JP2016030829A - 光硬化性組成物、これを用いた硬化物パターンの製造方法、光学部品の製造方法、回路基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】充填速度が速く、かつ、ドライエッチング耐性が高い光硬化性組成物の提供。
【解決手段】重合性化合物と、光重合開始剤と、を有する光硬化性組成物であって、前記重合性化合物として、式(1)で表される化合物を含有する光硬化性組成物。

(Arは置換/未置換の芳香族基;Rは置換/未置換の(m+n)価のアルキル基;mは2以上の整数;nは1以上の整数)
【選択図】図1

Description

本発明は、光硬化性組成物、およびこれを用いた硬化物パターンの製造方法、光学部品の製造方法、回路基板の製造方法等に関する。
半導体デバイスやMEMS等においては、微細化の要求が高まっており、その中で光ナノインプリント技術が注目されている。
光ナノインプリント技術では、表面に微細な凹凸パターンが形成されたモールド(型)を光硬化性組成物(レジスト)が塗布された基板(ウエハ)に押しつけた状態で光硬化性組成物を硬化させる。これにより、モールドの凹凸パターンを光硬化性組成物の硬化物に転写し、パターンを基板上に形成する。光ナノインプリント技術によれば、基板上に数ナノメートルオーダーの微細な構造体を形成することができる。
特許文献1に記載の光ナノインプリント技術では、まず、基板上のパターン形成領域にレジストを塗布する(配置工程)。次に、このレジストをパターンが形成されたモールドを用いて成形する(型接触工程)。そして、光を照射してレジストを硬化(光照射工程)させたうえで引き離す(離型工程)。これらの工程を実施することにより、所定の形状を有する樹脂のパターン(光硬化膜)が基板上に形成される。
特開2010−073811号公報
光ナノインプリント技術によって基板上に形成した硬化物パターンは、ドライエッチング技術を用いて下地基板を加工する際のマスクとして利用されることがある。この場合、下地基板を歩留まり良く加工するために、光硬化性組成物には高いドライエッチング耐性が求められる。
光硬化性組成物のドライエッチング耐性は、光硬化性組成物中の重合性化合物組成によって支配的に決まる。一方、光硬化性組成物の粘度も、光硬化性組成物の重合性化合物組成によって支配的に決まる。
光硬化性組成物の粘度が高いと、該組成物を基板上に塗布した後に該組成物が基板上に広がる速度や、該組成物をモールドに接触させた後にモールドに形成された微細パターンの凹部に該組成物が充填される速度は低い。そのため、光硬化性組成物の粘度が高いと、該組成物の充填速度は低く、光ナノインプリント技術によって硬化物パターンを形成する際の生産性も低い。
そこで本発明は、充填速度が速く、かつ、ドライエッチング耐性が高い光硬化性組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る光硬化性組成物は、重合性化合物と、光重合開始剤と、を有する光硬化性組成物であって、前記重合性化合物として、下記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする。
ただし、前記一般式(1)において、Arは置換基を有していてもよい1価の芳香族基を表し、Rは置換基を有していてもよいアルキル基または水素原子を表し、Rは置換基を有していてもよい(m+n)価のアルキル基を表し、mは2以上の整数、nは1以上の整数である。
また、本発明に係るパターン形状を有する硬化物パターンの製造方法は、基板上に、上記光硬化性組成物を配置する第1の工程と、前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる第2の工程と、前記光硬化性組成物に光を照射して硬化物とする第3の工程と、前記硬化物と前記モールドとを引き離す第4の工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、充填速度が速く、かつ、ドライエッチング耐性が高い光硬化性組成物を提供することができる。
本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明においては、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明の範囲に含まれる。
[光硬化性組成物]
本実施形態に係る光硬化性組成物は、重合性化合物である成分(A)と、光重合開始剤である成分(B)と、を有する光硬化性組成物である。なお、本実施形態に係る光硬化性組成物は、ナノインプリント用光硬化性組成物として好適に使用することができる。
また、本明細書において「硬化物」とは、光硬化性組成物に含まれる重合性化合物を重合して、一部または全部を硬化させたものを意味する。なお、硬化物のうち、面積に比して厚みが極端に薄いものであることを強調する際には、特に「硬化膜」と記載することがある。なお、硬化物および硬化膜の形状は特に限定はされず、表面にパターン形状を有していてもよい。
まず、各成分について、詳細に説明する。
<成分(A):重合性化合物>
成分(A)は重合性化合物である。ここで、本明細書において重合性化合物とは、光重合開始剤(成分(B))から発生した重合因子(ラジカル等)と反応し、連鎖反応(重合反応)によって高分子化合物からなる膜を形成する化合物である。
このような重合性化合物としては、例えば、ラジカル重合性化合物が挙げられる。成分(A)である重合性化合物は、一種類の重合性化合物のみから構成されていてもよく、複数種類の重合性化合物で構成されていてもよい。
ラジカル重合性化合物としては、アクリロイル基又はメタクリロイル基を1つ以上有する化合物、すなわち、(メタ)アクリル化合物であることが好ましい。
したがって、光硬化性組成物の成分(A)である重合性化合物は、(メタ)アクリル化合物を含むことが好ましい。また、成分(A)の主成分が(メタ)アクリル化合物であることがより好ましく、(メタ)アクリル化合物であることが最も好ましい。なお、ここで記載する成分(A)の主成分が(メタ)アクリル化合物であるとは、成分(A)の90重量%以上が(メタ)アクリル化合物であることを示す。
ラジカル重合性化合物が、アクリロイル基又はメタクリロイル基を1つ以上有する複数種類の化合物で構成される場合には、単官能(メタ)アクリルモノマーと多官能(メタ)アクリルモノマーを含むことが好ましい。これは、単官能(メタ)アクリルモノマーと多官能(メタ)アクリルモノマーを組み合わせることで、機械的強度が強い硬化膜が得られるからである。
本実施形態に係る光硬化性組成物は、重合性化合物として、下記一般式(1)で表される多官能(メタ)アクリルモノマーを含有する。
[式中、Arは置換基を有していてもよい1価の芳香族基を表し、Rは置換基を有していてもよいアルキル基または水素原子を表し、Rは置換基を有していてもよい(m+n)価のアルキル基を表し、mは2以上の整数、nは1以上の整数である。]
なお、mは2以上4以下の整数であることが好ましく、nは1以上4以下の整数であることが好ましい。
上記一般式(1)で表される多官能(メタ)アクリルモノマーは、低い粘度を有する。後述する型接触工程では、光硬化性組成物の粘度が低いほど、モールド上の微細パターンを形成する凹部に光硬化性組成物が充填する速度が速い。つまり、上記一般式(1)で表される多官能(メタ)アクリルモノマーを重合性化合物として含有する本実施形態に係る光硬化性組成物は、モールドへの充填速度が速い。また、上記一般式(1)で表される多官能(メタ)アクリルモノマーを重合性化合物として含有する本実施形態に係る光硬化性組成物の硬化膜は、高いドライエッチング耐性を有する。
上記一般式(1)で表される多官能(メタ)アクリルモノマーの一例としては、例えば、下記一般式(2)で表されるフェニルエチレングリコールジアクリレート(PhEDA)や、下記一般式(3)で表される2−フェニルプロパン−1,3−ジイルジアクリレート(PhPDA)が挙げられる。
PhEDAは、例えば下記一般式(4)のような合成スキームで合成することができる。
PhPDAは、例えば下記一般式(5)のような合成スキームで合成することができる。
なお、本実施形態に係る光硬化性組成物は、重合性化合物を成分(A)として上記一般式(1)で表される多官能(メタ)アクリルモノマー以外の化合物を含有していても良い。
例えば、本実施形態に係る光硬化性組成物は成分(A)としてアクリロイル基又はメタクリロイル基を1つ有する単官能(メタ)アクリル化合物を含有していても良い。例えば、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシ−2−メチルエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、3−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−フェニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、4−フェニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、3−(2−フェニルフェニル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、EO変性p−クミルフェノールの(メタ)アクリレート、2−ブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2,4−ジブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2,4,6−トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、EO変性フェノキシ(メタ)アクリレート、PO変性フェノキシ(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、1−アダマンチル(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、ボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(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、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、アクリロイルモルホリン、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、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、へキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(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、ベンジル(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、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
上記単官能(メタ)アクリル化合物の市販品としては、アロニックスM101、M102、M110、M111、M113、M117、M5700、TO−1317、M120、M150、M156(以上、東亞合成製)、MEDOL10、MIBDOL10、CHDOL10、MMDOL30、MEDOL30、MIBDOL30、CHDOL30、LA、IBXA、2−MTA、HPA、ビスコート#150、#155、#158、#190、#192、#193、#220、#2000、#2100、#2150(以上、大阪有機化学工業製)、ライトアクリレートBO−A、EC−A、DMP−A、THF−A、HOP−A、HOA−MPE、HOA−MPL、PO−A、P−200A、NP−4EA、NP−8EA、エポキシエステルM−600A(以上、共栄社化学製)、KAYARAD TC110S、R−564、R−128H(以上、日本化薬製)、NKエステルAMP−10G、AMP−20G(以上、新中村化学工業製)、FA−511A、512A、513A(以上、日立化成製)、PHE、CEA、PHE−2、PHE−4、BR−31、BR−31M、BR−32(以上、第一工業製薬製)、VP(BASF製)、ACMO、DMAA、DMAPAA(以上、興人製)等が挙げられるが、これらに限定されない。
また、本実施形態に係る光硬化性組成物は成分(A)としてアクリロイル基又はメタクリロイル基を2つ以上有する多官能(メタ)アクリル化合物を含有していても良い。例えば、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO,PO変性トリメチロールプロパントリ(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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)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、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、ポリプロピレングリコールジ(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、1,6−へキサンジオールジ(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、1,9−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、1,3−アダマンタンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロイルオキシ)イソシアヌレート、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)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、EO変性2,2−ビス(4−((メタ)アクリロキシ)フェニル)プロパン、PO変性2,2−ビス(4−((メタ)アクリロキシ)フェニル)プロパン、EO,PO変性2,2−ビス(4−((メタ)アクリロキシ)フェニル)プロパン等が挙げられるが、これらに限定されない。
上記多官能(メタ)アクリル化合物の市販品としては、ユピマーUV SA1002、SA2007(以上、三菱化学製)、ビスコート#195、#230、#215、#260、#335HP、#295、#300、#360、#700、GPT、3PA(以上、大阪有機化学工業製)、ライトアクリレート4EG−A、9EG−A、NP−A、DCP−A、BP−4EA、BP−4PA、TMP−A、PE−3A、PE−4A、DPE−6A(以上、共栄社化学製)、KAYARAD PET−30、TMPTA、R−604、DPHA、DPCA−20、−30、−60、−120、HX−620、D−310、D−330(以上、日本化薬製)、アロニックスM208、M210、M215、M220、M240、M305、M309、M310、M315、M325、M400(以上、東亞合成製)、リポキシVR−77、VR−60、VR−90(以上、昭和高分子製)等が挙げられるが、これらに限定されない。
なお、上述した化合物群において、(メタ)アクリレートとは、アクリレートまたはそれと同等のアルコール残基を有するメタクリレートを意味する。(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基またはそれと同等のアルコール残基を有するメタクリロイル基を意味する。EOは、エチレンオキサイドを示し、EO変性化合物Aとは、化合物Aの(メタ)アクリル酸残基とアルコール残基がエチレンオキサイド基のブロック構造を介して結合している化合物を示す。また、POは、プロピレンオキサイドを示し、PO変性化合物Bとは、化合物Bの(メタ)アクリル酸残基とアルコール残基がプロピレンオキサイド基のブロック構造を介して結合している化合物を示す。
<成分(B):光重合開始剤>
成分(B)は、光重合開始剤である。
本明細書において光重合開始剤は、所定の波長の光を感知して上記重合因子(ラジカル)を発生させる化合物である。具体的には、光重合開始剤は、光(赤外線、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線等の荷電粒子線等、放射線)によりラジカルを発生する重合開始剤(ラジカル発生剤)である。
成分(B)は、一種類の光重合開始剤で構成されていてもよく、複数種類の光重合開始剤で構成されていてもよい。
ラジカル発生剤としては、例えば、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(メトキシフェニル)イミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−又はp−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体等の置換基を有してもよい2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体;ベンゾフェノン、N,N’−テトラメチル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、N,N’−テトラエチル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4−メトキシ−4’−ジメチルアミノベンゾフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体;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−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−オン等のα―アミノ芳香族ケトン誘導体;2−エチルアントラキノン、フェナントレンキノン、2−t−ブチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2−ベンズアントラキノン、2,3−ベンズアントラキノン、2−フェニルアントラキノン、2,3−ジフェニルアントラキノン、1−クロロアントラキノン、2−メチルアントラキノン、1,4−ナフトキノン、9,10−フェナンタラキノン、2−メチル−1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルアントラキノン等のキノン類;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエーテル誘導体;ベンゾイン、メチルベンゾイン、エチルベンゾイン、プロピルベンゾイン等のベンゾイン誘導体;ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体;9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9,9’−アクリジニル)ヘプタン等のアクリジン誘導体;N−フェニルグリシン等のN−フェニルグリシン誘導体;アセトフェノン、3−メチルアセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン誘導体;チオキサントン、ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン等のチオキサントン誘導体;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド、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フォスフィンオキサイド等のアシルフォスフィンオキサイド誘導体;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)等のオキシムエステル誘導体;キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、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、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等が挙げられるが、これらに限定されない。
上記ラジカル発生剤の市販品として、Irgacure184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI−1700、−1750、−1850、CG24−61、Darocur 1116、1173、Lucirin TPO、LR8893、LR8970(以上、BASF製)、ユベクリルP36(UCB製)等が挙げられるが、これらに限定されない。
これらの中でも、成分(B)は、アシルフォスフィンオキサイド系重合開始剤であることが好ましい。上記の例のうち、アシルフォスフィンオキサイド系重合開始剤は、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド、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フォスフィンオキサイドなどのアシルフォスフィンオキサイド化合物である。
光重合開始剤である成分(B)の光硬化性組成物における配合割合は、重合性化合物である成分(A)の全量に対して、0.01重量%以上10重量%以下であり、好ましくは、0.1重量%以上7重量%以下である。
成分(B)の配合割合が重合性化合物の全量に対して0.01重量%以上とすることにより、組成物の硬化速度が速くなり、反応効率を良くすることができる。また、成分(B)の配合割合が重合性化合物の全量に対して10重量%以下とすることにより、得られる硬化膜がある程度の機械的強度を有する硬化膜となる。
<その他の添加成分(C)>
本実施形態に係る光硬化性組成物は、前述した、成分(A)、成分(B)の他に、種々の目的に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で、更なる添加成分(C)を含有していてもよい。このような添加成分(C)としては、増感剤、水素供与体、内添型離型剤、界面活性剤、酸化防止剤、溶剤、ポリマー成分、前記成分(B)でない重合開始剤、等が挙げられる。
増感剤は、重合反応促進や反応転化率の向上を目的として、適宜添加される化合物である。増感剤として、例えば、増感色素等が挙げられる。
増感色素は、特定の波長の光を吸収することにより励起され、成分(B)である光重合開始剤と相互作用する化合物である。なお、ここで記載する相互作用とは、励起状態の増感色素から成分(B)である光重合開始剤へのエネルギー移動や電子移動等である。
増感色素の具体例としては、アントラセン誘導体、アントラキノン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフェノン誘導体、チオキサントン誘導体、キサントン誘導体、クマリン誘導体、フェノチアジン誘導体、カンファキノン誘導体、アクリジン系色素、チオピリリウム塩系色素、メロシアニン系色素、キノリン系色素、スチリルキノリン系色素、ケトクマリン系色素、チオキサンテン系色素、キサンテン系色素、オキソノール系色素、シアニン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム塩系色素等が挙げられるが、これらに限定されない。
増感剤は、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
水素供与体は、成分(B)である光重合開始剤から発生した開始ラジカルや、重合生長末端のラジカルと反応し、より反応性が高いラジカルを発生する化合物である。成分(B)である光重合開始剤が光ラジカル発生剤である場合に添加することが好ましい。
このような水素供与体の具体例としては、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン、アリルチオ尿素、s−ベンジルイソチウロニウム−p−トルエンスルフィネート、トリエチルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレート、トリエチレンテトラミン、4,4’−ビス(ジアルキルアミノ)ベンゾフェノン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル、ペンチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、トリエタノールアミン、N−フェニルグリシンなどのアミン化合物、2−メルカプト−N−フェニルベンゾイミダゾール、メルカプトプロピオン酸エステル等のメルカプト化合物、等が挙げられるが、これらに限定されない。
水素供与体は、一種類を単独で用いてもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。また、水素供与体は、増感剤としての機能を有してもよい。
本実施形態に係る硬化性組成物が、添加成分(C)として、増感剤や水素供与体を含む場合、これらの含有量はそれぞれ、重合性化合物である成分(A)の全量に対して、好ましくは、0重量%以上20重量%以下である。また、より好ましくは、0.1重量%以上5.0重量%以下であり、さらに好ましくは、0.2重量%以上2.0重量%以下である。成分(A)の全量に対して、増感剤が0.1重量%以上含まれていれば、重合促進効果をより効果的に発現することができる。また、増感剤もしくは水素供与体の含量を5.0重量%以下とすることにより、作製される光硬化膜を構成する高分子化合物の分子量が十分に高くなると共に、光硬化性組成物への溶解不良や光硬化性組成物の保存安定性の劣化を抑制することができる。
モールドとレジストとの間の界面結合力の低減、すなわち後述する離型工程における離型力の低減を目的として、光硬化性組成物に内添型離型剤を添加することができる。本明細書において内添とは、光硬化性組成物の配置工程の前に予め光硬化性組成物に添加されていることを意味する。
内添型離型剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤および炭化水素系界面活性剤等の界面活性剤等を使用できる。なお本発明において内添型離型剤は、重合性を有さないものとする。
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキル基を有するアルコールのポリアルキレンオキサイド(ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等)付加物、パーフルオロポリエーテルのポリアルキレンオキサイド(ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等)付加物等が含まれる。なお、フッ素系界面活性剤は、分子構造の一部(例えば、末端基)に、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アルキル基、アミノ基、チオール基等を有してもよい。
フッ素系界面活性剤としては、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、メガファックF−444、TF−2066、TF−2067、TF−2068(以上、DIC製)、フロラードFC−430、FC−431(以上、住友スリーエム製)、サーフロンS−382(AGC製)、EFTOP EF−122A、122B、122C、EF−121、EF−126、EF−127、MF−100(以上、トーケムプロダクツ製)、PF−636、PF−6320、PF−656、PF−6520(以上、OMNOVA Solutions製)、ユニダインDS−401、DS−403、DS−451(以上、ダイキン工業製)、フタージェント250、251、222F、208G(以上、ネオス製)等が挙げられる。
また、内添型離型剤は、炭化水素系界面活性剤でもよい。
炭化水素系界面活性剤としては、炭素数1〜50のアルキルアルコールに炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを付加した、アルキルアルコールポリアルキレンオキサイド付加物等が含まれる。
アルキルアルコールポリアルキレンオキサイド付加物としては、メチルアルコールエチレンオキサイド付加物、デシルアルコールエチレンオキサイド付加物、ラウリルアルコールエチレンオキサイド付加物、セチルアルコールエチレンオキサイド付加物、ステアリルアルコールエチレンオキサイド付加物、ステアリルアルコールエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。なお、アルキルアルコールポリアルキレンオキサイド付加物の末端基は、単純にアルキルアルコールにポリアルキレンオキサイドを付加して製造できるヒドロキシル基に限定されない。このヒドロキシル基が他の置換基、例えば、カルボキシル基、アミノ基、ピリジル基、チオール基、シラノール基等の極性官能基やアルキル基、アルコキシ基等の疎水性官能基に置換されていてもよい。
アルキルアルコールポリアルキレンオキサイド付加物は、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、青木油脂工業製のポリオキシエチレンメチルエーテル(メチルアルコールエチレンオキサイド付加物)(BLAUNON MP−400、MP−550、MP−1000)、青木油脂工業製のポリオキシエチレンデシルエーテル(デシルアルコールエチレンオキサイド付加物)(FINESURF D−1303、D−1305、D−1307、D−1310)、青木油脂工業製のポリオキシエチレンラウリルエーテル(ラウリルアルコールエチレンオキサイド付加物)(BLAUNON EL−1505)、青木油脂工業製のポリオキシエチレンセチルエーテル(セチルアルコールエチレンオキサイド付加物)(BLAUNON CH−305、CH−310)、青木油脂工業製のポリオキシエチレンステアリルエーテル(ステアリルアルコールエチレンオキサイド付加物)(BLAUNON SR−705、SR−707、SR−715、SR−720、SR−730、SR−750)、青木油脂工業製のランダム重合型ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンステアリルエーテル(BLAUNON SA−50/50 1000R,SA−30/70 2000R)、BASF製のポリオキシエチレンメチルエーテル(Pluriol A760E)、花王製のポリオキシエチレンアルキルエーテル(エマルゲンシリーズ)等が挙げられる。
これらの炭化水素系界面活性剤の中でも内添型離型剤としては、アルキルアルコールポリアルキレンオキサイド付加物であることが好ましく、長鎖アルキルアルコールポリアルキレンオキサイド付加物であることがより好ましい。
内添型離型剤は、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
本実施形態に係る光硬化性組成物が、添加成分(C)として内添型離型剤を含む場合、この内添型離型剤の含有量は、重合性化合物である成分(A)の全量に対して、例えば、0.001重量%以上10重量%以下である。好ましくは、0.01重量%以上7重量%以下であり、より好ましくは、0.05重量%以上5重量%以下である。
また、本実施形態に係る光硬化性組成物には溶剤を用いることもできるが、実質的に溶剤を含まない方が好ましい。ここで、実質的に溶剤を含まないとは、不純物等、意図せずに含まれてしまう溶剤以外の溶剤を含まないことを言う。すなわち、例えば、本実施形態に係る光硬化性組成物の溶剤の含有量は光硬化性組成物全体に対して3重量%以下であることが好ましく、1重量%以下であることがさらに好ましい。なお、ここで言う溶剤とは、光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を指す。すなわち溶剤の種類は、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、かつ該化合物と反応しないものであれば特に限定はされない。
本実施形態に係る光硬化性組成物は、分子量が2000以上である化合物の含有量が、5重量%以下であることが好ましく、3重量%以下であることがより好ましい。
また、本発明に係る光硬化性組成物および/またはこれを硬化して得られる硬化膜を赤外分光法、紫外可視分光法、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析法などで分析することで、成分(A)、成分(B)の比率を求めることができる。硬化膜中の成分(A)、成分(B)の比率から、光硬化性組成物における成分(A)、成分(B)の比率を求めることもできる。添加成分(C)を含有する場合にも同様にして光硬化性組成物における成分(A)、成分(B)、添加成分(C)の比率を求めることができる。
<光硬化性組成物の配合時の温度>
本実施形態に係る光硬化性組成物を調製する際には、少なくとも成分(A)、成分(B)を所定の温度条件下で混合し、溶解させる。具体的には、0℃以上100℃以下の範囲で行う。添加成分(C)を含有する場合も同様である。
<光硬化性組成物の粘度>
本実施形態に係る光硬化性組成物の溶剤を除く成分の混合物の25℃での粘度は、1mPa・s以上100mPa・s以下であることが好ましい。また、より好ましくは、1mPa・s以上50mPa・s以下であり、さらに好ましくは、1mPa・s以上6mPa・s以下である。
光硬化性組成物の粘度を100mPa・s以下とすることにより、光硬化性組成物をモールドに接触する際に、モールド上の微細パターンのうち凹部に組成物が充填するのにかかる時間が長時間とならずに済む。つまり、本実施形態に係る光硬化性組成物を用いることで、光ナノインプリント法を高い生産性で実施することができる。また、充填不良によるパターン欠陥が生じにくい。
また、粘度を1mPa・s以上とすることにより、光硬化性組成物を基板上に塗布する際に塗りムラが生じにくくなる。さらに、光硬化性組成物をモールドに接触する際に、モールドの端部から光硬化性組成物が流出しにくくなる。
<光硬化性組成物の表面張力>
本実施形態に係る光硬化性組成物の表面張力は、溶剤を除く成分の混合物について23℃での表面張力が、5mN/m以上70mN/m以下であることが好ましい。また、より好ましくは、7mN/m以上35mN/m以下であり、さらに好ましくは、10mN/m以上32mN/m以下である。ここで、表面張力を5mN/m以上とすることにより、光硬化性組成物をモールドに接触させる際にモールド上の微細パターンのうち凹部に組成物が充填するのにかかる時間が長時間とならずに済む。
また、表面張力を70mN/m以下とすることにより、光硬化性組成物を硬化して得られる硬化膜が表面平滑性を有する硬化膜となる。
<光硬化性組成物に混入している不純物>
本実施形態に係る光硬化性組成物は、できる限り不純物を含まないことが好ましい。ここで記載する不純物とは、前述した成分(A)、成分(B)および添加成分(C)以外のものを意味する。
したがって、本実施形態に係る光硬化性組成物は、精製工程を経て得られたものであることが好ましい。このような精製工程としては、フィルタを用いた濾過等が好ましい。
フィルタを用いた濾過を行う際には、具体的には、前述した成分(A)、成分(B)および必要に応じて添加する添加成分を混合した後、例えば、孔径0.001μm以上5.0μm以下のフィルタで濾過することが好ましい。フィルタを用いた濾過を行う際には、多段階で行ったり、多数回繰り返したりすることがさらに好ましい。また、濾過した液を再度濾過してもよい。孔径の異なるフィルタを複数用いて濾過してもよい。濾過に使用するフィルタとしては、ポリエチレン樹脂製、ポリプロピレン樹脂製、フッ素樹脂製、ナイロン樹脂製等のフィルタを使用することができるが、特に限定されるものではない。
このような精製工程を経ることで、光硬化性組成物に混入したパーティクル等の不純物を取り除くことができる。これにより、パーティクル等の不純物によって、光硬化性組成物を硬化した後に得られる硬化膜に不用意に凹凸が生じてパターンの欠陥が発生することを防止することができる。
なお、本実施形態に係る光硬化性組成物を、半導体集積回路を製造するために使用する場合、製品の動作を阻害しないようにするため、光硬化性組成物中に金属原子を含有する不純物(金属不純物)が混入することを極力避けることが好ましい。このような場合、光硬化性組成物に含まれる金属不純物の濃度としては、10ppm以下が好ましく、100ppb以下にすることがさらに好ましい。
[硬化物パターンの製造方法]
次に、本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法について説明する。図1は、本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法の例を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法は、
基板上に、前述の本実施形態に係る光硬化性組成物を配置する第1の工程[1]と、
前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる第2の工程[2]と、
前記光硬化性組成物に光を照射して硬化物とする第3の工程[4]と、
第3の工程によって得られた硬化物とモールドとを引き離す第4の工程[5]と、
を有する。
本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法は、光ナノインプリント方法を利用した硬化物パターンの製造方法である。
本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法によって得られる硬化物は、1nm以上10mm以下のサイズのパターンを有する硬化物であることが好ましい。また、10nm以上100μm以下のサイズのパターンを有する硬化物であることがより好ましい。なお、一般に、光を利用してナノサイズ(1nm以上100nm以下)のパターン(凹凸構造)を有する硬化物を作製するパターン形成技術は、光ナノインプリント法と呼ばれている。本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法は、光ナノインプリント法を利用している。
以下、各工程について説明する。
<配置工程[1]>
本工程(配置工程)では、図1(a)に示す通り、前述した本実施形態に係る光硬化性組成物101を基板102上に配置(塗布)して塗布膜を形成する。
光硬化性組成物101を配置する対象である基板102は、被加工基板であり、通常、シリコンウエハが用いられる。
ただし本実施形態において、基板102はシリコンウエハに限定されるものではない。基板102は、アルミニウム、チタン−タングステン合金、アルミニウム−ケイ素合金、アルミニウム−銅−ケイ素合金、酸化ケイ素、窒化ケイ素等の半導体デバイス用基板として知られているものの中からも任意に選択することができる。なお、使用される基板102(被加工基板)には、シランカップリング処理、シラザン処理、有機薄膜の成膜、等の表面処理によって光硬化性組成物との密着性を向上させた基板を用いてもよい。
本実施形態において、光硬化性組成物101を基板102上に配置する方法としては、例えば、インクジェット法、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スピンコート法、スリットスキャン法等を用いることができる。光ナノインプリント法においては、インクジェット法を用いることが特に好ましい。なお、被形状転写層(塗布膜)の膜厚は、使用する用途によっても異なるが、例えば、0.01μm以上100.0μm以下である。
<型接触工程[2]>
次に、図1(b)に示すように、前工程(配置工程)で形成された光硬化性組成物101からなる塗布膜にパターン形状を転写するための原型パターンを有するモールド104を接触させる(図1(b−1))。これにより、モールド104が表面に有する微細パターンの凹部に光硬化性組成物101からなる塗布膜(の一部)が充填されて、モールドの微細パターンに充填された塗布膜106となる(図1(b−2))。
モールド104としては、次の工程(光照射工程)を考慮して光透過性の材料で構成されたモールド104を用いると良い。モールド104を構成する材料の材質としては、具体的には、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂等の光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサン等の柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が好ましい。ただし、モールド104を構成する材料の材質として光透明性樹脂を使用する場合は、光硬化性組成物101に含まれる成分に溶解しない樹脂を選択する必要がある。熱膨張係数が小さくパターン歪みが小さいことから、モールド104を構成する材料の材質は、石英であることが特に好ましい。
モールド104が表面に有する微細パターンは、4nm以上200nm以下のパターン高さおよび1以上10以下のアスペクト比を有することが好ましい。
モールド104には、光硬化性組成物101とモールド104の表面との剥離性を向上させるために、光硬化性組成物101とモールド104との型接触工程である本工程の前に表面処理を行っておいてもよい。表面処理の方法としては、モールド104の表面に離型剤を塗布して離型剤層を形成する方法が挙げられる。ここで、モールド104の表面に塗布する離型剤としては、シリコーン系離型剤、フッ素系離型剤、炭化水素系離型剤、ポリエチレン系離型剤、ポリプロピレン系離型剤、パラフィン系離型剤、モンタン系離型剤、カルナバ系離型剤等が挙げられる。例えば、ダイキン工業(株)製のオプツールDSX等の市販の塗布型離型剤も好適に用いることができる。なお、離型剤は、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を併用して用いてもよい。これらの中でも、フッ素系および炭化水素系の離型剤が特に好ましい。
本工程(型接触工程)において、図1(b−1)に示すように、モールド104と光硬化性組成物101とを接触させる際に光硬化性組成物101に加える圧力は特に限定はされない。該圧力は通常、0MPa以上100MPa以下である。また、該圧力は0MPa以上50MPa以下であることが好ましく、0MPa以上30MPa以下であることがより好ましく、0MPa以上20MPa以下であることがさらに好ましい。
また、本工程においてモールド104を光硬化性組成物101に接触させる時間は特に限定はされない。該時間は通常、0.1秒以上600秒以下であり、0.1秒以上300秒以下であることが好ましく、0.1秒以上180秒以下であることがより好ましく、0.1秒以上120秒以下であることが特に好ましい。
本工程は、大気雰囲気下、減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下のいずれの条件下でも行うことができるが、酸素や水分による硬化反応への影響を防ぐことができるため、減圧雰囲気や不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。不活性ガス雰囲気下で本工程を行う場合に使用することができる不活性ガスの具体例としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、各種フロンガス等、あるいはこれらの混合ガスが挙げられる。大気雰囲気下を含めて特定のガスの雰囲気下で本工程を行う場合、好ましい圧力は、0.0001気圧以上10気圧以下である。
型接触工程は、凝縮性ガスを含む雰囲気(以下、凝縮性ガス雰囲気)下で行ってもよい。本明細書において凝縮性ガスとは、モールド104上に形成された微細パターンの凹部、およびモールドと基板との間隙に、塗布膜(の一部)106と一緒に雰囲気中のガスが充填されたとき、充填時に発生する毛細管圧力で凝縮して液化するガスのことを指す。なお凝縮性ガスは、型接触工程で光硬化性組成物101(被形状転写層)とモールド104とが接触する前(図1(b−1))は雰囲気中に気体として存在する。
凝縮性ガス雰囲気下で型接触工程を行うと、微細パターンの凹部に充填されたガスが液化することで気泡が消滅するため、充填性が優れる。凝縮性ガスは、光硬化性組成物101中に溶解してもよい。
凝縮性ガスの沸点は、型接触工程の雰囲気温度以下であれば限定はされないが、−10℃〜23℃が好ましく、さらに好ましくは10℃〜23℃である。この範囲であれば、充填性がさらに優れる。
凝縮性ガスの型接触工程の雰囲気温度での蒸気圧は、型接触工程で押印するときのモールド圧力以下であれば制限がないが、0.1〜0.4MPaが好ましい。この範囲であれば、充填性がさらに優れる。雰囲気温度での蒸気圧が0.4MPaより大きいと、気泡の消滅の効果を十分に得ることができない傾向がある。一方、雰囲気温度での蒸気圧が0.1MPaよりも小さいと、減圧が必要となり、装置が複雑になる傾向がある。
型接触工程の雰囲気温度は、特に制限がないが、20℃〜25℃が好ましい。
凝縮性ガスとして、具体的には、トリクロロフルオロメタン等のクロロフルオロカーボン(CFC)、フルオロカーボン(FC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(CHFCHCF、HFC−245fa、PFP)等のハイドロフルオロカーボン(HFC)、ペンタフルオロエチルメチルエーテル(CFCFOCH、HFE−245mc)等のハイドロフルオロエーテル(HFE)等のフロン類が挙げられる。
これらのうち、型接触工程の雰囲気温度が20℃〜25℃での充填性が優れるという観点から、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(23℃での蒸気圧0.14MPa、沸点15℃)、トリクロロフルオロメタン(23℃での蒸気圧0.1056MPa、沸点24℃)、およびペンタフルオロエチルメチルエーテルが好ましい。さらに、安全性が優れるという観点から、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンが特に好ましい。
凝縮性ガスは、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。またこれら凝縮性ガスは、空気、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の非凝縮性ガスと混合して用いてもよい。凝縮性ガスと混合する非凝縮性ガスとしては、充填性の観点から、ヘリウムが好ましい。ヘリウムはモールド104を透過することができる。そのため、型接触工程でモールド104上に形成された微細パターンの凹部に塗布膜(の一部)106と一緒に雰囲気中のガス(凝縮性ガスおよびヘリウム)が充填されたとき、凝縮性ガスが液化するとともにヘリウムはモールドを透過する。
<位置合わせ工程[3]>
次に、必要に応じて、図1(c)に示すように、モールド側位置決めマーク105と、被加工基板の位置決めマーク103が一致するように、モールドおよび/または被加工基板の位置を調整する。位置合わせ工程は必須ではなく、用途によっては省略しても良い。
<光照射工程[4]>
次に、図1(d)に示すように、[3]の工程により、位置を合わせた状態で、光硬化性組成物101のモールド104との接触部分に、モールド104を介して光を照射する。より詳細には、モールド104の微細パターンに充填された塗布膜106に、モールド104を介して光を照射する(図1(d−1))。これにより、モールド104の微細パターンに充填された塗布膜106は、照射される光によって硬化して硬化膜108となる(図1(d−2))。
ここで、モールド104の微細パターンに充填された塗布膜106を構成する光硬化性組成物101に照射する光は、光硬化性組成物101の感度波長に応じて選択される。具体的には、150nm以上400nm以下の波長の紫外光や、X線、電子線等を適宜選択して使用することが好ましい。
これらの中でも、光硬化性組成物101に照射する光(照射光107)は、紫外光が特に好ましい。これは、硬化助剤(光重合開始剤)として市販されているものは、紫外光に感度を有する化合物が多いからである。ここで紫外光を発する光源としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧水銀灯、Deep−UVランプ、炭素アーク灯、ケミカルランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、Fエキシマレーザ等が挙げられるが、超高圧水銀灯が特に好ましい。また使用する光源の数は1つでもよいし又は複数であってもよい。また、光照射を行う際には、モールドの微細パターンに充填された塗布膜106の全面に行ってもよく、一部領域にのみ行ってもよい。
また、光照射は、基板上の全領域に断続的に複数回行ってもよいし、全領域に連続照射してもよい。さらに、第一の照射過程で一部領域Aを照射し、第二の照射過程で領域Aとは異なる領域Bを照射してもよい。
<離型工程[5]>
次に、硬化膜108とモールド104と引き離す。このとき基板102上に所定のパターン形状を有する硬化膜109が形成されている。
本工程(離型工程)では、図1(e)に示すように、硬化膜108とモールド104とを引き離し、工程[4](光照射工程)において、モールド104上に形成された微細パターンの反転パターンとなるパターン形状を有する硬化膜109が得られる。
なお、型接触工程を凝縮性ガス雰囲気下で行った場合、離型工程で硬化膜108とモールド104とを引き離す際に、硬化膜108とモールド104とが接触する界面の圧力が低下することに伴って凝縮性ガスが気化する。これにより、硬化膜108とモールド104とを引き離す力である離型力を低減させる効果を奏する傾向がある。
硬化膜108とモールド104とを引き離す方法としては、引き離す際に硬化膜108の一部が物理的に破損しなければ特に限定されず、各種条件等も特に限定されない。例えば、基板102(被加工基板)を固定してモールド104を基板102から遠ざかるように移動させて剥離してもよい。もしくは、モールド104を固定して基板102をモールドから遠ざかるように移動させて剥離してもよい。あるいは、これらの両方を正反対の方向へ引っ張って剥離してもよい。
以上の工程[1]〜工程[5]を有する一連の工程(製造プロセス)によって、所望の凹凸パターン形状(モールド104の凹凸形状に因むパターン形状)を、所望の位置に有する硬化膜を得ることができる。得られた硬化膜は、例えば、フレネルレンズや回折格子などの光学部材(光学部材の一部材として用いる場合を含む。)として利用することもできる。このような場合、少なくとも、基板102と、この基板102の上に配置されたパターン形状を有する硬化膜109と、を有する光学部材とすることができる。
本実施形態のパターン形状を有する膜の製造方法では、工程[1]〜工程[5]からなる繰り返し単位(ショット)を、同一の被加工基板上で繰り返して複数回行うことができる。工程[1]〜工程[5]からなる繰り返し単位(ショット)を複数回繰り返すことで、被加工基板の所望の位置に複数の所望の凹凸パターン形状(モールド104の凹凸形状に因むパターン形状)を有する硬化膜を得ることができる。
<硬化膜の一部を除去する残膜除去工程[6]>
工程[5]である離型工程により得られる硬化膜は、特定のパターン形状を有するものの、このパターン形状が形成される領域以外の領域においても硬化膜の一部が残る場合がある(以下、このような硬化膜の一部を「残膜」と称する)。そのような場合は、図1(f)に示すように、得られたパターン形状を有する硬化膜のうちの除去すべき領域にある硬化膜(残膜)を除去する。これにより、所望の凹凸パターン形状(モールド104の凹凸形状に因むパターン形状)を有する硬化物パターン110を得ることができる。
ここで、残膜を除去する方法としては、例えば、硬化膜109の凹部である硬化膜(残膜)をエッチングなどの方法により取り除き、硬化膜109が有するパターンの凹部において基板102の表面を露出させる方法が挙げられる。
硬化膜109の凹部にある硬化膜をエッチングにより除去する場合、その具体的な方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法、例えば、ドライエッチングを用いることができる。ドライエッチングには、従来公知のドライエッチング装置を用いることができる。そして、ドライエッチング時のソースガスは、エッチングに供される硬化膜の元素組成によって適宜選択されるが、CF、C、C、CCl、CCl、CBrF、BCl、PCl、SF、Cl等のハロゲン系ガス、O、CO、CO等の酸素原子を含むガス、He、N、Ar等の不活性ガス、H、NHのガス等を使用することができる。なお、これらのガスは混合して用いることもできる。
以上の工程[1]〜工程[6]の製造プロセスによって、所望の凹凸パターン形状(モールド104の凹凸形状に因むパターン形状)を、所望の位置に有する硬化物パターン110を得ることができ、硬化膜パターンを有する物品を得ることができる。更に、得られた硬化物パターン110を利用して基板102を加工する場合は、後述する基板の加工工程(工程[7])を行う。
一方、得られた硬化物パターン110を回折格子や偏光板などの光学部材(光学部材の一部材として用いる場合を含む)として利用し、光学部品を得ることもできる。このような場合、少なくとも、基板102と、この基板102の上に配置された硬化物パターン110と、を有する光学部品とすることができる。
<基板加工工程[7]>
本実施形態に係る硬化物パターンの製造方法によって得られる、凹凸パターン形状を有する硬化物パターン110は、例えば、LSI、システムLSI、DRAM、SDRAM、RDRAM、D−RDRAM等の半導体素子に代表される電子部品に含まれる層間絶縁膜用膜として利用することも可能である。また、半導体素子製造時におけるレジスト膜として利用することも可能である。
硬化物パターン110をレジスト膜として利用する場合、工程[6]であるエッチング工程にて表面が露出した基板の一部分(図1(f)における符号111の領域)に対して、エッチング又はイオン注入等を行う。なおこの際、硬化物パターン110は、エッチングマスクとして機能する。これに加えて電子部品を形成することにより、硬化物パターン110のパターン形状に基づく回路構造112(図1(g))を基板102に形成することができる。これにより、半導体素子等で利用される回路基板を製造することができる。また、この回路基板と回路基板の回路制御機構などとを接続することにより、ディスプレイ、カメラ、医療装置などの電子機器を形成することもできる。
また、同様に、硬化物パターン110をレジスト膜として利用して、エッチング又はイオン注入等を行い、光学部品を得ることもできる。
なお、回路付基板や電子部品を作製する場合、最終的には、加工された基板から硬化物パターン110を除去してもよいが、素子を構成する部材として残す構成としてもよい。
(実施例)
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
(比較例1)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、比較例1のナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)を調製した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−2>ネオペンチルグリコールジアクリレート(共栄社化学製、商品名:NP−A):50重量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)の粘度の測定
円錐平板方式回転型粘度計RE−85L(東機産業製)を用いて、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)の粘度を測定したところ、3.33mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)の硬化膜の作製
密着層として厚さ60nmの密着促進層が形成されたシリコンウエハ上に、調製したナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)を2μL滴下した。その後、上から厚さ1mmの石英ガラスを被せ、一辺25mmの正方形の領域にナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)を充填させた。
次に、超高圧水銀ランプを備えたUV光源から出射され、干渉フィルタを通した光を、石英ガラスを通して塗布膜に200秒照射した。干渉フィルタとしてはVPF−25C−10−15−31300(シグマ光機製)を使用し、このとき照射光である紫外光の波長を313±5nmの単一波長光とし、照度を1mW/cmとした。
光照射後、石英ガラスを剥がし、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
ULVAC製高密度プラズマエッチング装置NE−550を用いて、エッチングガスとその流量をCF/CHF=50sccm/50sccmとして、(b−1)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行った。ドライエッチングによって減少した膜厚を測定することでドライエッチング速度(nm/s)を算出した。なお、ドライエッチング速度は、値が低いほど、ドライエッチング耐性が高いことを意味する。
(比較例2)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、比較例2のナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)を調製した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−2>1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#230):50重量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)の粘度を測定したところ、3.43mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−2)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(b−2)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(比較例3)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、比較例3のナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)を調製した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−2>1,10−デカンジオールジアクリレート(新中村化学工業製、商品名:A−DOD−N):50重量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)の粘度を測定したところ、3.84mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−3)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(b−3)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(比較例4)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、比較例4のナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)を調製した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−2>ネオペンチルグリコールジアクリレート(共栄社化学製、商品名:NP−A):25重量部
<A−3>ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学製、商品名:DCP−A):25重量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)の粘度を測定したところ、5.37mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−4)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(b−4)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(比較例5)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、比較例4のナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)を調製した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−2>ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学製、商品名:DCP−A):50量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)の粘度を測定したところ、9.30mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(b−5)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(b−5)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(実施例1)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、実施例1のナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)を調製した。なお、フェニルエチレングリコールジアクリレート(PhEDA)は上述の一般式(4)で表される合成スキームで合成したものを使用した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−6>フェニルエチレングリコールジアクリレート(PhEDA):50量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)の粘度を測定したところ、5.8mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−1)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(a−1)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(実施例2)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、実施例2のナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)を調製した。なお、2−フェニルプロパン−1,3−ジイルジアクリレート(PhPDA)は上述の一般式(5)で表される合成スキームで合成したものを使用した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):75重量部
<A−7>2−フェニルプロパン−1,3−ジイルジアクリレート(PhPDA):25量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)の粘度を測定したところ、3.67mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−2)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(a−2)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(実施例3)
(1)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)の調製
下記に示される成分(A)、成分(B)を配合し、これを0.2μmの超高分子量ポリエチレン製フィルタでろ過し、実施例3のナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)を調製した。なお、2−フェニルプロパン−1,3−ジイルジアクリレート(PhPDA)は上述の一般式(5)で表される合成スキームで合成したものを使用した。
(1−1)成分(A):合計100重量部
<A−1>ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:V#160):50重量部
<A−7>2−フェニルプロパン−1,3−ジイルジアクリレート(PhPDA):50量部
(1−2)成分(B):合計3重量部
<B−1>Lucirin TPO(BASF製):3重量部
(2)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)の粘度の測定
比較例1と同様に、25℃におけるナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)の粘度を測定したところ、6.14mPa・sであった。
(3)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)の硬化膜の作製
比較例1と同様に、シリコンウエハ上に平均膜厚3.2μmのナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)の硬化膜を得た。
(4)ナノインプリント用光硬化性組成物(a−3)の硬化膜のドライエッチング速度の測定
比較例1と同様に、(a−3)の硬化膜に対して500秒間ドライエッチングを行い、ドライエッチング速度を、(b−1)の硬化膜のドライエッチング速度を100とする相対値として算出した。結果を表1に示す。
(比較例及び実施例のまとめ)
比較例1〜5及び実施例1〜3で得られた結果を表(1)にまとめて示す。
表(1)に示したように、比較例1〜4の組成物(b−1)〜(b−4)は粘度が比較的低かったものの、ドライエッチング耐性が低かった。また、比較例5の組成物(b−5)は、ドライエッチング耐性は高かったものの、粘度が高かった。
一方、本発明に係る実施例1〜3の組成物(a−1)、(a−2)、(a−3)は粘度とドライエッチング耐性の優れたバランスを示した。つまり、実施例1〜3のナノインプリント用光硬化性組成物を用いたナノインプリント方法は、生産性が高く、また、歩留まりも高いことが期待される。
101 光硬化性組成物
102 基板
103 基板側位置合わせマーク
104 モールド
105 モールド側位置合わせマーク
106 塗布膜
107 照射光
108 硬化膜
109 パターン形状を有する硬化膜
110 硬化膜パターン
111 表面が露出した基板の一部分
112 回路構造

Claims (19)

  1. 重合性化合物と、光重合開始剤と、を有する光硬化性組成物であって、
    前記重合性化合物として、下記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする光硬化性組成物。

    ただし、前記一般式(1)において、Arは置換基を有していてもよい1価の芳香族基を表し、Rは置換基を有していてもよいアルキル基または水素原子を表し、Rは置換基を有していてもよい(m+n)価のアルキル基を表し、mは2以上の整数、nは1以上の整数である。
  2. 前記光硬化性組成物の25℃における粘度が、1mPa・s以上100mPa・s以下であることを特徴とする請求項1に記載の光硬化性組成物。
  3. 前記重合性化合物として、単官能(メタ)アクリル化合物をさらに含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光硬化性組成物。
  4. 前記光重合開始剤として、アシルフォスフィンオキサイド系重合開始剤を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
  5. 前記光硬化性組成物の溶剤の含有量が、前記光硬化性組成物全体に対して3重量%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
  6. 前記光硬化性組成物が、ナノインプリント用光硬化性組成物であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
  7. 前記重合性化合物として、下記一般式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
  8. 前記重合性化合物として、下記一般式(3)で表される化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
  9. 基板上に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の光硬化性組成物を配置する第1の工程と、
    前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる第2の工程と、
    前記光硬化性組成物に光を照射して硬化物とする第3の工程と、
    前記硬化物と前記モールドとを引き離す第4の工程と、を有することを特徴とする硬化物パターンの製造方法。
  10. 前記第1の工程から前記第4の工程を、前記基板上の異なる領域において複数回行うことを特徴とする請求項9に記載の硬化物パターンの製造方法。
  11. 前記モールドの表面の材質が石英であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の硬化物パターンの製造方法。
  12. 前記第3の工程が、表面にパターンを有する前記モールドを介して前記光硬化性組成物に光を照射する工程であることを特徴とする請求項9乃至請求項11のいずれか一項に記載の硬化物パターンの製造方法。
  13. 前記第2の工程が、凝縮性ガスを含む雰囲気下で行われることを特徴とする請求項9乃至請求項12のいずれか一項に記載の硬化物パターンの製造方法。
  14. 前記第2の工程が、前記凝縮性ガスと非凝縮性ガスとの混合ガスの雰囲気下で行われることを特徴とする請求項9乃至請求項12のいずれか一項に記載の硬化物パターンの製造方法。
  15. 前記非凝縮性ガスが、ヘリウムであることを特徴とする請求項14に記載の硬化物パターンの製造方法。
  16. 前記凝縮性ガスが、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンであることを特徴とする請求項13乃至請求項15のいずれか一項に記載の硬化物パターンの製造方法。
  17. 請求項9乃至請求項16のいずれか一項に記載の硬化物パターンの製造方法により硬化物パターンを得る工程を有することを特徴とする光学部品の製造方法。
  18. 請求項9乃至請求項16のいずれか一項に記載の硬化物パターンの製造方法により硬化物パターンを得る工程と、
    得られた前記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、を有することを特徴とする回路基板の製造方法。
  19. 前記回路基板が半導体素子で利用される回路基板であることを特徴とする請求項18に記載の回路基板の製造方法。
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