WO2020184406A1 - 積層体、組成物、及び、積層体形成用キット - Google Patents
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- G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
- G03F7/11—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having cover layers or intermediate layers, e.g. subbing layers
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- G03F7/325—Non-aqueous compositions
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- G03F7/422—Stripping or agents therefor using liquids only
Definitions
- the present invention relates to a laminate, a composition, and a laminate forming kit.
- the organic layer is formed into a chemical solution used for patterning (for example, a developing solution used for developing a photosensitive layer) by forming a protective layer containing a water-soluble resin or the like. ) Etc. are protected from damage.
- a chemical solution used for patterning for example, a developing solution used for developing a photosensitive layer
- Etc. are protected from damage.
- a protective layer and a photosensitive layer when a pattern of the photosensitive layer is formed by development, the shape of the obtained pattern may be deteriorated, such as undercutting in the pattern. It was.
- the present invention is a laminate having an excellent pattern shape of the pattern of the photosensitive layer after development, a composition used for forming a protective layer or a photosensitive layer contained in the laminate, and a laminate used for forming the laminate. It is an object of the present invention to provide a forming kit.
- the base material, the organic layer, the protective layer and the photosensitive layer are included in this order.
- the photosensitive layer contains an onium salt-type photoacid generator having an anion portion having a group containing at least one ring structure selected from the group consisting of a condensed ring structure, a crosslinked ring structure and a spiro ring structure.
- the photosensitive layer is subjected to development using a developing solution, and is subjected to development.
- the protective layer is used for removal using a stripping solution.
- Laminated body ⁇ 2> The laminate according to ⁇ 1>, wherein the ring structure includes a ring structure including a heterocyclic structure.
- ⁇ 3> The laminate according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the ring structure contains at least one selected from the group consisting of an adamantane ring structure, a camphor ring structure, and a naphthalene ring structure.
- the protective layer contains a water-soluble resin.
- the water-soluble resin is a resin containing a repeating unit represented by any of the following formulas (P1-1) to (P4-1); Wherein (P1-1) ⁇ (P4-1), R P1 is hydrogen or methyl, R P2 represents a hydrogen atom or a methyl group, R P3 is (CH 2 CH 2 O) ma H, CH 2 represents a COONa or a hydrogen atom, and ma represents an integer of 1 to 2.
- ⁇ 7> The laminate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the content of the organic solvent with respect to the total mass of the developer is 90 to 100% by mass.
- the photosensitive layer contains a resin containing a repeating unit having a cyclic ether ester structure in a side chain.
- the repeating unit having the cyclic ether ester structure is a repeating unit represented by the following formula (1).
- R 8 represents a hydrogen atom or an alkyl group
- L 1 represents a carbonyl group or a phenylene group
- R 1 to R 7 independently represent a hydrogen atom or an alkyl group.
- the present invention is used for forming a laminate having an excellent pattern shape of a pattern of a photosensitive layer after development, a composition used for forming a protective layer or a photosensitive layer contained in the laminate, and the laminate.
- a kit for forming a laminate is provided.
- exposure includes not only exposure using light but also drawing using particle beams such as an electron beam and an ion beam, unless otherwise specified.
- the light used for exposure include the emission line spectrum of a mercury lamp, far ultraviolet rays typified by an excimer laser, extreme ultraviolet rays (EUV light), X-rays, active rays such as electron beams, or radiation.
- EUV light extreme ultraviolet rays
- (meth) acrylate” represents both acrylate and methacrylate, or either
- (meth) acrylic represents both acrylic and methacrylic, or either.
- Acryloyl "represents both acryloyl and / or methacryloyl.
- Me in the structural formula represents a methyl group
- Et represents an ethyl group
- Bu represents a butyl group
- Ph represents a phenyl group.
- the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of a water-soluble resin such as polyvinyl alcohol are polyethylene oxide (PEO) measured by a GPC (gel permeation chromatography) method. ) Converted value.
- the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of a water-insoluble resin such as (meth) acrylic resin are polystyrene-equivalent values measured by the GPC method.
- the total solid content refers to the total mass of components excluding the solvent from all components of the composition.
- the term "process” is included in this term not only as an independent process but also as long as the desired action of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes. .. In the present specification, when “upper” and “lower” are described, it may be the upper side or the lower side of the structure.
- the laminate of the present invention The base material, organic layer, protective layer and photosensitive layer are included in this order.
- the photosensitive layer is subjected to development using a developing solution, and is subjected to development.
- the protective layer is subjected to removal using a stripping solution.
- Patent Document 1 neither Patent Document 2 describes or suggests the use of a photoacid generator having the above-mentioned specific ring structure.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a processing process of a laminated body according to a preferred embodiment of the present invention.
- the organic layer 3 (for example, an organic semiconductor layer) is arranged on the base material 4 as in the example shown in FIG. 1 (a).
- the protective layer 2 that protects the organic layer 3 is arranged on the surface in contact with the protective layer 2.
- Another layer may be provided between the organic layer 3 and the protective layer 2, but from the viewpoint that the effect of the present invention can be more easily obtained, the organic layer 3 and the protective layer 2 are in direct contact with each other.
- an example of a preferred embodiment is given.
- the photosensitive layer 1 is arranged on the protective layer.
- the photosensitive layer 1 and the protective layer 2 may be in direct contact with each other, or another layer may be provided between the photosensitive layer 1 and the protective layer 2.
- FIG. 1B shows an example of a state in which a part of the photosensitive layer 1 is exposed and developed.
- the photosensitive layer 1 is partially exposed by a method such as using a predetermined mask, and after the exposure, the photosensitive layer 1 is removed and exposed by developing with a developing solution such as an organic solvent.
- the photosensitive layer 1a after development is formed.
- the protective layer 2 remains because it is difficult to be removed by the developer, and the organic layer 3 is protected from damage by the developer by the remaining protective layer 2.
- FIG. 1B shows an example of a state in which a part of the photosensitive layer 1 is exposed and developed.
- the photosensitive layer 1 is partially exposed by a method such as using a predetermined mask, and after the exposure, the photosensitive layer 1 is removed and exposed by developing with a developing solution such as
- FIG. 1C shows an example of a state in which a part of the protective layer 2 and the organic layer 3 is removed.
- the removing portion 5a is formed in the protective layer 2 and the organic layer 3. Will be done.
- the organic layer 3 can be removed in the removing portion 5a. That is, the organic layer 3 can be patterned.
- FIG. 1D shows an example in which the photosensitive layer 1a and the protective layer 2 are removed after the patterning.
- the photosensitive layer 1a and the protective layer 2 on the organic layer 3a after processing are washed with a stripping solution containing water in the laminated body in the state shown in FIG. 1C. Is removed.
- a stripping solution containing water in the laminated body in the state shown in FIG. 1C.
- Is removed it is possible to form a desired pattern on the organic layer 3 and remove the photosensitive layer 1 as a resist and the protective layer 2 as a protective film. Details of these steps will be described later.
- the laminate of the present invention contains a base material.
- the base material include a base material formed of various materials such as silicon, quartz, ceramic, glass, polyester film such as polyethylene naphthalate (PEN) and polyethylene terephthalate (PET), and polyimide film. Any substrate may be selected depending on the situation.
- a base material formed of a flexible material can be used.
- the base material may be a composite base material formed of a plurality of materials or a laminated base material in which a plurality of materials are laminated.
- the shape of the base material is not particularly limited and may be selected according to the intended use, and examples thereof include a plate-shaped base material (hereinafter, also referred to as “board”).
- the thickness of the substrate is also not particularly limited.
- Organic semiconductor layer is a layer containing an organic material (also referred to as an "organic semiconductor compound") exhibiting the characteristics of a semiconductor.
- organic semiconductor compounds include p-type organic semiconductor compounds that conduct holes as carriers and n-type organic semiconductor compounds that conduct electrons as carriers.
- the ease of carrier flow in the organic semiconductor layer is represented by the carrier mobility ⁇ . Although it depends on the application, the mobility is generally better, preferably 10-7 cm 2 / Vs or more, more preferably 10-6 cm 2 / Vs or more, and 10-5 cm 2 / Vs or more. It is more preferably Vs or more.
- the mobility ⁇ can be obtained by the characteristics when the field effect transistor (FET) element is manufactured and the flight time measurement (TOF) method.
- FET field effect transistor
- TOF flight time measurement
- any material among organic semiconductor materials may be used as long as it is a material exhibiting hole transportability, but a p-type ⁇ -conjugated polymer is preferable.
- Compounds eg, substituted or unsubstituted polythiophene (eg, poly (3-hexylthiophene) (P3HT, manufactured by Sigma Aldrich Japan LLC), etc.), polyselenophene, polypyrrole, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, polythiophene vinylene.
- the n-type semiconductor compound that can be used in the organic semiconductor layer may be any organic semiconductor material as long as it has electron transportability, but is preferably a fullerene compound, an electron-deficient phthalocyanine compound, or a naphthalenetetracarbonyl compound.
- Perylene tetracarbonyl compound, TCNQ compound tetracyanoquinodimethane compound
- TCNQ compound tetracyanoquinodimethane compound
- hexaazatriphenylene compound polythiophene compound
- benzidine compound carbazole compound
- phenanthroline compound perylene compound
- quinolinol ligand aluminum compound It is a pyridinephenyl ligand iridium compound, an n-type ⁇ -conjugated polymer compound, more preferably a fullerene compound, an electron-deficient phthalocyanine compound, a naphthalenetetracarbonyl compound, a perylenetetracarbonyl compound, and an n-type ⁇ -conjugated polymer compound.
- C 96 , C 116 , C 180 , C 240 , C 540 fullerenes, etc. but preferred are substituted or unsubstituted C 60 , C 70 , C 86 fullerenes, and particularly preferably PCBM ([6,]. 6] -Phenyl-C 61- butyl methyl ester, manufactured by Sigma Aldrich Japan LLC, etc.) and its analogs (C 60 portion substituted with C 70 , C 86, etc., benzene ring of substituent is another aromatic ring Alternatively, a heterocycle is substituted, or a methyl ester is substituted with n-butyl ester, i-butyl ester, or the like).
- the electron-deficient phthalocyanine compound is phthalocyanine (F 16 MPc, FPc-S8, etc., which is a central metal in which four or more electron attracting groups are bonded, where M is the central metal, Pc is phthalocyanine, and S8 is ( (Representing an n-octylsulfonyl group), naphthalocyanine, anthracyanine, substituted or unsubstituted tetrapyrazinoporphyrazine and the like.
- F 16 MPc, FPc-S8, etc. which is a central metal in which four or more electron attracting groups are bonded, where M is the central metal, Pc is phthalocyanine, and S8 is ( (Representing an n-octylsulfonyl group), naphthalocyanine, anthracyanine, substituted or unsubstituted tetrapyrazinoporphyrazine and the like.
- naphthalene tetracarbonyl compound may be used, but naphthalene tetracarboxylic dianhydride (NTCDA), naphthalene bisimide compound (NTCDI), and perinone pigments (Pigment Orange 43, Pigment Red 194, etc.) are preferable.
- NTCDA naphthalene tetracarboxylic dianhydride
- NTCDI naphthalene bisimide compound
- perinone pigments Pigment Orange 43, Pigment Red 194, etc.
- Any perylenetetracarbonyl compound may be used, but perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), perylenebisimide compound (PTCDI), and benzimidazole fused ring compound (PV) are preferable.
- the benzidine compound is a compound having a benzidine structure in the molecule, and is N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenylbenzidine (TPD), N, N'-di-[((). 1-naphthyl) -N, N'-diphenyl] -1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine (NPD) and the like can be mentioned.
- the carbazole-based compound is a compound having a carbazole ring structure in the molecule, and examples thereof include 4,4'-bis (N-carbazolyl) -1,1'-biphenyl (CBP).
- the phenanthroline-based compound is a compound having a phenanthroline ring structure in the molecule, and examples thereof include 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP).
- the pyridinephenyl ligand iridium-based compound is a compound having an iridium complex structure having a phenylpyridine structure as a ligand, and is a bis (3,5-difluoro-2- (2-pyridylphenyl- (2-carboxypyridyl)).
- Iridium (III) (Firpic), Tris (2-phenylpyridinato) Iridium (III) (Ir (ppy) 3 ) and the like.
- the quinolinol ligand alumnium-based compound is a compound having an aluminum complex structure having a quinolinol structure as a ligand, and examples thereof include tris (8-quinolinolato) aluminum.
- a particularly preferable example of the n-type organic semiconductor compound is shown below by a structural formula.
- the R in the formula may be any, but is hydrogen atom, substituted or unsubstituted, branched or linear alkyl group (preferably 1 to 18, more preferably 1 to 12, still more preferably. 1 to 8), substituted or unsubstituted aryl groups (preferably those having 6 to 30, more preferably 6 to 20, and even more preferably 6 to 14 carbon atoms).
- Me is a methyl group and M is a metal element.
- the organic semiconductor compound contained in the organic semiconductor layer may be one kind or two or more kinds.
- the content of the organic semiconductor compound with respect to the total mass of the organic semiconductor layer is preferably 1 to 100% by mass, and more preferably 10 to 100% by mass.
- the organic semiconductor layer may further contain a binder resin.
- Binder resins include insulating polymers such as polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysiloxane, polysulphon, polymethylmethacrylate, polymethylacrylate, cellulose, polyethylene, polypropylene, and their co-weights. Examples thereof include photoconductive polymers such as coalescing, polyvinylcarbazole and polysilane, and conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline and polyparaphenylene vinylene.
- the organic semiconductor layer may contain only one type of binder resin, or may contain two or more types of binder resin.
- a binder resin having a high glass transition temperature is preferable, and considering charge mobility, a binder resin having a structure having no polar group or a conductive polymer is preferable.
- the content of the binder resin is preferably 0.1 to 30% by mass with respect to the total mass of the organic semiconductor layer.
- the film thickness of the organic semiconductor layer is not particularly limited and varies depending on the type of device to be finally produced and the like, but is preferably 5 nm to 50 ⁇ m, more preferably 10 nm to 5 ⁇ m, and further preferably 20 nm to 500 nm.
- the organic semiconductor layer is formed by using, for example, a composition for forming an organic semiconductor layer containing a solvent and an organic semiconductor compound.
- a composition for forming an organic semiconductor layer containing a solvent and an organic semiconductor compound.
- the forming method there is a method in which the composition for forming an organic semiconductor layer is applied in a layered manner on a substrate and dried to form a film.
- the application method for example, the description of the application method of the composition for forming a protective layer in the protective layer described later can be taken into consideration.
- the content of the organic semiconductor compound with respect to the total mass of the composition for forming the organic semiconductor layer is preferably 0.1 to 80% by mass, and more preferably 0.1 to 30% by mass.
- the content of the organic semiconductor may be appropriately set according to the thickness of the organic semiconductor layer to be formed and the like.
- the composition for forming an organic semiconductor layer may further contain the above-mentioned binder resin.
- the binder resin may be dissolved in a solvent contained in the composition for forming an organic semiconductor layer, or may be dispersed.
- the content of the binder resin is preferably 0.1 to 30% by mass with respect to the total solid content of the composition for forming an organic semiconductor layer.
- the characteristics of the formed organic semiconductor layer can be adjusted by post-treatment. For example, by subjecting the formed organic semiconductor layer to heat treatment, exposure treatment to a vaporized solvent, etc., the morphology of the membrane and the packing of molecules in the membrane can be changed to obtain desired properties. Is also possible. Further, the carrier density in the film is adjusted by exposing the formed organic semiconductor layer to a substance such as an oxidizing or reducing gas or a solvent, or by mixing these to cause an oxidation or reduction reaction. be able to.
- the resin layer is an organic layer other than the organic semiconductor layer, and is a layer containing a resin.
- the resin contained in the resin layer is not particularly limited, but is (meth) acrylic resin, en-thiol resin, polycarbonate resin, polyether resin, polyarylate resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyphenylene resin, polyarylene ether. Examples thereof include phosphine oxide resin, polyimide resin, polyamideimide resin, polyolefin resin, cyclic olefin resin, polyester resin, styrene resin, polyurethane resin, polyurea resin, and the like.
- (meth) acrylic resin is preferably mentioned from the viewpoint that the effect of the present invention can be easily obtained.
- the resin contained in the resin layer is preferably a water-insoluble resin, more preferably a resin having a dissolution amount of 0.1 g or less in 100 g of water at 25 ° C., and a dissolution amount of 0.01 g or less.
- the resin is more preferable.
- the resin layer may contain known additives such as a colorant, a dispersant, and a refractive index adjuster.
- a colorant such as a colorant, a dispersant, and a refractive index adjuster.
- the types and contents of these additives may be appropriately designed according to the intended use with reference to known techniques.
- Examples of the use of the resin layer include a colored layer such as a color filter, a high refractive index layer or a low refractive index layer such as a refractive index adjusting layer, and an insulating layer for wiring.
- a resin layer forming composition containing a polymerization initiator or the like is applied in a layered manner on a substrate, and at least one of drying and curing is performed to form a film.
- the application method for example, the description of the application method of the composition for forming a protective layer in the protective layer described later can be taken into consideration.
- the curing method known methods such as heating and exposure may be used depending on the type of the resin precursor, the type of the polymerization initiator and the like.
- the protective layer is preferably a layer having a dissolution amount in a developing solution of 10 nm / s or less at 23 ° C., and more preferably 1 nm / s or less.
- the lower limit of the dissolution amount is not particularly limited, and may be 0 nm / s or more.
- R P11 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group
- R P12 represents a substituent
- np1 and np2 represent composition ratio in the molecule in mass.
- R P11 has the same meaning as R P1 in formula (P1-1), preferable embodiments thereof are also the same.
- (P1-2) include groups represented by -L P -T P as R P12.
- L P is a single bond or a linking group of the following L.
- T P is a substituent, and examples of the following substituent T can be mentioned.
- np1 and np2 represent the composition ratio in the molecule on a mass basis, and are independently 10% by mass or more and less than 100% by mass. However, np1 + np2 does not exceed 100% by mass. When np1 + np2 is less than 100% by mass, it means that the copolymer contains other repeating units.
- R P2 is preferably a hydrogen atom.
- the resin containing the repeating unit represented by the formula (P2-1) may further contain a repeating unit different from the repeating unit represented by the formula (P2-1).
- the resin containing the repeating unit represented by the formula (P2-1) preferably contains the repeating unit represented by the formula (P2-1) in an amount of 50% by mass to 98% by mass with respect to the total mass of the resin. It is more preferable to contain 70% by mass to 98% by mass.
- Examples of the resin containing the repeating unit represented by the formula (P2-1) include a resin containing two repeating units represented by the following formula (P2-2).
- R P21 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group
- R P22 represents a substituent
- mp1 and mp2 represent composition ratio in the molecule in mass.
- R P21 has the same meaning as R P2 in formula (P2-1), preferable embodiments thereof are also the same.
- P2-2 include groups represented by -L P -T P as R P22.
- L P is a single bond or a linking group of the following L.
- T P is a substituent, and examples of the following substituent T can be mentioned.
- an alkyl group (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, further preferably 1 to 3 carbon atoms) and an alkenyl group (preferably 2 to 12 carbon atoms, 2 to 6 carbon atoms are more preferable).
- 2 to 3 are more preferred
- an alkynyl group (preferably 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms, further preferably 2 to 3)
- an aryl group preferably 6 to 22 carbon atoms, 6 to 18 carbon atoms).
- R P3 is preferably a hydrogen atom.
- the resin containing the repeating unit represented by the formula (P3-1) may further contain a repeating unit different from the repeating unit represented by the formula (P3-1).
- the resin containing the repeating unit represented by the formula (P3-1) preferably contains the repeating unit represented by the formula (P3-1) in an amount of 10% by mass to 90% by mass with respect to the total mass of the resin. It is more preferable to contain 30% by mass to 80% by mass.
- the hydroxy group described in the formula (P3-1) may be appropriately substituted with a substituent T or a group in which the substituent L is combined. When there are a plurality of substituents T, they may be bonded to each other, or may be bonded to the ring in the formula with or without the linking group L to form a ring.
- an alkyl group preferably 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, further preferably 1 to 6 carbon atoms
- an arylalkyl group preferably 7 to 21 carbon atoms, more preferably 7 to 15 carbon atoms. , 7-11 is more preferable
- an alkenyl group (2 to 24 carbon atoms is preferable, 2 to 12 is more preferable, 2 to 6 is more preferable
- an alkynyl group (2 to 12 carbon atoms is preferable, 2 to 6 is preferable).
- 2 to 3 are more preferable), hydroxy group, amino group (preferably 0 to 24 carbon atoms, more preferably 0 to 12 and further preferably 0 to 6), thiol group, carboxy group, aryl group (carbon).
- the number 6 to 22 is preferable, 6 to 18 is more preferable, 6 to 10 is more preferable), an alkoxyl group (1 to 12 carbon atoms is preferable, 1 to 6 is more preferable, 1 to 3 is more preferable), and aryloxy.
- Group preferably 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, further preferably 6 to 10
- acyl group preferably 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms, further preferably 2 to 3
- Acyloxy group preferably 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms, further preferably 2 to 3 carbon atoms
- allylloyl group preferably 7 to 23 carbon atoms, more preferably 7 to 19 carbon atoms, further preferably 7 to 11 carbon atoms).
- allyloyloxy group (preferably 7 to 23 carbon atoms, more preferably 7 to 19 carbon atoms, further preferably 7 to 11), carbamoyl group (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, 1).
- ⁇ 3 is more preferable
- sulfamoyl group preferably 0 to 12 carbon atoms, more preferably 0 to 6 and even more preferably 0 to 3
- sulfo group, alkylsulfonyl group preferably 1 to 12 carbon atoms 6 is more preferable, 1 to 3 is more preferable
- an arylsulfonyl group (6 to 22 carbon atoms is preferable, 6 to 18 is more preferable, 6 to 10 is more preferable
- a heterocyclic group (1 to 12 carbon atoms is more preferable).
- RN is a hydrogen atom or an alkyl group (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, still more preferably 1 to 3 carbon atoms), and a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a propyl group is preferable.
- the alkyl moiety, alkenyl moiety, and alkynyl moiety contained in each substituent may be chain or cyclic, and may be linear or branched.
- the substituent T is a group capable of taking a substituent, it may further have a substituent T.
- an alkylene group (preferably 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, further preferably 1 to 6 carbon atoms) and an alkenylene group (preferably 2 to 12 carbon atoms, 2 to 6 carbon atoms are more preferable. 2-3 are more preferred), alkynylene groups (2-12 carbon atoms are preferred, 2-6 are more preferred, 2-3 are more preferred), (oligo) alkyleneoxy groups (alkylene groups in one repeating unit.
- the number of carbon atoms is preferably 1 to 12, more preferably 1 to 6, further preferably 1 to 3, and the number of repetitions is preferably 1 to 50, more preferably 1 to 40), an arylene group (more preferably 1 to 30).
- the number of atoms involved in the connection is 6, and even excluding the hydrogen atom, it is 4.
- the shortest atom involved in the connection is -CCO-, which is three.
- the number of connected atoms is preferably 1 to 24, more preferably 1 to 12, and even more preferably 1 to 6.
- the alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, and (oligo) alkyleneoxy group may be chain-like or cyclic, and may be linear or branched.
- the linking group is a group capable of forming a salt such as ⁇ NR N ⁇ , the group may form a salt.
- Examples include BASF's LUVITEC series (VA64P, VA6535P, etc.), Japan Vam & Poval Co., Ltd.'s PXP-05, JL-05E, JP-03, JP-04, AMPS, Aldrich's Nanocall, and the like. Among these, it is preferable to use Pittscol K-90, PXP-05 or Pittscol V-7154, and it is more preferable to use Pittscall V-7154.
- the content of the water-soluble resin in the protective layer may be appropriately adjusted as necessary, but the solid content is preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, and 20% by mass or less. Is more preferable. As the lower limit, it is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and further preferably 4% by mass or more.
- the protective layer may contain only one type of water-soluble resin, or may contain two or more types. When two or more types are included, the total amount is preferably in the above range.
- the protective layer preferably contains a surfactant containing an acetylene group.
- the number of acetylene groups in the molecule in the surfactant containing an acetylene group is not particularly limited, but is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, further preferably 1 to 3, and 1 to 2. Is more preferable.
- the molecular weight of the surfactant containing an acetylene group is preferably relatively small, preferably 2,000 or less, more preferably 1,500 or less, and even more preferably 1,000 or less. There is no particular lower limit, but it is preferably 200 or more.
- the surfactant containing an acetylene group is preferably a compound represented by the following formula (9).
- R 91 and R 92 are independently an alkyl group having 3 to 15 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, or an aromatic heterocyclic group having 4 to 15 carbon atoms. ..
- the number of carbon atoms of the aromatic heterocyclic group is preferably 1 to 12, more preferably 2 to 6, and even more preferably 2 to 4.
- the aromatic heterocycle is preferably a 5-membered ring or a 6-membered ring.
- the hetero atom contained in the aromatic heterocycle is preferably a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom.
- R 91 and R 92 may each independently have a substituent, and examples of the substituent include the above-mentioned substituent T.
- R 93 to R 96 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms, n9 is an integer of 1 to 6, m9 is an integer twice n9, and n10 is an integer of 1 to 6. It is an integer, m10 is an integer twice n10, and l9 and l10 are independently numbers of 0 or more and 12 or less.
- R 93 to R 96 are hydrocarbon groups, among which alkyl groups (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, further preferably 1 to 3 carbon atoms) and alkenyl groups (2 to 12 carbon atoms are preferable).
- 2 to 6 is more preferable, 2 to 3 is more preferable), an alkynyl group (2 to 12 carbon atoms is preferable, 2 to 6 is more preferable, 2 to 3 is more preferable), and an aryl group (6 to 6 carbon atoms is more preferable).
- 22 is preferable, 6 to 18 is more preferable, 6 to 10 is more preferable), and an arylalkyl group (7 to 23 carbon atoms is preferable, 7 to 19 is more preferable, and 7 to 11 is further preferable).
- the alkyl group, alkenyl group, and alkynyl group may be linear or cyclic, and may be linear or branched.
- R 93 to R 96 may have a substituent T as long as the effects of the present invention are exhibited. Further, R 93 to R 96 may be bonded to each other or form a ring via the above-mentioned linking group L. When there are a plurality of substituents T, they may be bonded to each other, or may be bonded to the hydrocarbon group in the formula with or without the linking group L below to form a ring.
- R 93 and R 94 are preferably alkyl groups (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, still more preferably 1 to 3 carbon atoms). Of these, a methyl group is preferable.
- n9 is an integer of 1 to 6, and an integer of 1 to 3 is preferable.
- m9 is an integer that is twice n9.
- n10 is an integer of 1 to 6, and an integer of 1 to 3 is preferable.
- m10 is an integer that is twice n10.
- l9 and l10 are independently numbers from 0 to 12. However, l9 + l10 is preferably a number of 0 to 12, more preferably a number of 0 to 8, more preferably a number of 0 to 6, further preferably a number of more than 0 and less than 6, and more than 0. A number of 3 or less is even more preferable.
- the compound of the formula (91) may be a mixture of compounds having different numbers, and in that case, the number of l9 and l10, or l9 + l10 is the number including the decimal point. You may.
- R 93 , R 94 , and R 97 to R 100 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms, and l11 and l12 are each independently a number of 0 or more and 12 or less.
- R 93 , R 94 , and R 97 to R 100 are alkyl groups (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, further preferably 1 to 3 carbon atoms) and alkenyl groups (preferably 2 to 12 carbon atoms).
- alkyl group, alkenyl group, and alkynyl group may be chain or cyclic, and may be linear or branched.
- R 93 , R 94 , and R 97 to R 100 may have a substituent T as long as the effects of the present invention are exhibited. Further, R 93 , R 94 , and R 97 to R 100 may be bonded to each other or form a ring via a linking group L. When there are a plurality of substituents T, they may be bonded to each other, or may be bonded to the hydrocarbon group in the formula with or without the linking group L to form a ring.
- R 93 , R 94 , and R 97 to R 100 are each independently preferably an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and even more preferably 1 to 3 carbon atoms).
- a methyl group is preferable.
- the number of l11 + l12 is preferably 0 to 12, more preferably 0 to 8, more preferably 0 to 6, more preferably more than 0 and less than 6, more preferably more than 0 and 5 or less.
- the number of is even more preferable, the number of more than 0 and less than 4 is even more preferable, the number of more than 0 and less than 3 or more than 0 and less than or equal to 1.
- l11 and l12 may be a mixture of compounds having different numbers in the compound of the formula (92), and in that case, the numbers of l11 and l12, or l11 + l12 are the numbers including the decimal point. May be good.
- Surfactants containing an acetylene group include Surfynol 104 series (trade name, Nisshin Kagaku Kogyo Co., Ltd.), Acetyrenol E00, E40, E13T, and 60 (all trade names, river). (Manufactured by Ken Fine Chemical Co., Ltd.), among which Surfinol 104 series, Acetyleneol E00, E40 and E13T are preferable, and Acetyleneol E40 and E13T are more preferable.
- the Surfinol 104 series and acetylenol E00 are surfactants having the same structure.
- Alkylnaphthalene sulfonates such as sodium butylnaphthalene sulfonate, sodium pentylnaphthalene sulfonate, sodium hexylnaphthalene sulfonate, sodium octylnaphthalene sulfonate, alkyl sulfates such as sodium lauryl sulfate, alkyl sulfonic acid such as sodium dodecyl sulfonate.
- the surface tension of the 0.1% by mass aqueous solution of the surfactant at 23 ° C. is preferably 45 mN / m or less, more preferably 40 mN / m or less, and further preferably 35 mN / m or less. .. As the lower limit, it is preferably 5 mN / m or more, more preferably 10 mN / m or more, and further preferably 15 mN / m or more.
- the surface tension of the surfactant may be appropriately selected depending on the type of the surfactant to be selected.
- composition for forming a protective layer of the present invention is a composition used for forming a protective layer contained in the laminate of the present invention.
- the protective layer can be formed, for example, by applying a protective layer forming composition on the organic layer and drying it.
- a method of applying the composition for forming a protective layer coating is preferable.
- application methods include slit coating method, casting method, blade coating method, wire bar coating method, spray coating method, dipping (immersion) coating method, bead coating method, air knife coating method, curtain coating method, inkjet method, etc.
- a protective layer having a smooth surface and a large area can be produced at low cost.
- the protective layer forming composition is previously applied onto the temporary support by the above-mentioned application method or the like.
- the formed coating film can also be formed by a method of transferring the formed coating film onto an application target (for example, an organic layer).
- an application target for example, an organic layer.
- the composition for forming a protective layer contains components contained in the above-mentioned protective layer (for example, a water-soluble resin, a surfactant containing an acetylene group, another surfactant, a preservative, a light-shielding agent, etc.), and a solvent.
- a water-soluble resin for example, a water-soluble resin, a surfactant containing an acetylene group, another surfactant, a preservative, a light-shielding agent, etc.
- a solvent for example, a water-soluble resin, a surfactant containing an acetylene group, another surfactant, a preservative, a light-shielding agent, etc.
- the content of the components contained in the protective layer forming composition may be the content of each component with respect to the total mass of the protective layer read as the content with respect to the solid content of the protective layer forming composition. preferable.
- the solvent contained in the composition for forming a protective layer examples include the above-mentioned aqueous solvent, and water or a mixture of water and a water-soluble solvent is preferable, and water is more preferable.
- the aqueous solvent is a mixed solvent, it is preferably a mixed solvent of an organic solvent having a solubility in water at 23 ° C. of 1 g or more and water.
- the solubility of the organic solvent in water at 23 ° C. is more preferably 10 g or more, further preferably 30 g or more.
- the solid content concentration of the protective layer forming composition is preferably 0.5 to 30% by mass from the viewpoint of being more uniform in thickness when the protective layer forming composition is applied and being easy to apply. It is more preferably 0 to 20% by mass, and even more preferably 2.0 to 14% by mass.
- the laminate of the present invention includes a photosensitive layer.
- the photosensitive layer in the present invention is an onium salt-type photoacid generator having an anion portion having a group containing at least one ring structure selected from the group consisting of a condensed ring structure, a crosslinked ring structure and a spiro ring structure. including.
- the photosensitive layer is a layer to be subjected to development using a developing solution. The development is preferably a negative type development.
- the photosensitive layer may be a negative type photosensitive layer or a positive type photosensitive layer.
- the exposed portion of the photosensitive layer is sparingly soluble in a developing solution containing an organic solvent. Poor solubility means that the exposed part is difficult to dissolve in the developing solution. It is preferable that the dissolution rate of the photosensitive layer in the exposed portion in the developing solution is smaller (difficult to dissolve) than the dissolution rate of the photosensitive layer in the developing solution in the unexposed portion.
- the polarity is changed by exposing light having at least one wavelength having a wavelength of 365 nm (i line), a wavelength of 248 nm (KrF line) and a wavelength of 193 nm (ArF line) at an irradiation amount of 50 mJ / cm 2 or more.
- the solubility parameter (sp value) is poorly soluble in a solvent of less than 19.0 (MPa) 1/2 , and is poorly soluble in a solvent of 18.5 (MPa) 1/2 or less. It is more preferable that the solvent is poorly soluble in a solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less.
- the solubility parameter (sp value) is a value [unit: (MPa) 1/2 ] obtained by the Okitsu method.
- the Okitsu method is one of the well-known methods for calculating the sp value. For example, Vol. 29, No. 6 (1993) The method described in detail on pages 249-259.
- the photosensitive layer preferably has a photosensitivity to i-ray irradiation.
- the photosensitivity means that the dissolution rate in an organic solvent (preferably butyl acetate) is changed by irradiation with at least one of active rays and radiation (irradiation with i-rays if the photosensitivity is with respect to i-ray irradiation). To do.
- the photosensitive layer examples include a photosensitive layer containing a resin (hereinafter, also referred to as “specific resin”) whose dissolution rate in a developing solution changes due to the action of an acid.
- the change in the dissolution rate in the specific resin is preferably a decrease in the dissolution rate.
- the dissolution rate of the specific resin in an organic solvent having an sp value of 18.0 (MPa) 1/2 or less before the dissolution rate changes is more preferably 40 nm / sec or more.
- the dissolution rate of the specific resin in an organic solvent having an sp value of 18.0 (MPa) 1/2 or less after the dissolution rate is changed is more preferably less than 1 nm / sec.
- the specific resin is also soluble in an organic solvent having an sp value (solubility parameter) of 18.0 (MPa) 1/2 or less before the dissolution rate changes, and after the dissolution rate changes.
- the resin has a sp value of 18.0 (MPa) 1/2 or less and is sparingly soluble in an organic solvent.
- "soluble in an organic solvent having an sp value (solubility parameter) of 18.0 (MPa) 1/2 or less” means that a solution of a compound (resin) is applied onto a substrate and at 100 ° C. for 1 minute.
- the dissolution rate of a coating film (thickness 1 ⁇ m) of a compound (resin) formed by heating when immersed in a developing solution at 23 ° C. is 20 nm / sec or more, which means that the “sp value”. Is poorly soluble in an organic solvent of 18.0 (MPa) 1/2 or less "means a compound (resin) formed by applying a solution of a compound (resin) on a substrate and heating at 100 ° C. for 1 minute. ), The dissolution rate of the coating film (thickness 1 ⁇ m) in the developing solution at 23 ° C. is less than 10 nm / sec.
- the photosensitive layer examples include a photosensitive layer containing a specific resin and a specific photoacid generator. Further, the photosensitive layer is preferably a chemically amplified photosensitive layer from the viewpoint of achieving both high storage stability and fine pattern formation. Hereinafter, details of each component contained in the photosensitive layer will be described.
- the photosensitive layer according to the present invention is an onium salt-type photoacid generator having an anion portion having a group containing at least one ring structure selected from the group consisting of a condensed ring structure, a crosslinked ring structure and a spiro ring structure (specification).
- Photoacid generator is included.
- the onium salt-type photoacid generator refers to a photoacid generator composed of a cation portion containing an onium cation structure and an anion portion.
- the specific photoacid generator may have a plurality of the cation portion and the anion portion, respectively, but it is preferable that the specific photoacid generator has one each of the cation portion and the anion portion.
- the specific photoacid generator is preferably electrically neutral in a structure in which a cation portion and an anion portion are bonded.
- a ring structure is preferable, an aliphatic crosslinked hydrocarbon ring structure which may have a divalent linking group as a ring member is more preferable, and a norbornane ring structure, an adamantan ring structure, or a camphor ring structure is further preferable.
- the divalent linking group include a hydrocarbon group, an oxy group, a carbonyl group and the like.
- Examples of the norbornane ring structure, the adamantane ring structure, or the camphor ring structure include the ring structure described by the following formula. In the following formula, * represents an anionic structure described later or a binding site with a structure containing an anionic structure. These ring structures may be substituted with known substituents such as substituent T.
- the spiro ring is a ring formed by two or more rings sharing one atom which is a member of each ring.
- the spiro ring structure refers to a structure formed by the spiro ring.
- the spiro ring structure in the anion portion may be a crosslinked ring structure containing heteroatoms such as an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom, but an aliphatic crosslinked hydrocarbon ring structure is preferable, and a monospirobicycle structure or a monospirobic ring structure or A polyspiro ring structure is more preferred.
- Examples of the spiro ring structure include a ring structure described by the following formula. In the following formula, * represents an anionic structure described later or a binding site with a structure containing an anionic structure. These ring structures may be substituted with known substituents such as substituent T.
- the anion structure contained in the anion portion is not particularly limited, and examples thereof include carboxylate anion, sulfonate anion, phosphonate anion, phosphinate anion, and phenolate anion. From the viewpoint of reactivity, sulfonate anion is used. preferable.
- the specific photoacid generator may have only one anion structure in one molecule, or may have a plurality of anion structures.
- R A represents at least one ring structure selected from the group consisting of fused ring, bridged ring and spiro ring structure
- L A represents a single bond or a divalent linking group
- A represents an anion structure.
- the preferred embodiments of the fused ring structure, the crosslinked ring structure and the spiro ring structure in RA are the same as those of the condensed ring structure, the crosslinked ring structure and the spiro ring structure described above, respectively.
- RA preferably has a ring structure including a heterocyclic structure from the viewpoint of solvent solubility.
- the ring structure including the heterocyclic structure include an oxane ring structure, a dioxane ring structure, a chromene ring, an isochromen ring, and a carbazole ring structure.
- RA is preferably at least one selected from the group consisting of an adamantane ring structure, a camphor ring structure and a naphthalene ring structure from the viewpoint of imparting hydrophobicity.
- the cation structure preferably contains a rearyl sulfonium structure or a tetrahydrothiophenium structure, and more preferably contains a triphenyl sulfonium structure or a naphthalene tetrahydrothiophenium structure.
- the molecular weight of the specific photoacid generator is preferably 200 to 1,000, more preferably 300 to 800.
- the specific photoacid generator is preferably a photoacid generator that decomposes by 80 mol% or more when the photosensitive layer is exposed to an exposure amount of 100 mJ / cm 2 at a wavelength of 365 nm.
- the degree of decomposition of the specific photoacid generator can be determined by the following method. Details of the following composition for forming a photosensitive layer will be described later.
- a photosensitive layer is formed on a silicon wafer substrate using a composition for forming a photosensitive layer, heated at 100 ° C. for 1 minute, and after heating, the photosensitive layer is exposed to 100 mJ / cm 2 using light having a wavelength of 365 nm. To expose.
- the thickness of the photosensitive layer after heating is 700 nm.
- THF methanol / tetrahydrofuran
- the extract extracted into the solution is analyzed by HPLC (high performance liquid chromatography) to calculate the decomposition rate of the specific photoacid generator from the following formula.
- Decomposition rate (%) decomposition product amount (mol) / specific photoacid generator amount (mol) contained in the photosensitive layer before exposure x 100
- the specific photoacid generator preferably decomposes by 85 mol% or more when the photosensitive layer is exposed to an exposure amount of 100 mJ / cm 2 at a wavelength of 365 nm.
- the acrylic polymer preferably contains a repeating unit derived from (meth) acrylic acid or an ester thereof in an amount of 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, based on all the repeating units in the polymer. It is particularly preferable that the polymer consists only of repeating units derived from (meth) acrylic acid or an ester thereof.
- a resin having a repeating unit having a structure in which the acid group is protected by an acid-degradable group is preferably mentioned.
- a structure in which the acid group is protected by an acid-degradable group a carboxy group is acid-decomposable. Examples thereof include a structure protected by a group and a structure in which a phenolic hydroxy group is protected by an acid-degradable group.
- a repeating unit having a structure in which an acid group is protected by an acid-degradable group a repeating unit having a structure in which a carboxy group in a monomer unit derived from (meth) acrylic acid is protected by an acid-degradable group, p.
- Examples thereof include a repeating unit having a structure in which a phenolic hydroxy group in a monomer unit derived from hydroxystyrenes such as -hydroxystyrene and ⁇ -methyl-p-hydroxystyrene is protected by an acid-degradable group.
- Examples of the repeating unit having a structure in which the acid group is protected by an acid-degradable group include a repeating unit containing an acetal structure, and a repeating unit containing a cyclic ether ester structure in the side chain is preferable.
- the cyclic ether ester structure it is preferable that the oxygen atom in the cyclic ether structure and the oxygen atom in the ester bond are bonded to the same carbon atom to form an acetal structure.
- R 8 represents a hydrogen atom or an alkyl group (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, further preferably 1 to 3 carbon atoms), and L 1 represents a carbonyl group or a phenylene group.
- R 1 to R 7 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group.
- R 8 is preferably a hydrogen atom or a methyl group, and more preferably a methyl group.
- repeating unit (1) a repeating unit represented by the following formula (1-1) or a repeating unit represented by the following formula (1-2) is preferable.
- the radically polymerizable monomer used for forming the repeating unit (1) 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. Alternatively, it can also be formed by reacting a carboxy group or a phenolic hydroxy group with a dihydrofuran compound after polymerization with a precursor monomer.
- a repeating unit represented by the following formula (2) is also preferably mentioned.
- A represents a group eliminated by the action of a hydrogen atom or an acid.
- Examples of the group desorbed by the action of the acid include an alkyl group (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, further preferably 1 to 3 carbon atoms) and an alkoxyalkyl group (preferably 2 to 12 carbon atoms).
- A may further have a substituent, and examples of the substituent T include the above-mentioned substituent T.
- R 10 represents a substituent, and an example of the substituent T can be given.
- R 9 represents a group synonymous with R 8 in the formula (1).
- nx represents an integer of 0 to 3.
- repeating unit (2) Specific examples of the repeating unit (2) are shown below, but the present invention is not construed as being limited thereto.
- the content of the repeating unit (preferably, repeating unit (1) or repeating unit (2)) having a structure in which the acid group is protected by an acid-degradable group contained in the specific resin is preferably 5 to 80 mol%. 10 to 70 mol% is more preferable, and 10 to 60 mol% is further preferable.
- the acrylic polymer may contain only one type of repeating unit (1) or repeating unit (2), or may contain two or more types. When two or more types are used, the total amount is preferably in the above range.
- the specific resin may contain a repeating unit containing a crosslinkable group.
- the specific resin preferably contains a repeating unit (repeating unit (3)) containing a crosslinkable group, but preferably has a structure that does not substantially contain the repeating unit (3) containing a crosslinkable group.
- substantially not contained means, for example, 3 mol% or less of all the repeating units of the specific resin, preferably 1 mol% or less.
- the specific resin may contain other repeating units (repeating units (4)).
- repeating units (4) examples include the compounds described in paragraphs 0021 to 0024 of JP2004-246623A.
- a preferred example of the repeating unit (4) is a repeating derived from at least one selected from the group consisting of a hydroxy group-containing unsaturated carboxylic acid ester, an alicyclic structure-containing unsaturated carboxylic acid ester, styrene, and an N-substituted maleimide. The unit is mentioned.
- BzMA / THFMA / t-BuMA (molar ratio: 20-60: 35-65: 5-30)
- BzMA / THFAA / t-BuMA (molar ratio: 20-60: 35-65: 5-30)
- 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 is benzyl methacrylate
- THFMA is tetrahydrofuran-2-yl methacrylate
- t-BuMA is t-butyl methacrylate
- THFAA is tetrahydrofuran-2-yl acrylate
- THPMA is tetrahydro-2H.
- PEES is p-ethoxyethoxystyrene.
- the other photoacid generator is preferably a compound containing an oxime sulfonate group (hereinafter, also simply referred to as "oxime sulfonate compound").
- the oxime sulfonate compound is not particularly limited as long as it has an oxime sulfonate group, but the following formula (OS-1), the formula (OS-103) described later, the formula (OS-104), or the formula (OS-) It is preferably an oxime sulfonate compound represented by 105).
- OS-1 X 3 is an alkyl group, an alkoxyl group, or a halogen atom. If X 3 there are a plurality, each be the same or may be different.
- Alkyl group and an alkoxyl group represented by X 3 may have a substituent.
- the halogen atom in the X 3, a chlorine atom or a fluorine atom is preferable.
- m3 represents an integer of 0 to 3, and 0 or 1 is preferable. When m3 is 2 or 3, a plurality of X 3 may be the same or different.
- Xs represents O or S, and is preferably O.
- the ring containing Xs as a ring member is a 5-membered ring or a 6-membered ring.
- R t8 is 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, and a phenyl group.
- it 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. It is more preferably present, and particularly preferably a methyl group.
- R t9 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a methoxy group, and is preferably a hydrogen atom.
- R t2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and is preferably a hydrogen atom.
- the three-dimensional structure (E, Z) of the oxime may be either one or a mixture.
- Specific examples of the oxime sulfonate compounds represented by the above formulas (OS-103) to (OS-105) include paragraphs 008 to 0995 of JP2011-209692A and paragraphs of JP2015-194674A.
- the compounds of Nos. 0168 to 0194 are exemplified and their contents are incorporated herein.
- R u9 is a cyano group or an aryl group
- Ru2a represents an alkyl or aryl group
- Xu is -O-, -S-, -NH- , -NR u5- , -CH 2- , -CR u6 H- or CR u6 R u7. Represents ⁇ , and R u5 to R u7 independently represent an alkyl group or an aryl group.
- Examples of commercially available products include WPAG-336 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), WPAG-443 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), MBZ-101 (manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.), and the like. Can be done.
- the quantum yield exceeds 1, and becomes a large value such as a power of 10, and it is presumed that high sensitivity is obtained as a result of so-called chemical amplification.
- the oxime sulfonate compound has a broad ⁇ -conjugated system, it has absorption even on the long wavelength side, and not only far ultraviolet rays (DUV), ArF rays, KrF rays, and i rays, but also It also shows very high sensitivity in the g-line.
- the acid-decomposable group By using a tetrahydrofuranyl group as the acid-decomposable group in the photosensitive layer, it is possible to obtain acid-decomposability equal to or higher than that of acetal or ketal. As a result, the acid-degradable group can be reliably consumed by post-baking in a shorter time. Further, by using the oxime sulfonate compound which is another photoacid generator in combination, the sulfonic acid generation rate is increased, so that the acid production is promoted and the decomposition of the acid-degradable group of the resin is promoted.
- heterocyclic amine examples include pyridine, 2-methylpyridine, 4-methylpyridine, 2-ethylpyridine, 4-ethylpyridine, 2-phenylpyridine, 4-phenylpyridine, N-methyl-4-phenylpyridine, and the like.
- the thickness (film thickness) of the photosensitive layer in the present invention is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, further preferably 0.75 ⁇ m or more, and particularly preferably 0.8 ⁇ m or more from the viewpoint of improving the resolving power. ..
- the upper limit of the thickness of the photosensitive layer is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 5.0 ⁇ m or less, still more preferably 2.0 ⁇ m or less.
- the total thickness of the photosensitive layer and the protective layer is preferably 0.2 ⁇ m or more, more preferably 1.0 ⁇ m or more, and further preferably 2.0 ⁇ m or more.
- the upper limit is preferably 20.0 ⁇ m or less, more preferably 10.0 ⁇ m or less, and further preferably 5.0 ⁇ m or less.
- Examples thereof include methylcyclohexanone, phenylacetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetyl acetone, acetonyl acetone, ionone, diacetonyl alcohol, acetyl carbinol, acetophenone, methyl naphthyl ketone, isophorone, and propylene carbonate.
- ester solvent examples 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, and diethylene glycol monoethyl.
- the amide solvent 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.
- the organic solvent may be used alone or in combination of two or more. Further, it may be used by mixing with an organic solvent other than the above.
- the content of water with respect to the total mass of the developing solution is preferably less than 10% by mass, and more preferably substantially no water.
- substantially free of water as used herein means that, for example, the content of water with respect to the total mass of the developing solution is 3% by mass or less, more preferably not more than the measurement limit.
- the amount of the organic solvent used with respect to 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 developing solution.
- the organic developer preferably contains at least one organic solvent selected from the group consisting of a ketone solvent, an ester solvent and an amide solvent.
- the organic developer may contain an appropriate amount of a basic compound, if necessary. Examples of the basic compound include those described in the above section of the basic compound.
- the vapor pressure of the organic developer is preferably 5 kPa or less, more preferably 3 kPa or less, and even more preferably 2 kPa or less at 23 ° C.
- solvents having a vapor pressure of 5 kPa or less include 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanonone, 2-nonanonone, 2-heptanone (methylamylketone), 4-heptanone, 2-hexanone, and diisobutyl.
- Ketone solvents such as ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, phenylacetone, methylisobutylketone, 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 Ester solvents such as monoethyl ether acetate, ethyl-3-ethoxypropionate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, butyl formate, propyl formate, ethyl lactate, butyl lactate, propyl lactate, etc.
- Amyl solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, and aliphatic solvent such as octane and decane.
- Specific examples of the solvent having a vapor pressure of 2 kPa or less, which is a particularly preferable range, include 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanonone, 2-nonanonone, 4-heptanone, 2-hexanone, diisobutylketone, cyclohexanone, and the like.
- Ketone solvents such as methylcyclohexanone and 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, Ester solvents such as 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate, propyl lactate, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethyl Examples thereof include amide-based solvents such as formamide, aromatic hydrocarbon-based solvents such as xylene, and aliphatic hydrocarbon-based solvents such as octane and decane.
- amide-based solvents such as formamide, aromatic hydrocarbon
- the developer may contain a surfactant.
- the surfactant is not particularly limited, but for example, the surfactant described in the above section of the protective layer is preferably used.
- the amount thereof is usually 0.001 to 5% by mass, preferably 0.005 to 2% by mass, and more preferably 0, based on the total amount of the developer. It is 0.01 to 0.5% by mass.
- composition for forming a photosensitive layer of the present invention is a composition containing a specific photoacid generator and used for forming a photosensitive layer contained in the laminate of the present invention.
- the photosensitive layer can be formed, for example, by applying a composition for forming a photosensitive layer on a protective layer and drying it.
- the application method for example, the description of the application method of the composition for forming a protective layer in the protective layer described later can be taken into consideration.
- the composition for forming a photosensitive layer includes the above-mentioned components contained in the photosensitive layer (for example, a specific photoacid generator, a specific resin, a photoacid generator, a basic compound, a surfactant, and other components). It preferably contains a solvent.
- the components contained in these photosensitive layers are preferably dissolved or dispersed in a solvent, and more preferably dissolved.
- the content of the components contained in the composition for forming a photosensitive layer the content of each component with respect to the total mass of the photosensitive layer may be read as the content with respect to the solid content of the composition for forming a photosensitive layer. preferable.
- 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 ethers Examples thereof include acetates, esters, ketones, amides, and lactones.
- 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, and ethylene glycol dipropyl ether
- Ethethylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, and ethylene glycol monobutyl ether acetate
- Propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, and propylene glycol monobutyl ether
- the composition for forming a photosensitive layer contains an organic solvent
- the content of the organic solvent is preferably 1 to 3,000 parts by mass and 5 to 2,000 parts by mass per 100 parts by mass of the specific resin. More preferably, it is more preferably 10 to 1,500 parts by mass.
- These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more. When two or more types are used, the total amount is preferably in the above range.
- the laminate forming kit of the present invention includes the following A and B.
- A A composition used for forming the protective layer contained in the laminate of the present invention
- B The laminate of the present invention contains an onium salt-type photoacid generator having an anion having a group containing at least one ring structure selected from the group consisting of a condensed ring structure, a crosslinked ring structure and a spiro ring structure.
- the laminate forming kit of the present invention may further include the above-mentioned composition for forming an organic semiconductor layer or a composition for forming a resin layer.
- the method for patterning the organic layer of the present embodiment includes a step of forming a protective layer on the organic layer. Usually, this step is performed after forming an organic layer on the base material.
- the protective layer is formed on the surface of the organic layer opposite to the surface on the substrate side.
- the protective layer is preferably formed so as to be in direct contact with the organic layer, but other layers may be provided between the protective layers as long as the gist of the present invention is not deviated. Examples of the other layer include a fluorine-based undercoat layer and the like. Further, only one protective layer may be provided, or two or more protective layers may be provided.
- the protective layer is preferably formed using a composition for forming a protective layer. For details of the forming method, refer to the above-mentioned method of applying the protective layer forming composition in the laminate of the present invention.
- 0.5 ns or more is more preferable, and 1 ns or more is more preferable.
- 1,000 ns or less is more preferable, and 50 ns or less is further preferable.
- the discharge pressure of the developer (mL / sec / mm 2 ) is a value at the outlet of the developing nozzle in the developing apparatus.
- the etching process may be a dry etching process or a wet etching process, and the etching may be divided into a plurality of times to perform the dry etching process and the wet etching process.
- the removal of the protective layer may be by dry etching or wet etching.
- the method for removing the protective layer and the organic layer include a method A for removing the protective layer and the organic layer by a single dry etching treatment, and at least a part of the protective layer is removed by a wet etching treatment.
- a method such as method B for removing the organic layer (and, if necessary, the rest of the protective layer) by dry etching can be mentioned.
- the etching conditions in dry etching are preferably performed while calculating the etching time by the following method.
- A The etching rate (nm / min) in the first-stage etching and the etching rate (nm / min) in the second-stage etching are calculated respectively.
- B 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 calculated, respectively.
- C The first-stage etching is performed according to the etching time calculated in (B) above.
- D The second stage etching is performed according to the etching time calculated in (B) above.
- Another embodiment is to dissolve and remove the residue of the protective layer remaining on the organic layer after mechanically peeling off the protective layer.
- the injection nozzle is movable, the resist pattern is removed more effectively by moving from the center of the base material to the end of the base material twice or more to inject the release liquid during the process of removing the protective layer. be able to. It is also preferable to perform a step such as drying after removing the protective layer.
- the drying temperature is preferably 80 to 120 ° C.
- HLC-8220 (manufactured by Tosoh Corporation) was used as an apparatus, and TSKgel Super AWM-H (manufactured by Tosoh Corporation, 6.0 mm ID ⁇ 15.0 cm) was used as a column.
Landscapes
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Abstract
Description
例えば有機半導体を用いたデバイスは、従来のシリコンなどの無機半導体を用いたデバイスと比べて簡便なプロセスにより製造される、分子構造を変化させることで容易に材料特性を変化させられる、等の特性を有している。また、材料のバリエーションが豊富であり、無機半導体では成し得なかったような機能や素子を実現することが可能になると考えられている。有機半導体は、例えば、有機太陽電池、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、有機光ディテクタ、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、情報記録素子等の電子機器に適用される可能性がある。
このような有機半導体等の有機層のパターニングを、有機層と、感光層(例えば、レジスト層)等の層と、を含む積層体を用いて行うことが知られている。
また、特許文献2には、有機半導体膜と、上記有機半導体膜上の保護膜と、上記保護膜上のレジスト膜を有し、上記レジスト膜が、発生酸のpKaが-1以下の有機酸を発生する光酸発生剤(A)と、上記光酸発生剤から生じる酸に反応して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(B)を含む感光性樹脂組成物からなる積層体が記載されている。
ここで、このような保護層と感光層とを有する積層体において、現像により感光層のパターンを形成した場合、上記パターンにアンダーカットが発生するなど、得られるパターンの形状が悪化する場合があった。
<1> 基材、有機層、保護層及び感光層をこの順に含み、
上記感光層が縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、
上記感光層は現像液を用いた現像に供せられ、
上記保護層は剥離液を用いた除去に供せられる、
積層体。
<2> 上記環構造として、ヘテロ環構造を含む環構造を含む、<1>に記載の積層体。
<3> 上記環構造として、アダマンタン環構造、カンファー環構造及びナフタレン環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種を含む、<1>又は<2>に記載の積層体。
<4> 上記保護層が水溶性樹脂を含む、<1>~<3>のいずれか1つに記載の積層体。
<5> 上記水溶性樹脂が下記式(P1-1)~式(P4-1)のいずれかで表される繰返し単位を含む樹脂である、<4>に記載の積層体;
<6> 上記現像がネガ型である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の積層体。
<7> 上記現像液の全質量に対する有機溶剤の含有量が、90~100質量%である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の積層体。
<8> 上記感光層が、側鎖に環状エーテルエステル構造を有する繰返し単位を含む樹脂を含む、<1>~<7>のいずれか一つに記載の積層体。
<9> 上記環状エーテルエステル構造を有する繰返し単位が、下記式(1)で表される繰返し単位である、<1>~<8>のいずれか1つに記載の積層体。
<10> <1>~<9>のいずれか1つに記載の積層体に含まれる上記保護層の形成に用いられる組成物。
<11> 縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、<1>~<9>のいずれか1つに記載の積層体に含まれる上記感光層の形成に用いられる組成物。
<12> 下記A及びBを含む、積層体形成用キット;
A:<1>~<9>のいずれか1つに記載の積層体に含まれる上記保護層の形成に用いられる組成物;
B:縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオンを有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、<1>~<9>のいずれか1つに記載の積層体に含まれる上記感光層の形成に用いられる組成物。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。また、露光に用いられる光としては、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線又は放射線が挙げられる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートの双方、又は、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルの双方、又は、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルの双方、又は、いずれかを表す。
本明細書において、構造式中のMeはメチル基を表し、Etはエチル基を表し、Buはブチル基を表し、Phはフェニル基を表す。
本明細書において、特段の記載がない限り、ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)法により測定したポリエチレンオキサイド(PEO)換算値である。
本明細書において、特段の記載がない限り、(メタ)アクリル樹脂等の非水溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、GPC法により測定したポリスチレン換算値である。
本明細書において、全固形分とは、組成物の全成分から溶剤を除いた成分の総質量をいう。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、「上」「下」と記載したときには、その構造の上側又は下側であればよい。すなわち、他の構造を介在していてもよく、接している必要はない。なお、特に断らない限り、有機層からみた感光層側の方向を「上」、有機層からみた基材側の方向を「下」と称する。
本明細書において、特段の記載がない限り、組成物は、組成物に含まれる各成分として、その成分に該当する2種以上の化合物を含んでもよい。また、特段の記載がない限り、組成物における各成分の含有量とは、その成分に該当する全ての化合物の合計含有量を意味する。
本明細書において、特段の記載がない限り、構造式中の波線部又は*(アスタリスク)は他の構造との結合部位を表す。
本発明における気圧は、特に述べない限り、101,325Pa(1気圧)とする。本発明における温度は、特に述べない限り、23℃とする。
本明細書において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本発明の積層体は、
基材、有機層、保護層及び感光層をこの順に含み、
上記感光層が縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤(以下、「特定光酸発生剤」ともいう。)を含み、
上記感光層は現像液を用いた現像に供せられ、
上記保護層は剥離液を用いた除去に供せられる。
そこで本発明者らは、鋭意検討した結果、感光層に含まれる光酸発生剤として特定光酸発生剤を用いた場合に、現像後の感光層のパターン形状が優れることを見出し、本発明を完成するに至った。上記効果が得られるメカニズムは定かではないが、特定光酸発生剤は疎水性のため感光層と相溶し易く、パターン形状が優れるものと推測される。
また、上述のように、現像後の感光層のパターンのパターン形状に優れるため、その後のエッチング等により得られる有機層のパターンの寸法安定性等にも優れやすいと考えられる。
図1は、本発明の好ましい実施形態に係る積層体の加工過程を模式的に示す概略断面図である。本発明の一実施形態においては、図1(a)に示した例のように、基材4の上に有機層3(例えば、有機半導体層)が配設されている。更に、有機層3を保護する保護層2が接する形でその表面に配設されている。有機層3と保護層2の間には他の層が設けられていてもよいが、本発明の効果がより得られやすい観点からは、有機層3と保護層2とが直接接している態様が、好ましい態様の一例として挙げられる。また、この保護層の上に感光層1が配置されている。感光層1と保護層2とは直接接していてもよいし、感光層1と保護層2との間に他の層が設けられていてもよい。
図1(b)には、感光層1の一部を露光現像した状態の一例が示されている。例えば、所定のマスク等を用いる等の方法により感光層1を部分的に露光し、露光後に有機溶剤等の現像液を用いて現像することにより、除去部5における感光層1が除去され、露光現像後の感光層1aが形成される。このとき、保護層2は現像液により除去されにくいため残存し、有機層3は残存した上記保護層2によって現像液によるダメージから保護される。
図1(c)には、保護層2と有機層3の一部を除去した状態の一例が示されている。例えば、ドライエッチング処理等により、現像後の感光層(レジスト)1aのない除去部5における保護層2と有機層3とを除去することにより、保護層2及び有機層3に除去部5aが形成される。このようにして、除去部5aにおいて有機層3を取り除くことができる。すなわち、有機層3のパターニングを行うことができる。
図1(d)には、上記パターニング後に、感光層1a及び保護層2を除去した状態の一例が示されている。例えば、上記図1(c)に示した状態の積層体における感光層1a及び保護層2を水を含む剥離液で洗浄する等により、加工後の有機層3a上の感光層1a及び保護層2が除去される。
以上のとおり、本発明の好ましい実施形態によれば、有機層3に所望のパターンを形成し、かつレジストとなる感光層1と保護膜となる保護層2を除去することができる。これらの工程の詳細は後述する。
本発明の積層体は基材を含む。
基材としては、例えば、シリコン、石英、セラミック、ガラス、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムなどの種々の材料により形成された基材が挙げられ、用途に応じていかなる基材を選択してもよい。例えば、フレキシブルな素子に用いる場合にはフレキシブルな材料により形成された基材を用いることができる。また、基材は複数の材料により形成された複合基材や、複数の材料が積層された積層基材であってもよい。
また、基材の形状も特に限定されず、用途に応じて選択すればよく、例えば、板状の基材(以下「基板」ともいう。)が挙げられる。基板の厚さ等についても、特に限定されない。
本発明における積層体は、有機層を含む。
有機層としては、有機半導体層、樹脂層等が挙げられる。
本発明に係る積層体において、有機層は基材よりも上に含まれていればよく、基材と有機層とが接していてもよいし、有機層と基材との間に別の層が更に含まれていてもよい。
有機半導体層は、半導体の特性を示す有機材料(「有機半導体化合物」ともいう。)を含む層である。
有機半導体化合物には、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型有機半導体化合物と、電子をキャリアとして伝導するn型有機半導体化合物がある。
有機半導体層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以上であることが更に好ましい。移動度μ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。
電子欠乏性フタロシアニン化合物とは、電子求引基が4つ以上結合した各種中心金属のフタロシアニン(F16MPc、FPc-S8など、ここで、Mは中心金属を、Pcはフタロシアニンを、S8は(n-octylsulfonyl基)を表す)、ナフタロシアニン、アントラシアニン、置換又は無置換のテトラピラジノポルフィラジンなどである。ナフタレンテトラカルボニル化合物としてはいかなるものでもよいが、好ましくはナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ナフタレンビスイミド化合物(NTCDI)、ペリノン顔料(Pigment Orange 43、Pigment Red 194など)である。
ペリレンテトラカルボニル化合物としてはいかなるものでもよいが、好ましくはペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、ペリレンビスイミド化合物(PTCDI)、ベンゾイミダゾール縮環体(PV)である。
TCNQ化合物とは、置換又は無置換のTCNQ及び、TCNQのベンゼン環部分を別の芳香環やヘテロ環に置き換えたものであり、例えば、TCNQ、TCNAQ(テトラシアノキノジメタン)、TCN3T(2,2’-((2E,2’’E)-3’,4’-Alkyl substituted-5H,5’’H- [2,2’:5’,2’’-terthiophene]-5,5’’-diylidene)dimalononitrile derivatives)などである。更にグラフェンも挙げられる。
ヘキサアザトリフェニレン化合物とは、1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン骨格を有する化合物であり、2,3,6,7,10,11-ヘキサシアノ-1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン(HAT-CN)が好ましく挙げられる。
ポリチオフェン系化合物とは、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)等のポリチオフェン構造を有する化合物であり、PEDOT:PSS(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)及びポリスチレンスルホン酸(PSS)からなる複合物)等が挙げられる。
ベンジジン系化合物とは、分子内にベンジジン構造を有する化合物であり、N,N’-ビス(3-メチルフェニル)-N,N’-ジフェニルベンジジン(TPD)、N,N’-ジ-[(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニル]-1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジアミン(NPD)等が挙げられる。
カルバゾール系化合物とは、分子内にカルバゾール環構造を有する化合物であり、4,4’-ビス(N-カルバゾリル)-1,1’-ビフェニル(CBP)等が挙げられる。
フェナントロリン系化合物とは、分子内にフェナントロリン環構造を有する化合物であり、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(BCP)等が挙げられる。
ピリジンフェニル配位子イリジウム系化合物とは、フェニルピリジン構造を配位子とするイリジウム錯体構造を有する化合物であり、ビス(3,5-ジフルオロ-2-(2-ピリジルフェニル-(2-カルボキシピリジル)イリジウム(III)(FIrpic)、トリス(2-フェニルピリジナト)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)等が挙げられる。
キノリノール配位子アルムニウム系化合物とは、キノリノール構造を配位子とするアルミニウム錯体構造を有する化合物であり、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム等が挙げられる。
n型有機半導体化合物の特に好ましい例を以下に構造式で示す。
有機半導体層の全質量に対する有機半導体化合物の含有量は、1~100質量%であることが好ましく、10~100質量%であることがより好ましい。
有機半導体層は、バインダー樹脂を更に含んでもよい。
バインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン等の絶縁性ポリマー、及びこれらの共重合体、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン等の光伝導性ポリマー、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン等の導電性ポリマーなどを挙げることができる。
有機半導体層は、バインダー樹脂を、1種のみ含有してもよく、2種以上を含有してもよい。有機半導体層の機械的強度を考慮すると、ガラス転移温度の高いバインダー樹脂が好ましく、電荷移動度を考慮すると、極性基を有しない構造の光伝導性ポリマー又は導電性ポリマーよりなるバインダー樹脂が好ましい。
有機半導体層がバインダー樹脂を含む場合、バインダー樹脂の含有量は、有機半導体層の全質量に対し、0.1~30質量%であることが好ましい。
有機半導体層の膜厚は、特に制限されず、最終的に製造されるデバイスの種類などにより異なるが、好ましくは5nm~50μm、より好ましくは10nm~5μm、更に好ましくは20nm~500nmである。
有機半導体層は、例えば、溶剤と、有機半導体化合物と、を含有する有機半導体層形成用組成物を用いて形成される。
形成方法の一例としては、有機半導体層形成用組成物を、基材上に層状に適用し、乾燥して製膜する方法が挙げられる。適用方法としては、例えば、後述する保護層における保護層形成用組成物の適用方法についての記載を参酌できる。
有機半導体層形成用組成物の全質量に対する有機半導体化合物の含有量は、0.1~80質量%であることが好ましく、0.1~30質量%であることがより好ましい。上記有機半導体の含有量は、形成したい有機半導体層の厚さ等に応じて、適宜設定すればよい。
バインダー樹脂は、有機半導体層形成用組成物に含まれる溶剤に溶解していてもよいし、分散していてもよい。
また、有機半導体層形成用組成物がバインダー樹脂を含む場合、バインダー樹脂の含有量は、有機半導体層形成用組成物の全固形分に対し、0.1~30質量%であることが好ましい。
例えば、光電変換層を作製する場合等に、他の半導体材料を更に含む有機半導体層形成用組成物を用いること等ができる。
また、製膜の際、基材を加熱又は冷却してもよく、基材の温度を変化させることで有機半導体層の膜質や膜中での分子のパッキングを制御することが可能である。基材の温度としては特に制限はないが、好ましくは-200℃~400℃、より好ましくは-100℃~300℃、更に好ましくは0℃~200℃である。
形成された有機半導体層は、後処理により特性を調整することができる。例えば、形成された有機半導体層に対し、加熱処理、蒸気化した溶剤への暴露処理等を行うことにより、膜のモルホロジーや膜中での分子のパッキングを変化させ、所望の特性を得ることなども考えられる。また、形成された有機半導体層を、酸化性又は還元性のガス又は溶剤等の物質に曝す、あるいはこれらを混合することで酸化あるいは還元反応を起こすことにより、膜中でのキャリア密度を調整することができる。
樹脂層は、上記有機半導体層以外の有機層であって、樹脂を含む層である。
樹脂層に含まれる樹脂としては、特に限定されないが、(メタ)アクリル樹脂、エン・チオール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリアリーレンエーテルホスフィンオキシド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、などが挙げられる。
これらの中でも、本発明の効果が得られやすい観点からは、(メタ)アクリル樹脂が好ましく挙げられる。
また、樹脂層に含まれる樹脂は、非水溶性の樹脂であることが好ましく、25℃における100gの水に対する溶解量が0.1g以下である樹脂がより好ましく、上記溶解量が0.01g以下である樹脂が更に好ましい。
樹脂層の用途としては、カラーフィルター等の着色層、屈折率調整層等の高屈折率層又は低屈折率層、配線の絶縁層等が挙げられる。
樹脂層の膜厚は、特に制限されず、最終的に製造されるデバイスの種類又は有機層自体の種類などにより異なるが、好ましくは5nm~50μm、より好ましくは10nm~5μm、更に好ましくは20nm~500nmである。
樹脂層は、例えば、樹脂と溶剤とを含む樹脂層形成用組成物を用いて形成される。形成方法の一例としては、樹脂層形成用組成物を、基材上に層状に適用し、乾燥して製膜する方法が挙げられる。適用方法としては、例えば、後述する保護層における保護層形成用組成物の適用方法についての記載を参酌できる。
また樹脂層は、樹脂の原料を含む樹脂層形成用組成物を用いて形成されてもよい。例えば、樹脂の原料として、樹脂の前駆体である樹脂を含む樹脂層形成用組成物、又は、樹脂におけるモノマー単位を構成する重合性化合物(重合性基を有する化合物)、及び、必要に応じて重合開始剤等を含む樹脂層形成用組成物を、基材上に層状に適用し、乾燥及び硬化の少なくとも一方を行い製膜する方法が挙げられる。適用方法としては、例えば、後述する保護層における保護層形成用組成物の適用方法についての記載を参酌できる。硬化方法としては、樹脂の前駆体の種類、重合開始剤の種類等に応じて、加熱、露光等の公知の方法を用いればよい。
保護層は、現像液に対する溶解量が23℃において10nm/s以下の層であることが好ましく、1nm/s以下の層であることがより好ましい。上記溶解量の下限は特に限定されず、0nm/s以上であればよい。
水溶性樹脂とは、23℃における水100gに対して1g以上溶解する樹脂をいい、5g以上溶解する樹脂が好ましく、10g以上溶解する樹脂がより好ましく、30g以上であることが更に好ましい。上限はないが、100gであることが実際的である。
本発明における保護層は、これらの樹脂の中でも、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、水溶性多糖類、プルラン及びプルラン誘導体よりなる群から選ばれた少なくとも1種を含むことが好ましい。
式(P1-1)中、RP1は水素原子が好ましい。
式(P1-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P1-1)で表される繰返し単位とは異なる繰返し単位を更に含んでもよい。
式(P1-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P1-1)で表される繰返し単位を、樹脂の全質量に対して65質量%~90質量%含むことが好ましく、70質量%~88質量%含むことがより好ましい。
式(P1-1)で表される繰返し単位を含む樹脂としては、下記式(P1-2)で表される2つの繰返し単位を含む樹脂が挙げられる。
式(P1-2)中、RP11は式(P1-1)におけるRP1と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(P1-2)中、RP12としては-LP-TPで表される基が挙げられる。LPは単結合又は下記の連結基Lである。TPは置換基であり、下記の置換基Tの例が挙げられる。なかでも、RP12としてはアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アルキニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、又はアリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)等の炭化水素基が好ましい。これらのアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アリールアルキル基は本発明の効果を奏する範囲で更に置換基Tで規定される基を有していてもよい。
式(P1-2)中、np1及びnp2は質量基準での分子中の構成比率を表し、それぞれ独立に、10質量%以上100質量%未満である。ただしnp1+np2が100質量%を超えることはない。np1+np2が100質量%未満の場合、その他の繰返し単位を含むコポリマーであることを意味する。
式(P2-1)中、RP2は水素原子が好ましい。
式(P2-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P2-1)で表される繰返し単位とは異なる繰返し単位を更に含んでもよい。
式(P2-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P2-1)で表される繰返し単位を、樹脂の全質量に対して50質量%~98質量%含むことが好ましく、70質量%~98質量%含むことがより好ましい。
式(P2-1)で表される繰返し単位を含む樹脂としては、下記式(P2-2)で表される2つの繰返し単位を含む樹脂が挙げられる。
式(P2-2)中、RP21は式(P2-1)におけるRP2と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(P2-2)中、RP22としては-LP-TPで表される基が挙げられる。LPは単結合又は下記の連結基Lである。TPは置換基であり、下記の置換基Tの例が挙げられる。なかでも、RP22としてはアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アルキニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、又はアリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)等の炭化水素基が好ましい。これらのアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アリールアルキル基は本発明の効果を奏する範囲で更に置換基Tで規定される基を有していてもよい。
式(P2-2)中、mp1及びmp2は質量基準での分子中の構成比率を表し、それぞれ独立に、10質量%以上100質量%未満である。ただしmp1+mp2が100質量%を超えることはない。mp1+mp2が100質量%未満の場合、その他の繰返し単位を含むコポリマーであることを意味する。
式(P3-1)中、RP3は水素原子が好ましい。
式(P3-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P3-1)で表される繰返し単位とは異なる繰返し単位を更に含んでもよい。
式(P3-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P3-1)で表される繰返し単位を、樹脂の全質量に対して10質量%~90質量%含むことが好ましく、30質量%~80質量%含むことがより好ましい。
また、式(P3-1)に記載されたヒドロキシ基は適宜置換基T又はそれと連結基Lを組み合わせた基で置換されていてもよい。置換基Tは複数あるとき互いに結合して、あるいは連結基Lを介して又は介さずに式中の環と結合して環を形成していてもよい。
式(P4-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P4-1)で表される繰返し単位とは異なる繰返し単位を更に含んでもよい。
式(P4-1)で表される繰返し単位を含む樹脂は、式(P4-1)で表される繰返し単位を、樹脂の全質量に対して8質量%~95質量%含むことが好ましく、20質量%~88質量%含むことがより好ましい。
また、式(P4-1)に記載されたヒドロキシ基は適宜置換基T又はそれと連結基Lを組み合わせた基で置換されていてもよい。置換基Tは複数あるとき互いに結合して、あるいは連結基Lを介して又は介さずに式中の環と結合して環を形成していてもよい。
また、水溶性樹脂としては市販品を用いてもよく、市販品としては、第一工業製薬(株)製 ピッツコールシリーズ(K-30、K-50、K-90、V-7154など)、BASF社製LUVITECシリーズ(VA64P、VA6535Pなど)、日本酢ビ・ポバール(株)製PXP-05、JL-05E、JP-03、JP-04、AMPS、アルドリッチ社製Nanoclay等が挙げられる。
これらの中でも、ピッツコールK-90、PXP-05又はピッツコールV-7154を用いることが好ましく、ピッツコールV-7154を用いることがより好ましい。
また、本発明で用いる水溶性樹脂の分子量分散度(重量平均分子量/数平均分子量、単に「分散度」ともいう。)は、1.0~5.0が好ましく、2.0~4.0がより好ましい。
保護層は、水溶性樹脂を1種のみ含んでいてもよく、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
残渣の発生を抑制するという観点から、保護層は、アセチレン基を含む界面活性剤を含むことが好ましい。
アセチレン基を含む界面活性剤における、分子内のアセチレン基の数は、特に制限されないが、1~10個が好ましく、1~5個がより好ましく、1~3個が更に好ましく、1~2個が一層好ましい。
アセチレン基を含む界面活性剤は下記式(9)で表される化合物であることが好ましい。
R91及びR92は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよく、置換基としては上述の置換基Tが挙げられる。
R93~R96は炭化水素基であるが、なかでもアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アルキニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)であることが好ましい。アルキル基、アルケニル基、アルキニル基は直鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよい。R93~R96は本発明の効果を奏する範囲で置換基Tを有していてもよい。また、R93~R96は互いに結合して、又は上述の連結基Lを介して環を形成していてもよい。置換基Tは、複数あるときは互いに結合して、あるいは下記連結基Lを介して又は介さずに式中の炭化水素基と結合して環を形成していてもよい。
R93及びR94はアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)であることが好ましい。なかでもメチル基が好ましい。
R95及びR96はアルキル基(炭素数1~12が好ましく、2~6がより好ましく、3~6が更に好ましい)であることが好ましい。なかでも、-(Cn11R98 m11)-R97が好ましい。R95、R96はとくにイソブチル基であることが好ましい。
n11は1~6の整数であり、1~3の整数が好ましい。m11はn11の2倍の数である。
R97及びR98は、それぞれ独立に、水素原子又はアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)であることが好ましい。
n9は1~6の整数であり、1~3の整数が好ましい。m9はn9の2倍の整数である。
n10は1~6の整数であり、1~3の整数が好ましい。m10はn10の2倍の整数である。
l9及びl10は、それぞれ独立に、0~12の数である。ただし、l9+l10は0~12の数であることが好ましく、0~8の数であることがより好ましく、0~6の数が更に好ましく、0を超え6未満の数が一層好ましく、0を超え3以下の数がより一層好ましい。なお、l9、l10については、式(91)の化合物がその数において異なる化合物の混合物となる場合があり、そのときはl9及びl10の数、あるいはl9+l10が、小数点以下が含まれた数であってもよい。
式(91)で表される化合物は、下記式(92)で表される化合物であることが好ましい。
R93、R94、R97~R100はなかでもアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アルキニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)であることが好ましい。アルキル基、アルケニル基、アルキニル基は鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよい。R93、R94、R97~R100は本発明の効果を奏する範囲で置換基Tを有していてもよい。また、R93、R94、R97~R100は互いに結合して、又は連結基Lを介して環を形成していてもよい。置換基Tは、複数あるときは互いに結合して、あるいは連結基Lを介して又は介さずに式中の炭化水素基と結合して環を形成していてもよい。
R93、R94、R97~R100は、それぞれ独立に、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)であることが好ましい。なかでもメチル基が好ましい。
l11+l12は0~12の数であることが好ましく、0~8の数であることがより好ましく、0~6の数が更に好ましく、0を超え6未満の数が一層好ましく、0を超え5以下の数がより一層好ましく、0を超え4以下の数が更に一層好ましく、0を超え3以下の数であってもよく、0を超え1以下の数であってもよい。なお、l11、l12は、式(92)の化合物がその数において異なる化合物の混合物となる場合があり、そのときはl11及びl12の数、あるいはl11+l12が、小数点以下が含まれた数であってもよい。
保護層は、後述する保護層形成用組成物の塗布性を向上させる等の目的のため、上記アセチレン基を含む界面活性剤以外の、他の界面活性剤を含んでいてもよい。
他の界面活性剤としては、表面張力を低下させるものであれば、ノニオン系、アニオン系、両性フッ素系など、どのようなものでもかまわない。
他の界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレンステアレート等のポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンジステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ソルビタントリオレエート等のソルビタンアルキルエステル類、グリセロールモノステアレート、グリセロールモノオレエート等のモノグリセリドアルキルエステル類等、フッ素あるいはケイ素を含むオリゴマー等のノニオン系界面活性剤;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩類、ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ペンチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ヘキシルナフタレンスルホン酸ナトリウム、オクチルナフタレンスルホン酸ナトリウム等のアルキルナフタレンスルホン酸塩類、ラウリル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸塩類、ドデシルスルホン酸ナトリウム等のアルキルスルホン酸塩類、ジラウリルスルホコハク酸ナトリウム等のスルホコハク酸エステル塩類等の、アニオン系界面活性剤;ラウリルベタイン、ステアリルベタイン等のアルキルベタイン類、アミノ酸類等の、両性界面活性剤が使用可能である。
また、本発明では他の界面活性剤を実質的に含まない構成とすることもできる。実質的に含まないとは、他の界面活性剤の含有量が、アセチレン基を含む界面活性剤の含有量の5質量%以下であることをいい、3質量%以下が好ましく、1質量%以下が更に好ましい。
保護層において、界面活性剤の含有量は、保護層の全質量に対し、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.07質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上である。また、上限値は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。界面活性剤は、1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となることが好ましい。
保護層が防腐剤又は防カビ剤を含有することも好ましい態様である。
防腐剤、防カビ剤(以下、防腐剤等)としては、抗菌又は防カビ作用を含む添加剤であって、水溶性又は水分散性である有機化合物から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。防腐剤等抗菌又は防カビ作用を含む添加剤としては有機系の抗菌剤又は防カビ剤、無機系の抗菌剤又は防カビ剤、天然系の抗菌剤又は防カビ剤等を挙げることができる。例えば抗菌又は防カビ剤は(株)東レリサーチセンター発刊の「抗菌・防カビ技術」に記載されているものを用いることができる。
本発明において、保護層に防腐剤等を配合することにより、長期室温保管後の溶液内部の菌増殖による、塗布欠陥増加を抑止するという効果がより効果的に発揮される。
防腐剤等の抗菌効果の評価は、JIS Z 2801(抗菌加工製品-抗菌性試験方法・抗菌効果)に準拠して行うことができる。また、防カビ効果の評価は、JIS Z 2911(カビ抵抗性試験)に準拠して行うことができる。
保護層は遮光剤を含むことが好ましい。遮光剤を配合することにより、有機層などへの光によるダメージ等の影響がより抑制される。
遮光剤としては、例えば公知の着色剤等を用いることができ、有機又は無機の顔料又は染料が挙げられ、無機顔料が好ましく挙げられ、中でもカーボンブラック、酸化チタン、窒化チタン等がより好ましく挙げられる。
遮光剤の含有量は、保護層の全質量に対し、好ましくは1~50質量%、より好ましくは3~40質量%、更に好ましくは5~25質量%である。遮光剤は、1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。
保護層の厚さは、0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましく、1.0μm以上であることが更に好ましく、2.0μm以上が一層好ましい。保護層の厚さの上限値としては、10μm以下が好ましく、5.0μm以下がより好ましく、3.0μm以下が更に好ましい。
本発明における保護層は、剥離液を用いた除去に供せられる。
剥離液を用いた保護層の除去方法については後述する。
剥離液としては、水、水と水溶性溶剤との混合物、水溶性溶剤等が挙げられ、水又は水と水溶性溶剤との混合物であることが好ましい。
上記剥離液の全質量に対する水の含有量は、90~100質量%であることが好ましく、95~100質量%であることが好ましい。また、上記剥離液は水のみからなる剥離液であってもよい。
本明細書において、水、水と水溶性溶剤との混合物、及び、水溶性溶剤をあわせて、水系溶剤と呼ぶことがある。
水溶性溶剤としては、23℃における水への溶解度が1g以上の有機溶剤が好ましく、上記溶解度が10g以上の有機溶剤がより好ましく、上記溶解度が30g以上の有機溶剤が更に好ましい。
水溶性溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、グリセリン等のアルコール系溶剤;アセトン等のケトン系溶剤;ホルムアミド等のアミド系溶剤、等が挙げられる。
また、剥離液は、保護層の除去性を向上するため、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤としては公知の化合物を用いることができるが、ノニオン系界面活性剤が好ましく挙げられる。
本発明の保護層形成用組成物は、本発明の積層体に含まれる保護層の形成に用いられる組成物である。
本発明の積層体において、保護層は、例えば、保護層形成用組成物を有機層の上に適用し、乾燥させることよって形成することができる。
保護層形成用組成物の適用方法としては、塗布が好ましい。適用方法の例としては、スリットコート法、キャスト法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、ディッピング(浸漬)コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法、インクジェット法、スピンコート法、ラングミュア-ブロジェット(Langmuir-Blodgett)(LB)法などを挙げることができる。キャスト法、スピンコート法、及びインクジェット法を用いることが更に好ましい。このようなプロセスにより、表面が平滑で大面積の保護層を低コストで生産することが可能となる
また、保護層形成用組成物は、あらかじめ仮支持体上に上記付与方法等によって付与して形成した塗膜を、適用対象(例えば、有機層)上に転写する方法により形成することもできる。
転写方法に関しては、特開2006-023696号公報の段落0023、0036~0051、特開2006-047592号公報の段落0096~0108等の記載を参酌することができる。
保護層形成用組成物に含まれる成分の含有量は、上述した各成分の保護層の全質量に対する含有量を、保護層形成用組成物の固形分量に対する含有量に読み替えたものとすることが好ましい。
水系溶剤が混合溶剤である場合は、23℃における水への溶解度が1g以上の有機溶剤と水との混合溶剤であることが好ましい。有機溶剤の23℃における水への溶解度は10g以上がより好ましく、30g以上が更に好ましい。
本発明の積層体は感光層を含む。
また、本発明における上記感光層は、縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤を含む。
本発明において、感光層は現像液を用いた現像に供せられる層である。
上記現像は、ネガ型現像であることが好ましい。
本発明の積層体において、感光層は、ネガ型感光層であっても、ポジ型感光層であってもよい。
露光部における感光層の現像液に対する溶解速度は、未露光部における感光層の現像液に対する溶解速度よりも小さくなる(難溶となる)ことが好ましい。
具体的には、波長365nm(i線)、波長248nm(KrF線)及び波長193nm(ArF線)の少なくとも1つの波長の光を50mJ/cm2以上の照射量で露光することによって極性が変化し、sp値(溶解度パラメータ)が19.0(MPa)1/2未満の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以下の溶剤に対して難溶となることが更に好ましい。
本発明において、溶解度パラメーター(sp値)は、沖津法によって求められる値〔単位:(MPa)1/2〕である。沖津法は、従来周知のsp値の算出方法の一つであり、例えば、日本接着学会誌Vol.29、No.6(1993年)249~259頁に詳述されている方法である。
更に、波長365nm(i線)、波長248nm(KrF線)及び波長193nm(ArF線)の少なくとも1つの波長の光を50~250mJ/cm2の照射量で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。
感光能とは、活性光線及び放射線の少なくとも一方の照射(i線の照射に対して感光能を有する場合は、i線の照射)により、有機溶剤(好ましくは、酢酸ブチル)に対する溶解速度が変化することをいう。
特定樹脂における溶解速度の変化は、溶解速度の低下であることが好ましい。
特定樹脂の、溶解速度が変化する前の、sp値が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。
特定樹脂の、溶解速度が変化した後の、sp値が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より好ましい。
特定樹脂は、また、溶解速度が変化する前には、sp値(溶解度パラメータ)が18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に可溶であり、かつ、溶解速度が変化した後には、sp値が18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に難溶である樹脂であることが好ましい。
ここで、「sp値(溶解度パラメータ)が18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に可溶」とは、化合物(樹脂)の溶液を基材上に塗布し、100℃で1分間加熱することによって形成される化合物(樹脂)の塗膜(厚さ1μm)の、23℃における現像液に対して浸漬した際の溶解速度が、20nm/秒以上であることをいい、「sp値が18.0(MPa)1/2以下の有機溶剤に難溶」とは、化合物(樹脂)の溶液を基材上に塗布し、100℃で1分間加熱することによって形成される化合物(樹脂)の塗膜(厚さ1μm)の、23℃における現像液に対する溶解速度が、10nm/秒未満であることをいう。
また、感光層は、高い保存安定性と微細なパターン形成性を両立する観点からは、化学増幅型感光層であることが好ましい。
以下、感光層に含まれる各成分の詳細について説明する。
本発明にかかる感光層は、縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤(特定光酸発生剤)を含む。
本発明において、オニウム塩型光酸発生剤とは、オニウムカチオン構造を含むカチオン部、及び、アニオン部から構成される光酸発生剤をいう。
特定光酸発生剤は、上記カチオン部及び上記アニオン部をそれぞれ複数有していてもよいが、上記カチオン部及び上記アニオン部をそれぞれ1つずつ有することが好ましい。
また、特定光酸発生剤は、カチオン部とアニオン部が結合した構造において電気的に中性であることが好ましい。
本発明にかかる特定光酸発生剤におけるアニオン部は、縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有する。本発明において、これらの環構造は置換基により置換されていてもよい。置換基としては、上述の置換基が挙げられる。
縮合環とは、2つ以上の環が、それぞれの環の辺を互いに1つ共有してできる環をいう。また、縮合環構造とは、上記縮合環により形成される構造をいう。
アニオン部における縮合環構造としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含む縮合環構造であってもよいが、縮合炭化水素環構造が好ましく、芳香族縮合炭化水素環構造が好ましく、ナフタレン環構造がより好ましい。
縮合環構造の例としては、下記式により記載されるナフタレン環構造又はテトラヒドロナフタレン環構造が挙げられる。下記式中、*は後述するアニオン構造又はアニオン構造を含む構造との結合部位を表す。これらのナフタレン環構造は、置換基T等の公知の置換基により置換されていてもよい。
架橋環とは、2つ以上の環が、それぞれの環員であり、かつ、互いに隣接しない2個以上の原子を架橋基(単結合は含まない)により連結した環をいう。架橋間は、上記架橋基を1つのみ有してもよいし、2つ以上有してもよい。また、架橋環構造とは、上記架橋環により形成される構造をいう。
アニオン部における架橋環構造としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含む架橋環構造であってもよいが、環員として2価の連結基を有してもよい架橋炭化水素環構造が好ましく、環員として2価の連結基を有してもよい脂肪族架橋炭化水素環構造がより好ましく、ノルボルナン環構造、アダマンタン環構造、又は、カンファー環構造が更に好ましい。上記2価の連結基としては、炭化水素基、オキシ基、カルボニル基等が挙げられる。
ノルボルナン環構造、アダマンタン環構造、又は、カンファー環構造の例としては、下記式により記載される環構造が挙げられる。下記式中、*は後述するアニオン構造又はアニオン構造を含む構造との結合部位を表す。これらの環構造は、置換基T等の公知の置換基により置換されていてもよい。
スピロ環とは、2つ以上の環が、それぞれの環員である原子を1つ共有してできる環をいう。また、スピロ環構造とは、上記スピロ環により形成される構造をいう。
アニオン部におけるスピロ環構造としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含む架橋環構造であってもよいが、脂肪族架橋炭化水素環構造が好ましく、モノスピロ二環構造、又は、ポリスピロ環構造、が更に好ましい。
スピロ環構造の例としては、下記式により記載される環構造が挙げられる。下記式中、*は後述するアニオン構造又はアニオン構造を含む構造との結合部位を表す。これらの環構造は、置換基T等の公知の置換基により置換されていてもよい。
極性の付与の観点からは、上記環構造として、ヘテロ環構造を含む環構造を含むことが好ましい。
ヘテロ環構造を含む環構造としては、オキサン環構造、ジオキサン環構造、シネオール環又は、クロメン環、イソクロメン環、カルバゾール環構造が挙げられる。
また、疎水性付与の観点からは、上記環構造として、アダマンタン環構造、カンファー環構造及びナフタレン環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種を含むことが好ましい。
アニオン部に含まれるアニオン構造としては、特に限定されないが、カルボキシラートアニオン、スルホナートアニオン、ホスホナートアニオン、ホスフィナートアニオン、フェノラートアニオン等が挙げられ、反応性の観点からはスルホナートアニオンが好ましい。特定光酸発生剤は、アニオン構造を1分子内に1つのみ有してもよいし、複数有してもよい。
アニオン部の構造としては、下記式(A1)により表される構造が好ましい。
式(A1)中、RAにおける縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造の好ましい態様は、それぞれ、上述の縮合環構造、上述の架橋環構造及び上述のスピロ環構造と同様である。
式(A1)中、RAは、溶剤溶解性の観点からは、ヘテロ環構造を含む環構造であることが好ましい。ヘテロ環構造を含む環構造としては、オキサン環構造、ジオキサン環構造、クロメン環、イソクロメン環、カルバゾール環構造が挙げられる。
式(A1)中、RAは、疎水性付与の観点の観点からは、アダマンタン環構造、カンファー環構造及びナフタレン環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
式(A1)中、LAは単結合又は2価の連結基を表し、単結合、アルキレン基、エステル結合(-C(=O)O-)、フロオロアルキレン鎖、及び、これらの結合からなる基がより好ましい。上記アルキレン基はハロゲン原子により置換されていてもよい。
式(A1)中、Aはアニオン構造を表し、カルボキシラートアニオン、スルホナートアニオン、ホスホナートアニオン、ホスフィナートアニオン、フェノラートアニオン等が挙げられ、反応性の観点からはスルホナートアニオンが好ましい。
オニウムカチオン構造としては、アンモニウムカチオン構造、スルホニウムカチオン構造、ヨードニウムカチオン構造が好ましく、スルホニウムカチオン構造がより好ましい。
カチオン部は、オニウムカチオン構造を複数有していてもよいし、1つのみ有していてもよいが、1つのみ有することが好ましい。
これらのオニウムカチオン構造の中でも、分解性の観点からは、特定光酸発生剤は、スルホニウムカチオン構造を有することが好ましい。
また、カチオン構造は、リアリールスルホニウム構造、又は、テトラヒドロチオフェニウム構造を含むことが好ましく、トリフェニルスルホニウム構造、又は、ナフタレンテトラヒドロチオフェニウム構造を含むことがより好ましい。
特定光酸発生剤の分子量は、200~1,000であることが好ましく、300~800であることがより好ましい。
特定光酸発生剤の分解度は、以下の方法によって求めることができる。下記感光層形成用組成物の詳細については後述する。
感光層形成用組成物を用い、シリコンウェハ基板上に感光層を製膜し、100℃で1分間加熱し、加熱後に上記感光層を波長365nmの光を用いて100mJ/cm2の露光量で露光する。加熱後の感光層の厚さは700nmとする。その後、上記感光層が形成された上記シリコンウェハ基板を、メタノール/テトラヒドロフラン(THF)=50/50(質量比)溶液に超音波を当てながら10分浸漬させる。上記浸漬後に、上記溶液に抽出された抽出物をHPLC(高速液体クロマトグラフィ)を用いて分析することで特定光酸発生剤の分解率を以下の式より算出する。
分解率(%)=分解物量(モル)/露光前の感光層に含まれる特定光酸発生剤量(モル)×100
特定光酸発生剤としては、波長365nmにおいて、100mJ/cm2の露光量で感光層を露光したときに、85モル%以上分解するものであることが好ましい。
pKaの測定は、公知のアルカリ滴定法により、電位差自動滴定測定〔AT-610:京都電子工業(株)製〕を用いて行うことができる。
ClogP値とは、1-オクタノールと水への分配係数Pの常用対数logPを計算によって求めた値である。ClogP値の計算に用いる方法及びソフトウェアについては公知のものを用いることができるが、本発明において、ClogP値は、PerkinElmer社のChemDraw Professional(Ver16.0.1.4)により、算出した値とする。
特定光酸発生剤は、感光層の全質量に対して、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く、0.5~10質量%使用することが更に好ましく、0.5~3質量%使用することが一層好ましく、0.5~1.2質量%使用することがより一層好ましい。
特定光酸発生剤は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。2種以上用いる場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明における感光層は、特定樹脂を含むことが好ましい。
特定樹脂は、アクリル系重合体であることが好ましい。
「アクリル系重合体」は、付加重合型の樹脂であり、(メタ)アクリル酸又はそのエステルに由来する繰返し単位を含む重合体であり、(メタ)アクリル酸又はそのエステルに由来する繰返し単位以外の繰返し単位、例えば、スチレン類に由来する繰返し単位やビニル化合物に由来する繰返し単位等を含んでいてもよい。アクリル系重合体は、(メタ)アクリル酸又はそのエステルに由来する繰返し単位を、重合体における全繰返し単位に対し、50モル%以上含むことが好ましく、80モル%以上含むことがより好ましく、(メタ)アクリル酸又はそのエステルに由来する繰返し単位のみからなる重合体であることが特に好ましい。
上記酸基が酸分解性基により保護された構造としては、カルボキシ基が酸分解性基により保護された構造、フェノール性ヒドロキシ基が酸分解性基により保護された構造等が挙げられる。
また、酸基が酸分解性基により保護された構造を有する繰返し単位としては、(メタ)アクリル酸に由来するモノマー単位におけるカルボキシ基が酸分解性基により保護された構造を有する繰返し単位、p-ヒドロキシスチレン、α-メチル-p-ヒドロキシスチレン等のヒドロキシスチレン類に由来するモノマー単位におけるフェノール性ヒドロキシ基が酸分解性基により保護された構造を有する繰返し単位等が挙げられる。
以下、「式(1)で表される繰返し単位」等を、「繰返し単位(1)」等ともいう。
式(1)中、R8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。
式(1)中、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。
式(1)中、R1~R7はそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表す。R1~R7におけるアルキル基は、R8と同義であり、好ましい態様も同様である。また、R1~R7のうち、1つ以上が水素原子であることが好ましく、R1~R7の全てが水素原子であることがより好ましい。
式(2)中、R10は置換基を表し、置換基Tの例が挙げられる。R9は式(1)におけるR8と同義の基を表す。
式(2)中、nxは、0~3の整数を表す。
特定樹脂は、架橋性基を含む繰返し単位(繰返し単位(3))を含む態様も好ましいが、架橋性基を含む繰返し単位(3)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、感光層をより効果的に除去することが可能になる。ここで、実質的に含まないとは、例えば、特定樹脂の全繰返し単位の3モル%以下であることをいい、好ましくは1モル%以下であることをいう。
繰返し単位(4)は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。特定樹脂を構成する全モノマー単位中、繰返し単位(4)を含有させる場合における繰返し単位(4)を形成するモノマー単位の含有率は、1~60モル%が好ましく、5~50モル%がより好ましく、5~40モル%が更に好ましい。2種以上用いる場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
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。
以下の樹脂も特定樹脂の好ましい例として挙げられる。
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は、ベンジルメタクリレートであり、THFMAは、テトラヒドロフラン-2-イル メタクリレートであり、t-BuMAは、t-ブチルメタクリレートであり、THFAAは、テトラヒドロフラン-2-イル アクリレートであり、THPMAは、テトラヒドロ-2H-ピラン-2-イル メタクリレートであり、PEESは、p-エトキシエトキシスチレンである。
また、特定樹脂の含有量は、感光層に含まれる樹脂成分の全質量に対し、10質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。
また、特定樹脂に含まれる重量平均分子量1,000以下の成分の量が、特定樹脂の全質量に対し、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
特定樹脂の分子量分散度(重量平均分子量/数平均分子量、単に「分散度」ともいう。)は、1.0~4.0が好ましく、1.1~2.5がより好ましい。
感光層は、上述の特定光酸発生剤以外の他の光酸発生剤を更に含んでもよい。上述の特定光酸発生剤に該当する化合物は、他の光酸発生剤には該当しないものとする。他の光酸発生剤は、波長365nmにおいて100mJ/cm2の露光量で感光層が露光されると80モル%以上分解する光酸発生剤であることが好ましい。
他の光酸発生剤の分解度は、上述の特定光酸発生剤の分解度と同様の方法により求められる。
他の光酸発生剤としては、波長365nmにおいて、100mJ/cm2の露光量で感光層を露光したときに、85モル%以上分解するものであることが好ましい。
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(OS-1)、後述する式(OS-103)、式(OS-104)、又は、式(OS-105)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。
式(OS-1)中、m3は、0~3の整数を表し、0又は1が好ましい。m3が2又は3であるとき、複数のX3は同一でも異なっていてもよい。
式(OS-1)中、R34は、アルキル基又はアリール基を表し、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシル基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基、炭素数1~5のハロゲン化アルコキシル基、Wで置換されていてもよいフェニル基、Wで置換されていてもよいナフチル基又はWで置換されていてもよいアントラニル基であることが好ましい。Wは、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシル基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルコキシル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のハロゲン化アリール基を表す。
式(OS-103)~式(OS-105)中、Rs1で表されるアルキル基(炭素数1~30が好ましい)、アリール基(炭素数6~30が好ましい)又はヘテロアリール基(炭素数4~30が好ましい)は、置換基Tを有していてもよい。
式(OS-103)、式(OS-104)、又は、式(OS-105)中、XsはO又はSを表し、Oであることが好ましい。上記式(OS-103)~(OS-105)において、Xsを環員として含む環は、5員環又は6員環である。
式(OS-103)~式(OS-105)中、Rs6で表されるアルキル基(炭素数1~30が好ましい)及びアルキルオキシ基(炭素数1~30が好ましい)は、置換基を有していてもよい。
式(OS-103)~式(OS-105)中、msは0~6の整数を表し、0~2の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましく、0であることが特に好ましい。
式(OS-106)~式(OS-111)中、Rt7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。
式(OS-106)~式(OS-111)中、Rt8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。
式(OS-106)~式(OS-111)中、Rt9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。
Rt2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、いずれか一方であっても、混合物であってもよい。
上記式(OS-103)~式(OS-105)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、特開2011-209692号公報の段落番号0088~0095、特開2015-194674号公報の段落番号0168~0194に記載の化合物が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
式(OS-101)又は式(OS-102)中、Ru2aは、アルキル基又はアリール基を表す。
式(OS-101)又は式(OS-102)中、Xuは、-O-、-S-、-NH-、-NRu5-、-CH2-、-CRu6H-又はCRu6Ru7-を表し、Ru5~Ru7はそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を表す。
式(OS-101)又は式(OS-102)中、Ru1~Ru4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、アルコキシル基、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。Ru1~Ru4のうちの2つがそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。このとき、環が縮環してベンゼン環ともに縮合環を形成していてもよい。Ru1~Ru4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、Ru1~Ru4のうちの少なくとも2つが互いに結合してアリール基を形成する態様も好ましい。中でも、Ru1~Ru4がいずれも水素原子である態様が好ましい。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。
上記式(OS-101)で表される化合物は、式(OS-102)で表される化合物であることがより好ましい。
また、上記オキシムスルホネート化合物において、オキシムやベンゾチアゾール環の立体構造(E,Z等)についてはそれぞれ、いずれか一方であっても、混合物であってもよい。
式(OS-101)で表される化合物の具体例としては、特開2011-209692号公報の段落番号0102~0106、特開2015-194674号公報の段落番号0195~0207に記載の化合物が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
上記化合物の中でも、b-9、b-16、b-31、b-33が好ましい。
市販品としては、WPAG-336(富士フイルム和光純薬(株)製)、WPAG-443(富士フイルム和光純薬(株)製)、MBZ-101(みどり化学(株)製)等を挙げることができる。
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)、ArF線、KrF線、i線のみならず、g線においても非常に高い感度を示す。
感光層における酸分解性基としてテトラヒドロフラニル基を用いることにより、アセタール又はケタールに比べ同等又はそれ以上の酸分解性を得ることができる。これにより、より短時間のポストベークで確実に酸分解性基を消費することができる。更に、他の光酸発生剤であるオキシムスルホネート化合物を組み合わせて用いることで、スルホン酸発生速度が上がるため、酸の生成が促進され、樹脂の酸分解性基の分解が促進される。また、オキシムスルホネート化合物が分解することで得られる酸は、分子の小さいスルホン酸であることから、硬化膜中での拡散性も高く、より高感度化することができる。
他の光酸発生剤は、感光層の全質量に対して、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く、0.5~10質量%使用することが更に好ましく、0.5~3質量%使用することが一層好ましく、0.5~1.2質量%使用することがより一層好ましい。
他の光酸発生剤は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。2種以上用いる場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
感光層は、後述する感光層形成用組成物の液保存安定性の観点から、塩基性化合物を含むことが好ましい。
塩基性化合物としては、公知の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。
脂肪族アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリ-n-プロピルアミン、ジ-n-ペンチルアミン、トリ-n-ペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミンなどが挙げられる。
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、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。
第四級アンモニウムヒドロキシドとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ-n-ブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ-n-ヘキシルアンモニウムヒドロキシドなどが挙げられる。
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。
感光層が、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質量部に対して、0.001~1質量部であることが好ましく、0.002~0.5質量部であることがより好ましい。
塩基性化合物は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよいが、2種以上を併用することが好ましく、2種を併用することがより好ましく、複素環式アミンを2種併用することが更に好ましい。2種以上用いる場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
感光層は、後述する感光層形成用組成物の塗布性を向上する観点から、界面活性剤を含むことが好ましい。
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。
界面活性剤として、フッ素系界面活性剤、又はシリコーン系界面活性剤を含むことがより好ましい。
これらのフッ素系界面活性剤、又は、シリコーン系界面活性剤として、例えば、特開昭62-036663号、特開昭61-226746号、特開昭61-226745号、特開昭62-170950号、特開昭63-034540号、特開平7-230165号、特開平8-062834号、特開平9-054432号、特開平9-005988号、特開2001-330953号の各公報に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、AGCセイミケミカル(株)製)、PF-6320等のPolyFoxシリーズ(OMNOVA社製)など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。
式(41)中、L4は、下記式(42)で表される分岐アルキレン基であることが好ましい。式(42)におけるR45は、炭素数1以上4以下のアルキル基を表し、被塗布面に対する濡れ性の点で、炭素数1以上3以下のアルキル基が好ましく、炭素数2又は3のアルキル基がより好ましい。
-CH2-CH(R45)- (42)
上記共重合体の重量平均分子量は、1,500以上5,000以下であることがより好ましい。
感光層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質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、0.01~10質量部であることがより好ましく、0.01~1質量部であることが更に好ましい。
界面活性剤は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。2種以上用いる場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
感光層には、更に、必要に応じて、酸化防止剤、可塑剤、熱ラジカル発生剤、熱酸発生剤、酸増殖剤、紫外線吸収剤、増粘剤、及び、有機又は無機の沈殿防止剤などの公知の添加剤を、それぞれ、1種又は2種以上加えることができる。これらの詳細は、特開2011-209692号公報の段落番号0143~0148の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明における感光層の厚さ(膜厚)は、解像力向上の観点から、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、0.75μm以上が更に好ましく、0.8μm以上が特に好ましい。感光層の厚さの上限値としては、10μm以下が好ましく、5.0μm以下がより好ましく、2.0μm以下が更に好ましい。
感光層と保護層との厚さの合計は、0.2μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、2.0μm以上であることが更に好ましい。上限値としては、20.0μm以下であることが好ましく、10.0μm以下であることがより好ましく、5.0μm以下であることが更に好ましい。
本発明における感光層は、現像液を用いた現像に供せられる。
現像液としては、有機溶剤を含む現像液が好ましい。
現像液の全質量に対する有機溶剤の含有量は、90~100質量%であることが好ましく、95~100質量%であることがより好ましい。また、現像液は有機溶剤のみからなる現像液であってもよい。
現像液を用いた感光層の現像方法については後述する。
現像液に含まれる有機溶剤の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。
現像液に含まれる有機溶剤としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アミド系溶剤等の極性溶剤、及び炭化水素系溶剤が挙げられる。
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を使用することができる。
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。
上記有機溶剤は、1種のみでも、2種以上用いてもよい。また、上記以外の有機溶剤と混合して使用してもよい。但し、現像液の全質量に対する水の含有量が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水を含有しないことがより好ましい。ここでの実質的に水を含有しないとは、例えば、現像液の全質量に対する水の含有量が3質量%以下であることをいい、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%以下であることがより好ましい。
特に、有機現像液は、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種の有機溶剤を含むことが好ましい。
また、有機現像液は、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、上記の塩基性化合物の項で述べたものを挙げることができる。
有機現像液の蒸気圧は、23℃において、5kPa以下であることが好ましく、3kPa以下がより好ましく、2kPa以下が更に好ましい。有機現像液の蒸気圧を5kPa以下にすることにより、現像液の感光層上あるいは現像カップ内での蒸発が抑制され、感光層の面内における温度均一性が向上し、結果として現像後の感光層の寸法均一性が改善する。
5kPa以下の蒸気圧を有する溶剤の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等のアミド系溶剤、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溶剤の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等のアミド系溶剤、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。
現像液は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、上記の保護層の項で述べた界面活性剤が好ましく用いられる。
現像液に界面活性剤を配合する場合、その配合量は現像液の全量に対して、通常0.001~5質量%であり、好ましくは0.005~2質量%であり、より好ましくは0.01~0.5質量%である。
本発明の感光層形成用組成物は、特定光酸発生剤を含み、本発明の積層体に含まれる感光層の形成に用いられる組成物である。
本発明の積層体において、感光層は、例えば、感光層形成用組成物を保護層の上に適用し、乾燥させることによって形成することができる。適用方法としては、例えば、後述する保護層における保護層形成用組成物の適用方法についての記載を参酌できる。
感光層形成用組成物に含まれる成分の含有量は、上述した各成分の感光層の全質量に対する含有量を、感光層形成用組成物の固形分量に対する含有量に読み替えたものとすることが好ましい。
感光層形成用組成物に使用される有機溶剤としては、公知の有機溶剤を用いることができ、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールジアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールジアルキルエーテル類、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、ジエチレングリコールジアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル類、ジ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、エステル類、ケトン類、アミド類、ラクトン類等が例示できる。
有機溶剤としては、例えば、
(1)エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;
(2)エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル等のエチレングリコールジアルキルエーテル類;
(3)エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
(4)プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
(5)プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;
(6)プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の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;
(7)ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等のジエチレングリコールジアルキルエーテル類;
(8)ジエチレングリコールモノメ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、ジエチレングリコールモノプロピ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等のジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
(9)ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
(10)ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルメチルエーテル等のジプロピレングリコールジアルキルエーテル類;
(11)ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のジ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;
(12)乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n-ブチル、乳酸イソブチル、乳酸n-アミル、乳酸イソアミル等の乳酸エステル類;
(13)酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n-アミル、酢酸イソアミル、酢酸n-ヘキシル、酢酸2-エチルヘキシル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n-プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n-ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸n-プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸n-ブチル、酪酸イソブチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;
(14)ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸エチル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、3-メチル-3-メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;
(15)メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;
(16)N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;
(17)γ-ブチロラクトン等のラクトン類等を挙げることができる。
また、これらの有機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-ノナノール、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有機溶剤を添加することもできる。
上記した有機溶剤のうち、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、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、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。
感光層形成用組成物が、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の含有量は、特定樹脂100質量部当たり、1~3,000質量部であることが好ましく、5~2,000質量部であることがより好ましく、10~1,500質量部であることが更に好ましい。
これら有機溶剤は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。
2種以上用いる場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の積層体形成用キットは、下記A及びBを含む。
A:本発明の積層体に含まれる上記保護層の形成に用いられる組成物;
B:縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオンを有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、本発明の積層体に含まれる上記感光層の形成に用いられる組成物。
また、本発明の積層体形成用キットは、上述の、有機半導体層形成用組成物又は樹脂層形成用組成物を更に含んでもよい。
本発明において好適に採用できるパターニング方法として下記の形態を挙げることができる。
本実施形態の有機層のパターニング方法は、
(1)有機層の上に、保護層を製膜する工程、
(2)保護層の有機層と反対側の上に、感光層を製膜する工程、
(3)感光層を露光する工程、
(4)有機溶剤を含む現像液を用いて感光層を現像しマスクパターンを作製する工程、
(5)非マスク部の保護層及び有機層を除去する工程、
(6)保護層を剥離液を用いて除去する工程、
を含む。
本実施形態の有機層のパターニング方法は、有機層の上に保護層を製膜する工程を含む。通常は、基材の上に有機層を製膜した後に、本工程を行う。この場合、保護層は、有機層の基材側の面と反対側の面に製膜する。保護層は、有機層と直接接するように製膜されることが好ましいが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の層が間に設けられてもよい。他の層としては、フッ素系の下塗り層等が挙げられる。また、保護層は1層のみ設けられてもよいし、2層以上設けられてもよい。保護層は、上述のとおり、好ましくは、保護層形成用組成物を用いて形成される。
形成方法の詳細は、上述の本発明の積層体における保護層形成用組成物の適用方法を参照できる。
上記(1)の工程後、保護層の有機層側の面と反対側の上(好ましくは表面上)に、感光層を製膜する。
感光層は、上述のとおり、好ましくは、感光層形成用組成物を用いて形成される。
形成方法の詳細は、上述の本発明の積層体における感光層形成用組成物の適用方法を参照できる。
(2)の工程で感光層を製膜後、上記感光層を露光する。具体的には、例えば、感光層の少なくとも一部に活性光線を照射(露光)する。
上記露光は所定のパターンとなるように行うことが好ましい。また、露光はフォト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。
露光時の活性光線の波長としては、好ましくは180nm以上450nm以下の波長、より好ましくは365nm(i線)、248nm(KrF線)又は193nm(ArF線)の波長を有する活性光線を使用することができる。
光源として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を好ましく使用することができる。本発明においては、i線を用いることがその効果が好適に発揮されるため好ましい。
光源としてレーザ発生装置を用いる場合には、固体(YAG)レーザでは343nm、355nmの波長を有する活性光線が好適に用いられ、エキシマレーザでは、193nm(ArF線)、248nm(KrF線)、351nm(Xe線)の波長を有する活性光線が好適に用いられ、更に半導体レーザでは375nm、405nmの波長を有する活性光線が好適に用いられる。この中でも、安定性、コスト等の点から355nm、又は、405nmの波長を有する活性光線がより好ましい。レーザは、1回あるいは複数回に分けて、感光層に照射することができる。
レーザの1パルス当たりのエネルギー密度は、0.1mJ/cm2以上10,000mJ/cm2以下であることが好ましい。塗膜を十分に硬化させるには、0.3mJ/cm2以上がより好ましく、0.5mJ/cm2以上が更に好ましい。アブレーション現象による感光層等の分解を抑制する観点からは、露光量を1,000mJ/cm2以下とすることが好ましく、100mJ/cm2以下がより好ましい。
また、パルス幅は、0.1ナノ秒(以下、「ns」と称する)以上30,000ns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、0.5ns以上がより好ましく、1ns以上が一層好ましい。スキャン露光の際に合わせ精度を向上させるには、1,000ns以下がより好ましく、50ns以下が更に好ましい。
更に、露光処理時間を短くするには、レーザの周波数は、10Hz以上がより好ましく、100Hz以上が更に好ましく、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以下が更に好ましい。
レーザは、水銀灯と比べると焦点を絞ることが容易であり、また、露光工程でのパターン形成においてフォトマスクの使用を省略することができるという点でも好ましい。
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、照射光量を調整することもできる。
また、上記露光の後、必要に応じて露光後加熱工程(PEB)を行ってもよい。
(3)の工程で感光層をフォトマスクを介して露光後、現像液を用いて感光層を現像する。
現像はネガ型が好ましい。
現像液の詳細は、上述の感光層の説明において記載した通りである。
現像方法としては、例えば、現像液が満たされた槽中に基材を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基材表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基材表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基材上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)などを適用することができる。
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感光層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/秒/mm2以下、より好ましくは1.5mL/秒/mm2以下、更に好ましくは1mL/秒/mm2以下である。吐出圧の下限は特に無いが、スループットを考慮すると0.2mL/秒/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、現像液が感光層に与える圧力が小さくなり、感光層上の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/秒/mm2)は、現像装置中の現像ノズル出口における値である。
現像液の吐出圧を調整する方法としては、例えば、ポンプなどで吐出圧を調整する方法や、加圧タンクからの供給で圧力を調整することで変える方法などを挙げることができる。
また、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程の後に、他の有機溶剤に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
感光層を現像してマスクパターンを作製した後、エッチング処理にて少なくとも非マスク部の上記保護層及び上記有機層を除去する。非マスク部とは、感光層を現像して形成されたマスクパターンによりマスクされていない領域(感光層が現像により取り除かれた領域)をいう。
上記エッチング処理は複数の段階に分けて行われてもよい。例えば、上記保護層及び上記有機層は、一度のエッチング処理により除去されてもよいし、保護層の少なくとも一部がエッチング処理により除去された後に、有機層(及び、必要に応じて保護層の残部)がエッチング処理により除去されてもよい。
また、上記エッチング処理はドライエッチング処理であってもウェットエッチング処理であってもよく、エッチングを複数回に分けてドライエッチング処理とウェットエッチング処理とを行う態様であってもよい。例えば、保護層の除去はドライエッチングによるものであってもウェットエッチングによるものであってもよい。
上記保護層及び上記有機層を除去する方法としては、例えば、上記保護層及び上記有機層を一度のドライエッチング処理により除去する方法A、上記保護層の少なくとも一部をウェットエッチング処理により除去し、その後に上記有機層(及び、必要に応じて上記保護層の残部)をドライエッチングにより除去する方法B等の方法が挙げられる。
上記方法Aにおけるドライエッチング処理、上記方法Bにおけるウェットエッチング処理及びドライエッチング処理等は、公知のエッチング処理方法に従い行うことが可能である。
以下、上記方法Aの一態様の詳細について説明する。上記方法Bの具体例としては、特開2014-098889号公報の記載等を参酌することができる
フッ素系ガスと酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、有機層が露出しない領域(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、好ましくは有機層が露出する領域(深さ)付近までエッチングを行う第2段階のエッチングと、有機層が露出した後に行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、及びオーバーエッチングについて説明する。
(A)第1段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/分)と、第2段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/分)とをそれぞれ算出する。
(B)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。
(C)上記(B)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。
(D)上記(B)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。
(E)上記(C)、(D)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。
なお、全エッチング量(第1段階のエッチングにおけるエッチング量と第2段階のエッチングにおけるエッチング量との総和)中における、第2段階のエッチングにおけるエッチング量の比率は、0%より大きく50%以下であることが好ましく、10~20%がより好ましい。エッチング量とは、被エッチング膜の残存する膜厚とエッチング前の膜厚との差から算出される量のことをいう。
オーバーエッチング比率は任意に設定できるが、フォトレジストのエッチング耐性と被エッチングパターン(有機層)の矩形性維持の点で、エッチング工程におけるエッチング処理時間全体の30%以下であることが好ましく、5~25%であることがより好ましく、10~15%であることが特に好ましい。
エッチング後、剥離液(例えば、水)を用いて保護層を除去する。上記保護層の除去により、現像後の感光層のパターンも除去される。
剥離液の詳細は、上述の保護層の説明において記載した通りである。
保護層を剥離液で除去する方法としては、例えば、スプレー式又はシャワー式の噴射ノズルからレジストパターンに剥離液を噴射して、保護層を除去する方法を挙げることができる。剥離液としては、純水を好ましく用いることができる。また、噴射ノズルとしては、その噴射範囲内に基材全体が包含される噴射ノズルや、可動式の噴射ノズルであってその可動範囲が基材全体を包含する噴射ノズルを挙げることができる。また別の態様として、機械的に保護層を剥離した後に、有機層上に残存する保護層の残渣を溶解除去する態様が挙げられる。
噴射ノズルが可動式の場合、保護層を除去する工程中に基材中心部から基材端部までを2回以上移動して剥離液を噴射することで、より効果的にレジストパターンを除去することができる。
保護層を除去した後、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。
本発明の積層体は、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、用途として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。
(メタ)アクリル樹脂等の非水溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)は、GPC測定によるポリスチレン換算値として算出した。装置としてHLC-8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSKgel Super AWM-H(東ソー(株)製、6.0mmID×15.0cm)を用いた。
下記に記載の合成方法により、特定光酸発生剤を合成した。以下、実施例において使用した化合物B-1~B-6は特定光酸発生剤の具体例として上述した化合物B-1~B-6と同じ化合物である。
1-n-ブトキシナフタレン70g及び五酸化リン-メタンスルホン酸混合物200gをナスフラスコに入れ、室温で15分間撹拌した後、テトラメチレンスルホオキシド40gを0℃で滴下し、20分間撹拌した後、徐々に室温まで昇温させ、更に1時間撹拌した。その後、再度0℃まで冷却し、水2Lを加え、25%アンモニア水でpHを7.0に調整し、室温で1時間撹拌した。その後、ジフルオロ(スルホン酸ナトリウム)メチルアダマンタン-1-カルボネート、110gを水-メタノール混合液100Lに溶解した溶液を加え、室温で1時間撹拌し、塩化メチレンで抽出し、更に水で洗浄した。その後、塩化メチレンを減圧留去して精製し、特定光酸発生剤B-1を81g得た。
上記B-1と同様の合成方法によりB-2~B-6を合成した。
下記に記載の合成方法により、特定樹脂を合成した。
窒素導入管及び冷却管を取り付けた三口フラスコにPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、32.62g)を入れ、86℃に昇温した。ここに、BzMA(ベンジルメタクリレート、13.23g)、THFMA(テトラヒドロフラン-2-イル メタクリレート、26.72g)、t-BuMA(t-ブチルメタクリレート、3.85g)、及びV-601(0.4663g、富士フイルム和光純薬(株)製)をPGMEA(32.62g)に溶解したものを2時間かけて滴下した。その後、反応液を2時間撹拌し、反応を終了させた。反応液をヘプタン中に再沈することで生じた白色粉体をろ過により回収することで、特定樹脂A-1を得た。重量平均分子量(Mw)は45,000であった。
窒素導入管及び冷却管を取り付けた三口フラスコにPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、32.62g)を入れ、86℃に昇温した。ここに、BzMA(ベンジルメタクリレート、16.65g)、メタクリル酸1-イソプロピル-1-シクロオクタン、56.35g)、t-BuMA(t-ブチルメタクリレート、4.48g)、及びV-601(0.4663g、富士フイルム和光純薬(株)製)をPGMEA(32.62g)に溶解したものを2時間かけて滴下した。その後、反応液を2時間撹拌し、反応を終了させた。反応液をヘプタン中に再沈することで生じた白色粉体をろ過により回収することで、特定樹脂A-2を得た。重量平均分子量(Mw)は20,000であった。
特定樹脂A-2の構造は下記の通りである。a/b/c=30/60/10は各繰返し単位のモル比を表す。
窒素導入管及び冷却管を取り付けた三口フラスコにPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、32.62g)を入れ、86℃に昇温した。ここに、BzMA(ベンジルメタクリレート、16.65g)、ジイソプロピルイソブチルメタクリレート、41.5g)、及びV-601(0.4663g、富士フイルム和光純薬(株)製)をPGMEA(32.62g)に溶解したものを2時間かけて滴下した。その後、反応液を2時間撹拌し、反応を終了させた。反応液をヘプタン中に再沈することで生じた白色粉体をろ過により回収することで、特定樹脂A-3を得た。重量平均分子量(Mw)は18,000であった。
特定樹脂A-3の構造は下記の通りである。a/b=34/66は各繰返し単位のモル比を表す。
表1に記載の保護層形成用組成物、又は、感光層形成用組成物の成分のうち、上述した以外の成分の詳細は下記の通りである。
・PVA:ポリビニルアルコール PXP-05(日本酢ビ・ポバール(株)製)
・CyTop:CyTop CTL-809A(AGC(株)製)
・PVP:ポリビニルピロリドン K-90(第一工業製薬(株)製)
・プルラン:プルラン (東京化成工業(株)製)
・界面活性剤 E00:アセチレノールE00、川研ファインケミカル(株)製、下記式(E00)により表される化合物
・溶剤 水:純水、CyTopの場合;ヘプタコサフルオロトリブチルアミン
・クエンチャー(塩基性化合物) Y:下記式(Y1)で表されるチオ尿素誘導体。
・界面活性剤 PF-6320:OMNOVA社製、PF-6320
・溶剤 PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
GBL:ガンマブチルラクトン
・光酸発生剤(比較例用) CB-1:下記式(CB-1)で表される構造の化合物
・光酸発生剤(比較例用) CB-2:TPSN(トリフェニルスルホニウムノナフラート)
・光酸発生剤(比較例用) CB-3:トリス(4-tert-ブチルフェニル)スルホニウムトリフラート
・光酸発生剤(比較例用) CB-4:下記式(CB-4)で表される構造の化合物
各実施例及び比較例において、保護層形成用組成物の調製、感光層形成用組成物の調製、有機半導体層の形成、保護層の形成、及び、感光層の形成を行い、積層体を製造した。
表1の「保護層」の「形成用組成物」の欄に示す成分を、表1に示す割合(質量%)で混合し、均一な溶液とした後、Pall社製DFA1 J006 SW44フィルター(0.6μm相当)を用いてろ過し、水溶性樹脂組成物(保護層形成用組成物)を調製した。
表1中、「-」の記載は該当する成分を含有していないことを示している。
表1の「感光層」の「形成用組成物」の欄に示す成分を、表1に示す割合(質量%)で混合し、均一な溶液とした後、Pall社製DFA1 FTE SW44フィルター(0.1μm相当)を用いてろ過して感光層形成用組成物を調製した。
5cm角のガラス基板の一方の面にITO(酸化インジウムすず)を蒸着することにより基材を作製した。
具体的には、キャノントッキ製CM616蒸着機を用いて真空中で粉末の有機材料をヒーターで加熱、蒸発させ、0.05nm/分のレートで基板の表面に付着させることで薄膜を形成した。
上記基材のITOが蒸着された側の面上に、HAT-CN(2,3,6,7,10,11-ヘキサシアノ-1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン)を蒸着することで有機層(有機半導体層)を形成した。有機層の厚さは表1の「有機層」の「膜厚(nm)」の欄に記載した。
具体的には、キャノントッキ製CM616蒸着機を用いて真空中で粉末の有機材料をヒーターで加熱、蒸発させ、0.05nm/分のレートで基板の表面に付着させることで薄膜を形成した。
上記有機層の表面に、保護層形成用組成物をスピンコートし、表1の「保護層」の「ベーク温度(℃)」の欄に記載の温度で1分間乾燥して、表1に示す厚さ(膜厚(μm))の保護層を形成した。
形成された保護層の表面に、感光層形成用組成物をスピンコートし、表1の「感光層」の「ベーク温度(℃)」の欄に記載の温度で1分間乾燥して、表1に示す厚さ(膜厚(μm))の感光層を形成し、積層体とした。
各実施例及び比較例において、それぞれ、作製された積層体における感光層に対し、i線露光機を用い、線幅10μmの1:1ラインアンドスペースパターンのバイナリーマスクを介して、i線を、表1の「露光量(mJ)」の欄に記載の露光量となるように露光した。
その後70℃で60秒間加熱した後、酢酸ブチル(nBA)又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)を現像液として用いて50秒間現像し、スピン乾燥して線幅10μmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを得た。各実施例及び比較例において、それぞれ、現像液としてnBA及びTMAHのいずれを使用したかは表1に記載した。走査型電子顕微鏡を用いて上記レジストパターンの断面観察を行い、下記評価基準に従って感光層のレジスト線幅を評価した。パターンのアンダーカットがなく、かつ、テーパー角が90°に近いほど、現像後の感光層のパターンのパターン形状に優れるといえる。
〔評価基準〕
A:感光性樹脂組成物のボトム部分のアンダーカットがなく、パターンのテーパー角が85~95°の範囲であった。
B:感光性樹脂組成物のボトム部分に生じたアンダーカットが0.5μm以下であり、パターンのテーパー角が85~95°の範囲であった。
C:感光性樹脂組成物のボトム部分に生じたアンダーカットが0.5μm以下であり、パターンのテーパー角が95~105°の範囲(逆テーパー状)であった。
D:パターン形状が劣悪もしくはパターンが形成出来なかった。
各実施例及び比較例において、それぞれ、作製された積層体における感光層に対し、上記と同様に、10μmのラインアンドスペースが形成出来るマスクを介して、i線を、露光量120mJとなるように露光した。
その後、表1に記載の温度、60秒の条件でポストベーク(PEB)し、表1に記載の現像液で50秒の現像を行うことにより、10μmのラインアンドスペースのレジストパターンを得た。
レジストパターンはドライエッチを実施し、レジストパターンをその下層の保護層、有機層に転写。残存した保護層を次の剥離液にて除去した。
剥離液として水をピペットにて供給、その間基板は1,000rpmでスピン。ピペットでの水供給を5回実施した。その後、15秒経過後、スピン乾燥を実施した。また、比較例3においては、上記剥離液を用いた剥離を行わなかった。保護層としてCytopを使用する場合の剥離液は水の代わりにヘプタコサフルオロトリブチルアミンを使用し、同じ方法で剥離を実施した、
上記スピン乾燥後における、保護層が上記剥離液により除去された有機層の表面を、TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry、ION-TOF社製TOF.SIMS5)にて評価した。例えば、「保護層」の「材料」の欄に「PVA」と記載した例においては、C4H5O-のシグナル強度を、保護層形成後、感光層形成前のシグナル強度比と比較して評価値を算出した。上記C4H5O-のシグナルは、PVA由来のシグナルであると推定される。
評価値は下記式により算出し、下記評価値が0.1%未満である場合には「無し」、0.1%以上である場合には「有り」として、表1の「残渣」の欄に記載した。評価値が小さいほど、残渣の発生が抑制されているといえる。
評価値(%)=(上記スピン乾燥後のC4H5O-のシグナル強度)/(保護層形成後、感光層形成前における保護層表面のC4H5O-のシグナル強度)×100
・nBA:酢酸n-ブチル
・TMAHaq:テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38質量%水溶液
〔ドライエッチングでの非マスク部の保護膜及び有機半導体除去〕
上述の「レジスト線幅の評価」と同様の条件により、感光層のパターンを形成し、マスクパターンとした。
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保護層及び非マスクパターン部の有機層を除去した。
条件:ソースパワー500W、ガス:酸素流量100ml/min、時間3分
得られた基板を水又はヘプタコサフルオロトリブチルアミンで洗し、保護層からなるパターンを除去したのち、真空乾燥を5時間実施し、上記有機層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、有機層がパターニングされた基板を得た。
ドライエッチング、及び、保護層除去後の有機層のパターンを、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行うことにより有機層の線幅を評価した。評価結果は表1の「有機層線幅」の欄に記載した。また、パターンが形成できず、評価が不可能であった場合には、表1には「判定不可」と記載した。
〔評価基準〕
A:有機半導体層線幅が9μm以上であった。
B:有機半導体層線幅が9μm未満8μm以上であった。
C:有機半導体層線幅8μm未満であった。
各実施例及び比較例において、それぞれ、得られた感光層形成用組成物、100mLを瓶に入れ、40℃の恒温槽に遮光条件下で2週間保管した。
保管前後それぞれの感光層形成用組成物を用いて、上記「レジスト線幅の評価」と同様の方法により10μmラインアンドスペースパターンを形成した。それぞれの線幅を走査型電子顕微鏡を用いて測定した。保管前のサンプルの線幅と保管後のサンプルの線幅の差の絶対値(線幅変動)が0.5μm未満であった場合は「A」、上記線幅変動が0.5μm以上であった場合を「B」と判定した。線幅変動の値が小さいほど、感光層形成用組成物は保存安定性に優れるといえる。評価結果は表1の「保存安定性」の欄に記載した。
比較例1~比較例4に係る積層体は、感光層に含まれる光酸発生剤が、縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有しないため、現像による感光層のパターンが形成できないことがわかる。
1a 露光現像後の感光層
2 保護層
3 有機層
3a 加工後の有機層
4 基材
5 除去部
5a エッチング後の除去部
Claims (12)
- 基材、有機層、保護層及び感光層をこの順に含み、
前記感光層が縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、
前記感光層は現像液を用いた現像に供せられ、
前記保護層は剥離液を用いた除去に供せられる、
積層体。 - 前記環構造として、ヘテロ環構造を含む環構造を含む、請求項1に記載の積層体。
- 前記環構造として、アダマンタン環構造、カンファー環構造及びナフタレン環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種を含む、請求項1又は請求項2に記載の積層体。
- 前記保護層が水溶性樹脂を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記現像がネガ型である、請求項1~5のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記現像液の全質量に対する有機溶剤の含有量が、90~100質量%である、請求項1~6のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記感光層が、側鎖に環状エーテルエステル構造を有する繰返し単位を含む樹脂を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の積層体。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の積層体に含まれる前記保護層の形成に用いられる組成物。
- 縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオン部を有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、請求項1~9のいずれか1項に記載の積層体に含まれる前記感光層の形成に用いられる組成物。
- 下記A及びBを含む、積層体形成用キット;
A:請求項1~9のいずれか1項に記載の積層体に含まれる前記保護層の形成に用いられる組成物;
B:縮合環構造、架橋環構造及びスピロ環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む基を有するアニオンを有するオニウム塩型光酸発生剤を含み、請求項1~9のいずれか1項に記載の積層体に含まれる前記感光層の形成に用いられる組成物。
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