JP2012155115A - ポジ型感放射線性組成物、層間絶縁膜及びその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】[A]同一又は異なる重合体分子中に解離性のアルコキシアルキル基を含む構造単位とエポキシ基含有構造単位とを有する重合体、及び酸発生剤としてチアンスレン構造を有するスルホニルオキシイミド化合物またはチアンスレン構造を有するフェニルスルホニウム化合物を含有するポジ型感放射線性組成物。
【選択図】なし
Description
[A]同一又は異なる重合体分子中に下記式(1)で表される基を含む構造単位とエポキシ基含有構造単位とを有する重合体(以下、[A]重合体と称する。)、及び
[B]下記式(2)及び(3)で表される酸発生剤から選ばれる少なくとも1種の酸発生剤を含有するポジ型感放射線性組成物である。
Xは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20、Wは0から5の整数を示す。
式(3)中、R5または、R6は、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。
R7は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。mは0から4の整数を示し、lは0から5の整数を示す。Q-は、非求核性アニオンである。)
(1)当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線を照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を加熱する工程
を有する。
[A]重合体は、同一又は異なる重合体分子中に構造単位(1)とエポキシ基含有構造単位とを有しており、必要に応じてその他の構造単位を有していてもよい。構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位を有する[A]重合体の態様としては特に限定されず、
(i)同一の重合体分子中に構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位の両方を有しており、重合体中[A]に1種の重合体分子が存在する場合;
(ii)一の重合体分子中に構造単位(1)を有し、それとは異なる重合体分子中にエポキシ基含有構造単位を有しており重合体中[A]に2種の重合体分子が存在する場合;
(iii)一の重合体分子中に構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位の両方を有し、それとは異なる重合体分子中に構造単位(1)を有し、これらとはさらに異なる重合体分子中にエポキシ基含有構造単位を有しており、重合体中[A]に3種の重合体分子が存在する場合;
(iv)(i)〜(iii)に規定の重合体分子に加え、重合体中[A]にさらに別の1種又は2種以上の重合体分子を含む場合等が挙げられる。
構造単位(1)では、上記式(1)で表される基が、酸の存在下で解離して極性基を生じる基(以下、「酸解離性基」と称することがある。)として存在しているので、放射線の照射により光酸発生体から生じた酸により酸解離性基が解離し、その結果、アルカリ不溶性であった[A]重合体はアルカリ可溶性となる。上記酸解離性基は、アルカリに対しては比較的安定なアセタール構造又はケタール構造を有しており、これらが酸の作用によって解離することとなる。
1−アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、1−(シクロアルキルオキシ)アルキル(メタ)アクリレート、1−(ハロアルコキシ)アルキル(メタ)アクリレート、1−(アラルキルオキシ)アルキル(メタ)アクリレート、テトラヒドロピラニル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート系アセタール構造含有単量体;
2,3−ジ(1−(トリアルキルシラニルオキシ)アルコキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(トリアルキルゲルミルオキシ)アルコキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−アルコキシアルコキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(シクロアルキルオキシ)アルコキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(アラルキルオキシ)アルコキシカルボニル)−5−ノルボルネン等のノルボルネン系アセタール構造含有単量体;
1−アルコキシアルコキシスチレン、1−(ハロアルコキシ)アルコキシスチレン、1−(アラルキルオキシ)アルコキシスチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレン等のスチレン系アセタール構造含有単量体等が挙げられる。
1−エトキシエチルメタクリレート、1−メトキシエチルメタクリレート、1−n−ブトキシエチルメタクリレート、1−イソブトキシエチルメタクリレート、1−t−ブトキシエチルメタクリレート、1−(2−クロルエトキシ)エチルメタクリレート、1−(2−エチルヘキシルオキシ)エチルメタクリレート、1−n−プロポキシエチルメタクリレート、1−シクロヘキシルオキシエチルメタクリレート、1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エチルメタクリレート、1−ベンジルオキシエチルメタクリレート、2−テトラヒドロピラニルメタクリレート、
1−エトキシエチルアクリレート、1−メトキシエチルアクリレート、1−n−ブトキシエチルアクリレート、1−イソブトキシエチルアクリレート、1−t−ブトキシエチルアクリレート、1−(2−クロルエトキシ)エチルアクリレート、1−(2−エチルヘキシルオキシ)エチルアクリレート、1−n−プロポキシエチルアクリレート、1−シクロヘキシルオキシエチルアクリレート、1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エチルアクリレート、1−ベンジルオキシエチルアクリレート、2−テトラヒドロピラニルアクリレート、
2,3−ジ(1−(トリメチルシラニルオキシ)エトキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(トリメチルゲルミルオキシ)エトキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−メトキシエトキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(シクロヘキシルオキシ)エトキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(ベンジルオキシ)エトキシカルボニル)−5−ノルボルネン、
p又はm−1−エトキシエトキシスチレン、p又はm−1−メトキシエトキシスチレン、p又はm−1−n−ブトキシエトキシスチレン、p又はm−1−イソブトキシエトキシスチレン、p又はm−1−(1,1−ジメチルエトキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−(2−クロルエトキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−(2−エチルヘキシルオキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−n−プロポキシエトキシスチレン、p又はm−1−シクロヘキシルオキシエトキシスチレン、p又はm−1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−ベンジルオキシエトキシスチレン等が挙げられる。上記構造単位(1)は、1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
[A]重合体は、上記構造単位(1)と共に、エポキシ基含有構造単位を有する。エポキシ基含有構造単位は、ラジカル重合性を有するエポキシ基含有単量体に由来する構造単位である。このエポキシ基としては、オキラニル基(1,2−エポキシ構造)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造)が挙げられる。
アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸−3,4−エポキシブチル、メタクリル酸−3,4−エポキシブチル、アクリル酸−3−メチル−3,4−エポキシブチル、メタクリル酸−3−エチル−3,4−エポキシブチル、アクリル酸−5,6−エポキシヘキシル、メタクリル酸−5,6−エポキシヘキシル、メタクリル酸−5−メチル−5,6−エポキシヘキシル、メタクリル酸−5−エチル−5,6−エポキシヘキシル、アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、3,4−エポキシシクロへキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルメチルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルエチルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルプロピルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルブチルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルヘキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルエチルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルプロピルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルブチルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルヘキシルアクリレート等のオキシラニル基含有(メタ)アクリル系化合物;
o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−p−ビニルベンジルグリシジルエーテル等のビニルベンジルグリシジルエーテル類;
o−ビニルフェニルグリシジルエーテル、m−ビニルフェニルグリシジルエーテル、p−ビニルフェニルグリシジルエーテル等のビニルフェニルグリシジルエーテル類;
3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−フェニルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−フェニルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−フェニルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−フェニルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−エチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−エチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン等のオキセタニル基含有(メタ)アクリル系化合物等が挙げられる。上記エポキシ基含有構造単位は、単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
その他の構造単位を与えるラジカル重合性単量体としては、例えばカルボキシル基又はその誘導体、水酸基を有するラジカル重合性単量体等が挙げられる。
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等のジカルボン酸;
上記ジカルボン酸の酸無水物等が挙げられる。
アクリル酸−2−ヒドロキシエチルエステル、アクリル酸−3−ヒドロキシプロピルエステル、アクリル酸−4−ヒドロキシブチルエステル、アクリル酸−4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルエステル等のアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル;
メタクリル酸−2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸−3−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチルエステル、メタクリル酸−5−ヒドロキシペンチルエステル、メタクリル酸−6−ヒドロキシヘキシルエステル、メタクリル酸−4−ヒドロキシメチル−シクロヘキシルメチルエステル等のメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル等が挙げられる。
アクリル酸メチル、アクリル酸i−プロピル等のアクリル酸アルキルエステル;
メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸sec−ブチル、メタクリル酸t−ブチル等のメタクリル酸アルキルエステル;
アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、アクリル酸−2−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシ)エチル、アクリル酸イソボルニル等のアクリル酸脂環式アルキルエステル;
メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、メタクリル酸−2−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシ)エチル、メタクリル酸イソボルニル等のメタクリル酸脂環式アルキルエステル;
アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸のアリールエステル及びアクリル酸のアラルキルエステル;
メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル等のメタクリル酸のアリールエステル及びメタクリル酸のアラルキルエステル;
マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等のジカルボン酸ジアルキルエステル;
メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸テトラヒドロフリル、メタクリル酸テトラヒドロピラン−2−メチル等の酸素1原子を含む不飽和複素五員環メタクリル酸エステル及び不飽和複素六員環メタクリル酸エステル;
4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジオキソラン等の酸素2原子を含む不飽和複素五員環メタクリル酸エステル;
4−アクリロイルオキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2、2−ジエチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−シクロペンチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシエチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシプロピル−2−メチル
−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシブチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン等の酸素2原子を含む不飽和複素五員環アクリル酸エステル;
スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、4−イソプロペニルフェノール等のビニル芳香族化合物;
N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジニル)マレイミド等のN位置換マレイミド;
1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン系化合物;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル等のその他の不飽和化合物が挙げられる。
[A]重合体は、アセタール構造含有単量体、エポキシ基含有単量体、その他の構造単位を与える単量体のラジカル共重合により製造できる。同一の重合体分子に構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位の両方を含む[A]重合体を製造する場合は、少なくともアセタール構造含有単量体とエポキシ基含有単量体とを含む混合物を用いて共重合させればよい。一方、一の重合体分子に構造単位(1)を有し、かつそれとは異なる重合体分子にエポキシ基含有構造単位を有する[A]重合体を製造する場合は、少なくともアセタール構造含有単量体を含む重合性溶液をラジカル重合させて構造単位(1)を有する重合体分子を得ておき、別途少なくともエポキシ基含有単量体を含む重合性溶液をラジカル重合させてエポキシ基含有構造単位を有する重合体分子を得て、最後に両者を混合して[A]重合体とすればよい。
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)等のアゾ化合物;
ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物;及び
過酸化水素が挙げられる。
クロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素類;
n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;
ジメチルキサントゲンスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;
ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。
酸発生剤は、放射線の照射によって酸を発生し、本発明の[B]酸発生剤は下記式(2)及び(3)で表わされる化合物である。ここで、放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等を使用できる。当該ポジ型感放射線性組成物が[B]酸発生剤と酸解離性基を有する[A]重合体を含むことで、ポジ型の感放射線特性を発揮できる。
Xは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20、Wは0から5の整数を示す。
式(3)中、R5または、R6は、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。
R7は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。mは0から4の整数を示し、lは0から5の整数を示す。Q-は、非求核性アニオンである。)
これらのうち、化合物の有機溶剤に対する溶解性、溶液中でも安定性の観点から、イソプロピル基、tert−ブチル基、シクロヘキシル基が好ましい。
また、式(2)中nは、0から4の整数を示す。nが0の時は、すべて水素原子であり、R4で示される置換基がないことを示す。nが1の時は、R4で示される置換基が1つあり、残りはすべて水素原子であることを示す。
X=1、Y=0、Z=3、W=0の時、トリフルオロメチル基、
X=2、Y=0、Z=5、W=0の時、ペンタフルオロエチル基、
X=3、Y=0、Z=7、W=0の時、ペンチルフルオロプロピル基、
X=8、Y=17、Z=0、W=0の時、n−オクチル基、
X=3、Y=4、Z=3、W=0の時、2−トリフルオロメチルエチル基、
X=6、Y=5、Z=0、W=0の時、フェニル基、
X=7、Y=7、Z=0、W=0の時、トリル基、
X=10、Y=15、Z=0、W=0の時、4−ビニルフェニル基
X=10、Y=15、Z=0、W=1の時、d−ショウノウ基、
等を示す。
これらのうち、特にトリフルオロメチル基、トリル基、4−ビニルフェニル基、d−ショウノウ基、n−オクチル基などが、加水分解性シランポリマーの硬化反応を促進する点から好ましい。
これらのうち、化合物の有機溶剤に対する溶解性、溶液中でも安定性の観点から、イソプロピル基、tert−ブチル基、シクロヘキシル基、メトキシ基、エトキシ基が好ましい。
R7は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状または、分岐鎖状のアルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。
また、式(3)中、mは、0から4の整数を示す。mが0の時は、すべて水素原子であり、R5で示される置換基がないことを示す。mが1の時は、R5で示される置換基が1つあり、残りはすべて水素原子であることを示す。
式(3)中、lは、0から5の整数を示す。lが0の時は、すべて水素原子であり、R6で示される置換基がないことを示す。lが1の時は、R6で示される置換基が1つあり、残りはすべて水素原子であることを示す。
これらのうち、特にPF6 −、CF3SO3 −などが、加水分解性シランポリマーの硬化反応を促進する点から好ましい。
当該ポジ型感放射線性組成物は、上記の[A]重合体及び[B]酸発生剤に加え、所期の効果を損なわない範囲で必要に応じてその他の酸発生剤、溶媒、界面活性剤、密着助剤、塩基性化合物、キノンジアジド化合物等の任意成分を含有できる。これらの各任意成分は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。以下、順に詳述する。
当該ポジ型感放射線性組成物は、上記[B]酸発生剤の他に、さらに任意にその他の酸発生剤(以下、「その他の酸発生剤」と称する。)を含有できる。
当該ポジ型感放射線性組成物の調製に用いることができる溶媒としては、各成分を均一に溶解又は分散し、各成分と反応しないものが好適に用いられる。このような溶媒としては、例えばアルコール類、エーテル類、ジエチレングリコールアルキルエーテル類、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート類、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モノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート類、芳香族炭化水素類、ケトン類、エステル類等が挙げられる。
当該ポジ型感放射線性組成物は、被膜形成性をより向上させるために界面活性剤を含有できる。このような界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びその他の界面活性剤が挙げられる。当該ポジ型感放射線性組成物が、界面活性剤を含有することで、塗膜の表面平滑性を向上でき、その結果、形成される層間絶縁膜の膜厚均一性をさらに向上できる。
当該樹脂組成物においては、基板となる無機物、例えばシリコーン、酸化シリコーン、窒化シリコーン等のシリコーン化合物、金、銅、アルミニウム等の金属と絶縁膜との接着性を向上させるために密着助剤を使用できる。このような密着助剤としては、官能性シランカップリング剤が好ましく使用される。官能性シランカップリング剤としては、例えばカルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基(好ましくはオキシラニル基)、チオール基等の反応性置換基を有するシランカップリング剤が挙げられる。
塩基性化合物としては、化学増幅レジストで用いられるものから任意に選択して使用できる。塩基性化合物としては、例えば脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン、4級アンモニウムヒドロキシド、カルボン酸4級アンモニウム塩等が挙げられる。当該ポジ型感放射線性組成物に塩基性化合物を含有させることにより、露光により[B]酸発生剤から発生した酸の拡散長を適度に制御することができ、パターン現像性を良好にできる。
キノンジアジド化合物は、放射線の照射によりカルボン酸を発生する化合物である。キノンジアジド化合物としては、例えばフェノール性化合物又はアルコール性化合物(以下、「母核」と称することがある。)と1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの縮合物が挙げられる。
本発明のポジ型感放射線性組成物は、上記[A]重合体、[B]酸発生剤、及び必要に応じて任意成分を混合する。当該ポジ型感放射線性組成物の調製方法としては、好ましくは適当な溶媒に溶解又は分散させた状態に調製され、例えば溶媒中で[A]、[B]及び任意成分を所定割合で混合することにより調製できる。
当該ポジ型感放射線性組成物は、表示素子の層間絶縁膜を形成するために好適に用いられる。当該ポジ型感放射線性組成物を表示素子の層間絶縁膜形成に用いることで、透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率等の一般的な要求特性をバランス良く満足し、近年の多様な性能要求に対応できる層間絶縁膜が得られる。以下、層間絶縁膜等の硬化膜を形成する方法を詳述する。
(1)当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線を照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を加熱する工程
を有する。当該ポジ型感放射線性組成物を用いる本発明の形成方法により、透明性等の一般的な要求特性をバランス良く満足する層間絶縁膜を形成できる。
本工程では、当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する。使用できる基板としては、例えばガラス、石英、シリコーン、樹脂等が挙げられる。樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、環状オレフィンの開環重合体及びその水素添加物等が挙げられる。なお、プレベークの条件は、各成分の種類、配合割合等によっても異なるが、好ましくは70℃〜120℃で1分〜10分間程度とできる。
本工程では、形成された上記塗膜の少なくとも一部に露光する。塗膜の一部に露光する際には、通常所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する。露光に使用される放射線としては、波長が190nm〜450nmの範囲にある放射線が好ましく、特に365nmの紫外線を含む放射線が好ましい。本工程における露光量は、放射線の波長365nmにおける強度を、照度計(OAI model356、OAI Optical Associates社)により測定した値を意味し、500J/m2〜6,000J/m2が好ましい。
本工程では、露光後の塗膜を現像することにより、不要な部分(放射線の照射部分)を除去して所定のパターンを形成する。現像工程に使用される現像液としては、アルカリ性の水溶液が好ましい。アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア等の無機アルカリ;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウム塩等が挙げられる。
本工程では、ホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、パターニングされた薄膜を加熱することで、上記[A]成分の硬化反応を促進して、硬化物が得られる。本工程における加熱温度は、例えば120℃〜250℃である。加熱時間は、加熱機器の種類により異なるが、例えばホットプレート上で加熱工程を行う場合には5分〜30分間、オーブン中で加熱工程を行う場合には30分〜90分間とできる。2回以上の加熱工程を行うステップベーク法等を用いることもできる。
層間絶縁膜等の硬化膜の膜厚としては、0.1μm〜8μmが好ましく、0.1μm〜6μmがより好ましく、0.1μm〜4μmが特に好ましい。
装置:GPC−101(昭和電工社)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
[合成例1]
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸5質量部、1−エトキシエチルメタクリレート40質量部、スチレン5質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート10質量部及びα−メチルスチレンダイマー3質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し共重合体(A−1)を含む重合体溶液を得た。共重合体(A−1)のMwは9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、32.1質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸5質量部、1−シクロヘキシルオキシエチルアクリレート40質量部、スチレン5質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート10質量部及びα−メチルスチレンダイマー3質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し共重合体(A−2)を含む重合体溶液を得た。共重合体(A−2)のMwは8,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.5質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸1−n−ブトキシエチル67質量部、メタクリル酸ベンジル23質量部、メタクリル酸10質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(a−1)を含む重合体溶液を得た。共重合体(a−1)のMwは9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、30.3質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸1−ベンジルオキシエチル90質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル6質量部、メタクリル酸4質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(a−2)を含む重合体溶液を得た。共重合体(a−2)のMwは9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.2質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部を仕込んだ。引き続きテトラヒドロ−2H−ピラン−2−イルメタクリレート85質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル7質量部、メタクリル酸8質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し重合体(a−3)を含む重合体溶液を得た。重合体(a−3)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、29.2質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸グリシジル52質量部、メタクリル酸ベンジル48質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(aa−1)を含む重合体溶液を得た。共重合体(aa−1)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、32.3質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート45質量部、メタクリル酸ベンジル45質量部、メタクリル酸10質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(aa−2)を含む重合体溶液を得た。共重合体(aa−2)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.2質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸1−n−ブトキシエチル35質量部、メタクリル酸ベンジル35質量部、メタクリル酸グリシジル30質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(aa−3)を含む重合体溶液を得た。共重合体(aa−3)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、32.3質量%であった。
[実施例1]
[A]重合体として、(A−1)を含む溶液((A−1)100質量部(固形分)に相当する量)に、[B]酸発生剤として上記にて説明した(B−3)を3質量部、界面活性剤として(D−1)シリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング社、SH 8400 FLUID)を0.2質量部、密着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3.0質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過することにより、ポジ型感放射線性組成物を調製した。
[B]酸発生剤の項で説明した(B−3)、(B−5)、(B−9)、(B−10)、(B−11)を使用した。
(b−1)4,7−ジ−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート
(b−2)トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート
(b−3)(5−プロピルスルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社、IRGACURE PAG 103)
(C−1)4−ジメチルアミノピリジン
(C−2)4−メチルイミダゾール
(D−1)シリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング社、SH 8400 FLUID)
(D−2)フッ素系界面活性剤(ネオス社、フタージェントFTX−218)
(E−1)γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
(E−2)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
(E−3)γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
各成分の種類及び配合量を表1に記載の通りとした以外は、実施例1と同様に操作してポジ型感放射線性組成物を調製し、それぞれ実施例2〜9及び比較例1〜3とした。
実施例1〜9及び比較例1〜3のポジ型感放射線性組成物を使用し、以下のように当該ポジ型感放射線性組成物及びその塗膜あるいは層間絶縁膜としての各種の特性を評価した。結果を表1に示す。
550×650mmのクロム成膜ガラス上に、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を塗布し、60℃にて1分間加熱した(HMDS処理)。このHMDS処理後のクロム成膜ガラス上に、上記のように調製した感放射線性組成物をスリットダイコーター「TR632105−CL」を用いて塗布し、到達圧力を100Paに設定して真空下で溶媒を除去した後、さらに90℃において2分間プレベークすることによって、膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、キヤノン社MPA−600FA露光機を用い、60μmのライン・アンド・スペース(10対1)のパターンを有するマスクを介して、塗膜に対し露光量を変量として放射線を照射した後、0.4質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて25℃において液盛り法で現像した。現像時間は80秒間とした。次いで、超純水で1分間流水洗浄を行い、その後乾燥することにより、HMDS処理後のクロム成膜ガラス基板上にパターンを形成した。このとき、6μmのスペース・パターンが完全に溶解するために必要な露光量を調べた。この値が500J/m2以下の場合に感度が良好であるといえる。
感放射線性組成物溶液を40℃のオーブン中で1週間放置し、オーブンに入れる前後での粘度を測定し、粘度変化率を求めた。このとき、粘度変化率が5%以下である場合に保存安定性が良好といえ、5%を超える場合に保存安定性が不良といえる。粘度は、E型粘度計(東機産業社、VISCONIC ELD.R)を用いて25℃で測定した。
上記「感放射線性組成物の放射線感度の評価」と同様に、シリコン基板上に塗膜を形成した。露光せずに、このシリコン基板をクリーンオーブン内にて220℃で1時間加熱して硬化膜を得た。波長400nmにおける透過率を、分光光度計(日立製作所社、150−20型ダブルビーム)を用いて測定して評価した。このとき、透過率が90%未満の場合に透明性が不良といえる。
上記「透過率の評価」で形成された硬化膜を有する基板について、JIS K−5400−1990の8.4.1鉛筆引っかき試験により、硬化膜の鉛筆硬度(表面硬度)を測定した。この値が3H又はそれより大きいとき、層間絶縁膜としての表面硬度は良好であり、その硬化膜を形成するために用いた組成物は十分な硬化性を有するといえる。
上記「透過率の評価」で形成された硬化膜を有する基板について、得られた硬化膜の膜厚(T1)を測定した。そして、この硬化膜が形成されたシリコン基板を、70℃に温度制御されたジメチルスルホキシド中に20分間浸漬させた後、その硬化膜の膜厚(t1)を測定し、浸漬による膜厚変化率{(t1−T1)/T1}×100(%)を算出した。この値の絶対値が5%未満の場合に耐溶剤性は優良であるといえる。
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO2膜が形成され、さらにITO(インジウム−酸化錫合金)電極を所定形状に蒸着したソーダガラス基板上に、調製した液状感放射線性組成物をスピンコートしたのち、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。次に、フォトマスクを介さずに、塗膜に500J/m2の露光量で露光した。その後、230℃で30分間ポストベークを行い塗膜を硬化させて、永久硬化膜を形成した。
Claims (5)
- [A]同一又は異なる重合体分子中に下記式(1)で表される基を含む構造単位とエポキシ基含有構造単位とを有する重合体、及び
[B]下記式(2)及び(3)で表される酸発生剤から選ばれる少なくとも1種の酸発生剤を含有するポジ型感放射線性組成物。
Xは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20、Wは0から5の整数を示す。
式(3)中、R5または、R6は、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。
R7は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。mは0から4の整数を示し、lは0から5の整数を示す。Q-は、非求核性アニオンである。) - 上記Q−が、PF6 −、SbF6 −、BF4 −、B(CtF2t+1)4 −、CtF2t+1SO3 −、及び[PF6−u(CtF2t+1)u]−からなる群より選択されるアニオンである請求項1記載の感放射線性組成物。
(但し、tは1〜8の整数であり、uは1〜5の整数である。) - 表示素子の層間絶縁膜を形成するために用いられる請求項1又は請求項2に記載のポジ型感放射線性組成物。
- (1)請求項3に記載のポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線を照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を加熱する工程
を有する表示素子用層間絶縁膜の形成方法。 - 請求項3に記載のポジ型感放射線性組成物から形成される表示素子の層間絶縁膜。
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