JP2018165351A - 樹脂、硬化性樹脂組成物及び硬化膜 - Google Patents
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Abstract
Description
〔1〕 α,β−不飽和カルボニル基を有する構成単位(Aa)、活性メチレン基又は活性メチン基を有する構成単位(Ab)及び酸基を有する構成単位(Ac)を有する樹脂。
〔2〕 〔1〕記載の樹脂、重合性化合物、及び重合開始剤を含む、硬化性樹脂組成物。
〔3〕 〔2〕記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
〔4〕 〔2〕記載の硬化性樹脂組成物を基板の上に塗布する工程、硬化性樹脂組成物を乾燥することにより硬化性樹脂組成物層を形成する工程、硬化性樹脂組成物層を露光する工程、露光された硬化性樹脂組成物層を加熱する工程を含む、硬化膜の製造方法。
〔5〕 露光された硬化性樹脂組成物層を150℃以上200℃以下で加熱する〔4〕記載の硬化膜の製造方法。
本発明の樹脂(以下、該樹脂を「樹脂(A)」と称する。)は、主に硬化性樹脂組成物のバインダー樹脂として使用される。樹脂(A)は、α,β−不飽和カルボニル基を有する構成単位(Aa)、活性メチレン基又は活性メチン基を有する構成単位(Ab)及び酸基を有する構成単位(Ac)を有する樹脂である。
樹脂(A)は、α,β−不飽和カルボニル基を有する構成単位(以下、該構成単位を「構成単位(Aa)」と称する。)と、活性メチレン基又は活性メチン基を有する構成単位(Ab)(以下、該構成単位を「構成単位(Ab)」と称する。)と、酸基を有する構成単位(Ac)(以下、該構成単位を「構成単位(Ac)」と称する。)とを含む。
該樹脂は、さらに他の繰り返し単位(Ad)を含んでいてもよい。また、該樹脂は、構成単位(Aa)、構成単位(Ab)、及び構成単位(Ac)を、それぞれ2種以上含んでいてもよい。
樹脂(A)は、樹脂(A)が硬化性樹脂組成物のバインダー樹脂として使用される観点から、アルカリ可溶性樹脂であることが好ましい。アルカリ可溶性とは、アルカリ化合物の水溶液である現像液に溶解する性質のことをいう。
樹脂(A)は、構成単位(Ac)を含む重合体を含むため、アルカリ可溶性を付与しやすい。
「(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルに由来する構成単位」を「(メタ)アクリル系構成単位」ともいう。なお、「(メタ)アクリル酸」は、「メタクリル酸及び/又はアクリル酸」を意味するものとする。以下、各構成単位について詳細に説明する。
α,β−不飽和カルボニル基を有する化合物は、構成単位(Aa’)が有するカルボン酸と反応可能であれば、特に限定されない。α,β−不飽和カルボニル基を有する化合物としては、エポキシ基を有する(メタ)アクリレート(Aa’’)が挙げられる。
脂環式エポキシ基を有する(メタ)アクリレートの具体例としては、
3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、
5,6−エポキシ−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート、
5,6−エポキシ−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシメチル(メタ)アクリレート、
2,3−エポキシシクロペンチルメチル(メタ)アクリレート、
2−ヒドロキシ−3−(2,3−エポキシシクロペンチルオキシ)シクロペンチルメチル(メタ)アクリレート、
3−(3,4−エポキシシクロヘキシルメチルオキシカルボニル)−6−ヒドロキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、
5,6−エポキシ−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート、
5,6−エポキシ−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシメチル(メタ)アクリレート、
2,3−エポキシシクロペンチルメチル(メタ)アクリレート、
2−ヒドロキシ−3−(2,3−エポキシシクロペンチルオキシ)シクロペンチルメチル(メタ)アクリレート、
3−(3,4−エポキシシクロヘキシルメチルオキシカルボニル)−6−ヒドロキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、
2−ヒドロキシ−5−(3,4−エポキシシクロヘキシルカルボニルオキシメチル)シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、
3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−9−ヒドロキシ−1,5−ジオキサスピロ[5,5]ウンデカン−8−イル(メタ)アクリレート、
3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−9−ヒドロキシ−2,4−ジオキサスピロ[5,5]ウンデカン−8−イル(メタ)アクリレート、
などが挙げられる。これらは単独で用いることも可能であり、また2種以上を併用することも可能である。これらの中でも、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレートが好適に用いられる。
[式中、R1及びRxは、互いに独立に、水素原子又はメチル基を表す。]
脂肪族エポキシ基を有する(メタ)アクリレートの具体例としては、エポキシメチル(メタ)アクリレート、イタコン酸グリシジルエステル類等が挙げられる。これらの中でも、エポキシメチル(メタ)アクリレートが好適に用いられる。
[式中、R5及びRyは、互いに独立に、水素原子又はメチル基を表す。]
構成単位(Aa’)を含む共重合体としては、例えば、不飽和カルボン酸を構成単位とする共重合体、不飽和酸無水物を構成単位とする共重合体の酸無水物基にアルコールやアミンを反応させてカルボキシ基を導入した共重合体、不飽和ヒドロキシル化合物を構成単位とする共重合体のヒドロキシル基に酸無水物を反応させてカルボキシ基を導入した共重合体が挙げられる。
該構成単位は、活性メチレン基又は活性メチン基を有する不飽和化合物を単量体として用いて共重合体を得ることによって得ることができる。あるいは、他の構成単位(Ab’)に、活性メチレン基又は活性メチン基を有する化合物(Ab’’)を反応させることによっても得ることもできる。
[式(I)及び式(II)中、R11は、互いに独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1〜24の炭化水素基を表す。
R12は、単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基を表す。
R13は、式(1−1)〜式(1−3)のいずれかで表される二価の基を表す。
R14は、式(1−4)〜式(1−7)のいずれかで表される基を表す。
(R15は、ヘテロ原子を含有してもよい炭素数1〜24の炭化水素基である。)Xは、式(1−8)〜式(1−10)のいずれかで表される二価の基を表す。]
R15は、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ヘキソキシ基、シクロヘキソキシ基又は式(1−11)〜式(1−13)で表される基であり、より好ましくはメチル基である。
R12は、好ましくは単結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、プロピレン基、へキシレン基、シクロへキシレン基、オクチレン基、デシレン基、ドデシレン基であり、より好ましくは単結合、メチレン基、エチレン基である。
式(I−1)〜(I−7)、(I−16)、(II−1)、(II−2)及び(II−5)は、CH3−CH2=CH−を有する化合物であるが、これらの式においてCH3−CH2=CH−がH−CH2=CH−に置き換わった化合物も挙げることができる。
[式(Ab−1)中、R3は水素原子又はメチル基を表し、R4は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。]
式(Ab−1)で表される構成単位を導く化合物としては、例えば、2−(メタクリロイルオキシ)エチルアセトアセテート〔式(I−1)で表される化合物〕が挙げられる。
酸基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸等が挙げられる。該カルボキシル基は無水物化されていてもよい。
酸基を有する不飽和化合物は、好ましくは、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物である。不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸無水物の具体例としては、
(メタ)アクリル酸、クロトン酸などの不飽和モノカルボン酸;
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸などの不飽和ジカルボン酸;
前記の不飽和ジカルボン酸の無水物;
コハク酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕などの2価以上の多価カルボン酸の不飽和モノ〔(メタ)アクリロイロキシアルキル〕エステル;
α−(ヒドロキシメチル)(メタ)アクリル酸のような、同一分子中にヒドロキシ基及びカルボキシル基を含有する不飽和アクリレートなどが挙げられる。
これらのうち、(メタ)アクリル酸及び無水マレイン酸などが、共重合反応性及びアルカリ水溶液に対する溶解性から好ましく用いられる。これらは、単独又は組合せて用いられる。
構成単位(Ad)は、構成単位(Aa),構成単位(Ab)及び構成単位(Ac)とは異なる構成単位である。構成単位(Ad)は、他の構成単位(例えば、構成単位(Aa),構成単位(Ab)及び構成単位(Ac))を導く単量体と重合可能な単量体から導かれる。
このような単量体の具体例としては、
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル;
メチルアクリレート、イソプロピルアクリレートなどのアクリル酸アルキルエステル;
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート(当該技術分野では、慣用名として、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレートといわれている。)、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸環状アルキルエステル;
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート(当該技術分野で慣用名としてジシクロペンタニル(メタ)アクリレートといわれている。)、ジシクロペンタオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸環状アルキルエステル;
フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アリールエステル;
フェニルアクリレート、ベンジルアクリレートなどのアクリル酸アリールエステル; 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などのジカルボン酸ジエステル;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキルエステル;
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−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシメチルビシクロ[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−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−ジヒドロキシビシクロ[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、5,6−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、5,6−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−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−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−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、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(ハイミック酸無水物)、5−tert−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(tert−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−エンなどのビシクロ不飽和化合物;
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−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)マレイミドなどのジカルボニルイミド誘導体;
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、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、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;
などが挙げられる。
構成単位(Aa):5〜50モル%、
構成単位(Ab):5〜50モル%、
構成単位(Ac):5〜50モル%、
構成単位(Ad):0〜70モル%。
構成単位(Aa):10〜40モル%、
構成単位(Ab):10〜40モル%、
構成単位(Ac):10〜40モル%、
構成単位(Ad):0〜60モル%。
得られた共重合体は、反応後の溶液をそのまま使用してもよいし、濃縮あるいは希釈した溶液を使用してもよいし、再沈殿などの方法で固体として取り出したものを再度溶剤に溶解して使用してもよい。
樹脂(A)のポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは3,000〜100,000、より好ましくは5,000〜50,000、更に好ましくは10,000〜50,000である。
重量平均分子量が前記の範囲内にある樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物は、塗布する際の塗布性が良好となる傾向があり、また現像時に膜減りが生じにくく、さらに現像時に未硬化部分の抜け性が良好である傾向にある。
樹脂(A)の酸価は、好ましくは70〜150mg−KOH/gであり、より好ましくは75〜135mg−KOH/gである。
本明細書において、酸価は、JIS K 2501−2003により測定した値である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、樹脂(A)、重合性化合物及び重合開始剤を含む。本発明の硬化性樹脂組成物は、更に溶剤を含んでいてよい。以下、本発明の硬化性樹脂組成物における重合性化合物、重合開始剤及び溶剤を、それぞれ重合性化合物(B)、重合開始剤(C)及び溶剤(D)と称する。
本発明の硬化性樹脂組成物は、樹脂(A)を含むので、耐溶剤性に優れた硬化膜を形成することができる。
樹脂(A)を含む硬化性樹脂組成物から形成される硬化膜は、硬化膜を作製する際に露光後の加熱工程(いわゆる、ポストベーク工程)の温度が200℃以下、例えば150℃以上200℃以下であっても、優れた耐溶剤性を示すことができる。
本発明の硬化性樹脂組成物において、樹脂(A)の含有量は、硬化性樹脂組成物中の固形分に対して質量分率で、好ましくは5〜90質量%、より好ましくは10〜70質量%である。
樹脂(A)の含有量が、前記の範囲にあると、現像液への溶解性が十分であり、現像残渣が発生しにくく、また現像時に露光され硬化した部分の膜減りが生じにくく、露光されず未硬化である部分の抜け性が良好な傾向にあり、好ましい。
ここで、固形分は、硬化性樹脂組成物の総量から溶剤の含有量を除いた量のことをいう。固形分の総量及びこれに対する各成分の含有量は、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
また、本発明の効果を損なわない範囲であれば、通常この分野で用いられる、アクリル系のバインダー樹脂を併用してもよい。
重合性化合物(B)は、光照射等により重合開始剤(D)から発生する活性ラジカル等によって重合し得る化合物であれば、特に限定されない。重合性化合物(B)としては、例えば、エチレン性不飽和結合を有する化合物が挙げられ、エチレン性不飽和結合を有する官能基を1つ有する単官能モノマー、該官能基を2つ有する2官能モノマー、その他、該官能基を3つ以上有する多官能モノマーが挙げられる。
上記単官能モノマーの具体例としては、ノニルフェニルカルビトール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルカルビトール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドンなどが挙げられる。
上記2官能モノマーの具体例としては、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのビス(アクリロイロキシエチル)エーテル、3−メチルペンタンジオールジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
上記多官能モノマーの具体例としては、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、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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートと酸無水物との反応物、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートと酸無水物との反応物などが挙げられる。
なかでも、2官能モノマーや多官能モノマーが好ましく用いられる。
これらの重合性化合物(B)は、単独でも二種以上併用してもよい。
重合性化合物(B)の含有量は、樹脂(A)及び重合性化合物(B)の合計量に対して、質量分率で、好ましくは1〜70質量%、より好ましくは5〜60質量%である。重合性化合物(B)の含有量が、前記の範囲にあると、硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜の強度や平滑性及び耐溶剤性が良好になる傾向があり、好ましい。
重合開始剤(C)は、光や熱の作用により活性ラジカル、酸等を発生し、重合を開始し得る化合物であれば特に限定されることなく、公知の重合開始剤を用いることができる。
重合開始剤(C)としては、アセトフェノン系、ビイミダゾール系、オキシム系、トリアジン系や、アシルフォスフィンオキサイド系の重合開始剤、有機ホウ素塩である重合開始剤が好ましい。
これらの重合開始剤(C)に、重合開始助剤を併用することで、得られる硬化性樹脂組成物は更に高感度となるので、これを用いてパターンを形成すると、パターンの生産性が向上するので、好ましい。
重合開始助剤の含有量は、樹脂(A)及び重合性化合物(B)の合計量に対して質量分率で、好ましくは0.01〜50質量%、より好ましくは0.1〜40質量%である。
重合開始剤(C)の合計量が前記の範囲にあると、硬化性樹脂組成物が高感度となり、前記の硬化性樹脂組成物を用いて形成した硬化膜の強度や、前記の硬化膜の表面における平滑性が良好になる傾向があり、好ましい。前記に加えて、重合開始助剤の量が前記の範囲にあると、得られる硬化性樹脂組成物の感度がさらに高くなり、前記の硬化性樹脂組成物を用いて形成するパターン基板の生産性が向上する傾向にあり、好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、好ましくは、溶剤(D)を含む。前記の溶剤(D)は、硬化性樹脂組成物の分野で用いられている各種の有機溶剤であることができる。その具体例としては、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及びエチレングリコールモノブチルエーテルのような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モノプロピルエーテル及びジエチレングリコールモノブチルエーテルのような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、ジエチレングリコールジプロピルエーテル及びジエチレングリコールジブチルエーテルのようなジエチレングリコールジアルキルエーテル;
メチルセロソルブアセテート及びエチルセロソルブアセテートのようなエチ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、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、メトキシブチルアセテート及びメトキシペンチルアセテートのようなアルキレングリコールアルキ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、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル及びジプロピレングリコールモノプロピルエーテルのようなジプロピレングリコールモノアルキルエーテル;
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及び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のような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;
ベンゼン、トルエン、キシレン及びメシチレンのような芳香族炭化水素;
メチルエチルケトン、アセトン、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン及びシクロヘキサノンのようなケトン;
エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール及びグリセリンのようなアルコール;
3−エトキシプロピオン酸エチル及び3−メトキシプロピオン酸メチルのようなエステル;
γ−ブチロラクトンのような環状エステルなどが挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて、着色剤、充填剤、他の高分子化合物、顔料分散剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、連鎖移動剤、酸発生剤、塩基発生剤などの添加剤(F)を併用することもできる。カラーフィルタ用の硬化性樹脂組成物は、例えば、着色剤の添加により構成することができる。
具体的には、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、アリールアゾ系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、アントラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、シアニン系、ポリメチン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、フタロシアニン系、キノフタロン系、ベンゾピラン系、インジゴ系、ジオキサジン系、クマリン系、スクアリリウム系、が挙げられ、好ましくはピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、アントラキノン系、アントラピリドン系、フタロシアニン系、ジオキサジン系、キノフタロン系、キサンテン系が挙げられ、より好ましくはピラゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、フタロシアニン系、キノフタロン系、キサンテン系などが挙げられる。
例えば、C.I.ピグメントイエロー1、3、12、13、14、15、16、17、20、24、31、53、83、86、93、94、109、110、117、125、128、137、138、139、147、148、150、153、154、166、173、194、214などの黄色顔料;
C.I.ピグメントオレンジ13、31、36、38、40、42、43、51、55、59、61、64、65、71、73などのオレンジ色の顔料;
C.I.ピグメントレッド9、97、105、122、123、144、149、166、168、176、177、180、192、209、215、216、224、242、254、255、264、265などの赤色顔料;
C.I.ピグメントブルー15、15:3、15:4、15:6、60などの青色顔料;
C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、29、32、36、38などのバイオレット色顔料;
C.I.ピグメントグリーン7、36などの緑色顔料;
C.I.ピグメントブラウン23、25などのブラウン色顔料;
C.I.ピグメントブラック1、7などの黒色顔料;が挙げられる。
中でも、C.I.ピグメントイエロー138、139、150、C.I.ピグメントレッド177、209、254、C.I.ピグメントバイオレット23、C.I.ピグメントブルー15:6及びC.I.ピグメントグリーン36から選ばれる少なくとも一つの顔料を含有していることが好ましい。これらの顔料は、これらは単独で又は2種以上を組合せて用いてもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜もまた、本発明の1つである。
ここで、基板としては、透明なガラス板、シリコンウエハ、ポリカーボネート基板、ポリエステル基板、芳香族ポリアミド基板、ポリアミドイミド基板、ポリイミド基板などの樹脂基板などが挙げられる。
前記基板上には、ブラックマトリクス、別の硬化膜又は着色パターン、膜厚調整用の透明パターン、TFTなどが形成されていてもよい。この場合の硬化膜の膜厚は、特に限定されず、用いる材料、用途等によって適宜調整することができ、例えば、0.1〜30μm程度、好ましくは1〜20μm程度、より好ましくは1〜6μm程度が例示される。
フォトマスクとして、目的とするパターンに応じて遮光部が形成されたマスクを用いる。放射線としては、g線、i線などの光線が用いられる。放射線の照射は、例えば、マスクアライナー、ステッパーなどの装置を使用するのが好ましい。放射線の照射後、硬化性樹脂組成物層を現像する。現像は、露光後の硬化性樹脂組成物層を、パドル法、浸漬法、スプレー法又はシャワー法などによって行うことができる。なお、フォトマスクを介さずに、硬化性樹脂組成物層に放射線を照射する場合、現像は不要である。
アルカリ性化合物は、無機及び有機のアルカリ性化合物のいずれでもよい。無機アルカリ性化合物の具体例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、燐酸水素二ナトリウム、燐酸二水素ナトリウム、燐酸水素二アンモニウム、燐酸二水素アンモニウム、燐酸二水素カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、アンモニアなどが挙げられる。
有機アルカリ性化合物の具体例としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノイソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エタノールアミンなどが挙げられる。これらの無機及び有機アルカリ性化合物は、それぞれ単独で又は2種以上組合せて用いることができる。アルカリ現像液中のアルカリ性化合物の濃度は、好ましくは0.01〜10質量%であり、より好ましくは0.03〜5質量%である。
アニオン系界面活性剤の具体例としては、ラウリルアルコール硫酸エステルナトリウムやオレイルアルコール硫酸エステルナトリウム等の高級アルコール硫酸エステル塩、ラウリル硫酸ナトリウムやラウリル硫酸アンモニウムのようなアルキル硫酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムやドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウムのようなアルキルアリールスルホン酸塩などが挙げられる。
カチオン系界面活性剤の具体例としては、ステアリルアミン塩酸塩やラウリルトリメチルアンモニウムクロライドのようなアミン塩又は第四級アンモニウム塩などが挙げられる。これらの界面活性剤は、それぞれ単独で用いることも、また2種以上組合せて用いることもできる。
アルカリ現像液中の界面活性剤の濃度は、好ましくは0.01〜10質量%の範囲、より好ましくは0.05〜8質量%、更に好ましくは0.1〜5質量%である。
また、硬化膜を形成する基板のガラス転移温度(Tg)より低いことが好ましく、また着色剤等、200℃を超える温度で劣化する成分を含む場合はその成分の劣化が始まる温度より低いことが好ましい。
したがって、ポストベーク時の温度は、硬化膜を形成する基板の種類、硬化性樹脂組成物に含まれる成分等に応じて適宜決定すればよく、例えば、150℃以上200℃以下であることが好ましく、150℃以上180℃以下であることがより好ましい。ポストベーク時の温度が150℃以上であることにより、優れた耐溶剤性を有する硬化膜を得ることができる。また、本発明に係る樹脂を用いた場合、基板、着色剤等の特性を低下させることなく、優れた耐溶剤性を有する硬化膜を得ることができる。
上記硬化膜の製造において硬化性樹脂組成物層へのパターニング露光の際にホール形成用フォトマスクを使用すれば、ホールを有する層間絶縁膜を得ることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物が着色剤を含む場合、カラーフィルタにおける着色パターンとして有用である。
上記硬化膜の製造において硬化性樹脂組成物層への露光の際に、フォトマスクを使用せず全面露光及び加熱硬化、あるいは加熱硬化のみで硬化膜を形成することができ、この硬化膜は、オーバーコートとして有用である。
上記のようにして得られる硬化膜を組み込むことにより、液晶表示装置などの表示装置を構成することができる。このような表示装置は、表示品質に優れている。
下記構成単位からなる樹脂(A1)を合成した。
攪拌翼、還流冷却管、温度計及び滴下ロートを備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテル70質量部を仕込み、90℃に加温した。ジシクロペンタニルメタクリレート52.6質量部、2−(アセトアセトキシ)エチルメタクリレート20.7質量部、メタクリル酸26.7質量部、アゾビス(イソブチロニトリル)5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル30質量部を混合した溶液を滴下ロートにてフラスコ内に連続滴下を開始した。混合溶液滴下中のフラスコ内温度を90±1℃に保ち、3時間で滴下を終了した。滴下終了後、フラスコ内温度を90±1℃にして6時間保持した。反応後、反応液を40℃以下になるまで冷却し、4−メトキシフェノール0.12質量部、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート17.6質量部、トリフェニルホスフィン4.7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル85質量部を投入し、フラスコ内温度を110℃まで昇温させた後、フラスコ内温度110±1℃にて付加反応を行うことにより樹脂(A1)を得た。得られた樹脂(A1)の重量平均分子量(Mw)は14,300、分散度は2.4、酸価は103(mg−KOH/g)、固形分は37.9質量%であった。
下記構成単位からなる樹脂(A2)を合成した。
攪拌翼、還流冷却管、温度計及び滴下ロートを備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテル70質量部を仕込み、90℃に加温した。メチルメタクリレート44.6質量部、2−(アセトアセトキシ)エチルメタクリレート28.6質量部、メタクリル酸26.8質量部、アゾビス(イソブチロニトリル)5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル30質量部を混合した溶液を滴下ロートにてフラスコ内に連続滴下を開始した。混合溶液滴下中のフラスコ内温度を90±1℃に保ち、3時間で滴下を終了した。滴下終了後、フラスコ内温度を90±1℃にして6時間保持した。反応後、反応液を40℃以下になるまで冷却し、4−メトキシフェノール0.12質量部、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート24.4質量部、トリフェニルホスフィン5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル95質量部を投入し、フラスコ内温度を110℃まで昇温させた後、フラスコ内温度110±1℃にて付加反応を行うことにより樹脂(A2)を得た。得られた樹脂(A2)の重量平均分子量(Mw)は15,800、分散度は2.4、酸価は80(mg−KOH/g)、固形分は38.5質量%であった。
下記構成単位からなる樹脂(A3)を合成した。
撹拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計、ガス導入管を備えたフラスコにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート100質量部をとり、窒素置換しながら撹拌し120℃に昇温した。次にメチルメタクリレート43質量部、メタクリル酸25質量部からなるモノマー混合物に、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(パーブチルO;日油(株)製)をモノマー混合物100質量部に対し1質量部を添加した。これを滴下ロートから2時間かけてフラスコに滴下し、さらに120℃で2時間撹拌し共重合体を得た。次にフラスコ内を空気置換し、グリシジルメタクリレート10質量部、トリフェニルホスフィン0.44質量部、及びメチルハイドロキノン0.08質量部を上記共重合体の溶液中に投入し120℃で反応を続け、固形分の酸価が100KOHmg/gとなったところで反応を終了し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート50質量部を加えることで、重量平均分子量(Mw)は30000、分散度は2.5、酸価は100(mg−KOH/g)、固形分が40%である樹脂(A3)を得た。
前記のメタクリル系共重合体(A1)〜(A3)の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の測定については、GPC法を用いて、以下の条件で行なった。
装置;K2479((株)島津製作所製)
カラム;SHIMADZU Shim−pack GPC−80M
カラム温度;40℃
溶媒;THF(テトラヒドロフラン)
流速;1.0mL/min
検出器;RI
上記で得られたポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の比を分散度(Mw/Mn)とした。
<実施例3>
実施例1で得られた樹脂(A1)を含む固形分37.9%の樹脂溶液132部(固形分換算で50部)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(以下、「溶剤D1」とする)200部を混合して、固形分15%の硬化性樹脂組成物1を得た。
樹脂(A1)を含む樹脂溶液132部に代えて、樹脂(A3)を含む固形分40%の樹脂溶液130部を用いた以外は、実施例3と同様にして、固形分15%の硬化性樹脂組成物2を得た。
硬化性樹脂組成物1及び硬化性樹脂組成物2をそれぞれ、別の2インチ角のガラス基板(イーグルXG;コーニング社製)上に、ポストベーク後の膜厚が1.0μmとなるように、スピンコート法で塗布した後に、真空乾燥(到達圧66Pa)を行い、100℃で3分間プリベークすることにより、硬化性樹脂組成物層を得た。
得られた硬化性樹脂組成物層を、オーブン中、150℃で30分間ポストベークを行うことにより、硬化膜を得た。
得られた硬化膜の膜厚を膜厚測定装置(DEKTAK3;(株)アルバック製)で測定したところ、1.0μmであった。
<耐溶剤性>
得られた硬化膜を、N−メチルピロリドン(以下、NMPと略すことがある)に温度23℃で0.5時間浸漬し、浸漬後の硬化膜について、膜厚測定装置(DEKTAK3;(株)アルバック製)を用いて膜厚を測定し、浸漬前の膜厚との比を算出した。結果を表1に示す。
得られた硬化膜を、NMPに温度23℃で0.5時間浸漬し、浸漬後の硬化膜について、JIS K5400に倣って、カッターナイフを用いて1mm間隔で、10×10の碁盤目マス状になるよう切り込みを入れ、セロハンテープを貼り付けた後に引きはがし、剥離せずに基板に密着したままの個数を観察した。結果を表1に示す。
実施例1で得られた樹脂(A1)を含む樹脂溶液132部(固形分換算で50部)に、ペンタエリスリトールトリアクリレート(A−TMM−3LM−N、新中村化学工業(株)製)(以下、「重合性化合物(B1)」とする)50部、光重合開始剤(IRGACURE(登録商標) OXE01、BASF社製)(以下、「重合開始剤(C1)」とする)3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(以下、「溶剤D1」とする)502部を混合して、固形分15%の硬化性樹脂組成物3を得た。
樹脂(A1)を含む樹脂溶液に代えて、樹脂(A2)を含む固形分38.5%の樹脂溶液130部を用い、溶剤D1 504部を混合した以外は、実施例4と同様にして、固形分15%の硬化性樹脂組成物4を得た。
樹脂(A1)を含む樹脂溶液に代えて、樹脂(A3)を含む固形分40%の樹脂溶液125部を用い、溶剤D1 509部を混合した以外は、実施例4と同様にして、固形分15%の硬化性樹脂組成物5を得た。
2インチ角のガラス基板(イーグルXG;コーニング社製)上に、硬化性樹脂組成物3〜硬化性樹脂組成物5を、それぞれ、ポストベーク後の膜厚が1.0μmとなるように、スピンコート法で塗布した後に、真空乾燥(到達圧66Pa)を行い、100℃で3分間プリベークすることにより、硬化性樹脂組成物層を得た。冷却後、硬化性樹脂組成物層を形成した基板と石英ガラス製のフォトマスクとの間隔を80μmとして、露光機(TME−150RSK;トプコン(株)製)を用いて、大気雰囲気下、100mJ/cm2の露光量(波長365nm基準)で光照射した。なお、フォトマスクとしては、50μmのラインアンドスペースパターンが形成されたものを使用した。光照射後の硬化性樹脂組成物層を、非イオン系界面活性剤0.12%と水酸化カリウム0.04%とを含む水溶液に25℃で60秒間浸漬させて現像し、水洗後、オーブン中、150℃で30分間ポストベークを行うことにより、硬化膜からなるパターンを得た。得られたパターンについて、膜厚測定装置(DEKTAK3;(株)アルバック製)を用いて膜厚を測定したところ、1.0μmであることを確認した。
<パターニング性>
得られたパターンについて、走査型電子顕微鏡(S−400;(株)日立テクノロジーズ製)を用いて観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。結果を表2に示す。
1:パターンがマスク通りライン状に形成されている、
2:1以外(ラインパターンが崩れている、スペース部分がない等)。
得られたパターンを、NMPに温度23℃で0.5時間浸漬し、浸漬後のパターンについて、膜厚測定装置(DEKTAK3;(株)アルバック製)を用いて膜厚を測定し、浸漬前の膜厚(1.0μm)との比を算出した。結果を表2に示す。
マスクを介さず、現像工程を行わないこと以外は、上記パターンの形成と同様にして、硬化膜を得た。得られた硬化膜を、NMPに温度23℃で0.5時間浸漬し、浸漬後の硬化膜について、JIS K5400に倣って、カッターナイフを用いて1mm間隔で、10×10の碁盤目マス状になるよう切り込みを入れ、セロハンテープを貼り付けた後に引きはがし、剥離せずに基板に密着したままの個数を観察した。結果を表2に示す。
<式(A−IV)で表される化合物の合成>
式(1x)で表される化合物20部とN−プロピル−2,6−ジメチルアニリン(和光純薬工業(株)製)200部とを遮光条件下混合し、得られた溶液を110℃で6時間攪拌した。得られた反応液を室温まで冷却後、水800部、35%塩酸50部の混合液中に添加し室温で1時間攪拌したところ、結晶が析出した。析出した結晶を吸引濾過の残渣として取得後、乾燥し、式(A−IV)で表される化合物を得た。
式(A−IV)で表される化合物の同定は、下記装置を用いてLC−MS分析により行った。
LC装置:アジレント社製 LC1200シリーズ
カラム:Wakosil−II 3C18 HG(φ3.0mm*150mm(W))
MS装置 : アジレント社製 LC/MSD6130
(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z=[M+H]+659.9
Exact Mass: 658.9
C.I.ピグメントブルー15:6 21.4部
アクリル系顔料分散剤 7.5部、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 176部
を混合し、ビーズミルを用いて顔料を十分に分散させ、次いで、
式(A−IV)で表される化合物(染料) 6.3部
樹脂(A1) 60部(固形分換算)
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(カヤラッド(登録商標)DPHA;日本化薬(株)製) 40部
重合開始剤(NCI−930;(株)ADEKA製;O−アシルオキシム化合物)
16部
ジアセトンアルコール 20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 724部、及び
レベリング剤 0.15部
を混合して硬化性樹脂組成物6を得た。
5cm角のガラス基板(イーグル2000;コーニング社製)上に、硬化性樹脂組成物6をスピンコート法で塗布したのち、100℃で3分間プリベークして硬化性樹脂組成物層を得た。放冷後、硬化性樹脂組成物層が形成された基板と石英ガラス製フォトマスクとの間隔を100μmとして、露光機(TME−150RSK;トプコン(株)製)を用いて、大気雰囲気下、80mJ/cm2の露光量(365nm基準)で光照射した。フォトマスクとして、100μmの1:1ラインアンドスペースパターンが形成されたフォトマスクを使用した。光照射後の組成物層を、非イオン系界面活性剤0.12%と水酸化カリウム0.04%を含む水系現像液に23℃で60秒間浸漬現像し、水洗後、ホットプレート上で、150℃で5分間ベークを行うことによりパターンを得た。パターンの膜厚は2.1μmであった。
実施例6の硬化性樹脂組成物6から、パターンの形成2の方法で作製したパターンについて、上記と同様の方法で評価を行った結果、パターニング性は1、耐溶剤性は1.0、密着性は100/100であった。
Claims (5)
- α,β−不飽和カルボニル基を有する構成単位(Aa)、活性メチレン基又は活性メチン基を有する構成単位(Ab)及び酸基を有する構成単位(Ac)を有する樹脂。
- 請求項1記載の樹脂、重合性化合物、及び重合開始剤を含む、硬化性樹脂組成物。
- 請求項2記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
- 請求項2記載の硬化性樹脂組成物を基板の上に塗布する工程、
硬化性樹脂組成物を乾燥することにより硬化性樹脂組成物層を形成する工程、
硬化性樹脂組成物層を露光する工程、及び、
露光された硬化性樹脂組成物層を加熱する工程
を含む、硬化膜の製造方法。 - 露光された硬化性樹脂組成物層を150℃以上200℃以下で加熱する請求項4記載の硬化膜の製造方法。
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