WO2016047657A1 - 硬化性組成物、パターン形成方法、パターンおよびデバイスの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a curable composition, a pattern forming method, a pattern and a device manufacturing method.
- the imprint method is a technique for transferring a fine pattern to a material by pressing a mold (generally called a mold or a stamper) on which a pattern is formed.
- a mold generally called a mold or a stamper
- application in various fields is expected because it is possible to easily produce precise fine patterns by using the imprint method.
- a nanoimprint technique for forming a nano-order level fine pattern has attracted attention.
- thermo imprinting method a method called a thermal imprinting method or an optical imprinting method has been proposed based on the transfer method.
- a thermal imprinting method a method called a thermal imprinting method or an optical imprinting method has been proposed based on the transfer method.
- a thermal imprint method a mold is pressed on a thermoplastic resin heated to a temperature higher than the glass transition temperature, and then the thermoplastic resin is cooled to a temperature lower than the glass transition temperature, and then the mold is released. Is to be transferred to.
- the optical imprint method is a method of transferring a fine pattern to a photocured product by peeling the mold after light curing the curable composition by light irradiation through a light transmissive mold or a light transmissive substrate. is there.
- imprinting on an uncured product does not require heating at high pressure and high temperature, and a fine pattern can be easily produced.
- imprinting at room temperature is possible, it can be applied to the field of precision processing of ultrafine patterns such as the fabrication of semiconductor integrated circuits.
- the imprint method includes a step of peeling the mold, the releasability has been a problem from the beginning.
- a method for improving the releasability a method of releasing the mold surface with a release agent such as a silane coupling agent having a perfluoroalkyl group is known. This method has a high effect of improving the releasability in order to reduce the surface energy of the mold surface, but has a problem in durability because the release agent deteriorates as imprinting is repeated.
- Patent Document 1 includes a monofunctional monomer, a polyfunctional monomer, and a photopolymerization initiator as a curable composition for photoimprinting that has a high mold filling rate, a low mold release defect density, and a high dry etching resistance.
- a curable composition for photoimprinting having a viscosity at 25 ° C. of 15 mPa ⁇ s or less, an Onishi parameter of 3.0 or less, and a crosslinking density of 0.6 mmol / cm 3 or more is disclosed. .
- an inkjet method When an ultrafine pattern is formed with high accuracy by an imprint method, an inkjet method has attracted attention as a method for applying a curable composition.
- it In order to apply the curable composition by the inkjet method, it is required to reduce the viscosity of the curable composition from the viewpoint of improving the inkjet dischargeability.
- neopentyl glycol diacrylate As a result of intensive studies by the present inventor, the use of neopentyl glycol diacrylate as the polymerizable compound enables the viscosity of the curable compound to be reduced and a curable composition having excellent inkjet ejection accuracy to be obtained. I understood. Furthermore, as a result of the study of the curable composition using neopentyl glycol diacrylate by the present inventors, the commercially available neopentyl glycol diacrylate has, as impurities, a Michael adduct and an acetal produced from the Michael adduct. It turned out that the body etc. were mixed. And it discovered that these impurities had an influence on the inkjet discharge precision and the mold release property.
- Patent Document 1 As Comparative Examples 5, 6, 8, and 9, commercially available neopentyl glycol diacrylate (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., KARAYAD NPGDA) is used as it is.
- an object of the present invention is to provide a curable composition excellent in releasability and inkjet discharge accuracy. It is another object of the present invention to provide a pattern forming method, a pattern and a device manufacturing method.
- a curable composition containing a polymerizable compound and a photopolymerization initiator and 10% by mass or more of the polymerizable compound is neopentyl glycol diacrylate has a formula (described later)
- the total content of the compound represented by I) and the compound represented by formula (II) described later is 5% by mass or less based on the content of neopentyl glycol diacrylate.
- the present invention provides the following.
- a polymerizable compound and a photopolymerization initiator are contained, and 10% by mass or more of the polymerizable compound is neopentyl glycol diacrylate, and a compound represented by the following formula (I):
- the curable composition whose total content with the compound represented by these is 5 mass% or less with respect to content of neopentylglycol diacrylate.
- ⁇ 3> The curable composition according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the content of the compound represented by the formula (II) is 2% by mass or less with respect to the content of neopentyl glycol diacrylate.
- ⁇ 4> The curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the polymerizable compound further contains a polymerizable compound having one type selected from an alicyclic hydrocarbon structure and an aromatic structure. object.
- ⁇ 5> The curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, which is for imprinting.
- ⁇ 6> The curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, which is for inkjet.
- ⁇ 7> The curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6> is applied on a substrate or a mold having a pattern, and the curable composition is sandwiched between the mold and the substrate.
- the pattern forming method according to ⁇ 7>, wherein the method of applying the curable composition on a substrate or a mold having a pattern is an inkjet method.
- ⁇ 10> A device manufacturing method including the pattern forming method according to ⁇ 7> or ⁇ 8>.
- the present invention it is possible to provide a curable composition, a pattern forming method, a pattern and a device manufacturing method excellent in releasability and inkjet discharge accuracy.
- Examples of radiation include microwaves, electron beams, EUV, and X-rays.
- Laser light such as a 248 nm excimer laser, a 193 nm excimer laser, and a 172 nm excimer laser can also be used.
- the light may be monochromatic light (single wavelength light) that has passed through an optical filter, or may be light having a plurality of different wavelengths (composite light).
- imprint preferably refers to pattern transfer having a size of 1 nm to 100 ⁇ m, more preferably pattern transfer having a size of 10 nm to 1 ⁇ m (nanoimprint).
- the description which does not describe substitution and unsubstituted includes the group which has a substituent with the group which does not have a substituent.
- the “alkyl group” includes not only an alkyl group having no substituent (unsubstituted alkyl group) but also an alkyl group having a substituent (substituted alkyl group).
- the mass average molecular weight and the number average molecular weight of a polymer refer to those measured by gel permeation chromatography (GPC) unless otherwise specified. GPC can be measured under the following conditions. Sample preparation: The polymer is dissolved in tetrahydrofuran to a concentration of 0.1% by mass.
- GPC device HLC-8020GPC (manufactured by Tosoh Corporation) Column: Three TSKgel (registered trademark) Super Multipore HZ-H (manufactured by Tosoh Corporation, 4.6 mm ID ⁇ 15 cm), column connection temperature: 40 ° C.
- Detector Differential refractometer (RI)
- Eluent Tetrahydrofuran Flow rate: 0.35 mL / min
- Sample injection volume 10 ⁇ L
- the total solid content refers to the total mass of the components excluding the solvent from the total composition of the composition.
- the viscosity is 25 ⁇ 0.2 ° C. for a polymerizable compound and 23 ⁇ 0.2 ° C. for a curable composition using an E-type rotational viscometer RE85L manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. The rotational speed is set at 50 rpm and measured.
- the curable composition of the present invention contains a polymerizable compound and a photopolymerization initiator, 10% by mass or more of the polymerizable compound is neopentyl glycol diacrylate, and is a compound represented by the following formula (I) (
- the total content of the compound of the formula (I) and the compound of the following formula (II) (hereinafter also referred to as the compound of the formula (II)) is the content of neopentyl glycol diacrylate. It is 5 mass% or less with respect to quantity.
- the curable composition excellent in mold release property and inkjet discharge precision can be provided. Since the curable composition of the present invention contains neopentyl glycol diacrylate as the polymerizable compound, the viscosity of the curable composition can be lowered.
- Neopentyl glycol diacrylate (NPGDA) can be produced by dehydrating and condensing neopentyl glycol and acrylic acid in the presence of an acid catalyst.
- Commercially available neopentyl glycol diacrylate thus produced contains compounds of formulas (I) to (III) as impurities. As a mechanism for generating these impurities, a mechanism represented by the following formula is conceivable.
- neopentyl glycol and acrylic acid are dehydrated and condensed to produce a compound of formula (III), and then the compound of formula (III) and acrylic acid are dehydrated and condensed to produce NPGDA.
- Acrylic acid is added to the resulting conjugated double bond of NPGDA by Michael to form a by-product of the compound of formula (II), and further, neopentyl is added to the carbonyl group of the ester bond of the compound of formula (II). It is considered that glycol is dehydrated and condensed to produce a compound of formula (I).
- the compound of the formula (I) and the compound of the formula (II) are higher in viscosity than neopentyl glycol diacrylate, the total content of the compound of the formula (I) and the compound of the formula (II) By setting the amount to 5% by mass or less with respect to the content of neopentyl glycol diacrylate, a composition having a low viscosity can be obtained, and the inkjet discharge accuracy can be improved. Furthermore, unexpectedly, it has been found that when the content of the compound of formula (I) is lowered, the releasability is further improved. In the compound of the formula (I), it is considered that ethereal oxygen interacted with the silanol group on the mold surface to deteriorate the releasability.
- NK Ester A-NPG manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.
- Light Acrylate NP-A manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.
- KARAYAD NPGDA manufactured by Nippon Kayaku, etc.
- the content (purity) of neopentyl glycol diacrylate in “KARAYAD NPGDA” manufactured by Nippon Kayaku is “NK Ester A-NPG” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. and “Light Acrylate NP-A” manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd. Is expected to be lower.
- content (purity) of neopentylglycol diacrylate is the value calculated
- the curable composition of the present invention can be preferably used as a curable composition for imprints.
- the curable composition of this invention can be preferably used as a curable composition for inkjet. Hereinafter, each composition of the curable composition of this invention is demonstrated.
- polymerizable compound one containing at least neopentyl glycol diacrylate is used.
- the content of the polymerizable compound in the curable composition is preferably 70 to 99% by mass, more preferably 80 to 99% by mass, and still more preferably 90 to 99% by mass in the total composition excluding the solvent. .
- the total amount is the said range.
- neopentyl glycol diacrylate 10 mass% or more of the mass of all the polymeric compounds is neopentyl glycol diacrylate, and 15 mass% or more is more preferable.
- the upper limit is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and still more preferably 60% by mass or less.
- commercially available neopentyl glycol diacrylate contains compounds represented by formulas (I) and (II) as impurities. For this reason, as the content of neopentyl glycol diacrylate in the composition is increased, the contents of the formulas (I) and (II) are also increased.
- the viscosity of the curable composition increases, and the inkjet discharge accuracy tends to decrease or the mold releasability tends to decrease.
- the total content of the compound of the formula (I) and the compound of the formula (II) is 5% by mass or less with respect to the content of neopentyl glycol diacrylate, the inkjet discharge accuracy and the mold Good releasability.
- the total content of the compound of formula (I) and the compound of formula (II) is preferably 4.5% by mass or less, more preferably 3.5% by mass or less, and even more preferably 2.0% by mass or less. .
- the content of the compound of formula (I) is preferably 2% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass with respect to the content of neopentyl glycol diacrylate. More preferably, it is as follows. If it is this range, an inkjet discharge precision and mold mold release property can be made favorable. Further, the content of the compound of the formula (II) is preferably 2% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, based on the content of neopentyl glycol diacrylate, More preferably, it is at most mass%. If it is this range, an inkjet discharge precision can be made favorable.
- liquid separation extraction of a mixture containing neopentyl glycol diacrylate such as commercially available neopentyl glycol diacrylate
- examples include purification by distillation or silica gel column chromatography.
- the distillation method include a method in which an N-oxyl compound is added to a mixture containing neopentyl glycol diacrylate such as commercially available neopentyl glycol diacrylate and vacuum distillation is performed.
- N-oxyl compound A having a molecular weight of 150 or more and less than 270 and N-oxyl compound B having a molecular weight of 270 or more as the N-oxyl compound.
- N-oxyl compound A and the N-oxyl compound B By performing distillation using the N-oxyl compound A and the N-oxyl compound B in combination, neopentyl glycol diacrylate having a low impurity content while suppressing polymerization of neopentyl glycol diacrylate during distillation. Can be manufactured with high productivity. It is estimated that the mechanism for obtaining such an effect is as follows. Since the N-oxyl compound A has a low molecular weight, it tends to volatilize during distillation.
- the polymerization of neopentyl glycol diacrylate in the gas can be efficiently suppressed by adding the N-oxyl compound A.
- the N-oxyl compound B has a large molecular weight, it is difficult to volatilize during distillation. For this reason, it is considered that the polymerization of neopentyl glycol diacrylate in the liquid can be efficiently suppressed by adding the N-oxyl compound B. Furthermore, it is difficult to flow out with the vaporized neopentyl glycol diacrylate, and it is difficult to mix in the distillate.
- the combined use of the N-oxyl compound A and the N-oxyl compound B can effectively suppress the polymerization of neopentyl glycol diacrylate in the distillation tank and the distillation column, and the content of impurities. Can be produced with high productivity.
- the N-oxyl compound A has a molecular weight of 150 or more and less than 270, preferably a molecular weight of 150 or more and less than 250, and more preferably a molecular weight of 150 or more and less than 220.
- the N-oxyl compound A is preferably a compound represented by the following formula (A).
- Z represents a hydrogen atom, a hydroxy group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 2 to 4 carbon atoms, or an acyloxy group having 2 to 4 carbon atoms.
- the alkoxy group has 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms.
- the alkoxycarbonyl group has 2 to 4 carbon atoms, and more preferably 2 to 3 carbon atoms.
- the acyloxy group has 2 to 4 carbon atoms, and more preferably 2 to 3 carbon atoms.
- Z is preferably a hydrogen atom, a hydroxy group, a methoxy group or an acetoxy group. Specific examples of the compound represented by the formula (A) include the following.
- the amount of N-oxyl compound A added is preferably 10 to 300 ppm with respect to the mass of the mixture containing neopentyl glycol diacrylate.
- the upper limit is preferably 250 ppm or less, and more preferably 200 ppm or less.
- the lower limit is preferably 25 ppm or more, and more preferably 50 ppm or more.
- the N-oxyl compound B has a molecular weight of 270 or more, preferably a molecular weight of 270 or more and less than 500, and more preferably a molecular weight of 270 or more and less than 450. Further, the difference between the molecular weight of the N-oxyl compound B and the molecular weight of the N-oxyl compound A is preferably 20 or more, and more preferably 50 or more.
- the N-oxyl compound B is preferably a compound represented by the following formula (B). In the formula, R represents a substituent, n represents an integer of 0 to 5, and when n is 2 or more, a plurality of Rs may be the same or different.
- Examples of the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, and a group represented by —NR 1 R 2 .
- Examples of the alkyl group include straight chain, branched, and cyclic, and straight chain or branched is preferable.
- the alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and still more preferably 1 to 5 carbon atoms.
- Examples of the alkoxy group include linear, branched and cyclic groups, and linear or branched are preferable.
- the alkoxy group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and still more preferably 1 to 5 carbon atoms.
- R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- n represents an integer of 0 to 5, preferably 0 to 3, more preferably 0 to 2, and still more preferably 0 to 1.
- Specific examples of the compound represented by the formula (B) include the following.
- the amount of N-oxyl compound B added is preferably 300 ppm or more, more preferably 500 ppm or more, and still more preferably 800 ppm or more with respect to the mass of the mixture containing neopentyl glycol diacrylate.
- limiting in particular in an upper limit From a viewpoint of cost, for example, 5000 ppm or less is preferable and 3000 ppm or less is still more preferable. If it is this range, superposition
- the mixture containing neopentyl glycol diacrylate is preferably subjected to liquid separation extraction before adding the N-oxyl compound.
- liquid separation extraction water-soluble impurities such as acid catalyst and unreacted acrylic acid can be removed, and neopentyl glycol diacrylate with fewer impurities can be obtained.
- Separation extraction is performed by dissolving a mixture containing neopentyl glycol diacrylate in an organic solvent such as heptane, mixing water, separating the mixture into an aqueous layer and an organic layer, and collecting the organic layer. Can do. Distillation may be performed after removing the organic solvent contained in the organic layer, or a solution containing the organic solvent may be distilled as it is.
- Distillation can be carried out under reduced pressure or normal pressure, but is preferably performed under reduced pressure.
- the distillation conditions are preferably 0.1 to 5.0 kPa and 80 to 180 ° C.
- the pressure is more preferably 0.1 to 1.0 kPa.
- the temperature is more preferably 80 to 160 ° C.
- the curable compound of the present invention can contain a polymerizable compound other than neopentyl glycol diacrylate (also referred to as other polymerizable compound) as the polymerizable compound.
- a polymerizable compound other than neopentyl glycol diacrylate also referred to as other polymerizable compound
- the polymerizable group possessed by the other polymerizable compound include a group containing an ethylenically unsaturated bond, an epoxy group, and an oxetanyl group.
- Examples of the group containing an ethylenically unsaturated bond include a (meth) acrylate group, a (meth) acrylamide group, a vinyl group, an allyl group, and a vinyl ether group.
- a (meth) acrylate group is preferred.
- the number of polymerizable groups is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3, and still more preferably 1 or 2.
- examples of other polymerizable compounds include compounds having 1 to 6 groups containing an ethylenically unsaturated bond; epoxy compounds, oxetane compounds; vinyl ether compounds; styrene derivatives; propenyl ethers; it can.
- Specific examples of the polymerizable compound include those described in JP-A-2011-231308, paragraphs 0020 to 0098, the contents of which are incorporated herein.
- a (meth) acrylate compound is preferable.
- a compound having one kind selected from an alicyclic hydrocarbon structure and an aromatic structure can also be preferably used.
- a polymerizable compound having an aromatic structure is more preferable. According to this aspect, it is easy to form a cured film having excellent etching resistance.
- a compound having 1 to 6 groups containing an ethylenically unsaturated bond (1 to 6 functional polymerizable compound) will be described.
- the compound having one group containing an ethylenically unsaturated bond include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, N-vinylpyrrolidinone, 2-acryloyloxyethyl phthalate.
- the compound having one group containing an ethylenically unsaturated bond is preferably a monofunctional (meth) acrylate compound from the viewpoint of curability.
- monofunctional (meth) acrylate compounds a monofunctional (meth) acrylate having an aromatic structure and / or an alicyclic hydrocarbon structure is preferable from the viewpoint of dry etching resistance, and a monofunctional (meth) acrylate having an aromatic structure. Is more preferable.
- Monofunctional (meth) acrylates having an aromatic structure and / or alicyclic hydrocarbon structure are benzyl (meth) acrylate, 2-phenoxyethyl acrylate, benzyl (meth) acrylate having a substituent on the aromatic ring (preferred substitution) Group includes an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a cyano group), 1- or 2-naphthyl (meth) acrylate, 1- or 2-naphthylmethyl (meth) acrylate, 1- Or 2-naphthylethyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) acrylate, dicyclopentanyloxyethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, and adamantyl (meth) acrylate are preferred, 2-phenoxyethyl acrylate, Benzyl (meth) acrylate
- Examples of compounds having two or more groups containing an ethylenically unsaturated bond include diethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, dimethylol dicyclopentane di (meth) acrylate, di (meth) acrylated isocyanurate, 1 , 3-butylene glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, EO-modified 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, ECH-modified 1,6-hexanediol di (meth) acrylate , Allyloxy polyethylene glycol acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, EO modified bisphenol A di (meth) acrylate, PO modified bisphenol A di (meth) acrylate, modified bisphenol A di (meth) acrylate, EO modified Bisphenol F di (meth) acrylate, ECH
- a bi- to hexafunctional (meth) acrylate compound having an aromatic structure and / or an alicyclic hydrocarbon structure can also be used.
- a polyfunctional (meth) acrylate compound containing an aromatic group (preferably a phenyl group or a naphthyl group) and having 2 to 4 (meth) acrylate groups may be mentioned. Specific examples include the following compounds.
- the curable composition of the present invention may contain a polymerizable compound having a silicon atom and / or a fluorine atom.
- the polymerizable compound having a silicon atom and / or a fluorine atom preferably contains a fluorine atom, and more preferably has a fluorine-containing alkyl group having 1 to 9 carbon atoms.
- the substitution rate of fluorine atoms in the fluorine-containing alkyl group having 1 to 9 carbon atoms is preferably 40 to 100%, more preferably 50 to 90%, and still more preferably 65 to 85%.
- the substitution rate of fluorine atoms means, for example, the ratio (%) in which hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms in alkyl groups having 1 to 9 carbon atoms.
- the fluorine-containing alkyl group having 1 to 9 carbon atoms preferably contains —C n F 2n + 1 or —C n F 2n H, and preferably contains —C n F 2n + 1 .
- n represents an integer of 1 to 9, and more preferably represents an integer of 4 to 8.
- the polymerizability of the polymerizable compound having a silicon atom and / or a fluorine atom is preferably a (meth) acrylate group.
- the number of polymerizable groups is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- the molecular weight of the polymerizable compound having a silicon atom and / or a fluorine atom is preferably 100 to 600, and more preferably 300 to 500.
- the polymerizable compound having a fluorine atom for example, the description in paragraphs 0022 to 0023 of International Publication No. 2010/137724 can be referred to, and the contents thereof are incorporated in the present specification.
- Examples of the polymerizable compound having a fluorine atom include 2- (perfluorohexyl) ethyl acrylate.
- Commercially available products include CHEMINOX (registered trademark) FAAC-6 (manufactured by Unimatec).
- the polymeric compound which has a silicon atom and / or a fluorine atom substantially.
- substantially free of a polymerizable compound having a silicon atom and / or a fluorine atom means that, for example, among the components of the total polymerizable compound, the content of the polymerizable compound having a silicon atom and / or a fluorine atom is 1 It is preferably at most mass%, more preferably at most 0.5 mass%, further preferably at most 0.1 mass%, and even more preferably not contained.
- the total of the polymerizable compounds having one polymerizable group is preferably 0 to 60% by mass with respect to the total polymerizable compound.
- the lower limit is more preferably 5% by mass or more, and further preferably 15% by mass or more.
- the upper limit is more preferably 50% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less.
- the total of the polymerizable compounds having two polymerizable groups is preferably 40 to 100% by mass with respect to the total polymerizable compounds.
- the lower limit is more preferably 50% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more.
- the upper limit is more preferably 95% by mass or less, and more preferably 85% by mass or less.
- the total of the polymerizable compounds having an alicyclic hydrocarbon structure and / or an aromatic structure is 10 to 90% by mass of the total polymerizable compound. It is preferable.
- the lower limit is more preferably 30% by mass or more, and still more preferably 50% by mass or more.
- the upper limit is more preferably 85% by mass or less, and more preferably 80% by mass or less.
- photopolymerization initiator Any photopolymerization initiator may be used as long as it is a compound that generates an active species that polymerizes the above-described polymerizable compound by light irradiation.
- a radical polymerization initiator and a cationic polymerization initiator are preferable, and a radical polymerization initiator is more preferable.
- a plurality of photopolymerization initiators may be used in combination.
- the radical photopolymerization initiator for example, a commercially available initiator can be used. As these examples, for example, those described in paragraph No. 0091 of JP-A-2008-105414 can be preferably used.
- acetophenone compounds are preferred from the viewpoints of curing sensitivity and absorption characteristics.
- Commercially available products include Irgacure (registered trademark) OXE-01, Irgacure OXE-02, Irgacure 127, Irgacure 819, Irgacure 379, Irgacure 369, Irgacure 754, Irgacure 1800, Irgacure 651, Irgacure 907, Lucyrin (registered trademark) TPO, Irgacure 1173 (above, manufactured by BASF).
- the content of the photopolymerization initiator is preferably 0.01 to 15% by mass, more preferably 0.1 to 12% by mass, and further preferably 0.2 to 7% by mass in the total composition excluding the solvent. It is.
- the curable composition may contain only one type of photopolymerization initiator, or may contain two or more types. When two or more types are included, the total amount is preferably within the above range.
- the curable composition of the present invention preferably contains a polymerization inhibitor.
- the content of the polymerization inhibitor is preferably 0.001 to 0.1% by mass, more preferably 0.005 to 0.08% by mass, and more preferably 0.01 to 0.1% by mass with respect to the mass of all polymerizable compounds. 0.05 mass% is more preferable.
- the polymerization inhibitor include the aforementioned N-oxyl compounds.
- Specific examples of N-oxyl compounds include 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl free radical.
- Specific examples of the other polymerization inhibitor include those described in paragraph No. 0121 of JP2012-169462A, the contents of which are incorporated herein.
- the curable composition can contain a surfactant.
- a nonionic surfactant is preferable.
- the nonionic surfactant is a compound having at least one hydrophobic part and at least one nonionic hydrophilic part.
- the hydrophobic part and the hydrophilic part may be at the end of the molecule or inside, respectively.
- the hydrophobic portion is composed of a hydrophobic group selected from a hydrocarbon group, a fluorine-containing group, and a Si-containing group, and the number of carbon atoms in the hydrophobic portion is preferably 1 to 25, more preferably 2 to 15, and further preferably 4 to 10 5 to 8 are most preferable.
- Nonionic hydrophilic part includes alcoholic hydroxyl group, phenolic hydroxyl group, ether group (preferably polyoxyalkylene group, cyclic ether group), amide group, imide group, ureido group, urethane group, cyano group, sulfonamide group, lactone group It preferably has at least one group selected from the group consisting of a lactam group and a cyclocarbonate group.
- the nonionic surfactant may be any of hydrocarbon-based, fluorine-based, Si-based, or fluorine / Si-based nonionic surfactants, more preferably fluorine-based or Si-based, and further fluorine-based surfactants. preferable.
- the “fluorine / Si-based surfactant” refers to one having both the requirements of both a fluorine-based surfactant and a Si-based surfactant.
- fluorine-based nonionic surfactants include Fluorad (registered trademark) FC-4430 and FC-4431 manufactured by Sumitomo 3M Limited, Surflon (registered trademark) S-241 and S-242 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. S-243, EF-top (registered trademark) EF-PN31M-03, EF-PN31M-04, EF-PN31M-05, EF-PN31M-06, MF-100, manufactured by Mitsubishi Materials Electronic Chemical Co., Ltd.
- the content of the surfactant is preferably 0.1 to 10% by mass, and 0.2 to 5% by mass in the total composition excluding the solvent. More preferred is 0.5 to 5% by mass.
- the curable composition may contain only one type of surfactant or two or more types. When two or more types are included, the total amount is preferably within the above range. Moreover, in this invention, it can also be set as the aspect which does not contain surfactant substantially. For example, it is preferable that the surfactant content is 0.01% by mass or less, more preferably 0.005% by mass or less, and even more preferably not contained.
- Non-polymerizable compound contains a non-polymerizable compound having at least one hydroxyl group at the terminal or having a polyalkylene glycol structure in which the hydroxyl group is etherified and substantially free of fluorine atoms and silicon atoms. May be.
- the non-polymerizable compound refers to a compound having no polymerizable group.
- substantially not containing fluorine atoms and silicon atoms means, for example, that the total content of fluorine atoms and silicon atoms is 1% or less, and that no fluorine atoms and silicon atoms are present. preferable.
- compatibility with polymerizable compounds is improved, especially in compositions that do not contain solvents, coating uniformity, pattern formation during imprinting, and line edges after dry etching The roughness is good.
- the polyalkylene structure possessed by the non-polymerizable compound is preferably a polyalkylene glycol structure containing an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a polyethylene glycol structure, a polypropylene glycol structure, a polybutylene glycol structure, or a mixed structure thereof. Further, a polyethylene glycol structure, a polypropylene glycol structure, or a mixed structure thereof is more preferable, and a polypropylene glycol structure is particularly preferable. Further, it may be substantially composed only of a polyalkylene glycol structure except for a terminal substituent.
- substantially means that the constituents other than the polyalkylene glycol structure are 5% by mass or less, preferably 1% by mass or less.
- the non-polymerizable compound it is particularly preferable to include a compound consisting essentially only of a polypropylene glycol structure.
- the polyalkylene glycol structure preferably has 3 to 100 alkylene glycol structural units, more preferably 4 to 50, still more preferably 5 to 30, It is particularly preferred to have ⁇ 20.
- the non-polymerizable compound preferably has at least one hydroxyl group at the terminal or is etherified. If the terminal has at least one hydroxyl group or the hydroxyl group is etherified, the remaining terminal may be a hydroxyl group or a hydrogen atom of the terminal hydroxyl group substituted.
- the group in which the hydrogen atom of the terminal hydroxyl group may be substituted is preferably an alkyl group (that is, polyalkylene glycol alkyl ether) or an acyl group (that is, polyalkylene glycol ester). More preferred is a polyalkylene glycol in which all terminals are hydroxyl groups.
- a compound having a plurality of (preferably 2 or 3) polyalkylene glycol chains through a linking group can also be preferably used, but a linear structure in which the polyalkylene glycol chains are not branched is preferred. .
- a diol type polyalkylene glycol is preferred.
- Preferred examples of the non-polymerizable compound include polyethylene glycol, polypropylene glycol, mono- or dimethyl ether thereof, mono- or dibutyl ether, mono- or dioctyl ether, mono- or dicetyl ether, monostearate ester, monooleate ester, poly These are oxyethylene glyceryl ether, polyoxypropylene glyceryl ether, and trimethyl ethers thereof.
- the weight average molecular weight of the non-polymerizable compound is preferably 150 to 6000, more preferably 200 to 3000, more preferably 250 to 2000, and further preferably 300 to 1200.
- the content of the non-polymerizable compound is preferably 0.1 to 20% by mass, and preferably 0.2 to 15% by mass in the total composition excluding the solvent. % Is more preferable, and 0.5 to 10% by mass is more preferable.
- it can also be set as the aspect which does not contain a nonpolymerizable compound substantially.
- “Substantially not containing a non-polymerizable compound” means, for example, that the content of the non-polymerizable compound is preferably 0.01% by mass or less, more preferably 0.005% by mass or less, and even more not containing it. preferable.
- the curable composition of this invention can also be set as the aspect which does not contain polymer components other than a nonpolymerizable compound substantially.
- the curable composition of the present invention may contain a solvent.
- the content of the solvent in the curable composition of the present invention is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and particularly preferably substantially no solvent.
- that it does not contain a solvent substantially means that it is 1 mass% or less with respect to the total mass in the curable composition of this invention, for example.
- the curable composition of this invention does not necessarily contain a solvent, you may add arbitrarily, when adjusting the viscosity of a composition finely.
- Solvents that can be preferably used in the curable composition of the present invention include those commonly used in curable compositions for photoimprints and photoresists, and dissolve and uniformly disperse the compounds used in the present invention. It is not particularly limited as long as it can be used and it does not react with these components. Examples of the solvent that can be used in the present invention include those described in paragraph No. 0088 of JP-A-2008-105414, the contents of which are incorporated herein.
- the curable composition is a photosensitizer, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, an anti-aging agent, a plasticizer, an adhesion promoter, a thermal polymerization initiator, if necessary.
- Photobase generators, colorants, inorganic particles, elastomer particles, basic compounds, photoacid generators, photoacid proliferators, chain transfer agents, antistatic agents, flow regulators, antifoaming agents, dispersants, mold release An agent or the like may be included.
- the curable composition of the present invention can be prepared by mixing the above-described components.
- the mixing of each component is usually performed in the range of 0 ° C to 100 ° C.
- the filtered liquid can also be refiltered. Any filter can be used without particular limitation as long as it has been conventionally used for filtration.
- fluorine resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), polyamide resin such as nylon-6 and nylon-6,6, polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene (PP) (including high density and ultra high molecular weight), etc.
- Filter Among these materials, polypropylene (including high density polypropylene) and nylon are preferable.
- the pore size of the filter is suitably about 0.003 to 5.0 ⁇ m, for example. By setting it within this range, it becomes possible to reliably remove fine foreign matters such as impurities and aggregates contained in the composition while suppressing filtration clogging.
- filters different filters may be combined. At that time, the filtering by the first filter may be performed only once or may be performed twice or more.
- the second and subsequent hole diameters are the same or smaller than the first filtering hole diameter.
- the pore diameter here can refer to the nominal value of the filter manufacturer.
- a commercially available filter for example, it can be selected from various filters provided by Nippon Pole Co., Ltd., Advantech Toyo Co., Ltd., Japan Entegris Co., Ltd. (formerly Japan Microlith Co., Ltd.) or KITZ Micro Filter Co., Ltd. .
- the viscosity of the curable composition is preferably 15 mPa ⁇ s or less at 23 ° C., more preferably 12 mPa ⁇ s or less, further preferably 11 mPa ⁇ s or less, and particularly preferably 10.3 mPa ⁇ s or less.
- a lower limit does not have limitation in particular, For example, it can also be set to 3 mPa * s or more, and can also be set to 5 mPa * s or more. By setting it as such a range, inkjet discharge precision and pattern formation property can be improved.
- concentration of the ionic impurity of the metal or organic substance in a photocurable composition it is 1 ppm or less, Preferably it is 100 ppb or less, More preferably, it is 10 ppb or less. It is preferable.
- the pattern formation method using the curable composition of this invention is described concretely.
- the pattern forming method of the present invention first, the curable composition of the present invention is applied on a substrate or a mold having a pattern, and the curable composition of the present invention is sandwiched between the mold and the substrate. Irradiate with light.
- a method for applying the curable composition of the present invention on a substrate generally well-known coating methods such as dip coating, air knife coating, curtain coating, wire bar coating, gravure coating, By using an extrusion coating method, a spin coating method, a slit scanning method, an ink jet method, or the like, a coating film or droplets can be disposed on the substrate.
- the curable composition of the present invention is excellent in inkjet ejection accuracy, it is preferably applied by an inkjet method.
- helium gas may be introduced between the mold and the substrate.
- a condensable gas may be introduced between the mold and the substrate instead of helium.
- the condensable gas refers to a gas that condenses due to temperature or pressure, and for example, trichlorofluoromethane, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, or the like can be used.
- the condensable gas for example, the description in paragraph 0023 of JP-A-2004-103817 and paragraph 0003 of JP-A-2013-247883 can be referred to, and the contents thereof are incorporated in the present specification.
- the exposure illuminance is preferably in the range of 1 to 200 mW / cm 2 .
- the exposure time can be shortened, so that productivity is improved.
- the exposure dose is desirably in the range of 5 to 1000 mJ / cm 2 .
- the pattern forming method of the present invention comprises a step of curing a pattern forming layer (a layer comprising the curable composition of the present invention) by light irradiation, and then further applying heat to the cured pattern as necessary. May be included.
- the heat for heat-curing the curable composition of the present invention after light irradiation is preferably 150 to 280 ° C, more preferably 200 to 250 ° C.
- the time for applying heat is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 15 to 45 minutes.
- Specific examples of the pattern forming method include those described in JP-A-2012-169462, paragraph numbers 0125 to 0136, the contents of which are incorporated herein.
- the pattern forming method of the present invention can be applied to a pattern inversion method. Specifically, a resist pattern is formed on a substrate to be processed having a carbon film (SOC) by the pattern forming method of the present invention. Next, after the dyst pattern is covered with a Si-containing film (SOG), the upper part of the Si-containing film is etched back to expose the resist pattern, and the exposed resist pattern is removed by oxygen plasma or the like, A reverse pattern of the Si-containing film is formed. Further, by using the reverse pattern of the Si-containing film as an etching mask, the reverse carbon pattern is transferred to the carbon film by etching the carbon film thereunder. Finally, the substrate is etched using the carbon film to which the reverse pattern is transferred as an etching mask. As an example of such a method, paragraphs 0016 to 0030 of JP-A-5-267253, JP-A-2002-110510, and JP-T-2006-521702 can be referred to. Incorporated into.
- the pattern forming method of the present invention includes a step of applying a lower layer film composition on a substrate to form a lower layer film, a step of applying the curable composition of the present invention to the surface of the lower layer film, and a curable composition of the present invention And a step of curing the curable composition of the present invention, and a step of peeling off the mold may be included. Furthermore, after applying a lower layer film composition on a base material, you may make it apply
- the lower layer film composition includes, for example, a curable main agent.
- the curable main agent may be thermosetting or photocurable, and is preferably thermosetting.
- the molecular weight of the curable main agent is preferably 400 or more, and may be a low molecular compound or a polymer, but a polymer is preferred.
- the molecular weight of the curable main agent is preferably 500 or more, more preferably 1000 or more, and further preferably 3000 or more.
- the upper limit of the molecular weight is preferably 200000 or less, more preferably 100000 or less, and still more preferably 50000 or less.
- R is an alkyl group
- L 1 and L 2 are each a divalent linking group
- P is a polymerizable group
- n is an integer of 0 to 3.
- R is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
- L 1 is preferably an alkylene group, more preferably an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably —CH 2 —.
- L 2 is preferably a divalent linking group consisting of —CH 2 —, —O—, —CHR (R is a substituent) —, and combinations of two or more thereof.
- R is preferably an OH group.
- P is preferably a (meth) acryloyl group, more preferably an acryloyl group.
- n is preferably an integer of 0 to 2, and more preferably 0 or 1.
- Examples of commercially available products include NK Oligo EA-7140 / PGMAc (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.). Further, for example, those described in paragraph Nos. 0040 to 0056 of JP-T-2009-503139 can be cited, and the contents thereof are incorporated in the present specification.
- the content of the curable main agent is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and still more preferably 70% by mass or more in all components except the solvent. Two or more curable main agents may be used, and in this case, the total amount is preferably within the above range.
- the underlayer film composition preferably contains a solvent.
- a preferable solvent is a solvent having a boiling point of 80 to 200 ° C. at normal pressure. Any solvent can be used as long as it can dissolve the lower layer film composition, but a solvent having any one or more of an ester structure, a ketone structure, a hydroxyl group, and an ether structure is preferable.
- preferred solvents are propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, 2-heptanone, gamma butyrolactone, propylene glycol monomethyl ether, ethyl lactate alone or a mixed solvent, and a solvent containing propylene glycol monomethyl ether acetate. Particularly preferred from the viewpoint of coating uniformity.
- the content of the solvent in the lower layer film composition is optimally adjusted depending on the viscosity of the component excluding the solvent, the coating property, and the target film thickness. From the viewpoint of improving the coating property, the content is 70% by mass in the total composition. It can be added in the above range, preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and further preferably 99% by mass or more.
- the lower layer film composition may contain at least one of a surfactant, a thermal polymerization initiator, a polymerization inhibitor, and a catalyst as other components. As these compounding quantities, 50 mass% or less is preferable with respect to all the components except a solvent.
- the lower layer film composition can be prepared by mixing the above-described components. Further, after mixing the above-mentioned components, it is preferable to filter with a filter having a pore size of 0.003 ⁇ m to 5.0 ⁇ m, for example. Filtration may be performed in multiple stages or repeated many times. Moreover, the filtered liquid can also be refiltered. What was demonstrated by preparation of the curable composition mentioned above is mentioned for a filter.
- the lower layer film composition is applied on a substrate to form a lower layer film.
- the method of coating on the substrate include a dip coating method, an air knife coating method, a curtain coating method, a wire bar coating method, a gravure coating method, an extrusion coating method, a spin coating method, a slit scanning method, or an inkjet method.
- a coating film or droplets can be disposed on the substrate. From the viewpoint of film thickness uniformity, the spin coating method is more preferable.
- the solvent is dried.
- a preferred drying temperature is 70 ° C to 130 ° C.
- further curing is performed by active energy (preferably heat and / or light). Heat curing is preferably performed at a temperature of 150 ° C. to 250 ° C.
- the thickness of the lower layer film varies depending on the application to be used, but is about 0.1 nm to 100 nm, preferably 1 to 20 nm, and more preferably 2 to 10 nm. Moreover, you may apply
- the base material can be selected depending on various applications, for example, quartz, glass, optical film, ceramic material, vapor deposition film, magnetic film, reflection film, metal such as Ni, Cu, Cr, Fe, etc.
- Base material paper, SOG (Spin On Glass), polyester film, polycarbonate film, polymer film such as polyimide film, TFT array base material, PDP electrode plate, glass or transparent plastic base material, conductivity such as ITO or metal
- the base material the insulating base material
- the semiconductor manufacturing base material such as silicon, silicon nitride, polysilicon, silicon oxide, and amorphous silicon.
- a semiconductor preparation base material is preferable as it mentions later.
- the pattern formed by the pattern forming method of the present invention can be used as a permanent film (resist for a structural member) or an etching resist used for a liquid crystal display or the like.
- a permanent film resist for a structural member
- an etching resist used for a liquid crystal display or the like for example, semiconductor integrated circuits, flat screens, micro electro mechanical systems (MEMS), sensor elements, optical recording media such as optical disks and high-density memory disks, optical components such as diffraction gratings and relief holograms, nano devices, optical devices, flat panels
- Optical films and polarizing elements for display production thin film transistors for liquid crystal displays, organic transistors, color filters, overcoat layers, pillar materials, rib materials for liquid crystal alignment, microlens arrays, immunoassay chips, DNA separation chips, micros It can be preferably used for the production of reactors, nanobio devices, optical waveguides, optical filters, photonic liquid crystals, and the like.
- the device manufacturing method of the present invention includes the pattern forming method described above. That is, after a pattern is formed by the above-described method, a device can be manufactured by applying a method used for manufacturing various devices. The pattern may be included in the device as a permanent film. Further, the substrate can be etched using the pattern as an etching mask. For example, dry etching is performed using the pattern as an etching mask, and the upper layer portion of the substrate is selectively removed. A device can also be manufactured by repeating such a process on the substrate. Examples of the device include a semiconductor device such as an LSI (Large Scale Integrated Circuit).
- LSI Large Scale Integrated Circuit
- Example Preparation Example 1 100 mL of heptane was added to 100 g of “NK Ester A-NPG” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., which is a neopentyl glycol diacrylate mixture, and liquid separation extraction was performed with 100 mL of pure water.
- “NK Ester A-NPG” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., which is a neopentyl glycol diacrylate mixture
- Liquid A has a content of neopentyl glycol diacrylate (NPGDA) of 99.2% by gas chromatography analysis, the compound of formula (I) and the compound of formula (II) are below the lower limit of quantification, of formula (III)
- NPGDA neopentyl glycol diacrylate
- the compound content was 0.7%.
- the 4-HO-TEMPO content was 59 ppm and the Na content was 1 ppb or less.
- the viscosity was 4.5 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- Example Preparation Example 2 10 mg (100 ppm) of 4-HO-TEMPO and 100 mg (1000 ppm) of 4-BzO-TEMPO are added to 100 g of “Light acrylate NP-A” manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., which is a neopentyl glycol diacrylate mixture, and the pressure is reduced. After concentration, distillation under reduced pressure at 0.67 kPa was performed to obtain a very pale orange liquid B (retention point 108 ° C., yield 74 g, yield 74%).
- the liquid B has a NPGDA content of 98.5%, the compound of the formula (I) and the compound of the formula (II) are below the lower limit of quantification, and the content of the compound of the formula (III) is 1. It was 5%.
- the 4-HO-TEMPO content was 55 ppm and the Na content was 1 ppb or less.
- the viscosity was 4.5 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- the viscosity of the compound of the formula (I) was 35.0 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- the viscosity of the compound of formula (II) was 23.4 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- Example Preparation Example 4 “NK Ester A-NPG” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. has an NPGDA content of 90.0%, a compound of formula (I) of 7.4%, The content of the compound of II) was 1.5%, and the content of the compound of formula (III) was 0.7%. The viscosity was 5.6 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- Example Preparation Example 5 “Light acrylate NP-A” manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd. has an NPGDA content of 89.8%, a content of the compound of formula (I) of 6.4%, and a formula (II) by gas chromatography analysis. The content of the compound was 1.5%, and the content of the compound of formula (III) was 1.8%. Further, it contained 2500 ppb of Na. The viscosity was 5.5 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- Example Preparation Example 6 As for Sigma-Aldrich reagent (catalog number), the content of NPGDA was 79.6%, the content of the compound of formula (I) was 9.0%, the content of the compound of formula (II) from gas chromatography analysis was 8.4%, and the content of the compound of formula (III) was 1.2%. The viscosity was 7.0 mPa ⁇ s at 25 ° C.
- Measurement was performed by ICP-MS (inductively coupled plasma) method using Agilent Technologies 7500cs.
- nd represents the lower limit of quantification, that is, 0.1% or less.
- ⁇ Preparation of curable compound> A polymerizable compound, a photopolymerization initiator, and a non-polymerizable compound were mixed at a mass ratio shown in Table 2 and Table 3 below. Further, 4-HO-TEMPO was added as a polymerization inhibitor so as to be 200 ppm (0.02% by mass) with respect to the curable composition. This was filtered through a 0.1 ⁇ m PTFE filter to prepare a curable composition. The viscosity of the prepared curable composition at 23 ° C. was measured using an E-type viscometer RE85L (Toki Sangyo).
- A-1 m-xylylene bisacrylate (synthesized from ⁇ , ⁇ '-dichloro-m-xylene and acrylic acid)
- A-2 Light acrylate 3EG-A (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.)
- A-3 CHEMINOX (registered trademark) FAAC-6 (manufactured by Unimatec)
- A-NPG “NK Ester A-NPG” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. (Liquid of Sample Preparation Example 4)
- NP-A Light Acrylate NP-A” manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.
- ⁇ Inkjet (IJ) ejection accuracy> A curable composition adjusted to a temperature of 23 ° C. is discharged onto a silicon wafer with a droplet amount of 1 pl per nozzle using an ink jet printer DMP-2831 (manufactured by Fujifilm Dimatics). The droplets were applied so as to form a square array with an interval of 100 ⁇ m. A 2500 mm square of 5 mm square of the coated substrate was observed, a deviation from the square arrangement was measured, and a standard deviation ⁇ was calculated. Inkjet ejection accuracy was evaluated as A to D as follows. A: ⁇ ⁇ 2 ⁇ m B: 2 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ 3 ⁇ m C: 3 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ 4 ⁇ m D: 4 ⁇ m ⁇ ⁇
- the lower layer film composition was spin coated on a silicon wafer and heated on a hot plate at 100 ° C. for 1 minute to dry the solvent. Furthermore, the lower layer film composition was cured by heating on a hot plate at 220 ° C. for 5 minutes to form a lower layer film. The film thickness of the lower layer film after curing was 3 nm.
- a curable composition adjusted to a temperature of 23 ° C. is discharged onto the surface of the lower layer film on the silicon wafer with a droplet amount of 1 pl per nozzle using an ink jet printer DMP-2831 (manufactured by Fujifilm Dimatics).
- the droplets were applied on the lower layer film so as to form a square arrangement at intervals of about 100 ⁇ m.
- the curing of the example in which the total content of the compound of (I) and the compound of formula (II) is 5% by mass or less with respect to the content of neopentyl glycol diacrylate The adhesive composition was found to be excellent in releasability and inkjet ejection accuracy.
- the curable composition of the comparative example in which the total content of the compound of (I) and the compound of formula (II) exceeds 5% by mass with respect to the content of neopentyl glycol diacrylate The viscosity was high and the inkjet ejection accuracy was poor. Furthermore, the releasability was inferior. The IJ discharge accuracy is affected even if the viscosity is different by 0.1 mPa ⁇ s.
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Abstract
Description
特許文献1には、モールドへの充填率が高く、離型欠陥密度が低く、ドライエッチング耐性の高い光インプリント用硬化性組成物として、単官能モノマー、多官能モノマーおよび光重合開始剤を含有し、25℃における粘度が15mPa・s以下であり、大西パラメータが3.0以下であり、架橋密度が0.6mmol/cm3以上である、光インプリント用硬化性組成物が開示されている。
硬化性組成物をインクジェット法で適用するには、インクジェット吐出性向上の観点から、硬化性組成物の粘度を低減することが求められている。
さらに、本発明者が、ネオペンチルグリコールジアクリレートを使用した硬化性組成物について検討した結果、市販品のネオペンチルグリコールジアクリレートには、不純物として、マイケル付加体と、マイケル付加体から生成するアセタール体などが混入していることがわかった。そして、これらの不純物が、インクジェット吐出精度や、モールドの離型性に影響を及ぼすことを見出した。
なお、ネオペンチルグリコールジアクリレートのような、多官能の重合性化合物は、蒸留を行うと、蒸留時に重合によるゲル化が起こりやすい。このため、市販品のネオペンチルグリコールジアクリレートを、さらに、蒸留することは、通常は行うことではない。また、特許文献1では、比較例5、6、8、9として、市販のネオペンチルグリコールジアクリレート(日本化薬(株)製、KARAYAD NPGDA)をそのまま使用している。
<1> 重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、重合性化合物の10質量%以上がネオペンチルグリコールジアクリレートであり、下式(I)で表される化合物と、下式(II)で表される化合物との合計の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して5質量%以下である、硬化性組成物。
<3> 式(II)で表される化合物の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して2質量%以下である、<1>または<2>に記載の硬化性組成物。
<4> 重合性化合物は、更に、脂環式炭化水素構造および芳香族構造から選ばれる1種を有する重合性化合物を含有する、<1>~<3>のいずれかに記載の硬化性組成物。
<5> インプリント用である<1>~<4>のいずれかに記載の硬化性組成物。
<6> インクジェット用である、<1>~<5>のいずれかに記載の硬化性組成物。
<7> <1>~<6>のいずれかに記載の硬化性組成物を、基材上またはパターンを有するモールド上に適用し、硬化性組成物をモールドと基材とで挟んだ状態で光照射することを含む、パターン形成方法。
<8> 硬化性組成物の基材上またはパターンを有するモールド上に塗布する方法がインクジェット法である、<7>に記載のパターン形成方法。
<9> <7>または<8>に記載のパターン形成方法で得られたパターン。
<10> <7>または<8>に記載のパターン形成方法を含むデバイスの製造方法。
本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートおよびメタクリレートを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリルおよびメタクリルを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイルおよびメタクリロイルを表す。
本明細書中、「光」には、紫外、近紫外、遠紫外、可視、赤外等の領域の波長の光や、電磁波だけでなく、放射線も含まれる。放射線には、例えばマイクロ波、電子線、EUV、X線が含まれる。また248nmエキシマレーザー、193nmエキシマレーザー、172nmエキシマレーザーなどのレーザー光も用いることができる。これらの光は、光学フィルタを通したモノクロ光(単一波長光)を用いてもよいし、複数の波長の異なる光(複合光)でもよい。
本明細書において、「インプリント」は、好ましくは、1nm~100μmのサイズのパターン転写をいい、より好ましくは10nm~1μmのサイズ(ナノインプリント)のパターン転写をいう。
本明細書中の基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さない基と共に置換基を有する基をも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において、ポリマーの質量平均分子量および数平均分子量は、特に述べない限り、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定したものをいう。GPCは、以下の条件で測定することができる。
試料の調製:ポリマーを0.1質量%になるようにテトラヒドロフランに溶解させる。
GPC装置:HLC-8020GPC(東ソー(株)製)
カラム:TSKgel(登録商標) Super Multipore HZ-H(東ソー(株)製、4.6mmID×15cm)の3本直列連結
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折計(RI)
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:0.35mL/min
試料注入量:10μL
本明細書において、全固形分とは、組成物の全組成から溶剤を除いた成分の総質量をいう。
本明細書において、粘度は、東機産業(株)社製のE型回転粘度計RE85Lを用い、重合性化合物については25±0.2℃、硬化性組成物については23±0.2℃において、回転数を50rpmで設定して、測定した値である。
本発明の硬化性組成物は、重合性化合物と光重合開始剤とを含有し、重合性化合物の10質量%以上がネオペンチルグリコールジアクリレートであり、下式(I)で表される化合物(以下、式(I)の化合物ともいう)と、下式(II)で表される化合物(以下、式(II)の化合物ともいう)との合計の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して5質量%以下である。
本発明の硬化性組成物は、重合性化合物として、ネオペンチルグリコールジアクリレートを含むので、硬化性組成物の粘度を低くすることができる。
また、ネオペンチルグリコールジアクリレート(NPGDA)は、ネオペンチルグリコールとアクリル酸を、酸触媒存在下で加熱して脱水縮合することで製造することができる。このようにして製造された市販のネオペンチルグリコールジアクリレートは、不純物として、式(I)~(III)の化合物を含有する。これらの不純物が生成するメカニズムとしては、下記式のようなメカニズムが考えられる。すなわち、ネオペンチルグリコールとアクリル酸が脱水縮合して式(III)の化合物が生成した後、式(III)の化合物とアクリル酸が脱水縮合してNPGDAが生成する。生成したNPGDAの共役二重結合に対して、アクリル酸がマイケル付加して式(II)の化合物が副生し、さらに、式(II)の化合物のエステル結合のカルボニル基に対して、ネオペンチルグリコールが脱水縮合して式(I)の化合物が副生すると考えられる。
さらに、予期しなかったことに、式(I)の化合物の含有量を低くすると、離型性が更により向上することを見出した。式(I)の化合物は、エーテル性酸素が、モールド表面のシラノール基に相互作用して、離型性を悪化させていたと考えられる。
しかしながら、後述する実施例で示すように、新中村化学工業製「NKエステルA-NPG」は、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量が90.0%、式(I)の化合物の含有量が7.4%、式(II)の化合物の含有量が1.5%、式(III)の化合物の含有量が0.7%の混合物で、25℃における粘度が5.6mPa・sであり、共栄社化学製「ライトアクリレートNP-A」は、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量が89.8%、式(I)の化合物の含有量が6.4%、式(II)の化合物の含有量が1.5%、式(III)の化合物の含有量が1.8%の混合物で、25℃における粘度が5.5mPa・sである。
また、日本化薬製「KARAYAD NPGDA」は、特開2005-227761号公報の段落番号0136には、25℃における粘度は7mPa・sであることが記載されている。式(I)の化合物、および、式(II)の化合物は、ネオペンチルグリコールジアクリレートと比較して粘度が高いため、式(I)の化合物、および、式(II)の化合物の含有量が高くなるに伴い、粘度が増加する。このことから、日本化薬製「KARAYAD NPGDA」のネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量(純度)は、新中村化学工業製「NKエステルA-NPG」や、共栄社化学製「ライトアクリレートNP-A」よりも低いことが予想される。
なお、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量(純度)は、後述する実施例に記載の条件で測定した、ガスクロマトグラフィーによるピーク面積比から求めた値である。
本発明の硬化性組成物は、インプリント用の硬化性組成物として好ましく用いることができる。
また、本発明の硬化性組成物は、インクジェット用の硬化性組成物として好ましく用いることができる。
以下、本発明の硬化性組成物の各組成について説明する。
重合性化合物は、ネオペンチルグリコールジアクリレートを少なくとも含むものを用いる。
硬化性組成物における重合性化合物の含有量は、溶剤を除く全組成物中、70~99質量%が好ましく、より好ましくは80~99質量%であり、さらに好ましくは90~99質量%である。2種類以上の重合性化合物を用いる場合は、その合計量が上記範囲であることが好ましい。
上述したように、市販のネオペンチルグリコールジアクリレートには、式(I)および(II)で表される化合物が不純物として含まれている。このため、組成物中におけるネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量を高めるに伴い、式(I)および(II)の含有量も増加することになる。その結果、硬化性組成物の粘度が増加して、インクジェット吐出精度が低下したり、モールド離型性が低下する傾向にある。
本発明は、式(I)の化合物と、式(II)の化合物との合計の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して5質量%以下であるので、インクジェット吐出精度およびモールド離型性が良好である。
式(I)の化合物と、式(II)の化合物との合計の含有量は、4.5質量%以下が好ましく、3.5質量%以下がより好ましく、2.0質量%以下が一層好ましい。
また、式(I)の化合物の含有量は、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して2質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることが一層好ましい。この範囲であれば、インクジェット吐出精度、および、モールド離型性を良好にできる。
また、式(II)の化合物の含有量は、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して2質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることが一層好ましい。この範囲であれば、インクジェット吐出精度を良好にできる。
蒸留方法としては、市販のネオペンチルグリコールジアクリレートなどの、ネオペンチルグリコールジアクリレートを含む混合物に、N-オキシル化合物を添加し、減圧蒸留を行う方法が挙げられる。
減圧蒸留を行う際は、N-オキシル化合物として、分子量150以上270未満のN-オキシル化合物Aと、分子量270以上のN-オキシル化合物Bとを併用することが好ましい。
上記N-オキシル化合物Aと上記N-オキシル化合物Bとを併用して蒸留を行うことで、蒸留時におけるネオペンチルグリコールジアクリレートの重合を抑制しつつ、不純物の含有量が少ないネオペンチルグリコールジアクリレートを生産性よく製造することができる。
このような効果が得られるメカニズムとしては、次によるものであると推測される。
上記N-オキシル化合物Aは、分子量が小さいため、蒸留時に揮発しやすい。このため、N-オキシル化合物Aを添加することで、ガス中でのネオペンチルグリコールジアクリレートの重合を効率よく抑制できると考えられる。
上記N-オキシル化合物Bは、分子量が大きいため、蒸留時に揮発しにくい。このため、N-オキシル化合物Bを添加することで、液中でのネオペンチルグリコールジアクリレートの重合を効率よく抑制できると考えられる。更には、気化したネオペンチルグリコールジアクリレートと共に流出し難く、蒸留物中に混入しにくい。
そして、上記N-オキシル化合物Aと上記N-オキシル化合物Bとを併用することにより、蒸留釜と、蒸留塔内などでのネオペンチルグリコールジアクリレートの重合を効果的に抑制でき、不純物の含有量が少ないネオペンチルグリコールジアクリレートを生産性よく製造することができる。
N-オキシル化合物Aは、下式(A)で表される化合物が好ましい。
アルコキシ基の炭素数は、1~6であり、1~4が好ましい。
アルコキシカルボニル基の炭素数は、2~4であり、2~3がより好ましい。
アシルオキシ基の炭素数は、2~4であり、2~3がより好ましい。
Zは、水素原子、ヒドロキシ基、メトキシ基またはアセトキシ基が好ましい。
式(A)で表される化合物の具体例としては、以下が挙げられる。
また、N-オキシル化合物Bの分子量と、N-オキシル化合物Aの分子量の差は、20以上が好ましく、50以上がより好ましい。
N-オキシル化合物Bは、下式(B)で表される化合物が好ましい。
置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、-NR1R2で表される基が挙げられる。
アルキル基は、直鎖、分岐、環状が挙げられ、直鎖または分岐が好ましい。アルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~8がより好ましく、1~5が一層好ましい。
アルコキシ基は、直鎖、分岐、環状が挙げられ、直鎖または分岐が好ましい。アルコキシ基の炭素数は、1~20が好ましく、1~8がより好ましく、1~5が一層好ましい。
R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基を表す。アルキル基としては、Rで説明した範囲と同様であり、好ましい範囲も同様である。
nは、0~5の整数を表し、0~3が好ましく、0~2がより好ましく、0~1が一層好ましい。
式(B)で表される化合物の具体例としては、以下が挙げられる。
分液抽出は、ネオペンチルグリコールジアクリレートを含む混合物を、ヘプタンなどの有機溶媒に溶解させたのち、水を混合して、水層と有機層とに分離し、有機層を回収して行うことができる。有機層に含まれる有機溶媒を除去してから蒸留を行ってもよいし、有機溶媒を含んだものをそのまま、蒸留してもよい。
蒸留条件は、0.1~5.0kPa、80~180℃の条件で行うことが好ましい。圧力は、0.1~1.0kPaがより好ましい。温度は、80~160℃がより好ましい。
他の重合性化合物が有する重合性基としては、エチレン性不飽和結合を含有する基、エポキシ基、オキセタニル基等が挙げられる。エチレン性不飽和結合を含有する基としては、(メタ)アクリレート基、(メタ)アクリルアミド基、ビニル基、アリル基、ビニルエーテル基等が挙げられる。好ましくは(メタ)アクリレート基である。
重合性基の数は、1~6が好ましく、1~3がより好ましく、1または2が更に好ましい。
他の重合性化合物としては、例えば、エチレン性不飽和結合を含有する基を1~6個有する化合物;エポキシ化合物、オキセタン化合物;ビニルエーテル化合物;スチレン誘導体;プロペニルエーテル;ブテニルエーテル等を挙げることができる。重合性化合物の具体例としては、特開2011-231308号公報の段落番号0020~0098に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。他の重合性化合物としては、(メタ)アクリレート化合物が好ましい。
他の重合性化合物としては、脂環式炭化水素構造および芳香族構造から選ばれる1種を有する化合物も好ましく用いることができる。芳香族構造を有する重合性化合物がより好ましい。この態様によれば、エッチング耐性に優れた硬化膜を形成しやすい。
エチレン性不飽和結合を含有する基を1~6個有する化合物(1~6官能の重合性化合物)について説明する。
芳香族構造および/または脂環式炭化水素構造を有する単官能(メタ)アクリレートは、ベンジル(メタ)アクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、芳香環上に置換基を有するベンジル(メタ)アクリレート(好ましい置換基としては炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、シアノ基)、1-または2-ナフチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチルメチル(メタ)アクリレート、1-または2-ナフチルエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートが好ましく、2-フェノキシエチルアクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、芳香環上に置換基を有するベンジル(メタ)アクリレート、ナフタレン構造を有する単官能(メタ)アクリレート化合物がより好ましい。
また、芳香族構造および/または脂環式炭化水素構造を有する2~6官能の(メタ)アクリレート化合物を用いることもできる。例えば、芳香族基(好ましくはフェニル基、ナフチル基)を含有し、(メタ)アクリレート基を2~4つ有する多官能(メタ)アクリレート化合物が挙げられる。具体例としては、以下に示す化合物などが挙げられる。
炭素数1~9の含フッ素アルキル基のフッ素原子の置換率は、40~100%であることが好ましく、50~90%であることがより好ましく、65~85%であることがさらに好ましい。フッ素原子の置換率とは、例えば炭素数1~9のアルキル基のうち、水素原子がフッ素原子に置換されている比率(%)をいう。炭素数1~9の含フッ素アルキル基は、-CnF2n+1または-CnF2nHを含むことが好ましく、-CnF2n+1を含むことが好ましい。ここで、nは、1~9の整数を表し、4~8の整数を表すことがより好ましい。
シリコン原子および/またはフッ素原子を有する重合性化合物が有する重合性としては、(メタ)アクリレート基が好ましい。重合性基の数は、1または2が好ましく、1がより好ましい。
シリコン原子および/またはフッ素原子を有する重合性化合物の分子量は、100~600が好ましく、300~500がより好ましい。フッ素原子を有する重合性化合物としては、例えば国際公開特許2010/137724号公報の段落0022~0023の記載も参酌することができ、この内容は本願明細書に組み込まれる。フッ素原子を有する重合性化合物の例としては、例えば、2-(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレートが挙げられる。市販品としては、CHEMINOX(登録商標) FAAC-6(ユニマテック(株)製)などが挙げられる。
また、本発明では、シリコン原子および/またはフッ素原子を有する重合性化合物を実質的に含まない態様としてもよい。シリコン原子および/またはフッ素原子を有する重合性化合物を実質的に含まないとは、例えば、全重合性化合物の成分のうち、シリコン原子および/またはフッ素原子を有する重合性化合物の含有量が、1質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以下が更に好ましく、含有しないことが一層好ましい。
また、重合性基を2個有する重合性化合物の合計は、全重合性化合物に対して40~100質量%が好ましい。下限は、例えば、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上がより好ましい。上限は、95質量%以下がより好ましく、85質量%以下がより好ましい。
硬化性組成物に含まれる全重合性化合物の成分のうち、脂環式炭化水素構造および/または芳香族構造を有する重合性化合物の合計が、全重合性化合物の、10~90質量%であることが好ましい。下限は、例えば、30質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましい。上限は、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下がより好ましい。
光重合開始剤としては、光照射により上述の重合性化合物を重合する活性種を発生する化合物であれば、いずれのものでも用いることができる。光重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤およびカチオン重合開始剤が好ましく、ラジカル重合開始剤がより好ましい。また、本発明において、光重合開始剤は複数種を併用してもよい。
ラジカル光重合開始剤としては、例えば、市販されている開始剤を用いることができる。これらの例としては、例えば、特開2008-105414号公報の段落番号0091に記載のものを好ましく採用することができる。この中でもアセトフェノン系化合物、アシルホスフィンオキサイド系化合物、オキシムエステル系化合物が硬化感度、吸収特性の観点から好ましい。市販品としては、イルガキュア(登録商標)OXE-01、イルガキュアOXE-02、イルガキュア127、イルガキュア819、イルガキュア379、イルガキュア369、イルガキュア754、イルガキュア1800、イルガキュア651、イルガキュア907、ルシリン(登録商標)TPO、イルガキュア1173等(以上、BASF社製)が挙げられる。
光重合開始剤の含有量は、溶剤を除く全組成物中、0.01~15質量%が好ましく、より好ましくは0.1~12質量%であり、さらに好ましくは0.2~7質量%である。硬化性組成物は、光重合開始剤を1種類のみ含んでいてもよく、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、重合禁止剤を含有することが好ましい。重合禁止剤の含有量としては、全重合性化合物の質量に対し、0.001~0.1質量%であることが好ましく、0.005~0.08質量%がより好ましく、0.01~0.05質量%がさらに好ましい。重合禁止剤を適切な量配合することで、高い硬化感度を維持しつつ経時による粘度変化が抑制できる。重合禁止剤としては、上述したN-オキシル化合物が挙げられる。N-オキシル化合物の具体例としては、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカルが挙げられる。また、その他の重合禁止剤の具体例としては、特開2012-169462号公報の段落番号0121に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
硬化性組成物は、界面活性剤を含有することができる。界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
ノニオン性界面活性剤とは、少なくとも一つの疎水部と少なくとも一つのノニオン性親水部を有する化合物である。疎水部と親水部は、それぞれ、分子の末端にあっても、内部にあっても良い。疎水部は、炭化水素基、含フッ素基、含Si基から選択される疎水基で構成され、疎水部の炭素数は、1~25が好ましく、2~15がより好ましく、4~10が更に好ましく、5~8が最も好ましい。ノニオン性親水部は、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基、エーテル基(好ましくはポリオキシアルキレン基、環状エーテル基)、アミド基、イミド基、ウレイド基、ウレタン基、シアノ基、スルホンアミド基、ラクトン基、ラクタム基、シクロカーボネート基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有することが好ましい。ノニオン性界面活性剤としては、炭化水素系、フッ素系、Si系、またはフッ素・Si系のいずれノニオン性界面活性剤であっても良いが、フッ素系またはSi系がより好ましく、フッ素系が更に好ましい。ここで、「フッ素・Si系界面活性剤」とは、フッ素系界面活性剤およびSi系界面活性剤の両方の要件を併せ持つものをいう。
また、本発明では、界面活性剤を実質的に含有しない態様とすることもできる。界面活性剤を実質的に含有しないとは、例えば、界面活性剤の含有量が0.01質量%以下であることが好ましく、0.005質量%以下がより好ましく、含有しないことが一層好ましい。
硬化性組成物は、末端に少なくとも1つ水酸基を有するか、または、水酸基がエーテル化されたポリアルキレングリコール構造を有し、フッ素原子およびシリコン原子を実質的に含有しない非重合性化合物を含んでいてもよい。ここで、非重合性化合物とは、重合性基を持たない化合物をいう。また、フッ素原子およびシリコン原子を実質的に含有しないとは、例えば、フッ素原子およびシリコン原子の合計含有率が1%以下であることを表し、フッ素原子およびシリコン原子を全く有していないことが好ましい。フッ素原子およびシリコン原子を有さないことにより、重合性化合物との相溶性が向上し、特に溶剤を含有しない組成物において、塗布均一性、インプリント時のパターン形成性、ドライエッチング後のラインエッジラフネスが良好となる。
さらに、末端の置換基を除き実質的にポリアルキレングリコール構造のみで構成されていてもよい。ここで実質的にとは、ポリアルキレングリコール構造以外の構成要素が全体の5質量%以下であることをいい、好ましくは1質量%以下であるこという。特に、非重合性化合物として、実質的にポリプロピレングリコール構造のみからなる化合物を含むことが特に好ましい。
ポリアルキレングリコール構造としてはアルキレングリコール構成単位を3~100個有していることが好ましく、4~50個有していることがより好ましく、5~30個有していることがさらに好ましく、6~20個有していることが特に好ましい。
非重合性化合物の好ましい具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、これらのモノまたはジメチルエーテル、モノまたはジブチルエーテル、モノまたはジオクチルエーテル、モノまたはジセチルエーテル、モノステアリン酸エステル、モノオレイン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリルエーテル、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、これらのトリメチルエーテルである。
本発明の硬化性組成物が非重合性化合物を含有する場合、非重合性化合物の含有量は、溶剤を除く全組成物中、0.1~20質量%が好ましく、0.2~15質量%がより好ましく、0.5~10質量%がさらに好ましい。また、本発明では、非重合性化合物を実質的に含有しない態様とすることもできる。非重合性化合物を実質的に含有しないとは、例えば、非重合性化合物の含有量が0.01質量%以下であることが好ましく、0.005質量%以下がより好ましく、含有しないことが一層好ましい。
本発明の硬化性組成物は、非重合性化合物以外のポリマー成分を実質的に含まない態様とすることもできる。
本発明の硬化性組成物は、溶剤を含有していてもよい。本発明の硬化性組成物中の溶剤の含有量は、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましく、実質的に溶剤を含有しないことが特に好ましい。ここで、実質的に溶剤を含有しないとは、例えば、本発明の硬化性組成物中の総質量に対して1質量%以下であることをいう。
本発明の硬化性組成物をインクジェット法で基板上に塗布する場合、溶剤の配合量が少ないと、溶剤の揮発による組成物の粘度変化を抑制できるため、好ましい。
本発明の硬化性組成物は、必ずしも、溶剤を含むものではないが、組成物の粘度を微調整する際などに、任意に添加してもよい。本発明の硬化性組成物に好ましく使用できる溶剤の種類としては、光インプリント用硬化性組成物やフォトレジストで一般的に用いられている溶剤であり、本発明で用いる化合物を溶解および均一分散させるものであればよく、かつ、これらの成分と反応しないものであれば特に限定されない。本発明で用いることができる溶剤の例としては、特開2008-105414号公報の段落番号0088に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
硬化性組成物は、上述した成分の他に、必要に応じて、光増感剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、老化防止剤、可塑剤、密着促進剤、熱重合開始剤、光塩基発生剤、着色剤、無機粒子、エラストマー粒子、塩基性化合物、光酸発生剤、光酸増殖剤、連鎖移動剤、帯電防止剤、流動調整剤、消泡剤、分散剤、離型剤等を含んでいてもよい。このような成分の具体例としては、特開2008-105414号公報の段落番号0092~0093、および段落番号0099~0137に記載のものが挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。また、WO2011/126101号パンフレット、WO2013/051735パンフレット、特開2012-041521号公報および特開2013-093552号公報の対応する記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明の硬化性組成物は、上述の各成分を混合して調製することができる。各成分の混合は、通常、0℃~100℃の範囲で行われる。また、各成分を混合した後、例えば、フィルタでろ過することが好ましい。ろ過は、多段階で行ってもよいし、多数回繰り返してもよい。また、ろ過した液を再ろ過することもできる。
フィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているものであれば特に限定されることなく用いることができる。例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂、ナイロン-6、ナイロン-6,6等のポリアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度、超高分子量を含む)等によるフィルタが挙げられる。これら素材の中でもポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)およびナイロンが好ましい。
フィルタの孔径は、例えば、0.003~5.0μm程度が適している。この範囲とすることにより、ろ過詰まりを抑えつつ、組成物に含まれる不純物や凝集物など、微細な異物を確実に除去することが可能となる。
フィルタを使用する際、異なるフィルタを組み合わせても良い。その際、第1のフィルタでのフィルタリングは、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。異なるフィルタを組み合わせて2回以上フィルタリングを行う場合は1回目のフィルタリングの孔径より2回目以降の孔径が同じ、もしくは小さい方が好ましい。また、上述した範囲内で異なる孔径の第1のフィルタを組み合わせてもよい。ここでの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)又は株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルタの中から選択することができる。
また、液晶ディスプレイ(LCD)などに用いられる永久膜(構造部材用のレジスト)や電子材料の基板加工に用いられるレジストにおいては、製品の動作を阻害しないようにするため、レジスト中の金属あるいは有機物のイオン性不純物の混入を極力避けることが望ましい。このため、パターン形成体を上述の用途に用いる場合には、光硬化性組成物中における金属または有機物のイオン性不純物の濃度としては、1ppm以下、望ましくは100ppb以下、さらに好ましくは10ppb以下にすることが好ましい。
以下において、本発明の硬化性組成物を用いたパターン形成方法(パターン転写方法)について具体的に述べる。本発明のパターン形成方法においては、まず、本発明の硬化性組成物を基材上またはパターンを有するモールド上に塗布し、本発明の硬化性組成物をモールドと基材とで挟んだ状態で光照射する。
露光に際しては、酸素によるラジカル重合阻害を抑制するため、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスを流して、大気中の酸素濃度を10kPa以下に制御することが好ましい。より好ましくは、大気中の酸素濃度は3kPa以下、さらに好ましくは、1kPa以下である。
パターン形成方法の具体例としては、特開2012-169462号公報の段落番号0125~0136に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
Rは炭素数1~5のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
L1は、アルキレン基であることが好ましく、炭素数1~3のアルキレン基であることがより好ましく、-CH2-であることがより好ましい。
L2は、-CH2-、-O-、-CHR(Rは置換基)-、およびこれらの2以上の組み合わせからなる2価の連結基であることが好ましい。RはOH基が好ましい。
Pは、(メタ)アクリロイル基が好ましく、アクリロイル基がより好ましい。
nは0~2の整数であることが好ましく、0または1であることがより好ましい。
市販品としては、NKオリゴ EA-7140/PGMAc(新中村化学工業社製)などが挙げられる。また、例えば、特表2009-503139号公報の段落番号0040~0056に記載のものが挙げられ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
下層膜組成物中における上記溶剤の含有量は、溶剤を除く成分の粘度、塗布性、目的とする膜厚によって最適に調整されるが、塗布性改善の観点から、全組成物中70質量%以上の範囲で添加することができ、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上である。
上述のように本発明のパターン形成方法によって形成されたパターンは、液晶ディスプレイなどに用いられる永久膜(構造部材用のレジスト)やエッチングレジストとして使用することができる。
例えば、半導体集積回路、フラットスクリーン、マイクロ電気機械システム(MEMS)、センサ素子、光ディスク、高密度メモリーディスク等の磁気記録媒体、回折格子やレリーフホログラム等の光学部品、ナノデバイス、光学デバイス、フラットパネルディスプレイ製作のための光学フィルムや偏光素子、液晶ディスプレイの薄膜トランジタ、有機トランジスタ、カラーフィルタ、オーバーコート層、柱材、液晶配向用のリブ材、マイクロレンズアレイ、免疫分析チップ、DNA分離チップ、マイクロリアクター、ナノバイオデバイス、光導波路、光学フィルタ、フォトニック液晶等の作製に好ましく用いることができる。
本発明のデバイスの製造方法は、上述したパターン形成方法を含む。
すなわち、上述した方法でパターンを形成した後、各種デバイスの製造に用いられている方法を適用してデバイスを製造できる。
上記パターンは、永久膜としてデバイスに含まれていてもよい。また、上記パターンをエッチングマスクとして用い、基材に対してエッチング処理を施すこともできる。例えば、パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを施し、基材の上層部分を選択的に除去する。基材に対してこのような処理を繰り返すことにより、デバイスを製造することもできる。デバイスとしては、LSI(largescale integrated circuit:大規模集積回路)などの半導体デバイスが挙げられる。
ネオペンチルグリコールジアクリレート混合物である新中村化学工業(株)製「NKエステルA-NPG」100gに、ヘプタン100mLを加え、純水100mLで分液抽出を行った。有機層に、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(4-HO-TEMPO、東京化成工業製)を10mg(100ppm)、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(4-BzO-TEMPO、和光純薬工業製)を100mg(1000ppm)添加して、減圧濃縮した後、0.67kPaで減圧蒸留を行い、ごく淡い橙色の液体Aを得た(溜点109℃、収量77g、収率77%)。
液体Aは、ガスクロマトグラフィー分析より、ネオペンチルグリコールジアクリレート(NPGDA)の含有量が99.2%、式(I)の化合物及び式(II)の化合物は定量下限以下、式(III)の化合物の含有量が0.7%であった。また、4-HO-TEMPOの含有量は59ppm、Naの含有量は1ppb以下であった。粘度は、25℃において、4.5mPa・sであった。
ネオペンチルグリコールジアクリレート混合物である共栄社化学(株)製「ライトアクリレートNP-A」100gに、4-HO-TEMPOを10mg(100ppm)、4-BzO-TEMPOを100mg(1000ppm)添加して、減圧濃縮した後、0.67kPaで減圧蒸留を行い、ごく淡い橙色の液体Bを得た(溜点108℃、収量74g、収率74%)。
液体Bは、ガスクロマトグラフィー分析より、NPGDAの含有量が98.5%、式(I)の化合物及び式(II)の化合物は定量下限以下、式(III)の化合物の含有量が1.5%であった。また、4-HO-TEMPOの含有量は55ppm、Naの含有量は1ppb以下であった。粘度は、25℃において、4.5mPa・sであった。
例2の蒸留精製後のフラスコ残渣21gを、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=75/25)により精製して、式(I)の化合物3.9g、式(II)の化合物2.6gを単離した。式(I)の化合物の粘度は、25℃において、35.0mPa・sであった。また、式(II)の化合物の粘度は、25℃において、23.4mPa・sであった。
新中村化学工業(株)製「NKエステルA-NPG」は、ガスクロマトグラフィー分析より、NPGDAの含有量が90.0%、式(I)の化合物の含有量が7.4%、式(II)の化合物の含有量が1.5%、式(III)の化合物の含有量が0.7%であった。粘度は、25℃において、5.6mPa・sであった。
共栄社化学(株)製「ライトアクリレートNP-A」は、ガスクロマトグラフィー分析より、NPGDAの含有量が89.8%、式(I)の化合物の含有量が6.4%、式(II)の化合物の含有量が1.5%、式(III)の化合物の含有量が1.8%であった。また、Naを2500ppb含有していた。粘度は、25℃において、5.5mPa・sであった。
Sigma-Aldrich試薬(カタログ番号)は、ガスクロマトグラフィー分析より、NPGDAの含有量が79.6%、式(I)の化合物の含有量が9.0%、式(II)の化合物の含有量が8.4%、式(III)の化合物の含有量が1.2%であった。粘度は、25℃において、7.0mPa・sであった。
各試料中におけるNPGDA、式(I)の化合物、式(II)の化合物、式(III)の化合物の含有量を、ガスクロマトグラフィー分析により、以下の条件で測定した。各化合物の含有量は、ピーク面積比から求めた。
装置: アジレント・テクノロジー(株) 7890A
カラム: アジレント・テクノロジー(株) HP-5 部品番号19091J-413(内径0.32mmφ、長さ30m, 膜厚0.25μm)
カラム温度: 50℃ → 5℃/分 → 150℃ → 10℃/分 → 250℃(5分保持)
注入口温度: 250℃
検出器: 水素炎イオン検出器(FID)
検出器温度: 250℃
キャリアガス: ヘリウム
サンプル濃度: 1mg/mL(アセトン)
注入量: 1μL
スプレット比: 1:10
E型粘度計(東機産業製RE85L)を用い、25℃での粘度を測定した。
アジレント・テクノロジー製7500csを用い、ICP-MS(誘導結合プラズマ)法で測定した。
下記表2および表3に示す質量比で、重合性化合物、光重合開始剤、および非重合性化合物を混合した。さらに重合禁止剤として4-HO-TEMPOを、硬化性組成物に対して200ppm(0.02質量%)となるように加えた。これを0.1μmのPTFE製フィルタでろ過して硬化性組成物を調製した。調製した硬化性組成物の23℃における粘度を、E型粘度計RE85L(東機産業)を用いて測定した。
A-1:m-キシリレンビスアクリレート(α,α'-ジクロロ-m-キシレンとアクリル酸から合成)
A-2:ライトアクリレート3EG-A(共栄社化学(株)製)
A-3:CHEMINOX(登録商標) FAAC-6(ユニマテック(株)製)
NP-A:共栄社化学(株)製「ライトアクリレートNP-A」(試料調製例5の液体)
液体A:試料調製例1の液体A
式(I)の化合物:試料調製例3で得た式(I)の化合物
式(II)の化合物:試料調製例3で得た式(II)の化合物
<光重合開始剤(B)>
B-1:イルガキュア(登録商標) 819(BASF社製)
B-2:イルガキュア(登録商標) 1173(BASF社製)
<非重合性化合物(C)>
C:ポリプロピレングリコール(数平均分子量700、和光純薬工業製)
NKオリゴ EA-7140/PGMAc(新中村化学工業社製、下記構造(平均m+n=4、平均n/(m+n)=0.5)、固形分70質量%)3gを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート997gに溶解させた後、0.1μmのテトラフロロエチレンフィルターでろ過して下層膜組成物を得た。
各硬化性組成物について以下の評価を行った。結果を下記表2に示す。
シリコンウエハ上に、23℃に温度調整した硬化性組成物を、インクジェットプリンターDMP-2831(富士フイルムダイマティックス製)を用いて、ノズルあたり1plの液滴量で吐出して、シリコンウエハ上に液滴が100μm間隔の正方配列となるように塗布した。
塗布された基板の5mm角の2500ドッドを観察し、正方配列からのずれを測定し、標準偏差σを算出した。インクジェット吐出精度は、以下の通りA~Dで評価した。
A:σ<2μm
B:2μm≦σ<3μm
C:3μm≦σ<4μm
D:4μm≦σ
シリコンウエハ上に下層膜組成物をスピンコートし、100℃のホットプレート上で1分間加熱して溶剤を乾燥した。さらに、220℃のホットプレート上で5分間加熱することで、下層膜組成物を硬化させて下層膜を形成した。硬化後の下層膜の膜厚は、3nmであった。
上記シリコンウエハ上の下層膜の表面に、23℃に温度調整した硬化性組成物を、インクジェットプリンターDMP-2831(富士フイルムダイマティックス製)を用いて、ノズルあたり1plの液滴量で吐出して、下層膜上に液滴が約100μm間隔の正方配列となるように塗布した。
下層膜上に塗布した硬化性組成物に対して、0.1気圧の減圧下、石英モールド(ライン/スペース=1/1、線幅30nm、溝深さ60nm、ラインエッジラフネス3.0nm)を接触させ、石英モールド側から高圧水銀ランプを用いて100mJ/cm2の条件で露光した。露光後、石英モールドを離し、そのときの離型力(F)を測定した。離型力(F)は、特開2011-206977号公報の[0102]~[0107]に記載の方法に準じて測定を行った。
これに対し、(I)の化合物と、式(II)の化合物との合計の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して5質量%を超える比較例の硬化性組成物は、粘度が高く、インクジェット吐出精度が劣るものであった。更には、離型性が劣っていた。
なお、IJ吐出精度は、粘度が0.1mPa・s違うだけでも影響を及ぼす。
Claims (10)
- 前記式(I)で表される化合物の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して2質量%以下である、請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記式(II)で表される化合物の含有量が、ネオペンチルグリコールジアクリレートの含有量に対して2質量%以下である、請求項1または2に記載の硬化性組成物。
- 前記重合性化合物は、更に、脂環式炭化水素構造および芳香族構造から選ばれる1種を有する重合性化合物を含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- インプリント用である請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- インクジェット用である、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物を、基材上またはパターンを有するモールド上に適用し、前記硬化性組成物をモールドと基材とで挟んだ状態で光照射することを含む、パターン形成方法。
- 硬化性組成物の基材上またはパターンを有するモールド上に塗布する方法がインクジェット法である、請求項7に記載のパターン形成方法。
- 請求項7または8に記載のパターン形成方法で得られたパターン。
- 請求項7または8に記載のパターン形成方法を含むデバイスの製造方法。
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