JP2006293326A - Photosensitive composition and manufacturing process of structured material using the composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感光性組成物、それを用いてフォトリソグラフィー工程により形成されたパターンの中に、さらに小さい次元のブロックコポリマーのミクロ相分離構造パターンが形成された無機物質からなる構造体の製造方法に関する。特に、低誘電率絶縁膜への応用が期待される。 The present invention relates to a photosensitive composition and a method for producing a structure comprising an inorganic substance in which a microphase separation structure pattern of a block copolymer of a smaller dimension is formed in a pattern formed by a photolithography process using the photosensitive composition. About. In particular, application to a low dielectric constant insulating film is expected.
近年の電子機器の高速・高機能化、小型・軽量化の急速な進展は、LSIの高性能化が大きな駆動力となっている。LSIにおいてチップ上に集積されるトランジスタの中心技術として開発された半導体集積回路(半導体IC)は格段の進歩を遂げており、これら半導体ICでは高度な微細加工技術が要求されている。代表的な微細加工技術であるリソグラフィー技術は一括露光であるがゆえ、スループットの面で高密度化に対応でき、集積度のより高い大規模LSIの実現において大きな役割を果たしてきた。しかし、光リソグラフィー技術における線幅の物理的限界(100nm〜数10nm)が指摘されている。この限界に対応する技術として、液浸露光法や電子線リソグラフィーなどの手法も開発されている。だが、微細加工の工程数が多くなるほど、また微細加工サイズが小さくなるほど、設備コストや運用コストなど製造コストが高くなり、また加工スピードの観点からも実用上の壁の高さが認識されている。 In recent years, the rapid progress of high speed, high functionality, small size, and light weight of electronic devices has been driven by high performance of LSI. Semiconductor integrated circuits (semiconductor ICs) developed as a central technology for transistors integrated on a chip in LSIs have made remarkable progress, and advanced microfabrication techniques are required for these semiconductor ICs. Lithography technology, which is a typical microfabrication technology, is batch exposure, so that it can cope with higher density in terms of throughput and has played a major role in realizing large-scale LSIs with higher integration. However, the physical limit (100 nm to several tens of nm) of the line width in the photolithography technique is pointed out. Techniques such as an immersion exposure method and electron beam lithography have been developed as a technique corresponding to this limit. However, as the number of microfabrication steps increases and the microfabrication size decreases, manufacturing costs such as equipment costs and operation costs increase, and the practical wall height is recognized from the viewpoint of processing speed. .
上記リソグラフィー技術の限界を打破する方法としては、ブロックコポリマーの自己組織化を利用した微細構造形成技術が検討されている。ポリマーブレンド、ポリマーアロイの分野でよく知られているように、一般に異なる高分子は互いに非相溶性であり、それらの混合物およびブロックコポリマーは相分離状態を取る。一般に、ポリマーブレンドではその相分離のスケールは数μm以上のマクロなもの(マクロ相分離)となる。これに対し、各成分が共有結合で連結されたブロックコポリマーでは、ブロックの長さにより相分離のスケールが規制されるため、安定にナノメートルサイズの微細かつ均質な相分離状態を与える。 As a method for overcoming the limitations of the lithography technique, a microstructure forming technique using self-organization of a block copolymer has been studied. As is well known in the field of polymer blends and polymer alloys, generally different polymers are incompatible with each other and their mixtures and block copolymers are in phase separation. In general, in polymer blends, the phase separation scale is macroscopic (macrophase separation) of several μm or more. On the other hand, in the block copolymer in which each component is linked by a covalent bond, the scale of the phase separation is regulated by the length of the block, so that a nanometer-sized fine and homogeneous phase separation state is stably provided.
種々の分子構造のブロックコポリマーを用いることにより、広範囲でミクロ相分離構造を制御することができる。例えばAブロックとBブロックの繰り返し単位のモル分率を変化させることで、AブロックとBブロックの相分離構造を海島構造からラメラ構造に変化させる事が可能である。また、AブロックとBブロックの分子量を変化させる事で相分離構造のドメインサイズを制御することができる。 By using block copolymers having various molecular structures, the microphase separation structure can be controlled over a wide range. For example, the phase separation structure of the A block and the B block can be changed from the sea-island structure to the lamella structure by changing the mole fraction of the repeating units of the A block and the B block. Further, the domain size of the phase separation structure can be controlled by changing the molecular weight of the A block and the B block.
このようなブロックコポリマーのミクロ相分離構造を用いたパターン形成例としては、以下のような例が挙げられる。リアクティブイオンエッチング(RIE)法を用いて、ポリスチレン(PS)−ポリブタジエン(PB)ブロックコポリマーのミクロ相分離構造をテンプレートとした、窒化シリコン基板上へのパターン形成方法が報告されている(非特許文献1)。また、ポリイソプレン(PI)−ポリエチレンオキシド(PEO)ブロックコポリマー、シランカップリング剤、および金属アルコキシドからなる組成物の塗膜のミクロ相分離構造より無機成分からなるナノ構造体の形成方法が報告されている(非特許文献2)。さらに、PS−PMMAブロックコポリマーなどを用いてパターンを形成し、エッチングにより一成分を選択的に除去した後に、基板へパターンを転写することで高密度磁気記録媒体など種々の電子部品を製造する方法が開示されている(特許文献1)。
しかしながら、これまでに開示されているブロックコポリマーのミクロ相分離構造を用いた上記のパターン形成方法は、ブロックコポリマーを構成するブロック鎖が主として有機成分で構成されているため、テンプレートとしての耐熱性が低いという課題があった。 However, the above-described pattern forming method using the microphase-separated structure of the block copolymer disclosed so far has a heat resistance as a template because the block chain constituting the block copolymer is mainly composed of an organic component. There was a problem of being low.
そこで、上述の課題を解決するために、本発明は、耐熱性が高いミクロ相分離構造のパターンを形成するための感光性組成物を提供することを目的とした。 Then, in order to solve the above-mentioned subject, this invention aimed at providing the photosensitive composition for forming the pattern of the micro phase-separation structure with high heat resistance.
本発明は、
(A)アルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを含むブロックコポリマーと、
(B)感光性分解剤とを含有し、
前記ブロックポリマーの分子量分布指数(Mw/Mn)が1.8以下である感光性組成物を提供するものである。
The present invention
(A) a block copolymer including a segment having a monomer containing an alkoxysilyl group as a repeating unit;
(B) a photosensitive decomposing agent,
The present invention provides a photosensitive composition in which the block polymer has a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.8 or less.
また、本発明は、
ミクロ相分離構造を含む構造体の製造方法であって、
以下の工程を含む製造方法を提供するものである。
(1)(A)ブロックポリマーの分子量分布指数(Mw/Mn)が1.8以下であるアルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを含むブロックコポリマーと(B)感光性分解剤とを含有する組成物からなる膜を露光する工程
(2)前記露光工程後、前記膜を現像する工程
(3)前記露光工程後、前記膜を加熱する工程
The present invention also provides:
A method for producing a structure including a microphase separation structure,
A manufacturing method including the following steps is provided.
(1) (A) a block copolymer including a segment having a repeating unit of an alkoxysilyl group-containing monomer having a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.8 or less, and (B) photosensitive decomposition A step of exposing a film comprising a composition containing an agent (2) a step of developing the film after the exposure step (3) a step of heating the film after the exposure step
一セグメント中に無機成分を含んだ繰り返し単位から構成されるブロックコポリマーを含有する組成物は、フォトリソグラフィーパターンの中にさらに小さい次元のパターンを形成することが可能になる。これにより、従来にない耐熱性や耐溶剤性の高い、階層構造をもった構造体を形成することができる。 A composition containing a block copolymer composed of a repeating unit containing an inorganic component in one segment can form a pattern having a smaller dimension in a photolithography pattern. As a result, it is possible to form a layered structure having high heat resistance and solvent resistance, which has not been conventionally used.
本発明の第1の実施形態は、
(A)アルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを含むブロックコポリマーと、
(B)感光性分解剤とを含有し、
前記ブロックポリマーの分子量分布指数(Mw/Mn)が1.8以下である感光性組成物を提供するものである。
The first embodiment of the present invention
(A) a block copolymer including a segment having a monomer containing an alkoxysilyl group as a repeating unit;
(B) a photosensitive decomposing agent,
The present invention provides a photosensitive composition in which the block polymer has a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.8 or less.
さらに、この組成物に(C)酸または塩基の存在下で前記(A)を架橋しうる化合物を含有することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that this composition contains (C) a compound capable of crosslinking (A) in the presence of an acid or a base.
まず、(A)アルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを一成分として含むブロックコポリマーについて説明する。ブロックコポリマーとは、2成分以上の単量体のホモポリマー鎖が1分子内で結合したポリマーである。例えばセグメントAとセグメントBを含んで構成されるブロックコポリマーは2成分系のAB型ブロックコポリマーである。これに限らず、3成分を含んだABC型、ABA型、BAB型トリブロックコポリマーやそれ以上の成分を含んだマルチブロックコポリマーを用いてもよい。 First, (A) a block copolymer containing as a component a segment composed of a monomer containing an alkoxysilyl group as a repeating unit will be described. A block copolymer is a polymer in which homopolymer chains of two or more monomers are combined in one molecule. For example, a block copolymer including segment A and segment B is a two-component AB type block copolymer. However, the present invention is not limited to this, and an ABC type, ABA type, BAB type triblock copolymer containing three components or a multiblock copolymer containing more components may be used.
本発明で用いられるブロックコポリマーには、ブロックコポリマーを構成する少なくとも一ブロックにアルコキシシリル基を含有してなる単量体を繰り返し単位として含む。前記アルコキシシリル基は、下記一般式(1)で表され、単量体中に少なくとも1つのアルコキシシリル基を含む。 The block copolymer used in the present invention contains a monomer comprising an alkoxysilyl group in at least one block constituting the block copolymer as a repeating unit. The alkoxysilyl group is represented by the following general formula (1), and includes at least one alkoxysilyl group in the monomer.
上記式(1)において1価の有機基としては、例えばアルキル基、脂環式基、アリール基、アリル基、グリシジル基などを挙げることができる。アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。アルキル基の好ましい炭素数は1〜10である。これらのアルキル基は直鎖状であっても、分岐していてもよく、さらに水素原子がフッ素原子などのハロゲン原子で置換されていてもよい。脂環式基としては、例えばシクロヘキシル基、ノルボルニル基等を挙げることができる。また、アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基などを挙げることができる。また、上記式(1)においてnが0、または1のものを使用することが好ましい。これらアルコキシシリル基の種類は、所望の加水分解性、反応速度、入手の容易さ、コストなどの観点から選択すればよく、特に制限はなく、また、単量体1分子中に含まれるこれらアルコキシシリル基の数は1つ以上であれば特に制限はない。 In the above formula (1), examples of the monovalent organic group include an alkyl group, an alicyclic group, an aryl group, an allyl group, and a glycidyl group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. The preferable carbon number of the alkyl group is 1-10. These alkyl groups may be linear or branched, and a hydrogen atom may be substituted with a halogen atom such as a fluorine atom. Examples of the alicyclic group include a cyclohexyl group and a norbornyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group. In the above formula (1), n is preferably 0 or 1. The type of these alkoxysilyl groups may be selected from the viewpoints of desired hydrolyzability, reaction rate, availability, cost, etc., and is not particularly limited, and these alkoxysilyl groups contained in one monomer molecule There is no particular limitation as long as the number of silyl groups is one or more.
アルコキシシリル基を含有する単量体として、より具体的な例としては、下記一般式(2)〜(4)で表される。 More specific examples of the monomer containing an alkoxysilyl group are represented by the following general formulas (2) to (4).
上記式中、R3は水素原子またはメチル基を示す。R4は、アルキレン基、アルキレンアリーレンアルキレン基、アリーレン基、アルキルシリレン基、または単結合であり、上記アルキレン基は、−O−、−CO−、−COO−、−OCOO−、−S−、−SO2−、または−CONH−結合を含んでいてもよい。R5〜R8は、相互に同一でありまたは異なり、水素原子、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基などの炭素数1〜10の(ハロゲン化)アルキル基、フェニル基、p−フルオロフェニル基、ナフチル基、ベンジル基などの芳香族置換アルキル基、ヒドロキシルアルキル基、アルコキシアルキル基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基、または水酸基、アミノ基、カルボニル基、メルカプト基、アルデヒド基、アミド基、およびスルホニル基から選ばれる置換基である。 In the above formula, R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 4 is an alkylene group, an alkylenearylenealkylene group, an arylene group, an alkylsilylene group, or a single bond, and the alkylene group is represented by —O—, —CO—, —COO—, —OCOO—, —S—, It may contain a —SO 2 — or —CONH— bond. R 5 to R 8 are the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group or other (halogenated) alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a phenyl group, p-fluorophenyl Group, naphthyl group, aromatic substituted alkyl group such as benzyl group, hydroxylalkyl group, alkoxyalkyl group, cyano group, carboxyl group, alkylcarbonyloxy group, alkyloxycarbonyl group, or hydroxyl group, amino group, carbonyl group, mercapto group , A substituent selected from an aldehyde group, an amide group, and a sulfonyl group.
上記(2)で示される化合物としては、例えば、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリエトキシシラン、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリプロポキシシラン、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリイソプロポキシシラン、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリブトキシシラン、γ−(アクリロイルオキシプロピル)トリエトキシシラン、γ−(アクリロイルオキシプロピル)トリプロポキシシラン、γ−(アクリロイルオキシプロピル)トリイソプロポキシシラン、γ−(アクリロイルオキシプロピル)トリブトキシシランなどが用いられるが、特にこれらに限定されない。 Examples of the compound represented by the above (2) include γ- (methacryloyloxypropyl) trimethoxysilane, γ- (methacryloyloxypropyl) triethoxysilane, γ- (methacryloyloxypropyl) tripropoxysilane, and γ- (methacryloyl). Oxypropyl) triisopropoxysilane, γ- (methacryloyloxypropyl) tributoxysilane, γ- (acryloyloxypropyl) triethoxysilane, γ- (acryloyloxypropyl) tripropoxysilane, γ- (acryloyloxypropyl) triiso Propoxysilane, γ- (acryloyloxypropyl) tributoxysilane, and the like are used, but are not particularly limited thereto.
上記(3)で示される化合物としては、例えば、ビニルベンジルトリメトキシシラン、ビニルベンジルトリエトキシシラン、ビニルベンジルトリプロポキシシラン、ビニルベンジルトリイソプロポキシシラン、ビニルベンジルトリブトキシシラン、ビニルベンジルトリメトキシジメチルジシランなどが用いられるが、特にこれらに限定されない。 Examples of the compound represented by the above (3) include vinylbenzyltrimethoxysilane, vinylbenzyltriethoxysilane, vinylbenzyltripropoxysilane, vinylbenzyltriisopropoxysilane, vinylbenzyltributoxysilane, vinylbenzyltrimethoxydimethyldisilane. However, it is not particularly limited to these.
上記(4)で示される化合物としては、例えば、(3−アクリルアミドプロピル)トリメトキシシラン、(3−アクリルアミドプロピル)トリエトキシシラン、(3−アクリルアミドプロピル)トリプロポキシシラン、(3−アクリルアミドプロピル)トリイソプロポキシシラン、(3−アクリルアミドプロピル)トリブトキシシラン、(3−メタクリルアミドプロピル)トリメトキシシランなどが用いられるが、特にこれらに限定されない。 Examples of the compound represented by (4) include (3-acrylamidopropyl) trimethoxysilane, (3-acrylamidopropyl) triethoxysilane, (3-acrylamidopropyl) tripropoxysilane, and (3-acrylamidopropyl) tri Isopropoxysilane, (3-acrylamidopropyl) tributoxysilane, (3-methacrylamidopropyl) trimethoxysilane, and the like are used, but not particularly limited thereto.
他のアルコキシシリル基含有不飽和化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシランなどを用いることができる。 As other alkoxysilyl group-containing unsaturated compounds, for example, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltripropoxysilane, vinyltriisopropoxysilane, vinyltributoxysilane and the like can be used.
本発明におけるブロックコポリマー一分子中に含まれる、アルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるブロックの体積分率は、所望とするミクロ相分離構造を形成するような比率であれば特に限定されないが、5〜95%であることが望ましい。5%以下もしくは95%以上であるとミクロ相分離構造を形成することが困難になる場合がある。 In the present invention, the volume fraction of the block containing the alkoxysilyl group-containing monomer as a repeating unit contained in one molecule of the block copolymer is particularly a ratio that forms a desired microphase separation structure. Although not limited, it is desirable to be 5 to 95%. If it is 5% or less or 95% or more, it may be difficult to form a microphase separation structure.
本発明におけるアルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを一成分として含むブロックコポリマーの製造方法は、リビング重合法に基づいており、特にリビングラジカル重合法が好ましく用いられる。リビングラジカル重合法は近年様々な手法が開発されており、以下の様な例が挙げられる。例えば、Macromol.Chem.Rapid Commun.1982年,3巻,133頁に示されるイニファーター重合、マクロモレキュールズ(Macromolecules)、1994年、27巻、7228頁に示されるようなニトロキシド化合物などのラジカル捕捉剤を用いるもの、ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)、1995年、117巻、5614頁に示されるような有機ハロゲン化物等を開始剤とし遷移金属錯体を触媒とする「原子移動ラジカル重合」(Atom Transfer Radical Polymerization:ATRP)、マクロモレキュールズ(Macromolecules)、1998年、31巻、5559頁に示される「RAFT:Reversible Addition−Fragmentationchain Transfer重合」などがあげられる。これらのうち、本発明を特に限定するものではないが、原子移動ラジカル重合法による合成法が特に好ましく用いられる。 The method for producing a block copolymer containing as a component a segment having an alkoxysilyl group-containing monomer as a repeating unit in the present invention is based on the living polymerization method, and the living radical polymerization method is particularly preferably used. Various techniques have been developed in recent years for the living radical polymerization method, and examples include the following. For example, Macromol. Chem. Rapid Commun. 1982, Vol. 3, page 133, Iniferter polymerization, Macromolecules, 1994, Vol. 27, page 7228 using a radical scavenger such as a nitroxide compound, Journal of・ The American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.), 1995, Vol. 117, p. 5614, as an initiator and transition metal complex as a catalyst. “RAFT: Reversible Addition-Fragme” shown in “Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP)”, Macromolecules, 1998, Vol. 31, p. tationchain Transfer polymerization ", and the like, such as. Among these, although the present invention is not particularly limited, a synthesis method by an atom transfer radical polymerization method is particularly preferably used.
この原子移動ラジカル重合法における開始剤としては、有機ハロゲン化物、特に反応性の高い炭素−ハロゲン結合を分子内に少なくとも1つ有する有機ハロゲン化物(例えば、α位にハロゲンを有する化合物やベンジル位にハロゲンを有する化合物)、およびハロゲン化スルホニル化合物等を好適に用いることができる。 As an initiator in this atom transfer radical polymerization method, an organic halide, particularly an organic halide having at least one highly reactive carbon-halogen bond in the molecule (for example, a compound having a halogen at the α-position or a benzyl position). A compound having a halogen), a sulfonyl halide compound, and the like can be preferably used.
具体的には、1−フェニルエチルクロリド、1−フェニルエチルブロミド、クロロメチルスチレン、クロロホルム、四塩化炭素、四臭化炭素、2−クロロプロピオニトリル、2−ブロモプロピオニトリル、2−クロロイソプロピオン酸エチル、2−クロロイソプロピオン酸メチル、2−クロロイソプロピオン酸エチル、2−ブロモイソプロピオン酸メチル、2−ブロモイソプロピオン酸エチル、2−ブロモイソ酪酸メチル、2−ブロモイソ酪酸エチル、クロロ酢酸ビニル、p−トルエンスルホン酸クロリド、パーフルオロエチルアイオダイド、パーフルオロプロピルアイオダイド、パーフルオロブチルアイオダイド、2,2−ビス(クロロメチル)−1,3−ジクロロプロパン、2,2−ビス(ブロモメチル)−1,3−ジクロロプロパン、α,α’−ジブロモキシレン、およびヘキサキス(α−クロロメチル)−ベンゼン等を挙げることができる。 Specifically, 1-phenylethyl chloride, 1-phenylethyl bromide, chloromethylstyrene, chloroform, carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, 2-chloropropionitrile, 2-bromopropionitrile, 2-chloroisopropionitrile. Ethyl onate, methyl 2-chloroisopropionate, ethyl 2-chloroisopropionate, methyl 2-bromoisopropionate, ethyl 2-bromoisopropionate, methyl 2-bromoisobutyrate, ethyl 2-bromoisobutyrate, chloroacetic acid Vinyl, p-toluenesulfonic acid chloride, perfluoroethyl iodide, perfluoropropyl iodide, perfluorobutyl iodide, 2,2-bis (chloromethyl) -1,3-dichloropropane, 2,2-bis ( Bromomethyl) -1,3-dichloropropane, ,. Alpha .'- dibromo-xylene, and hexakis (alpha-chloromethyl) - can be exemplified benzene.
原子移動ラジカル重合法を使用する場合は、上記重合開始基とともに、触媒としてハロゲン含有金属錯体を使用してラジカル重合性単量体をリビングラジカル重合させる。上記金属触媒としては、周期表7族〜11族から選ばれる少なくとも1種の遷移金属(M)が中心金属である金属錯体から成る触媒を使用するが、具体的に使用される金属(M)としては、Cu、Ni、Pd、Pt、Rh、Co、Ir、Fe、Ru、Re、Mnの群から選ばれる金属であり、中でも、Cu、Ru、Fe、Niが好ましく、さらに銅が特に好ましい。上記ハロゲン含有金属錯体の中心金属として銅を用いた場合、ハロゲン含有銅錯体としては、塩化第一銅、臭化第一銅が特に好適に用いられるが、特にこれらに限定されない。 When the atom transfer radical polymerization method is used, the radical polymerizable monomer is subjected to living radical polymerization using a halogen-containing metal complex as a catalyst together with the polymerization initiating group. As the metal catalyst, a catalyst composed of a metal complex in which at least one transition metal (M) selected from Groups 7 to 11 of the periodic table is a central metal is used. Is a metal selected from the group consisting of Cu, Ni, Pd, Pt, Rh, Co, Ir, Fe, Ru, Re, and Mn. Among them, Cu, Ru, Fe, and Ni are preferable, and copper is particularly preferable. . When copper is used as the central metal of the halogen-containing metal complex, cuprous chloride and cuprous bromide are particularly preferably used as the halogen-containing copper complex, but are not particularly limited thereto.
上記の金属錯体には有機配位子が使用される。有機配位子は、重合溶媒への可溶化および金属錯体の可逆的なレドックス反応を可能にするため使用される。金属への配位原子としては、窒素原子、酸素原子、リン原子、硫黄原子などが挙げられるが、好ましくは窒素原子である。有機配位子の具体例としては、2,2’−ビピリジル及びその誘導体、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン、トリス(ジメチルアミノエチル)アミン、トリフェニルホスフィン等が挙げられるが、特にこれらに限定されない。 An organic ligand is used for the above metal complex. Organic ligands are used to allow solubilization in polymerization solvents and reversible redox reactions of metal complexes. Examples of the coordination atom to the metal include a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom, and a sulfur atom, and a nitrogen atom is preferable. Specific examples of the organic ligand include 2,2′-bipyridyl and its derivatives, tetramethylethylenediamine, pentamethyldiethylenetriamine, hexamethyltriethylenetetraamine, tris (dimethylaminoethyl) amine, triphenylphosphine, and the like. However, it is not limited to these.
上記原子移動ラジカル重合法で得られた重合体は、更なる重合を開始することが可能なハロゲン末端Xを有しているため、第1のモノマーが重合で消費されて第1のブロック鎖を形成した後、第2のモノマーを添加して第1のブロック鎖の末端から成長する第2のブロック鎖を形成することが出来る。すなわち、上記アルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位とするブロック鎖および他の単量体を繰り返し単位とするブロック鎖からなるブロックコポリマーを製造することができる。そして、さらにはマルチブロックコポリマーを製造することも出来る。ブロック共重合を行う順序は、アルコキシシリル基を含有する単量体および他の単量体のどちらが先となる順序でもよく、また3種類以上の単量体から構成されるマルチブロックポリマーでもよい。 Since the polymer obtained by the above atom transfer radical polymerization method has a halogen terminal X capable of initiating further polymerization, the first monomer is consumed in the polymerization to form the first block chain. After formation, a second monomer can be added to form a second block chain that grows from the end of the first block chain. That is, it is possible to produce a block copolymer comprising a block chain having the above-mentioned monomer containing an alkoxysilyl group as a repeating unit and a block chain having another monomer as a repeating unit. Further, a multi-block copolymer can be produced. The order in which the block copolymerization is performed may be the order in which either the monomer containing the alkoxysilyl group or the other monomer comes first, or may be a multi-block polymer composed of three or more types of monomers.
本発明において、アルコキシシリル基を含有しないブロックを構成する単量体については、公知のラジカル重合性単量体を用いることができる。本発明のラジカル重合方法で使用し得る上記不飽和モノマーを以下に例示することができるが、特にこれらに限定されるものではない。 In the present invention, a known radical polymerizable monomer can be used for the monomer constituting the block not containing an alkoxysilyl group. The unsaturated monomers that can be used in the radical polymerization method of the present invention can be exemplified below, but are not particularly limited thereto.
スチレン、スチレンのα−、o−、m−、p−アルキル、アルコキシル、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロ、シアノ、アミド、エステル置換体;スチレンスルフォン酸、2,4−ジメチルスチレン、パラジメチルアミノスチレン、ビニルベンジルクロライド、ビニルベンズアルデヒド、インデン、1−メチルインデン、アセナフタレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルカルバゾール、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、2−ビニルフルオレン等の重合性不飽和芳香族化合物。 Styrene, α-, o-, m-, p-alkyl of styrene, alkoxyl, halogen, haloalkyl, nitro, cyano, amide, ester substituted product; styrene sulfonic acid, 2,4-dimethylstyrene, paradimethylaminostyrene, vinyl Polymerizable unsaturated aromatic compounds such as benzyl chloride, vinylbenzaldehyde, indene, 1-methylindene, acenaphthalene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylcarbazole, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine and 2-vinylfluorene.
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、ケイ皮酸メチル、ケイ皮酸エチルなどの不飽和モノカルボン酸エステル類;トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘプタフルオロブチル(メタ)アクリレートなどのフルオロアルキル(メタ)アクリレート類;トリメチルシロキサニルジメチルシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリス(トリメチルシロキサニル)シリルプロピル(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリロイルプロピルジメチルシリルエーテルなどのシロキサニル化合物類;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどのアミン含有(メタ)アクリレート類;クロトン酸2−ヒドロキシエチル、クロトン酸2−ヒドロキシプロピル、ケイ皮酸2−ヒドロキシプロピルなどの不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル類;(メタ)アリルアルコールなどの不飽和アルコール類;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸などの不飽和(モノ)カルボン酸類;(メタ)アクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸−β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−β−エチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−β−プロピルグリシジル、α−エチルアクリル酸−β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−3−メチル−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−3−エチル−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−4,5−エポキシペンチル、(メタ)アクリル酸−5−メチル−5,6−エポキシヘキシル、(メタ)アクリル酸−β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−3−メチル−3,4−エポキシブチルなどのエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル類;およびこれらのモノ、ジエステル類。 Alkyl (meth) acrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate; methyl crotonic acid, crotonic acid Unsaturated monocarboxylic esters such as ethyl, methyl cinnamate and ethyl cinnamate; fluoroalkyl (meta) such as trifluoroethyl (meth) acrylate, pentafluoropropyl (meth) acrylate and heptafluorobutyl (meth) acrylate ) Acrylates; trimethylsiloxanyldimethylsilylpropyl (meth) acrylate, tris (trimethylsiloxanyl) silylpropyl (meth) acrylate, di (meth) acryloylpropyldimethylsilyl Siloxanyl compounds such as ether; hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate; dimethylaminoethyl (meth) acrylate Amine-containing (meth) acrylates such as diethylaminoethyl (meth) acrylate and t-butylaminoethyl (meth) acrylate; 2-hydroxyethyl crotonic acid, 2-hydroxypropyl crotonic acid, 2-hydroxypropyl cinnamate, etc. Hydroxyalkyl esters of unsaturated carboxylic acids; unsaturated alcohols such as (meth) allyl alcohol; unsaturated (mono) carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, crotonic acid and cinnamic acid; (meth) acrylic Glycidyl acid, glycidyl α-ethyl acrylate, glycidyl α-n-propyl acrylate, glycidyl α-n-butyl acrylate, (meth) acrylic acid-3,4-epoxybutyl, (meth) acrylic acid-6,7 -Epoxyheptyl, α-ethylacrylic acid-6,7-epoxyheptyl, o-vinylbenzylglycidyl ether, m-vinylbenzylglycidylether, p-vinylbenzylglycidylether, (meth) acrylic acid-β-methylglycidyl, ( (Meth) acrylic acid-β-ethylglycidyl, (meth) acrylic acid-β-propylglycidyl, α-ethylacrylic acid-β-methylglycidyl, (meth) acrylic acid-3-methyl-3,4-epoxybutyl, ( Meth) acrylic acid-3-ethyl-3,4-epoxybutyl, (meth) acrylic Acid-4-methyl-4,5-epoxypentyl, (meth) acrylic acid-5-methyl-5,6-epoxyhexyl, (meth) acrylic acid-β-methylglycidyl, (meth) acrylic acid-3-methyl -Epoxy group-containing (meth) acrylic acid esters such as 3,4-epoxybutyl; and mono- and diesters thereof.
その他、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミドなどのN−アルキル置換(メタ)アクリルアミド類;N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、N−ビニルピロリドン、(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸などの不飽和ポリカルボン酸(無水物)類、塩化ビニル、酢酸ビニルなどが挙げられる。上記に例示したラジカル重合性単量体は、1種単独であるいは2種以上を併用することができる。 In addition, N-alkyl-substituted (meth) acrylamides such as N, N-dimethylacrylamide and N-isopropylacrylamide; N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, N-vinylpyrrolidone, (anhydrous) maleic acid, fumaric acid, (Anhydrous) Unsaturated polycarboxylic acids (anhydrides) such as itaconic acid and citraconic acid, vinyl chloride, vinyl acetate and the like. The radically polymerizable monomers exemplified above can be used alone or in combination of two or more.
またアルコキシシリル基を含有しないセグメントを構成する高分子については、上記のラジカル重合性単量体の重合体以外に、エステル基またはエーテル基を主鎖に有する高分子、特に脂肪族ポリエステル系ポリマーまたは脂肪族ポリエーテル系ポリマーを好適に用いることができる。これらは、ラジカル重合により得られる高分子主鎖がC−C結合からなる重合体より一般に熱分解温度が低いため、低い焼成温度でも構造体を形成でき、また焼成後の炭素(コーク)残留物が少ないため、本発明の目的に有用である。これらは市販のものを用いてもよく、また必要に応じて合成してもよい。
本発明における脂肪族ポリエステルを構成するエステル単位としては、芳香環を含まないエステル単位であればいずれの構造でもよいが、下記式(5)〜(7)で表されるエステル構造を含んでいることが好ましい。
As for the polymer constituting the segment not containing an alkoxysilyl group, in addition to the polymer of the radical polymerizable monomer, a polymer having an ester group or an ether group in the main chain, particularly an aliphatic polyester polymer or An aliphatic polyether-based polymer can be preferably used. These polymers generally have a lower thermal decomposition temperature than a polymer having a C—C bond in the polymer main chain obtained by radical polymerization, so that a structure can be formed even at a low firing temperature, and a carbon (coke) residue after firing. This is useful for the purposes of the present invention. These may use a commercially available thing, and may synthesize | combine as needed.
The ester unit constituting the aliphatic polyester in the present invention may have any structure as long as the ester unit does not contain an aromatic ring, but includes an ester structure represented by the following formulas (5) to (7). It is preferable.
(式中、R12は水素原子または炭素数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基を示す。) (In the formula, R 12 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)
式(7)中のR12は、水素原子および炭素数1〜12のアルキル基より選ばれる、異なる2種以上(共重合体)であってもよい。R12がメチル基の場合、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)であり、R12がメチル基および水素原子の場合3−ヒドロキシ酪酸/3−ヒドロキシプロピオン酸共重合体であり、R12がメチル基およびエチル基の場合3−ヒドロキシ酪酸/3−ヒドロキシバレリアン酸共重合体である。また、式(5)〜(7)は、単独で用いても組み合わせて用いてもよい。 R 12 in Formula (7) may be two or more different types (copolymers) selected from a hydrogen atom and an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. When R 12 is a methyl group, it is poly (3-hydroxybutyric acid), and when R 12 is a methyl group and a hydrogen atom, it is a 3-hydroxybutyric acid / 3-hydroxypropionic acid copolymer, and R 12 is a methyl group and In the case of an ethyl group, it is a 3-hydroxybutyric acid / 3-hydroxyvaleric acid copolymer. Formulas (5) to (7) may be used alone or in combination.
これら式(5)〜(7)で表されるポリマーとしては、ヒドロキシ酸重縮合物、ラクトンの開環重合物、及びα,ω−脂肪族ジカルボン酸とα,ω−脂肪族ジオールとの重縮合物等が挙げられる。前記ポリマーの具体例としては、ヒドロキシ酸重縮合物としてはヒドロキシ酪酸の重縮合物等が、α,ω−脂肪族ジカルボン酸とα,ω−脂肪族ジオールとの重縮合によって得られるポリエステルとしては、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリペンタメチレンサクシネート、ポリヘキサメチレンサクシネート、及びポリエチレンアジペート、ポリペンタメチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート等が、ラクトン類としてはポリα−プロピオラクトン、ポリβ−プロピオラクトン、ポリβ−ブチロラクトン、ポリピバロラクトン、ポリα−バレロラクトン、ポリγ−バレロラクトン、ポリε−カプロラクトン等が、ラクチドとしてはポリラクチド、ポリグリコリド等が挙げられるが、これらに限定されない。 Polymers represented by these formulas (5) to (7) include hydroxy acid polycondensates, lactone ring-opening polymers, and polymers of α, ω-aliphatic dicarboxylic acids and α, ω-aliphatic diols. Examples include condensates. Specific examples of the polymer include a hydroxy acid polycondensate such as a hydroxybutyric acid polycondensate, and a polyester obtained by polycondensation of an α, ω-aliphatic dicarboxylic acid and an α, ω-aliphatic diol. , Polyethylene succinate, polybutylene succinate, polypentamethylene succinate, polyhexamethylene succinate, and polyethylene adipate, polypentamethylene adipate, polyhexamethylene adipate, and the like as lactones such as poly α-propiolactone, poly β-propiolactone, polyβ-butyrolactone, polypivalolactone, polyα-valerolactone, polyγ-valerolactone, polyε-caprolactone and the like, and lactide include polylactide, polyglycolide and the like. It is not limited.
本発明における脂肪族ポリエーテルを構成するエーテル単位としては、芳香環を含まないエーテル単位であればいずれの構造でもよいが、分解の容易さ及び入手の容易さの観点から、ポリメチレンオキサイド構造、ポリエチレンオキサイド構造、ポリプロピレンオキサイド構造、ポリテトラメチレンオキサイド構造、ポリブチレンオキシド構造などが挙げられる。具体的には、ポリオキシメチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンアルキルエーテルなどのエーテル型化合物、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステルなどのエーテルエステル型化合物、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、エチレングリコール脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステルなどのエーテルエステル型化合物などを挙げることができるが、特にこれらに限定されない。また脂肪族ポリエーテルポリマーの両末端または片末端に存在する水酸基を開始点として、前記脂肪族系ポリエステルを合成できることから、本発明におけるアルコキシシリル基を含有しないブロックを構成する高分子は、ポリエーテル系ポリマーとポリエステル系ポリマーの共重合体であってもよい。
前記脂肪族ポリエステル系または脂肪族ポリエーテル系ポリマーをアルコキシシリル基を含有しないセグメントとするブロックコポリマーの合成法としても、リビング重合法が好適に用いられるが、特に制限は無い。また、リビング重合法を用いる場合であっても、(1)アルコキシシリル基を含有する単量体の重合により得られるポリマーをそのまま直接用いて、またはポリマーポリマー末端の官能基変換を行って、脂肪族ポリエステルまたはポリエーテルとブロック化する方法、(2)脂肪族ポリエステルまたは脂肪族ポリエーテルを合成後、そのまま直接、または末端の官能基変換により、アルコキシシリル基を含有する単量体を重合してもよい。前記(2)の脂肪族ポリエステルまたは脂肪族ポリエーテルは、市販の化合物を入手して使用しても良い。
The ether unit constituting the aliphatic polyether in the present invention may be any structure as long as it is an ether unit not containing an aromatic ring, but from the viewpoint of ease of decomposition and availability, a polymethylene oxide structure, Examples include a polyethylene oxide structure, a polypropylene oxide structure, a polytetramethylene oxide structure, and a polybutylene oxide structure. Specifically, ether type compounds such as polyoxymethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer, polyoxyethylene-polyoxypropylene alkyl ether, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene Ether ester type compounds such as oxyethylene sorbitan fatty acid ester and polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, ether ester type such as polyethylene glycol fatty acid ester, ethylene glycol fatty acid ester, fatty acid monoglyceride, polyglycerin fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester and propylene glycol fatty acid ester Although a compound etc. can be mentioned, it does not specifically limit to these. Further, since the aliphatic polyester can be synthesized starting from hydroxyl groups present at both ends or one end of the aliphatic polyether polymer, the polymer constituting the block containing no alkoxysilyl group in the present invention is a polyether. It may be a copolymer of a polymer and a polyester polymer.
A living polymerization method is also suitably used as a method for synthesizing a block copolymer in which the aliphatic polyester-based or aliphatic polyether-based polymer is a segment not containing an alkoxysilyl group, but there is no particular limitation. Further, even when the living polymerization method is used, (1) a polymer obtained by polymerization of a monomer containing an alkoxysilyl group is directly used as it is, or a functional group conversion of a polymer polymer terminal is performed, (2) After synthesizing an aliphatic polyester or aliphatic polyether, a monomer containing an alkoxysilyl group is polymerized directly or by functional group conversion at the end. Also good. As the aliphatic polyester or aliphatic polyether (2), a commercially available compound may be obtained and used.
本発明において用いられる重合溶媒は、ラジカル重合に対する阻害作用がなければ、いかなる種類の溶媒も使用し得るが、その中でも重合に供するモノマーと相溶し、かつラジカル重合の開始種とならない構造を有する溶媒が重合制御の点で有利である。また、溶媒中に水が含まれていると重合反応中にアルコキシシリル基の加水分解反応が進行し、所望のブロックコポリマーが得られないことがあるので、重合溶媒中の水分は除かれていることが好ましい。具体的な重合溶媒として、代表的なものを例示する。 As the polymerization solvent used in the present invention, any type of solvent can be used as long as it has no inhibitory action on radical polymerization, but among them, it has a structure that is compatible with the monomer used for polymerization and does not become a radical polymerization initiation species. A solvent is advantageous in terms of polymerization control. Also, if water is contained in the solvent, the hydrolysis reaction of the alkoxysilyl group proceeds during the polymerization reaction, and the desired block copolymer may not be obtained, so the water in the polymerization solvent is removed. It is preferable. Typical examples of the polymerization solvent are illustrated.
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、1−ヘキサノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、セロソルブアセテート等のエステル類;ペンタン、2−メチルブタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、2−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、2,2,3−トリメチルペンタン、デカン、ノナン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、p−メンタン、ジシクロヘキシル、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アニソール(メトキシベンゼン)等の脂肪族又は芳香族炭化水素類;エチルエーテル、ジメチルエーテル、トリオキサン、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル等のエーテル類;メチラール、ジエチルアセタール等のアセタール類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の脂肪酸類;ニトロプロペン、ニトロベンゼン、ジメチルアミン、モノエタノールアミン、ピリジン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル等の硫黄、窒素含有有機化合物類等が挙げられる。これらは、上記溶媒の条件以外に特に制限されることは無く、重合方法の用途に合った溶媒を適宜選択すれば良い。また、これらは単独で使用しても良いし、2種類以上を併用しても良い。 Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol , Isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 1-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, benzyl alcohol, cyclohexanol, and the like; methyl cellosolve Ether alcohols such as ethyl cellosolve, isopropyl cellosolve, butyl cellosolve, diethylene glycol monobutyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone Ketones; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl propionate, cellosolve acetate; pentane, 2-methylbutane, n-hexane, cyclohexane, 2-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethyl Butane, heptane, n-octane, isooctane, 2,2,3-trimethylpentane, decane, nonane, cyclopentane, methylcyclopentane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, p-menthane, dicyclohexyl, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, Aliphatic or aromatic hydrocarbons such as anisole (methoxybenzene); ethers such as ethyl ether, dimethyl ether, trioxane, tetrahydrofuran and diphenyl ether; acetals such as methylal and diethyl acetal Tars; formic acid, acetic acid, fatty acids such as acetic acid and propionic acid; nitro propene, nitrobenzene, dimethylamine, monoethanolamine, pyridine, dimethyl formamide, dimethyl sulfoxide, sulfur such as acetonitrile, nitrogen-containing organic compounds, and the like. These are not particularly limited except for the above solvent conditions, and a solvent suitable for the use of the polymerization method may be selected as appropriate. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明における原子移動ラジカル重合は、種々の形態で実施することが可能であり、例えば、溶液重合、懸濁重合、乳化重合、バルク重合を挙げることができる。本発明を実施するに際し、重合試薬の添加手順などは特に制限は無いが、ラジカル重合性単量体、重合開始剤、金属触媒、および必要に応じてその配位子を混合し、さらに必要に応じて適当な溶媒を添加し、脱気、不活性ガスによる置換を行ったのち、所定の温度に設定し、反応を行う。重合温度は、通常、5〜140℃、好ましくは20〜120℃の間で選択される。重合温度が5℃未満では重合反応が著しく遅くなり工業的に好ましくなく、一方、重合温度が140℃を超えると、分子量分布が広くなる傾向が強くなり好ましくない。 The atom transfer radical polymerization in the present invention can be carried out in various forms, and examples thereof include solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, and bulk polymerization. In carrying out the present invention, there are no particular restrictions on the procedure for adding a polymerization reagent, but a radical polymerizable monomer, a polymerization initiator, a metal catalyst, and a ligand as necessary are mixed and further required. Accordingly, an appropriate solvent is added, and after deaeration and replacement with an inert gas, the reaction is performed at a predetermined temperature. The polymerization temperature is usually selected between 5 and 140 ° C, preferably between 20 and 120 ° C. When the polymerization temperature is less than 5 ° C., the polymerization reaction is extremely slow, which is not industrially preferable. On the other hand, when the polymerization temperature exceeds 140 ° C., the tendency of the molecular weight distribution to become wide is increased, which is not preferable.
本発明におけるアルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを一成分として含むブロックコポリマーの分子量分布は狭いほど好ましい。その指標となる分子量分布指数(Mw/Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により確認される。本発明のブロックコポリマーの分子量分布指数(Mw/Mn)は1.8以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましい。電子素子に応用した場合に、ブロックポリマーの均一性の高さが、周期性の高い構造体の提供を可能にし、素子全体として性能の高いものを提供できる。分子量分布指数が大きいと、ミクロ相分離構造の周期性やサイズが乱れる傾向になる。 In the present invention, the narrower the molecular weight distribution of the block copolymer containing as a component a segment having an alkoxysilyl group-containing monomer as a repeating unit, the better. The molecular weight distribution index (Mw / Mn) serving as the index is confirmed by gel permeation chromatography (GPC). The molecular weight distribution index (Mw / Mn) of the block copolymer of the present invention is preferably 1.8 or less, and more preferably 1.5 or less. When applied to an electronic device, the high uniformity of the block polymer makes it possible to provide a structure with high periodicity, and the device as a whole can have high performance. When the molecular weight distribution index is large, the periodicity and size of the microphase separation structure tend to be disturbed.
次に、(B)感光性分解剤について説明する。本発明で用いられる(B)感光性分解剤は、感光性酸発生剤または感光性塩基発生剤であることができる。 Next, (B) the photosensitive decomposing agent will be described. The (B) photosensitive decomposition agent used in the present invention can be a photosensitive acid generator or a photosensitive base generator.
上記感光性酸発生剤としては、活性光線の照射により酸を発生する化合物であれば、公知の化合物を任意に選択して使用することができる。たとえば、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、ブロモニウム塩、クロロニウム塩、スルホニウム塩、セレノニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩、ハロゲン含有トリアジン等のハロゲン化合物、スルホニルイミド化合物等を挙げることができるが、好ましくはジフェニルヨードニウムトリフルオロメチルスルフォン酸塩等のヨードニウム塩、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート等のスルホニウム塩、ハロゲン含有トリアジン類、スルホン酸エステル類等を使用することができる。 As the photosensitive acid generator, a known compound can be arbitrarily selected and used as long as it is a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays. For example, diazonium salts, iodonium salts, bromonium salts, chloronium salts, sulfonium salts, onium salts such as selenonium salts, pyridinium salts and the like, halogen compounds such as halogen-containing triazines, sulfonylimide compounds, and the like, preferably diphenyliodonium Iodonium salts such as trifluoromethyl sulfonate, sulfonium salts such as triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, halogen-containing triazines, sulfonate esters, and the like can be used.
上記ヨードニウム塩としては、例えばジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロアセテート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホナート、ジフェニルヨードニウムブチルトリス(2,6−ジフルオロフェニル)ボレート、ジフェニルヨードニウムヘキシルトリス(p−クロロフェニル)ボレート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスホネート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムトリフルオロアセテート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホナート等を用いることができる。 Examples of the iodonium salt include diphenyliodonium tetrafluoroborate, diphenyliodonium hexafluorophosphonate, diphenyliodonium hexafluoroarsenate, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium trifluoroacetate, diphenyliodonium-p-toluenesulfonate, diphenyliodonium. Butyltris (2,6-difluorophenyl) borate, diphenyliodonium hexyltris (p-chlorophenyl) borate, 4-methoxyphenylphenyliodonium tetrafluoroborate, 4-methoxyphenylphenyliodonium hexafluorophosphonate, 4-methoxyphenylphenyliodonium hexa Fluoroarsene DOO, 4-methoxyphenyl phenyl iodonium trifluoromethanesulfonate, 4-methoxyphenyl phenyl iodonium trifluoroacetate, can be used 4-methoxyphenyl phenyl iodonium -p- toluenesulfonate and the like.
上記スルホニウム塩としては、例えばトリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルフォネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロアセテート、トリフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホナート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホナート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスホネート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート等を用いることができる。 Examples of the sulfonium salt include triphenylsulfonium tetrafluoroborate, triphenylsulfonium hexafluorophosphonate, triphenylsulfonium hexafluoroarsenate, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium trifluoroacetate, triphenylsulfonium-p. -Toluenesulfonate, 4-methoxyphenyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate, 4-methoxyphenyldiphenylsulfonium-p-toluenesulfonate, 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphonate, 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium hexafluoroarsenate 4-phenylthiophenyldiphenylsulfur Trifluoromethane sulfonate or the like can be used.
上記ハロゲン含有トリアジン類としては、例えばトリス(2,4,6−トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(2−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等を用いることができる。 Examples of the halogen-containing triazines include tris (2,4,6-trichloromethyl) -s-triazine, 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, and 2- (4-chlorophenyl). -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, 2- (3-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, 2- (2-chlorophenyl) -4,6-bis (Trichloromethyl) -s-triazine, 2- (4-methoxyphenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, tris (trichloromethyl) -s-triazine and the like can be used.
上記スルホン酸エステル類としては、例えばα−ヒドロキシメチルベンゾイン−p−トルエンスルホン酸エステル、α−ヒドロキシメチルベンゾイン−トリフルオロメタンスルホン酸エステル、α−ヒドロキシメチルベンゾイン−メタンスルホン酸エステル、2,4−ジニトロベンジル−p−トルエンスルホン酸エステル、2,4−ジニトロベンジル−トリフルオロメタンスルホン酸エステル、2,4−ジニトロベンジル−メタンスルホン酸エステル、2,4−ジニトロベンジル−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、2,6−ジニトロベンジル−p−トルエンスルホン酸エステル、2−ニトロベンジル−p−トルエンスルホン酸エステル、2−ニトロベンジル−トリフルオロメタンスルホン酸エステル、2−ニトロベンジル−メタンスルホン酸エステル、4−ニトロベンジル−p−トルエンスルホン酸エステル、4−ニトロベンジル−トリフルオロメタンスルホン酸エステル、4−ニトロベンジル−メタンスルホン酸エステル、4−ニトロベンジル−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等を用いることができる。 Examples of the sulfonic acid esters include α-hydroxymethylbenzoin-p-toluenesulfonic acid ester, α-hydroxymethylbenzoin-trifluoromethanesulfonic acid ester, α-hydroxymethylbenzoin-methanesulfonic acid ester, 2,4-dinitro Benzyl-p-toluenesulfonate, 2,4-dinitrobenzyl-trifluoromethanesulfonate, 2,4-dinitrobenzyl-methanesulfonate, 2,4-dinitrobenzyl-1,2-naphthoquinonediazide-5 Sulfonic acid ester, 2,6-dinitrobenzyl-p-toluenesulfonic acid ester, 2-nitrobenzyl-p-toluenesulfonic acid ester, 2-nitrobenzyl-trifluoromethanesulfonic acid ester, 2-nitroben Ru-methanesulfonic acid ester, 4-nitrobenzyl-p-toluenesulfonic acid ester, 4-nitrobenzyl-trifluoromethanesulfonic acid ester, 4-nitrobenzyl-methanesulfonic acid ester, 4-nitrobenzyl-1,2-naphtho Quinonediazide-5-sulfonic acid ester and the like can be used.
上記感光性塩基発生剤としては、例えば、特開平4−330444号公報、「高分子」p242−248、46巻6号(1997年)等に記載されているものが好適に用いられ、具体的にはトリフェニルメタノール、ベンジルカルバメートなどが挙げられる。しかしながら、機能として活性光線の照射により塩基が発生すれば、これらに限定されない。 As the photosensitive base generator, for example, those described in JP-A-4-330444, “Polymer” p242-248, 46, 6 (1997), and the like are preferably used. Examples include triphenylmethanol and benzylcarbamate. However, it is not limited to these as long as a base is generated by irradiation with actinic rays as a function.
上記感光性酸発生剤もしくは感光性塩基発生剤は、単独或いは複数の感光性酸発生剤または感光性塩基発生剤を組み合わせて使用することができる。上記(B)感光性分解剤は、(A)ブロックコポリマー100質量部に対して、0.01質量部以上用いることが好ましく、0.05質量部以上用いることがさらに好ましい。(B)成分が0.01質量部未満の場合、照射光に対する感度が低下しやすくなる。上限値は好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下である。(B)成分が20質量部以上の場合、得られる塗膜において現像残渣が残りやすくなる。 The photosensitive acid generator or the photosensitive base generator can be used alone or in combination of a plurality of photosensitive acid generators or photosensitive base generators. The (B) photosensitive decomposing agent is preferably used in an amount of 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the (A) block copolymer. (B) When a component is less than 0.01 mass part, the sensitivity with respect to irradiation light will fall easily. The upper limit is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less. When the component (B) is 20 parts by mass or more, a development residue tends to remain in the obtained coating film.
次に、本発明で用いられる(C)酸または塩基の存在下でアルコキシシリル基を含有するブロックポリマーを架橋しうる化合物について説明する。アルコキシシリル基を含有するブロックポリマーを架橋しうる化合物としては、下記式(5)で表される金属アルコキシドおよび式(6)で表される金属ハロゲン化物
M(OR)tYu ・・・(5)
MXtYu ・・・(6)
(但し、上記式(5)および(6)で、Mは+2〜5価の原子を表し、Rはアルキル基またはアリール基を表し、Yは水素原子、アルキル基、アリール基、水酸基、アルコキシル基またはアリールオキシ基を表し、Xはハロゲン原子を表し、そしてtおよびuは0または1以上の整数である。但しt+uは原子Mの原子価数に等しい)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を用いることもできる。
Next, (C) the compound that can crosslink the block polymer containing an alkoxysilyl group in the presence of an acid or base used in the present invention will be described. As a compound capable of crosslinking the block polymer containing an alkoxysilyl group, a metal alkoxide represented by the following formula (5) and a metal halide represented by the following formula (6) M (OR) t Y u. 5)
MX t Y u (6)
(In the above formulas (5) and (6), M represents a +2 to pentavalent atom, R represents an alkyl group or an aryl group, Y represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a hydroxyl group, an alkoxyl group) Or an aryloxy group, X represents a halogen atom, and t and u are 0 or an integer of 1 or more, provided that t + u is equal to the valence of atom M). Compounds can also be used.
上記式(5)および(6)における+2〜5価の原子Mとしては、例えばSi、Pまたは金属原子を用いることができる。金属原子としては、例えば周期律表2A族、3B族および遷移金属の原子が好ましい。 As the +2 to pentavalent atom M in the above formulas (5) and (6), for example, Si, P or a metal atom can be used. As the metal atom, for example, atoms of 2A group, 3B group and transition metal of the periodic table are preferable.
上記全てのアルキル基およびアルコキシル基中に含まれるアルキル基は炭素数1〜10までの直鎖、分岐、または環状のアルキル基であることができ、これらに含まれる水素原子の一部または全部が塩素原子、臭素原子、パーフロロアルキル基、水酸基、メルカプト基、チオアルキル基、アルコキシル基、アルキルエステル基、アルキルチオエステル基、パーフロロアルキルエステル基、シアノ基、ニトロ基またはアリール基に置換されたものであってもよい。 The alkyl group contained in all the alkyl groups and alkoxyl groups may be a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and some or all of the hydrogen atoms contained in them may be It is substituted with a chlorine atom, bromine atom, perfluoroalkyl group, hydroxyl group, mercapto group, thioalkyl group, alkoxyl group, alkyl ester group, alkylthioester group, perfluoroalkyl ester group, cyano group, nitro group or aryl group. There may be.
上記全てのアリール基およびアリールオキシ基中のアリール基としては、互いに独立に、例えばフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基またはビフェニル基およびこれらの水素原子が塩素原子、臭素原子、水酸基、メルカプト基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルキルエステル基、アルキルチオエステル基、シアノ基またはニトロ基で置換されたものを挙げることができる。 The aryl groups in all the aryl groups and aryloxy groups are independently of each other, for example, a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group or a biphenyl group, and their hydrogen atoms are chlorine, bromine, hydroxyl, mercapto, alkoxy And those substituted with a group, a thioalkyl group, an alkyl ester group, an alkylthioester group, a cyano group or a nitro group.
また、ハロゲン原子としては、例えばフッ素、塩素および臭素の原子を好ましいものとして挙げることができる。 Moreover, as a halogen atom, the atom of a fluorine, chlorine, and a bromine can be mentioned as a preferable thing, for example.
上記式(5)で表される化合物を示すと、例えば珪素化合物としてテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン(通称TEOS)、テトラ−n−プロピルオキシシラン、テトライソプロピルオキシシラン、テトラ−n−ブトキシシランの如きテトラアルコキシシラン;メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシランの如きモノアルキルトリアルコキシシラン;フェニルトリエトキシシラン、ナフチルトリエトキシシラン、4−クロロフェニルトリエトキシシラン、4−メチルフェニルトリエトキシシランの如きモノアリールトリアルコキシシラン;フェノキシトリエトキシシラン、ナフチルオキシトリエトキシシラン、4−クロロフェニルオキシトリエトキシシラン、4−メチルフェニルオキシトリエトキシシランの如きモノアリールオキシトリアルコキシシラン;モノヒドロキシトリメトキシシラン、モノヒドロキシトリエトキシシランの如きモノヒドロキシトリアルコキシシラン;ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランの如きジアルキルジアルコキシシラン;メチル(フェニル)ジエトキシシランの如きモノアルキルモノアリールジアルコキシシラン;メチル(ヒドロキシ)ジメトキシシランの如きモノアルキルモノヒドロキシジアルコキシシラン;トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシランの如きトリアルキルモノアルコキシシラン;およびテトラメトキシシランの2〜5量体の如き上記化合物のオリゴマー等を用いることができる。 When the compound represented by the above formula (5) is shown, for example, as a silicon compound, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane (commonly referred to as TEOS), tetra-n-propyloxysilane, tetraisopropyloxysilane, tetra-n-butoxysilane Tetraalkoxysilanes such as: methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, cyclohexyltriethoxysilane, and other monoalkyltrialkoxysilanes; phenyltriethoxysilane, naphthyltriethoxysilane, 4-chlorophenyltriethoxysilane, 4 Monoaryltrialkoxysilanes such as methylphenyltriethoxysilane; phenoxytriethoxysilane, naphthyloxytriethoxysilane, 4-chlorophenyloxytriethoxysila Monoaryloxytrialkoxysilanes such as 4-methylphenyloxytriethoxysilane; monohydroxytrialkoxysilanes such as monohydroxytrimethoxysilane and monohydroxytriethoxysilane; dialkyldialkoxys such as dimethyldimethoxysilane and dimethyldiethoxysilane Silanes; monoalkyl monoaryl dialkoxysilanes such as methyl (phenyl) diethoxysilane; monoalkyl monohydroxy dialkoxysilanes such as methyl (hydroxy) dimethoxysilane; trialkylmonoalkoxysilanes such as trimethylmethoxysilane and trimethylethoxysilane; In addition, oligomers of the above compounds such as dimers and pentamers of tetramethoxysilane can be used.
上記式(6)で表される化合物の具体例を珪素化合物として例示すると、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、テトラヨードシラン、トリクロロブロモシラン、ジクロロジブロモシランの如きテトラハロゲノシラン;メチルトリクロロシラン、メチルジクロロブロモシラン、シクロヘキシルトリクロロシランの如きモノアルキルトリハロゲノシラン;フェニルトリクロロシラン、ナフチルトリクロロシラン、4−クロロフェニルトリクロロシランの如きモノアリールトリハロゲノシラン;フェノキシトリクロロシラン、フェノキシジクロロブロモシランの如きモノアリールオキシトリハロゲノシラン;メトキシトリクロロシラン、エトキシトリクロロシランの如きモノアルコキシトリハロゲノシラン;ジメチルジクロロシラン、メチル(エチル)ジクロロシラン、メチル(シクロヘキシル)ジクロロシランの如きジアルキルジハロゲノシラン;メチル(フェニル)ジクロロシランの如きモノアルキルモノアリールジハロゲノシラン;およびテトラクロロシランの2〜5量体の如き上記化合物のオリゴマー等を用いることができる。 Specific examples of the compound represented by the above formula (6) are exemplified as silicon compounds: tetrahalogenosilanes such as tetrachlorosilane, tetrabromosilane, tetraiodosilane, trichlorobromosilane, dichlorodibromosilane; methyltrichlorosilane, methyldichloro Monoalkyltrihalogenosilanes such as bromosilane and cyclohexyltrichlorosilane; monoaryltrihalogenosilanes such as phenyltrichlorosilane, naphthyltrichlorosilane and 4-chlorophenyltrichlorosilane; monoaryloxytrihalogenos such as phenoxytrichlorosilane and phenoxydichlorobromosilane Silane; monoalkoxytrihalogenosilane such as methoxytrichlorosilane and ethoxytrichlorosilane; dimethyldichlorosilane, methyl Dialkyldihalogenosilanes such as ethyl) dichlorosilane and methyl (cyclohexyl) dichlorosilane; monoalkylmonoaryldihalogenosilanes such as methyl (phenyl) dichlorosilane; and oligomers of the above compounds such as dimer to pentamer of tetrachlorosilane Can be used.
上記式(5)または上記式(6)で表される化合物としては、その他例えばトリエトキシホウ素、トリクロロホウ素、ジエトキシマグネシウム、ジクロロマグネシウム、トリエトキシアルミニウム、トリブトキシアルミニウム、トリクロロアルミニウム、トリエトキシリン、トリクロロリン、ペンタエトキシリン、ペンタクロロリン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラクロロチタン、ジエトキシ鉄、ジクロロ鉄、トリエトキシ鉄、トリクロロ鉄、ジエトキシニッケル、ジクロロニッケル、トリエトキシガリウム、トリクロロガリウム、テトラメトキシゲルマニウム、テトラエトキシゲルマニウム、テトラクロロゲルマニウム、ジエトキシストロンチウム、ジクロロストロンチウム、トリエトキシイットリウム、トリクロロイットリウム、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム、テトラクロロジルコニウム、ジエトキシカドミウム、ジクロロカドミウム、トリエトキシインジウム、トリクロロインジウム、ジエトキシバリウム、ジクロロバリウム、ヘキサエトキシタングステン、ヘキサクロロタングステン、ペンタエトキシタンタル、ペンタクロロタンタル、ジエトキシ鉛、ジクロロ鉛、トリエトキシビスマス、トリクロロビスマスの如きアルコキシドおよびハロゲン化物を同様に用いることができる。 Examples of the compound represented by the above formula (5) or the above formula (6) include triethoxy boron, trichloro boron, diethoxy magnesium, dichloro magnesium, triethoxy aluminum, tributoxy aluminum, trichloro aluminum, triethoxy phosphorus, Trichloroline, pentaethoxyline, pentachloroline, tetraethoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, tetrachlorotitanium, diethoxyiron, dichloroiron, triethoxyiron, trichloroiron, diethoxynickel, dichloronickel, triethoxygallium , Trichlorogallium, tetramethoxygermanium, tetraethoxygermanium, tetrachlorogermanium, diethoxystrontium, dichlorostrontium, trie Xy yttrium, trichloro yttrium, tetramethoxy zirconium, tetraethoxy zirconium, tetrabutoxy zirconium, tetrachloro zirconium, diethoxy cadmium, dichloro cadmium, triethoxy indium, trichloro indium, diethoxy barium, dichloro barium, hexaethoxy tungsten, hexachloro tungsten, Alkoxides and halides such as pentaethoxy tantalum, pentachloro tantalum, diethoxy lead, dichloro lead, triethoxy bismuth, trichloro bismuth can be used as well.
これらのうち、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランの如きテトラアルコキシシラン;トリブトキシアルミニウムの如きトリアルコキシアルミニウム;テトラブトキシチタンの如きテトラアルコキシチタン;テトラブトキシジルコニウムの如きテトラアルコキシジルコニウム、テトラクロロシランの如きテトラハロゲノシラン;トリクロロアルミニウムの如きトリハロゲノアルミニウム;テトラクロロチタンの如きテトラハロゲノチタン類等が好適に使用される。 Among these, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane; trialkoxyaluminums such as tributoxyaluminum; tetraalkoxytitanium such as tetrabutoxytitanium; tetraalkoxyzirconium such as tetrabutoxyzirconium and tetrahalogeno such as tetrachlorosilane Silane; trihalogenoaluminum such as trichloroaluminum; tetrahalogenotitanium such as tetrachlorotitanium and the like are preferably used.
上記(C)成分は、単独あるいは複数の化合物を組み合わせて使用することができる。上記(C)成分の化合物の組成物中における含有量は、機械特性やフォトリソグラフィー工程における露光特性・現像特性に応じて自由に設定できるが、(A)ブロックコポリマー100質量部に対して、100質量部以下で用いることが好ましく、60質量部以下用いることがさらに好ましい。(A)成分100質量部に対して(C)成分が100質量部を超える場合、架橋度が高くなりすぎ、ミクロ相分離構造の形成が困難になることがある。(C)成分の下限値は、目的のナノ構造体の特性や工程に応じて自由に決められるが、通常、(A)成分100質量部に対して0.1質量部以上である。上記(C)成分を含有する組成物とする場合、(B)感光性分解剤は、(A)ブロックコポリマー100質量部に対して、0.01質量部以上用いることが好ましく、0.05質量部以上用いることがさらに好ましい。(B)成分が0.01質量部未満の場合、照射光に対する感度が低下しやすくなる。(B)成分の上限値は好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下である。(B)成分が20質量部以上の場合、得られる塗膜において現像残渣が残りやすくなる。 The component (C) can be used alone or in combination of a plurality of compounds. The content of the compound of component (C) in the composition can be freely set according to mechanical characteristics and exposure / development characteristics in the photolithography process. It is preferably used in an amount of not more than part by mass, more preferably not more than 60 parts by mass. When the component (C) exceeds 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), the degree of crosslinking becomes too high and it may be difficult to form a microphase separation structure. The lower limit of the component (C) is freely determined according to the characteristics and process of the target nanostructure, but is usually 0.1 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the component (A). When it is set as the composition containing the said (C) component, it is preferable to use 0.01 mass part or more of (B) photosensitive decomposition agents with respect to 100 mass parts of (A) block copolymers, and 0.05 mass. It is more preferable to use more than one part. (B) When a component is less than 0.01 mass part, the sensitivity with respect to irradiation light will fall easily. The upper limit of component (B) is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less. When the component (B) is 20 parts by mass or more, a development residue tends to remain in the obtained coating film.
本発明で使用する感光性組成物には、本発明の目的を損なわない限りにおいて、その他の添加剤が含有されていてもよい。このような添加剤としては、シランカップリング剤、増感剤、紫外線吸収剤、界面活性剤等が挙げられる。 The photosensitive composition used in the present invention may contain other additives as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of such additives include silane coupling agents, sensitizers, ultraviolet absorbers, and surfactants.
例えば、上記シランカップリング剤としては、3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノグリシジロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルメチルジメトキシシラン、1−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシランなどが用いられる。これらは1種あるいは2種以上を同時に使用しても良い。 For example, as the silane coupling agent, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-aminoglycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropylmethyldimethoxysilane, 1-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl)- 3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, N-trimethoxy Rylpropyltriethylenetriamine, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, 10-trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 10-triethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, N-benzyl-3- Aminopropyltrimethoxysilane, N-benzyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltriethoxysilane and the like are used. These may be used alone or in combination of two or more.
また例えば、上記増感剤の具体的な例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、9−フルオレノン、2−クロロ−9−フルオレノン、2−メチル−9−フルオレノン、9−アントロン、2−ブロモ−9−アントロン、2−エチル−9−アントロン、9,10−アントラキノン、2−エチル−9,10−アントラキノン、2−t−ブチル−9,10−アントラキノン、2,6−ジクロロ−9,10−アントラキノン、キサントン、2−メチルキサントン、2−メトキシキサントン、チオキサントン、ベンジル、ジベンザルアセトン、p−(ジメチルアミノ)フェニルスチリルケトン、p−(ジメチルアミノ)フェニルp−メチルスチリルケトン、ベンゾフェノン、p−(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、N−フェニル−1−ナスチルアミン、N,N−ジフェニル−1−ナフチルアミン、アミノピレン、N−フェニルアミノピレン、N,N−ジフェニルアミノピレン、N−クロロフェニルアミノピレン、N,N−ジクロロフェニルアミノピレン、トリフェニルアミン、P−ヒドロキシトリフェニルアミン、N−フェニル−N−ベンジル−1−ナフチルアミン、N−フェニル−N−スチリル−1−ナフチルアミン等が用いられる。 For example, specific examples of the sensitizer include benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, 9-fluorenone, 2-chloro-9-fluorenone, 2-methyl-9-fluorenone, 9-anthrone, 2 -Bromo-9-anthrone, 2-ethyl-9-anthrone, 9,10-anthraquinone, 2-ethyl-9,10-anthraquinone, 2-t-butyl-9,10-anthraquinone, 2,6-dichloro-9 , 10-anthraquinone, xanthone, 2-methylxanthone, 2-methoxyxanthone, thioxanthone, benzyl, dibenzalacetone, p- (dimethylamino) phenyl styryl ketone, p- (dimethylamino) phenyl p-methylstyryl ketone, benzophenone , P- (dimethylamino) benzophenone N-phenyl-1-nastilamine, N, N-diphenyl-1-naphthylamine, aminopyrene, N-phenylaminopyrene, N, N-diphenylaminopyrene, N-chlorophenylaminopyrene, N, N-dichlorophenylaminopyrene, triphenyl Amine, P-hydroxytriphenylamine, N-phenyl-N-benzyl-1-naphthylamine, N-phenyl-N-styryl-1-naphthylamine and the like are used.
次に、上記感光性組成物を用いた、無機成分のみからなるナノ構造体の形成方法について説明する。本発明の感光性組成物は、その使用に際して、固形分濃度が例えば0.1〜50質量%となるように溶剤に溶解した後、例えば孔径0.1〜10μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。 Next, the formation method of the nanostructure which consists only of an inorganic component using the said photosensitive composition is demonstrated. When the photosensitive composition of the present invention is used, it is dissolved in a solvent so that the solid content concentration is, for example, 0.1 to 50% by mass, and then filtered through a filter having a pore size of about 0.1 to 10 μm, for example. It is prepared as a composition solution.
前記溶剤としては、例えば、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などのグリコールエーテル類;メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどのエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類;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、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エチルメチルエーテルなどのジエチレングリコール類;プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコール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メチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテートプロピレングリコール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アルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールプロピルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールブチルエーテルプロピオネートなどのプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸メチル、ヒドロキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチルなどのエステル類等を挙げることができるが、これら溶媒のうち1種を単独で用いてもよいし、あるいは複数種を混合して使用してもよい。 Examples of the solvent include glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether; ethylene glycol alkyl ether acetates such as methyl cellosolve acetate and ethyl cellosolve acetate; diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether. Diethylene glycols such as diethylene glycol ethyl methyl ether; propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol propyl ether, propylene glycol butyl ether; propylene glycol methyl ether acetate, Propylene glycol alkyl ether acetates such as pyrene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate propylene glycol butyl ether acetate; propylene glycol methyl ether propionate, propylene glycol ethyl ether propionate, propylene glycol propyl ether propionate, propylene Propylene glycol alkyl ether acetates such as glycol butyl ether propionate; Aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; Ketones such as methyl ethyl ketone, cyclohexanone and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone; Methyl acetate and ethyl acetate , Propyl acetate, butyl acetate, ethyl 2-hydroxypropionate Esters such as methyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, methyl hydroxyacetate, ethyl hydroxyacetate, butyl hydroxyacetate, methyl lactate, ethyl lactate, propyl lactate, butyl lactate However, one of these solvents may be used alone, or a plurality of these solvents may be mixed and used.
また、それらの溶媒への溶解度や蒸気圧をコントロールする目的でメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロペンタノン、シクロヘキサン等の脂環式化合物等と混合してもよい。 For the purpose of controlling the solubility and vapor pressure in these solvents, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol and isopropyl alcohol, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane and octane, cyclohexane You may mix with alicyclic compounds, such as a pentanone and a cyclohexane.
本発明において、上記の感光性組成物を用いることにより、例えば次のようにしてフォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づく無機ナノ構造体を形成することができる。このプロセスについて説明する。 In the present invention, by using the above photosensitive composition, an inorganic nanostructure based on a microphase separation structure can be formed in a photolithography pattern as follows, for example. This process will be described.
先ず、上記濾過した感光性組成物の液より、シリコンウエハー等の基板の表面に塗膜を形成する。この際、塗布する方法としては、スピンコート法、浸漬法、ロールコート法、スプレー法などの塗布手段が用いることができる。 First, a coating film is formed on the surface of a substrate such as a silicon wafer from the filtered photosensitive composition solution. At this time, as a coating method, a coating means such as a spin coating method, a dipping method, a roll coating method, or a spray method can be used.
得られた塗膜に、例えばパターンマスクを介して、露光工程(a)を行うことで、塗膜の一部において(B)成分より酸または塩基が生成され、この酸または塩基が(A)成分のブロックコポリマー中のアルコキシシリル基、および(C)成分を添加した際には(C)成分にも作用し、−SiOHまたは−M−OH(「M」は(C)成分中の金属原子を表す)を生成し、続く加熱工程(b)により架橋反応が進行する。ここで現像工程(c)を行うことにより、露光部は架橋により不溶化しているのに対し、非露光部は現像液に溶解し、パターンが形成される。さらに、ブロックコポリマーのガラス転移温度(Tg)以上の適当な温度で再加熱する工程(d)により、ミクロ相分離構造を形成するとともに、架橋反応をさらに進行せしめることができ、フォトリソグラフィー工程によるパターン形成が完成される。最後に、ミクロ相分離構造が形成された後、有機物が熱分解する温度以上に加熱する工程(e)により、有機ポリマー相を選択的に除去し、フォトリソグラフィー工程によるパターンの中に、ブロックポリマーのミクロ相分離構造がテンプレートとなった無機物のみからなるナノ構造体が形成される。ここで有機物の除去方法としては、上記(e)焼成工程における有機物の熱分解による除去の代わりに、有機物と無機物のエッチングコントラストが大きいことを利用してリアクティブイオンエッチング(RIE)によって有機物を除去してもよい。この場合のエッチングガスとしてはO2ガスが好ましく用いられる。 By performing the exposure step (a) on the obtained coating film through, for example, a pattern mask, an acid or base is generated from the component (B) in a part of the coating film, and this acid or base is converted to (A) When the alkoxysilyl group in the component block copolymer and the (C) component are added, it also acts on the (C) component, and -SiOH or -M-OH ("M" is a metal atom in the (C) component) The crosslinking reaction proceeds by the subsequent heating step (b). By performing the developing step (c) here, the exposed portion is insolubilized by crosslinking, whereas the non-exposed portion is dissolved in the developer to form a pattern. Furthermore, by the step (d) of reheating at an appropriate temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) of the block copolymer, a microphase separation structure can be formed and the crosslinking reaction can be further advanced. Formation is completed. Finally, after the micro phase separation structure is formed, the organic polymer phase is selectively removed by the step (e) of heating above the temperature at which the organic matter is thermally decomposed, and the block polymer is formed in the pattern by the photolithography process. A nanostructure composed only of an inorganic material having the microphase separation structure as a template is formed. Here, as a method for removing the organic matter, instead of removing the organic matter by thermal decomposition in the above (e) baking step, the organic matter is removed by reactive ion etching (RIE) by utilizing the high etching contrast between the organic matter and the inorganic matter. May be. In this case, O 2 gas is preferably used as the etching gas.
本発明における上記パターン形成プロセスにおいては、スピンコートなどによる塗布後に膜中の溶剤を除去するために加熱処理(以下、「ソフトベーク」という)を行うことが好ましい。その加熱条件は、本発明の材料の配合組成、各添加剤の種類等により変わるが、好ましくは30〜200℃、より好ましくは40〜150℃であり、ホットプレートやオーブン、赤外線などを使用して加熱することができる。以下、無機物質からなるナノ構造体のパターン形成における各工程についてさらに詳細に説明する。 In the pattern formation process of the present invention, it is preferable to perform a heat treatment (hereinafter referred to as “soft baking”) in order to remove the solvent in the film after coating by spin coating or the like. The heating conditions vary depending on the composition of the material of the present invention, the type of each additive, etc., but are preferably 30 to 200 ° C., more preferably 40 to 150 ° C., using a hot plate, oven, infrared rays, or the like. Can be heated. Hereinafter, each process in the pattern formation of the nanostructure made of an inorganic substance will be described in more detail.
上記露光工程(a)においては、光の照射により発生した酸または塩基が、(A)成分のブロックコポリマー中のアルコキシシリル基、および(C)成分を添加した際には(C)成分にも作用し、−SiOHまたは−M−OH(「M」は(C)成分中の金属原子を表す)を生成する。露光工程における照射光としては、波長365nmのi線、404nmのh線、436nmのg線、キセノンランプ等の広域波長光源等の紫外線、波長248nmのKrFエキシマレーザー、波長193nmのArFエキシマレーザー等の遠紫外線、可視光およびこれらの混合線等が挙げられる。これらのうち、紫外光および可視光が好ましい。照度としては照射波長などにもよるが、0.1mW/cm2〜100mW/cm2とすることが最も反応効率が良く好ましい。これらの照射光は、パターンマスクを介して照射することでパターニングすることが可能である。 In the exposure step (a), when the acid or base generated by light irradiation is added to the alkoxysilyl group in the block copolymer of the component (A) and the component (C), it is also applied to the component (C). Acts to produce -SiOH or -M-OH ("M" represents a metal atom in component (C)). Irradiation light in the exposure process includes i-line with a wavelength of 365 nm, h-line with 404 nm, g-line with 436 nm, ultraviolet light from a wide wavelength light source such as a xenon lamp, KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm, ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm, etc. Examples include deep ultraviolet light, visible light, and mixed lines thereof. Of these, ultraviolet light and visible light are preferred. Depending on such irradiation wavelength as illumination, it is the most reactive efficiently preferable to 0.1mW / cm 2 ~100mW / cm 2 . These irradiation lights can be patterned by being irradiated through a pattern mask.
露光後には加熱処理(露光後ベーク(PEB))工程(b)を行うことが好ましい。この工程により、露光により生成した、−SiOHまたは−M−OH同士の縮合反応が起き、ブロックコポリマー中の架橋反応を促進する。その加熱には、上記ソフトベークと同様な装置が使用でき、その条件は任意に設定することができる。好ましい加熱温度は30〜150℃であり、より好ましくは40〜130℃である。30℃以下では、架橋反応の進行度合いが低すぎ、150℃以上では架橋反応が進行し過ぎてミクロ相分離構造が乱れたり、ミクロ相分離構造の形成そのものが妨げられたりする。 It is preferable to perform a heat treatment (post-exposure bake (PEB)) step (b) after the exposure. By this step, a condensation reaction of —SiOH or —M—OH produced by exposure occurs, and the crosslinking reaction in the block copolymer is promoted. For the heating, an apparatus similar to the soft bake can be used, and the conditions can be arbitrarily set. A preferable heating temperature is 30 to 150 ° C, and more preferably 40 to 130 ° C. If it is 30 ° C. or less, the degree of progress of the crosslinking reaction is too low, and if it is 150 ° C. or more, the crosslinking reaction proceeds too much to disturb the microphase separation structure, or the formation of the microphase separation structure itself is hindered.
本発明の上記現像工程(c)における現像液としては、組成物中の(A)成分のブロックコポリマー、(B)成分の感光性分解剤、および(C)成分の架橋剤を溶解しうるものであれば特に限定されない。その具体例を挙げれば、イソプロピルアルコール(IPA)などのアルコール類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)などのケトン類などを用いることができ、また現像液に界面活性剤などを添加してもよい。 The developer in the development step (c) of the present invention can dissolve the block copolymer of component (A), the photosensitive decomposing agent of component (B), and the crosslinking agent of component (C) in the composition. If it is, it will not specifically limit. Specific examples thereof include alcohols such as isopropyl alcohol (IPA), aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, ketones such as methyl ethyl ketone (MEK) and methyl isobutyl ketone (MIBK), and the like. Further, a surfactant or the like may be added to the developer.
現像後の再加熱の工程(d)により、ミクロ相分離構造が完全に形成されるとともに、ブロックコポリマー中の架橋反応も完成される。その加熱には、上記ソフトベークと同様な装置が使用でき、その条件は任意に設定することができる。加熱温度は用いるブロックコポリマーの構造に応じて決定すればよい。すなわち、ブロックコポリマーが分解せずに、かつブロックコポリマーを構成するブロック鎖のガラス転移温度Tgより高い温度が好ましく、通常は50〜250℃であり、より好ましくは80〜200℃である。 By the reheating step (d) after development, the microphase separation structure is completely formed and the crosslinking reaction in the block copolymer is also completed. For the heating, an apparatus similar to the soft bake can be used, and the conditions can be arbitrarily set. The heating temperature may be determined according to the structure of the block copolymer used. That is, the temperature is preferably higher than the glass transition temperature Tg of the block chain constituting the block copolymer without being decomposed, and is usually 50 to 250 ° C, more preferably 80 to 200 ° C.
上記有機物を除去するための焼成工程(e)は、有機ポリマーの分解温度以上が好ましく、通常は300℃以上であり、より好ましくは450℃以上であるが、用いるブロックコポリマーの構造に応じて適宜設定すればよい。 The baking step (e) for removing the organic substance is preferably at least the decomposition temperature of the organic polymer, usually 300 ° C. or higher, and more preferably 450 ° C. or higher, depending on the structure of the block copolymer used. You only have to set it.
本発明においては、上記フォトリソグラフィー工程において、マスクを介さずに塗膜全面に直接露光し、現像工程(c)を行わずに、再加熱工程(d)および焼成工程(e)を行うこともできる。 In the present invention, in the photolithography process, the entire coating film is directly exposed without using a mask, and the reheating process (d) and the baking process (e) may be performed without performing the development process (c). it can.
また本発明においては、用いるブロックコポリマーの構造によっては、ミクロ相分離構造が高い温度で形成され、上記工程順序では架橋反応が進行しすぎるためミクロ相分離構造の形成が妨げられる場合がある。その場合は、上記パターン形成工程において、(d)Tg以上での加熱工程、(a)露光工程、(b)PEB工程、(c)現像工程、(e)焼成工程の順序でパターンを形成し、ミクロ相分離構造を形成した後に、架橋反応を進行させるプロセスで行ってもよい。上記工程順序は、ブロックコポリマーの構造に応じて、適宜選択すればよい。 In the present invention, depending on the structure of the block copolymer to be used, the microphase separation structure is formed at a high temperature, and the cross-linking reaction proceeds excessively in the above process sequence, which may prevent the formation of the microphase separation structure. In that case, in the pattern formation step, a pattern is formed in the order of (d) a heating step at Tg or higher, (a) an exposure step, (b) a PEB step, (c) a development step, and (e) a firing step. Alternatively, after the microphase separation structure is formed, the cross-linking reaction may be performed. What is necessary is just to select the said process order suitably according to the structure of a block copolymer.
上記無機物質の多孔質膜はこれまでに使用されてきた低誘電率層間絶縁膜(一般的には比誘電率2.5〜3.5)に比べて低誘電率を示し、半導体装置や多層配線板等の電子部品に使用することができる。具体的には、LSI、DRAMなどの半導体素子用層間絶縁膜やエッチングストッパー膜、多層レジストを用いた半導体作製工程の中間層、多層配線基板の層間絶縁膜、液晶表示素子用の保護膜や絶縁膜の用途として有用である。 The porous film of the inorganic substance exhibits a low dielectric constant as compared with a low dielectric constant interlayer insulating film (generally, a relative dielectric constant of 2.5 to 3.5) that has been used so far. It can be used for electronic parts such as wiring boards. Specifically, an interlayer insulating film for semiconductor elements such as LSI and DRAM, an etching stopper film, an intermediate layer of a semiconductor manufacturing process using a multilayer resist, an interlayer insulating film of a multilayer wiring board, a protective film and an insulating film for a liquid crystal display element Useful for membrane applications.
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example.
(合成例1)
ポリ(メチルメタクリレート)−b−ポリ(トリメトキシシリルプロピルメタクリレート)(PMMA−b−PTMSPMA、ここで、「b」はブロックポリマーであることを示す記号である)を、原子移動ラジカル重合法を用いて以下の手順により合成した。窒素雰囲気下で、臭化銅0.5ミリモル、2,2’−ジノニルビピリジル1.0ミリモル、パラトルエンスルホニルクロリド1.0ミリモル、メチルメタクリレート150ミリモル、ジフェニルエーテル15gを混合し、窒素で溶存酸素を置換した後、80℃で反応を行った。ガスクロマトグラフィーにより重合率を確認しながら反応を行い、液体窒素で急冷して反応を停止した。得られたPMMAの分子量をGPCにより確認した結果、Mn=8300、Mw/Mn=1.07であった。次いで、得られた塩素を末端に有するポリメチルメタクリレート0.4ミリモル、臭化銅(I)0.2ミリモル、ペンタメチルジエチレントリアミン0.2ミリモル、TMSPMA160ミリモル、アニソール30mlを混合、窒素置換した。80℃で反応を行った後、液体窒素で急冷し、反応を停止した。メタノールへの再沈澱による精製の後、得られたPMMA−b−PTMSPMAの分子量をGPCで確認した結果、Mn=55300、Mw/Mn=1.25であった。この結果より、各ブロックの分子量は、PMMAブロックが8300、PTMSPMAブロックが47000と計算され、1H−NMRのピーク積分値比より求められる両ブロックの組成比と良く一致した。
(Synthesis Example 1)
Poly (methyl methacrylate) -b-poly (trimethoxysilylpropyl methacrylate) (PMMA-b-PTMSPMA, where “b” is a symbol indicating that it is a block polymer) using an atom transfer radical polymerization method And was synthesized by the following procedure. Under a nitrogen atmosphere, 0.5 mmol of copper bromide, 1.0 mmol of 2,2′-dinonylbipyridyl, 1.0 mmol of paratoluenesulfonyl chloride, 150 mmol of methyl methacrylate, and 15 g of diphenyl ether were mixed and dissolved in nitrogen. Then, the reaction was carried out at 80 ° C. The reaction was carried out while confirming the polymerization rate by gas chromatography, and the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. As a result of confirming the molecular weight of the obtained PMMA by GPC, it was Mn = 8300 and Mw / Mn = 1.07. Next, 0.4 mmol of polymethyl methacrylate having a terminal chlorine, 0.2 mmol of copper (I) bromide, 0.2 mmol of pentamethyldiethylenetriamine, 160 mmol of TMSPMA, and 30 ml of anisole were mixed and purged with nitrogen. After the reaction at 80 ° C., the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. After purification by reprecipitation in methanol, the molecular weight of the obtained PMMA-b-PTMSPMA was confirmed by GPC. As a result, Mn = 55300 and Mw / Mn = 1.25. From this result, the molecular weight of each block was calculated to be 8300 for the PMMA block and 47000 for the PTMSPMA block, which was in good agreement with the composition ratio of both blocks determined from the peak integrated value ratio of 1 H-NMR.
(合成例2)
合成例1と異なる組成のPMMA−b−PTMSPMAを、原子移動ラジカル重合法を用いて以下の手順により合成した。窒素雰囲気下で、臭化銅0.2ミリモル、2,2’−ジノニルビピリジル0.4ミリモル、パラトルエンスルホニルクロリド0.4ミリモル、メチルメタクリレート136ミリモル、ジフェニルエーテル13gを混合し、窒素で溶存酸素を置換した後、80℃で反応を行った。ガスクロマトグラフィーにより重合率を確認しながら反応を行い、液体窒素で急冷して反応を停止した。得られたPMMAの分子量をGPCにより確認した結果、Mn=21200、Mw/Mn=1.11であった。次いで、得られた塩素を末端に有するポリメチルメタクリレート0.4ミリモル、臭化銅(I)0.2ミリモル、ペンタメチルジエチレントリアミン0.2ミリモル、TMSPMA160ミリモル、アニソール30mlを混合、窒素置換した。80℃で反応を行った後、液体窒素で急冷し、反応を停止した。メタノールへの再沈澱による精製の後、得られたPMMA−b−PTMSPMAの分子量をGPCで確認した結果、Mn=71900、Mw/Mn=1.28であった。この結果より、各ブロックの分子量は、PMMAブロックが21200、PTMSPMAブロックが50700と計算され、1H−NMRのピーク積分値比より求められる両ブロックの組成比と良く一致した。
(Synthesis Example 2)
PMMA-b-PTMSPMA having a composition different from that of Synthesis Example 1 was synthesized by the following procedure using an atom transfer radical polymerization method. Under a nitrogen atmosphere, 0.2 mmol of copper bromide, 0.4 mmol of 2,2′-dinonylbipyridyl, 0.4 mmol of paratoluenesulfonyl chloride, 136 mmol of methyl methacrylate, and 13 g of diphenyl ether were mixed and dissolved oxygen with nitrogen Then, the reaction was carried out at 80 ° C. The reaction was carried out while confirming the polymerization rate by gas chromatography, and the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. As a result of confirming the molecular weight of the obtained PMMA by GPC, it was Mn = 2200 and Mw / Mn = 1.11. Next, 0.4 mmol of polymethyl methacrylate having a terminal chlorine, 0.2 mmol of copper (I) bromide, 0.2 mmol of pentamethyldiethylenetriamine, 160 mmol of TMSPMA, and 30 ml of anisole were mixed and purged with nitrogen. After the reaction at 80 ° C., the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. After the purification by reprecipitation into methanol, the molecular weight of the obtained PMMA-b-PTMSPMA was confirmed by GPC. As a result, Mn = 71900 and Mw / Mn = 1.28. From this result, the molecular weight of each block was calculated to be 21200 for the PMMA block and 50700 for the PTMSPMA block, which was in good agreement with the composition ratio of both blocks determined from the peak integrated value ratio of 1 H-NMR.
(合成例3)
ポリ(エチレングリコールメチルエーテル)−b−ポリ(トリメトキシシリルプロピルメタクリレート)(PEG−b−PTMSPMA)を、原子移動ラジカル重合法を用いて以下の手順により合成した。テトラヒドロフラン(THF)に溶解したポリエチレングリコールメタクリレート(Mn:10000)の中に、トリエチルアミン存在下、0℃で、2−ブロモイソブチリル ブロミドと反応させ、ポリエチレングリコールメチルエーテル−2−ブロモイソ酪酸エチル(PEG−Br)を得た。次いで、得られたPEG−Br0.5ミリモル、臭化銅(I)0.25ミリモル、ペンタメチルジエチレントリアミン0.25ミリモル、TMSPMA100ミリモル、アニソール25mlを混合、窒素置換した。80℃で反応を行った後、液体窒素で急冷し、反応を停止した。メタノールへの再沈澱による精製の後、得られたPEG−b−PTMSPMAの分子量をGPCで確認した結果、Mn=32100、Mw/Mn=1.35であった。この結果より、各ブロックの分子量は、PEGブロックが10000、PTMSPMAブロックが22100と計算され、1H−NMRのピーク積分値比より求められる両ブロックの組成比と良く一致した。
(Synthesis Example 3)
Poly (ethylene glycol methyl ether) -b-poly (trimethoxysilylpropyl methacrylate) (PEG-b-PTMSPMA) was synthesized by the following procedure using an atom transfer radical polymerization method. Polyethylene glycol methacrylate (Mn: 10000) dissolved in tetrahydrofuran (THF) is reacted with 2-bromoisobutyryl bromide in the presence of triethylamine at 0 ° C. to give polyethylene glycol methyl ether-2-bromoisobutyrate (PEG) -Br) was obtained. Subsequently, the obtained PEG-Br 0.5 mmol, copper (I) bromide 0.25 mmol, pentamethyldiethylenetriamine 0.25 mmol, TMSPMA 100 mmol, and anisole 25 ml were mixed and purged with nitrogen. After the reaction at 80 ° C., the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. After purification by reprecipitation into methanol, the molecular weight of the obtained PEG-b-PTMSPMA was confirmed by GPC. As a result, Mn = 32100 and Mw / Mn = 1.35. From these results, the molecular weight of each block was calculated to be 10,000 for the PEG block and 22100 for the PTMSPMA block, which was in good agreement with the composition ratio of both blocks determined from the peak integration value ratio of 1 H-NMR.
(合成例4)
ポリ(スチレン)−b−ポリ(ビニルベンジルトリメトキシシラン)(PSt−b−PVBTMS)を、原子移動ラジカル重合法を用いて以下の手順により合成した。ビニルベンジルトリメトキシシラン(VBTMS)は、高分子論文集1981年、38巻、201頁に記載されている方法に従い、グリニヤール試薬を用いて合成した。窒素雰囲気下で、臭化銅(I)1.7ミリモル、ペンタメチルジエチレントリアミン1.7ミリモル、1−フェニルエチルブロミド1.7ミリモル、St425ミリモルを混合し、窒素で溶存酸素を置換した後、110℃でStのバルク重合を行った。ガスクロマトグラフィーにより重合率を確認しながら反応を行い、液体窒素で急冷して反応を停止した。得られたポリスチレンの分子量をGPCにより確認した結果、Mn=16600、Mw/Mn=1.17であった。次いで得られた臭素を末端に有するポリスチレン0.4ミリモル、臭化銅0.2ミリモル、ペンタメチルジエチレントリアミン0.2ミリモル、VBTMS150ミリモル、アニソール30mlを混合、窒素置換した。100℃で反応を行った後、液体窒素で急冷し、反応を停止した。メタノールへの再沈澱による精製の後、得られたPSt−b−PVBTMSの分子量をGPCで確認した結果、Mn=55800、Mw/Mn=1.31であった。この結果より、各ブロックの分子量は、PStブロックが16600、PVBTMSブロックが39200と計算され、1H−NMRのピーク積分値比より求められる両ブロックの組成比と良く一致した。
(Synthesis Example 4)
Poly (styrene) -b-poly (vinylbenzyltrimethoxysilane) (PSt-b-PVBTMS) was synthesized by the following procedure using an atom transfer radical polymerization method. Vinylbenzyltrimethoxysilane (VBTMS) was synthesized using a Grignard reagent in accordance with the method described in Polymer Proceedings 1981, Volume 38, page 201. Under a nitrogen atmosphere, 1.7 mmol of copper (I) bromide, 1.7 mmol of pentamethyldiethylenetriamine, 1.7 mmol of 1-phenylethyl bromide, and St425 mmol were mixed, and after replacing the dissolved oxygen with nitrogen, 110 The bulk polymerization of St was performed at ° C. The reaction was carried out while confirming the polymerization rate by gas chromatography, and the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. As a result of confirming the molecular weight of the obtained polystyrene by GPC, it was Mn = 16600 and Mw / Mn = 1.17. Next, 0.4 mmol of bromine-terminated polystyrene, 0.2 mmol of copper bromide, 0.2 mmol of pentamethyldiethylenetriamine, 150 mmol of VBTMS, and 30 ml of anisole were mixed and purged with nitrogen. After the reaction at 100 ° C., the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. After purification by reprecipitation in methanol, the molecular weight of the obtained PSt-b-PVBTMS was confirmed by GPC. As a result, Mn = 55800 and Mw / Mn = 1.31. From these results, the molecular weight of each block was calculated to be 16600 for the PSt block and 39200 for the PVBTMS block, which agreed well with the composition ratio of both blocks determined from the peak integrated value ratio of 1 H-NMR.
(合成例5)
ポリ(エチレングリコールメチルエーテル)−b−ポリ(トリメトキシシリルプロピルメタクリレート)(PEG−b−PTMSPMA)を、原子移動ラジカル重合法を用いて以下の手順により合成した。テトラヒドロフラン(THF)に溶解したポリエチレングリコールメタクリレート(Mn:10000)の中に、トリエチルアミン存在下、0℃で、2−ブロモイソブチリル ブロミドと反応させ、ポリエチレングリコールメチルエーテル−2−ブロモイソ酪酸エチル(PEG−Br)を得た。次いで、得られたPEG−Br0.5ミリモル、臭化銅(I)0.25ミリモル、ペンタメチルジエチレントリアミン0.25ミリモル、TMSPMA100ミリモル、アニソール25mlを混合、窒素置換した。80℃で反応を行った後、液体窒素で急冷し、反応を停止した。メタノールへの再沈澱による精製の後、得られたPEG−b−PTMSPMAの分子量をGPCで確認した結果、Mn=32100、Mw/Mn=1.35であった。この結果より、各ブロックの分子量は、PEGブロックが10000、PTMSPMAブロックが22100と計算され、1H−NMRのピーク積分値比より求められる両ブロックの組成比と良く一致した。
(Synthesis Example 5)
Poly (ethylene glycol methyl ether) -b-poly (trimethoxysilylpropyl methacrylate) (PEG-b-PTMSPMA) was synthesized by the following procedure using an atom transfer radical polymerization method. Polyethylene glycol methacrylate (Mn: 10000) dissolved in tetrahydrofuran (THF) is reacted with 2-bromoisobutyryl bromide in the presence of triethylamine at 0 ° C. to give polyethylene glycol methyl ether-2-bromoisobutyrate (PEG) -Br) was obtained. Subsequently, the obtained PEG-Br 0.5 mmol, copper (I) bromide 0.25 mmol, pentamethyldiethylenetriamine 0.25 mmol, TMSPMA 100 mmol, and anisole 25 ml were mixed and purged with nitrogen. After the reaction at 80 ° C., the reaction was stopped by quenching with liquid nitrogen. After purification by reprecipitation in methanol, the molecular weight of the obtained PEG-b-PTMSPMA was confirmed by GPC. As a result, Mn = 32100 and Mw / Mn = 1.35. From these results, the molecular weight of each block was calculated to be 10,000 for the PEG block and 22100 for the PTMSPMA block, and was in good agreement with the composition ratio of both blocks determined from the peak integrated value ratio of 1 H-NMR.
(合成例6)
ポリ(ラクチド)−b−ポリ(ビニルベンジルトリメトキシシラン)(PLA−b−PVBTMS)を、ニトロキシド化合物による重合法を用いて以下の手順により合成した。ビニルベンジルトリメトキシシラン(VBTMS)は、合成例3と同様に合成したものを用いた。0.2ミリモルの4−ヒロドキシTEMPOを乾燥トルエンに溶解した後、ラクチド(3,6−ジメチル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオン)40ミリモル、5mlの乾燥トルエンに溶解した2−エチルヘキサン酸スズ(触媒、45mg)を加え、混合した。よく撹拌し、トルエンを蒸発させた後、脱気を数回繰り返すことで完全に水分を除去し、反応受器内を真空にした。次いで、110℃でラクチドの重合を行い、末端にTEMPOを有するポリラクチドを得た。得られたポリラクチドの分子量をGPCにより確認した結果、Mn=9100、Mw/Mn=1.11であった。得られたTEMPOを末端に有するポリラクチド0.2ミリモル、VBTMS150ミリモル、過酸化ベンゾイル0.18ミリモルを混合し、数回脱気して水分および酸素を除いた後、系を窒素置換した。95℃で3.5時間反応させたのに続いて、125℃で60時間重合を行った後、液体窒素で急冷し、反応を停止した。メタノールへの再沈澱による精製の後、得られたPLA−b−PVBTMSの分子量をGPCで確認した結果、Mn=49500、Mw/Mn=1.41であった。この結果より、各ブロックの分子量は、PLAブロックが9100、PVBTMSブロックが40400と計算され、1H−NMRのピーク積分値比より求められる両ブロックの組成比と良く一致した。
(Synthesis Example 6)
Poly (lactide) -b-poly (vinylbenzyltrimethoxysilane) (PLA-b-PVBTMS) was synthesized by the following procedure using a polymerization method with a nitroxide compound. As vinylbenzyltrimethoxysilane (VBTMS), one synthesized in the same manner as in Synthesis Example 3 was used. After dissolving 0.2 mmol of 4-hydroxy TEMPO in dry toluene, 2-ethyl dissolved in 40 mmol of lactide (3,6-dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione) and 5 ml of dry toluene. Tin hexanoate (catalyst, 45 mg) was added and mixed. After thoroughly stirring and evaporating toluene, the deaeration was repeated several times to completely remove moisture, and the reaction receiver was evacuated. Next, polymerization of lactide was performed at 110 ° C. to obtain polylactide having TEMPO at the terminal. As a result of confirming the molecular weight of the obtained polylactide by GPC, it was Mn = 9100 and Mw / Mn = 1.11. The obtained TEMPO-terminated polylactide (0.2 mmol), VBTMS (150 mmol), and benzoyl peroxide (0.18 mmol) were mixed, degassed several times to remove moisture and oxygen, and the system was purged with nitrogen. Subsequent to the reaction at 95 ° C. for 3.5 hours, the polymerization was carried out at 125 ° C. for 60 hours and then quenched with liquid nitrogen to stop the reaction. After purification by reprecipitation in methanol, the molecular weight of the obtained PLA-b-PVBTMS was confirmed by GPC. As a result, Mn = 49500 and Mw / Mn = 1.41. From these results, the molecular weight of each block was calculated to be 9100 for the PLA block and 40400 for the PVBTMS block, and agreed well with the composition ratio of both blocks determined from the peak integrated value ratio of 1 H-NMR.
[実施例1]
合成例1で得られたブロックコポリマー(PMMA−b−PTMSPMA)3g、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルフォネート80mgを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)60gに溶解させ、得られた溶液を0.1μmのフィルターで濾過することで、本発明の感光性組成物1を得た。
[Example 1]
3 g of the block copolymer (PMMA-b-PTMSPMA) obtained in Synthesis Example 1 and 80 mg of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate were dissolved in 60 g of PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate), and the resulting solution was dissolved in 0.1 μm. The photosensitive composition 1 of this invention was obtained by filtering with a filter.
得られた組成物をスピンコート法によりシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で、90℃で2分間加熱し、ソフトベークを行った。次いで、i線を照射光としてマスクを介して露光した後、100℃で90秒間加熱し、PEBを行った。この膜をイソプロピルアルコール/トルエン(体積比1:1)にて現像し、非露光部を除去し、ネガ型のパターンを得た後、この試料をオーブン中、窒素雰囲気下で、180℃で3時間アニールを行い、ミクロ相分離構造を形成した。さらに、10℃/分で550℃まで昇温し、そのまま550℃で2時間焼成した。得られた膜をSEMで観察した結果、2.0μmのL/Sリソグラフィーパターンの中に、直径15nmの球状の空孔が空いており、リソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいた球状パターンが形成されたシリカ多孔質膜であることが確認された。 The obtained composition was applied onto a silicon wafer by spin coating, and heated at 90 ° C. for 2 minutes on a hot plate to perform soft baking. Next, after exposing through a mask using i-line as irradiation light, it was heated at 100 ° C. for 90 seconds to perform PEB. This film was developed with isopropyl alcohol / toluene (volume ratio 1: 1), the non-exposed portion was removed, and a negative pattern was obtained. Then, the sample was placed in an oven under a nitrogen atmosphere at 180 ° C. for 3 hours. Time annealing was performed to form a microphase separation structure. Furthermore, it heated up to 550 degreeC at 10 degree-C / min, and baked as it was at 550 degreeC for 2 hours. As a result of observing the obtained film by SEM, a spherical hole having a diameter of 15 nm is vacant in a 2.0 μm L / S lithography pattern, and a spherical pattern based on a microphase separation structure is included in the lithography pattern. Was confirmed to be a porous silica membrane formed.
[実施例2]
合成例2で得られたブロックコポリマー(PMMA−b−PTMSPMA)3g、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート50mg、テトラメトキシシラン0.6gをエチルセロソルブアセテート80gに溶解させた。得られた溶液を0.1μmのフィルターで濾過することにより、本発明の感光性組成物2を得た。得られた組成物を、実施例1と同様の工程によりパターンを形成した。得られた膜について実施例1と同様に、2.0μmのL/SパターンをSEMで観察した。その結果、リソグラフィーパターンの中に直径25nmのシリンダー周期構造の空隙が空いており、フォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいたパターンが形成されたシリカナノ構造体であることが確認された。
[Example 2]
3 g of the block copolymer (PMMA-b-PTMSPMA) obtained in Synthesis Example 2, 50 mg of triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, and 0.6 g of tetramethoxysilane were dissolved in 80 g of ethyl cellosolve acetate. The obtained solution was filtered with a 0.1 μm filter to obtain a photosensitive composition 2 of the present invention. A pattern was formed on the obtained composition by the same steps as in Example 1. About the obtained film | membrane, similarly to Example 1, the 2.0 micrometer L / S pattern was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the silica nanostructure had a cylinder periodic structure with a diameter of 25 nm in the lithography pattern, and a pattern based on the microphase separation structure was formed in the photolithography pattern.
[実施例3]
合成例3で得られたブロックコポリマー(PEG−b−PTMSPMA)5g、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート80mg、トリブトキシアルミニウム0.2gをPGMEA100gに溶解させた。そして、0.1μmのフィルターで濾過することにより、感光性組成物3を得た。最終の焼成工程を550℃から450℃にした以外は実施例1と同様の工程によりパターンを形成した。得られた膜について実施例1と同様に、2.0μmのL/SパターンをSEMで観察した。その結果、リソグラフィーパターンの中に直径15nmのジャイロイド状共連続構造の空隙が空いており、フォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいたパターンが形成されたシリカ−アルミナハイブリッドナノ構造体であることが確認された。
[Example 3]
5 g of the block copolymer (PEG-b-PTMSPMA) obtained in Synthesis Example 3, 80 mg of triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, and 0.2 g of tributoxyaluminum were dissolved in 100 g of PGMEA. And the photosensitive composition 3 was obtained by filtering with a 0.1 micrometer filter. A pattern was formed by the same process as in Example 1 except that the final baking step was changed from 550 ° C to 450 ° C. About the obtained film | membrane, similarly to Example 1, the 2.0 micrometer L / S pattern was observed by SEM. As a result, a silica-alumina hybrid nanostructure in which a gap of a gyroidal co-continuous structure having a diameter of 15 nm is vacant in the lithography pattern and a pattern based on a microphase separation structure is formed in the photolithography pattern. It was confirmed that there was.
[実施例4]
合成例3で得られたブロックコポリマー(PEG−b−PTMSPMA)5g、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート80mg、テトラメトキシシラン1.0gをPGMEA90gに溶解させた。そして、0.1μmのフィルターで濾過することにより、感光性組成物4を得た。実施例3と同様の工程によりパターンを形成した。得られた膜について実施例1と同様に、2.0μmのL/SパターンをSEMで観察した。その結果、リソグラフィーパターンの中に直径15nmのジャイロイド状共連続構造の空隙が空いており、フォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいたパターンが形成されたシリカナノ構造体であることが確認された。
[Example 4]
5 g of the block copolymer (PEG-b-PTMSPMA) obtained in Synthesis Example 3, 80 mg of triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, and 1.0 g of tetramethoxysilane were dissolved in 90 g of PGMEA. And the photosensitive composition 4 was obtained by filtering with a 0.1 micrometer filter. A pattern was formed by the same process as in Example 3. About the obtained film | membrane, similarly to Example 1, the 2.0 micrometer L / S pattern was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the silica nanostructure was a lithographic pattern with a 15 nm diameter gyroidal co-continuous void and a pattern based on a microphase separation structure formed in the photolithography pattern. It was done.
[実施例5]
合成例4で得られたブロックコポリマー(PSt−b−PVBTMS)5g、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルフォネート120mg、テトラエトキシシラン1.0gをPGMEA100gに溶解させた。そして、0.1μmのフィルターで濾過することにより、本発明の感光性組成物5を得た。最終の焼成工程を550℃から600℃にした以外は、実施例1と同様の工程によりパターンを形成した。得られた膜について実施例1と同様に、2.0μmのL/SパターンをSEMで観察した。その結果、リソグラフィーパターンの中に直径25nmのシリンダー周期構造の空隙が空いており、フォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいたパターンが形成されたシリカナノ構造体であることが確認された。
[Example 5]
5 g of the block copolymer (PSt-b-PVBTMS) obtained in Synthesis Example 4, 120 mg of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, and 1.0 g of tetraethoxysilane were dissolved in 100 g of PGMEA. And the photosensitive composition 5 of this invention was obtained by filtering with a 0.1 micrometer filter. A pattern was formed by the same process as in Example 1 except that the final baking step was changed from 550 ° C. to 600 ° C. About the obtained film | membrane, similarly to Example 1, the 2.0 micrometer L / S pattern was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the silica nanostructure had a cylinder periodic structure with a diameter of 25 nm in the lithography pattern, and a pattern based on the microphase separation structure was formed in the photolithography pattern.
[実施例6]
実施例4の感光性組成物4を用い、スピンコート法によりシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で、90℃で2分間、ソフトベークを行った。次いで、i線を照射光としてマスクを介さずに直接全面に露光した後、100℃で1分加熱し、PEBを行った。この試料を現像工程を行わずにオーブンに入れ、窒素雰囲気下で、180℃で3時間アニールを行った後、10℃/分で550℃まで昇温し、そのまま550℃で2時間焼成した。得られた膜をSEMで観察した結果、膜全面に直径15nmのジャイロイド共連続構造の空隙が形成されたシリカ多孔質膜であることが確認された。
[Example 6]
The photosensitive composition 4 of Example 4 was applied onto a silicon wafer by spin coating, and soft-baked at 90 ° C. for 2 minutes on a hot plate. Next, the entire surface was directly exposed as i-ray irradiation light without passing through a mask, and then heated at 100 ° C. for 1 minute to perform PEB. This sample was put in an oven without performing a development step, annealed at 180 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, heated to 550 ° C. at 10 ° C./min, and baked at 550 ° C. for 2 hours. As a result of observing the obtained film by SEM, it was confirmed that the film was a silica porous film having a gyroidal co-continuous structure having a diameter of 15 nm formed on the entire surface of the film.
次にこの膜の比誘電率を測定した。比誘電率は、蒸着法によりAl電極を膜上に形成し、Al電極とシリコンウエハーで形成されるキャパシターの容量を測定し、膜厚とAl電極の面積から比誘電率を計算した。容量測定はインピーダンスアナライザーを用いて100kHzで行った。その結果、比誘電率は2.1と低い値を示した。 Next, the relative dielectric constant of this film was measured. For the relative dielectric constant, an Al electrode was formed on the film by vapor deposition, the capacitance of the capacitor formed by the Al electrode and the silicon wafer was measured, and the relative dielectric constant was calculated from the film thickness and the area of the Al electrode. The capacitance measurement was performed at 100 kHz using an impedance analyzer. As a result, the relative dielectric constant was as low as 2.1.
[実施例7]
本実施例は、アルコキシシリル基を含有しないセグメントがポリエーテル系ポリマーからなるブロックコポリマーを用いた例である。合成例5で得られたブロックコポリマー(PEG−b−PTMSPMA)5g、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート80mg、テトラメトキシシラン1.0gをPGMEA90gに溶解させた。そして、0.1μmのフィルターで濾過することにより、感光性組成物5を得た。実施例4と同様の工程によりパターンを形成した。得られた膜について実施例1と同様に、2.0μmのL/SパターンをSEMで観察した。その結果、リソグラフィーパターンの中に直径15nmのジャイロイド状共連続構造の空隙が空いており、フォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいたパターンが形成されたシリカナノ構造体であることが確認された。
[Example 7]
In this example, a block copolymer in which a segment not containing an alkoxysilyl group is composed of a polyether polymer is used. 5 g of the block copolymer (PEG-b-PTMSPMA) obtained in Synthesis Example 5, 80 mg of triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, and 1.0 g of tetramethoxysilane were dissolved in 90 g of PGMEA. And the photosensitive composition 5 was obtained by filtering with a 0.1 micrometer filter. A pattern was formed by the same process as in Example 4. About the obtained film | membrane, similarly to Example 1, the 2.0 micrometer L / S pattern was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the silica nanostructure was a lithographic pattern with a 15 nm diameter gyroidal co-continuous void and a pattern based on a microphase separation structure formed in the photolithography pattern. It was done.
[実施例8]
本実施例は、アルコキシシリル基を含有しないセグメントがポリエステル系ポリマーからなるブロックコポリマーを用いた例である。合成例6で得られたブロックコポリマー(PLA−b−PVBTMS)3g、2−(4−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン90mg、テトラエトキシシラン0.6gをPGMEA100gに溶解させた。そして、0.1μmのフィルターで濾過することにより、本発明の感光性組成物6を得た。最終の焼成工程を550℃から400℃にした以外は、実施例1と同様の工程によりパターンを形成した。得られた膜について実施例1と同様に、2.0μmのL/SパターンをSEMで観察した。その結果、リソグラフィーパターンの中に直径15nmの球状の空隙が空いており、フォトリソグラフィーパターンの中にミクロ相分離構造に基づいたパターンが形成されたシリカナノ構造体であることが確認された。
[Example 8]
In this example, a block copolymer in which a segment containing no alkoxysilyl group is a polyester polymer is used. 3 g of the block copolymer (PLA-b-PVBTMS) obtained in Synthesis Example 6, 90 mg of 2- (4-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, and 0.6 g of tetraethoxysilane were added to 100 g of PGMEA. Dissolved. And the photosensitive composition 6 of this invention was obtained by filtering with a 0.1 micrometer filter. A pattern was formed by the same process as in Example 1 except that the final baking step was changed from 550 ° C. to 400 ° C. About the obtained film | membrane, similarly to Example 1, the 2.0 micrometer L / S pattern was observed by SEM. As a result, a spherical void having a diameter of 15 nm was vacated in the lithography pattern, and it was confirmed that the silica nanostructure had a pattern based on a microphase separation structure formed in the photolithography pattern.
[実施例9]
実施例7の感光性組成物5を用い、スピンコート法によりシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で、90℃で2分間、ソフトベークを行った。次いで、i線を照射光としてマスクを介さずに直接全面に露光した後、100℃で1分加熱し、PEBを行った。この試料を現像工程を行わずにオーブンに入れ、窒素雰囲気下で、180℃で3時間アニールを行った後、10℃/分で550℃まで昇温し、そのまま550℃で2時間焼成した。得られた膜をSEMで観察した結果、膜全面に直径15nmのジャイロイド共連続構造の空隙が形成されたシリカ多孔質膜であることが確認された。
[Example 9]
The photosensitive composition 5 of Example 7 was applied onto a silicon wafer by spin coating, and soft-baked at 90 ° C. for 2 minutes on a hot plate. Next, the entire surface was directly exposed as i-ray irradiation light without passing through a mask, and then heated at 100 ° C. for 1 minute to perform PEB. This sample was put in an oven without performing a development step, annealed at 180 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, heated to 550 ° C. at 10 ° C./min, and baked at 550 ° C. for 2 hours. As a result of observing the obtained film by SEM, it was confirmed that the film was a silica porous film having a gyroidal co-continuous structure having a diameter of 15 nm formed on the entire surface of the film.
次にこの膜の比誘電率を測定した。比誘電率は、蒸着法によりAl電極を膜上に形成し、Al電極とシリコンウエハーで形成されるキャパシターの容量を測定し、膜厚とAl電極の面積から比誘電率を計算した。容量測定はインピーダンスアナライザーを用いて100kHzで行った。その結果、比誘電率は2.1と低い値を示した。 Next, the relative dielectric constant of this film was measured. For the relative dielectric constant, an Al electrode was formed on the film by vapor deposition, the capacitance of the capacitor formed by the Al electrode and the silicon wafer was measured, and the relative dielectric constant was calculated from the film thickness and the area of the Al electrode. The capacitance measurement was performed at 100 kHz using an impedance analyzer. As a result, the relative dielectric constant was as low as 2.1.
本発明の多孔質無機ナノ構造体は、半導体装置や多層配線基板等の低誘電率絶縁膜として好適に使用できるので、その利用価値は極めて高いものである。 Since the porous inorganic nanostructure of the present invention can be suitably used as a low dielectric constant insulating film such as a semiconductor device or a multilayer wiring board, its utility value is extremely high.
Claims (8)
(B)感光性分解剤とを含有し、
前記ブロックポリマーの分子量分布指数(Mw/Mn)が1.8以下であることを特徴とする感光性組成物。 (A) a block copolymer including a segment having a monomer containing an alkoxysilyl group as a repeating unit;
(B) a photosensitive decomposing agent,
A photosensitive composition, wherein the block polymer has a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.8 or less.
アルコキシシリル基を含まないセグメントの主鎖にエステル結合を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性組成物。 In the block copolymer containing a segment comprising the monomer containing the alkoxysilyl group as a repeating unit,
2. The photosensitive composition according to claim 1, wherein the main chain of the segment not containing an alkoxysilyl group contains an ester bond.
アルコキシシリル基を含まないセグメントの主鎖にエーテル結合を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性組成物。 In the block copolymer containing a segment comprising the monomer containing the alkoxysilyl group as a repeating unit,
The photosensitive composition according to claim 1, wherein the main chain of the segment not containing an alkoxysilyl group contains an ether bond.
以下の工程を含むことを特徴とする。
(1)(A)ブロックポリマーの分子量分布指数(Mw/Mn)が1.8以下であるアルコキシシリル基を含有する単量体を繰り返し単位としてなるセグメントを含むブロックコポリマーと(B)感光性分解剤とを含有する組成物からなる膜を露光する工程
(2)前記露光工程後、前記膜を現像する工程
(3)前記露光工程後、前記膜を加熱する工程 A method for producing a structure including a microphase separation structure,
It includes the following steps.
(1) (A) a block copolymer including a segment having a repeating unit of an alkoxysilyl group-containing monomer having a molecular weight distribution index (Mw / Mn) of 1.8 or less, and (B) photosensitive decomposition A step of exposing a film comprising a composition containing an agent (2) a step of developing the film after the exposure step (3) a step of heating the film after the exposure step
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