JPWO2016185865A1 - ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂及びレジスト膜 - Google Patents

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Abstract

現像性、耐熱性及び基板追従性に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂及びレジスト膜を提供すること。下記構造式(1)[式中、Arは下記構造式(Ar−1)又は(Ar−2)で表されるフェノール性水酸基含有化合物(A)、下記構造式(2)[式中R3は炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。]で表されるフェノール性水酸基含有化合物(B)及びアルデヒド化合物(C)を必須の反応成分とする重縮合物であることを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂。

Description

本発明は、現像性、耐熱性及び基板追従性に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂及びこれを用いてなるレジスト膜に関する。
フェノール性水酸基含有樹脂は、接着剤、成形材料、塗料、フォトレジスト材料、エポキシ樹脂原料、エポキシ樹脂用硬化剤等に用いられている他、硬化物における耐熱性や耐湿性などに優れることから、フェノール性水酸基含有樹脂自体を主剤とする硬化性組成物として、或いは、エポキシ樹脂等の硬化剤として、半導体封止材やプリント配線板用絶縁材料等の電気・電子分野で幅広く用いられている。
このうちフォトレジストの分野では、用途や機能に応じて細分化された多種多様なレジストパターン形成方法が次々に開発されており、それに伴い、レジスト用樹脂材料に対する要求性能も高度化かつ多様化している。例えば、高集積化された半導体に微細なパターンを正確かつ高い生産効率で形成するための高い現像性はもちろんのこと、厚膜形成する場合には硬化物が柔軟で割れにくい等の性能が必要であり、レジスト下層膜に用いる場合にはドライエッチング耐性や耐熱性等が要求され、また、レジスト永久膜に用いる場合には耐熱性に加え、基材追従性等の靱性が要求される。
フォトレジスト用途に最も広く用いられているフェノール性水酸基含有樹脂はクレゾールノボラック型のものであるが、前述の通り、高度化かつ多様化が進む昨今の市場要求性能に対応できるものではなく、耐熱性や現像性も十分なものではなかった(特許文献1参照)。
特開平2−55359号公報
したがって、本発明が解決しようとする課題は、現像性、耐熱性及び基板追従性に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂、これを含有する感光性組成物及び硬化性組成物、レジスト膜を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、トリアリールメタン型フェノール性水酸基含有化合物と、炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基を有するフェノール性水酸基含有化合物とをノボラック化して得られるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が、現像性、耐熱性及び基板追従性に優れることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、下記構造式(1)
Figure 2016185865
[式中、Arは下記構造式(Ar−1)又は(Ar−2)
Figure 2016185865
(式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。)
で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。]
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(A)、下記構造式(2)
Figure 2016185865
[式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。]
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(B)及びアルデヒド化合物(C)を必須の反応成分とする重縮合物であることを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂に関する。
本発明はさらに、下記構造式(3)
Figure 2016185865
[式中、Arは下記構造式(Ar−3)又は(Ar−4)
Figure 2016185865
(式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、構造式(3)又は(4)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかである。)
で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。]
で表される構造部位(a)と、下記構造式(4)
Figure 2016185865
[式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、構造式(3)又は(4)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。]
で表される構造部位(b)とを繰り返し単位として有することを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂に関する。
本発明はさらに、前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂と感光剤とを含有する感光性組成物に関する。
本発明はさらに、前記感光性組成物からなるレジスト膜に関する。
本発明はさらに、前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂と硬化剤とを含有する硬化性組成物に関する。
本発明はさらに、前記硬化性組成物からなるレジスト下層膜に関する。
本発明はさらに、前記硬化性組成物からなるレジスト永久膜に関する。
本発明によれば、現像性、耐熱性及び基板追従性に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂、これを含有する感光性組成物及び硬化性組成物、レジスト膜を提供することができる。
図1は、製造例1で得られたフェノール性水酸基含有化合物(A−1)のGPCチャート図である。 図2は、製造例1で得られたフェノール性水酸基含有化合物(A−1)の13C−NMRチャート図である。 図3は、実施例1で得られたノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1)のGPCチャート図である。 図4は、実施例2で得られたノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2)のGPCチャート図である。 図5は、実施例3で得られたノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(3)のGPCチャート図である。 図6は、比較製造例1で得られたノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1’)のGPCチャート図である。 図7は、比較製造例2で得られたノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2’)のGPCチャート図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は、下記構造式(1)
Figure 2016185865
[式中、Arは下記構造式(Ar−1)又は(Ar−2)
Figure 2016185865
(式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。)
で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。]
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(A)、下記構造式(2)
Figure 2016185865
[式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。]
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(B)及びアルデヒド化合物(C)を必須の反応成分とする重縮合物であることを特徴とする。
前記フェノール性水酸基含有化合物(A)は、対称性が高く剛直なトリアリールメタン構造を有し、更に、フェノール性水酸基を高密度で有することから、これを用いて得られるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は耐熱性が高く、現像性にも優れる特徴を有する。本発明では、これと前記フェノール性水酸基含有化合物(B)とをノボラック化させることにより、前記フェノール性水酸基含有化合物(A)が有する特徴を生かしながら、更に、靱性や柔軟性にも優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂を実現したものである。
前記フェノール性水酸基含有化合物(A)は、下記構造式(1)
Figure 2016185865
[式中、Arは下記構造式(Ar−1)又は(Ar−2)
Figure 2016185865
(式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立にアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。)
で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。]
で表される。本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂を製造する際、前記フェノール性水酸基含有化合物(A)は、前記構造式(1)で表される化合物のうち1種類を単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
前記構造式(1)中のRはそれぞれ独立にアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。前記アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、シクロへキシル基等が挙げられる。前記アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、シクロへキシルオキシ基等が挙げられる。前記アリール基は、例えば、フェニル基、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシアルコキシフェニル基、アルコキシフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基等が挙げられる。前記アラルキル基は、例えば、フェニルメチル基、ヒドロキシフェニルメチル基、ジヒドロキシフェニルメチル基、トリルメチル基、キシリルメチル基、ナフチルメチル基、ヒドロキシナフチルメチル基、ジヒドロキシナフチルメチル基、フェニルエチル基、ヒドロキシフェニルエチル基、ジヒドロキシフェニルエチル基、トリルエチル基、キシリルエチル基、ナフチルエチル基、ヒドロキシナフチルエチル基、ジヒドロキシナフチルエチル基等が挙げられる。前記ハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
これらの中でも、耐熱性と現像性とのバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることからRはアルキル基であることが好ましく、分子運動の抑制による耐熱性の向上効果や芳香核への電子供与性に優れること、工業的に入手が容易であることからメチル基であることが特に好ましい。
また、前記構造式(1)中のmはそれぞれ独立に0〜4の整数であり、中でも、耐熱性と現像性とのバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることからそれぞれ1又は2であることが好ましい。
前記構造式(1)中の二つのフェノール性水酸基の結合位置は、耐熱性に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることから、3つの芳香環を結節するメチン基に対しパラ位であることが好ましい。
前記構造式(1)中のArは前記構造式(Ar−1)又は(Ar−2)で表される構造部位である。中でも、より現像性に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることから、前記構造式(Ar−1)で表される構造部位であることが好ましい。
前記構造式(Ar−1)及び(Ar−2)中のRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。前記アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、シクロへキシル基等が挙げられる。前記アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、シクロへキシルオキシ基等が挙げられる。前記アリール基は、例えば、フェニル基、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシアルコキシフェニル基、アルコキシフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基等が挙げられる。前記アラルキル基は、例えば、フェニルメチル基、ヒドロキシフェニルメチル基、ジヒドロキシフェニルメチル基、トリルメチル基、キシリルメチル基、ナフチルメチル基、ヒドロキシナフチルメチル基、ジヒドロキシナフチルメチル基、フェニルエチル基、ヒドロキシフェニルエチル基、ジヒドロキシフェニルエチル基、トリルエチル基、キシリルエチル基、ナフチルエチル基、ヒドロキシナフチルエチル基、ジヒドロキシナフチルエチル基等が挙げられる。前記ハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
これらの中でも、耐熱性と現像性とのバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることからRは水素原子又はアルキル基であることが好ましく、前記芳香族化合物(A)の製造が容易であることから水素原子であることがより好ましい。
前記構造式(1)で表されるフェノール性水酸基含有化合物(A)は、具体的には下記構造式(1−1)〜(1−16)の何れかで表される分子構造を有するものが挙げられる。
Figure 2016185865
Figure 2016185865
前記フェノール性水酸基含有化合物(A)は、例えば、フェノール化合物(a1)と芳香族アルデヒド(a2)とを酸触媒の存在下で反応させる方法により得ることができる。
前記フェノール化合物(a1)は、フェノール、又はフェノールの芳香環に結合している水素原子の一部乃至全部がアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかで置換されている化合物である。前記アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、シクロへキシル基等が挙げられる。前記アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、シクロへキシルオキシ基等が挙げられる。前記アリール基は、例えば、フェニル基、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシアルコキシフェニル基、アルコキシフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基等が挙げられる。前記アラルキル基は、例えば、フェニルメチル基、ヒドロキシフェニルメチル基、ジヒドロキシフェニルメチル基、トリルメチル基、キシリルメチル基、ナフチルメチル基、ヒドロキシナフチルメチル基、ジヒドロキシナフチルメチル基、フェニルエチル基、ヒドロキシフェニルエチル基、ジヒドロキシフェニルエチル基、トリルエチル基、キシリルエチル基、ナフチルエチル基、ヒドロキシナフチルエチル基、ジヒドロキシナフチルエチル基等が挙げられる。前記ハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。フェノール化合物(a1)は1種類を単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
中でも、耐熱性と現像性とのバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が得られることからアルキル置換フェノールが好ましく、具体的には、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,5−キシレノール、3,5−キシレノール、3,4−キシレノール、2,4−キシレノール、2,6−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、2,3,6−トリメチルフェノール等が挙げられる。中でも、変性ノボラック型フェノール樹脂が得られることから2,5−キシレノール、2,6−キシレノールが特に好ましい。
前記芳香族アルデヒド(a2)は、例えば、ベンズアルデヒド;サリチルアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド等のヒドロキシベンズアルデヒド化合物;2,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド、3,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド等のジヒドロキシベンズアルデヒド;バニリン、オルトバニリン、イソバニリン、エチルバニリン等のバニリン化合物;2−ヒドロキシ−1−ナフトアルデヒド、6−ヒドロキシ−2−ナフトアルデヒド等のヒドロキシナフトアルデヒド化合物等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
これら芳香族アルデヒド(a2)の中でも、耐熱性と現像性とのバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が得られることから、ヒドロキシベンズアルデヒド化合物又はヒドロキシナフトアルデヒド化合物が好ましく、p−ヒドロキシベンズアルデヒドが特に好ましい。
前記フェノール化合物(a1)と芳香族アルデヒド(a2)との反応モル比率[(a1)/(a2)]は、目的の芳香族化合物(A)を高収率かつ高純度で得られることから、1/0.2〜1/0.5の範囲であることが好ましく、1/0.25〜1/0.45の範囲であることがより好ましい。
フェノール化合物(a1)と芳香族アルデヒド(a2)との反応で用いる酸触媒は、例えば、酢酸、シュウ酸、硫酸、塩酸、フェノールスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸亜鉛、酢酸マンガン等が挙げられる。これらの酸触媒は、それぞれ単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。これらの中でも、触媒活性に優れる点から硫酸、パラトルエンスルホン酸が好ましい。
フェノール化合物(a1)と芳香族アルデヒド(a2)との反応は、必要に応じて有機溶媒中で行っても良い。ここで用いる溶媒は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のモノアルコール;エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等のポリオール;2−エトキシエタノール、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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノペンチルエーテル、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エチルメチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールエーテル;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル;エチレングリコールアセテート等のグリコールエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトンなどが挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で用いても良いし、2種類以上の混合溶媒として用いても良い。中でも、得られる芳香族化合物(A)の溶解性に優れることから2−エトキシエタノールが好ましい。
前記フェノール化合物(a1)と芳香族アルデヒド(a2)との反応は、例えば、60〜140℃の温度範囲で、0.5〜100時間かけて行う。
反応終了後は、例えば、反応生成物をフェノール性水酸基含有化合物(A)の貧溶媒(S1)に投入して沈殿物を濾別し、次いで、フェノール性水酸基含有化合物(A)の溶解性が高く、かつ、前記貧溶媒(S1)と混和する溶媒(S2)に得られた沈殿物を再溶解させる方法により、反応生成物から未反応のフェノール化合物(a1)や芳香族アルデヒド(a2)、用いた酸触媒を除去し、精製されたフェノール性水酸基含有化合物(A)を得ることが出来る。
また、フェノール化合物(a1)と芳香族アルデヒド(a2)との反応をトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒中で行った場合には、反応生成物を80℃以上まで加熱して前記フェノール性水酸基含有化合物(A)を芳香族炭化水素溶媒に溶解し、そのまま冷却することにより前記フェノール性水酸基含有化合物(A)の結晶を析出させることが出来る。
前記フェノール性水酸基含有化合物(A)は、現像性と耐熱性の両方に優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が得られることから、GPCチャート図から算出される純度が90%以上であることが好ましく、94%以上であることがより好ましく、98%以上であることが特に好ましい。フェノール性水酸基含有化合物(A)の純度はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)のチャート図の面積比から求めることができる。
本発明において、GPCの測定条件は下記の通りである。
[GPCの測定条件]
測定装置:東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」
カラム:昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmФ×300mm)
+昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmФ×300mm)
+昭和電工株式会社製「Shodex KF803」(8.0mmФ×300mm)
+昭和電工株式会社製「Shodex KF804」(8.0mmФ×300mm)
カラム温度:40℃
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.30」
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0ml/分
試料:樹脂固形分換算で0.5質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの
注入量:0.1ml
標準試料:下記単分散ポリスチレン
(標準試料:単分散ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
前記フェノール性水酸基含有化合物(A)の精製に用いる前記貧溶媒(S1)は、例えば、水;メタノール、エタノール、プロパノール、エトキシエタノール等のモノアルコール;n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロヒキサン等の脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。中でも、酸触媒の溶解性に優れることから水、メタノール、エトキシエタノールが好ましい。
一方、前記溶媒(S2)は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のモノアルコール;エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等のポリオール;2−エトキシエタノール、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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノペンチルエーテル、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エチルメチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールエーテル;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン等の環状エーテル;エチレングリコールアセテート等のグリコールエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトンなどが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。中でも、前記貧溶媒(S1)として水やモノアルコールを用いた場合には、溶媒(S2)としてアセトンを用いることが好ましい。
前記フェノール性水酸基含有化合物(B)は、下記構造式(2)
Figure 2016185865
[式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。]
で表される。本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂を製造する際、前記フェノール性水酸基含有化合物(B)は、前記構造式(2)で表される化合物のうち1種類を単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
前記構造式(2)中のRは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、直鎖型、分岐型、脂環構造を有するもの、不飽和結合を有するもののいずれでも良い。具体的には、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、及びこれらの構造異性体等が挙げられる。中でも、現像性、耐熱性及び基板追従性のバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることから、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、及びこれらの構造異性体等の炭素原子数8〜16の脂肪族炭化水素基が好ましい。
前記構造式(2)中のRはそれぞれ独立に炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。前記アルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。前記アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、へキシルオキシ基、シクロへキシルオキシ基等が挙げられる。前記アリール基は、例えば、フェニル基、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシアルコキシフェニル基、アルコキシフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基等が挙げられる。前記アラルキル基は、例えば、フェニルメチル基、ヒドロキシフェニルメチル基、ジヒドロキシフェニルメチル基、トリルメチル基、キシリルメチル基、ナフチルメチル基、ヒドロキシナフチルメチル基、ジヒドロキシナフチルメチル基、フェニルエチル基、ヒドロキシフェニルエチル基、ジヒドロキシフェニルエチル基、トリルエチル基、キシリルエチル基、ナフチルエチル基、ヒドロキシナフチルエチル基、ジヒドロキシナフチルエチル基等が挙げられる。前記ハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
これらの中でも、現像性、耐熱性及び基板追従性のバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることからRは水素原子であることがより好ましい。
前記アルデヒド化合物(C)は、前記フェノール性水酸基含有化合物(A)や前記フェノール性水酸基含有化合物(B)と縮合反応を生じてノボラック型樹脂構造を形成し得るものであればよく、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、1,3,5−トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、テトラオキシメチレン、ポリオキシメチレン、クロラール、ヘキサメチレンテトラミン、フルフラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。中でも、反応性に優れることからホルムアルデヒドを用いることが好ましい。ホルムアルデヒドは水溶液の状態であるホルマリンとして用いても、固形の状態であるパラホルムアルデヒドとして用いても、どちらでも良い。また、ホルムアルデヒドとその他のアルデヒド化合物とを併用する場合には、ホルムアルデヒド1モルに対して、その他のアルデヒド化合物を0.05〜1モルの割合で用いることが好ましい。
本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は、前記フェノール性水酸基含有化合物(A)、フェノール性水酸基含有化合物(B)及びアルデヒド化合物(C)を必須の成分として反応させて得られる。
前記フェノール性水酸基含有化合物(A)と前記フェノール性水酸基含有化合物(B)との割合は、現像性、耐熱性及び基板追従性のバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることから、モル比[(A):(B)]が100:0.1〜100:30の範囲であることが好ましく、100:0.5〜100:20の範囲であることがより好ましい。
また、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は、ノボラック型樹脂構造を形成するフェノール性水酸基含有化合物成分として前記フェノール性水酸基含有化合物(A)と前記フェノール性水酸基含有化合物(B)とを必須とするが、必要に応じて他のフェノール性水酸基含有化合物を併用しても良い。他のフェノール性水酸基含有化合物は、フェノール、クレゾールやキシレノール等のアルキルフェノール、メトキシフェノールやエトキシフェノール等のアルコキシフェノール、レゾルシン、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。これら他のフェノール性水酸基含有化合物を用いる場合、本願発明が奏する現像性、耐熱性及び基板追従性のバランスに優れる効果が十分に発現することから、前記フェノール性水酸基含有化合物(A)、前記フェノール性水酸基含有化合物(B)及び前記他のフェノール性水酸基含有化合物の合計質量に対し、前記他のフェノール性水酸基含有化合物が20質量%以下となる割合で用いることが好ましい。
本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂の製造において、フェノール性水酸基含有化合物成分とアルデヒド化合物(C)との反応モル比は、過剰な高分子量化(ゲル化)を抑制でき、レジスト材料として適当な分子量のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が得られることから、フェノール性水酸基含有化合物の合計1モルに対し、アルデヒド化合物(C)が0.51.2モルの範囲であることが好ましく、0.6〜0.9モルの範囲であることがより好ましい。
フェノール性水酸基含有化合物成分とアルデヒド化合物(C)との反応で用いる酸触媒は、例えば、酢酸、シュウ酸、硫酸、塩酸、フェノールスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸亜鉛、酢酸マンガン等が挙げられる。これらの酸触媒は、それぞれ単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。これらの中でも、触媒活性に優れる点から硫酸、パラトルエンスルホン酸が好ましい。
フェノール性水酸基含有化合物成分とアルデヒド化合物(C)との反応は、必要に応じて有機溶媒中で行っても良い。ここで用いる溶媒は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のモノアルコール;エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等のポリオール;2−エトキシエタノール、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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノペンチルエーテル、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エチルメチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールエーテル;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル;エチレングリコールアセテート等のグリコールエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトンなどが挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で用いても良いし、2種類以上の混合溶媒として用いても良い。中でも、得られるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂の溶解性に優れることから2−エトキシエタノールが好ましい。
フェノール性水酸基含有化合物成分とアルデヒド化合物(C)との反応は、例えば、60〜140℃の温度範囲で、0.5〜100時間かけて行う。
反応終了後は、反応生成物に水を加えて再沈殿操作を行うなどして、目的のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂を得ることが出来る。このようにして得られるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂の重量平均分子量(Mw)は、現像性、耐熱性及び基板追従性のバランスに優れ、レジスト材料に好適なものになることから10,000〜30,000の範囲であることが好ましくい。また、ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂の多分散度(Mw/Mn)は3〜10の範囲であることが好ましい。
なお、本発明において重量平均分子量(Mw)及び多分散度(Mw/Mn)は、下記条件のGPCにて測定される値である。
[GPCの測定条件]
測定装置:東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」
カラム:昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmФ×300mm)+昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmФ×300mm)
+昭和電工株式会社製「Shodex KF803」(8.0mmФ×300mm)+昭和電工株式会社製「Shodex KF804」(8.0mmФ×300mm)
カラム温度:40℃
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.30」
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
試料:樹脂固形分換算で0.5質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(100μl)
標準試料:下記単分散ポリスチレン
(標準試料:単分散ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は、前記フェノール性水酸基含有化合物(A)、フェノール性水酸基含有化合物(B)及びアルデヒド化合物(C)を必須の反応成分とする重縮合物であれば、具体的な樹脂構造は限定されず、例えば、下記構造式(3)
Figure 2016185865
[式中、Arは下記構造式(Ar−3)又は(Ar−4)
Figure 2016185865
(式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、構造式(3)又は(4)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかである。)
で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。]
で表される構造部位(a)と、下記構造式(4)
Figure 2016185865
[式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、構造式(3)又は(4)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。]
で表される構造部位(b)とを繰り返し単位として有することを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が挙げられる。
中でも、下記構造式(3−1)
Figure 2016185865
[式中Rはそれぞれ独立にアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。Rはそれぞれ独立に水素原子、構造式(3−1)又は(4−1)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかである。]
で表される構造部位(a−1)と、下記構造式(4−1)
Figure 2016185865
[式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。Rは水素原子、構造式(3−1)又は(4−1)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかである。]
で表される構造部位(b−1)とを繰り返し単位として有することを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂がより好ましい。
また、樹脂中に存在する前記構造部位(a−1)と前記構造部位(b−1)とのモル比[(a−1):(b−1)]は、現像性、耐熱性及び基板追従性のバランスに優れるノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂となることから、100:0.1〜100:30の範囲であることが好ましく、100:0.5〜100:20の範囲であることがより好ましい。
以上詳述した本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は、汎用有機溶剤への溶解性及び耐熱分解性に優れることから、接着剤や塗料、フォトレジスト、プリント配線基板等の各種の電気・電子部材用途に用いることが出来る。本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂はアルカリ溶解性にも優れることから、特にレジスト用途に適しており、光感度と解像度に優れるレジスト材料となる。また、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は現像性の他、耐熱性や柔軟性にも優れており、硬化剤と反応させた硬化物においても高い靱性を発現することから、厚膜用途やレジスト下層膜、レジスト永久膜用途にも好適に用いることができる。例えば、厚膜形成時においても通常のレジスト膜同様、十分に精細なレジストパターンが形成できると共に、柔軟性が高く割れなどが生じ難い特徴を有する。また、下層膜や永久膜に用いた場合には、基板追従性に優れる上、半導体製造時の熱処理工程による劣化や変質が生じ難い特徴を有する。
本発明の感光性組成物は、前記本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂と感光剤とを必須の成分として含有する。本発明の感光性組成物は、前記本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂以外に、その他の樹脂(X)を併用しても良い。その他の樹脂(X)は、アルカリ現像液に可溶なもの、或いは、酸発生剤等の添加剤と組み合わせて用いることによりアルカリ現像液へ溶解するものであれば何れのものも用いることができる。
ここで用いるその他の樹脂(X)は、例えば、前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂以外のその他のフェノール樹脂(X−1)、p−ヒドロキシスチレンやp−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロピル)スチレン等のヒドロキシ基含有スチレン化合物の単独重合体あるいは共重合体(X−2)、前記(X−1)又は(X−2)の水酸基をt−ブトキシカルボニル基やベンジルオキシカルボニル基等の酸分解性基で変性したもの(X−3)、(メタ)アクリル酸の単独重合体あるいは共重合体(X−4)、ノルボルネン化合物やテトラシクロドデセン化合物等の脂環式重合性単量体と無水マレイン酸或いはマレイミドとの交互重合体(X−5)等が挙げられる。
前記その他のフェノール樹脂(X−1)は、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、種々のフェノール性化合物を用いた共縮ノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価フェノール化合物)、ビフェニル変性ナフトール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価ナフトール化合物)、アミノトリアジン変性フェノール樹脂(メラミン、ベンゾグアナミンなどでフェノール核が連結された多価フェノール化合物)やアルコキシ基含有芳香環変性ノボラック樹脂(ホルムアルデヒドでフェノール核及びアルコキシ基含有芳香環が連結された多価フェノール化合物)等のフェノール樹脂が挙げられる。
前記他のフェノール樹脂(X)の中でも、感度が高く、耐熱性にも優れる感光性樹脂組成物となることから、クレゾールノボラック樹脂又はクレゾールと他のフェノール性化合物との共縮ノボラック樹脂が好ましい。クレゾールノボラック樹脂又はクレゾールと他のフェノール性化合物との共縮ノボラック樹脂は、具体的には、o−クレゾール、m−クレゾール及びp−クレゾールからなる群から選ばれる少なくとも1つのクレゾールとアルデヒド化合物とを必須原料とし、適宜その他のフェノール性化合物を併用して得られるノボラック樹脂である。
前記クレゾール以外のその他のフェノール性化合物は、例えば、フェノール;2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール等のキシレノール;o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール等のエチルフェノール;イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、p−t−ブチルフェノール等のブチルフェノール;p−ペンチルフェノール、p−オクチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−クミルフェノール等のアルキルフェノール;フルオロフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、ヨードフェノール等のハロゲン化フェノール;p−フェニルフェノール、アミノフェノール、ニトロフェノール、ジニトロフェノール、トリニトロフェノール等の1置換フェノール;1−ナフトール、2−ナフトール等の縮合多環式フェノール;レゾルシン、アルキルレゾルシン、ピロガロール、カテコール、アルキルカテコール、ハイドロキノン、アルキルハイドロキノン、フロログルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシナフタリン等の多価フェノール等が挙げられる。これらその他のフェノール性化合物は、それぞれ単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。これらその他のフェノール性化合物を用いる場合、その使用量は、クレゾール原料の合計1モルに対し、その他のフェノール性化合物が0.05〜1モルの範囲となる割合であることが好ましい。
また、前記アルデヒド化合物は、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、ヘキサメチレンテトラミン、フルフラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、o−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等が挙げられ、それぞれ単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。中でも、反応性に優れることからホルムアルデヒドが好ましく、ホルムアルデヒドとその他のアルデヒド化合物を併用しても構わない。ホルムアルデヒドとその他のアルデヒド化合物を併用する場合、その他のアルデヒド化合物の使用量は、ホルムアルデヒド1モルに対して、0.05〜1モルの範囲とすることが好ましい。
ノボラック樹脂を製造する際のフェノール性化合物とアルデヒド化合物との反応比率は、感度と耐熱性に優れる感光性樹脂組成物が得られることから、フェノール性化合物1モルに対しアルデヒド化合物が0.3〜1.6モルの範囲であることが好ましく、0.5〜1.3の範囲であることがより好ましい。
前記フェノール性化合物とアルデヒド化合物との反応は、酸触媒存在下60〜140℃の温度条件で行い、次いで減圧条件下にて水や残存モノマーを除去する方法が挙げられる。ここで用いる酸触媒は、例えば、シュウ酸、硫酸、塩酸、フェノールスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸亜鉛、酢酸マンガン等が挙げられ、それぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。中でも、触媒活性に優れる点からシュウ酸が好ましい。
以上詳述したクレゾールノボラック樹脂、又はクレゾールと他のフェノール性化合物との共縮ノボラック樹脂の中でも、メタクレゾールを単独で用いたクレゾールノボラック樹脂、または、メタクレゾールとパラクレゾールとを併用したクレゾールノボラック樹脂であることが好ましい。また、後者においてメタクレゾールとパラクレゾールとの反応モル比[メタクレゾール/パラクレゾール]は、感度と耐熱性とのバランスに優れる感光性樹脂組成物となることから、10/0〜2/8の範囲が好ましく、7/3〜2/8の範囲がより好ましい。
前記その他の樹脂(X)を用いる場合、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂とその他の樹脂(X)との配合割合は所望の用途により任意に調整することが出来る。例えば、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂は感光剤と組み合わせたときの光感度や解像度、耐熱性に優れることから、これを主成分とする感光性組成物はレジスト用途に最適である。このとき、樹脂成分の合計における本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂の割合は、光感度が高く解像度や耐熱性にも優れる硬化性組成物となることから、60質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。
また、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂の光感度に優れる特徴を活かして、これを感度向上剤として用いることもできる。この場合前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂とその他の樹脂(X)との配合割合は、前記その他の樹脂(X)100質量部に対し、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂が3〜80質量部の範囲であることが好ましい。
前記感光剤は、例えば、キノンジアジド基を有する化合物が挙げられる。キノンジアジド基を有する化合物の具体例としては、例えば、芳香族(ポリ)ヒドロキシ化合物と、ナフトキノン−1,2−ジアジド−5−スルホン酸、ナフトキノン−1,2−ジアジド−4−スルホン酸、オルトアントラキノンジアジドスルホン酸等のキノンジアジド基を有するスルホン酸との完全エステル化合物、部分エステル化合物、アミド化物又は部分アミド化物などが挙げられる。
ここで用いる前記芳香族(ポリ)ヒドロキシ化合物は、例えば、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,4’−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,6−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4−トリヒドロキシ−2’−メチルベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3’,4,4’,6−ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,4’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,5−ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,3’,4,4’,5’,6−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、2,3,3’,4,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン等のポリヒドロキシベンゾフェノン化合物;
ビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−2−(2’,4’−ジヒドロキシフェニル)プロパン、2−(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)−2−(2’,3’,4’−トリヒドロキシフェニル)プロパン、4,4’−{1−[4−〔2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル〕フェニル]エチリデン}ビスフェノール,3,3’−ジメチル−{1−[4−〔2−(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル〕フェニル]エチリデン}ビスフェノール等のビス[(ポリ)ヒドロキシフェニル]アルカン化合物;
トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3、5−ジメチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン等のトリス(ヒドロキシフェニル)メタン化合物又はそのメチル置換体;
ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)−3−ヒドロキシフェニルメタン,ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン,ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン,ビス(5−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン,ビス(5−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)−3−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−2−ヒドロキシフェニル)−3−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−3−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−2−ヒドロキシフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−2−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5−シクロヘキシル−2−ヒドロキシ−4−メチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5−シクロヘキシル−2−ヒドロキシ−4−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタンなどの、ビス(シクロヘキシルヒドロキシフェニル)(ヒドロキシフェニル)メタン化合物又はそのメチル置換体等が挙げられる。これらの感光剤はそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
本発明の感光性組成物における前記感光剤の配合量は、光感度に優れる感光性組成物となることから、感光性組成物の樹脂固形分の合計100質量部に対し、5〜50質量部となる割合であることが好ましい。
本発明の感光性組成物は、レジスト用途に用いた場合の製膜性やパターンの密着性の向上、現像欠陥を低減するなどの目的で界面活性剤を含有していても良い。ここで用いる界面活性剤は、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セチルエーテル、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化合物、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル化合物、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル化合物、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル化合物等のノニオン系界面活性剤;フルオロ脂肪族基を有する重合性単量体と[ポリ(オキシアルキレン)](メタ)アクリレートとの共重合体など分子構造中にフッ素原子を有するフッ素系界面活性剤;分子構造中にシリコーン構造部位を有するシリコーン系界面活性剤等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
これらの界面活性剤の配合量は、本発明の感光性組成物中の樹脂固形分の合計100質量部に対し0.001〜2質量部の範囲で用いることが好ましい。
本発明の感光性組成物をフォトレジスト用途に用いる場合には、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂、感光剤の他、更に必要に応じてその他のフェノール樹脂(X)や界面活性剤、染料、充填材、架橋剤、溶解促進剤など各種の添加剤を加え、有機溶剤に溶解することによりレジスト用組成物とすることができる。これをそのままポジ型レジスト溶液と用いても良いし、或いは、該レジスト用組成物をフィルム状に塗布して脱溶剤させたものをポジ型レジストフィルムとして用いても良い。レジストフィルムとして用いる際の支持フィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂フィルムが挙げられ、単層フィルムでも複数の積層フィルムでも良い。また、該支持フィルムの表面はコロナ処理されたものや剥離剤が塗布されたものでも良い。
本発明のレジスト用組成物に用いる有機溶剤は特に限定されないが、例えば、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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブ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等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等のジアルキレングリコールジアルキルエーテル;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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メチルエーテルアセテート等のアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン等のケトン化合物;ジオキサン等の環式エーテル;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、オキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のエステル化合物が挙げられる、これらはそれぞれ単独でも地いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
本発明のレジスト用組成物は上記各成分を配合し、攪拌機等を用いて混合することにより調製できる。また、フォトレジスト用樹脂組成物が充填材や顔料を含有する場合には、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミル等の分散装置を用いて分散或いは混合して調製することが出来る。
本発明のレジスト用組成物を用いたフォトリソグラフィーの方法は、例えば、シリコン基板フォトリソグラフィーを行う対象物上にレジスト用組成物を塗布し、60〜150℃の温度条件でプリベークする。このときの塗布方法は、スピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターブレードコート等の何れの方法でも良い。次にレジストパターンの作成であるが、本発明のレジスト用組成物はポジ型であることから、目的とするレジストパターンを所定のマスクを通じて露光し、露光した箇所をアルカリ現像液にて溶解することにより、レジストパターンを形成する。本発明のレジスト用組成物は、露光部のアルカリ溶解性と、非露光部の耐アルカリ溶解性とが共に高いことから、解像度に優れるレジストパターンの形成が可能となる。
本発明の硬化性組成物は、前記本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂と、硬化剤とを必須の成分として含有する。本発明の硬化性組成物は、前記本発明のフェノール性水酸基含有樹脂以外に、その他の樹脂(Y)を併用しても良い。ここで用いるその他の樹脂(Y)は、例えば、各種のノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン等の脂環式ジエン化合物とフェノール化合物との付加重合樹脂、フェノール性水酸基含有化合物とアルコキシ基含有芳香族化合物との変性ノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂、ビフェニル変性ナフトール樹脂、アミノトリアジン変性フェノール樹脂、及び各種のビニル重合体等が挙げられる。
前記各種のノボラック樹脂は、より具体的には、フェノールェノール、クレゾールやキシレノール等のアルキルフェノール、フェニルフェノール、レゾルシノール、ビフェニル、ビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール性水酸基含有化合物と、アルデヒド化合物とを酸触媒条件下で反応させて得られる重合体が挙げられる。
前記各種のビニル重合体は、ポリヒドロキシスチレン、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルアントラセン、ポリビニルカルバゾール、ポリインデン、ポリアセナフチレン、ポリノルボルネン、ポリシクロデセン、ポリテトラシクロドデセン、ポリノルトリシクレン、ポリ(メタ)アクリレート等のビニル化合物の単独重合体或いはこれらの共重合体が挙げられる。
これらその他の樹脂を用いる場合、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂とその他の樹脂(Y)との配合割合は、用途に応じて任意に設定することが出来るが、本発明が奏するドライエッチング耐性と耐熱分解性とに優れる効果がより顕著に発現することから、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂100質量部に対し、その他の樹脂(Y)が0.5〜100質量部となる割合であることが好ましい。
本発明で用いる前記硬化剤は、例えば、メチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基で置換されたメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、レゾール樹脂、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、アルケニルエーテル基等の2重結合を含む化合物、酸無水物、オキサゾリン化合物等が挙げられる。
前記メラミン化合物は、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1〜6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜6個がアシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。
前記グアナミン化合物は、例えば、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。
前記グリコールウリル化合物は、例えば、1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル等が挙げられる。
前記ウレア化合物は、例えば、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(ブトキシメチル)尿素及び1,1,3,3−テトラキス(メトキシメチル)尿素等が挙げられる。
前記レゾール樹脂は、例えば、フェノール、クレゾールやキシレノール等のアルキルフェノール、フェニルフェノール、レゾルシノール、ビフェニル、ビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール性水酸基含有化合物と、アルデヒド化合物とをアルカリ性触媒条件下で反応させて得られる重合体が挙げられる。
前記エポキシ化合物は、例えば、ジグリシジルオキシナフタレン、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、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール−フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール−クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、1,1−ビス(2,7−ジグリシジルオキシ−1−ナフチル)アルカン、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール付加反応型エポキシ樹脂、リン原子含有エポキシ樹脂、フェノール性水酸基含有化合物とアルコキシ基含有芳香族化合物との共縮合物のポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
前記イソシアネート化合物は、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。
前記アジド化合物は、例えば、1,1’−ビフェニル−4,4’−ビスアジド、4,4’−メチリデンビスアジド、4,4’−オキシビスアジド等が挙げられる。
前記アルケニルエーテル基等の2重結合を含む化合物は、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロパンジオールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。
前記酸無水物は例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’−(イソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物等の芳香族酸無水物;無水テトラヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水ドデセニルコハク酸、無水トリアルキルテトラヒドロフタル酸等の脂環式カルボン酸無水物等が挙げられる。
これらの中でも、硬化性や硬化物における耐熱性に優れる硬化性組成物となることから、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、レゾール樹脂が好ましく、グリコールウリル化合物が特に好ましい。
本発明の硬化性組成物における前記硬化剤の配合量は、硬化性に優れる組成物となることから、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂とその他の樹脂(Y)との合計100質量部に対し、0.5〜50質量部となる割合であることが好ましい。
本発明の硬化性組成物をレジスト下層膜(BARC膜)用途に用いる場合には、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂、硬化剤の他、更に必要に応じてその他の樹脂(Y)、界面活性剤や染料、充填材、架橋剤、溶解促進剤など各種の添加剤を加え、有機溶剤に溶解することによりレジスト下層膜用組成物とすることができる。
レジスト下層膜用組成物に用いる有機溶剤は、特に限定されないが、例えば、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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブ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等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等のジアルキレングリコールジアルキルエーテル;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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メチルエーテルアセテート等のアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン等のケトン化合物;ジオキサン等の環式エーテル;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、オキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のエステル化合物が挙げられる、これらはそれぞれ単独でも地いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
前記レジスト下層膜用組成物は上記各成分を配合し、攪拌機等を用いて混合することにより調製できる。また、レジスト下層膜用組成物が充填材や顔料を含有する場合には、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミル等の分散装置を用いて分散或いは混合して調製することが出来る。
前記レジスト下層膜用組成物からレジスト下層膜を作成するには、例えば、前記レジスト下層膜用組成物を、シリコン基板などフォトリソグラフィーを行う対象物上に塗布し、100〜200℃の温度条件下で乾燥させた後、更に250〜400℃の温度条件下で加熱硬化させるなどの方法によりレジスト下層膜を形成する。次いで、この下層膜上で通常のフォトリソグラフィー操作を行ってレジストパターンを形成し、ハロゲン系プラズマガス等でドライエッチング処理することにより、多層レジスト法によるレジストパターンを形成することが出来る。
本発明の硬化性組成物をレジスト永久膜用途に用いる場合には、本発明のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂、硬化剤の他、更に必要に応じてその他の樹脂(Y)、界面活性剤や染料、充填材、架橋剤、溶解促進剤など各種の添加剤を加え、有機溶剤に溶解することによりレジスト永久膜用組成物とすることができる。ここで用いる有機溶剤は、レジスト下層膜用組成物で用いる有機溶剤と同様のものが挙げられる。
前記レジスト永久膜用組成物を用いたフォトリソグラフィーの方法は、例えば、有機溶剤に樹脂成分及び添加剤成分を溶解・分散させ、シリコン基板フォトリソグラフィーを行う対象物上に塗布し、60〜150℃の温度条件でプリベークする。このときの塗布方法は、スピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターブレードコート等の何れの方法でもよい。次にレジストパターンの作成であるが、当該レジスト永久膜用組成物がポジ型の場合には、目的とするレジストパターンを所定のマスクを通じて露光し、露光した箇所をアルカリ現像液にて溶解することにより、レジストパターンを形成する。
前記レジスト永久膜用組成物からなる永久膜は、例えば、半導体デバイス関係ではソルダーレジスト、パッケージ材、アンダーフィル材、回路素子等のパッケージ接着層や集積回路素子と回路基板の接着層、LCD、OELDに代表される薄型ディスプレイ関係では薄膜トランジスタ保護膜、液晶カラーフィルター保護膜、ブラックマトリックス、スペーサーなどに好適に用いることができる。
以下に具体的な例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明する。なお、合成した樹脂の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び多分散度(Mw/Mn)は、下記のGPCの測定条件で測定したものである。
[GPCの測定条件]
測定装置:東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」
カラム:昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmФ×300mm)+昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmФ×300mm)
+昭和電工株式会社製「Shodex KF803」(8.0mmФ×300mm)+昭和電工株式会社製「Shodex KF804」(8.0mmФ×300mm)
カラム温度:40℃
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.30」
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
試料:樹脂固形分換算で0.5質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの
注入量:0.1mL
標準試料:下記単分散ポリスチレン
(標準試料:単分散ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
また、13C−NMRスペクトルの測定は、日本電子(株)製「AL−400」を用い、試料のDMSO−d溶液を分析して構造解析を行った。以下に、13C−NMRスペクトルの測定条件を示す。
13C−NMRスペクトル測定条件]
測定モード:SGNNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
パルス角度:45℃パルス
試料濃度:30wt%
積算回数:10000回
製造例1 フェノール性水酸基含有化合物(A−1)の製造
冷却管を設置した2000mlの4口フラスコに、2,5−キシレノール293.2g(2.4mol)、4−ヒドロキシベンズアルデヒド122g(1mol)を仕込み、2−エトキシエタノール500mlに溶解させた。氷浴中で冷却しながら硫酸10mlを添加した後、マントルヒーターで100℃まで加熱し、2時間攪拌しながら反応させた。反応後、得られた溶液に水を加えて粗成生物を再沈殿させた。得られた粗生成物をアセトンに再溶解し、さらに水で再沈殿させた後、沈殿物を濾別して真空乾燥を行い、白色結晶のフェノール性水酸基含有化合物(A−1)213gを得た。13C−NMRにて下記構造式で表される化合物の生成を確認した。また、GPCチャート図から算出される純度は98.2%であった。フェノール性水酸基含有化合物(A−1)のGPCチャートを図1に、13C−NMRチャートを図2に示す。
Figure 2016185865
実施例1 ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1)の製造
冷却管を設置した300mlの4口フラスコに前記フェノール性水酸基含有化合物(A−1)34.8g(0.1mol)、3−ペンタデシルフェノール1.5g(0.005mol)を仕込んだ後、2−エトキシエタノール15ml、酢酸15mlに溶解させた。氷浴中で冷却しながら硫酸10mlを添加した後、92%パラホルムアルデヒド3.3g(0.1mol)を仕込んだ。オイルバスで80℃まで昇温し、10時間加熱、攪拌を継続し反応させた。反応後、得られた溶液に水を加えて粗生成物を再沈殿させた。得られた粗生成物をアセトンに再溶解し、さらに水で再沈殿させた後、沈殿物を濾別して真空乾燥し、赤色粉末のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1)33.6gを得た。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1)のGPCチャートを図3に示す。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1)の数平均分子量(Mn)は2,909、重量平均分子量(Mw)は14,426、多分散度(Mw/Mn)は4.96であった。
実施例2 ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2)の製造
冷却管を設置した300mlの4口フラスコに前記フェノール性水酸基含有化合物(A−1)34.8g(0.1mol)、3−ペンタデシルフェノール6.1g(0.02mol)を仕込んだ後、2−エトキシエタノール15ml、酢酸15mlに溶解させた。氷浴中で冷却しながら硫酸10mlを添加した後、92%パラホルムアルデヒド3.3g(0.1mol)を仕込んだ。オイルバスで80℃まで昇温し、10時間加熱、攪拌を継続し反応させた。反応後、得られた溶液に水を加えて粗生成物を再沈殿させた。得られた粗生成物をアセトンに再溶解し、さらに水で再沈殿させた後、沈殿物を濾別して真空乾燥し、赤色粉末のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2)37.3gを得た。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2)のGPCチャートを図4示す。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2)の数平均分子量(Mn)は3,200、重量平均分子量(Mw)は24,188、多分散度(Mw/Mn)は7.56であった。
実施例3 ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(3)の製造
冷却管を設置した300mlの4口フラスコに前記フェノール性水酸基含有化合物(A−1)34.8g(0.1mol)、4−ノニルフェノール2.2g(0.01mol)を仕込んだ後、2−エトキシエタノール15ml、酢酸15mlに溶解させた。氷浴中で冷却しながら硫酸10mlを添加した後、92%パラホルムアルデヒド3.3g(0.1mol)を仕込んだ。オイルバスで80℃まで昇温し、10時間加熱、攪拌を継続し反応させた。反応後、得られた溶液に水を加えて粗生成物を再沈殿させた。得られた粗生成物をアセトンに再溶解し、さらに水で再沈させた後、沈殿物を濾別して真空乾燥し、赤色粉末のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(3)35.1gを得た。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(3)のGPCチャートを図5に示す。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(3)の数平均分子量(Mn)は3,221、重量平均分子量(Mw)は18,778、多分散度(Mw/Mn)は5.83であった
比較製造例1 ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1’)の製造
冷却管を設置した300mlの4口フラスコにメタクレゾール13.0g(0.12mol)、パラクレゾール8.6g(0.08mol)、3−ペンタデシルフェノール6.1g(0.02mol)を仕込んだ後、2−エトキシエタノール15ml、酢酸15mlに溶解させた。氷浴中で冷却しながら硫酸10mlを添加した後、92%パラホルムアルデヒド6.5g(0.2mol)を仕込んだ。オイルバスで80℃まで昇温し、10時間加熱、攪拌を継続し反応させた。反応後、得られた溶液に水を加えて粗生成物を再沈殿させた。得られた粗生成物をアセトンに再溶解し、さらに水で再沈殿させた後、沈殿物を濾別して真空乾燥し、黄色粉末のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1’)24.6gを得た。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1’)のGPCチャートを図6に示す。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(1’)の数平均分子量(Mn)は1,792、重量平均分子量(Mw)は11,701、多分散度(Mw/Mn)は6.53であった
比較製造例2 ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2’)の製造
攪拌機、温度計を備えた2Lの4つ口フラスコに、m−クレゾール648g(6mol)、p−クレゾール432g(4mol)、シュウ酸2.5g(0.2mol)、42%ホルムアルデヒド492gを仕込み、100℃まで昇温、反応させた。常圧で200℃まで加熱して脱水及び蒸留し、更に230℃で6時間減圧蒸留を行い、淡黄色固形のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2’)736gを得た。ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂(2’)の数平均分子量(Mn)は1,450、重量平均分子量(Mw)は10,316、多分散度(Mw/Mn)は7.12であった。
実施例4〜6及び比較例1、2
実施例1〜3、比較製造例1、2で得たノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂について、下記の要領で評価した。結果を表1に示す。
感光性組成物の調製
前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂28質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60質量部に溶解させ、この溶液に感光剤12質量部を加えて溶解させた。これを0.2μmのメンブランフィルターで濾過し、感光性組成物を得た。
感光剤は東洋合成工業株式会社製「P−200」(4,4’−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール1モルと1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド2モルとの縮合物)を用いた。
耐熱性試験用組成物の調製
前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂28質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60質量部に溶解させ、これを0.2μmのメンブランフィルターで濾過し、耐熱性試験用組成物を得た。
アルカリ現像性[ADR(Å/s)]の評価
先で得た感光性組成物を5インチシリコンウェハー上に約1μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。このウェハーを2枚用意し、一方を「露光なしサンプル」とした。他方を「露光有サンプル」としてghi線ランプ(ウシオ電機株式会社製「マルチライト」)を用いて100mJ/cmのghi線を照射したのち、140℃、60秒間の条件で加熱処理を行った。
「露光なしサンプル」と「露光有サンプル」の両方をアルカリ現像液(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)に60秒間浸漬した後、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。各サンプルの現像液浸漬前後の膜厚を測定し、その差分を60で除した値をアルカリ現像性[ADR(Å/s)]とした。
光感度の評価
先で得た感光性組成物を5インチシリコンウェハー上に約1μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。このウェハー上にラインアンドスペースが1:1であり、ライン幅が1〜10μmまで1μmごとに設定されたレジストパターン対応のマスクを密着させた後、ghi線ランプ(ウシオ電機株式会社製「マルチライト」)を用いてghi線を照射し、140℃、60秒間の条件で加熱処理を行った。次いで、アルカリ現像液(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)に60秒間浸漬した後、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。
ghi線露光量を30mJ/cmから5mJ/cm毎に増加させた場合の、ライン幅3μmを忠実に再現することのできる露光量(Eop露光量)を評価した。
解像度の評価
先で得た感光性組成物を5インチシリコンウェハー上に約1μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。得られたウェハー上にフォトマスクを乗せ、先のアルカリ現像性評価の場合と同様の方法でghi線200mJ/cmを照射し、アルカリ現像操作を行った。レーザーマイクロスコープ(株式会社キーエンス製「VK−X200」)を用いてパターン状態を確認し、L/S=5μmで解像できているものを○、L/S=5μmで解像できていないものを×として評価した。
耐熱性評価
先で得た耐熱性試験用組成物を5インチシリコンウェハー上に約1μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。得られたウェハーより樹脂分をかきとり、そのガラス転移温度(Tg)を測定した。ガラス転移温度(Tg)の測定は示差走査熱量計(DSC)(株式会社TAインスツルメント製「Q100」)を用いて、窒素雰囲気下、温度範囲−100〜250℃、昇温温度10℃/分の条件で行った。
基板追従性
先で得た感光性組成物を5インチシリコンウェハー上に約50μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で300秒乾燥させた。得られたウェハーの表面をレーザーマイクロスコープ(株式会社キーエンス製「VK−X200」)を用いて観察し、クラックが無い場合を○、クラックがある場合を×として評価した。
柔軟性
先で得た感光性組成物を厚さ50μmのポリイミドフィルム上に約5μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で300秒乾燥させた。得られた積層フィルムを180度に折り曲げて、折り曲げ箇所の状態をレーザーマイクロスコープ(株式会社キーエンス製「VK−X200」)を用いて観察し、クラックが無い場合を○、クラックがある場合を×として評価した。
Figure 2016185865
実施例7〜9及び比較例3、4
実施例1〜3、比較製造例1、2で得たノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂について、下記の要領で評価した。結果を表2に示す。
硬化性組成物の調製
前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂16質量部、硬化剤(東京化成工業株式会社製「1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル」)4質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート30質量部に溶解させ、これを0.2μmのメンブランフィルターで濾過し、硬化性組成物を得た。
耐熱性試験用組成物の調製
前記ノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂28質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60質量部に溶解させ、これを0.2μmのメンブランフィルターで濾過し、耐熱性試験用組成物を得た。
アルカリ現像性[ADR(Å/s)]の評価
先で得た硬化性組成物を5インチシリコンウェハー上に約1μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。このウェハーを2枚用意し、一方を「未硬化サンプル」とした。他方を「硬化サンプル」として160℃、60秒間の条件で加熱処理を行った。
「未硬化サンプル」と「硬化サンプル」の両方をアルカリ現像液(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)に60秒間浸漬した後、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた。各サンプルの現像液浸漬前後の膜厚を測定し、その差分を60で除した値をアルカリ現像性[ADR(Å/s)]とした。
耐熱性評価
先で得た硬化性組成物を5インチシリコンウェハー上に約1μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で60秒乾燥させた後、160℃、60秒間の条件で加熱処理を行った。得られたウェハーより樹脂分をかきとり、そのガラス転移温度(Tg)を測定した。ガラス転移温度(Tg)の測定は示差走査熱量計(DSC)(株式会社TAインスツルメント製「Q100」)を用いて、窒素雰囲気下、温度範囲−100〜250℃、昇温温度10℃/分の条件で行った。
基板追従性
先で得た硬化性組成物を5インチシリコンウェハー上に約50μmの厚さになるようにスピンコーターで塗布し、110℃のホットプレート上で300秒乾燥させた。得られたウェハーの表面をレーザーマイクロスコープ(株式会社キーエンス製「VK−X200」)を用いて観察し、クラックが無い場合を○、クラックがある場合を×として評価した。
Figure 2016185865

Claims (10)

  1. 下記構造式(1)
    Figure 2016185865
    [式中、Arは下記構造式(Ar−1)又は(Ar−2)
    Figure 2016185865
    (式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかである。)
    で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。]
    で表されるフェノール性水酸基含有化合物(A)、下記構造式(2)
    Figure 2016185865
    [式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。]
    で表されるフェノール性水酸基含有化合物(B)及びアルデヒド化合物(C)を必須の反応成分とする重縮合物であることを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂。
  2. 前記フェノール性水酸基含有化合物(A)とフェノール性水酸基含有化合物(B)とのモル比[(A):(B)]が100:0.1〜100:30の範囲である請求項1記載のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂。
  3. 下記構造式(3)
    Figure 2016185865
    [式中、Arは下記構造式(Ar−3)又は(Ar−4)
    Figure 2016185865
    (式中nはそれぞれ独立に0〜2の整数、pは0〜5の整数、qは0〜7の整数であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、構造式(3)又は(4)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかである。の何れかである。)
    で表される構造部位であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子の何れかであり、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。]
    で表される構造部位(a)と、下記構造式(4)
    Figure 2016185865
    [式中Rは炭素原子数4〜20の脂肪族炭化水素基であり、jは1〜3の整数である。Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、構造式(3)又は(4)で表される構造部位と*印が付された炭素原子を介して結合する結合点の何れかであり、kは0〜(5−j)の整数である。Rは水素原子、アルキル基又はアリール基の何れかである。]
    で表される構造部位(b)とを繰り返し単位として有することを特徴とするノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂。
  4. 樹脂中に存在する前記構造部位(a−1)と前記構造部位(b−1)とのモル比[(a−1):(b−1)]が100:0.1〜100:30の範囲である請求項3記載のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂。
  5. 請求項1〜4の何れか一つに記載のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂と感光剤とを含有する感光性組成物。
  6. 請求項5記載の感光性組成物からなるレジスト膜。
  7. 請求項1〜4の何れか一つに記載のノボラック型フェノール性水酸基含有樹脂と硬化剤とを含有する硬化性組成物。
  8. 請求項7記載の硬化性組成物を硬化させてなる硬化物。
  9. 請求項7記載の硬化性組成物からなるレジスト下層膜。
  10. 請求項7記載の硬化性組成物からなるレジスト永久膜。
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