JP5588761B2 - ポジ型感光性樹脂組成物、硬化膜の形成方法、硬化膜、有機el表示装置、及び、液晶表示装置 - Google Patents
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Description
上記表示装置における層間絶縁膜には、絶縁性、耐溶剤性、耐熱性、硬度、及び、酸化インジウムスズ(ITO)スパッタ適性に優れるといった硬化膜の物性に加えて、高い透明性が望まれている。このため、透明性に優れたアクリル系樹脂を膜形成成分として用いることが試みられている。
また、感光性樹脂組成物を感光させる光源に関して、355nmのレーザ光露光による直接描画方法、これまでのg、h、i線混合光源に加え、i線をカットしたg、h線混合光源等、種々の光源でパターン形成を行うことが試みられている。
<1> (成分A)酸により分解しカルボキシル基又はフェノール性水酸基を生成する酸分解性基を有する構成単位と、カルボキシル基又はフェノール性水酸基と反応して共有結合を形成しうる官能基を有する構成単位とを有する樹脂、(成分B)式(1)又は式(2)で表される酸発生剤、及び、(成分C)増感剤、を含むことを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物、
<3>前記成分Aが、スチレン誘導体、マレイミド誘導体、(メタ)アクリル酸、及び、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物よりなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物由来の構成単位を更に有する、上記<1>又は<2>に記載のポジ型感光性樹脂組成物、
<4>前記酸分解性基が、式(Ia)、式(Ib)、式(IIa)又は式(IIb)で表される基である、上記<1>〜<3>のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物、
<7>前記官能基が、オキセタニル基である、上記<6>に記載のポジ型感光性樹脂組成物、
<8>(1)上記<1>〜<7>のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布する塗布工程、(2)塗布されたポジ型感光性樹脂組成物から溶剤を除去する溶剤除去工程、(3)活性光線により露光する露光工程、(4)水性現像液により現像する現像工程、及び、(5)熱硬化するポストベーク工程、を含む硬化膜の形成方法、
<9>上記<8>に記載の方法により形成された硬化膜、
<10>層間絶縁膜である上記<9>に記載の硬化膜、
<11>上記<9>又は<10>に記載の硬化膜を具備する、有機EL表示装置、
<12>上記<9>又は<10>に記載の硬化膜を具備する、液晶表示装置。
以下、本発明のポジ型感光性樹脂組成物について詳細に説明する。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物(以下、単に「感光性樹脂組成物」ともいう。)は、(成分A)酸により分解しカルボキシル基又はフェノール性水酸基を生成する酸分解性基を有する構成単位と、カルボキシル基又はフェノール性水酸基と反応して共有結合を形成しうる官能基を有する構成単位とを有する樹脂、(成分B)式(1)又は式(2)で表される酸発生剤、及び、(成分C)増感剤、を含むことを特徴とする。
また、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、化学増幅型のポジ型感光性樹脂組成物(化学増幅ポジ型感光性樹脂組成物)であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、活性光線に感応する光酸発生剤として1,2−キノンジアジド化合物を含まない方が好ましい。1,2−キノンジアジド化合物は、逐次型光化学反応によりカルボキシ基を生成するが、その量子収率は必ず1以下である。
これに対して本発明で使用する(成分B)式(1)又は式(2)で表される酸発生剤は、活性光線に感応して生成する酸が保護された酸性基の脱保護に対して触媒として作用するので、1個の光量子の作用で生成した酸が、多数の脱保護反応に寄与し、量子収率は1を超え、例えば、10の数乗のような大きい値となり、いわゆる化学増幅の結果として、高感度が得られる。
以下、これら(成分A)等で示される各成分をそれぞれ、「成分A」等ともいう。
成分Aは、酸により分解しカルボキシル基又はフェノール性水酸基を生成する酸分解性基を有する構成単位とカルボキシル基又はフェノール性水酸基と反応して共有結合を形成しうる官能基を有する構成単位とを少なくとも有する樹脂である。
成分Aは、上記の各構成単位をそれぞれ、1種単独で有していても、2種以上を有していてもよい。また、成分Aは、上記の各構成単位以外の構成単位を有していてもよい。
成分Aに含まれる酸により分解しカルボキシル基又はフェノール性水酸基を生成する酸分解性基(以下、単に「酸分解性基」ともいう。)を有する構成単位は、酸により分解(解離)し、カルボキシル基を生成する式(Ia)若しくは式(IIa)で表される構造を有する構成単位、又は、酸により分解しフェノール性水酸基を生成する式(Ib)若しくは式(IIb)で表される構造を有する構成単位を含有することが好ましい。
R1におけるアルキル基は、直鎖状であっても、分岐状であってもよい。
R1におけるアルキル基の好ましい炭素数としては、1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましく、1〜7であることが更に好ましい。
R1におけるシクロアルキル基の好ましい炭素数としては、3〜20であることが好ましく、3〜10であることがより好ましく、5〜7であることが更に好ましい。
なお、これら炭素数は、置換基を有する場合、置換基の炭素数も含まれる。
R1におけるシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基等を挙げることができる。
また、R1におけるアルキル基及びシクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。
前記アルキル基及びシクロアルキル基における置換基としては、炭素数1〜10のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルコキシ基等が例示でき、これらの置換基は、上記置換基で更に置換されていてもよい。
また、R1におけるアルキル基又はシクロアルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数が3〜10のシクロアルキル基、又は、炭素数が7〜11のアラルキル基が好ましく、炭素数が1〜6のアルキル基、炭素数が3〜6のシクロアルキル基、又は、ベンジル基がより好ましく、エチル基又はシクロヘキシル基であることが更に好ましく、エチル基であることが特に好ましい。
R2におけるアルキル基は、直鎖状であっても、分岐状であってもよい。
R2におけるアルキル基の好ましい炭素数としては、1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましく、1〜7であることが更に好ましい。
なお、これら炭素数は、置換基を有する場合、置換基の炭素数も含まれる。
また、R2におけるアルキル基としては、炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
Ar1における二価の芳香族基としては、特に制限はなく、フェニレン基、置換フェニレン基、ナフチレン基、及び、置換ナフチレン基等が例示でき、フェニレン基、又は、置換フェニレン基であることが好ましく、フェニレン基であることがより好ましく、1,4−フェニレン基であることが更に好ましい。
また、Ar1における二価の芳香族基は、芳香環上に置換基を有していてもよく、置換基としては、炭素数1〜10のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルコキシ基等が例示でき、これらの置換基は、上記置換基で更に置換されていてもよい。
カルボキシ基が保護されることにより前記式(Ia)で表される構造を有する構成単位を形成することができるカルボン酸モノマーとしては、カルボキシ基が保護されることにより酸分解性基を有する構成単位となりうるものであれば用いることができ、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、α−メチル−p−カルボキシスチレン等のモノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等のジカルボン酸を挙げることができる。また、酸分解性基を有する構成単位としては、これらカルボキシ基が保護されたカルボン酸由来のモノマー単位を好ましいものとして挙げることができる。
これらの中でも、α−メチル−p−ヒドロキシスチレン、特開2008−40183号公報の段落0011〜0016に記載の化合物、特許第2888454号公報の段落0007〜0010に記載の4−ヒドロキシ安息香酸誘導体類、4−ヒドロキシ安息香酸とメタクリル酸グリシジルとの付加反応物、4−ヒドロキシ安息香酸とアクリル酸グリシジルとの付加反応物がより好ましい。
これらの構造の中で、酸分解性基を有する構成単位として特に好ましいものは、式(III)で表される構成単位である。
また、式(III)中、R6は水素原子又はメチル基を表す。
式(III)で表される構成単位を形成するために用いられるラジカル重合性単量体の好ましい具体例としては、例えば、1−エトキシエチルメタクリレート、1−エトキシエチルアクリレート、1−メトキシエチルメタクリレート、1−メトキシエチルアクリレート、1−n−ブトキシエチルメタクリレート、1−n−ブトキシエチルアクリレート、1−イソブトキシエチルメタクリレート、1−イソブトキシエチルアクリレート、1−(2−エチルヘキシルオキシ)エチルメタクリレート、1−(2−エチルヘキシルオキシ)エチルアクリレート、1−n−プロポキシエチルメタクリレート、1−n−プロポキシエチルアクリレート、1−シクロヘキシルオキシエチルメタクリレート、1−シクロヘキシルオキシエチルアクリレート、1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エチルメタクリレート、1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エチルアクリレート、1−ベンジルオキシエチルメタクリレート、1−ベンジルオキシエチルアクリレートなどを挙げることができ、特に好ましいものとしては、1−エトキシエチルメタクリレート及び1−エトキシエチルアクリレートである。これらの構成単位は、1種単独又は2種類以上を組み合わせて有することができる。
R3及びR4における第三級アルキル基としては、炭素数が4〜20のものが好ましく、炭素数が4〜14のものがより好ましく、炭素数が4〜8のものが更に好ましい。
R3における第三級アルキル基、2−テトラヒドロピラニル基及び2−テトラヒドロピラニル基、R4における第三級アルキル基、tert−ブトキシカルボニル基、2−テトラヒドロピラニル基及び2−テトラヒドロピラニル基、並びに、Ar2における二価の芳香族基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、炭素数1〜10のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルコキシ基等が例示できる。これらの置換基は、上記置換基で更に置換されていてもよい。
−C(R9R10R11) (V)
式中、R9、R10及びR11はそれぞれ独立に、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜12のアラルキル基を表し、また、R9、R10及びR11のいずれか2つが互いに結合してそれらが結合している炭素原子と一緒になって環を形成していてもよい。
炭素数3〜12のシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基等を挙げることができる。
炭素数6〜12のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、1−ナフチル基等を挙げることができる。
炭素数7〜12のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、α−メチルベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
また、R9、R10及びR11は互いに結合して、それらが結合している炭素原子と一緒になって環を形成することができる。R9とR10、R9とR11、又は、R10とR11が結合した場合の環構造としては、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、テトラヒドロフラニル基、アダマンチル基、及び、テトラヒドロピラニル基等を挙げることができる。
また、式(IIb)におけるR4は、炭素数4〜12の第三級アルキル基、2−テトラヒドロピラニル基、2−テトラヒドロフラニル基又はtert−ブトキシカルボニル基であることが好ましく、炭素数4〜12の第三級アルキル基、2−テトラヒドロピラニル基又は2−テトラヒドロフラニル基であることがより好ましく、t−ブチル基、2−テトラヒドロピラニル基又は2−テトラヒドロフラニル基であることが更に好ましく、2−テトラヒドロピラニル基又は2−テトラヒドロフラニル基が特に好ましい。
式(IIb)中、Ar2は、二価の芳香族基を表し、芳香環上にOCH(OR1)(R2)を有している。
式(IIb)におけるAr2の好ましい態様は、前記式(IIa)におけるAr1の好ましい態様と同様である。
カルボキシ基が保護されることにより前記式(IIa)で表される構造を有するモノマー単位を形成することができるカルボン酸モノマーとしては、カルボキシ基が保護されることにより酸分解性基を有する構成単位となりうるものであれば用いることができ、例えば、式(Ia)の説明において前述したカルボン酸モノマーが好ましく挙げられる。
フェノール性水酸基が保護されることにより前記式(IIb)で表される構造を有するモノマー単位を形成することができるフェノール性水酸基を有するモノマーとしては、フェノール性水酸基が保護されることにより酸分解性基を有する構成単位となりうるものであれば用いることができ、例えば、式(Ib)の説明において前述したフェノール性水酸基を有するモノマーが好ましく挙げられる。
なお、式(IV)中、R7の好ましい態様は、式(IIa)におけるR3の好ましい態様と同様である。
式(IV)で表される構成単位を形成するために用いられるラジカル重合性単量体の好ましい具体例としては、例えば、メタクリル酸tert−ブチル、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル、アクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル、メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、アクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、メタクリル酸1−メチルシクロヘキシル、アクリル酸1−メチルシクロヘキシル等を挙げることができ、特にメタクリル酸tert−ブチル、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、アクリル酸テトラヒドロフラン−2−イルが好ましい。これらの構成単位は、1種単独又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
カルボキシル基もしくはフェノール性水酸基と反応して供給結合を形成しうる官能基としては、エポキシ基、オキセタニル基、酸無水物基、酸ハライド基、イソシアネート基が挙げられ、このような官能基を含有するラジカル重合性モノマーを使用して成分Aを合成することが好ましい。これら官能基の中で、エポキシ基、及び/又は、オキセタニル基が好ましい。
前記エポキシ基及び/又はオキセタニル基を有する構成単位としては、グリシジル基、脂環エポキシ基又はオキセタニル基を有する構成単位であることが好ましく、グリシジル基又はオキセタニル基を有する構成単位であることがより好ましい。
脂環エポキシ基は、脂肪族環とエポキシ環とが縮合環を形成している基であり、具体的には例えば、3,4−エポキシシクロヘキシル基、2,3−エポキシシクロヘキシル基、2,3−エポキシシクロペンチル基等が好ましく挙げられる。
オキセタニル基を有する基としては、オキセタン環を有していれば、特に制限はないが、(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル基が好ましく例示できる。
エポキシ基及び/又はオキセタニル基を有する構成単位は、1つの構成単位中にエポキシ基又はオキセタニル基を少なくとも1つ有していればよく、1つ以上のエポキシ基及び1つ以上オキセタニル基、2つ以上のエポキシ基、又は、2つ以上のオキセタニル基を有していてもよく、特に限定されないが、エポキシ基及び/又はオキセタニル基を合計1〜3つ有することが好ましく、エポキシ基及び/又はオキセタニル基を合計1又は2つ有することがより好ましく、エポキシ基又はオキセタニル基を1つ有することが更に好ましい。
これらの構成単位の中で、オキセタニル基を有する構成単位が感光性組成物の貯蔵安定性が優れる点で特に好ましい。
本発明の効果を妨げない範囲で、成分Aは、前記構成単位以外の、その他の構成単位を有してもよい。その他の構成単位を形成するラジカル重合性モノマーとしては、例えば、特開2004−264623号公報の段落0021〜0024に記載の化合物を挙げることができる。
これらの中でも、成分Aは、(メタ)アクリル酸、スチレンカルボン酸、ヒドロキシスチレンのような酸性基含有のモノマー由来の構成単位、すなわち、酸性基を有する構成単位を更に有する樹脂であることが、現像性の観点で好ましい。
前記酸性基としては、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基及びホスホン酸基等の酸基や酸無水物残基、フェノール性水酸基等が例示できる。
また、電気特性向上の観点で、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸シクロヘキシルのような脂環構造含有(メタ)アクリレート化合物が好ましい。
更に成分Aは、その他の構成単位として、マレイミド誘導体、及び、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物よりなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物由来の構成単位を有することが好ましい。
マレイミド誘導体としては、N−ブチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミドが好ましい。
水酸基含有(メタ)アクリレート化合物としては、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、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートが好ましい。
成分Aを構成する全モノマー単位中、その他の構成単位を形成するモノマー単位の含有率は、0〜50モル%が好ましく、3〜45モル%が更に好ましく、5〜40モル%が特に好ましい。上記の割合で含有させることにより、硬化膜の物性が良好となる。
成分Aの重量平均分子量は、1,000〜100,000であることが好ましく、2,000〜50,000であることがより好ましい。なお、本発明における重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量であることが好ましい。
なお、下記に例示した成分Aの重量平均分子量は、2,000〜50,000であることが好ましい。
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸グリシジル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸グリシジル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル/メタクリル酸グリシジル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸メチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(2−メタクリロイルオキシエチル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(6−メタクリロイルオキシヘキシル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/アクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/メタクリル酸tert−ブチル/アクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−(シクロヘキシルオキシ)エチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル共重合体
メタクリル酸1−(シクロヘキシルオキシ)エチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−(シクロヘキシルオキシ)エチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル共重合体
メタクリル酸1−(シクロヘキシルオキシ)エチル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
メタクリル酸1−(シクロヘキシルオキシ)エチル/メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステル/メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体
4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステルの1−エトキシエチルエーテル/メタクリル酸tert−ブチル/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/メタクリル酸共重合体
4−ヒドロキシ安息香酸(3−メタクリロイルオキシプロピル)エステルの1−エトキシエチルエーテル/α−メチル−パラヒドロキシスチレンのtert−ブトキシカルボニル基保護体/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/メタクリル酸共重合体
4−ヒドロキシ安息香酸(2−メタクリロイルオキシエチル)エステルの1−エトキシエチルエーテル/メタクリル酸4−ヒドロキシフェニルのtert−ブチル基保護体/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/スチレン/メタクリル酸グリシジル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸1−エトキシエチル/N−シクロヘキシルマレイミド/メタクリル酸グリシジル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル/メタクリル酸(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)/メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル/メタクリル酸共重合体
メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル/メタクリル酸(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)/メタクリル酸グリシジル/メタクリル酸共重合体
本発明の感光性樹脂組成物中における成分Aの含有量は、感光性樹脂組成物の全固形分に対して、20〜99重量%であることが好ましく、40〜97重量%であることがより好ましく、60〜95重量%であることが更に好ましい。含有量がこの範囲であると、現像した際のパターン形成性が良好となる。なお、感光性樹脂組成物の固形分量とは、溶剤などの揮発性成分を除いた量を表す。
なお、本発明の感光性樹脂組成物中では、本発明の効果を妨げない範囲で成分A以外の樹脂を併用してもよい。ただし、成分A以外の樹脂の含有量は、現像性の観点から、成分Aの含有量より少ない方が好ましい。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、(成分B)式(1)又は式(2)で表される酸発生剤を含有する。
R5、R6及びR7における芳香族基としては、炭素数6〜30の芳香族基が好ましく、置換基を有していてもよい。そのような芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、4−メトキシフェニル基、4−クロロフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ターシャリーブチルフェニル基、4−フェニルチオフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−メトキシ−1−ナフチル基、4−(4’−ジフェニルスルホニオフェニルチオ)フェニル基が挙げられる。
式(2)中、R8及びR9における芳香族基の好ましい例は、R5、R6及びR7の例と同一である。
R5、R6、R7、R8及びR9における置換基としては、特に芳香族基が好ましく、具体的にはフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−クロロフェニル基、4−(4’−ジフェニルスルホニオフェニルチオ)フェニル基が特に好ましい。
また、式(1)又は式(2)にで表される酸発生剤は、R5〜R9のいずれかで結合し、2量体等の多量体を形成してもよい。例えば、前記4−(4’−ジフェニルスルホニオフェニルチオ)フェニル基は2量体の一例であり、前記4−(4’−ジフェニルスルホニオフェニルチオ)フェニル基における対アニオンは、前記X-と同様のものである。
また、式(5)のAr3及びAr4における二価の芳香族基としては、フェニレン基又はナフチレン基であることが好ましく、フェニレン基が特に好ましい。
式(1)、式(2)及び式(5)中、X-、X1-及びX2-で表される共役塩基はそれぞれ独立に、アルキルスルホン酸の共役塩基、アリールスルホン酸の共役塩基、BY4 -(Yはハロゲン原子を表す。以下についても同様である。)、PY6 -、AsY6 -、SbY6 -、又は、式(3)若しくは式(4)で表される一価のアニオンが好ましく、アルキルスルホン酸の共役塩基、アリールスルホン酸の共役塩基、PY6 -、又は、式(3)で表される1価のアニオンが特に好ましい。
式(1)、式(2)及び式(5)中、X-、X1-及びX2-におけるBY4 -、PY6 -、AsY6 -、SbY6 -中のYは、フッ素原子、塩素原子が好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
式(3)及び式(4)中、R21、R22及びR23における炭素原子数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基、ターシャリーブチル基、シクロヘキシル基、オクチル基等を挙げることができる。また、炭素原子数1〜10のフッ素原子を有するアルキル基としては、例えばトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ドデカフルオロペンチル基、パーフルオロオクチル基等を挙げることができる。これらのうち、R21、R22及びR23は、炭素原子数1〜10のフッ素原子を有するアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜6のフッ素原子を有するアルキル基が特に好ましい。
式(3)及び式(4)中、R21とR22とが互いに結合して環を形成する場合の炭素原子数2〜6のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基等を挙げることができる。また、炭素原子数2〜6のフッ素原子を有するアルキレン基としては、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、オクタフルオロブチレン基、デカフルオロペンチレン基、ウンデカフルオロヘキシレン基等を挙げることができる。これらのうち、R21とR22とが互いに結合して環を形成する場合は、炭素原子数2〜6のフッ素原子を有するアルキレン基で結合することが好ましく、特に炭素原子数2〜4のフッ素原子を有するアルキレン基で結合することが好ましい。
成分Bの具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、(成分C)増感剤を含有する。
増感剤を含有することにより、露光感度向上に有効であり、また、成分Bは可視光の吸収効率が低いために、露光光源がg,h線混合線の場合に特に有効である。
増感剤としては、アントラセン誘導体、アクリドン誘導体、チオキサントン誘導体、クマリン誘導体、ベーススチリル誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体が好ましい。
アントラセン誘導体としては、アントラセン、9,10−ジブトキシアントラセン、9,10−ジクロロアントラセン、2−エチル−9,10−ジメトキシアントラセン、9−ヒドロキシメチルアントラセン、9−ブロモアントラセン、9−クロロアントラセン、9,10−ジブロモアントラセン、2−エチルアントラセン、9,10−ジメトキシアントラセンが好ましい。
アクリドン誘導体としては、アクリドン、N−ブチル−2−クロロアクリドン、N−メチルアクリドン、2−メトキシアクリドン、N−エチル−2−メトキシアクリドンが好ましい。
チオキサントン誘導体としては、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、2−クロロチオキサントンが好ましい。
クマリン誘導体としては、クマリン−1、クマリン−6H、クマリン−110、クマリン−102が好ましい。
ベーススチリル誘導体としては、2−(4−ジメチルアミノスチリル)ベンゾオキサゾール、2−(4−ジメチルアミノスチリル)ベンゾチアゾール、2−(4−ジメチルアミノスチリル)ナフトチアゾールが挙げられる。
ジスチリルベンゼン誘導体としては、ジスチリルベンゼン、ジ(4−メトキシスチリル)ベンゼン、ジ(3,4,5−トリメトキシスチリル)ベンゼンが挙げられる。
増感剤の具体例としては、下記が挙げられる。なお、下記において、Meはメチル基、Etはエチル基、Buはブチル基を表す。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分D)溶剤を含有することが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、必須成分である成分A〜成分C、並びに、更に後述の任意成分を、(成分D)溶剤に溶解した溶液として調製されることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物に使用される溶剤としては、公知の溶剤を用いることができ、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、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、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピ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アセテート類、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、エステル類、ケトン類、アミド類、ラクトン類等が例示できる。本発明の感光性樹脂組成物に使用される溶剤としては、例えば、特開2009−258722号公報の段落0074に記載の溶剤が挙げられる。
これら溶剤は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明に用いることができる溶剤は、1種単独又は2種を併用することが好ましく、2種を併用することがより好ましく、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とジエチレングリコールジアルキルエーテル類とを併用することが更に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物には、必要に応じて、任意成分として、以下に述べる(成分E)酸化防止剤、(成分F)架橋剤、(成分G)密着改良剤、(成分H)塩基性化合物、(成分I)界面活性剤、(成分J)可塑剤、及び、(成分K)熱ラジカル発生剤、並びに、熱酸発生剤、紫外線吸収剤、増粘剤、及び、有機又は無機の沈殿防止剤などの公知の添加剤を加えることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分E)酸化防止剤を含有することが好ましい。
成分Eとしては、公知の酸化防止剤を含有することができる。成分Eを添加することにより、硬化膜の着色を防止できる、又は、分解による膜厚減少を低減でき、また、耐熱透明性に優れるという利点がある。
このような酸化防止剤としては、例えば、リン系酸化防止剤、ヒドラジド類、ヒンダードアミン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、アスコルビン酸類、硫酸亜鉛、糖類、亜硝酸塩、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ヒドロキシルアミン誘導体などを挙げることができる。これらの中では、硬化膜の着色、膜厚減少の観点から特にフェノール系酸化防止剤が好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
フェノール系酸化防止剤の市販品としては、例えば、アデカスタブAO−60((株)ADEKA製)、アデカスタブAO−80((株)ADEKA製)、イルガノックス1098(チバジャパン(株)製)が挙げられる。
また、酸化防止剤以外の添加剤として、“高分子添加剤の新展開((株)日刊工業新聞社)”に記載の各種紫外線吸収剤や、金属不活性化剤等を本発明の感光性樹脂組成物に添加してもよい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分F)架橋剤を含有することが好ましい。
架橋剤としては、例えば、以下に述べる分子内に2個以上のエポキシ基又はオキセタニル基を有する化合物、アルコキシメチル基含有架橋剤、少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物を添加することができる。架橋剤を添加することにより、硬化膜をより強固な膜とすることができる。
分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂等を挙げることができる。
また、オキセタニル基を含む化合物は、単独で又はエポキシ基を含む化合物と混合して使用することができる。
分子内に2個以上のエポキシ基又はオキセタニル基を有する化合物の感光性樹脂組成物への添加量は、成分Aの総量を100重量部としたとき、1〜50重量部が好ましく、3〜30重量部がより好ましい。
アルコキシメチル基含有架橋剤としては、アルコキシメチル化メラミン、アルコキシメチル化ベンゾグアナミン、アルコキシメチル化グリコールウリル及びアルコキシメチル化尿素等が好ましい。これらは、それぞれメチロール化メラミン、メチロール化ベンゾグアナミン、メチロール化グリコールウリル、又は、メチロール化尿素のメチロール基をアルコキシメチル基に変換することにより得られる。このアルコキシメチル基の種類については特に限定されるものではなく、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基等を挙げることができるが、アウトガスの発生量の観点から、特にメトキシメチル基が好ましい。
これらの架橋性化合物のうち、アルコキシメチル化メラミン、アルコキシメチル化ベンゾグアナミン、アルコキシメチル化グリコールウリルが好ましい架橋性化合物として挙げられ、透明性の観点から、アルコキシメチル化グリコールウリルが特に好ましい。
少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物としては、単官能(メタ)アクリレート、2官能(メタ)アクリレート、3官能以上の(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート化合物を好適に用いることができる。
本発明の感光性樹脂組成物における少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物の使用割合は、成分A100重量部に対して、50重量部以下であることが好ましく、30重量部以下であることがより好ましい。このような割合で少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物を含有させることにより、本発明の感光性樹脂組成物から得られる絶縁膜の耐熱性及び表面硬度等を向上させることができる。少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物を加える場合には、(成分K)熱ラジカル発生剤を添加することが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分G)密着改良剤を含有してもよい。
本発明の感光性樹脂組成物に用いることができる密着改良剤は、基材となる無機物、例えば、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン化合物、金、銅、アルミニウム等の金属と絶縁膜との密着性を向上させる化合物である。具体的には、シランカップリング剤、チオール系化合物等が挙げられる。本発明で使用される密着改良剤としてのシランカップリング剤は、界面の改質を目的とするものであり、特に限定することなく、公知のものを使用することができる。
これらのうち、γ−グリシドキシプロピルトリアルコキシシランやγ−メタクリロキシプロピルトリアルコキシシランがより好ましく、γ−グリシドキシプロピルトリアルコキシシランが更に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物における成分Gの含有量は、成分A100重量部に対して、0.1〜20重量部が好ましく、0.5〜10重量部がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分H)塩基性化合物を含有してもよい。
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の中から任意に選択して使用することができる。例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン、第四級アンモニウムヒドロキシド、カルボン酸の第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
塩基性化合物の具体例としては、特開2009−98616号公報の段落0052〜0056に記載の化合物が例示できる。
本発明の感光性樹脂組成物における成分Hの含有量は、成分A100重量部に対して、0.001〜1重量部であることが好ましく、0.005〜0.2重量部であることがより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分I)界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系、又は、両性のいずれでも使用することができるが、好ましい界面活性剤はノニオン系界面活性剤である。
ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレン高級アルキルエーテル類、ポリオキシエチレン高級アルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレングリコールの高級脂肪酸ジエステル類、シリコーン系、フッ素系界面活性剤を挙げることができる。また、以下商品名で、KP(信越化学工業(株)製)、ポリフロー(共栄社化学(株)製)、エフトップ(JEMCO社製)、メガファック(DIC(株)製)、フロラード(住友スリーエム(株)製)、アサヒガード、サーフロン(旭硝子(株)製)PolyFox(OMNOVA社製)等の各シリーズを挙げることができる。
また、界面活性剤として、下記式(W)で表される構成単位A及び構成単位Bを含み、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とした場合のゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が1,000以上10,000以下である共重合体を好ましい例として挙げることができる。
これら界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明の感光性樹脂組成物における成分Iの添加量は、成分A100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、0.01〜10重量部であることがより好ましく、0.01〜1重量部であることが更に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分J)可塑剤を含有してもよい。
可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、ポリエチレングリコール、グリセリン、ジメチルグリセリンフタレート、酒石酸ジブチル、アジピン酸ジオクチル、トリアセチルグリセリンなどが挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物における成分Jの添加量は、成分A100重量部に対して、0.1〜30重量部であることが好ましく、1〜10重量部であることがより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(成分K)熱ラジカル発生剤を含んでいてもよく、前述の少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物のようなエチレン性不飽和化合物を含有する場合、(成分K)熱ラジカル発生剤を含有することが好ましい。
本発明における熱ラジカル発生剤としては、公知の熱ラジカル発生剤を用いることができる。
熱ラジカル発生剤は、熱のエネルギーによってラジカルを発生し、重合性化合物の重合反応を開始又は促進させる化合物である。熱ラジカル発生剤を添加することによって、得られた硬化膜がより強靭になり、耐熱性、耐溶剤性が向上する場合がある。
好ましい熱ラジカル発生剤としては、芳香族ケトン類、オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、アゾ系化合物、ビベンジル化合物等が挙げられる。
熱ラジカル発生剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用することも可能である。
本発明の感光性樹脂組成物における成分Kの添加量は、膜物性向上の観点から、成分Aを100重量部としたとき、0.01〜50重量部が好ましく、0.1〜20重量部がより好ましく、0.5〜10重量部であることが最も好ましい。
次に、本発明の硬化膜の形成方法を説明する。
本発明の硬化膜の形成方法は、以下の(1)〜(5)の工程を含むことを特徴とする。
(1)本発明のポジ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布する塗布工程
(2)塗布されたポジ型感光性樹脂組成物から溶剤を除去する溶剤除去工程
(3)活性光線により露光する露光工程
(4)水性現像液により現像する現像工程
(5)熱硬化するポストベーク工程
以下に各工程を順に説明する。
(2)の溶剤除去工程では、塗布された上記の膜から、減圧(バキューム)及び/又は加熱により、溶剤を除去して基板上に乾燥塗膜を形成させる。
(3)の露光工程では、得られた塗膜に波長300nm以上450nm以下の活性光線を照射する。この工程では、成分Bが分解し酸が発生する。発生した酸の触媒作用により、成分A中に含まれる酸分解性基が加水分解されて、カルボキシ基及び/又はフェノール性水酸基が生成する。
本発明における成分A中の酸分解性基は、酸による分解の活性化エネルギーが低く、露光による酸発生剤由来の酸により容易に分解し、カルボキシ基を生じるため、必ずしもPEBを行うことなく、現像によりポジ画像を形成することもできる。
なお、比較的低温でPEBを行うことにより、架橋反応を起こすことなく、酸分解性基の加水分解を促進することもできる。PEBを行う場合の温度は、30℃以上130℃以下であることが好ましく、40℃以上110℃以下がより好ましく、50℃以上80℃以下が特に好ましい。
(5)のポストベーク工程において、得られたポジ画像を加熱することにより、成分A中の酸分解性基を熱分解しカルボキシ基を生成させ、エポキシ基及び/又はオキセタニル基と架橋させることにより、硬化膜を形成することができる。この加熱は、150℃以上の高温に加熱することが好ましく、180〜250℃に加熱することがより好ましく、200〜250℃に加熱することが特に好ましい。加熱時間は、加熱温度などにより適宜設定できるが、10〜90分の範囲内とすることが好ましい。
次に、本発明の感光性樹脂組成物を用いた硬化膜の形成方法を具体的に説明する。
成分A〜成分Cの必須成分を所定の割合でかつ任意の方法で混合し、撹拌溶解して感光性樹脂組成物を調製する。例えば、成分A〜成分Cを、それぞれ予め(成分D)溶剤に溶解させた溶液とした後、これらを所定の割合で混合して樹脂組成物を調製することもできる。以上のように調製した組成物溶液は、孔径0.2μmのフィルター等を用いてろ過した後に、使用に供することもできる。
樹脂組成物を、所定の基板に塗布し、減圧及び/又は加熱(プリベーク)により溶媒を除去することにより、所望の乾燥塗膜を形成することができる。前記の基板としては、例えば液晶表示素子の製造においては、偏光板、更に必要に応じてブラックマトリックス層、カラーフィルター層を設け、更に透明導電回路層を設けたガラス板などが例示できる。基板への塗布方法は特に限定されず、例えば、スリットコート法、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法等の方法を用いることができる。中でもスリットコート法が大型基板に適するという観点で好ましい。ここで大型基板とは、各辺が1m以上の大きさの基板をいう。
露光工程では、塗膜を設けた基板に所定のパターンを有するマスクを介して、活性光線を照射する。波長300nm以上450nm以下の波長を有する活性光線が好ましく使用できる。露光工程の後、必要に応じて加熱処理(PEB)を行う。
活性光線による露光には、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、レーザ発生装置などを用いることができる。
水銀灯を用いる場合にはg線(436nm)、i線(365nm)、h線(405nm)などの波長を有する活性光線が好ましく使用できる。水銀灯はレーザに比べると、大面積の露光に適するという点で好ましい。
レーザを用いる場合には固体(YAG)レーザでは343nm、355nmが用いられ、エキシマレーザでは351nm(XeF)が用いられ、更に半導体レーザでは375nm、405nmが用いられる。この中でも安定性、コスト等の点から355nm、405nmがより好ましい。レーザは1回あるいは複数回に分けて、塗膜に照射することができる。
レーザの1パルス当たりのエネルギー密度は0.1mJ/cm2以上10,000mJ/cm2以下であることが好ましい。塗膜を十分に硬化させるには、0.3mJ/cm2以上がより好ましく、0.5mJ/cm2以上が最も好ましく、アブレーション現象により塗膜を分解させないようにするには、1,000mJ/cm2以下がより好ましく、100mJ/cm2以下が最も好ましい。また、パルス幅は0.1nsec以上30,000nsec以下であることが好ましい。アブレーション現象により色塗膜を分解させないようにするには、0.5nsec以上がより好ましく、1nsec以上が最も好ましく、スキャン露光の際に合わせ精度を向上させるには、1,000nsec以下がより好ましく、50nsec以下が最も好ましい。
露光処理時間を短くするには、10Hz以上がより好ましく、100Hz以上が最も好ましく、スキャン露光の際に合わせ精度を向上させるには、10,000Hz以下がより好ましく、1,000Hz以下が最も好ましい。
本発明に使用可能な露光装置としては、特に制限はないが市販されているものとしては、Callisto((株)ブイ・テクノロジー製)やAEGIS((株)ブイ・テクノロジー製)やDF2200G(大日本スクリーン製造(株)製)などが使用可能である。また、上記以外の装置も好適に用いられる
また、必要に応じて長波長カットフィルター、短波長カットフィルター、バンドパスフィルターのような分光フィルターを通して照射光を調整することもできる。
現像工程では、塩基性現像液を用いて露光部領域を除去して画像パターンを形成する。塩基性化合物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物類;炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩類;重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウムなどのアルカリ金属重炭酸塩類;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、コリンヒドロキシド等のアンモニウムヒドロキシド類;ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウムなどの水溶液を使用することができる。また、上記アルカリ類の水溶液にメタノールやエタノールなどの水溶性有機溶剤や界面活性剤を適当量添加した水溶液を現像液として使用することもできる。
現像時間は、30〜180秒間であることが好ましく、また、現像の手法は液盛り法、ディップ法等のいずれでもよい。現像後は、流水洗浄を30〜90秒間行い、所望のパターンを形成させることができる。
現像により得られた未露光領域に対応するパターンについて、ホットプレートやオーブン等の加熱装置を用いて、所定の温度、例えば180〜250℃で所定の時間、例えばホットプレート上なら5〜60分間、オーブンならば30〜90分間、加熱処理をすることにより、成分Aにおける酸分解性基を分解して、カルボキシ基及び/又はフェノール性水酸基を発生させ、成分A中の前記官能基と反応して、架橋させることにより、耐熱性、硬度等に優れた保護膜や層間絶縁膜を形成することができる。また、加熱処理を行う際は窒素雰囲気下で行うことにより透明性を向上させることもできる。
なお、加熱処理に先立ち、パターンを形成した基板に活性光線により再露光した後、ポストベークすること(再露光/ポストベーク)により未露光部分に存在する成分Bから酸を発生させ、架橋工程を促進する触媒として機能させることが好ましい。
すなわち、本発明の硬化膜の形成方法は、現像工程とポストベーク工程の間に、活性光線により再露光する再露光工程を含むことが好ましい。
再露光工程における露光は、前記露光工程と同様の手段により行えばよいが、前記再露光工程では、基板の本発明の感光性樹脂組成物により膜が形成された側に対し、全面露光を行うことが好ましい。再露光工程の好ましい露光量としては、100〜1,000mJ/cm2である。
本発明の有機EL表示装置や液晶表示装置としては、前記本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成される平坦化膜や、保護膜、層間絶縁膜を有すること以外は特に制限されず、様々な構造をとる公知の各種有機EL表示装置や液晶表示装置を挙げることができる。
また、本発明の感光性樹脂組成物及び本発明の硬化膜は、前記用途に限定されず種々の用途に使用することができる。例えば、平坦化膜や、保護膜、層間絶縁膜以外にも、液晶表示装置における液晶層の厚みを一定に保持するためのスペーサーや固体撮像素子においてカラーフィルター上に設けられるマイクロレンズ等に好適に用いることができる。
ガラス基板6上にボトムゲート型のTFT1を形成し、このTFT1を覆う状態でSi3N4から成る絶縁膜3が形成されている。絶縁膜3に、ここでは図示を省略したコンタクトホールを形成した後、このコンタクトホールを介してTFT1に接続される配線2(高さ1.0μm)が絶縁膜3上に形成されている。配線2は、TFT1間又は、後の工程で形成される有機EL素子とTFT1とを接続するためのものである。
さらに、配線2の形成による凹凸を平坦化するために、配線2による凹凸を埋め込む状態で絶縁膜3上に平坦化層4が形成されている。
平坦化膜4上には、ボトムエミッション型の有機EL素子が形成されている。すなわち、平坦化膜4上に、ITOからなる第一電極5が、コンタクトホール7を介して配線2に接続させて形成されている。また、第一電極5は、有機EL素子の陽極に相当する。
第一電極5の周縁を覆う形状の絶縁膜8が形成されており、この絶縁膜8を設けることによって、第一電極5とこの後の工程で形成する第二電極との間のショートを防止することができる。
さらに、図1には図示していないが、所望のパターンマスクを介して、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層を順次蒸着して設け、次いで、基板上方の全面にAlから成る第二電極を形成し、封止用ガラス板と紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いて貼り合わせることで封止し、各有機EL素子にこれを駆動するためのTFT1が接続されてなるアクティブマトリックス型の有機EL表示装置が得られる。
〔MAEVE合成〕
エチルビニルエーテル144.2重量部(2モル当量)にフェノチアジン0.5重量部を添加し、反応系中を10℃以下に冷却しながらメタクリル酸86.1重量部(1モル当量)を滴下後、室温(25℃)で4時間撹拌した。p−トルエンスルホン酸ピリジニウム5.0重量部を添加後、室温で2時間撹拌し、一夜室温放置した。反応液に炭酸水素ナトリウム5重量部及び硫酸ナトリウム5重量部を添加し、室温で1時間撹拌し、不溶物を濾過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の黄色油状物を減圧蒸留して沸点(bp.)43〜45℃/7mmHg留分のメタクリル酸1−エトキシエチル(MAEVE)134.0重量部を無色油状物として得た。
得られたメタクリル酸1−エトキシエチル(79.1重量部(0.5モル当量))、グリシジルメタクリレート(GMA)(71.1重量部(0.5モル当量))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(PGMEA)(125重量部)の混合溶液を窒素気流下、70℃に加熱した。この混合溶液を撹拌しながら、ラジカル重合開始剤V−65(2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、和光純薬工業(株)製、10重量部)及びPGMEA(100.0重量部)の混合溶液を2.5時間かけて滴下した。滴下が終了してから、70℃で4時間反応させることにより重合体A−1のEDM溶液(固形分濃度:40重量%)を得た。得られた重合体A−1のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した重量平均分子量は、12,000であった。
使用した各モノマー及びその使用量、ラジカル重合開始剤V−65の添加量を表1に記載のものに変更した以外は、重合体A−1の合成と同様にして、重合体A−2〜A−18をそれぞれ合成した。なお、表1に記載の各共重合比は、モル比で記載している。
MAEVE:メタクリル酸1−エトキシエチル
MACHVE:メタクリル酸1−シクロヘキシルオキシエチル
MATHPE:メタクリル酸テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル
MATHF:メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル
t−BMA:tert−ブチルメタクリレート
GMA:グリシジルメタクリレート
OXE−30:メタクリル酸(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル(大阪有機化学工業(株)製)
MAA:メタクリル酸
HEMA:メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル
St:スチレン
PHSEVE:4−(1−エトキシエチルオキシ)スチレン
PHStBOC:4−(t−ブトキシカルボニルオキシ)スチレン
CHMI:N−シクロヘキシルマレイミド
なお、MACHVE及びMATHPEは、前記MAEVE合成のビニルエーテルをそれぞれ、シクロヘキシルビニルエーテル、ジヒドロヒドロピランに変更し合成した。
PHSEVEは、MAEVE合成法のメタクリル酸を4−ヒドロキシスチレンに変更し合成した。
PHStBOCは、4−ヒドロキシスチレンとt−ブトキシカルボン酸無水物を塩基性条件下で反応させ、抽出後、シリカゲルクロマトグラフィーにより精製することにより得た。
メタクリル酸(86g、1mol)を15℃に冷却しておき、カンファースルホン酸(4.6g,0.02mol)添加した。その溶液に、2,3−ジヒドロフラン(71g、1mol、1.0当量)を滴下した。1時間撹拌した後に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を加え、酢酸エチル(500mL)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥後、不溶物を濾過後40℃以下で減圧濃縮し、残渣の黄色油状物を減圧蒸留して沸点(bp.)54〜56℃/3.5mmHg留分のメタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル(MATHF)125gを無色油状物として得た(収率80%)。
メタクリル酸1−エトキシエチル(79.1重量部(0.5モル当量))、メタクリル酸メチル(30.0重量部(0.3モル当量))、HEMA(26.0重量部(0.2モル当量))、及びPGMEA(125重量部)の混合溶液を窒素気流下、70℃に加熱した。この混合溶液を撹拌しながら、ラジカル重合開始剤V−65(和光純薬工業(株)製、10重量部)及びPGMEA(100.0重量部)の混合溶液を2.5時間かけて滴下した。滴下が終了してから、70℃で4時間反応させることにより重合体AXのEDM溶液(固形分濃度:40重量%)を得た。得られた重合体AXのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した重量平均分子量は、11,000であった。
下記表2に示す各成分を混合して均一な溶液とした後、0.2μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロエチレン製フィルターを用いてろ過して、感光性樹脂組成物1〜18及び比較用感光性樹脂組成物1〜3をそれぞれ調製した。
D2:ジエチレングリコールエチルメチルエーテル
E1:アデカスタブAO−60((株)ADEKA製)
F1:JER−157S70(多官能ノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200〜220g/eq)、ジャパンエポキシレジン(株)製)
界面活性剤1:メガファックR−08(パーフルオロアルキル基含有ノニオン性界面活性剤、DIC(株)製)
界面活性剤2:下記W−3
塩基性化合物1:4−ジメチルアミノピリジン
塩基性化合物2:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン
密着改良剤1:KBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製)
<g,h,i線露光(露光源1)>
シリコン酸化膜を有するシリコンウエハー上に感光性樹脂組成物溶液をスリット塗布した後、95℃で90秒間ホットプレート上においてプリベークして膜厚3μmの塗膜を形成した。
次に、i線ステッパー(キヤノン(株)製FPA−3000i5+)を用いて、所定のマスクを介して露光した。
露光後、場合により80℃で60秒間ホットプレート上においてPEBを行った。
その後、0.4重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により23℃で60秒間液盛り法で現像した後、超純水で1分間リンスした。これらの操作により10μmのラインアンドスペースを1:1で解像する時の最適露光量(Eopt)を感度とした。感度は、100mJ/cm2より低露光量の場合に、高感度であるといえる。
シリコン酸化膜を有するシリコンウエハー上に感光性樹脂組成物溶液をスリット塗布した後、95℃で90秒間ホットプレート上においてプリベークして膜厚3μmの塗膜を形成した。
次に、ghi線露光機に(FX−55S/65S、(株)ニコン製)にi線カットフィルターを装着し(g,h線露光)、所定のマスクを介して露光した。なお、露光量はh線センサーを使用して測定した。
その後、g,h,i線露光と同様の操作を行った。
シリコン酸化膜を有するシリコンウエハー上に感光性樹脂組成物溶液をスリット塗布した後、95℃で90秒間ホットプレート上においてプリベークして膜厚3μmの塗膜を形成した。
次に、塗膜から150μmの間隔を介して、所定のフォトマスクをセットし、波長355nmのレーザを照射した。なお、レーザ装置は、(株)ブイ・テクノロジー製の「AEGIS」を使用し(波長355nm、パルス幅6nsec)、露光量はOPHIR社製の「PE10B−V2」を用いて測定した。
その後、g,h,i線露光と同様の操作を行った。
上記最適露光量(Eopt)に対して、(Eopt−10%の露光量で露光した時の線幅)と(Eopt+10%の露光量で露光した時の線幅)とをそれぞれ求め、{(Eopt−10%の露光量で露光した時の線幅)−(Eopt+10%の露光量で露光した時の線幅)}が、1μm未満の場合を「1」、1μm以上の場合を「2」とした。「1」の場合は、露光量依存性が良好といえる。
基板をガラスに変更し、パターン露光をせず、最終加熱処理を210℃で30分間に変更した以外は同様にして、ベタ硬化膜を得た(膜厚3μm)。
この硬化膜の透過率を、分光光度計(U−3000:(株)日立製作所製)を用いて、波長400〜800nmで測定した。最低透過率を表に示す。最低透過率は90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。
基板をガラスに変更し、パターン露光をせず、最終加熱処理を220℃で90分間に変更した以外は同様にして、ベタ硬化膜を得た(膜厚3μm)。この硬化膜上に、ITO透明電極をスパッタ(ULVAC社製、SIH−3030、スパッタ温度200℃)により形成した。スパッタ後の硬化膜の表面を光学顕微鏡(500倍)で観察し、以下の基準により評価した。
3:硬化膜の表面が全くしわの発生なく、透明である。
2:硬化膜の表面にしわの発生はないが、僅かに透明性におとる(許容範囲)。
1:硬化膜の表面に僅かにしわが見える(許容範囲)。
0:硬化膜の表面にしわの発生あり。
ITO透明電極をスパッタにより形成した後に、硬化膜表面にしわが観測された場合、ITOパターニングの際の直線性の低下、及び、短絡が起こりやすくなるため、好ましくない。また、ITOスパッタ膜の透明性低下は透過率低下を引き起こすため、好ましくない。
基板をガラスに変更し、パターン露光をせず、最終加熱処理を220℃で90分間に変更した以外は同様にして、ベタ硬化膜を得た(膜厚3μm)。この硬化膜に対し、負荷力500gで、鉛筆硬度による表面硬度試験を行った。
表面硬度試験後の硬化膜の表面を光学顕微鏡(50倍)で観察し、表面に削れが発生しない最硬度の鉛筆硬度を、その膜の表面硬度として評価した。
保護膜としての性能上、4H以上の硬度を有することが望ましい。
下記表4に示す各成分を混合して均一な溶液とした後、0.2μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロエチレン製フィルターを用いてろ過して、感光性樹脂組成物19〜27をそれぞれ調製した。なお、表4中の略号は、前述のものと同様である。
感光性樹脂組成物19〜27をそれぞれ使用した以外は、前記(2)〜(6)に記載した方法と同様な方法により、感度、露光量依存性、透過率、ITOスパッタ適性及び表面硬度を評価した。評価結果を表5に示す。
薄膜トランジスター(TFT)を用いた有機EL表示装置を以下の方法で作製した(図1参照)。
ガラス基板6上にボトムゲート型のTFT1を形成し、このTFT1を覆う状態でSi3N4から成る絶縁膜3を形成した。次に、この絶縁膜3に、ここでは図示を省略したコンタクトホールを形成した後、このコンタクトホールを介してTFT1に接続される配線2(高さ1.0μm)を絶縁膜3上に形成した。この配線2は、TFT1間又は、後の工程で形成される有機EL素子とTFT1とを接続するためのものである。
さらに、配線2の形成による凹凸を平坦化するために、配線2による凹凸を埋め込む状態で絶縁膜3上へ平坦化層4を形成した。絶縁膜3上への平坦化膜4の形成は、実施例13の感光性樹脂組成物を基板上にスピン塗布し、ホットプレート上でプリベーク(90℃×2分)した後、マスク上から高圧水銀灯を用いてi線(365nm)を30mJ/cm2(照度20mW/cm2)照射した後、アルカリ水溶液にて現像してパターンを形成し、230℃で60分間の加熱処理を行った。該感光性樹脂組成物を塗布する際の塗布性は良好で、露光、現像、焼成の後に得られた硬化膜には、しわやクラックの発生は認められなかった。さらに、配線2の平均段差は500nm、作製した平坦化膜4の膜厚は2,000nmであった。
さらに、真空蒸着装置内で所望のパターンマスクを介して、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層を順次蒸着して設けた。次いで、基板上方の全面にAlから成る第二電極を形成した。得られた上記基板を蒸着機から取り出し、封止用ガラス板と紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いて貼り合わせることで封止した。
2:配線
3:絶縁膜
4:平坦化膜
5:第一電極
6:ガラス基板
7:コンタクトホール
8:絶縁膜
10:液晶表示装置
12:バックライトユニット
14,15:ガラス基板
16:TFT
17:硬化膜
18:コンタクトホール
19:ITO透明電極
20:液晶
22:カラーフィルター
Claims (11)
- (成分A)酸により分解しカルボキシル基又はフェノール性水酸基を生成する酸分解性基を有する構成単位と、カルボキシル基又はフェノール性水酸基と反応して共有結合を形成しうる官能基を有する構成単位とを有する樹脂、
(成分B)式(1)又は式(2)で表される酸発生剤、及び、
(成分C)増感剤、を含み、
前記成分Aが、スチレン誘導体、マレイミド誘導体、(メタ)アクリル酸、及び、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物よりなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物由来の構成単位を更に有することを特徴とする
ポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記成分Cが、アントラセン誘導体、アクリドン誘導体、チオキサントン誘導体、クマリン誘導体、ベーススチリル誘導体、及び、ジスチリルベンゼン誘導体よりなる群から選ばれた化合物である、請求項1に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記官能基が、エポキシ基及び/又はオキセタニル基である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記官能基が、オキセタニル基である、請求項5に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- (1)請求項1〜6のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布する塗布工程、
(2)塗布されたポジ型感光性樹脂組成物から溶剤を除去する溶剤除去工程、
(3)活性光線により露光する露光工程、
(4)水性現像液により現像する現像工程、及び、
(5)熱硬化するポストベーク工程、を含む
硬化膜の形成方法。 - 請求項7に記載の方法により形成された硬化膜。
- 層間絶縁膜である請求項8に記載の硬化膜。
- 請求項8又は9に記載の硬化膜を具備する、有機EL表示装置。
- 請求項8又は9に記載の硬化膜を具備する、液晶表示装置。
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