WO2012147828A1 - インプリント用硬化性組成物、パターン形成方法およびパターン - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a curable composition for imprints. More specifically, various electronic devices, in particular, semiconductor integrated circuits, flat screens, micro electro mechanical systems (MEMS), sensor elements, optical recording media such as optical disks and high-density memory disks, optical components such as diffraction gratings and relief holograms, Nano devices, optical devices, optical films and polarizing elements for flat panel display production, thin film transistors for liquid crystal displays, organic transistors, color filters, overcoat layers, pillar materials, rib materials for liquid crystal alignment, microlens arrays, immunity It relates to a curable composition for imprints for the formation of fine patterns using light irradiation used for the production of analysis chips, DNA separation chips, microreactors, nanobiodevices, optical waveguides, optical filters, photonic liquid crystals, etc. is there. Furthermore, it is related with the curable composition and novel compound which can be utilized besides an imprint use.
- MEMS micro electro mechanical systems
- the nanoimprint method has been developed by developing an embossing technique that is well-known in optical disc production, and mechanically pressing a mold master (generally called a mold, stamper, or template) with a concavo-convex pattern onto a resist.
- a mold master generally called a mold, stamper, or template
- This is a technology that precisely deforms and transfers fine patterns.
- the nanoimprint method includes two methods: a thermal imprint method using a thermoplastic resin as a material to be processed (for example, see Non-Patent Document 1) and an optical imprint method using a curable composition (for example, see Non-Patent Document 2). Street technology has been proposed.
- the thermal nanoimprint method the mold is pressed on a polymer resin heated to a temperature higher than the glass transition temperature, and the mold is released after cooling to transfer the fine structure to the resin on the substrate. Since this method can be applied to various resin materials and glass materials, application to various fields is expected.
- Patent Documents 1 and 2 disclose a nanoimprint method for forming a nanopattern at low cost using a thermoplastic resin.
- the first technique is a case where the molded shape (pattern) itself has a function and can be applied as various nanotechnology element parts or structural members. Examples include various micro / nano optical elements, high-density recording media, optical films, structural members in flat panel displays, and insulating films in electronic materials.
- the second technology is to build a laminated structure by simultaneously forming a microstructure and a nanostructure at the same time, or by simple alignment between layers, and apply this to the production of ⁇ -TAS (Micro-Total Analysis System) and biochips. It is what.
- the formed pattern is used as a mask and used for processing a substrate by a method such as etching.
- HDDs have increased in capacity by increasing the surface recording density.
- so-called magnetic field spreading from the side surface of the magnetic head becomes a problem. Since the magnetic field spread does not become smaller than a certain value even if the head is made smaller, a phenomenon called sidelight occurs as a result.
- side writing occurs, writing to an adjacent track occurs during recording, and already recorded data is erased. Further, due to the magnetic field spread, a phenomenon such as reading an excessive signal from an adjacent track occurs during reproduction.
- the optical nanoimprinting method has recently attracted attention as an inexpensive lithography that replaces the conventional photolithography method used in the manufacture of thin film transistors (TFTs) and electrode plates. Yes. Therefore, it has become necessary to develop a photo-curable resist that replaces the etching photoresist used in the conventional photolithography method.
- a structural member such as an LCD
- application of the optical nanoimprint method to the transparent protective film material described in Patent Document 4 and Patent Document 5 the spacer described in Patent Document 5, and the like has begun to be studied.
- Such a resist for a structural member unlike the etching resist, eventually remains in the display and is sometimes referred to as “permanent resist” or “permanent film”.
- a spacer that defines a cell gap in a liquid crystal display is also a kind of permanent film.
- a photocurable composition comprising a resin, a photopolymerizable monomer, and an initiator has been widely used.
- the spacer is generally a pattern having a size of about 10 ⁇ m to 20 ⁇ m by photolithography, after the color filter is formed on the color filter substrate or after the color filter protective film is formed, and a photocurable composition is applied. And is further heated and cured by post-baking.
- the nanoimprint method can also be used to create an antireflection structure generally called moth eye.
- an antireflection structure in which the refractive index of light changes in the thickness direction can be formed. Since the refractive index of such an antireflection structure continuously changes in the thickness direction, there is no refractive index interface, and theoretically it can be made non-reflective. Further, since the wavelength dependency is small and the antireflection performance against oblique light is high, the antireflection performance superior to that of the multilayer antireflection film is provided.
- microelectromechanical systems MEMS
- sensor elements optical components such as diffraction gratings and relief holograms
- nanodevices optical devices
- optical films and polarizing elements for manufacturing flat panel displays
- thin film transistors for liquid crystal displays
- organic transistors Organic transistors
- Color filter overcoat layer
- pillar material rib material for liquid crystal alignment
- microlens array immunoassay chip
- DNA separation chip DNA separation chip
- microreactor nanobiodevice
- optical waveguide optical filter
- photonic liquid crystal etc.
- Nanoimprint lithography is also useful in applications. In these permanent film applications, the formed pattern will eventually remain in the product, so the durability of the film, mainly heat resistance, light resistance, solvent resistance, scratch resistance, high mechanical properties against external pressure, hardness, etc.
- Patent Documents 7 to 9 are known.
- pattern durability eg heat resistance, weather resistance
- cured compositions for imprints those having a fine pattern forming property of 100 nm or less are known, but more heat resistance (for example, 250 ° C. or more, further 300 ° C. or more), particularly in the air There was no one that achieved both heat resistance.
- An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a curable composition for imprints that can maintain a good pattern even when heated at high temperature under air.
- ⁇ 1> A curable composition for imprints containing a polymerizable compound (Ax-1) having a maleimide structure.
- ⁇ 2> Polymerization in which the polymerizable compound (Ax-1) having a maleimide structure has two or more maleimide structures, or is a polymerizable group other than a maleimide group and a maleimide group, and has no ester group.
- the curable composition for imprints according to ⁇ 1> which is a compound having a functional group.
- ⁇ 3> The curable composition for imprints according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the polymerizable compound (Ax-1) has a silicon atom.
- the polymerizable compound (Ax-1) has a silicon atom, and the silicon atom is contained in the chain structure of the polymerizable compound (Ax-1), according to ⁇ 1> or ⁇ 2> A curable composition for imprints.
- ⁇ 5> The curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the polymerizable compound (Ax-1) does not contain an ester group in the molecule.
- ⁇ 6> The curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the polymerizable compound (Ax-1) has a structure in which a silicon atom and an oxygen atom are bonded.
- the polymerizable compound (Ax-1) has no heteroatom other than a heteroatom contained in a maleimide group and an oxygen atom bonded to a silicon atom.
- ⁇ 8> The curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the polymerizable compound (Ax-1) has a molecular weight of 200 to 500.
- ⁇ 9> The curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, further comprising a photopolymerization initiator (B).
- ⁇ 10> The curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>, wherein the polymerizable group is a vinyl group bonded to a silicon atom.
- the polymerizable compound (Ax-1) is represented by the general formula (Ax-15).
- Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group
- R 11 represents a linking group having no hetero atom
- a curable composition for imprints comprising a compound (Ax-2) having a partial structure represented by the following general formula (I) and a photopolymerization initiator (B).
- Rx represents an alkyl group or an aryl group.
- M is an integer of 1 to 3
- Rx represents a methyl group.
- ⁇ 15> The curable composition for imprints according to ⁇ 13> or ⁇ 14>, wherein the compound (Ax-2) has a partial structure represented by the following general formula (II).
- Formula (II) ⁇ 16> The curable composition for imprints according to any one of ⁇ 13> to ⁇ 15>, wherein the compound (Ax-2) contains two or more silicon atoms.
- each R represents a methyl group or —O—Si (CH 3 ) 2 —CH ⁇ CH 2, and at least one of R is —O—Si (CH 3 ) 2 —.
- CH CH 2.
- Formula (IV) (In the general formula (IV), each R is a methyl group or —O—Si (CH 3 ) 2 —CH ⁇ CH 2 , and at least one of R is —O—Si (CH 3 ) 2 —.
- ⁇ 24> A pattern forming method using the curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 23>.
- ⁇ 25> forming a pattern forming layer by applying the curable composition for imprints according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 23> on a substrate; Pressing the mold on the surface of the pattern forming layer; Irradiating the pattern forming layer with light;
- a pattern forming method comprising: ⁇ 26> A pattern obtained by the pattern forming method according to ⁇ 24> or ⁇ 25>.
- ⁇ 28> A method for manufacturing an electronic device, comprising the pattern forming method according to ⁇ 24> or ⁇ 25>.
- General formula (Ax-15) (In the general formula (Ax-15), Ra and Rb each represents a hydrogen atom or an alkyl group, R 11 represents a linking group having no hetero atom, and R 12 to R 14 each represents an alkyl group. , An aryl group, a vinyl group, or a group represented by —O—Si (R 15 ) (R 16 ) (R 17 ), wherein R 15 to R 17 are an alkyl group, an aryl group, or a vinyl group, respectively. is there.) ⁇ 30> A curable composition containing a polymerizable compound represented by the general formula (Ax-16).
- Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group
- R 11 represents a linking group having no hetero atom
- Ra and Rb each represents a hydrogen atom or an alkyl group
- R 11 represents a linking group having no hetero atom
- R 12 to R 14 each represents an alkyl group.
- Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group
- R 11 represents a linking group having no hetero atom
- a curable composition containing a compound having 2 to 6 (meth) acryloyloxy groups represented by the following general formula (IV).
- each R is a methyl group or —O—Si (CH 3 ) 2 —CH ⁇ CH 2 , and at least one of R is —O—Si (CH 3 ) 2 —.
- CH CH 2 , Ry represents an n1-valent linking group, and n1 represents 2-6.
- ⁇ 34> A compound having 2 to 6 (meth) acryloyloxy groups represented by the following general formula (IV).
- Formula (IV) (In the general formula (IV), each R is a methyl group or —O—Si (CH 3 ) 2 —CH ⁇ CH 2 , and at least one of R is —O—Si (CH 3 ) 2 —.
- CH CH 2 , Ry represents an n1-valent linking group, and n1 represents 2-6.)
- composition of the present invention When the composition of the present invention is used as a curable composition for imprints, it is possible to provide a curable composition for imprints that can maintain a good pattern even when heated at high temperatures in air.
- (meth) acrylate represents acrylate and methacrylate
- (meth) acryl represents acryl and methacryl
- (meth) acryloyl represents acryloyl and methacryloyl.
- monomer and “monomer” are synonymous.
- the monomer in the present invention is distinguished from oligomers and polymers, and refers to a compound having a weight average molecular weight of 2,000 or less.
- the “imprint” in the present invention preferably refers to pattern transfer with a size of 1 nm to 10 mm, and more preferably refers to pattern transfer with a size (nanoimprint) of approximately 10 nm to 100 ⁇ m.
- the description which does not describe substitution and non-substitution includes what has a substituent with what does not have a substituent.
- the “alkyl group” includes not only an alkyl group having no substituent (unsubstituted alkyl group) but also an alkyl group having a substituent (substituted alkyl group).
- the first embodiment of the curable composition for imprints of the present invention contains a polymerizable compound (Ax-1) having a maleimide structure.
- the maleimide compound can be photocured without a polymerization initiator, but preferably contains a photopolymerization initiator (B).
- other components are optionally added to improve various properties.
- Polymerizable compound having maleimide structure (Ax-1) As the polymerizable compound (Ax-1) having a maleimide structure, any compound having a maleimide structure can be used, but a polyfunctional polymerizable compound having two or more polymerizable groups is preferable. Preferably, it is a compound having two or more maleimide structures, or a polymerizable group other than a maleimide group and a maleimide group, and having a polymerizable group having no ester group. With such a structure, the heat resistance of the pattern formed by imprinting is improved.
- the preferred number of maleimide groups is 2 to 4, more preferably 2 or 3, more preferably 2, from the viewpoint of suppressing crystallization.
- a polymerizable group other than a maleimide group and having no ester group means that it does not have a structure such as (meth) acrylate having a carbon-carbon multiple bond bonded to an ester group. It is.
- the polymerizable group other than the maleimide group may be a polymerizable group that copolymerizes with the maleimide group or a polymerizable group that does not copolymerize with the maleimide group, but a polymerizable group that copolymerizes with the maleimide group is preferred.
- a carbon-carbon multiple bond not bonded to an ester group for example, a vinyl group, an allyl group, a cyclohexenyl group, a vinyl ether group, a styryl group), an epoxy group, and an oxetanyl group are preferable.
- a carbon-carbon multiple bond that is not bonded to an ester group is more preferable.
- the polymerizable compound (Ax-1) used in the present invention preferably has no ester group in the molecule from the viewpoint of improving the heat resistance of the pattern.
- the polymerizable compound (Ax-1) preferably further has a silicon atom from the viewpoint of improving heat resistance.
- the silicon atom is preferably contained in a linear or branched chain structure.
- the chain structure is a term for the cyclic structure, and having a silicon atom in the chain structure means that the silicon atom is not a constituent atom forming the cyclic structure. In the present invention, it is preferable that the silicon atom is not included in the substituent of the cyclic structure.
- the number of silicon atoms in the polymerizable compound (Ax-1) is preferably 1-20, more preferably 2-15, and even more preferably 2-12.
- the polymerizable compound (Ax-1) preferably has no Si—O—C bond from the viewpoint of stability over time. Furthermore, it is more preferable that the polymerizable compound (Ax-1) does not have a hetero atom other than the oxygen atom bonded to the silicon atom and the hetero atom contained in the maleimide group.
- the halogen atom generates a corrosive gas by heating and corrodes the apparatus, so that the polymerizable compound (Ax) preferably does not contain a halogen atom.
- the polymerizable compound (Ax-1) used in the present invention preferably comprises only a maleimide group and a hydrogen atom, a carbon atom, an oxygen atom and a silicon atom.
- the molecular weight of the polymerizable compound (Ax-1) is preferably 100 to 2000, more preferably 150 to 700, and further preferably 200 to 500. By setting the molecular weight within an appropriate range, volatilization can be suppressed while the viscosity is lowered, and the patterning property is improved.
- the polymerizable compound (Ax-1) having a maleimide structure preferably has a melting point of 100 ° C. or less, more preferably 50 ° C. or less, from the viewpoint of compatibility with other components and suppression of defects during coating. More preferably, it is liquid at 25 ° C.
- the polymerizable compound (Ax-1) is preferably a compound represented by the following general formula (Ax-11) or (Ax-12).
- General formula (Ax-11) (In the general formula (Ax-11), Ra and Rb each represents a hydrogen atom or an alkyl group, and Rx represents an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group that may have a linking group containing a hetero atom in the chain. (The alkyl group, aryl group and aralkyl group may have a substituent.)
- Each of Ra and Rb is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- Rx may have a polymerizable group other than a maleimide group as a substituent, and preferably has a polymerizable group other than a maleimide group on Rx. When it has a polymerizable group, a vinyl group is preferable.
- the alkyl group as Rx is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and more preferably an unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Examples of the linking group containing a heteroatom include —O— or —CO—, and groups consisting of combinations thereof.
- the aryl group as Rx is preferably a phenyl group.
- the aryl group preferably has a substituent on the aromatic ring.
- an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group are preferable, and an alkyl group is preferable. These substituents preferably have 1 to 10 carbon atoms.
- the aralkyl group as Rx is preferably an aryl group having a substituent on the aromatic ring.
- the aromatic ring is preferably a benzene ring.
- the aralkyl group preferably has 7 to 20 carbon atoms.
- Rx preferably has an alkyl group having 3 or more carbon atoms or an alkylene group having 3 or more carbon atoms from the viewpoint of being liquid at 25 ° C.
- Ra and Rb each represents a hydrogen atom or an alkyl group
- Ry is an alkylene group, an arylene group, or a combination thereof, and a linking group having a hetero atom.
- the alkyl group and the arylene group may have a substituent.
- Each of Ra and Rb is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- Ry may have a polymerizable group other than a maleimide group. When it has a polymerizable group, a vinyl group is preferable.
- the alkylene group as Ry is preferably an alkylene group having 1 to 300 carbon atoms.
- Examples of the linking group containing a heteroatom include —O— or —CO—, and groups consisting of combinations thereof.
- the arylene group as Ry is preferably a phenylene group.
- Ry preferably has an alkyl group having 3 or more carbon atoms or an alkylene group having 3 or more carbon atoms from the viewpoint of being liquid at 25 ° C.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (Ax-11) or (Ax-12) are shown below.
- Ra and Rb are as defined above, and preferably a hydrogen atom.
- n1 is preferably 2 to 10
- n2 is preferably 1 to 10
- n3 is preferably 6 to 20
- n4 is preferably 1 to 10.
- a compound containing a silicon atom can be mentioned.
- a compound represented by the following general formula (Ax-13) is preferable, and a compound represented by the following general formula (Ax-14) is more preferable.
- General formula (Ax-13) (In the general formula (Ax-13), Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group, R 1 represents a linking group, and R 2 to R 4 each represents a hydrogen atom or a substituent. )
- Each of Ra and Rb is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- R 1 is preferably an alkylene group, more preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
- R 2 to R 4 are each preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a residue containing a maleimide group, or a polymerizable group other than a maleimide group, and a polymerizable group having no ester group. More preferably, at least one is a residue containing a maleimide group, or a polymerizable group other than a maleimide group and a group having a polymerizable group not having an ester group, and the remainder is a hydrogen atom or It is a substituent. In this case, examples of the substituent include an alkyl group and an aryl group.
- R 2 to R 4 each preferably have 1 to 8 carbon atoms, and more preferably 1 to 6 carbon atoms. It is preferable that at least one of R 2 to R 4 is a vinyl group.
- Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group
- R 1 represents a linking group
- R 2 to R 7 each represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 1 is preferably an alkylene group, more preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
- R 2 to R 7 are each preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a residue containing a maleimide group, or a polymerizable group other than a maleimide group, and a polymerizable group having no ester group.
- At least one is a residue containing a maleimide group, or a polymerizable group other than a maleimide group and a group having a polymerizable group not having an ester group, and the remainder is a hydrogen atom or It is a substituent.
- substituent include an alkyl group and an aryl group.
- the polymerizable group other than the maleimide group and having no ester group has the same meaning as described above, and the preferred range is also the same.
- R 2 to R 7 each preferably have 1 to 8 carbon atoms, and more preferably 1 to 6 carbon atoms. It is preferable that at least one of R 2 to R 7 is a vinyl group.
- a compound represented by the following general formula (Ax-15) is more preferred, and a compound represented by the general formula (Ax-16) is particularly preferred.
- General formula (Ax-15) (In the general formula (Ax-15), Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group, R 11 represents a linking group having no hetero atom, and R 12 to R 14 each represents an alkyl group. , An aryl group, a vinyl group, or a group represented by —O—Si (R 15 ) (R 16 ) (R 17 ), wherein R 15 to R 17 are an alkyl group, an aryl group, or a vinyl group, respectively.
- R 11 is preferably an alkylene group or an arylene group, more preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a phenylene group.
- the alkyl group as R 12 to R 14 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- the aryl group as R 12 to R 14 is preferably a phenyl group.
- the alkyl group as R 15 , R 16 and R 17 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- the aryl group as R 15 , R 16 and R 17 is preferably a phenyl group.
- Ra and Rb each represent a hydrogen atom or an alkyl group
- R 11 represents a linking group having no hetero atom
- R 11 is preferably an alkylene group or an arylene group, more preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a phenylene group.
- the alkyl group as R 12 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- the aryl group as R 12 is preferably a phenyl group.
- the alkyl group as R 15 , R 16 and R 17 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- the aryl group as R 15 , R 16 and R 17 is preferably a phenyl group.
- Ra and Rb are as defined above, and preferably a hydrogen atom.
- the polymerizable compound (Ax-1) used in the present invention can be synthesized by a known method.
- a method of reacting maleic anhydride and an amine compound to form a maleimide structure can be mentioned.
- a maleimide compound having a silicon atom can be synthesized by reacting allylmaleimide with a silane compound.
- the content of the polymerizable compound (Ax-1) in the composition of the present invention is preferably 30 to 100% by mass, more preferably 50 to 99% by mass, and more preferably 70 to 98% with respect to all components excluding the solvent. More preferred is mass%.
- the content of the polymerizable compound (Ax-1) in the total polymerizable compound is preferably 40 to 100% by mass, more preferably 60 to 100% by mass, and further preferably 80 to 100% by mass. Further, when other polymerizable compounds are contained, these compounds are preferably compounds having a partial structure represented by the general formula (A1) described later, and the polymerizable compound (Ax-1) and the general compounds described later.
- the total amount of the compounds having the partial structure represented by the formula (A1) preferably occupies 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more of the total polymerizable compound. More preferably, it accounts for 98% by mass or more.
- the curable composition of the present invention may contain a polymerizable compound (A-1) in addition to the polymerizable compound (Ax-1).
- a polymerizable compound (A-1) in addition to the polymerizable compound (Ax-1).
- a compound having a functional group is preferred.
- the polymerizable group possessed by the other polymerizable compound (A-1) is preferably a radically polymerizable group, and is a carbon-carbon multiple bond (for example, vinyl group, allyl group, cyclohexenyl group, vinyl ether) that is not bonded to an ester group.
- Group, a styryl group, an ethynyl group) and a (meth) acrylate group are preferable, and a compound having a vinyl group, a vinyl ether group and a (meth) acrylate group is more preferable.
- the polymerizable compound (A-1) is preferably a compound having 1 to 6 polymerizable groups, and more preferably a compound having 2 to 4 polymerizable groups.
- the other polymerizable compound (A-1) preferably has a silicon atom.
- a compound having a partial structure represented by the following general formula (A1) is preferable.
- the alkyl group for Rx 1 is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- a phenyl group or a naphthyl group is preferable, and a phenyl group is more preferable. Although it may have a substituent on the aryl group, it is preferable not to have a substituent.
- m1 represents an integer of 0 to 2, and is preferably 2.
- m2 represents an integer of 1 to 3, and is preferably 1.
- the partial structure of the general formula (A1) is bonded to another substituent at the wavy line portion.
- the substituent on the silicon atom does not have a halogen atom, an alkoxy group, an acyloxy group, or a hydroxyl group.
- Such silicon atoms are intended to exclude, for example, silane coupling agents.
- Examples of the compound having a partial structure represented by the general formula (A1) include compounds represented below.
- Examples of the compound having the partial structure represented by the formula (A1) and other polymerizable groups include the following compounds.
- Rc represents a hydrogen atom or a methyl group.
- polymerizable compounds may be contained, and other polymerizable compounds having a vinyl ether group are preferred.
- known compounds can be appropriately selected.
- the polymerizable compound having a (meth) acryl group is preferably a compound having 1 to 6 (meth) acryl groups, and more preferably a compound having 2 to 3 (meth) acryl groups from the viewpoint of viscosity and curability.
- Specific examples of the polymerizable unsaturated monomer having one (meth) acryl group include 2-acryloyloxyethyl phthalate and 2-acryloyloxy 2-hydroxyethyl phthalate.
- a polyfunctional polymerizable unsaturated monomer having two (meth) acrylic groups examples include diethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate and dimethylol dicyclopentane di (meth) acrylate.
- neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl hydroxypivalate Glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, dicyclopentanedimethanol di (meth) acrylate, p- or m-xylylene (meth) acrylate and the like are preferably used in the present invention.
- Examples of the polyfunctional polymerizable unsaturated monomer having 3 or more (meth) acryl groups include ECH-modified glycerol tri (meth) acrylate, EO-modified glycerol tri (meth) acrylate, and PO-modified glycerol tri (meth) acrylate.
- EO-modified glycerol tri (meth) acrylate PO-modified glycerol tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, trimethylolethane tri (meth) acrylate, EO modified trimethylolpropane tri (meta) ) Acrylate, PO-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, pentaerythritol ethoxytetra (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, etc. It is suitably used in the present invention.
- a polymer compound containing a repeating unit having a (meth) acrylate group and / or a terminal group having a (meth) acrylate group can also
- the acrylate compound is preferred from the viewpoint of curability, and the acrylate compound in the total (meth) acrylate compound contained in the composition is preferably 70% by mass or more, and 80% by mass or more. More preferably
- a polymerizable compound having at least one of a fluorine atom and a silicon atom except for those corresponding to the compound (Ax-1)).
- the polymerizable compound having at least one of fluorine atom and silicon atom in the present invention has at least one fluorine atom, silicon atom, or a group having both fluorine atom and silicon atom, and at least one polymerizable functional group. It is a compound that has.
- the polymerizable functional group a methacryloyl group, a vinyl group, an epoxy group, and a vinyl ether group are preferable.
- the polymerizable compound having at least one of fluorine atom and silicon atom may be a low molecular compound or a polymer.
- the repeating unit having at least one of fluorine atom and silicon atom, and repeating having a polymerizable group in a side chain as a copolymerization component You may have a unit. Further, the repeating unit having at least one of the fluorine atom and the silicon atom may have a polymerizable group at its side chain, particularly at the terminal. In this case, the skeleton of the repeating unit having at least one of the fluorine atom and the silicon atom is not particularly limited as long as it does not contradict the gist of the present invention.
- the repeating unit which has a silicon atom may form the repeating unit by the silicon atom itself like a siloxane structure (for example, dimethylsiloxane structure).
- the weight average molecular weight is preferably from 2,000 to 100,000, more preferably from 3,000 to 70,000, and particularly preferably from 5,000 to 40,000.
- the content in the curable composition for imprints of the present invention is not particularly limited, but from the viewpoint of improving curability and reducing the viscosity of the composition, 0.1 to 20 in the total polymerizable compound. % By mass is preferable, 0.2 to 15% by mass is more preferable, 0.5 to 10% by mass is further preferable, and 0.5 to 5% by mass is particularly preferable.
- the fluorine-containing group selected from a fluoroalkyl group and a fluoroalkyl ether group is preferred as the group having a fluorine atom that the polymerizable compound having a fluorine atom has.
- the fluoroalkyl group is preferably a fluoroalkyl group having 2 to 20 carbon atoms, and more preferably a 4 to 8 fluoroalkyl group.
- Preferable fluoroalkyl groups include trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, heptafluoropropyl group, hexafluoroisopropyl group, nonafluorobutyl group, tridecafluorohexyl group, and heptadecafluorooctyl group.
- the polymerizable compound having a fluorine atom is preferably a polymerizable compound having a fluorine atom having a trifluoromethyl group structure.
- a trifluoromethyl group structure By having a trifluoromethyl group structure, the effects of the present invention are exhibited even with a small addition amount (for example, 10% by mass or less), so that compatibility with other components is improved, and line edge roughness after dry etching is improved. In addition to the improvement, the repeat pattern formability is improved.
- the fluoroalkyl ether group preferably has a trifluoromethyl group, and preferably contains a perfluoroethyleneoxy group or a perfluoropropyleneoxy group.
- a fluoroalkyl ether unit having a trifluoromethyl group such as-(CF (CF 3 ) CF 2 O)-and / or a trifluoromethyl ether group having a trifluoromethyl group at the terminal is preferred.
- the number of total fluorine atoms contained in the polymerizable compound having at least one of fluorine atoms and silicon atoms is preferably 6 to 60, more preferably 9 to 40, and still more preferably 12 to 40 per molecule. Particularly preferred is 12 to 20.
- the polymerizable compound having at least one of fluorine atom and silicon atom has a fluorine atom having a fluorine content of 20 to 60% as defined below.
- the fluorine content is preferably 20 to 60%, more preferably 35 to 60%.
- the fluorine content is more preferably 20 to 50%, and still more preferably 20 to 40%.
- Preferred examples of the group having a fluorine atom of the polymerizable compound having at least one of the fluorine atom and the silicon atom include compounds having a partial structure represented by the following general formula (I).
- n represents an integer of 1 to 8, preferably an integer of 4 to 6.
- polymerizable compound having at least one of the fluorine atom and the silicon atom is a compound having a partial structure represented by the following general formula (II).
- general formula (II) Another preferable example of the polymerizable compound having at least one of the fluorine atom and the silicon atom is a compound having a partial structure represented by the following general formula (II).
- II Another preferable example of the polymerizable compound having at least one of the fluorine atom and the silicon atom.
- L 1 represents a single bond or an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms
- L 2 represents an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms
- m1 and m2 each represents 0 or 1
- At least one of m1 and m2 is 1.
- m3 represents an integer of 1 to 3
- p represents an integer of 1 to 8, and when m3 is 2 or more, -C p F 2p + 1 may be the same or different.
- L 1 and L 2 are each preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
- the alkylene group may have a substituent within a range not departing from the gist of the present invention.
- the m3 is preferably 1 or 2.
- the p is preferably an integer of 4 to 6.
- Examples of the polymerizable compound having a fluorine atom include trifluoroethyl (meth) acrylate, pentafluoroethyl (meth) acrylate, (perfluorobutyl) ethyl (meth) acrylate, perfluorobutyl-hydroxypropyl (meth) acrylate, ( Monofunctional having fluorine atoms such as perfluorohexyl) ethyl (meth) acrylate, octafluoropentyl (meth) acrylate, perfluorooctylethyl (meth) acrylate, tetrafluoropropyl (meth) acrylate, hexafluoropropyl (meth) acrylate, etc.
- a polymerizable compound is mentioned.
- the polymerizable compound having a fluorine atom examples include 2,2,3,3,4,4-hexafluoropentanedi (meth) acrylate, 2,2,3,3,4,4,5,5-
- a polyfunctional polymerizable compound having two or more polymerizable functional groups having a di (meth) acrylate having a fluoroalkylene group such as octafluorohexane di (meth) acrylate is also preferred.
- a compound having two or more fluorine-containing groups such as a fluoroalkyl group or a fluoroalkyl ether group in one molecule can also be preferably used.
- a compound having two or more fluoroalkyl groups or fluoroalkyl ether groups in one molecule is preferably a polymerizable compound represented by the following general formula (III).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom or a cyano group, preferably a hydrogen atom or an alkyl group, more preferably a hydrogen atom or a methyl group, and even more preferably a hydrogen atom.
- A represents a (a1 + a2) -valent linking group, preferably a linking group having an alkylene group and / or an arylene group, and may further contain a linking group containing a hetero atom.
- linking group having a hetero atom examples include —O—, —C ( ⁇ O) O—, —S—, and —C ( ⁇ O) —. These groups may have a substituent within a range not departing from the gist of the present invention, but preferably do not have a substituent.
- A preferably has 2 to 50 carbon atoms, and more preferably 4 to 15 carbon atoms.
- a1 represents an integer of 1 to 6, preferably 1 to 3, and more preferably 1 or 2.
- a2 represents an integer of 2 to 6, preferably 2 or 3, and more preferably 2.
- R 2 and R 3 each represent a single bond or an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms.
- n1 and m2 each represents 0 or 1
- m3 represents an integer of 1 to 3.
- Rf represents a fluoroalkyl group or a fluoroalkyl ether group, preferably a fluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a fluoroalkyl ether group having 3 to 20 carbon atoms.
- the polymerizable compound having a fluorine atom is a polymer
- a polymer containing the polymerizable compound having a fluorine atom as a repeating unit is preferable.
- the polymerizable compound having a fluorine atom preferably does not contain a silicon atom.
- R 1 in the following formula is each a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom, or a cyano group.
- Polymerizable compound having a silicon atom examples include a trialkylsilyl group, a chain siloxane structure, a cyclic siloxane structure, and a cage siloxane structure. From the viewpoint of compatibility with these components and mold releasability, a functional group having a trimethylsilyl group or a dimethylsiloxane structure is preferred. From the viewpoint of compatibility with other components, the polymerizable compound having a silicon atom preferably does not contain a fluorine atom.
- Examples of the polymerizable compound having a silicon atom include 3-tris (trimethylsilyloxy) silylpropyl (meth) acrylate, trimethylsilylethyl (meth) acrylate, (meth) acryloxymethylbis (trimethylsiloxy) methylsilane, and (meth) acryloxymethyltris.
- the polymerizable compound contained in the curable composition of the present invention preferably has a maleimide group in an average of 0.5 to 3 / molecule, preferably 1 to 2 / molecule on the average of all polymerizable compounds. It is preferable that the average of all polymerizable compounds has a vinyl group of 0.5 to 5 / molecule, preferably 1 to 3 / molecule. Further, the polymerizable compound contained in the curable composition of the present invention has an average of 1 to 7 / molecule, preferably 1 to 5 / molecule, of silicon atoms on the average of all polymerizable compounds. preferable.
- the second embodiment of the curable composition for imprints of the present invention is a compound (Ax-2) having a partial structure represented by the following general formula (I) (hereinafter simply referred to as “compound (Ax-2)”). And a photopolymerization initiator (B) containing the photopolymerization initiator (B).
- Rx represents an alkyl group or an aryl group.
- M is an integer of 1 to 3
- acrylate curing compositions and epoxy curing compositions which are general curing compositions, are excellent in curability, there is a problem with the heat resistance of the cured product.
- decomposition such as bond breakage occurred, and shrinkage of the cured product and deformation of the pattern occurred.
- a compound having a silicon atom and a specific carbon-carbon multiple bond since there is no carbon-oxygen bond at the cross-linked site, a higher heat-resistant cross-linked structure is formed, and 300 ° C.
- the present inventors have found that the deformation of the pattern can be suppressed even under high temperature conditions exceeding the above range, and have completed the present invention.
- Rx represents an alkyl group or an aryl group.
- M is an integer of 1 to 3
- the alkyl group in Rx is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- aryl group in Rx a phenyl group and a naphthyl group are preferable, and a phenyl group is more preferable.
- the aryl group may have a substituent.
- n 0 to 2, and is preferably 2.
- the partial structure of the general formula (I) is bonded to another substituent at the wavy line portion.
- the substituent on the silicon atom does not have a halogen atom, an alkoxy group, an acyloxy group, or a hydroxyl group.
- Such silicon atoms are intended to exclude, for example, silane coupling agents.
- the compound (Ax-2) preferably contains 1 to 25 silicon atoms, more preferably 2 to 20 silicon atoms, and even more preferably 3 to 10 silicon atoms per molecule.
- the silicon atom content of the compound (Ax-2) used in the present invention is preferably 10 to 50%, more preferably 15 to 40%, and still more preferably 20 to 35%. 20 to 30% is particularly preferable.
- the silicon atom content is expressed by [(number of silicon atoms in compound (Ax-2)) ⁇ (atomic weight of silicon atoms) / molecular weight of compound (Ax-2)] ⁇ 100.
- the compound (Ax-2) preferably includes a partial structure represented by silicon atom-oxygen atom-silicon atom.
- the partial structure represented by the general formula (I) is preferably contained in the compound (Ax-2) in an amount of 1 to 10, more preferably 2 to 8, and further preferably 3 to 6.
- the compound (Ax-2) may be a polymer compound or a non-polymer compound, but is preferably a non-polymer compound.
- the molecular weight is preferably 150 to 2000, more preferably 200 to 1500, and still more preferably 300 to 1200. By setting the molecular weight within an appropriate range, both low viscosity and low volatility can be achieved, and mold filling properties and pattern forming properties are improved.
- the compound (Ax-2) used in the present invention preferably has a partial structure represented by the following general formula (II).
- the polymer compound of the compound (Ax-2) preferably further contains a repeating unit having a (meth) acrylate group and / or a terminal group having a (meth) acrylate group, more preferably the following (Z1) repeating unit and And / or a compound containing a terminal group represented by (Z2).
- X 1 represents a linking group, preferably an alkylene group, more preferably a propylene group.
- R 8 is a hydrogen atom, an alkyl group (preferably a methyl group) or an aryl group (preferably a phenyl group).
- R 9 and R 10 are each a hydrogen atom, an alkyl group (preferably a methyl group), or an aryl group (preferably a phenyl group).
- R 1 is a hydrogen atom or a methyl group.
- the compound (Ax-2) preferably further has a group selected from a (meth) acryl group, a vinyl ether group, an epoxy group, and an oxetane group, and has a (meth) acrylate group. Is more preferable.
- the number of (meth) acrylate groups in (Ax-2) is preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3, and still more preferably 1 or 2.
- each R represents a methyl group or —O—Si (CH 3 ) 2 —CH ⁇ CH 2, and at least one of R is —O—Si (CH 3 ) 2 —.
- CH CH 2.
- Formula (IV) (In the general formula (IV), each R is a methyl group or —O—Si (CH 3 ) 2 —CH ⁇ CH 2 , and at least one of R is —O—Si (CH 3 ) 2 —.
- n1 represents an integer of 2 to 6.
- Ry represents an n1-valent linking group, preferably a linking group having a silicon atom and / or an oxygen atom, and more preferably a linking group having an arylene group and / or an alkylene group.
- n1 represents 2 to 6, preferably 2 to 4, and more preferably 2 or 3.
- non-polymer compound of the compound (Ax-2) include the following compounds. Needless to say, the compound (Ax-2) used in the present invention is not limited thereto.
- R 1 in the following formula is each a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom, or a cyano group.
- the compound (Ax-2) used in the present invention is preferably contained in a proportion of 30 to 99% by mass of all components excluding the solvent of the composition of the present invention, and contained in a proportion of 40 to 97% by mass. More preferably, it is contained in the range of 60 to 95% by mass.
- the curable composition of the present invention preferably further contains a polymerizable compound different from (Ax-2).
- the polymerizable compound is preferably a radical polymerizable compound (preferably a compound having a (meth) acrylic group) or a cationic polymerizable compound (preferably a polymerizable compound having a group selected from a vinyl ether group, an epoxy group and an oxetane group). ).
- Polymerizable compound having (meth) acrylic group Polymerizable unsaturated monomer having one (meth) acrylic group (monofunctional polymerizable unsaturated monomer), polyfunctional having two (meth) acrylic groups
- Examples of the polymerizable unsaturated monomer and the polyfunctional polymerizable unsaturated monomer having 3 or more (meth) acryl groups include those described in the first embodiment, and preferred ranges and the like are also included. It is the same.
- the acrylate compound is preferred from the viewpoint of curability, and the acrylate compound in the total (meth) acrylate compound contained in the composition is preferably 70% by mass or more, and 80% by mass or more. More preferably.
- a vinyl ether compound is also preferable.
- a well-known thing can be selected suitably for a vinyl ether compound, The vinyl ether compound quoted in said 1st embodiment is illustrated.
- vinyl ether compounds are, for example, the methods described in Stephen C. Lapin, Polymers Paint Paint, Journal 179 (4237), 321 (1988), that is, the reaction of a polyhydric alcohol or polyhydric phenol with acetylene, or They can be synthesized by reacting a polyhydric alcohol or polyhydric phenol with a halogenated alkyl vinyl ether, and these can be used singly or in combination of two or more.
- Examples of the compound having an oxirane ring include polyglycidyl esters of polybasic acids, polyglycidyl ethers of polyhydric alcohols, polyglycidyl ethers of polyoxyalkylene glycol, and polyglycidyl ethers of aromatic polyols.
- Examples include teters, hydrogenated compounds of polyglycidyl ethers of aromatic polyols, urethane polyepoxy compounds, and epoxidized polybutadienes. These compounds can be used alone or in combination of two or more thereof.
- Examples of the compound having an oxirane ring (epoxy compound) that can be preferably used in the present invention include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, brominated bisphenol A diglycidyl ether, bromine Bisphenol F diglycidyl ether, brominated bisphenol S diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol F diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol S diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1 , 6-Hexanediol diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, polyethylene glycol di Polyglycidyl ethers of polyether polyols obtained by adding one or more alkylene oxides to aliphatic polyhydric alcohols
- bisphenol A diglycidyl ether bisphenol F diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol F diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol Diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, and polypropylene glycol diglycidyl ether are preferred.
- Examples of commercially available products that can be suitably used as the glycidyl group-containing compound include UVR-6216 (manufactured by Union Carbide), glycidol, AOEX24, cyclomer A200, (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.), Epicoat 828, Epicoat 812, Epicoat 1031, Epicoat 872, Epicoat CT508 (above, manufactured by Yuka Shell Co., Ltd.), KRM-2400, KRM-2410, KRM-2408, KRM-2490, KRM-2720, KRM-2750 (above, Asahi Denka Kogyo ( Product)). These can be used alone or in combination of two or more.
- a polymerizable compound having at least one of a fluorine atom and a silicon atom except that corresponding to the compound (Ax-2)).
- the polymerizable compound having at least one of fluorine atom and silicon atom in the present invention has at least one fluorine atom, silicon atom, or a group having both fluorine atom and silicon atom, and at least one polymerizable functional group. It is a compound that has.
- the polymerizable functional group a methacryloyl group, an epoxy group, and a vinyl ether group are preferable. Details of the polymerizable compound having at least one of a fluorine atom and a silicon atom are the same as those in the first embodiment, and the preferred range is also the same.
- the polymerizable compound different from the compound (Ax-2) used in the present invention is preferably a (meth) acrylate compound having an aromatic group and / or an alicyclic hydrocarbon group and / or a silicon atom from the viewpoint of heat resistance.
- the (meth) acrylate compound having an aromatic group include benzyl (meth) acrylate which is unsubstituted or has a substituent on an aromatic ring, phenethyl (meta) which is unsubstituted or has a substituent on an aromatic ring.
- Preferred examples of the polymerizable compound having an alicyclic hydrocarbon group include isobornyl (meth) acrylate, 1- or 2-adamantyl (meth) acrylate, 2-alkyl-2-adamantyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meta ) Acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, monofunctional (meth) acrylate such as cyclopentyl (meth) acrylate, polyfunctional (meth) acrylate such as tricyclodecane dimethanol di (meth) acrylate, 1,3-adamantane di (meth) acrylate ) Acrylates.
- the above-mentioned compound is preferable as the (meth) acrylate compound having a silicon atom.
- R 1 is a hydrogen atom or a methyl group
- R a to R c each represent a group other than a hydrogen atom.
- the (meth) acrylate moiety may have the aforementioned partial structure, although it may be bonded to other (meth) acrylate groups via R a to R c .
- Specific examples include neopentyl glycol diacrylate, trimethylol ethane triacrylate, trimethylol propane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, ditrimethylol propane tetraacrylate, and the like.
- the polymerizable compound different from (Ax) is preferably a compound having 2 to 4 (meth) acrylate groups.
- the photocurable composition of the second embodiment of the present invention preferably contains a compound having a Si—H bond.
- the compound having a Si—H bond is a compound having one or more Si—H bonds in the molecule, preferably a compound having two or more Si—H bonds in the molecule, more preferably Si—H bonds in the molecule.
- a —SiH (Me 2) structure is preferable.
- the compound having an Si—H bond may be a polymer compound or a non-polymer compound, but is preferably a non-polymer compound.
- the boiling point at 1 atm of the compound (B) having a Si—H bond is preferably 200 ° C. or higher. Specific examples shown below are preferable as non-polymer compounds.
- Preferred examples of the polymer compound include the specific examples shown below.
- a compound having a carbon-carbon multiple bond in addition to the Si—H bond is more preferable, and a (meth) acrylic group is preferable as the preferable carbon-carbon multiple bond.
- Specific examples include the following compounds. (AB1) to (AB6) are preferable.
- the content of the compound having an Si—H bond, the carbon-carbon multiple bond and the compound having an Si—H bond is 100 parts by weight of the sum of the component (Ax-2) and the polymerizable compound different from (Ax-2). 0.1 to 100 parts by weight, preferably 0.3 to 50 parts by weight, more preferably 0.5 to 30 parts by weight, and most preferably 3 to 20 parts by weight.
- the number of Si—H bonds is 1 to 50 mol%, preferably 3 to 20 mol%, relative to the number of carbon-carbon multiple bonds of the polymerizable compound different from the component (Ax-2) and (Ax-2). It is preferable that content of (B) component is adjusted so that it may become.
- the photocurable composition of the first embodiment used in the present invention preferably contains a photopolymerization initiator. Moreover, the photocurable composition of 2nd embodiment contains a photoinitiator as an essential component.
- a photopolymerization initiator used in the present invention any compound can be used as long as it is a compound that generates an active species that polymerizes the above-described polymerizable compound by light irradiation, but a radical polymerization initiator is more preferable. In the present invention, a plurality of photopolymerization initiators may be used in combination.
- the content of the photopolymerization initiator used in the present invention is, for example, 0.01 to 15% by mass, preferably 0.1 to 12% by mass, and more preferably 0% in the entire composition excluding the solvent. 2 to 7% by mass.
- the total amount becomes the said range.
- the content of the photopolymerization initiator is 0.01% by mass or more, the sensitivity (fast curability), resolution, line edge roughness, and coating strength tend to be improved, which is preferable.
- the content of the photopolymerization initiator is 15% by mass or less, light transmittance, colorability, handleability and the like tend to be improved, which is preferable.
- radical photopolymerization initiator used in the present invention for example, a commercially available initiator can be used. As these examples, for example, those described in paragraph No. 0091 of JP-A No. 2008-105414 can be preferably used. Among these, acetophenone compounds, acylphosphine oxide compounds, and oxime ester compounds are preferred from the viewpoints of curing sensitivity and absorption characteristics. Preferred examples of the acetophenone compound include hydroxyacetophenone compounds, dialkoxyacetophenone compounds, and aminoacetophenone compounds.
- Irgacure® 2959 (1- [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, preferably available from BASF as a hydroxyacetophenone compound, Irgacure® 184 (1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone), Irgacure® 500 (1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzophenone), Darocur® 1173 (2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl) -1-propan-1-one).
- the dialkoxyacetophenone compound is preferably Irgacure (registered trademark) 651 (2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one) available from BASF.
- Irgacure (registered trademark) 369 (2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) butanone-1
- Irgacure (registered trademark) 379 (available from BASF Corporation) is preferable.
- EG (2-dimethylamino-2- (4methylbenzyl) -1- (4-morpholin-4-ylphenyl) butan-1-one
- Irgacure® 907 (2-methyl-1 [4- Methylthiophenyl] -2-morpholinopropan-1-one.
- acylphosphine oxide-based compound preferably Irgacure (registered trademark) 819 (bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide, Irgacure (registered trademark) 1800 (bis (2, 6-Dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethyl-pentylphosphine oxide, Lucirin TPO (2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide) available from BASF, Lucirin TPO-L (2,4,6 -Trimethylbenzoylphenylethoxyphosphine oxide).
- Irgacure (registered trademark) 819 bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide
- Irgacure (registered trademark) 1800 bis (2, 6-Dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethyl-pentylphosphine oxide
- Lucirin TPO (2,4,
- Irgacure registered trademark
- OXE01 (1,2-octanedione, 1- [4- (phenylthio) phenyl] -2- (O-benzoyloxime)
- Irgacure registered trademark
- BASF oxime ester compound
- OXE02 ethanone, 1- [9-ethyl-6- (2-methylbenzoyl) -9H-carbazol-3-yl]-, 1- (O-acetyloxime)
- “light” includes not only light having a wavelength in the ultraviolet, near-ultraviolet, far-ultraviolet, visible, infrared, etc., and electromagnetic waves but also radiation.
- the radiation include microwaves, electron beams, EUV, and X-rays.
- Laser light such as a 248 nm excimer laser, a 193 nm excimer laser, and a 172 nm excimer laser can also be used.
- the light may be monochromatic light (single wavelength light) that has passed through an optical filter, or may be light with a plurality of different wavelengths (composite light).
- the exposure can be multiple exposure, and the entire surface can be exposed after forming a pattern for the purpose of increasing the film strength and etching resistance.
- the photocurable composition used in the present invention preferably contains a surfactant.
- the content of the surfactant used in the present invention is, for example, 0.001 to 5% by mass, preferably 0.002 to 4% by mass, and more preferably 0.005 to 4% by mass in the entire composition. 3% by mass.
- the total amount becomes the said range.
- the surfactant is in the range of 0.001 to 5% by mass in the composition, the effect of coating uniformity is good, and mold transfer characteristics are hardly deteriorated due to excessive surfactant.
- the surfactant is preferably a nonionic surfactant, and preferably contains at least one of a fluorine-based surfactant, a Si-based surfactant, and a fluorine / Si-based surfactant. It is more preferable to include both a Si-based surfactant or a fluorine / Si-based surfactant, and most preferable to include a fluorine / Si-based surfactant.
- the fluorine-based surfactant and the Si-based surfactant are preferably nonionic surfactants.
- the “fluorine / Si-based surfactant” refers to one having both the requirements of both a fluorine-based surfactant and a Si-based surfactant.
- a silicon wafer for manufacturing a semiconductor element By using such a surfactant, a silicon wafer for manufacturing a semiconductor element, a glass square substrate for manufacturing a liquid crystal element, a chromium film, a molybdenum film, a molybdenum alloy film, a tantalum film, a tantalum alloy film, a silicon nitride film, Striation that occurs when the curable composition for imprinting of the present invention is applied to a substrate on which various films such as an amorphous silicone film, an indium oxide (ITO) film doped with tin oxide, and a tin oxide film are formed.
- ITO indium oxide
- the curable composition for imprints of the present invention can significantly improve the coating uniformity by adding the surfactant, and the coating using a spin coater or slit scan coater does not depend on the substrate size. Good applicability is obtained.
- nonionic fluorosurfactants examples include trade names Fluorard FC-430 and FC-431 (manufactured by Sumitomo 3M), trade names Surflon S-382 (Asahi Glass ( EFTOP EF-122A, 122B, 122C, EF-121, EF-126, EF-127, MF-100 (manufactured by Tochem Products), trade names PF-636, PF-6320, PF -656, PF-6520 (all OMNOVA Solutions, Inc.), trade names FT250, FT251, DFX18 (all manufactured by Neos), trade names Unidyne DS-401, DS-403, DS-451 ( All are manufactured by Daikin Industries, Ltd.), trade names Megafuk 171, 172, 173, 178K, 178A, F780F (all are DIC Manufactured).
- nonionic Si-based surfactants include the trade name SI-10 series (manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.), MegaFac (manufactured by DIC), and KP-341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
- fluorine / Si surfactant examples include trade names X-70-090, X-70-091, X-70-092, X-70-093 (all Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. )), And trade names such as Megafuk R-08 and XRB-4 (both manufactured by DIC).
- the photocurable composition used in the present invention preferably contains a known antioxidant.
- the content of the antioxidant used in the present invention is, for example, 0.01 to 10% by mass, preferably 0.2 to 5% by mass, based on the polymerizable compound. When two or more kinds of antioxidants are used, the total amount is within the above range.
- the antioxidant suppresses fading caused by heat or light irradiation and fading caused by various oxidizing gases such as ozone, active oxygen, NO x , SO x (X is an integer).
- by adding an antioxidant there is an advantage that coloring of a cured film can be prevented and a reduction in film thickness due to decomposition can be reduced.
- antioxidants include hydrazides, hindered amine antioxidants, nitrogen-containing heterocyclic mercapto compounds, thioether antioxidants, hindered phenol antioxidants, ascorbic acids, zinc sulfate, thiocyanates, Examples include thiourea derivatives, sugars, nitrites, sulfites, thiosulfates, hydroxylamine derivatives, and the like.
- hindered phenol antioxidants and thioether antioxidants are particularly preferable from the viewpoint of coloring the cured film and reducing the film thickness.
- antioxidants Commercially available products of the antioxidants include trade names Irganox 1010, 1035, 1076, 1222 (above, manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.), trade names Antigene P, 3C, FR, Sumilyzer S, and Sumilyzer GA80 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
- the photocurable composition used in the present invention preferably contains a polymerization inhibitor.
- a polymerization inhibitor By including a polymerization inhibitor, it tends to be possible to suppress changes in viscosity, generation of foreign matter, and deterioration of pattern formation over time.
- the content of the polymerization inhibitor is 0.001 to 1% by mass, more preferably 0.005 to 0.5% by mass, and still more preferably 0.008 to 0.05% by mass with respect to the total polymerizable compound. %, A change in viscosity over time can be suppressed while maintaining high curing sensitivity.
- the polymerization inhibitor may be contained in advance in the polymerizable compound to be used, or may be further added to the composition.
- Preferred polymerization inhibitors that can be used in the present invention include hydroquinone, p-methoxyphenol, di-tert-butyl-p-cresol, pyrogallol, tert-butylcatechol, benzoquinone, 4,4′-thiobis (3-methyl-6).
- phenothiazine Particularly effective in the absence of oxygen, phenothiazine, 4-methoxynaphthol, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl free radical, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4- Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl free radical is preferred.
- a solvent can be used for the curable composition of this invention as needed.
- a preferable solvent is a solvent having a boiling point of 80 to 200 ° C. at normal pressure. Any solvent can be used as long as it can dissolve the composition, but a solvent having any one or more of an ester structure, a ketone structure, a hydroxyl group, and an ether structure is preferable.
- preferred solvents are propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, 2-heptanone, gamma butyrolactone, propylene glycol monomethyl ether, ethyl lactate, or a solvent containing propylene glycol monomethyl ether acetate. Most preferable from the viewpoint of coating uniformity.
- the content of the solvent in the composition of the present invention is optimally adjusted depending on the viscosity of the components excluding the solvent, coating properties, and the desired film thickness. From the viewpoint of improving coating properties, 99% by mass in the total composition. % Or less can be added.
- a solvent does not contain substantially (for example, 3 mass% or less).
- a pattern having a film thickness of 500 nm or less is formed by a method such as spin coating, it may be included in the range of 20 to 99% by mass, preferably 40 to 99% by mass, particularly preferably 70 to 98% by mass. .
- a polyfunctional oligomer having a molecular weight higher than that of the other polyfunctional polymerizable compound can be blended within the range of achieving the object of the present invention.
- the polyfunctional oligomer having photoradical polymerizability include various acrylate oligomers such as polyester acrylate, urethane acrylate, polyether acrylate, and epoxy acrylate.
- the addition amount of the oligomer component is preferably 0 to 30% by mass, more preferably 0 to 20% by mass, still more preferably 0 to 10% by mass, and most preferably 0 to 5% by mass with respect to the component excluding the solvent of the composition. %.
- the curable composition of the present invention may further contain a polymer component from the viewpoint of improving dry etching resistance, imprint suitability, curability and the like.
- the polymer component is preferably a polymer having a polymerizable functional group in the side chain.
- the weight average molecular weight of the polymer component is preferably from 2,000 to 100,000, more preferably from 5,000 to 50,000, from the viewpoint of compatibility with the polymerizable compound.
- the addition amount of the polymer component is preferably 0 to 30% by mass, more preferably 0 to 20% by mass, further preferably 0 to 10% by mass, and most preferably 2% by mass or less, relative to the component excluding the solvent of the composition. It is.
- the amount of the component is preferably small, since the pattern forming property is improved. It is preferable that the resin component is not included except for the agent and a small amount of additive.
- the curable composition of the present invention may include a release agent, a silane coupling agent, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, an antiaging agent, a plasticizer, an adhesion promoter, and a thermal polymerization initiator.
- a release agent e.g., a silicone hydroxide, a silicone hydroxide, a silicone hydroxide, a silicone hydroxide, a silicone hydroxide, a silicone hydroxate, silane, sulfate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium sulf
- the curable composition of the present invention can be prepared by mixing the above-described components. Mixing and dissolution of the curable composition is usually performed in the range of 0 ° C to 100 ° C. In addition, it is preferable that the components are mixed and then filtered, for example, with a filter having a pore size of 0.003 ⁇ m to 5.0 ⁇ m. Filtration may be performed in multiple stages or repeated many times. Moreover, the filtered liquid can be refiltered.
- the material of the filter used for filtration may be polyethylene resin, polypropylene resin, fluorine resin, nylon resin or the like, but is not particularly limited.
- the viscosity of the mixture of all components excluding the solvent is preferably 100 mPa ⁇ s or less, more preferably 1 to 70 mPa ⁇ s, still more preferably 2 to 50 mPa ⁇ s, and most preferably 3 to 30 mPa ⁇ s.
- the curable composition of the present invention is bottled in a container such as a gallon bottle or a coated bottle after manufacture, and is transported and stored. In this case, in order to prevent deterioration, the inside of the container is inert nitrogen or argon. It may be replaced with. Further, at the time of transportation and storage, the room temperature may be used, but the temperature may be controlled in the range of ⁇ 20 ° C. to 0 ° C. in order to prevent deterioration. Of course, it is preferable to shield from light at a level where the reaction does not proceed.
- corrugated pattern) using the curable composition for imprints of this invention is demonstrated.
- corrugated pattern can be formed by hardening the composition of this invention through the process to perform and the process of irradiating the said pattern formation layer with light.
- the curable composition for imprints of the present invention is preferably further heated and cured after light irradiation.
- a layer comprising at least a pattern forming layer comprising the composition of the present invention on a base material (substrate or support) and drying as necessary.
- a pattern receptor with a pattern-forming layer provided on the substrate
- press the mold against the surface of the pattern-receiving layer of the pattern receptor and transfer the mold pattern.
- the concavo-convex pattern forming layer is cured by light irradiation.
- the optical imprint lithography according to the pattern forming method of the present invention can be laminated and multiple patterned, and can be used in combination with ordinary thermal imprint.
- the curable composition for imprints of the present invention can form a fine pattern with low cost and high accuracy by an optical nanoimprint method. For this reason, what was formed using the conventional photolithographic technique can be formed with further high precision and low cost.
- the composition of the present invention is applied to a substrate or a support, and a layer made of the composition is exposed to light, cured, and dried (baked) as necessary, thereby being used for a liquid crystal display (LCD). It can be applied as an etching resist for permanent films such as overcoat layers and insulating films, semiconductor integrated circuits, recording materials, and flat panel displays.
- the pattern formed using the curable composition for imprints of the present invention is excellent in etching property and can be preferably used as an etching resist for dry etching using fluorocarbon or the like.
- the concentration of the ionic impurities of the metal or organic substance in the curable composition for imprints of the present invention is preferably 1 ppm or less, preferably 100 ppb or less, more preferably 10 ppb or less.
- a pattern forming method using the curable composition for imprints of the present invention will be specifically described.
- a pattern forming layer is formed by applying the composition of the present invention on a substrate.
- a method for applying the curable composition for imprints of the present invention onto a substrate a generally well-known application method can be adopted.
- an application method of the present invention for example, a dip coating method, an air knife coating method, a curtain coating method, a wire bar coating method, a gravure coating method, an extrusion coating method, a spin coating method, a slit scanning method, an ink jet method, etc.
- a coating or droplet can be applied on the substrate.
- the film thickness of the pattern forming layer comprising the composition of the present invention is about 0.03 ⁇ m to 30 ⁇ m, although it varies depending on the intended use.
- the composition of the present invention may be applied by multiple coating.
- the amount of droplets is preferably about 1 pl to 20 pl, and the droplets are preferably arranged on the substrate at intervals.
- the pattern formed with the composition of this invention is excellent in adhesiveness with an organic layer, even when it is a case where an organic layer is provided on a base material.
- the substrate (substrate or support) on which the curable composition for imprints of the present invention is applied can be selected depending on various applications, for example, quartz, glass, optical film, ceramic material, deposited film, magnetic Film, reflective film, metal substrate such as Ni, Cu, Cr, Fe, paper, polymer substrate such as SOG (Spin On Glass), polyester film, polycarbonate film, polyimide film, TFT array substrate, PDP electrode plate, glass, There are no particular restrictions on transparent plastic substrates, conductive substrates such as ITO or metal, insulating substrates, semiconductor fabrication substrates such as silicon, silicon nitride, polysilicon, silicon oxide, and amorphous silicon. Further, the shape of the substrate is not particularly limited, and may be a plate shape or a roll shape. In addition, as described later, a light transmissive or non-light transmissive material can be selected as the base material depending on the combination with the mold.
- a mold is pressed against the surface of the pattern forming layer in order to transfer the pattern to the pattern forming layer.
- the composition of the present invention may be applied to a mold having a pattern and the substrate may be pressed.
- the molding material that can be used in the present invention will be described.
- a light transmissive material is selected for at least one of a molding material and / or a base material.
- a curable composition of the present invention is applied on a substrate to form a pattern forming layer, a light-transmitting mold is pressed against this surface, and the back surface of the mold The pattern forming layer is cured by irradiating light.
- a curable composition can be apply
- the light irradiation may be performed with the mold attached or after the mold is peeled off. In the present invention, the light irradiation is preferably performed with the mold adhered.
- a mold having a pattern to be transferred is used as the mold that can be used in the present invention.
- the pattern on the mold can be formed according to the desired processing accuracy by, for example, photolithography, electron beam drawing, or the like, but the mold pattern forming method is not particularly limited in the present invention.
- the light-transmitting mold material used in the present invention is not particularly limited as long as it has predetermined strength and durability. Specifically, a light transparent resin such as glass, quartz, PMMA, and polycarbonate resin, a transparent metal vapor-deposited film, a flexible film such as polydimethylsiloxane, a photocured film, and a metal film are exemplified.
- the non-light-transmitting mold material used when a light-transmitting substrate is used is not particularly limited as long as it has a predetermined strength.
- Specific examples include ceramic materials, vapor deposition films, magnetic films, reflective films, metal substrates such as Ni, Cu, Cr, and Fe, and substrates such as SiC, silicon, silicon nitride, polysilicon, silicon oxide, and amorphous silicon.
- the shape of the mold is not particularly limited, and may be either a plate mold or a roll mold. The roll mold is applied particularly when continuous transfer productivity is required.
- the mold used in the pattern forming method of the present invention may be a mold that has been subjected to a release treatment in order to improve the peelability between the curable composition and the mold surface.
- examples of such molds include those that have been treated with a silicon-based or fluorine-based silane coupling agent, such as OPTOOL DSX manufactured by Daikin Industries, Ltd., Novec EGC-1720 manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd. Commercially available release agents can also be suitably used.
- the mold pressure it is usually preferable to perform the mold pressure at 10 atm or less in the pattern forming method of the present invention.
- the mold pressure it is preferable to select a region in which the uniformity of mold transfer can be ensured within a range in which the residual film of the curable composition on the mold convex portion is reduced.
- the irradiation amount of light irradiation in the step of irradiating the pattern forming layer may be sufficiently larger than the irradiation amount necessary for curing.
- the irradiation amount necessary for curing is appropriately determined by examining the consumption of unsaturated bonds of the curable composition and the tackiness of the cured film.
- the substrate temperature at the time of light irradiation is usually room temperature, but the light irradiation may be performed while heating in order to increase the reactivity.
- the preferable degree of vacuum at the time of light irradiation is in the range of 10 ⁇ 1 Pa to normal pressure.
- the light used for curing the curable composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include high energy ionizing radiation, light having a wavelength in the region of near ultraviolet, far ultraviolet, visible, infrared, or radiation.
- high-energy ionizing radiation source for example, an electron beam accelerated by an accelerator such as a cockcroft accelerator, a handagraaf accelerator, a linear accelerator, a betatron, or a cyclotron is industrially most conveniently and economically used.
- an accelerator such as a cockcroft accelerator, a handagraaf accelerator, a linear accelerator, a betatron, or a cyclotron
- radiation such as ⁇ rays, X rays, ⁇ rays, neutron rays, proton rays emitted from radioisotopes or nuclear reactors can also be used.
- the ultraviolet ray source examples include an ultraviolet fluorescent lamp, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a carbon arc lamp, and a solar lamp.
- the radiation includes, for example, microwaves and EUV.
- laser light used in semiconductor microfabrication such as LED, semiconductor laser light, or 248 nm KrF excimer laser light or 193 nm ArF excimer laser can be suitably used in the present invention. These lights may be monochromatic lights, or may be lights having different wavelengths (mixed lights).
- the exposure illuminance is preferably in the range of 1 mW / cm 2 to 50 mW / cm 2 .
- the exposure dose is preferably in the range of 5 mJ / cm 2 to 1000 mJ / cm 2 . If it is less than 5 mJ / cm 2 , the exposure margin becomes narrow, photocuring becomes insufficient, and problems such as adhesion of unreacted substances to the mold tend to occur.
- the permanent film may be deteriorated due to decomposition of the composition.
- an inert gas such as nitrogen or argon may be flowed to control the oxygen concentration to less than 100 mg / L.
- the pattern forming method of the present invention may include a step of further curing by applying heat to the pattern cured as necessary after curing the pattern forming layer by light irradiation.
- the heat for heat-curing the composition of the present invention after light irradiation is preferably 150 to 280 ° C, more preferably 200 to 250 ° C.
- the time for applying heat is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 15 to 45 minutes.
- the pattern formed by the pattern forming method of the present invention can be used as a permanent film (resist for a structural member) or an etching resist used in a liquid crystal display (LCD) or the like.
- the pattern formed by the pattern forming method of the present invention has excellent heat resistance and dielectric constant characteristics, and is useful as an insulating film material. By removing the residual film of the pattern formed by the pattern forming method of the present invention and introducing a wiring material such as copper into the pattern, it becomes possible to create a device without going through complicated photolithography and etching processes. .
- a multi-stage wiring pattern (dual damascene), which is usually formed by repeating photolithography and etching processes, also uses the cured composition of the present invention to form a multi-stage wiring pattern.
- a pattern with a mold having a pattern and using the obtained pattern as an insulating film it is possible to form a multi-stage wiring with a small number of processes.
- the pattern formed by the pattern forming method of the present invention is also useful as an etching resist.
- a silicon wafer or the like on which a thin film such as SiO 2 is formed as a substrate is used, and the pattern forming method of the present invention is used on the substrate.
- a nano-order fine pattern is formed.
- a desired pattern can be formed on the substrate by etching using an etching gas such as hydrogen fluoride in the case of wet etching or CF 4 in the case of dry etching.
- the curable composition of the present invention has particularly good etching resistance against dry etching with a gas containing oxygen.
- polymerizable compound Ax2-1 The polymerizable compound Ax2- was synthesized in the same manner as the synthesis of the polymerizable compound Ax1-1 except that 1,3-bis (aminopropyl) tetramethyldisiloxane was used instead of polydimethylsiloxane. 1 was synthesized.
- the polymerizable compound Ax2-1 was a solid at room temperature, and the melting point was 49 ° C.
- the polymerized compound Ax4-1 was synthesized by the same method as that for the polymerizable compound Ax4-1 except that hexamethyldisiloxane was used instead of 1,3-divinyltetramethyldisiloxane.
- Ax3-1 and Ax7-1 were synthesized using the same method.
- Ax5-1 was a commercial product manufactured by Aldrich.
- Ax8-1 was synthesized from hydroxypropylmaleimide and acrylic acid chloride.
- curable compositions A1 to A12 of the present invention and the curable compositions B1 to B3 of the comparative examples were obtained by adjusting to 100 ppm (0.01% by mass) with respect to the functional compound.
- Ax2-1 49 ° C. at Ax1-1: 25 ° C.
- Ax3-1 Liquid at 25 ° C
- Ax4-1 Liquid at 25 ° C
- Ax5-1 28 ° C
- Ax6-1 Liquid at 25 ° C
- Ax7-1 Liquid at 25 ° C
- Ax8-1 Liquid at 25 ° C
- K1 2,4,6-trimethylbenzoylphenylethoxyphosphine oxide (BASF, Lucirin TPO-L)
- K2 (2-dimethylamino-2- (4methylbenzyl) -1- (4-morpholin-4-ylphenyl) butan-1-one (Irgacure 379EG, manufactured by BASF)
- R1-1 synthesized from 1,3-bis (chloropropyl) tetramethyldisiloxane and acrylic acid
- R2-1 manufactured by Gelest
- SIA0210 R3-1: made by Gelest
- SIT8725 R4-1: Triethylene glycol divinyl ether, manufactured by Aldrich
- a quartz mold having a rectangular line / space pattern (1/1) having a line width of 40 nm and a groove depth of 60 nm and having a pattern surface treated with OPTOOL DSX (manufactured by Daikin Industries) was used.
- OPTOOL DSX manufactured by Daikin Industries
- 2 ⁇ l droplets of the curable composition are arranged in a square array at intervals of 1 cm, and the above-mentioned mold is placed on this to fill the droplets with the mold. I let you.
- Curing was performed with a mercury lamp light under a nitrogen stream at an exposure amount of 500 mJ / cm 2 , and after curing, the mold was slowly peeled off to obtain a pattern.
- the obtained pattern was heated for 1 hour under conditions of 300 ° C. and 350 ° C. under nitrogen and 300 ° C. and 350 ° C. under air, respectively, and subjected to a heat resistance test.
- the pattern shape after the heat test was observed with a scanning electron microscope and evaluated as follows.
- B The pattern top was rounded, but the pattern height was 90% or more of the mold groove depth.
- C The pattern top was rounded, and the pattern height was 70% or more and less than 90% of the mold groove depth.
- D The pattern top was rounded, and the pattern height was 50% or more and less than 70% of the mold groove depth.
- E The pattern top was clearly rounded, and the pattern height was less than 50% of the mold groove depth.
- curable composition A5 of the present invention Using the curable composition A5 of the present invention and using an inkjet printer DMP-2831 manufactured by FUJIFILM Dimatics as an inkjet apparatus, a square array of 100 ⁇ m intervals at a droplet volume of 1 pl per nozzle on a silicon wafer
- the photocurable composition was discharged onto a silicon wafer treated with KBM-5103 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. while controlling the discharge timing. At this time, the temperature of the discharged cured composition was adjusted to 25 ° C.
- the viscosity at 25 ° C. of the curable composition A5 was 12 mPa ⁇ s.
- This wafer has a rectangular line / space pattern (1/1) with a line width of 25 nm and a groove depth of 40 nm, and the surface of the pattern is put on a quartz mold treated with OPTOOL DSX (manufactured by Daikin Industries) to drop droplets.
- the mold was filled. Under a nitrogen stream, a mercury lamp was used from the mold side to expose and cure at 500 mJ / cm 2 , and the mold was slowly released to obtain a pattern.
- the obtained pattern was subjected to a pattern heat resistance test by the same method as the 40 nm pattern described above, the same result as the 40 nm pattern was obtained.
- a cured film was obtained in the same manner as in the pattern heat resistance test described above except that a flat mold having no pattern was used.
- the relative dielectric constant of this cured film was measured by the mercury probe method, it was 2.8, which was suitable as a low dielectric constant material used for insulating films and the like.
- Example B A polymerizable compound and a polymerization initiator shown in the following table are mixed, and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl free radical (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) is polymerized as a polymerization inhibitor. In addition, it adjusted so that it might be set to 100 ppm (0.01 mass%) with respect to an ionic compound. The adjusted composition was filtered with a 0.1 ⁇ m tetrafluoroethylene filter to obtain a curable composition.
- a coating film of each composition was formed on a tetrafluoroethylene sheet, and cured with a mercury lamp light under nitrogen at an exposure illuminance of 10 mW / cm 2 and an exposure amount of 600 mJ / cm 2 .
- the cured film was taken out, and weight loss was observed when heated at 350 ° C. for 2 hours in air using a TGA apparatus Q500 manufactured by TA Instruments. The smaller the weight reduction rate, the better the heat resistance.
- a quartz mold having a rectangular line / space pattern (1/1) having a line width of 80 nm and a groove depth of 150 nm and having a pattern surface treated with OPTOOL DSX (manufactured by Daikin Industries) was used.
- the curable composition was applied onto a silicon substrate by a spin coating method to form a pattern forming layer having a thickness of 1.5 ⁇ m.
- the mold was placed under a nitrogen stream and cured with a mercury lamp light containing 365 nm light while pressing the mold against the composition at a pressure of 1 MPa, with an exposure illuminance of 10 mW / cm 2 and an exposure amount of 300 mJ / cm 2 .
- the mold was slowly peeled off to obtain a pattern.
- the obtained pattern was heated under air at 300 ° C. for 2 hours to conduct a heat resistance test.
- the pattern shape after the heat test was observed with a scanning electron microscope and evaluated as follows.
- D The pattern top was clearly rounded and the pattern height was low.
- Synthesis of Ax5-2 Synthesis was performed by the same method except that SIB1091 manufactured by Gelest was used instead of 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane in the synthesis of Ax4-2.
- Synthesis of Ax6-2 Synthesis was performed by the same method except that SIP6826 manufactured by Gelest was used instead of 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane in the synthesis of Ax4-2.
- B1 2,4,6-Trimethylbenzoylphenylethoxyphosphine oxide (BASF, Lucirin TPO-L)
- B2 (2-dimethylamino-2- (4 methylbenzyl) -1- (4-morpholin-4-ylphenyl) butan-1-one (Irgacure 379EG, manufactured by BASF)
- the curable composition of the present invention has excellent heat resistance and can be used in so-called Low-K materials.
- the curable composition of the present invention can maintain a good pattern even when heated at a high temperature (for example, 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher), it can be used for permanent films, particularly for insulating films and sealants. It can be preferably used for such applications.
- a high temperature for example, 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher
- it can be used for permanent films, particularly for insulating films and sealants. It can be preferably used for such applications.
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Abstract
パターン形成性および耐熱性に優れたインプリント用硬化性組成物を提供する。マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)または下記一般式(I)で表される部分構造を有する化合物(Ax-2)をインプリント用硬化性組成物に配合する。
Description
本発明は、インプリント用硬化性組成物に関する。より詳しくは、各種電子デバイス、特に、半導体集積回路、フラットスクリーン、マイクロ電気機械システム(MEMS)、センサ素子、光ディスク、高密度メモリーディスク等の磁気記録媒体、回折格子やレリーフホログラム等の光学部品、ナノデバイス、光学デバイス、フラットパネルディスプレイ製作のための光学フィルムや偏光素子、液晶ディスプレイの薄膜トランジタ、有機トランジスタ、カラーフィルタ、オーバーコート層、柱材、液晶配向用のリブ材、マイクロレンズアレイ、免疫分析チップ、DNA分離チップ、マイクロリアクター、ナノバイオデバイス、光導波路、光学フィルター、フォトニック液晶、等の作製に用いられる光照射を利用した微細パターン形成のためのインプリント用硬化性組成物に関するものである。
さらに、インプリント用途以外にも利用可能な硬化性組成物および新規化合物に関する。
さらに、インプリント用途以外にも利用可能な硬化性組成物および新規化合物に関する。
ナノインプリント法は、光ディスク製作ではよく知られているエンボス技術を発展させ、凹凸のパターンを形成した金型原器(一般的にモールド、スタンパ、テンプレートと呼ばれる)を、レジストにプレスして力学的に変形させて微細パターンを精密に転写する技術である。モールドを一度作製すれば、ナノ構造等の微細構造が簡単に繰り返して成型できるため経済的であるとともに、有害な廃棄・排出物が少ないナノ加工技術であるため、近年、さまざまな分野への応用が期待されている。
ナノインプリント法には、被加工材料として熱可塑性樹脂を用いる熱インプリント法(例えば、非特許文献1参照)と、硬化性組成物を用いる光インプリント法(例えば、非特許文献2参照)の2通りの技術が提案されている。熱ナノインプリント法の場合、ガラス転移温度以上に加熱した高分子樹脂にモールドをプレスし、冷却後にモールドを離型することで微細構造を基板上の樹脂に転写するものである。この方法は多様な樹脂材料やガラス材料にも応用可能であるため、様々な方面への応用が期待されている。例えば、特許文献1および2には、熱可塑性樹脂を用いて、ナノパターンを安価に形成するナノインプリントの方法が開示されている。
一方、透明モールドや透明基材を通して光を照射し、光ナノインプリント用硬化性組成物を光硬化させる光ナノインプリント法では、モールドのプレス時に転写される材料を加熱する必要がなく室温でのインプリントが可能になる。最近では、こ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。
このようなナノインプリント法においては、以下のような応用技術が提案されている。
第一の技術としては、成型した形状(パターン)そのものが機能を持ち、様々なナノテクノロジーの要素部品、あるいは構造部材として応用できる場合である。例としては、各種のマイクロ・ナノ光学要素や高密度の記録媒体、光学フィルム、フラットパネルディスプレイにおける構造部材、電子材料における絶縁膜などが挙げられる。第二の技術は、マイクロ構造とナノ構造との同時一体成型や、簡単な層間位置合わせにより積層構造を構築し、これをμ-TAS(Micro-Total Analysis System)やバイオチップの作製に応用しようとするものである。第3の技術としては、形成されたパターンをマスクとし、エッチング等の方法により基板を加工する用途に利用されるものである。かかる技術では高精度な位置合わせと高集積化とにより、従来のリソグラフィ技術に代わって高密度半導体集積回路の作製や、液晶ディスプレイのトランジスタへの作製、パターンドメディアと呼ばれる次世代ハードディスクの磁性体加工等に応用できる。前記の技術を始め、これらの応用に関するナノインプリント法の実用化への取り組みが近年活発化している。
第一の技術としては、成型した形状(パターン)そのものが機能を持ち、様々なナノテクノロジーの要素部品、あるいは構造部材として応用できる場合である。例としては、各種のマイクロ・ナノ光学要素や高密度の記録媒体、光学フィルム、フラットパネルディスプレイにおける構造部材、電子材料における絶縁膜などが挙げられる。第二の技術は、マイクロ構造とナノ構造との同時一体成型や、簡単な層間位置合わせにより積層構造を構築し、これをμ-TAS(Micro-Total Analysis System)やバイオチップの作製に応用しようとするものである。第3の技術としては、形成されたパターンをマスクとし、エッチング等の方法により基板を加工する用途に利用されるものである。かかる技術では高精度な位置合わせと高集積化とにより、従来のリソグラフィ技術に代わって高密度半導体集積回路の作製や、液晶ディスプレイのトランジスタへの作製、パターンドメディアと呼ばれる次世代ハードディスクの磁性体加工等に応用できる。前記の技術を始め、これらの応用に関するナノインプリント法の実用化への取り組みが近年活発化している。
ナノインプリント法の適用例として、まず、高密度半導体集積回路作製への応用例を説明する。近年、半導体集積回路は微細化、集積化が進んでおり、その微細加工を実現するためのパターン転写技術としてフォトリソグラフィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、さらなる微細化要求に対して、微細パターン解像性、装置コスト、スループットの3つを満たすのが困難となってきている。これに対し、微細なパターン形成を低コストで行うための技術としてナノインプリントリソグラフィ(光ナノインプリント法)が提案された。例えば、下記特許文献1および特許文献3にはシリコンウエハをスタンパとして用い、25nm以下の微細構造を転写により形成するナノインプリント技術が開示されている。本用途においては数十nmレベルのパターン形成性と基板加工時にマスクとして機能するための高いエッチング耐性とが要求される。
ナノインプリント法の次世代ハードディスクドライブ(HDD)作製への応用例を説明する。HDDは面記録密度を高めることで大容量化を達成してきている。しかしながら記録密度を高める際には、磁気ヘッド側面からの、いわゆる磁界広がりが問題となる。磁界広がりはヘッドを小さくしてもある値以下には小さくならないため、結果としてサイドライトと呼ばれる現象が発生してしまう。サイドライトが発生すると、記録時に隣接トラックへの書き込みが生じ、既に記録したデータを消してしまう。また、磁界広がりによって、再生時には隣接トラックからの余分な信号を読みこんでしまうなどの現象が発生する。このような問題に対し、トラック間を非磁性材料で充填し、物理的、磁気的に分離することで解決するディスクリートトラックメディアやビットパターンドメディアといった技術が提案されている。これらメディア作製において磁性体あるいは非磁性体パターンを形成する方法としてナノインプリントの応用が提案されている。本用途においても数十nmレベルのパターン形成性と基板加工時にマスクとして機能するための高いエッチング耐性とが要求される。
次に、液晶ディスプレイ(LCD)やプラズマディスプレイ(PDP)などのフラットディスプレイへのナノインプリント法の応用例について説明する。
LCD基板やPDP基板の大型化や高精細化の動向に伴い、薄膜トランジスタ(TFT)や電極板の製造時に使用する従来のフォトリソグラフィ法に代わる安価なリソグラフィとして光ナノインプリントリ法が、近年注目されている。そのため、従来のフォトリソグラフィ法で用いられるエッチングフォトレジストに代わる光硬化性レジストの開発が必要になってきている。
さらにLCDなどの構造部材としては、特許文献4および特許文献5に記載される透明保護膜材料や、特許文献5に記載されるスペーサなどに対する光ナノインプリント法の応用も検討され始めている。このような構造部材用のレジストは、前記エッチングレジストとは異なり、最終的にディスプレイ内に残るため、“永久レジスト”、あるいは“永久膜”と称されることがある。
また、液晶ディスプレイにおけるセルギャップを規定するスペーサも永久膜の一種であり、従来のフォトリソグラフィにおいては、樹脂、光重合性モノマーおよび開始剤からなる光硬化性組成物が一般的に広く用いられてきた(例えば、特許文献6参照)。スペーサは、一般には、カラーフィルタ基板上に、カラーフィルタ形成後、もしくは、前記カラーフィルタ用保護膜形成後、光硬化性組成物を塗布し、フォオトリソグラフィにより10μm~20μm程度の大きさのパターンを形成し、さらにポストベイクにより加熱硬化して形成される。
また、一般にモスアイと呼ばれる反射防止構造体の作成にもナノインプリント法を用いることができる。透明性成形品の表面に、透明性素材から成る無数の微細凹凸を光の波長以下のピッチで形成することによって、光の屈折率が厚み方向に変化するようにした反射防止構造が形成できる。このような反射防止構造体は屈折率が厚み方向に連続的に変化するため、屈折率界面が存在せず、理論的には無反射とすることができる。また、波長依存性が小さく、斜め光に対する反射防止能も高いため、多層反射防止膜よりも優れた反射防止性能を備えたものとなる。
LCD基板やPDP基板の大型化や高精細化の動向に伴い、薄膜トランジスタ(TFT)や電極板の製造時に使用する従来のフォトリソグラフィ法に代わる安価なリソグラフィとして光ナノインプリントリ法が、近年注目されている。そのため、従来のフォトリソグラフィ法で用いられるエッチングフォトレジストに代わる光硬化性レジストの開発が必要になってきている。
さらにLCDなどの構造部材としては、特許文献4および特許文献5に記載される透明保護膜材料や、特許文献5に記載されるスペーサなどに対する光ナノインプリント法の応用も検討され始めている。このような構造部材用のレジストは、前記エッチングレジストとは異なり、最終的にディスプレイ内に残るため、“永久レジスト”、あるいは“永久膜”と称されることがある。
また、液晶ディスプレイにおけるセルギャップを規定するスペーサも永久膜の一種であり、従来のフォトリソグラフィにおいては、樹脂、光重合性モノマーおよび開始剤からなる光硬化性組成物が一般的に広く用いられてきた(例えば、特許文献6参照)。スペーサは、一般には、カラーフィルタ基板上に、カラーフィルタ形成後、もしくは、前記カラーフィルタ用保護膜形成後、光硬化性組成物を塗布し、フォオトリソグラフィにより10μm~20μm程度の大きさのパターンを形成し、さらにポストベイクにより加熱硬化して形成される。
また、一般にモスアイと呼ばれる反射防止構造体の作成にもナノインプリント法を用いることができる。透明性成形品の表面に、透明性素材から成る無数の微細凹凸を光の波長以下のピッチで形成することによって、光の屈折率が厚み方向に変化するようにした反射防止構造が形成できる。このような反射防止構造体は屈折率が厚み方向に連続的に変化するため、屈折率界面が存在せず、理論的には無反射とすることができる。また、波長依存性が小さく、斜め光に対する反射防止能も高いため、多層反射防止膜よりも優れた反射防止性能を備えたものとなる。
さらに、マイクロ電気機械システム(MEMS)、センサ素子、回折格子やレリーフホログラム等の光学部品、ナノデバイス、光学デバイス、フラットパネルディスプレイ製作のための光学フィルムや偏光素子、液晶ディスプレイの薄膜トランジタ、有機トランジスタ、カラーフィルタ、オーバーコート層、柱材、液晶配向用のリブ材、マイクロレンズアレイ、免疫分析チップ、DNA分離チップ、マイクロリアクター、ナノバイオデバイス、光導波路、光学フィルター、フォトニック液晶などの永久膜形成用途においてもナノインプリントリソグラフィは有用である。
これら永久膜用途においては、形成されたパターンが最終的に製品に残るため、耐熱性、耐光性、耐溶剤性、耐擦傷性、外部圧力に対する高い機械的特性、硬度など主に膜の耐久性や強度に関する性能が要求される。
このように従来フォトリソグラフィ法で形成されていたパターンのほとんどがナノインプリントで形成可能であり、安価に微細パターンが形成できる技術として注目されている。例えば、特許文献7~9等が知られる。
これら永久膜用途においては、形成されたパターンが最終的に製品に残るため、耐熱性、耐光性、耐溶剤性、耐擦傷性、外部圧力に対する高い機械的特性、硬度など主に膜の耐久性や強度に関する性能が要求される。
このように従来フォトリソグラフィ法で形成されていたパターンのほとんどがナノインプリントで形成可能であり、安価に微細パターンが形成できる技術として注目されている。例えば、特許文献7~9等が知られる。
ナノインプリントを産業に利用する上では、良好なパターン形成性が要求されるが、さらに得られたパターンを利用する際にはパターンの耐久性(例えば耐熱性、耐侯性)が要求されるが、従来用いられてきたインプリント用硬化組成物では100nm以下の微細パターン形成性を有するものは知られているが、さらに耐熱性(例えば、250℃以上、さらには300℃以上)、特に、空気下での耐熱性を両立するものはなかった。
S.Chou et al.:Appl.Phys.Lett.Vol.67,3114(1995)
M.Colbun et al,:Proc.SPIE,Vol. 3676,379 (1999)
本発明の目的は、上記課題を解決することを目的とするものであって、空気下で高温で加熱しても良好なパターンが維持可能なインプリント用硬化性組成物を提供することを目的とする。
上記課題のもと、本願発明者が鋭意検討を行った結果、下記手段<1>により、好ましくは、下記<2>~<34>により解決されることを見出した。
<1>マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)を含有するインプリント用硬化性組成物。
<2>マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)が、マレイミド構造を2つ以上有するか、または、マレイミド基と、マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する化合物である、<1>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<3>重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子を有する、<1>または<2>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<4>重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子を有し、該シリコン原子は重合性化合物の(Ax-1)の鎖状構造中に含まれる、<1>または<2>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<5>重合性化合物(Ax-1)が分子中にエステル基を含有しない、<1>~<4>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<6>重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子と酸素原子が結合した構造を有する、<1>~<5>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<7>重合性化合物(Ax-1)が、マレイミド基に含まれるヘテロ原子と、シリコン原子に結合している酸素原子以外のヘテロ原子を有さない、<1>~<6>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<8>重合性化合物(Ax-1)の分子量が200~500である、<1>~<7>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<9>さらに光重合開始剤(B)を含有する、<1>~<8>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<10>重合性基がシリコン原子に結合したビニル基である、<1>~<9>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<11>上記重合性化合物(Ax-1)が一般式(Ax-15)で表される、<1>~<10>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(Ax-15)
(一般式(Ax-15)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12~R14は、それぞれ、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。)
<12>上記重合性化合物(Ax-1)が一般式(Ax-16)で表される、<1>~<10>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(Ax-16)
(一般式(Ax-16)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12は、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。xは0~2の整数であり、yは1~3の整数であり、x+y=3である。)
<13>下記一般式(I)で表される部分構造を有する化合物(Ax-2)、および、光重合開始剤(B)を含有するインプリント用硬化組成物。
一般式(I)
(一般式(I)中、Rxはアルキル基またはアリール基を示す。mは1~3の整数であり、nは0~2の整数である。但し、m+n=3である。)
<14>上記Rxがメチル基である、<13>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<15>化合物(Ax-2)が、下記一般式(II)で表される部分構造を有する、<13>または<14>に記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(II)
<16>化合物(Ax-2)が2個以上のシリコン原子を含む、<13>~<15>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<17>化合物(Ax-2)がシリコン原子-酸素原子-シリコン原子で表される部分構造を含む、<13>~<16>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<18>化合物(Ax-2)が(メタ)アクリロイルオキシ基を含む、<13>~<17>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<19>化合物(Ax-2)が一般式(I)で表される部分構造を2つ以上有する、<13>~<18>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<20>化合物(Ax-2)が一般式(III)または一般式(IV)で表される化合物である、<13>~<19>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(III)
(一般式(III)中、Rは、それぞれ、メチル基または-O-Si(CH3)2-CH=CH2を表し、Rの少なくとも1つは、-O-Si(CH3)2-CH=CH2である。)
一般式(IV)
(一般式(IV)中、Rは、それぞれ、メチル基または-O-Si(CH3)2-CH=CH2であり、Rの少なくとも1つは、-O-Si(CH3)2-CH=CH2である。Ryはn1価の連結基を表す。n1は2~6の整数を表す。)
<21>化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物を含有する、<13>~<20>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<22>化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物が、(メタ)アクリレートである、<21>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<23>化合物(Ax-2)が、溶剤を除く全成分の30~99質量%の割合で含まれる、<13>~<22>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<24><1>~<23>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物を用いることを特徴とする、パターン形成方法。
<25><1>~<23>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物を基材上に適応してパターン形成層を形成する工程と、
上記パターン形成層表面にモールドを圧接する工程と、
上記パターン形成層に光を照射する工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
<26><24>または<25>に記載のパターン形成方法によって得られたパターン。
<27><26>に記載のパターンを含む電子デバイス。
<28><24>または<25>に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
<29>一般式(Ax-15)で表される重合性化合物を含有する硬化性組成物。
一般式(Ax-15)
(一般式(Ax-15)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12~R14は、それぞれ、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。)
<30>一般式(Ax-16)で表される重合性化合物を含有する硬化性組成物。
一般式(Ax-16)
(一般式(Ax-16)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12は、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。xは0~2の整数であり、yは1~3の整数であり、x+y=3である。)
<31>一般式(Ax-15)で表される重合性化合物。
一般式(Ax-15)
(一般式(Ax-15)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12~R14は、それぞれ、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。)
<32>一般式(Ax-16)で表される重合性化合物。
一般式(Ax-16)
(一般式(Ax-16)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12は、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。xは0~2の整数であり、yは1~3の整数であり、x+y=3である。)
<33>下記一般式(IV)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基を2~6個有する化合物を含有する硬化性組成物。
一般式(IV)
(一般式(IV)中、Rは、それぞれ、メチル基または-O-Si(CH3)2-CH=CH2であり、Rの少なくとも1つは、-O-Si(CH3)2-CH=CH2である。Ryはn1価の連結基を表す。n1は2~6を表す。)
<34>下記一般式(IV)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基を2~6個有する化合物。
一般式(IV)
(一般式(IV)中、Rは、それぞれ、メチル基または-O-Si(CH3)2-CH=CH2であり、Rの少なくとも1つは、-O-Si(CH3)2-CH=CH2である。Ryはn1価の連結基を表す。n1は2~6を表す。)
<1>マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)を含有するインプリント用硬化性組成物。
<2>マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)が、マレイミド構造を2つ以上有するか、または、マレイミド基と、マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する化合物である、<1>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<3>重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子を有する、<1>または<2>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<4>重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子を有し、該シリコン原子は重合性化合物の(Ax-1)の鎖状構造中に含まれる、<1>または<2>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<5>重合性化合物(Ax-1)が分子中にエステル基を含有しない、<1>~<4>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<6>重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子と酸素原子が結合した構造を有する、<1>~<5>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<7>重合性化合物(Ax-1)が、マレイミド基に含まれるヘテロ原子と、シリコン原子に結合している酸素原子以外のヘテロ原子を有さない、<1>~<6>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<8>重合性化合物(Ax-1)の分子量が200~500である、<1>~<7>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<9>さらに光重合開始剤(B)を含有する、<1>~<8>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<10>重合性基がシリコン原子に結合したビニル基である、<1>~<9>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<11>上記重合性化合物(Ax-1)が一般式(Ax-15)で表される、<1>~<10>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(Ax-15)
<12>上記重合性化合物(Ax-1)が一般式(Ax-16)で表される、<1>~<10>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(Ax-16)
<13>下記一般式(I)で表される部分構造を有する化合物(Ax-2)、および、光重合開始剤(B)を含有するインプリント用硬化組成物。
一般式(I)
<14>上記Rxがメチル基である、<13>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<15>化合物(Ax-2)が、下記一般式(II)で表される部分構造を有する、<13>または<14>に記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(II)
<17>化合物(Ax-2)がシリコン原子-酸素原子-シリコン原子で表される部分構造を含む、<13>~<16>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<18>化合物(Ax-2)が(メタ)アクリロイルオキシ基を含む、<13>~<17>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<19>化合物(Ax-2)が一般式(I)で表される部分構造を2つ以上有する、<13>~<18>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<20>化合物(Ax-2)が一般式(III)または一般式(IV)で表される化合物である、<13>~<19>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
一般式(III)
一般式(IV)
<21>化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物を含有する、<13>~<20>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<22>化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物が、(メタ)アクリレートである、<21>に記載のインプリント用硬化性組成物。
<23>化合物(Ax-2)が、溶剤を除く全成分の30~99質量%の割合で含まれる、<13>~<22>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物。
<24><1>~<23>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物を用いることを特徴とする、パターン形成方法。
<25><1>~<23>のいずれかに記載のインプリント用硬化性組成物を基材上に適応してパターン形成層を形成する工程と、
上記パターン形成層表面にモールドを圧接する工程と、
上記パターン形成層に光を照射する工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
<26><24>または<25>に記載のパターン形成方法によって得られたパターン。
<27><26>に記載のパターンを含む電子デバイス。
<28><24>または<25>に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
<29>一般式(Ax-15)で表される重合性化合物を含有する硬化性組成物。
一般式(Ax-15)
<30>一般式(Ax-16)で表される重合性化合物を含有する硬化性組成物。
一般式(Ax-16)
<31>一般式(Ax-15)で表される重合性化合物。
一般式(Ax-15)
<32>一般式(Ax-16)で表される重合性化合物。
一般式(Ax-16)
<33>下記一般式(IV)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基を2~6個有する化合物を含有する硬化性組成物。
一般式(IV)
<34>下記一般式(IV)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基を2~6個有する化合物。
一般式(IV)
本発明の組成物をインプリント用硬化組成物として用いると、空気下で、高温で加熱しても良好なパターンが維持可能なインプリント用硬化性組成物を提供することが可能になった。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
なお、本明細書中において、“(メタ)アクリレート”はアクリレートおよびメタクリレートを表し、“(メタ)アクリル”はアクリルおよびメタクリルを表し、“(メタ)アクリロイル”はアクリロイルおよびメタクリロイルを表す。また、本明細書中において、“単量体”と“モノマー”とは同義である。本発明における単量体は、オリゴマーおよびポリマーと区別され、重量平均分子量が2,000以下の化合物をいう。
なお、本発明でいう“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(ナノインプリント)のパターン転写をいう。 尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
なお、本発明でいう“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(ナノインプリント)のパターン転写をいう。 尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
[本発明のインプリント用硬化性組成物]
本発明のインプリント用硬化性組成物の第一の実施形態は、マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)を含有する。マレイミド化合物は重合開始剤なしでも光硬化可能であるが、好ましくは光重合開始剤(B)を含有する。その他、各種特性を向上させるために他の成分が任意に添加される。
本発明のインプリント用硬化性組成物の第一の実施形態は、マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)を含有する。マレイミド化合物は重合開始剤なしでも光硬化可能であるが、好ましくは光重合開始剤(B)を含有する。その他、各種特性を向上させるために他の成分が任意に添加される。
マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)
マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)としてはマレイミド構造を有していればいずれのものも用いることができるが、重合性基を2つ以上有する多官能の重合性化合物が好ましく、より好ましくはマレイミド構造を2つ以上有するか、または、マレイミド基およびマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する化合物である。このような構造とすることでインプリントによって形成されたパターンの耐熱性が向上する。マレイミド構造を2つ以上有する場合、好ましいマレイミド基の数は結晶化抑制の観点から2~4であり、より好ましくは2または3であり、さらに好ましくは2である。
マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基とは、例えばエステル基と結合した炭素-炭素多重結合を有する(メタ)アクリレートのような構造を有さないという意味である。マレイミド基以外の重合性基としてはマレイミド基と共重合する重合性基でも、マレイミド基と共重合しない重合性基でもよいが、マレイミド基と共重合する重合性基が好ましい。マレイミド基以外の重合性基としては、エステル基と結合していない炭素-炭素多重結合(例えば、ビニル基、アリル基、シクロヘキセニル基、ビニルエーテル基、スチリル基)、エポキシ基、オキセタニル基が好ましく、エステル基と結合していない炭素-炭素多重結合がより好ましい。
さらに、本発明で用いる重合性化合物(Ax-1)は、パターンの耐熱性向上の観点から、分子中にエステル基を有さないことが好ましい。
マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)としてはマレイミド構造を有していればいずれのものも用いることができるが、重合性基を2つ以上有する多官能の重合性化合物が好ましく、より好ましくはマレイミド構造を2つ以上有するか、または、マレイミド基およびマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する化合物である。このような構造とすることでインプリントによって形成されたパターンの耐熱性が向上する。マレイミド構造を2つ以上有する場合、好ましいマレイミド基の数は結晶化抑制の観点から2~4であり、より好ましくは2または3であり、さらに好ましくは2である。
マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基とは、例えばエステル基と結合した炭素-炭素多重結合を有する(メタ)アクリレートのような構造を有さないという意味である。マレイミド基以外の重合性基としてはマレイミド基と共重合する重合性基でも、マレイミド基と共重合しない重合性基でもよいが、マレイミド基と共重合する重合性基が好ましい。マレイミド基以外の重合性基としては、エステル基と結合していない炭素-炭素多重結合(例えば、ビニル基、アリル基、シクロヘキセニル基、ビニルエーテル基、スチリル基)、エポキシ基、オキセタニル基が好ましく、エステル基と結合していない炭素-炭素多重結合がより好ましい。
さらに、本発明で用いる重合性化合物(Ax-1)は、パターンの耐熱性向上の観点から、分子中にエステル基を有さないことが好ましい。
重合性化合物(Ax-1)はさらに耐熱性向上の観点からシリコン原子を有していることが好ましい。結晶化抑制の観点からシリコン原子は直鎖または分岐の鎖状構造中に有していることが好ましい。ここで、鎖状構造とは、環状構造に対する用語であり、シリコン原子を鎖状構造中に有しているとは、シリコン原子が環状構造を形成する構成原子ではないことをいう。本発明では、シリコン原子が、環状構造の置換基にも含まれないことが好ましい。
重合性化合物(Ax-1)中のシリコン原子の数としては1~20個が好ましく、2~15個がより好ましく、2~12個がさらに好ましい。また、パターンの耐熱性向上の観点から、シリコン原子と酸素原子が結合した構造を有することが好ましく、Si-O-Si結合を有していることがさらに好ましい。
また、重合性化合物(Ax-1)は、経時安定性の観点からSi-O-C結合を有さないことが好ましい。さらに、重合性化合物(Ax-1)は、マレイミド基に含まれるヘテロ原子とシリコン原子に結合している酸素原子以外のヘテロ原子を有さないことがより好ましい。
ハロゲン原子は耐熱性の観点および加熱により腐食性ガスを発生し、装置を腐食するため重合性化合物(Ax)はハロゲン原子を含まないことが好ましい。
本発明で用いる重合性化合物(Ax-1)は、マレイミド基と、水素原子、炭素原子、酸素原子およびケイ素原子のみからなることが好ましい。
重合性化合物(Ax-1)の分子量としては100~2000が好ましく、150~700がより好ましく、200~500がさらに好ましい。分子量を適性な範囲とすることで粘度を低くしつつ揮発を抑制でき、パターニング性が向上する。
重合性化合物(Ax-1)中のシリコン原子の数としては1~20個が好ましく、2~15個がより好ましく、2~12個がさらに好ましい。また、パターンの耐熱性向上の観点から、シリコン原子と酸素原子が結合した構造を有することが好ましく、Si-O-Si結合を有していることがさらに好ましい。
また、重合性化合物(Ax-1)は、経時安定性の観点からSi-O-C結合を有さないことが好ましい。さらに、重合性化合物(Ax-1)は、マレイミド基に含まれるヘテロ原子とシリコン原子に結合している酸素原子以外のヘテロ原子を有さないことがより好ましい。
ハロゲン原子は耐熱性の観点および加熱により腐食性ガスを発生し、装置を腐食するため重合性化合物(Ax)はハロゲン原子を含まないことが好ましい。
本発明で用いる重合性化合物(Ax-1)は、マレイミド基と、水素原子、炭素原子、酸素原子およびケイ素原子のみからなることが好ましい。
重合性化合物(Ax-1)の分子量としては100~2000が好ましく、150~700がより好ましく、200~500がさらに好ましい。分子量を適性な範囲とすることで粘度を低くしつつ揮発を抑制でき、パターニング性が向上する。
マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)は他の成分との相溶性、塗布時の欠陥抑制の観点から融点が100℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましく、25℃において液体であることがさらに好ましい。
重合性化合物(Ax-1)として、好ましくは下記一般式(Ax-11)または(Ax-12)で表される化合物である。
一般式(Ax-11)
(一般式(Ax-11)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、Rxは鎖中にヘテロ原子を含む連結基を有していてもよいアルキル基、アリール基、アラルキル基である。アルキル基、アリール基およびアラルキル基は置換基を有していてもよい。)
RaおよびRbは、それぞれ、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ、水素原子またはメチル基である。
Rxは、置換基としてマレイミド基以外の重合性基を有していてもよく、Rx上にマレイミド基以外の重合性基を有していることが好ましい。重合性基を有している場合、ビニル基が好ましい。
Rxとしてのアルキル基は、好ましくは炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキル基であり、無置換の炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキル基であることがより好ましい。
ヘテロ原子を含む連結基としては、-O-または-CO-、ならびにこれらの組み合わせからなる基が例示される。
Rxとしてのアリール基は、フェニル基が好ましい。アリール基は、好ましくは芳香環に置換基を有する。置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が好ましく、アルキル基が好ましい。これらの置換基の炭素数は、好ましくは1~10である。
Rxとしてのアラルキル基は、好ましくは芳香環に置換基を有するアリール基である。芳香環はベンゼン環が好ましい。アラルキル基の炭素数は、7~20が好ましい。
Rxは25℃において液体とする観点から炭素数3以上のアルキル基または炭素数3以上のアルキレン基を有していることが好ましい。
一般式(Ax-11)
RaおよびRbは、それぞれ、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ、水素原子またはメチル基である。
Rxは、置換基としてマレイミド基以外の重合性基を有していてもよく、Rx上にマレイミド基以外の重合性基を有していることが好ましい。重合性基を有している場合、ビニル基が好ましい。
Rxとしてのアルキル基は、好ましくは炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキル基であり、無置換の炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキル基であることがより好ましい。
ヘテロ原子を含む連結基としては、-O-または-CO-、ならびにこれらの組み合わせからなる基が例示される。
Rxとしてのアリール基は、フェニル基が好ましい。アリール基は、好ましくは芳香環に置換基を有する。置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が好ましく、アルキル基が好ましい。これらの置換基の炭素数は、好ましくは1~10である。
Rxとしてのアラルキル基は、好ましくは芳香環に置換基を有するアリール基である。芳香環はベンゼン環が好ましい。アラルキル基の炭素数は、7~20が好ましい。
Rxは25℃において液体とする観点から炭素数3以上のアルキル基または炭素数3以上のアルキレン基を有していることが好ましい。
一般式(Ax-12)
(一般式(Ax-12)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、Ryはアルキレン基もしくはアリーレン基、または、これらを組み合わせた基であり、ヘテロ原子を有する連結基で結合されていてもよい。アルキル基およびアリーレン基は置換基を有していてもよい。)
RaおよびRbは、それぞれ、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ、水素原子またはメチル基である。
Ry中にマレイミド基以外の重合性基を有していてもよい。重合性基を有している場合、ビニル基が好ましい。
Ryとしてのアルキレン基は、炭素数1~300のアルキレン基であることが好ましい。
ヘテロ原子を含む連結基としては、-O-または-CO-、ならびにこれらの組み合わせからなる基が例示される。
Ryとしてのアリーレン基は、フェニレン基が好ましい。
Ryは25℃において液体とする観点から炭素数3以上のアルキル基または炭素数3以上のアルキレン基を有していることが好ましい。
一般式(Ax-11)または(Ax-12)で表される化合物の具体例を以下に例示する。
Ra、Rbは前述と同義であり、好ましくは水素原子である。下記式中、n1は2~10が好ましく、n2は1~10が好ましく、n3は6~20が好ましく、n4は1~10が好ましい。
RaおよびRbは、それぞれ、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ、水素原子またはメチル基である。
Ry中にマレイミド基以外の重合性基を有していてもよい。重合性基を有している場合、ビニル基が好ましい。
Ryとしてのアルキレン基は、炭素数1~300のアルキレン基であることが好ましい。
ヘテロ原子を含む連結基としては、-O-または-CO-、ならびにこれらの組み合わせからなる基が例示される。
Ryとしてのアリーレン基は、フェニレン基が好ましい。
Ryは25℃において液体とする観点から炭素数3以上のアルキル基または炭素数3以上のアルキレン基を有していることが好ましい。
一般式(Ax-11)または(Ax-12)で表される化合物の具体例を以下に例示する。
Ra、Rbは前述と同義であり、好ましくは水素原子である。下記式中、n1は2~10が好ましく、n2は1~10が好ましく、n3は6~20が好ましく、n4は1~10が好ましい。
重合性化合物(Ax-1)の他の好ましい化合物として、シリコン原子を含有する化合物が挙げられる。シリコン原子を含有する化合物として、下記一般式(Ax-13)で表される化合物が好ましく、下記一般式(Ax-14)で表される化合物がより好ましい。
一般式(Ax-13)
(一般式(Ax-13)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R1は連結基を表し、R2~R4は、それぞれ、水素原子または置換基を表す。)
RaおよびRbは、それぞれ、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ、水素原子またはメチル基である。
R1は、好ましくはアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1~4のアルキレン基である。
R2~R4は、それぞれ、好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、マレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、さらに好ましくは少なくとも1つがマレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、残りが水素原子または置換基である。この場合の置換基としては、アルキル基またはアリール基が挙げられる。マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基としては、上述と同義であり、好ましい範囲も同義である。
R2~R4は、それぞれ、炭素数が1~8であることが好ましく、炭素数が1~6であることがより好ましい。
R2~R4のうち少なくとも1つがビニル基であることが好ましい。
一般式(Ax-13)
RaおよびRbは、それぞれ、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ、水素原子またはメチル基である。
R1は、好ましくはアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1~4のアルキレン基である。
R2~R4は、それぞれ、好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、マレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、さらに好ましくは少なくとも1つがマレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、残りが水素原子または置換基である。この場合の置換基としては、アルキル基またはアリール基が挙げられる。マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基としては、上述と同義であり、好ましい範囲も同義である。
R2~R4は、それぞれ、炭素数が1~8であることが好ましく、炭素数が1~6であることがより好ましい。
R2~R4のうち少なくとも1つがビニル基であることが好ましい。
一般式(Ax-14)
(一般式(Ax-14)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R1は連結基を表し、R2~R7は、それぞれ、水素原子または置換基を表す。)
R1は、好ましくはアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1~4のアルキレン基である。
R2~R7は、それぞれ、好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、マレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、さらに好ましくは少なくとも1つがマレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、残りが水素原子または置換基である。この場合の置換基としては、アルキル基またはアリール基が挙げられる。マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基としては、上述と同義であり、好ましい範囲も同義である。
R2~R7は、それぞれ、炭素数が1~8であることが好ましく、炭素数が1~6であることがより好ましい。
R2~R7のうち少なくとも1つがビニル基であることが好ましい。
R1は、好ましくはアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1~4のアルキレン基である。
R2~R7は、それぞれ、好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、マレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、さらに好ましくは少なくとも1つがマレイミド基を含む残基、またはマレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する基であり、残りが水素原子または置換基である。この場合の置換基としては、アルキル基またはアリール基が挙げられる。マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基としては、上述と同義であり、好ましい範囲も同義である。
R2~R7は、それぞれ、炭素数が1~8であることが好ましく、炭素数が1~6であることがより好ましい。
R2~R7のうち少なくとも1つがビニル基であることが好ましい。
重合性化合物(Ax-1)として、下記一般式(Ax-15)で表される化合物がさらに好ましく、一般式(Ax-16)で表される化合物が特に好ましい。
一般式(Ax-15)
(一般式(Ax-15)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12~R14は、それぞれ、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。)
R11は、アルキレン基またはアリーレン基が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基またはフェニレン基がより好ましい。
R12~R14としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R12~R14としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
一般式(Ax-15)
R11は、アルキレン基またはアリーレン基が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基またはフェニレン基がより好ましい。
R12~R14としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R12~R14としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
一般式(Ax-16)
(一般式(Ax-16)中、RaおよびRbは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を表し、R11はヘテロ原子を有さない連結基を表し、R12は、アルキル基、アリール基、ビニル基、または-O-Si(R15)(R16)(R17)で表される基である。R15~R17は、それぞれ、アルキル基、アリール基またはビニル基である。xは0~2の整数であり、yは1~3の整数であり、x+y=3である。)
R11は、アルキレン基またはアリーレン基が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基またはフェニレン基がより好ましい。
R12としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R12としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
R11は、アルキレン基またはアリーレン基が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基またはフェニレン基がより好ましい。
R12としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R12としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアルキル基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R15、R16、およびR17としてのアリール基は、フェニル基が好ましい。
本発明で用いられる重合性化合物(Ax-1)は公知の方法により合成できる。例えば、下記SCHEME1で表すように、無水マレイン酸とアミン化合物を反応させ、マレイミド構造を形成する方法が挙げられる。また、SCHEME2で表すように、アリルマレイミドとシラン化合物を反応させることによって、シリコン原子を有するマレイミド化合物が合成することもできる。
本発明の組成物中における、重合性化合物(Ax-1)の含有量としては、溶剤を除く全成分に対して30~100質量%が好ましく、50~99質量%がより好ましく、70~98質量%がさらに好ましい。全重合性化合物中の重合性化合物(Ax-1)の含有量としては、40~100質量%が好ましく、60~100質量%がより好ましく、80~100質量%がさらに好ましい。さらに、他の重合性化合物を含む場合、これらの化合物は、後述する一般式(A1)で表される部分構造を有する化合物であることが好ましく、重合性化合物(Ax-1)と後述する一般式(A1)で表される部分構造を有する化合物の合計量が全重合性化合物の80質量%以上を占めることが好ましく、90質量%以上を占めることがより好ましく。98質量%以上占めることが更に好ましい。
他の重合性化合物(A-1)
本発明の硬化性組成物は重合性化合物(Ax-1)の他に重合性化合物(A-1)を含有していても良い。
他の重合性化合物(A-1)としては、重合性化合物(Ax-1)と重合可能な化合物、すなわち重合性化合物(Ax-1)が有するマレイミド基または他の重合性基と重合できる重合性基を有する化合物が好ましい。他の重合性化合物(A-1)が有する重合性基としては、ラジカル重合性基が好ましく、エステル基と結合していない炭素-炭素多重結合(例えばビニル基、アリル基、シクロヘキセニル基、ビニルエーテル基、スチリル基、エチニル基)、(メタ)アクリレート基を有する化合物が好ましく、ビニル基、ビニルエーテル基、(メタ)アクリレート基を有する化合物がさらに好ましい。
重合性化合物(A-1)は重合性基を1~6個有する化合物が好ましく、2~4個有する化合物がより好ましい。分子内に2種以上の重合性基を有していてもよい。
パターン耐熱性向上の観点から、他の重合性化合物(A-1)はシリコン原子を有していることが好ましい。
他の重合性化合物(A-1)としては下記一般式(A1)で表される部分構造を有する化合物が好ましい。
一般式(A1)
(一般式(A1)中、Rx1はアルキル基またはアリール基を表す。m1は0~2の整数を表し、m2は1~3を表す。但し、m+n=3である。m1が2以上のとき、Rx1はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
本発明の硬化性組成物は重合性化合物(Ax-1)の他に重合性化合物(A-1)を含有していても良い。
他の重合性化合物(A-1)としては、重合性化合物(Ax-1)と重合可能な化合物、すなわち重合性化合物(Ax-1)が有するマレイミド基または他の重合性基と重合できる重合性基を有する化合物が好ましい。他の重合性化合物(A-1)が有する重合性基としては、ラジカル重合性基が好ましく、エステル基と結合していない炭素-炭素多重結合(例えばビニル基、アリル基、シクロヘキセニル基、ビニルエーテル基、スチリル基、エチニル基)、(メタ)アクリレート基を有する化合物が好ましく、ビニル基、ビニルエーテル基、(メタ)アクリレート基を有する化合物がさらに好ましい。
重合性化合物(A-1)は重合性基を1~6個有する化合物が好ましく、2~4個有する化合物がより好ましい。分子内に2種以上の重合性基を有していてもよい。
パターン耐熱性向上の観点から、他の重合性化合物(A-1)はシリコン原子を有していることが好ましい。
他の重合性化合物(A-1)としては下記一般式(A1)で表される部分構造を有する化合物が好ましい。
一般式(A1)
Rx1におけるアルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基がさらに好ましい。
Rxにおけるアリール基としては、フェニル基またはナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基上に置換基を有していてもよいが、有していないほうが好ましい。
m1は0~2の整数を表し、好ましくは2である。m2は1~3の整数を表し、好ましくは1である。
一般式(A1)の部分構造は波線部で他の置換基と結合する。ただし、シリコン原子上の置換基として、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、水酸基を有さないことが経時安定性の観点から好ましい。このようなシリコン原子としては、例えば、シランカップリング剤を除く趣旨である。
一般式(A1)で表される部分構造を有する化合物としては、下記に表す化合物が例示される。
Rxにおけるアリール基としては、フェニル基またはナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基上に置換基を有していてもよいが、有していないほうが好ましい。
m1は0~2の整数を表し、好ましくは2である。m2は1~3の整数を表し、好ましくは1である。
一般式(A1)の部分構造は波線部で他の置換基と結合する。ただし、シリコン原子上の置換基として、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、水酸基を有さないことが経時安定性の観点から好ましい。このようなシリコン原子としては、例えば、シランカップリング剤を除く趣旨である。
一般式(A1)で表される部分構造を有する化合物としては、下記に表す化合物が例示される。
さらに本発明では、他の重合性化合物を含んでいてもよく、ビニルエーテル基を有する他の重合性化合物が好ましい。このような化合物としては、公知のものを適宜選択することができ、例えば、2-エチルヘキシルビニルエーテル、ブタンジオール-1,4-ジビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2-プロパンジオールジビニルエーテル、1,3-プロパンジオールジビニルエーテル、1,3-ブタンジオールジビニルエーテル、1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、トリメチロールエタントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールジビニルエーテル、ペンタエリスリトール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、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、エチレングリコールジエチレンビニルエーテル、トリエチレングリコールジエチレンビニルエーテル、エチレングリコールジプロピレンビニルエーテル、トリエチレングリコールジエチレンビニルエーテル、トリメチロールプロパントリエチレンビニルエーテル、トリメチロールプロパンジエチレンビニルエーテル、ペンタエリスリトールジエチレンビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリエチレンビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラエチレンビニルエーテル、1,1,1-トリス〔4-(2-ビニロキシエトキシ)フェニル〕エタン、ビスフェノールAジビニロキシエチルエーテル等が挙げられる。
(メタ)アクリル基を有する重合性化合物としては、(メタ)アクリル基を1~6個有する化合物が好ましく、粘度、硬化性の観点から(メタ)アクリル基を2~3個有する化合物がより好ましい。
(メタ)アクリル基を1個有する重合性不飽和単量体(1官能の重合性不飽和単量体)としては具体的に、2-アクリロイロキシエチルフタレート、2-アクリロイロキシ2-ヒドロキシエチルフタレート、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタレート、2-アクリロイロキシプロピルフタレート、2-エチル-2-ブチルプロパンジオールアクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルカルビトール(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、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-メトキシエチル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、アクリル酸ダイマー、ベンジル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチルメチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチルエチル(メタ)アクリレート、ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性(以下「EO」という。)クレゾール(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシ化フェニル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロヘンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、1-アダマンチルメチル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール(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、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールベンゾエート(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、エピクロロヒドリン(以下「ECH」という)変性フェノキシアクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシテトラ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(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、EO変性コハク酸(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、EO変性トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、トリドデシル(メタ)アクリレートが例示される。
(メタ)アクリル基を1個有する重合性不飽和単量体(1官能の重合性不飽和単量体)としては具体的に、2-アクリロイロキシエチルフタレート、2-アクリロイロキシ2-ヒドロキシエチルフタレート、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタレート、2-アクリロイロキシプロピルフタレート、2-エチル-2-ブチルプロパンジオールアクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルカルビトール(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、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-メトキシエチル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、アクリル酸ダイマー、ベンジル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチルメチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチルエチル(メタ)アクリレート、ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性(以下「EO」という。)クレゾール(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシ化フェニル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロヘンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、1-アダマンチルメチル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール(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、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールベンゾエート(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、エピクロロヒドリン(以下「ECH」という)変性フェノキシアクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシテトラ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(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、EO変性コハク酸(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、EO変性トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、トリドデシル(メタ)アクリレートが例示される。
(メタ)アクリル基を2個有する多官能重合性不飽和単量体を用いることも好ましい。
本発明で好ましく用いることのできる(メタ)アクリル基を2個有する2官能重合性不飽和単量体の例としては、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジ(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリル化イソシアヌレート、1,3-ブチレングリコールジ(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、EO変性1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ECH変性1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、アリロキシポリエチレングリコールアクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、ECH変性ヘキサヒドロフタル酸ジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(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、EO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロピレンオキシド(以後「PO」という。)変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコール、ステアリン酸変性ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ECH変性フタル酸ジ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリエステル(ジ)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、ECH変性プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、シリコーンジ(メタ)アクリレート、トリ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、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、EO変性トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリグリセロールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルエチレン尿素、ジビニルプロピレン尿素が例示される。
本発明で好ましく用いることのできる(メタ)アクリル基を2個有する2官能重合性不飽和単量体の例としては、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジ(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリル化イソシアヌレート、1,3-ブチレングリコールジ(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、EO変性1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ECH変性1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、アリロキシポリエチレングリコールアクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、ECH変性ヘキサヒドロフタル酸ジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(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、EO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロピレンオキシド(以後「PO」という。)変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコール、ステアリン酸変性ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ECH変性フタル酸ジ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリエステル(ジ)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、ECH変性プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、シリコーンジ(メタ)アクリレート、トリ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、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、EO変性トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリグリセロールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルエチレン尿素、ジビニルプロピレン尿素が例示される。
これらの中で特に、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(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、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(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、ジシクロペンタンジメタノールジ(メタ)アクリレート、p-またはm-キシリレンジ(メタ)アクリレート等が本発明に好適に用いられる。
(メタ)アクリル基を3個以上有する多官能重合性不飽和単量体の例としては、ECH変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、EO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、PO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性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、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、アルキル変性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ポリ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらの中で特に、EO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、PO変性グリセロールトリ(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、トリメチロールエタントリ(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、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(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、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が本発明に好適に用いられる。
(メタ)アクリレート基を有する繰り返し単位および/または(メタ)アクリレート基を有する末端基を含んでいるポリマー化合物も好適に用いることができる。
(メタ)アクリレート基を有する繰り返し単位および/または(メタ)アクリレート基を有する末端基を含んでいるポリマー化合物も好適に用いることができる。
上記(メタ)アクリレート化合物のうち、アクリレート化合物の方が硬化性の観点から好ましく、組成物に含まれる全(メタ)アクリレート化合物中アクリレート化合物が70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい
また、モールドとの剥離性を向上させる目的で、フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物(但し、化合物(Ax-1)に該当するものを除く)を含有することが好ましい。
本発明におけるフッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物は、フッ素原子、シリコン原子、または、フッ素原子とシリコン原子の両方を有する基を少なくとも1つと、重合性官能基を少なくとも1つ有する化合物である。重合性官能基としてはメタアクリロイル基、ビニル基、エポキシ基、ビニルエーテル基が好ましい。
本発明におけるフッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物は、フッ素原子、シリコン原子、または、フッ素原子とシリコン原子の両方を有する基を少なくとも1つと、重合性官能基を少なくとも1つ有する化合物である。重合性官能基としてはメタアクリロイル基、ビニル基、エポキシ基、ビニルエーテル基が好ましい。
前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物は、低分子化合物でもポリマーでもよい。
前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物がポリマーである場合、前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する繰り返し単位と、共重合成分として側鎖に重合性基を有する繰り返し単位を有していてもよい。また、前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する繰り返し単位が、その側鎖、特に、末端に重合性基を有していてもよい。この場合、前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する繰り返し単位の骨格については、本発明の趣旨に反しない限りにおいて特に制限はないが、例えばエチレン性不飽和結合含基由来の骨格を有していることが好ましく、(メタ)アクリレート骨格を有している態様がより好ましい。また、シリコン原子を有する繰り返し単位は、シロキサン構造(例えばジメチルシロキサン構造)などのように、シリコン原子自体が繰り返し単位を形成していてもよい。重量平均分子量は2000~100000が好ましく3000~70000であることがより好ましく、5000~40000であることが特に好ましい。
本発明のインプリント用硬化性組成物中における含有量は、特に制限はないが、硬化性向上の観点や、組成物の低粘度化の観点から、全重合性化合物中、0.1~20質量%が好ましく、0.2~15質量%がより好ましく、0.5~10質量%がさらに好ましく、0.5~5質量%が特に好ましい。
フッ素原子を有する重合性化合物
フッ素原子を有する重合性化合物が有するフッ素原子を有する基としては、フロロアルキル基およびフロロアルキルエーテル基から選ばれる含フッ素基が好ましい。
前記フロロアルキル基としては、炭素数が2~20のフロロアルキル基が好ましく、4~8のフロロアルキル基より好ましい。好ましいフロロアルキル基としては、トリフロロメチル基、ペンタフロロエチル基、ヘプタフロロプロピル基、ヘキサフロロイソプロピル基、ノナフロロブチル基、トリデカフロロヘキシル基、ヘプタデカフロロオクチル基が挙げられる。
フッ素原子を有する重合性化合物が有するフッ素原子を有する基としては、フロロアルキル基およびフロロアルキルエーテル基から選ばれる含フッ素基が好ましい。
前記フロロアルキル基としては、炭素数が2~20のフロロアルキル基が好ましく、4~8のフロロアルキル基より好ましい。好ましいフロロアルキル基としては、トリフロロメチル基、ペンタフロロエチル基、ヘプタフロロプロピル基、ヘキサフロロイソプロピル基、ノナフロロブチル基、トリデカフロロヘキシル基、ヘプタデカフロロオクチル基が挙げられる。
本発明では、フッ素原子を有する重合性化合物が、トリフロロメチル基構造を有するフッ素原子を有する重合性化合物であることが好ましい。トリフロロメチル基構造を有することで、少ない添加量(例えば、10質量%以下)でも本発明の効果が発現するため、他の成分との相溶性が向上し、ドライエッチング後のラインエッジラフネスが向上する上、繰り返しパターン形成性が向上する。
前記フロロアルキルエーテル基としては、前記フロロアルキル基の場合と同様に、トリフロロメチル基を有しているものが好ましく、パーフロロエチレンオキシ基、パーフロロプロピレンオキシ基を含有するものが好ましい。-(CF(CF3)CF2O)-などのトリフロロメチル基を有するフロロアルキルエーテルユニットおよび/またはフロロアルキルエーテル基の末端にトリフロロメチル基を有するものが好ましい。
前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物が有する全フッ素原子の数は、1分子当たり、6~60個が好ましく、より好ましくは9~40個、さらに好ましくは12~40個、特に好ましくは12~20個である。
前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物は、下記に定義するフッ素含有率が20~60%のフッ素原子を有する。フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物が重合性化合物である場合、フッ素含有率が20~60%であることが好ましく、さらに好ましくは35~60%である。該化合物が重合性基を有するポリマーの場合、フッ素含有率がより好ましくは20~50%であり、さらに好ましくは20~40%である。フッ素含有率を適性範囲とすることで他成分との相溶性に優れ、モールド汚れを低減でき且つ、ドライエッチング後のラインエッジラフネスが向上する上、繰り返しパターン形成性が向上する。本明細書中において、前記フッ素含有率は下記式で表される。
前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物のフッ素原子を有する基の好ましい一例として、下記一般式(I)で表される部分構造を有する化合物が挙げられる。このような部分構造を有する化合物を採用することにより、繰り返しパターン転写を行ってもパターン形成性に優れ、かつ、組成物の経時安定性が良好となる。
前記フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物の好ましい他の一例として、下記一般式(II)で表される部分構造を有する化合物が挙げられる。もちろん、一般式(I)で表される部分構造と、一般式(II)で表される部分構造の両方を有していてもよい。
一般式(II)
一般式(II)中、L1は単結合または炭素数1~8のアルキレン基を表し、L2は炭素数1~8のアルキレン基を表し、m1およびm2はそれぞれ、0または1を表し、m1およびm2の少なくとも一方は1である。m3は1~3の整数を表し、pは1~8の整数を表し、m3が2以上のとき、それぞれの、-CpF2p+1は同一であってもよいし異なっていてもよい。
前記L1およびL2は、それぞれ、炭素数1~4のアルキレン基であることが好ましい。また、前記アルキレン基は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において置換基を有していてもよい。前記m3は、好ましくは1または2である。前記pは4~6の整数が好ましい。
前記L1およびL2は、それぞれ、炭素数1~4のアルキレン基であることが好ましい。また、前記アルキレン基は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において置換基を有していてもよい。前記m3は、好ましくは1または2である。前記pは4~6の整数が好ましい。
以下に、本発明で用いる光硬化性組成物で用いられる前記フッ素原子を有する重合性化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前記フッ素原子を有する重合性化合物としては、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロエチル(メタ)アクリレート、(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、パーフルオロブチル-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘキサフルオロプロピル(メタ)アクリレート等のフッ素原子を有する単官能重合性化合物が挙げられる。また、前記フッ素原子を有する重合性化合物としては、2,2,3,3,4,4-ヘキサフロロペンタンジ(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフロロヘキサンジ(メタ)アクリレートなどのフロロアルキレン基を有するジ(メタ)アクリレートを有する2以上の重合性官能基を有する多官能重合性化合物も好ましい例として挙げられる。
また、含フッ素基、例えばフロロアルキル基、フロロアルキルエーテル基を1分子中に2つ以上有する化合物も好ましく用いることができる。
フロロアルキル基、フロロアルキルエーテル基を1分子中に2つ以上有する化合物として好ましくは下記一般式(III)で表される重合性化合物である。
(一般式(III)中、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子またはシアノ基を表し、水素原子またはアルキル基が好ましく、水素原子またはメチル基がより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
Aは(a1+a2)価の連結基を表し、好ましくはアルキレン基および/またはアリーレン基を有する連結基であり、さらにヘテロ原子を含む連結基を含有していても良い。ヘテロ原子を有する連結基としては-O-、-C(=O)O-、-S-、-C(=O)-が挙げられる。これらの基は本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において置換基を有していても良いが、有していない方が好ましい。Aは、炭素数2~50であることが好ましく、炭素数4~15であることがより好ましい。
a1は1~6の整数を表し、好ましくは1~3、さらに好ましくは1または2である。
a2は2~6の整数を表し、好ましくは2または3、さらに好ましくは2である。
R2およびR3はそれぞれ単結合または炭素数1~8のアルキレン基を表す。m1およびm2はそれぞれ、0または1を表し、m3は1~3の整数を表す。)
a1が2以上のとき、それぞれのAは同一であってもよいし、異なっていても良い。
a2が2以上のとき、それぞれのR2、R3、m1、m2、m3は同一であっても良いし、異なっていても良い。
Rfはフロロアルキル基、フロロアルキルエーテル基を表し、好ましくは炭素数1~8のフロロアルキル基、炭素数3~20のフロロアルキルエーテル基である。
フッ素原子を有する重合性化合物がポリマーの場合、前記フッ素原子を有する重合性化合物を繰り返し単位として含有するポリマーが好ましい。
他の成分との相溶性の観点からフッ素原子を有する重合性化合物はシリコン原子を含有していないことが好ましい。
また、含フッ素基、例えばフロロアルキル基、フロロアルキルエーテル基を1分子中に2つ以上有する化合物も好ましく用いることができる。
フロロアルキル基、フロロアルキルエーテル基を1分子中に2つ以上有する化合物として好ましくは下記一般式(III)で表される重合性化合物である。
Aは(a1+a2)価の連結基を表し、好ましくはアルキレン基および/またはアリーレン基を有する連結基であり、さらにヘテロ原子を含む連結基を含有していても良い。ヘテロ原子を有する連結基としては-O-、-C(=O)O-、-S-、-C(=O)-が挙げられる。これらの基は本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において置換基を有していても良いが、有していない方が好ましい。Aは、炭素数2~50であることが好ましく、炭素数4~15であることがより好ましい。
a1は1~6の整数を表し、好ましくは1~3、さらに好ましくは1または2である。
a2は2~6の整数を表し、好ましくは2または3、さらに好ましくは2である。
R2およびR3はそれぞれ単結合または炭素数1~8のアルキレン基を表す。m1およびm2はそれぞれ、0または1を表し、m3は1~3の整数を表す。)
a1が2以上のとき、それぞれのAは同一であってもよいし、異なっていても良い。
a2が2以上のとき、それぞれのR2、R3、m1、m2、m3は同一であっても良いし、異なっていても良い。
Rfはフロロアルキル基、フロロアルキルエーテル基を表し、好ましくは炭素数1~8のフロロアルキル基、炭素数3~20のフロロアルキルエーテル基である。
フッ素原子を有する重合性化合物がポリマーの場合、前記フッ素原子を有する重合性化合物を繰り返し単位として含有するポリマーが好ましい。
他の成分との相溶性の観点からフッ素原子を有する重合性化合物はシリコン原子を含有していないことが好ましい。
以下に、本発明で用いる光硬化性組成物で用いられるフッ素原子を有する重合性化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。下記式中におけるR1はそれぞれ、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子およびシアノ基のいずれかである。
シリコン原子を有する重合性化合物
前記シリコン原子を有する重合性化合物が有するシリコン原子を有する官能基としては、トリアルキルシリル基、鎖状シロキサン構造、環状シロキサン構造、籠状シロキサン構造などが挙げられ、他の成分との相溶性、モールド剥離性の観点から、トリメチルシリル基またはジメチルシロキサン構造を有する官能基が好ましい。他の成分との相溶性の観点からシリコン原子を有する重合性化合物はフッ素原子を含有していないことが好ましい。
シリコン原子を有する重合性化合物としては3-トリス(トリメチルシリルオキシ)シリルプロピル(メタ)アクリレート、トリメチルシリルエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロキシメチルビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、(メタ)アクリロキシメチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、(メタ)アクリロイル基を末端あるいは側鎖に有するポリシロキサン(例えば信越化学工業社製X-22-164シリーズ、X-22-174DX、X-22-2426,X-22-2475)などが挙げられる。
前記シリコン原子を有する重合性化合物が有するシリコン原子を有する官能基としては、トリアルキルシリル基、鎖状シロキサン構造、環状シロキサン構造、籠状シロキサン構造などが挙げられ、他の成分との相溶性、モールド剥離性の観点から、トリメチルシリル基またはジメチルシロキサン構造を有する官能基が好ましい。他の成分との相溶性の観点からシリコン原子を有する重合性化合物はフッ素原子を含有していないことが好ましい。
シリコン原子を有する重合性化合物としては3-トリス(トリメチルシリルオキシ)シリルプロピル(メタ)アクリレート、トリメチルシリルエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロキシメチルビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、(メタ)アクリロキシメチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、(メタ)アクリロイル基を末端あるいは側鎖に有するポリシロキサン(例えば信越化学工業社製X-22-164シリーズ、X-22-174DX、X-22-2426,X-22-2475)などが挙げられる。
本発明の硬化性組成物に含まれる重合性化合物は、全重合性化合物の平均でマレイミド基を0.5~3個/分子、好ましくは1~2個/分子の割合で有することが好ましく、全重合性化合物の平均でビニル基を0.5~5個/分子、好ましくは1~3個/分子の割合で有することが好ましい。また、本発明の硬化性組成物に含まれる重合性化合物は、全重合性化合物の平均で、ケイ素原子を、1~7個/分子、好ましくは1~5個/分子の割合で有することが好ましい。
本発明のインプリント用硬化性組成物の第二の実施形態は、下記一般式(I)で表される部分構造を有する化合物(Ax-2)(以下、単に、「化合物(Ax-2)」と示すことがある。)、および、光重合開始剤(B)を含有するインプリント用硬化組成物である。
一般式(I)
(一般式(I)中、Rxはアルキル基またはアリール基を示す。mは1~3の整数であり、nは0~2の整数である。但し、m+n=3である。)
一般式(I)
一般的な硬化組成物である、アクリレート硬化組成物やエポキシ硬化組成物は硬化性に優れるものの、硬化物の耐熱性に問題がある。特に300℃を越えるような高温条件下では結合の開裂などの分解が起こり、硬化物の収縮やパターンの変形が発生していた。本実施形態では、シリコン原子と、特定の炭素-炭素多重結合を有する化合物を採用することにより、架橋部位に炭素-酸素結合を有さないため、より高耐熱な架橋構造を形成し、300℃を越えるような高温条件下においてもパターンの変形が抑制できることを見出し、本発明を完成するにいたった。
炭素-炭素多重結合を有する化合物(Ax-2)
本発明で用いる化合物(Ax-2)成分としては、下記一般式(I)で表される部分構造を有する。
一般式(I)
(一般式(I)中、Rxはアルキル基またはアリール基を示す。mは1~3の整数であり、nは0~2の整数である。但し、m+n=3である。)
Rxにおけるアルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基が更に好ましい。
Rxにおけるアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基は置換基を有していてもよい。
mは1~3を表し好ましくは1である。nは0~2を表し、好ましくは2である。
一般式(I)の部分構造は波線部で他の置換基と結合する。ただし、シリコン原子上の置換基として、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、水酸基を有さないことが経時安定性の観点から好ましい。このようなシリコン原子としては、例えば、シランカップリング剤を除く趣旨である。化合物(Ax-2)は、1分子につき、シリコン原子を1~25個含むことが好ましく、2~20個含むことがより好ましく、3~10個含むことがさらに好ましい。
また、本発明で用いる化合物(Ax-2)のシリコン原子含有率は、10~50%であることが好ましく、15~40%であることがより好ましく、20~35%であることが更に好ましく、20~30%であることが特に好ましい。
シリコン原子含有率は、[(化合物(Ax-2)中のシリコン原子の数)×(シリコン原子の原子量)/化合物(Ax-2)の分子量]×100で表される。
また、化合物(Ax-2)がシリコン原子-酸素原子-シリコン原子で表される部分構造を含むことが好ましい
本発明で用いる化合物(Ax-2)成分としては、下記一般式(I)で表される部分構造を有する。
一般式(I)
Rxにおけるアルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基が更に好ましい。
Rxにおけるアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基は置換基を有していてもよい。
mは1~3を表し好ましくは1である。nは0~2を表し、好ましくは2である。
一般式(I)の部分構造は波線部で他の置換基と結合する。ただし、シリコン原子上の置換基として、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、水酸基を有さないことが経時安定性の観点から好ましい。このようなシリコン原子としては、例えば、シランカップリング剤を除く趣旨である。化合物(Ax-2)は、1分子につき、シリコン原子を1~25個含むことが好ましく、2~20個含むことがより好ましく、3~10個含むことがさらに好ましい。
また、本発明で用いる化合物(Ax-2)のシリコン原子含有率は、10~50%であることが好ましく、15~40%であることがより好ましく、20~35%であることが更に好ましく、20~30%であることが特に好ましい。
シリコン原子含有率は、[(化合物(Ax-2)中のシリコン原子の数)×(シリコン原子の原子量)/化合物(Ax-2)の分子量]×100で表される。
また、化合物(Ax-2)がシリコン原子-酸素原子-シリコン原子で表される部分構造を含むことが好ましい
一般式(I)で表される部分構造は、化合物(Ax-2)中に1~10個含まれていることが好ましく、より好ましくは2~8個さらに好ましくは3~6個である。
化合物(Ax-2)はポリマー化合物であっても非ポリマー化合物であってもよいが非ポリマー化合物が好ましい。分子量としては150~2000が好ましく、200~1500がより好ましく、300~1200がさらに好ましい。分子量を適切な範囲とすることで、低粘度と低揮発性が両立でき、モールド充填性、パターン形成性が向上する。
化合物(Ax-2)のポリマー化合物としてさらに(メタ)アクリレート基を有する繰り返し単位および/または(メタ)アクリレート基を有する末端基を含んでいることが好ましく、より好ましくは下記(Z1)繰り返し単位および/または(Z2)で表される末端基を含む化合物である。
X1は連結基を表し、好ましくはアルキレン基であり、より好ましくはプロピレン基である。
R8は水素原子、アルキル基(好ましくはメチル基)またはアリール基(好ましくはフェニル基)である。
R9およびR10は、それぞれ、水素原子、アルキル基(好ましくはメチル基)、アリール基(好ましくはフェニル基)である。
R1は、水素原子またはメチル基である。
R8は水素原子、アルキル基(好ましくはメチル基)またはアリール基(好ましくはフェニル基)である。
R9およびR10は、それぞれ、水素原子、アルキル基(好ましくはメチル基)、アリール基(好ましくはフェニル基)である。
R1は、水素原子またはメチル基である。
化合物(Ax-2)は硬化感度向上の観点から、さらに、(メタ)アクリル基、ビニルエーテル基、エポキシ基、オキセタン基から選ばれる基を有することが好ましく(メタ)アクリレート基を有していることがさらに好ましい。(Ax-2)中の(メタ)アクリレート基は1~4個が好ましく、より好ましくは1~3個、更に好ましくは1または2個である。
本発明では特に、下記一般式(III)または一般式(IV)で表される化合物が好ましい。
一般式(III)
(一般式(III)中、Rは、それぞれ、メチル基または-O-Si(CH3)2-CH=CH2を表し、Rの少なくとも1つは、-O-Si(CH3)2-CH=CH2である。)
一般式(IV)
(一般式(IV)中、Rは、それぞれ、メチル基または-O-Si(CH3)2-CH=CH2であり、Rの少なくとも1つは、-O-Si(CH3)2-CH=CH2である。Ryはn1価の連結基を表す。n1は2~6の整数を表す。)
Ryはn1価の連結基を表し、好ましくはシリコン原子及び/又は酸素原子を有する連結基であり、より好ましくは更にアリーレン基及び/またはアルキレン基を有する連結基である。
n1は2~6を表し、好ましくは2~4、更に好ましくは2または3である。
一般式(III)
一般式(IV)
Ryはn1価の連結基を表し、好ましくはシリコン原子及び/又は酸素原子を有する連結基であり、より好ましくは更にアリーレン基及び/またはアルキレン基を有する連結基である。
n1は2~6を表し、好ましくは2~4、更に好ましくは2または3である。
化合物(Ax-2)の非ポリマー化合物として具体的には以下の化合物があげられる。本発明で用いる化合物(Ax-2)がこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。下記式中におけるR1はそれぞれ、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子およびシアノ基のいずれかである。
本発明で用いる化合物(Ax-2)は、本発明の組成物の溶剤を除く全成分の30~99質量%の割合で含まれることが好ましく、40~97質量%の割合で含まれることがより好ましく、60~95質量%の範囲で含まれることがさらに好ましい。
他の重合性単量体
本発明の硬化性組成物はさらに(Ax-2)とは異なる重合性化合物を含有していることが好ましい。重合性化合物として好ましくは、ラジカル重合性化合物(好ましくは(メタ)アクリル基を有する化合物)、または、カチオン重合性化合物(好ましくはビニルエーテル基、エポキシ基、オキセタン基から選ばれる基を有する重合性化合物)である。
本発明の硬化性組成物はさらに(Ax-2)とは異なる重合性化合物を含有していることが好ましい。重合性化合物として好ましくは、ラジカル重合性化合物(好ましくは(メタ)アクリル基を有する化合物)、または、カチオン重合性化合物(好ましくはビニルエーテル基、エポキシ基、オキセタン基から選ばれる基を有する重合性化合物)である。
(メタ)アクリル基を有する重合性化合物
(メタ)アクリル基を1個有する重合性不飽和単量体(1官能の重合性不飽和単量体)、(メタ)アクリル基を2個有する多官能重合性不飽和単量体、(メタ)アクリル基を3個以上有する多官能重合性不飽和単量体の例としては、上記第一の実施形態で述べたものが挙げられ、好ましい範囲等も同様である。
(メタ)アクリル基を1個有する重合性不飽和単量体(1官能の重合性不飽和単量体)、(メタ)アクリル基を2個有する多官能重合性不飽和単量体、(メタ)アクリル基を3個以上有する多官能重合性不飽和単量体の例としては、上記第一の実施形態で述べたものが挙げられ、好ましい範囲等も同様である。
上記(メタ)アクリレート化合物のうち、アクリレート化合物の方が硬化性の観点から好ましく、組成物に含まれる全(メタ)アクリレート化合物中アクリレート化合物が70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが更に好ましい。
本発明で用いる重合性化合物として、ビニルエーテル化合物も好ましい。ビニルエーテル化合物は公知のものを適宜選択することができ、上記第一の実施形態で挙げたビニルエーテル化合物が例示される。
これらのビニルエーテル化合物は、例えば、Stephen.C.Lapin,Polymers Paint Colour Journal.179(4237)、321(1988)に記載されている方法、即ち多価アルコールもしくは多価フェノールとアセチレンとの反応、または多価アルコールもしくは多価フェノールとハロゲン化アルキルビニルエーテルとの反応により合成することができ、これらは一種単独あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。
前記オキシラン環を有する化合物(エポキシ化合物)としては、例えば、多塩基酸のポリグリシジルエステル類、多価アルコールのポリグリシジルエーテル類、ポリオキシアルキレングリコールのポリグリシジルエーテル類、芳香族ポリオールのポリグリシジルエテーテル類、芳香族ポリオールのポリグリシジルエーテル類の水素添加化合物類、ウレタンポリエポキシ化合物およびエポキシ化ポリブタジエン類等を挙げることができる。これらの化合物は、その一種を単独で使用することもできるし、また、その二種以上を混合して使用することもできる。
本発明に好ましく使用することのできる前記オキシラン環を有する化合物(エポキシ化合物)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、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、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;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテル類;フェノール、クレゾール、ブチルフェノールまたはこれらにアルキレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類などを例示することができる。
これらの中で特に、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、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、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、ネオペンチルグリコールジ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が好ましい。
グリシジル基含有化合物として好適に使用できる市販品としては、UVR-6216(ユニオンカーバイド社製)、グリシドール、AOEX24、サイクロマーA200、(以上、ダイセル化学工業(株)製)、エピコート828、エピコート812、エピコート1031、エピコート872、エピコートCT508(以上、油化シェル(株)製)、KRM-2400、KRM-2410、KRM-2408、KRM-2490、KRM-2720、KRM-2750(以上、旭電化工業(株)製)などを挙げることができる。これらは、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
また、これらのオキシラン環を有する化合物はその製法は問わないが、例えば、丸善KK出版、第四版実験化学講座20有機合成II、213~、平成4年、Ed.by Alfred Hasfner,The chemistry of heterocyclic compounds-Small Ring Heterocycles part3 Oxiranes,John & Wiley and Sons,An Interscience Publication,New York,1985、吉村、接着、29巻12号、32、1985、吉村、接着、30巻5号、42、1986、吉村、接着、30巻7号、42、1986、特開平11-100378号公報、特許第2906245号公報、特許第2926262号公報などの文献を参考にして合成できる。
また、モールドとの剥離性を向上させる目的で、フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物(但し、化合物(Ax-2)に該当するものを除く)を含有することが好ましい。
本発明におけるフッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物は、フッ素原子、シリコン原子、または、フッ素原子とシリコン原子の両方を有する基を少なくとも1つと、重合性官能基を少なくとも1つ有する化合物である。重合性官能基としてはメタアクリロイル基、エポキシ基、ビニルエーテル基が好ましい。フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物の詳細は、上記第一の実施形態と同様であり、好ましい範囲も同様である。
本発明におけるフッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物は、フッ素原子、シリコン原子、または、フッ素原子とシリコン原子の両方を有する基を少なくとも1つと、重合性官能基を少なくとも1つ有する化合物である。重合性官能基としてはメタアクリロイル基、エポキシ基、ビニルエーテル基が好ましい。フッ素原子とシリコン原子のうち少なくとも一方を有する重合性化合物の詳細は、上記第一の実施形態と同様であり、好ましい範囲も同様である。
本発明で用いる化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物としては耐熱性の観点から芳香族基および/または脂環炭化水素基および/またはシリコン原子を有する(メタ)アクリレート化合物が好ましい。
芳香族基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、無置換または芳香環上に置換基を有しているベンジル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有しているフェネチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有しているフェノキシエチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有している1-または2-ナフチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有している1-または2-ナフチルメチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有している1-または2-ナフチルエチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフトキシエチル(メタ)アクリレート、レゾルシノールジ(メタ)アクリレート、m-キシリレンジ(メタ)アクリレート、ナフタレンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、4,4’-ビス(アクリルオキシメチル)ジフェニルメタン、4,4’-ビス(アクリルオキシメチル)ジフェニルエーテルなどが挙げられる。
脂環炭化水素基を有する重合性化合物の好ましい例としてはイソボロニル(メタ)アクリレート、1-または2-アダマンチル(メタ)アクリレート、2-アルキル-2-アダマンチル(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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレートなどの単官能(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、1,3-アダマンタンジ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。
シリコン原子を有する(メタ)アクリレート化合物は前述の化合物が好ましい。
芳香族基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、無置換または芳香環上に置換基を有しているベンジル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有しているフェネチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有しているフェノキシエチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有している1-または2-ナフチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有している1-または2-ナフチルメチル(メタ)アクリレート、無置換または芳香環上に置換基を有している1-または2-ナフチルエチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフトキシエチル(メタ)アクリレート、レゾルシノールジ(メタ)アクリレート、m-キシリレンジ(メタ)アクリレート、ナフタレンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、4,4’-ビス(アクリルオキシメチル)ジフェニルメタン、4,4’-ビス(アクリルオキシメチル)ジフェニルエーテルなどが挙げられる。
脂環炭化水素基を有する重合性化合物の好ましい例としてはイソボロニル(メタ)アクリレート、1-または2-アダマンチル(メタ)アクリレート、2-アルキル-2-アダマンチル(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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレートなどの単官能(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、1,3-アダマンタンジ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。
シリコン原子を有する(メタ)アクリレート化合物は前述の化合物が好ましい。
また(メタ)アクリレート部分が下式で表される部分構造のみを有する脂肪族(メタ)アクリレート化合物も好ましい。
R1は水素原子またはメチル基であり、Ra~Rcはそれぞれ水素原子以外の基を表す。Ra~Rcを介して他の(メタ)アクリレート基と結合していてもよいが(メタ)アクリレート部分は前述の部分構造を有する。
具体的には、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレートなどが挙げられる。
また、(Ax)とは異なる重合性化合物としては(メタ)アクリレート基を2~4個有する化合物が好ましい。
具体的には、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレートなどが挙げられる。
また、(Ax)とは異なる重合性化合物としては(メタ)アクリレート基を2~4個有する化合物が好ましい。
(Si-H結合を有する化合物)
本発明の第二の実施形態の光硬化性組成物には、Si-H結合を有する化合物を含有することが好ましい。
Si-H結合を有する化合物としては、分子内にSi-H結合を1個以上有する化合物であり、分子内にSi-H結合を2個以上有する化合物が好ましく、より好ましくは分子内にSi-H結合を2~10個有する化合物である。Si-H構造を有する部位の部分構造としては-SiH(Me2)構造が好ましい。Si-H結合を有する化合物はポリマー化合物でも非ポリマー化合物でもよいが、非ポリマー化合物であることが好ましい。硬化性組成物を基材へ設置した際の揮発を抑制するために、(B)Si-H結合を有する化合物の1気圧における沸点は200℃以上が好ましい。
好ましい非ポリマー化合物としては下記に示す具体例が挙げられる。
本発明の第二の実施形態の光硬化性組成物には、Si-H結合を有する化合物を含有することが好ましい。
Si-H結合を有する化合物としては、分子内にSi-H結合を1個以上有する化合物であり、分子内にSi-H結合を2個以上有する化合物が好ましく、より好ましくは分子内にSi-H結合を2~10個有する化合物である。Si-H構造を有する部位の部分構造としては-SiH(Me2)構造が好ましい。Si-H結合を有する化合物はポリマー化合物でも非ポリマー化合物でもよいが、非ポリマー化合物であることが好ましい。硬化性組成物を基材へ設置した際の揮発を抑制するために、(B)Si-H結合を有する化合物の1気圧における沸点は200℃以上が好ましい。
好ましい非ポリマー化合物としては下記に示す具体例が挙げられる。
本発明では、Si-H結合に加えてさらに炭素-炭素多重結合を有する化合物がより好ましく、好ましい炭素-炭素多重結合としては(メタ)アクリル基が好ましい。具体例としては以下に示す化合物が挙げられる。(AB1)~(AB6)が好ましい。
Si-H結合を有する化合物、炭素-炭素多重結合およびSi-H結合を有する化合物の含有量は(Ax-2)成分および(Ax-2)と異なる重合性化合物の和100重量部に対して、0.1~100重量部が好ましく、0.3~50重量部がより好ましく、0.5~30重量部がさらに好ましく、3~20重量部が最も好ましい。また、(Ax-2)成分および(Ax-2)と異なる重合性化合物が有する炭素-炭素多重結合数に対して、Si-H結合の数が1~50mol%、好ましくは3~20mol%となるように(B)成分の含有量が調整されることが好ましい。
重合開始剤(B)
本発明で用いる第一の実施形態の光硬化性組成物には、光重合開始剤が含まれることが好ましい。また、第二の実施形態の光硬化性組成物は、光重合開始剤を必須成分として含む。
本発明に用いられる光重合開始剤は、光照射により上述の重合性化合物を重合する活性種を発生する化合物であればいずれのものでも用いることができるが、ラジカル重合開始剤がより好ましい。また、本発明において、光重合開始剤は複数種を併用してもよい。
本発明で用いる第一の実施形態の光硬化性組成物には、光重合開始剤が含まれることが好ましい。また、第二の実施形態の光硬化性組成物は、光重合開始剤を必須成分として含む。
本発明に用いられる光重合開始剤は、光照射により上述の重合性化合物を重合する活性種を発生する化合物であればいずれのものでも用いることができるが、ラジカル重合開始剤がより好ましい。また、本発明において、光重合開始剤は複数種を併用してもよい。
本発明に用いられる光重合開始剤の含有量は、溶剤を除く全組成物中、例えば、0.01~15質量%であり、好ましくは0.1~12質量%であり、さらに好ましくは0.2~7質量%である。2種類以上の光重合開始剤を用いる場合は、その合計量が前記範囲となる。
光重合開始剤の含有量が0.01質量%以上であると、感度(速硬化性)、解像性、ラインエッジラフネス性、塗膜強度が向上する傾向にあり好ましい。一方、光重合開始剤の含有量を15質量%以下とすると、光透過性、着色性、取り扱い性などが向上する傾向にあり、好ましい。
光重合開始剤の含有量が0.01質量%以上であると、感度(速硬化性)、解像性、ラインエッジラフネス性、塗膜強度が向上する傾向にあり好ましい。一方、光重合開始剤の含有量を15質量%以下とすると、光透過性、着色性、取り扱い性などが向上する傾向にあり、好ましい。
本発明で使用されるラジカル光重合開始剤としては、例えば、市販されている開始剤を用いることができる。これらの例としては、例えば、特開平2008-105414号公報の段落番号0091に記載のものを好ましく採用することができる。この中でもアセトフェノン系化合物、アシルホスフィンオキサイド系化合物、オキシムエステル系化合物が硬化感度、吸収特性の観点から好ましい。
アセトフェノン系化合物として好ましくはヒドロキシアセトフェノン系化合物、ジアルコキシアセトフェノン系化合物、アミノアセトフェノン系化合物が挙げられる。ヒドロキシアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)2959(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、Irgacure(登録商標)184(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、Irgacure(登録商標)500(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン)、Darocur(登録商標)1173(2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-プロパン-1-オン)が挙げられる。
ジアルコキシアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)651(2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン)が挙げられる。
アミノアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)369(2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)ブタノン-1)、Irgacure(登録商標)379(EG)(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン、Irgacure(登録商標)907(2-メチル-1[4-メチルチオフェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オンが挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)819(ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド、Irgacure(登録商標)1800(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サイド、BASF社から入手可能なLucirinTPO(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)、Lucirin TPO-L(2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド)が挙げられる。
オキシムエステル系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)OXE01(1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-2-(O-ベンゾイルオキシム)、Irgacure(登録商標)OXE02(エタノン,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]-,1-(O-アセチルオキシム)が挙げられる。
アセトフェノン系化合物として好ましくはヒドロキシアセトフェノン系化合物、ジアルコキシアセトフェノン系化合物、アミノアセトフェノン系化合物が挙げられる。ヒドロキシアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)2959(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、Irgacure(登録商標)184(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、Irgacure(登録商標)500(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン)、Darocur(登録商標)1173(2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-プロパン-1-オン)が挙げられる。
ジアルコキシアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)651(2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン)が挙げられる。
アミノアセトフェノン系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)369(2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)ブタノン-1)、Irgacure(登録商標)379(EG)(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン、Irgacure(登録商標)907(2-メチル-1[4-メチルチオフェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オンが挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)819(ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド、Irgacure(登録商標)1800(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サイド、BASF社から入手可能なLucirinTPO(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)、Lucirin TPO-L(2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド)が挙げられる。
オキシムエステル系化合物として好ましくはBASF社から入手可能なIrgacure(登録商標)OXE01(1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-2-(O-ベンゾイルオキシム)、Irgacure(登録商標)OXE02(エタノン,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]-,1-(O-アセチルオキシム)が挙げられる。
なお、本発明において「光」には、紫外、近紫外、遠紫外、可視、赤外等の領域の波長の光や、電磁波だけでなく、放射線も含まれる。前記放射線には、例えばマイクロ波、電子線、EUV、X線が含まれる。また248nmエキシマレーザー、193nmエキシマレーザー、172nmエキシマレーザーなどのレーザー光も用いることができる。これらの光は、光学フィルターを通したモノクロ光(単一波長光)を用いてもよいし、複数の波長の異なる光(複合光)でもよい。露光は、多重露光も可能であり、膜強度、エッチング耐性を高めるなどの目的でパターン形成した後、全面露光することも可能である。
-界面活性剤-
本発明で用いる光硬化性組成物には、界面活性剤を含有することが好ましい。本発明に用いられる界面活性剤の含有量は、全組成物中、例えば、0.001~5質量%であり、好ましくは0.002~4質量%であり、さらに好ましくは、0.005~3質量%である。二種類以上の界面活性剤を用いる場合は、その合計量が前記範囲となる。界面活性剤が組成物中0.001~5質量%の範囲にあると、塗布の均一性の効果が良好であり、界面活性剤の過多によるモールド転写特性の悪化を招きにくい。
本発明で用いる光硬化性組成物には、界面活性剤を含有することが好ましい。本発明に用いられる界面活性剤の含有量は、全組成物中、例えば、0.001~5質量%であり、好ましくは0.002~4質量%であり、さらに好ましくは、0.005~3質量%である。二種類以上の界面活性剤を用いる場合は、その合計量が前記範囲となる。界面活性剤が組成物中0.001~5質量%の範囲にあると、塗布の均一性の効果が良好であり、界面活性剤の過多によるモールド転写特性の悪化を招きにくい。
前記界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤が好ましく、フッ素系界面活性剤、Si系界面活性剤およびフッ素・Si系界面活性剤の少なくとも一種を含むことが好ましく、フッ素系界面活性剤とSi系界面活性剤との両方または、フッ素・Si系界面活性剤を含むことがより好ましく、フッ素・Si系界面活性剤を含むことが最も好ましい。尚、前記フッ素系界面活性剤およびSi系界面活性剤としては、非イオン性の界面活性剤が好ましい。
ここで、“フッ素・Si系界面活性剤”とは、フッ素系界面活性剤およびSi系界面活性剤の両方の要件を併せ持つものをいう。
このような界面活性剤を用いることによって、半導体素子製造用のシリコンウエハや、液晶素子製造用のガラス角基板、クロム膜、モリブデン膜、モリブデン合金膜、タンタル膜、タンタル合金膜、窒化珪素膜、アモルファスシリコーン膜、酸化錫をドープした酸化インジウム(ITO)膜や酸化錫膜などの、各種の膜が形成される基板上に本発明のインプリント用硬化性組成物を塗布したときに起こるストリエーションや、鱗状の模様(レジスト膜の乾燥むら)などの塗布不良の問題を解決するが可能となる。また、モールド凹部のキャビティ内への本発明で用いる光硬化性組成物の流動性の向上、モールドとレジストとの間の剥離性の向上、レジストと基板間との密着性の向上、組成物の粘度を下げる等が可能になる。特に、本発明のインプリント用硬化性組成物は、前記界面活性剤を添加することにより、塗布均一性を大幅に改良でき、スピンコーターやスリットスキャンコーターを用いた塗布において、基板サイズに依らず良好な塗布適性が得られる。
ここで、“フッ素・Si系界面活性剤”とは、フッ素系界面活性剤およびSi系界面活性剤の両方の要件を併せ持つものをいう。
このような界面活性剤を用いることによって、半導体素子製造用のシリコンウエハや、液晶素子製造用のガラス角基板、クロム膜、モリブデン膜、モリブデン合金膜、タンタル膜、タンタル合金膜、窒化珪素膜、アモルファスシリコーン膜、酸化錫をドープした酸化インジウム(ITO)膜や酸化錫膜などの、各種の膜が形成される基板上に本発明のインプリント用硬化性組成物を塗布したときに起こるストリエーションや、鱗状の模様(レジスト膜の乾燥むら)などの塗布不良の問題を解決するが可能となる。また、モールド凹部のキャビティ内への本発明で用いる光硬化性組成物の流動性の向上、モールドとレジストとの間の剥離性の向上、レジストと基板間との密着性の向上、組成物の粘度を下げる等が可能になる。特に、本発明のインプリント用硬化性組成物は、前記界面活性剤を添加することにより、塗布均一性を大幅に改良でき、スピンコーターやスリットスキャンコーターを用いた塗布において、基板サイズに依らず良好な塗布適性が得られる。
本発明で用いることのできる、非イオン性のフッ素系界面活性剤の例としては、商品名 フロラード FC-430、FC-431(住友スリーエム(株)製)、商品名サーフロン S-382(旭硝子(株)製)、EFTOP EF-122A、122B、122C、EF-121、EF-126、EF-127、MF-100((株)トーケムプロダクツ製)、商品名 PF-636、PF-6320、PF-656、PF-6520(いずれもOMNOVA Solutions, Inc.)、商品名フタージェントFT250、FT251、DFX18 (いずれも(株)ネオス製)、商品名ユニダインDS-401、DS-403、DS-451 (いずれもダイキン工業(株)製)、商品名メガフアック171、172、173、178K、178A、F780F(いずれもDIC製)が挙げられる。
また、非イオン性の前記Si系界面活性剤の例としては、商品名SI-10シリーズ(竹本油脂(株)製)、メガファック(DIC製)、KP-341(信越化学工業(株)製)が挙げられる。
また、前記フッ素・Si系界面活性剤の例としては、商品名 X-70-090、X-70-091、X-70-092、X-70-093、(いずれも、信越化学工業(株)製)、商品名メガフアックR-08、XRB-4(いずれも、DIC製)が挙げられる。
また、非イオン性の前記Si系界面活性剤の例としては、商品名SI-10シリーズ(竹本油脂(株)製)、メガファック(DIC製)、KP-341(信越化学工業(株)製)が挙げられる。
また、前記フッ素・Si系界面活性剤の例としては、商品名 X-70-090、X-70-091、X-70-092、X-70-093、(いずれも、信越化学工業(株)製)、商品名メガフアックR-08、XRB-4(いずれも、DIC製)が挙げられる。
-酸化防止剤-
さらに、本発明で用いる光硬化性組成物には、公知の酸化防止剤を含有することが好ましい。本発明に用いられる酸化防止剤の含有量は、重合性化合物に対し、例えば、0.01~10質量%であり、好ましくは0.2~5質量%である。二種類以上の酸化防止剤を用いる場合は、その合計量が前記範囲となる。
前記酸化防止剤は、熱や光照射による退色およびオゾン、活性酸素、NOx、SOx(Xは整数)などの各種の酸化性ガスによる退色を抑制するものである。特に本発明では、酸化防止剤を添加することにより、硬化膜の着色を防止や、分解による膜厚減少を低減できるという利点がある。このような酸化防止剤としては、ヒドラジド類、ヒンダードアミン系酸化防止剤、含窒素複素環メルカプト系化合物、チオエーテル系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、アスコルビン酸類、硫酸亜鉛、チオシアン酸塩類、チオ尿素誘導体、糖類、亜硝酸塩、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ヒドロキシルアミン誘導体などを挙げることができる。この中でも、特にヒンダードフェノール系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤が硬化膜の着色、膜厚減少の観点で好ましい。
さらに、本発明で用いる光硬化性組成物には、公知の酸化防止剤を含有することが好ましい。本発明に用いられる酸化防止剤の含有量は、重合性化合物に対し、例えば、0.01~10質量%であり、好ましくは0.2~5質量%である。二種類以上の酸化防止剤を用いる場合は、その合計量が前記範囲となる。
前記酸化防止剤は、熱や光照射による退色およびオゾン、活性酸素、NOx、SOx(Xは整数)などの各種の酸化性ガスによる退色を抑制するものである。特に本発明では、酸化防止剤を添加することにより、硬化膜の着色を防止や、分解による膜厚減少を低減できるという利点がある。このような酸化防止剤としては、ヒドラジド類、ヒンダードアミン系酸化防止剤、含窒素複素環メルカプト系化合物、チオエーテル系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、アスコルビン酸類、硫酸亜鉛、チオシアン酸塩類、チオ尿素誘導体、糖類、亜硝酸塩、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ヒドロキシルアミン誘導体などを挙げることができる。この中でも、特にヒンダードフェノール系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤が硬化膜の着色、膜厚減少の観点で好ましい。
前記酸化防止剤の市販品としては、商品名Irganox1010、1035、1076、1222(以上、チバガイギー(株)製)、商品名 Antigene P、3C、FR、スミライザーS、スミライザーGA80(住友化学工業(株)製)、商品名アデカスタブAO70、AO80、AO503((株)ADEKA製)等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
-重合禁止剤-
さらに、本発明で用いる光硬化性組成物には、重合禁止剤を含有することが好ましい。重合禁止剤を含めることにより、経時での粘度変化、異物発生およびパターン形成性劣化を抑制できる傾向にある。重合禁止剤の含有量としては、全重合性化合物に対し、0.001~1質量%であり、より好ましくは0.005~0.5質量%、さらに好ましくは0.008~0.05質量%である、重合禁止剤を適切な量配合することで高い硬化感度を維持しつつ経時による粘度変化が抑制できる。重合禁止剤は用いる重合性化合物にあらかじめ含まれていても良いし、組成物にさらに追加してもよい。
本発明に用いうる好ましい重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、tert-ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩、フェノチアジン、フェノキサジン、4-メトキシナフトール、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、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、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、ニトロベンゼン、ジメチルアニリン等が挙げられる。特に酸素が共存しなくても効果が高いフェノチアジン、4-メトキシナフトール、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、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、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が好ましい。
さらに、本発明で用いる光硬化性組成物には、重合禁止剤を含有することが好ましい。重合禁止剤を含めることにより、経時での粘度変化、異物発生およびパターン形成性劣化を抑制できる傾向にある。重合禁止剤の含有量としては、全重合性化合物に対し、0.001~1質量%であり、より好ましくは0.005~0.5質量%、さらに好ましくは0.008~0.05質量%である、重合禁止剤を適切な量配合することで高い硬化感度を維持しつつ経時による粘度変化が抑制できる。重合禁止剤は用いる重合性化合物にあらかじめ含まれていても良いし、組成物にさらに追加してもよい。
本発明に用いうる好ましい重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、tert-ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩、フェノチアジン、フェノキサジン、4-メトキシナフトール、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、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、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、ニトロベンゼン、ジメチルアニリン等が挙げられる。特に酸素が共存しなくても効果が高いフェノチアジン、4-メトキシナフトール、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、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、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が好ましい。
-溶剤-
本発明の硬化性組成物には、種々の必要に応じて、溶剤を用いることができる。好ましい溶剤としては常圧における沸点が80~200℃の溶剤である。溶剤の種類としては組成物を溶解可能な溶剤であればいずれも用いることができるが、好ましくはエステル構造、ケトン構造、水酸基、エーテル構造のいずれか1つ以上を有する溶剤である。具体的に、好ましい溶剤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、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、ガンマブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルから選ばれる単独あるいは混合溶剤であり、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有する溶剤が塗布均一性の観点で最も好ましい。
本発明の組成物中における前記溶剤の含有量は、溶剤を除く成分の粘度、塗布性、目的とする膜厚によって最適に調整されるが、塗布性改善の観点から、全組成物中99質量%以下の範囲で添加することができる。本発明の組成物をインクジェット法で基板上に適用する場合、溶剤は、実質的に含まない(例えば、3質量%以下)ことが好ましい。一方、膜厚500nm以下のパターンをスピン塗布などの方法で形成する際には、20~99質量%の範囲で含めてもよく、40~99質量%が好ましく、70~98質量%が特に好ましい。
本発明の硬化性組成物には、種々の必要に応じて、溶剤を用いることができる。好ましい溶剤としては常圧における沸点が80~200℃の溶剤である。溶剤の種類としては組成物を溶解可能な溶剤であればいずれも用いることができるが、好ましくはエステル構造、ケトン構造、水酸基、エーテル構造のいずれか1つ以上を有する溶剤である。具体的に、好ましい溶剤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、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、ガンマブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルから選ばれる単独あるいは混合溶剤であり、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有する溶剤が塗布均一性の観点で最も好ましい。
本発明の組成物中における前記溶剤の含有量は、溶剤を除く成分の粘度、塗布性、目的とする膜厚によって最適に調整されるが、塗布性改善の観点から、全組成物中99質量%以下の範囲で添加することができる。本発明の組成物をインクジェット法で基板上に適用する場合、溶剤は、実質的に含まない(例えば、3質量%以下)ことが好ましい。一方、膜厚500nm以下のパターンをスピン塗布などの方法で形成する際には、20~99質量%の範囲で含めてもよく、40~99質量%が好ましく、70~98質量%が特に好ましい。
-ポリマー成分-
本発明の組成物では、架橋密度をさらに高める目的で、前記多官能の他の重合性化合物よりもさらに分子量の大きい多官能オリゴマーを、本発明の目的を達成する範囲で配合することもできる。光ラジカル重合性を有する多官能オリゴマーとしてはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート等の各種アクリレートオリゴマーが挙げられる。オリゴマー成分の添加量としては組成物の溶剤を除く成分に対し、0~30質量%が好ましく、より好ましくは0~20質量%、さらに好ましくは0~10質量%、最も好ましくは0~5質量%である。
本発明の硬化性組成物はドライエッチング耐性、インプリント適性、硬化性等の改良を観点からも、さらにポリマー成分を含有していてもよい。前記ポリマー成分としては側鎖に重合性官能基を有するポリマーが好ましい。前記ポリマー成分の重量平均分子量としては、重合性化合物との相溶性の観点から、2000~100000が好ましく、5000~50000がさらに好ましい。ポリマー成分の添加量としては組成物の溶剤を除く成分に対し、0~30質量%が好ましく、より好ましくは0~20質量%、さらに好ましくは0~10質量%、最も好ましくは2質量%以下である。本発明の組成物において溶剤を除く成分中、分子量2000以上の化合物の含有量が30質量%以下であると、パターン形成性が向上することからは、該成分は、少ない方が好ましく、界面活性剤や微量の添加剤を除き、樹脂成分を含まないことが好ましい。
本発明の組成物では、架橋密度をさらに高める目的で、前記多官能の他の重合性化合物よりもさらに分子量の大きい多官能オリゴマーを、本発明の目的を達成する範囲で配合することもできる。光ラジカル重合性を有する多官能オリゴマーとしてはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート等の各種アクリレートオリゴマーが挙げられる。オリゴマー成分の添加量としては組成物の溶剤を除く成分に対し、0~30質量%が好ましく、より好ましくは0~20質量%、さらに好ましくは0~10質量%、最も好ましくは0~5質量%である。
本発明の硬化性組成物はドライエッチング耐性、インプリント適性、硬化性等の改良を観点からも、さらにポリマー成分を含有していてもよい。前記ポリマー成分としては側鎖に重合性官能基を有するポリマーが好ましい。前記ポリマー成分の重量平均分子量としては、重合性化合物との相溶性の観点から、2000~100000が好ましく、5000~50000がさらに好ましい。ポリマー成分の添加量としては組成物の溶剤を除く成分に対し、0~30質量%が好ましく、より好ましくは0~20質量%、さらに好ましくは0~10質量%、最も好ましくは2質量%以下である。本発明の組成物において溶剤を除く成分中、分子量2000以上の化合物の含有量が30質量%以下であると、パターン形成性が向上することからは、該成分は、少ない方が好ましく、界面活性剤や微量の添加剤を除き、樹脂成分を含まないことが好ましい。
本発明の硬化性組成物には前記成分の他に必要に応じて離型剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤、老化防止剤、可塑剤、密着促進剤、熱重合開始剤、着色剤、エラストマー粒子、光酸増殖剤、光塩基発生剤、塩基性化合物、流動調整剤、消泡剤、分散剤等を添加してもよい。
本発明の硬化性組成物は、上述の各成分を混合して調整することができる。硬化性組成物の混合・溶解は、通常、0℃~100℃の範囲で行われる。また、前記各成分を混合した後、例えば、孔径0.003μm~5.0μmのフィルターで濾過することが好ましい。濾過は、多段階で行ってもよいし、多数回繰り返してもよい。また、濾過した液を再濾過することもできる。濾過に使用するフィルターの材質は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッソ樹脂、ナイロン樹脂などのものが使用できるが特に限定されるものではない。
本発明の硬化性組成物は溶剤を除く全成分の混合液の粘度が100mPa・s以下であることが好ましく、より好ましくは1~70mPa・s、さらに好ましくは2~50mPa・s、最も好ましくは3~30mPa・sである。
本発明の硬化性組成物は、製造後にガロン瓶やコート瓶などの容器にボトリングし、輸送、保管されるが、この場合に、劣化を防ぐ目的で、容器内を不活性なチッソ、またはアルゴンなどで置換しておいてもよい。また、輸送、保管に際しては、常温でもよいが、変質を防ぐため、-20℃から0℃の範囲に温度制御してもよい。勿論、反応が進行しないレベルで遮光することが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、製造後にガロン瓶やコート瓶などの容器にボトリングし、輸送、保管されるが、この場合に、劣化を防ぐ目的で、容器内を不活性なチッソ、またはアルゴンなどで置換しておいてもよい。また、輸送、保管に際しては、常温でもよいが、変質を防ぐため、-20℃から0℃の範囲に温度制御してもよい。勿論、反応が進行しないレベルで遮光することが好ましい。
[パターン形成方法]
次に、本発明のインプリント用硬化性組成物を用いたパターン(特に、微細凹凸パターン)の形成方法について説明する。本発明のパターン形成方法では、本発明のインプリント用硬化性組成物を基板または支持体(基材)上に設置してパターン形成層を形成する工程と、前記パターン形成層表面にモールドを圧接する工程と、前記パターン形成層に光を照射する工程と、を経て本発明の組成物を硬化することで、微細な凹凸パターンを形成することができる。
ここで、本発明のインプリント用硬化性組成物は、光照射後にさらに加熱して硬化させることが好ましい。具体的には、基材(基板または支持体)上に少なくとも本発明の組成物からなるパターン形成層を設置し、必要に応じて乾燥させて本発明の組成物からなる層(パターン形成層)を形成してパターン受容体(基材上にパターン形成層が設けられたもの)を作製し、当該パターン受容体のパターン形成層表面にモールドを圧接し、モールドパターンを転写する加工を行い、微細凹凸パターン形成層を光照射により硬化させる。本発明のパターン形成方法による光インプリントリソグラフィは、積層化や多重パターニングもでき、通常の熱インプリントと組み合わせて用いることもできる。
次に、本発明のインプリント用硬化性組成物を用いたパターン(特に、微細凹凸パターン)の形成方法について説明する。本発明のパターン形成方法では、本発明のインプリント用硬化性組成物を基板または支持体(基材)上に設置してパターン形成層を形成する工程と、前記パターン形成層表面にモールドを圧接する工程と、前記パターン形成層に光を照射する工程と、を経て本発明の組成物を硬化することで、微細な凹凸パターンを形成することができる。
ここで、本発明のインプリント用硬化性組成物は、光照射後にさらに加熱して硬化させることが好ましい。具体的には、基材(基板または支持体)上に少なくとも本発明の組成物からなるパターン形成層を設置し、必要に応じて乾燥させて本発明の組成物からなる層(パターン形成層)を形成してパターン受容体(基材上にパターン形成層が設けられたもの)を作製し、当該パターン受容体のパターン形成層表面にモールドを圧接し、モールドパターンを転写する加工を行い、微細凹凸パターン形成層を光照射により硬化させる。本発明のパターン形成方法による光インプリントリソグラフィは、積層化や多重パターニングもでき、通常の熱インプリントと組み合わせて用いることもできる。
本発明のインプリント用硬化性組成物は、光ナノインプリント法により微細なパターンを低コスト且つ高い精度で形成すること可能である。このため、従来のフォトリソグラフィ技術を用いて形成されていたものをさらに高い精度且つ低コストで形成することができる。例えば、基板または支持体上に本発明の組成物を塗布し、該組成物からなる層を露光、硬化、必要に応じて乾燥(ベーク)させることによって、液晶ディスプレイ(LCD)などに用いられる、オーバーコート層や絶縁膜などの永久膜や、半導体集積回路、記録材料、あるいはフラットパネルディスプレイなどのエッチングレジストとして適用することも可能である。特に本発明のインプリント用硬化性組成物を用いて形成されたパターンは、エッチング性にも優れ、フッ化炭素等を用いるドライエッチングのエッチングレジストとしても好ましく用いることができる。
液晶ディスプレイ(LCD)などに用いられる永久膜(構造部材用のレジスト)や電子材料の基板加工に用いられるレジストにおいては、製品の動作を阻害しないようにするため、レジスト中の金属あるいは有機物のイオン性不純物の混入を極力避けることが望ましい。このため、本発明のインプリント用硬化性組成物中における金属または有機物のイオン性不純物の濃度としては、1ppm以下、好ましくは100ppb以下、さらに好ましくは10ppb以下にすることが好ましい。
以下において、本発明のインプリント用硬化性組成物を用いたパターン形成方法(パターン転写方法)について具体的に述べる。
本発明のパターン形成方法においては、まず、本発明の組成物を基材上に適応してパターン形成層を形成する。
本発明のインプリント用硬化性組成物を基材上に適用する方法としては、一般によく知られた適用方法を採用できる。
本発明の適用方法としては、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、スピンコート方法、スリットスキャン法、あるいはインクジェット法などにより基材上に塗膜あるいは液滴を適用することができる。また、本発明の組成物からなるパターン形成層の膜厚は、使用する用途によって異なるが、0.03μm~30μm程度である。また、本発明の組成物を、多重塗布により塗布してもよい。インクジェット法などにより基材上に液滴を設置する方法において、液滴の量は1pl~20pl程度が好ましく、液滴を間隔をあけて基材上に配置することが好ましい。さらに、基材と本発明の組成物からなるパターン形成層との間には、例えば平坦化層等の他の有機層などを形成してもよい。これにより、パターン形成層と基板とが直接接しないことから、基板に対するごみの付着や基板の損傷等を防止することができる。尚、本発明の組成物によって形成されるパターンは、基材上に有機層を設けた場合であっても、有機層との密着性に優れる。
本発明のパターン形成方法においては、まず、本発明の組成物を基材上に適応してパターン形成層を形成する。
本発明のインプリント用硬化性組成物を基材上に適用する方法としては、一般によく知られた適用方法を採用できる。
本発明の適用方法としては、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、スピンコート方法、スリットスキャン法、あるいはインクジェット法などにより基材上に塗膜あるいは液滴を適用することができる。また、本発明の組成物からなるパターン形成層の膜厚は、使用する用途によって異なるが、0.03μm~30μm程度である。また、本発明の組成物を、多重塗布により塗布してもよい。インクジェット法などにより基材上に液滴を設置する方法において、液滴の量は1pl~20pl程度が好ましく、液滴を間隔をあけて基材上に配置することが好ましい。さらに、基材と本発明の組成物からなるパターン形成層との間には、例えば平坦化層等の他の有機層などを形成してもよい。これにより、パターン形成層と基板とが直接接しないことから、基板に対するごみの付着や基板の損傷等を防止することができる。尚、本発明の組成物によって形成されるパターンは、基材上に有機層を設けた場合であっても、有機層との密着性に優れる。
本発明のインプリント用硬化性組成物を塗布するための基材(基板または支持体)は、種々の用途によって選択可能であり、例えば、石英、ガラス、光学フィルム、セラミック材料、蒸着膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Feなどの金属基板、紙、SOG(Spin On Glass)、ポリエステルフイルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム等のポリマー基板、TFTアレイ基板、PDPの電極板、ガラスや透明プラスチック基板、ITOや金属などの導電性基材、絶縁性基材、シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体作製基板など特に制約されない。また、基材の形状も特に限定されるものではなく、板状でもよいし、ロール状でもよい。また、後述のように前記基材としては、モールドとの組み合わせ等に応じて、光透過性、または、非光透過性のものを選択することができる。
次いで、本発明のパターン形成方法においては、パターン形成層にパターンを転写するために、パターン形成層表面にモールドを押接する。これにより、モールドの押圧表面にあらかじめ形成された微細なパターンをパターン形成層に転写することができる。
また、パターンを有するモールドに本発明の組成物を塗布し、基板を押接してもよい。
本発明で用いることのできるモールド材について説明する。本発明の組成物を用いた光ナノインプリントリソグラフィは、モールド材および/または基材の少なくとも一方に、光透過性の材料を選択する。本発明に適用される光インプリントリソグラフィでは、基材の上に本発明の硬化性組成物を塗布してパターン形成層を形成し、この表面に光透過性のモールドを押接し、モールドの裏面から光を照射し、前記パターン形成層を硬化させる。また、光透過性基材上に硬化性組成物を塗布し、モールドを押し当て、基材の裏面から光を照射し、硬化性組成物を硬化させることもできる。
前記光照射は、モールドを付着させた状態で行ってもよいし、モールド剥離後に行ってもよいが、本発明では、モールドを密着させた状態で行うのが好ましい。
また、パターンを有するモールドに本発明の組成物を塗布し、基板を押接してもよい。
本発明で用いることのできるモールド材について説明する。本発明の組成物を用いた光ナノインプリントリソグラフィは、モールド材および/または基材の少なくとも一方に、光透過性の材料を選択する。本発明に適用される光インプリントリソグラフィでは、基材の上に本発明の硬化性組成物を塗布してパターン形成層を形成し、この表面に光透過性のモールドを押接し、モールドの裏面から光を照射し、前記パターン形成層を硬化させる。また、光透過性基材上に硬化性組成物を塗布し、モールドを押し当て、基材の裏面から光を照射し、硬化性組成物を硬化させることもできる。
前記光照射は、モールドを付着させた状態で行ってもよいし、モールド剥離後に行ってもよいが、本発明では、モールドを密着させた状態で行うのが好ましい。
本発明で用いることのできるモールドは、転写されるべきパターンを有するモールドが使われる。前記モールド上のパターンは、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パターンが形成できるが、本発明では、モールドパターン形成方法は特に制限されない。
本発明において用いられる光透過性モールド材は、特に限定されないが、所定の強度、耐久性を有するものであればよい。具体的には、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂などの光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサンなどの柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が例示される。
本発明において用いられる光透過性モールド材は、特に限定されないが、所定の強度、耐久性を有するものであればよい。具体的には、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂などの光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサンなどの柔軟膜、光硬化膜、金属膜等が例示される。
本発明において光透過性の基材を用いた場合に使われる非光透過型モールド材としては、特に限定されないが、所定の強度を有するものであればよい。具体的には、セラミック材料、蒸着膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Feなどの金属基板、SiC、シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、アモルファスシリコンなどの基板などが例示され、特に制約されない。また、モールドの形状も特に制約されるものではなく、板状モールド、ロール状モールドのどちらでもよい。ロール状モールドは、特に転写の連続生産性が必要な場合に適用される。
本発明のパターン形成方法で用いられるモールドは、硬化性組成物とモールド表面との剥離性を向上させるために離型処理を行ったものを用いてもよい。このようなモールドとしては、シリコン系やフッソ系などのシランカップリング剤による処理を行ったもの、例えば、ダイキン工業(株)製のオプツールDSXや、住友スリーエム(株)製のNovec EGC-1720等、市販の離型剤も好適に用いることができる。
本発明の組成物を用いて光インプリントリソグラフィを行う場合、本発明のパターン形成方法では、通常、モールド圧力を10気圧以下で行うのが好ましい。モールド圧力を10気圧以下とすることにより、モールドや基板が変形しにくくパターン精度が向上する傾向にある。また、加圧が低いため装置を縮小できる傾向にある点からも好ましい。モールド圧力は、モールド凸部の硬化性組成物の残膜が少なくなる範囲で、モールド転写の均一性が確保できる領域を選択することが好ましい。
本発明のパターン形成方法中、前記パターン形成層に光を照射する工程における光照射の照射量は、硬化に必要な照射量よりも十分大きければよい。硬化に必要な照射量は、硬化性組成物の不飽和結合の消費量や硬化膜のタッキネスを調べて適宜決定される。
また、本発明に適用される光インプリントリソグラフィにおいては、光照射の際の基板温度は、通常、室温で行われるが、反応性を高めるために加熱をしながら光照射してもよい。光照射の前段階として、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、モールドと硬化性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、本発明のパターン形成方法中、光照射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、本発明に適用される光インプリントリソグラフィにおいては、光照射の際の基板温度は、通常、室温で行われるが、反応性を高めるために加熱をしながら光照射してもよい。光照射の前段階として、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、モールドと硬化性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、本発明のパターン形成方法中、光照射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。
本発明の硬化性組成物を硬化させるために用いられる光は特に限定されず、例えば、高エネルギー電離放射線、近紫外、遠紫外、可視、赤外等の領域の波長の光または放射線が挙げられる。高エネルギー電離放射線源としては、例えば、コッククロフト型加速器、ハンデグラーフ型加速器、リニヤーアクセレーター、ベータトロン、サイクロトロン等の加速器によって加速された電子線が工業的に最も便利且つ経済的に使用されるが、その他に放射性同位元素や原子炉等から放射されるγ線、X線、α線、中性子線、陽子線等の放射線も使用できる。紫外線源としては、例えば、紫外線螢光灯、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノン灯、炭素アーク灯、太陽灯等が挙げられる。放射線には、例えばマイクロ波、EUVが含まれる。また、LED、半導体レーザー光、あるいは248nmのKrFエキシマレーザー光や193nmArFエキシマレーザーなどの半導体の微細加工で用いられているレーザー光も本発明に好適に用いることができる。これらの光は、モノクロ光を用いてもよいし、複数の波長の異なる光(ミックス光)でもよい。
露光に際しては、露光照度を1mW/cm2~50mW/cm2の範囲にすることが望ましい。1mW/cm2以上とすることにより、露光時間を短縮することができるため生産性が向上し、50mW/cm2以下とすることにより、副反応が生じることによる永久膜の特性の劣化を抑止できる傾向にあり好ましい。露光量は5mJ/cm2~1000mJ/cm2の範囲にすることが望ましい。5mJ/cm2未満では、露光マージンが狭くなり、光硬化が不十分となりモールドへの未反応物の付着などの問題が発生しやすくなる。一方、1000mJ/cm2を超えると組成物の分解による永久膜の劣化の恐れが生じる。
さらに、露光に際しては、酸素によるラジカル重合の阻害を防ぐため、チッソやアルゴンなどの不活性ガスを流して、酸素濃度を100mg/L未満に制御してもよい。
さらに、露光に際しては、酸素によるラジカル重合の阻害を防ぐため、チッソやアルゴンなどの不活性ガスを流して、酸素濃度を100mg/L未満に制御してもよい。
本発明のパターン形成方法においては、光照射によりパターン形成層を硬化させた後、必要におうじて硬化させたパターンに熱を加えてさらに硬化させる工程を含んでいてもよい。光照射後に本発明の組成物を加熱硬化させる熱としては、150~280℃が好ましく、200~250℃がより好ましい。また、熱を付与する時間としては、5~60分間が好ましく、15~45分間がさらに好ましい。
[パターン]
上述のように本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、液晶ディスプレイ(LCD)などに用いられる永久膜(構造部材用のレジスト)やエッチングレジストとして使用することができる。本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、耐熱性、誘電率特性に優れ、絶縁膜材料として有用である。本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンの残膜を除去し、銅などの配線材料をパターン内に導入することで、複雑なフォトリソグラフィ、エッチング工程を経ることなくデバイスの作成が可能となる。更に、本発明では、モールドに忠実な矩形のパターンを形成できるので、通常フォトリソグラフィ、エッチング工程を繰り返して形成される多段の配線パターン(デュアルダマシン)も、本発明の硬化組成物を用い、多段パターンを有するモールドでパターン形成を行い、得られたパターンを絶縁膜として利用することで少ない工程で多段の配線形成が可能となる。
上述のように本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、液晶ディスプレイ(LCD)などに用いられる永久膜(構造部材用のレジスト)やエッチングレジストとして使用することができる。本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、耐熱性、誘電率特性に優れ、絶縁膜材料として有用である。本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンの残膜を除去し、銅などの配線材料をパターン内に導入することで、複雑なフォトリソグラフィ、エッチング工程を経ることなくデバイスの作成が可能となる。更に、本発明では、モールドに忠実な矩形のパターンを形成できるので、通常フォトリソグラフィ、エッチング工程を繰り返して形成される多段の配線パターン(デュアルダマシン)も、本発明の硬化組成物を用い、多段パターンを有するモールドでパターン形成を行い、得られたパターンを絶縁膜として利用することで少ない工程で多段の配線形成が可能となる。
本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、エッチングレジストとしても有用である。本発明のインプリント用組成物をエッチングレジストとして利用する場合には、まず、基材として例えばSiO2等の薄膜が形成されたシリコンウエハ等を用い、基材上に本発明のパターン形成方法によってナノオーダーの微細なパターンを形成する。その後、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、基材上に所望のパターンを形成することができる。本発明の硬化性組成物は、特に酸素を含有するガスによるドライエッチングに対するエッチング耐性が良好である。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
<実施例A>
重合性化合物Ax1-1の合成
末端にアミノプロピル基を有するポリジメチルシロキサン(信越化学工業社製、KF-8010、官能基当量430g/mol)15gをNMP50mlに溶解させ、これに氷冷下無水マレイン酸3.76gをNMP30mlに溶解させた溶液を少しずつ加えた。室温で2時間攪拌した後、酢酸エチル200ml加え、これを水洗、乾燥、濃縮した。得られた油状物に無水酢酸40ml、酢酸ナトリウム4.15gを加え85℃で7時間反応させた。反応液を氷に注ぎ1時間攪拌した後、酢酸エチルで抽出、乾燥、濃縮し、油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィーにより精製し、重合性化合物Ax1-1を5g得た。NMRより求めたジメチルシロキサン繰返し単位s1の平均値は11であり、数平均分子量は916であった。
重合性化合物Ax1-1の合成
末端にアミノプロピル基を有するポリジメチルシロキサン(信越化学工業社製、KF-8010、官能基当量430g/mol)15gをNMP50mlに溶解させ、これに氷冷下無水マレイン酸3.76gをNMP30mlに溶解させた溶液を少しずつ加えた。室温で2時間攪拌した後、酢酸エチル200ml加え、これを水洗、乾燥、濃縮した。得られた油状物に無水酢酸40ml、酢酸ナトリウム4.15gを加え85℃で7時間反応させた。反応液を氷に注ぎ1時間攪拌した後、酢酸エチルで抽出、乾燥、濃縮し、油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィーにより精製し、重合性化合物Ax1-1を5g得た。NMRより求めたジメチルシロキサン繰返し単位s1の平均値は11であり、数平均分子量は916であった。
重合性化合物Ax2-1の合成
ポリジメチルシロキサンのかわりに1,3-ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンを用いた以外は重合性化合物Ax1-1の合成と同様の手法で重合性化合物Ax2-1を合成した。重合性化合物Ax2-1は室温で固体であり、融点は49℃であった。
ポリジメチルシロキサンのかわりに1,3-ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンを用いた以外は重合性化合物Ax1-1の合成と同様の手法で重合性化合物Ax2-1を合成した。重合性化合物Ax2-1は室温で固体であり、融点は49℃であった。
重合性化合物Ax4-1の合成
無水マレイン酸9.8gを酢酸エチル200mlに溶解させ、これに氷冷下アミノプロピルトリエトキシシラン22.1gを滴下した。室温で2時間反応させた後、溶剤を濃縮して、無色固体を32g得た。
1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン21.9gをメタノールに溶解させ、これに氷冷下濃硫酸0.46gを添加した。氷冷下30分攪拌した後、得られた無色固体を15g加えた。氷冷下1時間攪拌した後、水3.4gを加え、室温で4時間反応させた。反応液から水相を除去し、これに濃硫酸1.15gを加え室温で30分攪拌した。反応液に酢酸エチル200ml加え、水洗、乾燥、濃縮してオイル21gが得られた。得られたオイル10gに無水酢酸20ml、酢酸ナトリウム2.1g加え、80℃で4時間反応させた。反応液を氷に注ぎ1時間攪拌した後、酢酸エチルで抽出、乾燥、濃縮し、油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィーにより精製し、重合性化合物Ax4-1を3g得た。
無水マレイン酸9.8gを酢酸エチル200mlに溶解させ、これに氷冷下アミノプロピルトリエトキシシラン22.1gを滴下した。室温で2時間反応させた後、溶剤を濃縮して、無色固体を32g得た。
1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン21.9gをメタノールに溶解させ、これに氷冷下濃硫酸0.46gを添加した。氷冷下30分攪拌した後、得られた無色固体を15g加えた。氷冷下1時間攪拌した後、水3.4gを加え、室温で4時間反応させた。反応液から水相を除去し、これに濃硫酸1.15gを加え室温で30分攪拌した。反応液に酢酸エチル200ml加え、水洗、乾燥、濃縮してオイル21gが得られた。得られたオイル10gに無水酢酸20ml、酢酸ナトリウム2.1g加え、80℃で4時間反応させた。反応液を氷に注ぎ1時間攪拌した後、酢酸エチルで抽出、乾燥、濃縮し、油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィーにより精製し、重合性化合物Ax4-1を3g得た。
重合性化合物Ax6-1の合成
1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサンの代わりにヘキサメチルジシロキサンを用いた以外は、重合性化合物Ax4-1の合成と同じ手法で合成した。
1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサンの代わりにヘキサメチルジシロキサンを用いた以外は、重合性化合物Ax4-1の合成と同じ手法で合成した。
同様の手法を用いて重合性化合物Ax3-1、Ax7-1を合成した。Ax5-1はAldrich社製の市販品を用いた。Ax8-1は、ヒドロキシプロピルマレイミドとアクリル酸クロリドから合成した。
硬化性組成物の調整
下記表に示す材料を混合し、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)を重合性化合物に対して100ppm(0.01質量%)となるように加えて調整し、本発明の硬化性組成物A1~A12および比較例の硬化性組成物B1~B3を得た。
下記表に示す材料を混合し、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)を重合性化合物に対して100ppm(0.01質量%)となるように加えて調整し、本発明の硬化性組成物A1~A12および比較例の硬化性組成物B1~B3を得た。
これらの化合物の融点は、以下のとおりである。
Ax1-1:25℃において液体
Ax2-1:49℃
Ax3-1:25℃において液体
Ax4-1:25℃において液体
Ax5-1:28℃
Ax6-1:25℃において液体
Ax7-1:25℃において液体
Ax8-1:25℃において液体
Ax1-1:25℃において液体
Ax2-1:49℃
Ax3-1:25℃において液体
Ax4-1:25℃において液体
Ax5-1:28℃
Ax6-1:25℃において液体
Ax7-1:25℃において液体
Ax8-1:25℃において液体
K1:2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド(BASF社製、Lucirin TPO-L)
K2:(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン(BASF社製、Irgacure379EG)
K2:(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン(BASF社製、Irgacure379EG)
R2-1:Gelest社製、SIA0210
R3-1:Gelest社製、SIT8725
R4-1:Aldrich社製、トリエチレングリコールジビニルエーテル
<パターン耐熱試験>
モールドとして、線幅40nm、溝深さが60nmの矩形ライン/スペースパターン(1/1)を有し、パターン表面がオプツールDSX(ダイキン工業社製)で処理された石英モールドを用いた。
信越化学社製KBM-5103で処理されたシリコン基板上に前記硬化性組成物の2μlの液滴を複数1cm間隔の正方配列で配置し、これに前述のモールドをのせて液滴をモールドに充填させた。窒素気流下水銀ランプ光にて、露光量500mJ/cm2で硬化させ、硬化後、ゆっくりモールドを剥がしパターンを得た。
得られたパターンを、窒素下で300℃および350℃、ならびに、空気下で300℃および350℃の条件で、それぞれ、1時間加熱し、耐熱試験を行った。耐熱試験後のパターン形状を走査型電子顕微鏡で観察し、以下のように評価した。
A:モールドに忠実な矩形パターンが得られた。
B:パターントップが丸みを帯びていたが、パターン高さはモールド溝深さの90%以上であった。
C:パターントップが丸みを帯びており、パターン高さはモールド溝深さの70%以上90%未満であった。
D:パターントップが丸みを帯びており、パターン高さはモールド溝深さの50%以上70%未満であった。
E:パターントップが明らかに丸みを帯び、かつ、パターン高さがモールド溝深さの50%未満であった。
モールドとして、線幅40nm、溝深さが60nmの矩形ライン/スペースパターン(1/1)を有し、パターン表面がオプツールDSX(ダイキン工業社製)で処理された石英モールドを用いた。
信越化学社製KBM-5103で処理されたシリコン基板上に前記硬化性組成物の2μlの液滴を複数1cm間隔の正方配列で配置し、これに前述のモールドをのせて液滴をモールドに充填させた。窒素気流下水銀ランプ光にて、露光量500mJ/cm2で硬化させ、硬化後、ゆっくりモールドを剥がしパターンを得た。
得られたパターンを、窒素下で300℃および350℃、ならびに、空気下で300℃および350℃の条件で、それぞれ、1時間加熱し、耐熱試験を行った。耐熱試験後のパターン形状を走査型電子顕微鏡で観察し、以下のように評価した。
A:モールドに忠実な矩形パターンが得られた。
B:パターントップが丸みを帯びていたが、パターン高さはモールド溝深さの90%以上であった。
C:パターントップが丸みを帯びており、パターン高さはモールド溝深さの70%以上90%未満であった。
D:パターントップが丸みを帯びており、パターン高さはモールド溝深さの50%以上70%未満であった。
E:パターントップが明らかに丸みを帯び、かつ、パターン高さがモールド溝深さの50%未満であった。
本発明の硬化性組成物A5を用い、インクジェット装置として、富士フイルムダイマティックス社製、インクジェットプリンターDMP-2831を用いて、シリコンウェハ上にノズルあたり1plの液滴量で、100μm間隔の正方配列となるように、吐出タイミングを制御して光硬化性組成物を信越化学社製KBM-5103で処理されたシリコンウェハ上に吐出した。この際、吐出される硬化組成物の温度が25℃となるように調整した。硬化性組成物A5の25℃における粘度は12mPa・sであった。このウェハに線幅25nm、溝深さが40nmの矩形ライン/スペースパターン(1/1)を有し、パターン表面がオプツールDSX(ダイキン工業社製)で処理された石英モールドをのせて液滴をモールドに充填させた。窒素気流下モールド側から水銀ランプを用い500mJ/cm2の条件で露光して硬化させ、ゆっくりとモールドを離し、パターンを得た。
得られたパターンを前述の40nmのパターンと同じ方法によりパターン耐熱試験を行ったところ、40nmのパターンと同じ結果が得られた。
本発明の硬化性組成物A5を用い、パターンのない平坦なモールドを用いた以外は前述のパターン耐熱試験と同様の手法により、硬化膜を得た。この硬化膜の比誘電率を水銀プローブ法により測定したところ2.8であり、絶縁膜等に用いられる低誘電率材料としても好適であった。
得られたパターンを前述の40nmのパターンと同じ方法によりパターン耐熱試験を行ったところ、40nmのパターンと同じ結果が得られた。
本発明の硬化性組成物A5を用い、パターンのない平坦なモールドを用いた以外は前述のパターン耐熱試験と同様の手法により、硬化膜を得た。この硬化膜の比誘電率を水銀プローブ法により測定したところ2.8であり、絶縁膜等に用いられる低誘電率材料としても好適であった。
上記結果から明らかなとおり、本発明の組成物を用いた場合、100nm以下の微細パターン形成性に加えて高い耐熱性を達成できることが分かった。
<実施例B>
下記表に示す重合性化合物および重合開始剤を混合し、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)を重合性化合物に対して100ppm(0.01質量%)となるように加えて調整した。調整した組成物を、0.1μmのテトラフロロエチレン製フィルターでろ過し、硬化性組成物を得た。
下記表に示す重合性化合物および重合開始剤を混合し、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)を重合性化合物に対して100ppm(0.01質量%)となるように加えて調整した。調整した組成物を、0.1μmのテトラフロロエチレン製フィルターでろ過し、硬化性組成物を得た。
(評価)
得られた各実施例および比較例の硬化性組成物について以下の評価を行った。結果を下記表に示す。
得られた各実施例および比較例の硬化性組成物について以下の評価を行った。結果を下記表に示す。
<重量減少>
テトラフロロエチレンシート上に各組成物の塗膜を形成し、これに窒素下水銀ランプ光にて、露光照度10mW/cm2、露光量600mJ/cm2で硬化させた。硬化膜を取り出し、TAインストゥルメンツ社製TGA装置Q500を用いて空気下350℃で2時間加熱した際の重量減少を観測した。重量減少率が少ないほど耐熱性が良好である。
<パターン耐熱試験>
モールドとして、線幅80nm、溝深さが150nmの矩形ライン/スペースパターン(1/1)を有し、パターン表面がオプツールDSX(ダイキン工業社製)で処理された石英モールドを用いた。
シリコン基板上に前記硬化性組成物をスピンコート法にて塗布し、膜厚1.5μmのパターン形成層を形成した。これに窒素気流下前記モールドを乗せ、1MPaの圧力でモールドを組成物に押し付けながら365nmの光を含有する水銀ランプ光にて、露光照度10mW/cm2、露光量300mJ/cm2で硬化させ、硬化後、ゆっくりモールドを剥がしパターンを得た。
得られたパターンを空気下300℃で2時間加熱し、耐熱試験を行った。耐熱試験後のパターン形状を走査型電子顕微鏡で観察し、以下のように評価した。
A:モールドに忠実な矩形パターンが得られた。
B:パターントップがわずかに丸みを帯びていたが、パターン高さは忠実であった。
C:パターントップが明らかに丸みを帯びていたが、パターン高さは忠実であった。
D:パターントップが明らかに丸みを帯び、かつ、パターン高さが低かった。
テトラフロロエチレンシート上に各組成物の塗膜を形成し、これに窒素下水銀ランプ光にて、露光照度10mW/cm2、露光量600mJ/cm2で硬化させた。硬化膜を取り出し、TAインストゥルメンツ社製TGA装置Q500を用いて空気下350℃で2時間加熱した際の重量減少を観測した。重量減少率が少ないほど耐熱性が良好である。
<パターン耐熱試験>
モールドとして、線幅80nm、溝深さが150nmの矩形ライン/スペースパターン(1/1)を有し、パターン表面がオプツールDSX(ダイキン工業社製)で処理された石英モールドを用いた。
シリコン基板上に前記硬化性組成物をスピンコート法にて塗布し、膜厚1.5μmのパターン形成層を形成した。これに窒素気流下前記モールドを乗せ、1MPaの圧力でモールドを組成物に押し付けながら365nmの光を含有する水銀ランプ光にて、露光照度10mW/cm2、露光量300mJ/cm2で硬化させ、硬化後、ゆっくりモールドを剥がしパターンを得た。
得られたパターンを空気下300℃で2時間加熱し、耐熱試験を行った。耐熱試験後のパターン形状を走査型電子顕微鏡で観察し、以下のように評価した。
A:モールドに忠実な矩形パターンが得られた。
B:パターントップがわずかに丸みを帯びていたが、パターン高さは忠実であった。
C:パターントップが明らかに丸みを帯びていたが、パターン高さは忠実であった。
D:パターントップが明らかに丸みを帯び、かつ、パターン高さが低かった。
Ax1-2の合成
1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン93gをメタノール13gに溶解させ、これに氷冷下濃硫酸2gをゆっくり加えた。30分攪拌した後、氷冷下これに3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン46gをゆっくり加えた。室温で1時間攪拌した後水14gを加え5時間反応させた。水層を分離し、有機層を水洗した後、有機層に濃硫酸4.9gを加え室温で30分攪拌した。水層を除き、有機層を水、炭酸水素ナトリウム水溶液、水で洗浄し、濃縮すると粗生成物が得られた。これを減圧蒸留精製すると化合物Ax1-2が50g得られた。
1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン93gをメタノール13gに溶解させ、これに氷冷下濃硫酸2gをゆっくり加えた。30分攪拌した後、氷冷下これに3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン46gをゆっくり加えた。室温で1時間攪拌した後水14gを加え5時間反応させた。水層を分離し、有機層を水洗した後、有機層に濃硫酸4.9gを加え室温で30分攪拌した。水層を除き、有機層を水、炭酸水素ナトリウム水溶液、水で洗浄し、濃縮すると粗生成物が得られた。これを減圧蒸留精製すると化合物Ax1-2が50g得られた。
Ax2-2の合成
Ax1-2の合成において3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシランを3-アクリルオキシプロピルジメチルメトキシシランに変えた以外は同様の手法で合成を行った。
Ax1-2の合成において3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシランを3-アクリルオキシプロピルジメチルメトキシシランに変えた以外は同様の手法で合成を行った。
Ax3-2:Gelest社製SIT8725
Ax4-2の合成
Ax1-2と1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンを2/1のmol比でトルエンと混合しこれに白金ビス(1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン)錯体のキシレン溶液を加えた。室温で24時間反応させた後シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより化合物Ax4-2を得た。
Ax1-2と1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンを2/1のmol比でトルエンと混合しこれに白金ビス(1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン)錯体のキシレン溶液を加えた。室温で24時間反応させた後シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより化合物Ax4-2を得た。
Ax5-2の合成
Ax4-2の合成において1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンのかわりにGelest社製SIB1091を用いた以外は同様の手法により合成を行った。
Ax4-2の合成において1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンのかわりにGelest社製SIB1091を用いた以外は同様の手法により合成を行った。
Ax6-2の合成
Ax4-2の合成において1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンのかわりにGelest社製SIP6826を用いた以外は同様の手法により合成を行った。
Ax4-2の合成において1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンのかわりにGelest社製SIP6826を用いた以外は同様の手法により合成を行った。
R1-2:日本化薬社製、カヤラッドNPGDA
R2-2:東亜合成社製、アロニックスM-309
R3-2:Gelest社製、SIB1402
R4-2:EP1424339号公報記載の方法により合成
Z1:Gelest社製、SIA0210
R2-2:東亜合成社製、アロニックスM-309
R3-2:Gelest社製、SIB1402
R4-2:EP1424339号公報記載の方法により合成
Z1:Gelest社製、SIA0210
<光重合開始剤>
B1:2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド(BASF社製、Lucirin TPO-L)
B2:(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン(BASF社製、Irgacure379EG)
B1:2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド(BASF社製、Lucirin TPO-L)
B2:(2-ジメチルアミノー2ー(4メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イルフェニル)ブタン-1-オン(BASF社製、Irgacure379EG)
上記表から明らかなとおり、本発明の組成物を用いた場合、重量減少およびパターン耐熱試験のいずれにも優れることが分かった。一方、本発明の範囲外の化合物を用いた場合、重量減少、パターン耐熱試験のいずれにも劣っていることが分かった。
また、本発明の硬化性組成物は、耐熱性に優れているため、いわゆる、Low-K材料にも持ちることができることが分かった。
本発明の硬化性組成物は、高温(例えば、250℃以上、さらには、300℃以上)で加熱しても良好なパターン維持可能であるため、永久膜用途、特に、絶縁膜、封止剤等の用途に好ましく用いることができる。
Claims (34)
- マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)を含有するインプリント用硬化性組成物。
- マレイミド構造を有する重合性化合物(Ax-1)が、マレイミド構造を2つ以上有するか、または、マレイミド基と、マレイミド基以外の重合性基であって、エステル基を有さない重合性基を有する化合物である、請求項1に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子を有する、請求項1または2に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子を有し、該シリコン原子は重合性化合物の(Ax-1)の鎖状構造中に含まれる、請求項1または2に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(Ax-1)が分子中にエステル基を含有しない、請求項1~4のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(Ax-1)がシリコン原子と酸素原子が結合した構造を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(Ax-1)が、マレイミド基に含まれるヘテロ原子と、シリコン原子に結合している酸素原子以外のヘテロ原子を有さない、請求項1~6のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性化合物(Ax-1)の分子量が200~500である、請求項1~7のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- さらに光重合開始剤(B)を含有する、請求項1~8のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 重合性基がシリコン原子に結合したビニル基である、請求項1~9のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 前記Rxがメチル基である、請求項13に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)が2個以上のシリコン原子を含む、請求項13~15のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)がシリコン原子-酸素原子-シリコン原子で表される部分構造を含む、請求項13~16のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)が(メタ)アクリロイルオキシ基を含む、請求項13~17のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)が一般式(I)で表される部分構造を2つ以上有する、請求項13~18のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物を含有する、請求項13~20のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)とは異なる重合性化合物が、(メタ)アクリレートである、請求項21に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 化合物(Ax-2)が、溶剤を除く全成分の30~99質量%の割合で含まれる、請求項13~22のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物。
- 請求項1~23のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物を用いることを特徴とする、パターン形成方法。
- 請求項1~23のいずれか1項に記載のインプリント用硬化性組成物を基材上に適応してパターン形成層を形成する工程と、
前記パターン形成層表面にモールドを圧接する工程と、
前記パターン形成層に光を照射する工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。 - 請求項24または25に記載のパターン形成方法によって得られたパターン。
- 請求項26に記載のパターンを含む電子デバイス。
- 請求項24または25に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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