JP5633381B2 - 感放射線性樹脂組成物、硬化膜及び硬化膜の形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、硬化膜及び硬化膜の形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、その組成物から形成される硬化膜及びこの硬化膜の形成方法に関する。
近年、液晶テレビ、携帯電話等への液晶表示素子の適用が広くなされており、表示素子に用いられる硬化膜(層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等)の材料となる感放射線性樹脂組成物には、工程時間の短縮及びコスト削減の観点から高感度化が求められる。また、液晶表示素子にはさらなる高輝度化等が求められていることから、硬化膜には高透過率化等が求められる(特開2009−36858号公報参照)。
今日では電子ペーパー等のフレキシブルディスプレイが普及している。このフレキシブルディスプレイの基板としては、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック基板が検討されている。このプラスチック基板は加熱により伸張又は収縮し、ディスプレイとしての機能を阻害する不都合があるため、プラスチック基板上に硬化膜を形成する際の焼成工程においては低温化が必要とされている。
上記事情に鑑み、低温焼成であっても硬化可能なポリイミド前駆体を含むフレキシブルディスプレイ用のゲート絶縁膜用塗布液が開発されている(特開2009−4394号公報参照)。しかし、この塗布液は、露光現像によるパターン形成能を有しないため微細なパターン形成が不可能である。また、硬化反応の進行が不充分であることに起因してか、得られる硬化膜の耐熱性、電圧保持率等において十分に満足のいくレベルではない。そこで、エポキシ系材料の硬化剤として用いられているアミン化合物の添加により低温であっても架橋反応を進行させる方策も考えられる。しかし、一般的なアミン化合物の添加では、組成物中に存在するエポキシ基との経時的な反応を招来し、保存安定性が低下することがある(国際公開第2008/099732号パンフレット参照)。
一方、高耐熱性の塗布液としては、エポキシ樹脂とシアネートエステル樹脂とを混合してなる複合樹脂組成物が知られているが、例えばシアン酸エステル、エポキシ樹脂等からなる複合樹脂組成物では、硬化剤の添加が必要であり、また硬化に際し高温、長時間を要する(特開2001−302767号公報参照)。
このような状況から、保存安定性及び短時間での低温焼成による硬化を両立し、かつ十分な感度を有する感放射線性樹脂組成物、並びに優れた特性を有する硬化膜の開発が望まれている。
特開2009−36858号公報 特開2009−4394号公報 国際公開第2008/099732号パンフレット 特開2001−302767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、その目的は保存安定性と短時間での低温焼成による硬化を両立し、かつ十分な感度を有する感放射線性樹脂組成物、並びに耐熱性、透過率及び電圧保持率に優れる硬化膜を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]エポキシ基を有する構造単位を含む重合体(以下、「[A]重合体」とも称する)、
[B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物(以下、「[B]重合性化合物」とも称する)、
[C]感放射線性重合開始剤、並びに
[D]シアネート基を有する化合物(以下、「[D]化合物」とも称する)
を含有する感放射線性樹脂組成物である。
感放射線性材料である当該感放射線性樹脂組成物は、感放射線性を利用した露光・現像によって容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、かつ充分な感度を有する。また、当該感放射線性樹脂組成物は、[C]感放射線性重合開始剤を含有することで、低露光量の場合であっても耐熱性等をより向上できる。さらに、[D]化合物を含有することで、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と低温焼成における硬化促進とを高いレベルで両立できる。通常シアネート基を有する化合物はエポキシ化合物と共存させ、感放射線性樹脂組成物を室温付近で保存しても、シアネートのエポキシ基への求核攻撃は進行せず、安定して存在し製品としての品質を損なう不都合がない。一方、[D]化合物とエポキシ化合物とを含む感放射線性樹脂組成物を塗布し、加熱することではじめて架橋反応が進行し硬化膜を形成することができる。
[A]重合体は、カルボキシル基を有する構造単位をさらに含むことが好ましい。[A]重合体が、カルボキシル基を有する構造単位をさらに含むことで、[A]重合体を含有する当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜の耐熱性等をより向上させることができる。
[D]化合物は、下記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。[D]化合物を上記特定化合物とすることで、保存安定性と低温焼成における硬化促進とをより高いレベルで両立できる。
Figure 0005633381
(式(1)中、Rは、フッ素原子で置換されていてもよい2価の連結基である。R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基である。a及びbは、それぞれ独立して0〜4の整数である。但し、R及びRが複数の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
Figure 0005633381
(式(2)中、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。cは、1〜20の整数である。但し、Rが複数の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。)
当該感放射線性樹脂組成物は、[E]アミン化合物をさらに含有することが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物が、[E]アミン化合物をさらに含有することで硬化触媒として機能し、当該感放射線性樹脂組成物の硬化をより促進することができる。
[E]アミン化合物は、1級アミノ基及び2級アミノ基からなる群より選択される少なくとも1種の基を含有する化合物と、エポキシ化合物とを反応させて得られる化合物であることが好ましい。[E]アミン化合物を上記特定化合物とすることで、保存安定性を損なわずに硬化触媒として機能し、低温焼成であっても硬化を促進することができる。
当該感放射線性樹脂組成物は、層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜を形成するのに好適である。
本発明の硬化膜の形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)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焼成する工程
を有する。
当該感放射線性樹脂組成物を用いた本発明の形成方法によると、耐熱性、透過率及び電圧保持率に優れる硬化膜を形成することができる。
上記工程(4)の焼成温度としては200℃以下が好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、200℃以下の温度であっても低温焼成による硬化が可能である。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる硬化膜の形成材料として好適である。
当該感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜も本発明に好適に含まれる。
なお、本明細書にいう「焼成」とは、層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜に要求される表面硬度が得られるまで加熱することを意味する。また、「感放射線性樹脂組成物」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樹脂組成物は、容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、保存安定性及び短時間での低温焼成による硬化を両立し、かつ十分な感度を有する感放射線性樹脂組成物、並びに耐熱性、透過率及び電圧保持率に優れる硬化膜を提供することができる。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等の硬化膜の形成材料として好適である。
<感放射線性樹脂組成物>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤及び[D]化合物を含有する。また、当該感放射線性樹脂組成物は、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]重合体>
[A]重合体は、エポキシ基を有する構造単位を含む重合体である。エポキシ基を有する重合体としては、特に限定されないが[A]重合体を含有する当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜の耐熱性等を向上させる観点から芳香族樹脂が好ましい。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、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。
[A]重合体は、カルボキシル基を有する構造単位をさらに含むことが好ましい。[A]重合体が、カルボキシル基を有する構造単位をさらに含むことで、[A]重合体を含有する当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜の耐熱性等をより向上させることができる。
このより好ましい[A]重合体の合成方法としては、溶媒中で重合開始剤の存在下、(A1)カルボキシル基を有する構造単位を与える化合物(以下、「(A1)化合物」とも称する)と、(A2)エポキシ基を有する構造単位を与える化合物(以下、「(A2)化合物」とも称する)とを含む単量体をラジカル共重合することによって製造できる。また、[A]重合体の製造においては、(A1)化合物及び(A2)化合物と共に、(A3)化合物として、上記(A1)化合物及び(A2)化合物以外の不飽和化合物をラジカル共重合することもできる。
[(A1)化合物]
(A1)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、モノカルボン酸、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(A1)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。
(A1)化合物の使用割合としては、(A1)化合物並びに(A2)化合物(及び必要に応じて任意の(A3)化合物)の合計に基づいて、5質量%〜30質量%が好ましく、10質量%〜25質量%がより好ましい。(A1)化合物の使用割合を上記範囲とすることで、[A]重合体の溶解性を最適化すると共に、感度に優れる感放射線性樹脂組成物が得られる。
[(A2)化合物]
(A2)化合物としては、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、メタクリル酸2−メチルグリシジル、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、メタクリル酸3,4−エポキシシクロへキシルメチル等が挙げられる。これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、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、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルが、共重合反応性及び硬化膜の耐熱性等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(A2)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。
(A2)化合物の使用割合としては(A1)化合物並びに(A2)化合物(及び必要に応じて任意の(A3)化合物)の合計に基づいて、5質量%〜40質量%が好ましく、10質量%〜30質量%がより好ましい。(A2)化合物の使用割合を上記範囲とすることで、優れた耐熱等を有する硬化膜を形成できる。
[(A3)化合物]
(A3)化合物は、上記の(A1)化合物及び(A2)化合物以外であって、不飽和化合物であれば特に制限されるものではない。(A3)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、アクリル酸鎖状アルキルエステル、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、ピラン骨格を含む不飽和化合物等が挙げられる。
メタクリル酸鎖状アルキルエステルとしては、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸sec−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸n−ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸n−ステアリル等が挙げられる。
メタクリル酸環状アルキルエステルとしては、例えばメタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸2−メチルシクロヘキシル、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、メタクリル酸イソボロニル等が挙げられる。
アクリル酸鎖状アルキルエステルとしては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸sec−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸イソデシル、アクリル酸n−ラウリル、アクリル酸トリデシル、アクリル酸n−ステアリル等が挙げられる。
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、例えばメタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル等が挙げられる。
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。
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(A3)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、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、メタクリル酸メチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ラウリル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、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(A3)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。
(A3)化合物の使用割合としては、(A1)化合物、(A2)化合物及び(A3)化合物の合計に基づいて、10質量%〜80質量%が好ましく、20質量%〜70質量%がより好ましい。(A3)化合物の使用割合を上記範囲とすることで、耐熱性等に優れる硬化膜を形成できる。
[A]重合体の重量平均分子量(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。[A]重合体のMwを2×10〜1×10とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性を高めることができる。なお、本明細書における重合体のMw及び数平均分子量(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(昭和電工製)
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]重合体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。
[A]重合体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。
[A]重合体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。
<[B]重合性化合物>
当該感放射線性樹脂組成物に含有される[B]重合性化合物としては、例えばω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、エチレングリコール(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピルメタクリレート、2−(2’−ビニロキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリ(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)フォスフェート、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等のほか、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個以上の水酸基を有し、かつ3個〜5個の(メタ)アクリロイロキシ基を有する化合物とを反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
上記[B]重合性化合物の市販品としては、例えば
アロニックスM−400、同M−402、同M−405、同M−450、同M−1310、同M−1600、同M−1960、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同M−8100、同M−8530、同M−8560、同M−9050、アロニックスTO−1450、同TO−1382(以上、東亞合成製);
KAYARAD DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬製);
ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業製);
ウレタンアクリレート系化合物として、ニューフロンティア R−1150(第一工業製薬製);
KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(以上、日本化薬製);
UN−9000H(根上工業製);
アロニックスM−5300、同M−5600、同M−5700、M−210、同M−220、同M−240、同M−270、同M−6200、同M−305、同M−309、同M−310、同M−315(以上、東亞合成製);
KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同HX−620、同R−526、同R−167、同R−604、同R−684、同R−551、同R−712、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、UX−0937、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬製);
アートレジンUN−9000PEP、同UN−9200A、同UN−7600、同UN−333、同UN−1003、同UN−1255、同UN−6060PTM、同UN−6060P(以上、根上工業製);
SH−500Bビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業製)等が挙げられる。
[B]重合性化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]重合性化合物の含有割合としては、[A]重合体100質量部に対して、20質量部〜200質量部が好ましく、40質量部〜160質量部がより好ましい。[B]重合性化合物の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は密着性に優れ低露光量においても十分な硬度を有した硬化膜が得られる。
<[C]感放射線性重合開始剤>
当該感放射線性樹脂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−モルフォリノフェニル)−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−モルフォリノフェニル)−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)、1,2−オクタンジオン−1−4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)(イルガキュアOXE01)(以上、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)等が挙げられる。
[C]感放射線性重合開始剤は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[C]感放射線性重合開始剤の含有割合としては、[A]重合体100質量部に対して、1質量部〜40質量部が好ましく、5質量部〜30質量部がより好ましい。[C]感放射線性重合開始剤の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は、低露光量の場合でも高い硬度及び密着性を有する硬化膜が形成できる。
<[D]化合物>
当該感放射線性樹脂組成物が、[D]化合物を含有することで当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と低温焼成における硬化促進とを高いレベルで両立できる。通常シアネート基を有する化合物はエポキシ化合物と共存させ、感放射線性樹脂組成物を室温付近で保存しても、シアネートのエポキシ基への求核攻撃は進行せず、安定して存在し、製品としての品質を損なう不都合がない。一方、[D]化合物とエポキシ化合物とを含む感放射線性樹脂組成物を塗布し、加熱することではじめて架橋反応が進行し硬化膜を形成することができる。
[D]化合物としては、特に限定されないが、上記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。[D]化合物を上記特定化合物とすることで、保存安定性と低温焼成における硬化促進とをより高いレベルで両立できる。
上記式(1)中、Rは、フッ素原子で置換されていてもよい2価の連結基である。R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基である。a及びbは、それぞれ独立して0〜4の整数である。但し、R及びRが複数の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
上記Rが示す2価の連結基としては、例えば炭素数1〜30の2価の鎖状若しくは分岐状の炭化水素基、炭素数3〜30の2価の脂肪族環状炭化水素基、炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基、アミド基、又はこれらの基を2種以上組み合わせた(縮合環を含む)2価の基が挙げられる。
上記炭素数1〜30の2価の鎖状炭化水素基としては、例えば
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基、オクタンジイル基、デカンジイル基、ウンデカンジイル基、ヘキサデカンジイル基、イコサンジイル基等のアルカンジイル基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基、ペンテンジイル基、ヘキセンジイル基、オクテンジイル基、デセンジイル基、ウンデセンジイル基、ヘキサデセンジイル基、イコセンジイル基等のアルケンジイル基;
エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基、オクチンジイル基、ブタジエンジイル基、ヘキサジエンジイル基、オクタトリエンジイル基等のアルキンジイル基等が挙げられる。
上記炭素数3〜30の2価の脂肪族環状炭化水素基としては、例えば
シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘプタンジイル基、シクロオクタンジイル基、シクロデカンジイル基、メチルシクロヘキサンジイル基、エチルシクロヘキサンジイル基等の単環式飽和炭化水素基;
シクロブテンジイル基、シクロペンテンジイル基、シクロヘキセンジイル基、シクロヘプテンジイル基、シクロオクテンジイル基、シクロデセンジイル基、シクロペンタジエンジイル基、シクロヘキサジエンジイル基、シクロオクタジエンジイル基、シクロデカジエンジイル基等の単環式不飽和炭化水素基;
ビシクロ[2.2.1]ヘプタンジイル基、ビシクロ[2.2.2]オクタンジイル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジイル基、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカンジイル基、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカンジイル基、アダマンタンジイル基等の多環式飽和炭化水素基;
ビシクロ[2.2.1]ヘプテンジイル基、ビシクロ[2.2.2]オクテンジイル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デセンジイル基、トリシクロ[3.3.1.13,7]デセンジイル基、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデセンジイル基等の多環式不飽和炭化水素基等が挙げられる。
上記炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ベンジレン基、フェニレンエチレン基、フェニレンシクロへキシレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
及びRが示す炭素数1〜4のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。
上記式(2)中、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。cは、1〜20の整数である。但し、Rが複数の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。R、R及びRが示す炭素数1〜4のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。
[D]化合物の具体例としては、例えばビス(4−シアネートフェニル)メタン、ビス(3−メチル−4−シアネートフェニル)メタン、ビス(3−エチル−4−シアネートフェニル)メタン、ビス(3,5−ジメチル−4−シアネートフェニル)メタン、1,1−ビス(4−シアネートフェニル)エタン、2,2−ビス(4−シアネートフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−シアネートフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ジ(4−シアネートフェニル)エーテル、ジ(4−シアネートフェニル)チオエーテル、4,4’−ジシアネート−ジフェニル等が挙げられる。これらのうち、ビス(3,5−ジメチル−4−シアネートフェニル)メタン、1,1−ビス(4−シアネートフェニル)エタンが好ましい。
[D]化合物は、単独で又は2種以上を使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[D]化合物の含有割合としては、[A]重合体100質量部に対して、1質量部〜100質量部が好ましく、5質量部〜50質量部がより好ましい。[D]化合物の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と硬化膜の硬化促進とをより高いレベルで両立できる。
<[E]アミン化合物>
当該感放射線性樹脂組成物は、[E]アミン化合物をさらに含有することが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物が、[E]アミン化合物をさらに含有することで硬化触媒として機能し、当該感放射線性樹脂組成物の硬化をより促進することができる。
[E]アミン化合物は、1級アミノ基及び2級アミノ基からなる群より選択される少なくとも1種の基を含有する化合物と、エポキシ化合物とを反応させて得られる化合物であることが好ましい。[E]アミン化合物を上記特定化合物とすることで、保存安定性を損なわずに硬化触媒として機能し、低温焼成であっても硬化を促進することができる。
1級アミノ基及び2級アミノ基からなる群より選択される少なくとも1種の基を含有する化合物としては、例えば下記式(3)〜(5)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005633381
上記式(3)中、R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基である。但し、上記炭素数1〜10のアルキル基は、炭素鎖中に酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を有していてもよい。また、R及びRは、それぞれが結合している窒素原子と共に環構造を形成していてもよい。dは、1〜3の整数である。但し、R及びRが複数の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。Rは、(d+e)価の炭化水素基である。但し、Rが複数の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。R10は、水素原子又は炭素原子数1〜10のアルキル基である。但し、上記炭素数1〜10のアルキル基は、炭素鎖中に酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を有していてもよい。eは、1〜2の整数である。但し、R10が複数の場合、複数のR10はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。上記炭素数1〜10のアルキル基としては例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
上記式(4)中、R11及びR13は、それぞれ独立して2価の炭素水素基である。但し、上記2価の炭素水素基は、炭素鎖中に酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を有していてもよい。R12は、上記R10と同義である。fは、0〜10の整数である。但し、R11及びR12が複数の場合、複数のR11及びR12はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。上記炭素数1〜10のアルカンジイル基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。上記2価の炭化水素基としては例えばメチレン基、炭素数2〜10のアルキレン基、アルキレン−アリーレン−アルキレン基等が挙げられる。
上記式(5)中、R14及びR15、並びにR18及びR19は、上記R及びRとそれぞれ同義である。R16及びR17は、上記R10と同義である。gは、1〜10の整数である。
上記式(3)〜(5)で表される化合物のうち、式(3)及び(4)で表される化合物が好ましく、式(3)中、d及びeが1であり、R10が水素原子である化合物並びに式(4)中、fが0であり、R13が、キシリレン基である化合物がより好ましい。
また、1級アミノ基及び2級アミノ基からなる群より選択される少なくとも1種の基を含有する化合物と反応するエポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂等のフェノール樹脂が好ましい。上記エポキシ化合物の含有割合としては、1級アミノ基及び2級アミノ基からなる群より選択される少なくとも1種の基を含有する化合物100質量部に対して、300質量部以下が好ましく、250質量部以下がより好ましい。
[E]アミン化合物は、単独で又は2種以上を使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[E]アミン化合物の含有割合としては、[A]重合体100質量部に対して、15質量部以下が好ましく、0.1質量部〜10質量部がより好ましい。[E]アミン化合物の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と硬化膜の硬化促進とをより高いレベルで両立できる。
<その他の任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、上記の[A]重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤、[D]化合物及び[E]アミン化合物に加え、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて密着助剤、界面活性剤、保存安定剤、耐熱性向上剤等の任意成分を含有できる。これらの各任意成分は、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、順に詳述する。
[密着助剤]
密着助剤は、得られる硬化膜と基板との接着性をさらに向上させるために使用できる。このような密着助剤としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、オキシラニル基等の反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤が好ましく、例えばトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。
密着助剤の使用量としては、[A]重合体100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。密着助剤の使用量が20質量部を超えると現像残りを生じやすくなる傾向がある。
[界面活性剤]
界面活性剤は、当該感放射線性樹脂組成物の塗膜形成性をより向上させるために使用できる。界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びその他の界面活性剤が挙げられる。上記フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖及び側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキル基及び/又はフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、例えば1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(1,1,2,2−テトラフロロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、パーフロロ−n−ドデカンスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−デカン、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフロロ−n−ドデカンや、フロロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フロロアルキルリン酸ナトリウム、フロロアルキルカルボン酸ナトリウム、ジグリセリンテトラキス(フロロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フロロアルキルアンモニウムヨージド、フロロアルキルベタイン、他のフロロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフロロアルキルポリオキシエタノール、パーフロロアルキルアルコキシレート、カルボン酸フロロアルキルエステル等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばBM−1000、BM−1100(以上、BM CHEMIE製)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183、同F178、同F191、同F471、同F476(以上、大日本インキ化学工業製)、フロラードFC−170C、同−171、同−430、同−431(以上、住友スリーエム製)、サーフロンS−112、同−113、同−131、同−141、同−145、同−382、サーフロンSC−101、同−102、同−103、同−104、同−105、同−106(以上、旭硝子製)、エフトップEF301、同303、同352(以上、新秋田化成製)、フタージェントFT−100、同−110、同−140A、同−150、同−250、同−251、同−300、同−310、同−400S、FTX−218、同−251(以上、ネオス製)等が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤の市販品としては、例えばトーレシリコーンDC3PA、同DC7PA、同SH11PA、同SH21PA、同SH28PA、同SH29PA、同SH30PA、同SH−190、同SH−193、同SZ−6032、同SF−8428、同DC−57、同DC−190(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン製)、TSF−4440、TSF−4300、TSF−4445、TSF−4446、TSF−4460、TSF−4452(以上、GE東芝シリコーン製)、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業製)等が挙げられる。
その他の界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレン−n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−n−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアリールエーテル;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレート等のポリオキシエチレンジアルキルエステル等のノニオン系界面活性剤、(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、同No.95(以上、共栄社化学製)等が挙げられる。
界面活性剤の使用量としては、[A]重合体100質量部に対して、1.0質量部以下が好ましく、0.8質量部以下がより好ましい。界面活性剤の使用量が1.0質量部を超えると、膜ムラを生じやすくなる。
[保存安定剤]
保存安定剤としては、例えば硫黄、キノン類、ヒドロキノン類、ポリオキシ化合物、アミン、ニトロニトロソ化合物等が挙げられ、より具体的には、4−メトキシフェノール、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム等が挙げられる。
保存安定剤の使用量としては、[A]重合体100質量部に対して、3.0質量部以下が好ましく、1.0質量部以下がより好ましい。保存安定剤の配合量が、3.0質量部を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
[耐熱性向上剤]
耐熱性向上剤としては、例えばN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物、N−(アルコキシメチル)メラミン化合物等が挙げられる。
N−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物としては、例えばN,N’,N’’,N’’’−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリル、N,N’,N’’,N’’’−テトラ(エトキシメチル)グリコールウリル、N,N’,N’’,N’’’−テトラ(n−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N’,N’’,N’’’−テトラ(i−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N’,N’’,N’’’−テトラ(n−ブトキシメチル)グリコールウリル、N,N’,N’’,N’’’−テトラ(t−ブトキシメチル)グリコールウリル等が挙げられる。これらのうち、N,N’,N’’,N’’’−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリルが好ましい。
N−(アルコキシメチル)メラミン化合物としては、例えばN,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(メトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N’’N’’−ヘキサ(エトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N’’N’’ヘキサ(n−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(i−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(n−ブトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(t−ブトキシメチル)メラミン等が挙げられる。これらのうち、N,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(メトキシメチル)メラミンが好ましく、市販品としては、例えばニカラックN−2702、同MW−30M(以上、三和ケミカル製)等が挙げられる。
耐熱性向上剤の使用量としては、[A]重合体100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましい。耐熱性向上剤の使用量が50質量部を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
<当該感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤及び[D]化合物に加え、必要に応じて任意成分を所定の割合で混合することにより調製される。この感放射線性樹脂組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。
当該感放射線性樹脂組成物の調製に用いられる溶媒としては、[A]重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤及び[D]化合物に加え、必要に応じて任意成分を均一に溶解又は分散し、各成分と反応しないものが用いられる。このような溶媒としては、上述した[A]重合体を合成するために使用できる溶媒として例示したものと同様のものが挙げられる。溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。
各成分の溶解性、各成分との反応性、塗膜形成の容易性等の観点から、酢酸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ジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、3−メトキシブタノールが好ましい。
さらに、上記溶媒とともに膜厚の面内均一性を高めるため、高沸点溶媒を併用できる。高沸点溶媒としては、例えばN−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、1−オクタノール、1−ノナノール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸プロピレン等が挙げられる。これらのうち、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン又はN,N−ジメチルアセトアミドが好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物の溶媒として、高沸点溶媒を併用する場合、その使用量としては、全溶媒量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が特に好ましい。高沸点溶媒の使用量が50質量%以下の時、塗膜の膜厚均一性、感度及び残膜率が良好となる。
当該感放射線性樹脂組成物を溶液状態として調製する場合、固形分濃度(組成物溶液中に占める溶媒以外の成分)は、使用目的や所望の膜厚の値等に応じて任意の濃度(例えば5質量%〜50質量%)に設定できる。より好ましい固形分濃度としては、基板上への塗膜の形成方法により異なるが、これについては後述する。このようにして調製された組成物溶液については、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタ等を用いて濾過した後、使用に供することができる。
<硬化膜の形成方法>
当該感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜も本発明に好適に含まれる。
本発明の硬化膜の形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)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焼成する工程
を有する。
当該感放射線性樹脂組成物を用いた本発明の形成方法によると、耐熱性、透過率及び電圧保持率に優れる硬化膜を形成することができる。以下、各工程を詳述する。
[工程(1)]
本工程では、透明基板の片面に透明導電膜を形成し、この透明導電膜の上に当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を形成する。透明基板としては、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス等のガラス基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等のプラスチックからなる樹脂基板等が挙げられる。
透明基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG製の登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜等が挙げられる。
塗布法により塗膜を形成する場合、上記透明導電膜の上に当該感放射線性樹脂組成物の溶液を塗布した後、好ましくは塗布面を加熱(プレベーク)することにより、塗膜を形成することができる。塗布法に用いる組成物溶液の固形分濃度としては、5質量%〜50質量%が好ましく、10質量%〜40質量%がより好ましく、15質量%〜35質量%が特に好ましい。当該感放射線性樹脂組成物の塗布方法としては、例えばスプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリット塗布法(スリットダイ塗布法)、バー塗布法、インクジェット塗布法等の適宜の方法が採用できる。これらのうち、スピンコート法又はスリット塗布法が好ましい。
上記プレベークの条件としては、各成分の種類、配合割合等によって異なるが、70℃〜120℃が好ましく、1分〜15分間程度である。塗膜のプレベーク後の膜厚は、0.5μm〜10μmが好ましく、1.0μm〜7.0μm程度がより好ましい。
[工程(2)]
本工程では、形成された塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する。このとき、塗膜の一部にのみ照射する際には、例えば所定のパターンを有するフォトマスクを介して照射する方法によることができる。
照射に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線等が挙げられる。このうち波長が250nm〜550nmの範囲にある放射線が好ましく、365nmの紫外線を含む放射線がより好ましい。
放射線照射量(露光量)は、照射される放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model 356、Optical Associates Inc.製)により測定した値として、100J/m〜5,000J/mが好ましく、200J/m〜3,000J/mがより好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物は、従来知られている組成物と比較して感度が高く、上記放射線照射量が850J/m以下であっても所望の膜厚、良好な形状、優れた密着性及び高い硬度の硬化膜を得ることができる。
[工程(3)]
本工程では、放射線照射後の塗膜を現像することにより、不要な部分を除去して、所定のパターンを形成する。現像に使用される現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等の無機アルカリ、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のアルカリ性化合物の水溶液が挙げられる。上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒及び/又は界面活性剤を適当量添加してもよい。
現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、シャワー法等のいずれでもよく、現像時間は、常温で10秒〜180秒間程度が好ましい。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、圧縮空気や圧縮窒素で風乾することによって所望のパターンが得られる。
[工程(4)]
本工程では、得られたパターン状塗膜をホットプレート、オーブン等の適当な加熱装置により焼成(ポストベーク)することにより硬化膜を得る。焼成温度としては、100℃〜200℃が好ましく、150℃〜180℃がより好ましい。焼成時間としては、例えばホットプレート上では5分〜30分間、オーブンでは30分〜180分間が好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、200℃以下の温度であっても低温焼成による硬化が可能である。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる硬化膜の形成材料として好適である。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例に本発明が限定的に解釈されるものではない。
<[A]重合体の合成>
共重合体(A−1)としては、フェノールノボラックエポキシ樹脂を使用した。
[合成例1]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及びジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き(A1)化合物としてメタクリル酸16質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル20質量部、並びに(A3)化合物としてメタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル16質量部、メタクリル酸メチル38質量部及びスチレン10質量部を仕込み、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を4時間保持して重合することにより、共重合体(A−2)を含有する溶液を得た(固形分濃度=34.4質量%、Mw=8,000、Mw/Mn=2.3)。なお、固形分濃度は共重合体溶液の全質量に占める共重合体質量の割合を意味する。
[合成例2]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8質量部及びジエチレングリコールエチルメチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続き(A1)化合物としてメタクリル酸20質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル20質量部、並びに(A3)化合物としてメタクリル酸n−ラウリル30質量部及びスチレン30質量部を仕込み、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−3)を含有する溶液を得た(固形分濃度=31.9質量%、Mw=8,000、Mw/Mn=2.3)。
[合成例3]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8質量部及びジエチレングリコールエチルメチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続き(A1)化合物としてメタクリル酸20質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル50質量部、並びに(A3)化合物としてメタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル25質量部及びスチレン5質量部を仕込み、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−4)を含有する溶液を得た(固形分濃度=32.3質量%、Mw=8,000、Mw/Mn=2.3)。
<[E]アミン化合物の合成>
(E−1)としては、N,N−ジメチルアミノプロピルアミンを使用した。また、比較例に使用したアミン化合物(e−1)は、トリエチルアミンである。
[合成例4]
フラスコに、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン130gを仕込み、80℃に加温した。この系内の温度を100℃〜110℃に保ちながら、アデカレジンEP−4100E(ADEKA製、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量190)213g(N,N−ジメチルアミノプロピルアミン1モルに対するアデカレジンEP−4100Eのエポキシ当量は1.12)を、少しずつ加えた。アデカレジンEP−4100Eを添加した後、系を140℃に昇温し、1.5時間反応させて変性ポリアミンを得た。得られた変性ポリアミン100gに対してフェノール樹脂30gを仕込み、180℃〜190℃、30〜40トールで1時間かけて脱溶媒を行い、潜在性硬化剤(E−2)を得た。
[合成例5]
使用したアミンをN,N−ジエチルアミノプロピルアミン100gとした以外は、合成例4と同様の操作により潜在性硬化剤(E−3)を得た。
[合成例6]
使用したアミンをm−キシリレンジアミン100gとした以外は、合成例4と同様の操作により潜在性硬化剤(E−4)を得た。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
[実施例1]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]重合性化合物としての後述する(B−1)50質量部及び(B−4)50質量部、[C]感放射線性重合開始剤としての(C−1)25質量部並びに[D]化合物としての(D−1)10質量部を混合し、さらに密着助剤としてのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5質量部、界面活性剤としてのFTX−218(ネオス製)0.5質量部及び保存安定剤としての4−メトキシフェノール0.5質量部を混合し、固形分濃度が30質量%となるように、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、感放射線性樹脂組成物を調製した。
[実施例2〜10及び比較例1〜4]
表1に示す種類、量の各成分を使用したこと以外は実施例1と同様に操作し、各感放射線性樹脂組成物を調製した。なお、表1中の「−」は該当する成分を使用しなかったことを表す。
実施例及び比較例で使用した各成分の詳細を示す。
<[B]重合性化合物>
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(日本化薬製)
B−2:KAYARAD DPHA−40H(日本化薬製)
B−3:1,9−ノナンジオールジアクリレート
B−4:アロニックスM−5300(東亞合成製)
<[C]感放射線性重合開始剤>
C−1:1,2−オクタンジオン−1−4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)(イルガキュアOXE01、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)
C−2: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・ケミカルズ製)
C−3:2−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・ケミカルズ製)
C−4:2−(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・ケミカルズ製)
<[D]化合物>
D−1:ビス(3,5−ジメチル−4−シアネートフェニル)メタン
D−2:シアネートエステル樹脂(ロンザ製、シアネートLeCy:CE)
<評価>
調製した各感放射線性樹脂組成物及び各感放射線性樹脂組成物から形成した硬化膜を用いて下記の評価を行った。結果を表1にあわせて示す。
[感度(J/m)]
無アルカリガラス基板上に、調製した各感放射線性樹脂組成物をスピンナーにより塗布した後、100℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより、膜厚4.0μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に、直径15μmの丸状残しパターンを複数有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを用いて露光量を200J/m〜1,000J/mの範囲で変量して放射線照射を行った。その後、0.1質量%水酸化カリウム水溶液を用いて25℃で現像後、純水洗浄を1分間行った。さらにオーブン中180℃にて60分間ポストベークすることにより、硬化膜を形成した。硬化膜の現像前と現像後の膜厚を、レーザー顕微鏡(キーエンス製、VK−8500)を用いて測定した。下記式で表される残膜率から感度(J/m)を評価した。なお、この硬化膜は、層間絶縁膜、保護膜又はスぺーサーとしても評価できる。
残膜率(%)=(現像後の膜厚/現像前の膜厚)×100
この残膜率が90%以上になる最小の露光量を感度とした。感度が800J/m以下の場合、感度が良好と判断した。
[耐熱性(%)]
フォトマスクを介さずに800J/mで露光したこと以外は上記感度評価と同様に操作して硬化膜を得た。硬化膜をさらにオーブン中で230℃で20分加熱し、加熱前後の膜厚変化を触針式膜厚測定機(アルファステップIQ、KLAテンコール製)で測定した。下記式で表される残膜率(%)を耐熱性として評価した。
残膜率(%)=(追加加熱後膜厚/ポストベーク後膜厚)×100
この時、残膜率が95%以下の場合、熱による硬化収縮、分解等が発生し残膜率が低下したと考えられる。従って、残膜率が95%以上の場合、耐熱性は概ね良好と判断した。
[透過率(%)]
フォトマスクを介さずに700J/mで露光したこと以外は上記感度評価と同様に操作して硬化膜を得た。この硬化膜について、波長400nmにおける透過率(%)を、分光光度計(150−20型ダブルビーム、日立製作所製)を用いて測定した。透過率が90%以上の場合、良好と判断した。
[電圧保持率(%)]
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO膜が形成され、さらにITO(インジウム−酸化錫合金)電極を所定形状に蒸着したソーダガラス基板上に、各感放射線性樹脂組成物を、スピンコートした後、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。次いで、フォトマスクを介さずに、塗膜に高圧水銀ランプを用いて500J/mの露光量で露光した。その後、0.04質量%水酸化カリウム水溶液の現像液にて、23℃、1分間浸漬して現像した。次いで、超純水で洗浄して風乾し、さらに230℃で30分間ポストベークを行い塗膜を硬化させて、永久硬化膜を形成した。次いで、この硬化膜を有する基板とITO電極とを所定形状に蒸着した基板とを、0.8mmのガラスビーズを混合したシール剤で貼り合わせた後、液晶(メルク製、MLC6608)を注入して、液晶セルを作製した。この液晶セルを60℃の恒温層に入れて、液晶セルの電圧保持率を、液晶電圧保持率測定システム(VHR−1A型、東陽テクニカ製)により測定した。このときの印加電圧は5.5Vの方形波、測定周波数は60Hzである。なお、ここで電圧保持率とは、下記式から算出される値である。
電圧保持率(%)=(基準時から16.7ミリ秒後の液晶セル電位差)/(0ミリ秒で印加した電圧)×100
液晶セルの電圧保持率が90未満の場合、液晶セルは16.7ミリ秒の時間、印加電圧を所定レベルに保持できず、十分に液晶を配向させることができないことを意味し、残像などの「焼き付き」を起こすおそれが高い。
[保存安定性]
上記感度の評価と同様に操作して、調製直後の各感放射線性樹脂組成物の硬化膜を形成し、膜厚を測定した(下記式において、「調製直後の膜厚」と称する)。また、5日間25℃で各感放射線性樹脂組成物溶液を保存し、5日後に同様に形成した硬化膜の膜厚を測定した(下記式において、「5日後の膜厚」と称する)。膜厚増加率(%)を下記式から算出した。
膜厚増加率(%)=(5日後の膜厚−調製直後の膜厚)/(調製直後の膜厚)×100
上記膜厚増加率が3%以下の場合、保存安定性が良好と判断した。
Figure 0005633381
表1の結果から本発明の感放射線性樹脂組成物は良好な感度及び保存安定性を有することがわかった。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成された硬化膜は200℃で以下の低温焼成で形成されたにも関わらず耐熱性、透過率及び電圧保持率に優れることがわかった。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、保存安定性及び短時間での低温焼成による硬化を両立し、かつ十分な感度を有する感放射線性樹脂組成物、並びに耐熱性、透過率及び電圧保持率に優れる硬化膜を提供することができる。従って、当該感放射線性樹脂組成物は低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等の硬化膜の形成材料として好適である。

Claims (8)

  1. [A]エポキシ基を有する構造単位を含む重合体、
    [B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、
    [C]感放射線性重合開始剤
    [D]シアネート基を有する化合物、及び
    [E]下記式(3)、式(4)又は式(5)で表されるアミン化合物
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005633381
    (式(3)中、R 及びR は、それぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基である。R は、(d+e)価の炭化水素基である。R 10 は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。但し、R 、R 及びR 10 は、炭素鎖中に酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を有していてもよい。dは、1〜3の整数である。dが2又は3の場合、複数のR 及びR はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。eは、1〜2の整数である。eが2の場合、2つのR 10 はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
    式(4)中、R 11 及びR 13 は、それぞれ独立して2価の炭素水素基である。但し、R 11 及びR 13 は、炭素鎖中に酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を有していてもよい。R 12 は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。fは、0〜10の整数である。但し。fが2以上の場合、複数のR 11 及びR 12 はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
    式(5)中、R 14 、R 15 、R 18 及びR 19 は、それぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基である。但し、R 14 、R 15 、R 18 及びR 19 は、炭素鎖中に酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を有していてもよい。また、R 14 とR 15 とは、又はR 18 とR 19 とは、これらが結合している窒素原子と共に環構造を形成していてもよい。R 16 及びR 17 は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。gは、1〜10の整数である。但し。gが2以上の場合、複数のR 16 はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
  2. [A]重合体が、カルボキシル基を有する構造単位をさらに含む請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  3. [D]化合物が、下記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005633381
    (式(1)中、Rは、フッ素原子で置換されていてもよい2価の連結基である。R及びRは、それぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基である。a及びbは、それぞれ独立して0〜4の整数である。但し、R及びRが複数の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
    Figure 0005633381
    (式(2)中、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。cは、1〜20の整数である。但し、Rが複数の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。)
  4. [E]アミン化合物が、上記式(3)、式(4)又は式(5)で表される化合物と、エポキシ化合物とを反応させて得られる化合物である請求項1から請求項のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  5. 層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜の形成に用いられる請求項1から請求項のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  6. (1)請求項に記載の感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
    (2)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焼成する工程
    を有する硬化膜の形成方法。
  7. 上記工程(4)の焼成温度が200℃以下である請求項に記載の硬化膜の形成方法。
  8. 請求項に記載の感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜。
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