CN104995560A - 感光性树脂组合物、使用其的硬化膜的制造方法、硬化膜、液晶显示装置及有机el显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种感光性树脂组合物,其不仅可维持高感度,而且可使耐化学品性以及硬化膜密接性良好。上述感光性树脂组合物含有:包含以下聚合物的聚合物成分:包括(a1)具有酸基由酸分解性基保护的基团的结构单元以及(a2)具有交联性基(其中,嵌段异氰酸酯基以及OH基除外)的结构单元的聚合物、或者满足具有结构单元(a1)的聚合物以及具有结构单元(a2)的聚合物的至少一个的聚合物;光酸产生剂;以及溶剂;并且聚合物成分中,包括结构单元(a1)以及结构单元(a2)的聚合物、包括结构单元(a1)的聚合物以及包括结构单元(a2)的聚合物的至少一种中,包含至少一种(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元,或者包含至少一种包括结构单元(a4)且不含结构单元(a1)以及结构单元(a2)的聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种感光性树脂组合物、硬化膜的制造方法、硬化膜、有机电致发光(electroluminescence,EL)显示装置、以及液晶显示装置。更详细而言,涉及一种适合于形成液晶显示装置、有机EL显示装置、集成电路元件、固体摄影元件等电子零件的平坦化膜、保护膜或层间绝缘膜的正型感光性树脂组合物以及使用其的硬化膜的制造方法。
背景技术
在有机EL显示装置、或液晶显示装置等中设置有形成有图案的层间绝缘膜。所述层间绝缘膜的形成中,用于获得所需图案形状的步骤数少,而且获得充分的平坦性等,因此广泛使用感光性树脂组合物。
对于上述显示装置中的层间绝缘膜,除了绝缘性、耐溶剂性、耐热性、硬度、以及氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)溅镀适应性优异等硬化膜的物性以外,还期望高的透明性。因此,尝试使用透明性优异的丙烯酸系树脂作为膜形成成分。例如已知专利文献1~专利文献3中记载的丙烯酸系树脂。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2011-209681号公报
[专利文献2]日本专利特开2009-288343号公报
[专利文献3]日本专利特开2008-286924号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,近年来,要求不仅可维持更高的感度,而且可使耐化学品性以及硬化膜密接性更良好的感光性树脂组合物。本申请发明的目的在于解决上述课题,且目的为提供一种不仅可维持更高的感度,而且可使耐化学品性以及硬化膜密接性更良好的感光性树脂组合物。
解决问题的技术手段
基于上述状况,本申请发明人进行了研究,结果发现,通过在感光性树脂组合物中调配具有嵌段异氰酸酯基的结构单元,不仅可维持高感度,而且可使耐化学品性以及硬化膜密接性良好。以下的机制并不确定,但推定为:通过使感光性树脂组合物中含有聚合物且所述聚合物包括具有嵌段异氰酸酯基的结构单元,而利用嵌段异氰酸酯基,本发明的组合物与基底基板的界面的亲和性变得良好,本发明的组合物与基底基板容易结合,因此可使硬化膜密接性良好。另外,推定为:通过使感光性树脂组合物中含有具有嵌段异氰酸酯基的结构单元作为聚合物,具有嵌段异氰酸酯基的结构单元在本发明的组合物中均匀分布,且在本发明的组合物硬化而成的硬化膜中也均匀地分布源自具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的基团,可使耐化学品性良好。
具体而言,通过以下的解决方法<1>,优选为通过<2>~<12>来解决上述课题。
<1>一种感光性树脂组合物,其含有:
(A)包含满足下述(1)及(2)的至少一个的聚合物的聚合物成分:
(1)包括(a1)具有酸基由酸分解性基保护的基团的结构单元、以及(a2)具有交联性基(其中,嵌段异氰酸酯基以及OH基除外)的结构单元的聚合物,或者
(2)包括上述结构单元(a1)的聚合物以及包括上述结构单元(a2)的聚合物;
(B)光酸产生剂;以及
(C)溶剂;并且
上述聚合物成分中,包括上述结构单元(a1)以及上述结构单元(a2)的聚合物、包括上述结构单元(a1)的聚合物以及包括上述结构单元(a2)的聚合物的至少一种中,包括至少一种(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元;或者
包含至少一种(3)包括上述结构单元(a4)且不含上述结构单元(a1)以及上述结构单元(a2)的聚合物。
<2>根据<1>所述的感光性树脂组合物,其中上述结构单元(a4)是由下述通式(a4-1)所表示:
通式(a4-1)
[化1]
(通式(a4-1)中,R4表示氢原子或者甲基,W表示二价连结基,Z表示一价有机基)。
<3>根据<2>所述的感光性树脂组合物,其中上述结构单元(a4)是由下述通式(a4-2)所表示:
通式(a4-2)
[化2]
(通式(a4-2)中,R4表示氢原子或者甲基,Y表示二价连结基,Z表示一价有机基)。
<4>根据<1>至<3>中任一项所述的感光性树脂组合物,其中上述结构单元(a2)中所含的交联性基是选自环氧基、氧杂环丁烷基(oxetanyl)以及-NH-CH2-OR(R为碳数1~20的烷基)中的至少一种。
<5>根据<1>至<4>中任一项所述的感光性树脂组合物,其中上述酸分解性基是具有以缩醛的形式受到保护的结构的基团。
<6>根据<1>至<5>中任一项所述的感光性树脂组合物,其中上述结构单元(a1)是由下述通式(A2')所表示的重复单元:
[化3]
(通式(A2')中,R1及R2分别独立地表示氢原子、烷基或者芳基,至少R1及R2的任一个为烷基或者芳基,R3表示烷基或者芳基,R1或者R2与R3可连结而形成环状醚,R4表示氢原子或者甲基,X表示单键或者亚芳基)。
<7>一种硬化膜的制造方法,其包括:
(1)将根据<1>至<6>中任一项所述的感光性树脂组合物涂布于基板上的步骤;
(2)自所涂布的感光性树脂组合物中去除溶剂的步骤;
(3)利用光化射线对去除了溶剂的感光性树脂组合物进行曝光的步骤;
(4)利用水性显影液对经曝光的感光性树脂组合物进行显影的步骤;以及
(5)对经显影的感光性树脂组合物进行热硬化的后烘烤步骤。
<8>根据<7>所述的硬化膜的制造方法,其中在上述显影步骤后,后烘烤步骤前包括进行全面曝光的步骤。
<9>一种硬化膜,其是将根据<1>至<6>中任一项所述的感光性树脂组合物硬化而成。
<10>一种硬化膜,其是利用根据<7>或<8>所述的硬化膜的制造方法而获得。
<11>根据<9>或<10>所述的硬化膜,其为层间绝缘膜。
<12>一种液晶显示装置或者有机EL显示装置,其具有根据<9>至<11>中任一项所述的硬化膜。
发明的效果
依据本发明,可提供不仅可维持高的感度,而且可使耐化学品性以及硬化膜密接性良好的感光性树脂组合物。
附图说明
图1表示液晶显示装置的一例的构成概念图。表示液晶显示装置中的有源矩阵基板的示意性剖面图,包括作为层间绝缘膜的硬化膜17。
图2表示有机EL显示装置的一例的构成概念图。表示底部发光型的有机EL显示装置中的基板的示意性剖面图,包括平坦化膜4。
具体实施方式
以下,对本发明的内容进行详细说明。以下记载的构成要件的说明有时是基于本发明的代表性实施方式来进行,但本发明并不限定于此种实施方式。此外,本申请说明书中所谓“~”,是以包含其前后所记载的数值作为下限值以及上限值的含义来使用。
此外,本申请说明书中的基团(原子团)的表述中,未记载经取代以及未经取代的表述不仅包含不具有取代基的,而且也包含具有取代基的。例如所谓“烷基”,不仅包含不具有取代基的烷基(未经取代的烷基),而且也包含具有取代基的烷基(经取代的烷基)。
本发明的感光性树脂组合物(以下有时称为“本发明的组合物”)含有:(A)包含满足下述(1)及(2)的至少一个的聚合物的聚合物成分(以下也称为(A)聚合物成分或者(A)成分):
(1)包括(a1)具有酸基由酸分解性基保护的基团的结构单元(以下也称为结构单元(a1))以及(a2)具有交联性基(其中,嵌段异氰酸酯基以及OH基除外)的结构单元(以下也称为结构单元(a2))的聚合物(以下也称为聚合物(1)),或者
(2)包括上述结构单元(a1)的聚合物以及包括上述结构单元(a2)的聚合物(以下也称为聚合物(2));
(B)光酸产生剂;以及
(C)溶剂;并且
上述(A)聚合物成分中,包括上述结构单元(a1)以及上述结构单元(a2)的聚合物、包括上述结构单元(a1)的聚合物以及包括上述结构单元(a2)的聚合物的至少一种中,包含至少一种(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元(以下也称为结构单元(a4)),或者
包含至少一种(3)包括上述结构单元(a4)且不含上述结构单元(a1)以及上述结构单元(a2)的聚合物(以下也称为聚合物(3))。
本发明的感光性树脂组合物优选为化学增幅正型感光性树脂组合物。
以下,对本发明的组合物进行详细说明。
<(A)聚合物成分>
本发明的组合物包含上述聚合物(1)以及上述聚合物(2)的至少一个作为(A)聚合物成分。另外,本发明的组合物在上述(A)聚合物成分中,在包括上述结构单元(a1)以及上述结构单元(a2)的聚合物、包括上述结构单元(a1)的聚合物以及包括上述结构单元(a2)的聚合物的至少一种中包含至少一种上述结构单元(a4),或者在上述(A)聚合物成分中还包含上述聚合物(3)。
本发明的组合物可包含这些以外的聚合物作为(A)聚合物成分。
本发明中的(A)聚合物成分只要未特别说明,则是指除了上述(1)聚合物和/或上述聚合物(2)以外,还包含视需要添加的其他聚合物的。
<<结构单元(a1)>>
上述(A)成分至少包括(a1)具有酸基由酸分解性基保护的基团的结构单元。通过(A)成分包括结构单元(a1),可制成感度极高的感光性树脂组合物。
本发明中的“酸基由酸分解性基保护的基团”可使用作为酸基以及酸分解性基而公知的基团,并无特别限定。具体的酸基优选为列举羧基、以及酚性羟基。另外,酸分解性基可使用通过酸而比较容易分解的基团(例如,后述式(A1)所表示的基团的酯结构、四氢吡喃基酯基、或者四氢呋喃基酯基等缩醛系官能基)或通过酸而比较难以分解的基团(例如,叔丁酯基等三级烷基、叔丁基碳酸酯基等三级烷基碳酸酯基)。
(a1)具有酸基由酸分解性基保护的基团的结构单元优选为具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元、或者具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元。
以下,依次对具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)、及具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)分别进行说明。
<<<(a1-1)具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元>>>
上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)是具有羧基的结构单元的羧基由以下所详细说明的酸分解性基来保护的具有保护羧基的结构单元。
上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)中可使用的上述具有羧基的结构单元并无特别限制,可使用公知的结构单元。例如可列举:源自不饱和单羧酸、不饱和二羧酸、不饱和三羧酸等分子中具有至少一个羧基的不饱和羧酸等的结构单元(a1-1-1);或同时具有乙烯性不饱和基及源自酸酐的结构的结构单元(a1-1-2)。
以下,依次对作为上述具有羧基的结构单元来使用的(a1-1-1)源自分子中具有至少一个羧基的不饱和羧酸等的结构单元、以及(a1-1-2)同时具有乙烯性不饱和基及源自酸酐的结构的结构单元分别进行说明。
<<<<(a1-1-1)源自在分子中具有至少一个羧基的不饱和羧酸等的结构单元>>>>
作为上述源自在分子中具有至少一个羧基的不饱和羧酸等的结构单元(a1-1-1),可使用以下所列举的作为本发明中使用的不饱和羧酸。即,不饱和单羧酸例如可列举:丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、α-氯丙烯酸、桂皮酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-丁二酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-邻苯二甲酸等。另外,不饱和二羧酸例如可列举:顺丁烯二酸、反丁烯二酸、衣康酸、柠康酸、中康酸等。另外,用于获得具有羧基的结构单元的不饱和多元羧酸也可为其酸酐。具体而言可列举:顺丁烯二酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐等。另外,不饱和多元羧酸可为多元羧酸的单(2-甲基丙烯酰氧基烷基)酯,例如可列举:丁二酸单(2-丙烯酰氧基乙基)酯、丁二酸单(2-甲基丙烯酰氧基乙基)酯、邻苯二甲酸单(2-丙烯酰氧基乙基)酯、邻苯二甲酸单(2-甲基丙烯酰氧基乙基)酯等。进而,不饱和多元羧酸可为其两末端二羧基聚合物的单(甲基)丙烯酸酯,例如可列举:ω-羧基聚己内酯单丙烯酸酯、ω-羧基聚己内酯单甲基丙烯酸酯等。另外,不饱和羧酸还可使用:丙烯酸-2-羧基乙酯、甲基丙烯酸-2-羧基乙酯、顺丁烯二酸单烷基酯、反丁烯二酸单烷基酯、4-羧基苯乙烯等。
其中,就显影性的观点而言,为了形成上述源自在分子中具有至少一个羧基的不饱和羧酸等的结构单元(a1-1-1),优选为使用丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-丁二酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-邻苯二甲酸、或者不饱和多元羧酸的酸酐等,更优选为使用丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸。
上述源自在分子中具有至少一个羧基的不饱和羧酸等的结构单元(a1-1-1)可单独包含1种,也可包含2种以上。
<<<<(a1-1-2)同时具有乙烯性不饱和基及源自酸酐的结构的结构单元>>>>
同时具有乙烯性不饱和基及源自酸酐的结构的结构单元(a1-1-2)优选为源自使具有乙烯性不饱和基的结构单元中所存在的羟基与酸酐进行反应而获得的单体的单元。
上述酸酐可使用公知的酸酐,具体而言可列举:顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、衣康酸酐、邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、氯桥酸酐(chlorendic anhydride)等二元酸酐;偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸酐、二苯甲酮四羧酸酐、联苯四羧酸酐等酸酐。这些酸酐中,就显影性的观点而言,优选为邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、或者丁二酸酐。
就显影性的观点而言,上述酸酐对羟基的反应率优选为10摩尔%~100摩尔%,更优选为30摩尔%~100摩尔%。
<<<<结构单元(a1-1)中可使用的酸分解性基>>>>
上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)中可使用的上述酸分解性基可使用上述酸分解性基。
就感光性树脂组合物的基本物性,特别是感度或图案形状、接触孔的形成性、感光性树脂组合物的保存稳定性的观点而言,这些酸分解性基中,优选为羧基为以缩醛的形式受到保护的保护羧基。进而就感度的观点而言,酸分解性基中,更优选为羧基为由下述通式(a1-10)所表示的缩醛的形式所保护的保护羧基。此外,在羧基为由下述通式(a1-10)所表示的缩醛的形式所保护的保护羧基的情况下,保护羧基的整体形成-(C=O)-O-CR101R102(OR103)的结构。
通式(a1-10)
[化4]
(式(a1-10)中,R101及R102分别独立地表示氢原子或者烷基,其中,R101与R102均为氢原子的情况除外;R103表示烷基;R101或R102与R103可连结而形成环状醚。)
上述通式(a1-10)中,R101~R103分别独立地表示氢原子或者烷基,上述烷基可为直链状、分支链状、环状的任一种。此处,不存在R101及R102的两者均表示氢原子的情况,R101及R102的至少一个表示烷基。
上述直链状或者分支链状的烷基优选为碳数1~12,更优选为碳数1~6,进而优选为碳数1~4。具体而言可列举:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、新戊基、正己基、2,3-二甲基-2-丁基(thexyl)、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基等。
上述环状烷基优选为碳数3~12,更优选为碳数4~8,进而优选为碳数4~6。上述环状烷基例如可列举:环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、降冰片基、异冰片基等。
上述烷基可具有取代基,取代基可例示:卤素原子、芳基、烷氧基。在具有卤素原子作为取代基的情况下,R101、R102、R103成为卤代烷基,在具有芳基作为取代基的情况下,R101、R102、R103成为芳烷基。
上述卤素原子可例示:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子,这些卤素原子中优选为氟原子或者氯原子。
另外,上述芳基优选为碳数6~20的芳基,更优选为碳数6~12,具体而言,可例示苯基、α-甲基苯基、萘基等,经芳基取代的烷基整体即芳烷基可例示苄基、α-甲基苄基、苯乙基、萘基甲基等。
上述烷氧基优选为碳数1~6的烷氧基,更优选为碳数1~4,进而更优选为甲氧基或者乙氧基。
另外,在上述烷基为环烷基的情况下,上述环烷基可具有碳数1~10的直链状或者分支链状的烷基作为取代基,在烷基为直链状或者分支链状的烷基的情况下,可具有碳数3~12的环烷基作为取代基。
这些取代基可经上述取代基进一步取代。
上述通式(a1-10)中,在R101、R102及R103表示芳基的情况下,上述芳基优选为碳数6~12,更优选为碳数6~10。上述芳基可具有取代基,上述取代基优选为可例示碳数1~6的烷基。芳基例如可例示:苯基、甲苯基、硅烷基、枯烯基(cumenyl)、1-萘基等。
另外,R101、R102及R103可相互键结而与它们所键结的碳原子一起形成环。R101与R102、R101与R103或R102与R103键结的情况下的环结构例如可列举:环丁基、环戊基、环己基、环庚基、四氢呋喃基、金刚烷基以及四氢吡喃基等。
此外,上述通式(a1-10)中,优选为R101及R102的任一个为氢原子或者甲基。
用于形成具有上述通式(a1-10)所表示的保护羧基的结构单元的自由基聚合性单体可使用市售的,也可使用以公知的方法合成的。例如可利用日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0037~段落编号0040中记载的合成方法等来合成。
上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)的第一优选形态为下述通式所表示的结构单元。
通式(A2')
[化5]
(通式(A2')中,R1及R2分别独立地表示氢原子、烷基或者芳基,至少R1及R2的任一个为烷基或者芳基,R3表示烷基或者芳基,R1或R2与R3可连结而形成环状醚,R4表示氢原子或者甲基,X表示单键或者亚芳基。)
在R1及R2为烷基的情况下,优选为碳数为1~10的烷基。在R1及R2为芳基的情况下,优选为苯基。R1及R2分别独立地优选为氢原子或者碳数1~4的烷基。
R3表示烷基或者芳基,优选为碳数1~10的烷基,更优选为1~6的烷基。
X表示单键或者亚芳基,优选为单键。
上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)的第二优选形态为下述通式的结构单元。
[化6]
(式中,R121表示氢原子或者碳数1~4的烷基,L1表示羰基或者亚苯基,R122~R128分别独立地表示氢原子或者碳数1~4的烷基。)
R121优选为氢原子或者甲基。
L1优选为羰基。
R122~R128优选为氢原子。
上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)的优选具体例可例示下述结构单元。此外,R表示氢原子或者甲基。
[化7]
<<<(a1-2)具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元>>>
上述具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)为具有酚性羟基的结构单元由以下所详细说明的酸分解性基所保护的具有保护酚性羟基的结构单元。
<<<<(a1-2-1)具有酚性羟基的结构单元>>>>
上述具有酚性羟基的结构单元可列举羟基苯乙烯系结构单元或酚醛清漆系树脂中的结构单元,这些结构单元中,就感度的观点而言,优选为源自羟基苯乙烯、或者α-甲基羟基苯乙烯的结构单元。另外,就感度的观点而言,具有酚性羟基的结构单元也优选为下述通式(a1-20)所表示的结构单元。
通式(a1-20)
[化8]
(通式(a1-20)中,R220表示氢原子或者甲基,R221表示单键或者二价连结基,R222表示卤素原子或者碳数1~5的直链或者分支链状的烷基,a表示1~5的整数,b表示0~4的整数,a+b为5以下;此外,在R222存在2个以上的情况下,这些R222可相互不同也可相同。)
上述通式(a1-20)中,R220表示氢原子或者甲基,优选为甲基。
另外,R221表示单键或者二价连结基。在单键的情况下,可提高感度,进而可提高硬化膜的透明性,因此优选。R221的二价连结基可例示亚烷基,R221为亚烷基的具体例可列举:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚异丙基、亚正丁基、亚异丁基、亚叔丁基、亚戊基、亚异戊基、亚新戊基、亚己基等。其中,R221优选为单键、亚甲基、亚乙基。另外,上述二价连结基可具有取代基,取代基可列举卤素原子、羟基、烷氧基等。另外,a表示1~5的整数,但就本发明的效果的观点、或制造容易的方面而言,优选为a为1或2,更优选为a为1。
另外,当以与R221键结的碳原子为基准(1位)时,苯环中的羟基的键结位置优选为键结于4位。
R222为卤素原子或者碳数1~5的直链或者分支链状的烷基。
具体而言可列举:氟原子、氯原子、溴原子、甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基等。其中就制造容易的方面而言,优选为氯原子、溴原子、甲基或者乙基。
另外,b表示0或1~4的整数。
<<<<结构单元(a1-2)中可使用的酸分解性基>>>>
上述具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)中可使用的上述酸分解性基可与上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)中可使用的上述酸分解性基同样地使用公知的,并无特别限定。就感光性树脂组合物的基本物性,特别是感度或图案形状、感光性树脂组合物的保存稳定性、接触孔的形成性的观点而言,酸分解性基中优选为具有由缩醛保护的保护酚性羟基的结构单元。进而,就感度的观点而言,酸分解性基中更优选为酚性羟基为由上述通式(a1-10)所表示的缩醛的形式所保护的保护酚性羟基。此外,在酚性羟基为由上述通式(a1-10)所表示的缩醛的形式所保护的保护酚性羟基的情况下,保护酚性羟基的整体形成-Ar-O-CR101R102(OR103)的结构。
此外,Ar表示亚芳基。
酚性羟基的缩醛酯结构的优选例可例示:R101=R102=R103=甲基或R101=R102=甲基且R103=苄基的组合。
另外,用于形成具有酚性羟基以缩醛的形式受到保护的保护酚性羟基的结构单元的自由基聚合性单体例如可列举:日本专利特开2011-215590号公报的段落编号0042中记载的单体等。
这些单体中,就透明性的观点而言,优选为甲基丙烯酸4-羟基苯酯的1-烷氧基烷基保护体、甲基丙烯酸4-羟基苯酯的四氢吡喃基保护体。
酚性羟基的缩醛保护基的具体例可列举1-烷氧基烷基,例如可列举:1-乙氧基乙基、1-甲氧基乙基、1-正丁氧基乙基、1-异丁氧基乙基、1-(2-氯乙氧基)乙基、1-(2-乙基己氧基)乙基、1-正丙氧基乙基、1-环己氧基乙基、1-(2-环己基乙氧基)乙基、1-苄氧基乙基等,这些基团可单独使用或者将2种以上组合使用。
用于形成上述具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)的自由基聚合性单体可使用市售的,也可使用以公知的方法合成的。例如,可通过使具有酚性羟基的化合物在酸催化剂的存在下与乙烯基醚进行反应而合成。上述合成可使具有酚性羟基的单体与其他单体预先共聚合,然后在酸催化剂的存在下与乙烯基醚进行反应。
上述具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)的优选具体例可例示下述结构单元,但本发明并不限定于这些结构单元。
[化9]
[化10]
[化11]
<<<结构单元(a1)的优选形态>>>
在含有上述结构单元(a1)的聚合物实质上不含结构单元(a2)的情况下,含有所述结构单元(a1)的聚合物中,结构单元(a1)优选为20摩尔%~100摩尔%,更优选为30摩尔%~90摩尔%。
在含有上述结构单元(a1)的聚合物含有下述结构单元(a2)的情况下,含有所述结构单元(a1)与结构单元(a2)的聚合物中,就感度的观点而言,单构成单元(a1)优选为3摩尔%~70摩尔%,更优选为10摩尔%~60摩尔%。另外,尤其在上述结构单元(a1)中可使用的上述酸分解性基为具有羧基以缩醛的形式受到保护的保护羧基的结构单元的情况下,优选为20摩尔%~50摩尔%。
与上述具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)相比,上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)具有显影快速的特征。因此,在欲快速显影的情况下,优选为具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)。相反,在欲减缓显影的情况下,优选为使用具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)。
与上述具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)相比,上述具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)具有显影快速的特征。因此,在欲快速显影的情况下,优选为具有由酸分解性基保护的保护羧基的结构单元(a1-1)。相反,在欲减缓显影的情况下,优选为使用具有由酸分解性基保护的保护酚性羟基的结构单元(a1-2)。
<<结构单元(a2)>>
(A)成分包括(a2)具有交联性基(其中,嵌段异氰酸酯基以及OH基除外)的结构单元。本发明中的交联性基为选自羧酸或者酚性羟基、及例如可在90℃以上开始进行交联反应的基团中的至少一种。其中,OH基由于与羧酸以及酚性羟基的交联反应性低,无法充分提高耐化学品性,故而自本发明的交联性基中去除。具有交联基的结构单元的优选形态可列举包含选自由环氧基、氧杂环丁烷基、-NH-CH2-O-R(R为碳数1~20的烷基)所表示的基团以及乙烯性不饱和基所组成组群中的至少一种的结构单元,优选为选自环氧基、氧杂环丁烷基、以及-NH-CH2-O-R(R为碳数1~20的烷基)所表示的基团中的至少一种。其中,本发明的感光性树脂组合物更优选为上述(A)成分包括包含环氧基以及氧杂环丁烷基中至少一种的结构单元,特别优选为包括包含环氧基的结构单元。更详细而言,可列举以下结构单元。
<<<(a2-1)具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元>>>
上述(A)聚合物成分优选为含有具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元(结构单元(a2-1))。
上述具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元(a2-1)优选为具有脂环环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元,更优选为具有氧杂环丁烷基的结构单元。
上述具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元(a2-1)只要在1个结构单元中具有至少一个环氧基或者氧杂环丁烷基即可,可具有1个以上的环氧基及1个以上的氧杂环丁烷基、2个以上的环氧基、或者2个以上的氧杂环丁烷基,并无特别限定,优选为具有合计为1个~3个的环氧基和/或氧杂环丁烷基,更优选为具有合计为1个或2个的环氧基和/或氧杂环丁烷基,进而优选为具有1个环氧基或者氧杂环丁烷基。
用于形成具有环氧基的结构单元的自由基聚合性单体的具体例例如可列举:丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、α-乙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丁基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸-3,4-环氧基丁酯、甲基丙烯酸-3,4-环氧基丁酯、丙烯酸-3,4-环氧环己基甲酯、甲基丙烯酸-3,4-环氧环己基甲酯、α-乙基丙烯酸-3,4-环氧环己基甲酯、邻乙烯基苄基缩水甘油醚、间乙烯基苄基缩水甘油醚、对乙烯基苄基缩水甘油醚、日本专利第4168443号公报的段落编号0031~段落编号0035中记载的含有脂环式环氧骨架的化合物等。
用于形成具有氧杂环丁烷基的结构单元的自由基聚合性单体的具体例例如可列举:日本专利特开2001-330953号公报的段落编号0011~段落编号0016中记载的具有氧杂环丁烷基的(甲基)丙烯酸酯、或日本专利特开2012-088459公报的段落编号0027中记载的化合物等,这些内容并入本申请说明书中。
用于形成上述具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元(a2-1)的自由基聚合性单体的具体例优选为含有甲基丙烯酸酯结构的单体、含有丙烯酸酯结构的单体。
这些单体中,进而优选的单体为日本专利第4168443号公报的段落编号0034~段落编号0035中记载的含有脂环式环氧骨架的化合物以及日本专利特开2001-330953号公报的段落编号0011~段落编号0016中记载的具有氧杂环丁烷基的(甲基)丙烯酸酯,特别优选的单体为日本专利特开2001-330953号公报的段落编号0011~段落编号0016中记载的具有氧杂环丁烷基的(甲基)丙烯酸酯。这些单体中优选为:甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯、以及甲基丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯,最优选为丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯、以及甲基丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯。这些结构单元可单独使用1种或者将2种以上组合使用。
上述具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元(a2-1)可参考日本专利特开2011-215590号公报的段落编号0053~段落编号0055的记载。
上述具有环氧基和/或氧杂环丁烷基的结构单元(a2-1)的优选具体例可例示下述结构单元。此外,R表示氢原子或者甲基。
[化12]
本发明中,就感度的观点而言,优选为氧杂环丁烷基。另外,就透过率(透明性)的观点而言,优选为脂环环氧基以及氧杂环丁烷基。根据以上,本发明中,环氧基和/或氧杂环丁烷基优选为脂环环氧基以及氧杂环丁烷基,特别优选为氧杂环丁烷基。
<<<(a2-2)具有乙烯性不饱和基的结构单元>>>
上述具有交联基的结构单元(a2)的1种可列举具有乙烯性不饱和基的结构单元(a2-2)(以下也称为“结构单元(a2-2)”)。上述具有乙烯性不饱和基的结构单元(a2-2)优选为在侧链上具有乙烯性不饱和基的结构单元,更优选为在末端具有乙烯性不饱和基且具有碳数3~16的侧链的结构单元。
除此以外,(a2-2)具有乙烯性不饱和基的结构单元可参考日本专利特开2011-215580号公报的段落编号0077~段落编号0090的记载以及日本专利特开2008-256974的段落编号0013~段落编号0031的记载,这些内容并入本申请说明书中。
<<<(a2-3)具有-NH-CH2-O-R(R为碳数1~20的烷基)所表示的基团的结构单元>>>
本发明中使用的共聚物也优选为具有-NH-CH2-O-R(R为碳数1~20的烷基)所表示的基团的结构单元(a2-3)。通过含有结构单元(a2-3),可由缓慢的加热处理来引起硬化反应,可获得各特性优异的硬化膜。此处,R优选为碳数1~9的烷基,更优选为碳数1~4的烷基。另外,烷基可为直链、分支或者环状的烷基的任一种,优选为直链或者分支的烷基。结构单元(a2)更优选为具有下述通式(1)所表示的基团的结构单元。
通式(1)
[化13]
(上述式中,R1表示氢原子或者甲基,R2表示碳数1~20的烷基。)
R2优选为碳数1~9的烷基,进而优选为碳数1~4的烷基。另外,烷基可为直链、分支或者环状的烷基的任一种,优选为直链或者分支的烷基。
R2的具体例可列举甲基、乙基、正丁基、异丁基、环己基、以及正己基。其中优选为异丁基、正丁基、甲基。
<<<结构单元(a2)的优选形态>>>
在含有上述结构单元(a2)的聚合物实质上不含结构单元(a1)的情况下,含有所述结构单元(a2)的聚合物中,结构单元(a2)优选为5摩尔%~90摩尔%,更优选为20摩尔%~80摩尔%。
在含有上述结构单元(a2)的聚合物含有上述结构单元(a1)的情况下,含有所述结构单元(a1)及结构单元(a2)的聚合物中,就感度的观点而言,结构单元(a2)优选为3摩尔%~70摩尔%,更优选为10摩尔%~60摩尔%。
本发明中,进而,不论哪一种形态,(A)成分的所有结构单元中,优选为含有3摩尔%~70摩尔%的结构单元(a2),更优选为含有10摩尔%~60摩尔%。
若为上述的数值范围内,则由感光性树脂组合物获得的硬化膜的透明性、耐化学品性以及ITO溅镀耐受性变得良好。
<<(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元>>
本发明的组合物通过包含包括(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的聚合物,可使耐化学品性以及硬化膜密接性(特别是压力锅试验(pressure cooker test,PCT试验)后的硬化膜密接性)良好。
以下的机制并不确定,但推定为,通过在感光性树脂组合物中调配包含具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的聚合物,则利用嵌段异氰酸酯基,本发明的组合物与基底基板的界面的亲和性变得良好,本发明的组合物与基底基板容易结合,因此可使硬化膜密接性良好。另外,推定为,通过在感光性树脂组合物中含有具有嵌段异氰酸酯基的结构单元作为聚合物,则具有嵌段异氰酸酯基的结构单元在本发明的组合物中均匀分布,在本发明的组合物硬化而成的硬化膜中也均匀地分布源自具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的基团,可使耐化学品性良好。
本发明中,所谓嵌段异氰酸酯基,是指使具有可与异氰酸酯基进行反应的氢原子的化合物(通常称为嵌段剂)进行反应来保护异氰酸酯基的保护基。所导入的保护基是自嵌段剂中去除氢原子的基团,通常称为嵌段基。例如,A-C(=O)-NH-所表示的结构中,A为保护基。
本发明中使用的嵌段剂例如可使用:日本专利特开平5-186564号公报的段落0009中记载的嵌段化剂、日本专利特开2002-275231号公报的段落0022中记载的嵌段剂,这些内容并入本申请说明书中。
具体而言,可列举:苯酚、萘酚、甲酚、二甲酚、经卤素取代的苯酚等具有酚性羟基的化合物;丙酮肟(acetoxime)、甲醛肟(formaldoxime)、环己烷肟、甲基乙基酮肟等肟系化合物;吡唑、甲基吡唑、二甲基吡唑等具有吡唑结构的化合物;甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、环己醇、乙二醇单烷基醚、丙二醇单烷基醚、乳酸烷基酯等醇系化合物;乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯、乙酰基丙酮等具有活性亚甲基的化合物;烷基硫醇、芳基硫醇等硫醇系化合物;α-内酰胺、β-内酰胺、γ-内酰胺、δ-内酰胺等内酰胺系化合物,除此以外,可列举酰亚胺系化合物、咪唑系化合物、1级胺、2级胺等。
本发明中使用的嵌段基例如优选为源自具有酚性羟基的化合物、肟系化合物或者醇系化合物的基团,更优选为源自肟系化合物或者醇系化合物的基团,进而优选为源自肟系化合物的基团。
本发明中使用的上述(A)聚合物成分中,只要在1个(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元中包含至少一种嵌段异氰酸酯基即可,但也可包含2种以上,更优选为包含1种。
1个具有嵌段异氰酸酯基的结构单元中,嵌段异氰酸酯基的数量的上限并无特别限定,但例如优选为在1个具有嵌段异氰酸酯基的结构单元中为个5个以下,更优选为在1个具有嵌段异氰酸酯基的结构单元中设为3个以下,特别优选为1个。
本发明中使用的(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元优选为乙烯基系聚合物,更优选为下述通式(a4-1)所表示的重复单元。
通式(a4-1)
[化14]
(通式(a4-1)中,R4表示氢原子或者甲基,W表示二价连结基,Z表示一价有机基。)
通式(a4-1)中,W表示二价连结基。二价连结基可列举:直链状、分支链状或者环状的亚烷基,-O-、-COO-、-S-、-NR-、-CO-、-NRCO-、-SO2-等二价基,或者包含这些基团的组合的基团。此处,R表示氢原子或者碳数1~4的烷基,优选为氢原子。二价连结基优选为:-(CH2)m-(m为1~10的整数,优选为1~6的整数,更优选为1~4的整数)、碳数5~10的环状亚烷基、或者包含这些基团与-O-、-COO-、-S-、-NH-以及-CO-的至少一个的组合的基团。
通式(a4-1)中,Z为通过加热而脱离的基团(上述嵌段基)。此处,所谓通过加热而脱离的基团,是指例如当在90℃~250℃下进行加热时脱离的基团。
通式(a4-1)中,Z并无特别限制,但例如优选为一价有机基。一价有机基例如可列举烷基或者芳基,优选为碳数为1~20的烷基、碳数为6~20的芳基、或者包含这些基团的组合的基团。此种一价有机基的具体例优选为:-N=R'、-OR'、-NR'、-SR',或者包含这些基团与-O-、-CO-及-COOR'的至少一个的组合的基团。此处,R'优选为:碳数为1~10的直链烷基、碳数为3~10的分支烷基或者碳数3~10的环状烷基(优选为碳数1~7的直链烷基、碳数3~7的分支烷基、或者碳数3~7的环状烷基)、碳数为6~10的芳基(优选为苯基)、或者包含碳数为6~10的芳基与碳数为1~10的亚烷基的组合的基团。
另外,在一价有机基表示上述-NR'的情况下,优选为-NR'形成杂环结构。杂环结构中的杂原子优选为包含氮原子,更优选为包含2个以上氮原子,进而优选为包含2个氮原子。杂环结构优选为5元环结构~8元环结构,更优选为5元环结构~7元环结构。可为缩合环,但优选为单环。另外,在一价有机基表示上述-NR'的情况下,优选为具有-CO基或者烷基(优选为甲基、乙基或者丙基,更优选为甲基)作为取代基。
通式(a4-1)中,Z的式量(formula weight)优选为20~300,更优选为30~150。通过使Z的式量不会过大,可减少最终的硬化膜的不需要成分,因此优选。
此处,所谓Z的式量,是指每1个具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的Z部分的质量。
本发明中使用的(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元进而优选为下述通式(a4-1-2)所表示的重复单元。
通式(a4-1-2)
[化15]
(通式(a4-2)中,R4表示氢原子或者甲基,X表示亚芳基或者-C(=O)-基,Y表示二价连结基,Z表示一价有机基。)
通式(a4-2)中,X表示亚芳基或者-C(=O)-基,在X为亚芳基的情况下,优选为亚苯基。
通式(a4-2)中,Y表示二价连结基。二价连结基可列举:直链状、分支链状或者环状的亚烷基,-O-、-COO-、-S-、-NR-、-CO-、-NRCO-、-SO2-等二价基,或者包含这些基团的组合的基团。此处,R表示氢原子或者碳数1~4的烷基,优选为氢原子。二价连结基优选为:-(CH2)m-(m为1~10的整数,优选为1~6的整数,更优选为1~4的整数)、碳数5~10的环状亚烷基,或者包含这些基团与-O-、-COO-、-S-、-NH-及-CO-的至少一个的组合的基团。
通式(a4-2)中,Z表示一价有机基,与上述通式(a4-2)中的Z含义相同,优选范围也相同。
本发明中使用的(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元进而优选为下述通式(a4-2)所表示的重复单元。
通式(a4-2)
[化16]
(通式(a4-2)中,R4表示氢原子或者甲基,Y表示二价连结基,Z表示一价有机基。)
通式(a4-2)中,Y及Z与上述通式(a4-1-2)中的Y及Z含义相同,优选范围也相同。
以下列举(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的具体例,但本发明并不限定于这些具体例。此外,下述具体例中,Rx为氢原子或者甲基。
[化17]
[化18]
[化19]
<<<结构单元(a4)的优选形态>>>
在上述结构单元(a4)包含于上述聚合物(1)中的情况下,含有所述结构单元(a4)的聚合物中,结构单元(a4)优选为0.1摩尔%~30摩尔%,更优选为1摩尔%~20摩尔%,进而优选为2摩尔%~15摩尔%。
在上述结构单元(a4)包含于上述聚合物(2)中的情况下,即,在上述结构单元(a4)包含于包括上述结构单元(a1)的聚合物或者包括上述结构单元(a2)的聚合物的至少一个中的情况下,含有所述结构单元(a4)的聚合物中,结构单元(a4)优选为0.1摩尔%~40摩尔%,更优选为1摩尔%~30摩尔%,进而优选为2摩尔%~25摩尔%。
在上述结构单元(a4)包含于上述聚合物(3)中的情况下,含有所述结构单元(a4)的聚合物中,结构单元(a4)优选为1摩尔%~90摩尔%,更优选为2摩尔%~70摩尔%,进而优选为3摩尔%~50摩尔%。
本发明中,进而,不论哪一种形态,(A)成分的所有结构单元中,优选为含有0.1摩尔%~30摩尔%的结构单元(a4),更优选为含有1摩尔%~20摩尔%,进而优选为含有2摩尔%~15摩尔%。另外,(A)成分的所有结构单元中,也可将结构单元(a4)的含量设为5摩尔%以下,在所述情况下,具有后烘烤后的残膜率优异的优点。
若为上述的数值范围内,则由本发明的组合物获得的硬化膜的透明性、耐化学品性以及ITO溅镀耐受性变得良好。
在上述结构单元(a4)包含于上述聚合物(1)、上述聚合物(2)以及上述聚合物(3)中至少任一种中的情况下,结构单元(a4)的式量优选为100~500,更优选为150~400。
包含上述结构单元(a4)的聚合物例如优选为分子量为8000以上,优选为9000以上。另外,包含上述结构单元(a4)的聚合物的分子量的上限并无特别限定,例如优选为50000以下,更优选为30000以下。
通过将包含结构单元(a4)的聚合物的分子量设为8000以上,具有嵌段异氰酸酯基的结构单元更均匀地分布于本发明的组合物中,在本发明的组合物硬化而成的硬化膜中也更均匀地分布源自具有嵌段异氰酸酯基的结构单元的基团,推定为,本发明的耐化学品性效果遍及膜整体而得到更有效的发挥。
本发明的组合物中,优选为实质上不含分子量小于8000的包含上述结构单元(a4)的聚合物,更优选为分子量小于8000的包含上述结构单元(a4)的聚合物的含量为0质量%。
<<(a3)其他结构单元>>
本发明中,(A)成分除了包括上述结构单元(a1)、上述结构单元(a2)以及上述结构单元(a4)以外,还可包括这些结构单元以外的其他结构单元(a3)。结构单元(a3)可包含上述聚合物(1)、上述聚合物(2)以及上述聚合物(3)中的任一种聚合物。另外,除了上述聚合物(1)、上述聚合物(2)以及上述聚合物(3)以外,本发明的组合物中还可包含包括结构单元(a3)的其他聚合物成分。在除了上述聚合物(1)、上述聚合物(2)以及上述聚合物(3)以外,还包含包括结构单元(a3)的其他聚合物的情况下,所有聚合物成分中,所述聚合物成分的调配量优选为60质量%以下,更优选为40质量%以下,进而优选为20质量%以下。
成为上述结构单元(a3)的单体并无特别限制,例如可列举:苯乙烯类、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸环状烷基酯、(甲基)丙烯酸芳基酯、不饱和二羧酸二酯、双环不饱和化合物类、顺丁烯二酰亚胺化合物类、不饱和芳香族化合物、共轭二烯系化合物、不饱和单羧酸、不饱和二羧酸、不饱和二羧酸酐、其他不饱和化合物。另外,如后所述,还可包括具有酸基的结构单元。成为上述结构单元(a3)的单体可单独使用或者将2种以上组合使用。
以下,列举本发明的聚合物成分的优选实施形态,但本发明当然并不限定于这些实施形态。
(第1实施形态)
上述聚合物(1)还包括1种或者2种以上的上述结构单元(a3)的形态。
(第2实施形态)
上述聚合物(2)中的包括上述结构单元(a1)的聚合物还包括1种或者2种以上的上述结构单元(a3)的形态。
(第3实施形态)
上述聚合物(2)中的包括上述结构单元(a2)的聚合物还包括1种或者2种以上的上述结构单元(a3)的形态。
(第4实施形态)
上述聚合物(3)还包括1种或者2种以上的上述结构单元(a3)的形态。
(第5实施形态)
上述第1实施形态~第4实施形态的任一实施形态中,包括至少包含酸基的结构单元作为上述结构单元(a3)的形态。
(第6实施形态)
上述第1实施形态~第4实施形态的任一实施形态中,上述聚合物(1)、上述聚合物(2)以及上述聚合物(3)中至少任一个包括至少包含酸基的结构单元作为上述结构单元(a3)的形态。
(第7实施形态)
除了上述聚合物(1)、上述聚合物(2)以及上述聚合物(3)以外,还包含包括上述结构单元(a3)的聚合物的形态。所述情况下的上述结构单元(a3)可例示:包含酸基的结构单元、上述结构单元(a2)以外的包含可具有交联性的基团的结构单元等。
(第8实施形态)
包含上述第1实施形态~第7实施形态的2种以上实施形态的组合的形态。
具体而言,结构单元(a3)可列举源自以下化合物的结构单元:苯乙烯、甲基苯乙烯、羟基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙酰氧基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、乙氧基苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基苯甲酸乙酯、4-羟基苯甲酸(3-甲基丙烯酰氧基丙基)酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酰基吗啉、N-环己基顺丁烯二酰亚胺、丙烯腈、乙二醇单乙酰乙酸酯单(甲基)丙烯酸酯等。除此以外,可列举日本专利特开2004-264623号公报的段落编号0021~段落编号0024中记载的化合物。
另外,就电特性的观点而言,上述结构单元(a3)优选为苯乙烯类、具有脂肪族环式骨架的基团。具体而言,可列举:苯乙烯、甲基苯乙烯、羟基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸苄酯等。
进而,就密接性的观点而言,上述结构单元(a3)优选为(甲基)丙烯酸烷基酯。具体而言,可列举:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯等,更优选为(甲基)丙烯酸甲酯。构成聚合物(A)的结构单元中,上述结构单元(a3)的含有率优选为60摩尔%以下,更优选为50摩尔%以下,进而优选为40摩尔%以下。下限值可为0摩尔%,但例如可设为1摩尔%以上,进而可设为5摩尔%以上。若为上述的数值范围内,则由感光性树脂组合物获得的硬化膜的各特性变得良好。
上述结构单元(a3)优选为包含酸基。通过包含酸基,而变得容易溶解于碱性的显影液中,更有效果地发挥本发明的效果。本发明中的所谓酸基,是指pKa小于7的质子解离性基。通常是使用可形成酸基的单体作为包含酸基的结构单元,而将酸基组入至聚合物中。通过在聚合物中含有此种包含酸基的结构单元,而存在变得容易溶解于碱性显影液中的倾向。
本发明中使用的酸基可例示:源自羧酸基的、源自磺酰胺基的、源自膦酸基的、源自磺酸基的、源自酚性羟基的、磺酰胺基、磺酰亚胺基等,优选为源自羧酸基的和/或源自酚性羟基的。
本发明中使用的包含酸基的结构单元更优选为源自苯乙烯的结构单元、或源自乙烯基化合物的结构单元、源自(甲基)丙烯酸和/或其酯的结构单元。例如可使用日本专利特开2012-88459号公报的段落编号0021~段落编号0023以及段落编号0029~段落编号0044所记载的化合物,所述内容并入本申请说明书中。其中,优选为源自对羟基苯乙烯、(甲基)丙烯酸、顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐的结构单元。
本发明中,尤其就感度的观点而言,优选为含有具有羧基的结构单元、或者具有酚性羟基的结构单元。
包含酸基的结构单元优选为所有聚合物成分的结构单元的1摩尔%~80摩尔%,更优选为1摩尔%~50摩尔%,进而优选为5摩尔%~40摩尔%,特别优选为5摩尔%~30摩尔%,最优选为5摩尔%~20摩尔%。
本发明中,除了上述聚合物成分(1)或者上述聚合物成分(2)或者上述聚合物成分(3)以外,还可包含实质上不包括上述结构单元(a1)、上述结构单元(a2)、以及上述结构单元(a4),而包括其他结构单元(a3)的聚合物。
此种聚合物优选为在侧链上具有羧基的树脂。例如可列举:如日本专利特开昭59-44615号、日本专利特公昭54-34327号、日本专利特公昭58-12577号、日本专利特公昭54-25957号、日本专利特开昭59-53836号、日本专利特开昭59-71048号的各公报中所记载的甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸共聚物、衣康酸共聚物、丁烯酸共聚物、顺丁烯二酸共聚物、部分酯化顺丁烯二酸共聚物等,以及在侧链上具有羧基的酸性纤维素衍生物、在具有羟基的聚合物中加成酸酐而成的等,进而还可列举在侧链上具有(甲基)丙烯酰基的高分子聚合物作为优选的。
例如可列举:(甲基)丙烯酸苄酯/(甲基)丙烯酸共聚物、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯/(甲基)丙烯酸苄酯/(甲基)丙烯酸共聚物、日本专利特开平7-140654号公报中记载的(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯/聚苯乙烯大分子单体/甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸2-羟基-3-苯氧基丙酯/聚甲基丙烯酸甲酯大分子单体/甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸2-羟基乙酯/聚苯乙烯大分子单体/甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸2-羟基乙酯/聚苯乙烯大分子单体/甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸共聚物等。
除此以外,还可使用:日本专利特开平7-207211号公报、日本专利特开平8-259876号公报、日本专利特开平10-300922号公报、日本专利特开平11-140144号公报、日本专利特开平11-174224号公报、日本专利特开2000-56118号公报、日本专利特开2003-233179号公报、日本专利特开2009-52020号公报等中记载的公知的高分子化合物,这些内容并入本申请说明书中。
这些聚合物可仅包含1种,也可包含2种以上。
这些聚合物也可使用市售的:SMA 1000P、SMA 2000P、SMA 3000P、SMA 1440F、SMA17352P、SMA 2625P、SMA 3840F(以上由沙多玛(Sartomer)公司制造),阿鲁丰(ARUFON)UC-3000、阿鲁丰(ARUFON)UC-3510、阿鲁丰(ARUFON)UC-3900、阿鲁丰(ARUFON)UC-3910、阿鲁丰(ARUFON)UC-3920、阿鲁丰(ARUFON)UC-3080(以上由东亚合成(股)制造),庄臣(Joncryl)690、庄臣(Joncryl)678、庄臣(Joncryl)67、庄臣(Joncryl)586(以上由巴斯夫(BASF)制造)等。
<<(A)聚合物的分子量>>
(A)聚合物的分子量以聚苯乙烯换算重量平均分子量计,优选为1,000~200,000的范围,更优选为2,000~50,000的范围,进而优选为10,000~50,000的范围。若为上述的数值范围内,则各特性良好。数量平均分子量与重量平均分子量的比(分散度)优选为1.0~5.0,更优选为1.5~3.5。
<<(A)聚合物的制造方法>>
另外,(A)成分的合成法也已知多种方法,若列举一例,则可通过使用自由基聚合引发剂,将至少包含用于形成上述结构单元(a1)以及上述结构单元(a3)所表示的结构单元的自由基聚合性单体的自由基聚合性单体混合物,在有机溶剂中进行聚合来合成。另外,也可通过所谓的高分子反应来合成。
(A-1)聚合物优选为相对于所有结构单元,而含有50摩尔%以上的源自(甲基)丙烯酸和/或其酯的结构单元,更优选为含有80摩尔%以上。
相对于所有固体成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物优选为以50质量份~99.9质量份的比例包含(A)成分,更优选为以70质量份~98质量份的比例包含(A)成分。
<(B)光酸产生剂>
本发明的感光性树脂组合物含有(B)光酸产生剂。本发明中使用的光酸产生剂(也称为“(B)成分”)优选为对波长为300nm以上、优选为波长300nm~450nm的光化射线进行感应而产生酸的化合物,但对其化学结构并无限制。另外,关于对波长为300nm以上的光化射线并不直接感应的光酸产生剂,只要是通过与增感剂并用而对波长为300nm以上的光化射线进行感应来产生酸的化合物,则也可与增感剂组合来优选地使用。本发明中使用的光酸产生剂优选为产生pKa为4以下的酸的光酸产生剂,更优选为产生pKa为3以下的酸的光酸产生剂,最优选为产生pKa为2以下的酸的光酸产生剂。
光酸产生剂的例子可列举:三氯甲基-均三嗪类、锍盐或錪盐、四级铵盐类、重氮甲烷化合物、酰亚胺磺酸酯化合物、以及肟磺酸酯化合物等。这些化合物中,就绝缘性的观点而言,优选为使用肟磺酸酯化合物。这些光酸产生剂可单独使用1种或者将2种以上组合使用。三氯甲基-均三嗪类、二芳基錪盐类、三芳基锍盐类、四级铵盐类、以及重氮甲烷衍生物的具体例可例示日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0083~段落编号0088中记载的化合物。
肟磺酸酯化合物即具有肟磺酸酯结构的化合物优选为可例示含有下述通式(B1)所表示的肟磺酸酯结构的化合物。
通式(B1)
[化20]
(通式(B1)中,R21表示烷基或者芳基;波形线表示与其他基团的键。)
任一基团均可被取代,R21中的烷基可为直链状,可为分支状,也可为环状。以下对所容许的取代基进行说明。
R21的烷基优选为碳数1~10的直链状或者分支状烷基。R21的烷基可经卤素原子、碳数6~11的芳基、碳数1~10的烷氧基、或者环烷基(包含7,7-二甲基-2-氧代降冰片基等桥环式脂环基,优选为双环烷基等)所取代。
R21的芳基优选为碳数6~11的芳基,更优选为苯基或者萘基。R21的芳基可经低级烷基、烷氧基或者卤素原子所取代。
含有上述通式(B1)所表示的肟磺酸酯结构的上述化合物也优选为下述通式(B2)所表示的肟磺酸酯化合物。
[化21]
(式(B2)中,R42表示烷基或者芳基,X表示烷基、烷氧基、或者卤素原子,m4表示0~3的整数,当m4为2或3时,多个X可相同也可不同。)
R42的优选范围与上述R21的优选范围相同。
作为X的烷基优选为碳数1~4的直链状或者分支状烷基。作为X的烷氧基优选为碳数1~4的直链状或者分支状烷氧基。
作为X的卤素原子优选为氯原子或者氟原子。m4优选为0或1。上述通式(B2)中,特别优选为m4为1,X为甲基,X的取代位置为邻位,R42为碳数1~10的直链状烷基、7,7-二甲基-2-氧代降冰片基甲基、或者对甲苯甲酰基的化合物。
含有上述通式(B1)所表示的肟磺酸酯结构的化合物也优选为下述通式(B3)所表示的肟磺酸酯化合物。
[化22]
(式(B3)中,R43与式(B2)中的R42含义相同,X1表示卤素原子、羟基、碳数1~4的烷基、碳数1~4的烷氧基、氰基或者硝基,n4表示0~5的整数。)
上述通式(B3)中的R43优选为:甲基、乙基、正丙基、正丁基、正辛基、三氟甲基、五氟乙基、全氟正丙基、全氟正丁基、对甲苯基、4-氯苯基或者五氟苯基,特别优选为正辛基。
X1优选为碳数1~5的烷氧基,更优选为甲氧基。
n4优选为0~2,特别优选为0~1。
上述通式(B1-3)所表示的化合物的具体例以及优选的肟磺酸酯化合物的具体例可参考日本专利特开2012-163937号公报的段落编号0080~段落编号0082的记载,所述内容并入本申请说明书中。
含有上述通式(B1)所表示的肟磺酸酯结构的化合物也优选为下述通式(OS-1)所表示的化合物。
[化23]
上述通式(OS-1)中,R101表示氢原子、烷基、烯基、烷氧基、烷氧基羰基、酰基、氨甲酰基、氨磺酰基、磺基、氰基、芳基、或者杂芳基。R102表示烷基、或者芳基。
X101表示-O-、-S-、-NH-、-NR105-、-CH2-、-CR106H-、或者-CR105R107-,R105~R107表示烷基、或者芳基。
R121~R124分别独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、烯基、烷氧基、氨基、烷氧基羰基、烷基羰基、芳基羰基、酰胺基、磺基、氰基、或者芳基。R121~R124中的2个可分别相互键结而形成环。
R121~R124优选为氢原子、卤素原子、以及烷基,另外,还可优选地列举R121~R124中的至少两个相互键结而形成芳基的形态。其中,就感度的观点而言,优选为R121~R124均为氢原子的形态。
已述的官能基均可进而具有取代基。
上述通式(OS-1)所表示的化合物优选为例如日本专利特开2012-163937号公报的段落编号0087~段落编号0089中记载的通式(OS-2)所表示的化合物,所述内容并入本申请说明书中。
本发明中可适宜使用的上述通式(OS-1)所表示的化合物的具体例可列举日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0128~段落编号0132中记载的化合物(例示化合物b-1~例示化合物b-34),但本发明并不限定于此。
本发明中,含有上述通式(B1)所表示的肟磺酸酯结构的化合物优选为下述通式(OS-3)、下述通式(OS-4)或者下述通式(OS-5)所表示的肟磺酸酯化合物。
[化24]
(通式(OS-3)~通式(OS-5)中,R22、R25及R28分别独立地表示烷基、芳基或者杂芳基,R23、R26及R29分别独立地表示氢原子、烷基、芳基或者卤素原子,R24、R27及R30分别独立地表示卤素原子、烷基、烷氧基、磺酸基、氨基磺酰基或者烷氧基磺酰基,X1~X3分别独立地表示氧原子或者硫原子,n1~n3分别独立地表示1或2,m1~m3分别独立地表示0~6的整数。)
上述通式(OS-3)~通式(OS-5)例如可参考日本专利特开2012-163937号公报的段落编号0098~段落编号0115的记载,所述内容并入本申请说明书中。
另外,含有上述通式(B1-1)所表示的肟磺酸酯结构的化合物例如特别优选为日本专利特开2012-163937号公报的段落编号0117中记载的通式(OS-6)~通式(OS-11)的任一个所表示的化合物,所述内容并入本申请说明书中。
上述通式(OS-6)~通式(OS-11)中的优选范围与日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0110~段落编号0112中记载的(OS-6)~(OS-11)的优选范围相同。
上述通式(OS-3)~上述通式(OS-5)所表示的肟磺酸酯化合物的具体例可列举日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0114~段落编号0120中记载的化合物,但本发明并不限定于这些化合物。
本发明的感光性树脂组合物中,相对于感光性树脂组合物中的所有树脂成分(优选为固体成分,更优选为共聚物的合计)100质量份,(B)光酸产生剂优选为使用0.1质量份~10质量份,更优选为使用0.5质量份~10质量份。也可将2种以上并用。
<(D)溶剂>
本发明的感光性树脂组合物含有(D)溶剂。本发明的感光性树脂组合物优选为制备成将本发明的必需成分、进而与后述的任意成分溶解于(D)溶剂中而成的溶液。
本发明的感光性树脂组合物中使用的(D)溶剂可使用公知的溶剂,可例示:乙二醇单烷基醚类、乙二醇二烷基醚类、乙二醇单烷基醚乙酸酯类、丙二醇单烷基醚类、丙二醇二烷基醚类、丙二醇单烷基醚乙酸酯类、二乙二醇二烷基醚类、二乙二醇单烷基醚乙酸酯类、二丙二醇单烷基醚类、二丙二醇二烷基醚类、二丙二醇单烷基醚乙酸酯类、酯类、酮类、酰胺类、内酯类等。另外,本发明的感光性树脂组合物中使用的(D)溶剂的具体例还可列举日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0174~段落编号0178中记载的溶剂、日本专利特开2012-194290公报的段落编号0167~段落编号0168中记载的溶剂,这些内容并入本申请说明书中。
另外,视需要还可进而向这些溶剂中添加:苄基乙醚、二己醚、乙二醇单苯醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、异佛尔酮、己酸、辛酸、1-辛醇、1-壬醇、苄醇、苯甲醚、乙酸苄酯、苯甲酸乙酯、乙二酸二乙酯、顺丁烯二酸二乙酯、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等溶剂。这些溶剂可单独使用1种或者将2种以上混合使用。本发明中可使用的溶剂优选为单独使用1种、或者将2种并用,更优选为将2种并用,进而优选为将丙二醇单烷基醚乙酸酯类或者二烷基醚类、二乙酸酯类与二乙二醇二烷基醚类、或者酯类与丁二醇烷基醚乙酸酯类并用。
另外,成分D优选为沸点为130℃以上且小于160℃的溶剂、沸点为160℃以上的溶剂、或者这些溶剂的混合物。
沸点为130℃以上且小于160℃的溶剂可例示:丙二醇单甲醚乙酸酯(沸点为146℃)、丙二醇单乙醚乙酸酯(沸点为158℃)、丙二醇甲基-正丁醚(沸点为155℃)、丙二醇甲基-正丙醚(沸点为131℃)。
沸点为160℃以上的溶剂可例示:3-乙氧基丙酸乙酯(沸点为170℃)、二乙二醇甲基乙醚(沸点为176℃)、丙二醇单甲醚丙酸酯(沸点为160℃)、二丙二醇甲醚乙酸酯(沸点为213℃)、3-甲氧基丁醚乙酸酯(沸点为171℃)、二乙二醇二乙醚(沸点为189℃)、二乙二醇二甲醚(沸点为162℃)、丙二醇二乙酸酯(沸点为190℃)、二乙二醇单乙醚乙酸酯(沸点为220℃)、二丙二醇二甲醚(沸点为175℃)、1,3-丁二醇二乙酸酯(沸点为232℃)。
相对于感光性树脂组合物中的所有树脂成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的(D)溶剂的含量优选为50质量份~95质量份,进而优选为60质量份~90质量份。
<其他成分>
本发明的感光性树脂组合物中除了上述成分以外,视需要可优选地添加其他交联剂、烷氧基硅烷化合物、增感剂、碱性化合物、表面活性剂、抗氧化剂。进而,本发明的感光性树脂组合物中可添加酸增殖剂、显影促进剂、塑化剂、热自由基产生剂、热酸产生剂、紫外线吸收剂、增粘剂、以及有机或者无机的沉淀防止剂等公知的添加剂。另外,这些化合物例如还可参考日本专利特开2012-88459号公报的段落编号0201~段落编号0224的记载,这些内容并入本申请说明书中。
其他交联剂
本发明的感光性树脂组合物优选为视需要含有脂环式环氧化合物以外的其他交联剂。通过添加脂环式环氧化合物以外的其他交联剂,可将由本发明的感光性树脂组合物获得的硬化膜制成更牢固的膜。
交联剂只要是通过热而产生交联反应的,则无限制(上述(A)聚合物成分除外)。例如可添加:以下所述的在分子内具有2个以上环氧基或者氧杂环丁烷基的化合物、含烷氧基甲基的交联剂、或者具有至少一个乙烯性不饱和双键的化合物、与上述本发明中使用的(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元不同的嵌段异氰酸酯化合物。
相对于感光性树脂组合物的所有固体成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的交联剂的添加量优选为0.01质量份~50质量份,更优选为0.1质量份~30质量份,进而优选为0.5质量份~20质量份。通过以所述范围添加,而获得机械强度以及耐溶剂性优异的硬化膜。交联剂也可并用多种,所述情况下将交联剂全部合计来计算含量。
<低分子交联性化合物>
低分子交联性化合物具体例可列举:双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、脂肪族环氧树脂等。
这些化合物可作为市售品而获取。例如可列举:JER152、JER157S70、JER157S65、JER806、JER828、JER1007(三菱化学控股(Mitsubishi Chemical Holdings)(股)制造)等日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0189中记载的市售品等,除此以外,还可列举:代那科(Denacol)EX-611、代那科(Denacol)EX-612、代那科(Denacol)EX-614、代那科(Denacol)EX-614B、代那科(Denacol)EX-622、代那科(Denacol)EX-512、代那科(Denacol)EX-521、代那科(Denacol)EX-411、代那科(Denacol)EX-421、代那科(Denacol)EX-313、代那科(Denacol)EX-314、代那科(Denacol)EX-321、代那科(Denacol)EX-211、代那科(Denacol)EX-212、代那科(Denacol)EX-810、代那科(Denacol)EX-811、代那科(Denacol)EX-850、代那科(Denacol)EX-851、代那科(Denacol)EX-821、代那科(Denacol)EX-830、代那科(Denacol)EX-832、代那科(Denacol)EX-841、代那科(Denacol)EX-911、代那科(Denacol)EX-941、代那科(Denacol)EX-920、代那科(Denacol)EX-931、代那科(Denacol)EX-212L、代那科(Denacol)EX-214L、代那科(Denacol)EX-216L、代那科(Denacol)EX-321L、代那科(Denacol)EX-850L、代那科(Denacol)DLC-201、代那科(Denacol)DLC-203、代那科(Denacol)DLC-204、代那科(Denacol)DLC-205、代那科(Denacol)DLC-206、代那科(Denacol)DLC-301、代那科(Denacol)DLC-402(以上由长濑化成(Nagase ChemteX)制造),YH-300、YH-301、YH-302、YH-315、YH-324、YH-325(以上新日铁化学制造)等。
这些市售品可单独使用1种或者将2种以上组合使用。
这些化合物中,更优选为列举:双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂以及脂肪族环氧树脂,特别优选为列举双酚A型环氧树脂。
在分子内具有2个以上氧杂环丁烷基的化合物的具体例可使用:亚龙氧杂环丁烷(AronOxetane)OXT-121、亚龙氧杂环丁烷(Aron Oxetane)OXT-221、亚龙氧杂环丁烷(Aron Oxetane)OX-SQ、亚龙氧杂环丁烷(Aron Oxetane)PNOX(以上由东亚合成(股)制造)。
另外,包含氧杂环丁烷基的化合物优选为单独使用或者与包含环氧基的化合物混合使用。
另外,其他交联剂还可优选地使用:日本专利特开2012-8223号公报的段落编号0107~段落编号0108中记载的含烷氧基甲基的交联剂、以及具有至少一个乙烯性不饱和双键的化合物等,这些内容并入本申请说明书中。含烷氧基甲基的交联剂优选为烷氧基甲基化甘脲。
烷氧基硅烷化合物
本发明的感光性树脂组合物可含有烷氧基硅烷化合物。若使用烷氧基硅烷化合物,则可提高由本发明的感光性树脂组合物形成的膜与基板的密接性,或可调整由本发明的感光性树脂组合物形成的膜的性质。烷氧基硅烷化合物优选为二烷氧基硅烷化合物或者三烷氧基硅烷化合物,更优选为三烷氧基硅烷化合物。烷氧基硅烷化合物所具有的烷氧基的碳数优选为1~5。
本发明的感光性树脂组合物中可使用的烷氧基硅烷化合物优选为提高成为基材的无机物,例如:硅、氧化硅、氮化硅等硅化合物,金、铜、钼、钛、铝等金属与绝缘膜的密接性的化合物。具体而言,公知的硅烷偶合剂等也有效。
硅烷偶合剂例如可列举:γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三烷氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基烷基二烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基烷基二烷氧基硅烷、γ-氯丙基三烷氧基硅烷、γ-巯基丙基三烷氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷。这些化合物中,更优选为γ-缩水甘油氧基丙基三烷氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷,进而优选为γ-缩水甘油氧基丙基三烷氧基硅烷,尤其更优选为3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷。这些化合物可单独使用1种或者将2种以上组合使用。
另外,还可优选地采用下述通式所表示的化合物。
(R1)4-n-Si-(OR2)n
通式中,R1为不具有反应性基的碳数1~20的烃基,R2为碳数1~3的烷基或者苯基,n为1~3的整数。
具体例可列举以下的化合物。
[化25]
[化26]
上述中,Ph为苯基。
本发明的感光性树脂组合物中的烷氧基硅烷化合物并不特别限定于这些化合物,可使用公知的化合物。
相对于感光性组合物中的所有固体成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的烷氧基硅烷化合物的含量优选为0.1质量份~30质量份,更优选为0.5质量份~20质量份。
增感剂
本发明的感光性树脂组合物在与(B)光酸产生剂的组合中,为了促进其分解,优选为含有增感剂。增感剂吸收光化射线或者放射线而成为电子激发状态。成为电子激发状态的增感剂与光酸产生剂接触而产生电子转移、能量转移、发热等作用。由此,光酸产生剂产生化学变化而分解,生成酸。优选的增感剂的例子可列举属于以下化合物类,且在350nm至450nm的波长区域的任一波长下具有吸收波长的化合物。
多核芳香族类(例如:芘(pyrene)、苝(perylene)、三亚苯、蒽、9,10-二丁氧基蒽、9,10-二乙氧基蒽、3,7-二甲氧基蒽、9,10-二丙氧基蒽)、呫吨(xanthene)类(例如:荧光素(fluorescein)、曙红(eosin)、赤藓红(erythrosine)、罗丹明B(rhodamine B)、孟加拉玫瑰红(rose bengal))、氧杂蒽酮(xanthone)类(例如:氧杂蒽酮、硫杂蒽酮(thioxanthone)、二甲基硫杂蒽酮、二乙基硫杂蒽酮)、花青(cyanine)类(例如:硫杂羰花青(thiacarbocyanine)、氧杂羰花青(oxacarbocyanine))、部花青(merocyanine)类(例如:部花青、羰部花青(carbomerocyanine))、若丹菁(rhodacyanine)类、氧杂菁(oxonol)类、噻嗪(thiazine)类(例如:硫堇(thionine)、亚甲蓝(methylene blue)、甲苯胺蓝(toluidine blue))、吖啶(acridine)类(例如:吖啶橙(acridine orange)、氯黄素(chloroflavin)、吖啶黄素(acriflavine))、吖啶酮(acridone)类(例如:吖啶酮、10-丁基-2-氯吖啶酮)、蒽醌(anthraquinone)类(例如:蒽醌)、方酸化合物(squarylium)类(例如:方酸化合物)、苯乙烯基类、碱性苯乙烯基类(例如:2-[2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙烯基]苯并噁唑)、香豆素(coumarin)类(例如:7-二乙氨基-4-甲基香豆素、7-羟基-4-甲基香豆素、2,3,6,7-四氢-9-甲基-1H,5H,11H[1]苯并吡喃并[6,7,8-ij]喹嗪-11-酮)。
这些增感剂中,优选为多核芳香族类、吖啶酮类、苯乙烯基类、碱性苯乙烯基类、香豆素类,更优选为多核芳香族类。多核芳香族类中最优选为蒽衍生物。
相对于感光性树脂组合物的光酸产生剂100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的增感剂的添加量优选为0质量份~1000质量份,更优选为10质量份~500质量份,进而优选为50质量份~200质量份。
也可将2种以上并用。
碱性化合物
本发明的感光性树脂组合物可含有碱性化合物。碱性化合物可自化学增幅抗蚀剂所使用的中任意选择来使用。例如可列举:脂肪族胺、芳香族胺、杂环式胺、四级铵氢氧化物、羧酸的四级铵盐等。这些化合物的具体例可列举日本专利特开2011-221494号公报的段落编号0204~段落编号0207中记载的化合物,这些内容并入本申请说明书中。
本发明中可使用的碱性化合物可单独使用1种,也可将2种以上并用。
在包含其他碱性化合物的情况下,相对于感光性树脂组合物中的所有固体成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的碱性化合物的含量优选为0.001质量份~3质量份,更优选为0.005质量份~1质量份。
表面活性剂
本发明的感光性树脂组合物可含有表面活性剂。表面活性剂可使用阴离子系、阳离子系、非离子系、或者两性中的任一种,优选的表面活性剂为非离子表面活性剂。本发明的组合物中使用的表面活性剂例如可使用:日本专利特开2012-88459号公报的段落编号0201~段落编号0205中记载的、或日本专利特开2011-215580号公报的段落编号0185~段落编号0188中记载的,这些记载并入本申请说明书中。
非离子系表面活性剂的例子可列举:聚氧乙烯高级烷基醚类、聚氧乙烯高级烷基苯基醚类、聚氧乙烯二醇的高级脂肪酸二酯类、硅酮系、氟系表面活性剂。另外,可列举以下商品名:KP-341、X-22-822(信越化学工业(股)制造),珀利弗洛(Polyflow)No.99C(共荣社化学(股)制造),艾福拓(Eftop)(三菱材料化成公司制造),美佳法(Megafac)(迪爱生(DIC)(股)制造),弗拉德诺贝克(Fluorad Novec)FC-4430(住友3M(股)制造),沙福隆(Surflon)S-242(AGC清美化学(AGC Seimi Chemical)公司制造),波利佛斯(PolyFox)PF-6320(欧诺法(OMNOVA)公司制造)、SH-8400(东丽道康宁硅酮(Toray Dow CorningSilicone))、福吉特(Ftergent)FTX-218G(尼欧斯(Neos)公司制造)等。
另外,表面活性剂可列举如下共聚物作为优选例,所述共聚物包含下述通式(I-1)所表示的结构单元A以及结构单元B,且利用将四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)作为溶剂的情况下的凝胶渗透色谱法进行测定而得的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)为1,000以上、10,000以下。
通式(I-1)
[化27]
(式(I-1)中,R401及R403分别独立地表示氢原子或者甲基,R402表示碳数1以上、4以下的直链亚烷基,R404表示氢原子或者碳数1以上、4以下的烷基,L表示碳数3以上、6以下的亚烷基,p及q为表示聚合比的质量百分率,p表示10质量%以上、80质量%以下的数值,q表示20质量%以上、90质量%以下的数值,r表示1以上、18以下的整数,s表示1以上、10以下的整数。)
上述L优选为下述通式(I-2)所表示的分支亚烷基。通式(I-2)中的R405表示碳数1以上、4以下的烷基,就相容性及对被涂布面的润湿性的方面而言,优选为碳数1以上、3以下的烷基,更优选为碳数2或3的烷基。p与q的和(p+q)优选为p+q=100,即100质量%。
通式(I-2)
[化28]
上述共聚物的重量平均分子量(Mw)更优选为1,500以上、5,000以下。
这些表面活性剂可单独使用1种或者将2种以上混合使用。
相对于感光性树脂组合物中的所有固体成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的表面活性剂的添加量优选为10质量份以下,更优选为0.001质量份~10质量份,进而优选为0.01质量份~3质量份。
抗氧化剂
本发明的感光性树脂组合物可含有抗氧化剂。作为抗氧化剂,可含有公知的抗氧化剂。通过添加抗氧化剂而具有以下优点:可防止硬化膜的着色,或者可降低由分解引起的膜厚减少,另外,耐热透明性优异。
此种抗氧化剂例如可列举:磷系抗氧化剂、酰胺类、酰肼类、受阻胺系抗氧化剂、硫系抗氧化剂、酚系抗氧化剂、抗坏血酸类、硫酸锌、糖类、亚硝酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、羟基胺衍生物等。这些化合物中,就硬化膜的着色、膜厚减少的观点而言,特别优选为酚系抗氧化剂、酰胺系抗氧化剂、酰肼系抗氧化剂、硫系抗氧化剂,最优选为酚系抗氧化剂。这些化合物可单独使用1种,也可将2种以上混合。
具体例可列举日本专利特开2005-29515号公报的段落编号0026~段落编号0031中记载的化合物,这些内容并入本申请说明书中。优选的市售品可列举:艾迪科斯塔波(Adekastab)AO-60、艾迪科斯塔波(Adekastab)AO-80、易加乐斯(Irganox)1726、易加乐斯(Irganox)1035、易加乐斯(Irganox)1098。
相对于感光性树脂组合物的所有固体成分,抗氧化剂的含量优选为0.1质量%~10质量%,更优选为0.2质量%~5质量%,特别优选为0.5质量%~4质量%。通过设为所述范围,而获得所形成的膜的充分透明性,且图案形成时的感度也变得良好。
另外,作为抗氧化剂以外的添加剂,还可将《高分子添加剂的新展开(日刊工业新闻社(股))》中记载的各种紫外线吸收剂、或金属钝化剂等添加于本发明的感光性树脂组合物中。
[酸增殖剂]
本发明的感光性树脂组合物可出于提高感度的目的而使用酸增殖剂。
本发明中可使用的酸增殖剂是可通过酸催化剂反应而进一步产生酸,使反应系统内的酸浓度上升的化合物,是在不存在酸的状态下稳定存在的化合物。
此种酸增殖剂的具体例可列举日本专利特开2011-221494的段落编号0226~段落编号0228中记载的酸增殖剂,所述内容并入本申请说明书中。
[显影促进剂]
本发明的感光性树脂组合物可含有显影促进剂。
显影促进剂可参考日本专利特开2012-042837号公报的段落编号0171~段落编号0172的记载,所述内容并入本申请说明书中。
显影促进剂可单独使用1种,也可将2种以上并用。
就感度与残膜率的观点而言,相对于感光性组合物的所有固体成分100质量份,本发明的感光性树脂组合物中的显影促进剂的添加量优选为0质量份~30质量份,更优选为0.1质量份~20质量份,最优选为0.5质量份~10质量份。
另外,其他添加剂还可使用:日本专利特开2012-8223号公报的段落编号0120~段落编号0121中记载的热自由基产生剂、WO2011/136074A1中记载的含氮化合物以及热酸产生剂,这些内容并入本申请说明书中。
<感光性树脂组合物的制备方法>
以规定的比例且利用任意方法将各成分混合,搅拌溶解而制备感光性树脂组合物。例如也可将成分分别预先溶解于溶剂中而制成溶液后,将这些溶液以规定的比例混合而制备树脂组合物。以上述方式制备的组合物溶液也可使用例如孔径为0.2μm的过滤器等进行过滤后,供于使用。
[硬化膜的制造方法]
继而,对本发明的硬化膜的制造方法进行说明。
本发明的硬化膜的制造方法优选为包括以下的(1)~(5)的步骤。
(1)将本发明的感光性树脂组合物涂布于基板上的步骤;
(2)自所涂布的感光性树脂组合物中去除溶剂的步骤;
(3)利用光化射线对去除了溶剂的感光性树脂组合物进行曝光的步骤;
(4)利用水性显影液对经曝光的感光性树脂组合物进行显影的步骤;
(5)对经显影的感光性树脂组合物进行热硬化的后烘烤步骤。
以下对各步骤依次进行说明。
(1)的涂布步骤中,优选为将本发明的感光性树脂组合物涂布于基板上而制成包含溶剂的湿润膜。优选为在将感光性树树脂组合物涂布于基板上之前进行碱清洗或等离子体清洗等基板的清洗,更优选为在基板清洗后进而以六甲基二硅氮烷对基板表面进行处理。通过进行所述处理,存在感光性树脂组合物对基板的密接性提高的倾向。以六甲基二硅氮烷对基板表面进行处理的方法并无特别限定,例如可列举事先将基板暴露于六甲基二硅氮烷蒸气中的方法等。
上述基板可列举无机基板、树脂、树脂复合材料等。
无机基板例如可列举:玻璃、石英、硅酮、氮化硅,以及在如上所述的基板上蒸镀有钼、钛、铝、铜等的复合基板。
可列举包含以下树脂的基板,所述树脂为:聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、烯丙基二醇碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯并唑(polybenzazole)、聚苯硫醚、聚环烯烃、降冰片烯树脂、聚氯三氟乙烯等氟树脂、液晶聚合物、丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、离子聚合物树脂、氰酸酯树脂、交联反丁烯二酸二酯、环状聚烯烃、芳香族醚、顺丁烯二酰亚胺-烯烃、纤维素、环硫化物(episulfide)化合物等合成树脂。
这些基板以上述形态直接使用的情况少,通常根据最终制品的形态而形成例如薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)元件之类的多层层叠结构。
对基板的涂布方法并无特别限定,例如可使用:狭缝涂布法、喷射法、辊涂布法、旋转涂布法、流延涂布法、狭缝及旋转法(slit-and-spin method)等方法。
涂布时的湿润膜厚并无特别限定,能够以根据用途的膜厚来涂布,通常以0.5μm~10μm的范围使用。
进而,也可于在基板上涂布本发明中使用的组合物之前,应用如日本专利特开2009-145395号公报中记载的所谓预湿法(pre-wet method)。
(2)的溶剂去除步骤中,通过减压(真空)和/或加热等,自所涂布的上述膜上去除溶剂而在基板上形成干燥涂膜。溶剂去除步骤的加热条件优选为70℃~130℃且30秒~300秒左右。在温度及时间为上述范围的情况下,存在图案的密接性更良好,且残渣也可进一步减少的倾向。
(3)的曝光步骤中,对设置有涂膜的基板照射规定图案的光化射线。所述步骤中,光酸产生剂分解而产生酸。利用所产生的酸的催化剂作用,涂膜成分中所含的酸分解性基被水解而生成羧基或者酚性羟基。
利用光化射线的曝光光源可使用:低压水银灯、高压水银灯、超高压水银灯、化学灯、发光二极管(light emitting diode,LED)光源、准分子激光产生装置等,可优选地使用g射线(436nm)、i射线(365nm)、h射线(405nm)等具有波长300nm以上、450nm以下的波长的光化射线。另外,视需要也可通过长波长截止滤波器(long wavelength cut filter)、短波长截止滤波器(short wavelength cut filter)、带通滤波器(band pass filter)之类的分光滤波器来调整照射光。曝光量优选为1mj/cm2~500mj/cm2。
曝光装置可使用:镜面投影对准曝光器(mirror projection aligner)、步进器(stepper)、扫描器(scanner),近接式(proximity)、接触式(contact)、微透镜阵列(microlens array)、激光曝光等各种方式的曝光机。
在生成有酸催化剂的区域,为了加快上述水解反应,可进行曝光后加热处理:曝光后烘烤(Post Exposure Bake)(以下也称为“PEB”)。通过PEB,可促进由酸分解性基生成羧基或者酚性羟基。在进行PEB的情况下的温度优选为30℃以上、130℃以下,更优选为40℃以上、110℃以下,特别优选为50℃以上、100℃以下。
其中,本发明中的酸分解性基由于酸分解的活化能量低,容易因由曝光所产生的源自酸产生剂的酸而分解,产生羧基或者酚性羟基,故而也可不必进行PEB,而通过显影来形成正像。
(4)的显影步骤中,使用碱性显影液将具有游离的羧基或酚性羟基的聚合物进行显影。通过将包含容易溶解于碱性显影液中的具有羧基或者酚性羟基的树脂组合物的曝光部区域去除,而形成正像。
显影步骤中使用的显影液中优选为包含碱性化合物。碱性化合物例如可使用:氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物类;碳酸钠、碳酸钾等碱金属碳酸盐类;碳酸氢钠、碳酸氢钾等碱金属碳酸氢盐类;四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、氢氧化胆碱(cholinehydroxide)等氢氧化铵类;硅酸钠、偏硅酸钠等的水溶液。另外,也可将在上述碱类的水溶液中添加有适量的甲醇或乙醇等水溶性有机溶剂或表面活性剂的水溶液用作显影液。
优选的显影液可列举:四乙基氢氧化铵的0.4%水溶液、0.5%水溶液、0.7%水溶液、2.38%水溶液。
显影液的pH值优选为10.0~14.0。
显影时间优选为30秒~500秒,另外,显影的方法可为覆液法(puddle method)、浸渍法(dipping method)等的任一种。显影后,通常可进行30秒~300秒的流水清洗,形成所需的图案。
显影后,也可进行淋洗步骤。淋洗步骤中,通过以纯水等对显影后的基板进行清洗,而进行所附着的显影液去除、显影残渣去除。淋洗方法可使用公知的方法。例如可列举喷淋淋洗或浸渍淋洗等。
(5)的后烘烤步骤中,通过对所得的正像进行加热,而将酸分解性基进行热分解,生成羧基或者酚性羟基,与环氧基、交联剂等进行交联,由此可形成硬化膜。所述加热优选为使用热板或烘箱等加热装置,在规定的温度,例如180℃~250℃下,进行规定时间的加热处理,例如若为热板上则进行5分钟~90分钟,若为烘箱则进行30分钟~120分钟。通过进行此种交联反应,可形成耐热性、硬度等更优异的保护膜或层间绝缘膜。另外,进行加热处理时通过在氮气环境下进行,也可进一步提高透明性。
在后烘烤之前,也可在比较低的温度下进行烘烤后进行后烘烤(中间烘烤步骤的追加)。在进行中间烘烤的情况下,优选为在90℃~150℃下加热1分钟~60分钟后,在200℃以上的高温下进行后烘烤。另外,还可将中间烘烤、后烘烤分成3阶段以上的多阶段来进行加热。通过如上所述的中间烘烤、后烘烤的操作,可调整图案的锥角。这些加热可使用热板、烘箱、红外线加热器等公知的加热方法。
此外,可在后烘烤之前利用光化射线对形成有图案的基板进行全面再曝光(后曝光)后,进行后烘烤,由此由存在于未曝光部分的光酸产生剂来产生酸,作为促进交联步骤的催化剂而发挥功能,而可促进膜的硬化反应。包括后曝光步骤的情况下的优选曝光量优选为100mJ/cm2~3,000mJ/cm2,特别优选为100mJ/cm2~500mJ/cm2。
进而,由本发明的感光性树脂组合物获得的硬化膜也可用作抗干式蚀刻剂(dry etchingresist)。在将通过后烘烤步骤而热硬化所得的硬化膜用作抗干式蚀刻剂的情况下,蚀刻处理可进行灰化、等离子体蚀刻、臭氧蚀刻等干式蚀刻处理。
[硬化膜]
本发明的硬化膜是将本发明的感光性树脂组合物硬化而获得的硬化膜。
本发明的硬化膜可适宜用作层间绝缘膜。另外,本发明的硬化膜优选为利用本发明的硬化膜的制造方法而获得的硬化膜。
利用本发明的感光性树脂组合物,获得绝缘性优异、且在高温下被烘烤的情况下也具有高透明性的层间绝缘膜。使用本发明的感光性树脂组合物而成的层间绝缘膜具有高透明性,且硬化膜物性优异,因此可用于有机EL显示装置或液晶显示装置的用途。
[液晶显示装置]
本发明的液晶显示装置的特征在于包括本发明的硬化膜。
本发明的液晶显示装置除了具有使用上述本发明的感光性树脂组合物而形成的平坦化膜或层间绝缘膜以外,并无特别限制,可列举采取多种结构的公知液晶显示装置。
例如,本发明的液晶显示装置所包括的薄膜晶体管(Thin-Film Transistor,TFT)的具体例可列举:非晶硅-TFT、低温多晶硅-TFT、氧化物半导体TFT等。本发明的硬化膜由于电特性优异,故而可组合于这些TFT中而优选地使用。
另外,本发明的液晶显示装置可采取的液晶驱动方式可列举:扭转向列(Twisted Nematic,TN)方式、垂直取向(Virtical Alignment,VA)方式、共面切换(In-Place-Switching,IPS)方式、边缘场切换(Frings Field Switching,FFS)方式、光学补偿弯曲(Optical CompensatedBend,OCB)方式等。
面板构成中,彩色滤光片阵列(Color Filter on Allay,COA)方式的液晶显示装置中也可使用本发明的硬化膜,例如可用作日本专利特开2005-284291号公报的有机绝缘膜(115)、或日本专利特开2005-346054号公报的有机绝缘膜(212)。
另外,本发明的液晶显示装置可采取的液晶取向膜的具体取向方式可列举摩擦取向法、光取向方等。另外,还可利用日本专利特开2003-149647号公报或日本专利特开2011-257734号公报中记载的聚合物稳定取向(Polymer Sustained Alignment,PSA)技术而经聚合物取向支持。
另外,本发明的感光性树脂组合物以及本发明的硬化膜并不限定于上述用途,可用于多种用途。例如,除了平坦化膜或层间绝缘膜以外,还可适宜用于彩色滤光片的保护膜、或用以使液晶显示装置中的液晶层的厚度保持固定的间隔片或在固体摄影元件中设置于彩色滤光片上的微透镜等。
图1是表示有源矩阵方式的液晶显示装置10的一例的概念性剖面图。所述彩色液晶显示装置10是在背面具有背光单元12的液晶面板,液晶面板配置有TFT 16的元件,所述TFT16的元件与配置于贴附有偏光膜的2块玻璃基板14、玻璃基板15之间的所有像素对应。形成于玻璃基板上的各元件上,通过形成于硬化膜17中的接触孔18,配线有形成像素电极的ITO透明电极19。在ITO透明电极19上设置有液晶20的层与配置有黑色矩阵的红绿蓝(red greenblue,RGB)彩色滤光片22。
背光的光源并无特别限定,可使用公知的光源。例如可列举:白色LED、蓝色·红色·绿色等多色LED、荧光灯(冷阴极管)、有机EL等。
另外,液晶显示装置也可制成三维(three dimensional,3D)(立体视野)型装置,或者制成触摸屏型装置。进而也可制成可挠型,并可用作日本专利特开2011-145686号公报的第2相间绝缘膜(48)、或日本专利特开2009-258758号公报的相间绝缘膜(520)。
[有机EL显示装置]
本发明的有机EL显示装置的特征在于包括本发明的硬化膜。
本发明的有机EL显示装置除了具有使用上述本发明的感光性树脂组合物而形成的平坦化膜或层间绝缘膜以外,并无特别限制,可列举采取多种结构的公知的各种有机EL显示装置或液晶显示装置。
例如,本发明的有机EL显示装置所包括的薄膜晶体管(Thin-Film Transistor,TFT)的具体例可列举:非晶硅-TFT、低温多晶硅-TFT、氧化物半导体TFT等。本发明的硬化膜由于电特性优异,故而可组合于这些TFT中而优选地使用。
图2是有机EL显示装置的一例的构成概念图。表示底部发光型的有机EL显示装置中的基板的示意性剖面图,包括平坦化膜4。
在玻璃基板6上形成底栅极(bottom gate)型TFT 1,以覆盖所述TFT 1的状态形成包含Si3N4的绝缘膜3。在绝缘膜3上形成此处省略图示的接触孔后,经由所述接触孔而在绝缘膜3上形成连接于TFT 1的配线2(高度为1.0μm)。配线2用以将TFT 1间或者后述步骤中形成的有机EL元件与TFT 1连接。
进而,为了使由配线2的形成引起的凹凸平坦化,而以埋入由配线2引起的凹凸的状态在绝缘膜3上形成平坦化层4。
在平坦化膜4上形成底部发光型的有机EL元件。即,在平坦化膜4上,包含ITO的第一电极5是经由接触孔7而连接于配线2来形成。另外,第一电极5相当于有机EL元件的阳极。
形成覆盖第一电极5的周缘的形状的绝缘膜8,通过设置所述绝缘膜8,可防止第一电极5与其后步骤中形成的第二电极之间的短路。
进而,图2中未图示,隔着所需的图案掩模,依次蒸镀设置空穴传输层、有机发光层、电子传输层,继而,在基板上方的整个面形成包含Al的第二电极,通过使用紫外线硬化型环氧树脂而与密封用玻璃板贴合来密封,获得在各有机EL元件上连接用以将其驱动的TFT 1而成的有源矩阵型有机EL显示装置。
本发明的感光性树脂组合物由于硬化性以及硬化膜特性优异,故而作为微机电系统(microelectromechanical system,MEMS)元件的结构构件,将使用本发明的感光性树脂组合物而形成的抗蚀剂图案制成隔离壁,或者作为机械驱动零件的一部分而加以组装来使用。此种MEMS用元件例如可列举:表面声波(surface acoustic wave,SAW)滤波器、体声波(bulkacoustic wave,BAW)滤波器、陀螺仪传感器(gyro sensor)、显示器用微快门(microshutter)、图像传感器(image sensor)、电子纸、喷墨头(inkjet head)、生物芯片(biochip)、密封剂等零件。更具体的例子例示于日本专利特表2007-522531号公报、日本专利特开2008-250200号公报、日本专利特开2009-263544号公报等中。
本发明的感光性树脂组合物由于平坦性或透明性优异,故而例如还可用于形成:日本专利特开2011-107476号公报的图2中记载的堆积层(bank layer)(16)以及平坦化膜(57)、日本专利特开2010-9793号公报的图4(a)中记载的隔离壁(12)以及平坦化膜(102)、日本专利特开2010-27591号公报的图10中记载的堆积层(221)以及第3层间绝缘膜(216b)、日本专利特开2009-128577号公报的图4(a)中记载的第2层间绝缘膜(125)以及第3层间绝缘膜(126)、日本专利特开2010-182638号公报的图3中记载的平坦化膜(12)以及像素分离绝缘膜(14)等。
[实施例]
以下列举实施例,对本发明进一步进行具体说明。以下实施例中所示的材料、使用量、比例、处理内容、处理程序等只要不脱离本发明的主旨,则可适当变更。因此,本发明的范围并不限定于以下所示的具体例。此外,只要无特别说明,则“份”、“%”为质量基准。
以下的合成例中,以下的符号分别表示以下的化合物。
MATHF:甲基丙烯酸2-四氢呋喃基酯(合成品)
MAEVE:甲基丙烯酸1-乙氧基乙酯(和光纯药工业公司制造)
MACHOE:甲基丙烯酸1-(环己氧基)乙酯
MATHP:甲基丙烯酸四氢-2H-吡喃-2-基酯
GMA:甲基丙烯酸缩水甘油酯(和光纯药工业公司制造)
OXE-30:甲基丙烯酸3-乙基-3-氧杂环丁烷基甲酯(大阪有机化学工业公司制造)
NBMA:正丁氧基甲基丙烯酰胺(三菱丽阳(股)制造)
MAA:甲基丙烯酸(和光纯药工业公司制造)
MMA:甲基丙烯酸甲酯(和光纯药工业公司制造)
St:苯乙烯(和光纯药工业公司制造)
DCPM:甲基丙烯酸二环戊酯
HEMA:甲基丙烯酸羟基乙酯(和光纯药公司制造)
V-65:2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)(和光纯药工业公司制造)
PGMEA:乙酸甲氧基丙酯(昭和电工公司制造)
PGME:丙二醇单甲醚(日本乳化剂)
MEDG:二乙二醇乙基甲醚):哈伊索(Hisolve)EDM(东邦化学工业公司制造)
<MATHF的合成>
预先将甲基丙烯酸(86g,1mol)冷却至15℃,添加樟脑磺酸(4.6g,0.02mol)。在所述溶液中滴加2-二氢呋喃(71g,1mol、1.0当量)。搅拌1小时后,添加饱和碳酸氢钠(500mL),以乙酸乙酯(500mL)进行提取,以硫酸镁干燥后,将不溶物过滤,然后在40℃以下进行减压浓缩,将残渣的黄色油状物减压蒸馏,以无色油状物的形式获得沸点(bp.)为54℃/3.5mmHg~56℃/3.5mmHg馏分的甲基丙烯酸四氢-2H-呋喃-2-基酯(MATHF)125g(产率为80%)。
具有嵌段异氰酸酯基的单体
MOI-BM:(昭和电工制造)
[化29]
MOI-BP:(昭和电工制造)
[化30]
[化31]
[a4-1的合成]
在室温下,向市售的卡仑兹(Karenz)AOI((股)昭和电工制造))(42.3g,0.30mol)中添加甲基乙基酮肟(27g,0.31mol)、三(2-乙基己酸)铋(日东化成公司制造,奈奥司坦(Neostann)U-600,Bi含量为18.0%~19.0%)(0.1g)、四氢呋喃(200g),升温至60℃后,搅拌5小时。
冷却至室温后,在反应液中添加500ml的水,以200ml的乙酸乙酯提取有机层。在所得的有机层中添加硫酸镁来进行脱水,过滤后进行减压浓缩,获得62.3g(产率:91.0%)的化合物a4-1。
1H-NMR波谱(300MHz,CDCl3)为:δ=6.65(brs,1H),6.45(d,1H),6.19(dd,1H),5.83(d,1H),4.31(t,2H),3.59(m,2H),2.49(q,2H),2.02(s,3H),1.18(t,3H)。
[a4-2~a4-12的合成]
a4-2至a4-12也利用与a4-1相同的方法来合成。
<聚合物A-1的合成例>
在三口烧瓶中加入PGMEA(89g),在氮气环境下升温至90℃。在所述溶液中溶解MATHF(成为所有单体成分中的30mol%的量)、GMA(成为所有单体成分中的30mol%的量)、MOI-BM(成为所有单体成分中的10mol%的量)、MAA(成为所有单体成分中的10mol%的量)、MMA(成为所有单体成分中的20mol%的量)、V-65(相对于所有单体成分的合计100mol%,相当于4mol%),花2小时来滴加。滴加结束后搅拌2小时,使反应结束。由此获得聚合物A-1。此外,将PGMEA与其他成分的合计量的比设为60:40。即,制备固体成分浓度为40%的聚合物溶液。
<聚合物A-2~聚合物A-25的合成例>
将单体种类等变更为如下述表所示,来合成其他聚合物。下述表中,A2~A23的聚合溶剂全部使用PGMEA,A-24的聚合溶剂中使用MEDG,A-25的聚合溶剂中使用PGME。固体成分浓度设为40质量份。
<感光性树脂组合物的调整>
以成为下述表记载的固体成分比的方式,将聚合物成分、光酸产生剂、烷氧基硅烷化合物、交联剂、增感剂、碱性化合物、表面活性剂以及其他成分溶解混合于PGMEA中,直至固体成分浓度成为25%,利用口径为0.2μm的聚四氟乙烯制过滤器进行过滤,获得各种实施例以及比较例的感光性树脂组合物。此外,下述表中的添加量为质量份。
表示实施例以及比较例中使用的各化合物的略号的详细内容如下所述。
(聚合物成分)
A-1~A-25:上述聚合物
(光酸产生剂)
B-1:DTS-105(三芳基锍盐)(绿化学公司制造)
B-2:CGI1397(巴斯夫日本(股)制造)
[化32]
B-3:PAI101(绿化学(股)制造)
[化33]
B-4:下述化合物
[化34]
[B-4的合成]
在2-萘酚(10g)、氯苯(30mL)的悬浮溶液中添加氯化铝(10.6g)、2-氯丙酰氯(10.1g),将混合液加热至40℃,使其反应2小时。在冰浴冷却下,向反应液中滴加4N HCl水溶液(60mL),添加乙酸乙酯(50mL)进行分液。在有机层中添加碳酸钾(19.2g),在40℃下反应1小时后,添加2N HCl水溶液(60mL)进行分液,将有机层浓缩后,利用二异丙醚(10mL)将结晶进行再浆料化,过滤、干燥而获得酮化合物(6.5g)。
在所得的酮化合物(3.0g)、甲醇(30mL)的悬浮溶液中添加乙酸(7.3g)、50质量%羟基胺水溶液(8.0g),进行加热回流。放置冷却后,添加水(50mL),将所析出的结晶进行过滤、冷甲醇清洗后,干燥而获得肟化合物(2.4g)。
使所得的肟化合物(1.8g)溶解于丙酮(20mL)中,在冰浴冷却下添加三乙胺(1.5g)、对甲苯磺酰氯(2.4g),升温至室温而反应1小时。在反应液中添加水(50mL),将所析出的结晶过滤后,以甲醇(20mL)进行再浆料化,过滤、干燥而获得B-4(2.3g)。
此外,B-4的1H-NMR波谱(300MHz,CDCl3)为:δ=8.3(d,1H),8.0(d,2H),7.9(d,1H),7.8(d,1H),7.6(dd,1H),7.4(dd,1H)7.3(d,2H),7.1(d,1H),5.6(q,1H),2.4(s,3H),1.7(d,3H)。
(增感剂)
E-1:下述结构的二丁氧基蒽(川崎化成公司制造)
[化35]
(交联剂)
F-1:JER157S65(三菱化学控股(股)制造)(双酚型环氧化合物)
F-2:JER828(三菱化学控股(股)制造)(双酚型环氧化合物)
(烷氧基硅烷化合物)
G-1:γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM-403,信越化学工业公司制造)
G-2:双(三乙氧基硅烷基丙基)四硫醚(KBE-846,信越化学工业公司制造)
(碱性化合物)
H-1:二氮杂双环壬烯(东京化成公司制造)
H-2:2,4,5-三苯基咪唑(东京化成公司制造)
H-3:下述化合物
[化36]
(表面活性剂)
I-1:下述结构式所表示的含全氟烷基的非离子表面活性剂(F-554,迪爱生制造)
[化37]
(抗氧化剂)
J-1:易加乐斯(Irganox)1098(巴斯夫制造)
<感度的评价>
在玻璃基板(康宁1737,0.7mm厚(康宁(Corning)公司制造))上,狭缝涂布各感光性树脂组合物后,在95℃/140秒热板上进行预烘烤而使溶剂挥发,形成膜厚为4.0μm的感光性树脂组合物层。
继而,使用佳能(Canon)(股)制造的MPA 5500CF(超高压水银灯),隔着规定的掩模对所得的感光性树脂组合物层进行曝光。接着,利用碱显影液(0.4质量%的四甲基氢氧化铵水溶液)对曝光后的感光性树脂组合物层进行23℃/60秒显影后,以超纯水进行20秒淋洗。
将通过这些操作而对5μm的孔进行分析时的最佳i射线曝光量(Eopt)作为感度。C以上为实用水平。
A:小于20mJ/cm2
B:20mJ/cm2以上、小于40mJ/cm2
C:40mJ/cm2以上、小于80mJ/cm2
D:80mJ/cm2以上、小于160mJ/cm2
E:160mJ/cm2以上
<耐化学品性(耐剥离液性)的评价>
在玻璃基板(康宁1737,0.7mm厚(康宁公司制造))上,狭缝涂布各感光性树脂组合物后,在90℃/120秒热板上通过加热而去除溶剂,形成膜厚为4.0μm的感光性树脂组合物层。
利用佳能(股)制造的PLA-501F曝光机(超高压水银灯),以累计照射量成为300mJ/cm2(照度:20mW/cm2,i射线)的方式对所得的感光性树脂组合物层进行曝光,然后,将所述基板在烘箱中以230℃加热1小时而获得硬化膜。
使所述硬化膜在单乙醇胺中以60℃浸渍5分钟,将所述膜提起并拂去表面的液体后,立即测定膜厚。将浸渍前的膜厚、与浸渍后的膜厚进行比较,将所增加的比例以百分比来表述。将结果示于下述表中。数值越小,硬化膜的耐剥离液性越良好,A或者B为实用水平。
膨润率(%)=浸渍后的膜厚(μm)/浸渍前的膜厚(μm)×100
A:100%以上且小于105%
B:105%以上且小于110%
C:110%以上
D:115%以上
<耐化学品性(耐N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)性)的评价>
在玻璃基板(康宁1737,0.7mm厚(康宁公司制造))上狭缝涂布各感光性树脂组合物后,在90℃/120秒热板上通过加热而去除溶剂,形成膜厚为4.0μm的感光性树脂组合物层。
利用佳能(股)制造的PLA-501F曝光机(超高压水银灯),以累计照射量成为300mJ/cm2(照度:20mW/cm2,i射线)的方式对所得的感光性树脂组合物层进行曝光,然后,将所述基板在烘箱中以230℃加热1小时而获得硬化膜。
使所述硬化膜在NMP中以80℃浸渍10分钟,将所述膜提起并拂去表面的液体后,立即测定膜厚。将浸渍前的膜厚、与浸渍后的膜厚进行比较,将所增加的比例以百分比来表述。将结果示于下述表中。数值越小,硬化膜的耐NMP性良好,A或者B为实用水平。
膨润率(%)=浸渍后的膜厚(μm)/浸渍前的膜厚(μm)×100
A:100%以上且小于105%
B:105%以上且小于110%
C:110%以上
D:115%以上
<PCT试验后的硬化膜密接性的评价>
在ITO(氧化铟锡)基板、Mo(钼)基板、钛(Ti)基板、铝(Al)基板、铜(Cu)基板上,狭缝涂布各感光性树脂组合物后,在90℃/120秒热板上通过加热而去除溶剂,形成膜厚为4.0μm的感光性树脂组合物层。利用佳能(股)制造的PLA-501F曝光机(超高压水银灯),以累计照射量成为300mJ/cm2(照度:20mW/cm2,i射线)的方式对所得的感光性树脂组合物层进行曝光,然后,将所述基板在烘箱中以230℃加热1小时而获得硬化膜。将所述硬化膜在不饱和型超加速寿命试验装置PC-304R8(平山制作所(股)制造)中,在温度为121℃、湿度为100%、压力为2.1气压的条件下进行150小时处理。在所得的硬化膜上,使用切割机,以纵横1mm的间隔切入切口,使用思高胶带(Scotch tape)进行胶带剥离试验。根据转印至胶带背面的硬化膜的面积来评价硬化膜与基板间的密接性。将其结果示于下述表中。数值越小,与基底基板的密接性越高,A、B或者C为实用水平。
A:所转印的面积小于1%
B:所转印的面积为1%以上且小于3%
C:所转印的面积为3%以上且小于5%
D:所转印的面积为5%以上
根据上述结果所明示,本发明的感光性树脂组合物的感度优异,另外,热硬化后的耐化学品性以及PCT后基板密接性优异,均为实用水平以上。与此相对,比较例的感光性树脂组合物的耐化学品性或者PCT后基板密接性为实用水平之外。
<实施例28>
实施例25是在实施例1中,除了将曝光机由佳能(股)制造的MPA 5500CF变更为尼康(Nikon)(股)制造的FX-803M(gh-Line,步进机)以外,以相同的方式进行。感度的评价是与实施例1相同的水平。
<实施例29>
实施例29是在实施例1中,除了将曝光机由佳能(股)制造的MPA 5500CF变更为355nm激光曝光机来进行355nm激光曝光以外,以相同的方式进行。此处,355nm激光曝光机是使用V科技(V-Technology)股份有限公司制造的“AEGIS”(波长为355nm,脉冲宽度为6nsec),使用奥菲尔(OPHIR)公司制造的“PE10B-V2”来测定曝光量。
感度的评价是与实施例1相同的水平。
<实施例30>
日本专利第3321003号公报的图1中记载的有源矩阵型液晶显示装置中,以如下方式形成硬化膜17来作为层间绝缘膜,获得液晶显示装置。即,使用实施例1的感光性树脂组合物,形成硬化膜17作为层间绝缘膜。
对所得的液晶显示装置施加驱动电压,结果可知为表现出良好的显示特性且可靠性高的液晶显示装置。
<实施例31>
与实施例30相比仅变更以下的涂布工艺,获得同样的液晶显示装置。即,利用狭缝涂布法来涂布实施例1的感光性树脂组合物后,在90℃/120秒热板上通过加热而去除溶剂,形成膜厚为3.0μm的感光性树脂组合物层。所得的涂膜为平坦且无不均的良好面状。另外,作为液晶显示装置的性能也与实施例30同样良好。
<实施例32>
实施例32是在实施例1中,除了将曝光机由佳能(股)制造的MPA 5500CF变更为UV-LED光源曝光机以外,以相同的方式进行。感度的评价是与实施例1相同的水平。
如上所述,可知,实施例的感光性树脂组合物不论基板、曝光机如何,所形成的图案的形状均优异。
<实施例33>
与实施例32相比仅变更以下的涂布工艺,获得同样的液晶显示装置。即,利用狭缝及旋转法来涂布实施例1的感光性树脂组合物后,在90℃/120秒热板上通过加热而去除溶剂,形成膜厚为3.0μm的感光性树脂组合物层。所得的涂膜为平坦且无不均的良好面状。另外,作为液晶显示装置的性能也与实施例27同样良好。
<实施例34>
利用以下方法来制作使用薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)的有机EL显示装置(参照图2)。
在玻璃基板6上形成底栅极型的TFT 1,以覆盖所述TFT 1的状态形成包含Si3N4的绝缘膜3。继而,在所述绝缘膜3上形成此处省略图示的接触孔后,经由所述接触孔而在绝缘膜3上形成连接于TFT 1的配线2(高度为1.0μm)。所述配线2用于将TFT 1间或者后述步骤中形成的有机EL元件与TFT 1连接。
进而,为了使由配线2的形成所引起的凹凸平坦化,而以埋入由配线2引起的凹凸的状态在绝缘膜3上形成平坦化膜4。在绝缘膜3上形成平坦化膜4,是将实施例16的感光性树脂组合物旋转涂布于基板上,在热板上进行预烘烤(90℃/120秒)后,使用高压水银灯自掩模上照射45mJ/cm2(照度为20mW/cm2)的i射线(365nm)后,利用碱水溶液进行显影而形成图案,进行230℃/30分钟的加热处理。
涂布感光性树脂组合物时的涂布性良好,曝光、显影、煅烧后获得的硬化膜上未确认到皱褶或龟裂的产生。进而,配线2的平均阶差为500nm,所制作的平坦化膜4的膜厚为2,000nm。
继而,在所得的平坦化膜4上形成底部发光型的有机EL元件。首先,在平坦化膜4上,经由接触孔7而与配线2连接来形成包含ITO的第一电极5。然后,涂布抗蚀剂并进行预烘烤,隔着所需图案的掩模进行曝光、显影。将所述抗蚀剂图案作为掩模,通过使用ITO蚀刻剂的湿式蚀刻来进行图案加工。然后,使用抗蚀剂剥离液(去除剂(Remover)100,安智电子材料(AZ Electronic Materials)公司制造),在50℃下剥离上述抗蚀剂图案。以上述方式获得的第一电极5相当于有机EL元件的阳极。
继而,形成覆盖第一电极5的周缘的形状的绝缘膜8。在绝缘膜8上,使用实施例的感光性树脂组合物,以与上述相同的方法形成绝缘膜8。通过设置所述绝缘膜8,可防止第一电极5与其后的步骤中形成的第二电极之间的短路。
进而,在真空蒸镀装置内隔着所需的图案掩模,依次蒸镀而设置空穴传输层、有机发光层、电子传输层。继而,在基板上方的整个面形成包含Al的第二电极。通过自蒸镀机中取出所得的上述基板,并使用紫外线硬化型环氧树脂而与密封用玻璃板进行贴合来密封。
以上述方式,获得在各有机EL元件上连接用于将其驱动的TFT 1而成的有源矩阵型有机EL显示装置。经由驱动电路来施加电压,结果可知为表现出良好的显示特性且可靠性高的有机EL显示装置。
[符号的说明]
1:TFT(薄膜晶体管)
2:配线
3:绝缘膜
4:平坦化膜
5:第一电极
6:玻璃基板
7:接触孔
8:绝缘膜
10:液晶显示装置
12:背光单元
14、15:玻璃基板
16:TFT
17:硬化膜
18:接触孔
19:ITO透明电极
20:液晶
22:彩色滤光片
Claims (12)
1.一种感光性树脂组合物,其含有:
(A)包含满足下述(1)及(2)的至少一个的聚合物的聚合物成分:
(1)包括(a1)具有酸基由酸分解性基保护的基团的结构单元、以及(a2)具有交联性基(其中,嵌段异氰酸酯基以及OH基除外)的结构单元的聚合物,或者
(2)包括所述结构单元(a1)的聚合物以及包括所述结构单元(a2)的聚合物;
(B)光酸产生剂;以及
(C)溶剂;并且
所述聚合物成分中,包括所述结构单元(a1)以及所述结构单元(a2)的聚合物、包括所述结构单元(a1)的聚合物以及包括所述结构单元(a2)的聚合物的至少一种中,包括至少一种(a4)具有嵌段异氰酸酯基的结构单元,或者
包含至少一种(3)包括所述结构单元(a4)且不含所述结构单元(a1)以及所述结构单元(a2)的聚合物。
2.根据权利要求1所述的感光性树脂组合物,其中所述结构单元(a4)是由下述通式(a4-1)所表示:
通式(a4-1)
[化1]
(通式(a4-1)中,R4表示氢原子或者甲基,W表示二价连结基,Z表示一价有机基)。
3.根据权利要求2所述的感光性树脂组合物,其中所述结构单元(a4)是由下述通式(a4-2)所表示:
通式(a4-2)
[化2]
(通式(a4-2)中,R4表示氢原子或者甲基,Y表示二价连结基,Z表示一价有机基)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的感光性树脂组合物,其中所述结构单元(a2)中所含的交联性基为选自环氧基、氧杂环丁烷基以及-NH-CH2-OR(R为碳数1~20的烷基)中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的感光性树脂组合物,其中所述酸分解性基是具有以缩醛的形式受到保护的结构的基团。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的感光性树脂组合物,其中所述结构单元(a1)是下述通式(A2')所表示的重复单元:
[化3]
(通式(A2')中,R1及R2分别独立地表示氢原子、烷基或者芳基,至少R1及R2的任一个为烷基或者芳基,R3表示烷基或者芳基,R1或者R2与R3可连结而形成环状醚,R4表示氢原子或者甲基,X表示单键或者亚芳基)。
7.一种硬化膜的制造方法,其包括:
(1)将根据权利要求1至6中任一项所述的感光性树脂组合物涂布于基板上的步骤;
(2)自所涂布的所述感光性树脂组合物中去除溶剂的步骤;
(3)利用光化射线对去除了溶剂的所述感光性树脂组合物进行曝光的步骤;
(4)利用水性显影液对经曝光的所述感光性树脂组合物进行显影的步骤;以及
(5)对经显影的所述感光性树脂组合物进行热硬化的后烘烤步骤。
8.根据权利要求7所述的硬化膜的制造方法,其中在所述显影步骤后,所述后烘烤步骤前包括进行全面曝光的步骤。
9.一种硬化膜,其是将根据权利要求1至6中任一项所述的感光性树脂组合物硬化而成。
10.一种硬化膜,其是利用根据权利要求7或8所述的硬化膜的制造方法而获得。
11.根据权利要求9或10所述的硬化膜,其为层间绝缘膜。
12.一种液晶显示装置或者有机电致发光显示装置,其具有根据权利要求9至11中任一项所述的硬化膜。
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