JP2019184716A - 撥液処理剤、及び被処理体の位置選択的撥液化方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】アルカリ現像することができ、撥液性及び耐薬液性に優れる感光性の撥液処理剤、及び上記撥液処理剤を用いた被処理体の位置選択的撥液化方法を提供すること。【解決手段】アルカリ現像可能な、感光性の撥液処理剤であって、撥液処理剤が、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(A)と、樹脂(B)と、撥液性化合物(C)と、架橋剤(D)とを含み、樹脂(B)及び撥液性化合物(C)は架橋性基又は酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により架橋性基を生じる官能基を有し、樹脂(B)は、撥液性基を有さず、ただし、撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合は、撥液処理剤が、樹脂(B)を含んでいなくてもよく、架橋剤(D)が、酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により、以下の1)〜5):1)樹脂(B)と、樹脂(C1)以外の撥液性化合物(C)との架橋、2)樹脂(B)と、樹脂(C1)との架橋、3)樹脂(B)と、樹脂(C1)と、樹脂(C1)以外の撥液性化合物(C)との架橋、4)樹脂(C1)と、樹脂(C1)以外の撥液性化合物(C)との架橋、5)樹脂(C1)同士の架橋、のうちの少なくとも1つの架橋を生じさせる、撥液処理剤。【選択図】なし

Description

本発明は、撥液処理剤、及び被処理体の位置選択的撥液化方法に関し、特に、半導体集積回路製造において使用される、アルカリ現像することができ、感光性の撥液処理剤、及び上記撥液処理剤を用いた被処理体の位置選択的撥液化方法に関する。
所定の基板上へμmオーダー以下の微細なパターニングを行う場合、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の印刷方法では技術的に困難である。
そこで、撥液処理剤を塗布して、親液性領域と撥液性領域とからなる所望の感光性パターニングを行い、その上で各種薬液をパターニングする技術が求められている。
例えば、基板上に、撥液処理剤を塗布して、親液性領域と撥液性領域とからなる所望のパターンを形成し、所望の特性を有する機能性材料を、上記親液性領域と撥水液領域との性質の違いを利用して、所望位置に配置させた(例えば、親液性領域上には機能性材料を有し、撥液性領域上には機能性材料を有さない)パターンを有する機能性部材を形成する方法が知られている。
該機能性部材としては、例えば、配線、電極、絶縁層、発光層、及び光学薄膜等として利用される。
例えば、特許文献1には、酸解離性基にフルオロアルキル基を含む撥液性化合物を含むポジ型のレジスト組成物が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載のポジ型のレジスト組成物では、未露光部が撥液性のパターンとして残存するため撥液性コントラストが劣化し永久膜としては不十分である。このため、露光されても撥液性コントラストの劣化が低いネガ型の撥液処理剤が求められている。
また、特許文献2には、含フッ素化合物を含む有機溶剤現像型の撥液処理剤が開示されているが、有機溶剤現像型であり、防爆現像設備、廃液処理設備等が要求され、溶剤規制の懸念もあった。
特許第5983628号公報 特許第5810114号公報 特許第4327107号公報
また、従来のネガ型のレジスト組成物では、露光部の撥液性は不十分であり、また、単に撥液性成分を添加するだけでは、上記撥液処理後のパターニング時の薬液に対する耐薬液性も得られるものではなかった(例えば、特許文献3)。
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、アルカリ現像することができ、撥液性及び耐薬液性に優れる感光性の撥液処理剤、及び上記撥液処理剤を用いた被処理体の位置選択的撥液化方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、撥液処理剤が、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(A)と、特定の樹脂(B)と、特定の撥液性化合物(C)と、特定の架橋剤(D)とを含むことにより(ただし、撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合は、上記撥液処理剤は、樹脂(B)を含んでいてもいなくてもよい。)、アルカリ現像することができ、撥液性及び耐薬液性に優れる感光性の撥液処理剤を提供し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
本発明の第1の態様は、アルカリ現像可能な、感光性の撥液処理剤であって、
上記撥液処理剤が、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(A)と、樹脂(B)と、撥液性化合物(C)と、架橋剤(D)とを含み、
上記樹脂(B)及び上記撥液性化合物(C)は架橋性基又は上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により架橋性基を生じる官能基を有し、
上記樹脂(B)は、撥液性基を有さず、
ただし、上記撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合は、上記撥液処理剤が、上記樹脂(B)を含んでいなくてもよく、
上記架橋剤(D)が、上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により、以下の1)〜5):
1)上記樹脂(B)と、上記樹脂(C1)以外の上記撥液性化合物(C)との架橋、
2)上記樹脂(B)と、上記樹脂(C1)との架橋、
3)上記樹脂(B)と、上記樹脂(C1)と、上記樹脂(C1)以外の上記撥液性化合物(C)との架橋、
4)上記樹脂(C1)と、上記樹脂(C1)以外の上記撥液性化合物(C)との架橋、5)上記樹脂(C1)同士の架橋、
のうちの少なくとも1つの架橋を生じさせる、撥液処理剤である。
本発明の第2の態様は、被処理体の表面に、第1の態様に係る撥液処理剤を塗布して塗布膜を形成することと、
上記被処理体の表面のうち、撥液性を付与したい位置に、位置選択的に露光を行うことと、
上記露光された塗布膜をアルカリ現像液により現像し、パターニングされた撥液性の被膜を形成することと、
を含む、被処理体の位置選択的撥液化方法である。
本発明の撥液処理剤は、感光性であり、かつアルカリ現像することができ、撥液性及び耐薬液性に優れる。
また、本発明によれば、被処理体表面に位置選択的に撥液性及び耐薬液性に優れるパターンを形成することができる。
以下、本発明の実施態様について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
また、本明細書において、「〜」は特に断りがなければ以上から以下を表す。
≪撥液処理剤≫
第1の態様に係る撥液処理剤は、アルカリ現像可能な、感光性の撥液処理剤であって、
上記撥液処理剤が、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(A)(以下、単に「酸発生剤(A)」ともいう。)と、樹脂(B)と、撥液性化合物(C)と、架橋剤(D)とを含み、
上記樹脂(B)及び上記撥液性化合物(C)は架橋性基又は上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により架橋性基を生じる官能基を有し、
上記樹脂(B)は、撥液性基を有さず、
ただし、上記撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合は、上記撥液処理剤が、上記樹脂(B)を含んでいてもいなくてもよく、
上記架橋剤(D)が、上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により、以下の1)〜5):
1)上記樹脂(B)と、上記樹脂(C1)以外の上記撥液性化合物(C)との架橋、
2)上記樹脂(B)と、上記樹脂(C1)との架橋、
3)上記樹脂(B)と、上記樹脂(C1)と、上記樹脂(C1)以外の上記撥液性化合物(C)との架橋、
4)上記樹脂(C1)と、上記樹脂(C1)以外の上記撥液性化合物(C)との架橋、
5)上記樹脂(C1)同士の架橋、
のうちの少なくとも1つの架橋を生じさせる。
第1の態様に係る撥液処理剤は、酸発生剤(A)と、樹脂(B)と、撥液性化合物(C)と、架橋剤(D)とを含むことによりアルカリ現像することができ、感光性であり、撥液性及び上記撥液処理後のパターニング時の薬液に対する耐薬液性に優れる。ただし、撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合は、上記撥液処理剤は、樹脂(B)を含んでいてもいなくてもよい。
また、被処理体表面に位置選択的に撥液性及び耐薬液性に優れるパターンを形成することができる。
以下、各成分について説明する。
[酸発生剤(A)]
酸発生剤(A)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。
以下、好適に使用される酸発生剤の好適な例について説明する。
好適な酸発生剤の第1の例としては、下記式(a1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2019184716
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以上30以下のアリール基、炭素原子数4以上30以下の複素環基、炭素原子数1以上30以下のアルキル基、炭素原子数2以上30以下のアルケニル基、又は炭素原子数2以上30以下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以上3以下のアルキレン基、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以上5以下のアルキル基又は炭素原子数6以上10以下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 2019184716
上記式(a2)中、X4aは炭素原子数1以上8以下のアルキレン基、炭素原子数6以上20以下のアリーレン基、又は炭素原子数8以上20以下の複素環化合物の2価の基を表し、X4aは炭素原子数1以上8以下のアルキル、炭素原子数1以上8以下のアルコキシ、炭素原子数6以上10以下のアリール、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以上3以下のアルキレン基、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 2019184716
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以上5以下の整数である。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 2019184716
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、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 2019184716
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以上8以下、さらに好ましい炭素原子数は1以上4以下である。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以上4以下、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以上5以下の整数であり、好ましくは2以上4以下、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。これらの中でも、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。
好適な酸発生剤の第2の例としては、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 2019184716
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。
好適な酸発生剤の第3の例としては、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 2019184716
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以上6以下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以上4以下のアルキル基である化合物が好ましい。
上記式(a4)で表される光酸発生剤としては、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)で表される光酸発生剤としては、具体的には下記式で表される酸発生剤が挙げられる。
Figure 2019184716
好適な酸発生剤における第4の例としては、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以上6以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基、水酸基、炭素原子数1以上6以下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以上3以下が好ましい。
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 2019184716
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以上6以下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以上6以下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以上6以下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 2019184716
上記式(a6)中、R17a、R18aは、それぞれ独立に水酸基、炭素原子数1以上6以下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以上6以下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以上6以下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以上2以下の整数を表し、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以上6以下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以上6以下である。
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以上6以下の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基、炭素原子数1以上6以下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 2019184716
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以上20以下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以上10以下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以上20以下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以上10以下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%以上100%以下、より好ましくは50%以上100%以下であり、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。
これらの中でも、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 2019184716
上記式(a9)において、R20aは、下記式(a10)、(a11)、及び(a12)で表される基である。
Figure 2019184716
上記式(a10)中、xは1以上4以下の整数を表す。また、上記式(a11)中、R21aは、水素原子、水酸基、炭素原子数1以上6以下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以上6以下の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基を表し、yは1以上3以下の整数を表す。これらの中でも、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 2019184716
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、該アルキレン基の炭素原子数は2以上6以下であり、好ましくは3以上5以下、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、該アルキル基の炭素原子数は1以上10以下であり、好ましくは1以上7以下、より好ましくは1以上3以下である。
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。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%以上100%以下、より好ましくは90%以上100%以下であり、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 2019184716
好適な酸発生剤における第6の例としては、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レート、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レート類;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。
また、その他の酸発生剤としては、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(1,1−ジメチルエチルスルホニル)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(1−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、ビス(4−エチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(3−メチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−メトキシフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−フルオロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−tert−ブ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;2−メチル−2−(p−トルエンスルホニル)プロピオフェノン、2−(シクロヘキシルカルボニル)−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−メタンスルホニル−2−メチル−(p−メチルチオ)プロピオフェノン、2,4−ジメチル−2−(p−トルエンスルホニル)ペンタン−3−オン等のスルホニルカルボニルアルカン類;1−p−トルエンスルホニル−1−シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、1−ジアゾ−1−メチルスルホニル−4−フェニル−2−ブタノン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、1−ジアゾ−1−シクロヘキシルスルホニル−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−(1,1−ジメチルエチルスルホニル)−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−アセチル−1−(1−メチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、1−ジアゾ−1−(p−トルエンスルホニル)−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−ベンゼンスルホニル−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−(p−トルエンスルホニル)−3−メチル−2−ブタノン、2−ジアゾ−2−(p−トルエンスルホニル)酢酸シクロヘキシル、2−ジアゾ−2−ベンゼンスルホニル酢酸−tert−ブチル、2−ジアゾ−2−メタンスルホニル酢酸イソプロピル、2−ジアゾ−2−ベンゼンスルホニル酢酸シクロヘキシル、2−ジアゾ−2−(p−トルエンスルホニル)酢酸−tert−ブチル等のスルホニルカルボ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、p−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸−2,4−ジニトロベンジル等のニトロベンジル誘導体;ピロガロールのメタンスルホン酸エステル、ピロガロールのベンゼンスルホン酸エステル、ピロガロールのp−トルエンスルホン酸エステル、ピロガロールのp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、ピロガロールのメシチレンスルホン酸エステル、ピロガロールのベンジルスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのメタンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのベンゼンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのp−トルエンスルホン酸エステル、没食子酸アルキル(アルキル基の炭素原子数は1以上15以下である)のp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのメシチレンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのベンジルスルホン酸エステル等のポリヒドロキシ化合物と脂肪族又は芳香族スルホン酸とのエステル類;等が挙げられる。
これらの酸発生剤は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
酸発生剤(A)の含有量は、後述する、樹脂(B)、撥液性化合物(C)及び架橋剤(D)の合計質量に対し、0.1質量%以上50質量%以下とすることが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下とすることがより好ましく、1質量%以上10質量%以下とすることがさらに好ましい。
[樹脂(B)]
第1の態様に係る撥液処理剤において、樹脂(B)は、撥液性基を有さない。
上記撥液性基としては、フッ素化アルキル基、ポリオルガノシロキシ基等が挙げられる。
後述する撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合、上記撥液処理剤は、上記樹脂(B)を含んでいてもいなくてもよい。
また、樹脂(B)は、架橋性基又は上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により架橋性基を生じる官能基を有する。
樹脂(B)は、アルカリ可溶性樹脂であってもなくてもよいが、アルカリ現像性の観点からアルカリ可溶性樹脂であることが好ましい。樹脂(B)は、アルカリ可溶性樹脂として、水酸基、カルボキシ基等を有することが好ましい。
上記架橋性基としては、架橋性を有する限り特に制限はないが、水酸基、カルボキシ基等が挙げられる。
上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により上記架橋性基(例えば、水酸基、カルボキシ基)を生じる上記官能基としては、酸解離性の保護基により保護された、水酸基、カルボキシ基等が挙げられる。
上記架橋性基が水酸基である場合、上記酸解離性の保護基としては、下記式(b1)、又は(b2)で表される基、炭素原子数1以上6以下の直鎖状、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 2019184716
上記式(b1)、及び(b2)中、R1b、R2bは、それぞれ独立に水素原子、又は炭素原子数1以上6以下の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表し、R3bは、炭素原子数1以上10以下の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基を表し、R4bは、炭素原子数1以上6以下の直鎖状、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(b1)で表される酸解離性の保護基として、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(b2)で表される酸解離性の保護基として、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以上6以下のものが挙げられる。
上記架橋性基がカルボキシ基である場合、上記酸解離性の保護基としては、下記式(b3)又は(b4)で表される基であることが好ましい。
Figure 2019184716
上記式(b3)及び(b4)中、R5b〜R7bは、それぞれ独立に炭素原子数1以上6以下の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素原子数1以上6以下の直鎖状若しくは分岐状のフッ素化アルキル基、又は炭素原子数5以上20以下の脂肪族環式基を表し、R6b及びR7b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以上20以下の炭化水素環を形成してもよく、R8b及びR9bは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1以上6以下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以上6以下の直鎖状若しくは分岐状のフッ素化アルキル基を表し、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以上4以下の整数を表す。
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基である。
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。
上記R6b及びR7bが互いに結合して炭化水素環を形成しない場合、上記R5b、R6b、及びR7bとしては、アルカリ現像性等の観点から、炭素原子数2以上4以下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R8b、R9b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R6b及びR7bは、両者が結合している炭素原子とともに炭素原子数5以上20以下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R6b及びR7b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、カルボキシ基、シアノ基、酸素原子(=O)等の極性基や、炭素原子数1以上4以下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、該置換基の例としては、水酸基、カルボキシ基、シアノ基、酸素原子(=O)等の極性基や、炭素原子数1以上4以下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以上20以下、好ましくは6以上15以下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。
樹脂(B)としては、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂を含むことが好ましい。
ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂が酸解離性の保護基により保護された水酸基を有する場合、上記酸解離性の保護基としては、上記式(b1)又は(b2)で表される基、炭素原子数1以上6以下の直鎖状、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。
アクリル樹脂が酸解離性の保護基により保護されたカルボキシ基を有する場合、上記酸解離性の保護基としては、上記式(b3)又は(b4)で表される基であることが好ましい。
(ノボラック樹脂)
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。
ノボラック樹脂でも好ましくは、特にクレゾール、キシレノール、トリメチルフェノールからなるノボラック樹脂が挙げられる。さらに好ましくは、m−クレゾールとアルデヒド類とを縮合させて得られたm−クレゾールノボラック樹脂は、現像性の観点から特に良好好ましい。
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、ポリスチレン換算で1000以上50000以下であることが好ましい。
(ポリヒドロキシスチレン樹脂)
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、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であってもよい。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。
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、ポリスチレン換算で1000以上50000以下であることが好ましい。
(アクリル樹脂)
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。
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、ポリスチレン換算で3000以上200000以下であることが好ましい。
樹脂(B)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。
撥液処理剤が樹脂(B)を含有する場合、樹脂(B)の含有量は、樹脂(B)、後述する、撥液性化合物(C)及び架橋剤(D)の合計質量に対して20質量%以上90質量%以下であることが好ましく、25質量%以上85質量%以下であることがより好ましい。
[撥液性化合物(C)]
撥液性化合物(C)は架橋性基又は酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により架橋性基を生じる官能基を有する。
上記架橋性基としては、架橋性を有する限り特に制限はないが、水酸基、シラノール基、カルボキシ基等が挙げられる。
上記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により上記架橋性基(例えば、水酸基、カルボキシ基)を生じる上記官能基としては、酸解離性の保護基により保護された、水酸基、シラノール基、カルボキシ基等が挙げられる。
酸解離性の保護基の具体例及び好ましい例としては、樹脂(B)において上述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
撥液性化合物(C)は、上記架橋性基又は上記酸の作用により架橋性基を生じる官能基以外に、撥液性の観点から、撥液性基を有することが好ましい。
上記撥液性基としては、フッ素化アルキル基、ポリオルガノシロキシ基等が挙げられる。
撥液性化合物(C)は、撥液性基を有する樹脂(C1)を含んでいても含んでいなくてもよいが、撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合、上述のように、撥液処理剤は樹脂(B)を含んでいなくてもよい。
撥液性基を有する樹脂(C1)は、アルカリ可溶性樹脂であってもなくてもよいが、アルカリ現像性の観点からアルカリ可溶性樹脂であることが好ましい。樹脂(C1)は、アルカリ可溶性樹脂として、水酸基、カルボキシ基等を有することが好ましい。
撥液性基を有する樹脂(C1)の1つの好ましい態様として、撥液性基としてフッ素化アルキル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1a)と、架橋性基として水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1b)、及び/又は、上記酸の作用により架橋性基を生じる官能基として上記酸の作用により脱保護される保護基で保護された水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1c)とを含む共重合体が挙げられる。
上記各不飽和化合物としては、(メタ)アクリレート基、ビニル基等のエチレン性不飽和基を有する化合物が挙げられる。
上記構成単位(c1a)において、フッ素化アルキル基とは、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アルキル基をいう。
上記構成単位(c1a)において、フッ素化アルキル基としては、炭素原子数1以上30以下(好ましくは炭素原子数1以上20以下、より好ましくは炭素原子数3以上15以下、さらに好ましくは炭素原子数5以上10以下)の直鎖状若しくは分岐状のフッ素化アルキル基が挙げられる。
具体的には、−CF、−CFCF、−(CFCF、−(CFCF、−(CFCF、−(CFCF、−(CFCF、及び−(CFCF等のパーフルオロアルキル基、−CHCHCF、−CHCHCFCF、−CHCH(CFCF、−CHCH(CFCF、−CHCH(CFCF、及び−CHCH(CFCF等のパーフルオロアルキルエチル基、−(CFCFH、−(CFCFH、−(CFCFH、−(CFCFH、及び−(CFCFH等が挙げられる。
上記共重合体は、さらに、その他のモノマーに由来する構成単位(c1d)を含む共重合体であってもよい。その他のモノマーとしては、特に限定されないが、不飽和カルボン酸エステルが好ましい。不飽和カルボン酸エステルとしては、特に限定されず、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(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;ベンジル(メタ)アクリレート等のアリール基含有(メタ)アクリレートエステル;フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル等のフマル酸アルキルエステル;グリセロール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、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ペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸多価アルコールエステル;等が挙げられる。
上記構成単位(c1a)〜(c1d)は、それぞれ、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。
上記共重合体は公知の重合法によって得ることができる。
上記共重合体において、撥液性基としてフッ素化アルキル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1a)のモル含有量としては、上記共重合体の全構成単位に対して5モル%以上60モル%以下であることが好ましく、10モル%以上50モル%以下であることがより好ましく、20モル%以上40モル%以下であることがさらに好ましい。
上記共重合体において、架橋性基として水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1b)、及び/又は、上記酸の作用により架橋性基を生じる官能基として上記酸の作用により脱保護される保護基で保護された水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1c)のモル含有量としては、上記共重合体の全構成単位に対して5モル%以上95モル%以下であることが好ましく、10モル%以上90モル%以下であることがより好ましく、30モル%以上70モル%以下であることがさらに好ましい。
上記共重合体が、その他のモノマーに由来する構成単位(c1d)を含む場合、その他のモノマーに由来する構成単位(c1d)のモル含有量としては、上記共重合体の全構成単位に対して40モル%以上70モル%以下であることが好ましく、50モル%以上60モル%以下であることがより好ましい。
上記構成単位(c1a)は、フッ素化アルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位であることが好ましく、下記式(c1)で表される(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位であることがより好ましい。
Figure 2019184716
(上記式中、Rc1aは水素原子又はメチル基を表し、Rfはフッ素化アルキル基を表す。)
上記構成単位(c1b)は、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位であることが好ましい。
上記構成単位(c1c)は、上記酸の作用により脱保護される、酸解離性の保護基により保護された(メタ)アクリル酸に由来する構成単位であることが好ましい。
酸解離性の保護基の具体例及び好ましい例としては、樹脂(B)において上述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
上記共重合体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、ポリスチレン換算で2000以上200000以下であることが好ましく、3000以上150000以下であることがより好ましく、4000以上100000以下であることがさらに好ましく、5000以上100000以下であることが特に好ましい。
樹脂(C1)の別の好ましい態様として、水酸基、カルボキシ基、又は上記酸の作用により脱保護される、酸解離性の保護基により保護された水酸基、シラノール基又はカルボキシ基を有するポリオルガノシロキサン化合物が挙げられる。
酸解離性の保護基の具体例及び好ましい例としては、樹脂(B)において上述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
撥液性基を有する樹脂(C1)の好ましい1つの態様として下記式(c2)で表されるポリオルガノシロキサン化合物が挙げられる。
Figure 2019184716
(上記式中、R1cは各々独立に単結合又は鎖中に酸素原子を有していてもよいアルキレン基を表し、R2c〜R4cは各々独立にフッ素原子を有していてもよいアルキル基、架橋性基を有していてもよいアルキル基、又は架橋性基を表し、rは20以上400以下の整数を表す。)
上記式中、R1cに係る鎖中に酸素原子を有していてもよいアルキレン基としては、炭素原子数1以上10以下(好ましくは炭素原子数2以上8以下、より好ましくは炭素原子数3以上6以下)の鎖中に酸素原子を有していてもよいアルキレン基が挙げられる。
具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、メチレン基とエチレン基とが酸素原子を介して連結した2価の基、2つのエチレン基が酸素原子を介して連結した2価の基、エチレン基とプロピレン基とが酸素原子を介して連結した2価の基、2つのプロピレン基が酸素原子を介して連結した2価の基等が挙げられる。
2c〜R4cに係るフッ素原子を有していてもよいアルキル基としては、炭素原子数1以上10以下(好ましくは炭素原子数1以上5以下、より好ましくは炭素原子数1以上3以下)の1又は2以上のフッ素原子を有していてもよいアルキル基が挙げられる。
具体例としては、1又は2以上のフッ素原子を有していてもよい、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。また、フッ素化アルキル基の具体例として上述したものも具体例として挙げられる。
2c〜R4cに係る架橋性基、及び架橋性基を有していてもよいアルキル基が有する架橋性基としては、上述の通りであり、水酸基、カルボキシ基等が挙げられる。
上記式中、R2c〜R4cに係る架橋性基を有していてもよいアルキル基としては、架橋性基を有していてもよい、炭素原子数1以上10以下(好ましくは炭素原子数1以上5以下、より好ましくは炭素原子数1以上3以下)のアルキル基が挙げられる。
具体例としては、架橋性基を有していてもよい、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。
rは30以上300以下の整数であることが好ましく、40以上250以下の整数であることがより好ましく、50以上200以下の整数であることがさらに好ましい。
上記式中の−(Si(R2cO)rSi(R3c−部分がポリオルガノシロキシ基に相当し、撥液性基として機能し得る。
上記式(c2)で表されるポリオルガノシロキサン化合物は下記式(c3)で表されることが好ましい。
Figure 2019184716
(上記式中、R1c〜R3c及びrは上記式(c2)におけるR1c〜R3c及びrと同義である。)
撥液性化合物(C)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。
撥液性化合物(C)の含有量は、樹脂(B)、撥液性化合物(C)及び架橋剤(D)の合計質量に対して1質量%以上70質量%以下であることが好ましく、3質量%以上60質量%以下であることがより好ましい。
撥液性化合物(C)が、フッ素化アルキル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1a)と、水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1b)、及び/又は上記酸の作用により脱保護される保護基で保護された水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1c)とを含む共重合体である場合、撥液性化合物(C)の含有量は、樹脂(B)、撥液性化合物(C)及び架橋剤(D)の合計質量に対して5質量%以上55質量%以下であることが好ましく、10質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。
撥液性化合物(C)が上記式(c2)で表される(ポリ)オルガノシロキサン化合物である場合、撥液性化合物(C)の含有量は、樹脂(B)、撥液性化合物(C)及び架橋剤(D)の合計質量に対して3質量%以上30質量%以下であることが好ましく、4質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。
[架橋剤(D)]
架橋剤(D)は、酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により、上記1)〜5)のうちの少なくとも1つの架橋を生じさせ得る。
架橋剤(D)としては、酸架橋性である限り特に限定されず、従来公知の酸架橋性の架橋剤を用いることができる。
酸架橋性の架橋剤として具体的には、ヒドロキシル基又はアルコキシル基を有するアミノ化合物、例えばメラミン化合物、尿素化合物、グアナミン化合物、アセトグアナミン化合物、ベンゾグアナミン化合物、グリコールウリル−ホルムアルデヒド化合物、スクシニルアミド−ホルムアルデヒド化合物、エチレン尿素−ホルムアルデヒド化合物等が挙げられる。これらの酸架橋性の架橋剤は、メラミン、尿素、グアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、グリコールウリル、スクシニルアミド、エチレン尿素を沸騰水中でホルマリンと反応させてメチロール化、あるいはこれにさらに低級アルコールを反応させてアルコキシル化することにより得られる。実用上は、ニカラックMX−750、ニカラックMW−30、ニカラックMW100LM等のメラミン化合物、ニカラックMX−290等の尿素化合物(いずれも三和ケミカル社製)として入手することができる。また、サイメル1123、サイメル1128(三井サイアナッド社製)等のベンゾグアナミン化合物も市販品として入手することができる。
また、1,3,5−トリス(メトキシメトキシ)ベンゼン、1,2,4−トリス(イソプロポキシメトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(sec−ブトキシメトキシ)ベンゼン等のアルコキシル基を有するベンゼン化合物、2,6−ジヒドロキシメチル−p−tert−ブチルフェノール等のヒドロキシル基又はアルコキシル基を有するフェノール化合物等を用いることもできる。
これらの酸架橋性の架橋剤は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
架橋剤(D)の含有量は、樹脂(B)、撥液性化合物(C)及び架橋剤(D)の合計質量に対して1質量%以上40質量%以下であることが好ましく、5質量%以上30質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上25質量%以下であることがさらに好ましい。
[溶剤]
撥液処理剤が溶剤を含有することにより、浸漬法、スピンコート法等による被処理体の表面処理の容易性の観点から、撥液処理剤は、溶剤を含有することが好ましい。
溶剤の具体例としては、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;
ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ビス(2−ヒドロキシエチル)スルホン、テトラメチレンスルホン等のスルホン類;
N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド等のアミド類;
N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N−プロピル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシメチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドン等のラクタム類;
1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジイソプロピル−2−イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類;
ジメチルグリコール、ジメチルジグリコール、ジメチルトリグリコール、メチルエチルジグリコール、ジエチルグリコール、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル等のジアルキルグリコールエーテル類;
メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチルブタノ−ル、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、n−へキサノール、2−メチルペンタノール、sec−へキサノール、2−エチルブタノール、sec−へプタノール、3−へプタノール、n−オクタノール、2−エチルへキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−へプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−へプタデシルアルコール、フエノール、シクロへキサノール、メチルシクロへキサノール、3,3,5−トリメチルシクロへキサノール、べンジルアルコール、フェニルメチルカルビノール、ジアセトンアルコール、クレゾール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ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等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソアミルエーテル、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メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン等の他のエーテル類;
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等のケトン類;
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等の乳酸アルキルエステル類;2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エ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、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、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−1−ブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸n−ヘキシル、酢酸n−ヘプチル、酢酸n−オクチル、ぎ酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル、n−オクタン酸メチル、デカン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸エチル、アジピン酸ジメチル、プロピレングリコールジアセテート等の他のエステル類;
β−プロピロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−ペンチロラクトン等のラクトン類;
n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、メチルオクタン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカン、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2,2,4,4,6,8,8−ヘプタメチルノナン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の直鎖状、分岐鎖状、又は環状の脂肪族炭化水素類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、1,3,5−トリメチルベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素類;
p−メンタン、ジフェニルメンタン、リモネン、テルピネン、ボルナン、ノルボルナン、ピナン等のテルペン類;等が挙げられる。これらの溶剤は、単独又は2種以上を混合して使用することができる。
上記の溶剤の使用量は特に限定されず、撥液処理剤の塗布性を考慮して適宜決定される。溶剤は、典型的には、撥液処理剤の固形分濃度が、好ましくは0.1質量%以上50質量%以下、より好ましくは0.5質量%以上30質量%以下であるように用いられる。
≪被処理体の位置選択的撥液化方法≫
第2の態様に係る被処理体の位置選択的撥液化方法は、被処理体の表面に、第1の態様に係る撥液処理剤を塗布して塗布膜を形成することと、
上記被処理体の表面のうち、撥液性を付与したい位置に、位置選択的に露光を行うことと、
上記露光された塗布膜をアルカリ現像液により現像し、パターニングされた撥液性の被膜を形成することとを含む。
被処理体としては、半導体デバイス作製のために使用される基板(例えば、種々の無機基板、有機基板)が例示される。
無機基板の材質としては、ガラス、シリコンや、銅、アルミニウム、鉄、タングステン等の種々の金属、それらの合金等が挙げられる。
有機基板の材質としては、PET樹脂やPBT樹脂等のポリエステル樹脂、各種ナイロン、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリスチレン、(メタ)アクリル樹脂等、種々の樹脂材料が挙げられる。
「被処理体の表面」とは、上記基板自体の表面のほか、上記基板上に設けられた有機パターン及び無機パターンの表面、並びにパターン化されていない無機層及び有機層の表面が挙げられる。
基板上に設けられた有機パターンとしては、フォトレジスト等を用いてフォトリソグラフィー法により基板上に形成された樹脂パターン等が例示される。このような有機パターンは、例えば、基板上にフォトレジストの膜である有機層を形成し、この有機層に対してフォトマスクを通して露光し、現像することによって形成することができる。有機層としては、基板自体の表面の他、基板の表面に設けられた積層膜の表面等に設けられた有機層であってもよい。このような有機層としては、特に限定されないが、半導体デバイスの作成過程において、エッチングマスクを形成するために設けられた有機物の膜を例示することができる。
基板上に設けられた無機パターンとしては、フォトレジスト法により基板に存在する無機層の表面にエッチングマスクを作製し、その後、エッチング処理することにより形成されたパターンが例示される。無機層としては、基板自体の他、基板を構成する元素の酸化膜、基板の表面に形成した窒化珪素、窒化チタン、タングステン等の無機物の膜や層等が例示される。このような膜や層としては、特に限定されないが、半導体デバイスの作製過程において形成される無機物の膜や層等が例示される。
被処理体の表面に、第1の態様に係る撥液処理剤を塗布する方法としては、撥液処理剤を、例えば浸漬法、スピンコート法等の手段によって基板の表面に塗布する方法が挙げられる。
処理基板に対して、80℃以上120℃以下にて40秒以上120秒以下の加熱処理を行うことが好ましい。
被処理体の表面のうち、撥液性を付与したい位置に位置選択的に露光する方法としては、例えば、マスクを介して露光を行う方法等が挙げられる。
露光は、紫外線、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、極紫外線(EUV)、真空紫外線(VUV)、電子線、X線、軟X線等の放射線を照射して行われる。露光量は撥液処理剤の組成によっても異なるが、例えば、10mJ/cm以上600mJ/cm以下等が挙げられる。
露光後、現像前の塗布膜に対して露光後加熱(PEB)を施しても施さなくてもよい。PEBは、例えば、80℃以上120℃以下にて40秒以上120秒以下の間行われる。
アルカリ現像方法としては、特に限定されず、浸漬法、スプレー法等を用いることができる。現像液の具体例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機系のものや、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア、4級アンモニウム塩等の水溶液が挙げられる。
以上のようにして、パターニングされた撥液性の被膜を形成することができる。
パターニングされた撥液性の被膜は、ベークして硬化してパターニングされた撥液性の硬化膜とすることが好ましい。
ベーク温度は、硬化が良好に進行する限り特に限定されないが、160℃以上280℃以下が好ましく、170℃以上250℃以下がより好ましい。
上記パターニングされた撥液性の被膜の膜厚としては、例えば、2000nm以下とすることができ、好ましくは1000nm以下、より好ましくは100nm以下とすることができる。
膜厚の下限値としては特に制限はないが、例えば、5nm以上であり、典型的には10nm以上である。
第2の態様に係る被処理体の位置選択的撥液化方法において、パターニングされた撥液性の被膜表面の水に対する接触角は、撥液性の観点から、例えば、水に対する接触角を85°以上とすることができ、90°以上が好ましく、95°以上がより好ましく、100°以上がさらに好ましい。
上記接触角の上限値としては特に制限はないが、例えば、115°以下、典型的には110°以下である。
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例に限定されるものではない。
[酸発生剤(A)(以下、「成分(A)」ともいう。)]
成分(A)として下記A1を後記の各実施例及び比較例において使用した。
A1:イルガキュアPAG103(商品名、BASF社製)
[樹脂(B)(以下、「成分(B)」ともいう。)]
成分(B)として下記B1及びB2を後記の各実施例及び比較例において使用した。
B1:ポリヒドロキシスチレン樹脂(質量平均分子量2400、商品名VPS−2515、日本曹達社製)
B2:ポリヒドロキシスチレン樹脂(質量平均分子量2400、商品名VP−2500、日本曹達社製)
[撥液性化合物(C)(以下、「成分(C)」ともいう。)]
成分(C)として、下記表に示したモノマーを用いて下記C2〜C8及びRCを公知の方法にて重合して製造し、また、下記C1を用意し、後記の各実施例及び比較例において使用した。
C1:ポリオルガノシロキサン化合物(商品名KF−6003、水酸基価:20KOHmg/g、信越化学社製)
Figure 2019184716
上記表中、Mwは質量平均分子量を示し、「C13メタクリレート」、「Cメタクリレート」及び「Cアクリレート」の化学構造式は以下の通りである。
Figure 2019184716
(C13メタクリレート)
Figure 2019184716
(Cメタクリレート)
Figure 2019184716
(Cアクリレート)
[架橋剤(D)(以下、「成分(D)」ともいう。)]
成分(D)として下記D1を後記の各実施例及び比較例において使用した。
D1:メラミン化合物(商品名ニカラックMW100LM、三和ケミカル社製)
〔実施例1〜9並びに比較例1及び2〕
(撥液処理剤の調製)
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)中、下記表2に示した成分(B)及び(D)の合計含有量(固形分濃度)が1質量%となるように、下記表2に示した成分(A)〜(D)を下記表2に示した量にて均一に混合して実施例1の撥液処理剤を調製した。
PGMEA中、下記表2に示した成分(B)〜(D)の合計含有量(固形分濃度)が1質量%となるように、下記表2に示した成分(A)〜(D)を下記表2に示した量にて均一に混合して実施例2〜9並びに比較例1及び2の撥液処理剤をそれぞれ調製した。
(撥液処理)
得られた実施例1〜9並び比較例1及び2の撥液処理剤を用いて、以下の方法にしたがって、シリコンウェハ表面の撥液処理を行った。
具体的には、シリコンウェハに上記撥液処理剤を1000rpm30秒スピンコートし塗布膜を形成した。塗布膜形成後のシリコンウェハをホットプレートにて100℃1分間乾燥した。塗布膜乾燥後のシリコンウェハを紫外線照射装置(HMW−532D、ORC社製)を用いて波長350nm、999mJ/cmの露光量で露光した。塗布膜をUV露光した後のシリコンウェハをホットプレートにて100℃1分間露光後加熱した。塗布膜を露光後加熱した後のシリコンウェハを2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて室温(25℃)30秒間浸漬してアルカリ現像を行った。アルカリ現像後のシリコンウェハ上の被膜を下記表2に示した条件にて硬化してシリコンウェハ上に撥液性の被膜を形成した。
(撥液性及び耐薬液性評価)
上記実施例1〜9並び比較例1及び2の撥液処理剤を用いて撥液処理を行ったシリコンウェハ表面上の被膜の上記UV露光部の水に対する接触角測定を行った。また、上記撥液処理を行ったシリコンウェハを25℃3時間ジメチルスルホキシド(DMSO)に浸漬した後に、流水洗浄及びエアーブロー乾燥を行い、シリコンウェハ表面上の被膜の上記UV露光部の水に対する接触角測定を行った。
水に対する接触角の測定は、Dropmaster700(協和界面科学株式会社製)を用い被膜の上記UV露光部表面に純水液滴(2.0μL)を滴下して、滴下10秒後における接触角として測定した。
撥液性及び耐薬液性を下記基準に従って評価した。
○:上記浸漬後の上記被膜の上記UV露光部表面の水接触角が90°以上であり、かつ上記浸漬前後の上記被膜の上記UV露光部表面の水接触角の差の絶対値が10°以下である。
×:上記浸漬後の撥液性の上記被膜の上記UV露光部表面の水接触角が90°未満であるか、又は上記浸漬前後の上記被膜の上記UV露光部表面の水接触角の差の絶対値が10°より大きい。
結果を下記表2に示す。
Figure 2019184716
*1:成分(B)〜(D)の合計質量に対する質量%である。ただし、実施例1については、成分(B)及び(D)の合計質量に対する質量%である。
上記表2に示した結果から明らかなように、撥液性化合物(C)を含まない撥液処理剤を使用した比較例1はDMSO浸漬後の水接触角90°未満であり撥液性に劣ることが分かる。
また、架橋性基を有さない撥液性化合物を含む撥液処理剤を使用した比較例2はDMSO浸漬後の水接触角90°未満であり撥液性に劣り、かつDMSO浸漬前後の水接触角の差の絶対値が10°より大きく耐薬液性にも劣ることが分かる。
一方、実施例1〜9はいずれも、DMSO浸漬後の水接触角90°以上であり撥液性に優れ、DMSO浸漬前後の水接触角の差の絶対値が10°以下であり耐薬液性に優れることが分かる。

Claims (10)

  1. アルカリ現像可能な、感光性の撥液処理剤であって、
    上記撥液処理剤が、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(A)と、樹脂(B)と、撥液性化合物(C)と、架橋剤(D)とを含み、
    前記樹脂(B)及び前記撥液性化合物(C)は架橋性基又は前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により架橋性基を生じる官能基を有し、
    前記樹脂(B)は、撥液性基を有さず、
    ただし、前記撥液性化合物(C)が、撥液性基を有する樹脂(C1)を含む場合は、前記撥液処理剤が、前記樹脂(B)を含んでいなくてもよく、
    前記架橋剤(D)が、前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により、以下の1)〜5):
    1)前記樹脂(B)と、前記樹脂(C1)以外の前記撥液性化合物(C)との架橋、
    2)前記樹脂(B)と、前記樹脂(C1)との架橋、
    3)前記樹脂(B)と、前記樹脂(C1)と、前記樹脂(C1)以外の前記撥液性化合物(C)との架橋、
    4)前記樹脂(C1)と、前記樹脂(C1)以外の前記撥液性化合物(C)との架橋、
    5)前記樹脂(C1)同士の架橋、
    のうちの少なくとも1つの架橋を生じさせる、撥液処理剤。
  2. 前記樹脂(B)、及び/又は前記樹脂(C1)として、アルカリ可溶性樹脂を含む、請求項1に記載の撥液処理剤。
  3. 前記樹脂(B)と、前記撥液性化合物(C)とが、それぞれ、水酸基、カルボキシ基、及び前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により脱保護される、保護された水酸基又はカルボキシ基からなる群より選択される1種以上の架橋性基を有する、請求項1又は2に記載の撥液処理剤。
  4. 前記撥液性化合物(C)が、前記樹脂(C1)を含み、
    前記撥液性化合物(C)が、水酸基、カルボキシ基、及び前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により脱保護される、保護された水酸基又はカルボキシ基からなる群より選択される1種以上の架橋性基を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の撥液処理剤。
  5. 前記架橋剤(D)が、メラミン化合物、尿素化合物、グアナミン化合物、アセトグアナミン化合物、ベンゾグアナミン化合物、グリコールウリル−ホルムアルデヒド化合物、スクシニルアミド−ホルムアルデヒド化合物、及びエチレン尿素−ホルムアミド化合物からなる群より選択される1種以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の撥液処理剤。
  6. 前記撥液性基が、フッ素化アルキル基、及びポリオルガノシロキシ基から選択される1種以上の基である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の撥液処理剤。
  7. 前記樹脂(C1)が、フッ素化アルキル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1a)と、水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1b)及び/又は前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により脱保護される保護基で保護された水酸基又はカルボキシル基を有する不飽和化合物に由来する構成単位(c1c)とを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の撥液処理剤。
  8. 前記構成単位(c1a)が、フッ素化アルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位であり、前記構成単位(c1b)が、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位であり、前記構成単位(c1c)が、前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により脱保護される、保護された(メタ)アクリル酸に由来する構成単位である、請求項7に記載の撥液処理剤。
  9. 前記樹脂(C1)が、水酸基、カルボキシ基、又は前記酸発生剤(A)が発生させる酸の作用により脱保護される、保護された水酸基又はカルボキシ基を有するポリオルガノシロキサンである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の撥液処理剤。
  10. 被処理体の表面に、請求項1〜9のいずれか1項に記載の撥液処理剤を塗布して塗布膜を形成することと、
    前記被処理体の表面のうち、撥液性を付与したい位置に、位置選択的に露光を行うことと、
    前記露光された塗布膜をアルカリ現像液により現像し、パターニングされた撥液性の被膜を形成することと、
    を含む、被処理体の位置選択的撥液化方法。
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