JP6305058B2 - 感光性ガス発生剤、光硬化性組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、感光性ガス発生剤及びこれを含む光硬化性組成物に関する。
光ナノインプリント法は、例えば、非特許文献1に記載されているように、被加工基材等の基板上に、所定のパターン形状を有するレジスト膜を作製する方法の1つであり、例えば、下記(a)乃至(d)の製造プロセスを有している。
(a)レジスト(光硬化性組成物)を配置する配置工程
(b)光硬化性組成物と表面に微細凹凸パターンが形成された型(モールド)とを接触させる型接触工程
(c)光硬化性組成物に光を照射する光照射工程
(d)光照射工程の後、光硬化性組成物とモールドとを引き離す離型工程
尚、上記(a)乃至(d)の製造プロセスを経て作製されるレジスト膜が有するパターン形状は、モールドの凹凸を基板上に配置されているレジスト膜に転写することによって形成される。
ところで光ナノインプリント方法を利用する際には、離型工程(工程(d))においてモールドをレジスト硬化物から引き離す(離型する)ために要する力、即ち、離型力を低減させることが重要な課題となっている。離型力が大きいと、パターンに欠陥が生じたり、基板がステージから浮き上がって位置合わせ精度が低下したりする等の課題が発生するためである。
この離型力を低減させる方法の1つとして、光硬化性組成物に感光性ガス発生剤を含ませる方法がある。この方法は、光硬化性組成物に光を照射する際に発生したガスを、モールドと光硬化性組成物との間に介在させ、当該ガスの圧力を利用して離型力を低減させる方法である。
ナノインプリントリソグラフィー用感光性ガス発生剤として、例えば、特許文献1にて開示されているアゾ系化合物、ジアゾニウム系化合物、アジド系化合物、ナフトキノン系化合物、スルホヒドラジド系化合物、ヒドラゾ系化合物等が知られている。
特開2010−262980号公報
SPIE,Vol.3676,P.379
しかし、特許文献1に記載の光硬化性組成物(感光性ガス発生剤を含有する光硬化性組成物)を用いて光ナノインプリント方法でパターンを形成する場合、以下に説明する問題があった。即ち、露光量が小さい場合に、特許文献1に記載の光硬化性組成物では、モールドをレジスト硬化物から引き離す(離型する)ときにモールドとレジストとの間に生じる離型力が大きくなり、パターンに欠陥が生じたり基板が歪んだりし易いという問題が生じていた。
本発明は上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、低露光量であっても離型力低減効果が優れる光硬化組成物及びこの光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤を提供することである。
本発明の感光性ガス発生剤は、光刺激によりガスを発生する光刺激応答性ガス発生基と、
パーフルオロアルキル基と、
前記光刺激応答性ガス発生基と、前記パーフルオロアルキル基とを連結するポリアルキレンオキシ基と、を有する化合物であることを特徴とする。
本発明によれば、低露光量であっても離型力低減効果が優れる光硬化組成物及びこの光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤を提供することができる。
本発明の膜の製造方法における実施形態の例を示す断面模式図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。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。つまり、本発明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、以下の実施形態に対して適宜変更、改良等を加えたものも当然に含まれる。
(1)感光性ガス発生剤
まず本発明の感光性ガス発生剤について説明する。本発明の感光性ガス発生剤は、下記(1A)乃至(1C)に示される置換基を有する化合物である。
(1A)光刺激によりガスを発生する光刺激応答性ガス発生基
(1B)パーフルオロアルキル基
(1C)光刺激応答性ガス発生基と、前記パーフルオロアルキル基とを連結するポリアルキレンオキシ基
尚、上記(1A)乃至(1C)の置換基は、いずれも感光性ガス発生剤となる化合物に少なくとも1つ含まれていればよい置換基である。つまり、化合物中の上記(1A)乃至(1C)の置換基の個数は、1個でも複数個でもよく、特に限定されるものではない。以下、上記(1A)乃至(1C)の置換基について、具体的に説明する。
(1A)光刺激応答性ガス発生基
光刺激応答性ガス発生基は、紫外線等の特定の波長の光を吸収することにより化学反応(光分解)が起こり、この化学反応(光分解)の結果として気体が発生する官能基を有する置換基である。光分解により発生する気体として、具体的には、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、酸素、水素等が挙げられるが、好ましくは、二酸化炭素又は窒素である。
光分解により二酸化炭素(又は一酸化炭素)が発生する光刺激応答性炭酸ガス発生基として、ニトロベンジルオキシカルボニルオキシイミノ基、ベンゾインオキシカルボニルオキシイミノ基等が挙げられる。
光分解により窒素が発生する光刺激応答性窒素ガス発生基として、アゾ基、ジアゾ基、アジド基,スルホノヒドラジド基、ヒドラゾ基等が挙げられる。
これら置換基のうち、光刺激応答性が優れるという観点等から、光刺激応答性窒素ガス発生基が好ましく、光刺激応答性窒素ガス発生基の中でも、好ましくは、ジアゾ基である。
ジアゾ基を有する置換基として、例えば、ジアゾナフトキノンスルホニル基(2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−5−スルホニル基、2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−4スルホニル基等)、特許文献1に記載のビススルホニルジアゾメタン誘導体からなる置換基等が挙げられる。これら有機基のうち、ナノインプリントリソグラフィーに用いると離型力低減効果が優れるという観点から、好ましくは、ジアゾナフトキノンスルホニル基である。
(1B)パーフルオロアルキル基
パーフルオロアルキル基は、炭素原子及びフッ素原子を含むアルキル基であるが、フッ素原子の数を超えないことを条件として、置換基中に水素原子を一定の数含ませてもよい。ただし、パーフルオロアルキル基は、炭素原子、フッ素原子及び水素原子以外の原子は含まれない。パーフルオロアルキル基に水素原子が含まれる場合、水素原子の数は、好ましくは、フッ素原子の数の半分以下であり、より好ましくは、フッ素原子の数の3分の1以下である。この範囲にすることで、パーフルオロアルキル基が備える疎水性が有効に作用する傾向にある。
パーフルオロアルキル基として、具体的には、トリフルオロメチル基(−CF3)、パーフルオロエチル基(−CF2CF3)、パーフルオロプロピル基(−C37)、パーフルオロブチル基(−C49)、パーフルオロペンチル基(−C511)、パーフルオロヘキシル基(−C613)、1H,1H−パーフルオロヘプチル基(C613−CH2−)、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基(C613−CH2CH2−)、1H,1H,2H,2H,3H,3H−パーフルオロノニル基(C613−C36−)等が挙げられる。これらパーフルオロアルキル基のうち、疎水性が高いという観点から、パーフルオロヘキシル基、1H,1H−パーフルオロヘプチル基、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基及び1H,1H,2H,2H,3H,3H−パーフルオロノニル基が好ましく、より好ましくはパーフルオロヘキシル基、1H,1H−パーフルオロヘプチル基及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基である。
感光性ガス発生剤となる化合物中に、疎水性置換基であるパーフルオロアルキル基が含まれると、感光性ガス発生剤が気液界面に存在し易くなる。このため、光刺激応答性ガス発生基から発生したガスを気液界面で集中的に発生させることができる。
即ち、感光性ガス発生剤を含有する光硬化性組成物を空気、窒素、ヘリウム等の気体雰囲気化で塗布すると、光硬化性組成物の表面に感光性ガス発生剤が偏在する。従って、本発明の感光性ガス発生剤を、光硬化性組成物に含ませた上でこの光硬化性組成物を光硬化させると、光硬化性組成物の表面からガスが発生する一方で、光硬化性組成物内部で発泡が起こりにくい傾向にある。
(1C)ポリアルキレンオキシ基
ポリアルキレンオキシ基として、具体的には、ポリエチレンオキシ基、ポリプロピレンオキシ基、ポリトリメチレンオキシ基、ポリテトラメチレンオキシ基等が挙げられる。これらは、混合でもよい。
ここで化合物中にポリアルキレンオキシ基が含まれていると、感光性ガス発生剤の親水性及び特定の溶媒(後述する重合性化合物(A)や有機溶媒を含む。)に対する溶解性等の物性を制御することができる。例えば、ポリエチレンオキシ基を用いると親水性が向上するため、親水性表面(例えば、石英の表面)との親和性や、高極性溶媒への溶解性が優れる傾向にある。一方、ポリプロピレンオキシ基を用いると、低極性溶媒への溶解性が優れる傾向にある。
以上説明したように、本発明の感光性ガス発生剤として用いられる化合物には、少なくとも光刺激応答性ガス発生基と、パーフルオロアルキル基と、ポリアルキレンオキシ基と、が含まれている。ただし、本発明の感光性ガス発生剤として用いられる化合物には、これら三種類の置換基だけでなく、さらに他の官能基(アルキレン基、アルキル基、アミノ基、カルボキシル基等)が含まれていてもよい。
次に、感光性ガス発生剤として好ましい化合物について説明する。本発明の感光性ガス発生剤として用いられる化合物のうち、製造コスト及び取り扱いの容易さ等の観点から、好ましくは、下記一般式(1)で示される化合物である。
Figure 0006305058
式(1)において、RG1は、光刺激応答性ガス発生基を表す。RG1で表される光刺激応答性ガス発生基としては、上述した光刺激応答性炭酸ガス発生基、光刺激応答性窒素ガス発生基等が挙げられるが、特に限定されない。RG1の具体例としては、下記式(P)、(Q)、(R)、(S)及び(T)に示される置換基が挙げられる。
Figure 0006305058
(式(P)乃至(T)において、*は、XAと結合する結合手を表す。)
式(P)の置換基は、光刺激により窒素ガスが発生する2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−5−スルホニル基である。式(Q)の置換基は、光刺激により窒素ガスが発生する2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−4−スルホニル基である。式(R)の置換基は、光刺激により炭酸ガスが発生するニトロベンジルオキシカルボニルオキシイミノ基である。式(S)の置換基は、光刺激により炭酸ガスが発生するベンゾインオキシカルボニルオキシイミノ基である。式(T)の置換基は、光刺激により窒素ガスが発生するアジドフェニレン基である。
式(1)において、XAは、連結基となる2価の置換基を表す。XAで表される連結基(2価の置換基)として、具体的には、酸素原子(オキシ基)、硫黄原子(チオ基)、アルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、カルボニル基、スルホニル基、イミノ基(−NH−)、アルキルイミノ基(−NR−(Rは、アルキル基を表す。))、アミド基、ウレタン基等が挙げられる。またこれらの2価の置換基が2つ以上選択されることにより形成される置換基、例えば、オキシカルボニル基(エステル結合)、エチルイミノエチレン基(−N(−C25)−C24−))等も含まれる。
式(1)において、Oは、酸素原子を表す。
式(1)において、R1は、炭素数2乃至4のアルキレン基を表す。R1で表されるアルキレン基として、具体的には、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基等が挙げられる。
式(1)において、nは、2乃至30の整数を表す。nをこの範囲に設定すると、製造コストが安価で取り扱い性も容易になる。一方、nが30より大きいと粘度が高くなり取り扱い性が難しくなる傾向にある。またnが1の場合、製造コストが高い傾向にある。
式(1)において、Rfは、1価のパーフルオロアルキル基を表す。Rfで表されるパーフルオロアルキル基として、具体的には、トリフルオロメチル基(−CF3)、パーフルオロエチル基(−CF2CF3)、パーフルオロプロピル基(−C37)、パーフルオロブチル基(−C49)、パーフルオロペンチル基(−C511)、パーフルオロヘキシル基(−C613)、1H,1H−パーフルオロヘプチル基(C613−CH2−)、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基(C613−CH2CH2−)、1H,1H,2H,2H,3H,3H−パーフルオロノニル基(C613−C36−)等が挙げられる。これらパーフルオロアルキル基のうち、疎水性が高いという観点から、パーフルオロヘキシル基、1H,1H−パーフルオロヘプチル基、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基及び1H,1H,2H,2H,3H,3H−パーフルオロノニル基が好ましい。感光性ガス発生剤を気液界面に偏在させ易いという観点から、より好ましくはパーフルオロヘキシル基、1H,1H−パーフルオロヘプチル基及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基である。
式(1)で表わされる化合物のうち、下記一般式(2)で示される化合物が好ましい。式(1)の化合物の中でも下記一般式(2)の化合物は、ナノインプリントリソグラフィーに用いた場合に離型力低減効果がより優れるため、本発明の感光性ガス発生剤として、より好ましい。
Figure 0006305058
式(2)において、RG2は、ジアゾナフトキノンスルホニル基を表す。RG2で表されるジアゾナフトキノンスルホニル基として、具体的には、下記式(P’)及び(Q’)に示される置換基が挙げられる。
Figure 0006305058
(式(P’)及び(Q’)において、※は、Nと結合する結合手を表す。)
式(2)において、Nは、窒素原子を表し、Oは、酸素原子を表す。ここでRG2と結合する窒素原子(N原子)は、化合物自体の保存安定性を向上させる役割を果たす。
式(2)において、XBは、炭素数1乃至4のアルキレン基を表す。好ましくは、炭素数2乃至4のアルキレン基を表す。炭素数の範囲が1乃至4であると、ナノインプリントリソグラフィーに用いた場合に、離型力が小さいので好ましい。また、炭素数が2乃至4であると、パーフルオロアルキルアルコールのポリアルキレンオキシド付加物、アルキルアミン、ジアゾナフトキノンクロライド等の容易に入手可能な材料で式(2)の化合物を合成することが可能であるため、低コスト化が図られる。尚、XBで表されるアルキレン基として、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基(−CH(CH3)CH2−)、トリメチレン基、テトラメチレン基等が挙げられる。
式(2)において、R1は、炭素数2乃至4のアルキレン基を表す。R1で表されるアルキレン基の具体例は、式(1)中のR1の具体例と同様である。R1として、好ましくは、エチレン基又はプロピレン基であり、特に好ましくは、エチレン基である。R1を、エチレン基又はプロピレン基にすることで、気液界面に感光性ガス発生剤が偏在した後で石英の様な極性表面と接したときに、ポリアルキレンオキシ基が極性表面との親和力が高い置換基であるため、感光性ガス発生剤が極性表面に偏在し易くなる。つまり、R1を、エチレン基又はプロピレン基にして、ポリアルキレンオキシ基を、極性を有する媒体との親和性を良好にすることにより、感光性ガス発生剤を、後述する膜製造プロセスにおいて最適な領域に偏在させることができる。
式(2)において、nは、2乃至30の整数を表す。式(1)の化合物と同様に、nをこの範囲とすることで,製造コストが安価で取り扱い性も容易となる。nは、好ましくは、3乃至25の整数であり、特に好ましくは、4乃至20の整数である。このようにnの範囲を設定することで、本発明の感光性ガス発生剤を含む光硬化性組成物をナノインプリントリソグラフィーに用いた場合に、低露光量であっても離型し易い光硬化性組成物を提供できる。またこのようにnの範囲を設定することで、石英マスクの表面が汚染されにくい傾向にある。
式(2)において、Rfは、1価のパーフルオロアルキル基を表す。Rfで表されるパーフルオロアルキル基の具体例は、式(1)中のRfの具体例と同様である。
式(2)において、R2は、炭素数1乃至6のアルキル基を表す。R2を炭素数1乃至6のアルキル基にすると、感光性ガス発生剤となる化合物を合成する際に、抽出操作等が容易となるため、収率が向上するという効果を奏する。
ところで、一般式(2)の化合物は、ナノインプリントリソグラフィーに用いた場合に、低露光量で優れた離型力低減効果を奏する。従って、一般式(2)の化合物は、ナノインプリントリソグラフィー用感光性ガス発生剤として特に好ましい。
(2)光硬化性組成物
次に、本発明の光硬化性組成物について説明する。本発明の光硬化性組成物は、少なくとも下記に示される成分(A)乃至成分(C)を有している。
(A)重合性化合物
(B)光重合開始剤
(C)感光性ガス発生剤
本発明において、成分(C)である感光性ガス発生剤は、本発明の感光性ガス発生剤である。本発明の光硬化性組成物において、成分(C)である感光性ガス発生剤の含有量は、特に制限がないが、好ましくは、光硬化性組成物に含まれる重合性化合物(成分(A))の重量に対して0.1重量%乃至50重量%である。より好ましくは、1重量%乃至30重量%であり、特に好ましくは、5重量%乃至20重量%である。重合性化合物の重量に対する感光性ガス発生剤(成分(C))の相対含有量を0.1重量%未満とすると、本発明の効果が十分に得られない可能性がある。また感光性ガス発生剤(成分(C))の含有量が50重量%を超えると、得られる膜について膜が有すべき機械強度が十分確保できずに、パターン欠陥が生じる原因になる可能性がある。
さらに、感光性ガス発生剤(成分(C))の重量と光開始剤の重量(成分(B))との比(C/B)は、好ましくは、1乃至1000であり、より好ましくは、1.5乃至100であり、特に好ましくは、2乃至10である。少なくとも1乃至1000の範囲に設定することで、ナノインプリントリソグラフィーに用いた場合に、光硬化性組成物の硬化速度と光硬化性組成物から発生するガスの発生速度とのバランスに優れる。このため、C/B値を1乃至1000の範囲に設定した光硬化性組成物をナノインプリントリソグラフィーに用いると、膜の内部において発泡が生じにくくなり、かつ、低露光量で離型力低減効果を奏する。
以上の説明のようにC/B値の範囲を規定する理由は以下のように考えることができる。C/B値が1未満の場合、硬化性組成物の硬化は速いがガス発生速度が遅くなる傾向があるため、離型力低減効果を奏するまでの露光量が高くなる傾向があると考えられる。一方、C/Bが1000を超える場合、ガス発生速度は速いが硬化性組成物の硬化が遅くなる傾向があるため、硬化性組成物が十分に硬化する前に硬化性組成物内部でガスが発生して、発泡し易くなると考えられる。
次に、本発明の光硬化性組成物に含まれる成分(A)及び(B)について説明する。
(2−1)重合性化合物(成分(A))
重合性化合物としては、例えば、ラジカル重合性化合物又はカチオン重合性化合物が挙げられる。
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が好ましい。一方、カチオン重合性化合物としては、ビニルエーテル基、エポキシ基又はオキセタニル基を1つ以上有する化合物が好ましい。以下、ラジカル重合性化合物及びカチオン重合性化合物の具体例をそれぞれ説明する。
(2−1−1)重合性化合物(成分(A))−ラジカル重合性化合物
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)アクリル化合物としては、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ー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。
これら単官能(メタ)アクリル化合物に該当する市販品としては、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。
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)アクリル化合物としては、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、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、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。
多官能(メタ)アクリル化合物に該当する市販品としては、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。
以上列挙したラジカル重合性化合物は、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。尚、上記において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びそれに対応するメタクリレートを含む概念である。また(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基及びそれに対応するメタクリロイル基を含む概念である。またEOは、エチレンオキサイドを示し、EO変性された化合物とは、エチレンオキサイド基のブロック構造を有することを意味する。またPOは、プロピレンオキサイドを示し、PO変性された化合物とは、プロピレンオキサイド基のブロック構造を有することを意味する。
(2−1−2)重合性化合物(成分(A))−カチオン重合性化合物
ビニルエーテル基を1つ有する化合物として、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、n−ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルメチルビニルエーテル、4−メチルシクロヘキシルメチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、ジシクロペンテニルビニルエーテル、2−ジシクロペンテノキシエチルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、ブトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、エトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、テトラヒドロフリフリルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、クロルブチルビニルエーテル、クロルエトキシエチルビニルエーテル、フェニルエチルビニルエーテル、フェノキシポリエチレングリコールビニルエーテル等が挙げられるが、これらに限定されない。
ビニルエーテル基を2つ以上有する化合物として、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキサイドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキサイドジビニルエーテル等のジビニルエーテル類;トリメチロールエタントリビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキサイド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等の多官能ビニルエーテル類等が挙げられるが、これらに限定されない。
エポキシ基を1つ有する化合物としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、p−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、1,2−ブチレンオキサイド、1,3−ブタジエンモノオキサイド、1,2−エポキシドデカン、エピクロロヒドリン、1,2−エポキシデカン、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、3−メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3−アクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3−ビニルシクロヘキセンオキサイド等が挙げられるが、これらに限定されない。
エポキシ基を2つ以上有する化合物としては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンオキサイド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、1,1,3−テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、1,2,5,6−ジエポキシシクロオクタン等が挙げられるが、これらに限定されない。
オキセタニル基を1つ有する化合物としては、例えば、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−(メタ)アリルオキシメチル−3−エチルオキセタン、(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチルベンゼン、4−フルオロ−〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、4−メトキシ−〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)エチル〕フェニルエーテル、イソブトキシメチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−エチルヘキシル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、エチルジエチレングリコール(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンタジエン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラヒドロフルフリル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−テトラブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−トリブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシプロピル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ブトキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタクロロフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等が挙げられるが、これらに限定されない。
オキセタニル基を2つ以上有する化合物としては、例えば、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3’−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,4−ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等の多官能オキセタン等が挙げられるが、これらに限定されない。
これらカチオン重合性化合物は、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。尚、上記において、EOは、エチレンオキサイドを示し、EO変性された化合物は、エチレンオキサイド基のブロック構造を有することを意味する。またPOは、プロピレンオキサイドを示し、PO変性された化合物は、プロピレンオキサイド基のブロック構造を有することを意味する。さらに水添とは、ベンゼン環等が有するC=C二重結合に水素原子が付加されていることを意味する。
(2−2)光重合開始剤(成分(B))
次に、成分(B)である光重合開始剤について説明する。光重合開始剤とは、光刺激により、重合性化合物(成分(A))の重合反応を引き起こす反応種を発生させる物質である。具体的には、光刺激によりラジカルが発生する光ラジカル発生剤、光刺激によりプロトン(H+)が発生する光酸発生剤等が挙げられる。
光ラジカル発生剤は、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であり、主に、重合性化合物がラジカル重合性化合物の場合に用いられる。一方、光酸発生剤は、光により酸(プロトン)を発生する重合開始剤であり、主に、重合性化合物がカチオン重合性化合物の場合に用いられる。
光ラジカル発生剤として、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ような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−モルホリノフェニル)−ブタノン−1,2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノ−プロパノン−1−オン等の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:キサントン、フルオレノン、べンズアルデヒド、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、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−(2,6−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シド等が挙げられるが、これらに限定されない。尚、これら光ラジカル発生剤は、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
光ラジカル発生剤に該当する市販品として、例えば、Irgacure184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI−1700、−1750、−1850、CG24−61、Darocur l116、1173(以上、チバ・ジャパン製)、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。
光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、スルホンイミド化合物、ジアゾメタン化合物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明において、好ましくは、オニウム塩化合物である。
オニウム塩化合物としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
オニウム塩化合物の具体例としては、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムピレンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムp−トルエンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムn−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムp−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウムn−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウムピレンスルホネート、トリフェニルスルホニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウムn−オクタンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムピレンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムp−トルエンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムベンゼンスルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム10−カンファースルホネート、ジフェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムn−オクタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムピレンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムp−トルエンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムベンゼンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウム10−カンファースルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムn−オクタンスルホネート等が挙げられる。
スルホン化合物として、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらのα−ジアゾ化合物等が挙げられる。スルホン化合物の具体例として、例えば、フェナシルフェニルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン、4−トリスフェナシルスルホン等が挙げられるが、これらに限定されない。
スルホン酸エステル化合物として、例えば、アルキルスルホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等を挙げることができる。スルホン酸エステル化合物の具体例としては、α−メチロールベンゾインパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、α−メチロールベンゾイントリフルオロメタンスルホネート、α−メチロールベンゾイン2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート等が挙げられるが、これらに限定されない。
スルホンイミド化合物の具体例としては、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)フタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(4−フルオロフェニル)フタルイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ナフチルイミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
ジアゾメタン化合物の具体例としては、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニルp−トルエンスルホニルジアゾメタン、(シクロヘキシルスルホニル)(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明において、成分(B)である光重合開始剤は、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。
光硬化性組成物に含まれる光重合開始剤(成分(B))の含有量は制限が無いが、ナノインプリントリソグラフィーに用いる場合、重合性化合物(成分(A))の重量に対して、0.01重量%以上10重量%以下が好ましい。さらに好ましくは、0.1重量%以上7重量%以下であり、特に好ましくは、0.5重量%以上5重量%以下である。この範囲であると、ガスの発生速度が速く、硬化膜内部の発泡もしにくい傾向がある。一方、成分(B)の含有量が成分(A)の重量に対して0.01重量%未満であると、光硬化性組成物が十分に硬化する前にガスが発生して、光硬化性組成物の内部で発泡するおそれがある。また成分(B)の含有量が成分(A)の重量に対して10重量%を超えると、開始剤の光の吸収量が大きくなるためにガス発生剤の光吸収が阻害されてガスの発生速度が遅くなる傾向がある。
以上説明したように、本発明の光硬化性組成物は、少なくとも重合性化合物(成分(A))、重合開始剤(成分(B))、感光性ガス発生剤(成分(C))を有する。ただし、この3成分の他に、種々の目的に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、界面活性剤(D)及び添加剤の少なくとも一方を含んでもよい。
(2−3)界面活性剤(成分(D))
上記3成分に加えて界面活性剤(成分(D))を光硬化性組成物に含ませると、モールドとレジストとの間の界面結合力を低減することができるので、感光性ガス発生剤(成分(C))による離型力低減効果をさらに高めることができる。
界面活性剤(成分(D))としては、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤が使用できる。離型力低減効果が優れるという観点から、フッ素系界面活性剤が好ましい。本発明において、界面活性剤(成分(D))は、重合性を有さない。尚、本発明において、界面活性剤は光刺激応答性ガス発生基を有さない化合物である。
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。尚、フッ素系界面活性剤は、分子構造の一部(例えば、末端基)に、水酸基、アルキル基、アミノ基、チオール基等を有してもよい。界面活性剤は、市販のものを用いてもよい。
また界面活性剤(成分(D))としては、上述したシリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤の他に炭化水素系界面活性剤であってもよい。
炭化水素系界面活性剤としては、炭素数1乃至50のアルキルアルコールに炭素数2乃至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、例えば、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。尚、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アルキルアルコールに由来するアルキル基末端と反対側の末端基は、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たときに生成されるヒドロキシル基が当然に含まれるが、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等の疎水性官能基に変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、BLAUNON MP−550、BLAUNON 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、FINESURF D−1305、FINESURF D−1307、FINESURF 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、BLAUNON 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、BLAUNON SR−707、BLAUNON SR−715、BLAUNON SR−720、BLAUNON SR−730、BLAUNON SR−750)等が挙げられる。
成分(D)である界面活性剤は、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。
本発明の光硬化性組成物に、成分(D)である界面活性剤を含ませる場合、この界面活性剤の含有量は、重合性化合物(成分(A))及び感光性ガス発生剤(成分(C))の合計重量に対して、例えば、0.001重量%乃至10重量%である。好ましくは、0.01重量%乃至7重量%であり、より好ましくは、0.05重量%乃至5重量%である。少なくとも0.001重量%乃至10重量%の範囲に設定することで、光硬化性組成物に離型力低減効果をもたらすと共に、充填性が優れるという効果も奏する。
(2−4)添加剤
添加剤としては、増感剤、酸化防止剤、溶剤、ポリマー成分等が含まれる。
増感剤を含有すると、重合反応促進や反応転化率が向上する傾向がある。増感剤としては、水素供与体及び増感色素が含まれる。
水素供与体は、重合開始剤(成分(B))から発生した開始ラジカルや、重合生長末端のラジカルに水素を供与して、水素供与体自身がラジカルを発生する化合物である。重合開始剤(成分(B))が光ラジカル発生剤である場合に添加すると、重合速度が向上する場合がある。
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−フェニルグリシン等のアミン化合物、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。
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、重合開始剤(成分(B))へ作用する化合物である。ここでいう作用とは、励起状態の増感色素から重合開始剤(成分(B))へのエネルギー移動や電子移動等である。重合開始剤(成分(B))が光ラジカル発生剤である場合に増感剤を添加すると、重合速度が向上する場合がある。
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、チオキサントン誘導体、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、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
増感剤を含む場合、増感剤の含有量は、重合性化合物(A)の重量に対して10重量%以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.1重量%乃至5重量%である。増感剤の含有量を0.1重量%以上であると、増感剤の効果をより効果的に発現することができる。また、増感剤の含有量を10重量%以下とすると、溶解性や保存安定性が優れる傾向がある。
ポリマー成分として、例えば、ビニルポリマー(ポリスチレン等)、ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等)等が挙げられる。ポリマー成分を含ませることで、後述する凝縮性ガスの溶解度や離型力低減効果を調整することができる。
次に、光硬化性組成物を調製する際の好適な条件について説明する。
<光硬化性組成物の配合時の温度>
試薬、溶媒を混合・溶解させることによって光硬化性組成物を調製する際には所定の温度条件下で行う。具体的には、0℃乃至100℃の範囲で行う。作業性等の観点から、好ましくは、10℃乃至50℃である。
<光硬化性組成物の粘度>
本発明の光硬化性組成物の粘度は、溶剤を除く成分の混合物について23℃での粘度が、好ましくは、1cP乃至100cPであり、より好ましくは、5cP乃至50cPであり、さらに好ましくは、6cP乃至20cPである。光硬化性組成物の粘度が100cPより高いと、ナノインプリントリソグラフィーに用いた場合、光硬化性組成物が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長い時間が必要となったり、充填不良によるパターン欠陥が生じる場合がある。一方、粘度が1cPより低いと、光硬化性組成物を塗布する際に塗りムラを生じたり、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する場合がある。
<光硬化性組成物の表面張力>
本発明の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、好ましくは、5mN/m乃至70mN/mであり、より好ましくは、7mN/m乃至35mN/mであり、さらに好ましくは、10mN/m乃至32mN/mである。ここで表面張力が5mN/mより低いと、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長い時間が必要となる。一方、表面張力が70mN/mより高いと、表面平滑性が低くなる。
<光硬化性組成物に混入しているパーティクル等の不純物>
本発明の光硬化性組成物は、できる限りパーティクル等の不純物を取り除くのが望ましい。例えば、光硬化性組成物に混入したパーティクルによって光硬化物に不用意に凹凸が生じてパターンの欠陥が発生するのを防止するためにパーティクル等の不純物を取り除くのが望ましい。具体的には、光硬化性組成物に含まれる各成分を混合した後、例えば、孔径0.001μm乃至5.0μm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。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。
尚、本発明の光硬化性組成物を、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、組成物中に金属不純物が混入するのを極力避けることが好ましい。このため、本発明の光硬化性組成物において、組成物中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。
[膜の形成方法]
次に、本発明の膜の形成方法について説明する。尚、本発明でいう膜の形成方法には、光インプリント方法が含まれている。光インプリント方法とは、好ましくは、1nm乃至10mmのサイズのパターン形成方法であると定義される。より好ましくは、およそ10nm乃至100μmのサイズのパターン形成方法を意味する。一方、一般にナノサイズ(1nm乃至100nm)のパターン(凹凸構造)を有するパターン形成技術は、光ナノインプリントと呼ばれるが、本発明の膜の形成方法には光ナノインプリント法も当然に含まれる。
図1は、本発明の膜の製造方法における実施形態の例を示す断面模式図である。図1に示される製造プロセスは、下記[1]乃至[5]あるいは[6]に示される工程からなる製造プロセスである。
[1]配置工程(塗布工程、図1(a))
[2]型接触工程(図1(b1)、(b2))
[3]光照射工程(図1(c))
[4]離型工程(図1(d))
[5]残膜除去工程(図1(e))
[6]基板加工工程(図1(f))
以上[1]乃至[6]に示される工程(あるいは[1]乃至[5]に示される工程)を経ることで、光硬化性組成物1から光硬化物12、及び光硬化物12を有する電子部品(電子デバイス)あるいは光学部品を得ることができる。以下、各工程の詳細について説明する。
<配置工程(図1(a))>
まず光硬化性組成物1を基板2上に配置(塗布)して塗布膜を形成する(図1(a))。ここでいう光硬化性組成物とは、本発明の光硬化性組成物である。
基板2に相当する被加工基板としては、通常、シリコンウエハが用いられるが、これに限定されるものではない。シリコンウエハ以外にも、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んで用いることができる。尚、使用される基板(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、等の表面処理により光硬化性組成物との密着性を向上させた基板を被加工基板として用いてもよい。
本発明の光硬化性組成物を被加工基板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、ワイヤーバーコード法、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。尚、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乃至100μmである。尚、図1(a)は、インクジェット法で光硬化性組成物1を基板2上に離散的に配置した塗布膜を例示している。
<型接触工程(図1(b1)、(b2))>
次に、前工程(配置工程)で形成された光硬化性組成物1からなる塗布膜にモールドを接触させる工程(型接触工程、図1(b1)、図1(b2))を行う。尚、モールド3は印章と見立てることができるので、この工程は、押印工程とも呼ばれる。本工程で、光硬化性組成物1(被形状転写層)にモールド3を接触させる(図1(b1))と、モールド3上に形成された微細パターンの凹部に塗布膜(の一部)11が充填される(図1(b2))。
型接触工程で使用されるモールド3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る必要がある。モールド3の構成材料として、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、金属膜等を挙げることができる。ただしモールド3の構成材料として光透明性樹脂を使用する場合は、光硬化性組成物1に含まれる溶媒に溶解しない樹脂を選択する必要がある。また成分(C)である界面活性剤に含まれる置換基であるRcやXとの極性結合が形成され易くなる理由から、光硬化性組成物と接するモールドの表面は親水性であることが好ましく、表面が石英であることが特に好ましい。
本発明の光硬化物の製造方法において用いられるモールド3は、光硬化性組成物1とモールド3の表面との剥離性を向上させるための表面処理を行ったものを用いてもよい。表面処理の方法としては、型接触工程を行う前に、モールド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。ここでモールドの表面に塗布する離型剤としては、シリコン系離型剤、フッ素系離型剤、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。尚、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、フッ素系の離型剤が特に好ましい。
型接触工程において、図1(b1)に示されるように、モールド3を光硬化性組成物1に接触する際に、光硬化性組成物1に加わる圧力は特に限定されないが、通常、0.1MPa乃至100MPaである。その中でも0.1MPa乃至50MPaであることが好ましく、0.1MPa乃至30MPaであることがより好ましく、0.1MPa乃至20MPaであることがさらに好ましい。また型接触工程においてモールド3を被形状転写層1に接触させる時間は、特に限定されないが、通常、0.1秒乃至600秒であり、0.1秒乃至300秒であることが好ましく、0.1秒乃至180秒であることがより好ましく、0.1秒乃至120秒であることが特に好ましい。
また型接触工程を行う際には、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。酸素や水分による光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が好ましい。不活性ガス雰囲気下で型接触工程を行う場合、使用され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(型接触工程)を行う場合、好ましい圧力は、0.0001気圧乃至10気圧である。尚、酸素や水分による光硬化反応への影響を防ぐことができる理由から、減圧雰囲気や不活性ガス雰囲気にするのが好ましい。
本発明において、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。本発明において、凝縮性ガスとは、下記(i)及び(ii)の要件を満たすガスをいう。
(i)型接触工程で光硬化性組成物1(被形状転写層)とモールド3とが接触する前(図1(b1))は雰囲気中に気体として存在すること
(ii)光硬化性組成物1(被形状転写層)とモールド3とが接触して、モールド3上に形成された微細パターンの凹部、又はモールドと基板との間隙に塗布膜(の一部)11と一緒に雰囲気中のガスが充填されたときに、毛細管圧力で凝縮して液化すること
尚、上記(ii)の毛細管圧力は、充填時の圧力により発生する。
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。尚、凝縮性ガスは、硬化性組成物中に溶解してもよい。
本発明において、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制限がないが、−10℃乃至24℃が好ましく、さらに好ましくは10℃乃至23℃である。この範囲であれば、充填性がさらに優れる。
本発明において、型接触工程の雰囲気温度における凝縮性ガスの蒸気圧は、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、0.1MPa乃至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。ここで、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。
本発明において、型接触工程の雰囲気温度は、特に制限がないが、20℃乃至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(CHF2CH2CF3、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(CF3CF2OCH3、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を20℃乃至25℃とした際に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℃)、及びペンタフルオロエチルメチルエーテルが好ましく、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。ヘリウムであると、型接触工程でモールド3上に形成された微細パターンの凹部に塗布膜(の一部)11と一緒に雰囲気中のガス(凝縮性ガスとヘリウムとの混合気体)が充填されたとき、凝縮性ガスが液化すると共にヘリウムがモールドを透過することができるため、充填性が優れる。
<光照射工程(図1(c))>
次に、モールド3を介して塗布膜11に光を照射する(図1(c))。この工程において、塗布膜11は、照射される光によって硬化して光硬化物12を形成する。
ここで、塗布膜11を構成する光硬化性組成物1に照射する光は、光硬化性組成物1の感度波長に応じて選択されるが、具体的には、150nm乃至400nm程度の波長の紫外光や、X線、電子線等を適宜選択して使用することが好ましい。ここで硬化助剤(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。このことから、光硬化性組成物1に照射する光(照射光4)は、紫外光が特に好ましい。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、F2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、光硬化性組成物1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、熱によっても被形状転写層が硬化する場合は、加熱硬化をさらに行ってもよい。熱硬化を行う場合、加熱雰囲気及び加熱温度等は特に限定されない。例えば、不活性雰囲気下又は減圧下では、40℃乃至200℃の範囲で光硬化性組成物1を加熱することができる。また被形状転写層1を加熱する際には、ホットプレート、オーブン、ファーネス等を用いることができる。
<離型工程(図1(d))>
次に、光硬化物12からモールド3を離し、基板2上に所定のパターン形状を有する硬化膜を形成する工程(離型工程、図1(d))を行う。この工程(離型工程)は、光硬化物12からモールド3を剥離する工程であり、前の工程(光照射工程)において、モールド3上に形成された微細パターンの反転パターンが、光硬化物12のパターンとして得られる。
また、型接触工程を凝縮性ガス雰囲気下で行った場合、離型工程で硬化膜とモールドとを引き離す際に、硬化膜とモールド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とで、離型力低減効果を奏する傾向がある。
光硬化物12からモールド3を剥離する方法としては、剥離の際に光硬化物12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、被加工基板(基板2)を固定してモールド3を被加工基板から遠ざかるように移動させて剥離してもよく、モールド3を固定して被加工基板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く、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。
<残膜除去工程(図1(e))>
上記離型工程を行ったときに得られる硬化膜は、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膜の一部が残膜として存在することがある。そこで上記パターン形状のうち、光硬化物を除去すべき領域について残存する光硬化膜(残膜)を除去する工程(残膜除去工程、図1(e))を行う。
ここで残膜を除去する方法としては、例えば、光硬化物12の凹部に残った膜(残膜)をエッチングにより取り除き、パターン凹部において基板2の表面を露出させる方法が挙げられる。
エッチングを利用する場合、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行うことで形成することができる。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、被エッチ膜の元素組成によって適宜選択されるが、O2、CO、CO2等の酸素原子を含むガス、He、N2、Ar等の不活性ガス、Cl2、BCl3等の塩素系ガス、H2、NH3のガス等を使用することができる。尚、これらのガスは混合して用いることもできる。
上記[1]乃至[5]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3の凹凸形状に因むパターン形状)を有する光硬化物12を得ることができる。ここでこの光硬化物12を利用して、基板2を加工する場合は、さらに後述する基板の加工工程を行うことがある。
一方、得られた光硬化物12を光学部材(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。係る場合、少なくとも、基板2と、この基板2の上に配置された光硬化物12と、を有する光学部材として提供することができる。
<基板加工工程(図1(f)>
本発明の製造方法によって得られる所望の凹凸パターン形状を有する光硬化物12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可能である。一方、この光硬化物12は、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できる。
光硬化物12をレジスト膜として利用する場合、具体的には、図1(f)で示すように、エッチング工程にて表面が露出した基板の一部分(符号20の領域)に対して、エッチング又はイオン注入等を行う。尚、このとき光硬化物12は、マスクとして機能する。これにより、光硬化物12のパターン形状に基づく回路構造(不図示)を基板2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付基板を製造することができる。尚、この回路付基板に電子部材を設けることにより電子部品が形成される。
尚、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光硬化物のパターン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も好ましい。
本発明の感光性ガス発生剤が、ナノインプリントリソグラフィーによる膜の製造プロセスの各工程で奏する効果は、以下に説明する通りであると考えられる。
配置工程において、パーフルオロアルキル基の疎水性の効果で、被加工基材(基板2)上に配置された光硬化性組成物1の気液界面に感光性ガス発生剤が偏在する。
そして次の型接触工程において、型(モールド3)表面との親和性を有するポリアルキレンオキシ基により、光硬化性組成物1が型と接触したときに、光硬化性組成物と型との接触界面に感光性ガス発生剤が偏在する。
そして次の光照射工程において、感光性ガス発生剤から発生したガスによる圧力の効果で、型(モールド3)と光硬化性組成物の硬化物11との界面結合が切断されることで離型力が低減される。さらに、上記界面結合が切断された後で発生したガスが光硬化性組成物の硬化物11と型との間に蓄積することで気液界面が生じる。その結果、感光性ガス発生剤が有するパーフルオロアルキル基が当該気液界面に偏在することになる。これによりパーフルオロアルキル基の疎水性が、型と光硬化性組成物の硬化物11との再付着を防止する役割を果たす。尚、型と硬化物11との再付着は、型と硬化物11との界面に発生したガスが界面から抜けて、型と硬化物11とが再び密着する現象である。
上述したガスによる気液界面形成の効果及び感光性ガス発生剤に含まれるパーフルオロアルキル基の疎水性の効果で、離型工程において型を硬化物11が設けられている基板から外す際に要する離型力が小さくなる。ここで離型力を下げるためには、上記気液界面にて生じるガス発生量を多くすること、及び光硬化性組成物の硬化物11と型との付着力を下げることが重要である。この点、本発明の感光性ガス発生剤が、硬化物11と型の表面との界面に偏在する傾向があるため、硬化物11と型の表面との界面で効果的にガスを発生させることができると共に、硬化物11と型とが再付着した時の付着力を下げることが可能である。
以上より、本発明の感光性ガス発生剤が含まれている光硬化性組成物は、低露光量であっても離型力を低減させることができる優れた組成物である。このため本発明の感光性ガス発生剤を、ナノインプリントリソグラフィー用の材料として用いると、生産性が高い光硬化性組成物及びそれを用いる膜の製造方法を得ることができる。また、本発明の感光性ガス発生剤は、発泡体を製造するための発泡剤として使用してもよい。
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。また以下の説明で使用される[部]及び[%]は特に示さない限り全て重量基準の単位である。
[実施例1]感光性ガス発生剤(C1)の合成
Figure 0006305058
(1)反応中間体X1の合成
反応容器内を窒素雰囲気にした後、室温にて、反応容器内に以下に示す試薬、溶媒を投入した。
1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルアルコールエチレンオキシド5モル付加物(DIC製):50部
トリエチルアミン:23.7部
ジクロロメタン:500部
次に、反応溶液を攪拌しながら、パラトルエンスルホニルクロライド21.2部をさらに加えた後、さらに18時間攪拌した。次に、懸濁液状態の反応溶液に水500mlに加えた後、有機層をクロロホルムで抽出し、乾燥した。次に、この有機層を減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、反応中間体X1を、63.5部得た。
(2)反応中間体X2の合成
反応容器内を窒素雰囲気にした後、室温にて、反応容器内に以下に示す試薬、溶媒を投入した。
反応中間体X1:63.5部
エチルアミン:500部
次に、反応溶液を室温で18時間攪拌した。次に、反応溶液を減圧濃縮することで得られた残渣に炭酸水素ナトリウム水溶液700部を加えた後、有機層をクロロホルムで抽出し、乾燥した。次に、この有機層を減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、反応中間体X2を、52.6部得た。
(3)感光性ガス発生剤(C1)の合成
反応容器内を窒素雰囲気にした後、室温にて、反応容器内に以下に示す試薬、溶媒を投入した。
2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−5−スルホニルクロライド:46.2部
ジクロロメタン:1L
次に、反応溶液を0℃に冷却した後、トリエチルアミン60部を加え、次いで反応中間体X2のジクロロメタン溶液を滴下した。次に、反応溶液を0℃に1時間撹拌した後、室温まで昇温させた後、この温度(室温)でさらに2時間撹拌した。次に、反応溶液に水500mlを加えた後、有機層をクロロホルムで抽出し、乾燥した。次に、この有機層を減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、40℃で減圧乾燥することにより、感光性ガス発生剤(C1)を得た。
尚、本実施例にて得られた感光性ガス発生剤(C1)は、一般式(2)に示される化合物であって、各置換基の具体的名称は下記表1に示される通りである。尚、本実施例にて得られた感光性ガス発生剤(C1)において、一般式(2)中のnは、4である。
Figure 0006305058
[実施例2]光硬化性組成物(a−1)の製造
下記に示される試薬を混合した。
(2−1)重合性化合物(A1):94重量部
(尚、重合性化合物(A1)として、下記に示される試薬及び溶媒を混合させてなる混合物を用いた。
(2−1−1)イソボルニルアクリレート(共栄社化学製、商品名:IB−XA):61.6重量部
(2−1−2)(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)メチルアクリレート(大阪有機化学工業製、商品名:MEDOL−10)10重量部
(2−1−3)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:ビスコート#230):22.4重量部)
(2−2)光重合開始剤(B1):1重量部
(尚、光重合開始剤(B1)として、Irgacure369(チバ・ジャパン製)を用いた。)
(2−3)実施例1で合成した感光性ガス発生剤(C1):12重量部
次に、得られた混合溶液を、フィルタの目の粗さが5nmの超高分子量ポリエチレン製フィルタにてろ過することにより、光硬化性組成物(a−1)を得た。
[光硬化性組成物(a−1)の評価]
得られた光硬化性組成物(a−1)を用いて、以下の方法で膜を作製することで光硬化性組成物(a−1)の評価を行った。また膜を作製することで、実施例1で合成した感光性ガス発生剤(C1)がもたらす離型性も評価した。
(塗布工程)
マイクロピペットを用いて、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基板(縦50mm、横25mm)上に、光硬化性組成物(a−1)を2μl滴下した。
(型接触工程)
次に、上記シリコン基板上に、表面処理がされておらず、パターンも形成されていない石英基板(縦50mm、横25mm)を、各基板の中央で交差するようにして載せて、シリコン基板と石英基板とが重なった部分(縦25mm、横25mm)に光硬化性組成物(a−1)を充填した。このとき形成される光硬化性組成物(a−1)の液膜の膜厚は、約3.2μmであった。
(光照射工程)
次に、UV光源(EX−250、HOYA CANDEO OPTRONICS CORPORATION製)を用いて、石英基板越しにUV光を光硬化性組成物(a−1)に40秒間照射して、光硬化性組成物(a−1)の硬化物からなる膜を作製した。
(離型工程)
次に、シリコン基板と石英基板とを手で引き離した。
実施例2において、光照射工程の間に、石英基板と光硬化性組成物の膜との界面に、ガス発生に伴う隙間が生じる様子が観察できた。このように石英基板と光硬化性組成物の膜との界面に隙間が生じると、石英基板と膜との界面結合力は、当然に低下するため、離型力の低減効果があると判断できる。尚、界面の隙間は、界面からガスが抜けることで徐々に消失し、離型工程の前に隙間は完全に消失した。また、離型工程において、シリコン基板と石英基板とは極めて容易に引き離すことができた。
[比較例1]
実施例2において、感光性ガス発生剤(C1)を、2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−5−スルホン酸p−クレゾールエステル(PC−5、東洋合成製)2重量部としたこと以外は、実施例1と同様の方法により光硬化性組成物(b−1)を調製した。そして調製した光硬化性組成物(b−1)を用いて、実施例2と同様の方法により膜を作成し、膜作製の過程における感光性ガス発生剤の離型性を評価した。
本比較例では、光照射工程において光硬化性組成物(b−1)に対して光を照射する時間(露光時間)を40秒と設定したが、光を照射する間では、石英基板と光硬化性組成物との界面に隙間が生じる様子は観察できなかった。また露光時間を40秒から600秒に延長しても同様の結果だった。さらに、離型工程では、シリコン基板と石英基板とが強く接着しているために、手で引き離すことが困難だった。
[比較例2]
実施例2において、感光性ガス発生剤(C1)を、2,2’−アゾビス−(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)(VAm−110、和光純薬製)15重量部としたこと以外は、実施例1と同様の方法により光硬化性組成物(b−2)を調製した。そして調製した光硬化性組成物(b−2)を用いて、実施例2と同様の方法により膜を作成し、膜作製の過程における感光性ガス発生剤の離型性を評価した。
本比較例では、当初、光照射工程において光硬化性組成物(b−2)に対して光を照射する時間(露光時間)を40秒と設定したが、光を照射する間では、石英基板と光硬化性組成物との界面に隙間が生じる様子は観察できなかった。そこで露光時間を40秒から600秒に延長すると、600秒後に、石英基板と光硬化性組成物の膜との界面にガス発生に伴う隙間が生じる様子が観察できた。尚、界面の隙間は、界面からガスが抜けることで徐々に消失し、600秒露光後に行った離型工程の前に、隙間は完全に消失した。600秒露光後の離型工程では、シリコン基板と石英基板との接着は、比較例1程ではないが実施例2よりは強く接着しており、離型するためには実施例2よりも強い力が必要だった。
[まとめ]
以上より、実施例1の感光性ガス発生剤を有する実施例2の光硬化性組成物は、比較例の光硬化性組成物と比較して、短い露光時間(40秒)でモールドを弱い力で引き離すことができることが判明した。即ち、本発明の感光性ガス発生剤を含む光硬化性組成物は、少ない露光量であっても離型力低減効果が優れる光硬化性組成物であることが示された。また、実施例2と比較例2との比較から、本発明の光硬化性組成物は、ガスによる離型の後でシリコン基板上に形成された膜と石英基板との界面からガスが抜けても、シリコン基板と石英基板との再付着を抑制する効果も奏することが分かる。これは、本発明の光硬化性組成物をナノインプリントリソグラフィーに用いた場合に、離型力低減という優れた効果を奏することを示している。
1:光硬化性組成物、2:基板、3:モールド、10:界面活性剤、11:塗布膜、12:光硬化物

Claims (12)

  1. 光刺激によりガスを発生する光刺激応答性ガス発生基と、
    パーフルオロアルキル基と、
    前記光刺激応答性ガス発生基と、前記パーフルオロアルキル基とを連結するポリアルキレンオキシ基と、を有する化合物であることを特徴とする、感光性ガス発生剤。
  2. 下記一般式(1)で示される化合物であることを特徴とする、請求項1に記載の感光性ガス発生剤。
    Figure 0006305058
    (式(1)において、RG1は、光刺激応答性ガス発生基を表し、XAは、連結基となる2価の置換基を表し、Oは、酸素原子を表し、R1は、炭素数が2乃至4のアルキレン基を表し、nは、2乃至30の整数を表し、Rfは、1価のパーフルオロアルキル基を表す。)
  3. 前記RG1が、ジアゾナフトキノンスルホニル基であることを特徴とする、請求項2に記載の感光性ガス発生剤。
  4. 重合性化合物と、
    光重合開始剤と、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の感光性ガス発生剤と、を有することを特徴とする、光硬化性組成物。
  5. 前記感光性ガス発生剤の含有量が、前記重合性化合物の重量に対して1重量%以上であることを特徴とする、請求項4に記載の光硬化性組成物。
  6. ナノインプリントリソグラフィーで用いられることを特徴とする、請求項4又は5に記載の光硬化性組成物。
  7. 基板上に、請求項4乃至6に記載の光硬化性組成物を配置する配置工程と、
    前記光硬化性組成物とモールドとを接触させる型接触工程と、
    前記光硬化性組成物に光を照射する光照射工程と、
    前記光照射工程の後、前記光硬化性組成物と前記モールドとを引き離す離型工程と、
    を有し、
    前記基板上に、所定のパターン形状を有する膜を得ることを特徴とする、膜の製造方法。
  8. 型接触工程が、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7に記載の膜の製造方法。
  9. 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8に記載の膜の製造方法。
  10. 凝縮性ガスを含む雰囲気が、ヘリウムと凝縮性ガスとの混合気体であることを特徴とする、請求項8又は9に記載の膜の製造方法。
  11. 請求項7乃至10のいずれか一項に記載の膜の製造方法により得られた膜のパターン形状に基づいてエッチング又はイオン注入を行い、前記パターン形状に基づいて前記基板に回路構造を形成することを特徴とする、回路付基板の製造方法。
  12. 基板と、前記基板の上に配置される膜と、を有する光学部材の製造方法であって
    前記膜を、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の膜の製造方法によって製造する工程を有することを特徴とする、光学部材の製造方法
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