JP6386764B2 - Method for producing novolac-type phenolic resin, novolac-type phenolic resin, and photoresist composition - Google Patents

Method for producing novolac-type phenolic resin, novolac-type phenolic resin, and photoresist composition Download PDF

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Description

本発明は、高耐熱、高感度、高残膜率及び高解像度を有するフォトレジスト組成物の製造を可能にするノボラック型フェノール樹脂の製造方法、ノボラック型フェノール樹脂、及びフォトレジスト組成物に関する。   The present invention relates to a method for producing a novolak-type phenol resin, a novolac-type phenol resin, and a photoresist composition that enable the production of a photoresist composition having high heat resistance, high sensitivity, a high residual film ratio, and high resolution.

一般にポジ型フォトレジスト組成物には、ナフトキノンジアジド化合物等のキノンジアジド基を有する感光剤とアルカリ可溶性樹脂とが用いられる。このポジ型フォトレジスト組成物は、アルカリ溶液による現像によって高い解像力を有するので、IC、LSI等の半導体製造、LCDなどの回路基材の製造に好適に利用されている。特にアルカリ可溶性樹脂として耐熱性を有するノボラック型フェノール樹脂を用いると、露光後のドライエッチングを好適に行うことができる。ノボラック型フェノール樹脂を含有する数多くのポジ型フォトレジストが開発、実用化されている。   Generally, a positive photoresist composition uses a photosensitizer having a quinonediazide group such as a naphthoquinonediazide compound and an alkali-soluble resin. Since this positive photoresist composition has a high resolving power when developed with an alkaline solution, it is suitably used for the production of semiconductors such as IC and LSI and the production of circuit substrates such as LCD. In particular, when a novolac type phenol resin having heat resistance is used as the alkali-soluble resin, dry etching after exposure can be suitably performed. Many positive photoresists containing novolac type phenolic resins have been developed and put into practical use.

ポジ型フォトレジスト組成物に用いられるノボラック型フェノール樹脂は、従来、m−、p−又はo−クレゾ−ルとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下で縮重合反応させて得られる樹脂であり、フォトレジストの要求特性に対応して、m−、p−又はo−クレゾ−ルの使用比率などを調製して用いられている。また、フォトレジストの特性を調整または向上させるために、分子量、分子量分布などの検討がなされてきた。   A novolak type phenolic resin used for a positive photoresist composition is a resin obtained by subjecting m-, p- or o-cresol and formaldehyde to a condensation polymerization reaction in the presence of an acid catalyst. The ratio of m-, p- or o-cresol used is adjusted in accordance with the required characteristics. Further, in order to adjust or improve the characteristics of the photoresist, studies have been made on molecular weight, molecular weight distribution, and the like.

ところで、LCDの分野では、TFT、STN等の技術の進展に伴い画像の線幅が細くなり、さらに微細化の傾向が強まっている。最近では、高精細なTFT表示素子の設計寸法は数μmレベルまで向上している。かかる用途においては、特に高耐熱、高感度、高残膜率、及び高解像度をバランスよく有するフォトレジスト組成物が要求されるために、従来のポジ型フォトレジスト組成物では対応できなくなりつつある。また、半導体に用いられるフォトレジスト組成物に対しては、従来からより高いレベルで高耐熱、高感度、高残膜率、及び高解像度をバランスよく有するフォトレジスト組成物が求められていた。   By the way, in the field of LCDs, the line width of an image becomes narrower with the progress of technologies such as TFT, STN, etc., and the tendency of further miniaturization is intensifying. Recently, the design dimensions of high-definition TFT display elements have been improved to a few μm level. In such applications, a photoresist composition having a well-balanced high heat resistance, high sensitivity, high residual film ratio, and high resolution is required, so that conventional positive-type photoresist compositions cannot be used. Further, for photoresist compositions used for semiconductors, there has been a demand for a photoresist composition having a high level of high heat resistance, high sensitivity, high residual film ratio, and high resolution in a balanced manner.

このため、例えばノボラック型フェノール樹脂の耐熱性を向上させる方法として、キシレノール、トリメチルフェノールなどのアルキルフェノール類を用いた検討がなされている。しかし、この方法では耐熱性が若干改良される程度であり、十分な効果を得ることはできなかった。   For this reason, for example, as a method for improving the heat resistance of a novolac type phenol resin, studies using alkylphenols such as xylenol and trimethylphenol have been made. However, with this method, the heat resistance is only slightly improved and a sufficient effect cannot be obtained.

他の耐熱性を向上させる方法として、芳香族アルデヒド類を用いる方法が検討されている。特許文献1には、架橋基に芳香族アルデヒドであるサリチルアルデヒドとホルムアルデヒドを併用することが提案されている。しかし、サリチルアルデヒドとホルムアルデヒドとを併用したノボラック型フェノール樹脂は、露光・現像時においてアルカリ現像液に対する溶解速度が速過ぎて、現像後の残膜率が低くなるという問題があった。このことは、特許文献1と同じ発明者による特許文献2(段落0002や実施例参照)に記載されている。   As another method for improving heat resistance, a method using an aromatic aldehyde has been studied. Patent Document 1 proposes that salicylaldehyde, which is an aromatic aldehyde, and formaldehyde are used in combination as a crosslinking group. However, the novolak type phenolic resin using salicylaldehyde and formaldehyde in combination has a problem that the rate of remaining film after development is low because the dissolution rate in an alkaline developer is too fast during exposure and development. This is described in Patent Document 2 (see paragraph 0002 and Examples) by the same inventor as Patent Document 1.

特許文献3には、高耐熱性・高解像度・高感度を両立するフォトレジスト用フェノール樹脂として、m−クレゾ−ル、p−クレゾール及びナフトールを含有するフェノール類と、架橋基としてホルムアルデヒド及び/又はパラホルムを含むフォトレジスト用ノボラック型フェノール樹脂について記載されている。この文献の実施例として、m−クレゾ−ル、p−クレゾールおよび1−ナフトールを含有するフェノール類と、架橋基にホルムアルデヒドを使用した例が開示されている。しかし、文献中の手法では未反応の高沸点物質であるナフトールの除去が操作上手間になる可能性があることや、樹脂骨格中にナフトールを一定量しか取り込むことができず、耐熱性が目的にかなうフォトレジスト用フェノール樹脂としては不十分である。文献中のノボラック型フェノール樹脂を用いた場合のフォトレジストは、耐熱性、感度、残膜率、解像度などにおいて十分なものとはいえず、更に改良の余地があった。(本願の比較例2及び比較例3参照)   In Patent Document 3, as a phenolic resin for a photoresist that achieves both high heat resistance, high resolution, and high sensitivity, phenols containing m-cresol, p-cresol, and naphthol, and formaldehyde and / or cross-linking groups are used. A novolak phenolic resin for photoresist containing paraform is described. As an example of this document, an example using phenols containing m-cresol, p-cresol and 1-naphthol and formaldehyde as a crosslinking group is disclosed. However, in the method in the literature, removal of naphthol, which is an unreacted high boiling point substance, may be troublesome in operation, and only a certain amount of naphthol can be taken into the resin skeleton, and heat resistance is the target. Therefore, it is insufficient as a phenol resin for photoresist. A photoresist using a novolac type phenolic resin in the literature is not sufficient in terms of heat resistance, sensitivity, remaining film ratio, resolution, etc., and there is room for further improvement. (See Comparative Example 2 and Comparative Example 3 of this application)

特願平2−84414号公報Japanese Patent Application No. 2-84414 特開2008−88197号公報JP 2008-88197 A 特開2009−227926号公報JP 2009-227926 A

しかし、LCD等の分野においても、TFT、STNなどの技術の進展に伴い画像の線幅が細くなり、ますます微細化の傾向が強まっている。最近では、高精細なTFT表示素子では、設計寸法が数μmレベルまで向上している。かかる用途においては、特に高い解像力、高耐熱性、高感度、高残膜率を有するフォトレジストが要求され、従来の上記のポジ型フォトレジストでは対応できないのが現状である。   However, in the field of LCDs or the like, the line width of an image becomes narrower with the progress of technologies such as TFT and STN, and the tendency of miniaturization becomes stronger. Recently, the design dimension of high-definition TFT display elements has been improved to several μm level. In such applications, a photoresist having a particularly high resolving power, high heat resistance, high sensitivity, and a high residual film ratio is required, and the conventional positive photoresist cannot cope with the present situation.

そこで、本発明は、高耐熱、高感度、高残膜率及び高解像度を有するフォトレジスト組成物の製造を可能にするノボラック型フェノール樹脂の製造方法、ノボラック型フェノール樹脂、及びフォトレジスト組成物を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a method for producing a novolak-type phenol resin, a novolac-type phenol resin, and a photoresist composition that enable the production of a photoresist composition having high heat resistance, high sensitivity, high residual film ratio, and high resolution. The purpose is to provide.

以上の目的を達成するために、本発明者らは,鋭意研究を重ねた結果、ナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を反応させて式1で表される三核体を10〜80質量%含む中間反応物を得る第1工程と、第1工程で得られた中間反応物中の未反応ナフトール類(a1)の含有量を10質量%以下まで未反応ナフトール類を除去する第2工程と、第2工程で処理された中間反応物、クレゾール類(b2)及びホルムアルデヒド類(c2)を反応させてノボラック型フェノール樹脂を得る第3工程とによって、製造されるノボラック型フェノール樹脂をフォトレジスト組成物に用いた場合、高耐熱、高感度、高残膜率及び高解像度を有することを見いだした。すなわち、本発明は、ナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を反応させて式1で表される三核体を10〜80質量%含む中間反応物を得る第1工程と、第1工程で得られた中間反応物中の未反応ナフトール類(a1)の含有量を10質量%以下まで未反応ナフトール類を除去する第2工程と、第2工程で処理された中間反応物、クレゾール類(b2)及びホルムアルデヒド類(c2)を反応させてノボラック型フェノール樹脂を得る第3工程とを備えたことを特徴とするフォトレジスト用ノボラック型フェノール樹脂の製造方法である。   In order to achieve the above object, as a result of intensive research, the present inventors have reacted naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) to form a compound represented by Formula 1. A first step for obtaining an intermediate reactant containing 10 to 80% by mass of a nucleus, and an unreacted naphthol content of the unreacted naphthols (a1) in the intermediate reactant obtained in the first step up to 10% by mass or less Is produced by a second step of removing the alcohol and a third step of reacting the intermediate reactant, cresols (b2) and formaldehydes (c2) treated in the second step to obtain a novolak type phenol resin. It has been found that when a novolac type phenolic resin is used in a photoresist composition, it has high heat resistance, high sensitivity, a high residual film rate and high resolution. That is, the present invention provides a first intermediate product obtained by reacting naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) to contain 10 to 80% by mass of the trinuclear compound represented by Formula 1. Processed in the step, the second step of removing the unreacted naphthols to the content of the unreacted naphthols (a1) in the intermediate reaction product obtained in the first step to 10% by mass or less, and the second step. And a third step of obtaining a novolak-type phenol resin by reacting an intermediate reactant, cresols (b2) and formaldehydes (c2), and a method for producing a novolak-type phenol resin for a photoresist.

Figure 0006386764
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以上のように、本発明によれば、高耐熱、高感度、高残膜率及び高解像度を有するフォトレジスト組成物に用いることができるノボラック型フェノール樹脂及びその製造方法、並びにそれを用いたフォトレジスト組成物を提供することができる。すなわち、この製造方法によって得られるノボラック型フェノール樹脂を用いると、高耐熱性、高感度、高残膜率及び高解像度をバランスよく有するフォトレジスト組成物を得ることができる。このため、高集積半導体や液晶用の薄膜フィルムトランジスター(TFT)を製造する際のリソグラフィーの材料や半導体絶縁膜用の材料などとして好適に使用することができる。   As described above, according to the present invention, the novolak-type phenolic resin that can be used for a photoresist composition having high heat resistance, high sensitivity, high residual film ratio, and high resolution, a method for producing the same, and a photo using the same A resist composition can be provided. That is, when the novolac type phenol resin obtained by this production method is used, a photoresist composition having a high balance of high heat resistance, high sensitivity, high residual film ratio and high resolution can be obtained. For this reason, it can be suitably used as a material for lithography or a material for a semiconductor insulating film when manufacturing a highly integrated semiconductor or a thin film transistor (TFT) for liquid crystal.

(第1工程)
本発明に係る製造方法において、第1工程は、ナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を反応させて式1で表される三核体を10〜80質量%含む中間反応物を得る工程である。すなわち、第1工程においては、例えば、1−ナフトールからなるナフトール類(a1)とm−クレゾール及び/またはp−クレゾールからなるクレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)とを縮重合反応させて、1−ナフトール(a1)とクレゾール類(b1)とがホルムアルデヒド(c1)で縮重合されたフェノール樹脂の重合単位がブロック化したセグメント(S1)を生成する。
(First step)
In the production method according to the present invention, the first step includes 10 to 80% by mass of the trinuclear compound represented by Formula 1 by reacting naphthols (a1), cresols (b1), and formaldehydes (c1). In this step, an intermediate reaction product is obtained. That is, in the first step, for example, naphthols (a1) composed of 1-naphthol, cresols (b1) composed of m-cresol and / or p-cresol and formaldehydes (c1) are subjected to a condensation polymerization reaction. 1-naphthol (a1) and cresols (b1) produce a segment (S1) in which polymer units of a phenol resin obtained by condensation polymerization with formaldehyde (c1) are blocked.

Figure 0006386764
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前記第1工程の反応式において、lは第1工程においてナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)が縮重合したフェノール樹脂の重合単位の重合度を示し、0から100の整数を示す。   In the reaction formula of the first step, l represents the degree of polymerization of the polymer units of the phenol resin obtained by condensation polymerization of naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) in the first step. Indicates an integer.

第1工程において、ナフトール類(a1)は、好ましくは1−ナフトール及び2−ナフトールのいずれか一以上であり、より好ましくは1−ナフトールである。   In the first step, the naphthols (a1) are preferably one or more of 1-naphthol and 2-naphthol, more preferably 1-naphthol.

第1工程において、クレゾール類(b1)は、オルソクレゾール(2−メチルフェノール)、メタクレゾール(3−メチルフェノール)、及びパラクレゾール(4−メチルフェノール)のうち、いずれか一以上であるクレゾールである。好ましくはメタクレゾール単独、パラクレゾール単独、又はメタクレゾールとパラクレゾールとの混合物であり、より好ましくはパラクレゾール単独である。   In the first step, the cresol (b1) is a cresol that is any one or more of ortho-cresol (2-methylphenol), meta-cresol (3-methylphenol), and para-cresol (4-methylphenol). is there. Preferred is metacresol alone, paracresol alone, or a mixture of metacresol and paracresol, and more preferred is paracresol alone.

第1工程において、ホルムアルデヒド類(c1)は、形態として特に制限はなく、ホルムアルデヒド水溶液の他、パラホルムアルデヒド、トリオキサンなど酸存在下で分解してホルムアルデヒドとなる重合物を用いることもできる。   In the first step, the formaldehyde (c1) is not particularly limited in form, and in addition to an aqueous formaldehyde solution, a polymer that decomposes in the presence of an acid such as paraformaldehyde or trioxane to formaldehyde can also be used.

第1工程において、ナフトール類(a1)の配合量は、クレゾール類(b1)1モルに対して、好ましくは1〜10モルであり、より好ましくは3〜6モルである。また、ホルムアルデヒド類(c1)の配合量は、クレゾール類(b1)1モルに対して好ましくは、1.0〜3.0モル、より好ましくは2.0〜2.5モルである。   In the first step, the blending amount of the naphthols (a1) is preferably 1 to 10 mol, more preferably 3 to 6 mol, relative to 1 mol of the cresols (b1). Moreover, the compounding quantity of formaldehyde (c1) becomes like this. Preferably it is 1.0-3.0 mol with respect to 1 mol of cresols (b1), More preferably, it is 2.0-2.5 mol.

第1工程において、ナフトール類(a1)とクレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)とを上記の範囲で配合することで、樹脂構造中にナフトール類を取り込んだ式1で表される三核体を含んだ中間反応物を安定的に得ることができる。   In the first step, naphthols (a1), cresols (b1), and formaldehydes (c1) are blended in the above range to obtain a trinuclear represented by Formula 1 in which naphthols are incorporated into the resin structure. The intermediate reactant containing the body can be stably obtained.

第1工程で得られる中間反応物は、樹脂構造中にナフトール類(a1)に由来する骨格を式1で表される三核体が10〜80質量%含有しており、20〜70質量%含有していることが好ましく、30〜60質量%含有していることがさらに好ましい。上記のように、ナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を配合すると、ナフトール類がクレゾール類やホルムアルデヒド類に対して過剰であるため、三核体のような低分子量成分が生成し易い。   The intermediate reaction product obtained in the first step contains 10-80% by mass of a trinuclear compound represented by the formula 1 in a skeleton derived from naphthols (a1) in the resin structure, and 20-70% by mass. It is preferable to contain, and it is more preferable to contain 30-60 mass%. As mentioned above, when naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) are blended, the naphthols are excessive with respect to cresols and formaldehydes, so that they have a low molecular weight like trinuclear bodies. Easy to produce components.

第1工程で得られる中間反応物の重量平均分子量は、好ましくは400〜2000、より好ましくは500〜1500である。   The weight average molecular weight of the intermediate reactant obtained in the first step is preferably 400 to 2000, more preferably 500 to 1500.

第1工程において、ナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を縮重合反応させる方法は、特に限定されない。ナフトール(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を縮重合反応させることのできる公知の触媒、溶媒、反応温度及び反応時間などを採用することができる。また、反応終了後の後処理についても、中和、水洗、脱水、及び減圧蒸留などの公知の方法を採用することができる。   In the first step, the method for subjecting the naphthols (a1), the cresols (b1) and the formaldehydes (c1) to a polycondensation reaction is not particularly limited. A known catalyst, a solvent, a reaction temperature, a reaction time, and the like that can cause a polycondensation reaction of naphthol (a1), cresols (b1), and formaldehydes (c1) can be employed. Moreover, also about the post-process after completion | finish of reaction, well-known methods, such as neutralization, water washing, dehydration, and reduced pressure distillation, are employable.

第1工程の好ましい態様の一つとしては、例えばクレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)を塩基性触媒下で反応させてクレゾール類のジメチロール体を得る工程Aと、次いで得られたクレゾール類のジメチロール体とナフトール類(a1)とを酸触媒下で反応させる工程Bを備えた態様がある。   One preferred embodiment of the first step is, for example, a step A in which cresols (b1) and formaldehydes (c1) are reacted in the presence of a basic catalyst to obtain a dimethylol form of cresols, and then the cresols obtained. There exists an aspect provided with the process B which makes the dimethylol body and naphthol (a1) of this react with an acid catalyst.

具体的には、クレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)を水溶中、水酸化ナトリウムなどの塩基性触媒下、反応温度40〜50℃で3〜6hr反応させて、クレゾール類(b1)のジメチロール体を得て、次いで得られたジメチロール体とナフトール類(a1)を無溶媒、又は水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、メチルイソブチルケトン等の溶媒中、シュウ酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、塩酸、硫酸又はリン酸等の酸触媒下、反応温度40〜85℃で2〜15時間反応させることによって中間反応物を得ることができる。   Specifically, cresols (b1) and formaldehydes (c1) are reacted in water in a basic catalyst such as sodium hydroxide at a reaction temperature of 40 to 50 ° C. for 3 to 6 hours. A dimethylol body was obtained, and then the obtained dimethylol body and naphthols (a1) were used in a solvent-free or solvent such as water, methanol, ethanol, propanol, butanol, toluene, methyl isobutyl ketone, oxalic acid, benzenesulfonic acid, An intermediate reaction product can be obtained by reacting at a reaction temperature of 40 to 85 ° C. for 2 to 15 hours under an acid catalyst such as paratoluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, or phosphoric acid.

(第2工程)
本発明に係る製造方法において、第2工程は、第1工程で得られた中間反応物中の未反応ナフトール類(a1)の含有量を10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下、最も好ましくは1質量%以下まで未反応ナフトール類を除去する工程である。第1工程によって得られる中間反応物は、分子量が低く、溶融時の粘度が低いため、加熱減圧蒸留などによって、容易に未反応のナフトールを除去することができる。未反応のナフトールを除去する具体的な方法としては、加熱減圧蒸留による方法、水蒸気蒸留による方法、薄膜蒸留装置を用いて除去する方法などの公知の方法を用いることができる。
(Second step)
In the production method according to the present invention, in the second step, the content of unreacted naphthols (a1) in the intermediate reaction product obtained in the first step is 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, Preferably, it is a step of removing unreacted naphthols to 3% by mass or less, most preferably 1% by mass or less. Since the intermediate reactant obtained in the first step has a low molecular weight and a low viscosity at the time of melting, unreacted naphthol can be easily removed by heating under reduced pressure. As a specific method for removing unreacted naphthol, a known method such as a method by heating under reduced pressure, a method by steam distillation, or a method using a thin film distillation apparatus can be used.

具体的には、第1工程の後処理として中間反応物を水洗し、その後、加熱減圧蒸留又は水蒸気蒸留(減圧スチーミング)又は薄膜蒸留装置を用いて、未反応ナフトール類(a1)などの未反応原料を除去することができる。この方法により、樹脂構造中にナフトール類を取り込んだ中間反応物を安定的に得ることができる。   Specifically, the intermediate reaction product is washed with water as a post-treatment in the first step, and then unreacted naphthols (a1) and the like are unreacted using a heated vacuum distillation or steam distillation (vacuum steaming) or thin film distillation apparatus. The reaction raw material can be removed. By this method, an intermediate reaction product in which naphthols are incorporated into the resin structure can be stably obtained.

(第3工程)
本発明に係る製造方法において、第3工程は、第2工程で処理された中間反応物、クレゾール類(b2)及びホルムアルデヒド類(c2)を反応させてノボラック型フェノール樹脂を得る工程である。すなわち、第3工程においては、例えば、m−クレゾール及び/またはp−クレゾールからなるクレゾール類(b2)と、ホルムアルデヒド(c2)と、第1工程で生成したセグメント(S1)とが更に縮重合反応して、クレゾール類(b2)とホルムアルデヒド(c2)とが縮重合されたフェノール樹脂の重合単位がブロック化したセグメント(S2)と、1−ナフトール(a1)とクレゾール類(b1)とがホルムアルデヒド(c1)で縮重合されたフェノール樹脂の重合単位がブロック化したセグメント(S1)とを有するノボラック型フェノール樹脂が得られる。
(Third step)
In the production method according to the present invention, the third step is a step of obtaining a novolac type phenol resin by reacting the intermediate reactant, cresol (b2) and formaldehyde (c2) treated in the second step. That is, in the third step, for example, cresols (b2) composed of m-cresol and / or p-cresol, formaldehyde (c2), and the segment (S1) generated in the first step are further subjected to a condensation polymerization reaction. Then, a segment (S2) in which a polymer unit of a phenol resin obtained by condensation polymerization of cresols (b2) and formaldehyde (c2), 1-naphthol (a1) and cresols (b1) are converted into formaldehyde ( A novolak-type phenol resin having a segment (S1) in which the polymer units of the phenol resin polycondensed in c1) are blocked is obtained.

Figure 0006386764
《第2工程》
Figure 0006386764
<< Second process >>

前記第3工程の反応式において、mは第3工程でセグメント(S1)同士が縮重合した場合の重合度、nは第3工程でクレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位の重合度、zは第3工程でセグメント(S1)とセグメント(S2)とが縮重合した重合度を示し、m、n、zはそれぞれ独立に1から100の整数を示す。   In the reaction formula of the third step, m is the degree of polymerization when the segments (S1) are subjected to condensation polymerization in the third step, and n is the condensation polymerization of cresols (b1) and formaldehydes (c1) in the third step. The degree of polymerization of the polymer unit of the phenol resin, z represents the degree of polymerization in which the segment (S1) and the segment (S2) were polycondensed in the third step, and m, n, and z each independently represents an integer of 1 to 100. Show.

この様に、本発明の製造方法によって、分子中に、ナフトール類(a1)とクレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位及び/又はクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位が、ブロック化して存在するノボラック型フェノール樹脂を生成することができる。すなわち、本発明のノボラック型フェノール樹脂は、例えば・・・S2S2S1S1S1S2・・・や、・・・S2S1S2S1S2S2S1・・・のような構造を有する。これはいわゆるランダム縮重合反応によって生成したノボラック型フェノール樹脂とは、化学構造が相違するものである。   Thus, according to the production method of the present invention, polymer units and / or cresols (b2) of a phenol resin obtained by condensation polymerization of naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) in the molecule. A novolak-type phenol resin in which polymer units of a phenol resin obtained by condensation polymerization of aldehyde and formaldehyde (c2) are blocked can be produced. That is, the novolak type phenolic resin of the present invention has a structure such as... S2S2S1S1S1S2..., S2S1S2S1S2S2S1. This is different in chemical structure from the novolak type phenol resin produced by so-called random condensation polymerization reaction.

また、本発明の製造方法における前記縮重合反応によれば、ブロック化して存在する各重合単位の重合度の分布は狭くなり、分子量のコントロールが容易となる。また、ナフトールを確実に消費させ、樹脂中に取り込むことができ、反応を完結させることができるので、第2工程において高沸点である未反応のナフトールを除去する操作を省くことができ、品質の安定化にも繋がる。また、フォトレジスト組成物にした時に高耐熱性、高感度、及び高解像度となる、所望のノボラック型フェノール樹脂を得ることができる。   In addition, according to the condensation polymerization reaction in the production method of the present invention, the distribution of the degree of polymerization of each polymer unit present in a blocked state becomes narrow, and the molecular weight can be easily controlled. In addition, since naphthol can be reliably consumed and taken into the resin and the reaction can be completed, the operation of removing unreacted naphthol having a high boiling point in the second step can be omitted, and quality can be reduced. It also leads to stabilization. In addition, a desired novolac-type phenol resin that has high heat resistance, high sensitivity, and high resolution when formed into a photoresist composition can be obtained.

本発明のノボラック型フェノール樹脂は、ランダム縮重合反応で得られたノボラック型フェノール樹脂に比べて、ナフトール類(a1)とクレゾール類(b1)とホルムアルデヒド類(c1)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位同士及び/又はクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位同士が、相互に隣接して繰り返し結合している割合が高ければよく、ランダム縮重合反応の場合に比べて、好ましくは1.1倍以上、より好ましくは1.3倍以上、更に好ましくは1.5倍以上の高い割合で隣接して繰り返し結合していればよい。   The novolak type phenolic resin of the present invention is a phenolic resin obtained by condensation polymerization of naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) as compared with the novolak type phenolic resin obtained by random condensation polymerization reaction. Random polycondensation reaction is sufficient if the polymer units of the phenol resin in which the polymer units and / or the cresols (b2) and the formaldehydes (c2) are polycondensed are adjacent to each other and repeatedly bonded. Compared to the above case, it is preferable that the bonding is repeated adjacently at a high ratio of preferably 1.1 times or more, more preferably 1.3 times or more, and still more preferably 1.5 times or more.

第3工程は、第1工程及び第2工程に続いて同一の反応系で連続的に行っても良い。第3工程を連続的に行う場合には、第2工程において未反応ナフトール類(a1)などの原料を除去した中間反応物にクレゾール類(b2)を添加して均一混合した後、ホルムアルデヒド類(c2)を添加して縮重合反応させる方法をとることができる。   The third step may be continuously performed in the same reaction system following the first step and the second step. In the case where the third step is continuously performed, the cresols (b2) are added to the intermediate reaction product from which raw materials such as unreacted naphthols (a1) have been removed in the second step and mixed uniformly, and then formaldehydes ( The method of adding c2) and carrying out a condensation polymerization reaction can be taken.

また、第3工程は、第2工程で処理された中間反応物を一旦取り出して、第1工程及び第2工程とは別の反応系で行っても良い。その場合は、クレゾール類(b2)に第2工程で処理された中間反応物を添加して均一混合した後、ホルムアルデヒド類(c2)を添加して縮重合反応させる方法が好ましい。   In addition, the third step may be performed in a reaction system different from the first step and the second step, once taking out the intermediate reactant processed in the second step. In that case, after adding the intermediate reaction material processed at the 2nd process to cresol (b2) and mixing it uniformly, the method of adding formaldehyde (c2) and carrying out a polycondensation reaction is preferable.

第3工程において、クレゾール類(b2)は、オルソクレゾール、メタクレゾール、及びパラクレゾールからなる群より選ばれる少なくとも1のクレゾールであり、好ましくはメタクレゾールとパラクレゾールとの混合物である。   In the third step, the cresol (b2) is at least one cresol selected from the group consisting of ortho-cresol, meta-cresol, and para-cresol, and preferably a mixture of meta-cresol and para-cresol.

クレゾール類(b2)が、メタクレゾールとパラクレゾールとの混合物である場合には、メタクレゾールとパラクレゾールとのモル比(メタクレゾール/パラクレゾール)は、好ましくは1.0〜4.5であり、より好ましくは1.2〜4.3であり、さらに好ましくは1.4〜4.1である。   When the cresol (b2) is a mixture of metacresol and paracresol, the molar ratio of metacresol to paracresol (metacresol / paracresol) is preferably 1.0 to 4.5. More preferably, it is 1.2-4.3, More preferably, it is 1.4-4.1.

第3工程において、クレゾール類(b2)は、本発明の効果の範囲内で、その他の周知のフェノール化合物を含有することができる。その他の周知のフェノール化合物としては、具体的には、フェノール、o−クレゾ−ル、キシレノ−ル、トリメチルフェノ−ルが挙げられる。キシレノ−ルは、2、3−キシレノ−ル、2、4−キシレノ−ル、2、5−キシレノ−ル、2、6−キシレノ−ル、3、4−キシレノ−ル、3、5−キシレノ−ルの各構造異性体が使用でき、トリメチルフェノ−ルにおいても、2、3、5−トリメチルフェノ−ル、2、3、6−トリメチルフェノ−ル等の各異性体が使用できる。また、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等の2価フェノール類も使用できる。   In the third step, the cresols (b2) can contain other well-known phenol compounds within the scope of the effect of the present invention. Specific examples of other known phenol compounds include phenol, o-cresol, xylenol, and trimethylphenol. Xylenol is 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol. Each structural isomer can be used, and also in trimethylphenol, each isomer such as 2,3,5-trimethylphenol, 2,3,6-trimethylphenol and the like can be used. Divalent phenols such as catechol, resorcinol and hydroquinone can also be used.

その他の周知のフェノール化合物の含有量はクレゾール類(b2)100質量%としたとき、好ましくは20質量%未満である。   The content of other known phenol compounds is preferably less than 20% by mass when the cresol (b2) is 100% by mass.

第3工程において、ホルムアルデヒド類(c2)は、形態として特に制限はなく、ホルムアルデヒド水溶液の他、パラホルムアルデヒド、トリオキサンなど酸存在下で分解してホルムアルデヒドとなる重合物を用いることもできる。   In the third step, the formaldehyde (c2) is not particularly limited in form, and in addition to an aqueous formaldehyde solution, a polymer that decomposes in the presence of an acid such as paraformaldehyde or trioxane to formaldehyde can also be used.

第3工程において、ホルムアルデヒド類(c2)の添加方法は、ホルムアルデヒド類(c2)を一度に添加する一括添加でも、滴下などによる逐次添加でも良いが、第2工程で処理された中間及びクレゾール類(b2)との反応で発生する反応熱により、反応の制御が難しくなる場合があることから、滴下などによる逐次添加が好ましい。   In the third step, the method for adding formaldehydes (c2) may be batch addition in which formaldehydes (c2) are added all at once or sequential addition by dropping or the like, but the intermediate and cresols treated in the second step ( Since reaction heat may be difficult to control due to reaction heat generated in the reaction with b2), sequential addition by dropping or the like is preferable.

第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)との配合量は、中間反応物とクレゾール類(b2)との合計を100質量%とすると、中間反応物の配合量は、好ましくは5〜50質量%であり、より好ましくは6〜40質量%であり、さらに好ましくは7〜35質量%であり、さらに好ましくは8〜30質量%であり、最も好ましくは9〜25質量%である。中間反応物とクレゾール類(b2)との質量比を上記範囲とすることにより、フォトレジスト組成物としたときに耐熱性を有するノボラック型フェノール樹脂とすることができる。   In the third step, the amount of the intermediate reactant treated in the second step and the cresol (b2) is 100% by mass of the intermediate reactant and the cresol (b2). The blending amount is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 6 to 40% by mass, further preferably 7 to 35% by mass, further preferably 8 to 30% by mass, and most preferably. 9 to 25% by mass. By setting the mass ratio of the intermediate reaction product and the cresols (b2) within the above range, a novolac type phenol resin having heat resistance when used as a photoresist composition can be obtained.

第3工程において、ホルムアルデヒド類(c2)の配合量は、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)との合計の配合量に対し、質量比(ホルムアルデヒド類(c2)の質量/中間反応物の質量とクレゾール類(b2)の質量との合計の質量)で、好ましくは0.140〜0.200、より好ましくは0.150〜0.190、さらに好ましくは0.150〜0.185である。クレゾール類(b2)とのモル比(ホルムアルデヒド類(c2)のモル数/クレゾール類(b2)のモル数)で好ましくは0.65〜0.85、より好ましくは0.68〜0.83、さらに好ましくは0.70〜0.82である。ホルムアルデヒド類(c2)の配合量を上記範囲とすることにより、フォトレジスト組成物としたときに耐熱性を有するノボラック型フェノール樹脂とすることができる。   In the third step, the blending amount of formaldehydes (c2) is a mass ratio (mass of formaldehydes (c2) with respect to the total blending amount of the intermediate reactant and cresols (b2) treated in the second step. / Total mass of intermediate reaction product and cresols (b2)), preferably 0.140 to 0.200, more preferably 0.150 to 0.190, and even more preferably 0.150 to 0.185. Preferably in the molar ratio with the cresols (b2) (number of moles of formaldehydes (c2) / number of moles of cresols (b2)), 0.65 to 0.85, more preferably 0.68 to 0.83, More preferably, it is 0.70-0.82. By making the compounding quantity of formaldehydes (c2) into the said range, it can be set as the novolak-type phenol resin which has heat resistance, when it is set as a photoresist composition.

第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)との配合量を調整し、さらにクレゾール類(b2)のメタクレゾール、パラクレゾールなどの成分組成を調整することによって、ノボラック型フェノール樹脂をレジスト組成物にしたときの耐熱性、感度、残膜率及び解像度等の特性を調整することができる。   In the third step, the amount of the intermediate reaction product, the cresols (b2) and the formaldehydes (c2) treated in the second step is adjusted, and the components of the cresols (b2) such as metacresol and paracresol By adjusting the composition, it is possible to adjust characteristics such as heat resistance, sensitivity, remaining film rate, and resolution when a novolac type phenol resin is used as a resist composition.

第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)とを反応させる際の触媒としては、酸触媒を使用することができる。酸触媒としては、例えば、シュウ酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、メタンスルホン酸などの有機スルホン酸、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸などを使用できる。酸触媒の使用量は、その種類によっても異なるが、シュウ酸の場合は0.3〜1.0質量%程度、硫酸の場合は0.05〜0.1質量%程度、またパラトルエンスルホン酸の場合は0.1〜0.5質量%程度使用することが好ましい。また、酸触媒としてはシュウ酸が好ましい。   In the third step, an acid catalyst can be used as a catalyst for reacting the intermediate reaction product treated in the second step with the cresols (b2) and the formaldehydes (c2). Examples of the acid catalyst include organic sulfonic acids such as oxalic acid, benzenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, and methanesulfonic acid, and inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid. The amount of acid catalyst used varies depending on the type, but in the case of oxalic acid, about 0.3 to 1.0% by mass, in the case of sulfuric acid, about 0.05 to 0.1% by mass, and paratoluenesulfonic acid In this case, it is preferable to use about 0.1 to 0.5% by mass. As the acid catalyst, oxalic acid is preferable.

第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)とを反応させる際の反応温度は、特に限定されないが、好ましくは60〜160℃、より好ましくは80〜140℃である。反応温度が50℃より低いと反応が進まず、200℃より高いと反応の制御が難しくなる場合があり、目的のノボラック型フェノール樹脂を安定的に得ることが困難となる場合があるので好ましくない。   In the third step, the reaction temperature for reacting the intermediate reactant treated in the second step with the cresols (b2) and the formaldehydes (c2) is not particularly limited, but is preferably 60 to 160 ° C. Preferably it is 80-140 degreeC. If the reaction temperature is lower than 50 ° C., the reaction does not proceed. If the reaction temperature is higher than 200 ° C., it may be difficult to control the reaction, and it may be difficult to stably obtain the target novolac phenol resin. .

第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)とを反応させる際は、必要に応じて反応溶媒を使用することができる。反応溶媒としては、クレゾール類、ホルムアルデヒドを溶解する水が好適であるが、場合によっては、反応に影響を及ぼさない有機溶媒を使用することもできる。このような有機溶媒としては、ジエチレングリコールジメチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類等が挙げられる。   In the third step, when the intermediate reaction product, the cresols (b2) and the formaldehydes (c2) treated in the second step are reacted, a reaction solvent can be used as necessary. The reaction solvent is preferably water that dissolves cresols and formaldehyde, but in some cases, an organic solvent that does not affect the reaction can also be used. Examples of such organic solvents include ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, and 1,2-diethoxyethane; esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate; and cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. Can be mentioned.

これらの反応溶媒の使用量は、通常、反応原料100質量部当り、20〜1000質量部である。   The amount of these reaction solvents used is usually 20 to 1000 parts by mass per 100 parts by mass of the reaction raw material.

第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)とホルムアルデヒド類(c2)とを反応させる際の反応時間は反応温度にもよるが、通常は20時間以内である。反応圧力は、通常は常圧下で行われるが、若干の加圧ないし減圧下でも行うことができる。   In the third step, the reaction time for reacting the intermediate reactant treated in the second step with the cresols (b2) and the formaldehydes (c2) depends on the reaction temperature, but is usually within 20 hours. . The reaction pressure is usually carried out under normal pressure, but it can also be carried out under slight pressure or reduced pressure.

第3工程における反応終了後、後処理として、塩基を添加して酸触媒を中和し、続いて酸触媒を除去するために水を加えて水洗を実施することが好ましい。   After completion of the reaction in the third step, as a post-treatment, it is preferable to add a base to neutralize the acid catalyst, and subsequently add water to remove the acid catalyst and carry out water washing.

酸触媒の中和のための塩基としては、特に限定されることはなく、酸触媒を中和し、水に可溶となる塩を形成するものであれば使用可能である。塩基としては、例えば、金属水酸化物や金属炭酸塩などの無機塩基ならびにアミンや有機アミンなどの有機塩基が挙げられる。無機塩基としては、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムや炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カルシウムが挙げられる。有機塩基のアミンあるいは有機アミンの具体例としては、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、トリブチルアミンなどが挙げられる。好ましくは有機アミンが使用される。塩基の使用量は、酸触媒を中和し、反応系内のpHを4〜8の範囲にする量で使用することが好ましい。   The base for neutralizing the acid catalyst is not particularly limited, and any base that neutralizes the acid catalyst and forms a salt that is soluble in water can be used. Examples of the base include inorganic bases such as metal hydroxides and metal carbonates, and organic bases such as amines and organic amines. Specific examples of the inorganic base include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate, and calcium carbonate. Specific examples of organic base amines or organic amines include ammonia, trimethylamine, triethylamine, diethylamine, and tributylamine. Preferably organic amines are used. It is preferable to use the base in such an amount that the acid catalyst is neutralized and the pH in the reaction system is in the range of 4-8.

水洗における水洗水の量と水洗の回数は、特に限定されない。酸触媒をレジスト用組成物としての実使用に影響ない程度の量まで除去するには、水洗回数としては1〜5回程度である。   The amount of washing water and the number of washings are not particularly limited. In order to remove the acid catalyst to an amount that does not affect the actual use as a resist composition, the number of washings is about 1 to 5 times.

水洗温度は、特に限定されないが、触媒除去の効率と作業性の観点から40〜95℃で行うのが好ましい。水洗中、樹脂と水洗水の分離が悪い場合は、樹脂の粘度を低下させる溶媒の添加や水洗温度を上昇させることが効果的である。このような溶媒は、フェノ−ル樹脂を溶解し、粘度を低下させるものであれば特に限定されることなく使用することができる。   The washing temperature is not particularly limited, but is preferably 40 to 95 ° C. from the viewpoint of catalyst removal efficiency and workability. When the resin and the washing water are poorly separated during washing with water, it is effective to add a solvent that lowers the viscosity of the resin and raise the washing temperature. Such a solvent can be used without particular limitation as long as it dissolves the phenol resin and lowers the viscosity.

酸性触媒を中和及び水洗により除去した後、例えば、反応系の温度を130℃〜230℃に上げて、20〜50toorの減圧下で、反応系内に存在する未反応原料、有機溶媒等の揮発分を留去して、本発明のノボラック型フェノール樹脂を得ることができる。   After removing the acidic catalyst by neutralization and washing with water, for example, the temperature of the reaction system is raised to 130 ° C. to 230 ° C., and the unreacted raw materials, organic solvents, etc. present in the reaction system under a reduced pressure of 20 to 50 torr. The novolak type phenol resin of the present invention can be obtained by distilling off the volatile components.

以上のように、本発明に係る製造方法によって、未反応ナフトール類の含有量が少なく、樹脂骨格中にナフトール類を取り込んだノボラック型フェノール樹脂を得ることができる。また、第1工程で得られるナフトール類とクレゾール類とホルムアルデヒド類とからなる重合単位と、クレゾール類とホルムアルデヒド類とからなる重合単位とが樹脂構造中にブロック化して存在するノボラック型フェノール樹脂を得ることができる。   As described above, the production method according to the present invention can provide a novolak-type phenol resin having a small content of unreacted naphthols and incorporating naphthols in the resin skeleton. In addition, a novolak-type phenol resin is obtained in which a polymer unit composed of naphthols, cresols and formaldehydes obtained in the first step and a polymer unit composed of cresols and formaldehydes are blocked in the resin structure. be able to.

(ノボラック型フェノール樹脂)
以上の製造方法によって製造されたノボラック型フェノール樹脂は、ナフトール類とクレゾール類とホルムアルデヒド類とを縮重合反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂であって、分子中に、ナフトール類(a1)、とクレゾール類及び(b1)とホルムアルデヒド類(c1)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位、並びに及び/又はクレゾール類(b2)及びとホルムアルデヒド類(c2)とが縮重合したフェノール樹脂の重合単位がブロック化して存在し、且つ、構造中に含まれるナフトール類(a1)由来の構造の割合が、ノボラック型フェノール樹脂の質量を100質量%としたとき2.5%以上40%以下であることを特徴とする。
(Novolac type phenolic resin)
The novolak-type phenol resin produced by the above production method is a novolac-type phenol resin obtained by condensation polymerization reaction of naphthols, cresols, and formaldehydes, and includes naphthols (a1) in the molecule. Polymer units of cresols and phenolic resins obtained by condensation polymerization of (b1) and formaldehydes (c1) and / or phenolic resin units obtained by condensation polymerization of cresols (b2) and formaldehydes (c2) The proportion of the structure derived from the naphthols (a1) contained in the structure is 2.5% or more and 40% or less when the mass of the novolac-type phenol resin is 100% by mass. Features.

本発明に係るノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、フォトレジスト組成物の性能や製造上のハンドリング性から、4000〜50000が好ましく、5000〜30000がより好ましく、7000〜20000がさらに好ましい。重量平均分子量が4000より小さい場合は、感度が高すぎたり或は耐熱性に劣る場合があり、50000より大きい場合は感度が低い場合がある。本発明に係るノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は、モル比(ホルムアルデヒド類(c2)/クレゾール類(b2))や質量比(ホルムアルデヒド類(c2)/(中間反応物+クレゾール類(b2)))により調整することができる。具体的には、架橋成分であるホルムアルデヒド類(c2)の配合量を多くすると、すなわちモル比や重量比を高くするとで、ノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は大きくなる。   The weight average molecular weight of the novolak-type phenolic resin according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 4000 to 50000, more preferably 5000 to 30000, and more preferably 7000 to 20000 in view of the performance of the photoresist composition and manufacturing handleability. Further preferred. When the weight average molecular weight is less than 4000, the sensitivity may be too high or the heat resistance may be poor, and when it is more than 50000, the sensitivity may be low. The weight average molecular weight of the novolak type phenolic resin according to the present invention is a molar ratio (formaldehydes (c2) / cresols (b2)) or a mass ratio (formaldehydes (c2) / (intermediate reactant + cresols (b2))). ) Can be adjusted. Specifically, the weight average molecular weight of the novolak type phenol resin is increased by increasing the blending amount of the formaldehydes (c2) as the crosslinking component, that is, by increasing the molar ratio or the weight ratio.

本発明のノボラック型フェノール樹脂の軟化点は、耐熱性から140℃以上が好ましく、さらに好ましくは150℃以上、もっとも好ましくは160℃以上である。軟化点が140℃より低いと、フォトレジスト用として使用する場合に、耐熱性に劣り、好ましくない。   The softening point of the novolak type phenolic resin of the present invention is preferably 140 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and most preferably 160 ° C. or higher in view of heat resistance. When the softening point is lower than 140 ° C., it is not preferable because it is inferior in heat resistance when used for a photoresist.

(レジスト組成物)
本発明に係るノボラック型フェノール樹脂を使用したフォトレジストは、高集積半導体を製造する際のリソグラフィーや液晶用の薄膜フィルムトランジスター(TFT)材料に使用できる。
(Resist composition)
The photoresist using the novolak-type phenolic resin according to the present invention can be used for lithography in the production of highly integrated semiconductors and thin film transistor (TFT) materials for liquid crystals.

本発明に係るレジスト組成物は、本発明に係る製造方法によって得られたノボラック型フェノール樹脂(A)を好ましくは5〜40質量%、より好ましくは10〜25質量%含有する。   The resist composition according to the present invention preferably contains 5-40% by mass, more preferably 10-25% by mass, of the novolac type phenol resin (A) obtained by the production method according to the present invention.

本発明に係るレジスト用組成物は、さらに感光剤(B)を含有することが好ましい。感光剤(B)としては、ノボラック型フェノール樹脂を含むフォトレジストの感光剤として公知のものを使用できる。感光剤(B)としては、キノンジアジド基を有するキノンジアジド化合物が好ましく、特に1,2−キノンジアジド化合物又はその誘導体が好ましい。
キノンジアジド化合物を用いることで、露光した部分は溶解促進効果によりアルカリ溶解速度が大きくなり、逆に露光しない部分は溶解抑制効果によりアルカリ溶解速度が小さくなり、この露光部と未露光部の溶解速度の差によって、コントラストの高い、シャープなレジストパターンを得ることができる。
The resist composition according to the present invention preferably further contains a photosensitive agent (B). As the photosensitizer (B), known photosensitizers for photoresists containing novolak-type phenolic resins can be used. As the photosensitizer (B), a quinonediazide compound having a quinonediazide group is preferable, and a 1,2-quinonediazide compound or a derivative thereof is particularly preferable.
By using a quinonediazide compound, the exposed portion has a higher alkali dissolution rate due to the dissolution promoting effect, and conversely, the non-exposed portion has a lower alkali dissolution rate due to the dissolution inhibiting effect. Due to the difference, a sharp resist pattern with high contrast can be obtained.

キノンジアジド化合物としては、従来、キノンジアジド−ノボラック系レジストで用いられている公知の化合物を用いることができる。このようなキノンジアジド基を含む化合物としては、ナフトキノンジアジドスルホン酸クロライドやベンゾキノンジアジドスルホン酸クロライド等と、これらの酸クロライドと縮合反応可能な官能基を有する化合物とを反応させることによって得られた化合物が好ましい。ここで酸クロライドと縮合可能な官能基としては水酸基、アミノ基等があげられるが、特に水酸基が好適である。酸クロライドと縮合可能な水酸基を有する化合物としては、例えばハイドロキノン、レゾルシン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,4’−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,6’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン等のヒドロキシベンゾフェノン類、ビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)プロパン等のヒドロキシフェニルアルカン類、4,4’,3”,4”−テトラヒドロキシ−3,5,3’,5’−テトラメチルトリフェニルメタン、4,4’,2”,3”,4”−ペンタヒドロキシ−3,5,3’,5’−テトラメチルトリフェニルメタン等のヒドロキシトリフェニルメタン類などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、また2種以上を組合せて用いてもよい。   As the quinonediazide compound, known compounds conventionally used in quinonediazide-novolak resists can be used. Examples of the compound containing a quinonediazide group include compounds obtained by reacting naphthoquinonediazidesulfonic acid chloride, benzoquinonediazidesulfonic acid chloride, and the like with a compound having a functional group capable of undergoing a condensation reaction with these acid chlorides. preferable. Here, examples of the functional group capable of condensing with an acid chloride include a hydroxyl group and an amino group, and a hydroxyl group is particularly preferred. Examples of the compound having a hydroxyl group capable of condensing with acid chloride include hydroquinone, resorcin, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 2,4,6-trihydroxybenzophenone, 2,4,4 '-Trihydroxybenzophenone, 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone, 2,2', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, 2,2 ', 3,4,6'-pentahydroxybenzophenone, etc. Hydroxyphenyl alkanes such as hydroxybenzophenones, bis (2,4-dihydroxyphenyl) methane, bis (2,3,4-trihydroxyphenyl) methane, bis (2,4-dihydroxyphenyl) propane, 4,4 ′ , 3 ", 4" -tetrahydroxy-3,5,3 ', Hydroxytriphenylmethanes such as' -tetramethyltriphenylmethane, 4,4 ', 2 ", 3", 4 "-pentahydroxy-3,5,3', 5'-tetramethyltriphenylmethane These may be used alone or in combination of two or more.

酸クロライドであるナフトキノンジアジドスルホン酸クロライドやベンゾキノンジアジドスルホン酸クロライドの具体例としては、例えば、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルフォニルクロライド、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォニルクロライドなどが好ましいものとして挙げられる。   Specific examples of naphthoquinone diazide sulfonic acid chloride and benzoquinone diazide sulfonic acid chloride which are acid chlorides include, for example, 1,2-naphthoquinone diazide-5-sulfonyl chloride, 1,2-naphthoquinone diazide-4-sulfonyl chloride and the like are preferable. As mentioned.

感光剤(B)の配合量は、ノボラック型フェノール樹脂(A)100重量部に対して、5〜50重量部が好ましく、より好ましくは10〜40重量部である。感光剤(B)の配合量が5重量部よりも少なくと、感光性樹組成物として十分な感度が得られないことがあり、また、50重量部よりも多いと成分の析出の問題が起こることがあるので好ましくない。   The blending amount of the photosensitizer (B) is preferably 5 to 50 parts by weight, more preferably 10 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the novolak type phenol resin (A). When the blending amount of the photosensitive agent (B) is less than 5 parts by weight, sufficient sensitivity as a photosensitive tree composition may not be obtained, and when it exceeds 50 parts by weight, a problem of precipitation of components occurs. This is not preferable.

本発明のレジスト組成物は、上記のノボラック型フェノール樹脂(A)及び感光剤(B)の他に、レジスト組成物の慣用成分である、酸化防止剤等の安定剤、可塑剤、界面活性剤、密着性向上剤、溶解促進剤、溶解阻害剤などを添加することができる。   The resist composition of the present invention comprises a stabilizer such as an antioxidant, a plasticizer, and a surfactant, which are conventional components of the resist composition, in addition to the above-described novolak-type phenol resin (A) and photosensitive agent (B). Adhesion improvers, dissolution promoters, dissolution inhibitors and the like can be added.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

以下の例で用いた特性の測定方法を以下に示す。
[1]ノボラック型フェノール樹脂
まず、ノボラック型フェノール樹脂の実施例を示す。なお、樹脂の分析方法や評価方法は次の通りである。
(1)重量平均分子量
以下の条件でGPC測定を行い、ポリスチレン換算による重量平均分子量を求めた。
型式:HLC−8220 東ソー(株)製
カラム:TSK−GEL Hタイプ G2000H×L 4本
G3000H×L 1本
G4000H×L 1本
測定条件:カラム圧力 13.5MPa
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
フローレート:1mL/min
温度:40℃
検出器:スペクトロフォトメーター(UV−8020)RANGE 2.56
WAVE LENGTH:254nm
インジェクション量:100μmL
試料濃度:5mg/mL
(2)アルカリ溶解速度
ノボラック型フェノ−ル樹脂3gをPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)9gに溶解し、樹脂溶液を調合した。これらを0.2ミクロンメンブレンフィルターで濾過した。これを4インチシリコンウェハー上に約1.5μmの厚みになるようにスピンコーターで塗布し、110℃で60秒間ホットプレ−ト上で乾燥させた。次いで現像液(1.60%テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド水溶液)を用い、完全に膜が消失するまでの時間を計測した。初期膜厚を溶解するまでの時間で割った値を溶解速度とした。
A method for measuring the characteristics used in the following examples is shown below.
[1] Novolak-type phenolic resin First, examples of novolac-type phenolic resin are shown. In addition, the analysis method and evaluation method of resin are as follows.
(1) Weight average molecular weight GPC measurement was performed under the following conditions to determine the weight average molecular weight in terms of polystyrene.
Model: HLC-8220 Tosoh Co., Ltd. Column: TSK-GEL H type G2000H × L 4
1 G3000H x L
One G4000H × L Measurement condition: Column pressure 13.5 MPa
Eluent: Tetrahydrofuran (THF)
Flow rate: 1 mL / min
Temperature: 40 ° C
Detector: Spectrophotometer (UV-8020) RANGE 2.56
WAVE LENGTH: 254nm
Injection volume: 100 μmL
Sample concentration: 5 mg / mL
(2) Alkali dissolution rate 3 g of novolak-type phenol resin was dissolved in 9 g of PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate) to prepare a resin solution. These were filtered through a 0.2 micron membrane filter. This was coated on a 4 inch silicon wafer with a spin coater to a thickness of about 1.5 μm and dried on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds. Next, using a developing solution (1.60% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution), the time until the film completely disappeared was measured. The value obtained by dividing the initial film thickness by the time until dissolution was taken as the dissolution rate.

〔合成例1〕 温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量1000mLのガラス製フラスコにp−クレゾール108g(1モル)、パラホルムアルデヒド60g(2モル)及び純水44gを入れ、窒素を吹込みながら攪拌した。室温下、25%苛性ソーダ水44gを入れ、発熱に注意しながら液温が50℃を越えないようゆっくり滴下した。その後、水浴中で50℃まで昇温し、4時間反応した。反応終了後、純水を加え、室温まで冷却し、さらにpHが4になるまで25%塩酸水溶液を添加した。純水を加えて水洗を行った後、静置・分離して反応生成物を得た。 Synthesis Example 1 P-cresol 108 g (1 mol), paraformaldehyde 60 g (2 mol) and pure water 44 g were placed in a 1000 mL glass flask equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, and nitrogen was blown into the flask. And stirred. At room temperature, 44 g of 25% caustic soda water was added, and the solution was slowly added dropwise so as not to exceed 50 ° C. while paying attention to heat generation. Then, it heated up to 50 degreeC in the water bath, and reacted for 4 hours. After completion of the reaction, pure water was added, the mixture was cooled to room temperature, and a 25% aqueous hydrochloric acid solution was added until the pH reached 4. After adding pure water and washing with water, the reaction product was obtained by standing and separation.

この得られた反応生成物にメタノール20gと1−ナフトール463gを加えて窒素雰囲気下で攪拌しながら60℃まで昇温し、1−ナフトールを溶解した。そして、p−トルエンスルホン酸0.8gを発熱に注意しながら徐々に添加した後、油浴上で70℃まで昇温して4時間反応した後、さらに80℃まで昇温して3時間反応を行った。反応終了後、純水を加えて水洗を行い、185℃まで昇温して脱水した後、水蒸気蒸留を行って未反応の1−ナフトールなどを除去し、中間反応物345gを得た。得られた中間反応物の重量平均分子量は730であり、式1で表される三核体の割合はGPC測定結果の面積%で43%、未反応の1−ナフトールの量は0.9%であった。また、反応によって中間反応物に取り込まれた1−ナフトールは、中間反応物100質量%に対し70質量%であった(70%は理論値)。   To the obtained reaction product, 20 g of methanol and 463 g of 1-naphthol were added, and the temperature was raised to 60 ° C. with stirring in a nitrogen atmosphere to dissolve 1-naphthol. Then, 0.8 g of p-toluenesulfonic acid was gradually added while paying attention to heat generation, then heated to 70 ° C. on the oil bath and reacted for 4 hours, and further heated to 80 ° C. for 3 hours. Went. After completion of the reaction, pure water was added and washed with water. After dehydrating by raising the temperature to 185 ° C., steam distillation was performed to remove unreacted 1-naphthol and the like, and 345 g of an intermediate reaction product was obtained. The obtained intermediate reaction product has a weight average molecular weight of 730, the proportion of the trinuclear compound represented by the formula 1 is 43% in area% of the GPC measurement result, and the amount of unreacted 1-naphthol is 0.9%. Met. Further, 1-naphthol incorporated into the intermediate reactant by the reaction was 70% by mass with respect to 100% by mass of the intermediate reactant (70% is a theoretical value).

〔実施例1〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール200g(1.85モル)、p−クレゾール133.3g(1.23モル)、合成例1で合成した中間反応物33.3g、42%ホルマリン157.1g(2.22モル)、及びシュウ酸2.34gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂 330gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は10800であり、アルカリ溶解速度は254オングストローム/秒であった。
[Example 1]
In a glass flask having a capacity of 500 mL equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 200 g (1.85 mol) of m-cresol, 133.3 g (1.23 mol) of p-cresol, intermediate synthesized in Synthesis Example 1 33.3 g of the reaction product, 157.1 g (2.22 mol) of 42% formalin, and 2.34 g of oxalic acid were added and reacted at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydrated, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 330 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolac type phenol resin had a weight average molecular weight of 10,800 and an alkali dissolution rate of 254 angstroms / second.

〔実施例2〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール200g(1.85モル)、p−クレゾール133.3g(1.23モル)、合成例1で合成した中間反応物66.7g、42%ホルマリン163.6g(2.50モル)、及びシュウ酸2.34gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂360gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は10700であり、アルカリ溶解速度は218オングストローム/秒であった。
[Example 2]
In a glass flask having a capacity of 500 mL equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 200 g (1.85 mol) of m-cresol, 133.3 g (1.23 mol) of p-cresol, intermediate synthesized in Synthesis Example 1 66.7 g of the reaction product, 163.6 g of 42% formalin (2.50 mol) and 2.34 g of oxalic acid were added and reacted at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydration was performed, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 360 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolak type phenol resin had a weight average molecular weight of 10,700 and an alkali dissolution rate of 218 angstroms / second.

〔実施例3〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール200g(1.85モル)、p−クレゾール133.3g(1.23モル)、合成例1で合成した中間反応物100g、42%ホルマリン176.7g(2.31モル)、及びシュウ酸2.34gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂390gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は11500であり、アルカリ溶解速度は153オングストローム/秒であった。
Example 3
In a glass flask having a capacity of 500 mL equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 200 g (1.85 mol) of m-cresol, 133.3 g (1.23 mol) of p-cresol, intermediate synthesized in Synthesis Example 1 100 g of the reaction product, 176.7 g (2.31 mol) of 42% formalin, and 2.34 g of oxalic acid were added and reacted at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydrated, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 390 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolac type phenol resin had a weight average molecular weight of 11,500 and an alkali dissolution rate of 153 Å / sec.

〔実施例4〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール200g(1.85モル)、p−クレゾール133.3g(1.23モル)、合成例1で合成した中間反応物100g、42%ホルマリン152.7g(2.16モル)、及びシュウ酸2.33gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂 385gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は5000であり、アルカリ溶解速度は696オングストローム/秒であった。
Example 4
In a glass flask having a capacity of 500 mL equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 200 g (1.85 mol) of m-cresol, 133.3 g (1.23 mol) of p-cresol, intermediate synthesized in Synthesis Example 1 100 g of the reaction product, 152.7 g (2.16 mol) of 42% formalin, and 2.33 g of oxalic acid were added, and the reaction was performed at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydrated, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 385 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolac type phenol resin had a weight average molecular weight of 5000 and an alkali dissolution rate of 696 angstroms / second.

〔実施例5〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール250g(2.31モル)、p−クレゾール62.5g(0.58モル)、合成例1で合成した中間反応物93.8g、42%ホルマリン165.7g(2.35モル)、及びシュウ酸2.19gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂380gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は6000であり、アルカリ溶解速度は671オングストローム/秒であった。
Example 5
In a glass flask having a capacity of 500 mL equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 250 g (2.31 mol) of m-cresol, 62.5 g (0.58 mol) of p-cresol, and the intermediate synthesized in Synthesis Example 1 93.8 g of the reaction product, 165.7 g (2.35 mol) of 42% formalin, and 2.19 g of oxalic acid were added and reacted at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydration was performed, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 380 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolac type phenol resin had a weight average molecular weight of 6000 and an alkali dissolution rate of 671 angstroms / second.

〔実施例6〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール153g(1.41モル)、p−クレゾール102g(0.94モル)、2,5−キシレノール37.8g(0.31モル)、2,4−キシレノール14.2g(0.12モル)、合成例1で合成した中間反応物93g、42%ホルマリン142.9g(2.03モル)、及びシュウ酸2.17gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂360gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は4500であり、アルカリ溶解速度は662オングストローム/秒であった。
Example 6
In a 500 mL glass flask equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 153 g (1.41 mol) of m-cresol, 102 g (0.94 mol) of p-cresol, 37.8 g of 2,5-xylenol ( 0.31 mol), 2,4-xylenol 14.2 g (0.12 mol), intermediate reaction product 93 g synthesized in Synthesis Example 1, 42% formalin 142.9 g (2.03 mol), and oxalic acid 2. 17 g was added and reacted at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydration was performed, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 360 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolak type phenol resin had a weight average molecular weight of 4500 and an alkali dissolution rate of 662 angstroms / second.

〔比較例1〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール80g(0.74モル)、p−クレゾール120g(1.11モル)、42%ホルマリン80.8g(1.15モル)及び蓚酸0.7gを三つ口フラスコに入れ、100℃で10時間反応させた。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂150gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は、5700であり、アルカリ溶解速度は380オングストローム/秒であった。
[Comparative Example 1]
In a glass flask having a capacity of 500 mL equipped with a thermometer, a charging / distilling outlet and a stirrer, 80 g (0.74 mol) of m-cresol, 120 g (1.11 mol) of p-cresol, 80.8 g of 42% formalin (1. 15 mol) and 0.7 g of oxalic acid were placed in a three-necked flask and reacted at 100 ° C. for 10 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydration was performed, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 150 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolak type phenol resin had a weight average molecular weight of 5,700 and an alkali dissolution rate of 380 angstroms / second.

〔比較例2〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール100g(0.93モル)、p−クレゾール111.1g(1.03モル)、1−ナフトール11.1g(0.08モル)、42%ホルマリン90.1g(1.28モル)、及びシュウ酸0.44gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂360gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は5200であり、アルカリ溶解速度は733オングストローム/秒であった。
[Comparative Example 2]
In a 500 mL glass flask equipped with a thermometer, charging / distilling outlet and stirrer, m-cresol 100 g (0.93 mol), p-cresol 111.1 g (1.03 mol), 1-naphthol 11.1 g ( 0.08 mol), 90.1 g (1.28 mol) of 42% formalin, and 0.44 g of oxalic acid were added and reacted at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydration was performed, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 360 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolac type phenol resin had a weight average molecular weight of 5200 and an alkali dissolution rate of 733 angstroms / second.

〔比較例3〕
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量500mLのガラス製フラスコにm−クレゾール50g(0.46モル)、p−クレゾール30g(0.28モル)、1−ナフトール20g(0.14モル)、42%ホルマリン46.44g(0.66モル)、及びシュウ酸0.2gを入れ、100℃で20時間反応を行った。その後、185℃まで昇温して脱水した後、30torrで2時間減圧蒸留を行って未反応原料などを除去し、ノボラック型フェノール樹脂360gを得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は6300であり、アルカリ溶解速度は705オングストローム/秒であった。
[Comparative Example 3]
In a 500 mL glass flask equipped with a thermometer, charging / discharging outlet and stirrer, m-cresol 50 g (0.46 mol), p-cresol 30 g (0.28 mol), 1-naphthol 20 g (0.14 mol) ), 46.44 g (0.66 mol) of 42% formalin and 0.2 g of oxalic acid were added, and the reaction was carried out at 100 ° C. for 20 hours. Thereafter, the temperature was raised to 185 ° C. and dehydration was performed, followed by distillation under reduced pressure at 30 torr for 2 hours to remove unreacted raw materials and the like to obtain 360 g of a novolac type phenol resin. The obtained novolac type phenol resin had a weight average molecular weight of 6,300 and an alkali dissolution rate of 705 angstroms / second.

[2]フォトレジスト組成物
次に、本発明のノボラック型フェノール樹脂を用いたフォトレジスト組成物の実施例を示す。なお、フォトレジスト組成物の評価方法は次の通りである。
[2] Photoresist Composition Next, examples of the photoresist composition using the novolak type phenolic resin of the present invention are shown. In addition, the evaluation method of a photoresist composition is as follows.

(1)感度、残膜率、解像度の評価
フォトレジスト組成物を4インチシリコンウェハー上にスピンコーターで塗布し、110℃、60秒間ホットプレート上で乾燥させて、厚みが1.5μの塗膜を形成した。その後、縮小投影露光装置を用い、露光時間を段階的に変えて最適な露光量を確認したうえで、最適な露光量になるように露光した。次いで現像液(2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液)を用い、60秒間現像し、リンス、乾燥を行なった。
(1) Evaluation of sensitivity, remaining film ratio, and resolution A photoresist composition was coated on a 4-inch silicon wafer with a spin coater, dried on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds, and a coating film having a thickness of 1.5 μm. Formed. Thereafter, using a reduced projection exposure apparatus, the exposure time was changed stepwise to confirm the optimum exposure amount, and then exposure was performed so that the optimum exposure amount was obtained. Next, using a developer (2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution), development was performed for 60 seconds, followed by rinsing and drying.

感度
感度は、走査型電子顕微鏡により、得たれたパターンのパターン形状を観察することにより、以下の基準で評価を行なった。
AA:3mJ/cm2未満で画像が形成できる。
A:5mJ/cm2未満で画像が形成できる。
B:5〜60mJ/cm2で画像が形成できる。
The sensitivity was evaluated based on the following criteria by observing the pattern shape of the obtained pattern with a scanning electron microscope.
AA: An image can be formed at less than 3 mJ / cm 2.
A: An image can be formed at less than 5 mJ / cm 2.
B: An image can be formed at 5 to 60 mJ / cm2.

残膜率
未露光部の残膜厚から残膜率を求めた。残膜率とは、現像後の感光性樹脂の膜厚と現像前の感光性樹脂の膜厚の比であり、下記式により表される値である。
残膜率(%)=(現像後の感光性樹脂の膜厚/現像前の感光性樹脂の膜厚)×100
The remaining film ratio was determined from the remaining film thickness of the unexposed portion of the remaining film ratio. The remaining film ratio is a ratio between the film thickness of the photosensitive resin after development and the film thickness of the photosensitive resin before development, and is a value represented by the following formula.
Residual film ratio (%) = (photosensitive resin film thickness after development / photosensitive resin film thickness before development) × 100

解像度
また、解像度は、テストチャートマスクを用い、下記基準で評価した。
◎:1.5μライン&スペースが解像できる。
○:2.0μライン&スペースが解像できる。
×:2.0μライン&スペースが解像できない。
Resolution The resolution was evaluated according to the following criteria using a test chart mask.
(Double-circle): 1.5 micro | micron | muline & space can be resolved.
○: 2.0 μ line & space can be resolved.
×: 2.0 μ line & space cannot be resolved.

(2)耐熱性の評価
フォトレジスト組成物を4インチシリコンウェハー上にスピンコーターで塗布し、110℃、60秒間ホットプレート上で乾燥させて、厚みが1.5μの塗膜を形成した。その後、縮小投影露光装置を用い、露光時間を段階的に変えて最適な露光量を確認したうえで、最適な露光量になるように露光した。次いで現像液(2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液)を用い、60秒間現像した。得られたシリコンウエハーを各温度のホットプレート上で2分間放置し、シリコウエハー上のレジストパターンの形状を走査型電子顕微鏡で観察し、耐熱性を下記基準により評価した。
◎:130℃でパターン形状を維持できる。
○:125℃でパターン形状を維持できる。
×:125℃でパターン形状を維持できない。
(2) Evaluation of heat resistance The photoresist composition was applied onto a 4-inch silicon wafer by a spin coater and dried on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds to form a coating film having a thickness of 1.5 μm. Thereafter, using a reduced projection exposure apparatus, the exposure time was changed stepwise to confirm the optimum exposure amount, and then exposure was performed so that the optimum exposure amount was obtained. Subsequently, it developed for 60 second using the developing solution (2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution). The obtained silicon wafer was left on a hot plate at each temperature for 2 minutes, the shape of the resist pattern on the silicon wafer was observed with a scanning electron microscope, and the heat resistance was evaluated according to the following criteria.
A: The pattern shape can be maintained at 130 ° C.
○: The pattern shape can be maintained at 125 ° C.
X: The pattern shape cannot be maintained at 125 ° C.

〔実施例7〕
実施例1で得たノボラック型フェノール樹脂を用い、以下の方法でフォトレジスト組成物を調製した。
すなわち、ノボラック型フェノール樹脂 20gと、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルフォニルクロライド 5gとを、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート) 75gに溶解し、レジスト溶液を調合した。これを0.2ミクロンのメンブレンフィルターで濾過して、フォトレジスト組成物を得た。
Example 7
Using the novolac type phenol resin obtained in Example 1, a photoresist composition was prepared by the following method.
That is, 20 g of novolak type phenol resin and 5 g of 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl chloride were dissolved in 75 g of PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate) to prepare a resist solution. This was filtered through a 0.2 micron membrane filter to obtain a photoresist composition.

〔実施例8〜12、比較例4〜6〕
実施例7のノボラック型フェノール樹脂として、実施例1で得たノボラック型フェノール樹脂の代わりに、実施例2〜6及び比較例1〜3を用いたこと以外は同様にして、フォトレジスト組成物を得た。
[Examples 8 to 12, Comparative Examples 4 to 6]
A photoresist composition was prepared in the same manner as in Example 7 except that Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were used in place of the novolak type phenol resin obtained in Example 1 as the novolak type phenol resin. Obtained.

実施例1〜6及び比較例1〜3のノボラック型フェノール樹脂、実施例7〜12及び比較例4〜6のフォトレジスト組成物について、それぞれの分析及び評価結果を下記表1に示した。   Table 1 below shows the analysis and evaluation results of the novolak type phenol resins of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3, and the photoresist compositions of Examples 7 to 12 and Comparative Examples 4 to 6.

Figure 0006386764
Figure 0006386764

表1から以下のことが分かる。
実施例1〜6の分子中のフェノール成分(a)におけるm−クレゾール(a1)の割合が低いノボラック型フェノール樹脂は、アルカリ溶解速度に優れており、実用性がある。
Table 1 shows the following.
The novolak type phenol resin in which the proportion of m-cresol (a1) in the phenol component (a) in the molecules of Examples 1 to 6 is low is excellent in alkali dissolution rate and practical.

実施例1〜6で得られた2段法で作成したノボラック型フェノール樹脂を用いて調製したフォトレジスト組成物は、1段法で作成した比較例2〜3で得られたノボラック型フェノール樹脂を用いて調製したフォトレジスト組成物に比べ、より高い感度、残膜率、解像度及び耐熱性をバランスよく有していた。   The photoresist composition prepared using the novolac type phenol resin prepared by the two-stage method obtained in Examples 1 to 6 was obtained by comparing the novolac type phenol resin obtained in Comparative Examples 2 to 3 prepared by the one-stage method. Compared with the photoresist composition prepared by using, it had higher sensitivity, remaining film ratio, resolution and heat resistance in a balanced manner.

特に実施例3で得られたノボラック型フェノール樹脂を用いて調製したフォトレジスト組成物については、残膜率・解像度・耐熱性のバランスが特によく最も優れていた。   In particular, the photoresist composition prepared using the novolak type phenol resin obtained in Example 3 was particularly excellent in the balance of the remaining film ratio, resolution, and heat resistance.

以上のとおりであり、本発明のノボラック型フェノール樹脂を使用したフォトレジスト組成物は、高集積半導体を製造する際のリソグラフィーや液晶用の薄膜フィルムトランジスター(TFT)材料に使用でき、半導体や液晶製品の歩留まりの向上および高集積化に極めて貢献できる。   As described above, the photoresist composition using the novolak-type phenolic resin of the present invention can be used for lithography and thin film film transistor (TFT) materials for liquid crystals when manufacturing highly integrated semiconductors. Can greatly contribute to improvement in yield and high integration.

本発明によって、フォトレジスト用に好適に用いることができるノボラック型フェノール樹脂であって、それを用いたフォトレジスト組成物からなるフォトレジストが、より高いレベルで高耐熱性、高感度、高残膜率及び高解像度をバランスよく有することができるノボラック型フェノール樹脂、その製造方法、及び該ノボラック型フェノール樹脂を含むフォトレジスト組成物を提案することができる。   According to the present invention, a novolak-type phenolic resin that can be suitably used for a photoresist, and a photoresist comprising a photoresist composition using the phenolic resin has a higher level of high heat resistance, high sensitivity, and high residual film. It is possible to propose a novolak type phenolic resin capable of having a good balance between the ratio and the high resolution, a method for producing the same, and a photoresist composition containing the novolac type phenolic resin.

本発明のノボラック型フェノール樹脂を使用したフォトレジストは、より高いレベルで高耐熱性、高感度、高残膜率及び高解像度をバランスよく有するので、高精細なLCDの製造や半導体の製造において好適に使用することができる。   The photoresist using the novolak type phenolic resin of the present invention has a high level of high heat resistance, high sensitivity, high residual film ratio and high resolution in a well-balanced manner, which is suitable for manufacturing high-definition LCDs and semiconductors. Can be used for

Claims (3)

ナフトール類(a1)、クレゾール類(b1)及びホルムアルデヒド類(c1)を反応させて式1で表される三核体を10〜80質量%含む中間反応物を得る第1工程と、
Figure 0006386764
第1工程で得られた中間反応物中の未反応ナフトール類(a1)の含有量を10質量%以下まで未反応ナフトール類を除去する第2工程と、
第2工程で処理された中間反応物、クレゾール類(b2)及びホルムアルデヒド類(c2)を反応させてノボラック型フェノール樹脂を得る第3工程と
を備え
前記第3工程において、第2工程で処理された中間反応物とクレゾール類(b2)の合計を100質量%としたときに、中間反応物の配合量が5〜50質量%であり、かつホルムアルデヒド類(c2)とクレゾール類(b2)とのモル比(ホルムアルデヒド/クレゾール類)が0.65〜0.85であり、
得られるノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量が4000以上50000以下であることを特徴とするフォトレジスト用ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
A first step of reacting naphthols (a1), cresols (b1) and formaldehydes (c1) to obtain an intermediate reaction product containing 10 to 80% by mass of the trinuclear compound represented by formula 1,
Figure 0006386764
A second step of removing the unreacted naphthols to a content of unreacted naphthols (a1) in the intermediate reactant obtained in the first step to 10% by mass or less;
A third step of obtaining a novolac-type phenol resin by reacting the intermediate reactant, cresols (b2) and formaldehydes (c2) treated in the second step ,
In the third step, when the total amount of the intermediate reactant and cresol (b2) treated in the second step is 100% by mass, the amount of the intermediate reactant is 5 to 50% by mass, and formaldehyde The molar ratio (formaldehyde / cresols) between the class (c2) and the cresol (b2) is 0.65 to 0.85,
A method for producing a novolak phenol resin for a photoresist, wherein the resulting novolak phenol resin has a weight average molecular weight of from 4,000 to 50,000 .
前記第1工程において、ナフトール類(a1)の配合量が、クレゾール類(b1)1モルに対して、1.0〜10.0モルであることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト用ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。   2. The photoresist according to claim 1, wherein in the first step, a blending amount of the naphthols (a1) is 1.0 to 10.0 moles with respect to 1 mole of the cresols (b1). For producing a novolac-type phenolic resin. 請求項1又は2に記載の製造方法によって得られたフォトレジスト用ノボラック型フェノール樹脂を含有することを特徴とするフォトレジスト組成物。 A photoresist composition comprising a novolak-type phenolic resin for photoresist obtained by the production method according to claim 1 .
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