以下に本発明について詳細に説明する。
本開示において「アルカリ可溶性」及び「アルカリ水溶液可溶性」とは、ポジ型感光性樹脂組成物若しくはその成分、又はポジ型感光性樹脂組成物の被膜若しくは硬化被膜が、2.38質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に溶解可能であることを意味する。「アルカリ可溶性官能基」とは、そのようなアルカリ可溶性を、ポジ型感光性樹脂組成物若しくはその成分、又はポジ型感光性樹脂組成物の被膜若しくは硬化被膜に付与する基を意味する。アルカリ可溶性官能基としては、例えば、カルボキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基、スルホ基、リン酸基、酸無水物基、及びメルカプト基が挙げられる。
本開示において「ラジカル重合性官能基」とは、エチレン性不飽和基を意味する。
本開示において「(メタ)アクリル」とはアクリル又はメタクリルを意味し、「(メタ)アクリレート」とはアクリレート又はメタクリレートを意味し、「(メタ)アクリロイル」とはアクリロイル又はメタクリロイルを意味する。
本開示において、樹脂、重合体、又は共重合体の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、gel permeation chromatography)によって測定される、標準ポリスチレン換算値を意味する。
本開示において「樹脂成分」とは、バインダー樹脂(A)を意味する。なお、バインダー樹脂(A)には、後記する第1樹脂(D)が含まれていてもよく、さらに第2樹脂(E)、及び/又はその他の樹脂が含まれていてもよい。
本開示において「固形分」とは、ポジ型感光性樹脂組成物に関し、バインダー樹脂(A)(第1樹脂(D)、第2樹脂(E)、及びその他の樹脂)、光酸発生剤(B)、着色剤(F)、溶解促進剤(G)、及び任意成分(H)を含み、溶媒(C)を除く成分の合計質量を意味する。
<ポジ型感光性樹脂組成物>
一実施態様のポジ型感光性樹脂組成物は、バインダー樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、特定の成分からなる溶媒(C)とを含む。
〈溶媒(C)〉
一実施態様のポジ型感光性樹脂組成物には、(c1)γ-ブチロラクトンと(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートと(c3)酢酸エステルを含む3種以上の有機溶媒からなる混合溶媒が用いられる。
[(c1)γ-ブチロラクトン]
一実施態様のポジ型感光性樹脂組成物に含まれる溶媒の成分は、(c1)γ-ブチロラクトンである。(c1)γ-ブチロラクトンを溶媒として用いることで、樹脂組成物中の固形分をよく溶解し、塗膜の均一性を高めることができる。
[(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテート]
一実施態様のポジ型感光性樹脂組成物に含まれる溶媒の成分は、(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートである。(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートを溶媒として用いることで、塗工工程で(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートが適度に蒸発し、塗膜への過剰な溶媒残りによる未露光部の過剰な溶解を防ぐことができる。
[(c3)酢酸エステル]
一実施態様のポジ型感光性樹脂組成物に含まれる溶媒の成分は、下記式(7)で表される(c3)酢酸エステルである。
(式(7)において、R5は炭素原子数1~12の炭化水素基を表す。)
式(7)におけるR5は、炭素原子数1~12の炭化水素基である。R5の炭素原子数が1以上であると、疎水性成分近傍に位置するのに十分な疎水性が得られ、高い光感度が得られる。R5の炭素原子数が12以下であるとアセトキシ基の水素受容体としての効果を損なうことなく、光感度の向上効果が得られる。R5の炭素原子数は、1~10であることがより好ましく、2~8であることがさらに好ましい。
R5はヘテロ原子を含まず、炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。脂肪族炭化水素基は、飽和、不飽和のいずれであってもよいが、飽和炭化水素基であることが樹脂との相互作用の面で好ましい。R5は、炭素原子数1~12のアルキル基であることがより好ましい。
(c3)酢酸エステルは、ポジ型感光性樹脂組成物を塗工する際、乾燥工程により大部分は蒸発するが、塗膜に微量残留すると考えられる。塗膜中に残留した(c3)酢酸エステルは、アセトキシ基が水素結合受容体としてアルカリ可溶性官能基と水素結合を形成し、炭化水素官能基は疎水性相互作用によりアルカリ可溶性の低い疎水性の成分近傍に位置することで、アルカリ可溶性官能基と疎水性成分の間に位置すると考えられる。これにより、未露光部では水素結合によるアルカリ溶解性抑制が期待でき、露光部では、アルカリ可溶性基を持つ成分が溶解するのに合わせて(c3)酢酸エステルが塗膜中から溶解することで、いわゆる石垣効果を増幅し、隣接するアルカリ溶解性の低い疎水性成分の溶解を促進すると考えられる。石垣効果(stone wall effect)とは、高溶解性成分の現像液への溶け出しにより、低溶解性成分の現像液への接触面積を増やすことで溶解を加速させる効果のことである。(c3)酢酸エステルは、このように未露光部と露光部のアルカリ溶解性の差を増大させるため、(c3)酢酸エステルを溶媒として用いることで高感度なポジ型感光性樹脂組成物が得られる。
(c3)酢酸エステルとして具体的には、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸-i-プロピル、酢酸-n-ブチル、酢酸-i-ブチル、酢酸-n-ペンチル、酢酸-i-ペンチル、酢酸-sec-ペンチル、酢酸-n-ヘキシル、酢酸-n-ヘプチル、酢酸-n-オクチル、酢酸-2-エチルヘキシル、酢酸シクロペンチル、酢酸シクロヘキシル、酢酸ビニル、酢酸アリル、及び酢酸フェニルが挙げられる。これらの中でも、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸-i-プロピル、酢酸-n-ブチル、酢酸-i-ブチル、酢酸-n-ペンチル、酢酸-i-ペンチル、酢酸-sec-ペンチル、酢酸アリル、及び酢酸フェニルからなる群より選択されるいずれかがより好ましい。これらの(c3)酢酸エステルは、1種類のみで用いることもでき、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中では、(c3)酢酸エステルは、酢酸-n-ブチル及び酢酸-i-ブチルからなる群より選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物の溶媒は、溶媒全体を100質量%として(c1)γ-ブチロラクトンを10質量%~60質量%、好ましくは、15質量%~50質量%、より好ましくは20質量%~40質量%含む。(c1)γ-ブチロラクトンの含有量が、10質量%以上であると、乾燥工程時の溶質の析出を抑制することができ、良好な表面を持つ塗膜を得ることができる。(c1)γ-ブチロラクトンの含有量が、60質量%以下であれば、未露光部の溶解性を低く抑えて残膜率を高く保つことができる。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物の溶媒は、溶媒全体を100質量%として、(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートを20質量%~80質量%、好ましくは30質量%~70質量%、より好ましくは40質量%~60質量%含む。(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートの含有量が20質量%以上であれば、良好なパターンを形成することできる。(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートの含有量が80質量%以下であれば、塗工時の溶質の析出を抑制することができ、良好な表面を持つ塗膜を得ることができる。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物の溶媒は、溶媒全体を100質量%として、(c3)酢酸エステルを5質量%~40質量%、好ましくは7質量%~35質量%、より好ましくは10質量%~30質量%含む。(c3)酢酸エステルの含有量が5質量%以上であれば、ポジ型感光性樹脂組成物は、高感度かつ、良好な塗布性を与える。(c3)酢酸エステルの含有量が40質量%以下であれば、塗工時の溶質の析出を抑制することができ、良好な表面を持つ塗膜を得ることができる。
[(c4)アミド化合物]
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、溶媒(C)として上記(c1)~(c3)以外に、(c4)アミド化合物を含んでもよい。本開示において「アミド化合物」はカーバメート及びウレアを含む。(c4)アミド化合物は、下記式(8)、下記式(9)、及び下記式(10)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
(式(8)において、Raは、置換基として炭素原子数1~6のアルコキシ基を有していてもよい、炭素原子数1~8の炭化水素基であり、Rb及びRcは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~8の炭化水素基であり、Ra、Rb、及びRcは、任意の組み合わせで結合して、置換基として炭素原子数1~6のアルキル基を有していてもよい環構造を形成していてもよい。)
式(8)において、Raで表される炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、又は環状のいずれであってもよい。Raで表される炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
式(8)において、Rb及びRcは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~8の炭化水素基であり、前記炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、又は環状のいずれであってもよい。Rb及びRcはそれぞれ独立して、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
式(8)において、Ra、Rb、及びRcが、任意の組み合わせで結合して環構造を形成する場合、環構造は5員環~7員環であることが好ましい。式(8)は、Ra及びRb、又はRa及びRcが、互いに結合した環状アミドであることがより好ましい。
(式(9)において、Rdは、炭素原子数1~6の炭化水素基であり、Re及びRfは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~8の炭化水素基であり、Rd、Re、及びRfは、任意の組み合わせで結合して、置換基として炭素原子数1~6のアルキル基を有していてもよい環構造を形成していてもよい。)
式(9)において、Rdで表される炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、又は環状のいずれであってもよい。Rdで表される炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
式(9)において、Re及びRfはそれぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~8の炭化水素基であり、炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、又は環状のいずれであってもよい。Re及びRfはそれぞれ独立して、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
式(9)において、Rd、Re、及びRfが、任意の組み合わせで結合して環構造を形成する場合、環構造は5員環~7員環であることが好ましい。式(9)は、Rd及びRe、又はRd及びRfが、互いに結合した環状カーバメートであることがより好ましい。
(式(10)において、Rg、Rh、Ri、及びRjは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~6の炭化水素基であり、Rg、Rh、Ri、及びRjは、任意の組み合わせで結合して、置換基として炭素原子数1~6のアルキル基を有していてもよい環構造を形成していてもよい。)
式(10)において、Rg、Rh、Ri、及びRjはそれぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~6の炭化水素基であり、前記炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、又は環状のいずれであってもよい。Rg、Rh、Ri、及びRjはそれぞれ独立して、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
式(10)において、Rg、Rh、Ri、及びRjが、任意の組み合わせで結合して環構造を形成する場合、環構造は5員環~7員環であることが好ましい。式(10)は、Rg及びRi、Rg及びRj、Rh及びRi、又はRh及びRjが、互いに結合した環状ウレアであることがより好ましい。
上記の(c4)アミド化合物は水素結合受容体として、アルカリ可溶性成分の酸性を損なうことなく、水素結合を形成して塗膜中でアルカリ溶解性の高い成分を取り囲むように配置される。これにより、未露光部では、アルカリ溶解を抑制し、露光部では、アルカリ溶解性の高い成分の溶解に合わせて周囲を崩す石垣効果を強めるため、光感度を著しく高めることができる。
(c4)アミド化合物は、沸点が170℃以上、かつ常温で液体であることが好ましい。沸点が170℃以上であることで、(c4)アミド化合物が十分に塗膜中に残存し、光感度の向上効果が得られる。常温で液体であることで均一に塗膜を形成することができる。
(c4)アミド化合物として具体的には、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジメチルブタンアミド、N,N-ジメチルイソブチルアミド、N,N-ジエチルブタンアミド、3-メトキシ-N,N-ジメチルブタンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルブタンアミド、4-メトキシ-N,N-ジメチルブタンアミド、4-エトキシ-N,N-ジメチルブタンアミド、N,N-ジメチルペンタンアミド、N,N-ジエチルペンタンアミド、N,N-ジメチルヘキサンアミド、N,N-ジエチルヘキサンアミド、N,N-ジメチルヘプタンアミド、N,N-ジエチルヘプタンアミド、1-アセチルピロリジン、1-アセチルピぺリジン、1-メチル-2-ピロリドン、1-エチル-2-ピロリドン、1-プロピル-2-ピロリドン、1-ブチル-2-ピロリドン、1-ペンチル-2-ピロリドン、1-ヘキシル-2-ピロリドン、1-シクロペンチル-2-ピロリドン、1-シクロヘキシル-2-ピロリドン、1-メチル-2-ピペリドン、1-エチル-2-ピペリドン、1-プロピル-2-ピペリドン、1-ブチル-2-ピペリドン、1-ペンチル-2-ピペリドン、1-ヘキシル-2-ピペリドン、1-シクロペンチル-2-ピペリドン、1-シクロヘキシル-2-ピペリドン、1,5-ジメチル-2-ピペリドン、N-メチル-ε-カプロラクタム、N-エチル-ε-カプロラクタム、N-プロピル-ε-カプロラクタム、1-メトキシカルボニルピぺリジン、1-エトキシカルボニルピぺリジン、1-プロピロキシカルボニルピぺリジン、3-メチル-2-オキサゾリドン、3-エチル-2-オキサゾリドン、3-プロピル-2-オキサゾリドン、3-ブチル-2-オキサゾリドン、3-ペンチル-2-オキサゾリドン、3-ヘキシル-2-オキサゾリドン、3-シクロペンチル-2-オキサゾリドン、3-シクロヘキシル-2-オキサゾリドン、テトラメチル尿素、1,1,3,3-テトラエチル尿素、1,1,3,3-テトラプロピル尿素、1,1,3,3-テトラブチル尿素、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジエチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン、及び1,3-ジエチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノンが挙げられる。これらのアミド化合物は、1種類のみで用いることもでき、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の中でも、(c4)アミド化合物は、1-メチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、3-メチル-2-オキサゾリドン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、及び1-シクロヘキシル-2-ピロリドンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
(c4)アミド化合物の含有量は、溶媒全体を100質量%として、0.01質量%~10質量%であることが好ましく、0.05質量%~8質量%であることがより好ましく、0.1質量%~5質量%であることがさらに好ましい。(c4)アミド化合物の含有量が、0.01質量%以上であれば十分な光感度向上効果が得られる。(c4)アミド化合物の含有量が、10質量%以下であれば、塗膜への過剰な溶媒残りによる未露光部の過剰な溶解を防ぐことができる。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、上記(c1)~(c3)、及び(c4)アミド化合物以外の、その他の溶媒を含んでもよい。その他の溶媒は、特に制限なく任意に選択できるが、炭化水素溶媒、及び沸点160℃以上のアルコール溶媒を含まないことが好ましい。炭化水素溶媒、及び沸点160℃以上のアルコール溶媒を含まない場合、ポジ型感光性樹脂組成物から得られる被膜において(c3)酢酸エステルの相互作用が阻害されにくく、光感度向上効果が得られやすい。
その他の溶媒としては、例えば、炭酸プロピレンなどの炭酸エステル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルなどのエーテル結合を含む酢酸エステルが挙げられる。
上記(c1)~(c3)、及び(c4)アミド化合物以外の、その他の溶媒の含有量は、溶媒(C)全体を100質量%として、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましく、0質量%である(その他の溶媒を含まない)ことが特に好ましい。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、溶媒(C)100質量%に対して、(c1)γ-ブチロラクトンの含有量が10質量%~60質量%であり、(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートの含有量が20質量%~80質量%であり、(c3)酢酸エステルの含有量が5質量%~40質量%である。
別の実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、溶媒(C)100質量%に対して、(c1)γ-ブチロラクトンの含有量が10質量%~50質量%であり、(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテートの含有量が20質量%~80質量%であり、(c3)酢酸エステルの含有量が5質量%~40質量%であり、(c4)アミド化合物の含有量が0.01質量%~10質量%である。
〈バインダー樹脂(A)〉
バインダー樹脂(A)は特に限定されるものではなく、アルカリ可溶性官能基を有していても有していなくてもよい。中では、バインダー樹脂(A)は、アルカリ可溶性官能基を有し、バインダー樹脂(A)自身がアルカリ可溶性であることが好ましい。アルカリ可溶性官能基としては、特に限定されないが、カルボキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基、スルホ基、リン酸基、酸無水物基、及びメルカプト基が挙げられる。バインダー樹脂(A)は、2種以上のアルカリ可溶性官能基を有していてもよい。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、バインダー樹脂(A)として、複数のフェノール性水酸基を有する第1樹脂(D)を含むことが好ましく、さらにエポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)を含むことがより好ましい。なお、第1樹脂(D)としてエポキシ基及びフェノール性水酸基を有する樹脂を用いてもよく、この場合の第2樹脂(E)は、第1樹脂(D)とは異なる樹脂である。
バインダー樹脂(A)は、第1樹脂(D)及び第2樹脂(E)以外の、その他の樹脂を含んでいてもよく、そのような樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、第2樹脂(E)以外のエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、第1樹脂(D)以外のフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体、シリコーン樹脂、環状オレフィンポリマー、カルド樹脂、及びこれらの樹脂の誘導体が挙げられる。これらの樹脂はアルカリ可溶性官能基を有してもよく、有さなくてもよい。
[複数のフェノール性水酸基を有する第1樹脂(D)]
第1樹脂(D)は、複数のフェノール性水酸基を有するものであれば特に限定されない。第1樹脂(D)は、フェノール性水酸基以外のアルカリ可溶性官能基、例えば、カルボキシ基、アルコール性水酸基、スルホ基、リン酸基、酸無水物基、及びメルカプト基からなる群より選択される少なくとも1種を有してもよい。
第1樹脂(D)としては、例えば、複数のフェノール性水酸基を有する、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体、シリコーン樹脂、環状オレフィンポリマー、カルド樹脂、及びこれらの樹脂の誘導体が挙げられる。例えば、フェノール樹脂の誘導体として、アルケニル基がベンゼン環に結合したポリアルケニルフェノール樹脂、ポリスチレン樹脂の誘導体として、フェノール性水酸基とヒドロキシアルキル基又はアルコキシ基とがベンゼン環に結合したヒドロキシポリスチレン樹脂誘導体が挙げられる。第1樹脂(D)として、フェノール性水酸基を有する重合性単量体の単独重合体又は共重合体を使用することもできる。これらの第1樹脂(D)は、単独で、又は2種類以上組み合わせて用いることができる。第1樹脂(D)はラジカル重合性官能基を有してもよい。一実施態様では、第1樹脂(D)はラジカル重合性官能基として(メタ)アクリロイルオキシ基、アリル基又はメタリル基を有する。
一実施態様では、第1樹脂(D)は、フェノール性水酸基を有する重合性単量体とその他の重合性単量体とのアルカリ水溶液可溶性共重合体であり、アルカリ水溶液可溶性共重合体は複数のフェノール性水酸基を有する。アルカリ水溶液可溶性共重合体は、フェノール性水酸基以外のアルカリ可溶性官能基、例えば、カルボキシ基、アルコール性水酸基、スルホ基、リン酸基、酸無水物基、又はメルカプト基をさらに有してもよい。重合性単量体が有する重合性官能基としては、ラジカル重合性官能基を挙げることができ、例えば、CH2=CH-、CH2=C(CH3)-、CH2=CHCO-、CH2=C(CH3)CO-、及び-OC-CH=CH-CO-が挙げられる。
第1樹脂(D)は、例えば、フェノール性水酸基を有する重合性単量体とその他の重合性単量体をラジカル重合させることにより製造することができる。ラジカル重合により共重合体を合成した後に、フェノール性水酸基を前記共重合体に付加してもよい。フェノール性水酸基を有する重合性単量体としては、例えば、4-ヒドロキシスチレン、4-ヒドロキシフェニルメタクリレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシベンジルアクリルアミド、4-ヒドロキシフェニルアクリルアミド、4-ヒドロキシフェニルマレイミド等が挙げられる。その他の重合性単量体としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-エチルスチレン等の重合可能なスチレン誘導体、アクリルアミド、アクリロニトリル、ビニル-n-ブチルエーテル等のビニルアルコールのエーテル化合物、アルキル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のN-置換マレイミド、マレイン酸無水物、マレイン酸モノエステル、(メタ)アクリル酸、α-ブロモ(メタ)アクリル酸、α-クロル(メタ)アクリル酸、β-フリル(メタ)アクリル酸、β-スチリル(メタ)アクリル酸、マレイン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノイソプロピル、フマル酸、ケイ皮酸、α-シアノケイ皮酸、イタコン酸、クロトン酸、プロピオール酸、3-マレイミドプロピオン酸、4-マレイミド酪酸、6-マレイミドヘキサン酸が挙げられる。
耐熱性等の観点から、第1樹脂(D)は、脂環式構造、芳香族構造、多環式構造、無機環式構造、複素環式構造等の1種又は複数種の環式構造を有することが好ましい。
フェノール性水酸基を有する重合性単量体として、重合後に式(1)
で表される構造単位を形成するものが好ましい。式(1)において、R1は、水素原子又は炭素原子数1~5のアルキル基であり、aは1~5の整数である。
式(1)において、R1は水素原子又はメチル基が好ましい。aは1~3の整数であることが好ましく、1であることがより好ましい。そのようなフェノール性水酸基を有する重合性単量体として、4-ヒドロキシフェニルメタクリレートが特に好ましい。
その他の重合性単量体として、重合後に式(2)
で表される構造単位を形成するものが好ましい。式(2)において、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1~3のアルキル基、完全若しくは部分的にフッ素化された炭素原子数1~3のフルオロアルキル基、又はハロゲン原子であり、R4は、水素原子、炭素原子数1~6の直鎖アルキル基、炭素原子数3~12の環状アルキル基、フェニル基、又はヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルキル基及び炭素原子数1~6のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも1種で置換されたフェニル基である。
式(2)において、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1~3のアルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。R4は、炭素原子数3~12の環状アルキル基、フェニル基、又はヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルキル基及び炭素原子数1~6のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも1種で置換されたフェニル基であることが好ましく、炭素原子数3~12の環状アルキル基、又はフェニル基であることがより好ましい。そのようなその他の重合性単量体として、フェニルマレイミド及びシクロヘキシルマレイミドが特に好ましい。
一実施態様では、第1樹脂(D)は、式(1)
(式(1)において、R1は水素原子又は炭素原子数1~5のアルキル基であり、aは1~5の整数である。)
で表される構造単位を有する。
一実施態様では、第1樹脂(D)は、上記式(1)で表される構造単位、及び式(2)
(式(2)において、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1~3のアルキル基、完全若しくは部分的にフッ素化された炭素原子数1~3のフルオロアルキル基、又はハロゲン原子であり、R4は、水素原子、炭素原子数1~6の直鎖アルキル基、炭素原子数3~12の環状アルキル基、フェニル基、又はヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルキル基及び炭素原子数1~6のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも1種で置換されたフェニル基である。)
で表される構造単位を有する。
第1樹脂(D)は、フェノール性水酸基を有する重合性単量体として4-ヒドロキシフェニルメタクリレートを用い、その他の重合性単量体としてフェニルマレイミド又はシクロヘキシルマレイミドを用いることが特に好ましい。これらの重合性単量体をラジカル重合させた樹脂を用いることにより、形状維持性、現像性を向上させるとともにアウトガスも低減することができる。
第1樹脂(D)をラジカル重合によって製造する際の重合開始剤としては、次のものに限定されないが、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリアン酸)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(AVN)等のアゾ重合開始剤、ジクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の10時間半減期温度が100~170℃の過酸化物重合開始剤、あるいは過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、1,1’-ジ(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、tert-ブチルペルオキシピバレート等の過酸化物重合開始剤を用いることができる。
重合開始剤の使用量は、重合性単量体の合計100質量部に対して、一般に0.01質量部以上、0.05質量部以上、又は0.5質量部以上であることが好ましく、40質量部以下、20質量部以下、又は15質量部以下であることが好ましい。
RAFT(Reversible Addition Fragmentation Transfer、可逆的付加開裂型連鎖移動)剤を重合開始剤と併用してもよい。RAFT剤としては、次のものに限定されないが、ジチオエステル、ジチオカルバメート、トリチオカルボナート、キサンタート等のチオカルボニルチオ化合物を使用することができる。
RAFT剤は、重合性単量体の総量100質量部に対して、0.005~20質量部の範囲で使用することができ、0.01~10質量部の範囲で使用することが好ましい。
第1樹脂(D)の重量平均分子量(Mw)は、3000~80000とすることができ、4000~70000であることが好ましく、5000~60000であることがより好ましい。数平均分子量(Mn)は1000~30000とすることができ、1500~25000であることが好ましく、2000~20000であることがより好ましい。多分散度(Mw/Mn)は、1.0~3.5とすることができ、1.1~3.0であることが好ましく、1.2~2.8であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び多分散度(Mw/Mn)を上記範囲とすることで、アルカリ溶解性及び現像性に優れたポジ型感光性樹脂組成物を得ることができる。
第1樹脂(D)は、フェノール性水酸基の一部が酸分解性基で保護されていてもよい。フェノール性水酸基の一部が酸分解性基で保護された樹脂は、露光前のアルカリ溶解性が抑制される。露光時に発生した酸の存在下、必要に応じて露光後ベーク(PEB、post exposure bake)を行うことで、酸分解性基の分解(脱保護)が促進され、アルカリ可溶性官能基が再生する。これにより現像時に露光部で、バインダー樹脂(A)のアルカリ溶解が促進される。バインダー樹脂(A)は、1種、又は2種類以上を組み合わせて含んでいてもよいため、例えば、重合体の構造単位、酸分解性基、アルカリ可溶性官能基の保護率、又はこれらの組み合わせが異なる2種類以上の樹脂が含まれていてもよい。
酸分解性基として、例えば、tert-ブチル基、1,1-ジメチル-プロピル基、1-メチルシクロペンチル基、1-エチルシクロペンチル基、1-メチルシクロヘキシル基、1-エチルシクロヘキシル基、1-メチルアダマンチル基、1-エチルアダマンチル基、tert-ブトキシカルボニル基、1,1-ジメチル-プロポキシカルボニル基などの三級アルキル基を有する基、及び式:-CRXRY-O-RZ(式中、RX及びRYは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素原子数1~4の直鎖アルキル基、又は炭素原子数3~4の分岐アルキル基であり、RZは、炭素原子数1~12の直鎖アルキル基、炭素原子数3~12の分岐アルキル基、炭素原子数3~12の環状アルキル基、炭素原子数7~12のアラルキル基、又は炭素原子数2~12のアルケニル基であり、あるいはRX又はRYの一方とRZとが結合して環員数3~10の環構造を形成してもよい。)で表される基が挙げられる。式:-CRXRY-O-RZで表される基は、フェノール性水酸基由来の酸素原子と一緒にアセタール構造又はケタール構造を形成する。これらの酸分解性基は、単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
低露光量でも高感度のポジ型感光性樹脂組成物が得られることから、酸分解性基は、式:-CRXRY-O-RZで表される基であることが好ましく、1-アルコキシアルキル基であることがより好ましい。1-アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、1-メトキシエチル基、1-エトキシエチル基、1-n-プロポキシエチル基、1-n-ブトキシエチル基、1-イソブトキシエチル基、1-(2-クロロエトキシ)エチル基、1-(2-エチルヘキシルオキシ)エチル基、1-シクロヘキシルオキシエチル基、及び1-(2-シクロヘキシルエトキシ)エチル基が挙げられ、1-エトキシエチル基及び1-n-プロポキシエチル基が好ましい。
酸分解性基として、式:-CRXRY-O-RZで表される基であって、RX又はRYの一方とRZとが結合して環員数3~10の環構造を形成したものも好適に使用することができる。このとき、環構造の形成に関与しないRX又はRYは、水素原子であることが好ましい。そのような酸分解性基としては、例えば、2-テトラヒドロピラニル基、及び2-テトラヒドロフラニル基が挙げられる。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、固形分100質量%を基準として、第1樹脂(D)を5質量%~75質量%、好ましくは10質量%~60質量%、より好ましくは15質量%~45質量%含む。第1樹脂(D)の含有量が、固形分100質量%を基準として5質量%以上であると、良好な解像度でパターン形成することができる。第1樹脂(D)の含有量が、固形分100質量%を基準として75質量%以下であると、未露光部の溶解性を低く抑えて残膜率を高く保つことができる。
[エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)]
エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)は、アルカリ水溶液可溶性樹脂である。第2樹脂(E)はフェノール性水酸基以外のアルカリ可溶性官能基を有していてもよい。フェノール性水酸基及び他のアルカリ可溶性官能基は、酸分解性基で保護されていてもよい。第2樹脂(E)は、例えば、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物(以下、「エポキシ化合物」と表記することがある。)のエポキシ基と、ヒドロキシ安息香酸化合物のカルボキシ基を反応させることで得ることができる。第2樹脂(E)がエポキシ基を有することで、現像後の加熱処理(ポストベーク)時にフェノール性水酸基との反応により架橋が形成され、被膜の耐薬品性、耐熱性などを向上させることができる。フェノール性水酸基は現像時のアルカリ水溶液に対する可溶性に寄与することから、第2樹脂(E)は、溶解促進剤としても機能し、これにより感光性樹脂組成物を高感度にすることができる。
エポキシ化合物が有するエポキシ基の1つと、ヒドロキシ安息香酸化合物のカルボキシ基とが反応し、フェノール性水酸基を有する化合物となる反応の例を、次の反応式1に示す。
1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物としては、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、及び複素環式エポキシ樹脂を挙げることができる。これらのエポキシ化合物は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有していればよく、1種類のみで用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの化合物は熱硬化型であるため、当業者の常識として、エポキシ基の有無、官能基の種類、重合度などの違いからその構造を一義的に記載することができない。
ノボラック型エポキシ樹脂の構造の一例を式(4)に示す。式(4)において、例えば、R9は、水素原子、炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数1~2のアルコキシ基、又は水酸基であり、mは1~50の整数である。
フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えば、EPICLON(登録商標)N-770(DIC株式会社)、jER(登録商標)-152(三菱ケミカル株式会社)等が挙げられる。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばEPICLON(登録商標)N-695(DIC株式会社)、EOCN(登録商標)-102S(日本化薬株式会社)が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、jER(登録商標)828、jER(登録商標)1001(三菱ケミカル株式会社)、YD-128(商品名、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社)等のビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER(登録商標)806(三菱ケミカル株式会社)、YDF-170(商品名、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社)等のビスフェノールF型エポキシ樹脂が挙げられる。ビフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、jER(登録商標)YX-4000、jER(登録商標)YL-6121H(三菱ケミカル株式会社)が挙げられる。ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂としては、例えば、NC-7000(商品名、日本化薬株式会社)、EXA-4750(商品名、DIC株式会社)が挙げられる。脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、EHPE(登録商標)-3150(ダイセル化学工業株式会社)が挙げられる。複素環式エポキシ樹脂としては、例えば、TEPIC(登録商標)、TEPIC-L、TEPIC-H、TEPIC-S(日産化学工業株式会社)が挙げられる。
1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物は、ノボラック型エポキシ樹脂であることが好ましく、フェノールノボラック型エポキシ樹脂及びクレゾールノボラック型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。ノボラック型エポキシ樹脂に由来する第2樹脂(E)を含むポジ型感光性樹脂組成物は、パターン形成性に優れており、アルカリ溶解性の調節が容易であり、アウトガスが少ない。
ヒドロキシ安息香酸化合物は、安息香酸の2~6位の少なくとも1つが水酸基で置換された化合物であり、例えばサリチル酸、4-ヒドロキシ安息香酸、2,3-ジヒドロキシ安息香酸、2,4-ジヒドロキシ安息香酸、2,5-ジヒドロキシ安息香酸、2,6-ジヒドロキシ安息香酸、3,4-ジヒドロキシ安息香酸、3,5-ジヒドロキシ安息香酸、2-ヒドロキシ-5-ニトロ安息香酸、3-ヒドロキシ-4-ニトロ安息香酸、及び4-ヒドロキシ-3-ニトロ安息香酸等が挙げられ、アルカリ現像性を高める点でジヒドロキシ安息香酸化合物が好ましい。ヒドロキシ安息香酸化合物は、1種類のみで用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
一実施態様では、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)は、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物とヒドロキシ安息香酸化合物との反応物であって、式(3)
の構造を有する。式(3)において、bは1~5の整数であり、*は、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物の、反応にかかるエポキシ基を除く残基との結合部を表す。
エポキシ化合物とヒドロキシ安息香酸化合物から第2樹脂(E)を得る方法では、エポキシ化合物のエポキシ基1当量に対して、ヒドロキシ安息香酸化合物を0.2~0.95当量使用することができ、好ましくは0.3~0.9当量、さらに好ましくは0.4~0.8当量使用する。ヒドロキシ安息香酸化合物が0.2当量以上であれば、十分なアルカリ溶解性を得ることができ、1.0当量以下であれば、副反応による分子量増加を抑制することができる。
エポキシ化合物とヒドロキシ安息香酸化合物から第2樹脂(E)を得る方法では、エポキシ化合物とヒドロキシ安息香酸化合物の反応を促進させるために触媒を使用してもよい。触媒の使用量は、エポキシ化合物及びヒドロキシ安息香酸化合物からなる反応原料混合物100質量部を基準として0.1~10質量部とすることができる。反応温度は60~150℃、反応時間は3~30時間とすることができる。
この反応で使用する触媒としては、例えば、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリメチルアンモニウムアイオダイド、トリフェニルホスフィン、オクタン酸クロム、及びオクタン酸ジルコニウムが挙げられる。
エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)の数平均分子量(Mn)は、500~8000であることが好ましく、800~6000であることがより好ましく、1000~5000であることがさらに好ましい。数平均分子量が500以上であれば、アルカリ溶解性が適切なため感光性材料の樹脂として良好であり、8000以下であれば、塗工性及び現像性が良好である。
一実施態様では、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)のエポキシ当量は、300~7000であり、好ましくは400~6000であり、さらに好ましくは500~5000である。第2樹脂(E)のエポキシ当量が300以上であれば、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する樹脂に十分なアルカリ溶解性を発現させることができる。第2樹脂(E)のエポキシ当量が7000以下であれば、硬化後の被膜強度及び耐熱性を高めることができる。エポキシ当量は、JIS K 7236:2009によって決定される。
一実施態様では、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)の水酸基当量は、160~500であり、好ましくは170~400であり、さらに好ましくは180~300である。第2樹脂(E)の水酸基当量が160以上であれば、硬化後の被膜の強度及び耐熱性を高めることができる。第2樹脂(E)の水酸基当量が500以下であれば、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する樹脂に十分なアルカリ溶解性を発現させることができる。水酸基当量は、JIS K 0070:1992によって決定される。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、固形分100質量%を基準として、第2樹脂(E)を5質量%~50質量%、好ましくは10質量%~40質量%、より好ましくは15質量%~30質量%含む。第2樹脂(E)の含有量が、固形分100質量%を基準として5質量%以上であると、露光部の溶解を促進して高感度を実現することができ、熱硬化後の被膜の安定性及び耐久性を確保することができる。第2樹脂(E)の含有量が、固形分100質量%を基準として50質量%以下であると、未露光部の溶解性を低く抑えて残膜率を高く保つことができる。
〈光酸発生剤(B)〉
ポジ型感光性樹脂組成物は光酸発生剤(B)を含む。光酸発生剤(B)は、可視光、紫外光、γ線、電子線などの放射線が照射されると酸を発生する化合物である。放射線が照射された部分に光酸発生剤(B)から生じた酸が存在することで、その部分の樹脂が酸と一緒にアルカリ水溶液に溶解し易くなる。光酸発生剤(B)は、バインダー樹脂(A)がアルカリ可溶性官能基を有し、その一部が酸分解性基で保護された樹脂を含む場合には、酸分解性基の分解を促進してアルカリ可溶性官能基を再生させ、バインダー樹脂(A)のアルカリ溶解性を増大させる。したがって、ポジ型感光性樹脂組成物が光酸発生剤(B)を含むことで、低露光量でも高感度で高解像度のパターンを形成することができる。
光酸発生剤(B)として、キノンジアジド化合物、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、及びヨードニウム塩からなる群より選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。光酸発生剤(B)は、単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、樹脂成分の合計100質量部を基準として、光酸発生剤(B)を5質量部~70質量部、好ましくは10質量部~65質量部、より好ましくは13質量部~60質量部含む。光酸発生剤(B)の含有量が、上記合計100質量部を基準として5質量部以上であると、高感度を実現することができる。光酸発生剤(B)の含有量が、上記合計100質量部を基準として70質量部以下であるとアルカリ現像性が良好である。
ポジ型感光性樹脂組成物は光酸発生剤(B)としてキノンジアジド化合物を用いることが好ましい。キノンジアジド化合物は、可視光、紫外光、γ線、電子線などの放射線が照射されると、下記反応式2に示す反応を経てアルカリ可溶性のカルボン酸化合物を生成する。キノンジアジド化合物は、感光前にはノボラック樹脂などのバインダー樹脂(A)の官能基と相互作用(例えば水素結合形成)して、そのバインダー樹脂(A)をアルカリ水溶液に対して不溶化させる。その一方で、放射線が照射された部分にアルカリ可溶性のカルボン酸化合物が存在することで、その部分にある樹脂がカルボン酸化合物と一緒にアルカリ水溶液に溶解し易くなる。さらに、カルボン酸化合物は、化学増幅レジストに一般に使用される光酸発生剤から生じる酸、例えば、p-トルエンスルホン酸、1-プロパンスルホン酸などよりも分子構造が相対的に大きく、被膜中で拡散しにくい。これらが相乗的に作用する結果、未露光部と露光部のアルカリ可溶性の差を大きくすることができ、それにより低露光量でも高感度で高解像度のパターンを形成することができる。キノンジアジド化合物は、単独で、又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
一実施態様では、一般的な化学増幅レジストに必要な露光後の加熱処理(PEB)を行わなくても、高い解像度のパターンを形成することができる。キノンジアジド化合物は量子収率が比較的高く、露光部でカルボン酸化合物が効率よく生成される。PEBを省略することにより、光酸発生剤から生じた酸がPEB時の高温環境下で未露光部に過度に拡散することに起因するパターン形成性の低下を抑制することができる。また、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)を使用する場合、PEBを省略するとエポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)のエポキシ基の開環重合が進行しないため、現像時にエポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)のアルカリ溶解性を維持することができる。
キノンジアジド化合物としては、ポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステルで結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合又はスルホンアミド結合したもの等が挙げられる。露光部と未露光部のコントラストの観点から、ポリヒドロキシ化合物又はポリアミノ化合物の官能基全体の20モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。
ポリヒドロキシ化合物としては、Bis-Z、BisP-EZ、TekP-4HBPA、TrisP-HAP、TrisP-PA、TrisP-SA、TrisOCR-PA、BisOCHP-Z、BisP-MZ、BisP-PZ、BisP-IPZ、BisOCP-IPZ、BisP-CP、BisRS-2P、BisRS-3P、BisP-OCHP、メチレントリス-FR-CR、BisRS-26X、DML-MBPC、DML-MBOC、DML-OCHP、DML-PCHP、DML-PC、DML-PTBP、DML-34X、DML-EP、DML-POP、ジメチロール-BisOC-P、DML-PFP、DML-PSBP、DML-MTrisPC、TriML-P、TriML-35XL、TML-BP、TML-HQ、TML-pp-BPF、TML-BPA、TMOM-BP、HML-TPPHBA、HML-TPHAP(以上、商品名、本州化学工業株式会社)、BIR-OC、BIP-PC、BIR-PC、BIR-PTBP、BIR-PCHP、BIP-BIOC-F、4PC、BIR-BIPC-F、TEP-BIP-A、46DMOC、46DMOEP、TM-BIP-A(以上、商品名、旭有機材工業株式会社)、2,6-ジメトキシメチル-4-tert-ブチルフェノール、2,6-ジメトキシメチル-p-クレゾール、2,6-ジアセトキシメチル-p-クレゾール、ナフトール、テトラヒドロキシベンゾフェノン、没食子酸メチルエステル、ビスフェノールA、ビスフェノールE、メチレンビスフェノール、BisP-AP(商品名、本州化学工業株式会社)等が挙げられるが、これらに限定されない。
ポリアミノ化合物としては、1,4-フェニレンジアミン、1,3-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド等が挙げられるが、これらに限定されない。
ポリヒドロキシポリアミノ化合物としては、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,3’-ジヒドロキシベンジジン等が挙げられるが、これらに限定されない。
キノンジアジド化合物は、ポリヒドロキシ化合物の1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸エステル又は1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸エステルであることが好ましい。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、固形分100質量%を基準として、キノンジアジド化合物を1質量%~50質量%、好ましくは5質量%~40質量%、より好ましくは8質量%~35質量%含む。キノンジアジド化合物の含有量が、固形分100質量%を基準として1質量%以上であると、高感度を実現することができる。キノンジアジド化合物の含有量が、固形分100質量%を基準として50質量%以下であるとアルカリ現像性が良好である。
ポジ型感光性樹脂組成物は、光酸発生剤(B)としてオキシムスルホネート化合物を用いてもよい。オキシムスルホネート化合物として、例えば、式(6)で表される化合物が挙げられる。
式(6)において、R10は、置換又は非置換のアルキル基、置換又は非置換のアルコキシ基、置換又は非置換のアリール基、又はハロゲン原子であり、R11及びR12は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換のアリール基、置換若しくは非置換の複素環基、シアノ基、アシルオキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、又はフルオロアルキル基である。R11とR12とが結合して環構造を形成してもよい。環構造の環員数は3~10であることが好ましい。
R10の置換又は非置換のアルキル基としては、例えば、炭素原子数1~10の直鎖アルキル基又は炭素原子数3~10の分岐アルキル基が挙げられ、メチル基、エチル基、又はn-プロピル基であることが好ましい。
R10の置換又は非置換のアルコキシ基としては、例えば、炭素原子数1~5の直鎖アルコキシ基又は炭素原子数3~5の分岐アルコキシ基が挙げられ、メトキシ基又はエトキシ基であることが好ましい。
R10のアルキル基及びアルコキシ基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子1~10のアルコキシ基、及び炭素原子数3~10のシクロアルキル基が挙げられる。
R10の置換のアルキル基は、フルオロアルキル基であることが好ましく、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、又はヘプタフルオロプロピル基であることがより好ましく、トリフルオロメチル基であることがさらに好ましい。
R10の置換又は非置換のアリール基としては、例えば、炭素原子数6~20のアリール基が挙げられ、フェニル基、4-メチルフェニル基、又はナフチル基であることが好ましい。
R10のアリール基の置換基としては、例えば、炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数1~5のアルコキシ基、及びハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)が挙げられる。
R10のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が挙げられる。
R11及びR12の置換又は非置換のアリール基としては、例えば、炭素原子数6~20のアリール基が挙げられ、フェニル基又はナフチル基であることが好ましい。R11及びR12の置換又は非置換の複素環基としては、例えば、2-ベンゾフラニル基、3-ベンゾフラニル基、2-ベンゾイミダゾリル基、2-ベンゾオキサゾリル基、2-ベンゾチアゾリル基、2-インドリル基、3-クマリニル基、4-クマリニル基、3-イソクマリニル基、及び4-イソクマリニル基が挙げられる。
R11及びR12のアリール基及び複素環基の置換基としては、例えば、炭素原子数1~4のアルキル基、炭素原子数1~4のアルコキシ基、炭素原子数2~4のアシルオキシ基、及びハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)が挙げられる。
R11及びR12のアシルオキシ基としては、例えば、アセトキシ基、及びベンゾイル基が挙げられる。R11及びR12のアルコキシカルボニル基としては、例えば、エトキシカルボニル基が挙げられる。
R11及びR12のフルオロアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、及びヘプタフルオロプロピル基が挙げられる。
R11がシアノ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、又はフルオロアルキル基であることが好ましく、シアノ基、又はトリフルオロメチル基であることがより好ましい。
R12が置換若しくは非置換のアリール基、又は置換若しくは非置換の複素環基であることが好ましく、4-メトキシフェニル基、又は置換若しくは非置換の2-ベンゾフラニル基、3-ベンゾフラニル基、3-クマリニル基、4-クマリニル基、3-イソクマリニル基、若しくは4-イソクマリニル基であることが好ましい。
R11及びR12とが結合して形成された環構造を有するオキシムスルホネート化合物として、例えば、(Z,E)-2-(4-メトキシフェニル)([((4-メチルフェニル)スルホニル)オキシ]イミノ)アセトニトリル、2-[2-(プロピルスルホニルオキシイミノ)チオフェン-3(2H)-イリデン]-2-(2-メチルフェニル)アセトニトリル、及び2-[2-(4-メチルフェニルスルホニルオキシイミノ)チオフェン-3(2H)-イリデン]-2-(2-メチルフェニル)アセトニトリルが挙げられる。
〈黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種の着色剤(F)〉
着色剤(F)は、黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種である。黒色染料と黒色顔料とを併用してもよい。例えば、着色剤(F)を含むポジ型感光性樹脂組成物を用いて有機EL素子に黒色の隔壁を形成することにより、有機ELディスプレイ等の表示装置の視認性を向上させることができる。
一実施態様では、着色剤(F)は黒色染料を含む。黒色染料として、ソルベントブラック27~47のカラーインデックス(C.I.)で規定される染料を用いることができる。黒色染料は、好ましくは、ソルベントブラック27、29、又は34のC.I.で規定されるものである。ソルベントブラック27~47のC.I.で規定される染料のうち少なくとも1種類を黒色染料として用いた場合、焼成後のポジ型感光性樹脂組成物の被膜の遮光性を維持することができる。黒色染料を含むポジ型感光性樹脂組成物は、黒色顔料を含むポジ型感光性樹脂組成物と比較して、現像時に着色剤(F)の残渣が少なく、高精細のパターンを被膜に形成することができる。
着色剤(F)として、黒色顔料を用いてもよい。黒色顔料として、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、黒鉛、鉄黒、アニリンブラック、チタンブラック、ペリレン系顔料、ラクタム系顔料等が挙げられる。これらの黒色顔料に表面処理を施したものを使用することもできる。
市販のペリレン系顔料の例としては、BASF社のK0084、K0086、ピグメントブラック21、30、31、32、33、及び34等が挙げられる。市販のラクタム系顔料の例としては、BASF社のIrgaphor(登録商標)ブラック S0100CFが挙げられる。
高い遮光性を有することから、黒色顔料は、好ましくは、カーボンブラック、チタンブラック、ペリレン系顔料、及びラクタム系顔料からなる群より選択される少なくとも1種である。
一実施態様では、ポジ型感光性樹脂組成物は、樹脂成分の合計100質量部を基準として、着色剤(F)を10質量部~150質量部、好ましくは20質量部~100質量部、より好ましくは30質量部~70質量部含む。着色剤(F)の含有量が、上記合計100質量部を基準として10質量部以上であると、焼成後の被膜の遮光性を維持することができる。着色剤(F)の含有量が、上記合計100質量部を基準として150質量部以下であると、アルカリ現像性を損なうことなく被膜を着色することができる。
〈溶解促進剤(G)〉
ポジ型感光性樹脂組成物は、現像時にアルカリ可溶性部分の現像液への溶解性を向上させるための溶解促進剤(G)をさらに含んでもよい。
溶解促進剤(G)として、カルボキシ基を有する化合物及びフェノール性水酸基を有する化合物からなる群より選択される有機低分子化合物が挙げられる。溶解促進剤(G)は、1種類のみで用いることもでき、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本開示において「低分子化合物」とは分子量1000以下の化合物をいう。上記有機低分子化合物は、カルボキシ基又は複数のフェノール性水酸基を有しており、アルカリ可溶性である。
そのような有機低分子化合物としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、ジエチル酢酸、エナント酸、カプリル酸等の脂肪族モノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、ジメチルマロン酸、メチルコハク酸、テトラメチルコハク酸、シトラコン酸等の脂肪族ジカルボン酸;トリカルバリル酸、アコニット酸、カンホロン酸等の脂肪族トリカルボン酸;安息香酸、トルイル酸、クミン酸、ヘミメリット酸、メシチレン酸等の芳香族モノカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、ピロメリット酸等の芳香族ポリカルボン酸;ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシ安息香酸、没食子酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸;フェニル酢酸、ヒドロアトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、マンデル酸、フェニルコハク酸、アトロパ酸、ケイ皮酸、ケイ皮酸メチル、ケイ皮酸ベンジル、シンナミリデン酢酸、クマル酸、ウンベル酸等のその他のカルボン酸;カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、1,2,4-ベンゼントリオール、ピロガロール、フロログルシノール、ビスフェノール等の芳香族ポリオールが挙げられる。
ポジ型感光性樹脂組成物中の溶解促進剤(G)の含有量は、樹脂成分の合計100質量部を基準として、0.1~50質量部とすることができ、好ましくは1~35質量部であり、より好ましくは2~20質量部である。溶解促進剤(G)の含有量が、上記合計100質量部を基準として0.1質量部以上であれば、樹脂成分の溶解を効果的に促進することができ、50質量部以下であれば樹脂成分の過度の溶解を抑制して、被膜のパターン形成性、表面品質等を高めることができる。
〈任意成分(H)〉
ポジ型感光性樹脂組成物は、任意成分(H)として、熱硬化剤、界面活性剤、着色剤(F)以外の着色剤等を含むことができる。本開示において、任意成分(H)は、バインダー樹脂(A)(第1樹脂(D)、第2樹脂(E)、及びその他の樹脂)、光酸発生剤(B)、溶媒(C)、着色剤(F)、及び溶解促進剤(G)のいずれにも当てはまらないものと定義する。
感光性樹脂組成物は、有機EL素子の長期信頼性を確保するため、任意成分(H)として塩基性化合物を含有することができる。塩基性化合物は、感光性樹脂組成物中に含まれるカルボン酸、フェノール性水酸基などの酸性成分若しくは酸性部位、又は光酸発生剤から発生する酸性ガスのクエンチャーとして作用する。被膜を有機EL素子として用いる場合、塩基性化合物を用いることにより、発光輝度の低下、画素収縮、ダークスポットの発生などを防ぐことができる。
塩基性化合物としては、例えば、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン、3-(2-エチルヘキシロキシ)プロピルアミン、ジ-n-ブチルアミン、ジ-n-ペンチルアミン、ジ-n-ヘキシルアミン、ジ-n-ヘプチルアミン、ジ-n-オクチルアミン、ジ-n-ノニルアミン、ジ-n-デシルアミン、トリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリ-n-ブチルアミン、トリ-n-ペンチルアミン、トリ-n-ヘキシルアミン、トリ-n-ヘプチルアミン、トリ-n-オクチルアミン、トリ-n-ノニルアミン、トリ-n-デシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリフェニルアミン、アニリン、N-メチルアニリン、N,N-ジメチルアニリン、2-メチルアニリン、3-メチルアニリン、4-メチルアニリン、4-ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン、エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2-(3-アミノフェニル)-2-(4-アミノフェニル)プロパン、2-(4-アミノフェニル)-2-(3-ヒドロキシフェニル)プロパン、2-(4-アミノフェニル)-2-(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4-ビス[1-(4-アミノフェニル)-1-メチルエチル]ベンゼン、1,3-ビス[1-(4-アミノフェニル)-1-メチルエチル]ベンゼン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4-メチルイミダゾール、4-メチル-2-フェニルイミダゾール、ピリジン、2-メチルピリジン、4-メチルピリジン、2-エチルピリジン、4-エチルピリジン、2-フェニルピリジン、4-フェニルピリジン、N-メチル-4-フェニルピリジン、ニコチン、キノリン、8-オキシキノリン、アクリジン、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、4-メチルモルホリン、ピペラジン、1,4-ジメチルピペラジン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン、及び2,4,6-トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]-1,3,5-トリアジンが挙げられる。
塩基性化合物の含有量は、塩基性化合物を除く固形分の合計100質量部を基準として、4質量部以下が好ましく、より好ましくは3質量部以下であり、さらに好ましくは2質量部以下である。
熱硬化剤として、熱ラジカル発生剤を使用することができる。好ましい熱ラジカル発生剤としては、有機過酸化物を挙げることができ、具体的には、ジクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の10時間半減期温度が100~170℃の有機過酸化物を挙げることができる。
熱硬化剤の含有量は、熱硬化剤を除く固形分の合計100質量部を基準として、5質量部以下が好ましく、より好ましくは4質量部以下であり、さらに好ましくは3質量部以下である。
ポジ型感光性樹脂組成物は、例えば、塗工性を向上させるため、被膜の平滑性を向上させるため、又は被膜の現像性を向上させるために、界面活性剤を含有することができる。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアリールエーテル類;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレート等のポリオキシエチレンジアルキルエステル類等のノニオン系界面活性剤;メガファック(登録商標)F-251、同F-281、同F-430、同F-444、同R-40、同F-553、同F-554、同F-555、同F-556、同F-557、同F-558、同F-559、同F-562、同F-563(以上、商品名、DIC株式会社)、サーフロン(登録商標)S-242、同S-243、同S-386、同S-420、同S-611(以上、商品名、AGCセイミケミカル株式会社)等のフッ素系界面活性剤;及びオルガノシロキサンポリマーKP323、KP326、KP341(以上、商品名、信越化学工業株式会社)等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上用いることもできる。
界面活性剤の含有量は、界面活性剤を除く固形分の合計100質量部を基準として、2質量部以下が好ましく、より好ましくは1質量部以下であり、さらに好ましくは0.5質量部以下である。
ポジ型感光性樹脂組成物は、黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種の着色剤(F)以外の第2着色剤を含有することができる。第2着色剤として、染料、有機顔料、無機顔料等が挙げられ、目的に合わせて用いることができる。第2着色剤は、本発明の開示の効果を損なわない含有量で使用することができる。
染料としては、例えば、アゾ系染料、ベンゾキノン系染料、ナフトキノン系染料、アントラキノン系染料、シアニン系染料、スクアリリウム系染料、クロコニウム系染料、メロシアニン系染料、スチルベン系染料、ジフェニルメタン系染料、トリフェニルメタン系染料、フルオラン系染料、スピロピラン系染料、フタロシアニン系染料、インジゴ系染料、フルギド系染料、ニッケル錯体系染料、及びアズレン系染料等が挙げられる。
顔料としては、例えば、C.I.ピグメントイエロー20、24、86、93、109、110、117、125、137、138、147、148、153、154、166、C.I.ピグメントオレンジ36、43、51、55、59、61、C.I.ピグメントレッド9、97、122、123、149、168、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240、C.I.ピグメントバイオレット19、23、29、30、37、40、50、C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:4、22、60、64、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントブラウン23、25、26等を挙げることができる。
ポジ型感光性樹脂組成物は、バインダー樹脂(A)、及び光酸発生剤(B)、並びに必要に応じて、着色剤(F)、溶解促進剤(G)、又は任意成分(H)を、成分(c1)~(c3)を含む溶媒(C)に溶解又は分散して混合することにより調製することができる。使用目的により、ポジ型感光性樹脂組成物の固形分濃度を適宜決定することができる。例えば、ポジ型感光性樹脂組成物の固形分濃度を1~60質量%としてもよく、3~50質量%、又は5~40質量%としてもよい。
顔料を使用する場合の分散混合方法については、公知の方法を使用することができる。例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、ペイントシェーカー、ロッキングミルなどのボール型、ニーダー、パドルミキサー、プラネタリミキサー、ヘンシェルミキサーなどのブレード型、3本ロールミキサーなどのロール型、その他としてライカイ機、コロイドミル、超音波、ホモジナイザー、自転・公転ミキサーなどを使用してもよい。分散効率と微分散化からビーズミルを使用することが好ましい。
調製されたポジ型感光性樹脂組成物は、通常、使用前にろ過される。ろ過の手段としては、例えば孔径0.05~1.0μmのミリポアフィルター等が挙げられる。
<ポジ型感光性樹脂組成物の使用方法>
ポジ型感光性樹脂組成物を放射線リソグラフィーに使用する場合、まず、ポジ型感光性樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散してコーティング組成物を調製する。次に、コーティング組成物を基板表面に塗布し、加熱等の手段により溶媒を除去して、被膜を形成することができる。基板表面へのコーティング組成物の塗布方法は特に限定されず、例えば、スプレー法、ロールコート法、スリット法、スピンコート法等を使用することができる。
コーティング組成物を基板表面に塗布した後、通常、加熱により溶媒を除去して被膜を形成する(プリベーク)。加熱条件は、各成分の種類、配合割合等によっても異なるが、通常70~130℃で、例えば、ホットプレート上なら30秒~20分間、オーブン中では1~60分間加熱処理をすることによって被膜を得ることができる。
次に、プリベークされた被膜に、所定のパターンを有するフォトマスクを介して放射線(例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線、ガンマ線、又はシンクロトロン放射線等)を照射する(露光工程)。オキシムスルホネート化合物を光酸発生剤(B)として使用する場合、好ましい放射線は、250~450nmの波長を有する紫外線乃至可視光線である。一実施態様では、放射線はi線である。別の実施態様では、放射線はghi線である。
露光工程の後、光酸発生剤(B)から生じた酸により酸分解性基の分解を促進させるための加熱処理(PEB)を行うことができる。ポジ型感光性樹脂組成物のバインダー樹脂(A)が保護されたアルカリ可溶性官能基を有する場合には、PEBにより、露光部における保護されたアルカリ可溶性官能基の脱保護を促進し、バインダー樹脂(A)のアルカリ可溶性をより高めることができる。加熱条件は、各成分の種類、配合割合等によっても異なるが、通常70~140℃で、例えば、ホットプレート上なら30秒~20分間、オーブン中では1~60分間加熱処理をすることによってPEBを行うことができる。一実施態様では、露光工程の後のPEBを省略することができる。
露光工程又はPEB工程の後、被膜を現像液に接触させることにより現像し、不要な部分を除去して被膜にパターンを形成する(現像工程)。現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ化合物;エチルアミン、n-プロピルアミン等の第一級アミン;ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン等の第二級アミン;トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三級アミン;ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン;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、コリン等の第四級アンモニウム塩;ピロール、ピペリジン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノナン等の環状アミン等のアルカリ化合物の水溶液を用いることができる。アルカリ水溶液に、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒、界面活性剤等を適当量添加した水溶液を現像液として使用することもできる。
現像時間は通常30~180秒間である。現像方法は、液盛り法、シャワー法、又はディッピング法のいずれでもよい。現像後、流水洗浄を30~90秒間行い、不要な部分を除去し、圧縮空気又は圧縮窒素で風乾させることによって、被膜にパターンを形成することができる。
その後、パターンが形成された被膜を、ホットプレート、オーブン等の加熱装置により、例えば、100~350℃で、20~200分間の加熱処理をすることによって、硬化被膜を得ることができる(ポストベーク、加熱処理工程)。加熱処理において、温度を一定に維持してもよく、温度を連続的に上昇させてもよく、段階的に上昇させてもよい。加熱処理は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
ポジ型感光性樹脂組成物の硬化被膜の光学濃度(OD値)は、膜厚1μmあたり0.5以上であることが好ましく、0.6以上であることがより好ましく、0.7以上であることがさらに好ましい。硬化被膜のOD値が膜厚1μmあたり0.5以上であれば、十分な遮光性を得ることができる。
一実施態様の有機EL素子隔壁又は絶縁膜の製造方法は、ポジ型感光性樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散してコーティング組成物を調製すること、コーティング組成物を基材に塗布して被膜を形成すること、被膜に含まれる溶媒を除去して被膜を乾燥すること、乾燥した被膜に放射線をフォトマスク越しに照射して被膜を露光すること、露光後の被膜を現像液に接触させることにより現像して、被膜にパターンを形成すること、及びパターンが形成された被膜を100℃~350℃の温度で加熱処理して、有機EL素子隔壁又は絶縁膜を形成することを含む。露光後かつ現像前に上記のPEBを行うこともできる。
一実施態様は、ポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む有機EL素子隔壁である。
一実施態様は、ポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む有機EL素子絶縁膜である。
一実施態様は、ポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む有機EL素子である。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
(1)原料
実施例及び比較例で使用した原料を以下のとおり製造又は入手した。
バインダー樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)に関しては、以下の測定条件で、ポリスチレンの標準物質を使用して作成した検量線を用いて算出した。
装置:Shodex(登録商標)GPC-101
カラム:Shodex(登録商標)LF-804
移動相:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
検出器:Shodex(登録商標)RI-71
温度:40℃
〈溶媒(C)〉
[実施例1~6、比較例1~6]
実施例1~6、及び比較例1~6では、以下の溶媒を使用して、表1に記載の割合の混合溶媒として使用した。表1中の各溶媒の割合は、溶媒の合計量に対する質量%である。
(c1)γ-ブチロラクトン(GBL)(三菱ケミカル株式会社)
(c2)1-メトキシ-2-プロピルアセテート(PGMEA)(株式会社ダイセル)
(c3)酢酸エステル
・酢酸-n-ブチル(n-BuOAc)(関東化学株式会社、鹿特級)
・酢酸-i-ブチル(i-BuOAc)(関東化学株式会社、鹿特級)
・酢酸-n-ペンチル(n-PentOAc)(関東化学株式会社、鹿特級)
・酢酸-i-プロピル(i-PrOAc)(関東化学株式会社、鹿特級)
・酢酸エチル(EtOAc)(純正化学株式会社、特級)
・酢酸アリル(AllylOAc)(昭和電工株式会社)
(その他)
・乳酸エチル(EL)(株式会社武蔵野化学研究所)
・炭酸ジエチル(DEC)(東京化成株式会社)
・1-メトキシ-2-プロパノール(PGME)(株式会社ダイセル)
[実施例7~15]
実施例7~15では、上記の(c1)GBL、(c2)PGMEA、(c3)としてi-BuOAcを用い、さらに以下の溶媒を使用して、表2に記載の割合の混合溶媒として使用した。表2中の各溶媒の割合は、溶媒の合計量に対する質量%である
(c4)アミド化合物
・1-メチル-2-ピロリドン(NMP)(関東化学株式会社、鹿特級)
・1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)(関東化学株式会社、鹿特級)
・3-メチル-2-オキサゾリドン(MOX)(東京化成工業株式会社)
・3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド(MDPA)(東京化成工業株式会社)
・1-シクロヘキシル-2-ピロリドン(NCP)(東京化成工業株式会社)
(その他)
・炭酸プロピレン(PC)(関東化学株式会社、鹿特級)
・酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル(EDGAC)(関東化学株式会社、鹿特級)
・酢酸ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル(BDGAC)(関東化学株式会社、鹿特級)
[製造例1]複数のフェノール性水酸基を有する第1樹脂(D)(PCX-02e)の製造
4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)25.5g、及びN-シクロヘキシルマレイミド(株式会社日本触媒)4.50gを、溶媒である1-メトキシ-2-プロピルアセテート(株式会社ダイセル)77.1gに完全に溶解させ、重合開始剤としてV-601(富士フイルム和光純薬株式会社)3.66gを、1-メトキシ-2-プロピルアセテート(株式会社ダイセル)14.6gに完全に溶解させた。得られた2つの溶液を、300mLの3つ口型フラスコ中、窒素ガス雰囲気下で85℃に加熱した1-メトキシ-2-プロピルアセテート(株式会社ダイセル)61.2gに、同時に2時間かけて滴下し、その後85℃で3時間反応させた。室温まで冷却した反応溶液を815gのトルエン中に滴下し、共重合体を沈殿させた。沈殿した共重合体をろ過により回収し、90℃で4時間真空乾燥し、白色の粉体(PCX-02e)を32.4g回収した。得られたPCX-02eの数平均分子量は3100、重量平均分子量は6600であった。
[製造例2]エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(E)(N695OH70)の製造
300mLの3つ口型フラスコに、溶媒として1-メトキシ-2-プロピルアセテート(MMPGAC、株式会社ダイセル)75.2g、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物としてEPICLON(登録商標)N-695(DIC株式会社、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量214)17.8gを仕込み、窒素ガス雰囲気下、60℃で溶解させた。そこへヒドロキシ安息香酸化合物として3,5-ジヒドロキシ安息香酸(富士フイルム和光純薬株式会社)を20.1g(エポキシ1当量に対して0.65当量)、及び反応触媒としてトリフェニルホスフィン(東京化成工業株式会社)0.166g(0.660mmol)を追加し、110℃で21時間反応させた。反応溶液を室温に戻し、1-メトキシ-2-プロピルアセテートで固形分20質量%に希釈し、溶液をろ過して、274.2gのエポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(N695OH70)の溶液を得た。得られた反応物(N695OH70)の数平均分子量は3000、重量平均分子量は7500であった。
〈バインダー樹脂(A)〉
バインダー樹脂(A)として、製造例1で得られたPCX-02e(第1樹脂(D))、製造例2で得られたN695OH70(第2樹脂(E))、及びEPICLON(登録商標)N-695(DIC株式会社、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量214)(その他の樹脂)を使用した。
〈光酸発生剤(B)〉
光酸発生剤(B)として、TPPA-150DF(東洋合成工業株式会社、α,α,α-トリス(4-ヒドロキシフェニル)-1-エチル-4-イソプロピルベンゼンの1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸エステル)を使用した。
〈着色剤(F)〉
着色剤(F)として、黒色染料であるVALIFAST(登録商標)BLACK 3804(ソルベントブラック34のC.I.で規定される黒色染料、オリエント化学工業株式会社)を使用した。
〈溶解促進剤(G)〉
溶解促進剤(G)として、フロログルシノール(富士フイルムワコーケミカル株式会社)を使用した。
〈その他の原料〉
任意成分(H)として、界面活性剤(レベリング剤)であるメガファック(登録商標)F-559(フッ素系界面活性剤、DIC株式会社)、及び塩基性化合物であるトリオクチルアミン(富士フイルム和光純薬株式会社)を使用した。
(2)評価方法
実施例及び比較例で使用した評価方法は、以下のとおりである。
[未露光部溶解性]
ガラス基板(大きさ72mm×72mm×0.7mm)に、ポジ型感光性樹脂組成物を乾燥膜厚が4.0μmになるようにバーコートした。基板を吸引鍾(VKU-100、有限会社桐山製作所)に入れ、空冷式ドライポンプ(PK-250、ヤマト科学株式会社)で30秒間真空乾燥した。その後、ホットプレート上125℃で2分加熱して溶媒を乾燥した。乾燥膜厚を光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定した。
続いて、スピン現像装置(AD-1200、滝沢産業株式会社)を用いて、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水溶液で、未露光部溶解性が0.35μm~0.99μmの間になるように、それぞれ60秒~100秒の範囲でアルカリ現像を行なった。アルカリ現像後の膜厚を、再び光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定し、現像前後の膜厚の差(現像により溶解した膜厚)(μm)を未露光部溶解性として算出した。
[露光部溶解性]
(実施例1~6、比較例1~6)
ガラス基板(大きさ72mm×72mm×0.7mm)に、ポジ型感光性樹脂組成物を乾燥膜厚が4.0μmになるようにバーコートした。基板を吸引鍾(VKU-100、有限会社桐山製作所)に入れ、空冷式ドライポンプ(PK-250、ヤマト科学株式会社)で30秒間真空乾燥した。その後、ホットプレート上125℃で2分間加熱してプリベークを行った。乾燥膜厚を光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定した。
続いて、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置(商品名:マルチライトML-251A/B、ウシオ電機株式会社)を用いて、石英製のフォトマスク(5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μmのライン&スペース(L/S)パターンを有するもの)を介して、ghi線を300mJ/cm2で露光した。露光量は、紫外線積算光量計(商品名:UIT-150、受光部:UVD-S365、ウシオ電機株式会社)を用いて測定した。
露光後、スピン現像装置(AD-1200、滝沢産業株式会社)を用いて、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水溶液で、上記の未露光部溶解性評価と同じ現像時間でアルカリ現像を行なった。アルカリ現像後の膜厚を、再び光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定し、現像前後の膜厚の差(現像により溶解した膜厚)(μm)を露光部溶解性として算出した。
(実施例7~15)
上記した実施例1~6、及び比較例1~6で実施した露光部溶解性評価のうち、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置(商品名:マルチライトML-251A/B、ウシオ電機株式会社)を用いて、水銀露光用バンドパスフィルター(商品名:HB0365、朝日分光株式会社)と石英製のフォトマスク(5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μmのライン&スペース(L/S)パターンを有するもの)を介して、i線のみを400mJ/cm2で露光した以外は同様にして、露光部溶解性を算出した。
[溶解性差]
露光部溶解性(μm)から未露光部溶解性(μm)を引いたものを、溶解性差(μm)とした。溶解性差が大きいほど感度がより高く、パターン形成性に優れていることを意味する。実施例1~6、比較例1~6については、溶解性差が3.30μm以上のものを良好、3.30μm未満のものを不良として、評価を行った。実施例7~15については、溶解性差が3.20μm以上のものを非常に良好、2.90μm以上3.20μm未満のものを良好、2.90μm未満のものを不良として、評価を行った。
[ピンムラ評価]
ガラス基板(大きさ72mm×72mm×0.7mm)に、ポジ型感光性樹脂組成物を乾燥膜厚が4.0μmになるようにバーコートし、125℃のホットプレートにプロキシミティピン(SUS製、直径1cm、厚さ1mm)を置き、その上で2分間加熱してプリベークを行った。加熱時プロキシミティピン上にあった箇所とプロキシミティピン上になかった箇所の膜厚をそれぞれ、光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定し、その差を算出した。差が1.6μm未満のものを良好、差が1.6μm以上2.0μm未満のものを可、2.0μm以上のものを不良として、評価を行った。
[硬化被膜のOD値]
ガラス基板(大きさ70mm×70mm×0.7mm)に、ポジ型感光性樹脂組成物を乾燥膜厚が約1.5μmになるようにバーコートし、ホットプレート上125℃で2分加熱して溶媒を乾燥させた。その後、窒素ガス雰囲気下250℃で60分硬化させることにより、被膜を得た。硬化後の被膜のOD値を透過濃度計(BMT-1、サカタインクスエンジニアリング株式会社)で測定し、ガラスのみのOD値で補正を行って、被膜の厚さ1μm当たりのOD値に換算した。被膜の厚みは光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定した。
(3)ポジ型感光性樹脂組成物の調製及び評価
[実施例1~15、比較例1~6]
表3に記載の組成で、バインダー樹脂(A)を混合して溶解し、得られた溶液に、表3に記載の光酸発生剤(B)、着色剤(F)、溶解促進剤(G)、任意成分(H)(界面活性剤及び塩基性化合物)、及び表1又は表2に記載の混合溶媒(C)を加えて、さらに混合した。成分が溶解したことを目視で確認した後、孔径0.22μmのミリポアフィルターで濾過し、固形分濃度12質量%のポジ型感光性樹脂組成物を調製した。表3における組成の質量部は固形分換算値である。実施例1~15及び比較例1~6のポジ型感光性樹脂組成物の評価結果を表1及び表2に示す。