WO2021009980A1 - 光硬化性組成物、凹凸構造体の製造方法、微細凹凸パターンを形成する方法および凹凸構造体 - Google Patents

光硬化性組成物、凹凸構造体の製造方法、微細凹凸パターンを形成する方法および凹凸構造体 Download PDF

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photocurable
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小田 隆志
大喜田 尚紀
和知 浩子
慎吾 山本
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三井化学株式会社
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    • B29K2105/0002Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped monomers or prepolymers

Definitions

  • the present invention relates to a photocurable composition, a method for producing a concavo-convex structure, a method for forming a fine concavo-convex pattern, and a concavo-convex structure.
  • Photolithography and nanoimprint methods are known as methods for forming a fine uneven pattern on the surface of a substrate. Photolithography is expensive and complicated in process.
  • the nanoimprint method has an advantage that a fine uneven pattern can be produced on the surface of the substrate by a simple device and process. Further, the nanoimprint method has a relatively wide width and is considered to be a preferable method for forming a deep uneven structure and various shapes such as a dome shape, a quadrangular pyramid, and a triangular pyramid.
  • an expensive mother mold in which a fine uneven structure on the surface is formed by a photolithography method or an electron beam drawing method is produced.
  • an inexpensive replica mold in which the uneven structure of the mother mold is duplicated with an organic material is manufactured.
  • the replica mold ends its role when the substrate to be processed is processed a certain number of times of repeated use in consideration of productivity.
  • replica molds are required to have a function that can withstand repeated use. It contributes to cost reduction by increasing the number of repeated uses.
  • a UV method is widely used in which a photocurable composition is brought into contact with an uneven surface of a mold, cured by light (UV) irradiation, and then peeled off.
  • UV light
  • the UV method has advantages that it does not require large-scale heating and crimping equipment, and that a continuous method such as roll-to-roll can be easily assembled.
  • Patent Document 1 A material that is suitable as a replica mold and has relatively good repeatability is disclosed (for example, Patent Document 1).
  • a composition composed of an acrylate, a silicone-based macromonomer, and an initiator is heat-polymerized, and the obtained resin composition is brought into contact with the uneven surface of the mother mold to prepare a replica mold by a heat melt pressure bonding method. ing. Then, in UV nanoimprinting with a photocurable compound, relatively good repeatability of about 20 times is realized.
  • the material described in Patent Document 1 requires heat melt pressure bonding at the time of producing a replica mold.
  • Patent Document 2 discloses a specific cation-curable material as a material having excellent coatability, quick-curing property, thin-film curability, and excellent shape transferability in the nanoimprint method. ing. Patent Document 2 discloses that it can be used 50 times for repetitive transferability. However, Patent Document 2 relates to an imprint having a pattern shape of 1 to 2 micrometers in size. There is no description about nano-sized pattern formation. Furthermore, in any of the disclosure examples, in the application of the replica mold, the adaptation in which the replica mold produced first is repeatedly used using the same material for which the replica mold is produced is not described.
  • the conventional technique is used from the viewpoint of the entire process including the manufacturing process of the replica mold and the degree of freedom in the shape (size) of the substrate to be processed. I wasn't satisfied with all of them.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances. Specifically, it is an object of the present invention to provide a photocurable composition used for forming a resin mold that can be repeatedly used in adaptation as a replica mold.
  • the present invention is as follows.
  • a photocurable composition used for forming the resin layer of an uneven structure including a substrate and a resin layer provided on the substrate and having fine irregularities formed on the surface thereof.
  • the surface free energy measured by the following evaluation method 1 is 15 mJ / m 2 to 40 mJ / m 2 .
  • the photocurable composition according to The photocurable composition contains (a) a photocurable monomer or a photocurable monomer and a binder resin, and (b) an additive having a photoreactive functional group.
  • the content of (b) the additive having a photoreactive functional group is (a) a photocurable monomer or a photocurable monomer and a binder resin, and (b) an additive having a photoreactive functional group.
  • a photocurable composition in an amount of 0.001% by mass to 10% by mass based on the total amount. 3. 3. 2. 2.
  • the photocurable composition according to (B) The light containing an additive having a photoreactive functional group includes an additive represented by the following general formula (1) and / or an additive having a structure represented by the following general formula (2). Curable composition.
  • R 1 is the same or different, hydrogen atom, fluorine atom, halogen atom, hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon number 1 to 1 to Represents any atom or group selected from the group consisting of 20 polyether groups and fluorocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • L 1 is a group consisting of at least one epoxy group, hydroxyl group, amino group, vinyl ether group, lactone group, propenyl ether group, olefin group, oxetanyl group, vinyl group, acrylate group, carbinol group, and carboxy group.
  • L 2 is a photoreactive functional group selected from the group consisting of an epoxy group, an amino group, a vinyl ether group, a lactone group, a propenyl ether group, an alcohol group, an olefin group, an oxetanyl group, a vinyl group, an acrylate group, a carbinol group and a carboxy group.
  • R 2 ⁇ R 5 are fluorine, fluorine alkyl group having 1 to 10 carbon atoms containing, fluorine having 2 to 10 carbon atoms containing alkoxy groups and fluorine having 1 to 10 carbon atoms containing A fluorine-containing group selected from the group consisting of alkoxyalkyl groups.
  • R 2 ⁇ R 5 is not a fluorine-containing group
  • R 2 ⁇ R 5 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, alkoxyalkyl group having an alkoxy group and having 2 to 10 carbon atoms having 1 to 10 carbon atoms It is an organic group selected from the group R 2 ⁇ R 5 may be the same or different, and R 2 ⁇ R 5 may be bonded to form a ring structure, The dotted line indicates that the bond of the portion may be a carbon-carbon single bond or a carbon-carbon double bond. 4. 1. 1. ⁇ 3. The photocurable composition according to any one of the above. A photocurable composition containing a photocurable initiator. 5. 2. 2. Or 3.
  • the description of "A to B” regarding the numerical range indicates that it is A or more and B or less.
  • the description of "1 to 5%” means 1% or more and 5% or less.
  • the photocurable composition of the present invention may be referred to as "first photocurable composition”.
  • a substrate having a resin layer on which a fine uneven structure is formed on the surface using the first photocurable composition is used as a replica mold, and the replica mold is used to process a substrate to be processed.
  • the curable composition may be referred to as a "second photocurable composition”.
  • the notation that does not indicate whether it is substituted or unsubstituted includes both those having no substituent and those having 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 photocurable composition of the present embodiment is used for forming a resin layer in an uneven structure including a substrate and a resin layer provided on the substrate and having fine irregularities formed on the surface thereof. ..
  • the photocurable composition of the present embodiment preferably contains (a) a photocurable monomer or a photocurable monomer and a binder resin, and (b) an additive having a photoreactive functional group.
  • the content of the additive having (b) a photoreactive functional group is preferably 0.001% by mass to 10% by mass with respect to the total amount of (a) and (b).
  • each component that can constitute a photocurable composition will be described.
  • the photocurable composition of the present embodiment preferably contains the components described below, but the characteristic values measured in (evaluation method 1) and (evaluation method 2) described later. Does not have to contain the components described below, as long as is within a predetermined range.
  • photocurable monomer examples include a compound having a reactive double bond group, a ring-opening polymerizable compound capable of being cationically polymerizable, and the like.
  • a ring-opening polymerizable compound specifically, a compound containing a ring-opening polymerizable group such as an epoxy group or an oxetanyl group
  • a compound containing a ring-opening polymerizable group such as an epoxy group or an oxetanyl group
  • the photocurable monomer may have one reactive group or a plurality of reactive groups in one molecule.
  • a compound having two or more reactive groups in one molecule is used.
  • the type and composition ratio of the photocurable monomer it is possible to efficiently form a three-dimensional network structure inside and on the surface after light irradiation curing. As a result, the resin hardness described later can be maintained in an appropriate range.
  • the photocurable monomer is a compound having a reactive double bond group
  • CF 2 CFOCF 2 CF (CF 3 )
  • Cyclic olefins such as norbornene and norbornadiene.
  • Alkylation vinyl ethers such as cyclohexylmethyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, and ethyl vinyl ether.
  • Vinyl esters such as vinyl acetate.
  • ring-opening polymerizable compounds that can be cationically polymerized include, for example, the following. These are preferable in terms of long-term storage stability and suppression of deterioration of dimensional accuracy of the uneven structure due to curing shrinkage.
  • 1,7-Octadiene epoxide 1,2-epoxydecane, 1,2-epoxydodecane, 2-ethylhexyl glycidyl ether, cyclohexene epoxide, alpha pinene oxide, dicyclopentadiene oxide, limonene monooxide, limonen dioxide, 4 -Vinylcyclohexendioxide, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3', 4'-epoxycyclohexanecarboxylate, di (3,4-epoxycyclohexyl) adipate, (3,4-epoxycyclohexyl) methyl alcohol, 1,2 -Epoxy-4-vinylcyclohexane, (3,4-epoxy-6-methylcyclohexyl) methyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexanecarboxylate, ethylene1,2-di (3,4-ep
  • Compounds having one oxetanyl group include 3-methyl-3- (butoxymethyl) oxetane, 3-methyl-3- (pentyloxymethyl) oxetane, 3-methyl-3- (hexyloxymethyl) oxetane, 3-methyl- 3- (2-Ethylhexyloxymethyl) oxetane, 3-methyl-3- (octyloxymethyl) oxetane, 3-methyl-3- (decanoloxymethyl) oxetane, 3-methyl-3- (dodecanoloxymethyl) ) Oxetane, 3-Methyl-3- (Phenoxymethyl) Oxetane, 3-Ethyl-3- (Butoxymethyl) Oxetane, 3-Ethyl-3- (Pentyroxymethyl) Oxetane
  • the content of the photocurable monomer in the photocurable composition is preferably 10% by mass to 99.5% by mass, more preferably 20% by mass, based on the entire photocurable composition (100% by mass). % To 99.5% by mass, more preferably 30% by mass to 99.5% by mass.
  • the binder resin described later is contained, it is preferably 50% by mass to 99.5% by mass, more preferably 60% by mass to 99.5% by mass, and further preferably 70% by mass to 99.5% by mass.
  • the photocurable monomer may be used alone or in combination of two or more. By adjusting the content of the photocurable monomer in these ranges, a three-dimensional network structure can be effectively formed on the surface and / or inside of the cured resin layer. Then, it is easy to adjust the resin hardness described later to an appropriate range.
  • the binder resin refers to, for example, a polymer obtained by prepolymerizing the above-mentioned photocurable monomer, or a polymer obtained by polymerizing by another method. From the viewpoint of compatibility with the curable monomer and physical properties of the film after curing, for example, a polymer obtained by prepolymerizing the above-mentioned photocurable monomer or an amorphous cyclic olefin polymer is preferable as the binder resin. Moreover, as preferable binder resin, polyacrylic resin, polyether resin, polyoxetanyl resin, polyester resin, cyclic olefin polymer and the like can also be mentioned.
  • Examples of the cyclic olefin polymer include a fluorine-containing cyclic olefin polymer represented by the general formula (1) of Japanese Patent No. 5466705. Unlike ordinary fluororesins, this fluorine-containing cyclic olefin polymer has an appropriate dipole moment due to the characteristics of the arrangement of fluorine atoms and fluorine-containing substituents. Therefore, while having the characteristics of a fluororesin, it tends to be compatible with general-purpose organic solvents and other components in the photocurable composition. Therefore, there are merits such as uniform dissolution at the time of preparation of the composition, good compatibility even in the form after light irradiation curing, and a uniform transparent cured resin layer without causing whitening or the like.
  • the amount thereof is preferably 0.1% by mass to 50% by mass, more preferably 0.5% by mass to 40% by mass, based on the entire photocurable composition (100% by mass). %, More preferably 1% by mass to 30% by mass.
  • a binder resin it may be used alone or in combination of two or more.
  • the viscosity of the photocurable composition can be adjusted. For example, it is possible to increase the viscosity to suppress dripping during coating, and to improve the defect of uniformity due to fluctuation of the coated surface.
  • the weight average molecular weight of the binder resin is preferably 500 to 100,000, more preferably 500 to 80,000, and further 500 to 50,000 as measured by GPC of polystyrene standard. preferable.
  • Additives having a photoreactive functional group are preferably unevenly distributed on the surface of the photocurable composition of the present embodiment as a film. Thereby, the surface free energy of the surface of the cured film, which will be described later, can be adjusted.
  • the additive having a photoreactive functional group is preferably a compound capable of binding to the above-mentioned photocurable monomer due to the presence of the photoreactive functional group.
  • the additive having a photoreactive functional group is preferably unevenly distributed on the surface when the resin layer is formed.
  • the siloxane compound described later and the fluoropolymer having a specific cyclic structure are effectively unevenly distributed in the vicinity of the film surface due to the presence of silicon atoms and fluorine atoms. As a result, the surface free energy and hardness of the film surface are controlled. Then, it is considered that the repetitive usability of the replica mold is improved.
  • the additive having a photoreactive functional group examples include a compound having a reactive double bond group as a photoreactive functional group, a compound having a ring-opening polymerizable group capable of being cationically polymerizable, and the like.
  • a ring-opening polymerizable compound such as a cationically polymerizable ring-opening polymerizable compound (specifically, an epoxy group, an oxetanyl group, an amino group, a vinyl ether group, an alcohol group, or a ring-opening polymerizable group). Possible compounds) are preferred.
  • the additive having a photoreactive functional group may have one or a plurality of photoreactive groups in one molecule.
  • the additive having a photoreactive functional group has two or more photoreactive groups in one molecule.
  • Only one type of additive having a photoreactive functional group may be used, or two or more types may be used. When two or more kinds are used, compounds having different reactive groups may be mixed and used at an arbitrary ratio. Further, a compound having a reactive double bond group and a ring-opening polymerizable compound which can be cationically polymerized may be mixed and used at an arbitrary ratio.
  • the content of the additive having a photoreactive functional group in the photocurable composition is (a) a photocurable monomer or a photocurable monomer and a binder resin, and (b) a photoreactive functional group.
  • a photocurable monomer or a photocurable monomer and a binder resin preferably 0.001% by mass to 10% by mass, more preferably 0.005% by mass to 8% by mass, still more preferably 0.01% by mass to 5 It is mass%.
  • the additive can be efficiently unevenly distributed on the film surface. Then, it is easy to adjust the surface free energy described later to an appropriate range. Then, in the production of the uneven structure, the resin adhesion is suppressed in the peeling step and the peelability is enhanced. In addition, defects in the replica mold are suppressed, and repetitive usability is improved.
  • an additive having a photoreactive functional group is a siloxane compound having a photoreactive functional group. More specifically, the siloxane compound of the following general formula (1) can be mentioned below.
  • R 1 is the same or different, hydrogen atom, fluorine atom, halogen atom, hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon number 1 to 1 to Represents any atom or group selected from the group consisting of 20 polyether groups and fluorocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • L 1 is a group consisting of at least one epoxy group, hydroxyl group, amino group, vinyl ether group, lactone group, propenyl ether group, olefin group, oxetanyl group, vinyl group, acrylate group, carbinol group, and carboxy group.
  • n and 1-n represent the ratio of each unit, and n is usually represented in the range of 0 to 1.
  • siloxane compound having a photoreactive functional group a commercially available product may be used.
  • a polysiloxane having a photoreactive functional group at the end / side chain of the main chain, a compound corresponding to the general formula (1), or the like can be selected and used from commercially available reactive group-containing siloxane compounds. it can.
  • Commercially available products of epoxy group-containing siloxane compounds include, for example, X-22-343 (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.), KF-101 (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.), KF-1001 (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.), X-22-2000.
  • hydroxyl group-containing siloxane compounds include YF3800 (manufactured by Momentive Performance Materials Japan), XF3905 (manufactured by Momentive Performance Materials Japan), and X-21.
  • -5841 manufactured by Shinetsu Silicone
  • KF-9701 manufactured by Shinetsu Silicone
  • FM-0411 manufactured by JNC
  • FM-0421 manufactured by JNC
  • FM-0425 manufactured by JNC
  • FM-DA11 manufactured by JNC
  • JNC Corporation FM-DA21 (JNC Corporation), FM-DA26 (JNC Corporation)
  • FM-4411 JNC Corporation
  • FM-4421 FM-4421 (JNC Corporation), FM-4425 (JNC Corporation
  • amino group-containing siloxane compounds include, for example, KF-868 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-865 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-864 (manufactured by Shinetsu Silicone), and KF-859 (manufactured by Shinetsu Silicone).
  • KF-393 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-860 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-880 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-8004 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-8002 (manufactured by Shinetsu Silicone) KF-8005 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-862 (manufactured by Shinetsu Silicone), X-223820W (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-869 (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-861 (manufactured by Shinetsu Silicone) , X-22-3939A (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-877 (manufactured by Shinetsu Silicone), PAM-E (manufactured by Shinetsu Silicone), KF-8010 (manufacture
  • carbinol group-containing siloxane compound Commercially available products of the carbinol group-containing siloxane compound include, for example, X-22-2439 (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.), X-22-4015 (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.), X-22-160AS (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.), and the like.
  • KF-6001 manufactured by Shinetsu Silicone
  • KF-6002 manufactured by Shinetsu Silicone
  • KF-6003 manufactured by Shinetsu Silicone
  • X-22-170BX manufactured by Shinetsu Silicone
  • X-22-170DX manufactured by Shinetsu Silicone
  • Examples of commercially available carboxy group-containing siloxane compounds include X-22-3701E (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), X-22-162C (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), and X-22-3710 (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.). Can be mentioned.
  • Examples of commercially available acrylate group-containing siloxane compounds include X-22-164 (manufactured by Shinetsu Silicone), X-22-174BX (manufactured by Shinetsu Silicone), X-22-2426 (manufactured by Shinetsu Silicone), and FM.
  • a cationically polymerizable epoxy group-containing siloxane compound and / or a hydroxyl group-containing siloxane compound is preferably selected.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the siloxane compound is preferably 200 to 50,000, more preferably 200 to 40,000, and even more preferably 200 to 30,000.
  • Mw weight average molecular weight
  • the preferred range of n in the general formula (1) is 0 to 1, more preferably 0.1 to 1, and even more preferably 0.3 to 1. It is preferably selected in consideration of the types of R 1 and L 1 and compatibility with other components constituting the photocurable composition (compatibility, curability, repeatability of the produced replica mold, etc.).
  • a fluorine-containing cyclic olefin polymer (specifically, a fluorine-containing cyclic olefin polymer having a photoreactive functional group at the side chain / terminal) can be mentioned. .. More specifically, as the fluorine-containing cyclic olefin polymer, a specific fluorine-containing cyclic olefin polymer represented by the general formula (2) can also be mentioned.
  • L 2 is a photoreactive functional group selected from the group consisting of an epoxy group, an amino group, a vinyl ether group, a lactone group, a propenyl ether group, an alcohol group, an olefin group, an oxetanyl group, a vinyl group, an acrylate group, a carbinol group and a carboxy group.
  • At least one of R 2 ⁇ R 5 are fluorine, fluorine alkyl group having 1 to 10 carbon atoms containing, fluorine having 2 to 10 carbon atoms containing alkoxy groups and fluorine having 1 to 10 carbon atoms containing A fluorine-containing group selected from the group consisting of alkoxyalkyl groups.
  • R 2 ⁇ R 5 is not a fluorine-containing group
  • R 2 ⁇ R 5 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, alkoxyalkyl group having an alkoxy group and having 2 to 10 carbon atoms having 1 to 10 carbon atoms It is an organic group selected from the group R 2 ⁇ R 5 may be the same or different, and R 2 ⁇ R 5 may be bonded to form a ring structure, The dotted line indicates that the bond of the portion may be a carbon-carbon single bond or a carbon-carbon double bond.
  • R 2 to R 5 are fluorine-containing groups, specifically, fluorine; fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, trifluoroethyl group, pentafluoroethyl group, Alkyl such as heptafluoropropyl group, hexafluoroisopropyl group, heptafluoroisopropyl group, hexafluoro-2-methylisopropyl group, perfluoro-2-methylisopropyl group, n-perfluorobutyl group, n-perfluoropentyl group, perfluorocyclopentyl group Alkyl group having 1 to 10 carbon atoms in which part or all of the hydrogen of the group is substituted with fluorine; fluoromethoxy group, difluoromethoxy group, trifluoromethoxy group, trifluoroethoxy group, pentafluoroethoxy group, heptafluorine; fluoro
  • fluorine is substituted with fluorine; fluoromethoxymethyl group, difluoromethoxymethyl group, trifluoromethoxymethyl group, trifluoroethoxymethyl group, pentafluoro Ethoxymethyl group, heptafluoropropoxymethyl group, hexafluoroisopropoxymethyl group, heptafluoroisopropoxymethyl group, hexafluoro-2-methylisopropoxymethyl group, perfluoro-2-methylisopropoxymethyl group, n-perfluorobutoxymethyl group
  • Examples thereof include an alkoxyalkyl group having 2 to 10 carbon atoms in which a part or all of hydrogen of an alkoxyalkyl group such as a group, an n-perfluoropentoxymethyl group and a perfluorocyclopentoxymethyl group is substituted with fluorine.
  • R 2 to R 5 may be coupled to each other to form a ring structure.
  • a ring of perfluorocycloalkyl, oxygen-mediated perfluorocycloether, or the like may be formed.
  • R 2 ⁇ R 5 is not a fluorine-containing group, specifically as R 2 ⁇ R 5, hydrogen, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, 2-methyl isopropyl group, n- butyl radical, n -Alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms such as pentyl and cyclopentyl groups; alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms such as methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group and pentoxy group; methoxymethyl group, ethoxymethyl group and propoxy Examples thereof include an alkoxyalkyl group having 2 to 10 carbon atoms such as a methyl group, a butoxymethyl group, and a pentoxymethyl group.
  • a fluorine-containing cyclic olefin polymer in which L 2 contains a cationically polymerizable epoxy group or a hydroxyl group is selected.
  • the additive having a photoreactive functional group is a fluorine-containing cyclic olefin polymer
  • the additive having a photoreactive functional group may consist of only one structural unit represented by the general formula (2), and is generally used. at least one of R 2 ⁇ R 5 of formula (2) may be made of different two or more kinds of structural units. Further, even a polymer (copolymer) containing one or more structural units represented by the general formula (2) and a structural unit different from the structural unit represented by the general formula (2). Good.
  • the fluorine-containing cyclic olefin polymer can be obtained by appropriately applying a known technique. For example, it can be obtained by appropriately applying a known technique for ring-opening polymerization of cyclic olefins. Specific examples such as polymerization conditions and catalysts used are described in Examples below.
  • a fluorine-containing cyclic olefin polymer represented by the general formula (2) having a saturated aliphatic structure by hydrogenation is preferably selected.
  • the hydrogenation rate of the main chain olefin is preferably 50 to 100%, more preferably 70 to 100%, and even more preferably 90 to 100%.
  • the hydrogenation reaction can be carried out by a known method.
  • a method using a solid catalyst or a method using a homogeneous catalyst may be used, and two or more of these catalysts may be mixed and used.
  • a method using a solid catalyst in which the catalyst can be easily removed by filtration in the post-treatment after the reaction is preferably selected.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the fluorine-containing cyclic olefin polymer is preferably 500 to 50,000, more preferably 500 to 40,000, and even more preferably 500 to 30,000. By adjusting Mw within this range, compatibility with other components is enhanced, and it is easy to prepare a uniform solution. Further, when it is formed as a film, it is likely to be effectively segregated on the surface.
  • the photocurable composition of the present embodiment preferably contains a photocurable initiator.
  • the photocuring initiator include a photoradical initiator that generates radicals by irradiation with light, a photocation initiator that generates cations by irradiation with light, and the like.
  • the photoradical initiators that generate radicals by irradiation with light include, for example, acetophenone, p-tert-butyltrichloroacetophenone, chloroacetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, hydroxyacetophenone, 2, Acetphenones such as 2-dimethoxy-2'-phenylacetophenone, 2-aminoacetophenone, dialkylaminoacetophenone; benzoin, benzoinmethyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, 2- Benzoyls such as hydroxy-2-methyl-1-phenyl-2-methylpropan-1-one, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one; benzophenone, benzoyl benzoic acid , Methyl benzoy
  • Preferred photoradical initiators include Irgacure 651 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irgacure 184 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), and DaroCure 1173 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals).
  • Benzophenone, 4-Phenylbenzophenone Irga Cure 500 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irga Cure 2959 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irga Cure 127 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irgacure 907 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irgacure 369 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irgacure 1300 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irgacure 819 (manufactured by Ciba Specialty) -Chemicals), Irgacure 1800 (Ciba Specialty Chemicals), DaroCure TPO (Ciba Specialty Chemicals), DaroCure 4265 (Ciba Specialty Chemicals), Irgacure OXE01 (Ciba
  • photoradical polymerization initiators include Irgacure 184 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), DaroCure 1173 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), and Irgacure 500 (Ciba Specialty). Specialty Chemicals), Irgacure 819 (Ciba Specialty Chemicals), DaroCure TPO (Ciba Specialty Chemicals), Esacure KIP100F (Lamberty), Esacure KT37 (Lamberty) (Manufactured by) and Esacure KTO46 (manufactured by Lamberty) and the like.
  • the photocation initiator that generates a cation by irradiation with light is particularly limited as long as it is a compound that initiates cationic polymerization of the above-mentioned ring-opening polymerizable compound that can be cationically polymerized by light irradiation. Absent.
  • it is a compound that photoreacts to release Lewis acid, such as an onium salt of an onium cation-a counter anion thereof. These often exhibit their function mainly in the UV region where the wavelength of light is 200 nm to 400 nm.
  • onium cations include diphenyliodonium, 4-methoxydiphenyliodonium, bis (4-methylphenyl) iodonium, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium, bis (dodecylphenyl) iodonium, triphenylsulfonium, and diphenyl-4.
  • perchlorate ion trifluoromethanesulfonic acid ion, toluenesulfonic acid ion, trinitrotoluenesulfonic acid ion and the like can be mentioned.
  • the counter anion include tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, hexafluoroantimonate, hexafluoroarsenate, hexachloroantimonate, tetra (fluorophenyl) borate, tetra (difluorophenyl) borate, and tetra (trifluorophenyl).
  • photocation initiators that are more preferably used include, for example, Irgacure 250 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Irgacure 784 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), and Irgacure 290 (BASF Japan).
  • the photocurable composition of the present embodiment contains a photocuring initiator, it may contain only one kind of photocuring initiator or two or more kinds.
  • the content of the photocurable initiator in the photocurable composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 1.0, based on the whole photocurable composition (100% by mass). It is ⁇ 15% by mass.
  • the photocurable composition of the present embodiment may contain a sensitizer.
  • the sensitizer include anthracene, naphthalene, phenothiazene, perylene, thioxanthone, benzophenone thioxanthone and the like.
  • the sensitizing dye thiopyrylium salt dye, merocyanine dye, quinoline dye, styrylquinoline dye, ketocoumarin dye, thioxanthene dye, xanthene dye, oxonol dye, cyanine dye, rhodamine dye.
  • Pyrylium salt-based dyes and the like are exemplified.
  • anthracene-based or naphthalene-based sensitizer when used in combination with a cationic curing initiator (cationic polymerization initiator), the sensitivity is dramatically improved.
  • Specific examples of anthracene-based and naphthalene-based compounds include dibutoxyanthracene, diethoxyanthracene, dipropoxyanthraquinone, bis (octanoyloxy) anthracene, and diethoxynaphthalene.
  • the amount of the sensitizer added is preferably 0.01% by mass to 20% by mass, more preferably 0. It is 01% by mass to 10% by mass, more preferably 0.01% by mass to 10% by mass, and a plurality of sensitizers may be used in combination.
  • the photocurable composition of the present embodiment may contain components other than the above.
  • modifiers such as plasticizers, stabilizers such as UV absorbers, preservatives, antibacterial agents, photosensitizers, silane couplings.
  • a plasticizer is preferable because it may help adjust the viscosity in addition to the above-mentioned desired effects.
  • the uneven surface of the replica mold made of the photocurable composition (first photocurable composition) is brought into contact with the second photocurable composition used for processing the substrate to be processed.
  • UV irradiation is performed while applying pressure to cure and peel off the second photocurable composition to form an uneven structure on the surface of the substrate to be processed.
  • defects that hinder the repeated use of the replica mold such as resin adhesion to the surface of the replica mold and shape destruction of the uneven structure due to external stress occur.
  • the present inventors have diligently investigated the relationship between these defects and the physical characteristics of the resin after curing.
  • the replica mold remains in the initial state even if the replica mold is repeatedly used. It was found that it is easy to maintain and that good processing of the substrate to be processed can be realized.
  • the surface free energy and the resin hardness will be specifically described.
  • the present inventors have found that even materials having the same contact angle of water may have different resin adhesion when made into a replica mold.
  • the contact angle of water is an index indicating the relationship with water to the last, and is usually an organic compound replica mold and a second photocurable composition. I thought it would be difficult to judge the compatibility with.
  • the free energy of the resin film surface after photocuring hereinafter, also simply referred to as surface free energy
  • the degree of resin adhesion when using the replica mold are moderately correlated.
  • the replica mold When the second photocurable composition is applied, photocured, or peeled off on the surface, the residue of the second photocurable composition is unlikely to remain on the fine uneven structure of the replica mold surface.
  • the surface free energy exceeds a specific value, the residue of the second photocurable composition tends to adhere, the replica mold tends to deteriorate, and the replica mold cannot be used repeatedly.
  • adhesion means that, in a remarkable case, the deterioration of the surface of the replica mold after use can be visually confirmed (more specifically, the second photocurability by observation with an optical microscope or SEM). The degree of adhesion of the composition can be known).
  • the surface free energy of the resin film after photocuring which is measured as in the following evaluation method 1, is preferably 15 mJ / m 2 to 40 mJ / m 2 , more preferably 15 mJ / m 2 to. It is 38 mJ / m 2 , more preferably 15 mJ / m 2 to 35 mJ / m 2 .
  • the surface free energy is larger than 40 mJ / m 2 , as described above, the second photocurable composition after light irradiation curing adheres to the replica mold.
  • the surface free energy is less than 15 mJ / m 2
  • the compatibility with the replica mold at the time of coating is poor, and the second photocurable composition tends to be repelled on the surface of the replica mold. Then, if it is peeled off by pressure welding or light irradiation as it is, for example, voids derived from bubbles that have lost their escape area may be generated.
  • a sufficient amount of light for example, an ultraviolet ray having an integrated light amount of 2000 mJ / cm 2 is irradiated. Irradiation can be performed with UV light (LED light source) having a wavelength of 365 nm or the like.
  • the thickness of the photocurable film in the evaluation method 1 is, for example, about 5 to 6 ⁇ m (5.5 ⁇ 0.5 ⁇ m).
  • the calculation of the surface free energy based on the theory of Kitazaki-Hata can be performed by software or the like attached to a commercially available contact angle meter. As a precaution, the theory of Kitazaki-Hata will be described below.
  • the surface free energy of the cured film to be measured is A, the surface components of the free energy A, the component (A d) and the orientation (polarity) component attributable to the force (A p) and hydrogen bonding forces attributable to dispersion forces Assuming that the component (A h ) belongs to, A is expressed by the formula (1). (Since the intermolecular force caused by the induced force in the above explanation is extremely small, it is ignored in the calculation.)
  • the surface free energy of the liquid 1 whose value of each component is known is defined as B 1
  • the component of the surface free energy B 1 is a component belonging to the dispersion force (B 1d ) and a component belonging to the orientation (polarity) force (polarity).
  • B 1p the component belonging to the dispersion force
  • B 1h the component belonging to the hydrogen bonding force
  • the contact angle measured using the cured film to be measured and the liquid 1 is ⁇ 1
  • the contact angle between the cured film to be measured and the liquid 2 is ⁇ 2
  • the contact angle between the cured film to be measured and the liquid 3 is ⁇ 2 .
  • Resin hardness As a defective mode when the replica mold is used repeatedly, in addition to the above-mentioned resin adhesion, collapse of the uneven structure on the surface of the replica mold caused by a pressure welding process or the like can be mentioned. For example, in the case of a line & space shape, a line breakage or a line edge chipping is shown. Further, in the case of a pillar shape, a defect such as a broken pillar is indicated.
  • the resin hardness is expressed by the degree of scratches in the scratch test and the pencil hardness expressed by the hardness of the pencil when scratched with a specified pencil.
  • these methods can be applied to, for example, bulk evaluation of a flat surface, they cannot be applied to evaluation for determining shape retention of a fine concavo-convex structure.
  • the present inventors directly push the film surface with an indenter shaped like a very fine needle, and the hardness required by the nanoindent method, which defines the resin hardness by the repulsive force at that time, holds the shape of the replica mold. It was found that it is an index that preferably represents the relationship between resin hardness and resin hardness.
  • the hardness of the photocurable composition after photocuring is preferably 0.05 GPa to 0.5 GPa, more preferably 0.1 GPa to 0. It is 5 GPa, more preferably 0.15 GPa to 0.5 GPa.
  • the resin surface becomes hard and brittle, and the uneven shape cannot be maintained even with a minute external stress, and the shape cannot withstand the bending rate of the roll when used in the roll-to-roll process, and the resin surface cracks into the uneven shape. Occurs.
  • the resin when it is smaller than the lower limit, the resin is soft and the resin is deformed by the stress when it is brought into contact with the second photocurable composition and crimped, for example, the shape is changed to the T-top and peeled off by the anchor effect. May not be possible.
  • a concave-convex structure (for example, a replica mold) including a substrate and a resin layer provided on the substrate and having fine irregularities formed on the surface thereof is manufactured.
  • a specific embodiment of the substrate and a manufacturing method will be specifically described.
  • the material of the board is not particularly limited.
  • the substrate is composed of, for example, an organic material or an inorganic material.
  • properties of the substrate for example, a sheet-like, film-like, plate-like, or porous material can be used.
  • polyester such as polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyvinylidene ether, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene monaphthalate, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, and poly ( Meta) acrylate, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide, polyetherimide, polyacetylcellulose, polyvinyl alcohol, polyurethane, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene
  • resins such as a fluoropolymer such as a copolymer and a perfluoropropyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer can be used as a raw material.
  • the raw material can be made into a substrate by processing it by a method such as injection molding, extrusion molding, hollow molding, thermoforming, or compression molding.
  • a method such as injection molding, extrusion molding, hollow molding, thermoforming, or compression molding.
  • the porous substrate for example, one that is cured in a state of being porous with a foaming agent, one that is porous by stretching a non-porous base material, one that is porous by laser processing, and between fibers. Examples thereof include non-woven fabrics having a porous structure.
  • the substrate is a single-layer substrate obtained by curing a photocurable monomer such as (meth) acrylate, styrene, epoxy, or oxetane by light irradiation in the presence of a polymerization initiator, or such a substrate. It may be a substrate in which a photocurable monomer is coated on an organic material or an inorganic material.
  • the substrate is composed of an inorganic material
  • examples of the constituent material include copper, gold, platinum, nickel, aluminum, silicon, stainless steel, quartz, soda glass, sapphire, and carbon fiber.
  • constituent material of the substrate is an organic material or an inorganic material
  • some treatment may be applied to the surface of the substrate in order to improve the adhesion to the photocurable composition and the cured product thereof. ..
  • treatments include adhesion treatments such as corona treatment, atmospheric pressure plasma treatment, vacuum plasma treatment, and easy-adhesion coating treatment.
  • the constituent material of the substrate may be an organic material or an inorganic material, and the substrate may have a single layer or a configuration of two or more layers.
  • the substrate is preferably a resin film.
  • the substrate is preferably, for example, a resin film containing any of the above-mentioned resins. Since the substrate is a resin film rather than an inorganic material, the user can easily cut it into a desired shape and size for use. Further, the laminated body can be wound when the laminated body is stored, that is, there is an advantage of space saving.
  • the light transmission of the substrate is high.
  • the substrate has a high transmittance in the wavelength region of the light with which the photocuring initiator reacts. More preferably, the light transmittance in the ultraviolet region is high.
  • the transmittance of light having a wavelength of 200 nm to 400 nm is preferably 50% to 100%, more preferably 70% to 100%, and even more preferably 80% to 100%.
  • the light transmittance in the visible region of the substrate is high.
  • the transmittance of light having a wavelength of 500 nm to 1000 nm is preferably 50% to 100%, more preferably 70% to 100%, and even more preferably 80% to 100%.
  • the thickness of the substrate is not particularly limited. It is appropriately adjusted according to various purposes, for example, good handleability of the laminated body, dimensional accuracy of the uneven structure to be obtained, and the like.
  • the thickness of the substrate is, for example, 1 ⁇ m to 10000 ⁇ m, specifically 5 ⁇ m to 5000 ⁇ m, and more specifically 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the shape of the entire substrate is not particularly limited. For example, it may be plate-shaped, disk-shaped, roll-shaped, or the like.
  • the specific procedure of the method for manufacturing the uneven structure of the present embodiment is not particularly limited.
  • it can be produced by a step including a step of forming a photocurable composition layer (photocurable layer forming step) using the photocurable composition of the present embodiment on the surface of a substrate.
  • the specific method of the step of forming the photocurable composition layer is not particularly limited, but typically, first, the photocurable composition is coated on the substrate by the following coating method to form the photocurable layer. Form.
  • a known method can be applied as the coating method.
  • table coat method, spin coat method, dip coat method, die coat method, spray coat method, bar coat method, roll coat method, curtain flow coat method, slit coat method, knife coat method, inkjet coat method, dispense method, etc. can be mentioned. These are appropriately selected in consideration of the shape and size of fine irregularities, the size as a replica mold, productivity and the like.
  • a baking (heating) step may be provided after coating, if necessary, for the purpose of removing the solvent.
  • Conditions such as baking temperature and time may be appropriately set in consideration of coating thickness, process mode, and productivity. It is preferably selected in a temperature range of 20 to 200 ° C., more preferably 20 to 180 ° C., for a time of 0.5 to 30 minutes, more preferably 0.5 to 20 minutes.
  • the baking method may be any method such as heating directly with a heating plate or the like, passing through a hot air furnace, or using an infrared heater.
  • the thickness of the photocurable layer provided on the substrate is preferably in the range of 0.05 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.10 ⁇ m to 80 ⁇ m, and further preferably 0.20 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the photocurable composition can be effectively photocured at the time of producing a replica mold. Further, for example, when a roll-to-roll process is taken into consideration, even if a bending stress corresponding to the bending rate of the roll around which the replica mold is wound is applied, it can be used in a good state without cracks.
  • the mold here is a mold designed according to the uneven processing of the substrate to be processed, and specifically, a mother mold.
  • the shape of the mold is not particularly limited.
  • Examples of the shape of the convex portion and the concave portion of the mold include a dome shape, a square columnar shape, a columnar shape, a prismatic shape, a square pyramid shape, a triangular pyramid shape, a polyhedral shape, and a hemispherical shape.
  • Examples of the cross-sectional shape of the convex portion and the concave portion of the mold include a quadrangular cross section, a triangular cross section, and a semicircular cross section.
  • the width of the convex portion and / or the concave portion of the mold (mother mold) is not particularly limited, but is, for example, 10 nm to 100 ⁇ m, preferably 20 nm to 70 ⁇ m.
  • the depth of the concave portion and / or the height of the convex portion is not particularly limited, but is, for example, 10 nm to 100 ⁇ m, preferably 20 nm to 70 ⁇ m.
  • the aspect ratio of the ratio of the width of the convex portion to the height of the convex portion is preferably 0.1 to 500, and more preferably 0.5 to 20.
  • the material of the mold for example, metal materials such as nickel, iron, stainless steel, germanium, titanium and silicon; inorganic materials such as glass, quartz and alumina; polyimide, polyamide, polyester, polycarbonate and polyphenylene ether, Resin materials such as polyphenylene sulfide, polyacrylate, polymethacrylate, polyarylate, epoxy resin, and silicone resin; carbon materials such as diamond and graphite can be mentioned.
  • the pressure welding method a known method can be used. For example, a method of pressing the photocurable composition layer in contact with the uneven pattern of the mold with an appropriate pressure can be mentioned.
  • the upper limit of pressure is not particularly limited.
  • the upper limit of the pressure is, for example, preferably 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, and particularly preferably 1 MPa or less. This pressure is appropriately selected depending on the pattern shape, aspect ratio, material, etc. of the mold. There is no particular lower limit of pressure.
  • the photocurable composition layer may be filled in every corner corresponding to the uneven pattern of the mold.
  • the upper limit of the pressure is, for example, 0.1 MPa or more.
  • the pressure welding step may be carried out in the atmosphere, in a vacuum, in an inert gas such as nitrogen gas, or in a fluorine gas atmosphere. It is selected in a timely manner according to the purpose, such as curability of the photocurable composition, deaeration such as bleeding air, and increasing the filling speed of the photocurable composition.
  • the photocurable layer is irradiated with light. More specifically, the photocurable layer is irradiated with light while the pressure is still applied in the pressure welding step (while the mold is pressure-welded). Then, the photocurable layer is cured.
  • the light to be irradiated is not particularly limited as long as it can cure the photocurable composition layer.
  • Specific examples thereof include ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays. Of these, light that generates radicals or ions from the photocuring initiator is preferable.
  • a light source a light source that generates light with a wavelength of 400 nm or less, for example, a low-pressure mercury lamp, a medium-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a chemical lamp, a black light lamp, a microwave-excited mercury lamp, a metal halide lamp, or an i-ray.
  • the integrated light amount of light irradiation can be set to, for example, 3 mJ / cm 2 to 10000 mJ / cm 2 .
  • Light irradiation may be performed from either the back surface of the substrate on which the photocurable composition layer is formed or the opposite surface of the surface on which the uneven structure of the mold (mother mold) is formed. In particular, it may be selected in a timely manner in consideration of the material of the substrate and the mold (light transmission, etc.).
  • Light irradiation and heating may be used in combination for the purpose of accelerating the curing of the photocurable composition layer. And / or the heating step may be performed after the light irradiation step.
  • the heating temperature is preferably room temperature (usually meaning 25 ° C.) or higher and 200 ° C. or lower, and more preferably room temperature or higher and 150 ° C. or lower.
  • the heating temperature may be appropriately selected in consideration of the heat resistance of the substrate, the photocurable composition layer and the mold, the productivity improvement by promoting curing, and the like.
  • the method for manufacturing the concave-convex structure of the present embodiment preferably includes a mold peeling step. Specifically, the photocurable layer cured by the light irradiation step is separated from the mold to obtain an uneven structure in which an uneven pattern is formed on the substrate.
  • a known method can be applied. For example, the resin layering and the mold formed on the substrate can be peeled off from the end of the substrate as a starting point. Alternatively, an adhesive tape may be attached to the substrate, and the resin layering formed on the substrate and the mold may be separated from the tape as a starting point.
  • the roll is rotated at a speed corresponding to the peripheral speed of the process, and the resin layering formed on the substrate and the uneven structure formed with the uneven pattern are formed. It may be a method of peeling while winding.
  • the usage of the replica mold is not particularly limited.
  • the mold called the mother mold is read as a mold (replica mold) having an uneven structure on the surface obtained by curing the photocurable composition (first photocurable composition) of the present embodiment.
  • the photocurable composition (second photocurable composition) has characteristics according to the processing method of the substrate to be processed and various uses (for example, etching resistance, transparency, hardness, gas permeability, etc.). The material with is selected.
  • the replica mold made of the photocurable composition of the present invention can be repeatedly used with the same material (first photocurable composition).
  • replica molds are made from replica molds with the first photocurable composition, and 100 substrates are processed with the second photocurable composition with each replica mold. This makes it possible to process 5000 sheets (50 x 100) of substrates, and it is possible to efficiently manufacture products while preventing deterioration of the replica mold.
  • circuit formation will be described as an example, and a method of forming a groove for embedding copper on the surface of a silicon wafer can be exemplified. Specifically, it is as follows. First, a photocurable composition having etching resistance is applied onto a silicon wafer by a method such as spin coating, and the replica mold of the present invention is pressure-welded to cure and peel the photocurable composition by light irradiation. Next, using the uneven structure formed on the silicon wafer as a mask, the surface of the silicon wafer is processed by a dry etching method to form the uneven structure. Then, copper is embedded and the circuit is completed.
  • the replica mold can be used repeatedly in such a process, the number or area of the substrates to be processed can be increased from one replica mold, and the productivity can be improved.
  • a substrate having a resin layer having fine irregularities formed on its surface, which is formed of the photocurable composition of the present embodiment, is repeatedly used as a replica mold to form a fine irregularities pattern, thereby forming a nanoimprint.
  • Productivity can be increased. That is, by using the photocurable composition of the present embodiment, an industrially highly productive UV nanoimprint process is realized.
  • the photocurable composition of the present embodiment has a feature that the applicable range of the pattern shape is wide from nano to micro size.
  • the photocurable composition of the present embodiment is preferably applied not only to replica molds but also to applications other than replica molds (various fine uneven patterns are good with one photocurable composition). Can be formed in).
  • Weight average z (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn) The molecular weights of the commercially available products described below and the additives shown in the synthetic examples were measured by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the polymer dissolved in tetrahydrofuran (THF) were measured by calibrating the molecular weights with a polystyrene standard under the following conditions.
  • the photocurable composition was formed on a PET film substrate (Lumirror U34, thickness 188 ⁇ m, manufactured by Toray Industries, Inc.) using a bar coater. When the photocurable composition contained a solvent, it was then dried on a hot plate at 100 ° C. for 1 minute. As a result, a photocurable film was formed. Next, UV light (LED light source) having a wavelength of 365 nm was irradiated with an integrated light amount of 2000 mJ / cm 2 , and the photocurable film was cured to prepare a sample for surface free energy measurement having a thickness of 5 to 6 ⁇ m and a uniform surface.
  • LED light source LED light source
  • a contact angle meter (A-XE type) manufactured by Kyowa Surface Chemistry Co., Ltd.
  • water, diiodomethane, and 1-bromonaphthalene were used as standard test solutions, and the contact angle on the sample surface was measured.
  • the surface free energy it was calculated by a calculation method based on the above-mentioned Kitazaki-Hata theory, using the known surface free energy of the standard test solution and the measured value of the contact angle of the standard test solution on the subject.
  • the multifunctional integrated analysis software FAMAS manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.
  • the numerical values described in the examples are the average values of the results of performing the same test 5 times for one sample.
  • a UV-type nanoimprint apparatus X-100U manufactured by SCIVAX Corporation was used for pressure welding of the photocurable composition (photocurable film) and the mold, and subsequent UV irradiation.
  • the UV light source is a UV-LED light source having a wavelength of 365 nm.
  • the olefin portion of the obtained polymer was hydrogenated using palladium alumina (5 g) as a solid catalyst at 160 ° C. for 24 hours to hydrogenate the main chain olefin.
  • Palladium alumina was removed by pressurizing the obtained solution with a filter having a pore size of 0.5 ⁇ m, and the obtained solution was discharged into a mixed solution of methanol / hexane (50% by mass / 50% by mass) to form a white polymer. Separated and dried. As a result, 95 g of a white powdery polymer (additive (C-1)) was obtained.
  • the hydrogenation rate of the additive (C-1) is 100%, and in the structure represented by the general formula (2), L 2 is a hydroxyl group-containing aliphatic group in which an epoxy group is reduced by hydrogen. It contained a structure.
  • the weight average molecular weight (Mw) was 6050, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.49.
  • additive (C-2) a white powdery polymer
  • the hydrogenation rate of the additive (C-2) was 100%, and in the structure represented by the general formula (2), L 2 contained an epoxy group-containing aliphatic structure.
  • the weight average molecular weight (Mw) was 6200, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.51.
  • Example 1 Preparation of photocurable composition (1), preparation of replica mold, etc. First, as photocurable monomers, bis (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether and 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 To 10 g of a mixture of', 4'-epoxycyclohexanecarboxylate with a mass ratio of 7/3, 0.05 g of X-22-2000 (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.) as an additive, and CPI-310B (Sun Appro) as a photocuring initiator. A solution was prepared by adding 1 g of (manufactured by the company).
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 26.2 mJ / m 2 , and the surface hardness was 0.28 GPa.
  • the atmospheric surface is placed on the mold A or the mold B by 0.2 MPa gauge using the above-mentioned nanoimprint apparatus. Pressurized with pressure.
  • the photocurable composition (1) was cured by irradiating light from the back side of the PET film substrate with an integrated light amount of 2000 mJ / cm 2 while maintaining the pressure applied state.
  • the cured film formed on the PET film substrate is peeled off from the mold, and the replica mold A-1 (made from quartz mold A) or the replica mold B-1 (made from quartz mold B) having a line & space structure on the surface is peeled off. ) was obtained.
  • the width of the convex portion of the produced replica mold was measured by SEM. It was 449 nm in the replica mold A-1 and 74 nm in the replica mold B-1. Further, a cross section of the replica mold B-1 was cut out, and the state of elemental ions in the cross section was mapped by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). As a result, the cross-sectional state of the two layers was observed, and negative ions of the silicon-containing fragment belonging to the additive X-22-2000 were detected on the atmospheric surface side of the two layers (Fig. 1). Show).
  • Example 2 Preparation of photocurable composition (2), preparation of replica mold, etc.
  • photocurable monomers bis (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether and 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3'
  • C-1 the additive synthesized in Synthesis Example 1
  • CPI-310B the additive synthesized in Synthesis Example 1
  • a solution was prepared by adding 0.95 g of (manufactured by San-Apro).
  • the photocurable composition (2) was prepared in the same manner as in Example 1.
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 32.0 mJ / m 2 and the hardness was 0.22 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-2 produced by the same method as in Example 1 was 449 nm, and the convex portion width of the replica mold B-2 was 73 nm.
  • Example 3 Preparation of photocurable composition (3), production of replica mold, etc. 0.1 g of X-22-2000 (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) and 0 of additive (C-1) as additives. A photocurable composition (3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.05 g was used.
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 36.8 mJ / m 2 and the hardness was 0.25 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-3 produced by the same method as in Example 1 was 450 nm, and the convex portion width of the replica mold B-3 was 75 nm.
  • Example 4 Preparation of photocurable composition (4), preparation of replica mold, etc. 10 g of limonene dioxide as a photocurable monomer and 0.1 g of BY16-876 (manufactured by Toray Dow Corning) as an additive. And 0.05 g of additive (C-1), 0.5 g of CPI-310B (manufactured by Sun Appro) as a photocuring initiator, and 0 sensitizer (Antracure UVS-1331, manufactured by Kawasaki Kasei Chemicals). A solution was prepared by adding 1 g.
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 33.2 mJ / m 2 and the hardness was 0.24 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-4 produced by the same method as in Example 1 was 448 nm, and the convex portion width of the replica mold B-4 was 74 nm.
  • a solution was prepared by adding 0.05 g of (manufactured) and 1 g of CPI-310B (manufactured by San-Apro) as a photocuring initiator. Then, the same adjustment as in Example 1 was carried out to obtain a photocurable composition (5).
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 34.2 mJ / m 2 and the hardness was 0.23 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-5 produced by the same method as in Example 1 was 450 nm, and the convex portion width of the replica mold B-5 was 74 nm.
  • Example 6 Preparation of photocurable composition (6), preparation of replica mold, etc. The same as in Example 2 except that the additive (C-2) synthesized in Synthesis Example 2 was used as an additive. , A photocurable composition (6) was obtained.
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 28.5 mJ / m 2 and the hardness was 0.25 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-6 produced by the same method as in Example 1 was 448 nm, and the convex portion width of the replica mold B-6 was 74 nm.
  • Example 7 Preparation of photocurable composition (7), production of replica mold, etc. X-22-2000 (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), which is an additive of the photocurable composition (3) of Example 3, is used. , FM-DA11 (manufactured by JNC Corporation), and a photocurable composition (7) was obtained in the same manner as in Example 3. Using the obtained photocurable composition (7), a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2. The surface free energy was 25.7 mJ / m 2 and the hardness was 0.27 GPa. Further, the convex portion width of the replica mold A-7 produced by the same method as in Example 1 was 448 nm, and the convex portion width of the replica mold B-7 was 74 nm.
  • the uneven surface of the replica mold A-1 was pressed against the coated film surface obtained above with a gauge pressure of 0.2 MPa. While maintaining the pressure, light was irradiated from the back side of the replica mold with an integrated light amount of 6000 mJ / cm 2 , and the coat film was cured. Then, the replica mold A-1 was peeled off to obtain a transfer body A-1 (made from the replica mold A-1) made of a second photocurable composition having an uneven structure formed on the surface.
  • the repetitive usability of the replica mold A-1 was evaluated by repeatedly carrying out the above-mentioned steps of peeling the replica mold A-1 from the application of the second photocurable composition to the non-alkali glass substrate.
  • the width of the convex portion of the replica mold A-1 after repeated use 50 times was measured by SEM and found to be 449 nm. That is, the width of the convex portion at the time of fabrication (before use as a replica mold) did not change.
  • the uneven surface of the replica mold A-1 was pressed against the coated film surface obtained above with a gauge pressure of 0.2 MPa. While maintaining the pressure, light was irradiated from the back side of the replica mold with an integrated light amount of 6000 mJ / cm 2 , and the coat film was cured. After that, the replica mold A-1 was peeled off, and the transfer body A-1 (replica mold A) made of the photocurable composition (1) which is the same material as the second photocurable composition having an uneven structure formed on the surface was formed. (Made from -1) was obtained.
  • the step of peeling the replica mold A-1 from the coating of the photocurable composition (1) used in Example 1 as the second photocurable composition is repeated. It was evaluated by carrying out.
  • the width of the convex portion of the replica mold A-1 after repeated use 50 times was measured by SEM and found to be 449 nm. That is, there was no change in the width of the convex portion at the time of production (before use as a replica mold), and there was no problem in appearance.
  • Each replica mold was repeatedly used 50 times in the same manner as the above replica mold A-1 except that the replica mold to be used was changed.
  • the convex width of the replica mold after repeated use was measured, the convex width at the time of fabrication did not change in any of the replica molds, and there was no problem in appearance.
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 42.7 mJ / m 2 and the hardness was 0.35 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-8 produced by the same method as in Example 1 was 405 nm, and the convex portion width of the replica mold B-8 was 68 nm.
  • the repetitive usability was evaluated by the same method as in the above [Evaluation of repetitive usability of different materials as a replica mold]. In both the replica mold A-8 and the replica mold B-8, the residue of the second photocurable composition adhered to the extent that it could be visually recognized after one use.
  • a resin film cured by an LED light source was prepared and evaluated according to the evaluation method 1 and the evaluation method 2.
  • the surface free energy was 37.7 mJ / m 2 and the hardness was 0.83 GPa.
  • the convex portion width of the replica mold A-9 produced by the same method as in Example 1 was 415 nm
  • the convex portion width of the replica mold B-9 was 69 nm.
  • the repetitive usability was evaluated by the same method as in the above [Evaluation of repetitive usability of different materials as a replica mold]. In both the replica mold A-9 and the replica mold B-9, no residue of the second photocurable composition was observed on the surface of the replica mold after one use by SEM observation.
  • the convex portion width of the replica mold A-10 produced by the same method as in Example 1 was 425 nm, and the convex portion width of the replica mold B-10 was 71 nm.
  • the repetitive usability was evaluated by the same method as in the above [Evaluation of repetitive usability of different materials as a replica mold].
  • the residue of the second photocurable composition adhered to the extent that it was visually recognizable after being used three times. Further, as a result of SEM observation, a residue of the second photocurable composition was attached so as to fill the space between the lines. Further, the repetitive usability was evaluated by the same method as the above [evaluation of repetitive usability with the same material as a replica mold].
  • the replica mold A-10 or the replica mold B-10 and the photocurable composition (10) were brought into contact with each other and cured by UV irradiation, and then an attempt was made to peel them off, but they adhered strongly and could not be peeled off. That is, it could not be used repeatedly with the same kind of material.
  • Tables 1 and 2 summarize the composition information (blending component) of the photocurable composition, surface free energy and hardness, and the evaluation results of repetitive usability as a replica mold.
  • the repeatability of the replica mold prepared from the photocurable composition of Example 1 was good. That is, after at least 50 uses, no residue of the second photocurable composition was observed on the surface, and deterioration of the replica mold such as line breakage was suppressed, so that the replica mold could be used repeatedly. It was possible.

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Abstract

基板と、該基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体の、樹脂層の形成に用いられる光硬化性組成物。この光硬化性組成物の硬化膜の、Kitazaki-Hataの理論に基づき測定される表面自由エネルギーは15mJ/m2~40mJ/m2であり、ナノインデンターを用いて測定される硬度は0.05GPa~0.5GPaである。

Description

光硬化性組成物、凹凸構造体の製造方法、微細凹凸パターンを形成する方法および凹凸構造体
 本発明は、光硬化性組成物、凹凸構造体の製造方法、微細凹凸パターンを形成する方法および凹凸構造体に関する。
 基板の表面に微細凹凸パターンを形成する方法として、フォトリソグラフィ法やナノインプリント法が知られている。
 フォトリソグラフィ法は装置が高価であり、プロセスが複雑である。これに対し、ナノインプリント法は簡便な装置とプロセスによって基板の表面に微細凹凸パターンを作製することができるという利点を有している。また、ナノインプリント法は、比較的幅が広く、深い凹凸構造やドーム状、四角錐、三角錐等の多様な形状を形成するのに好ましい方法とされている。
 通常、工業的なナノインプリント法では、まず、表面の微細な凹凸構造をフォトリソグラフィ法や電子線描画法で形成した高価なマザーモールドが作製される。次いで、マザーモールドの凹凸構造を有機材料で複製した安価なレプリカモールドが製造される。レプリカモールドは、生産性を考慮した一定の繰返し使用回数で被加工基板を加工すると役目を終える。工業的に、レプリカモールドは、繰返し使用に耐え得る機能が求められる。繰返し使用回数が増えることでコスト低減に寄与する。
 ナノインプリント法の具体的プロセスとしては、光硬化性組成物をモールドの凹凸面と接液させて光(UV)照射により硬化、その後、剥離する工程のUV方式が広く利用されている。UV方式は加熱溶融圧着方式と異なり、大規模な加熱、圧着設備を要しないことや、ロール・トゥ・ロールなどの連続法が組みやすいなどの利点がある。
 レプリカモールドとしての適応で、比較的良好な繰返し性を備える材料が開示されている(例えば、特許文献1)。
 この文献によれば、アクリレートとシリコーン系マクロモノマー、および開始剤からなる組成物を加熱重合し、得られた樹脂組成物をマザーモールドの凹凸面と接触させ加熱溶融圧着法によりレプリカモールドを作製している。そして、光硬化性化合物とのUV式ナノインプリントにおいて、20回程度の比較的良好な繰返し性を実現している。
 しかしながら、特許文献1に記載の材料は、レプリカモールドの作製時に、加熱溶融圧着を要する。つまり、パターンエリアが数センチ角の凹凸構造形成であっても、モールドの凹凸構造に樹脂を充填するために加熱機構を具備した装置で20MPaと高い圧力を印加する必要がある。このため、レプリカモールドの製造法という観点で工業的プロセスへの適応は非常に限定的である。
 また、UV方式のナノインプリントに適応できる材料として、特許文献2には、塗布性、速硬化性、薄膜硬化性に優れ、ナノインプリント法において形状転写性に優れる材料として特定のカチオン硬化系材料が開示されている。特許文献2には、繰返し転写性について50回使用が可能であると開示されている。
 しかしながら、特許文献2は、パターン形状が1~2マイクロメーターのサイズのインプリントに関する。ナノサイズのオーダーのパターン形成に関する記載は無い。
 さらに、何れの開示例においても、レプリカモールドの適応において、レプリカモールドを作製した同材料を用いて、最初に作製したレプリカモールドを繰返し使用する適応は記載されていない。
国際公開第2012/018043号 特開2018-141028号公報
 本発明者らの知見として、ナノインプリント法の工業的製造方法への適応においては、レプリカモールドの製造工程を含むプロセス全体、および被加工基板の形状(サイズ)自由度の観点で、従来の技術はその全てを満足しなかった。特に、レプリカモールドに代表されるナノインプリント用樹脂製モールド形成に用いられる光硬化性組成物には改善の余地があった。
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。具体的には、本発明は、レプリカモールドとしての適応において繰返し使用可能な樹脂モールド形成に用いられる光硬化性組成物を提供することを目的とする。
 本発明は、以下である。
1. 基板と、該基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体の、該樹脂層の形成に用いられる光硬化性組成物であって、
 下記評価方法1で測定される表面自由エネルギーが15mJ/m~40mJ/mであり、
 下記評価方法2で測定される硬度が0.05GPa~0.5GPaである光硬化性組成物。
(評価方法1)
 まず、光硬化性組成物を基板にコートして光硬化性膜を形成し、紫外線を照射して、硬化した硬化膜を得る。
 次に、接触角計を用いて、前記硬化膜に対する水、ジヨードメタンおよび1-ブロモナフタレンの接触角をそれぞれ測定する。
 そして、Kitazaki-Hataの理論より表面自由エネルギーを算出する。
(評価方法2)
 まず、前記評価方法1と同様な方法で硬化膜を得る。
 次に、ナノインデンターを用いて、前記硬化膜にバーコビッチ圧子を押し当て、検出される応力の値から硬度を算出する。
2.
 1.に記載の光硬化性組成物であって、
 当該光硬化性組成物は、(a)光硬化性モノマー、または、光硬化性モノマーとバインダー樹脂、および、(b)光反応性官能基を有する添加剤を含み、
 (b)光反応性官能基を有する添加剤の含有率が、(a)光硬化性モノマー、または、光硬化性モノマーとバインダー樹脂、および、(b)光反応性官能基を有する添加剤の総量に対して0.001質量%~10質量%である光硬化性組成物。
3.
 2.に記載の光硬化性組成物であって、
 前記(b)光反応性官能基を有する添加剤が、下記一般式(1)で表される添加剤、および/または、以下一般式(2)で表される構造を含む添加剤を含む光硬化性組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 一般式(1)中、
 Rは、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、ハロゲン原子、炭素数1~20の炭化水素基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のアラルキル基、炭素数1~20のポリエーテル基、および、炭素数1~20のフルオロ炭素基からなる群より選ばれるいずれかの原子または基を表し、
 Lは、少なくとも1つは、エポキシ基、水酸基、アミノ基、ビニルエーテル基、ラクトン基、プロペニルエーテル基、オレフィン基、オキセタニル基、ビニル基、アクリレート基、カルビノール基、および、カルボキシ基からなる群より選ばれる光反応性官能基を含有し、Lが光反応性官能基ではない場合、同一又は異なって、前記Rから選ばれる原子または基を表し、
 nおよび1-nは各ユニットの比率を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 一般式(2)中、
 Lはエポキシ基、アミノ基、ビニルエーテル基、ラクトン基、プロペニルエーテル基、アルコール基、オレフィン基、オキセタニル基、ビニル基、アクリレート基、カルビノール基およびカルボキシ基からなる群より選ばれる光反応性官能基であり、
 R~Rのうち少なくとも1つは、フッ素、フッ素を含有する炭素数1~10のアルキル基、フッ素を含有する炭素数1~10のアルコキシ基およびフッ素を含有する炭素数2~10のアルコキシアルキル基からなる群より選択されるフッ素含有基であり、
 R~Rがフッ素含有基ではない場合、R~Rは、水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基および炭素数2~10のアルコキシアルキル基からなる群より選択される有機基であり、
 R~Rは同一でも異なっていてもよく、またR~Rは互いに結合して環構造を形成していてもよく、
 点線は、当該部分の結合が炭素-炭素単結合であっても炭素-炭素二重結合であってもよいことを表す。
4.
 1.~3.のいずれか1つに記載の光硬化性組成物であって、
 光硬化開始剤を含む光硬化性組成物。
5.
 2.または3.に記載の光硬化組成物であって、
 前記光硬化性モノマーが、カチオン重合可能な開環重合性基を有する化合物を含む光硬化性組成物。
6.
 1.から5.のいずれか1つに記載の光硬化組成物を用いて、基板と、該基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体を製造する製造方法であって、
 基板上に前記光硬化性組成物により設けられた光硬化性層に、微細凹凸パターンを有するモールド圧接することによって、前記微細凹凸パターンに対応する微細凹凸パターンを前記樹脂層の表面に形成する圧接工程を含む、凹凸構造体の製造方法。
7.
 6.に記載の凹凸構造体の製造方法であって、
 前記圧接工程の後、前記モールドを圧接したまま光を照射することにより、前記光硬化性層を硬化させて硬化層とする光照射工程と、
 前記硬化層から前記モールドを剥離する剥離工程をさらに含む、凹凸構造体の製造方法。
8.
 1.から5.のいずれか1つに記載の光硬化性組成物で形成された、表面に微細な凹凸を形成した樹脂層を具備する基板を繰返し用いて微細凹凸パターンを形成する方法。
9.
 基板と、
 該基板上に設けられ、かつ、1.~4.のいずれか1つに記載の光硬化性組成物から形成され、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、
を備える凹凸構造体。
 本発明の光硬化性組成物を用いることで、レプリカモールドとしての適応において繰返し使用が可能な凹凸構造体を得ることができる。
実施例1に記載の光硬化性組成物(1)から作製したレプリカモールドB-1の断面を、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)でマッピングした結果である。
 以下、本発明の実施の形態について説明する。
 数値範囲に関する「A~B」との記載は、特に断りがなければ、A以上B以下であることを表す。例えば、「1~5%」との記載は、1%以上5%以下を意味する。
 本明細書においては、本発明の光硬化性組成物を「第1の光硬化性組成物」と表記することがある。また、その第1の光硬化性組成物を用いて表面に微細な凹凸構造が形成された樹脂層を有する基板をレプリカモールドとして、そのレプリカモールドを使用して被加工基板の加工に用いられる光硬化性組成物を「第2の光硬化性組成物」と表記することがある。
 本明細書における基(原子団)の表記について、置換か無置換かを記していない表記は、置換基を有しないものと置換基を有するものの両方を包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(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。
<光硬化性組成物>
 本実施形態の光硬化性組成物は、基板と、その基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体における、樹脂層の形成に用いられる。
 本実施形態の光硬化性組成物は、好ましくは、(a)光硬化性モノマー、または、光硬化性モノマーとバインダー樹脂、および、(b)光反応性官能基を有する添加剤を含む。
 そして、(b)光反応性官能基を有する添加剤の含有率は、好ましくは、(a)と(b)の総量に対して0.001質量%~10質量%である。
 以下に、光硬化性組成物を構成することができる各成分について説明する。念のため述べておくと、本実施形態の光硬化性組成物は、好ましくは以下に説明される成分を含むが、後述する(評価方法1)および(評価方法2)で測定される特性値が所定の範囲内である限り、以下に説明される成分を含まなくてもよい。
(光硬化性モノマー)
 光硬化性モノマーとしては、反応性二重結合基を有する化合物、カチオン重合可能な開環重合性化合物などが挙げられる。特に、硬化収縮が小さく凹凸形状の寸法再現性の良い、カチオン重合可能な開環重合性化合物(具体的には、エポキシ基やオキセタニル基などの開環重合性基を含む化合物)が好ましい。
 光硬化性モノマーは、1分子中に反応性基を1個有しても、複数個有してもよい。好ましくは、1分子中に反応性基を2個以上有する化合物が用いられる。1分子中の反応性基の数の上限は特にないが、例えば2個、好ましくは4個である。
 光硬化性モノマーとして1種のみを用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合、異なる反応性基数の化合物を任意の割合で混合して用いてもよい。また、反応性二重結合基を有する化合物とカチオン重合可能な開環重合性化合物を任意の割合で混合して用いてもよい。
 また、光硬化性モノマーの種類や組成比を適切に選択することで、光照射硬化後の内部および表面に効率良く三次元の網目構造を形成させることができる。これにより、後述する樹脂硬度を適切な範囲に保つことができる。
 光硬化性モノマーが反応性二重結合基を有する化合物である場合の具体例としては、例えば以下を挙げることができる。
 フルオロジエン(CF=CFOCFCFCF=CF、CF=CFOCFCF(CF)CF=CF、CF=CFCFC(OH)(CF)CHCH=CH、CF=CFCFC(OH)(CF)CH=CH、CF=CFCFC(CF)(OCHOCH)CHCH=CH、CF=CFCHC(C(CFOH)(CF)CHCH=CH等)等のオレフィン類。
 ノルボルネン、ノルボルナジエン等の環状オレフィン類。
 シクロヘキシルメチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、エチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル類。
 酢酸ビニル等のビニルエステル類。
 (メタ)アクリル酸、フェノキシエチルアクリレート、ベンジルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、アリルアクリレート、1,3-ブタンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオ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、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、テトラヒドロフルフリールアクリレート、ジエチレングリコ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、ポリオキシ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、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、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、N,N-ジエチルアミノエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート、N-ビニルピロリドン、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メタクリル酸メチル、トリフルオロエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸及びその誘導体またはそれらのフッ素含有アクリレート類、多官能アクリレート類など。
 光硬化性モノマーのうち、カチオン重合可能な開環重合性化合物としては、例えば以下を挙げることができる。これらは、長期の保存安定性や、硬化収縮による凹凸構造の寸法精度悪化を抑制することなどの点で好ましい。
 1,7-オクタジエンジエポキシド、1,2-エポキシデカン、1,2-エポキシドデカン、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、シクロヘキセンエポキシド、アルファピネンオキサイド、ジシクロペンタジエンオキサイド、リモネンモノオキサイド、リモネンジオキサイド、4-ビニルシクロヘキセンジオキサイド、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ジ(3,4-エポキシシクロヘキシル)アジペート、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルアルコール、1,2-エポキシ-4-ビニルシクロヘキサン、(3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシル)メチル-3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、エチレン1,2-ジ(3,4-エポキシシクロヘキサンカルボン酸)エステル、メタクリル酸[(3,4-エポキシシクロヘキサン)-1-イル]メチル、(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ジシクロヘキシル-3,3'-ジエポキシド、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ化ポリブタジエン、o-、m-、p-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールのポリグリシジルエーテル、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートとε-カプロラクトンの付加物、アジピン酸ビス(3,4-エポキシシクロヘキサン-1-イルメチル)、3,4-エポキシシクロヘキセニルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキセンカルボキシレートといった脂環式エポキシ樹脂あるいは水添ビスフェノールAのグリシジルエーテル、グリシジルエステル等のエポキシ化合物等のエポキシ化合物類。
 オキセタニル基を1個有する化合物として3-メチル-3-(ブトキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(ペンチロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(ヘキシロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(オクチロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(デカノロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(ドデカノロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(フェノキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(ブトキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(ペンチロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(ヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(オクチロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(デカノロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(ドデカノロキシメチル)オキセタン、3-(シクロヘキシロキシメチル)オキセタン、3-メチル-3-(シクロヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(シクロヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(フェノキシメチル)オキセタン、3,3-ジメチルオキセタン、3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-メチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-フェノキシメチルオキセタン、3-n-プロピル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-イソプロピル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-n-ブチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-イソブチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-sec-ブチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-tert-ブチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシル)オキセタン、3-エチル-3-[(2-エチルヘキシルオキシ)メチル]オキセタン等、オキセタニル基を2個以上有する化合物としてビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、1,2-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)]エタン、1,3-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)]プロパン、1,3-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)]-2,2-ジメチル-プロパン、1,4-ビス(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6-ビス(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)ヘキサン、1,4-ビス[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]ベンゼン、1,3-ビス[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]ベンゼン、1,4-ビス{[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、1,4-ビス{[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}シクロヘキサン、4,4'-ビス{[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ビフェニル、4,4'-ビス{[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ビシクロヘキサン、2,3-ビス[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5-ビス[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,6-ビス[(3-メチル-3-オキセタニル)メトキシ]ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]ベンゼン、1,3-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]ベンゼン、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}シクロヘキサン、4,4'-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ビフェニル、4,4'-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ビシクロヘキサン、2,3-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,6-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、キシリレンビスオキセタン等のオキセタン化合物類。
 ラクトン化合物類。
 プロペニルエーテル化合物類、など。
 光硬化性組成物中の光硬化性モノマーの含有量は、光硬化性組成物全体を基準(100質量%)とした場合、好ましくは10質量%~99.5質量%、より好ましくは20質量%~99.5質量%、さらに好ましくは30質量%~99.5質量%である。また、後述するバインダー樹脂を含む場合、好ましくは50質量%~99.5質量%、より好ましくは60質量%~99.5質量%、さらに好ましくは70質量%~99.5質量%である。いずれの場合でも、光硬化性モノマーを単独で用いても2種類以上を混合して用いてもよい。
 これら範囲に光硬化性モノマーの含有量を調整することで、硬化後の樹脂層の表面および/または内部に3次元の網目構造を効果的に形成することができる。そして、後述する樹脂硬度を適切な範囲に調整しやすい。
(バインダー樹脂)
 バインダー樹脂は、例えば、上記の光硬化性モノマーを予め重合したポリマー、または、他の方法で重合したポリマーを指す。
 硬化性モノマーとの相溶性や硬化後の膜物性などの観点で、例えば、上記の光硬化性モノマーを予め重合したポリマー、または、非晶性の環状オレフィンポリマーがバインダー樹脂として好ましい。
 また、好ましいバインダー樹脂として、ポリアクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリオキセタニル樹脂、ポリエステル樹脂、環状オレフィンポリマーなども挙げることができる。
 環状オレフィンポリマーの例として、特許第5466705号公報の一般式(1)に示されるフッ素含有環状オレフィンポリマーが挙げられる。このフッ素含有環状オレフィンポリマーは、通常のフッ素樹脂と異なり、フッ素原子、およびフッ素含有置換基の配置の特徴から、適度な双極子モーメントを有する。よって、フッ素樹脂としての特徴を有しながら、汎用の有機溶剤や、光硬化性組成物中の他成分との相性が良い傾向がある。そのため、組成物の調製時に均一に溶解する、光照射硬化後の形態でも相溶性が良い、白化等起こさず均一透明な硬化樹脂層が得られる等のメリットがある。
 バインダー樹脂を用いる場合、その量は、光硬化性組成物全体を基準(100質量%)とした場合、好ましくは0.1質量%~50質量%、より好ましくは0.5質量%~40質量%、さらに好ましくは1質量%~30質量%である。バインダー樹脂を用いる場合、単独で用いても2種類以上を混合して用いてもよい。
 上記範囲にバインダー樹脂の含有量を調整することで、光硬化性組成物の粘度調整が可能になる。例えば、粘度を増粘して塗工時の液垂れを抑えたり、塗工面の揺らぎによる均一性の不具合を改善したりすることができる。
 バインダー樹脂の重量平均分子量は、光硬化性組成物中の他成分との相溶性の観点から、ポリスチレンスタンダードのGPC測定値で500~100000が好ましく、500~80000がより好ましく、500~50000がさらに好ましい。この範囲にバインダー樹脂の重量平均分子量を調整することで、光硬化性組成物中の他成分との相溶性が良く、長期間安定に保管できる光硬化性組成物組成物を得やすい。
(光反応性官能基を有する添加剤)
 光反応性官能基を有する添加剤は、本実施形態の光硬化性組成物を膜としたときにその表面に偏在することが好ましい。これにより、後述する硬化膜表面の表面自由エネルギーを調整することができる。
 光反応性官能基を有する添加剤は、好ましくは、光反応性官能基の存在により、上述の光硬化性モノマーと結合可能な化合物である。これにより、レプリカモールドの繰返し使用において、レプリカモールドの一部が被加工基板の加工に用いる第2の光硬化性組成物のほうに移行することが抑制され、レプリカモールドの表面性状を良好に保ちやすい。つまり、レプリカモールドの繰返し使用性を高めることができる。
 また、光反応性官能基を有する添加剤は、好ましくは、樹脂層を形成したときに表面に偏在する。本発明者らの知見によれば、例えば後述するシロキサン化合物や特定の環状構造を有するフッ素ポリマーは、ケイ素原子やフッ素原子の存在などにより、効果的に膜表面近傍に偏在する。これにより、膜表面の表面自由エネルギーや硬度が制御される。そして、レプリカモールドの繰返し使用性が高まると考えられる。
 光反応性官能基を有する添加剤としては、光反応性官能基として反応性二重結合基を有する化合物、カチオン重合可能な開環重合性基を有する化合物等、が挙げられる。好ましくは、カチオン重合可能な開環重合性化合物(具体的には、エポキシ基、オキセタニル基、アミノ基、ビニルエーテル基、アルコール基などの開環重合性基、あるいは開環重合性基と直接結合が可能な化合物)が好ましい。
 光反応性官能基を有する添加剤は、1分子中に光反応性基を1個有しても、複数個有してもよい。好ましくは、光反応性官能基を有する添加剤は、1分子中に光反応性基を2個以上有する。1分子中の反応性基の数の上限は特にないが、例えば2個、好ましくは4個である。
 光反応性官能基を有する添加剤を1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。2種以上を用いる場合、異なる反応性基数の化合物を任意の割合で混合して用いてよい。また、反応性二重結合基を有する化合物とカチオン重合可能な開環重合性化合物を、任意の割合で混合して用いてもよい。
 光硬化性組成物中の、光反応性官能基を有する添加剤の含有率は、(a)光硬化性モノマー、または、光硬化性モノマーとバインダー樹脂、および、(b)光反応性官能基を有する添加剤の総量(100質量%)に対して、好ましくは0.001質量%~10質量%、より好ましくは0.005質量%~8質量%、さらに好ましくは0.01質量%~5質量%である。
 この範囲に量を調整することで、例えば、膜表面に効率良く添加剤を偏在させることができる。そして、後述する表面自由エネルギーを適切な範囲に調整しやすい。そして、凹凸構造体の製造において、剥離工程で樹脂付着が抑制されて剥離性が高まる。また、レプリカモールドの欠陥が抑えられ、繰返し使用性が高まる。
 光反応性官能基を有する添加剤の一例としては、光反応性官能基を有するシロキサン化合物を挙げることができる。より具体的には、以下一般式(1)のシロキサン化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 一般式(1)中、
 Rは、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、ハロゲン原子、炭素数1~20の炭化水素基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のアラルキル基、炭素数1~20のポリエーテル基、および、炭素数1~20のフルオロ炭素基からなる群より選ばれるいずれかの原子または基を表し、
 Lは、少なくとも1つは、エポキシ基、水酸基、アミノ基、ビニルエーテル基、ラクトン基、プロペニルエーテル基、オレフィン基、オキセタニル基、ビニル基、アクリレート基、カルビノール基、および、カルボキシ基からなる群より選ばれる光反応性官能基を含有し、Lが光反応性官能基ではない場合、同一又は異なって、Rから選ばれる原子または基を表し、
 nおよび1-nは各ユニットの比率を表し、通常、nは0~1の範囲で表される。
 光反応性官能基を有するシロキサン化合物としては、市販品を用いてもよい。例えば、市販の反応性基含有シロキサン化合物などの中から、主鎖末端/側鎖に光反応性官能基を備えるポリシロキサン、一般式(1)に該当する化合物、などを選択して用いることができる。
 エポキシ基含有シロキサン化合物の市販品としては、例えば、X-22-343(信越シリコーン社製)、KF-101(信越シリコーン社製)、KF-1001(信越シリコーン社製)、X-22-2000(信越シリコーン社製)、X-22-2046(信越シリコーン社製)、KF-102(信越シリコーン社製)、X-22-4741(信越シリコーン社製)、KF-1002(信越シリコーン社製)、X-22-3000T(信越シリコーン社製)、X-22-163(信越シリコーン社製)、KF-105(信越シリコーン社製)、X-22-163A(信越シリコーン社製)、X-22-163B(信越シリコーン社製)、X-22-163C(信越シリコーン社製)、X-22-169AS(信越シリコーン社製)、X-22-169B(信越シリコーン社製)、X-22-173DX(信越シリコーン社製),X-22-9002(信越シリコーン社製)、SF 8411(東レ・ダウコーニング社製)、SF 8413(東レ・ダウコーニング社製)、SF 8421(東レ・ダウコーニング社製)、BY16-839(東レ・ダウコーニング社製)、BY16-876(東レ・ダウコーニング社製)、FZ-3736(東レ・ダウコーニング社製)等が挙げられる。
 水酸基含有シロキサン化合物の市販品としては、具体的には、例えば、YF3800(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)、XF3905(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)、X-21-5841(信越シリコーン社製)、KF-9701(信越シリコーン社製)、FM-0411(JNC社製)、FM-0421(JNC社製)、FM-0425(JNC社製)、FM-DA11(JNC社製)、FM-DA21(JNC社製)、FM-DA26(JNC社製)、FM-4411(JNC社製)、FM-4421(JNC社製)、FM-4425(JNC社製)等が挙げられる。
 アミノ基含有シロキサン化合物の市販品としては、例えば、KF-868(信越シリコーン社製)、KF-865(信越シリコーン社製)、KF-864(信越シリコーン社製)、KF-859(信越シリコーン社製)、KF-393(信越シリコーン社製)、KF-860(信越シリコーン社製)、KF-880(信越シリコーン社製)、KF-8004(信越シリコーン社製)、KF-8002(信越シリコーン社製)、KF-8005(信越シリコーン社製)、KF-862(信越シリコーン社製)、X-223820W(信越シリコーン社製)、KF-869(信越シリコーン社製)、KF-861(信越シリコーン社製)、X-22-3939A(信越シリコーン社製)、KF-877(信越シリコーン社製)、PAM-E(信越シリコーン社製)、KF-8010(信越シリコーン社製)、X-22-161A(信越シリコーン社製)、X-22-161B(信越シリコーン社製)、KF-8012(信越シリコーン社製)、KF-8008(信越シリコーン社製)、X-22-1660B-3(信越シリコーン社製)、KF-857(信越シリコーン社製)、KF-8001(信越シリコーン社製)、KF-862(信越シリコーン社製)、X-22-9192(信越シリコーン社製)、KF-868(信越シリコーン社製)等が挙げられる。
 カルビノール基含有シロキサン化合物の市販品としては、例えば、X-22-4039(信越シリコーン社製)、X-22-4015(信越シリコーン社製)、X-22-160AS(信越シリコーン社製)、KF-6001(信越シリコーン社製)、KF-6002(信越シリコーン社製)、KF-6003(信越シリコーン社製)、X-22-170BX(信越シリコーン社製)、X-22-170DX(信越シリコーン社製)等が挙げられる。
 カルボキシ基含有シロキサン化合物の市販品としては、例えば、X-22-3701E(信越シリコーン社製)、X-22-162C(信越シリコーン社製)又はX-22-3710(信越シリコーン社製)等が挙げられる。
 アクリレート基含有シロキサン化合物の市販品としては、例えば、X-22-164(信越シリコーン社製)、X-22-174BX(信越シリコーン社製)、X-22-2426(信越シリコーン社製)、FM-0711(JNC社製)、FM-0711(JNC社製)、FM-0721(JNC社製)、FM-7711(JNC社製)、FM-7725(JNC社製)、TM-0701T(JNC社製)等が挙げられる。
 これらのうち、好ましくは、カチオン重合可能なエポキシ基含有シロキサン化合物、および/または水酸基含有シロキサン化合物が選ばれる。
 シロキサン化合物の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは200~50000、より好ましくは200~40000、さらに好ましくは200~30000である。この範囲に分子量を調整することで、光硬化性組成物中の他成分との相溶性が高まる。また、膜形成時に十二分な表面偏在効果を得やすい。
 一般式(1)中のnの好ましい範囲は0~1であり、より好ましくは0.1~1であり、さらに好ましくは0.3~1である。R、Lの種類や、光硬化性組成物を構成する他の成分との相性(相溶性、硬化性、作製したレプリカモールドの繰返し適性など)を考慮して好適に選ばれる。
 光反応性官能基を有する添加剤の別の例としては、フッ素含有環状オレフィンポリマー(具体的には、側鎖/末端に光反応性官能基を有するフッ素含有環状オレフィンポリマー)を挙げることができる。フッ素含有環状オレフィンポリマーとしてより具体的には、一般式(2)に示される特定のフッ素含有環状オレフィンポリマーを挙げることもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 一般式(2)中、
 Lはエポキシ基、アミノ基、ビニルエーテル基、ラクトン基、プロペニルエーテル基、アルコール基、オレフィン基、オキセタニル基、ビニル基、アクリレート基、カルビノール基およびカルボキシ基からなる群より選ばれる光反応性官能基であり、
 R~Rのうち少なくとも1つは、フッ素、フッ素を含有する炭素数1~10のアルキル基、フッ素を含有する炭素数1~10のアルコキシ基およびフッ素を含有する炭素数2~10のアルコキシアルキル基からなる群より選択されるフッ素含有基であり、
 R~Rがフッ素含有基ではない場合、R~Rは、水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基および炭素数2~10のアルコキシアルキル基からなる群より選択される有機基であり、
 R~Rは同一でも異なっていてもよく、またR~Rは互いに結合して環構造を形成していてもよく、
 点線は、当該部分の結合が炭素-炭素単結合であっても炭素-炭素二重結合であってもよいことを表す。
 一般式(2)において、R~Rがフッ素含有基である場合、具体的には、フッ素;フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ-2-メチルイソプロピル基、ペルフルオロ-2-メチルイソプロピル基、n-ペルフルオロブチル基、n-ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロシクロペンチル基等のアルキル基の水素の一部または全てがフッ素で置換された炭素数1~10のアルキル基;フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロエトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、ヘプタフルオロプロポキシ基、ヘキサフルオロイソプロポキシ基、ヘプタフルオロイソプロポキシ基、ヘキサフルオロ-2-メチルイソプロポキシ基、ペルフルオロ-2-メチルイソプロポキシ基、n-ペルフルオロブトキシ基、n-ペルフルオロペントキシ基、ペルフルオロシクロペントキシ基等のアルコキシ基の水素の一部または全てがフッ素で置換された炭素数1~10のアルコキシ基;フルオロメトキシメチル基、ジフルオロメトキシメチル基、トリフルオロメトキシメチル基、トリフルオロエトキシメチル基、ペンタフルオロエトキシメチル基、ヘプタフルオロプロポキシメチル基、ヘキサフルオロイソプロポキシメチル基、ヘプタフルオロイソプロポキシメチル基、ヘキサフルオロ-2-メチルイソプロポキシメチル基、ペルフルオロ-2-メチルイソプロポキシメチル基、n-ペルフルオロブトキシメチル基、n-ペルフルオロペントキシメチル基、ペルフルオロシクロペントキシメチル基等のアルコキシアルキル基の水素の一部または全てがフッ素で置換された炭素数2~10のアルコキシアルキル基等が挙げられる。
 R~Rは互いに結合して環構造を形成していてもよい。例えば、ペルフルオロシクロアルキル、酸素を介したペルフルオロシクロエーテル等の環を形成してもよい。
 R~Rがフッ素含有基ではない場合、R~Rとして具体的には、水素;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、2-メチルイソプロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル、シクロペンチル基等の炭素数1~10のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基等の炭素数1~10のアルコキシ基;メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ペントキシメチル基等の炭素数2~10のアルコキシアルキル基等が挙げられる。
 一般式(2)のR~Rとしては、フッ素;フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ-2-メチルイソプロピル基、ペルフルオロ-2-メチルイソプロピル基、n-ペルフルオロブチル基、n-ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロシクロペンチル基等のアルキル基の水素の一部または全てがフッ素で置換された炭素数1~10のフルオロアルキル基;が好ましい。
 さらに好ましくは、一般式(2)で表される化合物としては、Lが、カチオン重合可能なエポキシ基または水酸基含有の、フッ素含有環状オレフィンポリマーが選ばれる。
 光反応性官能基を有する添加剤がフッ素含有環状オレフィンポリマーである場合、光反応性官能基を有する添加剤は、一般式(2)で表される構造単位一種のみからなるものでもよく、一般式(2)のR~Rの少なくとも1つが互いに異なる二種以上の構造単位からなるものであってもよい。また、一般式(2)で表される構造単位の一種または二種以上と、一般式(2)で表される構造単位とは異なる構造単位とを含むポリマー(共重合体)であってもよい。
 フッ素含有環状オレフィンポリマーは、公知技術を適宜適用して得ることができる。例えば、環状オレフィンの開環重合に関する公知技術を適宜適用して得ることができる。重合条件や使用触媒などの具体例は後掲の実施例に記載している。
 フッ素含有環状オレフィンポリマーにおける主鎖のオレフィンは、好ましくは、水素化により飽和脂肪族構造とした一般式(2)で表されるフッ素含有環状オレフィンポリマーが選ばれる。主鎖オレフィンの水素化率は、好ましくは50~100%、より好ましくは70~100%、さらに好ましくは90~100%である。
 主鎖オレフィンの水素化率が上記範囲であることにより、光硬化の際、炭素-炭素二重結合による光吸収が抑えられ、光が樹脂膜の深部まで届きやすくなる。つまり、光硬化の効率性が高まる。
 水素化反応は公知の方法で実施できる。固体触媒を用いる方法でも、均一系触媒を用いる方法でもよく、これらの触媒を2種類以上混合して用いてもよい。好ましくは、反応後の後処理で濾過により容易に触媒を除去可能な固体触媒を用いる方法が好適に選ばれる。
 フッ素含有環状オレフィンポリマーの重量平均分子量(Mw)は、好ましくは500~50000、より好ましくは500~40000、さらに好ましくは500~30000である。この範囲にMwを調整することで、他成分との相溶性が高まり、均一な溶液として調製しやすい。また、膜としたときには効果的に表面に偏析しやすくなる。
(光硬化開始剤)
 本実施形態の光硬化性組成物は、好ましくは、光硬化開始剤を含む。
 光硬化開始剤としては、光の照射によってラジカルを生成する光ラジカル開始剤、光の照射によってカチオンを生成する光カチオン開始剤等を挙げることができる。
 光硬化開始剤のうち、光の照射によってラジカルを生成する光ラジカル開始剤としては、例えば、アセトフェノン、p-tert-ブチルトリクロロアセトフェノン、クロロアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、ヒドロキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2'-フェニルアセトフェノン、2-アミノアセトフェノン、ジアルキルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン等のベンゾイン類;ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、メチル-o-ベンゾイルベンゾエート、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、ヒドロキシプロピルベンゾフェノン、アクリルベンゾフェノン、4,4'-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ジメチルチオキサントン等のチオキサントン類;ペルフルオロ(tert-ブチルペルオキシド)、ペルフルオロベンゾイルペルオキシド等のフッ素系ペルオキド類;α-アシルオキシムエステル、ベンジル-(o-エトキシカルボニル)-α-モノオキシム、アシルホスフィンオキサイド、グリオキシエステル、3-ケトクマリン、2-エチルアンスラキノン、カンファーキノン、テトラメチルチウラムスルフィド、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジアルキルペルオキシド、tert-ブチルペルオキシピバレート等を挙げることができる。これらは、主として光の波長が200nm~400nmのUV領域で、その機能を発現することが多い。
 好ましく用いられる光ラジカル開始剤としては、イルガキュアー651(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー184(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアー1173(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ベンゾフェノン、4-フェニルベンゾフェノン、イルガキュアー500(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー2959(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー127(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー907(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー369(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー1300(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー819(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー1800(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアーTPO(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアー4265(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアーOXE01(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアーOXE02(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製))、エサキュアーKT55(ランベルティー社製)、エサキュアーKIP150(ランベルティー社製)、エサキュアーKIP100F(ランベルティー社製)、エサキュアーKT37(ランベルティー社製)、エサキュアーKTO46(ランベルティー社製)、エサキュアー1001M(ランベルティー社製)、エサキュアーKIP/EM(ランベルティー社製)、エサキュアーDP250(ランベルティー社製)、エサキュアーKB1(ランベルティー社製)、2,4-ジエチルチオキサントン等が挙げられる。
 これらの中で、さらに好ましく用いられる光ラジカル重合開始剤としては、イルガキュアー184(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアー1173(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー500(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー819(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、ダロキュアーTPO(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、エサキュアーKIP100F(ランベルティー社製)、エサキュアーKT37(ランベルティー社製)およびエサキュアーKTO46(ランベルティー社製)等を挙げることができる。
 光硬化開始剤のうち、光の照射によってカチオンを生成する光カチオン開始剤としては、光照射により、前述のカチオン重合可能な開環重合性化合物のカチオン重合を開始させる化合物であれば特に限定はない。好ましくは、オニウムカチオン-その対アニオンのオニウム塩のような、光反応してルイス酸を放出する化合物である。これらは、主として光の波長が200nm~400nmのUV領域で、その機能を発現することが多い。
 オニウムカチオンとしては、例えば、ジフェニルヨードニウム、4-メトキシジフェニルヨードニウム、ビス(4-メチルフェニル)ヨードニウム、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム、トリフェニルスルホニウム、ジフェニル-4-チオフェノキシフェニルスルホニウム、ビス〔4-(ジフェニルスルフォニオ)-フェニル〕スルフィド、ビス〔4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエチル)フェニル)スルホニオ)-フェニル〕スルフィド、η5-2,4-(シクロペンタジェニル)〔1,2,3,4,5,6-η-(メチルエチル)ベンゼン〕-鉄(1+)等が挙げられる。また、オニウム陽イオン以外に、過塩素酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、トルエンスルホン酸イオン、トリニトロトルエンスルホン酸イオン等を挙げることができる。
 一方、対アニオンとしては、例えば、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロアンチモネート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサクロロアンチモネート、テトラ(フルオロフェニル)ボレート、テトラ(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラ(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラ(テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラ(ペルフルオロフェニル)ボレート、テトラ(トリフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラ(ジ(トリフルオロメチル)フェニル)ボレート等を挙げることができる。
 さらに好ましく用いられる光カチオン開始剤の具体例としては、例えば、イルガキュアー250(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー784(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、イルガキュアー290(BASFジャパン社製)、エサキュアー1064(ランベルティー社製)、CYRAURE UVI6990(ユニオンカーバイト日本社製)、アデカオプトマーSP-172(ADEKA社製)、アデカオプトマーSP-170(旭電化社製)、アデカオプトマーSP-152(ADEKA社製)、アデカオプトマーSP-150(ADEKA社製)、CPI-400(サンアプロ社製)、CPI-310B(サンアプロ社製)、CPI-210K(サンアプロ社製)、CPI-210S(サンアプロ社製)、CPI-100P(サンアプロ社製)等を挙げることができる。
 本実施形態の光硬化性組成物が光硬化開始剤を含む場合、光硬化開始剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
 光硬化性組成物中の光硬化開始剤の含有量は、光硬化性組成物の全体を基準(100質量%)としたとき、好ましくは0.1~20質量%、より好ましくは1.0~15質量%である。
(増感剤)
 本実施形態の光硬化性組成物は、増感剤を含んでいてもよい。
 増感剤としては、アントラセン、ナフタレン、フェノチアゼン、ぺリレン、チオキサントン、ベンゾフェノンチオキサントン等が挙げられる。更に、増感色素としては、チオピリリウム塩系色素、メロシアニン系色素、キノリン系色素、スチリルキノリン系色素、ケトクマリン系色素、チオキサンテン系色素、キサンテン系色素、オキソノール系色素、シアニン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム塩系色素等が例示される。好ましくは、アントラセン系やナフタレン系の増感剤であり、カチオン系硬化開始剤(カチオン系重合開始剤)と併用する事により、感度が飛躍的に向上する。具体的なアントラセン系やナフタレン系の化合物としては、ジブトキシアントラセン、ジエトキシアントラセン、ジプロポキシアントラキノン、ビス(オクタノイルオキシ)アントラセン、ジエトキシナフタレン等が例示される。
 増感剤を用いる際、その添加量は、本実施形態の光硬化性組成物の全体を基準(100%)としたとき、好ましくは0.01質量%~20質量%、より好ましくは0.01質量%~10質量%、さらに好ましくは0.01質量%~10質量%であり、複数の増感剤を組み合わせて使用してもよい。
(その他成分)
 本実施形態の光硬化性組成物は、上記以外の成分を含んでもよい。
 例えば、溶剤、老化防止剤、レベリング剤、濡れ性改良剤、界面活性剤、可塑剤等の改質剤、紫外線吸収剤、防腐剤、抗菌剤等の安定剤、光増感剤、シランカップリング剤等を含んでもよい。たとえば、可塑剤は、上記の目的とする効果の他、粘性の調整に役立つ場合があるので好ましい。
(光硬化性組成物の光照射硬化後の物性)
 ナノインプリントプロセスでは、例えば、光硬化性組成物(第1の光硬化性組成物)からなるレプリカモールドの凹凸面に、被加工基板の加工に用いられる第2の光硬化性組成物を接触させ、圧力を印加しながらUV照射し、第2の光硬化組成物を硬化させ剥離して被加工基板表面に凹凸構造を形成するプロセスが行われる。このプロセスにおいては、従来、特にレプリカモールドを繰返し使用する際に、レプリカモールド表面への樹脂付着や、外部応力による凹凸構造の形状破壊など、レプリカモールドの繰返し使用を妨げる不良が起こる。
 本発明者らは、これら不良と、硬化後の樹脂物性との関係を鋭意検討した。その結果、上記の光硬化性組成物を用い、かつ、光硬化後の樹脂表面の表面自由エネルギーと樹脂硬度が後述する範囲にある場合、レプリカモールドを繰返し使用してもレプリカモールドは初期状態を保ちやすく、被加工基板の良好な加工を実現できることを知見した。
 以下、表面自由エネルギーと樹脂硬度について具体的に説明する。
i)表面自由エネルギーについて
 レプリカモールドを用いたナノインプリント法の際、レプリカモールドの表面への樹脂付着は、レプリカモールドの表面エネルギーを適度に低く設計することで実現されると考えられる。
 通常、表面エネルギー等の表面状態を知る手法としては、水滴を用いた接触角法が一般的である。代表的には、フッ素樹脂で処理された基材表面は、水滴を弾き、基材表面と水滴の角度(接触角)は100°を超える。
 一方で、水酸基のような水に馴染みやすい基で修飾された材料からなる基材表面では、水の接触角は数~数十°と小さい。しかしながら、水の接触角により基材表面状態を評価する手法では、水素結合力に起因する分子間力を知る定性的な評価はできても、2種物質間(レプリカモールドと第2の光硬化性組成物の間)で働く種々の力、具体的には水素結合力、分散力、配向力、誘起力などの評価はできない。
 本発明者らは、水の接触角が同程度の材料でも、レプリカモールドとしたときの樹脂付着性が異なる場合があることを知見した。この知見に基づきさらに検討した結果、本発明者らは、水の接触角はあくまで水との関係性を示すインデックスであって、通常、有機化合物であるレプリカモールドと第2の光硬化性組成物との相性を判断することは難しいと考えた。そして、他の評価法として、光硬化後の樹脂膜表面の自由エネルギー(以下、単に表面自由エネルギーとも言う)とレプリカモールド使用時の樹脂付着の程度が程良く相関することを知見した。
 より具体的には、光硬化後の樹脂膜(レプリカモールド)表面で働く水素結合力、分散力、配向力、誘起力の総和として表わされる表面自由エネルギーが特定の値より小さければ、レプリカモールドの表面で第2の光硬化性組成物を塗布、光硬化、剥離した際にレプリカモールド表面の微細な凹凸構造に第2の光硬化性組成物の残渣が残り難い。他方で、表面自由エネルギーが特定の値を超えると、第2の光硬化性組成物の残渣が付着し易くなり、レプリカモールドが劣化しやすくなり、繰返し使用ができなくなる。ここでの「付着」とは、顕著な場合、使用後のレプリカモールドの表面の変質を目視でも確認できることをいう(より詳細には、光学顕微鏡やSEMなどによる観察で、第2の光硬化性組成物の付着の程度を知ることができる)。
 定量的には、以下の評価方法1のようにして測定される、光硬化後の樹脂膜の表面自由エネルギーは、好ましくは15mJ/m~40mJ/m、より好ましくは15mJ/m~38mJ/m、さらに好ましくは15mJ/m~35mJ/mである。
 表面自由エネルギーが40mJ/mより大きい場合、上記したように、光照射硬化後の第2の光硬化性組成物がレプリカモールドに付着してしまう。また、表面自由エネルギーが15mJ/mより小さい場合、塗布の際のレプリカモールドとの馴染みが悪く、レプリカモールドの表面で第2の光硬化性組成物が弾かれてしまいがちである。そして、そのまま圧接、光照射して剥離すると、例えば、逃げ場を失った気泡に由来するボイド等が発生する場合がある。
[評価方法1]
 まず、光硬化性組成物を基板にコートして光硬化性膜を形成し、紫外線を照射して、硬化した硬化膜を得る
 次に、接触角計を用いて、前記硬化膜に対する水、ジヨードメタンおよび1-ブロモナフタレンの接触角をそれぞれ測定する。
 そして、Kitazaki-Hataの理論より表面自由エネルギーを算出する。
 ちなみに、光硬化性膜を十分に(実質上完全に)硬化させるためには、十分な光量の光、例えば2000mJ/cmの積算光量の紫外線を照射する。照射は、波長365nmのUV光(LED光源)などで行うことができる。また、評価方法1における光硬化性膜の厚みは、例えば5~6μm(5.5±0.5μm)程度である。
 Kitazaki-Hataの理論に基づく表面自由エネルギーの算出は、市販の接触角計に付属のソフトウェア等により可能である。念のため、以下、Kitazaki-Hataの理論について説明しておく。
 測定対象の硬化膜の表面自由エネルギーをAとし、表面自由エネルギーAの成分を、分散力に帰属する成分(A)と配向(極性)力に帰属する成分(A)と水素結合力に帰属する成分(A)とすると、Aは式(1)のように表される。(上記説明中の誘起力に起因する分子間力は極めて小さいため、計算上、無視している。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 また、各成分の値が既知の液体1の表面自由エネルギーをBとし、表面自由エネルギーBの成分を、分散力に帰属する成分(B1d)と配向(極性)力に帰属する成分(B1p)と水素結合力に帰属する成分(B1h)とすると、Bは式(2)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 同様に、各成分の値が既知の液体2の表面自由エネルギーをB、各成分の値が既知の液体3の表面自由エネルギーをBとすると、BおよびBはそれぞれ式(3)および式(4)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 さらに、測定対象の硬化膜と液体1を用いて測定された接触角をθ、測定対象の硬化膜と液体2との接触角をθ、測定対象の硬化膜と液体3との接触角をθとすると、測定対象の硬化膜と液体1、液体2および液体3の表面自由エネルギーの各成分と接触角の値には、式(5)、式(6)、および式(7)の関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 上記式(5)、式(6)および式(7)からなる連立3元1次方程式を解くことにより、A、A、およびAをそれぞれ算出する。そして、式(1)より硬化膜の表面自由エネルギーAを算出する。
ii)樹脂硬度について
 レプリカモールドを繰り返して使用する際の不良モードとして、前述の樹脂付着の他に、圧接プロセス等で生じるレプリカモールド表面の凹凸構造の崩壊が挙げられる。例えば、ライン&スペース形状の場合、ライン破断やラインエッジの欠けを示す。また、ピラー形状の場合、ピラーが折れるなどの不良を示す。
 通常、樹脂硬度は、スクラッチ試験の傷付の程度や、指定された鉛筆で擦り傷付いた際の鉛筆の硬さで表す鉛筆硬度で表される。しかし、これらの方法は、例えば平らな面のバルク評価には適応できても、微細凹凸構造の形状保持を判断する評価には適応できない。
 本発明者らは、非常に微細な針のような形状の圧子で膜表面を直接押しこみ、その際の反発力で樹脂硬度を定義するナノインデント法により求められる硬度が、レプリカモールドの形状保持と樹脂硬度の関係を好適に表す指標になることを知見した。
 具体的には、以下の評価方法2のようにして測定される、光硬化後の光硬化性組成物の硬度は、好ましくは0.05GPa~0.5GPa、より好ましくは0.1GPa~0.5GPa、さらに好ましくは0.15GPa~0.5GPaである。上限値を超える場合、樹脂表面は硬脆くなり微小な外部応力でも凹凸形状が欠け形状を保持できず、また、ロール・トゥ・ロールプロセスに用いる際のロールの屈曲率に耐えず凹凸形状にクラックが発生する。さらに、下限値よりも小さい場合、樹脂が柔らかく第2の光硬化性組成物と接液させ圧着する際の応力で樹脂が変形し、例えば、Tトップへの形状変化を起こし、アンカー効果により剥離ができなくなる場合がある。
[評価方法2]
 まず、上述の評価方法1と同様な方法で硬化膜を得る。
 次に、ナノインデンターを用いて、その硬化膜にバーコビッチ圧子を押し当て、検出される応力の値から硬度を算出する。
<凹凸構造体、その製造方法>
 本実施形態の光硬化組成物を用いて、基板と、その基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体(例えばレプリカモールド)を製造することができる。
 以下、基板の具体的態様や、作製方法について具体的に説明する。
・基板について
 基板の素材は特に限定されない。基板は、例えば有機材料または無機材料から構成される。また、基板の性状については、例えば、シート状、フィルム状、プレート状、または多孔質状のものを用いることができる。
 より具体的には、基板が有機材料から構成される場合、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、パーフルオロプロピルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素樹脂などの各種樹脂の1種または2種以上を原料とすることができる。そして、原料を射出成型、押出成型、中空成形、熱成型、圧縮成形等の方法で加工することで、基板とすることができる。また、多孔質状基板としては、例えば発泡剤により多孔化された状態で硬化したもの、無孔性の基材を延伸することにより多孔化したもの、レーザー加工で多孔化したもの、繊維間に多孔質構造を有する不織布等が挙げられる。
 また、別の態様として、基板は、(メタ)アクリレート、スチレン、エポキシ、オキセタン等の光硬化性モノマーを、重合開始剤存在下で光照射により硬化させた単層の基板、または、そのような光硬化性モノマーを有機材料または無機材料の上にコートした基板などであってもよい。
 基板が無機材料から構成される場合、その構成素材としては、例えば、銅、金、白金、ニッケル、アルミニウム、シリコン、ステンレス、石英、ソーダガラス、サファイヤ、炭素繊維等を挙げることができる。
 基板の構成材料が有機材料であっても無機材料であっても、光硬化性組成物およびその硬化物との密着性を良好とするため、基板の表面には何らかの処理が行われてもよい。そのような処理としては、例えば、コロナ処理、大気圧プラズマ処理、真空プラズマ処理、易接着コート処理等の密着処理を挙げることができる。
 また、基板の構成材料が有機材料であっても無機材料であっても、基板は単層でもよいし、2層以上の構成であってもよい。
 基板は、好ましくは樹脂フィルムである。基板は、例えば、上述の樹脂のいずれかを含む樹脂フィルムであることが好ましい。基板が無機材料ではなく樹脂フィルムであることで、使用者が容易に所望の形状やサイズに裁断して用いることができる。また、積層体の保管時に積層体を巻いておくことができる、すなわち省スペース化のメリットがある。
 別観点として、基板の光の透過性は高いことが好ましい。これにより、レプリカモールドの作製時、あるいは使用時に(i)凹凸構造体を製造するときに、基板の側から光を当てることができて硬化反応を促進できたり、(ii)種々の工程を目視で確認しやすくなったり、(iii)光照射の方向を自由に設計しやすく、装置設計の自由度を高められたり、といったメリットを得ることができる。
 (i)の観点からは、基板は、上記の光硬化開始剤が反応する光の波長領域での透過率が高いことが好ましい場合がある。より好ましくは、紫外領域の光の透過率が高いことが好ましい。例えば、200nm~400nmの波長の光の透過率は、好ましくは50%~100%、より好ましくは70%~100%、さらに好ましくは80%~100%である。
 (ii)の観点からは、基板の可視領域の光の透過率が高いことが好ましい。例えば、500nm~1000nmの波長の光の透過率は、好ましくは50%~100%、より好ましくは70%~100%、さらに好ましくは80%~100%である。
 ちなみに、樹脂フィルムの大半は透明性が高いものであるから、光の透過性の点でも基板としては樹脂フィルムが好ましいと言うことができる。
 基板の厚みは特に限定されない。種々の目的、例えば、積層体のハンドリング性の良さ、得ようとする凹凸構造体の寸法精度などに応じて適宜調整される。
 基板の厚みは、例えば1μm~10000μm、具体的には5μm~5000μm、より具体的には10μm~1000μmである。
 基板全体の形状は特に限定されない。例えば、板状、円盤状、ロール状などであってよい。
・塗布工程について
 本実施形態の凹凸構造体の製造方法の具体的手順は特に限定されない。例えば、基板の表面に、本実施形態の光硬化性組成物を用いて光硬化性組成物層を形成する工程(光硬化性層形成工程)を含む工程により製造することができる。
 光硬化性組成物層を形成する工程の具体的な方法は特に限定されないが、典型的には、まず、基板上に下記の塗布方法で光硬化性組成物を塗布し、光硬化性層を形成する。
 塗布方法については公知の方法を適用することができる。例えば、テーブルコート法、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、スプレーコート法、バーコート法、ロールコート法、カーテンフローコート法、スリットコート法、ナイフコート法、インクジェットコート法、ディスペンス法などを挙げることができる。これらは、微細凹凸の形状やサイズ、レプリカモールドとしてのサイズ、生産性などを考慮して適宜選ばれる。
 また、光硬化性組成物が溶剤を含む場合、溶剤を除去する目的で、必要に応じて、塗布後にベーク(加熱)工程を設けてもよい。ベークの温度、時間等の諸条件は、塗工厚み、プロセス様式、生産性を考慮して適宜設定すればよい。好ましくは20~200℃、より好ましくは20~180℃の温度範囲で、0.5~30分、より好ましくは0.5~20分の時間で選ばれる。
 ベークの方法は、加熱板等により直接加熱する、熱風炉を通す、赤外線ヒーター利用する等、いずれの方法であってもよい。
 基板上に設けられる光硬化性層の厚みは、好ましくは0.05μm~100μm、より好ましくは0.10μm~80μm、さらに好ましくは0.20μm~50μmの範囲である。光硬化性層の厚みを上記の範囲とすることで、レプリカモールド作製時の光化硬化性組成物の光硬化を効果的に行える。また、例えば、ロール・トゥ・ロールプロセスを考慮した場合、レプリカモールドを巻き付けるロールの屈曲率に応じた曲げ応力を印加してもクラックの発生など無く良好な状態で使用できる。
・圧接工程について
 上記の方法で基板上に形成した光硬化性層に、表面に凹凸構造を有するモールドの凹凸面を圧接する。これにより、モールドの凹凸面に対応する凹凸パターンを、光硬化性層に転写する。ちなみに、ここでのモールドは、被加工基板の凹凸加工に応じて設計されたモールドで、具体的にはマザーモールドである。
 モールド(マザーモールド)の形状は、特に限定されない。モールドの凸部および凹部の形状については、ドーム状、四角柱状、円柱状、角柱状、四角錐状、三角錐状、多面体状、半球状などを挙げることができる。モールドの凸部および凹部の断面形状については、断面四角形、断面三角形、断面半円形などを挙げることができる。
 モールド(マザーモールド)の凸部および/または凹部の幅は特に限定されないが、例えば10nm~100μmであり、好ましくは20nm~70μmである。また、凹部の深さおよび/または凸部の高さは特に限定されないが、例えば10nm~100μmであり、好ましくは20nm~70μmである。さらに、凸部の幅と凸部の高さの比のアスペクト比は、好ましくは0.1~500であり、より好ましくは0.5~20である。
 モールド(マザーモールド)の材質としては、例えば、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、ゲルマニウム、チタン、シリコン等の金属材料;ガラス、石英、アルミナ等の無機材料;ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアリレート、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料;ダイヤモンド、黒鉛等の炭素材料等を挙げることができる。
 圧接の方法については公知の方法で行うことができる。例えば、モールドの凹凸パターンに光硬化性組成物層を接触させた状態で、適当な圧力で押圧する方法が挙げられる。
 圧力の上限は特に限定されない。圧力の上限は、例えば、10MPa以下が好ましく、5MPa以下がより好ましく、1MPa以下が特に好ましい。この圧力は、モールドのパターン形状、アスペクト比、材質などにより適宜選択される。圧力の下限も特に無い。モールドの凹凸パターンに対応して光硬化性組成物層が隅々まで充填すればよい。圧力の上限は、例えば0.1MPa以上である。
 圧接工程は大気下で実施されても、真空下、窒素ガスなどの不活性ガス、さらにはフッ素ガス雰囲気下で実施されてもよい。光硬化性組成物の硬化性や空気抜きなどの脱気、光硬化性組成物の充填速度を上げるなど目的に応じて適時選択される。
・光照射工程
 光照射工程では、光硬化性層に光を照射する。より具体的には、上記圧接工程で圧力を印加した状態のまま(モールドを圧接したまま)、光硬化性層に光を照射する。そして、光硬化性層を硬化させる。
 照射する光としては、光硬化性組成物層を硬化させうるものであれば特に限定されない。具体的には、紫外線、可視光線、赤外線などを挙げることができる。これらのうち、光硬化開始剤からラジカルまたはイオンを発生させる光が好ましい。
 光源として具体的には、波長400nm以下の光線を発生させる光源、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ、i線、g線、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光などを用いることができる。
 光照射の積算光量は、例えば3mJ/cm~10000mJ/cmに設定することができる。
 光照射は、光硬化組成物層を形成した基板の裏面から、または、モールド(マザーモールド)の凹凸構造を形成した面の反対面から、のいずれの方向から行われてもよい。特に、基板やモールドの素材を考慮(光の透過性など)して、適時選択すればよい。
 光硬化性組成物層の硬化促進などの目的で、光照射と加熱を併用してもよい。かつ/または、光照射工程の後、加熱工程を行ってもよい。
 加熱の温度は、好ましくは室温(通常、25℃を意味する)以上200℃以下であり、より好ましくは室温以上150℃以下である。加熱の温度は、基板、光硬化性組成物層およびモールドの耐熱性や、硬化促進による生産性向上などを考慮して適宜選択すればよい。
・剥離工程について
 本実施形態の凹凸構造体の製造方法は、好ましくは、モールド剥離工程を含む。具体的には、上記光照射工程により硬化させた光硬化性層をモールドから引き離して、基板上に凹凸パターンが形成された凹凸構造体を得る。
 モールド剥離の方法については、公知の方法を適用することができる。例えば、基板の端部を起点にして基板上に形成した樹脂層離とモールドを剥離することができる。また、粘着性のあるテープを基板に貼り付けて、そのテープを起点にして基板上に形成した樹脂層離とモールドを引き離してもよい。さらには、ロール・トゥ・ロール等の連続法で実施する場合、工程の周速度に応じた速度でロールを回転させ、基板上に形成した樹脂層離と凹凸パターンが形成された凹凸構造体を巻き取りながら剥離する方法などであってもよい。
 以上の工程により、モールド(マザーモールド)の凹凸が反転された凹凸構造体を製造することができる。
(レプリカモールドの使用方法)
 レプリカモールドの使用方法は特に限定されない。例えば、上記したレプリカモールドの作製方法と同様な方法で使用することができる。この場合、上記のマザーモールドと称するモールドを、本実施形態の光硬化性組成物(第1の光硬化性組成物)を硬化させた表面に凹凸構造を有するモールド(レプリカモールド)に読み替える。また、光硬化性組成物(第2の光硬化性組成物)としては、被加工基板の加工方法や、各種用途(例えば、エッチング耐性、透明性、硬度、ガス透過性など)に応じた特性をもつ材料が選ばれる。
 さらに、本発明の光硬化性組成物からなるレプリカモールドは、同種材料(第1の光硬化性組成物)での繰返し使用も可能である。例えば、第1の光硬化性組成物でレプリカモールドからレプリカモールドを50枚作製し、個々のレプリカモールドで第2の光硬化性組成物を用いて100枚の基板を加工する。これにより、5000枚(50×100)の基板加工が可能になり、レプリカモールドの劣化を防止しながら効率良く製品製造を実施できる。
 被加工基板の加工については、例えば、回路形成を例に説明すると、シリコンウェハー表面に銅を埋め込む溝を形成する方法を例示できる。具体的には以下のとおりである。
 まず、シリコンウェハー上に、エッチング耐性を有する光硬化性組成物をスピンコートなどの方法で塗布し、本発明のレプリカモールドを圧接して光照射により光硬化性組成物を硬化、剥離する。次に、シリコンウェハー上に形成した凹凸構造をマスクにして、ドライエッチング法によりシリコンウェハー表面を加工し凹凸構造を形成する。そして、銅を埋込み、回路が完成する。
 このようなプロセスの際に、レプリカモールドを繰り返し使用できると、レプリカモールド一枚あたりから加工できる被加工基板の枚数、あるいは面積を大きくでき、生産性を高めることができる。
 要するに、本実施形態の光硬化性組成物で形成された、表面に微細な凹凸を形成した樹脂層を具備する基板を、レプリカモールドとして繰返し用いて、微細凹凸パターンを形成することで、ナノインプリントの生産性を高めることができる。つまり、本実施形態の光硬化性組成物を用いることで、工業的に高い生産性のUV式ナノインプリントプロセスが実現される。
 また、本発明者らの知見として、本実施形態の光硬化性組成物は、ナノからマイクロサイズまでパターン形状の適応幅が広いという特徴を有する。このことにより、レプリカモールドの用途に加え、レプリカモールド以外の用途にも、本実施形態の光硬化性組成物は好ましく適用される(種々の微細凹凸パターンを、1つの光硬化性組成物で良好に形成可能である)。
 以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
 本発明の実施態様を実施例に基づき説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
 まず、以下について説明する。
・市販品および合成した光硬化性添加剤やバインダー樹脂の分析法
・表面自由エネルギーの測定方法(評価方法1)、硬度の測定方法(評価方法2)
・ナノインプリントプロセスにおいて、使用したモールド、装置、評価/分析方法など
[重量平均z(Mw)、および、分子量分布(Mw/Mn)]
 後掲の市販品、および合成例で示される添加剤の分子量を、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。具体的には、下記の条件で、テトラヒドロフラン(THF)に溶解したポリマーの重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を、ポリスチレンスタンダードによって分子量を較正して測定した。
・検出器:日本分光社製、RI-2031および875-UV
・直列連結カラム:Shodex K-806M、804、803、802.5
・カラム温度:40℃
・流量:1.0ml/分
・試料濃度:3.0~9.0mg/mL
[フッ素含有環状オレフィンポリマーの水素添加率]
 水素添加反応を行った添加剤の粉末を、重水素化テトラヒドロフランに溶解した。これを、270MHz-H-NMR測定により、δ=4.5~7.0ppmの主鎖の二重結合炭素に結合する水素のシグナルの積分値を求め、この積分値から水素添加率を算出した。
 δ=4.5~7.0ppmの領域に、主鎖の二重結合に由来する水素のシグナルが観察されない場合、水素添加率は100%とした。
[評価方法1:表面自由エネルギーの測定方法]
 光硬化性組成物を、PETフィルム基板(ルミラーU34、厚み188μm、東レ社製)上に、バーコーターを用いて製膜した。光硬化性組成物が溶剤を含む場合には、この後、ホットプレート上で100℃、1分間の乾燥処理を行った。これにより、光硬化性膜を形成した。
 次いで、波長365nmのUV光(LED光源)を2000mJ/cmの積算光量で照射し、光硬化性膜を硬化させ、厚み5~6μmの表面均一な表面自由エネルギー測定用のサンプルを作製した。
 協和界面化学社製の接触角計(A-XE型)を用いて、標準試験液として水、ジヨードメタン、1-ブロモナフタレンを使用し、サンプル表面の接触角を測定した。
 表面自由エネルギー算出のため、前述のKitazaki-Hata理論に基づいた計算法で、標準試験液の既知の表面自由エネルギーと標準試験液の被検体上での接触角の測定値を用いて算出した。具体的には、算出には接触角計に付帯したアプリケーションソフトである多機能統合解析ソフトウェアFAMAS(協和界面化学社製)を用いた。
 実施例に記載した数値は、同試験を1つのサンプルに対して5回実施した結果の平均値である。
[評価方法2:硬度の測定方法]
 まず、評価方法1と同様な方法で光硬化性膜の形成および光照射を行い、光硬化性組成物の硬化膜を得た。
 次に、ナノインデンター(TI-950 Tribo Indenter、Hysitron Inc.社製)を使用し、ナノインデンテーション法の規格であるISO14577に準拠した押し込み試験により樹脂硬度を測定した。硬化膜にバーコビッチ型圧子を200nm深さまで押し当て、検出される応力値から23~25℃の室温条件下での硬度(GPa)を算出した。
 実施例に記載した数値は、同試験を1つのサンプルに対して5回実施した結果の平均値である。
[使用したモールド(マザーモールドに相当)]
 パターン形状が線状のライン(凸部)&スペース(凹部)である石英モールドを使用した。
 具体的には、凸部の幅をL1、凹部の幅をL2、凸部の高さをL3としたとき、以下のモールドAおよびモールドBを用いた。
・モールドA:L1=450nm、L2=450nm、L3=450nm
・モールドB:L1=75nm、L2=75nm、L3=150nm
[凹凸構造体の作製に用いた装置]
 光硬化性組成物(光硬化性膜)とモールドの圧接、およびその後のUV照射は、UV式ナノインプリント装置X-100U(SCIVAX社製)を用いた。UV光源は、波長が365nmのUV-LED光源である。
[凸部の寸法計測]
 凹凸構造の寸法計測には、走査型電子顕微鏡JSM-6701F(日本分光社製、以下、SEMと表記する)を使用した。凸部幅の計測は、パターン面の任意の5箇所のライン幅を計測し、得られた5つの値の平均値を凸部幅として採用した。
[レプリカモールドとして繰返し使用した際の凸部寸法評価]
 繰返し使用に伴うモールドの劣化を評価するため、モールド作製時、1回使用時、および10回使用毎にSEMで使用後のレプリカモールドの凸部幅を計測した。後掲の表2には、特に断らない限り50回使用後の凸部幅の計測値を記載した。
 以下、光反応性官能基を有する添加剤およびバインダー樹脂の合成法、ならびに、光硬化性組成物の調製法および評価結果について記載する。
[合成例1]添加剤(C-1)の合成
 まず、フッ素含有環状オレフィンモノマーである5,5,6-トリフルオロ-6-(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン(100g)と1,2-エポキシ-5-ヘキセン(5.675g)のテトラヒドロフラン溶液を準備した。この溶液に、Mo(N-2,6-Pr )(CHCMePh)(OBut)(85mg)のテトラヒドロフラン溶液を添加し、70℃で開環メタセシス重合を行った。
 次いで、得られたポリマーのオレフィン部を、固体触媒であるパラジウムアルミナ(5g)を用い、160℃、24時間の条件で水素添加反応し、主鎖のオレフィンを水素化した。
 得られた溶液を孔径0.5μmのフィルターで加圧ろ過することによりパラジウムアルミナを除去し、得られた溶液をメタノール/ヘキサン(50質量%/50質量%)混合溶液に排出し、白色のポリマーをろ別、乾燥した。
 以上により、95gの白色粉末状のポリマー(添加剤(C-1))を得た。
 H-NMRから、添加剤(C-1)の水素添加率は100%であり、一般式(2)で表される構造において、Lはエポキシ基が水素により還元された水酸基含有脂肪族構造を含有していた。重量平均分子量(Mw)は6050、分子量分布(Mw/Mn)は1.49であった。
[合成例2]添加剤(C-2)の合成
 まず、モノマーの種類を5,6-ジフルオロ-5-トリフルオロメチル-6-ペルフルオロエチルビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エンに変更したこと以外は、合成例1と同様な方法で、開環メタセシス重合を行った。
 次いで、得られたポリマーのオレフィン部を、均一系触媒である(PhP)CORuHClを用い、125℃、24時間の条件で水素添加反応し、主鎖のオレフィンを水素化した。
 その後、得られた溶液をメタノールに排出し、白色のポリマーをろ別、乾燥して98gの白色粉末状のポリマー(添加剤(C-2))を得た。
 H-NMRから、添加剤(C-2)の水素添加率は100%であり、一般式(2)で表される構造において、Lはエポキシ基含有脂肪族構造を含有していた。重量平均分子量(Mw)は6200、分子量分布(Mw/Mn)は1.51であった。
[合成例3]バインダー樹脂(B-1)の合成
 まず、5,5,6-トリフルオロ-6-(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン(100g)と1-ヘキセン(0.298mg)のテトラヒドロフラン溶液を準備した。この溶液に、Mo(N-2,6-Pr )(CHCMePh)(OBut)(50mg)のテトラヒドロフラン溶液を添加し、70℃で開環メタセシス重合を行った。
 次いで、得られたポリマーのオレフィン部を、パラジウムアルミナ(5g)によって160℃で水素添加反応し、ポリ(1,1,2-トリフルオロ-2-トリフルオロメチル-3,5-シクロペンチレンエチレン)のテトラヒドロフラン溶液を得た。得られた溶液を孔径5μmのフィルターで加圧ろ過することによりパラジウムアルミナを除去した。
 その後、得られた溶液をメタノールに加え、白色のポリマーをろ別、乾燥した。これにより、99gの反応性官能基の無いフッ素含有環状オレフィンポリマーであるバインダー樹脂(B-1)を得た。バインダー樹脂(B-1)の水素添加率は100%、重量平均分子量(Mw)は70000、分子量分布(Mw/Mn)は1.71であった。
[実施例1]光硬化性組成物(1)の調製、レプリカモールドの作製など
 まず、光硬化性モノマーとしてビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテルと3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートの質量比7/3の混合物10gに、添加剤としてX-22-2000(信越シリコーン社製)を0.05g、および光硬化開始剤としてCPI-310B(サンアプロ社製)を1g加えた溶液を調製した。
(X-22-2000は、一般式(1)において、R=メチル基、L=エポキシ基、メチル基、およびフェニル基を表し、分子量(Mw)は7300である。)
 次いで、この溶液を孔径1μmのフィルターで加圧ろ過し、さらに孔径0.1μmのフィルターでろ過した。以上により光硬化性組成物(1)を調製した。
 得られた光硬化性組成物(1)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは26.2mJ/m、表面硬度は0.28GPaであった。
 光硬化性組成物(1)を、評価方法1と同様の方法でPET基板上に製膜後、上述のナノインプリント装置を用いて、大気面をモールドA、または、モールドBにそれぞれ0.2MPaゲージ圧の圧力で圧接した。圧力がかかった状態を保持しながら、PETフィルム基板背面側から2000mJ/cmの積算光量で光照射し光硬化性組成物(1)を硬化させた。
 モールドからPETフィルム基板上に形成された硬化膜を剥離し、表面にライン&スペース構造を有するレプリカモールドA-1(石英モールドAから作製)、または、レプリカモールドB-1(石英モールドBから作製)を得た。
 作製したレプリカモールドの凸部幅をSEMで計測した。レプリカモールドA-1では449nmであり、レプリカモールドB-1では74nmであった。
 さらに、レプリカモールドB-1の断面を切り出し、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)で断面の元素イオンの状態をマッピングした。その結果、2層の断面状態が観察され、その2層のうちの大気面側に、添加剤のX-22-2000に帰属されるケイ素を含むフラグメントのマイナスイオンが検出された(図1に示す)。
[実施例2]光硬化性組成物(2)の調製、レプリカモールドの作製など
 光硬化性モノマーとしてビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテルと3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートの質量比7/3の混合物9.5gに、添加剤として合成例1で合成した添加剤(C-1)を0.5g、および光硬化開始剤としてCPI-310B(サンアプロ社製)を0.95g加えた溶液を調製した。
 次いで、実施例1と同様に調製して、光硬化性組成物(2)を調製した。
 得られた光硬化性組成物(2)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは32.0mJ/m、硬度は0.22GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-2の凸部幅は449nm、レプリカモールドB-2の凸部幅は73nmであった。
[実施例3]光硬化性組成物(3)の調製、レプリカモールドの作製など
 添加剤としてX-22-2000(信越シリコーン社製)を0.1g、および添加剤(C-1)を0.05g使用した以外は実施例1と同様にして、光硬化性組成物(3)を調製した。
 得られた光硬化性組成物(3)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは36.8mJ/m、硬度は0.25GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-3の凸部幅は450nm、レプリカモールドB-3の凸部幅は75nmであった。
[実施例4]光硬化性組成物(4)の調製、レプリカモールドの作製など
 光硬化性モノマーとしてリモネンジオキサイド10gに、添加剤としてBY16-876(東レ・ダウコーニング社製)を0.1gおよび添加剤(C-1)を0.05g、光硬化開始剤としてCPI-310B(サンアプロ社製)を0.5g、さらに増感剤(アントラキュアーUVS-1331、川崎化成工業社製)を0.1g加えた溶液を調製した。
(BY16-876は、一般式(1)において、R=メチル基、L=エポキシ基、メチル基、およびポリエーテル基を表し、分子量(Mw)は25000である。)
 次いで、実施例1と同様に調製し、光硬化性組成物(4)を得た。
 得られた光硬化性組成物(4)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは33.2mJ/m、硬度は0.24GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-4の凸部幅は448nm、レプリカモールドB-4の凸部幅は74nmであった。
[実施例5]光硬化性組成物(5)の調製、レプリカモールドの作製など
 光硬化性モノマーとしてビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテルと3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートの質量比7/3の混合物10gに、合成例3で合成したバインダー樹脂(B-1)を2.5g、および、添加剤としてX-22-2000(信越シリコーン社製)を0.05g、さらにおよび光硬化開始剤としてCPI-310B(サンアプロ社製)を1g加えた溶液を調製した。
 次いで、実施例1と同様に調整し、光硬化性組成物(5)を得た。
 得られた光硬化性組成物(5)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは34.2mJ/m、硬度は0.23GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-5の凸部幅は450nm、レプリカモールドB-5の凸部幅は74nmであった。
[実施例6]光硬化性組成物(6)の調製、レプリカモールドの作製など
 添加剤として合成例2で合成した添加剤(C-2)を使用した以外は、実施例2と同様にして、光硬化性組成物(6)を得た。
 得られた光硬化性組成物(6)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは28.5mJ/m、硬度は0.25GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-6の凸部幅は448nm、レプリカモールドB-6の凸部幅は74nmであった。
[実施例7]光硬化性組成物(7)の調製、レプリカモールドの作製など
 実施例3の光硬化性組成物(3)の添加剤であるX-22-2000(信越シリコーン社製)を、FM-DA11(JNC社製)に変更した以外は、実施例3と同様な方法で光硬化性組成物(7)を得た。
 得られた光硬化性組成物(7)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは25.7mJ/m、硬度は0.27GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-7の凸部幅は448nm、レプリカモールドB-7の凸部幅は74nmであった。
[レプリカモールドとしての異種材料での繰返し使用性の評価]
・レプリカモールドA-1、および実施例2から7で作製したレプリカモールド(A-2~A-7)を使用した繰返し使用評価例:
 まず、窒素大気圧プラズマ処理により、無アルカリガラス基板を水接触角が4°以下となるよう親水化処理した親水化無アルカリガラス基板を準備した。
 次に、この基板上に、スピンコート法により、第2の光硬化性組成物として市販のナノインプリント材料(PAK-01、東洋合成社製)をコートした。
 上述のナノインプリント装置を用いて、上記で得られたコート膜面に、レプリカモールドA-1の凹凸面を0.2MPaのゲージ圧力で圧接した。圧力を維持したまま、レプリカモールドの背面側から6000mJ/cmの積算光量で光照射し、コート膜を硬化させた。その後、レプリカモールドA-1を剥離し、表面に凹凸構造を形成した第2の光硬化性組成物からなる転写体A-1(レプリカモールドA-1から作製)を得た。
 レプリカモールドA-1の繰返し使用性は、上記、無アルカリガラス基板への第2の光硬化性組成物の塗布からレプリカモールドA-1を剥離する工程を繰返し実施することにより評価した。
 50回繰返し使用後のレプリカモールドA-1の凸部幅をSEMで計測したところ、449nmであった。つまり、作製時(レプリカモールドとして使用前)の凸部幅に変動なかった。
・実施例1で作製したレプリカモールドB-1、および実施例2から6(B-2~B-7)で作製したレプリカモールドを使用した繰返し使用評価例:
 使用するレプリカモールドを替えた以外は、上記のレプリカモールドA-1と同様の方法で、各レプリカモールドを50回繰返し使用した。繰返し使用後のレプリカモールドの凸部幅を計測したところ、いずれのレプリカモールドでも作製時の凸部幅に変動はなかった。
 上記より、レプリカモールドを作製した材料と同じ光硬化性組成物を用いても、繰返し使用可能であった。つまり、異種材料でのレプリカモールドの繰返し使用も可能であった。
[レプリカモールドとしての同種材料での繰返し使用性の評価]
・実施例1で作製したレプリカモールドA-1、および実施例2から7で作製したレプリカモールド(A-2~A-7)を使用した繰返し使用評価例:
 PET基板上に、スピンコート法により、第2の光硬化性組成物として、実施例1で使用した光硬化性組成物(1)をコートした。
 上述のナノインプリント装置を用いて、上記で得られたコート膜面に、レプリカモールドA-1の凹凸面を0.2MPaのゲージ圧力で圧接した。圧力を維持したまま、レプリカモールドの背面側から6000mJ/cmの積算光量で光照射し、コート膜を硬化させた。その後、レプリカモールドA-1を剥離し、表面に凹凸構造を形成した第2の光硬化性組成物として同種材料である光硬化性組成物(1)からなる転写体A-1(レプリカモールドA-1から作製)を得た。
 レプリカモールドA-1の繰返し使用性は、上記、第2の光硬化性組成物として実施例1で使用した光硬化性組成物(1)の塗布からレプリカモールドA-1を剥離する工程を繰返し実施することにより評価した。
 50回繰返し使用後のレプリカモールドA-1の凸部幅をSEMで計測したところ、449nmであった。つまり、作製時(レプリカモールドとして使用前)の凸部幅に変動なく、外観上も不具合無かった。
 使用するレプリカモールドを替えた以外は、上記のレプリカモールドA-1と同様の方法で、各レプリカモールドを50回繰返し使用した。繰返し使用後のレプリカモールドの凸部幅を計測したところ、いずれのレプリカモールドでも作製時の凸部幅に変動なく、外観上も不具合無かった。
・実施例1で作製したレプリカモールドB-1、および実施例2から6(B-2~B-7)で作製したレプリカモールドを使用した繰返し使用評価例:
 使用するレプリカモールドを替えた以外は、上記のレプリカモールドA-1と同様の方法で、各レプリカモールドを50回繰返し使用した。繰返し使用後のレプリカモールドの凸部幅を計測したところ、いずれのレプリカモールドでも作製時の凸部幅に変動なく、外観上も不具合無かった。
 上記より、レプリカモールドを作製した材料と同じ光硬化性組成物を用いても、繰返し使用可能であった。つまり、同種材料でのレプリカモールドの繰返し使用も可能であった。
[比較例1]光硬化性組成物(8)の調製など
 光硬化性モノマーとしてメタクリル酸メチル10gに、光硬化開始剤としてイルガキュアー184(BASFジャパン社製)を0.2g加えた溶液を調製した。次いで、実施例1と同様に調製し、光硬化性組成物(7)を得た。
 得られた光硬化性組成物(8)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは42.7mJ/m、硬度は0.35GPaであった。
 実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-8の凸部幅は405nm、レプリカモールドB-8の凸部幅は68nmであった。
 また、上記[レプリカモールドとしての異種材料での繰返し使用性の評価]と同様な方法で繰返し使用性を評価した。レプリカモールドA-8およびレプリカモールドB-8のいずれも、1回使用後に目視でわかる程度に第2の光硬化性組成物の残渣が付着した。また、SEM観察の結果、ラインとラインの間を埋める形で第2の光硬化性組成物の残渣が付着していた。
 さらに、上記[レプリカモールドとしての同種材料での繰返し使用性の評価]と同様な方法で繰返し使用性を評価したが、レプリカモールドA-8、またはレプリカモールドB-8と光硬化性組成物(8)を接触させた瞬間にレプリカモールドの硬化樹脂層が溶解し、次工程を実施できなかった。つまり、同種材料での繰返し使用はできなかった。
[比較例2]光硬化性組成物(9)の調製など
 光硬化性モノマーとしてペンタエリスリトールトリアクリレートKAYARAD-PET-30(日本化薬社製)と多官能アクリレートポリマーBS371(荒川化学工業社製)の質量比4/1の混合物10gに、光硬化開始剤としてイルガキュアー184(BASFジャパン社製)0.4gを加え、酢酸メチルとメチルエチルケトン(MEK)の質量比3/2の混合物10gに溶解した溶液を調製した。次いで、実施例1と同様にろ過を行って光硬化性組成物(9)を調製した。
 得られた光硬化性組成物(9)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは37.7mJ/m、硬度は0.83GPaであった。
 また、実施例1と同様な方法で作製したレプリカモールドA-9の凸部幅は415nm、レプリカモールドB-9の凸部幅は69nmであった。
 さらに、上記[レプリカモールドとしての異種材料での繰返し使用性の評価]と同様な方法で繰返し使用性を評価した。レプリカモールドA-9およびレプリカモールドB-9のいずれも、1回使用後のレプリカモールドの表面には、SEM観察では第2の光硬化性組成物の残渣付着は見られなかった。しかし、ラインにヒビが生じており、10回使用後ではラインの複数箇所が破断していた。
 さらに、上記[レプリカモールドとしての同種材料での繰返し使用性の評価]と同様な方法で繰返し使用性を評価した。レプリカモールドA-9、またはレプリカモールドB-9の何れも1回使用後で光硬化性組成物(9)の残渣付着は見られなかったが、ラインにヒビを生じ、10回使用後ではラインの複数箇所が破断していた。
[比較例3]光硬化性組成物(10)の調製など
 実施例1に記載した光硬化性組成物(1)のうち、添加剤としてX-22-2000(信越シリコーン社製)を含まない組成物を調製し、次いで、実施例1と同様にろ過を行った。これにより光硬化性組成物(10)を調製した。
 得られた光硬化性組成物(10)を用いて、評価方法1および評価方法2に従い、LED光源で硬化した樹脂膜を作製、評価した。表面自由エネルギーは41.3mJ/m、硬度は0.27GPaであった。
 また、実施例1と同様の方法で作製したレプリカモールドA-10の凸部幅は425nm、レプリカモールドB-10の凸部幅は71nmであった。
 さらに、上記[レプリカモールドとしての異種材料での繰返し使用性の評価]と同様な方法で繰返し使用性を評価した。レプリカモールドA-10およびレプリカモールドB-10のいずれも、3回使用後に目視でわかる程度に第2の光硬化性組成物の残渣が付着した。また、SEM観察の結果、ラインとラインの間を埋める形で第2の光硬化性組成物の残渣が付着していた。
 さらに、上記[レプリカモールドとしての同種材料での繰返し使用性の評価]と同様な方法で繰返し使用性を評価した。レプリカモールドA-10、またはレプリカモールドB-10と光硬化性組成物(10)を接触させUV照射硬化した後に剥離しようと試みたが強く密着して剥離できなかった。つまり、同種材料での繰返し使用はできなかった。
 光硬化性組成物の組成情報(配合成分)、表面自由エネルギーおよび硬度、レプリカモールドとしての繰返し使用性の評価結果などをまとめて表1および表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表2の「判定」の欄においては、レプリカ使用後のSEM観察の結果、50回使用後レプリカモールドAおよびBの凹凸構造の形状変化無く、ライン幅がレプリカモールド作製時と変化していないものを〇(良い)、樹脂付着(計測不可)または破断あるものを×(悪い)と表記した。
 以上より、実施例1の光硬化性組成物から作製したレプリカモールドの繰返し使用性は良好であった。つまり、少なくとも50回の使用において表面への第2の光硬化性組成物の残渣付着が見られず、また、ラインの破断などのレプリカモールドの劣化が抑えられた状態が保たれ、繰返し利用が可能であった。
 この出願は、2019年7月12日に出願された日本出願特願特願2019-129863号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

  1.  基板と、該基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体の、該樹脂層の形成に用いられる光硬化性組成物であって、
     下記評価方法1で測定される表面自由エネルギーが15mJ/m~40mJ/mであり、
     下記評価方法2で測定される硬度が0.05GPa~0.5GPaである光硬化性組成物。
    (評価方法1)
     まず、光硬化性組成物を基板にコートして光硬化性膜を形成し、紫外線を照射して、硬化した硬化膜を得る。
     次に、接触角計を用いて、前記硬化膜に対する水、ジヨードメタンおよび1-ブロモナフタレンの接触角をそれぞれ測定する。
     そして、Kitazaki-Hataの理論より表面自由エネルギーを算出する。
    (評価方法2)
     まず、前記評価方法1と同様な方法で硬化膜を得る。
     次に、ナノインデンターを用いて、前記硬化膜にバーコビッチ圧子を押し当て、検出される応力の値から硬度を算出する。
  2.  請求項1に記載の光硬化性組成物であって、
     当該光硬化性組成物は、(a)光硬化性モノマー、または、光硬化性モノマーとバインダー樹脂、および、(b)光反応性官能基を有する添加剤を含み、
     (b)光反応性官能基を有する添加剤の含有率が、(a)光硬化性モノマー、または、光硬化性モノマーとバインダー樹脂、および、(b)光反応性官能基を有する添加剤の総量に対して0.001質量%~10質量%である光硬化性組成物。
  3.  請求項2に記載の光硬化性組成物であって、
     前記(b)光反応性官能基を有する添加剤が、下記一般式(1)で表される添加剤、および/または、以下一般式(2)で表される構造を含む添加剤を含む光硬化性組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     一般式(1)中、
     Rは、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、ハロゲン原子、炭素数1~20の炭化水素基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のアラルキル基、炭素数1~20のポリエーテル基、および、炭素数1~20のフルオロ炭素基からなる群より選ばれるいずれかの原子または基を表し、
     Lは、少なくとも1つは、エポキシ基、水酸基、アミノ基、ビニルエーテル基、ラクトン基、プロペニルエーテル基、オレフィン基、オキセタニル基、ビニル基、アクリレート基、カルビノール基、および、カルボキシ基からなる群より選ばれる光反応性官能基を含有し、Lが光反応性官能基ではない場合、同一又は異なって、前記Rから選ばれる原子または基を表し、
     nおよび1-nは各ユニットの比率を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     一般式(2)中、
     Lはエポキシ基、アミノ基、ビニルエーテル基、ラクトン基、プロペニルエーテル基、アルコール基、オレフィン基、オキセタニル基、ビニル基、アクリレート基、カルビノール基およびカルボキシ基からなる群より選ばれる光反応性官能基であり、
     R~Rのうち少なくとも1つは、フッ素、フッ素を含有する炭素数1~10のアルキル基、フッ素を含有する炭素数1~10のアルコキシ基およびフッ素を含有する炭素数2~10のアルコキシアルキル基からなる群より選択されるフッ素含有基であり、
     R~Rがフッ素含有基ではない場合、R~Rは、水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基および炭素数2~10のアルコキシアルキル基からなる群より選択される有機基であり、
     R~Rは同一でも異なっていてもよく、またR~Rは互いに結合して環構造を形成していてもよく、
     点線は、当該部分の結合が炭素-炭素単結合であっても炭素-炭素二重結合であってもよいことを表す。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の光硬化性組成物であって、
     光硬化開始剤を含む光硬化性組成物。
  5.  請求項2または3に記載の光硬化組成物であって、
     前記光硬化性モノマーが、カチオン重合可能な開環重合性基を有する化合物を含む光硬化性組成物。
  6.  請求項1から5のいずれか1項に記載の光硬化組成物を用いて、基板と、該基板上に設けられ、かつ、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、を備える凹凸構造体を製造する製造方法であって、
     基板上に前記光硬化性組成物により設けられた光硬化性層に、微細凹凸パターンを有するモールド圧接することによって、前記微細凹凸パターンに対応する微細凹凸パターンを前記樹脂層の表面に形成する圧接工程を含む、凹凸構造体の製造方法。
  7.  請求項6に記載の凹凸構造体の製造方法であって、
     前記圧接工程の後、前記モールドを圧接したまま光を照射することにより、前記光硬化性層を硬化させて硬化層とする光照射工程と、
     前記硬化層から前記モールドを剥離する剥離工程をさらに含む、凹凸構造体の製造方法。
  8.  請求項1から5のいずれか1項に記載の光硬化性組成物で形成された、表面に微細な凹凸を形成した樹脂層を具備する基板を繰返し用いて微細凹凸パターンを形成する方法。
  9.  基板と、
     該基板上に設けられ、かつ、請求項1から5のいずれか1項に記載の光硬化性組成物から形成され、表面に微細な凹凸が形成された樹脂層と、
    を備える凹凸構造体。
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