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JP2015065443A - パターン形成方法 - Google Patents

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JP2015065443A JP2014219245A JP2014219245A JP2015065443A JP 2015065443 A JP2015065443 A JP 2015065443A JP 2014219245 A JP2014219245 A JP 2014219245A JP 2014219245 A JP2014219245 A JP 2014219245A JP 2015065443 A JP2015065443 A JP 2015065443A
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Abstract

【課題】レジスト膜のはがれを抑制できるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】本パターン形成方法は、基板20上に、有機高分子を主成分とする第1樹脂層31を形成する第1樹脂層形成工程(1)と、前記第1樹脂層31の表面に、有機高分子を主成分とする第2樹脂層32を形成する第2樹脂層形成工程(2)と、前記第2樹脂層32に凸部を有するスタンパを圧接、脱離して、前記第2樹脂層32に凹部321を形成する凹部形成工程(PR3)と、前記凹部321内に無機高分子を主成分とする充填部33を形成する充填部形成工程(PR4)と、前記充填部33をマスクとして、前記第1樹脂層31及び前記第2樹脂層32をエッチングするエッチング工程(PR5)と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明はパターン形成方法に関する。更に詳しくは、透光性スタンパを用いた光インプリントリソグラフィ法によるパターン形成方法に関する。
半導体素子等の回路の集積度や記録密度を向上させるために、より微細な加工技術が必要である。微細な加工技術として、露光プロセスを用いたフォトリソグラフィ技術は、一度に大面積の微細加工が可能であるが、光の波長以下の分解能を持たない。従って、フォトリソグラフィ技術では、近年、193nm(ArF)、157nm(F2)、13.5nm(EUV)の短波長光を用いたフォトリソグラフィ技術が開発されている。しかしながら、光の波長が短くなると、それに伴い、その波長で透過できる物質が限られるため、微細構造の作成に限界がある。
一方、電子線リソグラフィや集束イオンビームリソグラフィ等の方法では、分解能が光の波長に依存せず、微細構造の作成が可能であるものの、スループットの悪さが問題となっている。
これに対して、光の波長以下の微細構造を高スループットで作成する手法としては、あらかじめ電子線リソグラフィ等により所定の微細凹凸パターンを作成したスタンパを、レジストを塗布した基板に押し付け、スタンパの凹凸を基板のレジスト膜に転写するナノインプリント法が知られている(例えば、非特許文献1及び2並びに特許文献1及び2参照)。
上述のナノインプリント法においては、これを実現する上で種々の解決すべき問題があるが、そのなかで「レジスト膜のはがれ」という問題がある。ナノインプリント法では、レジストを塗布した基板をガラス転移温度以上に加熱してレジストを軟化させるために、押し付けたスタンパをレジスト膜から剥がす際に、スタンパにレジスト膜の一部が付着したまま剥がれるという不具合を生じることがあり、これを「レジスト膜のはがれ」と称し
ている。この「レジスト膜のはがれ」を解決するためにスタンパの改良が検討されており、例えば、下記特許文献3が知られている。また、特許文献4では、インプリント後のパターンの凹部に別の材料を埋め込み、パターンを反転させるパターン形成方法が開示されている。
米国特許第5,772,905号公報 米国特許第5,956,216号公報 特開2008−162190号公報 特開2008−135179号公報
エス.ワイ.チョウ(S.Y.Chou),「ナノインプリントリソグラフィ技術(Nano Imprint Lithography technology)」 アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)第76巻,1995年,p.3114
前記特許文献3は、表面がフッ素化処理されたスタンパである。しかしながら、この方法では、スタンパの使用回数の増加とともに、表面処理の効果が失われてゆき、スタンパの使用回数が多いと、高頻度で「レジスト膜のはがれ」を生じる場合があるという問題があり、この点においては、未だ十分なレジスト膜(本発明でいう被形状転写層である。)のはがれ防止を成すには至っていない。
一方、特許文献4では、反転後のパターンをマスクとして、被加工基板をRIE(リアクティブイオンエッチング)法などによりエッチングする方法が開示されているが、この特許文献4では、スタンパを剥離する際のレジスト膜の剥がれに起因するパターン破壊は従来に比べて低減されるものの、更に優れたレジスト膜の剥がれ抑制が求められている。
本発明は前記実情に鑑みてなされたものであり、「レジスト膜のはがれ」を抑制できるパターン形成方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明は以下に示す通りである。
〈1〉基板上に、有機高分子を主成分とする第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程(1)と、
前記第1樹脂層の表面に、有機高分子を主成分とする第2樹脂層を形成する第2樹脂層形成工程(2)と、
前記第2樹脂層に凸部を有するスタンパを圧接、脱離して、前記第2樹脂層に凹部を形成する凹部形成工程(3)と、
前記凹部内に無機高分子を主成分とする充填部を形成する充填部形成工程(4)と、
前記充填部をマスクとして、前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層をエッチングするエッチング工程(5)と、を備えることを特徴とするパターン形成方法。
〈2〉前記無機高分子は、ポリシロキサンである前記〈1〉に記載のパターン形成方法。
〈3〉前記第1樹脂層は、前記第2樹脂層よりエッチング速度が遅い材料からなる前記〈1〉又は〈2〉に記載のパターン形成方法。
本発明のパターン形成方法によれば、レジスト膜のはがれを抑制しながら、パターン形成を行うことができる。更に、凹部形成工程で形成された凹部内にレジスト膜が残存された残膜が形成されることで、第1樹脂層と第2樹脂層との接着面が大きくなり、レジスト膜のはがれ(第1樹脂膜と第2樹脂膜との層間剥離)をより効果的に抑制できる。即ち、通常、パターンをマスクとしてエッチング等の加工を行う場合には忌避される凹部内の残膜が本方法では有利に機能する。また、凹部内の残膜の膜厚にバラツキを生じたとしても、工程(5)のエッチング加工や、本方法により得られるパターンに影響を及ぼさず、凹部内の残膜の精密な制御が不要である。
前記無機高分子がポリシロキサンである場合には、第1樹脂層及び第2樹脂層と、充填部とのエッチングにおけるより優れた選択性を得ることができる。更には、スピンコートによる塗布を行った場合の塗膜の平坦性が良いため、第1樹脂層上から不要な充填部形成用樹脂層(充填部形成用樹脂からなる層)を除去する際に、凹部内に残存させるべき充填部形成用樹脂に与えるダメージを最小化できる。また、適度なベーク温度で硬化できるため、第1樹脂層への熱によるダメージを抑制できる。
前記第1樹脂層が前記第2樹脂層よりエッチング速度が遅い材料からなる場合は、充填部をマスクとして基板を加工する場合によりアスペクト比の高いパターンを作製することができる。また、より厳しい条件で加工が可能となるため、スループットを高めることができる。
本発明のパターン形成方法の工程の一部を模式的に説明する説明図である。 本発明のパターン形成方法の工程の一部を模式的に説明する説明図である。 本発明のパターン形成方法の工程の一部を模式的に説明する説明図である。 本発明のパターン形成方法の工程の一部を模式的に説明する説明図である。
以下、本発明の実施の形態について図1〜4を用いて詳細に説明する。尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及びメタクリルを意味し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートを意味する。
[1]パターン形成方法
本発明のパターン形成方法は、第1樹脂層形成工程(1)と、第2樹脂層形成工程(2)と、凹部形成工程(3)と、充填部形成工程(4)と、エッチング工程(5)と、を備えることを特徴とする(図1及び図2参照)。
前記「第1樹脂層形成工程(1)」〔図1におけるPR(1)〕は、基板20上に、有機高分子を主成分とする第1樹脂層31を形成する工程である。
前記第1樹脂層は、有機高分子を主成分とする樹脂層である。この有機高分子を主成分とするとは、第1樹脂層全体を100質量%とした場合に、有機高分子(炭素骨格である高分子)が95質量%以上(100質量%であってもよい)含有されることを意味する。即ち、換言すれば、後述する無機高分子は含まれないか、又は、含まれたとしても5質量%未満であることを意味する。
この第1樹脂層は、有機高分子を主成分とすればよく、その組成は特に限定されないが、例えば、特開2004−168748号公報、特開2005−128509号公報および特開2007−240630号公報記載のレジスト下層膜として用いられる樹脂層を用いることが好ましい。更には、下記第1樹脂層形成用組成物(1)〜(3)を用いて基板上に形成された第1樹脂層が好ましい。
第1樹脂層形成用組成物(1)は、(1A)フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂と、(1B)下記式(1)で表される酸発生剤と、(1C)架橋剤と、を含有する。
Figure 2015065443
〔式(1)において、Rは各々独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、−ROH、−ROR又は−RORORを示し、nは1又は2であり、Xは各々独立にハロゲン原子を示す。尚、Rはメチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基、Rはメチレン基又は炭素数2〜4のアルキレン基、Rは炭素数1〜6のアルキル基、Rはメチレン基又は炭素数2〜4のアルキレン基、Rはメチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基、Rは炭素数1〜6のアルキル基を示す。nは1又は2である。〕
前記アルカリ可溶性樹脂(1A)としては、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン{ヒドロキシスチレンの単独重合体、並びに、ヒドロキシスチレン、スチレン、ビニル安息香酸等のスチレン誘導体、及び(メタ)アクリル酸誘導体等のうちの少なくともヒドロキシスチレンを用いた共重合体など}、フェノール−キシリレングリコール縮合樹脂等が好ましい。前記ノボラック樹脂としては、フェノール/ホルムアルデヒド縮合型、クレゾール/ホルムアルデヒド縮合型、フェノール−ナフトール/ホルムアルデヒド縮合型等が挙げられる。
前記アルカリ可溶性樹脂(1A)のポリスチレン換算重量平均分子量は、2000以上が好ましく、2000〜20000がより好ましい。また、アルカリ可溶性樹脂(1A)の含量は、溶剤を除く組成物(1)全体100質量%に対して30〜90質量%が好ましく、40〜80質量%がより好ましい。
前記酸発生剤(1B)は、s−トリアジン骨格を有する化合物であり、2−(p−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(m−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[4−〔2−{4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン−2−イル}ビニル〕フェノキシ]エタノール、2−〔2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−〔2−(2,4−ジメトキシフェニル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン等が挙げられる。
酸発生剤(1B)の配合量は、アルカリ可溶性樹脂(1A)100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましく、0.3〜5質量部がより好ましく、0.5〜3質量部が更に好ましい。
前記架橋剤(1C)は、前記アルカリ可溶性樹脂(1A)と反応する架橋成分(硬化成分)として作用するものである。
この架橋剤(1C)としては、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラブトキシメチルグリコールウリル等の分子中に少なくとも2つ以上のアルキルエーテル化されたアミノ基を有する化合物;
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、テトラフェノール型エポキシ樹脂、フェノール−キシリレン型エポキシ樹脂、ナフトール−キシリレン型エポキシ樹脂、フェノール−ナフトール型エポキシ樹脂、フェノール−ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂等のオキシラン環含有化合物;
4,4’−ビフェニルジオール、4,4’−メチレンビスフェノール、4,4’−エチリデンビスフェノール及びビスフェノールA等の2核フェノール類、4,4’,4’’−メチリデントリスフェノール及び4,4’−〔1−{4−(1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル)フェニル}エチリデン〕ビスフェノール等の3核フェノール類、ノボラック等のポリフェノール類等の多核フェノール類;
2,3−トリレンジイソシアナート、2,4−トリレンジイソシアナート、3,4−トリレンジイソシアナート、3,5−トリレンジイソシアナート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、1,4−シクロヘキサンジイソシアナート等のジイソシアナート類;等が挙げられる。
これらの架橋剤は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、これらの架橋剤では、−OR基(尚、Rは、n−ブチル基又はiso−ブチル基)を有する架橋剤がより好ましい。−OR基を含有する架橋剤は、架橋剤の昇華性をコントロール(特に架橋剤の昇華性を抑制)できる。また、熱分解時に−OR基由来の気体(標準条件下において)生成物(1−ブテン、2−ブテン、iso−ブテン)を生成でき、各所の汚染を抑制できるため好ましい。
具体的な−OR基を有する架橋剤としては、−OR基変性グリコールウリル化合物、−OR基変性多核フェノール、−OR基変性アミノ樹脂等が挙げられる。このうち、−OR基変性グリコールウリル化合物としては、前記ヘキサブトキシメチルメラミン及びテトラブトキシメチルグリコールウリルを挙げることができ、前記−OR基変性多核フェノールとしては、前述の多核フェノールが−OR基変性されたものを挙げられ、前記−OR基変性アミノ樹脂としては、尿素、チオ尿素、エチレン尿素、メラミンベンゾグアナミン等とホルムアルデヒドとの共縮合物や、それらのn−ブチルアルコール、iso−ブチルアルコール又はメチルアルコール処理物等が挙げられる。
架橋剤(1C)の配合量は、アルカリ可溶性樹脂(1A)100質量部に対して、1〜100質量部が好ましく、5〜50質量部がより好ましい。更に、アルキルエーテル化されたアミノ基を有する化合物及びオキシラン環含有化合物の合計を100質量%とした場合に、オキシラン環含有化合物の含有割合は50質量%以下が好ましく、5〜40重量%がより好ましい。
その他、後述する密着助剤(1D)、界面活性剤(1E)、溶剤(1F)等のうちの少なくとも1種を含有できる。
第1樹脂層形成用組成物(2)は、(2A)下記式(2)で表される構成単位及び下記式(3)で表される構成単位のうちの一方を含む重合体と、(2B)酸発生剤と、(2C)架橋剤と、を含有する。
Figure 2015065443
〔式(2)において、Rは1価の有機基を示し、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の置換可能なアルキル基を示す。〕
Figure 2015065443
〔式(3)において、Rは1価の有機基を示し、Rは水素原子又は炭素数1〜6の置換可能なアルキル基を示し、nは0又は1である。〕
前記式(2)のRとしての1価の有機基には、炭素数1〜6の置換可能なアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、カルボニル基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、メチロール基又は炭素数1〜6のアルコキシメチロール基が挙げられる。
前記式(2)のRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。
更に、置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、及び炭化水素基以外の極性基等が挙げられる。置換基は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、2種以上の置換基を有する場合には各置換基は同じであってもよく異なっていてもよい。このうち極性基としては、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、ヒドロキシ基、カルボキシル基、オキソ基(=O)、アルキルオキシカルボニル基、アセトキシ基(−OCOCH)等が挙げられる。
前記式(2)のRとしての炭素数1〜6のアルコキシ基には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、1−メチルプロポキシ基、2−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基等が挙げられる。
前記式(2)のRとしての炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基には、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
前記式(2)のRとしての炭素数1〜6のアルコキシメチロール基には、メトキシメチロール基、エトキシメチロール基、n−プロポキシメチロール基、i−プロポキシメチロール基、n−ブトキシメチロール基、1−メチルプロポキシメチロール基、2−メチルプロポキシメチロール基、t−ブトキシメチロール基、n−ペンチルオキシメチロール基、n−ヘキシルオキシメチロール基等が挙げられる。
前記式(2)のR及びRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基には、前記式(2)のRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基をそのまま適用できる。但し、式(2)のRとRとは、同じであってもよく異なっていてもよく、また、式(2)のR及びRは、式(2)のRと同じであってもよく異なっていてもよい。
前記式(2)で表される構成単位を与える単量体としては、例えば、ヒドロキシメチルアセナフチレン(3−、4−、5−)、メトキシメチルアセナフチレン(3−、4−、5−)、アセトキシメチルアセナフチレン(3−,4−、5−)等が好ましい。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記組成物(2)において、重合体(2A)が前記式(2)で表される構成単位を含むことにより、エッチング耐性に優れた第1樹脂層を得ることができる。
重合体(2A)における前記式(2)で表される構成単位の含有割合は、重合体(2A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、5〜80モル%が好ましく、30〜80モル%がより好ましく、50〜70モル%が更に好ましい。
前記式(3)のRとしての1価の有機基には、前記式(2)のRとしての1価の有機基をそのまま適用できる。但し、式(2)と式(3)の各々のRは同じであってもよく、異なっていてもよい。
前記式(3)のRとしての1価の有機基には、前記式(2)のRとしての1価の有機基をそのまま適用できる。但し、式(2)と式(3)のRは同じであってもよく、異なっていてもよい。
前記組成物(2)において、重合体(2A)が前記式(3)で表される構成単位を含むことにより、エッチング耐性に優れた第1樹脂層を得ることができる。
重合体(2A)における前記式(3)で表される構成単位の含有割合は、重合体(2A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、5〜80モル%が好ましく、30〜80モル%がより好ましく、50〜70モル%が更に好ましい。
前記重合体(2A)には、下記式(4)で表される構成単位、下記式(5)で表される構成単位、及び下記式(6)で表される構成単位、のうちの少なくとも1種を含有できる。
Figure 2015065443
〔式(4)において、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の置換可能なアルキル基を示す。〕
Figure 2015065443
〔式(5)において、Rは水素原子又は炭素数1〜6の置換可能なアルキル基を示し、Rは水素原子又はメチル基を示し、Xはメチレン基又はフェニレン基を示す。〕
Figure 2015065443
〔式(6)において、Rは1価の有機基を示し、nは0〜3の整数である。Rは水素原子又は炭素数1〜6の置換可能なアルキル基を示す。〕
前記式(4)のR及びRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基には、前記式(2)のR及びRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基をそのまま適用できる。但し、前記式(2)のR及びRと前記式(4)のR及びRとは互い同じであってもよく、異なっていてもよい。これらのなかでも、前記式(4)のR及びRとしては、水素原子又はメチル基が好ましい。
前記式(4)で表される構成単位を与える単量体としては、アセナフチレン、1−メチルアセナフチレン、1,2−ジメチルアセナフチレン等が挙げられる。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
重合体(2A)における前記式(4)で表される構成単位が含まれる場合、その含有割合は、重合体(2A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、5〜95モル%が好ましく、10〜90モル%がより好ましく、20〜80モル%が更に好ましい。
前記式(5)のRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基には、前記式(2)のR及びRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基をそのまま適用できる。但し、前記式(2)のR及びRと前記式(5)のRとは互い同じであってもよく、異なっていてもよい。
前記式(5)で表される構成単位を与える単量体としては、N−メチロールアクリルアミド、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−n−ブトキシメチルアクリルアミド、N−イソブトキシメチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−エトキシメチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミド、N−イソブトキシメチルメタクリルアミド、N−エトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシフェニルアクリルアミド、N−メチロールフェニルアクリルアミド、N−メトキシフェニルメタクリルアミド、N−メチロールフェニルメタクリルアミド等が挙げられる。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
重合体(2A)における前記式(5)で表される構成単位が含まれる場合、その含有割合は、重合体(2A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、5〜80モル%が好ましく、5〜60モル%がより好ましく、5〜60モル%が更に好ましい。
前記式(6)のRとしての1価の有機基としては、前記式(2)のRとしての1価の有機基をそのまま適用できる。但し、前記式(2)のRと前記式(4)のRとは互い同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、前記式(6)のRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基としては、前記式(3)のRとしての炭素数1〜6の置換可能なアルキル基をそのまま適用できる。但し、前記式(3)のRと前記式(6)のRとは互い同じであってもよく、異なっていてもよい。
前記式(6)で表される構成単位を与える単量体としては、スチレン、ヒドロキシスチレン、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メトキシスチレン、2−ヒドロキシメチルスチレン、3−ヒドロキシメチルスチレン、4−エチルスチレン、4−エトキシスチレン、3,4−ジメチルスチレン、3,4−ジエチルスチレン、2−クロロスチレン、3−クロロスチレン、4−クロロ−3−メチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、2,4−ジクロロスチレン、2,6−ジクロロスチレン等が挙げられる。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
重合体(2A)における前記式(6)で表される構成単位が含まれる場合、その含有割合は、重合体(2A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、0.1〜50モル%が好ましく、1〜30モル%がより好ましく、3〜10モル%が更に好ましい。
重合体(2A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定したポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、500〜10000であることが好ましく、より好ましくは2000〜5000である。
前記(2B)酸発生剤としては、オニウム塩化合物(チオフェニウム塩化合物を含む)、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物、ジアゾメタン化合物等を用いることができる。この酸発生剤(2B)は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記オニウム塩化合物としては、4,7−ジ−n−ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウム塩化合物、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム塩化合物、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウム塩化合物、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム塩化合物などのチオフェニウム塩化合物;ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム塩化合物、ジフェニルヨードニウム塩化合物などのヨードニウム塩化合物;トリフェニルスルホニウム塩化合物、4−t−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム塩化合物、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム塩化合物、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウム塩化合物などのスルホニウム塩化合物;ホスホニウム塩化合物;ジアゾニウム塩化合物;ピリジニウム塩化合物;などが挙げられる。
前記ハロゲン含有化合物としては、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物等が挙げられる。具体的には(トリクロロメチル)−s−トリアジン誘導体などが挙げられる。
前記ジアゾケトン化合物としては、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物などが挙げられる。
前記スルホン化物としては、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらの化合物のα−ジアゾ化合物などが挙げられる。
前記スルホン酸化合物としては、アルキルスルホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネートなどが挙げられる。
前記ジアゾメタン化合物としては、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキシルスルホニル−1,1−ジメチルエチルスルホニルジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
酸発生剤(2B)の配合量は、重合体(2A)100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましく、0.3〜5質量部がより好ましく、0.5〜3質量部が更に好ましい。
前記(2C)架橋剤は、前記(1C)架橋剤をそのまま適用できる。架橋剤(2C)の配合量は、重合体(2A)100質量部に対して、1〜100質量部が好ましく、5〜50質量部がより好ましい。
その他、後述する密着助剤(1D)、界面活性剤(1E)、溶剤(1F)等のうちの少なくとも1種を含有できることも、前記組成物(1)と同様である。
第1樹脂層形成用組成物(3)は、(3A)下記式(7)で表される構成単位、下記式(8)で表される構成単位及び下記式(10)で表される構成単位を含む重合体と、(3B)酸発生剤と、(3C)架橋剤と、を含有する。
Figure 2015065443
〔式(7)において、R〜Rは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜20の置換可能なアルキル基、炭素数1〜20の置換可能なアルコキシ基、炭素数1〜20のアルコキシカルボニル基、アセトキシ基、炭素数6〜10のアリール基、イソシアネート基又はグリシジルエーテル基を表す。〕
Figure 2015065443
〔式(8)において、R〜Rは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜20の置換可能なアルキル基、炭素数1〜20の置換可能なアルコキシ基、炭素数1〜20のアルコキシカルボニル基、アセトキシ基、炭素数6〜10のアリール基、イソシアネート基、グリシジルエーテル基、又は、下記式(9)で表される1価の有機基を表し、且つ、R〜Rのうちの少なくとも1つは該式(9)で表される1価の有機基である。〕
Figure 2015065443
〔式(9)において、Rは炭素数1〜4のアルキレン基を表し、R10は炭素数4〜20の環状構造を有する基を表す。〕
Figure 2015065443
〔式(10)において、R11は炭素数4〜20脂環式炭化水素基を表す。〕
前記式(7)のR〜Rとしての炭素数1〜20の置換可能なアルキル基には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。
更に、置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、及び炭化水素基以外の極性基等が挙げられる。置換基は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、2種以上の置換基を有する場合には各置換基は同じであってもよく異なっていてもよい。このうち極性基としては、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、ヒドロキシ基、カルボキシル基、オキソ基(=O)、アルキルオキシカルボニル基、アセトキシ基(−OCOCH)等が挙げられる。
前記式(7)のR〜Rとしての炭素数1〜20の置換可能なアルコキシ基には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、1−メチルプロポキシ基、2−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基等が挙げられる。更に、置換基としては、前記炭素数1〜20の置換可能なアルキル基における置換基をそのまま適用できる。
前記式(7)のR〜Rとしての炭素数1〜20のアルコキシカルボニル基には、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
前記式(7)のR〜Rとしての炭素数6〜10のアリール基には、フェニル基、トリル基(o−、m−、p−)、ナフチル基(1−,2−)、フェナントリル基、アントラニル基等が挙げられる。
前記式(7)で表される構成単位を与える単量体としては、フェノール、クレゾール(o−、m−、p−)、ジメチルフェノール(2,3−、2,5−、3,4−、3,5−、2,4−、2,6−)、トリメチルフェノール(2,3,5−、3,4,5−)、ブチルフェノール(2−t−、3−t−、4−t−)、レゾルシノール、メチルレゾルシノール(2−、4−、5−)、カテコール、4−t−ブチルカテコール、メトキシフェノール(2−、3−)、プロピルフェノール(2−、3−、4−)、イソプロピルフェノール(2−、3−、4−)、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール等が挙げられる。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
重合体(3A)における前記式(7)で表される構成単位の含有割合は、重合体(3A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、1〜30モル%が好ましく、3〜25モル%がより好ましく、5〜20モル%が更に好ましい。
前記式(8)のR〜Rとしての炭素数1〜20の置換可能なアルキル基、炭素数1〜20の置換可能なアルコキシ基、炭素数1〜20のアルコキシカルボニル基、炭素数6〜10のアリール基には、前記式(7)における各基をそのまま適用できる。
但し、前記式(7)のR〜Rと前記式(8)のR〜Rとは互い同じであってもよく、異なっていてもよい。
前記式(9)のRとしての炭素数1〜4のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基等が挙げられる。
前記式(9)のR10としての炭素数4〜20の環状構造を有する基は、環状構造を有すればよく、1価の脂環式炭化水素基、1価の芳香族基、1価の複素環構造を有する基等が含まれる。1価の脂環式炭化水素基としては、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類等に由来する脂環族環を有する1価の基が挙げられる。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有してもよく有さなくてもよい。置換基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。また、1価の芳香族基としては、フェニル基、トリル基(o−、m−、p−)、ナフチル基(1−、2−)、フェナントリル基、アントラニル基等が挙げられる。更に、1価の複素環構造を有する基としては、インドール、ピリミジン、ピペリジン、モルホリン、ピラン、フラン、ピペラジン、ピリジン等の複素環に由来する1価の基が挙げられる。
前記式(9)のR10として、より具体的には、下記の各種基が挙げられる。尚、下記式(11−1)〜式(11−29)に示す基において、R10に対するRの結合位置は一例であって、これらの結合位置に限られず、各々他の結合位置であってもよい。
Figure 2015065443
重合体(3A)における前記式(8)で表される構成単位の含有割合は、重合体(3A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、30〜90モル%が好ましく、35〜80モル%がより好ましく、40〜75モル%が更に好ましい。
前記式(10)のR11としての炭素数4〜20の脂環式炭化水素基としては、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類等に由来する脂環族環を有する2価の基が挙げられる。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有してもよく有さなくてもよい。置換基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。
前記式(10)で表される構成単位を与える単量体としては、ジシクロペンタジエン、ビシクロ(4,3,0)ノナ−3,7−ジエン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネン等の不飽和脂環式炭化水素化合物が挙げられる。これらの単量体は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
尚、これらの単量体に異性体が存在する場合には、いずれの異性体を用いてもよく、また、1種のみの異性体を用いてもよく、2種以上の異性体の混合物を用いてもよい。
重合体(3A)における前記式(10)で表される構成単位の含有割合は、重合体(3A)を構成する全構成単位の合計100モル%に対して、9〜60モル%が好ましく、10〜50モル%がより好ましく、15〜45モル%が更に好ましい。
重合体(3A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定したポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、1500〜200000であることが好ましく、より好ましくは2000〜10000である。
この重合体(3A)の調製方法は特に限定されないが、通常、前記式(7)と前記式(10)とを含む共重合体を調製した後、得られた共重合体に含まれる前記式(7)の構成単位に対して、前記式(9)で表される基を[HO−R−R10]で表される化合物を用いて導入することにより得ることができる。
前記(3B)酸発生剤としては、前記(2B)酸発生剤をそのまま適用できる他、更に、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体を用いることができる。これらの酸発生剤(3B)は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。酸発生剤(3B)の配合量は、重合体(3A)100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましく、0.3〜5質量部がより好ましく、0.5〜3質量部が更に好ましい。
前記(3C)架橋剤は、前記(1C)架橋剤をそのまま適用できる。架橋剤(3C)の配合量は、重合体(3A)100質量部に対して、1〜100質量部が好ましく、5〜50質量部がより好ましい。
その他、後述する密着助剤(1D)、界面活性剤(1E)、溶剤(1F)等のうちの少なくとも1種を含有できることも、前記組成物(1)と同様である。
前記密着助剤(1D)としては、第1樹脂層と基板との密着性を向上させることができる成分であれば特に限定されない。密着助剤(1D)としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基等の反応性置換基を有する官能性シランカップリング剤等が挙げられる。具体的には、トリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(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、1,3,5−N−トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート等が挙げられる。これらの密着助剤は1種のみ用いてもよく2種以上を併用してもよい。
密着助剤(1D)を用いる場合、その配合量は、前記組成物(1)のアルカリ可溶性樹脂(1A)、前記組成物(2)の重合体(2A)又は前記組成物(3)の重合体(3A)100質量部に対して、0.2〜10質量部が好ましく、0.5〜8質量部がより好ましい。
前記界面活性剤(1E)としては、塗布性、ストリエーション、ぬれ性、現像性等を調整できる成分であれば特に限定されない。この界面活性剤(1E)としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン−n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−n−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤や、以下商品名で、KP341〔信越化学工業社製〕、ポリフローNo.75、同No.95〔以上、共栄社油脂化学工業社製〕、エフトップEF101、同EF204、同EF303、同EF352〔以上、トーケムプロダクツ社製〕、メガファックF171、同F172、同F173〔以上、大日本インキ化学工業社製〕、フロラードFC430、同FC431、同FC135、同FC93〔以上、住友スリーエム社製〕、アサヒガードAG710、サーフロンS382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106〔以上、旭硝子社製〕等が挙げられる。これらの界面活性剤(1E)は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
界面活性剤(1E)を用いる場合、その配合量は、前記組成物(1)のアルカリ可溶性樹脂(1A)、前記組成物(2)の重合体(2A)又は前記組成物(3)の重合体(3A)100質量部に対して、15質量部以下が好ましく、0.001〜10質量部がより好ましい。
前記溶剤(1F)としては、各第1樹脂層形成用組成物を構成する前記成分を溶解し得るものであれば特に限定されない。この溶剤(1F)としては、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジエチレングリコールジアルキルエーテル類、トリエチレングリコールジアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールジアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、乳酸エステル類、脂肪族カルボン酸エステル類、その他のエステル類(ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、メトキシ酢酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、アセト酢酸メチル、ピルビン酸メチルなど)、芳香族炭化水素類(トルエン、キシレンなど)、ケトン類(メチルエチルケトン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノンなど)、アミド類(N−メチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなど)、ラクトン類(γ−ブチロラクトンなど)等が挙げられる。これらの溶剤(1F)は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
溶剤(1F)を用いる場合、その配合量は、前記組成物(1)のアルカリ可溶性樹脂(1A)、前記組成物(2)の重合体(2A)又は前記組成物(3)の重合体(3A)100質量部に対して、100〜3000質量部が好ましく、200〜2000質量部がより好ましい。
前記基板の材質は特に限定されず、また、1種の材質のみからなってもよく、異なる材質の層が2層以上積層された積層体からなってもよい。この基板を構成する材質としては、例えば、シリコン、各種金属(アルミニウム等)、各種金属(アルミニウム等)スパッタ膜、アルミナ、ガラスエポキシ、紙フェノール、ガラス等が挙げられる。基板の厚さも特に限定されないが、通常、1000〜10000nmである。また、この基板の表面は、必要に応じて表面改質等が施されてもよい。
基板上に形成される第1樹脂層の厚さは特に限定されないが、通常、1〜1000nmであり、5〜500nmとすることが好ましく、10〜100nmとすることが更に好ましい。
第1樹脂層形成用組成物を基板に塗布する方法は特に限定されないが、例えば、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の手段が挙げられる。更に、必要に応じて、プレベーク(PB)することによって塗膜中の溶剤を揮発させてもよい。このプレベークの加熱条件は、第1樹脂層形成用組成物の配合組成によって適宜選択されるが、加熱温度は、通常、100〜400℃程度、好ましくは150〜250℃である。更に、加熱時間は、通常、10〜300秒間、好ましくは30〜90秒間である。
前記「第2樹脂層形成工程(2)」〔図1におけるPR(2)〕は、第1樹脂層31の表面に、有機高分子を主成分とする第2樹脂層32を形成する工程である。
前記第2樹脂層は、有機高分子を主成分とする樹脂層である。この有機高分子を主成分とするとは、第2樹脂層全体を100質量%とした場合に、有機高分子が95質量%以上(100質量%であってもよい)含有されることを意味する。即ち、換言すれば、後述する無機高分子は含まれないか、又は、含まれたとしても5質量%未満であることを意味する。
更に、第2樹脂層は、圧接されたスタンパの表面形状に追従して、その形状を転写することができる層である。その他の特性については限定されないが、感放射線性を有する樹脂層を用いることができる。この第2樹脂層としては、重合性不飽和化合物と、感放射線性重合開始剤と、を含有する第2樹脂層形成用組成物を用いて、第1樹脂層上に形成された第2樹脂層が好ましい。
前記重合性不飽和化合物は、感放射線性重合開始剤の存在下で露光により重合し得る不飽和化合物であればよく、その種類は特に限定されないが、(メタ)アクリル酸エステル類が好ましい。この(メタ)アクリル酸エステル類は、単官能、二官能及び三官能以上のいずれであってよく、これらは1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。
前記単官能(メタ)アクリル酸エステル類としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記二官能(メタ)アクリル酸エステル類としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジ(メタ)アクリレート、ポリエステル両末端(メタ)アクリル変性化合物、ポリプロピレングリコール両末端(メタ)アクリル変性化合物、ポリテトラメチレングリコール両末端(メタ)アクリル変性化合物等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記三官能以上の(メタ)アクリル酸エステル類としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリ(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)フォスフェート等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記感放射線性重合開始剤の種類は特に限定されない。この感放射線性重合開始剤としては、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシルフェニルケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、3−メチルアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、ベンゾフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ミヒラーズケトン、ベンジルジメチルケタール、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、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オン、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルフォスフィネート、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オン、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、メチルベンゾイルホルメート、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、オリゴ[2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノン]等を挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
感放射線性重合開始剤の配合量は特に限定されないが、第2樹脂膜形成用組成物全体に対して、0.01〜30質量%が好ましく、0.1〜20質量%がより好ましく、1〜15質量%が更に好ましい。
第1樹脂層上に形成される第2樹脂層の厚さは特に限定されないが、通常、1〜1000nmであり、5〜500nmとすることが好ましく、10〜100nmとすることが更に好ましい。
第2樹脂層形成用組成物を第1樹脂層上に塗布する方法は特に限定されないが、例えば、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の手段が挙げられる。更に、必要に応じて、プレベーク(PB)することによって塗膜中の溶剤を揮発させてもよい。このプレベークの加熱条件は、第2樹脂層形成用組成物の配合組成によって適宜選択されるが、加熱温度は、通常、30〜150℃程度、好ましくは50〜130℃である。更に、加熱時間は、通常、10〜300秒間、好ましくは30〜90秒間である。
前記「凹部形成工程(3)」〔図1におけるPR(3−1)〜(3−3)〕は、第2樹脂層32に凸部11を有するスタンパ10を圧接、脱離して、第2樹脂層32に凹部321を形成する工程である。
この凹部形成工程では、スタンパの圧接によって、第2樹脂層を貫通させてもよく、貫通させなくともよいが、これらのうちでは第2樹脂層を貫通させないことが好ましい。第2樹脂層を貫通させず、第2樹脂層を厚さ方向に残存させることにより、第1樹脂層と第2樹脂層の接着面が大きくなるため、これらの間の密着性が増大し、第1樹脂膜と第2樹脂膜との層間におけるレジストはがれを抑制できる。この第2樹脂層を貫通させない場合において、形成される凹部の底部の厚さ(残存膜厚)は特に限定されないが、1nm以上が好ましく、3〜500nmがより好ましく、5〜150nmが更に好ましい。
また、第2樹脂層に対するスタンパの圧接、脱離の条件は特に限定されず、第2樹脂層に凹部を形成できればよいが、圧接圧力は0.1MPa以上(100MPa以下)が好ましく、0.1〜50MPaがより好ましい。更に、圧接時間は1秒以上(600秒以下)が好ましく、1〜300秒がより好ましい。また、前記圧接及び脱離は、第2樹脂層に凹部を形成することができればよく、1回のみ行ってもよく、2回以上を行ってもよい。
前記「スタンパ(10)」は、その表面に転写用の凸部11を有し、第2樹脂層32へこのスタンパ10を圧接した後、脱離することで、スタンパ10の凸部11に対応した凹部321を第2樹脂層32の表面に形成(転写)することができるものである。
このスタンパ10は、放射線に対して透過性を有していてもよく、有さなくてもよい。スタンパ10が透光性を有し、且つ、第2樹脂層32に感放射線性重合開始剤が含まれる場合には、スタンパ10を第2樹脂層32に圧接した状態で露光する〔図4におけるPR(3−2’)の露光工程を備えることができる〕ことで、スタンパ10の凸部11を第2樹脂層32に対してより転写し易くすることができる。この場合、放射線に対する透過率は特に限定されないが、所望の放射線(前記感放射線性重合開始剤が官能し得る放射線)に対して、70%以上の透過率であることが好ましく、75〜100%がより好ましく、80〜100%が更に好ましい。
前記スタンパを第2樹脂層に圧接した状態で露光する場合、即ち、露光工程〔図4におけるPR(3−2’)〕を備える場合、露光により第2樹脂層32を完全硬化させてもよく、不完全に硬化させたうえで更に後工程で加熱によって完全硬化を行ってもよい。
露光に用いる放射線種は特に限定されず、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線等の荷電粒子線等の放射線{ArFエキシマレーザー(波長193nm)或いはKrFエキシマレーザー(波長248nm)などを含む}を用いることができる。
このスタンパは、スタンパとしての機械的特性を有すればよく、更には、前述のように放射線に対する透過性を有することができる。このような観点から、スタンパを構成する材料としては、特に透光性無機材料が好ましい。この透光性無機材料といては、石英質材料{石英(単結晶、多結晶)、各種ガラス(石英ガラス、フッ化物ガラス、リン酸カルシウム系ガラス、ホウ酸塩系ガラス、ホウケイ酸塩系ガラス等)}、シリコン、スピネル、コランダム、サファイア等が挙げられる。
スタンパの表面(凸部を有する表面)には必要に応じて機能層を備えることができる。機能層としては、離型層、イオン化抑制層、密着性向上層{各種層間(スタンパと透光性電極層との層間など)の密着性を向上する層}、熱拡散層、各種光学的機能層{反射抑制、屈折率制御層、光透過性向上層(酸化ケイ素から構成)など}、絶縁層等が挙げられる。これらの各種層は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。即ち、例えば、各層は1層のみを有してもよく2層以上の多層構造としてもよい。機能層の厚さは各々特に限定されないが、各1層の厚みは1〜100nmが好ましく、1〜50nmがより好ましく、1〜20nmが特に好ましい。
前記機能層のうち、離型層は、スタンパと第2樹脂膜との分離を容易にするための層である。離型層を備える場合、離型層はスタンパが有する凸部の外表面の一部又は全面に配設されることが好ましい。
この離型層としてはハロゲン化有機基(ハロゲン化アルキル基等)を有するシラン系化合物を用いることが好ましい。このような場合には、ハロゲン化有機基が表面に位置するように自己組織化された有機単分子膜からなる離型層が得られる。このシラン系化合物としては、3,3,3−トリフルオロプロピル基、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル基、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基などの各種ハロゲン化有機基を備える、トリクロロシラン、トリアルコキシシラン(トリメトキシシラン及びトリエトキシシラン等)が挙げられる他、パーフルオロデシルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記機能層のうち、イオン化抑制層は、窒化物、酸化物、酸窒化物及び水素化窒化物等の透光性無機材料から形成できる。窒化物としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、窒化スズ、窒化ホウ素、窒化クロム、窒化炭化ケイ素等;酸化物としては、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化イットリウ、酸化エルビウム、酸化セリウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム等;酸窒化物としては、酸窒化ケイ素、酸窒化スズ、酸窒化ホウ素、酸窒化アルミニウム、酸窒化インジウム、酸窒化ガリウム、酸窒化クロム、酸窒化炭化ケイ素等;水素化窒化物としては、水素化窒化アルミニウム、水素化窒化インジウム、水素化窒化ガリウム、水素化窒化ケイ素、水素化窒化スズ、水素化窒化ホウ素、水素化窒化クロム、水素化窒化炭化ケイ素等;が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記「充填部形成工程(4)」〔図2におけるPR(4−1)〜(4−2)〕は、凹部321内に無機高分子を主成分とする充填部33を形成する工程である。
この充填部は、無機高分子を主成分とする部分である。この無機高分子を主成分とするとは、充填部全体を100質量%とした場合に、無機高分子が90質量%以上(100質量%であってもよい)含有されることを意味する。即ち、換言すれば、有機高分子は含まれないか、又は、含まれたとしても10質量%未満であることを意味する。
この充填部は、無機高分子を主成分とすることで、有機高分子を主成分とする前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層に対して、エッチング選択性を有することとなる部分である。
この充填部を構成する無機高分子は、骨格が無機元素で形成される高分子である。このような無機元素としては、Si、Ti、Al、Zr等が挙げられる。これらのなかではSiが好ましく、更には、前記無機高分子はポリシロキサンであることがより好ましい。また特に下記式(12)で表される構成単位及び下記式(13)で表される構成単位を含有するポリシロキサンと溶剤とを含む充填部形成用組成物を用いて形成された充填部であることが好ましい。
Figure 2015065443
〔式(12)において、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、nは1〜4の整数である。〕
Figure 2015065443
前記式(12)におけるRの炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。前記式(12)におけるRとしては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
前記式(12)で表される構成単位を与える単量体としては、下記式(14)で表されるシラン化合物が挙げられる。
Figure 2015065443
〔式(14)において、Rは炭素数1〜4のアルキル基を表し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を表し、nは1〜4の整数である。〕
前記式(14)におけるRは、前記式(12)におけるRの説明をそのまま適用できる。また、式(14)におけるRについても同様である。但し、RとRとは同じであってもよく異なっていてもよい。更に、式(14)における3つのRは相互に同じであってもよく異なっていてもよい。
前記式(14)で表されるシラン化合物としては、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、3−(トリエトキシシリル)プロピルメタクリレート、N−3−(メタクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−(トリメトキシシリル)エチルメタクリレート、2−(トリエトキシシリル)エチルメタクリレート、トリメトキシシリルメチルメタクリレート、トリエトキシシリルメチルメタクリレート、3−[トリス(トリメチルシロキシ)シリル]プロピルメタクリレート、3−[トリス(ジメチルビニルシロキシ)]プロピルメタクリレート、メタクリロキシプロピルトリス(メトキシエトキシ)シラン、3−(トリクロロシリル)プロピルメタクリレート等が挙げられる。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記式(13)で表される構成単位を与える単量体としては、下記式(15)で表されるシラン化合物が挙げられる。
Si(OR (15)
〔式(15)において、Rは1価の有機基を表す。〕
前記式(15)のRにおける1価の有機基としてはアルキル基及び芳香族基が挙げられる。前記式(15)における4つのRは相互に同じであってもよく異なっていてもよい。これらの1価の有機基は置換されていてもよく、置換されていなくてもよい。
前記1価のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。更に、置換された1価のアルキル基としては、γ−アミノプロピル基、γ−グリシドキシプロピル基、γ−トリフロロプロピル基が挙げられる。また、1価の芳香族基としては、フェニル基及びベンジル基等が挙げられる。
前記式(15)で表されるシラン化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン、テトラクロロシラン、テトラアセトキシシラン、テトライソシアナートシラン、テトラキス(ブトキシエトキシエトキシ)シラン、テトラキス(ジメチルシロキシ)シラン、テトラキス(エトキシエトキシ)シラン、テトラキス(2−エチルヘキシロキシ)シラン、テトラキス(2−メタクリロキシエトキシ)シラン、テトラキス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、テトラキス(メトキシエトキシ)シラン、テトラキス(メトキシプロポキシ)シラン、テトラキス(メチルエチルケトキシミノ)シラン、テトラキス(トリクロロシリルエチル)シラン、テトラキス(トリメチルシロキシ)シラン、テトラキス(ビニルジメチルシロキシ)シラン等が挙げられる。これらの単量体は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンは、前記式(12)で表される構成単位及び前記式(13)で表される構成単位以外にも他の構成単位を含有することができる。他の構成単位としては、下記式(16)で表される構成単位、及び、下記式(17)で表される構成単位が挙げられる。これらの構成単位は、1種のみを含んでもよく、2種以上を含んでも良い。
Figure 2015065443
〔式(16)において、Rは、水素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜5のアルキル基、又は−ORを表し、Rは炭素数1〜5のアルキル基を表す。〕
Figure 2015065443
〔式(17)において、Rは、炭素数1〜4のアルキル基を表す。〕
前記式(16)のRにおける炭素数1〜5のアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。このアルキル基としては、メチル基、エチル基、n‐プロピル基、i‐プロピル基、n‐ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。また、前記Rが−ORである場合における、Rの炭素数1〜5のアルキル基としては、同式におけるRをそのまま適用できる。但し、RとRは同じでも異なっていてもよい。更に、式(16)で表される構成単位はポリシロキサンに1種のみ含まれていてもよく2種以上含まれていてもよい。
前記式(16)で表される構成単位を与える単量体としては、下記式(18)で表されるシラン化合物が挙げられる。
Figure 2015065443
〔式(18)において、Rは、水素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜5のアルキル基、又は−ORを表し、Rは炭素数1〜5のアルキル基を表し、Rは1価の有機基を表す。〕
前記式(18)におけるR及びRについては、各々前記式(16)におけるR及びRの説明をそのまま適用することができる。更に、前記式(18)におけるRについては、前記式(15)におけるRの説明をそのまま適用することができる。
前記式(18)で表されるシラン化合物としては、2−メチルフェニルトリメトキシシラン、2−メチルフェニルトリエトキシシラン、2−メチルフェニルトリ−n−プロポキシシラン、2−メチルフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、2−メチルフェニルトリ−n−ブトキシシラン、2−メチルフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、2−メチルフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、2−メチルフェニルトリクロロシラン、2−メチルフェニルトリアセトキシシラン、4−メチルフェニルトリメトキシシラン、4−メチルフェニルトリエトキシシラン、4−メチルフェニルトリ−n−プロポキシシラン、4−メチルフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、4−メチルフェニルトリ−n−ブトキシシラン、4−メチルフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、4−メチルフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、4−メチルフェニルトリクロロシラン、4−メチルフェニルトリアセトキシシラン、2−エチルフェニルトリメトキシシラン、2−エチルフェニルトリエトキシシラン、2−エチルフェニルトリ−n−プロポキシシラン、2−エチルフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、2−エチルフェニルトリ−n−ブトキシシラン、2−エチルフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、2−エチルフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、2−エチルフェニルトリクロロシラン、2−エチルフェニルトリアセトキシシラン、4−エチルフェニルトリメトキシシラン、4−エチルフェニルトリエトキシシラン、4−エチルフェニルトリ−n−プロポキシシラン、4−エチルフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、4−エチルフェニルトリ−n−ブトキシシラン、4−エチルフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、4−エチルフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、4−エチルフェニルトリクロロシラン、4−エチルフェニルトリアセトキシシラン、4−プロピルフェニルトリメトキシシラン、4−プロピルフェニルトリエトキシシラン、4−プロピルフェニルトリ−n−プロポキシシラン、4−プロピルフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、4−プロピルフェニルトリ−n−ブトキシシラン、4−プロピルフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、4−プロピルフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、4−プロピルフェニルトリクロロシラン、4−プロピルフェニルトリアセトキシシラン、4−ブチルフェニルトリメトキシシラン、4−ブチルフェニルトリエトキシシラン、4−ブチルフェニルトリ−n−プロポキシシラン、4−ブチルフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、4−ブチルフェニルトリ−n−ブトキシシラン、4−ブチルフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、4−ブチルフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、4−ブチルフェニルトリクロロシラン、4−ブチルフェニルトリアセトキシシラン、4−メトキシフェニルトリメトキシシラン、4−メトキシフェニルトリエトキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−n−プロポキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−n−ブトキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−tert−ブトキシシラン、4−メトキシフェニルトリクロロシラン、4−メトキシフェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリ−iso−プロポキシシラン、フェニルトリ−n−ブトキシシラン、フェニルトリ−sec−ブトキシシラン、フェニルトリ−tert−ブトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
これらのシラン化合物のなかでも、4−メトキシフェニルトリメトキシシラン、4−メトキシフェニルトリエトキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−n−プロポキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−iso−プロポキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−n−ブトキシシラン、4−メトキシフェニルトリ−sec−ブトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリ−iso−プロポキシシラン、フェニルトリ−n−ブトキシシラン、フェニルトリ−sec−ブトキシシランが好ましい。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記式(17)のRにおける炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。このアルキル基としては、メチル基、エチル基、n‐プロピル基、i‐プロピル基、n‐ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。また、式(17)で表される構成単位はポリシロキサンに1種のみ含まれていてもよく2種以上含まれていてもよい。
前記式(17)で表される構成単位を与える単量体としては、下記式(19)で表されるシラン化合物が挙げられる。
Si(OR (19)
〔式(19)において、Rは直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基を表し、Rは1価の有機基を表す。〕
前記式(19)におけるRについては、前記式(16)におけるRの説明をそのまま適用できる。また、前記式(19)におけるRについては、前記式(18)におけるRの説明をそのまま適用できる。
前記式(19)で表されるシラン化合物としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、メチルトリ−tert−ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリイソプロペノキシシラン、メチルトリス(ジメチルシロキシ)シラン、メチルトリス(メトキシエトキシ)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、メチルシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリ−tert−ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、エチルビス(トリメチルシロキシ)シラン、エチルジクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリクロロシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、n−プロピルトリフェノキシシラン、n−プロピルトリアセトキシシラン、n−プロピルトリクロロシラン、i−プロピルトリメトキシシラン、i−プロピルトリエトキシシラン、i−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、i−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、i−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、i−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、i−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、i−プロピルトリフェノキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、n−ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、n−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、n−ブチルトリフェノキシシラン、n−ブチルトリクロロシラン、2−メチルプロピルトリメトキシシラン、2−メチルプロピルトリエトキシシラン、2−メチルプロピルトリ−n−プロポキシシラン、2−メチルプロピルトリ−iso−プロポキシシラン、2−メチルプロピルトリ−n−ブトキシシラン、2−メチルプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、2−メチルプロピルトリ−tert−ブトキシシラン、2−メチルプロピルトリフェノキシシラン、1−メチルプロピルトリメトキシシラン、1−メチルプロピルトリエトキシシラン、1−メチルプロピルトリ−n−プロポキシシラン、1−メチルプロピルトリ−iso−プロポキシシラン、1−メチルプロピルトリ−n−ブトキシシラン、1−メチルプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、1−メチルプロピルトリ−tert−ブトキシシラン、1−メチルプロピルトリフェノキシシラン、t−ブチルトリメトキシシラン、t−ブチルトリエトキシシラン、t−ブチルトリ−t−プロポキシシラン、t−ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、t−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、t−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、t−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、t−ブチルトリフェノキシシラン、t−ブチルトリクロロシラン、t−ブチルジクロロシラン等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
これらのシラン化合物のなかでも、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン等が好ましい。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンは、前記式(12)、前記式(13)、前記式(16)及び前記式(17)で表される各構成単位以外にも、他の構成単位を更に含むことができる。更に他の構成単位としては、下記各化合物を単量体とする各構成単位が挙げられる。これらの更に他の構成単位は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記更に他の構成単位を与える化合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルジクロロシラン、ジエトキシジビニルシラン、ジ(3−メタクリロキシプロピル)ジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメシチルジメトキシシラン、ジメシチルジクロロシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジクロロシラン、ジ−t−ブチルジクロロシラン、ジ−シクロへキシルジクロロシラン、アセトキシプロピルジクロロシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジクロロシラン、アリルへキシルジクロロシラン、アリルメチルジクロロシラン、アリルフェニルジメトキシシラン、アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジメタクリロキシジメトキシシラン、t−ブチルメチルジクロロシラン、t−ブチルフェニルジクロロシラン、2−(カルボメトキシ)エチルメチルジクロロシラン、2−シアノエチルメチルジクロロシラン、3−シアノプロピルメチルジクロロシラン、3−シアノプロピルメチルジメトキシシラン、3−シアノプロピルフェニルジクロロシラン、シクロへキシルエチルジメトキシシラン、シクロへキシルメチルジメトキシシラン、シクロへキシルメチルジクロロシラン、メルカプトメチルメチルジエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、イソブチルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジクロロシラン、エチルメチルジクロロシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、p−トリルメチルジクロロシラン、フェネチルメチルジクロロシラン、ジ(p−トリル)ジクロロシラン、ジ(3−グリシドキシ)プロピルジメトキシシラン、ジ(3−グリシドキシ)プロピルジエトキシシラン、(3−シクロヘキセニル)プロピルジメトキシシラン等が挙げられる。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンにおける、前記式(12)で表される構成単位の含有割合は、ポリシロキサンに含まれる全ての構成単位の合計を100モル%とした場合に、1〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは1〜30モル%、更に好ましくは5〜10モル%である。この範囲では、充填部が密着性に優れると共に、マスクとして利用した場合の耐久性にも優れている。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンにおける、前記式(13)で表される構成単位の含有割合は、ポリシロキサンに含まれる全ての構成単位の合計を100モル%とした場合に、50〜99モル%であることが好ましく、より好ましくは50〜80モル%、更に好ましくは50〜60モル%である。この範囲では、マスクとして利用した場合の耐久性に優れると共に、充填部形成用組成物の保存安定性にも優れる。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンにおける、前記式(16)で表される構成単位の含有割合は、ポリシロキサンに含まれる全ての構成単位の合計を100モル%とした場合に、10モル%以下であることが好ましく、より好ましくは0〜7モル%、更に好ましくは0〜5モル%である。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンにおける、前記式(17)で表される構成単位の含有割合は、50モル%以下であることが好ましく、より好ましくは1〜40モル%、更に好ましくは1〜30モル%である。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンにおける、前記更に他の構成単位の含有割合は、ポリシロキサンに含まれる全ての構成単位の合計を100モル%とした場合に、10モル%以下であることが好ましく、より好ましくは1〜8モル%、更に好ましくは1〜5モル%である。
前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンの、GPCで測定したポリスチレン換算重量平均分子量は、500〜100000であることが好ましく、より好ましくは1000〜50000、更に好ましくは1000〜10000である。
また、前記充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンにおけるシラノール存在比は、無機高分子中のSi−O−Si結合に対して、1〜2倍であることが好ましく、より好ましくは1〜1.7倍、更に好ましくは1〜1.5倍である。シラノール存在比が、1〜2倍である場合には特に保存安定性が良好となる。尚、シラノール存在比は、Si29−NMRにより測定される。
更に、前記各種充填部形成用組成物を構成するポリシロキサンは、充填部形成用組成物に1種のみ含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
また、充填部形成用組成物を構成する溶剤としては、前記ポリシロキサンを溶解可能であり、第2樹脂層を溶解しないものであれば特に限定されない。具体的には、アルコール、エーテル、エステル等や、これらを含有するものが好ましく、なかでも、アルコールが好ましい。また、これらの溶剤は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
溶剤の配合量は特に限定されないが、ポリシロキサン100質量部に対して、20〜10000質量部が好ましく、30〜5000質量部がより好ましい。
前記アルコールとしては、炭素数2〜10のアルコールが好ましい。この炭素数2〜10のアルコールは、直鎖状であっても分岐状であってもよい。このアルコールとしては、1−ブタノール、2−ブタノール、ペンタノール、シクロペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、ヘプタノール、シクロヘプタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルが挙げられる。
前記エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル等が挙げられる。
前記エステルとしては、乳酸メチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。
尚、前記充填部形成用組成物には、前記ポリシロキサン及びこの溶剤以外に、界面活性剤、架橋剤等の他の添加剤を含有させることができる。
充填部を形成する方法は特に限定されないが、通常、充填部形成用組成物を、凹部が形成された第2樹脂層上に塗布して製膜される。この際の塗布方法は特に限定されず、例えば、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の手段が挙げられる。更に、必要に応じて、プレベーク(PB)することによって塗膜中の溶剤を揮発させてもよい。このプレベークの加熱条件は、充填部形成用組成物の配合組成によって適宜選択されるが、加熱温度は、通常、60〜180℃程度、好ましくは80〜150℃である。更に、加熱時間は、通常、10〜300秒間、好ましくは30〜180秒間である。
また、必要に応じて、第2樹脂層32のパターンを顕在化させるために、充填部の表面の一部を除去する工程(平坦化する工程)〔図2におけるPR(4−2)〕を備えることができる。この除去方法は特に限定されないが、ドライエッチバック、ウェットエッチバック等のエッチング法や、CMP法等を用いることができる。これらのなかでも、ドライエッチバック、CMP法が好ましい。
前記「エッチング工程(5)」〔図2におけるPR(5−1)〜(5−2)〕は、充填部33をマスクとして、第1樹脂層31及び第2樹脂層32をエッチングする工程である。
このエッチング工程では、どのようにエッチングを行ってもよいが、ドライエッチング(減圧下で物理的、あるいは化学的にエッチングする方法)が好ましく、更には、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)がより好ましい。第1樹脂層及び第2樹脂層は有機高分子を主成分とするのに対して、充填部は無機高分子を主成分とするため、ドライエッチングにおけるエッチング速度を異ならせることができ、その結果、充填部を第1樹脂層及び第2樹脂層に対するマスクとして機能させることができる。
ドライエッチングを行う際のソースガスは特に限定されないが、O、CO、CO等の酸素原子を含むガス、He、N、Ar等の不活性ガス、Cl、BCl等の塩素原子を含むガス、H、NHのガスなどを用いることができる。これらのガスは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、このエッチング工程において、第1樹脂層及び第2樹脂層の各々に対するエッチング速度は特に限定されず、各エッチング速度は同じであってもよく、異なっていてもよい。更に異なっている場合には、どちらのエッチング速度が早くてもよいが、第1樹脂層のエッチング速度が、第2樹脂層のエッチング速度より遅い〔図2におけるPR(5−1)〜(5−2)参照〕ことが好ましい。この場合には、被加工基板を加工する際、よりエッチング耐性(マスク耐性)に優れた、パターン(マスク)を形成することができる。
エッチング速度比は、前記各樹脂層の組成及び用いるエッチング手法により適宜とすることができるが、特に、第1樹脂層に対するエッチング速度をSとし、第2樹脂層に対するエッチング速度をSとした場合に、エッチング速度比をS/Sとした場合に、S/Sは、1〜3であることが好ましく、1.5〜3であることがより好ましく、2〜3であることが特に好ましい。
尚、エッチング速度は以下の方法により測定される値であるものとする。即ち、任意の膜厚(処理前膜厚)にて第1樹脂膜と第2樹脂膜を形成させ、任意の条件でエッチング処理をした後の膜厚(処理後膜厚)との差からエッチング速度を算出することで測定を行う。
本発明のパターン形成方法では、第1樹脂層形成工程(1)、第2樹脂層形成工程(2)、凹部形成工程(3)、充填部形成工程(4)、及び、エッチング工程(5)以外にも他の工程を備えることができる。他の工程としては、前記エッチング工程(5)後の前記充填部、前記被形状転写層及び前記樹脂層をマスクとして前記基板にパターンを形成する(転写する)基板加工工程(6)〔図3のPR(6)〕が挙げられる。更に、マスク(充填部、第2樹脂層及び第1樹脂層)を除去するマスク除去工程(7)〔図3のPR(7)〕を備えることができる。
これらの他の各工程は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。ここで、「部」及び「%」は、特記しない限り質量基準である。
[調製例1]第1樹脂層形成用組成物の調製
下記フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂(1A)100質量部、熱酸発生剤(1B)1.0質量部、架橋剤(1C)25質量部、密着助剤(1D)2.5質量部、及び界面活性剤(1E)0.2質量部を、溶剤(1F)400質量部に溶解することにより第1樹脂層形成用組成物を調製した。
フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂(1A);p−ヒドロキシスチレン/スチレン/ビニル安息香酸=18/80/2(モル比)からなる共重合体、ポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)=10,000、
熱酸発生剤(1B);2−(p−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
架橋剤(1C);ヘキサメトキシメチルメラミン(株式会社三和ケミカル製、商品名「ニカラックMW−390」)、
密着助剤(1D);γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(チッソ株式会社製、商品名「S510」)、
界面活性剤(1E);レベリング剤・界面活性剤(ネオス株式会社製、商品名「FTX−218」)、
溶剤(1F);乳酸エチル/2−ヘプタノン=80/65(質量部)
[調製例2]第2樹脂膜形成用組成物の調製
ブチルメタクリレート100質量部、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート50質量部、2,4,6−トリメチルベンゾイル−フェニル−フォスフィンオキサイド25質量部を混合し、均一に攪拌することにより第2樹脂膜形成用組成物を得た。
[調製例3]充填部形成用組成物の調製
無水マレイン酸0.54gを水10.8gに加熱溶解させてマレイン酸水溶液を調製した。次に、テトラエトキシシラン18.71g及びプロピレングリコールモノプロピルエーテル53.5gをフラスコに入れた。このフラスコに、冷却管と先に調製しておいたマレイン酸水溶液を入れた滴下ロートとをセットし、オイルバスにて100℃で加熱した後、マレイン酸水溶液をゆっくり滴下し、100℃で4時間反応させた。反応終了後、反応溶液の入ったフラスコを放冷してからエバポレータにセットし、反応中生成したエタノールを除去して反応生成物(重量平均分子量2100のポリシロキサンである)を得た。
得られた反応生成物中の固形分は、焼成法により測定した結果、15.7%であった。また、得られた生成物(固形分)の重量平均分子量は2100であった。
上記のようにして得られた反応生成物14.89gをプロピレングリコールモノエチルエーテル30.79gに溶解させ、さらにこの溶液を孔径が0.2μmのフィルターでろ過して充填部形成用組成物を得た。
尚、前記生成物(固形分)の重量平均分子量は、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)法により測定した。測定試料は、濃度10mmol/LのLiBr−HPOの2−メトキシエタノール溶液を溶媒として使用し、生成物0.1gを100ccの10mmol/L LiBr−HPOの2−メトキシエタノール溶液に溶解させたものを用いた。また、標準試料:ポリスチレン(WAKO社製)、装置:高速GPC装置「HLC−8120GPC」(型式名)、東ソー社製、カラム:長さ15cmの水系・極性有機溶媒系GPCカラム「TSK−GEL SUPER AWM−H」(東ソー社製)を直列に3本連結して使用、測定温度:40℃、流速:0.6ml/min.、検出器:RI(前記高速GPC装置に内蔵)の各条件とした。
[実施例1]第1樹脂層を用いた例
(1)第1樹脂層形成工程
6インチのシリコンウエハ(基板)上に、先に調製された第1樹脂層形成用組成物をスピンコートし、ホットプレートを用いて180℃で1分間、300℃で1分間加熱し、300nm厚の第1樹脂層を形成した。
(2)第2樹脂層形成工程
上記(1)までに得られた第1樹脂層に、先に調製された第2樹脂層形成用組成物10μL滴下してスピンコート法にて第2樹脂層を形成した。
(3)凹部形成工程
上記(2)までに得られた第2樹脂層に、70nmライン(凸部幅)/140nmスペース(アスペクト比:1)の凹凸パターンを有する(即ち、70nmラインの凸部を有する)石英製のスタンパを0.4MPaの圧力で120秒間圧接した後、高圧水銀灯により照度2.5mW/cmの光を30秒間照射した後、スタンパを脱離させて、第2樹脂層の表面に凹部を形成した。
得られた凹部の断面を走査型電子顕微鏡(日立計測器サービス株式会社製、型式「S9380」)で観測したところ、幅70nm×深さ70nmの略正方形の断面形状を有する凹部が140nm間隔に並んで配置された凹凸パターンが形成されていた。残存膜厚(凹部の底面から第2樹脂層の底面までの距離)は100nmであった。
(4)充填部形成工程
前記(3)までに得られた凹部を備えた第2樹脂層に、先に調製した充填部形成用組成物をスピンコートし、ホットプレートを用いて150℃で1分間加熱した。その後、フッ素条件下でエッチバックすることにより、充填部形成用組成物で形成された余剰部分(凹部からはみ出た部分)を除去して、第2樹脂層の凹部内に充填部を形成した。
得られた充填部の断面を走査型電子顕微鏡(日立計測器サービス株式会社製、型式「S9380」)で観測したところ、前記凹部に欠損なく、幅70nm×高さ70nmの略正方形の断面形状を有する充填部が140nm間隔で充填されていた。
(5)エッチング工程
前記(4)までに得られた充填部をマスクとして酸素条件下でリアクティブイオンエッチング(RIE)により、第2樹脂層及び第1樹脂層をエッチングしてパターンを形成した。得られたパターンの断面を走査型電子顕微鏡(日立計測器サービス株式会社製、型式「S9380」)で観察したところ、幅70nm×深さ70nmの凹部が140nm間隔で並んで配置された凹凸パターンを得ることができた。
[比較例1]第1樹脂層を用いない例
前記実施例1において、第1樹脂層形成工程(1)を行わず、基板に直接第2樹脂層を形成した(即ち、基板に直接接するように第2樹脂層を形成)以外は、実施例1と同様に、凹部形成工程(残存膜厚も同様に100nmであった)、及び、充填部形成工程を行った。次いで、
これまでに得られた充填部をマスクとして酸素条件下でリアクティブイオンエッチング(RIE)により、第2樹脂層をエッチングしてパターンを形成した。得られたパターンの断面を走査型電子顕微鏡(日立計測器サービス株式会社製、型式「S9380」)で観察したところ、パターンの倒壊が認められた。
尚、本発明においては、上記の具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。
10;スタンパ、11;凹部、
20;基板、
31;第1樹脂層、
32;第2樹脂層、321;凹部、
33;充填部、33’;充填部形成用樹脂組成物、
PR(1);第1樹脂層形成工程、
PR(2);第2樹脂層形成工程、
PR(3)、PR(3−1)、PR(3−2)、PR(3−3);凹部形成工程、
PR(3−2’);露光工程、
PR(4−1)、PR(4−2);充填部形成工程、
PR(5)、PR(5−1)、PR(5−2);エッチング工程、
PR(6);基板加工工程、
PR(7);マスク除去工程。
即ち、本発明は以下に示す通りである。
〈1〉基板上に、有機高分子を主成分とする第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程(1)と、
前記第1樹脂層の表面に、有機高分子を主成分とする第2樹脂層を形成する第2樹脂層形成工程(2)と、
前記第2樹脂層に凸部を有するスタンパを圧接、脱離して、前記第2樹脂層に凹部を形成する凹部形成工程(3)と、
充填部形成用組成物を、前記凹部が形成された前記第2樹脂層上に塗布して製膜することにより、前記凹部内に無機高分子を主成分とする充填部を形成する充填部形成工程(4)と、
前記充填部をマスクとして、前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層をエッチングするエッチング工程(5)と、を備えており、
前記充填部形成用組成物は、無機高分子と、溶剤と、を含有しており、
前記第1樹脂層は、前記第2樹脂層よりエッチング速度が遅い材料からなり、
前記凹部形成工程(3)では、前記スタンパの圧接の際、前記第2樹脂層を厚さ方向に残存させることを特徴とするパターン形成方法。
〈2〉前記無機高分子は、ポリシロキサンである前記〈1〉に記載のパターン形成方法。
本発明のパターン形成方法によれば、レジスト膜のはがれを抑制しながら、パターン形成を行うことができる。更に、凹部形成工程で形成された凹部内にレジスト膜が残存された残膜が形成されることで、第1樹脂層と第2樹脂層との接着面が大きくなり、レジスト膜のはがれ(第1樹脂膜と第2樹脂膜との層間剥離)をより効果的に抑制できる。即ち、通常、パターンをマスクとしてエッチング等の加工を行う場合には忌避される凹部内の残膜が本方法では有利に機能する。また、凹部内の残膜の膜厚にバラツキを生じたとしても、工程(5)のエッチング加工や、本方法により得られるパターンに影響を及ぼさず、凹部内の残膜の精密な制御が不要である。
前記無機高分子がポリシロキサンである場合には、第1樹脂層及び第2樹脂層と、充填部とのエッチングにおけるより優れた選択性を得ることができる。更には、スピンコートによる塗布を行った場合の塗膜の平坦性が良いため、第1樹脂層上から不要な充填部形成用樹脂層(充填部形成用樹脂からなる層)を除去する際に、凹部内に残存させるべき充填部形成用樹脂に与えるダメージを最小化できる。また、適度なベーク温度で硬化できるため、第1樹脂層への熱によるダメージを抑制できる。
前記第1樹脂層が前記第2樹脂層よりエッチング速度が遅い材料からなるため、充填部をマスクとして基板を加工する場合によりアスペクト比の高いパターンを作製することができる。また、より厳しい条件で加工が可能となるため、スループットを高めることができる。
この凹部形成工程では、スタンパの圧接によって、第2樹脂層を貫通させない。第2樹脂層を貫通させず、第2樹脂層を厚さ方向に残存させることにより、第1樹脂層と第2樹脂層の接着面が大きくなるため、これらの間の密着性が増大し、第1樹脂膜と第2樹脂膜との層間におけるレジストはがれを抑制できる。この第2樹脂層を貫通させずに形成される凹部の底部の厚さ(残存膜厚)は特に限定されないが、1nm以上が好ましく、3〜500nmがより好ましく、5〜150nmが更に好ましい。
この充填部は、無機高分子を主成分とする部分である。この無機高分子を主成分とするとは、充填部全体を100質量%とした場合に、無機高分子が90質量%以上(100質量%であってもよい)含有されることを意味する。即ち、換言すれば、有機高分子は含まれないか、又は、含まれたとしても10質量%未満であることを意味する。
この充填部は、無機高分子を主成分とすることで、有機高分子を主成分とする前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層に対して、エッチング選択性を有することとなる部分である。
この充填部を構成する無機高分子は、骨格が無機元素で形成される高分子である。このような無機元素としては、Si、Ti、Al、Zr等が挙げられる。これらのなかではSiが好ましく、更には、前記無機高分子はポリシロキサンであることがより好ましい。
尚、本発明における充填部は、無機高分子と溶剤とを含有する充填部形成用組成物を用いて形成される。
また特に下記式(12)で表される構成単位及び下記式(13)で表される構成単位を含有するポリシロキサンと溶剤とを含む充填部形成用組成物を用いて形成された充填部であることが好ましい。
充填部、充填部形成用組成物を、凹部が形成された第2樹脂層上に塗布して製膜することにより形成される。この際の塗布方法は特に限定されず、例えば、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の手段が挙げられる。更に、必要に応じて、プレベーク(PB)することによって塗膜中の溶剤を揮発させてもよい。このプレベークの加熱条件は、充填部形成用組成物の配合組成によって適宜選択されるが、加熱温度は、通常、60〜180℃程度、好ましくは80〜150℃である。更に、加熱時間は、通常、10〜300秒間、好ましくは30〜180秒間である。
更に、このエッチング工程において、第1樹脂層及び第2樹脂層の各々に対するエッチング速度は異なっており、第1樹脂層のエッチング速度が、第2樹脂層のエッチング速度より遅い〔図2におけるPR(5−1)〜(5−2)参照〕。この場合には、被加工基板を加工する際、よりエッチング耐性(マスク耐性)に優れた、パターン(マスク)を形成することができる。

Claims (3)

  1. 基板上に、有機高分子を主成分とする第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程(1)と、
    前記第1樹脂層の表面に、有機高分子を主成分とする第2樹脂層を形成する第2樹脂層形成工程(2)と、
    前記第2樹脂層に凸部を有するスタンパを圧接、脱離して、前記第2樹脂層に凹部を形成する凹部形成工程(3)と、
    前記凹部内に無機高分子を主成分とする充填部を形成する充填部形成工程(4)と、
    前記充填部をマスクとして、前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層をエッチングするエッチング工程(5)と、を備えることを特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記無機高分子は、ポリシロキサンである請求項1に記載のパターン形成方法。
  3. 前記第1樹脂層は、前記第2樹脂層よりエッチング速度が遅い材料からなる請求項1又は2に記載のパターン形成方法。
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