(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2026-01-19
(45)【発行日】2026-01-27
(54)【発明の名称】感放射線性組成物、硬化膜及びその製造方法、半導体素子並びに表示素子
(51)【国際特許分類】
G03F 7/075 20060101AFI20260120BHJP
G03F 7/004 20060101ALI20260120BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20260120BHJP
C08F 2/44 20060101ALI20260120BHJP
【FI】
G03F7/075 511
G03F7/004 501
G03F7/075 501
G03F7/20 521
G03F7/20 501
C08F2/44 Z
(21)【出願番号】P 2022074855
(22)【出願日】2022-04-28
【審査請求日】2024-11-25
(31)【優先権主張番号】P 2021077827
(32)【優先日】2021-04-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】524412640
【氏名又は名称】JSR株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121821
【氏名又は名称】山田 強
(74)【代理人】
【識別番号】100122390
【氏名又は名称】廣田 美穂
(74)【代理人】
【識別番号】100139480
【氏名又は名称】日野 京子
(72)【発明者】
【氏名】中西 拓也
(72)【発明者】
【氏名】蛸島 薫
(72)【発明者】
【氏名】浅岡 高英
【審査官】石附 直弥
(56)【参考文献】
【文献】特開平05-048063(JP,A)
【文献】特開2013-218265(JP,A)
【文献】特開2011-148971(JP,A)
【文献】特開2018-120216(JP,A)
【文献】特開2011-095432(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03F7/004-7/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で表される
基を有する構造単位(I)を含む重合
体と、
光酸発生剤と、
疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、
を含有する、感放射線性組成物。
【化1】
(式(1)中、R
1、R
2及びR
3は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のアルキル基、又はフェニル基である。ただし、R
1、R
2及びR
3のうち1つ以上は、炭素数1~6のアルコキシ基である。「*」は、結合手であることを表す。)
【請求項2】
前記シラノール化合物は、沸点が80℃以上である、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項3】
前記シラノール化合物は、下記式(2)で表される化合物である、請求項1に記載の感放射線性組成物。
(R
4)
mSi(OH)
4-m …(2)
(式(2)中、R
4は、1価の炭化水素基である。mは1~3の整数である。)
【請求項4】
前記シラノール化合物は芳香環を有する、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項5】
上記式(1)で表される基は、芳香環基又は鎖状炭化水素基に結合している、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項6】
前記構造単位(I)は、下記式(3-1)で表される基、下記式(3-2)で表される基及び下記式(3-3)で表される基よりなる群から選択される少なくとも1種を有する、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【化2】
(式(3-1)、式(3-2)及び式(3-3)中、A
1及びA
2は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のアルコキシ基である。n1は0~4の整数である。n2は0~6の整数である。ただし、n1が2以上の場合、複数のA
1は、互いに同一又は異なる。n2が2以上の場合、複数のA
2は、互いに同一又は異なる。R
6は、アルカンジイル基である。R
1、R
2及びR
3は、上記式(1)と同義である。「*」は、結合手であることを表す。)
【請求項7】
前記光酸発生剤は、オキシムスルホネート化合物及びスルホンイミド化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項8】
酸拡散制御剤を更に含有する、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項9】
前記酸拡散制御剤は、芳香族アミン及び複素環式芳香族アミンよりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項8に記載の感放射線性組成物。
【請求項10】
無機塩基及び酸解離定数(pKa)が8以上の有機塩基よりなる群から選択される少なくとも1種の塩基性化合
物を更に含有する、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項11】
前記塩基性化合物は
、酸解離定数(pKa)が8以上の有機塩基である、請求項10に記載の感放射線性組成物。
【請求項12】
前記塩基性化合物は、酸解離定数(pKa)が9以上の有機塩基である、請求項11に記載の感放射線性組成物。
【請求項13】
前記塩基性化合物は、アミジン類、グアニジン類及び有機ホスファゼン類よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項11に記載の感放射線性組成物。
【請求項14】
前記構造単位(I)を含む重合体は、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上を有する構造単位を更に含む、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項15】
前記構造単位(I)を含む重合体は、酸性基を有する構造単位を更に含む、請求項1に記載の感放射線性組成物。
【請求項16】
請求項1~
15のいずれか一項に記載の感放射線性組成物を用いて塗膜を形成する工程と、
前記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程と、
放射線が照射された前記塗膜を現像する工程と、
現像された前記塗膜を加熱する工程と、
を含む、硬化膜の製造方法。
【請求項17】
請求項1~
15のいずれか一項に記載の感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜。
【請求項18】
請求項
17に記載の硬化膜を備える半導体素子。
【請求項19】
請求項
17に記載の硬化膜を備える表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感放射線性組成物、硬化膜及びその製造方法、半導体素子並びに表示素子に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体素子や表示素子が有する硬化膜(例えば、層間絶縁膜やスペーサー、保護膜等)は一般に、重合体成分と感放射線性化合物(例えば、光酸発生剤や光重合開始剤等)とを含有する感放射線性組成物を用いて形成される。例えば、感放射線性組成物により形成された塗膜に対して放射線照射及び現像処理を施すことによってパターンを形成した後、加熱処理を行って熱硬化させることにより、パターン形状を有する硬化膜を得ることができる。
【0003】
半導体素子や表示素子が有する硬化膜を形成する材料として、特許文献1及び特許文献2には、アルコキシシリル基等のケイ素含有官能基を有する重合体や、シロキサンポリマー等といったケイ素含有重合体と、光酸発生剤とを含む感放射線性組成物が提案されている。
【0004】
特許文献1の感放射線性組成物を用いて塗膜を形成した場合、パターン形成の際の露光により光酸発生剤から酸が発生し、発生した酸がアルコキシ基を分解して露光部を現像液に対し可溶化させる。未露光部はアルカリ不溶であり、現像後、加熱により脱水縮合させ、硬化させることで硬化膜となる。また、特許文献2の感放射線性組成物では、露光により光酸発生剤から発生した酸が関与してシロキサンポリマーの自己架橋が促進されることにより硬化膜が形成される。
【0005】
また、半導体素子や表示素子が有する硬化膜を形成する材料として、特許文献3には、酸性基を有する構造単位を含む重合体と、重合性単量体と、光重合開始剤とを含む感放射線性組成物が提案されている。特許文献4には、酸解離性基を有する構造単位を含む重合体と、光酸発生剤とを含有する化学増幅型の感放射線性組成物が提案されている。特許文献5には、酸性基を有する構造単位を含む重合体と、キノンジアジド化合物とを含有する感放射線性組成物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2017-107024号公報
【文献】国際公開第2011/065215号
【文献】特開2003-5357号公報
【文献】特開2011-232632号公報
【文献】特開2014-186300号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
放射線照射後の塗膜と基板との密着性が十分でない場合、現像処理の際に膜と基板との界面から現像液が浸入し、膜のパターン剥がれが生じることがある。特に近年、表示装置の更なる高品質化が求められており、表示装置の更なる高品質化の要求によるパターンの細線化に伴い、現像処理時に膜のパターン剥がれが生じやすくなる傾向がある。製造歩留まり低下の抑制を図る等の観点から、感放射線性組成物としては、現像処理の際に膜と基板との剥がれが生じにくい(すなわち、現像密着性が良好である)ことが求められる。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、現像密着性に優れた硬化膜を形成することができる感放射線性組成物を提供することを1つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、特定の化合物を感放射線性組成物に配合することにより、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の感放射線性組成物、硬化膜及びその製造方法、半導体素子並びに表示素子が提供される。
【0010】
[1]下記式(1)で表される基又は酸解離性基を有する構造単位(I)を含む重合体及びシロキサンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種である重合体と、光酸発生剤と、疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、を含有する、感放射線性組成物。
【化1】
(式(1)中、R
1、R
2及びR
3は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のアルキル基、又はフェニル基である。ただし、R
1、R
2及びR
3のうち1つ以上は、炭素数1~6のアルコキシ基である。「*」は、結合手であることを表す。)
【0011】
[2]酸性基を有する構造単位を含む重合体(ただし、上記式(1)で表される構造単位を有する重合体を除く。)と、キノンジアジド化合物と、疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、塩基性化合物と、溶剤と、を含有する、感放射線性組成物。
【0012】
[3]酸性基を有する構造単位を含む重合体と、重合性単量体と、光重合開始剤と、疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、塩基性化合物と、溶剤と、を含有する、感放射線性組成物。
【0013】
[4]上記[1]~[3]のいずれか1の感放射線性組成物を用いて塗膜を形成する工程と、前記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程と、放射線が照射された前記塗膜を現像する工程と、現像された前記塗膜を加熱する工程と、を含む、硬化膜の製造方法。
[5]上記[1]~[3]のいずれか1の感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜。
[6]上記[5]の硬化膜を備える半導体素子。
[7]上記[5]の硬化膜を備える表示素子。
【発明の効果】
【0014】
本開示の感放射線性組成物によれば、現像密着性に優れた硬化膜を形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、実施態様に関連する事項について詳細に説明する。なお、本明細書において、「~」を用いて記載された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。「構造単位」とは、主鎖構造を主として構成する単位であって、少なくとも主鎖構造中に2個以上含まれる単位をいう。
【0016】
本明細書において「炭化水素基」は、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基を含む意味である。「鎖状炭化水素基」とは、主鎖に環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基を意味する。ただし、飽和でも不飽和でもよい。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環式炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味する。ただし、脂環式炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を有するものも含む。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。ただし、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環式炭化水素の構造を含んでいてもよい。なお、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が有する環構造は、炭化水素構造からなる置換基を有していてもよい。「環状炭化水素基」は、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基を含む意味である。
【0017】
《感放射線性組成物》
本開示の感放射線性組成物(以下、「本組成物」ともいう)は、例えば表示素子の硬化膜を形成するために用いられる。本組成物は、[A]重合体成分と、[B]シラノール化合物とを含有する樹脂組成物である。以下に、本組成物の具体的態様である第1の組成物、第2の組成物及び第3の組成物に含まれる各成分、及び必要に応じて配合されるその他の成分について説明する。なお、各成分については、特に言及しない限り、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0018】
[第1の組成物]
第1の組成物は、[A]重合体成分と、[B]シラノール化合物と、[C]光酸発生剤とを含有するポジ型の樹脂組成物である。
【0019】
<[A]重合体成分>
[A]重合体成分は、下記式(1)で表される基又は酸解離性基を有する構造単位(I)を含む重合体及びシロキサンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種である重合体(以下、「(A-1)重合体」ともいう)を含有する。
【化2】
(式(1)中、R
1、R
2及びR
3は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のアルキル基、又はフェニル基である。ただし、R
1、R
2及びR
3のうち1つ以上は、炭素数1~6のアルコキシ基である。「*」は、結合手であることを表す。)
【0020】
第1の組成物に含まれる重合体成分の具体例としては、上記式(1)で表される基を有する構造単位(I-1)を含む重合体(以下、「重合体(a1-1)」ともいう)、酸解離性基を有する構造単位(I-2)を含む重合体(以下、「重合体(a1-2)」ともいう)、及びシロキサンポリマーが挙げられる。なお、(A-1)重合体のうち、上記式(1)で表される基を有する構造単位を含む重合体及びシロキサンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種を以下、「ケイ素含有重合体」ともいう。
【0021】
ここで、上記の特許文献1,2の感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜は、現像処理の際に未露光部の端部から吸水が生じることにより、未露光部のアルコキシ基がシラノール基になり、未露光部の親水性が増すことが考えられる。この場合、未露光部の基板に対する密着性(現像密着性)が低下して、パターンが基板から剥離しやすくなることが懸念される。
【0022】
また、上記の特許文献1,2の感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜において、現像処理の際に未露光部の端部から吸水が生じ、未露光部のアルコキシ基がシラノール基に変化した場合、重合体側鎖に水酸基が存在することによって硬化膜の誘電率が高くなることが懸念される。そこで、本開示は、重合体成分としてケイ素含有重合体を含む場合には、現像密着性に優れ、かつ誘電率が低い硬化膜を形成することができる感放射線性組成物を提供することを1つの目的とする。
【0023】
この点、上記式(1)で表される基を有する構造単位を含む重合体及びシロキサンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種であるケイ素含有重合体と光酸発生剤と上記シラノール化合物とを含む感放射線性組成物によれば、現像密着性に優れ、かつ誘電率が低い硬化膜を形成することができる。
【0024】
〔重合体(a1-1)について〕
・構造単位(I-1)
上記式(1)において、R1~R3で表される炭素数1~6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、及びtert-ブトキシ基等が挙げられる。これらのうち、R1~R3で表されるアルコキシ基は、炭素数1~3が好ましく、メトキシ基又はエトキシ基がより好ましい。特に、上記式(1)で表される基が芳香環基に結合している場合、R1~R3で表されるアルコキシ基はメトキシ基が好ましい。上記式(1)で表される基が鎖状炭化水素基に結合している場合、R1~R3で表されるアルコキシ基はエトキシ基が好ましい。
【0025】
R1~R3で表される炭素数1~10のアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。R1~R3で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。これらのうち、R1~R3で表されるアルキル基は、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。
【0026】
R1~R3で表される基のうち1個は、炭素数1~6のアルコキシ基である。残りの基は、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のアルキル基、又はフェニル基であることが好ましく、ヒドロキシ基、炭素数1~3のアルコキシ基、又は炭素数1~3のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1~3のアルコキシ基、又は炭素数1~3のアルキル基であることが更に好ましい。
【0027】
架橋構造の形成により耐熱性に優れた硬化膜を得る観点から、R1~R3は、これらのうち2個以上が炭素数1~6のアルコキシ基であることが好ましく、全部が炭素数1~6のアルコキシ基であることが特に好ましい。
【0028】
構造単位(I-1)において、上記式(1)で表される基は、芳香環基又は鎖状炭化水素基に結合していることが好ましい。なお、本明細書において「芳香環基」とは、芳香環の環部分からn個(nは整数)の水素原子を取り除いた基を意味する。当該芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が挙げられる。これらの環は、アルキル基等の置換基を有していてもよい。上記式(1)で表される基が鎖状炭化水素基に結合している場合、当該鎖状炭化水素基としては、アルカンジイル基、アルケンジイル基等が挙げられる。
【0029】
上記式(1)で表される基は、上記のうち、ベンゼン環、ナフタレン環又はアルキル鎖に結合していることが好ましい。具体的には、構造単位(I-1)は、下記式(3-1)で表される基、下記式(3-2)で表される基及び下記式(3-3)で表される基よりなる群から選択される少なくとも1種を有することが好ましい。
【化3】
(式(3-1)、式(3-2)及び式(3-3)中、A
1及びA
2は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のアルコキシ基である。n1は0~4の整数である。n2は0~6の整数である。ただし、n1が2以上の場合、複数のA
1は、互いに同一又は異なる。n2が2以上の場合、複数のA
2は、互いに同一又は異なる。R
6は、アルカンジイル基である。R
1、R
2及びR
3は、上記式(1)と同義である。「*」は、結合手であることを表す。)
【0030】
上記式(3-1)、式(3-2)において、A1及びA2により表される炭素数1~6のアルコキシ基及び炭素数1~6のアルキル基の例示については、上記式(1)のR1~R3として例示した基と同様の基が挙げられる。芳香環に結合する基「-SiR1R2R3」の位置は、A1及びA2を除く他の基の結合位置(すなわち、「*」で表される結合手の位置)に対し、いずれの位置であってもよい。例えば、上記式(3-1)の場合、「-SiR1R2R3」の位置は、「*」で表される結合手の位置に対して、オルト位、メタ位及びパラ位のうちいずれでもよい。好ましくはパラ位である。n1は0又は1が好ましく、0がより好ましい。n2は、0~2が好ましく、0がより好ましい。
上記式(3-3)において、R6は直鎖状であることが好ましい。得られる硬化膜の耐熱性を高くする観点から、R6は、炭素数1~6が好ましく、1~4がより好ましい。
【0031】
硬化膜の耐熱性、耐薬品性及び硬度を高くできる点で、構造単位(I-1)は、上記式(3-1)~式(3-3)のうち、上記式(3-1)で表される基及び上記式(3-2)で表される基よりなる群から選択される少なくとも1種を有することが好ましい。また、芳香環に基「-SiR1R2R3」が直接結合している場合、水の存在に伴い生じたシラノール基の安定化を図ることが可能となる。これにより、アルカリ現像液に対する露光部の溶解性を高くでき、良好なパターンを形成することができる点において好ましい。構造単位(I-1)は、これらの中でも、上記式(3-1)で表される基を有する構造単位であることが特に好ましい。
【0032】
構造単位(I-1)は、重合に関与する結合として重合性炭素-炭素不飽和結合を有する単量体(以下、「不飽和単量体」ともいう)に由来する構造単位であることが好ましく、具体的には、下記式(4-1)で表される構造単位及び下記式(4-2)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【化4】
(式(4-1)及び式(4-2)中、R
Aは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、シアノ基又はトリフルオロメチル基である。R
7及びR
8は、それぞれ独立して、2価の芳香環基又は鎖状炭化水素基である。R
1、R
2及びR
3は、上記式(1)と同義である。)
【0033】
上記式(4-1)及び式(4-2)において、R7、R8で表される2価の芳香環基は、置換若しくは無置換のフェニレン基、又は置換若しくは無置換のナフタレンジイル基であることが好ましい。置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルキル基及び炭素数1~6のアルコキシ基よりなる群から選択される1種以上が挙げられる。2価の鎖状炭化水素基は、炭素数1~6のアルカンジイル基であることが好ましく、炭素数1~4のアルカンジイル基であることがより好ましい。
【0034】
耐熱性、耐薬品性及び硬度がより高い硬化膜を得ることができる点、並びにアルカリ現像液に対する露光部の溶解性を高くできる点で、R7、R8は、上記の中でも2価の芳香環基であることが好ましく、置換又は無置換のフェニレン基であることが特に好ましい。
【0035】
上記式(4-1)で表される構造単位の具体例としては、下記式(4-1-1)及び式(4-1-2)のそれぞれで表される構造単位等が挙げられる。また、上記式(4-2)で表される構造単位の具体例としては、下記式(4-2-1)及び式(4-2-2)のそれぞれで表される構造単位等が挙げられる。
【化5】
(式(4-1-1)、式(4-1-2)、式(4-2-1)及び式(4-2-2)中、R
11及びR
12は、それぞれ独立して、炭素数1~4のアルキル基である。R
13は、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基又は水酸基である。n3は1~4の整数である。A
1、A
2、n1及びn2は、上記式(3-1)及び式(3-2)と同義である。R
Aは、上記式(4-1)及び式(4-2)と同義である。)
【0036】
構造単位(I-1)を構成する単量体の具体例としては、上記式(3-1)で表される基を有する化合物として、スチリルトリメトキシシラン、スチリルトリエトキシシラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルエチルジエトキシシラン、スチリルジメトキシヒドロキシシラン、スチリルジエトキシヒドロキシシラン、(メタ)アクリロキシフェニルトリメトキシシラン、(メタ)アクリロキシフェニルトリエトキシシラン、(メタ)アクリロキシフェニルメトキシジメトキシシラン、(メタ)アクリロキシフェニルエチルジエトキシシラン等を;
上記式(3-2)で表される基を有する化合物として、トリメトキシ(4-ビニルナフチル)シラン、トリエトキシ(4-ビニルナフチル)シラン、メチルジメトキシ(4-ビニルナフチル)シラン、エチルジエトキシ(4-ビニルナフチル)シラン、(メタ)アクリロキシナフチルトリメトキシシラン等を;
上記式(3-3)で表される基を有する化合物として、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、4-(メタ)アクリロキシブチルトリメトキシシラン等を、それぞれ挙げることができる。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び「メタクリル」を包含する意味である。
【0037】
重合体(a1-1)における構造単位(I-1)の含有割合は、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、5質量%以上が好ましく、7質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(I-1)の含有割合は、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。構造単位(I-1)の含有割合を上記範囲とすることにより、得られる硬化膜の耐熱性及び耐薬品性を十分に高くすることができる点、高感度化を図ることができる点、並びに塗膜がより良好な解像性を示す点で好ましい。
【0038】
・その他の構造単位
重合体(a1-1)は、構造単位(I-1)以外の構造単位(以下、「その他の構造単位(1)」ともいう)を更に含んでいてよい。その他の構造単位(1)としては、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上を有する構造単位(II-1)、酸性基を有する構造単位(III-1)等が挙げられる。なお、本明細書では、オキシラニル基及びオキセタニル基を包含して「エポキシ基」ともいう。
【0039】
・構造単位(II-1)
重合体(a1-1)が構造単位(II-1)を含むことにより、膜の解像性や密着性をより高めることができる点で好ましい。また、エポキシ基が架橋性基として作用することにより、耐薬品性が高く、長期間に亘って劣化が抑制される硬化膜を形成できる点で好ましい。構造単位(II-1)は、エポキシ基を有する不飽和単量体に由来する構造単位であることが好ましく、具体的には下記式(5-1)で表される構造単位及び下記式(5-2)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【化6】
(式(5-1)及び式(5-2)中、R
20は、オキシラニル基又はオキセタニル基を有する1価の基である。R
Aは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、シアノ基又はトリフルオロメチル基である。X
1は、単結合又は2価の連結基である。)
【0040】
上記式(5-1)及び式(5-2)において、R20としては、オキシラニル基、オキセタニル基、3,4-エポキシシクロヘキシル基、3,4-エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、3-エチルオキセタニル基等が挙げられる。
X1の2価の連結基としては、メチレン基、エチレン基、1,3-プロパンジイル基等のアルカンジイル基;アルカンジイル基の任意のメチレン基が酸素原子に置き換えられた2価の基等が好ましい。
【0041】
エポキシ基を有する単量体の具体例としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシル(メタ)アクリレート、(3-メチルオキセタン-3-イル)メチル(メタ)アクリレート、(3-エチルオキセタン-3-イル)(メタ)アクリレート、(オキセタン-3-イル)メチル(メタ)アクリレート、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル(メタ)アクリレート、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等が挙げられる。
【0042】
重合体(a1-1)における構造単位(II-1)の含有割合は、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(II-1)の含有割合は、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、65質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、55質量%以下が更に好ましい。構造単位(II-1)の含有割合を上記範囲とすることで、塗膜がより良好な解像性を示すとともに、得られる硬化膜の耐熱性及び耐薬品性を十分に高くすることができる点で好ましい。
【0043】
・構造単位(III-1)
重合体(a1-1)は、酸性基を有する構造単位(III-1)を更に含むことが好ましい。構造単位(III-1)の導入により、アルカリ現像液に対する重合体(a1-1)の溶解性(アルカリ可溶性)を高めたり、硬化反応性を高めたりすることができる。なお、本明細書において「アルカリ可溶」とは、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液等のアルカリ水溶液に溶解可能であることを意味する。
【0044】
構造単位(III-1)は、酸性基を有する限り特に限定されない。構造単位(III-1)は、カルボキシ基を有する構造単位、スルホン酸基を有する構造単位、フェノール性水酸基を有する構造単位、及びマレイミド単位よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。なお、本明細書において「フェノール性水酸基」とは、芳香環(例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等)に直接結合するヒドロキシ基を意味する。
【0045】
構造単位(III-1)は、酸性基を有する不飽和単量体に由来する構造単位であることが好ましい。酸性基を有する不飽和単量体の具体例としては、カルボキシ基を有する構造単位を構成する単量体として、例えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸、4-ビニル安息香酸等の不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸を;スルホン酸基を有する構造単位を構成する単量体として、例えばビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリルイルオキシエチルスルホン酸等を;フェノール性水酸基を有する構造単位を構成する単量体として、例えば4-ヒドロキシスチレン、o-イソプロペニルフェノール、m-イソプロペニルフェノール、p-イソプロペニルフェノール、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート等を、それぞれ挙げることができる。また、構造単位(III-1)を構成する単量体としてマレイミドを用いることもできる。
【0046】
重合体(a1-1)における構造単位(III-1)の含有割合は、アルカリ現像液への良好な溶解性を付与する観点から、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。一方、構造単位(III-1)の含有割合が多すぎると、露光部分と未露光部分とにおいて、アルカリ現像液への溶解性の違いが小さくなり、良好なパターン形状が得られにくくなることが懸念される。こうした観点から、構造単位(III-1)の含有割合は、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、40質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。
【0047】
その他の構造単位(1)としては、更に、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、脂環式構造を有する(メタ)アクリル酸エステル、芳香環構造を有する(メタ)アクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物、N-置換マレイミド化合物、複素環構造を有するビニル化合物、共役ジエン化合物、窒素含有ビニル化合物、及び不飽和ジカルボン酸ジアルキルエステル化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の単量体に由来する構造単位等が挙げられる。これらの構造単位を重合体中に導入することにより、重合体成分のガラス転移温度を調整し、得られる硬化膜のパターン形状、耐薬品性を向上させることができる。
【0048】
上記単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとして、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n-ラウリル、(メタ)アクリル酸n-ステアリル等を;
脂環式構造を有する(メタ)アクリル酸エステルとして、(メタ)アクリル酸シクロへキシル、(メタ)アクリル酸2-メチルシクロへキシル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,5]デカン-8-イルオキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボロニル等を;
芳香環構造を有する(メタ)アクリル酸エステルとして、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等を;
芳香族ビニル化合物として、スチレン、2-メチルスチレン、3-メチルスチレン、4-メチルスチレン、α-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、2,4-ジイソプロピルスチレン、5-t-ブチル-2-メチルスチレン、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、t-ブトキシスチレン、ビニルベンジルジメチルアミン、(4-ビニルベンジル)ジメチルアミノエチルエーテル、N,N-ジメチルアミノエチルスチレン、N,N-ジメチルアミノメチルスチレン、2-エチルスチレン、3-エチルスチレン、4-エチルスチレン、2-t-ブチルスチレン、3-t-ブチルスチレン、4-t-ブチルスチレン、ジフェニルエチレン、ビニルナフタレン、ビニルピリジン等を;
N-置換マレイミド化合物として、N-シクロヘキシルマレイミド、N-シクロペンチルマレイミド、N-(2-メチルシクロヘキシル)マレイミド、N-(4-メチルシクロヘキシル)マレイミド、N-(4-エチルシクロヘキシル)マレイミド、N-(2,6-ジメチルシクロヘキシル)マレイミド、N-ノルボルニルマレイミド、N-トリシクロデシルマレイミド、N-アダマンチルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-(2-メチルフェニル)マレイミド、N-(4-メチルフェニル)マレイミド、N-(4-エチルフェニル)マレイミド、N-(2,6-ジメチルフェニル)マレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ナフチルマレイミド等を、
複素環構造を有するビニル化合物として、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロピラニル、(メタ)アクリル酸5-エチル-1,3-ジオキサン-5-イルメチル、(メタ)アクリル酸5-メチル-1,3-ジオキサン-5-イルメチル、(メタ)アクリル酸(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル、2-(メタ)アクリロキシメチル-1,4,6-トリオキサスピロ[4,6]ウンデカン、(メタ)アクリル酸(γ-ブチロラクトン-2-イル)、(メタ)アクリル酸グリセリンカーボネート、(メタ)アクリル酸(γ-ラクタム-2-イル)、N-(メタ)アクリロキシエチルヘキサヒドロフタルイミド等を;
共役ジエン化合物として、1,3-ブタジエン、イソプレン等を;
窒素含有ビニル化合物として、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド等を;
不飽和ジカルボン酸ジアルキルエステル化合物として、イタコン酸ジエチル等を、それぞれ挙げることができる。また、その他の構造単位(1)を構成する単量体としては、上記のほか、例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル等の単量体が挙げられる。
【0049】
重合体成分のガラス転移温度を調整して熱硬化時のメルトフローを抑制する観点から、重合体(a1-1)は、構造単位(II-1)及び構造単位(III-1)以外のその他の構造単位(1)として、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、脂環式構造を有する(メタ)アクリル酸エステル、及び芳香環構造を有する(メタ)アクリル酸エステルよりなる群から選択される少なくとも1種の単量体に由来する構造単位を含むことが好ましい。
【0050】
構造単位(II-1)及び構造単位(III-1)以外のその他の構造単位(1)の含有割合は、重合体(a1-1)のガラス転移温度を適度に高くする観点から、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましい。また、当該構造単位の含有割合は、重合体(a1-1)を構成する全構造単位に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。
【0051】
重合体(a1-1)は、例えば、上述した各構造単位を導入可能な不飽和単量体を用い、適当な溶媒中、重合開始剤等の存在下で、ラジカル重合等の公知の方法に従って製造することができる。重合開始剤としては、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(イソ酪酸)ジメチル等のアゾ化合物が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、反応に使用する単量体の全量100質量部に対して、0.01~30質量部であることが好ましい。重合溶媒としては、例えばアルコール類、エーテル類、ケトン類、エステル類、炭化水素類等が挙げられる。重合溶媒の使用量は、反応に使用する単量体の合計量が、反応溶液の全体量に対して、0.1~60質量%になるような量にすることが好ましい。
【0052】
重合において、反応温度は、通常、30℃~180℃である。反応時間は、重合開始剤及び単量体の種類や反応温度に応じて異なるが、通常、0.5~10時間である。重合反応により得られた重合体は、反応溶液に溶解された状態のまま感放射線性組成物の調製に用いられてもよいし、反応溶液から単離された後、感放射線性組成物の調製に用いられてもよい。重合体の単離は、例えば、反応溶液を大量の貧溶媒中に注ぎ、これにより得られる析出物を減圧下乾燥する方法、反応溶液をエバポレーターで減圧留去する方法等の公知の単離方法により行うことができる。
【0053】
[A]重合体成分が重合体(a1-1)を含む場合、[A]重合体成分は、構造単位(I-1)を含む限り、構造単位(I-1)を有する重合体(a1-1)のみによって構成されていてもよいし、重合体(a1-1)と共に、構造単位(I-1)を有しない重合体を更に含むものであってもよい。例えば、[A]重合体成分が構造単位(I-1)と構造単位(II-1)と構造単位(III-1)とを含む場合、同一の重合体が構造単位(I-1)、構造単位(II-1)及び構造単位(III-1)の全部を有していてもよく、構造単位(II-1)及び構造単位(III-1)よりなる群から選択される少なくとも1種を、構造単位(I-1)を有する重合体とは異なる重合体が有していてもよい。なお、構造単位(I-1)、構造単位(II-1)及び構造単位(III-1)を、[A]重合体成分中の2種以上の異なる重合体が有している場合、[A]重合体成分に含まれる各構造単位の含有割合が上記範囲を満たすようにすることが好ましい。感放射線性組成物を構成する成分の数を少なくしつつ、現像密着性及び耐薬品性の向上効果が得られる点で、[A]重合体成分は、構造単位(I-1)と構造単位(II-1)と構造単位(III-1)とを有する重合体を含有することが好ましい。[A]重合体成分を構成する各重合体は、好ましくはアルカリ可溶性樹脂である。
【0054】
重合体(a1-1)につき、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、2,000以上であることが好ましい。Mwが2,000以上であると、耐熱性や耐薬品性が十分に高く、かつ良好な現像性を示す硬化膜を得ることができる点で好ましい。重合体(a1-1)のMwは、より好ましくは5,000以上であり、更に好ましくは6,000以上であり、特に好ましくは7,000以上である。また、Mwは、成膜性を良好にする観点から、好ましくは50,000以下であり、より好ましくは30,000以下であり、更に好ましくは20,000以下であり、特に好ましくは15,000以下である。
【0055】
また、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、4.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましく、2.5以下が更に好ましい。なお、[A]重合体成分が2種以上の重合体からなる場合、各重合体のMw及びMw/Mnがそれぞれ上記範囲を満たすことが好ましい。
【0056】
〔重合体(a1-2)について〕
重合体(a1-2)は、酸解離性基を有する構造単位(I-2)を含む重合体である。酸解離性基は、カルボキシ基、フェノール性水酸基、アルコール性水酸基、スルホン酸基等の酸性基が有する水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基である。重合体(a1-2)を含む本組成物によれば、本組成物に放射線を照射することによって発生した酸により酸解離性基が脱離して酸性基が生じる。これにより、重合体成分の現像液への溶解性を変化させることができ、パターンが形成された硬化膜を得ることができる。
【0057】
構造単位(I-2)は、中でも、酸の作用により酸解離性基が脱離してカルボキシ基を生じる構造単位(以下、「構造単位(I-2-1)」ともいう)、又は酸の作用により酸解離性基が脱離してフェノール性水酸基を生じる構造単位(以下、「構造単位(I-2-2)」ともいう)であることが好ましい。
【0058】
・構造単位(I-2-1)について
構造単位(I-2-1)としては、保護された不飽和カルボン酸に由来する構造単位が挙げられる。使用する不飽和カルボン酸は特に限定されず、例えば、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和酸無水物、不飽和多価カルボン酸等が挙げられる。
【0059】
これらの具体例としては、不飽和モノカルボン酸として、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α-クロロアクリル酸、桂皮酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-コハク酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-フタル酸、(メタ)アクリル酸-2-カルボキシエチルエステル、4-ビニル安息香酸等が挙げられる。不飽和ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等が挙げられる。不飽和酸無水物としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等が挙げられる。不飽和多価カルボン酸としては、ω-カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0060】
構造単位(I-2-1)に含まれる酸解離性基としては、例えば、アセタール系官能基、第3級アルキル基、第3級アルキルカーボネート基等が挙げられる。これらのうち、酸により解離しやすい点で、アセタール系官能基が好ましい。
【0061】
酸解離性基がアセタール系官能基である場合、構造単位(I-2-1)は、保護されたカルボキシ基として、カルボン酸のアセタールエステル構造を有することが好ましく、具体的には、下記式(X-1)で表される基を有することが好ましい。
【化7】
(式(X-1)中、R
31、R
32及びR
33は、次の(1)又は(2)である。(1)R
31は水素原子、炭素数1~12のアルキル基又は炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基である。R
32及びR
33は、それぞれ独立して、炭素数1~12のアルキル基、炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基、又は炭素数7~20のアラルキル基である。(2)R
31は、水素原子、炭素数1~12のアルキル基又は炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基である。R
32及びR
33は、互いに合わせられR
32及びOR
33が結合する炭素原子とともに構成される環状エーテル構造を表す。「*」は結合手を表す。)
【0062】
R31、R32及びR33で表される炭素数1~12のアルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよい。当該アルキル基の炭素数は、好ましくは1~6、より好ましくは1~4である。R31、R32及びR33で表される炭素数1~12のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。
【0063】
R31、R32及びR33で表される炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。R32及びR33で表される炭素数7~20のアラルキル基としては、フェニルメチル基、フェニルエチル基、メチルフェニルメチル基等が挙げられる。
【0064】
R32及びR33が互いに合わせられて構成される環状エーテル構造は、環員数5以上であることが好ましい。具体的には、例えばテトラヒドロフラン環構造、テトラヒドロピラン環構造等が挙げられる。
【0065】
酸により解離しやすい点で、R31は中でも、水素原子、メチル基又はエチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
【0066】
上記式(X-1)で表されるカルボン酸のアセタールエステル構造の具体例としては、1-メトキシエトキシカルボニル基、1-エトキシエトキシカルボニル基、1-プロポキシエトキシカルボニル基、1-ブトキシエトキシカルボニル基、1-シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、2-テトラヒドロフラニルオキシカルボニル基、2-テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基、1-フェニルメトキシエトキシカルボニル基等を挙げることができる。
【0067】
構造単位(I-2-1)は、上記の中でも、下記式(Y-1)で表される構造単位及び式(Y-2)で表される構造単位が好ましい。
【化8】
(式(Y-1)中、R
30は、水素原子又はメチル基である。X
30は、単結合又はアリーレン基である。R
40は、水素原子又はアルキル基である。R
41及びR
42は、それぞれ独立して、炭素数1~12のアルキル基、炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基、又は炭素数7~20のアラルキル基である。)
【化9】
(式(Y-2)中、R
30は、水素原子又はメチル基である。X
31は、単結合又はアリーレン基である。R
43~R
49は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基である。kは1又は2である。)
【0068】
構造単位(I-2-1)の好ましい具体例としては、下記式で表される構造単位が挙げられる。なお、式中、R
30は、水素原子又はメチル基である。
【化10】
【0069】
・構造単位(I-2-2)について
構造単位(I-2-2)は、保護されたフェノール性水酸基を有していればよく、特に限定されない。構造単位(I-2-2)は中でも、本組成物の感度の観点から、ヒドロキシスチレン又はその誘導体に由来する構造単位及びヒドロキシベンゼン構造を有する(メタ)アクリル化合物に由来する構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【0070】
構造単位(I-2-2)が有する酸解離性基は特に限定されない。本組成物の感度やパターン形状、保存安定性等の観点から、構造単位(I-2-2)が有する酸解離性基はアセタール系官能基が好ましい。構造単位(I-2-2)に用いることのできるアセタール系官能基としては、構造単位(I-2-1)に用いることができる酸解離性基と同様の基を挙げることができる。中でも、「-O-C(R
31)(R
32)(OR
33)」(ただし、R
31、R
32及びR
33は式(X-1)と同義である)で表される基により保護されたフェノール性水酸基であることが好ましい。この場合、構造単位(I-2-2)に含まれる保護されたフェノール性水酸基は、下記式(Z-1)で表すことができる。
【化11】
(式(Z-1)中、Ar
1はアリーレン基である。R
31、R
32及びR
33は式(X-1)と同義である。「*」は結合手を表す。)
【0071】
構造単位(I-2-2)に含まれる「-C(R31)(R32)(OR33)」で表される基の好ましい具体例としては、1-アルコキシアルキル基及び1-アリールアルコキシアルキル基等を挙げることができる。具体的には、例えば1-エトキシエチル基、1-メトキシエチル基、1-ブトキシエチル基、1-イソブトキシエチル基、1-(2-エチルヘキシルオキシ)エチル基、1-プロポキシエチル基、1-シクロヘキシルオキシエチル基、1-(2-シクロヘキシルエトキシ)エチル基、1-ベンジルオキシエチル基等が挙げられる。
【0072】
構造単位(I-2-2)の好ましい具体例としては、下記式で表される構造単位が挙げられる。なお、式中、R
30は、水素原子又はメチル基である。
【化12】
【0073】
重合体(a1-2)における構造単位(I-2)の含有割合は、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(I-2)の含有割合は、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、60質量%以下が好ましく、55質量%以下がより好ましく、50質量%以下が更に好ましい。構造単位(I-2)の含有割合を上記範囲とすることにより、第1の組成物の高感度化を図ることができる点、及び塗膜がより良好な解像性を示す点で好ましい。
【0074】
第1の組成物が重合体(a1-2)を含む場合、[A]重合体成分は、構造単位(I-2)以外の構造単位(以下、「その他の構造単位(2)」ともいう)を更に含んでいてよい。その他の構造単位(2)としては、架橋性基を有する構造単位(II-2)、酸性基を有する構造単位(III-2)等が挙げられる。その他の構造単位(2)は、重合体(a1-2)に導入されてもよいし、重合体(a1-2)とは異なる重合体の構造単位として導入されてもよいし、重合体(a1-2)とは異なる重合体及び重合体(a1-2)の両方に導入されてもよい。第1の組成物を構成する成分の数をできるだけ少なくしつつ、現像密着性及び硬化密着性の改善効果を得ることができる点で、重合体(a1-2)は、構造単位(I-2)と共に、構造単位(II-2)及び構造単位(III-2)を更に含むことが好ましい。
【0075】
・構造単位(II-2)
構造単位(II-2)が有する架橋性基は、加熱処理によって硬化反応を起こす基であればよく、特に限定されない。熱硬化性が高い点で、架橋性基は中でも、オキシラニル基及びオキセタニル基の一方又は両方であることが好ましい。構造単位(II-2)の具体例及び好ましい例としては、構造単位(II-1)の説明において示した例と同様の例が挙げられる。
【0076】
重合体(a1-2)が構造単位(II-2)を含む場合、構造単位(II-2)の含有割合は、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(II-2)の含有割合は、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、40質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。
【0077】
・構造単位(III-2)
アルカリ現像液に対する溶解性を高めたり、硬化反応性を高めたりすることができる点において、重合体(a1-2)は、酸性基を有する構造単位(III-2)を更に含むことが好ましい。構造単位(III-2)の具体例及び好ましい例としては、構造単位(III-1)の説明において示した例と同様の例が挙げられる。
【0078】
重合体(a1-2)が構造単位(III-2)を含む場合、構造単位(III-2)の含有割合は、アルカリ現像液への良好な溶解性を付与する観点から、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(III-2)の含有割合は、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、80質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。
【0079】
第1の組成物が重合体(a1-2)を含む場合、[A]重合体成分が含んでいてもよいその他の構造単位(2)としては、その他の構造単位(1)において例示した構造単位が挙げられる。重合体(a1-2)が、その他の構造単位(2)として、構造単位(II-2)及び構造単位(III-2)以外の構造単位を含む場合、当該構造単位の含有割合は、重合体(a1-2)を構成する全構造単位に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。
【0080】
重合体(a1-2)は、例えば、上述した各構造単位を導入可能な不飽和単量体を用い、適当な溶媒中、重合開始剤等の存在下で、ラジカル重合等の公知の方法に従って製造することができる。重合方法の詳細は重合体(a1-1)と同様である。
【0081】
重合体(a1-2)につき、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、1,000以上であることが好ましい。重合体(a1-2)のMwは、より好ましくは2,000以上であり、更に好ましくは5,000以上である。また、重合体(a1-2)のMwは、成膜性を良好にする観点から、好ましくは200,000以下であり、より好ましくは50,000以下である。また、重合体(a1-2)につき、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、5.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましい。
【0082】
〔シロキサンポリマーについて〕
シロキサンポリマーは、加水分解縮合によって硬化膜を形成可能であれば特に限定されない。シロキサンポリマーは、下記式(6)で表される加水分解性シラン化合物を加水分解することにより得られる重合体であることが好ましい。
(R21)rSi(OR22)4-r …(6)
(式(6)中、R21は、非加水分解性の1価の基である。R22は、炭素数1~4のアルキル基である。rは0~3の整数である。ただし、rが2又は3の場合、式中の複数のR21は、互いに同一又は異なる。rが0~2の場合、式中の複数のR22は、互いに同一又は異なる。)
【0083】
R21としては、例えば、炭素数1~20のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、(メタ)アクリロイル基を有する基、及びエポキシ基を有する基が挙げられる。
R22としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。これらのうち、加水分解性が高い点で、R22は、メチル基又はエチル基が好ましい。
rは、好ましくは0~2、より好ましくは0又は1、更に好ましくは1である。
【0084】
シロキサンポリマーを構成する単量体の具体例としては、4個の加水分解性基を有するシラン化合物として、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリエトキシメトキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラフェノキシシラン、テトラベンジロキシシラン、テトラ-n-プロポキシシラン等を;
3個の加水分解性基を有するシラン化合物として、例えば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-i-プロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、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-i-プロポキシシラン、エチルトリブトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン等を;
2個の加水分解性基を有するシラン化合物として、例えばジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン等を;
1個の加水分解性基を有するシラン化合物として、例えばトリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン等を、それぞれ挙げることができる。
【0085】
シロキサンポリマーは、上記の加水分解性シラン化合物の1種又は2種以上と水とを、好ましくは適当な触媒及び有機溶媒の存在下で加水分解・縮合させることにより得ることができる。加水分解・縮合反応に際し、水の使用割合は、加水分解性シラン化合物が有する加水分解性基(-OR22)の合計量1モルに対して、好ましくは0.1~3モルであり、より好ましくは0.2~2モルであり、更に好ましくは0.5~1.5モルである。このような量の水を使用することにより、加水分解縮合の反応速度を最適化することができる。
【0086】
加水分解・縮合反応の際に使用する触媒としては、例えば酸、アルカリ金属化合物、有機塩基、チタン化合物、ジルコニウム化合物等を挙げることができる。触媒の使用量は、触媒の種類、温度といった反応条件等により異なり、適宜に設定されるが、加水分解性シラン化合物1モルに対して、好ましくは0.0001~0.2モルであり、より好ましくは0.0005~0.1モルである。
上記の加水分解・縮合反応の際に使用する有機溶媒としては、例えば炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、アルコール等を挙げることができる。これらのうち、非水溶性又は難水溶性の有機溶媒を用いることが好ましく、例えば、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、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、プロピオン酸エステル化合物等が挙げられる。有機溶媒の使用割合は、反応に使用する加水分解性シラン化合物の合計100質量部に対して、好ましくは10~10,000質量部であり、より好ましくは50~1,000質量部である。
【0087】
加水分解・縮合反応時には、反応温度を130℃以下とすることが好ましく、40~100℃とすることがより好ましい。反応時間は、0.5~24時間とすることが好ましく、1~12時間とすることがより好ましい。反応中は、混合液を撹拌してもよいし、還流下に置いてもよい。加水分解縮合反応後には、反応溶液中に脱水剤を加え、次いでエバポレーションすることにより、水及び生成したアルコールを反応系から除去してもよい。
【0088】
シロキサンポリマーにつき、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、500以上であることが好ましい。Mwが500以上であると、耐熱性や耐溶剤性が十分に高く、かつ良好な現像性を示す硬化膜を得ることができる点で好ましい。Mwは、より好ましくは1000以上である。また、Mwは、成膜性を良好にする観点及び感放射線性の低下を抑制する観点から、好ましくは10000以下であり、より好ましくは5000以下である。また、分子量分布(Mw/Mn)は、4.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましく、2.5以下が更に好ましい。
【0089】
(A-1)重合体の含有割合は、感放射線性組成物に含まれる固形分の全量(すなわち、感放射線性組成物中の溶剤以外の成分の合計質量)に対して、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましい。また、(A-1)重合体の含有割合は、感放射線性組成物に含まれる固形分の全量に対して、99質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。(A-1)重合体の含有割合を上記範囲とすることにより、耐熱性及び耐薬品性が十分に高く、かつ良好な現像性及び透明性を示す硬化膜を得ることができる。
【0090】
<[B]シラノール化合物>
[B]シラノール化合物は、疎水性基と水酸基とが同一のケイ素原子に結合した部分構造を有する化合物である。ただし、[B]シラノール化合物はアルコキシ基を有しない。このような[B]シラノール化合物を(A-1)重合体と共に感放射線性組成物に含有させることにより、低誘電率であり、かつ現像密着性に優れた硬化膜を得ることができる。また、[B]シラノール化合物は、アルカリ現像液に対し安定で疎水的であり、未露光部に及ぼす影響(例えば、感度への影響)も少ない点で好ましい。
【0091】
[B]シラノール化合物が有する疎水性基としては、炭化水素基、フッ素化炭化水素基等を挙げることができる。これらの中でも、[B]シラノール化合物が有する疎水性基は炭化水素基が好ましく、例えば炭素数1~12の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3~12の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6~12の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらのうち、[B]シラノール化合物が有する疎水性基は、1価の鎖状炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が好ましく、炭素数1~10のアルキル基及び炭素数6~12のアリール基がより好ましい。
【0092】
炭素数1~10のアルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよい。炭素数1~10のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、3-ペンチル基、tert-ペンチル基が挙げられる。これらの中でも、炭素数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状又は分岐状のアルキル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。
【0093】
炭素数6~12のアリール基としては、フェニル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、ジエチルフェニル基、トリメチルフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基、メチルフェニル基又はエチルフェニル基が好ましく、フェニル基又はメチルフェニル基がより好ましい。
【0094】
[B]シラノール化合物として具体的には、下記式(2)で表される化合物を好ましく使用することができる。
(R4)mSi(OH)4-m …(2)
(式(2)中、R4は、1価の炭化水素基である。mは1~3の整数である。)
【0095】
上記式(2)において、R4で表される1価の炭化水素基は、炭素数1~10の鎖状炭化水素基、炭素数3~12の脂環式炭化水素基、又は炭素数6~12の芳香族炭化水素基が好ましい。これらのうち、1価の鎖状炭化水素基又は芳香族炭化水素基がより好ましく、炭素数1~10のアルキル基及び炭素数6~12のアリール基が更に好ましい。
【0096】
上記式(2)中のmは、硬化膜の現像密着性及び低誘電率化の効果をより高くできる点で、1又は2が好ましい。
【0097】
[B]シラノール化合物の具体例としては、例えば、トリメチルシラノール、エチルジメチルシラノール、ジエチルメチルシラノール、トリエチルシラノール、メチルシラントリオール、ジフェニルシランジオール、フェニルシラントリオール、トリフェニルシラノール、ビス(4-トリル)シランジオール、トリス(4-トリル)シラノール等が挙げられる。
【0098】
膜を形成する際には、通常、感放射線性組成物からなる塗布膜を加熱(プレベーク)することにより、感放射線性組成物に含まれる溶剤成分を除去する処理が行われる。このプレベーク時に[B]シラノール化合物の揮発を抑制し、プレベーク後の膜中に[B]シラノール化合物を多く残存させる観点から、[B]シラノール化合物としては、沸点が十分に高い化合物を好ましく使用できる。具体的には、[B]シラノール化合物の沸点は、80℃以上であることが好ましく、95℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることが更に好ましく、150℃以上であることがより更に好ましく、180℃以上であることが一層好ましい。なお、本明細書において、化合物の沸点は1気圧下での値である。
【0099】
[B]シラノール化合物は、沸点がプレベーク温度よりも高温であることが好ましい。プレベーク温度よりも沸点が高いシラノール化合物を用いることにより、プレベーク後の膜中に残存する[B]シラノール化合物の量を多くでき、硬化膜の現像密着性及び低誘電率化の改善効果をより高めることができる。具体的には、[B]シラノール化合物の沸点は、プレベーク温度よりも5℃以上高いことが好ましく、10℃以上高いことがより好ましく、20℃以上高いことが更に好ましく、30℃以上高いことがより更に好ましく、50℃以上高いことが一層好ましい。
【0100】
[B]シラノール化合物としては、上記の中でも、高沸点かつ高疎水性であり、硬化膜の現像密着性及び低誘電率化の改善効果を高くできる点において、芳香環を有する化合物を特に好ましく使用できる。このような[B]シラノール化合物の具体例としては、ジフェニルシランジオール、フェニルシラントリオール、トリフェニルシラノール、ビス(4-トリル)シランジオール、トリス(4-トリル)シラノール等が挙げられる。硬化膜の現像密着性及び低誘電率化の改善効果がより高い点で、これらのうち、芳香環を2個以上有する化合物が好ましく、芳香環を3個以上有する化合物がより好ましい。
【0101】
[B]シラノール化合物の分子量は、90以上が好ましく、100以上がより好ましく、150以上が更に好ましい。また、[B]シラノール化合物の分子量は、500以下が好ましく、450以下がより好ましく、400以下が更に好ましい。[B]シラノール化合物が上記範囲であると、感放射線性組成物の感度及び現像溶解性の低下を抑制しながら、硬化膜の現像密着性を高くでき、また低誘電率化を図ることができる点で好適である。
【0102】
第1の組成物において、[B]シラノール化合物の含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、2質量部以上であることが更に好ましく、3質量部以上であることが特に好ましい。また、[B]シラノール化合物の含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、25質量部以下であることが好ましく、20質量部以下であることがより好ましく、15質量部以下であることが更に好ましい。[B]シラノール化合物の含有割合が0.5質量部以上である場合、[B]シラノール化合物を膜中に存在させることによる塗膜の現像密着性及び低誘電率化の改善効果を十分に得ることができる点で好ましい。また、[B]シラノール化合物の含有割合が25質量部以下である場合、[B]シラノール化合物に起因する感度の低下を抑制することができる点で好ましい。
【0103】
<[C]光酸発生剤>
光酸発生剤は、放射線照射により酸を発生する化合物であればよく、特に限定されない。光酸発生剤としては、例えば、オキシムスルホネート化合物、オニウム塩、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾメタン化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、カルボン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物が挙げられる。
【0104】
オキシムスルホネート化合物、オニウム塩、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾメタン化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、及びカルボン酸エステル化合物の具体例としては、特開2014-157252号公報の段落0078~0106に記載された化合物、国際公開第2016/124493号に記載された化合物等が挙げられる。光酸発生剤としては、放射線感度の観点から、オキシムスルホネート化合物及びスルホンイミド化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。
【0105】
オキシムスルホネート化合物は、下記式(7)で表されるスルホネート基を有する化合物であることが好ましい。
【化13】
(式(7)中、R
23は、1価の炭化水素基、又は当該炭化水素基が有する水素原子の一部若しくは全部が置換基で置換された1価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【0106】
上記式(7)において、R23の1価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1~20のアルキル基、炭素数4~12のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基等が挙げられる。置換基としては、例えば、炭素数1~5のアルキル基、炭素数1~5のアルコキシ基、オキソ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【0107】
オキシムスルホネート化合物を例示すると、(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、(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-p-トルエン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、{2-[2-(4-メチルフェニルスルホニルオキシイミノ)]-2,3-ジヒドロチオフェン-3-イリデン}-2-(2-メチルフェニル)アセトニトリル)、2-(オクチルスルホニルオキシイミノ)-2-(4-メトキシフェニル)アセトニトリル、国際公開第2016/124493号に記載の化合物等が挙げられる。オキシムスルホネート化合物の市販品としては、BASF社製のIrgacure PAG121等が挙げられる。
【0108】
スルホンイミド化合物を例示すると、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(カンファスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(4-メチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(2-トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(4-フルオロフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N-(カンファスルホニルオキシ)フタルイミド、N-(2-トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N-(2-フルオロフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N-(カンファスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、(4-メチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、トリフルオロメタンスルホン酸-1,8-ナフタルイミドが挙げられる。
【0109】
光酸発生剤としては、オキシムスルホネート化合物、オニウム塩、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾメタン化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、及びカルボン酸エステル化合物のうち1種以上と、キノンジアジド化合物とを併用してもよい。また、キノンジアジド化合物を単独で用いてもよい。
【0110】
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感放射線性酸発生体である。キノンジアジド化合物としては、フェノール性化合物又はアルコール性化合物(以下「母核」ともいう)と、オルソナフトキノンジアジド化合物との縮合物が挙げられる。これらのうち、使用するキノンジアジド化合物は、母核としてのフェノール系水酸基を有する化合物と、オルソナフトキノンジアジド化合物との縮合物が好ましい。母核の具体例としては、例えば、特開2014-186300号公報の段落0065~0070に記載された化合物が挙げられる。オルソナフトキノンジアジド化合物は、1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドが好ましい。
【0111】
キノンジアジド化合物としては、母核としてのフェノール性化合物又はアルコール性化合物と、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を好ましく使用でき、フェノール性化合物と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をより好ましく使用できる。
【0112】
キノンジアジド化合物の具体例としては、4,4'-ジヒドロキシジフェニルメタン、2,3,4,2',4'-ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、トリ(p-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1-トリ(p-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1-トリ(p-ヒドロキシフェニル)エタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、1,3-ビス[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]ベンゼン、1,4-ビス[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]ベンゼン、4,6-ビス[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]-1,3-ジヒドロキシベンゼン、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]ビスフェノールから選ばれるフェノール性水酸基含有化合物と、1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸クロリド又は1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリドとのエステル化合物が挙げられる。
【0113】
上記縮合物を得るための縮合反応において、母核と1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの割合は、1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドの使用量を、母核中のOH基の数に対して、好ましくは30~85モル%、より好ましくは50~70モル%に相当する量とする。なお、上記縮合反応は、公知の方法に従って行うことができる。
【0114】
第1の組成物において、[C]光酸発生剤の含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、0.05質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましい。また、[C]光酸発生剤の含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、15質量部以下であることがより好ましい。[C]光酸発生剤の含有割合を0.05質量部以上とすると、放射線の照射によって酸が十分に生成し、アルカリ溶液に対する、放射線の照射部分と未照射部分との溶解度の差を十分に大きくできる。これにより、良好なパターニングを行うことができる。また、[A]重合体成分との反応に関与する酸の量を多くでき、耐熱性及び耐溶剤性を十分に確保できる。一方、[C]光酸発生剤の含有割合を20質量部以下とすることにより、露光後において未反応の光酸発生剤の量を十分に少なくでき、[C]光酸発生剤の残存による現像性の低下を抑制できる点で好適である。
【0115】
ここで、現像の際に未露光部の端部において吸水が生じた場合、未露光部の端部に存在するアルコキシ基がシラノール基になることによって未露光部の端部の親水性が増し、塗膜の現像密着性が低下することが考えられる。こうした現像密着性の低下を抑制するために、感放射線性組成物に疎水性添加剤を配合したり、重合体成分に疎水性単量体に由来する構造単位を導入したりすることによって膜の疎水性を高くすることが考えられる。しかしながら、膜の疎水性を上げると、感放射線性組成物の感度の低下を招きやすくなる。これに対し、本開示においては、(A-1)重合体を用いた感放射線性組成物に[B]シラノール化合物を配合することにより、感放射線性組成物の感度を高く維持しながら、感放射線性組成物により形成される硬化膜の現像密着性を高めることができる。
【0116】
また、現像の際に未露光部の端部で吸水が生じ、未露光部のアルコキシ基がシラノール基に変化した場合、重合体側鎖に水酸基が存在することによって、硬化膜の誘電率が高くなることが考えられる。これに対し、本開示においては、(A-1)重合体を用いた感放射線性組成物に[B]シラノール化合物を配合することにより、硬化膜の低誘電率化を図ることができる。
【0117】
なお、本開示の上記効果は、[B]シラノール化合物が有する疎水性基により基板表面が疎水化されたことや、未露光部の端部に存在するシラノール基が[B]シラノール化合物によってキャップされたことによるものと推察される。ただし、この推察は本開示の内容を何ら限定するものではない。
【0118】
<その他の成分>
第1の組成物は、上述した[A]重合体成分、[B]シラノール化合物及び[C]光酸発生剤に加え、これら以外の成分(以下、「その他の成分」ともいう)を更に含有していてもよい。
【0119】
(溶剤)
第1の組成物は、[A]重合体成分、[B]シラノール化合物、[C]光酸発生剤、及び必要に応じて配合される成分が、好ましくは溶剤に溶解又は分散された液状の組成物である。使用する溶剤としては、第1の組成物に配合される各成分を溶解し、かつ各成分と反応しない有機溶媒が好ましい。
【0120】
溶剤の具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等のエステル類;エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレンジグリコールモノメチルエーテル、エチレンジグリコールエチルメチルエーテル、ジメ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メチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素が挙げられる。これらのうち、溶剤は、エーテル類及びエステル類よりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコール類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、及び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よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
【0121】
(密着助剤)
密着助剤は、感放射線性組成物を用いて形成される硬化膜と基板との接着性を向上させる成分である。密着助剤としては、反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤を好ましく使用できる。官能性シランカップリング剤が有する反応性官能基としては、カルボキシ基、(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、ビニル基、イソシアネート基等が挙げられる。
【0122】
官能性カップリング剤の具体例としては、例えば、トリメトキシシリル安息香酸、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、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、3-イソシアナートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
【0123】
第1の組成物に密着助剤を配合する場合、その含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、0.01質量部以上30質量部以下であることが好ましく、0.1質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。
【0124】
(酸拡散制御剤)
酸拡散制御剤は、露光により[C]光酸発生剤から発生した酸の拡散長を制御する成分である。第1の組成物に酸拡散制御剤を配合することにより、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することができる。また、酸拡散制御剤を配合することによって、現像密着性の向上を図りながら、耐薬品性を高めることができる。
【0125】
酸拡散制御剤としては、化学増幅レジストにおいて酸拡散制御剤として用いられる塩基性化合物の中から任意に選択して使用することができる。このような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、複素環式芳香族アミン、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。化学増幅レジストにおいて酸拡散制御剤として用いられる塩基性化合物の具体例としては、特開2011-232632号公報の段落0128~0147に記載された化合物等が挙げられる。第1の組成物に配合される酸拡散制御剤としては、芳香族アミン及び複素環式芳香族アミンよりなる群から選択される少なくとも1種を好ましく使用することができる。
【0126】
芳香族アミン及び複素環式芳香族アミンとしては、アニリン誘導体、イミダゾール誘導体及びピロール誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種を好ましく使用することができる。芳香族アミン及び複素環式芳香族アミンの具体例としては、例えば、アニリン、N-メチルアニリン、N-エチルアニリン、N-プロピルアニリン、N,N-ジメチルアニリン、2-メチルアニリン、3-メチルアニリン、4-メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2-ニトロアニリン、3-ニトロアニリン、4-ニトロアニリン、2,4-ジニトロアニリン、2,6-ジニトロアニリン、3,5-ジニトロアニリン、N,N-ジメチルトルイジン等のアニリン誘導体;イミダゾール、4-メチルイミダゾール、4-メチル-2-フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2-フェニルベンズイミダゾール、トリフェニルイミダゾール、N-(tert-ブトキシカルボニル)-2-フェニルベンズイミダゾール等のイミダゾール誘導体;ピロール、2H-ピロール、1-メチルピロール、2,4-ジメチルピロール、2,5-ジメチルピロール、N-メチルピロール等のピロール誘導体;ピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4-(1-ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3-メチル-2-フェニルピリジン、3-メチル-4-フェニルピリジン、4-tert-ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、1-メチル-2-ピリドン、4-ピロリジノピリジン、1-メチル-4-フェニルピリジン、2-(1-エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン、ニコチン等のピリジン誘導体のほか、特開2011-232632号公報に記載の化合物が挙げられる。
【0127】
第1の組成物に酸拡散制御剤を配合する場合、その含有割合は、酸拡散制御剤の配合による耐薬品性の改善効果を十分に得る観点から、(A-1)重合体100質量部に対して、0.005質量部以上であることが好ましく、0.01質量部以上であることがより好ましい。また、酸拡散制御剤の含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
【0128】
(塩基性化合物)
第1の組成物は、塩基性化合物(ただし、酸拡散制御剤を除く。以下、「[E]塩基性化合物」ともいう)を含有していてもよい。[B]シラノール化合物と[E]塩基性化合物とを併用することにより、硬化膜の現像密着性を更に高めることができる。また、[E]塩基性化合物を更に含む第1の組成物によれば、誘電率がより低い硬化膜を得ることができる。
【0129】
[E]塩基性化合物は、無機塩基(炭酸ナトリウム等)であってもよく、有機塩基であってもよく、それら両方であってもよい。現像密着性の改善効果が高い点において、[E]塩基性化合物は有機塩基が好ましい。
【0130】
[E]塩基性化合物は、酸解離定数(pKa)が8以上の有機塩基が好ましい。このような有機塩基としては、第1級鎖状アミン、第2級鎖状アミン、第3級鎖状アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、アミジン類、グアニジン類、有機ホスファゼン類等が挙げられる。感度の低下を抑制しつつ現像密着性の改善効果を十分に得ることができる点で、[E]塩基性化合物は、これらの有機塩基の中でも、アミジン類、グアニジン類及び有機ホスファゼン類よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
【0131】
これらの具体例としては、アミジン類として、ジアザビシクロノネン(1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン、DBN)、ジアザビシクロウンデセン(1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン、DBU)、6-ジブチルアミノ-1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBA-DBU)等の環状アミジン類が挙げられる。
【0132】
グアニジン類としては、グアニジン、テトラメチルグアニジン(TMG)、ブチルグアニジン、ジフェニルグアニジン(DPG)、7-メチル-1,5,7-トリアザビシクロデカ-5-エン(7-メチル-1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン、MTBD)、1,5,7-トリアザビシクロデカ-5-エン(1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン、TBD)等の鎖状又は環状グアニジン類が挙げられる。
【0133】
有機ホスファゼン類としては、2-tert-ブチルイミノ-2-ジエチルアミノ-1,3-ジメチル-ペルヒドロ-1,3,2-ジアザホスフォリン(BEMP)等が挙げられる。
【0134】
[E]塩基性化合物は、上記の中でも、酸解離定数(pKa)が9以上の有機塩基が好ましい。特に、アミジン類、グアニジン類及び有機ホスファゼン類よりなる群から選択される少なくとも1種であって、酸解離定数(pKa)が9~14である化合物が好ましく、環状アミジン類、鎖状グアニジン類及び環状グアニジン類よりなる群から選択される少なくとも1種であって、酸解離定数(pKa)が10~14である化合物がより好ましい。
【0135】
なお、本明細書において、酸解離定数とは、25℃水中での酸解離定数(pKa)である。酸解離定数(pKa)は、pKa=-log10Kaにより表される。2段階以上の解離が考えられる場合は最初の解離を考慮する。無機塩基については、電気的に中性の分子(HA)から1個の水素イオンH+が解離して1価の陰イオン(A-)となる段階の酸解離定数(pKa)である。有機塩基については、電気的に中性の分子(B)が1個の水素イオンH+を受容して1価の陽イオン(BH+)となる段階の酸解離定数(pKa)である。[E]塩基性化合物の酸解離定数(pKa)は、より詳細には、[E]塩基性化合物の共役酸(BH+)が酸として解離する場合(BH+→B+H+)の酸解離定数(pKa)を指す。
【0136】
感放射線性組成物に[E]塩基性化合物を含有させる場合、[E]塩基性化合物の含有割合は、現像密着性の改善効果を十分に得る観点から、(A-1)重合体100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましく、0.01質量部以上であることがより好ましい。また、[E]塩基性化合物の含有割合は、(A-1)重合体100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましい。
【0137】
その他の成分としては、上記のほか、例えば、多官能重合性化合物(多官能(メタ)アクリレート等)、界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等)、重合禁止剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、オルトエステル類等が挙げられる。これらの成分の配合割合は、本開示の効果を損なわない範囲で各成分に応じて適宜選択される。
【0138】
第1の組成物は、その固形分濃度(感放射線性組成物中の溶剤以外の成分の合計質量が、感放射線性組成物の全質量に対して占める割合)は、粘性や揮発性等を考慮して適宜に選択される。第1の組成物の固形分濃度は、好ましくは5~60質量%の範囲である。固形分濃度が5質量%以上であると、感放射線性組成物を基板上に塗布した際に塗膜の膜厚を十分に確保できる。また、固形分濃度が60質量%以下であると、塗膜の膜厚が過大となりすぎず、さらに感放射線性組成物の粘性を適度に高くでき、良好な塗布性を確保できる。第1の組成物の固形分濃度は、より好ましくは10~55質量%であり、さらに好ましくは12~50質量%である。
【0139】
[第2の組成物]
次に、第2の組成物について説明する。第2の組成物は、[A]重合体成分と、[B]シラノール化合物と、[Dq]キノンジアジド化合物と、[E]塩基性化合物と、溶剤とを含有する樹脂組成物である。第2の組成物はポジ型の樹脂組成物として好適である。
【0140】
<[A]重合体成分>
第2の組成物は、[A]重合体成分として、酸性基を有する構造単位を含む重合体(以下、「重合体(a2)」ともいう)及びシロキサンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種である重合体(以下、「(A-2)重合体」ともいう)を含む。
【0141】
〔重合体(a2)について〕
重合体(a2)は、酸性基を有する構造単位(以下、「構造単位(III-3)」ともいう)を含む重合体である。構造単位(III-3)の具体例及び好ましい例は、重合体(a1-1)が含んでいてもよい構造単位(III-1)の説明において示した例と同様である。
【0142】
重合体(a2)において、構造単位(III-3)の含有割合は、アルカリ現像液への良好な溶解性を付与する観点から、重合体(a2)を構成する全構造単位に対して、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(III-3)の含有割合は、重合体(a2)を構成する全構造単位に対して、40質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。
【0143】
重合体(a2)を含む場合、[A]重合体成分は、構造単位(III-3)以外の構造単位(以下、「その他の構造単位(3)」ともいう)を更に含んでいてもよい。その他の構造単位(3)の好ましい具体例としては、架橋性基を有する構造単位(II-3)が挙げられる。その他の構造単位(3)は、重合体(a2)に導入されていてもよいし、重合体(a2)とは異なる重合体の構造単位として導入されていてもよいし、これら両方の重合体に導入されていてもよい。第2の組成物を構成する成分の数をできるだけ少なくしつつ、現像密着性の改善効果を得ることができる点で、重合体(a2)が更に構造単位(II-3)を含むことが好ましい。
【0144】
・構造単位(II-3)
構造単位(II-3)が有する架橋性基は、加熱処理によって硬化反応を起こす基であればよく、特に限定されない。熱硬化性が高い点で、中でも、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上であることが好ましい。構造単位(II-3)の具体例及び好ましい例は、構造単位(II-1)の説明において示した例と同様である。
【0145】
重合体(a2)が構造単位(II-3)を含む場合、構造単位(II-3)の含有割合は、重合体(a2)を構成する全構造単位に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(II-3)の含有割合は、重合体(a2)を構成する全構造単位に対して、65質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、55質量%以下が更に好ましい。構造単位(II-3)の含有割合を上記範囲とすることで、塗膜がより良好な解像性を示すとともに、得られる硬化膜の耐熱性及び耐薬品性を十分に高くすることができる点で好ましい。
【0146】
第2の組成物が重合体(a2)を含む場合、[A]重合体成分が含んでいてもよいその他の構造単位(3)としては、その他の構造単位(1)において例示した構造単位が挙げられる。重合体(a2)がその他の構造単位(3)として構造単位(II-3)以外の構造単位を含む場合、当該構造単位の含有割合は、重合体(a2)を構成する全構造単位に対して、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましい。
【0147】
重合体(a2)は、例えば、上述した各構造単位を導入可能な不飽和単量体を用い、適当な溶媒中、重合開始剤等の存在下で、ラジカル重合等の公知の方法に従って製造することができる。重合方法の詳細は、重合体(a1-1)と同様である。
【0148】
重合体(a2)につき、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、1,000以上であることが好ましい。重合体(a2)のMwは、より好ましくは2,000以上であり、更に好ましくは5,000以上である。また、重合体(a2)のMwは、成膜性を良好にする観点から、好ましくは200,000以下であり、より好ましくは50,000以下である。
【0149】
重合体(a2)につき、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、5.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましい。
【0150】
〔シロキサンポリマーについて〕
第2の組成物に含まれるシロキサンポリマーとしては、第1の組成物に含まれていてもよいシロキサンポリマーの具体例及び好ましい例と同様である。
【0151】
<キノンジアジド化合物>
第2の組成物は、放射線の照射によりカルボン酸を発生する感放射線性化合物として[Dq]キノンジアジド化合物を含む。[Dq]キノンジアジド化合物としては、第1の組成物の説明において[C]光酸発生剤として例示したキノンジアジド化合物の具体例及び好ましい例と同様の化合物が挙げられる。
【0152】
第2の組成物において、キノンジアジド化合物の含有割合は、第2の組成物に含まれる(A-2)重合体100質量部に対して、2質量部以上とすることが好ましく、5質量部以上とすることがより好ましく、10質量部以上とすることが更に好ましい。また、キノンジアジド化合物の含有割合は、第2の組成物に含まれる(A-2)重合体100質量部に対して、60質量部以下とすることが好ましく、50質量部以下とすることがより好ましく、40質量部以下とすることが更に好ましい。
【0153】
キノンジアジド化合物の含有割合を2質量部以上とすると、活性光線の照射によって酸が十分に生成し、活性光線の照射部分と未照射部分とにおけるアルカリ溶液に対する溶解度の差を十分に大きくできる。これにより、良好なパターニングを行うことができる。また、(A-2)重合体との反応に関与する酸の量を多くでき、耐熱性及び薬液耐性を十分に確保できる。一方、キノンジアジド化合物の含有割合を60質量部以下とすると、未反応のキノンジアジド化合物の量を十分に少なくでき、キノンジアジド化合物の残存に起因する現像性及び透明性の低下を抑制できる点で好適である。
【0154】
<シラノール化合物>
第2の組成物は、上述した[B]シラノール化合物を含む。第2の組成物に含まれる[B]シラノール化合物の具体例及び好ましい例は第1の組成物と同様である。
【0155】
第2の組成物において、[B]シラノール化合物の含有割合は、第2の組成物に含まれる(A-2)重合体100質量部に対して、0.1質量部以上とすることが好ましく、0.5質量部以上とすることがより好ましく、1質量部以上とすることが更に好ましい。また、[B]シラノール化合物の含有割合は、第2の組成物に含まれる(A-2)重合体100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、15質量部以下とすることがより好ましく、10質量部以下とすることが更に好ましい。
【0156】
<塩基性化合物>
第2の組成物は[E]塩基性化合物を含む。第2の組成物に含まれる[E]塩基性化合物の具体例及び好ましい例は第1の組成物と同様である。
【0157】
第2の組成物において、[E]塩基性化合物の含有割合は、現像密着性の改善効果を十分に得る観点から、第2の組成物に含まれる(A-2)重合体100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましく、0.01質量部以上であることがより好ましい。また、[E]塩基性化合物の含有割合は、(A-2)重合体100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましい。
【0158】
<溶剤>
第2の組成物は溶剤を含有する。第2の組成物は、[A]重合体成分、[Dq]キノンジアジド化合物、[B]シラノール化合物、[E]塩基性化合物、及び必要に応じて配合される成分が、溶剤に溶解又は分散された液状の組成物であることが好ましい。使用する溶剤としては、第2の組成物に配合される各成分を溶解し、かつ各成分と反応しない有機溶媒が好ましい。第2の組成物に含まれる溶剤の具体例としては、第1の組成物に含まれる溶剤と同様である。
【0159】
第2の組成物において、溶剤の含有量(溶剤を2種以上含む場合にはその合計量)は、第2の組成物の全成分100質量部あたり、50~95質量部であることが好ましく、60~90質量部であることがより好ましい。
【0160】
<その他の成分>
第2の組成物は、上述した[A]重合体成分、[Dq]キノンジアジド化合物、[B]シラノール化合物、[E]塩基性化合物、及び溶剤に加え、これら以外の成分(その他の成分)を更に含有してもよい。第2の組成物に含まれていてもよいその他の成分の具体例及び好ましい例としては、第1の組成物と同様である。
【0161】
第2の組成物の固形分濃度は、粘性や揮発性等を考慮して適宜に選択することができる。第2の組成物の固形分濃度は、好ましくは5~60質量%の範囲であり、より好ましくは10~55質量%であり、更に好ましくは12~50質量%である。
【0162】
[第3の組成物]
次に、第3の組成物について説明する。第3の組成物は、[A]重合体成分と、[B]シラノール化合物と、[Di]光重合開始剤と、[M]重合性単量体と、[E]塩基性化合物と、溶剤とを含有する樹脂組成物である。第3の組成物はネガ型の樹脂組成物として好適である。
【0163】
<[A]重合体成分>
第3の組成物は、[A]重合体成分として、酸性基を有する構造単位を含む重合体(以下、「重合体(a3)」ともいう)を含む。
【0164】
〔重合体(a3)について〕
重合体(a3)は、酸性基を有する構造単位(以下、「構造単位(III-4)」ともいう)を含む重合体である。構造単位(III-4)の具体例及び好ましい例は、重合体(a1-1)が含んでいてもよい構造単位(III-1)の説明において示した例と同様である。重合体(a3)において、構造単位(III-4)の含有割合は、非露光部に対しアルカリ現像液への良好な溶解性を付与する観点から、重合体(a3)を構成する全構造単位に対して、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましい。また、構造単位(III-4)の含有割合は、重合体(a3)を構成する全構造単位に対して、35質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。
【0165】
[A]重合体成分は、構造単位(III-4)以外の構造単位(以下、「その他の構造単位(4)」ともいう)を更に含んでいてよい。その他の構造単位(4)の好ましい具体例としては、架橋性基を有する構造単位(II-4)が挙げられる。その他の構造単位(4)は、重合体(a3)に導入されていてもよいし、重合体(a3)とは異なる重合体の構造単位として導入されていてもよいし、それらの重合体の両方に導入されていてもよい。第3の組成物を構成する成分の数をできるだけ少なくしつつ、現像密着性の改善効果を得ることができる点で、重合体(a3)が更に構造単位(II-4)を含むことが好ましい。
【0166】
・構造単位(II-4)
構造単位(II-4)が有する架橋性基は、加熱処理によって硬化反応を起こす基であればよく、特に限定されない。熱硬化性が高い点で、中でも、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上であることが好ましい。構造単位(II-4)の具体例及び好ましい例は、構造単位(II-1)の説明において示した例と同様である。
【0167】
重合体(a3)が構造単位(II-4)を含む場合、構造単位(II-4)の含有割合は、重合体(a3)を構成する全構造単位に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。また、構造単位(II-4)の含有割合は、重合体(a3)を構成する全構造単位に対して、65質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、55質量%以下が更に好ましい。
【0168】
[A]重合体成分が含んでいてもよいその他の構造単位(4)としては、その他の構造単位(1)として例示した構造単位と同様のものが挙げられる。
【0169】
重合体(a3)は、例えば、上述した各構造単位を導入可能な不飽和単量体を用い、適当な溶媒中、重合開始剤等の存在下で、ラジカル重合等の公知の方法に従って製造することができる。重合方法の詳細は重合体(a1-1)と同様である。
【0170】
重合体(a3)につき、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、1,000以上であることが好ましい。重合体(a3)のMwは、より好ましくは2,000以上であり、更に好ましくは5,000以上である。また、重合体(a3)のMwは、成膜性を良好にする観点から、好ましくは200,000以下であり、より好ましくは50,000以下である。
【0171】
重合体(a3)につき、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、5.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましい。
【0172】
<重合性単量体>
第3の組成物は、[M]重合性単量体を含有する。第3の組成物に含まれる[M]重合性単量体は、重合性基を1個以上、好ましくは2個以上有する化合物である。重合性基としては、例えば、エチレン性不飽和基、オキシラニル基、オキセタニル基、N-アルコキシメチルアミノ基等が挙げられる。これらのうち、重合性が高い点で、エチレン性不飽和基及びN-アルコキシメチルアミノ基が好ましく、(メタ)アクリロイル基、ビニル基及びビニルフェニル基等のビニル基含有基が好ましい。
【0173】
具体的には、[M]重合性単量体としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、又は2個以上のN-アルコキシメチルアミノ基を有する化合物が好ましく、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物が特に好ましい。[M]重合性単量体1分子が有する重合性基の数は、好ましくは2~10個であり、より好ましくは2~8個である。
【0174】
[M]重合性単量体の具体例としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物として、3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸を反応させて得られる多官能(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性された多官能(メタ)アクリレート、アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレート、水酸基を有する(メタ)アクリレートと多官能イソシアネートを反応させて得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート、水酸基を有する(メタ)アクリレートと酸無水物を反応させて得られるカルボキシ基を有する多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0175】
2個以上のN-アルコキシメチルアミノ基を有する化合物としては、例えば、メラミン構造、ベンゾグアナミン構造、ウレア構造を有する化合物等が挙げられる。なお、メラミン構造、ベンゾグアナミン構造とは、1以上のトリアジン環又はフェニル置換トリアジン環を基本骨格として有する化学構造をいい、メラミン、ベンゾグアナミン又はそれらの縮合物をも含む概念である。2個以上のN-アルコキシメチルアミノ基を有する化合物の具体例としては、N,N,N’,N’,N’’,N’’-ヘキサ(アルコキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’-テトラ(アルコキシメチル)ベンゾグアナミン、N,N,N’,N’-テトラ(アルコキシメチル)グリコールウリル等が挙げられる。
【0176】
[M]重合性単量体としては、中でも、3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸とを反応させて得られる多官能(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性された多官能(メタ)アクリレート、多官能ウレタン(メタ)アクリレート、カルボキシ基を有する多官能(メタ)アクリレート、N,N,N’,N’,N’’,N’’-ヘキサ(アルコキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’-テトラ(アルコキシメチル)ベンゾグアナミンが好ましく、3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸とを反応させて得られる多官能(メタ)アクリレート、多官能ウレタン(メタ)アクリレート、カルボキシ基を有する多官能(メタ)アクリレートがより好ましく、3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸とを反応させて得られる多官能(メタ)アクリレートが更に好ましい。
【0177】
3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸とを反応させて得られる多官能(メタ)アクリレートの具体例としては、例えば、ペンタエリスリトールトリ(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テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ジペンンタエリスリトールポリアクリレート等が挙げられる。これらのうち、分子間又は分子内における架橋密度が高められ、低温焼成によっても膜の硬化性をより向上できる点で、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレートが特に好ましい。
【0178】
第3の組成物における[M]重合性単量体の含有割合は、第3の組成物に含まれる重合体(a3)100質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましい。また、[M]重合性単量体の含有割合は、重合体(a3)100質量部に対して、1,000質量部以下であることが好ましく、500質量部以下であることがより好ましい。[M]重合性単量体の含有割合が上記範囲にあると、硬化膜として十分な硬化性と十分なアルカリ現像性とを確保できるとともに、未露光部の基板上あるいは遮光層上の地汚れ、膜残り等の発生を十分に抑制できる点で好ましい。
【0179】
<光重合開始剤>
第3の組成物は、感放射線性化合物として[Di]光重合開始剤を含む。第3の組成物に含まれる[Di]光重合開始剤(以下、単に「光重合開始剤」ともいう)としては、波長300nm以上(好ましくは300~450nm)の活性光線に感応し、[M]重合性単量体の重合を開始、促進する化合物を好ましく使用できる。波長300nm以上の活性光線に直接感応しない光重合開始剤を用いる場合、増感剤と併用することによって波長300nm以上の活性光線に感応し、[M]重合性単量体の重合を開始、促進するようにしてもよい。
【0180】
光重合開始剤としては、公知の化合物を用いることができる。その具体例としては、オキシムエステル化合物、有機ハロゲン化化合物、オキシジアゾール化合物、カルボニル化合物、ケタール化合物、ベンゾイン化合物、アクリジン化合物、有機過酸化化合物、アゾ化合物、クマリン化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン酸化合物、α-アミノケトン化合物、オニウム塩化合物、アシルホスフィン(オキシド)化合物等が挙げられる。第3の組成物の感度をより高くできる点で、これらの中でも、オキシムエステル化合物、α-アミノケトン化合物、及びヘキサアリールビイミダゾール化合物よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、オキシムエステル化合物又はα-アミノケトン化合物がより好ましい。また、光重合開始剤としては市販品を用いてもよく、例えば、IRGACURE OXE01、IRGACURE OXE02(以上、BASF社製)等が挙げられる。
【0181】
第3の組成物において、光重合開始剤の含有割合は、第3の組成物に含まれる重合体(a3)100質量部に対して、1質量部以上とすることが好ましく、2質量部以上とすることがより好ましく、5質量部以上とすることが更に好ましい。また、光重合開始剤の含有割合は、第3の組成物に含まれる重合体(a3)100質量部に対して、40質量部以下とすることが好ましく、30質量部以下とすることがより好ましく、20質量部以下とすることが更に好ましい。
【0182】
<シラノール化合物>
第3の組成物は[B]シラノール化合物を含む。第3の組成物に含まれる[B]シラノール化合物の具体例及び好ましい例は第1の組成物と同様である。
【0183】
第3の組成物において、[B]シラノール化合物の含有割合は、第3の組成物に含まれる重合体(a3)100質量部に対して、0.1質量部以上とすることが好ましく、0.5質量部以上とすることがより好ましく、1質量部以上とすることが更に好ましい。また、[B]シラノール化合物の含有割合は、第3の組成物に含まれる重合体(a3)100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、15質量部以下とすることがより好ましく、10質量部以下とすることが更に好ましい。
【0184】
<塩基性化合物>
第3の組成物は、[E]塩基性化合物を含む。第3の組成物に含まれる[E]塩基性化合物の具体例及び好ましい例は第1の組成物と同様である。
【0185】
第3の組成物において、[E]塩基性化合物の含有割合は、現像密着性の改善効果を十分に得る観点から、第3の組成物に含まれる重合体(a3)100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましく、0.01質量部以上であることがより好ましい。また、[E]塩基性化合物の含有割合は、重合体(a3)100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましい。
【0186】
<溶剤>
第3の組成物は溶剤を含有する。第3の組成物は、[A]重合体成分、[M]重合性単量体、[Di]光重合開始剤、[B]シラノール化合物、[E]塩基性化合物、及び必要に応じて配合される成分が、溶剤に溶解又は分散された液状の組成物であることが好ましい。使用する溶剤としては、第3の組成物に配合される各成分を溶解し、かつ各成分と反応しない有機溶媒が好ましい。第3の組成物に含まれる溶剤の具体例は、第1の組成物に含まれる溶剤と同様である。
【0187】
第3の組成物において、溶剤の含有量(溶剤を2種以上含む場合にはその合計量)は、第3の組成物の全成分100質量部あたり、50~95質量部であることが好ましく、60~90質量部であることがより好ましい。
【0188】
<その他の成分>
第3の組成物は、上述した[A]重合体成分、[M]重合性単量体、[Di]光重合開始剤、[B]シラノール化合物、[E]塩基性化合物、及び溶剤に加え、これら以外の成分(その他の成分)を更に含有してもよい。第3の組成物に含まれていてもよいその他の成分の具体例及び好ましい例は第1の組成物と同様である。
【0189】
第3の組成物の固形分濃度は、粘性や揮発性等を考慮して適宜に選択されるが、好ましくは5~60質量%の範囲であり、より好ましくは10~55質量%であり、更に好ましくは12~50質量%である。
【0190】
以上説明した本開示によれば、以下の感放射線性組成物が提供される。
〔1〕 上記式(1)で表される基又は酸解離性基を有する構造単位(I)を含む重合体及びシロキサンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種である重合体と、
光酸発生剤と、
疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、
を含有する、感放射線性組成物。
【0191】
〔2〕 前記シラノール化合物は、沸点が80℃以上である、〔1〕に記載の感放射線性組成物。
〔3〕 前記シラノール化合物は、下記式(2)で表される化合物である、〔1〕又は〔2〕に記載の感放射線性組成物。
(R4)mSi(OH)4-m …(2)
(式(2)中、R4は、1価の炭化水素基である。mは1~3の整数である。)
〔4〕 前記シラノール化合物は芳香環を有する、〔1〕~〔3〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔5〕 上記式(1)で表される基は、芳香環基又は鎖状炭化水素基に結合している、〔1〕~〔4〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔6〕 前記構造単位(I)は、上記式(3-1)で表される基、上記式(3-2)で表される基及び上記式(3-3)で表される基よりなる群から選択される少なくとも1種を有する、〔1〕~〔5〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔7〕 前記光酸発生剤は、オキシムスルホネート化合物及びスルホンイミド化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、〔1〕~〔6〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔8〕 酸拡散制御剤を更に含有する、〔1〕~〔7〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔9〕 前記酸拡散制御剤は、芳香族アミン及び複素環式芳香族アミンよりなる群から選択される少なくとも1種である、〔8〕に記載の感放射線性組成物。
〔10〕 塩基性化合物(ただし、酸拡散制御剤を除く。)を更に含有する、〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の感放射線性組成物。
〔11〕 前記塩基性化合物は有機塩基である、〔10〕に記載の感放射線性組成物。
〔12〕 前記塩基性化合物は、酸解離定数(pKa)が9以上の有機塩基である、〔11〕に記載の感放射線性組成物。
〔13〕 前記塩基性化合物は、アミジン類、グアニジン類及び有機ホスファゼン類よりなる群から選択される少なくとも1種である、〔11〕又は〔12〕に記載の感放射線性組成物。
〔14〕 前記構造単位(I)を含む重合体は、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上を有する構造単位を更に含む、〔1〕~〔13〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔15〕 前記構造単位(I)を含む重合体は、酸性基を有する構造単位を更に含む、〔1〕~〔14〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
【0192】
〔16〕 酸性基を有する構造単位を含む重合体(ただし、上記式(1)で表される構造単位を有する重合体を除く。)と、
キノンジアジド化合物と、
疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、
塩基性化合物と、
溶剤と、
を含有する、感放射線性組成物。
【0193】
〔17〕 前記酸性基を有する構造単位を含む重合体は、架橋性基を有する構造単位を更に含む、〔16〕に記載の感放射線性組成物。
〔18〕 前記架橋性基は、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上である、〔17〕に記載の感放射線性組成物。
〔19〕 前記キノンジアジド化合物は、フェノール性化合物又はアルコール性化合物と、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である、〔16〕~〔18〕のいずれかに記載の感放射線性組成物。
〔20〕 前記シラノール化合物は、沸点が80℃以上である、〔16〕~〔19〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔21〕 前記シラノール化合物は、下記式(2)で表される化合物である、〔16〕~〔20〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
(R4)mSi(OH)4-m …(2)
(式(2)中、R4は、1価の炭化水素基である。mは1~3の整数である。)
〔22〕 前記シラノール化合物は芳香環を有する、〔16〕~〔21〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔23〕 前記塩基性化合物は有機塩基である、〔16〕~〔22〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔24〕 前記塩基性化合物は、酸解離定数(pKa)が9以上の有機塩基である、〔23〕に記載の感放射線性組成物。
〔25〕 前記塩基性化合物は、アミジン類、グアニジン類及び有機ホスファゼン類よりなる群から選択される少なくとも1種である、〔23〕又は〔24〕に記載の感放射線性組成物。
【0194】
〔26〕 酸性基を有する構造単位を含む重合体と、
重合性単量体と、
光重合開始剤と、
疎水性基と水酸基とがケイ素原子に結合した部分構造を有し、かつアルコキシ基を有しないシラノール化合物と、
塩基性化合物と、
溶剤と、
を含有する、感放射線性組成物。
【0195】
〔27〕 前記酸性基を有する構造単位を含む重合体は、架橋性基を有する構造単位を更に含む、〔26〕に記載の感放射線性組成物。
〔28〕 前記架橋性基は、オキシラニル基及びオキセタニル基よりなる群から選択される1種以上である、〔27〕に記載の感放射線性組成物。
〔29〕 前記シラノール化合物は、沸点が80℃以上である、〔26〕~〔28〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔30〕 前記シラノール化合物は、下記式(2)で表される化合物である、〔26〕~〔29〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
(R4)mSi(OH)4-m …(2)
(式(2)中、R4は、1価の炭化水素基である。mは1~3の整数である。)
〔31〕 前記シラノール化合物は芳香環を有する、〔26〕~〔30〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔32〕 前記塩基性化合物は有機塩基である、〔26〕~〔31〕のいずれか1に記載の感放射線性組成物。
〔33〕 前記塩基性化合物は、酸解離定数(pKa)が9以上の有機塩基である、〔32〕に記載の感放射線性組成物。
〔34〕 前記塩基性化合物は、アミジン類、グアニジン類及び有機ホスファゼン類よりなる群から選択される少なくとも1種である、〔32〕又は〔33〕に記載の感放射線性組成物。
【0196】
<硬化膜及びその製造方法>
本開示の硬化膜は、上記のように調製された感放射線性組成物により形成される。上記感放射線性組成物は、放射線感度が高く、保存安定性に優れている。また、当該感放射線性組成物を用いることにより、現像後にも基板に対して高い密着性を示し、低誘電率であり、かつ耐薬品性に優れたパターン膜を形成することができる。したがって、上記感放射線性組成物は、例えば、層間絶縁膜、平坦化膜、スペーサー、保護膜、カラーフィルタ用着色パターン膜、隔壁、バンク等の形成材料として好ましく用いることができる。
【0197】
硬化膜の製造に際し、上記の感放射線性組成物を用いることにより、感光剤の種類に応じてポジ型の硬化膜を形成することができる。硬化膜は、上記感放射線性組成物を用いて、例えば以下の工程1~工程4を含む方法により製造することができる。
(工程1)上記感放射線性組成物を用いて塗膜を形成する工程。
(工程2)上記塗膜の少なくとも一部を露光する工程。
(工程3)露光後の塗膜を現像する工程。
(工程4)現像された塗膜を加熱する工程。
以下、各工程について詳細に説明する。
【0198】
[工程1:塗布工程]
本工程では、膜を形成する面(以下、「被成膜面」ともいう)に上記感放射線性組成物を塗布し、好ましくは加熱処理(プレベーク)を行うことにより溶媒を除去して被成膜面上に塗膜を形成する。被成膜面の材質は特に限定されない。例えば、層間絶縁膜を形成する場合、TFT等のスイッチング素子が設けられた基板上に上記感放射線性組成物を塗布し、塗膜を形成する。基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、樹脂基板が用いられる。塗膜を形成する基板の表面には、用途に応じた金属薄膜が形成されていてもよく、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理等の各種表面処理が施されていてもよい。
【0199】
感放射線性組成物の塗布方法としては、例えば、スプレー法、ロールコート法、スピンコート法、スリットダイ塗布法、バー塗布法、インクジェット法等が挙げられる。これらの中でも、スピンコート法、スリットダイ塗布法又はバー塗布法により行うことが好ましい。プレベーク条件としては、感放射線性組成物における各成分の種類及び含有割合等によっても異なるが、例えば60~130℃で0.5~10分である。形成される塗膜の膜厚(すなわち、プレベーク後の膜厚)は、0.1~12μmが好ましい。被成膜面に塗布した感放射線組成物に対しては、プレベーク前に減圧乾燥(VCD)を行ってもよい。
【0200】
[工程2:露光工程]
本工程では、上記工程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。このとき、塗膜に対し、所定のパターンを有するマスクを介して放射線を照射することにより、パターンを有する硬化膜を形成することができる。放射線としては、例えば、紫外線、遠紫外線、可視光線、X線、電子線等の荷電粒子線が挙げられる。これらの中でも紫外線が好ましく、例えばg線(波長436nm)、i線(波長365nm)が挙げられる。放射線の露光量としては、0.1~20,000J/m2が好ましい。
【0201】
[工程3:現像工程]
本工程では、上記工程2で放射線を照射した塗膜を現像する。具体的には、工程2で放射線が照射された塗膜に対し、現像液により現像を行って放射線の照射部分を除去するポジ型現像を行う。現像液としては、例えば、アルカリ(塩基性化合物)の水溶液が挙げられる。アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、特開2016-145913号公報の段落[0127]に例示されたアルカリが挙げられる。アルカリ水溶液におけるアルカリ濃度としては、適度な現像性を得る観点から、0.1~5質量%が好ましい。現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法、シャワー法等の適宜の方法が挙げられる。現像時間は、組成物の組成によっても異なるが、例えば30~120秒である。なお、現像工程の後、パターニングされた塗膜に対して流水洗浄によるリンス処理を行うことが好ましい。
【0202】
[工程4:加熱工程]
本工程では、上記工程3で現像された塗膜を加熱する処理(ポストベーク)を行う。ポストベークは、例えばオーブンやホットプレート等の加熱装置を用いて行うことができる。ポストベーク条件について、加熱温度は、例えば120~250℃である。加熱時間は、例えばホットプレート上で加熱処理を行う場合には5~40分、オーブン中で加熱処理を行う場合には10~80分である。以上のようにして、目的とするパターンを有する硬化膜を基板上に形成することができる。硬化膜が有するパターンの形状は特に限定されず、例えば、ライン・アンド・スペースパターン、ドットパターン、ホールパターン、格子パターンが挙げられる。
【0203】
<半導体素子>
本開示の半導体素子は、上記感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜を備える。当該硬化膜は、好ましくは、半導体素子中の配線間を絶縁する層間絶縁膜である。本開示の半導体素子は、公知の方法を用いて製造することができる。
【0204】
<表示素子>
本開示の表示素子は、上記感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜を備える。また、本開示の表示素子は、本開示の半導体素子を備えることにより、上記感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜を備えるものであってもよい。また更に、本開示の表示素子は、上記感放射線性組成物を用いて形成された硬化膜として、TFT基板上に形成される平坦化膜を備えていてもよい。表示素子としては、例えば、液晶表示素子、有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示素子が挙げられる。
【実施例】
【0205】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。本実施例において、重合体の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は以下の方法により測定した。
【0206】
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
重合体のMw及びMnは、下記方法により測定した。
・測定方法:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法
・装置:昭和電工社のGPC-101
・GPCカラム:島津ジーエルシー社の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
【0207】
[単量体]
重合体の合成に用いた単量体の略称は以下のとおりである。
《構造単位(I)を与える単量体》
・上記式(1)で表される基を有する単量体
MPTMS:3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
MPTES:3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン
STMS:p-スチリルトリメトキシシラン
SDMS:p-スチリルジメトキシヒドロキシシラン
STES:p-スチリルトリエトキシシラン
・酸解離性基を有する単量体
MATHF:2-テトラヒドロフラニルメタクリレート
【0208】
《その他の単量体》
AA:アクリル酸
MA:メタクリル酸
MI:マレイミド
OXMA:OXE-30(大阪有機化学工業社製)(3-エチルオキセタン-3-イル)メチルメタクリレート
GMA:メタクリル酸グリシジル
ECHMA:3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート
EDCPMA:メタクリル酸[3,4-エポキシトリシクロ(5.2.1.02,6)デカン-9-イル]
MMA:メタクリル酸メチル
ST:スチレン
【0209】
<重合体(A)の合成>
[合成例1]重合体(A-1)の合成
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテル24部を仕込み、続いて、メチルトリメトキシシラン39部、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン18部を仕込み、溶液温度が60℃になるまで加熱した。溶液温度が60℃に到達した後、ギ酸0.1部、水19部を仕込み、緩やかに撹拌しつつ、溶液の温度を75℃に上昇させ、この温度を2時間保持した。45℃に冷却後、脱水剤としてオルト蟻酸トリメチル28質量部を加え、1時間撹拌した。さらに溶液温度を40℃にし、温度を保ちながらエバポレーションすることで、水、及び加水分解縮合で発生したメタノールを除去することにより、重合体(A-1)を含有する重合体溶液を得た。この重合体溶液の固形分濃度は35質量%であり、重合体(A-1)の重量平均分子量(Mw)は1,800であり、分子量分布(Mw/Mn)は2.2であった。
【0210】
[合成例2]重合体(A-2)の合成
使用する単量体をフェニルトリメトキシシラン39部、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン18部に変更したこと以外は合成例1と同様の手法にて、重合体(A-1)と同等の固形分濃度、重量平均分子量及び分子量分布を有する重合体(A-2)を得た。
【0211】
[合成例3]重合体(A-3)の合成
冷却管及び撹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)10部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル200部を仕込んだ。引き続き、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン15部、メタクリル酸10部、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチルメタクリレート20部、メタクリル酸グリシジル30部、及びメタクリル酸メチル25部を仕込み、窒素置換した後、緩やかに撹拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することにより、重合体(A-3)を含有する重合体溶液を得た。この重合体溶液の固形分濃度は34.0質量%であり、重合体(A-3)のMwは10,500、分子量分布(Mw/Mn)は2.2であった。
【0212】
[合成例4~12、合成例19、20]重合体(A-4)~(A-12)、(CA-1)、(CA-2)の合成
表1に示す種類及び配合量(質量部)の各成分を用いたこと以外は合成例3と同様の手法にて、重合体(A-3)と同等の固形分濃度、重量平均分子量及び分子量分布を有する重合体(A-4)~(A-12)、(CA-1)、(CA-2)をそれぞれ含む重合体溶液を得た。
【0213】
[合成例13~18]重合体(A-13)~(A-18)の合成
表1に示す種類及び配合量(質量部)の各成分を用いたこと以外は合成例3と同様の手法にて、重合体(A-3)と同等の固形分濃度、重量平均分子量及び分子量分布を有する重合体(A-13)~(A-18)をそれぞれ含む重合体溶液を得た。
【0214】
【0215】
<感放射線性組成物の調製(1)>
感放射線性組成物の調製に用いた重合体(A)、シラノール化合物(B)、光酸発生剤(C)、添加剤(X)及び溶剤(G)を以下に示す。
【0216】
《重合体(A)》
A-1~A-12:合成例1~12で合成した重合体(A-1)~(A-12)
CA-1~CA-2:合成例19、20で合成した重合体(CA-1)、(CA-2)
【0217】
《シラノール化合物(B)》
B-1:トリメチルシラノール
B-2:トリエチルシラノール
B-3:メチルシラントリオール
B-4:ジフェニルシランジオール
B-5:フェニルシラントリオール
B-6:トリフェニルシラノール
B-7:トリス(4-トリル)シラノール
【0218】
《光酸発生剤(C)》
C-1:Irgacure PAG121(BASF社製)
C-2:国際公開第2016/124493号に記載のOS-17
C-3:国際公開第2016/124493号に記載のOS-25
【0219】
《添加剤(X)》
・密着助剤
X-1:3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン
X-2:2-(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
・酸拡散制御剤
X-3:2-フェニルベンズイミダゾール
X-4:N-(tert-ブトキシカルボニル)-2-フェニルベンズイミダゾール
X-5:4-メチル-2-フェニルベンズイミダゾール
【0220】
《溶剤(G)》
G-1:ジエチレングリコールエチルメチルエーテル
G-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル
G-3:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
【0221】
[実施例1]
上記合成例1で得られた重合体(A-1)を含有する重合体溶液に、重合体(A-1)100部(固形分)に相当する量に対して、シラノール化合物(B-1)5部、光酸発生剤(C-2)1部、及び添加剤(X-1)5部を混合し、最終的な固形分濃度が20質量%になるように、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルを1:1の質量比で添加した。次いで、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過して、感放射線性組成物を調製した。
【0222】
[実施例2~20、比較例1~5]
表2に示す種類及び配合量(質量部)の各成分を用いたこと以外は実施例1と同様の手法にて、実施例2~20、比較例1~5の感放射線性組成物をそれぞれ調製した。なお、表2中、溶剤(G)については、2種の有機溶媒を用いた例(実施例1,2,4~14,18~20、比較例5)では、溶媒1及び溶媒2を溶媒1:溶媒2=1:1の質量比で混合して使用した。3種の有機溶媒を用いた例(実施例3,15~17、比較例1~4)では、溶媒1、溶媒2及び溶媒3を溶媒1:溶媒2:溶媒3=5:4:1の質量比で混合して使用した。
【0223】
【0224】
<評価>
実施例1~20及び比較例1~5の感放射線性組成物を用いて、以下に説明する手法により下記項目を評価した。評価結果を表3に示す。
【0225】
[放射線感度]
スピンナーを用い、60℃で60秒間HMDS処理したシリコン基板上に感放射線性組成物を塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして平均膜厚3.0μmの塗膜を形成した。この塗膜に、幅10μmのライン・アンド・スペースパターンを有するパターンマスクを介して、水銀ランプによって所定量の紫外線を照射した。次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド2.38質量%水溶液を現像液として用いて、25℃で60秒間、現像処理を行った後、超純水で1分間流水洗浄を行った。このとき、幅10μmのライン・アンド・スペースパターンを形成可能な最小露光量を測定した。最小露光量の測定値が300J/m2未満の場合に放射線感度が良好であり、300J/m2以上の場合に放射線感度が不良であると評価できる。
【0226】
[硬化膜の耐薬品性の評価]
剥離液による膨潤の程度により硬化膜の耐薬品性を評価した。スピンナーを用い、シリコン基板上に感放射線性組成物を塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして平均膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、プロキシミティ露光機(キヤノン社の「MA-1200」(ghi線混合))を用いて、3000J/m2の光を基板全面に照射した後、230℃に加温したオーブンを用いて30分間焼成(ポストベーク)し、硬化膜を形成した。得られた硬化膜を、40℃に加温したN-メチル-2-ピロリドン溶剤中に6分間浸漬させ、浸漬前後の膜厚変化率(%)を求めた。この膜厚変化率を耐薬品性の指標とし、以下の基準により評価した。
AA:膜厚変化率が2%未満
A:膜厚変化率が2%以上5%未満
B:膜厚変化率が5%以上10%未満
C:膜厚変化率が10%以上15%未満
D:膜厚変化率が15%以上
AA、A又はBの場合に耐薬品性が良好であり、C又はDの場合に耐薬品性が不良であると評価できる。膜厚は、光干渉式膜厚測定装置(ラムダエース VM-1010)を用いて25℃で測定した。
【0227】
[保存安定性の評価]
調製した感放射線性組成物を遮光・密閉性の容器に封入した。25℃で7日間経過後、容器を開封し、上記の[放射線感度]の評価に従い測定を行い、7日間保管前後での放射線感度(最小露光量)の増加率を計算した。この値が5%未満の場合を「AA」、5%以上10%未満の場合を「A」、10%以上20%未満の場合を「B」、20%以上30%未満の場合を「C」、30%以上の場合を「D」と判定した。AA、A又はBの場合に保存安定性が良好であり、C又はDの場合に保存安定性が不良であると評価できる。
【0228】
[基板密着性(現像密着性)の評価]
スピンナーを用い、HMDS処理を実施していないシリコン基板上に感放射線性組成物を塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして平均膜厚3.0μmの塗膜を形成した。この塗膜に、幅1~50μmのライン・アンド・スペースパターンを有するパターンマスクを介して、水銀ランプによって365nmにおける露光量が400J/m2の紫外線を照射した。次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド2.38質量%水溶液を現像液として用い、25℃で60秒現像処理を行った後、超純水で1分間流水洗浄を行った。このとき、基板上から剥がれずに残っているライン・アンド・スペースパターンの最小幅を測定した最小幅の測定値が2μm以下の場合を「AA」、2μmより大きく5μm以下の場合を「A」、5μmより大きく10μm以下の場合を「B」、10μmより大きく30μm以下の場合を「C」、30μmより大きい場合を「D」と判定した。AA、A又はBの場合に現像密着性が良好であり、C又はDの場合に現像密着性が不良であると評価できる。
【0229】
[比誘電率の評価]
スピンナーを用い、ガラス基板上に感放射線性組成物を塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして平均膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、プロキシミティ露光機(キヤノン社の「MA-1200」(ghi線混合))を用いて、3000J/m2の光を基板面全体に照射した後、230℃に加温したオーブンを用いて30分間焼成(ポストベーク)し、硬化膜を形成した。得られた硬化膜の10kHzの周波数における比誘電率を測定した。実施例5の比誘電率を基準として比誘電率の減少率を計算し、この減少率を以下の基準により評価した。
AA:比誘電率の減少率が20%以上
A:比誘電率の減少率が15%以上20%未満
B:比誘電率の減少率が10%以上15%未満
C:比誘電率の減少率が5%以上10%未満
D:比誘電率の減少率が5%未満
AA、A又はBの場合に比誘電率が良好であり、Cの場合に比誘電率が可であり、Dの場合に比誘電率が不良であると評価できる。
【0230】
【0231】
なお、表3中、「-」は、感度評価において解像しなかったため、評価できなかったことを示す。
【0232】
表3に示されるように、実施例1~20の各感放射線性組成物は、実用特性として放射線感度、耐薬品性、保存安定性、現像密着性及び比誘電率のいずれも良好であり、各種特性のバランスが取れていた。これに対し、比較例1~3では露光によって解像せず、耐薬品性及び比誘電率も低かった。また、比較例4,5の感放射線性組成物は、放射線感度、耐薬品性及び保存安定性の評価は実施例1~20と同等であったものの、現像密着性及び比誘電率が実施例1~20よりも低かった。
【0233】
<感放射線性組成物の調製(2)>
感放射線性組成物の調製に用いた化合物を以下に示す。なお、重合体(A)、シラノール化合物(B)、光酸発生剤(C)、添加剤(X)及び溶剤(G)については、感放射線性組成物の調製(1)と同じであるため、記載を省略する。
《塩基性化合物(E)》
E-1:1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン
E-2:1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン
【0234】
[実施例21~29]
表4に示す種類及び配合量(質量部)の各成分を用いたこと以外は実施例1と同様の手法にて、実施例21~29の感放射線性組成物をそれぞれ調製した。なお、表4中、溶剤(G)については、2種の有機溶媒を用いた例では、溶媒1及び溶媒2を溶媒1:溶媒2=1:1の質量比で混合して使用した。3種の有機溶媒を用いた例では、溶媒1、溶媒2及び溶媒3を溶媒1:溶媒2:溶媒3=5:4:1の質量比で混合して使用した(表6についても同じ)。
【0235】
【0236】
<評価>
実施例21~29の感放射線性組成物を用いて、実施例1と同様の手法により各項目を評価した。評価結果を表5に示す。なお、実施例21~29の感放射線性組成物はそれぞれ、塩基性化合物(E)を配合した以外は実施例2、5、7、8、10、13、14、16、19の各感放射線性組成物と同一の組成である。
【0237】
【0238】
表5に示されるように、実施例21~29の各感放射線性組成物は、塩基性化合物(E)を含まない以外は同一の組成である実施例2、5、7、8、10、13、14、16、19と比較して、放射線感度、耐薬品性及び保存安定性を高度に維持しながら、現像密着性を更に改善できた。また、塩基性化合物(E)を配合することにより、硬化膜の比誘電率が向上することが確認された。
【0239】
<感放射線性組成物の調製(3)>
感放射線性組成物の調製に用いた化合物を以下に示す。なお、重合体(A)、シラノール化合物(B)、光酸発生剤(C)、添加剤(X)及び溶剤(G)のうち感放射線性組成物の調製(1)と同じ化合物、並びに塩基性化合物(E)の詳細は上述したとおりであり、記載を省略する。
《重合体(A)》
A-13~A-18:合成例13~18で合成した重合体(A-13)~(A-18)
《感放射線性化合物(D)》
D-1:4,4’-[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(1.0モル)と1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリド(2.0モル)との縮合物
D-2:4,4’-[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(1.0モル)と1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリド(1.0モル)との縮合物
D-3:1,1,1-トリ(p-ヒドロキシフェニル)エタン(1.0モル)と1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリド(2.0モル)との縮合物
D-4:1,1,1-トリ(p-ヒドロキシフェニル)エタン(1.0モル)と1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリド(1.0モル)との縮合物
D-5:Irgacure OXE02(BASF社製)
《重合性単量体(M)》
M-1:KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製)
【0240】
[実施例30~35及び比較例6~14]
表6に示す種類及び配合量(質量部)の各成分を用いたこと以外は実施例1と同様の手法にて、実施例30~35及び比較例6~14の感放射線性組成物をそれぞれ調製した。なお、実施例30及び31の感放射線性組成物は第1の組成物に相当し、実施例32~34の感放射線性組成物は第2の組成物に相当し、実施例35は第3の組成物に相当する。
【0241】
【0242】
<評価>
実施例30~35及び比較例6~14の感放射線性組成物を用いて、実施例1と同様の手法により各項目を評価した。評価結果を表7に示す。
【0243】
【0244】
第1の組成物である実施例30、31の各感放射線性組成物は、実用特性として放射線感度、耐薬品性、保存安定性、現像密着性及び比誘電率のいずれも良好であり、各種特性のバランスが取れていた。特に、塩基性化合物(E)を含む実施例31の感放射線性組成物は、放射線感度、耐薬品性、保存安定性及び比誘電率を高度に維持しながら、現像密着性を改善することができた。
第2の組成物である実施例32~34の各感放射線性組成物は、塩基性化合物(E)を含まない以外はほぼ同じ組成の比較例6、9、12とそれぞれ比較して、放射線感度、耐薬品性及び保存安定性を高度に維持しながら、現像密着性を改善することができた。
第3の組成物である実施例35の感放射線性組成物は、塩基性化合物(E)を含まない比較例14と比較して、放射線感度、保存安定性及び比誘電率を高度に維持しながら、耐薬品性及び現像密着性を改善することができた。