JP2015070145A - 光インプリント用硬化性組成物、パターン形成方法、微細パターン、および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第一の応用は、成型した形状(パターン)そのものが機能を持ち、ナノテクノロジーの要素部品、または構造部材として利用するものである。例としては、各種のマイクロ・ナノ光学要素や高密度の記録媒体、光学フィルム、フラットパネルディスプレイにおける構造部材などが挙げられる。
<1>重合性化合物(A)と、光重合開始剤(B)と、一般式(I)で表される化合物(C)とを含有する、光インプリント用硬化性組成物。
一般式(I)
r=(mの合計数)+(nの合計数) (1)
<2>一般式(I)で表される化合物(C)を、溶剤を除く全組成物中3〜15質量%含有する、<1>に記載の光インプリント用硬化性組成物。
<3>光インプリント用硬化性組成物の23℃における粘度が、15mPa・s以下であり、かつ表面張力25〜35mN/mである、<1>または<2>に記載の光インプリント用硬化性組成物。
<4>一般式(I)において、Aが3〜6価の多価アルコール残基である、<1>〜<3>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<5>一般式(I)において、Rが炭素数1〜4のアルキル基である、<1>〜<4>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<6>一般式(I)において、pが0である、<1>〜<5>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<7>一般式(I)において、mが0である、<1>〜<6>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<8>多価アルコール残基の炭素数が、2〜10個である、<1>〜<7>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<9>一般式(I)において、nが0である、<1>〜<8>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<10>重合性化合物(A)が、(メタ)アクリレート化合物である、<1>〜<9>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<11>重合性化合物(A)が、芳香族基を有する化合物である、<1>〜<10>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<12>光インプリント用硬化性組成物が実質的に溶剤を含有しない、<1>〜<11>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物。
<13><1>〜<12>のいずれかに記載の光インプリント用硬化性組成物を、基材上または微細パターンを有するモールド上に塗布し、前記光インプリント用硬化性組成物をモールドと基材とで挟んだ状態で光照射することを含むパターン形成方法。
<14>光インプリント用硬化性組成物の基材上または微細パターンを有するモールド上に塗布する方法が、インクジェット法である<13>に記載のパターン形成方法。
<15><13>または<14>に記載の方法で得られた微細パターン。
<16><15>に記載のパターンをエッチングマスクとして用いる、半導体デバイスの製造方法。
本発明の光インプリント用硬化性組成物(以下、単に「本発明の組成物」と称する場合もある)は、重合性化合物(A)と、光重合開始剤(B)と、一般式(I)で表される化合物(C)を含有する。
一般式(I)
r=(mの合計数)+(nの合計数) (1)
以下、これらの詳細について説明する。
本発明の組成物に用いられる重合性化合物は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に限定されるものではないが、例えば、エチレン性不飽和結合を含有する基を1〜6個有する重合性不飽和単量体;エポキシ化合物、オキセタン化合物;ビニルエーテル化合物;スチレン誘導体;プロペニルエーテル;ブテニルエーテル等を挙げることができる。重合性化合物(A)の具体例としては、特開2011−231308号公報の段落番号0020〜0098に記載のものが挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。これらの化合物は、その1種を単独で使用することもできるし、また、その2種以上を混合して使用することもできる。
前記エチレン性不飽和結合を含有する単官能の重合性単量体の中でも、光硬化性の観点から、単官能(メタ)アクリレート化合物を用いることが好ましく、単官能アクリレート化合物がより好ましい。
また、前記単官能(メタ)アクリレート化合物の中でも、芳香族構造および/または脂環式炭化水素構造を有する単官能(メタ)アクリレートがドライエッチング耐性の観点で好ましく、芳香族構造を有する単官能(メタ)アクリレートがさらに好ましい。
このような芳香族構造および/または脂環式炭化水素構造を有する単官能(メタ)アクリレートの中でも、ベンジル(メタ)アクリレート、芳香環上に置換基を有するベンジル(メタ)アクリレート(好ましい置換基としては炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、シアノ基)、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、1−または2−ナフチルメチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートがより好ましく、芳香環上に置換基を有するベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、1−または2−ナフチルメチル(メタ)アクリレートが特に好ましい。
本発明で好ましく用いることのできるエチレン性不飽和結合含有基を2つ有する2官能重合性不飽和単量体の例としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−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、ネオペンチルグリコールジ(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、1,9−ノナンジオールジ(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、ポリ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、トリプロピレングリコールジ(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、トリグリセロールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ノルボルナンジメタノールジアクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジアクリレート、o−,m−,p−ベンゼンジ(メタ)アクリレート、o−,m−,p−キシリレンジ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性(以後「EO変性」という。)1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、EO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロピレンオキシド変性(以後「PO変性」という。)ネオペンチルグリコールジアクリレート、EO変性トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、ジビニルエチレン尿素、ジビニルプロピレン尿素、が例示される。
本発明におけるフッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性単量体単量体は、フッ素原子、シリコン原子、または、フッ素原子とシリコン原子の両方を有する基を少なくとも1つと、重合性官能基を少なくとも1つ有する化合物である。重合性官能基としては、(メタ)アクリロイル基またはエポキシ基が好ましい。
前記フッ素原子を有する基としては、含フッ素アルキル基および含フッ素ポリエーテル基から選ばれる含フッ素基が好ましい。
前記含フッ素アルキル基は、炭素数が2〜10の含フッ素アルキル基が好ましく、炭素数が4〜8の含フッ素アルキル基より好ましい。好ましい含フッ素アルキル基の具体例としては、2,2,2−トリフルオロエチル基、1H,1H−ペンタフルオロプロピル基、2H−ヘキサフルオロ−2−プロピル基、1H,1H−ヘプタフルオロブチル基、2−(ペルフルオロブチル)エチル基、3−(ペルフルオロブチル)プロピル基、3−(ペルフルオロブチル)−2−ヒドロキシプロピル基、6−(ペルフルオロブチル)ヘキシル基、1H,1H−ウンデカフルオロヘキシル基、2−(ペルフルオロヘキシル)エチル基、3−(ペルフルオロヘキシル)プロピル基、3−(ペルフルオロヘキシル)−2−ヒドロキシプロピル基、6−(ペルフルオロヘキシル)ヘキシル基、1H,1H,3H−テトラフルオロプロピル基、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル基、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル基、1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニル基が挙げられる。
前記含フッ素アルキル基の末端は、トリフルオロメチル基構造を有することが好ましい。トリフロロメチル基構造を有することで、少ない添加量(例えば、5質量%以下)でも本発明の効果が発現するため、ドライエッチング後のラインエッジラフネスが向上する。
前記含フッ素ポリエーテル基としては、繰返し単位として、トリフルオロプロピレンオキシド単位、ペルフルオロエチレンオキシド単位、またはペルフルオロプロピレンオキシド単位を含む含フッ素ポリエーテル基が挙げられる。前記含フッ素アルキル基の場合と同様に、トリフロロメチル基を有しているものが好ましく、ペルフルオロプロピレンオキシド単位および/または末端がトリフロロメチル基を有する含フッ素ポリエーテル基が好ましい。
以下に、本発明の組成物で用いられる前記フッ素原子を有する重合性単量体の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前記フッ素原子を有する重合性単量体としては、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2H−ヘキサフルオロ−2−プロピル(メタ)アクリレート、1H,1H−ヘプタフルオロブチル(メタ)アクリレート、2−(ペルフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、3−(ペルフルオロブチル)プロピル(メタ)アクリレート、3−(ペルフルオロブチル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、6−(ペルフルオロブチル)ヘキシル(メタ)アクリレート、1H,1H−ウンデカフルオロヘキシル(メタ)アクリレート、2−(ペルフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、3−(ペルフルオロヘキシル)プロピル(メタ)アクリレート、3−(ペルフルオロヘキシル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、6−(ペルフルオロヘキシル)ヘキシル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル(メタ)アクリレート、1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロペンタン−1,5−ジオールジ(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキサン−1,6−ジオールジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレートが好ましい。3−ペルフルオロブチル−1,2−エポキシプロパン、3−ペルフルオロヘキシル−1,2−エポキシプロパン、3−(1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルオキシ)−1,2−エポキシプロパン、3−(1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチルオキシ)−1,2−エポキシプロパン、3−(1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニルオキシ)−1,2−エポキシプロパン、1,4−ビス(2’,3’−エポキシプロピル)ペルフルオロブタン、2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロペンタン−1,5−ジオールジグリシジルエーテル、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキサン−1,6−ジオールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物もまた好ましい。
これらの中でも、2−(ペルフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、3−(ペルフルオロヘキシル)プロピル(メタ)アクリレート、6−(ペルフルオロヘキシル)ヘキシル(メタ)アクリレートが、離型性と組成物への相溶性の観点で特に好ましい。
本発明のインプリント用硬化性組成物中におけるフッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性単量体の含有量は、特に制限はないが、離型性と相溶性の観点から、全重合性単量体中、0.1〜20質量%が好ましく、0.2〜15質量%がより好ましく、0.5〜10質量%がさらに好ましく、0.5〜5質量%が特に好ましい。
本発明では、シリコン原子を有する重合性化合物を含有させてもよい。前記シリコン原子を有する重合性化合物が有するシリコン原子を有する官能基としては、トリアルキルシリル基、鎖状シロキサン構造、環状シロキサン構造、籠状シロキサン構造などが挙げられ、他の成分との相溶性、モールドの離型性の観点から、トリメチルシリル基またはジメチルシロキサン構造を有する官能基が好ましい。
(A1)芳香族基(好ましくはフェニル基、ナフチル基、さらに好ましくはナフチル基)と(メタ)アクリレート基を1つ有する重合性化合物
(A2)芳香族基(好ましくはフェニル基、ナフチル基、さらに好ましくはフェニル基)を含有し、(メタ)アクリレート基を2つ有する重合性化合物
本発明の組成物には、光重合開始剤が含まれる。本発明に用いられる光重合開始剤は、光照射により上述の重合性化合物を重合す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。光重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤が好ましく、ラジカル重合開始剤がより好ましい。また、本発明において、光重合開始剤は複数種を併用してもよい。
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社から入手可能なイルガキュア651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社から入手可能なイルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュア907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社から入手可能なイルガキュア754、ダロキュアMBFが挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なイルガキュア819、イルガキュア1800、ルシリン(登録商標)TPO、ルシリンTPO−L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社から入手可能なイルガキュアOXE01、イルガキュアOXE02が挙げられる。
光重合開始剤を併用する場合の好ましい比率(質量比)は、9:1〜1:9であることが好ましく、8:2〜2:8が好ましく、7:3〜3:7であることがさらに好ましい。
本発明の組成物には一般式(I)で表される化合物が含まれる。このような化合物を用いることにより、本発明の組成物のインクジェット適性および離型性を向上させることができる。
一般式(I)で表される化合物を有するとインクジェット適性および離型性が向上するメカニズムについては必ずしも明確ではないが、一般式(I)で表される化合物は、組成物に添加しても表面張力や粘度の変化が小さいため、インクジェット適性を悪化させることがない。また、組成物の光硬化物に対して可塑剤として働き、光硬化物の弾性率を低下させ、その結果、離型力が低下したものと考えられる。
r=(mの合計数)+(nの合計数) (1)
本発明における多価アルコール残基を構成する炭素数は、2〜10個であることが好ましく、2〜6個がより好ましく、3〜5個が更に好ましい。
例えば、2価のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオールなどが挙げられる、3価のアルコールとしては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどが挙げられる。4価のアルコールとしては、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジトリメチロールプロパンなどが挙げられる。5価または6価のアルコールとしては、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ジペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらの中でも、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジグリセリン、ペンタエリスリトールがより好ましく、グリセリンがさらに好ましい。
r=(mの合計数)+(nの合計数) (1)
rは、6〜20であり、8〜15がより好ましい。rが6より小さいと、離型性が向上しない。一方、rが20より大きいと粘度が高くなるためインクジェット適性が悪化する。
アリール基としては、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、炭素数6〜8のアリール基がより好ましい。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
アシル基としては、炭素数2〜10のアシル基が好ましく、炭素数2〜7のアシル基がより好ましく、炭素数2〜4のアシル基がさらに好ましい。アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基が挙げられる。
これらの中でも、メチル基、ブチル基、アセチル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。なお、分子構造中にq個有するRは、同一であっても異なっていても良い。
本発明の組成物には、重合禁止剤を含有することが好ましい。本発明の組成物が重合禁止剤を含有する場合、重合禁止剤の含有量としては、全重合性単量体に対し、0.001〜1質量%であり、より好ましくは0.005〜0.5質量%、さらに好ましくは0.008〜0.05質量%である。重合禁止剤は、その1種を単独で使用することもできるし、また、その2種以上を混合して使用することもできる。2種類以上の重合禁止剤を用いる場合は、その合計量が前記範囲となる。重合禁止剤を適切な配合量とすることで高い硬化感度を維持しつつ経時による粘度変化が抑制できる。重合禁止剤は重合性単量体の製造時に添加してもよいし、本発明の硬化組成物に後から添加してもよい。重合禁止剤の具体例としては、特開2012−169462号公報の段落番号0121に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明に用いうる好ましい重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p−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、tert−ブチルカテコール、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−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩、フェノチアジン、フェノキサジン、4−メトキシナフトール、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、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、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、ニトロベンゼン、ジメチルアニリン等が挙げられる。特に酸素が共存しなくても効果が高いフェノチアジン、4−メトキシナフトール、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、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、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が好ましい。
本発明の組成物には、必要に応じて、界面活性剤を含有することができる。本発明に用いられる界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤が好ましく、フッ素系界面活性剤、Si系界面活性剤およびフッ素・Si系界面活性剤の少なくとも一種を含むことが好ましく、フッ素系非イオン性界面活性剤が最も好ましい。ここで、「フッ素・Si系界面活性剤」とは、フッ素系界面活性剤およびSi系界面活性剤の両方の要件を併せ持つものをいう。
また、非イオン性の前記Si系界面活性剤の例としては、商品名SI−10シリーズ(竹本油脂(株)製)、メガファックペインタッド31(大日本インキ化学工業(株)製)、KP−341(信越化学工業(株)製)が挙げられる。
また、前記フッ素・Si系界面活性剤の例としては、商品名 X−70−090、X−70−091、X−70−092、X−70−093、(いずれも、信越化学工業(株)製)、商品名メガフアックR−08、XRB−4(いずれも、大日本インキ化学工業(株)製)が挙げられる。
本発明の組成物には上述した成分の他に、必要に応じて、光増感剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、老化防止剤、可塑剤、密着促進剤、熱重合開始剤、光塩基発生剤、着色剤、無機粒子、エラストマー粒子、塩基性化合物、光酸発生剤、光酸増殖剤、連鎖移動剤、帯電防止剤、流動調整剤、消泡剤、分散剤等を添加してもよい。このような成分の具体例としては、特開2008−105414号公報の段落番号0092〜0093、および段落番号0113〜0137に記載のものが挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。これらの化合物は、その1種を単独で使用することもできるし、また、その2種以上を混合して使用することもできる。
また、本発明の組成物には、溶剤を用いることもできるが、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましく、実質的に溶剤を含有しないことが特に好ましい。本発明の組成物をインクジェット法で基板上に塗布する場合、溶剤の配合量が少ないと、溶剤の揮発による組成物の粘度変化を抑制できるため、好ましい。
このように、本発明の組成物は、必ずしも、溶剤を含むものではないが、組成物の粘度を微調整する際などに、任意に添加してもよい。本発明の組成物に好ましく使用できる溶剤の種類としては、光インプリント用硬化性組成物やフォトレジストで一般的に用いられている溶剤であり、本発明で用いる化合物を溶解および均一分散させるものであればよく、かつ、これらの成分と反応しないものであれば特に限定されない。本発明で用いることができる溶剤の例としては、特開2008−105414号公報の段落番号0088に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。溶剤を用いる場合、その1種を単独で使用することもできるし、また、その2種以上を混合して使用することもできる。
また、本発明の組成物は、表面張力が、25〜35mN/mの範囲にあることが好ましく、27〜34mN/mの範囲にあることがより好ましく、28〜32mN/mの範囲にあることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、IJ吐出性や表面平滑性を向上させることができる。特に、本発明の組成物は、23℃において粘度15mPa・s以下かつ表面張力25〜35mN/mであることが好ましい。なお、表面張力は、例えばプレート法(Wilhelmy法)により測定することが可能である。
以下において、本発明の組成物を用いたパターン形成方法(パターン転写方法)について具体的に述べる。本発明のパターン形成方法においては、まず、本発明の組成物を基材上または微細パターンを有するモールド上に塗布し、本発明の組成物をモールドと基材とで挟んだ状態で光照射する。
本発明の組成物は特にインクジェット法に適している。また、本発明の組成物からなるパターン形成層の膜厚は、使用する用途によって異なるが、0.03μm〜30μm程度である。また、本発明の組成物を、多重塗布により塗布してもよい。インクジェット法などにより基材上に液滴を設置する方法において、液滴の量は1pl〜20pl程度が好ましく、液滴を間隔をあけて基材上に配置することが好ましい。さらに、基材と本発明の組成物からなるパターン形成層との間には、例えば平坦化層等の他の有機層などを形成してもよい。これにより、パターン形成層と基板とが直接接しないことから、基板に対するごみの付着や基板の損傷等を防止することができる。尚、本発明の組成物によって形成されるパターンは、基材上に有機層を設けた場合であっても、有機層との密着性に優れる。
本発明の組成物は、モールドの最小パターンサイズが50nm以下のモールドを用いてパターン転写を行う際にも良好なパターン形成性が得られる。
本発明において用いられる光透過性モールド材は、特に限定されないが、所定の強度、耐久性を有するものであればよい。具体的には、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂などの光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサンなどの柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が例示される。
さらに、露光に際しては、酸素によるラジカル重合の阻害を防ぐため、チッソ、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスを流して、酸素濃度を100mg/L未満に制御してもよい。
パターン形成方法の具体例としては、特開2012−169462号公報の段落番号0125〜0136に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明では、例えば、以下の化合物を用いることができる。
下層膜組成物中における前記溶剤の含有量は、溶剤を除く成分の粘度、塗布性、目的とする膜厚によって最適に調整されるが、塗布性改善の観点から、全組成物中70質量%以上の範囲で添加することができ、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上である。溶剤は、その1種を単独で使用することもできるし、また、その2種以上を混合して使用することもできる。
上述のように本発明のパターン形成方法によって形成された微細パターンは、液晶ディスプレイ(LCD)などに用いられる永久膜(構造部材用のレジスト)やエッチングレジストとして使用することができる。
また、本発明の組成物を用いたパターンは、耐溶剤性も良好である。本発明における硬化性組成物は多種の溶剤に対する耐性が高いことが好ましいが、一般的な基板製造工程時に用いられる溶剤、例えば、25℃のN−メチルピロリドン溶媒に10分間浸漬した場合に膜厚変動を起こさないことが特に好ましい。
本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、エッチングレジストとしても有用である。本発明の組成物をエッチングレジストとして利用する場合には、まず、基材として例えばSiO2等の薄膜が形成されたシリコンウエハ等を用い、基材上に本発明のパターン形成方法によってナノオーダーの微細なパターンを形成する。その後、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CF4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、基材上に所望のパターンを形成することができる。本発明の組成物は、フッ化炭素等を用いるドライエッチングに対するエッチング耐性も良好であることが好ましい。
本発明の半導体デバイスの製造方法は、上述した微細パターンをエッチングマスクとして用いることを特徴とする。上述した微細パターンをエッチングマスクとして、基材に対して処理を施す。例えば、微細パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを施し、基材の上層部分を選択的に除去する。基材に対してこのような処理を繰り返すことにより、半導体デバイスを得ることができる。半導体デバイスは、例えば、LSI(large scale integrated circuit:大規模集積回路)である。
下記表に示す割合で、重合性化合物(A)、光重合開始剤(B)および一般式(I)で表される化合物(C)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、硬化性組成物に対して200ppm(0.02質量%)となるように加えた。これを0.1μmのPTFE製フィルターでろ過し、本発明の光インプリント用硬化性組成物X−1〜X−16および比較用硬化性組成物R−1〜R−5を調製した。尚、表1は、重量比で示した。E型粘度計RE85L(東機産業)および表面張力計CBVP−A3(協和界面化学)を用いて、調製した硬化性組成物の23℃における粘度および表面張力を測定した。測定した粘度および表面張力の結果を表に示す。
A−1:ビスコート#192(2−フェノキシエチルアクリレート、大阪有機化学工業社製)
A−2:2−ブロモメチルナフタレンとアクリル酸より合成
A−3:ライトアクリレートNP−A(ネオペンチルグリコールジアクリレート、共栄社化学社製)
A−4:α,α'−ジクロロ−m−キシレンとアクリル酸より合成
A−5:R−1620(2−(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレート、ダイキン工業製)
B−1:イルガキュア 819(BASF社製)
B−2:ルシリン TPO(BASF社製)
B−3:ダロキュア 1173(BASF社製)
B−4:イルガキュア OXE01(BASF社製)
C−1:ユニオックスMM−550(日油株式会社製)
S−1:ZONYL FSO−100(DUPONT社製、S−1は、R1R2の一般構造を有し、R1=F(CF2CF2)y−であり、yは1〜7であり、R2=−CH2CH2O(CH2CH2O)xHであり、xは0〜15である。)
S−2:ポリエチレングリコール(和光純薬工業社製、数平均分子量600)
S−3:ポリプロピレングリコール(和光純薬工業社製、トリオール型、数平均分子量700)
S−4:ポリエチレングリコールジメチルエーテル250(関東化学社製、数平均分子量250)
NKオリゴ EA−7140/PGMAc(新中村化学工業社製)3gを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート997gに溶解させた後、0.1μmのテトラフロロエチレンフィルターでろ過して下層膜組成物を得た。
平均m+n=4、平均n/(m+n)=0.5
得られた各実施例および比較例のインプリント用硬化性組成物について以下の評価を行った。結果を下記表に示す。
シリコンウェハ上に、23℃に温度調整した光インプリント用硬化性組成物を、インクジェットプリンターDMP−2831(富士フイルムダイマティックス社製)を用いて、ノズルあたり1plの液滴量で吐出して、シリコンウェハ上に液滴が100μm間隔の正方配列となるように塗布した。
塗布された基板の5mm角の2500ドッドを観察し、正方配列からのずれを測定し、標準偏差σを算出した。インクジェット吐出位置精度は、以下の通りA〜Dで評価した。
A:σ<3μm
B:3μm≦σ<5μm
C:5μm≦σ<10μm
D:10μm≦σ
シリコンウエハ上に下層膜組成物をスピンコートし、100℃のホットプレート上で1分間加熱して溶剤を乾燥した。さらに、220℃のホットプレート上で5分間加熱することで、下層膜組成物を硬化させて下層膜を形成した。硬化後の下層膜の膜厚は、3nmであった。
前記シリコンウェハ上の下層膜の表面に、23℃に温度調整した光インプリント用硬化性組成物を、インクジェットプリンターDMP−2831(富士フイルムダイマティックス製)を用いて、ノズルあたり1plの液滴量で吐出して、下層膜上に液滴が約100μm間隔の正方配列となるように塗布した。
下層膜上に塗布した光硬化性組成物に対して、0.1気圧の減圧下、石英モールド(ライン/スペース=1/1、線幅30nm、溝深さ60nm、ラインエッジラフネス3.0nm)を接触させ、石英モールド側から高圧水銀ランプを用いて100mJ/cm2の条件で露光した。露光後、石英モールドを離し、そのときの離型力(F)を測定した。離型力(F)は、特開2011−206977号公報の段落番号0102〜0107に記載の比較例に記載の方法に準じて測定を行った。離型力(F)は、以下の通りS〜Eで評価した。
S:F<12N
A:12N≦F<13N
B:13N≦F<15N
C:15N≦F<20N
D:20N≦F<30N
E:30N≦F
一方、比較例1〜4で得られた光インプリント用硬化性組成物は、上述した一般式(I)で表される化合物を含有していないため、インクジェット吐出位置精度および離型力の評価が良好ではなかった。また、比較例1は、表面張力が大幅に低いことから、硬化性組成物をインクジェットプリンターから吐出させることができず、離型力を評価できなかった。
Claims (16)
- 一般式(I)で表される化合物(C)を、溶剤を除く全組成物中3〜15質量%含有する、請求項1に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 光インプリント用硬化性組成物の23℃における粘度が、15mPa・s以下であり、かつ表面張力25〜35mN/mである、請求項1または2に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 一般式(I)において、Aが3〜6価の多価アルコール残基である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 一般式(I)において、Rが炭素数1〜4のアルキル基である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 一般式(I)において、pが0である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 一般式(I)において、mが0である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 多価アルコール残基の炭素数が、2〜10個である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 一般式(I)において、nが0である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(A)が、(メタ)アクリレート化合物である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(A)が、芳香族基を有する化合物である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 光インプリント用硬化性組成物が実質的に溶剤を含有しない、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の光インプリント用硬化性組成物を、基材上または微細パターンを有するモールド上に塗布し、前記光インプリント用硬化性組成物をモールドと基材とで挟んだ状態で光照射することを含むパターン形成方法。
- 光インプリント用硬化性組成物の基材上または微細パターンを有するモールド上に塗布する方法が、インクジェット法である請求項13に記載のパターン形成方法。
- 請求項13または14に記載の方法で得られた微細パターン。
- 請求項15に記載のパターンをエッチングマスクとして用いる、半導体デバイスの製造方法。
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