WO2015025949A1 - 積層体 - Google Patents
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- G03F7/32—Liquid compositions therefor, e.g. developers
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Definitions
- the present invention relates to a laminate, and more particularly to a laminate of a resist composition.
- Organic semiconductors have an advantage that it can be manufactured by a simple process as compared with a conventional device using an inorganic semiconductor such as silicon. Furthermore, it is possible to easily change the material characteristics by changing the molecular structure, and there are a wide variety of materials, making it possible to realize functions and elements that could not be achieved with inorganic semiconductors. It is thought to be.
- Organic semiconductors can be applied to electronic devices such as organic solar cells, organic electroluminescence displays, organic photodetectors, organic field effect transistors, organic electroluminescent elements, gas sensors, organic rectifying elements, organic inverters, information recording elements, etc. There is sex. Patterning of an organic semiconductor has been performed by a printing technique so far, but there is a limit to fine processing in the patterning by the printing technique. Organic semiconductors are also susceptible to damage.
- Patent Document 1 includes a step of forming an organic semiconductor layer, a step of stacking a protective layer for protecting the organic semiconductor layer from the mask layer on the organic semiconductor layer, and a mask layer having a predetermined pattern.
- a method for patterning an organic semiconductor layer includes: a step of forming a layer on a protective layer; and a step of patterning the protective layer and the organic semiconductor layer in the same shape by etching using the mask layer as a mask.
- a method for patterning an organic semiconductor layer is disclosed, in which a protective layer is formed of an organic polymer compound or an insulating inorganic compound which are different in material and have hydrophilicity.
- Patent Document 2 discloses that a photosensitive composition such as a photosensitive resin layer is formed on an organic semiconductor protective layer using a material that does not affect the organic semiconductor layer.
- the conventional method has a problem that the mask layer remains as a protective film even after the patterning is completed.
- the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a laminate capable of forming a good pattern.
- the inventors have formed a water-soluble resin film and a resist film made of a chemically amplified photosensitive resin composition in this order on one surface of the organic semiconductor, and etching the resist film after patterning.
- patterning can be performed without damaging the organic semiconductor, and the present invention has been completed.
- the above problem has been solved by the following means ⁇ 1>, preferably ⁇ 2> to ⁇ 23>.
- the chemically amplified photosensitive resin composition contains a photoacid generator that decomposes by 80 mol% or more when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm, and the exposed part becomes hardly soluble in a developer containing an organic solvent.
- ⁇ 3> The laminate according to ⁇ 1>, wherein the etching is wet etching.
- ⁇ 4> The laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the water-soluble resin of the water-soluble resin film has an sp value of 18 (MPa) 1/2 or more and less than 29 (MPa) 1/2 .
- ⁇ 5> The laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the water-soluble resin of the water-soluble resin film has an sp value of 20 (MPa) 1/2 or more and 26 (MPa) 1/2 or less.
- ⁇ 6> The laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the water-soluble resin of the water-soluble resin film is polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, or a mixture of polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone.
- ⁇ 7> The laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the water-soluble resin of the water-soluble resin film is polyvinylpyrrolidone.
- ⁇ 8> The chemically amplified photosensitive resin composition changes in polarity when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm, and is hardly soluble in an organic solvent having an sp value of less than 18 (MPa) 1/2.
- the chemically amplified photosensitive resin composition includes a resin having a repeating unit represented by the following general formula (B 1 -1): General formula (B 1 -1)
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cyano group or a halogen atom
- R 2 to R 4 each independently represents an alkyl group
- R 2 to R 4 Two may combine to form a cyclic alkyl group.
- the chemically amplified photosensitive resin composition includes a resin having a repeating unit represented by the following general formula (B 1 -2): General formula (B 1-2 )
- B 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cyano group or a halogen atom
- R 2 to R 4 each independently represents an alkyl group. Represents an alkyl group; two of R 2 to R 4 may combine to form a cyclic alkyl group; and R 5 represents a divalent chain hydrocarbon group.
- Nonionic light wherein the photoacid generator generates an acid having a pKa of ⁇ 6 or less upon irradiation with actinic rays or radiation, and has a molar extinction coefficient at 365 nm of 4000 L / (mol ⁇ cm) or more.
- the laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>, which is an acid generator.
- the nonionic photoacid generator is a compound having a fluoroalkyl group having 2 or 3 carbon atoms, and the fluoroalkyl group having 2 or 3 carbon atoms by irradiation with actinic rays and / or radiation
- the nonionic photoacid generator is a compound represented by the following general formula (3):
- R 6 represents a C 2 or C 3 fluoroalkyl group
- R 7 represents an alkylene group, an alkenylene group, or an arylene group.
- ⁇ 18> The laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 14>, wherein the photoacid generator is a compound having an oxime sulfonate group.
- the chemically amplified photosensitive resin composition further contains a basic compound.
- the basic compound is a primary amine compound.
- a chemically amplified photosensitive resin composition comprising a resin having a repeating unit represented by the following general formula (B 1 -1) and / or a repeating unit represented by the following general formula (B 1 -2): Further comprising a basic compound,
- the photoacid generator generates an acid having a pKa of ⁇ 6 or less upon irradiation with actinic rays or radiation, and a nonionic photoacid generator having a molar extinction coefficient at 365 nm of 4000 L / (mol ⁇ cm) or more.
- the description which does not describe substitution and unsubstituted includes the thing which has a substituent with the thing which does not have a substituent.
- the “alkyl group” includes not only an alkyl group having no substituent (unsubstituted alkyl group) but also an alkyl group having a substituent (substituted alkyl group).
- “active light” in the present specification means, for example, an emission line spectrum of a mercury lamp, far ultraviolet rays represented by excimer laser, extreme ultraviolet rays (EUV light), X-rays, electron beams, and the like. In the present invention, light means actinic rays or radiation.
- exposure in this specification is not only exposure with far-ultraviolet rays such as mercury lamps and excimer lasers, X-rays, EUV light, but also drawing with particle beams such as electron beams and ion beams. Are also included in the exposure.
- a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- (meth) acrylate represents both and / or acrylate and methacrylate
- (meth) acryl represents both and / or acryl and “(meth) acrylic”
- "Acryloyl” represents both and / or acryloyl and methacryloyl.
- process is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. .
- the solid content concentration is the weight percentage of the weight of other components excluding the solvent with respect to the total weight of the composition.
- Solid content means the solid content in 25 degreeC.
- the weight average molecular weight is defined as a polystyrene converted value by GPC measurement.
- the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) are, for example, HLC-8220 (manufactured by Tosoh Corporation) and TSKgelgSuper AWM-H (manufactured by Tosoh Corporation, 6) as a column.
- the eluent was measured using a 10 mmol / L lithium bromide NMP (N-methylpyrrolidinone) solution.
- the laminate of the present invention is a laminate having at least (1) a water-soluble resin film and (2) a resist film made of a chemically amplified photosensitive resin composition in this order on the surface of an organic semiconductor film.
- the chemically amplified photosensitive resin composition contains a photoacid generator that decomposes by 80 mol% or more when exposed to 100 mJ or more at a wavelength of 365 nm, and the exposed portion of the chemically amplified photosensitive resin composition contains an organic solvent.
- a mask pattern can be formed by being hardly soluble in the film, and the mask pattern is used as an etching mask after formation.
- the etching may be dry etching or wet etching, for example, as will be described later.
- the organic semiconductor film used in the present invention is a film containing an organic material exhibiting semiconductor characteristics.
- a semiconductor made of an inorganic material there are a p-type organic semiconductor that conducts holes as carriers and an n-type organic semiconductor that conducts electrons as carriers.
- the ease of carrier flow in the organic semiconductor is represented by carrier mobility ⁇ .
- the mobility should be higher, preferably 10 ⁇ 7 cm 2 / Vs or more, more preferably 10 ⁇ 6 cm 2 / Vs or more, more preferably 10 ⁇ 5 cm 2 / Vs. More preferably, it is Vs or higher.
- the mobility can be obtained by characteristics when a field effect transistor (FET) element is manufactured or by a time-of-flight measurement (TOF) method.
- FET field effect transistor
- TOF time-of-flight measurement
- the organic semiconductor film is usually preferably formed on a substrate. That is, it is preferable to have a substrate on the surface of the organic semiconductor film opposite to the side where the water-soluble resin film is laminated.
- a substrate that can be used in the present invention, for example, various materials such as silicon, quartz, ceramic, glass, polyester film such as polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), and polyimide film are used as the substrate.
- PEN polyethylene naphthalate
- PET polyethylene terephthalate
- polyimide film any substrate may be selected depending on the application.
- a flexible substrate can be used in the case of use of a flexible element. Further, the thickness of the substrate is not particularly limited.
- any material of organic semiconductor material and inorganic semiconductor material may be used as long as it exhibits a hole transport property.
- a p-type ⁇ -conjugated polymer for example, substituted or substituted is used.
- Unsubstituted polythiophene eg, poly (3-hexylthiophene) (P3HT)
- polyselenophene polypyrrole
- polyparaphenylene polyparaphenylene vinylene
- polythiophene vinylene polyaniline, etc.
- condensed polycyclic compounds eg, substituted) Or unsubstituted anthracene, tetracene, pentacene, anthradithiophene, hexabenzocoronene, etc.
- triarylamine compounds eg, m-MTDATA, 2-TNATA, NPD, TPD, mCP, CBP, etc.
- hetero 5-membered ring compounds Eg substituted or unsubstituted Ligothiophene, TTF, etc.
- phthalocyanine compounds substituted or unsubstituted central metal phthalocyanine, naphthalocyanine, anthracocyanine, tetrapyraz
- any organic semiconductor material or inorganic semiconductor material may be used as long as it has a hole transporting property.
- the fullerene compound refers to a substituted or unsubstituted fullerene.
- C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 80 , C 82 , C 84 , C 86 , C 88 , C 90 are used.
- C 96 , C 116 , C 180 , C 240 , C 540 and the like may be used, but substituted or unsubstituted C 60 , C 70 , C 86 are preferable, and PCBM ([6, 6] is particularly preferable.
- Electron-deficient phthalocyanines are phthalocyanines (F 16 MPc, FPc-S8, etc.), naphthalocyanines, anthracyanines, substituted or unsubstituted tetrapyrazinoporphyrazines of various central metals to which 4 or more electron withdrawing groups are bonded. Etc.
- naphthalene tetracarbonyl compound may be used, but naphthalene tetracarboxylic anhydride (NTCDA), naphthalene bisimide compound (NTCDI), and perinone pigment (Pigment Orange 43, Pigment Red 194, etc.) are preferable.
- NTCDA naphthalene tetracarboxylic anhydride
- NTCDI naphthalene bisimide compound
- perinone pigment Pigment Orange 43, Pigment Red 194, etc.
- Any perylene tetracarbonyl compound may be used, but perylene tetracarboxylic acid anhydride (PTCDA), perylene bisimide compound (PTCDI), and benzimidazole condensed ring (PV) are preferable.
- the TCNQ compound is a substituted or unsubstituted TCNQ and a compound in which the benzene ring portion of TCNQ is replaced with another aromatic ring or a heterocyclic ring, and examples thereof include TCNQ, TCAQ, TCN3T, and the like. Furthermore, graphene is also mentioned. Particularly preferred examples of the type organic semiconductor material are shown below.
- R in the formula may be any, but is a hydrogen atom, a substituent or an unsubstituted branched or straight chain alkyl group (preferably having 1 to 18 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, still more preferably Is preferably 1 to 8), or a substituted or unsubstituted aryl group (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms).
- Solvents include hydrocarbon solvents such as hexane, octane, decane, toluene, xylene, ethylbenzene, 1-methylnaphthalene, and 1,2-dichlorobenzene; for example, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone.
- Halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, tetrachloromethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene and chlorotoluene; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and amyl acetate;
- alcohol solvents such as methanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol;
- Ether solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 1-methyl-2-imidazolidinone, dimethyl
- polar solvents such as sulfoxide.
- the ratio of the organic semiconductor in the composition for forming the organic semiconductor film is preferably 0.1 to 80% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass. A film having a thickness can be formed.
- Resin binders include polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysiloxane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose, polyethylene, polypropylene, and other insulating polymers, and their co-polymers.
- Examples thereof include photoconductive polymers such as coalescence, polyvinyl carbazole and polysilane, and conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline and polyparaphenylene vinylene.
- the resin binder may be used alone or in combination. Considering the mechanical strength of the thin film, a resin binder having a high glass transition temperature is preferable, and considering the charge mobility, a resin binder, a photoconductive polymer, or a conductive polymer having a structure not containing a polar group is preferable.
- the blending amount is preferably 0.1 to 30% by mass in a film such as an organic semiconductor film.
- a single layer or a mixed solution containing various semiconductor materials and additives may be applied to form a blend film composed of a plurality of material types.
- a mixed solution with another semiconductor material can be used.
- the substrate may be heated or cooled, and the film quality and molecular packing in the film can be controlled by changing the temperature of the substrate.
- the temperature of the substrate is not particularly limited, but is preferably ⁇ 200 ° C. to 400 ° C., more preferably ⁇ 100 ° C. to 300 ° C., and further preferably 0 ° C. to 200 ° C.
- the characteristics of the formed organic semiconductor film can be adjusted by post-processing. For example, characteristics can be improved by changing the film morphology and molecular packing in the film by heat treatment or exposure to solvent vapor. Further, by exposing to an oxidizing or reducing gas, solvent, substance, or the like, or mixing them, an oxidation or reduction reaction can be caused to adjust the carrier density in the film.
- the thickness of the organic semiconductor film is not particularly limited and varies depending on the type of electronic device used, but is preferably 5 nm to 50 ⁇ m, more preferably 10 nm to 5 ⁇ m, and still more preferably 20 nm to 500 nm.
- the water-soluble resin film is formed, for example, by applying a water-soluble resin composition containing a water-soluble resin on the organic semiconductor film and drying it.
- the water-soluble resin in the present invention refers to a resin having a solubility in water at 20 ° C. of 1% or more.
- the sp value (solubility parameter) of the water-soluble resin of the water-soluble resin film is preferably 18 (MPa) 1/2 or more and less than 29 (MPa) 1/2 , and 18.5 (MPa) 1 / It is more preferably 2 or more and less than 29 (MPa) 1/2 , more preferably 19 (MPa) 1/2 or more and less than 28 (MPa) 1/2 , and 19.5 to 27 (MPa) 1 / 2 is more preferable, and 20 to 26 (MPa) 1/2 is particularly preferable.
- the sp value is a value calculated by the Hoy method, and the Hoy method is described in POLYMER HANDBOOK FOURTH EDITION.
- the water-soluble resin composition may contain two or more types of water-soluble resins. In this case, it is preferable that each of the two or more types of water-soluble resins satisfies the above range.
- Water-soluble resins used in the present invention include polyvinylpyrrolidone, water-soluble polysaccharides (water-soluble cellulose (such as methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose), pullulan or pullulan derivatives, starch, hydroxypropyl. Starch, carboxymethyl starch, chitosan, cyclodextrin), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyethyloxazoline, and the like. Polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and pullulan are preferable.
- the water-soluble resin preferably contains polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, or a mixture of polyvinyl pyrrolidone and polyvinyl alcohol. Of these, two or more different main chain structures may be selected and used, or may be used as a copolymer.
- the saponification degree is preferably 70 mol% to 95 mol%, and more preferably 80 mol% to 90 mol%.
- the weight average molecular weight of the water-soluble resin forming the water-soluble resin film used in the present invention is preferably 500 to 1,000,000, more preferably 2,000 to 800,000 as a polystyrene conversion value by the GPC method. More preferably, it is 3,000 to 700,000.
- the weight average molecular weight can be appropriately selected according to the substrate to be processed. By setting the weight average molecular weight in the above range, it is possible to further improve the followability to a stepped organic semiconductor substrate and to make cracks less likely to occur on the film surface. Two or more water-soluble resins having different weight average molecular weights may be selected and used.
- the degree of dispersion (molecular weight distribution) of the water-soluble resin is usually 1.0 to 3.0, and preferably in the range of 1.0 to 2.6.
- propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, etc. It can gel.
- solvents at least one of water, primary alcohols and secondary alcohols is preferable, and at least one of water and 2-propanol is more preferable.
- a solvent can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
- Application is preferred as a method for applying the water-soluble resin composition.
- application methods include casting method, blade coating method, wire bar coating method, spray coating method, dipping (dipping) coating method, bead coating method, air knife coating method, curtain coating method, inkjet method, spin coating method, The Langmuir-Blodgett (LB) method can be used.
- LB Langmuir-Blodgett
- the solid content concentration of the water-soluble resin composition is preferably 0.5 to 45% by mass, more preferably 1.0 to 40% by mass, and further preferably 2.0 to 35% by mass. preferable. It can apply
- the water-soluble resin composition further contains a surfactant for improving coatability.
- the surfactant may be any nonionic, anionic, or amphoteric fluorine-based one as long as it reduces the surface tension.
- examples of the surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, and other polyoxyethylene alkyl ethers.
- Oxyethylene alkyl allyl ethers such as polyoxyethylene stearate, sorbitan monolaurate, sorbitan monostearate, sorbitan distearate, sorbitan monooleate, sorbitan sesquioleate, sorbitan trioleate, etc.
- Sorbitan alkyl esters such as glyceride alkyl esters such as glycerol monostearate and glycerol monooleate
- Nonionic surfactants such as oligomers containing silicon or silicon, acetylene glycol, ethylene oxide adducts of acetylene glycol, alkylbenzene sulfonates such as sodium dodecylbenzene sulfonate, sodium butyl naphthalene sulfonate, sodium pentyl naphthalene sulfonate, Alkyl naphthalene sulfonates such as sodium hexyl naphthalene sulfonate, sodium octyl naphthalene sulfonate, alkyl sulfates such as sodium lauryl sulfate, alkyl sulfonates such as sodium dodecyl sulfonate, s
- R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 3 to 15 carbon atoms which may have a substituent, or an aromatic carbon atom having 6 to 15 carbon atoms which may have a substituent.
- a hydrogen group or an optionally substituted heteroaromatic cyclic group having 4 to 15 carbon atoms (the substituent is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, carbon And an aralkyl group having 7 to 17 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy-carbonyl group having 2 to 20 carbon atoms, and an acyl group having 2 to 15 carbon atoms.
- the addition amount of the surfactant is preferably 0.05 to 8% by mass, more preferably 0.07 to 5% by mass when the water-soluble resin film is formed. Particularly preferably, it is contained in a proportion of 0.1 to 3% by mass.
- surfactants may be used alone or in combination of two or more.
- the water-soluble resin composition may contain a plasticizer for improving the mechanical strength of the film.
- a plasticizer for improving the mechanical strength of the film.
- the film thickness of the water-soluble resin film is 2 ⁇ m or more, the generation of cracks can be more effectively prevented.
- the water-soluble resin film preferably has a thickness of 20 nm to 10 ⁇ m, and more preferably has a thickness of 100 nm to 5 ⁇ m.
- the film thickness can be appropriately selected according to the film thickness of the organic semiconductor to be processed. The thinner the water-soluble resin film is, the shorter the etching time can be. Semiconductor processing cannot be performed satisfactorily. The thicker the water-soluble resin film, the longer the etching time. However, the organic semiconductor can be satisfactorily processed even when the organic semiconductor is thick.
- the film thickness as described above can be obtained.
- Chemically Amplified Photosensitive Resin Composition When the photosensitive resin composition used in the present invention is a chemically amplified photosensitive resin composition, which is a chemically amplified photosensitive resin composition, high storage stability and fine pattern formation can be achieved.
- a chemical amplification type photosensitive resin composition changes its polarity when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm, and the sp value is It is preferably insoluble in an organic solvent of less than 19 (MPa) 1/2 , more preferably insoluble in an organic solvent of 18.5 (MPa) 1/2 or less, and 18.0 (MPa) It is more preferable that it is hardly soluble in an organic solvent of 1/2 or less. Further, it is more preferable that the polarity is changed as described above by exposing to 100 to 200 mJ / cm 2 at a wavelength of 365 nm.
- the photosensitive resin composition used in the present invention is preferably a negative resist composition because a particularly high effect can be obtained because a finer trench / hole pattern can be formed.
- the photosensitive resin composition used in the present invention decomposes 80% or more when exposed to a resin (hereinafter referred to as “specific resin A”) that can be developed with a developer containing an organic solvent and 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm. It is preferable to contain at least a photoacid generator (hereinafter also referred to as a specific photoacid generator).
- the photosensitive resin composition in the present invention can form a resist film having a surface with excellent smoothness, and the generation of residues during development is suppressed.
- the “residue” means a residual film present at the periphery of the edge of the patterned resist film when a patterned resist film is formed using the photosensitive resin composition.
- the specific resin A used in the present invention is a resin component constituting the chemically amplified photosensitive resin composition, and is usually a resin containing a repeating unit containing a group dissociated by an acid, and contains other repeating units. Also good.
- the specific resin A is preferably a resin that has an acid-decomposable repeating unit (a repeating unit containing a group dissociated by an acid) and whose dissolution rate in a developer containing an organic solvent is reduced by the action of an acid.
- the specific resin A is soluble in an organic solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less and has a tetrahydrofuranyl group (hereinafter referred to as “specific acid decomposition” in the structural unit represented by the formula (1). It is preferably a resin that is hardly soluble in an organic solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less when it is decomposed or dissociated.
- “soluble in an organic solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less” is formed by applying a solution of the specific resin A on a substrate and heating at 100 ° C. for 1 minute. The dissolution rate of the specific resin A coating film (thickness: 1 ⁇ m) with respect to butyl acetate at 23 ° C.
- “Solution” means the dissolution rate of butyl acetate at 23 ° C. of the coating film (thickness 1 ⁇ m) of the specific resin A formed by applying a solution of the specific resin A on the substrate and heating at 100 ° C. for 1 minute. Is less than 10 nm / second.
- the dissolution rate of the specific resin A in the present invention in an organic solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less is more preferably 40 nm / second or more.
- the dissolution rate in an organic solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less is preferably less than 1 nm / second.
- the specific resin A in the present invention is preferably an acrylic polymer.
- the “acrylic polymer” in the present invention is an addition polymerization type resin, is a polymer containing a structural unit derived from (meth) acrylic acid and / or its ester, and (meth) acrylic acid and / or its You may have structural units other than the structural unit derived from ester, for example, the structural unit derived from styrene, the structural unit derived from a vinyl compound, etc.
- the specific resin A preferably has a structural unit derived from (meth) acrylic acid and / or an ester thereof in an amount of 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, based on all the structural units in the polymer.
- a polymer consisting only of structural units derived from (meth) acrylic acid and / or its ester.
- the “structural unit derived from (meth) acrylic acid and / or its ester” is also referred to as “acrylic structural unit”.
- (Meth) acrylic acid is a generic term for methacrylic acid and acrylic acid.
- Repeating unit (a1) The specific resin A used in the present invention usually contains a repeating unit (a1) containing a group dissociated by an acid.
- a preferred example of the group dissociated by the acid is a group represented by the following general formula (1).
- R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an optionally substituted linear, branched or cyclic alkyl group. However, the case where both R 1 and R 2 are hydrogen atoms is excluded.
- R 3 represents a linear, branched or cyclic alkyl group which may be substituted, or an aralkyl group which may be substituted. R 1 and R 3 may be linked to form a cyclic ether.
- the linear or branched alkyl group of R 1 and R 2 preferably has 1 to 6 carbon atoms.
- an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms and a halogen atom are preferable.
- the number of carbon atoms in the cyclic alkyl group of R 1 and R 2 is preferably 3-6.
- an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen atom are preferable.
- the number of carbon atoms of the linear or branched alkyl group represented by R 3 is preferably 1-10.
- an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms and a halogen atom are preferable.
- the number of carbon atoms in the cyclic alkyl group represented by R 3 is preferably 3 to 10.
- an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen atom are preferable.
- the carbon number of the aralkyl group of R 3 is preferably 7-10.
- an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen atom are preferable.
- R 1 and R 3 are linked to form a cyclic ether, it is preferable that R 1 and R 3 are linked to form an alkylene chain having 2 to 5 carbon atoms.
- Examples of the structural unit having an acid dissociable group represented by the general formula (1) include those obtained by protecting a phenolic hydroxyl group such as hydroxystyrene or novolak with an acetal group.
- One preferred structural unit is a structural unit having an acid-dissociable group represented by the following general formula (2).
- 1-alkoxyalkoxystyrene and tetrahydropyranyloxystyrene are more preferable, and 1-alkoxyalkoxystyrene is particularly preferable.
- R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an optionally substituted linear, branched or cyclic alkyl group. However, the case where both R 1 and R 2 are hydrogen atoms is excluded.
- R 3 represents a linear, branched or cyclic alkyl group which may be substituted, or an aralkyl group which may be substituted. R 1 and R 3 may be linked to form a cyclic ether.
- R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group.
- R 1 ⁇ R 3 has the general formula (1) of the same meaning as R 1 ⁇ R 3.
- the structural unit represented by the general formula (2) may have a substituent such as an alkyl group or an alkoxy group on the benzene ring.
- Another preferred example of the structural unit having an acid dissociable group represented by the general formula (1) includes a repeating unit represented by the following general formula (1-1).
- R 1 represents an alkyl group
- R 2 represents an alkyl group
- R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- R 1 and R 2 may be linked to form a ring.
- Ra represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cyano group, or a halogen atom.
- L 1 represents a single bond or a divalent linking group.
- the alkyl group for R 1 may be linear, branched or cyclic.
- the linear or branched alkyl group may have a substituent, preferably has 1 to 20 carbon atoms, and more preferably has 1 to 10 carbon atoms.
- Specific examples of the linear or branched alkyl group for R 1 include, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, and a neopentyl group.
- the cyclic alkyl group for R 1 may have a substituent, may be monocyclic or polycyclic, and has a carbon number of 3 to It is preferably 20 and more preferably 3 to 10 carbon atoms.
- Specific examples of the cyclic alkyl group for R 1 include, for example, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, decahydronaphthyl group, cyclodecyl group, 1-adamantyl group, Examples thereof include a 2-adamantyl group, a 1-norbornyl group, a 2-norbornyl group, and the like, and a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, or a 1-adamantyl group is preferable.
- Examples of the substituent that the linear or branched alkyl group for R 1 may have include a cyclic alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyl group, a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom) ) And the like.
- Specific examples and preferred examples of the cyclic alkyl group as a substituent that the linear or branched alkyl group for R 1 may have include the specific examples and preferred examples described above as the cyclic alkyl group for R 1. The same thing is mentioned.
- Examples of the substituent that the cyclic alkyl group for R 1 may have include an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyl group, and a halogen atom.
- Specific examples and preferred examples of the alkyl group as a substituent that the cyclic alkyl group for R 1 may have are the same as the specific examples and preferred examples described above as the linear or branched alkyl group for R 1. Can be mentioned.
- the aryl group as a substituent that the alkyl group for R 1 may have is preferably an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and a plurality of aromatic groups A structure in which rings are connected to each other via a single bond (for example, a biphenyl group or a terphenyl group) is also included.
- Specific examples of the aryl group as a substituent that the alkyl group for R 1 may have include a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, and the like.
- the aryl group as a substituent that the alkyl group for R 1 may have is preferably a phenyl group, a naphthyl group, or a biphenyl group.
- Examples of the alkyl group moiety of the alkoxy group as the substituent that the alkyl group for R 1 may have include those listed as the alkyl group for R 1 in formula (1-1).
- As the alkoxy group a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, and an n-butoxy group are particularly preferable.
- Examples of the aryl group part of the aryloxy group as a substituent that the alkyl group for R 1 may have include those listed as the aryl group.
- Examples of the acyl group as a substituent that the alkyl group or cycloalkyl group for R 1 may have include, for example, an acetyl group, a propionyl group, an n-butanoyl group, an i-butanoyl group, an n-heptanoyl group, and 2-methylbuta
- Examples thereof include linear or branched acyl groups having 2 to 12 carbon atoms such as noyl group, 1-methylbutanoyl group and t-heptanoyl group.
- the alkyl group for R 2 may be linear, branched or cyclic.
- the linear or branched alkyl group may have a substituent, preferably has 1 to 30 carbon atoms, and more preferably has 1 to 20 carbon atoms.
- Specific examples of the linear or branched alkyl group for R 2 include, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, neopentyl group.
- Hexyl group, 2-ethylhexyl group, octyl group, dodecyl group and the like and include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, neopentyl group. It is preferable that
- the cyclic alkyl group for R 2 may have a substituent, may be monocyclic or polycyclic, and preferably has 3 to 30 carbon atoms. More preferably, it is 3-20.
- Specific examples of the cyclic alkyl group for R 2 include, for example, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, a 1-adamantyl group, a 2-adamantyl group, and 1-norbornyl.
- Examples of the substituent that the linear or branched alkyl group for R 2 may have include a cyclic alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyloxy group, and a halogen atom (for example, fluorine Atom, chlorine atom) and the like.
- Specific examples and preferred examples of the cyclic alkyl group as a substituent that the linear or branched alkyl group for R 2 may have include the specific examples and preferred examples described above as the cyclic alkyl group for R 2. The same thing is mentioned.
- Examples of the substituent that the cyclic alkyl group for R 2 may have include an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyloxy group, and a halogen atom (for example, a fluorine atom and a chlorine atom).
- Specific examples and preferred examples of the alkyl group as a substituent that the cyclic alkyl group for R 2 may have include those similar to the specific examples and preferred examples described above for the alkyl group for R 1 .
- Examples of the aryl group as the substituent that the alkyl group for R 2 may have include the same aryl groups as those described above as the substituent that the alkyl group for R 1 may have.
- the heterocyclic group for R 2 is preferably a heterocyclic group having 6 to 20 carbon atoms, and more preferably a heterocyclic group having 6 to 12 carbon atoms.
- Specific examples of the heterocyclic group for R 2 include pyridyl group, pyrazyl group, tetrahydrofuranyl group, tetrahydropyranyl group, tetrahydrothiophene group, piperidyl group, piperazyl group, furanyl group, pyranyl group, chromanyl group and the like.
- Examples of the alkyl group moiety of the alkoxy group as a substituent that the alkyl group for R 2 may have include those listed as the alkyl group for R 1 .
- alkoxy group a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, and an n-butoxy group are particularly preferable.
- aryl group part of the aryloxy group as a substituent that the alkyl group for R 2 may have include those listed as the aforementioned aryl groups.
- Examples of the acyloxy group as a substituent that the alkyl group for R 2 may have include, for example, an acetyloxy group, a propionyloxy group, an n-butanoyloxy group, an i-butanoyloxy group, an n-heptanoyloxy group, Examples thereof include a linear or branched acyloxy group having 2 to 12 carbon atoms such as 2-methylbutanoyloxy group, 1-methylbutanoyloxy group, t-heptanoyloxy group and the like.
- R 1 and R 2 may be linked to form a ring.
- the formed ring may have a substituent, preferably forms a 5- or 6-membered ring, and more preferably forms a tetrahydrofuranyl ring or a tetrahydropyranyl ring.
- the alkyl group for R 3 preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, still more preferably 1 to 3 carbon atoms, and 1 or 2 carbon atoms (ie, , Methyl group or ethyl group).
- Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a t-butyl group.
- R 3 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and preferably a hydrogen atom or a methyl group. More preferred is a hydrogen atom.
- the alkyl group for Ra may have a substituent, and is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
- Preferable substituents that the alkyl group of Ra may have include a hydroxyl group and a halogen atom.
- Examples of the halogen atom for Ra include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
- Ra is preferably a methyl group, a hydroxymethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms (for example, a trifluoromethyl group), and the glass transition point (Tg) of the specific resin (A) is preferably A methyl group is particularly preferable from the viewpoint of improving and improving resolution and space width roughness.
- L 1 is a phenylene group
- Ra is preferably a hydrogen atom.
- L 11 is a cyclic alkylene group, it may contain an ester bond and form a lactone ring, and L 11 is an alkylene group that may contain a heteroatom having 1 to 9 carbon atoms or a carbonyl bond.
- L 12 is preferably an arylene group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a 1,4-phenylene group, a 1,3-phenylene group or a 1,2-phenylene group, and a 1,4-phenylene group or 1 More preferred is a 3-phenylene group.
- Specific examples of preferred divalent linking groups for L 1 are shown below, but the present invention is not limited thereto.
- the repeating unit represented by the general formula (1-1) is: A repeating unit represented by the following general formula (1-11) is preferable.
- R 2 R 3, L 1 , Ra is as defined R 2, R 3, L 1 , Ra in formula (1-1).
- R 11 represents an alkyl group, aryl group, aralkyl group, alkoxy group, acyl group or heterocyclic group. R 11 and R 2 may be linked to form a ring. R 11 may be any of a linear, branched or cyclic alkyl group. Specific examples and preferred examples of the alkyl group for R 11 include those similar to the specific examples and preferred examples described above for the alkyl group for R 1 . Specific examples and preferred examples of the aryl group for R 11 include those similar to the aryl group described above as the substituent that the alkyl group for R 1 may have.
- the aralkyl group for R 11 is preferably an aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms, and more preferably an aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms.
- Specific examples of the aralkyl group for R 11 include benzyl group, phenethyl group, naphthylmethyl group, naphthylethyl group and the like.
- Examples of the alkyl group moiety of the alkoxy group for R 11 include those listed as the alkyl group for R 1 .
- As the alkoxy group a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, and an n-butoxy group are particularly preferable.
- acyl group for R 11 examples include acetyl group, propionyl group, n-butanoyl group, i-butanoyl group, n-heptanoyl group, 2-methylbutanoyl group, 1-methylbutanoyl group and t-heptanoyl group. Examples thereof include straight-chain or branched acyl groups having 2 to 12 carbon atoms.
- the heterocyclic group for R 11 is preferably a heterocyclic group having 6 to 20 carbon atoms, and more preferably a heterocyclic group having 6 to 12 carbon atoms.
- heterocyclic group for R 11 include, for example, pyridyl group, pyrazyl group, tetrahydrofuranyl group, tetrahydropyranyl group, tetrahydrothiophene group, piperidyl group, piperazyl group, furanyl group, pyranyl group, chromanyl group and the like.
- R 11 and R 2 may be linked to form a ring.
- the formed ring may have a substituent, preferably forms a 5- or 6-membered ring, and more preferably forms a tetrahydrofuranyl ring or a tetrahydropyranyl ring.
- the alkyl group, aryl group, aralkyl group, alkoxy group, acyl group and heterocyclic group as R 11 may further have a substituent.
- substituent that the alkyl group as R 11 may further include, for example, a cyclic alkyl group, an aryl group, an amino group, an amide group, a ureido group, a urethane group, a hydroxy group, a carboxy group, a halogen atom, an alkoxy group, Examples thereof include an aralkyloxy group, a thioether group, an acyl group, an acyloxy group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, and a nitro group.
- the number of carbon atoms of the alkyl group and the number of carbon atoms of the substituent that the cyclic alkyl group may further have are preferably 1 to 8, respectively.
- Examples of the substituent that the aryl group as R 11 , aralkyl group, heterocyclic group and the ring formed by linking R 11 and R 2 may further include a nitro group, a halogen atom such as a fluorine atom, a carboxyl group, and the like.
- alkyl group preferably having 1 to 15 carbon atoms
- alkoxy group preferably having 1 to 15 carbon atoms
- cycloalkyl group preferably having 3 to 15 carbon atoms
- aryl group Preferably 6 to 14 carbon atoms
- an alkoxycarbonyl group preferably 2 to 7 carbon atoms
- an acyl group preferably 2 to 12 carbon atoms
- an alkoxycarbonyloxy group preferably 2 to 7 carbon atoms
- the repeating unit represented by the general formula (1-11) is A repeating unit represented by formula (1-12) is preferable.
- R 21 to R 23 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group or a heterocyclic group, and at least two of R 21 to R 23 each independently represent an alkyl group, an aryl group, Represents an aralkyl group or a heterocyclic group; At least two of R 21 to R 23 may be bonded to each other to form a ring. At least one of R 21 to R 23 may be bonded to R 2 to form a ring.
- the alkyl group for R 21 to R 23 may be linear, branched or cyclic. Specific examples and preferred examples of the alkyl group for R 21 to R 23 include those similar to the specific examples and preferred examples of the alkyl group described above for R 1 .
- R 21 to R 23 each independently represents an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or a heterocyclic group, and all of R 21 to R 23 are an alkyl group, an aryl group, It preferably represents an aralkyl group or a heterocyclic group.
- Specific examples and preferred examples of the cyclic alkyl group for R 21 to R 23 include those similar to the specific examples and preferred examples of the cyclic alkyl group described above for R 1 .
- Specific examples and preferred examples of the aryl group for R 21 to R 23 include those similar to the aryl group described above as the substituent that the alkyl group or cycloalkyl group for R 1 may have.
- Specific examples and preferred examples of the aralkyl group for R 21 to R 23 include the same examples as the specific examples and preferred examples of the aralkyl group described above for R 11 .
- Specific examples and preferred examples of the heterocyclic group for R 21 to R 23 include those similar to the specific examples and preferred examples of the aralkyl group described above for R 11 .
- At least one of R 21 to R 23 and R 2 may be linked to form a ring.
- the formed ring may have a substituent, preferably forms a 5- or 6-membered ring, and more preferably forms a tetrahydrofuranyl ring or a tetrahydropyranyl ring.
- the alkyl group, aryl group, aralkyl group and heterocyclic group as R 21 to R 23 may further have a substituent.
- Specific examples of the substituent that the alkyl group as R 21 to R 23 may further have include those similar to the specific examples described above as the substituent that the alkyl group as R 11 may further have.
- the carbon number of the alkyl group and the carbon number of the substituent that the alkyl group may further have are preferably 1 to 8, respectively.
- the aryl group as R 21 ⁇ R 23, aralkyl group, specific examples of the at least one substituent which ring and R 2 is formed by connecting may have more of a heterocyclic group and R 21 ⁇ R 23, preferred examples is mentioned aryl groups for R 11, aralkyl group, specific examples rings described above as the substituent may have further a heterocyclic group and R 11 and R 2 is formed by connecting, those similar to the preferred embodiment It is done.
- At least two of R 21 to R 23 may form a ring with each other.
- examples of the ring formed include a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, an adamantane ring, a norbornene ring, a norbornane ring, and the like.
- a ring is particularly preferred.
- These rings may have a substituent, and examples of the substituent that can be included include an alkyl group and the groups described above as specific examples of the substituent that the alkyl group may further have.
- examples of the ring formed include an adamantane ring, norbornane ring, norbornene ring, bicyclo [2,2,2] octane ring, bicyclo [3, 1,1] heptane ring.
- an adamantane ring is particularly preferred.
- substituents may be included include the alkyl group and the groups described above as specific examples of the substituent that the alkyl group may further have.
- R 21 to R 23 are each independently an alkyl group.
- the number of carbon atoms of the group represented by —C (R 21 ) (R 22 ) (R 23 ) in the general formula (1-12) is preferably 15 or less, whereby the resulting resist film and developer The exposed portion can be more reliably removed with a developer (that is, sufficient developability can be obtained).
- R 11 preferably, a group represented by —C (R 21 ) (R 22 ) (R 23 )
- * represents a bond connected to the group represented by —CH 2 — in the general formula (1-11) or (1-12).
- the unit is a repeating unit represented by the following general formula (1-13).
- R 2, R 3, L 1 Ra is as defined R 2, R 3, L 1 , Ra in formula (1-1).
- R 24 to R 26 each independently represents an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or a heterocyclic group.
- Preferred examples of R 24 to R 26 are the same as those described above as preferred examples of R 21 to R 23 , but it is more preferred that both R 24 to R 26 are alkyl groups, which are linear or branched. It is more preferable that R 24 to R 26 are all methyl groups.
- At least two of R 24 to R 26 may be bonded to each other to form a ring.
- Preferable examples of the ring to be formed include the examples described above when at least two of R 21 to R 23 are bonded to each other to form a ring.
- Particularly preferred are cyclopentyl ring, cyclohexyl ring, norbornene ring, adamantane ring and the like.
- At least one of R 24 to R 26 may be bonded to R 2 to form a ring.
- Preferable examples of the ring to be formed include the examples described above for forming a ring by bonding at least one of R 21 to R 23 and R 2 .
- the content of the repeating unit represented by the general formula (1-1), (1-11) or (1-12) in the specific resin (A) is high contrast ( ⁇ (High value) is more reliable, improving resolution and space width roughness in the formation of fine isolated space patterns, and high resolution, good exposure latitude, and local pattern dimensions in forming fine hole patterns.
- ⁇ High value
- the upper limit is not particularly limited, but is preferably 85 mol% or less, more preferably 80 mol% or less, and 75 mol% or less from the viewpoint of more reliably achieving the effects of the present invention. More preferably.
- the copolymer composition of the structural unit having an acid dissociable group represented by the general formula (1) is preferably 10 to 90 mol%, more preferably 20 to 50 mol% of all components.
- the specific resin A includes a repeating unit containing a cyclic ether ester group as a group dissociated by an acid.
- the repeating unit containing a cyclic ether ester group is more preferably a repeating unit represented by the following formula (11).
- Formula (11) (In formula (11), R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, L 1 represents a carbonyl group or a phenylene group, and R 21 to R 27 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group.) Next, the detail of the structural unit represented by Formula (11) is demonstrated.
- alkyl group in R 1 examples include linear, branched, and cyclic alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms. Specific examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and pentyl.
- a linear alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 12 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 5 to 10 carbon atoms is preferable, and a linear alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferable.
- R 1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group, and more preferably a methyl group.
- L 1 represents a carbonyl group or a phenylene group, and is preferably a carbonyl group.
- R 21 to R 27 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- the alkyl group in R 21 to R 27 has the same meaning as R 1 , and the preferred embodiment is also the same. Moreover, degradable, and, in view of synthesis, of R 21 ⁇ R 27, preferably more than one is a hydrogen atom, more preferably all of R 21 ⁇ R 27 is a hydrogen atom.
- the structural unit represented by the above formula (11) in the present invention contains a protected carboxy group and / or a protected phenolic hydroxyl group.
- carboxylic acid monomer capable of forming the unit represented by the above formula (11) by protecting the carboxy group any monomer can be used as long as it can become a structural unit by protecting the carboxy group. Examples thereof include acrylic acid and methacrylic acid.
- the structural unit derived from carboxylic acid by which these carboxy groups were protected can be mentioned as a preferable thing.
- a monomer having a phenolic hydroxyl group capable of forming the structural unit represented by the above formula (11) by protecting the phenolic hydroxyl group a monomer that can be a structural unit by protecting the phenolic hydroxyl group can be used.
- preferred examples include hydroxystyrenes such as p-hydroxystyrene and ⁇ -methyl-p-hydroxystyrene. Among these, ⁇ -methyl-p-hydroxystyrene is more preferable.
- radical polymerizable monomer used for forming the structural unit represented by the formula (11) a commercially available one may be used, or one synthesized by a known method may be used. For example, it can be synthesized by reacting (meth) acrylic acid with a dihydrofuran compound in the presence of an acid catalyst.
- the carboxy group or phenolic hydroxyl group-containing monomer is polymerized with the structural units (a2) to (a4) and precursors thereof described later, the carboxy group or phenolic hydroxyl group is reacted with a dihydrofuran compound. Can be formed.
- the specific example of the preferable structural unit formed in this way is the same as the structural unit derived from the preferable specific example of the said radical polymerizable monomer.
- the group represented by the following general formula (B 1 ) is also preferred as a group that can be dissociated by an acid in the specific resin A.
- R b11 , R b12 and R b13 each independently represents a group selected from a linear or branched unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and an unsubstituted cyclic alkyl group having 3 to 20 carbon atoms.
- R b11 , R b12 and R b13 may be bonded to each other to form a ring.
- R b11 , R b12 and R b13 are each independently a group selected from a linear or branched unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and an unsubstituted cyclic alkyl group having 3 to 10 carbon atoms Represents.
- the linear unsubstituted alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, and still more preferably 1 to 10 carbon atoms. Specific examples include methyl group, ethyl group, propyl group, hexyl group, octyl group and the like.
- the number of carbon atoms of the branched unsubstituted alkyl group is preferably 3 to 20, more preferably 3 to 15, and still more preferably 3 to 10. Specific examples include iso-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, iso-butyl group and the like.
- the carbon number of the unsubstituted cyclic alkyl group is preferably 3 to 20, more preferably 3 to 15, and still more preferably 3 to 10.
- the cyclic alkyl group may be monocyclic or polycyclic.
- R b11 , R b12 and R b13 may be bonded to each other to form a ring. Examples of the ring formed by bonding two together include a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, a norbornane ring, an isobornane ring, an adamantane ring, and the like.
- Preferred examples of the repeating unit containing a group represented by the general formula (B 1 ) include a repeating unit represented by the following formula (B 1 -1).
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cyano group or a halogen atom; R 2 to R 4 each independently represents an alkyl group; R 2 to R 4 Two may combine to form a cyclic alkyl group.
- R 1 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group.
- R 1 represents an alkyl group, it is synonymous with R 1 in the general formula (11), and the preferred range is also the same.
- R 1 represents a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, or a bromine atom is preferable.
- R 2 has the same meaning as R b11 in general formula (B 1 ), and is preferably a methyl group.
- R 3 has the same meaning as R b12 in general formula (B 1 ), and is preferably a methyl group.
- R 4 has the same meaning as R b13 in general formula (B 1 ), and is preferably a methyl group.
- R 2 and R 3 or R 3 and R 4 are bonded.
- the number of carbon atoms of the formed cyclic alkyl group is preferably 3 to 10.
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cyano group or a halogen atom; R 2 to R 4 each independently represents an alkyl group. Represents an alkyl group; two of R 2 to R 4 may combine to form a cyclic alkyl group; R 5 represents a divalent chain hydrocarbon group.
- R 1 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group.
- R 1 represents an alkyl group, it is synonymous with R 1 in the general formula (11), and the preferred range is also the same.
- R 1 represents a halogen atom
- R 2 ⁇ R 4 has the same meaning as R 2 ⁇ R 4 in the general formula (B 1 -1), methyl group is preferred.
- R 2 and R 3 or R 3 and R 4 are preferably bonded.
- the number of carbon atoms of the formed cyclic alkyl group is preferably 3 to 10.
- R 5 represents a divalent chain hydrocarbon group.
- the chain hydrocarbon group may be linear or branched, and is preferably linear.
- the chain hydrocarbon group preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and still more preferably 1 to 3 carbon atoms.
- the chain hydrocarbon group is preferably an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methylene group.
- R 42 , R 43 and R 44 are each independently a linear or branched unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and an unsubstituted cyclic alkyl group having 3 to 20 carbon atoms.
- R 42 , R 43 and R 44 may be bonded to each other to form a ring, and L 4 represents a divalent linking group.
- L 4 represents a divalent linking group.
- the divalent linking group include a linear, branched, and cyclic alkylene group, or a group formed by combining these. These groups may contain at least one selected from an ester bond, an ether bond, an amide bond and a urethane bond. Further, these groups may be unsubstituted or may have a substituent. Examples of the substituent include a hydroxyl group. As the substituent, it is preferable not to include a substituent other than the hydroxyl group.
- the linear alkylene group preferably has 2 to 10 carbon atoms.
- the branched alkylene group preferably has 3 to 10 carbon atoms.
- the cyclic alkylene group preferably has 3 to 10 carbon atoms.
- Specific examples of the divalent linking group include, for example, ethylene group, propylene group, butylene group, hexylene group, 2-hydroxy-1,3-propanediyl group, 3-oxa-1,5-pentanediyl group, 3, And 5-dioxa-1,8-octanediyl group.
- the hydrogen atom of the alkali-soluble group (i) is substituted with an acid-dissociable dissolution inhibiting group (ii) represented by the following general formula (21).
- an acid-dissociable dissolution inhibiting group (ii) represented by the following general formula (21).
- Preferred are also the groups.
- Formula (21) (Wherein R 1 represents an aliphatic cyclic group having 20 or less carbon atoms, and n represents 0 or an integer of 1 to 5)
- the alkali-soluble group (i) is preferably at least one selected from an alcoholic hydroxyl group, a phenolic hydroxyl group, and a carboxyl group, and among them, the alcoholic hydroxyl group is highly transparent and has an appropriate alkali solubility. Is preferable.
- an alcoholic hydroxyl group an alcoholic hydroxyl group characterized in that a carbon atom adjacent to a carbon atom bonded to the alcoholic hydroxyl group has at least one fluorine atom is more preferable.
- the alcoholic hydroxyl group may be simply a hydroxy group, an alcoholic hydroxyl group-containing alkyloxy group, an alcoholic hydroxyl group-containing alkyloxyalkyl group, or an alcoholic hydroxyl group-containing alkyl group.
- alkyloxy group, alkyloxyalkyl group or alkyl group include a lower alkyloxy group, a lower alkyloxy lower alkyl group and a lower alkyl group.
- “lower” means 4 or less carbon atoms.
- the lower alkyloxy group examples include a methyloxy group, an ethyloxy group, a propyloxy group, and a butyloxy group.
- Specific examples of the lower alkyloxy lower alkyl group include a methyloxymethyl group, an ethyloxymethyl group, a propyloxymethyl group, and a butyloxymethyl group.
- Specific examples of the lower alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group.
- an alcoholic hydroxyl group-containing alkyloxy group or an alcoholic hydroxyl group-containing alkyloxyalkyl group in which part of the hydrogen atoms of the alkyloxy moiety is substituted with a fluorine atom examples include a group in which part of the hydrogen atoms is substituted with a fluorine atom, that is, an alcoholic hydroxyl group-containing fluoroalkyloxy group, an alcoholic hydroxyl group-containing fluoroalkyloxyalkyl group, or an alcoholic hydroxyl group-containing fluoroalkyl group.
- the alcoholic hydroxyl group-containing fluoroalkyloxy group includes (HO) C (CF 3 ) 2 CH 2 O— group (2-bis (hexafluoromethyl) -2-hydroxy-ethyloxy group, (HO) C (CF 3 ) 2 CH 2 CH 2 O— group (3-bis (hexafluoromethyl) -3-hydroxy-propyloxy group, etc.), and the alcoholic hydroxyl group-containing fluoroalkyloxyalkyl group includes (HO) C (CF 3 ) 2 CH 2 O—CH 2 — group, (HO) C (CF 3 ) 2 CH 2 CH 2 O—CH 2 — group, and the like.
- Examples of the alcoholic hydroxyl group-containing fluoroalkyl group include (HO) C (CF 3) 2 CH 2 - group (2-bis (hexafluoro-methyl) -2-hydroxy - ethyl, (HO) C (CF 3 ) 2 CH 2 CH 2 - group (3-bis (hexafluoro-methyl) 3-hydroxy - propyl, and the like.
- phenolic hydroxyl group examples include phenolic hydroxyl groups contained in novolak resins and poly- ( ⁇ -methyl) hydroxystyrene.
- the phenolic hydroxyl group of poly- ( ⁇ -methyl) hydroxystyrene is preferable because it is inexpensive and easily available.
- Examples of the carboxyl group include a carboxyl group in a structural unit derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid.
- Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid include unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and fumaric acid. Among these, acrylic acid and methacrylic acid are preferable because they are inexpensive and easily available.
- R 1 is an aliphatic cyclic group having 20 or less carbon atoms, preferably an aliphatic cyclic group having 5 to 12 carbon atoms.
- the aliphatic cyclic group may have a substituent.
- the value of n is preferably 0 or 1.
- “Aliphatic cyclic group” means a monocyclic group or polycyclic group (alicyclic group) having no aromaticity.
- the “aliphatic cyclic group” is not limited to a group consisting of carbon and hydrogen, but is preferably a hydrocarbon group.
- the “hydrocarbon group” may be either saturated or unsaturated, but is usually preferably saturated.
- Examples of such an aliphatic cyclic group are derived from cyclohexane, cyclopentane, adamantane, norbornane, norbornene, methylnorbornane, ethylnorbornane, methylnorbornene, ethylnorbornene, isobornane, tricyclodecane, tetracyclododecane, and the like.
- a monovalent group can be mentioned.
- Such an aliphatic cyclic group can be appropriately selected and used from among many proposed ArF resists.
- cyclohexyl group, cyclopentyl group, adamantyl group, norbornyl group, norbornenyl group, methylnorbornyl group, ethylnorbornyl group, methylnorbornenyl group, ethylnorbornenyl group, tetracyclododecanyl group are industrially used.
- an adamantyl group is more preferable.
- R 1 is more preferably an aliphatic cyclic group having at least one hydrophilic group, and the hydrophilic group may be a carbonyl group (preferably a ketonic carbonyl group). ), Preferably an ester group (—COOR), an alcoholic hydroxyl group, an ether (—OR), an imino group, or an amino group, and more preferably a carbonyl group because it is easily available.
- Examples of the acid dissociable, dissolution inhibiting group (ii) include groups represented by the following formulas (4) to (15).
- the repeating unit represented by formula (16) is preferred.
- R 2 represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a lower alkyl group having 20 or less carbon atoms or a fluorinated lower alkyl group
- R 1 is an aliphatic cyclic group having 20 or less carbon atoms
- n is 0 or Represents an integer of 1 to 5.
- R 2 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a lower alkyl group having 20 or less carbon atoms or a fluorinated lower alkyl group having 20 or less carbon atoms, preferably a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
- it is a fluorinated lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a trifluoromethyl group.
- n is 0 or an integer of 1 to 5, preferably 0 or 1.
- Preferred examples of the repeating unit represented by the general formula (16) include a repeating unit represented by the following general formula (17).
- R 2 has the same meaning as R 2 in formula (16)
- X represents 2 hydrogen atoms or 1 oxygen atom
- n ′ represents 0 or 1. That is, X represents In the case of two hydrogen atoms, X represents a methylene chain (—CH 2 —).
- repeating unit represented by the general formula (17) include the repeating units represented by the following general formulas (18) to (20).
- R 2 has the same meaning as R 2 in the general formula (16).
- repeating unit (a1) having a group dissociated by an acid contained in the specific resin (A) are shown below, but the present invention is not limited to these.
- R 21 has the same meaning as R 1 in formula (B 1 -1).
- repeating unit (a1) the following repeating units can be exemplified.
- (a1-1) and (a1-2) are particularly preferable as the repeating unit represented by the general formula (1).
- the repeating unit represented by the general formula (B 1 -1) (a1-3) is preferable.
- the repeating unit represented by the general formula (B 1 -2) (a1-4) is preferable.
- the content of the monomer unit forming the repeating unit (a1) in all monomer units constituting the specific resin A is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 10 to 70 mol%, and particularly preferably 10 to 60 mol%. preferable.
- the specific resin A may contain only one type of repeating unit (a1), or may contain two or more types.
- the specific resin A in the present invention may have a structural unit having a crosslinkable group (hereinafter also referred to as “structural unit (a3)” as appropriate).
- structural unit (a3) a structural unit having a crosslinkable group
- the specific resin A used in the present invention preferably includes a structural unit (a3) having a crosslinkable group, but preferably has a configuration substantially free of the structural unit (a3) having a crosslinkable group. .
- substantially means, for example, 3 mol% or less, preferably 1 mol% of all repeating units of the specific resin A.
- the specific resin A may contain other structural unit (a2) (hereinafter also referred to as “structural unit (a2)” as appropriate) as long as the effects of the present invention are not hindered.
- structural unit (a2) examples include compounds described in paragraphs 0021 to 0024 of JP-A No. 2004-264623.
- Preferred examples of the structural unit (a2) include structural units derived from at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group-containing unsaturated carboxylic acid ester, an alicyclic structure-containing unsaturated carboxylic acid ester, styrene, and an N-substituted maleimide. Can be mentioned.
- the structural unit which has an acid group is also mentioned. Examples of the acid group include a carboxyl group, a sulfonic acid group, and phosphoric acid, and a carboxyl group is preferable.
- benzyl (meth) acrylate, tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decan-8-yl (meth) acrylate, and tricyclo [5.2.1.0 2, (meth) acrylate . 6 ] (Meth) acrylic acid esters having an alicyclic structure such as decan-8-yloxyethyl, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-methylcyclohexyl (meth) acrylate, Hydrophobic monomers such as meth) acrylic acids or styrene are preferred.
- the content of the monomer unit forming the structural unit (a2) in the case where the structural unit (a2) is included in all the monomer units constituting the specific resin A is preferably 1 to 60 mol%, and preferably 5 to 50 mol%. More preferred is 5 to 40 mol%.
- the weight average molecular weight of the specific resin A in the present invention is preferably 1,000 to 100,000, and more preferably 2,000 to 50,000.
- 2,3-dihydrofuran is added to the acid anhydride group in the precursor copolymer obtained by copolymerizing unsaturated polyvalent carboxylic acid anhydrides at room temperature (in the absence of an acid catalyst).
- a copolymer obtained by addition at a temperature of about 25 ° C. to 100 ° C. is also preferable.
- the following resins are also exemplified as preferred examples of the specific resin A.
- BzMA / THFMA / t-BuMA (molar ratio: 20-60: 35-65: 5-30)
- BzMA / THFAA / t-BuMA (molar ratio: 20 to 60:35 to 65: 5 to 30)
- BzMA / THPMA / t-BuMA (molar ratio: 20-60: 35-65: 5-30)
- BzMA / PEES / t-BuMA (molar ratio: 20-60: 35-65: 5-30)
- BzMA / t-BuMA / MA (molar ratio: 20 to 60:35 to 65: 5 to 30)
- PMA / t-BuMA / MA (molar ratio: 20-60: 35-65: 5-30)
- the content of the specific resin A in the photosensitive resin composition in the present invention is preferably 20 to 99% by mass, and preferably 40 to 99% by mass with respect to the total solid content of the photosensitive resin composition. Is more preferably 70 to 99% by mass. When the content is within this range, the pattern formability upon development is good.
- the specific resin A may include only one type or two or more types.
- a resin other than the specific resin A may be used in combination as long as the effects of the present invention are not hindered.
- the content of the resin other than the specific resin A is preferably smaller than the content of the specific resin A from the viewpoint of developability.
- Photoacid generator that decomposes 80% or more when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm
- the photosensitive resin composition in the present invention is light that decomposes 80 mol% or more when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm.
- the degree of decomposition of the specific photoacid generator was determined by forming a chemically amplified photosensitive resin composition having a film thickness of 700 nm on a silicon wafer, heating at 100 ° C. for 1 minute, and then exposing to 100 mJ / cm 2 at 365 nm. The substrate heated at 100 ° C.
- the decomposition rate of the photoacid generator can be calculated by the following formula.
- Decomposition rate (%) decomposition amount (mol) / charge amount (mol) ⁇ 100
- the specific photoacid generator used in the present invention is not particularly limited as long as it is decomposed by 80 mol% or more when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm, but 85 mol% when exposed to 100 to 200 mJ / cm 2. It is preferable to decompose as described above.
- the specific photoacid generator is a nonionic photoacid generator that generates an acid having a pKa of ⁇ 6 or less upon irradiation with actinic rays or radiation, and has a molar extinction coefficient at 365 nm of 4000 L / (mol ⁇ cm) or more.
- nonionic photoacid generator that generates an acid having a pKa of ⁇ 6 or less upon irradiation with actinic rays or radiation and has a molar extinction coefficient at 365 nm of 5000 L / (mol ⁇ cm) or more.
- a nonionic photoacid generator that generates an acid having a pKa of ⁇ 6 or less upon irradiation with actinic rays or radiation and has a molar extinction coefficient at 365 nm of 6000 L / (mol ⁇ cm) or more is more preferable.
- the specific photoacid generator is preferably a nonionic photoacid generator.
- the specific photoacid generator is a compound having a fluoroalkyl group chain having 2 or 3 carbon atoms, and generates sulfonic acid having a fluoroalkyl group having 3 or less carbon atoms by irradiation with actinic rays and / or radiation. It is preferable that it is a compound to be.
- the fluoroalkyl group may be linear, branched or cyclic, but is preferably linear.
- the specific photoacid generator used in the present invention is preferably a compound having an oxime sulfonate group (hereinafter also simply referred to as an oxime sulfonate compound).
- the specific photoacid generator is also preferably a compound having an imide sulfonate group.
- the oxime sulfonate compound is not particularly limited as long as it has an oxime sulfonate group, but the following formula (2), formula (OS-103), formula (OS-104), formula (OS-105) or It is preferable that it is an oxime sulfonate compound represented by Formula (4).
- X in Formula (2) represents an alkyl group, an alkoxy group, or a halogen atom each independently.
- the alkyl group and alkoxy group in X may have a substituent.
- the alkyl group in X is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
- the alkoxy group for X is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.
- the halogen atom in X is preferably a chlorine atom or a fluorine atom.
- M in the formula (2) represents an integer of 0 to 3, preferably 0 or 1. When m is 2 or 3, the plurality of X may be the same or different.
- R 4 in the formula (2) represents an alkyl group or an aryl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or 1 to 5 is preferably a halogenated alkoxy group, a phenyl group optionally substituted with W, a naphthyl group optionally substituted with W, or an anthranyl group optionally substituted with W.
- W represents a halogen atom, a cyano group, a nitro group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms. Represents a group.
- alkyl group having 1 to 10 carbon atoms in R 4 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, s-butyl group, t -Butyl group, n-amyl group, i-amyl group, s-amyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group and the like.
- alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms for R 4 include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, n-amyloxy group, n-octyloxy group, and n-decyloxy group.
- halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms for R 4 include trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, perfluoro-n-propyl group, perfluoro-n-butyl group, perfluoro-n. -An amyl group etc. are mentioned.
- halogenated alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms in R 4 include trifluoromethoxy group, pentafluoroethoxy group, perfluoro-n-propoxy group, perfluoro-n-butoxy group, perfluoro-n. -An amyloxy group etc. are mentioned.
- phenyl group optionally substituted with W in R 4 include o-tolyl group, m-tolyl group, p-tolyl group, o-ethylphenyl group, m-ethylphenyl group, p-ethyl.
- naphthyl group optionally substituted by W in R 4 include 2-methyl-1-naphthyl group, 3-methyl-1-naphthyl group, 4-methyl-1-naphthyl group, 5-methyl -1-naphthyl group, 6-methyl-1-naphthyl group, 7-methyl-1-naphthyl group, 8-methyl-1-naphthyl group, 1-methyl-2-naphthyl group, 3-methyl-2-naphthyl group 4-methyl-2-naphthyl group, 5-methyl-2-naphthyl group, 6-methyl-2-naphthyl group, 7-methyl-2-naphthyl group, 8-methyl-2-naphthyl group and the like.
- m is 1, X is a methyl group, the substitution position of X is an ortho position, R 4 is a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, 7,7-dimethyl- A compound having a 2-oxonorbornylmethyl group or a p-toluyl group is particularly preferable.
- Specific examples of the oxime sulfonate compound represented by the formula (2) include the following compound (i), compound (ii), compound (iii), compound (iv) and the like. May be used in combination, or two or more types may be used in combination. Compounds (i) to (iv) can be obtained as commercial products. Specific examples of the oxime sulfonate compound represented by the other formula (2) are given below.
- R 11 represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group, and a plurality of R 12 s independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group or a halogen atom
- a plurality of R 16 each independently represents a halogen atom, an alkyl group, an alkyloxy group, a sulfonic acid group, an aminosulfonyl group or an alkoxysulfonyl group
- X represents O or S
- n represents 1 or 2 represents m
- m represents an integer of 0 to 6.
- the alkyl group, aryl group or heteroaryl group represented by R 11 may have a substituent.
- the alkyl group represented by R 11 is preferably an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- the substituent that the alkyl group represented by R 11 may have include a halogen atom, an alkyloxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkyloxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, and an aminocarbonyl group. Is mentioned.
- examples of the alkyl group represented by R 11 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, and an s-butyl group.
- the aryl group represented by R 11 is preferably an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- substituent that the aryl group represented by R 11 may have include a halogen atom, an alkyl group, an alkyloxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkyloxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, Examples thereof include an aminocarbonyl group, a sulfonic acid group, an aminosulfonyl group, and an alkoxysulfonyl group.
- the aryl group represented by R 11 is preferably a phenyl group, p-methylphenyl group, p-chlorophenyl group, pentachlorophenyl group, pentafluorophenyl group, o-methoxyphenyl group, or p-phenoxyphenyl group.
- the heteroaryl group represented by R 11 is preferably a heteroaryl group having 4 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- substituent that the heteroaryl group represented by R 11 may have include a halogen atom, an alkyl group, an alkyloxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkyloxycarbonyl group, and an aryloxycarbonyl group.
- the heteroaryl group represented by R 11 only needs to have at least one heteroaromatic ring. It may be condensed.
- the heteroaryl group represented by R 11 include a thiophene ring, a pyrrole ring, a thiazole ring, an imidazole ring, a furan ring, a benzothiophene ring, a benzothiazole ring, and a benzimidazole ring, which may have a substituent.
- a group obtained by removing one hydrogen atom from a ring selected from the group consisting of:
- R 12 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group.
- one or two of R 12 present in the compound is an alkyl group, an aryl group or a halogen atom, and one is an alkyl group. More preferably an aryl group or a halogen atom, and particularly preferably one is an alkyl group and the rest is a hydrogen atom.
- the alkyl group or aryl group represented by R 12 may have a substituent. Examples of the substituent that the alkyl group or aryl group represented by R 12 may have include the same groups as the substituent that the alkyl group or aryl group in R 1 may have.
- the alkyl group represented by R 12 is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent. It is more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a group.
- Examples of the alkyl group represented by R 12 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, s-butyl group, n-hexyl group, allyl group, A chloromethyl group, a bromomethyl group, a methoxymethyl group, and a benzyl group are preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, an i-butyl group, an s-butyl group, and an n-hexyl group.
- a group is more preferable, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, and an n-hexyl group are more preferable, and a methyl group is particularly preferable.
- the aryl group represented by R 12 is preferably an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- the aryl group represented by R 12 is preferably a phenyl group, a p-methylphenyl group, an o-chlorophenyl group, a p-chlorophenyl group, an o-methoxyphenyl group, or a p-phenoxyphenyl group.
- the halogen atom represented by R 12 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Among these, a chlorine atom and a bromine atom are preferable.
- X represents O or S, and is preferably O.
- the ring containing X as a ring member is a 5-membered ring or a 6-membered ring.
- n represents 1 or 2, and when X is O, n is preferably 1, and when X is S, n is 2 is preferable.
- the alkyl group and alkyloxy group represented by R 16 may have a substituent.
- the alkyl group represented by R 16 is preferably an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- the substituent that the alkyl group represented by R 16 may have include a halogen atom, an alkyloxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkyloxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, and an aminocarbonyl group. Is mentioned.
- the alkyl group represented by R 16 is methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl.
- the alkyloxy group represented by R 16 is preferably an alkyloxy group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- substituents that the alkyloxy group represented by R 16 may have include a halogen atom, alkyloxy group, aryloxy group, alkylthio group, arylthio group, alkyloxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, aminocarbonyl Groups.
- the alkyloxy group represented by R 16 includes a methyloxy group, an ethyloxy group, a butyloxy group, a hexyloxy group, a phenoxyethyloxy group, and a trichloromethyloxy group. Or an ethoxyethyloxy group is preferable.
- the aminosulfonyl group for R 16 include a methylaminosulfonyl group, a dimethylaminosulfonyl group, a phenylaminosulfonyl group, a methylphenylaminosulfonyl group, and an aminosulfonyl group.
- Examples of the alkoxysulfonyl group represented by R 16 include a methoxysulfonyl group, an ethoxysulfonyl group, a propyloxysulfonyl group, and a butyloxysulfonyl group.
- m represents an integer of 0 to 6, preferably an integer of 0 to 2, more preferably 0 or 1, and 0. It is particularly preferred.
- the compound represented by the above formula (OS-103) is particularly preferably a compound represented by the following formula (OS-106), (OS-110) or (OS-111).
- the compound represented by OS-104) is particularly preferably a compound represented by the following formula (OS-107), and the compound represented by the above formula (OS-105) is represented by the following formula (OS-108). ) Or (OS-109) is particularly preferable.
- R 11 represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group
- R 17 represents a hydrogen atom or a bromine atom
- R 18 represents a hydrogen atom
- R 19 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a methoxy group
- 20 represents a hydrogen atom or a methyl group.
- R 11 in the formula (OS-106) ⁇ (OS -111) has the same meaning as R 11 in the formula (OS-103) ⁇ (OS -105), preferable embodiments thereof are also the same.
- R 17 in the above formula (OS-106) represents a hydrogen atom or a bromine atom, and is preferably a hydrogen atom.
- R 18 in the above formulas (OS-106) to (OS-111) represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a halogen atom, a chloromethyl group, a bromomethyl group, a bromoethyl group, a methoxymethyl group, a phenyl group or Represents a chlorophenyl group, preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a halogen atom or a phenyl group, more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. More preferred is a methyl group.
- R 19 in the above formulas (OS-108) and (OS-109) represents a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a methoxy group, and is preferably a hydrogen atom.
- R 20 in the above formulas (OS-108) to (OS-111) represents a hydrogen atom or a methyl group, and is preferably a hydrogen atom.
- the oxime steric structure (E, Z) may be either one or a mixture.
- oxime sulfonate compounds represented by the above formulas (OS-103) to (OS-105) include the following exemplified compounds, but the present invention is not limited thereto.
- oxime sulfonate compound having at least one oxime sulfonate group is a compound represented by the following formula (OS-101).
- R 11 is a hydrogen atom, alkyl group, alkenyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, acyl group, carbamoyl group, sulfamoyl group, sulfo group, cyano group, aryl group or heteroaryl group Represents.
- R 12 represents an alkyl group or an aryl group.
- X is -O -, - S -, - NH -, - NR 15 -, - CH 2 -, - CR 16 H- or -CR 16 R 17 - represents, in each of R 15 ⁇ R 17 independently represent an alkyl Represents a group or an aryl group.
- R 21 to R 24 are each independently a hydrogen atom, halogen atom, alkyl group, alkenyl group, alkoxy group, amino group, alkoxycarbonyl group, alkylcarbonyl group, arylcarbonyl group, amide group, sulfo group, cyano group or aryl. Represents a group. Two of R 21 to R 24 may be bonded to each other to form a ring. R 21 to R 24 are preferably a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group, and an embodiment in which at least two of R 21 to R 24 are bonded to each other to form an aryl group is also preferred. Among these, an embodiment in which R 21 to R 24 are all hydrogen atoms is preferable from the viewpoint of sensitivity. Any of the above-described substituents may further have a substituent.
- the compound represented by the above formula (OS-101) is more preferably a compound represented by the following formula (OS-102).
- R 11, R 12 and R 21 ⁇ R 24 has the same meaning as R 11, R 12 and R 21 ⁇ R 24 in each formula (OS-101), preferred examples also It is the same.
- R 11 in the formula (OS-101) and the formula (OS-102) is a cyano group or an aryl group is more preferable, represented by the formula (OS-102), in which R 11 is a cyano group, phenyl
- the embodiment which is a group or a naphthyl group is most preferred.
- the steric structure (E, Z, etc.) of the oxime or benzothiazole ring may be either one or a mixture.
- R 8 represents a C 2 or C 3 fluoroalkyl group
- R 9 represents a C 1-8 alkyl group or fluoroalkyl group
- R 10 represents an aromatic hydrocarbon group. Or represents an aromatic heterocyclic group.
- R 8 is preferably a C 2 or C 3 perfluoroalkyl group.
- R 9 is preferably an alkyl group having 3 to 8 carbon atoms or a fluoroalkyl group, and more preferably a perfluoroalkyl group having 3 to 8 carbon atoms.
- R 10 preferably represents an aromatic hydrocarbon group.
- the aromatic hydrocarbon group may be a single ring or a condensed ring, and is preferably a condensed ring.
- the carbon number of the aromatic hydrocarbon group is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 18, and still more preferably 6 to 15.
- the aromatic hydrocarbon group is preferably a fluorene ring.
- R 10 represents an aromatic heterocyclic group
- the aromatic heterocyclic group may be a single ring or a condensed ring.
- the aromatic heterocyclic group preferably has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and still more preferably 6 to 15 carbon atoms.
- the compound represented by the general formula (4) is preferably represented by the general formula (4-1).
- R 8 represents a fluoroalkyl group having 2 or 3 carbon atoms
- R 9 represents an alkyl group or fluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms
- R 11 to R 19 each independently Represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- R 11 to R 19 are preferably hydrogen atoms.
- the alkyl group preferably has 1 to 30 carbon atoms.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (4) include the following exemplary compounds, but are not limited thereto.
- the compound having an imide sulfonate group that can be used as the specific photoacid generator is preferably a compound having a 5-membered ring imide sulfonate group.
- the compound having an imide sulfonate group is preferably a compound represented by the following general formula (3).
- General formula (3) In General Formula (3), R 6 represents a C 2 or C 3 fluoroalkyl group; R 7 represents an alkylene group, an alkenylene group, or an arylene group. In general formula (3), R 6 is preferably a perfluorofluoroalkyl group having 2 or 3 carbon atoms.
- R 7 represents an alkylene group, an alkenylene group or an arylene group.
- the alkylene group may be linear, branched or cyclic, and is preferably cyclic.
- the alkenylene group may be linear, branched or cyclic, and is preferably cyclic.
- the alkylene group preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 3 to 12 carbon atoms, and still more preferably 3 to 8 carbon atoms.
- the alkenylene group preferably has 2 to 12 carbon atoms, more preferably 3 to 12 carbon atoms, and still more preferably 3 to 8 carbon atoms.
- the number of carbon atoms in the arylene group is preferably 6-18, and more preferably 6-12.
- the compound having an imide sulfonate group is preferably a compound having a 5-membered ring imide sulfonate group and a norbornene group.
- NT-1TF and NT-3TF manufactured by San Apro Co., Ltd.
- NT-1TF and NT-3TF manufactured by San Apro Co., Ltd.
- the following exemplary compound is mentioned as a specific example of the compound which has another imide sulfonate group, it is not limited to this.
- the photosensitive resin composition in the present invention preferably does not contain a 1,2-quinonediazide compound as an acid generator sensitive to actinic rays. This is because the 1,2-quinonediazide compound generates a carboxy group by a sequential photochemical reaction, but its quantum yield is 1 or less, and is less sensitive than the oxime sulfonate compound. In contrast, the oxime sulfonate compound acts as a catalyst for the deprotection of an acid group protected in response to an actinic ray, so that a large number of acids generated by the action of one photon are present.
- the quantum yield exceeds 1, for example, a large value such as the power of 10, and it is presumed that high sensitivity is obtained as a result of so-called chemical amplification.
- the oxime sulfonate compound since the oxime sulfonate compound has a broad ⁇ -conjugated system, it has absorption up to the long wavelength side, which is very not only in the deep ultraviolet (DUV) and i-line but also in the g-line. Shows high sensitivity.
- the photosensitive resin composition in the present invention can obtain an acid decomposability equivalent to or higher than that of acetal or ketal by using a tetrahydrofuranyl group as an acid decomposable group in the specific resin. Thereby, an acid-decomposable group can be consumed reliably in a shorter post-bake. Furthermore, by using the oxime sulfonate compound, which is a photoacid generator, in combination, the sulfonic acid generation rate is increased, so that the generation of acid is promoted and the decomposition of the acid-decomposable group of the resin is promoted.
- disassembling an oxime sulfonate compound produces
- numerator Therefore The diffusibility in a cured film becomes high, and it can make it more highly sensitive.
- a specific photo-acid generator may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. It can also be used in combination with other types of specific acid generators.
- the specific photoacid generator is preferably used in an amount of 0.1 to 20% by mass, based on the total solid content of the photosensitive resin composition, and 0.5 to 18% by mass. More preferably it is used.
- the content of the specific photoacid generator can be appropriately selected according to the film thickness of the water-soluble resin film. When the thickness of the water-soluble resin film is less than 2 ⁇ m, it is difficult for the specific photoacid generator to diffuse into the water-soluble resin film, so the content of the specific photoacid generator is, for example, 0.5 to 2 mass.
- the specific photoacid generator is contained.
- the amount is preferably 2 to 18% by mass. Furthermore, by making the addition amount of the specific photoacid generator 18% by mass or less, a better mask shape can be obtained.
- the photosensitive resin composition in the present invention can contain other components.
- a solvent is preferably contained from the viewpoint of applicability.
- the photosensitive resin composition in the present invention preferably contains a solvent.
- the photosensitive resin composition in the present invention is preferably prepared as a solution in which optional components of the specific resin and the specific photoacid generator, which are essential components, and various additives are dissolved in a solvent.
- solvents can be used, such as ethylene glycol monoalkyl ethers, ethylene glycol dialkyl ethers, ethylene glycol monoalkyl ether acetates, propylene glycol monoalkyl.
- Ethers propylene glycol dialkyl ethers, propylene glycol monoalkyl ether acetates, diethylene glycol dialkyl ethers, diethylene glycol monoalkyl ether acetates, dipropylene glycol monoalkyl ethers, dipropylene glycol dialkyl ethers, dipropylene glycol monoalkyl ether Examples include acetates, esters, ketones, amides, lactones and the like.
- Examples of the solvent used in the photosensitive resin composition in the present invention include (1) ethylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether.
- ethylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether.
- ethylene glycol dialkyl ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether; (3) ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene Ethylene glycol monoalkyl ethers such as glycol monobutyl ether acetate Acetates; (4) propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether; (5) propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monomethyl Propylene glycol dialkyl ethers such as ether and diethylene glycol monoethyl ether;
- Propylene glycol monoalkyl ether acetates such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate; (7) diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol ethyl Diethylene glycol dialkyl ethers such as methyl ether; (8) diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monopropyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, etc.
- Dipropylene glycol monoalkyl ethers such as dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether;
- Dipropylene glycol dimethyl ether Dipropylene glycol dialkyl ethers such as dipropylene glycol diethyl ether and dipropylene glycol ethyl methyl ether;
- Dipropylene glycol monoalkyl ether acetates such as dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol monopropyl ether acetate, dipropylene glycol monobutyl ether acetate; (12) methyl lactate, lactic acid Lactic acid esters such as ethyl, n-propyl lactate, isopropyl lactate, n-butyl lactate, isobutyl lactate, n-amyl lactate, isoamyl lactate; (13) n-butyl acetate, isobutyl acetate, n-amyl acetate, isoamyl acetate, N-hexyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, ethyl propionate, n-propyl propionate, isopropyl propionate, n-butyl prop
- Ketones such as methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, cyclohexanone;
- N-methylformamide, N, N-dimethyl examples include amides such as formamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone; and (17) lactones such as ⁇ -butyrolactone.
- Benzyl alcohol, anisole, benzyl acetate, ethyl benzoate, diethyl oxalate, diethyl maleate, ethylene carbonate, propylene carbonate and the like can also be added.
- propylene glycol monoalkyl ether acetates and / or diethylene glycol dialkyl ethers are preferable, and diethylene glycol ethyl methyl ether and / or propylene glycol monomethyl ether acetate are particularly preferable.
- These solvents can be used alone or in combination of two or more.
- the content of the solvent is preferably 1 to 3,000 parts by weight per 100 parts by weight of the specific resin, and 5 to 2,000 parts by weight. Is more preferably 10 to 1,500 parts by weight.
- the photosensitive resin composition in this invention contains a basic compound.
- the basic compound can be arbitrarily selected from those used in chemically amplified resists. Examples thereof include aliphatic amines, aromatic amines, heterocyclic amines, quaternary ammonium hydroxides, and quaternary ammonium salts of carboxylic acids.
- the basic compound is preferably a primary or secondary amine compound.
- the specific resin A has a repeating unit represented by the formula (B 1 -1) or a repeating unit represented by the formula (B 1 -2)
- the basic compound is preferably a primary amine compound.
- aliphatic amines examples include trimethylamine, diethylamine, triethylamine, di-n-propylamine, tri-n-propylamine, di-n-pentylamine, tri-n-pentylamine, diethanolamine, triethanolamine, and dicyclohexylamine. , Dicyclohexylmethylamine, hexylamine and the like.
- aromatic amine examples include aniline, benzylamine, N, N-dimethylaniline, diphenylamine, 2,6-diisopropylaniline, 2,4,6-tri-tert-butylaniline and the like.
- heterocyclic amine examples include pyridine, 2-methylpyridine, 4-methylpyridine, 2-ethylpyridine, 4-ethylpyridine, 2-phenylpyridine, 4-phenylpyridine, N-methyl-4-phenylpyridine, 4-dimethylaminopyridine, N, N-dimethyl-4-aminopyridine, imidazole, benzimidazole, 4-methylimidazole, 2-phenylbenzimidazole, 2,4,5-triphenylimidazole, nicotine, nicotinic acid, nicotinic acid Amide, quinoline, 8-oxyquinoline, pyrazine, pyrazole, pyridazine, purine, pyrrolidine, piperidine, cyclohexylmorpholinoethylthiourea, piperazine, morpholine, 4-methylmorpholine, 1,5-diazabicyclo [4.3.0] -5 Nonen 1,8-diazabicyclo [5.3.0
- Examples of the quaternary ammonium hydroxide include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetra-n-butylammonium hydroxide, tetra-n-hexylammonium hydroxide, and the like.
- Examples of the quaternary ammonium salt of carboxylic acid include tetramethylammonium acetate, tetramethylammonium benzoate, tetra-n-butylammonium acetate, tetra-n-butylammonium benzoate and the like.
- the basic compounds that can be used in the present invention may be used singly or in combination of two or more. However, it is preferable to use two or more in combination, and it is more preferable to use two in combination. Preferably, two kinds of heterocyclic amines are used in combination.
- the content of the basic compound is preferably 0.001 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the specific resin, and 0.002 to More preferably, it is 0.2 parts by weight.
- the photosensitive resin composition in the present invention preferably contains a surfactant.
- a surfactant any of anionic, cationic, nonionic, or amphoteric surfactants can be used, but a preferred surfactant is a nonionic surfactant.
- nonionic surfactants include polyoxyethylene higher alkyl ethers, polyoxyethylene higher alkyl phenyl ethers, higher fatty acid diesters of polyoxyethylene glycol, fluorine-based and silicone surfactants. .
- the photosensitive resin composition in the present invention more preferably contains a fluorine-based surfactant and / or a silicone-based surfactant as the surfactant.
- fluorosurfactants and silicone surfactants include, for example, JP-A-62-36663, JP-A-61-226746, JP-A-61-226745, JP-A-62-170950, Surfactants described in JP-A-63-34540, JP-A-7-230165, JP-A-8-62834, JP-A-9-54432, JP-A-9-5988, and JP-A-2001-330953 are listed. Commercially available surfactants can also be used.
- Examples of commercially available surfactants that can be used include EFTOP EF301, EF303 (above, Shin-Akita Kasei Co., Ltd.), Florard FC430, 431 (above, Sumitomo 3M Co., Ltd.), MegaFuck F171, F173, PolyFox series (OMNOVA) such as F176, F189, R08 (above, manufactured by DIC Corporation), Surflon S-382, SC101, 102, 103, 104, 105, 106 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), PF-6320, etc. Fluorine-based surfactants or silicone-based surfactants such as those manufactured by Komatsu Ltd.
- Polysiloxane polymer KP-341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) can also be used as a silicone surfactant.
- acetylenol E00 (made by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) can also be used.
- a surfactant it contains a structural unit A and a structural unit B represented by the following formula (1), and is a weight average molecular weight in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography using tetrahydrofuran (THF) as a solvent.
- a preferred example is a copolymer having (Mw) of 1,000 or more and 10,000 or less.
- R 1 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group
- R 2 represents a linear alkylene group having 1 to 4 carbon atoms
- R 4 represents a hydrogen atom or carbon number
- 1 represents an alkyl group having 4 or less
- L represents an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms
- p and q are weight percentages representing a polymerization ratio
- p is a numerical value of 10% by mass to 80% by mass
- Q represents a numerical value of 20% to 90% by mass
- r represents an integer of 1 to 18, and n represents an integer of 1 to 10.
- L is preferably a branched alkylene group represented by the following formula (2).
- R 5 in the formula (2) represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in terms of compatibility and wettability to the coated surface. More preferred is an alkyl group of 3.
- the weight average molecular weight (Mw) of the copolymer is more preferably from 1,500 to 5,000.
- These surfactants can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
- the addition amount of the surfactant is preferably 10 parts by weight or less, and 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the specific resin. More preferred is 0.01 to 1 part by weight.
- the photosensitive resin composition in the present invention includes an antioxidant, a plasticizer, a thermal radical generator, a thermal acid generator, an acid multiplier, an ultraviolet absorber, a thickener, and an organic material.
- a known additive such as an inorganic suspending agent can be added. Details of these can be referred to the descriptions in paragraph numbers 0143 to 0148 of JP2011-209692A, the contents of which are incorporated herein.
- the thickness of the resist film is preferably 100 to 1000 nm, more preferably 300 to 850 nm, from the viewpoint of improving resolution.
- Such a film thickness can be obtained by setting the solid content concentration in the chemically amplified photosensitive resin composition to an appropriate range to give an appropriate viscosity and improving the coating property and film forming property.
- the patterning method of the organic semiconductor film in the present invention is: (1) forming a water-soluble resin film on the organic semiconductor film; (2) A chemically amplified photosensitive resin composition containing a photoacid generator that decomposes 80 mol% or more when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm on the side opposite to the organic semiconductor film of the water-soluble resin film.
- a step of dissolving the water-soluble resin film with water It is characterized by including.
- the organic semiconductor film patterning method of the present invention includes a step of forming a water-soluble resin film 3 on the organic semiconductor film 2 as shown in FIG. Usually, for example, as shown in FIG. 1A, this step is performed after forming an organic semiconductor film 2 on a substrate 1. In this case, the water-soluble resin film is formed on the surface opposite to the surface of the organic semiconductor on the substrate side.
- the water-soluble resin film is usually provided on the surface of the organic semiconductor film, but other layers may be provided without departing from the spirit of the present invention. Specific examples include a water-soluble undercoat layer. Further, only one water-soluble resin film may be provided, or two or more water-soluble resin films may be provided.
- Step of forming a resist film made of a resin composition involves: After the step (1), a resist film made of a chemically amplified photosensitive resin composition is formed on the opposite side of the surface of the water-soluble resin film on the organic semiconductor side.
- the resist film is usually formed by applying the chemically amplified photosensitive resin composition to the surface of the water-soluble resin film, but may be formed through a film such as an undercoat layer.
- the chemically amplified photosensitive resin composition used in the present invention contains a photoacid generator that decomposes 80% or more when exposed to 100 mJ / cm 2 or more at a wavelength of 365 nm. By blending such an acid generator, an acid is generated upon exposure, and a specific resin described later contained in the resist reacts to allow patterning and function as a resist film.
- the solid content concentration of the chemically amplified photosensitive resin composition is usually 1.0 to 20% by mass, preferably 1.5 to 17% by mass, and more preferably 2.0 to 15% by mass. By setting the solid content concentration within the above range, the resist solution can be uniformly applied on the water-soluble resin film, and further, a resist pattern having a high resolution and a rectangular profile can be formed. .
- the solid content concentration is a weight percentage of the weight of other resist components excluding the solvent with respect to the total weight of the resin composition.
- Step of exposing resist film >> (2) After the resist film is formed in the step, the resist film is exposed. Specifically, actinic rays are irradiated to the resist film through a mask having a predetermined pattern. Exposure may be performed only once or multiple times. Specifically, an actinic ray having a predetermined pattern is irradiated onto a substrate provided with a dry coating film of the photosensitive resin composition. Exposure may be performed through a mask, or a predetermined pattern may be drawn directly. Actinic rays having a wavelength of 300 nm to 450 nm, preferably 365 nm, can be preferably used. After this step, a post-exposure heating step (PEB) may be performed as necessary.
- PEB post-exposure heating step
- a low-pressure mercury lamp For exposure with actinic light, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a chemical lamp, a laser generator, an LED light source, or the like can be used.
- actinic rays having wavelengths such as g-line (436 nm), i-line (365 nm), and h-line (405 nm) can be preferably used.
- Mercury lamps are preferred in that they are suitable for large area exposure compared to lasers.
- 343 nm and 355 nm are suitably used for a solid (YAG) laser
- 351 nm (XeF) is suitably used for an excimer laser
- 375 nm and 405 nm are suitably used for a semiconductor laser.
- 355 nm and 405 nm are more preferable from the viewpoints of stability and cost.
- the coating can be irradiated with the laser once or a plurality of times.
- the energy density per pulse of the laser is preferably 0.1 mJ / cm 2 or more and 10,000 mJ / cm 2 or less. In order to sufficiently cure the coating film, 0.3 mJ / cm 2 or more is more preferable, and 0.5 mJ / cm 2 or more is most preferable. To prevent the coating film from being decomposed by an ablation phenomenon, 1,000 mJ / cm 2 is preferable. 2 or less is more preferable, and 100 mJ / cm 2 or less is most preferable.
- the pulse width is preferably 0.1 nsec or more and 30,000 nsec or less.
- the frequency of the laser is preferably 1 Hz to 50,000 Hz, more preferably 10 Hz to 1,000 Hz. Furthermore, the frequency of the laser is more preferably 10 Hz or more, most preferably 100 Hz or more for shortening the exposure processing time, and more preferably 10,000 Hz or less for improving the alignment accuracy at the time of scan exposure. 000 Hz or less is most preferable.
- a laser is preferable in that the focus can be easily reduced and a mask for forming a pattern in the exposure process is not necessary and the cost can be reduced.
- the exposure apparatus There are no particular restrictions on the exposure apparatus that can be used in the present invention.
- Commercially available exposure apparatuses include Callisto (manufactured by Buoy Technology), AEGIS (manufactured by Buoy Technology), and DF2200G (Dainippon). Screen Manufacturing Co., Ltd.) can be used. Further, devices other than those described above are also preferably used.
- irradiation light can also be adjusted through spectral filters, such as a long wavelength cut filter, a short wavelength cut filter, and a band pass filter, as needed.
- Step of developing mask pattern by developing using developer containing organic solvent >> (3) After the resist film is exposed in the step, it is developed using a developer containing an organic solvent. Development is preferably a negative type. Sp value of the solvent contained in the developer is preferably less than 19 MPa 1/2, and more preferably 18 MPa 1/2 or less.
- polar solvents such as ketone solvents, ester solvents, amide solvents, and hydrocarbon solvents
- ketone solvent examples include 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, 2-heptanone (methyl amyl ketone), 4-heptanone, 1-hexanone, 2-hexanone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, Examples include methylcyclohexanone, phenylacetone, methylethylketone, methylisobutylketone, acetylacetone, acetonylacetone, ionone, diacetylalcohol, acetylcarbinol, acetophenone, methylnaphthylketone, isophorone, and propylene carbonate.
- ester solvents include methyl acetate, butyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, amyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl.
- amide solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, hexamethylphosphoric triamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and the like. Can be used.
- hydrocarbon solvent examples include aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, and aliphatic hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, octane and decane.
- aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene
- aliphatic hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, octane and decane.
- the above solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may mix and use with solvents other than the above.
- the water content of the developer as a whole is preferably less than 10% by mass, and more preferably substantially free of moisture.
- substantially as used herein means, for example, that the water content of the entire developing solution is 3% by mass or less, and more preferably the measurement limit or less.
- the amount of the organic solvent used in the organic developer is preferably 90% by mass or more and 100% by mass or less, and more preferably 95% by mass or more and 100% by mass or less, with respect to the total amount of the developer.
- the organic developer is preferably a developer containing at least one organic solvent selected from the group consisting of ketone solvents, ester solvents and amide solvents.
- the organic developer may contain an appropriate amount of a basic compound as required. As an example of a basic compound, what was mentioned above in the term of a basic compound can be mentioned.
- the vapor pressure of the organic developer is preferably 5 kPa or less, more preferably 3 kPa or less, and particularly preferably 2 kPa or less at 20 ° C.
- Specific examples having a vapor pressure of 5 kPa or less include 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, 2-heptanone (methyl amyl ketone), 4-heptanone, 2-hexanone, diisobutyl ketone, Ketone solvents such as cyclohexanone, methylcyclohexanone, phenylacetone, methyl isobutyl ketone, butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, amyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl Ether acetate, ethyl-3-ethoxypropionate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, formate , Ester solvents
- Examples thereof include aromatic hydrocarbon solvents, and aliphatic hydrocarbon solvents such as octane and decane.
- Specific examples having a vapor pressure of 2 kPa or less, which is a particularly preferable range, include 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, 4-heptanone, 2-hexanone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone.
- Ketone solvents such as phenylacetone, butyl acetate, amyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl-3-ethoxypropionate, 3- Ester solvents such as methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate and propyl lactate, N-methyl-2-pyrrole Emissions, N, N- dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide amide solvents, aromatic hydrocarbon solvents such as xylene, octane, aliphatic hydrocarbon solvents decane.
- aromatic hydrocarbon solvents such as xylene, octane, aliphatic hydrocarbon solvents decane.
- An appropriate amount of a surfactant can be added to the developer as necessary. Although it does not specifically limit as surfactant, for example, surfactant described in the column of the said water-soluble resin composition is used preferably.
- the amount is usually 0.001 to 5% by weight, preferably 0.005 to 2% by weight, more preferably 0.01 to 0%, based on the total amount of the developer. 0.5% by mass.
- a development method for example, a method in which a substrate is immersed in a tank filled with a developer for a certain period of time (dip method), a method in which the developer is raised on the surface of the substrate by surface tension and is left stationary for a certain time (paddle) Method), a method of spraying the developer on the substrate surface (spray method), a method of continuously discharging the developer while scanning the developer discharge nozzle on the substrate rotating at a constant speed (dynamic dispensing method) Etc.
- dip method a method in which a substrate is immersed in a tank filled with a developer for a certain period of time
- paddle a method in which the developer is raised on the surface of the substrate by surface tension and is left stationary for a certain time
- spray method a method of spraying the developer on the substrate surface
- the discharge pressure of the discharged developer (the flow rate per unit area of the discharged developer) is preferably 2mL / sec / mm 2 or less, more preferably 1.5mL / sec / mm 2, more preferably not more than 1mL / sec / mm 2.
- the flow rate 0.2 mL / sec / mm 2 or more is preferable in consideration of throughput.
- the details of this mechanism are not clear, but perhaps by setting the discharge pressure within the above range, the pressure applied by the developer to the resist film will decrease, and the resist film / resist pattern may be inadvertently cut or collapsed. This is considered to be suppressed.
- the developer discharge pressure (mL / sec / mm 2 ) is a value at the developing nozzle outlet in the developing device.
- Examples of the method for adjusting the discharge pressure of the developer include a method of adjusting the discharge pressure with a pump or the like, and a method of changing the pressure by adjusting the pressure by supply from a pressurized tank.
- a step of stopping development may be performed while substituting with another solvent.
- Step of Removing at least Non-Mask Water-Soluble Resin Film and Organic Semiconductor by Etching Process >> For example, as shown in FIG. 1C, after the resist film is developed and the mask pattern 4 is produced, for example, as shown in FIG. The organic semiconductor film 2 is removed. A non-mask part represents the location which is not exposed by the mask at the time of producing a mask pattern by exposing a resist film.
- the etching process is a dry etching process and a case where the etching process is a wet etching process will be described.
- Dry etching process >>>>> Specifically, in the dry etching, at least the water-soluble resin film and the organic semiconductor are dry-etched using the resist pattern as an etching mask.
- Representative examples of dry etching include JP-A-59-126506, JP-A-59-46628, JP-A-58-9108, JP-A-58-2809, JP-A-57-148706, JP-A-61-41102, and the like. There is a method described in this publication.
- the dry etching is preferably performed in the following manner from the viewpoint of forming the pattern cross section closer to a rectangle and reducing damage to the organic semiconductor.
- a mixed gas of fluorine-based gas and oxygen gas (O 2 ) the first stage etching is performed to the region (depth) where the organic semiconductor is not exposed, and after this first stage etching, nitrogen gas ( N 2) and using a mixed gas of oxygen gas (O 2), over-etching preferably performed and the etching of the second step of performing etching to the vicinity area (depth) to expose the organic semiconductor, after the organic semiconductor is exposed
- N 2 nitrogen gas
- O 2 a mixed gas of oxygen gas
- Dry etching is performed by obtaining etching conditions in advance by the following method.
- (1) The etching rate (nm / min) in the first stage etching and the etching rate (nm / min) in the second stage etching are calculated respectively.
- (2) The time for etching the desired thickness in the first stage etching and the time for etching the desired thickness in the second stage etching are respectively calculated.
- (3) The first stage etching is performed according to the etching time calculated in (2) above.
- the second stage etching is performed according to the etching time calculated in (2) above. Alternatively, the etching time may be determined by endpoint detection, and the second stage etching may be performed according to the determined etching time.
- Overetching time is calculated with respect to the total time of (3) and (4) above, and overetching is performed.
- the mixed gas used in the first stage etching step preferably contains a fluorine-based gas and an oxygen gas (O 2 ) from the viewpoint of processing the organic material that is the film to be etched into a rectangular shape.
- the first step etching process can avoid damage to the organic semiconductor by performing etching to a region where the organic semiconductor is not exposed.
- the second etching step and the over-etching step may be performed by etching the organic semiconductor to a region where the organic semiconductor is not exposed by the mixed gas of fluorine-based gas and oxygen gas in the first etching step, and then damaging the organic semiconductor. From the viewpoint of avoidance, it is preferable to perform the etching process using a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas.
- the ratio between the etching amount in the first stage etching process and the etching amount in the second stage etching process is preferably in the range of more than 0% and not more than 50%. 10 to 20% is more preferable.
- the etching amount is an amount calculated from the difference between the remaining film thickness to be etched and the film thickness before etching.
- the etching preferably includes an over-etching process.
- the overetching process is preferably performed by setting an overetching ratio. Moreover, it is preferable to calculate the overetching ratio from the etching process time to be performed first.
- the over-etching ratio can be arbitrarily set, but it is preferably 30% or less of the etching processing time in the etching process, and preferably 5 to 25% from the viewpoint of etching resistance of the photoresist and maintaining the rectangularity of the pattern to be etched. Is more preferable, and 10 to 15% is particularly preferable.
- wet etching process at least the water-soluble resin film and the organic semiconductor are wet etched using the resist pattern as an etching mask.
- a dip etching method in which a substrate is immersed in an etching solution and etched
- a shower etching method in which etching is performed by exposing to a shower-like etching solution
- a spray etching method in which an etching solution is sprayed on the substrate, etc.
- a shower type and a spray type are preferable.
- a first-stage etching for etching a water-soluble resin film using at least one of water, primary alcohols and secondary alcohols, and a liquid for dissolving the organic semiconductor after the first-stage etching And a second stage etching performed after the organic semiconductor is exposed is preferable.
- the primary alcohols and secondary alcohols include the primary alcohols and secondary alcohols described in the water-soluble resin composition forming the water-soluble resin film described above.
- Wet etching is performed by obtaining etching conditions in advance by the following method.
- (1) The etching rate (nm / min) in the first stage etching and the etching rate (nm / min) in the second stage etching are calculated respectively.
- (2) The time for etching the desired thickness in the first stage etching and the time for etching the desired thickness in the second stage etching are respectively calculated.
- (3) The first stage etching is performed according to the etching time calculated in (2) above.
- the second stage etching is performed according to the etching time calculated in (2) above.
- the first-stage etching process enables the second-stage etching process by performing etching until the region where the organic semiconductor is exposed.
- the second stage etching step is performed by performing etching to a region where the organic semiconductor is exposed by at least one of water, primary alcohols and secondary alcohols in the first stage etching process, It is preferable to perform the etching process using a solvent in which the semiconductor is dissolved.
- the ratio between the etching amount in the first stage etching process and the etching amount in the second stage etching process is preferably in the range of more than 0% and not more than 50%. 10 to 20% is more preferable.
- the etching amount is an amount calculated from the difference between the remaining film thickness to be etched and the film thickness before etching.
- polar solvents such as ketone solvents, amide solvents, alcohol solvents, ether solvents, and nitrile solvents
- ketone solvent for example, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, acetylacetone and the like
- amide solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, hexamethylphosphoric triamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and the like. Can be used.
- alcohol solvents examples include primary alcohol solvents such as methanol, ethanol and 3-methyl-1-butanol, and 2 alcohols such as 2-propanol, 4-methyl-2-pentanol and 3-methoxy-1-butanol.
- a grade alcohol solvent or the like can be used.
- the ether solvent for example, propylene glycol monomethyl ether, tetrahydrofuran or the like can be used.
- the nitrile solvent for example, acetonitrile can be used.
- the organic solvent contained in the stripping solution may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may mix and use with solvents other than the above.
- the stripping solution preferably contains at least one organic solvent selected from the group consisting of ketone solvents, alcohol solvents, ether solvents and nitrile solvents.
- Step of dissolving and removing water-soluble resin film with water >> After the etching, the water-soluble resin film is removed using water. Thereby, for example, as shown in FIG. 1E, a substrate on which the organic semiconductor film 2 is patterned is obtained.
- Examples of the method for removing the water-soluble resin film with water include a method for removing the water-soluble resin film by spraying cleaning water onto the resist pattern from a spray type or shower type spray nozzle.
- As the washing water pure water can be preferably used.
- examples of the injection nozzle include an injection nozzle in which the entire support is included in the injection range, and an injection nozzle that is a movable injection nozzle and in which the movable range includes the entire support.
- the spray nozzle is movable, the resist pattern can be more effectively moved by spraying cleaning water by moving from the center of the support to the end of the support at least twice during the process of removing the water-soluble resin film. Can be removed. It is also preferable to perform a process such as drying after removing water.
- the drying temperature is preferably 80 to 120 ° C.
- an electronic device is a device that contains a semiconductor and has two or more electrodes, and the current flowing between the electrodes and the generated voltage are controlled by electricity, light, magnetism, chemical substances, or the like. It is a device that generates light, electric field, magnetic field, etc. by the applied voltage or current.
- Examples include organic photoelectric conversion elements, organic field effect transistors, organic electroluminescent elements, gas sensors, organic rectifying elements, organic inverters, information recording elements, and the like.
- the organic photoelectric conversion element can be used for both optical sensor applications and energy conversion applications (solar cells). Among these, an organic field effect transistor, an organic photoelectric conversion element, and an organic electroluminescence element are preferable, an organic field effect transistor and an organic photoelectric conversion element are more preferable, and an organic field effect transistor is particularly preferable.
- each compound represents the following compound, respectively.
- BzMA benzyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) t-BuMA: tert-butyl methacrylate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
- MA Methacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
- PMA Phenyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
- THFMA 2-tetrahydrofuranyl methacrylate (synthetic product)
- THFAA 2-tetrahydrofuranyl acrylate (synthetic product)
- MTHTHMA 5-methyl-2-tetrahydrofuranyl methacrylate (synthetic product)
- THPMA 2-tetrahydropyranyl methacrylate (synthetic product)
- THPAA 2-tetrahydropyranyl acrylate (synthetic product)
- PEES
- the obtained oxime compound (1.8 g) was dissolved in acetone (20 mL), triethylamine (1.5 g) and p-toluenesulfonyl chloride (2.4 g) were added under ice cooling, and the temperature was raised to room temperature. Reacted for hours. Water (50 mL) was added to the reaction solution, and the precipitated crystals were filtered, reslurried with methanol (20 mL), filtered and dried to obtain D1 (2.3 g).
- the obtained oxime compound (1.8 g) was dissolved in acetone (20 mL), triethylamine (1.5 g) and p-toluenesulfonyl chloride (2.4 g) were added under ice cooling, and the temperature was raised to room temperature. Reacted for hours. Water (50 mL) was added to the reaction solution, and the precipitated crystals were filtered, reslurried with methanol (20 mL), filtered and dried to obtain D2 (2.3 g).
- the obtained oxime compound (1.8 g) was dissolved in acetone (20 mL), triethylamine (1.5 g) and p-toluenesulfonyl chloride (2.4 g) were added under ice cooling, and the temperature was raised to room temperature. Reacted for hours. Water (50 mL) was added to the reaction solution, and the precipitated crystals were filtered, reslurried with methanol (20 mL), filtered and dried to obtain D3 (2.3 g).
- organic semiconductor film was formed by spin-coating an organic semiconductor coating solution having the following composition on a 5 cm square glass substrate and drying at 130 ° C. for 10 minutes. The film thickness was 150 nm.
- Composition of organic semiconductor coating solution P3HT (Sigma Aldrich Japan GK) 10% by mass PCBM (Sigma Aldrich Japan GK) 10% by mass Chloroform (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 80% by mass
- a water-soluble resin composition having the composition shown in the above table is spin-coated on an organic semiconductor film formed on a substrate and dried at 100 ° C. for 1 minute. Thus, a water-soluble resin film was formed.
- the film thickness was 320 nm.
- Step of forming a resin mask pattern on a water-soluble resin film A chemically amplified photosensitive resin composition having the composition shown in the above table is spin-coated on the formed water-soluble resin film at 100 ° C. Dried for 1 minute. The film thickness was 700 nm. Next, 135 mJ / cm 2 exposure was performed using an i-line parallel exposure machine. Then, the mask pattern was obtained by heating at 100 degreeC for 1 minute, and developing with butyl acetate.
- Step of removing water-soluble resin and organic semiconductor in non-mask portion by dry etching The substrate is dry-etched under the following conditions to remove the water-soluble resin film in the non-mask pattern portion and the organic semiconductor film in the non-mask pattern portion. Removed. Gas: CF 4 (flow rate 200 ml / min), Ar (flow rate 800 ml / min), O 2 (flow rate 50 ml / min) Source power: 800W Wafer bias: 600W Antenna bias: 100W ESC voltage: 400V Time: 60sec
- Decomposition rate (%) decomposition amount (mol) / charge amount (mol) ⁇ 100 A: 80 mol% or more is decomposed B: 40 mol% or more and less than 80 mol% is decomposed C: Less than 40 mol% is decomposed
- the taper angle of the chemically amplified photosensitive resin composition was evaluated according to the following criteria by observing the pattern of the chemically amplified photosensitive resin composition using a scanning electron microscope and the cross section of the pattern formed with the contact aligner. .
- C Patterning is impossible
- the line width of the organic semiconductor was evaluated based on the following criteria by observing the pattern of the organic semiconductor after dry etching and removing the water-soluble resin film using a scanning electron microscope.
- C Patterning is impossible
- composition 1 of organic semiconductor coating liquid > TIPS Pentacene (Sigma Aldrich Japan GK) 5% by mass Toluene (Sigma Aldrich Japan GK) 95% by mass
- the substrate was wet etched under the following conditions to remove the water-soluble resin film in the non-mask pattern portion and the organic semiconductor film in the non-mask pattern portion.
- the pattern made of the water-soluble resin film is removed by washing with water and heated at 100 ° C. for 10 minutes to remove moisture remaining on the organic semiconductor film. And the substrate in which the organic-semiconductor film was patterned was obtained by repairing the damage in a process by drying.
- tBocMMA> tBocMMA is prepared by reacting an alcohol and a carboxylic acid halide compound under basic conditions using a method similar to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-331918, and then reacting this with a carboxylic acid compound under basic conditions.
- TBocMMA can be synthesized.
- Preparation of water-soluble resin composition and chemically amplified photosensitive resin composition The following water-soluble resin composition and photosensitive resin composition are mixed to form a uniform solution, and then the water-soluble resin composition is a nylon filter having a pore size of 0.8 ⁇ m, and the chemically amplified photosensitive resin composition is Filtration was performed using a polytetrafluoroethylene filter having a pore size of 0.03 ⁇ m to prepare water-soluble resin compositions and chemically amplified photosensitive resin compositions of Examples 22 to 45 and Comparative Examples 13 to 20, respectively. .
- Water-soluble resin composition Water-soluble resins listed in Table 3: Mass parts acetylenol E00 listed in Table 3 (manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.): 0.1 parts by mass Solvents listed in Table 3: Mass parts glycerin listed in Table 3 (Example 25 only) , Manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.): 0.45 parts by mass
- IPA Isopropyl alcohol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
- E2 2,6-diisopropylaniline (primary amine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
- E3 2,4,6-tri-tert-butylaniline (primary amine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
- E4 Hexylamine (primary amine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
- E5 N-cyclohexyl-N ′-[2- (4-morpholinyl) ethyl] thiourea (secondary amine, manufactured by Inabata Sangyo Co., Ltd.)
- E6 N, N-dimethyl-4-aminopyridine (tertiary amine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
- the process of apply coating a water-soluble resin composition to a base material>
- the water-soluble resin composition was spin-coated on a substrate on which an organic semiconductor was formed, and dried at 100 ° C. for 1 minute to form a water-soluble resin film.
- the film thickness was 1 ⁇ m.
- a chemically amplified photosensitive resin composition having the composition shown in the above table was spin-coated on a substrate on which a water-soluble resin film was formed, and dried at 100 ° C. for 1 minute. The film thickness was 1 ⁇ m. Next, it exposed 200mJ / cm ⁇ 2 > using the i-line parallel exposure machine. Then, it heated at 120 degreeC for 1 minute, and developed the mask pattern by developing with butyl acetate.
- Pattern shape of resist film >> The evaluation was performed under the same conditions as the evaluation of the pattern shape of the resist film described above.
- the water-soluble resin film was formed in a good surface shape, and the resist film was excellent in patternability and storage stability. Therefore, it was found that a fine pattern of the organic semiconductor film can be formed.
- in-plane uniformity, patterning property, or storage stability was inferior. For this reason, it has been found that it is difficult to form a fine pattern of the organic semiconductor film.
- composition A of organic semiconductor coating liquid > TIPS Pentacene (Sigma Aldrich Japan GK) 5 parts by mass Toluene (Sigma Aldrich Japan GK) 95 parts by mass
- composition B of organic semiconductor film > MEH-PPV (manufactured by Sigma Aldrich Japan LLC) 10 parts by mass Toluene (manufactured by Sigma Aldrich Japan LLC) 90 parts by mass
- the substrate was wet etched under the following conditions to remove the water-soluble resin film in the non-mask pattern portion and the organic semiconductor in the non-mask pattern portion.
- the pattern made of the water-soluble resin film is removed by washing with water and heated at 100 ° C. for 10 minutes to remove moisture remaining on the organic semiconductor film. And the substrate in which the organic-semiconductor film was patterned was obtained by repairing the damage in a process by drying.
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Abstract
Description
有機半導体のパターニングは、これまで印刷技術により行われてきたが、印刷技術によるパターニングでは微細加工に限界がある。また、有機半導体はダメージを受けやすい。
特許文献2には、有機半導体層へ影響を与えない材料を用い、有機半導体保護層の上に光感応性樹脂層等の感光性組成物を形成することが開示されている。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、良好なパターン形成可能な積層体を提供することを目的とする。
具体的には、下記手段<1>により、好ましくは、<2>~<23>により、上記課題は解決された。
<1>有機半導体膜の表面に、少なくとも水溶性樹脂膜および化学増幅型感光性樹脂組成物からなるレジスト膜をこの順に有する積層体であって、
化学増幅型感光性樹脂組成物は、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光すると80モル%以上分解する光酸発生剤を含有し、露光部が有機溶剤を含む現像液に難溶となることでマスクパターンを形成でき、マスクパターンを形成後エッチングのマスクとして利用する、積層体。
<2>エッチングがドライエッチングである、<1>に記載の積層体。
<3>エッチングがウェットエッチングである、<1>に記載の積層体。
<4>水溶性樹脂膜の水溶性樹脂のsp値が18(MPa)1/2以上29(MPa)1/2未満である、<1>~<3>のいずれかに記載の積層体。
<5>水溶性樹脂膜の水溶性樹脂のsp値が20(MPa)1/2以上26(MPa)1/2以下である、<1>~<3>のいずれかに記載の積層体。
<6>水溶性樹脂膜の水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、または、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとの混合物である、<1>~<5>のいずれかに記載の積層体。
<7>水溶性樹脂膜の水溶性樹脂が、ポリビニルピロリドンである、<1>~<5>のいずれかに記載の積層体。
<8>化学増幅型感光性樹脂組成物が、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光することによって極性が変化し、sp値が18(MPa)1/2未満の有機溶剤に対して難溶となる、<1>~<7>のいずれかに記載の積層体。
<9>化学増幅型感光性樹脂組成物が、環状エーテルエステル構造を有する樹脂を含む、<1>~<8>のいずれかに記載の積層体。
<10>化学増幅型感光性樹脂組成物が、下記一般式(11)で表される基を含む繰り返し単位を有する樹脂を含む、<1>~<8>のいずれかに記載の積層体;
式(11)
<11>化学増幅型感光性樹脂組成物が、下記一般式(B1-1)で表される繰り返し単位を有する樹脂を含む、<1>~<10>のいずれかに記載の積層体;
一般式(B1-1)
<12>化学増幅型感光性樹脂組成物が、下記一般式(B1-2)で表される繰り返し単位を有する樹脂を含む、<1>~<11>のいずれかに記載の積層体;
一般式(B1-2)
<13>光酸発生剤が、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が4000L/(mol・cm)以上である非イオン性の光酸発生剤である、<1>~<12>のいずれかに記載の積層体。
<14>非イオン性の光酸発生剤が、炭素数2又は3のフルオロアルキル基を有する化合物であって、且つ、活性光線及び/又は放射線の照射により、炭素数2または3のフルオロアルキル基を有するスルホン酸を発生する化合物である、<13>に記載の積層体。
<15>非イオン性の光酸発生剤が、下記一般式(3)で表される化合物である、<13>または<14>に記載の積層体;
一般式(3)
<16>非イオン性の光酸発生剤が、5員環イミドスルホネート基を有する化合物である、<13>~<15>のいずれかに記載の積層体。
<17>非イオン性の光酸発生剤が、下記一般式(4)で表される化合物である、<13>または<14>に記載の積層体;
一般式(4)
<18>光酸発生剤が、オキシムスルホネート基を有する化合物である、<1>~<14>のいずれかに記載の積層体。
<19>化学増幅型感光性樹脂組成物が、塩基性化合物をさらに含む、<1>~<18>のいずれかに記載の積層体。
<20>塩基性化合物が一級アミン化合物である、<19>に記載の積層体。
<21>化学増幅型感光性樹脂組成物が、下記一般式(B1-1)で表される繰り返し単位及び/または下記一般式(B1-2)で表される繰り返し単を有する樹脂と、塩基性化合物をさらに含み、
光酸発生剤が、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が4000L/(mol・cm)以上である非イオン性の光酸発生剤である、<1>~<8>のいずれかに記載の積層体;
一般式(B1-1)
一般式(B1-2)
<22>化学増幅型感光性樹脂組成物がネガ型である、<1>~<21>のいずれかに記載の積層体。
<23>さらに、有機半導体膜の水溶性樹脂膜が積層している側の反対側の面に基板を有する、<1>~<22>のいずれかに記載の積層体。
また、本明細書中における「活性光線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線または放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本発明の積層体は、有機半導体膜の表面に、少なくとも(1)水溶性樹脂膜、(2)化学増幅型感光性樹脂組成物からなるレジスト膜をこの順に有する積層体であって、(2)化学増幅型感光性樹脂組成物は、波長365nmにおいて100mJ以上露光すると80モル%以上分解する光酸発生剤を含有し、化学増幅型感光性樹脂組成物の露光部が有機溶剤を含む現像液に難溶となることでマスクパターンを形成でき、マスクパターンを形成後エッチングのマスクとして利用することを特徴とする。ここで、エッチングは、例えば後述するように、ドライエッチングであってもよいし、ウェットエッチングであってもよい。
これに対し、本発明では、有機半導体上に保護膜として水溶性樹脂膜を成膜しその上にレジスト膜を製膜している。この場合、レジストと有機半導体とが直接接触しないため、有機半導体にダメージが及ぶことを抑制できる。さらに、レジスト膜は化学増幅型感光性樹脂組成物を用いるため、高い保存安定性と微細なパターン形成性を達成できる。
以下、詳細に説明する。
本発明で用いる有機半導体膜は、半導体の特性を示す有機材料を含む膜のことである。無機材料からなる半導体の場合と同様に、正孔をキャリアとして伝導するp型有機半導体と、電子をキャリアとして伝導するn型有機半導体がある。有機半導体中のキャリアの流れやすさはキャリア移動度μで表される。用途にもよるが、一般に移動度は高い方がよく、10-7cm2/Vs以上であることが好ましく、10-6cm2/Vs以上であることがより好ましく、10-5cm2/Vs以上であることがさらに好ましい。移動度は電界効果トランジスタ(FET)素子を作製したときの特性や飛行時間計測(TOF)法により求めることができる。
溶剤としては、ヘキサン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、1-メチルナフタレン、1,2-ジクロロベンゼン等の炭化水素系溶剤;例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン化炭化水素系溶剤;例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶剤;例えば、メタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶剤;例えば、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶剤;例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1-メチル-2-ピロリドン、1-メチル-2-イミダゾリジノン、ジメチルスルフォキサイド等の極性溶剤などが挙げられる。これらの溶剤は1種のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
有機半導体膜を形成する組成物(有機半導体形成用組成物)における有機半導体の割合は、好ましくは0.1~80質量%、より好ましくは0.1~10質量%であり、これにより任意の厚さの膜を形成できる。
樹脂バインダーを配合する場合、その配合量は、有機半導体膜等の膜中、好ましくは0.1~30質量%で用いられる。
水溶性樹脂膜は、例えば、水溶性樹脂を含む水溶性樹脂組成物を有機半導体膜の上に適用し、乾燥させることよって形成される。本発明における水溶性樹脂は、20℃における水に対する溶解度が1%以上である樹脂をいう。
また、水溶性樹脂組成物は、2種類以上の水溶性樹脂を含んでいてもよいが、この場合、2種類以上の水溶性樹脂それぞれが上記範囲を満たしていることが好ましい。
また、これらの中から、主鎖構造が相違する2種以上を選択して使用してもよく、共重合体として使用してもよい。
水溶性樹脂としてポリビニルアルコールを用いる場合、ケン化度は、70mol%~95mol%が好ましく、80mol%~90mol%がより好ましい。
重量平均分子量は、加工を行う基板に応じて適宜選択することができる。重量平均分子量を上記範囲とすることにより、段差のある有機半導体基板への追従性をより向上させるとともに、膜面にクラックがより生じにくくすることができる。
また、水溶性樹脂は、重量平均分子量が異なる2種以上を選択して使用してもよい。
水溶性樹脂の分散度(分子量分布)は、通常1.0~3.0であり、好ましくは1.0~2.6の範囲のものが好ましく使用される。
水溶性樹脂組成物は、水溶性樹脂および各種添加剤の任意成分を、溶剤に溶解した溶液として調製されることが好ましい。
水溶性樹脂組成物に使用される溶剤としては、水の他にも公知の溶剤を用いることができ、アルコール類等が例示できる。
上記の溶剤のうち、水、第一級アルコール類および第二級アルコール類の少なくとも1種が好ましく、水および2-プロパノールの少なくとも1種がより好ましい。
溶剤は、1種単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
水溶性樹脂組成物が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の添加量は、水溶性樹脂膜としたときに、好ましくは0.05~8質量%、更に好ましくは0.07~5質量%、特に好ましくは0.1~3質量%の割合で含まれていることが好ましい。
これら界面活性剤は、1種のみ用いてもよいし、2種類以上用いてもよい。
水溶性樹脂組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性、成膜性を向上させることにより、上記のような膜厚とすることができる。
本発明で用いる感光性樹脂組成物は、化学増幅型の感光性樹脂組成物である、化学増幅型とすることにより、高い保存安定性と微細なパターン形成性を達成できる。
本発明では、化学増幅型感光性樹脂組成物(以下、単に、「感光性樹脂組成物」ということがある)が波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光することによって極性が変化し、sp値が19(MPa)1/2未満の有機溶剤に対して難溶となることが好ましく、18.5(MPa)1/2以下の有機溶剤に対して難溶となることがより好ましく、18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に対して難溶となることがさらに好ましい。さらに、波長365nmにおいて100~200mJ/cm2露光することによって、上記のとおり極性が変化することがより好ましい。
本発明で用いる感光性樹脂組成物は、ネガ型のレジスト組成物であることが、より微細なトレンチ・ホールパターンを形成可能という理由により、特に高い効果を得ることができることから好ましい。
ここで、本発明において「残渣」とは、感光性樹脂組成物を用いてパターン状のレジスト膜を形成した際において、上記パターン状のレジスト膜端部の周縁に存在する残膜を意味する。
本発明で用いる特定樹脂Aは、化学増幅型感光性樹脂組成物を構成する樹脂成分であり、通常、酸によって解離する基を含む繰り返し単位を含む樹脂であり、他の繰り返し単位を含んでいてもよい。
例えば、特定樹脂Aは、酸分解性繰り返し単位(酸によって解離する基を含む繰り返し単位)を有し、酸の作用により有機溶剤を含む現像液に対する溶解速度が減少する樹脂であることが好ましい。
本発明において、特定樹脂Aは、18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に可溶で、かつ、式(1)で表される構成単位におけるテトラヒドロフラニル基(以下、「特定酸分解性基」ともいう。)が分解又は解離したときに18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に難溶となる樹脂であることが好ましい。
ここで、本発明において「18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に可溶」とは、特定樹脂Aの溶液を基板上に塗布し、100℃で1分間加熱することによって形成される特定樹脂Aの塗膜(厚さ1μm)の、23℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が、20nm/秒以上であることをいい、「18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に難溶」とは、特定樹脂Aの溶液を基板上に塗布し、100℃で1分間加熱することによって形成される特定樹脂Aの塗膜(厚さ1μm)の、23℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が、10nm/秒未満であることをいう。
本発明における特定樹脂Aの18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤への溶解速度は、40nm/秒以上であることがより好ましい。また、特定樹脂Aの特定酸分解性基が分解したときには、18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤への溶解速度は1nm/秒未満であることが好ましい。
本発明における「アクリル系重合体」は、付加重合型の樹脂であり、(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルに由来する構成単位を含む重合体であり、(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルに由来する構成単位以外の構成単位、例えば、スチレン類に由来する構成単位やビニル化合物に由来する構成単位等を有していてもよい。
特定樹脂Aは、(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルに由来する構成単位を、重合体における全構成単位に対し、50モル%以上有することが好ましく、80モル%以上有することがより好ましく、(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルに由来する構成単位のみからなる重合体であることが特に好ましい。
なお、「(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルに由来する構成単位」を「アクリル系構成単位」ともいう。また、(メタ)アクリル酸は、メタクリル酸及びアクリル酸を総称するものである。
本発明で用いる特定樹脂Aは、通常、酸によって解離する基を含む繰り返し単位(a1)を含む。酸によって解離する基の好ましい一例は、下記一般式(1)で表される基である。
R3は、置換されていてもよい直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は置換されていてもよいアラルキル基を表す。
R1とR3が連結して環状エーテルを形成しても良い。
R1及びR2の環状のアルキル基の炭素数は、3~6が好ましい。置換基としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子が好ましい。
R3の直鎖状または分岐状のアルキル基の炭素数は、1~10が好ましい。置換基としては、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子が好ましい。
R3の環状のアルキル基の炭素数は、3~10が好ましい。置換基としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子が好ましい。
R3のアラルキル基の炭素数は、7~10が好ましい。置換基としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子が好ましい。
R1とR3が連結して環状エーテルを形成する場合、R1とR3が連結して炭素数2~5のアルキレン鎖を形成することが好ましい。
R3は、置換されていてもよい直鎖状、分岐状または環状のアルキル基、または置換されていてもよいアラルキル基を表す。
R1とR3が連結して環状エーテルを形成しても良い。
R4は、水素原子又はメチル基を表す。
一般式(2)で表される構成単位は、ベンゼン環上に、アルキル基、アルコキシ基等の置換基を有していてもよい。
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
L1は単結合又は2価の連結基を表す。
R1についての直鎖状または分岐状のアルキル基が有し得る置換基としての環状のアルキル基の具体例、好ましい例としては、R1についての環状のアルキル基として前述した具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R1についての環状のアルキル基が有し得る置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、ハロゲン原子などが挙げられる。
R1についての環状のアルキル基が有し得る置換基としてのアルキル基の具体例、好ましい例としては、R1についての直鎖状または分岐状のアルキル基として前述した具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R1についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアリール基は、炭素数6~15のアリール基であることが好ましく、炭素数6~12のアリール基であることがより好ましく、複数の芳香環が単結合を介して互いに連結された構造(例えば、ビフェニル基、ターフェニル基)も含む。R1についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアリール基の具体例としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等が挙げられる。R1についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアリール基は、フェニル基、ナフチル基、又は、ビフェニル基であることが好ましい。
R1についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアルコキシ基のアルキル基部分としては、例えば、一般式(1-1)中のR1のアルキル基として列挙したものが挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基及びn-ブトキシ基が特に好ましい。
R1についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアリールオキシ基のアリール基部分としては、例えば、上記アリール基として列挙したものが挙げられる。
R1についてのアルキル基又はシクロアルキル基が有し得る置換基としてのアシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、n-ブタノイル基、i-ブタノイル基、n-ヘプタノイル基、2-メチルブタノイル基、1-メチルブタノイル基、t-ヘプタノイル基等の炭素原子数2~12の直鎖状若しくは分岐状のアシル基等を挙げることができる。
R2についての直鎖状または分岐状のアルキル基が有し得る置換基としては、環状のアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子)などが挙げられる。
R2についての直鎖状または分岐状のアルキル基が有し得る置換基としての環状のアルキル基の具体例、好ましい例としては、R2についての環状のアルキル基として前述した具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R2についての環状のアルキル基が有し得る置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子)などが挙げられる。
R2についての環状のアルキル基が有し得る置換基としてのアルキル基の具体例、好ましい例としては、R1についてのアルキル基として前述した具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R2についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアリール基としては、R1についてのアルキル基が有し得る置換基として前述したアリール基と同様のものが挙げられる。
R2についてのヘテロ環基は、炭素数6~20のヘテロ環基であることが好ましく、炭素数6~12のヘテロ環基であることがより好ましい。R2についてのヘテロ環基の具体例としては、例えば、ピリジル基、ピラジル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロチオフェン基、ピペリジル基、ピペラジル基、フラニル基、ピラニル基、クロマニル基等が挙げられる。
R2についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアルコキシ基のアルキル基部分としては、例えば、上記R1のアルキル基として列挙したものが挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基及びn-ブトキシ基が特に好ましい。
R2についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアリールオキシ基のアリール基部分としては、例えば、前述のアリール基として列挙したものが挙げられる。
R2についてのアルキル基が有し得る置換基としてのアシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、n-ブタノイルオキシ基、i-ブタノイルオキシ基、n-ヘプタノイルオキシ基、2-メチルブタノイルオキシ基、1-メチルブタノイルオキシ基、t-ヘプタノイルオキシ基等の炭素原子数2~12の直鎖状または分岐状のアシルオキシ基等を挙げることができる。
Raのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Raのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
Raとして、好ましくは、メチル基、ヒドロキシメチル基、炭素数1~4のパーフルオロアルキル基(例えば、トリフルオロメチル基)であることが好ましく、特定樹脂(A)のガラス転移点(Tg)を向上させ、解像力、スペースウィズスラフネスを向上させる観点からメチル基であることが特に好ましい。
ただし、L1がフェニレン基の場合、Raは水素原子であることも好ましい。
L1で表される2価の連結基としては、アルキレン基、2価の芳香環基、-COO-L11-、-O-L11-、これらの2つ以上を組み合わせて形成される基等が挙げられる。ここで、L11はアルキレン基、2価の芳香環基、アルキレン基と2価の芳香環基を組み合わせた基を表す。
2価の芳香環基としては、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,2-フェニレン基等のフェニレン基、1,4-ナフチレン基が好ましく、1,4-フェニレン基がより好ましい。
L1は、単結合、-COO-L11-で表される基又は-L12-O-CH2-で表される基であることが好ましく、単結合であることが特に好ましい。ここで、L12は2価の芳香環基を表す。
L11についてのアルキレン基が環状のアルキレン基である場合、エステル結合を含有しラクトン環を形成していても良く、L11は炭素数1~9のヘテロ原子又はカルボニル結合を含んでもよいアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基又はプロピレン基がより好ましい。
L12は、炭素数1~10のアリーレン基が好ましく、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基又は1,2-フェニレン基であることがより好ましく、1,4-フェニレン基又は1,3-フェニレン基であることが更に好ましい。
L1についての2価の連結基として好ましい具体例を以下に例示するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
R11はアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。R11とR2とは連結して環を形成してもよい。
R11は、直鎖状、分岐状または環状のアルキル基のいずれであってもよい。
R11についてのアルキル基の具体例、好ましい例としては、R1についてのアルキル基として前述した具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R11についてのアリール基の具体例、好ましい例としては、R1についてのアルキル基が有し得る置換基として前述したアリール基と同様のものが挙げられる。
R11についてのアラルキル基は、炭素数6~20のアラルキル基であることが好ましく、炭素数7~12のアラルキル基であることがより好ましい。R11についてのアラルキル基の具体例としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
R11についてのアルコキシ基のアルキル基部分としては、例えば、R1のアルキル基として列挙したものが挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基及びn-ブトキシ基が特に好ましい。
R11についてのアシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、n-ブタノイル基、i-ブタノイル基、n-ヘプタノイル基、2-メチルブタノイル基、1-メチルブタノイル基、t-ヘプタノイル基等の炭素原子数2~12の直鎖状若しくは分岐状のアシル基等を挙げることができる。
R11についてのヘテロ環基は、炭素数6~20のヘテロ環基であることが好ましく、炭素数6~12のヘテロ環基であることがより好ましい。R11についてのヘテロ環基の具体例としては、例えば、ピリジル基、ピラジル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロチオフェン基、ピペリジル基、ピペラジル基、フラニル基、ピラニル基、クロマニル基等が挙げられる。
R11とR2とは連結して環を形成してもよい。形成された環は、置換基を有していてもよく、5又は6員環を形成することが好ましく、テトラヒドロフラニル環、テトラヒドロピラニル環を形成することがより好ましい。
R11としてのアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基及びヘテロ環基は、置換基を更に有していてもよい。
R11としてのアルキル基が更に有し得る置換基としては、例えば、環状のアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基などが挙げられる。
特定樹脂(A)のガラス転移点(Tg)がより高まり、その結果、微細パターンの形成において、解像力等がより向上し得る観点から、一般式(1-11)で表される繰り返し単位が下記一般式(1-12)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
R21~R23は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基又はヘテロ環基を表し、R21~R23の少なくとも2つは、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基、アラルキル基又はヘテロ環基を表す。
R21~R23の少なくとも2つは、互いに結合して環を形成しても良い。R21~R23の少なくとも1つと、R2とが結合して、環を形成していてもよい。
R21~R23についてのアルキル基は、直鎖状、分岐状または環状のいずれであってもよい。R21~R23についてのアルキル基の具体例、好ましい例としては、R1について前述したアルキル基の具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R21~R23についてのアリール基の具体例、好ましい例としては、R1についてのアルキル基又はシクロアルキル基が有し得る置換基として前述したアリール基と同様のものが挙げられる。
R21~R23についてのアラルキル基の具体例、好ましい例としては、R11について前述したアラルキル基の具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R21~R23についてのヘテロ環基の具体例、好ましい例としては、R11について前述したアラルキル基の具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
R21~R23の少なくとも1つとR2とは連結して環を形成してもよい。形成された環は、置換基を有していてもよく、5又は6員環を形成することが好ましく、テトラヒドロフラニル環、テトラヒドロピラニル環を形成することがより好ましい。
R21~R23としてのアルキル基が更に有し得る置換基の具体例としては、R11についてのアルキル基が更に有し得る置換基として前述した具体例と同様のものが挙げられる。
R21~R23の少なくとも2つが互いに結合して環を形成する場合、形成される環としては、例えばシクロペンタン環、シクロヘキサン環、アダマンタン環、ノルボルネン環、ノルボルナン環などが挙げられ、シクロへキサン環が特に好ましい。これらの環は置換基を有しても良く、有し得る置換基としては、アルキル基、及び、アルキル基が更に有し得る置換基の具体例として前述した各基が挙げられる。
上限値としては、特に制限はないが、本発明の効果をより確実に達成する観点から85モル%以下であることが好ましく、80モル%以下であることがより好ましく、75モル%以下であることが更に好ましい。
一般式(1)で表される酸解離性基を有する構成単位の共重合組成は、全成分の10~90モル%が好ましく、20~50モル%がより好ましい。
式(11)
次に、式(11)で表される構成単位の詳細について説明する。
中でも、R1は、水素原子又はメチル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
L1は、カルボニル基又はフェニレン基を表し、カルボニル基であることが好ましい。
R21~R27はそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表す。R21~R27におけるアルキル基は、R1と同義であり、好ましい態様も同様である。
また、分解性、及び、合成上の観点から、R21~R27のうち、1つ以上が水素原子であることが好ましく、R21~R27の全てが水素原子であることがより好ましい。
カルボキシ基が保護されることにより、上記式(11)で表される単位を形成することができるカルボン酸モノマーとしては、カルボキシ基が保護されることにより構成単位となり得るものであれば用いることができ、例えば、アクリル酸、メタクリル酸を挙げることができる。また、構成単位としては、これらカルボキシ基が保護されたカルボン酸由来の構成単位を好ましいものとして挙げることができる。
Rb11、Rb12およびRb13は、それぞれ独立して炭素数1~20の直鎖または分岐の無置換アルキル基および炭素数3~20の無置換の環状のアルキル基から選択される基を表し、Rb11、Rb12およびRb13のうちの2つが互いに結合して環を形成していてもよい。
直鎖状の無置換のアルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10が更に好ましい。具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、へキシル基、オクチル基等を挙げることができる。
分岐状の無置換のアルキル基の炭素数は、3~20が好ましく、3~15がより好ましく、3~10が更に好ましい。具体例としては、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、iso-ブチル基等を挙げることができる。
無置換の環状のアルキル基の炭素数は、3~20が好ましく、3~15がより好ましく、3~10が更に好ましい。環状のアルキル基は、単環であってもよく、多環であってもよい。具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、アダマンチル基、ジシクロペンチル基、α-ピネル基、トリシクロデカニル基等を挙げることができる。
Rb11、Rb12およびRb13のうちの2つが互いに結合して環を形成していてもよい。2つが互いに結合して形成する環としては、例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、ノルボルナン環、イソボルナン環、アダマンタン環等が挙げられる。
一般式(B1-1)中、R1は水素原子またはアルキル基が好ましい。
一般式(B1-1)中、R1がアルキル基を表す場合、上記一般式(11)中のR1と同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(B1-1)中、R1がハロゲン原子を表す場合、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が好ましい。
一般式(B1-1)中、R2は、上記一般式(B1)中のRb11と同義であり、メチル基が好ましい。
一般式(B1-1)中、R3は、上記一般式(B1)中のRb12と同義であり、メチル基が好ましい。
一般式(B1-1)中、R4は、上記一般式(B1)中のRb13と同義であり、メチル基が好ましい。
一般式(B1-1)中、R2~R4の2つが結合して、環状のアルキル基を形成する場合、R2とR3またはR3とR4が結合することが好ましい。形成される環状のアルキル基の炭素数は、3~10が好ましい。
一般式(B1-2)中、R1は水素原子またはアルキル基が好ましい。
一般式(B1-2)中、R1がアルキル基を表す場合、上記一般式(11)中のR1と同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(B1-2)中、R1がハロゲン原子を表す場合、上記一般式(B1-1)中のR1がハロゲン原子を表す場合と同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(B1-2)中、R2~R4は、上記一般式(B1-1)中のR2~R4と同義であり、メチル基が好ましい。
一般式(B1-2)中、R2~R4の2つが結合して、環状のアルキル基を形成する場合、R2とR3またはR3とR4が結合することが好ましい。形成される環状のアルキル基の炭素数は、3~10が好ましい。
一般式(B1-2)中、R5は、2価の鎖状炭化水素基を表す。鎖状炭化水素基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、直鎖状が好ましい。鎖状炭化水素基の炭素数は、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい。特に、鎖状炭化水素基は、炭素数1~3のアルキレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
L4は、2価の連結基を表す。2価の連結基は、直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、またはこれらを組み合わせてなる基が挙げられる。これらの基には、エステル結合、エーテル結合、アミド結合およびウレタン結合から選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。また、これらの基は、無置換であってもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては、ヒドロキシル基等が挙げられる。置換基としては、ヒドロキシル基以外の置換基を含まない方が好ましい。
直鎖状のアルキレン基の炭素数は、2~10が好ましい。
分岐状のアルキレン基の炭素数は、3~10が好ましい。
環状のアルキレン基の炭素数は、3~10が好ましい。
2価の連結基の具体例としては、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、2-ヒドロキシ-1、3-プロパンジイル基、3-オキサ-1,5-ペンタンジイル基、3,5-ジオキサ-1,8-オクタンジイル基等が挙げられる。
「脂肪族環式基」は、芳香性を持たない単環式基または多環式基( 脂環式基)を意味する。「脂肪族環式基」は炭素、及び水素からなる基であることに限定はされないが、炭化水素基であることが好ましい。また、「炭化水素基」は飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。
このような脂肪族環式基としては、例えば、シクロヘキサン、シクロペンタン、アダマンタン、ノルボルナン、ノルボルネン、メチルノルボルナン、エチルノルボルナン、メチルノルボルネン、エチルノルボルネン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどから誘導される1価の基を挙げることができる。この様な脂肪族環式基は、ArFレジストにおいて、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。これらの中でもシクロヘキシル基、シクロペンチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、ノルボルネニル基、メチルノルボルニル基、エチルノルボルニル基、メチルノルボルネニル基、エチルノルボルネニル基、テトラシクロドデカニル基が工業上好ましく、アダマンチル基がさらに好ましい。
本発明における特定樹脂Aは、架橋性基を有する構成単位(以下、適宜「構成単位(a3)」ともいう。)を有していてもよい。架橋性基の詳細については、特開2011-209692号公報の段落番号0032~0046の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明で用いる特定樹脂Aは、架橋性基を有する構成単位(a3)を含んでいる態様も好ましいが、架橋性基を有する構成単位(a3)を実質的に含まない構成とすることが好ましい。このような構成とすることにより、パターニング後により効果的に除去することが可能になる。ここで、実質的にとは、例えば、特定樹脂Aの全繰り返し単位の3モル%以下をいい、好ましくは1モル%をいう。
特定樹脂Aは、本発明の効果を妨げない範囲で、その他の構成単位(a2)(以下、適宜「構成単位(a2)」ともいう。)を含有してもよい。
構成単位(a2)を形成するために用いられるラジカル重合性単量体としては、例えば、特開2004-264623号公報の段落0021~0024に記載の化合物を挙げることができる。
構成単位(a2)の好ましい例としては、水酸基含有不飽和カルボン酸エステル、脂環構造含有不飽和カルボン酸エステル、スチレン、及び、N置換マレイミドの群から選ばれる少なくとも1種に由来する構成単位が挙げられる。
また、酸基を有する構成単位も挙げられる。酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸等が挙げられ、カルボキシル基が好ましい。
これらの構成単位(a2)は、1種単独又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。2種以上の構成単位(a2)を組み合わせた例としては、脂環構造含有不飽和カルボン酸エステルに由来する構成単位と、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位との組み合わせが好ましい。
また、特定樹脂としては、不飽和多価カルボン酸無水物類を共重合させた前駆共重合体中の酸無水物基に、2,3-ジヒドロフランを、酸触媒の不存在下、室温(25℃)~100℃程度の温度で付加させることにより得られる共重合体も好ましい。
BzMA/THFMA/t-BuMA(モル比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/THFAA/t-BuMA(モル比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/THPMA/t-BuMA(モル比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/PEES/t-BuMA(モル比:20~60:35~65:5~30)
BzMA/t-BuMA/MA(モル比:20~60:35~65:5~30)
PMA/t-BuMA/MA(モル比:20~60:35~65:5~30)
本発明における感光性樹脂組成物は、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光されると80モル%以上分解する光酸発生剤(特定光酸発生剤)を含有する。
特定光酸発生剤の分解度は、膜厚700nmの化学増幅型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上に成膜し、100℃で1分間加熱し、その後、365nmで100mJ/cm2露光し、100℃で1分間加熱した基板を、メタノール/THF=50/50溶液に超音波を当てながら10分浸漬させる。抽出物をHPLCにて分析することで光酸発生剤の分解率を以下の式より算出することで求めることができる。
分解率(%)=分解物量(mol)/仕込み量(mol)×100
特定光酸発生剤は、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が4000L/(mol・cm)以上である非イオン性光酸発生剤が好ましく、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が5000L/(mol・cm)以上である非イオン性光酸発生剤がより好ましく、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が6000L/(mol・cm)以上である非イオン性光酸発生剤がさらに好ましい。
特定光酸発生剤は、非イオン性の光酸発生剤であることが好ましい。また、特定光酸発生剤は、炭素数2又は3のフルオロアルキル基鎖を有する化合物であって、活性光線及び/又は放射線の照射により、炭素数3以下のフルオロアルキル基を有するスルホン酸を発生する化合物であることが好ましい。フルオロアルキル基は、直鎖状、分岐状または環状であってもよいが、直鎖状が好ましい。
本発明で用いる特定光酸発生剤は、オキシムスルホネート基を有する化合物(以下、単にオキシムスルホネート化合物ともいう)であることが好ましい。また、特定光酸発生剤は、イミドスルホネート基を有する化合物も好ましい。
オキシムスルホネート化合物は、オキシムスルホネート基を有していれば特に制限はないが、下記式(2)、後述する式(OS-103)、式(OS-104)、式(OS-105)または一般式(4)で表されるオキシムスルホネート化合物であることが好ましい。
上記Xにおけるアルキル基及びアルコキシ基は、置換基を有していてもよい。上記Xにおけるアルキル基としては、炭素数1~4の、直鎖状又は分岐状アルキル基が好ましい。上記Xにおけるアルコキシ基としては、炭素数1~4の直鎖状又は分岐状アルコキシ基が好ましい。上記Xにおけるハロゲン原子としては、塩素原子又はフッ素原子が好ましい。
式(2)におけるmは、0~3の整数を表し、0又は1が好ましい。mが2又は3であるとき、複数のXは同一でも異なっていてもよい。
上記R4における炭素数1~10のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-アミル基、i-アミル基、s-アミル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基等が挙げられる。
上記R4における炭素数1~10のアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、n-アミルオキシ基、n-オクチルオキシ基、n-デシルオキシ基等が挙げられる。
上記R4における炭素数1~5のハロゲン化アルキル基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロ-n-プロピル基、パーフルオロ-n-ブチル基、パーフルオロ-n-アミル基等が挙げられる。
上記R4における炭素数1~5のハロゲン化アルコキシ基の具体例としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロ-n-プロポキシ基、パーフルオロ-n-ブトキシ基、パーフルオロ-n-アミルオキシ基等が挙げられる。
式(2)で表されるオキシムスルホネート化合物の具体例としては、下記化合物(i)、化合物(ii)、化合物(iii)、化合物(iv)等が挙げられ、これらの化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種類以上を併用することもできる。化合物(i)~(iv)は、市販品として、入手することができる。また、その他の式(2)で表されるオキシムスルホネート化合物の具体例を以下に挙げる。
上記式(OS-103)~(OS-105)中、R11で表されるアルキル基としては、置換基を有していてもよい総炭素数1~30のアルキル基であることが好ましい。
R11で表されるアルキル基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノカルボニル基が挙げられる。
R11で表されるアリール基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノカルボニル基、スルホン酸基、アミノスルホニル基、アルコキシスルホニル基が挙げられる。
R11で表されるヘテロアリール基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノカルボニル基、スルホン酸基、アミノスルホニル基、アルコキシスルホニル基が挙げられる。
R11で表されるヘテロアリール基としては、置換基を有していてもよい、チオフェン環、ピロール環、チアゾール環、イミダゾール環、フラン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾチアゾール環、及び、ベンゾイミダゾール環よりなる群から選ばれた環から1つの水素原子を除いた基が挙げられる。
上記式(OS-103)~(OS-105)中、化合物中に2以上存在するR12のうち、1つ又は2つがアルキル基、アリール基又はハロゲン原子であることが好ましく、1つがアルキル基、アリール基又はハロゲン原子であることがより好ましく、1つがアルキル基であり、かつ残りが水素原子であることが特に好ましい。
上記式(OS-103)~(OS-105)中、R12で表されるアルキル基又はアリール基は、置換基を有していてもよい。
R12で表されるアルキル基又はアリール基が有していてもよい置換基としては、上記R1におけるアルキル基又はアリール基が有していてもよい置換基と同様の基が例示できる。
R12で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、n-ヘキシル基、アリル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、メトキシメチル基、ベンジル基が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、n-ヘキシル基がより好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ヘキシル基が更に好ましく、メチル基が特に好ましい。
R12で表されるアリール基としてフェニル基、p-メチルフェニル基、o-クロロフェニル基、p-クロロフェニル基、o-メトキシフェニル基、p-フェノキシフェニル基が好ましい。
R12で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。これらの中でも、塩素原子、臭素原子が好ましい。
上記式(OS-103)~(OS-105)中、nは1又は2を表し、XがOである場合、nは1であることが好ましく、また、XがSである場合、nは2であることが好ましい。
上記式(OS-103)~(OS-105)中、R16で表されるアルキル基としては、置換基を有していてもよい総炭素数1~30のアルキル基であることが好ましい。
R16で表されるアルキル基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノカルボニル基が挙げられる。
R16で表されるアルキルオキシ基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノカルボニル基が挙げられる。
R16におけるアミノスルホニル基としては、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、メチルフェニルアミノスルホニル基、アミノスルホニル基が挙げられる。
R16で表されるアルコキシスルホニル基としては、メトキシスルホニル基、エトキシスルホニル基、プロピルオキシスルホニル基、ブチルオキシスルホニル基が挙げられる。
上記式(OS-106)におけるR17は、水素原子又は臭素原子を表し、水素原子であることが好ましい。
上記式(OS-106)~(OS-111)におけるR18は、水素原子、炭素数1~8のアルキル基、ハロゲン原子、クロロメチル基、ブロモメチル基、ブロモエチル基、メトキシメチル基、フェニル基又はクロロフェニル基を表し、炭素数1~8のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基であることが好ましく、炭素数1~8のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1~6のアルキル基であることが更に好ましく、メチル基であることが特に好ましい。
上記式(OS-108)及び(OS-109)におけるR19は、水素原子、ハロゲン原子、メチル基又はメトキシ基を表し、水素原子であることが好ましい。
上記式(OS-108)~(OS-111)におけるR20は、水素原子又はメチル基を表し、水素原子であることが好ましい。
また、上記オキシムスルホネート化合物において、オキシムの立体構造(E,Z)については、どちらか一方であっても、混合物であってもよい。
Xは-O-、-S-、-NH-、-NR15-、-CH2-、-CR16H-又は-CR16R17-を表し、R15~R17はそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を表す。
R21~R24はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アミノ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アミド基、スルホ基、シアノ基又はアリール基を表す。R21~R24のうち2つは、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。
R21~R24としては、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基が好ましく、また、R21~R24のうち少なくとも2つが互いに結合してアリール基を形成する態様もまた、好ましく挙げられる。中でも、R21~R24がいずれも水素原子である態様が、感度の観点から好ましい。
上記した置換基は、いずれも、更に置換基を有していてもよい。
これらの中でも、式(OS-101)及び式(OS-102)におけるR11がシアノ基又はアリール基である態様がより好ましく、式(OS-102)で表され、R11がシアノ基、フェニル基又はナフチル基である態様が最も好ましい。
市販品としては、WPAG-336(和光純薬工業(株)製)、WPAG-443(下記構造、和光純薬工業(株)製)、MBZ-101(下記構造、みどり化学(株)製)等をあげることができる。
一般式(4)
一般式(4)中、R8は、炭素数2又は3のパーフルオロアルキル基が好ましい。
R9は、炭素数3~8のアルキル基またはフルオロアルキル基が好ましく、炭素数3~8のパーフルオロアルキル基が好ましい。
R10は、芳香族炭化水素基を表すことが好ましい。芳香族炭化水素基は、単環であっても縮合環であってもよく、縮合環であることが好ましい。芳香族炭化水素基の炭素数は、6~30が好ましく、6~18がより好ましく、6~15がさらに好ましい。芳香族炭化水素基は、フルオレン環であることが好ましい。
R10が芳香族ヘテロ環基を表す場合、芳香族ヘテロ環基は、単環であっても縮合環であってもよい。芳香族ヘテロ環基の炭素数は、6~30が好ましく、6~18がより好ましく、6~15がさらに好ましい。
一般式(4)で表される化合物は、一般式(4-1)で表されることが好ましい。
一般式(4-1)
R8およびR9は、一般式(4)中のR8およびR9と同義であり、好ましい範囲も同様である。
R11~R19は水素原子が好ましい。
R11~R19がアルキル基を表す場合、アルキル基の炭素数は、1~30が好ましい。
一般式(4)で表される化合物の具体例としては、下記例示化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
特定光酸発生剤として用いることができるイミドスルホネート基を有する化合物は、5員環イミドスルホネート基を有する化合物が好ましい。また、イミドスルホネート基を有する化合物は、下記一般式(3)で表される化合物が好ましい。
一般式(3)
一般式(3)中、R6は、炭素数2又は3のパーフルオロフルオロアルキル基が好ましい。
一般式(3)中、R7は、アルキレン基、アルケニレン基またはアリーレン基を表す。
アルキレン基は、直鎖状、分岐状または環状のいずれであってもよく、環状であることが好ましい。
アルケニレン基は、直鎖状、分岐状または環状のいずれであってもよく、環状であることが好ましい。アルキレン基の炭素数は、1~12が好ましく、3~12がより好ましく、3~8がさらに好ましい。アルケニレン基の炭素数は、2~12が好ましく、3~12がより好ましく、3~8がさらに好ましい。
アリーレン基の炭素数は、6~18が好ましく、6~12がより好ましい。
イミドスルホネート基を有する化合物は、5員環イミドスルホネート基と、ノルボルネン基とを有する化合物であることが好ましい。
また、その他のイミドスルホネート基を有する化合物の具体例としては、下記例示化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
これに対して、オキシムスルホネート化合物は、活性光線に感応して生成する酸が保護された酸基の脱保護に対して触媒として作用するので、1個の光量子の作用で生成した酸が、多数の脱保護反応に寄与し、量子収率は1を超え、例えば、10の数乗のような大きい値となり、いわゆる化学増幅の結果として、高感度が得られるものと推測される。
また、オキシムスルホネート化合物は、広がりのあるπ共役系を有しているため、長波長側にまで吸収を有しており、遠紫外線(DUV)、i線のみならず、g線においても非常に高い感度を示す。
本発明における感光性樹脂組成物において、特定光酸発生剤は、感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1~20質量%使用することが好ましく、0.5~18質量%使用することがより好ましい。
特定光酸発生剤の含有量は、水溶性樹脂膜の膜厚に応じて適宜選択することができる。水溶性樹脂膜の膜厚が2μm未満の場合、特定光酸発生剤の水溶性樹脂膜への拡散が発生しにくいため、特定光酸発生剤の含有量を、例えば、0.5~2質量%としても、所望のマスク形状を容易に得ることができる。一方、水溶性樹脂膜の膜厚が2μm以上の場合、特定光酸発生剤の水溶性樹脂膜への拡散が発生しやすいため、所望のマスク形状を得るには、特定光酸発生剤の含有量を2~18質量%とすることが好ましい。さらに、特定光酸発生剤の添加量を18質量%以下とすることにより、より良好なマスク形状を得ることができる。
本発明における感光性樹脂組成物には、その他の成分を含有することができる。
その他の成分としては、塗布性の観点から溶剤を含有することが好ましい。
本発明における感光性樹脂組成物は、溶剤を含有することが好ましい。
本発明における感光性樹脂組成物は、必須成分である特定樹脂及び特定光酸発生剤、並びに、各種添加剤の任意成分を、溶剤に溶解した溶液として調製されることが好ましい。
また、これらの溶剤に更に必要に応じて、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1-オクタノール、1-ノナール、ベンジルアルコール、アニソール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等の溶剤を添加することもできる。
上記した溶剤のうち、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、及び/又は、ジエチレングリコールジアルキルエーテル類が好ましく、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、及び/又は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが特に好ましい。
これら溶剤は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明における感光性樹脂組成物は、塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物としては、化学増幅レジストで用いられるものの中から任意に選択して使用することができる。例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン、第四級アンモニウムヒドロキシド、及び、カルボン酸の第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
塩基性化合物は、一級または二級アミン化合物が好ましい。特に、特定樹脂Aが式(B1-1)で表される繰り返し単位または式(B1-2)で表される繰り返し単位を有する場合、塩基性化合物は、一級アミン化合物が好ましい。
芳香族アミンとしては、例えば、アニリン、ベンジルアミン、N,N-ジメチルアニリン、ジフェニルアミン、2,6-ジイソプロピルアニリン、2,4,6-トリ-tert-ブチルアニリンなどが挙げられる。
複素環式アミンとしては、例えば、ピリジン、2-メチルピリジン、4-メチルピリジン、2-エチルピリジン、4-エチルピリジン、2-フェニルピリジン、4-フェニルピリジン、N-メチル-4-フェニルピリジン、4-ジメチルアミノピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4-メチルイミダゾール、2-フェニルベンズイミダゾール、2,4,5-トリフェニルイミダゾール、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、8-オキシキノリン、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、シクロヘキシルモルホリノエチルチオウレア、ピペラジン、モルホリン、4-メチルモルホリン、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5.3.0]-7-ウンデセンなどが挙げられる。
カルボン酸の第四級アンモニウム塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウムアセテート、テトラメチルアンモニウムベンゾエート、テトラ-n-ブチルアンモニウムアセテート、テトラ-n-ブチルアンモニウムベンゾエートなどが挙げられる。
本発明における感光性樹脂組成物が塩基性化合物を含む場合、塩基性化合物の含有量は、特定樹脂100重量部に対して、0.001~1重量部であることが好ましく、0.002~0.2重量部であることがより好ましい。
本発明における感光性樹脂組成物は、界面活性剤を含有することが好ましい。
界面活性剤としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系、又は、両性のいずれでも使用することができるが、好ましい界面活性剤はノニオン系界面活性剤である。
ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレン高級アルキルエーテル類、ポリオキシエチレン高級アルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレングリコールの高級脂肪酸ジエステル類、フッ素系、シリコーン系界面活性剤を挙げることができる。
これらのフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤として、例えば、特開昭62-36663号、特開昭61-226746号、特開昭61-226745号、特開昭62-170950号、特開昭63-34540号、特開平7-230165号、特開平8-62834号、特開平9-54432号、特開平9-5988号、特開2001-330953号各公報記載の界面活性剤を挙げることができ、市販の界面活性剤を用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えば、エフトップEF301、EF303、(以上、新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(以上、住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(以上、DIC(株)製)、サーフロンS-382、SC101、102、103、104、105、106(以上、旭硝子(株)製)、PF-6320等のPolyFoxシリーズ(OMNOVA社製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコーン系界面活性剤を挙げることができる。また、ポリシロキサンポリマーKP-341(信越化学工業(株)製)も、シリコーン系界面活性剤として用いることができる。また、アセチレノールE00(川研ファインケミカル(株)製)を用いることもできる。
これら界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明における感光性樹脂組成物が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の添加量は、特定樹脂100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、0.01~10重量部であることがより好ましく、0.01~1重量部であることが更に好ましい。
本発明における有機半導体膜のパターニング方法は、
(1)有機半導体膜の上に、水溶性樹脂膜を成膜する工程、
(2)水溶性樹脂膜の上記有機半導体膜と反対側の上に、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光すると80モル%以上分解する光酸発生剤を含有する、化学増幅型感光性樹脂組成物からなるレジスト膜を成膜する工程、
(3)上記レジスト膜を露光する工程、
(4)有機溶剤を含む現像液を用いて現像しマスクパターンを作製する工程、
(5)エッチング処理にて少なくとも非マスク部の上記水溶性樹脂膜および上記有機半導体膜を除去する工程、
(6)上記水溶性樹脂膜を水で溶解する工程、
を含むことを特徴とする。
本発明の有機半導体膜のパターニング方法は、例えば図1(B)に示すように、有機半導体膜2の上に水溶性樹脂膜3を成膜する工程を含む。通常は、例えば図1(A)に示すように、基板1の上に有機半導体膜2を製膜した後に、本工程を行う。この場合、水溶性樹脂膜は、有機半導体の基板側の面と反対側の面に成膜する。水溶性樹脂膜は、通常、有機半導体膜の表面に設けられるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の層を設けてもよい。具体的には、水溶性の下塗り層等が挙げられる。また、水溶性樹脂膜は1枚のみ設けられていてもよいし、2枚以上設けられていてもよい。
上記(1)の工程後、(2)水溶性樹脂膜の有機半導体側の面と反対側の上に、化学増幅型感光性樹脂組成物からなるレジスト膜を形成する。レジスト膜は通常水溶性樹脂膜の表面に化学増幅型感光性樹脂組成物を適用して形成されるが、下塗り層等の膜を介していてもよい。化学増幅型感光性樹脂組成物の適用方法は、上記水溶性樹脂組成物の記載を参酌できる。
本発明で用いる化学増幅型感光性樹脂組成物は、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光されると80%以上分解する光酸発生剤を含有する。このような酸発生剤を配合することにより、露光すると酸が発生し、レジストに含まれる後述の特定樹脂が反応し、パターニングが可能となりレジスト膜として機能する。
(2)工程でレジスト膜を成膜後、上記レジスト膜を露光する。具体的には、レジスト膜に所定のパターンを有するマスクを介して、活性光線を照射する。露光は1回のみ行ってもよく、複数回行ってもよい。
具体的には、感光性樹脂組成物の乾燥塗膜を設けた基板に所定のパターンの活性光線を照射する。露光はマスクを介して行ってもよいし、所定のパターンを直接描画してもよい。波長300nm以上450nm以下の波長、好ましくは365nmを有する活性光線が好ましく使用できる。この工程の後、必要に応じて露光後加熱工程(PEB)を行ってもよい。
水銀灯を用いる場合にはg線(436nm)、i線(365nm)、h線(405nm)などの波長を有する活性光線が好ましく使用できる。水銀灯はレーザに比べると、大面積の露光に適するという点で好ましい。
また、パルス幅は、0.1nsec以上30,000nsec以下であることが好ましい。アブレーション現象により色塗膜を分解させないようにするには、0.5nsec以上がより好ましく、1nsec以上が最も好ましく、スキャン露光の際に合わせ精度を向上させるには、1,000nsec以下がより好ましく、50nsec以下が最も好ましい。
更に、レーザの周波数は、1Hz以上50,000Hz以下が好ましく、10Hz以上1,000Hz以下がより好ましい。
更に、レーザの周波数は、露光処理時間を短くするには、10Hz以上がより好ましく、100Hz以上が最も好ましく、スキャン露光の際に合わせ精度を向上させるには、10,000Hz以下がより好ましく、1,000Hz以下が最も好ましい。
本発明に使用可能な露光装置としては、特に制限はないが市販されているものとしては、Callisto((株)ブイ・テクノロジー製)やAEGIS((株)ブイ・テクノロジー製)やDF2200G(大日本スクリーン製造(株)製)などが使用可能である。また上記以外の装置も好適に用いられる。
また、必要に応じて長波長カットフィルタ、短波長カットフィルタ、バンドパスフィルタのような分光フィルタを通して照射光を調整することもできる。
(3)工程でレジスト膜を露光後、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する。現像はネガ型が好ましい。現像液に含まれる溶剤のsp値は、19MPa1/2未満であることが好ましく、18MPa1/2以下であることがより好ましい。
ケトン系溶剤としては、例えば、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、2-ヘプタノン(メチルアミルケトン)、4-ヘプタノン、1-ヘキサノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸アミル、プロピ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、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネート、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、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等を挙げることができる。
アミド系溶剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等が使用できる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
上記の溶剤は、1種類のみでも、2種以上用いてもよい。また、上記以外の溶剤と混合し使用してもよい。但し、本発明の効果を十二分に奏するためには、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。ここでの実質的とは、例えば、現像液全体としての含水率が3質量%以下であり、より好ましくは測定限界以下であることをいう。
すなわち、有機系現像液に対する有機溶剤の使用量は、現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下であることが好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが好ましい。
特に、有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤及びアミド系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する現像液であるのが好ましい。
また、有機系現像液は、必要に応じて塩基性化合物を適当量含有していてもよい。塩基性化合物の例としては、塩基性化合物の項で前述したものを挙げることができる。
5kPa以下の蒸気圧を有する具体的な例としては、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、2-ヘプタノン(メチルアミルケトン)、4-ヘプタノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸アミル、プロピ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、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネート、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、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等のエステル系溶剤、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
特に好ましい範囲である2kPa以下の蒸気圧を有する具体的な例としては、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、4-ヘプタノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン等のケトン系溶剤、酢酸ブチル、酢酸アミル、プロピ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、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネート、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、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等のエステル系溶剤、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、上記水溶性樹脂組成物の欄で述べた界面活性剤が好ましく用いられる。
現像液に界面化成剤を配合する場合、その配合量は現像液の全量に対して、通常0.001~5質量%、好ましくは0.005~2質量%、更に好ましくは0.01~0.5質量%である。
上記各種の現像方法が、現像装置の現像ノズルから現像液をレジスト膜に向けて吐出する工程を含む場合、吐出される現像液の吐出圧(吐出される現像液の単位面積あたりの流速)は好ましくは2mL/sec/mm2以下、より好ましくは1.5mL/sec/mm2以下、更に好ましくは1mL/sec/mm2以下である。流速の下限は特に無いが、スループットを考慮すると0.2mL/sec/mm2以上が好ましい。
吐出される現像液の吐出圧を上記の範囲とすることにより、現像後のレジスト残渣に由来するパターンの欠陥を著しく低減することができる。
このメカニズムの詳細は定かではないが、恐らくは、吐出圧を上記範囲とすることで、現像液がレジスト膜に与える圧力が小さくなり、レジスト膜・レジストパターンが不用意に削られたり崩れたりすることが抑制されるためと考えられる。
なお、現像液の吐出圧(mL/sec/mm2)は、現像装置中の現像ノズル出口における値である。
例えば図1(C)に示すように、レジスト膜を現像しマスクパターン4を作製後、例えば図1(D)に示すように、エッチング処理にて少なくとも非マスク部の上記水溶性樹脂膜3および上記有機半導体膜2を除去する。非マスク部とは、レジスト膜を露光してマスクパターンを作製する際のマスクにより露光されていない箇所を表す。以下、エッチング処理がドライエッチング処理である場合、および、ウェットエッチング処理である場合について説明する。
具体的には、ドライエッチングは、レジストパターンをエッチングマスクとして、少なくとも水溶性樹脂膜および有機半導体をドライエッチングする。ドライエッチングの代表的な例としては、特開昭59-126506号、特開昭59-46628号、同58-9108号、同58-2809号、同57-148706号、同61-41102号などの公報に記載の方法がある。
フッ素系ガスと酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、有機半導体が露出しない領域(深さ)までエッチングを行なう第1段階のエッチングと、この第1段階のエッチングの後に、窒素ガス(N2)と酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、好ましくは有機半導体が露出する領域(深さ)付近までエッチングを行なう第2段階のエッチングと、有機半導体が露出した後に行なうオーバーエッチングとを含む形態が好ましい。以下、ドライエッチングの具体的手法、並びに第1段階のエッチング、第2段階のエッチング、およびオーバーエッチングについて説明する。
(1)第1段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)と、第2段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)とをそれぞれ算出する。(2)第1段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間と、第2段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間とをそれぞれ算出する。(3)上記(2)で算出したエッチング時間に従って第1段階のエッチングを実施する。(4)上記(2)で算出したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施する。あるいはエンドポイント検出でエッチング時間を決定し、決定したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施してもよい。(5)上記(3)、(4)の合計時間に対してオーバーエッチング時間を算出し、オーバーエッチングを実施する。
具体的には、ウェットエッチングは、レジストパターンをエッチングマスクとして、少なくとも水溶性樹脂膜および有機半導体をウェットエッチングする。
ウェットエッチング工程としては、基板をエッチング液に浸してエッチングするディップ式エッチング方法、シャワー状のエッチング液に晒してエッチングするシャワー式エッチング方法、基板に対してスプレーでエッチング液を吹き付けるスプレー式エッチング方法等が知られているが、被エッチング膜である有機材料を矩形に加工する観点から、シャワー式、スプレー式が好ましい。
また、パターン断面をより矩形に近く形成する観点や有機半導体へのダメージをより低減する観点から、以下の形態で行なうのが好ましい。
水、第一級アルコール類および第二級アルコール類の少なくとも1種を用い、水溶性樹脂膜のエッチングを行なう第1段階のエッチングと、この第1段階のエッチングの後に、有機半導体を溶解する液体を用い、有機半導体が露出した後に行なう第2段階のエッチングとを含む形態が好ましい。
第一級アルコール類および第二級アルコール類については、上述した水溶性樹脂膜を形成する水溶性樹脂組成物で説明した第一級アルコール類および第二級アルコール類が挙げられる。
以下、ウェットエッチングの具体的手法、並びに第1段階のエッチング、および第2段階のエッチング、について説明する。
(1)第1段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)と、第2段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)とをそれぞれ算出する。(2)第1段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間と、第2段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間とをそれぞれ算出する。(3)上記(2)で算出したエッチング時間に従って第1段階のエッチングを実施する。(4)上記(2)で算出したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施する。
ケトン系溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセチルアセトン等が使用できる。
アミド系溶剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等が使用できる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、3-メチル-1-ブタノール等の1級アルコール系溶剤、2-プロパノール、4-メチル-2-ペンタノール、3-メトキシ-1-ブタノール等の2級アルコール系溶剤等が使用できる。
エーテル系溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン等が使用できる。
ニトリル系溶剤としては、例えば、アセトニトリル等が使用できる。
剥離液が含む有機溶剤は、1種類のみでも、2種以上用いてもよい。また、上記以外の溶剤と混合し使用してもよい。
特に、剥離液は、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤及びニトリル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有することが好ましい。
エッチング後、水を用いて水溶性樹脂膜を除去する。これにより、例えば図1(E)に示すように、有機半導体膜2がパターニングされた基板が得られる。
水を除去した後、乾燥等の工程を行うことも好ましい。乾燥温度としては、80~120℃とすることが好ましい。
本発明は、有機半導体を利用した電子デバイスの製造に用いることができる。ここで、電子デバイスとは、半導体を含有しかつ2つ以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、電気、光、磁気、化学物質などにより制御するデバイス、あるいは、印加した電圧や電流により、光や電場、磁場などを発生させるデバイスである。例としては、有機光電変換素子、有機電界効果トランジスタ、有機電界発光素子、ガスセンサ、有機整流素子、有機インバータ、情報記録素子などが挙げられる。有機光電変換素子は光センサ用途、エネルギー変換用途(太陽電池)のいずれにも用いることができる。これらの中で、好ましくは有機電界効果トランジスタ、有機光電変換素子、有機電界発光素子であり、より好ましくは有機電界効果トランジスタ、有機光電変換素子であり、特に好ましくは有機電界効果トランジスタである。
BzMA:ベンジルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)
t-BuMA:tert-ブチルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)
MA:メタクリル酸(和光純薬工業(株)製)
PMA:フェニルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)
THFMA:2-テトラヒドロフラニルメタクリレート(合成品)
THFAA:2-テトラヒドロフラニルアクリレート(合成品)
MTHFMA:5-メチル-2-テトラヒドロフラニルメタクリレート(合成品)
THPMA:2-テトラヒドロピラニルメタクリレート(合成品)
THPAA:2-テトラヒドロピラニルアクリレート(合成品)
PEES:p-エトキシエトキシスチレン
V-601:2,2-アゾビス(2-メチルプロピオン酸)ジメチル(和光純薬工業(株)製)
PGMEA:メトキシプロピルアセテート(ダイセル化学工業(株)製)
3つ口フラスコにメタクリル酸50.33g(0.585mol)、カンファースルホン酸0.27g(0.2mol%)を混合して15℃に冷却した。その溶液に2,3-ジヒドロフラン41.00g(0.585mol)を滴下した。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を加え、酢酸エチル(500mL)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥した。不溶物をろ過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の無色油状物を減圧蒸留することで73.02gのTHFMAを得た。
3つ口フラスコにアクリル酸42.16g(0.585mol)、カンファースルホン酸0.27g(0.2mol%)を混合して15℃に冷却した。その溶液に2,3-ジヒドロフラン41.00g(0.585mol)を滴下した。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を加え、酢酸エチル(500mL)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥した。不溶物をろ過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の無色油状物を減圧蒸留することで62.18gのTHFAAを得た。
3つ口フラスコにメタクリル酸50.33g(0.585mol)、カンファースルホン酸0.27g(0.2mol%)を混合して15℃に冷却した。その溶液に5-メチル-2,3-ジヒドロフラン49.21g(0.585mol)を滴下した。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を加え、酢酸エチル(500mL)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥した。不溶物をろ過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の無色油状物を減圧蒸留することで66.70gのMTHFMAを得た。
3つ口フラスコにメタクリル酸50.33g(0.585mol)、カンファースルホン酸0.27g(0.2mol%)を混合して15℃に冷却した。その溶液に3,4-ジヒドロフラン49.21g(0.585mol)を滴下した。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を加え、酢酸エチル(500mL)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥した。不溶物をろ過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の無色油状物を減圧蒸留することで68.64gのTHPMAを得た。
3つ口フラスコにアクリル酸42.16g(0.585mol)、カンファースルホン酸0.27g(0.2mol%)を混合して15℃に冷却した。その溶液に3,4-ジヒドロフラン49.21g(0.585mol)を滴下した。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を加え、酢酸エチル(500mL)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥した。不溶物をろ過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の無色油状物を減圧蒸留することで63.13gのTHPAAを得た。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、THFMA(11.71g)、t-BuMA(3.20g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C1を得た。重量平均分子量は15,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、THFAA(10.66g)、t-BuMA(3.20g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C2を得た。重量平均分子量は14,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、MTHFAA(11.71g)、t-BuMA(3.20g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C3を得た。重量平均分子量は15,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、THPMA(12.76g)、t-BuMA(3.20g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C4を得た。重量平均分子量は16,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、THPMA(11.71g)、t-BuMA(3.20g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C5を得た。重量平均分子量は16,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(14.53g)、t-BuMA(9.59g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C6を得た。重量平均分子量は16,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、PEES(14.43g)、t-BuMA(3.20g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C7を得た。重量平均分子量は16,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(14.54g)、PEES(12.99g)、V-601(0.895g、モノマーに対して2.59mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C8を得た。重量平均分子量は16,000であった。
2-ナフトール(10g)、クロロベンゼン(30mL)の懸濁溶液に塩化アルミニウム(10.6g)、2-クロロプロピオニルクロリド(10.1g)を添加し、混合液を40℃に加熱して2時間反応させた。氷冷下、反応液に4N-HCl水溶液(60mL)を滴下し、酢酸エチル(50mL)を添加して分液した。有機層に炭酸カリウム(19.2g)を加え、40℃で1時間反応させた後、2N-HCl水溶液(60mL)を添加して分液し、有機層を濃縮後、結晶をジイソプロピルエーテル(10mL)でリスラリーし、ろ過、乾燥してケトン化合物(6.5g)を得た。
得られたケトン化合物(3.0g)、メタノール(30mL)の懸濁溶液に酢酸(7.3g)、50質量%ヒドロキシルアミン水溶液(8.0g)を添加し、加熱還流した。放冷後、水(50mL)を加え、析出した結晶をろ過、冷メタノール洗浄後、乾燥してオキシム化合物(2.4g)を得た。
得られたオキシム化合物(1.8g)をアセトン(20mL)に溶解させ、氷冷下トリエチルアミン(1.5g)、p-トルエンスルホニルクロリド(2.4g)を添加し、室温に昇温して1時間反応させた。反応液に水(50mL)を添加し、析出した結晶をろ過後、メタノール(20mL)でリスラリーし、ろ過、乾燥してD1(2.3g)を得た。
なお、D1の1H-NMRスペクトル(300MHz、CDCl3)は、δ=8.3(d,1H),8.0(d,2H),7.9(d,1H),7.8(d,1H),7.6(dd,1H),7.4(dd,1H)7.3(d,2H),7.1(d.1H),5.6(q,1H),2.4(s,3H),1.7(d,3H)であった。
2-ナフトール(10g)、クロロベンゼン(30mL)の懸濁溶液に塩化アルミニウム(10.6g)、2-クロロプロピオニルクロリド(10.1g)を添加し、混合液を40℃に加熱して2時間反応させた。氷冷下、反応液に4N-HCl水溶液(60mL)を滴下し、酢酸エチル(50mL)を添加して分液した。有機層に炭酸カリウム(19.2g)を加え、40℃で1時間反応させた後、2N-HCl水溶液(60mL)を添加して分液し、有機層を濃縮後、結晶をジイソプロピルエーテル(10mL)でリスラリーし、ろ過、乾燥してケトン化合物(6.5g)を得た。
得られたケトン化合物(3.0g)、メタノール(30mL)の懸濁溶液に、酢酸(7.3g)、50質量%のヒドロキシルアミン水溶液(8.0g)を添加し、加熱還流した。放冷後、水(50mL)を加え、析出した結晶をろ過、冷メタノール洗浄後、乾燥してオキシム化合物(2.4g)を得た。
得られたオキシム化合物(1.8g)をアセトン(20mL)に溶解させ、氷冷下トリエチルアミン(1.5g)、p-トルエンスルホニルクロリド(2.4g)を添加し、室温に昇温して1時間反応させた。反応液に水(50mL)を添加し、析出した結晶をろ過後、メタノール(20mL)でリスラリーし、ろ過、乾燥して、D2(2.3g)を得た。
なお、D2の1H-NMRスペクトル(300MHz、CDCl3)は、δ=8.3(d,1H),8.0(d,2H),7.9(d,1H),7.8(d,1H),7.6(dd,1H),7.4(dd,1H)7.3(d,2H),7.1(d.1H),5.6(q,1H),2.4(s,3H),1.7(d,3H)であった。
2-ナフトール(10g)、クロロベンゼン(30mL)の懸濁溶液に塩化アルミニウム(10.6g)、2-クロロプロピオニルクロリド(10.1g)を添加し、混合液を40℃に加熱して2時間反応させた。氷冷下、反応液に4N-HCl水溶液(60mL)を滴下し、酢酸エチル(50mL)を添加して分液した。有機層に炭酸カリウム(19.2g)を加え、40℃で1時間反応させた後、2N-HCl水溶液(60mL)を添加して分液し、有機層を濃縮後、結晶をジイソプロピルエーテル(10mL)でリスラリーし、ろ過、乾燥してケトン化合物(6.5g)を得た。
得られたケトン化合物(3.0g)、メタノール(30mL)の懸濁溶液に、酢酸(7.3g)、50質量%のヒドロキシルアミン水溶液(8.0g)を添加し、加熱還流した。放冷後、水(50mL)を加え、析出した結晶をろ過、冷メタノール洗浄後、乾燥してオキシム化合物(2.4g)を得た。
得られたオキシム化合物(1.8g)をアセトン(20mL)に溶解させ、氷冷下トリエチルアミン(1.5g)、p-トルエンスルホニルクロリド(2.4g)を添加し、室温に昇温して1時間反応させた。反応液に水(50mL)を添加し、析出した結晶をろ過後、メタノール(20mL)でリスラリーし、ろ過、乾燥して、D3(2.3g)を得た。
なお、D3の1H-NMRスペクトル(300MHz、CDCl3)は、δ=8.3(d,1H),8.0(d,2H),7.9(d,1H),7.8(d,1H),7.6(dd,1H),7.4(dd,1H)7.3(d,2H),7.1(d.1H),5.6(q,1H),2.4(s,3H),1.7(d,3H)であった。
下記表に示す各成分を混合して均一な溶液とした後、0.1μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロエチレン製フィルタを用いてろ過して、実施例1~21および比較例1~12の水溶性樹脂組成物および感光性樹脂組成物をそれぞれ調製した。
A1:ポリビニルピロリドン(ピッツコール K-30、第一工業製薬(株)製、sp値:22.5(MPa)1/2)
A2:ポリビニルアルコール(PXP-05、日本酢ビ・ポバール株(株)製、sp値:25.8(MPa)1/2)
A3:プルラン((株)林原製、sp値:27.8(MPa)1/2)
A4:メチルセルロース(メトローズ SM―4 信越化学工業(株)製、sp値:35.6(MPa)1/2)
B1:アセチレノールE00(川研ファインケミカル(株)製)
D1:(下記構造、合成品)
D2:(下記構造、合成品)
D3:(下記構造、合成品)
D4:WPAG-336(下記構造、和光純薬工業(株)製)
D5:WPAG-443(下記構造、和光純薬工業(株)製)
D6:MBZ-101(下記構造、みどり化学(株)製)
E1:シクロヘキシルモルホリノエチルチオウレア(下記構造、稲畑産業(株)製)
F1:PF-6320(下記構造、OMNOVA Solutions Inc.製)
5cm角のガラス基板上に、以下の組成からなる有機半導体塗布液をスピンコートし、130°Cで10分乾燥させることで有機半導体膜を成膜した。膜厚は150nmであった。
有機半導体塗布液の組成:
P3HT(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 10質量%
PCBM(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 10質量%
クロロホルム(和光純薬工業(株)製) 80質量%
基板上に成膜した有機半導体膜上に、上記表に示す組成からなる水溶性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で1分乾燥させることで水溶性樹脂膜を成膜した。膜厚は320nmであった。
成膜した水溶性樹脂膜上に、上記表に示す組成からなる化学増幅型感光性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で1分間乾燥した。膜厚は700nmであった。次に、i線の平行露光機を用い、135mJ/cm2露光した。その後、100℃で1分間加熱し、酢酸ブチルで現像することでマスクパターンを得た。
以下の条件で基板のドライエッチングを行い、非マスクパターン部の水溶性樹脂膜および非マスクパターン部の有機半導体膜を除去した。
ガス:CF4(流量200ml/min)、Ar(流量800ml/min)、O2(流量50ml/min)
ソースパワー:800W
ウェハバイアス:600W
アンテナバイアス:100W
ESC電圧:400V
時間:60sec
得られた基板を水洗し、水溶性樹脂膜からなるパターンを除去したのち、100℃で10分加熱し上記有機半導体膜に残存する水分の除去と、乾燥によりプロセスにおけるダメージを修復することで、有機半導体膜がパターニングされた基板を得た。
[水溶性樹脂膜の面内均一性]
上記水溶性樹脂膜上に樹脂のマスクパターンを作製する工程の前の水溶性樹脂膜において、面内均一性を測定した。具体的には、水溶性樹脂膜の膜厚のうち、最外周部2mmを除いた全体100箇所の膜厚を、反射分光膜厚計を用いることで評価した。評価は3段階で行い、変動係数CV(=膜厚の標準偏差/膜厚の平均値)を用いて以下の基準で評価した。
A:CV<0.01
B:0.01≦CV<0.04
C:0.04≦CV
膜厚700nmの化学増幅型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上に成膜し、100℃で1分間加熱させた。その後、365nmで100mJ/cm2露光し、100℃で1分間加熱した基板を、メタノール/THF(質量比)=50/50溶液に超音波を当てながら10分浸漬させた。抽出物をHPLCにて分析することで光酸発生剤の分解率を以下の式より算出し、以下の基準で評価した。
分解率(%)=分解物量(mol)/仕込み量(mol)×100
A:80モル%以上が分解している
B:40モル%以上80モル%未満が分解している
C:40モル%未満が分解している
化学増幅型感光性樹脂組成物のパターンを、コンタクトアライナーで形成したパターンを走査型電子顕微鏡を用いて断面観察を行うことで化学増幅型感光性樹脂組成物のテーパー角を以下の基準で評価した。
A:1μmのL/Sパターンにおいて、樹脂パターンのテーパー角が80°以上
B:1μmのL/Sパターンにおいて、樹脂パターンの残膜率が80°未満
C:パターニングが不可能
ドライエッチングおよび、水溶性樹脂膜除去後の有機半導体のパターンを、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行うことより有機半導体の線幅を以下の基準で評価した。
A:化学増幅型感光性樹脂組成物の1μmのL/Sパターン下における、有機半導体の線幅が0.8μm以上
B:化学増幅型感光性樹脂組成物の1μmのL/Sパターン下における、有機半導体の線幅が0.8μm未満
C:パターニングが不可能
<水溶性樹脂組成物の組成1>
ポリビニルピロリドン(ピッツコール K-30、第一工業製薬(株)製) 14.475質量%
グリセリン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)
0.45質量%
アセチレノールE00(川研ファインケミカル(株)製)
0.075質量%
水 85質量%
<水溶性樹脂組成物の組成2>
ポリビニルピロリドン(ピッツコール K-30、第一工業製薬(株)製) 13.433質量%
ポリビニルアルコール(PXP-05、日本酢ビ・ポバール(株)製)
1.493質量%
アセチレノールE00(川研ファインケミカル(株)製)
0.075質量%
2-プロパノール(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)
4.25質量%
水 80.75質量%
TIPSペンタセン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)
5質量%
トルエン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 95質量%
MEH―PPV(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)10質量%
トルエン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 90質量%
PEDOT/PSS(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製、1.3質量水分散液) 100質量%
水 100質量%
<第2段階のエッチング液1>
プロピレングリコールモノメチルエーテル 100質量%
2-プロパノール 100質量%
<第2段階のエッチング液2>
プロピレングリコールモノメチルエーテル 100質量%
水 100質量%
<第2段階のエッチング液3>
3-メチル-1-ブタノール 100質量%
方式:2流体スプレー
<第1段階のエッチング>
流量:30mL/min
圧力:200kPa
時間:30sec
<第2段階のエッチング>
流量:20mL/min
圧力:200kPa
時間:10sec
方式:パドル
剥離液:プロピレングリコールモノメチルエーテル
時間:60sec
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(8.10g)、t-BuMA(11.00g)、MA(2.60g)、V-601(0.840g、モノマーに対して2.37mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより以下構造式で表される特定樹脂C9を得た。重量平均分子量は20,000であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にPMA(7.50g)、t-BuMA(11.00g)、MA(2.60g)、V-601(0.840g、モノマーに対して2.37mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより以下構造式で表される特定樹脂C10を得た。重量平均分子量は21,000であった。
tBocMMAは、特開2005-331918号公報に記載の方法と同様の手法を用い、アルコールとカルボン酸ハロゲニド化合物を塩基性条件下反応させた後、これとカルボン酸化合物を塩基性条件下反応させることによりtBocMMAを合成できる。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(8.10g)、上記tBocMMA(11.70g)、MA(4.20g)、V-601(0.840g、モノマーに対して2.42mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより以下構造式で表される特定樹脂C11を得た。重量平均分子量は19,500であった。
3つ口フラスコにPGMEA(18.12g)を入れ、窒素雰囲気下において86℃に昇温した。その溶液にBzMA(9.25g)、THFMA(12.30g)、V-601(0.730g、モノマーに対して2.41mol%)をPGMEA(18.12g)に溶解させ、2時間かけて滴下した。滴下終了後4時間撹拌し、反応を終了させた。それにより特定樹脂C12を得た。重量平均分子量は15,000であった。
以下の水溶性樹脂組成物および感光性樹脂組成物を混合して均一な溶液とした後、水溶性樹脂組成物は0.8μmのポアサイズを有するナイロン製フィルタ、化学増幅型感光性樹脂組成物は0.03μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロエチレン製フィルタを用いてろ過して、実施例22~45および比較例13~20の水溶性樹脂組成物および化学増幅型感光性樹脂組成物をそれぞれ調製した。
表3記載の水溶性樹脂:表3に記載の質量部
アセチレノールE00(川研ファインケミカル(株)製):0.1質量部
表3記載の溶剤:表3記載の質量部
グリセリン(実施例25のみ、東京化成工業(株)製):0.45質量部
表3に記載の樹脂:表3に記載の質量部
表3に記載の光酸発生剤:表3に記載の質量部
表3に記載の塩基性化合物:表3に記載の質量部
PF-6320(OMNOVA Solutions Inc.製):0.05質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(和光純薬工業(株)製):85質量部
<水溶性樹脂>
IPA:イソプロピルアルコール(和光純薬工業(株)製)
A5:ポリビニルアルコール(PVA203、クラレ(株)製、sp値=25.8MPa)1/2)
A6:ポリビニルピロリドン(ポリビニルピロリドン K-30、(株)日本触媒製、sp値=22.5MPa)1/2)
A7:プルラン((株)林原製、sp値=27.8MPa)1/2)
D7:NT-1TF(トリフルオロメタンスルホン酸(pKa=-14)発生五員環イミドスルホネート型、モル吸光係数=5300L/(mol・cm)、サンアプロ(株)製)
D8:NT-3TF(トリフルオロメタンスルホン酸(pKa=-14)発生五員環イミドスルホネート型、モル吸光係数=6600L/(mol・cm)、サンアプロ(株)製)
D9:以下構造、(ヘプタフルオロプロパンスルホン酸(pKa=-8)発生オキシムスルホネート型、モル吸光係数=7000L/(mol・cm))
D10:以下構造、(ヘプタフルオロプロパンスルホン酸(pKa=-8)発生五員環イミドスルホネート型、モル吸光係数=5500L/(mol・cm))
D11:NT-2TF(トリフルオロメタンスルホン酸(pKa=-14)発生六員環イミドスルホネート型、モル吸光係数=450L/(mol・cm)、サンアプロ(株)製)
D12:CGI-1905(以下構造、ノナフルオロブタンスルホン酸(pKa=-5.8)発生オキシムスルホネート型、モル吸光係数=200L/(mol・cm)、BASF社製)
D13:CGI-1906(ノナフルオロブタンスルホン酸(pKa=-5.8)発生オキシムスルホネート型、モル吸光係数=360L/(mol・cm)、BASF社製)
D14:CGI-1907(以下構造、ノナフルオロブタンスルホン酸(pKa=-5.8)発生オキシムスルホネート型、モル吸光係数=190L/(mol・cm)、BASF社製)
D15:Irgacure PAG-121(以下構造、パラトルエンスルホン酸(pKa=-2.8)発生オキシムスルホネート型、モル吸光係数=3400L/(mol・cm)、BASF社製)
D16:NDI-109(以下構造、ノナフルオロブタンスルホン酸(pKa=-5.8)発生五員環イミドスルホネート型、モル吸光係数=1L/(mol・cm)、みどり化学(株)製)
D17:CPI-310NF(ノナフルオロブタンスルホン酸(pKa=-5.8)発生型・イオン性、モル吸光係数=600L/(mol・cm)、サンアプロ(株)製)
E2:2,6-ジイソプロピルアニリン(1級アミン、東京化成工業(株)製)
E3:2,4,6-トリ-tert-ブチルアニリン(1級アミン、東京化成工業(株)製)
E4:ヘキシルアミン(1級アミン、東京化成工業(株)製)
E5:N-シクロヘキシル-N’-[2-(4-モルホリニル)エチル]チオ尿素(2級アミン、稲畑産業(株)製)
E6:N,N-ジメチル-4-アミノピリジン(3級アミン、東京化成工業(株)製)
5cm角のガラス基板上に、以下の組成からなる有機半導体塗布液をスピンコートし、130℃で10分乾燥させることで有機半導体を成膜した。膜厚は150nmであった。
P3HT(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製):10質量%
PCBM(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製:):10質量%
クロロホルム(和光純薬工業(株)製):80質量%
有機半導体を成膜した基板上に、上記水溶性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で1分乾燥させることで水溶性樹脂膜を成膜した。膜厚は1μmであった。
水溶性の樹脂膜を成膜した基板上に、上記表に示す組成からなる化学増幅型感光性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で1分間乾燥した。膜厚は1μmであった。次に、i線の平行露光機を用い、200mJ/cm2露光した。その後、120℃で1分間加熱し、酢酸ブチルで現像することでマスクパターンを得た。
得られた基板をドライエッチングを行い、マスクパターンおよび、非マスクパターン部の水溶性樹脂膜、非マスクパターン部の有機半導体を除去した。ドライエッチングは上述したドライエッチングと同じ条件で行った。
得られた基板を水洗し、水溶性の樹脂膜からなるパターンを除去したのち、100℃で10分加熱し有機半導体膜に残存する水分の除去と、プロセスにおけるダメージを修復することで、有機半導体膜がパターニングされた基板を得た。
<<水溶性樹脂膜の面内均一性>>
上述した水溶性樹脂膜の面内均一性の評価と同じ条件で評価した。
上述したレジスト膜のパターン形状の評価と同じ条件で評価した。
上述した有機半導体膜のパターン形状性と同じ条件で評価した。
水溶性樹脂膜の塗布面状を、光学顕微鏡により観察した。評価は以下の基準で行った。
A:全面に渡りクラックが認められない
B:化学増幅型感光性樹脂組成物製膜時に一部クラックが発生
C:塗布後すぐに全面に渡りクラックが認められる
調製した化学増幅型感光性樹脂組成物を、50℃の恒温槽に一週間放置し、放置前後での最適露光量(設計パターン線幅との差が最も少なくなる露光量)を、コンタクトアライナーを用いて形成したパターンを走査型電子顕微鏡で観察することで算出した。評価は以下の基準で行った。
A:最適露光量の変動が±3%未満
B:最適露光量の変動が±3%以上10%未満
C:最適露光量の変動が±10%以上
TIPSペンタセン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)
5質量部
トルエン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 95質量部
MEH―PPV(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)10質量部
トルエン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 90質量部
PEDOT/PSS(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製、1.3質量%水分散液) 100質量部
水 100質量%
<第2段階のエッチング液1>
プロピレングリコールモノメチルエーテル 100質量%
2-プロパノール 100質量%
<第2段階のエッチング液2>
プロピレングリコールモノメチルエーテル 100質量%
水 100質量%
<第2段階のエッチング液3>
3-メチル-1-ブタノール 100質量%
方式:2流体スプレー
<第1段階のエッチング>
流量:30mL/min
圧力:200kPa
時間:30sec
<第2段階のエッチング>
流量:20mL/min
圧力:200kPa
時間:10sec
方式:パドル
剥離液:プロピレングリコールモノメチルエーテル
時間:60sec
Claims (23)
- 有機半導体膜の表面に、少なくとも水溶性樹脂膜および化学増幅型感光性樹脂組成物からなるレジスト膜をこの順に有する積層体であって、
前記化学増幅型感光性樹脂組成物は、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光すると80モル%以上分解する光酸発生剤を含有し、露光部が有機溶剤を含む現像液に難溶となることでマスクパターンを形成でき、マスクパターンを形成後エッチングのマスクとして利用する、積層体。 - 前記エッチングがドライエッチングである、請求項1に記載の積層体。
- 前記エッチングがウェットエッチングである、請求項1に記載の積層体。
- 前記水溶性樹脂膜の水溶性樹脂のsp値が18(MPa)1/2以上29(MPa)1/2未満である、請求項1~3のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記水溶性樹脂膜の水溶性樹脂のsp値が20(MPa)1/2以上26(MPa)1/2以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記水溶性樹脂膜の水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、または、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとの混合物である、請求項1~5のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記水溶性樹脂膜の水溶性樹脂が、ポリビニルピロリドンである、請求項1~5のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記化学増幅型感光性樹脂組成物が、波長365nmにおいて100mJ/cm2以上露光することによって極性が変化し、sp値が18(MPa)1/2未満の有機溶剤に対して難溶となる、請求項1~7のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記化学増幅型感光性樹脂組成物が、環状エーテルエステル構造を有する樹脂を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記光酸発生剤が、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が4000L/(mol・cm)以上である非イオン性の光酸発生剤である、請求項1~12のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記非イオン性の光酸発生剤が、炭素数2又は3のフルオロアルキル基を有する化合物であって、且つ、活性光線及び/又は放射線の照射により、炭素数2または3のフルオロアルキル基を有するスルホン酸を発生する化合物である、請求項13に記載の積層体。
- 前記非イオン性の光酸発生剤が、5員環イミドスルホネート基を有する化合物である、請求項13~15のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記光酸発生剤が、オキシムスルホネート基を有する化合物である、請求項1~14のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記化学増幅型感光性樹脂組成物が、塩基性化合物をさらに含む、請求項1~18のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記塩基性化合物が一級アミン化合物である、請求項19に記載の積層体。
- 前記化学増幅型感光性樹脂組成物が、下記一般式(B1-1)で表される繰り返し単位及び/または下記一般式(B1-2)で表される繰り返し単位を有する樹脂と、塩基性化合物をさらに含み、
前記光酸発生剤が、活性光線または放射線の照射により、pKaが-6以下の酸を発生し、かつ365nmにおけるモル吸光係数が4000L/(mol・cm)以上である非イオン性の光酸発生剤である、請求項1~8のいずれか1項に記載の積層体;
一般式(B1-1)
一般式(B1-2)
- 前記化学増幅型感光性樹脂組成物がネガ型である、請求項1~21のいずれか1項に記載の積層体。
- さらに、有機半導体膜の水溶性樹脂膜が積層している側の反対側の面に基板を有する、請求項1~22のいずれか1項に記載の積層体。
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