JP2015194715A - 厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜厚10μm以上の厚膜のレジストパターンを形成する場合でも、断面形状が良好な矩形である非レジスト部を備えるレジストパターンを低露光量で形成できる厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を備える厚膜感光性ドライフィルムと、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる厚膜レジストパターンの製造方法及び鋳型付き基板の製造方法と、当該方法で製造された鋳型付き基板を用いるめっき造形物の製造方法とを提供すること。
【解決手段】(A)酸発生剤と、(S)有機溶剤とを含む、厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物について、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂として、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂を加える。
【選択図】なし

Description

本発明は、厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を備える厚膜感光性ドライフィルムと、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる厚膜レジストパターンの製造方法と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる鋳型付き基板の製造方法と、当該方法により製造された鋳型付き基板を用いるめっき造形物の製造方法とに関する。
現在、ホトファブリケーションが精密微細加工技術の主流となっている。ホトファブリケーションとは、ホトレジスト組成物を被加工物表面に塗布してホトレジスト層を形成し、ホトリソグラフィー技術によってホトレジスト層をパターニングし、パターニングされたホトレジスト層(レジストパターン)をマスクとして化学エッチング、電解エッチング、又は電気めっきを主体とするエレクトロフォーミング等を行って、半導体パッケージ等の各種精密部品を製造する技術の総称である。
また、近年、電子機器のダウンサイジングに伴い、半導体パッケージの高密度実装技術が進み、パッケージの多ピン薄膜実装化、パッケージサイズの小型化、フリップチップ方式による2次元実装技術、3次元実装技術に基づいた実装密度の向上が図られている。このような高密度実装技術においては、接続端子として、例えば、パッケージ上に突出したバンプ等の突起電極(実装端子)や、ウェーハ上のペリフェラル端子から延びる再配線と実装端子とを接続するメタルポスト等が基板上に高精度に配置される。
上記のようなホトファブリケーションにはホトレジスト組成物が使用されるが、そのようなホトレジスト組成物としては、酸発生剤を含む化学増幅型ホトレジスト組成物が知られている(特許文献1,2等を参照)。化学増幅型ホトレジスト組成物は、放射線照射(露光)により酸発生剤から酸が発生し、加熱処理により酸の拡散が促進されて、組成物中のベース樹脂等に対し酸触媒反応を起こし、そのアルカリ溶解性が変化するというものである。
また、上記のようなホトファブリケーションに使用されるホトレジスト組成物として、厚膜用ホトレジスト組成物がある(特許文献3等を参照)。厚膜用ホトレジスト組成物は、例えばめっき工程によるバンプやメタルポストの形成等に用いられている。例えば、支持体上に膜厚約20μmの厚膜ホトレジスト層を形成し、所定のマスクパターンを介して露光し、現像して、バンプやメタルポストを形成する部分が選択的に除去(剥離)されたレジストパターンを形成する。そして、この除去された部分(非レジスト部)に銅等の導体をめっきによって埋め込んだ後、その周囲のレジストパターンを除去することにより、バンプやメタルポストを形成することができる。
特開平9−176112号公報 特開平11−52562号公報 特開2010−185986号公報
ホトファブリケーション用途のみならず種々の用途において、厚膜用ホトレジスト組成物を用いてレジストパターンを形成する場合、通常、現像により除去された箇所(非レジスト部)の断名形状が矩形であるレジストパターンが望まれる。
また、特許文献3に記載されるような厚膜用ホトレジスト組成物は、溶剤で希釈された状態で使用されることが多い。ところが、溶剤を含む厚膜用ホトレジスト組成物を用いて膜厚が10μ以上の厚膜のレジストパターンを形成する場合、低露光量で所望する形状のレジストパターンを形成できなかったり、非レジスト部の断面形状が良好な矩形であるレジストパターンの形成が困難だったりする。この場合、レジストパターン中の非レジスト部の断面形状が、レジストパターンの厚さ方向の中央部に相当する位置の幅が広がった、たる型になりやすい。
上記の非レジスト部の断面形状不良は、露光対象の、厚膜用ホトレジスト組成物からなる被膜中に溶剤が残留しやすいことに起因すると思われる。露光される被膜中に、ある程度多量の溶剤が残留する場合、被膜中の溶剤の影響によって、露光により酸発生剤から発生した酸が、露光部において均一に拡散しにくいと予測される。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、膜厚10μm以上の厚膜のレジストパターンを形成する場合でも、断面形状が良好な矩形である非レジスト部を備えるレジストパターンを低露光量で形成できる厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を備える厚膜感光性ドライフィルムと、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる厚膜レジストパターンの製造方法と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる鋳型付き基板の製造方法と、当該方法で製造された鋳型付き基板を用いるめっき造形物の製造方法とを提供することを目的とする。
本発明者らは、(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する酸発生剤と、(S)有機溶剤とを含む、厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物について、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂として、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂を加えることにより、上記の課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の第一の態様は、(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する酸発生剤と、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂と、(S)有機溶剤と、を含有する厚膜用化学増幅ポジ型感光性樹脂組成物であって、
(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂が、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂を含み、
前記厚膜用化学増幅ポジ型感光性樹脂組成物に含まれる樹脂成分の全質量に対する、前記(B−3)アクリル樹脂の質量の割合が70質量%以上であり、膜厚10μm以上の厚膜レジストパターンの形成に用いられる、厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物である。
本発明の第二の態様は、基材フィルムと、基材フィルムの表面に形成された厚膜の感光性樹脂層とを有し、
厚膜の感光性樹脂層が第一の態様にかかる厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる厚膜感光性ドライフィルムである。
本発明の第三の態様は、基板上に、第一の態様にかかる厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を積層する積層工程と、
感光性樹脂層に、活性光線又は放射線を照射する露光工程と、
露光後の感光性樹脂層を現像する現像工程と、
を含む、厚膜レジストパターンの製造方法である。
本発明の第四の態様は、金属基板上に、めっき造形物を形成するための鋳型を作成するために用いられる第一の態様にかかる厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を積層する積層工程と、
感光性樹脂層に、活性光線又は放射線を照射する露光工程と、
露光後の感光性樹脂層を現像して、めっき造形物を形成するための鋳型を作成する現像工程と、
を含む、鋳型付き基板の製造方法である。
本発明の第五の態様は、第四の態様にかかる鋳型付き基板にめっきを施して、鋳型内にめっき造形物を形成する工程を含む、めっき造形物の製造方法である。
本発明によれば、膜厚10μm以上の厚膜のレジストパターンを形成する場合でも、断面形状が良好な矩形である非レジスト部を備えるレジストパターンを低露光量で形成できる厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を備える厚膜感光性ドライフィルムと、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる厚膜レジストパターンの製造方法と、当該厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物を用いる鋳型付き基板の製造方法と、当該方法で製造された鋳型付き基板を用いるめっき造形物の製造方法とを提供することができる。
≪化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物≫
化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物(以下、感光性樹脂組成物とも記す。)は、(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する酸発生剤(以下(A)酸発生剤とも記す。)と、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂(以下(B)樹脂とも記す。)と、(S)有機溶剤と、を含有する。感光性樹脂組成物は、必要に応じて、(C)アルカリ可溶性樹脂、及び(D)酸拡散抑制剤から選択される1以上の成分を含んでいてもよい。
感光性樹脂組成物は厚膜のレジストパターンの形成に好ましく使用される。感光性樹脂組成物を用いて形成されるレジストパターンの膜厚は、具体的には、10μm以上であり、好ましくは10〜150μmであり、より好ましくは20〜120μmであり、特に好ましくは20〜80μmである。
<(A)酸発生剤>
(A)酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物であり、光により直接又は間接的に酸を発生する化合物であれば特に限定されない。(A)酸発生剤としては、以下に説明する、第一〜第五の態様の酸発生剤が好ましい。以下、感光性樹脂組成物において好適に使用される(A)酸発生剤のうち好適なものについて、第一から第五の態様として説明する。
(A)酸発生剤における第一の態様としては、下記式(a1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2015194715
上記式(a1)中、X1aは、原子価gの硫黄原子又はヨウ素原子を表し、gは1又は2である。hは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。R1aは、X1aに結合している有機基であり、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数4〜30の複素環基、炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数2〜30のアルケニル基、又は炭素原子数2〜30のアルキニル基を表し、R1aは、アルキル、ヒドロキシ、アルコキシ、アルキルカルボニル、アリールカルボニル、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールチオカルボニル、アシロキシ、アリールチオ、アルキルチオ、アリール、複素環、アリールオキシ、アルキルスルフィニル、アリールスルフィニル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アルキレンオキシ、アミノ、シアノ、ニトロの各基、及びハロゲンからなる群より選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。R1aの個数はg+h(g−1)+1であり、R1aはそれぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。また、2個以上のR1aが互いに直接、又は−O−、−S−、−SO−、−SO−、−NH−、−NR2a−、−CO−、−COO−、−CONH−、炭素原子数1〜3のアルキレン基、若しくはフェニレン基を介して結合し、X1aを含む環構造を形成してもよい。R2aは炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数6〜10のアリール基である。
2aは下記式(a2)で表される構造である。
Figure 2015194715
上記式(a2)中、X4aは炭素原子数1〜8のアルキレン基、炭素原子数6〜20のアリーレン基、又は炭素原子数8〜20の複素環化合物の2価の基を表し、X4aは炭素原子数1〜8のアルキル、炭素原子数1〜8のアルコキシ、炭素原子数6〜10のアリール、ヒドロキシ、シアノ、ニトロの各基、及びハロゲンからなる群より選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。X5aは−O−、−S−、−SO−、−SO−、−NH−、−NR2a−、−CO−、−COO−、−CONH−、炭素原子数1〜3のアルキレン基、又はフェニレン基を表す。hは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。h+1個のX4a及びh個のX5aはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。R2aは前述の定義と同じである。
3a−はオニウムの対イオンであり、下記式(a17)で表されるフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオン又は下記式(a18)で表されるボレートアニオンが挙げられる。
Figure 2015194715
上記式(a17)中、R3aは水素原子の80%以上がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。jはその個数を示し、1〜5の整数である。j個のR3aはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
Figure 2015194715
上記式(a18)中、R4a〜R7aは、それぞれ独立にフッ素原子又はフェニル基を表し、当該フェニル基の水素原子の一部又は全部は、フッ素原子及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。
上記式(a1)で表される化合物中のオニウムイオンとしては、トリフェニルスルホニウム、トリ−p−トリルスルホニウム、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、ビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド、ビス〔4−{ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]スルホニオ}フェニル〕スルフィド、ビス{4−[ビス(4−フルオロフェニル)スルホニオ]フェニル}スルフィド、4−(4−ベンゾイル−2−クロロフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウム、7−イソプロピル−9−オキソ−10−チア−9,10−ジヒドロアントラセン−2−イルジ−p−トリルスルホニウム、7−イソプロピル−9−オキソ−10−チア−9,10−ジヒドロアントラセン−2−イルジフェニルスルホニウム、2−[(ジフェニル)スルホニオ]チオキサントン、4−[4−(4−tert−ブチルベンゾイル)フェニルチオ]フェニルジ−p−トリルスルホニウム、4−(4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、ジフェニルフェナシルスルホニウム、4−ヒドロキシフェニルメチルベンジルスルホニウム、2−ナフチルメチル(1−エトキシカルボニル)エチルスルホニウム、4−ヒドロキシフェニルメチルフェナシルスルホニウム、フェニル[4−(4−ビフェニルチオ)フェニル]4−ビフェニルルスルホニウム、フェニル[4−(4−ビフェニルチオ)フェニル]3−ビフェニルスルホニウム、[4−(4−アセトフェニルチオ)フェニル]ジフェニルスルホニウム、オクタデシルメチルフェナシルスルホニウム、ジフェニルヨードニウム、ジ−p−トリルヨードニウム、ビス(4−ドデシルフェニル)ヨードニウム、ビス(4−メトキシフェニル)ヨードニウム、(4−オクチルオキシフェニル)フェニルヨードニウム、ビス(4−デシルオキシ)フェニルヨードニウム、4−(2−ヒドロキシテトラデシルオキシ)フェニルフェニルヨードニウム、4−イソプロピルフェニル(p−トリル)ヨードニウム、又は4−イソブチルフェニル(p−トリル)ヨードニウム、等が挙げられる。
上記式(a1)で表される化合物中のオニウムイオンのうち、好ましいオニウムイオンとしては下記式(a19)で表されるスルホニウムイオンが挙げられる。
Figure 2015194715
上記式(a19)中、R8aはそれぞれ独立に水素原子、アルキル、ヒドロキシ、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、アルキルオキシカルボニル、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアリール、アリールカルボニル、からなる群より選ばれる基を表す。X2aは、上記式(a1)中のX2aと同じ意味を表す。
上記式(a19)で表されるスルホニウムイオンの具体例としては、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、4−(4−ベンゾイル−2−クロロフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウム、4−(4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム、フェニル[4−(4−ビフェニルチオ)フェニル]4−ビフェニルスルホニウム、フェニル[4−(4−ビフェニルチオ)フェニル]3−ビフェニルスルホニウム、[4−(4−アセトフェニルチオ)フェニル]ジフェニルスルホニウム、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]ジフェニルスルホニウムが挙げられる。
上記式(a17)で表されるフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオンにおいて、R3aはフッ素原子で置換されたアルキル基を表し、好ましい炭素原子数は1〜8、さらに好ましい炭素原子数は1〜4である。アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、オクチル等の直鎖アルキル基;イソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル等の分岐アルキル基;さらにシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等のシクロアルキル基等が挙げられ、アルキル基の水素原子がフッ素原子に置換された割合は、通常、80%以上、好ましくは90%以上、さらに好ましくは100%である。フッ素原子の置換率が80%未満である場合には、上記式(a1)で表されるオニウムフッ素化アルキルフルオロリン酸塩の酸強度が低下する。
特に好ましいR3aは、炭素原子数が1〜4、且つフッ素原子の置換率が100%の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキル基であり、具体例としては、CF、CFCF、(CFCF、CFCFCF、CFCFCFCF、(CFCFCF、CFCF(CF)CF、(CFCが挙げられる。R3aの個数jは、1〜5の整数であり、好ましくは2〜4、特に好ましくは2又は3である。
好ましいフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオンの具体例としては、[(CFCFPF、[(CFCFPF、[((CFCF)PF、[((CFCF)PF、[(CFCFCFPF、[(CFCFCFPF、[((CFCFCFPF、[((CFCFCFPF、[(CFCFCFCFPF、又は[(CFCFCFPFが挙げられ、これらのうち、[(CFCFPF、[(CFCFCFPF、[((CFCF)PF、[((CFCF)PF、[((CFCFCFPF、又は[((CFCFCFPFが特に好ましい。
上記式(a18)で表されるボレートアニオンの好ましい具体例としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([B(C)、テトラキス[(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート([B(CCF)、ジフルオロビス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([(CBF)、トリフルオロ(ペンタフルオロフェニル)ボレート([(C)BF)、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート([B(C)等が挙げられる。これらの中では、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([B(C)が特に好ましい。
(A)酸発生剤における第二の態様としては、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−ピペロニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(2−フリル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(5−メチル−2−フリル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(5−エチル−2−フリル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(5−プロピル−2−フリル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3,5−ジメトキシフェニル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3,5−ジエトキシフェニル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3,5−ジプロポキシフェニル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3−メトキシ−5−エトキシフェニル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3−メトキシ−5−プロポキシフェニル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[2−(3,4−メチレンジオキシフェニル)エテニル]−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(3,4−メチレンジオキシフェニル)−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(3−ブロモ−4−メトキシ)フェニル−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(2−ブロモ−4−メトキシ)フェニル−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(2−ブロモ−4−メトキシ)スチリルフェニル−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(3−ブロモ−4−メトキシ)スチリルフェニル−s−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(5−メチル−2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,5−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4−メチレンジオキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、トリス(1,3−ジブロモプロピル)−1,3,5−トリアジン、トリス(2,3−ジブロモプロピル)−1,3,5−トリアジン等のハロゲン含有トリアジン化合物、並びにトリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート等の下記式(a3)で表されるハロゲン含有トリアジン化合物が挙げられる。
Figure 2015194715
上記式(a3)中、R9a、R10a、R11aは、それぞれ独立にハロゲン化アルキル基を表す。
また、(A)酸発生剤における第三の態様としては、α−(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,4−ジクロロフェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,6−ジクロロフェニルアセトニトリル、α−(2−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、並びにオキシムスルホネート基を含有する下記式(a4)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2015194715
上記式(a4)中、R12aは、1価、2価、又は3価の有機基を表し、R13aは、置換若しくは未置換の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、又は芳香族性化合物基を表し、nは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。
上記式(a4)中、芳香族性化合物基とは、芳香族化合物に特有な物理的・化学的性質を示す化合物の基を示し、例えば、フェニル基、ナフチル基等のアリール基や、フリル基、チエニル基等のヘテロアリール基が挙げられる。これらは環上に適当な置換基、例えばハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基等を1個以上有していてもよい。また、R13aは、炭素原子数1〜6のアルキル基が特に好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。特に、R12aが芳香族性化合物基であり、R13aが炭素原子数1〜4のアルキル基である化合物が好ましい。
上記式(a4)で表される酸発生剤としては、n=1のとき、R12aがフェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基のいずれかであって、R13aがメチル基の化合物、具体的にはα−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−フェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−(p−メチルフェニル)アセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−(p−メトキシフェニル)アセトニトリル、〔2−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−2,3−ジヒドロキシチオフェン−3−イリデン〕(o−トリル)アセトニトリル等が挙げられる。n=2のとき、上記式(a4)で表される酸発生剤としては、具体的には下記式で表される酸発生剤が挙げられる。
Figure 2015194715
また、(A)酸発生剤における第四の態様としては、カチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩が挙げられる。この「ナフタレン環を有する」とは、ナフタレンに由来する構造を有することを意味し、少なくとも2つの環の構造と、それらの芳香族性が維持されていることを意味する。このナフタレン環は炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキル基、水酸基、炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基等の置換基を有していてもよい。ナフタレン環に由来する構造は、1価基(遊離原子価が1つ)であっても、2価基(遊離原子価が2つ)以上であってもよいが、1価基であることが望ましい(ただし、このとき、上記置換基と結合する部分を除いて遊離原子価を数えるものとする)。ナフタレン環の数は1〜3が好ましい。
このようなカチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩のカチオン部としては、下記式(a5)で表される構造が好ましい。
Figure 2015194715
上記式(a5)中、R14a、R15a、R16aのうち少なくとも1つは下記式(a6)で表される基を表し、残りは炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、水酸基、又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基を表す。あるいは、R14a、R15a、R16aのうちの1つが下記式(a6)で表される基であり、残りの2つはそれぞれ独立に炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、これらの末端が結合して環状になっていてもよい。
Figure 2015194715
上記式(a6)中、R17a、R18aは、それぞれ独立に水酸基、炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基、又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表し、R19aは、単結合又は置換基を有していてもよい炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表す。l及びmは、それぞれ独立に0〜2の整数を表し、l+mは3以下である。ただし、R17aが複数存在する場合、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。また、R18aが複数存在する場合、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。
上記R14a、R15a、R16aのうち上記式(a6)で表される基の数は、化合物の安定性の点から好ましくは1つであり、残りは炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、これらの末端が結合して環状になっていてもよい。この場合、上記2つのアルキレン基は、硫黄原子を含めて3〜9員環を構成する。環を構成する原子(硫黄原子を含む)の数は、好ましくは5〜6である。
また、上記アルキレン基が有していてもよい置換基としては、酸素原子(この場合、アルキレン基を構成する炭素原子とともにカルボニル基を形成する)、水酸基等が挙げられる。
また、フェニル基が有していてもよい置換基としては、水酸基、炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基、炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキル基等が挙げられる。
これらのカチオン部として好適なものとしては、下記式(a7)、(a8)で表されるもの等を挙げることができ、特に下記式(a8)で表される構造が好ましい。
Figure 2015194715
このようなカチオン部としては、ヨードニウム塩であってもスルホニウム塩であってもよいが、酸発生効率等の点からスルホニウム塩が望ましい。
従って、カチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩のアニオン部として好適なものとしては、スルホニウム塩を形成可能なアニオンが望ましい。
このような酸発生剤のアニオン部としては、水素原子の一部又は全部がフッ素化されたフルオロアルキルスルホン酸イオン又はアリールスルホン酸イオンである。
フルオロアルキルスルホン酸イオンにおけるアルキル基は、炭素原子数1〜20の直鎖状でも分岐状でも環状でもよく、発生する酸の嵩高さとその拡散距離から、炭素原子数1〜10であることが好ましい。特に、分岐状や環状のものは拡散距離が短いため好ましい。また、安価に合成可能なことから、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基等を好ましいものとして挙げることができる。
アリールスルホン酸イオンにおけるアリール基は、炭素原子数6〜20のアリール基であって、アルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもされていなくてもよいフェニル基、ナフチル基が挙げられる。特に、安価に合成可能なことから、炭素原子数6〜10のアリール基が好ましい。好ましいものの具体例として、フェニル基、トルエンスルホニル基、エチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基等を挙げることができる。
上記フルオロアルキルスルホン酸イオン又はアリールスルホン酸イオンにおいて、水素原子の一部又は全部がフッ素化されている場合のフッ素化率は、好ましくは10〜100%、より好ましくは50〜100%であり、特に水素原子を全てフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。このようなものとしては、具体的には、トリフルオロメタンスルホネート、パーフルオロブタンスルホネート、パーフルオロオクタンスルホネート、パーフルオロベンゼンスルホネート等が挙げられる。
これらの中では、好ましいアニオン部として、下記式(a9)で表されるものが挙げられる。
Figure 2015194715
上記式(a9)において、R20aは、下記式(a10)、(a11)で表される基や、下記式(a12)で表される基である。
Figure 2015194715
上記式(a10)中、xは1〜4の整数を表す。また、上記式(a11)中、R21aは、水素原子、水酸基、炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基を表し、yは1〜3の整数を表す。これらの中では、安全性の観点からトリフルオロメタンスルホネート、パーフルオロブタンスルホネートが好ましい。
また、アニオン部としては、下記式(a13)、(a14)で表される窒素を含有するものを用いることもできる。
Figure 2015194715
上記式(a13)、(a14)中、Xは、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、当該アルキレン基の炭素原子数は2〜6であり、好ましくは3〜5、最も好ましくは炭素原子数3である。また、Y、Zは、それぞれ独立に少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、当該アルキル基の炭素原子数は1〜10であり、好ましくは1〜7、より好ましくは1〜3である。
のアルキレン基の炭素原子数、又はY、Zのアルキル基の炭素原子数が小さいほど有機溶剤への溶解性も良好であるため好ましい。
また、Xのアルキレン基又はY、Zのアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなるため好ましい。当該アルキレン基又はアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、より好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基又はパーフルオロアルキル基である。
このようなカチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩として好ましいものとしては、下記式(a15)、(a16)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2015194715
また、(A)酸発生剤における第五の態様としては、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等のビススルホニルジアゾメタン類;p−トルエンスルホン酸2−ニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、ニトロベンジルトシラート、ジニトロベンジルトシラート、ニトロベンジルスルホナート、ニトロベンジルカルボナート、ジニトロベンジルカルボナート等のニトロベンジル誘導体;ピロガロールトリメシラート、ピロガロールトリトシラート、ベンジルトシラート、ベンジルスルホナート、N−メチルスルホニルオキシスクシンイミド、N−トリクロロメチルスルホニルオキシスクシンイミド、N−フェニルスルホニルオキシマレイミド、N−メチルスルホニルオキシフタルイミド等のスルホン酸エステル類;N−ヒドロキシフタルイミド、N−ヒドロキシナフタルイミド等のトリフルオロメタンスルホン酸エステル類;ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスファート、(4−メトキシフェニル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスファート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、(p−tert−ブチルフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート等のオニウム塩類;ベンゾイントシラート、α−メチルベンゾイントシラート等のベンゾイントシラート類;その他のジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、フェニルジアゾニウム塩、ベンジルカルボナート等が挙げられる。
この(A)酸発生剤は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、(A)酸発生剤の含有量は、感光性樹脂組成物の全質量に対し、0.1〜10質量%とすることが好ましく、0.5〜3質量%とすることがより好ましい。(A)酸発生剤の使用量を上記の範囲とすることにより、良好な感度を備え、均一な溶液であって、保存安定性に優れる感光性樹脂組成物を調製しやすい。
<(B)樹脂>
(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂は、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂(以下、(B−3)アクリル樹脂とも記す。)を含む。感光性樹脂組成物が(B−3)アクリル樹脂を含有することにより、断面形状が良好である、膜厚が10μm以上の厚膜のパターンを形成することができる。なお、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂は、従来からポジ型感光性樹脂組成物に配合されている、上記の(B−3)アクリル樹脂以外の樹脂を含んでいてもよい。
感光性樹脂組成物に含まれる全樹脂成分中の(B−3)アクリル樹脂の含有量は、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂の質量と、後述の(D)アルカリ可溶性樹脂の質量との合計に対して、70質量%以上であり、90質量%以上が好ましく、100質量%がより好ましい。
以下、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂の好適な例として、(B1)ノボラック樹脂、(B2)ポリヒドロキシスチレン樹脂、及び(B3)アクリル樹脂について順に説明する。
[(B1)ノボラック樹脂]
(B1)ノボラック樹脂としては、下記式(b1)で表される構成単位を含む樹脂を使用することができる。
Figure 2015194715
上記式(b1)中、R1bは、酸解離性溶解抑制基を示し、R2b、R3bは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基を表す。
上記R1bで表される酸解離性溶解抑制基としては、下記式(b2)、(b3)で表される基、炭素原子数1〜6の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、ビニルオキシエチル基、テトラヒドロピラニル基、テトラフラニル基、又はトリアルキルシリル基であることが好ましい。
Figure 2015194715
上記式(b2)、(b3)中、R4b、R5bは、それぞれ独立に水素原子、又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表し、R6bは、炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基を表し、R7bは、炭素原子数1〜6の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基を表し、oは0又は1を表す。
上記直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、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、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。また、上記環状のアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
ここで、上記式(b2)で表される酸解離性溶解抑制基として、具体的には、メトキシエチル基、エトキシエチル基、n−プロポキシエチル基、イソプロポキシエチル基、n−ブトキシエチル基、イソブトキシエチル基、tert−ブトキシエチル基、シクロヘキシロキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、1−メトキシ−1−メチル−エチル基、1−エトキシ−1−メチルエチル基等が挙げられる。また、上記式(b3)で表される酸解離性溶解抑制基として、具体的には、tert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基等が挙げられる。また、上記トリアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリ−tert−ブチルジメチルシリル基等の各アルキル基の炭素原子数が1〜6のものが挙げられる。
[(B2)ポリヒドロキシスチレン樹脂]
(B2)ポリヒドロキシスチレン樹脂としては、下記式(b4)で表される構成単位を含む樹脂を使用することができる。
Figure 2015194715
上記式(b4)中、R8bは、水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基を表し、R9bは、酸解離性溶解抑制基を表す。
上記炭素原子数1〜6のアルキル基は、例えば炭素原子数1〜6の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基である。直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、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、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられ、環状のアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
上記R9bで表される酸解離性溶解抑制基としては、上記式(b2)、(b3)に例示したものと同様の酸解離性溶解抑制基を用いることができる。
さらに、(B2)ポリヒドロキシスチレン樹脂は、物理的、化学的特性を適度にコントロールする目的で他の重合性化合物を構成単位として含むことができる。このような重合性化合物としては、公知のラジカル重合性化合物や、アニオン重合性化合物が挙げられる。また、このような重合性化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸類;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等のカルボキシル基及びエステル結合を有するメタクリル酸誘導体類;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アリールエステル類;マレイン酸ジエチル、フマル酸ジブチル等のジカルボン酸ジエステル類;スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、ヒドロキシスチレン、α−メチルヒドロキシスチレン、α−エチルヒドロキシスチレン等のビニル基含有芳香族化合物類;酢酸ビニル等のビニル基含有脂肪族化合物類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジオレフィン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有重合性化合物類;塩化ビニル、塩化ビニリデン等の塩素含有重合性化合物;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド結合含有重合性化合物類;等を挙げることができる。
[(B3)アクリル樹脂]
上述の通り、感光性樹脂組成物は、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂を必須に含有する。このため、(B3)アクリル樹脂としては、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂が好ましい。以下、(B3)アクリル樹脂として、好適な樹脂である(B−3)アクリル樹脂について説明する。
((B−3)アクリル樹脂)
(B−3)アクリル樹脂は、−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含む。このため、(B−3)アクリル樹脂は、−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含む構成単位(b−3)を必須に含む。
ここで、「−SO−含有環式基」とは、その環骨格中に−SO−を含む環を含有する環式基を示し、具体的には、−SO−における硫黄原子(S)が環式基の環骨格の一部を形成する環式基である。その環骨格中に−SO−を含む環をひとつ目の環として数え、当該環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。−SO−含有環式基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。
−SO−含有環式基は、特に、その環骨格中に−O−SO−を含む環式基、すなわち−O−SO−中の−O−S−が環骨格の一部を形成するサルトン(sultone)環を含有する環式基であることが好ましい。
−SO−含有環式基の炭素原子数は、3〜30が好ましく、4〜20がより好ましく、4〜15がさらに好ましく、4〜12が特に好ましい。当該炭素原子数は環骨格を構成する炭素原子の数であり、置換基における炭素原子数を含まないものとする。
−SO−含有環式基は、−SO−含有脂肪族環式基であってもよく、−SO−含有芳香族環式基であってもよい。好ましくは−SO−含有脂肪族環式基である。
−SO−含有脂肪族環式基としては、その環骨格を構成する炭素原子の一部が−SO−、又は−O−SO−で置換された脂肪族炭化水素環から水素原子を少なくとも1つ除いた基が挙げられる。より具体的には、その環骨格を構成する−CH−が−SO−で置換された脂肪族炭化水素環から水素原子を少なくとも1つ除いた基、その環を構成する−CH−CH−が−O−SO−で置換された脂肪族炭化水素環から水素原子を少なくとも1つ除いた基等が挙げられる。
当該脂環式炭化水素環の炭素原子数は、3〜20が好ましく、3〜12がより好ましい。当該脂環式炭化水素環は、多環式であってもよく、単環式であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、炭素原子数3〜6のモノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。当該モノシクロアルカンとしてはシクロペンタン、シクロヘキサン等が例示できる。多環式の脂環式炭化水素環としては、炭素原子数7〜12のポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、当該ポリシクロアルカンとして具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
−SO−含有環式基は、置換基を有していてもよい。当該置換基としては、例えばアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、酸素原子(=O)、−COOR”、−OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基、シアノ基等が挙げられる。
当該置換基としてのアルキル基としては、炭素原子数1〜6のアルキル基が好ましい。当該アルキル基は、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。具体的には、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、ネオペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。これらの中では、メチル基、又はエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
当該置換基としてのアルコキシ基としては、炭素原子数1〜6のアルコキシ基が好ましい。当該アルコキシ基は、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。具体的には、前述の置換基としてのアルキル基として挙げたアルキル基が酸素原子(−O−)に結合した基が挙げられる。
当該置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
当該置換基のハロゲン化アルキル基としては、前述のアルキル基の水素原子の一部又は全部が前述のハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
当該置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前述の置換基としてのアルキル基として挙げたアルキル基の水素原子の一部又は全部が前述のハロゲン原子で置換された基が挙げられる。当該ハロゲン化アルキル基としてはフッ素化アルキル基が好ましく、特にパーフルオロアルキル基が好ましい。
前述の−COOR”、−OC(=O)R”におけるR”は、いずれも、水素原子又は炭素原子数1〜15の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基である。
R”が直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基の場合、当該鎖状のアルキル基の炭素原子数は、1〜10が好ましく、1〜5がより好ましく、1又は2が特に好ましい。
R”が環状のアルキル基の場合、当該環状のアルキル基の炭素原子数は3〜15が好ましく、4〜12がより好ましく、5〜10が特に好ましい。具体的には、フッ素原子、又はフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカンや、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基等を例示できる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基等が挙げられる。
当該置換基としてのヒドロキシアルキル基としては、炭素原子数1〜6のヒドロキシアルキル基が好ましい。具体的には、前述の置換基としてのアルキル基として挙げたアルキル基の水素原子の少なくとも1つが水酸基で置換された基が挙げられる。
−SO−含有環式基として、より具体的には、下記式(3−1)〜(3−4)で表される基が挙げられる。
Figure 2015194715
(式中、A’は酸素原子若しくは硫黄原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜5のアルキレン基、酸素原子又は硫黄原子であり、zは0〜2の整数であり、R10bはアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、水酸基、−COOR”、−OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基、又はシアノ基であり、R”は水素原子、又はアルキル基である。)
上記式(3−1)〜(3−4)中、A’は、酸素原子(−O−)若しくは硫黄原子(−S−)を含んでいてもよい炭素原子数1〜5のアルキレン基、酸素原子、又は硫黄原子である。A’における炭素原子数1〜5のアルキレン基としては、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基等が挙げられる。
当該アルキレン基が酸素原子又は硫黄原子を含む場合、その具体例としては、前述のアルキレン基の末端又は炭素原子間に−O−、又は−S−が介在する基が挙げられ、例えば−O−CH−、−CH−O−CH−、−S−CH−、−CH−S−CH−等が挙げられる。A’としては、炭素原子数1〜5のアルキレン基、又は−O−が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキレン基がより好ましく、メチレン基が最も好ましい。
zは0〜2のいずれであってもよく、0が最も好ましい。zが2である場合、複数のR10bはそれぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
10bにおけるアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、−COOR”、−OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基としては、それぞれ、−SO−含有環式基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、−COOR”、−OC(=O)R”、及びヒドロキシアルキル基について、上記で説明したものと同様のものが挙げられる。
以下に、前述の式(3−1)〜(3−4)で表される具体的な環式基を例示する。なお、式中の「Ac」はアセチル基を示す。
Figure 2015194715
Figure 2015194715
−SO−含有環式基としては、上記の中では、前述の式(3−1)で表される基が好ましく、前述の化学式(3−1−1)、(3−1−18)、(3−3−1)、及び(3−4−1)のいずれかで表される基からなる群から選択される少なくとも一種がより好ましく、前述の化学式(3−1−1)で表される基が最も好ましい。
「ラクトン含有環式基」とは、その環骨格中に−O−C(=O)−を含む環(ラクトン環)を含有する環式基を示す。ラクトン環をひとつ目の環として数え、ラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。ラクトン含有環式基は、単環式基であってもよく、多環式基であってもよい。
構成単位(b−3)におけるラクトン環式基としては、特に限定されることなく任意のものが使用可能である。具体的には、ラクトン含有単環式基としては、4〜6員環ラクトンから水素原子を1つ除いた基、例えばβ−プロピオノラクトンから水素原子を1つ除いた基、γ−ブチロラクトンから水素原子1つを除いた基、δ−バレロラクトンから水素原子を1つ除いた基等が挙げられる。また、ラクトン含有多環式基としては、ラクトン環を有するビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンから水素原子1つを除いた基が挙げられる。
構成単位(b−3)としては、−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を有するものであれば他の部分の構造は特に限定されないが、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって−SO−含有環式基を含む構成単位(b−3−S)、及びα位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であってラクトン含有環式基を含む構成単位(b−3−L)からなる群より選択される少なくとも1種の構成単位が好ましい。
〔構成単位(b−3−S)〕
構成単位(b−3−S)の例として、より具体的には、下記式(b−S1)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2015194715
(式中、Rは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、又は炭素原子数1〜5のハロゲン化アルキル基であり、R11bは−SO−含有環式基であり、R12bは単結合、又は2価の連結基である。)
式(b−S1)中、Rは前記と同様である。
11bは、前記で挙げた−SO−含有環式基と同様である。
12bは、単結合、2価の連結基のいずれであってもよい。本発明の効果に優れることから、2価の連結基であることが好ましい。
12bにおける2価の連結基としては、特に限定されないが、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基、ヘテロ原子を含む2価の連結基等が好適なものとして挙げられる。
(置換基を有していてもよい2価の炭化水素基)
2価の連結基としての炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。当該脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよい。通常は飽和炭化水素基が好ましい。当該脂肪族炭化水素基として、より具体的には、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
前記直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の炭素原子数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜5がさらに好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましい。具体的には、メチレン基[−CH−]、エチレン基[−(CH−]、トリメチレン基[−(CH−]、テトラメチレン基[−(CH−]、ペンタメチレン基[−(CH−]等が挙げられる。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。具体的には、−CH(CH)−、−CH(CHCH)−、−C(CH−、−C(CH)(CHCH)−、−C(CH)(CHCHCH)−、−C(CHCH−等のアルキルメチレン基;−CH(CH)CH−、−CH(CH)CH(CH)−、−C(CHCH−、−CH(CHCH)CH−、−C(CHCH−CH−等のアルキルエチレン基;−CH(CH)CHCH−、−CHCH(CH)CH−等のアルキルトリメチレン基;−CH(CH)CHCHCH−、−CHCH(CH)CHCH−等のアルキルテトラメチレン基等のアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素原子数1〜5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
上記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、水素原子を置換する置換基(水素原子以外の基又は原子)を有していてもよく、有していなくてもよい。当該置換基としては、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素原子数1〜5のフッ素化アルキル基、オキソ基(=O)等が挙げられる。
上記の構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、環構造中にヘテロ原子を含む置換基を含んでもよい環状の脂肪族炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子を2個除いた基)、当該環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、当該環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基等が挙げられる。上記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては前述と同様のものが挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基の炭素原子数は、3〜20が好ましく、3〜12がより好ましい。
環状の脂肪族炭化水素基は、多環式であってもよく、単環式であってもよい。単環式の脂肪族炭化水素基としては、モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。当該モノシクロアルカンの炭素原子数は、3〜6が好ましい。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂肪族炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。当該ポリシクロアルカンの炭素原子数は、7〜12が好ましい。具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、水素原子を置換する置換基(水素原子以外の基又は原子)を有していてもよいし、有していなくてもよい。当該置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、オキソ基(=O)等が挙げられる。
上記の置換基としてのアルキル基としては、炭素原子数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、及びtert−ブチル基がより好ましい。
上記の置換基としてのアルコキシ基としては、炭素原子数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、及びtert−ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、及びエトキシ基が特に好ましい。
上記の置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
上記の置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前述のアルキル基の水素原子の一部又は全部が上記のハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、その環構造を構成する炭素原子の一部が−O−、又は−S−で置換されてもよい。該ヘテロ原子を含む置換基としては、−O−、−C(=O)−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−O−が好ましい。
2価の炭化水素基としての芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する2価の炭化水素基であり、置換基を有していてもよい。芳香環は、4n+2個のπ電子を持つ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素原子数は、5〜30が好ましく、5〜20がより好ましく、6〜15がさらに好ましく、6〜12が特に好ましい。ただし、当該炭素原子数には、置換基の炭素原子数を含まないものとする。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、及びフェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環;等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
2価の炭化水素基としての芳香族炭化水素基として具体的には、上記の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子を2つ除いた基(アリーレン基、又はヘテロアリーレン基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(例えば、ビフェニル、フルオレン等)から水素原子を2つ除いた基;上記の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基、又はヘテロアリール基)の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(例えば、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、1−ナフチルエチル基、2−ナフチルエチル基等のアリールアルキル基におけるアリール基から水素原子をさらに1つ除いた基);等が挙げられる。
上記のアリール基、又はヘテロアリール基に結合するアルキレン基の炭素原子数は、1〜4が好ましく、1〜2がより好ましく、1が特に好ましい。
上記の芳香族炭化水素基は、当該芳香族炭化水素基が有する水素原子が置換基で置換されていてもよい。例えば、当該芳香族炭化水素基中の芳香環に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよい。当該置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、オキソ基(=O)等が挙げられる。
上記の置換基としてのアルキル基としては、炭素原子数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、及びtert−ブチル基がより好ましい。
上記の置換基としてのアルコキシ基としては、炭素原子数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、及びtert−ブトキシ基が好ましく、メトキシ基、及びエトキシ基がより好ましい。
上記の置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
上記の置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前述のアルキル基の水素原子の一部又は全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
(ヘテロ原子を含む2価の連結基)
ヘテロ原子を含む2価の連結基におけるヘテロ原子とは、炭素原子及び水素原子以外の原子であり、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及びハロゲン原子等が挙げられる。
ヘテロ原子を含む2価の連結基として、具体的には、−O−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−NH−、−NH−C(=O)−、−NH−C(=NH)−、=N−等の非炭化水素系連結基、これらの非炭化水素系連結基の少なくとも1種と2価の炭化水素基との組み合わせ等が挙げられる。当該2価の炭化水素基としては、上述した置換基を有していてもよい2価の炭化水素基と同様のものが挙げられ、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましい。
上記のうち、−C(=O)−NH−中の−NH−、−NH−、−NH−C(=NH)−中のHは、それぞれ、アルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。当該置換基の炭素原子数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜5が特に好ましい。
12bにおける2価の連結基としては、特に、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、環状の脂肪族炭化水素基、又はヘテロ原子を含む2価の連結基が好ましい。
12bにおける2価の連結基が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基である場合、該アルキレン基の炭素原子数は、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜4が特に好ましく、1〜3が最も好ましい。具体的には、前述の2価の連結基としての「置換基を有していてもよい2価の炭化水素基」の説明中、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基として挙げた直鎖状のアルキレン基、分岐鎖状のアルキレン基と同様のものが挙げられる。
12bにおける2価の連結基が環状の脂肪族炭化水素基である場合、当該環状の脂肪族炭化水素基としては、前述の2価の連結基としての「置換基を有していてもよい2価の炭化水素基」の説明中、「構造中に環を含む脂肪族炭化水素基」として挙げた環状の脂肪族炭化水素基と同様のものが挙げられる。
当該環状の脂肪族炭化水素基としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、イソボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、又はテトラシクロドデカンから水素原子が二個以上除かれた基が特に好ましい。
12bにおける2価の連結基が、ヘテロ原子を含む2価の連結基である場合、当該連結基として好ましいものとして、−O−、−C(=O)−O−、−C(=O)−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−NH−(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、一般式−Y−O−Y−、−[Y−C(=O)−O]m’−Y−、又は−Y−O−C(=O)−Y−で表される基[式中、Y、及びYはそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m’は0〜3の整数である。]等が挙げられる。
12bにおける2価の連結基が−NH−の場合、−NH−中の水素原子はアルキル基、アシル等の置換基で置換されていてもよい。当該置換基(アルキル基、アシル基等)の炭素原子数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜5が特に好ましい。
式−Y−O−Y−、−[Y−C(=O)−O]m’−Y−、又は−Y−O−C(=O)−Y−中、Y、及びYは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。当該2価の炭化水素基としては、前記2価の連結基としての説明で挙げた「置換基を有していてもよい2価の炭化水素基」と同様のものが挙げられる。
としては、直鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖状のアルキレン基がより好ましく、炭素数1〜5の直鎖状のアルキレン基がより好ましく、メチレン基、及びエチレン基が特に好ましい。
としては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、メチレン基、エチレン基、及びアルキルメチレン基がより好ましい。当該アルキルメチレン基におけるアルキル基は、炭素数1〜5の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3の直鎖状のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
式−[Y−C(=O)−O]m’−Y−で表される基において、m’は0〜3の整数であり、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、1が特に好ましい。つまり、式−[Y−C(=O)−O]m’−Y−で表される基としては、式−Y−C(=O)−O−Y−で表される基が特に好ましい。なかでも、式−(CHa’−C(=O)−O−(CHb’−で表される基が好ましい。当該式中、a’は、1〜10の整数であり、1〜8の整数が好ましく、1〜5の整数がより好ましく、1、又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。b’は、1〜10の整数であり、1〜8の整数が好ましく、1〜5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。
12bにおける2価の連結基について、ヘテロ原子を含む2価の連結基としては、少なくとも1種の非炭化水素基と2価の炭化水素基との組み合わせからなる有機基が好ましい。なかでも、ヘテロ原子として酸素原子を有する直鎖状の基、例えばエーテル結合、又はエステル結合を含む基が好ましく、前述の式−Y−O−Y−、−[Y−C(=O)−O]m’−Y−、又は−Y−O−C(=O)−Y−で表される基がより好ましく、前述の式−[Y−C(=O)−O]m’−Y−、又は−Y−O−C(=O)−Y−で表される基が特に好ましい。
12bにおける2価の連結基としては、アルキレン基、又はエステル結合(−C(=O)−O−)を含むものが好ましい。
当該アルキレン基は、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。当該直鎖状の脂肪族炭化水素基の好適な例としては、メチレン基[−CH−]、エチレン基[−(CH−]、トリメチレン基[−(CH−]、テトラメチレン基[−(CH−]、及びペンタメチレン基[−(CH−]等が挙げられる。当分岐鎖状のアルキレン基の好適な例としては、−CH(CH)−、−CH(CHCH)−、−C(CH−、−C(CH)(CHCH)−、−C(CH)(CHCHCH)−、−C(CHCH−等のアルキルメチレン基;−CH(CH)CH−、−CH(CH)CH(CH)−、−C(CHCH−、−CH(CHCH)CH−、−C(CHCH−CH−等のアルキルエチレン基;−CH(CH)CHCH−、−CHCH(CH)CH−等のアルキルトリメチレン基;−CH(CH)CHCHCH−、−CHCH(CH)CHCH−等のアルキルテトラメチレン基等のアルキルアルキレン基等が挙げられる。
エステル結合を含む2価の連結基としては、特に、式:−R13b−C(=O)−O−[式中、R13bは2価の連結基である。]で表される基が好ましい。すなわち、構成単位(b−3−S)は、下記式(b−S1−1)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 2015194715
(式中、R、及びR11bはそれぞれ前記と同様であり、R13bは2価の連結基である。)
13bとしては、特に限定されず、例えば、前述のR12bにおける2価の連結基と同様のものが挙げられる。
13bの2価の連結基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基、又はヘテロ原子を含む2価の連結基が好ましく、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又はヘテロ原子として酸素原子を含む2価の連結基が好ましい。
直鎖状のアルキレン基としては、メチレン基、又はエチレン基が好ましく、メチレン基が特に好ましい。分岐鎖状のアルキレン基としては、アルキルメチレン基、又はアルキルエチレン基が好ましく、−CH(CH)−、−C(CH−、又は−C(CHCH−が特に好ましい。
酸素原子を含む2価の連結基としては、エーテル結合、又はエステル結合を含む2価の連結基が好ましく、前述した、−Y−O−Y−、−[Y−C(=O)−O]m’−Y−、又は−Y−O−C(=O)−Y−がより好ましい。Y、及びYは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、m’は0〜3の整数である。なかでも、−Y−O−C(=O)−Y−が好ましく、−(CH−O−C(=O)−(CH−で表される基が特に好ましい。cは1〜5の整数であり、1又は2が好ましい。dは1〜5の整数であり、1又は2が好ましい。
構成単位(b−3−S)としては、特に、下記式(b−S1−11)、又は(b−S1−12)で表される構成単位が好ましく、式(b−S1−12)で表される構成単位がより好ましい。
Figure 2015194715
(式中、R、A’、R10b、z、及びR13bはそれぞれ前記と同じである。)
式(b−S1−11)中、A’はメチレン基、酸素原子(−O−)、又は硫黄原子(−S−)であることが好ましい。
13bとしては、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は酸素原子を含む2価の連結基が好ましい。R13bにおける直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、酸素原子を含む2価の連結基としては、それぞれ、前述の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、酸素原子を含む2価の連結基と同様のものが挙げられる。
式(b−S1−12)で表される構成単位としては、特に、下記式(b−S1−12a)、又は(b−S1−12b)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2015194715
(式中、R、及びA’はそれぞれ前記と同じであり、c〜eはそれぞれ独立に1〜3の整数である。)
〔構成単位(b−3−L)〕
構成単位(b−3−L)の例としては、例えば前述の式(b−S1)中のR11bをラクトン含有環式基で置換したものが挙げられ、より具体的には、下記式(b−L1)〜(b−L5)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2015194715
(式中、Rは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、又は炭素原子数1〜5のハロゲン化アルキル基であり;R’はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、水酸基、−COOR”、−OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基、又はシアノ基であり、R”は水素原子、又はアルキル基であり;R12bは単結合、又は2価の連結基であり、s”は0〜2の整数であり;A”は酸素原子若しくは硫黄原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜5のアルキレン基、酸素原子、又は硫黄原子であり;rは0又は1である。)
式(b−L1)〜(b−L5)におけるRは、前述と同様である。
R’におけるアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、−COOR”、−OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基としては、それぞれ、−SO−含有環式基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、−COOR”、−OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基について前述したものと同様のものが挙げられる。
R’は、工業上入手が容易であること等を考慮すると、水素原子が好ましい。
R”におけるアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。
R”が直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基の場合は、炭素原子数1〜10であることが好ましく、炭素原子数1〜5であることがさらに好ましい。
R”が環状のアルキル基の場合は、炭素原子数3〜15であることが好ましく、炭素原子数4〜12であることがさらに好ましく、炭素原子数5〜10が最も好ましい。具体的には、フッ素原子又はフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基等を例示できる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基等が挙げられる。
A”としては、前述の式(3−1)中のA’と同様のものが挙げられる。A”は、炭素数1〜5のアルキレン基、酸素原子(−O−)又は硫黄原子(−S−)であることが好ましく、炭素原子数1〜5のアルキレン基、又は−O−がより好ましい。炭素原子数1〜5のアルキレン基としては、メチレン基、又はジメチルメチレン基がより好ましく、メチレン基が最も好ましい。
12bは、前述の式(b−S1)中のR12bと同様である。
式(b−L1)中、s”は1〜2であることが好ましい。
以下に、前述の式(b−L1)〜(b−L3)で表される構成単位の具体例を例示する。以下の各式中、Rαは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 2015194715
Figure 2015194715
Figure 2015194715
構成単位(b−3−L)としては、前述の式(b−L1)〜(b−L5)で表される構成単位からなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、式(b−L1)〜(b−L3)で表される構成単位からなる群から選択される少なくとも1種がより好ましく、前述の式(b−L1)、又は(b−L3)で表される構成単位からなる群から選択される少なくとも1種が特に好ましい。
なかでも、前述の式(b−L1−1)、(b−L1−2)、(b−L2−1)、(b−L2−7)、(b−L2−12)、(b−L2−14)、(b−L3−1)、及び(b−L3−5)で表される構成単位からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
また、構成単位(b−3−L)としては、下記式(b−L6)〜(b−L7)で表される構成単位も好ましい。
Figure 2015194715
式(b−L6)及び(b−L7)中、R及びR12bは前述と同様である。
また、(B−3)アクリル樹脂は、酸の作用により(B−3)アクリル樹脂のアルカリに対する溶解性を高める構成単位として、酸解離性基を有する下記式(b5)〜(b7)で表される構成単位を含む。
Figure 2015194715
上記式(b5)〜(b7)中、R14b、及びR18b〜R23bは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、フッ素原子、又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のフッ素化アルキル基を表し、R15b〜R17bは、それぞれ独立に炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のフッ素化アルキル基を表し、R16b及びR17bは互いに結合して、両者が結合している炭素原子とともに炭素原子数5〜20の炭化水素環を形成してもよく、Yは、置換基を有していてもよい脂肪族環式基又はアルキル基を表し、pは0〜4の整数を表し、qは0又は1を表す。
なお、上記直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、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、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。また、フッ素化アルキル基とは、上記アルキル基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子により置換されたものである。
上記R16b及びR17bが互いに結合して炭化水素間を形成しない場合、上記R15b、R16b、及びR17bとしては、高コントラストで、解像度、焦点深度幅等が良好な点から、炭素原子数2〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基であることが好ましい。上記R19b、R20b、R22b、R23bとしては、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
上記R16b及びR17bは、両者が結合している炭素原子とともに炭素原子数5〜20の脂肪族環式基を形成してもよい。このような脂肪族環式基の具体例としては、モノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が挙げられる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が挙げられる。特に、シクロヘキサン、アダマンタンから1個以上の水素原子を除いた基(さらに置換基を有していてもよい)が好ましい。
さらに、上記R16b及びR17bが形成する脂肪族環式基が、その環骨格上に置換基を有する場合、当該置換基の例としては、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、酸素原子(=O)等の極性基や、炭素原子数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。極性基としては特に酸素原子(=O)が好ましい。
上記Yは、脂肪族環式基又はアルキル基であり、モノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基等が挙げられる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基等が挙げられる。特に、アダマンタンから1個以上の水素原子を除いた基(さらに置換基を有していてもよい)が好ましい。
さらに、上記Yの脂肪族環式基が、その環骨格上に置換基を有する場合、当該置換基の例としては、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、酸素原子(=O)等の極性基や、炭素原子数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。極性基としては特に酸素原子(=O)が好ましい。
また、Yがアルキル基である場合、炭素原子数1〜20、好ましくは6〜15の直鎖状又は分岐状のアルキル基であることが好ましい。このようなアルキル基は、特にアルコキシアルキル基であることが好ましく、このようなアルコキシアルキル基としては、1−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、1−n−プロポキシエチル基、1−イソプロポキシエチル基、1−n−ブトキシエチル基、1−イソブトキシエチル基、1−tert−ブトキシエチル基、1−メトキシプロピル基、1−エトキシプロピル基、1−メトキシ−1−メチル−エチル基、1−エトキシ−1−メチルエチル基等が挙げられる。
上記式(b5)で表される構成単位の好ましい具体例としては、下記式(b5−1)〜(b5−33)で表されるものを挙げることができる。
Figure 2015194715
上記式(b5−1)〜(b5−33)中、R24bは、水素原子又はメチル基を表す。
上記式(b6)で表される構成単位の好ましい具体例としては、下記式(b6−1)〜(b6−25)で表されるものを挙げることができる。
Figure 2015194715
上記式(b6−1)〜(b6−25)中、R24bは、水素原子又はメチル基を表す。
上記式(b7)で表される構成単位の好ましい具体例としては、下記式(b7−1)〜(b7−15)で表されるものを挙げることができる。
Figure 2015194715
上記式(b7−1)〜(b7−15)中、R24bは、水素原子又はメチル基を表す。
以上説明した式(b5)〜(b7)で表される構成単位の中では、合成がしやすく且つ比較的高感度化しやすい点から、式(b6)で表される構成単位が好ましい。また、式(b6)で表される構成単位の中では、Yがアルキル基である構成単位が好ましく、R19b及びR20bの一方又は双方がアルキル基である構成単位が好ましい。
さらに、(B−3)アクリル樹脂は、上記式(b5)〜(b7)で表される構成単位とともに、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含む共重合体からなる樹脂であることが好ましい。
上記エーテル結合を有する重合性化合物としては、エーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等のラジカル重合性化合物を例示することができ、具体例としては、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、上記エーテル結合を有する重合性化合物は、好ましくは、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレートである。これらの重合性化合物は、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。
さらに、(B−3)アクリル樹脂には、物理的、化学的特性を適度にコントロールする目的で他の重合性化合物を構成単位として含めることができる。このような重合性化合物としては、公知のラジカル重合性化合物や、アニオン重合性化合物が挙げられる。
このような重合性化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸類;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等のカルボキシル基及びエステル結合を有するメタクリル酸誘導体類;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アリールエステル類;マレイン酸ジエチル、フマル酸ジブチル等のジカルボン酸ジエステル類;スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、ヒドロキシスチレン、α−メチルヒドロキシスチレン、α−エチルヒドロキシスチレン等のビニル基含有芳香族化合物類;酢酸ビニル等のビニル基含有脂肪族化合物類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジオレフィン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有重合性化合物類;塩化ビニル、塩化ビニリデン等の塩素含有重合性化合物;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド結合含有重合性化合物類;等を挙げることができる。
上記の通り、(B−3)アクリル樹脂は、上記のモノカルボン酸類やジカルボン酸類のようなカルボキシル基を有する重合性化合物に由来する構成単位を含んでいてもよい。しかし、断面形状が良好な矩形である非レジスト部を含むレジストパターンを形成しやすい点から、(B−3)アクリル樹脂は、カルボキシル基を有する重合性化合物に由来する構成単位を実質的に含まないのが好ましい。具体的には、(B−3)アクリル樹脂中の、カルボキシル基を有する重合性化合物に由来する構成単位の比率は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下が特に好ましい。
また、重合性化合物としては、酸非解離性の脂肪族多環式基を有する(メタ)アクリル酸エステル類、ビニル基含有芳香族化合物類等を挙げることができる。酸非解離性の脂肪族多環式基としては、特にトリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基、イソボルニル基、ノルボルニル基等が、工業上入手しやすい等の点で好ましい。これらの脂肪族多環式基は、炭素原子数1〜5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を置換基として有していてもよい。
酸非解離性の脂肪族多環式基を有する(メタ)アクリル酸エステル類としては、具体的には、下記式(b8−1)〜(b8−5)の構造のものを例示することができる。
Figure 2015194715
上記式(b8−1)〜(b8−5)中、R25bは、水素原子又はメチル基を表す。
(B−3)アクリル樹脂としては、−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含む構成単位(b−3)を、5質量%以上含むのが好ましく、10質量%以上含むのがより好ましく、10〜50質量%含むのが特に好ましく、10〜30質量%含むのが最も好ましい。感光性樹脂組成物が、上記の範囲内の量の−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含む構成単位(b−3)を含む場合、良好な現像性と、良好なパターン形状とを両立しやすい。
また、(B−3)アクリル樹脂中は、前述の式(b5)〜(b7)で表される構成単位を、5質量%以上含むのが好ましく、10質量%以上含むのがより好ましく、10〜50質量%含むのが特に好ましい。
(B−3)アクリル樹脂は、上記のエーテル結合を有する重合性化合物に由来する構成単位を含むのが好ましい。(B−3)アクリル樹脂中の、エーテル結合を有する重合性化合物に由来する構成単位の含有量は、0〜50質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。
(B−3)アクリル樹脂は、上記の酸非解離性の脂肪族多環式基を有する(メタ)アクリル酸エステル類に由来する構成単位を含むのが好ましい。(B−3)アクリル樹脂中の、酸非解離性の脂肪族多環式基を有する(メタ)アクリル酸エステル類に由来する構成単位の含有量は、0〜50質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。
感光性樹脂組成物が所定の量の(B−3)アクリル樹脂を含有する限りにおいて、以上説明した(B−3)アクリル樹脂以外のアクリル樹脂も(B)樹脂として用いることができる。このような、(B−3)アクリル樹脂以外のアクリル樹脂としては、前述の式(b5)〜(b7)で表される構成単位を含む樹脂であれば特に限定されない。
以上説明した(B)樹脂のポリスチレン換算質量平均分子量は、好ましくは10000〜600000であり、より好ましくは20000〜400000であり、さらに好ましくは30000〜300000である。このような質量平均分子量とすることにより、基板からの剥離性を低下させることなく感光性樹脂層の十分な強度を保持でき、さらにはめっき時のプロファイルの膨れや、クラックの発生を防ぐことができる。
また、(B)樹脂の分散度は1.05以上が好ましい。ここで、分散度とは、質量平均分子量を数平均分子量で除した値のことである。このような分散度とすることにより、所望とするめっきに対する応力耐性や、めっき処理により得られる金属層が膨らみやすくなるという問題を回避できる。
(B)樹脂の含有量は、感光性樹脂組成物の全質量に対して5〜60質量%とすることが好ましい。
<(C)アルカリ可溶性樹脂>
感光性樹脂組成物は、クラック耐性を向上させるため、必要に応じて(C)アルカリ可溶性樹脂を含んでいてもよい。ここで、アルカリ可溶性樹脂とは、樹脂濃度20質量%の樹脂溶液(溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)により、膜厚1μmの樹脂膜を基板上に形成し、2.38質量%のTMAH水溶液に1分間浸漬した際、0.01μm以上溶解するものをいう。
(C)アルカリ可溶性樹脂としては、本発明の目的を阻害しない範囲で、従来からポジ型感光性樹脂組成物に配合されている種々の樹脂を用いることができる。ただし、感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性基としてカルボキシル基を有する樹脂を含まないのが好ましい。(C)アルカリ可溶性樹脂としては、(C1)ノボラック樹脂、(C2)ポリヒドロキシスチレン樹脂、及び(C3)アクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂であることが好ましい。
[(C1)ノボラック樹脂]
(C1)ノボラック樹脂は、例えばフェノール性水酸基を有する芳香族化合物(以下、単に「フェノール類」という。)とアルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られる。
上記フェノール類としては、例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール、o−ブチルフェノール、m−ブチルフェノール、p−ブチルフェノール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、p−フェニルフェノール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、フロログリシノール、ヒドロキシジフェニル、ビスフェノールA、没食子酸、没食子酸エステル、α−ナフトール、β−ナフトール等が挙げられる。
上記アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、アセトアルデヒド等が挙げられる。
付加縮合反応時の触媒は、特に限定されるものではないが、例えば酸触媒では、塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、シュウ酸、酢酸等が使用される。
なお、o−クレゾールを使用すること、樹脂中の水酸基の水素原子を他の置換基に置換すること、あるいは嵩高いアルデヒド類を使用することにより、ノボラック樹脂の柔軟性を一層向上させることが可能である。
(C1)ノボラック樹脂の質量平均分子量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、1000〜50000であることが好ましい。
[(C2)ポリヒドロキシスチレン樹脂]
(C2)ポリヒドロキシスチレン樹脂を構成するヒドロキシスチレン系化合物としては、p−ヒドロキシスチレン、α−メチルヒドロキシスチレン、α−エチルヒドロキシスチレン等が挙げられる。
さらに、(C2)ポリヒドロキシスチレン樹脂は、スチレン樹脂との共重合体とすることが好ましい。このようなスチレン樹脂を構成するスチレン系化合物としては、スチレン、クロロスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等が挙げられる。
(C2)ポリヒドロキシスチレン樹脂の質量平均分子量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、1000〜50000であることが好ましい。
[(C3)アクリル樹脂]
(C3)アクリル樹脂としては、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位、及びカルボキシル基を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含むことが好ましい。
上記エーテル結合を有する重合性化合物としては、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等のエーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等を例示することができる。上記エーテル結合を有する重合性化合物は、好ましくは、2−メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレートである。これらの重合性化合物は、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。
上記カルボキシル基を有する重合性化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸類;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等のカルボキシル基及びエステル結合を有する化合物;等を例示することができる。上記カルボキシル基を有する重合性化合物は、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸である。これらの重合性化合物は、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。
(C3)アクリル樹脂の質量平均分子量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、50000〜800000が好ましい。
(C)アルカリ可溶性樹脂は、感光性樹脂組成物における、上記(B)樹脂、及び(C)アルカリ可溶性樹脂の総質量に対する、前述の(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂の含有量が70質量%以上となるように使用される。このため、感光性樹脂組成物における、(C)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、上記(B)樹脂及び(C)アルカリ可溶性樹脂の総量に対して、30質量%以下であり、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、0質量%が特に好ましい。(C)アルカリ可溶性樹脂の含有量が少ないほど、感光性樹脂組成物が感度に優れる傾向がある。
<(D)酸拡散制御剤>
感光性樹脂組成物は、形状の良好なパターンの形状や、感光性樹脂膜の引き置き安定性等の向上のため、さらに(D)酸拡散制御剤を含有することが好ましい。(D)酸拡散制御剤としては、(D1)含窒素化合物が好ましく、さらに必要に応じて、(D2)有機カルボン酸、又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体を含有させることができる。
[(D1)含窒素化合物]
(D1)含窒素化合物としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリベンジルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3,−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4−メチルイミダゾール、8−オキシキノリン、アクリジン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、2,4,6−トリ(2−ピリジル)−S−トリアジン、モルホリン、4−メチルモルホリン、ピペラジン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ピリジン等を挙げることができる。これらは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。
(D1)含窒素化合物は、上記(B)樹脂及び上記(C)アルカリ可溶性樹脂の合計質量100質量部に対して、通常0〜5質量部の範囲で用いられ、0〜3質量部の範囲で用いられることが特に好ましい。
[(D2)有機カルボン酸、又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体]
(D2)有機カルボン酸、又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体のうち、有機カルボン酸としては、具体的には、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸等が好適であり、特にサリチル酸が好ましい。
リンのオキソ酸又はその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸及びそれらのエステルのような誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体;等が挙げられる。これらの中でも、特にホスホン酸が好ましい。これらは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。
(D2)有機カルボン酸、又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体は、上記(B)樹脂及び上記(C)アルカリ可溶性樹脂の合計質量100質量部に対して、通常0〜5質量部の範囲で用いられ、0〜3質量部の範囲で用いられることが特に好ましい。
また、塩を形成させて安定させるために、(D2)有機カルボン酸、又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体は、(D1)上記含窒素化合物と同等の量を用いることが好ましい。
<(S)有機溶剤>
感光性樹脂組成物は、塗布性の調製の目的等で(S)有機溶剤を含有してもよい。(S)有機溶剤の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来よりポジ型の感光性樹脂組成物に使用されている有機溶剤から適宜選択して使用することができる。
(S)有機溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル、モノフェニルエーテル等の多価アルコール類及びその誘導体;ジオキサン等の環式エーテル類;蟻酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(S)有機溶剤の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。感光性樹脂組成物を、スピンコート法等により得られる感光性樹脂層の膜厚が10μm以上となるような厚膜用途で用いる場合、感光性樹脂組成物の固形分濃度が20〜80質量%、好ましくは30〜70質量%となる範囲で、(S)有機溶剤を用いるのが好ましい。
<化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物の調製方法>
化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物は、上記の各成分を通常の方法で混合、撹拌して調製される。上記の各成分を、混合、撹拌する際に使用できる装置としては、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミル等が挙げられる。上記の各成分を均一に混合した後に、得られた混合物を、さらにメッシュ、メンブランフィルタ等を用いて濾過してもよい。
<厚膜感光性ドライフィルム>
以上説明した、感光性樹脂組成物は、厚膜感光性ドライフィルムの感光性樹脂層の材料としても好適に使用できる。厚膜感光性ドライフィルムは、基材フィルムと、該基材フィルムの表面に形成された厚膜の感光性樹脂層とを有し、この厚膜の感光性樹脂層が前述の感光性樹脂組成物からなるものである。
基材フィルムとしては、光透過性を有するものが好ましい。具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリプロピレン(PP)フィルム、ポリエチレン(PE)フィルム等が挙げられるが、光透過性及び破断強度のバランスに優れる点でポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムが好ましい。
基材フィルム上に厚膜の感光性樹脂層を形成するに際しては、アプリケーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ロールコーター、カーテンフローコーター等を用いて、基材フィルム上に乾燥後の膜厚が好ましくは5〜300μm、より好ましくは25〜150μm、特に好ましくは40〜130μmとなるように本発明に係る感光性樹脂組成物を塗布し、乾燥させる。
厚膜感光性ドライフィルムは、感光性樹脂層の上にさらに保護フィルムを有していてもよい。この保護フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリプロピレン(PP)フィルム、ポリエチレン(PE)フィルム等が挙げられる。
≪厚膜レジストパターンの製造方法≫
上記説明した感光性樹脂組成物を用いる厚膜レジストパターンの形成方法は特に限定されないが、好ましい方法としては
基板上に、感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を積層する積層工程と、
感光性樹脂層に、活性光線又は放射線を照射する露光工程と、
露光後の前記感光性樹脂層を現像する現像工程と、
を含む方法が挙げられる。
感光性樹脂層を積層する基板としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたもの等を例示することができる。該基板としては、例えば、シリコン、窒化シリコン、チタン、タンタル、パラジウム、チタンタングステン、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板やガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、ハンダ、クロム、アルミニウム、ニッケル、金等が用いられる。
感光性樹脂層は、例えば以下のようにして、基板上に積層される。例えば、液状の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、加熱により溶媒を除去することによって所望の膜厚の感光性樹脂層を形成する。感光性樹脂層の厚さは、厚さ10μm以上の厚膜のレジストパターンを形成可能な厚さであれば特に限定されない。感光性樹脂層の膜厚は特に限定されないが、10〜150μmが好ましく、20〜120μmがより好ましく、20〜100μmが特に好ましい。
また、基板上に前述の厚膜感光性ドライフィルムを貼り付けることによっても、基板上に感光性樹脂層を積層することができる。
基板上への感光性樹脂組成物の塗布方法としては、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、アプリケーター法等の方法を採用することができる。感光性樹脂層に対してはプレベークを行うのが好ましい。プレベーク条件は、感光性樹脂組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚等によって異なるが、通常は70〜150℃で、好ましくは80〜140℃で、2〜60分間程度である。
上記のようにして形成された感光性樹脂層に対して、所定のパターンのマスクを介して、活性光線又は放射線、例えば波長が300〜500nmの紫外線又は可視光線が選択的に照射(露光)される。
放射線の線源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アルゴンガスレーザー等を用いることができる。また、放射線には、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、イオン線等が含まれる。放射線照射量は、感光性樹脂組成物の組成や感光性樹脂層の膜厚等によっても異なるが、例えば超高圧水銀灯使用の場合、100〜10000mJ/cmである。また、放射線には、酸を発生させるために、(A)酸発生剤を活性化させる光線が含まれる。
露光後は、公知の方法を用いて感光性樹脂層を加熱することにより酸の拡散を促進させて、感光性樹脂膜中の露光された部分において、感光性樹脂層のアルカリ溶解性を変化させる。
次いで、露光された感光性樹脂層を、従来知られる方法に従って現像し、不溶な部分を溶解、除去することにより、所定のレジストパターンが形成される。この際、現像液としては、アルカリ性水溶液が使用される。
現像液としては、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、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、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、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノナン等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。また、上記アルカリ類の水溶液にメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加した水溶液を現像液として使用することもできる。
現像時間は、感光性樹脂組成物の組成や感光性樹脂層の膜厚等によっても異なるが、通常1〜30分間である。現像方法は、液盛り法、ディッピング法、パドル法、スプレー現像法等のいずれでもよい。
現像後は、流水洗浄を30〜90秒間行い、エアーガンや、オーブン等を用いて乾燥させる。このようにして、レジストパターンを製造できる。
≪鋳型付き基板の製造方法≫
めっき造形物を形成するための鋳型を備える鋳型付き基板では、感光性樹脂組成物を用いて形成されるレジストパターンが鋳型として使用される。レジストパターン中の非レジスト部に、めっきにより金属が充填され、めっき造形物が形成される。
鋳型付き基板を形成する際、基板としては金属基板を用いる。なお、金属基板において、めっき造形物が形成される面の材質が金属であればよい。このため、金属基板は、全体が金属からなる基板であってもよく、めっき造形物が形成される面の少なくとも一部が金属からなる基板であってもよい。基板の材質として好ましい金属の例としては、銅、金、アルミが好ましく、銅がより好ましい。
基板として上記の金属基板を用いることと、レジストパターン中の非レジスト部の形状をめっき造形物の形状に合わせて設計することとの他は、鋳型付き基板は、前述の厚膜レジストパターンの製造方法と同様の方法で製造される。
≪めっき造形物の製造方法≫
上記の方法により形成された鋳型付き基板の鋳型中の非レジスト部(現像液で除去された部分)に、めっきにより金属等の導体を埋め込むことにより、例えば、バンプやメタルポスト等の接続端子のようなめっき造形物を形成することができる。なお、めっき処理方法は特に制限されず、従来から公知の各種方法を採用することができる。めっき液としては、特にハンダめっき、銅めっき、金めっき、ニッケルめっき液が好適に用いられる。残っている鋳型は、最後に、常法に従って剥離液等を用いて除去される。
上記のめっき造形物の製造方法では、感光性樹脂組成物を用いて、良好な矩形の断面形を有する非レジスト部を備える鋳型を用いてめっき造形物を形成するため、形成されるめっき造形物の断面形状も良好な矩形である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〜13、及び比較例1〜4〕
実施例、及び比較例では、(A)酸発生剤として、下式の化合物を用いた。
Figure 2015194715
実施例、及び比較例では、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂、又は(D)アルカリ可溶性樹脂として、下記のポリマーA〜J、L、及びMと、クレゾールノボラック樹脂であるポリマーKとを用いた。なお、ポリマーが共重合体である場合、共重合体を構成する各単位中の括弧の右下の数値は、共重合体の質量に対する、各単位の含有量の割合(質量%)を意味する。また、ポリマーK〜Mの質量平均分子量(Mw)と、分散度(Mw/Mn)とを表1に記す。
Figure 2015194715
Figure 2015194715
実施例、及び比較例では、酸拡散制御剤として、トリ−n−ペンチルアミンを用いた。
表2に記載の種類及び量の樹脂と、上記の酸発生剤2質量部と、上記の酸拡散制御剤とを0.02質量部と、を固形分濃度が55質量%となるように、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解させて、実施例1〜13、及び比較例1〜4の感光性樹脂組成物を得た。得られた、感光性樹脂組成物を用いて、厚膜レジストパターンを形成する際の感度と、厚膜レジストパターン中の非レジスト部の断面形状とを、以下の方法に従って評価した。
[感度の評価]
実施例1〜13、及び比較例1〜4の感光性樹脂組成物を、スピンコーターを用いて8インチの銅基板上に塗布し、膜厚10μm、65μm、又は100μmのレジストパターンを形成できる膜厚の感光性樹脂層を形成した。そして、この感光性樹脂層を140℃で5分間プリベークした。プリベーク後、所定の形状のホールパターンのマスクと、露光装置Prisma GHI(ウルトラテック社製)とを用いて、露光量を段階的に変化させながらghi線でパターン露光した。次いで、基板をホットプレート上に載置して100℃で3分間の露光後加熱(PEB)を行った。その後、2.38%テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)水溶液を感光性樹脂層に滴下して、23℃で60秒間放置し、これを4回繰り返して現像した。その後、流水洗浄し、窒素ブローして60μm径のコンタクトホールパターンを有する厚膜レジストパターンを得た。
そして、パターン残渣が認められなくなる露光量、すなわち厚膜レジストパターンを形成するのに必要な最低露光量を求め、感度の指標とした。結果を下記表2に示す。
[非レジスト部の断面形状の評価]
露光量を上記最低露光量の1.2倍とした他は、実施例1〜13、及び比較例1〜4の感光性樹脂組成物を用いて、感度の評価と同様にして、60μm径のコンタクトホールパターンを有する厚膜レジストパターンを形成した。なお、厚膜レジストパターンとしては、1つの感光性組成物樹脂について、膜厚10μm、65μm、及び100μmの3種を形成した。形成されたレジストパターン中の非レジスト部(ホール)の断面における、CDmax及びCDminを測定し、CDmax/CDminの値によりホールの断面の矩形性を以下の基準に従って評価した。CDmax及びCDminは、レジストパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡で観察して、非レジスト部の最大幅(CDmax)と、最小幅(CDmin)として測定した。CDmax/CDminの値が1に近いほど、ホールの断面形状が良好な矩形である。非レジスト部の断面形状の評価結果を、下記表2に記す。
◎:CDmax/CDminが1.1未満である。
○:CDmax/CDminが1.1以上1.2未満である。
△:CDmax/CDminが1.2以上1.3未満である。
×:CDmax/CDminが1.3以上である
Figure 2015194715
実施例1〜13によれば、(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する酸発生剤と、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂と、(S)有機溶剤とを含み、(B)樹脂として、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂を含む、低露光量で、良好な矩形の断面形状を有する非レジスト部備えるレジストパターンを形成できることが分かる。
比較例1及び2によれば、(B)樹脂として、−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有せず、不飽和カルボン酸に由来する構成単位を含有する樹脂を含む感光性樹脂組成物を用いる場合、感光性樹脂組成物を用いて形成される感光性樹脂膜が、全て現像液に溶解してしまい、レジストパターンを形成できないことが分かる。
比較例3及び4によれば、(B)樹脂中の、−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有する樹脂の含有量が70質量%未満である感光性樹脂組成物を用いる場合、膜厚10μm程度のレジストパターンであれば、かろうじて高露光量でレジストパターンを形成できるが、レジストパターンの膜厚が65μm以上である場合、2000mJ/cm以上の露光量で露光を行っても、露光部が完全に現像液に溶解せず、所望する形状のレジストパターンを形成できなかった。
〔実施例14〕
実施例1の感光性樹脂組成物を、PETフィルム上にアプリケーターにより塗布した後、塗布膜を乾燥させて、膜厚120μmの感光性樹脂層を備える実施例14の厚膜感光性ドライフィルムを得た。
実施例14の厚膜感光性ドライフィルムを用いて、ドライフィルムラミネータ(EXL−1200HSF1−CE、テイコクテーピングシステム株式会社製)を用いて、速度1m/分、圧力0.5MPa(G)、ステージ温度80℃、ロール温度30℃の条件で、銅スパッタウエハ基板の表面に、厚膜の感光性樹脂層を貼り付け、基板上に膜厚120μmの感光性樹脂層を形成した。形成された感光性樹脂層を、Prisma GHI(ウルトラテック社製)を用いて選択的に露光した。次いで、基板をホットプレート上に載置して85℃で3分間の露光後加熱(PEB)を行った。その後、2.38%テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)水溶液を感光性樹脂層に滴下して、23℃で60秒間放置し、これを4回繰り返して現像した。その後、流水洗浄し、窒素ブローして60μm径のコンタクトホールパターンを有する厚膜レジストパターンを得た。

Claims (7)

  1. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する酸発生剤と、(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂と、(S)有機溶剤と、を含有する厚膜用化学増幅ポジ型感光性樹脂組成物であって、
    前記(B)酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂が、(B−3)−SO−含有環式基、又はラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位を含有するアクリル樹脂を含み、
    前記厚膜用化学増幅ポジ型感光性樹脂組成物に含まれる樹脂成分の全質量に対する、前記(B−3)アクリル樹脂の質量の割合が70質量%以上であり、膜厚10μm以上の厚膜レジストパターンの形成に用いられる、厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物。
  2. 金属基板上に、めっき造形物を形成するための鋳型を作成するために用いられる、請求項1に記載の厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物。
  3. 基材フィルムと、前記基材フィルムの表面に形成された厚膜の感光性樹脂層とを有し、
    前記厚膜の感光性樹脂層が請求項1又は2に記載の厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる厚膜感光性ドライフィルム。
  4. 前記厚膜の感光性樹脂層の膜厚が5〜300μmである、請求項3に記載の厚膜感光性
    ドライフィルム。
  5. 基板上に、請求項1に記載の厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を積層する積層工程と、
    前記感光性樹脂層に、活性光線又は放射線を照射する露光工程と、
    露光後の前記感光性樹脂層を現像する現像工程と、
    を含む、厚膜レジストパターンの製造方法。
  6. 金属基板上に、請求項2に記載の厚膜用化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を積層する積層工程と、
    前記感光性樹脂層に、活性光線又は放射線を照射する露光工程と、
    露光後の前記感光性樹脂層を現像して、めっき造形物を形成するための鋳型を作成する現像工程と、
    を含む、鋳型付き基板の製造方法。
  7. 請求項6に記載の方法により製造される前記鋳型付き基板にめっきを施して、前記鋳型内にめっき造形物を形成する工程を含む、めっき造形物の製造方法。
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