JP6692428B2 - 積層体、キット、積層体の製造方法および光学センサ - Google Patents
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Description
赤外線カット層は、800〜1500nmの波長領域の少なくとも一部をカットする層であり、
白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−20〜20、b*の値が−40〜30である、積層体。
<2> 白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−10〜0、b*の値が−35〜0である、<1>に記載の積層体。
<3> 白色層は、白色顔料を含む、<1>または<2>に記載の積層体。
<4> 白色顔料は、平均一次粒子径50〜150nmの粒子である、<3>に記載の積層体。
<5> 平均一次粒子径50〜150nmの粒子の含有量は、白色層の全固形分に対して30〜60質量%である、<4>に記載の積層体。
<6> 白色顔料が酸化チタンである、<3>〜<5>のいずれか1つに記載の積層体。
<7> 赤外線カット層は、800〜1500nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物を含む、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の積層体。
<8> 赤外線カット層は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、ジイモニウム化合物、スクアリリウム化合物および銅錯体から選ばれる少なくとも1種を含有する、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の積層体。
<9> 赤外線カット層は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物を含有する、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の積層体。
<10> 赤外線カット層と、白色層と、を有する積層体を形成するためのキットであって、
800〜1500nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物を含有する赤外線カット層形成用組成物と、
白色顔料を含み、厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜75である白色層形成用組成物と、を有するキット。
<11> <1>〜<9>のいずれか1つに記載の積層体を形成するためのキットである、<10>に記載のキット。
<12> 白色層形成用組成物は、アルカリ可溶性樹脂を含む、<10>または<11>に記載のキット。
<13> 白色層形成用組成物は、ラジカル重合性化合物および光重合開始剤を含む、<10>〜<12>のいずれか1つに記載のキット。
<14> 白色層形成用組成物は、連鎖移動剤を含む、<10>〜<13>のいずれか1つに記載のキット。
<15> 白色顔料は、平均一次粒子径50〜150nmの粒子である、<10>〜<14>のいずれか1つに記載のキット。
<16> 平均一次粒子径50〜150nmの粒子の含有量は、白色層形成用組成物の全固形分に対して30〜60質量%である、<15>に記載のキット。
<17> 白色顔料が酸化チタンである、<10>〜<16>のいずれか1つに記載のキット。
<18> 赤外線カット層形成用組成物は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、ジイモニウム化合物、スクアリリウム化合物および銅錯体から選ばれる少なくとも1種を含有する、<10>〜<17>のいずれか1つに記載のキット。
<19> 赤外線カット層形成用組成物は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物を含有する、<10>〜<17>のいずれか1つに記載のキット。
<20> 赤外線カット層と、白色層と、を含み、赤外線カット層は、800〜1500nmの波長領域の少なくとも一部をカットする層であり、白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−20〜20、b*の値が−40〜30である、積層体の製造方法であって、
支持体上に赤外線カット層を形成する工程と、
赤外線カット層上に白色層を形成する工程とを有する、積層体の製造方法。
<21> <1>〜<9>のいずれか1つに記載の積層体を有する光学センサ。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)を包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)を包含する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルを表す。
本明細書において、化学式中のMeはメチル基を、Etはエチル基を、Prはプロピル基を、Buはブチル基を、Phはフェニル基をそれぞれ示す。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。また、露光に用いられる光としては、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線または放射線が挙げられる。
本明細書において、重量平均分子量および数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC−8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSKgel Super AWM−H(東ソー(株)製、6.0mm(内径)×15.0cm)を、溶離液として10mmol/L リチウムブロミドNMP(N−メチルピロリジノン)溶液を用いることによって求めることができる。
本発明の積層体は、赤外線カット層と、白色層と、を含み、
赤外線カット層は、800〜1500nmの波長領域の少なくとも一部をカットする層であり、
白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−20〜20、b*の値が−40〜30であることを特徴とする。
白色層から白色顔料を以下の方法で取り出した後、上記の方法にて白色顔料の屈折率を測定することもできる。白色層から白色顔料を取り出す方法として、例えば、白色層に対し、2〜6mol/Lの塩基性溶液を白色層の質量の10〜30質量%加え、12時間加熱還流後、ろ過および洗浄して白色顔料を取り出すことができる。
ルチル型酸化チタンとしては、公知のものを使用することができる。ルチル型酸化チタンの製造方法には、硫酸法と塩素法の2種類あり、本発明では、いずれの製造方法により製造された酸化チタンも好適に使用することができる。ここで、硫酸法は、イルメナイト鉱石やチタンスラグを原料とし、これを濃硫酸に溶解して鉄分を硫酸鉄として分離し、分離した溶液を加水分解して水酸化物の沈殿物を得て、これを高温で焼成してルチル型酸化チタンを取り出す製造方法をいう。また、塩素法は、合成ルチルや天然ルチルを原料とし、これを約1000℃の高温で塩素ガスとカーボンを反応させて四塩化チタンを合成し、これを酸化してルチル型酸化チタンを取り出す製造方法をいう。ルチル型酸化チタンは、塩素法で得られるルチル型酸化チタンが好ましい。
酸化チタンのpHは、6〜8が好ましい。
酸化チタンの吸油量は、10〜60(g/100g)であることが好ましく、10〜40(g/100g)であることがより好ましい。
酸化チタンの硬度(モース硬度)は、5〜8であることが好ましく、7〜7.5であることがより好ましい。
酸化チタンの真比重(密度)は、1.0〜6.0g/cm3であることが好ましく、3.9〜4.5g/cm3であることがより好ましい。
酸化チタンの嵩比重は0.1g/cm3〜1.0g/cm3であることが好ましく、0.2g/cm3〜0.4g/cm3であることがより好ましい。
水又は水を主成分とする液中に白色顔料を分散させ、スラリーを得る。必要に応じてサンドミル又はボールミル等により、白色顔料を粉砕する。次いで、スラリーのpHを中性又はアルカリ性、場合によっては酸性にする。その後、被覆材料の原料となる水溶性塩をスラリーに添加し、白色顔料の表面を被覆する。その後、スラリーを中和し、白色顔料を回収する。回収した白色顔料は、乾燥又は乾式粉砕してもよい。
酸性部位を有する無機粒子の表面を、酸性部位と反応可能な化合物で処理する方法としては、(1)流体エネルギー粉砕機もしくは衝撃粉砕機等の乾式粉砕機に上記化合物と無機粒子とを投入し、無機粒子を粉砕する方法、(2)ヘンシェルミキサーもしくはスーパーミキサー等の高速攪拌機を用いて、上記化合物と、乾式粉砕した無機粒子とを攪拌し、混合する方法、(3)無機粒子の水性スラリー中に上記化合物を添加し、撹拌する方法等が挙げられる。
堺化学工業(株)製の商品名R−3L、R−5N、R−7E、R−11P、R−21、R−25、R−32、R−42、R−44、R−45M、R−62N、R−310、R−650、SR−1、D−918、GTR−100、FTR−700、TCR−52、A−110、A−190、SA−1、SA−1L、STR−100A−LP、STR−100C−LP、TCA−123E;
テイカ(株)製の商品名JR、JRNC、JR−301、JR−403、JR−405、JR−600A、JR−600E、JR−603、JR−605、JR−701、JR−800、JR−805、JR−806、JR−1000、MT−01、MT−05、MT−10EX、MT−100S、MT−100TV、MT−100Z、MT−100AQ、MT−100WP、MT−100SA、MT−100HD、MT−150EX、MT−150W、MT−300HD、MT−500B、MT−500SA、MT−500HD、MT−600B、MT−600SA、MT−700B、MT−700BS、MT−700HD、MT−700Z;
チタン工業(株)製の商品名KR−310、KR−380、KR−380N、ST−485SA15;
富士チタン工業(株)製の商品名TR−600、TR−700、TR−750、TR−840、TR−900;
白石カルシウム(株)製の商品名Brilliant1500等が挙げられる。また、特開2015−67794号公報の段落番号0025〜0027に記載の酸化チタンを用いることもできる。
チタン酸ストロンチウムの市販品としては、SW−100(チタン工業(株)製)などが挙げられる。硫酸バリウムの市販品としては、BF−1L(堺化学工業(株)製)などが挙げられる。酸化亜鉛の市販品としては、Zincox Super F−1(ハクスイテック(株)製)などが挙げられる。酸化ジルコニウムの市販品としては、Z−NX(太陽鉱工(株)製)などが挙げられる。
(1)800nm以上850nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、800nm以上850nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(2)850nm以上900nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、850nm以上900nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(3)900nm以上950nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、900nm以上950nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(4)950nm以上1000nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、950nm以上1000nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(5)1000nm以上1050nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、1000nm以上1050nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(6)1050nm以上1100nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、1050nm以上1100nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(7)1100nm以上1150nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、1100nm以上1150nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
(8)1150nm以上1200nm未満の波長領域の少なくとも一部の透過率が50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。また、1150nm以上1200nm未満の波長領域の平均透過率は、50%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
赤外線吸収剤を含む層に用いる赤外線吸収剤としては、700〜1500nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物などが挙げられる。赤外線吸収剤は、800〜1500nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物が好ましく、800〜1300nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物がより好ましく、800〜1200nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物が更に好ましい。また、赤外線吸収剤を含む層に用いる赤外線吸収剤は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、ジイモニウム化合物、スクアリリウム化合物および銅錯体から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物および銅錯体がより好ましく、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物が更に好ましい。この態様によれば、耐光性や耐熱性に優れた積層体とすることができる。
MxWyOz・・・(I)
Mはアルカリ金属、Wはタングステン、Oは酸素を表す。
0.001≦x/y≦1.1
2.2≦z/y≦3.0
z/yの値が2.2以上であることにより、材料としての化学的安定性をより向上させることができ、3.0以下であることにより赤外線を十分に遮蔽することができる。z/yの値は、2.45以上3.00以下が好ましい。
タングステン酸化物の平均二次粒子径は、日機装株式会社製マイクロトラックUPA−EX150を用いて行って得られた体積基準での粒子径(粒度分布の積算値が90%での値(D90))のことである。
式(SQ)の詳細については、特開2011−208101号公報の段落番号0020〜0049の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
銅錯体としては、例えば、式(Cu−1)で表される銅錯体を用いることができる。この銅錯体は、中心金属の銅に配位子Lが配位した銅錯体であり、銅は、通常2価の銅である。この銅錯体は、例えば銅成分に対して、配位子Lとなる化合物またはその塩を反応等させて得ることができる。
Cu(L)n1・(X)n2 式(Cu−1)
上記式中、Lは、銅に配位する配位子を表し、Xは、対イオンを表す。n1は、1〜4の整数を表す。n2は、0〜4の整数を表す。
対イオンが負の対イオン(対アニオン)の場合、例えば、無機陰イオンでもよく、有機陰イオンでもよい。
また、対アニオンは、低求核性アニオンであることが好ましい。低求核性アニオンとは、一般的に超酸(super acid)と呼ばれるpKaの低い酸がプロトンを解離してなるアニオンである。超酸の定義は、文献によっても異なるがメタンスルホン酸よりpKaが低い酸の総称であり、J.Org.Chem.2011,76,391−395 Equilibrium Acidities of Super acidsに記載される構造が知られている。低求核性アニオンのpKaは、例えば、−11以下が好ましく、−11〜−18が好ましい。pKaは、例えば、J.Org.Chem.2011,76,391−395に記載の方法により測定することができる。本明細書におけるpKa値は、特に断りがない場合、1,2−ジクロロエタン中でのpKaである。対アニオンが、低求核性アニオンであると、銅錯体や樹脂の分解反応が生じにくく、耐熱性が良好である。低求核性アニオンは、テトラフルオロホウ酸イオン、テトラアリールホウ酸イオン(ハロゲン原子やフルオロアルキル基で置換されたアリールを含む)、ヘキサフルオロホスフェートイオン、イミドイオン(アシル基やスルホニル基で置換されたアミドを含む)、メチドイオン(アシル基やスルホニル基で置換されたメチドを含む)がより好ましく、テトラアリールホウ酸イオン(ハロゲン原子やフルオロアルキル基で置換されたアリールを含む)、イミドイオン(スルホニル基で置換されたアミドを含む)、メチドイオン(スルホニル基で置換されたメチドを含む)が特に好ましい。
また、本発明において、対アニオンは、ハロゲン陰イオン、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、ホウ素酸イオン、スルホネートイオン、イミドイオンであることも好ましい。
対イオンが正の対イオン(対カチオン)の場合、例えば、無機もしくは有機のアンモニウムイオン(例えば、テトラブチルアンモニウムイオンなどのテトラアルキルアンモニウムイオン、トリエチルベンジルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン等)、ホスホニウムイオン(例えば、テトラブチルホスホニウムイオンなどのテトラアルキルホスホニウムイオン、アルキルトリフェニルホスホニウムイオン、トリエチルフェニルホスホニウムイオン等)、アルカリ金属イオンまたはプロトンが挙げられる。
また、対イオンは金属錯体イオン(例えば銅錯体イオンなど)であってもよい。
(1)2つの配位部位を有する化合物の1つまたは2つを配位子として有する銅錯体。
(2)3つの配位部位を有する化合物を配位子として有する銅錯体。
(3)3つの配位部位を有する化合物と2つの配位部位を有する化合物とを配位子として有する銅錯体。
(4)4つの配位部位を有する化合物を配位子として有する銅錯体。
(5)5つの配位部位を有する化合物を配位子として有する銅錯体。
本発明において、誘電体多層膜は、光の干渉の効果を利用して赤外線などを遮光する膜である。具体的には、屈折率の異なる誘電体層(高屈折率層と低屈折率層)を、交互に2層以上積層してなる膜である。
本発明の積層体は、赤外線カット層を形成する工程と、白色層を形成する工程を経て製造できる。赤外線カット層と白色層の形成順序は特に限定はない。赤外線カット層を形成したのち、赤外線カット層上に白色層を形成してもよい。また、白色層を形成したのち、白色層上に赤外線カット層を形成してもよい。なかでも、視認側に白色層が配置された構成とすることができるという理由から、赤外線カット層を形成したのち、白色層を形成することが好ましい。また、この場合、赤外線カット層は、支持体上に形成することが好ましい。すなわち、本発明の積層体は、支持体上に赤外線カット層を形成する工程と、赤外線カット層上に白色層を形成する工程とを経て製造することが好ましい。
[赤外線吸収剤を含む層からなる赤外線カット層の形成方法]
赤外線吸収剤を含む層からなる赤外線カット層は、赤外線カット層形成用組成物を支持体などに適用して組成物層を形成する工程と、組成物層を乾燥する工程などを経て製造することができる。さらにパターンを形成する工程を有していてもよい。
露光に際して用いることができる放射線(光)としては、g線、i線等の紫外線が好ましく(特に好ましくはi線)用いられる。照射量(露光量)は、例えば、0.03〜2.5J/cm2が好ましく、0.05〜1.0J/cm2がより好ましい。
露光時における酸素濃度については適宜選択することができ、大気下で行う他に、例えば酸素濃度が19体積%以下の低酸素雰囲気下(例えば、15体積%以下、さらには5体積%以下、特には実質的に無酸素)で露光してもよく、酸素濃度が21体積%を超える高酸素雰囲気下(例えば、22体積%以上、さらには30体積%以上、特には50体積%以上)で露光してもよい。また、露光照度は適宜設定することが可能であり、通常1000W/m2〜100000W/m2(例えば、5000W/m2以上、さらには15000W/m2以上、特には35000W/m2以上)の範囲から選択することができる。酸素濃度と露光照度の条件は適宜組み合わせてよく、例えば、酸素濃度10体積%で照度10000W/m2、酸素濃度35体積%で照度20000W/m2などとすることができる。
なお、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後純水で洗浄(リンス)することが好ましい。
誘電体多層膜からなる赤外線カット層は、例えば、CVD(chemical vapor deposition)法、スパッタ法、真空蒸着法などの方法により、支持体上などに高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜を形成して製造できる。また、高屈折率層形成用組成物と、低屈折率層形成用組成物とを支持体上などに交互に塗布し、乾燥することによっても得ることができる。
白色層は、赤外線カット層上に白色層形成用組成物を適用して組成物層を形成する工程と、組成物層を乾燥する工程などを経て製造することができる。さらにパターンを形成する工程を有していてもよい。これらの工程の詳細については、上述した赤外線吸収剤を含む層からなる赤外線カット層の形成工程で説明した方法が挙げられる。
次に、白色層形成用組成物について説明する。
白色層形成用組成物は、厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜75である組成物であることが好ましい。L*の値の下限は50以上であることがより好ましく、60以上であることが特に好ましい。
また、白色層形成用組成物を用いて厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるa*の値は−20〜20が好ましく、−10〜0がより好ましい。また、白色層形成用組成物を用いて厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるb*の値は−40〜30が好ましく、−35〜0がより好ましい。
白色層形成用組成物は、白色顔料を含有することが好ましい。白色顔料の詳細については、上述した白色層の項で説明した白色顔料が挙げられ、好ましい範囲も同様である。
白色層形成用組成物における白色顔料の含有量は、白色層形成用組成物の全固形分に対して1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましく、25質量%以上であることが特に好ましく、35質量%以上であることが最も好ましい。上限としては特に制限はないが、白色層形成用組成物の全固形分に対して75質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、55質量%以下であることがさらに好ましく、45質量%以下であることが一層好ましく、42質量%以下であることが特に好ましい。白色顔料の含有量が上記範囲であれば、白度の良好な白色層を形成できる。更には、赤外線カット層上に白色層を形成した際における白色層の混色などを効果的に抑制できる。白色層形成用組成物は、白色顔料を1種類のみ含んでいてもよく、2種類以上含んでいてもよい。白色層形成用組成物が白色顔料を2種類以上含む場合、その合計量が上記範囲内であることが好ましい。
白色層形成用組成物は、白色顔料以外の、その他の着色剤を含有してもよい。その他の着色剤を含有することで、組成物を用いて厚さ3μmの膜を形成した場合にCIE1976のL*a*b*表色系におけるa*およびb*を好ましい範囲に制御しやすい。その他の着色剤としては、有彩色着色剤や黒色着色剤などが挙げられる。
白色層形成用組成物は、有彩色着色剤を含有することができる。本発明において、有彩色着色剤とは、白色着色剤(白色顔料を含む)および黒色着色剤以外の着色剤を意味する。白色層形成用組成物が有彩色着色剤を含有することで、例えば経時、加熱などによる組成物の色味(CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*、a*およびb*)の目視評価の変動を安定させることができる。有彩色着色剤は、波長400nm以上650nm未満の範囲に吸収極大を有する着色剤であることが好ましい。
カラーインデックス(C.I.)Pigment Yellow 1,2,3,4,5,6,10,11,12,13,14,15,16,17,18,20,24,31,32,34,35,35:1,36,36:1,37,37:1,40,42,43,53,55,60,61,62,63,65,73,74,77,81,83,86,93,94,95,97,98,100,101,104,106,108,109,110,113,114,115,116,117,118,119,120,123,125,126,127,128,129,137,138,139,147,148,150,151,152,153,154,155,156,161,162,164,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,179,180,181,182,185,187,188,193,194,199,213,214等(以上、黄色顔料)、
C.I.Pigment Orange 2,5,13,16,17:1,31,34,36,38,43,46,48,49,51,52,55,59,60,61,62,64,71,73等(以上、オレンジ色顔料)、
C.I.Pigment Red 1,2,3,4,5,6,7,9,10,14,17,22,23,31,38,41,48:1,48:2,48:3,48:4,49,49:1,49:2,52:1,52:2,53:1,57:1,60:1,63:1,66,67,81:1,81:2,81:3,83,88,90,105,112,119,122,123,144,146,149,150,155,166,168,169,170,171,172,175,176,177,178,179,184,185,187,188,190,200,202,206,207,208,209,210,216,220,224,226,242,246,254,255,264,270,272,279等(以上、赤色顔料)、
C.I.Pigment Green 7,10,36,37,58,59等(以上、緑色顔料)、
C.I.Pigment Violet 1,19,23,27,32,37,42等(以上、紫色顔料)、
C.I.Pigment Blue 1,2,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,22,60,64,66,79,80等(以上、青色顔料)。
有機顔料は、単独で用いてもよく、2つ以上を組合せて用いることができる。
Acid Blue 1,7,9,15,18,23,25,27,29,40〜45,62,70,74,80,83,86,87,90,92,103,112,113,120,129,138,147,158,171,182,192,243,324:1、
Acid Chrome violet K、
Acid Fuchsin;acid green 1,3,5,9,16,25,27,50、
Acid Orange 6,7,8,10,12,50,51,52,56,63,74,95、
Acid Red 1,4,8,14,17,18,26,27,29,31,34,35,37,42,44,50,51,52,57,66,73,80,87,88,91,92,94,97,103,111,114,129,133,134,138,143,145,150,151,158,176,183,198,211,215,216,217,249,252,257,260,266,274、
Acid Violet 6B,7,9,17,19、
Acid Yellow 1,3,7,9,11,17,23,25,29,34,36,42,54,72,73,76,79,98,99,111,112,114,116,184,243、
Food Yellow 3。
白色層形成用組成物は、黒色着色剤を含有することができる。黒色着色剤としては、無機系黒色着色剤であってもよく、有機系黒色着色剤であってもよい。
白色層形成用組成物は、樹脂を含むことが好ましい。樹脂は、例えば、顔料などの粒子を組成物中で分散させる用途、バインダーの用途で配合される。なお、主に粒子を組成物中で分散させるために用いられる樹脂を分散剤ともいう。ただし、樹脂のこのような用途は一例であって、このような用途以外の目的で樹脂を使用することもできる。
白色層形成用組成物は、樹脂としてバインダーを含有することが好ましい。バインダーを含有することで、膜特性が向上する。バインダーは、公知のものを任意に使用できる。好ましくは水現像あるいは弱アルカリ水現像を可能とするために、水あるいは弱アルカリ水に可溶性又は膨潤性の樹脂が選択される。例えば、アルカリ可溶性樹脂を用いるとアルカリ現像が可能になる。このような樹脂としては、側鎖にカルボキシ基を有するラジカル重合体、例えば特開昭59−44615号公報、特公昭54−34327号公報、特公昭58−12577号公報、特公昭54−25957号公報、特開昭54−92723号公報、特開昭59−53836号公報、特開昭59−71048号公報に記載されているポリマーが挙げられる。すなわち、カルボキシ基を有するモノマーを単独重合あるいは共重合させた樹脂、酸無水物を有するモノマーを単独重合あるいは共重合させ酸無水物ユニットを加水分解若しくはハーフエステル化若しくはハーフアミド化させた樹脂、エポキシ樹脂を不飽和モノカルボン酸及び酸無水物で変性させたエポキシアクリレート等が挙げられる。カルボキシ基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、4−カルボキシスチレン等があげられ、酸無水物を有するモノマーとしては、無水マレイン酸等が挙げられる。また、側鎖にカルボキシ基を有する酸性セルロース誘導体がある。また、水酸基を有する重合体に環状酸無水物を付加させた重合体も挙げられる。バインダーは、アルカリ現像液に可溶な樹脂であることも好ましい。本発明の組成物はアルカリ可溶性樹脂を含むことが好ましい。また、バインダーとして、エポキシ樹脂やメラミン樹脂などの熱硬化性化合物である樹脂を用いることもできる。
波長589nmの光に対する屈折率が1.5以下である樹脂としては、フッ素系樹脂や、ポリシロキサン系樹脂などを挙げることができ、ポリシロキサン系樹脂が好ましい。樹脂の屈折率は、以下の方法で未硬化の状態で測定することができる。具体的な測定方法は、シリコンウエハ上に測定対象となる樹脂のみからなる膜を300nmで製膜した後、得られた膜の屈折率をエリプソメトリー(ラムダエースRE−3300(商品名)、大日本スクリーン製造(株))を用いて測定する。
フッ素系樹脂としては、樹脂にフッ素原子が含まれていれば特に限定されない。例えば、式(F1)で示されるモノマーに由来する繰り返し単位を有する樹脂が挙げられる。
CH2=CRCO2(CH2)mCnF2n+1
(mは1または2を、nは4〜12の整数を示す。また、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示す。)
CH2=CRCO2(CH2)m(CF2)nH
(mは1または2、nは4〜12の整数を示す。またRは炭素数1〜4のアルキル基を示す。)
特に、フルオロアルキル基またはパーフルオロアルキル基含有の置換基あたりのフッ素原子の数が9〜30のものが好ましく、より好ましくは、13〜25である。
ポリシロキサン系樹脂としては特に制限はない。例えば、ポリシロキサン系樹脂としては、式(1)で示される化合物を単独で加水分解縮合して得られるポリシロキサン系樹脂や、式(1)で示される化合物と他のシラン化合物と共加水分解縮合して得られるポリシロキサン系樹脂を用いることができる。ポリシロキサン系樹脂として、特開2014−66988号公報の段落番号0014〜0035の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
ポリシロキサン系樹脂は、式(1)で示される化合物に加えて、さらに式(2)で示される化合物を含むアルコキシシラン化合物を共加水分解縮合して得られるポリシロキサン系樹脂を用いることが、耐溶剤性を高める観点から好ましい。
ポリシロキサン系樹脂は、式(1)で示される化合物に加えて、さらに式(3)で示される化合物を含むアルコキシシラン化合物を共加水分解縮合して得られるポリシロキサン系樹脂を用いることが、ポリシロキサン系樹脂の酸価を高くし、パターン形状を改善する観点から好ましい。式(3)で示される化合物を含むアルコキシシラン化合物を共加水分解縮合して得られるポリシロキサン系樹脂は、アルカリ可溶性樹脂として用いることもできる。
R1 2Si(OR2)2
式(1)におけるR1およびR2は炭素数1〜6のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜3のアルキル基であることが特に好ましく、炭素数1または2のアルキル基であることがより特に好ましく、メチル基であることが最も好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、中でも、メチル基又はエチル基が特に好ましい。なお、同一分子内にR1が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。式(1)におけるR2においても同様である。式(1)におけるR1およびR2におけるアルキル基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれでもよく、直鎖状であることが好ましい。
式(2)におけるR4は炭素数1〜3のアルキレン基であることが好ましく、炭素数3のアルキレン基であることがより好ましい。
式(2)におけるR6およびR5の好ましい範囲は、それぞれ式(1)におけるR1およびR2の好ましい範囲と同様である。
式(2)におけるnは2または3であることが好ましく、3であることがより好ましい。
式(3)におけるlは1であることがより好ましい。
式(3)におけるmは2または3であることが好ましく、3であることがより好ましい。
式(3)におけるR7は炭素数1〜3のアルキレン基であることが好ましく、炭素数3のアルキレン基であることがより好ましい。
式(3)R9およびR8の好ましい範囲は、それぞれ式(1)におけるR1およびR2の好ましい範囲と同様である。
本発明の組成物は、樹脂として分散剤を含有することができる。分散剤は、酸性樹脂、塩基性樹脂および両性樹脂から選ばれる1種類以上を含むことが好ましく、酸性樹脂および両性樹脂から選ばれる少なくとも1種類がより好ましい。この態様によれば、粒子の分散性が良好である。
両性樹脂は、酸価が5mgKOH/g以上で、アミン価が5mgKOH/g以上であることが好ましい。酸価は、5〜200mgKOH/gが好ましい。下限は、10mgKOH/g以上がより好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましい。上限は、150mgKOH/g以下がより好ましく、100mgKOH/g以下がさらに好ましい。アミン価は、5〜200mgKOH/gが好ましい。下限は、10mgKOH/g以上がより好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましい。上限は、150mgKOH/g以下がより好ましく、100mgKOH/g以下がさらに好ましい。両性樹脂の酸価とアミン価の比率は、酸価:アミン価=1:4〜4:1が好ましく、1:3〜3:1がより好ましい。
aは、各々独立に、1〜5の整数を表す。*は繰り返し単位間の連結部を表す。
R8及びR9はR1と同義の基である。
Lは単結合、アルキレン基(炭素数1〜6が好ましい)、アルケニレン基(炭素数2〜6が好ましい)、アリーレン基(炭素数6〜24が好ましい)、ヘテロアリーレン基(炭素数1〜6が好ましい)、イミノ基(炭素数0〜6が好ましい)、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、またはこれらの組合せに係る連結基である。なかでも、単結合もしくは−CR5R6−NR7−(イミノ基がXもしくはYの方になる)であることが好ましい。ここで、R5、R6は各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基(炭素数1〜6が好ましい)を表す。R7は水素原子または炭素数1〜6のアルキル基である。
LaはCR8CR9とNとともに環構造を形成する構造部位であり、CR8CR9の炭素原子と合わせて炭素数3〜7の非芳香族複素環を形成する構造部位であることが好ましい。さらに好ましくは、CR8CR9の炭素原子及びN(窒素原子)を合わせて5〜7員の非芳香族複素環を形成する構造部位であり、より好ましくは5員の非芳香族複素環を形成する構造部位であり、ピロリジンを形成する構造部位であることが特に好ましい。この構造部位はさらにアルキル基等の置換基を有していてもよい。XはpKa14以下の官能基を有する基を表す。Yは原子数40〜10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖を表す。
また、分散剤の中でも、酸系吸着部位としてリン原子含有基(例えば、リン酸基等)を有する分散剤、式(11)〜式(14)のいずれかで表される繰り返し単位を含むグラフト共重合体およびオリゴイミン系分散剤が好ましい。酸系吸着部位としてリン原子含有基を有する分散剤および式(11)〜式(14)のいずれかで表される繰り返し単位を含むグラフト共重合体がパターン形状の観点からより好ましい。
また、酸系吸着部位以外に立体反発基としてポリエステル構造、好ましくはε−カプロラクトン、δ−バレロラクトンを開環重合したポリエステル構造を有する分散剤が分散安定性の観点から好ましい。
酸系吸着部位としてリン原子含有基を有する分散剤の市販品として、Lubrizol(株)製「ソルスパース26000(Solsperse 26000)、36000(ポリエステル系の構造を有する)、41000(ポリエーテル系の構造を有する)」が挙げられる。これらを好適に用いることができる。酸系吸着部位としてリン原子含有基を有する分散剤の市販品の中でも、Lubrizol(株)製ソルスパース36000(Solsperse 36000)が好ましい。
分散剤は、1種類単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて用いることができる。
分散剤は、上述したバインダーで説明した樹脂を用いることもできる。また、分散剤は、波長589nmの光に対する屈折率が1.5以下である樹脂を用いてもよい。
また、分散剤の含有量は、顔料100質量部に対して、1〜100質量部が好ましい。上限は、80質量部以下が好ましく、60質量部以下がさらに好ましい。下限は、2.5質量部以上が好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。
また、分散剤の含有量は、白色顔料100質量部に対して、1〜100質量部が好ましい。上限は、80質量部以下が好ましく、60質量部以下がさらに好ましい。下限は、2.5質量部以上が好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。
また、分散剤の含有量は、酸化チタン100質量部に対して、1〜100質量部が好ましい。上限は、80質量部以下が好ましく、60質量部以下がさらに好ましい。下限は、2.5質量部以上が好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。
白色層形成用組成物は溶剤を含有することが好ましい。溶剤は種々の有機溶剤を用いて構成することができる。有機溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、エチレンジクロライド、テトラヒドロフラン、トルエン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、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アセテート、3−メトキシプロパノール、メトキシメトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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−メトキシプロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチル、ブチルジグリコールアセテート、3−メトキシブチルアセテートなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独にて、あるいは混合して使用することができる。
溶剤から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、蒸留(分子蒸留や薄膜蒸留等)やフィルタを用いた濾過を挙げることができる。濾過に用いるフィルタのフィルタ孔径としては、ポアサイズ10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が更に好ましい。フィルタとしては、ポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、または、ナイロン製のフィルタが好ましい。
溶剤には、異性体(同じ原子数で異なる構造の化合物)が含まれていてもよい。また、異性体は、1種類のみが含まれていてもよいし、複数種類含まれていてもよい。
白色層形成用組成物は、硬化性化合物を含有することが好ましい。
硬化性化合物としては、ラジカル、酸、熱により架橋(重合および縮合を含む)可能な化合物を用いることができる。本発明で用いる硬化性化合物は、例えば、エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物、エポキシ基を有する化合物、メチロール基を有する化合物などが挙げられ、エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物が好ましい。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基が挙げられ、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
本発明において、硬化性化合物は、ラジカル重合性化合物が好ましい。ラジカル重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物などが挙げられる。以下において、特に断りが無く重合性化合物という場合は、ラジカル重合性化合物のことを言う。
また、重合性化合物の含有量は、硬化性化合物の全質量に対して、10〜100質量%が好ましく、30〜100質量%がより好ましい。
重合性化合物としては、少なくとも1個のエチレン性不飽和結合を有する基を有する化合物が好ましく、末端エチレン性不飽和結合を有する基を少なくとも1個、好ましくは2個以上有する化合物がより好ましい。また、重合性化合物は、エチレン性不飽和結合を有する基を6個以上有する化合物であるか、エチレン性不飽和結合を有する基を3〜4個有する化合物が好ましく、エチレン性不飽和結合を有する基を3〜4個有する化合物がより好ましい。
上記式(MO−1)〜(MO−5)で表される重合性化合物の各々において、複数のRの内の少なくとも1つは、−OC(=O)CH=CH2、又は、−OC(=O)C(CH3)=CH2で表される基を表す。
上記式(MO−1)〜(MO−5)で表される重合性化合物の具体例としては、特開2007−269779号公報の段落番号0248〜0251に記載されている化合物が挙げられる。
また、特開平10−62986号公報に記載の、多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後に(メタ)アクリレート化した化合物も、重合性化合物として用いることができる。
重合性化合物の市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ(株)製)、U−4HA、U−6LPA、UA−32P、U−10HA、U−10PA、UA−122P、UA−1100H、UA−7200(新中村化学工業(株)製)、DPHA−40H(日本化薬(株)製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社化学(株)製)、UA−9050、UA−9048(BASF(株)製)などが挙げられる。
白色層形成用組成物は、硬化性化合物としてエポキシ基を有する化合物を用いることもできる。この態様によれば、得られる膜の耐溶剤性を向上できる。エポキシ基を有する化合物としては、単官能または多官能グリシジルエーテル化合物や、多官能脂肪族グリシジルエーテル化合物などが挙げられる。また、脂環式エポキシ基を有する化合物を用いることもできる。
白色層形成用組成物は、重合開始剤を含むことが好ましい。
重合開始剤の含有量は、白色層形成用組成物の全固形分に対し0.1〜50質量%であることが耐溶剤性、着色性の観点から好ましく、より好ましくは0.5〜30質量%であり、さらに好ましくは1〜20質量%である。組成物は、重合開始剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
重合開始剤としては、光重合開始剤または熱重合開始剤が好ましく、光重合開始剤が好ましい。熱重合開始剤としては特に制限は無く、公知の化合物を用いることができる。
白色層形成用組成物は、光重合開始剤を含有することができる。特に、白色層形成用組成物が、重合性化合物を含む場合、光重合開始剤を含有することが好ましい。光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有する化合物が好ましい。光重合開始剤は、光ラジカル重合開始剤が好ましい。
アシルホスフィン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE 819やIRGACURE TPO(商品名:いずれもBASF(株)製)を用いることができる。
着色性の観点からオキシム化合物、アミノアセトフェノン系開始剤またはアシルホスフィン系開始剤が好ましい。
また、オキシム化合物としては、下記式(OX−1)で表される化合物が好ましい。オキシム化合物は、オキシムのN−O結合が(E)体のオキシム化合物であっても、オキシムのN−O結合が(Z)体のオキシム化合物であってもよく、(E)体と(Z)体との混合物であってもよい。
式(OX−1)中、Rで表される一価の置換基としては、一価の非金属原子団であることが好ましい。一価の非金属原子団としては、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、複素環基、アルキルチオカルボニル基、アリールチオカルボニル基等が挙げられる。また、これらの基は、1個以上の置換基を有していてもよい。また、前述した置換基は、さらに他の置換基で置換されていてもよい。置換基としてはハロゲン原子、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基またはアリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
式(OX−1)中、Bで表される一価の置換基としては、アリール基、複素環基、アリールカルボニル基、又は、複素環カルボニル基が好ましい。これらの基は1個以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、前述した置換基が例示できる。
式(OX−1)中、Aで表される二価の有機基としては、炭素数1〜12のアルキレン基、シクロアルキレン基、アルキニレン基が好ましい。これらの基は1個以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、前述した置換基が例示できる。
白色層形成用組成物は、着色防止剤を含有することが好ましい。本明細書に記載の着色防止剤は酸化防止剤としても使用でき、酸化防止剤は着色防止剤としても使用できる。着色防止剤としては、フェノール化合物、亜リン酸エステル化合物、チオエーテル化合物などが挙げられ、分子量500以上のフェノール化合物、分子量500以上の亜リン酸エステル化合物又は分子量500以上のチオエーテル化合物がより好ましい。また、着色防止剤は、フェノール化合物が好ましく、分子量500以上のフェノール化合物がより好ましい。
多置換フェノール系化合物には、安定なフェノキシラジカル生成に起因する捕捉するパーオキシラジカルへの反応性から、置換位置および構造の異なる3種類(下記式(A)ヒンダードタイプ、式(B)セミヒンダードタイプおよび式(C)レスヒンダードタイプ)がある。
フェノール系水酸基含有化合物としては、例えばパラメトキシフェノール、ジ−t−ブチル−パラクレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、フェノール樹脂類、及びクレゾール樹脂類からなる群より選択される化合物などが挙げられる。
市販品として入手できる代表例には、(A)としてはSumilizer BHT(住友化学製)、Irganox 1010、1222(BASF製)、アデカスタブAO−20、AO−50、AO−60(ADEKA製)などがある。(B)としてはSumilizer BBM−S(住友化学製)、Irganox 245(BASF製)、アデカスタブAO−80(ADEKA製)などがある。(C)としてはアデカスタブAO−30、AO−40(ADEKA製)などがある。
市販品として入手できる亜リン酸エステル化合物の代表例には、アデカスタブ PEP−36A((株)ADEKA製)を挙げることができる。
市販品として入手できるチオエーテル化合物の代表例には、アデカスタブ AO−412S(CAS:29598−76−3、(株)ADEKA製)、アデカスタブ AO−503(CAS:10595−72−9、(株)ADEKA製)、KEMINOX PLS(CAS:29598−76−3、ケミプロ化成(株)製)を挙げることができる。
白色層形成用組成物は、さらに密着剤を含有することが好ましい。密着剤としては特に制限は無く、公知の密着剤が使用できる。密着剤としては、例えば、シランカップリング剤を挙げることができる。この態様によれば、膜の基材との密着性を改善できる。
本発明において、シランカップリング剤は、加水分解性基とそれ以外の官能基とを有するシラン化合物を意味する。また、加水分解性基とは、ケイ素原子に直結し、加水分解反応および縮合反応のうち少なくとも一方によってシロキサン結合を生じ得る置換基をいう。加水分解性基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基などが挙げられ、アルコキシ基が好ましい。すなわち、シランカップリング剤は、アルコキシシリル基を有する化合物が好ましい。また、加水分解性基以外の官能基は、樹脂との間で相互作用するか、もしくは結合を形成して親和性を示す基を有することが好ましい。例えば、(メタ)アクリロイル基、フェニル基、メルカプト基、エポキシ基、オキセタニル基が挙げられ、(メタ)アクリロイル基およびエポキシ基が好ましい。即ち、シランカップリング剤は、アルコキシシリル基と、(メタ)アクリロイル基およびエポキシ基のうち少なくとも一方と、を有する化合物が好ましい。
アルコキシシリル基におけるアルコキシ基の炭素数は、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1または2が特に好ましい。アルコキシシリル基は、同一分子内に2個以上有することが好ましく、2〜3個有することがさらに好ましい。
シランカップリング剤は、特開2009−288703号公報の段落番号0011〜0037に記載の特定シラン化合物も参酌して使用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
白色層形成用組成物は、連鎖移動剤を含有することが好ましい。この態様によれば、パターン形成時の露光により膜表面(パターン表面)の硬化を促進できる。このため、露光時の膜の厚さの減少などを抑制でき、より矩形性および密着性に優れたパターンを形成しやすい。
白色層形成用組成物は、光重合開始剤のラジカル発生効率の向上、感光波長の長波長化の目的で、増感剤を含有していてもよい。増感剤としては、光重合開始剤に対し、電子移動機構又はエネルギー移動機構で増感させるものが好ましい。増感剤は、300nm〜450nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物が挙げられる。具体的には、特開2010−106268号公報の段落番号0231〜0253(対応する米国特許出願公開第2011/0124824号明細書の段落番号0256〜0273)の説明を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
白色層形成用組成物は、更に共増感剤を含有することも好ましい。共増感剤は、光重合開始剤や増感剤の活性放射線に対する感度を一層向上させる、あるいは、酸素の重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。共増感剤としては、具体的には、特開2010−106268号公報の段落番号0254〜0257(対応する米国特許出願公開第2011/0124824号明細書の段落番号0277〜0279)の説明を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
白色層形成用組成物は、重合禁止剤を添加することが好ましい。重合禁止剤としては、次の化合物類が挙げられる。
フェノール系水酸基含有化合物類(好ましくは、ハイドロキノン、パラメトキシフェノール、ジ−t−ブチル−パラクレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)、フェノール樹脂類、及びクレゾール樹脂類からなる群より選択される化合物);
N−オキシド化合物類(好ましくは、5,5−ジメチル−1−ピロリンN−オキシド、4−メチルモルホリンN−オキシド、ピリジンN−オキシド、4−ニトロピリジンN−オキシド、3−ヒドロキシピリジンN−オキシド、ピコリン酸N−オキシド、ニコチン酸N−オキシド、及びイソニコチン酸N−オキシドからなる群より選択される化合物);
ピペリジン1−オキシルフリーラジカル化合物類(好ましくは、ピペリジン1−オキシルフリーラジカル、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル、4−アセトアミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル、4−マレイミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル、及び4−ホスホノキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカルからなる群より選択される化合物);
ピロリジン1−オキシルフリーラジカル化合物類(好ましくは、3−カルボキシプロキシルフリーラジカル(3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン1−オキシルフリーラジカル));
N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン類(好ましくは、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩及びN−ニトロソフェニルヒドロキシアミンアルミニウム塩からなる化合物群から選択される化合物);
ジアゾニウム化合物類(好ましくは、4−ジアゾフェニルジメチルアミンの硫酸水素塩、4−ジアゾジフェニルアミンのテトラフルオロホウ酸塩、及び3−メトキシ−4−ジアゾジフェニルアミンのヘキサフルオロリン酸塩からなる群より選択される化合物);
カチオン染料類;
スルフィド基含有化合物類;
ニトロ基含有化合物類;および
FeCl3、CuCl2等の遷移金属化合物類。
また、重合禁止剤は、これらの化合物類において、フェノール骨格やリン含有骨格などの重合禁止機能を発現する構造が同一分子内に複数存在する複合系化合物であってもよい。例えば特開平10−46035号公報に記載の化合物なども好適に用いられる。
白色層形成用組成物は、塗布適性をより向上させる観点から、各種類の界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種類の界面活性剤を使用できる。
白色層形成用組成物は、可塑剤や感脂化剤等の公知の添加剤を含有してもよい。可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等が挙げられる。可塑剤の含有量は、重合性化合物と樹脂との合計量に対し10質量%以下であることが好ましい。
白色層形成用組成物は、前述の成分を混合して調製できる。
白色層形成用組成物の調製に際しては、各成分を一括配合してもよいし、溶剤への各成分の溶解および分散のうち少なくとも一方を行った後に逐次配合してもよい。また、配合する際の投入順序や作業条件は特に制約を受けない。
また、白色層形成用組成物を調製するに際し、白色顔料などの粒子を分散させるプロセスを含むことが好ましい。粒子を分散させるプロセスにおいて、粒子の分散に用いる機械力としては、圧縮、圧搾、衝撃、剪断、キャビテーションなどが挙げられる。これらプロセスの具体例としては、ビーズミル、サンドミル、ロールミル、ボールミル、ペイントシェーカー、マイクロフルイダイザー、高速インペラー、サンドグラインダー、フロージェットミキサー、高圧湿式微粒化、超音波分散などが挙げられる。またサンドミル(ビーズミル)における粒子の粉砕においては、径の小さいビーズを使用する、ビーズの充填率を大きくする事等により粉砕効率を高めた条件で処理することが好ましい。また、粉砕処理後にろ過、遠心分離などで粗粒子を除去することが好ましい。また、粒子を分散させるプロセスおよび分散機は、「分散技術大全、株式会社情報機構発行、2005年7月15日」や「サスペンション(固/液分散系)を中心とした分散技術と工業的応用の実際 総合資料集、経営開発センター出版部発行、1978年10月10日」、特開2015−157893号公報の段落番号0022に記載のプロセス及び分散機を好適に使用出来る。また粒子を分散させるプロセスにおいては、ソルトミリング工程にて粒子の微細化処理を行ってもよい。ソルトミリング工程に用いられる素材、機器、処理条件等は、例えば特開2015−194521号公報、特開2012−046629号公報の記載を参酌できる。
フィルタの孔径は、0.01〜7.0μm程度が適しており、好ましくは0.01〜3.0μm程度、さらに好ましくは0.05〜0.5μm程度である。また、ファイバ状のフィルタを用いることも好ましい。ファイバ状のフィルタとしては例えばポリプロピレンファイバ、ナイロンファイバ、グラスファイバ等が挙げられ、具体的にはロキテクノ(株)製のSBPタイプシリーズ(SBP008など)、TPRタイプシリーズ(TPR002、TPR005など)、SHPXタイプシリーズ(SHPX003など)のフィルタカートリッジを用いることができる。
また、上述した範囲内で異なる孔径のフィルタを組み合わせてもよい。ここでの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社(DFA4201NXEYなど)、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)又は株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルタの中から選択することができる。
第2のフィルタは、第1のフィルタと同様の素材等で形成されたものを使用することができる。
また、第1のフィルタでのろ過は、分散液のみで行い、他の成分を混合した後で、第2のフィルタでろ過を行ってもよい。
次に、赤外線カット層形成用組成物について説明する。
赤外線カット層形成用組成物は、赤外線吸収剤を含有する。赤外線吸収剤としては、700〜1500nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物などが挙げられる。赤外線吸収剤は、800〜1500nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物が好ましく、800〜1300nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物がより好ましく、800〜1200nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物が更に好ましい。また、赤外線吸収剤は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、ジイモニウム化合物、スクアリリウム化合物および銅錯体から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物および銅錯体がより好ましく、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物が更に好ましい。この態様によれば、耐光性や耐熱性に優れた積層体とすることができる。赤外線吸収剤の詳細については、上述した材料が挙げられ、好ましい範囲も同様である。
次に、高屈折率層形成用組成物および低屈折率層形成用組成物について説明する。上述したように、高屈折率層形成用組成物および低屈折率層形成用組成物とを支持体上などに交互に塗布し、乾燥することにより、誘電体多層膜を形成することができる。
高屈折率層形成用組成物は、屈折率が高く、無色、白色又は透明な無機粒子を含むことが好ましい。例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)又はマグネシウム(Mg)の酸化物粒子が挙げられ、二酸化チタン(TiO2)粒子、二酸化ジルコニウム(ZrO2)粒子であることが好ましく、二酸化チタン粒子がより好ましい。上記無機粒子の一次粒子径は1〜100nmであることが好ましく、1〜80nmであることがより好ましく、1〜50nmであることがさらに好ましい。一次粒子径の指標として平均粒子径を用いることもできる。無機粒子の平均粒子径は、金属酸化物粒子を含む混合液又は分散液を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで80倍に希釈し、得られた希釈液について動的光散乱法を用いて測定するができる。金属酸化物粒子は、例えば特開2014−062221号公報の段落0023〜0027の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
低屈折率層形成用組成物は、シリカ粒子を含むことが好ましい。シリカ粒子としては、コロイダルシリカ粒子が好ましい。コロイダルシリカ粒子の詳細については、特開2015−166449号公報の内容を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
次に、本発明のキットについて説明する。本発明のキットは、赤外線カット層と、白色層と、を有する積層体を形成するためのキットであって、800〜1500nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物を含有する赤外線カット層形成用組成物と、白色顔料を含み、厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜75である白色層形成用組成物と、を有する。赤外線カット層形成用組成物および白色層形成用組成物の詳細は、上述した赤外線カット層形成用組成物および白色層形成用組成物で説明した内容が挙げられ、好ましい範囲も同様である。本発明のキットは、上述した本発明の積層体を形成するためのキットであることが好ましい。
本発明の光学センサは、本発明の積層体を有する。光学センサとしては、固体撮像素子などが挙げられる。
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、以下の方法で測定した。
カラムの種類:TOSOH TSKgel Super HZM−Hと、TOSOH TSKgel Super HZ4000と、TOSOH TSKgel Super HZ2000とを連結したカラム
展開溶媒:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流量(サンプル注入量):1.0μL(サンプル濃度:0.1質量%)
装置名:東ソー(株)製 HLC−8220GPC
検出器:RI(屈折率)検出器
検量線ベース樹脂:ポリスチレン
酸価は、固形分1gあたりの酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量を表したものである。測定サンプルをテトラヒドロフラン/水=9/1(質量比)混合溶媒に溶解し、電位差滴定装置(商品名:AT−510、京都電子工業製)を用いて、得られた溶液を、25℃にて、0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定した。滴定pH曲線の変曲点を滴定終点として、次式により酸価を算出した。
A=56.11×Vs×0.5×f/w
A:酸価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液の力価
w:測定サンプル質量(g)(固形分換算)
アミン価は、固形分1gあたりの塩基性成分と当量の水酸化カリウム(KOH)の質量を表したものである。測定サンプルを酢酸に溶解し、得られた溶液を、電位差滴定装置(商品名:AT−510、京都電子工業製)を用いて、25℃にて、0.1mol/L過塩素酸/酢酸溶液で中和滴定した。滴定pH曲線の変曲点を滴定終点として次式によりアミン価を算出した。
B=56.11×Vs×0.1×f/w
B:アミン価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L過塩素酸/酢酸溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L過塩素酸/酢酸溶液の力価
w:測定サンプルの質量(g)(固形分換算)
白色顔料の平均一次粒子径は、白色顔料を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、白色顔料の粒子が凝集していない部分(一次粒子)を観測して求めた。具体的には、白色顔料の一次粒子を、透過型電子顕微鏡を用いて透過型電子顕微鏡写真を撮影した後、その写真を用いて画像処理装置で画像処理を行って白色顔料の粒度分布を測定した。白色顔料の平均一次粒子径は、粒度分布から算出された個数基準の算術平均径をもって平均一次粒子径とした。透過型電子顕微鏡として(株)日立製作所製電子顕微鏡(H−7000)を用い、画像処理装置として(株)ニレコ製ルーゼックスAPを用いた。
白色顔料と、屈折率が既知である樹脂(分散剤)と、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)を用いて分散を行った。その後、作製した分散液と屈折率が既知の樹脂とを混合し、塗布液の全固形分中における白色顔料の濃度が10質量%、20質量%、30質量%、40質量%の塗布液を作製した。これらの塗布液をシリコンウエハ上に300nmで製膜した後、得られた膜の屈折率をエリプソメトリー(ラムダエースRE−3300(商品名)、大日本スクリーン製造(株))を用いて測定した。その後、白色顔料の濃度と屈折率をグラフ上にプロットし、外挿し、白色顔料の屈折率を導出した。
下記の表に記載の組成の混合液に対し、循環型分散装置(ビーズミル)として、寿工業(株)製ウルトラアペックスミルを用いて、以下の分散処理を行い、分散液を製造した。分散開始後、30分間隔で、粒子の平均粒子径の測定を行った。粒子の平均粒子径は分散時間とともに減少していったが、次第にその変化量が少なくなっていった。粒度分布におけるd50(積算値50%)の変化量がなくなった時点で分散を終了した。
ビーズ径:直径0.2mm
ビーズ充填率:65体積%
周速:6m/秒
ポンプ供給量:10.8kg/時
冷却水:水道水
ビーズミル環状通路内容積:0.15L
分散処理する混合液量:0.65kg
白色顔料として以下の白色顔料を用いた。
H−1:Solsperse 36000 Lubrizol(株)製。
H−2:Solsperse 41000 Lubrizol(株)製。
H−3:下記構造の樹脂(酸価=51.7mgKOH/g、Mw=13000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位の含有量〔質量比〕を表す。側鎖の繰り返し部位に併記される数値は、繰り返し部位の繰り返し数を示す。
H−4:下記構造の樹脂(酸価=32mgKOH/g、アミン価=45mgKOH/g、Mw=15000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位の含有量〔質量比〕を表す。側鎖の繰り返し部位に併記される数値は、繰り返し部位の繰り返し数を示す。波線結合は、シス/トランスの混合を表す。
H−5:ライトエステルP−1M、共栄社化学(株)製。
H−6:ライトエステルP−2M、共栄社化学(株)製。
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
BDGAC:ブチルジグリコールアセテート
下記表に記載の原料を混合して、白色層形成用組成物を調製した。
(分散液)
分散液1〜34:上記分散液1〜34。
(アルカリ可溶性樹脂)
C−1:下記構造の樹脂(酸価113mgKOH/g、Mw=33000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位の含有量〔質量比〕を表す。
C−2:下記構造の樹脂(酸価32mgKOH/g、Mw=14000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位の含有量〔質量比〕を表す。
D−1:KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製)
D−2:NKエステル A−TMMT(新中村化学工業(株)製)
(光重合開始剤)
E−1:下記化合物
E−3:IRGACURE TPO(BASF製)
E−4:IRGACURE 819(BASF製)
(溶剤)
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(着色防止剤)
F−1:アデカスタブ PEP−36A((株)ADEKA製、下記構造)
F−2:アデカスタブ AO−50((株)ADEKA製、下記構造)
F−3:アデカスタブ AO−80((株)ADEKA製、下記構造)
F−4:アデカスタブ AO−412S((株)ADEKA製、下記構造)
G−1:EHPE3150((株)ダイセル製)
G−2:EPICLON N−695(DIC(株)製)
(紫外線吸収剤)
J−1:下記化合物
(密着剤)
I−1:下記化合物
(連鎖移動剤)
K−1:下記化合物
下記混合物(Mw=14,000、繰り返し単位の割合を示す%は質量%である。)
上記で得られた各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製CT−4000L;厚さ0.1μm)付き8インチ(1インチは2.54cmである)ガラスウエハ上に乾燥後の厚さが3.0μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長の光を1000mJ/cm2にて、2cm×2cmのパターンを有するマスクを介して照射して露光した。
その後、露光された塗布膜が形成されているガラスウエハをスピンシャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で65秒間パドル現像を行い、ガラスウエハ上に白色パターンを形成した。
白色パターンが形成されたガラスウエハを真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によってガラスウエハを回転数50rpmで回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行い、その後スプレー乾燥した。本明細書中、L*は、膜に含まれる溶剤が1質量%以下になった状態で測定する。
得られた白色パターンのCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値、a*の値、b*の値を、分光測光器(X−rite528、X−rite社製)を用いて測定した。光源としてD65光源を用い、観測視野を2°とし、白色基準は分光測光器(X−rite528、X−rite社製)に付属のキャリブレーション基準板のホワイトパッチを用いて設定した。
上記で得られた各組成物を、オーブンを用いて160℃1時間の条件で乾燥した。乾燥前後の質量を測定して揮発量を求め、各組成物の乾燥前の質量と揮発量との差を計算して、「遠心処理の前の固形分」を算出した。
また、得られた組成物を、室温、3400rpmの条件で50分間遠心処理を行った後の上澄み液について、上記と同様の方法で「遠心処理の後の固形分」を算出した。
「遠心処理の後の固形分」と「遠心処理の前の固形分」との差を、「遠心処理の前の固形分」で割り、百分率として固形分沈降率を算出し、下記のように分類を行い、液経時安定性を評価した。液経時安定性は、A、BまたはCの評価であることが好ましく、AまたはBの評価であることがより好ましく、Aの評価であることが更に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:固形分沈降率が2質量%以下の範囲であるもの。
B:固形分沈降率が2質量%を超え、5質量%以下の範囲であるもの。
C:固形分沈降率が5質量%を超え、10質量%以下の範囲であるもの。
D:固形分沈降率が10質量%を超え、15質量%以下の範囲であるもの。
E:固形分沈降率が15質量%を超えるもの。
上記で得られた各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製CT−4000L;膜厚0.1μm)付き8インチガラスウエハ上に乾燥後の膜厚が5.0μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、105℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、2cm×2cmのパターンを有するマスクを介して露光した。
その後、露光された膜が形成されているガラスウエハをスピンシャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行い、ガラスウエハ上に白色パターンを形成した。
白色パターンが形成されたガラスウエハを真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によってガラスウエハを回転数50rpmで回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行い、その後スプレー乾燥した。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、触針式膜厚測定機DEKTAKを用いてポストベーク後の膜厚を測定した。
次いで、スガ試験機(株)製スーパーキセノンウェザーメーターSX75を用い、照度10万ルクス、50時間照射した後の膜厚を測定し、耐光性試験後の膜厚とした。
ポストベーク後の膜厚に対する耐光性試験後の膜厚(%)について、下記のように分類を行い、耐光性を評価した。耐光性は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが特に好ましく、Aの評価であることがより特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:ポストベーク後の膜厚に対する耐光性試験後の膜厚が95%を超え100%以下の範囲であるもの。
B:ポストベーク後の膜厚に対する耐光性試験後の膜厚が90%以上95%未満の範囲であるもの。
C:ポストベーク後の膜厚に対する耐光性試験後の膜厚が80%以上90%未満の範囲であるもの。
D:ポストベーク後の膜厚に対する耐光性試験後の膜厚が70%以上80%未満の範囲であるもの。
E:ポストベーク後の膜厚に対する耐光性試験後の膜厚が70%未満であるもの。
L*の値、a*の値、b*の値の測定において作製した白色パターンの分光(L*,a*,b*)を分光測光器を用いて測定した。次に、作製した白色パターンを、ホットプレートを用いて265℃で15分間、加熱し、加熱後の白色パターンの分光を測定し、CIE1976のL*a*b*表色系における加熱前後のパターンの色差ΔE*abを算出した。なお、色差ΔE*abの算出式は以下の通りである。
ΔE*ab=〔(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2〕1/2
A:色差ΔE*abが0以上0.5未満である。
B:色差ΔE*abが0.5以上1.0未満である。
C:色差ΔE*abが1.0以上2.0未満である。
D:色差ΔE*abが2.0以上3.0未満である。
E:色差ΔE*abが3.0以上である。
上記で得られた各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製CT−4000L;厚さ0.1μm)付き8インチシリコンウエハ上に乾燥後の厚さが3.0μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行い、組成物層を形成した。
組成物層が形成された基材に対して、欠陥評価装置ComPLUS(アプライド・マテリアルズ社製)を使用して、5.0μm以上の大きさの異物をカウントした。
この評価を、組成物層の調製直後と、組成物層の調製直後から室温(23℃)で1ヶ月経過した後において実施し、異物増加率を下記の判定基準で評価した。
異物増加率は、(室温で経時1ヶ月後の異物数/調製直後の異物数)で算出した。欠陥の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが更に好ましく、Aの評価であることが特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:異物増加率が1.1未満。
B:異物増加率が1.1以上1.3未満。
C:異物増加率が1.3以上1.5未満。
D:異物増加率が1.5以上3.0未満。
E:異物増加率が3.0以上。
以下に示す原料を混合して、組成物A〜Fを調製した。
PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート):1.1質量部
樹脂(I)の40質量%PGMEA溶液:39.5質量部
NKエステル A−TMMT(新中村化学工業(株)製):6.8質量部
IRGACURE 369(BASF社製):1.6質量部
KAYACURE DETX−S(日本化薬(株)製):0.6質量部
紫外線吸収剤(上記(J−1)):0.4質量部
界面活性剤(下記ポリマー(Mw=14,000、繰り返し単位の割合を示す%は質量%である。)の0.2質量%PGMEA溶液):0.1質量部
銅錯体(Cu−1):3.3質量部
銅錯体(Cu−2):9.8質量部
樹脂(II):31質量部
KBM−3066(信越シリコーン製) :3.4質量部
アセチルアセトン酸アルミニウム(シグマ−アルドリッチ製):0.01質量部
IRGACURE OXE−01(BASF社製):2.5質量部
シクロペンタノン:50質量部
シクロヘキサノン:64.8質量部
樹脂(I)の40質量%PGMEA溶液:22.6質量部
KAYARAD DPHA (日本化薬(株)製):1.7質量部
IRGACURE OXE−01(BASF社製):1.9質量部
メガファックRS−72K(DIC(株)製):6.6質量部
ピロロピロール化合物(pp−1):2.4質量部
シクロヘキサノン:64.8質量部
樹脂(I)の40質量%PGMEA溶液:22.6質量部
KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製):1.7質量部
IRGACURE OXE−01(BASF社製):1.9質量部
メガファックRS−72K(DIC(株)製):6.6質量部
ピロロピロール化合物(pp−2):2.4質量部
シクロヘキサノン:64.8質量部
樹脂(I)の40質量%PGMEA溶液:22.6質量部
KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製):1.7質量部
IRGACURE OXE−01(BASF社製):1.9質量部
メガファックRS−72K(DIC(株)製):6.6質量部
ジイモニウム化合物(im−1):2.4質量部
シクロヘキサノン:68.7質量部
樹脂(I)の40質量%PGMEA溶液:16.1質量部
KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製):1.7 質量部
IRGACURE OXE−01(BASF社製):1.9質量部
メガファックRS−72K(DIC(株)製):6.6質量部
スクアリリウム化合物(sq−1):5質量部
8インチガラスウエハ上に、下記表に示す下層用の組成物を、乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、全面露光を行った。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、下層を作製した。次いで、下記表に示す上層用の組成物を乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、2cm×2cmのパターンを有するマスクを介して露光した。その後、露光された膜が形成されているガラスウエハをスピンシャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行い、ガラスウエハ上に白色パターンを形成した。
白色パターンが形成されたガラスウエハを真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によってガラスウエハを回転数50rpmで回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行い、その後スプレー乾燥した。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、積層体を製造した。得られた積層体について、可視光透過率、赤外線遮蔽性、耐熱性および耐光性の評価を行った。
可視光透過率は、試験例1で得られた積層体に垂直の方向から光を入射させ、積層体を透過する光の強度を、直径60mm標準積分球(4穴/反射試料入射角:試料側、対照側とも10°)を装着したUH−4150を用い、400nm〜700nmの透過率を測定し、その平均値を用いて可視光透過率を評価した。なお、下層および上層を塗布しない8インチガラスウエハのみの透過率をブランクの値とした。
可視光透過率の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが更に好ましく、Aの評価であることが特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:400nm〜700nmの透過率の平均値が25%以上。
B:400nm〜700nmの透過率の平均値が15%以上25%未満。
C:400nm〜700nmの透過率の平均値が10%以上15%未満。
D:400nm〜700nmの透過率の平均値が5%以上10%未満。
E:400nm〜700nmの透過率の平均値が5%未満。
赤外線遮蔽性は上記可視光透過率の評価と同様の手法を用い、700nm〜1200nmの透過率を測定し、その平均値を用いて赤外線遮蔽性を評価した。赤外線遮蔽性の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが更に好ましく、Aの評価であることが特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:700nm〜1200nmの透過率の平均値が15%未満。
B:700nm〜1200nmの透過率の平均値が15%以上25%未満。
C:700nm〜1200nmの透過率の平均値が25%以上35%未満。
D:700nm〜1200nmの透過率の平均値が35%以上45%未満。
E:700nm〜1200nmの透過率の平均値が45%以上。
試験例1で得られた積層体に対し垂直の方向から光を入射させ、積層体を透過する光の強度を、直径60mm標準積分球(4穴/反射試料入射角:試料側、対照側とも10°)を装着したUH−4150を用い、400nm〜1200nmの透過率を測定した。
次いで、オーブンを用いて130℃1000時間加熱を行った後の透過率を測定し、耐熱性試験後の透過率とした。
ポストベーク後の透過率と耐熱性試験後の透過率の差(%)について、下記のように分類を行い、耐熱性を評価した。耐熱性の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが特に好ましく、Aの評価であることがより特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:ポストベーク後の透過率と耐熱性試験後の透過率の差が1%未満。
B:ポストベーク後の透過率と耐熱性試験後の透過率の差が1%以上5%未満。
C:ポストベーク後の透過率と耐熱性試験後の透過率の差が5%以上10%未満。
D:ポストベーク後の透過率と耐熱性試験後の透過率の差が10%以上20%未満。
E:ポストベーク後の透過率と耐熱性試験後の透過率の差が20%以上。
試験例1で得られた積層体に対し耐熱性の評価と同様の方法で400nm〜1200nmの透過率を測定した。
次いで、スガ試験機(株)製スーパーキセノンウェザーメーターSX75を用い、照度10万ルクス、50時間照射した後の透過率を測定し、耐光性試験後の透過率とした。
ポストベーク後の透過率に対する耐光性試験後の透過率の差(%)について、下記のように分類を行い、耐光性を評価した。耐光性の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが特に好ましく、Aの評価であることがより特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:ポストベーク後の透過率と耐光性試験後の透過率の差が1%未満。
B:ポストベーク後の透過率と耐光性試験後の透過率の差が1%以上5%未満。
C:ポストベーク後の透過率と耐光性試験後の透過率の差が5%以上10%未満。
D:ポストベーク後の透過率と耐光性試験後の透過率の差が10%以上20%未満。
E:ポストベーク後の透過率と耐光性試験後の透過率の差が20%以上。
8インチシリコンウエハ上に、下記表に示す下層用の組成物を、乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、全面露光を行った。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、下層を作製した。
次いで、下記表に示す上層用の組成物を乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、2cm×2cmのパターンを有するマスクを介して露光した。
その後、露光された膜が形成されているガラスウエハをスピンシャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行い、ガラスウエハ上に白色パターンを形成した。
白色パターンが形成されたガラスウエハを真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によってガラスウエハを回転数50rpmで回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行い、その後スプレー乾燥した。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、積層体を形成した。
試験例2で得られた積層体における白色パターンのCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値を、分光測光器(X−rite528、X−rite社製)を用いて測定した。光源としてD65光源を用い、観測視野を2°とし、白色基準は分光測光器(X−rite528、X−rite社製)に付属のキャリブレーション基準板のホワイトパッチを用いて設定した。
白色度の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが特に好ましく、Aの評価であることがより特に好ましい。得られた結果を下記表に記載した。
A:L*の値が80以上。
B:L*の値が70以上80未満。
C:L*の値が60以上70未満。
D:L*の値が50以上60未満。
E:L*の値が50未満。
<残渣混色の評価>
8インチガラスウエハ上に、下記表に示す下層用の組成物を、乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、全面露光を行った。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、下層を作製し、試験例1における耐熱性の評価と同様の方法で400nm〜1200nmの透過率を測定した。
次いで、下記表に示す上層用の組成物を乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。
その後、露光された膜が形成されているガラスウエハをスピンシャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行い、白色層の除去を行った。その後試験例1における耐熱性の評価と同様の方法で、400nm〜1200nmの透過率を測定した。
下層作製後と、上層の白色層を現像除去した後の最大透過率の分光変動(ΔT%max)を、下層として形成された赤外線吸収材料上に残る上層(白色層)の残渣混色として評価した。変動が小さいほど残渣混色が発生しにくく、より望ましい。
〜判定基準〜
A:ΔT%max≦0.5%
B:0.5%<ΔT%max≦1.0%
C:1.0%<ΔT%max≦3.0%
D:3.0%<ΔT%max≦5.0%
E:ΔT%max>5.0%
上記判定基準において、A〜Dであることが、実用上問題のないレベルである
シリコンウエハ上に、下記表に示す下層用の組成物を、乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、下記表に示す上層用の組成物を乾燥後の膜厚が下記表に記載の膜厚となるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を用い、20μm四方のアイランドパターンを形成するために、マスクを介して露光(露光量1000mJ/cm2)した。次いで、露光後の組成物層に対し、現像装置(東京エレクトロン製Act8)を使用して現像を行った。現像液には水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間シャワー現像を行った。その後、純水を用いたスピンシャワーにてリンスを行い、パターンを得た。このようにして、パターン形成された積層体を得た。
得られたパターンの形状を走査型電子顕微鏡(SEM)(S−4800H、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察(倍率:5000倍)し、評価した。パターン形状の評価基準は以下の通りである。パターン形状の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが更に好ましく、Aの評価であることが特に好ましい。
A:図1(a)のようにパターンの一辺が直線である。
B:図1(b)のようにパターンの角がやや丸まっている。
C:図1(c)のようにパターンの一辺がやや丸まっている。
D:図1(d)のようにパターンが丸まっている。
E:図1(e)のようにパターンの全体が丸い。
上層と下層との密着性を以下の方法で評価した。パターン形状の評価で作製したパターンの中で20μmのパターンサイズのパターン群を光学顕微鏡(オリンパス(株)製)にて観察した。密着性の評価基準は以下の通りである。密着性の評価は、A、B、CまたはDの評価であることが好ましく、A、BまたはCの評価であることがより好ましく、AまたはBの評価であることが更に好ましく、Aの評価であることが特に好ましい。
A:パターンに剥がれまたは欠けなし。
B:観察されるパターンの剥がれまたは欠けが5%未満である。
C:観察されるパターンの剥がれまたは欠けが5%以上10%未満である。
D:観察されるパターンの剥がれまたは欠けが10%以上30%未満である。
E:観察されるパターンの剥がれまたは欠けが30%以上である。
[二酸化チタン分散液(分散組成物)の調製]
下記組成の混合液に対し、循環型分散装置(ビーズミル)として、シンマルエンタープライゼス株式会社製NPMを用いて、以下のようにして分散処理を行い、分散組成物として二酸化チタン分散液を得た。
〜組成〜
・二酸化チタン(石原産業(株)製 TTO−51(C)、結晶形:ルチル、TiO2純度(%):79〜85%、Al2O3及びステアリン酸で表面処理、比表面積50〜60m2/g、一次粒子径10〜30nm、吸油量24〜30g/100g):150.0質量部
・下記分散樹脂A−2(固形分30質量%PGMEA溶液):110.1質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA):235.3質量部
・ビーズ径:直径0.05mm
・ビーズ充填率:60体積%
・周速:10m/秒
・ポンプ供給量:30kg/時間
・冷却水:水道水
・ビーズミル環状通路内容積:1.0L
・分散処理する混合液量:10kg
・上記で調製した二酸化チタン分散液(分散組成物) ・・・20.8質量部
・溶剤:PGMEA ・・・77.3質量部
・エポキシ基を有する化合物:JER157S65(三菱化学(株)製)
・・・1.7質量部
・樹脂:ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体(固形分40質量%PGMEA溶液)(共重合比:70/30(質量%)、重量平均分子量:30,000) ・・・0.2部
・界面活性剤1:下記混合物(重量平均分子量14000、下記の式中、繰り返し単位の割合を示す%は質量%である。) ・・・0.03質量部
[低屈折率層形成用組成物の調製]
特開2015−166449号公報の段落番号0149に記載の方法でコロイダルシリカ液を調製した。
・特開2015−166449号公報の段落番号0149に記載の方法で調製したコロイダルシリカ粒子液 ・・・32.6質量部
・溶剤:乳酸エチル ・・・67.3質量部
・界面活性剤1: ・・・0.1質量部
8インチシリコンウエハ上に、組成物1−18を、乾燥後の膜厚が9.6μmとなるようにスピンコータを用いて塗布し、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を1000mJ/cm2にて、全面露光を行った。その後200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、下層を作製した。
次いで、上記下層の表面に、下記表に示す厚さの低屈折率層と高屈折率層をそれぞれ交互に下記表のように積層して赤外線カット層(誘電体多層膜)を形成し、積層体を作製した。なお、膜No.1から順に、下層の表面に積層した。低屈折率層は、低屈折率層形成用組成物をスピンコータを用いて塗布し、ホットプレートにて100℃/120sec乾燥することで形成した。高屈折率層は、高屈折率層形成用組成物をスピンコータを用いて塗布し、ホットプレートにて200℃/3min乾燥することで形成した。
得られた積層体は、白度が良好で、適度な可視光透過率を有していた。また、赤外線遮蔽性に優れていた。また、この積層体における、赤外線カット層(誘電体多層膜)は、800〜1500nmの波長領域の少なくとも一部をカットする層であった。
8インチシリコンウエハを8インチガラスウエハに変更した以外は(試験例5)と同様にして、下層(白色層)、上層(誘電体多層膜)を形成して積層体を作製した。得られた積層体は、白度が良好であった。この積層体について、試験例1と同様の方法で可視光透過率および赤外線遮蔽性の評価を行った。この積層体の400nm〜700nmの透過率の平均値は15%以上25%未満であり、700nm〜1200nmの透過率の平均値は15%以下であった。
Claims (24)
- 赤外線カット層と、白色層と、を含み、
前記赤外線カット層は、赤外線吸収剤を含む層、および、屈折率の異なる誘電体層を交互に2層以上積層してなる誘電体多層膜から選ばれる少なくとも1種であって、800〜1500nmの波長領域の少なくとも一部をカットする層であり、
前記白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−20〜20、b*の値が−40〜30である、光学センサ用の積層体。 - 前記誘電体多層膜は、酸化チタンを含む層とシリカを含む層とを交互に2層以上積層したものである、請求項1に記載の積層体。
- 前記赤外線カット層は、赤外線吸収剤を含む層である、請求項1に記載の積層体。
- 前記赤外線吸収剤は、800〜1500nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物である、請求項1または3に記載の積層体。
- 前記白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−10〜0、b*の値が−35〜0である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記白色層は、白色顔料を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記白色顔料は、平均一次粒子径50〜150nmの粒子である、請求項6に記載の積層体。
- 前記平均一次粒子径50〜150nmの粒子の含有量は、前記白色層の全固形分に対して30〜60質量%である、請求項7に記載の積層体。
- 前記白色顔料が酸化チタンである、請求項6〜8のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記赤外線吸収剤は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、ジイモニウム化合物、スクアリリウム化合物および銅錯体から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記赤外線吸収剤は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物を含有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の積層体。
- 赤外線カット層と、白色層と、を有する積層体を形成するためのキットであって、
800〜1500nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物を含有する赤外線カット層形成用組成物と、
白色顔料とアルカリ可溶性樹脂とを含み、厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜75である白色層形成用組成物と、を有するキット。 - 赤外線カット層と、白色層と、を有する積層体を形成するためのキットであって、
800〜1500nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物を含有する赤外線カット層形成用組成物と、
白色顔料とラジカル重合性化合物と光重合開始剤を含み、厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜75である白色層形成用組成物と、を有するキット。 - 赤外線カット層と、白色層と、を有する積層体を形成するためのキットであって、
800〜1500nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物を含有する赤外線カット層形成用組成物と、
白色顔料と連鎖移動剤を含み、厚さ3μmの膜を形成した場合におけるCIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜75である白色層形成用組成物と、を有するキット。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の積層体を形成するためのキットである、請求項12〜14のいずれか1項に記載のキット。
- 前記白色層形成用組成物は、アルカリ可溶性樹脂を含む、請求項13または14に記載のキット。
- 前記白色層形成用組成物は、ラジカル重合性化合物および光重合開始剤を含む、請求項14に記載のキット。
- 前記白色顔料は、平均一次粒子径50〜150nmの粒子である、請求項12〜17のいずれか1項に記載のキット。
- 前記平均一次粒子径50〜150nmの粒子の含有量は、前記白色層形成用組成物の全固形分に対して30〜60質量%である、請求項18に記載のキット。
- 前記白色顔料が酸化チタンである、請求項12〜19のいずれか1項に記載のキット。
- 前記赤外線カット層形成用組成物は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物、ピロロピロール化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、テトラアザポルフィリン化合物、ジイモニウム化合物、スクアリリウム化合物および銅錯体から選ばれる少なくとも1種を含有する、請求項12〜20のいずれか1項に記載のキット。
- 前記赤外線カット層形成用組成物は、アルカリ金属を含有するタングステン酸化物を含有する、請求項12〜21のいずれか1項に記載のキット。
- 赤外線カット層と、白色層と、を含み、前記赤外線カット層は、赤外線吸収剤を含む層、および、屈折率の異なる誘電体層を交互に2層以上積層してなる誘電体多層膜から選ばれる少なくとも1種であって、800〜1500nmの波長領域の少なくとも一部をカットする層であり、前記白色層は、CIE1976のL*a*b*表色系におけるL*の値が35〜100、a*の値が−20〜20、b*の値が−40〜30である、光学センサ用の積層体の製造方法であって、
支持体上に前記赤外線カット層を形成する工程と、
前記赤外線カット層上に前記白色層を形成する工程とを有する、光学センサ用の積層体の製造方法。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の積層体を有する光学センサ。
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