JP2013110383A - 膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板2上に、重合性モノマーと、光刺激によりガスを発生する感光性ガス発生剤と、を含む光硬化性組成物を塗布して塗布膜(被形状転写層1)を形成する工程と、前記塗布膜にモールド3を接触させる工程と、モールド3を介して前記塗布膜に光を照射して前記塗布膜を硬化させると共に前記塗布膜内にガスを発生させる工程と、前記塗布膜に光を照射した後、前記塗布膜からモールド3を離し、基板2上に所定のパターン形状を有する膜(硬化膜11)を形成する工程と、を含み、前記塗布膜に光を照射する工程において、前記塗布膜に含まれる重合性モノマーの重合反応の反応速度が、前記塗布膜に含まれる感光性ガス発生剤のガス発生反応の反応速度よりも速いことを特徴とする、膜の製造方法。
【選択図】図1
Description
前記塗布膜にモールドを接触させる工程と、
前記モールドを介して前記塗布膜に光を照射して前記塗布膜を硬化させると共に前記塗布膜内にガスを発生させる工程と、
前記塗布膜に光を照射した後、前記塗布膜から前記モールドを離し、前記基板上に所定のパターン形状を有する膜を形成する工程と、を含み、
前記塗布膜に光を照射する工程において、前記塗布膜に含まれる重合性モノマーの重合反応の反応速度が、前記塗布膜に含まれる感光性ガス発生剤のガス発生反応の反応速度よりも速いことを特徴とする。
(i)基板上に、光硬化性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程(塗布膜形成工程、図1(a))
(ii)塗布膜にモールドを接触させる工程(押印工程、図1(b))
(iii)モールドを介して塗布膜に光を照射して塗布膜を硬化させると共に塗布膜内にガスを発生させる工程(光照射工程、図1(c))
(iv)塗布膜に光を照射した後、塗布膜からモールドを離し、基板上に所定のパターン形状を有する膜を形成する工程(離型工程、図1(d))
(v)上記パターン形状のうち、塗布膜を除去すべき領域について残存する残膜を除去する工程(残膜除去工程、図1(e))
(vi)上記パターン形状を利用して基板を加工する工程(基板加工工程、図1(f))
まず重合性モノマーと、光刺激によりガスを発生する感光性ガス発生剤と、を含む光硬化性組成物を調製する工程(光硬化性組成物の調製工程)を行う。
光硬化性組成物に含まれる重合性モノマー(A成分)としては、例えば、ラジカル重合性モノマー、カチオン重合性モノマー等が挙げられる。以下、光硬化性組成物に含まれる重合性モノマーの具体例について説明する。
ラジカル重合性モノマーを使用する場合、具体的には、アクリロイル基(CH2=CHCOO−)又はメタクリロイル基(CH2=C(CH3)COO−)を1つ以上有する化合物が好ましい。
等が挙げられるが、これらに限定されない。
カチオン重合性モノマーとしてはビニルエーテル基(CH2=CH−O−)、エポキシ基又はオキセタニル基を1つ以上有する化合物が好ましい。
光硬化性組成物に含まれる光重合開始剤(B成分)は、重合性モノマー(A成分)の性質に応じて適宜使い分ける必要がある。具体的には、A成分としてラジカル重合性モノマーを使用した場合は、光ラジカル発生剤を使用する。またA成分としてカチオン重合性モノマーを使用した場合は、光酸発生剤を使用する。
光ラジカル発生剤とは、赤外線、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線等の荷電粒子線等、放射線の照射により化学反応が起こり、ラジカル重合を開始するために必要なラジカルを生じさせることができる化合物である。
光酸発生剤とは、赤外線、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線等の荷電粒子線等、放射線の照射により化学反応が起こり、カチオン重合を開始するための酸(プロトン)を発生させることができる化合物である。このような化合物としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、スルホンイミド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられるが、これらに限定されない。本発明においてはオニウム塩化合物を用いることが好ましい。
光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤(C成分)は、紫外線等の光を照射することにより化学反応(脱離反応)が起こり、気体を発生する物質をいう。感光性ガス発生剤としては、例えば、アゾ系化合物、ジアゾニウム塩系化合物、アジド系化合物、ジアゾナフトキノン系化合物、スルホヒドラジド系化合物、ヒドラゾ系化合物、ニトロベンジルカルバメート系化合物、ベンゾインカルバメート系化合物、ジアゾメタンスルホン酸系化合物等がある。尚、発生する気体としては、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、酸素、水素等があるが、好ましくは、二酸化炭素又は窒素である。窒素を発生する化合物としては、例えば、アゾ系化合物、ジアゾニウム塩系化合物、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル系化合物、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸アミド系化合物等のアジド系化合物、ジアゾナフトキノン系化合物、ニトロベンジルカルバメート系化合物が挙げられる。また二酸化炭素を発生する化合物としては、ベンゾインカルバメート系化合物が挙げられる。
本発明の製造方法において使用される光硬化性組成物は、上述した重合性モノマー(A成分)、光重合開始剤(B成分)、感光性ガス発生剤(C成分)の他に、種々の目的に応じて、かつ本発明の効果を損なわない範囲で添加剤をさらに含ませてもよい。ここで添加剤とは、増感剤、酸化防止剤、溶剤、ポリマー成分等をいうものである。
増感剤は、重合反応促進や反応転化率の向上を目的として使用される。増感剤としては、水素供与体又は増感色素を使用することができる。
実際に光硬化性組成物を調製する際には、上述の各成分を混合して調製することができる。ここで光硬化性組成物の混合・溶解については、通常、0℃〜100℃の温度範囲で行われる。
本発明の製造方法で用いられる光硬化性組成物において、組成物自体の粘度は、溶剤を除く成分の混合物において23℃で1cP〜100cPであることが好ましい。より好ましくは5cP〜50cPであり、さらに好ましくは6cP〜20cPである。ここで粘度が100cPより高いと、後述する押印工程において、モールド上の微細パターン凹部への組成物の充填に長時間が必要となったり、充填不良によるパターン欠陥が生じたりすることがある。一方、粘度が1cPより低いと、後述する塗布工程において塗りムラを生じたり、後述する押印工程において、モールドの端部から組成物が流れ出したりする恐れがある。
本発明の製造方法で用いられる光硬化性組成物において、組成物自体の表面張力は、溶剤を除く成分の23℃において5mN/m〜70mN/mであることが好ましい。より好ましくは、7mN/m〜35mN/mであり、さらに好ましくは、10mN/m〜32mN/mである。ここで表面張力が5mN/mより低いと、後述する押印工程において、モールド表面上の微細パターンへの組成物の充填に長時間が必要となる。一方、表面張力が70mN/mより高いと、表面平滑性が低くなる。
本発明の製造方法で用いられる光硬化性組成物においては、パターン欠陥発生の原因になるパーティクルが組成物内に混入するのを防止するのが望ましい。このため、光硬化性組成物を調製した後、例えば、孔径0.001μm〜5.0μmのフィルタで組成物を濾過することが好ましい。尚、濾過を行う際には、多段階で行ったり、多数回繰り返したりすることがさらに好ましい。また、濾過した液を再度濾過してもよい。ここで濾過に使用するフィルタの材質としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ナイロン樹脂等が使用できるが、本発明においては特に限定されるものではない。
本発明で使用される光硬化性組成物を、半導体集積回路を製造するために使用する際には、製品である半導体集積回路の動作を阻害しないようにするため、組成物中には金属不純物を極力混入されないようにすることが好ましい。このため、本発明で使用される光硬化性組成物において、組成物に含まれ得る金属不純物の濃度は、10ppm以下が好ましく、100ppb以下にすることがさらに好ましい。
次に、基板上に光硬化性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程(塗布膜形成工程)を行う。この工程(塗布膜形成工程)では、図1(a)に示されるように、被加工基板(基板2)上に光硬化性組成物からなる塗布膜、即ち、被形状転写層1を形成する。
次に、前工程(塗布膜形成工程)で形成された塗布膜にモールドを接触させる工程(押印工程、図1(b1)、図1(b2))を行う。この工程(押印工程)で被形状転写層1にモールド3を接触させる(図1(b1))と、モールド3上に形成された微細パターンの凹部に塗布膜(の一部)10が充填される(図1(b2))。
次に、モールドを介して塗布膜に光を照射する工程(光照射工程、図1(c))を行う。この工程において、塗布膜は照射される光によって硬化して硬化膜11を形成する一方で、光硬化性組成物に含まれるC成分の光反応によりからガスが発生する。
(4a)重合性モノマーの重合反応
(4b)感光性ガス発生剤の光反応(光脱離反応)
以下、図面を適宜参照しながら、重合性モノマーの重合反応の反応速度V1や感光性ガス発生剤の光脱離反応の反応速度V2の評価方法の具体例を説明する。
次に、光硬化性組成物からモールドを離し、基板上に所定のパターン形状を有する膜を形成する工程(離型工程、図1(d))を行う。この工程(離型工程)は、被形状転写層からモールドを剥離する工程であり、前の工程(光照射工程)において、モールド上に形成された微細パターンの反転パターンが、硬化された光硬化性組成物のパターンとして得られる。
上記離型工程を行ったときに得られる膜は、特定のパターン形状を有するものの、このパターン形状が形成される領域以外の領域においても膜の一部が残膜として存在することがある。そこで上記パターン形状のうち、光硬化性組成物を除去すべき領域について残存する光硬化性組成物(残膜)を除去する工程(残膜除去工程、図1(e))を行う。
本発明の製造方法によって得られる所望の凹凸パターン形状を有する光硬化物11は、例えば、LSI、システムLSI、DRAM、SDRAM、RDRAM、D−RDRAM等の半導体素子の層間絶縁膜用膜に代表される電子部品に含まれる層間絶縁膜用膜として利用可能である。一方、光硬化物11は、半導体素子製造時におけるレジスト膜等として利用することができる。
以下に示す方法により、パターン形状を有する膜を形成した。
下記に示す試薬、溶媒を混合した。
(A)1,6−へキサンジオールジアクリレート(HDODA、大阪有機化学製):100重量部
(B)Irgacure369(チバ・ジャパン製):3重量部
(C)1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸−p−クレゾールエステル(PC−5、東洋合成製):2重量部
(1)において、調製した光硬化性組成物を約10μLとり、これを減衰全反射赤外分光装置上のダイヤモンドATR結晶上に滴下して塗膜を形成した。
次に、厚さ1mmの石英ガラスを、(2)において形成した塗膜上にかぶせた。これにより、図3に示されるサンプル、即ち、ダイヤモンドATR結晶(基板1)上に、光硬化性組成物からなる塗膜(塗布膜2)と、石英ガラス(モールド3)と、からなるサンプル10を得た。
次に、石英ガラス上から、250W超高圧水銀ランプを備えたUV光源EX250(HOYA CANDEO OPTRONICS CORPORATION社製)から出射された光を、後述する干渉フィルタを通した上でサンプルに10秒照射した。尚、光照射の際に使用した干渉フィルタはVPF−25C−10−15−31300(シグマ光機製)であり、このとき照射光である紫外光の波長を313±5nmの単一波長光とし、照度を1mW/cm2とした。また、この光照射工程において、光硬化性組成物を構成する上記(A)成分に含まれるアクリル基の減少速度((A)成分の重合反応の反応速度)と、上記(C)成分に含まれるアジド基の減少速度(光による窒素の脱離反応)と、以下に示す方法で評価した。
減衰全反射赤外分光スペクトルの測定を、サンプルへの光照射を開始したのと同時に開始し、光照射を続けながら1秒あたり2.7回測定しデータを取得した。
上記(1)にて示されている光硬化性組成物を、図1(a)に示されるように基板2に塗布して塗布膜(被形状転写層1)を形成し、この塗布膜上に所定のパターンを有するモールド3を設置した後、モールド3を解して当該塗布膜に光を照射する。その後、モールド3を外すことで所定のパターン形状を有する膜を得ることができる。また電子顕微鏡を用いて作製した膜(樹脂薄膜)を観察することで、パターン形状を評価することができる。
(1)光硬化性組成物
下記に示す試薬、溶媒を混合した。
(A)1,6−へキサンジオールジアクリレート(HDODA、大阪有機化学製):100重量部
(B)2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(Darocur1173、チバ・ジャパン製):3重量部
(C)ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン(DAM−105、みどり化学製):3重量部
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。図5は、本実施例における減衰全反射赤外分光スペクトルの測定結果を示す図である。ここで図5は、(A)成分であるHDODAのアクリル基に由来する810cm-1のピーク(a1)と、(C)成分であるDAM−105に由来するジアゾ基に由来する2114cm-1のピーク面積強度の時間変化のグラフを示すものである。尚、図5は、いずれのピーク面積強度も、光照射開始直後の初期値を1とした相対値として示している。図5より、本実施例の条件では、重合性官能基(アクリル基)の減少速度がガス発生官能基(ジアゾ基)の減少速度より速いことがわかった。
実施例1と同様に行うことができる。
(1)光硬化性組成物
実施例2と同様の光硬化性組成物を、実施例2と同様の方法で調製した。
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例1の(4)において、使用した干渉フィルタをVPF−25C−10−25−36500(シグマ光機製)に変更した。これ以外は実施例1と同様の方法により膜(樹脂薄膜)を得た。尚、本比較例において、照射光の波長は365±5nmであり、照度は1mW/cm2であった。
実施例1と同様に行った。図6は、本実施例における減衰全反射赤外分光スペクトルの測定結果を示す図である。ここで図6は、(A)成分であるHDODAのアクリル基に由来する810cm-1のピーク(a1)と、(C)成分であるDAM−105に由来するジアゾ基に由来する2114cm-1のピーク面積強度の時間変化のグラフを示すものである。尚、図6は、いずれのピーク面積強度も、光照射開始直後の初期値を1とした相対値として示している。図6より、本実施例の条件では、重合性官能基(アクリル基)の減少速度がガス発生官能基(ジアゾ基)の減少速度より速いことがわかった。
実施例1と同様に行うことができる。
(1)光硬化性組成物
下記に示す試薬、溶媒を混合した。
(A)下記(A1)乃至(A3)に示される試薬:合計94重量部
(A1)イソボルニルアクリレート(IBOA、共栄社製):61.6重量部
(A2)1,6−へキサンジオールジアクリレート(HDODA、大阪有機化学製):22.4重量部
(A3)Medol10(大阪有機化学製):10重量部
(B)2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(Darocur1173、チバ・ジャパン製):3重量部
(C)下記式に示されるヘキサ(エチレンオキサイド)モノメチルエーテル−12−(2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−5−スルホニルアミノ)ドデカノエイト(NIT−29、ナード研究所製):5重量部
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例1の(4)において、使用した干渉フィルタをVPF−25C−10−12−25370(シグマ光機製)に変更した。これ以外は実施例1と同様の方法により膜(樹脂薄膜)を得た。尚、本実施例において、照射光の波長は254±5nmであり、照度は1mW/cm2であった。
実施例1と同様に行った。図7は、本実施例における減衰全反射赤外分光スペクトルの測定結果を示す図である。ここで図7は、(A)成分であるIBOA、HDODA、Medol10のアクリル基に由来する810cm-1のピーク(a1)と、(C)成分であるNIT−29に由来するジアゾ基に由来する2108cm-1のピーク強度の時間変化のグラフを示すものである。尚、図7は、いずれのピーク強度も、ピーク強度の最大値を1とした相対値として示している。図7より、本実施例の条件では、重合性官能基(アクリル基)の減少速度がガス発生官能基(ジアゾ基)の減少速度より速いことがわかった。
実施例1と同様に行うことができる。
(1)光硬化性組成物
下記に示す試薬、溶媒を混合した。
(A)下記(A1)乃至(A3)に示される試薬:合計94重量部
(A1)イソボルニルアクリレート(IBOA、共栄社製):61.6重量部
(A2)1,6−へキサンジオールジアクリレート(HDODA、大阪有機化学製):22.4重量部
(A3)Medol10(大阪有機化学製):10重量部
(B)2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1(Irgacure369、チバ・ジャパン製):3重量部
(C)ヘキサ(エチレンオキサイド)モノメチルエーテル−12−(2−ジアゾ−1,2−ナフトキノン−5−スルホニルアミノ)ドデカノエイト(NIT−29、ナード研究所製):10重量部
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。図8は、本実施例における減衰全反射赤外分光スペクトルの測定結果を示す図である。ここで図8は、(A)成分であるIBOA、HDODA、Medol10のアクリル基に由来する810cm-1のピーク(a1)と、(C)成分であるNIT−29に由来するジアゾ基に由来する2108cm-1のピーク強度の時間変化のグラフを示すものである。尚、図8は、いずれのピーク強度も、ピーク強度の最大値を1とした相対値として示している。図8より、本実施例の条件では、重合性官能基(アクリル基)の減少速度がガス発生官能基(ジアゾ基)の減少速度より速いことがわかった。
実施例1と同様に行うことができる。
(1)光硬化性組成物
実施例5と同様の光硬化性組成物を、実施例5と同様の方法で調製した。
実施例1と同様に行った。
実施例1と同様に行った。
実施例4と同様に行った。
実施例1と同様に行った。図9は、本実施例における減衰全反射赤外分光スペクトルの測定結果を示す図である。ここで図9は、(A)成分であるIBOA、HDODA、Medol10のアクリル基に由来する810cm-1のピーク(a1)と、(C)成分であるNIT−29に由来するジアゾ基に由来する2108cm-1のピーク強度の時間変化のグラフを示すものである。尚、図9は、いずれのピーク強度も、ピーク強度の最大値を1とした相対値とした相対値として示している。図9より、本実施例の条件では、重合性官能基(アクリル基)の減少速度がガス発生官能基(ジアゾ基)の減少速度より速いことがわかった。
実施例1と同様に行うことができる。
実施例1の(4)において、使用した干渉フィルタをVPF−25C−10−25−36500(シグマ光機製)に変更した。これ以外は実施例1と同様の方法により膜(樹脂薄膜)を得た。尚、本比較例において、照射光の波長は365±5nmであり、照度は1mW/cm2であった。
実施例4の(4)において、使用した干渉フィルタをVPF−25C−10−15−31300(シグマ光機製)に変更した。これ以外は実施例1と同様の方法により膜(樹脂薄膜)を得た。尚、本比較例において、照射光の波長は313±5nmであり、照度は1mW/cm2であった。
実施例4の(4)において、使用した干渉フィルタをVPF−25C−10−25−36500(シグマ光機製)に変更した。これ以外は実施例1と同様の方法により膜(樹脂薄膜)を得た。尚、本比較例において、照射光の波長は365±5nmであり、照度は1mW/cm2であった。
実施例5の(4)において、使用した干渉フィルタをVPF−25C−10−25−36500(シグマ光機製)に変更した。これ以外は実施例1と同様の方法により膜(樹脂薄膜)を得た。尚、本比較例において、照射光の波長は365±5nmであり、照度は1mW/cm2であった。
Claims (7)
- 基板上に、重合性モノマーと、光刺激によりガスを発生する感光性ガス発生剤と、を含む光硬化性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜にモールドを接触させる工程と、
前記モールドを介して前記塗布膜に光を照射して前記塗布膜を硬化させると共に前記塗布膜内にガスを発生させる工程と、
前記塗布膜に光を照射した後、前記塗布膜から前記モールドを離し、前記基板上に所定のパターン形状を有する膜を形成する工程と、を含み、
前記塗布膜に光を照射する工程において、前記塗布膜に含まれる重合性モノマーの重合反応の反応速度が、前記塗布膜に含まれる感光性ガス発生剤のガス発生反応の反応速度よりも速いことを特徴とする、膜の製造方法。 - 前記光硬化性組成物に含まれる光重合開始剤が、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1であり、
前記光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤が、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル系化合物であり、
前記光硬化性組成物に照射する光の波長が313±5nmであることを特徴とする、請求項1記載の膜の製造方法。 - 前記光硬化性組成物に含まれる光重合開始剤が、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オンであり、
前記光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤が、ジアゾメタンスルホン酸系化合物であり、
前記光硬化性組成物に照射する光の波長が313±5nm又は365±5nmであることを特徴とする、請求項1記載の膜の製造方法。 - 前記光硬化性組成物に含まれる光重合開始剤が、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オンであり、
前記光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤が、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸アミド系化合物であり、
前記光硬化性組成物に照射する光の波長が254±5nmであることを特徴とする、請求項1記載の膜の製造方法。 - 前記光硬化性組成物に含まれる光重合開始剤が、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1であり、
前記光硬化性組成物に含まれる感光性ガス発生剤が、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸アミド系化合物であり、
前記光硬化性組成物に照射する光の波長が313±5nm又は254±5nmであることを特徴とする、請求項1記載の膜の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法で得られた膜をマスクとして用いて基板を加工することで、基板上に回路を形成することを特徴とする、回路付基板の製造方法。
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の膜の製造方法によって製造された膜を加工して得られるマスクを用いて基板を加工することで、基板上に回路を形成することを特徴とする、回路付基板の製造方法。 - 基板と、
前記基板上に設けられ所定のパターン形状を有する部材と、から構成される光学部品の製造方法であって、
前記部材が、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の膜の製造方法によって製造された膜であることを特徴とする、光学部品の製造方法。
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