TW201936396A - 感光層、積層體、感光性樹脂組成物、試劑盒 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種感光層、積層體、感光性樹脂組成物、試劑盒,該感光層包含於具有水溶性樹脂層和感光層之積層體中,感光層由感光性樹脂組成物形成,該感光性樹脂組成物包含藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂,藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於23℃的乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之單元,將未照射的上述感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/s以下,上述水溶性樹脂層上的上述感光性樹脂組成物的靜態接觸角為60°以下。
Description
本發明係有關一種感光層、積層體、感光性樹脂組成物、試劑盒。
近年來,廣泛利用使用了有機半導體之電子器件。與習知之使用了矽等的無機半導體之器件相比,使用了有機半導體之器件具有能夠藉由簡單的製程來製造之優點。進而,有機半導體能夠藉由改變其分子結構來輕易地改變材料特性。又,材料的變化豐富,認為能夠實現如藉由無機半導體無法實現之功能或元件。有機半導體具有例如可應用於有機太陽電池、有機電致發光顯示器、有機光檢測器、有機場效電晶體、有機電致發光元件、氣體感測器、有機整流元件、有機反相器、資訊記錄元件等電子設備之可能性。
目前為止,已藉由印刷技術來進行了有機半導體的圖案形成。但是,基於印刷技術之圖案形成中微細加工受限制。又,有機半導體還具有容易受損之問題。
因此,正在檢討將水溶性樹脂用作保護膜之有機半導體的圖案形成方法。例如,在專利文獻1中揭示一種積層體,其在有機半導體層上依次包含特定的水溶性樹脂層和感光層,且水溶性樹脂層與感光層接觸。藉此,記載為實現基於感光層的曝光顯影之微細圖案,且能夠抑制積層體的凹陷。在專利文獻2及專利文獻3中揭示有一種積層體,其在有機半導體層的表面具有水溶性樹脂層及感光層,該積層體中,將特定的光酸產生劑和特定的樹脂摻合於該感光性樹脂組成物中。藉此,記載為能夠在有機半導體上形成良好的圖案。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開WO2016/175220號小冊子
[專利文獻2]日本特開2015-194674號公報
[專利文獻3]日本特開2015-087609號公報
[專利文獻2]日本特開2015-194674號公報
[專利文獻3]日本特開2015-087609號公報
依據如上述的技術,藉由將水溶性樹脂層介於有機半導體層與感光層之間,可實現確保有機半導體層的保護性。
在此,在製造厚度厚的感光層之情形等下,要求在感光層中使用大分子量的樹脂。這係為了抑制凹陷的產生。又,在如進行複數次圖案形成之情形下,為了抑制段差的影響,要求厚的感光層。
然而,大分子量的樹脂導致對疏水性顯影液的溶解速度顯著變慢。因此,就生產效率的觀點而言,要求提高溶解速度。為了提高溶解速度,考慮提高感光層的樹脂的疏水性,但是那樣的話,感光層與水溶性樹脂層的密合性下降,引起圖案剝離等。本發明的目的為解決該問題,且目的為提供一種即使將大分子量的樹脂用於感光層,亦能夠適當地形成圖案之感光層、積層體、感光性樹脂組成物及試劑盒。
在此,在製造厚度厚的感光層之情形等下,要求在感光層中使用大分子量的樹脂。這係為了抑制凹陷的產生。又,在如進行複數次圖案形成之情形下,為了抑制段差的影響,要求厚的感光層。
然而,大分子量的樹脂導致對疏水性顯影液的溶解速度顯著變慢。因此,就生產效率的觀點而言,要求提高溶解速度。為了提高溶解速度,考慮提高感光層的樹脂的疏水性,但是那樣的話,感光層與水溶性樹脂層的密合性下降,引起圖案剝離等。本發明的目的為解決該問題,且目的為提供一種即使將大分子量的樹脂用於感光層,亦能夠適當地形成圖案之感光層、積層體、感光性樹脂組成物及試劑盒。
為了解決上述問題,本發明人等反覆進行了各種材料、結構的探討、改善、試驗。其結果,發現藉由均衡地設計感光層的溶解速度和感光性樹脂組成物與水溶性樹脂層的靜態接觸角,即使將大分子量的樹脂用於感光層,亦能夠適當地形成圖案,以完成本發明。亦即,本發明提供以下方式。
<1>一種感光層,其包含於具有水溶性樹脂層和感光層之積層體中,
上述感光層由感光性樹脂組成物形成,該感光性樹脂組成物包含藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂,藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於23℃的乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團,
將未照射的上述感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/s以下,
上述水溶性樹脂層上的上述感光性樹脂組成物的靜態接觸角為60°以下。
<2>如<1>所述之感光層,其中上述感光層相對於i射線照射具有感光能力。
<3>如<1>或<2>所述之感光層,其中上述感光性樹脂組成物中的水的含量為0.01質量%以上且1質量%以下。
<4>如<1>至<3>中任一項所述之感光層,其中上述溶解速度的變化為溶解速度下降。
<5>如<1>至<4>中任一項所述之感光層,其中上述感光層中所含之樹脂具有由下述式(1)表示的構成單元,
[化學式1]
式中,R8 表示氫原子或烷基,L1 表示羰基或伸苯基,R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。
<6>如<1>至<5>中任一項所述之感光層,其中上述感光性樹脂組成物的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量為1質量ppt~1000質量ppb。
<7>如<1>至<6>中任一項所述之感光層,其用於有機半導體層加工。
<8>一種積層體,其具有<1>至<7>中任一項所述之感光層和水溶性樹脂層。
<9>如<8>所述之積層體,其還具有有機半導體層,且依次積層有上述有機半導體層、上述水溶性樹脂層及上述感光層。
<10>如<8>或<9>所述之積層體,其中藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為對上述乙酸丁酯的溶解速度大的樹脂與對上述乙酸丁酯的溶解速度小的樹脂的混合物。
<11>一種感光性樹脂組成物,其用於形成感光層,該感光性樹脂組成物中
上述感光層為與水溶性樹脂層組合而形成積層體之層,將未曝光的上述感光層浸漬於乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/秒以下,
上述感光性樹脂組成物含有藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂,
藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元的50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團,且為上述水溶性樹脂層上的靜態接觸角為60°以下之樹脂。
<12>如<11>所述之感光性樹脂組成物,其用於有機半導體層加工。
<13>一種試劑盒,其用於依次形成水溶性樹脂層和感光層,該試劑盒具有<11>或<12>所述之感光性樹脂組成物和水溶性樹脂組成物。
<14>一種<13>所述之試劑盒,其用於有機半導體層加工。
[發明效果]
上述感光層由感光性樹脂組成物形成,該感光性樹脂組成物包含藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂,藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於23℃的乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團,
將未照射的上述感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/s以下,
上述水溶性樹脂層上的上述感光性樹脂組成物的靜態接觸角為60°以下。
<2>如<1>所述之感光層,其中上述感光層相對於i射線照射具有感光能力。
<3>如<1>或<2>所述之感光層,其中上述感光性樹脂組成物中的水的含量為0.01質量%以上且1質量%以下。
<4>如<1>至<3>中任一項所述之感光層,其中上述溶解速度的變化為溶解速度下降。
<5>如<1>至<4>中任一項所述之感光層,其中上述感光層中所含之樹脂具有由下述式(1)表示的構成單元,
[化學式1]
式中,R8 表示氫原子或烷基,L1 表示羰基或伸苯基,R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。
<6>如<1>至<5>中任一項所述之感光層,其中上述感光性樹脂組成物的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量為1質量ppt~1000質量ppb。
<7>如<1>至<6>中任一項所述之感光層,其用於有機半導體層加工。
<8>一種積層體,其具有<1>至<7>中任一項所述之感光層和水溶性樹脂層。
<9>如<8>所述之積層體,其還具有有機半導體層,且依次積層有上述有機半導體層、上述水溶性樹脂層及上述感光層。
<10>如<8>或<9>所述之積層體,其中藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為對上述乙酸丁酯的溶解速度大的樹脂與對上述乙酸丁酯的溶解速度小的樹脂的混合物。
<11>一種感光性樹脂組成物,其用於形成感光層,該感光性樹脂組成物中
上述感光層為與水溶性樹脂層組合而形成積層體之層,將未曝光的上述感光層浸漬於乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/秒以下,
上述感光性樹脂組成物含有藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂,
藉由上述酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元的50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團,且為上述水溶性樹脂層上的靜態接觸角為60°以下之樹脂。
<12>如<11>所述之感光性樹脂組成物,其用於有機半導體層加工。
<13>一種試劑盒,其用於依次形成水溶性樹脂層和感光層,該試劑盒具有<11>或<12>所述之感光性樹脂組成物和水溶性樹脂組成物。
<14>一種<13>所述之試劑盒,其用於有機半導體層加工。
[發明效果]
依本發明,能夠提供一種即使將大分子量的樹脂用於感光層,亦能夠適當地形成圖案之感光層積層體、感光性樹脂組成物及試劑盒。
關於以下所記載之本發明中的構成要素的說明,有時基於本發明的代表性實施態樣來進行,但是本發明並不限定於該種實施態樣。
本說明書中的基團(原子團)的標記中,未標註取代及未取代之標記包含不具有取代基之基團及具有取代基之基團。例如,所謂“烷基”不僅包含不具有取代基之烷基(未取代之烷基),而且還包含具有取代基之烷基(取代之烷基)。
又,本說明書中的“光化射線”係指例如以水銀燈的明線光譜、準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X射線、電子束等。並且,本發明中,所謂“光”係指光化射線或放射線。本說明書中,所謂“曝光”,只要無特別說明,則不僅包含基於以水銀燈、準分子雷射為代表之遠紫外線、X射線、EUV光等之曝光,還包含基於電子束、離子束等粒子束之繪製。
在本說明書中,使用“~”表示之數值範圍係指將記載於“~”的前後之數值作為下限值及上限值而包含之範圍。
又,本說明書中,“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯及丙烯酸甲酯這兩者或、任一者,“(甲基)丙烯酸”表示丙烯酸及甲基丙烯酸這兩者或任一者,“(甲基)丙烯醯基”表示丙烯醯基及甲基丙烯醯基這兩者或任一者。
本說明書中,“步驟”這一用語,不僅係指獨立之步驟,即使在無法與其他步驟明確地進行區分之情形下,亦發揮該步驟的所期待的作用,則該步驟亦包含於本用語中。
本說明書中,固體成分濃度係指除溶劑以外的其他成分的質量相對於組成物的總質量的百分比。
本說明書中,記載為“上”、“下”時,可以係其結構的上側或下側。亦即,可以插入其他結構,無需接觸。另外,只要無特別說明,則將感光層側稱為上且將基板或有機半導體層側稱為下。
本說明書中的基團(原子團)的標記中,未標註取代及未取代之標記包含不具有取代基之基團及具有取代基之基團。例如,所謂“烷基”不僅包含不具有取代基之烷基(未取代之烷基),而且還包含具有取代基之烷基(取代之烷基)。
又,本說明書中的“光化射線”係指例如以水銀燈的明線光譜、準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X射線、電子束等。並且,本發明中,所謂“光”係指光化射線或放射線。本說明書中,所謂“曝光”,只要無特別說明,則不僅包含基於以水銀燈、準分子雷射為代表之遠紫外線、X射線、EUV光等之曝光,還包含基於電子束、離子束等粒子束之繪製。
在本說明書中,使用“~”表示之數值範圍係指將記載於“~”的前後之數值作為下限值及上限值而包含之範圍。
又,本說明書中,“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯及丙烯酸甲酯這兩者或、任一者,“(甲基)丙烯酸”表示丙烯酸及甲基丙烯酸這兩者或任一者,“(甲基)丙烯醯基”表示丙烯醯基及甲基丙烯醯基這兩者或任一者。
本說明書中,“步驟”這一用語,不僅係指獨立之步驟,即使在無法與其他步驟明確地進行區分之情形下,亦發揮該步驟的所期待的作用,則該步驟亦包含於本用語中。
本說明書中,固體成分濃度係指除溶劑以外的其他成分的質量相對於組成物的總質量的百分比。
本說明書中,記載為“上”、“下”時,可以係其結構的上側或下側。亦即,可以插入其他結構,無需接觸。另外,只要無特別說明,則將感光層側稱為上且將基板或有機半導體層側稱為下。
本發明的感光層包含於具有水溶性樹脂層和感光層之積層體中,該感光層的特徵為,其由感光性樹脂組成物形成,該感光性樹脂組成物包含藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物(在本說明書中有時將該化合物稱為“產酸劑”)及可溶於乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂為藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂(酸反應性樹脂),且為重量平均分子量係10,000~50,000且藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團,將未曝光的上述感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/秒以上且200nm/秒以下,上述感光層形成用組成物在上述水溶性樹脂層上的靜態接觸角為60°以下。
藉由設為該種構成,即使將大分子量的樹脂用於感光層,亦能夠適當地形成圖案。
亦即,大分子量的樹脂導致對疏水性顯影液的溶解速度顯著變慢。為了提高溶解速度,考慮提高樹脂的疏水性,但是那樣的話,與水溶性樹脂層的密合性下降,引起圖案剝離等。在此,為了抑制圖案剝離,考慮調節成不含容易成為圖案剝離的契機之氣泡等。因此,藉由將感光性樹脂組成物與水溶性樹脂層的接觸角調節在既定的範圍內,即使使用大分子量的樹脂,亦可成功於適當地形成圖案。
藉由設為該種構成,即使將大分子量的樹脂用於感光層,亦能夠適當地形成圖案。
亦即,大分子量的樹脂導致對疏水性顯影液的溶解速度顯著變慢。為了提高溶解速度,考慮提高樹脂的疏水性,但是那樣的話,與水溶性樹脂層的密合性下降,引起圖案剝離等。在此,為了抑制圖案剝離,考慮調節成不含容易成為圖案剝離的契機之氣泡等。因此,藉由將感光性樹脂組成物與水溶性樹脂層的接觸角調節在既定的範圍內,即使使用大分子量的樹脂,亦可成功於適當地形成圖案。
本發明的感光層與水溶性樹脂層組合使用,將兩者在接觸之狀態下配置為較佳。若示出本發明的一實施形態,則如圖1(a)所示之例子那樣,在基板4上配置有有機半導體層3。進而,將保護有機半導體層3之水溶性樹脂層2以接觸之形式設置於該有機半導體層3上。接著,以與該水溶性樹脂層接觸之形式在該水溶性樹脂層上配置有感光層1。圖1(b)所示之例子中,形成有經改良之感光層1,即使藉由既定的遮罩對其進行曝光顯影,在去除部5中亦沒有產生缺陷。如此,本發明的感光層在積層於水溶性樹脂層上之狀態下發揮特別高的效果。
圖1(a)~圖1(b)中,作為例子示出了設置於有機半導體層上之形態,但是可以在其他材料的表面組合使用水溶性樹脂層和感光層。本發明中,用於有機半導體層加工為較佳。本發明的積層體為具有本發明的感光層和水溶性樹脂層之積層體,較佳為還具有有機半導體層,且依次積層有上述有機半導體層、上述水溶性樹脂層及上述感光層之積層體。又,該等層相互接觸為較佳。
以下,對各層的特徵及構成該各層之材料等進行說明。
圖1(a)~圖1(b)中,作為例子示出了設置於有機半導體層上之形態,但是可以在其他材料的表面組合使用水溶性樹脂層和感光層。本發明中,用於有機半導體層加工為較佳。本發明的積層體為具有本發明的感光層和水溶性樹脂層之積層體,較佳為還具有有機半導體層,且依次積層有上述有機半導體層、上述水溶性樹脂層及上述感光層之積層體。又,該等層相互接觸為較佳。
以下,對各層的特徵及構成該各層之材料等進行說明。
<有機半導體層>
有機半導體層為包含顯示半導體的特性之有機材料之層。與包含無機材料之半導體的情形同樣地,在有機半導體中具有傳導作為載子之正孔之p型有機半導體、及傳導作為載子之電子之n型有機半導體。有機半導體層中的載子的流動容易度由載子遷移率μ表示。雖然亦取決於用途,但是通常遷移率高為較佳,10-7 cm2 /Vs以上為較佳,10-6 cm2 /Vs以上為更佳,10-5 cm2 /Vs以上為進一步較佳。遷移率能夠藉由製作場效電晶體(FET)元件時的特性或飛行時間測量(TOF)法來求出。
有機半導體層為包含顯示半導體的特性之有機材料之層。與包含無機材料之半導體的情形同樣地,在有機半導體中具有傳導作為載子之正孔之p型有機半導體、及傳導作為載子之電子之n型有機半導體。有機半導體層中的載子的流動容易度由載子遷移率μ表示。雖然亦取決於用途,但是通常遷移率高為較佳,10-7 cm2 /Vs以上為較佳,10-6 cm2 /Vs以上為更佳,10-5 cm2 /Vs以上為進一步較佳。遷移率能夠藉由製作場效電晶體(FET)元件時的特性或飛行時間測量(TOF)法來求出。
如上所述,有機半導體層在基板上製膜來使用為較佳。亦即,在有機半導體層的遠離水溶性樹脂層的側的面具有基板為較佳。作為基板,例如能夠舉出矽、石英、陶瓷、玻璃、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對鈦酸乙二酯(PET)等的聚酯薄膜、聚醯亞胺薄膜等各種材料,可以依據用途選擇任何基板。例如,在用於可撓性元件之情形下,能夠使用可撓性基板。又,基板的厚度並無特別限定。
作為有機半導體層中能夠使用之p型半導體材料,只要係顯示孔(正孔)輸送性之材料,則可以使用有機半導體材料中的任何材料,但是較佳為p型π共軛高分子(例如,取代或未取代的聚噻吩(例如,聚(3-己基噻吩)(P3HT,Sigma-Aldrich Co. LLC製造)等)、聚硒吩、聚吡咯、聚對伸苯基、聚對伸苯基伸乙烯、聚噻吩伸乙烯、聚苯胺等)、稠合多環化合物(例如,取代或未取代的蒽、并四苯、并五苯、蒽二噻吩(anthradithiophene)、六苯并蔻等(hexabenzocoronene))、三芳胺化合物(例如,m-MTDATA(4,4’,4”-三[(3-甲基苯基)苯胺基]三苯胺(4,4’,4”-Tris[(3- methylphenyl)phenylamino] triphenylamine))、2-TNATA(4,4’,4”-三[2-萘基(苯基)胺基]三苯胺(4,4’,4”-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine))、NPD(N,N’-二[(1-萘基)-N,N’-二苯基]-1,1’-聯苯基)-4,4’-二胺(N,N’-Di[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine))、TPD(N,N’-二苯基-N,N’-二(間甲苯基)聯苯胺(N,N’-Diphenyl-N,N’-di(m-tolyl)benzidine))、mCP(1,3-雙(9-咔唑基)苯(1,3-bis(9-carbazolyl)benzene))、CBP(4,4’-雙(9-咔唑基)-2,2’-聯苯基(4,4’-bis(9-carbazolyl)-2,2’-biphenyl))等)、雜5員環化合物(例如,取代或未取代的寡聚噻吩、TTF(四硫富瓦烯)等)、酞青化合物(取代或未取代的各種中心金屬的酞青、萘酞青、蒽酞青、四吡并四氮雜卟啉)、卟啉化合物(取代或未取代的各種中心金屬的卟啉)、奈米碳管、將半導體聚合物進行了改質之奈米碳管、石墨烯中的任一個,更佳為p型π共軛高分子、稠合多環化合物、三芳胺化合物、雜5員環化合物、酞青化合物、卟啉化合物中的任一個,進一步較佳為p型π共軛高分子。
作為有機半導體層中能夠使用之n型半導體材料,只要係具有電子輸送性者,則可以係任何有機半導體材料,但是較佳為富勒烯化合物、電子缺乏性酞青化合物、萘四羰基化合物、苝四羰基化合物、TCNQ化合物(四氰基對苯二醌二甲烷化合物)、n型π共軛高分子,更佳為富勒烯化合物、電子缺乏性酞青化合物、萘四羰基化合物、苝四羰基化合物、n型π共軛高分子,特佳為富勒烯化合物、n型π共軛高分子。本發明中,富勒烯化合物係指取代或未取代的富勒烯,作為富勒烯,可以係C60
、C70
、C76
、C78
、C80
、C82
、C84
、C86
、C88
、C90
、C96
、C116
、C180
、C240
、C540
富勒烯等中的任一個,但是較佳為取代或未取代的C60
、C70
、C86
富勒烯,特佳為PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯,Sigma-Aldrich Co. LLC製造等)及其類似物(將C60
部分取代為C70
、C86
等而得者、將取代基的苯環取代為其他芳香環或雜環而得者、將甲酯取代為正丁酯、異丁酯等而得者)。電子缺乏性酞青類係指鍵結有4個以上拉電子基之各種中心金屬的酞青(F16
MPc、FPc-S8等,其中,M表示中心金屬,Pc表示酞青,S8表示(正辛基磺醯基))、萘酞青、蒽酞青、取代或未取代的四吡并四氮雜卟啉(tetrapyrazinoporphyrazine)等。作為萘四羰基化合物,可以係任何者,但是較佳為萘四羧酸二酐(NTCDA)、萘雙醯亞胺化合物(NTCDI)、紫環酮顏料(顏料橙(Pigment Orange)43、顏料紅(Pigment Red)194等)。作為苝四羰基化合物,可以係任何者,但是較佳為苝四羧酸酐(PTCDA)、苝雙醯亞胺化合物(PTCDI)、苯并咪唑稠環物(PV)。TCNQ化合物係指取代或未取代的TCNQ、及將TCNQ的苯環部分取代為另一個芳香環或雜環而得者,例如為TCNQ、TCAQ(四氰基對苯二醌二甲烷)、TCN3T(2,2’-((2E,2’’E)-3’,4’-烷基經取代-5H,5’’H-[2,2’:5’,2’’-三噻吩]-5,5’’-二亞基)二丙二腈衍生物(2,2’-((2E,2’’E)-3’,4’-Alkyl substituted-5H,5’’H-[2,2’:5’,2’’-terthiophene]-5,5’’-diylidene)dimalononitrile derivatives))等。還可舉出石墨烯。以下示出n型有機半導體材料的特佳例。
另外,作為式中的R,可以係任何者,但是氫原子、取代或未取代且支鏈或直鏈的烷基(較佳為碳數1~18者,更佳為碳數1~12者,進一步較佳為碳數1~8者)、取代或未取代的芳基(較佳為碳數6~30者,更佳為碳數6~20者,進一步較佳為碳數6~14者)中的任一個為較佳。Me為甲基。
[化學式2]
有機半導體層中所含之顯示半導體的特性之有機材料可以係1種,亦可以係2種以上。
有機半導體層中所含之顯示半導體的特性之有機材料可以係1種,亦可以係2種以上。
通常,將上述材料摻合於溶劑中,以層狀應用於基板上,並進行乾燥而製膜。作為應用方法,能夠參閱後述之水溶性樹脂層的記載。
作為溶劑,例如可舉出己烷、辛烷、癸烷、甲苯、二甲苯、乙基苯、1-甲基萘等烴系溶劑;例如,丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮系溶劑;例如,二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、氯苯、二氯苯、氯甲苯等鹵化烴系溶劑;例如,乙酸乙酯、乙酸丁酯、醋酸戊酯(amyl acetate)等酯系溶劑;例如,甲醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、環己醇、甲基纖溶劑、乙基纖溶劑、乙二醇等醇系溶劑;例如,二丁醚、四氫呋喃、二㗁烷、苯甲醚等醚系溶劑;例如,N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-咪唑啶酮、二甲基亞碸等極性溶劑等。該等溶劑可以僅使用1種,亦可以使用2種以上。
形成有機半導體層之組成物(有機半導體形成用組成物)中的有機半導體的比例較佳為0.1~80質量%,更佳為0.1~30質量%,藉此能夠形成任意厚度的膜。
作為溶劑,例如可舉出己烷、辛烷、癸烷、甲苯、二甲苯、乙基苯、1-甲基萘等烴系溶劑;例如,丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮系溶劑;例如,二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、氯苯、二氯苯、氯甲苯等鹵化烴系溶劑;例如,乙酸乙酯、乙酸丁酯、醋酸戊酯(amyl acetate)等酯系溶劑;例如,甲醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、環己醇、甲基纖溶劑、乙基纖溶劑、乙二醇等醇系溶劑;例如,二丁醚、四氫呋喃、二㗁烷、苯甲醚等醚系溶劑;例如,N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-咪唑啶酮、二甲基亞碸等極性溶劑等。該等溶劑可以僅使用1種,亦可以使用2種以上。
形成有機半導體層之組成物(有機半導體形成用組成物)中的有機半導體的比例較佳為0.1~80質量%,更佳為0.1~30質量%,藉此能夠形成任意厚度的膜。
又,可以在有機半導體形成用組成物中摻合樹脂黏合劑。在該情形下,能夠將形成膜之材料和黏合劑樹脂溶解或分散於前述適當的溶劑中以製成塗佈液並藉由各種塗佈法來形成薄膜。作為樹脂黏合劑,能夠舉出聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚胺酯、聚矽氧烷、聚碸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯、纖維素、聚乙烯,聚丙烯等絕緣性聚合物、及該等共聚物、聚乙烯咔唑、聚矽烷等光電導性聚合物、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚對伸苯基伸乙烯等導電性聚合物等。樹脂黏合劑可以單獨使用,或可以併用複數種。若考慮薄膜的機械性強度,則玻璃轉移溫度高的樹脂黏合劑為較佳,若考慮電荷遷移率,則包含不含極性基團之結構的光電導性聚合物或導電性聚合物之樹脂黏合劑為較佳。
在摻合樹脂黏合劑之情形下,其摻合量在有機半導體層中以0.1~30質量%使用為較佳。樹脂黏合劑可以僅使用1種,亦可以使用2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
依據用途,可以單獨及添加有各種半導體材料、添加劑之混合溶液塗佈於基板等上,以製成包含複數種材料種類之混合膜。例如,在製作光電轉換層之情形下,能夠使用與另一種半導體材料的混合溶液等。
又,製膜時,可以對基板進行加熱或冷卻,且藉由改變基板的溫度而能夠控制膜質或膜中的分子的堆積。作為基板的溫度,並無特別限制,但是較佳為-200℃~400℃,更佳為-100℃~300℃,進一步較佳為0℃~200℃。
所形成之有機半導體層能夠藉由後處理來調節特性。例如,藉由暴露經加熱處理或蒸汽化之溶劑,改變膜的形態或膜中的分子的堆積,藉此能夠提高特性。又,藉由暴露於氧化性或還原性氣體或溶劑、物質等、或將它們進行混合,引起氧化或還原反應,能夠調節膜中的載子密度。
關於有機半導體層的膜厚,並無特別限制,依據所使用之電子器件的種類等而不同,但是較佳為5nm~50μm,更佳為10nm~5μm,進一步較佳為20nm~500nm。
依據用途,可以單獨及添加有各種半導體材料、添加劑之混合溶液塗佈於基板等上,以製成包含複數種材料種類之混合膜。例如,在製作光電轉換層之情形下,能夠使用與另一種半導體材料的混合溶液等。
又,製膜時,可以對基板進行加熱或冷卻,且藉由改變基板的溫度而能夠控制膜質或膜中的分子的堆積。作為基板的溫度,並無特別限制,但是較佳為-200℃~400℃,更佳為-100℃~300℃,進一步較佳為0℃~200℃。
所形成之有機半導體層能夠藉由後處理來調節特性。例如,藉由暴露經加熱處理或蒸汽化之溶劑,改變膜的形態或膜中的分子的堆積,藉此能夠提高特性。又,藉由暴露於氧化性或還原性氣體或溶劑、物質等、或將它們進行混合,引起氧化或還原反應,能夠調節膜中的載子密度。
關於有機半導體層的膜厚,並無特別限制,依據所使用之電子器件的種類等而不同,但是較佳為5nm~50μm,更佳為10nm~5μm,進一步較佳為20nm~500nm。
<水溶性樹脂層(水溶性樹脂組成物)>
水溶性樹脂層包含水溶性樹脂,且由水溶性樹脂組成物形成為較佳。水溶性樹脂係指能夠溶解於20℃的條件下的水100g之樹脂的量為1g以上之樹脂,5g以上之樹脂為較佳,10g以上為更佳,30g以上為進一步較佳。雖然沒有上限,但是20g為符合實際。
水溶性樹脂層包含水溶性樹脂,且由水溶性樹脂組成物形成為較佳。水溶性樹脂係指能夠溶解於20℃的條件下的水100g之樹脂的量為1g以上之樹脂,5g以上之樹脂為較佳,10g以上為更佳,30g以上為進一步較佳。雖然沒有上限,但是20g為符合實際。
作為水溶性樹脂,具體而言,能夠舉出聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、水溶性多糖類(水溶性纖維素(甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素等)、普魯蘭多醣或普魯蘭多醣衍生物、澱粉、羥丙基澱粉、羧甲基澱粉、幾丁聚糖、環糊精)、聚環氧乙烷、聚乙基㗁唑啉等,PVP、PVA為較佳,PVA為更佳。又,可以從其中選擇主鏈結構不同的2種以上來使用,亦可以用作共聚物。
水溶性樹脂的重量平均分子量並無特別限定,但是本發明所使用之聚乙烯吡咯烷酮的重量平均分子量係50,000~400,000為較佳。本發明所使用之聚乙烯醇的重量平均分子量係15000~100,000為較佳。其他樹脂中,在10,000~300,000的範圍內為較佳。
又,本發明所使用之水溶性樹脂(上述PVP、PVA)的分散度(重量平均分子量/數平均分子量)係1.0~5.0為較佳,2.0~4.0為更佳。
又,本發明所使用之水溶性樹脂(上述PVP、PVA)的分散度(重量平均分子量/數平均分子量)係1.0~5.0為較佳,2.0~4.0為更佳。
水溶性樹脂組成物中的水溶性樹脂的含量,可以依需要適當地調節,但是係30質量%以下為較佳,25質量%以下為更佳,20質量%以下為進一步較佳。作為下限,1質量%以上為較佳,2質量%以上為更佳,4質量%以上為進一步較佳。
水溶性樹脂層的厚度係0.1μm以上為較佳,0.5μm以上為更佳,1.0μm以上為更進一步較佳,2.0μm以上為進一步較佳。作為水溶性樹脂層的厚度的上限值,10μm以下為較佳,5.0μm以下為更佳,3.0μm以下為進一步較佳。
水溶性樹脂層例如能夠藉由將包含1種或2種以上的上述水溶性樹脂的水溶性樹脂組成物應用於有機半導體層上並使其乾燥來形成。通常,水溶性樹脂組成物包含水來作為溶劑,還可以包含其他添加劑。
水溶性樹脂組成物的固體成分濃度係0.5~30質量%為較佳,1.0~20質量%為更佳,2.0~14質量%為進一步較佳。
水溶性樹脂層例如能夠藉由將包含1種或2種以上的上述水溶性樹脂的水溶性樹脂組成物應用於有機半導體層上並使其乾燥來形成。通常,水溶性樹脂組成物包含水來作為溶劑,還可以包含其他添加劑。
水溶性樹脂組成物的固體成分濃度係0.5~30質量%為較佳,1.0~20質量%為更佳,2.0~14質量%為進一步較佳。
作為應用方法,塗佈為較佳。作為應用方法的例子,能夠舉出狹縫塗佈法、流延法、刮刀塗佈法、線棒塗佈法、噴塗法、浸漬(Dipping)塗佈法、液珠塗佈法、氣刀塗佈法、簾塗佈法、噴墨法、旋塗法、朗繆爾-布洛傑特(Langmuir-Blodgett)(LB)法等。利用流延法、旋塗法及噴墨法為進一步較佳。藉由該種製程,能夠以低成本生產表面平滑且大面積的水溶性樹脂層。
在水溶性樹脂組成物中還含有用於提高塗佈性之界面活性劑為較佳。
作為界面活性劑,只要係降低表面張力者,則可以係非離子系、陰離子系、兩性氟系等任一種。作為界面活性劑,例如能夠使用聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯鯨蠟基醚、聚氧乙烯硬脂基醚等聚氧乙烯烷基醚類、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚等聚氧乙烯烷基芳基醚類、聚氧乙烯硬質酸酯等聚氧乙烯烷基酯類、去水山梨糖醇單月桂酸酯、去水山梨醇單硬脂酸酯、去水山梨糖醇二硬脂酸酯、去水山梨糖醇單油酸酯、去水山梨糖醇油酸酯、去水山梨糖醇三油酸酯等去水山梨糖醇烷基酯類、甘油單硬脂酸酯、甘油單油酸酯等單甘油烷基酯等含有氟或矽之寡聚物等乙炔二醇、乙炔二醇的環氧乙烷加成物等、非離子系界面活性劑;十二烷基苯磺酸鈉等烷基苯磺酸鹽類、丁基萘磺酸鈉、戊基萘磺酸鈉、己基萘磺酸鈉、辛基萘磺酸鈉等烷基萘磺酸鹽類、月桂基硫酸鈉等烷基硫酸鹽類、十二烷基磺酸鈉等烷基磺酸鹽類、二月桂基磺基琥珀酸鈉等磺基琥珀酸酯鹽類等陰離子系界面活性劑;月桂基甜菜鹼、硬脂甜菜鹼等烷基甜菜鹼類、胺基酸類等兩性界面活性劑。
作為界面活性劑,只要係降低表面張力者,則可以係非離子系、陰離子系、兩性氟系等任一種。作為界面活性劑,例如能夠使用聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯鯨蠟基醚、聚氧乙烯硬脂基醚等聚氧乙烯烷基醚類、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚等聚氧乙烯烷基芳基醚類、聚氧乙烯硬質酸酯等聚氧乙烯烷基酯類、去水山梨糖醇單月桂酸酯、去水山梨醇單硬脂酸酯、去水山梨糖醇二硬脂酸酯、去水山梨糖醇單油酸酯、去水山梨糖醇油酸酯、去水山梨糖醇三油酸酯等去水山梨糖醇烷基酯類、甘油單硬脂酸酯、甘油單油酸酯等單甘油烷基酯等含有氟或矽之寡聚物等乙炔二醇、乙炔二醇的環氧乙烷加成物等、非離子系界面活性劑;十二烷基苯磺酸鈉等烷基苯磺酸鹽類、丁基萘磺酸鈉、戊基萘磺酸鈉、己基萘磺酸鈉、辛基萘磺酸鈉等烷基萘磺酸鹽類、月桂基硫酸鈉等烷基硫酸鹽類、十二烷基磺酸鈉等烷基磺酸鹽類、二月桂基磺基琥珀酸鈉等磺基琥珀酸酯鹽類等陰離子系界面活性劑;月桂基甜菜鹼、硬脂甜菜鹼等烷基甜菜鹼類、胺基酸類等兩性界面活性劑。
在水溶性樹脂組成物包含界面活性劑之情形下,在固體成分中,界面活性劑的添加量係以較佳為0.001~20質量%、更佳為0.001~5質量%、進一步較佳為0.01~1質量%的比例包含之量。該等界面活性劑可以僅使用1種,亦可以使用2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
<感光層(感光性樹脂組成物)>
感光層由包含產酸劑和樹脂之感光層形成用組成物形成。感光層中的酸反應性樹脂的重量平均分子量係10,000以上,15,000以上為較佳,20,000以上為進一步較佳。作為上限值,係50,000以下,45,000以下為較佳。本發明中,就即使使用該種大分子量的樹脂,亦能夠適當地形成圖案之觀點而言,價值高。
又,酸反應性樹脂中所含之重量平均分子量1,000以下的成分的量係所有酸反應性樹脂成分的10質量%以下為較佳,5質量%以下為更佳。藉由設為該種構成,能夠降低樹脂製造批次之間的靈敏度波動。
酸反應性樹脂的分散度(重量平均分子量/數平均分子量)係1.0~4.0為較佳,1.1~2.5為更佳。
另外,本發明中,重量分子量採用藉由實施例所示之方法測量之值。
感光層由包含產酸劑和樹脂之感光層形成用組成物形成。感光層中的酸反應性樹脂的重量平均分子量係10,000以上,15,000以上為較佳,20,000以上為進一步較佳。作為上限值,係50,000以下,45,000以下為較佳。本發明中,就即使使用該種大分子量的樹脂,亦能夠適當地形成圖案之觀點而言,價值高。
又,酸反應性樹脂中所含之重量平均分子量1,000以下的成分的量係所有酸反應性樹脂成分的10質量%以下為較佳,5質量%以下為更佳。藉由設為該種構成,能夠降低樹脂製造批次之間的靈敏度波動。
酸反應性樹脂的分散度(重量平均分子量/數平均分子量)係1.0~4.0為較佳,1.1~2.5為更佳。
另外,本發明中,重量分子量採用藉由實施例所示之方法測量之值。
形成感光層之感光性樹脂組成物可以包含溶劑。可例示感光性樹脂組成物中所含之溶劑量為1~10質量%之態樣。感光層較佳為化學增幅型感光層。藉由感光層為化學增幅型,能夠實現高保存穩定性和微細圖案形成性。
感光層中的酸反應性樹脂的含量係20~99.9質量%為較佳,40~99質量%為更佳,70~99質量%為進一步較佳。可以包含1種或2種以上的酸反應性樹脂。在使用2種以上之情形下,總量成為上述範圍為較佳。
本發明中,酸反應性樹脂可以係相對於乙酸丁酯的溶解速度大的樹脂與相對於乙酸丁酯的溶解速度小的樹脂的混合物。例如,例示溶解速度小於20nm/s的酸反應性樹脂與溶解速度超過200nm/s的樹脂的混合物。此時的溶解速度係指在後述之實施例1中藉由後述之實施例中所記載之方法測量將酸反應性樹脂替換為上述酸反應性樹脂之組成物之溶解速度。
關於感光層,其曝光部難溶於包含有機溶劑之顯影液為較佳。難溶係指曝光部難以溶解於顯影液,具體而言,藉由在波長365nm(i射線)、波長248nm(KrF射線)及波長193nm(ArF射線)中的至少1個下以50mJ/cm2 以上的照射量進行曝光,極性發生變化,難溶於sp值(溶解參數值)小於19(MPa)1/2 之溶劑為較佳,難溶於18.5(MPa)1/2 以下的溶劑為更佳,難溶於18.0(MPa)1/2 以下的溶劑為進一步較佳。進而,藉由在波長365nm(i射線)、波長248nm(KrF射線)及波長193nm(ArF射線)中的至少1個下以50~250mJ/cm2 的照射量進行曝光,如上所述那樣極性發生變化為更佳。
本發明中,酸反應性樹脂可以係相對於乙酸丁酯的溶解速度大的樹脂與相對於乙酸丁酯的溶解速度小的樹脂的混合物。例如,例示溶解速度小於20nm/s的酸反應性樹脂與溶解速度超過200nm/s的樹脂的混合物。此時的溶解速度係指在後述之實施例1中藉由後述之實施例中所記載之方法測量將酸反應性樹脂替換為上述酸反應性樹脂之組成物之溶解速度。
關於感光層,其曝光部難溶於包含有機溶劑之顯影液為較佳。難溶係指曝光部難以溶解於顯影液,具體而言,藉由在波長365nm(i射線)、波長248nm(KrF射線)及波長193nm(ArF射線)中的至少1個下以50mJ/cm2 以上的照射量進行曝光,極性發生變化,難溶於sp值(溶解參數值)小於19(MPa)1/2 之溶劑為較佳,難溶於18.5(MPa)1/2 以下的溶劑為更佳,難溶於18.0(MPa)1/2 以下的溶劑為進一步較佳。進而,藉由在波長365nm(i射線)、波長248nm(KrF射線)及波長193nm(ArF射線)中的至少1個下以50~250mJ/cm2 的照射量進行曝光,如上所述那樣極性發生變化為更佳。
感光層可以係負型感光層,亦可以係正型感光層,但是係負型感光層為較佳,這是因為能夠形成更加微細的凹槽或空穴圖案。
就提高解析力的觀點而言,感光層的厚度係0.5μm以上為較佳,可以超過1.0μm,亦可以係1.5μm以上,還可以係1.8μm以上。作為感光層的厚度的上限值,10μm以下為較佳,5.0μm以下為更佳,可以係3.0μm以下。
進而,感光層與水溶性樹脂層的厚度總計係2.0μm以上為較佳。作為上限值,20.0μm以下為較佳,10.0μm以下為更佳,5.0μm以下為進一步較佳。
就提高解析力的觀點而言,感光層的厚度係0.5μm以上為較佳,可以超過1.0μm,亦可以係1.5μm以上,還可以係1.8μm以上。作為感光層的厚度的上限值,10μm以下為較佳,5.0μm以下為更佳,可以係3.0μm以下。
進而,感光層與水溶性樹脂層的厚度總計係2.0μm以上為較佳。作為上限值,20.0μm以下為較佳,10.0μm以下為更佳,5.0μm以下為進一步較佳。
感光層相對於i射線的照射具有感光能力之為較佳。感光能力係指材料藉由光化射線及放射線中的至少一者的照射(在相對於i射線的照射具有感光能力之情形下,藉由i射線的照射)而發生變質之性質,本發明中材料的變質伴隨著相對於乙酸丁酯之溶解速度的變化。
感光層的過度顯影係數係1.0~4.0為較佳,1.1~1.9為更佳。藉由設在該種範圍內,能夠有效地發揮圖案的擬合、底切的抑制等效果。過度顯影係數依據後述之實施例的記載來進行測量/算出。
感光層的過度顯影係數係1.0~4.0為較佳,1.1~1.9為更佳。藉由設在該種範圍內,能夠有效地發揮圖案的擬合、底切的抑制等效果。過度顯影係數依據後述之實施例的記載來進行測量/算出。
感光性樹脂組成物係至少含有酸反應性樹脂及光酸產生劑之化學增幅型感光性樹脂組成物為較佳。
<<溶解速度>>
本發明中,將未照射的感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度規定為20nm/秒以上且200nm/秒以下。該溶解速度係180nm/秒以下為較佳,150nm/秒以下為更佳,120nm/秒以下為進一步較佳。作為下限,25nm/秒以上為較佳,40nm/秒以上為更佳,70nm/秒以上為進一步較佳。藉由將該溶解速度設在上述範圍內,與在下述中規定感光性樹脂組成物的靜態接觸角相結合,抑制或防止感光層的底切的發生,防止由此引起之圖案的崩塌,且不僅如此還能夠有效地抑制感光層的剝離。另外,本說明書中,感光層的溶解速度的測量方法基於後述實施例中採用之方法。
本發明中,將未照射的感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度規定為20nm/秒以上且200nm/秒以下。該溶解速度係180nm/秒以下為較佳,150nm/秒以下為更佳,120nm/秒以下為進一步較佳。作為下限,25nm/秒以上為較佳,40nm/秒以上為更佳,70nm/秒以上為進一步較佳。藉由將該溶解速度設在上述範圍內,與在下述中規定感光性樹脂組成物的靜態接觸角相結合,抑制或防止感光層的底切的發生,防止由此引起之圖案的崩塌,且不僅如此還能夠有效地抑制感光層的剝離。另外,本說明書中,感光層的溶解速度的測量方法基於後述實施例中採用之方法。
<<酸反應性樹脂>>
酸反應性樹脂為構成感光性樹脂組成物之樹脂成分,相對於乙酸丁酯的溶解速度藉由源自藉由光化射線及放射線中的至少一者的照射而產生酸之化合物之酸的作用而發生變化。本發明中所使用之酸反應性樹脂為可溶於23℃的乙酸丁酯之疏水性樹脂。
酸反應性樹脂為構成感光性樹脂組成物之樹脂成分,相對於乙酸丁酯的溶解速度藉由源自藉由光化射線及放射線中的至少一者的照射而產生酸之化合物之酸的作用而發生變化。本發明中所使用之酸反應性樹脂為可溶於23℃的乙酸丁酯之疏水性樹脂。
酸反應性樹脂為構成感光性樹脂組成物之樹脂成分,通常,係含有包含藉由酸而解離之基團之構成單元之樹脂,還可以包含其他構成單元。
酸反應性樹脂係可溶於sp值(溶解參數值)為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑,且當由下述式(1)表示之構成單元中的四氫呋喃基分解或解離時難溶於sp值為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑之樹脂為較佳。
在此,“可溶於sp值(溶解參數值)為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑”,係指藉由將化合物(樹脂)的溶液塗佈於基板上並在100℃的條件下加熱1分鐘而形成之化合物(樹脂)的塗膜(厚度為1μm)在23℃的條件下相對於乙酸丁酯之溶解速度為20nm/秒以上,“難溶於sp值為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑”,係指藉由將化合物(樹脂)的溶液塗佈於基板上並在100℃的條件下加熱1分鐘而形成之化合物(樹脂)的塗膜(厚度為1μm)在23℃的條件下相對於乙酸丁酯之溶解速度小於0.1nm/秒。
酸反應性樹脂係可溶於sp值(溶解參數值)為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑,且當由下述式(1)表示之構成單元中的四氫呋喃基分解或解離時難溶於sp值為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑之樹脂為較佳。
在此,“可溶於sp值(溶解參數值)為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑”,係指藉由將化合物(樹脂)的溶液塗佈於基板上並在100℃的條件下加熱1分鐘而形成之化合物(樹脂)的塗膜(厚度為1μm)在23℃的條件下相對於乙酸丁酯之溶解速度為20nm/秒以上,“難溶於sp值為18.0(MPa)1/2 以下的有機溶劑”,係指藉由將化合物(樹脂)的溶液塗佈於基板上並在100℃的條件下加熱1分鐘而形成之化合物(樹脂)的塗膜(厚度為1μm)在23℃的條件下相對於乙酸丁酯之溶解速度小於0.1nm/秒。
本發明中,對於酸反應性樹脂,溶解速度藉由酸的作用而發生變化為較佳,該變化為溶解速度下降為更佳。對照射光化射線等之前的酸反應性樹脂的sp值為18.0(MPa)1/2
以下的有機溶劑(典型地,乙酸丁酯)的溶解速度係40nm/秒以上為更佳。又,照射光化射線等而使酸反應性樹脂的酸分解性基分解時,對sp值為18.0(MPa)1/2
以下的有機溶劑(典型地,乙酸丁酯)的溶解速度小於0.05nm/秒為更佳。
可以根據常規方法而使感光層或酸反應性樹脂的溶解速度發生變化,但是例如能夠藉由構成酸反應性樹脂之聚合物的分子量、分子結構的選擇、酸的保護基的種類的選擇、分子內的酸及保護基的導入量、產酸劑的種類的選擇、酸反應性樹脂與產酸劑的量的比例、樹脂的sp值、固體成分中的低分子化合物的比例的調節等來調節上述溶解速度。具體而言,為了提高溶解速度,可例示使樹脂的分子量下降、使樹脂的sp值接近乙酸丁酯的sp值、增加固體成分中的低分子比例等方式。相反地,為了降低溶解速度,可例示提高樹脂的分子量、使樹脂的sp值遠離乙酸丁酯的sp值、降低固體成分中的低分子比例等方式。又,可以將溶解速度小於20nm/s的樹脂與溶解速度超過200nm/s的樹脂進行混合。
<<保護基>>
本發明中,酸反應性樹脂中,藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團。在此,可溶於鹼水溶液之基團係具有酸基之構成單元為較佳。作為酸基,可舉出羥基(包含酚性羥基)、羧基、磺酸基、亞磺酸基、磷酸基、膦酸基等。所謂構成單元,典型地,係指聚合物的重複構成單元(有時簡稱為構成單元),但是還有時係指構成單元中的取代基或若干個取代基的總稱。所謂藉由疏水性保護基保護,作為典型例,係指可溶於上述鹼水溶液之基團所具有之官能基(通常係酸基)被疏水性取代基取代之狀態。例如,可舉出具有烷基之取代基取代酚性羥基,並形成醚鍵之態樣等。或者,可舉出四氫吡喃基取代羧基並形成酯之例子。基於上述疏水性保護基之保護,能夠藉由相對於在一分子內存在之可溶於鹼水溶液之基團所具有之官能基(通常係酸基)的數量,疏水性取代基以多少比例取代來進行評價。
若以莫耳比基準顯示該比例,則在本發明中,如上所述,係50莫耳%以上且100莫耳%以下,55莫耳%以上且100莫耳%以下為較佳,60莫耳%以上且100莫耳%以下為更佳。作為成為保護基之烷基,可以係一級烷基,亦可亦係二級烷基,還可以係三級烷基,可以係鏈狀,亦可以係環狀,可以係直鏈,亦可以係支鏈。該烷基可以在鏈中插入氧原子或羰基。可以成為環狀並成為㗁環或四氫呋喃環。又,可以由芳基(碳數6~22為較佳,6~18為更佳,6~10為進一步較佳)取代。所插入之氧原子相對於碳原子1~12個係1個的比例為較佳。或者,可舉出後述式(2)的取代基A的例子。
其中,酸反應性樹脂係丙烯酸系聚合物為較佳。
本發明中,酸反應性樹脂中,藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團。在此,可溶於鹼水溶液之基團係具有酸基之構成單元為較佳。作為酸基,可舉出羥基(包含酚性羥基)、羧基、磺酸基、亞磺酸基、磷酸基、膦酸基等。所謂構成單元,典型地,係指聚合物的重複構成單元(有時簡稱為構成單元),但是還有時係指構成單元中的取代基或若干個取代基的總稱。所謂藉由疏水性保護基保護,作為典型例,係指可溶於上述鹼水溶液之基團所具有之官能基(通常係酸基)被疏水性取代基取代之狀態。例如,可舉出具有烷基之取代基取代酚性羥基,並形成醚鍵之態樣等。或者,可舉出四氫吡喃基取代羧基並形成酯之例子。基於上述疏水性保護基之保護,能夠藉由相對於在一分子內存在之可溶於鹼水溶液之基團所具有之官能基(通常係酸基)的數量,疏水性取代基以多少比例取代來進行評價。
若以莫耳比基準顯示該比例,則在本發明中,如上所述,係50莫耳%以上且100莫耳%以下,55莫耳%以上且100莫耳%以下為較佳,60莫耳%以上且100莫耳%以下為更佳。作為成為保護基之烷基,可以係一級烷基,亦可亦係二級烷基,還可以係三級烷基,可以係鏈狀,亦可以係環狀,可以係直鏈,亦可以係支鏈。該烷基可以在鏈中插入氧原子或羰基。可以成為環狀並成為㗁環或四氫呋喃環。又,可以由芳基(碳數6~22為較佳,6~18為更佳,6~10為進一步較佳)取代。所插入之氧原子相對於碳原子1~12個係1個的比例為較佳。或者,可舉出後述式(2)的取代基A的例子。
其中,酸反應性樹脂係丙烯酸系聚合物為較佳。
<<丙烯酸系聚合物>>
“丙烯酸系聚合物”為加成聚合型樹脂,且為包含源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元之聚合物,可以包含除了源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元以外的構成單元、例如源自苯乙烯類之構成單元或源自乙烯基化合物之構成單元等。丙烯酸系聚合物中,相對於聚合物中的所有構成單元具有50莫耳%以上的源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元為較佳,具有80莫耳%以上為更佳,僅包含源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元之聚合物為特佳。該種丙烯酸系聚合物較佳地用於負型顯影。
“丙烯酸系聚合物”為加成聚合型樹脂,且為包含源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元之聚合物,可以包含除了源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元以外的構成單元、例如源自苯乙烯類之構成單元或源自乙烯基化合物之構成單元等。丙烯酸系聚合物中,相對於聚合物中的所有構成單元具有50莫耳%以上的源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元為較佳,具有80莫耳%以上為更佳,僅包含源自(甲基)丙烯酸或其酯之構成單元之聚合物為特佳。該種丙烯酸系聚合物較佳地用於負型顯影。
丙烯酸系聚合物係具有含有被保護之羧基或被保護之酚性羥基之構成單元者亦為較佳。作為能夠形成含有被保護之羧基之構成單元之單體,例如能夠舉出由酸解離性基團保護之(甲基)丙烯酸。
作為具有酚性羥基之單體,能夠舉出對羥基苯乙烯、α-甲基-對羥基苯乙烯等羥基苯乙烯類等作為較佳者。其中,α-甲基-對羥基苯乙烯為更佳。
丙烯酸系聚合物具有環狀醚酯結構為較佳,具有由下述式(1)表示之結構為更佳。
[化學式3]
式中,R8 表示氫原子或烷基(碳數1~12為較佳,1~6為更佳,1~3為進一步較佳),L1 表示羰基或伸苯基,R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。R8 係氫原子或甲基為較佳,甲基為更佳。
L1 表示羰基或伸苯基,羰基為較佳。
R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。R1 ~R7 中的烷基與R8 含義相同,較佳的態樣亦相同。又,R1 ~R7 中的1個以上係氫原子為較佳,R1 ~R7 全部係氫原子為更佳。
[化學式3]
式中,R8 表示氫原子或烷基(碳數1~12為較佳,1~6為更佳,1~3為進一步較佳),L1 表示羰基或伸苯基,R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。R8 係氫原子或甲基為較佳,甲基為更佳。
L1 表示羰基或伸苯基,羰基為較佳。
R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。R1 ~R7 中的烷基與R8 含義相同,較佳的態樣亦相同。又,R1 ~R7 中的1個以上係氫原子為較佳,R1 ~R7 全部係氫原子為更佳。
作為構成單元(1),尤其係(1-1)及(1-2)為較佳。
[化學式4]
用於形成構成單元(1)之自由基聚合性單體可以使用市售品,還能夠使用藉由公知的方法合成者。例如,能夠藉由在酸觸媒的存在下使(甲基)丙烯酸與二氫呋喃化合物進行反應來進行合成。或者,還能夠藉由與前驅物單體進行聚合之後,使羧基或酚性羥基與二氫呋喃化合物進行反應來形成。
[化學式4]
用於形成構成單元(1)之自由基聚合性單體可以使用市售品,還能夠使用藉由公知的方法合成者。例如,能夠藉由在酸觸媒的存在下使(甲基)丙烯酸與二氫呋喃化合物進行反應來進行合成。或者,還能夠藉由與前驅物單體進行聚合之後,使羧基或酚性羥基與二氫呋喃化合物進行反應來形成。
作為含有被保護之酚性羥基之構成單元,可舉出下述式(2)的構成單元。
[化學式5]
A表示藉由氫原子或酸的作用而脫離之基團。作為藉由酸的作用而脫離之基團,烷基(碳數1~12為較佳,1~6為更佳,1~3為進一步較佳)、烷氧基烷基(碳數2~12為較佳,2~6為更佳,2~3為進一步較佳)、芳氧基烷基(總碳數7~40為較佳,7~30為更佳,7~20為進一步較佳)、烷氧基羰基(碳數2~12為較佳,2~6為更佳,2~3為進一步較佳)、芳氧基羰基(碳數7~23為較佳,7~19為更佳,7~11為進一步較佳)為較佳。A還可以具有取代基。R10 表示取代基。R9 表示與式(1)中的R8 含義相同的基團。nx表示0~3的整數。
[化學式5]
A表示藉由氫原子或酸的作用而脫離之基團。作為藉由酸的作用而脫離之基團,烷基(碳數1~12為較佳,1~6為更佳,1~3為進一步較佳)、烷氧基烷基(碳數2~12為較佳,2~6為更佳,2~3為進一步較佳)、芳氧基烷基(總碳數7~40為較佳,7~30為更佳,7~20為進一步較佳)、烷氧基羰基(碳數2~12為較佳,2~6為更佳,2~3為進一步較佳)、芳氧基羰基(碳數7~23為較佳,7~19為更佳,7~11為進一步較佳)為較佳。A還可以具有取代基。R10 表示取代基。R9 表示與式(1)中的R8 含義相同的基團。nx表示0~3的整數。
作為藉由酸而解離之基團,日本特開2008-197480號公報的段落號0039~0049中所記載的化合物中具有藉由酸而解離之基團之構成單元亦為較佳,且日本特開2012-159830號公報(日本專利第5191567號)的段落號0052~0056中所記載的化合物亦為較佳,且該等內容被編入本說明書中。
雖然示出構成單元(2)的具體例,但是本發明並不係限定於其而解釋者。
[化學式6]
[化學式7]
[化學式6]
[化學式7]
丙烯酸系聚合物中,構成單元(1)及構成單元(2)的比例係5~80莫耳%為較佳,10~70莫耳%為更佳,10~60莫耳%為進一步較佳。丙烯酸系聚合物可以僅包含1種構成單元(1),亦可以包含2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
酸反應性樹脂可以含有具有交聯性基團之構成單元。關於交聯性基團的詳細內容,能夠參閱日本特開2011-209692號公報的段落號0032~0046的記載,且該等內容被編入本說明書中。
酸反應性樹脂包含具有交聯性基團之構成單元(構成單元(3))之態樣亦為較佳,但是設為實質上不含具有交聯性基團之構成單元(3)之構成為較佳。藉由設為該種構成,能夠在圖案形成之後,更加有效地去除感光層。在此,實質上例如係指酸反應性樹脂的所有構成單元的3莫耳%以下,較佳為1莫耳%以下。
酸反應性樹脂包含具有交聯性基團之構成單元(構成單元(3))之態樣亦為較佳,但是設為實質上不含具有交聯性基團之構成單元(3)之構成為較佳。藉由設為該種構成,能夠在圖案形成之後,更加有效地去除感光層。在此,實質上例如係指酸反應性樹脂的所有構成單元的3莫耳%以下,較佳為1莫耳%以下。
酸反應性樹脂可以含有其他構成單元(構成單元(4))。作為用於形成構成單元(4)之自由基聚合性單體,例如能夠舉出日本特開2004-264623號公報的段落號0021~0024中所記載的化合物。作為構成單元(4)的較佳例,可舉出源自選自包含含羥基之不飽和羧酸酯、含脂環結構之不飽和羧酸酯、苯乙烯及N取代順丁烯二醯亞胺的組群中之至少1種之構成單元。其中,如(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸三環[5.2.1.02,6]癸烷-8-基、(甲基)丙烯酸三環[5.2.1.02,6]癸烷-8-基氧基乙酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸2-甲基環己酯之含脂環結構之(甲基)丙烯酸酯類、或如苯乙烯之疏水性單體為較佳。
構成單元(4)能夠使用1種,或能夠組合2種以上來使用。構成丙烯酸系聚合物之所有單體單元中,含有構成單元(4)時之形成構成單元(4)之單體單元的含有率係1~60莫耳%為較佳,5~50莫耳%為更佳,5~40莫耳%為進一步較佳。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
構成單元(4)能夠使用1種,或能夠組合2種以上來使用。構成丙烯酸系聚合物之所有單體單元中,含有構成單元(4)時之形成構成單元(4)之單體單元的含有率係1~60莫耳%為較佳,5~50莫耳%為更佳,5~40莫耳%為進一步較佳。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
關於丙烯酸系聚合物的合成法,已知有各種方法,但是若舉一例,則能夠藉由在有機溶劑中,使用自由基聚合起始劑使包含用於至少形成構成單元(1)、構成單元(2)等之自由基聚合性單體之自由基聚合性單體混合物聚合來進行合成。
作為酸反應性樹脂,藉由在沒有酸觸媒的情形下,在室溫(25℃)~100℃左右的溫度下,將2,3-二氫呋喃加成到使不飽和多元羧酸酐類共聚而得之前驅共聚物中的酸酐基而獲得之共聚物亦為較佳。
作為酸反應性樹脂的較佳例,還可舉出以下樹脂。
BzMA/THFMA/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/THFAA/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/THPMA/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/PEES/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA為甲基丙烯酸苄酯,THFMA為四氫呋喃-2-基甲基丙烯酸酯,BuMA為甲基丙烯酸丁酯,THFAA為四氫呋喃-2-基丙烯酸酯,THPMA為四氫-2H-吡喃-2-基甲基丙烯酸酯,PEES為對乙氧基乙氧基苯乙烯。
作為酸反應性樹脂,藉由在沒有酸觸媒的情形下,在室溫(25℃)~100℃左右的溫度下,將2,3-二氫呋喃加成到使不飽和多元羧酸酐類共聚而得之前驅共聚物中的酸酐基而獲得之共聚物亦為較佳。
作為酸反應性樹脂的較佳例,還可舉出以下樹脂。
BzMA/THFMA/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/THFAA/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/THPMA/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/PEES/t-BuMA(莫耳比:20~60:35~65:5~30)
BzMA為甲基丙烯酸苄酯,THFMA為四氫呋喃-2-基甲基丙烯酸酯,BuMA為甲基丙烯酸丁酯,THFAA為四氫呋喃-2-基丙烯酸酯,THPMA為四氫-2H-吡喃-2-基甲基丙烯酸酯,PEES為對乙氧基乙氧基苯乙烯。
作為用於正型顯影之酸反應性樹脂,可例示日本特開2013-011678號公報中所記載者,且該等內容被編入本說明書中。
相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,感光性樹脂組成物中的酸反應性樹脂的含量係20~99質量%為較佳,40~99質量%為更佳,70~99質量%為進一步較佳。若含量在該範圍內,則顯影時的圖案形成性變得良好。酸反應性樹脂可以僅包含1種,亦可以包含2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
又,酸反應性樹脂佔感光性樹脂組成物中所含之樹脂成分的10質量%以上為較佳,佔50質量%以上為更佳,佔90質量%以上為進一步較佳。
又,酸反應性樹脂佔感光性樹脂組成物中所含之樹脂成分的10質量%以上為較佳,佔50質量%以上為更佳,佔90質量%以上為進一步較佳。
<<光酸產生劑>>
感光性樹脂組成物可以包含光酸產生劑。光酸產生劑係在365nm的波長下具有吸收之光酸產生劑為較佳。
光酸產生劑係具有肟磺酸酯基之化合物(以下,還簡稱為肟磺酸鹽化合物)為較佳。
感光性樹脂組成物可以包含光酸產生劑。光酸產生劑係在365nm的波長下具有吸收之光酸產生劑為較佳。
光酸產生劑係具有肟磺酸酯基之化合物(以下,還簡稱為肟磺酸鹽化合物)為較佳。
關於肟磺酸鹽化合物,只要具有肟磺酸酯基,則並無特別限制,但是由下述式(OS-1)、後述之式(OS-103)、式(OS-104)、或式(OS-105)表示之肟磺酸鹽化合物為較佳。
[化學式8]
X3 表示烷基、烷氧基或鹵素原子。在存在複數個X3 之情形下,可以各自相同,亦可以不同。上述X3 中的烷基及烷氧基可以具有取代基。作為上述X3 中的烷基,碳數1~4的直鏈狀或支鏈狀烷基為較佳。作為上述X3 中的烷氧基,碳數1~4的直鏈狀或支鏈狀烷氧基為較佳。作為上述X3 中的鹵素原子,氯原子或氟原子為較佳。
m3表示0~3的整數,0或1為較佳。當m3為2或3時,複數個X3 可以相同,亦可以不同。
R34 表示烷基或芳基,碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數1~5的鹵化烷基、碳數1~5的鹵化烷氧基、可以被W取代之苯基、可以被W取代之萘基或可以被W取代之苯甲醯亞胺酸基為較佳。W表示鹵素原子、氰基、硝基、碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數1~5的鹵化烷基或碳數1~5的鹵化烷氧基、碳數6~20的芳基、碳數6~20的鹵化芳基。
[化學式8]
X3 表示烷基、烷氧基或鹵素原子。在存在複數個X3 之情形下,可以各自相同,亦可以不同。上述X3 中的烷基及烷氧基可以具有取代基。作為上述X3 中的烷基,碳數1~4的直鏈狀或支鏈狀烷基為較佳。作為上述X3 中的烷氧基,碳數1~4的直鏈狀或支鏈狀烷氧基為較佳。作為上述X3 中的鹵素原子,氯原子或氟原子為較佳。
m3表示0~3的整數,0或1為較佳。當m3為2或3時,複數個X3 可以相同,亦可以不同。
R34 表示烷基或芳基,碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數1~5的鹵化烷基、碳數1~5的鹵化烷氧基、可以被W取代之苯基、可以被W取代之萘基或可以被W取代之苯甲醯亞胺酸基為較佳。W表示鹵素原子、氰基、硝基、碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數1~5的鹵化烷基或碳數1~5的鹵化烷氧基、碳數6~20的芳基、碳數6~20的鹵化芳基。
式中,m3為3,X3
為甲基,X3
的取代位置為鄰位,R34
係碳數1~10的直鏈狀烷基、7,7-二甲基-2-氧代降莰甲基或對甲苯甲醯基之化合物為特佳。
作為由式(OS-1)表示之肟磺酸鹽化合物的具體例,可例示日本特開2011-209692號公報的段落號0064~0068中所記載之以下化合物,且該等內容被編入本說明書中。
[化學式9]
R11 表示烷基、芳基或雜芳基,R12 有時存在複數個之情況下,其分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基或鹵素原子,有時存在複數個之R16 分別獨立地表示鹵素原子、烷基、烷氧基、磺酸基、胺基磺醯基或烷氧基磺醯基,X表示O或S,ns表示1或2,ms表示0~6的整數。
由R11 表示之烷基、芳基或雜芳基可以具有取代基。作為由R11 表示之烷基,可以具有取代基之總碳數1~30的烷基為較佳。作為由R11 表示之烷基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基。作為由R11 表示之烷基,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、三氟甲基、全氟丙基、全氟己基、苄基等。
又,作為由R11 表示之芳基,可以具有取代基之總碳數6~30的芳基為較佳。作為由R11 表示之芳基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基、磺酸基、胺基磺醯基、烷氧基磺醯基。作為由R11 表示之芳基,苯基、對甲基苯基、對氯苯基、五氯苯基、五氟苯基、鄰甲氧基苯基、對苯氧基苯基為較佳。又,作為由R11 表示之雜芳基,可以具有取代基之總碳數4~30的雜芳基為較佳。作為由R11 表示之雜芳基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基、磺酸基、胺基磺醯基、烷氧基磺醯基。由R11 表示之雜芳基可以具有至少1個雜芳香環,例如,雜芳香環亦可以與苯環稠合。作為由R11 表示之雜芳基,可舉出從選自包含可以具有取代基之、噻吩環、吡咯環、噻唑環、咪唑環、呋喃環、苯并噻吩環、苯并噻唑環及苯并咪唑環的組群中之環中去除1個氫原子而得之基團。
[化學式9]
R11 表示烷基、芳基或雜芳基,R12 有時存在複數個之情況下,其分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基或鹵素原子,有時存在複數個之R16 分別獨立地表示鹵素原子、烷基、烷氧基、磺酸基、胺基磺醯基或烷氧基磺醯基,X表示O或S,ns表示1或2,ms表示0~6的整數。
由R11 表示之烷基、芳基或雜芳基可以具有取代基。作為由R11 表示之烷基,可以具有取代基之總碳數1~30的烷基為較佳。作為由R11 表示之烷基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基。作為由R11 表示之烷基,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、三氟甲基、全氟丙基、全氟己基、苄基等。
又,作為由R11 表示之芳基,可以具有取代基之總碳數6~30的芳基為較佳。作為由R11 表示之芳基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基、磺酸基、胺基磺醯基、烷氧基磺醯基。作為由R11 表示之芳基,苯基、對甲基苯基、對氯苯基、五氯苯基、五氟苯基、鄰甲氧基苯基、對苯氧基苯基為較佳。又,作為由R11 表示之雜芳基,可以具有取代基之總碳數4~30的雜芳基為較佳。作為由R11 表示之雜芳基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基、磺酸基、胺基磺醯基、烷氧基磺醯基。由R11 表示之雜芳基可以具有至少1個雜芳香環,例如,雜芳香環亦可以與苯環稠合。作為由R11 表示之雜芳基,可舉出從選自包含可以具有取代基之、噻吩環、吡咯環、噻唑環、咪唑環、呋喃環、苯并噻吩環、苯并噻唑環及苯并咪唑環的組群中之環中去除1個氫原子而得之基團。
R12
係氫原子、烷基或芳基為較佳,氫原子或烷基為更佳。
有時在化合物中存在2個以上之R12 中1個或2個係烷基、芳基或鹵素原子為較佳,1個係烷基、芳基或鹵素原子為更佳,1個係烷基且剩餘部分係氫原子為特佳。
由R12 表示之烷基或芳基可以具有取代基。
作為由R12 表示之烷基或芳基可以具有之取代基,能夠例示上述W。
作為由R12 表示之烷基,可以具有取代基之總碳數1~12的烷基為較佳,可以具有取代基之總碳數1~6的烷基為更佳。
作為由R12 表示之烷基,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、正己基、烯丙基、氯甲基、溴甲基、甲氧基甲基、苄基為較佳,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、正己基為更佳,甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基為進一步較佳,甲基為特佳。
作為由R12 表示之芳基,可以具有取代基之總碳數6~30的芳基為較佳。
作為由R12 表示之芳基,苯基、對甲基苯基、鄰氯苯基、對氯苯基、鄰甲氧基苯基、對苯氧基苯基為較佳。
作為由R12 表示之鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。其中,氯原子、溴原子為較佳。
X表示O或S,O為較佳。上述式(OS-103)~(OS-105)中,包含X作為環成員之環係5員環或6員環。
有時在化合物中存在2個以上之R12 中1個或2個係烷基、芳基或鹵素原子為較佳,1個係烷基、芳基或鹵素原子為更佳,1個係烷基且剩餘部分係氫原子為特佳。
由R12 表示之烷基或芳基可以具有取代基。
作為由R12 表示之烷基或芳基可以具有之取代基,能夠例示上述W。
作為由R12 表示之烷基,可以具有取代基之總碳數1~12的烷基為較佳,可以具有取代基之總碳數1~6的烷基為更佳。
作為由R12 表示之烷基,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、正己基、烯丙基、氯甲基、溴甲基、甲氧基甲基、苄基為較佳,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、正己基為更佳,甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基為進一步較佳,甲基為特佳。
作為由R12 表示之芳基,可以具有取代基之總碳數6~30的芳基為較佳。
作為由R12 表示之芳基,苯基、對甲基苯基、鄰氯苯基、對氯苯基、鄰甲氧基苯基、對苯氧基苯基為較佳。
作為由R12 表示之鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。其中,氯原子、溴原子為較佳。
X表示O或S,O為較佳。上述式(OS-103)~(OS-105)中,包含X作為環成員之環係5員環或6員環。
ns表示1或2,在X為O之情形下,ns係1為較佳,且在X為S之情形下,ns係2為較佳。
由R16 表示之烷基及烷氧基可以具有取代基。
作為由R16 表示之烷基,可以具有取代基之總碳數1~30的烷基為較佳。
作為由R16 表示之烷基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基。
作為由R16 表示之烷基,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、三氟甲基、全氟丙基、全氟己基、苄基為較佳。
作為由R16 表示之烷氧基,可以具有取代基之總碳數1~30的烷氧基為較佳。
作為由R16 表示之烷氧基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基。
作為由R16 表示之烷氧基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、苯氧基乙氧基、三氯甲氧基或乙氧基乙氧基為較佳。
作為R16 中的胺基磺醯基,可舉出甲基胺基磺醯基、二甲基胺基磺醯基、苯基胺基磺醯基、甲基苯基胺基磺醯基、胺基磺醯基。
作為由R16 表示之烷氧基磺醯基,可舉出甲氧基磺醯基、乙氧基磺醯基、丙氧基磺醯基、丁氧基磺醯基。
ms表示0~6的整數,0~2的整數為較佳,0或1為更佳,0為特佳。
由R16 表示之烷基及烷氧基可以具有取代基。
作為由R16 表示之烷基,可以具有取代基之總碳數1~30的烷基為較佳。
作為由R16 表示之烷基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基。
作為由R16 表示之烷基,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、三氟甲基、全氟丙基、全氟己基、苄基為較佳。
作為由R16 表示之烷氧基,可以具有取代基之總碳數1~30的烷氧基為較佳。
作為由R16 表示之烷氧基可以具有之取代基,可舉出鹵素原子、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、胺基羰基。
作為由R16 表示之烷氧基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、苯氧基乙氧基、三氯甲氧基或乙氧基乙氧基為較佳。
作為R16 中的胺基磺醯基,可舉出甲基胺基磺醯基、二甲基胺基磺醯基、苯基胺基磺醯基、甲基苯基胺基磺醯基、胺基磺醯基。
作為由R16 表示之烷氧基磺醯基,可舉出甲氧基磺醯基、乙氧基磺醯基、丙氧基磺醯基、丁氧基磺醯基。
ms表示0~6的整數,0~2的整數為較佳,0或1為更佳,0為特佳。
又,由上述式(OS-103)表示之化合物係由下述式(OS-106)、(OS-110)或(OS-111)表示之化合物為特佳,由上述式(OS-104)表示之化合物係由下述式(OS-107)表示之化合物為特佳,由上述式(OS-105)表示之化合物係由下述式(OS-108)或(OS-109)表示之化合物為特佳。
[化學式10]
R11 表示烷基、芳基或雜芳基,R17 表示氫原子或溴原子,R18 表示氫原子、碳數1~8的烷基、鹵素原子、氯甲基、溴甲基、溴乙基、甲氧基甲基、苯基或氯苯基,R19 表示氫原子、鹵素原子、甲基或甲氧基,R20 表示氫原子或甲基。
R17 表示氫原子或溴原子,氫原子為較佳。
R18 表示氫原子、碳數1~8的烷基、鹵素原子、氯甲基、溴甲基、溴乙基、甲氧基甲基、苯基或氯苯基,碳數1~8的烷基、鹵素原子或苯基為較佳,碳數1~8的烷基為更佳,碳數1~6的烷基為進一步較佳,甲基為特佳。
R19 表示氫原子、鹵素原子、甲基或甲氧基,氫原子為較佳。
R20 表示氫原子或甲基,氫原子為較佳。
又,上述肟磺酸鹽化合物中,關於肟的立體結構(E,Z),可以是任一種,亦可以係混合物。
作為由上述式(OS-103)~(OS-105)表示之肟磺酸鹽化合物的具體例,可例示日本特開2011-209692號公報的段落號0088~0095中所記載的化合物,且該等內容被編入本說明書中。
[化學式10]
R11 表示烷基、芳基或雜芳基,R17 表示氫原子或溴原子,R18 表示氫原子、碳數1~8的烷基、鹵素原子、氯甲基、溴甲基、溴乙基、甲氧基甲基、苯基或氯苯基,R19 表示氫原子、鹵素原子、甲基或甲氧基,R20 表示氫原子或甲基。
R17 表示氫原子或溴原子,氫原子為較佳。
R18 表示氫原子、碳數1~8的烷基、鹵素原子、氯甲基、溴甲基、溴乙基、甲氧基甲基、苯基或氯苯基,碳數1~8的烷基、鹵素原子或苯基為較佳,碳數1~8的烷基為更佳,碳數1~6的烷基為進一步較佳,甲基為特佳。
R19 表示氫原子、鹵素原子、甲基或甲氧基,氫原子為較佳。
R20 表示氫原子或甲基,氫原子為較佳。
又,上述肟磺酸鹽化合物中,關於肟的立體結構(E,Z),可以是任一種,亦可以係混合物。
作為由上述式(OS-103)~(OS-105)表示之肟磺酸鹽化合物的具體例,可例示日本特開2011-209692號公報的段落號0088~0095中所記載的化合物,且該等內容被編入本說明書中。
作為具有至少1個肟磺酸酯基之肟磺酸鹽化合物的其他較佳態樣,可舉出由下述式(OS-101)、(OS-102)表示之化合物。
[化學式11]
R11 表示氫原子、烷基、烯基、烷氧基、烷氧基羰基、醯基、胺甲醯基、胺磺醯基、磺基、氰基、芳基或雜芳基。R11 係氰基或芳基之態樣為更佳,R11 係氰基、苯基或萘基之態樣為進一步較佳。
R12a 表示烷基或芳基。
X表示-O-、-S-、-NH-、-NR15 -、-CH2 -、-CR16 H-或-CR16 R17 -,R15 ~R17 分別獨立地表示烷基或芳基。
R21 ~R24 分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、烷基、烯基、烷氧基、胺基、烷氧基羰基、烷基羰基、芳基羰基、醯胺基、磺基、氰基或芳基。R21 ~R24 中的2個可以各自相互鍵結而形成環。此時,環可以稠合而與苯環一起形成稠合環。
作為R21 ~R24 ,氫原子、鹵素原子或烷基為較佳,又,R21 ~R24 中的至少2個相互鍵結而形成芳基之態樣亦為較佳。其中,R21 ~R24 均係氫原子之態樣為較佳。
上述之取代基均還可以具有取代基。
由上述式(OS-101)表示之化合物係由式(OS-102)表示之化合物為更佳。
又,上述肟磺酸鹽化合物中,關於肟或苯并噻唑環的立體結構(E,Z等),各自可以係任一種,亦可以係混合物。
作為由式(OS-101)表示之化合物的具體例,可例示日本特開2011-209692號公報的段落號0102~0106中所記載的化合物,且該等內容被編入本說明書中。
上述化合物中,b-9、b-16、b-31、b-33為較佳。
作為市售品,能夠舉出WPAG-336(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.製造)、WPAG-443(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.製造)、MBZ-101(Midori Kagaku Co., Ltd.製造)等。
[化學式11]
R11 表示氫原子、烷基、烯基、烷氧基、烷氧基羰基、醯基、胺甲醯基、胺磺醯基、磺基、氰基、芳基或雜芳基。R11 係氰基或芳基之態樣為更佳,R11 係氰基、苯基或萘基之態樣為進一步較佳。
R12a 表示烷基或芳基。
X表示-O-、-S-、-NH-、-NR15 -、-CH2 -、-CR16 H-或-CR16 R17 -,R15 ~R17 分別獨立地表示烷基或芳基。
R21 ~R24 分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、烷基、烯基、烷氧基、胺基、烷氧基羰基、烷基羰基、芳基羰基、醯胺基、磺基、氰基或芳基。R21 ~R24 中的2個可以各自相互鍵結而形成環。此時,環可以稠合而與苯環一起形成稠合環。
作為R21 ~R24 ,氫原子、鹵素原子或烷基為較佳,又,R21 ~R24 中的至少2個相互鍵結而形成芳基之態樣亦為較佳。其中,R21 ~R24 均係氫原子之態樣為較佳。
上述之取代基均還可以具有取代基。
由上述式(OS-101)表示之化合物係由式(OS-102)表示之化合物為更佳。
又,上述肟磺酸鹽化合物中,關於肟或苯并噻唑環的立體結構(E,Z等),各自可以係任一種,亦可以係混合物。
作為由式(OS-101)表示之化合物的具體例,可例示日本特開2011-209692號公報的段落號0102~0106中所記載的化合物,且該等內容被編入本說明書中。
上述化合物中,b-9、b-16、b-31、b-33為較佳。
作為市售品,能夠舉出WPAG-336(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.製造)、WPAG-443(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.製造)、MBZ-101(Midori Kagaku Co., Ltd.製造)等。
作為感應光化射線之光酸產生劑,不含1,2-醌二疊氮化物者為較佳。其理由係因為:1,2-醌二疊氮化物雖然藉由逐步型光化學反應而生成羧基,但是其量子產率係1以下,靈敏度低於肟磺酸鹽化合物。
相對於此,肟磺酸鹽化合物相對於由於感應光化射線而生成之酸被保護之酸基的脫保護發揮觸媒作用,因此藉由1個光量子的作用生成之酸有助於複數個脫保護反應,量子產率超過1,例如,成為如10的數平方那樣大的值,作為所謂的化學增幅的結果,推測可獲得高靈敏度。
又,肟磺酸鹽化合物由於含有具有廣度的π共軛系,因此直至長波長側具有吸收,不僅在遠紫外線(DUV)、ArF射線、KrF射線、i射線,在g射線亦顯示非常高的靈敏度。
藉由使用四氫呋喃基來作為上述酸反應性樹脂中的酸可分解性基,能夠獲得與縮醛或縮酮相等或其以上的酸分解性。藉此,能夠藉由更短時間的後烘烤可靠地消耗酸可分解性基。進而,藉由組合使用作為光酸產生劑之肟磺酸鹽化合物,磺酸產生速度得到提高,因此促進酸的生成,且促進樹脂的酸可分解性基的分解。又,藉由肟磺酸鹽化合物分解而獲得之酸由於為分子小的磺酸,因此硬化膜中的擴散性亦高,能夠實現更加高靈敏度化。
關於光酸產生劑,相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,使用0.1~20質量%為較佳,使用0.5~18質量%為更佳,使用0.5~10質量%為進一步較佳,使用0.5~3質量%為更進一步較佳,使用0.5~1.2質量%為更進一步較佳。
光酸產生劑可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
相對於此,肟磺酸鹽化合物相對於由於感應光化射線而生成之酸被保護之酸基的脫保護發揮觸媒作用,因此藉由1個光量子的作用生成之酸有助於複數個脫保護反應,量子產率超過1,例如,成為如10的數平方那樣大的值,作為所謂的化學增幅的結果,推測可獲得高靈敏度。
又,肟磺酸鹽化合物由於含有具有廣度的π共軛系,因此直至長波長側具有吸收,不僅在遠紫外線(DUV)、ArF射線、KrF射線、i射線,在g射線亦顯示非常高的靈敏度。
藉由使用四氫呋喃基來作為上述酸反應性樹脂中的酸可分解性基,能夠獲得與縮醛或縮酮相等或其以上的酸分解性。藉此,能夠藉由更短時間的後烘烤可靠地消耗酸可分解性基。進而,藉由組合使用作為光酸產生劑之肟磺酸鹽化合物,磺酸產生速度得到提高,因此促進酸的生成,且促進樹脂的酸可分解性基的分解。又,藉由肟磺酸鹽化合物分解而獲得之酸由於為分子小的磺酸,因此硬化膜中的擴散性亦高,能夠實現更加高靈敏度化。
關於光酸產生劑,相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,使用0.1~20質量%為較佳,使用0.5~18質量%為更佳,使用0.5~10質量%為進一步較佳,使用0.5~3質量%為更進一步較佳,使用0.5~1.2質量%為更進一步較佳。
光酸產生劑可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
<<其他成分>>
在感光性樹脂組成物中能夠含有其他成分。
作為其他成分,就塗佈性的觀點而言,含有有機溶劑為較佳。
<<有機溶劑>>
感光性樹脂組成物含有有機溶劑為較佳,除了反應性樹脂以外,可製備光酸產生劑及各種添加劑的任意成分作為溶解於有機溶劑之溶液為較佳。
作為感光性樹脂組成物中使用之有機溶劑,能夠使用公知的有機溶劑,能夠例示乙二醇單烷基醚類、乙二醇二烷基醚類、乙二醇單烷基醚乙酸酯類、丙二醇單烷基醚類、丙二醇二烷基醚類、丙二醇單烷基醚乙酸酯類、二乙二醇二烷基醚類、二乙二醇單烷基醚乙酸酯類、二丙二醇單烷基醚類、二丙二醇二烷基醚類、二丙二醇單烷基醚乙酸酯類、酯類、酮類、醯胺類、內酯類等。
作為有機溶劑,例如能夠舉出(1)乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚等乙二醇單烷基醚類;(2)乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丙基醚等乙二醇二烷基醚類;(3)乙二醇單甲基醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙二醇單丙基醚乙酸酯、乙二醇單丁基醚乙酸酯等乙二醇單烷基醚乙酸酯類;(4)丙二醇單甲醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚等丙二醇單烷基醚類;(5)丙二醇二甲基醚、丙二醇二乙基醚等丙二醇二烷基醚類;(6)丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、丙二醇單丙基醚乙酸酯、丙二醇單丁基醚乙酸酯等丙二醇單烷基醚乙酸酯類;(7)二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇乙基甲基醚等二乙二醇二烷基醚類;(8)二乙二醇單甲基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯等二乙二醇單烷基醚乙酸酯類;(9)二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇單丙基醚、二丙二醇單丁基醚等二丙二醇單烷基醚類;(10)二丙二醇二甲基醚、二丙二醇二乙基醚、二丙二醇乙基甲基醚等二丙二醇二烷基醚類;(11)二丙二醇單甲醚乙酸酯、二丙二醇單乙基醚乙酸酯、二丙二醇單丙基醚乙酸酯、二丙二醇單丁基醚乙酸酯等二丙二醇單烷基醚乙酸酯類;(12)乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸異丙酯、乳酸正丁酯、乳酸異丁酯、乳酸正戊酯、乳酸異戊酯等乳酸酯類;(13)乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸正戊酯、乙酸異戊酯、乙酸正己基、乙酸2-乙基己酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸異丙酯、丙酸正丁酯、丙酸異丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸異丙酯、丁酸正丁酯、丁酸異丁酯等脂肪族羧酸酯類;(14)羥基乙酸乙酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、2-羥基-3-甲基丁酸乙酯、甲氧基乙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基丙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基丁酸酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯等其他酯類;(15)甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基-正丁基酮、甲基異丁基酮、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、環己酮等酮類;(16)N-庚酮醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮等醯胺類;(17)γ-丁內酯等內酯類等。
又,依需要,還能夠在該等有機溶劑中添加苄基乙基醚、二己基醚、乙二醇單苯基醚乙酸酯、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、異佛爾酮、已酸、辛酸、1-辛醇、1-壬醇、苯甲醇、苯甲醚、乙酸芐酯、苯甲酸乙酯、草酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯、碳酸乙二酯,碳酸丙二酯等有機溶劑。
上述之有機溶劑中,丙二醇單烷基醚乙酸酯類及/或二乙二醇二烷基醚類為較佳,二乙二醇乙基甲基醚及/或丙二醇單甲醚乙酸酯為特佳。
該等有機溶劑能夠單獨使用1種,或能夠混合使用2種以上。
在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
進而,就溶液保存穩定性的觀點而言,感光性樹脂組成物含有鹼性化合物為較佳,就塗佈性的觀點而言,含有界面活性劑為較佳。
在感光性樹脂組成物中能夠含有其他成分。
作為其他成分,就塗佈性的觀點而言,含有有機溶劑為較佳。
<<有機溶劑>>
感光性樹脂組成物含有有機溶劑為較佳,除了反應性樹脂以外,可製備光酸產生劑及各種添加劑的任意成分作為溶解於有機溶劑之溶液為較佳。
作為感光性樹脂組成物中使用之有機溶劑,能夠使用公知的有機溶劑,能夠例示乙二醇單烷基醚類、乙二醇二烷基醚類、乙二醇單烷基醚乙酸酯類、丙二醇單烷基醚類、丙二醇二烷基醚類、丙二醇單烷基醚乙酸酯類、二乙二醇二烷基醚類、二乙二醇單烷基醚乙酸酯類、二丙二醇單烷基醚類、二丙二醇二烷基醚類、二丙二醇單烷基醚乙酸酯類、酯類、酮類、醯胺類、內酯類等。
作為有機溶劑,例如能夠舉出(1)乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚等乙二醇單烷基醚類;(2)乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丙基醚等乙二醇二烷基醚類;(3)乙二醇單甲基醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙二醇單丙基醚乙酸酯、乙二醇單丁基醚乙酸酯等乙二醇單烷基醚乙酸酯類;(4)丙二醇單甲醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚等丙二醇單烷基醚類;(5)丙二醇二甲基醚、丙二醇二乙基醚等丙二醇二烷基醚類;(6)丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、丙二醇單丙基醚乙酸酯、丙二醇單丁基醚乙酸酯等丙二醇單烷基醚乙酸酯類;(7)二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇乙基甲基醚等二乙二醇二烷基醚類;(8)二乙二醇單甲基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯等二乙二醇單烷基醚乙酸酯類;(9)二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇單丙基醚、二丙二醇單丁基醚等二丙二醇單烷基醚類;(10)二丙二醇二甲基醚、二丙二醇二乙基醚、二丙二醇乙基甲基醚等二丙二醇二烷基醚類;(11)二丙二醇單甲醚乙酸酯、二丙二醇單乙基醚乙酸酯、二丙二醇單丙基醚乙酸酯、二丙二醇單丁基醚乙酸酯等二丙二醇單烷基醚乙酸酯類;(12)乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸異丙酯、乳酸正丁酯、乳酸異丁酯、乳酸正戊酯、乳酸異戊酯等乳酸酯類;(13)乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸正戊酯、乙酸異戊酯、乙酸正己基、乙酸2-乙基己酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸異丙酯、丙酸正丁酯、丙酸異丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸異丙酯、丁酸正丁酯、丁酸異丁酯等脂肪族羧酸酯類;(14)羥基乙酸乙酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、2-羥基-3-甲基丁酸乙酯、甲氧基乙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基丙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基丁酸酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯等其他酯類;(15)甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基-正丁基酮、甲基異丁基酮、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、環己酮等酮類;(16)N-庚酮醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮等醯胺類;(17)γ-丁內酯等內酯類等。
又,依需要,還能夠在該等有機溶劑中添加苄基乙基醚、二己基醚、乙二醇單苯基醚乙酸酯、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、異佛爾酮、已酸、辛酸、1-辛醇、1-壬醇、苯甲醇、苯甲醚、乙酸芐酯、苯甲酸乙酯、草酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯、碳酸乙二酯,碳酸丙二酯等有機溶劑。
上述之有機溶劑中,丙二醇單烷基醚乙酸酯類及/或二乙二醇二烷基醚類為較佳,二乙二醇乙基甲基醚及/或丙二醇單甲醚乙酸酯為特佳。
該等有機溶劑能夠單獨使用1種,或能夠混合使用2種以上。
在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
進而,就溶液保存穩定性的觀點而言,感光性樹脂組成物含有鹼性化合物為較佳,就塗佈性的觀點而言,含有界面活性劑為較佳。
<<鹼性化合物>>
感光性樹脂組成物含有鹼性化合物為較佳。
作為鹼性化合物,能夠從化學增幅阻劑中使用之化合物中任意地選擇而使用。例如可舉出脂肪族胺、芳香族胺、雜環式胺、四級氫氧化銨及羧酸的四級銨鹽等。
作為脂肪族胺,例如可舉出三甲基胺、二乙基胺、三乙基胺、二-正丙基胺、三-正丙基胺、二-正戊基胺、三-正戊基胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二環己基胺、二環己基甲基胺等。
作為芳香族胺,例如可舉出苯胺、苄基胺、N,N-二甲基苯胺、二苯基胺等。
作為雜環式胺,例如可舉出吡啶、2-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2-乙基吡啶、4-乙基吡啶、2-苯基吡啶、4-苯基吡啶、N-甲基-4-苯基吡啶、4-二甲基胺基吡啶、咪唑、苯并咪唑、4-甲基咪唑、2-苯基苯并咪唑、2,4,5-三苯基咪唑、菸鹼、菸鹼酸、菸鹼醯胺、喹啉、8-氧基喹啉、吡、吡唑、噠、嘌呤、吡咯啶、哌啶、環己基嗎啉基乙基硫脲、哌、嗎啉、4-甲基嗎啉、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]-5-壬烯、1,8-二氮雜雙環[5.3.0]-7-十一碳烯等。
作為四級氫氧化銨,例如可舉出四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四-正丁基氫氧化銨、四-正己基氫氧化銨等。
作為羧酸的四級銨鹽,例如可舉出四甲基銨乙酸酯、四甲基銨苯甲酸酯、四-正丁基銨乙酸酯、四-正丁基銨苯甲酸酯等。
在感光性樹脂組成物包含鹼性化合物之情形下,相對於酸反應性樹脂100質量份,鹼性化合物的含量係0.001~1質量份為較佳,0.002~0.5質量份為更佳。
鹼性化合物可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上,但是併用2種以上為較佳,併用2種為更佳,併用2種雜環式胺為進一步較佳。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
感光性樹脂組成物含有鹼性化合物為較佳。
作為鹼性化合物,能夠從化學增幅阻劑中使用之化合物中任意地選擇而使用。例如可舉出脂肪族胺、芳香族胺、雜環式胺、四級氫氧化銨及羧酸的四級銨鹽等。
作為脂肪族胺,例如可舉出三甲基胺、二乙基胺、三乙基胺、二-正丙基胺、三-正丙基胺、二-正戊基胺、三-正戊基胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二環己基胺、二環己基甲基胺等。
作為芳香族胺,例如可舉出苯胺、苄基胺、N,N-二甲基苯胺、二苯基胺等。
作為雜環式胺,例如可舉出吡啶、2-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2-乙基吡啶、4-乙基吡啶、2-苯基吡啶、4-苯基吡啶、N-甲基-4-苯基吡啶、4-二甲基胺基吡啶、咪唑、苯并咪唑、4-甲基咪唑、2-苯基苯并咪唑、2,4,5-三苯基咪唑、菸鹼、菸鹼酸、菸鹼醯胺、喹啉、8-氧基喹啉、吡、吡唑、噠、嘌呤、吡咯啶、哌啶、環己基嗎啉基乙基硫脲、哌、嗎啉、4-甲基嗎啉、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]-5-壬烯、1,8-二氮雜雙環[5.3.0]-7-十一碳烯等。
作為四級氫氧化銨,例如可舉出四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四-正丁基氫氧化銨、四-正己基氫氧化銨等。
作為羧酸的四級銨鹽,例如可舉出四甲基銨乙酸酯、四甲基銨苯甲酸酯、四-正丁基銨乙酸酯、四-正丁基銨苯甲酸酯等。
在感光性樹脂組成物包含鹼性化合物之情形下,相對於酸反應性樹脂100質量份,鹼性化合物的含量係0.001~1質量份為較佳,0.002~0.5質量份為更佳。
鹼性化合物可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上,但是併用2種以上為較佳,併用2種為更佳,併用2種雜環式胺為進一步較佳。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
<<界面活性劑>>
感光性樹脂組成物含有界面活性劑為較佳。
作為界面活性劑,能夠使用陰離子系、陽離子系、非離子系或兩性中的任一種,但是較佳的界面活性劑為非離子系界面活性劑。
作為非離子系界面活性劑的例子,能夠舉出聚氧乙烯高級烷基醚類、聚氧乙烯高級烷基苯基醚類、聚氧乙二醇的高級脂肪酸二酯類、氟系、矽系界面活性劑。
作為界面活性劑,含有氟系界面活性劑、矽系界面活性劑及兩者的組合為更佳。
作為該等氟系界面活性劑、矽系界面活性劑,例如能夠舉出日本特開昭62-036663號、日本特開昭61-226746號、日本特開昭61-226745號、日本特開昭62-170950號、日本特開昭63-034540號、日本特開平7-230165號、日本特開平8-062834號、日本特開平9-054432號、日本特開平9-005988號、日本特開2001-330953號的各公報中所記載之界面活性劑,還能夠使用市售的界面活性劑。
作為能夠使用之市售的界面活性劑,例如能夠舉出Eftop EF301、EF303(以上,Shin-Akita Kasei Co.,Ltd.製造)、Fluorad FC430、431(以上,Sumitomo 3M Limited製造)、Megaface F171、F173、F176、F189、R08(以上,DIC CORPORATION製造)、Surflon S-382、SC101、102、103、104、105、106(以上,ASAHI GLASS CO.,LTD.製造)、PF-6320等PolyFox系列(OMNOVA SOLUTIONS INC.製造)等氟系界面活性劑或矽系界面活性劑。又,聚矽氧烷聚合物KP-341(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造)還能夠用作矽系界面活性劑。
感光性樹脂組成物含有界面活性劑為較佳。
作為界面活性劑,能夠使用陰離子系、陽離子系、非離子系或兩性中的任一種,但是較佳的界面活性劑為非離子系界面活性劑。
作為非離子系界面活性劑的例子,能夠舉出聚氧乙烯高級烷基醚類、聚氧乙烯高級烷基苯基醚類、聚氧乙二醇的高級脂肪酸二酯類、氟系、矽系界面活性劑。
作為界面活性劑,含有氟系界面活性劑、矽系界面活性劑及兩者的組合為更佳。
作為該等氟系界面活性劑、矽系界面活性劑,例如能夠舉出日本特開昭62-036663號、日本特開昭61-226746號、日本特開昭61-226745號、日本特開昭62-170950號、日本特開昭63-034540號、日本特開平7-230165號、日本特開平8-062834號、日本特開平9-054432號、日本特開平9-005988號、日本特開2001-330953號的各公報中所記載之界面活性劑,還能夠使用市售的界面活性劑。
作為能夠使用之市售的界面活性劑,例如能夠舉出Eftop EF301、EF303(以上,Shin-Akita Kasei Co.,Ltd.製造)、Fluorad FC430、431(以上,Sumitomo 3M Limited製造)、Megaface F171、F173、F176、F189、R08(以上,DIC CORPORATION製造)、Surflon S-382、SC101、102、103、104、105、106(以上,ASAHI GLASS CO.,LTD.製造)、PF-6320等PolyFox系列(OMNOVA SOLUTIONS INC.製造)等氟系界面活性劑或矽系界面活性劑。又,聚矽氧烷聚合物KP-341(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造)還能夠用作矽系界面活性劑。
又,作為界面活性劑,能夠舉出包含由下述式(41)表示之構成單元A及構成單元B,且將四氫呋喃(THF)設為溶劑時的藉由凝膠滲透色譜法測量之聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)係1,000以上且10,000以下之共聚物作為較佳例。
[化學式12]
(式中,R41 及R43 分別獨立地表示氫原子或甲基,R42 表示碳數1以上且4以下的直鏈伸烷基,R44 表示氫原子或碳數1以上且4以下的烷基,L4 表示碳數3以上且6以下的伸烷基,p4及q4為表示聚合比之質量百分比,p4表示10質量%以上且80質量%以下的數值,q4表示20質量%以上且90質量%以下的數值,r4表示1以上且18以下的整數,n4表示1以上且10以下的整數。)
上述L4 係由下述式(42)表示之支鏈伸烷基為較佳。式(42)中的R45 表示碳數1以上且4以下的烷基,就對被塗佈面之潤濕性的觀點而言,碳數1以上且3以下的烷基為較佳,碳數2或3的烷基為更佳。
-CH2 -CH(R45 )- (42)
上述共聚物的重量平均分子量係1,500以上且5,000以下為更佳。
在包含界面活性劑之情形下,相對於酸反應性樹脂100質量份,界面活性劑的添加量係10質量份以下為較佳,0.01~10質量份為更佳,0.01~1質量份為進一步較佳。
界面活性劑能夠單獨使用1種,或者能夠混合使用2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
[化學式12]
(式中,R41 及R43 分別獨立地表示氫原子或甲基,R42 表示碳數1以上且4以下的直鏈伸烷基,R44 表示氫原子或碳數1以上且4以下的烷基,L4 表示碳數3以上且6以下的伸烷基,p4及q4為表示聚合比之質量百分比,p4表示10質量%以上且80質量%以下的數值,q4表示20質量%以上且90質量%以下的數值,r4表示1以上且18以下的整數,n4表示1以上且10以下的整數。)
上述L4 係由下述式(42)表示之支鏈伸烷基為較佳。式(42)中的R45 表示碳數1以上且4以下的烷基,就對被塗佈面之潤濕性的觀點而言,碳數1以上且3以下的烷基為較佳,碳數2或3的烷基為更佳。
-CH2 -CH(R45 )- (42)
上述共聚物的重量平均分子量係1,500以上且5,000以下為更佳。
在包含界面活性劑之情形下,相對於酸反應性樹脂100質量份,界面活性劑的添加量係10質量份以下為較佳,0.01~10質量份為更佳,0.01~1質量份為進一步較佳。
界面活性劑能夠單獨使用1種,或者能夠混合使用2種以上。在使用2種以上之情形下,總量在上述範圍內為較佳。
<<水分含量>>
感光性樹脂組成物可以包含水分。水分少或不含水分為較佳,但是有可能包含不可避免的水分。感光性樹脂組成物的水分係1質量%以下為較佳,0.7質量%以下為更佳,0.4質量%以下為進一步較佳。作為下限值,0.01質量%以上為較佳,0.03質量%以上為更佳,0.05質量%以上為進一步較佳。
感光性樹脂組成物可以包含水分。水分少或不含水分為較佳,但是有可能包含不可避免的水分。感光性樹脂組成物的水分係1質量%以下為較佳,0.7質量%以下為更佳,0.4質量%以下為進一步較佳。作為下限值,0.01質量%以上為較佳,0.03質量%以上為更佳,0.05質量%以上為進一步較佳。
<<金屬雜質>>
通常,在感光性樹脂組成物中不可避免地包含微量的金屬雜質。例如,可舉出鈉、鉀、鈣等鹼金屬或鹼土類金屬的鹽。本發明中,解釋為感光性樹脂組成物中的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量例如在1質量ppt~1000質量ppb的範圍內、進而在50質量ppt~900質量ppb的範圍內。
金屬離子量藉由後述之實施例中所記載的方法來進行測量。
通常,在感光性樹脂組成物中不可避免地包含微量的金屬雜質。例如,可舉出鈉、鉀、鈣等鹼金屬或鹼土類金屬的鹽。本發明中,解釋為感光性樹脂組成物中的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量例如在1質量ppt~1000質量ppb的範圍內、進而在50質量ppt~900質量ppb的範圍內。
金屬離子量藉由後述之實施例中所記載的方法來進行測量。
<<其他>>
進而,依需要,能夠分別添加1種或2種以上的抗氧化劑、可塑劑、熱自由基產生劑、熱酸產生劑、酸增殖劑、紫外線吸收劑、增稠劑及有機或無機的沉澱抑制劑等公知的添加劑。該等的詳細內容能夠參閱日本特開2011-209692號公報的段落號0143~0148的記載,且該等內容被編入本說明書中。
進而,依需要,能夠分別添加1種或2種以上的抗氧化劑、可塑劑、熱自由基產生劑、熱酸產生劑、酸增殖劑、紫外線吸收劑、增稠劑及有機或無機的沉澱抑制劑等公知的添加劑。該等的詳細內容能夠參閱日本特開2011-209692號公報的段落號0143~0148的記載,且該等內容被編入本說明書中。
<<靜態接觸角>>
本發明中,水溶性樹脂層上的感光性樹脂組成物的靜態接觸角規定為60°以下。該靜態接觸角係50°以下為較佳,40°以下為更佳,30°以下為進一步較佳。作為下限,可以係0°,但是2°以上為較佳,5°以上為更佳,10°以上為進一步較佳。藉由設為下限值以上,可更加有效地實現旋塗時的膜厚面內均勻性,藉由設為上限值以下,可抑制塗佈時的起泡。
另外,本說明書中,感光性樹脂組成物的靜態接觸角的測量方法基於後述實施例中所採用之方法。
本發明中,水溶性樹脂層上的感光性樹脂組成物的靜態接觸角規定為60°以下。該靜態接觸角係50°以下為較佳,40°以下為更佳,30°以下為進一步較佳。作為下限,可以係0°,但是2°以上為較佳,5°以上為更佳,10°以上為進一步較佳。藉由設為下限值以上,可更加有效地實現旋塗時的膜厚面內均勻性,藉由設為上限值以下,可抑制塗佈時的起泡。
另外,本說明書中,感光性樹脂組成物的靜態接觸角的測量方法基於後述實施例中所採用之方法。
可以根據常規方法而使感光性樹脂組成物的靜態接觸角發生變化,但是例如能夠藉由構成酸反應性樹脂之聚合物的分子量、分子結構、極性基的種類或量的調節、所摻合之界面活性劑的種類或量的調節等來調節上述靜態接觸角。
<試劑盒>
感光性樹脂組成物亦可以設為用於與包含水溶性樹脂之水溶性樹脂組成物組合,而分別依次形成感光層及水溶性樹脂層之試劑盒。進而,用作有機半導體層加工用試劑盒為較佳。此時,作為具體態樣,應用上述之感光性樹脂組成物的各成分及水溶性樹脂組成物的各成分為較佳。本發明中,還可以設為組合有機半導體形成用組成物而得之試劑盒。作為組成物的具體態樣,應用上述之有機半導體及其組成物的各成分為較佳。
感光性樹脂組成物亦可以設為用於與包含水溶性樹脂之水溶性樹脂組成物組合,而分別依次形成感光層及水溶性樹脂層之試劑盒。進而,用作有機半導體層加工用試劑盒為較佳。此時,作為具體態樣,應用上述之感光性樹脂組成物的各成分及水溶性樹脂組成物的各成分為較佳。本發明中,還可以設為組合有機半導體形成用組成物而得之試劑盒。作為組成物的具體態樣,應用上述之有機半導體及其組成物的各成分為較佳。
<有機半導體層的圖案形成方法>
作為在本發明中能夠較佳地採用之圖案形成方法,能夠舉出下述形態。以下示出有機半導體層的加工(圖案形成)作為例子,但是還能夠用於除有機半導體層以外的層的圖案形成。
本實施形態的有機半導體層的圖案形成方法包含:
(1)在有機半導體層上形成水溶性樹脂層之步驟;
(2)在水溶性樹脂層的與有機半導體層相反的一側上形成感光層之步驟;
(3)對感光層進行曝光之步驟;
(4)使用包含有機溶劑之顯影液進行顯影以製作遮罩圖案之步驟;
(5)藉由乾式蝕刻處理至少去除非遮罩部的水溶性樹脂層及有機半導體層之步驟;及
(6)去除水溶性樹脂層之步驟。
作為在本發明中能夠較佳地採用之圖案形成方法,能夠舉出下述形態。以下示出有機半導體層的加工(圖案形成)作為例子,但是還能夠用於除有機半導體層以外的層的圖案形成。
本實施形態的有機半導體層的圖案形成方法包含:
(1)在有機半導體層上形成水溶性樹脂層之步驟;
(2)在水溶性樹脂層的與有機半導體層相反的一側上形成感光層之步驟;
(3)對感光層進行曝光之步驟;
(4)使用包含有機溶劑之顯影液進行顯影以製作遮罩圖案之步驟;
(5)藉由乾式蝕刻處理至少去除非遮罩部的水溶性樹脂層及有機半導體層之步驟;及
(6)去除水溶性樹脂層之步驟。
<<(1)在有機半導體層上形成水溶性樹脂層之步驟>>
本實施形態的有機半導體層的圖案形成方法包含在有機半導體層上形成水溶性樹脂層之步驟。通常,在基板上形成有機半導體層之後,進行本步驟。在該情形下,水溶性樹脂層形成於有機半導體的與基板側的面相反的一側的面。關於水溶性樹脂層,通常,設置於有機半導體層的表面,但是在不脫離本發明的宗旨之範圍內可以設置其他層。具體而言,可舉出水溶性底塗層等。又,水溶性樹脂層可以僅設置1層,亦可以設置2層以上。如上所述,水溶性樹脂層使用水溶性樹脂組成物來形成為較佳。
本實施形態的有機半導體層的圖案形成方法包含在有機半導體層上形成水溶性樹脂層之步驟。通常,在基板上形成有機半導體層之後,進行本步驟。在該情形下,水溶性樹脂層形成於有機半導體的與基板側的面相反的一側的面。關於水溶性樹脂層,通常,設置於有機半導體層的表面,但是在不脫離本發明的宗旨之範圍內可以設置其他層。具體而言,可舉出水溶性底塗層等。又,水溶性樹脂層可以僅設置1層,亦可以設置2層以上。如上所述,水溶性樹脂層使用水溶性樹脂組成物來形成為較佳。
<<(2)在水溶性樹脂層的與有機半導體層相反的一側上形成感光層之步驟>>
上述(1)的步驟之後,(2)在水溶性樹脂層的與有機半導體層側的面相反的一側上,使用感光性樹脂組成物來形成感光層。如上所述,感光層使用感光性樹脂組成物來形成為較佳,使用包含酸反應性樹脂和光酸產生劑之化學增幅型感光性樹脂組成物來形成為更佳。
化學增幅型感光性樹脂組成物包含光酸產生劑,若進行曝光,則產生酸,阻劑中所含之酸反應性樹脂進行反應,能夠形成圖案並作為感光層而發揮功能。
感光性樹脂組成物的固體成分濃度通常係1.0~40質量%,較佳為10~35質量%,更佳為16~28質量%。藉由將固體成分濃度設在上述範圍內,能夠將感光性樹脂組成物均勻地塗佈於水溶性樹脂層上,進而能夠形成具有高解析度及矩形輪廓(profile)之阻劑圖案。固體成分濃度係指除有機溶劑之外的其他阻劑成分的質量相對於感光性樹脂組成物的總質量之百分比。
上述(1)的步驟之後,(2)在水溶性樹脂層的與有機半導體層側的面相反的一側上,使用感光性樹脂組成物來形成感光層。如上所述,感光層使用感光性樹脂組成物來形成為較佳,使用包含酸反應性樹脂和光酸產生劑之化學增幅型感光性樹脂組成物來形成為更佳。
化學增幅型感光性樹脂組成物包含光酸產生劑,若進行曝光,則產生酸,阻劑中所含之酸反應性樹脂進行反應,能夠形成圖案並作為感光層而發揮功能。
感光性樹脂組成物的固體成分濃度通常係1.0~40質量%,較佳為10~35質量%,更佳為16~28質量%。藉由將固體成分濃度設在上述範圍內,能夠將感光性樹脂組成物均勻地塗佈於水溶性樹脂層上,進而能夠形成具有高解析度及矩形輪廓(profile)之阻劑圖案。固體成分濃度係指除有機溶劑之外的其他阻劑成分的質量相對於感光性樹脂組成物的總質量之百分比。
<<(3)對感光層進行曝光之步驟>>
在(2)步驟中形成感光層之後,對上述感光層進行曝光。具體而言,隔著具有既定的圖案之遮罩,對感光層照射光化射線。曝光可以僅進行1次,亦可以進行複數次。
具體而言,對設置有感光性樹脂組成物的乾燥塗膜之基板,以既定的圖案照射光化射線。曝光可以隔著遮罩進行,亦可以直接繪製既定的圖案。對於光化射線,能夠使用具有較佳為180nm以上且450nm以下的波長,更佳為365nm(i射線)、248nm(KrF射線)或193nm(ArF射線)的波長之光化射線。在該步驟之後,依需要,可以進行曝光後加熱步驟(PEB)。
在基於光化射線之曝光中,能夠使用低壓水銀燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈、化學燈、雷射產生裝置、發光二極體(LED)光源等。
在使用水銀燈之情形下,能夠較佳地使用具有g射線(436nm)、i射線(365nm)、h射線(405nm)等波長之光化射線。本發明中,使用i射線為較佳,這係因為可適當地發揮其效果。
在使用雷射之情形下,在固態(YAG)雷射中可較佳地使用343nm、355nm的波長,在準分子雷射中可較佳地使用193nm(ArF射線)、248nm(KrF射線)、351nm(Xe射線),進而在半導體雷射中可較佳地使用375nm、405nm。其中,就穩定性、成本等的觀點而言,355nm、405nm為更佳。關於雷射,能夠以1次或分為複數次來對感光層進行照射。
曝光量係40~120mJ為較佳,60~100mJ為更佳。
雷射的每1脈衝的能量密度係0.1mJ/cm2 以上且10,000mJ/cm2 以下為較佳。為了使塗膜充分地硬化,0.3mJ/cm2 以上為更佳,0.5mJ/cm2 以上為進一步較佳。為了不會因燒蝕(ablation)現象而使塗膜分解,1,000mJ/cm2 以下為更佳,100mJ/cm2 以下為進一步較佳。
又,脈衝寬度係0.1納秒(以下,稱為“nsec”)以上且30,000nsec以下為較佳。為了不會因燒蝕現象而使彩色塗膜分解,0.5nsec以上為更佳,1nsec以上為進一步較佳。為了與掃描曝光時相應地提高精度,1,000nsec以下為更佳,50nsec以下為進一步較佳。
雷射的頻率係1Hz以上且50,000Hz以下為較佳,10Hz以上且1,000Hz以下為更佳。
進而,為了縮短曝光處理時間,雷射的頻率係10Hz以上為更佳,100Hz以上為進一步較佳,為了與掃描曝光時相應地提高精度,10,000Hz以下為更佳,1,000Hz以下為進一步較佳。
關於雷射,與水銀燈相比,容易聚集交點,在無需曝光步驟中的圖案形成的遮罩且能夠減少成本之方面為較佳。
作為曝光裝置,並無特別限制,但是作為市售品,能夠使用Callisto(V-Technology Co., Ltd.製造)、AEGIS(V-Technology Co., Ltd.製造)、DF2200G(Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.製造)等。又,還可較佳地使用除上述以外的裝置。
又,依需要,還能夠通過如長波長截止濾光片、短波長截止濾光片、帶通濾光片之光譜濾光片來調節照射光量。
在(2)步驟中形成感光層之後,對上述感光層進行曝光。具體而言,隔著具有既定的圖案之遮罩,對感光層照射光化射線。曝光可以僅進行1次,亦可以進行複數次。
具體而言,對設置有感光性樹脂組成物的乾燥塗膜之基板,以既定的圖案照射光化射線。曝光可以隔著遮罩進行,亦可以直接繪製既定的圖案。對於光化射線,能夠使用具有較佳為180nm以上且450nm以下的波長,更佳為365nm(i射線)、248nm(KrF射線)或193nm(ArF射線)的波長之光化射線。在該步驟之後,依需要,可以進行曝光後加熱步驟(PEB)。
在基於光化射線之曝光中,能夠使用低壓水銀燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈、化學燈、雷射產生裝置、發光二極體(LED)光源等。
在使用水銀燈之情形下,能夠較佳地使用具有g射線(436nm)、i射線(365nm)、h射線(405nm)等波長之光化射線。本發明中,使用i射線為較佳,這係因為可適當地發揮其效果。
在使用雷射之情形下,在固態(YAG)雷射中可較佳地使用343nm、355nm的波長,在準分子雷射中可較佳地使用193nm(ArF射線)、248nm(KrF射線)、351nm(Xe射線),進而在半導體雷射中可較佳地使用375nm、405nm。其中,就穩定性、成本等的觀點而言,355nm、405nm為更佳。關於雷射,能夠以1次或分為複數次來對感光層進行照射。
曝光量係40~120mJ為較佳,60~100mJ為更佳。
雷射的每1脈衝的能量密度係0.1mJ/cm2 以上且10,000mJ/cm2 以下為較佳。為了使塗膜充分地硬化,0.3mJ/cm2 以上為更佳,0.5mJ/cm2 以上為進一步較佳。為了不會因燒蝕(ablation)現象而使塗膜分解,1,000mJ/cm2 以下為更佳,100mJ/cm2 以下為進一步較佳。
又,脈衝寬度係0.1納秒(以下,稱為“nsec”)以上且30,000nsec以下為較佳。為了不會因燒蝕現象而使彩色塗膜分解,0.5nsec以上為更佳,1nsec以上為進一步較佳。為了與掃描曝光時相應地提高精度,1,000nsec以下為更佳,50nsec以下為進一步較佳。
雷射的頻率係1Hz以上且50,000Hz以下為較佳,10Hz以上且1,000Hz以下為更佳。
進而,為了縮短曝光處理時間,雷射的頻率係10Hz以上為更佳,100Hz以上為進一步較佳,為了與掃描曝光時相應地提高精度,10,000Hz以下為更佳,1,000Hz以下為進一步較佳。
關於雷射,與水銀燈相比,容易聚集交點,在無需曝光步驟中的圖案形成的遮罩且能夠減少成本之方面為較佳。
作為曝光裝置,並無特別限制,但是作為市售品,能夠使用Callisto(V-Technology Co., Ltd.製造)、AEGIS(V-Technology Co., Ltd.製造)、DF2200G(Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.製造)等。又,還可較佳地使用除上述以外的裝置。
又,依需要,還能夠通過如長波長截止濾光片、短波長截止濾光片、帶通濾光片之光譜濾光片來調節照射光量。
<<(4)使用包含有機溶劑之顯影液進行顯影以製作遮罩圖案之步驟>>
在(3)步驟中隔著遮罩對感光層進行曝光之後,使用包含有機溶劑之顯影液(以下,還有時表示為有機系顯影液)進行顯影。顯影係負型為較佳。顯影液所含之溶劑的sp值小於19MPa1/2 為較佳,18MPa1/2 以下為更佳。
作為顯影液所含之有機溶劑,能夠使用酮系溶劑、酯系溶劑、醯胺系溶劑等極性溶劑及烴系溶劑。
作為酮系溶劑,例如能夠舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、2-庚酮(甲基戊基酮)、4-庚酮、1-己酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、乙醯丙酮、丙酮基丙酮、紫羅蘭酮(ionone)、二丙酮醇、乙醯甲醇、苯乙酮、甲基萘基酮、異佛爾酮、碳酸丙烯酯等。
作為酯系溶劑,例如能夠舉出乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、乙酸戊酯(pentyl acetate)、乙酸異戊酯、醋酸戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯等。
作為醯胺系溶劑,例如能夠使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、六甲基磷酸三醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮等。
作為烴系溶劑,例如可舉出甲苯、二甲苯等芳香族烴系溶劑;戊烷、己烷、辛烷、癸烷等脂肪族烴系溶劑。
上述有機溶劑可以僅使用1種,亦可以使用2種以上。又,還可以與除上述以外的有機溶劑混合使用。但是,作為顯影液整體的含水率係10質量%為較佳,實質上不含水分為更佳。在此,實質上例如係指作為顯影液整體的含水率係3質量%以下、更佳為測量極限以下。
亦即,相對於顯影液的總量,有機溶劑相對於有機系顯影液之使用量係90質量%以上且100質量%以下為較佳,95質量%以上且100質量%以下為更佳。
尤其,有機系顯影液含有選自包含酮系溶劑、酯系溶劑及醯胺系溶劑的組群中之至少1種有機溶劑為較佳。
又,依需要,有機系顯影液可以含有適當量的鹼性化合物。作為鹼性化合物的例子,能夠舉出在上述鹼性化合物的項中敘述之化合物。
有機系顯影液的蒸汽壓力在20℃的條件下係5kPa以下為較佳,3kPa以下為更佳,2kPa以下為進一步較佳。藉由將有機系顯影液的蒸汽壓力設為5kPa以下,可抑制顯影液的基板上或顯影杯內的蒸發,晶圓面內的溫度均勻性得到提高,其結果,晶圓面內的尺寸均勻性得到改善。
作為具有5kPa以下的蒸汽壓力之溶劑的具體例,可舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、2-庚酮(甲基戊基酮)、4-庚酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮、甲基異丁基酮等酮系溶劑;乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯、醋酸戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯等酯系溶劑;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等醯胺系溶劑;甲苯、二甲苯等芳香族烴系溶劑;辛烷、癸烷等脂肪族烴系溶劑。
作為具有在特佳範圍內之2kPa以下的蒸汽壓力之溶劑的具體例,可舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、4-庚酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮等酮系溶劑;乙酸丁酯、醋酸戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯等酯系溶劑;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等醯胺系溶劑;二甲苯等芳香族烴系溶劑;辛烷、癸烷等脂肪族烴系溶劑。
在顯影液中,還能夠依需要添加適當量的1種或2種以上的界面活性劑。
作為界面活性劑,並無特別限定,但是可較佳地使用例如在上述水溶性樹脂組成物的項中敘述之界面活性劑。
在顯影液中摻合界面活性劑之情形下,相對於顯影液的總量,其摻合量通常係0.001~5質量%,較佳為0.005~2質量%,更佳為0.01~0.5質量%。
作為顯影方法,例如能夠應用如下方法:在填滿顯影液之槽中將基板浸漬一定時間之方法(浸漬法)、藉由利用表面張力使顯影液堆疊在基板表面並靜置一定時間來進行顯影之方法(覆液法(paddle method))、對基板表面噴射顯影液之方法(噴塗法)、在以恆定速度旋轉之基板上一邊以恆定速度掃描顯影液噴射噴嘴一邊持續噴射顯影液之方法(動態分配法)等。
在上述各種的顯影方法包含從顯影裝置的顯影噴嘴朝向感光層噴射顯影液之步驟之情形下,所噴射之顯影液的噴射壓力(所噴射之顯影液的每單位面積的流速)較佳為2mL/秒/mm2 以下,更佳為1.5mL/秒/mm2 以下,進一步較佳為1mL/秒/mm2 以下。流速並無特別下限,但是若考慮通過量,則係0.2mL/秒/mm2 以上為較佳。藉由將所噴射之顯影液的噴射壓力設在上述範圍內,能夠顯著降低由顯影後的阻劑殘渣引起之圖案的缺陷。
雖然該機理的詳細內容尚不明確,但是大概認為這係因為:藉由將噴射壓力設在上述範圍內,顯影液施加於感光層之壓力減小,可抑制感光層上的阻劑圖案不經意被削除或破壞。
另外,顯影液的噴射壓力(mL/秒/mm2 )為顯影裝置中的顯影噴嘴出口中的值。
作為調節顯影液的噴射壓力之方法,例如能夠舉出藉由泵等調節噴射壓力之方法、藉由利用來自加壓罐之供給調節壓力而改變之方法等。
又,在使用包含有機溶劑之顯影液進行顯影之步驟之後,可以實施一邊替換為其他有機溶劑一邊停止顯影之步驟。
在(3)步驟中隔著遮罩對感光層進行曝光之後,使用包含有機溶劑之顯影液(以下,還有時表示為有機系顯影液)進行顯影。顯影係負型為較佳。顯影液所含之溶劑的sp值小於19MPa1/2 為較佳,18MPa1/2 以下為更佳。
作為顯影液所含之有機溶劑,能夠使用酮系溶劑、酯系溶劑、醯胺系溶劑等極性溶劑及烴系溶劑。
作為酮系溶劑,例如能夠舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、2-庚酮(甲基戊基酮)、4-庚酮、1-己酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、乙醯丙酮、丙酮基丙酮、紫羅蘭酮(ionone)、二丙酮醇、乙醯甲醇、苯乙酮、甲基萘基酮、異佛爾酮、碳酸丙烯酯等。
作為酯系溶劑,例如能夠舉出乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、乙酸戊酯(pentyl acetate)、乙酸異戊酯、醋酸戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯等。
作為醯胺系溶劑,例如能夠使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、六甲基磷酸三醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮等。
作為烴系溶劑,例如可舉出甲苯、二甲苯等芳香族烴系溶劑;戊烷、己烷、辛烷、癸烷等脂肪族烴系溶劑。
上述有機溶劑可以僅使用1種,亦可以使用2種以上。又,還可以與除上述以外的有機溶劑混合使用。但是,作為顯影液整體的含水率係10質量%為較佳,實質上不含水分為更佳。在此,實質上例如係指作為顯影液整體的含水率係3質量%以下、更佳為測量極限以下。
亦即,相對於顯影液的總量,有機溶劑相對於有機系顯影液之使用量係90質量%以上且100質量%以下為較佳,95質量%以上且100質量%以下為更佳。
尤其,有機系顯影液含有選自包含酮系溶劑、酯系溶劑及醯胺系溶劑的組群中之至少1種有機溶劑為較佳。
又,依需要,有機系顯影液可以含有適當量的鹼性化合物。作為鹼性化合物的例子,能夠舉出在上述鹼性化合物的項中敘述之化合物。
有機系顯影液的蒸汽壓力在20℃的條件下係5kPa以下為較佳,3kPa以下為更佳,2kPa以下為進一步較佳。藉由將有機系顯影液的蒸汽壓力設為5kPa以下,可抑制顯影液的基板上或顯影杯內的蒸發,晶圓面內的溫度均勻性得到提高,其結果,晶圓面內的尺寸均勻性得到改善。
作為具有5kPa以下的蒸汽壓力之溶劑的具體例,可舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、2-庚酮(甲基戊基酮)、4-庚酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮、甲基異丁基酮等酮系溶劑;乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯、醋酸戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯等酯系溶劑;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等醯胺系溶劑;甲苯、二甲苯等芳香族烴系溶劑;辛烷、癸烷等脂肪族烴系溶劑。
作為具有在特佳範圍內之2kPa以下的蒸汽壓力之溶劑的具體例,可舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、4-庚酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮等酮系溶劑;乙酸丁酯、醋酸戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯等酯系溶劑;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等醯胺系溶劑;二甲苯等芳香族烴系溶劑;辛烷、癸烷等脂肪族烴系溶劑。
在顯影液中,還能夠依需要添加適當量的1種或2種以上的界面活性劑。
作為界面活性劑,並無特別限定,但是可較佳地使用例如在上述水溶性樹脂組成物的項中敘述之界面活性劑。
在顯影液中摻合界面活性劑之情形下,相對於顯影液的總量,其摻合量通常係0.001~5質量%,較佳為0.005~2質量%,更佳為0.01~0.5質量%。
作為顯影方法,例如能夠應用如下方法:在填滿顯影液之槽中將基板浸漬一定時間之方法(浸漬法)、藉由利用表面張力使顯影液堆疊在基板表面並靜置一定時間來進行顯影之方法(覆液法(paddle method))、對基板表面噴射顯影液之方法(噴塗法)、在以恆定速度旋轉之基板上一邊以恆定速度掃描顯影液噴射噴嘴一邊持續噴射顯影液之方法(動態分配法)等。
在上述各種的顯影方法包含從顯影裝置的顯影噴嘴朝向感光層噴射顯影液之步驟之情形下,所噴射之顯影液的噴射壓力(所噴射之顯影液的每單位面積的流速)較佳為2mL/秒/mm2 以下,更佳為1.5mL/秒/mm2 以下,進一步較佳為1mL/秒/mm2 以下。流速並無特別下限,但是若考慮通過量,則係0.2mL/秒/mm2 以上為較佳。藉由將所噴射之顯影液的噴射壓力設在上述範圍內,能夠顯著降低由顯影後的阻劑殘渣引起之圖案的缺陷。
雖然該機理的詳細內容尚不明確,但是大概認為這係因為:藉由將噴射壓力設在上述範圍內,顯影液施加於感光層之壓力減小,可抑制感光層上的阻劑圖案不經意被削除或破壞。
另外,顯影液的噴射壓力(mL/秒/mm2 )為顯影裝置中的顯影噴嘴出口中的值。
作為調節顯影液的噴射壓力之方法,例如能夠舉出藉由泵等調節噴射壓力之方法、藉由利用來自加壓罐之供給調節壓力而改變之方法等。
又,在使用包含有機溶劑之顯影液進行顯影之步驟之後,可以實施一邊替換為其他有機溶劑一邊停止顯影之步驟。
<<(5)藉由乾式蝕刻處理至少去除非遮罩部的水溶性樹脂層及有機半導體層之步驟>>
對感光層進行顯影以製作遮罩圖案之後,藉由蝕刻處理至少去除非遮罩部的上述水溶性樹脂層及上述有機半導體層。非遮罩部表示上述顯影步驟中去除了感光層之部位。
具體而言,乾式蝕刻中,將阻劑圖案作為蝕刻遮罩,至少對水溶性樹脂層及有機半導體層進行乾式蝕刻。作為乾式蝕刻的代表性例,具有日本特開昭59-126506號公報、日本特開昭59-046628號公報、日本特開昭58-009108號公報、日本特開昭58-002809號公報、日本特開昭57-148706號公報、日本特開昭61-041102號公報中所記載的方法。
作為乾式蝕刻,就形成為圖案截面更加接近矩形之觀點、進一步減低對有機半導體層的損傷之觀點而言,以下述形態進行為較佳。
包含如下蝕刻之形態為較佳:第1階段的蝕刻,使用氟系氣體和氧氣(O2 )的混合氣體蝕刻至有機半導體層未暴露之區域(深度);第2階段的蝕刻,在該第1階段的蝕刻之後,使用氮氣(N2 )和氧氣(O2 )的混合氣體蝕刻至有機半導體層暴露之區域(深度)附近為較佳;及過度蝕刻,在有機半導體層暴露之後進行。以下,對乾式蝕刻的具體方法、以及第1階段的蝕刻、第2階段的蝕刻及過度蝕刻進行說明。
關於乾式蝕刻,預先藉由下述方法求出蝕刻條件來進行。
(1)分別算出第1階段的蝕刻中的蝕刻速率(nm/分)、第2階段的蝕刻中的蝕刻速率(nm/分)。(2)分別算出藉由第1階段的蝕刻來蝕刻所期望的厚度之時間、及藉由第2階段的蝕刻來蝕刻所期望的厚度之時間。(3)依據在上述(2)中算出之蝕刻時間實施第1階段的蝕刻。(4)依據在上述(2)中算出之蝕刻時間實施第2階段的蝕刻。或者可以藉由終點檢測來確定蝕刻時間,並依據所確定之蝕刻時間實施第2階段的蝕刻。(5)相對於上述(3)、(4)的總計時間,算出過度蝕刻時間,並實施過度蝕刻。
作為上述第1階段的蝕刻步驟中使用之混合氣體,就將作為被蝕刻膜之有機材料加工成矩形之觀點而言,包含氟系氣體及氧氣(O2 )為較佳。又,第1階段的蝕刻步驟中,藉由蝕刻至有機半導體層未暴露之區域,能夠避免有機半導體層的損傷。又,上述第2階段的蝕刻步驟及上述過度蝕刻步驟中,在第1階段的蝕刻步驟中藉由氟系氣體及氧氣的混合氣體實施蝕刻至有機半導體層未暴露之區域,然後,就避免有機半導體層的損傷之觀點而言,使用氮氣及氧氣的混合氣體進行蝕刻處理為較佳。
重要的係以不損害基於第1階段的蝕刻步驟中的蝕刻處理之矩形性之方式確定第1階段的蝕刻步驟中的蝕刻量與第2階段的蝕刻步驟中的蝕刻量之比例。另外,總蝕刻量(第1階段的蝕刻步驟中的蝕刻量與第2階段的蝕刻步驟中的蝕刻量的總和)中的後者的比例在大於0%且50%以下之範圍內為較佳,10~20%為更佳。蝕刻量係指依據被蝕刻膜殘留之膜厚與蝕刻前的膜厚之差算出之量。
又,蝕刻包含過度蝕刻處理為較佳。關於過度蝕刻處理,設定過度蝕刻比例來進行為較佳。又,過度蝕刻比例依據第一次進行之蝕刻處理時間算出為較佳。過度蝕刻比例能夠任意地設定,但是就維持光阻劑的耐蝕刻性和被蝕刻圖案的矩形性之觀點而言,蝕刻步驟中的蝕刻處理時間的30%以下為較佳,5~25%為更佳,10~15%為特佳。
對感光層進行顯影以製作遮罩圖案之後,藉由蝕刻處理至少去除非遮罩部的上述水溶性樹脂層及上述有機半導體層。非遮罩部表示上述顯影步驟中去除了感光層之部位。
具體而言,乾式蝕刻中,將阻劑圖案作為蝕刻遮罩,至少對水溶性樹脂層及有機半導體層進行乾式蝕刻。作為乾式蝕刻的代表性例,具有日本特開昭59-126506號公報、日本特開昭59-046628號公報、日本特開昭58-009108號公報、日本特開昭58-002809號公報、日本特開昭57-148706號公報、日本特開昭61-041102號公報中所記載的方法。
作為乾式蝕刻,就形成為圖案截面更加接近矩形之觀點、進一步減低對有機半導體層的損傷之觀點而言,以下述形態進行為較佳。
包含如下蝕刻之形態為較佳:第1階段的蝕刻,使用氟系氣體和氧氣(O2 )的混合氣體蝕刻至有機半導體層未暴露之區域(深度);第2階段的蝕刻,在該第1階段的蝕刻之後,使用氮氣(N2 )和氧氣(O2 )的混合氣體蝕刻至有機半導體層暴露之區域(深度)附近為較佳;及過度蝕刻,在有機半導體層暴露之後進行。以下,對乾式蝕刻的具體方法、以及第1階段的蝕刻、第2階段的蝕刻及過度蝕刻進行說明。
關於乾式蝕刻,預先藉由下述方法求出蝕刻條件來進行。
(1)分別算出第1階段的蝕刻中的蝕刻速率(nm/分)、第2階段的蝕刻中的蝕刻速率(nm/分)。(2)分別算出藉由第1階段的蝕刻來蝕刻所期望的厚度之時間、及藉由第2階段的蝕刻來蝕刻所期望的厚度之時間。(3)依據在上述(2)中算出之蝕刻時間實施第1階段的蝕刻。(4)依據在上述(2)中算出之蝕刻時間實施第2階段的蝕刻。或者可以藉由終點檢測來確定蝕刻時間,並依據所確定之蝕刻時間實施第2階段的蝕刻。(5)相對於上述(3)、(4)的總計時間,算出過度蝕刻時間,並實施過度蝕刻。
作為上述第1階段的蝕刻步驟中使用之混合氣體,就將作為被蝕刻膜之有機材料加工成矩形之觀點而言,包含氟系氣體及氧氣(O2 )為較佳。又,第1階段的蝕刻步驟中,藉由蝕刻至有機半導體層未暴露之區域,能夠避免有機半導體層的損傷。又,上述第2階段的蝕刻步驟及上述過度蝕刻步驟中,在第1階段的蝕刻步驟中藉由氟系氣體及氧氣的混合氣體實施蝕刻至有機半導體層未暴露之區域,然後,就避免有機半導體層的損傷之觀點而言,使用氮氣及氧氣的混合氣體進行蝕刻處理為較佳。
重要的係以不損害基於第1階段的蝕刻步驟中的蝕刻處理之矩形性之方式確定第1階段的蝕刻步驟中的蝕刻量與第2階段的蝕刻步驟中的蝕刻量之比例。另外,總蝕刻量(第1階段的蝕刻步驟中的蝕刻量與第2階段的蝕刻步驟中的蝕刻量的總和)中的後者的比例在大於0%且50%以下之範圍內為較佳,10~20%為更佳。蝕刻量係指依據被蝕刻膜殘留之膜厚與蝕刻前的膜厚之差算出之量。
又,蝕刻包含過度蝕刻處理為較佳。關於過度蝕刻處理,設定過度蝕刻比例來進行為較佳。又,過度蝕刻比例依據第一次進行之蝕刻處理時間算出為較佳。過度蝕刻比例能夠任意地設定,但是就維持光阻劑的耐蝕刻性和被蝕刻圖案的矩形性之觀點而言,蝕刻步驟中的蝕刻處理時間的30%以下為較佳,5~25%為更佳,10~15%為特佳。
<<(6)去除水溶性樹脂層之步驟>>
蝕刻之後,使用溶劑(通常為水)去除水溶性樹脂層為較佳。
作為使用水去除水溶性樹脂層之方法,例如能夠舉出從噴霧式或噴淋式噴射噴嘴向阻劑圖案噴射清洗水,以去除水溶性樹脂層之方法。作為清洗水,能夠較佳地使用純水。又,作為噴射噴嘴,能夠舉出在其噴射範圍內包含整個基板之噴射噴嘴、為可動式噴射噴嘴且其可動範圍包含整個基板之噴射噴嘴。
在噴射噴嘴為可動式之情形下,藉由在去除水溶性樹脂層之步驟中在基板中心部至基板端部中移動2次以上並噴射清洗水,能夠更加有效地去除阻劑圖案。
去除水之後,進行乾燥等的步驟亦為較佳。作為乾燥溫度,設為80~120℃為較佳。
蝕刻之後,使用溶劑(通常為水)去除水溶性樹脂層為較佳。
作為使用水去除水溶性樹脂層之方法,例如能夠舉出從噴霧式或噴淋式噴射噴嘴向阻劑圖案噴射清洗水,以去除水溶性樹脂層之方法。作為清洗水,能夠較佳地使用純水。又,作為噴射噴嘴,能夠舉出在其噴射範圍內包含整個基板之噴射噴嘴、為可動式噴射噴嘴且其可動範圍包含整個基板之噴射噴嘴。
在噴射噴嘴為可動式之情形下,藉由在去除水溶性樹脂層之步驟中在基板中心部至基板端部中移動2次以上並噴射清洗水,能夠更加有效地去除阻劑圖案。
去除水之後,進行乾燥等的步驟亦為較佳。作為乾燥溫度,設為80~120℃為較佳。
<用途>
本發明的感光層能夠用於利用了有機半導體之電子器件的製造。在此,電子器件係指含有半導體,且具有2個以上的電極,並藉由電、光、磁、化學物質等控制在該電極之間流動之電流或產生之電壓之器件、或藉由所施加之電壓、電流產生光、電場、磁場等之器件。作為例,可舉出有機光電轉換元件、有機場效電晶體、有機電致發光元件、氣體感測器、有機整流元件、有機反相器、資訊記錄元件等。有機光電轉換元件還能夠用於光感測用途、能量轉換用途(太陽電池)中的任一個。其中,作為用途,較佳為有機場效電晶體、有機光電轉換元件、有機電致發光元件,更佳為有機場效電晶體、有機光電轉換元件,特佳為有機場效電晶體。
[實施例]
本發明的感光層能夠用於利用了有機半導體之電子器件的製造。在此,電子器件係指含有半導體,且具有2個以上的電極,並藉由電、光、磁、化學物質等控制在該電極之間流動之電流或產生之電壓之器件、或藉由所施加之電壓、電流產生光、電場、磁場等之器件。作為例,可舉出有機光電轉換元件、有機場效電晶體、有機電致發光元件、氣體感測器、有機整流元件、有機反相器、資訊記錄元件等。有機光電轉換元件還能夠用於光感測用途、能量轉換用途(太陽電池)中的任一個。其中,作為用途,較佳為有機場效電晶體、有機光電轉換元件、有機電致發光元件,更佳為有機場效電晶體、有機光電轉換元件,特佳為有機場效電晶體。
[實施例]
以下,藉由實施例對本發明進行進一步具體的說明,但是只要不超出其宗旨,則本發明並不限定於以下實施例。另外,只要無特別說明,則“%”及“份”為質量基準。
<重量平均分子量(Mw)的測量方法>
樹脂的Mw藉由以下方法來進行了測量。
<重量平均分子量(Mw)的測量方法>
水溶性樹脂的分子量根據國際公開第WO2015/098978號小冊子的0067~0071段中所記載之方法來進行了測量。
其他樹脂藉由下述的測量條件的凝膠滲透色譜法(GPC測量)來測量了分子量。
聚苯乙烯換算值
裝置:HLC-8220(TOSOH CORPORATION製造)
管柱:保護管柱HZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000及TSKgel Super HZ2000(TOSOH CORPORATION製造)
洗提液:THF(四氫呋喃)
檢測器:UV射線(紫外線)波長為254nm
樹脂的Mw藉由以下方法來進行了測量。
<重量平均分子量(Mw)的測量方法>
水溶性樹脂的分子量根據國際公開第WO2015/098978號小冊子的0067~0071段中所記載之方法來進行了測量。
其他樹脂藉由下述的測量條件的凝膠滲透色譜法(GPC測量)來測量了分子量。
聚苯乙烯換算值
裝置:HLC-8220(TOSOH CORPORATION製造)
管柱:保護管柱HZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000及TSKgel Super HZ2000(TOSOH CORPORATION製造)
洗提液:THF(四氫呋喃)
檢測器:UV射線(紫外線)波長為254nm
實施例1~實施例11及比較例1~比較例3
<水溶性樹脂組成物的製備>
以下述配方混合各成分而製成均勻的溶液之後,使用具有0.8μm的孔徑之尼龍製造的過濾器進行過濾以製備了水溶性樹脂組成物。
<<PVA-1>>
下述PVA 15.0質量份
界面活性劑D-1(下述) 0.008質量份
水 84.9質量份
PVA(KURARAY CO., LTD.製造 PVA-203 皂化度88.0% 聚合度300)
<<PVP-1>>
下述PVP 7.9質量份
界面活性劑D-1(下述) 0.008質量份
水 92.1質量份
PVP(Mw=360,000 Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造 聚乙烯吡咯烷酮 K90)
<比較例的非水溶性樹脂組成物的製備>
<<FR-1>>
以下述配方混合各成分而製成均勻的溶液之後,使用具有0.6μm的孔徑之聚丙烯製造的過濾器進行過濾以製備了非水溶性樹脂組成物。
CYTOP(註冊商標)CTL-809AP2:ASAHI GLASS CO.,LTD.製造4.0質量份
Sumitomo 3M Limited Fluorinert FC77 96.0質量份
<水溶性樹脂組成物的製備>
以下述配方混合各成分而製成均勻的溶液之後,使用具有0.8μm的孔徑之尼龍製造的過濾器進行過濾以製備了水溶性樹脂組成物。
<<PVA-1>>
下述PVA 15.0質量份
界面活性劑D-1(下述) 0.008質量份
水 84.9質量份
PVA(KURARAY CO., LTD.製造 PVA-203 皂化度88.0% 聚合度300)
<<PVP-1>>
下述PVP 7.9質量份
界面活性劑D-1(下述) 0.008質量份
水 92.1質量份
PVP(Mw=360,000 Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造 聚乙烯吡咯烷酮 K90)
<比較例的非水溶性樹脂組成物的製備>
<<FR-1>>
以下述配方混合各成分而製成均勻的溶液之後,使用具有0.6μm的孔徑之聚丙烯製造的過濾器進行過濾以製備了非水溶性樹脂組成物。
CYTOP(註冊商標)CTL-809AP2:ASAHI GLASS CO.,LTD.製造4.0質量份
Sumitomo 3M Limited Fluorinert FC77 96.0質量份
<感光性樹脂組成物的製備>
以下述方式合成了各酸反應性樹脂。
<<酸反應性樹脂A-1的合成>>
<酸反應性樹脂A-1(Mw=25,000)的合成>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(1.0686g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-1。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為25,000,溶解速度為100nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
以下述方式合成了各酸反應性樹脂。
<<酸反應性樹脂A-1的合成>>
<酸反應性樹脂A-1(Mw=25,000)的合成>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(1.0686g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-1。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為25,000,溶解速度為100nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
<<酸反應性樹脂A-2的合成>>
<酸反應性樹脂A-2(Mw=57,000)的合成>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(0.2157g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-2。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為57,000,溶解速度為19nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為4質量%。
<酸反應性樹脂A-2(Mw=57,000)的合成>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(0.2157g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-2。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為57,000,溶解速度為19nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為4質量%。
<<酸反應性樹脂A-3的合成>>
<酸反應性樹脂A-3(Mw=9,000)的合成>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(2.2622g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-3。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為9,000,溶解速度為432nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
<酸反應性樹脂A-3(Mw=9,000)的合成>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(2.2622g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-3。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為9,000,溶解速度為432nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
<<酸反應性樹脂A-4的合成>>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(1.9329g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-4。所獲得之樹脂中,環狀醚酯保護率為50莫耳%,重量平均分子量為15,000,溶解速度為200nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(1.9329g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-4。所獲得之樹脂中,環狀醚酯保護率為50莫耳%,重量平均分子量為15,000,溶解速度為200nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
<<酸反應性樹脂A-5的合成>>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(0.3060g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-5。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為50,000,溶解速度為32nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(16.65g)、THFMA(21.08g)、t-BuMA(5.76g)及V-601(0.3060g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-5。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為65莫耳%,重量平均分子量為50,000,溶解速度為32nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
<<酸反應性樹脂A-6的合成>>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(21.41g)、THFMA(18.97g)、t-BuMA(3.84g)及V-601(1.0686g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-6。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為55莫耳%,重量平均分子量為25,000,溶解速度為188nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(21.41g)、THFMA(18.97g)、t-BuMA(3.84g)及V-601(1.0686g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-6。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為55莫耳%,重量平均分子量為25,000,溶解速度為188nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
<<酸反應性樹脂A-7的合成>>
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(7.14g)、THFMA(27.41g)、t-BuMA(7.68g)及V-601(1.0686g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-7。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為85莫耳%,重量平均分子量為25,000,溶解速度為31nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
向安裝有氮氣導入管及冷卻管之200mL三口燒瓶中加入PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)(32.62g),並升溫至86℃。經2小時向其中滴加了將BzMA(7.14g)、THFMA(27.41g)、t-BuMA(7.68g)及V-601(1.0686g)溶解於PGMEA(32.62g)而得者。然後,將反應液攪拌2小時,以結束了反應。藉由過濾回收藉由將反應液再沉澱於庚烷中而產生之白色粉體,藉此獲得了酸反應性樹脂A-7。所獲得之樹脂中,THFMA與t-BuMA單體的總保護率為85莫耳%,重量平均分子量為25,000,溶解速度為31nm/s。Mw係1,000以下的成分的量為3質量%。
以表1或表2中所記載之配方混合各成分而製成均勻的溶液之後,使用具有0.45μm的孔徑之尼龍製造的過濾器進行過濾以製備了感光性樹脂組成物。另外,各成分的詳細內容示於表1或表2中。
<有機半導體基板的製作>
在圓形的玻璃基板上旋塗包含以下組成之有機半導體塗佈液(有機半導體形成用組成物),並在130℃的條件下乾燥10分鐘,藉此形成了有機半導體層。膜厚為150nm。
<<有機半導體塗佈液的組成>>
P3HT(Sigma-Aldrich Co. LLC製造) 10質量%
PCBM(Sigma-Aldrich Co. LLC製造) 10質量%
氯仿(Wako Pure Chemical Corporation製造) 80質量%
在圓形的玻璃基板上旋塗包含以下組成之有機半導體塗佈液(有機半導體形成用組成物),並在130℃的條件下乾燥10分鐘,藉此形成了有機半導體層。膜厚為150nm。
<<有機半導體塗佈液的組成>>
P3HT(Sigma-Aldrich Co. LLC製造) 10質量%
PCBM(Sigma-Aldrich Co. LLC製造) 10質量%
氯仿(Wako Pure Chemical Corporation製造) 80質量%
<水溶性樹脂層的形成>
在上述有機半導體層的表面旋塗水溶性樹脂組成物,並在100℃的條件下乾燥1分鐘,藉此形成了厚度為2μm的水溶性樹脂層。
在上述有機半導體層的表面旋塗水溶性樹脂組成物,並在100℃的條件下乾燥1分鐘,藉此形成了厚度為2μm的水溶性樹脂層。
<溶解速度的評價>
將感光性樹脂組成物塗佈於作為基材的石英晶體微平衡(QCM的電極)上,並在100℃的條件下加熱1分鐘,藉此形成了厚度為2μm的膜(感光層)。關於在23℃的條件下相對於乙酸丁酯的溶解速度,利用QCM法,依據2μm膜厚的塗膜溶解之時間來算出(相對指標)。
A:秒速50nm以上且秒速150nm以下
B:秒速20nm以上且小於50nm、或秒速超過150nm且200nm以下
C:秒速小於20nm、或秒速超過200nm
將感光性樹脂組成物塗佈於作為基材的石英晶體微平衡(QCM的電極)上,並在100℃的條件下加熱1分鐘,藉此形成了厚度為2μm的膜(感光層)。關於在23℃的條件下相對於乙酸丁酯的溶解速度,利用QCM法,依據2μm膜厚的塗膜溶解之時間來算出(相對指標)。
A:秒速50nm以上且秒速150nm以下
B:秒速20nm以上且小於50nm、或秒速超過150nm且200nm以下
C:秒速小於20nm、或秒速超過200nm
<金屬離子量的測量>
對於感光性樹脂組成物中的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量的測量,在調液之後藉由ICP-MS(感應耦合電漿質譜法)以1ppt至1000ppb的等級測量了組成物中的金屬含量。
對於感光性樹脂組成物中的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量的測量,在調液之後藉由ICP-MS(感應耦合電漿質譜法)以1ppt至1000ppb的等級測量了組成物中的金屬含量。
<水分含量的測量>
在調液之後,使用組成物中的卡爾費休水分儀測量了組成物中的水分含量。
在調液之後,使用組成物中的卡爾費休水分儀測量了組成物中的水分含量。
<靜態接觸角的測量>
感光性樹脂組成物與水溶性樹脂層的靜態接觸角的測量藉由如下方式來進行。亦即,使用靜態接觸角儀(Kyowa Interface Science Co., Ltd.製造),並藉由注射器,使液滴尺寸為10μL的水滴著落,測量了液滴的接觸角。
感光性樹脂組成物與水溶性樹脂層的靜態接觸角的測量藉由如下方式來進行。亦即,使用靜態接觸角儀(Kyowa Interface Science Co., Ltd.製造),並藉由注射器,使液滴尺寸為10μL的水滴著落,測量了液滴的接觸角。
<線圖案的微影性>
將感光性樹脂組成物(阻劑)塗佈於在上述製作之水溶性樹脂層上,並在100℃的條件下乾燥(預烘烤)1分鐘,以形成了感光層。膜厚為2μm。接著,使用平行曝光機,隔著具有2μm的遮罩尺寸、2μm的半間距之石英玻璃製造的二元遮罩,藉由表1或表2所示之光源進行了曝光,以成為表1或表2所示之曝光量。然後,在表1或表2所示之條件下進行後烘烤(PEB),並利用乙酸丁酯以表1或表2所示之顯影處理時間進行了顯影。顯影後,計數了4個寬度為2μm的線與空間圖案(L/S)中藉由過度顯影而消失之線的個數。
將結果示於表1或表2。其中,沒有圖案係指因2μm圖案的溶解速度低而未解析。沒有剝離係指沒有圖案消失。
將感光性樹脂組成物(阻劑)塗佈於在上述製作之水溶性樹脂層上,並在100℃的條件下乾燥(預烘烤)1分鐘,以形成了感光層。膜厚為2μm。接著,使用平行曝光機,隔著具有2μm的遮罩尺寸、2μm的半間距之石英玻璃製造的二元遮罩,藉由表1或表2所示之光源進行了曝光,以成為表1或表2所示之曝光量。然後,在表1或表2所示之條件下進行後烘烤(PEB),並利用乙酸丁酯以表1或表2所示之顯影處理時間進行了顯影。顯影後,計數了4個寬度為2μm的線與空間圖案(L/S)中藉由過度顯影而消失之線的個數。
將結果示於表1或表2。其中,沒有圖案係指因2μm圖案的溶解速度低而未解析。沒有剝離係指沒有圖案消失。
<過度顯影係數>
對上述線圖案的微影性中的過度顯影係數進行了測量。
依據下述式算出了過度顯影係數。
過度顯影係數 = [顯影處理時間(s)/[(感光層的膜厚(nm)/溶解速度(nm/秒))]
對上述線圖案的微影性中的過度顯影係數進行了測量。
依據下述式算出了過度顯影係數。
過度顯影係數 = [顯影處理時間(s)/[(感光層的膜厚(nm)/溶解速度(nm/秒))]
<島形圖案的密合性評價>
將感光性樹脂組成物(阻劑)塗佈於在上述製作之水溶性樹脂層上,並在100℃的條件下乾燥(預烘烤)1分鐘,以形成了感光層。膜厚為2μm。接著,使用平行曝光機,以如形成25個1μm見方的圖案之曝光量,藉由表1或表2所示之光源進行了曝光。然後,在表1或表2所示之條件下進行後烘烤(PEB),並利用乙酸丁酯以表1或表2所示之顯影處理時間進行了顯影。確認了所獲得的25個圖案中發生剝離之個數。
將感光性樹脂組成物(阻劑)塗佈於在上述製作之水溶性樹脂層上,並在100℃的條件下乾燥(預烘烤)1分鐘,以形成了感光層。膜厚為2μm。接著,使用平行曝光機,以如形成25個1μm見方的圖案之曝光量,藉由表1或表2所示之光源進行了曝光。然後,在表1或表2所示之條件下進行後烘烤(PEB),並利用乙酸丁酯以表1或表2所示之顯影處理時間進行了顯影。確認了所獲得的25個圖案中發生剝離之個數。
[表1]
[表2]
上述表中的詳細內容如下。
PEB:後烘烤的處理條件
曝光:記載了顯影時的曝光光源。
採用:表示採用了相符合者
[表2]
PEB:後烘烤的處理條件
曝光:記載了顯影時的曝光光源。
採用:表示採用了相符合者
<產酸劑>
B-1
[化學式13]
B-1
[化學式13]
<鹼性化合物>
C-1
[化學式14]
C-2
2,6-二異丙基苯胺(一級胺,Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造)
C-1
[化學式14]
C-2
2,6-二異丙基苯胺(一級胺,Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造)
<界面活性劑>
D-1:OMNOVA SOLUTIONS INC.製造,PF6320
[化學式15]
D-2
MEGAFACE F-430,DIC CORPORATION製造
D-1:OMNOVA SOLUTIONS INC.製造,PF6320
[化學式15]
D-2
MEGAFACE F-430,DIC CORPORATION製造
<溶劑>
E-1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)
E-2:3-乙氧基丙酸乙酯
E-1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)
E-2:3-乙氧基丙酸乙酯
依據上述結果,在感光層的溶解速度過高的情形下,圖案的崩塌顯著(比較例1)。又,在感光層的溶解速度過低的情形下,未形成圖案(比較例2)。在感光性樹脂組成物與水溶性樹脂層的靜態接觸角過大的情形下,即使溶解速度在既定的範圍內,線其本身和周邊在顯影之後亦會剝離(比較例3)。相對於此,藉由將感光層的溶解速度設在適當的範圍內,可減少底切,可抑制圖案崩塌,且密合性亦優異。
分別製備了使用了C-2(2,6-二異丙基苯胺,Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造)來代替實施例1的鹼性化合物C-1之感光性樹脂組成物、使用了D-2(MEGAFACE F-430,DIC CORPORATION製造)來代替界面活性劑D-1之感光性樹脂組成物、使用了E-1:E-2(3-乙氧基丙酸乙酯)=70:30(質量比)的混合溶劑來代替溶劑E-1之感光性樹脂組成物、將樹脂與產酸劑的質量比設為25.18:0.16(質量比)之感光性樹脂組成物、將樹脂與產酸劑的質量比設為24.98:0.36(質量比)之感光性樹脂組成物。使用各感光性樹脂組成物製作了積層體的試樣。對於各試樣進行過度顯影係數、微影性、密合性的評價之結果,在任何基板中均獲得了良好的結果。
1‧‧‧感光層
2‧‧‧水溶性樹脂層
3‧‧‧有機半導體層
4‧‧‧基板
5‧‧‧去除部
圖1(a)~圖1(b)係示意性地表示本發明的較佳實施形態之感光層的曝光及顯影的過程之剖面圖,圖1(a)為顯影前的狀態,圖1(b)為顯影後的狀態。
Claims (14)
- 一種感光層,其包含於具有水溶性樹脂層和感光層之積層體中, 該感光層由感光性樹脂組成物形成,該感光性樹脂組成物包含藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂,藉由該酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於23℃的乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元中50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團, 將未照射的該感光層浸漬於23℃的乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/s以下, 該水溶性樹脂層上的該感光性樹脂組成物的靜態接觸角為60°以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之感光層,其中 該感光層相對於i射線照射具有感光能力。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光層,其中 該感光性樹脂組成物中的水的含量為0.01質量%以上且1質量%以下。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光層,其中 該溶解速度的變化為溶解速度下降。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光層,其中 該感光層中所含之樹脂具有由下述式(1)表示的構成單元, 式中,R8 表示氫原子或烷基,L1 表示羰基或伸苯基,R1 ~R7 分別獨立地表示氫原子或烷基。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光層,其中 該感光性樹脂組成物的鈉離子、鉀離子及鈣離子的總含量為1質量ppt~1000質量ppb。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光層,其用於有機半導體層加工。
- 一種積層體,其具有申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之感光層和水溶性樹脂層。
- 如申請專利範圍第8項所述之積層體,其還具有有機半導體層,且依次積層有該有機半導體層、該水溶性樹脂層及該感光層。
- 如申請專利範圍第8項所述之積層體,其中 藉由該酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為對該乙酸丁酯的溶解速度大的樹脂與對該乙酸丁酯的溶解速度小的樹脂的混合物。
- 一種感光性樹脂組成物,其用於形成感光層,該感光性樹脂組成物中 該感光層為與水溶性樹脂層組合而形成積層體之層,將未曝光的該感光層浸漬於乙酸丁酯時的溶解速度為20nm/s以上且200nm/秒以下, 該感光性樹脂組成物含有藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物及藉由酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂, 藉由該酸的作用而產生相對於乙酸丁酯的溶解速度的變化之樹脂為可溶於乙酸丁酯之疏水性樹脂,該樹脂的重量平均分子量為10,000~50,000,且藉由疏水性保護基保護所有構成單元的50莫耳%至100莫耳%可溶於鹼水溶液之基團,且為該水溶性樹脂層上的靜態接觸角為60°以下之樹脂。
- 如申請專利範圍第11項所述之感光性樹脂組成物,其用於有機半導體層加工。
- 一種試劑盒,其用於依次形成水溶性樹脂層和感光層,該試劑盒具有申請專利範圍第11項或第12項所述之感光性樹脂組成物和水溶性樹脂組成物。
- 一種申請專利範圍第13項所述之試劑盒,其用於有機半導體層加工。
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