JP7467591B2 - 硬化性組成物、キット、中間層、積層体、インプリントパターンの製造方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、インプリント法において用いられる組成物として、基板と光硬化性組成物とを密着させるための密着層形成組成物であって、基材と結合する少なくとも1つの官能基と少なくとも1つのラジカル重合性官能基とを有する硬化性主剤(A)と、重合禁止剤(B)と、有機溶剤(C)と、を少なくとも含有し、上記重合禁止剤(B)の含有量が上記硬化性主剤(A)100重量部に対して0.1重量部以上かつ10重量部以下であることを特徴とする密着層形成組成物が記載されている。
硬化型インプリント法では、例えば、パターン形成用組成物からなる硬化性層にモールドを押し当てた状態で硬化性層を光又は熱等により硬化させた後、モールドを離型する。未硬化物へのインプリントのため、高圧付加、高温加熱の一部又は全部を省略でき、簡易に微細なパターンを作製することが可能である。また、硬化前後で寸法変動が小さいため、微細なパターンを精度よく形成できるという利点もある。
最近では、熱インプリント法及び硬化型インプリント法の両者の長所を組み合わせたナノキャスティング法や、3次元積層構造を作製するリバーサルインプリント法などの新しい展開も報告されている。
そのため、特許文献1に記載のような組成物を用いて、基材と硬化性層との間に中間層を形成することが行われている。
<1> 重合性官能基を有する硬化性主剤、
重合禁止剤、及び、
溶剤を含み、
上記重合禁止剤の含有量が上記硬化性主剤100万質量部に対して1質量部以上1,000質量部未満であり、
基材と硬化性層との間に存在する中間層の形成に用いられる
硬化性組成物。
<2> 上記重合禁止剤がフェノール系化合物、キノン系化合物、フリーラジカル系化合物、アミン系化合物およびホスフィン系化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を含む、<1>に記載の硬化性組成物。
<3> 上記重合禁止剤の分子量が1,000以下である、<1>または<2>に記載の硬化性組成物。
<4> 上記重合禁止剤の含有量が上記硬化性主剤100万質量部に対して900質量部以下である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
<5> 上記重合禁止剤の含有量が上記硬化性主剤100万質量部に対して200質量部以上である、<1>~<4>のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
<6> 上記中間層がインプリントリソグラフィ用密着膜である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
<7> 上記中間層における上記重合禁止剤の含有量が上記中間層のうち上記重合禁止剤を除く成分100万質量部に対して1質量部以上900質量部以下である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
<8> <1>~<7>のいずれか1つに記載の硬化性組成物と
重合性化合物を含むパターン形成用組成物とを含む
キット。
<9> <1>~<7>のいずれか1つに記載の硬化性組成物から形成された中間層。
<10> 基材と、
<1>~<7>のいずれか1つに記載の硬化性組成物から形成された中間層とを含む
積層体。
<11> <10>に記載の積層体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材にパターン形成用組成物を適用する硬化性層形成工程、
上記積層体及び上記モールドよりなる群のうち上記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として上記パターン形成用組成物に接触させる接触工程、
上記パターン形成用組成物を硬化物とする硬化工程、並びに、
上記モールドと上記硬化物とを剥離する剥離工程を含む、インプリントパターンの製造方法。
<12> <11>に記載のインプリントパターンの製造方法を含む、デバイスの製造方法。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、その工程の所期の作用が達成できる限りにおいて、他の工程と明確に区別できない工程も含む意味である。
本明細書において基(原子団)に関し、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基(原子団)と共に、置換基を有する基(原子団)をも包含する意味である。例えば、単に「アルキル基」と記載した場合には、これは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)、及び、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)の両方を包含する意味である。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた描画のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も含む意味である。描画に用いられるエネルギー線としては、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)及びX線などの活性光線、並びに、電子線及びイオン線などの粒子線が挙げられる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方、又は、いずれかを意味し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び「メタクリル」の両方、又は、いずれかを意味し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」及び「メタクリロイル」の両方、又は、いずれかを意味する。
本明細書において、組成物中の固形分は、溶剤を除く他の成分を意味し、組成物中の固形分の含有量(濃度)は、特に述べない限り、その組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量百分率によって表される。
本明細書において、特に述べない限り、温度は23℃、気圧は101,325Pa(1気圧)、相対湿度は50%RHである。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC測定)に従い、ポリスチレン換算値として示される。この重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000及びTSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いることによって求めることができる。また、特に述べない限り、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。また、特に述べない限り、GPC測定における検出には、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用したものとする。
本明細書において、積層体を構成する各層の位置関係について、「上」又は「下」と記載したときには、注目している複数の層のうち基準となる層の上側又は下側に他の層があればよい。すなわち、基準となる層と上記他の層の間に、さらに第3の層や要素が介在していてもよく、基準となる層と上記他の層は接している必要はない。また、特に断らない限り、基材に対し層が積み重なっていく方向を「上」と称し、又は、感光層がある場合には、基材から感光層へ向かう方向を「上」と称し、その反対方向を「下」と称する。なお、このような上下方向の設定は、本明細書中における便宜のためであり、実際の態様においては、本明細書における「上」方向は、鉛直上向きと異なることもありうる。
本明細書において、「インプリント」は、好ましくは、1nm~10mmのサイズのパターン転写をいい、より好ましくは、およそ10nm~100μmのサイズのパターン転写(ナノインプリント)をいう。
本発明の硬化性組成物は、重合性官能基を有する硬化性主剤、重合禁止剤、及び、溶剤を含み、上記重合禁止剤の含有量が上記硬化性主剤100万質量部に対して1質量部以上1,000質量部未満であり、基材と硬化性層との間に存在する中間層の形成に用いられる。
上記効果が得られるメカニズムは定かではないが、以下のように推測される。
本発明の硬化性組成物は、重合禁止剤を上記硬化性主剤100万質量部に対して1質量部以上含む。そのため、硬化性組成物に含まれる溶剤中で硬化性主剤の重合性官能基が重合してしまうことが抑制され、溶液安定性に優れると考えられる。
また、本発明の硬化性組成物は、上記重合禁止剤の含有量が上記硬化性主剤100万質量部に対して1,000質量部未満である。このため、硬化性組成物中の重合禁止剤が硬化性層における硬化反応に与える影響が小さくなり、パターン欠陥の発生が抑制されると考えられる。
特に、本発明の硬化性組成物を基材に適用し、加熱により溶剤の少なくとも一部を除去(乾燥)して中間層を形成する場合には、上記加熱により硬化性組成物中の重合禁止剤の少なくとも一部が揮発することにより、硬化性組成物中の重合禁止剤による硬化性層における硬化反応に対する影響はさらに小さくなりやすく、パターン欠陥の発生が更に抑制されやすいと推測される。
以下、本発明の硬化性組成物に含まれる各成分の詳細について説明する。
本発明の硬化性組成物は、基材と硬化性層との間に存在する中間層の形成に用いられる。
上記中間層と基材とは直接接していることが好ましい。
また、上記中間層と硬化性層とは直接接していることが好ましい。
上記中間層は、インプリントリソグラフィ用密着膜であることが好ましい。インプリントリソグラフィ用密着膜とは、インプリントリソグラフィに用いられる硬化性層と基材との間に形成される密着膜をいう。
中間層及び硬化性層の形成方法としては、特に限定されないが、基材に硬化性組成物を層状に適用し、硬化性組成物中の溶剤のうち少なくとも一部を除去して中間層を形成した後に、中間層上に硬化性層を形成する方法が挙げられる。
中間層の形成方法、及び、硬化性層の形成方法としては、それぞれ、後述のインプリントパターン形成方法における中間層形成工程、及び、硬化性層形成工程又は接触工程が挙げられる。
これらの中でも、本発明の硬化性組成物は、加熱により硬化性組成物中の溶剤を除去する工程を含む中間層の形成に用いられることが好ましい。
上記中間層における上記重合禁止剤の含有量は、中間層の形成におけるプロセス(例えば加熱)等により、硬化性組成物の固形分に対する重合禁止剤の含有量よりも小さい値となる場合が有り、硬化性組成物の固形分に対する重合禁止剤の含有量よりも小さい値となることが好ましい。
上記中間層における重合禁止剤の含有量は、例えば、後述する実施例における方法により測定される。
本発明の硬化性組成物は、重合性官能基を有する硬化性主剤を含む。
硬化性主剤は、重合性官能基を有する高分子化合物であることが好ましい。
高分子化合物としての種類は、特段制限されず、公知の高分子化合物を広く用いることができる。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、(メタ)アクリロイル基(好ましくは、(メタ)アクリロイルオキシ基および(メタ)アクリルアミド基)、ビニル基、ビニルオキシ基、アリル基、メチルアリル基、プロぺニル基、ブテニル基、ビニルフェニル基、シクロヘキセニル基が挙げられ、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基が好ましい。
上記イソシアネート基は公知のブロック化剤によりブロックイソシアネート基とされていてもよい。
硬化性主剤は、上記重合性官能基として、ラジカル重合性基及びカチオン重合性基の少なくとも一方を含むことが好ましく、ラジカル重合性基を含むことが好ましい。
硬化性主剤は、ラジカル重合性基及びカチオン重合性基を含むなど、複数種の重合性官能基を含んでもよい。
硬化性主剤は、重合性官能基を複数個有することが好ましい。
硬化性主剤が重合性基を複数個有することで、中間層が架橋構造を形成し、離型時の中間層の凝集破壊を防ぎ、中間層の両側にそれぞれ設けられた基材及び硬化性層の密着性を確保することが可能となる。
硬化性組成物は硬化性主剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上を含んでもよい。2種以上を含む場合はそれらの合計量が上記の範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物は重合禁止剤を含む。
重合禁止剤としては、特に限定されず、硬化性主剤における重合性官能基の種類に応じて公知の重合禁止剤を選択すればよいが、ラジカル重合禁止剤であることが好ましい。
キノン系化合物としては、1,4-ベンゾキノン、1,2-ベンゾキノン、1,4-ナフトキノン等が挙げられる。
フリーラジカル系化合物としては、ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル、2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル、トリフェニルフェルダジル等が挙げられる。
アミン系化合物としては、例えば、p-フェニレンジアミン、4-アミノジフェニルアミン、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン、ジフェニルアミン、N-フェニル-β-ナフチルアミン、4,4’-ジクミル-ジフェニルアミン、4,4’-ジオクチル-ジフェニルアミン、フェノチアジン、2-メトキシフェノチアジン、フェノキサジン、N-ニトロソジフェニルアミン、N-ニトロソフェニルナフチルアミン、N-ニトロソジナフチルアミン、p-ニトロソジフェニルアミン、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミン、クペロン又はこれらの塩である化合物等が挙げられる。
ホスフィン系化合物としては、亜リン酸(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)等が挙げられる。
また、重合禁止剤の含有量は、硬化性主剤100万質量部に対して200質量部以上であることが好ましく、250質量部以上であることがより好ましく、300質量部以上であることが更に好ましい。
本発明の硬化性組成物は、重合禁止剤を1種単独で含んでもよいし、2種以上を含んでもよい。重合禁止剤を2種以上含む場合、それらの合計量が上記範囲内であることが好ましい。
硬化性組成物は、溶剤(以下、「硬化性組成物用溶剤」ということがある)を含む。溶剤は例えば、23℃で液体であって沸点が250℃以下の化合物が好ましい。例えば、硬化性組成物から溶剤の少なくとも一部を除去することにより、中間層が形成される。硬化性組成物は、硬化性組成物用溶剤を99.0質量%以上含むことが好ましく、99.5質量%以上含むことがより好ましく、99.6質量%以上であってもよい。硬化性組成物用溶剤の割合を上記の範囲とすることで、膜形成時の膜厚を薄く保ち、エッチング加工時のパターン形成性向上につながる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとしては、プロピレングリコールモノ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プロピオネート、および、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートからなる群より選択される少なくとも1つが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)であることが特に好ましい。
また、プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)またはプロピレングリコールモノエチルエーテルが好ましい。
乳酸エステルとしては、乳酸エチル、乳酸ブチル、または乳酸プロピルが好ましい。
酢酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソアミル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、または酢酸3-メトキシブチルが好ましい。
アルコキシプロピオン酸エステルとしては、3-メトキシプロピオン酸メチル(MMP)、または、3-エトキシプロピオン酸エチル(EEP)が好ましい。
鎖状ケトンとしては、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、アセトン、4-ヘプタノン、1-ヘキサノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトンまたはメチルアミルケトンが好ましい。
環状ケトンとしては、メチルシクロヘキサノン、イソホロンまたはシクロヘキサノンが好ましい。
ラクトンとしては、γ-ブチロラクトン(γBL)が好ましい。
アルキレンカーボネートとしては、プロピレンカーボネートが好ましい。
炭素数が7以上かつヘテロ原子数が2以下のエステル系溶剤の好ましい例としては、酢酸アミル、酢酸2-メチルブチル、酢酸1-メチルブチル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸ペンチル、プロピオン酸ヘキシル、プロピオン酸ブチル、イソ酪酸イソブチル、プロピオン酸ヘプチル、ブタン酸ブチルなどが挙げられ、酢酸イソアミルを用いることが特に好ましい。
硬化性組成物は、上記の他、アルキレングリコール化合物、重合開始剤、酸化防止剤、レベリング剤、増粘剤、界面活性剤等を1種または2種以上含んでいてもよい。
硬化性組成物は、アルキレングリコール化合物を含んでいてもよい。アルキレングリコール化合物は、アルキレングリコール構成単位を3~1,000個有していることが好ましく、4~500個有していることがより好ましく、5~100個有していることがさらに好ましく、5~50個有していることが一層好ましい。アルキレングリコール化合物の重量平均分子量(Mw)は150~10,000が好ましく、200~5,000がより好ましく、300~3,000がさらに好ましく、300~1,000が一層好ましい。
硬化性組成物は、重合開始剤を含んでいてもよく、熱重合開始剤および光重合開始剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。
重合開始剤を含むことにより、硬化性組成物に含まれる重合性官能基の反応が促進され、密着性が向上する傾向にある。
重合開始剤としては、硬化性層との架橋反応性を向上させる観点から光重合開始剤が好ましい。
また、重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤等が挙げられ、例えば硬化性主剤に含まれる重合性官能基の種類に応じて選択すればよい。
本発明の好ましい一態様としては、硬化性主剤が重合性官能基としてラジカル重合性基を含み、かつ、重合開始剤としてラジカル重合開始剤を含む態様が挙げられる。
また、中間層と硬化性層との密着性を向上させる観点からは、硬化性組成物は重合開始剤を実質的に含まないことが好ましい。中間層が重合開始剤を実質的に含まない場合、硬化組成物に含まれる硬化性主剤と、硬化性層に含まれる重合性化合物との重合反応が起こりやすくなり、密着性に優れると考えられる。
硬化性組成物が重合開始剤を実質的に含まないとは、硬化性組成物の全固形分に対して、重合開始剤の含有量が0.0001質量%未満であることをいい、0.00001質量%未満であることが好ましい。上記含有量の下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。
硬化性組成物は重合開始剤を1種のみ含有してもよいし、2種以上含有してもよい。2種以上含有する場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、原料を所定の割合となるように配合して調製される。原料とは、硬化性組成物に積極的に配合される成分をいい、不純物等の意図せずに含まれる成分は除く趣旨である。具体的には、硬化性主剤や溶剤が例示される。ここで、原料は市販品であっても、合成品であってもよい。いずれの原料も、金属粒子などの不純物を含むことがある。
本発明の硬化性組成物は、基材と、硬化性層との間に存在する中間層の形成に用いられる。
硬化性層としては、特に限定されないが、パターン形成用組成物から形成された硬化性層であることが好ましい。
また、硬化性層は、光硬化性層であることが好ましい。
パターン形成用組成物の組成等は、特に定めるものではないが、重合性化合物を含むことが好ましく、重合開始剤及び重合性化合物を含むことがより好ましく、ラジカル重合開始剤及びラジカル重合性化合物を含むことが更に好ましく、光ラジカル重合開始剤及びラジカル重合性化合物を含むことが特に好ましい。
パターン形成用組成物は重合性化合物を含むことが好ましく、パターン形成用組成物に含まれる溶剤以外の成分のうち、最も含有量が多い成分が重合性化合物であることが好ましい。重合性化合物は、一分子中に重合性基を1つ有していても、2つ以上有していてもよい。パターン形成用組成物に含まれる重合性化合物の少なくとも1種は、重合性基を1分子中に2~5つ含むことが好ましく、2~4つ含むことがより好ましく、2または3つ含むことがさらに好ましく、3つ含むことが一層好ましい。
重合性化合物が有する重合性基の種類は特に定めるものでは無いが、エチレン性不飽和基を有する基、環状エーテル基(エポキシ基、グリシジル基、オキセタニル基)等が例示され、エチレン性不飽和基を有する基が好ましい。エチレン性不飽和基を有する基としては、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニル基、ビニルオキシ基、アリル基、ビニルフェニル基等が例示され、(メタ)アクリロイル基又は(メタ)アクリロイルオキシ基がより好ましく、アクリロイル基又はアクリロイルオキシ基がさらに好ましい。
また、重合性化合物が有する重合性基は、上述の硬化性組成物中の硬化性主剤における重合性官能基と反応可能な基であることが好ましい。
重合性化合物の分子量は100~900が好ましい。
R21およびR22はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。
L21およびL22はそれぞれ独立に単結合または上記連結基Lを表す。L20とL21またはL22は連結基Lを介してまたは介さずに結合して環を形成していてもよい。L20、L21およびL22は上記置換基Tを有していてもよい。置換基Tは複数が結合して環を形成してもよい。置換基Tが複数あるとき互いに同じでも異なっていてもよい。
q2は0~5の整数であり、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0または1がさらに好ましい。
また、パターン形成用組成物は、重合性化合物として重量平均分子量が800以上である重合性化合物(以下、「高分子量重合性化合物」ともいう。)を含んでもよい。
高分子量重合性化合物を用いることにより、中間層から硬化性層への重合禁止剤の移行が抑制されやすくなり、パターン欠陥が抑制されやすいと推測される。
高分子量重合性化合物としては、ケイ素原子(Si)を含む化合物(ケイ素含有化合物)、環状構造を含む化合物(環含有化合物)、デンドリマー型化合物が挙げられ、ケイ素含有化合物又は環含有化合物が好ましく、ケイ素含有化合物がより好ましい。
ケイ素含有化合物としてはシリコーン骨格を有する化合物が挙げられる。具体的には、下記式(S1)で表されるD単位のシロキサン構造及び式(S2)で表されるT単位のシロキサン構造のうち少なくとも一方を有する化合物が挙げられる。
式(S1)又は式(S2)中、RS1~RS3はそれぞれ独立に水素原子又は1価の置換基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
RS1~RS3はそれぞれ独立に、1価の置換基であることが好ましい。
上記1価の置換基としては、芳香族炭化水素基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)又は脂肪族炭化水素基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)が好ましく、中でも、環状又は鎖状(直鎖若しくは分岐)のアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)又は重合性基を含む基が好ましい。
上記シリコーン樹脂としては、反応性シリコーン樹脂が好ましい。
反応性シリコーン樹脂としては、上述したシリコーン骨格を有する変性シリコーン樹脂が挙げられ、例えば、モノアミン変性シリコーン樹脂、ジアミン変性シリコーン樹脂、特殊アミノ変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、脂環式エポキシ変性シリコーン樹脂、カルビノール変性シリコーン樹脂、メルカプト変性シリコーン樹脂、カルボキシ変性シリコーン樹脂、ハイドロジェン変性シリコーン樹脂、アミノ・ポリエーテル変性シリコーン樹脂、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーン樹脂、エポキシ・アラルキル変性シリコーン樹脂などが挙げられる。
上記重合性基を有する化合物としては、重合性基と、アルコキシシリル基又はシラノール基と反応可能な基とを有する化合物が好ましく、重合性基及びヒドロキシ基を有する化合物がより好ましい。
また、シリコーン樹脂として上述の変性シリコーン樹脂を用いる場合、上記重合性基を有する化合物として、重合性基及び上記変性シリコーン樹脂に含まれるアミノ基、エポキシ基、メルカプト基、カルボキシ基等と反応する基を有する化合物を用いてもよい。
上記重合性基を有する化合物における重合性基の好ましい態様は、上述の重合性化合物における重合性基の好ましい態様と同様である。
これらの中でも、上記重合性基を有する化合物としては、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましい。
さらに具体的には、重合性基及びアルコキシシリル基又はシラノール基と反応可能な基(例えば、ヒドロキシ基)を有する化合物と、アルコキシシリル基又はシラノール基を有するシリコーン樹脂との反応物であることが好ましい。
環を含む化合物(環含有化合物)の環状構造としては、芳香族環、脂環が挙げられる。芳香族環としては、芳香族炭化水素環、芳香族複素環が挙げられる。
芳香族炭化水素環としては、炭素数6~22のものが好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい。芳香族炭化水素環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フェナレン環、フルオレン環、ベンゾシクロオクテン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、インデン環、インダン環、トリフェニレン環、ピレン環、クリセン環、ペリレン環、テトラヒドロナフタレン環などが挙げられる。なかでも、ベンゼン環又はナフタレン環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。芳香族環は複数が連結した構造を取っていてもよく、例えば、ビフェニル構造、ジフェニルアルカン構造(例えば、2,2-ジフェニルプロパン)が挙げられる。(ここで規定する芳香族炭化水素環をaCyと称する)
芳香族複素環としては、炭素数1~12のものが好ましく、1~6がより好ましく、1~5がさらに好ましい。その具体例としては、チオフェン環、フラン環、ジベンゾフラン環、ピロール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、オキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、イソインドール環、インドール環、インダゾール環、プリン環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェナジン環、フェノチアジン環、フェノキサチイン環、フェノキサジン環などが挙げられる。(ここで規定する芳香族複素環をhCyと称する)
脂環としては炭素数3~22が好ましく、4~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい。具体的に脂肪族炭化水素環としては、例としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロブテン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、ジシクロペンタジエン環、スピロデカン環、スピロノナン環、テトラヒドロジシクロペンタジエン環、オクタヒドロナフタレン環、デカヒドロナフタレン環、ヘキサヒドロインダン環、ボルナン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、イソボルナン環、トリシクロデカン環、テトラシクロドデカン環、アダマンタン環などが挙げられる。脂肪族複素環としては、ピロリジン環、イミダゾリジン環、ピぺリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、オキシラン環、オキセタン環、オキソラン環、オキサン環、ジオキサン環などが挙げられる。(ここで規定する脂環をfCyと称する)
式中、Arは上記の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。
L1及びL2はそれぞれ独立に単結合又は連結基である。連結基としては、酸素原子(オキシ基)、カルボニル基、アミノ基、アルキレン基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、又はこれらを組み合わせた基が挙げられる。中でも、(ポリ)アルキレンオキシ基が好ましい。(ポリ)アルキレンオキシ基とは、アルキレンオキシ基が1つのものでも、複数繰り返して連結されているものでもよい。また、アルキレン基とオキシ基の順序が限定されるものではない。アルキレンオキシ基の繰り返し数は1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい。また、(ポリ)アルキレンオキシ基は母核となる環Ar又は重合性基Qとの連結の関係で、アルキレン基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)が介在していてもよい。したがって、(ポリ)アルキレンオキシ=アルキレン基となっていてもよい。
R3は任意の置換基であり、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい)、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6がさらに好ましい)、アシル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい。また、アルキルカルボニル基が好ましい)、アリーロイル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい)が挙げられる。
L3は単結合又は連結基である。連結基としては、上記L1,L2の例が挙げられる。
n3は3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1以下であることがさらに好ましく、0であることが特に好ましい。
Q1及びQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、上記重合性基の例が好ましい。
環含有化合物においては、重合性基を有する側鎖の数が増えることで、硬化時に強固な架橋構造を形成することが可能となり解像性が向上する傾向がある。かかる観点から、nqは1以上であり、2以上であることが好ましい。上限としては、6以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることがさらに好ましい。
同様に均一な架橋構造を形成しやすいという観点から、環状構造に重合性基を含む基ないし置換基が導入される場合、直列状に置換基が配置されることが好ましい。
高分子量重合性化合物はデンドリマー型化合物であってもよい。デンドリマーは、中心から規則的に分枝した構造を持つ樹状高分子を意味する。デンドリマーはコアと呼ばれる中心分子(幹)と、デンドロンと呼ばれる側鎖部分(枝)から構成される。全体としては扇形の化合物が一般的であるが、半円状ないし円状にデンドロンがひろがった、デンドリマーであってもよい。このデンドリマーのデンドロンの部分(例えば、コアからは離れる末端部分)に重合性基を有する基を導入し重合性化合物とすることができる。導入する重合性基に(メタ)アクリロイル基を用いれば、デンドリマー型の多官能(メタ)アクリレートとすることができる。
デンドリマー型化合物については、例えば、特許第5512970号公報に開示された事項を参照することができ、上記公報の記載は本明細書に組み込まれる。
高分子量重合性化合物は、重合性基当量が、130以上であることが好ましく、150以上であることがより好ましく、160以上であることがさらに好ましく、190以上であることが一層好ましく、240以上であることがより一層好ましい。重合性基当量の上限値としては、2,500以下であることが好ましく、1,800以下であることがより好ましく、1,000以下であることがさらに好ましく、500以下であることが一層好ましく、350以下であることがより一層好ましく、300以下であってもよい。
(重合性基当量)=(重合性化合物の数平均分子量)/(重合性化合物中の重合性基数)
環含有化合物の場合は、一分子中、2個以上であることが好ましい。上限としては、4個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
あるいは、デンドリマー型化合物である場合は、一分子中、5個以上であることが好ましく、10個以上であることがより好ましく、20個以上であることがさらに好ましい。上限としては、1,000個以下であることが好ましく、500個以下であることがより好ましく、200個以下であることがさらに好ましい。
高分子量重合性化合物の23℃における粘度は、100mPa・s以上であることが好ましく、120mPa・s以上であることがより好ましく、150mPa・s以上であることがさらに好ましい。上記粘度の上限値は、2,000mPa・s以下であることが好ましく、1,500mPa・s以下であることがより好ましく、1,200mPa・s以下であることがさらに好ましい。
パターン形成用組成物は、重合性化合物以外の添加剤を含有してもよい。他の添加剤として、重合開始剤、溶剤、界面活性剤、増感剤、離型剤、酸化防止剤、重合禁止剤等を含んでいてもよい。
本発明で用いることができるパターン形成用組成物の具体例としては、特開2013-036027号公報、特開2014-090133号公報、特開2013-189537号公報に記載の組成物が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。また、パターン形成用組成物の調製、パターンの製造方法についても、上記公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、パターン形成用組成物が重合性化合物として高分子量重合性化合物を用いる場合、溶剤の含有量をパターン形成用組成物の全質量に対して30質量%以上とする態様も好ましい。上記含有量は、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましい。
パターン形成用組成物に含まれる溶剤としては、上述の硬化性組成物に含まれる硬化性組成物用溶剤として例示した溶剤が挙げられ、好ましい態様も同様である。
具体的には、分子量(分子量分布を有する場合は、重量平均分子量)が2,000以上である化合物を実質的に含有しないことが好ましく、分子量(分子量分布を有する場合は、重量平均分子量)が1,000以上である化合物を実質的に含有しないことがより好ましい。
高分子化合物を実質的に含有しないとは、例えば、高分子化合物の含有量がパターン形成用組成物の0.01質量%以下であることをいい、0.005質量%以下が好ましく、全く含有しないことがより好ましい。
パターン形成用組成物の粘度は、20.0mPa・s以下であることが好ましく、15.0mPa・s以下であることがより好ましく、11.0mPa・s以下であることがさらに好ましく、9.0mPa・s以下であることが一層好ましい。上記粘度の下限値としては、特に限定されるものではないが、例えば、5.0mPa・s以上とすることができる。粘度は、公知の方法により測定することができるが、例えば、下記の方法に従って測定される。
パターン形成用組成物の表面張力は、上記アルキレングリコール化合物における測定方法と同じ方法に従って測定される。
大西パラメータはパターン形成用組成物の固形分について、それぞれ、全構成成分の炭素原子、水素原子および酸素原子の数を下記式に代入して求めることができる。
大西パラメータ=炭素原子、水素原子および酸素原子の数の和/(炭素原子の数-酸素原子の数)
本発明で用いる硬化性組成物およびパターン形成用組成物の収容容器としては従来公知の収容容器を用いることができる。また、収容容器としては、原材料や組成物中への不純物混入を抑制することを目的に、容器内壁を6種6層の樹脂で構成された多層ボトルや、6種の樹脂を7層構造にしたボトルを使用することも好ましい。このような容器としては例えば特開2015-123351号公報に記載の容器が挙げられる。
本発明のキットは、本発明の硬化性組成物と、重合性化合物を含むパターン形成用組成物とを含む。
硬化性組成物及びパターン形成用組成物の詳細については上述の通りである。
本発明のキットによれば、硬化性組成物の保存安定性に優れ、かつ、中間層上に形成されるパターン形成用組成物からなるパターンの欠陥の発生が抑制される。
本発明の中間層は、本発明の硬化性組成物から形成された中間層である。
また、本発明の積層体は、基材と、本発明の硬化性組成物から形成された中間層とを含む積層体である。
上記中間層及び上記積層体は、例えば、後述するインプリントパターンの製造方法における中間層形成工程により製造される。
本発明のインプリントパターンの製造方法は、
本発明の積層体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材にパターン形成用組成物を適用する硬化性層形成工程、
上記積層体及び上記モールドよりなる群のうち上記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として上記パターン形成用組成物に接触させる接触工程、
上記パターン形成用組成物を硬化物とする硬化工程、並びに、
上記モールドと上記硬化物とを剥離する剥離工程を含む。
中間層形成工程では、基材の表面に、中間層を形成する。中間層は、本発明の硬化性組成物を基材上に層状に適用して形成することが好ましい。基材の表面には、中間層以外の下塗り層、密着層等が形成されていてもよい。
基材としては、板状の基材(「基板」ともいう)を用いることが好ましい。
基材の有機層としてはCVD(Chemical Vapor Deposition)で形成されるアモルファスカーボン膜や、高炭素材料を有機溶剤に溶解させ、スピンコートで形成されるスピンオンカーボン膜が挙げられる。スピンオンカーボン膜としては、ノルトリシクレン共重合体、水素添加ナフトールノボラック樹脂、ナフトールジシクロペンタジエン共重合体、フェノールジシクロペンタジエン共重合体、特開2005-128509号公報に記載されるフルオレンビスフェノールノボラック、特開2005-250434号公報に記載のアセナフチレン共重合、インデン共重合体、特開2006-227391号公報に記載のフェノール基を有するフラーレン、ビスフェノール化合物およびこのノボラック樹脂、ジビスフェノール化合物およびこのノボラック樹脂、アダマンタンフェノール化合物のノボラック樹脂、ヒドロキシビニルナフタレン共重合体、特開2007-199653号公報に記載のビスナフトール化合物およびこのノボラック樹脂、ROMP、トリシクロペンタジエン共重合物に示される樹脂化合物が挙げられる。
SOCの例としては特開2011-164345号公報の段落0126の記載を参照することができ、その内容は本明細書に組み込まれる。
表面自由エネルギーの測定は、協和界面科学(株)製、表面張力計 SURFACE TENS-IOMETER CBVP-A3を用い、ガラスプレートを用いて23℃で行うことができる。
本発明のインプリントパターンの製造方法は、本発明の積層体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材にパターン形成用組成物を適用する硬化性層形成工程を含む。
硬化性層形成工程において、積層体及びモールドよりなる群から選択された1つの部材が被適用部材として選択され、選択された被適用部材上にパターン形成用組成物が適用される。
積層体及びモールドのうち、選択された一方が被適用部材であり、他方が接触部材となる。
すなわち、硬化性層形成工程において、パターン形成用組成物を積層体に適用した後にモールドと接触させてもよいし、モールドに適用した後に積層体と接触させてもよい。
積層体は、本発明の積層体であればよく、上述の中間層形成工程により得られた積層体であることがより好ましい。
上記積層体は、中間層の基材とは反対側の面に液膜を更に備えてもよい。
液膜は、後述する液膜形成用組成物を中間層上に適用することにより形成された液膜であることが好ましい。
本発明においてモールドは特に限定されない。モールドについて、特開2010-109092号公報(対応米国出願は、米国特許出願公開第2011/0199592号明細書)の段落0105~0109の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。本発明において用いられるモールドとしては、石英モールドが好ましい。本発明で用いるモールドのパターン(線幅)は、サイズが50nm以下であることが好ましい。上記モールドのパターンは、例えば、フォトリソグラフィや電子線描画法等によって、所望する加工精度に応じて形成できるが、本発明では、モールドパターン製造方法は特に制限されない。
被適用部材にパターン形成用組成物を適用する方法としては、特に定めるものではなく、一般によく知られた適用方法を採用できる。例えば、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スピンコート法、スリットスキャン法、インクジェット法が例示される。
これらの中でも、インクジェット法及びスピンコート法が好ましく挙げられる。
また、パターン形成用組成物を多重塗布により塗布してもよい。
インクジェット法により液滴を配置する方法において、液滴の量は1~20pL程度が好ましく、液滴間隔をあけて基材表面に配置することが好ましい。液滴間隔としては、液滴の量に応じて適宜設定すればよいが、10~1,000μmの間隔が好ましい。液滴間隔は、インクジェット法の場合は、インクジェットのノズルの配置間隔とする。
インクジェット法は、パターン形成用組成物のロスが少ないといった利点がある。
インクジェット方式によるパターン形成用組成物の適用方法の具体例として、特開2015-179807号公報、国際公開第2016/152597号等に記載の方法が挙げられ、これらの文献に記載の方法を本発明においても好適に使用することができる。
一方、スピンコート方式は塗布プロセスの安定性が高く使用可能な材料の選択肢も広がるという利点がある。
スピンコート方式によるパターン形成用組成物の適用方法の具体例として、特開2013-095833号公報、特開2015-071741号公報等に記載の方法が挙げられ、これらの文献に記載の方法を本発明においても好適に使用することができる。
また、本発明のインプリントパターンの製造方法は、適用工程により適用した本発明のパターン形成用組成物を乾燥する乾燥工程を更に含んでもよい。
特に、パターン形成用組成物として、溶剤を含む組成物を用いる場合、本発明のインプリントパターンの製造方法は乾燥工程を含むことが好ましい。
乾燥工程においては、適用されたパターン形成用組成物に含まれる溶剤のうち、少なくとも一部が除去される。
乾燥方法としては特に限定されず、加熱による乾燥、送風による乾燥等を特に限定なく使用することができるが、加熱による乾燥を行うことが好ましい。
加熱手段としては、特に限定されず、公知のホットプレート、オーブン、赤外線ヒーター等を用いることができる。
本発明において、適用工程、及び、必要に応じて行われる乾燥工程後のパターン形成用組成物から形成される層であって、接触工程前の層を「パターン形成層」ともいう。
本発明のインプリントパターンの製造方法は、上記積層体及び上記モールドよりなる群のうち上記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として上記パターン形成用組成物(パターン形成層)に接触させる接触工程を含む。
上記適用工程において積層体を被適用部材として選択した場合、接触工程においては、積層体のパターン形成用組成物が適用された面(パターン形成層が形成された面)に、接触部材であるモールドを接触させる。
上記適用工程においてモールドを被適用部材として選択した場合、接触工程においては、モールドのパターン形成用組成物が適用された面(パターン形成層が形成された面)に、接触部材である積層体の中間層が形成された面を接触させる。
すなわち、上記適用工程においてモールドを被適用部材として選択した場合、接触工程により、本発明の中間層は基材と硬化性層(接触工程後のパターン形成層)との間に存在することとなる。
積層体及びモールドの詳細は上述の通りである。
また、パターン形成層と接触部材との接触を、ヘリウムガス又は凝縮性ガス、あるいはヘリウムガスと凝縮性ガスの両方を含む雰囲気下で行うことも好ましい。
本発明のインプリントパターンの製造方法は、上記パターン形成用組成物を硬化物とする硬化工程を含む。
硬化工程は、上記接触工程の後、上記剥離工程の前に行われる。
硬化方法としては、加熱による硬化、露光による硬化等が挙げられ、パターン形成用組成物に含まれる重合開始剤の種類等に応じて決定すればよいが、露光による硬化が好ましい。
例えば、上記重合開始剤が光重合開始剤である場合、硬化工程において露光を行うことにより、パターン形成用組成物を硬化することができる。
露光光源は、露光波長に応じて決定すればよいが、g線(波長 436nm)、h線(波長 405nm)、i線(波長 365nm)、ブロードバンド光(g,h,i線の3波長、及び、i線よりも短い波長の光よりなる群から選ばれた、少なくとも2種の波長の光を含む光。例えば、光学フィルタを使用しない場合の高圧水銀灯等が挙げられる。)、半導体レーザー(波長 830nm、532nm、488nm、405nm etc.)、メタルハライドランプ、エキシマレーザー、KrFエキシマレーザー(波長 248nm)、ArFエキシマレーザー(波長 193nm)、F2エキシマレーザー(波長 157nm)、極端紫外線;EUV(波長 13.6nm)、電子線等が挙げられる。
これらの中でも、i線又はブロードバンド光を用いた露光が好ましく挙げられる。
露光量は、例えば、5~1,000mJ/cm2の範囲にすることが好ましく、10~500mJ/cm2の範囲にすることがより好ましい。
露光照度は、特に限定されず、光源との関係により選択すればよいが、1~500mW/cm2の範囲にすることが好ましく、10~400mW/cm2の範囲にすることがより好ましい。
露光時間は特に限定されず、露光量に応じて露光照度を考慮して決定すればよいが、0.01~10秒であることが好ましく、0.5~1秒であることがより好ましい。
露光の際の基材温度は、通常、室温とするが、反応性を高めるために加熱をしながら露光してもよい。露光の前段階として、真空状態にしておくと、気泡混入防止、酸素混入による反応性低下の抑制、モールドとパターン形成用組成物との密着性向上に効果があるため、真空状態で光照射してもよい。また、露光時における好ましい真空度は、10-1Paから常圧の範囲である。
また、硬化工程において、露光を行わずに加熱工程のみを行ってもよい。例えば、上記重合開始剤が熱重合開始剤である場合、硬化工程において加熱を行うことにより、パターン形成用組成物を硬化することができる。その場合の加熱温度及び加熱時間の好ましい態様は、上記露光後に加熱を行う場合の加熱温度及び加熱時間と同様である。
加熱手段としては、特に限定されず、上述の乾燥工程における加熱と同様の加熱手段が挙げられる。
本発明のインプリントパターンの製造方法は、上記モールドと上記硬化物とを剥離する剥離工程を含む。
剥離工程により、硬化工程により得られた硬化物とモールドとが剥離され、モールドのパターンが転写されたパターン状の硬化物(「硬化物パターン」ともいう。)が得られる。得られた硬化物パターンは後述する通り各種用途に利用できる。本発明では特にナノオーダーの微細硬化物パターンを形成でき、さらにはサイズが50nm以下、特には30nm以下の硬化物パターンも形成できる点で有益である。上記硬化物パターンのサイズの下限値については特に定めるものでは無いが、例えば、1nm以上とすることができる。
剥離方法としては特に限定されず、例えばインプリントパターン製造方法において公知の機械離型装置等を用いて行うことができる。
本発明のデバイスの製造方法は、本発明のインプリントパターンの製造方法を含む。
具体的には、本発明のインプリントパターンの製造方法によって形成されたパターン(硬化物パターン)を、液晶表示装置(LCD)などに用いられる永久膜や、半導体素子製造用のエッチングレジスト(リソグラフィ用マスク)として用いたデバイスの製造方法が挙げられる。
特に、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法によりパターン(硬化物パターン)を得る工程を含む、回路基板の製造方法、及び、上記回路基板を含むデバイスの製造方法を開示する。さらに、本発明の好ましい実施形態に係る回路基板の製造方法では、上記パターンの形成方法により得られたパターン(硬化物パターン)をマスクとして基板にエッチング又はイオン注入を行う工程と、電子部材を形成する工程と、を有していてもよい。上記回路基板は、半導体素子であることが好ましい。すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含む半導体デバイスの製造方法を開示する。さらに、本発明では、上記回路基板の製造方法により回路基板を得る工程と、上記回路基板と上記回路基板を制御する制御機構とを接続する工程と、を有するデバイスの製造方法を開示する。
また、本発明のインプリントパターンの製造方法を用いて液晶表示装置のガラス基材にグリッドパターンを形成することで、反射や吸収が少なく、大画面サイズ(例えば55インチ、60インチ超)の偏光板を安価に製造することができる。すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含む偏光板の製造方法及び上記偏光板を含むデバイスの製造方法を開示する。例えば、特開2015-132825号公報や国際公開第2011/132649号に記載の偏光板が製造できる。なお、1インチは25.4mmである。
硬化物パターンをエッチングレジストとして利用する場合には、まず、基材上に本発明のインプリントパターンの製造方法を適用してパターン(硬化物パターン)を形成し、得られた上記硬化物パターンをエッチングマスクとして用いて基材をエッチングする態様が挙げられる。ウェットエッチングの場合にはフッ化水素等、ドライエッチングの場合にはCF4等のエッチングガスを用いてエッチングすることにより、基材上に所望の硬化物パターンの形状に沿ったパターンを形成することができる。
すなわち、本発明では、本発明のインプリントパターンの製造方法を含むこれらのデバイスの製造方法を開示する。
また、本発明において、23℃、1気圧で液体であるラジカル重合性化合物を含む液膜形成用組成物を用いて、中間層の上に液膜を形成することも好ましい。本発明において、液膜は、パターン形成用組成物と同様の手法により、液膜形成用組成物を中間層上に適用し、その後、組成物を乾燥させることにより得られる。このような液膜を形成することにより、中間層とパターン形成用組成物との密着性がさらに向上し、パターン形成用組成物の中間層上での濡れ性も向上するという効果がある。以下、液膜形成用組成物について説明する。
液膜形成用組成物は、23℃、1気圧で液体であるラジカル重合性化合物(ラジカル重合性化合物A)を含有する。
液膜形成用組成物は溶剤(以下、「液膜用溶剤」ということがある)を含むことが好ましい。液膜用溶剤としては、上述した硬化性組成物用溶剤の項で説明したものが挙げられ、これらを用いることができる。液膜形成用組成物は、液膜用溶剤を90質量%以上含むことが好ましく、99質量%以上含むことがより好ましく、99.99質量%以上であってもよい。
液膜形成用組成物はラジカル重合開始剤を含んでいてもよい。ラジカル重合開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤及び光ラジカル重合開始剤が挙げられ、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、公知の化合物を任意に使用できる。例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、オキサジアゾール骨格を有する化合物、トリハロメチル基を有する化合物など)、アシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、オキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、アセトフェノン化合物、アゾ化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、有機ホウ素化合物、鉄アレーン錯体などが挙げられる。これらの詳細については、特開2016-027357号公報の段落0165~0182の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。この中でもアセトフェノン化合物、アシルホスフィン化合物、オキシム化合物が好ましい。市販品としては、IRGACURE-OXE01、IRGACURE-OXE02、IRGACURE-127、IRGACURE-819、IRGACURE-379、IRGACURE-369、IRGACURE-754、IRGACURE-1800、IRGACURE-651、IRGACURE-907、IRGACURE-TPO、IRGACURE-1173等(以上、BASF社製)、Omnirad 184、Omnirad TPO H、Omnirad 819、Omnirad 1173(以上、IGM Resins B.V.製)が挙げられる。
液膜形成用組成物は、上記の他、重合禁止剤、酸化防止剤、レベリング剤、増粘剤、界面活性剤等を1種又は2種以上含んでいてもよい。
各実施例及び各比較例において、それぞれ、表1~表6の「硬化性組成物」の欄に記載した各成分を混合した。
溶剤以外の各成分の含有量は表1~表6に記載の含有量(質量部)とし、溶剤の含有量は、各組成物の固形分濃度が表1~表6の「固形分濃度(質量%)」の欄に記載の値となるようにした。「溶剤」の「含有比」の欄に記載の数値は、各溶剤の含有比(質量%)であり、「100」の記載は、その溶剤を単独で使用したことを意味する。また、各組成物において、「-」と記載された成分は添加しなかった。
表1~表6中、例えば「重合禁止剤」の「種類」の欄に「A-1/A-6」、「含有量」の欄に「150/150」と記載された例については、重合禁止剤として150質量部のA-1と、150質量部のA-6とを用いたことを示している。
各成分の混合物を、孔径0.02μmのNylonフィルター及び孔径0.001μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターでろ過して、硬化性組成物又は比較用組成物を調製した。
〔硬化性主剤〕
・P-1~P-32:下記構造の繰返し単位からなる高分子化合物。*は他の繰返し単位との結合部位を表す。また、主鎖に記載のm、n、a、b、c等の添え字は、各繰り返し単位の含有モル比を表し、a,b,cの詳細は表7に記載した。側鎖に付された括弧の添え字である数値は、各繰り返し単位の繰り返し数の算術平均値を表す。
・A-1:4-メトキシフェノール
・A-2:N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム
・A-3:ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル)
・A-4:4-tert-ブチルカテコール
・A-5:1,4-ベンゾキノン
・A-6:フェノチアジン
・A-7:N,N-ジエチルヒドロキシルアミン
・A-8:4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル
・A-9:クペロン
・A-10:2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル
・A-11:トリフェニルフェルダジル
・A-12:ペンタエリトリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート]
・A-13:2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル
・A-14:亜りん酸トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)
・A-15:3,3’-チオジプロピオン酸ジオクタデシル
・A-16:2,4-ビス(オクチルチオメチル)-6-メチルフェノール
・B-1:ヘキサメトキシメチルメラミン
・B-2:パラトルエンスルホン酸
・B-3:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
・B-4:フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド
・B-5:(2-エチルヘキサノイル)(tert-ブチル)ペルオキシド
・PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
・EL:乳酸エチル
・GBL:γ-ブチロラクトン
下記表8に示す化合物を、下記表に示す配合割合(質量部)で配合し、さらに重合禁止剤として4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル(東京化成社製)を重合性化合物量(パターン形成用組成物V-1~V-2においては表中のNo.1~No.3の合計量、パターン形成用組成物V-3においてはNo.1の量)に対して200質量ppm(0.02質量%)となるように加えてパターン形成用組成物V-1~V-3を調製した。これを孔径0.02μmのナイロンフィルタおよび孔径0.001μmのUPEフィルタで濾過して、パターン形成用組成物V-1~V-3を調製した。表中、k+m+n=10である。
シリコーン樹脂X-40-9225(商品名、信越化学工業(株)製)(10部)、2-ヒドロキシエチルアクリレート(58.1部)、パラトルエンスルホン酸一水和物(0.034部)を混合後、120℃に昇温し、縮合反応により生成したメタノールを留去しながら3時間撹拌して反応させ、48部のシリコーンポリマー1を得た。
上記実施例および比較例の各パターン形成用組成物について、下記項目の評価を行った。なお、超高圧水銀ランプの照度は、ウシオ電機社製の紫外線積算光量計UIT-250を用いて測定した。
各実施例及び比較例において、それぞれ、調製した硬化性組成物又は比較用組成物をシリコンウェハ上にスピンコートし、250℃のホットプレートを用いて1分間加熱して、厚さ5nmの中間層(インプリントリソグラフィ用密着層)を形成した。
中間層を掻き取り、使用した硬化性組成物又は比較用組成物に含まれる溶剤と同様の溶剤に溶解してサンプルを調整し、高速液体クロマトグラフィにより中間層に含まれる各重合禁止剤の含有量を測定し、中間層のうち重合禁止剤を除く成分100万質量部に対する重合開始剤の含有量(質量部)を算出した。測定結果は表1~表6の「中間層における重合禁止剤量」の欄に記載した。
各実施例及び比較例において、それぞれ、調製した硬化性組成物又は比較用組成物をシリコンウェハ上にスピンコートし、250℃のホットプレートを用いて1分間加熱して、厚さ5nmの中間層(インプリントリソグラフィ用密着層)を形成した。
そして、インクジェット装置(FUJIFILM Dimatix社製インクジェットプリンター DMP-2831)を用いて、上記パターン形成用組成物V-1を上記中間層上に適用し、硬化性層を形成した。硬化性層の厚さは50nmとした。インクジェット装置からの吐出量は、各ノズル当たり1pLとした。その後、ヘリウム雰囲気下で、上記硬化性層側からインプリント用モールドをシリコンウェハに押し当てた。使用したインプリント用モールドは、線幅15nm、深さ40nm及びピッチ30nmのライン/スペースを有する石英モールドである。
その後、上記インプリント用モールドを押し当てたまま、インプリント用モールド側からインプリント用モールドを介して下記条件A及び条件Bの2種類の条件で超高圧水銀ランプを用いて露光し、モールドを離型することにより、パターン形成用組成物の硬化物からなるパターンを得た。
・欠陥発生率R(%)=[SEM観察の結果、パターン欠陥が確認された箇所の総数]/[SEM観察を行った箇所の総数(本実施例の場合には500)]×100
A:上記欠陥発生率Rが0%であった。(すなわち、倒れ欠陥は確認されず、解像性が良好であった。)
B:上記欠陥発生率Rが0%を超え1%以下であった。
C:上記欠陥発生率Rが1%を超えた。
更に、各実施例又は比較例において、上述のパターン形成用組成物V-1をパターン形成用組成物V-3に変更し、インクジェット装置を用いた硬化性層の形成に代えて、上記パターン形成用組成物V-3をスピンコート法により適用した後に、60℃で5分間加熱乾燥して厚さ80nmの硬化性層を形成した以外は、上述と同様の方法によりパターン欠陥の評価を行った場合にも、各実施例又は比較例におけるパターン欠陥の評価結果は同様であった。
各実施例及び比較例において調製した硬化性組成物又は比較用組成物について、45℃の条件下で各組成物を4週間保管し、濁度を測定した。なお、濁度は、三菱ケミカルアナリテック社製の積分球式濁度計 PT-200を用いて測定した。
測定された濁度から、下記評価基準に従って、溶液安定性を評価した。評価結果は表1~表6の「溶液安定性」の欄に記載した。上記濁度が小さいほど、溶液安定性に優れるといえる。
-評価基準-
A:濁度が0.1ppm未満であった。
B:濁度が0.1ppm以上であった。
比較例1に係る組成物は、重合禁止剤の含有量が、硬化性主剤100万質量部に対して1,500質量部である。このような組成物を用いた場合には、中間層上に形成される硬化性層においてパターン欠陥が発生することがわかる。
比較例2に係る組成物は、重合禁止剤を含有しない。このような組成物を用いた場合には、溶液安定性に劣ることがわかる。
Claims (11)
- 重合性官能基を有する硬化性主剤、
重合禁止剤、及び、
溶剤を含み、
前記重合禁止剤の含有量が前記硬化性主剤100万質量部に対して200質量部以上1,000質量部未満であり、
前記溶剤が、沸点が250℃以下の非プロトン性極性溶剤であり、
前記重合禁止剤が、フェノール系化合物、キノン系化合物、フリーラジカル系化合物、アミン系化合物およびホスフィン系化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を含み、
前記硬化性主剤が、重合性官能基を複数個有し、且つ、前記重合性官能基としてラジカル重合性基を含み、
基材と硬化性層との間に存在する中間層の形成に用いられる
硬化性組成物。 - 前記フェノール系化合物が、4-メトキシフェノール、ヒドロキノン、2-tert-ブチルヒドロキノン、4-tert-ブチルカテコール、ペンタエリトリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート]、2,5-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4-メトキシナフトール、2,4-ビス(オクチルチオメチル)-6-メチルフェノール、p-ニトロソフェノール、又は、α-ニトロソ-β-ナフトールであり、前記キノン系化合物が、1,4-ベンゾキノン、1,2-ベンゾキノン、又は、1,4-ナフトキノンであり、前記フリーラジカル系化合物が、ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル、2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル、又は、トリフェニルフェルダジルであり、前記アミン系化合物が、p-フェニレンジアミン、4-アミノジフェニルアミン、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン、ジフェニルアミン、N-フェニル-β-ナフチルアミン、4,4’-ジクミル-ジフェニルアミン、4,4’-ジオクチル-ジフェニルアミン、フェノチアジン、2-メトキシフェノチアジン、フェノキサジン、N-ニトロソジフェニルアミン、N-ニトロソフェニルナフチルアミン、N-ニトロソジナフチルアミン、p-ニトロソジフェニルアミン、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミン、クペロン又はこれらの塩であり、前記ホスフィン系化合物が、亜リン酸(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)である、請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記重合禁止剤の分子量が1,000以下である、請求項1または2に記載の硬化性組成物。
- 前記重合禁止剤の含有量が前記硬化性主剤100万質量部に対して900質量部以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記中間層がインプリントリソグラフィ用密着膜である、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記中間層における前記重合禁止剤の含有量が前記中間層のうち前記重合禁止剤を除く成分100万質量部に対して1質量部以上900質量部以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物と
重合性化合物を含むパターン形成用組成物とを含む
キット。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物から形成された中間層。
- 基材と、
請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物から形成された中間層とを含む
積層体。 - 請求項9に記載の積層体及びモールドよりなる群から選択される被適用部材にパターン形成用組成物を適用する硬化性層形成工程、
前記積層体及び前記モールドよりなる群のうち前記被適用部材として選択されなかった部材を接触部材として前記パターン形成用組成物に接触させる接触工程、
前記パターン形成用組成物を硬化物とする硬化工程、並びに、
前記モールドと前記硬化物とを剥離する剥離工程を含む、インプリントパターンの製造方法。 - 請求項10に記載のインプリントパターンの製造方法を含む、デバイスの製造方法。
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