JP6370093B2 - ビニル基含有化合物を含有する感光性組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ビニル基含有化合物を含有する感光性組成物、及び上記感光性組成物を用いたパターン形成方法に関する。
縮合多環式化合物は、種々の優れた機能を有し、様々な用途に用いられている。例えば、縮合多環式芳香族化合物であるフルオレン骨格(9,9−ビスフェニルフルオレン骨格等)を有する化合物は、光透過率、屈折率等の光学的特性、耐熱性等の熱的特性において優れた機能を有することが知られている。そのため、フルオレン骨格を有する化合物は、レンズ、プリズム、フィルター、画像表示材料、光ディスク用基板、光ファイバー、光導波路、ケーシング材料、フィルム、コーティング材料等の光学部材の原料として用いられている。このようなフルオレン骨格を有する化合物としては、例えば、特許文献1に開示されているものが挙げられる。
特開2011−201791号公報
本発明は、新規なビニル基含有化合物を含有する感光性組成物、及び上記感光性組成物を用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、新規なビニル基含有化合物を含有する感光性組成物を見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。
本発明の第一の態様は、下記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物と、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物と、光酸発生剤とを含有する感光性組成物である。
Figure 0006370093
(式中、W及びWは独立に下記一般式(2)で表される基、下記一般式(4)で表される基、水酸基、又は(メタ)アクリロイルオキシ基を示し、ただし、W及びWは同時に水酸基でも下記一般式(4)で表される基でもなく、環Y及び環Yは同一の又は異なる芳香族炭化水素環を示し、Rは単結合、置換基を有してもよいメチレン基、置換基を有してもよく、2個の炭素原子間にヘテロ原子を含んでもよいエチレン基、−O−で示される基、−NH−で示される基、又は−S−で示される基を示し、R3a及びR3bは独立にシアノ基、ハロゲン原子、又は1価炭化水素基を示し、n1及びn2は独立に0〜4の整数を示す。)
Figure 0006370093
(式中、環Zは芳香族炭化水素環を示し、Xは単結合又は−S−で示される基を示し、Rは単結合又は炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Rは1価炭化水素基、水酸基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシル基、アミノ基、カルバモイル基、−NHR4cで示される基、−N(R4dで示される基、(メタ)アクリロイルオキシ基、スルホ基、又は1価炭化水素基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、−NHR4cで示される基、もしくは−N(R4dで示される基に含まれる炭素原子に結合した水素原子の少なくとも一部が1価炭化水素基、水酸基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシル基、アミノ基、カルバモイル基、−NHR4cで示される基、−N(R4dで示される基、(メタ)アクリロイルオキシ基、メシルオキシ基、もしくはスルホ基で置換された基を示し、R4a〜R4dは独立に1価炭化水素基を示し、mは0以上の整数を示す。)
Figure 0006370093
(式中、環Z、X、R、R、及びmは上記の通りである。)
本発明の第二の態様は、下記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物と、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物と、光酸発生剤とを含有する感光性組成物である。
Figure 0006370093
(式中、W11及びW12のいずれか一方は上記一般式(2)で表される基を示し、他方は下記一般式(11)又は(12)で表される基を示し、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
Figure 0006370093
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、lは1〜4の整数を示し、環Z、X、R、R、及びmは上記の通りである。)
Figure 0006370093
(式中、環Z、X、R、R、R、及びmは上記の通りである。)
本発明の第三の態様は、下記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物と、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物と、光酸発生剤とを含有する感光性組成物である。
Figure 0006370093
(式中、W13及びW14は独立に上記一般式(12)で表される基、水酸基、又は(メタ)アクリロイルオキシ基を示し、ただし、W13及びW14の少なくとも一方は上記一般式(12)で表される基であり、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
本発明の第四の態様は、上記感光性組成物からなる塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を選択的に露光する露光工程と、露光後の上記塗膜を現像する現像工程とを含むパターン形成方法である。
本発明によれば、新規なビニル基含有化合物を含有する感光性組成物、及び上記感光性組成物を用いたパターン形成方法を提供することができる。
≪感光性組成物≫
本発明に係る感光性組成物は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、及び/又は上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物と、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物と、光酸発生剤とを少なくとも含有するものである。以下、本発明に係る組成物に含有される各成分について詳細に説明する。
<一般式(1)で表されるビニル基含有化合物>
本発明に係る組成物に含有されるビニル基含有化合物は、下記一般式(1)で表されるものである。
Figure 0006370093
上記一般式(1)において、W及びWは、独立に下記一般式(2)で表される基、下記一般式(4)で表される基、水酸基、又は(メタ)アクリロイルオキシ基を示し、ただし、W及びWは同時に水酸基でも下記一般式(4)で表される基でもない。W及びWの少なくとも一方は、下記一般式(2)で表される基であることが好ましく、W及びWのいずれもが下記一般式(2)で表される基であることがより好ましい。なお、本明細書において、「(メタ)アクリロイル」という用語は、アクリロイルとメタクリロイルの両方を意味する。
Figure 0006370093
上記一般式(2)及び(4)において、環Zとしては、例えば、ベンゼン環、縮合多環式芳香族炭化水素環[例えば、縮合二環式炭化水素環(例えば、ナフタレン環等のC8−20縮合二環式炭化水素環、好ましくはC10−16縮合二環式炭化水素環)、縮合三環式芳香族炭化水素環(例えば、アントラセン環、フェナントレン環等)等の縮合2乃至4環式芳香族炭化水素環]等が挙げられる。環Zは、ベンゼン環又はナフタレン環であるのが好ましく、ナフタレン環であるのがより好ましい。なお、W及びWがいずれも上記一般式(2)で表される基である場合、又は、W及びWの一方が上記一般式(2)で表される基であり、他方が上記一般式(4)で表される基である場合、Wに含まれる環ZとWに含まれる環Zとは、同一でも異なっていてもよく、例えば、一方の環がベンゼン環、他方の環がナフタレン環等であってもよいが、いずれの環もナフタレン環であることが特に好ましい。また、W及びWの両方が直結する炭素原子にXを介して結合する環Zの置換位置は、特に限定されない。例えば、環Zがナフタレン環の場合、上記炭素原子に結合する環Zに対応する基は、1−ナフチル基、2−ナフチル基等であってもよい。
上記一般式(2)及び(4)において、Xは、独立に単結合又は−S−で示される基を示し、典型的には単結合である。
上記一般式(2)及び(4)において、Rとしては、例えば、単結合;メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、ブタン−1,2−ジイル基等の炭素数1〜4のアルキレン基が挙げられ、単結合;C2−4アルキレン基(特に、エチレン基、プロピレン基等のC2−3アルキレン基)が好ましく、単結合がより好ましい。なお、W及びWがいずれも上記一般式(2)で表される基である場合、又は、W及びWの一方が上記一般式(2)で表される基であり、他方が上記一般式(4)で表される基である場合、Wに含まれるRとWに含まれるRとは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
上記一般式(2)及び(4)において、Rとしては、例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等のC1−12アルキル基、好ましくはC1−8アルキル基、より好ましくはC1−6アルキル基等)、シクロアルキル基(シクロへキシル基等のC5−10シクロアルキル基、好ましくはC5−8シクロアルキル基、より好ましくはC5−6シクロアルキル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のC6−14アリール基、好ましくはC6−10アリール基、より好ましくはC6−8アリール基等)、アラルキル基(ベンジル基、フェネチル基等のC6−10アリール−C1−4アルキル基等)等の1価炭化水素基;水酸基;アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のC1−12アルコキシ基、好ましくはC1−8アルコキシ基、より好ましくはC1−6アルコキシ基等)、シクロアルコキシ基(シクロへキシルオキシ基等のC5−10シクロアルコキシ基等)、アリールオキシ基(フェノキシ基等のC6−10アリールオキシ基)、アラルキルオキシ基(例えば、ベンジルオキシ基等のC6−10アリール−C1−4アルキルオキシ基)等の−OR4aで示される基[式中、R4aは1価炭化水素基(上記例示の1価炭化水素基等)を示す。];アルキルチオ基(メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基等のC1−12アルキルチオ基、好ましくはC1−8アルキルチオ基、より好ましくはC1−6アルキルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(シクロへキシルチオ基等のC5−10シクロアルキルチオ基等)、アリールチオ基(フェニルチオ基等のC6−10アリールチオ基)、アラルキルチオ基(例えば、ベンジルチオ基等のC6−10アリール−C1−4アルキルチオ基)等の−SR4bで示される基[式中、R4bは1価炭化水素基(上記例示の1価炭化水素基等)を示す。];アシル基(アセチル基等のC1−6アシル基等);アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基等のC1−4アルコキシ−カルボニル基等);ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等);ニトロ基;シアノ基;メルカプト基;カルボキシル基;アミノ基;カルバモイル基;アルキルアミノ基(メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、ブチルアミノ基等のC1−12アルキルアミノ基、好ましくはC1−8アルキルアミノ基、より好ましくはC1−6アルキルアミノ基等)、シクロアルキルアミノ基(シクロへキシルアミノ基等のC5−10シクロアルキルアミノ基等)、アリールアミノ基(フェニルアミノ基等のC6−10アリールアミノ基)、アラルキルアミノ基(例えば、ベンジルアミノ基等のC6−10アリール−C1−4アルキルアミノ基)等の−NHR4cで示される基[式中、R4cは1価炭化水素基(上記例示の1価炭化水素基等)を示す。];ジアルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基等のジ(C1−12アルキル)アミノ基、好ましくはジ(C1−8アルキル)アミノ基、より好ましくはジ(C1−6アルキル)アミノ基等)、ジシクロアルキルアミノ基(ジシクロへキシルアミノ基等のジ(C5−10シクロアルキル)アミノ基等)、ジアリールアミノ基(ジフェニルアミノ基等のジ(C6−10アリール)アミノ基)、ジアラルキルアミノ基(例えば、ジベンジルアミノ基等のジ(C6−10アリール−C1−4アルキル)アミノ基)等の−N(R4dで示される基[式中、R4dは独立に1価炭化水素基(上記例示の1価炭化水素基等)を示す。];(メタ)アクリロイルオキシ基;スルホ基;上記の1価炭化水素基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、−NHR4cで示される基、もしくは−N(R4dで示される基に含まれる炭素原子に結合した水素原子の少なくとも一部が上記の1価炭化水素基、水酸基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシル基、アミノ基、カルバモイル基、−NHR4cで示される基、−N(R4dで示される基、(メタ)アクリロイルオキシ基、メシルオキシ基、もしくはスルホ基で置換された基[例えば、アルコキシアリール基(例えば、メトキシフェニル基等のC1−4アルコキシC6−10アリール基)、アルコキシカルボニルアリール基(例えば、メトキシカルボニルフェニル基、エトキシカルボニルフェニル基等のC1−4アルコキシ−カルボニルC6−10アリール基等)]等が挙げられる。
これらのうち、代表的には、Rは、1価炭化水素基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、−NHR4cで示される基、−N(R4dで示される基等であってもよい。
好ましいRとしては、1価炭化水素基[例えば、アルキル基(例えば、C1−6アルキル基)、シクロアルキル基(例えば、C5−8シクロアルキル基)、アリール基(例えば、C6−10アリール基)、アラルキル基(例えば、C6−8アリール−C1−2アルキル基)等]、アルコキシ基(C1−4アルコキシ基等)等が挙げられる。特に、R2a及びR2bは、アルキル基[C1−4アルキル基(特にメチル基)等]、アリール基[例えば、C6−10アリール基(特にフェニル基)等]等の1価炭化水素基(特に、アルキル基)であるのが好ましい。
なお、mが2以上の整数である場合、Rは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。また、W及びWがいずれも上記一般式(2)で表される基である場合、又は、W及びWの一方が上記一般式(2)で表される基であり、他方が上記一般式(4)で表される基である場合、Wに含まれるRとWに含まれるRとは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
上記一般式(2)及び(4)において、Rの数mは、環Zの種類に応じて選択でき、例えば、0〜4、好ましくは0〜3、より好ましくは0〜2であってもよい。なお、W及びWがいずれも上記一般式(2)で表される基である場合、又は、W及びWの一方が上記一般式(2)で表される基であり、他方が上記一般式(4)で表される基である場合、WにおけるmとWにおけるmとは、同一でも異なっていてもよい。
上記一般式(1)において、環Y及び環Yとしては、例えば、ベンゼン環、縮合多環式芳香族炭化水素環[例えば、縮合二環式炭化水素環(例えば、ナフタレン環等のC8−20縮合二環式炭化水素環、好ましくはC10−16縮合二環式炭化水素環)、縮合三環式芳香族炭化水素環(例えば、アントラセン環、フェナントレン環等)等の縮合2乃至4環式芳香族炭化水素環]等が挙げられる。環Y及び環Yは、ベンゼン環又はナフタレン環であるのが好ましい。なお、環Y及び環Yは、同一でも異なっていてもよく、例えば、一方の環がベンゼン環、他方の環がナフタレン環等であってもよい。
上記一般式(1)において、Rは単結合、置換基を有してもよいメチレン基、置換基を有してもよく、2個の炭素原子間にヘテロ原子を含んでもよいエチレン基、−O−で示される基、−NH−で示される基、又は−S−で示される基を示し、典型的には単結合である。ここで、置換基としては、例えば、シアノ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、1価炭化水素基[例えば、アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチル基等のC1−6アルキル基)、アリール基(フェニル基等のC6−10アリール基)等]等が挙げられ、ヘテロ原子としては、例えば、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、珪素原子等が挙げられる。
上記一般式(1)において、R3a及びR3bとしては、通常、非反応性置換基、例えば、シアノ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、1価炭化水素基[例えば、アルキル基、アリール基(フェニル基等のC6−10アリール基)等]等が挙げられ、シアノ基又はアルキル基であることが好ましく、アルキル基であることが特に好ましい。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、ブチル基、t−ブチル基等のC1−6アルキル基(例えば、C1−4アルキル基、特にメチル基)等が例示できる。なお、n1が2以上の整数である場合、R3aは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。また、n2が2以上の整数である場合、R3bは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。更に、R3aとR3bとが同一であってもよく、異なっていてもよい。また、環Y及び環Yに対するR3a及びR3bの結合位置(置換位置)は、特に限定されない。好ましい置換数n1及びn2は、0又は1、特に0である。なお、n1及びn2は、互いに同一でも異なっていてもよい。
上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、優れた光学的特性及び熱的特性を保持しつつ、ビニロキシ基及び/又は(メタ)アクリロイルオキシ基を有するため、高い反応性を有する。特に、環Y及び環Yがベンゼン環であり、Rが単結合である場合、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、フルオレン骨格を有し、光学的特性及び熱的特性に更に優れる。このような上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、重合することができるため、重合性モノマーとして機能する。特に、W及びWがいずれも上記一般式(2)で表される基である場合、上記一般式(1)で表される化合物は、カチオン重合することができるため、カチオン重合性モノマーとして機能する。一方、W及びWがいずれも(メタ)アクリロイルオキシ基である場合、上記一般式(1)で表される化合物は、ラジカル重合することができるため、ラジカル重合性モノマーとして機能する。また、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、W及びWが独立に上記一般式(2)で表される基又は(メタ)アクリロイルオキシ基である場合、ビニロキシ基及び/又は(メタ)アクリロイルオキシ基の形で含まれる2個のビニル基が別々の分子と反応することができるため、架橋剤として好適に用いることができる。更に、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、高い硬度を有する硬化物を与え、組成物中の基材成分として好ましい。加えて、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物を感光性組成物に含有させた際には、良好なパターニング特性を得ることが可能である。上記感光性組成物は、ポジ型でもネガ型でもよい。上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、種々の用途、例えば、配向膜及び平坦化膜(例えば、液晶表示ディスプレイや有機ELディスプレイ等に用いられる配向膜及び平坦化膜);反射防止膜、層間絶縁膜、カーボンハードマスク等のレジスト下層膜;液晶表示ディスプレイや有機ELディスプレイ等のスペーサ及び隔壁;液晶表示ディスプレイのカラーフィルタの画素やブラックマトリクス;液晶表示ディスプレイや有機ELディスプレイ等の表示装置;レンズ(例えば、マイクロレンズ等)、光ファイバー、光導波路、プリズムシート、ホログラム、高屈折フィルム、再帰反射フィルム等の光学部材;低透湿膜(例えば、水蒸気バリア層として用いられる低透湿膜);光学材料;半導体用材料に用いることができる。
特に、上記ビニル基含有化合物は、W及びWがいずれも上記一般式(2)で表される基である場合、2個のビニロキシ基を有し、ジビニルエーテル化合物に該当する。
ジビニルエーテル化合物は、2個のビニロキシ基を有し、これらのビニロキシ基が別々の分子と反応しうるため、架橋剤として用いられている。例えば、特開2012−103723号公報、特許4313611号公報、及び特許3206989号公報には、ジビニルエーテル化合物と、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する重合体と、光酸発生剤とを含有する感光性組成物が記載されており、この感光性組成物においてジビニルエーテル化合物は架橋剤として用いられている。しかし、本発明者らが検討したところ、従来のジビニルエーテル化合物を含有する感光性組成物は、保存安定性及びパターニング特性に劣るという問題がある。
これに対し、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物を含有する感光性組成物は、保存安定性及びパターニング特性に優れる。
上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物のうち、特に好ましい具体例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006370093
Figure 0006370093
Figure 0006370093
Figure 0006370093
上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物の含有量は、本発明に係る感光性組成物の固形分に対して、1〜90質量%であることが好ましく、20〜80質量%であることがより好ましく、40〜70質量%であることが更により好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性組成物の保存安定性及びパターニング特性が良好になりやすい。
[一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物の製造方法]
上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物の中でも、下記一般式(1a)で表されるものは、例えば、下記の製造方法1〜3により製造することができる。
Figure 0006370093
(式中、W1a及びW2aは独立に上記一般式(2)で表される基、上記一般式(4)で表される基、水酸基、又は(メタ)アクリロイルオキシ基を示し、ただし、W1a及びW2aは同時に水酸基でも上記一般式(4)で表される基でも(メタ)アクリロイルオキシ基でもなく、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
・製造方法1
上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物は、例えば、特開2008−266169号公報に記載の製造方法に従い、遷移元素化合物触媒及び無機塩基の存在下、下記一般式(13)で表されるビニルエステル化合物と、下記一般式(3)で表される水酸基含有化合物とを反応させることにより、合成することが可能である。上記無機塩基は、粒子径150μm未満の粒子を10重量%以上含有する固体の無機塩基であることが好ましい。具体的には、上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物は、後述する合成例1のようにして合成することが可能である。
−CO−O−CH=CH (13)
(式中、Rは、水素原子又は有機基を示す。)
Figure 0006370093
(式中、W及びWは独立に上記一般式(4)で表される基又は水酸基を示し、ただし、W及びWは同時に水酸基ではなく、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
なお、上記一般式(3)で表される化合物は、例えば、酸触媒の存在下、下記一般式(14)で表される化合物及び/又は下記一般式(15)で表される化合物と、下記一般式(16)で表される化合物とを反応させることにより、合成することができる。適宜、下記一般式(14)で表される化合物及び下記一般式(15)で表される化合物の組み合わせ方や添加量等を調整することにより、上記一般式(3)で表される所望の水酸基含有化合物を得ることができる。また、反応後に、例えば、シリカゲルカラムクロマトグラフィー等の公知の分離方法により、目的とする水酸基含有化合物を分離してもよい。
Figure 0006370093
(上記一般式(14)、(15)、及び(16)中、環Y、環Y、環Z、R、R、R、R3a、R3b、m、n1、及びn2は上記の通りである。)
上記一般式(3)で表される化合物の合成に用いられる酸触媒、反応条件等としては、例えば、特許文献1又は特開2002−255929号公報において、特許請求の範囲に記載されたフルオレン系化合物の製造方法に用いることができると記載されているものが挙げられる。
・製造方法2
上記一般式(1a)で表される化合物は、例えば、上記一般式(3)で表される水酸基含有化合物から、下記一般式(5)で表される脱離基含有化合物を経由して、上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物を得ることを含む製造方法により、合成することも可能である。
Figure 0006370093
(式中、W及びWは独立に下記一般式(6)で表される基又は水酸基を示し、ただし、W及びWは同時に水酸基ではなく、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
Figure 0006370093
(式中、Eは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メタンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基、パラトルエンスルホニルオキシ基、又はベンゼンスルホニルオキシ基で置換された炭素数1〜4のアルキルオキシ基を示し、環Z、X、R、R、及びmは上記の通りである。)
上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物は、例えば、上記一般式(3)で表される水酸基含有化合物と脱離基含有化合物とを反応させることにより、合成することができる。脱離基含有化合物としては、例えば、塩化チオニル、下記式で表される化合物等が挙げられる。また、反応温度としては、例えば、−20〜150℃、好ましくは−10〜140℃、より好ましくは30〜130℃が挙げられる。
Figure 0006370093
上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物は、例えば、上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物とビニル化剤とを反応させることにより、合成することができる。ビニル化剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ジアザビシクロウンデセン、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム−t−ブトキシド等が挙げられ、好ましくはジアザビシクロウンデセン、ナトリウムエトキシド、カリウム−t−ブトキシド等が挙げられ、より好ましくはカリウム−t−ブトキシドが挙げられる。また、反応温度としては、例えば、−20〜150℃、好ましくは−10〜100℃、より好ましくは0〜60℃が挙げられる。
・製造方法3
上記一般式(1a)で表される化合物は、例えば、下記一般式(7)で表されるヒドロキシアルキルオキシ基含有化合物から、上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物を経由して、上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物を得ることを含む製造方法により、合成することも可能である。
Figure 0006370093
(式中、W及びWは独立に下記一般式(8)で表される基又は水酸基を示し、ただし、W及びWは同時に水酸基ではなく、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
Figure 0006370093
(式中、lは1〜4の整数を示し、環Z、X、R、R、及びmは上記の通りである。)
上記一般式(7)で表されるヒドロキシアルキルオキシ基含有化合物は、例えば、酸触媒の存在下、下記一般式(17)で表される化合物及び/又は下記一般式(18)で表される化合物と、上記一般式(16)で表される化合物とを反応させることにより、合成することができる。適宜、下記一般式(17)で表される化合物及び下記一般式(18)で表される化合物の組み合わせ方や添加量等を調整することにより、上記一般式(7)で表される所望のヒドロキシアルキルオキシ基含有化合物を得ることができる。また、反応後に、例えば、シリカゲルカラムクロマトグラフィー等の公知の分離方法により、目的とするヒドロキシアルキルオキシ基含有化合物を分離してもよい。上記一般式(7)で表される化合物の合成に用いられる酸触媒、反応条件等としては、例えば、上記一般式(3)で表される化合物の合成方法の説明中で例示したものが挙げられる。
Figure 0006370093
(上記一般式(17)及び(18)中、環Z、R、R、及びmは上記の通りである。)
上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物は、例えば、上記一般式(7)で表されるヒドロキシアルキルオキシ基含有化合物と脱離基含有化合物とを反応させることにより、合成することができる。脱離基含有化合物及び反応温度としては、例えば、上記製造方法2について例示したものが挙げられる。
上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物は、例えば、上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物とビニル化剤とを反応させることにより、合成することができる。ビニル化剤及び反応温度としては、例えば、上記製造方法2について例示したものが挙げられる。
製造方法3により、上記一般式(7)で表されるヒドロキシアルキルオキシ基含有化合物から、高収率で、上記一般式(1a)で表される化合物を得ることができる。製造方法3によれば、上記一般式(1a)で表される化合物の精製工程における負荷を低くすることができる。また、製造方法3では、常圧で反応を行うことができるため、耐熱容器等の特別の反応設備が不要であり、より簡便な装置を用いることができる。更に、製造方法3では、アセチレンガス等の可燃性ガスが用いられておらず、より安全に上記一般式(1a)で表される化合物を製造することができる。
<精製方法>
上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物は、合成後に精製してもよい。精製方法としては、特に限定されず、例えば、シリカゲルカラムクロマトグラフィー等の公知の方法が挙げられる。精製により、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物の純度が向上するとともに、金属成分の含有量が低減する。精製されたビニル基含有化合物は、反応性が向上しやすくなり、また、反応時の着色が効果的に抑制される。
・一般式(5)で表される脱離基含有化合物
上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物を製造するための中間体として有用である。上記一般式(5)で表される脱離基含有化合物は、例えば、上記製造方法2又は3中で説明した方法により合成することができる。
・一般式(9)で表されるモノビニル基含有化合物及びその製造方法
下記一般式(9)で表されるモノビニル基含有化合物は、上記一般式(1a)で表されるビニル基含有化合物を製造するための中間体として有用である。
Figure 0006370093
(式中、W及びW10のいずれか一方は上記一般式(2)で表される基を示し、他方は上記一般式(6)で表される基を示し、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
上記一般式(9)で表されるモノビニル基含有化合物は、下記一般式(5a)で表される脱離基含有化合物から上記一般式(9)で表されるモノビニル基含有化合物を得ることを含む製造方法により、合成することが可能である。即ち、上記一般式(9)で表されるモノビニル基含有化合物は、例えば、下記一般式(5a)で表される脱離基含有化合物とビニル化剤とを反応させることにより、合成することができる。ビニル化剤及び反応温度としては、例えば、上記製造方法2について例示したものが挙げられる。ビニル化剤の使用量は、下記一般式(5a)で表される脱離基含有化合物中の脱離基1モルに対し、好ましくは0.1〜10モル、より好ましくは0.5〜5モル、更により好ましくは0.8〜2モルである。
Figure 0006370093
(式中、W5a及びW6aは上記一般式(6)で表される基を示し、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
<一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物>
本発明に係る組成物に含有されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物は、下記一般式(10)で表されるものである。上記モノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物は、単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。この化合物は、優れた光学的特性及び熱的特性を保持しつつ、ビニロキシ基及び(メタ)アクリロイルオキシ基を有するため、高い反応性を有する。特に、環Y及び環Yがベンゼン環であり、Rが単結合である場合、下記一般式(10)で表される化合物は、フルオレン骨格を有し、光学的特性及び熱的特性に更に優れる。下記一般式(10)で表される化合物は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物と同様に、重合することができるため、重合性モノマーとして機能し、また、架橋剤として好適に用いることができる。更に、下記一般式(10)で表される化合物は、高い硬度を有する硬化物を与え、組成物中の基材成分として好ましい。加えて、下記一般式(10)で表される化合物をネガ型感光性樹脂組成物に含有させた際には、良好な微小パターニング特性を得ることが可能である。下記一般式(10)で表される化合物は、種々の用途、例えば、上記一般式(1)で表される化合物について具体的に例示した用途に用いることができる。
Figure 0006370093
(式中、W11及びW12のいずれか一方は上記一般式(2)で表される基を示し、他方は下記一般式(11)又は(12)で表される基を示し、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
Figure 0006370093
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、環Z、X、R、R、m、及びlは上記の通りである。)
Figure 0006370093
(式中、環Z、X、R、R、R、及びmは上記の通りである。)
上記式(10)で表される化合物の含有量は、本発明に係る組成物の固形分に対して、1〜90質量%であることが好ましく、20〜80質量%であることがより好ましく、40〜70質量%であることが更により好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性組成物の保存安定性及びパターニング特性が良好になりやすい。
<一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物>
本発明に係る組成物に含有される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物は、下記一般式(19)で表されるものである。上記(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物は、単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。この化合物は、優れた光学的特性及び熱的特性を保持しつつ、(メタ)アクリロイルオキシ基を有するため、高い反応性を有する。特に、環Y及び環Yがベンゼン環であり、Rが単結合である場合、下記一般式(19)で表される化合物は、フルオレン骨格を有し、光学的特性及び熱的特性に更に優れる。下記一般式(19)で表される化合物は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物と同様に、重合することができるため、重合性モノマーとして機能し、また、架橋剤として好適に用いることができる。更に、下記一般式(19)で表される化合物は、高い硬度を有する硬化物を与え、組成物中の基材成分として好ましい。加えて、下記一般式(19)で表される化合物をネガ型感光性樹脂組成物に含有させた際には、良好な微小パターニング特性を得ることが可能である。下記一般式(19)で表される化合物は、種々の用途、例えば、上記一般式(1)で表される化合物について具体的に例示した用途に用いることができる。
Figure 0006370093
(式中、W13及びW14は独立に上記一般式(12)で表される基、水酸基、又は(メタ)アクリロイルオキシ基を示し、ただし、W13及びW14の少なくとも一方は上記一般式(12)で表される基であり、環Y、環Y、R、R3a、R3b、n1、及びn2は上記の通りである。)
上記一般式(19)で表される化合物のうち、特に好ましい具体例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006370093
Figure 0006370093
Figure 0006370093
上記式(19)で表される化合物の含有量は、本発明に係る組成物の固形分に対して、1〜90質量%であることが好ましく、20〜80質量%であることがより好ましく、40〜70質量%であることが更により好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性組成物の保存安定性及びパターニング特性が良好になりやすい。
[一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物の製造方法]
上記一般式(19)で表される化合物は、例えば、上記一般式(3)で表される水酸基含有化合物から上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物を得ることを含む製造方法により、合成することが可能である。
上記一般式(19)で表される化合物は、例えば、上記一般式(3)で表される水酸基含有化合物と(メタ)アクリル化剤とを反応させることにより、合成することができる。(メタ)アクリル化剤としては、例えば、(メタ)アクリロイルクロリド等の(メタ)アクリロイルハライド;(メタ)アクリル酸無水物等が挙げられ、(メタ)アクリロイルハライドが好ましく、(メタ)アクリロイルクロリドがより好ましい。また、反応温度としては、例えば、−20〜150℃、好ましくは−10〜100℃、より好ましくは0〜60℃が挙げられる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル化剤」は、アクリル化剤とメタクリル化剤の両方を意味し、「(メタ)アクリル酸無水物」は、アクリル酸無水物とメタクリル酸無水物の両方を意味する。
上記一般式(19)で表される化合物は、合成後に精製してもよい。精製方法としては、特に限定されず、例えば、シリカゲルカラムクロマトグラフィー等の公知の方法が挙げられる。精製により、上記一般式(19)で表される化合物の純度が向上するとともに、金属成分の含有量が低減する。生成された上記化合物は、反応性が向上しやすくなり、また、反応時の着色が効果的に抑制される。
<水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物>
本発明に係る感光性組成物における水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物としては、加熱により、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、及び/又は上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物との間で架橋を形成しうるものであれば、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物としては、水酸基及びカルボキシル基以外に、炭素原子、水素原子、酸素原子、ホウ素原子、窒素原子、アルミニウム原子、リン原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子、又はこれらの2種以上の組み合わせを含む化合物が挙げられる。水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物に含まれる水酸基及びカルボキシル基の数は特に限定されないが、感光性組成物の硬化物中で密に架橋が形成されるためには、合計で2個以上であることが好ましい。水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物は、単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
以下、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物の具体例について説明する。
水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物の具体例としては、下記一般式(a−1)で表されるものが挙げられる。
−Ra1−V (a−1)
(式中、Ra1は有機基であり、V及びVは独立に水酸基又はカルボキシル基である。)
上記一般式(a−1)において、Ra1としては、例えば、2価炭化水素基、2価複素環式基、及びこれらが互いに結合して形成される基が挙げられ、2価炭化水素基が好ましい。2価炭化水素基及び2価複素環式基は、置換基を有してもよい。Ra1は、環状構造を有することが好ましい。
2価炭化水素基としては、例えば、2価脂肪族炭化水素基、2価脂環式炭化水素基、2価芳香族炭化水素基、及びこれらが2個以上結合して形成される基が挙げられる。
2価脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、s−ブチレン基、t−ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、デシレン基、ドデシレン基等の炭素数1〜20、好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜3のアルキレン基;ビニレン基、プロペニレン基、1−ブテニレン基等の炭素数2〜20、好ましくは2〜10、更に好ましくは2〜3のアルケニレン基;エチニレン基、プロピニレン基等の炭素数2〜20、好ましくは2〜10、更に好ましくは2〜3のアルキニレン基等が挙げられる。
2価脂環式炭化水素基としては、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロオクチレン基等の炭素数3〜20、好ましくは3〜15、更に好ましくは5〜8のシクロアルキレン基;シクロペンテニレン基、シクロへキセニレン基等の炭素数3〜20、好ましくは3〜15、更に好ましくは5〜8のシクロアルケニレン基;パーヒドロナフチレン基、ノルボルニレン基、アダマンチレン基、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデシレン基等の炭素数4〜20、好ましくは6〜16、更に好ましくは7〜12の2価の橋かけ環式炭化水素基等が挙げられる。
2価芳香族炭化水素基としては、フェニレン基、ナフチレン基、フルオレニレン基等の炭素数6〜20、好ましくは6〜13のアリーレン基が挙げられる。
2価脂肪族炭化水素基と2価脂環式炭化水素基とが結合して形成される基としては、例えば、シクロペンチレンメチレン基、シクロヘキシレンメチレン基、シクロヘキシレンエチレン基等のシクロアルキレン−アルキレン基(例えば、C3−20シクロアルキレン−C1−4アルキレン基等)等が挙げられる。
2価脂肪族炭化水素基と2価芳香族炭化水素基とが結合して形成される基としては、例えば、アリーレン−アルキレン基(例えば、C6−20アリーレン−C1−4アルキレン基等)、アリーレン−アルキレン−アリーレン基(例えば、C6−20アリーレン−C1−4アルキレン基−C6−20アリーレン基等)等が挙げられる。
2個以上の2価芳香族炭化水素基同士が結合して形成される基としては、例えば、アリーレン−アリーレン基(例えば、C6−20アリーレン−C6−20アリーレン基等)、アリーレン−アリーレン−アリーレン基(例えば、C6−10アリーレン−C6−13アリーレン−C6−10アリーレン基等)等が挙げられる。
これらの2価炭化水素基の中でも、環状構造を有するものが好ましく、C6−10アリーレン−C6−13アリーレン基−C6−10アリーレン基、C6−20アリーレン−C1−4アルキレン基−C6−20アリーレン基、炭素数7〜12の2価の橋かけ環式炭化水素基が特に好ましい。
上記2価炭化水素基は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、水酸基、置換オキシ基(例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基等)、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基(アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基等)、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、スルホ基、複素環式基等を有していてもよい。上記の水酸基及びカルボキシル基は、有機合成の分野で慣用の保護基で保護されていてもよい。また、2価脂環式炭化水素基及び2価芳香族炭化水素基の環には、芳香族性又は非芳香属性の複素環が縮合していてもよい。
2価複素環式基は、複素環式化合物から水素原子を2個除いて形成される基である。複素環式化合物は、芳香族複素環式化合物であっても非芳香族複素環式化合物であってもよい。このような複素環式化合物としては、例えば、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環式化合物(例えば、オキシラン等の3員環の複素環式化合物、オキセタン等の4員環の複素環式化合物、フラン、テトラヒドロフラン、オキサゾール、γ−ブチロラクトン等の5員環の複素環式化合物、4−オキソ−4H−ピラン、テトラヒドロピラン、モルホリン等の6員環の複素環式化合物、ベンゾフラン、4−オキソ−4H−クロメン、クロマン等の、縮合環を有する複素環式化合物、3−オキサトリシクロ[4.3.1.14,8]ウンデカン−2−オン、3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン等の、橋かけ環を有する複素環式化合物等)、ヘテロ原子としてイオウ原子を含む複素環式化合物(例えば、チオフェン、チアゾール、チアジアゾール等の5員環の複素環式化合物、4−オキソ−4H−チオピラン等の6員環の複素環式化合物、ベンゾチオフェン等の、縮合環を有する複素環式化合物等)、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環式化合物(例えば、ピロール、ピロリジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール等の5員環の複素環式化合物、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン等の6員環の複素環式化合物、インドール、インドリン、キノリン、アクリジン、ナフチリジン、キナゾリン、プリン等の、縮合環を有する複素環式化合物等)等が挙げられる。上記2価複素環式基は、上記2価炭化水素基が有していてもよい置換基の他、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基等のC1−4アルキル基等)、シクロアルキル基、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等のC6−10アリール基等)等の置換基を有していてもよい。
上記一般式(a−1)で表される化合物の具体例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006370093
また、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物の具体例としては、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する樹脂も挙げられる。
水酸基を有する樹脂としては、例えば、アルコール性水酸基を有する樹脂やフェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂が挙げられる。
・アルコール性水酸基を有する樹脂
アルコール性水酸基を有する樹脂としては、例えば、アクリル系重合体、ビニル系重合体、アルキレングリコール系重合体、セルロース系重合体、尿素系重合体、エポキシ系重合体、アミド系重合体、メラミン系重合体、ポリエチレン系重合体、アルキッド系重合体、スルホンアミド樹脂等の樹脂であって、その構造中にアルコール性水酸基を有するものを用いることができる。より具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、N−ビニルピロリドン、ビニルアルコール、N−ビニルイミダゾリジノン、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート、N−アクリロイルモルホリン、及び3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーの単独重合体及び/又は共重合体であって、その構造中にアルコール性水酸基を有するものを用いることができる。
・フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂
フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂としては、例えば、ポリヒドロキシスチレン系樹脂を用いることができる。
ポリヒドロキシスチレン系樹脂は、ヒドロキシスチレンに由来する構成単位を少なくとも有する。
ここで「ヒドロキシスチレン」とは、ヒドロキシスチレン、及びヒドロキシスチレンのα位に結合する水素原子がハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにそれらの誘導体のヒドロキシスチレン誘導体(モノマー)を含む概念とする。
「ヒドロキシスチレン誘導体」は、少なくともベンゼン環とこれに結合する水酸基とが維持されており、例えば、ヒドロキシスチレンのα位に結合する水素原子が、ハロゲン原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにヒドロキシスチレンの水酸基が結合したベンゼン環に、更に炭素数1〜5のアルキル基が結合したものや、この水酸基が結合したベンゼン環に、更に1〜2個の水酸基が結合したもの(このとき、水酸基の数の合計は2〜3である。)等を包含するものとする。
ハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
なお、「ヒドロキシスチレンのα位」とは、特に断りがない限り、ベンゼン環が結合している炭素原子のことをいう。
このヒドロキシスチレンに由来する構成単位は、例えば下記式(a−2)で表される。
Figure 0006370093
上記式(a−2)中、Ra2は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、又はハロゲン化アルキル基を示し、Ra3は炭素数1〜5のアルキル基を示し、pは1〜3の整数を示し、qは0〜2の整数を示す。
a2のアルキル基は、好ましくは炭素数1〜5である。また、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、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。これらの中でも、工業的にはメチル基が好ましい。
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。
ハロゲン化アルキル基としては、上述した炭素数1〜5のアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されたものである。この中でも、水素原子の全部がフッ素原子で置換されたものが好ましい。また、直鎖状又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基が好ましく、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基等がより好ましく、トリフルオロメチル基(−CF)が最も好ましい。
a2としては、水素原子又はメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
a3の炭素数1〜5のアルキル基としては、Ra2の場合と同様のものが挙げられる。
qは0〜2の整数である。これらの中でも0又は1であることが好ましく、工業上は特に0であることが好ましい。
a3の置換位置は、qが1である場合にはオルト位、メタ位、パラ位のいずれでもよく、更に、qが2の場合には任意の置換位置を組み合わせることができる。
pは1〜3の整数であり、好ましくは1である。
水酸基の置換位置は、pが1である場合にはオルト位、メタ位、パラ位のいずれでもよいが、容易に入手可能で低価格であることからパラ位が好ましい。更に、pが2又は3の場合には任意の置換位置を組み合わせることができる。
上記式(a−2)で表される構成単位は、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。
ポリヒドロキシスチレン系樹脂中、ヒドロキシスチレンに由来する構成単位の割合は、ポリヒドロキシスチレン系樹脂を構成する全構成単位に対して60〜100モル%であることが好ましく、70〜100モル%であることがより好ましく、80〜100モル%であることが更に好ましい。上記の範囲内とすることにより、感光性組成物のアルカリ溶解性を適度なものとすることができる。
ポリヒドロキシスチレン系樹脂は、スチレンに由来する構成単位を更に有することが好ましい。
ここで「スチレンに由来する構成単位」とは、スチレン及びスチレン誘導体(但し、ヒドロキシスチレンは含まない。)のエチレン性二重結合が開裂してなる構成単位を包含するものとする。
「スチレン誘導体」は、スチレンのα位に結合する水素原子が、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにスチレンのフェニル基の水素原子が、炭素数1〜5のアルキル基等の置換基に置換されているもの等を包含するものとする。
ハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
なお、「スチレンのα位」とは、特に断りがない限り、ベンゼン環が結合している炭素原子のことをいう。
このスチレンに由来する構成単位は、例えば下記式(a−3)で表される。式中、Ra2、Ra3、qは上記式(a−2)と同義である。
Figure 0006370093
a2及びRa3としては、上記式(a−2)のRa2及びRa3とそれぞれ同様のものが挙げられる。
qは0〜2の整数である。これらの中でも0又は1であることが好ましく、工業上は特に0であることが好ましい。
a3の置換位置は、qが1である場合にはオルト位、メタ位、パラ位のいずれでもよく、更に、qが2の場合には任意の置換位置を組み合わせることができる。
上記式(a−3)で表される構成単位は、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。
ポリヒドロキシスチレン系樹脂中、スチレンに由来する構成単位の割合は、ポリヒドロキシスチレン系樹脂を構成する全構成単位に対して40モル%以下であることが好ましく、30モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることが更に好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性組成物のアルカリ溶解性を適度なものとすることができ、他の構成単位とのバランスも良好になる。
なお、ポリヒドロキシスチレン系樹脂は、ヒドロキシスチレンに由来する構成単位やスチレンに由来する構成単位以外の他の構成単位を有していてもよい。より好ましくは、上記ポリヒドロキシスチレン系樹脂は、ヒドロキシスチレンに由来する構成単位のみからなる重合体、あるいはヒドロキシスチレンに由来する構成単位とスチレンに由来する構成単位とからなる共重合体である。
ポリヒドロキシスチレン系樹脂の質量平均分子量は、特に限定されないが、1500〜40000であることが好ましく、2000〜8000であることがより好ましい。
また、フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂としては、ノボラック樹脂を用いることもできる。このノボラック樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを酸触媒の存在下で付加縮合させることにより得ることができる。
フェノール類としては、フェノール;o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等のクレゾール類;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−キシレノール等のキシレノール類;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、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、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、p−tert−ブチルフェノール等のモノアルキルフェノール類;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等のトリアルキルフェノール類;レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、ハイ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等の多価フェノール類;アルキルレゾルシン、アルキルカテコール、アルキルハイドロキノン等のアルキル多価フェノール類(いずれのアルキル基も炭素数1〜4である);α−ナフトール、β−ナフトール、ヒドロキシジフェニル、ビスフェノールA等の多環フェノール類等が挙げられる。これらのフェノール類は、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。
これらのフェノール類の中でも、m−クレゾール、p−クレゾールが好ましく、m−クレゾールとp−クレゾールとを併用することがより好ましい。この場合、両者の配合割合を調整することにより、得られる感光性組成物の感度等の諸特性を調整することができる。
アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、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。これらのアルデヒド類は、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。
酸触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、亜リン酸等の無機酸類;蟻酸、シュウ酸、酢酸、ジエチル硫酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸類;酢酸亜鉛等の金属塩類等が挙げられる。これらの酸触媒は、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。
このようにして得られるノボラック樹脂としては、具体的には、フェノール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、クレゾール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、フェノール−ナフトール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂等が挙げられる。
ノボラック樹脂の質量平均分子量は、特に限定されないが、1000〜30000であることが好ましく、3000〜25000であることがより好ましい。
また、フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂としては、フェノール−キシリレングリコール縮合樹脂、クレゾール−キシリレングリコール縮合樹脂、フェノール−ジシクロペンタジエン縮合樹脂等を用いることもできる。
カルボキシル基を有する樹脂としては、例えば、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む単独重合体又は共重合体が挙げられる。
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。
カルボキシル基を有する樹脂の質量平均分子量は、特に限定されないが、50000〜800000であることが好ましい。
更に、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物の具体例としては、水酸基及び/又はカルボキシル基を有するポリシルセスキオキサン、水酸基及び/又はカルボキシル基を有するポリシロキサン、テトラヒドロキシチタン、2,4−ペンタンジオンジオキシム等のジオキシム化合物も挙げられる。
水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物の含有量は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、もしくは上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、又はこれらの少なくとも2種の組み合わせ100質量部に対し20〜200質量部であることが好ましく、50〜150質量部であることがより好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性組成物のパターニング特性が良好になりやすい。
<光酸発生剤>
本発明に係る感光性組成物における光酸発生剤としては、特に限定されず、従来公知の光酸発生剤を用いることができる。光酸発生剤は、単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
光酸発生剤として具体的には、ヨードニウム塩やスルホニウム塩等のオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ハロゲン含有トリアジン化合物、ジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤(ニトロベンジル誘導体)、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤等が挙げられる。
好ましいスルホニウム塩系酸発生剤としては、例えば下記式(t−1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006370093
上記式(t−1)中、Rt1及びRt2はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、酸素原子もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基、又は置換基を有していてもよいアルコキシ基を示し、Rt3はハロゲン原子又はアルキル基を有していてもよいp−フェニレン基を示し、Rt4は水素原子、酸素原子もしくはハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいベンゾイル基、又は置換基を有していてもよいポリフェニル基を示し、Aはオニウムイオンの対イオンを示す。
として具体的には、SbF 、PF 、AsF 、BF 、SbCl 、ClO 、CFSO 、CHSO 、FSO 、FPO 、p−トルエンスルホネート、ノナフロロブタンスルホネート、アダマンタンカルボキシレート、テトラアリールボレート、下記式(t−2)で表されるフッ素化アルキルフルオロリン酸アニオン等が挙げられる。
Figure 0006370093
上記式(t−2)中、Rf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示す。gはその個数であり1〜5の整数を示す。g個のRfはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
上記式(t−1)で表される光酸発生剤としては、4−(2−クロロ−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ヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−メチルフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−(β−ヒドロキシエトキシ)フェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(3−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−フルオロ4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3,5,6−テトラメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジクロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(3−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−フルオロ4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3,5,6−テトラメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジクロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−アセチルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メチルベンゾイル)フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−フルオロベンゾイル)フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メトキシベンゾイル)フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ドデカノイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−アセチルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メチルベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−フルオロベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メトキシベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ドデカノイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−アセチルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メチルベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−フルオロベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メトキシベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ドデカノイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−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ヘキサフルオロホスフェート、4−(2−クロロ−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テトラフルオロボレート、4−(2−クロロ−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パークロレート、4−(2−クロロ−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トリフルオロメタンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムテトラフルオロボレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムパークロレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムp−トルエンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムカンファースルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムテトラフルオロボレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムパークロレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート等が挙げられる。
その他のオニウム塩系酸発生剤としては、上記式(t−1)のカチオン部を、例えば、トリフェニルスルホニウム、(4−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、ビス(4−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(4−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、(3−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、ビス(3−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(3−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、(3,4−ジtert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、ビス(3,4−ジtert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(3,4−ジtert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ジフェニル(4−チオフェノキシフェニル)スルホニウム、(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)スルホニウム、(4−tert−ブトキシフェニル)ビス(4−ジメチルアミノフェニル)スルホニウム、トリス(4−ジメチルアミノフェニル)スルホニウム、2−ナフチルジフェニルスルホニウム、ジメチル−2−ナフチルスルホニウム、4−ヒドロキシフェニルジメチルスルホニウム、4−メトキシフェニルジメチルスルホニウム、トリメチルスルホニウム、2−オキソシクロヘキシルシクロヘキシルメチルスルホニウム、トリナフチルスルホニウム、トリベンジルスルホニウム等のスルホニウムカチオンや、ジフェニルヨードニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム、(4−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、(4−メトキシフェニル)フェニルヨードニウム等のアリールヨードニウムカチオン等のヨードニウムカチオンに置き換えたものが挙げられる。
オキシムスルホネート系酸発生剤としては、[2−(プロピ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](o−トリル)アセトニトリル、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等が挙げられる。
また、上記以外にも、下記式(t−3)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006370093
上記式(t−3)中、Rt5は1価、2価、又は3価の有機基を示し、Rt6は置換又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示し、hは1〜6の整数を示す。
t5としては芳香族性化合物基であることが特に好ましく、このような芳香族性化合物基としては、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基や、フリル基、チエニル基等の複素環基等が挙げられる。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、Rt6としては炭素数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。また、hは1〜3の整数が好ましく、1又は2がより好ましい。
上記式(t−3)で表される光酸発生剤としては、h=1のときに、Rt5がフェニル基、メチルフェニル基、及びメトキシフェニル基のうちのいずれかであり、かつRt6がメチル基である化合物が挙げられる。より詳細には、上記式(t−3)で表される光酸発生剤としては、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、及び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)アセトニトリルが挙げられる。
上記一般式(t−3)で表される光酸発生剤としては、h=2のときに、下記式で表される光酸発生剤が挙げられる。
Figure 0006370093
ハロゲン含有トリアジン化合物としては、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−ト等の下記式(t−4)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 0006370093
上記式(t−4)中、Rt7、Rt8、Rt9はそれぞれ独立に炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基を示す。
また、その他の光酸発生剤としては、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(アルキル基の炭素数は1〜15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。
光酸発生剤の含有量は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、もしくは上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、又はこれらの少なくとも2種の組み合わせ100質量部に対し0.05〜30質量部であることが好ましく、0.1〜10質量部であることがより好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性組成物のパターニング特性が良好になりやすい。
<その他の成分>
本発明に係る感光性組成物は、所望により、光重合開始剤、光重合性モノマー、酸架橋性物質、光塩基発生剤、着色剤、分散剤、増感剤、密着増強剤、その他の各種の添加剤や溶媒等を含有していてもよい。
≪パターン形成方法≫
本発明に係るパターン形成方法は、本発明に係る感光性組成物からなる塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を選択的に露光する露光工程と、露光後の上記塗膜を現像する現像工程とを含むものである。以下、各工程について説明する。
<塗膜形成工程>
塗膜形成工程では、感光性組成物を被塗布体の表面に塗布して、感光性組成物からなる塗膜を形成する。塗布方法としては、例えば、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、スピンコート法、カーテンコート法等が挙げられる。塗膜の厚さは、特に限定されない。典型的には、塗膜の厚さは、2〜100μmが好ましく、3〜50μmがより好ましい。塗膜の厚さは、塗布方法や感光性組成物の固形分濃度や粘度を調節することにより、適宜制御することができる。
塗膜の形成後、露光工程に移行する前に、塗膜中の溶剤を除去する目的で、塗膜を加熱してもよい。加熱温度や加熱時間は、感光性組成物に含まれる成分に熱劣化や熱分解が生じない限り特に限定されない。塗膜中の溶剤の沸点が高い場合、減圧下に塗膜を加熱してもよい。
<露光工程>
露光工程では、塗膜形成工程で得られる塗膜を、所定のパターンに選択的に露光する。選択的露光は、通常、所定のパターンのマスクを用いて行われる。露光に用いられる放射線としては、例えば、低圧水銀灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、g線ステッパー、i線ステッパー等から放射される紫外線、電子線、レーザー光線等が挙げられる。露光量は、使用する光源や塗膜の膜厚等によっても異なるが、通常、1〜1000mJ/cm、好ましくは10〜500mJ/cmである。
<現像工程>
現像工程では、露光工程において所定のパターンに選択的に露光された塗膜から露光部又は未露光部を除去して、上記塗膜を現像する。露光部又は未露光部は、通常、アルカリ現像液に溶解させて除去される。現像方法としては、例えば、シャワー現像法、スプレー現像法、浸漬現像法、パドル現像法等が挙げられる。アルカリ現像液としては、無機アルカリ化合物及び有機アルカリ化合物から選択される1種以上のアルカリ化合物を含有する水溶液を用いることができる。現像液中のアルカリ化合物の濃度は、露光後の塗膜を良好に現像できる限り特に限定されない。典型的には、現像液中のアルカリ化合物の濃度は、1〜10質量%が好ましい。
無機アルカリ化合物の例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二ナトリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ホウ酸リチウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、及びアンモニア等が挙げられる。有機アルカリ化合物の例としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシド、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、エタノールアミン、及びトリエタノールアミン等が挙げられる。
更に、現像液には、必要に応じて、メタノール、エタノール、プロパノール、又はエチレングリコール等の水溶性有機溶剤、界面活性剤、保存安定剤、及び樹脂の溶解抑止剤等を適量添加することができる。
<ポジ型パターニングとネガ型パターニングとの切り分け>
塗膜形成工程での塗膜の形成後、露光工程に移行する前に上記塗膜を処理する温度によって、ポジ型パターニングを行うことも、ネガ型パターニングも行うことも可能となる。
ポジ型パターニングの場合、まず、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、及び/又は上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物と水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物との間の架橋が生じる温度で塗膜を加熱することで、上記架橋が生じ、上記塗膜は現像液に対して不溶な硬化膜となる。露光工程でこの塗膜を選択的に露光すると、光酸発生剤から発生した酸により、上記架橋が解裂して、露光部は現像液に対して可溶となる。現像工程では、この露光部が現像液により除去される。
一方、ネガ型パターニングの場合、塗膜形成工程から露光工程までの間、塗膜は、上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、及び/又は上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物と水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物との間の架橋が生じる温度よりも低い温度に保たれる。この塗膜は、上記架橋を有せず、現像液に対して可溶である。露光工程でこの塗膜を選択的に露光すると、光酸発生剤から発生した酸により、上記架橋が生じ、露光部は現像液に対して不溶となる。これに対し、未露光部は、依然、現像液に対して可溶である。現像工程では、この未露光部が現像液により除去される。
上記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物、上記一般式(10)で表されるモノビニル基及びモノ(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物、及び/又は上記一般式(19)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基含有化合物と水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物との間の架橋が生じる温度は、感光性組成物中の成分の組み合わせにより変動しうるが、典型的には70℃以上である。上記の通り、架橋が生じる温度は、感光性組成物中の成分の組み合わせにより変動しうるため、上記温度が、例えば、80℃超である場合には、80℃以下、好ましくは70℃以下でもネガ型パターニングが可能である。
以下、実施例を示して本発明を更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。
≪材料≫
実施例及び比較例で用いた材料は下記の通りである。
<ビニルエーテル化合物(一般式(1)で表される化合物及び比較化合物)>
上記一般式(1)で表される化合物としては、下記式で表される化合物1を準備した。また、比較のため、下記式で表される比較化合物1〜3を準備した。
Figure 0006370093
Figure 0006370093
化合物1の合成法を下記に示す(合成例1)。合成例で用いた材料は下記の通りである。
[無機塩基]
(1)軽灰炭酸ナトリウム
粒子径分布:250μm以上;3重量%
150μm以上250μm未満;15重量%
75μm以上150μm未満;50重量%
75μm未満;32重量%
なお、上記の粒子径分布は、60メッシュ(250μm)、100メッシュ(150μm)、200メッシュ(75μm)のふるいを用いて仕分けた後、最終的に得られた篩上成分及び篩下成分各々の重量を測定することにより算出した。
[遷移元素化合物触媒]
(1)ジ−μ−クロロビス(1,5−シクロオクタジエン)二イリジウム(I):[Ir(cod)Cl]
[ヒドロキシ化合物]
(1)9,9’−ビス(6−ヒドロキシ−2−ナフチル)フルオレン
(2)9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン
[ビニルエステル化合物]
(1)プロピオン酸ビニル
[合成例1]化合物1の合成
冷却管、及び、凝縮液を分液させて有機層を反応容器に戻し水層を系外に排出するためのデカンターを取り付けた1000ml反応容器に、ジ−μ−クロロビス(1,5−シクロオクタジエン)二イリジウム(I)[Ir(cod)Cl](839mg、1.25mmol)、軽灰炭酸ナトリウム(12.7g、0.12mol)、9,9’−ビス(6−ヒドロキシ−2−ナフチル)フルオレン(225g、0.5mol)、プロピオン酸ビニル(125g、1.25mol)、及びトルエン(300ml)を仕込んだ後、表面積が10cmの撹拌羽根を用い回転数を250rpmに設定し、撹拌しながら徐々に温度を上げて還流させた。還流下、副生する水をデカンターで除去しながら、5時間反応させた。反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、9,9’−ビス(6−ヒドロキシ−2−ナフチル)フルオレンの転化率は100%であり、9,9’−ビス(6−ヒドロキシ−2−ナフチル)フルオレンを基準として9,9’−ビス(6−ビニロキシ−2−ナフチル)フルオレン(化合物1)が81%、ビス6−ナフトールフルオレンモノビニルエーテルが4%の収率で生成していた。
H−NMR(CDCl):4.47(dd、2H、J=1.5Hz、5.0Hz)、4.81(dd、2H、J=3.5Hz、12.0Hz)、6.71(dd、2H、J=6.0Hz)、7.12−7.82(m、20H)
<水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物>
水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物としては、下記の化合物2〜8を用いた。
Figure 0006370093
化合物3:水酸基含有ポリシルセスキオキサン(質量平均分子量:10000)
Figure 0006370093
化合物8:クレゾールノボラック樹脂(商品名:GTR−B9、群栄化学工業社製)
化合物4におけるr及び化合物5におけるsは、正の数を表す。化合物4の質量平均分子量は10000であり、化合物5の質量平均分子量は12000である。
<光酸発生剤>
Figure 0006370093
<密着増強剤>
密着増強剤1:KBM−573(信越化学工業社製)
≪感光性組成物の調製≫
表1に記載のビニルエーテル化合物5gと、表1に記載の水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物2g(化合物6の場合)又は5g(それ以外の場合)と、光酸発生剤1 0.5gと、密着増強剤1 0.015gとを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート58gに溶解させて溶液を得た。得られた溶液を、ポアサイズ0.10μmのポリエチレン製フィルターとポアサイズ0.05μmポリエチレン製フィルターとを用いて濾過し、感光性組成物を調製した。
≪評価≫
<保存安定性>
得られた感光性組成物を20℃又は30℃で2週間放置し、目視で沈殿物の有無を確認した。20℃及び30℃いずれにおける放置でも沈殿物が確認された場合、保存安定性が不良(×)と判定し、30℃における放置でのみ沈殿物が確認された場合、保存安定性がやや不良(△)と判定し、20℃及び30℃いずれにおける放置でも沈殿物が確認されなかった場合、保存安定性が良好(◎)と判定した。結果を表1に示す。
<パターニング特性1>
得られた感光性組成物を25℃で3日間放置し、放置後の感光性組成物をコーターにて、ガラス基板上に塗布した。ホットプレート上で100℃にて2分間加熱(プリベーク)を行い、硬化膜を得た。この硬化膜をブロードバンド光で露光した。ホットプレート上で100℃にて2分間加熱(PEB)を行った後、2.38質量%TMAH水溶液で現像を行い、ポジ型パターニングを行った。
また、同様にして感光性組成物を基板上に塗布し、ホットプレート上で70℃にて2分間加熱(プリベーク)を行った。加熱後の塗膜をブロードバンド光で露光した。ホットプレート上で70℃にて2分間加熱(PEB)を行った後、2.38質量%TMAH水溶液で現像を行い、ネガ型パターニングを行った。
パターンが形成されているか否かを顕微鏡で確認した。ポジ型及びネガ型パターニングのいずれでもパターンが形成されていた場合、パターニング特性が良好(◎)と判定し、ポジ型パターニングでのみパターンが形成されていた場合、パターニング特性がやや不良(△)と判定し、ポジ型及びネガ型パターニングのいずれでもパターンが形成されていなかった場合、パターニング特性が不良(×)と判定した。結果を表1に示す。
<パターニング特性2>
得られた感光性組成物を25℃で3日間放置し、放置後の感光性組成物をコーターにて、ガラス基板上に塗布した。ホットプレート上で80℃にて2分間加熱(プリベーク)を行った。加熱後の塗膜をブロードバンド光で露光した。ホットプレート上で70℃にて2分間加熱(PEB)を行った後、2.38質量%TMAH水溶液で現像を行い、ネガ型パターニングを行った。
パターンが形成されているか否かを顕微鏡で確認した。パターンが形成されていた場合、パターニング特性が良好(○)と判定し、パターンが形成されていなかった場合、パターニング特性が不良(×)と判定した。結果を表1に示す。
Figure 0006370093
表1から分かるように、化合物1を含有する感光性組成物は、保存安定性及びパターニング特性に優れていた。これに対し、比較化合物1〜3のいずれかを含有する感光性組成物は、化合物1を含有する感光性組成物と比較して、保存安定性及びパターニング特性に劣っていた。

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で表されるビニル基含有化合物と、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物と、光酸発生剤(ただし、ハロゲン含有トリアジン化合物を除く。)とを含有する感光性組成物。
    Figure 0006370093
    (式中、W及びWは独立に下記一般式(2)で表される基、下記一般式(4)で表される基、水酸基、又は(メタ)アクリロイルオキシ基を示し、ただし、W及びWは同時に水酸基でも下記一般式(4)で表される基でもなく、環Y及び環Yは同一の又は異なる芳香族炭化水素環を示し、Rは単結合、置換基を有してもよいメチレン基、置換基を有してもよく、2個の炭素原子間にヘテロ原子を含んでもよいエチレン基、−O−で示される基、−NH−で示される基、又は−S−で示される基を示し、R3a及びR3bは独立にシアノ基、ハロゲン原子、又は1価炭化水素基を示し、n1及びn2は独立に0〜4の整数を示す。)
    Figure 0006370093
    (式中、環Zは芳香族炭化水素環を示し、Xは単結合又は−S−で示される基を示し、Rは単結合又は炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Rは1価炭化水素基、水酸基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシル基、アミノ基、カルバモイル基、−NHR4cで示される基、−N(R4dで示される基、(メタ)アクリロイルオキシ基、スルホ基、又は1価炭化水素基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、−NHR4cで示される基、もしくは−N(R4dで示される基に含まれる炭素原子に結合した水素原子の少なくとも一部が1価炭化水素基、水酸基、−OR4aで示される基、−SR4bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシル基、アミノ基、カルバモイル基、−NHR4cで示される基、−N(R4dで示される基、(メタ)アクリロイルオキシ基、メシルオキシ基、もしくはスルホ基で置換された基を示し、R4a〜R4dは独立に1価炭化水素基を示し、mは0以上の整数を示す。)
    Figure 0006370093
    (式中、環Z、X、R、R、及びmは前記の通りである。)
  2. 前記環Zがベンゼン環又はナフタレン環である請求項1記載の感光性組成物。
  3. 前記Rが単結合である請求項1又は2記載の感光性組成物。
  4. 請求項1から3のいずれか1項記載の感光性組成物からなる塗膜を形成する塗膜形成工程と、
    前記塗膜を選択的に露光する露光工程と、
    露光後の前記塗膜を現像する現像工程とを含むパターン形成方法。
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