説明

新規化合物およびそれを用いた重合体組成物

【課題】架橋性に優れた新規化合物を提供すること。
【解決手段】下記一般式(1)で表される化合物。


[式(1)中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、アセチル基、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロアセチル基またはR−SO2−で表される基(Rは炭化水素基を示す
。)を示し;R7〜R10はそれぞれ独立に水素原子または電子供与性基を示し;R11はメ
チレン基または炭素数2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を示す。]

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、架橋剤として有用な新規化合物およびそれを用いた重合体組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、プリント配線基板、ウェハレベルの絶縁膜、液晶表示素子などに用いられる配向膜、液晶表示素子や固体撮像素子などのカラフィルターの高密度化および高性能化が進んでいる。プリント配線基板、ウェハレベルの絶縁膜、液晶表示素子や固体撮像素子などのカラフィルターが有するパターンの形成に用いられる樹脂組成物として、重合体、架橋剤および感放射線性酸発生剤を含有するネガ型感光性樹脂組成物や、その他の樹脂組成物が数例提案されている(例えば、特許文献1〜5参照)。
【0003】
ここで、上記架橋剤としてはメラミン樹脂やエポキシ基を有する化合物などが知られているが、より優れた架橋性を有する架橋剤は今昔変わらず求められている。
【0004】
例えば非特許文献1には、4,4’−メチレンビス[2,6−ビス(メトキシメチル)]フェノール(MBMP)がポリフェニレンエーテルに対する優れた架橋剤として紹介されている。また、特許文献1の実施例において、MBMPは重合体(ポリフェニレンエーテル)に対する架橋剤として使用され、得られた感光性樹脂組成物は現像性などに優れると記載されている。
【0005】
一方、特許文献2には、フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂に対する架橋剤として、分子中に少なくとも2つのアルキルエーテル化されたアミノ基を有する化合物が記載されている。
【0006】
しかし、上述の架橋剤は架橋性が未だ充分ではなく、さらなる改良が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2009−115835号公報
【特許文献2】特開2007−241312号公報
【特許文献3】特開平10−046151号公報
【特許文献4】特開平11−231516号公報
【特許文献5】特開平06−003521号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Journal of Polymer Science:Part A:Polymer chemistry、2008、46、4949−4958
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、架橋性に優れた新規化合物を提供することを課題とする。また、そのような新規化合物を用いた重合体組成物を提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を行い、架橋性に優れた新規化合物を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の[1]〜[6]に関する。
【0011】
[1]下記一般式(1)で表される化合物。
【0012】
【化1】

【0013】
[式(1)中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、アセチル基、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロアセチル基またはR−SO2−で表される基(Rは炭化水素基を示す
。)を示し;R7〜R10はそれぞれ独立に水素原子または電子供与性基を示し;R11はメ
チレン基または炭素数2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を示す。]
[2]R1〜R6から選択される2つ以上が、アセチル基である前記[1]に記載の化合物。
【0014】
[3]R1〜R6の全てが、アセチル基である前記[1]に記載の化合物。
【0015】
[4]R7〜R10から選択される1つ以上が、炭素数1〜10のアルキル基である前記
[1]〜[3]の何れか一項に記載の化合物。
【0016】
[5]前記[1]〜[4]の何れか一項に記載の化合物と重合体とを含有する重合体組成物。
【0017】
[6]さらに、感放射線性酸発生剤を含有する前記[5]に記載の重合体組成物。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、架橋性に優れた新規化合物およびそれを用いた重合体組成物が提供される。すなわち本発明の化合物は、優れた架橋性を有するため、架橋剤として好適に用いることができる。本発明の化合物は、プリント配線基板やウェハレベルの絶縁膜などに用いられる感光性絶縁樹脂組成物、液晶表示素子などに用いられる配向膜形成用組成物、液晶表示素子や固体撮像素子などのカラフィルター形成用に用いられる着色層形成用感放射線性組成物に含有される架橋剤として、特に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】図1は架橋剤種に対してDissolution rateをプロットしたグラフである。
【図2】図2はウエハー上に形成されたパターンのSEM画像である。
【図3】図3はPEB温度に対してDissolution rateをプロットしたグラフである。
【図4】図4はPEB温度に対してDissolution rateをプロットしたグラフである。
【図5】図5はPEB時間に対してDissolution rateをプロットしたグラフである。
【図6】図6は重合体組成物の感度曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0021】
〔下記一般式(1)で表される化合物〕
本発明の化合物は、下記一般式(1)で表される(以下「化合物(1)」ともいう)。
【0022】
【化2】

【0023】
式(1)中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、アセチル基、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロアセチル基またはR−SO2−で表される基(Rは炭素数1〜4のア
ルキル基、炭素数6〜20のアリール基などの炭化水素基を示す。)を示し、R1〜R6から選択される2つ以上がアセチル基であることが好ましく、R1〜R6の全てがアセチル基であることがより好ましい。R1〜R6は酸触媒の存在下において、例えばR1OH〜R6OHとなって脱離する。pKa値を比較すると、スルホン酸(−1.2程度)<トリフルオロ酢酸(−0.25程度)<酢酸(5程度)<水<メタノール(15.5程度)である。これらの中では、入手の容易さ、および脱離性能に優れることを鑑みると、酢酸が好ましい。すなわち、R1〜R6がアセチル基である化合物(1)は、入手が容易であるとともに、架橋性に優れる。
【0024】
また、R7〜R10はそれぞれ独立に水素原子または電子供与性基を示し、R7〜R10から選択される1つ以上が電子供与性基であることが好ましい。R7〜R10から選択される1
つ以上が電子供与性基の場合、それらの基に直結するベンゼン環の電子密度が増大し、例えば、R1OH(例:酢酸)が脱離した後のベンジルカチオンの安定化(ベンジルカチオ
ンの寿命の増大)が可能となるため、架橋反応の効率が向上する。
【0025】
なお、本発明において電子供与性基とは、化合物の特定の位置について、電子密度を増加させる効果を持つ基のことであり、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基が挙げられる。
【0026】
電子供与性基は、炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましい。電子供与性基が炭素数1〜10のアルキル基であると、化合物(1)同士で自己縮合する部位が減少または消滅するため、化合物(1)同士の重合を阻止できる。このため、化合物(1)を架橋剤として用いた場合、少ない架橋剤配合量で、パターン形成能に優れた重合体組成物が得られ、また耐熱性などに優れたパターンが得られる。
【0027】
また、R11はメチレン基または炭素数2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を示す。このようにR11としてメチレン基またはアルキレン基を導入することにより、以下の理由により架橋剤としての性能が向上する。
【0028】
(a)化合物(1)自体のモビリティーの増加につながり、例えばR1OH(例:酢酸
)として脱離した後のベンジルカチオンが動きやすいため、架橋反応の効率が向上する。(b)化合物(1)自体が長いため、重合体の分子鎖が離れていても効果的な架橋反応が可能である(分子長が小さい架橋剤と比べて、架橋剤の配合量を低減できる)。(c)柔軟なアルキル鎖(アルキレン基)および回転性のあるエーテル結合の存在により、樹脂膜の低反り性の向上が期待できる。(d)架橋後の重合体のクラック発生を抑制できる。
【0029】
また、化合物(1)は、ベンゼン環に結合したエーテル結合(Ar−O−R11)を有する。エーテル結合は電子供与性基として働き、例えばR1OH(例:酢酸)が脱離した後
のベンジルカチオンの安定化(ベンジルカチオンの寿命の増大)が可能となるため、架橋反応の効率が向上する。また、ベンゼン環同士がエーテル結合を介して結合しているため、分子内回転が容易であり、架橋剤自体のモビリティーが向上し、架橋反応の効率が向上する。
【0030】
上記炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられ;上記炭素数1〜10のアルキル基としては、前記例示のアルキル基に加えて、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられ;上記炭素数2〜20の直鎖状または分岐状のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基などが挙げられる。
【0031】
《化合物(1)と重合体との架橋反応のメカニズムについて》
以下、本発明の化合物(1)が架橋剤として作用するメカニズムについて説明する。
【0032】
【化3】

【0033】
感放射線性酸発生剤由来の酸(H+)が化合物(1)の酸素(非共有電子対)部位と反
応し、R3OH(例:酢酸)が脱離する。続いて、生成したベンジルカチオンと、例えば
、ポリフェニレンエーテル(A)のベンゼン環(π電子雲)や、フェノール性水酸基を有する重合体(B)のフェノール性水酸基(酸素の不対電子対)やベンゼン環(π電子雲)との親電子反応が進行する。化合物(1)においては、このように反応しうる酸素部位が2つ以上ある(例:−OR3、−OR4など)ため、架橋反応が可能となる。
【0034】
〔化合物(1)の有用性・用途〕
本発明の化合物(1)は、優れた架橋性を有するため、架橋剤として好適に用いることができる。本発明の化合物(1)は、プリント配線基板やウェハレベルの絶縁膜などに用いられる感光性絶縁樹脂組成物、液晶表示素子などに用いられる配向膜形成用組成物、液晶表示素子や固体撮像素子などのカラフィルター形成用に用いられる着色層形成用感放射線性組成物に含有される架橋剤として、特に好適に用いることができる。
【0035】
〔化合物(1)の製造方法〕
本発明の化合物(1)の製造方法について説明する。本発明の化合物(1)は、例えば
、以下の2つの方法により製造することができる。
【0036】
《第1の方法(ルート1)》
化合物(1)を製造する第1の方法は、工程i:下記式(1a)で表されるフェノール化合物と下記式(1b)で表されるハロゲン含有化合物とを反応させることにより、下記式(1c)で表される化合物を製造する工程、工程ii:下記式(1c)で表される化合物と下記式(1d)で表されるハロゲン含有化合物とを反応させることにより、下記式(1e)で表される化合物を製造する工程、工程iii:下記式(1e)で表される化合物と下
記式(1f)で表されるアルカリ金属化合物とを反応させることにより、下記式(1g)で表される化合物を製造する工程を含む。
【0037】
第1の方法によれば、化合物(1)を比較的高収率で製造することができる。
【0038】
−工程i−
工程iは、下記式(1a)で表されるフェノール化合物と下記式(1b)で表されるハロゲン含有化合物とを反応させることにより、下記式(1c)で表される化合物を製造する工程である。
【0039】
【化4】

【0040】
式(1a)中、複数あるRAはそれぞれ独立に水素原子または電子供与性基(例:アルキ
ル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基)を示し、少なくとも1つが電子供与性基であることが好ましく、少なくとも1つが炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましい。具体的には、3,5−ジメチルフェノール、3,5−ジメトキシフェノールなどが挙げられる。
【0041】
【化5】

【0042】
式(1b)中、R11はメチレン基または炭素数2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を示す。Xはフッ素原子、塩素原子または臭素原子を示す。具体的には、1,6−ジブロモへキサン、1,7−ジブロモヘプタン、1,10−ジブロモデカン、1,7−ジクロロヘプタン、1,8−ジクロロオクタンなどが挙げられる。
【0043】
【化6】

【0044】
式(1c)中、複数あるRAはそれぞれ独立に水素原子または電子供与性基を示し、少な
くとも1つが電子供与性基であることが好ましく、少なくとも1つが炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましい。R11は上記式(1b)中のR11と同義である。
【0045】
工程iにおいて、反応に供される上記式(1a)で表されるフェノール化合物と上記式(1b)で表されるハロゲン含有化合物とのモル比(1a/1b)は、収率の観点から、通常は1〜10、好ましくは2〜5である。
【0046】
工程iにおいて、フェノキシドイオンの求核種形成用の塩基触媒として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの炭酸塩;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物などを用いることが好ましい。塩基触媒の使用量は、上記式(1a)で表されるフェノール化合物1モルに対して、通常は1〜10モル、好ましくは1〜3モルである。
【0047】
工程iにおいて、溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、上記式(1a)または式(1b)で表される化合物と反応せず、また反応温度条件で安定である溶媒であれば、特に制限無く用いることができる。具体的には、N,N−ジメチルホルミアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどが挙げられる。反応溶液中の上記式(1a)で表されるフェノール化合物と上記式(1b)で表されるハロゲン含有化合物との合計仕込み濃度は、収率の観点から、通常は5〜70重量%である。
【0048】
工程iにおいて、反応温度は通常0〜220℃、好ましくは23〜120℃であり、反応圧力は通常1〜100気圧、好ましくは大気圧であり、反応時間は通常0.1〜100時間、好ましくは1〜30時間である。また、工程iは不活性ガス雰囲気(例:窒素雰囲気やアルゴン雰囲気)下で実施することが好ましい。
【0049】
工程iにおいて得られた上記式(1c)で表される化合物は、例えば、反応溶液に対して通常の精製作業(再沈殿、抽出、洗浄、乾燥、濾過、濃縮、結晶化など)を行うことにより、単離して、次工程iiで用いることができる。
【0050】
−工程ii−
工程iiは、上記式(1c)で表される化合物と下記式(1d)で表されるハロゲン含有化合物とを反応させることにより、下記式(1e)で表される化合物を製造する工程である。
【0051】
【化7】

【0052】
式(1d)中、RBは炭素数1〜10のアルキル基を示し、Xはフッ素原子、塩素原子ま
たは臭素原子を示す。具体的には、クロロメチルメチルエーテルなどが挙げられる。
【0053】
【化8】

【0054】
式(1e)中、RAおよびR11はそれぞれ上記式(1c)中のRAおよびR11と同義であり、Xは上記式(1d)中のXと同義である。複数あるRAは相互に同一でも異なってもよ
く、複数あるXは相互に同一でも異なってもよい。
【0055】
工程iiにおいて、反応に供される上記式(1c)で表される化合物と上記式(1d)で表されるハロゲン含有化合物とのモル比(1d/1c)は、収率の観点から、通常は6〜100、好ましくは6〜30である。
【0056】
工程iiにおいて、触媒としてSnCl4、SnBr4などの金属ハロゲン化物を用いることが好ましい。触媒の使用量は、上記式(1d)で表される化合物に対して、通常は等量(モル基準)以上である。
【0057】
工程iiにおいて、溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、上記式(1c)または式(1d)で表される化合物と反応せず、また反応温度条件で安定である溶媒であれば、特に制限無く用いることができ、上記金属ハロゲン化物を溶解できる溶媒であればより好ましい。具体的には、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素などが挙げられる。前記溶媒は脱水して用いることが好ましい。反応溶液中の上記式(1c)で表される化合物と上記式(1d)で表されるハロゲン含有化合物との合計仕込み濃度は、収率の観点から、通常は1〜50重量%、好ましくは1〜20重量%である。
【0058】
工程iiにおいて、反応温度は通常−30〜50℃、好ましくは−15〜35℃であり、反応圧力は通常は大気圧であり、反応時間は通常0.1〜100時間、好ましくは1〜10時間である。また、工程iiは不活性ガス雰囲気(例:窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)下で実施することが好ましい。また、前記不活性ガスは水分を含まない方が好ましい。
【0059】
工程iiにおいて得られた上記式(1e)で表される化合物は、例えば、反応溶液に対して通常の精製作業を行うことにより、単離して、次工程iiiで用いることができる。
【0060】
−工程iii−
工程iiiは、上記式(1e)で表される化合物と下記式(1f)で表されるアルカリ金
属化合物とを反応させることにより、下記式(1g)で表される化合物を製造する工程である。
【0061】
【化9】

【0062】
式(1f)中、RCは水素原子、アセチル基、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロ
アセチル基またはR−SO2−で表される基(Rは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6
〜20のアリール基などの炭化水素基を示す。)を示し、アセチル基であることが好まし
い。Mはリチウム、ナトリウムまたはカリウムを示す。具体的には、酢酸ナトリウム、酢酸カリウムなどが挙げられる。
【0063】
【化10】

【0064】
式(1g)中、RAおよびR11はそれぞれ上記式(1c)中のRAおよびR11と同義である。RCは上記式(1f)中のRCと同義である。複数あるRAは相互に同一でも異なっても
よく、複数あるRAから選択される1つ以上が電子供与性基であることが好ましく、複数
あるRAから選択される1つ以上が炭素数1〜10のアルキル基であることがより好まし
い。複数あるRCは相互に同一でも異なってもよく、複数あるRCから選択される2つ以上がアセチル基であることが好ましく、複数あるRCの全てがアセチル基であることがより
好ましい。
【0065】
工程iiiにおいて、反応に供される上記式(1e)で表される化合物と上記式(1f)
で表されるアルカリ金属化合物とのモル比(1f/1e)は、収率の観点から、通常は6〜50、好ましくは6〜30である。
【0066】
工程iiiにおいて、溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、上記式(1e)ま
たは式(1f)で表される化合物と反応せず、また反応温度条件で安定である溶媒であれば、特に制限無く用いることができる。具体的には、酢酸、プロピオン酸、アセトニトリルなどが挙げられる。反応溶液中の上記式(1e)で表される化合物と上記式(1f)で表されるアルカリ金属化合物との合計仕込み濃度は、収率の観点から、通常は0.1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%である。
【0067】
工程iiiは還流条件で行うことが好ましいが、上記式(1e)または式(1f)で表さ
れる化合物の種類によっては、還流条件よりも低い温度で行うこともできる。反応圧力は通常1〜100気圧、好ましくは大気圧であり、反応時間は通常0.1〜200時間、好ましくは1〜50時間である。また、工程iiiは不活性ガス雰囲気(例:窒素雰囲気、ア
ルゴン雰囲気)下で実施することが好ましい。また、前記不活性ガスは水分を含まない方が好ましい。
【0068】
工程iiiにおいて得られた上記式(1g)で表される化合物は、例えば、反応溶液に対
して通常の精製作業を行うことにより、単離すればよい。このようにして、最終的に化合物(1)が得られる。
【0069】
なお、RCが水素原子である化合物を得る場合は、RCがアセチル基である化合物から、還元剤(例えば、LiAlH4)などを用いて還元することにより得ることもできる。
【0070】
また、RCがアルキル基である化合物を得る場合は、以下の2種類の手法も挙げられる
。一つは、上記RCが水素原子である化合物を少量の硫酸などの酸触媒存在下、アルコー
ルを還流することにより高収率でRcがアルキル基である化合物を合成する方法である。
もう一つは、上記RCが水素原子である化合物を塩化水素や塩化臭素でハロゲン化した後
、ハロゲン化された化合物とアルカリ金属のアルコキシド化合物(例:ナトリウムメトキシド)とをアルコール中、室温で反応させることにより比較的高収率でRcがアルキル基
である化合物を合成する方法である。
【0071】
《第2の方法(ルート2)》
化合物(1)を製造する第2の方法は、工程I:上記式(1a)で表されるフェノール化合物と、1,3,5−トリオキサン、ホルムアルデヒドおよびパラホルムアルデヒドから選択される少なくとも1種と、ハロゲン化水素酸(例:フッ酸、塩酸、臭化水素酸)とを反応させることにより、下記式(2a)で表される化合物を製造する工程、工程II:下記式(2a)で表される化合物と上記式(1f)で表されるアルカリ金属化合物とを反応させることにより、下記式(2b)で表される化合物を製造する工程、工程III:下記式
(2b)で表される化合物と上記式(1b)で表されるハロゲン含有化合物とを反応させることにより、上記式(1g)で表される化合物を製造する工程を含む。
【0072】
第2の方法によれば、比較的安価な原料化合物を使用し、かつ重金属化合物を使用することなく、化合物(1)を比較的高収率で製造することができる。
【0073】
−工程I−
工程Iは、上記式(1a)で表されるフェノール化合物と、1,3,5−トリオキサン、ホルムアルデヒドおよびパラホルムアルデヒドから選択される少なくとも1種と、ハロゲン化水素酸とを反応させることにより、下記式(2a)で表される化合物を製造する工程である。
【0074】
【化11】

【0075】
式(2a)中、RAは上記式(1a)中のRAと同義である。複数あるRAは相互に同一で
も異なってもよい。Xはフッ素原子、塩素原子または臭素原子を示す。
【0076】
工程Iにおいて、1,3,5−トリオキサンを用いる場合、反応に供される上記式(1a)で表されるフェノール化合物と1,3,5−トリオキサンとのモル比(トリオキサン/1a)は、収率の観点から、通常は1〜20、好ましくは1〜5である。また、上記式(1a)で表されるフェノール化合物とハロゲン化水素酸とのモル比(ハロゲン化水素酸/1a)は、収率の観点から、通常は3〜100、好ましくは3〜30である。
【0077】
工程Iにおいて、溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、上記式(1a)で表されるフェノール化合物や1,3,5−トリオキサン、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドなどと反応せず、また反応温度条件で安定である溶媒であれば、特に制限無く用いることができる。特に、極性の高い有機溶媒を好適に用いることができる。具体的には、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、酢酸、プロピオン酸などが挙げられる。反応溶液中の上記式(1a)で表されるフェノール化合物と1,3,5−トリオキサン、ホルムアルデヒドおよびパラホルムアルデヒドから選択される少なく
とも1種との合計仕込み濃度は、収率の観点から、通常は1〜80重量%、好ましくは5〜30重量%である。
【0078】
工程Iにおいて、反応温度は通常−20〜220℃、好ましくは23〜120℃であり、反応圧力は通常1〜100気圧、好ましくは大気圧であり、反応時間は通常0.1〜100時間、好ましくは1〜5時間である。
【0079】
工程Iにおいて得られた上記式(2a)で表される化合物は、例えば、反応溶液に対して通常の精製作業を行うことにより、単離して、次工程IIで用いることができる。
【0080】
−工程II−
工程IIは、上記式(2a)で表される化合物と上記式(1f)で表されるアルカリ金属化合物とを反応させることにより、下記式(2b)で表される化合物を製造する工程である。
【0081】
【化12】

【0082】
式(2b)中、RAは上記式(1a)中のRAと同義である。複数あるRAは相互に同一で
も異なってもよい。RCは上記式(1f)中のRCと同義である。複数あるRCは相互に同
一でも異なってもよい。
【0083】
工程IIにおいて、反応に供される上記式(2a)で表される化合物と上記式(1f)で表されるアルカリ金属化合物とのモル比(1f/2a)は、収率の観点から、通常は3〜50、好ましくは3〜12である。
【0084】
工程IIにおいて、溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、上記式(2a)または(1f)で表される化合物と反応せず、また反応温度条件で安定である溶媒であれば、特に制限無く用いることができる。具体的には、アセトニトリル、酢酸、プロピオン酸などが挙げられる。反応溶液中の上記式(2a)で表される化合物と上記式(1f)で表されるアルカリ金属化合物との合計仕込み濃度は、収率の観点から、通常は1〜80重量%、好ましくは5〜40重量%である。
【0085】
工程IIは還流条件で行えばよく、反応温度は通常40〜140℃、好ましくは60〜140℃であり、反応圧力は通常1〜100気圧、好ましくは大気圧であり、反応時間は通常0.1〜100時間、好ましくは1〜50時間である。
【0086】
工程IIにおいて得られた上記式(2b)で表される化合物は、例えば、反応溶液に対して通常の精製作業を行うことにより、単離して、次工程IIIで用いることができる。
【0087】
−工程III−
工程IIIは、上記式(2b)で表される化合物と上記式(1b)で表されるハロゲン含
有化合物とを反応させることにより、上記式(1g)で表される化合物を製造する工程で
ある。
【0088】
工程IIIにおいて、反応に供される上記式(2b)で表される化合物と上記式(1b)
で表されるハロゲン含有化合物とのモル比(2b/1b)は、収率の観点から、通常は2〜10、好ましくは2〜4である。
【0089】
工程IIIにおいて、フェノキシドイオンの求核種形成用の塩基触媒として、炭酸カリウ
ム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物などを用いてもよい。塩基触媒の使用量は、上記式(2b)で表される化合物1モルに対して、通常は1〜10モル、好ましくは1〜3モルである。
【0090】
工程IIIにおいて、溶媒を用いることができる。前記溶媒としては、上記式(2b)ま
たは(1b)で表される化合物と反応せず、また反応温度条件で安定である溶媒であれば、特に制限無く用いることができる。具体的には、N,N−ジメチルアセトアミド、N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどが挙げられる。反応溶液中の上記式(2b)で表される化合物と上記式(1b)で表されるハロゲン含有化合物との合計仕込み濃度は、収率の観点から、通常は1〜80重量%、好ましくは5〜40重量%である。
【0091】
工程IIIにおいて、反応温度は通常0〜220℃、好ましくは23〜120℃であり、
反応圧力は通常1〜100気圧、好ましくは大気圧であり、反応時間は通常0.1〜100時間、好ましくは1〜30時間である。
【0092】
工程IIIにおいて得られた上記式(1g)で表される化合物は、例えば、反応溶液に対
して通常の精製作業を行うことにより、単離すればよい。このようにして、最終的に化合物(1)が得られる。
【0093】
〔重合体組成物〕
本発明の重合体組成物は、上述の化合物(1)と重合体とを含有し、好ましくはさらに感放射線性酸発生剤を含有する。また、本発明の重合体組成物は、前記成分以外の他の成分を含有してもよい。
【0094】
《重合体》
本発明の重合体組成物は、重合体を含有する。前記重合体としては特に限定されないが、芳香環を有する重合体、ポリシロキサン、ポリアミック酸、ポリイミド、フェノール性水酸基を有する重合体、カルボキシル基を有する重合体などが挙げられる。重合体は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0095】
芳香環を有する重合体としては、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアニリン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリヒドロキシイミド、ポリベンゾオキサゾールの前駆体ポリマーであるポリヒドロキシアミド;tert−ブチルカリックス[8]アレーンなどの環状化合物;ポリアルキルチオフェン、ポリピロール、ポリ(4−ビニルピリジン)などの複素環を有する重合体;などが挙げられる。ただし、後述するフェノール性水酸基を有する重合体およびカルボキシル基を有する重合体を除く。
【0096】
これらの中でも、形成されるパターンの誘電率が低いため、ポリフェニレンエーテルがより好ましく、下記一般式(11)で表されるポリフェニレンエーテルが特に好ましい。
【0097】
【化13】

【0098】
上記一般式(11)中、複数あるRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基であり、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基であり、特に好ましくはメチル基である。nは10〜5000の整数である。
【0099】
ポリフェニレンエーテルは、井上俊英著、高分子先端材料One Point 8「エンジニアリ
ングプラスチック」高分子学会、2004に開示があるように、公知の方法によって合成することができる。
【0100】
ポリシロキサンとしては、例えば、特開2000−1648号公報、特開2001−288364号公報、特開平11−258813号公報、特開2002−40668号公報および特開2002−105086号公報に記載のものを用いることができる。
【0101】
ポリアミック酸およびポリイミドとしては、例えば、特開平10−46151号公報に記載のものを用いることができる。
【0102】
フェノール性水酸基を有する重合体としては、ヒドロキシスチレンの単独または共重合体(例:ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシスチレンとスチレンとのランダム共重合体やブロック共重合体、ヒドロキシスチレンとエチルビニルエーテルとのブロック共重合体)、レゾール樹脂やノボラック樹脂(例:フェノール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、クレゾール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、フェノール−ナフトール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂)、フェノール−キシリレングリコール縮合樹脂、クレゾール−キシリレングリコール縮合樹脂、フェノール−ジシクロペンタジエン縮合樹脂などが挙げられる。また、フェノール性水酸基を有する重合体としては、例えば、特開2002−139835号公報および特開2006−251464号公報に記載のものを用いることもできる。
【0103】
カルボキシル基を有する重合体としては、例えば、特開2002−139835号公報、特開2006−251464号公報、特開平6−256684号公報、特開平8−78318号公報、特開平11−231516号公報および特開平6−3521号公報に記載のものを用いることができる。
【0104】
上記重合体は、形成される膜の解像度・熱衝撃性・耐熱性の観点から、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が、好ましくは1,000〜150,000、より好ましくは2,000〜50,000であり;重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が、好ましくは1.1〜6、より好ましくは1.1〜4である。なお、重合体の平均分子量は後述する〔実施例〕記載の条件で測定される。
【0105】
本発明の重合体組成物において、重合体の含有量は、固形分換算で通常は1〜95重量%、好ましくは30〜95重量%、特に好ましくは50〜90重量%である。固形分換算
とは、溶媒以外の成分の合計量を100重量%とすることを意味する。
【0106】
《架橋剤》
本発明の重合体組成物は、上述の化合物(1)からなる架橋剤を含有する。
【0107】
本発明の重合体組成物において、化合物(1)(架橋剤)の含有量は、上記重合体100重量部に対して、通常は1〜50重量部、好ましくは1〜35重量部、特に好ましくは3〜20重量部である。架橋剤の含有量が前記範囲を下回ると露光による硬化が不充分になるため、パターニングが困難になったり、得られる硬化物の耐熱性が低下する場合があり、前記範囲を上回ると解像性が低下する場合がある。
【0108】
《感放射線性酸発生剤》
感放射線性酸発生剤(以下「酸発生剤」ともいう。)は、放射線(例:紫外線)の照射により酸を発生する化合物であり、この酸の触媒作用により化合物(1)と上記重合体とが反応し、硬化する。このため、本発明の重合体組成物を使用すると、ネガ型のパターンを形成することができる。
【0109】
酸発生剤は放射線の照射により酸を発生する化合物であれば特に限定されないが、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物、スルホンイミド化合物、ジアゾメタン化合物、ナフタレン核またはアントラセン核を有する酸発生剤などが挙げられる。これらの中では、熱処理後の耐熱性の観点から、ナフタレン核またはアントラセン核を有する酸発生剤が好ましい。
【0110】
ナフタレン核を有する酸発生剤としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
【0111】
【化14】

【0112】
アントラセン核を有する酸発生剤としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
【0113】
【化15】

【0114】
【化16】

【0115】
上記酸発生剤を使用する場合、酸発生剤の含有量は、本発明の重合体組成物の感度・解像度・パターン形状などを確保する観点から、上記重合体100重量部に対して、通常は0.1〜20重量部、好ましくは0.5〜15重量部、特に好ましくは1〜10重量部である。酸発生剤の含有量が前記範囲を下回ると硬化が不充分になるため耐熱性が低下する恐れがあり、前記範囲を上回ると露光光に対する透明性が低下するためパターン形状の劣化を招く恐れがある。
【0116】
《溶媒》
本発明の重合体組成物は、その取扱い性を向上させたり、粘度や保存安定性を調節するために、溶媒を含有してもよい。前記溶媒としては、有機溶媒を用いることができる。
【0117】
上記有機溶媒としては、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など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;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などの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、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテルなどの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など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;エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのセロソルブ類;ブチルカルビトールなどのカルビトール類;
乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピルなどの乳酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、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、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などの脂肪族カルボン酸エステル類;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、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチルなどの他のエステル類;
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;N−メチルピロリドン、N−メチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;γ−ブチロラクンなどのラクトン類;トリクロロメタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼンなどが挙げられる。
【0118】
これらの有機溶媒は、1種単独あるいは2種以上を混合して使用することもできる。
【0119】
上記重合体としてポリフェニレンエーテルを使用する場合には、“ジェー・ブランドラップ、イー・エイチ・イマーグート著「ポリマー ハンドブック 第3版」ウイリー インターサイエンス 1989”pVII-379〜407などに記載されているポリフェニレンエーテ
ルを溶解する有機溶媒が好ましい。例えばポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を溶かす有機溶媒としては、トルエン、トリクロロメタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼンなどが挙げられる。
【0120】
上記溶媒の使用量は、重合体組成物の用途や塗布方法に応じて適宜選択され、重合体組成物を均一な状態にすることができれば特に制限されるものではない。上記溶媒を使用する場合、溶媒の含有量は、重合体組成物100重量%に対して、通常は10〜97重量%、好ましくは35〜95重量%である。溶媒の含有量が前記範囲にあると、上記重合体の溶解性が良好となり、また重合体組成物の膜形成性が良好となる。
【0121】
《その他の成分》
本発明の重合体組成物は、酸発生剤の酸発生効率を高めるために、必要に応じて各種増感剤を含有してもよい。また、界面活性剤、接着助剤、高分子添加剤、反応性希釈剤、レベリング剤、濡れ性改良剤、可塑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、防カビ剤、調湿剤、難燃剤、染料や顔料などの着色剤、光重合開始剤、多官能性単量体などを含有してもよい。
【0122】
《重合体組成物の調製方法》
本発明の重合体組成物は、所定量の上記各成分を、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミルなどの分散機を用いて分散・混合することにより調製できる。また必要に応じて、メッシュメンブランフィルターなどを用いて、重合体組成物を濾過してもよい。
【0123】
本発明の重合体組成物は、例えば感光性絶縁樹脂組成物として用いることができ、解像性に優れているとともに、その硬化物は熱衝撃性・耐熱性・耐薬品性に優れている。したがって、本発明の(感光性絶縁)重合体組成物は、半導体素子において、多層回路基板のソルダーレジスト用材料や微細配線形成用材料などとして好適に使用することができる。
【0124】
また、本発明の重合体組成物は、含有成分およびその含有割合を適宜選択することにより、液晶表示素子などに用いられる配向膜形成用組成物、液晶表示素子や固体撮像素子などのカラフィルター形成用に用いられる着色層形成用感放射線性組成物として用いることもできる。
【0125】
液晶表示素子などに用いられる配向膜形成用組成物は、一般式(1)で表される化合物と、例えば特開平10−46151号公報に記載の成分とを合わせることで、調製することができる。
【0126】
液晶表示素子や固体撮像素子などのカラフィルター形成用に用いられる着色層形成用感放射線性組成物は、一般式(1)で表される化合物と、例えば特開平11−231516号公報や特開平6−3521号公報に記載の成分とを合わせることで、調製することができる。
【0127】
〔パターンの製造方法〕
本発明の重合体組成物の用途として、パターンの製造方法について説明する。パターンの製造方法は、[1]上述の重合体組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程(塗布工程)、[2]前記塗膜を露光する工程(露光工程)、および[3]露光後の前記塗膜を現像してパターンを形成する工程(現像工程)を有する。さらに、現像工程[3]に続いて、[4]前記パターンを熱処理する工程(熱処理工程)を有することが好ましい。また、上記の配向膜形成用組成物および着色層形成用感放射線性組成物を用いた場合も同様で
ある。
【0128】
[1]塗布工程
塗布工程では、本発明の重合体組成物を、最終的に得られる硬化膜(パターン)の膜厚が例えば0.1〜100μmとなるように、基板上に塗布する。これをオーブンやホットプレートを用いて、例えば温度:50〜140℃、時間:1〜600秒で乾燥して溶媒を除去する。これをプリベーク(PB)と呼ぶ。このようにして基板上に塗膜を形成する。
【0129】
基板としては、シリコンウエハー、化合物半導体ウエハー、金属薄膜付きウエハー、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板、アルミ基板などが挙げられ;塗布方法としては、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、スピンコート法、カーテンコート法、グラビア印刷法、シルクスクリーン法、インクジェット法などが挙げられる。
【0130】
[2]露光工程
露光工程では、マスクを介して、コンタクトアライナーやステッパーを用いて放射線による露光を上記塗膜に対して行う。放射線としては、X線、電子線、紫外線、可視光線などが利用できるが、波長200〜500nmの光を用いることが好ましく、i線(365nm)を用いることが特に好ましい。露光機としては、通常はコンタクトアライナーやステッパーが使用される。この後、放射線感度の向上などの目的で、任意の温度、時間の組合せ(好ましくは温度:40〜200℃、時間:10〜600秒)による露光後ベーク(PEB)を施す。
【0131】
[3]現像工程
現像工程では、非露光部を現像液で溶解除去し、所望のパターンを得る。現像方法としては、スプレー、パドル、ディップまたは超音波などの方式が可能である。本発明の重合体組成物から形成された膜を現像するために用いられる現像液は、重合体としてポリフェニレンエーテルを用いた場合には、“ジェー・ブランドラップ、イー・エイチ・イマーグート著「ポリマーハンドブック 第3版」ウイリー インターサイエンス 1989”pVII-379〜407などに記載されており、上記に溶媒として例示したものと同一のものが好ましく使用できる。また、重合体としてフェノール性水酸基やカルボキシル基を有する重合体を用いた場合には、アルカリ現像液を用いることが好ましい。前記アルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリンなどのアルカリ性化合物を濃度が0.01〜10重量%(特に0.1〜10重量%)程度となるように水に溶解させた水溶液が挙げられる。
【0132】
その後、任意に、現像によって形成したパターンをリンス液により洗浄し、現像液を除去してもよい。リンス液としては、蒸留水、超純水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどを単独または混合して用いる。
【0133】
[4]熱処理工程
熱処理工程では、得られたパターンを温度:120〜400℃、時間:5〜360分で加熱して、硬化パターンを得る。このような加熱硬化反応は、ホットプレート、イナートオーブン、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンなどを用いて行うことができる。加熱硬化させる際の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、不活性ガス(例:窒素、アルゴン)を用いてもよい。
【0134】
以上のようにして得られる硬化パターンを、半導体素子の製造工程において、シリコンウエハーなどの基板上に形成された保護膜やパッケージの絶縁膜として好適に使用するこ
とができる。
【実施例】
【0135】
以下、実施例をもとに本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されない。なお、以下の実施例および比較例において、特に断らない限り、「部」および「%」はそれぞれ「重量部」および「重量%」の意味で用いる。
【0136】
〔重合体の分子量測定〕
重合体の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)の測定条件は下記のとおり。GPC測定装置:JASCO GULLIVER1500
カラム:ポリスチレンゲル(Pigel 5mm MIXED-CT)
展開液:トリクロロメタン
流速:1.0mL/分
標準サンプル:ポリスチレン
[実施例1]下記式(A1)で表される化合物の合成(ルート1)
以下の工程(i)〜(iii)を実施することにより、ヘキサ−1,6−イレンビス[オ
キシ−(2,4,6−トリス(アセチルオキシメチル)−3,5−ジメチルベンゼン)](以下「架橋剤A1」または「HOAD」ともいう。)を合成した。
【0137】
【化17】

【0138】
(i)ヘキサ−1,6−イレンビス(オキシ−3,5−ジメチルベンゼン)(以下「HOD」ともいう。)の合成:3,5−ジメチルフェノール(5.00g、40.9mmol)および1
,6−ジブロモへキサン(4.65g、19.0mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF
、35mL)に溶解させた溶液に、K2CO3(99.5%、8.53g、61.4mmol)を加えた。この溶液を、窒素雰囲気下、80℃で18時間攪拌した。この反応溶液を室温まで冷却し、蒸留水(500mL)に注ぎ、明黄褐色の固体を得た。この固体を濾別し、蒸留水で洗浄した。生成物
を、n−ヘキサンを用いて再結晶し、さらに真空乾燥し、5.53gの白色固体を得た(収率89%)。
【0139】
得られた白色固体の分析結果を以下に示す。融点:69.4〜70.3℃。赤外吸収スペクトル
(cm-1、KBr法): 3014-2854 (CH3, -CH2-), 1589 (Ar), 1463, 1427 and 1390 (CH3, -CH2-), 1294 and 1076 (-O-)。1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 1.50-1.55 (m, 4H, -CH2-), 1.75-1.85 (m, 4H, -CH2-), 2.28 (s, 12H, -CH3), 3.91-3.95 (t, 4H, -CH2O-), 6.53 (s, 4H, Ar), 6.58 (s, 2H, Ar)。元素分析 (C22H30O2): 理論値: C, 80.94; H, 9.26, 測定
値: C, 81.22; H, 9.18。以上の結果から、生成物がHODであることを確認した。
【0140】
【化18】

【0141】
(ii)ヘキサ−1,6−イレンビス[オキシ−(2,4,6−トリス(クロロメチル)−3,5−ジメチルベンゼン)](以下「HOCD」ともいう。)の合成:HOD(0.500g、1.53mmol)およびクロロメチルメチルエーテル(2.22g、2.07mL、27.6mmol)を脱水
ジクロロメタン(15mL)に溶解させた溶液を、SnCl4(7.19g、3.23mL、27.6mmol)を脱水ジクロロメタン(5mL)に溶解させた溶液に、窒素雰囲気下、氷浴(0〜5℃)で冷却しな
がら15分かけて滴下した。この反応溶液を氷浴で冷却しながら1時間攪拌し、さらに室温で7時間攪拌した。その後、未反応のSnCl4を水(100mL)で除去した。この溶液の有機層をジクロロメタンで抽出する作業を水洗とともに3回繰り返した。この有機層を蒸留水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムを濾別し、真空下で有機層を濃縮した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(抽出液:ジクロロメタン)で精製し、0.730gの白色固体を得た(収率77%)。
【0142】
得られた白色固体の分析結果を以下に示す。融点:198.8〜199.5℃。赤外吸収スペクトル (cm-1、KBr法): 2921-2856 (CH3, -CH2-), 1571 (Ar), 1452 and 1384 (CH3, -CH2-),
1255 and 1087 (-O-)。1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 1.64-1.73 (m, 4H, -CH2-), 1.94-2.03 (m, 4H, -CH2-), 2.51 (s, 12H, -CH3), 4.07-4.10 (t, 4H, -OCH2-), 4.68 (s, 4H, -CH2Cl), 4.74 (s, 8H, -CH2Cl)。元素分析 (C28H36Cl6O2): 理論値: C, 54.48; H, 5.88, 測定値: C, 54.25; H, 5.76。以上の結果から、生成物がHOCDであることを確認し
た。
【0143】
【化19】

【0144】
(iii)ヘキサ−1,6−イレンビス[オキシ−(2,4,6−トリス(アセチルオキ
シメチル)−3,5−ジメチルベンゼン)](HOAD)の合成:HOCD(0.500g、0.810mmol)およびCH3COONa(98.5%、0.81g、9.72mmol)を酢酸(AcOH、35mL)に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、33時間還流した。この反応溶液を室温まで冷却し、蒸留水(300mL)に注ぎ、白色固体を得た。この白色固体を濾別し、蒸留水で洗浄した。得られた
生成物を酢酸エチル/n−ヘキサン(体積比7/11)を用いて再結晶し、さらに真空乾燥し、0.570gの固体を得た(収率93%)。
【0145】
最終的に得られた固体の分析結果を以下に示す。融点:163.8〜164.5℃。赤外吸収スペクトル (cm-1、KBr法): 2931-2866 (CH3, -CH2-), 1736 (C=O), 1442 (CH3, -CH2-), 1381 (CH3), 1246 and 1026 (-O-)。1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 1.51-1.55 (m, 4H, -CH2-),
1.80-1.89 (m, 4H, -CH2-), 2.05 (s, 12H, CH3), 2.09 (s, 6H, CH3), 2.36 (s, 12H, CH3), 3.76-3.80 (t, 4H, -OCH2-), 5.22 (s, 12H, -OCH2-)。元素分析 (C40H54O14): 理論値: C, 63.31; H, 7.17, 測定値: C, 63.31; H, 7.10。以上の分析結果から、生成物がHOADであることを確認した。
【0146】
【化20】

【0147】
〔合成例1〕架橋剤AR1の合成
下記式(AR1)で表される1,3,5−トリス(アセトキシメチル)−2,4,6−トリメチルベンゼン(以下「架橋剤AR1」または「TAB」ともいう。)は、以下のようにして合成した。
【0148】
【化21】

【0149】
(1)1,3,5−トリス(クロロメチル)−2,4,6−トリメチルベンゼン(以下「TCB」ともいう。)の合成:1,3,5−トリメチルベンゼン(1g、1.15mL、8.32mmol)およびクロロメチルメチルエーテル(6.03g、5.64mL、74.9mmol)を脱水ジクロロメ
タン(10mL)に溶解させた溶液に、SnCl4(19.5g、8.77mL、74.9mmol)を脱水ジクロロメタン(10mL)に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、氷浴(0〜5℃)で冷却しながら20分かけて滴下した。この反応溶液を氷浴で冷却しながら1時間攪拌し、さらに室温で5時間攪拌した。その後、未反応のSnCl4を水(100mL)で除去した。この溶液の有機層をジクロロメタンで抽出する作業を水洗とともに3回繰り返した。この有機層を蒸留水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムを濾別し、真空下で有機層を濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー(抽出液:ジクロロメタン)で精製し、2.08gの白色固体を得た(収率94%)。
【0150】
得られた白色固体の分析結果を以下に示す。融点:175.5〜176.0℃。赤外吸収スペクトル (cm-1、KBr法): 2990-2894 (CH3, -CH2-), 1567 (Ar), 1446 and 1379 (CH3, -CH2-),
1253 (-CH2Cl)。1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 2.51 (s, 9H, -CH3), 4.70 (s, 6H, -CH2Cl)。元素分析 (C12H15Cl3): 理論値 C, 54.26; H, 5.69, 測定値: C, 54.20; H, 5.64。以上の結果から、生成物がTCBであることを確認した。
【0151】
(2)1,3,5−トリス(アセトキシメチル)−2,4,6−トリメチルベンゼン(TAB)の合成:TCB(1.49g、5.60mmol)およびCH3COONa(98.5%、3.03g、36.4mmol)を酢酸(50mL)に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、20時間還流した。この反応溶液を室温まで冷却し、蒸留水(300mL)に注ぎ、白色固体を得た。この白色固体を濾別し、
蒸留水で洗浄した。得られた生成物を酢酸エチル/n−ヘキサン(体積比1/7)を用いて
再結晶し、真空乾燥し、1.86gの白色針状固体を得た(収率99%)。
【0152】
最終的に得られた白色針状固体の分析結果を以下に示す。融点:155.0〜155.5℃。赤外吸収スペクトル (cm-1、KBr法): 2992-2931 (CH3, -CH2-), 1728 (C=O), 1581 (Ar), 1442 and 1377 (CH3, -CH2-), 1241 and 1034 (-O-)。1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 2.07 (s,
9H, -COCH3), 2.40 (s, 9H, -CH3), 5.25 (s, 6H, -CH2OC=O)。元素分析 (C18H24O6): 理論値; C, 64.27; H, 7.19, 測定値: C, 64.41; H, 7.09。以上の結果から、生成物がT
ABであることを確認した。
【0153】
〔合成例2〕架橋剤AR2の合成
下記式(AR2)で表される4,4’−メチレンビス[2,6−ビス(メトキシメチル)]フェノール(以下「架橋剤AR2」または「MBMP」ともいう。)は、Journal of Polymer Science:Part A:Polymer chemistry、2008,46,4949−4958と同様の手法により合成した。
【0154】
【化22】

【0155】
[実施例2]
表1に示すとおり、重合体B1:83部、架橋剤A1:10部、酸発生剤C1:7部を、固形分濃度が6.5%となるよう溶媒D1に混合して、重合体組成物を調製した。
【0156】
[比較例1〜3]
表1に示す組成の重合体組成物を調製したこと以外は実施例2と同様に行った。
【0157】
【表1】

【0158】
表1中の各成分の詳細は以下のとおりである。
・架橋剤A1:実施例1で得られた化合物(HOAD)
・架橋剤AR1:合成例1で得られた化合物(TAB)
・架橋剤AR2:合成例2で得られた化合物(MBMP)
・架橋剤AR3:ヘキサメチロールメラミン(CYMEL)
(三井サイアナミド製、商品名「サイメル303」)
・重合体B1:ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)。シグマアルドリッチジャパン株式会社より購入したものを使用した。重合体B1のMwおよびMnは、それぞれ31500および11600であった。
・酸発生剤C1:ジフェニルヨードニウム−9,10−ジメトキシアントラセン−2−スルフォナート(略称「DIAS」、シグマアルドリッチジャパン株式会社製、下記式で表される化合物)
【0159】
【化23】

【0160】
・溶媒D1:1,1,2,2−テトラクロロエタン
〔評価1〕
上記実施例および比較例で得られた重合体組成物をスピンコーター(ミカサ社製「1H−D7」)にて4インチシリコンウエハーにスピンコートし、ホットプレートにて空気中でプリベーク(PB)を80℃で30秒間行い、膜厚2.4μmの塗膜を形成した。なお、膜厚はフィルム膜厚測定装置(Veeco Instruments Inc. 社製「Dektak3system」)にて測定した。
【0161】
i線(365nm)の露光波長を有するコンタクト露光機(ミカサ社製 マスクアライメント装置「M−1s」)を用いて、テストパターン付きマスクを通して、上記塗膜を300mJ/cm2の露光量で露光した。ウエハーに対して、ホットプレートにて露光後ベ
ーク(PEB)を190℃で300秒間行った。次に、ウエハーを25℃のトルエンに浸漬および静置して、現像を1秒間行った。
【0162】
ウエハーの現像前後の厚みを測定してDissolution rate(膜の溶解速度(Å/s))を計算した。図1は、横軸:架橋剤種に対して縦軸:Dissolution rateをプロットしたグラフである(□が露光なし、◆が露光あり)。
【0163】
本発明の架橋剤(HOAD)と他の架橋剤(TAB、MBMP、CYMEL)との感光性能の比較を行った。その結果、HOADは少ない添加量で効果的に未露光部・露光部の溶解速度差(12000倍程度)を得ることができ、他の架橋剤より優れた性能を示した。
【0164】
また、走査型電子顕微鏡(SEM、(株)テクネックス工房製「Tiny-SEM」)により、実施例で得られた重合体組成物からなる、ウエハー上に形成されたパターンは、6μm/6μmのライン/スペースパターンまで解像していることがわかった。SEM画像を図2に示す。
【0165】
〔評価2〕PEB温度依存性
上記実施例2および比較例3で得られた重合体組成物をスピンコーター(ミカサ社製「1H−D7」)にて4インチシリコンウエハーにスピンコートし、ホットプレートにて空気中でプリベーク(PB)を80℃で30秒間行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。なお、膜厚はフィルム膜厚測定装置(Veeco Instruments Inc. 社製「Dektak3system」)にて測定した。
【0166】
i線(365nm)の露光波長を有するコンタクト露光機(ミカサ社製 マスクアライメント装置「M−1s」)を用いて、テストパターン付きマスクを通して、上記塗膜を300mJ/cm2の露光量で露光した。ウエハーに対して、ホットプレートにて露光後ベ
ーク(PEB)を160〜200℃(実施例2)または150〜190℃(比較例3)で300秒間行った。次に、ウエハーを25℃のトルエンに浸漬および静置して、現像を1秒間行った。
【0167】
ウエハーの現像前後の厚みを測定してDissolution rate(膜の溶解速度(Å/s))を計算した。図3(実施例2)および図4(比較例3)は、横軸:PEB温度に対して縦軸:Dissolution rateをプロットしたグラフである(□が露光なし、◆が露光あり)。その結果、実施例2で得られた重合体組成物を用いた場合、この条件では190℃以上でPEBを行えば、未露光部と露光部との溶解速度の比率が12000倍以上となることを確認できた。
【0168】
〔評価3〕PEB時間依存性
上記実施例2で得られた重合体組成物をスピンコーター(ミカサ社製「1H−D7」)にて4インチシリコンウエハーにスピンコートし、ホットプレートにて空気中でプリベーク(PB)を80℃で30秒間行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。なお、膜厚はフィルム膜厚測定装置(Veeco Instruments Inc. 社製「Dektak3system」)にて測定した。
【0169】
i線(365nm)の露光波長を有するコンタクト露光機(ミカサ社製 マスクアライメント装置「M−1s」)を用いて、テストパターン付きマスクを通して、上記塗膜を300mJ/cm2の露光量で露光した。ウエハーに対して、ホットプレートにて露光後ベ
ーク(PEB)を190℃で0〜7分間行った。次に、ウエハーを25℃のトルエンに浸漬および静置して、現像を1秒間行った。
【0170】
ウエハーの現像前後の厚みを測定してDissolution rate(膜の溶解速度(Å/s))を計算した。図5は、横軸:PEB時間に対して縦軸:Dissolution rateをプロットしたグラフである(□が露光なし、◆が露光あり)。その結果、この条件ではPEBを5分間以上行えば、未露光部と露光部との溶解速度の比率が12000倍以上となることを確認できた。
【0171】
〔評価4〕感度評価
上記実施例2で得られた重合体組成物を用い、膜厚1.2μmの塗膜を形成し、種々の露光量で露光を行ったこと以外は評価1と同様に行った。図6は、横軸:露光量(Exposure dose)に対して縦軸:相対膜厚(Normalized film thickness)をプロットしたグラフである。相対膜厚は、(現像後の膜厚/現像前の膜厚)×100(%)で求められる。その結果、D0.5(相対膜厚が50%になる露光量)は43mJ/cm2、γ0.5(相対膜厚
が50%である点でのグラフの接線の傾き)は11であり、本発明の重合体組成物は感度およびコントラストに優れていることを確認した。
【0172】
〔調製例1〕顔料分散剤の調製
着色剤としてC.I.ピグメントレッド254/C.I.ピグメントレッド177/C.I.ピグメントレッド139=32/48/20(重量比)混合物を15重量部、分散剤としてDisperbyk−2001を4重量部(固形分換算)、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを42重量部、プロピレングリコールモノエチルエーテルを18重量部の量で、ビーズミルにより処理して、赤色顔料分散液(R1)を調製した。
【0173】
〔合成例3〕カルボキシル基を有する樹脂の合成
冷却管および攪拌機を備えたフラスコに、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル3重
量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200重量部を仕込み、引き続きメタクリル酸15重量部、ベンジルメタクリレート35重量部、スチレン11重量部、N−フェニルマレイミド19重量部、グリセロールモノメタクリレート10重量部、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノアクリレート10重量部、および分子量調節剤としてα−メチルスチレンダイマー5重量部を仕込んで、窒素置換した。その後ゆるやかにフラスコ内の溶液を撹拌して、反応溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を5時間保
持して重合することにより、カルボキシル基を有する樹脂の溶液を得た(Mw=10,500、Mn=5,200、固形分濃度30重量%)。
【0174】
〔実施例3〕重合体組成物(着色層形成用感放射線性組成物)の調製
着色剤として赤色顔料分散液(R1)を573重量部、上記カルボキシル基を有する樹脂の溶液を86重量部、架橋剤(A1)を10重量部、多官能性単量体としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを37重量部、光重合開始剤として2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、1,2−オクタンジオンを9重量部、熱重合禁止剤としてフェノチアジンを0.5重量部、添加剤としてシトラコン酸を0.6重量部、大日本インキ化学工業(株)製界面活性剤F−475を0.3重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを290重量部の量で混合して、着色層形成用感放射線性組成物を調製した。
【0175】
〔評価5〕パターン形状の評価
着色層形成用感放射線性組成物をSiO2膜が形成されたソーダガラス基板表面上に塗
布した後、80℃で10分間プリベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。その後、得られた塗膜付き基板を室温に冷却し、基板上の塗膜に、フォトマスクを介して、高圧水銀ランプにて、365nm、405nmおよび436nmの各波長を含む紫外線を1,000J/m2の露光量で露光した。
【0176】
続いて、自動塗布現象装置内で、0.05重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により90秒間パドル(液盛り)現像し、超純水によりリンスし、スピン乾燥した後、230℃のクリーンオーブン内で30分間ポストベークを行って、一辺が10μmの正方形状のドットパターンを形成した。
【0177】
得られたドットパターンのパターン形状について、電子顕微鏡にて観察すると、ドットパターン間に残渣などなく、良好な形状を有するドットパターンが形成されていることを確認した。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)で表される化合物。
【化1】

[式(1)中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、アセチル基、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロアセチル基またはR−SO2−で表される基(Rは炭化水素基を示す
。)を示し;R7〜R10はそれぞれ独立に水素原子または電子供与性基を示し;R11はメ
チレン基または炭素数2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を示す。]
【請求項2】
1〜R6から選択される2つ以上が、アセチル基である請求項1に記載の化合物。
【請求項3】
1〜R6の全てが、アセチル基である請求項1に記載の化合物。
【請求項4】
7〜R10から選択される1つ以上が、炭素数1〜10のアルキル基である請求項1〜
3の何れか一項に記載の化合物。
【請求項5】
請求項1〜4の何れか一項に記載の化合物と重合体とを含有する重合体組成物。
【請求項6】
さらに、感放射線性酸発生剤を含有する請求項5に記載の重合体組成物。

【図1】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図2】
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【公開番号】特開2011−102284(P2011−102284A)
【公開日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−289334(P2009−289334)
【出願日】平成21年12月21日(2009.12.21)
【出願人】(000004178)JSR株式会社 (3,320)
【Fターム(参考)】