JP7206255B2 - ポジ型感光性シロキサン組成物およびこれを用いた硬化膜 - Google Patents
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Description
(I)以下の一般式(Ia)で示される繰り返し単位:
R1は、水素、1~3価の、C1~30の、直鎖状、分岐状もしくは環状の、飽和または不飽和の、脂肪族炭化水素基、または1~3価の、C6~30の芳香族炭化水素基を表し、
前記脂肪族炭化水素基および前記芳香族炭化水素基において、1つ以上のメチレンが、非置換、またはオキシ、イミドもしくはカルボニルで置換されており、1つ以上の水素が、非置換、またはフッ素、ヒドロキシもしくはアルコキシで置換されており、かつ1つ以上の炭素が、非置換、またはケイ素で置換されており、
R1が2価または3価である場合、R1は複数の繰り返し単位に含まれるSi同士を連結する)、および
以下の一般式(Ib)で示される繰り返し単位:
R2は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシ、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C1~10アルキル、C6~20アリールもしくはC2~10アルケニルであるか、式(Ib’):
Lは、それぞれ独立に、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C6~20アリーレンであり、
mはそれぞれ独立に0~2の整数であり、
nはそれぞれ独立に1~3の整数であり、
ひとつのSiに結合するO0.5とR2の合計数は3である)を含むポリシロキサン、
(II)シラノール縮合触媒、
(III)ジアゾナフトキノン誘導体、および
(IV)溶剤
を含んでなることを特徴とするものである。
本明細書において、脂肪族炭化水素は、直鎖状、分岐鎖状または環状の脂肪族炭化水素を意味し、脂肪族炭化水素基は、1価または2価以上の、脂肪族炭化水素を意味する。芳香族炭化水素は、必要に応じて脂肪族炭化水素基を置換基として有することも、脂環と縮合していることもできる、芳香環を含む炭化水素を意味する。芳香族炭化水素基は、1価または2価以上の、芳香族炭化水素を意味する。これらの脂肪族炭化水素基、および芳香族炭化水素基は必要に応じて、フッ素、オキシ、ヒドロキシ、アミノ、カルボニル、またはシリル等を含む。また、芳香環とは、共役不飽和環構造を有する炭化水素を意味し、脂環とは、環構造を有するが共役不飽和環構造を含まない炭化水素を意味する。
本明細書において、%は質量%、比は質量比を表す。
本発明によるポジ型感光性シロキサン組成物(以下、単に「組成物」ともいう)は、
(I)特定の構造を有するポリシロキサン、
(II)シラノール縮合触媒、
(III)ジアゾナフトキノン誘導体、および
(IV)溶剤
を含んでなる。これらの各成分について説明すると以下の通りである。
ポリシロキサンとは、Si-O-Si結合(シロキサン結合)を主鎖とするポリマーのことを言う。また本明細書において、ポリシロキサンには、一般式(RSiO1.5)nで表わされるシルセスキオキサンポリマーも含まれるものとする。
R1は、水素、1~3価の、C1~30の、直鎖状、分岐状もしくは環状の、飽和または不飽和の、脂肪族炭化水素基、または1~3価の、C6~30の芳香族炭化水素基を表し、
前記脂肪族炭化水素基および前記芳香族炭化水素基において、1つ以上のメチレンが、非置換、またはオキシ、イミドもしくはカルボニルで置換されており、1つ以上の水素が、非置換、またはフッ素、ヒドロキシもしくはアルコキシで置換されており、かつ1つ以上の炭素が、非置換、またはケイ素で置換されており、
R1が2価または3価である場合、R1は複数の繰り返し単位に含まれるSi同士を連結する)、および
以下の一般式(Ib)で示される繰り返し単位:
R2は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシ、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C1~10アルキル、C6~20アリールもしくはC2~10アルケニルであるか、式(Ib’):
Lは、それぞれ独立に、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C6~20アリーレンであり、
mはそれぞれ独立に0~2であり、
nはそれぞれ独立に1~3であり、
ひとつのSiに結合するO0.5とR2の合計数は3である)を含んでなる。
本発明によるポリシロキサンは、末端にシラノールを有することが好ましい。
R1’[Si(ORa)3]p (ia)
(式中、
pは1~3の整数であり、
R1’は、水素、1~3価の、C1~30の、直鎖状、分岐状もしくは環状の、飽和または不飽和の、脂肪族炭化水素基、または1~3価の、C6~30の芳香族炭化水素基を表し、
前記脂肪族炭化水素基および前記芳香族炭化水素基において、1つ以上のメチレンが、非置換、またはオキシ、イミドもしくはカルボニルで置換されており、1つ以上の水素が、非置換、またはフッ素、ヒドロキシもしくはアルコキシで置換されており、かつ1つ以上の炭素が、非置換、またはケイ素で置換されており、
RaはC1~10のアルキルを表す)
下記式(ib)で表されるケイ素化合物と
R2’は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシ、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C1~10アルキル、C6~20アリールまたはC2~10アルケニルであるか、式(ib’):
Rbは、それぞれ独立に、C1~10のアルキルであり、
L’は、それぞれ独立に、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C6~20アリーレンであり、
m’はそれぞれ独立に0~2の整数であり、
n’はそれぞれ独立に1~3の整数であり、
n’+m’は3である)
を、必要に応じて酸性触媒または塩基性触媒の存在下で、加水分解及び縮合して得ることができる。
一般式(ia)において、Raとしては、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、およびn-ブチルなどが挙げられる。一般式(ia)において、Raは複数含まれるが、それぞれのRaは、同じでも異なっていてもよい。
R2’は、好ましくは、C1~10アルキル、C6~20アリール、またはC2~10アルケニルであり、より好ましくはC1~4アルキル、またはC6~11アリールであり、
Rbは、Raと同様であり、
L’は、好ましくは、非置換の、C6~20アリーレンであり、より好ましくはフェニレン、ナフチレン、またはビフェニレンであり、
m’は、好ましくは2である。
Si(ORc)4 (ic)
式中、Rcは、C1~10のアルキルを示す。好ましいRCは、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、およびn-ブチルなどである。
(M)プリベーク後の膜が、2.38質量%TMAH水溶液に可溶であり、その溶解速度が200~3,000Å/秒であるポリシロキサンが挙げられる。
(L)プリベーク後の膜が、5質量%TMAH水溶液に可溶であり、その溶解速度が1,000Å/秒以下であるポリシロキサン、または
(H)プリベーク後の膜の、2.38質量%TMAH水溶液に対する溶解速度が4,000Å/秒以上あるポリシロキサンと
混合し、所望の溶解速度を有する組成物を得ることができる。
ポリシロキサンまたはその混合物のアルカリ溶解速度は、アルカリ溶液としてTMAH水溶液を用いて、次のようにして測定し、算出する。
本発明による組成物は、シラノール縮合触媒を含んでなる。シラノール縮合触媒は、硬化膜製造プロセスにおいて利用する重合反応や架橋反応に応じて、光または光と加熱により酸または塩基を発生する光酸発生剤、光塩基発生剤、光熱酸発生剤または光熱塩基発生剤、熱により酸または塩基を発生する熱酸発生剤または熱塩基発生剤から、選択されることが好ましい。ここで、光熱酸発生剤および光熱塩基発生剤は、露光により化学構造が変化するが酸または塩基を発生させず、その後、熱によって結合解裂を起こして、酸または塩基を発生する化合物であってよい。より好ましくは、光により酸または塩基を発生する光酸発生剤または光塩基発生剤である。ここで、光としては、可視光、紫外線、赤外線、X線、電子線、α線、またはγ線等を挙げることができる。本発明による感光性シロキサン樹脂組成物はポジ型感光性組成物として機能する。
さらに、被膜の、モノエタノールアミン等を主剤とするようなフォトレジスト剥離液に対する耐性が低下することがある。
本発明に用いられる光酸発生剤または光塩基発生剤は、その露光(以下、最初の露光という)ではなく、2回目に行う露光の際に、酸または塩基が発生することが好ましく、最初の露光時の波長には吸収が少ないことが好ましい。例えば、最初の露光をg線(ピーク波長436nm)および/またはh線(ピーク波長405nm)で行い、2回目の露光時の波長をg+h+i線(ピーク波長365nm)にするときは、光酸発生剤または光塩基発生剤は波長436nmおよび/または405nmにおける吸光度よりも、波長365nmにおける吸光度が大きくなる方が好ましい。具体的には、(波長365nmにおける吸光度)/(波長436nmにおける吸光度)の比、または(波長365nmにおける吸光度)/(波長405nmにおける吸光度)の比が、2以上であることが好ましく、より好ましくは5以上であり、さらに好ましくは10以上、最も好ましくは100以上である。
ここで、紫外可視吸収スペクトルは、溶媒としてジクロロメタンを用いて測定される。測定装置は特に限定されないが、例えばCary 4000 UV-Vis 分光光度計(アジレント・テクノロジー株式会社製)が挙げられる。
また、5-プロピルスルホニルオキシイミノ-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、5-オクチルスルホニルオキシイミノ-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、5-カンファースルホニルオキシイミノ-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、5-メチルフェニルスルホニルオキシイミノ-5H-チオフェン-2-イリデン-(2-メチルフェニル)アセトニトリル等は、h線の波長領域に吸収をもつため、h線に吸収を持たせたくない場合には使用を避けるべきである。
また、アニオンとしてアミドアニオン、メチドアニオン、ボレートアニオン、ホスフェートアニオン、スルホネートアニオン、またはカルボキシレートアニオン等を含むイオン型の光塩基発生剤も用いることができる。
一般式(II)で表される化合物は、後述のジアゾナフトキノン誘導体の吸収波長と調整する必要はない。
Ra’~Rf’は、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、ヒドロキシ、メルカプト、スルフィド、シリル、シラノール、ニトロ、ニトロソ、スルフィノ、スルホ、スルホナト、ホスフィノ、ホスフィニル、ホスホノ、ホスホナト、アミノ、アンモウム、置換基を含んでもよいC1~20の脂肪族炭化水素基、置換基を含んでもよいC6~22の芳香族炭化水素基、置換基を含んでもよいC1~20のアルコキシ、または置換基を含んでもよいC6~20のアリールオキシである。
Nは含窒素複素環の構成原子であり、その含窒素複素環は3~10員環であり、その含窒素複素環は1つ以上の、式(II)中に示されたCxH2XOHと異なる置換基を含んでもよい、C1~20、特にC1~6の脂肪族炭化水素基をさらに有していてもよい。
熱酸発生剤の中でも特に、有機酸と有機塩基からなる塩であることが好ましく、スルホン酸と有機塩基からなる塩が更に好ましい。好ましいスルホン酸としては、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-ドデシルベンゼンスルホン酸、1,4-ナフタレンジスルホン酸、メタンスルホン酸、などが挙げられる。これら酸発生剤は、単独又は混合して使用することが可能である。
本発明による組成物は、感光剤として、ジアゾナフトキノン誘導体を含む。このようなポジ型感光性シロキサン組成物は、露光部が、アルカリ現像液に可溶になることにより現像によって除去されるポジ型感光層を形成することができる。
本発明による組成物は、溶剤を含んでなる。この溶剤は、組成物に含まれる各成分を均一に溶解または分散させるものから選択される。具体的には溶剤としては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルなどのジエチレングリコールジアルキルエーテル類、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどの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メチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、PGMEA、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン、アセトン、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、イソプロパノール、プロパンジオールなどのアルコール類などが挙げられる。これらの溶剤は、それぞれ単独で、または2種以上を組み合わせて用いられる。
また、本発明による組成物は必要に応じて任意成分を含んでいてもよい。そのような任意成分としては、例えば、界面活性剤などが挙げられる。
本発明による硬化膜は、本発明による組成物を基板に塗布して硬化させることにより製造することができる。
まず、前記した組成物を基板に塗布する。本発明における組成物の塗膜の形成は、感光性組成物の塗布方法として従来知られた任意の方法により行うことができる。具体的には、浸漬塗布、ロールコート、バーコート、刷毛塗り、スプレーコート、ドクターコート、フローコート、スピンコート、およびスリット塗布等から任意に選択することができる。
また組成物を塗布する基材としては、シリコン基板、ガラス基板、樹脂フィルム等の適当な基材を用いることができる。これらの基材には、必要に応じて各種の半導体素子などが形成されていてもよい。基材がフィルムである場合には、グラビア塗布も利用可能である。所望により塗膜後に乾燥工程を別に設けることもできる。また、必要に応じて塗布工程を1回または2回以上繰り返して、形成される塗膜の膜厚を所望のものとすることができる。
本発明による組成物の塗膜を形成した後、その塗膜の乾燥、および溶剤残存量を減少させるため、その塗膜をプリベーク(加熱処理)することが好ましい。プリベーク工程は、一般に70~150℃、好ましくは90~120℃の温度で、ホットプレートによる場合には10~180秒間、好ましくは30~90秒間、クリーンオーブンによる場合には1~30分間実施することができる。
塗膜を形成させた後、その塗膜表面に光照射を行う。光照射に用いる光源は、パターン形成方法に従来使用されている任意のものを用いることができる。このような光源としては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライド、キセノン等のランプやレーザーダイオード、LED等を挙げることができる。照射光としてはg線、h線、i線などの紫外線が通常用いられる。半導体のような超微細加工を除き、数μmから数十μmのパターニングでは360~430nmの光(高圧水銀灯)を使用することが一般的である。中でも、液晶表示装置の場合には430nmの光を使用することが多い。照射光のエネルギーは、光源や塗膜の膜厚にもよるが、一般に5~2,000mJ/cm2、好ましくは10~1,000mJ/cm2とする。照射光エネルギーが5mJ/cm2よりも低いと十分な解像度が得られないことがあり、反対に2,000mJ/cm2よりも高いと、露光過多となり、ハレーションの発生を招く場合がある。
露光後、塗膜を現像処理する。現像の際に用いられる現像液としては、従来、感光性組成物の現像に用いられている任意の現像液を用いることができる。好ましい現像液としては、水酸化テトラアルキルアンモニウム、コリン、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属メタ珪酸塩(水和物)、アルカリ金属燐酸塩(水和物)、アンモニア水、アルキルアミン、アルカノールアミン、複素環式アミンなどのアルカリ性化合物の水溶液であるアルカリ現像液が挙げられ、特に好ましいアルカリ現像液は、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液である。これらアルカリ現像液には、必要に応じ更にメタノール、エタノールなどの水溶性有機溶剤、あるいは界面活性剤が含まれていてもよい。現像方法も従来知られている方法から任意に選択することができる。具体的には、現像液への浸漬(ディップ)、パドル、シャワー、スリット、キャップコート、スプレーなどの方法挙げられる。この現像によって、パターンを得ることができる、現像液により現像が行われた後には、水洗がなされることが好ましい。
その後、通常全面露光(フラッド露光)の工程を行う。光により酸または塩基を発生させる光酸発生剤または光塩基発生剤を使用する場合は、この全面露光工程において酸または塩基を発生させる。また、光熱酸発生剤または光熱塩基発生剤が使用される場合には、この全面露光工程において化学構造が変化する。また、膜中に残存する未反応のジアゾナフトキノン誘導体が光分解して、膜の光透明性がさらに向上するので、透明性を求める場合は、全面露光工程を行うことが好ましい。熱酸発生剤または熱塩基発生剤が選択される場合には、全面露光は必須ではないが、上記の目的で全面露光を行うことが好ましい。全面露光の方法としては、アライナー(例えば、キヤノン株式会社製PLA-501F)などの紫外可視露光機を用い、100~2,000mJ/cm2程度(波長365nm露光量換算)を全面に露光する方法がある。
現像後、得られたパターン膜を加熱することにより塗膜の硬化が行われる。加熱工程に使う加熱装置には、前記した露光後加熱に用いたものと同じものを用いることができる。
この加熱工程における加熱温度としては、塗膜の硬化が行える温度であれば特に限定されず、任意に定めることができる。ただし、シラノール基が残存すると、硬化膜の薬品耐性が不十分となったり、硬化膜の誘電率が高くなることがある。このような観点から加熱温度は一般的には相対的に高い温度が選択される。硬化反応を促進し、十分な硬化膜を得るために、硬化温度は200℃以上であることが好ましく、300℃以上がより好ましく、450℃以上が特に好ましい。一般的に、硬化温度が高くなる程、膜中にクラックが発生しやすいが、本発明による組成物を用いた場合に、クラックの発生が起こりにくい。また、加熱時間は特に限定されず、一般に10分~24時間、好ましくは30分~3時間とされる。なお、この加熱時間は、パターン膜の温度が所望の加熱温度に達してからの時間である。通常、加熱前の温度からパターン膜が所望の温度に達するまでには数分から数時間程度要する。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1L三口フラスコに、フェニルトリエトキシシラン75.6g、メチルトリエトキシシラン24.1g、および1,4-ビス(ジメチルエトキシシリル)ベンゼン14.1gを投入した。その後PGMEを150g投入し、所定の攪拌速度にて攪拌した。次に、苛性ソーダ16gを水13.5gに溶解させたものをフラスコに投入し、1.5時間反応させた。さらに、35%HCl104.4gと水100gの混合溶液にフラスコ中の反応液を投入し、苛性ソーダを中和した。中和時間には約1時間かけた。次に酢酸プロピル300gを加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンの分子量(ポリスチレン換算)をGPCにて測定したところ、質量平均分子量(以下「Mw」と略記することがある)=2,100であった。また、得られた樹脂溶液をシリコンウエハにプリベーク後の膜厚が2μmになるようにスピンコーター(MS-A100(ミカサ製))により塗布し、プリベーク後2.38%TMAH水溶液に対する溶解速度(以下「ADR」と略記することがある。)を測定したところ、1,000Å/秒であった。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1L三口フラスコに、フェニルトリエトキシシラン43.2g、メチルトリエトキシシラン48.0g、および1,4-ビス(ジメチルエトキシシリル)ベンゼン14.1gを投入した。その後PGMEを150g投入し、所定の攪拌速度にて攪拌した。次に、苛性ソーダ16gを水19.8gに溶解させたものをフラスコに投入し、1.5時間反応させた。さらに、35%HCl83gと水100gの混合溶液にフラスコ中の反応液を投入し、苛性ソーダを中和した。中和時間には約1時間かけた。次に酢酸プロピル300gを加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンのMw=4,200、ADR=900Å/秒であった。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1L三口フラスコに、フェニルトリエトキシシラン58.8g、メチルトリエトキシシラン19.6g、および1,4-ビス(ジメチルエトキシシリル)ベンゼン42.3gを投入した。その後PGMEを150g投入し、所定の攪拌速度にて攪拌した。次に、苛性ソーダ8gを水9gに溶解させたものをフラスコに投入し、1.5時間反応させた。さらに、35%HCl22gと水100gの混合溶液にフラスコ中の反応液を投入し、苛性ソーダを中和した。中和時間には約1時間かけた。次に酢酸プロピル300gを加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンのMw=1,100、ADR=500Å/秒であった。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1Lの三口フラスコに、35%HCl水溶液8g、PGMEA400g、水27gを仕込み、次いでフェニルトリメトキシシラン39.7g、メチルトリメトキシシラン34.1g、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート30.8g、トリメトキシシラン0.3gの混合溶液を調整した。その混合溶液を10℃にて前記フラスコ内に滴下し、同温で3時間撹拌した。次に酢酸プロピル300gを加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンのMw=18,000、ADR=900Å/秒であった。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1Lの三口フラスコに、25%TMAH水溶液32.5g、イソプロピルアルコール(IPA)800g、水2.0gを仕込み、次いで滴下ロートにフェニルトリメトキシシラン39.7g、メチルトリメトキシシラン34.1g、テトラメトキシシラン7.6gの混合溶液を調整した。その混合溶液を10℃にて前記フラスコ内に滴下し、同温で3時間撹拌した後、35%HCl9.8gと水50gを加え中和した。中和液に酢酸プロピル400g、を加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンのMw=1,800、ADR=1,200Å/秒であった。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1L三口フラスコに、フェニルトリエトキシシラン75.6g、メチルトリエトキシシラン24.1g、および1,4-ビス(メチルジエトキシシリル)ベンゼン17.1gを投入した。その後PGMEを150g投入し、所定の攪拌速度にて攪拌した。次に、苛性ソーダ30gを水13.5gに溶解させたものをフラスコに投入し、1.5時間反応させた。さらに、35%HCl82.1gと水100gの混合溶液にフラスコ中の反応液を投入し、苛性ソーダを中和した。中和時間には約1時間かけた。次に酢酸プロピル300gを加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンのMw=4,500、ADR=1,100Å/秒であった。
撹拌機、温度計、冷却管を備えた1L三口フラスコに、フェニルトリエトキシシラン75.6g、メチルトリエトキシシラン24.1g、および1,4-ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン20.2gを投入した。その後PGMEを150g投入し、所定の攪拌速度にて攪拌した。次に、苛性ソーダ30gを水13.5gに溶解させたものをフラスコに投入し、1.5時間反応させた。さらに、35%HCl82.1gと水100gの混合溶液にフラスコ中の反応液を投入し、苛性ソーダを中和した。中和時間には約1時間かけた。次に酢酸プロピル300gを加え、分液ロートにて油層と水層に分離した。分離後の油層に残るナトリウムをさらに除去するために200gの水にて4回洗浄し、廃液の水槽のpHが4~5であることを確認した。得られた有機層を減圧下濃縮することで溶媒を除去し、PGMEA溶液に調整した。
得られたポリシロキサンのMw=5,000、ADR=1,200Å/秒であった。
以下の表1に示す組成で、実施例1~8、ならびに比較例1および2のシロキサン組成物を調製した。なお、表中の添加量は、それぞれ質量部基準である。
光酸発生剤A:1,8-ナフタルイミジルトリフレート、商品名「NAI-105」、みどり化学株式会社製(光酸発生剤Aは、波長400~800nmに吸収ピークをもたない)
光酸発生剤B:商品名「TME-トリアジン」、株式会社三和ケミカル製(光酸発生剤Bは、波長365nmにおける吸光度/波長405nmにおける吸光度の比が1以下である)
ジアゾナフトキノン誘導体A: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)ビスフェノールのジアゾナフトキノン2.0モル変性体
光熱塩基発生剤A:PBG-1の1水和物(波長400~800nmに吸収ピークをもたない)
界面活性剤A:KF-53、信越化学工業株式会社製
ケイ素化合物A:1,4-ビス(ジメチルエトキシシリル)ベンゼン
である。
4インチのシリコンウェハーに各組成物をスピンコーティングにより、最終膜厚が2μmとなるように塗布した。得られた塗膜を100℃で90秒間プリベークして溶剤を蒸発させた。乾燥後の塗膜を、g+h+i線マスクアライナー(PLA-501F型、製品名、キヤノン株式会社製)により100~200mJ/cm2でパターン露光した。露光後30分間静置し、その後2.38%TMAH水溶液を用いて90秒間パドル現像を行い、さらに純水で60秒間リンスした。評価基準は、以下の通りであり、得られた結果は表1の通りであった。
A:5μm、1:1のコンタクトホールで露光部に残渣が無くパターン良好
B:5μm、1:1のコンタクトホールで露光部に残渣有
4インチのガラス基板に各組成物をスピンコーティングにより塗布し、得られた塗膜を100℃で90秒間プリベークした。その後、300℃で60分間加熱し硬化させた。表面を目視により観察し、クラックの有無を確認した。クラックが起きる限界膜厚を測定し、以下のように評価した。得られた結果は表1の通りであった。
A:膜厚100μm以上でクラックが確認されなかった
B:膜厚5μm以上~100μm未満でクラックが確認された
C:膜厚5μm未満でクラックが確認された
A:膜厚2μm以上でクラックが確認されなかった
B:膜厚1.2μm以上2μm未満でクラックが確認された
C:膜厚0.8μm以上1.2μm未満でクラックが確認された
D:膜厚0.8μm未満でクラックが確認された
4インチのシリコンウェハーに各組成物をスピンコーティングにより、最終膜厚が1μmとなるように塗布した。得られた塗膜を100℃で90秒プリベークして溶剤を蒸発させた。その後2.38%TMAH水溶液を用いて90秒間パドル現像を行い、さらに純水で60秒間リンスした。さらに、g+h+i線マスクアライナーにより1,000mJ/cm2でフラッド露光を行ったあと、220℃で30分間加熱し、さらに窒素雰囲気下で450℃で60分間加熱し、硬化させた。その後、応力測定装置(FLX-2320S)にて基板の残留応力を測定した。
得られた結果は以下の通りであった。
実施例1 35MPa
実施例2 43MPa
比較例2 60MPa
残留応力は、クラック耐性の一指標として捉えることができる。本結果により、実施例において、残留応力が低い結果がわかり、これにより本発明による組成物を用いた硬化膜はクラックが生じにくいことが示される。
得られた硬化膜について、株式会社島津製作所製MultiSpec-1500により400nmにおける透過率を測定したところ、何れも90%以上であった。
Claims (12)
- (I)以下の一般式(Ia)で示される繰り返し単位:
(式中、
R1は、水素、1~3価の、C1~30の、直鎖状、分岐状もしくは環状の、飽和または不飽和の、脂肪族炭化水素基、または1~3価の、C6~30の芳香族炭化水素基を表し、
前記脂肪族炭化水素基および前記芳香族炭化水素基において、1つ以上のメチレンが、非置換、またはオキシ、イミドもしくはカルボニルで置換されており、1つ以上の水素が、非置換、またはフッ素、ヒドロキシもしくはアルコキシで置換されており、かつ1つ以上の炭素が、非置換、またはケイ素で置換されており、
R1が2価または3価である場合、R1は複数の繰り返し単位に含まれるSi同士を連結する)、および
以下の一般式(Ib)で示される繰り返し単位:
(式中、
R2は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシ、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C1~10アルキル、C6~20アリールもしくはC2~10アルケニルであるか、式(Ib’):
で表される連結基であり、
Lは、それぞれ独立に、非置換、または酸素または窒素で置換されている、C6~20アリーレンであり、
mは2であり、
nは1であり、
ひとつのSiに結合するO0.5とR2の合計数は3である)を含むポリシロキサン、(II)シラノール縮合触媒、
(III)ジアゾナフトキノン誘導体、および
(IV)溶剤
を含んでなる、ポジ型感光性シロキサン組成物。 - 前記ポリシロキサンにおいて、前記一般式(Ib)で示される繰り返し単位が、前記ポリシロキサンの繰り返し単位の総数に対して、5~50モル%である、請求項1~2のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記一般式(Ib)のLが、非置換の、C6~20アリーレンである、請求項1~3のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記ポリシロキサンの質量平均分子量が500~25,000である、請求項1~4のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記ポリシロキサンの2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に対する溶解速度が50~5,000Å/秒である、請求項1~5のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記シラノール縮合触媒の、(波長365nmにおける吸光度)/(波長436nmにおける吸光度)の比、または(波長365nmにおける吸光度)/(波長405nmにおける吸光度)の比が、2以上である、請求項1~6のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記ジアゾナフトキノン誘導体の含有量が、ポリシロキサン100質量部に対して1~20質量部である、請求項1~7のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の組成物を、基板に塗布し、加熱することにより製造された硬化膜の製造方法。
- 前記加熱が450℃以上である、請求項9に記載の硬化膜の製造方法。
- 前記硬化膜の波長400nmの光に対する透過率が90%以上である請求項9または10に記載の硬化膜の製造方法。
- 請求項9~11のいずれか一項に記載の方法を含んでなる電子素子の製造方法。
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