JP4929687B2 - 感光性化合物、添加用化合物、これらを含有するポジ型感光性組成物、及びこのポジ型感光性組成物の膜を有する表示素子 - Google Patents

感光性化合物、添加用化合物、これらを含有するポジ型感光性組成物、及びこのポジ型感光性組成物の膜を有する表示素子 Download PDF

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Description

本発明は、レジスト分野への適用の観点から新規なシルセスキオキサン誘導体、及びそれのレジスト分野への適用に関する。
一般に、フェノール性水酸基を有する化合物をキノンジアジドスルホン酸エステル化して、半導体微細加工用の感光性樹脂組成物における感光剤として用いることは公知である(例えば、特許文献1参照。)。
すなわち、キノンジアジド基を有する化合物と、アルカリに可溶なアルカリ可溶性樹脂とを含むポジ型感光性組成物を金属基板上に塗布し、これに300〜500nmの波長の光を照射すると、前記化合物のキノンジアジド基が分解したのち、共存する水分あるいは現像液の水分と反応してカルボキシルを生じる。これにより、前記化合物はアルカリ不溶の状態からアルカリ可溶の状態になる。この光照射による状態変化を利用して、かかる組成物は、ポジ型レジストによるパターンが形成された透明膜や絶縁膜の作製に用いられる。ポジ型レジストは、ネガ型レジストに比べて解像力に優れるという特徴を有することから、半導体用の各種集積回路の製作に利用されている。
そして、半導体産業における集積回路は、近年、高集積化に伴う微細化が進み、この技術分野においては、今やサブミクロンのパターン形成が要求されるに至っている。そのなかでも、リソグラフィープロセスは、集積回路製作時の重要な地位を占めており、ポジ型レジストについても、一層優れた解像度、すなわち高いγ値が求められるようになっている。
キノンジアジド化合物とアルカリ可溶性樹脂とを含有するポジ型感光性組成物については、各成分の組み合わせについて従来から数多くの提案がなされてきている。例えば特許文献1には、フェノール性水酸基を少なくとも2個有するトリフェニルメタン系の化合物をキノンジアジドスルホン酸エステル化した化合物を、感光剤として用いることが記載されている。
しかしながらこうした公知の感光剤は、現在の超高集積回路作製のための超微細加工用、いわゆるサブミクロンリソグラフィー用の感光剤としては、より微細な回路の作製の観点から検討の余地が残されている。
例えば、絶縁膜上に透明電極を形成する場合では、この透明電極の抵抗値のさらなる低減化が求められている。絶縁膜上の透明電極の低抵抗値化では、パターン化された絶縁膜に透明電極をより高温でスパッタリングして形成することが望まれている。ポジ型感光性組成物の耐熱性が不十分であると、前記のスパッタリングによって絶縁膜にしわが生じ、製品の品質を低下させることがある、このため、絶縁膜上に低抵抗の透明電極を形成する場合に用いられる感光剤には、さらなる耐熱性が要求される。
このため、感光剤については、感度、解像力、耐熱性等のレジスト性能を向上させるための種々の研究が行われている。
一方、フェノール性水酸基を有する化合物を、キノンジアジド化合物とアルカリ可溶性樹脂とを含有する感光性樹脂組成物におけるアルカリ可溶性低分子量添加剤として用い、
レジストの高感度化を図る研究も行われている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平9−194413号公報
本発明の目的は、感光性樹脂組成物の感光剤成分として有用である新規なシルセスキオキサン骨格を有するキノンジアジドスルホン酸系化合物を提供すること、及びその前駆体である水酸基を有する化合物を該組成物における添加物として提供することにある。
本発明の別の目的は、かかる水酸基含有化合物又はそのキノンジアジドスルホン酸系化合物を用いて、高い感度、高い解像力、高い耐熱性、良好なプロファイル、良好なフォーカス許容性、少ない現像残渣など、レジスト諸性能のバランスがとれた感光性組成物を提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を続けた結果、フェノール性水酸基を2個有する特定構造のフェノール誘導体を見出し、そしてこの化合物は感光性樹脂組成物におけるアルカリ可溶性低分子量添加剤として有用であるとともに、この化合物をキノンジアジドスルホン酸エステル化したものを感光剤として用いた場合にも、優れた結果が得られることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、4〜12個のケイ素と、それぞれのケイ素に結合している酸素及び一価のRとによって構成される基本構造を含むシルセスキオキサン誘導体からなる化合物であって、基本構造は、一つのケイ素に三つの酸素と一つのRとが結合し、二つのケイ素の間には一つの酸素が介在する構造であり、シルセスキオキサン誘導体は、端部に酸素を有していてもよく、端部の酸素にはRが結合していてもよいし、また端部の二つの酸素に、二つのRが結合している一つのケイ素が結合していてもよい化合物において、Rは、独立して、水素、アルキル、アリール、アラルキル、下記式(1)で示される基(以下「式(1)の基」とも言う)、又は下記式(2)で示される基(以下「式(2)の基」とも言う)であり、アルキルにおける炭素数は1〜30であり、アリールにおける炭素数は6〜30であり、アラルキルにおけるアルキレンの炭素数は1〜12であり、アルキル及びアラルキルのアルキレンのそれぞれにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−、−S−、−CO−、−NH−、−SiRa 2−(Raは独立して炭素数1〜8のアルキル、フェニル、シクロペンチル又はシクロヘキシルである。)、−CH=CH−、−C≡C−、−CF=CF−、シクロアルキレン又はシクロアルケニレンで置き換えられてもよく、アリール及びアラルキルのそれぞれにおいて、環の任意の水素は、ハロゲン、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ又は炭素数2〜12のアルケニルで置き換えられてもよく、Rの少なくとも一つは式(1)で示される基である化合物(以下、この化合物を「感光性化合物」と言う)を提供する。下記式(1)中、aは0〜8の整数であり、bは0又は1である。また下記式(2)中、cは0〜8の整数であり、dは0又は1である。
Figure 0004929687
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また、本発明は、前記シルセスキオキサン化合物において、前記キノンジアジドスルホン酸基を有さず、前記Rの少なくとも一つは前記式(2)で示される基である化合物(以下、この化合物を「添加用化合物」と言う)を提供する。
また、本発明は、本発明の感光性化合物とアルカリ可溶性樹脂とを含有するポジ型感光性組成物、及び感光性化合物と本発明の添加用化合物とアルカリ可溶性樹脂とを含有するポジ型感光性組成物を提供する。
また、本発明は、素子基板と、前記素子基板上に形成される前記ポジ型感光性組成物の膜とを有する表示素子を提供する。
本発明の感光性化合物は、4〜12個のケイ素と、それぞれのケイ素に結合している酸素及び一価のRとによって構成される基本構造を含むシルセスキオキサン誘導体であって、前記Rの少なくとも一つは式(1)の基であることから、感光性組成物の感光剤成分として有用である新規なシルセスキオキサン骨格を有するキノンジアジドスルホン系化合物を提供することができる。
また、本発明の添加用化合物は、4〜12個のケイ素と、それぞれのケイ素に結合している酸素及び一価のRとによって構成される基本構造を含むシルセスキオキサン誘導体であって、前記Rの少なくとも一つは式(2)の基であることから、感光性組成物の感光剤成分として有用である新規なシルセスキオキサン骨格を有するキノンジアジドスルホン酸系化合物の前駆体である水酸基含有化合物を該組成物における添加物として提供することができる。
また、本発明のポジ型感光性組成物は、前記の本発明の感光性化合物と、アルカリに可溶な樹脂(以下、アルカリ可溶性樹脂と言う)とを含有することから、高い感度、高い解像力、高い耐熱性、良好なプロファイル、良好なフォーカス許容性、少ない現像残渣など、レジスト諸性能のバランスがとれた感光性組成物を提供することができる。
また、本発明のポジ型感光性組成物は、感光性化合物と、前記の本発明の添加用化合物と、アルカリ可溶性樹脂とを含有することから、耐熱性や耐スパッタ性等のレジスト諸性能に特に優れた感光性組成物を提供することができる。
また、本発明の表示素子は、素子基板と、この素子基板上に形成される前記の本発明のポジ型感光性組成物の膜とを有することから、素子の製造過程における種々の加工による前記膜への影響を抑制することができ、この影響に起因する素子の品質の低下を防止することができる。
また、本発明の感光性化合物及び添加用化合物は、下記式(3)に示されるシルセスキオキサン誘導体(ただしR1からR4の少なくともいずれかが式(1)で示される基である)であると、前記膜における耐薬品性を向上させる観点からより一層効果的である。
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また、本発明の感光性化合物及び添加用化合物は、式(3)における全てのR5がフェニルであると、フェニルを含むポリマーへの相溶性を向上させる観点からより一層効果的である。
また、本発明の感光性化合物は、式(3)におけるR2が式(1)の基であり、R3が式(1)の基又は式(2)の基であると、前記膜における耐熱性を向上させる観点からより一層効果的である。同様に、本発明の添加用化合物は、式(3)におけるR2及びR3が式(2)の基であると、前記膜における耐熱性を向上させる観点からより一層効果的である。
また、本発明のポジ型感光性組成物は、前記添加用化合物をさらに含有すると、本発明のポジ型感光性組成物における前記感光性化合物の現像時における露光部分のアルカリ現像液への溶解性及び非露光部分のアルカリ現像液への溶解阻害性を高める観点からより一層効果的である。
本発明において、アルキル及びアラルキルのアルキレンのそれぞれにおいて、任意の−CH2−は−O−、−S−、−CO−、−NH−、−SiRa 2−(Raは独立して炭素数1〜8のアルキル、フェニル、シクロペンチル又はシクロヘキシルである。)、−CH=CH−、−C≡C−、−CF=CF−、シクロアルキレン又はシクロアルケニレンで置き換えられてもよいとは、これらアルキル等の任意の位置の−CH2−が−O−、−S−、−CO−等で置換されてもよいことを意味する。ただし、−O−が2つ以上連続することは望ましくない。すなわち、たとえば−CH2−O−O−CH2−よりは−CH2−O−CH2−O−が好ましい。
本発明の感光性化合物は青色領域の可視光から近紫外線により反応するが、これらの領域の光を総称して、紫外線と呼ぶことがある。
<感光性化合物>
本発明における感光性化合物は、アルカリに対する溶解性が感光によって変化する化合物である。本発明における感光性化合物の感光性は、以下に示す方法によって確認することができる。
感光性化合物1gを10gのジオキサン又はテトラヒドロフランに溶解し、得られた溶液を4cm角のガラス基板に1,000rpmでスピンコートし、得られた塗膜を80℃で30分間加熱する。これを2枚作製する。両者の膜厚は、加熱後の膜の膜厚が4μm程度となるように、できるだけ同じにする。そのうちの一方のサンプルを100mLのジオ
キサンに投入して前記膜を溶かし、得られたサンプルについて、紫外可視分光光度計で405nmの波長の光の吸光度を測定する(この吸光度をA0とする)。もう一方のサンプルには、超高圧水銀ランプの光を、カットフィルターを通してg、h、i線を選択的に同時に照射できるようにし、150mJ/cm2のエネルギーに相当する分だけ照射する。照射後のサンプルを100mLのジオキサンに投入して前記膜を溶かし、得られたサンプルについて、紫外可視分光光度計で405nmの波長の光の吸光度を測定する(この吸光度をA1とする)。A1/A0<0.5であれば、感光性化合物として有用であることの効果が期待できる。
本発明の感光性化合物は、4〜12個のケイ素と、それぞれのケイ素に結合している酸素及び一価のRとによって構成される基本構造を含むシルセスキオキサン誘導体である。ここで、前記基本構造は、一つのケイ素に三つの酸素と一つのRとが結合し、二つのケイ素の間には一つの酸素が介在する構造である。
前記シルセスキオキサン誘導体は、前記基本構造からなっていても(すなわち酸素の全てが二つのケイ素と結合していても)よいし、端部に前記酸素を有していても(すなわち一部の酸素は一つのケイ素のみに結合していても)よいし、さらに端部の前記酸素にはRが結合していてもよいし、また前記シルセスキオキサン誘導体は、端部の二つの前記酸素に、二つのRが結合している一つのケイ素が結合していてもよい。さらに前記シルセスキオキサン誘導体は、これらの構造が組み合わさった構造の化合物であってもよい。
前記シルセスキオキサン誘導体には、種々の公知の前記基本構造を含むシルセスキオキサンの誘導体が挙げられる。前記基本構造からなるシルセスキオキサン誘導体としては、例えば下記式(4)〜(6)に示されるシルセスキオキサン誘導体が挙げられる。端部に酸素を有し、かつこの酸素にRが結合しているシルセスキオキサン誘導体としては、例えば下記式(7)及び(8)に示されるシルセスキオキサン誘導体が挙げられる。端部に酸素を有し、かつ端部の二つの前記酸素に、二つのRが結合している一つのケイ素が結合しているシルセスキオキサン誘導体としては、下記式(9)のシルセスキオキサン誘導体が挙げられる。
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前記シルセスキオキサン誘導体は、式(4)から(9)に示されるような、ケイ素と酸素とが交互に結合してなる環が形成されている構造の化合物であることが好ましく、その中でも式(4)から(6)及び(9)に示されるように、前記環を貫通する方向に前記シルセスキオキサン誘導体を見たときに互いに重なる位置関係にある二つの前記環を有し、一方の環のケイ素の一部又は全部が酸素を介して他方の環のケイ素の一部又は全部と結合している構造(以下、「ダブルデッカー構造」又は「DD」ともいう)の化合物であることがより好ましい。
さらに、前記シルセスキオキサン誘導体は、八つのケイ素を含む前記基本構造と、前記酸素が結合する四つの端部と、二つの端部を一組としたときに各組の二つの端部のそれぞれに結合している、二つのRが結合している端部ケイ素とを有する、前記式(9)で示される化合物であることが、DDにおけるRとは異なる任意の基を、DDの二つの前記端部ケイ素が有するRとして導入する観点から特に好ましい。
前記Rは、少なくとも一つは以下に示される式(1)の基である。その他のRは、水素、アルキル、アリール、アラルキル、及び以下に示される式(2)の基の中から独立して選ぶことができる。その他のRは、組成物における相溶性、分子の立体構造、及び表示素子の製造過程における露光性や現像性の改良等の観点から選ぶことができる。
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式(1)の基は、前記式(1)中、aが0〜8の整数であり、bが0又は1である。また式(2)の基は、前記式(2)中、cが0〜8の整数であり、dが0又は1である。式(1)の基におけるa及びbの値、及び式(2)の基におけるc及びdの値は、得られた感光性化合物の溶解性や目的の感光性化合物の合成の容易さ等の観点に基づいて適宜決め
ることができる。
例えば、式(1)又は式(2)の基において、b又はdが1のとき、a又はcを大きくすれば溶解度が向上する。また、本発明の感光性化合物は、後述するヒドロシリル化によりこれらの基を導入することによって、容易に合成することができる。原料の入手の容易さ、合成の容易さの観点から、a、b、c及びdを適宜決めることができる。
より具体的には、式(1)の基には、例えば式(1)のa及びbが0である基、式(1)のaが0でありbが1である基、式(1)のaが1〜8の整数でありbが0である基、及び式(1)のaが1〜8の整数でありbが1である基等が挙げられる。
また、式(2)の基には、例えば式(2)のc及びdが0である基、式(2)のcが0でありdが1である基、式(2)のcが1〜8の整数でありdが0である基、及び式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基等が挙げられる。
また、式(1)及び式(2)の基は、これらの基のアルキレンは二価の炭化水素以外の構造を含んでいてもよい。このような式(1)及び式(2)の基には、例えばこれらの基における−(CH2a−及び−(CH2c−の任意の−CH2−が−O−で置き換えられている基や、−(CH2a−及び−(CH2c−の任意の−CH2CH2−が−COO−で置き換えられている基が挙げられる。
式(1)の基以外のRにおいて、アルキルは炭素数1〜30のアルキルであり、アリールは炭素数が6〜30のアリールであり、アラルキルはアルキレンの炭素数が1〜12のアラルキルである。アルキル及びアラルキルのアルキレンのそれぞれにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−、−S−、−CO−、−NH−、−SiRa 2−(Raは独立して炭素数1〜8のアルキル、フェニル、シクロペンチル又はシクロヘキシルである。)、−CH=CH−、−C≡C−、−CF=CF−、シクロアルキレン又はシクロアルケニレンで置き換えられてもよい。
また、式(1)の基以外のRでは、アリール及びアラルキルのそれぞれにおいて、環の任意の水素は、ハロゲン、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ又は炭素数2〜12のアルケニルで置き換えられてもよい。
前記シルセスキオキサン誘導体が前記式(9)で示される化合物である場合では、下記式(3)に示されるように、前記Rを、一方の前記端部ケイ素に結合するR1、R2と、他方の前記端部ケイ素に結合するR3、R4と、前記基本構造のケイ素に結合する複数のR5としたときに、R1からR4の少なくともいずれか一つは、式(1)の基であることが、DDの端部の任意の位置に式(1)の基が導入された特定の構造を有する化合物を得る観点から好ましい。R1からR4のうち、式(1)の基以外の基は、前記Rの中から適宜選ばれる。
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本発明では、R1からR4における式(1)の基の数は特に限定されないが、R1からR4のうち、二つが式(1)の基であることが、後述する表示素子の露光及び現像におけるコントラストを高める観点からより好ましい。
また、本発明では、式(2)の基は後述する表示素子における現像後のポストベーク時に、アルカリ可溶性樹脂のエポキシやオキセタニルと反応して架橋を形成することから、式(1)の基以外のR1からR4の少なくとも一つが式(2)の基であることが好ましい態様の1つである。R1からR4における式(2)の基の数は3以下であれば特に限定されない。
本発明では、特にR1からR4のうち、一つは式(1)の基でありもう一つが式(2)の基であることが、前述した表示素子における架橋の形成によって表示素子における膜の耐熱性及び耐スパッタ性を高める観点からより好ましい態様の1つである。
なお、本発明において、R1からR4に式(1)及び式(2)の基の両方が含まれる場合には、これらの基の個々の構造は、前述した構想の範囲であれば特に限定されないが、これらの基におけるアルキレンの炭素数やフェニレンの有無が同じであることが、R1からR4に式(1)及び式(2)の基の両方を含む感光性化合物を容易に合成する観点から好ましい。
5は、式(1)の基の構造及び前記R1からR4における式(1)の基以外の基の種類等の条件に応じて、独立して、前述したRの中から適宜選ばれる。R5には、例えば、独立して、アルキル、アリール、及びアリールアルキルが挙げられる。
5におけるアルキルには、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−が−O−、−CH=CH−又は炭素数が4〜8のシクロアルキレンで置き換えられてもよい、炭素数1〜20のアルキルが挙げられる。
5におけるアリールには、環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいアリールが挙げられる。
5におけるアリールアルキルには、環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいアリールアルキルが挙げられる。
より具体的には、R5には、例えば、独立して、アルキル、フェニル、フェニルアルキル、又はナフチルが挙げられる。
このようなアルキルには、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−が−O−、−CH=CH−又は炭素数が4〜8のシクロアルキレンで置き換えられてもよい、炭素数1〜8のアルキルが挙げられる。
またR5におけるフェニルには、ベンゼン環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいフェニルが挙げられる。
またR5におけるフェニルアルキルには、ベンゼン環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいフェニルアルキルが挙げられる。
5は、それぞれ異なる種類の基であってもよいし、同一の種類の基であってもよいが、感光性化合物を容易に合成する観点から、全てのR5が同一であることが好ましい。また、R5は、感光性化合物の合成の容易さ等の観点から、任意の水素がフッ素、メチル、又はメトキシで置き換えられていてもよいフェニルであることが好ましい。さらに特にフェニルであることが好ましい。
式(3)に示される感光性化合物は、原料の入手の容易さ、合成の容易さ、得られる化合物の溶解性、及び得られる化合物の単一性等の観点から、前述したR1からR5が適宜組み合わされて構成される。
このような感光性化合物としては、例えば、R5が、任意の水素がフッ素、メチル、又はメトキシで置き換えられていてもよいフェニルであり、かつ全てのR5が同一であり、R1からR4において、式(1)及び式(2)の基が、これらの基における−(CH2a−及び−(CH2c−の任意の−CH2−が−O−で置き換えられていてもよく、また−(CH2a−及び−(CH2c−の任意の−CH2CH2−が−COO−で置き換えられていてもよい感光性化合物や、特にR5がフェニルである感光性化合物が挙げられる。
前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4は炭素数が1〜8のアルキルであり、R2及びR3はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4はメチルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R3はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4はメチルであり、R2及びR3はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4がメチルであり、R2及びR3はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4は炭素数が1〜8のアルキルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R3はcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくと
も一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4はメチルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R3はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4はメチルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R3はcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR4がメチルであり、R2はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R3はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3は炭素数が1〜8のアルキルであり、R2及びR4はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3はメチルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R4はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3はメチルであり、R2及びR4はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3はメチルであり、R2及びR4はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3は炭素数が1〜8のアルキルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R4はcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3はメチルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R4はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3はメチルであり、R2はaが1〜8の整数でありbが1である式(1)の基であり、R4はcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
また、前記感光性化合物としては、例えば、R1及びR3がメチルであり、R2はaが2
でありbが1である式(1)の基であり、R4はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物が挙げられる。
前記感光性化合物は、前述した具体的な構造に限定されないが、R1及びR4はメチルであり、R2は式(1)の基である化合物であることが、表示素子におけるポジ型感光性組成物の膜の耐熱性および耐スパッタ性を高める観点から好ましく、R1及びR4はメチルであり、R2及びR3は式(1)の基である化合物であることが、原料の入手の容易さ、合成の容易さ、及び後述する表示素子におけるポジ型感光性組成物の膜の耐熱性および耐スパッタ性を高める観点からより好ましい。
例えばR1及びR4がメチルであり、R2はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R3はaが2でありbが1である式(1)の基であるか又はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物は、原料の入手の容易さ、合成の容易さ、及び後述する表示素子におけるポジ型感光性組成物の膜の耐熱性および耐スパッタ性を高める観点から好ましく、中でもR3はaが2でありbが1である式(1)の基である感光性化合物は、合成の容易さの観点からより好ましい。
また、前記感光性化合物は、前述した具体的な構造に限定されないが、R1及びR3はメチルであり、R2は式(1)の基である化合物であることが、表示素子におけるポジ型感光性組成物の膜の耐熱性および耐スパッタ性を高める観点から好ましく、R1及びR3はメチルであり、R2及びR4は式(1)の基である化合物であることが、原料の入手の容易さ、合成の容易さ、及び後述する表示素子におけるポジ型感光性組成物の膜の耐熱性および耐スパッタ性を高める観点からより好ましい。
例えばR1及びR3がメチルであり、R2はaが2でありbが1である式(1)の基であり、R4はaが2でありbが1である式(1)の基であるか又はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである感光性化合物は、表示素子におけるポジ型感光性組成物の膜の耐熱性および耐スパッタ性を高める観点から好ましく、中でもR4はaが2でありbが1である式(1)の基である感光性化合物は、合成の容易さの観点からより好ましい。
前記感光性化合物は、例えば特表2003−24870号公報や特開平9−194413号公報に記載されているような公知の技術に基づいて製造することができる。例えば、前記感光性化合物は、前記基本構造を有する基本構造体を製造し、得られた基本構造体に直接又は間接的に式(1)の基を導入することによって製造することができる。
前記基本構造体は、例えばR又はRを誘導するための誘導用の基を有するトリクロロシラン又はトリアルコキシシランを1価のアルカリ金属水酸化物及び水の存在下で加水分解して縮合させ、必要に応じてR又は前記誘導用の基を有するジクロロシラン又はジアルコキシシランを縮合させることによって製造することができる。前記誘導用の基には、例えばクロロ、アルコキシ、水素、カルボキシル、及び水酸基が挙げられる。
式(1)の基は、前記Rとして、必要に応じて適当な保護基を付けて前記基本構造体の製造時に導入してもよいが、導入位置を制御する観点から、前記基本構造体を製造した後に、前記誘導用の基を置換することによって導入することが好ましい。
式(1)の基は、前記誘導用の基とキノンジアジドスルホン酸又はその酸塩化物とを反応させることによって前記基本構造体に直接結合させることが可能である。また、式(1
)の基は、前記誘導用の基と他の基とを結合させた後に前記他の基とキノンジアジドスルホン酸又はその酸塩化物とを反応させることによって、前記基本構造体に間接的に結合させることが可能である。
本発明の感光性化合物の製造例を具体的に示すと、例えば、特表2003−24870号公報に記載されているように、Rを有するトリアルコキシシランを、水酸化ナトリウム等の1価のアルカリ金属水酸化物、水、及びアルコールの存在下で反応させ、得られた反応生成物とRを有するジクロロシランとを、テトラヒドロフラン中でトリエチルアミンの存在下で反応させることによって、下記式(10)に示される化合物が得られる。
Figure 0004929687
前記式(10)に示される化合物と、下記式(11)に示される、保護されたヒドロキシフェニル基を有するオレフィン系化合物とを白金触媒の存在下でヒドロシリル化反応させ、その後に脱保護することによって、下記式(12)に示される化合物が得られる。
Figure 0004929687
Figure 0004929687
前記式(11)における「PG」は保護基を示す。この保護基には、酸性で除去することができる保護基を用いることができ、例えばアセチル、ベンゾイル、メトキシメチル、メチル、ベンジルオキシメチル、メトキシエトキシメチル、テトラヒドロピラニル、イソプロピル、tert−ブチル、4−メトキシベンジル、トリメチルシリル、tert−ブチルジメチルシリル等が挙げられる。また、前記式(11)及び(12)におけるR6は、炭素数が1以上の二価の炭化水素基を表すが、ない場合もある。
前記ヒドロシリル化反応では、式(10)の化合物に対して式(11)の化合物を2.0〜10.0のモル比で用いることが好ましく、2.2〜5.0のモル比で用いることがより好ましい。
前記ヒドロシリル反応は、通常、白金触媒の存在下で行われる。前記白金触媒には、塩化白金酸のような無機化合物、及びトリス(ジビニルジシロキサン)二白金(0)のよう
な錯体が挙げられる。前記白金触媒の使用量は、式(10)の化合物に対して通常5モル%以下であり、好ましくは0.01〜0.1モル%の範囲である。
前記ヒドロシリル反応は、溶媒中で行うことが好ましい。この場合の反応溶媒には、非プロトン性の有機溶媒を用いることができ、前記反応溶媒は、原料及び生成物が溶解する溶媒であることが好ましい。前記反応溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、及びジオキサン等が挙げられる。これらの有機溶媒の中でもトルエンが好ましく用いられる。前記反応溶媒の使用量は、式(10)の化合物に対して、一般的には0.5〜10重量倍の範囲であり、好ましくは1〜5重量倍であり、より好ましくは2〜3重量倍である。
前記ヒドロシリル反応は、通常、40〜120℃の範囲、好ましくは60〜100℃の範囲の温度で、2〜10時間程度行われる。この反応は、通常大気圧下で進行する。
前記ヒドロシリル反応によって得られるヒドロシリル化生成物におけるフェノール性水酸基の保護基を除去することにより、式(12)の化合物が得られる。この脱保護反応は酸性条件下で行われ、通常用いられる酸が使用される。前記脱保護反応に用いられる酸には、塩酸、臭化水素酸、硫酸等の無機酸や、p−トルエンスルホン酸等の有機酸が挙げられる。前記脱保護反応における酸の使用量は、式(12)の化合物に対して、通常、0.5〜10モル倍であり、好ましくは2〜5モル倍である。
前記脱保護反応は、通常、溶媒中で行われる、前記脱保護反応に用いられる反応溶媒としては、水、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジオキサン、エタノール、メタノール等が挙げられる。これらの反応溶媒の中でも水と他の溶媒との混合溶媒が好ましい。前記反応溶媒の使用量は、式(12)の化合物に対して、通常、1〜10重量倍であり、好ましくは2〜6重量倍である。前記脱保護反応は、通常、30℃から反応溶媒の還流温度の範囲で行われ、好ましくは50℃から反応溶媒の還流温度の範囲で行われる。
前記式(12)で示される化合物を、1,2−キノンジアジド骨格を有する各種のスルホン酸誘導体をエステル化剤としてエステル化反応を行うことによって、前記式(3)に示される化合物である本発明の感光性化合物が得られる。前記エステル化剤には、好ましくは、1,2−ナフトキノンジアジド−4−又は−5−スルホニルハライドが用いられる。
前記スルホニルハライドを構成するハロゲンには、例えば塩素や臭素等が挙げられるが、通常は塩素であることが好ましい。したがって、1,2−ナフトキノンジアジド−4−又は−5−スルホニルクロライドが、前記エステル化剤として好ましく用いられる。また、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルハライドと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルハライドとの混合物を前記エステル化剤として用いることもできる。
前記エステル化反応において、1,2−ナフトキノンジアジド−4−及び/又は−5−スルホニルハライドの使用量は、式(12)の化合物に対し、通常、1.0〜5.0のモル比であり、好ましくは1.1〜2.5のモル比である。
前記エステル化反応は、通常、脱ハロゲン化水素剤の存在下で行われる。前記脱ハロゲン化水素剤としては、一般的に塩基性の化合物が用いられ、例えば炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムのような無機塩基、エチルアミン、エタノールアミン、ジエチルアミン、ジエタノールアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチル
アニリンのようなアミン類が挙げられる。前記脱ハロゲン化水素剤の使用量は、1,2−ナフトキノンジアジド−4−又は−5−スルホニルハライドに対して、通常1.05〜1.5のモル比であり、好ましくは1.05〜1.2であり、さらに好ましくは1.1〜1.2のモル比である。
前記エステル化反応は、通常、溶媒中で行われる。前記エステル化反応における反応溶媒としては、エーテル類、ラクトン類、脂肪族ケトン類などが挙げられる。これらの反応溶媒の中でも、ジオキソラン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、アセトン及び2−ヘプタノンから選ばれる溶媒であることが好ましい。これらの溶媒をそれぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて前記反応溶媒として用いることができる。前記反応溶媒には、とりわけ1,4−ジオキサンが好ましい。前記反応溶媒の使用量は、式(12)の化合物とキノンジアジドスルホニルハライドとの合計量に対して、通常は2〜6重量倍であり、好ましくは3〜5重量倍であり、さらに好ましくは4〜5重量倍である。
前記エステル化反応は、常圧下、常温付近でも十分進行し、一般的には20〜30℃の範囲の温度で行われ、2〜10時間程度行われる。
反応終了後は、酢酸のような公知の酸で中和し、固形物を濾過したあと、濾液を洗浄、乾燥及び濃縮することにより、目的物であるキノンジアジドスルホン酸エステルを取り出すことができる。必要に応じて、濾液に薄い酸水溶液、例えば0.1〜2重量%程度の濃度の酢酸水溶液を混合してもよい。
前記エステル化反応においては、用いる1,2−ナフトキノンジアジドスルホニルハライドのモル比にもよるが、通常は、式(3)におけるR1、R2、R3、及びR4いずれか一つがキノンジアジドスルホニルとなった化合物(モノエステル)、R1からR4のいずれか二つがキノンジアジドスルホニルとなった化合物(ジエステル)、 R1からR4のいずれか三つがキノンジアジドスルホニルとなった化合物(トリエステル)、及びR1からR4の四つ全てがキノンジアジドスルホニルとなった化合物(テトラエステル)のうち、2種以上の混合物が得られる。この混合物は、通常そのまま本発明の感光性化合物として用いることができる。
また、前記混合物を分離し、精製して得られる個々のエステルも、本発明の感光性化合物として用いることができる。前記混合物の分離、精製は、混合物中の組成にもよるが、カラムクロマトグラフィーや再結晶等の公知の分離精製技術によって行うことが可能である。
こうして得られる本発明の感光性化合物は、紫外線に感応する感光剤として、有利に使用することができる。この感光剤は、アクリル樹脂やノボラック樹脂などのアルカリ可溶性樹脂と組み合わせて、ポジ型レジスト用の感光性組成物とした場合に、特に高い効果を発揮する。
本発明の感光性化合物は、4〜12個のケイ素を含むシルセスキオキサン誘導体を基本構造とし、前述した式(1)の基を含むRをケイ素ごとに有することから、有機基とケイ素とを程よく含んでいる。このため、本発明の感光性化合物は、ケイ素を含まない有機系の感光性化合物に比べて、シリコーン系ポリマーとの相溶性に優れ、また有機系ポリマーに対しては同等の相溶性を示す。
<添加用化合物>
本発明の添加用化合物は、感光性化合物と、アルカリに可溶なアルカリ可溶性樹脂とを
含有するポジ型感光性組成物にさらに配合される添加用化合物である。本発明の添加用化合物は、前述した本発明の感光性化合物における式(1)の基を下記式(2)で示される基に置き換えた以外は、前述した本発明の感光性化合物と同じ構造の化合物である。なお、下記式(2)中のcは0〜8の整数であり、dは0又は1である。
Figure 0004929687
前記添加用化合物における基本構造には、前述した感光性化合物と同じ基本構造を用いることができる。前記添加用化合物における式(2)の基以外のRも、前述した感光性化合物と同じ基を用いることができる。これらは、前述した感光性化合物と同様に理由で、前述した構造や基の中から適宜選択される。
式(2)の基におけるc及びdの値は、前述した感光性化合物と同様に、得られた添加用化合物の溶解性、目的の添加用化合物の合成の容易さ、及び原料の入手の容易さ、等の観点に基づいて適宜決めることができる。
例えば、式(2)の基において、dが1のとき、cが小さいと得られた添加用化合物の溶媒に対する溶解度が低くなることがある。cを大きくすれば溶解度が向上する。また、本発明の添加用化合物は、前述した感光性化合物と同様に、前述したヒドロシリル化によりこれらの基を導入することによって、容易に合成することができる。原料の入手の容易さ、合成の容易さの観点から、c及びdを適宜決めることができる。
前記添加用化合物には、具体的には、Rの少なくとも一つはc及びdが0である式(2)の基である化合物、Rの少なくとも一つはcが0でありdが1である式(2)の基である化合物、Rの少なくとも一つはcが1〜8の整数でありdが0である式(2)の基である化合物、Rの少なくとも一つはcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基である化合物等が挙げられる。
また、式(2)の基は、この基のアルキレンが二価の炭化水素以外の構造を含んでいてもよい。このような式(2)の基には、例えばこの基における−(CH2c−の任意の−CH2−が−O−で置き換えられている基や、−(CH2c−の任意の−CH2CH2−が−COO−で置き換えられている基が挙げられる。
本発明の添加用化合物は、前述した感光性化合物と同様に、特に前記式(3)で示されるシルセスキオキサン化合物であることが、DDにおけるR5とは異なる任意の基を、DDの端部の二つのケイ素が有するR1からR4に導入する観点から好ましい。本発明の添加用化合物では、R1からR4の少なくとも一つが式(2)の基である。本発明の添加用化合物では、前述した感光性化合物と同様に、式(2)の基以外のR1からR4には、前述したRが適宜選択される。また、本発明の添加用化合物におけるR5には、前述した感光性化合物のR5と同じ基を用いることができる。
式(2)の基は、後述する表示素子の現像後のポストベーク時に、アルカリ可溶性樹脂のエポキシ基やオキセタニル基と反応して架橋を形成する。したがって、本発明の添加用化合物は、ポジ型感光性組成物に配合することによって、前記表示素子における膜の耐熱性や耐スパッタ性を向上させる観点から有効である。
式(3)に示される添加用化合物は、前述した感光性化合物と同様に、原料の入手の容易さ、合成の容易さ、得られる化合物の溶解性、及び得られる化合物の単一性等の観点から、前述したR1からR5が適宜組み合わされて構成される。
このような添加用化合物としては、例えば、R5が、任意の水素がフッ素、メチル、又はメトキシで置き換えられていてもよいフェニルであり、かつ全てのR5が同一であり、R1からR4において、式(2)の基が、この基における−(CH2c−の任意の−CH2−が−O−で置き換えられていてもよく、また−(CH2c−の任意の−CH2CH2−が−COO−で置き換えられていてもよい化合物や、特にR5がフェニルである添加用化合物が挙げられる。
また前記添加用化合物としては、例えば、R1及びR3は炭素数が1〜8のアルキルであり、R2及びR4はcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである化合物が挙げられる。
また前記添加用化合物としては、例えば、R1及びR4は炭素数が1〜8のアルキルであり、R2及びR3はcが1〜8の整数でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである化合物が挙げられる。
また前記添加用化合物としては、例えば、R1及びR3はメチルであり、R2及びR4はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである化合物が挙げられる。
また前記添加用化合物としては、例えば、R1及びR4はメチルであり、R2及びR3はcが2でありdが1である式(2)の基であり、R5は前述した基から選ばれる少なくとも一つである化合物が挙げられる。
前記添加用化合物は、前述した具体的な構造に限定されないが、R1及びR3はメチルであり、R2及びR4はcが2でありdが1である式(2)の基である化合物であることが、原料の入手の容易さ、合成の容易さ、及び架橋の形成による表示素子における膜の耐熱性及び耐スパッタ性を高める観点から好ましく、またR1及びR4はメチルであり、R2及びR3はcが2でありdが1である式(2)の基である化合物であることが、前記の観点から好ましい。
本発明の添加用化合物は、本発明の感光性化合物の中間生成物として得ることができる。例えば本発明の添加用化合物は、本発明の感光性化合物の製造における前記脱保護反応における反応生成物として得ることができる。
本発明の添加用化合物は、本発明の感光性化合物と同様に、モノ、ジ、トリ、テトラ、及びそれ以上の式(2)の構造を有する化合物として得られ、これらのうちの一種であってもよいし、二種以上の混合物であってもよい。また、個々の前記エステルは、本発明の感光性化合物と同様に、混合物の組成に応じて、カラムクロマトグラフィーや再結晶等の公知の分離精製技術によって分離し、精製することができる。
本発明の添加用化合物は、ポジ型感光性組成物において、本発明の感光性化合物と組み合わせたときに、本発明の感光性化合物の感光性、非露光部における不溶性、及び露光部における溶解性等の種々の物性を向上させる。したがって、本発明の添加用化合物は、本発明の感光性化合物を含有するポジ型感光性組成物に配合することによって、このポジ型感光性組成物を用いて製造される表示素子等の製品の品質や生産性を高めることがある。
本発明の添加用化合物は、本発明の感光性化合物と同様に、4〜12個のケイ素を含むシルセスキオキサン誘導体を基本構造とし、前述した式(2)の基を含むRをケイ素ごとに有することから、有機基とケイ素とを程よく含んでいる。このため、本発明の添加用化合物は、ケイ素を含まない有機系の感光性化合物に比べて、シリコーン系ポリマーとの相溶性に優れ、また有機系ポリマーに対しては同等の相溶性を示す。
<ポジ型感光性組成物>
本発明の第一のポジ型感光性組成物は、前述した本発明の感光性化合物の一種又は二種以上と、アルカリに可溶な樹脂(以下、アルカリ可溶性樹脂と言う)とを含有する。
前記アルカリ可溶性樹脂は、アルカリに可溶であり、レジスト分野で通常用いられる樹脂であれば特に限定されない。前記アルカリ可溶性樹脂におけるアルカリへの可溶性は、以下に示す方法によって確認することができる。
基板上に樹脂の溶液をスピンコートし、80℃で30分間加熱して厚さ3〜5μmの膜を形成させた後、これを23℃の0.4%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に60秒間浸し、純水ですすぐ。このときに膜が残っていなければ、前記樹脂は本発明におけるアルカリ可溶性樹脂であることを確認することができる。
前記アルカリ可溶性樹脂としては、例えば適当な基を有する複数種のラジカル重合性モノマーを重合させて得られるラジカル重合ポリマーや、フェノール性水酸基を少なくとも1個有する化合物とアルデヒドとを酸触媒の存在下に縮合させて得られるノボラック樹脂等が挙げられる。前記ノボラック樹脂は公知の方法によって製造することができる。
前記ラジカル重合ポリマーは、種々のポリマーを用い得るが、オキセタニルを有するラジカル重合性モノマー、カルボキシルを有するラジカル重合性モノマー、酸無水物基を有するラジカル重合性モノマー、エポキシ基を有するラジカル重合性モノマーなどから選ばれた複数のモノマーの混合物を重合させてなるポリマーであることが、第一のポジ型感光性組成物を用いて形成された膜の特性を高める観点から好ましい。また前記ラジカル重合ポリマーは、これら単一のモノマーを重合させてなるポリマーであってもよい。
前記オキセタニルを有するラジカル重合性モノマーは、オキセタニルを有し、かつラジカル重合性を有する化合物であれば特に限定されない。このようなモノマーとしては、例えば3−メチル−3−(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、3−エチル−3−(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、3−メチル−3−(メタ)アクリロキシエチルオキセタン、3−エチル−3−(メタ)アクリロキシエチルオキセタン、p−ビニルフェニル−3−エチルオキセタ−3−イルメチルエーテル、2−フェニル−3−(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、2−トリフロロメチル−3−(メタ)アクリロキシメチルオキセタン、4−トリフロロメチル−2−(メタ)アクリロキシメチルオキセタン等が挙げられる。
前記オキセタニルを有するラジカル重合性モノマーは、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。前述したオキセタニルを有するラジカル重合性モノマーの少なくとも一つをアルカリ可溶性樹脂の原料に用いることは、第一のポジ型感光性組成物から得られる膜の透明性、耐熱性、耐薬品性、及び耐スパッタ性を高める観点から好ましい。
前記アルカリ可溶性樹脂の重合における前記オキセタニルを有するラジカル重合性モノマーの使用量は、全モノマーに対して50〜95重量%であることが、前記膜の耐スパッタ性を高める観点から好ましい。前記モノマーの使用量が61〜95重量%であると、前
記膜の透明性を高める観点からより好ましい。前記モノマーの使用量が70〜95重量%であると、前記膜の耐熱性を高める観点からさらに好ましい。
前記カルボキシルを有するラジカル重合性モノマーは、カルボキシルを有し、かつラジカル重合性を有する化合物であれば特に限定されない。このようなモノマーとしては、例えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α−クロルアクリル酸、けい皮酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、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、コハク酸モノ[2−(メタ)アクリロイロキシエチル]、マレイン酸モノ[2−(メタ)アクリロイロキシエチル]等が挙げられる。
前記カルボキシルを有するラジカル重合性モノマーは、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。前述したカルボキシルを有するラジカル重合性モノマーの中でも(メタ)アクリル酸及びイタコン酸が好ましく、特に(メタ)アクリル酸は、第一のポジ型感光性組成物の保存安定性を高める観点、第一のポジ型感光性組成物から得られる膜の透明性を高める観点、及び前記膜の露光及び現像時における現像残渣を減らす観点からより好ましい。
前記アルカリ可溶性樹脂の重合における前記カルボキシルを有するラジカル重合性モノマーの使用量は、全モノマーに対して5〜50重量%であることが、第一のポジ型感光性組成物のアルカリ水溶液での現像性を高める観点から好ましい。前記モノマーの使用量が6〜25重量%であると、現像時における解像度を高める観点からより好ましく、前記モノマーの使用量が7〜15重量%であると、現像時における感度を高める観点からさらに好ましい。
前記酸無水物基を有するラジカル重合性モノマーは、酸無水物基を有し、かつラジカル重合性を有する化合物であれば特に限定されない。このようなモノマーとしては、例えば無水マレイン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。前記酸無水物基を有するラジカル重合性モノマーは、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。前述した酸無水物基を有するラジカル重合性モノマーの中でも、無水イタコン酸は、第一のポジ型感光性組成物から得られる膜の耐スパッタ性及び透明性を高める観点から好ましい。
前記アルカリ可溶性樹脂の重合における前記酸無水物基を有するラジカル重合性モノマーの使用量は、全モノマーに対して1〜44重量%であることが、第一のポジ型感光性組成物の現像性を高める観点から好ましい。前記モノマーの使用量が2〜30重量%であると、前記膜の耐スパッタ性を高める観点からより好ましく、5〜20重量%であるとさらに好ましい。
前記エポキシを有するラジカル重合性モノマーは、エポキシを有し、かつラジカル重合性を有する化合物であれば特に限定されない。このようなモノマーとしては、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。前記エポキシを有するラジカル重合性モノマーは、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。前述したエポキシを有するラジカル重合性モノマーの中でも、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートは、第一のポジ型感光性組成物から得られる膜の耐スパッタ性及び透明性を高める観点から好ましい。
前記アルカリ可溶性樹脂の重合における前記エポキシを有するラジカル重合性モノマーの使用量は、全モノマーに対して1〜45重量%であることが、前記膜の耐スパッタ性を高める観点から好ましく、5〜30重量%であるとより好ましく、10〜20重量%であるとさらに好ましい。
前記ラジカル重合ポリマーの重合では、前述したモノマー以外の他のモノマーをさらに用いてもよい。このようなモノマーとしては、例えばスチレン、メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルメチルスチレン、(メタ)アクリルアミド、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル(メタ)アクリルレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリルレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリルレート、ベンジル(メタ)アクリルレート、イソボルニル(メタ)アクリルレート、メチル(メタ)アクリルレート、シクロヘキシル(メタ)アクリルレート、ブチル(メタ)アクリルレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルレート、フェニル(メタ)アクリルレート、グリセロールモノ(メタ)アクリルレート、N−フェニルマレイミド、ポリスチレンマクロモノマー、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー、N−アクリロイルモルホリン、インデン、日本化薬(株)製KAYARAD(商標)TC110S等が挙げられる。
前記他のモノマーは、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。前述した他のモノマーの中でも、スチレン、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(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、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル(メタ)アクリルレート、N−フェニルマレイミド、日本化薬(株)製KAYARAD(商標)TC110S及びポリスチレンマクロモノマーは、第一のポジ型感光性組成物の現像性を高める観点から好ましい。
前記アルカリ可溶性樹脂の重合における前記他のモノマーの使用量は、第一のポジ型感光性組成物の特性を損なわない量であれば特に限定されず、例えば前記膜の耐スパッタ性を低下させない観点から、全モノマーに対して9重量%以下であることが好ましい。
前記ラジカル重合ポリマーは、前述した各種モノマーを混合し、重合開始剤の存在下で重合させることによって製造することができる。前記各種モノマーの重合方法は特に限定されないが、溶媒を用いた溶液中でのラジカル重合であることが好ましい。重合温度は、前記重合開始剤からラジカルが十分に発生する温度であれば特に限定されないが、通常50〜150℃の範囲である。重合時間も特に限定されないが、通常3〜24時間の範囲である。またこの重合は、加圧、減圧、又は大気圧のいずれの圧力下でも行うことができる。
前記重合反応に使用する溶媒は、原料であるモノマー及び反応生成物であるラジカル重合ポリマーを溶解する溶媒であることが好ましい。このような溶媒は、公知の溶媒から適宜選択することができる。前記溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、アセトン、2−ブタノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、トルエン、キシレン、シクロヘキサノン、エチ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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、3−メ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、N,N−ジメチルホルムアミド、酢酸、水等が挙げられる。前記溶媒は、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。
前記重合開始剤には、熱によりラジカルを発生する化合物、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系開始剤、過酸化ベンゾイル等の過酸化物系開始剤のような公知の重合開始剤を使用することができる。前記モノマーの重合では、生成するポリマーの分子量を調整するために、チオグリコール酸等の連鎖移動剤を適量使用してもよい。
前記アルカリ可溶性樹脂は、酸価が20〜200mgKOH/gであることが、前記膜の露光部分がアルカリ現像液で溶解される時間である露光部現像時間を適正な時間に制御する観点から好ましい。前記酸価が25〜150mgKOH/gであると、前記露光部現像時間を適正化する観点及び現像時の膜荒れを抑制する観点からより好ましく、30〜100mgKOH/gであるとさらに好ましい。前記アルカリ可溶性樹脂の酸価は、公知の方法によって測定することができ、また、例えば原料のモノマーの組成によって調整することができる。
前記アルカリ可溶性樹脂は、ポリエチレンオキシドを標準としたGPC分析で求めた重量平均分子量が1,000〜10,000であることが、前記露光部現像時間を適正化する観点及び現像時の膜荒れを防止する観点から好ましい。前記重量平均分子量が1,500〜50,000であると、前記膜における非露光部分がアルカリ現像液で溶解されるまでの時間である非露光部現像時間を適正に制御する観点、及び現像残渣を減らす観点からより好ましく、前記重量平均分子量が2,000〜20,000であるとさらに好ましい。
第一のポジ型感光性組成物は、前述した本発明の添加用化合物の一種又は二種以上をさらに含有していてもよい。
第一のポジ型感光性組成物中における前記感光性化合物及び前記添加用化合物の含有量は、第一のポジ型感光性組成物を用いて製造される表示素子等の製品の品質に応じて適宜決定することができる。前記ポジ型感光性組成物中の前記感光性化合物の含有量は、前記アルカリ可溶性樹脂に対して1〜50重量%であることが好ましい。また、前記ポジ型感光性組成物中の前記添加用化合物の含有量は、前記アルカリ可溶性樹脂に対して30重量%以下であることが好ましい。
第一のポジ型感光性組成物中における前記感光性化合物及び前記添加用化合物のそれぞれの構造については特に限定されないが、感光性化合物における基本構造、基の種類及び位置と、添加用化合物における基本構造、基の種類及び位置とは類似していることが、基による溶解性の向上や基の位置による熱的特定の向上等の利点を高める観点から好ましく、同一であることがより好ましい。なお、ここでいる基の種類が同一とは、基における鎖状の構造が同じであることを言い、例えば感光性化合物における式(1)の基のa及びbと、添加用化合物における式(2)の基のc及びdとが同じであることを言う。
第一のポジ型感光性組成物には、ポジ型感光性組成物に対する現像時における解像度、ポジ型感光性組成物の塗布均一性、現像性、接着性を向上させる観点から、前述した感光性化合物、アルカリ可溶性樹脂、添加用化合物以外の添加剤が含まれていてもよい。このような添加剤としては、例えばアクリル系、スチレン系、ポリエチレンイミン系もしくはウレタン系の高分子分散剤;アニオン系、カチオン系、ノニオン系もしくはフッ素系の界面活性剤;シリコーン樹脂等の塗布性向上剤;シランカップリング剤等の密着性向上剤;アルコキシベンゾフェノン類等の紫外線吸収剤;ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤;エポキシ化合物、メラミン化合物もしくはビスアジド化合物等の熱架橋剤;有機カルボン酸等のアルカリ溶解性促進剤等が挙げられる。
また、第一のポジ型感光性組成物には、第一のポジ型感光性組成物から得られる膜の耐熱性や耐薬品性を向上させる観点から、カルボキシルを有さないエポキシ含有ポリマーやカルボキシルを有さないオキセタニル含有ポリマーをさらに添加してもよい。これらのポリマーとしては、例えばグリシジルメタクリレートのホモポリマー、グリシジルメタクリレートと他のラジカル重合可能な単官能モノマーとの共重合体、3−エチル−3−メタクリロキシメチルオキセタンのホモポリマー、3−エチル−3−メタクリロキシメチルオキ
セタンと他のラジカル重合可能な単官能モノマーとの共重合体等が挙げられる。これらのポリマーは、前記膜の耐熱性、耐薬品性、及び現像性を高める観点から好ましい。
前記ポリマーの中でも、グリシジルメタクリレートのホモポリマー、グリシジルメタクリレートとメチルメタクリレートとの共重合体、3−エチル−3−メタクリロキシメチルオキセタンのホモポリマー、グリシジルメタクリレートとN−フェニルマレイミドとの共重合体、グリシジルメタクリレートと3−エチル−3−メタクリロキシメチルオキセタンとの共重合体は、前記膜の耐熱性、耐薬品性、及び現像性を高める観点からより好ましい。
前記エポキシ含有ポリマーや前記オキセタニル含有ポリマーは、ポリエチレンオキシドを標準としたGPC分析で求めた重量平均分子量が2,000〜70,000であることが、前記膜の耐熱性及び耐薬品性を高める観点から好ましい。さらに前記重量平均分子量が3,000〜30,000であると、前記膜の耐熱性及び耐薬品性を高める観点、及び前記露光部又は非露光部の現像時間の適正化の観点からより好ましい。
第一のポジ型感光性組成物には、さらに溶媒を添加することができる。前記溶媒には、公知の溶媒を用いることができる。前記溶媒は沸点が100〜200℃である化合物、又はこの化合物を20重量%以上含有する混合溶媒であることが好ましい。
沸点が100〜200℃である前記溶媒としては、例えば水、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、乳酸エチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチル、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−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、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル、ジオキサン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、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、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、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、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ブチルエーテル、ジ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メチルエチルエーテル、トルエン、キシレン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
前記溶媒の中でも、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、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ブチルエーテルアセテート、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メチルエチルエーテル、及び乳酸エチルから選ばれる少なくとも一種は、第一のポジ型感光性組成物の塗布均一性を高める観点から好ましい。
特に前記溶媒の中でも、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−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、及び乳酸エチルから選ばれる少なくとも一種は、第一のポジ型感光性組成物の塗布均一性を高める観点、及び人体への安全性を高める観点からより好ましい。
前記溶媒の使用量は、特に限定されないが、第一のポジ型感光性組成物における固形分濃度が10〜50重量%となる量であることが好ましい。
第一のポジ型感光性組成物は、−5〜25℃で遮光して保存することが、経時的に安定させる観点から好ましく、保存温度が0〜10℃であるとより好ましい。
第一のポジ型感光性組成物は、通常のポジ型感光性組成物と同様に使用することによって、例えば液晶用の表示素子の製造過程で作製される透明膜や絶縁膜の作製に使用することができる。
第一のポジ型感光性組成物は、式(1)の基が導入されている前記シルセスキオキサン誘導体のモノマーを前記感光性化合物としており、また前述したように、本発明の感光性化合物はポリマーに対する相溶性が良好である。したがって、第一のポジ型感光性組成物は、式(1)の基が導入されているポリシルセスキオキサンを含有する感光性組成物に比べて、ポジ型感光性組成物中において式(1)の基をより一層均一に分散させることができる。
本発明の第二のポジ型感光性組成物は、アルカリに対する溶解性が感光によって変化する感光性化合物と、前述した本発明の添加用化合物と、前述したアルカリ可溶性樹脂とを含有する。
前記感光性化合物は、アルカリに対する溶解性が感光によって変化する化合物であれば特に限定されない。このような感光性化合物には、公知の感光性化合物を用いることができ、その感光性は、前述した本発明の感光性化合物と同様の方法によって確認することができる。
前記感光性化合物には、例えば、特開平9−194413号公報に記載されているペンタフェノール系化合物のキノンジアジドスルホン酸エステル化物、1,2−ベンゾキノンジアジドスルホン酸エステル、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、1,2−ベンゾキノンジアジドスルホン酸アミド、及び1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸アミド等が挙げられる。さらに具体的には、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、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−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、及び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−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等が挙げられる。これらの感光性化合物は、単独で、又は二種以上を混合して用いることができる。
第二のポジ型感光性組成物は、添加用化合物を必ず含有する点、及び感光性化合物が公知の感光性化合物を含む点を除いて、前述した第一のポジ型感光性組成物と同様に構成することができ、また取り扱うことができる。第二のポジ型感光性組成物は、公知の感光性化合物とアルカリ可溶性樹脂とを含有する組成物に、前述した本発明の添加用化合物を混合することによって構成することができる。また、感光性化合物にモノマーを用いると、第一のポジ型感光性組成物と同様に、感光性の官能基を組成物中に均一に分散させる観点から効果的である。
<表示素子>
本発明の表示素子は、素子基板と、素子基板上に形成されるポジ型感光性組成物の膜とを有する。前記膜を形成するポジ型感光性組成物には、前述した本発明の第一又は第二の感光性組成物が用いられる。本発明の表示素子は、前記膜を形成するためのポジ型感光性組成物に前述した本発明のポジ型感光性組成物を用いる以外は、表示素子を製造する公知の技術を利用して製造することができる。
本発明の表示素子は、素子基板と本発明のポジ型感光性組成物の膜とを有する素子であれば、その形態は特に限定されない。本発明の表示素子の形態は、素子基板の一表面の全体に一様に前記膜が形成されている形態であってもよいし、素子基板の一表面の一部に所定の形状で前記膜が形成されている形態であってもよいし、電極や配線パターンの像の部分が取り除かれた前記膜を形成する現像が素子基板の一表面に施された形態であってもよいし、さらに偏光フィルタ、透明電極、配向膜、スペーサ、液晶、カラーフィルタ等の他の部材が設けられている形態であってもよい。
前記素子基板は、表示素子の用途に応じて公知の基板から適宜選ぶことができる。前記素子基板としては、例えば白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス基板;ポリカーボネート、ポリエステル、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド等の合成樹脂シート、フィルム又は基板;アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板;セラミック板;光電変換素子を有する半導体基板;等が挙げられる。前記素子基板は、所望により、シランカップリング剤等の薬品を用いた薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の前処理を行うことができる。
本発明のポジ型感光性組成物の膜は、本発明のポジ型感光性組成物を用いて形成される膜であり、感光性化合物及びアルカリ可溶性樹脂を少なくとも含有する膜であり、必要に応じて添加用化合物をさらに含有する膜であり、他の添加剤をさらに含有していてもよい膜であり、溶剤等の任意の成分がポジ型感光性組成物から除去されていてもよい膜である。
本発明のポジ型感光性組成物の膜は、公知の技術によって前記素子基板の表面に本発明のポジ型感光性組成物を塗布し、乾燥させることによって形成することができる。本発明のポジ型感光性組成物を素子基板に塗布する方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ディッピング法等の公知の方法が挙げられる。乾燥の条件は特に限定されないが、例えばホットプレート又はオーブンで60〜120℃、1〜5分間程度である。
前記素子基板上における所定の形状の膜は、一様に形成した膜から所定の形状以外の部分の膜を除去することによって形成してもよいし、本発明のポジ型感光性組成物中の溶剤に種類に応じて、前記所定の形状を囲む親水部分又は疎水部分前記素子基板に形成した後に、本発明のポジ型感光性組成物を塗布することによって形成してもよい。
前記膜からの電極や配線パターンの像の部分の除去(現像)は、電極や配線パターンの形状に応じた形状の窓を有するマスクを介して前記膜を露光し、アルカリ性のアルカリ現像液で前記膜を洗い流して前記像を現像する公知の方法によって行うことができる。
前記膜の露光で前記マスクを介して前記膜に照射される光線は、紫外線であることが好ましい、露光時の紫外線の照射量は、i線で5〜1,000mJ/cm2であることが適当である。
露光時に紫外線が照射された部分の本発明の感光性化合物は、アルカリ現像液と接触することによってインデンカルボン酸誘導体となる。また、本発明に用いられる公知の感光性化合物も、紫外線の照射によってアルカリ現像液に対して可溶化する。したがって、前記の現像に用いられる前記アルカリ現像液は、本発明に用いられる感光性化合物を前記膜から実質的に溶出せず、かつ前記インデンカルボン酸誘導体及び前記アルカリ可溶性樹脂を前記膜から溶出することができる液であれば特に限定されない。
前記アルカリ現像液には、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機アルカリ類;及び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有機アルカリ類;等のアルカリ性化合物の水溶液が挙げられる。前記アルカリ現像液は、メタノール、エタノール、界面活性剤等の前述したアルカリ性化合物以外の成分を適当量さらに含有していてもよい。
前記アルカリ現像液による現像方法は、シャワー現像、スプレー現像、パドル現像、ディップ現像等の公知の技術によって行うことができる。また、現像後の膜を純水で十分にすすぎ、紫外線を再度前記膜の全面に100〜1,000mJ/cm2の照射量で照射し、180〜250℃で10〜120分間焼成することによって、所望のパターンが形成された透明膜が得られる。
偏光フィルタ、透明電極、スペーサ、液晶、カラーフィルタ等の前記他の部材の前記素子基板及び膜へのさらなる設置は、表示素子の構造や用途等の諸条件に応じて、公知の材料及び方法を利用して行うことができる。
本発明の表示素子は、前述したように、本発明の第一のポジ型感光性組成物中において、感光性の官能基である式(1)の基が均一に分散されることから、前記膜中における式(1)の基の濃度が一定となり、前記膜において一定の解像度を得ることができる。本発明の第二のポジ型感光性組成物において、モノマーの感光性化合物を用いても、同様の効果を得ることができる。
また、本発明の表示素子は、前記膜中の感光性化合物が前述したシルセスキオキサン誘導体であると、平面的に連結する複数の環状の構造を有するラダー型のシルセスキオキサン誘導体の感光性化合物に比べて、耐薬品性、特に耐アルカリ性に優れる。このため、現像時の膜の損傷等の、表示素子の製造過程に起因する膜の損傷を抑制することができる。
<感光性化合物の合成>
下記反応式に示すように、化合物Iから化合物IIIを製造した。
Figure 0004929687
まず、化合物Iを、特表2003−024870号公報に記載の方法にしたがい合成した。
すなわち、フェニルトリメトキシシラン、水酸化ナトリウム、水、及び2−プロピルアルコールを、撹拌しながら4時間還流させ、得られた反応液を室温で1晩静置し、析出した沈殿物をろ過し、洗浄し、乾燥して白色の粉末状の固体を得た。
次に、前記の固体、テトラヒドロフラン、及びトリエチルアミンを撹拌しながら、室温下でメチルジクロロシランを滴下し、室温で1時間撹拌した。得られた反応液に水を投入して生成した塩化ナトリウムを溶解するとともに、未反応のメチルジクロロシランを加水分解した。このようにして得られた反応混合物を分液し、得られた有機層を洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ロータリーエバポレータで減圧濃縮して、白色の粉末状の固体である化合物Iを得た。
次に、窒素気流下、化合物I 57.7g(50mmol)及び4−アセトキシスチレン 17.0g(105mmol)を200mLのトルエンに懸濁させ、80℃に加熱し、トリス(ジビニルジシロキサン)二白金(0) 185μL(白金含量3重量%のキシレン溶液)を加え、100℃に昇温して3時間攪拌した。得られた反応液を室温まで冷却し、濃塩酸16.7mL及びエタノール200mLを加えて室温で19時間攪拌した。二層分離するまで反応液にトルエンと水を加え、分液後、中性になるまで有機層の水洗を繰り返した。有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、硫酸マグネシウムを濾別し、得られた濾液を減圧濃縮し、96.4gの化合物IIの粗生成物(構造異性体の混合物)を得た。
これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン:酢酸エチル=10:1)で分離し、8.6gの白色結晶の化合物IIのシス体(cis−II、融点236.5〜238.0℃)及び25.6gの化合物IIのトランス体(trans−II)を得た。
trans−IIについては、更に再結晶(n−ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒)を三回繰り返して8.6gの白色結晶(融点237.0〜238.0℃)を得た。共に収率は12%であった。化合物IIのシス体及びトランス体のNMRのデータを以下に示す。
cis−IIのNMR(重クロロホルム溶媒)データ
1H−NMR:δ0.27,6H(s),Si−CH3;δ1.06,4H(m),Si−CH2−CH2,d2.65,4H(m),Si−CH2−CH2;d6.53−7.52,48H(m),aromatic
29Si−NMR:d−79.58,−78.62,−18.10
trans−IIのNMR(重クロロホルム溶媒)データ
1H−NMR:δ0.26,6H(s),Si−CH3;δ1.06,4H(m),Si−CH2−CH2,d2.65,4H(m),Si−CH2−CH2;d6.53−7.52,48H(m),aromatic
29Si−NMR:d−79.56,−78.56,−18.05
次に、窒素気流下、化合物trans−II 8.6g(6.2mmol)及び1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド 3.8g(14mmol)を85mLの1,4−ジオキサンに溶解し、約15℃の水浴中でトリエチルアミン1.4g(14mmol)の1,4−ジオキサン(15mL)溶液を加えた。発熱がおさまったのを確認してから水浴を取り除き、室温で20時間攪拌した後、得られた反応液に水とトルエンを加えて反応を停止させた。
分液後、得られた水層とトルエンとによる分液操作を3回行い、得られた有機層は合わ
せて無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、硫酸マグネシウムを濾別し、得られた濾液を濃縮し、18.1gの粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、10.4gの橙色結晶(融点149.0〜150.5℃、分解)の化合物IIIのトランス体(trans−III、下記構造式13)を得た。収率は90%であった。化合物IIIのトランス体のNMRのデータを以下に示す。
NMR(重クロロホルム溶媒)データ
1H−NMR:δ0.21,6H(s),Si−CH3;δ0.99,4H(m),Si−CH2−CH2,d2.60,4H(m),Si−CH2−CH2;d6.63−7.55,48H(m),aromatic;d8.08,2H(dd,J=1.26and7.57Hz),8−H on NQD;d8.62,2H(d,J=8.01Hz),6−H on NQD
29Si−NMR:−79.54,−78.56,−18.57
Figure 0004929687
また、trans−IIIと同様にして、化合物IIIのシス体(cis−III、下
記構造式14)を得た。
Figure 0004929687
<アルカリ可溶性樹脂(A)の合成>
特開2001−330953号公報に記載の合成例2を利用してアルカリ可溶性樹脂(A)を製造した。
すなわち、攪拌機付き4つ口フラスコに以下の材料を仕込み、2−ブタノンの還流温度で4時間加熱した。
2−ブタノン 200.0g
3−エチル−3−メタクリロキシメチルオキセタン 17.5g
メタクリル酸 12.5g
スチレン 10.0g
N−フェニルマレイミド 10.0g
2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル) 2.0g
得られた反応液を室温まで冷却し、大量のヘキサンに投入した。生成した沈殿を3−メトキシプロピオン酸メチル(以後MMPと略す)に溶解し、1.33×104Paの減圧下100℃にてヘキサンを留去し、アルカリ可溶性樹脂(A)のMMP溶液を得た。
溶液の一部をサンプリングし、220℃で30分乾燥して減量を求め、その結果をもとに樹脂濃度が30重量%になるようにMMPを加えて溶液を調製した。アルカリ可溶性樹脂(A)の収率は81%であった。得られたアルカリ可溶性樹脂(A)の酸価は48mgKOH/gであり、GPC分析(ポリエチレンオキシド標準)により求めた重量平均分子量は4,400であった。
<実施例1>
アルカリ可溶性樹脂(A)、感光性化合物であるtrans−III、フッ素系界面活性剤であるネオス(株)製フタージェント(商標)DFX−18(以下DFX−18と略す)、溶媒としてのMMP、エポキシ樹脂としてのエピコート827を下記の組成にて混合溶解し、ポジ型感光性組成物を得た。
MMP 2.47g
trans−III 0.63g
エピコート827 0.60g
DFX−18 0.008g
このポジ型感光性組成物をガラス基板上に800rpmで10秒間スピンコートし、100℃のホットプレート上で2分間乾燥し、前記ポジ型感光性組成物の膜をガラス基板上に形成した。このガラス基板の前記膜に、ホールパターン形成用のマスクを介して、空気中にて所定の光線を照射し、露光ギャップ100μmで露光した。照射した光線は、(株)トプコン製プロキシミティー露光機TME−150PRCを使用し、波長カットフィルターを通して350nm以下の光をカットして取り出されたg、h、i線である。照射量はウシオ(株)製積算光量計UIT−102、受光器UVD−365PDで測定して150mJ/cm2とした。
露光後のガラス基板を、0.4重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間ディップ現像し、露光部の膜を除去した。現像後の基板を純水で60秒間洗ってから100℃のホットプレートで2分間乾燥し、表示素子を作製した。現像後の残膜率(現像後膜厚×100/現像前膜厚)は84.1%であり、マスクサイズ8μmのホールパターンが解像しており、十分な感度を有していることを確認した。
この基板を前記露光機にてマスクを介さずに照射量300mJ/cm2で全面露光した
後、オーブン中220℃で30分ポストベイクした。膜厚は3.03μmであった。400nmでの透過率は97.3%であり、透明性が高いことを確認した。再度オーブン中230℃で60分追加ベークした後の膜厚は2.93μm、400nmでの透過率は97.0%であり、高い透明性が保持されていることを確認した。
この基板にITO(インジウムチンオキシド)の透明電極を200℃にてスパッタリングして形成したところ、しわは見られなかった。表1に結果を示す。
<実施例2>
感光性化合物をcis−III(0.63g)に変更した以外は、実施例1と同様にしてポジ型感光性組成物及び表示素子を作製し、得られた表示素子の評価を行った。結果を表1に示す。
<実施例3>
感光性化合物をtrans−III(0.315g)とcis−III(0.315 g)の混合物に変更した以外は、実施例1と同様にしてポジ型感光性組成物及び表示素子を作製し、得られた表示素子の評価を行った。結果を表1に示す。
<比較例>
感光性化合物を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−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル(P100)に変更した以外は、実施例1と同様にしてポジ型感光性組成物及び表示素子を作製し、得られた表示素子の評価を行った。結果を表1に示す。
<実施例4>
0.15gのtrans−IIをさらに添加した以外は、実施例1と同様にしてポジ型感光性組成物及び表示素子を作製し、得られた表示素子の評価を行った。結果を表1に示す。
<実施例5>
0.15gのcis−IIをさらに添加した以外は、比較例と同様にしてポジ型感光性組成物及び表示素子を作製し、得られた表示素子の評価を行った。結果を表1に示す。
Figure 0004929687
以上の結果から明らかなように、本実施例の感光性組成物の膜は、マスクサイズ8μmのホールパターンを解像するのに十分な感度及び解像力を有する。
また、本実施例の感光性組成物の膜は、ポストベーク後の膜厚と追加ベーク後の膜厚と
の差が、有機系感光性組成物を含有する比較例の感光性組成物の膜に比べて2/3程度であり、またITOの透明電極のスパッタリングに起因するしわは確認されないことから、耐スパッタ性及び耐熱性に優れている。
さらに、本実施例1〜4の感光性組成物の膜は、ポストベーク以降の透過率の低減が非常に小さく、高い透明性を示している。
また、本実施例4の感光性組成物の膜は、実施例1の感光性組成物の膜に比べて、ベーク後の残膜率において高い残膜率を示している。同様に、本実施例5の感光性組成物の膜は、比較例の感光性組成物の膜に比べて、ベーク後の残膜率において高い残膜率を示している。実施例4及び5から明らかなように、本発明の添加用化合物を含有するポジ型感光性組成物の膜は、耐スパッタ性及び耐熱性の向上により一層効果的である。

Claims (39)

  1. 4〜12個のケイ素と、それぞれのケイ素に結合している酸素及び一価のRとによって構成される基本構造を含むシルセスキオキサン誘導体からなる化合物であって、
    基本構造は、一つのケイ素に三つの酸素と一つのRとが結合し、二つのケイ素の間には一つの酸素が介在する構造であり、
    シルセスキオキサン誘導体は、端部に酸素を有していてもよく、端部の酸素にはRが結合していてもよいし、また端部の二つの酸素に、二つのRが結合している一つのケイ素が結合していてもよい化合物において、
    Rは、独立して、水素、アルキル、アリール、アラルキル、下記式(1)で示される基、又は下記式(2)で示される基であり、
    アルキルにおける炭素数は1〜30であり、アリールにおける炭素数は6〜30であり、アラルキルにおけるアルキレンの炭素数は1〜12であり、アルキル及びアラルキルのアルキレンのそれぞれにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−、−S−、−CO−、−NH−、−SiRa 2−(Raは独立して炭素数1〜8のアルキル、フェニル、シクロペンチル又はシクロヘキシルである。)、−CH=CH−、−C≡C−、−CF=CF−、シクロアルキレン又はシクロアルケニレンで置き換えられてもよく、アリール及びアラルキルのそれぞれにおいて、環の任意の水素は、ハロゲン、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ又は炭素数2〜12のアルケニルで置き換えられてもよく、
    Rの少なくとも一つは式(1)で示される基であることを特徴とする化合物。
    Figure 0004929687
    (式中、aは0〜8の整数であり、bは0又は1である。)
    Figure 0004929687
    (式中、cは0〜8の整数であり、dは0又は1である。)
  2. シルセスキオキサン誘導体が、八つのケイ素を含む基本構造と、酸素が結合する四つの端部と、二組の二つの端部のそれぞれに結合している、二つのRが結合しているケイ素とを有する、下記式(3)で示される化合物であり、
    Rを、端部における一方のケイ素に結合するR1、R2と、端部における他方のケイ素に結合するR3、R4と、基本構造のケイ素に結合する複数のR5とで表したときに、
    1からR4の少なくとも一つが、式(1)で示される基であることを特徴とする請求項1記載の化合物。
    Figure 0004929687
  3. 1からR4の少なくとも一つが、式(1)のa及びbが0である基であることを特徴とする請求項2記載の化合物。
  4. 1からR4の少なくとも一つが、式(1)のaが0でありbが1である基であることを特徴とする請求項2記載の化合物。
  5. 1からR4の少なくとも一つが、式(1)のaが1〜8の整数でありbが0である基であることを特徴とする請求項2記載の化合物。
  6. 1からR4の少なくとも一つが、式(1)のaが1〜8の整数でありbが1である基であることを特徴とする請求項2記載の化合物。
  7. 5が、独立して、アルキル、アリール、又はアリールアルキルであり、
    アルキルが、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−が−O−、−CH=CH−又は炭素数が4〜8のシクロアルキレンで置き換えられてもよい、炭素数1〜20のアルキルであり、
    アリールが、環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいアリールであり、
    アリールアルキルが、環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいアリールアルキルであることを特徴とする請求項2から6のいずれか一項に記載の化合物。
  8. 5が、独立して、アルキル、フェニル、フェニルアルキル、又はナフチルであり、
    アルキルが、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−が−O−、−CH=CH−又は炭素数が4〜8のシクロアルキレンで置き換えられてもよい、炭素数1〜8のアルキルであり、
    フェニルが、ベンゼン環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいフェニルであり、
    フェニルアルキルが、ベンゼン環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいフェニルアルキルであることを特徴とする請求項7記載の化合物。
  9. 5が、任意の水素がフッ素、メチル、又はメトキシで置き換えられていてもよいフェニルであり、かつ全てのR5が同一であり、
    1からR4において、式(1)で示される基及び式(2)で示される基が、これらの基における−(CH2a−及び−(CH2c−の任意の−CH2−が−O−で置き換えられていてもよく、また−(CH2a−及び−(CH2c−の任意の−CH2CH2−が−COO−で置き換えられていてもよいことを特徴とする請求項8記載の化合物。
  10. 5がフェニルであることを特徴とする請求項9に記載の化合物。
  11. 式(1)で示される基以外のR1からR4の少なくとも一つが、式(2)で示される基であることを特徴とする請求項2から10のいずれか一項に記載の化合物。
  12. 式(1)で示される基以外のR1からR4の少なくとも一つが、式(2)のc及びdが0である基であることを特徴とする請求項11記載の化合物。
  13. 式(1)で示される基以外のR1からR4の少なくとも一つが、式(2)のcが0でありdが1である基であることを特徴とする請求項11記載の化合物。
  14. 式(1)で示される基以外のR1からR4の少なくとも一つが、式(2)のcが1〜8の整数でありdが0である基であることを特徴とする請求項11記載の化合物。
  15. 式(1)で示される基以外のR1からR4の少なくとも一つが、式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基であることを特徴とする請求項11記載の化合物。
  16. 1が、炭素数が1〜8のアルキルであり、
    2が、式(1)のaが1〜8の整数でありbが1である基であり、
    3及びR4が、それぞれ炭素数が1〜8のアルキル及び式(1)のaが1〜8の整数でありbが1である基であるか、式(1)のaが1〜8の整数でありbが1である基及び炭素数が1〜8のアルキルであるか、炭素数が1〜8のアルキル及び式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基であるか、または、式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基及び炭素数が1〜8のアルキルのいずれかであることを特徴とする請求項2、6〜11及び15のいずれか一項に記載の化合物。
  17. 1がメチルであり、R3及びR4がそれぞれ、メチル及び式(1)のaが2でありbが1である基であるか、式(1)のaが2でありbが1である基及びメチルであるか、メチル及び式(2)のcが2でありdが1である基であるか、又は、式(2)のcが2でありdが1である基及びメチルのいずれかであることを特徴とする請求項16記載の化合物。
  18. 3が式(1)のaが2でありbが1である基又は式(2)のcが2でありdが1である基であり、R4がメチルであることを特徴とする請求項17記載の化合物。
  19. 3が式(1)のaが2でありbが1である基であることを特徴とする請求項18記載の化合物。
  20. 3がメチルであり、R4が式(1)のaが2でありbが1である基又は式(2)のcが2でありdが1である基であることを特徴とする請求項17記載の化合物。
  21. 4が式(1)のaが2でありbが1である基であることを特徴とする請求項20記載の化合物。
  22. 請求項1から21のいずれか一項に記載の化合物と、アルカリに可溶なアルカリ可溶性樹脂とを含有する、ポジ型感光性組成物。
  23. 4〜12個のケイ素と、それぞれのケイ素に結合している酸素及び一価のRとによって構成される基本構造を含むシルセスキオキサン誘導体からなる第二の化合物をさらに含有する請求項22に記載のポジ型感光性組成物であって、
    前記第二の化合物の基本構造は、一つのケイ素に三つの酸素と一つのRとが結合し、二つのケイ素の間には一つの酸素が介在する構造であり、
    シルセスキオキサン誘導体は、端部に酸素を有していてもよく、端部の酸素にはRが結合していてもよいし、また端部の二つの酸素に、二つのRが結合している一つのケイ素が結合していてもよい化合物において、
    Rは、独立して、水素、アルキル、アリール、アラルキル、又は下記式(2)で示される基であり、
    アルキルにおける炭素数は1〜30であり、アリールにおける炭素数は6〜30であり、アラルキルにおけるアルキレンの炭素数は1〜12であり、アルキル及びアラルキルのアルキレンのそれぞれにおいて、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、任意の−CH 2 −は−O−、−S−、−CO−、−NH−、−SiR a 2 −(R a は独立して炭素数1〜8のアルキル、フェニル、シクロペンチル又はシクロヘキシルである。)、−CH=CH−、−C≡C−、−CF=CF−、シクロアルキレン又はシクロアルケニレンで置き換えられてもよく、アリール及びアラルキルのそれぞれにおいて、環の任意の水素は、ハロゲン、シアノ、炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシ又は炭素数2〜12のアルケニルで置き換えられてもよく、
    Rの少なくとも一つは式(2)で示される基である、前記ポジ型感光性組成物。
    Figure 0004929687
    (式中、cは0〜8の整数であり、dは0又は1である。)
  24. 前記第二の化合物は、シルセスキオキサン誘導体が、八つのケイ素を含む基本構造と、酸素が結合する四つの端部と、二組の二つの端部のそれぞれに結合している、二つのRが結合しているケイ素とを有する、下記式(3)で示される化合物であり、
    Rを、端部における一方のケイ素に結合するR 1 、R 2 と、端部における他方のケイ素に結合するR 3 、R 4 と、基本構造のケイ素に結合する複数のR 5 とで表したときに、
    1 からR 4 の少なくとも一つが、式(2)で示される基であることを特徴とする請求項23記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004929687
  25. 前記第二の化合物において、R 1 からR 4 の少なくとも一つが、式(2)のc及びdが0である基であることを特徴とする請求項24記載のポジ型感光性組成物。
  26. 前記第二の化合物において、R 1 からR 4 の少なくとも一つが、式(2)のcが0でありdが1である基であることを特徴とする請求項24記載のポジ型感光性組成物。
  27. 前記第二の化合物において、R 1 からR 4 の少なくとも一つが、式(2)のcが1〜8の整数でありdが0である基であることを特徴とする請求項24記載のポジ型感光性組成物。
  28. 前記第二の化合物において、R 1 からR 4 の少なくとも一つが、式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基であることを特徴とする請求項24記載のポジ型感光性組成物。
  29. 前記第二の化合物において、R 5 が、独立して、アルキル、アリール、又はアリールアルキルであり、
    アルキルが、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH 2 −が−O−、−CH=CH−又は炭素数が4〜8のシクロアルキレンで置き換えられてもよい、炭素数1〜20のアルキルであり、
    アリールが、環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいアリールであり、
    アリールアルキルが、環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいアリールアルキルであることを特徴とする請求項24から28のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
  30. 前記第二の化合物において、R 5 が、独立して、アルキル、フェニル、フェニルアルキル、又はナフチルであり、
    アルキルが、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH 2 −が−O−、−CH=CH−又は炭素数が4〜8のシクロアルキレンで置き換えられてもよい、炭素数1〜8のアルキルであり、
    フェニルが、ベンゼン環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいフェニルであり、
    フェニルアルキルが、ベンゼン環の任意の水素がハロゲン、炭素数1〜4のアルキル、炭素数1〜4のアルコキシ又は炭素数2〜4のアルケニルで置き換えられてもよいフェニルアルキルであることを特徴とする請求項29記載のポジ型感光性組成物。
  31. 前記第二の化合物において、R 5 が、任意の水素がフッ素、メチル、又はメトキシで置き換えられていてもよいフェニルであり、かつ全てのR 5 が同一であり、
    1 からR 4 において、式(2)で示される基が、この基における−(CH 2 c −の任意の−CH 2 −が−O−で置き換えられていてもよく、また−(CH 2 c −の任意の−CH 2 CH 2 −が−COO−で置き換えられていてもよいことを特徴とする請求項30記載のポジ型感光性組成物。
  32. 前記第二の化合物において、R 5 がフェニルであることを特徴とする請求項31記載のポジ型感光性組成物。
  33. 前記第二の化合物において、R 1 が、炭素数が1〜8のアルキルであり、
    2 が、式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基であり、
    3 及びR 4 が、それぞれ炭素数が1〜8のアルキル及び式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基であるか、又は、式(2)のcが1〜8の整数でありdが1である基及び炭素数が1〜8のアルキルのいずれかであることを特徴とする請求項24及び28〜32のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物
  34. 前記第二の化合物において、R 1 がメチルであり、R 2 は、式(2)のcが2でありdが1である基であり、
    3 及びR 4 が、それぞれメチル及び式(2)のcが2でありdが1である基であるか、又は、式(2)のcが2でありdが1である基及びメチルのいずれかであることを特徴とする請求項33記載のポジ型感光性組成物
  35. 前記第二の化合物において、R 3 が式(2)のcが2でありdが1である基であり、R 4 はメチルであることを特徴とする請求項33記載のポジ型感光性組成物。
  36. 前記第二の化合物において、R 3 がメチルであり、R 4 は式(2)のcが2でありdが1である基であることを特徴とする請求項33記載のポジ型感光性組成物。
  37. 請求項1から21のいずれか一項に記載の化合物の組成物中における含有量はアルカリ可溶性樹脂に対して1〜50重量%であることを特徴とする請求項22〜36のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
  38. 前記第二の化合物の組成物中における含有量はアルカリ可溶性樹脂に対して30重量%以下であることを特徴とする請求項23〜37のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
  39. 素子基板と、素子基板上に形成されるポジ型感光性組成物の膜とを有する表示素子において、
    ポジ型感光性組成物は請求項22〜38のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物であることを特徴とする表示素子。
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