JP7206852B2 - METHOD FOR MANUFACTURING CONDUCTIVE COMPOSITION - Google Patents
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Description
本発明は、導電性組成物及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrically conductive composition and a method for producing the same.
電子線やイオン線等の荷電粒子線を用いたパターン形成技術は、光リソグラフィーの次世代技術として期待されている。荷電粒子線を用いる場合、生産性向上にはレジスト層の感度向上が重要である。
従って、露光部分又は荷電粒子線が照射された部分に酸を発生させ、続いてポストエクスポージャーベーク(PEB)処理と呼ばれる加熱処理により架橋反応又は分解反応を促進させる、高感度な化学増幅型レジストの使用が主流となっている。
また、近年、半導体デバイスの微細化の流れに伴い、数nmオーダーでのレジスト形状の管理も要求されるようになってきている。
Pattern formation technology using charged particle beams such as electron beams and ion beams is expected to be the next-generation technology of photolithography. When using a charged particle beam, it is important to improve the sensitivity of the resist layer to improve productivity.
Therefore, a highly sensitive chemically amplified resist is produced by generating acid in the exposed portion or the portion irradiated with the charged particle beam, followed by a heat treatment called a post-exposure bake (PEB) treatment to promote a cross-linking reaction or a decomposition reaction. usage is prevalent.
In recent years, along with the trend toward miniaturization of semiconductor devices, there has been a demand for control of resist shapes on the order of several nanometers.
ところで、荷電粒子線を用いるパターン形成方法においては、特に基板が絶縁性の場合、基板の帯電(チャージアップ)によって発生する電界が原因で、荷電粒子線の軌道が曲げられ、所望のパターンが得られにくいという課題がある。
この課題を解決する手段として、導電性ポリマーを含む導電性組成物をレジスト層の表面に塗布して導電膜を形成し、前記導電膜でレジスト層の表面を被覆する技術が有効であることが既に知られている。
By the way, in the pattern formation method using a charged particle beam, especially when the substrate is insulating, the trajectory of the charged particle beam is bent due to the electric field generated by the charge-up of the substrate, and the desired pattern is obtained. There is a problem that it is difficult to
As a means for solving this problem, it is effective to apply a conductive composition containing a conductive polymer to the surface of a resist layer to form a conductive film, and to coat the surface of the resist layer with the conductive film. already known.
導電性ポリマーとして、酸性基を有する導電性ポリマーが知られている。酸性基を有する導電性ポリマーは、ドープ剤を添加することなく導電性を発現できる。
例えば、特許文献1には、酸性基を有する導電性ポリマーと、水酸化テトラブチルアンモニウム等の塩基性化合物と、溶剤とを含む導電性組成物が開示されている。
Conductive polymers having acidic groups are known as conductive polymers. A conductive polymer having an acidic group can exhibit conductivity without adding a dopant.
For example, Patent Document 1 discloses a conductive composition containing a conductive polymer having an acidic group, a basic compound such as tetrabutylammonium hydroxide, and a solvent.
しかしながら、特許文献1に記載の導電性組成物を化学増幅型レジストに適用すると、レジスト層が膜減りすることがある。
また導電性組成物には、レジスト層の表面上に塗布する際の塗布性が良好であることが求められる。
本発明は、塗布性が良好であり、レジスト層の膜減りが少ない導電膜を形成できる導電性組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。
However, when the conductive composition described in Patent Document 1 is applied to a chemically amplified resist, the resist layer may be thinned.
Also, the conductive composition is required to have good coatability when applied onto the surface of the resist layer.
An object of the present invention is to provide a conductive composition that can form a conductive film with good coatability and less film loss of the resist layer, and a method for producing the same.
本発明者は、導電性組成物の溶剤の一部として有機溶剤を用いると塗布性が向上する一方で、レジスト層の膜減りが生じやすくなる場合があることを知見した。そして、精製したアルコール系溶剤を特定量用いることで、塗布性の向上と膜減りの抑制を両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have found that the use of an organic solvent as a part of the solvent for the electrically conductive composition improves the coatability, but the film thickness of the resist layer tends to decrease in some cases. Then, the inventors have found that by using a specific amount of a purified alcohol-based solvent, it is possible to achieve both improvement in coatability and suppression of film loss, and have completed the present invention.
本発明は以下の態様を有する。
[1] 酸性基を有する導電性ポリマーと、水と、炭素数1~3の低級アルコールを含む導電性組成物であって、前記導電性組成物の総質量に対して前記低級アルコールの含有量が0.1~15質量%であり、前記低級アルコール由来の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量が、前記低級アルコールの総質量に対して、それぞれ1000質量ppm以下であり、前記低級アルコール由来のカルシウム、マグネシウム及び亜鉛の含有量が、前記低級アルコールの総質量に対して、それぞれ10質量ppb以下である、導電性組成物。
[2] 荷電粒子線描画時の帯電防止用である、[1]の導電性組成物。
[3] 酸性基を有する導電性ポリマーと、水と、炭素数1~3の低級アルコールを混合する工程を含む、導電性組成物の製造方法であって、前記導電性組成物の総質量に対して前記低級アルコールの含有量が0.1~15質量%であり、前記低級アルコール中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量が、それぞれ1000質量ppm以下であり、前記低級アルコール中のカルシウム、マグネシウム及び亜鉛の含有量が、それぞれ10質量ppb以下である、導電性組成物の製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] A conductive composition containing a conductive polymer having an acidic group, water, and a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms, the content of the lower alcohol relative to the total mass of the conductive composition. is 0.1 to 15% by mass, and the content of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions derived from the lower alcohol is 1000 mass ppm or less with respect to the total mass of the lower alcohol. and the content of calcium, magnesium, and zinc derived from the lower alcohol is 10 mass ppb or less with respect to the total mass of the lower alcohol.
[2] The conductive composition of [1] for antistatic use during charged particle beam drawing.
[3] A method for producing a conductive composition, comprising mixing a conductive polymer having an acidic group, water, and a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms, wherein the total mass of the conductive composition includes On the other hand, the content of the lower alcohol is 0.1 to 15% by mass, and the content of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the lower alcohol is 1000 mass ppm or less. , a method for producing a conductive composition, wherein the contents of calcium, magnesium and zinc in the lower alcohol are each 10 mass ppb or less.
本発明によれば、塗布性が良好であり、レジスト層の膜減りが少ない導電膜を形成できる導電性組成物及びその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the coating property is favorable and the electrically conductive composition which can form an electrically conductive film with little film loss of a resist layer, and its manufacturing method can be provided.
以下、本発明を詳細に説明する。以下の実施の形態は、本発明を説明するための単なる例示であって、本発明をこの実施の形態にのみ限定することは意図されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な態様で実施することが可能である。 The present invention will be described in detail below. The following embodiments are merely examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention only to these embodiments. The present invention can be implemented in various forms without departing from its spirit.
なお、本発明において「導電性」とは、1×1011Ω/□以下の表面抵抗値を有することである。表面抵抗値は、一定の電流を流した場合の電極間の電位差より求められる。
また、本明細書において「溶解性」とは、単なる水、塩基及び塩基性塩の少なくとも一方を含む水、酸を含む水、水と水溶性有機溶媒との混合物のうち、10g(液温25℃)に、0.1g以上均一に溶解することを意味する。また、「水溶性」とは、上記溶解性に関して、水に対する溶解性のことを意味する。
また、本明細書において、「末端疎水性基」の「末端」とは、ポリマーを構成する繰り返し単位以外の部位を意味する。
また、本明細書において「質量平均分子量」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって測定される質量平均分子量(ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算)である。
In the present invention, “conductivity” means having a surface resistance value of 1×10 11 Ω/□ or less. The surface resistance value is obtained from the potential difference between the electrodes when a constant current is passed.
In addition, the term "solubility" as used herein refers to 10 g (liquid temperature 25 ° C.), it means that 0.1 g or more is uniformly dissolved. In addition, "water-soluble" means solubility in water in relation to the above-mentioned solubility.
Moreover, in the present specification, the term "terminal" of the "terminal hydrophobic group" means a site other than the repeating units constituting the polymer.
Moreover, in this specification, "mass average molecular weight" is a mass average molecular weight (converted to sodium polystyrene sulfonate) measured by gel permeation chromatography (GPC).
[導電性ポリマー]
本発明における導電性ポリマー(A)は、酸性基を有する。導電性ポリマー(A)が酸性基を有していれば、水溶性が高まる。その結果、導電性ポリマー(A)を含む導電性組成物の塗布性が高まり、均一な厚さの塗膜が得られやすくなる。
導電性ポリマー(A)としては、分子内にスルホン酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1つの基を有していれば、本発明の効果を有する限り特に限定されず、公知の導電性ポリマーを用いることができる。例えば、特開昭61-197633号公報、特開昭63-39916号公報、特開平1-301714号公報、特開平5-504153号公報、特開平5-503953号公報、特開平4-32848号公報、特開平4-328181号公報、特開平6-145386号公報、特開平6-56987号公報、特開平5-226238号公報、特開平5-178989号公報、特開平6-293828号公報、特開平7-118524号公報、特開平6-32845号公報、特開平6-87949号公報、特開平6-256516号公報、特開平7-41756号公報、特開平7-48436号公報、特開平4-268331号公報、特開2014-65898号公報等に示された導電性ポリマーなどが、溶解性の観点から好ましい。
[Conductive polymer]
The conductive polymer (A) in the present invention has an acidic group. If the conductive polymer (A) has an acidic group, the water solubility will be enhanced. As a result, the coating property of the conductive composition containing the conductive polymer (A) is enhanced, and a coating film having a uniform thickness can be easily obtained.
The conductive polymer (A) is not particularly limited as long as it has at least one group selected from the group consisting of a sulfonic acid group and a carboxyl group in the molecule, as long as it has the effect of the present invention, and is known. of conductive polymers can be used. For example, JP-A-61-197633, JP-A-63-39916, JP-A-1-301714, JP-A-5-504153, JP-A-5-503953, JP-A-4-32848 Publications, JP-A-4-328181, JP-A-6-145386, JP-A-6-56987, JP-A-5-226238, JP-A-5-178989, JP-A-6-293828, JP-A-7-118524, JP-A-6-32845, JP-A-6-87949, JP-A-6-256516, JP-A-7-41756, JP-A-7-48436, JP-A-H9 4-268331, JP-A-2014-65898, and the like are preferable from the viewpoint of solubility.
導電性ポリマー(A)としては、具体的には、α位若しくはβ位が、スルホン酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1つの基で置換されたフェニレンビニレン、ビニレン、チエニレン、ピロリレン、フェニレン、イミノフェニレン、イソチアナフテン、フリレン、及びカルバゾリレンからなる群から選ばれた少なくとも1種を繰り返し単位として含む、π共役系導電性ポリマーが挙げられる。
また、前記π共役系導電性ポリマーがイミノフェニレン、及びガルバゾリレンからなる群から選ばれた少なくとも1種の繰り返し単位を含む場合は、前記繰り返し単位の窒素原子上に、スルホン酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1つの基を有する、又はスルホン酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1つの基で置換されたアルキル基、若しくはエーテル結合を含むアルキル基を前記窒素原子上に有する導電性ポリマーが挙げられる。
この中でも、導電性や溶解性の観点から、β位がスルホン酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1つの基で置換されたチエニレン、ピロリレン、イミノフェニレン、フェニレンビニレン、カルバゾリレン、及びイソチアナフテンからなる群から選ばれた少なくとも1種をモノマーユニット(単位)として有する導電性ポリマーが好ましく用いられる。
Specific examples of the conductive polymer (A) include phenylene vinylene substituted with at least one group selected from the group consisting of a sulfonic acid group and a carboxyl group at the α-position or β-position, vinylene, thienylene, A π-conjugated conductive polymer containing, as a repeating unit, at least one selected from the group consisting of pyrrolylene, phenylene, iminophenylene, isothianaphthene, furylene, and carbazolylene.
Further, when the π-conjugated conductive polymer contains at least one repeating unit selected from the group consisting of iminophenylene and galbazolylene, on the nitrogen atom of the repeating unit, from a sulfonic acid group and a carboxy group or an alkyl group substituted with at least one group selected from the group consisting of a sulfonic acid group and a carboxyl group, or an alkyl group containing an ether bond at the nitrogen atom Conductive polymers having thereon may be mentioned.
Among these, from the viewpoint of conductivity and solubility, thienylene, pyrrolylene, iminophenylene, phenylene vinylene, carbazolylene, and β-position substituted with at least one group selected from the group consisting of a sulfonic acid group and a carboxy group. A conductive polymer having, as a monomer unit (unit), at least one selected from the group consisting of isothianaphthene is preferably used.
導電性ポリマー(A)は、高い導電性や溶解性を発現できる観点から、下記一般式(1)~(4)で表される単位からなる群より選ばれた1種以上のモノマーユニットを、導電性ポリマーを構成する全単位(100mol%)中に20~100mol%含有する導電性ポリマーが好ましい。 The conductive polymer (A) contains one or more monomer units selected from the group consisting of units represented by the following general formulas (1) to (4) from the viewpoint of being able to exhibit high conductivity and solubility, A conductive polymer containing 20 to 100 mol % in all units (100 mol %) constituting the conductive polymer is preferred.
式(1)~(4)中、Xは硫黄原子、又は窒素原子を表し、R1~R15は各々独立に、水素原子、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子(-F、-Cl、-Br又はI)、-N(R16)2、-NHCOR16、-SR16、-OCOR16、-COOR16、-COR16、-CHO、又は-CNを表す。R16は炭素数1~24のアルキル基、炭素数1~24のアリール基、又は炭素数1~24のアラルキル基を表す。
ただし、一般式(1)のR1、R2のうちの少なくとも1つ、一般式(2)のR3~R6のうちの少なくとも1つ、一般式(3)のR7~R10のうちの少なくとも1つ、一般式(4)のR11~R15のうちの少なくとも1つは、それぞれ酸性基又はその塩である。
In formulas (1) to (4), X represents a sulfur atom or a nitrogen atom, and R 1 to R 15 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, linear or branched alkoxy group, acidic group, hydroxy group, nitro group, halogen atom (-F, -Cl, -Br or I), -N(R 16 ) 2 , -NHCOR 16 , of number 1 to 24, represents -SR 16 , -OCOR 16 , -COOR 16 , -COR 16 , -CHO or -CN; R 16 represents an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an aryl group having 1 to 24 carbon atoms, or an aralkyl group having 1 to 24 carbon atoms.
However, at least one of R 1 and R 2 in general formula (1), at least one of R 3 to R 6 in general formula (2), and R 7 to R 10 in general formula (3) At least one of them, at least one of R 11 to R 15 in general formula (4) is an acidic group or a salt thereof.
ここで、「酸性基」とは、スルホン酸基(スルホ基)又はカルボン酸基(カルボキシ基)を意味する。
スルホン酸基は、酸の状態(-SO3H)で含まれていてもよく、イオンの状態(-SO3
-)で含まれていてもよい。さらに、スルホン酸基には、スルホン酸基を有する置換基(-R17SO3H)も含まれる。
一方、カルボン酸基は、酸の状態(-COOH)で含まれていてもよく、イオンの状態(-COO-)で含まれていてもよい。さらに、カルボン酸基には、カルボン酸基を有する置換基(-R17COOH)も含まれる。
前記R17は炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキレン基、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアリーレン基、又は炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアラルキレン基を表す。
Here, "acidic group" means a sulfonic acid group (sulfo group) or a carboxylic acid group (carboxy group).
The sulfonic acid group may be contained in an acid state (--SO 3 H) or in an ionic state (--SO 3 − ). Further, the sulfonic acid group also includes a substituent (-R 17 SO 3 H) having a sulfonic acid group.
On the other hand, the carboxylic acid group may be contained in an acid state (--COOH) or in an ionic state ( --COO.sup.- ). Further, the carboxylic acid group also includes substituents (-R 17 COOH) having a carboxylic acid group.
R 17 is a linear or branched alkylene group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched arylene group having 1 to 24 carbon atoms, or a linear or branched aralkylene group having 1 to 24 carbon atoms. show.
酸性基の塩としては、スルホン酸基又はカルボン酸基のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、又は置換アンモニウム塩などが挙げられる。
アルカリ金属塩としては、例えば、硫酸リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム及びこれらの骨格を有する誘導体などが挙げられる。
アルカリ土類金属塩としては、例えばマグネシウム塩、カルシウム塩などが挙げられる。
置換アンモニウム塩としては、例えば脂肪族アンモニウム塩、飽和脂環式アンモニウム塩、不飽和脂環式アンモニウム塩などが挙げられる。
脂肪族アンモニウム塩としては、例えば、メチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、メチルエチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ジメチルエチルアンモニウム、プロピルアンモニウム、ジプロピルアンモニウム、イソプロピルアンモニウム、ジイソプロピルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム、メチルプロピルアンモニウム、エチルプロピルアンモニウム、メチルイソプロピルアンモニウム、エチルイソプロピルアンモニウム、メチルブチルアンモニウム、エチルブチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、テトラメチロールアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラn-ブチルアンモニウム、テトラsec-ブチルアンモニウム、テトラt-ブチルアンモニウムなどが挙げられる。
飽和脂環式アンモニウム塩としては、例えば、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリニウム、ピペラジニウム及びこれらの骨格を有する誘導体などが挙げられる。
不飽和脂環式アンモニウム塩としては、例えば、ピリジニウム、α-ピコリニウム、β-ピコリニウム、γ-ピコリニウム、キノリニウム、イソキノリニウム、ピロリニウム、及びこれらの骨格を有する誘導体などが挙げられる。
Salts of acidic groups include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, or substituted ammonium salts of sulfonic acid groups or carboxylic acid groups.
Examples of alkali metal salts include lithium sulfate, lithium carbonate, lithium hydroxide, sodium sulfate, sodium carbonate, sodium hydroxide, potassium sulfate, potassium carbonate, potassium hydroxide and derivatives having these skeletons.
Examples of alkaline earth metal salts include magnesium salts and calcium salts.
Examples of substituted ammonium salts include aliphatic ammonium salts, saturated alicyclic ammonium salts and unsaturated alicyclic ammonium salts.
Examples of aliphatic ammonium salts include methylammonium, dimethylammonium, trimethylammonium, ethylammonium, diethylammonium, triethylammonium, methylethylammonium, diethylmethylammonium, dimethylethylammonium, propylammonium, dipropylammonium, isopropylammonium, diisopropyl ammonium, butylammonium, dibutylammonium, methylpropylammonium, ethylpropylammonium, methylisopropylammonium, ethylisopropylammonium, methylbutylammonium, ethylbutylammonium, tetramethylammonium, tetramethylolammonium, tetraethylammonium, tetra-n-butylammonium, tetra sec-butylammonium, tetra-t-butylammonium and the like.
Saturated alicyclic ammonium salts include, for example, piperidinium, pyrrolidinium, morpholinium, piperazinium and derivatives having these skeletons.
Examples of unsaturated alicyclic ammonium salts include pyridinium, α-picolinium, β-picolinium, γ-picolinium, quinolinium, isoquinolinium, pyrrolinium, and derivatives having these skeletons.
導電性ポリマー(A)としては、高い導電性を発現できる観点から、上記一般式(4)で表される単位を有することが好ましく、その中でも特に、溶解性にも優れる観点から、下記一般式(5)で表されるモノマーユニットを有することがより好ましい。 The conductive polymer (A) preferably has a unit represented by the above general formula (4) from the viewpoint of being able to express high conductivity, and among them, from the viewpoint of excellent solubility, the following general formula It is more preferable to have a monomer unit represented by (5).
式(5)中、R18~R21は、各々独立に、水素原子、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、又はハロゲン原子(-F、-Cl、-Br又はI)を表す。また、R18~R21のうちの少なくとも1つは酸性基又はその塩である。 In formula (5), R 18 to R 21 are each independently a hydrogen atom, a straight or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a straight or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, It represents an acidic group, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom (-F, -Cl, -Br or I). At least one of R 18 to R 21 is an acidic group or a salt thereof.
前記一般式(5)で表される単位としては、製造が容易な点で、R18~R21のうち、いずれか1つが炭素数1~4の直鎖又は分岐鎖のアルコキシ基であり、他のいずれか1つがスルホン酸基であり、残りが水素であるものが好ましい。 As the unit represented by the general formula (5), any one of R 18 to R 21 is a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms in terms of ease of production, Preferably any one of the other is a sulfonic acid group and the rest are hydrogen.
導電性ポリマー(A)は、pHに関係なく水及び有機溶媒への溶解性に優れる観点から、該導電性ポリマー(A)を構成する全単位(100mol%)のうち、前記一般式(5)で表される単位を10~100mol%含有することが好ましく、50~100mol%含有することがより好ましく、100mol%含有することが特に好ましい。
また、導電性ポリマー(A)は、導電性に優れる観点で、前記一般式(5)で表される単位を1分子中に10以上含有することが好ましい。
The conductive polymer (A), from the viewpoint of excellent solubility in water and organic solvents regardless of pH, among all units (100 mol%) constituting the conductive polymer (A), the general formula (5) It preferably contains 10 to 100 mol %, more preferably 50 to 100 mol %, and particularly preferably 100 mol % of the unit represented by.
Moreover, from the viewpoint of excellent conductivity, the conductive polymer (A) preferably contains 10 or more units represented by the general formula (5) in one molecule.
また、導電性ポリマー(A)において、溶解性がより向上する観点から、ポリマー中の芳香環の総数に対する、酸性基が結合した芳香環の数は、50%以上であることが好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上がさらに好ましく、90%以上が特に好ましく、100%が最も好ましい。
ポリマー中の芳香環の総数に対する、酸性基が結合した芳香環の数は、導電性ポリマー(A)製造時の、モノマーの仕込み比から算出した値のことを指す。
In addition, in the conductive polymer (A), from the viewpoint of further improving the solubility, the number of aromatic rings to which acidic groups are bonded to the total number of aromatic rings in the polymer is preferably 50% or more, preferably 70%. 80% or more is more preferable, 90% or more is particularly preferable, and 100% is most preferable.
The number of aromatic rings to which an acidic group is bonded with respect to the total number of aromatic rings in the polymer refers to a value calculated from the charging ratio of the monomers when the conductive polymer (A) is produced.
また、導電性ポリマー(A)において、モノマーユニットの芳香環上の酸性基以外の置換基は、モノマーへの反応性付与の観点から電子供与性基が好ましく、具体的には、炭素数1~24のアルキル基、炭素数1~24のアルコキシ基、ハロゲン基(-F、-Cl、-Br又はI)等が好ましく、このうち、電子供与性の観点から、炭素数1~24のアルコキシ基であることが最も好ましい。 In the conductive polymer (A), the substituent other than the acidic group on the aromatic ring of the monomer unit is preferably an electron-donating group from the viewpoint of imparting reactivity to the monomer. Alkyl groups having 24 carbon atoms, alkoxy groups having 1 to 24 carbon atoms, halogen groups (-F, -Cl, -Br or I) and the like are preferable, and among these, alkoxy groups having 1 to 24 carbon atoms are preferable from the viewpoint of electron donating properties. is most preferred.
さらに、導電性ポリマー(A)は、前記一般式(5)で表される単位以外の構成単位として、溶解性、導電性及び性状に影響を及ぼさない限り、置換又は無置換のアニリン、チオフェン、ピロール、フェニレン、ビニレン、二価の不飽和基、二価の飽和基からなる群より選ばれる1種以上の単位を含んでいてもよい。 Further, the conductive polymer (A) may contain substituted or unsubstituted aniline, thiophene, It may contain one or more units selected from the group consisting of pyrrole, phenylene, vinylene, divalent unsaturated groups, and divalent saturated groups.
導電性ポリマー(A)としては、高い導電性と溶解性を発現できる観点から、下記一般式(6)で表される構造を有する化合物であることが好ましく、下記一般式(6)で表される構造を有する化合物の中でも、ポリ(2-スルホ-5-メトキシ-1,4-イミノフェニレン)が特に好ましい。 The conductive polymer (A) is preferably a compound having a structure represented by the following general formula (6) from the viewpoint of being able to exhibit high conductivity and solubility, and is represented by the following general formula (6). Among the compounds having the structure, poly(2-sulfo-5-methoxy-1,4-iminophenylene) is particularly preferred.
式(6)中、R22~R37は、各々独立に、水素原子、炭素数1~4の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、炭素数1~4の直鎖若しくは分岐鎖のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、又はハロゲン原子(-F、-Cl、-Br又はI)を表す。また、R22~R37のうち少なくとも1つは酸性基又はその塩である。また、nは重合度を示す。本発明においては、nは5~2500の整数であることが好ましい。 In formula (6), each of R 22 to R 37 is independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, It represents an acidic group, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom (-F, -Cl, -Br or I). At least one of R 22 to R 37 is an acidic group or a salt thereof. Also, n indicates the degree of polymerization. In the present invention, n is preferably an integer of 5-2500.
導電性ポリマー(A)に含有される酸性基は、導電性向上の観点から少なくともその一部が遊離酸型であることが望ましい。 At least part of the acidic groups contained in the conductive polymer (A) is desirably in the free acid form from the viewpoint of improving conductivity.
導電性ポリマー(A)の質量平均分子量は、GPCのポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算で、導電性、溶解性及び成膜性の観点から、1000~100万が好ましく、1500~80万がより好ましく、2000~50万がさらに好ましく、2000~10万が特に好ましい。導電性ポリマー(A)の質量平均分子量が1000未満の場合、溶解性には優れるものの、導電性及び成膜性が不足する場合がある。一方、質量平均分子量が100万を超える場合、導電性には優れるものの、溶解性が不充分な場合がある。
ここで、「成膜性」とは、ハジキ等が無い均一な膜となる性質のことを指し、ガラス上へのスピンコート等の方法で評価することができる。
The weight average molecular weight of the conductive polymer (A) is preferably 1,000 to 1,000,000, more preferably 1,500 to 800,000, more preferably 1,500 to 800,000, and more preferably 2,000, in terms of conductivity, solubility and film-forming properties, in terms of sodium polystyrene sulfonate by GPC. ~500,000 is more preferable, and 2,000 to 100,000 is particularly preferable. When the weight average molecular weight of the conductive polymer (A) is less than 1000, the solubility is excellent, but the conductivity and film formability may be insufficient. On the other hand, when the weight average molecular weight exceeds 1,000,000, the solubility may be insufficient although the conductivity is excellent.
Here, "film formability" refers to the property of forming a uniform film without repelling or the like, and can be evaluated by a method such as spin coating on glass.
<導電性ポリマー(A)の製造方法>
導電性ポリマー(A)の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、本発明の効果を有する限り特に限定はされない。
具体的には、前述のいずれかのモノマーユニットを有する重合性単量体(原料モノマー)を化学酸化法、電解酸化法などの各種合成法により重合する方法等が挙げられる。このような方法としては、例えば特開平7-196791号公報、特開平7-324132号公報に記載の合成法などを適用することができる。
以下に、導電性ポリマー(A)の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の導電性ポリマー(A)の製造方法は、重合溶媒及び酸化剤の存在下、導電性ポリマー(A)の原料モノマーを重合する工程(重合工程)を含む。さらに、重合工程で得られた反応生成物を精製する工程(精製工程)を含むことが好ましい。
<Method for producing conductive polymer (A)>
A known method can be used as the method for producing the conductive polymer (A), and is not particularly limited as long as the effect of the present invention is achieved.
Specific examples include a method of polymerizing a polymerizable monomer (raw material monomer) having any of the monomer units described above by various synthetic methods such as chemical oxidation and electrolytic oxidation. As such a method, for example, the synthesis methods described in JP-A-7-196791 and JP-A-7-324132 can be applied.
An example of the method for producing the conductive polymer (A) is described below.
The method for producing the conductive polymer (A) of the present embodiment includes a step (polymerization step) of polymerizing raw material monomers for the conductive polymer (A) in the presence of a polymerization solvent and an oxidizing agent. Furthermore, it is preferable to include a step of purifying the reaction product obtained in the polymerization step (purification step).
(重合工程)
重合工程は、重合溶媒及び酸化剤の存在下、導電性ポリマー(A)の原料モノマーを重合する工程である。
原料モノマーの具体例としては、上述したモノマーユニットの由来となる重合性単量体が挙げられ、具体的には酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
酸性基置換アニリンとしては、例えば酸性基としてスルホン酸基を有するスルホン酸基置換アニリンが挙げられる。
スルホン基置換アニリンとして代表的なものは、アミノベンゼンスルホン酸類であり、具体的にはo-,m-,p-アミノベンゼンスルホン酸、アニリン-2,6-ジスルホン酸、アニリン-2,5-ジスルホン酸、アニリン-3,5-ジスルホン酸、アニリン-2,4-ジスルホン酸、アニリン-3,4-ジスルホン酸などが好ましく用いられる。
(Polymerization process)
The polymerization step is a step of polymerizing raw material monomers of the conductive polymer (A) in the presence of a polymerization solvent and an oxidizing agent.
Specific examples of raw material monomers include polymerizable monomers from which the above-mentioned monomer units are derived. At least one selected from the group consisting of salts is included.
Examples of acidic group-substituted anilines include sulfonic acid group-substituted anilines having a sulfonic acid group as an acidic group.
Typical sulfone-substituted anilines are aminobenzenesulfonic acids, specifically o-, m-, p-aminobenzenesulfonic acid, aniline-2,6-disulfonic acid, aniline-2,5- Disulfonic acid, aniline-3,5-disulfonic acid, aniline-2,4-disulfonic acid, aniline-3,4-disulfonic acid and the like are preferably used.
アミノベンゼンスルホン酸類以外のスルホン基置換アニリンとしては、例えばメチルアミノベンゼンスルホン酸、エチルアミノベンゼンスルホン酸、n-プロピルアミノベンゼンスルホン酸、iso-プロピルアミノベンゼンスルホン酸、n-ブチルアミノベンゼンスルホン酸、sec-ブチルアミノベンゼンスルホン酸、t-ブチルアミノベンゼンスルホン酸等のアルキル基置換アミノベンゼンスルホン酸類;メトキシアミノベンゼンスルホン酸、エトキシアミノベンゼンスルホン酸、プロポキシアミノベンゼンスルホン酸等のアルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;ヒドロキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;ニトロ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;フルオロアミノベンゼンスルホン酸、クロロアミノベンゼンスルホン酸、ブロムアミノベンゼンスルホン酸等のハロゲン置換アミノベンゼンスルホン酸類などを挙げることができる。
これらの中では、導電性や溶解性に特に優れる導電性ポリマー(A)が得られる点で、アルキル基置換アミノベンゼンスルホン酸類、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、ヒドロキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、又はハロゲン置換アミノベンゼンスルホン酸類が好ましく、製造が容易な点で、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩が特に好ましい。
これらのスルホン酸基置換アニリンは、いずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
Examples of sulfonic group-substituted anilines other than aminobenzenesulfonic acids include methylaminobenzenesulfonic acid, ethylaminobenzenesulfonic acid, n-propylaminobenzenesulfonic acid, iso-propylaminobenzenesulfonic acid, n-butylaminobenzenesulfonic acid, Alkyl-substituted aminobenzenesulfonic acids such as sec-butylaminobenzenesulfonic acid and t-butylaminobenzenesulfonic acid; Alkoxy-substituted aminobenzenesulfones such as methoxyaminobenzenesulfonic acid, ethoxyaminobenzenesulfonic acid and propoxyaminobenzenesulfonic acid Acids; hydroxy group-substituted aminobenzenesulfonic acids; nitro group-substituted aminobenzenesulfonic acids; halogen-substituted aminobenzenesulfonic acids such as fluoroaminobenzenesulfonic acid, chloroaminobenzenesulfonic acid and bromoaminobenzenesulfonic acid.
Among these, alkyl group-substituted aminobenzenesulfonic acids, alkoxy group-substituted aminobenzenesulfonic acids, hydroxy group-substituted aminobenzenesulfonic acids, or Halogen-substituted aminobenzenesulfonic acids are preferred, and alkoxy group-substituted aminobenzenesulfonic acids, alkali metal salts, ammonium salts and substituted ammonium salts thereof are particularly preferred in terms of ease of production.
Any one of these sulfonic acid group-substituted anilines may be used alone, or two or more of them may be mixed and used in an arbitrary ratio.
重合溶媒としては、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合溶媒などが挙げられる。有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、エチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド類;N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン等のピロリドン類などが挙げられる。
重合溶媒としては、水、又は水と有機溶媒との混合溶媒が好ましい。
Examples of the polymerization solvent include water, organic solvents, mixed solvents of water and organic solvents, and the like. Examples of organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propyl alcohol and butanol; ketones such as acetone and ethyl isobutyl ketone; ethylene glycols such as ethylene glycol and ethylene glycol methyl ether; propylene glycol and propylene glycol. Propylene glycols such as methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether, and propylene glycol propyl ether; Amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, etc. pyrrolidones and the like.
As the polymerization solvent, water or a mixed solvent of water and an organic solvent is preferable.
酸化剤としては、標準電極電位が0.6V以上である酸化剤であれば限定はないが、例えばペルオキソ二硫酸、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸類;過酸化水素などが挙げられる。
これらの酸化剤は、いずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
The oxidizing agent is not limited as long as it has a standard electrode potential of 0.6 V or more, but for example, peroxodisulfates such as peroxodisulfuric acid, ammonium peroxodisulfate, sodium peroxodisulfate and potassium peroxodisulfate; Hydrogen peroxide etc. are mentioned.
Any one of these oxidizing agents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used at any ratio.
重合工程は、重合溶媒及び酸化剤に加えて、塩基性反応助剤の存在下で原料モノマーを重合してもよい。
塩基性反応助剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の無機塩基;アンモニア;メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチルメチルアミン、エチルジメチルアミン、ジエチルメチルアミン等の脂式アミン類;環式飽和アミン類;ピリジン、α-ピコリン、β-ピコリン、γ-ピコリン、キノリン等の環式不飽和アミン類などが挙げられる。
これらの中では、無機塩基、脂式アミン類、環式不飽和アミン類が好ましく、環式不飽和アミン類がより好ましい。
これらの塩基性反応助剤は、いずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
In the polymerization step, the raw material monomers may be polymerized in the presence of a basic reaction aid in addition to the polymerization solvent and oxidizing agent.
Examples of basic reaction aids include inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide; ammonia; methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylmethylamine, ethyldimethylamine, diethyl fatty amines such as methylamine; saturated cyclic amines; and unsaturated cyclic amines such as pyridine, α-picoline, β-picoline, γ-picoline and quinoline.
Among these, inorganic bases, fatty amines, and cyclic unsaturated amines are preferred, and cyclic unsaturated amines are more preferred.
Any one of these basic reaction auxiliaries may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used in an arbitrary ratio.
重合の方法としては、例えば、酸化剤溶液中に原料モノマー溶液を滴下する方法、原料モノマー溶液に酸化剤溶液を滴下する方法、反応容器等に原料モノマー溶液と、酸化剤溶液を同時に滴下する方法などが挙げられる。原料モノマー溶液には、必要に応じて塩基性反応助剤が含まれていてもよい。
酸化剤溶液及び原料モノマー溶液の溶媒としては、上述した重合溶媒を用いることができる。
Examples of polymerization methods include a method of dropping the raw material monomer solution into the oxidizing agent solution, a method of dropping the oxidizing agent solution into the raw material monomer solution, and a method of dropping the raw material monomer solution and the oxidizing agent solution simultaneously into a reaction vessel or the like. etc. The raw material monomer solution may contain a basic reaction aid, if necessary.
As the solvent for the oxidizing agent solution and the raw material monomer solution, the polymerization solvent described above can be used.
重合反応の反応温度は、50℃以下が好ましく、-15~30℃がより好ましく、-10~20℃がさらに好ましい。重合反応の反応温度が50℃以下、特に30℃以下であれば、副反応の進行や、生成する導電性ポリマー(A)の主鎖の酸化還元構造の変化による導電性の低下を抑止できる。重合反応の反応温度が-15℃以上であれば、十分な反応速度を維持し、反応時間を短縮できる。 The reaction temperature of the polymerization reaction is preferably 50°C or less, more preferably -15 to 30°C, and still more preferably -10 to 20°C. If the reaction temperature of the polymerization reaction is 50° C. or lower, particularly 30° C. or lower, it is possible to suppress the progress of side reactions and the decrease in conductivity due to changes in the redox structure of the main chain of the conductive polymer (A) to be produced. If the reaction temperature of the polymerization reaction is −15° C. or higher, a sufficient reaction rate can be maintained and the reaction time can be shortened.
重合工程により、反応生成物である導電性ポリマー(A)が重合溶媒に溶解または沈殿した状態で得られる。
反応生成物が重合溶媒に溶解している場合は、重合溶媒を留去して反応生成物を得る。
反応生成物が重合溶媒に沈殿している場合は、遠心分離器等の濾過器により重合溶媒を濾別して反応生成物を得る。
Through the polymerization step, the conductive polymer (A), which is a reaction product, is obtained in a dissolved or precipitated state in the polymerization solvent.
When the reaction product is dissolved in the polymerization solvent, the polymerization solvent is distilled off to obtain the reaction product.
When the reaction product is precipitated in the polymerization solvent, the polymerization solvent is filtered off using a filter such as a centrifugal separator to obtain the reaction product.
反応生成物には、未反応の原料モノマー、副反応の併発に伴うオリゴマー、酸性物質、塩基性物質(塩基性反応助剤や、酸化剤の分解物であるアンモニウムイオンなど)等の低分子量成分が含まれている場合がある。これら低分子量成分は不純物であり、導電性を阻害する要因となる。
前記酸性物質は、導電性ポリマー(A)から脱離した酸性基(例えば、カルボン酸、スルホン酸、硫酸、硝酸、塩酸、炭酸等由来の遊離の酸性基など)、導電性ポリマー(A)の製造に用いた酸化剤の分解物(例えば硫酸イオンなど)、反応中に副生する成分(例えば硝酸など)等が挙げられる。酸性物質はレジスト層の膜減りの要因にもなる。
そのため、重合工程の後、反応生成物を精製して、導電性ポリマー(A)を得ることが好ましい。
Reaction products include low-molecular-weight components such as unreacted raw material monomers, oligomers accompanying side reactions, acidic substances, and basic substances (basic reaction aids, ammonium ions, which are decomposed products of oxidizing agents, etc.). may contain. These low-molecular-weight components are impurities, and become factors that hinder electrical conductivity.
The acidic substance includes an acidic group eliminated from the conductive polymer (A) (e.g., a free acidic group derived from carboxylic acid, sulfonic acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, etc.), Decomposition products of the oxidizing agent used in the production (for example, sulfate ions), components by-produced during the reaction (for example, nitric acid), and the like can be mentioned. Acidic substances also cause film thinning of the resist layer.
Therefore, it is preferable to obtain the conductive polymer (A) by purifying the reaction product after the polymerization step.
導電性ポリマー(A)は、レジスト層の膜減りをより抑制できる観点から、酸性物質を実質的に含まないことが好ましい。
ここで、「酸性物質を実質的に含まない」とは、導電性ポリマー(A)の総質量に対して分子量が100以下の酸性物質の含有量が10000質量ppm以下であることを意味する。
酸性物質の含有量は、イオンクロマトグラフィーにより測定できる。具体的には、後述の低級アルコール(B1)中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量の測定方法と同様の手順で測定できる。
It is preferable that the conductive polymer (A) does not substantially contain an acidic substance from the viewpoint of further suppressing film reduction of the resist layer.
Here, "substantially free of acidic substances" means that the content of acidic substances having a molecular weight of 100 or less is 10000 mass ppm or less relative to the total mass of the conductive polymer (A).
The content of acidic substances can be measured by ion chromatography. Specifically, the content of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the lower alcohol (B1) can be measured in the same manner as described below.
(精製工程)
精製工程は、重合工程で得られた反応生成物を精製する工程である。
反応生成物を精製する方法としては、洗浄溶媒を用いた洗浄法、膜濾過法、イオン交換法、加熱処理による不純物の除去、中和析出などあらゆる方法を用いることができる。これらの中でも、純度の高い導電性ポリマー(A)を容易に得ることができる観点から、洗浄法、イオン交換法が有効である。その中でも特に、原料モノマー、オリゴマー、酸性物質を効率よく除去できる観点から、洗浄法が好ましい。また、洗浄法とイオン交換法とを組み合わせて用いてもよい。
(Refining process)
The purification step is a step of purifying the reaction product obtained in the polymerization step.
As a method for purifying the reaction product, any method such as a washing method using a washing solvent, a membrane filtration method, an ion exchange method, removal of impurities by heat treatment, and neutralization precipitation can be used. Among these, the washing method and the ion exchange method are effective from the viewpoint of easily obtaining a highly pure conductive polymer (A). Among them, the washing method is particularly preferable from the viewpoint of efficiently removing raw material monomers, oligomers, and acidic substances. Also, the washing method and the ion exchange method may be used in combination.
洗浄法を用いる場合、洗浄溶媒としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、2-ブタノール、3-ブタノール、t-ブタノール、1-ペンタノール、3-メチル-1-ブタノール、2-ペンタノール、n-ヘキサノール、4-メチル-2-ペンタノール、2-エチルブチノール、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメトキシエタノール、プロピレングリコールモノエチルエーテル、グリセリルモノアセテート等の多価アルコール誘導体;アセトン;アセトニトリル;N,N-ジメチルホルムアミド;N-メチルピロリドン;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。これらの中でも、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、アセトニトリルが効果的である。 When using the washing method, washing solvents include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, 2-butanol, 3-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 3-methyl-1 -Alcohols such as butanol, 2-pentanol, n-hexanol, 4-methyl-2-pentanol, 2-ethylbutynol, benzyl alcohol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol Polyhydric alcohol derivatives such as monoethyl ether, methoxymethoxyethanol, propylene glycol monoethyl ether, glyceryl monoacetate; acetone; acetonitrile; N,N-dimethylformamide; N-methylpyrrolidone; Among these, methanol, ethanol, isopropanol, acetone and acetonitrile are effective.
洗浄後の反応生成物、すなわち洗浄後の導電性ポリマー(A)を乾燥すれば、原料モノマー、オリゴマー、酸性物質が充分に除去された固体状の導電性ポリマー(A)が得られる。 By drying the reaction product after washing, that is, the washed conductive polymer (A), a solid conductive polymer (A) from which raw material monomers, oligomers and acidic substances are sufficiently removed can be obtained.
なお、洗浄後の導電性ポリマー(A)を必要に応じてイオン交換法によりさらに精製してもよい。イオン交換法を用いることにより、導電性ポリマー(A)の酸性基と塩を形成した状態で存在する金属などを効果的に除去できる。
導電性ポリマー(A)はNa、K、Mg、Ca、Cr、Fe、Ni、Cu及びZnを実質的に含まないことが好ましい。
ここで、「実質的に含まない」とは、導電性ポリマー(A)の総質量に対してNa、K、Mg、Ca、Cr、Fe、Ni、Cu及びZnの含有量がそれぞれ1質量ppm以下であることを意味する。
これらの金属の含有量は、高周波誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)により金属分析することにより求められる。
The conductive polymer (A) after washing may be further purified by an ion exchange method, if necessary. By using the ion exchange method, it is possible to effectively remove metals and the like present in the state of forming salts with the acidic groups of the conductive polymer (A).
The conductive polymer (A) preferably does not substantially contain Na, K, Mg, Ca, Cr, Fe, Ni, Cu and Zn.
Here, "substantially free" means that the content of Na, K, Mg, Ca, Cr, Fe, Ni, Cu and Zn is 1 mass ppm with respect to the total mass of the conductive polymer (A). means that:
The content of these metals is determined by metal analysis with an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer).
イオン交換法としては、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂等のイオン交換樹脂を用いたカラム式、バッチ式の処理;電気透析法などが挙げられる。
なお、イオン交換法で反応生成物を精製する場合は、反応生成物を所望の固形分濃度になるように水性媒体に溶解させ、ポリマー溶液としてからイオン交換樹脂に接触させることが好ましい。
水性媒体としては、後述する溶剤(B)と同様のものが挙げられる。
ポリマー溶液中の導電性ポリマー(A)の濃度としては、工業性や精製効率の観点から、0.1~20質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましい。
Examples of ion exchange methods include column-type and batch-type treatments using ion exchange resins such as cation exchange resins and anion exchange resins; and electrodialysis methods.
When purifying the reaction product by an ion exchange method, it is preferable to dissolve the reaction product in an aqueous medium so as to obtain a desired solid concentration, form a polymer solution, and then contact the ion exchange resin.
Examples of the aqueous medium include those similar to the solvent (B) described below.
The concentration of the conductive polymer (A) in the polymer solution is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, from the viewpoint of industrial efficiency and purification efficiency.
イオン交換樹脂を用いたイオン交換法の場合、イオン交換樹脂に対する試料液の量は、例えば固形分濃度5質量%のポリマー溶液の場合、イオン交換樹脂に対して10倍の容積までが好ましく、5倍の容積までがより好ましい。陽イオン交換樹脂としては、例えばオルガノ株式会社製の「アンバーライトIR-120B」などが挙げられる。陰イオン交換樹脂としては、例えばオルガノ株式会社製の「アンバーライトIRA410」などが挙げられる。 In the case of the ion exchange method using an ion exchange resin, the volume of the sample solution relative to the ion exchange resin is preferably up to 10 times the volume of the ion exchange resin, for example, in the case of a polymer solution having a solid concentration of 5% by mass. Up to double the volume is more preferred. Examples of the cation exchange resin include "Amberlite IR-120B" manufactured by Organo Corporation. Examples of the anion exchange resin include "Amberlite IRA410" manufactured by Organo Corporation.
イオン交換処理後の導電性ポリマー(A)は、水性媒体に溶解した状態である。従って、エバポレータなどで水性媒体を全て除去すれば固体状の導電性ポリマー(A)が得られるが、導電性ポリマー(A)は水性媒体に溶解した状態のまま導電性組成物の製造に用いてもよい。 The conductive polymer (A) after ion exchange treatment is dissolved in an aqueous medium. Therefore, if the aqueous medium is completely removed by an evaporator or the like, a solid conductive polymer (A) can be obtained. good too.
[導電性組成物]
本発明の導電性組成物は、導電性ポリマー(A)と、溶剤(B)とを含む。溶剤(B)は、水と、炭素数1~3の低級アルコール(B1)を含む。
導電性組成物は、必要に応じて塩基性化合物(C)、界面活性剤(D)などを含んでいてもよい。
[Conductive composition]
The conductive composition of the present invention contains a conductive polymer (A) and a solvent (B). The solvent (B) contains water and a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms (B1).
The conductive composition may contain a basic compound (C), a surfactant (D) and the like, if necessary.
<導電性ポリマー(A)>
導電性ポリマー(A)は、上述した導電性ポリマー(A)であり、その説明を省略する。
導電性ポリマー(A)の含有量は、導電性組成物の総質量に対して、0.1~5質量%が好ましく、0.2~3質量%がより好ましく、0.5~2質量%がさらに好ましい。
また、導電性ポリマー(A)の含有量は、導電性組成物の固形分の総質量に対して、50~100質量%が好ましく、80~100質量%がより好ましく、95~100質量%がさらに好ましい。なお、導電性組成物の固形分は、導電性組成物から溶剤(B)を除いた残分である。
導電性ポリマー(A)の含有量が上記範囲内であれば、導電性組成物の塗布性と、導電性組成物より形成される塗膜の導電性のバランスにより優れる。
<Conductive polymer (A)>
The conductive polymer (A) is the conductive polymer (A) described above, and the description thereof is omitted.
The content of the conductive polymer (A) is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.2 to 3% by mass, and 0.5 to 2% by mass, relative to the total mass of the conductive composition. is more preferred.
In addition, the content of the conductive polymer (A) is preferably 50 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, more preferably 95 to 100% by mass, based on the total mass of the solid content of the conductive composition. More preferred. The solid content of the conductive composition is the residue after removing the solvent (B) from the conductive composition.
When the content of the conductive polymer (A) is within the above range, the coating property of the conductive composition and the conductivity of the coating film formed from the conductive composition are well balanced.
<溶剤(B)>
溶剤(B)は、水と、炭素数1~3の低級アルコール(B1)を含む混合溶剤である。水及び低級アルコール(B1)以外に他の溶剤を含んでもよい。他の溶剤は導電性ポリマー(A)と、後述の塩基性化合物(C)及び界面活性剤(D)を溶解することができる溶剤であれば、本発明の効果を有する限り特に限定はされない。他の溶剤としては、導電性ポリマー(A)の製造方法の説明において先に例示した重合溶媒のうちの有機溶媒(ただし炭素数1~3の低級アルコールを除く。)が挙げられる。
水としては、イオン交換水、純水、蒸留水などが挙げられる。
低級アルコール(B1)としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロピルアルコールからなる群から選ばれる1種以上を用いる。低級アルコール(B1)は導電性組成物の塗布性の向上に寄与する。低級アルコール(B1)の炭素数が3以下であると、導電性組成物の均一性に優れ、塗膜の平滑性に優れる。
<Solvent (B)>
The solvent (B) is a mixed solvent containing water and a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms (B1). Other solvents may be included in addition to water and lower alcohol (B1). The other solvent is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving the conductive polymer (A), the basic compound (C) and the surfactant (D) described later, as long as it has the effect of the present invention. Other solvents include organic solvents (excluding lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms) among the polymerization solvents previously exemplified in the description of the method for producing the conductive polymer (A).
Examples of water include ion-exchanged water, pure water, and distilled water.
As the lower alcohol (B1), one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol and isopropyl alcohol is used. The lower alcohol (B1) contributes to improving the applicability of the conductive composition. When the number of carbon atoms in the lower alcohol (B1) is 3 or less, the uniformity of the conductive composition is excellent, and the smoothness of the coating film is excellent.
本発明の導電性組成物は、低級アルコール(B1)由来の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量が、低級アルコール(B1)の総質量に対して、それぞれ1000質量ppm以下である。
すなわち、低級アルコール(B1)中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量は、それぞれ1000質量ppm以下である。
これらの酸イオンの含有量が1000質量ppm以下であれば、低級アルコール(B1)を含む導電性組成物をレジスト層の表面に塗布して導電膜を形成したときに、導電膜からレジスト層への酸イオンの移行が軽減され、レジスト層の膜減りを抑制できる。
低級アルコール(B1)中の、硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量は、それぞれ1000質量ppm以下であり、500質量ppm以下がより好ましく、100質量ppm以下がさらに好ましい。
これらの酸イオンの含有量は少ないほど好ましく、下限値は0質量ppmが好ましい。
In the conductive composition of the present invention, the content of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions derived from the lower alcohol (B1) is 1000 mass each with respect to the total mass of the lower alcohol (B1). ppm or less.
That is, the contents of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the lower alcohol (B1) are each 1000 mass ppm or less.
If the content of these acid ions is 1000 ppm by mass or less, when the conductive composition containing the lower alcohol (B1) is applied to the surface of the resist layer to form a conductive film, the conductive film is transferred to the resist layer. migration of acid ions can be reduced, and thinning of the resist layer can be suppressed.
The contents of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the lower alcohol (B1) are each 1000 mass ppm or less, more preferably 500 mass ppm or less, and even more preferably 100 mass ppm or less. .
The lower the content of these acid ions, the better, and the lower limit is preferably 0 mass ppm.
低級アルコール(B1)中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量は、イオンクロマトグラフィーにより測定できる。具体的には、以下のようにして測定できる。
まず、水に炭酸ナトリウムを固形分濃度が1.8mmol/Lになるように添加して、炭酸ナトリウム水溶液を調製する。同様に、水に炭酸水素ナトリウムを固形分濃度が1.7mmol/Lになるように添加して、炭酸水素ナトリウム水溶液を調製する。得られた炭酸ナトリウム水溶液と、炭酸水素ナトリウム水溶液とを質量比1:1の割合で混合して溶離液を得る。得られた溶離液に低級アルコール(B1)を加えて溶解させ、試験溶液を調製する。
得られた試験溶液について、イオンクロマトグラフを用いて硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの各濃度を測定し、クロマトグラムを得る。このクロマトグラム上の各酸イオンに相当するピークの面積または高さを読み取り、予め作成しておいた検量線から、低級アルコール中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの各含有量を求める。
The contents of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the lower alcohol (B1) can be measured by ion chromatography. Specifically, it can be measured as follows.
First, sodium carbonate is added to water so that the solid concentration becomes 1.8 mmol/L to prepare an aqueous sodium carbonate solution. Similarly, sodium hydrogencarbonate is added to water so that the solid content concentration becomes 1.7 mmol/L to prepare an aqueous sodium hydrogencarbonate solution. The aqueous sodium carbonate solution and the aqueous sodium hydrogencarbonate solution thus obtained are mixed at a mass ratio of 1:1 to obtain an eluent. A lower alcohol (B1) is added to and dissolved in the resulting eluent to prepare a test solution.
Concentrations of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions of the obtained test solution are measured using an ion chromatograph to obtain a chromatogram. Read the area or height of the peak corresponding to each acid ion on this chromatogram, and from the calibration curve prepared in advance, each nitrate ion, sulfate ion, phosphate ion, and propionate ion in the lower alcohol Find the content.
低級アルコール(B1)中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量を上記上限値以下に低減させるためには、低級アルコール(B1)を、例えばイオン交換処理したり、蒸留したりして、精製して用いればよい。 In order to reduce the contents of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the lower alcohol (B1) to the above upper limits or less, the lower alcohol (B1) is subjected to, for example, ion exchange treatment, It may be distilled or purified before use.
本発明の導電性組成物は、低級アルコール(B1)由来のカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)及び亜鉛(Zn)の含有量が、低級アルコール(B1)の総質量に対して、それぞれ10質量ppb以下である。
すなわち、低級アルコール(B1)中のカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)及び亜鉛(Zn)の含有量は、低級アルコールの総質量に対して、それぞれ10質量ppb以下である。
低級アルコール(B1)中のこれら金属の含有量がそれぞれ10質量ppb以下であれば、低級アルコール(B1)を含む導電性組成物をレジスト層の表面に塗布して得られる導電膜中の金属量を軽減できる。すなわち、異物の少ない導電膜が得られるので、荷電粒子線による描画後にラインの断線等の問題が生じにくく、パターニング不良を抑制できる。
低級アルコール(B1)中のCa、Mg及びZnの含有量は、それぞれ7質量ppb以下が好ましい。
これらの金属の含有量は少ないほど好ましく、下限値は0質量ppbが好ましい。
In the conductive composition of the present invention, the content of calcium (Ca), magnesium (Mg) and zinc (Zn) derived from the lower alcohol (B1) is 10 mass each with respect to the total mass of the lower alcohol (B1). ppb or less.
That is, the contents of calcium (Ca), magnesium (Mg) and zinc (Zn) in the lower alcohol (B1) are each 10 mass ppb or less with respect to the total mass of the lower alcohol.
If the content of each of these metals in the lower alcohol (B1) is 10 mass ppb or less, the amount of metal in the conductive film obtained by applying a conductive composition containing the lower alcohol (B1) to the surface of the resist layer can be reduced. That is, since a conductive film with less foreign substances can be obtained, problems such as disconnection of lines are less likely to occur after drawing with a charged particle beam, and patterning defects can be suppressed.
The contents of Ca, Mg and Zn in the lower alcohol (B1) are each preferably 7 mass ppb or less.
The lower the content of these metals, the better, and the lower limit is preferably 0 mass ppb.
低級アルコール(B1)中の金属の含有量は、高周波誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)により金属分析することにより求められる。 The metal content in the lower alcohol (B1) is determined by metal analysis with an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer).
低級アルコール(B1)中のCa、Mg及びZnの含有量を上記上限値以下に低減させるためには、低級アルコール(B1)を、例えばイオン交換処理したり、蒸留したりして、精製して用いればよい。 In order to reduce the contents of Ca, Mg and Zn in the lower alcohol (B1) to the above upper limits or less, the lower alcohol (B1) is purified, for example, by ion exchange treatment or distillation. You can use it.
導電性組成物の総質量に対して、溶剤(B)の含有量は、1~99.9質量%が好ましく、10~98質量%がより好ましく、50~98質量%がさらに好ましい。
なお、導電性ポリマー(A)を、精製などして水性媒体に溶解した状態(以下、この状態の導電性ポリマー(A)を「導電性ポリマー溶液」ともいう。)で用いる場合、導電性ポリマー溶液由来の水性媒体も導電性組成物中の溶剤(B)の含有量に含まれる。
The content of the solvent (B) is preferably 1 to 99.9% by mass, more preferably 10 to 98% by mass, even more preferably 50 to 98% by mass, based on the total mass of the conductive composition.
In addition, the conductive polymer (A) is purified and dissolved in an aqueous medium (hereinafter, the conductive polymer (A) in this state is also referred to as a "conductive polymer solution"). An aqueous medium derived from a solution is also included in the content of the solvent (B) in the conductive composition.
導電性組成物の総質量に対して、低級アルコール(B1)の含有量は、0.1~15質量%であり、0.1~13質量%が好ましく、1~9質量%がより好ましい。上記範囲の下限値以上であると、導電性組成物の塗布性の向上効果に優れ、上限値以下であるとレジスト層の膜減りが抑制されやすい。 The content of the lower alcohol (B1) is 0.1 to 15% by mass, preferably 0.1 to 13% by mass, more preferably 1 to 9% by mass, relative to the total mass of the conductive composition. When it is at least the lower limit of the above range, the effect of improving the applicability of the conductive composition is excellent, and when it is at most the upper limit, film reduction of the resist layer tends to be suppressed.
<塩基性化合物(C)>
導電性組成物は、塩基性化合物(C)を含んでいてもよい。
導電性組成物が塩基性化合物(C)を含んでいれば、導電性ポリマー(A)の安定性を高めることが可能になると考えられる。
<Basic compound (C)>
The conductive composition may contain a basic compound (C).
If the conductive composition contains the basic compound (C), it is considered possible to enhance the stability of the conductive polymer (A).
塩基性化合物(C)としては、塩基性を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、下記の4級アンモニウム塩(c-1)、塩基性化合物(c-2)、塩基性化合物(c-3)などが挙げられる。
第4級アンモニウム塩(c-1):窒素原子に結合する4つの置換基のうちの少なくとも1つが炭素数3以上の炭化水素基である第4級アンモニウム化合物。
塩基性化合物(c-2):1つ以上の窒素原子を有する塩基性化合物(ただし、第4級アンモニウム塩(c-1)及び塩基性化合物(c-3)を除く。)。
塩基性化合物(c-3):同一分子内に塩基性基と2つ以上のヒドロキシ基とを有し、かつ30℃以上の融点を有する塩基性化合物。
The basic compound (C) is not particularly limited as long as it is a compound having basicity. For example, the following quaternary ammonium salt (c-1), basic compound (c-2), basic compound (c -3).
Quaternary ammonium salt (c-1): A quaternary ammonium compound in which at least one of the four substituents bonded to the nitrogen atom is a hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms.
Basic compound (c-2): Basic compound having one or more nitrogen atoms (excluding quaternary ammonium salt (c-1) and basic compound (c-3)).
Basic compound (c-3): A basic compound having a basic group and two or more hydroxy groups in the same molecule and having a melting point of 30°C or higher.
第4級アンモニウム化合物(c-1)において、4つの置換基が結合する窒素原子は、第4級アンモニウムイオンの窒素原子である。
第4級アンモニウム化合物(c-1)において、第4級アンモニウムイオンの窒素原子に結合する炭化水素基としては、アルキル基、アラルキル基、アリール基などが挙げられる。
第4級アンモニウム化合物(c-1)としては、例えば、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラペンチルアンモニウム、水酸化テトラヘキシルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウムなどが挙げられる。
In the quaternary ammonium compound (c-1), the nitrogen atom to which the four substituents are bonded is the nitrogen atom of the quaternary ammonium ion.
In the quaternary ammonium compound (c-1), examples of the hydrocarbon group bonded to the nitrogen atom of the quaternary ammonium ion include an alkyl group, an aralkyl group, and an aryl group.
Examples of the quaternary ammonium compound (c-1) include tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetrapentylammonium hydroxide, tetrahexylammonium hydroxide, and benzyltrimethylammonium hydroxide.
塩基性化合物(c-2)としては、例えば、アンモニア、ピリジン、トリエチルアミン、4-ジメチルアミノピリジン、4-ジメチルアミノメチルピリジン、3,4-ビス(ジメチルアミノ)ピリジン、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン(DBN)、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(DBU)、及びそれらの誘導体などが挙げられる。 Basic compounds (c-2) include, for example, ammonia, pyridine, triethylamine, 4-dimethylaminopyridine, 4-dimethylaminomethylpyridine, 3,4-bis(dimethylamino)pyridine, 1,5-diazabicyclo[4 .3.0]-5-nonene (DBN), 1,8-diazabicyclo[5.4.0]-7-undecene (DBU), and derivatives thereof.
塩基性化合物(c-3)において、塩基性基としては、例えば、アレニウス塩基、ブレンステッド塩基、ルイス塩基等で定義される塩基性基が挙げられる。具体的には、アンモニア等が挙げられる。ヒドロキシ基は、-OHの状態であってもよいし、保護基で保護された状態であってもよい。保護基としては、例えば、アセチル基;トリメチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基等のシリル基;メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエトキシメチル基等のアセタール型保護基;ベンゾイル基;アルコキシド基などが挙げられる。
塩基性化合物(c-3)としては、2-アミノ-1,3-プロパンジオール、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、2-アミノ-2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-アミノ-2-エチル-1,3-プロパンジオール、3-[N-トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ]-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸、N-トリス(ヒドロキシメチル)メチル-2-アミノエタンスルホン酸などが挙げられる。
In the basic compound (c-3), basic groups include, for example, basic groups defined as Arrhenius bases, Bronsted bases, Lewis bases and the like. Specifically, ammonia etc. are mentioned. A hydroxy group may be in the state of —OH or in the state of being protected by a protecting group. Examples of protective groups include acetyl group; silyl groups such as trimethylsilyl group and t-butyldimethylsilyl group; acetal type protective groups such as methoxymethyl group, ethoxymethyl group and methoxyethoxymethyl group; benzoyl group; mentioned.
Basic compounds (c-3) include 2-amino-1,3-propanediol, tris(hydroxymethyl)aminomethane, 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, 2-amino-2 -ethyl-1,3-propanediol, 3-[N-tris(hydroxymethyl)methylamino]-2-hydroxypropanesulfonic acid, N-tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethanesulfonic acid and the like. .
これらの塩基性化合物は、いずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
これらの中でも、導電性ポリマー(A)の酸性基と塩を形成しやすい点から、第4級アンモニウム塩(c-1)及び塩基性化合物(c-2)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
Any one of these basic compounds may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used at any ratio.
Among these, at least one selected from the group consisting of a quaternary ammonium salt (c-1) and a basic compound (c-2) from the viewpoint of easily forming a salt with an acidic group of the conductive polymer (A) is preferably included.
塩基性化合物(C)の含有量は、導電性組成物の塗布性がより向上する観点から、導電性ポリマー(A)を構成する単位のうち、酸性基を有する単位1molに対して、0.1~1mol当量が好ましく、0.1~0.9mol当量がより好ましい。さらに、導電膜としての性能の保持性に優れ、導電性ポリマー(A)中の酸性基をより安定にできる観点から、0.25~0.85mol当量が特に好ましい。 From the viewpoint of further improving the coatability of the conductive composition, the content of the basic compound (C) is 0.00 per 1 mol of units having an acidic group among the units constituting the conductive polymer (A). 1 to 1 mol equivalent is preferred, and 0.1 to 0.9 mol equivalent is more preferred. Furthermore, from the viewpoint of excellent retention of performance as a conductive film and more stable acidic groups in the conductive polymer (A), 0.25 to 0.85 mol equivalent is particularly preferred.
<界面活性剤(D)>
導電性組成物は、界面活性剤(D)を含んでいてもよい。
導電性組成物が界面活性剤(D)を含んでいれば、導電性組成物を基材やレジスト層の表面に塗布する際の塗布性が向上する。
界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン系界面活性剤などが挙げられる。これらの界面活性剤は、いずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
<Surfactant (D)>
The conductive composition may contain a surfactant (D).
If the conductive composition contains the surfactant (D), the coatability of the conductive composition is improved when the conductive composition is applied to the substrate or the surface of the resist layer.
Examples of surfactants include anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants. Any one of these surfactants may be used alone, or two or more of them may be used as a mixture in an arbitrary ratio.
陰イオン系界面活性剤としては、例えば、オクタン酸ナトリウム、デカン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ペルフルオロノナン酸、N‐ラウロイルサルコシンナトリウム、ココイルグルタミン酸ナトリウム、アルファスルホ脂肪酸メチルエステル塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ミリスチル硫酸ナトリウム、ラウレス硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェノールスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリルリン酸、ラウリルリン酸ナトリウム、ラウリルリン酸カリウムなどが挙げられる。 Examples of anionic surfactants include sodium octanoate, sodium decanoate, sodium laurate, sodium myristate, sodium palmitate, sodium stearate, perfluorononanoic acid, sodium N-lauroylsarcosinate, sodium cocoyl glutamate, alpha sulfo fatty acid methyl ester salts, sodium lauryl sulfate, sodium myristyl sulfate, sodium laureth sulfate, sodium polyoxyethylene alkylphenol sulfonate, ammonium lauryl sulfate, lauryl phosphate, sodium lauryl phosphate, potassium lauryl phosphate, and the like.
陽イオン系界面活性剤としては、例えば、塩化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム、塩化アルキルトリメチルアンモニウム、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、臭化アルキルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム、臭化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、モノメチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、トリメチルアミン塩酸塩、塩化ブチルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化セチルピリジニウム などが挙げられる。 Examples of cationic surfactants include tetramethylammonium chloride, tetramethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium chloride, dodecyldimethylbenzylammonium chloride, alkyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, and dodecyl chloride. Trimethylammonium, Tetradecyltrimethylammonium chloride, Cetyltrimethylammonium chloride, Stearyltrimethylammonium chloride, Alkyltrimethylammonium bromide, Hexadecyltrimethylammonium bromide, Benzyltrimethylammonium chloride, Benzyltriethylammonium chloride, Benzalkonium chloride, Benzyl bromide Ruconium, benzethonium chloride, dialkyldimethylammonium chloride, didecyldimethylammonium chloride, distearyldimethylammonium chloride, monomethylamine hydrochloride, dimethylamine hydrochloride, trimethylamine hydrochloride, butylpyridinium chloride, dodecylpyridinium chloride, cetylpyridinium chloride, etc. mentioned.
両性界面活性剤としては、例えば、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、ラウロイルグルタミン酸カリウム、ラウロイルメチル-β-アラニン、ラウリルジメチルアミン-N-オキシド、オレイルジメチルアミンN-オキシドなどが挙げられる。 Examples of amphoteric surfactants include betaine lauryldimethylaminoacetate, betaine stearyldimethylaminoacetate, dodecylaminomethyldimethylsulfopropylbetaine, octadecylaminomethyldimethylsulfopropylbetaine, cocamidopropylbetaine, cocamidopropylhydroxysultaine, 2 -alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, sodium lauroyl glutamate, potassium lauroyl glutamate, lauroylmethyl-β-alanine, lauryldimethylamine-N-oxide, oleyldimethylamine N-oxide and the like. .
非イオン系界面活性剤としては、例えば、ラウリン酸グリセリン、モノステアリン酸グリセリン、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、オクチルフェノールエトキシレート、ノニルフェノールエトキシレート、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヘキシタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルポリエチレングリコール、ラウリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オクチルグルコシド、デシルグルコシド、ラウリルグルコシド、セタノール、ステアリルアルコール、オレイルアルコールなどが挙げられる。 Examples of nonionic surfactants include glyceryl laurate, glyceryl monostearate, sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, polyoxyethylene alkyl ether, pentaethylene glycol monododecyl ether, octaethylene glycol monododecyl ether, poly Oxyethylene alkylphenyl ether, octylphenol ethoxylate, nonylphenol ethoxylate, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene hexitane fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester polyethylene glycol, lauric acid diethanolamide, oleic acid diethanolamide, stearic acid diethanolamide, octyl glucoside, decyl glucoside, lauryl glucoside, cetanol, stearyl alcohol, oleyl alcohol and the like.
非イオン系界面活性剤として、上述した以外にも、含窒素官能基及び末端疎水性基を有する水溶性ポリマーを用いてもよい。この水溶性ポリマーは従来の界面活性剤とは異なり、含窒素官能基を有する主鎖部分(親水性部分)と、末端の疎水性基部分とによって界面活性能を有し、塗布性の向上効果が高い。よって、他の界面活性剤を併用しなくても、優れた塗布性を導電性組成物に付与できる。しかも、この水溶性ポリマーは酸や塩基を含まないうえ、加水分解により副生成物が生じにくいことから、レジスト層等への悪影響が特に少ない。 As the nonionic surfactant, in addition to those mentioned above, a water-soluble polymer having a nitrogen-containing functional group and a terminal hydrophobic group may be used. Unlike conventional surfactants, this water-soluble polymer has surface activity due to the main chain portion (hydrophilic portion) having a nitrogen-containing functional group and the hydrophobic group portion at the end, and has the effect of improving coating properties. is high. Therefore, excellent applicability can be imparted to the conductive composition without using other surfactants in combination. Moreover, this water-soluble polymer does not contain an acid or a base and hardly produces by-products due to hydrolysis, so that it has little adverse effect on the resist layer or the like.
含窒素官能基としては、溶解性の観点から、アミド基が好ましい。
末端疎水性基としては、例えばアルキル基、アラルキル基、アリール基、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アラルキルチオ基、アリールチオ基、一級又は二級のアルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、アリールアミノ基などが挙げられる。これらの中でも、アルキルチオ基、アラルキルチオ基、アリールチオ基が好ましい。
末端疎水性基の炭素数は、3~100が好ましく、5~50がより好ましく、7~30が特に好ましい。
水溶性ポリマー中の末端疎水性基の数は特に制限されない。また、同一分子内に末端疎水性基を2つ以上有する場合、末端疎水性基は同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
From the viewpoint of solubility, the nitrogen-containing functional group is preferably an amide group.
Examples of terminal hydrophobic groups include alkyl groups, aralkyl groups, aryl groups, alkoxy groups, aralkyloxy groups, aryloxy groups, alkylthio groups, aralkylthio groups, arylthio groups, primary or secondary alkylamino groups, and aralkylamino groups. , an arylamino group, and the like. Among these, an alkylthio group, an aralkylthio group, and an arylthio group are preferred.
The number of carbon atoms in the terminal hydrophobic group is preferably 3-100, more preferably 5-50, and particularly preferably 7-30.
The number of terminal hydrophobic groups in the water-soluble polymer is not particularly limited. Moreover, when two or more terminal hydrophobic groups are present in the same molecule, the terminal hydrophobic groups may be of the same type or of different types.
水溶性ポリマーとしては、含窒素官能基を有するビニルモノマーのホモポリマー、又は含窒素官能基を有するビニルモノマーと、含窒素官能基を有さないビニルモノマー(その他のビニルモノマー)とのコポリマーを主鎖構造とし、かつ、ポリマーを構成する繰り返し単位以外の部位に疎水性基を有する化合物が好ましい。
含窒素官能基を有するビニルモノマーとしては、アクリルアミド及びその誘導体、含窒素官能基を有する複素環状モノマー等が挙げられ、その中でもアミド結合を持つものが好ましい。具体的には、アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、t-ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N’-メチレンビスアクリルアミド、N-ビニル-N-メチルアクリルアミド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム等が挙げられる。これらの中でも、溶解性の観点から、アクリルアミド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム等が特に好ましい。
その他のビニルモノマーとしては、含窒素官能基を有するビニルモノマーを共重合可能であれば特に制限されないが、例えば、スチレン、アクリル酸、酢酸ビニル、長鎖α-オレフィンなどが挙げられる。
The water-soluble polymer is mainly a homopolymer of a vinyl monomer having a nitrogen-containing functional group, or a copolymer of a vinyl monomer having a nitrogen-containing functional group and a vinyl monomer having no nitrogen-containing functional group (other vinyl monomer). A compound having a chain structure and having a hydrophobic group at a site other than the repeating unit constituting the polymer is preferred.
Examples of the vinyl monomer having a nitrogen-containing functional group include acrylamide and derivatives thereof, heterocyclic monomers having a nitrogen-containing functional group, etc. Among them, those having an amide bond are preferred. Specifically, acrylamide, N,N-dimethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, N,N-diethylacrylamide, N,N-dimethylaminopropylacrylamide, t-butylacrylamide, diacetoneacrylamide, N,N'-methylene bisacrylamide, N-vinyl-N-methylacrylamide, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam and the like. Among these, acrylamide, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam and the like are particularly preferable from the viewpoint of solubility.
Other vinyl monomers are not particularly limited as long as vinyl monomers having nitrogen-containing functional groups can be copolymerized, and examples thereof include styrene, acrylic acid, vinyl acetate, and long-chain α-olefins.
水溶性ポリマーへの末端疎水性基の導入方法としては特に制限されないが、通常、ビニル重合時の連鎖移動剤を選択することにより導入するのが簡便で好ましい。この場合、連鎖移動剤としてはアルキル基、アラルキル基、アリール基、アルキルチオ基、アラルキルチオ基、アリールチオ基等の疎水性基を含む基が、得られる重合体の末端に導入されるものであれば特に限定はされない。例えば、末端疎水性基としてアルキルチオ基、アラルキルチオ基、又はアリールチオ基を有する水溶性ポリマーを得る場合は、これらの末端疎水性基に対応する疎水性基を有する連鎖移動剤、具体的にはチオール、ジスルフィド、チオエーテルなどを用いてビニル重合することが好ましい。 Although the method for introducing the terminal hydrophobic group into the water-soluble polymer is not particularly limited, it is usually preferable to introduce it by selecting a chain transfer agent during vinyl polymerization because of its simplicity. In this case, as the chain transfer agent, a group containing a hydrophobic group such as an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkylthio group, an aralkylthio group, an arylthio group, etc. is introduced at the end of the resulting polymer. There are no particular restrictions. For example, when obtaining a water-soluble polymer having an alkylthio group, an aralkylthio group, or an arylthio group as a terminal hydrophobic group, a chain transfer agent having a hydrophobic group corresponding to these terminal hydrophobic groups, specifically a thiol , disulfide, thioether and the like are preferably used for vinyl polymerization.
水溶性ポリマーの主鎖部分は水溶性であり、含窒素官能基を有する。主鎖部分の単位数(重合度)は、1分子中に2~1000が好ましく、3~1000がより好ましく、5~10が特に好ましい。含窒素官能基を有する主鎖部分の単位数が大きすぎる場合は、界面活性能が低下する傾向がある。
水溶性ポリマー中の主鎖部分と、末端疎水性基部分(例えばアルキル基、アラルキル基、アリール基、アルキルチオ基、アラルキルチオ基、アリールチオ基などの部分)との分子量比(主鎖部分の質量平均分子量/末端疎水性基部分の質量平均分子量)は、0.3~170であることが好ましい。
The main chain portion of the water-soluble polymer is water-soluble and has nitrogen-containing functional groups. The number of units (degree of polymerization) of the main chain portion is preferably 2 to 1,000, more preferably 3 to 1,000, and particularly preferably 5 to 10 per molecule. If the number of units of the main chain portion having a nitrogen-containing functional group is too large, the surface activity tends to decrease.
Molecular weight ratio (mass average of the main chain portion The molecular weight/mass average molecular weight of the terminal hydrophobic group portion) is preferably 0.3-170.
界面活性剤(D)としては、上述した中でもレジスト層への影響が少ない点で、非イオン系界面活性剤が好ましい。 As the surfactant (D), nonionic surfactants are preferable among the above-mentioned surfactants because they have less influence on the resist layer.
界面活性剤(D)の含有量は、導電性ポリマー(A)と塩基性化合物(C)と界面活性剤(D)の合計を100質量部としたときに、5~80質量部が好ましく、10~70質量部がより好ましく、10~60質量部がさらに好ましい。界面活性剤(D)の含有量が上記範囲内であれば、導電性組成物のレジスト層への塗布性がより向上する。 The content of the surfactant (D) is preferably 5 to 80 parts by mass when the total of the conductive polymer (A), the basic compound (C) and the surfactant (D) is 100 parts by mass. 10 to 70 parts by mass is more preferable, and 10 to 60 parts by mass is even more preferable. If the content of the surfactant (D) is within the above range, the applicability of the conductive composition to the resist layer is further improved.
<任意成分>
導電性組成物は、必要に応じて、導電性ポリマー(A)、溶剤(B)、塩基性化合物(C)及び界面活性剤(D)以外の成分(任意成分)を含んでいてもよい。
任意成分としては、例えば高分子化合物(導電性ポリマー(A)、塩基性化合物(C)及び界面活性剤(D)を除く)、添加剤などが挙げられる。
<Optional component>
The conductive composition may optionally contain components (optional components) other than the conductive polymer (A), solvent (B), basic compound (C) and surfactant (D).
Examples of optional components include polymer compounds (excluding conductive polymer (A), basic compound (C) and surfactant (D)), additives and the like.
高分子化合物としては、例えばポリビニールホルマール、ポリビニールブチラール等のポリビニルアルコール誘導体類、ポリアクリルアミド、ポリ(N-t-ブチルアクリルアミド)、ポリアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸等のポリアクリルアミド類、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸類、水溶性アルキド樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、水溶性フェノール樹脂、水溶性エポキシ樹脂、水溶性ポリブタジエン樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性アクリルスチレン共重合体樹脂、水溶性酢酸ビニルアクリル共重合体樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性スチレンマレイン酸共重合樹脂、水溶性フッ素樹脂及びこれらの共重合体が挙げられる。
添加剤としては、例えば顔料、消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、耐熱性向上剤、レベリング剤、たれ防止剤、艶消し剤、防腐剤などが挙げられる。
Examples of polymer compounds include polyvinyl alcohol derivatives such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral; polyacrylamides such as polyacrylamide, poly(Nt-butylacrylamide) and polyacrylamidemethylpropanesulfonic acid; Acrylic acids, water-soluble alkyd resins, water-soluble melamine resins, water-soluble urea resins, water-soluble phenol resins, water-soluble epoxy resins, water-soluble polybutadiene resins, water-soluble acrylic resins, water-soluble urethane resins, water-soluble acrylic styrene copolymers Resins, water-soluble vinyl acetate acrylic copolymer resins, water-soluble polyester resins, water-soluble styrene-maleic acid copolymer resins, water-soluble fluorine resins, and copolymers thereof.
Examples of additives include pigments, antifoaming agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, heat resistance improvers, leveling agents, anti-sagging agents, matting agents and preservatives.
<導電性組成物の製造方法>
本発明の導電性組成物の製造方法は、導電性ポリマー(A)と、水と、低級アルコール(B1)を混合する混合工程を含む。混合工程において、他の溶剤、塩基性化合物(C)、界面活性剤(D)及び任意成分の1つ以上を混合してもよい。混合する順序は特に限定されない。
低級アルコール(B1)は、導電性ポリマー(A)と混合する前に精製したものを用いる。
<Method for producing conductive composition>
The method for producing a conductive composition of the present invention includes a mixing step of mixing a conductive polymer (A), water and a lower alcohol (B1). In the mixing step, one or more of other solvent, basic compound (C), surfactant (D) and optional ingredients may be mixed. The order of mixing is not particularly limited.
The lower alcohol (B1) used is purified before being mixed with the conductive polymer (A).
<作用効果>
導電性組成物中の溶剤(B)の一部として、硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量が特定の範囲に低減された低級アルコール(B1)を、15質量%以下の添加量で用いることにより、導電膜中の酸性成分がレジスト層へ移行することに起因する膜減り、及び導電膜中のアルコールがレジスト層と接触することに起因する膜減りを抑制しながら、塗布性を向上させることができる。
<Effect>
As part of the solvent (B) in the conductive composition, 15% by mass of a lower alcohol (B1) in which the content of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions is reduced to a specific range. By using the following addition amount, while suppressing the film reduction caused by the migration of the acidic component in the conductive film to the resist layer and the film reduction caused by the alcohol in the conductive film coming into contact with the resist layer. , the coatability can be improved.
<用途>
本発明の導電性組成物は、荷電粒子線描画時の帯電防止用として好適である。具体的には、本発明の導電性組成物を、化学増幅型レジストを用いた荷電粒子線によるパターン形成法のレジスト層の表面に塗布して導電膜を形成する。こうして形成された導電膜がレジスト層の帯電防止膜となる。
また、上述した以外にも、本発明の導電性組成物は、例えばコンデンサ、透明電極、半導体等の材料として使用することもできる。
<Application>
The conductive composition of the present invention is suitable for antistatic use during charged particle beam drawing. Specifically, the conductive composition of the present invention is applied to the surface of a resist layer formed by a pattern formation method using a charged particle beam using a chemically amplified resist to form a conductive film. The conductive film thus formed becomes the antistatic film of the resist layer.
In addition to the above, the conductive composition of the present invention can also be used as materials for capacitors, transparent electrodes, semiconductors, and the like.
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、以下の実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
なお、実施例及び比較例における各種測定・評価方法は以下の通りである。
[測定・評価方法]
<硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、プロピオン酸イオンの含有量の測定>
低級アルコール(B1)0.1gに以下の溶離液100gを加えて、試験溶液を調製した。得られた試験溶液について、以下のイオンクロマトグラフ(IC)測定条件にて、硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、プロピオン酸イオンの濃度を測定し、クロマトグラムを得た。得られたクロマトグラム上の各イオンに相当するピークの面積又は高さを読み取り、予め作成しておいた検量線から、低級アルコール(B1)の総質量に対する硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、プロピオン酸イオンの各含有量を求めた。
<<IC測定条件>>
・装置:イオンクロマトグラフ IC-2010(東ソー株式会社製)
・カラム:TSKguard Column Super IC-Anion HS C-No W00052
・溶離液:1.8mmol/Lの炭酸ナトリウム水溶液と、固形分濃度が1.7mmol/Lの炭酸水素ナトリウムとの混合液(質量比1:1)
・流速:1.5mL/分
・測定温度:40℃
・試料注入量:30μL
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the following examples are not intended to limit the scope of the present invention.
Various measurement and evaluation methods in Examples and Comparative Examples are as follows.
[Measurement/evaluation method]
<Measurement of content of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions>
A test solution was prepared by adding 100 g of the following eluent to 0.1 g of lower alcohol (B1). Concentrations of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions were measured for the resulting test solutions under the following ion chromatography (IC) measurement conditions to obtain chromatograms. Read the area or height of the peak corresponding to each ion on the obtained chromatogram, from the calibration curve prepared in advance, nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions relative to the total mass of the lower alcohol (B1), Each propionate ion content was determined.
<<IC measurement conditions>>
・ Apparatus: Ion Chromatograph IC-2010 (manufactured by Tosoh Corporation)
・Column: TSKguard Column Super IC-Anion HS C-No W00052
Eluent: a mixture of a 1.8 mmol/L sodium carbonate aqueous solution and a 1.7 mmol/L solids concentration of sodium hydrogen carbonate (mass ratio 1:1)
・Flow rate: 1.5 mL/min ・Measurement temperature: 40°C
・Sample injection volume: 30 μL
<金属の含有量の測定>
高周波誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS- Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer:Agilent Technologies製7500cs)により、Ca、Mg及びZnを金属分析し、低級アルコール(B1)の各総質量に対する各金属の含有量を求めた。
<Measurement of metal content>
High-frequency inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS- Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer: 7500cs manufactured by Agilent Technologies) is subjected to metal analysis of Ca, Mg and Zn, and the content of each metal with respect to each total mass of lower alcohol (B1) asked for
<導電性の評価>
基材としてガラス基材上に導電性組成物を2.0mL滴下し、基材表面全体を覆うように、スピンコーターにて2000rpm×60秒間の条件で回転塗布して塗膜を形成した後、ホットプレートにて80℃で2分間加熱処理を行い、基材上に膜厚約30nmの導電膜を形成して導電体を得た。
ハイレスタUX-MCP-HT800(株式会社三菱ケミカルアナリテック製)を用い2端子法(電極間距離20mm)にて、導電膜の表面抵抗値[Ω/□]を測定した。
<Evaluation of conductivity>
2.0 mL of a conductive composition was dropped on a glass substrate as a substrate, and a coating film was formed by spin coating with a spin coater at 2000 rpm for 60 seconds so as to cover the entire substrate surface. A heat treatment was performed on a hot plate at 80° C. for 2 minutes to form a conductive film having a thickness of about 30 nm on the substrate, thereby obtaining a conductor.
Using Hiresta UX-MCP-HT800 (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), the surface resistance value [Ω/□] of the conductive film was measured by a two-terminal method (distance between electrodes: 20 mm).
<塗布性の評価>
4インチのシリコンウエハ上に導電性組成物を1mL滴下し、スピンコーターにて塗布し、目視で塗布状態を観察し、下記の基準で塗布性を判定した。AとBを合格とする。
A:ウエハの80%以上にムラなく塗布できている。
B:ウエハの80%以上に塗布できているが、ムラが有る。
C:ウエハの80%未満にしか塗布できていない。
<Evaluation of coatability >
1 mL of the conductive composition was dropped onto a 4-inch silicon wafer and applied using a spin coater. Let A and B pass.
A: 80% or more of the wafer is evenly coated.
B: 80% or more of the wafer is coated, but there is unevenness.
C: Less than 80% of the wafer was coated.
<膜減り試験による評価>
(膜減り量の測定)
化学増幅型電子線レジスト(以下、「レジスト」と略す。)を使用し、レジスト層の膜減り量を以下の手順(1A)~(8A)で測定した。
(1A)レジスト層の形成:基材として4インチシリコンウエハー上にレジスト0.2μmをスピンコーターにて2000rpm×60秒間の条件で回転塗布した後、ホットプレートにて130℃で90秒間プリベークを行い、溶剤を除去し、基材上にレジスト層を形成した。
(2A)レジスト層の膜厚測定1:基材上に形成されたレジスト層の一部を剥離し、基材面を基準位置として、触針式段差計(Stylus profiler P-16+, KLA-Tencor Corporation製)を用い、初期のレジスト層の膜厚a[nm]を測定した。
(3A)導電膜の形成:レジスト層上に導電性組成物2mLを滴下し、レジスト層の表面全体を覆うように、スピンコーターにて2000rpm×60秒間の条件で回転塗布した後、ホットプレートにて80℃で2分間加熱処理を行い、レジスト層上に膜厚約30nmの導電膜を形成した。
(4A)ベーク処理:導電膜とレジスト層が積層した基材を空気雰囲気下、ホットプレ-トにて120℃×20分加熱し、この状態の基材を空気中、常温(25℃)で90秒静置した。
(5A)水洗:導電膜を20mLの水で洗い流した後、スピンコーターにて2000rpm×60秒間で回転させ、レジスト層の表面の水を除去した。
(6A)現像:2.38質量%テトラメチルアンモニウムハドロオキサイド(TMAH)水溶液からなる現像液20mLをレジスト層の表面に滴下した。60秒静置した後、スピンコーターにて2000rpm×60秒間で回転させ、レジスト層の表面の現像液を除去し、引き続き60秒間回転を維持して乾燥した。
(7A)レジスト層の膜厚測定2:前記(2A)においてレジスト層を一部剥離した部分から5mm以内におけるレジスト層の一部を剥離した後、触針式段差計を用いて現像後のレジスト層の膜厚b[nm]を測定した。
(8A)膜減り量の算出:上記膜厚aの値から膜厚bの値を差し引いて、レジスト層の膜減り量c[nm](c=a-b)を算出した。
<Evaluation by Film Reduction Test>
(Measurement of film reduction amount)
A chemically amplified electron beam resist (hereinafter abbreviated as “resist”) was used, and the film reduction amount of the resist layer was measured by the following procedures (1A) to (8A).
(1A) Formation of resist layer: A resist layer of 0.2 µm was spin-coated on a 4-inch silicon wafer as a base material with a spin coater at 2000 rpm for 60 seconds, and then pre-baked on a hot plate at 130°C for 90 seconds. , the solvent was removed, and a resist layer was formed on the substrate.
(2A) Thickness measurement of resist layer 1: Part of the resist layer formed on the substrate is peeled off, and the substrate surface is used as a reference position, and a stylus profiler (Stylus profiler P-16+, KLA-Tencor Corporation) was used to measure the initial film thickness a [nm] of the resist layer.
(3A) Formation of a conductive film: 2 mL of a conductive composition is dropped onto the resist layer, and is applied by a spin coater at 2000 rpm for 60 seconds so as to cover the entire surface of the resist layer. A heat treatment was performed at 80° C. for 2 minutes to form a conductive film having a thickness of about 30 nm on the resist layer.
(4A) Baking treatment: The substrate on which the conductive film and the resist layer are laminated is heated on a hot plate at 120 ° C. for 20 minutes in an air atmosphere, and the substrate in this state is heated at room temperature (25 ° C.) in the air at 90°C. Let stand for seconds.
(5A) Washing with water: After washing the conductive film with 20 mL of water, it was spun at 2000 rpm for 60 seconds with a spin coater to remove water on the surface of the resist layer.
(6A) Development: 20 mL of a developer consisting of a 2.38% by mass tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution was dropped onto the surface of the resist layer. After standing still for 60 seconds, the resist layer was rotated at 2000 rpm for 60 seconds with a spin coater to remove the developer on the surface of the resist layer, and then dried by maintaining rotation for 60 seconds.
(7A) Thickness measurement of resist layer 2: After stripping part of the resist layer within 5 mm from the part where the resist layer was partially stripped in (2A), the resist after development using a stylus type step meter The film thickness b [nm] of the layer was measured.
(8A) Calculation of film thickness reduction amount: The film thickness reduction amount c [nm] (c=ab) of the resist layer was calculated by subtracting the film thickness b value from the film thickness a value.
(基準膜減り量の測定)
レジスト層は、レジスト層形成後の保管期間によって個々のレジストに特有の膜減り量(以下、「基準膜減り量」という。)d[nm]が存在する。導電膜に起因しないこの基準膜減り量dを以下の手順(1B)~(6B)で測定した。
(1B)レジスト層の形成:前記(1A)と同様にして、基材上にレジスト層を形成した。
(2B)レジスト層の膜厚測定1:前記(2A)と同様にして、初期のレジスト層の膜厚a[nm]を測定した。
(3B)ベーク処理:レジスト層が積層した基材を用いた以外は、前記(4A)と同様にしてベーク処理した。
(4B)現像:前記(6A)と同様にして、現像を行った。
(5B)レジスト層の膜厚測定2:前記(2B)においてレジスト層を剥離した部分から5mm以内におけるレジスト層の一部を剥離した後、触針式段差計を用いて現像後のレジスト層の膜厚e[nm]を測定した。
(6B)膜減り量の算出:上記膜厚aの値から膜厚eの値を差し引いて、レジスト層の基準膜減り量d(d=a-e)を算出した。
なお、レジスト層の基準膜減り量dは、3nmであった。
(Measurement of reference film reduction amount)
The resist layer has a thickness reduction amount d [nm] peculiar to each resist (hereinafter referred to as "reference thickness reduction amount") depending on the storage period after the formation of the resist layer. This reference film reduction amount d not caused by the conductive film was measured by the following procedures (1B) to (6B).
(1B) Formation of resist layer: A resist layer was formed on the substrate in the same manner as in (1A) above.
(2B) Film thickness measurement 1 of resist layer: The initial film thickness a [nm] of the resist layer was measured in the same manner as in (2A) above.
(3B) Baking treatment: Baking treatment was performed in the same manner as in (4A) above, except that a base material laminated with a resist layer was used.
(4B) Development: Development was carried out in the same manner as in (6A) above.
(5B) Thickness measurement of resist layer 2: After stripping a part of the resist layer within 5 mm from the part where the resist layer was stripped in (2B), the resist layer after development was measured using a stylus profilometer. A film thickness e [nm] was measured.
(6B) Calculation of amount of film thickness reduction: Subtracting the value of film thickness e from the value of film thickness a, the reference film thickness reduction amount d (d=ae) of the resist layer was calculated.
The reference film thickness reduction amount d of the resist layer was 3 nm.
(導電膜中の成分が原因となるレジスト層の膜減り量の算出)
上記レジスト層の膜減り量cの値からレジスト層の基準膜減り量dの値を差し引いて、導電膜からレジスト層へ移行した、分子量が100以下の酸性物質が原因となるレジスト層の膜減り量f[nm](f=c-d)を算出し、以下の評価基準にて評価した。膜減り量fが少ないほど好ましく、AとBを合格とする。
A:膜減り量fが5nm未満である。
B:膜減り量fが5nm以上、20nm未満である。
C:膜減り量fが20nm以上である。
(Calculation of film reduction amount of resist layer caused by components in conductive film)
Subtract the value of the reference film reduction amount d of the resist layer from the value of the film reduction amount c of the resist layer, and the film reduction of the resist layer caused by the acidic substance having a molecular weight of 100 or less that has migrated from the conductive film to the resist layer. The amount f [nm] (f=cd) was calculated and evaluated according to the following evaluation criteria. The smaller the amount of film loss f, the better, and A and B are accepted.
A: The amount of film reduction f is less than 5 nm.
B: The film reduction amount f is 5 nm or more and less than 20 nm.
C: The film reduction amount f is 20 nm or more.
[製造例1]
低級アルコール(B1)として、イソプロピルアルコール(以下、IPAともいう。)を用いた。IPAを下記の条件で蒸留して、精製IPAを得た。
精製IPA中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量は、いずれも100質量ppm以下であった。
なお、精製前のIPA中の硝酸イオンの含有量は200質量ppm、硫酸イオンの含有量は1100質量ppm、リン酸イオンの含有量は800質量ppm、プロピオン酸イオンの含有量は1500質量ppm、Caの含有量は4質量ppb、Mgの含有量は5質量ppb、Znの含有量は2質量ppbであった。
<蒸留条件>
冷却管及び枝月連結管を付したガラス製フラスコに、IPAを加え、加熱留出させ、流出したIPAを超純水で洗浄された容器に採取する方法で、蒸留操作を行った。
[Production Example 1]
Isopropyl alcohol (hereinafter also referred to as IPA) was used as the lower alcohol (B1). IPA was distilled under the following conditions to obtain purified IPA.
The contents of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the purified IPA were all 100 mass ppm or less.
The content of nitrate ions in IPA before purification is 200 ppm by mass, the content of sulfate ions is 1100 ppm by mass, the content of phosphate ions is 800 ppm by mass, the content of propionate ions is 1500 ppm by mass, The Ca content was 4 mass ppb, the Mg content was 5 mass ppb, and the Zn content was 2 mass ppb.
<Distillation conditions>
A distillation operation was performed by adding IPA to a glass flask equipped with a cooling pipe and a Shizuki connecting pipe, distilling it off with heating, and collecting the outflowing IPA in a container washed with ultrapure water.
[製造例2]
<導電性ポリマー(A)の製造>
2-アミノアニソール-4-スルホン酸100mmolに、ピリジン100mmolと水100mLを添加して、モノマー溶液を得た。
得られたモノマー溶液に、ペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolの水溶液(酸化剤溶液)を10℃で滴下した。滴下終了後、25℃で15時間さらに攪拌した後、35℃まで昇温してさらに2時間撹拌して、反応生成物が沈殿した反応液を得た(重合工程)。
得られた反応液を遠心濾過器にて濾過し、沈殿物(反応生成物)を回収して、1Lのメタノールにて反応生成物を洗浄した後に乾燥させ、粉末状の導電性ポリマー(A1)を得た(精製工程)。
精製工程で用いたメタノールの量は、導電性ポリマー(A1)100質量部に対して5000質量部に相当する。
得られた導電性ポリマー(A1)は、酸性物質を実質的に含まなかった。
[Production Example 2]
<Production of conductive polymer (A)>
100 mmol of pyridine and 100 mL of water were added to 100 mmol of 2-aminoanisole-4-sulfonic acid to obtain a monomer solution.
An aqueous solution (oxidant solution) of 100 mmol of ammonium peroxodisulfate was added dropwise at 10° C. to the resulting monomer solution. After completion of dropping, the mixture was further stirred at 25°C for 15 hours, then heated to 35°C and further stirred for 2 hours to obtain a reaction liquid in which a reaction product precipitated (polymerization step).
The obtained reaction solution is filtered with a centrifugal filter, the precipitate (reaction product) is recovered, the reaction product is washed with 1 L of methanol and then dried to obtain a powdery conductive polymer (A1). was obtained (purification step).
The amount of methanol used in the purification step corresponds to 5000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive polymer (A1).
The resulting conductive polymer (A1) did not substantially contain acidic substances.
[実施例1]
<導電性組成物の調製>
導電性ポリマー(A1)1質量部と、水96質量部と、調製例1で得た精製IPAの4質量部とを混合し、導電性組成物を得た。
得られた導電性組成物について、導電性及び塗布性を評価し、膜減り試験を行った。これらの結果を表1に示す。
[Example 1]
<Preparation of conductive composition>
1 part by mass of the conductive polymer (A1), 96 parts by mass of water, and 4 parts by mass of the purified IPA obtained in Preparation Example 1 were mixed to obtain a conductive composition.
The conductive composition thus obtained was evaluated for conductivity and coatability, and subjected to a film reduction test. These results are shown in Table 1.
[実施例2~3、比較例1~3]
表1に示すとおりに配合を変更したほかは、実施例1と同様にして導電性組成物を調製し、評価および試験を行った。結果を表1に示す。
[Examples 2-3, Comparative Examples 1-3]
A conductive composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition was changed as shown in Table 1, and evaluated and tested. Table 1 shows the results.
表1の結果に示されるように、精製した低級アルコール(B1)を15質量%以下の含有量となるように添加した、実施例1~3の導電性組成物は、塗布性が良好であり、膜減りも抑制された。
低級アルコール(B1)を用いなかった比較例1は塗布性が劣った。
比較例2は低級アルコール(B1)を用いず、その代わりに界面活性剤を用いた例であるが、塗布性が不充分であった。
精製した低級アルコール(B1)の添加量が多すぎる比較例3は、膜減りが顕著に生じた。
As shown in the results of Table 1, the conductive compositions of Examples 1 to 3, to which the purified lower alcohol (B1) was added so as to have a content of 15% by mass or less, had good applicability. , the film thinning was also suppressed.
Comparative Example 1, in which the lower alcohol (B1) was not used, was inferior in coatability.
Comparative Example 2 is an example in which the lower alcohol (B1) was not used and a surfactant was used instead, but the coatability was insufficient.
In Comparative Example 3, in which the amount of the purified lower alcohol (B1) added was too large, significant film loss occurred.
Claims (2)
前記導電性組成物の総質量に対して前記精製された低級アルコールの含有量が0.1~15質量%であり、
前記精製された低級アルコール中の硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、及びプロピオン酸イオンの含有量が、それぞれ1000質量ppm以下であり、
前記精製された低級アルコール中のカルシウム、マグネシウム及び亜鉛の含有量が、それぞれ10質量ppb以下であり、
前記精製された導電性ポリマーの総質量に対して、分子量が100以下の酸性物質の含有量が10000質量ppm以下である、導電性組成物の製造方法。 Conductive, comprising a step of producing a purified conductive polymer having an acidic group , and a step of mixing the purified conductive polymer, water, and a purified lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms A method for producing a composition comprising:
The content of the purified lower alcohol is 0.1 to 15% by mass with respect to the total mass of the conductive composition,
The contents of nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, and propionate ions in the purified lower alcohol are each 1000 mass ppm or less,
The content of calcium, magnesium, and zinc in the purified lower alcohol is each 10 mass ppb or less ,
A method for producing a conductive composition, wherein the content of an acidic substance having a molecular weight of 100 or less is 10000 mass ppm or less with respect to the total mass of the purified conductive polymer .
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