WO2014087817A1 - ナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法 - Google Patents

ナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法 Download PDF

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藪 浩
祐太 齊藤
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    • B29K2033/00Use of polymers of unsaturated acids or derivatives thereof as moulding material

Definitions

  • the present invention relates to a resin for nanoimprint, a laminate containing the resin, a printed board containing the resin, and a method for producing the nanoimprint board, and more particularly, a transferred resin layer for transferring a nanoimprint board and a mold (template).
  • a transferred resin layer for transferring a nanoimprint board and a mold template.
  • the resin for nanoimprinting for preventing the transferred resin layer from being peeled from the substrate, the laminate containing the resin, the printed board containing the resin, and
  • the present invention relates to a method for manufacturing a nanoimprint substrate.
  • Lithography technology which is the core technology of the semiconductor device process, aims to obtain a resolution equivalent to the light wavelength used, in addition to the initial cost of the exposure apparatus increasing exponentially as miniaturization progresses. There is a problem that the price of masks is also rising.
  • Nanoimprint lithography proposed by Chou et al. In Princeton University in 1995 is attracting attention as a processing technique having a resolution of about 10 nm while being inexpensive.
  • Nanoimprint is a technology that presses a mold against a transferred resin layer provided on a substrate and transfers the pattern formed on the mold to the transferred resin layer on the order of nanometers. It is less expensive than existing lithography technology. Since fine patterns can be formed, application to industrial machines such as electronic devices such as semiconductors, optical devices, recording media, chemical / biodevices, and MEMS has been promoted.
  • thermal nanoimprinting and optical nanoimprinting are known, and these methods are distinguished by the characteristics of the transferred resin.
  • thermal nanoimprinting is performed by applying a thermoplastic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA) to a substrate as a transfer resin, raising the temperature to the glass transition temperature of the resin (PMMA is 105 ° C.) or more, and molding.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • This is a method of transferring the pattern of the mold to the resin to be transferred by pressing and separating the mold and the substrate after cooling.
  • the thermal nanoimprinting method has a problem in that it takes time to heat and cool the resin to be transferred, resulting in a decrease in throughput.
  • Non-Patent Document 1 a glass substrate is treated with a silane coupling agent and then a transfer resin is applied (see Non-Patent Document 1), and a gold coating on the substrate is reacted with a thiophene-containing benzophenone derivative. Thereafter, it is known to form a polystyrene resin layer as a transfer resin (see Non-Patent Document 2).
  • the substrate is limited to glass because it is treated with a silane coupling agent, and in the method described in Non-Patent Document 2, a gold coating is essential. There is a problem that the combination of the substrate and the transferred resin is limited.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, and as a result of extensive research, a nanoimprint resin represented by the following formula (1) is laminated on a substrate, and a mold is transferred onto the substrate.
  • a nanoimprint resin represented by the following formula (1) is laminated on a substrate, and a mold is transferred onto the substrate.
  • the adhesion between the substrate and the transferred resin can be improved, and the transferred resin is not peeled from the substrate when the mold is peeled regardless of the type of the substrate and the transferred resin.
  • thermal nanoimprinting is performed using a thermoplastic resin as the transfer resin, the transfer resin does not peel from the substrate even if the temperature at which the mold is peeled is high because the transfer resin is in close contact with the substrate.
  • the present inventors have newly found that the throughput can be improved and the pattern on the mold can be accurately transferred to the resin to be transferred.
  • R 1 to R 5 each independently represents —H or —OH, and at least one of R 1 to R 5 is —OH.
  • R 6 is a linear or branched group having 1 to 20 carbon atoms.
  • X represents an amide or ester
  • Y represents an amide or ester, but is not included
  • P represents an integer of 1 to 10.
  • m and n are integers of 1 or more.
  • an object of the present invention is to provide a resin for nanoimprint, a laminate containing the resin, a printed board containing the resin, and a method for producing the nanoimprint board.
  • the present invention relates to a resin for nanoimprinting, a laminate containing the resin, a printed board containing the resin, and a method for producing the nanoimprinted board shown below.
  • a resin for nanoimprint represented by the following formula (1).
  • R 1 to R 5 each independently represents —H or —OH, and at least one of R 1 to R 5 is —OH.
  • R 6 is a linear or branched group having 1 to 20 carbon atoms.
  • X represents an amide or ester
  • Y represents an amide or ester, but is not included
  • P represents an integer of 1 to 10.
  • m and n are integers of 1 or more.
  • the layer for transferring the pattern of the mold is a thermoplastic resin, and the step of transferring the pattern of the mold includes: Heating the substrate on which the thermoplastic resin is laminated at a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin; Pressing the mold, Cooling the substrate to a temperature lower than the glass transition temperature of the thermoplastic resin, and peeling the mold; The manufacturing method of the nanoimprint board
  • the layer for transferring the pattern of the mold is a thermosetting resin
  • the step of transferring the pattern of the mold includes: Pressing the mold at a temperature lower than the glass transition temperature of the thermosetting resin, Heating the substrate laminated with the thermosetting resin to a temperature higher than the glass transition temperature of the thermosetting resin; and peeling the mold; The manufacturing method of the nanoimprint board
  • the layer for transferring the pattern of the mold is formed of a solution containing a polymerizable monomer and a photopolymerization initiator, and the step of transferring the pattern of the mold includes: Pressing the mold, A step of crosslinking and curing the polymerizable monomer, and a step of peeling the mold, The manufacturing method of the nanoimprint board
  • the substrate is removed from the substrate when the mold is peeled regardless of the type of the substrate and the transfer resin.
  • the transfer resin can be prevented from peeling off.
  • the mold pattern can be accurately transferred to the transferred resin even when the temperature at which the mold is peeled off is high, so that the thermal nanoimprinting throughput can be improved. it can.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a conventional nanoimprint procedure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the procedure of nanoimprinting of the present invention.
  • FIG. 3 is an AMF photograph of a mold used in an embodiment of the present invention, which is a drawing substitute photograph.
  • FIG. 4 is an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 as a drawing-substituting photograph.
  • FIG. 5 is an AFM photograph of the nanoimprint substrate surface obtained in Example 3 and Comparative Example 3, which is a drawing-substituting photograph.
  • FIG. 6 is a photograph substituted for a drawing, and is an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 4 and Comparative Example 4.
  • FIG. 7 is a photograph substituted for a drawing, and is an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 5 and Example 6.
  • the nanoimprint resin of the present invention a laminate containing the resin, a printed board containing the resin, and a method for producing the nanoimprint board will be described more specifically.
  • FIG. 2 shows an outline of a method for producing a nanoimprint substrate of the present invention.
  • the nanoimprint resin 12 of the present invention is laminated on a substrate 11 and (2) a transfer target on the nanoimprint resin 12.
  • a solution 13 containing a resin or a polymerizable monomer and a photopolymerization initiator (hereinafter sometimes simply referred to as “transferred resin 13”) is laminated, and (3) a laminate produced in (2) above.
  • the nanoimprint substrate can be manufactured by pressing the mold 14 against the body, (4) separating the mold 14, and transferring the pattern of the mold 14 to the resin 13 to be transferred.
  • the laminate produced in the step (2) is transferred to the transfer resin in the step of FIG.
  • the mold 14 After heating to a glass transition temperature of 13 or higher, the mold 14 is pressed, then cooled to a temperature lower than the glass transition temperature of the resin 13 to be transferred, and then the mold 14 is pulled away in step (4).
  • the mold 14 when thermal nanoimprinting is performed on the transfer resin 13 using a thermosetting resin, in step (3), the mold 14 is pressed at a temperature lower than the temperature at which the transfer resin 13 is cured, and then the transfer resin is transferred. After the transfer resin 13 is cured by heating to a temperature higher than the curing temperature 13, the mold 14 may be pulled away in step (4).
  • step (2) a solution containing a polymerizable monomer and a photopolymerization initiator is applied in step (2), and a mold 14 made of a transparent material is pressed in step (3). Thereafter, when a mold 14 side or a transparent substrate is used, the polymerizable monomer is cross-linked and cured by irradiating ultraviolet rays or the like from the substrate side, and the mold 14 is separated in the step (4). .
  • the material of the substrate 11 is not particularly limited as long as it can be nanoimprinted, and is inorganic such as silicon, glass, sapphire, gold, polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polynaphthalene terephthalate (PEN), What is necessary is just to select suitably from resin, such as a polycarbonate (PC), a triacetyl cellulose (TAC), polymethyl methacrylate (PMMA), and a copolymer (MS) of methyl methacrylate and styrene.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEN polynaphthalene terephthalate
  • resin such as a polycarbonate (PC), a triacetyl cellulose (TAC), polymethyl methacrylate (PMMA), and a copolymer (MS) of methyl methacrylate and styrene.
  • the resin 12 for nanoimprinting of the present invention is composed of a resin represented by the following formula (1).
  • R 1 to R 5 each independently represents —H or —OH, and at least one of R 1 to R 5 is —OH.
  • R 6 is a linear or branched group having 1 to 20 carbon atoms.
  • X represents an amide or ester
  • Y represents an amide or ester, but is not included
  • P represents an integer of 1 to 10.
  • m and n are integers of 1 or more.
  • the above resin is an amphiphilic resin composed of a hydrophilic part in which at least one —OH group is substituted on the benzene ring and a hydrophobic R 6 part.
  • At least one of R 1 to R 5 is an —OH group, and when there are a plurality of —OH groups, they may be substituted at any position.
  • the number of —OH groups is preferably 2 to 3, and more preferably 2. Furthermore, it is preferable that the —OH group is adjacent to give orientation to the substrate.
  • P in the formula (1) may be an integer of 1 to 10.
  • X may be selected from amides or esters.
  • Y may be selected from amides or esters, but Y may not be included.
  • R 6 is not particularly limited as long as it is hydrophobic and has an affinity for the resin to be transferred.
  • it is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. And an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.
  • linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms include, for example, methyl, ethyl, n-propyl, 2-propyl, n-butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 1-ethylpropyl, tert-pentyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 2,2-dimethylpropyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 1-ethylbutyl, 2 -Methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 2-methylpentan-3-yl, 3,3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,2-dimethylbutyl 1,3-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 1-ethylbuty
  • aryl group having 6 to 20 carbon atoms include phenyl, indenyl, pentarenyl, naphthyl, azulenyl, fluorenyl, phenanthrenyl, anthracenyl, acenaphthylenyl, biphenylenyl, naphthacenyl, and pyrenyl.
  • aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms include benzyl, phenethyl, 1-phenylpropyl, 2-phenylpropyl, 3-phenylpropyl, 1-phenylbutyl, 2-phenylbutyl, 3-phenylbutyl, 4-phenyl Phenylbutyl, 1-phenylpentylbutyl, 2-phenylpentylbutyl, 3-phenylpentylbutyl, 4-phenylpentylbutyl, 5-phenylpentylbutyl, 1-phenylhexylbutyl, 2-phenylhexylbutyl, 3-phenylhexylbutyl 4-phenylhexylbutyl, 5-phenylhexylbutyl, 6-phenylhexylbutyl, 1-phenylheptyl, 1-phenyloctyl, 1-phenylnonyl, 1-phenyldecy
  • the resin represented by the formula (1) is obtained, for example, by polymerizing a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the formula (3).
  • R 1 to R 5 each independently represents —H or —OH, and at least one of R 1 to R 5 represents —OH.
  • X represents an amide or ester, and P represents 1 to 10) Represents an integer.
  • R 6 represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.
  • Y represents an amide or Represents an ester but may not be included.
  • Examples of the compound represented by the above formula (2) include dopamine acrylamide, resorcin acrylamide, pyrogallol acrylamide, phloroglucinol acrylamide, and tetrahydroxybenzene acrylamide.
  • phenol, catechol, resorcinol, hydroquinone, pyrogallol, phloroglucinol, acrylamide and acrylic derivatives bonded to tetrahydroxybenzene with an alkyl group, and the like can be given.
  • the compound represented by the formula (2) includes, for example, as a starting material, dopamine hydrochloride, resorcin alkylamine hydrochloride, pyrogallol alkylamine hydrochloride, phloroglucinol alkylamine hydrochloride, tetrahydrobenzenealkylamine hydrochloride, phenol It can synthesize
  • the starting material is added to a buffer solution in which sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) and sodium borate (Sodium Borate) are dissolved in water, and while stirring the solution, methacrylic anhydride tetrahydrofuran (THF) Add the solution dropwise. At that time, it is desirable to maintain the solution at a pH of 8 or higher using an aqueous NaOH solution. After stirring this solution overnight, the solution is adjusted to pH 2 or lower using HCl, and then ethyl acetate is added to extract the product. This solution is dried with sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), concentrated by an evaporator, and recrystallized. Next, the compound obtained by filtration under reduced pressure is recovered and vacuum-dried, whereby the compound of the formula (2) in which a double bond is connected to the starting material can be obtained.
  • NaHCO 3 sodium hydrogen carbonate
  • sodium borate sodium Borate
  • the compounds represented by the above formula (3) include methyl acrylamide, ethyl acrylamide, n-propyl when Y is an amide or ester and R 6 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 6 is an aryl group having 6 to 20 carbon atoms
  • Examples include aryl est
  • Y is an amide or ester and R 6 is an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, benzylacrylamide, phenethylacrylamide, 1-phenylpropylacrylamide, 2-phenylpropylacrylamide, 3-phenylpropylacrylamide, 1-phenylbutyl Acrylamide, 2-phenylbutylacrylamide, 3-phenylbutylacrylamide, 4-phenylbutylacrylamide, 1-phenylpentylbutylacrylamide, 2-phenylpentylbutylacrylamide, 3-phenylpentylbutylacrylamide, 4-phenylpentylbutylacrylamide, 5- Phenylpentylbutylacrylamide, 1-phenylhexylbutylacrylamide, 2-phenylhexylbutylacrylamide, 3-phenyl Phenylhexylbutylacrylamide, 4-phenylhexylbutylacrylamide, 5-phenylhexy
  • R 6 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, propylene, 2-methyl-1-propylene, 1-butene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, 3,3-dimethyl-1-butene, 3-methyl-2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1- Butene, 2-tert-butyl-3,3-dimethyl-1-butene, 1-pentene, 2-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 2-methyl- 3-ethyl-1-pentene, 2,4,4-trimethyl-1-pentene, 1-hexene, 2-ethyl-1-hexene, 2-butyl-1-hexene, 3,3-dimethyl-1-hexene, 5-methyl-1-hexene, 4-methyl -1-hexene,
  • the compound containing no Y includes vinylbenzene (styrene), 1-vinylindene, 5-vinylindene, 1-vinylpentalene when R 6 is an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the compound not containing Y in the above formula (3) include 3-phenyl-1-propylene, 2-phenyl-1-propylene, 4-phenyl-1 when R 6 is an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.
  • amphiphilic polymer of the present invention can be synthesized by the procedure described below using the compounds of the above formulas (2) and (3).
  • a mixed solvent of dimethyl sulfoxide (DMSO) and benzene the compounds of the above formulas (2) and (3), and radical polymerization initiators such as azobisisobutyronitrile are dissolved, and freeze-fed three times. Do care.
  • This solution is heated to 60 ° C. in a nitrogen atmosphere to perform free radical polymerization. After polymerization, the reaction solution is dropped into acetonitrile, and after centrifugation, the synthesized polymer is dried under reduced pressure to produce the nanoimprint resin of the present invention.
  • the weight average molecular weight of the obtained resin is such that if the molecular weight is too large, the solubility decreases due to viscosity and hydrogen bonding, and if the molecular weight is too small, there is a possibility that the film does not form, so 5,000 to 500,000. Is preferable, and 10,000 to 100,000 is more preferable.
  • the weight average molecular weight can be adjusted by adjusting the ratio of the initiator and the monomer. Moreover, what is necessary is just to adjust the addition amount of the compound represented by Formula (2) and Formula (3) about ratio of m: n.
  • the “weight average molecular weight” in the present invention means a weight average molecular weight when measured in terms of polystyrene using HLC-8320GPC manufactured by Tosoh Corporation.
  • Examples of the resin for nanoimprinting of the present invention obtained by the above method include the following resins.
  • the nanoimprint resin of the present invention is provided between the substrate 11 and the transferred resin 13 to enhance the adhesion between the substrate 11 and the transferred resin 13, and the transferred resin 13 is peeled from the substrate 11 when the mold is separated. Therefore, it can be used for both thermal nanoimprint and optical nanoimprint transfer methods.
  • the transferred resin 13 is not particularly limited as long as it is a thermoplastic resin or a thermosetting resin generally used for thermal nanoimprint.
  • a thermoplastic resin which is a transfer resin
  • the thermoplastic resin is heated to a glass transition temperature (Tg) or higher and softened, and then a mold on which a fine pattern is formed is pressed to be lower than the glass transition temperature. Since the fine pattern is transferred by cooling to a temperature, a thermoplastic resin having a glass transition temperature lower than the heating temperature at the time of transfer is preferred.
  • the thermosetting resin which has a glass transition temperature higher than the heating temperature at the time of pressing the mold in which the fine pattern was formed is preferable from the point of the compatibility with a thermal nanoimprint method. .
  • thermoplastic resin examples include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyvinyl acetate (PVAc), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylonitrile butadiene styrene resin (ABS). Resin), AS resin, acrylic resin (PMMA), polyurethane resin (TPU), polyvinyl alcohol (PVA), polycarbonate (PC), polysulfone (PSF), polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL), polybutadiene (BR) And polyisoprene (IR).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PS polystyrene
  • PVAc polyvinyl acetate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene resin
  • AS resin acrylic resin
  • PMMA acrylic resin
  • TPU polyurethan
  • thermosetting resin examples include phenol resin (PF), epoxy resin (EP), melamine resin (MF), urea resin (UF), unsaturated polyester resin (UP), alkyd resin, polyurethane (PUR), and thermosetting.
  • PF phenol resin
  • EP epoxy resin
  • MF melamine resin
  • UF urea resin
  • UP unsaturated polyester resin
  • PUR polyurethane
  • thermosetting resin examples include thermosetting resin
  • phenol resin (PF) epoxy resin
  • EP epoxy resin
  • MF melamine resin
  • UF urea resin
  • UP unsaturated polyester resin
  • PUR polyurethane
  • thermosetting resin examples include phenol resin (PF), epoxy resin (EP), melamine resin (MF), urea resin (UF), unsaturated polyester resin (UP), alkyd resin, polyurethane (PUR), and thermosetting.
  • PI conductive polyimide
  • a resin may be selected as appropriate in consideration of the temperature when pressing the mold.
  • the photo-curable resin used for the photo-nanoimprint is not particularly limited as long as it is a photo-curable resin conventionally used in the field, for example, a polyester acrylate type having curability to ultraviolet light and visible light, Photocurable resins having an unsaturated double bond such as acrylic, epoxy acrylate and urethane acrylate are listed.
  • the photocurable resin includes a polymerizable monomer, a polymerizable monomer, and an oligomer in which the monomer is crosslinked, and can be cured by crosslinking using a photopolymerization initiator.
  • the monomer has at least one functional group, and performs ion polymerization or radical polymerization with ions or radicals generated by irradiating the photopolymerization initiator with curing energy rays to increase the molecular weight or to form a crosslinked structure. What consists of a monomer, an oligomer, etc. which form is used.
  • the functional group referred to here is an atomic group or bonding mode that causes a reaction such as a vinyl group, a carboxyl group, or a hydroxyl group.
  • Examples of such monomers and oligomers include acrylic types such as epoxy acrylate, urethane acrylate, polyester acrylate, polyether acrylate, and silicon acrylate, and non-acrylic types such as unsaturated polyester / styrene and polyene / styrene.
  • acrylic type is preferable because of the wide range of curing speed and physical property selection. A typical example of such an acrylic type is shown below.
  • the photopolymerization initiator used is not particularly limited, and can be selected from known ones. Specifically, acetophenone series, benzophenone series, Michler ketone series, benzyl series, benzoin series, benzoin ether series, benzyl dimethyl ketal, benzoin benzoate series, carbonyl compounds such as ⁇ -acyloxime ester, tetramethylthiuram monosulfide, thioxanthones And sulfur compounds such as 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxide and the like.
  • the nanoimprinting resin of the present invention can improve the adhesion between the resin 13 to be transferred such as a photocurable resin and the substrate as it is, but in order to further improve the adhesion, R 6 in the formula (1)
  • An epoxy group, an azide group, or a vinyl group is introduced at the end of a linear, branched or cyclic alkyl group, aryl group, or aralkyl group, and cured when the polymerizable monomer is cured. By doing so, adhesiveness can further be improved.
  • Examples of compounds in which an epoxy group, an azide group, a vinyl group or the like is introduced at the terminal include glycidyl acrylate, azido acrylate, and 1,2-butadiene.
  • the fine pattern on the mold 14 may be formed by a known processing method according to the desired mold material and accuracy. For example, it is possible to take a technique such as photolithography, focused ion beam lithography, electron beam drawing method, machining such as cutting, or a replica manufacturing by a molding method from a mold master or a plating method.
  • the nanoimprint resin 12 and the transferred resin 13 of the present invention are prepared by dissolving the hydrophobic polymer in an organic solvent such as chloroform and the water-soluble polymer in water, and spin coating, casting, etc. to form the nanoimprint resin 12 and then the transferred resin 13. What is necessary is just to laminate
  • the thickness of the nanoimprint resin 12 and the transferred resin 13 is preferably 0.1 to 100 ⁇ m.
  • the solution layer may be made to have a thickness of 0.1 to 100 ⁇ m by a method such as spin coating. .
  • a chloroform solution (10 mg / mL) of polystyrene (182427 manufactured by Aldrich, weight average molecular weight about 280,000) was cast on a silicon substrate in which pores having a diameter of 1 ⁇ m were formed in a square lattice pattern at intervals of 1 ⁇ m.
  • the polystyrene film was produced by drying with. Then, it immersed in ethanol and the polystyrene film
  • the prepared polystyrene film is placed on a petri dish so that the protruding structure is on top, and a polydimethylsiloxane elastomer (PDMS) precursor and a platinum catalyst are mixed at a ratio of 10: 1 (Toray Dow Corning, Syl Pot 184 (registered trademark)) ) Was cast, defoamed under reduced pressure, and then cured at 70 ° C. for 5 hours. After curing, a polystyrene film was dissolved with chloroform (or benzene) to prepare a polydimethylsiloxane elastomer mold (hereinafter sometimes referred to as “PDMS mold”). An atomic force microscope (AFM, manufactured by Seiko Instruments Inc., SPI-400) photograph of the obtained PDMS mold is shown in FIG.
  • a polydimethylsiloxane elastomer (PDMS) precursor and a platinum catalyst are mixed at a ratio of 10: 1 (Toray Dow Corning,
  • Example 1 [Preparation of nanoimprint resin] 4.0 g of sodium hydrogen carbonate (198-01315 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and sodium borate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added to 100 ml of ultrapure water (Milli-Q) prepared with an ultrapure water production apparatus manufactured by Millipore. 10.0 g of 192-01455) manufactured by KK and 5.0 g of dopamine chloride (DOPA: Dopamine chloride, H8502 manufactured by Aldrich) were added.
  • DOPA dopamine chloride
  • Dopamine methacrylamide (DMA) was collected by vacuum filtration and vacuum dried.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • benzene 3: 50, azobisisobutyrate.
  • the solution was dissolved in 0.125 mmol of nitrile (Azobisisobutyronitrile) and freeze-deaerated three times. This solution was heated to 60 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out free radical polymerization.
  • the reaction solution was dropped into acetonitrile, and after centrifugation, the synthesized polymer was dried under reduced pressure to prepare a nanoimprinting resin of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “PDOPA resin”).
  • POPA resin a nanoimprinting resin of the present invention
  • Example 2 [Nanoimprint test (effect of nanoimprint temperature)] ⁇ Example 2> On a glass substrate (cover glass manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd.), the chloroform solution (2 mg / mL) of the PDOPA resin prepared in Example 1 was spin-coated at 3,000 rpm, and then polystyrene (PS: 182427 manufactured by Aldrich) A thin film laminate was produced on a glass substrate by spin coating a chloroform solution (2 mg / mL) having a glass transition point of about 100 ° C. at 3,000 rpm.
  • a chloroform solution (2 mg / mL) having a glass transition point of about 100 ° C. at 3,000 rpm.
  • the substrate is placed on the lower hot stage of the hot stage placed above and below in the decompression chamber, the PDMS mold is placed on the substrate, the upper hot stage is pressed at a pressure of about 100 kPa, and then the pressure is reduced. (Pressure 10 -1 Pa) Annealing at 100 ° C for 1 hour, then introducing air to return the inside of the vacuum chamber to normal pressure, cooling the hot stage to 50 ° C, and then releasing the pressure applied to the hot stage By doing so, nanoimprinting was performed.
  • the surface structure of the surface of the obtained nanoimprint substrate was observed with an atomic force microscope (AFM, manufactured by Seiko Instruments Inc., SPI-400). 4A shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 2.
  • FIG. 4 (3) shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Comparative Example 2.
  • the glass substrate when the PDOPA resin layer is not provided, after nanoimprinting, the glass substrate can be sufficiently cooled to 30 ° C. to transfer the pattern of the PDMS mold to the polystyrene layer with low resolution. It was. However, if the cooling temperature of the glass substrate is set high (50 ° C.), the polystyrene layer provided on the glass substrate is also peeled off when the PDMS mold is peeled off, and the pattern of the PDMS mold cannot be transferred. It was.
  • Example 1 in which the PDOPA resin layer is provided between the glass substrate and the polystyrene layer, the polystyrene layer does not peel off when the PDMS mold is peeled off even when the cooling temperature of the glass substrate is 50 ° C. It was possible to transfer accurately.
  • Nanoimprinting was performed in the same procedure as in Example 2 except that polyethylene terephthalate (PET, manufactured by Sampratec) was used as the substrate instead of glass.
  • PET polyethylene terephthalate
  • FIG. 5A shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 2.
  • Example 3 Nanoimprinting was performed in the same manner as in Example 3 except that spin coating of a chloroform solution of PDOPA resin was not performed.
  • FIG. 5 (2) shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Comparative Example 3.
  • FIG. 6 (1) shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 4.
  • Nanoimprinting was performed in the same procedure as in Example 4 except that polytetrafluoroethylene was laminated by a cast method instead of spin coating of a chloroform solution of PDOPA resin, instead of spin coating.
  • 6 (2) shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Comparative Example 3.
  • Nanoimprinting was performed in the same procedure as in Example 2 except that an aqueous solution (10 mg / mL) of polyvinyl alcohol (PVA, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, glass transition temperature of about 85 ° C.) was used instead of polystyrene.
  • FIG. 7A shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 5.
  • Nanoimprinting was performed in the same procedure as in Example 2, except that a chloroform solution (5 mg / mL) of polyvinyl butyral (PVB, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, glass transition temperature: about 70 ° C.) was used instead of polystyrene.
  • FIG. 7 (2) shows an AFM photograph of the surface of the nanoimprint substrate obtained in Example 6.
  • the resin layer that transfers the PDMS mold is hydrophobic (Examples 2 and 6) or Regardless of hydrophilicity (Example 5), the pattern of the PDMS mold could be accurately transferred.
  • the PDOPA resin layer of the present invention is provided between the substrate and the resin layer for transferring the PDMS mold, so that the type of substrate and the PDMS mold are transferred. It became clear that the pattern of the PDMS mold can be transferred to the resin layer to be transferred without further cooling after nanoimprinting, regardless of the type of resin layer to be used.
  • the resin for nanoimprinting of the present invention can be used regardless of the type of substrate and the type of resin layer to which the mold is transferred, and it is not necessary to sufficiently cool the substrate when the mold is peeled off. Therefore, since various types of substrates and resins can be used for nanoimprinting, materials that could not be shaped by conventional nanoimprinting can be used as substrates. For example, Teflon (registered trademark) used in medical materials It is possible to give an appropriate shape to the cell scaffold on the substrate and to form a polymeric antireflection film on the glass. Furthermore, since sufficient cooling is not required when the mold is peeled off, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing efficiency can be increased, which is useful for further spread of nanoimprints. Therefore, the present invention can be used for products such as semiconductor integrated circuits, liquid crystal display members, optical components, recording media, optical waveguides, protective films, microreactors, nanodevices, and medical field separation analysis chips.

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Abstract

 ナノインプリントをする際、モールドを剥離する時に基板から被転写樹脂が剥離されることを防止する、また、熱ナノインプリントする際にスループットが向上できるとともに精度よくモールド上のパターンを被転写樹脂に転写することができるナノインプリント用樹脂を提供する。 下記式(1)で表されるナノインプリント用樹脂。(式中、R1~R5は、それぞれ独立に-H又は-OHを表しR1~R5の少なくとも1つは-OHである。R6は炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。Xは、アミド又はエステルを表す。Yは、アミド又はエステルを表すが、含まれていなくてもよい。Pは1~10の整数を表す。m及びnは1以上の整数である。)

Description

ナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法
 本発明は、ナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法に関し、特に、ナノインプリント用の基板とモールド(鋳型)を転写するための被転写樹脂層の間に設けることで、モールドを転写して剥離する際に、被転写樹脂層が基板から剥離しないようにするためのナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法に関する。
 近年のIT技術の進歩に伴い、半導体デバイスの更なる微細化による高速動作、低消費電力動作、システムLSIという名で呼ばれる機能の統合化などの高い技術が求められている。その半導体デバイスプロセスのコアテクノロジーであるリソグラフィ技術は、微細化が進むにしたがって、露光装置自身の初期コストが指数関数的に増大していることに加え、使用光波長と同程度の解像度を得るためのマスクの価格も上昇しているという問題がある。
 これに対して、1995年Princeton大学のChouらによって提案されたナノインプリントリソグラフィは、安価でありながら10nm程度の解像度を有する加工技術として注目されている。ナノインプリントは、基板上に設けられた被転写樹脂層にモールドを押し付け、ナノメーターオーダーでモールド上に形成されたパターンを被転写樹脂層に転写する技術で、既存のリソグラフィ技術と比べて低コストで微細なパターンを形成できることから、半導体などの電子デバイス、光デバイス、記録メディア、化学・バイオデバイス、MEMS等の産業機械への応用が進められている。
 ナノインプリントの代表的な方法としては、熱ナノインプリント、光ナノインプリントが知られており、これらの方法は、被転写樹脂の特性により区別されている。前記方法の中で、熱ナノインプリントは、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等の熱可塑性樹脂を被転写樹脂として基板に塗布し、樹脂のガラス転移温度(PMMAは105℃)以上に昇温してモールドをプレスし、冷却後にモールドと基板を引き離すことにより、モールドのパターンを被転写樹脂に転写する方法である。
 しかしながら、図1に示すように、(1)基板1上に塗布した被転写樹脂2に、(2)モールド3をプレスした後、(3)モールド3を剥離する際に被転写樹脂2も一緒に剥離する、というナノインプリント共通の問題に加え、熱ナノインプリント方法は、被転写樹脂の昇温、冷却に時間がかかり、スループットが低下するという問題があった。
 上記問題を解決するため、ガラス基板をシランカップリング剤で処理してから被転写樹脂を塗布すること(非特許文献1参照)、及び基板上の金コーティングにチオールを含むベンゾフェノン誘導体を反応させた後、被転写樹脂としてポリスチレン樹脂層を形成すること(非特許文献2参照)、が知られている。しかしながら、前記非特許文献1に記載されている方法ではシランカップリング剤で処理することから基板はガラスに限定され、また、非特許文献2に記載されている方法では金コーティングが必須であり、基板と被転写樹脂の組み合わせが限定されてしまうという問題がある。
Dae-Geun Choi et al.,"Measurement of Surface Adhesion Force of Adhesion Promoter and Release Layer for UV-Nanoimprint Lithography", Journal of Nanoscience and Nanotechnology,Vol.9,p769-773,2009 Hirokazu Oda et al.,"Photoreactive Chemisorbed Monolayer Suppressing Polymer Dewetting in Thermal Nanoimprint Lithography", Langmuir,2009,25(12),p6604-6606
 本発明は上記問題点を解決するためになされた発明で、鋭意研究を行ったところ、下記式(1)で表されるナノインプリント用樹脂を基板上に積層し、その上にモールドを転写する被転写樹脂を積層することで基板と被転写樹脂の接着性を向上させることができ、基板及び被転写樹脂の種類を問わずモールドを剥離する際に基板から被転写樹脂が剥離されないこと、更に、被転写樹脂として熱可塑性樹脂を用いて熱ナノインプリントする場合、基板に被転写樹脂が密着していることからモールドを剥離する際の温度が高くても基板から被転写樹脂が剥離することがないので、スループットが向上できるとともに精度よくモールド上のパターンを被転写樹脂に転写できることを新たに見出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、R1~R5は、それぞれ独立に-H又は-OHを表しR1~R5の少なくとも1つは-OHである。R6は炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。Xは、アミド又はエステルを表す。Yは、アミド又はエステルを表すが、含まれていなくてもよい。Pは1~10の整数を表す。m及びnは1以上の整数である。)
 すなわち、本発明の目的は、ナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法を提供することである。
 本発明は、以下に示す、ナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法である。
(1)下記式(1)で表されるナノインプリント用樹脂。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式中、R1~R5は、それぞれ独立に-H又は-OHを表しR1~R5の少なくとも1つは-OHである。R6は炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。Xは、アミド又はエステルを表す。Yは、アミド又はエステルを表すが、含まれていなくてもよい。Pは1~10の整数を表す。m及びnは1以上の整数である。)
(2)前記m及びnが、m:n=1:99~90:10であることを特徴とする上記(1)に記載のナノインプリント用樹脂。
(3)前記R1~R5の内、2つが-OHであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のナノインプリント用樹脂。
(4)前記ナノインプリント用樹脂が、基板とモールドが転写される被転写樹脂との間に用いられることを特徴とする上記(1)~(3)の何れか一に記載のナノインプリント用樹脂。
(5)上記(1)~(4)に記載されたナノインプリント用樹脂を含む積層体。
(6)上記(1)~(4)に記載されたナノインプリント用樹脂を含む基板。
(7)基板上に上記(1)~(3)に記載されているナノインプリント用樹脂を積層する工程、
 前記ナノインプリント用樹脂の層の上にモールドのパターンを転写する層を積層する工程、
 モールドのパターンを転写する工程、
を含む、ナノインプリント基板の製造方法。
(8)前記モールドのパターンを転写する層が熱可塑性樹脂であり、前記モールドのパターンを転写する工程が、
 前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より高い温度に前記熱可塑性樹脂を積層した基板を加熱する工程、
 モールドを押圧する工程、
 前記基板を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より低い温度に冷却する工程、及び
 モールドを剥離する工程、
を含む、上記(7)に記載のナノインプリント基板の製造方法。
(9)前記モールドのパターンを転写する層が熱硬化性樹脂であり、前記モールドのパターンを転写する工程が、
 前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度より低い温度でモールドを押圧する工程、
 前記熱硬化性樹脂を積層した基板を前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度より高い温度に加熱する工程、及び
 モールドを剥離する工程、
を含む、上記(7)に記載のナノインプリント基板の製造方法。
(10)前記モールドのパターンを転写する層が重合性の単量体と光重合開始剤を含む溶液により形成されるものであり、前記モールドのパターンを転写する工程が、
 モールドを押圧する工程、
 重合性の単量体を架橋・硬化する工程、及び
 モールドを剥離する工程、
を含む、上記(7)に記載のナノインプリント基板の製造方法。
 本発明のナノインプリント用樹脂の層を、基板とモールドのパターンを転写する被転写樹脂の間に設けてナノインプリントすることで、基板及び被転写樹脂の種類を問わずモールドを剥離する際に基板から被転写樹脂が剥離することを防止できる。
 また、本発明のナノインプリント用樹脂を用いることで、モールドを剥離する際の温度が高くても精度よくモールドのパターンを被転写樹脂に転写することができるので、熱ナノインプリントのスループットを向上することができる。
図1は、従来のナノインプリントの手順の概略を示す図である。 図2は、本発明のナノインプリントの手順の概略を示す図である。 図3は、図面代用写真で、本発明の実施例で用いられるモールドのAMF写真である。 図4は、図面代用写真で、実施例2、比較例1及び比較例2で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真である。 図5は、図面代用写真で、実施例3及び比較例3で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真である。 図6は、図面代用写真で、実施例4及び比較例4で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真である。 図7は、図面代用写真で、実施例5及び実施例6で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真である。
 以下に、本発明のナノインプリント用樹脂、該樹脂を含む積層体、該樹脂を含むプリント基板、及びナノインプリント基板の製造方法についてさらに具体的に説明する。
 図2は、本発明のナノインプリント基板の製造方法の概略を示しており、(1)基板11上に本発明のナノインプリント用樹脂12を積層し、(2)該ナノインプリント用樹脂12の上に被転写樹脂又は重合性の単量体と光重合開始剤を含む溶液13(以下、単に「被転写樹脂13」と記載することがある。)を積層し、(3)前記(2)で作製した積層体にモールド14を押圧し、(4)モールド14を引き離し、モールド14のパターンを被転写樹脂13に転写することで、ナノインプリント基板を作製することができる。
 上記図2に示されるナノインプリント方法として、被転写樹脂13に熱可塑性樹脂を用いて熱ナノインプリントする場合には、図2(3)の工程において、工程(2)で作製した積層体を被転写樹脂13のガラス転移温度以上に加熱してからモールド14を押圧し、次いで、被転写樹脂13のガラス転移温度以下に冷却した後、工程(4)でモールド14を引き離せばよい。また、被転写樹脂13に熱硬化性樹脂を用いて熱ナノインプリントする場合には、工程(3)において、被転写樹脂13が硬化する温度より低い温度でモールド14を押圧し、次いで、被転写樹脂13の硬化温度より高い温度に加熱して被転写樹脂13を硬化した後、工程(4)でモールド14を引き離せばよい。
 一方、光ナノプリントを行う場合は、工程(2)で重合性の単量体と光重合開始剤を含む溶液を塗布し、工程(3)で透明な材質で作製されたモールド14を押圧した後、モールド14側、或いは透明基材を用いた場合には基材側から紫外線等を照射して重合性の単量体を架橋・硬化させ、工程(4)でモールド14を引き離せばよい。
 基板11の材質は、ナノインプリントができるものであれば特に制限はなく、シリコン、ガラス、サファイア、金等の無機物、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリナフタレンテレフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メチルメタクリレートとスチレンとの共重合体(MS)等の樹脂から、適宜選択すればよい。
 本発明のナノインプリント用樹脂12は、下記式(1)で表される樹脂で構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式中、R1~R5は、それぞれ独立に-H又は-OHを表しR1~R5の少なくとも1つは-OHである。R6は炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。Xは、アミド又はエステルを表す。Yは、アミド又はエステルを表すが、含まれていなくてもよい。Pは1~10の整数を表す。m及びnは1以上の整数である。)
 上記の樹脂は、ベンゼン環に-OH基が少なくとも1つ置換した親水性部分と疎水性のR6の部分から構成される両親媒性樹脂である。R1~R5は少なくとも1つが-OH基であり、-OH基が複数ある場合は、任意の位置に置換されてよい。具体的には、-OH基が一つのフェノール、-OH基が2つであるカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、-OH基が3つのピロガロール、フロログルシノール、-OH基が4つのテトラヒドロキシベンゼン、-OH基が5つのペンタヒドロキシベンゼン等が挙げられる。前記のベンゼン環の中でも、親水-疎水バランスを最適にすることから、-OH基は2~3個であることが好ましく、2個が特に好ましい。さらに-OH基は基板への配向性を持たせるために隣接している事が好ましい。
 式(1)のpは、1~10の整数であればよい。Xは、アミド又はエステルから選択されればよい。また、Yもアミド又はエステルから選択されればよいが、Yは含まれなくてもよい。
 R6は、疎水性であって被転写樹脂と親和性があれば特に制限はなく、例えば、炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基等が挙げられる。
 炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基の具体例としては、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、2-プロピル、n-ブチル、1-メチルプロピル、2-メチルプロピル、tert-ブチル、n-ペンチル、1-メチルブチル、1-エチルプロピル、tert-ペンチル、2-メチルブチル、3-メチルブチル、2,2-ジメチルプロピル、n-ヘキシル、1-メチルペンチル、1-エチルブチル、2-メチルペンチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチル、2-メチルペンタン-3-イル、3,3-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、1,1-ジメチルブチル、1,2-ジメチルブチル、1,3-ジメチルブチル、2,3-ジメチルブチル、1-エチルブチル、2-エチルブチル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、イコシル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル又はシクロヘキシル等が挙げられる。前記したアルキル基の中では、炭素数1~12のアルキル基が好ましい。
 炭素数6~20のアリール基の具体例としては、フェニル、インデニル、ペンタレニル、ナフチル、アズレニル、フルオレニル、フェナントレニル、アントラセニル、アセナフチレニル、ビフェニレニル、ナフタセニル又はピレニル等が挙げられる。
 炭素数7~20のアラルキル基の具体例としては、ベンジル、フェネチル、1-フェニルプロピル、2-フェニルプロピル、3-フェニルプロピル、1-フェニルブチル、2-フェニルブチル、3-フェニルブチル、4-フェニルブチル、1-フェニルペンチルブチル、2-フェニルペンチルブチル、3-フェニルペンチルブチル、4-フェニルペンチルブチル、5-フェニルペンチルブチル、1-フェニルヘキシルブチル、2-フェニルヘキシルブチル、3-フェニルヘキシルブチル、4-フェニルヘキシルブチル、5-フェニルヘキシルブチル、6-フェニルヘキシルブチル、1-フェニルヘプチル、1-フェニルオクチル、1-フェニルノニル、1-フェニルデシル、1-フェニルウンデシル、1-フェニルドデシル、1-フェニルトリデシル又は1-フェニルテトラデシル等が挙げられる。
 m及びnは1以上の整数であって、前記m及びnの比は、m:n=1:99~90:10が好ましく、2:98~80:20がより好ましく、5:95~20:80が特に好ましい。
 式(1)で表される樹脂は、例えば、下記式(2)で表される化合物と式(3)で表される化合物を重合することで得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式中、R1~R5は、それぞれ独立に-H又は-OHを表しR1~R5の少なくとも1つは-OHである。Xは、アミド又はエステルを表す。Pは1~10の整数を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式中、R6は炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。Yは、アミド又はエステルを表すが、含まれていなくてもよい。)
 上記式(2)で表される化合物としては、ドーパミンアクリルアミド、レゾルシンアクリルアミド、ピロガロールアクリルアミド、フロログルシノールアクリルアミド、テトラヒドロキシベンゼンアクリルアミド等が挙げられる。また、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、フロログルシノール、テトラヒドロキシベンゼンとアルキル基で結合したアクリルアミドおよびアクリル誘導体などが挙げられる。
 上記式(2)で表される化合物は、例えば、出発原料として、ドーパミン塩酸塩、レゾルシンアルキルアミン塩酸塩、ピロガロールアルキルアミン塩酸塩、フロログルシノールアルキルアミン塩酸塩、テトラヒドロベンゼンアルキルアミン塩酸塩、フェノールアルキルカルボン酸、レゾルシンアルキルカルボン酸、ピロガロールアルキルカルボン酸、フロログルシノールアルキルカルボン酸、テトラヒドロベンゼンアルキルカルボン酸等の化合物を用い、以下に記載する手順で合成することができる。
 水に炭酸水素ナトリウムウム(NaHCO)、ホウ酸ナトリウム(Sodium Borate)を溶解した緩衝液に前記出発原料を加え、この溶液を攪拌しながら、メタクリル酸無水物(Methacrylate anhydride)のテトラヒドロフラン(THF)溶液を滴下する。その際、NaOH水溶液を用いて溶液をpH8以上に保つことが望ましい。この溶液を一晩攪拌した後、HClを用いて溶液をpH2以下に調整後、酢酸エチル(Ethyl acetate)を加えて生成物を抽出する。この溶液を硫酸ナトリウム(Na2SO4)で乾燥後、エバポレーターで濃縮し再結晶を行う。次に、減圧濾過により得られた化合物を回収し、真空乾燥を行うことで、出発原料に二重結合が連結した式(2)の化合物を得ることができる。
 上記式(3)で表される化合物としては、Yがアミド又はエステルでRが炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基の場合、メチルアクリルアミド、エチルアクリルアミド、n-プロピルアクリルアミド、2-プロピルアクリルアミド、n-ブチルアクリルアミド、1-メチルプロピルアクリルアミド、2-メチルプロピルアクリルアミド、tert-ブチルアクリルアミド、n-ペンチルアクリルアミド、1-メチルブチルアクリルアミド、1-エチルプロピルアクリルアミド、tert-ペンチルアクリルアミド、2-メチルブチルアクリルアミド、3-メチルブチルアクリルアミド、2,2-ジメチルプロピルアクリルアミド、n-ヘキシルアクリルアミド、1-メチルペンチルアクリルアミド、1-エチルブチルアクリルアミド、2-メチルペンチルアクリルアミド、3-メチルペンチルアクリルアミド、4-メチルペンチルアクリルアミド、2-メチルペンタン-3-イルアクリルアミド、3,3-ジメチルブチルアクリルアミド、2,2-ジメチルブチルアクリルアミド、1,1-ジメチルブチルアクリルアミド、1,2-ジメチルブチルアクリルアミド、1,3-ジメチルブチルアクリルアミド、2,3-ジメチルブチルアクリルアミド、1-エチルブチルアクリルアミド、2-エチルブチルアクリルアミド、ヘプチルアクリルアミド、オクチルアクリルアミド、ノニルアクリルアミド、デシルアクリルアミド、ウンデシルアクリルアミド、ドデシルアクリルアミド、トリデシルアクリルアミド、テトラデシルアクリルアミド、ペンタデシルアクリルアミド、ヘキサデシルアクリルアミド、ヘプタデシルアクリルアミド、オクタデシルアクリルアミド、ノナデシルアクリルアミド、イコシルアクリルアミド、シクロプロピルアクリルアミド、シクロブチルアクリルアミド、シクロペンチルアクリルアミド、シクロヘキシルアクリルアミド等のアルキルアクリルアミド類、及びメチルエステル、エチルエステル、n-プロピルエステル、2-プロピルエステル、n-ブチルエステル、1-メチルプロピルエステル、2-メチルプロピルエステル、tert-ブチルエステル、n-ペンチルエステル、1-メチルブチルエステル、1-エチルプロピルエステル、tert-ペンチルエステル、2-メチルブチルエステル、3-メチルブチルエステル、2,2-ジメチルプロピルエステル、n-ヘキシルエステル、1-メチルペンチルエステル、1-エチルブチルエステル、2-メチルペンチルエステル、3-メチルペンチルエステル、4-メチルペンチルエステル、2-メチルペンタン-3-イルエステル、3,3-ジメチルブチルエステル、2,2-ジメチルブチルエステル、1,1-ジメチルブチルエステル、1,2-ジメチルブチルエステル、1,3-ジメチルブチルエステル、2,3-ジメチルブチルエステル、1-エチルブチルエステル、2-エチルブチルエステル、ヘプチルエステル、オクチルエステル、ノニルエステル、デシルエステル、ウンデシルエステル、ドデシルエステル、トリデシルエステル、テトラデシルエステル、ペンタデシルエステル、ヘキサデシルエステル、ヘプタデシルエステル、オクタデシルエステル、ノナデシルエステル、イコシルエステル、シクロプロピルエステル、シクロブチルエステル、シクロペンチルエステル、シクロヘキシルエステル等のアルキルエステル類が挙げられる。
 Yがアミド又はエステルでRが炭素数6~20のアリール基の場合、フェニルアクリルアミド、インデニルアクリルアミド、ペンタレニルアクリルアミド、ナフチルアクリルアミド、アズレニルアクリルアミド、フルオレニルアクリルアミド、フェナントレニルアクリルアミド、アントラセニルアクリルアミド、アセナフチレニルアクリルアミド、ビフェニレニルアクリルアミド、ナフタセニルアクリルアミド又はピレニルアクリルアミド等のアリールアクリルアミド類、及びフェニルエステル、インデニルエステル、ペンタレニルエステル、ナフチルエステル、アズレニルエステル、フルオレニルエステル、フェナントレニルエステル、アントラセニルエステル、アセナフチレニルエステル、ビフェニレニルエステル、ナフタセニルエステル又はピレニルエステル等のアリールエステル類が挙げられる。
 また、Yがアミド又はエステルでRが炭素数7~20のアラルキル基の場合、ベンジルアクリルアミド、フェネチルアクリルアミド、1-フェニルプロピルアクリルアミド、2-フェニルプロピルアクリルアミド、3-フェニルプロピルアクリルアミド、1-フェニルブチルアクリルアミド、2-フェニルブチルアクリルアミド、3-フェニルブチルアクリルアミド、4-フェニルブチルアクリルアミド、1-フェニルペンチルブチルアクリルアミド、2-フェニルペンチルブチルアクリルアミド、3-フェニルペンチルブチルアクリルアミド、4-フェニルペンチルブチルアクリルアミド、5-フェニルペンチルブチルアクリルアミド、1-フェニルヘキシルブチルアクリルアミド、2-フェニルヘキシルブチルアクリルアミド、3-フェニルヘキシルブチルアクリルアミド、4-フェニルヘキシルブチルアクリルアミド、5-フェニルヘキシルブチルアクリルアミド、6-フェニルヘキシルブチルアクリルアミド、1-フェニルヘプチルアクリルアミド、1-フェニルオクチルアクリルアミド、1-フェニルノニルアクリルアミド、1-フェニルデシルアクリルアミド、1-フェニルウンデシルアクリルアミド、1-フェニルドデシルアクリルアミド、1-フェニルトリデシルアクリルアミド又は1-フェニルテトラデシルアクリルアミド等のアラルキルアクリルアミド類、及びベンジルエステル、フェネチルエステル、1-フェニルプロピルエステル、2-フェニルプロピルエステル、3-フェニルプロピルエステル、1-フェニルブチルエステル、2-フェニルブチルエステル、3-フェニルブチルエステル、4-フェニルブチルエステル、1-フェニルペンチルブチルエステル、2-フェニルペンチルブチルエステル、3-フェニルペンチルブチルエステル、4-フェニルペンチルブチルエステル、5-フェニルペンチルブチルエステル、1-フェニルヘキシルブチルエステル、2-フェニルヘキシルブチルエステル、3-フェニルヘキシルブチルエステル、4-フェニルヘキシルブチルエステル、5-フェニルヘキシルブチルエステル、6-フェニルヘキシルブチルエステル、1-フェニルヘプチルエステル、1-フェニルオクチルエステル、1-フェニルノニルエステル、1-フェニルデシルエステル、1-フェニルウンデシルエステル、1-フェニルドデシルエステル、1-フェニルトリデシルエステル又は1-フェニルテトラデシルエステル等のアラルキルエステル類が挙げられる。
 一方、上記式(3)でYが含まれない化合物としては、Rが炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基の場合、プロピルレン、2-メチル-1-プロピレン、1-ブテン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、3,3-ジメチル-1-ブテン、3-メチル-2-エチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-1-ブテン、2-tert-ブチル-3,3-ジメチル-1-ブテン、1-ペンテン、2-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、2-メチル-3-エチル-1-ペンテン、2,4,4-トリメチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、2-エチル-1-ヘキセン、2-ブチル-1-ヘキセン、3,3-ジメチル-1-ヘキセン、5-メチル-1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、3-メチル-1-ヘキセン、2,3-メチル-1-ヘキセン、4,5-ジメチル-1-ヘキセン、3,4,5-トリメチル-1-ヘキセン、3,3,5-トリメチル-1-ヘキセン、2,4-ジメチル-1-ヘキセン、2,4,4-トリメチル-1-ヘキセン、4,4-ジメチル-1-ヘキセン、3-エチル-1-ヘキセン、2,3-ジメチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン、1-トリデセン、1-テトラデセン、1-ペンタデセン、1-ヘキサデセン、1-ヘプタデセン、1-オクタデセン、1-ノナデセン、1-イコセン、シクロプロピレン、シクロブテン、シクロペンテン又はシクロヘキセン等が挙げられる。
 上記式(3)でYが含まれない化合物としては、Rが炭素数6~20のアリール基の場合、ビニルベンゼン(スチレン)、1-ビニルインデン、5-ビニルインデン、1-ビニルペンタレン、1-ビニルナフタレン、2-ビニルナフタレン、2-ビニルアズレン、9-ビニル-9H-フルオレン、2-ビニル-9H-フルオレン、1-ビニルフェナントレン、2-ビニルフェナントレン、3-ビニルフェナントレン、6-ビニルフェナントレン、8-ビニルフェナントレン、1-ビニルアントラセン、2-ビニルアントラセン、9-ビニルアントラセン、1-ビニルアセナフチレン、2-ビニルビフェニレン、1-ビニルナフタセン、2-ビニルナフタセン、1-ビニルピレン、4-ビニルピレン等のビニルアリール類が挙げられる。
 上記式(3)でYが含まれない化合物としては、Rが炭素数7~20のアラルキル基の場合、3-フェニル-1-プロピレン、2-フェニル-1-プロピレン、4-フェニル-1-ブテン、3-フェニル-1-ブテン、2-フェニル-1-ブテン、5-フェニル-1-ペンテン、4-フェニル-1-ペンテン、3-フェニル-1-ペンテン、2-フェニル-1-ペンテン、6-フェニル-1-ヘキセン、5-フェニル-1-ヘキセン、4-フェニル-1-ヘキセン、3-フェニル-1-ヘキセン、2-フェニル-1-ヘキセン、7-フェニル-1-ヘプテン、6-フェニル-1-ヘプテン、5-フェニル-1-ヘプテン、4-フェニル-1-ヘプテン、3-フェニル-1-ヘプテン、2-フェニル-1-ヘプテン、8-フェニル-1-オクテン、7-フェニル-1-オクテン、6-フェニル-1-オクテン、5-フェニル-1-オクテン、4-フェニル-1-オクテン、3-フェニル-1-オクテン、2-フェニル-1-オクテン、9-フェニル-1-ノネン、8-フェニル-1-ノネン、7-フェニル-1-ノネン、6-フェニル-1-ノネン、5-フェニル-1-ノネン、4-フェニル-1-ノネン、3-フェニル-1-ノネン、2-フェニル-1-ノネン、10-フェニル-1-デセン、9-フェニル-1-デセン、8-フェニル-1-デセン、7-フェニル-1-デセン、6-フェニル-1-デセン、5-フェニル-1-デセン、4-フェニル-1-デセン、3-フェニル-1-デセン、2-フェニル-1-デセン、11-フェニル-1-ウンデセン、10-フェニル-1-ウンデセン、9-フェニル-1-ウンデセン、8-フェニル-1-ウンデセン、7-フェニル-1-ウンデセン、6-フェニル-1-ウンデセン、5-フェニル-1-ウンデセン、4-フェニル-1-ウンデセン、3-フェニル-1-ウンデセン、2-フェニル-1-ウンデセン、12-フェニル-1-ドデセン、11-フェニル-1-ドデセン、10-フェニル-1-ドデセン、9-フェニル-1-ドデセン、8-フェニル-1-ドデセン、7-フェニル-1-ドデセン、6-フェニル-1-ドデセン、5-フェニル-1-ドデセン、4-フェニル-1-ドデセン、3-フェニル-1-ドデセン、2-フェニル-1-ドデセン、13-フェニル-1-トリデセン、12-フェニル-1-トリデセン、11-フェニル-1-トリデセン、10-フェニル-1-トリデセン、9-フェニル-1-トリデセン、8-フェニル-1-トリデセン、7-フェニル-1-トリデセン、6-フェニル-1-トリデセン、5-フェニル-1-トリデセン、4-フェニル-1-トリデセン、3-フェニル-1-トリデセン、2-フェニル-1-トリデセン、14-フェニル-1-テトラデセン、13-フェニル-1-テトラデセン、12-フェニル-1-テトラデセン、11-フェニル-1-テトラデセン、10-フェニル-1-テトラデセン、9-フェニル-1-テトラデセン、8-フェニル-1-テトラデセン、7-フェニル-1-テトラデセン、6-フェニル-1-テトラデセン、5-フェニル-1-テトラデセン、4-フェニル-1-テトラデセン、3-フェニル-1-テトラデセン、2-フェニル-1-テトラデセン等が挙げられる。
 本発明の両親媒性高分子は、上記式(2)及び式(3)の化合物を用いて、以下に記載する手順で合成することができる。
 ジメチルスルホキシド(DMSO)及びベンゼンの混合溶媒中に、上記式(2)及び式(3)の化合物、並びにアゾビスイソブチロニトリル(Azobisisobutyronitrile)等のラジカル重合開始剤を溶解させ、3回凍結脱気を行う。この溶液を窒素雰囲気下で60℃まで加熱しフリーラジカル重合を行う。重合後、アセトニトリル中に反応溶液を滴下し、遠心分離後、合成した高分子を減圧乾燥し本発明のナノインプリント用樹脂を作製することができる。得られた樹脂の重量平均分子量は、分子量が大きすぎると粘度と水素結合のため溶解性が低下し、また、分子量が小さ過ぎると膜にならないおそれがあることから、5,000~500,000が好ましく、10,000~100,000がより好ましい。重量平均分子量は開始剤とモノマーの比率を調整することで調整することができる。また、m:nの比は、式(2)と式(3)で表される化合物の添加量を調整すればよい。なお、本発明における「重量平均分子量」とは、東ソー製HLC-8320GPCを用いてポリスチレン換算で測定したときの重量平均分子量を意味する。
 上記の方法により得られた本発明のナノインプリント用樹脂としては、例えば、以下に示す樹脂が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 本発明のナノインプリント用樹脂は、基板11と被転写樹脂13の間に設けることで基板11と被転写樹脂13の接着性を高め、モールドを引き離す際に被転写樹脂13が基板11から剥離することを防止できるので、熱ナノインプリント、光ナノインプリントの何れの転写方法にも用いることができる。
 熱ナノインプリントの場合、被転写樹脂13は、熱ナノインプリントに一般的に用いられている熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であれば特に制限はない。熱可塑性樹脂を用いる場合には、被転写樹脂である熱可塑性樹脂をガラス転移温度(Tg)以上まで加熱し、軟化させた後、微細なパターンが形成されたモールドを押し付け、ガラス転移温度より低い温度に冷却することで微細パターンが転写されるので、転写する際の加熱温度よりも低いガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂が好ましい。また、熱硬化性樹脂を用いる場合には、熱ナノインプリント法に対する適合性の点から、微細なパターンが形成されたモールドを押し付ける際の加熱温度よりも高いガラス転移温度を有する熱硬化性樹脂が好ましい。
 前記熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂(ABS樹脂)、AS樹脂、アクリル樹脂(PMMA)、ポリウレタン樹脂(TPU)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスルホン(PSF)、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリブタジエン(BR)、ポリイソプレン(IR)等が挙げられる。
 前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)、メラミン樹脂(MF)、尿素樹脂(UF)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、アルキド樹脂、ポリウレタン(PUR)、熱硬化性ポリイミド(PI)等が挙げられる。モールドを押し付ける際の温度を考慮し、適宜樹脂を選択すればよい。
 光ナノインプリントに用いられる光硬化性樹脂としては、当該分野において従来から用いられている光硬化性樹脂であれば特に制限はなく、例えば、紫外線、可視光に対して硬化性を有するポリエステルアクリレート系、アクリル系、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系等不飽和二重結合を有する光硬化性樹脂が挙げられる。前記の光硬化性樹脂は、重合性の単量体、又は重合性の量体及び該単量体が架橋したオリゴマーを含み、光重合開始剤を用いて架橋することで硬化できる。
 単量体としては、少なくとも1個以上の官能基を有し、光重合開始剤に硬化エネルギー線を照射することにより発生するイオンまたはラジカルによりイオン重合、ラジカル重合を行い分子量の増加や架橋構造の形成を行うモノマーやオリゴマーなどからなるものが用いられる。ここでいう官能基とは、ビニル基、カルボキシル基、水酸基などの反応の原因となる原子団または結合様式である。このようなモノマー、オリゴマーとしては、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、シリコンアクリレートなどのアクリル型、および不飽和ポリエステル/スチレン系、ポリエン/スチレン系などの非アクリル系が挙げられるが、中でも、硬化速度、物性選択の幅の広さからアクリル型が好ましい。このようなアクリル型の代表例を以下に示す。
 まず、単官能基のものとしては、2-エチルヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルEO付加物アクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン付加物、2-フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノールEO付加物アクリレート、ノニルフェノールEO付加物にカプロラクトン付加したアクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フルフリルアルコールのカプロラクトン付加物アクリレート、アクリロイルモルホリン、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、4、4-ジメチル-1、3-ジオキソランのカプロラクトン付加物のアクリレート、3-メチル-5、5-ジメチル-1、3-ジオキソランのカプロラクトン付加物のアクリレート等を挙げることができる。
 また、多官能基のものとしては、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルのカプロラクトン付加物ジアクリレート、1、6-ヘキサンジオールのジグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、ヒドロキシピバルアルデヒドとトリメチロールプロパンのアセタール化合物のジアクリレート、2、2-ビス[4-(アクリロイロキシジエトキシ)フェニル]プロパン、2、2-ビス[4-(アクリロイロキシジエトキシ)フェニル]メタン、水添ビスフェノールエチレンオキサイド付加物のジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、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トリアクリレート、トリメチロールプロパンプロビレンオキサイド付加物トリアクリレート、グリセリンプロピレンオキサイド付加物トリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートペンタアクリレート混合物、ジペンタエリスリトールのカプロラクトン付加物アクリレート、トリス(アクリロイロキシエチル)イソシアヌレート、2-アクリロイロキシエチルオスフェート等を挙げることができる。
 使用される光重合開始剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものから選択して用いることができる。具体的には、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系、ミヒラーケトン系、ベンジル系、ベンゾイン系、ベンゾインエーテル系、ベンジルジメチルケタール、ベンゾインベンゾエート系、α-アシロキシムエステル等のカルボニル化合物、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン類等のイオウ化合物、2、4、6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィノキシド等のリン化合物等を挙げることができる。
 なお、本発明のナノインプリント用樹脂は、そのままでも光硬化性樹脂等の被転写樹脂13と基板の接着性を高めることはできるが、より接着性を高めるために、式(1)のR6の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、アリール基、又はアラルキル基の末端に、エポキシ基、アジド基、又はビニル基等を導入し、重合性の単量体が硬化する際に一体的に硬化することで、接着性を更に高めることができる。
 上記の末端に、エポキシ基、アジド基、又はビニル基等を導入した化合物の例としては、グリシジルアクリレート、アジドアクリレート、1,2-ブタジエンが挙げられる。
 モールド14上の微細パターンは、所望のモールド材料や精度に応じて周知の加工法によって形成すればよい。例えば、フォトリソグラフィ、集束イオンビームリソグラフィ、電子ビーム描画法、切削加工など機械加工、また、モールド原盤からの成型法、メッキ法などによるレプリカ作製などの手法を取ることができる。
 本発明のナノインプリント樹脂12及び被転写樹脂13は、疎水性ポリマーについてはクロロホルム等の有機溶剤、水溶性のポリマーについては水に溶解しスピンコート、キャスト等によりナノインプリント樹脂12、次いで被転写樹脂13の順で基板上に積層すればよい。ナノインプリント樹脂12、及び被転写樹脂13の厚みは、0.1~100μmが好ましい。また、被転写樹脂13として重合性の単量体と光重合開始剤を含む溶液を用いる場合は、スピンコート等の方法で溶液層が0.1~100μmの厚さになるようにすればよい。
 以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
〔ナノインプリント用モールドの作製〕
 直径1μmの空孔が1μmの間隔で四角格子状に形成されたシリコン基板上に、ポリスチレン(アルドリッチ社製182427、重量平均分子量=約28万)のクロロホルム溶液(10mg/mL)をキャストし、常温で乾燥させることにより、ポリスチレン膜を作製した。その後、エタノール中で浸漬してピンセットを用いてシリコン基板から突起状構造を持つポリスチレン膜を剥離した。作製したポリスチレン膜を突起構造が上に来るようにシャーレに置き、ポリジメチルシロキサンエラストマー(PDMS)の前駆体と白金触媒を10:1で混合したもの(東レダウコーニング社製、SylPot184(登録商標))をキャストし、減圧により脱泡した後、70℃で5時間硬化させた。硬化後、クロロホルム(あるいはベンゼン)によりポリスチレン膜を溶解することで、ポリジメチルシロキサンエラストマーモールド(以下「PDMSモールド」と記載することがある。)を作製した。得られたPDMSモールドの原子間力顕微鏡(AFM、セイコーインスツルメンツ製、SPI-400)写真を図3に示す。
<実施例1>
〔ナノインプリント用樹脂の作製〕
 ミリポア社の超純水製造装置で作製した超純水(Milli-Q)100mlに、炭酸水素ナトリウム(和光純薬工業株式会社製198-01315)を4.0g、ホウ酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製192-01455)を10.0g、及びドーパミン塩化物(DOPA:Dopamine chloride、アルドリッチ社製H8502)を5.0g加えた。この溶液を攪拌しながら、メタクリル酸無水物(アルドリッチ社製276685)4.7mlをテトラヒドロフラン(THF:和光純薬工業株式会社製200-00486)25mlに溶解した溶液を滴下した。この際、1mol/LのNaOH水溶液を用いて溶液をpH8以上に保った。この溶液を一晩攪拌した後、6mol/LのHClを用いて溶液をpH2以下に調整後、酢酸エチルを加えて生成物を抽出した。この溶液を硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレーターで濃縮し再結晶を行った。減圧濾過によりドーパミンメタクリルアミド(DMA:Dopamine methacrylamide)を回収し、真空乾燥を行った。本発明の両親媒性高分子は、ジメチルスルホキシド(DMSO):ベンゼン=3:50の混合溶媒中に、DMA0.673mmol及びN-ドデシルアクリルアミド(NDA:N-dodecylacrylamide)5.43mmol、アゾビスイソブチロニトリル(Azobisisobutyronitrile)0.125mmolとなるように溶解させ、3回凍結脱気を行った。この溶液を窒素雰囲気下で60℃まで加熱しフリーラジカル重合を行った。重合後、アセトニトリル中に反応溶液を滴下し、遠心分離後、合成した高分子を減圧乾燥し本発明のナノインプリント用樹脂(以下、「PDOPA樹脂」と記載することがある。)を作製した。
〔ナノインプリント試験(ナノインプリント温度の影響)〕
<実施例2>
 ガラス基板(松浪硝子社製カバーガラス)上に、実施例1で作製したPDOPA樹脂のクロロホルム溶液(2mg/mL)を3,000rpmでスピンコートし、次に、ポリスチレン(PS:アルドリッチ社製182427、ガラス転移点約100℃)のクロロホルム溶液(2mg/mL)を3,000rpmでスピンコートする事で、ガラス基板上に薄膜の積層体を作製した。次に、減圧チャンバー中の上下に設置したホットステージの下部ホットステージ上に前記基板を設置し、前記基板上にPDMSモールドを配置し、上部ホットステージを約100kPaの圧力で押しつけた後、減圧下(圧力10-1Pa)100℃で1時間アニーリングし、その後空気を導入して減圧チャンバー内部を常圧に戻し、ホットステージの温度が50℃となるまで冷却した後にホットステージにかけた圧力を解放する事により、ナノインプリントを行った。得られたナノインプリント基板の表面の表面構造は、原子間力顕微鏡(AFM、セイコーインスツルメンツ製、SPI-400)により観察を行った。図4(1)は、実施例2で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
<比較例1>
 PDOPA樹脂のクロロホルム溶液のスピンコートを行わなかった以外は、実施例1と同様の手順でナノインプリントを行った。図4(2)は比較例1で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
<比較例2>
 PDOPA樹脂のクロロホルム溶液のスピンコートを行わず、アニーリング後ホットステージの温度が30℃になるまで冷却した以外は、実施例1と同様の手順でナノインプリントを行った。図4(3)は比較例2で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
 図4(3)に示すように、PDOPA樹脂層を設けない場合、ナノインプリント後、ガラス基板を30℃まで十分冷却することで、解像度は低いもののポリスチレン層にPDMSモールドのパターンを転写することができた。しかしながら、ガラス基板の冷却温度を高め(50℃)に設定した場合、PDMSモールドを剥した際にガラス基板上に設けたポリスチレン層も剥離してしまい、PDMSモールドのパターンを転写することができなかった。一方、ガラス基板とポリスチレン層の間にPDOPA樹脂層を設けた実施例1では、ガラス基板の冷却温度が50℃においても、PDMSモールドを剥す際にポリスチレン層が剥離せず、PDMSモールドのパターンを精度よく転写することができた。
〔ナノインプリント試験(基板の影響)〕
<実施例3>
 基板として、ガラスに代えポリエチレンテレフタレート(PET、サンプラテック社製)を用いた以外は、実施例2と同様の手順でナノインプリントを行った。図5(1)は、実施例2で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
<比較例3>
 PDOPA樹脂のクロロホルム溶液のスピンコートを行わなかった以外は、実施例3と同様の手順でナノインプリントを行った。図5(2)は、比較例3で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
<実施例4>
 基板として、ガラスに代えポリテトラフルオロエチレン(PTFE、サンプラテック社製)を用いた以外は、実施例2と同様の手順でナノインプリントを行った。図6(1)は、実施例4で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
<比較例4>
 PDOPA樹脂のクロロホルム溶液のスピンコートを行わず、ポリテトラフルオロエチレンをスピンコートに代えキャスト法で積層し以外は、実施例4と同様の手順でナノインプリントを行った。図6(2)は、比較例3で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
 比較例1、3、4から明らかなように、PDOPA樹脂層を設けずにナノインプリントを行った場合、疎水性の高いPETを基板にした比較例3では図5(2)に示すようにポリスチレン層にPDMSモールドのパターンを転写することができたが、疎水性が小さい比較例1のガラス、比較例4のPTFEを基板に用いた場合には、図4(2)及び図6(2)に示すように、PDMSモールドのパターンをポリスチレン層に転写することはできなかった。一方、基板とポリスチレン層の間にPDOPA樹脂層を設けた実施例2~4では、図4(1)、図5(1)及び図6(1)に示すように、基板の種類を問わず、PDMSモールドのパターンをポリスチレン層に精度よく転写することができた。
〔ナノインプリント試験(積層樹脂の影響)〕
<実施例5>
 ポリスチレンに代え、ポリビニルアルコール(PVA、和光純薬製、ガラス転移温度約85℃)の水溶液(10mg/mL)を用いた以外は、実施例2と同様の手順でナノインプリントを行った。図7(1)は、実施例5で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
<実施例6>
 ポリスチレンに代え、ポリビニルブチラール(PVB、和光純薬製、ガラス転移温度約70℃)のクロロホルム溶液(5mg/mL)を用いた以外は、実施例2と同様の手順でナノインプリントを行った。図7(2)は、実施例6で得られたナノインプリント基板表面のAFM写真を示す。
 実施例2、5、6から明らかなように、基板とPDMSモールドを転写する樹脂層の間にPDOPA樹脂層を設けると、PDMSモールドを転写する樹脂層が疎水性(実施例2、6)又は親水性(実施例5)を問わず、PDMSモールドのパターンを精度よく転写することができた。
 上記の実施例1~6及び比較例1~4から明らかなように、本発明のPDOPA樹脂層を基板とPDMSモールドを転写する樹脂層の間に設けるとで、基板の種類、PDMSモールドを転写する樹脂層の種類に関係なく、更に、ナノインプリント後十分に冷却しなくても、PDMSモールドのパターンを被転写樹脂層に転写できることが明らかとなった。
 本発明のナノインプリント用樹脂を用いることで、基板の種類、モールドを転写する被転写樹脂層の種類に関係なくナノインプリントができ、更に、モールドを剥離する際に基板を十分に冷却する必要が無い。したがって、多様な種類の基板、樹脂を用いてナノインプリントをすることができるので、従来ナノインプリントで賦形できなかった材質を基板として用いることができるので、例えば、医療材料で用いられるテフロン(登録商標)基板上に細胞の足場に適切な形状を付与したり、ガラスの上にポリマー性の反射防止膜を賦形することが可能となる。更に、モールドの剥離の際に十分な冷却を要しないことから製造時間を短縮することができ製造効率を上げることができるので、ナノインプリントの更なる普及に有用である。
 従って、本発明は、半導体集積回路や液晶表示装置用部材、光学部品、記録媒体、光導波路、保護フィルム、マイクロリアクター、ナノデバイス、医療分野分離分析用チップ等の製品に使用できる。

Claims (10)

  1.  下記式(1)で表されるナノインプリント用樹脂。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、R1~R5は、それぞれ独立に-H又は-OHを表しR1~R5の少なくとも1つは-OHである。R6は炭素数1~20の直鎖状、分岐状あるいは環状アルキル基、炭素数6~20のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。Xは、アミド又はエステルを表す。Yは、アミド又はエステルを表すが、含まれていなくてもよい。Pは1~10の整数を表す。m及びnは1以上の整数である。)
  2.  前記m及びnが、m:n=1:99~90:10であることを特徴とする請求項1に記載のナノインプリント用樹脂。
  3.  前記R1~R5の内、2つが-OHであることを特徴とする請求項1又は2に記載のナノインプリント用樹脂。
  4.  前記ナノインプリント用樹脂が、基板とモールドが転写される被転写樹脂との間に用いられることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載のナノインプリント用樹脂。
  5.  請求項1~4の何れか一項に記載されたナノインプリント用樹脂を含む積層体。
  6.  請求項1~4の何れか一項に記載されたナノインプリント用樹脂を含む基板。
  7.  基板上に請求項1~3の何れか一項に記載されているナノインプリント用樹脂を積層する工程、
     前記ナノインプリント用樹脂の層の上にモールドのパターンを転写する層を積層する工程、
     モールドのパターンを転写する工程、
    を含む、ナノインプリント基板の製造方法。
  8.  前記モールドのパターンを転写する層が熱可塑性樹脂であり、前記モールドのパターンを転写する工程が、
     前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より高い温度に前記熱可塑性樹脂を積層した基板を加熱する工程、
     モールドを押圧する工程、
     前記基板を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より低い温度に冷却する工程、及び
     モールドを剥離する工程、
    を含む、請求項7に記載のナノインプリント基板の製造方法。
  9.  前記モールドのパターンを転写する層が熱硬化性樹脂であり、前記モールドのパターンを転写する工程が、
     前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度より低い温度でモールドを押圧する工程、
     前記熱硬化性樹脂を積層した基板を前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度より高い温度に加熱する工程、及び
     モールドを剥離する工程、
    を含む、請求項7に記載のナノインプリント基板の製造方法。
  10.  前記モールドのパターンを転写する層が重合性の単量体と光重合開始剤を含む溶液により形成されるものであり、前記モールドのパターンを転写する工程が、
     モールドを押圧する工程、
     重合性の単量体を架橋・硬化する工程、及び
     モールドを剥離する工程、
    を含む、請求項7に記載のナノインプリント基板の製造方法。
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