CN110537147B - 感光性树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供适合作为用于形成液晶显示元件、有机EL显示元件等所使用的图案状绝缘性膜的材料、像素间间壁材料,能够形成即使在固化后也维持良好的图像并且即使不进行氧气等离子体等处理也具有高疏水性和高疏油性,此外残渣少,基板具有高亲液性和高亲油性的固化膜的图像的感光性树脂组合物。解决手段是一种能够热固化的感光性树脂组合物,其含有下述(A)成分、(B)成分、(C)溶剂和(D)成分。(A)成分:具有下述基(A1)和(A2)的聚合物(A1)疏液性基(A2)选自N‑烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团,(B)成分:碱溶性树脂,(C)溶剂,(D)成分:具有醌重氮基的化合物。
Description
技术领域
本发明涉及感光性树脂组合物以及由该感光性树脂组合物获得的固化膜。
更详细而言,涉及能够形成固化膜表面具有高的疏水性和疏油性的图像的感光性树脂组合物及其固化膜、以及使用了该固化膜的各种材料。该正型感光性树脂组合物特别适合用作液晶显示器、EL显示器中的层间绝缘膜、与喷墨方式对应的遮光材料、间壁材料。
背景技术
近年来,也积极地研究了在薄膜晶体管(TFT)型液晶显示元件、有机电致发光(EL,electroluminescent)元件等显示器元件的制作工序中使用了喷墨的全色显示基板制作技术。例如关于液晶显示元件中的滤色器制作,提出了相对于以往的印刷法、电沉积法、染色法或颜料分散法,预先在阻断光的感光性树脂层形成对进行了图案形成的像素进行限定的分区(以下称为堤(bank)),在被该堤包围的区域中滴加墨液滴的滤色器及其制造方法(专利文献1)等。此外,提出了在有机EL显示元件中也预先制作堤,同样地滴加成为发光层的墨液,制作有机EL显示元件的方法(专利文献2)。
然而,在通过喷墨法在被堤包围区域滴加墨液滴的情况下,为了防止墨液滴超过堤而溢出到相邻像素的情况,需要使基板具有亲墨液性(亲水性),使堤表面具有疏水性。
为了实现上述目的,提出了可以通过氧气等离子体处理和氟气等离子体处理等连续的等离子体(臭氧)处理,来使基板具有亲水性,并且使堤具有疏水性(专利文献3),但工序复杂。此外,也提出了在感光性有机薄膜中配合了氟系表面活性剂、氟系聚合物的方案(专利文献4),但不仅相容性、添加量等、不仅感光性而且也包含涂膜性在内应该考虑的方面多,而且在基板的亲水处理时的UV臭氧处理中表面的疏水性降低,因此不实用。
另一方面,以往,作为疏液堤,作为负型的疏液堤,有日本特开2015-172742号公报(专利文献5)。此外,作为正型的疏液堤,有日本特开2012-220860号公报(专利文献6)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-187111号公报
专利文献2:日本特开平11-54270号公报
专利文献3:日本特开2000-353594号公报
专利文献4:日本特开平10-197715号公报
专利文献5:日本特开2015-172742号公报
专利文献6:日本特开2012-220860号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而提出的,其所要解决的课题在于,形成使用于液晶显示元件、有机EL显示元件等,即使不进行等离子体处理、UV臭氧处理,固化膜表面也具有高疏水性和高疏油性,此外残渣少,基板具有高亲液性和高亲油性的固化膜的图像。特别是,其所要解决的课题在于,在使用了喷墨的基板制作中,形成能够防止墨液滴超过堤而溢出到相邻像素的情况的固化膜的图像。
用于解决课题的方法
本发明人等为了实现上述目的而进行了深入研究,结果发现,通过由包含具有选自碳原子数3~10的氟烷基、聚氟醚基、甲硅烷基醚基和聚硅氧烷基中的至少一种基团以及选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的至少一种基团的聚合物的组合物形成固化膜,从而能够向膜表面有效率地赋予疏水性和疏液性,完成了本发明。
即,本发明涉及以下方案。
1.一种能够热固化的感光性树脂组合物,其含有下述(A)成分、(B)成分、(C)溶剂和(D)成分。
(A)成分:具有下述基(A1)和(A2)的聚合物
(A1)疏液性基
(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团,
(B)成分:碱溶性树脂,
(C)溶剂,
(D)成分:具有醌重氮基的化合物。
2.根据上述1所述的感光性树脂组合物,(A)成分为进一步具有下述(A3)的聚合物。
(A3):选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团
3.根据上述1或2所述的感光性树脂组合物,其进一步满足下述(Z1)和(Z2)中的至少一者。
(Z1):进一步含有作为(E)成分的交联剂,
(Z2):(B)成分的碱溶性树脂进一步具有自交联性基,或进一步具有与选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团反应的基团。
4.根据上述1~3中任一项所述的感光性树脂组合物,(A)成分的上述疏液性基为选自碳原子数3~10的氟烷基、聚氟醚基、甲硅烷基醚基和聚硅氧烷基中的至少一种基团。
5.根据上述1~4中任一项所述的感光性树脂组合物,(A)成分的聚合物为丙烯酸系聚合物。
6.根据上述5所述的感光性树脂组合物,(A)成分的丙烯酸系聚合物的数均分子量以聚苯乙烯换算为2,000~100,000。
7.根据上述1~6中任一项所述的感光性树脂组合物,(B)成分的碱溶性树脂的数均分子量以聚苯乙烯换算为2,000~50,000。
8.根据上述1~7中任一项所述的感光性树脂组合物,其特征在于,相对于(B)成分100质量份,含有0.1质量份~20质量份的(A)成分。
9.根据上述1~8中任一项所述的感光性树脂组合物,其特征在于,相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,(D)成分为5质量份~100质量份。
10.根据上述3~9中任一项所述的感光性树脂组合物,其特征在于,相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,(E)成分为1质量份~50质量份。
11.一种固化膜,其是使用上述1~10中任一项所述的感光性树脂组合物而获得的。
12.一种显示元件,其具有上述11所述的固化膜。
13.一种显示元件,其具有上述11所述的固化膜作为图像形成用间壁。
发明的效果
本发明的正型感光性树脂组合物能够向膜表面有效率地赋予疏水性和疏液性,能够形成不损害显影时的图案开口部的润湿性的固化膜。
具体实施方式
本发明的感光性树脂组合物为含有下述(A)成分、(B)成分、(C)溶剂和(D)成分的正型感光性树脂组合物。
(A)成分:具有下述基(A1)和(A2)的聚合物
(A1)疏液性基
(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团,
(B)成分:碱溶性树脂,
(C)溶剂,
(D)成分:具有醌重氮基的化合物。
本发明的感光性树脂组合物优选(A)成分为进一步具有下述(A3)的聚合物。
(A3):选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团
本发明的感光性树脂组合物优选进一步满足下述(Z1)和(Z2)中的至少一者。
(Z1):进一步含有作为(E)成分的交联剂,
(Z2):(B)成分的碱溶性树脂进一步具有自交联性基,或进一步具有与选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团反应的基团。
以下,说明各成分的详细内容。
<(A)成分>
(A)成分为具有下述基(A1)和(A2)的聚合物。
(A1)疏液性基
(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团
在本发明中,作为聚合物,可举出例如,聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚脲、聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、聚硅氧烷、聚酯和丙烯酸系聚合物等,作为优选的聚合物,可举出丙烯酸系聚合物。
这里,所谓的丙烯酸系聚合物,是指使用丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、马来酰亚胺等具有聚合性不饱和基、即结构中包含C=C双键的聚合性基的单体而获得的聚合物。
作为聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺、聚脲,是使二胺与酸二酐反应而得的聚酰胺酸、将该聚酰胺酸酰亚胺化而获得的聚酰亚胺、使二胺与二羧酸酐反应而获得的聚酰胺或使二胺与二异氰酸酯反应而获得的聚脲,另外并且,可举出由包含具有氟烷基或氟烷氧基的至少一种单体、具有羟基的至少一种单体的单体混合物获得的聚合物。
作为聚氨酯,可举出使具有氟烷基或氟烷氧基的二醇和具有氨基的二醇与二异氰酸酯反应而获得的聚氨酯。
作为酚醛树脂,可举出使具有氟烷基或氟烷氧基的酚、与甲醛聚合而获得的酚醛清漆树脂。
作为环氧树脂,可举出使具有氟烷基或氟烷氧基的双酚A和/或双酚F、与该双酚A和/或双酚F的二缩水甘油基醚反应而获得的环氧树脂。
作为聚硅氧烷,可举出使包含具有氟烷基的三烷氧基硅烷或具有氟烷基的二烷氧基硅烷硅烷、和具有氨基的三烷氧基硅烷或具有氨基的二烷氧基硅烷的硅烷单体混合物聚合而获得的聚合物。
作为聚酯,可举出使二羧酸或四羧酸二酐与具有氟烷基或氟烷氧基的二醇反应而获得的聚酯。
<(A1)疏液性基的导入>
作为上述疏液性基,可举出例如,选自碳原子数3~10的氟烷基、聚氟醚基、甲硅烷基醚基和聚硅氧烷基中的至少一种基团。
期望上述氟烷基的碳原子数为3~10,优选为碳原子数4~10的氟烷基。
作为这样的氟烷基,可举出2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2-(全氟丁基)乙基、3-全氟丁基-2-羟基丙基、2-(全氟己基)乙基、3-全氟己基-2-羟基丙基、2-(全氟辛基)乙基、3-全氟辛基-2-羟基丙基、2-(全氟癸基)乙基、2-(全氟-3-甲基丁基)乙基、3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羟基丙基、2-(全氟-5-甲基己基)乙基、2-(全氟-5-甲基己基)-2-羟基丙基、2-(全氟-7-甲基辛基)乙基、和2-(全氟-7-甲基辛基)-2-羟基丙基等。
在向作为本发明的(A)成分的聚合物导入碳原子数3~10的氟烷基时,只要使具有碳原子数3~10的氟烷基的单体共聚即可。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有上述碳原子数3~10的氟烷基的单体的具体例,可举出丙烯酸2,2,2-三氟乙基酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙基酯、丙烯酸2,2,3,3,3-五氟丙基酯、甲基丙烯酸2,2,3,3,3-五氟丙基酯、丙烯酸2-(全氟丁基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟丁基)乙基酯、丙烯酸3-全氟丁基-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸3-全氟丁基-2-羟基丙基酯、丙烯酸2-(全氟己基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙基酯、丙烯酸3-全氟己基-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸3-全氟己基-2-羟基丙基酯、丙烯酸2-(全氟辛基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟辛基)乙基酯、丙烯酸3-全氟辛基-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸3-全氟辛基-2-羟基丙基酯、丙烯酸2-(全氟癸基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟癸基)乙基酯、丙烯酸2-(全氟-3-甲基丁基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟-3-甲基丁基)乙基酯、丙烯酸3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羟基丙基酯、丙烯酸2-(全氟-5-甲基己基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟-5-甲基己基)乙基酯、丙烯酸2-(全氟-5-甲基己基)-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟-5-甲基己基)-2-羟基丙基酯、丙烯酸2-(全氟-7-甲基辛基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(全氟-7-甲基辛基)乙基酯、丙烯酸2-(全氟-7-甲基辛基)-2-羟基丙基酯、和甲基丙烯酸2-(全氟-7-甲基辛基)-2-羟基丙基酯等。
作为上述聚氟醚基,可举出由下述式1所示的聚氟醚结构构成的Rf基(a)。
-(X-O)n-Y 式1
在式1中,X为碳原子数1~10的2价饱和烃基或碳原子数1~10的被氟代的2价饱和烃基,并且被n括起来的每个单元表示相同基团或不同基团,Y表示氢原子(限于在与和Y相邻的氧原子相邻的碳原子上未结合氟原子的情况)、碳原子数1~20的1价饱和烃基或碳原子数1~20的被氟代的1价饱和烃基,n表示2~50的整数。其中,式1中的氟原子的总数为2以上。
作为式1中的X、Y的方案,优选可举出X为碳原子数1~10的去掉1个氢原子而被氟代的亚烷基或碳原子数1~10的被全氟代的亚烷基,并且被n括起来的每个单元表示相同基团或不同基团,Y表示碳原子数1~20的去掉1个氢原子而被氟代的烷基或碳原子数1~20的被全氟代的烷基的方案。
作为式1中的X、Y的方案,更优选可举出X为碳原子数1~10的被全氟代的亚烷基,并且被n括起来的每个单元表示相同基团或不同基团,Y表示碳原子数1~20的被全氟代的烷基的方案。
在式1中n表示2~50的整数。n优选为2~30,更优选为2~15。如果n为2以上,则疏液性良好。如果n为50以下,则在通过具有Rf基(a)的单体、与具有羟基、羧基、酰胺基、氨基、N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基或三烷氧基甲硅烷基的单体、其它单体的共聚而合成作为(A)成分的聚合物的情况下,单体的相容性变得良好。
此外,由式1所示的聚氟醚结构构成的Rf基(a)中的碳原子的总数优选为2~50,更优选为2~30。在该范围,作为(A)成分的聚合物发挥良好的疏液性。此外,在通过具有Rf基(a)的单体、与具有羟基、羧基、酰胺基、氨基、N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基或三烷氧基甲硅烷基的单体、其它单体的共聚而合成作为(A)成分的聚合物的情况下,单体的相容性变得良好。
作为X的具体例,可举出-CF2-、-CF2CF2-、-CF2CF2CF2-、-CF2CF(CF3)-、-CF2CF2CF2CF2-、-CF2CF2CF(CF3)-、和CF2CF(CF3)CF2-。
作为Y的具体例,可举出-CF3、-CF2CF3、-CF2CHF2、-(CF2)2CF3、-(CF2)3CF3、-(CF2)4CF3、-(CF2)5CF3、-(CF2)6CF3、-(CF2)7CF3、-(CF2)8CF3、-(CF2)9CF3、和(CF2)11CF3、-(CF2)15CF3。
作为由式1所示的聚氟醚结构构成的Rf基(a)的优选的方案,可举出式2所示的Rf基(a)。
-Cp-1F2(p-1)-O-(CpF2p-O)n-1-CqF2q+1式2
在式2中,p表示2或3的整数,被n括起来的每个单元为相同基团,q表示1~20的整数,n表示2~50的整数。
作为式2所示的Rf基(a),具体而言,从合成的容易性方面考虑优选举出:
-CF2O(CF2CF2O)n-1CF3(n为2~9),
-CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)n-1C6F13(n为2~6),
-CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)n-1C3F7(n为2~6)。
作为(A)成分的聚合物内的Rf基(a)可以全部相同,也可以不同。
上述所谓的甲硅烷基醚基,是指醇的羟基被三烷基甲硅烷基保护了的基团,优选为下述式所示的基团。
-X4-Si(O-SiX1X2X3)3
(式中,X1、X2、X3各自独立地表示碳原子数1~3的烷基,X4表示碳原子数1~6的亚烷基。)
在向作为本发明的(A)成分的聚合物导入甲硅烷基醚基时,只要使具有甲硅烷基醚基的单体共聚即可。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有甲硅烷基醚基的单体,可举出甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷和丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷等。
作为上述聚硅氧烷基,可举出具有式3所示的聚硅氧烷结构的基(a)。以下,将具有式3所示的聚硅氧烷结构的基(a)称为pSi基(a)。
-(SiR1R2-O)n-SiR1R2R3 式3
(其中,R1、R2独立地表示氢原子、烷基、环烷基或芳基,R3表示氢或碳原子数1~10的有机基,n表示1~200的整数。)。
R1、R2独立地表示氢原子、烷基、环烷基或芳基,此外每个甲硅烷氧基单元可以相同也可以不同。从作为(A)成分的聚合物发挥良好的疏液性考虑,优选为R1、R2为氢原子、甲基或苯基的情况,进一步优选为全部甲硅烷氧基单元的R1、R2为甲基的情况。此外,R3中可以包含氮原子、氧原子等。
作为pSi基(a)向作为(A)成分的聚合物导入的导入方法,可举出使具有pSi基(a)的单体共聚的方法、使具有pSi基(a)的化合物与具有反应部位的聚合物反应的各种改性方法、使用具有pSi基(a)的聚合引发剂的方法等。
作为具有pSi基(a)的单体,可举出CH2=CHCOO(pSi)、CH2=C(CH3)COO(pSi)等。其中,pSi表示pSi基(a)。具有pSi基(a)的单体可以单独使用,也可以并用2种以上。
作为使具有pSi基(a)的化合物与具有反应部位的聚合物反应的各种改性方法,可举出例如,以下方法。
使具有环氧基的单体预先共聚,然后使单个末端具有羧基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有环氧基的单体预先共聚,然后使单个末端具有氨基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有环氧基的单体预先共聚,然后使单个末端具有巯基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有氨基的单体预先共聚,然后使单个末端具有羧基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。
使具有氨基的单体预先共聚,然后使单个末端具有环氧基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有羧基的单体预先共聚,然后使单个末端具有环氧基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有羧基的单体预先共聚,然后使单个末端具有氨基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有羧基的单体预先共聚,然后使单个末端具有氯代甲硅烷基且单个末端具有pSi基的化合物反应的方法。使具有羟基的单体预先共聚,然后使单个末端具有氯代甲硅烷基且单个末端具有PSi基的化合物反应的方法。
作为具有pSi基(a)的聚合引发剂,引发剂分子主链中可以包含具有2价聚硅氧烷结构的基团,引发剂分子的末端部分或侧链中可以包含具有1价聚硅氧烷结构的基团。作为引发剂分子主链中包含具有2价聚硅氧烷结构的基团的引发剂,可举出交替具有具有2价聚硅氧烷结构的基团与偶氮基的化合物等。作为市售品,可举出VPS-1001、VPS-0501(以上,富士フイルム和光纯药工业社制)。
<(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团的导入>
为了向作为本发明的(A)成分的聚合物导入选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团,只要使具有选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团的单体共聚即可。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有N-烷氧基甲基酰胺基的单体,可举出例如,N-羟基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-甲氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺等被羟基甲基或烷氧基甲基取代了的(甲基)丙烯酰胺化合物。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有封闭异氰酸酯基的单体,例如,可举出甲基丙烯酸2-(0-(1’-甲基亚丙基氨基)羧基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(3,5-二甲基吡唑基)羰基氨基)乙酯等。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有三烷氧基甲硅烷基的单体,可举出例如,丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙基酯、丙烯酸3-三乙氧基甲硅烷基丙基酯、甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙基酯、甲基丙烯酸3-三乙氧基甲硅烷基丙基酯等。
(A)成分优选为进一步具有(A3)选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团的聚合物。
<(A3)选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团的导入>
为了向作为本发明的(A)成分的聚合物导入(A3)选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团,只要使具有(A3)选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团的单体共聚即可。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有羧基的单体,可举出例如,丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、单-(2-(丙烯酰氧基)乙基)邻苯二甲酸酯、单-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)邻苯二甲酸酯、N-(羧基苯基)马来酰亚胺、N-(羧基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羧基苯基)丙烯酰胺等。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有羟基的单体,可举出例如,丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸2,3-二羟基丙酯、甲基丙烯酸2,3-二羟基丙酯、单甲基丙烯酸甘油酯、二甘醇单丙烯酸酯、二甘醇单甲基丙烯酸酯、己内酯2-(丙烯酰氧基)乙基酯、己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙基酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(丙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯、5-丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯、和5-甲基丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯、对羟基苯乙烯、α-甲基-对羟基苯乙烯、N-羟基苯基马来酰亚胺、N-羟基苯基丙烯酰胺、N-羟基苯基甲基丙烯酰胺、丙烯酸对羟基苯酯、甲基丙烯酸对羟基苯酯等。其中,优选为选自丙烯酸2-羟基乙酯和甲基丙烯酸2-羟基乙酯中的单体。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有酰胺基的单体,可举出例如,丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺等。其中,优选为甲基丙烯酰胺。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的具有氨基的单体,可举出例如,丙烯酸氨基乙酯、甲基丙烯酸氨基乙酯、丙烯酸氨基丙酯、和甲基丙烯酸氨基丙酯等。
作为(A)成分为丙烯酸系聚合物的情况下的上述(A)成分的聚合物的制造方法,通过使具有疏液性基的单体例如具有碳原子数3~10的氟烷基的单体、具有聚氟醚基的单体、具有选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的至少1种基团的单体、根据需要的具有选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团的单体、以及根据需要的上述以外的进一步的单体(以下也称为其它单体A)在聚合引发剂存在下的溶剂中,在50℃~110℃的温度下进行聚合反应而获得。此时,所使用的溶剂只要为溶解构成碱溶性的聚合物的单体和具有特定官能团的聚合物的溶剂,就没有特别限定。作为具体例,可举出后述的(C)溶剂所记载的溶剂。
作为其它单体A的具体例,可举出甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸甲氧基三甘醇酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-氨基甲酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、γ-丁内酯甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸蒽酯、丙烯酸蒽甲酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸甲氧基三甘醇酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-氨基甲酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、γ-丁内酯丙烯酸酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯、N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺、苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基蒽、和乙烯基联苯等。
这样操作而获得的具有特定官能团的聚合物通常为溶解于溶剂的溶液的状态。
此外,将如上述那样操作而获得的特定共聚物的溶液在搅拌下投入到乙醚、水等中使其再沉淀,将生成的沉淀物过滤、洗涤后,在常压或减压下进行常温或加热干燥,从而可以制成特定共聚物的粉体。通过这样的操作,可以将与特定共聚物共存的聚合引发剂、未反应单体除去,其结果,获得精制的特定共聚物的粉体。在不能通过一次操作而充分精制的情况下,只要将所得的粉体再溶解于溶剂,重复进行上述操作即可。
在本发明中,可以直接使用上述特定共聚物的粉体,或可以将该粉体再溶解于例如后述的(C)溶剂并制成溶液的状态而使用。
在上述(A)成分的聚合物中,(A1)疏液性基的导入量相对于全部重复单元优选为5摩尔%~60摩尔%,更优选为5摩尔%~40摩尔%。在与5摩尔%相比过小的情况下,有时不发挥疏液性的效果。在与60摩尔%相比过大的情况下,有时产生凝集等问题。
在上述(A)成分的聚合物中,(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基、封闭异氰酸酯基和三烷氧基甲硅烷基中的基团的导入量相对于全部重复单元优选为5摩尔%~70摩尔%,更优选为5摩尔%~50摩尔%。在与5摩尔%相比过少的情况下,有时所得的膜的耐热性、耐溶剂性产生问题。在与60摩尔%相比过大的情况下,有时对显影性产生影响。
在上述(A)成分的聚合物中,在导入(A3)选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团的情况下,其导入量相对于全部重复单元优选为5摩尔%~60摩尔%,更优选为5摩尔%~40摩尔%。在与5摩尔%相比过小的情况下,有时得不到所得的膜的耐热性、耐溶剂性的提高效果。如果与60摩尔%相比过大,则疏液性的重复单元变得过小。
此外,上述(A)成分的聚合物的数均分子量优选为2,000~100,000。更优选为3,000~50,000,进一步优选为4,000~10,000。如果数均分子量与100,000相比过大,则有时产生残渣。
此外,在本发明中,(A)成分的聚合物可以为多种特定共聚物的混合物。
<(B)成分>
本发明的(B)成分为具有碱溶性基团的树脂。作为碱溶性基团,可举出例如,酚性羟基、羧基、酸酐基、酰亚胺基、磺酰基、磷酸、硼酸和活性亚甲基和活性次甲基。
所谓活性亚甲基,是指亚甲基(-CH2-)之中,在相邻位置具有羰基,具有对亲核试剂的反应性的基团。此外,在本发明中上述所谓活性次甲基,是指具有在上述活性亚甲基中亚甲基的1个氢原子被烷基取代了的结构,具有对亲核试剂的反应性的基团。
作为活性亚甲基和活性次甲基,更优选为下述式(b1)所示的基团。
(在式(b1)中,R表示烷基、烷氧基或苯基,虚线表示结合键。)
在上述式(b1)中,作为R表示的烷基,可举出例如,碳原子数1~20的烷基,优选为碳原子数1~5的烷基。
作为那样的烷基,可举出例如,甲基、乙基、正丙基、异丙基等。
其中,优选为甲基、乙基、正丙基等。
在上述式(b1)中,作为R表示的烷氧基,可举出例如,碳原子数1~20的烷氧基,优选为碳原子数1~5的烷氧基。
作为那样的烷氧基,可举出例如,甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基等。
其中,优选为甲氧基、乙氧基和正丙氧基等。
作为上述式(b1)所示的基团,可举出例如,以下结构等。另外,结构式中,虚线表示结合键。
优选为在上述碱溶性基团中具有选自酚性羟基和羧基中的至少1种有机基,并且数均分子量为2,000~50,000的碱溶性树脂。
上述(B)成分的碱溶性树脂只要为具有这样的结构的碱溶性树脂即可,对构成树脂的高分子的主链的骨架和侧链的种类等没有特别限定。
但是,(B)成分的碱溶性树脂的数均分子量在2,000~50,000的范围内。如果数均分子量超过50,000而过大,则易于产生显影残渣,灵敏度大幅降低,另一方面,如果数均分子量小于2,000而过小,则在显影时,有时发生相当量的曝光部的膜减少,变得固化不足。
作为(B)成分的碱溶性树脂,可以举出例如丙烯酸系树脂、聚羟基苯乙烯系树脂、或聚酰亚胺前体或聚酰亚胺等。
此外,在本发明中,也可以使用由将多种单体聚合而获得的共聚物(以下,称为特定共聚物。)形成的碱溶性树脂作为(B)成分。在该情况下,(B)成分的碱溶性树脂可以为多种特定共聚物的掺混物。
即,上述特定共聚物是以表现碱溶性的单体即具有选自酚性羟基和羧基中的至少一种的单体、和选自能够与这些单体共聚的单体中的至少一种单体作为必需结构单元而形成的共聚物,并且其数均分子量为2,000~50,000。如果数均分子量与50,000相比过大,则有时产生残渣。
上述的“具有选自羧基和酚性羟基中的至少一种的单体”包含具有羧基的单体和具有酚性羟基的单体。这些单体不限于具有一个羧基或酚性羟基,可以具有多个。
以下,举出上述单体的具体例,但不限定于此。
作为具有羧基的单体,可举出例如,丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、单-(2-(丙烯酰氧基)乙基)邻苯二甲酸酯、单-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)邻苯二甲酸酯、N-(羧基苯基)马来酰亚胺、N-(羧基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羧基苯基)丙烯酰胺等。
作为具有酚性羟基的单体,可举出例如,羟基苯乙烯、N-(羟基苯基)丙烯酰胺、N-(羟基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羟基苯基)马来酰亚胺、甲基丙烯酸4-羟基苯酯等。
制造(B)成分的碱溶性树脂中的不饱和羧酸衍生物和/或具有酚性羟基和聚合性不饱和基的单体的比率是,在(B)成分的碱溶性丙烯酸系聚合物的制造所使用的全部单体之中,优选为5~90摩尔%,更优选为10~60摩尔%,最优选为10~30摩尔%。在不饱和羧酸衍生物小于5质量%的情况下,聚合物的碱溶解性不足。
从使固化后的图案形状更加稳定化这样的方面考虑,作为本发明的(B)成分的碱溶性树脂优选为进一步使具有羟基烷基和聚合性不饱和基的单体共聚而得的碱溶性树脂。
作为具有羟基烷基和聚合性不饱和基的单体,可举出例如,丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸2,3-二羟基丙酯、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4-羟基丁酯、甲基丙烯酸2,3-二羟基丙酯、单甲基丙烯酸甘油酯、5-丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯等。
制造(B)成分的碱溶性树脂中的具有羟基烷基和聚合性不饱和基的单体的比率优选为10质量%~60质量%,更优选为5质量%~50质量%,最优选的是20质量%~40质量%。在具有羟基烷基和聚合性不饱和基的单体小于10质量%的情况下,有时得不到共聚物的图案形状的稳定化效果。在60质量%以上的情况下,有时(B)成分的碱溶性基团不足,显影性等特性降低。
作为本发明的(B)成分的碱溶性树脂,从提高共聚物的Tg这样的方面考虑,优选为进一步使N取代马来酰亚胺化合物共聚而得的碱溶性树脂。
作为N取代马来酰亚胺化合物,可举出例如,N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、和N-环己基马来酰亚胺等。从透明性的观点考虑,优选为不具有芳香环的物质,从显影性、透明性、耐热性方面考虑,更优选为具有脂环骨架的物质,其中最优选为环己基马来酰亚胺。
制造(B)成分的碱溶性树脂中的N-取代马来酰亚胺的比率优选为10质量%~60质量%,更优选为5质量%~50质量%,最优选的是20质量%~40质量%。在N-取代马来酰亚胺小于10质量%的情况下,有时共聚物的Tg变低,耐热性差。在60质量%以上的情况下,有时透明性降低。
在本发明的正型感光性树脂组合物满足要件(Z2)的情况下,本发明中所使用的碱溶性树脂(B)优选为进一步具有自交联性基,或进一步具有与选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团反应的基团(以下,也称为交联性基)的共聚物。
作为上述自交联性基,可举出N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、氧杂环丁烷基、乙烯基和封闭异氰酸酯基等。
作为上述交联性基,可举出N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、乙烯基、封闭异氰酸酯基等。
关于使这样的自交联性基或交联性基包含于(B)成分的树脂的情况下的含量,相对于(B)成分的树脂中的每1单元重复单元,优选为0.1~0.9个,从显影性和耐溶剂性的观点考虑,进一步优选为0.1~0.8个。
在(B)成分的碱溶性树脂还含有具有选自N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、氧杂环丁烷基、乙烯基和封闭异氰酸酯基等自交联性基和N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、乙烯基、封闭异氰酸酯基等交联性基中的至少1种的重复单元的情况下,例如,只要使具有自由基聚合性且具有选自环氧基、氧杂环丁烷基、乙烯基、封闭异氰酸酯基等交联性基和N-烷氧基甲基、N-羟基甲基和烷氧基甲硅烷基等自交联性基中的至少1种的不饱和化合物共聚即可。
作为具有自由基聚合性且具有N-烷氧基甲基的不饱和化合物,可举出N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺等。
作为具有自由基聚合性且进一步具有N-羟基甲基的单体,可举出N-羟基甲基丙烯酰胺、N-羟基甲基甲基丙烯酰胺等。
作为具有自由基聚合性且进一步具有烷氧基甲硅烷基的单体,可举出3-丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三乙氧基硅烷等。
作为具有自由基聚合性且进一步具有环氧基的不饱和化合物,可举出例如丙烯酸缩水甘油酯、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-环氧丁酯、甲基丙烯酸-3,4-环氧丁酯、丙烯酸-6,7-环氧庚酯、甲基丙烯酸-6,7-环氧庚酯、α-乙基丙烯酸-6,7-环氧庚酯、邻乙烯基苄基缩水甘油基醚、间乙烯基苄基缩水甘油基醚、对乙烯基苄基缩水甘油基醚、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基酯等。它们之中,优选使用甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-6,7-环氧庚酯、邻乙烯基苄基缩水甘油基醚、间乙烯基苄基缩水甘油基醚、对乙烯基苄基缩水甘油基醚、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基酯等。它们单独使用或组合使用。
作为具有自由基聚合性且进一步具有氧杂环丁烷基的不饱和化合物,可以举出例如,具有氧杂环丁烷基的(甲基)丙烯酸酯等。在这样的单体中,优选使用3-(甲基丙烯酰氧基甲基)氧杂环丁烷、3-(丙烯酰氧基甲基)氧杂环丁烷、3-(甲基丙烯酰氧基甲基)-3-乙基-氧杂环丁烷、3-(丙烯酰氧基甲基)-3-乙基-氧杂环丁烷、3-(甲基丙烯酰氧基甲基)-2-三氟甲基氧杂环丁烷、3-(丙烯酰氧基甲基)-2-三氟甲基氧杂环丁烷、3-(甲基丙烯酰氧基甲基)-2-苯基-氧杂环丁烷、3-(丙烯酰氧基甲基)-2-苯基-氧杂环丁烷、2-(甲基丙烯酰氧基甲基)氧杂环丁烷、2-(丙烯酰氧基甲基)氧杂环丁烷、2-(甲基丙烯酰氧基甲基)-4-三氟甲基氧杂环丁烷、2-(丙烯酰氧基甲基)-4-三氟甲基氧杂环丁烷,并优选使用3-(甲基丙烯酰氧基甲基)-3-乙基-氧杂环丁烷、3-(丙烯酰氧基甲基)-3-乙基-氧杂环丁烷等。
作为具有自由基聚合性且进一步具有乙烯基的单体,可举出丙烯酸2-(2-乙烯氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸2-(2-乙烯氧基乙氧基)乙酯等。
作为具有自由基聚合性且进一步具有封闭异氰酸酯基的单体,可举出甲基丙烯酸2-(0-(1’-甲基亚丙基氨基)羧基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(3,5-二甲基吡唑基)羰基氨基)乙酯等。
基于碱溶性树脂(B)所具有的全部重复单元的合计,优选含有10质量%~70质量%,特别优选含有20质量%~60质量%的由具有自由基聚合性且具有选自N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、氧杂环丁烷基、乙烯基和封闭异氰酸酯基等自交联性基和N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、乙烯基、封闭异氰酸酯基等交联性基中的至少1种基团的不饱和化合物衍生的结构单元。在该结构单元小于10质量%的情况下有所得的固化膜的耐热性、表面硬度降低的倾向,另一方面,在该结构单元的量超过70质量%的情况下有放射线敏感性树脂组合物的保存稳定性降低的倾向。
此外,在本发明中,(B)成分的丙烯酸系聚合物可以为还将上述单体以外的单体(以下,称为其它单体。)作为结构单元而形成的共聚物。具体而言,其它单体只要为能够与选自上述具有羧基的单体和具有酚性羟基的单体中的至少一种共聚的单体即可,只要不损害(B)成分的特性,就没有特别限定。作为那样的单体的具体例,可举出丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、马来酰亚胺、丙烯酰胺化合物、丙烯腈、苯乙烯化合物和乙烯基化合物等。
以下,举出该其它单体的具体例,但不限定于此。
作为上述丙烯酸酯化合物,可举出例如,丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸蒽酯、丙烯酸蒽甲酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸甲氧基三甘醇酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-氨基乙酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、和丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯、二甘醇单丙烯酸酯、己内酯2-(丙烯酰氧基)乙基酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯等。
作为上述甲基丙烯酸酯化合物,可举出例如,甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸甲氧基三甘醇酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-氨基甲酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、γ-丁内酯甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、和甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯、二甘醇单甲基丙烯酸酯、己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙基酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯等。
作为上述丙烯酰胺化合物,可举出例如,N-甲基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基甲基丙烯酰胺等。
作为上述乙烯基化合物,可举出例如,甲基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、乙烯基萘、乙烯基蒽、乙烯基咔唑、烯丙基缩水甘油基醚、3-乙烯基-7-氧杂二环[4.1.0]庚烷、1,2-环氧基-5-己烯、和1,7-辛二烯单环氧化物等。
作为上述苯乙烯化合物,可举出不具有羟基的苯乙烯,例如,苯乙烯、α-甲基苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯等。
在作为(B)成分的碱溶性树脂的制造中,上述其它单体的比率优选为80质量%以下,更优选为50质量%以下,进一步优选为20质量%以下。如果多于80质量%则必需成分相对减少,因此充分获得本发明的效果变得困难。
获得作为本发明所使用的(B)成分的碱溶性树脂的方法没有特别限定,例如,通过在使具有选自羧基、酚性羟基、和通过热或酸的作用而生成羧酸或酚性羟基的基团中的至少一种的单体、具有羟基烷基的单体、具有选自N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、氧杂环丁烷基、乙烯基和封闭异氰酸酯基等自交联性基和N-烷氧基甲基、N-羟基甲基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、乙烯基、封闭异氰酸酯基等交联性基中的至少1种基团的单体、根据需要的除此以外的能够共聚的单体和根据需要的聚合引发剂等共存的溶剂中,在50℃~110℃的温度下进行聚合反应来获得。此时,所使用的溶剂只要是溶解构成碱溶性树脂的单体和具有特定官能团的丙烯酸系聚合物的溶剂,就没有特别限定。作为具体例,可举出记载于后述的(C)溶剂的溶剂。
这样操作而获得的具有特定官能团的丙烯酸系聚合物通常为溶解于溶剂的溶液的状态。
此外,将如上述那样操作而获得的特定共聚物的溶液在搅拌下投入到乙醚、水等中使其再沉淀,将生成的沉淀物过滤、洗涤后,在常压或减压下进行常温或加热干燥,从而可以制成特定共聚物的粉体。通过这样的操作,可以将与特定共聚物共存的聚合引发剂、未反应单体除去,其结果,获得精制的特定共聚物的粉体。在不能通过一次操作而充分精制的情况下,只要将所得的粉体再溶解于溶剂,重复进行上述操作即可。
在本发明中,可以直接使用上述特定共聚物的粉体,或也可以将该粉体再溶解于例如后述的(C)溶剂而制成溶液的状态使用。
此外,作为(B)成分的碱溶性树脂,也可以使用聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、进行了部分酰亚胺化的聚酰胺酸等聚酰亚胺前体、含有羧酸基的聚酰亚胺等聚酰亚胺,它们只要为碱溶性,就可以不特别限定其种类而使用。
作为聚酰亚胺前体的上述聚酰胺酸一般可以通过将(a)四羧酸二酐化合物与(b)二胺化合物缩聚而获得。
上述(a)四羧酸二酐化合物没有特别限定,作为具体例,可以举出均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基醚四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四甲酸二酐等芳香族四羧酸、1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四甲酸二酐、1,2,3,4-环己烷四甲酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐那样的脂环式四羧酸二酐、1,2,3,4-丁烷四甲酸二酐那样的脂肪族四羧酸二酐。
它们可以单独使用1种,或也可以组合使用2种以上化合物。
此外,上述(b)二胺化合物也没有特别限定,可举出例如,2,4-二氨基苯甲酸、2,5-二氨基苯甲酸、3,5-二氨基苯甲酸、4,6-二氨基-1,3-苯二甲酸、2,5-二氨基-1,4-苯二甲酸、双(4-氨基-3-羧基苯基)醚、双(4-氨基-3,5-二羧基苯基)醚、双(4-氨基-3-羧基苯基)砜、双(4-氨基-3,5-二羧基苯基)砜、4,4’-二氨基-3,3’-二羧基联苯、4,4’-二氨基-3,3’-二羧基-5,5’-二甲基联苯、4,4’-二氨基-3,3’-二羧基-5,5’-二甲氧基联苯、1,4-双(4-氨基-3-羧基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基-3-羧基苯氧基)苯、双[4-(4-氨基-3-羧基苯氧基)苯基]砜、双[4-(4-氨基-3-羧基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-氨基-3-羧基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,4-二氨基苯酚、3,5-二氨基苯酚、2,5-二氨基苯酚、4,6-二氨基间苯二酚、2,5-二氨基氢醌、双(3-氨基-4-羟基苯基)醚、双(4-氨基-3-羟基苯基)醚、双(4-氨基-3,5-二羟基苯基)醚、双(3-氨基-4-羟基苯基)甲烷、双(4-氨基-3-羟基苯基)甲烷、双(4-氨基-3,5-二羟基苯基)甲烷、双(3-氨基-4-羟基苯基)砜、双(4-氨基-3-羟基苯基)砜、双(4-氨基-3,5-二羟基苯基)砜、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、2,2-双(4-氨基-3-羟基苯基)六氟丙烷、2,2-双(4-氨基-3,5-二羟基苯基)六氟丙烷、4,4’-二氨基-3,3’-二羟基联苯、4,4’-二氨基-3,3’-二羟基-5,5’-二甲基联苯、4,4’-二氨基-3,3’-二羟基-5,5’-二甲氧基联苯、1,4-双(3-氨基-4-羟基苯氧基)苯、1,3-双(3-氨基-4-羟基苯氧基)苯、1,4-双(4-氨基-3-羟基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基-3-羟基苯氧基)苯、双[4-(3-氨基-4-羟基苯氧基)苯基]砜、双[4-(3-氨基-4-羟基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(3-氨基-4-羟基苯氧基)苯基]六氟丙烷等具有酚性羟基的二胺化合物、1,3-二氨基-4-巯基苯、1,3-二氨基-5-巯基苯、1,4-二氨基-2-巯基苯、双(4-氨基-3-巯基苯基)醚、2,2-双(3-氨基-4-巯基苯基)六氟丙烷等具有苯硫酚基的二胺化合物、1,3-二氨基苯-4-磺酸、1,3-二氨基苯-5-磺酸、1,4-二氨基苯-2-磺酸、双(4-氨基苯-3-磺酸)醚、4,4’-二氨基联苯-3,3’-二磺酸、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基联苯-6,6’-二磺酸等具有磺酸基的二胺化合物。此外,可以举出对苯二胺、间苯二胺、4,4’-亚甲基-双(2,6-乙基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2-异丙基-6-甲基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2,6-二异丙基苯胺)、2,4,6-三甲基-1,3-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、邻联甲苯胺、间联甲苯胺、3,3’,5,5’-四甲基联苯胺、双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]砜、2,2-双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基二环己基甲烷、4,4’-二氨基二苯基醚、3,4-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,2-双(4-苯胺基)六氟丙烷、2,2-双(3-苯胺基)六氟丙烷、2,2-双(3-氨基-4-甲苯甲酰基)六氟丙烷、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2’-双(三氟甲基)联苯胺等二胺化合物。
它们可以单独使用1种,或也可以组合使用2种以上化合物。
在本发明中使用的聚酰胺酸由(a)四羧酸二酐化合物和(b)二胺化合物制造的情况下,期望两化合物的配合比,即(b)二胺化合物的总摩尔数/(a)四羧酸二酐化合物的总摩尔数为0.7~1.2。与通常的缩聚反应同样,该摩尔比越接近于1,则生成的聚酰胺酸的聚合度越大,分子量越增加。
此外,在过剩使用二胺化合物进行聚合时,也可以使羧酸酐对残存的聚酰胺酸的末端氨基反应而保护末端氨基。
作为这样的羧酸酐的例子,可以举出邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、马来酸酐、萘二甲酸酐、氢化邻苯二甲酸酐、甲基-5-降冰片烯-2,3-二甲酸酐、衣康酸酐、四氢邻苯二甲酸酐等。
在聚酰胺酸的制造中,二胺化合物与四羧酸二酐化合物的反应的反应温度可以选择-20℃~150℃,优选为-5℃~100℃的任意温度。为了获得高分子量的聚酰胺酸,反应温度在5℃~40℃、反应时间在1小时~48小时的范围中适当选择。为了获得低分子量且保存稳定性高,被部分酰亚胺化了的聚酰胺酸,更优选从反应温度40℃~90℃,反应时间10小时以上中选择。
此外,将末端氨基用酸酐保护的情况下的反应温度可以选择-20℃~150℃,优选为-5℃~100℃的任意温度。
二胺化合物与四羧酸二酐化合物的反应可以在溶剂中进行。作为此时可以使用的溶剂,可以举出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、二甲亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、间甲酚、γ-丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、2-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、2-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、2-乙氧基丙酸乙酯、乙二醇二甲基醚、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇甲基乙基醚、丙二醇二甲基醚、双丙甘醇二甲基醚、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、双丙甘醇单甲基醚、双丙甘醇单乙基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、卡必醇乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、环己酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、2-庚酮等。它们可以单独使用,也可以混合使用。进一步,即使是不溶解聚酰胺酸的溶剂,也可以在通过聚合反应而生成的聚酰胺酸不析出的范围内,混合于上述溶剂而使用。
这样操作而获得的包含聚酰胺酸的溶液可以直接用于感光性树脂组合物的调制。此外,也可以使聚酰胺酸在水、甲醇、乙醇等不良溶剂中沉淀离析而回收使用。
此外,作为(B)成分,也可以使用任意的聚酰亚胺。本发明所使用的所谓聚酰亚胺,是使上述聚酰胺酸等聚酰亚胺前体进行了50%以上化学酰亚胺化或热酰亚胺化而得的聚酰亚胺。
为了使本发明的正型感光性树脂组合物所使用的聚酰亚胺获得碱溶解性,优选具有选自羧基和酚性羟基中的基团。
羧基或酚性羟基向聚酰亚胺的导入方法使用下述方法等:使用具有羧基或酚性羟基的单体的方法、用具有羧基或酚性羟基的酸酐将胺末端封闭的方法、或将聚酰胺酸等聚酰亚胺前体酰亚胺化时使酰亚胺化率为99%以下的方法等。
这样的聚酰亚胺可以通过在合成上述聚酰胺酸等聚酰亚胺前体后,进行化学酰亚胺化或热酰亚胺化而获得。
作为化学酰亚胺化的方法,一般而言使用在聚酰亚胺前体溶液中添加过剩的乙酸酐和吡啶在室温~100℃下反应的方法。此外,作为热酰亚胺化的方法,一般而言,使用一边将聚酰亚胺前体溶液在温度180℃~250℃下脱水一边过热的方法。
此外,作为(B)成分的碱溶性树脂,可以进一步使用苯酚酚醛清漆树脂。
此外,作为(B)成分的碱溶性树脂,也可以使用聚酯多元羧酸。聚酯多元羧酸可以由酸二酐和二醇通过国际公开第2009/051186号所记载的方法而获得。
作为酸二酐,可举出上述(a)四羧酸二酐。
作为二醇,可举出双酚A、双酚F、4,4’-二羟基联苯、苯-1,3-二甲醇、苯-1,4-二甲醇等芳香族二醇、氢化双酚A、氢化双酚F、1,4-环己二醇、1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇等脂环族二醇、和乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇等脂肪族二醇等。
此外,在本发明中,(B)成分的碱溶性树脂可以为多种碱溶性树脂的混合物。
(A)成分与(B)成分的比率是,相对于(B)成分100质量份,(A)成分为0.1质量份~20质量份。
<(C)溶剂>
本发明所使用的(C)溶剂为溶解(A)成分、(B)成分、和根据需要的后述(D)成分、(E)成分,并且溶解根据需要添加的后述(F)成分、其它添加剂等的溶剂,只要是具有这样的溶解能力的溶剂,其种类和结构等就没有特别限定。
作为这样的(C)溶剂,可举出例如,乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、丙二醇、丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、丙二醇丙基醚、丙二醇丙基醚乙酸酯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环戊酮、环己酮、2-丁酮、3-甲基-2-戊酮、2-戊酮、2-庚酮、γ-丁内酯、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、和N-甲基吡咯烷酮等。
这些溶剂可以单独使用一种,或以二种以上的组合使用。
这些(C)溶剂中,从涂膜性良好且安全性高这样的观点考虑,更优选为丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、2-庚酮、丙二醇丙基醚、丙二醇丙基醚乙酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯等。这些溶剂一般作为用于光致抗蚀剂材料的溶剂而使用。
<(D)成分>
作为(D)成分的1,2-醌重氮化合物,可以使用具有羟基或氨基的任一者、或羟基和氨基两者的化合物,并且这些羟基或氨基(在具有羟基和氨基两者的情况下为它们的合计量)之中,优选为10摩尔%~100摩尔%,特别优选为20摩尔%~95摩尔%被1,2-醌重氮基磺酸酯化、或酰胺化了的化合物。
作为上述1,2-醌重氮基磺酸,可举出例如1,2-萘醌-2-重氮基-5-磺酸、1,2-萘醌-2-重氮基-4-磺酸、1,2-苯醌-2-重氮基-4-磺酸等,在与上述具有羟基或氨基中的任一者或两者的化合物的反应中,可以使用该1,2-醌重氮基磺酸的氯化物。
作为上述具有羟基的化合物,可以举出例如,苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、氢醌、间苯二酚、儿茶酚、没食子酸甲酯、没食子酸乙酯、1,3,3-三(4-羟基苯基)丁烷、4,4-异亚丙基联苯酚、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、4,4’-二羟基苯基砜、4,4-六氟异亚丙基联苯酚、4,4’,4”-三羟基苯基乙烷、1,1,1-三羟基苯基乙烷、4,4'-[1-[4-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]苯基]亚乙基]双酚、2,4-二羟基二苯甲酮、2,3,4-三羟基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,2’,3,4,4’-五羟基二苯甲酮、2,5-双(2-羟基-5-甲基苄基)甲基等酚化合物、乙醇、2-丙醇、4-丁醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、双丙甘醇、2-甲氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-甲氧基丙醇、2-丁氧基丙醇、乳酸乙酯、乳酸丁酯等脂肪族醇类。
此外,作为上述含有氨基的化合物,可以举出苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、4-氨基二苯基甲烷、4-氨基二苯基、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、4,4’-二氨基苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基醚等苯胺类、氨基环己烷。
进一步,作为含有羟基和氨基两者的化合物,可以举出例如,邻氨基苯酚、间氨基苯酚、对氨基苯酚、4-氨基间苯二酚、2,3-二氨基苯酚、2,4-二氨基苯酚、4,4’-二氨基-4”-羟基三苯基甲烷、4-氨基-4’,4”-二羟基三苯基甲烷、双(4-氨基-3-羧基-5-羟基苯基)醚、双(4-氨基-3-羧基-5-羟基苯基)甲烷、2,2-双(4-氨基-3-羧基-5-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-氨基-3-羧基-5-羟基苯基)六氟丙烷等氨基酚类、2-氨基乙醇、3-氨基丙醇、4-氨基环己醇等链烷醇胺类。
这些1,2-醌重氮化合物可以单独使用或以2种以上的组合使用。
本发明的感光性树脂组合物为正型感光性树脂组合物时的(D)成分的具有醌重氮基的化合物的含量相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,优选为5质量份~100质量份,更优选为8质量份~50质量份,进一步优选为10质量份~40质量份。在小于5质量份的情况下,正型感光性树脂组合物的曝光部与未曝光部在显影液中的溶解速度差变小,有时难以通过显影进行图案形成。此外,如果超过100质量份,则1,2-醌重氮化合物不能通过短时间的曝光而被充分分解,因此有时灵敏度降低、(D)成分吸收光而使固化膜的透明性降低。
<(E)成分>
(E)成分为交联剂,是在本发明的正型感光性树脂组合物满足要件(Z1)的情况下导入到组合物中的物质。更具体而言,是具有能够与(B)成分的热反应性部位(例如,羧基和/或酚性羟基)通过热反应而形成交联结构的结构的化合物。以下,举出具体例,但不限定于此。热交联剂优选为例如,选自(E1)具有2个以上选自烷氧基甲基和羟基甲基中的取代基的交联性化合物、(E2)式(2)所示的交联性化合物中的热交联剂。这些交联剂可以单独使用或以2种以上的组合使用。
(E1)成分的具有2个以上选自烷氧基甲基和羟基甲基中的取代基的交联性化合物如果暴露于热固化时的高温,则通过脱水缩合反应而交联反应进行。作为这样的化合物,可举出例如,烷氧基甲基化甘脲、烷氧基甲基化苯胍胺、和烷氧基甲基化三聚氰胺等化合物、和酚醛塑料系化合物。
作为烷氧基甲基化甘脲的具体例,可举出例如,1,3,4,6-四(甲氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(丁氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(羟基甲基)甘脲、1,3-双(羟基甲基)脲、1,1,3,3-四(丁氧基甲基)脲、1,1,3,3-四(甲氧基甲基)脲、1,3-双(羟基甲基)-4,5-二羟基-2-咪唑啉酮、和1,3-双(甲氧基甲基)-4,5-二甲氧基-2-咪唑啉酮等。作为市售品,可举出三井サイテック(株)制甘脲化合物(商品名:サイメル(注册商标)1170、パウダーリンク(注册商标)1174)等化合物、甲基化脲树脂(商品名:UFR(注册商标)65)、丁基化脲树脂(商品名:UFR(注册商标)300、U-VAN10S60、U-VAN10R、U-VAN11HV)、DIC(株)制脲/甲醛系树脂(高缩合型,商品名:ベッカミン(注册商标)J-300S、ベッカミンP-955、ベッカミンN)等。
作为烷氧基甲基化苯胍胺的具体例,可举出四甲氧基甲基苯胍胺等。作为市售品,可举出三井サイテック(株)制(商品名:サイメル(注册商标)1123)、(株)三和ケミカル制(商品名:ニカラック(注册商标)BX-4000、ニカラックBX-37、ニカラックBL-60、ニカラックBX-55H)等。
作为烷氧基甲基化三聚氰胺的具体例,可举出例如,六甲氧基甲基三聚氰胺等。作为市售品,可举出三井サイテック(株)制甲氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:サイメル(注册商标)300、サイメル301、サイメル303、サイメル350)、丁氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:マイコート(注册商标)506、マイコート508)、三和ケミカル制甲氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:ニカラック(注册商标)MW-30、ニカラックMW-22、ニカラックMW-11、ニカラックMW-100LM、ニカラックMS-001、ニカラックMX-002、ニカラックMX-730、ニカラックMX-750、ニカラックMX-035)、丁氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:ニカラック(注册商标)MX-45、ニカラックMX-410、ニカラックMX-302)等。
此外,可以为使这样的氨基的氢原子被羟甲基或烷氧基甲基取代了的三聚氰胺化合物、脲化合物、甘脲化合物和苯胍胺化合物缩合而获得的化合物。例如,可举出美国专利第6323310号所记载的由三聚氰胺化合物和苯胍胺化合物制造的高分子量的化合物。作为上述三聚氰胺化合物的市售品,可举出商品名:サイメル(注册商标)303(三井サイテック(株)制)等,作为上述苯胍胺化合物的市售品,可举出商品名:サイメル(注册商标)1123(三井サイテック(株)制)等。
作为酚醛塑料系化合物的具体例,可举出例如,2,6-双(羟基甲基)苯酚、2,6-双(羟基甲基)甲酚、2,6-双(羟基甲基)-4-甲氧基苯酚、3,3’,5,5’-四(羟基甲基)联苯-4,4’-二醇、3,3’-亚甲基双(2-羟基-5-甲基苯甲醇)、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2-甲基-6-羟基甲基苯酚]、4,4’-亚甲基双[2-甲基-6-羟基甲基苯酚]、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2,6-双(羟基甲基)苯酚]、4,4’-亚甲基双[2,6-双(羟基甲基)苯酚]、2,6-双(甲氧基甲基)苯酚、2,6-双(甲氧基甲基)甲酚、2,6-双(甲氧基甲基)-4-甲氧基苯酚、3,3’,5,5’-四(甲氧基甲基)联苯-4,4’-二醇、3,3’-亚甲基双(2-甲氧基-5-甲基苯甲醇)、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2-甲基-6-甲氧基甲基苯酚]、4,4’-亚甲基双[2-甲基-6-甲氧基甲基苯酚]、4,4’-(1-甲基亚乙基)双[2,6-双(甲氧基甲基)苯酚]、4,4’-亚甲基双[2,6-双(甲氧基甲基)苯酚]等。作为市售品,也能够获得,作为其具体例,可举出26DMPC、46DMOC、DM-BIPC-F、DM-BIOC-F、TM-BIP-A、BISA-F、BI25X-DF、BI25X-TPA(以上,旭有机材工业(株)制)等。
进一步,作为(E1)成分,也可以使用利用下述化合物制造的聚合物,所述化合物是:使用N-羟基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基甲基丙烯酰胺等被羟基甲基或烷氧基甲基取代了的丙烯酰胺化合物或甲基丙烯酰胺化合物。
作为那样的聚合物,可举出例如,聚(N-丁氧基甲基丙烯酰胺)、N-丁氧基甲基丙烯酰胺与苯乙烯的共聚物、N-羟基甲基甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸甲酯的共聚物、N-乙氧基甲基甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸苄酯的共聚物、和N-丁氧基甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸苄酯与甲基丙烯酸2-羟基丙酯的共聚物等。这样的聚合物的重均分子量为1,000~50,000,优选为1,500~20,000,更优选为2,000~10,000。
此外,本发明的正型感光性树脂组合物可以含有下述式(2)所示的交联性化合物作为(E2)成分。
(式中,k表示2~10的整数,m表示0~4的整数,R11表示k价的有机基)
(E2)成分只要是具有式(2)所示的氧化环烯烃结构的化合物,就没有特别限定。作为其具体例,可举出下述式E2-1和E2-2、以下所示的市售品等。
作为市售品,可以举出エポリードGT-401、エポリードGT-403、エポリードGT-301、エポリードGT-302、セロキサイド2021、セロキサイド3000(ダイセル化学工业(株)制商品名)、作为脂环式环氧树脂的デナコールEX-252(ナガセケムテックス(株)制商品名)、CY175、CY177、CY179(以上,CIBA-GEIGY A.G制商品名)、アラルダイトCY-182、アラルダイトCY-192、アラルダイトCY-184(以上,CIBA-GEIGY A.G制商品名)、エピクロン200、エピクロン400(以上,DIC(株)制商品名)、エピコート871、エピコート872(以上,油化シェルエポキシ(株)制商品名)、ED-5661、ED-5662(以上,セラニーズコーティング(株)制商品名)等。此外,这些交联性化合物可以单独使用或组合使用2种以上。
它们之中,从耐热性、耐溶剂性、耐长时间烧成耐性等耐工艺性、和透明性的观点考虑,优选为具有氧化环己烯结构的、式E2-1和式E2-2所示的化合物、エポリードGT-401、エポリードGT-403、エポリードGT-301、エポリードGT-302、セロキサイド2021、セロキサイド3000。
此外,作为E成分,也可以使用除作为(E1)成分、(E2)成分而示出的成分以外的能够与(B)成分的热反应性部位(例如,羧基和/或酚性羟基)通过热反应而形成交联结构的化合物。具体而言,可举出例如,乙二醇二缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油基醚、丙二醇二缩水甘油基醚、三丙二醇二缩水甘油基醚、聚丙二醇二缩水甘油基醚、新戊二醇二缩水甘油基醚、1,6-己二醇二缩水甘油基醚、甘油二缩水甘油基醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油基醚、1,3,5,6-四缩水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’,-四缩水甘油基-间苯二甲胺、1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷、和N,N,N’,N’,-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷等环氧化合物、VESTANAT B1358/100、VESTAGON BF 1540(以上,异氰脲酸酯型改性多异氰酸酯,デグサジャパン(株)制)、タケネート(注册商标)B-882N、同タケネートB-7075(以上,异氰脲酸酯型改性多异氰酸酯,三井化学(株)制)等异氰酸酯化合物等。
此外,作为E成分,可以使用具有2个以上能够与(B)成分的热反应性部位(例如,羧基和/或酚性羟基)通过热反应而形成交联结构的结构的聚合物。具体而言,可举出例如,使用甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基甲基酯、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基甲基酯等具有环氧基的化合物而制造的聚合物、使用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等具有烷氧基甲硅烷基的化合物而制造的聚合物、使用甲基丙烯酸2-异氰酸酯基乙基酯(カレンズMOI[注册商标],昭和电工(株)制)、丙烯酸2-异氰酸酯基乙基酯(カレンズAOI[注册商标],昭和电工(株)制)等具有异氰酸酯基的化合物、或甲基丙烯酸2-(0-[1’-甲基亚丙基氨基]羧基氨基)乙基酯(カレンズMOI-BM[注册商标],昭和电工(株)制)、甲基丙烯酸2-[(3,5-二甲基吡唑基)羰基氨基]乙基酯(カレンズMOI-BP[注册商标],昭和电工(株)制)等具有封闭异氰酸酯基的化合物而制造的聚合物。这些化合物可以单独使用、或组合使用多种来制造聚合物,也可以与除此以外的化合物组合来制造聚合物。
在(B)成分具有与选自羟基、羧基、酰胺基、氨基所示的基团中的至少1种基团反应的基团的情况下,可以使用具有2个以上羟基、羧基、酰胺基、氨基所示的基团的化合物作为(E)成分。
这些交联性化合物可以单独使用或组合使用2种以上。
选择(E)成分作为本发明的正型感光性树脂组合物中的交联剂的情况下的含量相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份为1质量份~50质量份,优选为1质量份~40质量份,更优选为1质量份~30质量份。在交联性化合物的含量少的情况下,通过交联性化合物形成的交联的密度不充分,因此有时得不到使图案形成后的耐热性、耐溶剂性、对长时间烧成的耐性等提高的效果。另一方面,在超过50质量份的情况下,有时存在未交联的交联性化合物,图案形成后的耐热性、耐溶剂性、对长时间烧成的耐性等降低,此外,感光性树脂组合物的保存稳定性变差。
<其它添加剂>
进一步,本发明的正型感光性树脂组合物中,只要不损害本发明的效果,就可以根据需要含有流变调节剂、颜料、染料、保存稳定剂、消泡剂、密合促进剂、或多元酚、多元羧酸等溶解促进剂等。
<感光性树脂组合物>
本发明的感光性树脂组合物为含有下述(A)成分、(B)成分、(C)溶剂和(D)成分的感光性树脂组合物,并且,根据需要,可以进一步含有(E)成分、和其它添加剂之中的一种以上的组合物。
(A)成分:具有下述基(A1)和(A2)的聚合物
(A1)疏液性基
(A2)三烷氧基甲硅烷基,
(B)成分:碱溶性树脂,
(C)溶剂,
(D)成分:具有醌重氮基的化合物。
本发明的感光性树脂组合物中,作为(A)成分,优选为进一步具有(A3)选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团的聚合物。
本发明的感光性树脂组合物优选进一步满足下述(Z1)和(Z2)中的至少一者。
(Z1):进一步含有作为(E)成分的交联剂,
(Z2):(B)成分的碱溶性树脂进一步具有自交联性基,或进一步具有与选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团反应的基团。
其中,本发明的感光性树脂组合物的优选例如下所述。
[1]:相对于(B)成分100质量份含有0.1质量份~20质量份的(A)成分、5质量份~100质量份的(D)成分,这些成分溶解于(C)溶剂的感光性树脂组合物。
[2]:相对于(B)成分100质量份含有0.1质量份~20质量份的(A)成分、5质量份~100质量份的(D)成分,这些成分溶解于(C)溶剂的正型感光性树脂组合物,并且(B)成分的碱溶性树脂进一步含有具有环氧基的重复单元。
[3]:相对于(B)成分100质量份含有0.1质量份~20质量份的(A)成分、5质量份~100质量份的(D)成分,这些成分溶解于(C)溶剂的正型感光性树脂组合物,进一步相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,所述感光性树脂组合物含有1质量份~50质量份的作为(E)成分的交联剂。
本发明的正型感光性树脂组合物中的固体成分的比例只要各成分均匀地溶解于溶剂,就没有特别限定,但例如为1质量%~80质量%,此外例如为5质量%~60质量%、或为10质量%~50质量%。这里,所谓固体成分,是指从正型感光性树脂组合物的全部成分中除去(C)溶剂后的成分。
本发明的正型感光性树脂组合物的调制方法没有特别限定,作为其调制法,可举出例如,将(A)成分(特定聚合物)溶解于(C)溶剂,在该溶液中以规定的比例混合(B)成分的碱溶性树脂、(D)成分的1,2-醌重氮化合物、根据需要的(E)成分的交联剂,制成均匀的溶液的方法。
在本发明的正型感光性树脂组合物的调制中,可以直接使用通过(C)溶剂中的聚合反应而获得的共聚物的溶液,在该情况下,在该(A)成分的溶液中与上述同样地加入(B)成分、(D)成分等而制成均匀的溶液时,可以以浓度调整作为目的而进一步追加投入(C)溶剂。此时,特定共聚物的形成过程中使用的(C)溶剂、与在正型感光性树脂组合物的调制时为了调整浓度而使用的(C)溶剂可以相同,也可以不同。
进而,调制出的正型感光性树脂组合物的溶液优选在使用孔径为0.2μm左右的过滤器等进行了过滤后使用。
<涂膜和固化膜>
将本发明的正型感光性树脂组合物在半导体基板(例如,硅/二氧化硅被覆基板、氮化硅基板、被覆了金属例如铝、钼、铬等的基板、玻璃基板、石英基板、ITO基板等)上,通过旋涂、流涂、辊涂、狭缝涂布、狭缝涂布之后旋涂、喷墨涂布等进行涂布,然后,用电热板或烘箱等进行预干燥,从而可以形成涂膜。然后,通过将该涂膜进行加热处理,形成正型感光性树脂膜。
作为该加热处理的条件,例如,采用从温度70℃~160℃、时间0.3~60分钟的范围中适当选择的加热温度和加热时间。加热温度和加热时间优选为80℃~140℃,0.5~10分钟。
此外,由正型感光性树脂组合物形成的正型感光性树脂膜的膜厚例如为0.1μm~30μm,此外例如为0.2μm~10μm,进一步例如为0.3μm~8μm。
在通过上述而获得的涂膜上,安装具有规定图案的掩模并照射紫外线等光,用碱性显影液显影,从而洗出曝光部而获得端面尖锐的浮凸图案(Relief pattern)。
作为能够使用的碱性显影液,可举出例如,碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠等碱金属氢氧化物的水溶液、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、胆碱等氢氧化季铵的水溶液、乙醇胺、丙基胺、乙二胺等胺水溶液等碱性水溶液。进一步,也可以在这些显影液中加入表面活性剂等。
在上述中,一般使用四乙基氢氧化铵0.1~2.58质量%水溶液作为光致抗蚀剂的显影液,在本发明的感光性树脂组合物中,也可以使用该碱性显影液,在不引起膨润等问题的情况下良好地显影。
此外,作为显影方法,浸置法(液盛り法)、浸渍法、摇动浸渍法等都可以使用。此时的显影时间通常为15~180秒。
显影后,通过流水对正型感光性树脂膜进行洗涤例如20~120秒,接着使用压缩空气或压缩氮气或通过旋转进行风干,从而除去基板上的水分,进而获得进行了图案形成的膜。
接着,为了热固化而对这样的图案形成膜进行后烘烤,具体而言,通过使用电热板、烘箱等进行加热,从而获得耐热性、透明性、平坦化性、低吸水性、耐化学品性等优异,具有良好的浮凸图案的膜。
作为后烘烤,一般而言,采用在从温度140℃~270℃的范围中选择的加热温度下,在电热板上的情况下处理5~30分钟,在烘箱中的情况下处理30~90分钟这样的方法。
如以上那样,通过本发明的正型感光性树脂组合物,能够形成保存稳定性高,灵敏度充分高并且在显影时未曝光部的膜减少非常小,具有微细图案的涂膜。
此外,本发明也涉及使用上述感光性树脂组合物而获得的固化膜。
本发明的固化膜可以有利地使用于显示元件,特别是能够作为显示元件的图像形成用间壁而有利地使用。
实施例
以下,举出实施例进一步详细地说明本发明,但本发明不限定于这些实施例。另外,聚合物的分子量的测定如下所述。
[聚合物的分子量的测定]
聚合物的数均分子量和重均分子量的测定使用日本分光社制GPC系统作为装置,使用Shodex(注册商标)KF-804L和803L作为柱,在下述条件下实施。
柱温箱:40℃
流量:1ml/分钟
洗脱液:四氢呋喃
另外,下述的数均分子量(以下,称为Mn。)和重均分子量(以下,称为Mw。)利用聚苯乙烯换算值表示。
以下实施例中使用的简写符号的含义如下所述。
MMA:甲基丙烯酸甲酯
HEMA:甲基丙烯酸2-羟基乙酯
HPMA:甲基丙烯酸4-羟基苯酯
HPMA-QD:通过甲基丙烯酸4-羟基苯酯1mol与1,2-萘醌-2-重氮基-5-磺酰氯1.1mol的缩合反应而合成的化合物
CHMI:N-环己基马来酰亚胺
PFHMA:甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙基酯
TMSSMA:甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷
MAA:甲基丙烯酸
MAAm:甲基丙烯酰胺
BMAA:N-(丁氧基甲基)丙烯酰胺
MOI-BM:甲基丙烯酸2-(0-[1’-甲基亚丙基氨基]羧基氨基)乙酯
KBM-503:3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷
P11:将羟基苯乙烯85%与苯乙烯15%的聚合物、和羟基苯乙烯70%与苯乙烯30%的聚合物以3:7混合而得的苯乙烯聚合物
AIBN:α,α’-偶氮二异丁腈
QD:通过α,α,α’-三(4-羟基苯基)-1-乙基-4-异丙基苯1mol与1,2-萘醌-2-重氮基-5-磺酰氯2mol的缩合反应而合成的化合物
GT-401:丁烷四甲酸四(3,4-环氧环己基甲基)修饰ε-己内酯
PGME:丙二醇单甲基醚
PGMEA:丙二醇单甲基醚乙酸酯
CHN:环己酮
MIBK:甲基异丁基酮
DME:双丙甘醇二甲基醚
TMAH:四甲基氢氧化铵
<合成例1>
将PFHMA 5.00g、BMAA 1.82g、HEMA 1.00g、CHMI 1.38g、AIBN 0.46g溶解于PGME22.55g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P1)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为5000,Mw为6600。
<合成例2>
将PFHMA 5.00g、BMAA 1.82g、MAA 0.66g、CHMI 1.38g、AIBN 0.44g溶解于PGME21.72g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P2)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为5000,Mw为6700。
<合成例3>
将PFHMA 5.00g、MOI-BM 2.80g、HEMA 1.00g、CHMI 1.38g、AIBN 0.51g溶解于PGME24.96g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P3)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为5600,Mw为6900。
<合成例4>
将PFHMA 5.00g、MOI-BM 2.80g、MAAm 0.66g、CHMI 1.38g、AIBN 0.49g溶解于PGME24.11g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P4)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为5800,Mw为7600。
<合成例5>
将PFHMA 5.00g、KBM-503 2.87g、HEMA 1.00g、CHMI 1.38g、AIBN 0.51g溶解于PGME 25.14g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P5)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为4900,Mw为6600。
<合成例6>
将PFHMA 5.00g、KBM-503 3.83g、HEMA 1.51g、AIBN 0.52g溶解于PGME 25.32g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P6)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为4800,Mw为6700。
<合成例7>
将PFHMA 5.00g、MMA 1.16g、HEMA 1.00g、CHMI 1.38g、AIBN 0.43g溶解于PGME20.93g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P7)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为4800,Mw为6600。
<合成例8>
将PFHMA 5.00g、MAAm 0.98g、HEMA 1.00g、CHMI 1.38g、AIBN 0.42g溶解于PGME20.51g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P8)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为4900,Mw为6700。
<合成例9>
将MAA 90.00g、HEMA 225.00g、HPMA 45.00g、MMA 180.00g、CHMI 360.00g、AIBN57.60g溶解于PGME 1436.40g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度40质量%)(P9)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为3100,Mw为6100。
<合成例10>
将MAA 100.00g、HEMA 188.89g、MMA 190.37g、CHMI 262.96g、AIBN 47.50g溶解于PGME 1184.59g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度40质量%)(P10)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为3800,Mw为7300。
<合成例11>
将HPMA-QD 2.50g、TMSSMA 2.58g、PFHMA 5.26g、MAA 0.70g、CHMI 1.46g、AIBN0.33g溶解于CHN 51.3g,在110℃下搅拌20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度20质量%)(P12)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为7,200,Mw为11,000。
<合成例12>
将PFHMA 5.00g、BMAA 3.03g、CHMI 1.38g、AIBN 0.47g溶解于PGME 23.06g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P13)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为3900,Mw为6900。
<合成例13>
将PFHMA 5.00g、KBM-503 6.70g、AIBN 0.59g溶解于PGME 28.68g,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度30质量%)(P14)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为6700,Mw为9800。
<实施例1~18>和<比较例1~3>
以表1所示的组成将(A)~(E)的各成分和溶剂混合,以最终组合物的固体成分浓度成为21.0质量%的方式调整溶剂的添加量,从而调制出实施例1~13、比较例1~2的感光性树脂组合物。此外,以最终组合物的固体成分浓度成为17.0的质量%的方式调整溶剂的添加量,从而调制出实施例14~18、比较例3的感光性树脂组合物。另外,表1中的组成比表示以固体成分计的比。
表1
[润湿性的评价]
使用旋转涂布机将正型感光性树脂组合物涂布在ITO-玻璃上后,在温度100℃下在电热板上进行预烘烤120秒,形成了膜厚1.7μm的涂膜。介由以长度50μm、宽度100μm的长方形图案的堤宽度成为30μm的方式形成为棋盘格状的掩模、通过キヤノン(株)制紫外线照射装置PLA-600FA向该涂膜照射365nm下光强度为5.5mW/cm2的紫外线一定时间。然后通过在2.58%TMAH水溶液中浸渍20秒从而进行了显影后,用超纯水进行了20秒流水洗涤。接着将形成了该长方形图案的涂膜在温度230℃下加热30分钟从而进行后烘烤并使其固化。在所得的固化膜的长方形开口部上使用クラスターテクノロジー(株)制Inkjet Designer(喷墨设计者)以驱动波形:B、重复频率:1kHz、驱动电压:8V的条件排出约20pl的溶液。排出溶液使用了日本特愿2016-141326,实施例1-1所记载的溶液。将所得的结果示于表2中。
<润湿性的评价基准>
○:在长方形开口部溶液完全润湿扩散。
×:在长方形开口部观察到溶液未润湿扩散的部分。
表2
润湿性 | |
实施例1 | ○ |
实施例2 | ○ |
实施例3 | ○ |
实施例4 | ○ |
实施例5 | ○ |
实施例6 | ○ |
实施例7 | ○ |
实施例8 | ○ |
实施例9 | ○ |
实施例10 | ○ |
实施例11 | ○ |
实施例12 | ○ |
实施例13 | ○ |
实施例14 | ○ |
实施例15 | ○ |
实施例16 | ○ |
实施例17 | ○ |
实施例18 | ○ |
比较例1 | × |
比较例2 | × |
比较例3 | × |
如表2所示,实施例1~实施例18中长方形开口部的润湿性良好。另一方面,在比较例1、2、3中不能确认到充分的润湿性。
Claims (9)
1.一种能够热固化的感光性树脂组合物,其含有下述(A)成分、(B)成分、(C)溶剂和(D)成分,
(A)成分:具有下述基(A1)和(A2)的聚合物
(A1)疏液性基,其为选自碳原子数4~10的氟烷基、聚氟醚基、甲硅烷基醚基和聚硅氧烷基中的至少一种基团,
(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基和封闭异氰酸酯基中的基团,
(B)成分:碱溶性树脂,
(C)溶剂,
(D)成分:具有醌重氮基的化合物,
在所述(A)成分的聚合物中,所述(A1)疏液性基的导入量相对于全部重复单元为5摩尔%~60摩尔%,所述(A2)选自N-烷氧基甲基酰胺基和封闭异氰酸酯基中的基团的导入量相对于全部重复单元为5摩尔%~70摩尔%,
所述(A)成分的聚合物为丙烯酸系聚合物,并且数均分子量以聚苯乙烯换算为2,000~100,000,
相对于所述(B)成分100质量份,含有0.1质量份~20质量份的所述(A)成分。
2.根据权利要求1所述的感光性树脂组合物,(A)成分为进一步具有下述(A3)的聚合物,
(A3):选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团。
3.根据权利要求1或2所述的感光性树脂组合物,其进一步满足下述(Z1)和(Z2)中的至少一者,
(Z1):进一步含有作为(E)成分的交联剂,
(Z2):(B)成分的碱溶性树脂进一步具有自交联性基,或进一步具有与选自羟基、羧基、酰胺基和氨基中的至少1种基团反应的基团。
4.根据权利要求1或2所述的感光性树脂组合物,(B)成分的碱溶性树脂的数均分子量以聚苯乙烯换算为2,000~50,000。
5.根据权利要求1或2所述的感光性树脂组合物,其特征在于,相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,(D)成分为5质量份~100质量份。
6.根据权利要求3所述的感光性树脂组合物,其特征在于,相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份,(E)成分为1质量份~50质量份。
7.一种固化膜,其是使用权利要求1~6中任一项所述的感光性树脂组合物而获得的。
8.一种显示元件,其具有权利要求7所述的固化膜。
9.一种显示元件,其具有权利要求7所述的固化膜作为图像形成用间壁。
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