JPWO2013157643A1 - ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
をさらに含む、ポリシロキサン組成物。
[14]下記構造:
[15]アルカリ可溶性基をさらに有する、前記[14]に記載のラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物。
[16] (B)光ラジカル開始剤
をさらに含む、ポリシロキサン組成物。
[17]前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、(A)1質量部〜99質量部のラジカル架橋性基を有するポリシロキサン、0.01質量部〜15質量部の(B)光ラジカル開始剤、及び0.005質量部〜2質量部の(C)ニトロキシ化合物を含む、前記[16]に記載のポリシロキサン組成物。
[18]前記(C)ニトロキシ化合物は、下記一般式:
[19]前記(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、(メタ)アクリロイル基及び/又はスチリル基を有するポリシロキサンである、前記[14]〜[18]のいずれかに記載のポリシロキサン組成物。
[20]前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、5質量部〜45質量部の(D)光重合性二重結合を有する化合物をさらに含む、前記[14]〜[19]のいずれかに記載のポリシロキサン脂組成物。
[21]前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、0.01質量部〜10質量部の(E)紫外線吸収剤をさらに含む、前記[14]〜[20]のいずれかに記載のポリシロキサン組成物。
[22]前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、1質量部〜50質量部の(F)酸価が10〜200mgKOH/gであるアルカリ可溶性樹脂をさらに含む、前記[14]〜[21]のいずれかに記載のポリシロキサン組成物。
[23]前記(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、下記一般式:
[24]前記[14]〜[22]のいずれかに記載のポリシロキサン組成物を硬化して得られる硬化物。
[25]前記[14]〜[22]のいずれかに記載のポリシロキサン組成物を硬化して得られる透明絶縁膜。
本実施形態に係るラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物は、具体的には、以下の成分:
(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン、及び
(B)光ラジカル開始剤、
所望により、その他の成分
を含む。前記(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、以下に説明するように、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンと(C)ニトロキシ化合物からなるもであることができる。
以下、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物を硬化することにより得られる硬化物などについて説明する。
但し、本実施形態において、ニトロキシ化合物は、大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるとき、g値2.034〜1.984のピークを持つラジカル構造を提供するものの例示であり、本発明は、これに限定されることを意図していない。
すなわち、以下に説明する(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンと、例えば、(C)成分であるニトロキシ化合物が共存した状態で、これらを加熱した場合、該ポリシロキサン(A)成分と該(C)成分の一部が結合するが、その際、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン単体と、大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるときg値2.034〜1.984のピークを持つラジカルと、該ポリシロキサンとラジカルが結合したものとの、混合状態が存在することになる。本発明においては、かかる混合状態を、「大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるとき、g値2.034〜1.984のピークを持つ、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物」と表現する。あるいは、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるときg値2.034〜1.984のピークを持つラジカルを発生する基をさらに有することができる。この場合には、ポリシロシサン単体が前記所定のピークを有することになる。すなわち、「大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるとき、g値2.034〜1.984のピークを持つ、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物」とは、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン単体が前記ラジカル発生基を有する場合と、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン単体は前記ラジカル発生基を有しないが、例えば、ニトロキシ化合物と共存したときに生じる、ポリシロキサン単体と、ラジカルと、ポリシロキサン単体とラジカルとそれらが結合したものとの混合状態の場合の両者を包含する。
尚、同様に、「前記ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物がアルカリ可溶性基をさらに有する」とは、該ポリシロキサン自体がアルカリ可溶性基を有する場合と、該ポリシロシサンを含む組成物が、アルカリ可溶性樹脂を含む結果、該ポリシロキサン組成物がアルカリ可溶性基を含む場合の両者を包含する。
本実施形態で温度衝撃によるクラック耐性に優れた硬化物を得るためには、大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるときg値2.034〜1.984のピークを持つラジカルが、組成物中の固形分1gに対し、0.1×10−6モル以上含まれることが好ましく、さらに好ましくは0.15×10−6モル以上である。一方で、パターン形成の観点から120×10−6モル以下が好ましく、さらに好ましくは60×10−6モル以下である。
ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物中の全固形分量は、例えば、TGA(熱重量測定装置)を用いて測定することができる。
ラジカル量は、ESR(電子スピン共鳴装置)を用い測定することができる。4−ヒドロキシTEMPOを、1モルあたり1モルのラジカルを持つ標品として、検量線を作成することで、組成物中のラジカル量を測定し、TGAで測定した固形分量と合わせることで、組成物中の固形分1g当たりに含まれるラジカル含有量を算出することができる。
尚、以下に説明するが、本実施態様に係るポリシロキサン組成物においては、ニトロキシ化合物0.0017質量部は、ラジカル量0.1×10−6モル/gに相当し、ニトロキシ化合物0.005質量部は、ラジカル量0.29×10−6モル/gに相当し、ニトロキシ化合物0.009質量部は、ラジカル量0.523×10−6モル/gに相当し、ニトロキシ化合物1質量部は、ラジカル量58×10−6モル/gに相当し、そしてニトロキシ化合物2質量部は、ラジカル量116×10−6モル/gに相当した。
(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、ポリシロキサン中にラジカルによって架橋できる基を有しており、硬化膜の硬度を飛躍的に向上させることができる。
ラジカル架橋性基は、光重合性不飽和結合(例えば、二重結合)を含む基でよい。光重合性不飽和結合を含む基としては、特に制限されないが、例えば、ビニル基、スチリル基、(メタ)アクリロイル基などが、架橋性の観点から好ましい。(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、これらの基を二種類以上含有してもよい。また、(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンとしては、硬化性の観点から、少なくとも(メタ)アクリロイル基及び/又はスチリル基を有することがより好ましい。
(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン中の光重合性不飽和結合基のモル濃度は、パターンの密着性、膜の硬度、及び耐クラック性の観点から、0.01mmol/g以上が好ましく、より好ましくは0.1mmol/g以上、さらに好ましくは0.5mmol/g以上である。一方で、現像時の残渣低減の観点から、このモル濃度は、10.0mmol/g以下が好ましく、より好ましくは7.5mmol/g以下、さらに好ましくは5.0mmol/g以下である。
(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン中の光重合性不飽和結合基の含有量は、得られたポリマーのヨウ素価を測定することで算出することができる。
(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、1分子内にアルカリ可溶性基を含むことが好ましい。アルカリ可溶性基としては、特に制限はされないが、例えば、カルボキシル基、ジカルボン酸無水物基、又はジカルボン酸無水物基の残基などが、ポリシロキサンのアルカリ溶解性を向上させ、かつ現像後の残渣の発生を抑制するという観点から好ましい。
また、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物が、2種以上の(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンを含有する場合には、少なくとも1種が、上記で説明した範囲内の酸価を有するような含有量で、カルボキシル基、ジカルボン酸無水物基、又はジカルボン酸無水物基の残基を含むことが好ましい。
なお、本明細書では、酸価とは、試料1g中のカルボキシル基を中和するのに必要な水酸化カリウムのミリグラム数をいう。
酸価を測定する方法の一例は下記の通りである:
3gの試料を精密に秤量し、エタノール20mlに溶解する。得られた溶液を室温で撹拌し、更に5gの精製水を加え更に1時間室温で撹拌する。その後、指示薬としてフェノールフタレインのメタノール溶液を数滴添加し、1/2規定の水酸化カリウム水溶液で中和滴定し、使用した水酸化カリウム水溶液量から酸価を算出する。
R7R8 a1Si(R9)3−a1
{式中、R7は、光重合性不飽和結合基(例えば、二重結合基)を含む炭素数2〜20の1価の有機基を表し、R8は、各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状の有機基、アリール基、又はアルキルアリール基を表し、R9は、各々独立に、水酸基、加水分解可能な脱離基又はハロゲン原子を表し、そしてa1は、0〜2の整数である。}で表される少なくとも1種類のシラン化合物を用いる反応によって得られるものであることが、樹脂設計及び作製法の容易性の観点から好ましい。
上記一般式(I)において、R7としては、不飽和結合(例えば、二重結合)を有する炭素数2〜17の1価の有機基が好ましく、具体的には、例えば、ビニル基、スチリル基、(メタ)アクリル基、3−(メタ)アクリロキシプロピル基、2−(メタ)アクリロキシエチル基、(メタ)アクリロキシメチル基などが挙げられる。このうち、スチリル基、又は3−(メタ)アクリロキシプロピル基が好ましい。また、本明細書では、(メタ)アクリルとは、アクリル基及びメタクリル基を示す。
R10R11 a2Si(R9)3−a2
{式中、R9は、上記一般式(I)において定義された通りであり、R10は、アルカリ可溶性基を表し、R11は、各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状の有機基、アリール基、又はアルキルアリール基を表し、そしてa2は、0〜2の整数である。}で表される少なくとも1種類のシラン化合物を用いる反応によって得られるものであることが、樹脂設計及び作製法の容易性の観点から好ましい。
上記一般式(II−1)において、アミド結合を有する基(R10−15)は、アミノ基とジカルボン酸無水物との反応によって得られる、カルボキシル基を含有する基である。また、Rsは、炭素原子数が1〜20の直鎖状、分岐鎖状又は環状の2価の有機基である。また、上記一般式(II−1)で表されるジカルボン酸無水物としては、例えば、無水コハク酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、4−メチル−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、5−メチル−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、ビシクロヘプタンジカルボン酸無水物、7−オキサビシクロヘプタンジカルボン酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、アジピン酸無水物、無水フタル酸、(3−トリメトキシシリルプロピル)コハク酸無水物、(3−トリエトキシシリルプロピル)コハク酸無水物等の多塩基酸無水物が挙げられる。これらは、それぞれ単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記一般式(II)において、R10として最も好ましい基は、プロピルコハク酸無水物基(R10−1)、プロピルコハク酸基、又はそのハーフメチルエステル基、又はそのハーフエチルエステル基(R10−8)である。
R12 a3Si(R9)4−a3
{式中、R9は、上記一般式(I)において定義された通りであり、R12は、各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状の有機基、アリール基、アルキルアリール基を表し、そしてa3は、0〜3の整数である。}で表される少なくとも1種のシラン化合物を用いる反応によって得られるものであることが、樹脂設計及び作製法の容易性の観点から好ましい。
加水分解反応は、溶媒中のシラン化合物に酸性触媒及び水を1分〜180分に亘って添加することにより行われる。加水分解物を得る過程の温度は、加水分解の反応性の観点から、10℃以上が好ましく、より好ましくは20℃以上であり、一方で、官能基の保護の観点から、150℃以下が好ましく、より好ましくは120℃以下である。加水分怪物を得る過程の反応時間は、加水分解の反応性の観点から0.1時間以上が好ましく、より好ましくは0.5時間以上であり、一方で、官能基の保護の観点から10時間以下が好ましく、より好ましくは5時間以下である。
加水分解反応は、酸性触媒の存在下で行うことが好ましい。酸性触媒としては、塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、酢酸又はリン酸を含む酸性水溶液が好ましい。これらの酸性触媒の好ましい含有量は、加水分解反応時に使用される全シラン化合物に対して、加水分解の反応性の観点から0.01mol%以上が好ましく、官能基の保護の観点から10mol%以下が好ましい。
シラン化合物の加水分解反応によりシラノール化合物を得た後、反応液をそのまま50℃以上、使用される溶媒の沸点以下で、1時間〜100時間に亘って加熱し、縮合反応を行うことが好ましい。また、(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンの重合度を上げるために、再加熱及び/又は減圧及び/又は塩基性触媒の添加を行なってもよい。
溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソペンチルアルコール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンなどのケトン類、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどのアセテート類、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミドなどを挙げることができる。
加水分解反応に使用する溶媒の量は、全シラン化合物100質量部に対して、80質量部以上、500質量部以下が好ましい。
また、加水分解反応に用いる水は、イオン交換水が好ましい。水の量は、任意に選択されることができるが、加水分解反応に用いられるシラン化合物1モルに対して、1.0モル〜4.0モルの範囲であることが好ましい。
(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン中に存在し、かつ縮合に関与しなかったシラノール(残存シラノール)は、ベーク時の縮合による収縮低減、縮合により発生する水、アルコールの脱ガス低減の観点から、少量であることが好ましく、ほぼなくなることが好ましい。
R13 2Si(OH)2
{式中、R13は、炭素原子数が6〜20のアリール基、炭素原子数が2〜20のアルキルアリール基、炭素原子数が1〜20のアルキル基、又は炭素原子数が5〜20のシクロアルキル基であり、互いに同一であっても異なっていてもよく、そして共有結合を介して互いに結ばれていてもよい。}で表されるシランジオール化合物を、触媒の存在下で、少なくとも反応させるか、又は好ましくは積極的に水を添加することなく縮合させる方法により得られる。
上記一般式(IV)において、R13としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、トリメチルフェニル基、ナフチル基、メチル基、エチル基、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基を挙げることができる。
積極的に水を添加することなく縮合を行う反応の温度は、縮合の反応性の観点から、40℃以上が好ましく、より好ましくは50℃以上であり、一方で、官能基の保護の観点から、150℃以下が好ましく、より好ましくは130℃以下である。
積極的に水を添加することなく縮合を行う反応の時間は、縮合の反応性の観点から、0.5時間以上が好ましく、1時間以上がより好ましく、一方で、官能基の保護の観点から48時間以下が好ましく、30時間以下がより好ましい。
積極的に水を添加することなく縮合を行う反応では、触媒を用い、水を積極的に添加することは無い。触媒としては、塩基性触媒又は酸性触媒を用いることができる。
これらの塩基性触媒の好ましい含有量は、全シラン化合物に対して、縮合反応性の観点から0.01mol%以上が好ましく、一方で、官能基の保護の観点から10mol%以下が好ましい。
酸性触媒としては、水を含有しない有機酸性触媒を用いることができる。具体的には、酸性触媒としては、酢酸、トリフルオロ酢酸、アクリル酸、メタクリル酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フタル酸、(3−トリメトキシシリルプロピル)コハク酸、又はそのハーフエステル、及び(3−トリエトキシシリルプロピル)コハク酸、又はそのハーフエステルなどが挙げられる。
これら酸性触媒の好ましい含有量は、全シラン化合物に対して、縮合反応性の観点から0.01mol%以上が好ましく、一方で、官能基の保護の観点から10mol%以下が好ましい。
を有することも、耐熱性の観点から好ましい。(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンの珪素原子のうち、上記構造を有する割合が、10mol%〜80mol%が好ましく、より好ましくは30mol%〜70mol%であり、さらに好ましくは40mol%〜60mol%である。
(B)光ラジカル開始剤は、ポリシロキサン組成物に感光性パターンの形成性を付与するために、ポリシロキサン組成物に添加されることが重要である。
(B)光ラジカル開始剤としては、下記(1)〜(10)の光ラジカル開始剤が挙げられる:
(C)ニトロキシ化合物は、下記一般式(V):
上記一般式(V)において、R1、R2、R3及びR4は、各々独立に、アルキル基又はヘテロ原子で置換されたアルキル基でよい。アルキル基としては、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基などが挙げられ、そしてヘテロ原子としては、好ましくは、ハロゲン、酸素、硫黄、窒素などが挙げられる。
(C)ニトロキシ化合物は、ポリシロキサン組成物に微量でも含有されていればよいが、耐クラック性の観点から、(C)ニトロキシ化合物の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、0.005質量部以上が好ましく、より好ましくは0.009質量部以上であり、一方で、透明性の観点から2質量部以下が好ましく、より好ましくは1質量部以下が好ましい。
本実施形態では、ポリシロキサン組成物は、(D)光重合性二重結合を有する化合物をさらに含むことが、耐クラック性の観点から好ましい。(D)光重合性二重結合を有する化合物は、1分子内に少なくとも1個の光重合性二重結合基を含む重合性モノマーである。
(D)光重合性二重結合を有する化合物としては、例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート[エチレングリコールユニットの数2〜20]、ポリ(1,2−プロピレングリコール)ジ(メタ)アクリレート[1,2−プロピレングリコールユニット数2〜20]、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート[テトラメチレングリコールユニット数2〜10]、トリ−2−ヒドロキシエチルイソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジグリシジルエーテル−(メタ)アクリル酸付加物、グリセロールジグリシジルエーテル−(メタ)アクリル酸付加物、ビスフェノールAジグリシジルエーテル−(メタ)アクリル酸付加物、N,N’−ビス(2−メタクリロイルオキシエチル)尿素コハク酸変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、フタル酸変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、イソフタル酸変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、テレフタル酸変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAの両端にそれぞれ平均2モルのプロピレンオキサイドと平均6モルのエチレンオキサイドを付加したポリアルキレングリコールのジメタクリレート、ビスフェノールAの両端にそれぞれ平均5モルのエチレンオキサイドを付加したポリエチレングリコールのジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノール(メタ)アクリレート1,4−シクロヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ジ(p−ヒドロキシフェニル)プロパンジ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピルトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリオキシエチルトリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルトリ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート及び、β−ヒドロキシプロピル−β’−(アクリロイルキシ)プロピルフタレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェニキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシビニルベンゼン、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレートまたはこれらモノマーのカプロラクトン付加物などが挙げられる。
(D)光重合性二重結合を有する化合物の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、各成分を十分に架橋させ基板への密着性を発揮する観点から、5質量部以上が好ましく、より好ましくは10質量部以上であり、一方で、現像後の残渣低減の観点から、45質量部以下が好ましく、より好ましくは40質量部以下である。
本実施形態では、ポリシロキサン組成物の耐光性を向上させ、現像時の残渣を低減するために、(E)紫外線吸収剤をポリシロキサン組成物に含有させることが好ましい。また、(E)紫外線吸収剤を(C)ニトロキシ化合物と組み合わせて使うことで、ポリシロキサン組成物の解像性を大きく向上させることができるために好ましい。(E)紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物などを挙げることができる。具体的には、(E)紫外線吸収剤としては、例えば、2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジンと(2−エチルヘキシル)−グリシド酸エステルの反応生成物(BASF社製 TINUVIN405)、2−(2Hベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール、2−(2Hベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−t−ペンチルフェノール、2−(2Hベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール、2−(2Hベンゾトリアゾール−2−イル)−6−ドデシル−4−メチルフェノール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−ヒドロキシ―4−メトキシベンゾフェノンなどが挙げられる。
(E)紫外線吸収剤をポリシロキサン組成物に添加する場合の(E)紫外線吸収剤の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、未露光部分の硬化防止の観点から、0.01質量部以上が好ましく、より好ましくは0.1質量部以上であり、一方で、露光時のラジカル発生によるパターン形成性の観点から、10質量部以下が好ましく、より好ましくは5質量部以下である。
本実施形態では、ポリシロキサン組成物は、(F)アルカリ可溶性樹脂をさらに含むことが好ましい。また、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンが、アルカリ可溶性基を有しており、そしてポリシロキサン組成物のアルカリ現像が可能である場合には、(F)アルカリ可溶性樹脂をポリシロキサン組成物に添加することが好ましい。
また、(F)アルカリ可溶性樹脂とは、アルカリ可溶性基を有し、酸価が10〜200mgKOH/gであるアルカリ可溶性樹脂をいう。
(F)アルカリ可溶性樹脂の酸価は、相溶性の観点から(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンと近いことが好ましく、現像時の残渣低減の観点から、10mgKOH/g以上が好ましく、より好ましくは20mgKOH/g以上であり、一方で、パターンの密着性の観点から、200mgKOH/g以下が好ましく、より好ましくは190mgKOH/g以下である。
(F)アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性基を有し、かつ酸価が10〜200mgKOH/gであれば特に制限されないが、1分子中にカルボキシル基、ジカルボン酸無水物基、又はジカルボン酸無水物基の残基を有していることが好ましい。ポリシロキサン組成物は、(F)アルカリ可溶性樹脂中にカルボキシル基を有していることで、耐熱透明性を維持しながらアルカリ溶解性を発現し、良好な膜物性が得られる。
(1)重合性二重結合の反応物を主体に構成されるビニル重合体、
(2)エポキシ基と水酸基との付加反応物を主体に構成されるエポキシ重合体、
(3)フェノールとホルムアルデヒドとの反応物を主体に構成される芳香族メチレン重合体、
(4)ジアルコールとジイソシアネートとの反応物を主体に構成されるウレタン重合体、及び
(5)ジカルボン酸とジエポキシドの反応物を主体に構成されるエステル重合体
から成る群より選ばれる少なくとも1種の重合体であることが好ましい。なお、上記重合体(1)〜(5)において、主体とは、その成分を分子内に70モル%以上含有することをいう。
(1)重合性二重結合の反応物を主体に構成されるビニル重合体
例えば、下記一般式(4)又は下記一般式(6)で表される、カルボキシル基含有ビニル重合体が挙げられる。
(i)α,β−不飽和カルボン酸の中から選ばれる少なくとも1種の化合物(a)と、アルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミドとその窒素上の水素をアルキル基又はアルコキシ基に置換した化合物、スチレン及びスチレン誘導体、(メタ)アクリロニトリル、及び(メタ)アクリル酸グリシジルの中から選ばれる少なくとも1種の化合物(b)をビニル共重合する方法。
(ii)前記化合物(a)と前記化合物(b)をビニル共重合した後、ビニル重合物のカルボキシル基と、1分子中にエポキシ基と(メタ)アクリル基を有する化合物の中から選ばれる少なくとも1種の化合物(c)を付加反応させる方法。
(iii)前記化合物(b)と前記化合物(c)をビニル重合した後、ビニル重合物のエポキシ基と前記化合物(a)とを付加反応させ、さらに生成した水酸基にジカルボン酸無水物(d)を付加反応させる方法。
カルボキシル基含有ビニル重合体の調製における、カルボキシル基とエポキシ基及び(メタ)アクリル基を有する化合物との付加反応は、重合禁止剤及び触媒を用いて、溶媒中で反応を行うことが好ましく、反応温度は、50℃〜120℃で行うことが好ましい。
カルボキシル基含有ビニル重合体の調製における重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、カテコール、ピロガロール、フェノチアジンなどが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
さらに、前記反応生成物の水酸基にジカルボン酸無水物を部分的に付加させることができるが、反応温度は、好ましくは50〜120℃である。
重合体(3)としては、例えば、下記一般式(9)で表される、ノボラック型フェノール重合体が挙げられる。
ノボラック型フェノール重合体の調製に用いられるフェノールの例としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、トリメチルフェノール等が挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック型フェノール重合体に用いられるエピハロヒドリンの例としては、エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリンが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック型フェノール重合体の調製に用いられる、1分子内にカルボキシル基と(メタ)アクリレート基を有する化合物の例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸、カルボキシエチル(メタ)アクリレート、カルボキシペンチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロキシエチルフタル酸、フマル酸、ケイ皮酸、クロトン酸、イタコン酸、及びマレイン酸ハーフエステル等が挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック型フェノール重合体の調製におけるフェノールとホルムアルデヒドの縮合反応を行う場合、酸触媒を用いるのが好ましく、酸触媒としては、種々のものが使用できるが、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸、シュウ酸、三フッ化ホウ素、無水塩化アルミニウム、塩化亜鉛などが好ましく、特に、p−トルエンスルホン酸、硫酸、及び塩酸が好ましい。
反応終了後、反応混合物の水洗浄液のpH値が3〜7、好ましくは5〜7になるまで水洗処理を行う。水洗処理を行う場合は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物、アンモニア、リン酸二水素ナトリウムさらにはジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、アニリン、フェニレンジアミンなどの有機アミンなど様々な塩基性物質等を中和剤として用いて処理してもよい。また、水洗処理の場合は常法に従って行えばよい。例えば、反応混合物中に上記中和剤を溶解した水を加え、分液抽出操作をくり返し、減圧加熱下で溶剤を留去し生成物を得ることができる。
反応終了後、生成した塩を濾過、水洗などにより除去し、更に、加熱減圧下トルエン、メチルイソブチルケトンなどの溶剤を留去することにより本発明のエポキシ化合物が得られる。
ノボラック型フェノール重合体の調製におけるエポキシ基と、カルボキシル基又は水酸基及び(メタ)アクリル基を有する化合物との付加反応は、重合禁止剤及び触媒を用いて、溶媒中で反応を行うことが好ましく、反応温度は、50℃〜120℃で行うことが好ましい。
ノボラック型フェノール重合体の調製において、反応溶媒、反応触媒及び重合禁止剤としては、それぞれ、上記(1)重合性不飽和二重結合の反応物を主体に構成されるビニル重合体の調製において説明された反応溶媒、反応触媒及び重合禁止剤と同様のものを使用することができる。
さらに、前記反応生成物の水酸基にジカルボン酸無水物を部分的に付加させることができるが、反応温度は、好ましくは50℃〜120℃である。
ラジカル架橋性基を持つポリシロキサンの酸価(A)(mgKOH/g)とアルカリ可溶性樹脂の酸価(F)(mgKOH/g)の比、すなわち、酸価(A)/酸価(F)は、(A)ラジカル架橋性基を持つポリシロキサンと(F)アルカリ可溶性樹脂との極性による相溶性の観点から、0.1以上であることが好ましく、より好ましくは0.2以上であり、さらに好ましくは0.3以上であり、一方で、この比は5.0以下であることが好ましく、より好ましくは4.0以下であり、3.0以下が更に好ましい。
ポリシロキサン組成物の露光・現像後の硬化膜と基板との密着性を向上させるために、シランカップリング剤をポリシロキサン組成物に添加することができる。例えば、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、p−スチリルトリエトキシシラン、p−(1−プロペニルフェニル)トリメトキシシラン、p−(1−プロペニルフェニル)トリエトキシシラン、p−(2−プロペニルフェニル)トリメトキシシラン、p−(2−プロペニルフェニル)トリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)トリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)トリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルジエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物、3−トリエトキシシリルプロピルコハク酸無水物などを挙げることができる。
シランカップリング剤をポリシロキサン組成物に添加する場合のシランカップリング剤の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、基板との密着性を発現させる観点から、0.1質量部以上が好ましく、より好ましくは0.5質量部以上であり、一方で、ポリシロキサン組成物の硬化反応性の観点から、20質量部以下が好ましく、より好ましくは15質量部以下である。
本実施形態では、ポリシロキサン組成物に溶剤を添加して、その粘度を調整することが、塗布膜厚を調整する観点から好ましい。好適な溶剤としては、下記(1)〜(6)の溶剤が挙げられる:
(1)脂肪族アルコール:メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、イソアミルアルコール、s−アミルアルコール、t−アミルアルコール、2−メチル−1−ブタノール、1−ヘキサノール、2−エチル−1−ブタノール、4−メチル−2−ペンタノール、イソヘキシルアルコール、メチル−1−ペンタノール、s−ヘキサノール、1−ヘプタノール、イソヘプチルアルコール、2,3−ジメチル−1−ペンタノール、1−オクタノール、2−エチルヘキサノール、イソオクチルアルコール、2−オクタノール、3−オクタノール、1−ノナノール、イソノニルアルコール、3,5,5−トリメチルヘキサノール、1−デカノール、イソデシルアルコール、3,7−ジメチル−1−オクタノール、1−ヘンデカノール、1−ドデカノール、イソドデシルアルコール、アリルアルコール、プロパルギルアルコール、ヘキシノール
これらは、単独で、又は二種以上の組合せで用いることができる。これらの中でも、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ガンマブチロラクトン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが塗布膜を加熱して溶媒を蒸発させる観点から好ましい。
これらの溶媒は、塗布膜厚及び粘度に応じて、ポリシロキサン組成物に適宜加えることができるが、ポリシロキサン組成物中の固形分全成分100質量部に対して、50〜1,000質量部の範囲で用いることが好ましい。
本実施形態では、ポリシロキサン組成物の塗布適性、及び乾燥後の膜平滑性を確保するために、界面活性剤をポリシロキサン組成物に含有させてもよい。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などのポリオキシエチレンアルキルエーテル類、又は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などのポリオキシエチレンアリールアルキルエーテル類、又はポリオキシエチレン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などのポリオキシエチレンジアルキルエステル類、メガファックF171,172,173(大日本インキ製)、フロラードFC430,431(住友スリーエム製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382,SC−101,102,103,104,105(旭硝子製)などのフッ素系界面活性剤、DBE−712,DBE821(ダイセル・サイテック社製)などのシリコーン系界面活性剤などを挙げることができる。
これらの界面活性剤の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、塗布適性及び残渣低減の観点から、0.01質量部以上が好ましく、より好ましくは0.1質量部以上であり、一方で、現像後のパターン密着性の観点から、10質量部以下が好ましく、より好ましくは5質量部以下である。
ポリシロキサン組成物の熱安定性及び保存安定性を向上させるために、ポリシロキサン組成物に、重合禁止剤(例えば、ラジカル重合禁止剤)を含有させてもよい。重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、N−ニトロソジフェニルアミン、p−tert−ブチルカテコール、フェノチアジン、N−フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6−ジ−tert−ブチル−p−メチルフェノール、5−ニトロソ−8−ヒドロキシキノリン、1−ニトロソ−2−ナフトール、2−ニトロソ−1−ナフトール、2−ニトロソ−5−(N−エチル−N−スルフォプロピルアミノ)フェノール、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシアミンアンモニウム塩、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム塩、N−ニトロソ−N−(1−ナフチル)ヒドロキシルアミンアンモニウム塩、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジtert−ブチル)フェニルメタン等を用いることができる。
ポリシロキサン組成物に重合禁止剤を添加する場合の重合禁止剤の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、光重合性二重結合の重合禁止効果を発現させる観点から、0.001質量部以上が好ましく、より好ましくは0.01質量部以上が好ましく、一方で、露光時のラジカル発生によるパターン形成性の観点から、5質量部以下が好ましく、より好ましくは1質量部以下である。
本実施形態では、酸素存在下でのポリシロキサン組成物の熱安定性を向上させるために、酸化防止剤をポリシロキサン組成物に添加することができる。このような酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系、リン系、ラクトン系、ビタミンE系、イオウ系のもの等が挙げられる。
具体的には、酸化防止剤としては、限定されるものではないが、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](BASF社製 IRGANOX245)、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)(BASF社製 IRGANOX259)、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン(BASF社製 IRGANOX565)、ペンタエリスリチル・テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)(BASF社製 IRGANOX1010)、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](BASF社製 IRGANOX1035)、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF社製 IRGANOX1076)、N,N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)(BASF社製 IRGANOX1098)、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルフォスフォネート−ジエチルエステル(BASF社製 IRGAMOD295)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(BASF社製 IRGANOX1330)、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト(BASF社製 IRGANOX3114)、オクチル化ジフェニルアミン(BASF社製 IRGANOX5057)、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル)−o−クレゾール(BASF社製 IRGANOX1520L)、イソオクチル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF社製 IRGANOX1135)、2,4−ビス(ドデシルチオメチル)−6−メチルフェノール(BASF社製 IRGANOX1726)、2,5,7,8−テトラメチル−2−(4,8,12−トリメチルトリデシル)クロマン−6−オール(BASF社製 IRGANOX E201)、5,7−ジ−t−ブチル−3−(3,4−ジメチルフェニル)ベンゾフラン−2(3H)−オン(IRGANOX HP−136)、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト(BASF社製 IRGAFOS168)、トリス[2−[[2,4,8,10−テトラキス(1,1−ジメチルエチル)ジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン−6−イル]オキシ]エチル]アミン(BASF社製、IRGAFOS12)、ビス(2,4−ジ−t−ブチル−6−メチルフェニル)エチルホスファイト(BASF社製 IRGAFOS38)、3,3−チオビスプロピオン酸ジドデシルエステル(BASF社製 IRGANOX PS800)、3,3−チオビスプロピオン酸ジオクタデシルエステル(BASF社製 IRGANOX PS802)などが挙げられる。
これらの酸化防止剤は単独で、又は2種以上の混合物として用いることができる。ポリシロキサン組成物に酸化防止剤を添加する場合の酸化防止剤の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、酸素存在下での熱安定性効果を発現させる観点から、0.001質量部以上が好ましく、より好ましくは0.01質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上であり、一方で、露光時のラジカル発生によるパターン形成性の観点から、15質量部以下が好ましく、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下である。
さらに、ポリシロキサン組成物には、必要に応じて可塑剤等の添加剤を含有させてもよい。このような添加剤としては、例えばジエチルフタレート等のフタル酸エステル類、o−トルエンスルホン酸アミド、p−トルエンスルホン酸アミド、クエン酸トリブチル、クエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリ−n−プロピル、アセチルクエン酸トリ−n−ブチル、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル等が挙げられる。ポリシロキサン組成物に可塑剤を添加する場合の可塑剤の含有量は、ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、膜の柔軟性を上げる観点から、0.1質量部以上が好ましく、より好ましくは0.5質量部以上であり、さらに好ましくは0.7質量部以上であり、一方でガラス転移温度の観点から、10質量部以下が好ましく、より好ましくは8質量部以下であり、さらに好ましくは5質量部以下である。
本実施形態に用いられるポリシロキサン組成物を硬化することにより得られる硬化物において、厚み10μmの該硬化物の大気下、220℃、及び3時間ベーク後の400nmの波長における光の透過率は、70%以上であることが好ましい。また、本発明に用いられるポリシロキサン組成物を硬化することにより、透明絶縁膜を得ることも好ましい。
硬化物中のラジカル含有量は、硬化物1gに対し、0.1×10−6モル以上含まれることが好ましく、さらに好ましくは0.15×10−6モル以上である。一方で、パターン形成の観点から120×10−6モル以下が好ましく、さらに好ましくは60×10−6モル以下である。硬化物中のラジカル含有量の測定方法は、ポリシロキサン組成物について前記したものと同様である。
硬化レリーフパターンを形成する方法は、基板上にポリシロキサン組成物を塗布する第一の工程、活性光線を照射する第二の工程、現像液で未硬化部分を除去する第三の工程、さらに、加熱硬化させる第4の工程を含む。
まず、上記ポリシロキサン組成物を、シリコンウェハー、セラミック基板、アルミ基板などの所望の各種基材上に塗布する。塗布装置又は塗布方法としては、スピンコーター、ダイコータ−、スプレーコーター、浸漬、印刷、ブレードコーター、ロールコーティング等が利用できる。塗布された基材を80℃〜200℃で1分〜15分ソフトベークした後、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパー等の露光投影装置を用いて、所望のフォトマスクを介して活性光線を照射する。
活性光線としては、X線、電子線、紫外線、可視光線などが利用できるが、本発明においては、200nm〜500nmの波長のものを用いるのが好ましい。パターンの解像度及び取扱い性の点で、その光源波長は、特にUV−i線(365nm)が好ましく、露光投影装置としてはステッパーが特に好ましい。
この後、光感度の向上などの目的で、必要に応じて、任意の温度、時間の組み合わせ(好ましくは、温度が40℃〜200℃であり、そして時間が10秒〜360秒である。)による露光後ベーク(PEB)、又は現像前ベークを施してもよい。
アルカリ現像液として適した例としては、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土塁金属の炭酸塩の水溶液、アルカリ金属の水酸化物の水溶液、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溶液等の水酸化アンモニウム類、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン類を挙げることができる。特に、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩、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等の水酸化アンモニウム類、ジエチルアミン、ジエタノールアミン等のアミン類を0.05質量%〜10質量%含有する弱アルカリ性水溶液を用いて、20℃〜35℃の温度で現像するのがよい。
現像終了後、リンス液により洗浄を行い、現像液を除去することにより、レリーフパターン付き塗膜が得られる。リンス液としては、蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等を単独で、又は適宜混合して用いるか、又はこれらを段階的に組み合わせて用いることもできる。
上述した硬化レリーフパターンを、例えばシリコンウェハー、ガラス、フィルム、それらに1種類以上の金属をスパッタした基材等の基材上に形成された半導体装置の表面保護膜、層間絶縁膜、α線遮蔽膜、及びマイクロレンズアレイなどのミクロ構造体とそのパッケージ材との間の支持体(隔壁)から成る群から選択されるいずれかとして使用し、他の工程は周知の半導体装置の製造方法を適用することで、タッチパネル、CMOSイメージセンサーなどの光学素子を含む、各種の表示装置、半導体装置を製造することができる。また、上記ポリシロキサン組成物を硬化させた樹脂から成る塗膜を有する電子部品又は半導体装置を得ることができる。
(ESRの測定方法)
<使用装置・条件>
日本電子社製、ESR(型式:JES−FE2XG)を用いて、大気下、24℃、常圧下、サンプルを400nm以下の波長の光から遮った状態でESRを測定した。標準サンプルマーカーとして、マンガンマーカー(Mn2+)を用いた。
装置の測定条件を下記に示す。
マイクロ波出力:1mW
変調磁場:1G
レスポンス:0.03秒
アンプリチュード:200以上
磁場:3380G
磁場掃引:±250G
磁場掃引時間:4分
ESR装置を調整後、ESR試料管(扁平型セル)にアセトンのみを入れて、アンプリチュードを1000に設定し、測定を行い、図1に示すようにMn2+の6本のピークしか見られないことを確認した。
Mn2+の低磁場側から数えて3本目のピークを標準ピークとし、g3=2.034とし、測定したサンプルのg値算出の際に用いる。低磁場側から数えて4本目のピークは、g4=1.981とする。
4−ヒドロキシ−TEMPO(4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル フリーラジカル)(東京化成工業社製)の1ppmアセトン溶液を調整し、ESR測定を行い、図2に示すように、4−ヒドロキシ−TEMPOのピークが観察されることを確認した。
標準ピークとして、Mn2+の6本あるピークの内、低磁場側から数えて3番目のピークを用いる。標準ピークの吸収磁場をHs、gs値を2.034とし、測定試料の吸収磁場をH0とする。測定試料のg値は、次式で算出した。
g=gs+gs(Hs−H0)/Hs
20mLサンプル管に、ポリシロキサン1gと9gのアセトンを秤量し、溶解させ、蓋をした。その後、大気下、24℃、常圧下、400nm以下の波長の光を遮光した状態で、24時間静置した後、ESRを測定した。
20mLサンプル管に、樹脂組成物を0.3gとアセトン9.7gを秤量し蓋をした。その後、大気下、24℃、常圧下、400nm以下の波長の光を遮光した状態で、24時間静置したのち、ESRを測定した。
4−ヒドロキシTEMPOを分子1モルが1モルのラジカルを持つ標品として用い、検量線を作成し、溶液中のラジカル濃度を分析した。ポリシロキサン組成物、及び感光性樹脂組成物について、TGAを用い、10mgの試料を250℃で30分間保持した熱重量減少を測定し、残った質量を固形分として、固形分含有率を分析した。樹脂組成物の測定により得られたラジカル濃度、及び固形分含有率から、固形分1g当たりに含まれるラジカル量を算出した。
1.解像度の評価
感光性樹脂組成物をベーク後の膜厚が15μmになるように、アルミスパッタしたシリコン基板に塗布し、95℃4分間ホットプレート上でベークした。
上記の塗布膜を有する基板に対し、テストパターン付きレチクルを通して、i線ステッパー(ニコン製 NSR2005 i8A)を用いて露光を行った。露光は、大気中で行い、フォーカスを−15に設定し、60mJ/cm2から1110mJ/cm2まで30mJ/cm2刻みで照射した。
露光に続いてアルカリ現像液(AZエレクトロニックマテリアルズ社製デベロッパー、2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)を用い、23℃、30秒×2回の条件下で現像し、純水にてリンスを行い、塗膜の未露光部を除去した。続いて、上記でパターニングした基板を、窒素置換したオーブンで、220℃で30分間ベークし、硬化させた。
(実施例15について)
露光に続いてPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を用い、23℃、30秒×2回の条件下で現像し、塗膜の未露光部を除去した。続いて、上記でパターニングした基板を、窒素置換したオーブンで、220℃で30分間ベークし、硬化させた。
実施例1〜27、及び比較例1〜5で得たパターンの露光量400mJ/cm2の部分で25μm×25μmの正方形に遮光した部分を光学顕微鏡で観察し、下記基準で評価した。
〇:残渣がなく開口していて、パターンに浮き又ははがれが観察されない
△:開口しているが一部残渣があり、パターンに浮き又ははがれが観察されない
×:残渣があり開口していない、又はパターンに浮き又ははがれが生じている
上記で得られたパターンを光学顕微鏡で観察し、25μm×25μmの正方形に遮光した部分で、目視による残渣が無く開口していて、かつパターンに浮き又ははがれを生じていない露光量の範囲を解像範囲とし、下記基準で評価した。
◎:解像範囲が420mJ/cm2よりも広い
○:解像範囲が300mJ/cm2よりも広い
△:解像範囲が120mJ/cm2よりも広い
×:解像範囲が120mJ/cm2以下
ポリシロキサン組成物をベーク後の膜厚が15μmになるように、アルミスパッタしたシリコン基板に塗布し、95℃4分間ホットプレート上でベークした。
上記の塗布膜を有する基板に対し、テストパターン付きレチクルを通して、i線ステッパーを用いて400mJ/cm2露光を行った。露光は、大気中で行い、フォーカスを−15に設定した。
露光に続いてアルカリ現像液(AZエレクトロニックマテリアルズ社製デベロッパー、2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)を用い、23℃、30秒×2回の条件下で現像し、純水にてリンスを行い、塗膜の未露光部を除去した。続いて、上記でパターニングした基板を、窒素置換したオーブンで、220℃で30分間ベークし、硬化させた。
(実施例15について)
露光に続いてPGMEAを用い、23℃、30秒×2回の条件下で現像し、塗膜の未露光部を除去した。続いて、上記でパターニングした基板を、窒素置換したオーブンで、220℃で30分間ベークし、硬化させた。
実施例1〜27、及び比較例1〜5で得たパターニングした基板を、窒素置換したオーブンで、さらに300℃で30分ベークし、続いて、冷熱衝撃試験機を用いて、−40℃15分、120℃15分を1回とするサイクルを100回繰り返した後、目視、光学顕微鏡にて観察し、下記基準で評価した。
◎:5枚の基板内にクラックは確認されない
○:5枚の基板内にクラックが1〜5か所発生
△:5枚の基板内にクラックが6〜15か所発生
×:5枚の基板内にクラックが16か所以上発生
ポリシロキサン組成物を、ガラス基板上に現像後の膜厚が10μmになるように塗布した。続いて、i線ステッパーを用いて、大気中で、全面に400mJ/cm2露光を行った。
(実施例1〜14、実施例16〜27、比較例1〜5について)
露光に続いてアルカリ現像液(AZエレクトロニックマテリアルズ社製デベロッパー、2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)を用い、23℃、30秒×2回の条件下で現像し、純水にてリンスを行い、塗膜表面を除去した。
(実施例15について)
露光に続いてPGMEAを用い、23℃、30秒×2回の条件下で現像し、塗膜表面を除去した。
(ポリシロキサンa−1の合成)
1Lのナス型フラスコ中に撹拌子、(3−トリメトキシプロピル)無水コハク酸 0.60モル(173.14g)(商品名 X−12−967C 信越化学工業社製)、Ba(OH)2・H2O粉末 4.00ミリモル(0.83g)(SIGMA−ALDRICH社製)、メタノール 0.58モル(20.30g)を仕込み、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。ジムロートを取り付け、オイルバスを用いて、室温から75℃まで昇温し、2.5時間還流させ、無水コハク酸を開環させた。
(ポリシロキサンa−2の合成)
合成例1におけるDPDをDCPD(ジシクロペンチルシランジオール)とした以外は合成例1と同様にして、ポリシロキサン(a−2、40℃における粘度は25Poise)を得た。このポリシロキサン(a-2)のESRを測定したところ、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.54×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−3の合成)
合成例1におけるMEMOを、MEMO(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)1.00モル、フェニルトリメトキシシラン 0.40モルとした以外は合成例1と同様にして、ポリシロキサン(a−3、40℃における粘度は100Poise)を得た。このポリシロキサン(a-3)のESRを測定したところ、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.56×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−4の合成)
合成例1におけるMEMOを、MEMO(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)1.00モル、スチリルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM1403)0.40モルとした以外は合成例1と同様にして、ポリシロキサン(a−4、40℃における粘度は90Poise)を得た。このポリシロキサン(a-4)のESRを測定すると、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.53×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−5の合成)
2Lのセパラブルフラスコ中にDPD(ジフェニルシランジオール)2.00モル(432.52g)(信越化学工業社製)、MEMO(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)2.00モル(496.70g)、4−ヒドロキシ−TEMPO 0.61ミリモル(0.10g)(東京化成工業社製)、Ba(OH)2・H2O粉末 4.00ミリモル(0.83g)(SIGMA−ALDRICH社製)を仕込み、撹拌羽とスリーワンモーターを用いて撹拌させた。ジムロートを取り付け、オイルバスを用い、室温から95℃まで昇温した。1時間後、加熱を継続した状態でジムロートを取り外し、三方コック、コールドトラップ、バキュームコントローラー、真空ポンプに接続し、メタノールを除去した。真空引きしながら加熱を10時間継続した後、常圧に戻し、室温まで冷却することで、透明なポリシロキサン(a−5、40℃における粘度は75Poise)を得た。このポリシロキサン(a-5)のESRを測定したところ、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.51×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−6の合成)
合成例1における4−ヒドロキシ−TEMPOを添加しなかった以外は合成例1と同様にして、ポリシロキサン(a−6、40℃における粘度は83Poise)を得た。このポリシロキサン(a-6)のESRを測定したところ、g値2.034〜1.984の範囲にピークが観察されなかった。
(ポリシロキサンa−7の合成)
1Lのナス型フラスコ中に撹拌子、(3−トリメトキシプロピル)無水コハク酸 0.30モル(86.57g)(商品名 X−12−967C 信越化学工業社製)、Ba(OH)2・H2O粉末 2.00ミリモル(0.41g)(SIGMA−ALDRICH社製)、メタノール 0.29モル(10.15g)を仕込み、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。ジムロートを取り付け、オイルバスを用いて、室温から75℃まで昇温し、2.5時間還流させ、無水コハク酸を開環させた。
2Lのセパラブルフラスコ中にフェニルトリメトキシシラン 1.00モル(198.29g)(東京化成工業社製)、MEMO(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)0.70モル(173.84g)、4−ヒドロキシ−TEMPO(4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル フリーラジカル)0.30ミリモル(0.05g)(東京化成工業社製)、上記で調製した(3−トリメトキシプロピル)無水コハク酸開環物の全量、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)400gを仕込み、撹拌羽とスリーワンモーターを用いて撹拌させた。
続いて、蒸留水 36.00gと、5mol/Lの塩酸 4.67gを混合したものを滴下し、30分間撹拌を行った。
ジムロートを取り付け、オイルバスを用い、室温から95℃まで昇温した。2時間後、加熱を継続した状態でジムロートを取り外し、三方コック、コールドトラップ、バキュームコントローラー、真空ポンプに接続し、メタノール、水、PGMEAを除去した。真空引きしながら加熱を4時間継続した後、常圧に戻し、室温まで冷却することで、透明なポリシロキサン(a−7、40℃における粘度は50Poise)を得た。このポリシロキサン(a-7)のESRを測定したところ、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.60×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−8の合成)
1Lのナスフラスコに、撹拌子、無水ハイミック酸(東京化成工業社製)、トリメトキシシラン(東京化成工業社製)、キシレン を仕込み、白金(0)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体 溶液(シグマアルドリッチ社製)を撹拌下で滴下した。ジムロートを取り付け、80℃で4時間加熱後、さらに100℃で4時間加熱を行った。冷却後、蒸留にて精製し、無水ハイミック酸にヒドロシリル化された化合物Aを得た。
1Lのナス型フラスコ中に撹拌子、化合物A 0.60モル(171.81g)、Ba(OH)2・H2O粉末 4.00ミリモル(0.83g)(SIGMA−ALDRICH社製)、メタノール 0.58モル(20.30g)を仕込み、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。ジムロートを取り付け、オイルバスを用いて、室温から75℃まで昇温し、2.5時間還流させ、無水コハク酸を開環させた。
2Lのセパラブルフラスコ中にDPD(ジフェニルシランジオール)2.00モル(432.52g)(信越化学工業社製)、MEMO(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)1.40モル(347.69g)、4−ヒドロキシ−TEMPO(4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル フリーラジカル)0.61ミリモル(0.10g)(東京化成工業社製)、上記で調製した(3−トリメトキシプロピル)無水コハク酸開環物の0.6モルを仕込み、撹拌羽とスリーワンモーターを用いて撹拌させた。ジムロートを取り付け、オイルバスを用い、室温から95℃まで昇温した。1時間後、加熱を継続した状態でジムロートを取り外し、三方コック、コールドトラップ、バキュームコントローラー、真空ポンプに接続し、メタノールを除去した。真空引きしながら加熱を10時間継続した後、常圧に戻し、室温まで冷却することで、透明なポリシロキサン(a−8、40℃における粘度は75Poise)を得た。このポリシロキサン(a-8)のESRを測定したところ、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.58×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−9の合成)
無水ハイミック酸を、cis−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物(東京化成工業社製)に変えた以外は、ポリシロキサンa−8と同様にして、ポリシロキサン(a−9、40℃における粘度は80Poise)を得た。このポリシロキサン(a-9)のESRを測定したところ、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.51×10−6モル/gであった。
(ポリシロキサンa−10の合成)
無水ハイミック酸を、無水イタコン酸(東京化成工業社製)に変えた以外は、ポリシロキサンa−8と同様にして、ポリシロキサン(a−10、40℃における粘度は70Poise)を得た。このポリシロキサン(a-10)のESRを測定すると、g値=2.007のピークが観察された。また、固形分中のラジカル濃度を算出すると、0.52×10−6モル/gであった。
[合成例11]
(ポリシロキサンa−11の合成)
1Lのナス型フラスコ中に撹拌子、(3−トリメトキシプロピル)無水コハク酸 0.60モル(173.14g)(商品名 X−12−967C 信越化学工業社製)、4−ヒドロキシ−TEMPO(4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル フリーラジカル)0.61ミリモル(0.10g)(東京化成工業社製)、Ba(OH)2・H2O粉末 4.00ミリモル(0.83g)(SIGMA−ALDRICH社製)、メタノール 0.58モル(20.30g)を仕込み、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。ジムロートを取り付け、オイルバスを用いて、室温から75℃まで昇温し、2.5時間還流させ、無水コハク酸を開環させた。
[実施例1]
広口のサンプル容器に、合成例1で得られたポリシロキサン(a−1)46.57g、IRGACURE819(BASF社製)0.79g、4−ヒドロキシ−TEMPO(東京化成工業社製)(0.01g)、EA−1020(新中村化学工業社製、EA−1020)37.26g、TINUVIN 405(BASF社製)1.16g、EA−6340(新中村化学工業社製)9.31g(希釈溶媒を除く)、KBM5103(3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン)4.66g、TINUVIN 152(BASF社製)0.23g、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)28.87gを仕込み、ウェブローターにて撹拌し、混合した。これを孔径2.5ミクロンのPP製フィルターで加圧ろ過し、ポリシロキサン組成物を得た。
実施例2〜27及び比較例1〜5については、以下の表1、表2、及び表3に記載した成分を同表に記載した比率で用いたこと以外は、実施例1と同様にポリシロキサン組成物又は樹脂組成物を得た。
実施例1〜8、12〜27のポリシロキサン組成物、及び比較例5の樹脂組成物では、図4に示すg値2.007のピークが観察された。
比較例4の樹脂組成物では、図10に示すように、g値2.007のピークが観察された。
Irgacure819:BASF社製
c−1:下記式:
c−2:下記式:
c−3:下記式:
c−4:下記式:
EA−1020:新中村化学工業社製
A600:新中村化学工業社製
TINUVIN405:BASF社製
EA−6340:新中村化学工業社製 酸価:85mgKOH/g
SPC1001:昭和電工社製 酸価:86mgKOH/g
KBM5103:信越化学工業株式会社製
TINUVIN152:BASF社製
PEGMEA:東京化成工業社製
比較例5は、露光し現像を行ったところ、膜が残らなかったため、評価することができなかった。
Claims (13)
- 大気下、24℃、常圧、及び400nm以下の波長の光を遮光した条件下、24時間静置した後、電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて測定されるとき、g値2.034〜1.984のピークを持ち、かつ組成物中の固形分1gに対し、0.1×10−6〜120×10−6モルのラジカルを含む、ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物。
- アルカリ可溶性基をさらに有する、請求項1又は2に記載のラジカル架橋性基を有するポリシロキサン組成物。
- (B)光ラジカル開始剤
をさらに含む、ポリシロキサン組成物。 - 前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、1質量部〜99質量部の(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサン、0.01質量部〜15質量部の(B)光ラジカル開始剤;及び0.005質量部〜2質量部の(C)ニトロキシ化合物を含む、請求項4に記載のポリシロキサン組成物。
- 前記(A)ラジカル架橋性基を有するポリシロキサンは、(メタ)アクリロイル基及び/又はスチリル基を有するポリシロキサンである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリシロキサン組成物。
- 前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、5質量部〜45質量部の(D)光重合性二重結合を有する化合物をさらに含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリシロキサン組成物。
- 前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、0.01質量部〜10質量部の(E)紫外線吸収剤をさらに含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリシロキサン組成物。
- 前記ポリシロキサン組成物中の全固形分100質量部に対して、1質量部〜50質量部の(F)酸価が10〜200mgKOH/gであるアルカリ可溶性樹脂をさらに含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載のポリシロキサン組成物。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリシロキサン組成物を硬化して得られる硬化物。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリシロキサン組成物を硬化して得られる透明絶縁膜。
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