JP5617632B2 - 光硬化性組成物および表面に微細パターンを有する成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)含フッ素モノマーと、フッ素を含まないモノマーと、含フッ素界面活性剤または含フッ素ポリマーと、重合開始剤とを含む光硬化性組成物(特許文献3参照)。
本発明の光硬化性組成物は、溶剤を含まないことが好ましい。
本発明の光硬化性組成物は、硬化後の波長589nmにおける屈折率が1.54以上であることが好ましい。
また、本発明の、表面に微細パターンを有する成形体の製造方法において、光硬化性組成物を硬化するために使用する光の波長は、200〜500nmであることが好ましい。
本発明の、表面に微細パターンを有する成形体の製造方法によれば、モールドの反転パターンが精密に転写された微細パターンを表面に有する、高屈折率の成形体を製造できる。
本発明の光硬化性組成物は、化合物(A)〜(C)、および光重合開始剤(D)を含み、必要に応じて含フッ素界面活性剤(E)および添加剤(F)を含む組成物である。
化合物(A):硬化前の波長589nmにおける屈折率が1.55以上の化合物であり、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基を2つ以上有する化合物。
化合物(B):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(ただし、化合物(A)を除く。)。
化合物(C):(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有する化合物(ただし、化合物(B)を除く。)。
溶剤とは、化合物(A)〜(C)、光重合開始剤(D)、含フッ素界面活性剤(E)、および添加剤(F)のいずれかを溶解させる能力を有する化合物である。
実質的に溶剤を含まないとは、溶剤を全く含まない、また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ことを意味する。ただし、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%)中、10質量%以下がより好ましい。
硬化後の光硬化性組成物の波長589nmにおける屈折率は、アッベ屈折率計を用い23℃にて測定する。
化合物(A)は、硬化前の波長589nmにおける屈折率が1.55以上の化合物であり、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基を2つ以上有する化合物である。
硬化前の化合物(A)の波長589nmにおける屈折率は、1.55以上であり、1.55〜1.63が好ましい。該屈折率が1.55未満では、波長589nmにおける屈折率が1.54以上の光硬化性組成物の硬化物を得ることができない。
硬化前の化合物(A)の波長589nmにおける屈折率は、アッベ屈折率計を用い23℃にて測定する。
ベンゼン環を2つ以上有する芳香族化合物としては、下式(A1)〜(A7)で表される、ビスフェノール骨格を有する化合物、ナフタレン骨格を有する化合物、アントラセン骨格を有する化合物、フルオレン骨格を有する化合物等が挙げられる。
フルオレン骨格を有する化合物としては、式(A5)〜(A7)で表されるフルオレン骨格のジ(メタ)アクリレート化合物が挙げられる。フルオレン骨格を有する化合物の市販品としては、オグソールEA−F5003(大阪ガスケミカル社製)、NKエステルA−BPEF(新中村化学工業社製)等が挙げられる。
化合物(A)の含有量は、化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および光重合開始剤(D)の合計(100質量%)のうち61〜90質量%であり、63〜80質量%が好ましい。化合物(A)の含有量が61質量%以上であれば、波長589nmにおける屈折率が1.54以上の光硬化性組成物の硬化物を得ることができる。化合物(A)の含有量が90質量%以下であれば、硬化物が層分離することはない。
化合物(B)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(ただし、化合物(A)を除く。)である。
化合物(B)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。
本発明の光硬化性組成物中に化合物(B)が含まれることで、モールドと硬化した該光硬化性組成物とを分離する際の離型を容易に行うことができる。
3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、
2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチル(メタ)アクリレート、
CH2=CHCOOCH2CF2OCF2CF2OCF3、
CH2=CHCOOCH2CF2O(CF2CF2O)3CF3、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2OCF2CF2OCF3、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2O(CF2CF2O)3CF3、
CH2=CHCOOCH2CF(CF3)OCF2CF(CF3)O(CF2)3F、 CH2=CHCOOCH2CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)2(CF2)3F、
CH2=C(CH3)COOCH2CF(CF3)OCF2CF(CF3)O(CF2)3F、
CH2=C(CH3)COOCH2CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)2(CF2)3F、
CH2=CFCOOCH2CH(OH)CH2(CF2)6CF(CF3)2、
CH2=CFCOOCH2CH(CH2OH)CH2(CF2)6CF(CF3)2、 CH2=CFCOOCH2CH(OH)CH2(CF2)10F、
CH2=CFCOOCH2CH(CH2OH)CH2(CF2)10F、
CH2=CHCOOCH2CF2(OCF2CF2)nOCF2CH2OCOCH=CH2(ただし、nは4〜20の整数を示す。)等。
CH2=CHCOO(CH2)2(CF2)10F、
CH2=CHCOO(CH2)2(CF2)8F、
CH2=CHCOO(CH2)2(CF2)6F、
CH2=C(CH3)COO(CH2)2(CF2)10F、
CH2=C(CH3)COO(CH2)2(CF2)8F、
CH2=C(CH3)COO(CH2)2(CF2)6F、
CH2=CHCOOCH2(CF2)6F、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)6F、
CH2=CHCOOCH2(CF2)7F、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)7F、
CH2=CHCOOCH2CF2CF2H、
CH2=CHCOOCH2(CF2CF2)2H、
CH2=CHCOOCH2(CF2CF2)4H、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2CF2)H、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2CF2)2H、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2CF2)4H。
CF2=CFCF2C(CF3)(OH)CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OH)CH2CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OCH2OCH2CF3)CH2CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OCH2OCH3)CH2CH=CH2。
化合物(B)の含有量は、化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および光重合開始剤(D)の合計(100質量%)のうち、2〜15質量%であり、4〜10質量%が好ましい。化合物(B)の含有量が2質量%以上であれば、離型性に優れる硬化物を得ることができ、さらに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、調製時にろ過がしやすくなり、さらにナノインプリントする時に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(B)の含有量が15質量%以下であれば、均一に混合することができることから機械的強度の優れた硬化物を得ることができ、さらに光硬化性組成物の硬化物の波長589nmにおける屈折率が1.54未満に低下するのを抑えることもできる。
化合物(C)は、(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有する化合物(ただし、化合物(B)を除く。)である。
化合物(C)は、他の成分を溶解させる成分であり、かつ化合物(A)と化合物(B)との相溶性を向上させる成分である。化合物(A)と化合物(B)との相溶性が良好であれば、光硬化性組成物の調製時の泡立ちが抑えられ、フィルターを通しやすくなる等、光硬化性組成物の調製が容易となり、また、均一な光硬化性組成物が得られる。さらに、均質な硬化物が得られることによって、離型性、機械的強度が充分に発揮できる。
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、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、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ベヘニル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、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、2−ナフチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(4−ベンゾイル−3−ヒドロキシフェノキシ)エチル(メタ)アクリレート、9−アントラセニル(メタ)アクリレート、フルオレセイン o−(メタ)アクリレート、2−(9H−カルバゾールー9−イル)エチル(メタ)アクリレート、ジルコニウム(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、o−フェニルフェノールグルシジルエーテル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル化o−フェニルフェノール(メタ)アクリレート等。
化合物(C)の含有量は、化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および光重合開始剤(D)の合計(100質量%)のうち、5〜35質量%であり、10〜30質量%が好ましい。化合物(C)の含有量が5質量%以上であれば、化合物(A)と化合物(B)との相溶性が良好となる。化合物(C)の含有量が35質量%以下であれば、波長589nmにおける屈折率が1.54以上の光硬化性組成物の硬化物を得ることができる。
光重合開始剤(D)としては、アセトフェノン系光重合開始剤、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、α−アミノケトン系光重合開始剤、α−ヒドロキシケトン系光重合開始剤、α−アシルオキシムエステル、ベンジル−(o−エトキシカルボニル)−α−モノオキシム、アシルホスフィンオキサイド、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−ブチルパーオキシピバレート等が挙げられる。なかでも、感度および相溶性の点から、アセトフェノン系光重合開始剤、ベンゾイン系光重合開始剤、α−アミノケト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−2’−フェニルアセトフェノン、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等。
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。
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−モリフォリノプロパン−1−オン等。
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(D)の含有量は、化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および光重合開始剤(D)の合計(100質量%)のうち、1〜12質量%であり、3〜10質量%が好ましい。光重合開始剤(D)の含有量が1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(D)の含有量が12質量%以下であれば、均一に混合することができることから、硬化物に残存する光重合開始剤(D)が少なくなり、硬化物の物性の低下が抑えられる。
光硬化性組成物は、化合物(A)〜(C)、および光重合開始剤(D)の他に、さらに含フッ素界面活性剤(E)を含んでいてもよい。
含フッ素界面活性剤(E)は、硬化物の離型性を向上させる成分である。
含フッ素界面活性剤(E)としては、含フッ素界面活性剤(E)の全元素中(100質量%)、フッ素含有量が10〜70質量%の含フッ素界面活性剤が好ましく、フッ素含有量が10〜40質量%の含フッ素界面活性剤がより好ましい。含フッ素界面活性剤は、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における分散性の点から、脂溶性が好ましい。
ア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−111(商品名、AGCセイミケミカル社製)、フロラードFC−143(商品名、住友スリーエム社製)、メガファックF−120(商品名、DIC社製)等が挙げられる。
カチ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−121(商品名、AGCセイミケミカル社製)、フロラードFC−134(商品名、住友スリーエム社製)、メガファックF−150(商品名、DIC社製)等が挙げられる。
両性含フッ素界面活性剤の具体例としては、サーフロンS−132(商品名、AGCセイミケミカル社製)、フロラードFX−172(商品名、住友スリーエム社製)、メガファックF−120(商品名、DIC社製)等が挙げられる。
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−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−141(商品名、DIC社製)等が挙げられる。
含フッ素界面活性剤(E)の含有量は、化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および光重合開始剤(D)の合計100質量部に対して0.01〜3質量部が好ましく、0.1〜1質量部がより好ましい。含フッ素界面活性剤(E)の含有量が0.01質量部以上であれば、離型性が向上する。含フッ素界面活性剤(E)の含有量が3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、硬化物の相分離が抑えられる。
光硬化性組成物は、化合物(A)〜(C)、光重合開始剤(D)、含フッ素界面活性剤(E)を除く、他の添加剤(F)を含んでいてもよい。
添加剤(F)としては、炭素−炭素不飽和二重結合を有する化合物(ただし、化合物(A)〜(C)を除く。)、光増感剤、ポリマー、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。
金属酸化物微粒子としては、チタニア、シリカ被覆チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ、酸化鉄等が挙げられる。
炭素化合物としては、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド、DLC等が挙げられる。
金属微粒子としては、銅、白金等が挙げられる。
他の有機化合物としては、ポルフィリン、金属内包ポリフィリン等が挙げられる。
さらに、化合物(C)を含んでいるため、化合物(A)と化合物(B)との相溶性にすぐれ、その結果、硬化物の離型性および機械的強度がさらに向上する。
本発明の、表面に微細パターンを有する成形体の製造方法は、下記の(1)〜(3)の工程を有する。
(1)本発明の光硬化性組成物を、微細パターンの反転パターンを表面に有するモールドの該反転パターンを有する表面に接触させる工程。
(2)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。
(3)硬化物からモールドを分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程。
下記の工程(a−1)〜(a−4)を有する方法。
(a−1)図1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1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、または基板30およびモールド10を分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程。
下記の工程(b−1)〜(b−4)を有する方法。
(b−1)図2に示すように、光硬化性組成物20をモールド10の反転パターン12の表面に配置する工程。
(b−2)図2に示すように、基板30をモールド10の表面の光硬化性組成物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、または基板30およびモールド10を分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程。
下記の工程(c−1)〜(c−4)を有する方法。
(c−1)図1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1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、または基板30およびモールド10を分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程。
無機材料製基板としては、シリコンウェハ、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(アルミナ等。)、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。
有機材料製基板としては、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等。)、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、環状ポリオレフィン等が挙げられる。
モールド用の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。
モールド用の透光材料としては、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、ポリエチレンテレフタレート、透明フッ素樹脂等が挙げられる。
凸部としては、モールドの表面に延在する長尺の凸条、表面に点在する突起等が挙げられる。
凹部としては、モールドの表面に延在する長尺の溝、表面に点在する孔等が挙げられる。
凸条または溝の、長手方向に直交する方向の断面形状としては、長方形、台形、三角形、半円形等が挙げられる。
突起または孔の形状としては、三角柱、四角柱、六角柱、円柱、三角錐、四角錐、六角錐、円錐、半球、多面体等が挙げられる。
突起または孔の幅は、平均で50nm〜500μmが好ましく、70nm〜300μmがより好ましい。突起の幅とは、底面が細長い場合、長手方向に直交する方向の断面における底辺の長さを意味し、そうでない場合、突起の底面における最大長さを意味する。孔の幅とは、開口部が細長い場合、長手方向に直交する方向の断面における上辺の長さを意味し、そうでない場合、孔の開口部における最大長さを意味する。
凹部の深さは、平均で50nm〜500μmが好ましく、70nm〜300μmがより好ましい。
凹部の最小寸法は、50nm〜500μmが好ましく、70nm〜300μmがより好ましく、70nm〜150μmが特に好ましい。凹部の最小寸法とは、凹部の幅、長さおよび深さのうち最小の寸法を意味する。
光硬化性組成物の配置方法としては、インクジェット法、ポッティング法、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、ラングミュラープロジェット法、真空蒸着法等が挙げられる。
光硬化性組成物は、基板の全面に配置してもよく、基板の表面の一部に配置してもよい。
モールドを光硬化性組成物に押しつける際のプレス圧力(ゲージ圧)は、0超〜10MPa以下が好ましく、0.1MPa〜5MPaがより好ましい。モールドを光硬化性組成物に押しつける際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜60℃がより好ましい。
光硬化性組成物の配置方法としては、インクジェット法、ポッティング法、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、ラングミュラープロジェット法、真空蒸着法等が挙げられる。
光硬化性組成物は、モールドの反転パターンの全面に配置してもよく、反転パターンの一部に配置してもよく、反転パターンの全面に配置することが好ましい。
基板を光硬化性組成物に押しつける際のプレス圧力(ゲージ圧)は、0超〜10MPa以下が好ましく、0.1MPa〜5MPaがより好ましい。基板を光硬化性組成物に押しつける際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜60℃がより好ましい。
光硬化性組成物を基板とモールドとの間に充填する方法としては、毛細管現象により空隙に光硬化性組成物を吸引する方法が挙げられる。
光硬化性組成物を充填する際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜60℃がより好ましい。
光を照射する方法としては、透光材料製モールドを用い該モールド側から光照射する方法、透光材料製基板を用い該基板側から光照射する方法などが挙げられる。光の波長は、200〜500nmが好ましく、250〜400nmがより好ましい。光を照射する際には、光硬化性組成物を加熱して硬化を促進してもよい。
光を照射する際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜60℃がより好ましい。
硬化物からモールド、または基板およびモールドを分離する際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜60℃がより好ましい。
硬化物からモールドのみを分離した場合、図4に示すような、モールドの反転パターンが転写された表面を有する硬化物42と基板30とからなる、表面に微細パターン44を有する成形体40(積層体)が得られる。
光学素子: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。
反射防止部材:AR(Anti Reflection)コート部材等。
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、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、半導体装置の製造に用いられるレジスト、ナノインプリント用のドーターモールド等。
レジストとして用いる場合、該微細パターンを有する成形体をマスクとして基板をエッチングすることで、基板に微細パターンを形成できる。
例1〜6、15、および16は実施例であり、例7〜14は比較例である。
光硬化性組成物の屈折率は、下記のようにして求めた。
光硬化性組成物に高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて254nm、315nm、および365nmに主波長を有する光源。)からの光を15秒間照射し、硬化物を得た。
該硬化物について、アッベ屈折率測定装置(ATAGO社製、2T型)を用いて23℃にて波長589nmにおける屈折率を測定した。
光硬化性組成物の感度は、下記のようにして求めた。
光硬化性組成物をスピンコート法にて厚さ約1.5μmになるように塗膜し、そこに高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて254nm、315nm、および365nmに主波長を有する光源。)からの光を照射し、完全に硬化するまでの積算光量を求め、感度とした。
光硬化性組成物が完全に硬化したかどうかは、IRスペクトルを測定し、アクリル部分のオレフィンの吸収の有無により判断した。積算光量が1000mJ/cm2以下の値の時に、感度は良好であると判断した。
光硬化性組成物の25℃における粘度は、標準液(JS50(25℃で33.17mPa・S))で校正済みの粘度計(東機産業社製、TV−20)を用いて測定した。
硬化物の水に対する接触角は、下記のようにして測定した。
光硬化性組成物に高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて254nm、315nm、および365nmに主波長を有する光源。)からの光を15秒間照射し、硬化物を得た。
該硬化物について、接触角計(協和界面科学社製、CA−X150型)を用い、JISR3257に則り4μLの水を硬化物の表面に着滴させて測定した。
水に対する接触角は、硬化物の離型性の目安となる。接触角が75度以上の時に、離型性は良好であると判断した。
化合物(A71):大阪ガスケミカル社製、商品名:オグソールEA−F5003、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンエチレンオキサイド変性ジアクリレート、波長589nmにおける屈折率:1.583。
化合物(B11):アルドリッチ社製、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。
CH2=CHCOOCH2CH2(CF2)6F ・・・(B11)
CF2=CFCF2C(CF3)(OH)CH2CH=CH2 ・・・(B21)
化合物(B21)の合成:
2Lのガラス製反応器にCF2ClCFClCF2C(O)CF3の108gおよび脱水テトラヒドロフランの500mLを入れ、0℃に冷却した。これに、窒素雰囲気下で、2MのCH2=CHCH2MgClのテトラヒドロフラン溶液の200mLをさらに200mLの脱水テトラヒドロフランで希釈したものを、約5.5時間かけて滴下した。滴下終了後、0℃で30分撹拌し、室温で17時間撹拌した後、2N塩酸の200mLを滴下した。さらに、水の200mLおよびジエチルエーテルの300mLを加え、分液し、ジエチルエーテル層を有機層として得た。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過し、粗液を得た。粗液をエバポレーターで濃縮し、ついで減圧蒸留して、85gのCF2ClCFClCF2C(CF3)(OH)CH2CH=CH2(留出温度;60〜66℃/0.7kPa)を得た。
19F−NMR(376.2MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):−75.7(m,3F),−92.2(m,1F),−106.57(m,1F),−112.6(m,2F), −183.5(m,1F)。
化合物(C1):出光興産社製、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート。
光重合開始剤(D1):チバ・ガイギー・スペシャリティー社製、商品名:イルガキュア651。
含フッ素界面活性剤(E1):ノニオン系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−393。
添加剤(F1):酸化チタン(アルドリッチ社製、ナノパウダー)。
添加剤(F2):酸化ジルコニア(アルドリッチ社製、ナノパウダー)。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C1)の1.04gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16gを混合し、5.0μmのポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと記す。)製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C2)の1.04gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の3.00g、化合物(B11)の0.28g、および化合物(C1)の0.60gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.12gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C1)の1.04gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16g、および含フッ素界面活性剤(E1)の0.004gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C1)の1.04gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16g、および添加剤(F1)の0.12gを加えて高速撹拌機にて混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C1)の1.04gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16、および添加剤(F2)の0.12gを加えて高速撹拌機にて混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.20g、化合物(B11)の0.40g、および化合物(C1)の1.24gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の3.68g、化合物(B11)の0.08g、および化合物(C1)の0.20gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.04gを混合したが、層分離してしまい均一な組成物を得ることができなかった。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.04g、および化合物(C1)の1.20gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.80g、および化合物(C1)の0.44gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16gを混合したが、層分離してしまい均一な組成物を得ることができなかった。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の3.40g、化合物(B11)の0.32g、および化合物(C1)の0.08gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.20gを混合したが、層分離してしまい均一な組成物を得ることができなかった。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.44g、化合物(B11)の0.08g、および化合物(C1)の1.44gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.04gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C1)の1.18gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.02gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.52g、化合物(B11)の0.20g、および化合物(C1)の0.68gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.60gを混合したが、光重合開始剤(D1)が溶けきれず均一な組成物を得ることができなかった。
バイヤル容器(内容積6mL)に、化合物(A71)の2.60g、化合物(B21)の0.20g、および化合物(C1)の1.04gを加え、つぎに光重合開始剤(D1)の0.16gを混合し、5.0μmのPTFE製のフィルターにてろ過して、光硬化性組成物を得た。該組成物の組成を表1に、評価結果を表2に示す。
25℃にて、例1の光硬化性組成物の1滴をシリコンウェハ上に垂らし、該組成物が均一に塗布されたシリコンウェハを得た。幅800nm、深さ180nm、長さ10μmの凹部を表面に有する石英製モールドを、シリコンウェハ上の光硬化性組成物に押しつけて、そのまま0.5MPa(ゲージ圧)でプレスした。
つぎに25℃にて、モールド側から光硬化性組成物に高圧水銀灯(1.5〜2.0kHzにおいて254nm、315nm、および365nmに主波長を有する光源。)からの光を15秒間照射して、光硬化性組成物の硬化物を得た。25℃にて、モールドをシリコンウェハから分離して、モールドの凹部が反転した凸部を表面に有する硬化物がシリコンウェハの表面に形成された成形体を得た。該凸部の底面から頂上面まで高さは、178〜180nmであった。
なお、2008年5月29日に出願された日本特許出願2008−140764号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
12 反転パターン
20 光硬化性組成物
30 基板
40 成形体
42 硬化物
44 微細パターン
Claims (10)
- 硬化前の波長589nmにおける屈折率が1.55以上の、ベンゼン環を2つ以上有する芳香族化合物であり、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基を2つ以上有する化合物(A)と、
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)(ただし、化合物(A)を除く。)と、
(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有する化合物(C)(ただし、化合物(B)を除く。)と、
光重合開始剤(D)とを含み、
化合物(A)、化合物(B)、化合物(C)および光重合開始剤(D)の合計(100質量%)のうち、化合物(A)が61〜90質量%であり、化合物(B)が2〜15質量%であり、化合物(C)が5〜35質量%であり、光重合開始剤(D)が1〜12質量%である、ことを特徴とする光硬化性組成物。 - さらに、含フッ素界面活性剤(E)を含有する請求項1に記載の光硬化性組成物。
- 溶剤を含まない、請求項1または2に記載の光硬化性組成物。
- 硬化後の波長589nmにおける屈折率が1.54以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の光硬化性組成物。
- 表面に微細パターンを有する成形体の製造方法であり、
請求項1〜4のいずれかに記載の光硬化性組成物を、前記微細パターンの反転パターンを表面に有するモールドの該反転パターンを有する表面に接触させる工程と、
前記モールドの表面に前記光硬化性組成物を接触させた状態で、前記光硬化性組成物に光を照射し、前記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、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程と
を有する、ことを特徴とする表面に微細パターンを有する成形体の製造方法。 - 表面に微細パターンを有する成形体の製造方法であり、
請求項1〜4のいずれかに記載の光硬化性組成物を、基板の表面に配置する工程と、
前記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、該モールドの反転パターンが前記光硬化性組成物に接するように、前記光硬化性組成物に押しつける工程と、
前記モールドを前記光硬化性組成物に押しつけた状態で、前記光硬化性組成物に光を照射し、前記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、または前記基板および前記モールドを分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程と
を有する、ことを特徴とする表面に微細パターンを有する成形体の製造方法。 - 表面に微細パターンを有する成形体の製造方法であり、
請求項1〜4のいずれかに記載の光硬化性組成物を、前記微細パターンの反転パターンを表面に有するモールドの該反転パターンを有する表面に配置する工程と、
基板を、前記光硬化性組成物に押しつける工程と、
前記基板を前記光硬化性組成物に押しつけた状態で、前記光硬化性組成物に光を照射し、前記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、または前記基板および前記モールドを分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程と
を有する、ことを特徴とする表面に微細パターンを有する成形体の製造方法。 - 表面に微細パターンを有する成形体の製造方法であり、
基板と、前記微細パターンの反転パターンを表面に有するモールドとを、該モールドの反転パターンが前記基板の側になるように接近または接触させる工程と、
請求項1〜4のいずれかに記載の光硬化性組成物を、前記基板と前記モールドとの間に充填する工程と、
前記基板と前記モールドとが接近または接触した状態で、前記光硬化性組成物に光を照射し、前記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、または前記基板および前記モールドを分離して、表面に微細パターンを有する成形体を得る工程と
を有する、ことを特徴とする表面に微細パターンを有する成形体の製造方法。 - 光硬化性組成物を硬化する際に使用する光の波長が、200〜500nmである請求項5〜8のいずれかに記載の表面に微細パターンを有する成形体の製造方法。
- 請求項5〜9のいずれかに記載の表面に微細パターンを有する成形体の製造方法により得られることを特徴とする成形体。
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