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(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】P2024091503
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】感光性樹脂組成物及びその硬化膜
(51)【国際特許分類】
   G03F 7/004 20060101AFI20240627BHJP
【FI】
G03F7/004 501
G03F7/004 503Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023208236
(22)【出願日】2023-12-11
(31)【優先権主張番号】10-2022-0183068
(32)【優先日】2022-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】509266480
【氏名又は名称】デュポン スペシャルティ マテリアルズ コリア リミテッド
【氏名又は名称原語表記】DUPONT SPECIALTY MATERIALS KOREA LTD.
(74)【代理人】
【識別番号】110000589
【氏名又は名称】弁理士法人センダ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キム スン-クン
【テーマコード(参考)】
2H225
【Fターム(参考)】
2H225AC35
2H225AC36
2H225AC54
2H225AD06
2H225AD18
2H225AE13P
2H225AF83P
2H225AM86P
2H225AN02P
2H225AN39P
2H225AN56P
2H225AN65P
2H225AN72P
2H225AN84P
2H225BA05P
2H225BA13P
2H225BA33P
2H225CA11
2H225CA21
2H225CB02
2H225CC01
2H225CC13
(57)【要約】
【課題】 感光性樹脂組成物及びその硬化膜を提供する。
【解決手段】 本発明の低温硬化性の感光性樹脂組成物は、式1の酸二無水物を含むため、低温でも微細パターンを形成することが可能であり、及びそれから調製された硬化膜は、優れた硬度、透明性及び耐薬品性を有し、液晶ディスプレイデバイス、有機ELディスプレイデバイスなどに使用され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
低温硬化性の感光性樹脂組成物であって、
(A)コポリマー;
(B)光重合性化合物;
(C)光重合開始剤;
(D)硬化剤;及び
(E)溶媒
を含み、前記硬化剤は、以下の式1:
【化1】

(式1において、Xは、4~8つの炭素原子を有する置換又は非置換芳香族又は脂肪族環である)
によって表される化合物を含む、低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項2】
式1によって表される前記化合物は、式1-a~1-d:
【化2】

からなる群から選択される1つ又は複数を含む、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項3】
前記硬化剤(D)は、前記低温硬化性の感光性樹脂組成物の固形分重量に基づいて2重量%~70重量%の量で用いられる、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項4】
前記硬化剤(D)は、チオール化合物を更に含む、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項5】
前記チオール化合物は、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-メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトブチレート)、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)、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)、ジ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)、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート結合超分岐アクリレート、グリコールウリル誘導体及びジメルカプトコハク酸からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項4に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項6】
前記低温硬化性の感光性樹脂組成物の固形分重量を基準として1重量%~30重量%の、式1によって表される前記化合物と;5重量%~40重量%の前記チオール化合物とを含む、請求項4に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項7】
式1によって表される前記化合物と前記チオール化合物との重量比は、1:1~1:10である、請求項6に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項8】
式1において、Xは、6つの炭素原子を有する芳香族環であり、及び式1によって表される前記化合物と前記チオール化合物との重量比は、1:1~1:4である、請求項6に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項9】
式1において、Xは、3~8つの炭素原子を有する脂肪族環であり、及び式1によって表される前記化合物と前記チオール化合物との重量比は、1:4~1:10である、請求項6に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項10】
前記コポリマー(A)は、(a1)酸基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位と;(a2)エポキシ基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位と;(a3)(a1)及び(a2)と異なる不飽和モノマーに由来する構造単位とからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項11】
エポキシ基を含有する不飽和化合物に由来する前記構造単位(a2)は、脂環式エポキシ基、非脂環式エポキシ基又は両方を含む、請求項10に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項12】
前記溶媒は、アルキルピロリドン、ラクトン、グリコールエーテル及びエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項13】
前記溶媒は、第1の溶媒及び第2の溶媒を含み、前記第1の溶媒は、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートを含み、前記第2の溶媒は、アルキルピロリドンを含み、及び前記第1の溶媒と前記第2の溶媒との重量比は、50:50~95:5である、請求項12に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項14】
エポキシ化合物、エポキシ樹脂に由来する化合物、架橋剤、熱酸発生剤、酸化防止剤、界面活性剤、表面平滑化剤、光酸発生剤、脱酸素剤、UV遮断剤、接着助剤及び光安定剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を更に含む、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項15】
光酸発生剤(PAG)を更に含み、及び前記光酸発生剤は、N-ヒドロキシナフタルイミドトリフレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(p-tert-ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(p-tert-ブトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp-トルエンスルホネート、ジ-t-ブチルフェニルヨードニウムパーフルオロブタンスルホネート、ジ-t-ブチルフェニルヨードニウムカンファースルホネート、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル))-1,3,5-トリアジン、2-ニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、2,6-ジニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、2,4-ジニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、1,2,3-トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3-トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3-トリス(p-トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、N-ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル及び2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジンからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項14に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項16】
50℃~100℃の硬化温度を有する、請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物。
【請求項17】
請求項1に記載の低温硬化性の感光性樹脂組成物から調製される硬化膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感光性樹脂組成物及びその硬化膜に関する。より具体的には、本発明は、低温の硬化条件下でも優れた反応性を有する感光性樹脂組成物及びそれから得られる硬化膜に関する。
【背景技術】
【0002】
ディスプレイ分野では、感光性樹脂組成物は、フォトレジスト、絶縁膜、保護膜、ブラックマトリックス及びカラムスペーサーなどの様々な光硬化性パターンを形成するために使用される。具体的には、感光性樹脂組成物は、フォトリソグラフィープロセスによって選択的に露光及び現像されて、所望の光硬化パターンを形成する。プロセスにおける収量を高め、且つ上述のプロセスで塗布される対象の物性を向上させるために、高感度を有する感光性樹脂組成物が必要である。
【0003】
感光性樹脂組成物でのパターン形成は、フォトリソグラフィー、即ち光反応によって生じるポリマーの極性変化及び架橋反応によって実施される。特に、露光後のアルカリ水溶液などの溶媒に対する溶解性の変化を利用する。
【0004】
感光性樹脂組成物でのパターン形成は、光増感部分の溶解性に応じてポジ型とネガ型とに分類される。ポジ型フォトレジストでは、露光部分は、現像液によって溶かされてパターンを形成する。ネガ型フォトレジストでは、露光部分は、現像液によって溶かされず、非露光部分が溶かされてパターンを形成する。ポジ型とネガ型とは、バインダ樹脂、架橋剤などにおいて互いに異なる。
【0005】
近年、フレキシブルタッチスクリーンの使用が爆発的に増加するにつれて、タッチスクリーンに使用される様々なフレキシブル基板の開発が進んでいる。この用途に使用される材料は、可撓性高分子材料にも限定されるため、その製造プロセスもより温和な条件下で行われることが求められる。
【0006】
したがって、高温での従来の硬化よりむしろ低温での硬化の必要性が感光性樹脂組成物の硬化条件として明らかになっている。低温での硬化プロセスは、感光性樹脂組成物の反応性が減少して、形成したパターンの耐久性が劣っている点で問題を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】韓国特許出願公開第2007-0079608号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、低温の硬化条件下でも優れた反応性を有する感光性樹脂組成物及び液晶ディスプレイデバイス、有機ELディスプレイデバイスなどに使用される硬化膜を提供することである。
【0009】
具体的には、本発明の目的は、約60~90℃の低温でも約20μm以下の微細パターンを形成できる感光性樹脂組成物及びそれから調製され、且つ優れた透明性及び耐薬品性を有する硬化膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述の目的を実現するために、本発明は、低温硬化性の感光性樹脂組成物であって、(A)コポリマー;(B)光重合性化合物;(C)光重合開始剤;(D)硬化剤;及び(E)溶媒を含み、硬化剤は、以下の式1:
【化1】

によって表される化合物を含む、低温硬化性の感光性樹脂組成物を提供する。
【0011】
式1において、Xは、4~8つの炭素原子を有する置換又は非置換芳香族又は脂肪族環である。
【0012】
加えて、本発明は、低温硬化性の感光性樹脂組成物から形成される硬化膜を提供する。
【0013】
発明の有利な効果
本発明の低温硬化性の感光性樹脂組成物は、式1の酸二無水物を含むため、反応性が低温の硬化条件下で向上し、それにより約60~90℃の低温でも約20μm以下の微細パターンを形成することが可能であり、及びそれから調製された硬化膜は、優れた硬度、透明性及び耐薬品性を有する。
【0014】
したがって、本発明による低温硬化性の感光性樹脂組成物は、液晶ディスプレイデバイス、有機ELディスプレイデバイスなどに使用される硬化膜又は有機絶縁膜を調製するために使用され得る。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下では、本発明がより詳細に説明される。
【0016】
本発明は、以下の記述に限定されない。むしろ、それは、本発明の趣旨が変更されない限り、様々な形態に修正され得る。
【0017】
本明細書の全体にわたり、ある部分がある要素を「含む」と言われる場合、特に明記しない限り、他の要素が除外されるよりもむしろ、他の要素が含まれ得ると理解される。加えて、本明細書で用いられる成分の量、反応条件等に関する全ての数字及び表現は、特に明記しない限り、用語「約」で修飾されていると理解されるべきである。
【0018】
本明細書で用いる場合、用語「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び/又は「メタクリル」を指し、用語「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」及び/又は「メタクリレート」を指す。
【0019】
下記のそれぞれの成分の重量平均分子量は、ポリスチレン標準を基準とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、溶離剤:テトラヒドロフラン)により測定される重量平均分子量を指す。典型的には、それは、単位を伴わないが、g/モル又はDaの単位を有すると理解され得る。
【0020】
本発明の低温硬化性の感光性樹脂組成物は、(A)コポリマー;(B)光重合性化合物;(C)光重合開始剤;(D)硬化剤;及び(E)溶媒を含む。
【0021】
加えて、本発明の低温硬化性の感光性樹脂組成物は、エポキシ化合物、エポキシ樹脂に由来する化合物、架橋剤、熱酸発生剤、酸化防止剤、界面活性剤、表面平滑化剤、光酸発生剤、脱酸素剤、UV遮断剤、接着助剤及び光安定剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を更に含み得る。
【0022】
以下では、本発明の感光性樹脂組成物の各成分が詳細に説明される。
【0023】
(A)コポリマー
本発明による感光性樹脂組成物は、コポリマー(A)を含む。
【0024】
コポリマーは、現像ステップで現像性を達成するためのアルカリ可溶性樹脂であり、コーティング時に膜を形成するためのベース及び最終パターンを形成するための構造体の役割も果たす。
【0025】
コポリマー(A)は、(a1)酸基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位と;(a2)エポキシ基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位と;(a3)(a1)及び(a2)と異なる不飽和モノマーに由来する構造単位とからなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。
【0026】
(a1)酸基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位
構造単位(a1)は、酸基を含有する不飽和モノマーに由来し得る。具体的には、構造単位(a1)は、エチレン性不飽和カルボン酸、エチレン性不飽和カルボン酸無水物又はこれらの組み合わせに由来し得る。
【0027】
エチレン性不飽和カルボン酸、エチレン性不飽和カルボン酸無水物又はそれらの組み合せは、分子中に少なくとも1つのカルボキシル基を含有する重合性不飽和化合物である。これは、不飽和モノカルボン酸、例えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α-クロロアクリル酸及びケイ皮酸、不飽和ジカルボン酸及びその無水物、例えばマレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、イタコン酸無水物、シトラコン酸、シトラコン酸無水物及びメサコン酸、3以上の原子価を有する不飽和ポリカルボン酸及びその無水物並びに二価以上の原子価のポリカルボン酸のモノ[(メタ)アクリロイルオキシアルキル]エステル、例えばモノ[2-(メタ)アクリロイルオキシエチル]スクシネート、モノ[2-(メタ)アクリロイルオキシエチル]フタレートなどから選択される少なくとも1つであり得る。しかし、これは、それらに限定されない。特に現像性の観点から、その中でも(メタ)アクリル酸が好ましい場合がある。
【0028】
構造単位(a1)の含有量は、コポリマー(A)を構成する構造単位の総モル数を基準として5モル%~50モル%、10モル%~40モル%又は15~35モル%であり得る。上述の範囲内では、有利な現像性を維持しながら、膜のパターン形成を実現することが可能である。
【0029】
(a2)エポキシ基を含有する不飽和化合物に由来する構造単位
構造単位(a2)は、エポキシ基を含有する不飽和化合物に由来し得る。
【0030】
エポキシ基を含有する不飽和化合物に由来する構造単位(a2)は、脂環式エポキシ基、非脂環式エポキシ基又は両方を含み得る。
【0031】
具体的には、構造単位(a2)は、(a2-1)以下の式a1によって表される脂環式エポキシ基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位と、(a2-2)以下の式a2によって表される非環式エポキシ基を含有する不飽和モノマーに由来する構造単位とを含み得る。
【化2】
【0032】
式a1及びa2において、Rは、互いに独立して、水素又はC1~4アルキルであり、及びRは、互いに独立して、C1~6アルキレンである。
【0033】
具体的には、式a1及びa2において、Rは、互いに独立して、水素又はメチルであり、及びRは、互いに独立して、C1~4アルキレンである。
【0034】
より具体的には、脂環式エポキシ基を含有する不飽和モノマーは、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート又は3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレートであり得る。加えて、非脂環式エポキシ基を含有する不飽和モノマーは、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートであり得る。
【0035】
構造単位(a2)は、構造単位(a2-1)及び(a2-2)のいずれか1つ又は両方を含み得る。
【0036】
例えば、構造単位(a2-1)及び(a2-2)のモル比は、50~99:50~1、50~90:50~10、50~85:50~15、50~80:50~20又は50~75:50~25である。上述の範囲内では、室温での経時安定性、耐熱性、耐薬品性及びパターン形成が更に向上し得る。
【0037】
構造単位(a2)の含有量は、コポリマー(A)の構造単位の総モル数に基づいて5モル%~50モル%、10モル%~50モル%、10モル%~45モル%、10モル%~40モル%、10モル%~30モル%、10モル%~20モル%、15モル%~50モル%、15モル%~45モル%、15モル~40モル%、15モル%~30モル%又は15モル%~20モル%であり得る。上述の範囲内では、本組成物の貯蔵安定性及びフィルム保持率が更に向上し得る。
【0038】
(a3)(a1)及び(a2)と異なる不飽和化合物に由来する構造単位
本発明の構造単位(a3)は、構造単位(a1)及び(a2)と異なる不飽和化合物に由来し得る。
【0039】
具体的には、構造単位(a3)は、芳香族環を有するエチレン性不飽和化合物、例えばフェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2-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、p-ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、p-ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、トリエチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、ヘプチルスチレン、オクチルスチレン、フルオロスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ヨードスチレン、メトキシスチレン、エトキシスチレン、プロポキシスチレン、p-ヒドロキシ-α-メチルスチレン、アセチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン、ビニルフェノール、o-ビニルベンジルメチルエーテル、m-ビニルベンジルメチルエーテル及びp-ビニルベンジルメチルエーテル、不飽和カルボン酸エステル、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、ブチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(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、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、2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル(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、グリセロール(メタ)アクリレート、メチルα-ヒドロキシメチルアクリレート、エチルα-ヒドロキシメチルアクリレート、プロピルα-ヒドロキシメチルアクリレート、ブチルα-ヒドロキシメチルアクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート及びジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、N-ビニル基を含むN-ビニル三級アミン、例えばN-ビニルピロリドン、N-ビニルカルバゾール及びN-ビニルモルホリン、不飽和エーテル、例えばビニルメチルエーテル及びビニルエチルエーテル並びに不飽和イミド、例えばN-フェニルマレイミド、N-(4-クロロフェニル)マレイミド、N-(4-ヒドロキシフェニル)マレイミド及びN-シクロヘキシルマレイミドからなる群から選択される少なくとも1つであり得る。
【0040】
構造単位(a3)の総含有量は、コポリマー(A)の構造単位の総モル数に基づいて5モル%~70モル%、5モル%~65モル%、10モル%~70モル%、10モル%~65モル%、10モル%~60モル%、20モル%~65モル%、20モル%~55モル%、30モル%~65モル%、30モル%~60モル%、30モル%~55モル%、40モル%~65モル%、40モル~60モル%、40モル%~55モル%又は40モル%~50%の範囲であり得る。上述の範囲内では、コポリマー(A)の反応性を制御し、その溶解度を高めることが可能であり、結果として感光性樹脂組成物の被覆性が著しく向上する。
【0041】
コポリマー(A)は、個々の構造単位を提供する化合物のそれぞれを配合し、分子量制御剤、重合開始剤、溶媒などを添加した後、そこに窒素を装入し、重合するために混合物をゆっくりと撹拌することにより調製することができる。
【0042】
分子量制御剤は、ブチルメルカプタン、オクチルメルカプタン、ラウリルメルカプタンなどのメルカプタン化合物又はα-メチルスチレン二量体であり得る、これは、特にそれらに限定されない。重合開始剤は、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)及び2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)などのアゾ化合物;又はベンゾイルパーオキシド;ラウリルパーオキシド;t-ブチルパーオキシピバレート;又は1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサンなどであり得るが、それらに限定されない。重合開始剤は、単独で又はそれらの2つ以上の組み合わせで使用され得る。加えて、溶媒は、アクリルコポリマーの調製に一般的に使用される任意の溶媒であり得る。それは、好ましくは、メチル3-メトキシプロピオネート又はプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)であり得る。
【0043】
重合反応中に反応条件をより穏やかに維持する一方で反応時間をより長く保つことにより、未反応モノマーの残留量を低減させることが可能である。反応条件及び反応時間は、特に限定されない。例えば、反応温度は、従来の温度より低い温度、例えば室温~60℃又は室温~65℃に調節され得る。そのとき、反応時間は、十分な反応が行われるまで維持されるべきである。
【0044】
コポリマー(A)の重量平均分子量は、4,000~20,000、具体的には5,000~15,000であり得る。上述の分子量の範囲内では、パターンプロファイルをより有利にすることができる。
【0045】
コポリマー(A)の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形分重量を基準として10重量%~80重量%、具体的には10重量%~60重量%、10重量%~50重量%、20重量%~50重量%、10重量%~30重量%又は30重量%~60重量%であり得る。上述の範囲内では、現像時のパターンプロファイルを有利にすることができ、且つ膜保持率及び耐薬品性のような特性を向上させることができる。
【0046】
(B)光重合性化合物
本発明で用いられる光重合性化合物(モノマー)は、光重合開始剤の作用により重合可能な化合物である。具体的には、光重合性化合物は、二重結合を有する単官能性化合物又は多官能性化合物であり得る。特に、それは、少なくとも1つのエチレン性不飽和二重結合を有する単官能性又は多官能性エステル化合物であり得る。これは、耐薬品性の観点から、少なくとも2つの官能基を有する多官能性化合物であり得る。
【0047】
重合性化合物は、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、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、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(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、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トリ(メタ)アクリレートとコハク酸とのモノエステル、ペンタエリスリトールテトラ(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)アクリレートとコハク酸とのモノエステル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート-ヘキサメチレンジイソシアネート(ペンタエリスリトールトリアクリレートとヘキサメチレンジイソシアネートとの反応生成物)、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエポキシアクリレート及びエチレングリコールモノメチルエーテルアクリレートからなる群から選択される少なくとも1つであり得るが、それらに限定されない。
【0048】
加えて、それには、直鎖アルキレン基及び脂環式構造を有する化合物を2つ以上のイソシアネート基と反応させることによって得られる多官能性ウレタンアクリレート化合物並びに分子中に1つ以上のヒドロキシル基と3、4又は5つのアクリロイルオキシ基及び/又はメタクリロイルオキシ基とを有する化合物が含まれ得るが、それらに限定されない。
【0049】
市販されている光重合性化合物の例としては、以下のものが挙げられる:単官能性(メタ)アクリレート、例えばAronix M-101、M-111及びM-114(東亞合成株式会社製)、KAYARAD T4-110S及びT4-120S(日本化薬株式会社製)並びにV-158及びV-2311(大阪有機化学工業株式会社製);二官能性(メタ)アクリレート、例えばAronix M-210、M-240及びM-6200(東亞合成株式会社製)、KAYARAD HDDA、HX-220及びR-604(日本化薬株式会社製)並びにV-260、V-312及びV-335HP(大阪有機化学工業株式会社製);並びにトリ-及びそれより高級な(メタ)アクリレート、例えばAronix M-309、M-400、M-403、M-405、M-450、M-7100、M-8030、M-8060及びTO-1382(東亞合成株式会社製)、KAYARAD TMPTA、DPHA、DPHA-40H、DPCA-20、DPCA-30、DPCA-60及びDPC1-120(日本化薬株式会社製)並びにV-295、V-300、V-360、V-GPT、V-3PA、V-400及びV-802(大阪有機化学工業株式会社製)。
【0050】
光重合性化合物(B)の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形分の重量を基準として10重量%~80重量%、具体的には20重量%~80重量%、30重量%~70重量%、10重量%~60重量%又は10重量%~50重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、現像時のパターンプロファイルは、良好であり、パターンのサイズは、容易に調節でき、且つ膜保持率などの特性を向上させることができる。
【0051】
(C)光重合開始剤
光重合開始剤は、可視光、紫外線、深紫外線などによって硬化することができるモノマーの重合を開始するのに役立つ。
【0052】
光重合開始剤は、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、オニウム塩系化合物、ベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、多核キノン系化合物、チオキサントン系化合物、ジアゾ系化合物、イミドスルホネート系化合物、オキシム系化合物、カルバゾール系化合物、スルホニウムボレート系化合物、ケトン系化合物及びこれらの混合物からなる群から選択され得る。具体的には、光重合開始剤は、オキシム系化合物、トリアジン系化合物又はケトン系化合物からなる群から選択される少なくとも1つであり得る。より具体的には、光重合開始剤は、オキシム系化合物とトリアジン系化合物との組み合わせ又はオキシム系化合物と、トリアジン系化合物と、ケトン系化合物との組み合わせであり得る。
【0053】
光重合開始剤の具体的な例としては、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、ベンゾイルパーオキシド、ラウリルパーオキシド、t-ブチルパーオキシピバレート、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、2-ベンジル-2-(ジメチルアミノ)-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフェノン、ベンゾインプロピルエーテル、ジエチルチオキサントン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-p-メトキシフェニル-s-トリアジン、2-トリクロロメチル-5-スチリル-1,3,4-オキサジアゾール、9-フェニルアクリジン、3-メチル-5-アミノ-((s-トリアジン-2-イル)アミノ)-3-フェニルクマリン、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジフェニルイミダゾイルダイマー、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-オクタン-1,2-ジオン-2-(o-ベンゾイルオキシム)、o-ベンゾイル-4’-(ベンズメルカプト)ベンゾイル-ヘキシル-ケトキシム、2,4,6-トリメチルフェニルカルボニル-ジフェニルホスホニルオキシド、ヘキサフルオロホスホロ-トリアルキルフェニルスルホニウム塩、2-メルカプトベンゾイミダゾール、2,2’-ベンゾチアゾリルジスルフィド、(E)-2-(4-スチリルフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルホリン-4-イルフェニル)-ブタン-1-オン及びそれらの混合物を挙げることができるが、それらに限定されない。
【0054】
参考として、市販のオキシム系光重合開始剤の例としては、SPI-03(Samyang)、OXE-01(BASF)、OXE-02(BASF)、OXE-03(BASF)、N-1919(ADEKA)、NCI-930(ADEKA)及びNCI-831(ADEKA)が挙げられる。加えて、市販のトリアジン系光重合開始剤の例としては、Triazine-Y(Tronly)及びTriazine-Y(Pharmasynthese)が挙げられる。
【0055】
光重合開始剤は、コポリマー(A)100重量部を基準として(固形分基準)10~30重量部、10~25重量部、10~20重量部又は10~18重量部の量で用いられ得る。
【0056】
光重合開始剤(C)の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形分の重量を基準として0.1~5重量%、具体的には0.1~3重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、優れた現像性及びコーティング膜特性と共に高感度を実現することができる。
【0057】
(D)硬化剤
本発明による感光性樹脂組成物は、硬化剤(D)を含む。
【0058】
一実施形態では、硬化剤(D)は、酸二無水物、具体的には以下の式1によって表される化合物を含む。
【化3】
【0059】
式1において、Xは、4~8つの炭素原子を有する置換又は非置換芳香族又は脂肪族環である。
【0060】
式1に示すように、Xは、両側で無水物環に連結した4価の環ラジカルである。Xは、例えば、その主鎖にヘテロ原子を含有しない単環又は炭素環であり得る。Xは、具体的には、ベンゼン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環又はシクロオクタン環であり得る。
【0061】
Xは、1つ若しくは複数の追加の置換基を有し得るか、又は個々の置換基を伴わなくてもよい。例えば、Xは、非置換環又はハロゲン、ヒドロキシル、1~6つの炭素原子を有するアルキル及び1~6つの炭素原子を有するアルコキシからなる群から選択される1つ若しくは複数で置換された環であり得る。
【0062】
式1の化合物は、UV照射又は熱反応による光硬化転化率を増大させることができ、且つ熱反応による反応エネルギーを低下させることによりエポキシ転化率を増大させることができる。具体的には、式1の化合物とエポキシ樹脂との反応において、エポキシ環は、ヒドロキシル基などの活性水素供与基の存在下で開環し、架橋反応が進行しながらエステル化が起こる。この反応により、分子量が増大し、それにより機械物性を高め得、結果として優れた耐薬品性及び耐水性をもたらす。
【0063】
本発明の感光性樹脂組成物は、式1の化合物を含むため、それが架橋能力を向上させ、その結果、本発明の感光性樹脂組成物は、低温で又は短時間内で硬化することができ、且つ微細パターンを形成することができる。したがって、この感光性樹脂組成物は、感光性材料にとって有用である。
【0064】
具体的な例として、式1によって表される化合物は、ピロメリット酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物及び1,2,3,4-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物からなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。即ち、式1によって表される化合物は、式1-a~1-dからなる群から選択される1つ又は複数を含み得る。
【化4】
【0065】
式1によって表される化合物(式1-a~1-dの1つ又は複数の化合物)の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の固形分の重量を基準として1重量%以上、2重量%以上、3重量%以上又は5重量%以上且つ40重量%以下、30重量%以下、20重量%以下又は10重量%以下であり得る。例として、式1によって表される化合物の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分の重量を基準として1重量%~30重量%、より具体的には1重量%~10重量%であり得る。上述の範囲内では、現像時のパターンプロファイルを有利にすることができ、また膜硬度及び低温硬化時の耐薬品性のような特性を更に向上させることができる。
【0066】
別の実施形態では、硬化剤(D)は、チオール化合物を更に含み得る。
【0067】
チオール化合物は、UV照射又は熱反応による光硬化転化率を増大させることができ、且つ熱反応による反応エネルギーを低下させることによりエポキシ転化率を増大させることができる。チオール化合物は、酸素によるラジカルの消滅を防止する。チオール化合物は、光重合性化合物(B)での架橋作用により架橋度を増大させ、それにより低温でも硬化度を向上させることによって構造をより密にもする。
【0068】
チオール化合物は、脂肪族チオール化合物又は芳香族チオール化合物であり得、且つ1分子中に2つ以上のメルカプト基を有する化合物であり得る。
【0069】
脂肪族チオール化合物の例として、下記が挙げられ得る:メタンジチオール、1,2-エタンジチオール、1,2-プロパンジチオール、1,3-プロパンジチオール、1,4-ブタンジチオール、1,5-ペンタンジチオール、1,6-ヘキサンジチオール、1,2-シクロヘキサンジチオール、3,4-ジメトキシブタン-1,2-ジチオール、2-メチルシクロヘキサン-2,3-ジチオール、1,2-ジメルカプトプロピルメチルエーテル、2,3-ジメルカプトプロピルメチルエーテル、ビス(2-メルカプトエチル)エーテル、テトラキス(メルカプトメチル)メタン、ビス(メルカプトメチル)スルフィド、ビス(メルカプトメチル)ジスルフィド、ビス(メルカプトエチル)スルフィド、ビス(メルカプトエチル)ジスルフィド、ビス(メルカプトメチルチオ)メタン、ビス(2-メルカプトエチルチオ)メタン、1,2-ビス(2-メルカプトメチルチオ)エタン、1,2-ビス(2-メルカプトエチルチオ)エタン、1,3-ビス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,3-ビス(2-メルカプトエチルチオ)プロパン、1,2,3-トリス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,2,3-トリス(2-メルカプトエチルチオ)プロパン、1,2,3-トリス(3-メルカプトプロピルチオ)プロパン、4-メルカプトメチル-1,8-ジメルカプト-3,6-ジチアオクタン、5,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、4,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、4,8-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、1,1,3,3-テトラキス(メルカプトメチルチオ)プロパン、4,6-ビス(メルカプトメチルチオ)-1,3-ジチアン、2-(2,2-ビス(メルカプトメチルチオ)エチル)-1,3-ジチエタン、テトラキス(メルカプトメチルチオメチル)メタン、テトラキス(2-メルカプトエチルチオメチル)メタン、ビス(2,3-ジメルカプトプロピル)スルフィド、2,5-ビスメルカプトメチル-1,4-ジチアン、エチレングリコールビス(2-メルカプトアセテート)、エチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(2-メルカプトアセテート)、ジエチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、2,3-ジメルカプト-1-プロパノール(3-メルカプトプロピオネート)、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールビス(2-メルカプトアセテート)、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールジ(3-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(2-メルカプトアセテート)、ジトリメチロールプロパンテトラキス(2-メルカプトアセテート)、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)、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールエタントリス(2-メルカプトアセテート)、トリメチロールエタントリス(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(2-メルカプトアセテート)、ジペンタエリスリトールヘキサ(2-メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールジ(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールトリス(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(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(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-メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトブチレート)、ジ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)、ジペンタエリスリトールヘキサ(3-メルカプトプロピオネート)、グリセリンジ(2-メルカプトアセテート)、グリセリントリス(2-メルカプトアセテート)、グリセリンジ(3-メルカプトプロピオネート)、グリセリントリス(3-メルカプトプロピオネート)、1,4-シクロヘキサンジオールビス(2-メルカプトアセテート)、1,4-シクロヘキサンジオールビス(3-メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシメチルスルフィドビス(2-メルカプトアセテート)、ヒドロキシメチルスルフィドビス(3-メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシエチルスルフィド(2-メルカプトアセテート)、ヒドロキシエチルスルフィド(3-メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシメチルジスルフィド(2-メルカプトアセテート)、ヒドロキシメチルジスルフィド(3-メルカプトプロピオネート)、チオグリコール酸ビス(2-メルカプトエチルエステル)、チオジプロピオン酸ビス(2-メルカプトエチルエステル)、N,N’,N”-トリス(β-メルカプトプロピルカルボニルオキシエチル)イソシアヌレート、グリコールウリル誘導体及びジメルカプトコハク酸。
【0070】
芳香族チオール化合物の例としては、1,2-ジメルカプトベンゼン、1,3-ジメルカプトベンゼン、1,4-ジメルカプトベンゼン、1,2-ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,4-ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2-ビス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,4-ビス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,3-トリメルカプトベンゼン、1,2,4-トリメルカプトベンゼン、1,3,5-トリメルカプトベンゼン、1,2,3-トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,4-トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,3,5-トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,3-トリス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,3,5-トリス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,4-トリス(メルカプトエチル)ベンゼン、2,5-トルエンジチオール、3,4-トルエンジチオール、1,4-ナフタレンジチオール、1,5-ナフタレンジチオール、2,6-ナフタレンジチオール、2,7-ナフタレンジチオール、1,2,3,4-テトラメルカプトベンゼン、1,2,3,5-テトラメルカプトベンゼン、1,2,4,5-テトラメルカプトベンゼン、1,2,3,4-テトラキス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,3,5-テトラキス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,4,5-テトラキス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,3,4-テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,3,5-テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,4,5-テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、2,2’-ジメルカプトビフェニル及び4,4’-ジメルカプトビフェニルが挙げられ得る。
【0071】
具体的な例として、チオール化合物は、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-メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトブタノエート)、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトブチレート)、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)、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)、ジ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)、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート結合超分岐アクリレート、グリコールウリル誘導体及びジメルカプトコハク酸からなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。
【0072】
チオール化合物の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の固形分の重量を基準として3重量%以上、5重量%以上、10重量%以上又は15重量%以上且つ50重量%以下、40重量%以下、30重量%以下又は20重量%以下であり得る。例として、チオール化合物の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分の重量を基準として10重量%~40重量%、より具体的には10重量%~30重量%であり得る。上述の範囲内では、現像時のパターンプロファイルを有利にすることができ、また低温硬化時の耐薬品性のような特性を更に向上させることができる。
【0073】
具体的な例として、低温硬化性の感光性樹脂組成物は、それらの固形重量を基準として1重量%~30重量%の、式1によって表される化合物と、5重量%~40重量%のチオール化合物とを含み得る。
【0074】
加えて、式1によって表される化合物とチオール化合物との重量比は、2:1~1:20、2:1~1:10、1:1~1:10、1:1~1:4又は1:4~1:10であり得る。
【0075】
例として、式1によって表される化合物とチオール化合物との重量比は、1:1~1:10であり得る。
【0076】
例として、式1において、Xは、6つの炭素原子を有する芳香族環であり、及び式1によって表される化合物とチオール化合物との重量比は、1:1~1:4であり得る。別の例として、式1において、Xは、3~8つの炭素原子を有する脂肪族環であり、及び式1によって表される化合物とチオール化合物との重量比は、1:4~1:10であり得る。
【0077】
硬化剤(D)の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形分重量を基準として1重量%以上、2重量%以上、3重量%以上、5重量%以上又は10重量%以上且つ50重量%以下、40重量%以下、30重量%以下又は20重量%以下であり得る。例として、硬化剤(D)は、低温硬化性の感光性樹脂組成物の固形重量を基準として2重量%~70重量%の量で用いられ得る。
【0078】
(E)溶媒
本発明の感光性樹脂組成物は、好ましくは、上記の成分が溶媒と混合されている液体組成物として調製され得る。感光性樹脂組成物中の成分と相溶性であるが、反応しない、当技術分野で公知の任意の溶媒を感光性樹脂組成物の調製において溶媒として使用することができる。
【0079】
溶媒の例として、下記が挙げられ得る:アルキルピロリドン、例えば1-メチル-2-ピロリドン;ラクトン、例えばガンマブチロラクトン;グリコールエーテル、例えばエチレングリコールモノエチルエーテル;エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、例えばエチルセロソルブアセテート;エステル、例えばエチル2-ヒドロキシプロピオネート;エチレングリコール、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル及びトリグリム;プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、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及びプロピレングリコールプロピルエーテルアセテート;並びにアルコキシアルキルアセテート、例えば3-メトキシブチルアセテート。溶媒は、単独又は2つ以上の組み合わせで使用され得る。
【0080】
具体的な例として、溶媒は、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、アルキルピロリドン、ラクトン、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、エステル、エチレングリコール及びアルコキシアルキルアセテートからなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。
【0081】
より具体的な例として、溶媒は、アルキルピロリドン、ラクトン、グリコールエーテル及びエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。
【0082】
好ましくは、本発明の組成物は、硬化剤として使用される酸二無水物をより良好に溶解するように2種以上の溶媒を含み得る。
【0083】
例として、溶媒は、第1の溶媒及び第2の溶媒を含み、第1の溶媒は、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートを含み、第2の溶媒は、アルキルピロリドンを含み、及び第1の溶媒と第2の溶媒との重量比は、50:50~95:5であり得る。
【0084】
溶媒(E)の量は、特に限定されるものではないが、最終的に調製される感光性樹脂組成物の被覆性及び安定性の視点から、感光性樹脂組成物の総重量を基準として10~90重量%又は20~85重量%であり得る。
【0085】
第1の溶媒と第2の溶媒との重量比及び溶媒の含有量の範囲内では、樹脂組成物のコーティングが容易になり、作業プロセスで起こり得る遅延マージンをより抑制することができる。
【0086】
(F)エポキシ化合物
本発明の感光性樹脂組成物は、エポキシ化合物を含み得る。
【0087】
エポキシ化合物は、樹脂の内部密度を増加させることができ、それによってそれから形成される硬化膜の耐薬品性を改善することができる。
【0088】
エポキシ化合物は、少なくとも1つのエポキシ基を含有する不飽和モノマー又はそのホモオリゴマー若しくはヘテロオリゴマーであり得る。少なくとも1つのエポキシ基を含有する不飽和モノマーの例として、下記が挙げられ得る:グリシジル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、4,5-エポキシペンチル(メタ)アクリレート、5,6-エポキシヘキシル(メタ)アクリレート、6,7-エポキシヘプチル(メタ)アクリレート、2,3-エポキシシクロペンチル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、α-エチルグリシジルアクリレート、α-n-プロピルグリシジルアクリレート、α-n-ブチルグリシジルアクリレート、N-(4-(2,3-エポキシプロポキシ)-3,5-ジメチルベンジル)アクリルアミド、N-(4-(2,3-エポキシプロポキシ)-3,5-ジメチルフェニルプロピル)アクリルアミド、アリルグリシジルエーテル、2-メチルアリルグリシジルエーテル、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又はこれらの混合物。好ましくは、グリシジル(メタ)アクリレートが使用され得る。
【0089】
エポキシ化合物は、当技術分野で既知の任意の方法によって合成され得る。
【0090】
エポキシ化合物は、追加の構造単位を更に含み得る。特定の例としては、以下のものから誘導される任意の構造単位が挙げられる:スチレン;アルキル置換基を有するスチレン、例えばメチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、トリエチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、ヘプチルスチレン及びオクチルスチレン;ハロゲンを有するスチレン、例えばフルオロスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン及びヨードスチレン;アルコキシ置換基を有するスチレン、例えばメトキシスチレン、エトキシスチレン及びプロポキシスチレン;p-ヒドロキシ-α-メチルスチレン、アセチルスチレン;芳香族環を有するエチレン性不飽和化合物、例えばジビニルベンゼン、ビニルフェノール、o-ビニルベンジルメチルエーテル、m-ビニルベンジルメチルエーテル及びp-ビニルベンジルメチルエーテル;不飽和カルボン酸エステル、例えばメチル(メタ)アクリルレート、エチル(メタ)アクリルレート、ブチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(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、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルレート、2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリルレート、グリセロール(メタ)アクリレート、メチルα-ヒドロキシメチルアクリレート、エチルα-ヒドロキシメチルアクリレート、プロピルα-ヒドロキシメチルアクリレート、ブチルα-ヒドロキシメチルアクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリルレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(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、2-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、p-ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、p-ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピル(メタ)アクリルレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート及びジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリルレート;N-ビニル基を有する三級アミン、例えばN-ビニルピロリドン、N-ビニルカルバゾール及びN-ビニルモルホリン;不飽和エーテル、例えばビニルメチルエーテル及びビニルエチルエーテル;不飽和イミド、例えばN-フェニルマレイミド、N-(4-クロロフェニル)マレイミド、N-(4-ヒドロキシフェニル)マレイミド及びN-シクロヘキシルマレイミド。上記で例示された化合物に由来する構造単位は、単独で又はこれらの2種以上の組み合わせでエポキシ化合物に含有され得る。
【0091】
エポキシ化合物の重量平均分子量は、100~30,000、好ましくは1,000~15,000の範囲であり得る。エポキシ化合物の重量平均分子量が100以上である場合、薄膜の硬度は、より優れたものとなり得る。エポキシ化合物の重量平均分子量が30,000以下である場合、薄膜の厚さが均一となり、段差が小さくなり、それは、平坦化にとってより好適である。重量平均分子量は、ポリスチレン標準を用いてゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、溶離液:テトラヒドロフラン)によって測定される。
【0092】
エポキシ化合物の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形重量を基準として10~60重量%、具体的には10~50重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、現像時のパターンプロファイルを有利にすることができ、また膜硬度及び耐薬品性のような特性を更に向上させることができる。
【0093】
(G)エポキシ樹脂に由来する化合物
別の例として、本発明の感光性樹脂組成物は、エポキシ樹脂に由来する化合物を含み得る。エポキシ樹脂は、カルド系、キサンテン系、ノボラック系、ビフェニル系又はビスフェノール系主鎖を有し得る。
【0094】
具体的には、エポキシ樹脂は、以下の式2によって表されるカルド主鎖構造を有する化合物であり得る。
【化5】
【0095】
上記の式において、Xは、それぞれ独立して、
【化6】

(Lは、それぞれ独立して、C1~10アルキレン基、C3~20シクロアルキレン基又はC1~10アルキレンオキシ基であり;R~Rは、それぞれ独立して、H、C1~10アルキル基、C1~10アルコキシ基、C2~10アルケニル基又はC6~14アリール基であり;Rは、H、メチル、エチル、CHCHCl-、CHCHOH-、CH=CHCH-又はフェニルであり;及びnは、0~10の整数である)
である。
【0096】
1~10アルキレン基の特定の例として、下記が挙げられ得る:メチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、ブチレン、イソブチレン、sec-ブチレン、t-ブチレン、ペンチレン、イソペンチレン、t-ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、イソオクチレン、t-オクチレン、2-エチルヘキシレン、ノニレン、イソノニレン、デシレン、イソデシレンなど。C3~20シクロアルキレン基の特定の例として、下記が挙げられ得る:シクロプロピレン、シクロブチレン、シクロペンチレン、シクロヘキシレン、シクロヘプチレン、デカリニレン、アダマンチレンなど。C1~10アルキレンオキシ基の特定の例として、下記が挙げられ得る:メチレンオキシ、エチレンオキシ、プロピレンオキシ、ブチレンオキシ、sec-ブチレンオキシ、t-ブチレンオキシ、ペンチレンオキシ、ヘキシレンオキシ、ヘプチレンオキシ、オクチレンオキシ、2-エチル-ヘキシレンオキシなど。C1~10アルキル基の特定の例として、下記が挙げられ得る:メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、t-ブチル、ペンチル、イソペンチル、t-ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、t-オクチル、2-エチルヘキシル、ノニル、イソノニル、デシル、イソデシルなど。C1~10アルコキシ基の特定の例として、下記が挙げられ得る:メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブチルオキシ、sec-ブトキシ、t-ブトキシ、ペントキシ、ヘキシルオキシ、ヘプトキシ、オクチルオキシ、2-エチル-ヘキシルオキシなど。C2~10アルケニル基の特定の例として、ビニル、アリル、ブテニル、プロペニルなどが挙げられ得る。C6~14アリール基の特定の例として、フェニル、トリル、キシリル、ナフチルなど挙げられ得る。
【0097】
具体的な例として、カルド系主鎖構造を有するエポキシ樹脂は、以下の合成経路で調製され得る。
【化7】
【0098】
上記の反応スキームでは、Halは、ハロゲンであり;X、R、R及びLは、上記の式2において定義したのと同じである。
【0099】
カルド主鎖構造を有するエポキシ樹脂から誘導される化合物は、カルド主鎖構造を有するエポキシ樹脂を不飽和塩基性酸と反応させてエポキシ付加体を生成し、次にこのようにして得られたエポキシ付加体を多塩基性酸無水物と反応させるか、又はこのようにして得られた生成物を一官能性若しくは多官能性エポキシ化合物と更に反応させることによって得ることができる。当技術分野で既知のアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、桂皮酸、ソルビン酸などの任意の不飽和塩基性酸が使用され得る。当技術分野で既知のコハク酸無水物、マレイン酸無水物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物などの任意の多塩基性酸無水物が使用され得る。当技術分野で既知のグリシジルメタクリレート、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、プロピルグリシジルエーテル、イソプロピルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、イソブチルグリシジルエーテル、ビスフェノールZグリシジルエーテルなどの任意の一官能性エポキシ化合物又は多官能性エポキシ化合物が使用され得る。
【0100】
加えて、カルド主鎖構造を有するエポキシ樹脂に由来する化合物は、以下の反応スキームによって調製することができる。
【化8】
【0101】
上記の反応スキームにおいて、Rは、それぞれ独立して、H、C1~10アルキル基、C1~10アルコキシ基、C2~10アルケニル基又はC6~14アリール基であり;R10及びR11は、それぞれ独立して、飽和又は不飽和のC6脂肪族又は芳香族環であり;nは、1~10の整数であり;X、R、R及びLは、式2において定義したのと同じものである。
【0102】
上述のエポキシ樹脂に由来する化合物は、硬化材料の基板への接着性、耐アルカリ性、加工性、強度などを向上させることができる。更に、微細解像度での画像は、末硬化部分が現像時に除去されると、パターンで形成することができる。
【0103】
エポキシ樹脂に由来する化合物の重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレンを基準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより決定された場合、1,000~30,000又は3,000~7,000の範囲であり得る。上述の分子量の範囲内では、硬化膜の調製中に孔の解像度の変化を減少させ、アンダーカットを緩和するのに有利であり得る。
【0104】
エポキシ樹脂に由来する化合物の重量平均分子量(Mw)は、3,000~10,000又は3,000~7,000であり得る。上述の分子量の範囲内では、パターンプロファイルをより有利にすることができる。
【0105】
エポキシ樹脂に由来する化合物の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形重量を基準として5重量%~50重量%、具体的には5重量%~30重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、現像時のパターンプロファイルを有利にすることができ、また膜保持率、膜硬度及び耐薬品性のような特性を更に向上させることができる。
【0106】
(H)光酸発生剤
本発明の低温硬化性の感光性樹脂組成物は、光酸発生剤(PAG)を更に含み得る。好適な光酸発生剤は、露光後ベーク(PEB)中にフォトレジスト組成物のポリマー上に存在する酸不安定性基の開裂を起こす酸を発生することができる。好適な光酸発生剤の化合物は、イオン性又は非イオン性である。好適な光酸発生剤としては、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(p-tert-ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(p-tert-ブトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp-トルエンスルホネート;ジ-t-ブチルフェニルヨードニウムパーフルオロブタンスルホネート及びジ-t-ブチルフェニルヨードニウムカンファースルホネートなどのオニウム塩を挙げることができる。
【0107】
非イオン性スルホネート及びスルホニル化合物、例えば2-ニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、2,6-ジニトロベンジル-p-トルエンスルホネート及び2,4-ジニトロベンジル-p-トルエンスルホネートなどのニトロベンジル誘導体;1,2,3-トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3-トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン及び1,2,3-トリス(p-トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンなどのスルホン酸エステル;ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン及びビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタンなどのジアゾメタン誘導体;ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム及びビス-O-(n-ブタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシムなどのグリオキシム誘導体;N-ヒドロキシナフタルイミドトリフレート、N-ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル及びN-ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステルなどのN-ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体;並びに2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン及び2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジンなどのハロゲン含有トリアジン化合物は、光酸発生剤として機能することが知られている。
【0108】
具体的な例として、光酸発生剤は、N-ヒドロキシナフタルイミドトリフレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(p-tert-ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(p-tert-ブトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp-トルエンスルホネート、ジ-t-ブチルフェニルヨードニウムパーフルオロブタンスルホネート、ジ-t-ブチルフェニルヨードニウムカンファースルホネート、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル))-1,3,5-トリアジン、2-ニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、2,6-ジニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、2,4-ジニトロベンジル-p-トルエンスルホネート、1,2,3-トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3-トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3-トリス(p-トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、N-ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル及び2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジンからなる群から選択される少なくとも1つを含み得る。
【0109】
光酸発生剤(H)の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の総重量を基準として1~20重量%、具体的には1~10重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、深部硬化を介して、より良好な耐薬品性を有するコーティング膜を得ることができる。
【0110】
(I)界面活性剤
本発明の感光性樹脂組成物は、被覆性を向上させ、且つ欠陥の発生を防ぐために界面活性剤を更に含み得る。
【0111】
界面活性剤の種類は、特に限定されないが、例えばフッ素系界面活性剤又はシリコーン系界面活性剤を使用することができる。
【0112】
市販のケイ素系界面活性剤としては、ダウコーニング東レシリコーン株式会社製のDC3PA、DC7PA、SH11PA、SH21PA及びSH8400、GE東芝シリコーン株式会社製のTSF-4440、TSF-4300、TSF-4445、TSF-4446、TSF-4460及びTSF-4452、BYK製のBYK-333、BYK-307、BYK-3560、BYK UV-3535、BYK-361N、BYK-354及びBYK-399などが挙げられ得る。それらは、単独で又はそれらの2つ以上の組合せで使用され得る。
【0113】
市販のフッ素系界面活性剤としては、大日本インキ化学工業株式会社(DIC)のMegaface F-470、F-471、F-475、F-482、F-489並びにF-563及びChibaのF-563を挙げることができる。
【0114】
これらの界面活性剤の中でも好ましいものは、組成物の被覆性の観点から、BYKのBYK-333及びBYK-307並びにChibaのF-563であり得る。
【0115】
界面活性剤の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形重量を基準として0.01~5重量%、具体的には0.1~3重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、組成物のコーティングをよりスムーズに行うことができる。
【0116】
(J)接着助剤
加えて、本発明の感光性樹脂組成物は、基板への接着性を増進させる接着助剤を更に含み得る。
【0117】
接着助剤は、カルボキシル基、(メタ)アクリロイル基、イソシアネート基、アミノ基、メルカプト基、ビニル基及びエポキシ基からなる群から選択される少なくとも1つの反応性基を有し得る。
【0118】
接着助剤の種類は、特に限定されない。これは、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、N-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、β-(3,4-エトキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-イソシアネート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-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]アニリン及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つであり得る。
【0119】
接着助剤の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形重量を基準として0.01~5重量%、具体的には0.1~3重量%であり得る。上述の含有量の範囲内では、より低い基板への接着性を更に有利にすることができる。
【0120】
感光性樹脂組成物は、熱酸発生剤、架橋剤、酸化防止剤、表面平滑化剤、脱酸素剤、UV遮断剤、光安定剤などを他の添加剤として更に含み得る。
【0121】
例えば、熱酸発生剤は、特定の温度で酸を発生させる化合物を指す。このような化合物は、酸発生部位と、酸特性をブロックするブロック酸とから構成される。熱酸発生剤が特定の温度に到達する際、酸発生部位は、ブロック酸から分離されて、酸を発生することができる。熱酸発生剤は、アミン、第4級アンモニウム、金属、共有結合などをブロック酸として含み得、具体的にはアミン又は第4級アンモニウムを含み得る。加えて、酸発生部位は、スルホン酸塩、リン酸塩、カルボン酸塩、アンチモン酸塩などを含み得る。
【0122】
他の添加剤の含有量は、割合量における溶媒を除いて感光性樹脂組成物の固形重量を基準として0.01~5重量%、具体的には0.1~3重量%であり得る。
【0123】
組成物の特性及び使用
本発明は、低温硬化性の感光性樹脂組成物から形成される硬化膜(絶縁膜)を提供する。
【0124】
本発明の感光性樹脂組成物は、低温で硬化することができる。例えば、感光性樹脂組成物は、120℃以下、100℃以下、90℃以下又は80℃以下の硬化温度を有し得る。例として、低温硬化性の感光性樹脂組成物は、50℃~100℃の硬化温度を有し得る。別の例として、低温硬化性の感光性樹脂組成物は、50℃~80℃の硬化温度を有し得る。別の例として、低温硬化性の感光性樹脂組成物は、60℃~80℃の硬化温度を有し得る。
【0125】
硬化膜は、感光性樹脂組成物を例えばシリコーン基板上にスピンコート法により塗布し、プリベークを施して溶媒を除去することにより調製することができる。それは、次に、所望のパターンを有するフォトマスクにより露光され、コーティング層上にパターンを形成するために現像液(例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液)を使用して現像にかけられる。したがって、必要に応じて、パターン形成したコーティング層にポストベークを行い、所望の硬化膜を調製する。
【0126】
具体的には、感光性樹脂組成物のプリベーク中の加熱温度は、50℃~100℃、具体的には60℃~80℃であり得る。加えて、感光性樹脂組成物のプリベーク中の加熱時間は、30秒~300秒、具体的には60秒~180秒、より具体的には90秒~150秒であり得る。
【0127】
加えて、感光性樹脂組成物のポストベーク中の加熱温度は、60℃~120℃、具体的には70℃~120℃、より具体的には80℃~90℃であり得る。加えて、感光性樹脂組成物のポストベーク中の加熱時間は、10分~120分、具体的には20分~90分、より具体的には40分~60分であり得る。
【0128】
露光は、200nm~450nmの波長域において365nmの波長を基準として10mJ/cm~100mJ/cmの露光量で行われ得る。本発明のプロセスによると、プロセスの観点から所望のパターンを容易に形成することが可能である。
【0129】
基板上への感光性樹脂組成物のコーティングは、例えば、1μm~10μm、具体的には1μm~5μmの所望の厚さでスピンコーティング法、スリットコーティング法、ロールコーティング法、スクリーン印刷法、アプリケーター法などによって行われ得る。更に、露光(照射)のために使用される光源として、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲン化金属ランプ、アルゴンガスレーザーなどを使用し得る。必要に応じて、X線、電子線なども使用し得る。
【0130】
本発明の感光性樹脂組成物は、低温でも微細パターンを形成することができ、及びそれから調製された硬化膜は、優れた硬度、透明性及び耐薬品性を有する。
【0131】
硬化膜は、2.0μmの厚さを基準として、400nmの波長を有する光に対して90%以上、具体的には95%以上の透過率を有し得る。
【0132】
加えて、硬化膜は、2.0μmの厚さを基準として、70mm/sの速度で500gの荷重下で測定した場合、HB以上の鉛筆硬度を有し得る。
【0133】
加えて、硬化膜は、初期厚み2.0μmを基準として、50℃の剥離液に2分間浸漬した後、初期厚みに対して10%以下の厚み変化を有する。剥離液は、主な成分として2-(2-アミノエトキシ)エタノール、N-メチルホルムアミド、N-メチルピロリドン及びジ(プロピレングリコール)メチルエーテルを含有する混合溶液であり得る。
【0134】
したがって、硬化膜は、組成物が熱処理を施されるか、又は溶媒、酸、塩基などに浸漬されるか若しくはそれらと接触する場合、表面粗さがない優れた光透過率を有する。したがって、硬化膜は、液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイのTFT基板のための平坦化膜;有機ELディスプレイのパーティション;半導体デバイスの層間硬化膜;光導波路のコア又はクラッド材などとして効果的に使用することができる。
【実施例0135】
以降では、以下の実施例を参照して本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、これらの実施例は、本発明を例示するために提供され、本発明の範囲は、これらの実施例のみに限定されない。
【0136】
以下の調製実施例において、重量平均分子量は、ポリ(メチルメタクリレート)標準を基準とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、溶離液:テトラヒドロフラン)によって測定される。
【0137】
調製例:コポリマー(A-1)
還流冷却器及び撹拌機を備えた500mlの丸底フラスコに、50モル%のスチレン、22モル%のメタクリル酸、10モル%のグリシジルメタクリレート及び18モル%の3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレートで構成されるモノマー混合物を装入した。溶媒として300gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ラジカル重合開始剤として2gの2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を100gのモノマー混合物に加えた。このようにして得た混合物の温度を60℃まで上昇させて、5時間撹拌しながら重合を実施して、30重量%の固形分濃度を有する樹脂を得た。こうして調製したコポリマーは、87mgKOH/gの酸価及び6,600の重量平均分子量(Mw)を有した。
【0138】
調製したコポリマーのモノマー組成及び分子量を以下の表にまとめる。
【0139】
【表1】
【0140】
調製例:エポキシ化合物(F-1)
還流冷却器及び撹拌機を備えた1,000mlの丸底フラスコに130gの3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート、3.5gの2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)及び溶媒として450gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を装入した。そのフラスコは、窒素で30分間パージされた。次に、そのフラスコを油浴に浸漬して、反応温度を70℃に維持しながら5時間撹拌して重合を実施した。結果として、7,000の重量平均分子量(Mw)及び22重量%の固形分濃度を有するエポキシ化合物(F-1)を得た。
【0141】
実施例1:感光性樹脂組成物の調製
感光性樹脂組成物を調製するために、成分を以下の量(固形分の量)で混合した。45重量部のコポリマー樹脂(A-1)、67重量部の光重合性化合物(B-1)、37重量部の光重合性化合物(B-2)、1重量部の光重合開始剤(C-1)、8重量部の硬化剤(D-1)、27重量部の硬化剤(D-6)、90重量部の溶媒(E-1)、10重量部の溶媒(E-2)、33重量部のエポキシ化合物(F-1)、22重量部のエポキシ樹脂に由来する化合物(G-1)、5重量部の光酸発生剤(H-1)、1重量部の界面活性剤(I-1)及び1重量部の接着助剤(J-1)をシェーカーで2時間混合し、液状の感光性樹脂組成物を調製した。
【0142】
実施例2~6及び比較例1~4:感光性樹脂組成物の調製
以下の表3及び4に示すように成分及び含有量を変更したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、液状の感光性樹脂組成物のそれぞれを調製した。
【0143】
それぞれの成分の詳細な情報を以下の表2にまとめる。
【0144】
【表2】
【0145】
【表3】
【0146】
【表4】
【0147】
硬化膜の調製例
実施例及び比較例で調製した感光性樹脂組成物を、スピンコーターを使用してガラス基板上にそれぞれ塗布して、60~80℃で150秒間プリベークし、1.0~5.0μmの厚さの被覆膜を形成した。被覆膜の5cm×5cmの領域が100%露光されるように、被覆膜上にマスクを置いた。その後、波長が200nm~450nmである光を放射するアライナー装置(モデル名:MA6)を使用して、特定の期間にわたり、365nmの波長を基準にして50mJ/cmの露光量で膜を露光した。露光された膜を、露光されていない部分が完全に洗い流されるまで、23℃で2.38重量%の水酸化テトラメチルアンモニウムの水性現像液で現像した。その後、同じアライナー装置を用いて、特定の期間にわたり、300mJ/cmで膜を更に露光し、形成したパターンを85℃で60分オーブン中においてポストベークして硬化膜を得た。
【0148】
試験実施例
上述の調製した感光性樹脂組成物又はそれから調製された硬化膜を以下のようにそれぞれ試験した。
【0149】
(1)現像時間の測定
上述した硬化膜の調製方法に従い、ポストベーク後の総厚みが6.0~18(±0.5)μmの硬化膜を調製した。硬化フィルムを調製するプロセスにおいて、0.04重量%の水酸化カリウムの水溶液で、露光されていない部分が完全に洗い流される時間(基材下の現像装置のステージOリング部が完全に見えるまでの時間)を測定した。現像時間が100秒以下であった場合、優(○)として評価した。それが100秒を超えた場合、不良(×)として評価した。
【0150】
(2)CDの測定
上述した硬化膜の作製方法に従い、ポストベーク後の総厚みが2.0(±0.5)μmの硬化膜を調製した。光学顕微鏡(STM6)及びX-SEM(S4300)を用いて、硬化膜のコンタクトホールCD(限界寸法)をマイクロメートルで測定した。測定したCDが5μmを超えた場合、優(○)として評価した。測定したCDが5μm以下であった場合、不良(×)として評価した。
【0151】
(3)膜厚の測定
上述した硬化膜の作製方法に従い、ポストベーク後の総厚みが2.0(±0.5)μmの硬化膜を調製した。硬化膜の厚さを、アルファステップ装置(SCAN PLUS)のプローブ先端の垂直運動による高さ偏差として測定した。初期の厚みは、プリベーク後に形成した膜に関して測定し、最終の厚みは、露光、現像、ポストベーク後の膜に関して測定した。
【0152】
(4)鉛筆の硬度測定
上述した硬化膜の調製方法に従い、ポストベーク後の総厚みが2.0(±0.5)μmの硬化膜を調製した。硬化膜の表面硬度は、三菱鉛筆を鉛筆硬度計に基材と接触させて置き、500g重の加重下において70mm/秒の速度で基材の表面を引っ掻き、荷重を増加させて測定した。傷又は磨耗などの形状が鉛筆硬度に対応するレベルで観察されない場合を基準として測定を評価した。そのような場合、得られた膜の鉛筆硬度がHB以上である場合、優(○)と評価した。B以下である場合、それを不良(×)と評価した。
【0153】
(5)耐薬品性の測定
上述した硬化膜の調製方法に従い、ポストベーク後の総厚みが2.0(±0.5)μmの硬化膜を調製した。このように調製した硬化膜を50℃で2分間、剥離液(LCS1000、ENF)中に浸漬して、超純水で60秒洗浄し、乾燥させた。剥離液は、主な成分として2-(2-アミノエトキシ)エタノール、N-メチルホルムアミド、N-メチルピロリドン及びジ(プロピレングリコール)メチルエーテルを含有する混合溶液であった。そのような場合、膜の厚さを接触膜厚計(アルファステップ)で測定した。ポストベーク後の膜の厚さを基準として変化が0~10%であった場合、それを優(○)と評価した。それが10%を超えた場合、不良(×)として評価した。
【0154】
(6)透過率の評価
上述した硬化膜の調製方法に従い、ポストベーク後の総厚みが2.0(±0.5)μmの硬化膜を調製した。このように調製した硬化膜を、分光光度計(Cary 100)を用いて400nmでの透過率を測定した。そのような場合、膜の透過率が95%以上であった場合、それを優(○)と評価した。膜の透過率が95%以下であった場合、不良(×)として評価した。
【0155】
試験結果を以下の表に示す。
【0156】
【表5】
【0157】
上記の表から分かるように、実施例1~6の感光性樹脂組成物は、低温でも微細パターンを形成することがそれぞれ可能であり、及びそれから調製された硬化膜は、硬度、透明性及び耐薬品性に優れていた。対照的に、比較例1~4の感光性樹脂組成物から低温硬化条件下で得られた硬化膜は、硬度及び耐薬品性において劣っていた。
【外国語明細書】