体>
図1は、本発明の一実施形態例である、微細パターンを表面51に有する成形体50の一例を示す断面図である。この成形体50は、下記化合物(A)と、下記化合物(B)と、光重合開始剤(C)とを含むインプリント用光硬化性組成物の硬化物42からなる微細パターン(α)を表面44に有する成形体本体40と、該成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に形成された下記含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46と、を有する。
化合物(A):フッ素原子を有し、かつ炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物。
化合物(B):炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物(ただし、化合物(A)を除く。)。
含フッ素エーテル化合物(i):パーフルオロポリエーテル構造と水酸基とを有する化合物。
[インプリント用光硬化性組成物]
インプリント用光硬化性組成物(以下、光硬化性組成物と記す。)は、上記化合物(A)と、上記化合物(B)と、光重合開始剤(C)とを含み、必要に応じて他の成分(含フッ素界面活性剤およびフルオロシリコーン化合物の1種以上からなる含フッ素化合物(D)、添加剤(E)等。)をさらに含む。該光硬化性組成物の硬化物42により、成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44が形成される。
該光硬化性組成物の25℃における粘度は、3〜10000mPa・sが好ましく、5〜7000mPa・sがより好ましく、8〜1100mPa・sがさらに好ましい。
光硬化性組成物の粘度が上記範囲であれば、特別な操作(たとえば、光硬化性組成物を高温に加熱して低粘度にする操作等。)を行うことなく、光硬化性組成物とモールドの表面との接触を容易に行える。
該光硬化性組成物は、実質的に溶剤を含まないことが好ましい。光硬化性組成物が実質的に溶剤を含まなければ、光の照射を除く特別な操作(たとえば、光硬化性組成物を高温に加熱して溶媒を除去する操作等。)を行うことなく、光硬化性組成物の硬化を容易に行える。
溶剤とは、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)を溶解させる能力を有する化合物であり、常圧における沸点が170℃以下の化合物である。溶剤は、含フッ素化合物(D)および添加剤(E)のうちの1つ以上を溶解させる能力を有することが好ましい。
実質的に溶剤を含まないとは、光硬化性組成物(100質量%)のうち溶剤が1質量%以下であることを意味する。本発明においては、光硬化性組成物を調製する際に用いた溶剤を残存溶剤として含んでいてもよいが、残存溶剤は、極力除去されていることが好ましく、光硬化性組成物(100質量%)のうち0.7質量%以下がより好ましい。
(化合物(A))
化合物(A)は、フッ素原子を有し、かつ炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物である。
化合物(A)を含むことによって、光硬化性組成物が、硬化物42の微細パターン(α)を形成するためのモールドや基板30に濡れ広がりやすくなる。また、光硬化性組成物の硬化物42とモールドとの離型が容易になる。
また、化合物(A)を含むことによって、光硬化性組成物の硬化物42からなる、成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布し、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46を形成する際に、該表面44が濡れやすくなる。また、該表面44に含フッ素エーテル化合物(i)が保持されやすくなる。その結果、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46による高い離型性、高い滑り性が付与される。
化合物(A)としては、フルオロ(メタ)アクリレート類、フルオロジエン類、フルオロビニルエーテル類、フルオロ環状モノマー類等が挙げられ、相溶性の点から、フルオロ(メタ)アクリレート類が好ましい。
フルオロ(メタ)アクリレート類としては、特許文献(国際公開第2010/064609号)において化合物(B)として例示されたものが挙げられ、好ましい態様も同様である。
化合物(A)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(A)の割合は、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)の合計100質量%のうち、1〜43質量%が好ましく、3〜40質量%がより好ましい。化合物(A)が1質量%以上であれば、離型性に優れる硬化物42を得ることができる。さらに、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液が、成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に濡れやすくなるとともに、該表面44に含フッ素エーテル化合物(i)が保持されやすくなる。また、光硬化性組成物の泡立ちが抑えられる。光硬化性組成物の泡立ちを抑制できることから、光硬化性組成物の調製時に光硬化性組成物をフィルターでろ過しやすくなり、さらにナノインプリントする際の泡の混入によるパターン形状の欠陥をなくすことができる。化合物(A)が43質量%以下であれば、均一に混合できることから、機械的強度の優れた硬化物42を得ることができる。
(化合物(B))
化合物(B)は、炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物(ただし、化合物(A)を除く。)である。化合物(B)としては、(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ以上有する化合物、ビニル基を1つ以上有する化合物、オキシラニル基を1つ以上有する化合物、アリル基を1つ以上有する化合物などが挙げられ、化合物(A)との共重合性の点から、(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ以上有する化合物が好ましい。
化合物(B)は、他の成分を溶解させたり、光硬化性組成物の感度を向上させたりする成分で、特に、化合物(A)、光重合開始剤(C)との相溶性に優れる。化合物(A)および光重合開始剤(C)との相溶性がよければ、光硬化性組成物の調製時の泡立ちが抑えられ、フィルターでろ過しやすくなる等、光硬化性組成物の調製が容易となる。また、均一な光硬化性組成物が得られる。さらに、均質な硬化物42が得られることによって、該硬化物は離型性、機械的強度を充分に発揮できる。また、化合物(B)の種類によっては、光硬化性組成物の硬化物42のドライエッチング耐性、ウェットエッチング耐性、透明性、粘度、屈折率、硬度、機械強度、柔軟性、基板との密着性等の諸物性を調整できる。
化合物(B)としては、下記の化合物が挙げられる。
フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシピロピル(メタ)アクリレート、フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシ化o−フェニルフェノールアクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート、1−アダマンチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、2−(tert−ブチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、4−tert−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、炭酸ビニレン、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド塩化メチル4級塩、(メタ)アクリロイルモルフォリン、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート(エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAグリセロレートジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAプロポキシレートグリセロレートジ(メタ)アクリレート等。)、エトキシ化ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、フルオレンジ(メタ)アクリレート、変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート(エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAグリセロレートジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAプロポキシレートグリセロレートジ(メタ)アクリレート等。)、エトキシ化ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセロール1,3−ジグリセロレートジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールエトキシレートジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールプロポキシレートジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピオネートジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールプロポキシレートジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールグリセロレートジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールグリセロレートジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メチル−1,3−プロパンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパンベンゾエートジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートモノステアリル酸、トリメチロールプロパンエトキシレートメチルエーテルジ(メタ)アクリレート、ウレタン結合を2つ以上有するウレタン(メタ)アクリレート(新中村化学工業社製のUA−4200、U−4HA、UA-122P、共栄社化学社製のUA−510H、UA−306I、UA−306T、UA−306H、AH−600、ジウレタンジ(メタ)アクリレート等。)、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレンなどのフルオレン骨格を有するジ(メタ)アクリレート、1,3−ビス(3−メタクリロイロキシプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ(メタ)アクリレート、ポリエーテルトリ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、シリコーンジ(メタ)アクリレート、シリコーンヘキサ(メタ)アクリレート、芳香族ウレタントリ(メタ)アクリレート、芳香族ウレタンテトラ(メタ)アクリレート、芳香族ウレタンヘキサ(メタ)アクリレート、N−(2−ヒドロキシメチル)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、(アクリロイルアミノ)ヒドロキシ酢酸、(Z)−3−アミノ−2−シアノ−3−ヒドロキシアクリルアミド、ヒドロキシチオアクリルアミド、N−(2−ヒドロキシプロピル)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N(2,2ジメトキシ−1−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、N,N’−(1,2−ジヒドロキシエチレン)ビスアクリルアミド、6−アクリルアミドヘキサン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、4-(3-(メタ)アクリロイロキシ−N−プロピロキシ)安息香酸、3-((メタ)アクリロイロキシ)プロパン酸、4−{[2−((メタ)アクリロイロキシ)エトキシ]カルボニル}ベンゼン−1,3−ジカルボン酸、4−(6−((メタ)アクリロイロキシ)ヘキシロキシ)安息香酸等。
化合物(B)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(B)の割合は、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)の合計100質量%のうち、40〜98質量%が好ましく、47〜92質量%がより好ましい。化合物(B)が40質量%以上であれば、光硬化性組成物の感度を向上でき、かつ化合物(A)および光重合開始剤(C)との相溶性が良好となる。化合物(B)が98質量%以下であれば、硬化物42の基板30との密着性およびモールドとの離型性の両方を発現できる。
(光重合開始剤(C))
光重合開始剤(C)としては、アルキルフェノン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、チタノセン系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤、オキシフェニル酢酸エステル系光重合開始剤、ベンゾイン系光重合開始剤、ベンゾフェノン系光重合開始剤、チオキサントン系光重合開始剤、ベンジル−(o−エトキシカルボニル)−α−モノオキシム、グリオキシエステル、3−ケトクマリン、2−エチルアンスラキノン、カンファーキノン、テトラメチルチウラムスルフィド、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジアルキルペルオキシド、tert−ブチルペルオキシピバレート等が挙げられ、感度および相溶性の点から、アルキルフェノン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、ベンゾイン系光重合開始剤またはベンゾフェノン系光重合開始剤が好ましい。
アルキルフェノン系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
アセトフェノン、p−(tert−ブチル)1’,1’,1’−トリクロロアセトフェノン、クロロアセトフェノン、2’,2’−ジエトキシアセトフェノン、ヒドロキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−1,2-ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル-プロパン−1−オン、2−アミノアセトフェノン、ジアルキルアミノアセトフェノン、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、2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、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、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン等。
アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
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、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シド等。
チタノセン系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム等。
オキシムエステル系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]、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)等。
オキシフェニル酢酸エステル系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
オキシフェニル酢酸、2−[2−オキソ−2−フェニルアセトキシエトキシ]エチルエステルとオキシフェニル酢酸、2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチルエステルの混合物等。
ベンゾイン系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール等。
ベンゾフェノン系光重合開始剤としては、下記の化合物が挙げられる。
ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、メチル−o−ベンゾイルベンゾエート、4−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、ヒドロキシプロピルベンゾフェノン、アクリルベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン等。
光重合開始剤(C)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光重合開始剤(C)の割合は、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)の合計100質量%のうち、0.5〜25質量%が好ましく、1〜15質量%がより好ましい。光重合開始剤(C)が0.5質量%以上であれば、加熱等の操作を行うことなく、容易に硬化物を得ることができる。光重合開始剤(C)が25質量%以下であれば、均一に混合できることから、硬化物42に残存する光重合開始剤(C)が少なくなり、硬化物の物性の低下が抑えられる。
(含フッ素化合物(D))
光硬化性組成物は、含フッ素化合物(D)として、含フッ素界面活性剤およびフルオロシリコーン化合物のうちの1種以上を含んでもよい。なお、含フッ素化合物(D)は、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)には該当しない。
含フッ素化合物(D)は、光硬化性組成物を基板30またはモールドに塗布する時の泡を消す効果と、硬化物42の離型性を向上させる効果がある。さらに、形成された塗膜を保持させる効果もある。
また、光硬化性組成物に、含フッ素化合物(D)が化合物(A)と共に含まれることによって、光硬化性組成物の硬化物42からなる微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液がより濡れやすくなる。また、該表面44に含フッ素エーテル化合物(i)がより保持されやすくなる。その結果、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46による高い離型性、高い滑り性が付与される。
含フッ素化合物(D)としては、フッ素含有量が10〜70質量%の含フッ素化合物が好ましく、フッ素含有量が10〜40質量%の含フッ素化合物がより好ましい。含フッ素化合物は、水溶性であってもよく、脂溶性であってもよく、光硬化性組成物における相溶性および硬化物42における分散性の点から、脂溶性が好ましい。
含フッ素化合物(D)としては、光硬化性組成物における相溶性、硬化物42における分散性の点から、ノニオン性含フッ素界面活性剤またはフルオロアルキルシリコーン類が好ましい。
ノニオン性含フッ素界面活性剤としては、ポリフルオロアルキルアミンオキサイド、またはポリフルオロアルキル・アルキレンオキサイド付加物が好ましい。
ノニオン性含フッ素界面活性剤の具体例としては、サーフロンS−242(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−243(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−386(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−420(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−611(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−650(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−651(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−145(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンS−393(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンKH−20(商品名、AGCセイミケミカル社製)、サーフロンKH−40(商品名、AGCセイミケミカル社製)、フロラードFC−170(商品名、住友スリーエム社製)、フロラードFC−430(商品名、住友スリーエム社製)、メガファックF−552(商品名、DIC社製)、メガファックF−553(商品名、DIC社製)、メガファックF−554(商品名、DIC社製)、メガファックF−556(商品名、DIC社製)等が挙げられる。
フルオロアルキルシリコーン類の具体例としては、トリメチル末端トリフルオロプロピルメチルシロキサン、FA−630(商品名、信越化学工業社製)等が挙げられる。
含フッ素化合物(D)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
含フッ素化合物(D)の含有量は、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)の合計100質量部に対して、0.005〜20質量部が好ましく、0.01〜15質量部がより好ましい。含フッ素化合物(D)の含有量が0.005質量部以上であれば、硬化物42の離型性が向上する。また、成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液がより濡れやすくなるとともに、含フッ素エーテル化合物(i)がより保持されやすくなる。含フッ素化合物(D)の含有量が20質量部以下であれば、光硬化性組成物の硬化の阻害が抑えられ、また、硬化物42の相分離が抑えられる。
(添加剤(E))
光硬化性組成物は、化合物(A)、化合物(B)、光重合開始剤(C)および含フッ素化合物(D)を除く、添加剤(E)を含んでいてもよい。
添加剤(E)としては、酸化防止剤(耐熱安定剤)、チクソトロピック剤、耐光安定剤、ゲル化防止剤、光増感剤、樹脂、金属酸化物微粒子、炭素化合物、金属微粒子、他の有機化合物等が挙げられる。
[含フッ素エーテル化合物(i)]
含フッ素エーテル化合物(i)は、パーフルオロポリエーテル構造と水酸基とを有する化合物である。該含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46は、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)を含むフッ素系の光硬化性組成物からなる硬化物42に密着性良く保持される。そのため、該含フッ素エーテル化合物(i)を用いると、フッ素系の硬化物からなるために従来の離型剤とは密着しにくく、充分な離型性、滑り性が付与されにくかった微細パターン(α)を有する表面44上に、該含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46を形成して、成形体50の表面51に高い離型性、高い滑り性を付与できる。高い離型性を有する表面51は、成形体50をレプリカモールドとして使用した際の転写性にも優れる。
含フッ素エーテル化合物(i)は、パーフルオロポリエーテル構造として下記の式(1)、式(2)、式(3)および式(4)からなる群より選ばれる1つ以上の構造を有し、かつ、水酸基を2つ以上有する化合物が好ましい。パーフルオロポリエーテル構造は、少なくとも式(1)の構造を有することがより好ましい。
Figure 2014040046
上記式(1)、式(2)、式(3)および式(4)において、t、u、v、wは、各々3〜200の整数である。含フッ素エーテル化合物(i)の1分子中におけるt+u+v+wは、10〜600であることが好ましい。
本発明において、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層は、単一の含フッ素エーテル化合物を含んで構成されていても、複数の含フッ素エーテル化合物を含んで構成されていてもよく、通常は、複数の化合物の混合物により構成される。複数の化合物の混合物により構成される場合、混合物全体に含まれる式(1)〜(4)のパーフルオロポリエーテル構造の各々すべてが、t、u、v、wが3〜200の範囲内であるとの条件を満たさなくてもよく、混合物全体に含まれる式(1)〜(4)のパーフルオロポリエーテル構造のすべての平均値(t、u、v、wの平均値)が、3〜200の範囲内であることが好ましい。
より好ましい含フッ素エーテル化合物(i)は、下記式(5)で表される化合物である。式(5)中のXは下記式(6)で表され、Zは下記式(7)で表される。Yは下記式(Y−1)〜(Y−8)で表される2価または3価または4価の基のいずれかである。
Figure 2014040046
ただし、式(5)中、x、zは0〜4の整数であり、かつ、x+zは、Yの価数に対応する2〜4の整数である。
また、式(6)および(7)中、aは0〜100の整数であり、b、cは、0または1であり、d、gは各々3〜200の整数であり、sは0〜19の整数である。
Figure 2014040046
このように化合物(5)は、式(Y−1)〜(Y−8)からなる群より選ばれる基(Y)に、式(6)で表される基(X)および式(7)で表される基(Z)の少なくとも一方が結合し、かつ、式(6)で表される基(X)および式(7)で表される基(Z)の総数がYの価数に対応する2〜4である。
該化合物のうち、Yの価数は3または4が好ましく、下記式(i−1)の化合物および下記式(i−2)の化合物がより好ましい。ただし、含フッ素エーテル化合物(i)には、Yの価数が2の化合物(5)も含まれてよいし、1価のペルフルオロアルキル基(炭素原子間にエーテル性酸素原子を有していてもよい。)に、式(6)で表される基(X)が結合した化合物なども含まれていてよい。これらが含まれる場合、その含有割合は、含フッ素エーテル化合物(i)の100質量%中、50質量%未満であることが好ましい。
Figure 2014040046
ただし、式(i−1)中の繰り返し単位の合計(h+i+j+k)および式(i−2)中の繰り返し単位の合計(p+q+r)は、それぞれ10〜50が好ましく、15〜40がより好ましい。
また、上記式(i−1)および式(i−2)中の−CFCHOHは、−CFに変換されていてもよい。
含フッ素エーテル化合物(i)の好ましい市販品としては、ソルベイソレクシス社のFomblinシリーズのZ−DOL、Z−TETRAOL、Z−DOL TX;ソルベイソレクシス社のFluorolinkシリーズのD10H、E10Hなど;が挙げられる。これらの化学式はそれぞれ以下のとおりである。
<Z−DOL>
HOCHCFO−(CFO)(CFCFO)−CFCHOH
<Z−TETRAOL>
HOCHCH(OH)CH−OCHCFO−(CFO)(CFCFO)−CFCHO−CHCH(OH)CHOH
<Z−DOL TX>
HOCHCH−OCHCFO−(CFO)(CFCFO)−CFCHO−CHCHOH
<D10H>
HOCHCFO−(CFO)(CFCFO)−CFCHOH
<E10H>
HOCHCH−OCHCFO−(CFO)(CFCFO)−CFCHO−CHCHOH
なお、各化学式中の(e+f)は20〜35である。
含フッ素エーテル化合物(i)は、パーフルオロポリエーテル構造を有することで、フッ素系の光硬化性組成物の硬化物42の表面44に均一に濡れ広がりやすくなる。また、水酸基を有することでフッ素系の硬化物42中の極性基と馴染み易くなるととともに、水素結合やファンデルワールス力などの分子間力が働き、硬化物42の表面に留まり易くなる。
そのため、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46は、フッ素系の本例の光硬化性組成物からなる硬化物42との密着性に優れ、該硬化物42からなる微細パターン(α)を有する表面44上に形成され、成形体50に高い離型性、高い滑り性を付与できる。
[含フッ素エーテル化合物(i)を含む層]
含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46の膜厚は、30nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。このような範囲であると、充分な離型性、滑り性が付与でき、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46によるパターン寸法の変動も小さく抑えられる。
[微細パターン(α)]
成形体本体40の微細パターン(α)は、微細な凸部および/または凹部を有する。
凸部としては、成形体本体40の表面44に延在する長尺の凸条、表面44に点在する突起等が挙げられる。
凹部としては、成形体本体40の表面44に延在する長尺の溝、表面44に点在する孔等が挙げられる。
微細パターン(α)が密集している領域において、隣接する凸部(または凹部)間の間隔は、平均で1nm〜500μmが好ましく、1nm〜50μmがより好ましい。隣接する凸部間の間隔とは、凸部の断面の底辺の終端から、隣接する凸部の断面の底辺の始端までの距離を意味する。隣接する凹部間の間隔とは、凹部の断面の上辺の終端から、隣接する凹部の断面の上辺の始端までの距離を意味する。
凸部の最小寸法は、1nm〜500μmが好ましく、10nm〜100μmがより好ましく、15nm〜10μmがさらに好ましい。最小寸法とは、凸部の幅、長さおよび高さのうち最小の寸法を意味する。
凹部の最小寸法は、1nm〜500μmが好ましく、10nm〜100μmがより好ましく、15nm〜10μmがさらに好ましい。最小寸法とは、凹部の幅、長さおよび深さのうち最小の寸法を意味する。
[成形体]
微細パターンを表面51に有する成形体50としては、下記の物品が挙げられる。
光学素子:レンズ、マイクロレンズアレイ、光導波路素子、光スイッチング素子(グリッド偏光素子、波長板等。)、フレネルゾーンプレート素子、バイナリー素子、ブレーズ素子、フォトニック結晶等。
凸凹フィルムおよびコーティング部材:反射防止構造体、指紋付着防止部材、耐薬品性部材等。
チップ類:バイオチップ、μ−TAS(Micro−Total Analysis Systems)用のチップ、マイクロリアクターチップ等。
その他:記録メディア、バンク等のディスプレイ材料、触媒の担持体、フィルター、センサー部材、半導体素子(MEMSを含む。)やLED素子の製造に用いられるレジスト、電鋳用(ニッケル電鋳など)のレプリカモールド(マザーモールド)、インプリント用のレプリカモールド(ドーターモールド)等。
微細パターンを表面51に有する成形体50を電鋳用のレプリカモールドとして用いる場合には、該微細パターンを有する表面51に、無電解メッキまたは金属蒸着によって導電層を形成した後、該導電層の表面にニッケル電解メッキによりニッケルを析出させることによって、ニッケル電鋳モールドを作製できる。該成形体50の表面51は、離型性に優れていることから、作製したニッケル電鋳モールドを該成形体50から分離しやすい。
微細パターンを表面51に有する成形体50は、該表面51が高い離型性を有するとともに、高い透明性をも有していることから、インプリント用のモールド(レプリカモールド)にも適している。特に、該成形体50の基板30として透光材料を用いた場合、光ナノインプリント用のレプリカモールドとして好適である。
また、該成形体50は、該表面51が高い滑り性を有することから、防汚性付与部材、指紋付着防止部材としても適している。また、反射防止機能を有することから、防汚性、指紋付着防止性を備えた反射防止構造体として、ディスプレイ用のタッチパネル表層の部材への使用にも適している。
[作用効果]
以上説明した本発明の微細パターンを表面に有する成形体にあっては、化合物(A)、化合物(B)および光重合開始剤(C)を含むフッ素系の光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターン(α)を有する表面に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層が形成されている。含フッ素エーテル化合物(i)を含む層は、該光硬化性組成物からなる硬化物に密着性良く保持される。そのため、本発明の成形体は、高い離型性、高い滑り性を備えている。
<表面に微細パターンを有する成形体の製造方法>
本発明の微細パターンを表面に有する成形体の製造方法は、光硬化性組成物を微細パターン(α)の反転パターンを有するモールドの表面に接触させる工程と、モールドの表面に光硬化性組成物を接触させた状態で、光硬化性組成物に光を照射し、光硬化性組成物を硬化させて硬化物とする工程と、硬化物からモールドを分離して、微細パターン(α)を表面に有する成形体本体を得る工程と、該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する工程と、を有する。
具体的な製造方法としては、下記の(a)〜(c)の方法が挙げられる。
(a)の方法:下記の工程(a−1)〜(a−5)を有する方法。
(a−1)図2に示すように、光硬化性組成物20を基板30の表面に配置する工程。
(a−2)図2に示すように、モールド10を、該モールド10の反転パターンを有する表面12が光硬化性組成物20に接するように、光硬化性組成物20に押しつける工程。
(a−3)モールド10を光硬化性組成物20に押しつけた状態で、光硬化性組成物20に光を照射し、光硬化性組成物20を硬化させて硬化物とする工程。
(a−4)硬化物からモールド10を分離して、図4に示すように、硬化物42からなる微細パターン(α)を表面44に有する成形体本体40を得る工程。
(a−5)成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する工程。
これにより、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46が微細パターン(α)を有する表面44上に形成された図1の成形体50が得られる。
(b)の方法:下記の工程(b−1)〜(b−5)を有する方法。
(b−1)図3に示すように、光硬化性組成物20をモールド10の表面12に配置する工程。
(b−2)図3に示すように、基板30をモールド10の表面12に配置された光硬化性組成物20に押しつける工程。
(b−3)基板30を光硬化性組成物20に押しつけた状態で、光硬化性組成物20に光を照射し、光硬化性組成物20を硬化させて硬化物とする工程。
(b−4)硬化物からモールド10を分離して、図4に示すように、硬化物42からなる微細パターン(α)を表面44に有する成形体本体40を得る工程。
(b−5)成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する工程。
これにより、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46が微細パターン(α)を有する表面44上に形成された図1の成形体50が得られる。
(c)の方法:下記の工程(c−1)〜(c−5)を有する方法。
(c−1)図2に示すように、基板30とモールド10とを、モールド10の反転パターンを有する表面12が基板30側になるように接近または接触させる工程。
(c−2)図2に示すように、光硬化性組成物20を基板30とモールド10との間に充填する工程。
(c−3)基板30とモールド10とが接近または接触した状態で、光硬化性組成物20に光を照射し、光硬化性組成物20を硬化させて硬化物とする工程。
(c−4)硬化物からモールド10を分離して、図4に示すように、硬化物42からなる微細パターン(α)を表面44に有する成形体本体40を得る工程。
(c−5)成形体本体40の微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する工程。
これにより、含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46が微細パターン(α)を有する表面44上に形成された図1の成形体50が得られる。
(基板)
基板30としては、無機材料製基板または有機材料製基板が挙げられる。
無機材料としては、シリコンウェハ、炭化ケイ素ウェハ、ガラス、石英ガラス、金属(アルミニウム、ニッケル、銅等)、金属酸化物(サファイア、酸化インジウムスズ(以下、ITO記す。)等)、窒化珪素、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウム等が挙げられる。
有機材料としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと記す。)等)、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン樹脂、ポリフェニレンサルファイド、トリアセチルセルロース、環状ポリオレフィン等が挙げられる。
基板30としては、光硬化性組成物の硬化物42との密着性に優れる点から、表面処理された基板を用いてもよい。表面処理としては、プライマ塗布処理、UVオゾン処理、プラズマエッチング処理等が挙げられる。プライマとしては、ポリメチルメタクリレート、KBM−503(商品名、信越化学工業社製)などのシランカップリング剤、シラザン、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
(モールド)
モールド10としては、非透光材料製モールドまたは透光材料製モールドが挙げられる。
非透光材料としては、シリコンウェハ、ニッケル、銅、ステンレス、チタン、SiC、マイカ等が挙げられる。
透光材料としては、石英、ガラス、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、PET、透明フッ素樹脂等が挙げられる。
モールド10は、表面12に、成形体本体40の表面44の微細パターン(α)に対応した反転パターンを有する。該表面12には、含フッ素シランカップリング剤などによるフッ素系の離型処理を施してもよい。
基板30およびモールド10のうち少なくとも一方は、光重合開始剤(C)が作用する波長の光を40%以上透過する材料であることが好ましい。
モールド10の表面12の反転パターンは、成形体本体40の微細パターン(α)の反転パターンである。そのため、該反転パターンにおける凸部の形状、凹部の形状、幅、高さ、深さ、隣接する凸部(または凹部)間の間隔、凸部の最小寸法、凹部の最小寸法などは、微細パターン(α)と同様である。
(含フッ素エーテル化合物(i)を溶解させる溶剤)
含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46を形成する際に用いられる、含フッ素エーテル化合物(i)を溶解させる溶剤としては、アサヒクリンAE3000(商品名、旭硝子社製)、アサヒクリンAK225(商品名、旭硝子社製)、CT−SOLV100E(商品名、旭硝子社製)、NovecTM7000(商品名、3M社製)、NovecTM7100(商品名、3M社製)、NovecTM7200(商品名、3M社製)、NovecTM7300(商品名、3M社製)、NovecTM71IPA(商品名、3M社製)、FC−72(商品名、3M社製)、FC−3283(商品名、3M社製)、FC−40(商品名、3M社製)、FC−43(商品名、3M社製)、バートレル(商品名、三井・デュポンフロロケミカル社製)、CFC−113(商品名、ダイキン工業社製)、エルノバTMV(商品名、旭化成ケミカルズ社製)、ペルフルオロヘキサン、トリデカフルオロヘキサン、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)、メチル(ペルフルオロイソプロピル)エーテル、メチル(ペルフルオロヘキシルメチル)エーテル、メチル(ペルフルオロオクチル)エーテル等の含フッ素系溶媒が好ましい。
含フッ素エーテル化合物(i)を溶解させる溶剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
含フッ素エーテル化合物(i)の溶液の濃度としては0.001〜1.0質量%が好ましく、0.005〜0.5質量%がより好ましく、0.01〜0.3質量%がさらに好ましい。濃度が0.001質量%以上であれば、成形体50に優れた離型性や滑り性を付与できる。濃度が1.0質量%以下であれば、成形体本体40の表面44の微細パターン(α)に、含フッ素エーテル化合物(i)が溜まることによるパターン寸法誤差を抑制できる。
工程(a−1)〜(a−4)、工程(b−1)〜(b−4)、工程(c−1)〜(c−4)は、公知の方法で行うことができ、例えば、国際公開第2012/017530号の段落[0086]〜[0093]に記載の方法と同様に実施できる。
工程(a−5)、(b−5)、(c−5):
成形体本体(積層体)40の微細パターン(α)を有する表面44に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する際の塗布方法は、スプレーコート法、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディップコート法、ダイコート法等が挙げられる。
塗布をする際の温度は、0〜50℃が好ましく、10〜40℃がより好ましい。
溶剤を除去する必要がある場合、除去する方法としては、加熱による方法、減圧にして除去する方法等が挙げられ、加熱による方法が好ましい。
加熱温度は、30〜120℃が好ましく、40〜80℃より好ましい。
含フッ素エーテル化合物(i)を含む層46の膜厚は、30nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。
工程(a−5)、(b−5)、(c−5)においては、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布した後に、余剰の含フッ素エーテル化合物(i)を除去する目的で、含フッ素系溶媒または含フッ素系溶媒に対して有機溶剤を混合したリンス剤によって、リンスを行ってもよい。リンスは、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布した直後または乾燥後に行う。
リンス剤を除去する必要がある場合、除去する方法としては、加熱による方法、減圧にして除去する方法等が挙げられる。加熱温度は、30〜120℃が好ましく、40〜80℃がより好ましい。
[作用効果]
以上説明した本発明の微細パターンを表面に有する成形体の製造方法によれば、高い離型性、高い滑り性を備えた成形体を製造できる。また、該製造方法は、微細パターン(α)を有する表面に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布するだけで、高い離型性、高い滑り性を付与できるため、成形体の生産性に優れる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
例1〜7、15〜21、26は実施例であり、例8〜14、22〜25は比較例である。
(化合物(A))
化合物(A−1):3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(シグマアルドリッチ社製)。
CH=CH−C(O)O−(CH−(CFF・・・(A−1)。
化合物(A−2):1,1,2,3,3−ペンタフルオロ−4−トリフルオロメチル−4−ヒドロキシ−1,6−ヘプタジエン。
CF=CFCFC(CF)(OH)CHCH=CH・・・(A−2)。
化合物(A−2)は、特開2003−255540号公報の実施例の合成例1に記載の方法により合成した。
(化合物(B))
化合物(B−1):2−メチル−2−アダマンチルアクリレート(出光興産社製)。
Figure 2014040046
化合物(B−2):イソボルニルアクリレート(シグマアルドリッチ社製)。
化合物(B−3):2−エチルヘキシルアクリレート(シグマアルドリッチ社製)。
化合物(B−4):2−アクリロイロキシエチル−コハク酸(新中村化学工業社製)。
CH=CH−C(O)O−CHCHOC(O)−CHCHC(O)OH ・・・(B−4)。
化合物(B−5):N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド(興人社製)。
CH=CH−C(O)NH−CHCHOH・・・(B−5)。
化合物(B−6):テトラエチレングリコールジアクリレート(大阪有機化学工業社製)。
化合物(B−7):トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(シグマアルドリッチ社製)。
化合物(B−8):プロポキシ化ビスフェノールAジアクリレート(シグマアルドリッチ社製)。
化合物(B−9):トリメチロールプロパントリアクリレート(新中村化学工業社製)。
化合物(B−10):ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業社製)。
化合物(B−11):ウレタンアクリレート(商品名:U−6LPA、新中村化学工業社製)。
(光重合開始剤(C))
光重合開始剤(C−1):BASF社製、商品名:イルガキュア184。アルキルフェノン系光重合開始剤。
光重合開始剤(C−2):BASF社製、商品名:イルガキュア819。アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤。
光重合開始剤(C−3):BASF社製、商品名:イルガキュア907。アルキルフェノン系光重合開始剤。
(含フッ素化合物(D))
含フッ素化合物(D−1):ノニオン性含フッ素界面活性剤。AGCセイミケミカル社製、商品名:サーフロンS−650。フッ素含有率約23%。
含フッ素化合物(D−2):フルオロアルキルシリコーン類(トリメチル末端トリフルオロプロピルメチルシロキサン)。信越化学工業社製、商品名:FA−630。フッ素含有率約31%。
含フッ素化合物(D−3):ノニオン性含フッ素界面活性剤。AGCセイミケミカル社製、商品名:サーフロンS−386。フッ素含有率約12%。
(含フッ素エーテル化合物(i))
含フッ素エーテル化合物(i−1)の合成:
国際公開第2005/068534号の実施例の例1に記載の方法における、トリオールに公知の方法でエチレンオキシドを付加したポリオキシエチレングリセロールエーテルとして、阪本薬品工業社製、SC−E1500を用いた以外は、該実施例の例1〜5に記載の方法と同様に実施して、化合物(i−1)を得た。
なお、式(i−1)中の繰り返し単位の合計(h+i+j+k)は、19F−NMRスペクトルより算出して、約34である。
化合物(i−1)のNMRスペクトルのパターン:
H−NMR δ(ppm):3.94。
19F−NMR δ(ppm):−54.0,−80.1,−88.2〜−90.5,−135.0〜−139.0。
含フッ素エーテル化合物(i−2)の合成:
国際公開第2005/068534号の実施例の例1に記載の方法における、トリオールに公知の方法でエチレンオキシドを付加したポリオキシエチレングリセロールエーテルとして、日本油脂社製、ユニオックスG1200を用いた以外は、該実施例の例1〜5に記載の方法と同様に実施して、化合物(i−2)を得た。
なお、式(i−2)中の繰り返し単位の合計(p+q+r)は、19F−NMRスペクトルより算出して、約27である。
化合物(i−2)のNMRスペクトルのパターン:
H−NMR δ(ppm):3.94。
19F−NMR δ(ppm):−54.0,−80.1,−88.2〜−90.5,−135.0〜−139.0。
化合物(i−3):ソルベイソレクシス社製、商品名:Fluorolink D10H。
(化合物(ii)(比較例用))
化合物(ii−1):AGCセイミケミカル社製、商品名:サーフロンS−420。フッ素系界面活性剤であり、パーフルオロポリエーテル構造を有さないため、含フッ素エーテル化合物(i)には該当しない。
化合物(ii−2):信越化学工業社製、商品名:X22−822。フルオロシリコーンであり、含フッ素エーテル化合物(i)には該当しない。
化合物(ii−3):ダイキン工業社製、商品名:オプツールDSX。フッ素系シランカップリング剤であり、水酸基を有さないため、含フッ素エーテル化合物(i)には該当しない。
化合物(ii−4):デュポン社製、商品名:クライトックスGPL100。水酸基を有さないため、含フッ素エーテル化合物(i)には該当しない。
化合物(ii−5):3M社製、商品名:フロリナートFC70。フッ素系アミン化合物であり、水酸基およびパーフルオロポリエーテル構造を有さないため、含フッ素エーテル化合物(i)には該当しない。
化合物(ii−6):1H、1H、2H、2H−ヘプタデカフルオロ−1−デカノール(東京化成工業社製)。
化合物(ii−7):メチルノナデカフルオロデカノエート(東京化成工業社製)。
(レプリカモールド用光硬化性組成物の調合例)
(調合例1)
バイヤル容器(内容積13mL)に、化合物(A−1)の0.84g、化合物(B−1)の1.20g、化合物(B−6)の0.80g、化合物(B−9)の1.00gを加え、ついで光重合開始剤(C−1)の0.16gを混合し、0.2μmのテトラフルオロエチレン製のフィルターにてろ過して、レプリカモールド用光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に示す。
(調合例2〜8)
表1に示すように組成を変更した以外は、調合例1と同様にしてレプリカモールド用光硬化性組成物を得た。
Figure 2014040046
(レジスト用光硬化性組成物の調合例)
(調合例9)
バイヤル容器(内容積13mL)に、化合物(A−2)の1.00g、化合物(B−1)の0.60g、化合物(B−4)の0.20g、化合物(B−5)の0.20g、化合物(B−8)の1.40g、化合物(B−9)の0.36gを加え、ついで光重合開始剤(C−1)の0.24gを混合し、0.2μmのテトラフルオロエチレン製のフィルターにてろ過して、レジスト用光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表2に示す。
(調合例10〜12)
表2に示すように組成を変更した以外は、調合例9と同様にしてレジスト用光硬化性組成物を得た。
Figure 2014040046
(含フッ素エーテル化合物(i)または化合物(ii)の溶液の調合例)
(調合例13)
バイヤル容器(内容積50mL)に、化合物(i−1)の0.02gを加え、ついでフッ素系溶剤(旭硝子社製、商品名:AE−3000)の40gを混合し、0.2μmのテトラフルオロエチレン製のフィルターにてろ過して、含フッ素エーテル化合物(i−1)の溶液を得た。該溶液の組成を表3に示す。
(調合例14〜23)
表3に示すように組成を変更した以外は、調合例13と同様にして含フッ素エーテル化合物(i−2)、(i−3)または化合物(ii−1)〜(ii−7)の溶液を得た。
Figure 2014040046
[例1〜21,例24]
表4に示すように、レプリカモールド用光硬化性組成物と、含フッ素エーテル化合物(i)または化合物(ii)の溶液とを用いて、次のようにしてレプリカモールド(微細パターンを表面に有する成形体。)を作製した。ただし、例24では、含フッ素エーテル化合物(i)または化合物(ii)の溶液を用いていない。
基板は、石英基板を用いた。
石英基板上にはプライマ層を以下の手順で作製した。
まず、シランカップリング剤(商品名:KBM−503、信越化学工業社製)の0.021gと、テトラエトキシシランの0.028gと、2−プロパノールの28.5gと、0.1Nの硝酸水溶液の1.5gをバイヤル容器(内容積50mL)に入れて1時間ほど撹拌した後に、0.2μmのテトラフルオロエチレン製のフィルターにてろ過して、プライマ溶液を得た。このプライマ溶液をUVオゾン処理にて表面を親水化した石英基板にスピンコート法にて塗布し、140℃、10分間加熱乾燥してプライマ層を有する石英基板を作製した。
スピンコート法にて、レプリカモールド用光硬化性組成物を厚さが約1.5μmになるように、石英基板のプライマ層の表面に塗布した。一方、離型処理を施さずに石英製のモールド(NTTアドバンステクノロジ社製、NIM−PH350)を貼り合わせた後に、0.2MPaに加圧しながら高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて255、315、および365nmに主波長を有する光源。)の光を15秒間照射(約900mJ/cm)し、インプリントを実施した。
その後、石英製のモールドを離型した後、レプリカモールド用光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターン(α)が形成された成形体本体上に、表4に示す含フッ素エーテル化合物(i)または化合物(ii)の溶液を滴下し、スピンコート法にて該溶液を成形体本体上に満遍無く塗布した。その後、溶剤を乾燥させて、レプリカモールドを作製した。
[例22,23]
表4に示すように、レプリカモールド用光硬化性組成物と、含フッ素エーテル化合物(i)の溶液とを用いて、レプリカモールド(微細パターンを表面に有する成形体。)を作製した。
なお、本例の場合、上記の例1〜21、例24で採用した方法では、レプリカモールドを石英製のモールド(NTTアドバンステクノロジ社製、NIM−PH350)から離型できない。そのため、本例では、石英製のモールドの表層に、フッ素系離型処理剤(ダイキン工業社製、商品名:オプツールDSX)の溶液を塗布し、離型処理を施してから、これをモールドとして用いた。この点以外は、上記の例1〜21、例24で採用した方法と同様にして、レプリカモールドを作製した。
[レプリカモールドの評価]
上記各例で得られたレプリカモールドについて、レジスト用光硬化性組成物との離型性、微細パターンの転写性について、下記のようにして評価した。結果を表4に示す。
(1)初回転写時の評価
UVオゾン処理にて表面を親水化したシリコンウェハ上に、レジスト用光硬化性組成物を酢酸イソブチルにて5倍に希釈した溶液をスピンコート法にて塗布し、50℃、40秒間加熱乾燥して、レジスト用光硬化性組成物層を有するシリコンウェハを得た。
レジスト用光硬化性組成物層を有するシリコンウェハ上に、上記の各例で作製したレプリカモールドを真空下(−20kPa程度)で貼り合わせた後に、0.2MPaに加圧しながら高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて255、315、および365nmに主波長を有する光源。)の光を15秒間照射(約900mJ/cm)し、インプリントを実施した。
その後、レプリカモールドを離型し、レジスト用光硬化性組成物の硬化物からなる成形体を得た。
この際のレプリカモールドへのレジスト用光硬化性組成物の付着の有無を確認し、離型性(初回転写時)を評価した。付着割合はレプリカモールドのエリア面積を9分割し、下記の基準にて評価した。◎の場合は、離型性良好と判断した。
また、レジスト用光硬化性組成物の硬化物からなる成形体と石英製モールド(NTTアドバンステクノロジ社製、NIM−PH350)とのパターンの寸法差を、ライン・アンド・スペースのパターンの凸部とパターンの深さで、各々5か所測定し、その平均値を下記基準にて評価し、転写性(初回転写時)を評価した。評価にはレーザー顕微鏡(キーエンス社製、VK−9500)を用い、◎および○の場合は、転写性良好と判断した。
(離型性)
◎:硬化物が付着したエリアの個所が0。
○:硬化物が付着したエリアの個所が1〜2。
△:硬化物が付着したエリアの個所が3〜5。
×:硬化物が付着したエリアの個所が6〜9。
(転写性)
◎:寸法差が±10nm以内。
○:寸法差が±10nmを超えて±30nm以内。
△:寸法差が±30nmを超えて±50nm未満。
×:寸法差が±50nm以上。
(2)50回転写時の評価
上記(1)のようにして、レジスト用光硬化性組成物の硬化物からなる成形体を得る操作(転写操作)を50回繰り返し、50回目の転写時における離型性と転写性について、初回転写時と同様にして評価した。
Figure 2014040046
表4に示す結果から、化合物(A)と化合物(B)と光重合開始剤(C)とを含むフッ素系のレプリカモールド用光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターン(α)を有する表面に、含フッ素エーテル化合物(i)からなる層が形成された成形体を、レプリカモールドとして用いると、初回転写時、50回転写時の両方において、離型性、転写性が優れ、該成形体はインプリント用モールドに適していることが示された(例1〜7、15〜21)。
また、含フッ素エーテル化合物(i)からなる層は、化合物(A)と化合物(B)と光重合開始剤(C)とを含むレプリカモールド用光硬化性組成物以外の組成物からなる硬化物に対しては、密着性良く保持されず、そのため、高い離型性および転写性を付与できないことも示された。(例22、23)
以上の結果から、含フッ素エーテル化合物(i)からなる層は、化合物(A)と化合物(B)と光重合開始剤(C)とを含むレプリカモールド用光硬化性組成物の硬化物に対して、特異的に、高い離型性、転写性を付与できることが示された。
なお、例1〜7、15〜21で作製したレプリカモールドにおける、含フッ素エーテル化合物(i)からなる層の膜厚は、いずれも約2〜22nmの範囲内であった。膜厚は、以下に説明する間接的方法で測定した。
すなわち、含フッ素エーテル化合物(i)の溶液を塗布する前の成形体本体をモールドとして用いて転写を行い、レジスト用光硬化性組成物の硬化物からなる成形体(F1)を得た。一方、含フッ素エーテル化合物(i)の溶液を塗布して得られたレプリカモールドを用いて転写を行い、レジスト用光硬化性組成物の硬化物からなる成形体(F2)を得た。得られた成形体(F1)と成形体(F2)について、微細パターンの凸部の高さをそれぞれ測定し、その差が含フッ素エーテル化合物(i)からなる層の膜厚に相当するものとした。凸部の高さは、レーザー顕微鏡(キーエンス社製、VK−9500)で測定した。なお、例1〜7、15〜21では、含フッ素エーテル化合物(i)からなる層がレプリカモールドに良好に形成されている。そのため、その膜厚の分だけ、成形体(F2)の凸部の高さは、成形体(F1)の凸部の高さよりも小さくなる。
例8〜14、22、23で作製したレプリカモールドにおいては、得られた成形体(F1)と成形体(F2)との微細パターンの凸部の高さの差がなく、膜が形成されていないことが示された。
[例25]
深さ250nm、ピッチ(隣接する孔間の間隔)250nmの円錐形状の孔が刻まれたパターンを表面に有し、離型剤を塗布していないシリコーン製モールドの表面に、25℃において、調合例5の光硬化性組成物をディスペンス法にて滴下した。
光硬化性組成物の上に、基板として易接着性PETフィルム(商品名:ルミラーU34、東レ社製)を、モールドの中心部から周辺部に光硬化性組成物を濡れ広がらせるようにして貼り合わせた。
25℃にて、機械的な加圧は行わずにフィルムの自重のみで加圧し、PETフィルム側から光硬化性組成物に高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて255、315、および365nmに主波長を有する光源。)からの光を23秒間(920mJ/cm)照射して、光硬化性組成物の硬化物を得た。
25℃にて、モールドを硬化物から分離して、モールドのパターンが反転した円錐形のピラー形状の突起からなる微細パターン(α)を表面に有する成形体本体を得た。凸部(突起)のピッチ(隣接する突起間の間隔)は248〜252nm、高さは246〜249nmであった。
該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に、指紋を付着させた後、布で指紋のふき取り試験を実施したところ、布で10回擦っても完全に拭き取ることができなかった。
また、該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に、油性ペンで線を描いたところ、布で10回擦っても完全に拭き取ることができなかった。
また、該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に、500g荷重下、ネル布で100回擦り試験を実施したところ、パターン倒れが観察された。
[例26]
例25と同様にして、円錐形のピラー形状の突起からなる微細パターン(α)を表面に有する成形体本体を得た。
該成形体の微細パターン(α)を有する表面に、調合例13で調製した含フッ素エーテル化合物(i−1)の溶液をディップ法にて塗布し、溶剤を除去するために室温下で10分間放置し、含フッ素エーテル化合物(i−1)からなる層を形成した。凸部(突起)のピッチ(隣接する突起間の間隔)は248〜252nm、高さは245〜249nmであった。このようにして、微細パターンを表面に有する成形体を得た。
該成形体の反射率を可視光領域において測定したところ、0.6%以下であり、基板であるPETフィルムの反射率(3.5%以上)と比較して大きく低下していた。
また、該成形体の微細パターンを有する表面に、指紋を付着させた後、布で指紋のふき取り試験を実施したところ、布で2回擦っただけで、拭き取ることができた。
また、該成形体の微細パターンを有する表面に、油性ペンで線を描いたところ、布で1回擦っただけで拭き取ることができた。
また、該成形体の微細パターンを有する表面に、500g荷重下、ネル布で100回擦り試験を実施したが、パターン倒れは観察されなかった。
例25と例26の結果から、微細パターン(α)の表面に含フッ素エーテル化合物(i−1)からなる層を形成することによって、滑り性が付与され、そのために、指紋付着防止性、防汚性が発現するとともに、擦り試験によってもパターン倒れが生じないことが示された。
また、例26で得られた成形体は、反射率が可視光領域において0.6%以下であるため、例えば指紋付着防止性、防汚性を備えた反射防止構造体として、ディスプレイ用のタッチパネル表層の部材などに適していることが示された。
本発明の表面に微細パターンを有する成形体は、光学素子、ディスプレイ用光学フィルム(指紋付着防止部材、反射防止構造体等)、防汚性付与部材、レンズ部材(マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ等)、バイオチップ、マイクロリアクターチップ、記録メディア、触媒担持体、インプリント用のレプリカモールド、電鋳用のレプリカモールド等として有用である。
10 モールド
12 モールドの表面
20 光硬化性組成物
30 基板
40 成形体本体
42 硬化物
44 成形体本体の表面
46 含フッ素エーテル化合物(i)を含む層
50 成形体
51 成形体の表面

Claims (6)

  1. 下記化合物(A)と、下記化合物(B)と、光重合開始剤(C)とを含むインプリント用光硬化性組成物の硬化物からなる微細パターン(α)を表面に有する成形体本体と、
    該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に形成された下記含フッ素エーテル化合物(i)を含む層と、
    を有する、微細パターンを表面に有する成形体。
    化合物(A):フッ素原子を有し、かつ炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物。
    化合物(B):炭素−炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物(ただし、化合物(A)を除く。)。
    含フッ素エーテル化合物(i):パーフルオロポリエーテル構造と水酸基とを有する化合物。
  2. 前記含フッ素エーテル化合物(i)は、前記パーフルオロポリエーテル構造として、下記の式(1)、式(2)、式(3)および式(4)からなる群より選ばれる1つ以上の構造を有し、かつ、前記水酸基を2つ以上有する、請求項1に記載の微細パターンを表面に有する成形体。
    Figure 2014040046
    (ただし、上記式(1)、式(2)、式(3)および式(4)において、t、u、v、wは、各々3〜200の整数である。)
  3. 前記インプリント用光硬化性組成物は、前記化合物(A)と前記化合物(B)と前記光重合開始剤(C)との合計100質量部に対して、0.005〜15質量部の下記含フッ素化合物(D)をさらに含む、請求項1または2に記載の微細パターンを表面に有する成形体。
    含フッ素化合物(D):含フッ素界面活性剤およびフルオロシリコーン化合物の1種以上。
  4. インプリント用のモールドである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の微細パターンを表面に有する成形体。
  5. 反射防止構造体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の微細パターンを表面に有する成形体。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の微細パターンを表面に有する成形体の製造方法であって、
    前記インプリント用光硬化性組成物を前記微細パターン(α)の反転パターンを有するモールドの表面に接触させる工程と、
    前記モールドの表面に前記インプリント用光硬化性組成物を接触させた状態で、前記インプリント用光硬化性組成物に光を照射し、前記インプリント用光硬化性組成物を硬化させて硬化物とする工程と、
    前記硬化物から前記モールドを分離して、前記微細パターン(α)を表面に有する成形体本体を得る工程と、
    該成形体本体の微細パターン(α)を有する表面に、含フッ素エーテル化合物(i)を含む溶液を塗布する工程と、
    を有する、微細パターンを表面に有する成形体の製造方法。
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