(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024087956
(43)【公開日】2024-07-02
(54)【発明の名称】感光性組成物、低屈折率膜、固体撮像素子、液晶表示装置および有機EL表示装置
(51)【国際特許分類】
G03F 7/004 20060101AFI20240625BHJP
G03F 7/029 20060101ALI20240625BHJP
G03F 7/027 20060101ALI20240625BHJP
H10K 50/858 20230101ALI20240625BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20240625BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240625BHJP
H10K 59/10 20230101ALI20240625BHJP
【FI】
G03F7/004 501
G03F7/029
G03F7/027 501
H10K50/858
G09F9/30 349Z
G09F9/30 365
H01L27/146 D
H10K59/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022202877
(22)【出願日】2022-12-20
(71)【出願人】
【識別番号】000222118
【氏名又は名称】artience株式会社
(72)【発明者】
【氏名】松井 創
(72)【発明者】
【氏名】水嶋 克彦
(72)【発明者】
【氏名】西尾 夏澄
(72)【発明者】
【氏名】和久 寿男
【テーマコード(参考)】
2H225
3K107
4M118
5C094
【Fターム(参考)】
2H225AC23
2H225AC31
2H225AC33
2H225AC34
2H225AC36
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2H225AD24
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5C094ED20
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5C094JA13
(57)【要約】
【課題】本発明は、現像液耐性が優れ、パターン直線性、表面荒れ、および解像性が良好な微細パターンの低屈折率膜を形成できる感光性組成物の提供を目的とする。
【解決手段】屈折率が1.10~1.45である中空シリカ粒子(A)、重合性化合物(B)、光重合開始剤(C)、および紫外線吸収剤(D)を含む感光性組成物であって、
前記光重合開始剤(C)がオキシムエステル系光重合開始剤を含み、かつ、
前記紫外線吸収剤(D)の含有量が、感光性組成物の不揮発分100質量中、2~10質量部である、感光性組成物。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
屈折率が1.10~1.45である中空シリカ粒子(A)、重合性化合物(B)、光重合開始剤(C)、および紫外線吸収剤(D)を含む感光性組成物であって、
前記光重合開始剤(C)がオキシムエステル系光重合開始剤を含み、かつ、
前記紫外線吸収剤(D)の含有量が、感光性組成物の不揮発分100質量中、2~10質量部である、感光性組成物。
【請求項2】
前記紫外線吸収剤(D)が、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤およびベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤からなる群より選択される紫外線吸収剤(D1)を1種以上含むことを特徴とする請求項1に記載の感光性組成物。
【請求項3】
さらにバインダ樹脂(E)を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の感光性組成物。
【請求項4】
前記重合性化合物(B)が、アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体、およびウレタン結合含有単量体のいずれか1種以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の感光性組成物。
【請求項5】
請求項1または2に記載の感光性組成物により形成される低屈折率膜。
【請求項6】
請求項5に記載の低屈折率膜を備える固体撮像素子。
【請求項7】
請求項5に記載の低屈折率膜を備える液晶表示装置。
【請求項8】
請求項5に記載の低屈折率膜を備える有機EL表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、低屈折率膜等の形成に使用する感光性組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
低屈折率膜は、反射防止膜、反射膜、半透過半反射膜、可視光反射赤外線透過膜、赤外線反射可視光透過膜、青色反射膜、緑色反射又は赤色反射膜、輝線カットフィルタ、色調補正膜、下地膜などに含まれる光学機能膜として光学部材に形成される。また、表面形状が平坦な光学部材に限らず、液晶用バックライトの輝度向上レンズフィルムや拡散フィルム、ビデオプロジェクションテレビのスクリーンに用いられるフレネルレンズやレンチキュラーレンズ又はマイクロレンズなどの光学機能部材では、低屈折率膜が必要とされている。特許文献1~3には、低屈折材料である中空シリカ粒子を用いた感光性組成物による低屈折率膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2012-013960号公報
【特許文献2】特開2012-093690号公報
【特許文献3】特開2006-257308号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の低屈折率膜では現像液耐性や表面荒れの性能が不足しており、デバイスの性能が低下する問題があった。これら問題を改善するため光硬化性を高めるとパターン直線性や解像性が悪化する問題が生じるため、これら問題の両立ができなかった。
【0005】
本発明は、現像液耐性が優れ、パターン直線性、表面荒れ、および解像性が良好な微細パターンの低屈折率膜を形成できる感光性組成物の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、屈折率が1.10~1.45である中空シリカ粒子(A)、重合性化合物(B)、光重合開始剤(C)、および紫外線吸収剤(D)を含む感光性組成物であって、
前記光重合開始剤(C)がオキシムエステル系光重合開始剤を含み、かつ、
前記紫外線吸収剤(D)の含有量が、感光性組成物の不揮発分100質量中、2~10質量部である、感光性組成物である。
【発明の効果】
【0007】
上記の本発明により現像液耐性が優れ、パターン直線性、表面荒れ、および解像性が良好な微細パターンの低屈折率膜を形成できる感光性組成物を提供できる。また本発明により低屈折率膜を備える固体撮像素子、液晶表示装置、有機EL表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】
図1(a)、
図1(b)はそれぞれ下記のカラーフィルタを備える液晶表示装置の概略断面図である。
【0009】
【
図2】
図2(a)、
図2(b)、
図2(c)はそれぞれ下記のカラーフィルタを備える有機EL表示装置の概略断面図例である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本願明細書の用語を定義する。「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」、「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」、又は「(メタ)アクリルアミド」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリロイル及び/又はメタクリロイル」、「アクリル及び/又はメタクリル」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、「アクリレート及び/又はメタクリレート」、又は「アクリルアミド及び/又はメタクリルアミド」を表すものとする。本明細書に挙げる「C.I.」は、カラーインデックス(C.I.)を意味する。着色剤は、顔料および染料を含む。
【0011】
本発明の感光性組成物は、屈折率が1.10~1.45である中空シリカ粒子(A)と、重合性化合物(B)と、光重合開始剤(C)および紫外線吸収剤(D)とを含む感光性組成物であって、前記光重合開始剤(C)がオキシムエステル系光重合開始剤を含み、かつ、
前記紫外線吸収剤(D)が感光性組成物の不揮発分100質量部に対して2~10質量部含むことを特徴とする。
【0012】
一般に、現像液耐性や表面荒れは光硬化性を向上させることで改善されるが、光硬化性を上げるとパターン端付近の不要な箇所も残存し、パターン直線性や解像性悪化の原因となる。本明細書では高感度のオキシムエステル系開始剤の使用により光硬化性を大きく向上させつつ紫外線吸収剤を多量に含むことで現像液耐性や表面荒れを向上させつつ、パターン端付近の不要な箇所については特定範囲量の紫外線吸収剤を使用することで、露光量を減らし光硬化性を抑制できるため、パターン直線性や解像性を保ったまま現像液耐性や表面荒れを向上できると推測する。
【0013】
<中空シリカ粒子(A)>
中空シリカ粒子(A)は、屈折率が1.10~1.45である。これにより膜を低屈折率にできる。中空シリカ粒子(A)の平均粒子径は、10~100nmが好ましく、20~80nmがより好ましい。なお、屈折率は1.15~1.42が好ましく、1.20~1.40がより好ましい。また、屈折率は、アッベ屈折率計(アタゴ社製)を使用して測定する。平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計(日機装社製:動的光散乱法)やコールターカウンター(ベックマン・コールター社:電気的検知帯法)などの測定原理をもつ装置で測定出来る。
【0014】
中空シリカ粒子(A)は、粒子内部に空間(空隙)を有している。中空シリカ粒子の空隙率(%)は、下記式(1)で算出されるものであり、低屈折率化の観点から、10~80%が好ましく、20~60%がより好ましく、30~60%がさらに好ましい。
空隙率(%)=[2.2-(シリカ系中空粒子の粒子密度)]/2.2×100・・・式(1)
(まず中空シリカ粒子の粒子密度をガスピクノメーター法によりQuantachrome Instruments社製Ultrapyc1200eで窒素ガスを用いて測定した。このようにして得た中空シリカ粒子の粒子密度=2.2g/cm3を用い、上記式(1)を用いて算出した。)
【0015】
中空シリカ粒子(A)は、シランカップリング剤による表面処理層を有する粒子を使用できる。これにより、重合性化合物(B)等との相溶性の向上、および感光性組成物中の分散安定性が向上する。なお、表面処理された中空シリカ粒子(A)を変性中空シリカ粒子ということもある。例えば、変性中空シリカ粒子をバインダ樹脂と混合すると、変性中空シリカ粒子の凝集を抑制できるため、白化を抑制し、透明性に優れた膜が得られる。さらに表面処理層の形成に(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤を使用すると、感光性組成物から形成する被膜においてシランカップリング剤の(メタ)アクリロイル基と重合性化合物(B)が(メタ)アクリロイル基が重合して強固な硬化膜を形成できる。
【0016】
中空シリカ粒子(A)は、例えば、特開2001-233611号公報に記載の方法により製造することができる。
【0017】
中空シリカ粒子(A)の含有量は、低屈折率の観点から、感光性組成物の不揮発分中、10~70質量%が好ましく、20~65質量%がより好ましく、30~60質量%がさらに好ましい。
【0018】
中空シリカ粒子(A)の市販品は、例えば、製品名「スルーリア5320」、「スルーリア4320」、「スルーリア4110」、「スルーリア2320」、「スルーリア1110」、「JX1008SIV」、「JX1009SIV」(日揮触媒化成工業社製)、製品名「シリナックス(登録商標)」(日鉄鉱業社製)等が挙げられる。
【0019】
<重合性化合物(B)>
重合性化合物(B)は、重合性不飽和基を含有するモノマー(単量体)、オリゴマーである。重合性化合物(B)の重合性不飽和基数は1個以上であり、2個以上が好ましく、3個以上がより好ましい。前記重合性不飽和基数の上限は20個である。重合性化合物(B)は、例えば、アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体、ウレタン結合含有単量体、酸基含有単量体、その他単量体が挙げられる。これらの中でも重合性化合物(B)は、アルキレンオキサイド鎖を有するアクリル系単量体およびウレタン結合含有単量体、のうち1種以上を含むことが好ましい。重合性不飽和基は、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アリル基等である。なお、オリゴマーは、分子量1000以上2000以下の化合物である。
【0020】
(アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体)
感光性組成物は、アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体を含有すると現像性が向上する。アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体は、2個以上の重合性不飽和基を有し、かつ炭素数2以上のアルキレンオキサイド鎖を有することが好ましい。炭素数2以上のアルキレンオキサイド鎖を有することで、被膜の親水性が向上し、水系のアルカリ現像液への溶解性が向上する。炭素数2以上のアルキレンオキサイド鎖は、例えば、エチレンオキサイド(EO)鎖、プロピレンオキサイド(PO)鎖、ブチレンオキサイド(BO)鎖が挙げられる。これらの中でも、硬化性を保ちつつ現像性が向上する面で、エチレンオキサイド(EO)鎖、プロピレンオキサイド(PO)鎖が好ましい。
【0021】
アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体は、例えば、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、フェノキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキサイド(PO)変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド(EO)変性トリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性トリ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジビニルエーテル、EO変性フタル酸(メタ)アクリレート、PO変性フタル酸(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、EO変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、EO変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0022】
アルキレンオキサイド鎖を有する(メタ)アクリル系単量体の配合量は、重合性化合物(B)の100質量%中、5~100質量%が好ましく、20~80質量%がより好ましい。適量配合することで硬化性を保ちつつ現像性がより向上する。
【0023】
酸基含有単量体の酸基は、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等が挙げられる。
【0024】
酸基含有単量体は、例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸との遊離水酸基含有ポリ(メタ)アクリレート類と、ジカルボン酸類とのエステル化物;多価カルボン酸と、モノヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類とのエステル化物等が挙げられる。具体例は、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート等のモノヒドロキシオリゴアクリレート又はモノヒドロキシオリゴメタクリレート類と、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、フタル酸等のジカルボン酸類との遊離カルボキシル基含有モノエステル化物;プロパン-1,2,3-トリカルボン酸(トリカルバリル酸)、ブタン-1,2,4-トリカルボン酸、ベンゼン-1,2,3-トリカルボン酸、ベンゼン-1,3,4-トリカルボン酸、ベンゼン-1,3,5-トリカルボン酸等のトリカルボン酸類と、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート等のモノヒドロキシモノアクリレート又はモノヒドロキシモノメタクリレート類との遊離カルボキシル基含有オリゴエステル化物等が挙げられる。
【0025】
酸基含有単量体の配合量は、重合性化合物(B)の100質量%中、5~100質量%が好ましく、20~80質量%がより好ましい。適量配合することで現像性がより向上する。
【0026】
(ウレタン結合含有単量体)
感光性組成物は、ウレタン結合含有単量体を含むことが現像液耐性や表面荒れの点で好ましい。疎水性のウレタン結合が膜中に現像液が染み込むことを抑制し、現像液耐性や表面状態を向上できる。ウレタン結合含有単量体のウレタン当量は、700g/eq以下が好ましく、500g/eq以下がより好ましく、300g/eq以下がさらに好ましい。前記ウレタン当量は、100g/eq以上が好ましい。ウレタン当量が小さいほど現像液耐性や表面状態を向上させることが出来る。ウレタン結合含有単量体は、例えば、水酸基を有する(メタ)アクリレートに多官能イソシアネートを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート、アルコールに多官能イソシアネートを反応させ、さらに水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート等が挙げられる。
【0027】
水酸基を有する(メタ)アクリレートは、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールエチレンオキサイド変性ペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールプロピレンオキサイド変性ペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールカプロラクトン変性ペンタ(メタ)アクリレート、グリセロールアクリレートメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイルプロピルメタクリレート、エポキシ基含有化合物とカルボキシ(メタ)アクリレートの反応物、水酸基含有ポリオールポリアクリレート等が挙げられる。
【0028】
多官能イソシアネートは、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ポリイソシアネート等が挙げられる。
【0029】
ウレタン結合含有単量体の配合量は、重合性化合物(B)の100質量%中、5~100質量%が好ましく、20~100質量%がより好ましい。適量配合することで硬化性を保ちつつ現像性がより向上する。
【0030】
その他単量体は、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、β-カルボキシエチル(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、メチロール化メラミンの(メタ)アクリル酸エステル、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタンアクリレート等の各種アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。
【0031】
重合性化合物(B)は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
【0032】
重合性化合物(B)の配合量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、1~50質量%が好ましく、2~40質量部がより好ましい。適量配合すると硬化性及び現像性がより向上する。
【0033】
<光重合開始剤(C)>
光重合開始剤(C)は、オキシムエステル系光重合開始剤を含有する。
【0034】
(オキシムエステル系光重合開始剤)
オキシムエステル系光重合開始剤は、紫外線を吸収することによってオキシムのN-O結合の解裂がおこり、イミニルラジカルとアルキロキシラジカルを生成する。これらのラジカルは更に分解することにより活性の高いラジカルを生成するため、他の光重合開始剤を使用する場合と比較して、少ない露光量でパターンを形成できるため光硬化性が向上する。
【0035】
オキシム化合物としては、特開2001-233842号公報に記載の化合物、特開2000-80068号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.1653-1660)に記載の化合物、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.156-162)に記載の化合物、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年、pp.202-232)に記載の化合物、特開2000-66385号公報に記載の化合物、特開2000-80068号公報に記載の化合物、特表2004-534797号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物、特開2017-19766号公報に記載の化合物、特許第6065596号公報に記載の化合物、国際公開WO2015/152153号公報に記載の化合物、国際公開WO2017/051680号公報に記載の化合物、特開2007-210991号公報に記載の化合物、特開2009-179619号公報に記載の化合物、特開2010-037223号公報に記載の化合物、特開2010-215575号公報に記載の化合物、特開2011-020998号公報に記載の化合物、国際公開WO2021/175855号に記載の化合物などが挙げられる。
【0036】
オキシム化合物は、例えば、3-ベンゾイルオキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、及び2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられる。オキシム化合物の市販品は、IRGACURE-OXE01、IRGACURE-OXE02、IRGACURE-OXE03、IRGACURE-OXE04(以上、BASFジャパン社製)、TR-PBG-304、TR-PBG-305、TR-PBG-3057、TR-PBG-345、TR-PBG-358(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカオプトマーN-1919、アデカアークルズNCI-730、NCI-831、NCI-930((株)ADEKA製)が挙げられる。また、オキシム化合物は、着色性が無い化合物や、透明性が高く、その他の成分を変色させにくい化合物を用いることが好ましい。
【0037】
具体的には、化合物中に有する骨格で分類するとカルバゾール骨格、フルオレン骨格、ジフェニル骨格、またオキシムエステル基を2つ有するジオキシム系が挙げられる。また、その化合物中に有する特定構造としては、水酸基、ニトロ基、カルボニル基、弗化炭素基、ベンゾフランを有するものが好ましく使用される。
【0038】
(ジフェニル骨格を有するオキシムエステル系光重合開始剤)
【化1】
【0039】
(カルバゾール骨格を有するオキシムエステル系光重合開始剤)
【化2】
【0040】
(フルオレン骨格を有するオキシムエステル系光重合開始剤)
【化3】
【0041】
(オキシムエステル基を2つ有するオキシムエステル系光重合開始剤)
下記に示す通りカルバゾール骨格またはフェノチアジン骨格の両側にオキシムエステル基を2つ有するオキシムエステル系光重合開始剤が挙げられる。
【化4】
【0042】
これらの中でも、カルバゾール構造を有するオキシムエステル系光重合開始剤、ジフェニル骨格を有するオキシムエステル系光重合開始剤、オキシムエステル基を2つ有するオキシムエステル系光重合開始剤(カルバゾール骨格を有する化合物も含む)が好ましく、カルバゾール構造を有するオキシムエステル系光重合開始剤が最も好ましい。
【0043】
光重合開始剤(C)は、オキシムエステル系光重合開始剤以外にその他光重合開始剤を併用できる。
その他光重合開始剤は、例えば、4-フェノキシジクロロアセトフェノン、4-t-ブチル-ジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-(ジメチルアミノ)-1-[4-(4-モルホリノ)フェニル]-2-(フェニルメチル)-1-ブタノン、又は2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン等のアセトフェノン系化合物;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、ベンゾインイソプロピルエーテル、又はベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系化合物;ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルサルファイド、又は3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;チオキサントン、2-クロルチオキサントン、2-メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、又は2,4-ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物;2,4,6-トリクロロ-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-(p-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、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ピペロニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-スチリル-s-トリアジン、2-(ナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシ-ナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-トリクロロメチル-(ピペロニル)-6-トリアジン、又は2,4-トリクロロメチル-(4’-メトキシスチリル)-6-トリアジン等のトリアジン系化合物;ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、又はジフェニル-2,4,6-トリメチルベンゾイルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物;9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物;ボレート系化合物;カルバゾール系化合物;イミダゾール系化合物;あるいは、チタノセン系化合物等が挙げられる。
【0044】
光重合開始剤(C)の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量部中、0.1~20質量部が好ましく、0.2~10質量部がより好ましい。適量配合すると光硬化性、現像液耐性が向上し表面状態が改善する。
【0045】
<紫外線吸収剤(D)>
本発明の感光性組成物は紫外線吸収剤(D)を感光性組成物の不揮発分100質量%中、2~10質量部含有する。なお、含有量は、2~8質量%がより好ましい。一般に、現像液耐性や表面荒れは光硬化性を向上させることで改善される。一方、光硬化性を上げるとパターン端部付近の現像工程で除去すべき箇所も残存し、パターン直線性や解像性悪化の原因になる。そこで紫外線吸収剤を従来よりも多量に含むことで現像液耐性や表面荒れを向上させつつ、パターン端部付近の不要な箇所については紫外線吸収剤によって露光量を減らすことで光硬化性を減少させることができる。これにより、パターン直線性や解像性を保ったまま現像液耐性や表面荒れを向上できる。
【0046】
本発明の紫外線吸収剤(D)は、フェノール性水酸基を有する紫外線吸収剤を含むことが好ましい。フェノール性水酸基を有する紫外線吸収剤は、例えば、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤が挙げられる。これらの中でもベンゾフェノン系紫外線吸収剤およびベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤からなる群より選択される1種以上が好ましく、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤がさらに好ましい。
【0047】
<紫外線吸収剤(D1)>
【0048】
(ベンゾフェノン系紫外線吸収剤)
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤は、例えば、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-ベンジロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシ-5-スルホキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシ-5-スルホキシトリハイドライドレイトベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-ドデシロキシ-ベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクタデシロキシ-ベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシ-5-ソジウムスルホキシベンゾフェノン、ビス(5-ベンゾイル-4-ヒドロキシ-2-メトキシフェニル)メタン、2-ヒドロキシ-4-n-ドデシルオキシベンソフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシ-2’-カルボキシベンゾフェノン等が挙げられる。
【0049】
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の好ましく使用出来る市販品は、例えば、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン(シプロ化成社製「シーソーブ100」)、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン(シプロ化成社製「シーソーブ106」、BASFジャパン(株)「Uvinul3050」)、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン(シプロ化成社製「シーソーブ107」、BASFジャパン社製「Uvinul3049」)等が挙げられる。
【0050】
(ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤)
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤は、2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2’-ヒドロキシ-3’,2-(2’-ヒドロキシ-3’-tert-ブチル-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、5’-ビス(α,α-ジメチルベンジル)フェニル]-ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチル-フェニル)-ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-tert-ブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチル-フェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-アミル)-ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-アミルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-(3”,4”,5”,6”-テトラヒドロフタルイミドメチル)-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ペンチルフェニル)、2-(2’-ヒドロキシ-5’-tert-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2’-メチレンビス[4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-6-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェノール]、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール等が挙げられる。
【0051】
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の好ましく使用出来る市販品は、例えば、2-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール(ADEKA社製「アデカスタブLA-29」)、2,2’-メチレンビス[4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-6-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェノール](ケミプロ化成社製「Kemisorb279」、ADEKA社製「アデカスタブLA-31」)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-p-クレゾール(ADEKA社製「アデカスタブLA-32」)、2-(5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-tert-ブチル-4-メチルフェノール(ADEKA社製「アデカスタブLA-36」)、2-(2’-ヒドロキシ-5’-tert-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール(シプロ化成社製「シーソーブ709」)、BASFジャパン社製「チヌビン326」、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール(BASFジャパン社製「チヌビン900」)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-(1-メチル-1-フェニルエチル9-4-)1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール(BASFジャパン社製「チヌビン928」)等が挙げられる。
【0052】
これらフェノール性水酸基を持つ化合物の中でも、該水酸基を2つ以上有する2,2’-メチレンビス[6-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール]、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンが好ましく、その中でも該水酸基を4つ有する2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンがより好ましい。水酸基が多いことで紫外線吸収剤同士または他材料に含まれる水酸基やカルボン酸基などと水素結合することで耐性が向上するとともに、極性溶剤への溶解性も向上することから水酸基をより多く含む紫外線吸収剤を使用することが好ましい。
【0053】
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤およびベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤以外の紫外線吸収剤は、トリアジン系紫外線吸収剤、インドール系紫外線吸収剤、キノリノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤、共役ジエン系紫外線吸収剤等が挙げられる。
【0054】
<樹脂型分散剤>
本発明の感光性組成物は、樹脂型分散剤を含有できる。これにより中空シリカ粒子の分散性を向上できる。樹脂型分散剤は、中空シリカ粒子に吸着する親和性部位、および溶剤等に相溶性のある立体反発部位を有する。樹脂型分散剤は、例えは、ポリウレタン等のウレタン系分散剤、ポリアクリレート等のポリカルボン酸エステル、不飽和ポリアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸(部分)アミン塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、ポリシロキサン、長鎖ポリアミノアマイドリン酸塩、水酸基含有ポリカルボン酸エステルや、これらの変性物、ポリ(低級アルキレンイミン)と遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応により形成されたアミドやその塩等の油性分散剤、(メタ)アクリル酸-スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコ-ル、ポリビニルピロリドン等の水溶性樹脂や水溶性高分子化合物、ポリエステル系、変性ポリアクリレート系、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加化合物、リン酸エステル系等が用いられ、これらは単独または2種以上を混合して用いることができる。
【0055】
酸性官能基を有する樹脂型分散剤の好ましい例としては、芳香族カルボン酸構造を有する樹脂型分散剤が挙げられ、それらはWO2008/007776号公報、特開2008-029901号公報、特開2009-155406号公報、特開2010-185934号公報、特開2011-157416号公報、特開2009-251481号公報、特開2007-23195号公報、特開1996-143651号公報等の公知の方法で製造することができる。
【0056】
塩基性官能基を有する樹脂型分散剤の好ましい例としては、窒素原子含有グラフト共重合体や、側鎖に3級アミノ基、4級アンモニウム塩基、含窒素複素環などを含む官能基を有する、窒素原子含有アクリル系ブロック共重合体及びウレタン系高分子分散剤などが挙げられる。
【0057】
また、特開2009-185277号公報に開示されている様に、芳香族カルボキシル基を有する樹脂型分散剤と、3級アミノ基を有するビニル系樹脂(樹脂型分散剤の機能を有する)とを併用することも好ましい例として挙げられる。
【0058】
樹脂型分散剤の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.5~30質量%が好ましく、1~20質量%がより好ましい。
【0059】
<バインダ樹脂(E)>
感光性組成物は、バインダ樹脂(E)を含有できる。バインダ樹脂(E)は、脂肪族環または芳香族環から選ばれる1種以上の環状構造を有するモノマー、カルボキシル基含有モノマー、およびその他モノマーの重合物がアルカリ現像によりフォトリソグラフィー法でパターニングするための一般的性能である、現像性、粘度の面で好ましい。
【0060】
また、バインダ樹脂(E)は、厚さ2μmの被膜を形成した場合、400~700nmの全波長領域において透過率が80%以上の樹脂が好ましい。なお、透過率は、95%以上が好ましい。また、バインダ樹脂(E)は、カルボキシル基を有しアルカリ可溶性であるため感光性組成物から形成する被膜をフォトリソグラフィー法でパターニングできる。また、バインダ樹脂(E)は、熱硬化性基を有することができる。前記熱硬化性基は、例えば、エポキシ基、オキセタニル基等が挙げられる。
【0061】
バインダ樹脂(E)は、非感光性のバインダ樹脂(E-1)または感光性のバインダ樹脂(E-2)から選ばれる1種以上を含むことが好ましい。
【0062】
<非感光性のバインダ樹脂(E-1)>
非感光性のバインダ樹脂(E-1)は、例えば、酸基としてカルボキシル基、スルホン基等を有するアルカリ可溶性樹脂が好ましい。バインダ樹脂(E-1)は、例えば、酸性基を有するアクリル樹脂、α-オレフィン/(無水)マレイン酸共重合体、スチレン/スチレンスルホン酸共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸共重合体、又はイソブチレン/(無水)マレイン酸共重合体等が挙げられる。これらの中でも現像性、耐熱性、透明性が向上する面で酸性基を有するアクリル樹脂、スチレン/スチレンスルホン酸共重合体が好ましい。
【0063】
(脂肪族環または芳香族環から選ばれる1種以上の環状構造を含むバインダ樹脂)
脂肪族環は、例えば、炭素数5~20の脂環式炭化水素骨格が挙げられる。脂環式炭化水素骨格は、シクロペンタン骨格、シクロヘキサン骨格、シクロオクタン骨格、シクロデカン骨格、ノルボルナン骨格、ジシクロペンタン骨格、及びトリシクロデカン骨格等が挙げられる。これらの中でも、パターン形成性を向上させる観点から、トリシクロデカン骨格が好ましい。
芳香族環は、ベンゼン環が好ましい。ベンゼン環を含む化合物は、スチレン系化合物、ベンジル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
【0064】
バインダ樹脂を合成するモノマー中、脂肪族環または芳香族環を有するモノマーの含有量は、1~60質量%が好ましく、5~30質量%がより好ましい。
【0065】
<感光性のバインダ樹脂(E-2)>
感光性のバインダ樹脂(E-2)は、例えば非感光性のバインダ樹脂(E-1)に光架橋基を付加した樹脂である。バインダ樹脂(E-2)は、重合性化合物(B)と同様に光照射で3次元架橋して架橋密度が上がるため、被膜の薬品耐性が向上する。感光性のバインダ樹脂(E-2)は、以下の方法(i)または(ii)で合成した樹脂が好ましい。
【0066】
[方法(i)]
方法(i)は、例えば、まず、エポキシ基含有単量体、およびその他単量体の重合体を合成する。次いで、前記重合体のエポキシ基に、モノカルボキシル基含有単量体を付加し、生成した水酸基に、多塩基酸無水物を反応させてアルカリ可溶性感光性樹脂を得る方法が挙げられる。なお、モノカルボキシル基含有単量体は、カルボキシル基を1有する単量体である。
【0067】
エポキシ基含有単量体は、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、2-グリシドキシエチル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、及び3,4-エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。これらの中でも、反応性の観点で、グリシジル(メタ)アクリレートが好ましい
【0068】
モノカルボキシル基含有単量体は、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、o-、m-、p-ビニル安息香酸、(メタ)アクリル酸のα位ハロアルキル、アルコキシル、ハロゲン、ニトロ、シアノ置換体等のモノカルボン酸等が挙げられる。
【0069】
多塩基酸無水物は、例えば、テトラヒドロ無水フタル酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等が挙げられる。なお、多塩基酸無水物は、酸無水物を形成しないカルボキシル基を有しても良い。
【0070】
その他単量体は、例えば、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(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、又はエトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート類、
あるいは、(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、又はアクリロイルモルホリン等の(メタ)アクリルアミド類スチレン、又はα-メチルスチレン等のスチレン類、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、又はイソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類、酢酸ビニル、又はプロピオン酸ビニル等の脂肪酸ビニル類等が挙げられる。
【0071】
また、シクロヘキシルマレイミド、フェニルマレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、1,2-ビスマレイミドエタン1,6-ビスマレイミドヘキサン、3-マレイミドプロピオン酸、6,7-メチレンジオキシ-4-メチル-3-マレイミドクマリン、4,4’-ビスマレイミドジフェニルメタン、ビス(3-エチル-5-メチル-4-マレイミドフェニル)メタン、N,N’-1,3-フェニレンジマレイミド、N,N’-1,4-フェニレンジマレイミド、N-(1-ピレニル)マレイミド、N-(2,4,6-トリクロロフェニル)マレイミド、N-(4-アミノフェニル)マレイミド、N-(4-ニトロフェニル)マレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ブロモメチル-2,3-ジクロロマレイミド、N-スクシンイミジル-3-マレイミドベンゾエート、N-スクシンイミジル-3-マレイミドプロピオナート、N-スクシンイミジル-4-マレイミドブチラート、N-スクシンイミジル-6-マレイミドヘキサノアート、N-[4-(2-ベンゾイミダゾリル)フェニル]マレイミド、9-マレイミドアクリジン等のN-置換マレイミド類、EO変性クレゾールアクリレート、n-ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、フェノールのエチレンオキサイド(EO)変性(メタ)アクリレート、パラクミルフェノールのEO又はプロピレンオキサイド(PO)変性(メタ)アクリレート、ノニルフェノールのEO変性(メタ)アクリレート、ノニルフェノールのPO変性(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0072】
方法(ii)は、例えば、水酸基含有単量体、カルボキシル基含有単量体、およびそれ以外の単量体を合成し重合体を作製する。次いで、前記重合体の水酸基に、イソシアネート基含有単量体のイソシアネート基を反応させて感光性樹脂を合成する方法が挙げられる。
【0073】
水酸基含有単量体は、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-若しくは3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-若しくは3-若しくは4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、又はシクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキルメタアクリレート類が挙げられる。また、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、及び/又はブチレンオキシド等を付加重合させたポリエーテルモノ(メタ)アクリレートや、ポリγ-バレロラクトン、ポリε-カプロラクトン、及び/又はポリ12-ヒドロキシステアリン酸等を付加したポリエステルモノ(メタ)アクリレートも挙げられる。これらの中でも2-ヒドロキシエチルメタアクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレートが好ましく、グリセロールモノ(メタ)アクリレートがより好ましい。
【0074】
イソシアネート基含有単量体は、例えば、2-(メタ)アクリロイルエチルイソシアネート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、又は1,1-ビス〔メタアクリロイルオキシ〕エチルイソシアネート等が挙げられる。
【0075】
上記単量体以外に使用できる単量体は、上記方法(i)で例示したその他単量体に加え、リン酸エステル基含有単量体等が挙げられる。
【0076】
リン酸エステル基含有単量体は、例えば、水酸基含有単量体の水酸基に、5酸化リンやポリリン酸等のリン酸エステル化剤を反応させた化合物である。
【0077】
バインダ樹脂(E)は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
【0078】
バインダ樹脂(E)の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.5~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましい。適量含有すると被膜を容易に形成できる。
【0079】
バインダ樹脂(E)の重量平均分子量(Mw)は、2,000~40,000が好ましく、3,000~30,000がより好ましく、4,000~20,000がさらに好ましい。Mw/Mnの値は10以下であることが好ましい。なお、Mnは、数平均分子量である。
【0080】
バインダ樹脂(E)の酸価は、50~200mgKOH/gが好ましく、60~180mgKOH/gがより好ましく、60~170mgKOH/gがさらに好ましい。適度な酸価によりアルカリ溶解性、密着性、残渣抑制を高度にバランス取りできる。
【0081】
<熱硬化性化合物>
感光性組成物は、被膜の架橋密度を高める目的で、熱硬化性化合物を含有できる。
【0082】
熱硬化性化合物は、例えば、エポキシ化合物、オキセタン化合物、ベンゾグアナミン化合物、ロジン変性マレイン酸化合物、ロジン変性フマル酸化合物、メラミン化合物、尿素化合物、およびフェノール化合物が挙げられる。これらの中でもエポキシ化合物、オキセタン化合物が好ましい。
【0083】
エポキシ化合物は、例えば、ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビフェノール、ビスフェノールAD等)、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、芳香族置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、アルキル置換ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)と各種アルデヒド(ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アルキルアルデヒド、ベンズアルデヒド、アルキル置換ベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、ナフトアルデヒド、グルタルアルデヒド、フタルアルデヒド、クロトンアルデヒド、シンナムアルデヒド等)との重縮合物、フェノール類と各種ジエン化合物(ジシクロペンタジエン、テルペン類、ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、ビニルノルボルネン、テトラヒドロインデン、ジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジイソプロペニルビフェニル、ブタジエン、イソプレン等)との重合物、フェノール類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン等)との重縮合物、フェノール類と芳香族ジメタノール類(ベンゼンジメタノール、α,α,α’,α’-ベンゼンジメタノール、ビフェニルジメタノール、α,α,α’,α’-ビフェニルジメタノール等)との重縮合物、フェノール類と芳香族ジクロロメチル類(α,α’-ジクロロキシレン、ビスクロロメチルビフェニル等)との重縮合物、ビスフェノール類と各種アルデヒドの重縮合物、アルコール類等をグリシジル化したグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂等が挙げられる。
【0084】
(オキセタン化合物)
オキセタン化合物は、オキセタン基を有する化合物である。オキセタン化合物は、1官能オキセタン化合物、2官能オキセタン化合物、3官能以上のオキセタン化合物が挙げられる。
【0085】
1官能オキセタン化合物は、例えば、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチルアクリレート、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチルメタクリレート(市販品名 OXE-30 大阪有機化学工業社製)、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(フェノキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(2-メタクリロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-{[3-(トリエトキシシリル)プロポキシ]メチル}オキセタン等が挙げられる。
【0086】
2官能オキセタン化合物は、例えば、4,4’-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニル)、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル]ベンゼン、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、ジ[1-エチル(3-オキセタニル)]メチルエーテル、ジ[1-エチル(3-オキセタニル)]メチルエーテル-3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(2-フェノキシメチル)オキセタン、3,7-ビス(3-オキセタニル)-5-オキサ-ノナン、1,2-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコースビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、1,4-ビス(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6-ビス(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ポリエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、エチレンオキシド(EO)変性ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、プロピレンオキシド(PO)変性ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル等が挙げられる。
【0087】
3官能以上のオキセタン化合物は、ペンタエリスリトールトリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサ(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、オキセタン基を含有する樹脂(例えば、特許第3783462号記載のオキセタン変性フェノールノボラック樹脂等)や前述のOXE-30のような(メタ)アクリル単量体をラジカル重合させて得られる重合体が挙げられる。
【0088】
熱硬化性化合物の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.5~50質量%が好ましく、1~40質量%がより好ましい。適量を含有すると被膜の耐溶剤性がより向上する。
【0089】
<増感剤>
感光性組成物は、さらに増感剤を含有できる。
増感剤は、例えば、カルコン誘導体、ジベンザルアセトン等に代表される不飽和ケトン類、ベンジルやカンファーキノン等に代表される1,2-ジケトン誘導体、ベンゾイン誘導体、フルオレン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、キサンテン誘導体、チオキサンテン誘導体、キサントン誘導体、チオキサントン誘導体、クマリン誘導体、ケトクマリン誘導体、シアニン誘導体、メロシアニン誘導体、オキソノ-ル誘導体等のポリメチン色素、アクリジン誘導体、アジン誘導体、チアジン誘導体、オキサジン誘導体、インドリン誘導体、アズレン誘導体、アズレニウム誘導体、スクアリリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、テトラフェニルポルフィリン誘導体、トリアリールメタン誘導体、テトラベンゾポルフィリン誘導体、テトラピラジノポルフィラジン誘導体、フタロシアニン誘導体、テトラアザポルフィラジン誘導体、テトラキノキサリロポルフィラジン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ピリリウム誘導体、チオピリリウム誘導体、テトラフィリン誘導体、アヌレン誘導体、スピロピラン誘導体、スピロオキサジン誘導体、チオスピロピラン誘導体、金属アレーン錯体、有機ルテニウム錯体、又はミヒラーケトン誘導体、α-アシロキシエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル、9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、4,4’-ジエチルイソフタロフェノン、3,3’又は4,4’-テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等が挙げられる。
これらの中でもチオキサントン誘導体、ミヒラーケトン誘導体、カルバゾール誘導体が好ましい。具体的には、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、4-イソプロピルチオキサントン、1-クロロ-4-プロポキシチオキサントン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(エチルメチルアミノ)ベンゾフェノン、N-エチルカルバゾール、3-ベンゾイル-N-エチルカルバゾール、3,6-ジベンゾイル-N-エチルカルバゾール等がより好ましい。
【0090】
増感剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
【0091】
増感剤の含有量は、光重合開始剤(C)100質量部に対し、3~60質量部が好ましく、5~50質量部がより好ましい。適量含有すると光硬化性および現像性がより向上する。
【0092】
<重合禁止剤>
感光性組成物は、重合禁止剤を含有できる。これによりフォトリソグラフィー法の露光時にマスクの回折光による感光を抑制できるため、所望の形状のパターンが得やすくなる。
【0093】
重合禁止剤は、例えば、カテコール、レゾルシノール、1,4-ヒドロキノン、2-メチルカテコール、3-メチルカテコール、4-メチルカテコール、2-エチルカテコール、3-エチルカテコール、4-エチルカテコール、2-プロピルカテコール、3-プロピルカテコール、4-プロピルカテコール、2-n-ブチルカテコール、3-n-ブチルカテコール、4-n-ブチルカテコール、2-tert-ブチルカテコール、3-tert-ブチルカテコール、4-tert-ブチルカテコール、3,5-ジ-tert-ブチルカテコール等のアルキルカテコール系化合物、2-メチルレゾルシノール、4-メチルレゾルシノール、2-エチルレゾルシノール、4-エチルレゾルシノール、2-プロピルレゾルシノール、4-プロピルレゾルシノール、2-n-ブチルレゾルシノール、4-n-ブチルレゾルシノール、2-tert-ブチルレゾルシノール、4-tert-ブチルレゾルシノール等のアルキルレゾルシノール系化合物、メチルヒドロキノン、エチルヒドロキノン、プロピルヒドロキノン、tert-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-tert-ブチルヒドロキノン等のアルキルヒドロキノン系化合物、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリベンジルホスフィン等のホスフィン化合物、トリオクチルホスフィンオキサイド、トリフェニルホスフィンオキサイドなどのホスフィンオキサイド化合物、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト等のホスファイト化合物、ピロガロール、フロログルシンなどが挙げられる。
【0094】
重合禁止剤の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.01~0.4質量部が好ましい。適量含有すると良好なパターン形状が得やすくなる。
【0095】
<連鎖移動剤>
本発明の感光性組成物は、連鎖移動剤として2つ以上のチオール基(多官能チオールという)を有する連鎖移動剤を含むことが好ましい。また、チオール基は、2級チオール基がより好ましい。チオール基を有する連鎖移動剤は、光重合開始剤と併用すると光照射後のラジカル重合の際、酸素による重合阻害を受けにくいチイルラジカルが発生し、感光性組成物の感度が向上する。
【0096】
連鎖移動剤は、多官能チオールのなかでもチオール基(SH基)を3以上有する化合物がより好ましく、SH基を4以上有する化合物がさらに好ましい。官能基数が増えると被膜の表面から最深部まで光硬化し易くなる。
【0097】
好ましい多官能チオールとしては、2級チオール基を2個以上有する連鎖移動剤、1級チオール基を2個以上有する連鎖移動剤があるが、後述のように特に2級チオール基を2個以上有する連鎖移動剤が特に好ましい。
【0098】
<2級チオール基を2個以上有する連鎖移動剤>
2級チオール基を2個以上有する連鎖移動剤は、重合性不飽和基と反応しやすく、硬化性をより向上させやすいため、パターン形成性をより向上できる。
【0099】
また、2級チオール基を2つ以上有する連鎖移動剤は、ペンタエリスリトール骨格及びイソシアヌル環骨格からなる群から選ばれる1種以上の骨格を有する化合物が好ましい。これらの骨格を有する2級チオール化合物を用いることで、保存安定性が向上し、感光性樹脂組成物の硬化性も向上できる。
【0100】
ペンタエリスリトール骨格及びイソシアヌル環骨格からなる群か選ばれる少なくとも1種の骨格を有する2級チオール化合物は、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)等が挙げられる。
【0101】
2級チオール基を2つ以上有する連鎖移動剤の市販品は、例えば、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン(昭和電工社製「カレンズMT(登録商標)BD1」) 、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)(昭和電工社製「カレンズMT(登録商標)PE」)、1,3,5-トリス[2-(3-メルカプトブチリルオキシエチル)]-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン(昭和電工社製「カレンズMT(登録商標)NR1」)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトブチレート)(昭和電工社製「TEMB」)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)(昭和電工社製「TPMB)等が挙げられる。
【0102】
上記以外のその他2級チオール化合物は、2級のブタンチオール、2,3-ブタンジチオール、ヘキサ- 5-エン-3-チオール、2級のドデカンチオール、2級のヘプタンチオール、2級のヘキサンチオール、2級のオクタデカンチオール、2級のオクタンチオール、2-メチル-2-プロパンチオール等が挙げられる。
【0103】
<1級チオール基を2個以上有する連鎖移動剤>
1級のチオール基を2個有するエーテル系の化合物はトリメチロールプロパンジプロパンチオール、ペンタエリスリトールジプロパンチオール、1級のチオール基を3個有するエーテル系の化合物はペンタエリスリトールトリプロパンチオール、1級のチオール基を4個有するエーテル系の化合物はペンタエリスリトールテトラプロパンチオール、1級のチオール基を2個有するエステル系の化合物はブタンジオールビスチオプロピオネート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、1級のチオール基を3個有するエステル系の化合物はトリス-[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、1級のチオール基を4個有するエステル系の化合物はペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート等が挙げられる。
【0104】
<その他連鎖移動剤>
その他の連鎖移動剤は、例えば、単官能のチオール基を有する3-メルカプトプロピオン酸、4-メルカプト酪酸等が挙げられる。
【0105】
連鎖移動剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
【0106】
連鎖移動剤の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.02~3.0質量%が好ましく、0.07~2.0質量%がより好ましく、0.1~0.5質量%がさらに好ましい。適量含有すると光感度が向上し、表面状態が改善する。
【0107】
<酸化防止剤>
感光性組成物は、酸化防止剤を含有できる。酸化防止剤は、感光性組成物から形成される被膜が、熱硬化やITOアニール時の熱工程によって酸化による黄変を防ぎ、被膜の透過率の低下を抑制できる。特に感光性組成物の顔料濃度が高い場合、相対的に光重合性化合物(B)の含有量が減少するため、光重合開始剤の増量や、熱硬化性化合物の配合で対応すると被膜が黄変し易い。そのため、酸化防止剤を含むことで、加熱工程時の酸化による黄変を防止し、被膜の透過率の低下を抑制できる。
【0108】
酸化防止剤は、ラジカル補足機能、又は過酸化物分解機能を有する化合物である。酸化防止剤は、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、リン系化合物、イオウ系化合物、ヒドロキシルアミン系化合物の化合物等が挙げられる。なお、酸化防止剤は、ハロゲン原子を含有しない化合物が好ましい。
【0109】
これらの中でも、塗膜の透過率と感度の両立の観点から、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ヒンダードアミン系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤が好ましい。
【0110】
酸化防止剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
【0111】
酸化防止剤の含有量は、感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.5~5.0質量%の場合、透過率、分光特性、及び感度が良好であるためより好ましい。
【0112】
<レベリング剤>
感光性組成物は、レベリング剤を含有できる。これにより、被膜形成時の透明基板に対する濡れ性および被膜の乾燥性がより向上する。レベリング剤は、例えば、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等が挙げられる。
【0113】
レベリング剤の含有量は、感光性組成物の不揮発分中、0.001~2.0質量%が好ましく、0.005~1.0質量%がより好ましい。この範囲内であることで、感光性組成物の塗布性とパターン密着性、透過率のバランスがより向上する。
【0114】
<貯蔵安定剤>
感光性組成物は、組成物の経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤を含有できる。貯蔵安定剤は、例えば、ベンジルトリメチルクロライド、ジエチルヒドロキシアミンなどの4級アンモニウムクロライド、乳酸、シュウ酸などの有機酸およびそのメチルエーテル、t-ブチルピロカテコール、テトラエチルホスフィン、テトラフェニルフォスフィンなどの有機ホスフィン、亜リン酸塩等が挙げられる。
【0115】
貯蔵安定剤の含有量は、着色剤(A)100質量部に対して、0.1~10質量%が好ましい。
【0116】
<密着向上剤>
シランカップリング剤は、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等のビニルシラン類、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリルシラン類、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン類、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、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、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、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩等のアミノシラン類、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト類、p-スチリルトリメトキシシラン等のスチリル類、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド類、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド類、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート類が挙げられる。
【0117】
密着向上剤の含有量は、感光性組成物100質量部に対し、0.01~10質量部が好ましく、0.05~5質量部がより好ましい。適量含有すると感光性組成物の光感度が向上し、被膜の密着性がより向上し、パターンの解像性もより向上する。
【0118】
<溶剤>
感光性組成物は、溶剤を含有できる。これにより感光性組成物の粘度調整が容易になるため、表面が平滑な被膜を形成し易い。溶剤は、使用目的に応じて適宜選択し、適量を含有すれば良い。
【0119】
溶剤は、例えば、エステル溶剤(分子内に-COO-を含み、-O-を含まない溶剤)、エーテル溶剤(分子内に-O-を含み、-COO-を含まない溶剤)、エーテルエステル溶剤(分子内に-COO-と-O-とを含む溶剤)、ケトン溶剤(分子内に-CO-を含み、-COO-を含まない溶剤)、アルコール溶剤(分子内にOHを含み、-O-、-CO-及び-COO-を含まない溶剤)、芳香族炭化水素溶剤、アミド溶剤、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【0120】
これらの中でも塗布性、乾燥性の面で1atmにおける沸点が120℃以上180℃以下の溶剤が好ましい。例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、3-エトキシプロピオン酸エチル、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、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等がより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等がさらに好ましい。
【0121】
溶剤は、単独または2種類以上を混合して使用できる。
【0122】
<感光性組成物の製造方法>
感光性組成物は、例えば、中空シリカ(A)、バインダ樹脂(E)、重合性化合物(B)、光重合開始剤(C)、溶剤、および紫外線吸収剤(D)を攪拌・混合して作製することができる。なお、各材料を配合するタイミングは、任意である。また、分散工程を行うこともできる。
【0123】
前記攪拌。混合を行う装置は、例えば、プライミクス株式会社製T.K.ホモミクサー、T.K.パイプラインホモミクサー、IKA WERKE GmbH&Co.KG社製ULTRA-TURRAXシリーズ、Dispax-Reactorシリーズ、Silverson Machines,Inc社製ハイ・シアー・ミキサー、大平洋機工株式会社製マイルダー、キャビトロン、エムテクニック株式会社製クレアミックス、みずほ工業株式会社製ホモミキサー、パイプラインミキサー等が挙げられる。
【0124】
<感光性組成物中の水分量>
本発明の感光性組成物は、感光性組成物に含まれる水の含有量が2質量%以下であることが好ましい。上記水の含有量により感光性組成物は、経時保存後でも分散安定性・感度に優れる。なお、感光性組成物に含まれる水の含有量は、1.8質量%以下がより好ましく、1.6質量%以下がさらに好ましい。この範囲であれば、経時保存後でも分散安定性・感度に問題は起こりにくい。
【0125】
水の含有量を制御する方法は、特に制限がなく、公知の方法を用いることができる。例えば、乾燥した不活性ガスを吹き込みながら、感光性組成物を製造する方法や、製造後、モレキュラーシーブスを投入し脱水する方法等が挙げられる。その中でも、乾燥した不活性ガスを吹き込みながら、製造する方法が好ましい。
【0126】
水の含有量は、カールフィッシャー法などの公知の方法により測定することができる。
【0127】
<感光性組成物中のトルエン量>
本発明の感光性組成物は、トルエンを含有できる。トルエンの含有量は感光性組成物中、0.1~10質量ppmが好ましい。トルエンの含有量の上限は、9質量ppm以下が好ましく、8質量ppm以下がより好ましく、7質量ppm以下が更に好ましい。下限は、0.2質量ppm以上が好ましく、0.3質量ppm以上がより好ましく、0.4質量ppm以上が更に好ましい。
【0128】
<基材および塗工方法ならびにパターン形成>
感光性組成物は、基材に塗工し、乾燥を行い被膜を形成する。
基材は、例えば、ガラス、樹脂、シリコン等の材質で構成された基板やマイクロレンズが挙げられる。これらの基材上には有機発光層が形成されてもよい。また、基材には、CCD、CMOS等の撮像素子が形成されていてもよい。また、基材上には、必要に応じて、上部との層との密着改良、物質の拡散防止、基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
【0129】
塗工方法は、公知の方法を使用できる。例えば、滴下法、スリットコート法、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法、流延塗布法、インクジェット法、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等が挙げられる。
【0130】
被膜の厚さは、目的に応じて適宜調節できる。膜の厚さは、0.05~20.0μmが好ましく、0.3~10.0μmがより好ましい。
【0131】
次に、被膜をパターン形成する。パターンを形成する方法は、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法が挙げられる。なお、平坦膜として使用する場合は、パターンを形成する工程を行わなくてよく、塗工後、必要に応じて乾燥する。
【0132】
以下、パターンを形成する方法を詳細に説明する。
【0133】
〔露光工程〕
露光工程は、被膜を、例えば、ステッパー等の露光装置を用い、マスクを介して特定のパターンを露光する。これにより、露光部分を硬化することができる。露光に用いる活性エネルギー線は、例えば、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、i線(波長365nm)等の紫外線が挙げられる。また、波長300nm以下の光を用いることもできる。波長300nm以下の光としては、KrF線(波長248nm)、ArF(波長193nm)などが挙げられる。
また、露光に際しては、光を連続的に照射して露光してもよく、短時間(例えば、ミリ秒レベル以下)のサイクルで光の照射と休止を繰り返して露光(パルス露光)してもよい。
【0134】
〔現像工程〕
次に、アルカリ現像処理を行うことで、未露光部分の被膜がアルカリ水溶液に溶出し、硬化部分のみが残りパターン状の被膜が得られる。
アルカリ現像液は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、硅酸ナトリウム、メタ硅酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8-ジアザビシクロ-〔5.4.0〕-7-ウンデセン等のアルカリ性化合物が挙げられる。
アルカリ現像液の濃度は、0.001~10質量%が好ましく、0.01~1質量%がより好ましい。アルカリ現像液のpHは、11~13が好ましく、11.5~12.5がより好ましい。適度なpHで使用するとパターンの荒れや剥離を抑制し、現像後の残膜率が向上する。
現像方法は、例えば、ディップ法、スプレー法、パドル法等が挙げられる。現像温度は15~40℃が好ましい。なお、アルカリ現像後は、純水で洗浄することが好ましい。
【0135】
〔加熱処理工程〕
現像後、必要に応じて加熱処理を行うこともできる。ポストベークにより、膜の耐性が向上する。
温度は、80~300℃が好ましい。また、時間は、2分間~1時間程度が好ましい。基材に耐熱性の低い素材を用いた場合や、光源として有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた場合などは、温度は、150℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。
【0136】
<低屈折率膜>
前述の塗工工程、必要に応じ露光および現像工程、加熱処理工程を経ることにより、本発明の低屈折率膜を作成できる。以下に示す用途に用いることが出来る。
【0137】
<液晶表示装置>
図1(a)と(b)は、本実施の形態が適用される液晶表示装置の例について説明した図である。本発明の低屈折率膜を備える液晶表示装置は、当該液晶表示装置において例えばカラーフィルタと基材の間(
図1(a))、カラーフィルタと他の機能を有する膜との間(
図1(b))に形成され、光の屈折率を調整する。
【0138】
<有機EL表示装置>
図2(a)~(c)は、本実施の形態が適用される有機EL表示装置の例について説明した図である。本発明の低屈折率膜を備える有機EL表示装置は、当該機EL表示装置において例えばカラーフィルタと基材の間(
図2(a))、カラーフィルタと他の機能を有する膜との間(
図2(b))、マイクロレンズ上(
図2(c))に形成され、光の屈折率を調整する。また、カラーフィルタの各着色画素を仕切るための隔壁に本発明の低屈折率膜を使用することもできる。
【0139】
<固体撮像素子>
本発明の低屈折率膜は、固体撮像素子に使用できる。固体撮像素子に用いる形態は、特に制限されないが、例えば、基板上に、固体撮像素子(CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等)の受光エリアを構成する複数のフォトダイオードおよびポリシリコン等からなる転送電極を有し、フォトダイオードおよび転送電極上にフォトダイオードの受光部のみ開口した遮光膜を有し、遮光膜上に遮光膜全面およびフォトダイオード受光部を覆うように形成された窒化シリコン等からなるデバイス保護膜を有し、デバイス保護膜上に、フィルタを有する構成である。さらに、デバイス保護膜上であってフィルタの下(基材に近い側)に集光手段(例えば、マイクロレンズ等。以下同じ)を有する構成や、フィルタ上に集光手段を有する構成等であってもよい。また、フィルタは、隔壁により例えば格子状に仕切られた空間に、各着色画素を形成する硬化膜が埋め込まれた構造を有していてもよい。この場合の隔壁は、各着色画素に対して低屈折率であることが好ましい。この隔壁にも本発明の低屈折率膜を使用することが出来る。
本発明の固体撮像素子を備えた撮像装置は、例えば、デジタルカメラ、撮像機能を有する電子機器(スマートフォン、タブレット端末等)、車載カメラ、監視カメラ、光センサ等様々な用途に使用できる。
【0140】
<その他の用途>
本発明の低屈折率膜は、反射防止膜、反射膜、半透過半反射膜、可視光反射赤外線透過膜、赤外線反射可視光透過膜、青色反射膜、緑色反射又は赤色反射膜、輝線カットフィルタ、色調補正膜、下地膜などに含まれる光学機能膜として光学部材として使用出来、例えば赤外線センサ、マイクロLED表示装置、ヘッドアップディスプレイ等に使用できる。
【実施例0141】
以下に、本発明を実施例により説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。お、実施例中の「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。
【0142】
実施例に先立ち、樹脂の平均分子量、及び樹脂の酸価の測定方法の計算方法を説明する。
【0143】
(樹脂の平均分子量)
樹脂の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)は、RI検出器を装備したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した。装置としてHLC-8220GPC(東ソー社製)を用い、分離カラムを2本直列に繋ぎ、両方の充填剤には「TSK-GEL SUPER HZM-N」を2連でつなげて使用し、オーブン温度40℃、溶離液としてTHF溶液を用い、流速0.35ml/minで測定した。サンプルは1wt%の上記溶離液からなる溶剤に溶解し、20マイクロリットル注入した。分子量はいずれもポリスチレン換算値である。
【0144】
(樹脂の酸価)
樹脂溶液0.5~1gに、アセトン80ml及び水10mlを加えて攪拌して均一に溶解させ、0.1mol/LのKOH水溶液を滴定液として、自動滴定装置(「COM-555」平沼産業社製)を用いて滴定し、樹脂溶液の酸価(mgKOH/g)を測定した。そして、樹脂溶液の酸価と樹脂溶液の不揮発分濃度から、樹脂の不揮発分あたりの酸価を算出した。
【0145】
(中空シリカ粒子の平均粒子径)
平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計 日機装社製)で測定した。
【0146】
(中空シリカ粒子の屈折率)
屈折率はアッベ屈折率計(アタゴ社製)にて測定した。
【0147】
<中空シリカ粒子(A)>
(A-1)日揮触媒化成社製スルーリア2320(屈折率1.30、D50平均粒子径50nm)
不揮発分濃度20%のメチルイソブチルケトン(MIBK)液。
(A-2)日揮触媒化成社製 スルーリアNAU(屈折率1.25、D50平均粒子径60nm)
プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)を添加し、不揮発分濃度20%のPGME液に調製した。
(A-3)特開2001-233611号公報の実施例1のP-1分散液に準じて作製した。次いでイソプロピルアルコール(IPA)で不揮発分を20%に調整した。(屈折率1.31、D50平均粒子径30nm)
(A-4)特開2006-257308号公報の実施例1の分散液A1に準じて作製した。次いでIPAで不揮発分を20%に調整した。(屈折率1.31、D50平均粒子径60nm)
【0148】
<バインダ樹脂(E)の製造例>
(バインダ樹脂(E―1-1)液の調製):感光性なし、環状構造なし
反応容器にシクロヘキサノン150部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら80℃に加熱して、同温度で下記モノマーおよび熱重合開始剤の混合物を1時間かけて滴下して重合反応を行った。メタクリル酸 20.0部、メチルメタクリレート 10.0部、n-ブチルメタクリレート 55.0部、ヒドロキシエチルメタクリレート 15.0部、アゾビスイソブチロニトリル 4.0部滴下後さらに80℃で3時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル1.0部をシクロヘキサノン50部に溶解させた混合液を添加し、さらに80℃で1時間反応を続けて、不揮発分酸価124mgKOH/g、重量平均分子量が約40000のアクリル樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が30重量%になるようにシクロヘキサノンを添加してバインダ樹脂(E-1-1)液を調製した。
【0149】
(バインダ樹脂(E―1-2)液の調製):感光性なし、環状構造あり
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管および撹拌装置を取り付けた反応容器にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート190部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管より、n-ブチルメタクリレート37.2部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート12.9部、メタクリル酸12.0部、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亞合成社製「アロニックスM110」)20.7部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル1.1部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続し、アクリル樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2部をサンプリングして180℃、20分間加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が30重量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加してバインダ樹脂(E-1-2)液を調製した。不揮発分酸価93mgKOH/g、重量平均分子量(Mw)は26000であった。
【0150】
(バインダ樹脂(E-2-1)液の調製)感光性あり、環状構造あり
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管および撹拌装置を取り付けた反応容器にシクロヘキサノン207部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管より、メタクリル酸20部、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亞合成社製アロニックスM110)20部、メタクリル酸メチル45部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート8.5部、及び2,2’-アゾビスイソブチロニトリル1.33部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続し、共重合体溶液を得た。次に得られた共重合体溶液全量に対して、窒素ガスを停止し乾燥空気を1時間注入しながら攪拌したのちに、室温まで冷却した後、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社製カレンズMOI)6.5部、ラウリン酸ジブチル錫0.08部、シクロヘキサノン26部の混合物を70℃で3時間かけて滴下した。滴下終了後、更に1時間反応を継続し、アクリル樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2部をサンプリングして180℃、20分間加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が30%になるようにシクロヘキサノンを添加してバインダ樹脂(E-2-1)を調製した。不揮発分酸価129mgKOH/g、重量平均分子量(Mw)は18000であった。
【0151】
(バインダ樹脂(E-2-2)液の調製)感光性あり、環状構造あり
温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管及び撹拌装置を備えたセパラブル4口フラスコにシクロヘキサノン170部を仕込み、80℃に昇温し、フラスコ内を窒素置換した後、滴下管より、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亞合成社製アロニックスM110)18部、ベンジルメタクリレート10部、グリシジルメタクリレート18.2部、メタクリル酸メチル25部、及び2,2’-アゾビスイソブチロニトリル2.0部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下後、更に100℃で3時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル1.0部をシクロヘキサノン50部で溶解させたものを添加し、更に100℃で1時間反応を続けた。次に、容器内を空気置換に替え、アクリル酸9.3部(グリシジル基の100モル%相当)にトリスジメチルアミノフェノール0.5部及びハイドロキノン0.1部を上記容器内に投入し、120℃で6時間反応を続け不揮発分酸価0.5mgKOH/gとなったところで反応を終了し、アクリル樹脂の溶液を得た。更に、引き続きテトラヒドロ無水フタル酸19.5部(生成した水酸基の100モル%相当)、トリエチルアミン0.5部を加え120℃で3.5時間反応させアクリル樹脂の溶液を得た。
室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が30質量%になるようにPGMAcを添加してバインダ樹脂(E-2-2)液を調製した。不揮発分酸価70mgKOH/g、重量平均分子量(Mw)は19000であった。
【0152】
<中空シリカ粒子分散液の製造方法>
[実施例1]
(感光性組成物(X-1)の作製)
下記の混合物を均一になるように攪拌混合した後、孔径5.0μmのフィルタで濾過し、感光性組成物(X-1)を作製した。
中空シリカ粒子(A-1):不揮発分20%液 :60.0部
重合性化合物(B-1) :11.0部
光重合開始剤(C-1) :1.8部
紫外線吸収剤(D-1) :1.0部
バインダ樹脂(E-1-1)液 :10.0部
重合禁止剤(H) :0.02部
レベリング剤(K):不揮発分3% :1.0部
溶剤(N) :15.2部
【0153】
[実施例2~32,34~63、比較例1~5]
(感光性組成物(X-2~32,34~63,65~69)の作製)
表1―1~表1-4に記載した通りの材料種、質量に変更した以外は、実施例1と同様に感光性組成物(X-2~32,34~63,65~69)を作製した。
【0154】
[実施例33]
(感光性組成物(X-33)の作製)
下記の混合物を均一になるように攪拌混合した後、孔径5.0μmのフィルタで濾過し、感光性組成物(X-33)を作製した。
中空シリカ粒子(A-1):不揮発分20%液 :60.0部
重合性化合物(B-1) :11.0部
光重合開始剤(C-1) :1.8部
紫外線吸収剤(D-1) :1.0部
バインダ樹脂(E-1-1)液 :10.0部
熱硬化性化合物(F-1) :1.5部
熱硬化性化合物(F-2) :1.5部
増感剤(G) :0.2部
重合禁止剤(H) :0.02部
酸化防止剤(J) :0.1部
貯蔵安定剤(L) :0.1部
密着性工場剤(M) :0.2部
レベリング剤(K:不揮発分3%) :1.0部
溶剤(N) :11.6部
【0155】
[実施例64]
(感光性組成物(X-64)の作製)
実施例33の「中空シリカ粒子((A-1):不揮発分20%液)」を中空シリカ粒子((A-2):不揮発分20%液)」に変えたこと以外は実施例33と同様に感光性組成物(X-64)を作製した。
【0156】
【0157】
【0158】
【0159】
【0160】
表中の各原料は、以下の通りである。
<重合性化合物(B)>
(B-1)3官能アクリル系単量体
トリメチロールプロパントリアクリレート
[アロニックスM309(東亞合成社製)]
(B-2)アルキレンオキサイド鎖を有するアクリル系単量体
EO変性(12)ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
[KAYARAD DPEA-12(日本化薬社製)]
(B-3)多塩基酸性アクリルオリゴマー
[アロニックスM520(東亞合成社製)]
【0161】
(B-4)ウレタン結合含有単量体
下記方法で合成した多官能ウレタンアクリレート
内容量が1リットル5つ口反応容器に、ペンタエリスリトールトリアクリレート(432部、ヘキサメチレンジイソシアネート84部を仕込み、60℃で8時間反応させ、(メタ)アクリロイル基を有する多官能ウレタンアクリレート(B-4)を含む生成物を得た。生成物中、多官能ウレタンアクリレート(B-4)の占める割合は、70質量%であり、残部を他の光重合性モノマーで占めている。なお、IR分析により反応生成物中にイソシアネート基が存在しないことを確認した。
(B-M1)上記(B-1)と(B-2)を同量混合し、(B-M1)とした。
(B-M2)下記(B-5)~(B-9)を同量混合し、(B-M2)とした。
【0162】
(B-5)2官能のビスフェノールA型(メタ)アクリレート
[ABE-300(新中村化学社製)]
(B-6)エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート
[A-9300(新中村化学社製)]
(B-7)ジペンタエリスリトールペンタアクリレート及びヘキサアクリレートの混合物
[アロニックスM402(東亞合成社製)]
(B-8)トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレート
[アロニックスM350(東亞合成社製)]
(B-9)カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
[KAYARAD DPCA-30(日本化薬社製)]
【0163】
<光重合開始剤(C)>
(C-1)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤
エタン-1-オン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル],1-(O-アセチルオキシム)
[イルガキュアOXE02(BASFジャパン社製)]
(C-2)ジフェニル系オキシムエステル光重合開始剤
1,2-オクタジオン-1-[4-(フェニルチオ)フェニル-、2-(O-ベンゾイルオキシム)]
[イルガキュアOXE01(BASFジャパン社製)]
【0164】
(C-3)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤:下記方法で合成した光重合開始剤
N-ベンゾフェノイルカルバゾール100.0部をクロロホルム1000部に溶解し、さらに塩化アルミニウム85.0部を添加して0℃にて攪拌下、プロピオニルクロリド 32.0部をクロロホルム500部に溶解した溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、25℃で4時間攪拌した。反応液を氷水2000部にあけ、クロロホルム2000部にて抽出した。有機層を硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ別した後、残留物をクロロホルム/メタノールで再結晶を行うことにより、中間体化合物(a1)を113.0部得た。次に、化合物(a1)100.0部と、テトラヒドロフラン1000部と濃塩酸500部の混合溶液に溶解したところに、室温で攪拌下、亜硝酸tert-ブチル38.4部を1時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間攪拌した。反応液を氷水1600部に注ぎ入れ、クロロホルム1600部で抽出した。有機層を水洗(500部×3回)し、硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物をn-ヘキサンで洗浄することにより、前駆体化合物(b1)99.8部を得た。次に、化合物(b1)30.0部を酢酸エチル300部中で攪拌したところに、無水酢酸6.3部、酢酸ナトリウム10.6部を加えて、3時間加熱還流した。その後、反応液を氷水500部中に注ぎ、組成生物を酢酸エチルで抽出し、有機層を水洗(300部×3回)し、硫酸マグネシウムで乾燥後、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物を酢酸エチル-ヘキサンで再結晶して、光重合開始剤(C-3)31.4gを得た。
【0165】
【0166】
(C-4)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤:下記方法で合成した光重合開始剤
N-ベンゾフェノイルカルバゾール100.0部をクロロホルム1000部に溶解し、さらに塩化アルミニウム84.0部を添加して0℃にて攪拌下、ブタノイルクロリド 36.8部をクロロホルム500部に溶解した溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、25℃で4時間攪拌した。反応液を氷水2000部にあけ、クロロホルム2000部にて抽出した。有機層を硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ別した後、残留物をクロロホルム/メタノールで再結晶を行うことにより、中間体化合物(a2)を109.3部得た。次に、化合物(a2)100.0部と、テトラヒドロフラン1000部と濃塩酸500部の混合溶液に溶解したところに、室温で攪拌下、亜硝酸tert-ブチル43.1部を1時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間攪拌した。反応液を氷水1600部に注ぎ入れ、クロロホルム1600部で抽出した。有機層を水洗(500部×3回)し、硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物をn-ヘキサンで洗浄することにより、前駆体化合物(b2)89.3部を得た。次に、化合物(b2)30.0部を酢酸エチル300部中で攪拌したところに、無水酢酸6.1部、酢酸ナトリウム10.3部を加えて、3時間加熱還流した。その後、反応液を氷水500部中に注ぎ、組成生物を酢酸エチルで抽出し、有機層を水洗(300部×3回)し、硫酸マグネシウムで乾燥後、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物を酢酸エチル-ヘキサンで再結晶して、光重合開始剤(C-4)30.0部を得た。
【0167】
【0168】
(C-5)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤:下記方法で合成した光重合開始剤
N-(p-ニトロフェニル)カルバゾール100.0部をクロロホルム1000部に溶解し、さらに塩化アルミニウム101.8部を添加して0℃にて攪拌下、ブタノイルクロリド 44.3部をクロロホルム500部に溶解した溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、25℃で4時間攪拌した。反応液を氷水2000部にあけ、クロロホルム2000部にて抽出した。有機層を硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ別した後、残留物をクロロホルム/メタノールで再結晶を行うことにより、中間体化合物(a3)を113.6部得た。次に、化合物(a3)100.0部と、テトラヒドロフラン1000部と濃塩酸500部の混合溶液に溶解したところに、室温で攪拌下、亜硝酸tert-ブチル43.1部を1時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間攪拌した。反応液を氷水1600部に注ぎ入れ、クロロホルム1500部で抽出した。有機層を水洗(500部×3回)し、硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物をn-ヘキサンで洗浄することにより、前駆体化合物(b3)107.2部を得た。次に、化合物(b3)50.0部を酢酸エチル500部中で攪拌したところに、無水酢酸19.9部、酢酸ナトリウム11.7部を加えて、3時間加熱還流した。その後、反応液を氷水500部中に注ぎ、組成生物を酢酸エチルで抽出し、有機層を水洗(500部×3回)し、硫酸マグネシウムで乾燥後、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物を酢酸エチル-ヘキサンで再結晶して、光重合開始剤(C-5)57.6部を得た。
【0169】
【0170】
(C-6)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤:下記方法で合成した光重合開始剤
N-ベンゾフェノイル-1,3-ジメチル-カルバゾール100.0部をクロロホルム1000部に溶解し、さらに塩化アルミニウム78.6部を添加して0℃にて攪拌下、プロピオニルクロリド29.6部をクロロホルム500部に溶解した溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、25℃で4時間攪拌した。反応液を氷水2000部にあけ、クロロホルム2000部にて抽出した。有機層を硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ別した後、残留物をクロロホルム/メタノールで再結晶を行うことにより、中間体化合物(a4)を111.8部得た。次に、化合物(a4)100.0部と、テトラヒドロフラン1000部と濃塩酸500部の混合溶液に溶解したところに、室温で攪拌下、亜硝酸tert-ブチル35.7部を1時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間攪拌した。反応液を氷水1600部に注ぎ入れ、クロロホルム1600部で抽出した。有機層を水洗(500部×3回)し、硫酸マグネシウムにて乾燥し、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物をn-ヘキサンで洗浄することにより、前駆体化合物(b4)98.3部を得た。次に、化合物(b4)30.0部を酢酸エチル300部中で攪拌したところに、無水酢酸5.9部、酢酸ナトリウム10.0部を加えて、3時間加熱還流した。その後、反応液を氷水500部中に注ぎ、組成生物を酢酸エチルで抽出し、有機層を水洗(300部×3回)し、硫酸マグネシウムで乾燥後、乾燥剤(硫酸マグネシウム)をろ過して溶媒を溜去し、残留物を酢酸エチル-ヘキサンで再結晶して、光重合開始剤(C-6)31.2部を得た。
【0171】
【0172】
(C-7)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤
エタノン1-[9-エチル-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル]-1-[2-メチル-4-(1-メチル-2-メトキシ)エトキシ)フェニル]-1-(O-アセチルオキシム)
[アデカアークルズNCI-831(ADEKA製)]
【0173】
(C-8)カルバゾール系オキシムエステル光重合開始剤
下記構造の光重合開始剤
【化9】
【0174】
(C-M2)上記(C-1)と下記(C-10)を当量混合し、光重合開始剤(C-M2)とした。
【0175】
(C-M3)下記(C-9)~(C-15)を当量混合し、光重合開始剤(C-M3)とした。
(C-9)アルキルフェノン系光重合開始剤
2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン
[Omnirad907(IGM Resins社製)]
(C-10)アルキルフェノン系光重合開始剤
2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン
[Omnirad379(IGM Resins社製)]]
(C-11)アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤
2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド
[Omnirad TPO H(IGM Resins社製)]
(C-12)イミダゾール系光重合開始剤
2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,5,4’,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール[ビイミダゾール(黒金化成社製)]
(C-13)アルキルフェノン系光重合開始剤
p-ジメチルアミノアセトフェノン[DMA(ダイキファイン社製)]
(C-14)アルキルフェノン系光重合開始剤
1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン
[Omnirad 2959(IGM Resins社製)]
(C-15)アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤
ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド
[Omnirad819(IGM Resins社製)]
【0176】
<紫外線吸収剤(D)>
(D-1)ベンゾフェノン系紫外線吸収剤
2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン
[Uvinul3050(BASFジャパン社製)]
(D-2)ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤
2,2’-メチレンビス[4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-6-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェノール]
[KEMISORB 279(ケミプロ化成社製)]
(D-3)ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤
2-(2’-ヒドロキシ-5’-tert-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール
[TINUVIN326(BASFジャパン社製)]
(D-4)ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤
2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール
[TINUVIN900(BASFジャパン社製)]
(D-5)紫外線吸収剤(D-5)を以下の手順で作成した。
3-アニリノアクロレインアニル(13.3部)と、エチルフェニルスルホニルアセテート(14.3部 を無水酢酸(40部)中で85~90 ℃ に2時間加熱する。減圧乾燥下に無水酢酸を除き、エタノール(40部)とジ-n-へキシルアミン(24.1部)を加えて2時間還流した。エタノールを除去し、残渣をカラムクロマトにかけ、精製し、エタノールより再結晶した。
紫外線吸収剤(D-5)
【化10】
【0177】
<熱硬化性化合物(F)>
・エポキシ化合物(F-1)
(F-1-1)2,2’-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物
[EHPE-3150(ダイセル社製)]、
(F-1-2)ソルビトールのグリシジルエーテル化エポキシ化合物
[デナコールEX611(ナガセケムテックス社製)]、
(F-1-3)イソシアヌル酸トリグリシジル
(F-1-1)~(F-1-3)をそれぞれ同量混合し、エポキシ化合物(F-1)とした。
・オキセタン化合物(F-2):
3-エチル-3-[(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシメチル]オキセタン
[アロンオキセタンOXT-221(東亞合成社製)]
【0178】
<増感剤(G) >
(G-1)2,4-ジエチルチオキサントン[カヤキュアDETX-S(日本化薬社製)]
(G-2)4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン[CHEMARK DEABP(Chemark Chemical社製)]
以上、(G-1)(G-2)をそれぞれ同量にて混合し、増感剤(G)とした。
【0179】
<重合禁止剤(H)>
(H-1)3-メチルカテコール
(H-2)メチルヒドロキノン
(H-3)tert-ブチルヒドロキノン
以上、(H-1)~(H-3)をそれぞれ同量にて混合し、重合禁止剤(H)とした。
【0180】
<連鎖移動剤(I)>
(I-1)2級チオール4個含有チオール:ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)
(I-2)2級チオール3個含有チオール:トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)
(I-3)1級チオール4個含有チオール:ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)
【0181】
<酸化防止剤(J)>
(J-1)ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート
(J-2)3,3’-チオジプロパン酸ジオクタデシル
(J-3)トリス[2,4-ジ-(tert)-ブチルフェニル]ホスフィン
(J-4)ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート
(J-5)サリチル酸p-オクチルフェニル
以上、(J-1)~(J-5)をそれぞれ同量にて混合し、酸化防止剤(J)とした。
【0182】
<レベリング剤(K)>
東レ・ダウコーニング社製「FZ-2122」 1部、
ビックケミー社製「BYK-330」 1部、
DIC社製「メガファックF-551」 1部、
をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート97部に溶解させた混合溶液。
【0183】
<貯蔵安定剤(L)>
(L-1)2,6-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-メチルフェノール
(本州化学工業社製「BHT」)
(L-2)トリフェニルホスフィン
(北興化学工業社製「TPP」)
以上、(L-1)(L-2)をそれぞれ同量にて混合し、貯蔵安定剤(L)とした。
【0184】
<密着向上剤(M)>
(M-1)3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
[信越シリコーン シランカップリング剤KBM-403(信越化学工業社製)]
(M-2)3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン
[信越シリコーン シランカップリング剤KBE-503(信越化学工業社製)]
(M-3)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
[信越シリコーン シランカップリング剤KBM-603(信越化学工業社製)]
(M-4)3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン
[信越シリコーン シランカップリング剤KBM-803(信越化学工業社製)]
以上、(M-1)~(M-4)をそれぞれ同量にて混合し、シランカップリング剤(M)とした。
【0185】
<溶剤(N) >
(N-1)PGMAc 30部
(N-2)シクロヘキサノン 30部
(N-3)3-エトキシプロピオン酸エチル 10部
(N-4)プロピレングリコールモノメチルエーテル 10部
(N-5)シクロヘキサノールアセテート 10部
(N-6)ジプロプレングリコールメチルエーテルアセテート 10部
以上、(N-1)~(N-6)をそれぞれ上記質量部にて混合し、溶剤(N)とした。
【0186】
<感光性組成物の評価>
感光性組成物(X-1~69)について、各試験を下記の評価基板についてそれぞれの評価を行った。試験の結果を表2に示す。
(評価基板の作成)
評価基板は、感光性組成物をシリコンウエハ上に、スピンコーターを用いて乾燥膜厚が2.0μmとなるように回転塗工し、100℃で5分乾燥した。次に、得られた被膜に対して、20μm四方と400μm四方の正方パターンマスクパターンを配列したフォトマスクを介してi線の照度300mW/cm2の超高圧水銀灯にて2000mJ/cm2の露光を行った。 パターン露光された被膜に対して、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)の0.30%水溶液を用いて、未露光部を現像した後、純水にて水洗を行なった。その後、水滴を高圧のエアーで飛ばし、基板を自然乾燥させ、100℃で20分間、ホットプレートでポストベーク処理し、シリコンウエハ上に硬化膜のパターンを形成した。
(評価基準)
尚、各評価基準は以下の通り。
4:優れているレベル。
3:良好なレベル。
2:実用可レベル。
1:実用不可レベル。
【0187】
<現像液耐性評価>
前記「評価基板の作成」で作成したシリコンウエハ上の400μm四方の正方パターンが形成された部分の膜厚を測定した。被膜の膜厚は、Dektak3030(日本真空技術社製)を用いて行った。その後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)の2.38%水溶液に5分間浸漬し、再び膜厚を測定し、膜厚変化を評価した。評価のランクは次の通りである。
4:膜厚変化が0.5%以上、1.0%未満
3:膜厚変化が1.0%以上、3.0%未満
2:膜厚変化が3.0%以上、5.0%未満
1:膜厚変化が5.0%以上
【0188】
<パターン解像性評価>
前記評価基板を電子顕微鏡を用いて観察し、20μmの正方ピクセルパターンの解像を確認した。評価基準は以下の通りである。
4:パターンの解像が認められ、残渣付着無
3:パターンの解像が認められ、わずかに残渣の付着がある
2:パターンの解像が認められ、残渣の付着がある。
1:未露光部の溶解が不十分でパターンが解像されない、または、パターン形成が確認できない
【0189】
<パターン直線性評価>
前記評価基板を使用して、電子顕微鏡を用いて観察して評価を行った。評価基準は以下の通りである。
3:パターンの直線部にカケがない。
2:パターンの直線部の一部にカケがある。
1:パターンの直線部に多数のカケがある
【0190】
<表面荒れ>
前記評価基板を使用して、膜部分について電子顕微鏡を用いて表面荒れの有無を以下の基準で評価した。
3:表面荒れ無し
2:わずかに表面荒れがある。
1:表面荒れ有り
【0191】
【0192】
【0193】
表2-1および表2-2の結果より、本発明の感光性組成物を使用した実施例は、現像液耐性が優れ、パターン直線性、表面荒れ、および解像性が良好な微細パターンの低屈折率膜を形成できることが分かった。
一方、適量の紫外線吸収剤を含まない比較例1~3、ならびにオキシムエステル系光重合開始剤を含まない比較例4および5は、上記効果を同時に満たすことは出来なかった(表2中、比較例のパターン直線性と表面荒れに関しては、パターンが解像しなかったため評価できなかったため「測定不可」とした)。