JP2009244692A - 感光性樹脂組成物、遮光性カラーフィルター及びその製造方法、並びに固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チタンブラック、光重合性化合物、酸価が70mgKOH/g以上250mgKOH/g以下の樹脂A、酸価が26mgKOH/g以上65mgKOH/gの樹脂B、光重合開始剤、及び溶剤を少なくとも含む。
【選択図】なし
Description
液晶表示装置用のブラックマトリクスや固体撮像素子用の遮光性カラーフィルターを形成するための組成物としては、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色色材を含有する感光性樹脂組成物が知られている(例えば、特許文献1〜5参照)。
しかしながら、単に酸価の高い樹脂を用いるだけでは、感光性樹脂組成物の経時安定性が劣化する場合があることが明らかとなった。
即ち、本発明は、現像残渣が少ない微細パターンを形成でき、経時安定性に優れた感光性樹脂組成物を提供すること、現像残渣が少ない微細パターンを有する遮光性カラーフィルター及びその製造方法を提供すること、並びにノイズが少なく色再現性に優れた固体撮像素子を提供することを目的とする。
<1> チタンブラック、光重合性化合物、酸価が70mgKOH/g以上250mgKOH/g以下の樹脂A、酸価が26mgKOH/g以上65mgKOH/gの樹脂B、光重合開始剤、及び溶剤を少なくとも含むことを特徴とする感光性樹脂組成物である。
<2> 前記樹脂Aと前記樹脂Bとの質量比〔樹脂A/樹脂B〕が、0.5〜10.5であることを特徴とする<1>に記載の感光性樹脂組成物である。
<4> 全固形分中における前記光重合開始剤の含有量が、3質量%以上20質量%以下であることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物である。
<6> <1>〜<4>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物を支持体上に塗布後、マスクを通して露光し、現像してパターンを形成する工程を有することを特徴とする遮光性カラーフィルターの製造方法である。
<7> <5>に記載の遮光性カラーフィルターを備えることを特徴とする固体撮像素子である。
本発明の感光性樹脂組成物は、チタンブラック、光重合性化合物、酸価が70mgKOH/g以上250mgKOH/g以下の樹脂A、酸価が26mgKOH/g以上65mgKOH/gの樹脂B、光重合開始剤、及び溶剤を少なくとも含んで構成される。
チタンブラックを用いた感光性樹脂組成物で微細なパターンを作製するためには現像溶解性の良い酸価の高い樹脂が必要である。しかしながら、単に酸価の高い樹脂を用いるだけでは、感光性樹脂組成物の経時安定性が悪化する場合がある。一方、単に酸価の低い樹脂を用いるだけでは、微細パターン形成の際、現像残渣が発生する場合がある。
そこで、感光性樹脂組成物を上記本発明の構成とすることにより、経時安定性が向上し、微細パターンを形成した際の現像残渣を低減できる。更に、本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成された微細パターンは、該微細パターンが形成される下地との密着性も良好である。
本発明の感光性樹脂組成物は、特に、パターンサイズ300μm以下(より好ましくは100μm以下)の微細パターンの形成に好適である。
本発明における酸価は、JIS K 5407(1990)の11.1項の方法により測定された値を指す。
また、本発明において、樹脂Bとしては、酸価が26mgKOH/g以上65mgKOH/gの樹脂であれば特に限定はない。前記樹脂Bの酸価が26mgKOH/g未満である場合、又は前記樹脂Bの酸価が65mgKOH/gを超える場合、経時安定性及び現像残渣が悪化する。
本発明の感光性樹脂組成物は、前記樹脂A及び前記樹脂Bを一種ずつ含んでいてもよいし、前記樹脂A及び/又は前記樹脂Bを2種以上含んでいてもよい。また、本発明の感光性樹脂組成物は、前記樹脂A及び前記樹脂B以外の樹脂を含んでいてもよい。
即ち、樹脂Aの酸価は70mgKOH/g以上250mgKOH/g以下が好ましく、75mgKOH/g以上200mgKOH/g以下がより好ましい。
また、樹脂Bの酸価は26mgKOH/g以上65mgKOH/g以下が好ましく、30mgKOH/g以上60mgKOH/g以下がより好ましい。
即ち、樹脂Aの重量平均分子量としては特に限定はないが、現像性の観点より、1000〜100000が好ましく、2000〜50000がより好ましく、3000〜30000が特に好ましい。
即ち、樹脂Bの重量平均分子量としては特に限定はないが、経時安定性の観点より、1000〜100000が好ましく、2000〜50000がより好ましく、3000〜30000が特に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物中における、樹脂Aと樹脂Bとの質量比〔樹脂A/樹脂B〕としては、0.5〜10.5が好ましく、1〜10がより好ましく、2〜8が特に好ましい。
また、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分中における、樹脂A及び樹脂Bの総含有量としては、1〜50質量%好ましく、2〜40質量%がより好ましく、5〜30質量%が特に好ましい。
<樹脂>
本発明の感光性樹脂組成物は、少なくとも樹脂A及び樹脂B、必要に応じその他の樹脂(以下、これらをまとめて「樹脂」として説明する)を含有する。
本発明における樹脂としては線状有機ポリマーを用いることが好ましい。このような「線状有機ポリマー」としては、公知のものを任意に使用できる。好ましくは水現像或いは弱アルカリ水現像を可能とするために、水或いは弱アルカリ水に可溶性又は膨潤性である線状有機ポリマーが選択される。線状有機ポリマーは、皮膜形成剤としてだけでなく、水、弱アルカリ水或いは有機溶剤現像剤としての用途に応じて選択使用される。例えば、水可溶性有機ポリマーを用いると水現像が可能になる。このような線状有機ポリマーとしては、側鎖にカルボン酸基を有するラジカル重合体、例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭54−92723号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号に記載されているもの、すなわち、カルボキシル基を有するモノマーを単独或いは共重合させた樹脂、酸無水物を有するモノマーを単独或いは共重合させ酸無水物ユニットを加水分解若しくはハーフエステル化若しくはハーフアミド化させた樹脂、エポキシ樹脂を不飽和モノカルボン酸及び酸無水物で変性させたエポキシアクリレート等が挙げられる。カルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、4−カルボキシルスチレン等があげられ、酸無水物を有するモノマーとしては、無水マレイン酸等が挙げられる。
また、同様に側鎖にカルボン酸基を有する酸性セルロース誘導体がある。この他に水酸基を有する重合体に環状酸無水物を付加させたものなどが有用である。
(2)アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸−2−クロロエチル、グリシジルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、ビニルアクリレート、2−フェニルビニルアクリレート、1−プロペニルアクリレート、アリルアクリレート、2−アリロキシエチルアクリレート、プロパルギルアクリレート等のアルキルアクリレート。
(4)アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−ヘキシルメタクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−フェニルアクリルアミド、N−ニトロフェニルアクリルアミド、N−エチル−N−フェニルアクリルアミド、ビニルアクリルアミド、ビニルメタクリルアミド、N,N−ジアリルアクリルアミド、N,N−ジアリルメタクリルアミド、アリルアクリルアミド、アリルメタクリルアミド等のアクリルアミド若しくはメタクリルアミド。
(6)ビニルアセテート、ビニルクロロアセテート、ビニルブチレート、安息香酸ビニル等のビニルエステル類。
(7)スチレン、α−メチルスチレン、メチルスチレン、クロロメチルスチレン、p−アセトキシスチレン等のスチレン類。
(8)メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、プロピルビニルケトン、フェニルビニルケトン等のビニルケトン類。
(9)エチレン、プロピレン、イソブチレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類。
(11)マレイミド、N−アクリロイルアクリルアミド、N−アセチルメタクリルアミド、N−プロピオニルメタクリルアミド、N−(p−クロロベンゾイル)メタクリルアミド等の不飽和イミド。
(12)α位にヘテロ原子が結合したメタクリル酸系モノマー。例えば、特願2001−115595号明細書、特願2001−115598号明細書等に記載されている化合物を挙げる事ができる。
また、欧州特許993966、欧州特許1204000、特開2001−318463等に記載の酸基を有するアセタール変性ポリビニルアルコール系バインダーポリマーは、膜強度、現像性のバランスに優れており、好適である。
更にこの他に水溶性線状有機ポリマーとして、ポリビニルピロリドンやポリエチレンオキサイド等が有用である。また硬化皮膜の強度を上げるためにアルコール可溶性ナイロンや2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパンとエピクロロヒドリンのポリエーテル等も有用である。
これらの樹脂は、ランダムポリマー、ブロックポリマー、グラフトポリマー等いずれでもよい。
本発明における樹脂を合成する際に用いられるラジカル重合開始剤としては、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤等公知の化合物が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、チタンブラックを含有する。
前記チタンブラックは、チタン原子を有する黒色粒子(黒色色材)である。好ましくは低次酸化チタンや酸窒化チタン等である。チタンブラック粒子は、分散性向上、凝集性抑制などの目的で必要に応じ、表面を修飾することが可能である。具体的には、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムで被覆することが可能であり、また、特開2007−302836号公報に示されるような撥水性物質での処理も可能である。
また、前記チタンブラックは、分散性、着色性等を調整する目的でCu、Fe、Mn、V、Ni等の複合酸化物、酸化コバルト、酸化鉄、カーボンブラック、アニリンブラック等の黒色顔料の少なくとも1種とともに含有してもよく、この場合、顔料の50質量%以上をチタンブラック粒子が占めるものとする。
また、所望とする波長の遮光性を制御する目的で、既存の赤、青、緑、黄色、シアン、マゼンタ、バイオレット、オレンジ等の顔料、或いは染料などの着色剤を添加することも可能である。
前記モノマーとしてはスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−フェニルスチレン、o−クロルスチレン、m−クロルスチレン、p−クロルスチレン等のスチレン系モノマー;アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メクリル酸ヒドロキシエチル、メクリル酸ヒドロキシプロピル等の(メタ)アタクリル酸系モノマー;エチレン、プロピレン、ブチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、アクリルニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−ビニルピロリドン等の各種モノマーの単独あるいは共重合体が例示できる。このうち、(メタ)アクリル酸エステル系ポリマーが好ましい。
ポリマー成分が5質量部以上であるとチタンブラックの表面性状をより良好に保つことができ、ポリマー成分が200質量部以下であると遮光性や着色性などといった本来的に要求されるチタンブラックの特性をより向上させることができる。
チタンブラックが5質量%以上であると、膜厚が薄い場合でもより高い光学濃度を得ることができ、98質量%以下であると、より効果的に光硬化を進め、膜の強度を向上させ、現像ラチチュードを広くすることができる。
本発明の感光性樹脂組成物では、チタンブラックとともにその他の黒色色材を併用してもよい。
前記その他の黒色色材としては、各種公知の黒色顔料や黒色染料を用いることができるが、特に、少量で高い光学濃度を実現できる観点から、カーボンブラック、酸化鉄、酸化マンガン、グラファイト等が好ましく、中でも、カーボンブラックが好ましい。
平均粒子径は、着色剤を適当な基板へ塗布し、走査型電子顕微鏡により観察することにより測定することができる。
また、カーボンブラックは目的とする用途に応じて、粒子径(粒の大きさ)、ストラクチャー(粒子のつながり)、表面性状(官能基)をさまざまに変えることにより特性を変化させることができる。黒度や塗料との親和性を変えたり、導電性を持たせたることも可能である。
また、その他にColumbian社製、Engineered Carbon社製、Sid Richardson社製等を挙げることができる。
絶縁性を有するカーボンブラックとは、下記のような方法で粉末としての体積抵抗を測定した場合、絶縁性を示すカーボンブラックのことであり、例えば、カーボンブラック粒子表面に、有機物が吸着、被覆または化学結合(グラフト化)しているなど、カーボンブラック粒子表面に有機化合物を有していることをいう。
即ち、カーボンブラックをベンジルメタクリレートとメタクリル酸がモル比で70:30の共重合体(質量平均分子量30,000)と20:80質量比となるように、プロピレングリコールモノメチルエーテル中に分散し塗布液を調製し、厚さ1.1mm、10cm×10cmのクロム基板上に塗布して乾燥膜厚3μmの塗膜を作製し、さらにその塗膜をホットプレート中で220℃、約5分加熱処理した後に、JISK6911に準拠している三菱化学(株)製高抵抗率計、ハイレスターUP(MCP−HT450)で印加して、体積抵抗値を23℃相対湿度65%の環境下で測定する。そして、この体積抵抗値として、105Ω・cm以上、より好ましくは106Ω・cm以上、特により好ましくは107Ω・cm以上を示すカーボンブラックが好ましい。
併用する着色剤(併用着色剤)は、前述のチタンブラック及び必要に応じて用いられるその他の黒色色材と併用着色剤との総和100質量部に対して、併用着色剤を2〜50質量部の範囲で用いると好ましく、より好ましくは併用着色剤が2〜30質量部であり、最も好ましくは併用着色剤が2〜10質量部である。
本発明の感光性樹脂組成物は光重合性化合物を含有する。
前記光重合性化合物としては、例えば、少なくとも一個のエチレン性不飽和二重結合を有する付加重合性化合物を用いることができ、具体的には、末端エチレン性不飽和結合を少なくとも1個、好ましくは2個以上有する化合物から選ばれる。このような化合物群は当該産業分野において広く知られるものであり、本発明においてはこれらを特に限定無く用いることができる。これらは、例えばモノマー、プレポリマー、すなわち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物並びにそれらの共重合体などの化学的形態をもつ。モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸など)や、そのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド類が用いられる。また、ヒドロキシル基やアミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能イソシアネート類或いはエポキシ類との付加反応物、及び単官能若しくは、多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアネート基や、エポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との付加反応物、更にハロゲン基や、トシルオキシ基等の脱離性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン、ビニルエーテル等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。
クロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジクロトネート、テトラメチレングリコールジクロトネート、ペンタエリスリトールジクロトネート、ソルビトールテトラジクロトネート等がある。イソクロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジイソクロトネート、ペンタエリスリトールジイソクロトネート、ソルビトールテトライソクロトネート等がある。
マレイン酸エステルとしては、エチレングリコールジマレート、トリエチレングリコールジマレート、ペンタエリスリトールジマレート、ソルビトールテトラマレート等がある。
その他の好ましいアミド系モノマーの例としては、特公昭54−21726記載のシクロへキシレン構造を有すものを挙げることができる。
(ただし、一般式(A)中、R4及びR5は、それぞれ、H又はCH3を示す。)
感度の点では1分子あたりの不飽和基含量が多い構造が好ましく、多くの場合、2官能以上が好ましい。また、硬化膜の強度を高くするためには、3官能以上のものがよく、更に、異なる官能数・異なる重合性基(例えばアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン系化合物、ビニルエーテル系化合物)のものを併用することで、感度と強度の両方を調節する方法も有効である。
また、感光性樹脂組成物に含有される他の成分(例えば、光重合開始剤、着色剤(顔料、染料)等、バインダーポリマー等)との相溶性、分散性に対しても、光重合性化合物の選択・使用法は重要な要因であり、例えば、低純度化合物の使用や、2種以上の併用により相溶性を向上させうることがある。また、支持体などの硬質表面との密着性を向上させる目的で特定の構造を選択することもあり得る。
本発明の感光性樹脂組成物は光重合開始剤を含有する。
光重合開始剤としては、上記の光重合性化合物を重合させ得るものであれば、特に限定されないが、特性、開始効率、吸収波長、入手性、コスト等の観点で選ばれるのが好ましい。
オキシム系光重合開始剤の中でも、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−オクタンジオン、1−(O−アセチルオキシム)−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]エタノンが好ましい。
また、オキシム系光重合開始剤としては、下記一般式(1)で表される化合物(以下、「新規オキシム化合物」ともいう)も好ましい。
本発明における新規オキシム化合物は、下記一般式(1)で表される化合物である。
Rで表される一価の非金属原子団としては、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルケニル基、置換基を有してもよいアルキニル基、置換基を有してもよいアルキルスルフィニル基、置換基を有してもよいアリールスルフィニル基、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を有してもよいアリールスルホニル基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよいアルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいアリールオキシカルボニル基、置換基を有してもよいホスフィノイル基、置換基を有してもよい複素環基、置換基を有してもよいアルキルチオカルボニル基、置換基を有してもよいアリールチオカルボニル基、置換基を有してもよいジアルキルアミノカルボニル基、置換基を有してもよいジアルキルアミノチオカルボニル基等が挙げられる。
下記の構造中、Y、X、及びnは、それぞれ、後述する一般式(2)におけるY、X、及びnと同義であり、好ましい例も同様である。
これらの基に導入しうる置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基、p−トリルオキシ基等のアリールオキシ基、メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等のアシルオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、イソブチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メトキサリル基等のアシル基、メチルスルファニル基、tert−ブチルスルファニル基等のアルキルスルファニル基、フェニルスルファニル基、p−トリルスルファニル基等のアリールスルファニル基、メチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基等のアルキルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モルホリノ基、ピペリジノ基等のジアルキルアミノ基、フェニルアミノ基、p−トリルアミノ基等のアリールアミノ基、メチル基、エチル基、tert−ブチル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基、p−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基等のアリール基等の他、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、p−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、ホスホノ基、トリメチルアンモニウミル基、ジメチルスルホニウミル基、トリフェニルフェナシルホスホニウミル基等が挙げられる。
中でも、Aとしては、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、無置換のアルキレン基、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、tert−ブチル基、ドデシル基)で置換されたアルキレン基、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基)で置換されたアルキレン基、アリール基(例えば、フェニル基、p−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基、スチリル基)で置換されたアルキレン基が好ましい。
具体的には、フェニル基、ビフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−アンスリル基、9−フェナントリル基、1−ピレニル基、5−ナフタセニル基、1−インデニル基、2−アズレニル基、9−フルオレニル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基、o−、m−、及びp−トリル基、キシリル基、o−、m−、及びp−クメニル基、メシチル基、ペンタレニル基、ビナフタレニル基、ターナフタレニル基、クオーターナフタレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、インダセニル基、フルオランテニル基、アセナフチレニル基、アセアントリレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、アントリル基、ビアントラセニル基、ターアントラセニル基、クオーターアントラセニル基、アントラキノリル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、プレイアデニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、オバレニル基等が挙げられる。中でも、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、置換又は無置換のフェニル基が好ましい。
また、一般式(2)におけるnは0〜5の整数を表すが、0〜2の整数が好ましい。
このように、新規オキシム化合物は、従来のオキシム系の化合物に比して、長波長領域に吸収を有する。したがって、365nmや405nmの光源で露光した際に、優れた感度を示すことになる。
ここで、新規オキシム化合物のモル吸光係数は、紫外可視分光光度計(Varian社製Carry−5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用いて0.01g/Lの濃度で測定した。
新規オキシム化合物は1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
その具体例として、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、9−フルオレノン、2−クロロ−9−フルオレノン、2−メチル−9−フルオレノン、9−アントロン、2−ブロモ−9−アントロン、2−エチル−9−アントロン、9,10−アントラキノン、2−エチル−9,10−アントラキノン、2−t−ブチル−9,10−アントラキノン、2,6−ジクロロ−9,10−アントラキノン、キサントン、2−メチルキサントン、2−メトキシキサントン、2−エトキシキサントン、チオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、アクリドン、10−ブチル−2−クロロアクリドン、ベンジル、ジベンジルアセトン、p−(ジメチルアミノ)フェニルスチリルケトン、p−(ジメチルアミノ)フェニル−p−メチルスチリルケトン、ベンゾフェノン、p−(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン(又はミヒラーケトン)、p−(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、ベンゾアントロン等や特公昭51−48516号公報記載のベンゾチアゾール系化合物等や、チヌビン1130、同400等が挙げられる。
具体的には、米国特許第2,367,660号明細書に開示されているビシナールポリケトルアルドニル化合物、米国特許第2,367,661号及び第2,367,670号明細書に開示されているα−カルボニル化合物、米国特許第2,448,828号明細書に開示されているアシロインエーテル、米国特許第2,722,512号明細書に開示されているα−炭化水素で置換された芳香族アシロイン化合物、米国特許第3,046,127号及び第2,951,758号明細書に開示されている多核キノン化合物、米国特許第3,549,367号明細書に開示されているトリアリルイミダゾールダイマー/p−アミノフェニルケトンの組合せ、特公昭51−48516号公報に開示されているベンゾチアゾール系化合物/トリハロメチール−s−トリアジン系化合物、等を挙げることができる。
本発明の感光性樹脂組成物の全固形分中における光重合開始剤の含有量(2種以上の場合は総含有量)は、本発明による効果をより効果的に得る観点からは、3〜20質量%が好ましく、4〜19質量%がより好ましく、5〜18質量%が特に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、溶剤を含有する。
前記溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、エチレンジクロライド、テトラヒドロフラン、トルエン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシプロパノール、メトキシメトキシエタノール、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モノエチルエーテル、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ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシプロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチルなどがある。
これらの溶剤は、単独或いは混合して使用することができる。溶剤に対する固形分の濃度は、2〜60質量%であることが好ましい。
(増感剤)
本発明の感光性樹脂組成物は増感剤を含有してもよい。
前記増感剤としては、前述の光重合開始剤に対し、電子移動機構又はエネルギー移動機構で増感させるものが好ましい。
即ち、例えば、多核芳香族類(例えば、フェナントレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、トリフェニレン、9,10−ジアルコキシアントラセン)、キサンテン類(例えば、フルオレッセイン、エオシン、エリスロシン、ローダミンB、ローズベンガル)、チオキサントン類(イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、クロロチオキサントン)、シアニン類(例えば、チアカルボシアニン、オキサカルボシアニン)、メロシアニン類(例えば、メロシアニン、カルボメロシアニン)、フタロシアニン類、チアジン類(例えば、チオニン、メチレンブルー、トルイジンブルー)、アクリジン類(例えば、アクリジンオレンジ、クロロフラビン、アクリフラビン)、アントラキノン類(例えば、アントラキノン)、スクアリウム類(例えば、スクアリウム)、アクリジンオレンジ、クマリン類(例えば、7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン)、ケトクマリン、フェノチアジン類、フェナジン類、スチリルベンゼン類、アゾ化合物、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン、ジスチリルベンゼン類、カルバゾール類、ポルフィリン、スピロ化合物、キナクリドン、インジゴ、スチリル、ピリリウム化合物、ピロメテン化合物、ピラゾロトリアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、バルビツール酸誘導体、チオバルビツール酸誘導体、アセトフェノン、ベンゾフェノン、チオキサントン、ミヒラーズケトンなどの芳香族ケトン化合物、N−アリールオキサゾリジノンなどのヘテロ環化合物などが挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は共増感剤を含有してもよい。
前記共増感剤は、前記光重合開始剤や前記増感剤の活性放射線に対する感度を一層向上させる、或いは、酸素による光重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。
本発明の感光性樹脂組成物においては、組成物の製造中或いは保存中において、光重合性化合物の不要な熱重合を阻止するために少量の熱重合防止剤を添加することができる。
本発明に用いうる熱重合防止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩等が挙げられる。
また必要に応じて、酸素による重合阻害を防止するためにベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体等を添加して、塗布後の乾燥の過程で塗布膜の表面に偏在させてもよい。高級脂肪酸誘導体の添加量は、全組成物の約0.5〜約10質量%が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物においては、支持体などの硬質表面との密着性を向上させるために、密着向上剤を添加することができる。密着向上剤としては、シラン系カップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。
中でも、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、が好ましく、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが最も好ましい。
更に、本発明の感光性樹脂組成物に対しては、硬化皮膜の物性を改良するために無機充填剤や、可塑剤、感脂化剤等の公知の添加剤を加えてもよい。
可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等があり、結合剤を使用した場合、光重合性化合物と樹脂との合計質量に対し10質量%以下添加することができる。
本発明の遮光性カラーフィルターは、前述の本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成されたものである。
本発明の遮光性カラーフィルターは、現像残渣が少ない微細パターンを形成でき、経時安定性に優れた本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成されるため、現像残渣が少ない。また、該遮光性カラーフィルターが形成される下地とのパターン密着性も良好である。
なお、「遮光性カラーフィルター」は、黒色色材、光重合性化合物、樹脂、光重合開始剤及び溶剤を少なくとも含む感光性樹脂組成物を露光し、現像して得られたものなので、遮光膜又は遮光性フィルターと言い換えてもよい。
遮光性カラーフィルターのパターンサイズとしては特に限定はないが、本発明による効果をより効果的に得る観点からは、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましく、300μm以下が特に好ましい。下限についても特に限定はないが1μmが好ましい。
更に、可視域と赤外域との遮光能のバランスの観点、及び本発明の効果をより効果的に得る観点より、遮光性カラーフィルターの光学濃度としては、以下の条件が好適である。
即ち、前記〔OD1200/OD365〕は、1.0以上2.5以下がより好ましく、1.3以上2.0以下が特に好ましい。
前記遮光性カラーフィルターの波長1200nmにおける光学濃度(OD1200)は、3〜10であることが好ましく、4〜10であることがより好ましい。
前記遮光性カラーフィルターの波長365nmにおける光学濃度(OD365)は、1〜7であることが好ましく、2〜6であることがより好ましい。
前記遮光性カラーフィルターの、900nm〜1300nmの波長領域における光学濃度は、2以上10以下であることが好ましく、3以上9以下であることがより好ましく、4以上9以下であることが特に好ましい。
前記遮光性カラーフィルターの比〔OD900/OD365〕は、1.0以上2.5以下であることが好ましく、1.3以上2.5以下であることがより好ましい。
前記遮光性カラーフィルターの比〔OD1100/OD365〕は、1.0以上2.5以下であることが好ましく、1.3以上2.5以下であることがより好ましい。
前記遮光性カラーフィルターの比〔OD1300/OD365〕は、1.0以上2.3以下であることが好ましく、1.1以上2.0以下であることがより好ましい。
上記で説明した本発明の遮光性カラーフィルターを形成する方法については特に限定はないが、例えば、前述の本発明の感光性樹脂組成物を支持体上に塗布後、マスクを通して露光し、現像してパターンを形成する工程を有して構成される方法(以下、「本発明の遮光性カラーフィルターの製造方法」ともいう)が好適である。
即ち、本発明の遮光性カラーフィルターの製造方法は、支持体上に、本発明の感光性樹脂組成物を塗布して感光層を形成する工程(以下、適宜「感光層形成工程」と略称する。)と、前記感光層をマスクを通して露光する工程(以下、適宜「露光工程」と略称する。)と、露光後の前記感光層を現像してパターンを形成する工程(以下、適宜「現像工程」と略称する。)と、を含んで構成される。
以下、本発明の遮光性カラーフィルターの製造方法における各工程について説明する。
感光層形成工程では、支持体上に、本発明の感光性樹脂組成物を塗布して感光層を形成する。
また、これらの支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止或いは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
露光工程では、前記感光層形成工程において形成された感光層を露光して硬化させる(マスクを介して露光する場合には、光照射された塗布膜部分だけを硬化させる)。
露光は放射線の照射により行うことが好ましく、露光に際して用いることができる放射線としては、特に、g線、i線等の紫外線が好ましく用いられ、高圧水銀灯がより好まれる。照射強度は5mJ〜1500mJが好ましく10mJ〜1000mJがより好ましく、10mJ〜800mJが最も好ましい。
露光工程に次いで、アルカリ現像処理(現像工程)を行ってもよい。
現像工程では、露光工程における光未照射部分をアルカリ水溶液に溶出させる。これにより、光硬化した部分だけが残る。
現像液としては、下地の回路などにダメージを起さない、有機アルカリ現像液が望ましい。現像温度としては通常20℃〜30℃であり、現像時間は20〜90秒である。
本発明の固体撮像素子は既述の本発明の遮光性カラーフィルターを備えて構成される。
本発明の固体撮像素子は、現像残渣の少ない本発明の遮光性カラーフィルターが備えられているため、ノイズを低減でき、色再現性を向上させることができる。
本発明の固体撮像素子の構成としては、本発明の遮光性カラーフィルターが備えられた構成であり、固体撮像素子として機能する構成であれば特に限定はないが、例えば、支持体上に、固体撮像素子(CCDイメージセンサー、CMOSイメージセンサー、等)の受光エリアを構成する複数のフォトダイオード及びポリシリコン等からなる受光素子を有し、支持体の受光素子形成面側(例えば、前記受光エリア以外の領域)又は該形成面の反対側に本発明の遮光性カラーフィルターが備えられた構成が挙げられる。
また、樹脂の酸価は、JIS K 5407(1990)の11.1項の方法より測定した。
≪感光性樹脂組成物の調製≫
<試料1(チタンブラック使用 感光性樹脂組成物)の作製>
(チタンブラック分散液の調製)
チタンブラックの分散液は下記の組成を二本ロールで高粘度分散処理を施した。この際の分散物の粘度は40000mPa・sであった。
なお高粘度分散処理の前にニーダーで30分混練しても良い。
・株式会社ジェムコ製チタンブラック13M−T … 45部
・ソルスパース5000(日本ルーブリゾール(株)製) … 3.5部
この分散液の粘度は4.0mPa・sであった。
スチレン44.2g(0.425mol)、アクリル酸5.40g(0.075mol)、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート50gを300mlの四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、80度で攪拌した。ここに、熱重合開始剤2,2’−アゾビスイソブチルニトリル(AIBN)0.3118g(1.91×10−3mol)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10gに溶解させた溶液を添加し6時間攪拌した。次に、窒素を止め、p−メトキシフェノール0.22g(1.5×10−3mol)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15gに溶解させた溶液を添加した後、95度に昇温して2時間攪拌し、本発明における樹脂Aとして例示樹脂A−1を得た。得られた例示樹脂A−1の酸価は70mgKOH/gであり、重量平均分子量は8000であった。
上記例示樹脂A−1の合成において、スチレンの量を50.75g(0.487mol)に、アクリル酸の量を0.94g(0.013mol)に、それぞれ変更した以外は例示樹脂A−1の合成と同様にして、本発明における樹脂Bとして例示樹脂B−1を合成した。得られた例示樹脂B−1の酸価は15mgKOH/gであり、重量平均分子量は9000であった。
下記成分を混合し、感光性樹脂組成物(試料1)を得た。
〜感光性樹脂組成物(試料1)の組成〜
・上記で合成した例示樹脂A−1 … 2部
・上記で合成した例示樹脂B−1 … 1部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(重合性化合物;下記化合物T−1)
… 1.9部
・エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(重合性化合物;下記化合物T−2) … 1.4部
・上記で調製したチタンブラック分散液 … 30部
・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) … 5部
・エチル−3−エトキシプロピオネート(EEP) … 3部
・オキシム系光重合開始剤(下記化合物K−1) … 2.8部
試料1の作製において、スチレンの量及びアクリル酸の量を変更することにより、例示樹脂A−1、例示樹脂B−1の酸価を表1に示すように変更した以外は試料1と同様にして、感光性樹脂組成物である試料2〜試料25を作製した。なお、試料2〜25において、例示樹脂A−1の重量平均分子量及び例示樹脂B−1の重量平均分子量は、いずれも試料1と同じである。
得られた感光性樹脂組成物(試料1〜試料25)を4℃で6ヶ月間放置した後、粘度(単位:Pa・s)を測定し、感光性樹脂組成物作製直後(全成分混合後1時間以内、温度23℃)の粘度(単位:Pa・s)との比較を行った。
粘度の測定は、E型粘度計(東機産業(株)製)を用いて行った。
上記粘度の比較は、具体的には、下記式1により経時による粘度変化率(%)を算出し、感光性樹脂組成物の経時安定性を評価した。粘度変化率が0%に近いほど、感光性樹脂組成物が経時安定性に優れていることを示す。
評価結果を表1に示す。
上記で得られた感光性樹脂組成物をシリコンウエハーにスピンコート法で塗布し、その後ホットプレート上で120℃で2分間加熱して感光性層を得た。
次いで、得られた感光性層を、i線ステッパーを用い、幅3μmのラインパターン(開口パターン)を有するフォトマスクを介して露光量500mJ/cm2で露光した。
前記露光後の感光性層に対し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド0.3%水溶液を用い、23℃60秒間パドル現像を行った。その後スピンシャワーにてリンスを行いさらに純水にて水洗し、遮光性カラーフィルターを得た。
得られた遮光性カラーフィルターを光学顕微鏡(倍率1000倍)で観測し、現像残渣及びパターン密着性を下記基準に従って評価した。
○:未露光部には、残渣が全く確認されなかったか、残渣がわずかに確認されたが、実用上問題のない程度であった。
×:未露光部に残渣が確認された。
○:パターンが剥がれている部分がなかった。
×:パターン剥がれしている部分があった。
<樹脂Aの合成>
(例示樹脂A−2の合成)
前記例示樹脂A−1の合成において、共重合成分であるスチレン及びアクリル酸を、ベンジルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、メタクリル酸、及び日油(株)製「ブレンマーPME400」に変更した以外は前記例示樹脂A−1の合成と同様にして、樹脂Aとして下記例示樹脂A−2を合成した。
得られた例示樹脂A−2の酸価は106mgKOH/gであり、重量平均分子量は10000であった。
前記例示樹脂A−1の合成において、共重合成分であるスチレン及びアクリル酸を、ベンジルメタクリレート、及びメタクリル酸に変更した以外は前記例示樹脂A−1の合成と同様にして、樹脂Aとして下記例示樹脂A−3を合成した。
得られた例示樹脂A−3の酸価は110mgKOH/gであり、重量平均分子量は30000であった。
前記例示樹脂A−1の合成において、共重合成分であるスチレン及びアクリル酸を、ベンジルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、メタクリル酸、及び日油(株)製「ブレンマーPME400」に変更した以外は前記例示樹脂A−1の合成と同様にして、樹脂Aとして下記例示樹脂A−4を合成した。
得られた例示樹脂A−4の酸価は120mgKOH/gであり、重量平均分子量は9000であった。
(例示樹脂B−2の合成)
前記例示樹脂A−1の合成において、共重合成分であるスチレン及びアクリル酸を、メチルメタクリレート、メタクリル酸、及び、2−ヒドロキシ−4−アクリロイルオキシメチル−シクロヘキシルメタクリレートに変更した以外は前記例示樹脂A−1の合成と同様にして、樹脂Bとして下記例示樹脂B−2を合成した。
得られた例示樹脂B−2の酸価は37mgKOH/gであり、重量平均分子量は14000であった。
前記例示樹脂A−1の合成において、共重合成分であるスチレン及びアクリル酸を、ベンジルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、及び、メタクリル酸に変更した以外は前記例示樹脂A−1の合成と同様にして、樹脂Bとして下記例示樹脂B−3を合成した。
得られた例示樹脂B−3の酸価は30mgKOH/gであり、重量平均分子量は14000であった。
(チタンブラック分散液の調製)
下記組成を混合し、チタンブラック分散液を調製した。得られたチタンブラック分散液の粘度は3.0mPa・sであった。
・株式会社ジェムコ製チタンブラック13M−T … 35部
・KAYAMER−PM21(日本化薬(株)製) … 3.5部
・上記例示樹脂A−2 … 30部
・ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体のプロピレングリコールモノメチルアセテート溶液(BzMA/MAA=70/30、Mw:30000、固形分40質量%、酸価106mgKOH/g) … 5部
下記成分を混合し、感光性樹脂組成物(試料26)を得た。
〜感光性樹脂組成物(試料26)の組成〜
・上記で合成した樹脂B−2 … 3部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(重合性化合物;上記化合物T−1)
… 3部
・上記で調製したチタンブラック分散液 … 25部
・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) … 6部
・エチル−3−エトキシプロピオネート(EEP) … 3部
・オキシム系光重合開始剤(上記化合物K−1) …3.5部
試料26の作製において、チタンブラック分散液の調製に用いた例示樹脂A−2、及び、感光性樹脂組成物の調製に用いた例示樹脂B−2を、それぞれ下記表2に示すように変更した以外は試料26の作製と同様にして、感光性樹脂組成物(試料27〜試料37)を得た。
上記で得られた感光性樹脂組成物(試料26〜試料37)について、実施例1と同様にして粘度変化率(%)を算出し、感光性樹脂組成物の経時安定性を評価した。評価結果を表2に示す。
上記で得られた感光性樹脂組成物(試料26〜試料37)を用い、実施例1と同様にして遮光性カラーフィルターを作製し、実施例1と同様にして現像残渣を確認した。評価結果を表2に示す。
また、以上の実施例ではシリコンウエハー上に遮光性カラーフィルターを形成したが、シリコンウエハーを、フォトダイオード等の受光素子が形成された固体撮像素子用基板に変更することで、ノイズが少なく色再現性に優れた固体撮像素子を作製することができる。
Claims (7)
- チタンブラック、光重合性化合物、酸価が70mgKOH/g以上250mgKOH/g以下の樹脂A、酸価が26mgKOH/g以上65mgKOH/gの樹脂B、光重合開始剤、及び溶剤を少なくとも含むことを特徴とする感光性樹脂組成物。
- 前記樹脂Aと前記樹脂Bとの質量比〔樹脂A/樹脂B〕が、0.5〜10.5であることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記光重合開始剤が、オキシム系光重合開始剤を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の感光性樹脂組成物。
- 全固形分中における前記光重合開始剤の含有量が、3質量%以上20質量%以下であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を用いて形成されたことを特徴とする遮光性カラーフィルター。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を支持体上に塗布後、マスクを通して露光し、現像してパターンを形成する工程を有することを特徴とする遮光性カラーフィルターの製造方法。
- 請求項5に記載の遮光性カラーフィルターを備えることを特徴とする固体撮像素子。
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