JP6429031B2 - シルセスキオキサン化合物及び変性シリコーン化合物を含むインプリント材料 - Google Patents

シルセスキオキサン化合物及び変性シリコーン化合物を含むインプリント材料 Download PDF

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Description

本発明は、インプリント材料(インプリント用膜形成組成物)及び当該材料から作製され、パターンが転写された膜に関する。より詳しくは、硬化後、離型時においてモールドから前記パターンが転写された膜を容易に剥離可能であるとともに、200℃を超える温度での加熱工程に対する耐熱性を備えた硬化膜が形成されるインプリント材料、並びに当該材料から作製され、パターンが転写された膜に関するものである。
1995年、現プリンストン大学のチョウ教授らがナノインプリントリソグラフィという新たな技術を提唱した(特許文献1)。ナノインプリントリソグラフィは、任意のパターンを有するモールドを樹脂膜が形成された基材と接触させ、当該樹脂膜を加圧すると共に、熱又は光を外部刺激として用い、目的のパターンを硬化された当該樹脂膜に形成する技術であり、このナノインプリントリソグラフィは、従来の半導体デバイス製造におけるフォトリソグラフィ等に比べて簡便・安価にナノスケールの加工が可能であるという利点を有する。
したがって、ナノインプリントリソグラフィは、フォトリソグラフィ技術に代わり、半導体デバイス、オプトデバイス、ディスプレイ、記憶媒体、バイオチップ等の製造への適用が期待されている技術であることから、ナノインプリントリソグラフィに用いる光ナノインプリントリソグラフィ用硬化性組成物について様々な報告がなされている(特許文献2、特許文献3)。さらに、シリコーン骨格を有する化合物及び光重合開始剤を含む光インプリント材料が特許文献4に開示されている。
ナノインプリントリソグラフィにおいて高価なモールドを使用する場合、モールドの長寿命化が求められるが、硬化された樹脂膜からモールドを引き剥がす力、すなわち離型時における引き剥がし力(以下、本明細書では「離型力」と略称する。)が大きいとモールドへ樹脂が付着しやすくなり、モールドが使用不可能となりやすくなる。このためナノインプリントリソグラフィに用いる材料(以下、本明細書では「インプリント材料」と略称する。)には低離型力性(硬化された樹脂膜をモールドから容易に剥離出来る特性)が求められることとなる。また、デバイス作製ではベーク、はんだ付け等、加熱工程を経ることがある。場合によっては、前記加熱工程で260℃程度の温度に曝されることもあり、その時に膜の耐熱性が低く、当該膜から分解物の昇華が起こると、デバイス内部や、デバイスを作製する装置及び機器を汚染してしまい、大きな問題となる。更にデバイスの種類によっては、熱に曝される箇所で使用されることもあり、そのような場合も同様の問題が起こるため、固体撮像装置、太陽電池、LEDデバイス、ディスプレイなどの製品では、光学部材として作製した構造物に対して高度な耐熱性が求められる。
しかし、これまでにインプリント材料として種々の材料が開示されているものの、低離型力と、200℃を超える温度、例えば260℃において分解物の昇華が起こらない耐熱性とを兼ね備えた材料の報告はなされていない。
米国特許第5772905号明細書 特開2008−105414号公報 特開2008−202022号公報 特開2013−065768号公報
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その解決しようとする課題は、硬化後、離型時においてモールドからパターンが転写された膜を容易に剥がすことができるすなわち低離型力性を有するインプリント材料、及び200℃を超える温度においても分解物の昇華が起こらない高耐熱性を有する硬化膜が形成されるインプリント材料を提供することであり、更に、当該材料から作製され、パターンが転写された膜を提供することである。具体的には、モールドに対する離型力が0g/cmより大きく0.8g/cm以下、なおかつ例えば260℃の温度に曝しても分解物の昇華が起こらない硬化膜が形成される材料を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、重合性基を2つ以上有するシルセスキオキサン化合物、及び末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物、を含有し、前記重合性基を2つ以上有するシルセスキオキサン化合物と前記末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物の合計100質量%に対し当該末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物の割合を5質量%以上25質量%以下とし、更に光重合開始剤及び溶剤を含有する組成物をインプリント材料として使用することを見出した。その結果、本発明者らは、モールドの凹凸形状を有する面上において当該材料の光硬化によりモールドの凹凸形状パターンが転写された硬化膜をモールドの凹凸形状を有する面から剥離する際に計測される離型力が格段に小さく、また当該材料より作製したパターン転写された膜は260℃の温度の下においても分解物の昇華が見られないという知見を得、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、第1観点として、下記(A)成分、(B)成分、(C)及び(D)成分を含有し、前記(A)成分及び(B)成分の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合が5質量%以上25質量%以下であるインプリント材料に関する。
(A):下記式(1)で表される繰り返し単位を有し、式中Xで表される重合性基を2つ以上有するシルセスキオキサン化合物
(B):下記式(2)で表される繰り返し単位を有し、末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物
(C):光重合開始剤
(D):溶剤
Figure 0006429031
(式中、R及びRはそれぞれ独立に炭素原子数1乃至3のアルキル基を表し、Rは炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表し、kは0乃至3の整数を表す。)
第2観点として、前記(A)成分が完全かご型構造及び/又は不完全かご型構造、並びにランダム構造及びはしご型構造の混合体からなる、第1観点に記載のインプリント材料に関する。
第3観点として、(E)成分として界面活性剤を更に含有する第1観点又は第2観点に記載のインプリント材料に関する。
第4観点として、前記(A)成分及び(B)成分の重合性基がアクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基又はアリル基である、第1観点乃至第3観点のうちいずれか一つに記載のインプリント材料に関する。
第5観点として、第1観点乃至第4観点のうちいずれか一つに記載のインプリント材料から作製され、パターンが転写された膜に関する。
第6観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた光学部材に関する。
第7観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた固体撮像装置に関する。
第8観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えたLEDデバイスに関する。
第9観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を備えた半導体素子に関する。
第10観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた太陽電池に関する。
第11観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えたディスプレイに関する。
第12観点として、第5観点に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた電子デバイスに関する。
本発明のインプリント材料から作製された硬化膜は、低離型力性を有するとともに、例えば260℃の温度に曝されても分解物の昇華が見られない。
また本発明のインプリント材料は、光硬化が可能であり、かつモールドの凹凸形状を有する面からの剥離時にパターンの一部に剥がれが生じないため、所望のパターンが正確に形成された膜が得られる。したがって、良好な光インプリントのパターン形成が可能である。
また、本発明のインプリント材料は、任意の基材上に製膜することができ、インプリント後に形成されるパターンが転写された膜は、太陽電池、LEDデバイス、ディスプレイなどの、高透明性が求められる部材を使用する製品へ好適に用いることができる。
さらに、本発明のインプリント材料は、前記(A)成分、(B)成分及び(D)成分の化合物の種類及び含有割合を変更することで、硬化速度、動的粘度、及び形成される硬化膜の膜厚をコントロールすることができる。したがって、本発明のインプリント材料は、製造するデバイス種と露光プロセス及び焼成プロセスの種類に対応した材料の設計が可能であり、プロセスマージンを拡大できるため、光学部材の製造に好適に用いることができる。
<(A)成分>
(A)成分である重合性基を2つ以上有するシルセスキオキサン化合物は、主鎖骨格がSi−O−Si結合であり、前記式(1)で表される繰り返し単位の式中に1.5個の酸素原子を有し、当該式中のXで表される重合性基を2つ以上有する化合物を示す。当該重合性基としては、例えば、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基、アリル基が挙げられる。ここで、アクリロイルオキシ基はアクリロキシ基と、メタアクリロイルオキシ基はメタアクリロキシ基と表現されることがある。さらに、前記式(1)においてRで表される炭素原子数1乃至3のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチリデン基[−CH(CH)−基]、プロパン−2,2−ジイル基[−C(CH−基]が挙げられる。
上記(A)成分の化合物は、市販品として入手が可能であり、その具体例としては、AC−SQ TA−100、MAC−SQ TM−100、AC−SQ SI−20、MAC−SQ SI−20、MAC−SQ HDM(以上、東亞合成株式会社製)を挙げることができる。
前記(A)成分の化合物は、例えば、下記式(3)で表される化合物又は下記式(4)で表される化合物を用いて合成することも可能である。
Figure 0006429031
(式中、3つのRはそれぞれ独立にメチル基又はエチル基を表し、Rは水素原子又はメチル基を表し、3つのQはそれぞれ独立にハロゲノ基を表す。)
上記式(3)で表される化合物としては、例えば、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピル及びメタクリル酸3−(トリエトキシシリル)プロピルが挙げられる。上記式(4)で表される化合物としては、例えば、3−アクリロイルオキシプロピルトリクロロシラン、メタクリル酸3−(トリクロロシリル)プロピルが挙げられる。
上記(A)成分の化合物は、重量平均分子量が例えば700乃至7000のシルセスキオキサン化合物を使用することができ、そのような化合物を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明のインプリント材料における(A)成分は、パターン転写後の膜に対して耐熱性を付与し、200℃を超える温度、例えば260℃の温度下において分解物の昇華を抑制することができる。また、(A)成分の種類、分子量及び含有割合を変更することで、インプリント材料の動的粘度、インプリント時の硬化速度、及び形成される硬化膜の膜厚をコントロールすることができる。
<(B)成分>
(B)成分である末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物は、分子内にシリコーン骨格(シロキサン骨格)を有し、当該分子の末端に重合性基を2つ有する化合物を示す。そのシリコーン骨格については、前記式(2)においてR及びRがそれぞれ独立にメチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基を表す場合が挙げられるが、特に、R及びRがいずれもメチル基を表すジメチルシリコーン骨格が好ましい。さらに、前記重合性基としては、例えば、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基、アリル基が挙げられる。ここで、アクリロイルオキシ基はアクリロキシ基と、メタアクリロイルオキシ基はメタアクリロキシ基と表現されることがある。
上記(B)成分の化合物としては市販品として入手が可能であり、その具体例としては、X−22−164、X−22−164AS、X−22−164A、X−22−164B、X−22−164C、X−22−164E、X−22−2445、X−22−1602(以上、信越化学工業株式会社製)が挙げられる。
上記(B)成分の化合物は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明のインプリント材料における(B)成分の割合は、上記(A)成分と(B)成分の合計100質量%に対し、5質量%以上25質量%以下である。この割合が5質量%未満である場合には十分な低離型力性を得ることができず、25%を超える場合には200℃を超える温度、例えば260℃の温度に曝されたときに分解物の昇華が起こる。
<(C)成分>
(C)成分である光重合開始剤としては、光硬化時に使用する光源に吸収をもつものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、tert−ブチルペルオキシ−iso−ブチレート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルジオキシ)ヘキサン、1,4−ビス[α−(tert−ブチルジオキシ)−iso−プロポキシ]ベンゼン、ジ−tert−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルジオキシ)ヘキセンヒドロペルオキシド、α−(iso−プロピルフェニル)−iso−プロピルヒドロペルオキシド、tert−ブチルヒドロペルオキシド、1,1−ビス(tert−ブチルジオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルジオキシ)バレレート、シクロヘキサノンペルオキシド、2,2’,5,5’−テトラ(tert−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(tert−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(tert−アミルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(tert−ヘキシルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’−ビス(tert−ブチルペルオキシカルボニル)−4,4’−ジカルボキシベンゾフェノン、tert−ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−tert−ブチルジペルオキシイソフタレート等の有機過酸化物;9,10−アントラキノン、1−クロロアントラキノン、2−クロロアントラキノン、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等のキノン類;ベンゾインメチル、ベンゾインエチルエーテル、α−メチルベンゾイン、α−フェニルベンゾイン等のベンゾイン誘導体;2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、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−プロパン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−[4−{4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)ベンジル}−フェニル]−2−メチル−プロパン−1−オン、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−1−ブタノン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチル−ベンジル)−1−(4−モリホリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン等のアルキルフェノン系化合物;ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド系化合物;1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−オクタンジオン2−(O−ベンゾイルオキシム)、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]エタノンO−アセチルオキシム等のオキシムエステル系化合物が挙げられる。
上記化合物は、市販品として入手が可能であり、その具体例としては、IRGACURE(登録商標)651、同184、同500、同2959、同127、同754、同907、同369、同379、同379EG、同819、同819DW、同1800、同1870、同784、同OXE01、同OXE02、同250、Darocur(登録商標)1173、同MBF、同4265、Lucirin(登録商標)TPO(以上、BASFジャパン株式会社製)、KAYACURE(登録商標)DETX、同MBP、同DMBI、同EPA、同OA(以上、日本化薬株式会社製)、VICURE−10、同55(以上、STAUFFER Co.LTD製)、ESACURE(登録商標)KIP150、同TZT、同1001、同KTO46、同KB1、同KL200、同KS300、同EB3、トリアジン−PMS、トリアジンA、トリアジンB(以上、日本シイベルヘグナー株式会社製)、アデカオプトマーN−1717、同N−1414、同N−1606(株式会社ADEKA製)が挙げられる。
上記(C)成分の光重合開始剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明のインプリント材料における(C)成分の含有量は、上記(A)成分及び(B)成分の総質量に対して、0.1phr乃至30phrであることが好ましく、1phr乃至20phrであることがより好ましい。(C)成分の含有量の割合が0.1phr未満の場合には、十分な硬化性が得られず、パターニング特性の悪化が起こるからである。ここで、phrとは、(A)成分および(B)成分の総質量100gに対する、光重合開始剤の質量を表す。
<(D)成分>
本発明における(D)成分である溶剤は、上記(A)成分である重合性基を2つ以上有するシルセスキオキサン化合物及び(B)成分である末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物の粘度調節の役割を果たす。
上記溶剤としては、例えば、トルエン、p−キシレン、o−キシレン、スチレン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコ−ルジメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール、1−オクタノール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、プロピレングリコール、ベンジルアルコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、γ−ブチロラクトン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルn−ブチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸n−プロピル、酢酸イソブチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロパノール、tert−ブタノール、アリルアルコール、n−プロパノール、2−メチル−2−ブタノール、イソブタノール、n−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−エチルヘキサノール、トリメチレングリコール、1−メトキシ−2−ブタノール、イソプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、N−シクロヘキシル−2−ピロリジンが挙げられ、上記(A)成分及び(B)成分の粘度を調節することができるものであれば、特に限定されるものではない。
上記(D)成分の溶剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
上記(A)成分乃至(C)成分、並びに後述する(E)成分及びその他添加剤を含む全成分から(D)成分の溶剤を除いたものとして定義される固形分は、本発明のインプリント材料に対して10質量%乃至90質量%となる量にて含有することが好ましい。
<(E)成分>
本発明のインプリント材料においては、(E)成分として界面活性剤が添加されていてもよい。(E)成分である界面活性剤は、得られる塗膜の製膜性を調整する役割を果たす。
上記界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイ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、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤;商品名エフトップ(登録商標)EF301、同EF303、同EF352(三菱マテリアル電子化成株式会社)、商品名メガファック(登録商標)F−553、同F−554、同F−556、同F−477、同F171、同F173、同R−08、同R−30、同R−30N(DIC株式会社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム株式会社製)、商品名アサヒガード(登録商標)AG710、サーフロン(登録商標)S−382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106(旭硝子株式会社製)等のフッ素系界面活性剤;及びオルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業株式会社製)を挙げることができる。
上記界面活性剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。界面活性剤が使用される場合、その割合は、上記(A)成分、(B)成分及び(C)成分の総質量に対して、好ましくは0.01phr乃至40phr、より好ましくは0.01phr乃至10phrである。
<その他添加剤>
本発明のインプリント材料は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、エポキシ化合物、光酸発生剤、光増感剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、密着補助剤又は離型性向上剤を含有することができる。
上記エポキシ化合物としては、例えば、X−22−2046、X−22−343、X−22−2000、X−22−4741、X−22−163、X−22−163A、X−22−163B、X−22−163C、X−22−169AS、X−22−169B、X−22−173BX、X−22−173DX、X−22−9002、KF−102、KF−101、KF−1001、KF−1002、KF−1005、KF−105(以上、信越化学工業株式会社製)、エポリード(登録商標)GT−401、同PB3600、セロキサイド(登録商標)2021P、同2000、同3000、EHPE3150、EHPE3150CE、サイクロマー(登録商標)M100(以上、株式会社ダイセル製)、EPICLON(登録商標)840、同840−S、同N−660、同N−673−80M(以上、DIC株式会社製)が挙げられる。
上記光酸発生剤としては、例えば、IRGACURE(登録商標)PAG103、同PAG108、同PAG121、同PAG203、同CGI725(以上、BASFジャパン株式会社製)、WPAG−145、WPAG−170、WPAG−199、WPAG−281、WPAG−336、WPAG−367(以上、和光純薬工業株式会社製)、TFE−トリアジン、TME−トリアジン、MP−トリアジン、ジメトキシトリアジン、TS−91、TS−01(株式会社三和ケミカル製)が挙げられる。
上記光増感剤としては、例えば、チオキサンテン系、キサンテン系、ケトン系、チオピリリウム塩系、ベーススチリル系、メロシアニン系、3−置換クマリン系、3,4−置換クマリン系、シアニン系、アクリジン系、チアジン系、フェノチアジン系、アントラセン系、コロネン系、ベンズアントラセン系、ペリレン系、ケトクマリン系、クマリン系、ボレート系が挙げられる。
上記光増感剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。当該光増感剤を用いることによって、UV領域の吸収波長を調整することもできる。
上記紫外線吸収剤としては、例えば、TINUVIN(登録商標)PS、同99−2、同109、同328、同384−2、同400、同405、同460、同477、同479、同900、同928、同1130、同111FDL、同123、同144、同152、同292、同5100、同400−DW、同477−DW、同99−DW、同123−DW、同5050、同5060、同5151(以上、BASFジャパン株式会社)が挙げられる。
上記紫外線吸収剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。当該紫外線吸収剤を用いることによって、光硬化時に膜の最表面の硬化速度を制御することができ、離型性を向上できる場合がある。
上記酸化防止剤としては、例えば、IRGANOX(登録商標)1010、同1035、同1076、同1135、同1520L(以上、BASFジャパン株式会社)が挙げられる。
上記酸化防止剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。当該酸化防止剤を用いることで、酸化によって膜が黄色に変色することを防止することができる。
上記密着補助剤としては、例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランが挙げられる。当該密着補助剤を用いることによって、基材との密着性が向上する。当該密着補助剤の含有量は、上記(A)成分及び上記(B)成分の総質量に対して、好ましくは5phr乃至50phr、より好ましくは10phr乃至50phrである。
上記離型性向上剤としては、例えば、フッ素含有化合物が挙げられる。フッ素含有化合物としては、例えば、R−5410、R−1420、M−5410、M−1420、E−5444、E−7432、A−1430、A−1630(以上、ダイキン工業株式会社製)が挙げられる。
<インプリント材料の調製>
本発明のインプリント材料の調製方法は、特に限定されないが、(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分、並びに任意成分である(E)成分及び所望によりその他添加剤を混合し、インプリント材料が均一な状態となっていればよい。
また、(A)成分乃至(E)成分並びに所望によりその他添加剤を混合する際の順序は、均一なインプリント材料が得られるなら問題なく、特に限定されない。当該調製方法としては、例えば、(A)成分に(B)成分を所定の割合で混合する方法が挙げられる。また、これに更に(C)成分、(D)成分、(E)成分を混合し、均一なインプリント材料とする方法も挙げられる。さらに、この調製方法の適当な段階において、必要に応じて、その他の添加剤を更に添加して混合する方法が挙げられる。
<光インプリント及びパターンが転写された膜>
本発明のインプリント材料は、基材上に塗布し光硬化させることで所望の硬化膜を得ることができる。塗布方法としては、公知又は周知の方法、例えば、スピンコート法、ディップ法、フローコート法、インクジェット法、スプレー法、バーコート法、グラビアコート法、スリットコート法、ロールコート法、転写印刷法、刷毛塗り、ブレードコート法、エアーナイフコート法を挙げることができる。
本発明のインプリント材料が塗布される基材としては、例えば、シリコンウエハ、インジウム錫酸化物(ITO)が製膜されたガラス(以下、本明細書では「ITO基板」と略称する。)、シリコンナイトライド(SiN)が製膜されたガラス(SiN基板)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)が製膜されたガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、トリアセチルセルロース(TAC)、アクリル、プラスチック、ガラス、石英、セラミックス等からなる基材を挙げることができる。また、可撓性を有するフレキシブル基材、例えばトリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィン(コ)ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルフォン、並びにこれらポリマーを組み合わせた共重合体からなる基材を用いることも可能である。
本発明のインプリント材料を硬化させる光源としては、特に限定されないが、例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、無電極ランプ、メタルハライドランプ、KrFエキシマーレーザー、ArFエキシマーレーザー、Fエキシマーレーザー、電子線(EB)、極端紫外線(EUV)を挙げることができる。また、波長は、一般的には、436nmのG線、405nmのH線、365nmのI線、又はGHI混合線を用いることができる。さらに、露光量は、好ましくは、30乃至2000mJ/cm、より好ましくは30乃至1000mJ/cmである。
なお、前述の(D)成分である溶剤を用いる場合には、光照射前の塗膜及び光照射後の硬化膜の少なくとも一方に対し、溶剤を蒸発させる目的で、ベーク工程を加えてもよい。ベークするための機器としては、特に限定されるものではなく、例えば、ホットプレート、オーブン、ファーネスを用いて、適切な雰囲気下、すなわち大気、窒素等の不活性ガス、又は真空中で加熱することができるものであればよい。ベーク温度は、溶剤を蒸発させる目的では、特に限定されないが、例えば、40℃乃至200℃で行うことができる。
光インプリントを行う装置は、目的のパターンが得られれば特に限定されないが、例えば、東芝機械株式会社製のST50、同社製のST50S−LED、Obducat社製のSindre(登録商標)60、明昌機工株式会社製のNM−0801HB等の市販されている装置が挙げられる。そして当該装置を使用して、基材上に塗布されたインプリント材料とモールドとを圧着し、光硬化後に離型する方法を用いることができる。
また、本発明のパターンが転写された膜を作製する際に用いる光インプリント用モールド材としては、例えば、石英、シリコン、ニッケル、アルミナ、カルボニルシラン、グラッシーカーボン、ポリジメチルシリコーンを挙げることができるが、目的のパターンが得られるなら、特に限定されない。また、モールドは、離型性を高めるために、その表面にフッ素系化合物等の薄膜を形成する離型処理を行ってもよい。離型処理に用いる離型剤としては、例えば、ダイキン工業株式会社製のオプツール(登録商標)HD、同DSXが挙げられるが、目的のパターンが得られるなら、特に限定されない。
光インプリントのパターンサイズはナノメートルオーダーであり、具体的には1ミクロン未満のパターンサイズに準ずる。
なお、本発明において、離型力を評価する90°剥離試験とは、一般に接着物(本発明ではインプリント材料から形成された硬化膜に相当する)を被着物(本発明では基材として使用するフィルムに相当する)に貼付けし、所定時間後に所定の剥離速度で90°方向に引き剥がす際に生じる抵抗力(張力)を測定する試験である。通常、測定はJIS Z0237を参考にした評価法にて実施される。ここで測定された抵抗力を被着物の幅あたりに換算した値を離型力として評価することができる。
そして本発明のインプリント材料をフィルム上に塗布し、当該フィルム上の塗膜をモールドの凹凸形状を有する面に接着させ、続いて当該塗膜を、モールドの凹凸形状を有する面を接着させたまま光硬化させ、その後フィルム上の硬化膜をモールドの凹凸形状を有する面から90°剥離する試験において計測された離型力、すなわち、当該フィルム上の硬化膜をモールドの凹凸形状を有する面から完全に剥離したときの荷重を当該フィルムの横幅1cmあたりに換算した値は、0g/cmより大きく0.8g/cm以下であることが好ましい。この離型力は、前記範囲において小さい値ほどより好ましい。
こうして本発明のインプリント材料から作製され、パターンが転写された膜、さらに当該膜を備えた半導体素子並びに当該膜を基材上に備えた光学部材、固体撮像素子、LEDデバイス、太陽電池、ディスプレイ及び電子デバイスも本発明の対象である。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものでない。
後述する合成例1に示すポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、本明細書ではGPCと略称する。)による測定結果である。測定には、(株)島津製作所製GPCシステムを用いた。当該GPCシステムの構成と、測定条件は下記のとおりである。
<GPCシステム構成>
システムコントローラ:CBM−20A、カラムオーブン:CTO−20、オートサンプラ:SIL−10AF、検出器:SPD−20A及びRID−10A、排気ユニット:DGU−20A3
GPCカラム:Shodex(登録商標)KF−804L及びKF−803L
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン
流量:1mL/分
標準試料:異なる重量平均分子量(197000、55100、12800、3950、1260、580)のポリスチレン6種
(合成例1)
2000mLの四つ口フラスコに、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン486.98g及びメタノール400.53gを仕込み、攪拌下10℃に冷却し、0.1N塩酸水溶液112.23gとメタノール200.26gの混合溶液を10〜25℃で30分かけて滴下した。その後、室温で一時間攪拌し、還流下3時間攪拌した。この溶液に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、本明細書ではPGMEAと略称する。)820gを添加しながら減圧濃縮してPGMEA溶液へ置換し、600.0gのシルセスキオキサン化合物PGMEA溶液を得た。このシルセスキオキサン化合物PGMEA溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、本明細書ではPGMEと略称する。)120.0gを加え、40℃で2時間加熱し、シルセスキオキサン化合物のPGMEA/PGME溶液(PS−1)を得た。得られたPS−1の固形分濃度を、ハロゲン水分計(HR83−P、メトラー・トレド株式会社製)にて150℃で測定したところ、固形分濃度は50%であった。本合成例1で得られたシルセスキオキサン化合物の重量平均分子量を、GPCにより測定したところ、1100であった。このシルセスキオキサン化合物は、前記式(1)で表される繰り返し単位を有し、当該式中、Xはアクリロイルオキシ基を表し、Rはメチレン基を表し、kは3を表す。
[インプリント材料の調製]
<実施例1>
AC−SQ TA−100(東亞合成株式会社製)(以下、本明細書では「AC−SQTA−100」と略称する。)を9.5g、X−22−1602(信越化学株式会社製)(以下、本明細書では「X−22−1602」と略称する。)を0.5g、Lucirin(登録商標)TPO(BASFジャパン株式会社製)(以下、本明細書では「Lucirin TPO」と略称する。)を0.25g(AC−SQ TA−100及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−a1を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は5質量%である。
<実施例2>
AC−SQ TA−100を9g、X−22−1602を1g、Lucirin TPOを0.25g(AC−SQ TA−100及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−a2を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は10質量%である。
<実施例3>
AC−SQ TA−100を9g、X−22−1602を1g、Lucirin TPOを0.25g、メガファック(登録商標)R−30N(DIC株式会社製)(以下、本明細書では「R−30N」と略称する。)を0.0051g(AC−SQ TA−100、X−22−1602及びLucirin TPOの総量に対して0.05phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−a3を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は10質量%である。
<実施例4>
AC−SQ TA−100を8g、X−22−1602を2g、Lucirin TPOを0.25g(AC−SQ TA−100及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−a4を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は20質量%である。
<実施例5>
AC−SQ TA−100を8g、X−22−1602を2g、Lucirin TPOを0.25g(AC−SQ TA−100及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、R−30Nを0.0051g(AC−SQ TA−100、X−22−1602及びLucirin TPOの総量に対して0.05phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−a5を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は20質量%である。
<実施例6>
AC−SQ TA−100を7.5g、X−22−1602を2.5g、LucirinTPOを0.25g(AC−SQ TA−100及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−a6を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は25質量%である。
<実施例7>
合成例1で得たPS−1(固形分濃度50質量%)を9.5g、X−22−1602を0.25g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、PGMEA4.77gを混合し、インプリント材料PNI−a7を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は5質量%である。
<実施例8>
合成例1で得たPS−1を9g、X−22−1602を0.5g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、PGMEA5.02gを混合し、インプリント材料PNI−a8を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は10質量%である。
<実施例9>
合成例1で得たPS−1を9g、X−22−1602を0.5g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、R−30Nを0.0026g(PS−1から溶剤を除いた固形分、X−22−1602及びLucirin TPOの総量に対して0.05phr)、PGMEA5.02gを混合し、インプリント材料PNI−a9を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は10質量%である。
<実施例10>
合成例1で得たPS−1を8g、X−22−1602を1g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、PGMEA5.52gを混合し、インプリント材料PNI−a10を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は20質量%である。
<実施例11>
合成例1で得たPS−1を8g、X−22−1602を1g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、R−30Nを0.0026g(PS−1から溶剤を除いた固形分、X−22−1602及びLucirin TPOの総量に対して0.05phr)、PGMEA5.52gを混合し、インプリント材料PNI−a11を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は20質量%である。
<実施例12>
合成例1で得たPS−1を7.5g、X−22−1602を1.25g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分及びX−22−1602の総量に対して2.5phr)、PGMEA5.77gを混合し、インプリント材料PNI−a12を調製した。本実施例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は25質量%である。
<比較例1>
AC−SQ TA−100を10g、Lucirin TPOを0.25g(AC−SQ TA−100の量に対して2.5phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−b1を調製した。本比較例では、(B)成分の割合は0質量%である。
<比較例2>
AC−SQ TA−100を7g、X−22−1602を3g、Lucirin TPOを0.25g(AC−SQ TA−100、X−22−1602の総量に対して2.5phr)、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−b2を調製した。本比較例では、(A)成分に該当するAC−SQ TA−100及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は30質量%である。
<比較例3>
合成例1で得たPS−1を7g、X−22−1602を1.5g、Lucirin TPOを0.125g(PS−1から溶剤を除いた固形分とX−22−1602の総量に対して2.5phr)、PGMEA6.02gを混合し、インプリント材料PNI−b3を調製した。本比較例では、(A)成分に該当するPS−1から溶剤を除いた固形分及び(B)成分に該当するX−22−1602の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合は30質量%である。
<比較例4>
X−22−1602を10g、Lucirin TPOを0.25g、ピルビン酸エチル19gを混合し、インプリント材料PNI−b4を調製した。本比較例では、(B)成分の割合は100質量%である。
[光インプリント及び離型力試験]
実施例1乃至実施例12及び比較例1乃至比較例4で得られた各インプリント材料を、厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルム(富士フイルム株式会社製、フジタック(登録商標)を使用)(以下、本明細書では「TACフィルム」と略称する。)上にバーコーター(全自動フィルムアプリケーター KT−AB3120、コーテック株式会社製)を用いて塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、そのTACフィルム上の塗膜をモスアイパターンモールドへローラー圧着させた。続いて当該塗膜に対し、TACフィルム側から無電極均一照射装置(QRE−4016A、株式会社オーク製作所製)にて、350mJ/cmの露光を施し、光硬化を行った。そしてJIS Z0237を参考にして90°剥離試験を行い、モールドの凹凸形状を有する面と接着している、TACフィルム上に形成された硬化膜すなわちパターンが転写された膜が、モールドの凹凸形状を有する面から完全に剥がれたときの荷重を測定した。そしてフィルムの幅1cm当たりの荷重を算出し、離型力(g/cm)とした。得られた結果を表1に示す。
[耐熱性評価]
実施例1乃至実施例12及び比較例1乃至比較例4で得られた各インプリント材料を無アルカリガラス基板上にスピンコートした。その後、当該無アルカリガラス基板上の塗膜にシリコンウエハを接着させ、ナノインプリント装置(NM−0801HB、明昌機工株式会社製)に設置し、10秒間かけて100Nまで加圧して膜中の気泡を除去し、10秒間かけて除圧した後、無電極均一照射装置にて、350mJ/cmの露光を施した。そして上記シリコンウエハを剥がして無アルカリガラス基板上に厚さ2μmの硬化膜を作製し、260℃に保持したホットプレート上で20分間ベークを行った。そしてベーク時における発煙の有無を目視で観察した。得られた結果を表1に示す。
Figure 0006429031
表1の結果から実施例1乃至実施例12で得られたインプリント材料を用いた場合は、いずれも離型力が0.8g/cm以下であり、得られた硬化膜は、260℃の温度でのベーク時に発煙が無く分解物の昇華は見られなかった。一方、比較例1乃至比較例4で得られたインプリント材料を用いた場合は、離型力が0.8g/cmよりもはるかに大きいか、あるいは得られた硬化膜に対する260℃の温度でのベークにおいて発煙が観察されたことにより分解物の昇華が確認された。以上、本発明のインプリント材料から得られる硬化膜は、0.8g/cm以下の比較的低離型力を有し、且つ耐熱性に優れるものとなる。
本発明のインプリント材料は、当該材料から形成された硬化膜(パターンが転写された膜)をモールドから容易に剥離することができ、且つ、耐熱性にも優れることから、当該インプリント材料から得られる硬化膜は太陽電池、LEDデバイス、ディスプレイなどの製品へ好適に用いることができる。

Claims (13)

  1. 下記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)成分を含有し、前記(A)成分及び(B)成分の合計100質量%に対し、当該(B)成分の割合が5質量%以上25質量%以下であるインプリント材料。
    (A):下記式(1)で表される繰り返し単位を有し、式中X0で表される重合性基を2つ以上有するシルセスキオキサン化合物
    (B):下記式(2)で表される繰り返し単位を有し、末端に重合性基を2つ有するシリコーン化合物
    (C):光重合開始剤
    (D):溶剤
    Figure 0006429031
    (式中、R1及びR2はそれぞれ独立にメチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基を表し、R0メチレン基、エチリデン基、又はプロパン−2,2−ジイル基を表し、kは0乃至3の整数を表す。)
  2. 前記(A)成分が完全かご型構造及び/又は不完全かご型構造、並びにランダム構造及びはしご型構造の混合体からなる、請求項1に記載のインプリント材料。
  3. (E)成分として界面活性剤を更に含有する、請求項1又は請求項2に記載のインプリント材料。
  4. 前記(A)成分及び(B)成分の重合性基がアクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基又はアリル基である、請求項1乃至請求項3のうちいずれか一項に記載のインプリント材料。
  5. 前記式(1)で表される繰り返し単位において、式中kは3を表す、請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項に記載のインプリント材料。
  6. 請求項1乃至請求項のうちいずれか一項に記載のインプリント材料から作製され、パターンが転写された膜。
  7. 請求項に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた光学部材。
  8. 請求項6に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた固体撮像装置。
  9. 請求項に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えたLEDデバイス。
  10. 請求項に記載のパターンが転写された膜を備えた半導体素子。
  11. 請求項に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた太陽電池。
  12. 請求項に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えたディスプレイ。
  13. 請求項に記載のパターンが転写された膜を基材上に備えた電子デバイス。
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