KR102411425B1 - 임프린트재료 - Google Patents

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타쿠 카토
케이스케 슈토
마사요시 스즈키
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닛산 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 신규한 임프린트재료, 및 해당 재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막을 제공한다.
[해결수단] 하기 (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 (D)성분을 함유하는 임프린트재료.
(A): 하기 식(1), 식(2) 또는 식(3)으로 표시되는 화합물
Figure 112017021311426-pct00007

(식 중, X는 탄소원자수 1 내지 5의 직쇄알킬렌기를 나타내고, R1은 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2, R3 및 R4의 탄소원자수의 합은 0 내지 2의 정수이다.)
(B): 하기 식(4)로 표시되는 반복단위를 가지며, 식 중 Y로 표시되는 중합성기를 2개 이상 갖는 실세스퀴옥산 화합물
(C): 하기 식(5)로 표시되는 반복단위를 가지며, 말단에 중합성기를 2개 갖는 실리콘 화합물
Figure 112017021311426-pct00008

(식 중, R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소원자수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, R5는 탄소원자수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내고, k는 0 내지 3의 정수를 나타낸다.)
(D): 광중합개시제

Description

임프린트재료{IMPRINTING MATERIAL}
본 발명은, 임프린트재료(임프린트용 막 형성 조성물) 및 해당 재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 경화 후, 이형(離型)시에 있어서 몰드로부터 상기 패턴이 전사된 막을 용이하게 박리 가능함과 함께, 200℃를 초과하는 온도에서의 가열공정에 대한 내열성을 구비한 경화막이 형성되는 임프린트재료, 그리고 해당 재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막에 관한 것이다.
1995년, 현 프린스턴 대학의 쵸우 교수 등이 나노임프린트 리소그래피라는 새로운 기술을 제창하였다(특허문헌 1). 나노임프린트 리소그래피는, 임의의 패턴을 갖는 몰드를 수지막이 형성된 기재와 접촉시키고, 해당 수지막을 가압함과 함께, 열 또는 광을 외부자극으로서 이용하고, 목적으로 하는 패턴을 경화된 해당 수지막에 형성하는 기술이며, 이 나노임프린트 리소그래피는, 종래의 반도체 디바이스제조에 있어서의 포토리소그래피 등에 비해 간편·저가로 나노스케일의 가공이 가능하다는 이점을 갖는다.
따라서, 나노임프린트 리소그래피는, 포토리소그래피기술 대신에, 반도체 디바이스, 옵토디바이스, 디스플레이, 기억매체, 바이오칩 등의 제조로의 적용이 기대되고 있는 기술이라는 점에서, 나노임프린트 리소그래피에 이용하는 광나노임프린트 리소그래피용 경화성 조성물에 대하여 다양한 보고가 이루어지고 있다(특허문헌 2, 특허문헌 3). 나아가, 실리콘골격을 가지는 화합물 및 광중합개시제를 포함하는 광임프린트재료가 특허문헌 4에, 실세스퀴옥산골격을 가지는 화합물 및 중합개시제를 포함하는, 임프린트법에 의해 미세패턴을 형성하기 위한 전사재료용 경화성 수지 조성물이 특허문헌 5에 개시되어 있다.
나노임프린트 리소그래피에 있어서 고가의 몰드를 사용하는 경우, 몰드의 장수명화가 요구되는데, 경화된 수지막으로부터 몰드를 벗겨내는 힘, 즉 이형시에 있어서의 박리력(이하, 본 명세서에서는 「이형력(離型力)」이라 약칭함)이 크면 몰드에 수지가 부착되기 쉬워져, 몰드가 사용불가능하게 되기 쉬워진다. 이에 따라 나노임프린트 리소그래피에 이용하는 재료(이하, 본 명세서에서는 「임프린트재료」라 약칭함)에는 저이형력성(경화된 수지막을 몰드로부터 용이하게 박리할 수 있는 특성)이 요구되게 된다. 또한, 디바이스 제작에 있어서는 외부로부터 수지막에 힘이 가해지는 경우가 있는데, 외부로부터의 힘에 대하여 수지막이 변형되면 디바이스에 적용하는 것이 불가능해지므로, 소성 변형이 작은 것, 즉 저소성 변형성이 요구된다. 디바이스 제작에서는 그 밖에도 베이크, 납땜 등, 가열공정을 거치는 경우가 있다. 상기 가열공정에서 265℃ 정도의 온도에 노출되는 경우도 있는데, 이때 수지막의 내열성이 낮고, 해당 수지막으로부터 분해물의 승화가 일어나면 디바이스내부나, 디바이스를 제작하는 장치 및 기기를 오염시키는 원인이 된다. 또한, 고온으로부터의 냉각시에 발생하는 응력에 대하여 막의 내성이 낮으면 크랙이 발생하여, 불량해진다. 그리고 이 크랙은 막두께가 두꺼워짐에 따라 현저하게 발생한다. 디바이스의 종류에 따라서는 열에 노출되는 개소에서 사용되는 경우도 있는데, 이러한 경우에도 동일한 문제가 발생하므로, 고체촬상장치, 태양전지, LED디바이스, 디스플레이 등의 제품에서는, 광학부재로서 제작한 구조물에 대하여 고도의 내열성, 및 내크랙성이 요구된다. 그러나, 지금까지 임프린트재료로서 여러 재료가 개시되어 있지만, 저이형력, 저소성 변형성, 200℃를 초과하는 온도, 예를 들어 265℃에 있어서 분해물의 승화가 일어나지 않는 내열성, 및 내크랙성을 겸비한 재료의 보고는 이루어지지 않았다.
미국특허 제5772905호 명세서 일본특허공개 2008-105414호 공보 일본특허공개 2008-202022호 공보 일본특허공개 2013-065768호 공보 국제공개 제2009/069465호
본 발명은, 상기 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 그 해결하고자 하는 과제는, 경화 후, 이형시에 있어서 몰드로부터 패턴이 전사된 막을 용이하게 벗길 수 있는, 즉 저이형력성을 가지며, 외부로부터의 힘에 대한 소성 변형의 비율(소성 변형률)이 낮고, 200℃를 초과하는 온도에 있어서도 분해물의 승화가 없는 고내열성을 가지며, 나아가 후막(厚膜)의 상태에서, 해당 온도로부터 급랭시켜도 크랙을 발생시키지 않는 내크랙성을 갖는 경화막이 형성되는 임프린트재료를 제공하는 것이다. 또한, 해당 재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막을 제공하는 것이다. 구체적으로는, 몰드에 대한 이형력이 0g/cm보다 크고 0.7g/cm 이하, 소성 변형률이 8% 이하, 게다가 예를 들어 265℃의 온도에 노출되어도 분해물의 승화가 일어나지 않고, 20μm 정도의 후막이어도 265℃로부터 급랭시켜 크랙을 발생시키지 않는 경화막이 형성되는 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 행한 결과, 탄소원자수 4 내지 10의 직쇄상, 분지쇄상 또는 환상의 탄화수소기, 및 중합성기를 각각 1개 가지는 화합물, 중합성기를 2개 이상 갖는 실세스퀴옥산 화합물, 및 말단에 중합성기를 2개 가지는 실리콘 화합물을 함유하고, 또한 광중합개시제를 함유하는 조성물을 임프린트재료로서 사용하는 것을 발견하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 몰드의 요철형상을 갖는 면 상에 있어서 해당 재료의 광경화에 의해 몰드의 요철형상패턴이 전사된 경화막을 몰드의 요철형상을 갖는 면으로부터 박리할 때에 계측되는 이형력이 현격히 작고, 또한 해당 재료로 제작한 패턴전사된 막은 소성 변형률이 작고, 265℃의 온도하에 있어서도 분해물의 승화가 보이지 않을 뿐만 아니라 265℃로부터 급랭시켜도 크랙이 발생하지 않는다는 지견을 얻어, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은, 제1 관점으로서, 하기 (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 (D)성분을 함유하며, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 합계 100질량부에 기초하여, 상기 (A)성분의 함유량은 35질량부 내지 90질량부, 상기 (B)성분의 함유량은 5질량부 내지 60질량부, 상기 (C)성분의 함유량은 5질량부 내지 30질량부이고, 상기 (D)성분의 함유량은 0.1phr 내지 30phr인 임프린트재료에 관한 것이다.
(A): 하기 식(1), 식(2) 또는 식(3)으로 표시되는 화합물
[화학식 1]
Figure 112017021311426-pct00001
(식 중, X는 탄소원자수 1 내지 5의 직쇄알킬렌기를 나타내고, R1은 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2, R3 및 R4의 탄소원자수의 합은 0 내지 2의 정수이다.)
(B): 하기 식(4)로 표시되는 반복단위를 가지며, 식 중 Y로 표시되는 중합성기를 2개 이상 갖는 실세스퀴옥산 화합물
(C): 하기 식(5)로 표시되는 반복단위를 가지며, 말단에 중합성기를 2개 갖는 실리콘 화합물
[화학식 2]
Figure 112017021311426-pct00002
(식 중, R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소원자수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, R5는 탄소원자수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내고, k는 0 내지 3의 정수를 나타낸다.)
(D): 광중합개시제
제2 관점으로서, 상기 (B)성분이 완전 바스켓형(ご型) 구조 및/또는 불완전 바스켓형 구조, 그리고 랜덤구조 및 사다리형(しご型) 구조의 혼합체로 이루어진, 제1 관점에 기재된 임프린트재료에 관한 것이다.
제3 관점으로서, 상기 (C)성분이 분자량이 상이한 2종 이상의 화합물로 이루어진, 제1 관점 또는 제2 관점에 기재된 임프린트재료에 관한 것이다.
제4 관점으로서, (E)성분으로서 산화방지제를 추가로 함유하는, 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나에 기재된 임프린트재료에 관한 것이다.
제5 관점으로서, (F)성분으로서 계면활성제를 추가로 함유하는, 제1 관점 내지 제4 관점 중 어느 하나에 기재된 임프린트재료에 관한 것이다.
제6 관점으로서, (G)성분으로서 용제를 추가로 함유하는, 제1 관점 내지 제5 관점 중 어느 하나에 기재된 임프린트재료에 관한 것이다.
제7 관점으로서, 상기 (B)성분 및 (C)성분의 중합성기가 아크릴로일옥시기, 메타아크릴로일옥시기, 비닐기 또는 알릴기인, 제1 관점 내지 제6 관점 중 어느 하나에 기재된 임프린트재료에 관한 것이다.
제8 관점으로서, 제1 관점 내지 제7 관점 중 어느 하나에 기재된 임프린트재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막에 관한 것이다.
제9 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 광학부재에 관한 것이다.
제10 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 개체촬상소자에 관한 것이다.
제11 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 LED디바이스에 관한 것이다.
제12 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 구비한 반도체소자에 관한 것이다.
제13 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 태양전지에 관한 것이다.
제14 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 디스플레이에 관한 것이다.
제15 관점으로서, 제8 관점에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 전자 디바이스에 관한 것이다.
본 발명의 임프린트재료로부터 제작된 경화막은, 저이형력성, 저소성 변형성을 가짐과 함께, 예를 들어 265℃의 온도에 노출되어도 분해물의 승화가 보이지 않고, 265℃의 고온으로부터 급랭시켜도 크랙을 발생시키지 않는다.
또한 본 발명의 임프린트재료는, 광경화가 가능하며, 또한 몰드의 요철형상을 갖는 면으로부터의 박리시에 패턴의 일부에 벗겨짐이 발생하지 않으므로, 원하는 패턴이 정확하게 형성된 막이 얻어진다. 따라서, 양호한 광임프린트의 패턴형성이 가능하다.
또한, 본 발명의 임프린트재료는, 임의의 기재 상에 제막할 수 있으며, 임프린트 후에 형성되는 패턴이 전사된 막은, 태양전지, LED디바이스, 디스플레이 등의, 고투명성이 요구되는 부재를 사용하는 제품에 호적하게 이용할 수 있다.
나아가, 본 발명의 임프린트재료는, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 화합물의 종류 및 함유비율을 변경함으로써, 경화속도, 동적점도, 및 형성되는 경화막의 막두께를 컨트롤할 수 있는데, 예를 들어 막두께 20μm의 비교적 두꺼운 경화막을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 임프린트재료는, 제조하는 디바이스종과 노광 프로세스 및 소성 프로세스의 종류에 대응한 재료의 설계가 가능하고, 프로세스마진을 확대할 수 있으므로, 광학부재의 제조에 호적하게 이용할 수 있다.
<(A)성분>
(A)성분의, 상기 식(1), 식(2) 또는 식(3)으로 표시되는 화합물은, 해당 화합물의 혼합물일 수도 있다.
또한 해당 중합성기로는, 예를 들어, 아크릴로일옥시기, 메타아크릴로일옥시기, 비닐기, 알릴기를 들 수 있다. 여기서, 아크릴로일옥시기는 아크릴옥시기와, 메타아크릴로일옥시기는 메타아크릴옥시기라 표현되는 경우가 있다.
상기 (A)성분의 화합물의 구체예로는, n-부틸아크릴레이트, n-펜틸(메트)아크릴레이트, n-헥실(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, n-헵틸(메트)아크릴레이트, n-옥틸(메트)아크릴레이트, 이소옥틸(메트)아크릴레이트, n-노닐(메트)아크릴레이트, n-데실(메트)아크릴레이트를 들 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 (메트)아크릴레이트 화합물이란, 아크릴레이트 화합물과 메타크릴레이트 화합물을 모두 나타낸다. 예를 들어 (메트)아크릴산은, 아크릴산과 메타크릴산을 나타낸다.
상기 (A)성분의 화합물은, 시판품으로서 입수가 가능하고, 그 구체예로는, 아크릴산부틸, 아크릴산헥실, 메타크릴산헥실, 아크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산 2-에틸헥실(이상, 동경화성공업주식회사제), n-아밀아크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, n-헵틸아크릴레이트, n-헵틸메타크릴레이트, n-옥틸아크릴레이트, n-옥틸메타크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 이소옥틸메타크릴레이트, n-노닐아크릴레이트, n-노닐메타크릴레이트, n-데실아크릴레이트, n-데실메타크릴레이트(이상, ABCR GmbH&Co.KG제), 라이트아크릴레이트 IB-XA, 라이트에스테르 NB, CH, IB-X(이상, 쿄에이샤화학주식회사제), NOAA, V#155, IBXA(이상, 오사카유기화학공업주식회사제)를 들 수 있다.
상기 (A)성분의 화합물은, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서의 (A)성분은, 임프린트재료에 저소성 변형성 및 크랙내성을 부여할 수 있고, 그 함유량은, 해당 (A)성분 및 후술하는 (B)성분, (C)성분의 합계 100질량부에 기초하여, 35질량부 내지 90질량부인 것이 바람직하다. 이 비율이 과소(過少)한 경우에는 소성 변형률의 증대 및 급랭시의 크랙이 보이게 되고, 과대(過大)한 경우에는 충분한 경화성이 얻어지지 않아, 패터닝특성이 악화된다. 또한, 소성 변형률을 보다 저하시키기 위해서는, 상기 식(1), 식(2) 또는 식(3)으로 표시되는 화합물을 (A)성분으로서 이용하는 것이 바람직하다.
<(B)성분>
(B)성분의, 중합성기를 2개 이상 갖는 실세스퀴옥산 화합물은, 주쇄골격이 Si-O-Si결합이고, 상기 식(4)로 표시되는 반복단위의 식 중에 1.5개의 산소원자를 가지며, 해당 식 중의 Y로 표시되는 중합성기를 2개 이상 갖는 화합물을 나타낸다. 해당 중합성기로는, 예를 들어, 아크릴로일옥시기, 메타아크릴로일옥시기, 비닐기, 알릴기를 들 수 있다. 나아가, 상기 식(4)에 있어서 R5로 표시되는 탄소원자수 1 내지 3의 알킬렌기로는, 예를 들어, 메틸렌기, 에틸리덴기[-CH(CH3)-기], 프로판-2,2-디일기[-C(CH3)2-기]를 들 수 있다.
상기 (B)성분의 화합물은, 시판품으로서 입수가 가능하고, 그 구체예로는, AC-SQ TA-100, MAC-SQ TM-100, AC-SQ SI-20, MAC-SQ SI-20, MAC-SQ HDM(이상, 토아고세이주식회사제)을 들 수 있다.
상기 (B)성분의 화합물은, 예를 들어, 하기 식(6)으로 표시되는 화합물 또는 하기 식(7)로 표시되는 화합물을 이용하여 합성하는 것도 가능하다.
[화학식 3]
Figure 112017021311426-pct00003
(식 중, 3개의 R8은 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R9는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, 3개의 Q는 각각 독립적으로 할로게노기를 나타낸다.)
상기 식(6)으로 표시되는 화합물로는, 예를 들어, 3-아크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴로일옥시프로필트리에톡시실란, 메타크릴산 3-(트리메톡시실릴)프로필 및 메타크릴산 3-(트리에톡시실릴)프로필을 들 수 있다. 상기 식(7)로 표시되는 화합물로는, 예를 들어, 3-아크릴로일옥시프로필트리클로로실란, 메타크릴산 3-(트리클로로실릴)프로필을 들 수 있다.
상기 (B)성분의 화합물은, 중량평균분자량이 예를 들어 700 내지 7000의 실세스퀴옥산 화합물을 사용할 수 있고, 이러한 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 임프린트재료에 있어서의 (B)성분은, 패턴전사 후의 막에 대하여 내열성을 부여하여, 200℃를 초과하는 온도, 예를 들어 265℃의 온도하에 있어서 분해물의 승화를 억제할 수 있다. 또한, (B)성분의 종류, 중량평균분자량 및 함유비율을 변경함으로써, 임프린트재료의 동적점도, 임프린트시의 경화속도, 및 형성되는 경화막의 막두께를 컨트롤할 수 있다.
본 발명에 있어서의 (B)성분의 함유량은, (A)성분, (B)성분, 및 후술하는 (C)성분의 합계 100질량부에 기초하여, 바람직하게는 5질량부 내지 60질량부, 더욱 바람직하게는 15질량부 내지 60질량부이다. 이 비율이 과소한 경우에는 충분한 경화성이 얻어지지 않아, 패터닝특성이 악화되고, 과대한 경우에는 크랙내성이 저하되어, 급랭시에 있어서 크랙이 발생한다.
<(C)성분>
(C)성분인, 말단에 중합성기를 2개 갖는 실리콘 화합물은, 분자 내에 실리콘골격(실록산골격)을 가지며, 해당 분자의 말단에 중합성기를 2개 갖는 화합물을 나타낸다. 그 실리콘골격에 대해서는, 상기 식(5)에 있어서 R6 및 R7이 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 이소프로필기를 나타내는 경우를 들 수 있는데, 특히, R6 및 R7이 모두 메틸기를 나타내는 디메틸실리콘골격이 바람직하다. 나아가, 상기 중합성기로는, 예를 들어, 아크릴로일옥시기, 메타아크릴로일옥시기, 비닐기, 알릴기를 들 수 있다.
상기 (C)성분의 화합물로는 시판품으로서 입수가 가능하고, 그 구체예로는, X-22-164, X-22-164AS, X-22-164A, X-22-164B, X-22-164C, X-22-164E, X-22-2445, X-22-1602(이상, 신에쯔화학공업주식회사제)를 들 수 있다.
상기 (C)성분의 화합물은, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 중량평균분자량이 상이한 2종의 화합물을 사용하여 경화성을 제어함으로써, 내열성을 유지하면서, 저이형력성을 더 부여할 수 있다.
본 발명에 있어서의 (C)성분의 함유량은, (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 합계 100질량부에 기초하여, 예를 들어 5질량부 내지 30질량부, 바람직하게는 5질량부 내지 18질량부이다. 이 비율이 과소한 경우에는 충분한 저이형력성을 얻을 수 없고, 과대한 경우에는 200℃를 초과하는 온도, 예를 들어 265℃의 온도에 노출되었을 때에 분해물의 승화가 일어난다.
<(D)성분>
(D)성분인 광중합개시제로는, 광경화시에 사용하는 광원에 흡수를 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, tert-부틸퍼옥시-iso-부티레이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(벤조일디옥시)헥산, 1,4-비스[α-(tert-부틸디옥시)-iso-프로폭시]벤젠, 디-tert-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(tert-부틸디옥시)헥센하이드로퍼옥사이드, α-(iso-프로필페닐)-iso-프로필하이드로퍼옥사이드, tert-부틸하이드로퍼옥사이드, 1,1-비스(tert-부틸디옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 부틸-4,4-비스(tert-부틸디옥시)발레레이트, 시클로헥사논퍼옥사이드, 2,2’,5,5’-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 3,3’,4,4’-테트라(tert-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 3,3’,4,4’-테트라(tert-아밀퍼옥시카르보닐)벤조페논, 3,3’,4,4’-테트라(tert-헥실퍼옥시카르보닐)벤조페논, 3,3’-비스(tert-부틸퍼옥시카르보닐)-4,4’-디카르복시벤조페논, tert-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-tert-부틸디퍼옥시이소프탈레이트 등의 유기과산화물; 9,10-안트라퀴논, 1-클로로안트라퀴논, 2-클로로안트라퀴논, 옥타메틸안트라퀴논, 1,2-벤즈안트라퀴논 등의 퀴논류; 벤조인메틸, 벤조인에틸에테르, α-메틸벤조인, α-페닐벤조인 등의 벤조인유도체; 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 1-[4-(2-하이드록시에톡시)-페닐]-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판-1-온, 2-하이드록시-1-[4-{4-(2-하이드록시-2-메틸-프로피오닐)벤질}-페닐]-2-메틸-프로판-1-온, 페닐글리옥시릭애시드메틸에스테르, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논, 2-디메틸아미노-2-(4-메틸-벤질)-1-(4-모리폴린-4-일-페닐)-부탄-1-온 등의 알킬페논계 화합물; 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드 등의 아실포스핀옥사이드계 화합물; 2-(O-벤조일옥심)-1-[4-(페닐티오)페닐]-1,2-옥탄디온, 1-(O-아세틸옥심)-1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카바졸-3-일]에탄온 등의 옥심에스테르계 화합물을 들 수 있다.
상기 화합물은, 시판품으로서 입수가 가능하고, 그 구체예로는, IRGACURE(등록상표) 651, 184, 500, 2959, 127, 754, 907, 369, 379, 379EG, 819, 819DW, 1800, 1870, 784, OXE01, OXE02, 250, 1173, MBF, 4265, TPO(이상, BASF재팬주식회사제), KAYACURE(등록상표) DETX, MBP, DMBI, EPA, OA(이상, 일본화약주식회사제), VICURE-10, 55(이상, STAUFFER Co. LTD제), ESACURE(등록상표) KIP150, TZT, 1001, KTO46, KB1, KL200, KS300, EB3, 트리아진-PMS, 트리아진A, 트리아진B(이상, 일본시이벨헤그너주식회사제), 아데카옵토머 N-1717, N-1414, N-1606(주식회사ADEKA제)을 들 수 있다.
상기 (D)성분인 광중합개시제는, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 임프린트재료에 있어서의 (D)성분의 함유량은, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 총량에 대하여, 0.1phr 내지 30phr인 것이 바람직하고, 1phr 내지 20phr인 것이 보다 바람직하다. (D)성분의 함유량의 비율이 0.1phr 미만인 경우에는, 충분한 경화성이 얻어지지 않아, 패터닝특성의 악화가 일어나기 때문이다. 여기서, phr이란, (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 합계 100질량부에 대한, 광중합개시제의 함유량을 나타낸다.
<(E)성분>
본 발명의 임프린트재료에 있어서는, (E)성분으로서 산화방지제가 첨가되어 있을 수도 있다. 산화방지제로는, 예를 들어, IRGANOX(등록상표) 1010, 1035, 1076, 1135, 1520L(이상, BASF재팬주식회사), SUMILIZER(등록상표) GA-80(스미토모화학주식회사제)을 들 수 있다.
상기 산화방지제는, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 해당 산화방지제를 이용함으로써, 산화에 의해 막이 황색으로 변색되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 임프린트재료에 있어서의 (E)성분의 함유량은, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 총질량에 대하여, 바람직하게는 0.1phr 내지 2phr이다.
<(F)성분>
본 발명의 임프린트재료에 있어서는, (F)성분으로서 계면활성제가 첨가되어 있을 수도 있다. (F)성분인 계면활성제는, 얻어지는 도막의 제막성을 조정하는 역할을 한다. 상기 계면활성제로는, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르류, 폴리옥시에틸렌·폴리옥시프로필렌블록코폴리머류, 솔비탄모노라우레이트, 솔비탄모노팔미테이트, 솔비탄모노스테아레이트, 솔비탄모노올레이트, 솔비탄트리올레이트, 솔비탄트리스테아레이트 등의 솔비탄지방산에스테르류, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄트리올레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄트리스테아레이트 등의 폴리옥시에틸렌솔비탄지방산에스테르류 등의 비이온계 계면활성제; 상품명 에프톱(등록상표) EF301, EF303, EF352(미쯔비시머티리얼전자화성주식회사), 상품명 메가팍(등록상표) F-553, F-554, F-556, F-477, F171, F173, R-08, R-30, R-30N, R-40, R-40-LM(DIC주식회사제), 플루오라드 FC430, FC431(스미토모쓰리엠주식회사제), 상품명 아사히가드(등록상표) AG710, 사프론(등록상표) S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106(아사히글라스주식회사제) 등의 불소계 계면활성제; 및 오르가노실록산폴리머 KP341(신에쯔화학공업주식회사제)을 들 수 있다.
상기 계면활성제는, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 계면활성제가 사용되는 경우, 그 비율은, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 총질량에 대하여, 바람직하게는 0.01phr 내지 40phr, 보다 바람직하게는 0.01phr 내지 10phr이다.
<(G)성분>
본 발명에 있어서는 (G)성분으로서 용제를 함유할 수도 있다. (G)성분은, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 점도조절의 역할을 한다.
상기 용제로는, 예를 들어, 톨루엔, p-자일렌, o-자일렌, 스티렌, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르, 에틸렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜, 1-옥탄올, 에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 디아세톤알코올, 푸르푸릴알코올, 테트라하이드로푸르푸릴알코올, 프로필렌글리콜, 벤질알코올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, γ-부티로락톤, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소프로필케톤, 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸n-부틸케톤, 시클로헥사논, 2-헵타논, 피루브산에틸, 아세트산에틸, 아세트산이소프로필, 아세트산n-프로필, 아세트산이소부틸, 아세트산n-부틸, 유산에틸, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, tert-부탄올, 알릴알코올, n-프로판올, 2-메틸-2-부탄올, 이소부탄올, n-부탄올, 2-메틸-1-부탄올, 1-펜탄올, 2-메틸-1-펜탄올, 2-에틸헥산올, 트리메틸렌글리콜, 1-메톡시-2-부탄올, 이소프로필에테르, 1,4-디옥산, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 디메틸설폭사이드, N-시클로헥실-2-피롤리딘을 들 수 있고, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 점도를 조절할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 (G)성분의 용제는, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 용제가 사용되는 경우, 상기 (A)성분 내지 (D)성분, 임의성분인 상기 (E)성분 및 (F)성분, 그리고 후술하는 기타 첨가제를 포함하는 전체성분으로부터 (G)성분의 용제를 제외한 것으로서 정의되는 고형분은, 본 발명의 임프린트재료에 대하여 10질량% 내지 95질량% 함유하는 것이 바람직하다.
<기타 첨가제>
본 발명의 임프린트재료는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한, 필요에 따라, 에폭시화합물, 광산발생제, 광증감제, 자외선흡수제, 밀착보조제 또는 이형성향상제를 함유할 수 있다.
상기 에폭시화합물로는, 예를 들어, 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(이상, 신에쯔화학주식회사제), 에폴리드(등록상표) GT-401, PB3600, 셀록사이드(등록상표) 2021P, 2000, 3000, EHPE3150, EHPE3150CE, 사이클로머(등록상표) M100(이상, 주식회사 다이셀제), EPICLON(등록상표) 840, 840-S, N-660, N-673-80M(이상, DIC주식회사제)을 들 수 있다.
상기 광산발생제로는, 예를 들어, IRGACURE(등록상표) PAG103, PAG108, PAG121, PAG203, CGI725(이상, BASF재팬주식회사제), WPAG-145, WPAG-170, WPAG-199, WPAG-281, WPAG-336, WPAG-367(이상, 와코순약공업주식회사제), TFE트리아진, TME-트리아진, MP-트리아진, 디메톡시트리아진, TS-91, TS-01(주식회사 산와케미칼제)을 들 수 있다.
상기 광증감제로는, 예를 들어, 티옥산텐계, 잔텐계, 케톤계, 티오피릴륨염계, 베이스스티릴계, 메로시아닌계, 3-치환쿠마린계, 3,4-치환쿠마린계, 시아닌계, 아크리딘계, 티아진계, 페노티아진계, 안트라센계, 코로넨계, 벤즈안트라센계, 페릴렌계, 케토쿠마린계, 쿠마린계, 보레이트계를 들 수 있다.
상기 광증감제는, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 해당 광증감제를 이용함으로써, UV영역의 흡수파장을 조정할 수도 있다.
상기 자외선흡수제로는, 예를 들어, TINUVIN(등록상표) PS, 99-2, 109, 328, 384-2, 400, 405, 460, 477, 479, 900, 928, 1130, 111FDL, 123, 144, 152, 292, 5100, 400-DW, 477-DW, 99-DW, 123-DW, 5050, 5060, 5151(이상, BASF재팬주식회사)을 들 수 있다.
상기 자외선흡수제는, 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 해당 자외선흡수제를 이용함으로써, 광경화시에 막의 최표면의 경화속도를 제어할 수 있고, 이형성을 향상시킬 수 있는 경우가 있다.
상기 밀착보조제로는, 예를 들어, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란을 들 수 있다. 해당 밀착보조제를 이용함으로써, 기재와의 밀착성이 향상된다. 해당 밀착보조제의 함유량은, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 총질량에 대하여, 바람직하게는 5phr 내지 50phr, 보다 바람직하게는 10phr 내지 50phr이다.
상기 이형성향상제로는, 예를 들어, 불소 함유 화합물을 들 수 있다. 불소 함유 화합물로는, 예를 들어, R-5410, R-1420, M-5410, M-1420, E-5444, E-7432, A-1430, A-1630(이상, 다이킨공업주식회사제)을 들 수 있다.
<임프린트재료의 조제>
본 발명의 임프린트재료의 조제방법은, 특별히 한정되지 않으나, (A)성분, (B)성분, (C)성분, (D)성분, 그리고 임의성분인 (E)성분, (F)성분, (G)성분 및 필요에 따라 기타 첨가제를 혼합하여, 임프린트재료가 균일한 상태로 되어 있으면 된다. 또한, (A)성분 내지 (G)성분, 그리고 필요에 따라 기타 첨가제를 혼합할 때의 순서는, 균일한 임프린트재료가 얻어진다면 문제 없으며, 특별히 한정되지 않는다. 해당 조제방법으로는, 예를 들어, (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 (D)성분을 소정의 비율로 혼합하는 방법을 들 수 있다. 또한, 이것에 추가로 (E)성분, (F)성분 및 (G)성분을 혼합하여, 균일한 임프린트재료로 하는 방법도 들 수 있다. 나아가, 이 조제방법의 적당한 단계에 있어서, 필요에 따라, 기타 첨가제를 추가로 첨가하여 혼합하는 방법을 들 수 있다.
<광임프린트 및 패턴이 전사된 막>
본 발명의 임프린트재료는, 기재 상에 도포하여 광경화시킴으로써 원하는 경화막을 얻을 수 있다. 도포방법으로는, 공지 또는 주지의 방법, 예를 들어, 스핀코트법, 딥법, 플로우코트법, 잉크젯법, 스프레이법, 바코트법, 그라비어코트법, 슬릿코트법, 롤코트법, 전사인쇄법, 솔칠(刷毛塗り), 블레이드코트법, 에어나이프코트법을 들 수 있다.
본 발명의 임프린트재료가 도포되는 기재로는, 예를 들어, 실리콘웨이퍼, 인듐주석산화물(ITO)이 제막된 유리(이하, 본 명세서에서는 「ITO 기판」라 약칭함), 실리콘나이트라이드(SiN)가 제막된 유리(SiN기판), 인듐아연산화물(IZO)이 제막된 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 아크릴, 플라스틱, 유리, 석영, 세라믹스 등으로 이루어진 기재를 들 수 있다. 또한, 가요성을 갖는 플렉서블기재, 예를 들어 트리아세틸셀룰로오스, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메타크릴산메틸, 시클로올레핀(코)폴리머, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르설폰, 그리고 이들 폴리머를 조합한 공중합체로 이루어진 기재를 이용하는 것도 가능하다.
본 발명의 임프린트재료를 경화시키는 광원으로는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 고압수은램프, 저압수은램프, 무전극램프, 메탈할라이드램프, KrF엑시머레이저, ArF엑시머레이저, F2엑시머레이저, 전자선(EB), 극단자외선(EUV)을 들 수 있다. 또한, 파장은, 일반적으로는, 436nm의 G선, 405nm의 H선, 365nm의 I선, 또는 GHI혼합선을 이용할 수 있다. 나아가, 노광량은, 바람직하게는, 30mJ/cm2 내지 2000mJ/cm2, 보다 바람직하게는 30mJ/cm2 내지 1000mJ/cm2이다.
한편, 상기 서술한 (G)성분인 용제를 이용하는 경우에는, 광조사 전의 도막 및 광조사 후의 경화막의 적어도 일방에 대하여, 용제를 증발시키는 것을 목적으로, 베이크공정을 추가할 수도 있다. 베이크하기 위한 기기로는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 핫플레이트, 오븐, 파네스를 이용하여, 적절한 분위기하, 즉 대기, 질소 등의 불활성가스, 또는 진공 중에서 가열할 수 있는 것이면 된다. 베이크온도는, 용제를 증발시키기 위한 목적으로는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 40℃ 내지 200℃에서 행할 수 있다.
광임프린트를 행하는 장치는, 목적의 패턴이 얻어진다면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 토시바기계주식회사제의 ST50, 동사의 ST50S-LED, Obducat사제의 Sindre(등록상표) 60, 메이쇼기공주식회사제의 NM-0801HB 등의 시판 중인 장치를 들 수 있다. 그리고 해당 장치를 사용하여, 기재 상에 도포된 임프린트재료와 몰드를 압착하고, 광경화 후에 이형하는 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 패턴이 전사된 막을 제작할 때에 이용하는 광임프린트용 몰드재로는, 예를 들어, 석영, 실리콘, 니켈, 알루미나, 카르보닐실란, 글라시카본, 폴리디메틸실리콘을 들 수 있는데, 목적의 패턴이 얻어진다면, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 몰드는, 이형성을 높이기 위하여, 그 표면에 불소계 화합물 등의 박막을 형성하는 이형처리를 행할 수도 있다. 이형처리에 이용하는 이형제로는, 예를 들어, 다이킨공업주식회사제의 옵툴(등록상표) HD, DSX를 들 수 있는데, 목적의 패턴이 얻어진다면, 특별히 한정되지 않는다.
한편, 본 발명에 있어서, 이형력을 평가하는 90° 박리시험이란, 일반적으로 접착물(본 발명에서는 임프린트재료로부터 형성된 경화막에 상당함)을 피착물(본 발명에서는 기재로서 사용하는 필름에 상당함)에 붙이고, 소정시간 후에 소정의 박리속도로 90°방향으로 벗겨낼 때에 발생하는 저항력(장력)을 측정하는 시험이다. 통상, 측정은 JIS Z0237을 참고로 한 평가법으로 실시된다. 여기서 측정된 저항력을 피착물의 폭(幅)당으로 환산한 값을 이형력으로서 평가할 수 있다.
그리고 본 발명의 임프린트재료를 필름 상에 도포하고, 해당 필름 상의 도막을 몰드의 요철형상을 갖는 면에 접착시키고, 계속해서 해당 도막을, 몰드의 요철형상을 갖는 면을 접착시킨 상태로 광경화시키고, 그 후 필름 상의 경화막을 몰드의 요철형상을 갖는 면으로부터 90° 박리하는 시험에 있어서 계측된 이형력, 즉, 해당 필름 상의 경화막을 몰드의 요철형상을 갖는 면으로부터 완전히 박리했을 때의 하중을 해당 필름의 가로폭 1cm당으로 환산한 값은, 0g/cm보다 크고 0.8g/cm 이하인 것이 바람직하다. 이 이형력은, 상기 범위에 있어서 작은 값일수록 보다 바람직하다.
이렇게 하여 본 발명의 임프린트재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막, 나아가 해당 막을 구비한 반도체소자 그리고 해당 막을 기재 상에 구비한 광학부재, 고체촬상소자, LED디바이스, 태양전지, 디스플레이 및 전자 디바이스도 본 발명의 대상이다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명은, 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
후술하는, 합성예 1 및 합성예 2에서 얻어지는 실세스퀴옥산 화합물의 중량평균분자량 그리고 실리콘 화합물인 X-22-1602 및 X-22-164의 중량평균분자량은, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(이하, 본 명세서에서는 GPC라 약칭함)에 의한 측정결과이다. 측정에는, 토소·테크노시스템(주)제 GPC시스템을 이용하였다. 해당 GPC시스템의 구성과, 측정조건은 하기와 같다.
GPC본체: HLC-8320GPC
GPC컬럼: Shodex(등록상표) LF-804
컬럼온도: 40℃
용매: 테트라하이드로푸란
유량: 1mL/분
표준시료: 상이한 중량평균분자량(197000, 55100, 12800, 3950, 1260, 580)의 폴리스티렌 6종
(합성예 1)
2000mL의 4개구 플라스크에, 3-아크릴로일옥시프로필트리메톡시실란 486.98g 및 메탄올 400.53g을 투입하고, 교반하 10℃로 냉각하고, 0.1N염산 수용액 112.23g과 메탄올 200.26g의 혼합용액을 10℃~25℃에서 30분간 적하하였다. 그 후, 실온에서 1시간 교반하고, 환류하 3시간 교반하고, 감압농축을 하여 287.21g의 실세스퀴옥산 화합물(PS-1)을 얻었다. 본 합성예 1에서 얻어진 실세스퀴옥산 화합물의 중량평균분자량을, GPC에 의해 측정한 바, 1500이었다. 이 실세스퀴옥산 화합물은, 상기 식(4)로 표시되는 반복단위를 가지며, 해당 식 중, Y는 아크릴로일옥시기를 나타내고, R5는 메틸렌기를 나타내고, k는 3을 나타낸다.
(합성예 2)
2000mL의 4개구 플라스크에, 3-아크릴로일옥시프로필트리메톡시실란 234.32g, 메틸트리메톡시실란 136.22g 및 메탄올 400.53g을 투입하고, 교반하 10℃로 냉각하고, 0.1N염산 수용액 112.23g과 메탄올 200.26g의 혼합용액을 10℃~25℃에서 30분간 적하하였다. 그 후, 실온에서 1시간 교반하고, 환류하 3시간 교반하고, 감압농축을 하여 178.5g의 실세스퀴옥산 화합물(PS-2)을 얻었다. 본 합성예 2에서 얻어진 실세스퀴옥산 화합물의 중량평균분자량을, GPC에 의해 측정한 바, 2100이었다. 이 실세스퀴옥산 화합물은, 상기 식(4)로 표시되는 반복단위를 가지며, 해당 식 중, Y는 아크릴로일옥시기를 나타내고, R5는 메틸렌기를 나타내고, k는 3을 나타낸다.
[임프린트재료의 조제]
<실시예 1>
아크릴산부틸(동경화성공업주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「아크릴산부틸」라 약칭함) 3.5g, AC-SQ TA-100(토아고세이주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「AC-SQ TA-100」이라 약칭함)를 6.0g, X-22-1602(신에쯔화학주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「X-22-1602」라 약칭함)를 0.5g, 및 Irgacure(등록상표) 1173(BASF재팬주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「Irgacure 1173」이라 약칭함)를 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a1을 조제하였다. 본 실시예에서 사용한 X-22-1602의 중량평균분자량을, GPC에 의해 측정한 바, 4170이었다.
<실시예 2>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 2.8g, X-22-1602를 0.7g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a2를 조제하였다.
<실시예 3>
아크릴산부틸 9.0g, AC-SQ TA-100을 0.5g, X-22-1602를 0.5g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a3을 조제하였다.
<실시예 4>
라이트아크릴레이트 IB-XA(쿄에이샤화학주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「IB-XA」라 약칭함) 6.5g, AC-SQ TA-100을 1.75g, X-22-164(신에쯔화학공업주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「X-22-164」라 약칭함)를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(IB-XA, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a4를 조제하였다. 본 실시예에서 사용한 X-22-164의 중량평균분자량을, GPC에 의해 측정한 바, 778이었다.
<실시예 5>
아크릴산 2-에틸헥실(동경화성공업주식회사제)(이하, 본 명세서에서는 「아크릴산 2-에틸헥실」라 약칭함) 6.5g, AC-SQ TA-100을 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산 2-에틸헥실, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a5를 조제하였다.
<실시예 6>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a6을 조제하였다.
<실시예 7>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 2.5g, X-22-164를 0.65g, X-22-1602를 0.35g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a7을 조제하였다.
<실시예 8>
아크릴산부틸 6.5g, 합성예 1에서 얻은 PS-1을 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, PS-1, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a8을 조제하였다.
<실시예 9>
아크릴산부틸 6.5g, 합성예 2에서 얻은 PS-2를 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, PS-2, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a9를 조제하였다.
<실시예 10>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, Irgacur 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr), 및 SUMILIZER(등록상표) GA-80(스미토모화학주식회사제)(이하 본 명세서에서는 「GA-80」이라 약칭함)를 0.05g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 0.5phr) 혼합하여, 임프린트재료 PNI-a10을 조제하였다.
<실시예 11>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100 및, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr), GA-80을 0.05g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100 및, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 0.5phr), 및 메가팍(등록상표) R-30N(DIC주식회사제) 0.001g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 0.01phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-a11을 조제하였다.
<실시예 12>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 1.75g, X-22-164를 1.4g, X-22-1602를 0.35g, Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr), GA-80을 0.05g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100 및, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 0.5phr), 메가팍(등록상표) R-30N(DIC주식회사제) 0.001g(아크릴산부틸, AC-SQ TA-100, X-22-164 및 X-22-1602의 총량에 대하여 0.01phr), 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 0.53g을 혼합하여, 임프린트재료 PNI-a12를 조제하였다.
<비교예 1>
아크릴산부틸 6.5g, AC-SQ TA-100을 3.5g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(아크릴산부틸 및 AC-SQ TA-100의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-b1을 조제하였다.
<비교예 2>
AC-SQ TA-100을 10g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(AC-SQ TA-100에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-b2를 조제하였다.
<비교예 3>
AC-SQ TA-100을 7g, X-22-1602를 3g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(AC-SQ TA-100 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-b3을 조제하였다.
<비교예 4>
합성예 1에서 얻은 PS-1을 7g, X-22-1602를 3g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(PS-1 및 X-22-1602의 총량에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-b4를 조제하였다.
<비교예 5>
X-22-1602를 10g, 및 Irgacure 1173을 0.1g(X-22-1602에 대하여 1phr)을 혼합하고, 임프린트재료 PNI-b5를 조제하였다.
[광임프린트 및 소성 변형률 측정]
무알칼리유리 기판의 양단변 각각의 위에, 두께 10μm의 알루미늄박을 2매 중첩하여 붙이고, 두께(높이) 20μm의 갭을, 해당 무알칼리유리 기판의 양단변 상에 서로 평행하게 제작하였다. 그 후, 실시예 1 내지 실시예 11 및 비교예 1 내지 비교예 5에서 얻어진 각 임프린트재료를, 해당 무알칼리유리 기판 상의 갭간에 포팅(ポッティング)하였다. 그 임프린트재료의 액적에 실리콘웨이퍼를 씌우고, 해당 실리콘웨이퍼와 상기 무알칼리유리 기판을 상기 갭을 개재하여 접착시켜 시료를 제작하였다. 제작한 시료를, 나노임프린트장치(NM-0801HB, 메이쇼기공주식회사제)에 설치하고, 10초간 100N까지 가압하여 상기 갭간의 기포를 제거하고, 10초간 제압한 후, 무전극 균일조사장치(QRE-4016A, 주식회사 오크제작소제)로, 400mJ/cm2의 노광을 실시하였다. 그리고 상기 시료로부터 실리콘웨이퍼 및 갭을 박리한 후, 100℃로 유지한 핫플레이트 상에서 1시간 베이크를 행하여, 상기 무알칼리유리 기판 상에 두께 20μm의 경화막을 제작하였다.
상기와 동일한 방법으로 두께(높이) 20μm의 갭을 무알칼리유리 기판의 양단변 상에 제작한 후, 실시예 12에서 얻어진 용제를 포함하는 임프린트재료를, 해당 무알칼리유리 기판 상의 갭간에 포팅하였다. 그 후, 100℃로 유지한 핫플레이트 상에서 1분간 베이크를 행하고, 그 임프린트재료의 액적으로부터 용제를 제거하였다. 그리고, 상기와 동일한 방법으로, 실리콘웨이퍼와 상기 무알칼리유리 기판을 상기 갭을 개재하여 접착시킨 시료를 제작하고, 기포를 제거하고, 노광을 실시하고, 해당 시료로부터 상기 실리콘웨이퍼 및 갭을 박리한 후, 100℃의 핫플레이트 상에서 1시간 베이크를 행하여, 상기 무알칼리유리 기판 상에 두께 20μm의 경화막을 제작하였다.
얻어진 경화막의 소성 변형률을, 초미소 압입 경도시험기 ENT-2100(주식회사 에리오닉스제)을 사용하고, 압자는 능간각(稜間角) 115°의 티탄제 삼각압자(三角壓子)(주식회사 도쿄다이아몬드공구제작소제)를 이용하여 산출하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
[내열성 평가]
실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 5에서 얻어진 각 임프린트재료를 이용하여, 상기 [광임프린트 및 소성 변형률 측정]에 기재한 방법으로, 무알칼리유리 기판 상에 두께 20μm의 경화막을 제작하였다. 그리고 265℃로 유지한 핫플레이트 상에서, 상기 무알칼리 기판 상의 경화막에 3분간 베이크를 행하였다. 그리고 베이크시에 있어서의, 상기 경화막으로부터의 발연(發煙)의 유무를 육안으로 관찰하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
[크랙내성 평가]
실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 5에서 얻어진 각 임프린트재료를 이용하여, 상기 [광임프린트 및 소성 변형률 측정]에 기재한 방법으로, 무알칼리유리 기판 상에 두께 20μm의 경화막을 제작하였다. 그리고 265℃로 유지한 핫플레이트 상에서, 상기 무알칼리 기판 상의 경화막에 3분간 베이크를 행한 후, 스테인리스대 상에 얹고, 급랭하였다. 급랭시의 상기 경화막에 발생하는 크랙의 유무에 대하여, 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
[광임프린트 및 이형력시험]
실시예 1 내지 실시예 11 및 비교예 1 내지 비교예 5에서 얻어진 각 임프린트재료를, 두께 80μm의 트리아세틸셀룰로오스필름(후지필름주식회사제, 후지택(등록상표)를 사용)(이하, 본 명세서에서는 「TAC필름」라 약칭함) 상에 바코터(전자동필름 어플리케이터 KT-AB3120, 코테크주식회사제)를 이용하여 도포하였다. 나아가, 실시예 12에서 얻어진 임프린트재료를, 상기와 동일한 방법으로 TAC필름 상에 도포하고, 용제를 건조 제거하였다. 그 후, 각각의 TAC필름 상의 도막을 모스아이 패턴몰드에 롤러압착시켰다. 계속해서 해당 도막에 대하여, TAC필름측으로부터 무전극 균일조사장치(QRE-4016A, 주식회사 오크제작소제)로, 350mJ/cm2의 노광을 실시하고, 광경화를 행하였다. 그리고 JIS Z0237을 참고로 하여 90° 박리시험을 행하고, 몰드의 요철형상을 갖는 면과 접착하고 있는, TAC필름 상에 형성된 경화막 즉 패턴이 전사된 막이, 몰드의 요철형상을 갖는 면으로부터 완전히 벗겨졌을 때의 하중을 측정하였다. 그리고 필름의 폭 1cm당 하중을 산출하여, 이형력(g/cm)으로 하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112017021311426-pct00004
표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 실시예 12에서 얻어진 임프린트재료를 이용한 경우에는, 모두 소성 변형률이 8% 이하로 낮고, 또한 이형력이 0.7g/cm 이하이고, 얻어진 경화막은, 265℃의 온도에서의 베이크시에 발연이 없어 분해물의 승화는 보이지 않았다. 그리고 265℃로부터의 급랭시에 있어서의 크랙도 보이지 않았다. 한편, 비교예 1 내지 비교예 4에서 얻어진 임프린트재료를 이용한 경우에는, 소성 변형률이 8%보다 크거나, 혹은 이형력이 0.8g/cm보다 큰 결과가 되었다. 또한, 비교예 2 내지 비교예 5에서 얻어진 임프린트재료를 이용하여 얻어진 경화막에 대한 265℃의 온도에서의 베이크에 있어서, 발연이 관찰됨에 따라 해당 경화막으로부터 분해물의 승화가 확인되거나, 혹은 265℃로부터의 급랭시에 있어서 해당 경화막에 크랙이 확인되었다. 이상, 본 발명의 임프린트재료로부터 얻어지는 경화막은, 8% 이하의 저소성 변형성, 0.7g/cm 이하의 비교적 저이형력을 가지며, 또한 내열성, 및 내크랙성이 우수한 것이 된다.
본 발명의 임프린트재료는, 해당 재료로부터 형성된 경화막(패턴이 전사된 막)을 몰드로부터 용이하게 박리할 수 있고, 또한, 저소성 변형성, 내열성, 내크랙성도 우수하다는 점에서, 해당 임프린트재료로부터 얻어지는 경화막은 태양전지, LED디바이스, 디스플레이 등의 제품에 호적하게 이용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 하기 (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 (D)성분을 함유하며, 상기 (A)성분, (B)성분 및 (C)성분의 합계 100질량부에 기초하여, 상기 (A)성분의 함유량은 35질량부 내지 90질량부, 상기 (B)성분의 함유량은 5질량부 내지 60질량부, 상기 (C)성분의 함유량은 5질량부 내지 30질량부이고, 상기 (D)성분의 함유량은 0.1phr 내지 30phr인 임프린트재료(단, 하기 식(Xa) 내지 식(Xd)로 표시되는 반복단위로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 폴리머를 함유하는 것을 제외한다).
    (A): 하기 식(1), 식(2) 또는 식(3)으로 표시되는 화합물
    Figure 112021137210270-pct00005

    (식 중, X는 탄소원자수 1 내지 5의 직쇄알킬렌기를 나타내고, R1은 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2, R3 및 R4의 탄소원자수의 합은 0 내지 2의 정수이다.)
    (B): 하기 식(4)로 표시되는 반복단위를 가지며, 식 중 Y로 표시되는 중합성기를 2개 이상 갖는 실세스퀴옥산 화합물
    (C): 하기 식(5)로 표시되는 반복단위를 가지며, 말단에 중합성기를 2개 갖는 실리콘 화합물
    Figure 112021137210270-pct00006

    (식 중, R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소원자수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, R5는 탄소원자수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내고, k는 0 내지 3의 정수를 나타낸다.)
    (D): 광중합개시제
    Figure 112021137210270-pct00009

    (식 중, -(Poly)-는 폴리머 주쇄를 나타낸다. Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh, Ri, Rj, Rk 및 Rl은 각각 수소 원자 또는 유기기를 나타낸다. Z는 단결합 또는 2가의 연결기이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (B)성분이 완전 바스켓형 구조 및 불완전 바스켓형 구조 중 적어도 하나, 그리고 랜덤구조 및 사다리형 구조의 혼합체로 이루어진, 임프린트재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (C)성분이 중량평균분자량이 상이한 2종 이상의 화합물로 이루어진, 임프린트재료.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (E)성분으로서 산화방지제를 추가로 함유하는, 임프린트재료.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (F)성분으로서 계면활성제를 추가로 함유하는, 임프린트재료.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (G)성분으로서 용제를 추가로 함유하는, 임프린트재료.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (B)성분 및 (C)성분의 중합성기가 아크릴로일옥시기, 메타아크릴로일옥시기, 비닐기 또는 알릴기인, 임프린트재료.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 임프린트재료로부터 제작되어, 패턴이 전사된 막.
  9. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 광학부재.
  10. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 고체촬상장치.
  11. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 LED디바이스.
  12. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 구비한 반도체소자.
  13. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 태양전지.
  14. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 디스플레이.
  15. 제8항에 기재된 패턴이 전사된 막을 기재 상에 구비한 전자 디바이스.
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