JP2012037677A - 感放射線性組成物、表示素子用スペーサー及びその形成方法 - Google Patents

感放射線性組成物、表示素子用スペーサー及びその形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、高い放射線感度を有し、また塗布ムラのない高度な平坦性(膜厚均一性)を有する表示素子用スペーサーを形成でき、さらに高速塗布が可能な感放射線性組成物、表示素子用スペーサー及びその形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、[A](メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を含有する芳香族樹脂、[B]重合性不飽和化合物、[C]感放射線性重合開始剤、並びに[D]有機溶媒を含有し、固形分濃度が10質量%以上30質量%以下であり、25℃における粘度が2.0mPa・s以上10mPa・s以下であり、かつ[D]有機溶媒として、少なくとも(D1)20℃における蒸気圧が0.1mmHg以上1mmHg未満の有機溶媒を含む感放射線性組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、感放射線性組成物、表示素子用スペーサー及びその形成方法に関する。
表示素子に用いられるスペーサー、保護膜等を形成する材料として感放射線性組成物が幅広く使用されている。この感放射線性組成物としては、例えば不飽和カルボン酸、エポキシ基含有不飽和化合物等からなる共重合体を含有する組成物が開示されている(特開2001−354822号公報参照)。しかし、この感放射線性組成物は放射線感度が十分ではなく、また、かかる組成物から形成される表示素子用スペーサー等は実用面で要求される性能を十分に満足するものではない。
一方、特開2002−131896号公報にはスピンコート法が開示されている。このスピンコート法は小型基板の中央に感放射線性組成物を滴下後、基板をスピンさせる塗布方法であって良好な塗布均一性が得られる。しかし、このスピンコート法により大型基板に塗布する場合にはスピンにより、振り切られて廃棄される感放射線性組成物が多くなること、高速回転による基板の割れが発生し得ること、タクトタイムを確保する必要があること等の不都合がある。また、より大型の基板に適用する場合には、スピンに必要な加速度を得るために特注のモーターを要し、製造コスト面で不利である。
そこでスピンコート法に代わる塗布方法として、感放射線性組成物をノズルから吐出して基板上に塗布する吐出ノズル式塗布法が採用されるようになっている。吐出ノズル式塗布法は、塗布ノズルを一定方向に掃引して基板上に塗膜を形成する塗布方法であって、スピンコート法と比較して塗布に必要な感放射線性組成物の量が低減でき、かつ塗布時間の短縮も図れ、製造コスト面で有利である。しかし、従来の感放射線性組成物を用いて吐出ノズル式塗布法により塗布した場合、塗布ムラが生じる場合があり、表示素子用スペーサー等に要求される高度な平坦性を実現することへの支障となっている。また、例えば特開2009−98673号公報には、この公報に記載の感放射線性組成物がスピンコート法以外の方法でも塗布可能である旨の記載はあるものの好適な粘度、固形分濃度、溶媒等は具体的に開示されておらず、実施例においても吐出ノズル式塗布法等による塗布はなされていない。
このような状況に鑑み、高い放射線感度を有し、また塗布ムラのない高度な平坦性(膜厚均一性)を有する表示素子用スペーサーを形成でき、これに加え高速塗布が可能な感放射線性組成物の開発が望まれている。
特開2001−354822号公報 特開2002−131896号公報 特開2009−98673号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は高い放射線感度を有し、また塗布ムラのない高度な平坦性(膜厚均一性)を有する表示素子用スペーサーを形成でき、さらに高速塗布が可能な感放射線性組成物、表示素子用スペーサー及びその形成方法の提供である。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A](メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を含有する芳香族樹脂(以下、「[A]芳香族樹脂」と称することがある)、
[B]重合性不飽和化合物
[C]感放射線性重合開始剤、並びに
[D]有機溶媒
を含有し、
固形分濃度が10質量%以上30質量%以下であり、25℃における粘度が2.0mPa・s以上10mPa・s以下であり、かつ
[D]有機溶媒として、少なくとも(D1)20℃における蒸気圧が0.1mmHg以上1mmHg未満の有機溶媒(以下、「(D1)有機溶媒」と称することがある)を含む感放射線性組成物である。
当該組成物は、上記特定構造の[A]芳香族樹脂、[B]重合性不飽和化合物及び[C]感放射線性重合開始剤を含有することから、露光時において高い放射線感度を有する。また、当該組成物の固形分濃度を上記特定範囲とすることで塗布ムラ(筋ムラ、ピン跡ムラ、モヤムラ等)の発生を効果的に抑制でき、さらに当該組成物の粘度を上記範囲とすることで膜厚均一性を維持しつつ、塗布ムラが生じても自発的に均し得る程度の粘度をバランスよく達成でき、かつ高速塗布性を実現できる。これに加えて、特定範囲の蒸気圧を有する[D]有機溶媒を用いることで吐出ノズル式塗布法を採用しても塗布ムラを防止しつつ高速塗布が可能となる。
[D]有機溶媒としては、(D2)20℃における蒸気圧が1mmHg以上20mmHg以下の有機溶媒(以下、「(D2)有機溶媒」と称することがある)をさらに含有し、(D2)有機溶媒の含有量が(D1)有機溶媒及び(D2)有機溶媒の合計量に対して10質量%以上50質量%以下であることが好ましい。蒸気圧が低い(D1)有機溶媒と、蒸気圧が高い(D2)有機溶媒との質量比を上記特定範囲とすることで、特にプレベーク後の塗膜中における残存溶媒量は最適化され、塗膜の流動性がバランスされたものとなり、結果として塗布ムラの発生を抑制し、膜厚均一性をさらに向上できる。また、残存溶媒量が最適化されることで酸発生が効率的になり放射線感度が良好となる傾向にある。
当該組成物は、(E1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される1種以上(以下、「(E1)化合物」と称することがある)と、(E2)エポキシ基含有不飽和化合物とを含む単量体(以下、「(E2)化合物」と称することがある)を共重合してなるアルカリ可溶性樹脂(以下、「[E]アルカリ可溶性樹脂」と称することがある)をさらに含有することが好ましい。当該組成物が、[E]アルカリ可溶性樹脂を含有することで放射線感度及び現像性に優れた感放射線性組成物が得られる。
当該組成物は、[F]フッ素原子及びシロキサン結合からなる群より選択される1種以上を有する界面活性剤(以下、「[F]界面活性剤」と称することがある)をさらに含有し[F]界面活性剤の含有量が[A]芳香族樹脂100質量部に対して0.01質量部以上2質量部以下であることが好ましい。また、[F]界面活性剤は(F1)下記式(1)で表される重合性化合物(以下、「(F1)重合性化合物」と称することがある)、(F2)下記式(2)で表される重合性化合物(以下、「(F2)重合性化合物」と称することがある)、及び(F3)下記式(3)で表される基を有する重合性化合物(以下、「(F3)重合性化合物」と称することがある)を重合させて得られる共重合体であることが好ましい。
Figure 2012037677
(式(1)中、Rは水素原子又はメチル基である。αは0〜6の整数である。βは1〜20の整数である。)
Figure 2012037677
(式(2)中、Rは水素原子又はメチル基である。Rは炭素数1〜12のアルキル基である。γは2又は3である。aは構造単位数であり、数平均値は1〜30である。)
Figure 2012037677
(式(3)中、R〜Rはそれぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、フェニル基又は下記式(4)で表される基である。bは0〜3の整数である。)
Figure 2012037677
(式(4)中、R、R及びR10はそれぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基又はフェニル基である。cは0〜3の整数である。)
当該組成物が、上記特定の[F]界面活性剤をさらに含有することで、塗膜の表面平滑性を向上することができ、その結果形成される表示素子用スペーサーの膜厚均一性をさらに向上できる。さらに、[F]界面活性剤の含有量を上記特定範囲とすることで塗膜の表面平滑性をより向上できる。
当該組成物から形成される表示素子用スペーサーは、本発明に好適に含まれる。当該表示素子用スペーサーの形成方法は、
(1)当該組成物を、吐出ノズルと基板とを相対的に移動させつつ、基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を加熱する工程
を有する。
当該形成方法においては、高速塗布が可能であると共に優れた放射線感度を有する当該感放射線性組成物を用い、感放射線性を利用した露光・現像・加熱によって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を形成できる。さらに、こうして形成されたスペーサーは、塗布ムラがなく高度な平坦性を有し、液晶表示素子、有機EL表示素子等の表示素子に好適に使用できる。
なお、本明細書にいう「吐出ノズル式塗布法」とは、ノズルを通じて当該組成物を被塗物に対して吐出し塗布する方法を意味し、例えば複数のノズル孔が列状に配列された吐出口を有するノズルを用いて当該組成物を塗布する方法、スリット状の吐出口を有するノズルを用いて当該組成物を塗布する方法等が挙げられ、基板上に当該組成物を塗布した後、基板をスピンさせて膜厚を調整する操作まで含めた概念である。また、本明細書にいう「感放射線性組成物」の「放射線」とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を含む概念である。
以上説明したように、本発明の感放射線性組成物は、高い放射線感度を有し、また、塗布ムラのない高度な平坦性(膜厚均一性)を有する表示素子用スペーサーを形成することができ、さらに高速塗布が可能な感放射線性組成物、表示素子用スペーサー及びその形成方法を提供できる。さらに、こうして形成されたスペーサーは、液晶表示素子、有機EL表示素子等の表示素子に好適に使用できる。
以下、本発明を詳細に説明する。
<感放射線性組成物>
本発明の感放射線性組成物は、[A]芳香族樹脂、[B]重合性不飽和化合物、[C]感放射線性重合開始剤、並びに[D]有機溶媒を含有する。また、当該組成物の固形分濃度は10質量%以上30質量%以下であり、25℃における粘度が2.0mPa・s以上10mPa・s以下であり、かつ[D]有機溶媒として、少なくとも(D1)20℃における蒸気圧が0.1mmHg以上1mmHg未満の有機溶媒を含む。さらに、当該組成物は好適な成分として、[E]アルカリ可溶性樹脂及び[F]界面活性剤を含有でき、必要に応じてその他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分を詳述する。
<[A]芳香族樹脂>
[A]芳香族樹脂は、ベンゼン環を有する直鎖状、分岐状の樹脂であり、(メタ)アクリロイル基及び現像性の観点からカルボキシル基を含有する。カルボキシル基の含有量は酸価で示される。[A]芳香族樹脂の酸価としては、10mgKOH/g〜500mgKOH/gが好ましい。10mgKOH/g以上であると、現像性がより良好となり、500mgKOH/g以下であれば硬化物の耐水性がより良好となる。本明細書における酸価はアルカリ性滴定溶液を用いた指示薬滴定法により測定できる。
[A]芳香族樹脂の製造方法としては、例えば
(i)芳香族樹脂中のフェノール性水酸基に、(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸ハライドを反応させて(メタ)アクリロイル基を導入し、カルボン酸無水物を水酸基に反応させてカルボキシル基を生成させる製造方法;
(ii)芳香族樹脂中のアルコール性水酸基に、(メタ)アクリロイル基含有イソシアネートを反応させて(メタ)アクリロイル基を導入し、カルボン酸無水物を水酸基に反応させてカルボキシル基を生成させる製造方法;
(iii)芳香族樹脂中のエポキシ基に、(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸を反応させてエポキシ基を開環させて水酸基を生成させ、次いで、この水酸基の一部に多価カルボン酸又は多価カルボン酸無水物を反応させる製造方法等が挙げられる。
これらのうち上記製造方法(iii)が好ましい。
芳香族樹脂としては、例えばビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールFジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのうち、硬化性の観点からフェノールノボラックエポキシ樹脂及びクレゾールノボラックエポキシ樹脂が好ましい。
(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸としては、例えば(メタ)アクリル酸が挙げられる。
多価カルボン酸及び多価カルボン酸無水物としては、例えば
マレイン酸、イタコン酸、フマル酸及びシトラコン酸等の不飽和多価カルボン酸、及びこれらの無水物;
シュウ酸、コハク酸、フタル酸、アジピン酸、ドデカン二酸、ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸及びオクタデセニルコハク酸等の飽和多価カルボン酸、及びこれらの無水物;
テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸等の芳香族多価カルボン酸、又は水素化芳香族多価カルボン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物等の芳香族多価カルボン酸無水物が挙げられる。これらのうち、反応性及び現像性の観点から飽和多価カルボン酸無水物が好ましい。
[A]芳香族樹脂の製造における(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸と芳香族樹脂との仕込み質量比としては、[A]芳香族樹脂の(メタ)アクリロイル基の含有量が1.0mmol/g以上となるような(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸の仕込み質量比が好ましい。
芳香族樹脂と(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸との反応における反応温度としては、70℃〜110℃が好ましい。また、反応時間としては5時間〜30時間が好ましい。
また、反応には必要に応じ触媒(例えばトリフェニルホスフィン等)及びラジカル重合禁止剤(例えばヒドロキノン、p−メトキシフェノール等)を使用してもよい。触媒及びラジカル重合禁止剤の使用量としては、(メタ)アクリロイル基含有モノカルボン酸の質量に基づいて、通常0.01質量%〜1質量%であり、0.05質量%〜0.5質量%が好ましい。
多価カルボン酸又は多価カルボン酸無水物の仕込み当量としては、[A]芳香族樹脂の酸価が10mgKOH/g〜500mgKOH/gとなるような仕込み当量が好ましく、30mgKOH/g〜400mgKOH/gがより好ましい。
多価カルボン酸又は多価カルボン酸無水物との反応における反応温度としては、70℃〜110℃が好ましい。反応時間としては、3時間〜10時間が好ましい。
[A]芳香族樹脂としては、市販品を使用してもよく、例えばクレゾールノボラック型酸変性エポキシ樹脂(CCR−1306H、日本化薬社)、フェノールノボラック型酸変性エポキシ樹脂(PCR−2000、日本化薬社)等が挙げられる。
[A]芳香族樹脂の数平均分子量(Mn)は、感放射線性組成物としての感度と解像度の観点から、通常500〜30,000であり、1,000〜10,000が好ましく、1,500〜5,000がより好ましい。なお、本明細書における重合体の重量平均分子量(Mw)及びMnは下記の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
装置:GPC−101(昭和電工社)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
[A]芳香族樹脂の溶解度パラメーター(SP値)としては、7〜14が好ましく、8〜13がより好ましく、11〜13が特に好ましい。SP値が7以上であるとより現像性が良好となり、14以下であると硬化物の耐水性が良好となる。本明細書におけるSP値は、Fedorsらが提案した下記の文献に記載の方法により計算される。「POLYMERENGINEERINGANDSCIENCE,FEBRUARY,1974,Vol.14,No.2,ROBERTF.FEDORS.(第147頁〜第154頁)」
<[B]重合性不飽和化合物>
当該組成物に含有される[B]重合性不飽和化合物は、後述する[C]感放射線性重合開始剤の存在下において放射線を照射することにより重合する不飽和化合物である。このような重合性不飽和単量体としては、重合性が良好であり、得られるスペーサー等の強度が向上するという観点から、単官能、2官能又は3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
単官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルメタクリレート、(2−アクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート、(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート、ω―カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート等が挙げられる。市販品としては、例えばアロニックスM−101、同M−111、同M−114、同M−5300(以上、東亞合成社);KAYARADTC−110S、同TC−120S(以上、日本化薬社);ビスコート158、同2311(以上、大阪有機化学工業社)等が挙げられる。
2官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えばエチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート等が挙げられる。市販品としては、例えばアロニックスM−210、同M−240、同M−6200(以上、東亞合成社);KAYARADHDDA、同HX−220、同R−604(以上、日本化薬社);ビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業社);ライトアクリレート1,9−NDA(共栄社化学社)等が挙げられる。
3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリ(2−アクリロイルオキシエチル)フォスフェート、トリ(2−メタクリロイルオキシエチル)フォスフェート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレートの他、直鎖アルキレン基及び脂環式構造を有し、かつ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個以上の水酸基とを有し、かつ3個、4個又は5個の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物と反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート系化合物等が挙げられる。市販品としては、例えばアロニックスM−309、同M−400、同M−405、同M−450、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同TO−1450(以上、東亞合成社);KAYARADTMPTA、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同DPEA−12(以上、日本化薬社);ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業社);多官能ウレタンアクリレート系化合物を含有する市販品としては、ニューフロンティアR−1150(第一工業製薬社)、KAYARAD DPHA−40H(日本化薬社)等が挙げられる。
これらの[B]重合性不飽和化合物のうち、ω―カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートや、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、多官能ウレタンアクリレート系化合物を含有する市販品等が好ましい。
上記の[B]重合性不飽和化合物は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。当該組成物における[B]重合性不飽和化合物の使用割合としては、[A]芳香族樹脂100質量部に対して、30質量部〜250質量部が好ましく、50質量部〜200質量部がより好ましい。[B]重合性不飽和化合物の使用量が30質量部〜250質量部の場合、当該組成物の感度、得られる表示素子用スペーサー等の耐熱性並びに弾性特性がより良好となる。
<[C]感放射線性重合開始剤>
当該組成物に含有される[C]感放射線性重合開始剤は、放射線に感応して[B]重合性不飽和化合物の重合を開始しうる活性種を生じる成分である。このような[C]感放射線性重合開始剤としては、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等が挙げられる。
O−アシルオキシム化合物としては、例えばエタノン−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−9H−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)−9H−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)−9H−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)−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−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−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−5−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−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−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)等が挙げられる。これらのうち、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)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)又はエタノン−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}−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)が好ましい。これらO−アシルオキシム化合物は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
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が挙げられる。
α−アミノケトン化合物としては、例えば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−オン等が挙げられる。
α−ヒドロキシケトン化合物としては、例えば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等が挙げられる
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−オン又は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−オンがより好ましい。
ビイミダゾール化合物としては、例えば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’−ビイミダゾール等が挙げられる。これらのうち、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’−ビイミダゾール又は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、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’−ビイミダゾールがより好ましい。
[C]感放射線性重合開始剤としては、市販品を使用してもよく、例えば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(イルガキュア907、2−(4−メチルベンジル)−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン(イルガキュア379)、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)(イルガキュアOXE02)(以上、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)等が挙げられる。
[C]感放射線性重合開始剤の使用割合としては、[A]芳香族樹脂100質量部に対して、1質量部〜60質量部が好ましく、2質量部〜50質量部がより好ましく、5質量部〜40質量部が特に好ましい。上記特定範囲で[C]感放射線性重合開始剤を使用することにより、低露光量の場合でも高い硬度及び密着性を有する表示素子用スペーサーを形成できる。
<[D]有機溶媒>
当該組成物は、[D]有機溶媒に[A]芳香族樹脂、[B]重合性不飽和化合物、[C]感放射線性重合開始剤、及び必要に応じて[E]アルカリ可溶性樹脂、[F]界面活性剤、その他の任意成分を混合することによって溶解又は分散させた状態に調製される。[D]有機溶媒としては、少なくとも(D1)有機溶媒を含有し、さらに(D2)有機溶媒を含有することが好ましい。特定範囲の蒸気圧を有する[D]有機溶媒を用いることで、吐出ノズル式塗布法を採用しても、塗布ムラを防止しつつ高速塗布が可能となる。なお、蒸気圧の測定は、公知の方法を使用できるが、本明細書ではトランスピレーション法(気体流通法)により測定した値をいう。
[D]有機溶媒としては、上記各構成要素を均一に溶解又は分散し、各構成要素と反応しないものが好適に用いられる。このような[D]有機溶媒としては、例えばアルコール類、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールジアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル類、ジ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類、乳酸エステル類、脂肪族カルボン酸エステル類、アミド類、ケトン類等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
(D1)有機溶媒としては、例えば
ベンジルアルコール等のアルコール類;
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モノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;
エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル等のエチレングリコールジアルキルエーテル類;
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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
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等のジエチレングリコールモノアルキルエーテル類;
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等のジエチレングリコールジアルキルエーテル類;
ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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モノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル等のジプロピレングリコールジアルキルエーテル類;
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、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のジ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類;
乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸n−アミル、乳酸イソアミル等の乳酸エステル類;
ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;
N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等のケトン類等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
(D2)有機溶媒としては、例えばジエチレングリコールジメチルエーテル、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モノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、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、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸n−ブチル、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、3−メトキシプロピオン酸メチル、乳酸メチル、乳酸エチル等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
(D1)有機溶媒と(D2)有機溶媒を混合して使用する場合、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル/ジエチエ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エチルメチルエーテル/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル/シクロヘキサノン、ジエチレングリコールジエチルエーテル/ジエチエ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、ジエチレングリコールジエチルエーテル/シクロヘキサノン、ジエチレングリコールジエチルエーテル/3−メトキシプロピオン酸メチル、ジエチレングリコールジエチルエーテル/メチルイソブチルケトン、ジエチレングリコールジエチルエーテル/酢酸n−ブチル等の組み合わせが好ましい。なお、(D1)有機溶媒又は(D2)有機溶媒は、2種以上を混合して使用してもよく、例えば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/シクロヘキサノン/3−メトキシプロピオン酸メチル等の組み合わせが挙げられる。
(D2)有機溶媒の含有量としては、(D1)有機溶媒と(D2)有機溶媒との合計量に対して10質量%以上50質量%以下が好ましい。蒸気圧が低い(D1)有機溶媒と蒸気圧が高い(D2)有機溶媒との質量比を上記特定範囲とすることで、特にプレベーク後の塗膜中における残存溶媒量は最適化され、塗膜の流動性がバランスされたものとなり、結果として塗布ムラの発生を抑制し、膜厚均一性をさらに向上できる。また、残存溶媒量が最適化されることで酸発生が効率的になり放射線感度が良好となる傾向にある。
当該組成物の固形分濃度としては、10質量%以上30質量%以下である。当該組成物の固形分濃度としては、20質量%以上25質量%以下が好ましい。当該組成物の固形分濃度を上記範囲とすることで、塗布ムラの発生を効果的に抑制できる。
当該組成物の25℃における粘度としては、2.0mPa・s以上10mPa・s以下である。好ましくは、3mPa・s以上5mPa・s以下である。当該組成物の粘度を上記範囲とすることで、膜厚均一性を維持しつつ、塗布ムラが生じても自発的に均し得る程度の粘度をバランスよく達成でき、かつ高速塗布性を実現できる。
<[E]アルカリ可溶性樹脂>
当該組成物は、[E](E1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される1種以上と、(E2)エポキシ基含有不飽和化合物とを含む単量体を共重合してなるアルカリ可溶性樹脂をさらに含有することが好ましい。
[E]アルカリ可溶性樹脂は、溶媒中で重合開始剤の存在下、(E1)化合物及び(E2)化合物とを含む単量体をラジカル重合することによって製造できる。また、[E]アルカリ可溶性樹脂の製造においては、(E1)化合物及び(E2)化合物と共に、(E3)化合物として上記(E1)及び(E2)以外の不飽和化合物をラジカル重合することが好ましい。
(E1)化合物としては、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の無水物、多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステル、両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレート、カルボキシル基を有する不飽和多環式化合物及びその無水物等が挙げられる。
不飽和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、クロトン酸等;
不飽和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、メサコン酸、イタコン酸等;
不飽和ジカルボン酸の無水物としては、例えば上記ジカルボン酸として例示した化合物の無水物等;
多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステルとしては、例えばコハク酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕等;
両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレートとしては、例えばω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等;
カルボキシル基を有する不飽和多環式化合物及びその無水物としては、例えば5−カルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン無水物等が挙げられる。
これらのうち、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の無水物が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸が、共重合反応性、アルカリ水溶液に対する溶解性及び入手の容易性からより好ましい。これらの(E1)化合物は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
[E]アルカリ可溶性樹脂は、(E1)化合物から誘導される構造単位を、(E1)化合物並びに(E2)(及び必要に応じて任意の(E3)化合物)から誘導される構造単位の合計に基づいて、好ましくは5質量%〜40質量%、特に好ましくは5質量%〜25質量%含有する。[E]アルカリ可溶性樹脂における(E1)化合物から誘導される構造単位の割合を5質量%〜40質量%とすることによって、[E]アルカリ可溶性樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性を最適化すると共に、放射線感度及び現像性に優れた感放射線性組成物が得られる。
(E2)化合物はラジカル重合性を有するエポキシ基含有不飽和化合物である。エポキシ基としては、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造)が挙げられる。
オキシラニル基を有する不飽和化合物としては、例えばアクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、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、アクリル酸−3,4−エポキシブチル、メタクリル酸−3,4−エポキシブチル、アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、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、3,4−エポキシシクロへキシルメタクリレート等が挙げられる。これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、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、3,4−エポキシシクロヘキシルメタクリレートが、共重合反応性及び樹脂組成物の硬化性の向上の観点から好ましい。
オキセタニル基を有する不飽和化合物としては、例えば
3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン等のアクリル酸エステル;
3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。これらの(E2)化合物は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
[E]アルカリ可溶性樹脂は、(E2)化合物から誘導される構造単位を、(E1)化合物並びに(E2)化合物(及び任意の(E3)化合物)から誘導される構造単位の合計に基づいて、好ましくは10質量%〜80質量%、より好ましくは10質量%〜50質量%含有している。[E]アルカリ可溶性樹脂における(E2)化合物から誘導される構造単位の割合を10質量%〜80質量%とすることによって、優れた耐溶媒性及び耐アルカリ性を有するスペーサーを形成できる。
(E3)化合物は、上記の(E1)化合物及び(E2)化合物以外であって、ラジカル重合性を有する不飽和化合物であれば特に制限されるものではない。(E3)化合物としては、例えばメタクリル酸鎖状アルキルエステル、メタクリル酸環状アルキルエステル、水酸基を有するメタクリル酸エステル、アクリル酸環状アルキルエステル、メタクリル酸アリールエステル、アクリル酸アリールエステル、不飽和ジカルボン酸ジエステル、ビシクロ不飽和化合物、マレイミド化合物、不飽和芳香族化合物、共役ジエン、テトラヒドロフラン骨格、フラン骨格、テトラヒドロピラン骨格、ピラン骨格、下記式(5)で表される骨格をもつ不飽和化合物、下記式(6)で表されるフェノール性水酸基含有不飽和化合物及びその他の不飽和化合物が挙げられる。
Figure 2012037677
(式(5)中、R11は水素原子又はメチル基である。mは1以上の整数である。)
Figure 2012037677
(式(6)中、R12は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。R13〜R17はそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、又は炭素数1〜4のアルキル基である。Xは単結合、−COO−、又は−CONH−である。pは0〜3の整数である。但し、R13〜R17の少なくとも1つはヒドロキシル基である。)
メタクリル酸鎖状アルキルエステルとしては、例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、n−ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、n−ステアリルメタクリレート等が挙げられる。
メタクリル酸環状アルキルエステルとしては、例えばシクロヘキシルメタクリレート、2−メチルシクロヘキシルメタクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルメタクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシエチルメタクリレート、イソボロニルメタクリレート等が挙げられる。
水酸基を有するメタクリル酸エステルとしては、例えばヒドロキシメチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート、2−メタクリロキシエチルグリコサイド、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート等が挙げられる。
アクリル酸環状アルキルエステルとしては、例えばシクロヘキシルアクリレート、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルアクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシエチルアクリレート、イソボロニルアクリレート等が挙げられる。
メタクリル酸アリールエステルとしては、例えばフェニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート等が挙げられる。
アクリル酸アリールエステルとしては、例えばフェニルアクリレート、ベンジルアクリレート等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸ジエステルとしては、例えばマレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等が挙げられる。
ビシクロ不飽和化合物としては、例えばビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジメトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジエトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−t−ブトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−シクロヘキシルオキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−フェノキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(t−ブトキシカルボニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(シクロヘキシルオキシカルボニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−(2’−ヒドロキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(ヒドロキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(2’−ヒドロキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシメチル−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン等が挙げられる。
マレイミド化合物としては、例えばN−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミド、N−(4−ヒドロキシベンジル)マレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジニル)マレイミド等が挙げられる。
不飽和芳香族化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレン等が挙げられる。
共役ジエンとしては、例えば1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等が挙げられる。
テトラヒドロフラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えばテトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2−メタクリロイルオキシ−プロピオン酸テトラヒドロフルフリルエステル、3−(メタ)アクリロイルオキシテトラヒドロフラン−2−オン等が挙げられる。
フラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば2−メチル−5−(3−フリル)−1−ペンテン−3−オン、フルフリル(メタ)アクリレート、1−フラン−2−ブチル−3−エン−2−オン、1−フラン−2−ブチル−3−メトキシ−3−エン−2−オン、6−(2−フリル)−2−メチル−1−ヘキセン−3−オン、6−フラン−2−イル−ヘキシ−1−エン−3−オン、アクリル酸−2−フラン−2−イル−1−メチル−エチルエステル、6−(2−フリル)−6−メチル−1−ヘプテン−3−オン等が挙げられる。
テトラヒドロピラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば(テトラヒドロピラン−2−イル)メチルメタクリレート、2,6−ジメチル−8−(テトラヒドロピラン−2−イルオキシ)−オクト−1−エン−3−オン、2−メタクリル酸テトラヒドロピラン−2−イルエステル、1−(テトラヒドロピラン−2−オキシ)−ブチル−3−エン−2−オン等が挙げられる。
ピラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば4−(1,4−ジオキサ−5−オキソ−6−ヘプテニル)−6−メチル−2−ピラン、4−(1,5−ジオキサ−6−オキソ−7−オクテニル)−6−メチル−2−ピラン等が挙げられる。
上記式(5)で表される骨格を含有する不飽和化合物としては、例えばポリエチレングリコール(n=2〜10)モノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2〜10)モノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
上記式(6)で表されるフェノール性水酸基含有不飽和化合物としては、Xとpの定義により下記式(7)〜(11)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012037677
(式(7)中、qは1から3の整数である。R12〜R17は上記式(6)と同義である。)
Figure 2012037677
(式(8)中、R12〜R17は上記式(6)と同義である。)
Figure 2012037677
(式(9)中、rは1から3の整数である。R12〜R17は上記式(6)と同義である。)
Figure 2012037677
(式(10)中、R12〜R17は上記式(6)と同義である。)
Figure 2012037677
(式(11)中、R12〜R17は上記式(6)と同義である。)
その他の不飽和化合物としては、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、メタクリルアミド、酢酸ビニル等が挙げられる。
これらの(E3)化合物のうち、メタクリル酸鎖状アルキルエステル、メタクリル酸環状アルキルエステル、マレイミド化合物、テトラヒドロフラン骨格、フラン骨格、テトラヒドロピラン骨格、ピラン骨格、上記式(5)で表される骨格を有する不飽和化合物、上記式(6)で表されるフェノール性水酸基含有不飽和化合物、不飽和芳香族化合物、アクリル酸環状アルキルエステルが好ましい。これらのうち、スチレン、t−ブチルメタクリレート、n−ラウリルメタクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルメタクリレート、p−メトキシスチレン、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(n=2〜10)モノ(メタ)アクリレート、3−(メタ)アクリロイルオキシテトラヒドロフラン−2−オン、4−ヒドロキシベンジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、o−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、α−メチル−p−ヒドロキシスチレンが、共重合反応性及びアルカリ水溶液に対する溶解性の点からより好ましい。これらの(E3)化合物は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
[E]アルカリ可溶性樹脂は、任意成分である(E3)化合物から誘導される構造単位を、(E1)化合物、(E2)及び(E3)から誘導される構造単位の合計に基づいて、好ましくは1質量%〜65質量%、より好ましくは5質量%〜60質量%含有していてもよい。この構造単位の割合を1質量%〜50質量%とすることによって、アルカリ水溶液に対する現像性、及び形成されるスペーサーの耐溶媒性が共に優れた感放射線性組成物を得ることができる。
[E]アルカリ可溶性樹脂のMwとしては、2×10〜1×10が好ましく、5×10〜5×10がより好ましい。[E]アルカリ可溶性樹脂のMwを2×10〜1×10とすることによって、当該組成物の放射線感度及び現像性(所望のパターン形状を正確に形成する特性)を高めることができる。
[E]アルカリ可溶性樹脂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、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モノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル、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、ケトン類、エステル等が挙げられる。
アルコールとしては、例えばベンジルアルコール等;
グリコールエーテルとしては、例えば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等;
エチレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えばエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等;
ジエチレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えば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等;
ジエチレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えば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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等;
ジプロピレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えばジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルメチルエーテル等;
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル等;
プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート等;
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としては、例えばプロピレングリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールプロピルエーテルプロピオネート等;
ケトンとしては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、メチルイソアミルケトン等;
エステルとしては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル等が挙げられる。
これらの溶媒のうち、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モノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、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アルキルエーテルアセテートが好ましく、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エチルメチルエーテル、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メチルエーテルアセテートがより好ましい。
[E]アルカリ可溶性樹脂を製造するための重合反応に用いられる重合開始剤としては、一般的にラジカル重合開始剤として知られているものが使用できる。ラジカル重合開始剤としては、例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、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)等のアゾ化合物;ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物及び過酸化水素が挙げられる。ラジカル重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、過酸化物を還元剤とともに用いてレドックス型開始剤としてもよい。
[E]アルカリ可溶性樹脂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できる。分子量調整剤としては、例えばクロロホルム、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。
<[F]界面活性剤>
[F]界面活性剤は(F1)重合性化合物、(F2)重合性化合物及び(F3)重合性化合物を重合させて得られる共重合体であることが好ましい。当該組成物において、[F]界面活性剤はさらに(F4)炭素数1〜8の非置換アルキルエステル基を有する重合性不飽和化合物(以下、「(F4)重合性化合物」と称することがある)に由来する構造単位を有することが好ましく、(F5)一分子中に2個以上の不飽和結合を有する重合性不飽和化合物(以下、「(F5)重合性化合物」と称することがある)に由来する構造単位をさらに有することがより好ましく、(F1)重合性化合物〜(F5)重合性化合物を含む組成物が特に好ましい。当該組成物において、[F]界面活性剤は表面張力の低下性能が高い界面活性剤として機能し、これを少ない割合で使用した場合でも、形成されるスペーサーの表面の平坦性を顕著に向上できる。
上記式(1)における基−Cα2α−は、メチレン基若しくはアルキルメチレン基、又は直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基である。基−Cα2α−が左右非対称であるとき、その結合の方向は問わない。基−Cα2α−の炭素数αは2〜4が好ましい。基−Cα2α−としては、例えば1,2−エチレン基、1,2−プロピレン基、1,3−プロピレン基、1,4−ブチレン基等が挙げられる。これらのうち1,2−エチレン基又は1,3−プロピレン基が好ましく、1,2−エチレン基がより好ましい。
上記式(1)における基−Cβ2β+1は直鎖状又は分岐状のフルオロアルキル基である。基−Cβ2β+1の炭素数βは1〜20であり、1〜12が好ましく、1〜8がより好ましく、2〜8が特に好ましい。基−Cβ2β+1は直鎖状のフルオロアルキル基が好ましい。
(F1)重合性化合物としては、例えば下記式(f1−1)〜(f1−8)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012037677
Figure 2012037677
Figure 2012037677
Figure 2012037677
Figure 2012037677
Figure 2012037677
Figure 2012037677
Figure 2012037677
上記式(2)における基−Cγ2γ−は、直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。基−Cγ2γ−が左右非対称であるとき、その結合の方向は問わない。基−Cγ2γ−としては、例えば1,2−エチレン基及び1,2−プロピレン基が挙げられ、1,2−エチレン基が好ましい。
(F2)重合性化合物は、上記式(2)における繰り返し単位数aの値が異なる化合物の混合物として使用される。aの数平均値は1〜30であり、2〜20が好ましく、4〜12がより好ましい。(F2)重合性化合物においてγが2の場合(メタ)アクリル酸にエチレンオキサイド、γが3の場合(メタ)アクリル酸にプロピレンオキサイドをそれぞれ反応させて合成する。このとき、(メタ)アクリル酸1モルに対して導入されるエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドのモル数によりaの値が異なる。このaの値は、(F2)重合性化合物につきゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量を求め、(メタ)アクリル酸1モルに対して導入されるエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドの仕込みのモル数から上記で求めた数平均分子量となる値を計算することにより求めることができる。
(F2)重合性化合物としては、市販品を好適に使用できる。市販品としては、例えばNK−エステルM−40G、NK−エステルM−90G、AM−90G(以上、新中村化学工業社;ブレンマーPME−200、PME−400、PME−550(以上、日油社)等が挙げられる。
上記(F3)重合性化合物は、上記式(3)においてR及びRがそれぞれ複数存在するときには、各Rは同一であっても異なっていてもよく、各Rは同一であっても異なっていてもよい。また、上記式(4)において、R及びR10がそれぞれ複数存在するときには、各Rは同一であっても異なっていてもよく、各R10は同一であっても異なっていてもよい。また、(F3)重合性化合物としては、上記式(3)において、R、R及びRが、それぞれ炭素数1〜20のアルキル基又はフェニル基であり、かつR及びRがそれぞれ上記式(4)で表される基を有する重合性不飽和化合物であることが好ましい。
(F3)重合性化合物としては、下記式(f3−1)で表される化合物が好ましい。
Figure 2012037677
(式(f3−1)中、RSiは上記式(4)で表される基である。R18は水素原子又はメチル基である。dは1〜3の整数である。)
化合物(f3−1)としては、例えば下記式(f3−1−1)、(f3−1−2)及び(f3−1−3)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012037677
(式(f3−1−1)中、Meはメチル基である。s、t及びuはそれぞれ0〜3の整数である。)
Figure 2012037677
(式(f3−1−2)中、Me並びにs、t及びuは上記式(f3−1−1)と同義である。)
Figure 2012037677
(式(f3−1−3)中、Me並びにs、t及びuは上記式(f3−1−1)と同義である。Phはフェニル基である。)
(F4)重合性化合物としては、例えば炭素数1〜8の非置換アルキル基を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。非置換アルキル基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えばn−ブチルメタクリレート、メチルメタクリレート、2−エチルへキシルアクリレート等が挙げられる。
(F5)重合性化合物としては、例えばテトラメチレングリコール、重合度1〜20のポリエチレングリコール、重合度1〜20のポリプロピレングリコール等の両末端をメタクリレート化した化合物が挙げられる。(F5)重合性化合物としては、市販品を好適に使用することができる。市販品としては、例えばNKエステル1G、同2G、同3G、同4G、同9G、同14G(新中村化学工業社)等が挙げられる。
[F]界面活性剤が上述のような(F1)重合性化合物、(F2)重合性化合物及び(F3)重合性化合物に由来する構造単位を有する場合、これらの重合性化合物の全量に対する各重合性化合物の使用割合は、(F1)重合性化合物につき10質量%〜55質量%であり、(F2)重合性化合物につき10質量%〜50質量%であり、(F3)重合性化合物につき5質量%〜45質量%である。
[F]界面活性剤が、さらに(F4)重合性化合物に由来する構造単位を有する場合、重合性化合物の全量に対する各重合性化合物の使用割合は、(F1)重合性化合物につき20質量%〜50質量%であり、(F2)重合性化合物につき15質量%〜40質量%であり、(F3)重合性化合物につき10質量%〜30質量%であり、(F4)重合性化合物につき20質量%〜35質量%である。
[F]界面活性剤が、さらに(F5)重合性化合物に由来する構造単位を有する場合、重合性不飽和化合物の全量に対する各重合性化合物の使用割合は、(F1)重合性化合物につき25質量%〜35質量%であり、(F2)重合性化合物につき20質量%〜30質量%であり、(F3)重合性化合物につき15質量%〜20質量%であり、(F4)重合性化合物につき25質量%〜35質量%であり、そして(F5)重合性化合物につき1質量%〜5質量%である。[F]界面活性剤を形成するための化合物(F1)〜(F5)の各々は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。
[F]界面活性剤のMwは、5,000〜25,000であるが、10,000〜25,000が好ましく、15,000〜25,000がより好ましい。[F]界面活性剤の分子量分布(Mw/Mn)は、1〜10が好ましく、2〜4がより好ましい。
[F]界面活性剤の製造方法は、特に限定されず、公知の方法、例えばラジカル重合法、カチオン重合法、アニオン重合法等の重合機構に基づき、溶液重合法、塊状重合法、エマルジョン重合法等によって製造できる。これらのうち、溶液中におけるラジカル重合法が簡便であるため、工業的に好ましい。
[F]界面活性剤を製造する際に用いられる重合開始剤としては、例えば過酸化ベンゾイル、過酸化ジアシル等の過酸化物;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、フェニルアゾトリフェニルメタン等のアゾ化合物等が挙げられる。
[F]界面活性剤の製造は、溶媒の存在下又は非存在下のいずれでも実施することができるが、作業性の点から溶媒存在下で行うことが好ましい。上記溶媒としては、例えば上述の[E]アルカリ可溶性樹脂の項で説明したものと同様の溶媒が挙げられる。
[F]界面活性剤の製造に際しては、必要に応じて、さらにラウリルメルカプタン、2−メルカプトエタノール、エチルチオグリコール酸、オクチルチオグリコール酸等の連鎖移動剤を使用してもよい。
当該組成物における[F]界面活性剤の使用割合としては、[A]芳香族樹脂100質量部に対して、0.01質量部〜3質量部が好ましく、0.05質量部〜2質量部がより好ましい。[F]界面活性剤をこのような割合で用いることによって、塗布ムラのない高度な平坦性を有するスペーサーを形成できる。
<その他の任意成分>
当該組成物は、上記の[A]〜[F]成分に加え、発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて密着助剤、塩基性化合物、キノンジアジド化合物等のその他の任意成分を含有できる。これらのその他の任意成分は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。以下、各成分を詳述する。
[密着助剤]
当該組成物においては、基板となる無機物、例えばシリコーン、酸化シリコーン、窒化シリコーン等のシリコーン化合物、金、銅、アルミニウム等の金属と絶縁膜との接着性を向上させるために密着助剤を使用できる。このような密着助剤としては、官能性シランカップリング剤が好ましく使用される。官能性シランカップリング剤としては、例えばカルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基(好ましくはオキシラニル基)、チオール基等の反応性置換基を有するシランカップリング剤が挙げられる。
官能性シランカップリング剤としては、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−イソシアネ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、γ−グリシドキシプロピルアルキルジアルコキシシラン、γ−クロロプロピルトリアルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、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等が挙げられる。これらのうち、γ−グリシドキシプロピルアルキルジアルコキシシラン、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、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
密着助剤の使用量としては[A]芳香族樹脂100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下が好ましく、1質量部以上10質量部以下がより好ましい。密着助剤の量を上記範囲とすることによって、形成されるスペーサーと基板との密着性が改善される。
[塩基性化合物]
塩基性化合物としては、化学増幅レジストで用いられるものから任意に選択して使用できる。塩基性化合物としては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン、4級アンモニウムヒドロキシド、カルボン酸4級アンモニウム塩等が挙げられる。当該組成物に塩基性化合物を含有させることにより、露光により発生した酸の拡散長を適度に制御することができ、パターン現像性を良好にできる。
脂肪族アミンとしては、例えばトリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、例えばアニリン、ベンジルアミン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン等が挙げられる。
複素環式アミンとしては、例えばピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、N−メチル−4−フェニルピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、8−オキシキノリン、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5,3,0]−7ウンデセン等が挙げられる。
4級アンモニウムヒドロキシドとしては、例えば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、テトラ−n−ブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
カルボン酸4級アンモニウム塩としては、例えばテトラメチルアンモニウムアセテート、テトラメチルアンモニウムベンゾエート、テトラ−n−ブチルアンモニウムアセテート、テトラ−n−ブチルアンモニウムベンゾエート等が挙げられる。
当該組成物における塩基性化合物の使用量としては、[A]芳香族樹脂100質量部に対して0.001質量部〜1質量部が好ましく、0.005質量部〜0.2質量部がより好ましい。塩基性化合物の含有量を上記範囲とすることでパターン現像性が良好となる。
[キノンジアジド化合物]
キノンジアジド化合物は、放射線の照射によりカルボン酸を発生する化合物である。キノンジアジド化合物としては、フェノール性化合物又はアルコール性化合物(母核)と1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの縮合物が用いられる。
母核としては、例えばトリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、ペンタヒドロキシベンゾフェノン、ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、(ポリヒドロキシフェニル)アルカン、その他の母核が挙げられる。
トリヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6−トリヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
テトラヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,3’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,2’−テトラヒドロキシ−4’−メチルベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシ−3’−メトキシベンゾフェノン等が挙げられる。
ペンタヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,3,4,2’,6’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
ヘキサヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,4,6,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、3,4,5,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
(ポリヒドロキシフェニル)アルカンとしては、例えばビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−トリス(p−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン、4,4’−〔1−〔4−〔1−〔4−ヒドロキシフェニル〕−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール、ビス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインデン−5,6,7,5’,6’,7’−ヘキサノール、2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン等が挙げられる。
その他の母核としては、例えば2−メチル−2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−4−(4−ヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロマン、1−[1−(3−{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−4,6−ジヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]−3−(1−(3−{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−4,6−ジヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、4,6−ビス{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−1,3−ジヒドロキシベンゼン等が挙げられる。
これらの母核のうち、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4’−〔1−〔4−〔1−〔4−ヒドロキシフェニル〕−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノールが好ましい。
また、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとしては、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドが好ましい。1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドとしては、例えば、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロリド及び1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドが挙げられる。これらのうち、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドが好ましい。
フェノール性化合物又はアルコール性化合物と1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの縮合物としては、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドとの縮合物、4,4’−〔1−〔4−〔1−〔4−ヒドロキシフェニル〕−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノールと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドとの縮合物が好ましい。
フェノール性化合物又は母核と、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの縮合反応では、フェノール性化合物又はアルコール性化合物中のOH基数に対して、好ましくは30モル%〜85モル%、より好ましくは50モル%〜70モル%に相当する1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドが用いられる。縮合反応は、公知の方法によって実施できる。
また、キノンジアジド化合物としては、上記例示した母核のエステル結合をアミド結合に変更した1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸アミド類、例えば2,3,4−トリアミノベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸アミド等も好適に使用される。
<当該組成物の調製方法>
当該組成物は[D]有機溶媒に[A]芳香族樹脂、[B]重合性不飽和化合物、[C]感放射線性重合開始剤、好適な成分として[E]アルカリ可溶性樹脂及び[F]界面活性剤、さらに必要に応じてその他の任意成分を混合することによって溶解又は分散させた状態に調製される。
<表示用スペーサーの形成方法>
当該組成物から形成される表示素子用スペーサーは、本発明に好適に含まれる。当該表示素子用スペーサーの形成方法は、
(1)当該組成物を、吐出ノズルと基板とを相対的に移動させつつ、基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を加熱する工程
を有する。
当該形成方法においては、高速での塗布が可能であると共に、優れた放射線感度を有する当該組成物を用い、感放射線性を利用した露光・現像・加熱によって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を形成できる。以下、各工程を詳述する。
[工程(1)]
本工程では、当該組成物を、吐出ノズルと基板とを相対的に移動させ吐出ノズル式塗布法によって基板上に塗布し、次いで好ましくは塗布面をプレベークすることによって[D]有機溶媒を除去して塗膜を形成する。使用できる基板の材料としては、例えばガラス、石英、シリコーン、樹脂等が挙げられる。樹脂としては、例えば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、環状オレフィンの開環重合体及びその水素添加物等が挙げられる。なお、プレベークの条件は、各成分の種類、配合割合等によっても異なるが、好ましくは70℃〜120℃で1分〜10分間程度とすることができる。
[工程(2)]
本工程では、形成された上記塗膜の少なくとも一部に露光する。塗膜の一部に露光する際には、通常所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する。露光に使用される放射線としては、波長が190nm〜450nm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。本工程における露光量は、放射線の波長365nmにおける強度を、照度計(OAI model356、OAI Optical Associates社)により測定した値を意味し、500J/m〜6,000J/mが好ましく、1,500J/m〜1,800J/mがより好ましい。
[工程(3)]
本工程では、露光後の塗膜を現像することにより、不要な部分(放射線の照射部分)を除去して所定のパターンを形成する。現像工程に使用される現像液としては、アルカリ性の水溶液が好ましい。アルカリとしては、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、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア等の無機アルカリ;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等の4級アンモニウム塩等が挙げられる。
また、このようなアルカリ水溶液にはメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。アルカリ水溶液におけるアルカリの濃度は、適当な現像性を得る観点から、0.1質量%〜5質量%が好ましい。現像方法としては、例えば液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法、シャワー法等の適宜の方法を利用できる。現像時間は、当該組成物の組成によって異なるが、好ましくは10秒〜180秒間程度である。このような現像処理に続いて、例えば流水洗浄を30秒〜90秒間行った後、例えば圧縮空気や圧縮窒素で風乾させることにより所望のパターンを形成できる。
[工程(4)]
本工程では、ホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、パターニングされた薄膜を加熱することで、硬化物を得ることができる。本工程における加熱温度は、例えば120℃〜250℃である。加熱時間は、加熱機器の種類により異なるが、例えばホットプレート上で加熱工程を行う場合には5分〜30分間、オーブン中で加熱工程を行う場合には30分〜90分間とすることができる。2回以上の加熱工程を行うステップベーク法等を用いることもできる。このようにして目的とするスペーサーに対応するパターン状薄膜を基板の表面上に形成できる。
このように形成されたスペーサーの膜厚としては、0.1μm〜8μmが好ましく、0.1μm〜6μmがより好ましく、0.1μm〜4μmが特に好ましい。
当該形成方法において形成されたスペーサーは、塗布ムラがなく高度な平坦性を有し、液晶表示素子、有機EL表示素子等の表示素子に好適に使用できる。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
実施例及び比較例で用いた各成分の詳細を示す。
<[A]芳香族樹脂>
A−1:クレゾールノボラック型酸変性エポキシ樹脂(CCR−1306H、日本化薬社)
A−2:フェノールノボラック型酸変性エポキシ樹脂(PCR−2000、日本化薬社)
<[B]重合性不飽和化合物>
B−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬社)
B−2:多官能ウレタンアクリレート系化合物(KAYARAD DPHA−40H、日本化薬社)
B−3:コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート
B−4:ω―カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート(アロニックス M−5300、東亞合成社)
<[C]感放射線性重合開始剤>
C−1:2−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(イルガキュア907、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
C−2:2−(4−メチルベンジル)−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン(イルガキュア379、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
C−3: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)(イルガキュアOXE02、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
<[D]有機溶媒>
(D1)有機溶媒
D−1−1:ジエチレングリコールエチルメチルエーテル(20℃、0.75mmHg)
D−1−2:ジプロピレングリコールジメチルエーテル(20℃、0.38mmHg)
(D2)有機溶媒
D−2−1:ジエチエレングリコールジメチルエーテル(20℃、1.3mmHg)
D−2−2:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(20℃、3.75mmHg)
D−2−3:シクロヘキサノン(20℃、3.4mmHg)
比較例で使用した溶媒
1,4−ジオキサン(20℃、29mmHg)
エチレングリコール(20℃、0.08mmHg)
<[F]界面活性剤>
F−1:フッ素系界面活性剤(ネオス社、フタージェントFTX−218)
F−2:シリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング・シリコーン社、SH 8400 FLUID)
F−3:下記合成例3に示す共重合体
<その他の任意成分(密着助剤)>
G−1:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
G−2:クレゾールノボラック型エポキシ化合物(EP−152、ジャパンエポキシレジン社)
<[E]アルカリ可溶性樹脂の合成>
[合成例1]
冷却管、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質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル200質量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸18質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、スチレン5質量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル32質量部を仕込んで、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合させて、共重合体(E−1)の溶液を得た。この溶液の固形分濃度は33.0質量%であり、共重合体(E−1)のMwは11,000であった。
[合成例2]
冷却管、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質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル200質量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸20質量部、メタクリル酸グリシジル10質量部、スチレン20質量部及びメタクリル酸メチル50質量部を仕込んで、窒素置換したのち、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合させて、共重合体(E−2)の溶液を得た。この溶液の固形分濃度は33.0質量%であり、共重合体(E−2)のMwは10,000であった。
<[F]界面活性剤の合成>
[合成例3]
攪拌装置、コンデンサー及び温度計を備えたガラスフラスコに、(F1)化合物として上記式(f1−5)で表される化合物24.2質量部、(F2)化合物として新中村化学社のNK−エステルM−90Gを20.7質量部、(F3)化合物として上記式(f3−1−1)で表される化合物21.5質量部、(F4)化合物としてn−ブチルメタクリレート29.4質量部及びイソプロピルアルコール414質量部を仕込み、窒素ガス気流中、還流下で、重合開始剤としてAIBNを0.7質量部、連鎖移動剤としてラウリルメルカプタン4質量部を添加した後、75℃にて8時間還流して共重合を行い、共重合体(F−3)を含有する溶液を得た。その後、エバポレーターを用いて70℃以下の加熱条件で溶媒を除去することにより、共重合体(F−3)を単離した。得られた共重合体(F−3)のMnは3,500であり、Mwは6,000であった。また、分子量分布(Mw/Mn)は1.7であった。
<当該組成物の調製>
[実施例1]
[A]芳香族樹脂として(A−1)100質量部(固形分)に相当する量を含む溶液に、[B]重合性不飽和化合物として(B−1)100質量部、[C]感放射線性重合開始剤として(C−3)10質量部、(D1)有機溶媒として(D−1−1)ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、(D2)有機溶媒として(D−2−2)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所望の固形分濃度となるように添加し、[F]界面活性剤として(F−1)0.3質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過することにより、当該組成物(S−1)を調製した。
[実施例2〜12及び比較例1〜3]
各成分の種類及び配合量を表1に記載の通りとした以外は、実施例1と同様に操作して実施例2〜11及び比較例1〜3の組成物を調製した。なお、表1の[D]有機溶媒の数値は(D1)有機溶媒と(D2)有機溶媒の質量比である。
<評価>
実施例1〜12及び比較例1〜3の組成物、及びその塗膜から形成されるスペーサーについて下記の評価をした。評価結果を表1にあわせて示す。
[粘度]
E型粘度計(東機産業社、VISCONIC ELD.R)を用いて、25℃における当該組成物の粘度(mPa・s)を測定した。
[固形分濃度]
当該組成物0.3gをアルミ皿に精坪し、ジエチレングリコールジメチルエーテル約1gを加えたのち、175℃で60分間ホットプレート上にて乾固させて、乾燥前後の重量から当該組成物中の固形分濃度(質量%)を求めた。
[塗膜の外観]
550×650mmのクロム成膜ガラス上に、実施例1〜12及び比較例1〜3の組成物をスリットダイコーター(東京応化工業社、TR632105−CL)を用いて塗布し0.5Torrまで減圧乾燥した後、ホットプレート上で100℃にて2分間プレベークして塗膜を形成し、さらに2,000J/mの露光量で露光することにより、クロム成膜ガラスの上面からの膜厚が4μmの膜を形成した。ナトリウムランプ下において、肉眼によりこの塗膜の外観の観察を行った。このとき、塗膜の全体における筋ムラ(塗布方向又はそれに交差する方向にできる一本または複数本の直線のムラ)、モヤムラ(雲状のムラ)、ピン跡ムラ(基板支持ピン上にできる点状のムラ)の出現状況を調べた。これらのムラのいずれもほとんど見えない場合を「○(良好)」、いずれかが少し見える場合を「△(やや不良)」、はっきりと見える場合を「×(不良)」と判断した。
[膜厚均一性]
上述のようにして作製したクロム成膜ガラス上の塗膜の膜厚を、針接触式測定機(KLA Tencor社、AS200)を用いて測定した。膜厚均一性は、9つの測定点における膜厚を測定し、下記式から計算した。9つの測定点は基板の短軸方向をX、長軸方向をYとすると、(X[mm]、Y[mm])が、(275、20)、(275、30)、(275、60)、(275、100)、(275、325)、(275、550)、(275、590)、(275、620)、(275、630)である。膜厚均一性が2%以下の場合は、膜厚均一性は良好と判断できる。
膜厚均一性(%)={FT(X、Y)max−FT(X、Y)min}×100/{2×FT(X、Y)avg.}
上記式中、FT(X、Y)maxは、9つの測定点における膜厚中の最大値、FT(X、Y)minは、9つの測定点における膜厚中の最小値、FT(X、Y)avg.は9つの測定点における膜厚中の平均値である。
[高速塗布性]
550mm×650mmの無アルカリガラス基板上にスリットコーターを用いて塗布し塗布条件として、下地とノズルの距離150μm、露光後の膜厚が2.5μmとなるように、ノズルから塗布液を吐出し、ノズルの移動速度を120mm/sec.〜220mm/sec.の範囲で変量し、液切れによる筋状のムラが発生しない最大速度を求めた。この時、180mm/sec.以上の速度でも筋状のムラが発生しない場合は、高速塗布に対応が可能であると判断できる。
[放射線感度]
95mm×95mmのITOスパッタしたガラス基板上にスピンコート法を用いて、(S−1)を塗布したのち、90℃のホットプレート上で3分間プレベークすることにより、膜厚3.5μmの塗膜を形成した。次いで、得られた塗膜に、開口部として直径12μmの円状パターンが形成されたフォトマスクを介して、365nmにおける強度が250W/mの紫外線で、露光時間を変量して露光した。その後、0.05質量%水酸化カリウム水溶液により25℃にて60秒間現像したのち、純水で1分間洗浄し、さらに230℃のオーブン中で30分間ポストベークすることにより、パターン状被膜からなるスペーサーを形成した。このとき、ポストベーク後の残膜率(ポストベーク後の被膜の膜厚×100/露光後(ポストベーク前)膜厚)が90%以上となる最小の露光量を調べ、この値を感度とした。この値が550J/m以下であった場合、感度は良好であるといえる。
[圧縮性能]
露光量を上記放射線感度の評価で決定した感度に相当する露光量とした以外は、放射線感度の評価と同様に操作して基板上に円柱状パターンからなるスペーサーを形成した。その際、ポストベーク後のパターン底部の直径が20μmとなるように、露光時に介するフォトマスクの直径を変更した。このスペーサーにつき、微小圧縮試験機(フィッシャースコープH100C、フィッシャーインストルメンツ社)を用い、50μm角状の平面圧子を使用し、50mNの荷重にて圧縮試験を行い、荷重に対する圧縮変位量の変化を測定し、50mNの荷重時の変位量と50mNの荷重を取り除いた時の変位量から回復率(%)を算出した。このとき、回復率が70%以上であり、かつ50mNの荷重時の変位が0.15μm以上であった場合、高い回復率及び柔軟性の双方を具備した圧縮性能を有するスペーサーであるといえる。
Figure 2012037677
表1の結果から実施例1〜12の当該組成物は、比較例1〜3の当該組成物と比べて、高い放射線感度を有し、また塗布ムラのない高度な平坦性(膜厚均一性)を有する塗膜を形成することができ、さらに高速塗布が可能であって、塗膜の外観も良好であることが明らかとなった。
本発明の感放射線性組成物は、高い放射線感度を有し、また塗布ムラのない高度な平坦性(膜厚均一性)を有するスペーサーを形成でき、さらに高速塗布が可能である。従って、当該組成物は液晶表示素子、有機EL表示素子等の表示素子のスペーサーを形成するための材料として好適である。

Claims (7)

  1. [A](メタ)アクリロイル基及びカルボキシル基を含有する芳香族樹脂、
    [B]重合性不飽和化合物、
    [C]感放射線性重合開始剤、並びに
    [D]有機溶媒
    を含有し、
    固形分濃度が10質量%以上30質量%以下であり、25℃における粘度が2.0mPa・s以上10mPa・s以下であり、かつ
    [D]有機溶媒として、少なくとも(D1)20℃における蒸気圧が0.1
    mmHg以上1mmHg未満の有機溶媒を含む感放射線性組成物。
  2. [D]有機溶媒として、(D2)20℃における蒸気圧が1mmHg以上20mmHg以下の有機溶媒をさらに含有し、(D2)有機溶媒の含有量が(D1)有機溶媒及び(D2)有機溶媒の合計量に対して10質量%以上50質量%以下である請求項1に記載の感放射線性組成物。
  3. [E](E1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される1種以上と、(E2)エポキシ基含有不飽和化合物とを含む単量体を共重合してなるアルカリ可溶性樹脂をさらに含有する請求項1又は請求項2に記載の感放射線性組成物。
  4. [F]フッ素原子及びシロキサン結合からなる群より選択される1種以上を有する界面活性剤をさらに含有し、[F]界面活性剤の含有量が[A]芳香族樹脂100質量部に対して0.01質量部以上2質量部以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の吐出ノズル式塗布法用感放線性組成物。
  5. [F]界面活性剤が、
    (F1)下記式(1)で表される重合性化合物、
    (F2)下記式(2)で表される重合性化合物、及び
    (F3)下記式(3)で表される基を有する重合性化合物
    を重合させて得られる共重合体である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の吐出ノズル式塗布法用感放線性組成物。
    Figure 2012037677
    (式(1)中、Rは水素原子又はメチル基である。αは0〜6の整数である。βは1〜20の整数である。)
    Figure 2012037677
    (式(2)中、Rは水素原子又はメチル基である。Rは炭素数1〜12のアルキル基である。γは2又は3である。aは構造単位数であり、数平均値は1〜30である。)
    Figure 2012037677
    (式(3)中、R〜Rはそれぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、フェニル基又は下記式(4)で表される基である。bは0〜3の整数である。)
    Figure 2012037677
    (式(4)中、R、R及びR10はそれぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基又はフェニル基である。cは0〜3の整数である。)
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性組成物から形成される表示素子用スペーサー。
  7. (1)請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性組成物を、吐出ノズルと基板とを相対的に移動させつつ、基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
    (2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
    (3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
    (4)上記現像された塗膜を加熱する工程
    を有する表示素子用スペーサーの形成方法。
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