JP7415382B2 - 導電性組成物 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
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。
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。
ポリアニリンの製造方法として、トリメチルアミンやピリジン等の塩基性化合物の存在下で、スルホン酸基やカルボキシ基などの酸性基で置換されたアニリン(酸性基置換アニリン)を酸化剤により重合する方法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。
従来、酸性基置換アニリンは、それ単独では重合しにくく、高分子量化が困難とされていたが、塩基性化合物を含む溶液中で重合する方法によれば、高分子量の重合体の製造が可能である。しかも、この方法で得られたポリアニリンは、酸性からアルカリ性のいずれの水溶液にも優れた溶解性を示す。
しかし、塩基性化合物が、その塩基強度等の物性上、ポリアニリンの酸性基を安定して中和できないことから、ポリアニリンの酸性基部は加水分解等を受けやすく、不安定である。そのため、レジスト層上にポリアニリンを塗布した後、加熱処理して導電膜を形成する際に酸性基が脱離しやすい。また、重合の際に用いた酸化剤が分解して硫酸イオン等を発生することがある。その結果、脱離した酸性基や酸化剤の分解物がレジスト層へ移行し、現像時に未露光部のレジスト層が溶解してしまい、レジスト層の膜減りなどが起こることがある。
塩基性化合物の添加量が多くなるほど、ポリアニリンの酸性基と塩基性化合物とが塩を形成する割合が高くなり、ポリアニリンから脱離する酸性基が少なくなるため、レジスト層の膜減りの抑制効果が高まる。
しかし、塩基性化合物の添加量が多くなるほど、導電膜の導電性が低下してしまう。
[1] 酸性基を有する導電性ポリマーと、界面活性剤と、溶剤とを含む導電性組成物であって、
前記界面活性剤の含有量が、前記導電性ポリマー100質量部に対して50~200質量部であり、
前記導電性組成物に含まれる塩基性化合物の含有量が、前記導電性ポリマー100質量部に対して0.1質量部以下である、導電性組成物。
[2] 前記導電性ポリマーが下記一般式(5)で表される単位を有する、[1]の導電性組成物。
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の1つ以上の溶媒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。
本発明の導電性組成物は、以下に示す導電性ポリマー(A)と、界面活性剤(B)と、溶剤(C)とを含む。導電性組成物は、必要に応じて任意成分を含んでいてもよい。
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、均一な厚さの導電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。
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。
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。
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6~24の直鎖若しくは分岐鎖のアリーレン基、又は炭素数7~24の直鎖若しくは分岐鎖のアラルキレン基を表す。
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。
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。
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。
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。
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。また本実施形態の導電性ポリマー(A)の製造方法は、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)を含んでいてもよい。
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。
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。
水としては、水道水、イオン交換水、純水、蒸留水などが挙げられる。
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。
なお、重合溶媒として水と有機溶媒との混合溶媒を用いる場合、これらの質量比(水/有機溶媒)は1/100~100/1であることが好ましく、2/100~100/2であることがより好ましい。
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。
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。
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。
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。
よって、反応生成物を精製して低分子量成分を除去することが好ましい。
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。特に、原料モノマー、オリゴマー、酸性物質などを効率よく除去できる観点では、洗浄法が好ましい。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塩基性物質などを効率よく除去できる観点では、イオン交換法が好ましい。精製工程では、洗浄法とイオン交換法とを組み合わせて用いてもよい。
なお、反応生成物が重合溶媒に溶解している場合は、溶解した状態のままイオン交換樹脂と接触させればよい。反応生成物の濃度が濃い場合は、水性媒体で希釈してもよい。
反応生成物が重合溶媒に沈殿している場合は、重合溶媒を濾別した後に、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。
洗浄後の反応生成物をイオン交換処理する場合は、洗浄後の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(C)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。
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、33~66.7質量%が好ましく、50~65質量%がより好ましい。なお、導電性組成物の固形分は、導電性組成物から溶剤(C)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導電膜の導電性のバランスにより優れる。
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。
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、7~100が好ましく、7~50がより好ましく、10~30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。
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。
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。
溶剤(C)としては、導電性ポリマー(A)及び界面活性剤(B)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が、水、有機溶剤、水と有機溶剤との混合溶剤が挙げられる。
水としては、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水が挙げられる。
有機溶剤としては、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が挙げられる。
溶剤(C)として、水と有機溶剤との混合溶剤を用いる場合、これらの質量比(水/有機溶剤)は1/100~100/1であることが好ましく、2/100~100/2であることがより好ましい。
なお、導電性ポリマー(A)を、イオン交換法により精製して重合溶媒又は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重合溶媒又は水性媒体も導電性組成物中の溶剤(C)の含有量に含まれる。
導電性組成物は、必要に応じて、導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)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)及び界面活性剤(B)を除く)、添加剤などが挙げられる。
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。
導電性組成物中の塩基性化合物(D)の含有量は、導電性ポリマー100質量部に対して0.1質量部以下であり、0.1質量部未満が好ましく、0.05質量部以下がより好ましく、実質的に含まないことがさらに好ましい。塩基性化合物(D)の含有量が上記上限値以下であれば、導電性ポリマー(A)の酸性基が導電膜中で塩基性化合物(B)と塩を形成せずにフリーな状態で存在する割合が高くなり、導電性に優れる導電膜を形成できる。
ここで、「実質的に含まない」とは、塩基性化合物(D)の含有量が導電性ポリマー100質量部に対して、0.005質量部未満であることを意味する。
第4級アンモニウム化合物(d-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1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(d-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級アンモニウム化合物(d-1)及び塩基性化合物(d-3)を除く。)。
塩基性化合物(d-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。
第4級アンモニウム化合物(d-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(d-1)としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、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。
塩基性化合物(d-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。
導電性組成物は、上述した導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)と、必要に応じて任意成分の1つ以上とを混合することで得られる。
上述した導電性ポリマー(A)の製造方法により製造した、洗浄後の導電性ポリマー(A)は固体状であることから、固体状の導電性ポリマー(A)と、界面活性剤(B)と、溶剤(C)と、必要に応じて任意成分の1つ以上とを混合して、導電性組成物とすればよい。
なお、洗浄後にイオン交換法によりさらに精製した導電性ポリマー(A)を用いる場合、イオン交換処理後の導電性ポリマー(A)は、上述したように導電性ポリマー溶液の状態で得られる。そのため、この導電性ポリマー溶液に界面活性剤(B)と、必要に応じて任意成分の1つ以上とを添加して導電性組成物としてもよいし、溶剤(C)でさらに希釈してもよい。
以上説明した本発明の導電性組成物は、導電性ポリマー(A)と、特定量の界面活性剤(B)と、溶剤(C)とを含むので、導電膜となったときに界面活性剤(B)が基材やレジスト層等の対象物側に局在化しやすくなり、この局在化した界面活性剤(B)がバリア層の役割を果たす。よって、導電性ポリマー(A)から脱離した酸性基や酸化剤の分解物がレジスト層へ移行しにくく、レジスト層の膜減りを抑制できる。また、本発明の導電性組成物は、塩基性化合物(D)の含有量が規定されているので、導電性ポリマー(A)の酸性基が導電膜中で塩基性化合物(B)と塩を形成せずにフリーな状態で存在する割合が高い。よって、導電性に優れる導電膜を形成できる。
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。
<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。
基材としてポリエチレンテレフタレート(PET)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たときの表面状態を目視にて観察し、以下の評価基準にて濡れ性を評価した。
A:ハジキがない。
B:ハジキがある。
(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分間プリベークを行い、溶剤を除去し、レジスト層上に膜厚約30nmの導電膜を形成した。
(4A)PEB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、ホットプレートにて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イドロオキサイド(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。
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)PEB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。
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、溶融した添加剤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い。
A:膜減り量fが10nm未満である。
B:膜減り量fが10nm以上である。
<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(B1)の製造>
N-ビニル-2-ピロリドン55gと、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル3gと、連鎖移動剤としてn-ドデシルメルカプタン1gとを、予め内温80℃に加熱しておいたイソプロピルアルコールに、内温80℃に保ちながら滴下し、滴下重合を行なった。滴下終了後、内温80℃でさらに2時間熟成を行った後、放冷、減圧濃縮し、少量のアセトンに再溶解した。得られた重合体のアセトン溶液を過剰のn-ヘキサンに滴下することで得られる白色沈殿を、濾別、洗浄後、乾燥することで、45gの水溶性ポリマー(B1)を得た。
<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た。乾燥後の反応生成物20gを、純水980gに溶解させ、固形分濃度2質量%の導電性ポリマー溶液(A1-1)を1000g得た。
超純水により洗浄した陽イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「アンバーライトIR-120B」)500mLをカラムに充填した。
このカラムに、導電性ポリマー溶液(A1-1)1000gを、50mL/分(SV=6)の速度で通過させて、塩基性物質等が除去された導電性ポリマー溶液(A1-2)を900g得た。
次に、超純水により洗浄した陰イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「アンバーライトIRA410」)500mLをカラムに充填した。
このカラムに、導電性ポリマー溶液(A1-2)900gを、50mL/分(SV=6)の速度で通過させて、塩基性物質等が除去された導電性ポリマー溶液(A1-3)を800g得た。
この導電性ポリマー溶液(A1-3)についてイオンクロマトグラフィにより組成分析を行なったところ、残存モノマーは80%以上、硫酸イオンは99%以上、塩基性物質は99%以上除去されていた。また、加熱残分を測定した結果、2.0質量%であった。すなわち、導電性ポリマー溶液(A1-3)の固形分濃度は2.0質量%である。
なお、1スベルドラップ(SV)は 1×106 m3/s(1GL/s)と定義される。
導電性ポリマー溶液(A1-3)21質量部(固形分換算で0.42質量部)と、水溶性ポリマー(B1)0.28質量部と、イソプロピルアルコール(IPA)4.0質量部と、水74.72質量部とを混合し、導電性組成物を得た。導電性組成物の総質量に対する、導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)の含有量を表1に示す。なお、導電性組成物の総質量に対する塩基性化合物(D)の含有量は、0.1質量%未満である。
得られた導電性組成物について、導電性及び濡れ性を評価し、膜減り試験を行った。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして導電性ポリマー溶液(A1-3)を製造した。
導電性ポリマー溶液(A1-3)19.5質量部(固形分換算で0.39質量部)と、水溶性ポリマー(B1)0.31質量部と、イソプロピルアルコール4.0質量部と、水76.19質量部とを混合し、導電性組成物を得た。導電性組成物の総質量に対する、導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)の含有量を表1に示す。なお、導電性組成物の総質量に対する塩基性化合物(D)の含有量は、0.1質量%未満である。
得られた導電性組成物について、導電性及び濡れ性を評価し、膜減り試験を行った。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして導電性ポリマー溶液(A1-3)を製造した。
導電性ポリマー溶液(A1-3)17.5質量部(固形分換算で0.35質量部)と、水溶性ポリマー(B1)0.35質量部と、イソプロピルアルコール4.0質量部と、水78.15質量部とを混合し、導電性組成物を得た。導電性組成物の総質量に対する、導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)の含有量を表1に示す。なお、導電性組成物の総質量に対する塩基性化合物(D)の含有量は、0.1質量%未満である。
得られた導電性組成物について、導電性及び濡れ性を評価し、膜減り試験を行った。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして導電性ポリマー溶液(A1-3)を製造した。
導電性ポリマー溶液(A1-3)28質量部(固形分換算で0.56質量部)と、水溶性ポリマー(B1)0.24質量部と、イソプロピルアルコール4.0質量部と、水67.76質量部とを混合し、導電性組成物を得た。導電性組成物の総質量に対する、導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)の含有量を表1に示す。なお、導電性組成物の総質量に対する塩基性化合物(D)の含有量は、0.1質量%未満である。
得られた導電性組成物について、導電性及び濡れ性を評価し、膜減り試験を行った。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして導電性ポリマー溶液(A1-3)を製造した。
導電性ポリマー溶液(A1-3)24.5質量部(固形分換算で0.49質量部)と、水溶性ポリマー(B1)0.21質量部と、イソプロピルアルコール4.0質量部と、水71.29質量部とを混合し、導電性組成物を得た。導電性組成物の総質量に対する、導電性ポリマー(A)、界面活性剤(B)及び溶剤(C)の含有量を表1に示す。なお、導電性組成物の総質量に対する塩基性化合物(D)の含有量は、0.1質量%未満である。
得られた導電性組成物について、導電性及び濡れ性を評価し、膜減り試験を行った。これらの結果を表1に示す。
一方、各比較例で得られた導電性組成物は濡れ性に劣っていた。また、各比較例の場合、導電膜の導電性は良好であったが、レジスト層が膜減りしやすかった。
Claims (6)
- 酸性基を有する導電性ポリマーと、界面活性剤と、溶剤とを含む導電性組成物であって、
前記界面活性剤の含有量が、前記導電性ポリマー100質量部に対して50質量部以上100質量部未満であり、
前記導電性組成物に含まれる塩基性化合物の含有量が、前記導電性ポリマー100質量部に対して0.1質量部以下である、導電性組成物。 - 前記界面活性剤の含有量が、前記導電性ポリマー100質量部に対して67質量部以上100質量部未満である、請求項1又は2に記載の導電性組成物。
- 前記溶剤が水及び有機溶剤を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の導電性組成物。
- 前記水及び前記有機溶剤の質量比(水:有機溶剤)が1:100~100:1である、請求項4に記載の導電性組成物。
- 前記水及び前記有機溶剤の質量比(水:有機溶剤)が1:100~95.3:4である、請求項5に記載の導電性組成物。
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