JP2011112823A - 感放射線性樹脂組成物、液晶表示素子の層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーならびにそれらの形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、液晶表示素子の層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーならびにそれらの形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】1種類の感放射線性樹脂組成物で層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを形成することが可能であり、層間絶縁膜、保護膜においては高感度、高平坦性、高密着性、高透過率、スペーサーにおいては高解像度、高感度を達成できる、さらに、その形成工程においては、昇華性が低い光重合開始剤を使用することにより、べーク炉の汚染や露光時のフォトマスクの汚染を防止することができる感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
【解決手段】(A)カルボキシル基を有し、かつエポキシ基または(メタ)アクリロイル基から選ばれる少なくとも一種を有する重合体、
(B)重合性不飽和化合物、
(C)一般式(1)で示される感放射線性重合開始剤を含有する感放射線性組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物、その組成物から形成された層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーならびにそれらの形成方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、液晶表示素子(LCD)及び電荷結合素子に用いられる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを1種類の感放射線性樹脂組成物で形成することが可能であり、その組成物から形成された層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー及びそれらの形成方法に関する。
薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と記す。)型液晶表示素子や磁気ヘッド素子、集積回路素子、固体撮像素子などの電子部品には、一般に層状に配置される配線の間を絶縁するために層間絶縁膜が設けられている。上記電子部品のうち、例えばTFT型液晶表示素子は、上記の層間絶縁膜の上に、透明電極膜を形成し、さらにその上に液晶配向膜を形成する工程を経て製造される。そのため層間絶縁膜は、透明電極膜の形成工程において高温条件に曝されたり、電極のパターン形成に使用されるレジストの剥離液に曝されることとなるため、これらに対する十分な耐性が必要となる。
従来、液晶表示素子用の層間絶縁膜は、パターンニング性能の観点からナフトキノンジアジド等の感放射線性酸発生剤を用いたポジティブ型感放射線性樹脂組成物が用いられている(特許文献1参照)。近年、ネガティブ型感放射線性樹脂組成物の高感度性、得られる硬化膜の高透明性等の性能が注目され、ネガティブ型感放射線性樹脂組成物の適用が進んでいる(特許文献2参照)。
一方、液晶表示素子に使用される部材のうち、スペーサー、保護膜なども多くはネガティブ型感放射線性樹脂組成物を用いて形成されている(例えば保護膜につき、特許文献3参照。)。近年、液晶パネルの普及および大型化が急速に進んでいるため、コスト削減および工程時間短縮の観点から、フォトリソグラフィー工程において、放射線の照射時間の短縮、高解像度化や現像時間の短縮が望まれている。
しかしながら従来知られている感放射線性樹脂組成物を用いて照射時間が短縮された、低露光量の放射線照射工程によりスペーサーまたは保護膜を形成すると、高解像度化が達成できず、それが原因で得られるスペーサーパターンの寸法安定性や強度が不足し、パネル不良となる問題がある。
近年、液晶テレビ、携帯電話等への液晶表示素子の適用が広くなされており、従来の液晶表示素子より、さらなる高品質化が求められている。近年は、液晶表示素子の大画面化、高輝度化、高精細化、高速応答化、薄型化等の動向にある。これらの要求に応えるために層間絶縁膜、保護膜においては、放射線の照射時間の短縮(以下、高感度化)、低誘電率化、高平坦性、密着性、高透過率化等が求められており、スペーサーには高解像度化、高感度化が求められている(特許文献4参照)。
感放射線性樹脂組成物は、例えば、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、及び光重合開始剤を含有する。この感放射線性樹脂組成物をガラス基板等の上に塗布することで被膜を形成し、次いでこの被膜に対し、水銀ランプを具備した露光装置で露光することにより、硬化膜を形成することができる。このような感放射線性樹脂組成物は、液晶デバイス、半導体デバイス作成用材料等の他、光硬化性インキ、感光性印刷版等にも広く使用されている。
水銀ランプは、紫外〜可視波長領域に水銀特有の輝線スペクトルを持つランプで、254nm、365nm、405nm等に強度の大きい水銀ランプ特有の輝線を有する。365nm、405nmの輝線を有効に利用した高放射線感度の光重合開始剤が開発されている(特許文献5参照)。このような高放射線感度の光重合開始剤は、可視領域に極大吸収を有する化合物が多く、そのため光重合開始剤自体が、やや赤色を帯びている場合が多い。このようにやや赤色を帯びている従来の光重合開始剤を用いると、硬化膜も同様にやや赤色を呈し、透明性が低下することから、液晶デバイス等に適用される可視領域に高い透過性を必要とする硬化膜においては適用できない場合がある。
また、従来から使用されているアセトフェノン系開始剤(特許文献6参照)は、300nm付近に極大吸収を有することから、光重合開始剤自体もほぼ白色を呈しており、アセトフェノン系開始剤を使用した硬化膜は、可視領域に高い透明性を示す。しかし、このようなアセトフェノン系開始剤は放射線感度が低く、十分な表面硬度を有した膜を得るためには、高い露光量を必要とする。さらに、近年このようなアセトフェノン系開始剤の昇華性が問題視されており(特許文献7参照)、昇華によるベーク炉の汚染や露光時のフォトマスクの汚染等の不都合がある。
このように、昇華性が低く、かつ、光重合開始剤として使用する場合に高い放射線感度を示す化合物、及び、そのような化合物を光重合開始剤として使用する場合に、高い透明性及び表面硬度を有する硬化膜を得ることができる液晶表示素子の層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物は、現在のところ知られていない。
特開2001−354822号公報 特開2000−162769号公報 特開平6−43643号公報 特開2009−36858号公報 特開2001−233842号公報 特開昭58−157805号公報 特開2007−86565号公報
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、1種類の感放射線性樹脂組成物で層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを形成することが可能であり、層間絶縁膜、保護膜においては高感度、高平坦性、高密着性、高透過率、スペーサーにおいては高解像度、高感度を達成できる、さらに、その形成工程においては、昇華性が低い光重合開始剤を使用することにより、べーク炉の汚染や露光時のフォトマスクの汚染を防止することができる感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、第一に、
(A)カルボキシル基を有し、かつエポキシ基または(メタ)アクリロイル基から選ばれる少なくとも一種を有する重合体、
(B)重合性不飽和化合物、
(C)下記式(1)で示される感放射線性重合開始剤を含有する感放射線性組成物である。
Figure 2011112823
(1)
Figure 2011112823
(式(1)において、R、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、nは1〜6の整数であり、Xは、式(2)(i)〜(iv)で示される二価の基のいずれかである。式(2)(i)において、mは1〜6の整数であり、式(2)(iii)において、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
当該感放射線性組成物は、ネガ型の感放射線特性を有し、上記感放射線性組成物によって、層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを形成することが可能であり、層間絶縁膜、保護膜においては高感度、高平坦性、高密着性、高透過率、スペーサーにおいては高解像度、高感度を達成できる、さらに、その形成工程においては、昇華性が低い光重合開始剤を使用することにより、べーク炉の汚染や露光時のフォトマスクの汚染を防止することができる。
当該感放射線性組成物は、前記(C)感放射線性重合開始剤以外の感放射線性重合開始剤をさらに含有することによって、当該感放射線性組成物の感度を高めることが可能となる。
また、本発明の表示素子用保護膜又は層間絶縁膜の形成方法は、
(1)請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)該塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)現像工程、および
(4)加熱工程
を含んでいる。
当該方法においては、感放射線性を利用した露光・現像によりパターンを形成することによって、容易に微細かつ精巧なパターンを有する表示素子用スペーサー、保護膜又は層間絶縁膜を形成することができる。
本発明を構成する各構成成分について、以下に説明する。
(A)カルボキシル基を有し、かつエポキシ基または(メタ)アクリロイル基から選ばれる少なくとも一種を有する重合体
本発明の感放射線性樹脂組成物に含有される(A)カルボキシル基を有し、かつエポキシ基または(メタ)アクリロイル基から選ばれる少なくとも一種を有する重合体(以下、(A)化合物とも言う)は、後述する現像工程において用いられる現像液、好ましくはアルカリ現像液、に対する可溶性を有するアルカリ可溶性樹脂である。アルカリ可溶性を発現するために、カルボキシル基を有し、かつエポキシ基または(メタ)アクリロイル基から選ばれる少なくとも一種を有するアルカリ可溶性樹脂が好ましい。
本発明の(A)化合物は、(a1)不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸無水物よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「(a1)化合物」という。)と、(a2)(a1)以外の不飽和化合物(以下、「(a2)化合物」という。)との共重合体が好ましい。
このような(A)化合物として特に好ましい例として、
[A1]は、(a1)化合物および1分子中に少なくとも1つの水酸基を有する不飽和化合物(以下、「(a2−1)化合物」という。)を含む単量体の共重合体(以下、「共重合体〔α〕」という。)に、不飽和イソシアネート化合物を反応させて得られる重合体(以下、「重合体〔A〕」という。)、
[A2]は、(a1)化合物およびエポキシ基を有する不飽和化合物(以下、「(a2−2)化合物」という。)を含む単量体の共重合体(以下、「共重合体〔β〕」という。)
[A3]は、(a1)化合物と、(a1)化合物、(a2−1)化合物および(a2−2)化合物以外の不飽和化合物(以下、「(a2−3)化合物」という。)とからなる単量体の共重合体(以下、「共重合体〔γ〕」という。)に、エポキシ基を有する不飽和化合物である(a2−2)化合物を反応させて得られる重合体(以下、「重合体〔B〕」という。)等を挙げることができる。
共重合体〔α〕を製造するに際して、(a2−3)化合物を共存させ、共重合体〔α〕を(a1)化合物、(a2−1)化合物および(a2−3)化合物の共重合体としてもよく、共重合体〔β〕を製造するに際して、(a1)化合物および(a2−2)化合物のほかに(a2−3)化合物を共存させ、共重合体〔β〕を(a1)化合物、(a2−2)化合物および(a2−3)化合物の共重合体としてもよい。
[A1]、[A3]はともに(メタ)アクリロイル基を有する重合体であり、[A1]は共重合体〔α〕中の水酸基と不飽和イソシアネート化合物のイソシアネート基とが反応し、ウレタン結合を介して得られた(メタ)アクリロイル基を有する重合体有であり、[A3]は共重合体〔γ〕中のカルボキシル基とエポキシ基を有する不飽和化合物のエポキし基とが反応し、エステル結合を介して得られた(メタ)アクリロイル基を有する重合体有である。
[A2]の共重合体〔β〕は、カルボキシル基とエポキシ基を有する共重合体である。
共重合体〔α〕、共重合体〔β〕および共重合体〔γ〕を製造するに際して用いられる化合物(a1)としては、例えばモノカルボン酸、ジカルボン酸、ジカルボン酸の無水物等を挙げることができる。
上記モノカルボン酸としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等を;上記ジカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等を;上記ジカルボン酸の無水物としては、上記したジカルボン酸の無水物等を、それぞれ挙げることができる。
これらののうち、共重合反応性、得られる共重合体の現像液に対する溶解性の点から、アクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸または無水マレイン酸が好ましい。
(a1)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
共重合体〔α〕、共重合体〔β〕および共重合体〔γ〕において、(a1)化合物に由来する繰り返し単位の含有率は、好ましくは5〜60質量%であり、さらに好ましくは7〜50質量%であり、特に好ましくは8〜40質量%である。(a1)化合物に由来する繰り返し単位の含有率が5〜60質量%であるとき、放射線感度、現像性および保存安定性等の諸特性がより高いレベルでバランスされた感放射線性樹脂組成物が得られる。
共重合体〔α〕の製造に用いられる化合物(a2−1)としては、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のジヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸の(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステル等を挙げることができる。
これらの具体例としては、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステルとして、例えば(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル等を;(メタ)アクリル酸のジヒドロキシアルキルエステルとして、例えば、(メタ)アクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸1,3−ジヒドロキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸3,4−ジヒドロキシブチルエステル等を;(メタ)アクリル酸の(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステルとして、例えば(メタ)アクリル酸2−(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)エチルエステル、(メタ)アクリル酸3−(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)プロピルエステル等を、それぞれ挙げることができる。
これらの(a2−1)化合物のうち、共重合反応性およびイソシアネート化合物との反応性の点から、アクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、アクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、アクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル、アクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピルエステル、上記の(メタ)アクリル酸(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステルが好ましい。
(a2−1)化合物のうち、上記(メタ)アクリル酸(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステルやメタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステルは、現像性の向上の点や、得られるスペーサーの圧縮性能向上の観点から特に好ましい。
メタクリル酸2−(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)エチルエステルとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステルの混合物の市販品としては、それぞれ、PLACCEL FM1D、FM2D(商品名、ダイセル化学工業(株)製)等を挙げることができる。
共重合体〔α〕において、上記の如き(a2−1)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
共重合体〔α〕において、(a2−1)化合物に由来する繰り返し単位の含有率は、好ましくは1〜50質量%であり、さらに好ましくは3〜40質量%であり、特に好ましくは5〜30質量%である。(a2−1)化合物に由来する繰り返し単位の含有率が1〜50質量%であるとき、不飽和イソシアネート化合物との反応により得られる共重合体の安定性が良好となり、その結果、得られる感放射線性樹脂組成物の保存安定性が良好となる。
共重合体〔β〕の製造に用いられる(a2−2)化合物におけるエポキシ基としては、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造を有する。)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造を有する。)等を挙げることができる。
オキシラニル基を有する不飽和化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステル、α−アルキルアクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステル、不飽和結合を有するグリシジルエーテル化合物等を;オキセタニル基を有する不飽和化合物としては、例えばオキセタニル基を有する(メタ)アクリル酸エステル等を、それぞれ挙げることができる。これらの具体例としては、(メタ)アクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステルとして、例えば(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−メチルグリシジル、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等を;α−アルキルアクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステルとして、例えばα−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル等を;不飽和結合を有するグリシジルエーテル化合物として、例えばo−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル等を;オキセタニル基を有する(メタ)アクリル酸エステルとして、例えば3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−((メタ)アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−((メタ)アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−メチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン等を、それぞれ挙げることができる。
これらのうち特に、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、3−メチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタンまたは3−エチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタンが、重合性の点から好ましい。
共重合体〔β〕の製造において、(a2−2)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
共重合体〔β〕において、(a2−2)化合物に由来する繰り返し単位の含有率は、好ましくは0.5〜70質量%であり、さらに好ましくは1〜60質量%であり、特に好ましくは3〜50質量%である。(a2−2)化合物に由来する繰り返し単位の含有率が0.5〜70質量%のとき、共重合体の耐熱性、共重合体および感放射線性樹脂組成物の保存安定性、得られるスペーサーの圧縮性能がより高いレベルでバランスされた感放射線性樹脂組成物が得られる。
共重合体〔γ〕の製造に際して使用され、あるいは共重合体〔α〕および共重合体〔β〕の製造に際して任意的に使用することができる(a2−3)化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル、(メタ)アクリル酸アラルキルエステル、不飽和ジカルボン酸ジアルキルエステル、含酸素複素5員環または含酸素複素6員環を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニル芳香族化合物、共役ジエン化合物およびその他の不飽和化合物を挙げることができる。
これらの具体例としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとして、例えばアクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル等を;(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルとして、例えば(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、(メタ)アクリル酸2−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸イソボロニル等を;(メタ)アクリル酸アリールエステルとして、例えばアクリル酸フェニル等を;(メタ)アクリル酸アラルキルエステルとして、例えばアクリル酸ベンジル等を;不飽和ジカルボン酸ジアルキルエステルとして、例えばマレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル等を;含酸素複素5員環または含酸素複素6員環を有する(メタ)アクリル酸エステルとして、例えば(メタ)アクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロピラン−2−イル、(メタ)アクリル酸2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル等を;ビニル芳香族化合物として、例えばスチレン、α−メチルスチレン等を;共役ジエン化合物として、例えば1,3−ブタジエン、イソプレン等を;その他の不飽和化合物として、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド等を、それぞれ挙げることができる。
これらの(a2−3)化合物のうち、共重合反応性の点から、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、スチレン、p−メトキシスチレン、メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、1,3−ブタジエン等が好ましい。
共重合体〔α〕、共重合体〔β〕および共重合体〔γ〕の製造において、(a2−3)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
共重合体〔α〕および共重合体〔β〕において、化合物(a2−3)に由来する繰り返し単位の含有率は、好ましくは10〜70質量%、さらに好ましくは20〜50質量%、特に好ましくは30〜50質量%である。(a2−3)化合物の繰り返し単位の含有率が10〜70質量%の時、共重合体の分子量の制御が容易となり、現像性、感放射線感度等がより高いレベルでバランスされた感放射線性樹脂組成物が得られる。
重合体〔A〕は、共重合体〔α〕に不飽和イソシアネート化合物を反応させることにより得ることができる。上記のようにして得られた共重合体〔α〕は、重合反応溶液のまま重合体〔A〕の製造に供してもよく、あるいは共重合体〔α〕を一旦溶液から分離したうえで重合体〔A〕の製造に供してもよい。
不飽和イソシアネート化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸誘導体等を挙げることができ、その具体例として、例えば2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、4−(メタ)アクリロイルオキシブチルイソシアネート、(メタ)アクリル酸2−(2−イソシアネートエトキシ)エチル等を挙げることができる。
これらの市販品としては、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネートの市販品としてカレンズAOI(昭和電工(株)製)、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートの市販品としてカレンズMOI(昭和電工(株)製)、メタクリル酸2−(2−イソシアネートエトキシ)エチルの市販品としてカレンズMOI―EG(昭和電工(株)製)を、それぞれ挙げることができる。
これらの不飽和イソシアネート化合物のうち、共重合体〔α〕との反応性の点から、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、4−メタクリロイルオキシブチルイソシアネートまたはメタクリル酸2−(2−イソシアネートエトキシ)エチルが好ましい。
重合体〔A〕の製造において、不飽和イソシアネート化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
共重合体〔α〕と不飽和イソシアネート化合物との反応は、必要に応じて適当な触媒の存在下において、好ましくは重合禁止剤を含む共重合体〔α〕の溶液に、室温または加温下で、攪拌しつつ、不飽和イソシアネート化合物を投入することによって実施することができる。上記触媒としては、例えばジラウリン酸ジ−n−ブチルすず(IV)等を;上記重合禁止剤としては、例えばp−メトキシフェノール等を、それぞれ挙げることができる。
重合体〔A〕を製造する際の不飽和イソシアネート化合物の使用割合は、共重合体〔α〕中の(a2−1)化合物に由来する水酸基に対して、好ましくは0.1〜95モル%であり、さらに好ましくは1.0〜80モル%であり、特に好ましくは5.0〜75モル%である。不飽和イソシアネート化合物の使用割合が0.1〜95モル%のとき、共重合体〔α〕との反応性、感放射線性樹脂組成物の耐熱性ならびに弾性特性がより向上することとなり、好ましい。
重合体〔B〕は、共重合体〔γ〕にエポキシ基を有する不飽和化合物を反応させることにより得ることができる。上記のようにして得られた共重合体〔γ〕は、重合反応溶液のまま重合体〔B〕の製造に供してもよく、あるいは共重合体〔γ〕を一旦溶液から分離したうえで重合体〔B〕の製造に供してもよい。
エポキシ基を有する不飽和化合物としては、上記(a2−2)化合物の具体例で挙げた化合物を使用することができ、その具体例として、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等を挙げることができる。
重合体〔B〕の製造において、エポキシ基を有する不飽和化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
共重合体〔γ〕とエポキシ基を有する不飽和化合物との反応は、必要に応じて適当な触媒の存在下において、好ましくは重合禁止剤を含む共重合体〔γ〕の溶液に、エポキシ基を有する不飽和化合物を投入し、加温下で所定時間攪拌することによって実施することができる。上記触媒としては、例えばテトラブチルアンモニウムブロミド等を;
上記重合禁止剤としては、例えばp−メトキシフェノール等を、それぞれ挙げることができる。反応温度は。70℃〜100℃が好ましく、反応時間は、8〜12時間が好ましい。
重合体〔B〕を製造する際のエポキシ基を有する不飽和化合物の使用割合は、共重合体〔γ〕中の(a2−1)化合物に由来するカルボキシル基に対して、好ましくは0.1〜95モル%であり、さらに好ましくは1.0〜80モル%であり、特に好ましくは5.0〜75モル%である。エポキシ基を有する不飽和化合物の使用割合が0.1〜95モル%のとき、共重合体〔γ〕との反応性、感放射線性樹脂組成物の耐熱性ならびに弾性特性がより向上することとなり、好ましい。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、重合体〔A〕、共重合体〔β〕および重合体〔B〕は、これらをそれぞれ単独で使用してもよいが、重合体〔A〕および共重合体〔β〕の併用、または重合体〔B〕および共重合体〔β〕を併用してもよい。
重合体〔A〕と共重合体〔β〕または、重合体〔B〕と共重合体〔β〕を併用することにより、得られる感放射線性樹脂組成物の保存安定性ならびに得られる硬化膜の強度および耐熱性をさらに向上することができることとなり、好ましい。
重合体〔A〕と共重合体〔β〕または、重合体〔B〕と共重合体〔β〕を併用する場合、重合体〔A〕また〔B〕の使用割合としては、共重合体〔β〕100質量部に対して、好ましくは0.5〜50質量部であり、さらに好ましくは1〜30質量部であり、特に好ましくは3〜20質量部である。重合体〔A〕また〔B〕の使用割合が0.5〜50質量部のとき、感放射線性樹脂組成物の保存安定性と得られるスペーサーまたは保護膜の耐熱性が高いレベルでバランスのとれた感放射線性樹脂組成物が得られる。
次に、共重合体〔α〕または〔β〕または〔γ〕を製造する重合方法について説明する。
前記重合は、例えば、共重合体〔α〕または〔β〕または〔γ〕を構成する(a1)化合物、(a2)化合物を、溶媒中、ラジカル重合開始剤を使用して重合することにより実施することができ、それにより共重合体〔α〕または〔β〕または〔γ〕を得ることができる。
前記ラジカル重合開始剤としては、使用される重合性不飽和化合物の種類に応じて適宜選択されるが、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、4,4’−アゾビス(4―シアノバレリン酸)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物;等を挙げることができる。
これらのラジカル重合開始剤のうち、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等が好ましい。
前記ラジカル重合開始剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記重合において、ラジカル重合開始剤の使用量は、重合性不飽和化合物100質量%に対して、通常、0.1〜50質量%、好ましくは0.1〜20質量%である。
共重合体〔α〕または〔β〕または〔γ〕を製造するための重合反応においては、分子量を調整するために、分子量調整剤を使用することができる。分子量調整剤の具体例としては、クロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素類;n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;ジメチルキサントゲンスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。 また、重合温度は、通常、0〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、重合時間は、通常、10分〜20時間、好ましくは30分〜6時間である。
共重合体〔α〕または〔β〕または〔γ〕のポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という)は、好ましくは2×103〜1×105、より好ましくは5×103〜5×104である。Mwを2×103以上とすることによって、感放射線樹脂組成物の十分な現像マージンを得ると共に、形成される塗膜の残膜率(パターン状薄膜が適正に残存する比率)の低下を防止し、さらには得られる絶縁膜のパターン形状や耐熱性などを良好に保つことが可能となる。一方、Mwを1×105以下にすることによって、高度な放射線感度を保持し、良好なパターン形状を得ることができる。また、共重合体の分子量分布(以下、「Mw/Mn」という)は、好ましくは5.0以下、より好ましくは3.0以下である。Mw/Mnを5.0以下にすることによって、得られる絶縁膜のパターン形状を良好に保つことができる。また、上記のような好ましい範囲のMw及びMw/Mnを有する共重合体を含む感放射線性樹脂組成物は、高度な現像性を有するため、現像工程において、現像残りを生じることなく容易に所定パターン形状を形成することができる。
共重合体〔α〕または〔β〕または〔γ〕を製造するための重合反応に用いられる溶媒としては、例えばアルコール類、エーテル類、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート、芳香族炭化水素類、ケトン類、他のエステル類などを挙げることができる。
(B)エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、
本発明の感放射線性樹脂組成物に含有される(B)エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物としては、一分子中に重合性不飽和結合を4個以上有する化合物(以下、「(B1)化合物」という。)または一分子中に重合性不飽和結合を1〜3個有する化合物(以下、「(B2)化合物」という。)であることが好ましい。
かかる(B1)化合物としては、例えばペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリ(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)フォスフェートなどのほか、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有し且つ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基を有しかつ3〜5個の(メタ)アクリロイロキシ基を有する化合物とを反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート化合物などを挙げることができる。
(B1)化合物の市販品としては、例えばアロニックスM−400、同M−402、同M−405、同M−450、同M−1310、同M−1600、同M−1960、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同M−8100、同M−8530、同M−8560、同M−9050、アロニックスTO−1450、同TO−1382(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬(株)製)、ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業(株)製)や、ウレタンアクリレート系化合物として、ニューフロンティア R−1150(第一工業製薬(株)製)、KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(日本化薬(株)製)、UN−9000H(根上工業(株)製)などを挙げることができる。
上記(B2)化合物としては、例えば、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、エチレングリコール(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピルメタクリレート、2−(2’−ビニロキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。
(B2)化合物の市販品としては、例えば、アロニックスM−5300、同M−5600、同M−5700、M−210、同M−220、同M−240、同M−270、同M−6200、同M−305、同M−309、同M−310、同M−315(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同HX−620、同R−526、同R−167、同R−604、同R−684、同R−551、同R−712、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、UX−0937、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬(株)製)、アートレジンUN−9000PEP、同UN−9200A、同UN−7600、同UN−333、同UN−1003、同UN−1255、同UN−6060PTM、同UN−6060P(以上、根上工業(株)製)、同SH−500Bビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業(株)製)などを挙げることができる。
本発明において、(B1)または(B2)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物における(B1)または(B2)化合物の使用割合は、共重合体100質量部に対して好ましくは20〜200質量部であり、より好ましくは40〜160質量部である。
(B1)化合物を単独で使用するか、あるいは(B2)化合物と併用することができる。この場合、(B1)化合物および(B2)化合物の合計に占める(B2)化合物の割合としては、好ましくは0〜50質量%であり、より好ましくは0〜30質量%である。
かかる割合で(B)化合物を含有することにより、本発明の感放射線性樹脂組成物は、密着性に優れ、低露光量においても十分な硬度を有した層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを得ることができる。
(C)一般式(1)で示される感放射線性重合開始剤は、高い放射線感度を示し、小さい露光量によって、正確なパターンと高い表面硬度とを有する硬化膜を得ることができる。また、当該化合物は、低い昇華性を有するため、昇華による設備等の汚染を効果的に抑制することが可能となる。さらに、当該化合物からは高い透明性を有する硬化膜が得られる。
Figure 2011112823
(1)
Figure 2011112823
(式(1)において、R、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、nは1〜6の整数であり、Xは、式(2)(i)〜(iv)で示される二価の基のいずれかである。式(4)(i)において、mは1〜6の整数であり、式(2)(iii)において、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記式(1)において、R、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、具体的な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。
また、上記式(1)において、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜6のアルコキシル基であり、具体的な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、i−プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基等が挙げられる。
上記一般式(1)で表される化合物の具体例としては、下記式(5)〜(13)で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2011112823
(5)
Figure 2011112823
(6)
Figure 2011112823
(7)
Figure 2011112823
(8)
Figure 2011112823
(9)
Figure 2011112823
(10)
Figure 2011112823
(11)
Figure 2011112823
(12)
Figure 2011112823
(13)
当該化合物は、光重合開始剤として高い放射線感度を示し、大きな露光量を要することなく、高い表面硬度を有する硬化膜を得ることができる。また、当該化合物は、低い昇華性を有するため、ベーク炉やフォトマスク等の汚染を効果的に防止することができる。このような低い昇華性は、化合物の分子構造に起因すると考えられる。さらに、当該化合物は、それ自身透明性が優れているため、高い透明性を有する硬化膜を得ることができる。
本発明において、(C)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物における(C)化合物の使用割合は、共重合体100質量部に対して好ましくは1〜40質量部であり、より好ましくは3〜30質量部である。
かかる割合で(C)化合物を含有することにより、本発明の感放射線性樹脂組成物は、ベーク炉やフォトマスク等の汚染を効果的に防止し、高い感度で密着性に優れた層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを形成することができる。
(D)(C)化合物以外の感放射線性重合開始剤
本発明の感放射線性樹脂組成物では、(C)化合物以外の感放射線性重合開始剤(以下(D)化合物とも言う)として、O−アシルオキシム化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、ベンゾフェノン化合物などを使用することができる。
上記O−アシルオキシム化合物の具体例としては、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−n−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−5−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)などを挙げることができる。
これらのうちで、好ましいO−アシルオキシム化合物としては、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)またはエタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)を挙げることができる。これらO−アシルオキシム化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
上記アセトフェノン化合物としては、例えばα−アミノケトン化合物、α−ヒドロキシケトン化合物を挙げることができる。
α−アミノケトン化合物の具体例としては、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンなどを挙げることができる。
α−ヒドロキシケトン化合物の具体例としては、1−フェニル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−i−プロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどを挙げることができる。
これらのアセトフェノン化合物のうちα−アミノケトン化合物が好ましく、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オンまたは2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オンが特に好ましい。
上記ビイミダゾール化合物の具体例としては、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールなどを挙げることができる。
これらビイミダゾール化合物のうち、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールまたは2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールが好ましく、特に2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールが好ましい。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、(D)化合物としてビイミダゾール化合物を使用する場合、それを増感するためにジアルキルアミノ基を有する脂肪族または芳香族化合物(以下、「アミノ系増感剤」という。)を添加することができる。
かかるアミノ系増感剤としては、例えば4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどを挙げることができる。これらのアミノ系増感剤のうち、特に4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが好ましい。上記アミノ系増感剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
さらに、本発明の感放射線性樹脂組成物においてビイミダゾール化合物とアミノ系増感剤とを併用する場合、水素ラジカル供与剤としてチオール化合物を添加することができる。ビイミダゾール化合物はアミノ系増感剤によって増感されて開裂し、イミダゾールラジカルを発生するが、そのままでは高い重合開始能が発現されず、得られるスペーサーが、パターン上部が大きく、パターン下部が小さくなるような好ましくない形状となる場合がある。しかし、ビイミダゾール化合物とアミノ系増感剤とが共存する系に、チオール化合物を添加することにより、イミダゾールラジカルにチオール化合物から水素ラジカルが供与される。その結果、イミダゾールラジカルが中性のイミダゾールに変換されるとともに、重合開始能の高い硫黄ラジカルを有する成分が発生し、それにより層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーの形状をより好ましい形状にすることができる。
前記チオール化合物としては、例えば2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンゾチアゾールなどの芳香族チオール化合物;3−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸メチルなどの脂肪族モノチオール化合物;ペンタエリストールテトラ(メルカプトアセテート)、ペンタエリストールテトラ(3−メルカプトプロピオネート)などの2官能以上の脂肪族チオール化合物を挙げることができる。これらのチオール化合物のうち、特に2−メルカプトベンゾチアゾールが好ましい。
ビイミダゾール化合物とアミノ系増感剤とを併用する場合、アミノ系増感剤の添加量は、ビイミダゾール化合物100質量部に対して、好ましくは0.1〜50質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。アミノ系増感剤の添加量が0.1〜50質量部の時、得られるスペーサーの形状が良好となる。
また、ビイミダゾール化合物およびアミノ系増感剤とチオール化合物とを併用する場合、チオール化合物の添加量としては、ビイミダゾール化合物100質量部に対して、好ましくは0.1〜50質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。チオール化合物の添加量が0.1〜50質量部の時、層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーの形状、密着性が最も良好となる。
本発明の感放射線性樹脂組成物に含有される(D)化合物は、O−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、O−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種ならびにビイミダゾール化合物を含有することがより好ましい。
(D)化合物におけるO−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物の割合としては、その合計量が(D)化合物の全量に対して好ましくは40質量%以上であり、より好ましくは45質量%以上であり、特に好ましくは50質量%以上である。このような割合で((D)化合物を使用することにより、本発明の感放射線性樹脂組成物は、低露光量の場合でも高い硬度および密着性を有する層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーを形成することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、上記の(A)〜(D)成分の他に任意成分として、必要に応じて(E)ラジカル捕捉剤、(F)一分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物、(G)接着助剤、(H)界面活性剤、(I)耐熱性向上剤などを含有することができる。
(E)ラジカル捕捉剤(以下(E)化合物とも言う)としては、ヒンダードフェノール構造を有する化合物、ヒンダードアミン構造を有する化合物、アルキルホスフェート構造を有する化合物、チオエーテル構造を有する化合物を挙げることができる。
(E)化合物は、層間絶縁膜、保護膜においては、平坦性の向上、密着性の向上に効果がり、スペーサーの形成においては高解像度化に効果がある。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤の具体例としては、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、N,N’−ヘキサン−1,6−ジイルビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニルプロピオンアミド)、3,3’,3”,5’,5”−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a”−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート、ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、1,3,5−トリス[(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−キシリン)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミン)フェノールなどが挙げられる。市販されているものとしては、(株)ADEKA製 アデカスタブAO−20、アデカスタブAO−30、アデカスタブAO−40、アデカスタブAO−50、アデカスタブAO−60、アデカスタブAO−70、アデカスタブAO−80、アデカスタブAO−330、住友化学(株)製 sumilizerGM、sumilizerGS、sumilizerMDP−S、sumilizerBBM−S、sumilizerWX−R、sumilizerGA−80、チバジャパン(株)製 IRGANOX1010、IRGANOX1035、IRGANOX1076、IRGANOX1098、IRGANOX1135、IRGANOX1330、IRGANOX1726、IRGANOX1425WL、IRGANOX1520L、IRGANOX245、IRGANOX259、IRGANOX3114、IRGANOX565、IRGAMOD295、(株)エーピーアイコーポレーション製 ヨシノックスBHT、ヨシノックスBB、ヨシノックス2246G、ヨシノックス425、ヨシノックス250、ヨシノックス930、ヨシノックスSS、ヨシノックスTT、ヨシノックス917、ヨシノックス314が挙げられる。
これらのヒンダードフェノールは、単独もしくは、他のヒンダードフェノールやヒンダードアミン、アルキルホスフェート、チオエーテルなどと組み合わせることができる。
ヒンダードアミンの市販されているものとしては、(株)ADEKA製 アデカスタブLA−52、アデカスタブLA57、アデカスタブLA−62、アデカスタブLA−67、アデカスタブLA−63P、アデカスタブLA−68LD、アデカスタブLA−77、アデカスタブLA−82、アデカスタブLA−87、住友化学(株)製 sumilizer9A、チバジャパン(株)製 CHIMASSORB119FL、CHIMASSORB2020FDL、CHIMASSORB944FDL、TINUVIN622LD、TINUVIN144、TINUVIN765、TINUVIN770DFが挙げられる。
アルキルホスフェートの市販されているものとしては、(株)ADEKA製 アデカスタブPEP−4C、アデカスタブPEP−8、アデカスタブPEP−8W、アデカスタブPEP−24G、アデカスタブPEP−36、アデカスタブHP−10、アデカスタブ2112、アデカスタブ260、アデカスタブ522A、アデカスタブ1178、アデカスタブ1500、アデカスタブC、アデカスタブ135A、アデカスタブ3010、アデカスタブTPP、チバジャパン(株)製 IRGAFOS168が挙げられる。
チオエーテルの市販されているものとしては、株)ADEKA製 アデカスタブAO−412S、アデカスタブAO−503、住友化学(株)製 sumilizerTPL−R、sumilizerTPM、sumilizerTPS、sumilizerTP−D、sumilizerMB、チバジャパン(株)製 IRGANOXPS800FD、IRGANOXPS802FD、(株)エーピーアイコーポレーション製 DLTP、DSTP、DMTP、DTTPが挙げられる。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、(E)化合物の使用割合は、(A)共重合体100質量部に対して、好ましくは0.1〜10質量部であり、より好ましくは0.2〜5質量部である。
上記(F)一分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物(以下、「(F)化合物」ともいう。)は、得られるスペーサーまたは保護膜の硬度をさらに向上うするために添加することができる。このような(F)化合物としては、例えば一分子内に2個以上の3,4−エポキシシクロヘキシル基を有する化合物およびその他の(F)化合物を挙げることができる。
上記一分子内に2個以上の3,4−エポキシシクロヘキシル基を有する化合物としては、例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートなどを挙げることができる。
上記その他の(F)化合物としては、例えばビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールADジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテルなどのビスフェノール化合物のジグリシジルエーテル;
1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルなどの多価アルコールのポリグリシジルエーテル;
エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル;フェノールノボラック型エポキシ樹脂;クレゾールノボラック型エポキシ樹脂;ポリフェノール型エポキシ樹脂;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル;高級脂肪酸のグリシジルエステル;エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油などを挙げることができる。
これらの市販品としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂として、エピコート1001、同1002、同1003、同1004、同1007、同1009、同1010、同828(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)など;ビスフェノールF型エポキシ樹脂として、エピコート807(ジャパンエポキシレジン(株)製)など;フェノールノボラック型エポキシ樹脂として、エピコート152、同154、同157S65(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、EPPN201、同202(以上、日本化薬(株)製)など;クレゾールノボラック型エポキシ樹脂として、EOCN102、同103S、同104S、1020、1025、1027(以上、日本化薬(株)製)、エピコート180S75(ジャパンエポキシレジン(株)製)など;ポリフェノール型エポキシ樹脂として、エピコート1032H60、同XY−4000(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)など;環状脂肪族エポキシ樹脂として、CY−175、同177、同179、アラルダイトCY−182、同192、184(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、ERL−4234、4299、4221、4206(以上、U.C.C社製)、ショーダイン509(昭和電工(株)製)、エピクロン200、同400(以上、大日本インキ(株)製)、エピコート871、同872(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、ED−5661、同5662(以上、セラニーズコーティング社製)など;
脂肪族ポリグリシジルエーテルとしてエポライト100MF(共栄社化学(株)製)、エピオールTMP(日本油脂(株)製)などを挙げることができる。
このようなエポキシ化合物のうち、フェノールノボラック型エポキシ樹脂およびポリフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。
上記(F)化合物の使用割合は、(A)化合物100質量部に対して、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは2〜50質量部であり、さらに5〜30質量部であることが好ましい。このような割合で(F)化合物を使用することにより、現像性を損なわずに得られる層間絶縁膜、スペーサーまたは保護膜の硬度のさらなる向上を実現することができる。
上記(G)接着助剤は、得られる層間絶縁膜、スペーサーまたは保護膜と基板との接着性をさらに向上させるために使用することができる(以下、(G)化合物とも言う)。
このような(G)接着助剤としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、オキシラニル基などの反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤が好ましく、その例として例えばトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
これらの(G)接着助剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
(G)接着助剤の使用量は、(A)化合物100質量部に対して、好ましくは20質量部以下であり、より好ましくは15質量部以下である。(G)接着助剤の使用量が20質量部を超えると、現像残りを生じやすくなる傾向がある。
上記(H)界面活性剤は、感放射線性樹脂組成物の被膜形成性をより向上させるために使用することができる。
このような(H)界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤およびその他の界面活性剤を挙げることができる。
上記フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖および側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキル基および/またはフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、その例としては、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(1,1,2,2−テトラフロロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、パーフロロ−n−ドデカンスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−デカン、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフロロ−n−ドデカンや、フロロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フロロアルキルリン酸ナトリウム、フロロアルキルカルボン酸ナトリウム、ジグリセリンテトラキス(フロロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フロロアルキルアンモニウムヨージド、フロロアルキルベタイン、他のフロロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフロロアルキルポリオキシエタノール、パーフロロアルキルアルコキシレート、カルボン酸フロロアルキルエステルなどを挙げることができる。
フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばBM−1000、BM−1100(以上、BM CHEMIE社製)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183、同F178、同F191、同F471、同F476(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC−170C、同−171、同−430、同−431(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−112、同−113、同−131、同−141、同−145、同−382、サーフロンSC−101、同−102、同−103、同−104、同−105、同−106(以上、旭硝子(株)製)、エフトップEF301、同303、同352(以上、新秋田化成(株)製)、フタージェントFT−100、同−110、同−140A、同−150、同−250、同−251、同−300、同−310、同−400S、フタージェントFTX−218、同−251(以上、(株)ネオス製)などを挙げることができる。
上記シリコーン系界面活性剤としては、例えばトーレシリコーンDC3PA、同DC7PA、同SH11PA、同SH21PA、同SH28PA、同SH29PA、同SH30PA、同SH−190、同SH−193、同SZ−6032、同SF−8428、同DC−57、同DC−190、同SH 8400 FLUID(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)、TSF−4440、TSF−4300、TSF−4445、TSF−4446、TSF−4460、TSF−4452(以上、GE東芝シリコーン(株)製)、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)などの商品名で市販されているものを挙げることができる。
上記その他の界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレン−n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−n−ノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアリールエーテル;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステルなどのノニオン系界面活性剤、(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、同No.95(以上、共栄社化学(株)製)などを挙げることができる。
これらの(H)界面活性剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。(H)界面活性剤の使用量は、(A)化合物100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以下である。この場合、(H)界面活性剤の使用量が1.0質量部を超えると、膜ムラを生じやすくなる場合がある。
上記(I)耐熱性向上剤としては、例えばN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物、N−(アルコキシメチル)メラミン化合物などを挙げることができる。
上記N−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物としては、例えばN,N,N’,N’−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(エトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(n−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(i−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(n−ブトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(t−ブトキシメチル)グリコールウリルなどを挙げることができる。これらのN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物のうち、N,N,N’,N’−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリルが好ましい。
上記N−(アルコキシメチル)メラミン化合物としては、例えばN,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(メトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(エトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(n−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(i−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(n−ブトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(t−ブトキシメチル)メラミンなどを挙げることができる。これらのN−(アルコキシメチル)メラミン化合物のうち、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(メトキシメチル)メラミンが好ましく、その市販品としては、例えばニカラックN−2702、同MW−30M(以上、(株)三和ケミカル製)などを挙げることができる。
(I)耐熱性向上剤の使用量は、(A)化合物100質量部に対して、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下である。(I)耐熱性向上剤の配合量が50質量部を超えると、感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、上記の(A)化合物、(B)重合性不飽和化合物、および(C)感放射線性重合開始剤ならびに(D)化合物、上記の如き任意的に添加されるその他の成分を均一に混合することによって調製される。この感放射線性樹脂組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。例えば(A)化合物、(B)重合性不飽和化合物、および(C)感放射線性重合開始剤、任意的に添加される(Dから(I)を、溶媒中において所定の割合で混合することにより、溶液状態の感放射線性樹脂組成物を調製することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物の調製に用いられる溶媒としては、(A)化合物、(B)重合性不飽和化合物、および(C)感放射線性重合開始剤ならびに(D)から(I)化合物等の任意的に添加されるその他の成分の各成分を均一に溶解し、各成分と反応しないものが用いられる。このような溶媒としては、上述した(A)共重合体を製造するために使用できる溶媒として例示したものと同様のものを挙げることができる。
このような溶媒のうち、各成分の溶解性、各成分との反応性、被膜形成の容易性などの観点から、例えばジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピ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ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、シクロヘキサノールアセテート、ベンジルアルコール、3−メトキシブタノールを特に好ましく使用することができる。これらの溶媒は、一種のみを単独で使用することができ、二種以上を混合して使用してもよい。
さらに、上記溶媒とともに膜厚の面内均一性を高めるため、高沸点溶媒を併用することもできる。併用できる高沸点溶媒としては、例えばN−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、1−オクタノール、1−ノナノール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸プロピレンなどが挙げられる。これらのうち、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトンまたはN,N−ジメチルアセトアミドが好ましい。
本発明の感放射性樹脂組成物の溶媒として、高沸点溶媒を併用する場合、その使用量は、全溶媒量に対して、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下とすることができる。高沸点溶媒の使用量が50質量%以下の時、被膜の膜厚均一性、感度および残膜率が良好となる。
本発明の感放射線性樹脂組成物を溶液状態として調製する場合、固形分濃度(組成物溶液中に占める溶媒以外の成分、すなわち上記の(A)化合物、(B)化合物および(C)化合物、(D)化合物ならびに任意的に添加されるその他の成分の合計量の割合は、使用目的や所望の膜厚の値などに応じて任意の濃度(例えば5〜50質量%)に設定することができる。さらに好ましい固形分濃度は、基板上への被膜の形成法方により異なるが、これについては後述する。このようにして調製された組成物溶液は、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタなどを用いて濾過した後、使用に供することもできる。
<層間絶縁膜、保護膜またはスペーサーの形成方法>
次に、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて間絶縁膜、保護膜またはスペーサーを形成する方法について説明する。
本発明の間絶縁膜、保護膜またはスペーサーの形成方法は、少なくとも下記の工程(1)〜(4)を下記に記載の順で含むことを特徴とするものである。
(1)本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程。
(2)該被膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程。
(3)放射線照射後の被膜を現像する工程。
(4)現像後の被膜を加熱する工程。
以下、これらの各工程について順次説明する。
(1)本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程
透明基板の片面に透明導電膜を形成し、該透明導電膜の上に感放射線性樹脂組成物の被膜を形成する。ここで用いられる透明基板としては、例えば、ガラス基板、樹脂基板などを挙げることができる。より具体的には、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどのガラス基板;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミドなどのプラスチックからなる樹脂基板を挙げることができる。
透明基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社の登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜などを挙げることができる。
塗布法により被膜を形成する場合、上記透明導電膜の上に感放射線性樹脂組成物の溶液を塗布した後、好ましくは塗布面を加熱(プレベーク)することにより、被膜を形成することができる。塗布法に用いる組成物溶液の固形分濃度は、好ましくは5〜50質量%であり、より好ましくは10〜40質量%であり、さらに好ましくは15〜35質量%である。組成物溶液の塗布方法としては、特に限定されず、例えばスプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリット塗布法(スリットダイ塗布法)、バー塗布法、インクジェット塗布法などの適宜の方法を採用することができる。これらの塗布方法の中でも、特にスピンコート法またはスリット塗布法が好ましい。
上記プレベークの条件は、各成分の種類、配合割合などによっても異なるが、好ましくは70〜120℃で1〜15分間程度である。被膜のプレベーク後の膜厚は、好ましくは0.5〜10μmであり、より好ましくは1.0〜7.0μm程度である。
(2)該被膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程
次いで、形成された被膜の少なくとも一部に放射線を照射する。このとき、被膜の一部にのみ照射する際には、例えば所定のパターンを有するフォトマスクを介して照射する方法によることができる。
照射に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線などを挙げることができる。このうち波長が250〜550nmの範囲にある放射線が好ましく、特に365nmの紫外線を含む放射線が好ましい。
放射線照射量(露光量)は、照射される放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model 356、Optical Associates Inc.製)により測定した値として、好ましくは100〜5,000J/m、より好ましくは200〜3,000J/mである。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、従来知られている組成物と比較して極めて放射線感度が高く、上記放射線照射量が700J/m以下、さらには600J/m以下であっても所望の膜厚、良好な形状、優れた密着性および高い硬度の間絶縁膜、保護膜またはスペーサーを得ることができる利点を有する。
(3)放射線照射後の被膜を現像する工程
次に、放射線照射後の被膜を現像することにより、不要な部分を除去して、所定のパターンを形成する。
現像に使用される現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどの無機アルカリ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩などのアルカリ性化合物の水溶液を使用することができる。上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒および/または界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、シャワー法などのいずれでもよく、現像時間は、常温で10〜180秒間程度とすることが好ましい。現像処理に続いて、例えば流水洗浄を30〜90秒間行った後、圧縮空気や圧縮窒素で風乾することによって所望のパターンを得ることができる。
(4)現像後の被膜を加熱する工程
次いで、得られたパターン状被膜を、ホットプレート、オーブンなどの適当な加熱装置により、所定温度、例えば100〜250℃で、所定時間、例えばホットプレート上では5〜30分間、オーブン中では30〜180分間、加熱(ポストベーク)することにより、所望のスペーサーまたは保護膜を得ることができる。
以上のようにして、圧縮強度、液晶配向膜のラビング工程に対する耐性、基板との密着性などの諸性能に優れるスペーサーまたは保護膜を、所望のパターン寸法で得ることができる。
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、例えば以下の方法(a)または(b)により作製することができる。
(a)まず片面に透明導電膜(電極)を有する透明基板を一対(2枚)準備し、そのうちの一枚の基板の透明導電膜上に、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて、上記した方法に従ってスペーサーもしくは保護膜またはその双方を形成する。続いてこれらの基板の透明導電膜およびスペーサーまたは保護膜上に液晶配向能を有する配向膜を形成する。これら基板を、その配向膜が形成された側の面を内側にして、それぞれの配向膜の液晶配向方向が直交または逆平行となるように一定の間隙(セルギャップ)を介して対向配置し、基板の表面(配向膜)およびスペーサーにより区画されたセルギャップ内に液晶を充填し、充填孔を封止して液晶セルを構成する。そして、液晶セルの両外表面に、偏光板を、その偏光方向が当該基板の一面に形成された配向膜の液晶配向方向と一致または直交するように貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
(b)まず上記方法(a)と同様にして透明導電膜と、間絶縁膜、保護膜またはスペーサーまたはその双方と、配向膜とを形成した一対の透明基板を準備する。その後一方の基板の端部に沿って、ディスペンサーを用いて紫外線硬化型シール剤を塗布し、次いで液晶ディスペンサーを用いて微小液滴状に液晶を滴下し、真空下で両基板の貼り合わせを行う。そして、前述のシール剤部に、高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射して両基板を封止する。最後に、液晶セルの両外表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
上記の各方法において使用される液晶としては、例えばネマティック型液晶、スメクティック型液晶を挙げることができる。また、液晶セルの外側に使用される偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながら、ヨウ素を吸収させた「H膜」と呼ばれる偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板、またはH膜そのものからなる偏光板などを挙げることができる。
以下に製造例、合成例、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。
以下の合成例において、共重合体の重量平均分子量Mwの測定は下記の装置および条件のもと、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によった。
装置:GPC−101(昭和電工(株)製)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803およびGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
実施例
以下に合成例及び実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの合成例及び実施例に限定されるものではない。
<(A)共重合体の合成例>
合成例1
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5重量部およびジエチレングリコールメチルエチルエーテル220重量部を仕込んだ。引き続きスチレン20重量部、メタクリル酸12重量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル28重量部およびメタクリル酸グリシジル40重量部を仕込み、窒素置換し、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度(重合体溶液の全重量に占める重合体重量の割合)は31.3%であり、共重合体(A−1)の重量平均分子量Mwは、12,000であった。
合成例2
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5重量部およびジエチレングリコールメチルエチルエーテル220重量部を仕込んだ。引き続きスチレン10重量部、メタクリル酸12重量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル23重量部およびメタクリル酸グリシジル20重量部、メタクリル酸2−メチルグリシジル20重量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル10重量部をしこみ、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−2)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.5%であり、共重合体(A−2)の重量平均分子量Mwは、10,100であった。
合成例3
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)5重量部および3−メトキシブチルアセテート220重量部を仕込んだ。引き続きスチレン10重量部、アクリル酸13重量部、メタクリル酸n−ブチル17重量部、メタクリル酸ベンジル15重量部および3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン40重量部を仕込み、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−3)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は30.9%であり、共重合体(A−3)の重量平均分子量Mwは9,800であった。
合成例4
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル220重量部を仕込んだ。引き続きスチレン10重量部、メタクリル酸10重量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル20重量部、メタクリル酸グリシジル30重量部および3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン25重量部を仕込み、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−4)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.3%であり、共重合体(A−4)の重量平均分子量Mwは、1,1000であった。
<感放射線性樹脂組成物溶液の調製>
実施例1
表1に記載の種類および量の(A)化合物、(B)重合性不飽和化合物、(C)感放射線性重合開始剤、(D)化合物および(E)化合物を混合し、さらに(G)接着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5重量部、(H)界面活性剤としてシリコーン系界面活性剤((株)東レ・ダウコーニング製の「SH 8400 FLUID」)0.5重量部を混合し、固形分濃度が30重量%となるように、それぞれプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、感放射線性樹脂組成物の溶液をそれぞれ調製した。
なお(A)化合物は表1に記載の共重合体を含有する共重合体の溶液(上記合成例1〜4のいずれかで得たもの)として添加し、その含有する共重合体の量が表1に記載の量になるようにした。
<感放射線性樹脂組成物溶液の評価>
上記のようにして調製した感放射線性樹脂組成物の評価を以下のように実施した。評価結果を表1に示した。
(1) 解像度の評価
無アルカリガラス基板上に、上記で調製した感放射線性樹脂組成物の溶液をそれぞれスピンナーにより塗布した後、100℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより、膜厚4.0μmの被膜を形成した。
次いで、得られた被膜に、直径8〜15μmの範囲の異なる大きさの複数の丸状残しパターンを有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを用いて露光量を200〜1,000J/mの範囲で変量して放射線照射を行った。
その後、0.40重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて25℃で現像時間を変量として液盛り法により現像した後、純水洗浄を1分間行った。さらにオーブン中230℃にて30分間ポストベークすることにより、パターン状被膜を形成した。この時、8μm以下のフォトマスクにおいて、パターンが形成されていれば、解像度が良好であると言える、その場合(○)とした。8μm以下のフォトマスクにおいて、パターンが形成さていない、もしくは解像されていない場合は解像度が不良と判断できる、その場合を(×)とした。評価結果を表2に示す。
(2) 感度の評価
前記(1)において、直径15μmの丸状残しパターンを複数有するフォトマスクを使用し、露光量を変量した以外は、上記「(1)解像度の評価」と同様にして基板上に丸状残しパターンを形成した。この丸状残しパターンの現像前と現像後の高さを、レーザー顕微鏡(キーエンス製VK−8500)を用いて測定した。これら値を下記式へ適用することで残膜率(%)を求めた。
残膜率(%)=(現像後高さ/現像前高さ)×100
この残膜率が90%以上になる露光量を感度とした。露光量が800J/m以下の場合、感度が良好と言える。評価結果を表1に示す。
(3)硬化膜形成時の昇華物揮発量の評価
シリコン基板上に感放射線性組成物の溶液をそれぞれスピンナーにより塗布し、塗布膜厚が6.0μmの被膜を形成した。この被膜について、ヘッドスペースガスクロマトグラフィー/質量分析(ヘッドスペースサンプラ:日本分析工業(株)製、型式名「JHS−100A」;ガスクロマトグラフィー/質量分析装置:日本分析工業(株)製、「JEOL JMS−AX505W型質量分析計」)により分析を行った。パージ条件を100℃/10minとし、光重合開始剤由来の揮発成分の発生に関するピーク面積Aを求めた。標準物質としてn−オクタン(比重:0.701;注入量:0.02μl)を使用し、そのピーク面積を基準として、下記式からn−オクタン換算による光重合開始剤由来の昇華物揮発量を算出し、結果を表1に示した。
昇華物揮発量(μg)=A×(n−オクタンの量(μg))/(n−オクタンのピーク面積)
この昇華物揮発量が1.5μg以下のとき、硬化膜からの昇華物が少なく、光重合開始剤の昇華性は十分低いと言える。
(4)現像時密着性の評価
前記(1)で露光量700J/mにおいて現像工程をテトラメチルアンモニウムヒドロキシド0.5重量%水溶液での25℃で180秒間現像に変更しパターンを形成したとき、8um丸状のマスクで形成した100パターン中、何パターンが剥離しているかをレーザー顕微鏡(VK-8500、キーエンス社製)で観察した。評価結果を表1に示す。
(5)耐熱性の評価
前記(1)でフォトマスクを介さず700J/m露光し得られた被膜ついて、更にオーブン中で230℃で20分加熱する前後での膜厚を触針式膜厚測定機(アルファステップIQ、KLAテンコール社製)で測定し、残膜率(処理後膜厚/処理前膜厚×100)算出した。評価結果を表1に示す。
(6)耐薬品性の評価
前記(1)で、フォトマスクを介さず700J/m露光し得られた被膜ついて、60℃に加温した配向膜剥離液ケミクリーンTS−204(三洋化成工業(株)製)中に15分浸漬し、水洗後、更にオーブン中で120℃で15分乾燥させた。この処理前後の膜厚を触針式膜厚測定機(アルファステップIQ、KLAテンコール社製)で測定し、残膜率(処理後膜厚/処理前膜厚×100)算出した。評価結果を表1に示す。
(7) 透過率の評価
前記(1)で、フォトマスクを介さず700J/m露光し得られた被膜ついて、波長400nmにおける透過率を、分光光度計(150−20型ダブルビーム(日立製作所(株)製))を用いて測定して評価した。このとき、90%未満の場合に透明性が不良といえる。評価結果を表1に示す。
(8) 平坦性の評価
SiOディップガラス基板上に、顔料系カラーレジスト(JSR(株)製の「JCR RED 689」、「JCR GREEN 706」及び「CR 8200B」)を用いて、以下のように、赤、緑及び青の3色のストライプ状カラーフィルタを形成した。すなわち、スピンナーを用いて、上記カラーレジストの1色をSiOディップガラス基板に塗布し、ホットプレート上で90℃、150秒間プレベークして塗膜を形成した。その後、露光機Canon PLA501F(キヤノン(株)製)を用い、所定のパターンマスクを介して、ghi線(波長436nm、405nm、365nmの強度比=2.7:2.5:4.8)をi線換算で2,000J/mの露光量にて照射し、次いで0.05質量%水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、超純水にて60秒間リンスした。続いて、更にオーブン中で230℃にて30分間加熱処理することにより、単色のストライプ状カラーフィルタを形成した。この操作を3色につき繰り返すことにより、赤、緑及び青の3色のストライプ状カラーフィルタ(ストライプ幅200μm)を形成した。
測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向及び赤・赤、緑・緑、青・青の同一色のストライプライン長軸方向の2方向とし、各方向につき測定点数n=5(合計のn数は10)にて、カラーフィルタ基板の表面の凹凸を、接触式膜厚測定装置(ケーエルエー・テンコール(株)製の「アルファ−ステップ」)で測定したところ、1.0μmであった。このカラーフィルタが形成された基板に、各々の熱硬化性樹脂組成物をスピンナーにて塗布した後、ホットプレート上において90℃にて5分間プレベークして塗膜を形成した後、更にクリーンオーブン中において230℃にて60分間ポストベークすることにより、カラーフィルタの上面からの膜厚が約2.0μmの保護膜を形成した。
このように形成したカラーフィルタ上に保護膜を有する基板について、接触式膜厚測定装置(ケーエルエー・テンコール(株)製の「アルファ−ステップ」)にて、保護膜の表面の凹凸を測定した。この測定は、測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向及び赤・赤、緑・緑、青・青の同一色のストライプライン長軸方向の2方向とし、各方向につき測定点数n=5(合計のn数は10)で行い、各測定ごとの最高部と最底部の高低差(nm)の10回の平均値を求め、保護膜の平坦化能(平坦性)の評価として表1に示した。この値が200nm以下のとき、保護膜の平坦化能は良好であると言える。
(9) 電圧保持率の評価
調製した液状組成物を、表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO膜が形成され、さらにITO(インジウム−酸化錫合金)電極を所定形状に蒸着したソーダガラス基板上に、スピンコートしたのち、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。
次いで、フォトマスクを介さずに、塗膜に500J/mの露光量で露光した。その後、この基板を23℃の0.04重量%水酸化カリウム水溶液からなる現像液に1分間浸漬して、現像したのち、超純水で洗浄して風乾し、さらに230℃で30分間ポストベークを行い塗膜を硬化させて、永久硬化膜を形成した。
次いで、この画素を形成した基板とITO電極を所定形状に蒸着しただけの基板とを、0.8mmのガラスビーズを混合したシール剤で貼り合わせたのち、メルク製液晶MLC6608(商品名)を注入して、液晶セルを作製した。
次いで、液晶セルを60℃の恒温層に入れて、液晶セルの電圧保持率を、(株)東陽テクニカ製液晶電圧保持率測定システム「VHR−1A型」(商品名)により測定した。このときの印加電圧は5.5Vの方形波、測定周波数は60Hzである。ここで電圧保持率とは、(16.7ミリ秒後の液晶セル電位差/0ミリ秒で印加した電圧)の値である。液晶セルの電圧保持率が90%以下であると、液晶セルは16.7ミリ秒の時間、印加電圧を所定レベルに保持できず、十分に液晶を配向させることができないことを意味し、残像などの “焼き付き”を起こすおそれが高い。

















Figure 2011112823
表1中、各成分の略称はそれぞれ次の意味である。
(B)化合物
B−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
B−2:アロニックスM−5300;(東亞合成(株)製)
(C)感放射線性重合開始剤
C−1:一般式(5)の化化合物
C−2:一般式(7)の化化合物
C−3:一般式(9)の化化合物
C−4:一般式(10)の化化合物
(D)化合物 (C)以外の感放射線性重合開始剤
D−1:エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)(商品名「イルガキュアOXE02」、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
D−2:2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン(商品名「イルガキュア907」、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
D−3:2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン(商品名「イルガキュア379」、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
(E)化合物
E−1:トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト :フェノール型酸化防止剤(商品名「アデカスタブAO−20」アデカ社製)
E−2:1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン :フェノール型酸化防止剤(商品名「アデカスタブAO−330」アデカ社製)
(F)化合物
F−1:ノボラック型エポキシ樹脂(商品名「エピコート152」、ジャパンエポキシレジン(株)製)
(G)化合物
G-1:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
(H)化合物
H−1:シリコーン系界面活性剤((株)東レ・ダウコーニング製の「SH 8400 FLUID」)
(I)化合物
I-1:N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(メトキシメチル)メラミン

Claims (5)

  1. (A)カルボキシル基を有し、かつエポキシ基または(メタ)アクリロイル基から選ばれる少なくとも一種を有する重合体、
    (B)重合性不飽和化合物、
    (C)下記式(1)で示される感放射線性重合開始剤を含有することを特徴とする感放射線性組成物。
    Figure 2011112823
    (1)
    Figure 2011112823
    (式(1)において、R、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、nは1〜6の整数であり、Xは、式(2)(i)〜(iv)で示される二価の基のいずれかである。式(2)(i)において、mは1〜6の整数であり、式(2)(iii)において、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
  2. 前記(C)感放射線性重合開始剤以外の感放射線性重合開始剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  3. 液晶表示素子の層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーの形成用である請求項1及び2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. 以下の工程を以下に記載の順序で含むことを特徴とする層間絶縁膜、保護膜及びスペーサーの形成方法。
    (1)請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
    (2)該塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
    (3)現像工程、および
    (4)加熱工程。
  5. 請求項4に記載の方法により形成された層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー。
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