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  • 特許-感光性樹脂組成物および硬化膜 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】2025-05-07
(45)【発行日】2025-05-15
(54)【発明の名称】感光性樹脂組成物および硬化膜
(51)【国際特許分類】
   G03F 7/038 20060101AFI20250508BHJP
   C08F 2/44 20060101ALI20250508BHJP
   C08F 232/00 20060101ALI20250508BHJP
   C08F 222/06 20060101ALI20250508BHJP
   C08F 8/00 20060101ALI20250508BHJP
   C08F 290/12 20060101ALI20250508BHJP
【FI】
G03F7/038 501
C08F2/44 C
C08F232/00
C08F222/06
C08F8/00
C08F290/12
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2021071095
(22)【出願日】2021-04-20
(65)【公開番号】P2022165664
(43)【公開日】2022-11-01
【審査請求日】2024-03-15
(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】池田 陽雄
(72)【発明者】
【氏名】穴田 亘平
【審査官】中村 博之
(56)【参考文献】
【文献】特許第6777275(JP,B2)
【文献】特開2022-082436(JP,A)
【文献】国際公開第2017/154439(WO,A1)
【文献】国際公開第2018/131351(WO,A1)
【文献】特開2020-126117(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第104252102(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03F 7/038
G03F 7/004
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リマーと、
重合開始剤と、
を含み、
前記ポリマーは、下記一般式(1)~(5)で表される構成単位(1)~(5)の合計を100モル%とした場合に、構成単位(1)を0~5モル%、構成単位(4)を0~5モル%、構成単位(2)、(3)および(5)の合計を90~100モル%含み、かつ
構成単位(2)、(3)および(5)の合計を100モル%とした場合に、構成単位(2)を20~40モル%、構成単位(3)を25~45モル%、構成単位(5)を25~45モル%含み、
230℃で60分間加熱して得られた膜厚3μmの硬化膜が、以下の特性(a)および(b)を満たす、感光性樹脂組成物。
(a)波長400nmの光線透過率および波長550nmの光線透過率が95%以上である。
(b)モノエタノールアミン/DMSO=70/30(重量比)の混合溶媒中に、70℃で1分間浸漬した後の下記式で表される膜厚変化率が5.0%以下である。
(式)
[(70℃で1分間浸漬した後の膜厚-浸漬前の膜厚)/浸漬前の膜厚]×100
【化1】
(一般式(2)中、Zは下記一般式(2-1)で表される基である。
【化2】
(一般式(2-1)中、Rは水素原子またはメチル基またはエチル基である。)
Qは水素原子である。Xは酸素原子を
一般式(3)中、Rは、1~5個の(メタ)アクリロイル基を含む基である。
一般式(5)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、a1は0、1または2である。)
【請求項2】
前記構成単位(3)は、下記一般式(3-1)で表される構成単位である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
【化3】
(一般式(3-1)中、R は、下記一般式(3-1a)で表される基である。
【化4】
(一般式(3-1a)中、X 10 は総炭素数3~6の直鎖状アルキレン基であり、Rは水素原子またはメチル基である。))
【請求項3】
前記硬化膜の1%重量減少温度(Td1)が270℃以上であり、5%重量減少温度(Td5)が330℃以上である、請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物。
【請求項4】
前記ポリマーが、2官能以上のチオール基含有化合物の少なくとも1つのチオール基から誘導されるチオエーテル基を介して結合している、請求項1~3のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
【請求項5】
さらに多官能(メタ)アクリル化合物を含む、請求項1~4のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
【請求項6】
請求項1~5のいずれかに記載の感光性樹脂組成物からなる硬化膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感光性樹脂組成物および硬化膜に関する。
【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の形成には、感光性樹脂組成物が用いられることが多い。
【0003】
例えば、特許文献1には、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開示されている。当該文献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。
【0004】
特許文献2には、所定のノルボルネンおよびマレイン酸から誘導される繰り返し単位を含むポリマーと、光ラジカル重合開始剤と、着色剤と、を含む着色感光性樹脂組成物が開示されている。当該文献の合成例には、無水マレイン酸の開環率(エステル化率)が90%であったと記載されている。
【0005】
特許文献3には、無水マレイン酸部位を開環させた前駆体ポリマーに対し、エポキシ基を備える化合物を反応させる工程を含むポリマーの製造方法が開示されている。当該文献の実施例には、エポキシ基を備える化合物として、メタクリル酸グリシジルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第2012/147706号
【文献】国際公開第2016/194619号
【文献】国際公開第2017/154439号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1~3に記載の従来の技術においては、感光性樹脂組成物から得られる硬化物の透明性および耐溶剤性等の耐久性に改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、所定の構造を有するポリマー等を含み、硬化膜が所定の特性を満たすことで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下に示すことができる。
【0009】
本発明によれば、
下記一般式(1)~(5)で表される構成単位(1)~(5)を含むポリマーと、
重合開始剤と、
を含み、
230℃で60分間加熱して得られた膜厚3μmの硬化膜が、以下の特性(a)および(b)を満たす、感光性樹脂組成物が提供される。
(a)波長400nmの光線透過率および波長550nmの光線透過率が95%以上である。
(b)モノエタノールアミン/DMSO=70/30(重量比)の混合溶媒中に、70℃で1分間浸漬した後の下記式で表される膜厚変化率が5.0%以下である。
式:[(70℃で1分間浸漬した後の膜厚-浸漬前の膜厚)/浸漬前の膜厚]×100
【化1】
(一般式(2)中、Zは1以上の(メタ)アクリロイル基を含む基である。Qは水素原子または置換または未置換の炭素数1~6のアルキル基である。Xは酸素原子、置換または未置換の炭素数1~4のアルキレン基を表し、Qの前記アルキル基とXの前記アルキレン基の何れかの炭素原子とが結合して環を形成してもよい。
一般式(3)中、Rは、1以上の(メタ)アクリロイル基を含む基である。
一般式(5)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、a1は0、1または2である。)
【0010】
本発明によれば、
前記感光性樹脂組成物からなる硬化膜が提供される。
【発明の効果】
【0011】
本発明の感光性樹脂組成物は硬化性に優れ、さらに透明性および耐溶剤性等の耐久性に優れる硬化物を提供することができる。言い換えれば、これらの特性のバランスに優れる硬化物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
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。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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、「5~90%」とは「5%以上90%以下」を意味する。
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。
【0014】
<感光性樹脂組成物>
本実施形態の感光性樹脂組成物は、一般式(1)~(5)で表される構成単位(1)~(5)を含むポリマーと、重合開始剤と、を含む。
そして、当該感光性樹脂組成物を230℃で60分間加熱して得られた膜厚3μmの硬化膜が、以下の特性(a)および(b)を満たす。
(a)波長400nmの光線透過率および波長550nmの光線透過率が95%以上、好ましくは96%以上である。
(b)モノエタノールアミン/DMSO=70/30(重量比)の混合溶媒中に、70℃で1分間浸漬した後の下記式で表される膜厚変化率が5.0%以下、好ましくは4.5%以下である。
式:[(70℃で1分間浸漬した後の膜厚-浸漬前の膜厚)/浸漬前の膜厚]×100
【0015】
本実施形態の感光性樹脂組成物は、当該構成単位を含むことから硬化性および耐熱性に優れ、さらに特性(a)および(b)を満たすことから、透明性および耐溶剤性等の耐久性に優れる硬化物を提供することができる。
【0016】
感光性樹脂組成物の硬化物は、黄色化が抑制されて透明性に優れ、さらに使用環境における耐熱変色性に優れている必要があり、特性(a)を満たすことにより要求特性を満足することができる。言い換えれば、当該要求特性の指標とすることができる。
さらに、感光性樹脂組成物の硬化物は、その用途において耐溶剤性等の耐久性に優れることが要求されるが、特性(b)を満たすことにより要求特性を満足することができる。言い換えれば、当該要求特性の指標とすることができる。
すなわち、硬化物が特性(a)および(b)のいずれも満たすことにより、当該硬化物をカラーフィルタやブラックマトリクス等の保護膜等に好適に用いることができ、これらを備える液晶表示装置や固体撮像素子等は製品信頼性に優れることとなる。
【0017】
さらに、本実施形態の感光性樹脂組成物を230℃で60分間加熱して得られた膜厚3μmの硬化膜が、以下の特性(c)を満たすことが好ましい。
(c)前記硬化膜の1%重量減少温度(Td1)が270℃以上であり、5%重量減少温度(Td5)が330℃以上である。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、特性(c)を満たすことから、耐熱性に優れる硬化物を提供することができる。
【0018】
感光性樹脂組成物の硬化物は、その用途において耐熱性に優れることが要求されるが、特性(c)を満たすことにより要求特性を満足することができる。言い換えれば、当該要求特性の指標とすることができる。
すなわち、硬化物が特性(c)を満たすことにより、当該硬化物をカラーフィルタやブラックマトリクス等の保護膜等にさらに好適に用いることができ、これらを備える液晶表示装置や固体撮像素子等は製品信頼性にさらに優れることとなる。
【0019】
特性(a)および(b)、さらに特性(c)を何れも満たす硬化物を得るためには、構成単位(1)~(5)を含むポリマーと、重合開始剤とを含む感光性樹脂組成物を用い、好ましくはこれらの構成比率を所定の範囲とすることにより達成することができる。
以下、各成分について説明する。
【0020】
[ポリマー]
本実施形態のポリマーは、下記一般式(1)~(5)で表される構成単位(1)~(5)を含む。
【0021】
【化2】
【0022】
本実施形態においては、本発明の効果の観点から、構成単位(1)~(5)の合計を100モル%とした場合に、構成単位(1)が0~10モル%、構成単位(4)が0~10モル%であり、構成単位(2)、(3)および(5)の合計が80~100モル%であることが好ましく、
構成単位(1)が0~5モル%、構成単位(4)が0~5モル%であり、構成単位(2)、(3)および(5)の合計が90~100モル%であることがより好ましい。
【0023】
構成単位(2)、(3)および(5)は、これらの合計を100モル%とした場合に、構成単位(2)が20~40モル%、構成単位(3)が25~45モル%であり、構成単位(5)が25~45モル%であることが好ましく、
構成単位(2)が25~35モル%、構成単位(3)が30~40モル%であり、構成単位(5)が30~40モル%であることが好ましい。
【0024】
なお、ポリマー中に含まれる各構成単位の含有量(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。
以下、各構成単位について説明する。
【0025】
一般式(2)で表される構成単位(2)中、Zは1以上の(メタ)アクリロイル基を含む基である。
Zは、1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1~4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1~3個含む基であることがさらに好ましい。Zが含む(メタ)アクリロイル基の数を最適にすることで、硬化性および耐熱性に優れ、さらに透明性および耐溶剤性等の耐久性に優れる硬化物を得ることができる。
【0026】
これらの特性の観点から、Zは(メタ)アクリロイル基を1個含む基であることが好ましく、下記一般式(2-1)で表される基であることがより好ましい。
【0027】
【化3】
【0028】
一般式(2-1)中、Rは水素原子またはメチル基またはエチル基である。
【0029】
一般式(2)中、Qは水素原子または置換または未置換の炭素数1~6のアルキル基である。
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、ヘキシル基を挙げることができる。置換された炭素数1~6のアルキル基の置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、シアノ基、メルカプト基等を挙げることができる。
【0030】
一般式(2)中、Xは酸素原子、置換または未置換の炭素数1~4のアルキレン基である。
アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基を挙げることができる。置換された炭素数1~4のアルレン基の置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、シアノ基、メルカプト基等を挙げることができる。
【0031】
一般式(2)中、Qの前記アルキル基とXの前記アルキレン基の何れかの炭素原子とが結合して環を形成してもよい。環構造としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、デカリン環、ベンゼン環、ナフタレン環等を挙げることができる。
【0032】
一般式(3)で表される構成単位(3)中、Rは、1以上の(メタ)アクリロイル基を含む基である。
は、1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1~6個含む基であることが好ましく、(メタ)アクリロイル基を1~5個含む基であることがさらに好ましく、(メタ)アクリロイル基を2~5個含む基であることがより好ましい。Rが含む(メタ)アクリロイル基の数を最適にすることで、耐熱性に優れることから黄変が抑制され透明性に優れる硬化物を得ることができる。
【0033】
一般式(3)で表される構成単位(3)としては、例えば下記一般式(3-1)で表される構成単位、下記一般式(3-2)で表される構成単位を挙げることができる。
【0034】
【化4】
【0035】
一般式(3-1)中、Rは、(メタ)アクリロイル基を1つのみ含む基である。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ため、ポリマーは、一般式(3-1)で表される構成単位を含むことが好ましく、これにより感度と現像性の双方を良好なバランスで両立することができる。
【0036】
は、例えば、以下一般式(3-1a)で表される基である。
【0037】
【化5】
【0038】
一般式(3-1a)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。
一般式(3-1a)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。
【0039】
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。
【0040】
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、一般式(3-1)で表される構成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、さらに耐溶剤性等の耐久性に優れる硬化物を得ることができる。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
一般式(3-2)中、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、硬化性をより高めることができる。また、硬化性と現像性とをより高度に両立させやすくなる。さらに、耐熱性をより高めやすくなることから透明性に優れ、さらに耐溶剤性等の耐久性に優れる硬化物を得ることができる。
【0044】
なお、硬化性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。
【0045】
は、下記一般式(3-2a)、(3-2b)または(3-2c)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。
【0046】
【化6】
【0047】
一般式(3-2a)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。
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
【化7】
【0055】
一般式(3-2b)中、
k、R、XおよびXは、それぞれ、上記の一般式(3-2a)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。
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(3-2a)で説明したものと同様である。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
【化8】
【0059】
一般式(3-2c)中、nは、2~5の整数であり、好ましくは、2または3である。
【0060】
本実施形態のポリマーに含まれる全構成単位中の、一般式(3-2)で表される構成単位の割合は、好ましくは1~30モル%、より好ましくは2~20モル%である。
【0061】
本実施形態のポリマーは、一般式(2)で表される構成単位(2)および一般式(3)で表される構成単位(3)からなる下記一般式(6)で表される構成単位を含むことができる。
【0062】
【化9】
【0063】
一般式(6)中、Z、Q、Xは一般式(2)と同義であり、Rは一般式(3)と同義である。
本実施形態のポリマーに含まれる全構成単位中の、一般式(6)で表される構成単位の割合は、好ましくは30~50モル%、より好ましくは35~45モル%である。
【0064】
本実施形態のポリマーは、一般式(2)で表される構成単位および一般式(3-2)で表される構成単位からなる下記一般式(7)で表される構成単位を含むことができる。
【0065】
【化10】
【0066】
一般式(7)中、Q、X、Zは一般式(2)と同義であり、Rは一般式(3-2)と同義である。
本実施形態のポリマーに含まれる全構成単位中の、一般式(7)で表される構成単位の割合は、好ましくは0.25~17モル%、より好ましくは0.5~12モル%である。
【0067】
本実施形態のポリマーは、一般式(2)で表される構成単位および一般式(3-1)で表される構成単位からなる構成単位として、下記一般式(8)で表される構成単位を含むことができる。
【0068】
【化11】
【0069】
一般式(8)中、Z、Q、Xは一般式(2)と同義であり、Rは一般式(3-1)と同義である。
【0070】
ポリマーが一般式(8)で表される構成単位を含む場合、ポリマーに含まれる全構成単位中の、一般式(8)で表される構成単位の割合は、好ましくは10~50モル%、より好ましくは20~45モル%である。
【0071】
一般式(5)で表される構成単位(5)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、a1は0、1または2である。
【0072】
一般式(5)で表される構成単位(5)は、化学的に堅牢である。そのため、これを構成単位として含むポリマーは、加熱処理に供された際に重量減少が小さく、安定である。よって、ポリマーを含む感光性樹脂組成物は、耐熱性が要求される液晶表示装置や固体撮像素子に用いるためのフィルムやフィルタを製造するために好適に用いることができる。
【0073】
~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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
一般式(5)で表される構成単位における、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。
【0078】
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。
一般式(5)で表される構成単位において、a1は好ましくは0または1、より好ましくは0である。
【0079】
本実施形態のポリマーは、さらに下記一般式(9)で表される構成単位および/または下記一般式(10)で表される構成単位を含むことができる。
【0080】
【化12】
【0081】
一般式(9)中、Rは一般式(3-2)と同義である。
ポリマーが一般式(9)で表される構成単位を含む場合、ポリマーに含まれる全構成単位中の、一般式(9)で表される構成単位の割合は、好ましくは0.5~25モル%、より好ましくは1~18モル%である。
【0082】
【化13】
【0083】
一般式(10)中、Rは一般式(3-1)と同義である。
ポリマーが一般式(10)で表される構成単位を含む場合、ポリマーに含まれる全構成単位中の、一般式(10)で表される構成単位の割合は、好ましくは3~35モル%、より好ましくは5~25モル%である。
【0084】
本実施形態のポリマーは、二重結合を有する共重合性化合物から誘導されるその他の2価の構成単位をさらに含んでもよい。
【0085】
構成単位は、例えば、置換または無置換の、インデン、マレイミド、スチレン、アセナフチレン、ノルボルナジエン、ジヒドロフラン、テルペン化合物(例えば、ピネン、リモネン等)、直鎖アルケン(例えば、ペンテン等)、環状アルケン(シクロヘキセン等)、シクロドデカトリエン、トリシクロウンデカエン、フマル酸ジアルキル(例えば、フマル酸ジメチル、フマル酸エチル、フマル酸ジブチル等)、クマリン、(メタ)アクリル酸化合物(例えば、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル)、酢酸ビニル、ビニルエーテル(例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル等)等から誘導される少なくとも1種の構成単位を含む。
【0086】
これらのモノマーが有し得る置換基としては、アルキル基、アリール基等が挙げられる。より具体的には、置換インデンとしては、メチルインデン等が挙げられる。置換マレイミドとしては、シクロヘキシルマレイミド、フェニルマレイミド等が挙げられる。置換スチレンとしては、メチルスチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。
【0087】
中でも好ましくは、Chainは、一般式(a)で表される構成単位(置換または無置換のインデンから誘導される2価の構成単位)、一般式(b)で表される構成単位(置換または無置換のマレイミドから誘導される2価の構成単位)、一般式(c)で表される構成単位(置換または無置換のスチレンから誘導される2価の構成単位)、または一般式()で表される構成単位(置換または無置換のノルボルナジエンから誘導される2価の構成単位)を含む。
【0088】
【化14】
【0089】
一般式(a)において、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基またはアリール基を示す。一般式(b)において、Rは、水素原子、アルキル基またはアリール基を示す。一般式(c)において、R~R6は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基またはアリール基を示す。一般式()において、R~R10は、それぞれ独立して水素原子、水酸基または炭素数1~30の有機基を示す。
【0090】
本実施形態のポリマーは、2官能以上のチオール基含有化合物の少なくとも1つのチオール基から誘導されるチオエーテル基を介して結合していてもよい。
具体的には、2官能以上のチオール基含有化合物から誘導される1~6価の炭素数1以上30以下の有機基に、下記Chainで表されるポリマー鎖が少なくとも1つ結合した構造を備える。本実施形態のポリマーは、具体的には下記一般式(P)で表すことができる。
【0091】
【化15】
【0092】
一般式(P)中、Chainは、前記一般式(1)~(5)の構成単位を含む上述のポリマー鎖である。
【0093】
一般式(P)中、Yは、2官能以上のチオール基含有化合物から誘導される1~6価の炭素数1以上30以下の有機基(i)である。
【0094】
本実施形態において、官能基数は、チオール基の数である。すなわち、前記チオール基含有化合物は、2以上のチオール基を含み、前記有機基(i)は当該チオール基から誘導される1~6個のチオエーテル基を介してChainと結合する。前記有機基(i)は、Chainとの結合に関与しないチオール基を有していてもよく、ポリマーは、nの数(結合数)が1~6のそれぞれの樹脂の混合物として得ることができる。
【0095】
炭素数1以上30以下の前記有機基(i)は、2官能以上、好ましくは3官能以上である。上限値は特に限定されないが、6官能以下である。
炭素数1以上30以下の前記有機基(i)の価数は、本発明の効果の観点から、1~6価、好ましくは2~6価、より好ましくは3~6価である。
【0096】
1~6価の炭素数1以上30以下の有機基(i)は、O、N、S、PおよびSiから選択される1以上の原子を含んでいてもよい。1~6価の炭素数1以上30以下の有機基(i)としては、例えば、1~6個のチオエーテル基(-S-*(*は結合手))を有する、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、アルコキシ基およびヘテロ環基が挙げられる。
【0097】
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、およびデシル基が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、アリル基、ペンテニル基、およびビニル基が挙げられる。
【0098】
アルキニル基としては、エチニル基が挙げられる。
アルキリデン基としては、例えば、メチリデン基、およびエチリデン基が挙げられる。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、および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、およびフェネチル基が挙げられる。
アルカリル基としては、例えば、トリル基、キシリル基が挙げられる。
【0099】
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、およびシクロオクチル基が挙げられる。
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、s-ブトキシ基、イソブトキシ基、t-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、およびn-ヘキシルオキシ基が挙げられる。
ヘテロ環基としては、例えば、エポキシ基、およびオキセタニル基が挙げられる。
【0100】
2官能以上の前記チオール基含有化合物としては、下記化学式(s-1)~(s-20)で表される化合物が挙げられる。
【0101】
【化16】
【0102】
【化17】
【0103】
【化18】
【0104】
【化19】
【0105】
【化20】
【0106】
【化21】
【0107】
【化22】
【0108】
【化23】
【0109】
【化24】
【0110】
【化25】
【0111】
【化26】
【0112】
【化27】
【0113】
【化28】
【0114】
【化29】
【0115】
【化30】
【0116】
【化31】
【0117】
【化32】
【0118】
【化33】
【0119】
【化34】
【0120】
【化35】
【0121】
2官能以上のチオール基含有化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)は、これらのチオール基含有化合物のチオール基から誘導されたチオエーテル基(-S-*(*は結合手))を末端に有し、チオエーテル基を介してChainに含まれる構成単位と結合する。前記有機基(i)は、Chainとの結合に関与しないチオール基を有していてもよい。
【0122】
一般式(P)において、YにはChain以外の他の構造が結合していてもよい。具体的には、前記一般式(P)を下記一般式(P')で表すことができる。
【0123】
【化36】
【0124】
一般式(P')中、ChainとYは一般式(P)と同義である。pは1以上の整数であり、qは0以上の整数であり、p+qは1~6である。
Qは
【0125】
Chain以外の他の構造であるQは、Yに結合することができれば特に限定されず合成反応に用いられる種々の成分を挙げることができるが、例えば、前記一般式(6)で表される構成単位(前記一般式(7)で表される構成単位および/または前記一般式(8)で表される構成単位)、前記一般式(9)で表される構成単位、前記一般式(10)で表される構成単位、前記一般式(5)で表される構成単位、前記一般式(4)で表される構成単位、および二重結合を有する共重合性化合物から誘導される2価の構成単位から選択される少なくとも1種や、2官能以上の前記チオール基含有化合物から誘導される基が挙げられる。
【0126】
本実施形態のポリマーは、2官能以上の前記チオール基含有化合物として前記化学式(s-2)で表される化合物を用いた場合、例えば、以下の一般式(I)で表されるような構造を有することができる。
【0127】
【化37】
【0128】
一般式(I)中、Chainは一般式(P1)と同義であり、4個のChainの構造は、各々同一でも異なっていてもよい。
【0129】
一般式(I)においては、化学式(s-2)で表される化合物の4つのメルカプト基から誘導されたチオエーテル基を介して4個のChainと結合している例によって示したが、Chainが1~3個結合している構造であってもよい。残りのチオエーテル基には前記Qが結合していてもよい。本実施形態においては、ポリマーは、Chainが1~4個結合している化合物を少なくとも1つ含む混合物として得ることができる。
【0130】
ポリマーの重量平均分子量Mwは、例えば、1,000~15,000であり、好ましくは1,500~12,000、より好ましくは2,000~10,000、さらに好ましくは、3,000~8,000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。
【0131】
また、ポリマーの分散度(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。
【0132】
ポリマー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。ポリマーは、主として一般式(5)で表される構成単位を含むことにより、比較的高いガラス転移温度を有する。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。
【0133】
本実施形態のポリマーは、本発明の効果の観点から、感光性樹脂組成物100質量%中に、好ましくは10質量%以上40質量%以下、さらに好ましくは15質量%以上35質量%以下の量で含むことができる。
【0134】
<ポリマーの製造方法>
本実施形態のポリマーの製造方法を、前記一般式(P)で表されるポリマーの製造方法を例に説明する。
ポリマーは、任意の方法により製造(合成)することができる。ポリマーは、例えば、
工程(I):一般式(5)で表される構成単位と、一般式(4)で表される構成単位と、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)とを含む原料ポリマーを準備する工程、
工程(II):工程(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)アクリルモノマー」と称する)、および/または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)アクリルモノマー」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマー前駆体を調製する工程、および
工程(III):工程(II)で得られたポリマー前駆体を、触媒の存在下、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物と反応させて、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマーを調製する工程、
により製造できる。
【0135】
工程(II)において、多官能(メタ)アクリルモノマーと単官能(メタ)アクリルモノマーの両方が用いられる場合、まず多官能(メタ)アクリルモノマーを原料ポリマーと反応させ、得られた反応混合物に、単官能(メタ)アクリルモノマーを反応させることが好ましい。
【0136】
(工程(I))
工程(I)における、一般式(5)で表される構成単位と、一般式(4)で表される構成単位と、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)とを含む原料ポリマーを準備する工程は、一般式(5’)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とを含むモノマー組成物を、2官能以上の前記チオール基含有化合物の存在下で、重合(付加重合)することで実施することができる。なお、一般式(5’)のR、R、RおよびRならびにa1の定義は、一般式(5)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。
【0137】
【化38】
【0138】
一般式(5’)で表されるモノマーとしては、例えば、ノルボルネン、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、一般式(5’)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。
【0139】
モノマー組成物は、上記モノマーに加えて他のモノマーを含んでいてもよい。
他のモノマーとしては、二重結合を有する共重合性化合物であれば特に限定されず公知の化合物を用いることができ、一般式(5’)で表されるモノマーおよび無水マレイン酸と重合し得る。他のモノマーとしては、例えば、置換または無置換の、インデン、マレイミド、スチレン、アセナフチレン、ノルボルナジエン、ジヒドロフラン、テルペン化合物(例えば、ピネン、リモネン等)、直鎖アルケン(例えば、ペンテン等)、環状アルケン(シクロヘキセン等)、シクロドデカトリエン、トリシクロウンデカエン、フマル酸ジアルキル(例えば、フマル酸ジメチル、フマル酸エチル、フマル酸ジブチル等)、クマリン、(メタ)アクリル酸化合物(例えば、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル)、酢酸ビニル、ビニルエーテル(例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル等)等が挙げられる。工程(I)においては、一般式(5’)で表されるモノマーと、無水マレイン酸と、さらに必要に応じてその他のモノマーとを、2官能以上の前記チオール基含有化合物の存在下で、重合(付加重合)することができる。
【0140】
2官能以上のチオール基含有化合物としては、前記化学式(s-1)~(s-20)で表される化合物が挙げられるがこれらに限定されない。2官能以上のチオール基含有化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
【0141】
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。
【0142】
重合反応に用いる溶媒としては、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。
【0143】
原料ポリマーの合成は、一般式(5’)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、2官能以上の前記チオール基含有化合物を滴下しながら、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、一般式(5’)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。
【0144】
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。
【0145】
(工程(II))
工程(I)で得られた原料ポリマーと、多官能(メタ)アクリルモノマーおよび/または単官能(メタ)アクリルモノマーとを、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一般式(4)で表される構成単位の一部が開環し、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位が形成される。これにより、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、ならびに一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位を含み、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマー前駆体が得られる。
【0146】
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。
【0147】
一般式(5)で表される構成単位、ならびに一般式(9)で表される構成単位および一般式(10)で表される構成単位の両方を含むポリマーを得る場合、次に、上記の溶液に、多官能(メタ)アクリルモノマーを加える。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して、少なくとも一般式(5)の構成単位、および一般式(9)の構成単位が、炭素数1以上30以下の前記有機基(i)と1~6個のチオエーテル基を介して結合した構造を含むポリマーを得る(工程(II-i))。
【0148】
ここで用いることができる多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、例えば一般式(3-2a’)で表される化合物、一般式(3-2b’)で表される化合物、および一般式(3-2c’)で表される化合物が挙げられる。一般式(3-2a’)におけるk、R、X1、X1'およびXの定義および具体的態様は、上述の一般式(3-2a)におけるものと同様である。また一般式(3-2b’)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、上述の一般式(3-2b)におけるものと同様である。一般式(3-2c’)におけるnは、上記の一般式(3-2c)におけるものと同様である。
【0149】
【化39】
【0150】
【化40】
【0151】
【化41】
【0152】
ヒドロキシ基を有する多官能(メタ)アクリル化合物として、好ましく使用可能なものを以下に示す。なお、以下に示される化合物のアクリロイル基の一部または全部を(メタ)アクリロイル基としたもの(またはその逆のもの)も使用可能である。
【0153】
【化42】
【0154】
【化43】
【0155】
【化44】
【0156】
【化45】
【0157】
【化46】
【0158】
【化47】
【0159】
次いで、工程(II-i)で得られたポリマーに、単官能(メタ)アクリルモノマーを、塩基性触媒の存在下で反応させることで、少なくとも一般式(5)の構成単位、一般式(9)の構成単位、および一般式(10)の構成単位が、炭素数1以上30以下の前記有機基(i)と1~6個のチオエーテル基を介して結合した構造を含むポリマー前駆体を得ることができる(工程(II-ii))。
【0160】
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。なお、塩基性触媒を過剰に用いると、中和に必要な酸の量が多くなり、精製が煩雑になる等の可能性があることに留意する。
【0161】
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一般式(4)の構成単位の開環/一般式(6)の構成単位の形成がなされる。
【0162】
なお、例えば、上記の加熱の途中に、ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物を反応系中に追添することで、ポリマー中に前述の一般式(8)で表される構成単位を生成することができる。
【0163】
反応の立体障害などの点から、ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物のほうが、ヒドロキシ基を有する多官能(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。よって、ポリマー中に前述の一般式(8)で表される構成単位を生成させる場合には、ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物を最初から反応系中には仕込まず、反応系中に追添することが好ましい。
ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば以下一般式(3-1a’)で表される化合物が挙げられる。
一般式(3-1a’)において、X10およびRの定義については一般式(3-1a)におけるものと同様である。
【0164】
【化48】
【0165】
一般式(3-1a’)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。
【0166】
一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、ならびに一般式(6)で表される構成単位および一般式(7)で表される構成単位のいずれか一方を含むポリマーを得る場合、工程(I)の後、工程(II-i)、工程(II-ii)のいずれか一方のみを実施すればよい。
【0167】
(工程(III))
工程(II)で得られたポリマー前駆体を、触媒の存在下、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物と反応させて、ポリマー前駆体のカルボキシル基と前記エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物のエポキシ基との反応により、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)が形成される。これにより、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマーを調製する。
【0168】
工程(III)は、工程(II-ii)で得られたポリマー前駆体を含む反応系に、エポキシ基含有(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。
【0169】
ポリマー前駆体と、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物との反応は、塩基性触媒の存在下で進行する。塩基性触媒は、工程(II-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(III)は、工程(II-ii)で得られたポリマー前駆体を含む反応混合物から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(II-ii)で得られたポリマー前駆体を含む反応混合物にエポキシ基含有(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。
【0170】
具体的には、ポリマー前駆体を含む反応混合物にエポキシ基含有(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、ポリマー前駆体のカルボキシル基と前記エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物のエポキシ基との反応により、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)が形成され、ポリマーが生成する。
【0171】
エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物としては、メタクリル酸グリシジル(GMA)、4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル(4HBAGE)、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、アクリル酸グリシジル等を挙げることができ、これから選択される1種または2種以上を用いることができる。
【0172】
エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物の添加量は、ポリマー前駆体のカルボキシル基1モルに対して0.1~3.0モルであることが望ましい。
【0173】
工程(III)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。
【0174】
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の有機溶液を得る。
【0175】
得られたポリマーの有機溶液に、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、高純度の本実施形態のポリマーを得ることができる。
【0176】
<ポリマーの製造方法>
本実施形態のポリマーの製造方法について説明する。
ポリマーは、任意の方法により製造(合成)することができる。ポリマーは、例えば、
工程(I):一般式(5)で表される構成単位と、一般式(4)で表される構成単位と、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)とを含む原料ポリマーを準備する工程、
工程(II):工程(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)アクリルモノマー」と称する)、および/または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)アクリルモノマー」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマー前駆体を調製する工程、および
工程(III):工程(II)で得られたポリマー前駆体を、触媒の存在下、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物と反応させて、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマーを調製する工程、
により製造できる。
【0177】
工程(II)において、多官能(メタ)アクリルモノマーと単官能(メタ)アクリルモノマーの両方が用いられる場合、まず多官能(メタ)アクリルモノマーを原料ポリマーと反応させ、得られた反応混合物に、単官能(メタ)アクリルモノマーを反応させることが好ましい。
【0178】
(工程(I))
工程(I)における、一般式(5)で表される構成単位と、一般式(4)で表される構成単位と、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)とを含む原料ポリマーを準備する工程は、一般式(5’)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とを含むモノマー組成物を、2官能以上の前記チオール基含有化合物の存在下で、重合(付加重合)することで実施することができる。なお、一般式(5')のR、R、RおよびRならびにa1の定義は、一般式(5)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。
【0179】
【化49】
【0180】
一般式(5’)で表されるモノマーとしては、例えば、ノルボルネン、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、一般式(5’)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。
【0181】
モノマー組成物は、上記モノマーに加えて他のモノマーを含んでいてもよい。
他のモノマーとしては、二重結合を有する共重合性化合物であれば特に限定されず公知の化合物を用いることができ、一般式(5’)で表されるモノマーおよび無水マレイン酸と重合し得る。他のモノマーとしては、例えば、置換または無置換の、インデン、マレイミド、スチレン、アセナフチレン、ノルボルナジエン、ジヒドロフラン、テルペン化合物(例えば、ピネン、リモネン等)、直鎖アルケン(例えば、ペンテン等)、環状アルケン(シクロヘキセン等)、シクロドデカトリエン、トリシクロウンデカエン、フマル酸ジアルキル(例えば、フマル酸ジメチル、フマル酸エチル、フマル酸ジブチル等)、クマリン、(メタ)アクリル酸化合物(例えば、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル)、酢酸ビニル、ビニルエーテル(例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル等)等が挙げられる。工程(I)においては、一般式(5’)で表されるモノマーと、無水マレイン酸と、さらに必要に応じてその他のモノマーとを、2官能以上の前記チオール基含有化合物の存在下で、重合(付加重合)することができる。
【0182】
2官能以上のチオール基含有化合物としては、前記化学式(s-1)~(s-20)で表される化合物が挙げられるがこれらに限定されない。2官能以上のチオール基含有化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
【0183】
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。
【0184】
重合反応に用いる溶媒としては、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。
【0185】
原料ポリマーの合成は、一般式(5’)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、2官能以上の前記チオール基含有化合物を滴下しながら、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、一般式(5’)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。
【0186】
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。
【0187】
(工程(II))
工程(I)で得られた原料ポリマーと、多官能(メタ)アクリルモノマーおよび/または単官能(メタ)アクリルモノマーとを、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一般式(4)で表される構成単位の一部が開環し、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位が形成される。これにより、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、ならびに一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位を含み、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマー前駆体が得られる。
【0188】
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。
【0189】
一般式(5)で表される構成単位、ならびに一般式(9)で表される構成単位および一般式(10)で表される構成単位の両方を含むポリマーを得る場合、次に、上記の溶液に、多官能(メタ)アクリルモノマーを加える。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して、少なくとも一般式(5)の構成単位、および一般式(9)の構成単位が、炭素数1以上30以下の前記有機基(i)と1~6個のチオエーテル基を介して結合した構造を含むポリマーを得る(工程(II-i))。
【0190】
ここで用いることができる多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、例えば一般式(3-2a’)で表される化合物、一般式(3-2b’)で表される化合物、および一般式(3-2c’)で表される化合物が挙げられる。一般式(3-2a’)におけるk、R、X1、X1'およびXの定義および具体的態様は、上述の一般式(3-2a)におけるものと同様である。また一般式(3-2b’)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、上述の一般式(3-2b)におけるものと同様である。一般式(3-2b’)におけるnは、上記の一般式(3-2c)におけるものと同様である。
【0191】
【化50】
【0192】
【化51】
【0193】
【化52】
【0194】
ヒドロキシ基を有する多官能(メタ)アクリル化合物として、好ましく使用可能なものを以下に示す。なお、以下に示される化合物のアクリロイル基の一部または全部を(メタ)アクリロイル基としたもの(またはその逆のもの)も使用可能である。
【0195】
【化53】
【0196】
【化54】
【0197】
【化55】
【0198】
【化56】
【0199】
【化57】
【0200】
【化58】
【0201】
次いで、工程(II-i)で得られたポリマーに、単官能(メタ)アクリルモノマーを、塩基性触媒の存在下で反応させることで、少なくとも一般式(5)の構成単位、一般式(9)の構成単位、および一般式(10)の構成単位が、炭素数1以上30以下の前記有機基(i)と1~6個のチオエーテル基を介して結合した構造を含むポリマー前駆体を得ることができる(工程(II-ii))。
【0202】
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。なお、塩基性触媒を過剰に用いると、中和に必要な酸の量が多くなり、精製が煩雑になる等の可能性があることに留意する。
【0203】
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一般式(4)の構成単位の開環/一般式(6)の構成単位の形成がなされる。
【0204】
なお、例えば、上記の加熱の途中に、ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物を反応系中に追添することで、ポリマー中に前述の一般式(8)で表される構成単位を生成することができる。
【0205】
反応の立体障害などの点から、ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物のほうが、ヒドロキシ基を有する多官能(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。よって、ポリマー中に前述の一般式(8)で表される構成単位を生成させる場合には、ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物を最初から反応系中には仕込まず、反応系中に追添することが好ましい。
ヒドロキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば以下一般式(3-1a’)で表される化合物が挙げられる。
一般式(3-1a’)において、X10およびRの定義については一般式(3-1a)におけるものと同様である。
【0206】
【化59】
【0207】
一般式(3-1a’)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。
【0208】
一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、ならびに一般式(6)で表される構成単位および一般式(7)で表される構成単位のいずれか一方を含むポリマーを得る場合、工程(I)の後、工程(II-i)、工程(II-ii)のいずれか一方のみを実施すればよい。
【0209】
(工程(III))
工程(II)で得られたポリマー前駆体を、触媒の存在下、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物と反応させて、ポリマー前駆体のカルボキシル基と前記エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物のエポキシ基との反応により、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)が形成される。これにより、一般式(5)で表される構成単位、1~6価の炭素数1以上30以下の前記有機基(i)、一般式(9)で表される構成単位および/または一般式(10)で表される構成単位、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)、場合により一般式(4)で表される構成単位を含むポリマーを調製する。
【0210】
工程(III)は、工程(II-ii)で得られたポリマー前駆体を含む反応系に、エポキシ基含有(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。
【0211】
ポリマー前駆体と、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物との反応は、塩基性触媒の存在下で進行する。塩基性触媒は、工程(II-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(III)は、工程(II-ii)で得られたポリマー前駆体を含む反応混合物から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(II-ii)で得られたポリマー前駆体を含む反応混合物にエポキシ基含有(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。
【0212】
具体的には、ポリマー前駆体を含む反応混合物にエポキシ基含有(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、ポリマー前駆体のカルボキシル基と前記エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物のエポキシ基との反応により、一般式(6)で表される構成単位(一般式(7)で表される構成単位および/または一般式(8)で表される構成単位)が形成され、ポリマーが生成する。
【0213】
エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物としては、メタクリル酸グリシジル(GMA)、4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル(4HBAGE)、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、アクリル酸グリシジル等を挙げることができ、これから選択される1種または2種以上を用いることができる。
【0214】
エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物の添加量は、ポリマー前駆体のカルボキシル基1モルに対して0.1~3.0モルであることが望ましい。
【0215】
工程(III)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。
【0216】
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の有機溶液を得る。
【0217】
得られたポリマーの有機溶液に、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、高純度の本実施形態のポリマーを得ることができる。
【0218】
[重合開始剤]
本実施形態の感光性樹脂組成物に、ポリマーとともに含まれる重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤が挙げられる。光ラジカル重合開始剤としては、公知の化合物を用いることができ、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;等が挙げられる。光ラジカル重合開始剤は、1種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。
光ラジカル重合開始剤は、ポリマー100質量部に対し、例えば、1~20質量部の量で、好ましくは、3~10質量部の量で用いられる。
【0219】
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上記成分を含むことにより、フォトリソグラフィー処理において高い感度を有するとともに、すぐれたアルカリ溶解性を有する。そのため、感光性樹脂組成物は、フォトリソグラフィー法において優れた現像性、優れた加工性を備える。また、感光性樹脂組成物の黄色化が抑制されるため、当該感光性樹脂組成物を硬化して得られる物品は透明性を有する。
【0220】
[多官能(メタ)アクリル化合物]
本実施形態の感光性樹脂組成物は、多官能(メタ)アクリル化合物を含むことができる。
2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物である多官能(メタ)アクリレート化合物は、本発明の効果を発揮することができれば、従来公知の化合物を用いることができる。
【0221】
多官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば、以下の一般式(3-2p)で表される化合物、一般式(3-2q)で表される化合物、および一般式(3-2r)で表される化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【0222】
一般式(3-2p)におけるk、R、X、X'およびXの定義および具体的態様は、上述の一般式(3-2a)におけるものと同様である。また一般式(3-2q)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、上述の一般式(3-2b)におけるものと同様である。
【0223】
一般式(3-2p)、一般式(3-2q)および一般式(3-2r)におけるYは、水素原子または(メタ)アクリロイル基、あるいはそれらの組み合せである。
【0224】
一般式(3-2p)、一般式(3-2q)および一般式(3-2r)においてYが水素原子である化合物は、未反応モノマー(すなわち、一般式(3-2p)、一般式(3-2q)および一般式(3-2r)で表される化合物)であってもよく、別途添加することもできる。
一般式(3-2r)におけるnは、2以上の整数であり、好ましくは、2~5の整数であり、より好ましくは2~3の整数である。
【0225】
【化60】
【0226】
【化61】
【0227】
【化62】
【0228】
一般式(3-2p)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、以下の構造の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。なお以下の化合物において、Yは水素原子、または(メタ)アクリロイル基、あるいはそれらの組み合せを表す。
【0229】
【化63】
【0230】
【化64】
【0231】
【化65】
【0232】
一般式(3-2q)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。
【0233】
【化66】
【0234】
【化67】
【0235】
【化68】
【0236】
本実施形態のポリマー溶液において、上記多官能(メタ)アクリル化合物は、本発明の効果に影響を与えない範囲で配合することができ、当該樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける多官能(メタ)アクリル化合物に由来するピーク面積が、樹脂のピーク面積に対し、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、さらに好ましくは2%以下となる量で配合することができる。
【0237】
[単官能(メタ)アクリル化合物]
本実施形態の感光性樹脂組成物は、1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物である単官能(メタ)アクリル化合物を含んでもよい。
【0238】
単官能(メタ)アクリル化合物としては、以下の一般式(3-1a’)で表される化合物が挙げられる。単官能(メタ)アクリル化合物は未反応モノマーであってもよく、別途添加することもできる。
一般式(3-1a’)において、X10およびRの定義については一般式(3-1a)におけるものと同様である。
【0239】
【化69】
【0240】
一般式(3-1a’)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。
【0241】
本実施形態のポリマー溶液において、単官能(メタ)アクリル化合物は、本発明の効果に影響を与えない範囲で配合することができ、当該樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける単官能(メタ)アクリル化合物に由来するピーク面積が、樹脂のピーク面積に対し、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、さらに好ましくは2%以下となる量で配合することができる。
【0242】
[着色剤]
本実施形態の感光性樹脂組成物は着色剤を含むことができる。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。
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。
【0243】
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。
【0244】
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。
【0245】
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。
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。
【0246】
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。
【0247】
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。
【0248】
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。
【0249】
(界面活性剤)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、界面活性剤を含むことができ、界面活性剤としては非イオン性界面活性剤が好ましい。
【0250】
非イオン性界面活性剤を含むことにより、前記感光性樹脂組成物を基材上に塗布して樹脂膜を得る際の塗布性が良好となり、均一な厚みの塗布膜を得ることができる。また、塗布膜を現像する際の残渣やパターン浮き上がりを防止することができる。
【0251】
非イオン性界面活性剤は、たとえばフッ素基(たとえば、フッ素化アルキル基)もしくはシラノール基を含む化合物、またはシロキサン結合を主骨格とする化合物である。本実施形態においては、非イオン性界面活性剤として、フッ素系界面活性剤またはシリコーン系界面活性剤を含むものを用いることがより好ましく、フッ素系界面活性剤を用いることがとくに好ましい。フッ素系界面活性剤としては例えば、DIC(株)製のメガファックF-171、F-173、F-444、F-470、F-471、F-475、F-482、F-477、F-554、F-556、およびF-557、住友スリーエム(株)製のノベックFC4430、及びFC4432等が挙げられるが、これらに限定されない。
界面活性剤を使用する場合の界面活性剤の配合量としては、樹脂100質量部に対して、0.01~10重量%が好ましい。
【0252】
(溶剤)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、典型的には、溶剤を含むことができる。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。
【0253】
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。
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。
【0254】
(遮光剤)
本実施形態の樹脂組成物は、遮光剤を含むことができる。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。
【0255】
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。
【0256】
(架橋剤)
本実施形態の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。
【0257】
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。
【0258】
架橋剤として具体的には、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;
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;
(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;
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;
(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;
等を挙げることができる。
【0259】
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。
【0260】
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、感光性樹脂100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。
【0261】
(その他の成分)
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、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。
【0262】
[フィルム、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により、パターン付フィルムを得ることができる。このフィルムは、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。
パターンを形成する典型的な手順を説明する。
【0263】
(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。
【0264】
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。
【0265】
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。
【0266】
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。
【0267】
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。
【0268】
(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。
【0269】
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。
【0270】
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。
【0271】
(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。
本実施形態のポリマー溶液を含む感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂膜は、基板への密着性に優れることから、現像工程においてパターンの剥離が抑制される。
【0272】
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。
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。
【0273】
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。
本実施形態のポリマーは、アルカリ溶解性が調整され、感度に優れることから、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)溶液等の強塩基性現像液を用いる場合において、露光、現像後のパターンを設計通りの形状とすることができる。
【0274】
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。
【0275】
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0.5~5質量%である。
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。
【0276】
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。
【0277】
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。
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。
【0278】
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。
【0279】
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。
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。
【0280】
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。
【0281】
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。
【0282】
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、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の様々な構成を採用することができる。
【実施例
【0283】
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0284】
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。
・MAN: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
・PEMP: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)
・HEMA:2-ヒドロキシエチルメタクリレート
・GMA:メタクリル酸グリシジル
【0285】
<前駆体ポリマーの合成>
[合成例1]
(前駆体ポリマーAの合成)
撹拌機および冷却管および滴下漏斗を備えた反応容器内に、2-ノルボルネンの75%トルエン溶液602.56g(NB換算451.92g、4.8mol)、無水マレイン酸(MAN、470.69g、4.8mol)およびメチルエチルケトン(MEK)2238.50gを加え、撹拌・溶解させた。次いで、窒素バブリングにより系内の溶存酸素を除去したのち、加温し、内温が80℃に到達したところで、2,2'-アゾビスイソ酪酸ジメチル(和光純薬工業製,商品名:V-601、44.21g、0.19mol)および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)(PEMP、140.73g、0.29mol)をMEK189.74gに溶解させた溶液を1時間かけて添加した。その後、さらに80℃で7時間反応させた。次いで、反応混合物を室温まで冷却した。上記で得られた重合溶液を、メタノール3686.4g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3686.4g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成単位と、無水マレイン酸に由来する構成単位とを備えるポリマー(前駆体ポリマーA)908.1g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3,500であり、多分散度(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)は1.52であった。
得られた前駆体ポリマーA中の硫黄量を、フラスコ燃焼、イオンクロマト法による元素分析により確認し、原料ポリマー1中に硫黄元素が存在していることを確認した。また反応溶液のGPC測定で、PEMP単体のピークが認められず、未反応のPEMPが残っていないことから、さらに原料ポリマー1の13C-NMR測定からPEMPが前駆体ポリマーA中に取り込まれたことを確認した。
【0286】
[合成例2]
(前駆体ポリマーBの合成)
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)(PEMP)を用いない以外は、合成例1と同様にしてポリマー(前駆体ポリマーB)799.1g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11,700であり、多分散度(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)は1.90であった。結果を表1に示す。
【0287】
【表1】
【0288】
(ポリマーの合成)
[合成例3]
(ポリマーAの合成)
前駆体ポリマーAのMAN単位を、単官能(メタ)アクリル化合物(HEMA)で開環し、次いでエポキシ基含有(メタ)アクリル化合物(GMA)と反応させて得られたポリマーAを合成した。以下、詳細を説明する。
まず、前駆体ポリマーA 60g(MAN換算0.312モル)に対して、MEK 112.76gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、 HEMA 81.2g(0.624モル)を加え、その後、トリエチルアミン6.0g(0.059モル)及び4-ジメチルアミノピリジン0.30g(DMAP,0.0025モル)を加え、温度70℃で16時間反応させた。さらにその後、GMA 44.4g(0.312モル)を加え、温度70℃で8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Aを精製した。
・過剰量の水でポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー固体を、過剰量の水で洗浄する操作を2回繰り返した。
・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、前駆体ポリマーA中の無水マレイン酸に由来する構成単位を、HEMAで開環し、GMAと反応させたポリマーAを得た。
ポリマーAのGPC測定により、使用した単官能(メタ)アクリル化合物のピーク、及びエポキシ基含有(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Aには、未反応の(メタ)アクリル化合物も、エポキシ基含有(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
H-NMR測定により、ポリマーAが、HEMAで開環された構造、およびGMAが反応した構造を有することを確認した。
結果を表2に示す。
【0289】
[合成例4]
(ポリマーBの合成)
前駆体ポリマーBを用いた以外は合成例3と同様にしてポリマーBを合成した。
結果を表2に示す。
【0290】
[合成例5]
(ポリマーCの合成)
GMAの量を1/2とした以外は、合成例3と同様にしてポリマーCを合成した。
ポリマーC中に含まれる未反応のカルボン酸はH-NMRにより測定した結果、17mol%であった。
結果を表2に示す。
【0291】
【表2】
【0292】
[実施例1、比較例1~2]
(ポリマー溶液の調製)
合成例3~5で得られたポリマー 100質量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(PGMEA)に溶解させて、固形分濃度30質量%のポリマー溶液1を作製した。
【0293】
(感光性樹脂組成物の調製)
全固形分濃度が30質量%になるように、以下の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)に溶解して、感光性樹脂組成物を調製した。
・ポリマー溶液中の固形分(各ポリマー):100質量部
・多官能アクリレート(ジペンタエリスリトールへキサアクリレート)(新中村化学工業株式会社製、A-DPH):50質量部
・光重合開始剤(BASF社製、Irgacure 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。
【0294】
<評価方法>
合成例で合成されたポリマー、実施例・比較例で得られた感光性樹脂組成物について、以下に従い評価を行った。
【0295】
(重量平均分子量(Mw)・数平均分子量(Mn)・分子量分布(PDI))
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(PDI:Mw/Mn)は、GPC測定により得られる標準ポリスチレン(PS)の検量線から求めた、ポリスチレン換算値を用いる。測定条件は、以下の通りである。結果を表1に示す。
東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC-8320GPC
カラム:東ソー社製TSK-GEL Supermultipore HZ-M
検出器:液体クロマトグラム用RI検出器
測定温度:40℃
溶媒:THF
試料濃度:2.0mg/ミリリットル
【0296】
[透明性]
感光性樹脂組成物を縦100mm、横100mmサイズのコーニング社製ガラス基板上に塗布し、100℃、120秒間の条件で乾燥し、g+h+i線マスクアライナー(キヤノン(株)社製、PLA-501F(超高圧水銀ランプ))を用いてg+h+i線を積算光量が100mJ/cm2となるように全面露光して、約3.0μm厚の樹脂膜を得た。この樹脂膜を大気雰囲気下、230℃、1時間加熱して得られた硬化膜について、波長550nm及び400nmの光線透過率を紫外可視分光光度計で評価し、得られた透過率を各波長における硬化膜の透明性とした。
【0297】
[耐薬品性]
感光性樹脂組成物を、3インチのシリコンウエハ上に回転塗布し(回転数500~2500rpm)、ホットプレートを用いて100℃、120秒の条件でプリベークすることにより、約3.0μm厚の樹脂膜を得た。次いで、上記樹脂膜に対し、g+h+i線マスクアライナー(キヤノン(株)社製、PLA-501F(超高圧水銀ランプ))を用いてg+h+i線を積算光量が100mJ/cm2となるように全面露光した。さらに、上記樹脂膜に対し、オーブン中、230℃、1時間の条件下で加熱処理を行った。これにより得られた硬化膜を、70℃のモノエタノールアミンとジメチルスルホキシド(=7:3)の混合液中に1分間浸漬した後、純水で30秒間リンスした。
【0298】
[耐熱性]
硬化膜について、Tg-DTA装置(TG/DTA6200 セイコーインスツルメンツ社製)にて昇温10℃/分の条件で昇温し1%熱重量減少温度(Td1)および5%熱重量減少温度(Td5)を測定した。
【0299】
【表3】
【0300】
表3の結果から、本実施形態の感光性樹脂組成物は、硬化性および耐熱性に優れ、さらに透明性および耐溶剤性等の耐久性に優れる硬化物、言い換えればこれらの特性のバランスに優れた硬化物を提供できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【0301】
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