JP5804987B2 - 光硬化性ナノインプリント用組成物、該組成物を用いたパターンの形成方法、及び該組成物の硬化体を有するナノインプリント用レプリカ金型 - Google Patents
光硬化性ナノインプリント用組成物、該組成物を用いたパターンの形成方法、及び該組成物の硬化体を有するナノインプリント用レプリカ金型 Download PDFInfo
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Description
(A)下記式(1)
(A)下記式(1)
R1、およびR3は、それぞれ、炭素数1〜10のアルキル基、または炭素数3〜10のシクロアルキル基であり;
R2は、炭素数1〜100の含フッ素アルキル基、含フッ素シクロアルキル基、または含フッ素アルコキシエーテル基であり;
aは、1〜3の整数であり、bは、0〜2の整数であり、ただし、a+b=1〜3であり; R1、R2、およびR3が、それぞれ、複数存在する場合には、複数のR1、R2、およびR3は、それぞれ、同種または異種の基であってよい)
で示されるフッ素化有機シラン化合物、及び
下記式(2)
R4は、水素原子、またはメチル基であり;
R5は、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基、または炭素数3〜10のポリメチレン基であり;
R6は、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数3〜4のシクロアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり;
R7は、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数3〜4のシクロアルキル基であり;
lは0〜2の整数であり、mは1〜3の整数であり、ただし、l+m=1〜3であり;
R4、R5、R6およびR7が、それぞれ、複数存在する場合には、複数のR4、R5、R6およびR7は、それぞれ、同種または異種の基であってもよい)
で示される(メタ)アクリル基含有珪素化合物を含む混合物を加水分解した加水分解物、
(B)(メタ)アクリル基を有する重合性単量体、並びに
(C)光重合開始剤
を含有する光硬化性ナノインプリント用組成物である。なお、本発明において、用語「(メタ)アクリル基」とは、メタクリル基、またはアクリル基を意味する。
R8は、同種または異種の炭素数1〜4のアルキル基であり、nは、1〜10の整数である)
で示される有機珪素化合物の加水分解物をさらに含む。
Mは、ジルコニウムまたはチタニウムであり、
R9は、同種または異種の炭素数1〜10のアルキル基である)
で示される金属アルコキシドの加水分解物をさらに含む。
前記フッ素化有機シラン化合物0.001〜4質量部、前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物3〜300質量部、前記有機珪素化合物10〜250質量部、及び前記金属アルコキシド1〜50質量部をそれぞれ加水分解した加水分解物(A)、並びに前記光重合開始剤(C)を1〜10質量部含むことが好ましい。
パターンが形成された金型のパターン形成面と前記塗膜とを接触させ、その状態で光を照射して塗膜を硬化させる工程、
前記金型を、硬化した塗膜から分離して、前記金型のパターン形成面に形成されているパターンに対応するパターンを基板上に形成する工程
を含むことを特徴とするパターンの形成方法である。
また、本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、分散性がよいため、不溶な不純物が混入した場合でも、濾過による精製が容易であり、生産性の高いものとなる。さらに、該組成物から形成された塗膜は、比較的低い圧力で金型を押し当てた場合でも、パターンの転写が容易にできる。加えて、該塗膜を硬化させて得られる硬化膜(パターン)は、基板との密着性に優れ、酸素ガスに対するエッチング耐性に優れたものである。しかも、パターン転写後の硬化膜は、例えば、シランカップリング剤との反応も容易に行うことができるため、その表面を容易に改質できる。例えば、該硬化膜からなるパターンを有する基板は、フッ素を含有するシランカップリング剤で表面処理するとこにより、他物質との離型性をさらに高めることができる。そのため、このようなシランカップリング剤で処理した基板は、ナノインプリント用レプリカ金型として使用することもできる。
(A)下記式(1)
下記式(2)
(B)(メタ)アクリル基を有する重合性単量体、並びに
(C)光重合開始剤
を含有するものである。
本発明において、加水分解物(A)は、前記式(1)で示されるフッ素化有機シラン化合物と前記式(2)で示される(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物の加水分解物(以下第一混合物ともいう)である。また、第一混合物に必要に応じて前記式(3)で示される有機珪素化合物の加水分解物をさらに含んだ加水分解物(以下第二混合物ともいう)や第二混合物に必要に応じて前記式(4)で示される金属アルコキシドの加水分解物をさらに含んだ加水分解物(以下第三混合物ともいう)も加水分解物(A)である。
本発明においては、下記式(1)
R1、およびR3は、それぞれ、炭素数1〜10のアルキル基、または炭素数3〜10のシクロアルキル基であり;
R2は、炭素数1〜100の含フッ素アルキル基、含フッ素シクロアルキル基、または含フッ素アルコキシエーテル基であり;
aは、1〜3の整数であり、bは、0〜2の整数であり、ただし、a+b=1〜3であり; R1、R2、およびR3が、それぞれ、複数存在する場合には、複数のR1、R2、およびR3は、それぞれ、同種又は異種の基であってもよい)
で示されるフッ素化有機シラン化合物(以下、単に「フッ素化シラン化合物」とする場合もある)を使用する。このフッ素化シラン化合物を使用することによって、パターンの基板との密着性を損なわずに、金型からの離型性を向上させることができる。
上記式(5)において、Xは1〜6、Yは5〜50であることが好ましい。
また、R1、R2、およびR3が、それぞれ、複数存在する場合には、複数のR1、R2、およびR3は、それぞれ、同種又は異種の基であってよい。
本発明においては、下記式(2)
R4は、水素原子、またはメチル基であり;
R5は、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基、または炭素数3〜10のポリメチレン基であり;
R6は、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数3〜4のシクロアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり;
R7は、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数3〜4のシクロアルキル基であり;
lは0〜2の整数であり、mは1〜3の整数であり、ただし、l+m=1〜3であり、
R4、R5、R6およびR7がそれぞれ複数存在する場合には、その複数のR4、R5、R6およびR7は、同種又は異種の基であってよい)
で示される(メタ)アクリル基含有珪素化合物(以下、単に「(メタ)アクリル基含有珪素化合物」ともいう)を使用する。この(メタ)アクリル基含有珪素化合物を使用することにより、酸素ガスによるエッチング耐性を向上することができ、分散性のよい光硬化性ナノインプリント用組成物が得られ、濾過による精製が容易となり、生産性が良好となる。また、光硬化により得られる硬化膜の微細な構造において、無機成分と有機成分とが比較的均質な状態で分散したものとなる(無機成分が極端に凝集したような分散状態とはならない)。その結果、均一な転写パターン、及び均一な残膜を形成することができ、エッチング耐性のバラツキが小さくなるものと推定される。
これらの中でも、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基等の炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数3〜4のポリメチレン基が好ましい。
−OR7で示されるアルコキシ基は、加水分解時にR7由来のアルコールを生成するが、本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、このアルコールを含んでいてもよい。そのため、他成分と容易に混合できるアルコールとなること、及び基板上に塗膜を形成した後、容易に除去できるアルコールとなることを考慮すると、具体的には、R7は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。
本発明において、加水分解物(A)は、前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物を加水分解したものである。この加水分解物(A)には、前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物の加水分解物以外に、下記式(3)
R8は、同種又は異種の炭素数1〜4のアルキル基であり、nは、1〜10の整数である。)で示される有機珪素化合物(以下、単に「有機珪素化合物」ともいう)の加水分解物を含むことができる。この有機珪素化合物を使用することにより、酸素ガスによるエッチング耐性をさらに向上することができる。
本発明において、加水分解物(A)は、前記有機珪素化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物を加水分解したものである。この加水分解物には、前記有機珪素化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物の加水分解物以外に、前記有機珪素化合物の加水分解物を含むことができるが、さらに、下記式(4)
Mは、ジルコニウム、またはチタニウムであり、
R9は、同種又は異種の炭素数1〜10のアルキル基である)で示される金属アルコキシド(以下、単に「金属アルコキシド」とする場合もある)の加水分解物を含むことができる。本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、特に、酸素ガスに対するエッチング耐性の優れた硬化膜を形成することができるが、この金属アルコキシドを含有させることにより、さらに、フッ素系ガスに対するエッチング耐性を向上させることができる。そして、金属アルコキシドの使用量に併せて、フッ素系ガスのエッチング速度を調整することもできる。
−OR9で示されるアルコキシ基も、上記の有機珪素化合物等と同じく、加水分解時にR9由来のアルコールを生成するが、本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、このアルコールを含んでいてもよい。そのため、−OR9が他成分と容易に混合できるアルコールとなること、及び基板上に塗膜を形成した後、容易に除去できるアルコールとなることを考慮すると、具体的には、R9は、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。
また、前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物を加水分解したものに、前記有機珪素化合物の加水分解物を含み、さらに、前記金属アルコキシドの加水分解物を含む第三混合物の態様としては、例えば前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物を加水分解したものと前記有機珪素化合物の加水分解物と前記金属アルコキシドの加水分解物を混合したものや、前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物を加水分解したものに前記有機珪素化合物を混合し加水分解したものに前記金属アルコキシドの加水分解物を混合したものや、前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物を加水分解したものに前記有機珪素化合物を混合し加水分解したものに、さらに前記金属アルコキシドを混合し加水分解したものや、前記フッ素化シラン化合物と前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物とを含む混合物に前記有機珪素化合物と前記金属アルコキシドを混合し加水分解したものが挙げられる。
本発明において、加水分解物(A)を構成するフッ素化シラン化合物と(メタ)アクリル基含有珪素化合物は、基板への密着性および金型からの離型性を両立化するという点から、以下の配合量とすることが好ましい。つまり、加水分解物(A)は、下記に詳述する(メタ)アクリル基を有する重合性単量体(B)100質量部に対して、フッ素化シラン化合物0.001〜4質量部、及び(メタ)アクリル基含有珪素化合物3〜300質量部含む混合物を加水分解したもの(第一混合物)であることが好ましい。加水分解に使用する水の量は、フッ素化シラン化合物と(メタ)アクリル基含有珪素化合物との全アルコキシ基のモル数に対して、0.1倍モル以上1.0倍モル未満であると、塗膜の密着性や比較的低い圧力でパターンの転写が容易にできる点から好ましい。
本発明において、加水分解物(A)を構成するフッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物、及び有機珪素化合物は、以下の配合量とすることが基板への密着性および金型からの離型性を両立化するという点から好ましい。つまり、加水分解物(A)は、下記に詳述する(メタ)アクリル基を有する重合性単量体(B)100質量部に対して、フッ素化シラン化合物0.001〜4質量部、(メタ)アクリル基含有珪素化合物3〜300質量部、及び有機珪素化合物10〜250質量部をそれぞれ加水分解した加水分解物(第二混合物)であることが好ましい。加水分解に使用する水の量は、フッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物及び有機珪素化合物の全アルコキシ基のモル数に対して、0.1倍モル以上1.0倍モル未満であると、塗膜の密着性や比較的低い圧力でパターンの転写が容易にできる点から好ましい。
本発明において、加水分解物(A)を構成するフッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物、有機珪素化合物、及び金属アルコキシドは、以下の配合量とすることが好ましい。つまり、加水分解物(A)は、下記に詳述する(メタ)アクリル基を有する重合性単量体(B)100質量部に対して、フッ素化シラン化合物0.001〜4質量部、(メタ)アクリル基含有珪素化合物3〜300質量部、有機珪素化合物10〜250質量部、及び金属アルコキシド1〜50重量部をそれぞれ加水分解した加水分解物(第三混合物)であることが好ましい。加水分解に使用する水の量は、フッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物、有機珪素化合物及び金属アルコキシドの全アルコキシ基のモル数に対して、0.1倍モル以上1.0倍モル未満であると、塗膜の密着性や比較的低い圧力でパーンの転写が容易にできる点から好ましい。
本発明において、第一混合物を使用する場合、水の量は、前記した通り、フッ素化シラン化合物と(メタ)アクリル基含有珪素化合物との全アルコキシド基のモル数に対して、0.1倍モル以上1.0倍モル未満の量であることが好ましい。また、第二混合物または第三混合物を使用する場合も同じく、水の量は、フッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物、及び有機珪素化合物、またはフッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物、有機珪素化合物及び金属アルコキシドの全アルコキシド基のモル数に対して、0.1倍モル以上1.0倍モル未満の量であることが好ましい。なお、全アルコキシ基のモル数とは、第一混合物を使用する場合、フッ素化シラン化合物の使用モル数と該フッ素化シラン化合物1分子中に存在するアルコキシ基の数との積と、(メタ)アクリル基含有珪素化合物の使用モル数と該(メタ)アクリル基含有珪素化合物1分子中に存在するアルコキシ基の数との積とを足したものである。また、第二混合物を使用する場合、上記第一混合物のモル数に、有機珪素化合物の使用モル数と該有機珪素化合物1分子中に存在するアルコキシ基の数との積を加えたものである。また、第三混合物を使用する場合、上記第二混合物のモル数に、金属アルコキシドの使用モル数と該金属アルコキシド1分子中に存在するアルコキシ基の数との積を加えたものである。
上記の方法に従い、加水分解物(A)を準備することができる。水と混合したフッ素化シラン化合物、(メタ)アクリル基含有珪素化合物、有機珪素化合物及び金属アルコキシドは、加水分解時にアルコキシ基に由来するアルコールを生じる。本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、前記加水分解物(A)を含むと共に、副生したアルコール、混合に使用した水を含むこともできる。さらには、加水分解を容易に進めるために使用した希釈溶媒を含むこともできる。
本発明において、(メタ)アクリル基を有する重合性単量体(B)(重合性単量体(B))は、特に制限されるものではなく、光重合に使用される公知の重合性単量体を使用することができる。この重合性単量体(B)は、当然のことながら、前記式(2)で示される(メタ)アクリル基含有珪素化合物を含まない。そして、好ましい化合物としては、(メタ)アクリル基を有し、分子中に珪素原子を含まない重合性単量体が挙げられる。これら重合性単量体(B)は、1分子中に1つの(メタ)アクリル基を有する単官能重合性単量体であってもよいし、1分子中に2つ以上の(メタ)アクリル基を有する多官能重合性単量体であってもよい。さらには、これら単官能重合性単量体及び多官能重合性単量体を組み合わせて使用することもできる。
R10、R11、R12及びR13は、それぞれ独立して、水素原子、またはメチル基であり、
a、及びbは、それぞれ、0以上の整数であり、
ただし、a+bの平均値は2〜25である)
で示されるポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のポリオレフィングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
本発明において、光重合開始剤(C)は特に制限されるものではなく、重合性単量体(B)を光重合できるものであれば、いかなる光重合開始剤も使用できる。
本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲でその他の成分を配合することができる。
中でも、光硬化性ナノインプリント用組成物がシリコンウエハ等の基板へ塗布されるものである場合、はじきを生ずることなく、組成物を均一に塗布し易い点から、脂肪族系界面活性剤を使用することがより好ましい。界面活性剤の例としては、デシル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等の高級アルコール硫酸エステルの金属塩類、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム等の脂肪族カルボン酸金属塩類、ラウリルアルコールとエチレンオキサイドとの付加物を硫酸化したラウリルエーテル硫酸エステルナトリウム等の高級アルキルエーテル硫酸エステルの金属塩類、スルホコハク酸ナトリウム等のスルホコハク酸ジエステル類、高級アルコールエチレンオキサイド付加物のリン酸エステル塩類等のアニオン性活性剤;ドデシルアンモニウムクロリド等のアルキルアミン塩類及びトリメチルドデシルアンモニウムブロミド等の4級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤;ドデシルジメチルアミンオキシド等のアルキルジメチルアミンオキシド類、ドデシルカルボキシベタイン等のアルキルカルボキシベタイン類、ドデシルスルホベタイン等のアルキルスルホベタイン類、ラウラミドプロピルアミンオキシド等のアミドアミノ酸塩等の両性イオン界面活性剤;ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル類、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエーテル類、脂肪酸ポリオキシエチレンラウリルエステル等の脂肪酸ポリオキシエチレンエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンラウリルエステル等のポリオキシエチレンソルビタンエステル類等の非イオン性界面活性剤等を挙げることができる。
界面活性剤は、それぞれ単独で使用できるだけでなく、必要に応じて、複数の種類を組み合わせて併用することもできる。
次に、この光硬化性ナノインプリント用組成物を使用して、基板上にパターンを形成する方法について説明する。
本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物を用いたパターン形成方法について説明する。
本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、形成される硬化膜が優れたエッチング耐性を示す。そのため、該硬化膜より形成されるパターンは、酸素ガス、フッ素系ガス等によるエッチング耐性が非常に良好となり、ナノスケールの凹凸構造を有する基板を製造する際に好適に用いることができる。なお、フッ素系ガスとしては、反応性イオンエッチングに用いられる公知のガスを使用することができる。具体的には、六フッ化硫黄、フルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、テトラフルオロメタンを挙げることができる。
上記方法によりドライエッチングすることにより基板にパターンを形成できるが、本発明の光硬化性ナノインプリント用組成物は、優れた性能を有するため、その他の用途にも使用できる。例えば、該光硬化性ナノインプリント用組成物よりなる硬化膜は、無機成分の分散状態がよいため、優れた硬度を有する。そのため、基板上に硬化膜よりなるパターンが形成された積層体は、ナノインプリント用のレプリカ金型として使用することもできる。
以下の実施例、比較例で得られた光硬化性ナノインプリント用組成物を0.2μmφ穴径のシリンジフィルター及び10mlシリンジにて、手で10mlをろ過した際、20秒以内にろ過できたものを「○」、1分以内にろ過できたものを「△」、途中で目詰まりしてろ過できなかったものを「×」とした。
シリコンウエハ(P型、片鏡面、酸化膜なし)上に、光硬化性ナノインプリント用組成物を使用して光硬化膜を作製し、光硬化膜上に、ニチバン(株)製15mm幅セロハンテープ405を指圧にて3往復密着させたのち、セロハンテープを剥離して、下記の基準によって、硬化膜と基板との密着性を評価した。
硬化膜が全く剥がれなかったもの :5
剥離面積が10%未満のもの :4
剥離面積が10%以上50%未満のもの :3
剥離面積が50%以上100%未満のもの:2
剥離面積が100%(全面剥離)のもの :1
シリコンウエハ(P型、片鏡面、酸化膜なし)上に光硬化性ナノインプリント用組成物をスピンコートし、120℃において1分間乾燥して、光硬化性ナノインプリント用組成物の塗膜がコーティングされたシリコンウエハを得た。金型として縦20mm×横20mmの平面形状の石英板を用い、ナノインプリント装置(三明電子産業(株)製、ImpFlex Essntial)において、前記シリコンウエハに、圧力0.25MPaをかけLED365nm光源から光を10秒間照射して光インプリントを行った。硬化膜から石英板を引き剥がす際の応力(離型力)を測定し、金型との離型性を評価した。
走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、光硬化性インプリント用組成物を用いてシリコンウエハ基板(基板)上に形成したパターンの形状転写性を評価した。転写性の評価は、計15本の幅80nmのラインが80nmの間隔で形成されたパターン(以下、80nmライン/スペースともいう)が全て転写できているものを「○」とし、一部にパターン形状の不良が見られるものを「△」とし、全てのパターンが転写できていないものを「×」として評価した。
シリコンウエハ(P型、片鏡面、酸化膜なし)上に、実施例、比較例で作製した光硬化性ナノインプリント用組成物の光硬化膜を作製し、反応性イオンエッチング装置を用いて、以下の条件にて酸素ガス、CHF3ガスによるドライエッチングを行った。ドライエッチング時間と光硬化膜の塗膜減少量の関係から、ドライエッチング速度(nm/分)を算出した。
エッチング条件
酸素ガス :ガスフロー50sccm、RFパワー100W、制御圧力5.0Pa
CHF3ガス :ガスフロー50sccm、RFパワー100W、制御圧力2.0Pa
参考例1
(加水分解物(A)の製造)
フッ素化シラン化合物として(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液0.28g、(メタ)アクリル基含有珪素化合物としてトリメトキシシリルトリメチレンアクリレート3.0g、エタノール13.6gとを攪拌混合しながら、エタノール1.63g/水0.31g/2N−HCl 0.06gの2N−HCl/エタノール混合水溶液を徐々に滴下し、室温下1時間攪拌し、フッ素化シラン化合物、及び(メタ)アクリル基含有珪素化合物の混合物からなる加水分解物を得た。得られた加水分解物に、有機珪素化合物として、エチルシリケート40(コルコート(株)製 テトラエトキシシランの平均5量体物)6.8gを混合し、この混合物を攪拌混合しながら、エタノール2.62g/水0.60g/2N−HCl0.10gの2N−HCl/エタノール混合水溶液を室温下、徐々に滴下した。さらに、エタノール1.00g/水0.28gのエタノール水溶液を徐々に滴下し、室温下1時間攪拌し、有機珪素化合物の加水分解物をさらに含んだ加水分解物(A)を得た。
(メタ)アクリル基を有する重合性単量体(B)として、ポリエチレングリコールジアクリレート(新中村化学工業(株)製、NKエステル A−200)2.5g、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート(新中村化学工業(株)製、NKエステル A−BPE−10)7.5g、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート(新中村化学工業(株)製、NKエステル AMP-10G)5.0g、エトキシ化o−フェニルフェノールアクリレート(新中村化学工業(株)製、NKエステル A−LEN−10)5.0g、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業(株)製、NKエステル A−DCP)5.0gを使用した。
得られた光硬化性ナノインプリント用組成物を、1−メトキシ−2−プロパノールにて25重量%となるよう希釈した。希釈した光硬化性ナノインプリント用組成物を、シリコンウエハ(P型、片鏡面、酸化膜なし)上に、2000rpm、30秒間でスピンコートし、120℃において1分間乾燥して、光硬化性ナノインプリント用組成物の塗膜がコーティングされたシリコンウエハを得た。この塗膜を下記のパターン形成と同じ条件(光硬化条件)で硬化させ、得られた硬化膜とシリコンウエハとの密着性、離型性を上記条件で評価した。結果を表2に示した。
最小パターン80nmの石英モールド(NTT-ATナノファブリケーション(株)製、80L RESO)を用い、ナノインプリント装置(三明電子産業(株)製、ImpFlex Essntial)において、上記のようにして得られた光硬化性ナノインプリント用組成物の塗膜を有するシリコンウエハに、圧力0.5MPaをかけLED365nm光源から光を10秒間照射して、光インプリントを行った。用いた石英モールドは、あらかじめフッ素系表面処理(ダ
イキン工業(株)製、オプツールDSX)で離型処理を施した。光ナノインプリント後の転写形状をSEMにて観察し、表2に転写性の評価結果を示した。
反応性イオンエッチング装置を用いて、酸素ガス、CHF3ガスによるドライエッチングを行い、エッチング時間と光硬化膜の塗膜減少量の関係から、各々のガスのドライエッチング速度を算出した。その結果を表3に示した。
(加水分解物(A)の製造)
フッ素化シラン化合物として(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液0.28g、(メタ)アクリル基含有珪素化合物としてトリメトキシシリルトリメチレンアクリレート3.0g、エタノール13.6gとを攪拌混合しながら、エタノール1.63g/水0.31g/2N−HCl 0.06gの2N−HCl/エタノール混合水溶液を徐々に滴下し、室温下1時間攪拌し、フッ素化シラン化合物、及び(メタ)アクリル基含有珪素化合物の混合物からなる加水分解物を得た。得られた加水分解物に、有機珪素化合物として、エチルシリケート40(コルコート(株)製 テトラエトキシシランの平均5量体物)6.8g、金属アルコキシドとして85質量%ジルコニウムブトキシド(テトラブチルジルコニウムアルコキシド)の1−ブタノール溶液1.70gとを混合し、この混合物を攪拌混合しながら、エタノール2.62g/水0.66g/2N−HCl0.10gの2N−HCl/エタノール混合水溶液を室温下、徐々に滴下した。さらに、エタノール1.00g/水0.37gのエタノール水溶液を徐々に滴下し、室温下1時間攪拌し、有機珪素化合物の加水分解物及び金属アルコキシドの加水分解物をさらに含んだ加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.0gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を得た。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、各成分の添加量を表1のとおりに変更した以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)12gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を得た。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
(加水分解物(A)の製造方法)
実施例2と同様の方法で加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)3.6gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を得た。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランの代わりに(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−トリエトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液0.66gとし、水の添加量を表1に示したとおりに変更した以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.0gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を製造した。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
実施例6
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランの代わりに(3,3,3,−トリフルオロプロピル)メチルジメトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液0.26gとした以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.0gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を製造した。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
実施例7
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液1.50gとした以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.1gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を製造した。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
実施例8
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液0.028gとした以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.0gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を製造した。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
実施例9
(加水分解物(A)の製造)
フッ素化シラン化合物として(3,3,3,−トリフルオロプロピル)トリメトキシシランを固形分10%となるようエタノールで希釈した溶液0.28g、(メタ)アクリル基含有珪素化合物としてトリメトキシシリルプロピルアクリレート3.0g、有機珪素化合物として、エチルシリケート40(コルコート(株)製 テトラエトキシシランの平均5量体物)6.8g、金属アルコキシドとして85質量%ジルコニウムブトキシド(テトラブチルジルコニウムアルコキシド)の1−ブタノール溶液1.70g、エタノール13.6gとを攪拌混合しながら、エタノール4.25g/水0.97g/2N−HCl 0.16gの2N−HCl/エタノール混合水溶液を徐々に滴下した。さらに、エタノール1.00g/水0.37gのエタノール水溶液を徐々に滴下し、室温下1時間攪拌し、フッ素化シラン化合物、及び(メタ)アクリル基含有珪素化合物、有機珪素化合物、金属アルコキシドの加水分解物を含んだ加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.0gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を得た。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、トリメトキシシリルプロピルアクリレートの代わりにトリメトキシシリルプロピルメタクリレートを3.2gとし、水の添加量を表1に示したとおりに変更した以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.1gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を製造した。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
実施例11
実施例2と同様にして光硬化性ナノインプリント用組成物の塗膜がコーティングされたシリコンウエハを得、光インプリントを行った。硬化膜よりなるパターンが形成されたシリコンウエハ(積層体)をナノインプリント用レプリカ金型とするため、パターンを中心にして20mm×20mmの大きさにカットした。次いで、離型処理を施すための前処理として、加湿条件下でパターン表面の加水分解処理を行った。該加水分解処理は、上記のカットしたシリコンウエハ(積層体)をオーブンに入れ、このオーブン中に水の入った容器を存在させて、該積層体と水とが直接接触しないようにし、オーブンの蓋をして70℃で1時間加熱を行うことにより実施した。その後、処理した積層体のパターン面をフッ素系表面処理剤(ダイキン工業(株)製、オプツールDSX)と接触させて離型処理を施し、使用した石英モールドの逆パターンのレプリカ金型を作製した。
実施例12
実施例11と同様にして、使用した石英モールドの逆パターンレプリカ金型を作製した。
比較例1
(加水分解物(A)の製造)
エタノール13.6g、(メタ)アクリル基含有珪素化合物としてトリメトキシシリルトリメチレンアクリレート3.0g、有機珪素化合物としてエチルシリケート40(コルコール(株)製 テトラエトキシシランの平均5量体物)6.8g、金属アルコキシドとして85質量%ジルコニウムブトキシド(テトラブチルジルコニウムアルコキシド)の1−ブタノール溶液 1.7gとを混合し、この混合物を攪拌混合しながら、エタノール4.25g/水0.85g/2N−HCl 0.16gの2N−HCl/エタノール混合水溶液を室温下、徐々に滴下した。さらに、エタノール1g/水0.46gのエタノール水溶液を徐々に滴下し、室温下1時間攪拌し、(メタ)アクリル基含有珪素化合物の加水分解物、有機珪素化合物の加水分解物及び金属アルコキシドの加水分解物を含んだ加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)7.0gを添加後、室温で15分間攪拌混合し、光硬化性ナノインプリント用組成物を得た。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
(加水分解物(A)の製造)
実施例2において、(メタ)アクリル基含有珪素化合物を配合しなかった以外は実施例2と同様の操作を行い、加水分解物(A)を得た。
参考例1で使用したのと同じ種類、同量の(B)、(C)、及び重合禁止剤とを混合した後、同じ量の混合物(2.0g)に前記加水分解物(A)5.0gを添加後、室温で15分間攪拌し、光硬化性ナノインプリント用組成物を得た。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。
(光硬化性ナノインプリント用組成物の製造)
参考例1において、加水分解物(A)を使用しなかった以外は同様の操作を行い、光硬化性ナノインプリント用組成物とした。この光硬化性ナノインプリント用組成物の配合割合と粘度を表1に示した。また、参考例1と同様にして、光硬化性ナノインプリント用組成物の塗布・パターンの形成を行い、表2に硬化膜の密着性、離型性、転写性の評価結果を示した。参考例1と同様にして、ドライエッチング速度を算出した。その結果を表3に示した。
Claims (5)
- (A)下記式(1)
R1およびR3は、それぞれ、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数3〜10のシクロアルキル基であり;
R2は、炭素数1〜100の含フッ素アルキル基、含フッ素シクロアルキル基、または含フッ素アルコキシエーテル基であり;
aは1〜3の整数であり、bは、0〜2の整数であり、ただし、a+b=1〜3であり;
R1、R2およびR3が、それぞれ、複数存在する場合には、複数のR1、R2およびR3は、それぞれ、同種又は異種の基であってもよい)
で示されるフッ素化有機シラン化合物、及び
下記式(2)
R4は水素原子またはメチル基であり;
R5は、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基または炭素数3〜10のポリメチレン基であり;
R6は、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数3〜4のシクロアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり;
R7は、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数3〜4のシクロアルキル基であり;
lは0〜2の整数であり、mは1〜3の整数であり、ただし、l+m=1〜3であり、
R4、R5、R6およびR7が、それぞれ、複数存在する場合には、複数のR4、R5、R6およびR7は、それぞれ、同種又は異種の基であってもよい)
で示される(メタ)アクリル基含有珪素化合物を含む混合物を加水分解した加水分解物、
下記式(3)
R 8 は、同種又は異種の炭素数1〜4のアルキル基であり、nは1〜10の整数である)で示される有機珪素化合物の加水分解物、及び
下記式(4)
Mは、ジルコニウムまたはチタニウムであり、
R 9 は、同種又は異種の炭素数1〜10のアルキル基である)
で示される金属アルコキシドの加水分解物を含む加水分解物、
(B)(メタ)アクリル基を有する重合性単量体、並びに
(C)光重合開始剤
を含有する光硬化性ナノインプリント用組成物。 - (メタ)アクリル基を有する前記重合性単量体(B)100質量部に対して、前記フッ素化有機シラン化合物0.001〜4質量部、前記(メタ)アクリル基含有珪素化合物3〜300質量部、前記有機珪素化合物10〜250質量部及び前記金属アルコキシド1〜50質量部をそれぞれ加水分解した加水分解物(A)、並びに
前記光重合開始剤(C)を1〜10質量部
含むことを特徴とする請求項1に記載の光硬化性ナノインプリント用組成物。 - 前記加水分解を全アルコキシ基のモル数に対して、0.1倍モル以上1.0倍モル未満の量の水で行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の光硬化性ナノインプリント用組成物。
- ナノインプリントにより基板上にパターンを形成する方法であって、請求項1〜3のいずれかに記載の光硬化性ナノインプリント用組成物を基板上に塗布し、該組成物からなる塗膜を形成する工程、
パターンが形成された金型のパターン形成面と前記塗膜とを接触させ、その状態で光を照射して塗膜を硬化させる工程、及び
前記金型を、硬化した塗膜から分離して、前記金型のパターン形成面に形成されているパターンに対応するパターンを基板上に形成する工程
を含むことを特徴とするパターンの形成方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の光硬化性ナノインプリント用組成物の硬化体を有するナノインプリント用レプリカ金型。
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