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特許7552223ポリマー、ポリマーの製造方法、感光性樹脂組成物、および硬化物
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  • 特許-ポリマー、ポリマーの製造方法、感光性樹脂組成物、および硬化物 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】ポリマー、ポリマーの製造方法、感光性樹脂組成物、および硬化物
(51)【国際特許分類】
   C08F 8/14 20060101AFI20240910BHJP
   C08F 8/12 20060101ALI20240910BHJP
   C08F 232/04 20060101ALI20240910BHJP
   C08F 222/06 20060101ALI20240910BHJP
   G03F 7/038 20060101ALI20240910BHJP
   G02B 5/20 20060101ALI20240910BHJP
【FI】
C08F8/14
C08F8/12
C08F232/04
C08F222/06
G03F7/038 501
G02B5/20 101
【請求項の数】 14
(21)【出願番号】P 2020171021
(22)【出願日】2020-10-09
(65)【公開番号】P2021063222
(43)【公開日】2021-04-22
【審査請求日】2023-09-22
(31)【優先権主張番号】P 2019186576
(32)【優先日】2019-10-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002141
【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】田邊 潤壱
【審査官】中川 裕文
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2016/194619(WO,A1)
【文献】国際公開第2011/129182(WO,A1)
【文献】国際公開第2021/075448(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08F 2/00 - 2/60
6/00 -246/00
G03C 3/00
G03F 7/004- 7/04
7/06
7/075- 7/115
7/16 - 7/18
G02B 5/20
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマー。
【化1】
(式(NB)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~30の有機基であり、aは0、1または2である。)
【化2】
(式(1)中、Rは、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【化3】
(式(2)中、Rは、1つの(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【化4】
【請求項2】
式(MA)で表される構造単位をさらに含む、請求項1に記載のポリマー。
【化5】
【請求項3】
アルカリ溶解速度が、150nm/s以上である、請求項1または2に記載のポリマー。
【請求項4】
前記式(1)で表される構造単位におけるRが、式(1b)で表される基、式(1c)で表される基、および式(1d)で表される基から選択される少なくとも1つである、請求項1~3のいずれかに記載のポリマー。
【化6】
(式(1b)中、
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)であり、複数存在するXは同一であっても異なっていてもよく、
'は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-X'-Z'-で表される基(X'は炭素数1~6のアルキレン基であり、Z'は-O-または-COO-である)であり、
は炭素数1~12のk+1価の有機基である。)
【化7】
(式(1c)中、
k、R、XおよびXは、それぞれ、式(1b)におけるR、k、XおよびXと同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよく、
は、炭素数1~6の2価の有機基であり、
およびXは、それぞれ独立に、単結合または炭素数1~6の2価の有機基であり、
は、炭素数1~6の2価の有機基である。)
【化8】
(式(1d)中、
nは、2~5の整数であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよい。)
【請求項5】
前記式(2)で表される構造単位におけるRが、式(2a)で表される基である、請求項1~4のいずれかに記載のポリマー。
【化9】
(式(2a)において、X10は、2価の有機基であり、Rは、水素原子またはメチル基である。)
【請求項6】
式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーを製造する方法であって、
式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(MA)で表される構造単位を含むポリマー前駆体を調製する第1の工程と、
前記ポリマー前駆体を、触媒存在下、水で処理する第2の工程を含む、ポリマーの製造方法。
【化10】
(式(NB)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~30の有機基であり、aは0、1または2である。)
【化11】
(式(1)中、Rは、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【化12】
(式(2)中、Rは、1つの(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【化13】
【化14】
【請求項7】
前記第2の工程で用いられる前記触媒が、塩基性触媒である、請求項6に記載のポリマーの製造方法。
【請求項8】
前記第1の工程と前記第2の工程がインサイチュで実施される、請求項6または7のいずれかに記載のポリマーの製造方法。
【請求項9】
前記第1の工程が、
式(NB)で表される構造単位および式(MA)で表される構造単位を含む原料ポリマーを準備する工程、
前記原料ポリマーと、ヒドロキシ基および2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体を調製する工程、および
前記第1のポリマー前駆体と、ヒドロキシ基および1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(MA)で表される構造単位を含む前記ポリマー前駆体を調製する工程を含む、請求項6~8のいずれかに記載のポリマーの製造方法。
【請求項10】
前記ヒドロキシ基および2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物が、式(1b-m)で表される化合物、式(1c-m)で表される化合物、および式(1d-m)で表される化合物から選択される少なくとも1つである、請求項9に記載のポリマーの製造方法。
【化15】
(式(1b-m)中、
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
は、単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)であり、複数存在するXは同一であっても異なっていてもよく、
'は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-X'-Z'-で表される基(X'は炭素数1~6のアルキレン基であり、Z'は-O-または-COO-である)であり、
は炭素数1~12のk+1価の有機基である。)
【化16】
(式(1c-m)中、
k、R、XおよびXは、それぞれ、式(1b-m)におけるR、k、XおよびXと同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよく、
は、炭素数1~6の2価の有機基であり、
およびXは、それぞれ独立に、単結合または炭素数1~6の2価の有機基であり、
は、炭素数1~6の2価の有機基である。)
【化17】
(式(1d-m)中、
nは、2~5の整数であり、
Rは、水素原子またはメチル基であり、複数のRは、同じでも異なっていてもよい)
【請求項11】
前記ヒドロキシ基および1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物が、式(2a-m)で表される化合物である、請求項9または10に記載のポリマーの製造方法。
【化18】
(式(2a-m)において、X10は、2価の有機基であり、Rは、水素原子またはメチル基である。)
【請求項12】
カラーフィルタまたはブラックマトリクスの形成に用いられる、請求項1~5のいずれかに記載のポリマー。
【請求項13】
請求項1~5のいずれかに記載のポリマーと、
光ラジカル重合開始剤と、を含む、
感光性樹脂組成物。
【請求項14】
請求項13に記載の感光性樹脂組成物より形成される、硬化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリマー、当該ポリマーの製造方法、当該ポリマーを含む感光性樹脂組成物、および当該感光性樹脂組成物より形成される硬化物に関する。より詳細には、本発明は、カラーフィルタまたはブラックマトリクスを製造するために用いるポリマー、および当該ポリマーの製造方法、ならびにその用途に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置や固体撮像素子は、通常、カラーフィルタやブラックマトリクスを備えている。カラーフィルタやブラックマトリクスは、基板上に着色パターンや保護膜等の構造物が形成された構成となっている。これらの構造物のうち、着色パターンや保護膜の形成方法としては、感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィーにより形成する方法が主流となっている。感光性樹脂組成物に関しては、従来より種々の検討がなされており、例えば、特許文献1では、少なくとも側鎖に、酸性基を有する基および2種以上の互いに異なる重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂、重合性化合物、ならびに、光重合開始剤を含む感光性樹脂組成物が記載されている。また、特許文献1の実施例には、アルカリ可溶性樹脂として、メタクリル酸/メタクリル酸アリル/グリシジル付加体を合成し、これを用いて感光性樹脂組成物を調製したことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第2012/147706号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
カラーフィルタやブラックマトリクスを形成するための感光性樹脂組成物には、光により重合反応が起こって硬化する性質を備える樹脂が用いられる。カラーフィルタやブラックマトリクスは、感光性樹脂組成物を、露光、現像によりパターニングした後、これを硬化することにより作製される。感光性樹脂組成物において、「高感度化」は一般的な課題にも思われるが、表示装置や撮像装置の複雑化や普及などに伴い、一層高いレベルの高感度化が求められている。感光性樹脂組成物の感度が高いほど、露光に必要な時間は短くなり、生産性を向上させることができる。また、感光性樹脂組成物は、アルカリ性現像液によるフォトリソグラフィーにおいて優れた加工性を備えることが求められる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、感光性樹脂組成物に用いられるポリマーを改良することで、感度が良好であるとともに、高いアルカリ溶解性を有し、よって現像性に優れた感光性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に至った。
【0006】
本発明によれば、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーが提供される。
【0007】
【化1】
(式(NB)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~30の有機基であり、aは0、1または2である。)
【0008】
【化2】
(式(1)中、Rは、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【0009】
【化3】
(式(2)中、Rは、1つの(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【0010】
【化4】
【0011】
また本発明によれば、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーを製造する方法であって、
式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(MA)で表される構造単位を含むポリマー前駆体を調製する第1の工程と、
前記ポリマー前駆体を、触媒存在下、水で処理する第2の工程を含む、ポリマーの製造方法が提供される。
【0012】
【化5】
(式(NB)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~30の有機基であり、aは0、1または2である。)
【0013】
【化6】
(式(1)中、Rは、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【0014】
【化7】
(式(2)中、Rは、1つの(メタ)アクリロイル基を有する基である。)
【0015】
【化8】
【0016】
【化9】
【0017】
また本発明によれば、上記ポリマーと、光ラジカル重合開始剤と、を含む感光性樹脂組成物が提供される。
【0018】
さらにまた本発明によれば、上記感光性樹脂組成物より形成される、硬化物が提供される。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、感度が良好であるとともに、現像性に優れた感光性樹脂組成物を製造するために用いられるポリマーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】液晶表示装置および/または固体撮像素子の構造の一例を模式的に示す図(断面図)である。
図2】実施例13で得られたポリマーP13の13C-NMRチャートである。
図3】実施例14で得られたポリマーP14の13C-NMRチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なおすべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。本明細書中、数値範囲の説明における「a~b」との表記は、特に断らない限り、a以上b以下のことを表す。例えば、「1~5モル%」とは「1モル%以上5モル%以下」を意味する。
【0022】
本明細書における基(原子団)の表記において、置換か無置換かを記していない表記は、置換基を有しないものと置換基を有するものとの両方を包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
【0023】
本明細書における「(メタ)アクリル」との表記は、アクリルとメタクリルの両方を包含する概念を表す。「(メタ)アクリレート」等の類似の表記についても同様である。
特に、本明細書における「(メタ)アクリロイル基」とは、-C(=O)-CH=CHで表されるアクリロイル基と、-C(=O)-C(CH)=CHで表されるメタクリロイル基とを包含する概念を表す。
【0024】
(ポリマーP)
本実施形態のポリマー(以下、「ポリマーP」と称する)は、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含む。なお、これらの構造単位は、典型的には、ポリマーPの主鎖を構成する。
【0025】
【化10】
式(NB)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~30の有機基であり、aは0、1または2である。
【0026】
【化11】
式(1)中、Rは、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する基である。
【0027】
【化12】
式(2)中、Rは、1つの(メタ)アクリロイル基を有する基である。
【0028】
【化13】
【0029】
ポリマーPは、式(1)で表される構造単位および式(2)で表される構造単位を含むことにより、これを含む感光性樹脂組成物は、フォトリソグラフィー法に供された場合に優れた感度を有する。これは、式(1)、式(2)で表される構造単位に含まれる(メタ)アクリロイル基により、硬化反応(重合反応)が促進されるためと考えられる。また、ポリマーPは、式(3)で表される構造単位を含むことにより、高いアルカリ溶解性を有する。その結果、ポリマーPを含む感光性樹脂組成物は、アルカリ水溶液を現像液として用いるフォトリソグラフィー法に供された場合に、優れた現像性を有する。また、式(NB)で表される構造単位は、化学的に堅牢である。よって、これを構造単位の一部として含むポリマーPは、液晶表示装置や固体撮像素子を製造する際の加熱に対し、重量減少が小さく、安定である。
【0030】
本実施形態のポリマーPは、上記構造単位に加え、式(MA)で表される構造単位を含んでもよい。式(MA)で表される構造単位は、アルカリ現像液により開環して、2つのカルボキシル基を生じる。そのため、ポリマーPは、優れた現像性を備える。ポリマーPが、式(MA)で表される構造単位を含む場合、ポリマーPの全構造単位中の、式(MA)で表される構造単位は、好ましくは3~40モル%、より好ましくは、10~30モル%である。
【0031】
【化14】
【0032】
ポリマーPを構成する式(NB)で表される構造単位において、R~Rを構成し得る炭素数1~30の有機基としては、置換または無置換の、直鎖または分岐鎖の炭素数1~30のアルキルが挙げられ、より具体的には、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、ヘテロ環基、カルボキシル基などが挙げられる。
【0033】
アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられる。
アルケニル基としては、例えばアリル基、ペンテニル基、ビニル基などが挙げられる。
アルキニル基としては、例えばエチニル基などが挙げられる。
アルキリデン基としては、例えばメチリデン基、エチリデン基などが挙げられる。
アリール基としては、例えばトリル基、キシリル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基が挙げられる。
アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基などが挙げられる。
アルカリル基としては、例えばトリル基、キシリル基などが挙げられる。
シクロアルキル基としては、例えばアダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などが挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、イソブトキシ基、tert-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
ヘテロ環基としては、例えばエポキシ基、オキセタニル基などが挙げられる。
【0034】
式(NB)における、R、R、RおよびRとしては水素またはアルキル基が好ましく、水素がより好ましい。
なお、R、R、RおよびRの炭素数1~30の有機基中の水素原子は、任意の原子団により置換されていてもよい。例えば、フッ素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基などで置換されていてもよい。より具体的には、R、R、RおよびRの炭素数1~30の有機基として、フッ化アルキル基などを選択してもよい。
式(NB)において、aは好ましくは0または1、より好ましくは0である。
【0035】
ポリマーPの全構造単位中の、式(NB)で表される構造単位の割合は、好ましくは10~90モル%、より好ましくは30~70モル%、さらに好ましくは40~60モル%である。
【0036】
ポリマーPを構成する式(1)で表される構造単位において、Rは、2以上の(メタ)アクリロイル基を含む基であれば特に限定されないが、(メタ)アクリロイル基を2~6個含む基であることがより好ましく、(メタ)アクリロイル基を3~5個含む基であることがさらに好ましい。Rが含む(メタ)アクリロイル基の数を最適にすることで、これを含むポリマーPの感度をより高めることができる。また、感度と現像性とをより高度に両立させやすくなる。さらに、耐熱性を改善することができる。
なお、感度の一層の向上の点からは、立体障害などの点で、Rは2以上のアクリロイル基(-C(=O)-CH=CHで表される基)を含むことが好ましい。
【0037】
は、式(1b)で表される基、式(1c)で表される基、または式(1d)で表される基であることが好ましい。このような基であることで、上記の各種効果を得やすい傾向がある。
【化15】
式(1b)中、
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)であり、複数存在するXは同一であっても異なっていてもよく、
'は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-X'-Z'-で表される基(X'は炭素数1~6のアルキレン基であり、Z'は-O-または-COO-である)であり、
は炭素数1~12のk+1価の有機基である。
【0038】
Rは、感度の一層の向上(重合のしやすさ)などから、水素原子が好ましい。
kは、2でも3でもよいが、原料の入手容易性や感度の一層の向上の点からは、好ましくは3である。
【0039】
が炭素数1~6のアルキレン基である場合、アルキレン基は直鎖状であっても分枝状であってもよい。
が炭素数1~6のアルキレン基である場合、Xは好ましくは直鎖状アルキレン基であり、より好ましくは炭素数1~3の直鎖状アルキレン基であり、さらに好ましくは-CH-(メチレン基)である。
【0040】
が-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)場合の、Xの炭素数1~6のアルキレン基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。
Xの炭素数1~6のアルキレン基は、好ましくは直鎖状アルキレン基であり、より好ましくは炭素数1~3の直鎖状アルキレン基であり、さらに好ましくは-CH-CH-(エチレン基)または-CH-CH(CH)-である。
'が炭素数1~6のアルキレン基である場合、その具体的態様についてはXと同様である。
'が-X'-Z'-で表される基である場合、X'の具体的態様については上記Xと同様である。
【0041】
の炭素数1~12のk+1価の有機基としては、任意の有機化合物からk+1個の水素原子を除いた任意の基を挙げることができる。ここでの「任意の有機化合物」としては、例えば分子量300以下、好ましくは200以下、より好ましくは100以下の有機化合物である。
は、例えば、炭素数1~12(好ましくは炭素数1~6)の直鎖状または分枝状炭化水素からk+1個の水素原子を除いた基である。より好ましくは、炭素数1~3の直鎖状炭化水素からk+1個の水素原子を除いた基である。なお、ここでの炭化水素は、酸素原子(例えばエーテル結合やヒドロキシ基など)を含んでもよい。また、炭化水素は飽和炭化水素であることが好ましい。
別の態様として、Xは、環状構造を含む基であってもよい。環状構造を含む基としては、脂環構造を含む基、複素環構造(例えば、イソシアヌル酸構造)を含む基などを挙げることができる。
【0042】
【化16】
【0043】
式(1c)中、
k、R、XおよびXは、それぞれ、式(1b)におけるR、k、XおよびXと同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよく、
は、炭素数1~6の2価の有機基であり、
およびXは、それぞれ独立に、単結合または炭素数1~6の2価の有機基であり、
は、炭素数1~6の2価の有機基である。
【0044】
R、k、XおよびXの具体的態様、好ましい態様などについては、一般式(1b)で説明したものと同様である。
およびXの炭素数1~6の2価の有機基としては、例えば、炭素数1~6の直鎖状または分枝状炭化水素から2個の水素原子を除いた基を挙げることができる。なお、ここでの炭化水素は、酸素原子(例えばエーテル結合やヒドロキシ基など)を含んでもよい。また、炭化水素は飽和炭化水素であることが好ましい。
およびXの炭素数1~6の2価の有機基としては、直鎖状または分枝状アルキレン基を挙げることができる。直鎖状または分枝状アルキレン基の炭素数は好ましくは1~3である。
【0045】
【化17】
式(1d)中、nは、2~5の整数であり、好ましくは、2または3である。
Rの具体的態様、好ましい態様などについては、一般式(1b)で説明したものと同様である。
【0046】
ポリマーPの全構造単位中の、式(1)で表される構造単位の割合は、好ましくは3~40モル%、より好ましくは3~30モル%である。
【0047】
ポリマーPを構成する式(2)で表される構造単位において、Rは、(メタ)アクリロイル基を1つのみ含む基である。ポリマーPが、(メタ)アクリロイル基を2つ以上含む式(1)の構造単位と、アクリロイル基を1つのみ含む式(2)の構造単位との両方を含むことで、感度と現像性をより高度に両立させることができる。特に、通常の感光性樹脂組成物の設計においては、感度を上げようと硬化性を高めた場合には硬化が進みすぎて現像性が悪くなりがちであり、一方で現像性を改良しようとした場合には硬化が不十分となりがちであるところ、本実施形態のポリマーPは、感度と現像性の双方を良好なバランスで備える。
【0048】
は、より具体的には以下式(2a)で表される基である。
【0049】
【化18】
式(2a)において、X10は2価の有機基であり、Rは水素原子またはメチル基である。
10の総炭素数は、好ましくは1~30、より好ましくは1~20である、さらに好ましくは1~10である。
式(2a)において、X10は2価の有機基であり、Rは水素原子またはメチル基である。
10の総炭素数は、好ましくは1~30、より好ましくは1~20である、さらに好ましくは1~10である。
10の2価の有機基としては、例えばアルキレン基が好ましい。このアルキレン基中の一部の-CH-はエーテル基(-O-)となっていてもよい。アルキレン基は、直鎖状でも分枝状でもよいが、直鎖状であることがより好ましい。
【0050】
10の2価の有機基としてより好ましくは、総炭素数3~6の直鎖状アルキレン基である。X10の炭素数(X10の鎖長)を適切に選択することで、式(2)で表される構造単位が架橋反応に一層関与しやすくなり、感度を高めることができる。
【0051】
10の2価の有機基(例えばアルキレン基)は、任意の置換基で置換されていてもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基などを挙げることができる。
また、X10の2価の有機基は、アルキレン基以外の任意の基であってよい。例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、エーテル基、カルボニル基、カルボキシ基等から選ばれる1種又は2種以上の基を連結して構成される2価の基であってもよい。
【0052】
ポリマーPの全構造単位中の、式(2)で表される構造単位の割合は、好ましくは5~40モル%、より好ましくは10~30モル%である。
また、本実施形態のポリマーPにおいて、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位との合計の含有量は、ポリマーPの全構造単位を基準として、好ましくは5~60モル%、より好ましくは10~50モル%、さらに好ましくは10~40モル%ある。
【0053】
本実施形態のポリマーPは、式(3)で表される構造単位を含む。これにより、ポリマーPは、アルカリ現像液に対する優れた溶解性を有し、よって現像性に優れる。
【0054】
ポリマーPの全構造単位中の、式(3)で表される構造単位の割合は、好ましくは、1~10モル%、より好ましくは、2~7モル%である。
【0055】
ポリマーP中に含まれる各構造単位の含有量(比率)は、ポリマーを合成する際に用いる原料の仕込み量(モル量)、合成後に残存する原料の量、各種スペクトル(例えば、IRスペクトル、H-NMRスペクトル、13C-NMRスペクトル)のピークの存在、およびピーク面積などから推定/算出することができる。
【0056】
本実施形態のポリマーPの重量平均分子量Mwは、好ましくは1000~80000、より好ましくは2000~40000、さらに好ましくは3000~30000である。重量平均分子量を適切に調整することで、感度やアルカリ現像液に対する溶解性を調整することができる。
また、本実施形態のポリマーPの分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は、好ましくは1.0~5.0、より好ましくは1.0~4.0、さらに好ましくは1.0~3.0である。分散度を適切に調整することで、ポリマーPの物性を均質にすることができ、好ましい。
なお、これらの値は、ポリスチレンを標準物質として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により求めることができる。
【0057】
本実施形態のポリマーPのガラス転移温度は、好ましくは150~250℃、より好ましくは170~230℃である。本実施形態のポリマーPは、主として式(NB)の構造単位を含むことにより、ガラス転移温度が高い傾向にある。このことは、液晶表示装置や固体撮像素子の製造に当たって、基板上に形成されたパターンが安定に存在できるという点で好ましい。なお、ガラス転移温度は、例えば、示差熱分析(differential thermal analysis:DTA)により求めることができる。
【0058】
本実施形態のポリマーPは、上記構成を備えることにより、そのアルカリ溶解速度を、150nm/s以上とすることができ、好ましくは、180nm/s以上とすることができ、より好ましくは、200nm/s以上である。上限値は特に限定されないが、例えば500nm/s以下であり得る。なお、本願明細書中、アルカリ溶解速度は、以下の条件で測定した場合の値である。
(アルカリ溶解速度の測定方法)ポリマーP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(PGMEA)に溶解させて、固形分濃度30質量%の溶液を作製する。次いで、得られたポリマー溶液をウエハー上にスピンコートし、PGMEAを乾燥させ、温度100℃で2分間プリベークすることで、膜厚2μm±0.2の樹脂膜を作製する。この樹脂膜を、ウエハーごと、温度23℃の2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液に浸漬する。浸漬したウエハーを目視で観察して樹脂膜が溶解して干渉模様が見えなくなるまでの時間を測定し、浸漬前の膜厚(2μm±0.2)を、その時間で除することで、アルカリ溶解速度(μm/秒)を算出する。
【0059】
(ポリマーPの製造方法)
本実施形態のポリマーPは、任意の方法により製造(合成)することができる。本実施形態のポリマーPは、
(I)上述の式(NB)で表される構造単位、上述の式(1)で表される構造単位、上述の式(2)で表される構造単位、および上述の式(MA)で表される構造単位を含むポリマー前駆体(以下、「ポリマー前駆体P'」と称する)を調製する第1の工程と、
(II)第1の工程で得られたポリマー前駆体を、触媒の存在下、水で処理する第2の工程と、により、製造される。第2の工程により、上述の式(NB)で表される構造単位、上述の式(1)で表される構造単位、上述の式(2)で表される構造単位、および上述の式(3)で表される構造単位を含み、場合により上述の式(MA)で表される構造単位を含むポリマーPが生成する。
【0060】
以下、これらの工程により本実施形態のポリマーを製造(合成)する方法について説明する。
ポリマー前駆体を調製する第1の工程(I)は、
(I-i)式(NB)で表される構造単位と、式(MA)で表される構造単位とを含む原料ポリマーを準備する工程と、
(I-ii)工程(I-i)で得られた原料ポリマーと、ヒドロキシル基および2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(以下、「多官能(メタ)アクリル化合物」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体を調製する工程と、
(I-iii)工程(I-iii)で得られた第1のポリマー前駆体と、ヒドロキシル基および1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物(以下、「単官能(メタ)アクリル化合物」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、および式(2)で表される構造単位を含む第2のポリマー前駆体を調製する工程と、を含むことが好ましい。ここで、工程(I-iii)で得られる第2のポリマー前駆体は、上記工程(I)に記載のポリマー前駆体P'に相当する。
【0061】
(工程(I―i))
工程(I-i)における、式(NB)で表される構造単位と、式(MA)で表される構造単位とを含む原料ポリマーを準備する工程は、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とを重合(付加重合)することで製造することができる。なお、式(NBm)のR、R、RおよびRならびにaの定義は、式(NB)のものと同様である。好ましい態様についても同様である。
【0062】
【化19】
【0063】
式(NBm)で表されるモノマーとしては、例えば、ノルボルネン、ノルボルナジエン、ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-2-エン(慣用名:2-ノルボルネン)、5-メチル-2-ノルボルネン、5-エチル-2-ノルボルネン、5-ブチル-2-ノルボルネン、5-ヘキシル-2-ノルボルネン、5-デシル-2-ノルボルネン、5-アリル-2-ノルボルネン、5-(2-プロペニル)-2-ノルボルネン、5-(1-メチル-4-ペンテニル)-2-ノルボルネン、5-エチニル-2-ノルボルネン、5-ベンジル-2-ノルボルネン、5-フェネチル-2-ノルボルネン、2-アセチル-5-ノルボルネン、5-ノルボルネン-2-カルボン酸メチル、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物などが挙げられる。重合の際、式(NBm)で表されるモノマーは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0064】
重合の方法については限定されないが、ラジカル重合開始剤を用いたラジカル重合が好ましい。重合開始剤としては、例えば、アゾ化合物、有機過酸化物などを使用できる。
アゾ化合物として具体的には、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、ジメチル2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、1,1'-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)(ABCN)などを挙げることができる。
有機過酸化物としては、例えば、過酸化水素、ジ-tert-ブチルパーオキサイド(DTBP)、過酸化ベンゾイル(ベンゾイルパーオキサイド,BPO)および、メチルエチルケトンパーオキサイド(MEKP)などを挙げることができる。
重合開始剤については、1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0065】
重合溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、メチルエチルケトン等の有機溶剤を用いることができる。重合溶媒は単独溶剤でも混合溶剤でもよい。
【0066】
原料ポリマーの合成は、式(NBm)で表されるモノマー、無水マレイン酸および重合開始剤を溶媒に溶解させて反応容器に仕込み、その後、加熱して、付加重合を進行させることにより実施される。加熱温度は例えば50~80℃であり、加熱時間は例えば5~20時間である。
反応容器に仕込む際の、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とのモル比は、0.5:1~1:0.5であることが好ましい。分子構造制御の観点から、モル比は1:1であることが好ましい。
このような工程により、「原料ポリマー」を得ることができる。
なお、原料ポリマーは、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、周期共重合体などのいずれであってもよい。典型的にはランダム共重合体または交互共重合体である。なお、一般に、無水マレイン酸は交互共重合性が強いモノマーとして知られている。
【0067】
なお、原料ポリマーの合成後に、未反応モノマー、オリゴマー、残存する重合開始剤などの低分子量成分を除去する工程を行ってもよい。
具体的には、合成された原料ポリマーと低分子量成分とが含まれた有機相を濃縮し、その後、テトラヒドロフラン(THF)などの有機溶媒と混合して溶液を得る。そして、この溶液を、メタノールなどの貧溶媒と混合し、モノマーを沈殿させる。この沈殿物を濾取して乾燥させることで、原料ポリマーの純度を上げることができる。
【0068】
(工程(I―ii))
工程(I-i)で得られた原料ポリマーと、多官能(メタ)アクリル化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させることで、原料ポリマーに含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(1)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体が得られる。
【0069】
より具体的には、まず、原料ポリマーを適当な有機溶剤に溶解させた溶液を準備する。有機溶媒としては、メチルエチルケトン(MEK)、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)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチルピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン(THF)などの単独溶剤または混合溶剤を用いることができるが、これらのみには限定されず、有機化合物や高分子の合成で用いられる種々の有機溶剤を用いることができる。
【0070】
次に、上記の溶液に、多官能(メタ)アクリル化合物を加える。さらに、塩基性触媒を加える。そして溶液を適切に混合して均一な溶液とする。
【0071】
多官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば、式(1b-m)で表される化合物、式(1c-m)で表される化合物、または式(1d-m)で表される化合物を挙げることができる。式(1b-m)におけるk、R、X、X'およびXの定義および具体的態様は、上述の式(1b)におけるものと同様である。また式(1c-m)におけるk、R、X、X、X、X、XおよびXの定義および具体的態様は、上述の式(1c)におけるものと同様である。また式(1d-m)におけるnおよびRの定義は、上記式(1d)におけるものと同様である。
【0072】
【化20】
【0073】
【化21】
【0074】
【化22】
【0075】
式(1b-m)で表される多官能(メタ)アクリル化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【0076】
【化23】
【0077】
【化24】
【0078】
【化25】
【0079】
式(1c-m)で表される多官能(メタ)アクリル化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【0080】
【化26】
【0081】
【化27】
【0082】
【化28】
【0083】
塩基性触媒としては、有機合成の分野で公知のアミン化合物や含窒素複素環化合物等を適宜用いることができる。例えば、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジンなどのアミン化合物または含窒素複素環化合物を触媒として用いることができる。塩基性触媒の使用量は、例えば、原料ポリマー100質量部に対し、10~60質量部程度とすることができる。
【0084】
上記溶液を、好ましくは60~80℃で、3~9時間程度加熱することで、原料ポリマー中に含まれる式(MA)の構造単位の一部の開環と、式(1)の構造単位の形成がなされ、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体が生成する。
【0085】
(工程(I―iii))
次いで、工程(I―ii)で得られた第1のポリマー前駆体と、単官能(メタ)アクリル化合物と、塩基性触媒の存在下で反応させることで、第1のポリマー前駆体に含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(2)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、および式(2)で表される構造単位を含む第2のポリマー前駆体、すなわち、ポリマー前駆体P'が得られる。
【0086】
工程(I-iii)は、工程(I-ii)で得られた第1のポリマー前駆体を含む反応系に、単官能(メタ)アクリル化合物を追添することにより実施することが好ましい。なお、反応の立体障害などの点から、単官能(メタ)アクリル化合物のほうが、多官能(メタ)アクリル化合物よりも、原料ポリマーと反応しやすい傾向にある。そのため、単官能(メタ)アクリル化合物を反応させる工程(I-ii)と、単官能(メタ)アクリル化合物を反応させる工程(I-iii)とは、同時に実施せず、この順で順次行うことが好ましい。また、単官能(メタ)アクリル化合物と第1のポリマー前駆体との反応は、塩基性触媒の存在下で進行する。塩基性触媒は、工程(I-ii)で得られた反応系に残存している触媒をそのまま使用することができる。そのため、工程(I-iii)は、工程(I-ii)で得られた第1のポリマー前駆体を含む反応混合物から第1のポリマー前駆体を単離精製したり、当該混合物中に含まれる塩基性触媒を中和したりすることなく、インサイチュで、工程(I-ii)で得られた第1のポリマー前駆体を含む反応混合物に単官能(メタ)アクリル化合物を追添することにより実施することが好ましい。具体的には、第1のポリマー前駆体を含む反応混合物に単官能(メタ)アクリル化合物を追添して得られる反応溶液を、好ましくは60~80℃で、1~9時間程度加熱することで、第1のポリマー前駆体に含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(2)で表される構造単位が形成され、ポリマー前駆体P'が生成する。
【0087】
工程(I-iii)で用いられる単官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば、以下の式(2a-m)で表される化合物が挙げられる。式(2a-m)において、X10およびRの定義については式(2a)におけるものと同様である。
【0088】
【化29】
【0089】
式(2a-m)で表される化合物の具体例としては、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、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ(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-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸などを挙げることができる。
【0090】
(工程(II))
工程(I―iii)で得られたポリマー前駆体P'を、触媒の存在下で、水で処理することにより、ポリマー前駆体P'に含まれる式(MA)で表される構造単位が開環し、式(3)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーPを製造することができる。式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(MA)の構造単位の一部が開環せずに残る場合には、ポリマーPは、式(NB)、式(1)、式(2)、および式(3)の構造単位に加え、式(MA)で表される構造単位を含む。
【0091】
工程(II)は、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応系に、水を追添することにより実施することが好ましい。工程(II)で使用される触媒としては、塩基性触媒を用いることができ、上記工程(I-ii)または工程(I-iii)で用いた塩基性触媒と同様の触媒を用いることができる。塩基性触媒の具体例としては、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジンなどのアミン化合物または含窒素複素環化合物が挙げられる。
【0092】
工程(II)では、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応系に、水を添加し、得られた反応溶液を、好ましくは60~80℃で、0.25~6時間程度加熱することで、ポリマー前駆体P'中に含まれる式(MA)の構造単位が開環して、式(3)で表される構造単位が生成する。この反応は、塩基性触媒の存在下で進行する。塩基性触媒は、工程(I-iii)で得られた反応系に残存している触媒をそのまま使用することができる。そのため、工程(II)は、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応混合物からポリマー前駆体P'を単離精製したり、当該混合物中に含まれる塩基性触媒を中和したりすることなく、インサイチュで、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応混合物に水を追添することにより実施することが好ましい。
【0093】
工程(II)の後、所望のポリマー以外の不要な成分の除去などのため、更に以下の工程を適宜行うことが好ましい。
【0094】
まず、上記で、有機溶剤で希釈し、また、酸(例えば、ギ酸、クエン酸など)を加えた反応溶液を、分液漏斗で少なくとも3分間激しく攪拌する。これを30分以上静止して、有機相と水相に分け、水相を除去する。このようにしてポリマーPの有機溶液を得る。
【0095】
得られたポリマーPの有機溶液に、過剰量のトルエンを加えてポリマーを再沈殿させる。また、再沈殿により得られたポリマー粉末をさらに数回(例えば、2回)、トルエンで洗浄する。
さらに、酸や塩基性触媒の除去のため、得られたポリマー粉末を、イオン交換水で洗浄する操作を数回(例えば、3回)繰り返す。
イオン交換水で洗浄後のポリマー粉末を、例えば30~60℃で16時間以上乾燥させることで、高純度のポリマーPを得ることができる。
【0096】
(感光性樹脂組成物)
上記のポリマーPと、光ラジカル重合開始剤とを用いて、感光性樹脂組成物を調製することができる。
既に説明したように、この感光性樹脂組成物は、硬化性に優れるため感度が良好であり、高いアルカリ溶解性を備えるため現像性に優れる。
【0097】
用いることができる光ラジカル重合開始剤としては特に限定されず、公知のものを適宜用いることができる。
例えば、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシー2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、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、2-ヒドロキシ-1-{4-〔4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル)ベンジル〕フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン、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-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、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-ブタノン等のアルキルフェノン系化合物;ベンゾフェノン、4,4'-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、2-カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;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、ベンゾインイソブチルエーテ等のベンゾイン系化合物;チオキサントン、2-エチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、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-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-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシカルボキニルナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン等のハロメチル化トリアジン系化合物;2-トリクロロメチル-5-(2'-ベンゾフリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-〔β-(2'-ベンゾフリル)ビニル〕-1,3,4-オキサジアゾール、4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-フリル-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチル化オキサジアゾール系化合物;2,2'-ビス(2-クロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール、2,2'-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール、2,2'-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物;1,2-オクタンジオン,1-〔4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)〕エタノン、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)等のオキシムエステル系化合物;ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム等のチタノセン系化合物;p-ジメチルアミノ安息香酸、p-ジエチルアミノ安息香酸等の安息香酸エステル系化合物;9-フェニルアクリジン等のアクリジン系化合物;等を挙げることができる。
【0098】
感光性樹脂組成物は、光ラジカル重合開始剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
光ラジカル重合開始剤の使用量は、ポリマーP100質量部に対し、例えば1~20質量部であり、好ましくは3~10質量部である。
【0099】
一態様として、感光性樹脂組成物は着色剤を含んでもよい。着色剤を含むことで、液晶表示装置や固体撮像素子のカラーフィルタの形成材料として好ましく用いることができる。着色剤としては、種々の顔料または染料を用いることができる。
【0100】
顔料としては有機顔料や無機顔料を用いることができる。
有機顔料としては、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、チオインジゴ系顔料、アントラキノン系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、キサンテン系顔料、ピロメテン系顔料、染料レーキ系顔料等を使用することができる。
無機顔料としては、白色・体質顔料(酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、クレー、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等)、有彩顔料(黄鉛、カドミニウム系、クロムバーミリオン、ニッケルチタン、クロムチタン、黄色酸化鉄、ベンガラ、ジンククロメート、鉛丹、群青、紺青、コバルトブルー、クロムグリーン、酸化クロム、バナジン酸ビスマス等)、光輝材顔料(パール顔料、アルミ顔料、ブロンズ顔料等)、蛍光顔料(硫化亜鉛、硫化ストロンチウム、アルミン酸ストロンチウム等)を使用することができる。
【0101】
染料としては、例えば、特開2003-270428号公報や特開平9-171108号公報、特開2008-50599号公報等に記載されている公知の染料を使用することができる。
【0102】
感光性樹脂組成物が着色剤を含む場合、感光性樹脂組成物は着色剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
着色剤(特に顔料)は、目的や用途に応じて、適切な平均粒子径を有するものを使用できるが、特にカラーフィルタのような透明性が要求される場合は、0.1μm以下の小さい平均粒子径が好ましく、その他、塗料などの隠蔽性が必要とされる場合は、0.5μm以上の大きい平均粒子径が好ましい。
着色剤は、目的や用途に応じて、ロジン処理、界面活性剤処理、樹脂系分散剤処理、顔料誘導体処理、酸化皮膜処理、シリカコーティング、ワックスコーティングなどの表面処理がなされていてもよい。
【0103】
感光性樹脂組成物が着色剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、着色濃度と着色剤の分散安定性との両立などから、感光性樹脂組成物の不揮発成分(溶剤を除く成分)全体に対して、好ましくは3~70質量%であり、より好ましくは5~60質量%、さらに好ましくは10~50質量%である。
【0104】
一態様として、感光性樹脂組成物は遮光剤を含んでもよい。遮光剤を含むことで、液晶表示装置や固体撮像素子のブラックマトリクスの形成材料として好ましく用いることができる。
遮光剤としては、公知の遮光剤を特に制限なく用いることができる。例えば、カーボンブラック、ボーンブラック、グラファイト、鉄黒、チタンブラック等の黒色顔料を遮光剤として用いることができる。
【0105】
感光性樹脂組成物が遮光剤を含む場合、感光性樹脂組成物は遮光剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
感光性樹脂組成物が遮光剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、遮光性能と遮光剤の分散安定性との両立などから、感光性樹脂組成物の不揮発成分(溶剤を除く成分)全体に対して、好ましくは3~70質量%であり、より好ましくは5~60質量%、さらに好ましくは10~50質量%である。
【0106】
感光性樹脂組成物は、典型的には、溶剤を含む。溶剤としては有機溶剤が好ましく用いられる。具体的には、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤、ラクトン系溶剤、カーボネート系溶剤などのうち1種または2種以上を用いることができる。
【0107】
溶剤の例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、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)、乳酸エチル、メチルイソブチルカルビノール(MIBC)、ガンマブチロラクトン(GBL)、N-メチルピロリドン(NMP)、メチル-n-アミルケトン(MAK)、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、シクロヘキサノン、またはこれらの混合物を挙げることができる。
【0108】
溶剤の使用量は特に限定されないが、不揮発成分の濃度が例えば10~70質量%、好ましくは15~60質量%となるような量で使用される。
【0109】
一態様として、感光性樹脂組成物は、架橋剤を含むことができる。
架橋剤は、光重合開始剤から発生する活性化学種の作用によりポリマーを架橋可能なもの(ポリマーと化学結合することができるもの)であれば、特に限定されない。
架橋剤は、ポリマーとのみ化学結合するのではなく、架橋剤同士で反応して結合形成してもよい。
【0110】
架橋剤は、例えば、一分子中に2以上の重合性二重結合を有する多官能化合物が好ましく、一分子中に2以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリル化合物であることがより好ましい(ただし、架橋剤は、前述のポリマーには該当しない)。ポリマーが有する架橋性基(重合性二重結合)と同種の架橋性基を有する架橋剤を用いることが、均一な硬化性、感度の更なる向上などの点で好ましい。
架橋剤一分子あたりの官能数(重合性二重結合の数)の上限は特にないが、例えば8以下、好ましくは6以下である。
【0111】
架橋剤として具体的には、以下を挙げることができる。
【0112】
エチレングリコールジ(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、ポリ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、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(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、グリセリントリ(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、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、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の、多官能(メタ)アクリレート類。
【0113】
エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等の、多官能ビニルエーテル類。
【0114】
(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸5-ビニロキシペンチル、(メタ)アクリル酸6-ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル等の、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類。
【0115】
エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、プロピレングリコールジアリルエーテル、ブチレングリコールジアリルエーテル、ヘキサンジオールジアリルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジアリルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタアリルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル等の、多官能アリルエーテル類。
【0116】
(メタ)アクリル酸アリル等の、アリル基含有(メタ)アクリル酸エステル類。
トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の、多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート類。
トリアリルイソシアヌレート等の、多官能アリル基含有イソシアヌレート類。
トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル等の、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類との反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート類。
ジビニルベンゼン等の、多官能芳香族ビニル類。
【0117】
なかでも、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)アクリレート等の三官能(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、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート等の四官能(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の六官能(メタ)アクリレートが好ましい。
【0118】
感光性樹脂組成物が架橋剤を含む場合、感光性樹脂組成物は架橋剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
感光性樹脂組成物が架橋剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよい。一例として、架橋剤の量は、ポリマーP100質量部に対して通常30~70質量部、好ましくは40~60質量部程度とすることができる。
【0119】
感光性樹脂組成物は、各種目的や要求特性に応じて、フィラー、上述のポリマー以外のバインダー樹脂、酸発生剤、耐熱向上剤、現像助剤、可塑剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、艶消し剤、消泡剤、レベリング剤、界面活性剤、帯電防止剤、分散剤、スリップ剤、表面改質剤、揺変化剤、揺変助剤、シランカップリング剤、多価フェノール化合物等の成分を含んでもよい。
【0120】
(パターン、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、液晶表示装置および固体撮像素子)
上述の感光性樹脂組成物を用いて膜形成し、その膜を露光・現像してパターンを形成することができる。このパターンは、カラーフィルタやブラックマトリクスなどに適用される。つまり、着色剤を含む感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することで、カラーフィルタを得ることができる。また、遮光剤を含む感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することで、ブラックマトリックスを得ることができる。そして、カラーフィルタやブラックマトリクスを備える液晶表示装置や固体撮像素子を製造することができる。
【0121】
パターンを形成する典型的な手順を説明する。
【0122】
(感光性樹脂膜の形成)
例えば、上記の感光性樹脂組成物を、任意の基板上に塗布し、必要に応じて乾燥させることで、まず、感光性樹脂膜を得る。
【0123】
組成物を塗布する基板は特に限定されない。例えば、ガラス基板、シリコンウエハ、セラミック基板、アルミ基板、SiCウエハー、GaNウエハー、銅張積層板などが挙げられる。
基板は、未加工の基板であっても、電極や素子が表面に形成された基板であってもよい。接着性の向上のために表面処理さていてもよい。
感光性樹脂組成物の塗布方法は特に限定されない。スピナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング、インクジェット法などにより行うことができる。
【0124】
基板上に塗布した感光性樹脂組成物の乾燥は、典型的にはホットプレート、熱風、オーブン等で加熱処理することで行われる。加熱温度は、通常80~140℃、好ましくは90~120℃である。また、加熱の時間は、通常30~600秒、好ましくは30~300秒程度である。
【0125】
感光性樹脂膜の膜厚は、特に限定されず、最終的に得ようとするパターンに応じて適宜調整すればよいが、通常0.5~10μm、好ましくは1~5μmである。なお、膜厚は、感光性樹脂組成物中の溶剤の含有量や塗布方法などにより調整可能である。
【0126】
(露光)
露光は、典型的には、適当なフォトマスクを介して活性光線を感光性樹脂膜に当てることで行う。
活性光線としては、例えばX線、電子線、紫外線、可視光線などが挙げられる。波長でいうと200~500nmの光が好ましい。パターンの解像度や取り扱い性の点で、光源は水銀ランプのg線、h線又はi線であることが好ましく、特にi線が好ましい。また、2つ以上の光線を混合して用いてもよい。露光装置としては、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション又はステッパ-が好ましい。
露光の光量は、感光性樹脂膜中の感光剤の量などにより適宜調整すればよいが、例えば100~500mJ/cm程度である。
【0127】
なお、露光後、必要に応じて、感光性樹脂膜を再度加熱してもよい(露光後加熱:Post Exposure Bake)。その温度は、例えば70~150℃、好ましくは90~120℃である。また、時間は、例えば30~600秒、好ましくは30~300秒である。露光後加熱をすることで、光ラジカル重合開始剤から発生したラジカルによる反応が促進され、硬化反応が一層促される。
【0128】
(現像)
露光された感光性樹脂膜を、適当な現像液により現像することで、パターンを得ること、また、パターンを備えた基板を製造することができる。
現像工程においては、適当な現像液を用いて、例えば浸漬法、パドル法、回転スプレー法などの方法を用いて現像を行うことができる。現像により、感光性樹脂膜の露光部(ポジ型の場合)又は未露光部(ネガ型の場合)が溶出除去され、パターンが得られる。
【0129】
使用可能な現像液は特に限定されない。例えば、アルカリ水溶液や有機溶剤が使用可能である。
アルカリ水溶液として具体的には、(i)水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ水溶液、(ii)エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン水溶液、(iii)テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩の水溶液などが挙げられる。
有機溶剤として具体的には、シクロペンタノンなどのケトン系溶剤、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)や酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系溶剤、等が挙げられる。
現像液には、例えばメタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒や、界面活性剤などが添加されていてもよい。
【0130】
本実施形態においては、現像液としてアルカリ水溶液を用いることが好ましく、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、炭酸ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液を用いることがより好ましい。
アルカリ水溶液の濃度は、好ましくは0.1~10質量%であり、更に好ましくは0.2~5質量%である。
【0131】
以上の工程により、パターンを得ること/パターンを備えた基板を製造することができるが、現像の後、様々な処理を行ってもよい。
例えば、現像の後、リンス液によりパターンおよび基板を洗浄してもよい。リンス液としては、例えば蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0132】
また、得られたパターンを加熱して十分に硬化させるようにしてもよい。加熱温度は、典型的には150~400℃、好ましくは160~300℃、より好ましくは200~250℃である。加熱時間は特に限定されないが、例えば15~300分の範囲内である。この加熱処理は、ホットプレート、オーブン、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンなどにより行うことが出来る。加熱処理を行う際の雰囲気気体としては、空気であっても、窒素、アルゴンなどの不活性ガスであってもよい。また、減圧下で加熱してもよい。
【0133】
カラーフィルタおよび/またはブラックマトリクスを備える、液晶表示装置および/または固体撮像素子の構造の一例について、図1に模式的に示す。
基板10上には、ブラックマトリクス11とカラーフィルタ12が形成されている。また、このブラックマトリクス11とカラーフィルタ12の上部に保護膜13および透明電極層14が設けられている。
基板10は、通常、光を通過する材料により構成されるものであり、たとえば、ガラスの他、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの重合体などにより構成される。基板10は、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、薬液処理等が施されたものであってもよい。
基板10は、好ましくはガラスより構成される。
【0134】
ブラックマトリクス11は、たとえば、遮光剤を含む感光性樹脂組成物の硬化物によって構成される。
カラーフィルタ12としては、通常、赤、緑、青の三色が存在する。カラーフィルタ12は、各色に応じた着色剤を含む感光性樹脂組成物の硬化物により構成される。
【0135】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【実施例
【0136】
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0137】
実施例中の使用化合物については、以下の略号または商品名で示す場合がある。
・MA:無水マレイン酸
・NB:2-ノルボルネン
・MEK:メチルエチルケトン
・BHEA:2-ヒドロキシエチルアクリレート
・4-HBA:4-ヒドロキシブチルアクリレート
【0138】
・A-TMM-3L:以下2種の化合物の混合物、ガスクロマトグラフ測定に基づく混合物中の左の化合物の量は約55%(新中村化学工業株式会社製)
【0139】
【化30】
【0140】
・A-TMM-3LM-N:以下2種の化合物の混合物、ガスクロマトグラフ測定に基づく混合物中の左の化合物の量は約57%(新中村化学工業株式会社製)
【0141】
【化31】
【0142】
・A-9550:以下2種の化合物の混合物、水酸基価から見積もった混合物中の左の化合物の量は約50%(新中村化学工業株式会社製)
【0143】
【化32】
【0144】
<原料ポリマーの合成>
(原料ポリマー1の合成)
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、無水マレイン酸588.36g(6.0モル)と、2-ノルボルネン564.90g(6.0モル)と、ジメチル2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオネート)55.26g(0.24モル)とを計量して入れた。これらを、メチルエチルケトン1716.8gおよびトルエン188.3gからなる混合溶媒に溶解させ、溶解液を作製した。
この溶解液に対して、30分間窒素を通気して酸素を除去し、次いで、撹拌しつつ温度65℃で1.5時間加熱し、さらにその後80℃で6時間加熱することで、無水マレイン酸と、2-ノルボルネンとを重合させ、重合溶液を作製した。
上記で得られた重合溶液を、メタノール14230.2gに滴下することで白色固体を沈殿させた。得られた白色固体を、さらにメタノール3557.5gで洗浄した後、温度120℃で真空乾燥することにより、2-ノルボルネンに由来する構造単位と、無水マレイン酸に由来する構造単位とを備えるポリマー(原料ポリマー1)1027.2gを得た。
得られたポリマーをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した結果、重量平均分子量Mwは7236であり、多分散度(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)は1.83であった。
【0145】
<ポリマーPの合成>
以下の方法を用いて、ポリマーPを作製した。
(合成例1)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP1を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.01gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環したポリマーP1を61.39g得た。
ポリマーP1のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP1には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP1が、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP1の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0146】
(合成例2)
合成例1で得られたポリマーP1 20.00g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)46.67gに溶解して、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、水8.00g(0.444モル)を加え、温度70℃で6時間反応させた。得られた反応混合物を、溶媒置換し、ポリマーP2を55.20g(固形分濃度:28.56質量%)得た。
上記の溶媒置換は、以下の手順により実施した。
得られた反応混合物をロータリーエバポレーターにより、減圧下、50℃で溶媒の除去を行った。ポリマー溶液がかなり粘調になったのを確認し、溶媒除去の操作を中断した。その後、PGMEA60.00gを加え、均一になるまで混合した。同様の操作で減圧下、50℃で溶媒の除去を行った。ポリマー溶液がかなり粘調になったのを確認し、溶媒除去の操作を中断した。その後、PGMEA80.00gを加え、均一になるまで混合した。同様の操作で減圧下、50℃で溶媒の除去を行い、固形分濃度が加熱乾燥式水分計による測定で30質量%±2質量%の溶液を作製した。以上の操作で反応に使用した水が除去され、溶媒がPGMEAに置換される。
ポリマーP2の13C-NMR測定により、ポリマーP2が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
GPC測定により測定した、ポリマーP2の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0147】
(合成例3)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.01gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP3を70.52g得た。
ポリマーP3のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP3には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP3が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。また、13C-NMR測定により、ポリマーP3は、ポリマーP2と比べ、水で開環された構造の割合が高いことが分かった。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP3の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0148】
(合成例4)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP4を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 108.26gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環した、ポリマーP4を65.76g得た。
ポリマーP4のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP4には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP4が、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP4の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0149】
(合成例5)
合成例1で得られたポリマーP4 20.00g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)46.67gに溶解して、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、水8.00g(0.444モル)を加え、温度70℃で6時間反応させた。得られた反応混合物を、溶媒置換し、ポリマーP5を59.35g(固形分濃度:28.70質量%)得た。溶媒置換は、合成例2と同様の方法で実施した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP5が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
GPC測定により測定した、ポリマーP5の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0150】
(合成例6)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 108.26gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水24.00g(1.332モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP6を78.50g得た。
ポリマーP6のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP6には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP6が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。また、13C-NMR測定により、ポリマーP6は、ポリマーP5と比べ、水で開環された構造の割合が高いことが分かった。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP6の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0151】
(合成例7)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 108.26gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水6.00g(0.333モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP7を70.59g得た。
ポリマーP7のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP7が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。また、13C-NMR測定により、ポリマーP7は、ポリマーP5と比べ、水で開環された構造の割合が高いことが分かった。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP7の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0152】
(合成例8)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP8を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3L 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3Lおよび4-HBAで開環した、ポリマーP8を58.17g得た。
ポリマーP8のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP1には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP8が、A-TMM-3Lおよび4-HBAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP8の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0153】
(合成例9)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3L 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水9.00g(0.500モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3L、4-HBAおよび水で開環した、ポリマーP9を58.56g得た。
ポリマーP9のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP9が、A-TMM-3L、4-HBAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP8の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0154】
(合成例10)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP10を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 114.39gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-9550 35.03gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-9550およびBHEAで開環した、ポリマーP10を57.82g得た。
ポリマーP10のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP10が、A-9550およびBHEAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP10の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0155】
(合成例11)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 102.73gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-9550 35.03gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-9550、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP11を70.77g得た。
ポリマーP11が、A-9550、BHEAおよび水で開環された構造を有することを、13C-NMRにより確認した。
ポリマーP11のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP11が、A-9550、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP11の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0156】
(合成例12)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 103.03gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-9550 35.03gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 45.01g(0.312モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水6.00g(0.333モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-9550、4-HBAおよび水で開環した、ポリマーP12を70.64g得た。
ポリマーP12のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP12が、A-9550、4-HBAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP12の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
【0157】
(合成例13)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP13を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-Nおよび4-HBAで開環した、ポリマーP13を56.44g得た。
ポリマーP13のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。GPC測定により測定した、ポリマーP13の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
ポリマーP13が、A-TMM-3LM-Nおよび4-HBAで開環された構造を有することを、13C-NMRにより確認した。
さらにポリマーP13における、3官能(メタ)アクリル化合物(A-TMM-3LM-N)由来の構造単位(式(1)の構造単位)、単官能(メタ)アクリル化合物(4-HBA)由来の構造単位(式(2)の構造単位)、水開環側鎖(式(3)の構造単位、および未反応(未開環)のMA単位(式(MA)の構造単位)の量(モル分率、モル%)(それぞれ、A、B、C、およびD)を、13C-NMRの積分値解析により算出した。結果を以下に示す。また13C-NMRチャートは図2に示す。
図2に示すとおり、それぞれの構造に対応する積分値a、b、c、dを下記の範囲の化学シフトに存在するシグナルと定め、積分値を測定した。
a:164.8~165.3ppm
b:165.3~165.6ppm
c:174.7~178.0ppm
d:168.0~174.7ppm
積分値a、b、c、dから、以下の計算式よりモル比A、B、C、Dを算出した。
A=a/3
B=b
C={c-(a/3)-b}/2
D={d-(a/3)-b}/2
なお、13C-NMRチャートにおける168.0~174.7ppmのピークには、抽出で使用したクエン酸のピーク(ピークトップ:171.30ppm)が含まれていたため、積分値dは、168.0-174.7ppmの積分値から171.23-171.33ppmの積分値(クエン酸分に相当)を除して算出した。
各構造単位のモル分率は以下のとおりであった。
A-TMM-3LM-N由来の構造単位:13.1モル%
4-HBA由来の構造単位:34.2モル%
水開環側鎖:0.7モル%
MA単位:52.1モル%
【0158】
(合成例14)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水9.00g(0.500モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、4-HBAおよび水で開環した、ポリマーP14を65.04g得た。
ポリマーP14のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。GPC測定により測定した、ポリマーP13の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
ポリマーP14が、A-TMM-3LM-N、4-HBAおよび水で開環された構造を有することを、13C-NMRにより確認した。さらに合成例13と同様の方法で、各構造単位の量を算出した。結果を以下に記載する。また13C-NMRチャートは図3に示す。
なお、13C-NMRチャートにおける168.0~174.7ppmのピークには、抽出で使用したクエン酸のピーク(ピークトップ:171.34ppm、および175.12ppm)が含まれていたため、積分値dは、168.0~174.7ppmの積分値から171.33~171.39ppmの積分値および175.08~175.15ppmの積分値(いずれもクエン酸分に相当)を除して算出した。
各構造単位のモル分率は以下のとおりであった。
A-TMM-3LM-N由来の構造単位:14.0モル%
4-HBA由来の構造単位:35.3モル%
水開環側鎖:7.0モル%
MA単位:43.6モル%
【0159】
なお、13C-NMR測定の条件は以下の通りである。
(試験条件)測定サンプルは、秤量した試料に測定溶媒を加えて濃度調製した後、NMR測定用試料管に規定分量注いで作製した。
・測定装置:日本電子JNM-ECA400超伝導FT-NMR装置
・共鳴周波数:100.53MHz
・測定核:13
・測定法:NNE測定(インバースゲートデカップリング法)
・パルス幅:3.83μsec
・パルス繰り返し待ち時間:30s
・積算回数:4096回
・測定温度:室温
・測定溶媒:DMSO-d(重水素化ジメチルスルホキシド)
・試料濃度:20%(w/v)
【0160】
以下の表1に、各合成例で使用した成分とその仕込み量(無水マレイン酸(MA)換算)を示す。
【0161】
【表1】
【0162】
(実施例1~7、参考例1~2、比較例1~5)
各実施例および各比較例において、上記の合成例で得られたポリマーPのアルカリ溶解性を評価した。また、これらのポリマーPを用いて感光性樹脂組成物を調製し、その性能を評価した。
【0163】
<評価>
[現像性評価](アルカリ現像液に対するポリマーPの溶解速度)
合成例1、合成例3、合成例4、合成例6~14で得られたポリマーP1、P3、P4、P6~P14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(PGMEA)に溶解させて、固形分濃度30質量%の溶液を作製した。合成例2、合成例5で得られたポリマーP2、P5については固形分濃度30質量%±2質量%に調整されているため、次操作にそのまま使用した。
次いで、ウエハー上に上記溶液をスピンコートし、PGMEAを乾燥させ、そして温度100℃で2分間プリベークすることで、膜厚2μm±0.2の樹脂膜を作製した。
この樹脂膜を、ウエハーごと、温度23℃の2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し、樹脂膜の溶解速度を測定した。
溶解速度は、浸漬したウエハーを目視で観察して樹脂膜が溶解して干渉模様が見えなくなるまでの時間を測定し、その時間で膜厚を割り算することで算出した。結果を表2に示す。アルカリ溶解速度が、180nm/s以上であれば、現像性が良好とみなすことができる。
【0164】
[感度評価(2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液)]
まず、全固形分濃度が30質量%になるように、以下成分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(PGMEA)に溶解した感光性樹脂組成物を得た。
・ポリマーP(合成例1~14で得られたポリマーP):100質量部
(ポリマーP2、P5についてはPGMEAを除いたポリマーの固形分が100質量部になるようにポリマーP2、P5を秤量した。)
・多官能アクリレート(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート):50質量部
・光重合開始剤(BASF社製、Ingacure OXE01):5質量部
・密着助剤(信越化学工業株式会社製、KBM-403):1質量部
・界面活性剤(DIC株式会社製、F-556):0.5質量部
得られた感光性樹脂組成物は必要に応じてPTFEメンブレンフィルターMillex-LS(メルクミリポア社製)でろ過し、不溶分を取り除いた。
【0165】
得られた樹脂組成物を、HMDS(Hexamethyldisilazane)処理した3インチシリコンウェハー上に回転塗布し、100℃、120秒間ホットプレートにてベークして、約3.0μm厚(±0.3μm)の薄膜Aを得た。
この薄膜Aに、遮光率1~100%の階調を有するフォトマスクを介して、キヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA-501F)にて100mJ/cmの露光量でg+h+i線を露光した。
露光後、薄膜を2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液で23℃、60秒間現像(ウェハーごと浸漬)することで、1~100mJ/cmの各露光量で露光、現像された薄膜Bを得た。
上記の方法にて得られた薄膜A、薄膜Bの膜厚から、以下の式より残膜率を算出した。
残膜率(%)=(各露光量での薄膜Bの膜厚/薄膜Aの膜厚)×100
そして、残膜率が95%以上となる露光量を、各感光性樹脂組成物の感度として、以下基準により評価した。結果を表2に示す。残膜率が95%以上となる露光量の値は小さい程、感度が高いことを示す。残膜率が95%以上となる露光量が、40mJ/cm以下であれば感光性材料として問題なく使用することができ、特に25mJ/cm以下であれば感度が良好であるとみなすことができる。
【0166】
アルカリ溶解速度および感度評価の結果を表2に示す。
【0167】
【表2】
【0168】
ポリマーP3、ポリマーP6、ポリマーP7、ポリマーP9、ポリマーP11、ポリマーP12およびポリマーP14は、いずれもそのポリマー構造中に、無水マレイン酸構造単位が水で開環されて得られる構造単位(式(3)の構造単位)を有しており、アルカリ溶解速度が良好であり、よって、現像性に優れていた。またポリマーP3、ポリマーP7、ポリマーP9、ポリマーP11、ポリマーP12およびポリマーP14は、特に高い感度を有し、よってこれらのポリマーを含む感光性樹脂組成物は、現像性と感度とを良好なバランスで備えていた。
【0169】
<カラーフィルタの作製>
実施例1~7で調製した感光性樹脂組成物に対し、さらに、顔料分散液NX-061(大日精化工業株式会社製、緑色)を適量加えた着色感光性樹脂組成物を調製した。
これを基板上に製膜し、露光、アルカリ現像処理などを行うことで、緑色のカラーフィルタを形成することができた。
また、顔料分散液として、NX-061の代わりに、同社製のNX-053(青色)、NX-032(赤色)などを用いて、青色または赤色のカラーフィルタを形成することができた。
【0170】
<ブラックマトリクスの作製>
実施例1~7で調製した感光性樹脂組成物に対し、さらに、カーボンブラック分散液NX-595(大日精化工業株式会社製)を適量加えた黒色感光性樹脂組成物を調製した。
これを基板上に製膜し、露光、アルカリ現像処理などを行うことで、ブラックマトリクスを形成することができた。
【符号の説明】
【0171】
10 基板
11 ブラックマトリクス
12 カラーフィルタ
13 保護膜
14 透明電極層
図1
図2
図3