WO2020262282A1 - 保護層形成用組成物の製造方法、保護層形成用組成物の保存方法およびこの保存方法の応用 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>
有機層上に積層されかつ有機層を薬液から保護するための水溶性保護層の形成に使用される保護層形成用組成物の製造方法であって、
水溶性樹脂および溶剤を含む組成物を撹拌した後、撹拌後の組成物が入った容器を、0~18℃の温度範囲の環境下に連続して24時間以上曝すことを含み、
上記環境下に曝す期間の開始時が、撹拌の終了後72時間以内である、保護層形成用組成物の製造方法。
<2>
上記環境下に曝す期間の開始時が、撹拌の終了後24時間以内である、
<1>に記載の製造方法。
<3>
上記環境下に連続して曝す期間が1ヶ月以上である、
<1>または<2>に記載の製造方法。
<4>
上記容器を上記環境に曝す際の温度範囲が0~10℃である、
<1>~<3>のいずれか1つに記載の製造方法。
<5>
撹拌の終了後、上記環境下に曝す前に、上記組成物を濾過することを含む、
<1>~<4>のいずれか1つに記載の製造方法。
<6>
撹拌時の上記組成物が、防カビ剤を含む、
<1>~<5>のいずれか1つに記載の製造方法。
<7>
保護層形成用組成物が、防カビ剤として、イソチアゾリノン系化合物、2-ブロモ-2-ニトロプロパン-1,3-ジオール、メチルスルホニルテトラクロロピリジン、2-(ジクロロ-フルオロメチル)スルファニルイソインドール-1,3-ジオン、二酢酸ナトリウムおよびジヨードメチルパラトリルスルホンの少なくとも1種を含む、
<6>に記載の製造方法。
<8>
水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよび水溶性多糖類からなる群から選択された少なくとも1種を含む、
<1>~<7>のいずれか1つに記載の製造方法。
<9>
水溶性樹脂として、高分子量体と、この高分子量体の重量平均分子量よりも小さい重量平均分子量を有する低分子量体とを含み、
低分子量体の重量平均分子量が、高分子量体の重量平均分子量の半分以下である、
<1>~<8>のいずれか1つに記載の製造方法。
<10>
高分子量体の含有量が、全水溶性樹脂に対し30質量%以下である、
<9>に記載の製造方法。
<11>
高分子量体として、重量平均分子量が20,000以上であるポリビニルアルコールを含む、
<9>または<10>に記載の製造方法。
<12>
高分子量体として、重量平均分子量が300,000以上であるポリビニルピロリドンを含む、
<9>~<11>のいずれか1つに記載の製造方法。
<13>
高分子量体として、重量平均分子量が300,000以上である水溶性多糖類を含む、
<9>~<12>のいずれか1つに記載の製造方法。
<14>
水溶性多糖類がセルロースである、
<13>に記載の製造方法。
<15>
水溶性樹脂の分子量分布において、2つ以上のピークトップが存在し、
2つ以上のピークトップのうち、1つのピークトップに対応する分子量が、他の1つのピークトップに対応する分子量の半分以下である、
<1>~<14>のいずれか1つに記載の製造方法。
<16>
有機層上に積層されかつ有機層を薬液から保護するための水溶性保護層の形成に使用される保護層形成用組成物の保存方法であって、
水溶性樹脂および溶剤を含む組成物を撹拌した後、撹拌後の組成物が入った容器を、0~18℃の温度範囲の環境下に連続して24時間以上曝しながら保存することを含み、
上記環境下に曝す期間の開始時が、撹拌の終了後72時間以内である、保護層形成用組成物の保存方法。
<17>
<16>に記載の保存方法により保存された保護層形成用組成物を有機層上に適用することを含む、積層体の製造方法。
<18>
<17>に記載の積層体の製造方法を工程として含む、半導体素子の製造方法。
<19>
<16>に記載の保存方法により保存された保護層形成用組成物から得られた保護層。
<20>
<19>に記載の保護層と有機層とを含む積層体。
本発明の保護層形成用組成物の製造方法は、有機層上に積層されかつ有機層を薬液から保護するための水溶性保護層の形成に使用される保護層形成用組成物の製造方法であって、水溶性樹脂および溶剤を含む組成物を撹拌した後、撹拌後の組成物が入った容器を、0~18℃の温度範囲の環境(以下、「低温環境」ともいう。)下に連続して24時間以上曝すことを含み、上記環境下に曝す期間の開始時が、上記撹拌の終了後72時間以内であることを特徴とする。
本発明の製造方法において、保護層形成用組成物の原料を含む組成物を撹拌する方法は、特に制限されず、手動で行ってもよく撹拌装置を使用してもよい。短時間で均一に撹拌する等の観点から、撹拌装置によって組成物を撹拌することが好ましい。例えば、そのような撹拌装置として、一般的なマグネチックスターラーの他、各種撹拌棒(例えばフロンケミカル社製PTFEジェット型撹拌棒等)を取り付けたモータ型撹拌機などを使用できる。
容器は、保護層形成用組成物の品質を維持できれば、特に制限されず、例えば、ガラス製(ソーダ石灰ガラス)、金属製(ステンレス、アルミニウム、ニッケルなど)およびプラスチック製(ポリプロピレン、ポリエチレン(特に高密度ポリエチレン)など)の容器を使用できる。より安定的に品質を維持する観点から、容器は、ガラス製の容器であることが好ましい。容器は、通常、容器本体と、容器本体を密閉するための蓋とで構成される。容器本体および蓋それぞれの材質は、互いに同一でもよく、異なってもよい。
本発明の製造方法において、低温環境の形成には、例えば冷蔵庫を使用することができる。保護層形成用組成物中の微生物の増殖をより抑制する観点から、上記温度範囲の上限は、15℃以下であることが好ましく、10℃以下であることがより好ましく、8℃以下であることがさらに好ましい。また、上記温度範囲の下限は、1℃以上であることが好ましく、2℃以上であることがより好ましく、3℃以上であることがさらに好ましい。また、低温環境の温度は、保存期間中、0~18℃の範囲内で段階的にまたは連続的に適宜変更してもよい。温度変更の態様としては、例えば、冷却効率等の観点から、保存期間初期において低い温度で低温保存を開始し、その後、徐々に温度を上げる低温環境の雰囲気は、特に制限されず、大気由来の雰囲気(大気から温度調整を行った雰囲気)でもよく、窒素等の不活性ガスで置換された雰囲気でもよいが、利便性の観点から、大気由来の雰囲気であることが好ましい。
本発明の製造方法により得られる保護層形成用組成物について説明する。保護層形成用組成物は、水溶性樹脂および溶剤を含み、必要に応じて他の成分を含んでもよい。
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う。そして、水溶性樹脂は、23℃における水100gに対して5g以上溶解する樹脂であることが好ましく、10g以上溶解する樹脂であることがより好ましく、30g以上溶解する樹脂であることがさらに好ましい。溶解量の上限は特にないが、100g程度であることが実際的である。
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さらに含んでもよい。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(P1-2)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(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さらに含んでもよい。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(P2-2)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(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さらに含んでもよい。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。
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さらに含んでもよい。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。
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。
・重量平均分子量Mwが30,000~100,000のPVA(高分子量体)と、Mwが10,000~40,000のPVA(低分子量体)の組み合わせ。
・Mwが500,000~1,500,000のPVP(高分子量体)と、Mwが30,000~600,000のPVP(低分子量体)の組み合わせ。
・Mwが500,000~1,500,000の水溶性多糖類(高分子量体)と、Mwが50,000~600,000の水溶性多糖類(低分子量体)の組み合わせ。
・Mwが500,000~1,500,000のPVP(高分子量体)と、Mwが10,000~100,000のPVA(低分子量体)の組み合わせ。
・Mwが500,000~1,500,000の水溶性多糖類(高分子量体)と、Mwが10,000~100,000のPVA(低分子量体)の組み合わせ。
・Mwが500,000~1,500,000のPVP(高分子量体)と、Mwが50,000~600,000の水溶性多糖類(低分子量体)の組み合わせ。
・Mwが500,000~1,500,000の水溶性多糖類(高分子量体)と、Mwが30,000~600,000のPVP(低分子量体)の組み合わせ。
本発明において、保護層形成用組成物は、他の成分として、後述する水溶性溶剤(アルコールなど)に溶解可能な樹脂、アセチレン基を含む界面活性剤、他の界面活性剤、防腐剤、防カビ剤、遮光剤、および、他の溶剤として水溶性溶剤を含むことができる。
水溶性溶剤に溶解可能な樹脂とは、23℃における水溶性溶剤100gに対して1g以上溶解する樹脂をいう。そして、水溶性樹脂は、23℃における水溶性溶剤100gに対して5g以上溶解する樹脂であることが好ましく、10g以上溶解する樹脂であることがより好ましく、20g以上溶解する樹脂であることがさらに好ましい。溶解量の上限は特にないが、30g程度であることが実際的である。
保護層形成用組成物が、アセチレン基を含む界面活性剤を含むことにより、残渣の発生をより抑制することができる。
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および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。
式(9)で表される化合物としては、下記式(91)で表される化合物であることが好ましい。
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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)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および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がさらに好ましい)であることが好ましい。なかでもメチル基が好ましい。
R95および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がさらに好ましい)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。
R97および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がさらに好ましい)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および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の数がさらに好ましく、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および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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)、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がさらに好ましい)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がさらに好ましい)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の数がさらに好ましく、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以下の数がさらに一層好ましく、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および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。
保護層形成用組成物は、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。
保護層形成用組成物が防腐剤および防カビ剤を含有することにより、保護層形成用組成物の品質をより長期にわたって維持することができる。
保護層形成用組成物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。
保護層形成用組成物に使用する溶剤は、水を含むことが好ましい。また、溶剤は、水以外の他の溶剤として水溶性溶剤を含むことができる。また、保護層形成用組成物は、水溶性溶剤を含まない(すなわち、保護層形成用組成物中の溶剤が水のみである)態様でもよい。
本発明の製造方法によって得られる保護層形成用組成物は、上記のとおり、基材、有機層、保護層および感光層をこの順に含む積層体の形成に利用される。そして、積層体は、積層体に含まれる有機層のパターニングに用いることができる。
積層体に使用される基材としては、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。
有機層は、有機材料を含む層である。具体的な有機材料は、有機層の用途や機能に応じて、適宜選択される。有機層の想定される機能としては、例えば、半導体特性、発光特性、光電変換特性、光吸収特性、電気絶縁性、強誘電性、透明性、絶縁性などが挙げられる。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さらに含まれていてもよい。
以下では、特に、有機層が有機半導体層である例について詳しく説明する。有機半導体層は、半導体の特性を示す有機材料を含む層である。
保護層は、保護層形成用組成物により形成される層である。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。
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。感光層としては、本技術分野で使用される公知の感光層(例えば、フォトレジスト層)を適宜利用することができる。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。
感光層用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。
感光層用特定樹脂の、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。
感光層用特定樹脂の、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。
感光層用特定樹脂は、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。
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。
感光層用特定樹脂は、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。
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。
感光層用特定樹脂は、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、感光層用特定樹脂の全繰返し単位の3モル%以下をいい、好ましくは1モル%以下をいう。
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。感光層用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%がさらに好ましい。上記繰返し単位が2種以上含まれる場合には、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
感光層用特定樹脂としては、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。
以下の樹脂も感光層用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、感光層用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%以上であることがさらに好ましい。
また、感光層用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、感光層用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。
感光層用特定樹脂の分子量分散度(重量平均分子量/数平均分子量)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、光酸発生剤をさらに含むことが好ましい。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。
感光層形成用組成物を用い、シリコンウエ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エハ基板を、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光酸発生剤量(モル)×100
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。
光酸発生剤は、オキシムスルホネート基を含む化合物(以下、単に「オキシムスルホネート化合物」ともいう)であることが好ましい。
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)およ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。
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。
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。
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。光酸発生剤を2種以上用いる場合には、それらの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。
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。
ヘテロ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。
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。
-CH2-CH(R45)- (42)
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。界面活性剤を2種以上用いる場合には、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
感光層には、さらに、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、および、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。
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、および炭化水素系溶剤が挙げられる。
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。
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。
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。
感光層形成用組成物は、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。
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。
(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さらに必要に応じて、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。
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。
有機溶剤を2種以上用いる場合には、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
積層体形成用キットは、例えば、上述した保護層形成用組成物および感光層形成用組成物を含む。また、積層体形成用キットは、上述有機層形成用組成物をさらに含んでもよい。
積層体の製造方法は、下記工程(1)を少なくとも含む。また、有機層のパターニング方法は、下記工程(1)~(5)を少なくとも含む。
(1)基板上の有機層の上に、保護層を形成する工程、
(2)保護層の有機層と反対側の上に、感光層を形成する工程、
(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および有機層を除去する工程、
(6)剥離液を用いて保護層を除去する工程、
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、i線を用いることがより好ましい。
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以上がさらに好ましい。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。
さらに、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以上がさらに好ましく、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以下がさらに好ましい。
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。
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。
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およ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。
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、およ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。
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。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。
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。
保護層形成用組成物を応用した積層体は、有機半導体を利用した半導体素子(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。
保護層形成用組成物(S-1~S-24)について、下記の原料をそれぞれ混合した。混合後、撹拌機(ホットマグネットスターラー、C-MAG HS4、IKA社製)を使用して、下記の撹拌条件の下、保護層形成用組成物をそれぞれ撹拌した。撹拌が終了した後、ステンレス プレッシャー フィルターホルダー(sartorius社製)に、孔径5μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)メンブレンフィルター(デュラポア(Durapore)、Merck社製)を設置し、これを用いて2MPaで加圧しながら各組成物を濾過した。この濾過後、大気下で、充填率が80%となるように、ガラス製容器(容積250mL)に上記組成物をそれぞれ充填し、ネジ式キャップで容器を密封した。その後、下記表1および表2に記載の各保存条件の下、組成物が充填された容器を冷蔵庫内でそれぞれ保存した(実施例1~36および比較例1~5)。
<<撹拌条件>>
・雰囲気:大気
・撹拌時間:240分
・撹拌温度:50℃
・撹拌部材の回転速度:500rpm
<<保護層形成用組成物S-1,S-10,S-20,S-24>>
・表に記載の各水溶性樹脂 15.000質量部
・表に記載の各界面活性剤 0.008質量部
・水 84.992質量部
<<保護層形成用組成物S-2~S-7>>
・表に記載の各水溶性樹脂 15.000質量部
・表に記載の各界面活性剤 0.008質量部
・表に記載の各防カビ剤 0.002質量部
・水 84.990質量部
<<保護層形成用組成物S-8,S-9,S-11~S-19,S-21~S-23>>
・表に記載の各高分子量体 15.000質量部×表に記載の各割合
・表に記載の各低分子量体 15.000質量部×表に記載の各割合
・表に記載の各界面活性剤 0.008質量部
・表に記載の各防カビ剤 0.002質量部
・水 84.990質量部
<<ポリビニルアルコール(PVA)>>
・PVA-1:クラレ社製PVA-203、Mw=15,000。
・PVA-2:クラレ社製PVA-205、Mw=24,000。
・PVA-3:クラレ社製PVA-210、Mw=50,000。
<<ポリビニルピロリドン(PVP)>>
・PVP-1:第一工業製薬社製ピッツコールK-30、Mw=45,000。
・PVP-2:第一工業製薬社製ピッツコールK-50、Mw=250,000。
・PVP-3:第一工業製薬社製ピッツコールK-80、Mw=900,000。
・PVP-4:第一工業製薬社製ピッツコールK-90、Mw=1200,000。
<<2-ヒドロキシエチルセルロース(HEC)>>
・HEC-1:富士フイルム和光純薬社製、Mw=90,000。
・HEC-2:富士フイルム和光純薬社製、Mw=380,000。
・HEC-3:富士フイルム和光純薬社製、Mw=720,000。
・HEC-4:富士フイルム和光純薬社製、Mw=1300,000。
<<PVPでグラフト化されたPVA(GRA)>>
・GRA-1:第一工業製薬社製ピッツコールV-7154。
・界面活性剤E-1:下記構造を有する化合物。川研ファインケミカル社製アセチレノールE00。
・界面活性剤E-2:ポリオキシエチレンラウリルエーテル。日本エマルジョン社製EMALEX710。
・F-1:メチルイソチアゾリノン。
・F-2:2-ブロモ-2-ニトロプロパン-1,3-ジオール。
・F-3:メチルスルホニルテトラクロロピリジン。
・F-4:2-(ジクロロ-フルオロメチル)スルファニルイソインドール-1,3-ジオン。
・F-5:二酢酸ナトリウム。
・F-6:ジヨードメチルパラトリルスルホン。
本発明の製造方法の効果を評価するため、実施例および比較例の各保護層形成用組成物について、保存後の保護層形成用組成物を使用して形成した保護層の欠陥数および残渣率を計測した。
保護層の欠陥数および残渣率を測定するに際し、実施例および比較例の各保護層形成用組成物を使用して、次のようにして積層体を用意した。5cm四方のガラス基板上に、有機材料として有機半導体材料を含む下記組成の有機層形成用組成物をスピンコートし、80℃で10分間乾燥させることで、厚さ150nmの有機半導体層を形成した。次いで、上記有機半導体層上に、実施例および比較例の各保護層形成用組成物をスピンコートし、80℃で1分間乾燥させることで、厚さ2μmの保護層を形成した。このとき、保護層形成用組成物として、保存を開始した日から1年経過した組成物および3年経過した組成物をそれぞれ使用した。さらに、上記保護層上に、下記組成の感光性樹脂組成物をスピンコートし、80℃で1分間乾燥させることで、厚さ2μmの感光性樹脂層を形成した。以上により、ガラス基板、有機半導体層(厚さ150nm)、保護層(厚さ2μm)および感光性樹脂層(厚さ2μm)を順に有する積層体が得られる。
・P3HT(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 10質量%
・PCBM(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製) 10質量%
・クロロホルム(富士フイルム和光純薬社製) 80質量%
・下記方法で合成された感光性樹脂A-1 25.09質量部
・下記の光酸発生剤X 0.26質量部
・下記の塩基性化合物Y 0.08質量部
・下記の界面活性剤B 0.08質量部
・PGMEA 74.50質量部
まず、BzMA(ベンジルメタクリレート、16.65g)、THFMA(メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、21.08g)、t-BuMA(t-ブチルメタクリレート、5.76g)、およびV-601(0.4663g、富士フイルム和光純薬社製)をPGMEA(32.62g)に溶解し、PGMEA溶液を調製した。次いで、窒素導入管および冷却管を取り付けた三口フラスコにPGMEA(32.62g)を入れ、86℃に昇温し、ここに、上記PGMEA溶液を2時間かけて滴下した。次いで、その溶液を2時間撹拌し、その後、反応を終了させた。反応終了後の溶液をヘプタン中に注入してポリマー成分を再沈させ、これにより生じた白色粉体を濾過により回収した。この結果、重量平均分子量Mwが45000の感光性樹脂A-1を得た。
上記積層体の形成工程のうち、保護層の形成後、感光性樹脂層の形成前に、光学顕微鏡を使用して、2.6mm×3.8mmの視野(倍率5倍)で保護層の表面を基板上の全範囲にわたって観察し、視認可能な微生物のコロニー数を計数した。
保存を開始した日から1年経過した保護層形成用組成物を用いた場合の積層体について、保護層を除去したときの残渣率を評価した。具体的には次のとおりである。
残渣率(%)=
(保護層除去処理実施後の有機層表面の水溶性樹脂由来のシグナル強度I)
/(保護層表面の水溶性樹脂由来のシグナル強度I0)×100
実施例および比較例の各結果を上記表1および表2に示す。この結果から、本発明の保護層形成用組成物の製造方法により、長期間の保管に対しても品質が低下しにくい保護層形成用組成物が得られることがわかった。
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 (20)
- 有機層上に積層されかつ有機層を薬液から保護するための水溶性保護層の形成に使用される保護層形成用組成物の製造方法であって、
水溶性樹脂および溶剤を含む組成物を撹拌した後、撹拌後の前記組成物が入った容器を、0~18℃の温度範囲の環境下に連続して24時間以上曝すことを含み、
前記環境下に曝す期間の開始時が、前記撹拌の終了後72時間以内である、保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記環境下に曝す期間の開始時が、前記撹拌の終了後24時間以内である、
請求項1に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記環境下に連続して曝す期間が1ヶ月以上である、
請求項1または2に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記容器を前記環境に曝す際の温度範囲が0~10℃である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記撹拌の終了後、前記環境下に曝す前に、前記組成物を濾過することを含む、
請求項1~4のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記撹拌時の前記組成物が、防カビ剤を含む、
請求項1~5のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記保護層形成用組成物が、前記防カビ剤として、イソチアゾリノン系化合物、2-ブロモ-2-ニトロプロパン-1,3-ジオール、メチルスルホニルテトラクロロピリジン、2-(ジクロロ-フルオロメチル)スルファニルイソインドール-1,3-ジオン、二酢酸ナトリウムおよびジヨードメチルパラトリルスルホンの少なくとも1種を含む、
請求項6に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよび水溶性多糖類からなる群から選択された少なくとも1種を含む、
請求項1~7のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記水溶性樹脂として、高分子量体と、前記高分子量体の重量平均分子量よりも小さい重量平均分子量を有する低分子量体とを含み、
前記低分子量体の重量平均分子量が、前記高分子量体の重量平均分子量の半分以下である、
請求項1~8のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記高分子量体の含有量が、全水溶性樹脂に対し30質量%以下である、
請求項9に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記高分子量体として、重量平均分子量が20,000以上であるポリビニルアルコールを含む、
請求項9または10に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記高分子量体として、重量平均分子量が300,000以上であるポリビニルピロリドンを含む、
請求項9~11のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記高分子量体として、重量平均分子量が300,000以上である水溶性多糖類を含む、
請求項9~12のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記水溶性多糖類がセルロースである、
請求項13に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 前記水溶性樹脂の分子量分布において、2つ以上のピークトップが存在し、
前記2つ以上のピークトップのうち、1つのピークトップに対応する分子量が、他の1つのピークトップに対応する分子量の半分以下である、
請求項1~14のいずれか1項に記載の保護層形成用組成物の製造方法。 - 有機層上に積層されかつ有機層を薬液から保護するための水溶性保護層の形成に使用される保護層形成用組成物の保存方法であって、
水溶性樹脂および溶剤を含む組成物を撹拌した後、撹拌後の前記組成物が入った容器を、0~18℃の温度範囲の環境下に連続して24時間以上曝しながら保存することを含み、
前記環境下に曝す期間の開始時が、前記撹拌の終了後72時間以内である、保護層形成用組成物の保存方法。 - 請求項16に記載の保存方法により保存された保護層形成用組成物を有機層上に適用することを含む、積層体の製造方法。
- 請求項17に記載の積層体の製造方法を工程として含む、半導体素子の製造方法。
- 請求項16に記載の保存方法により保存された保護層形成用組成物から得られた保護層。
- 請求項19に記載の保護層と有機層とを含む積層体。
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