JP6725016B2 - 重合体 - Google Patents
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Description
[1]エチレン性不飽和二重結合を有する重合体であって、式(A1)に示す構造単位(A1)および式(A2)に示す構造単位(A2)を有する重合体(A)と、メルカプト基を2以上有する化合物(B)と、光ラジカル重合開始剤(C)とを含有する感光性樹脂組成物。
[2]重合体(A)が、さらに、式(A3)に示す構造単位(A3)を有する前記[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[3]構造単位(A3)が、式(A31)に示す構造単位(A31)および式(A32)に示す構造単位(A32)から選ばれる少なくとも1種である前記[2]に記載の感光性樹脂組成物。
[5]前記基板が、細胞培養用基板である前記[4]に記載のパターン化樹脂膜の製造方法。
[6]前記[4]または[5]に記載の製造方法によって得られたパターン化樹脂膜。
[7]前記[6]に記載のパターン化樹脂膜を有する細胞培養装置。
[8]エチレン性不飽和二重結合を有する重合体であって、式(A1)に示す構造単位(A1)および式(A2)に示す構造単位(A2)を有する重合体。
〔感光性樹脂組成物〕
本発明の感光性樹脂組成物は、以下に説明する重合体(A)と、メルカプト基を2以上有する化合物(B)と、光ラジカル重合開始剤(C)とを含有する。以下、前記組成物を単に「本発明の組成物」ともいう。
本発明の組成物の23℃における粘度は、通常0.1〜10,000cP、好ましくは100〜5,000cP、より好ましくは500〜3,000cPである。粘度は、JIS Z8803に準拠した方法により測定される値である。
重合体(A)は、エチレン性不飽和二重結合を有する重合体であって、式(A1)に示す構造単位(A1)と、式(A2)に示す構造単位(A2)とを有する。
式(A2)中、R2はそれぞれ独立に直接結合、炭素数1〜10のアルカンジイル基または炭素数6〜20のアリーレン基であり、R3は炭素数1〜10のアルカンジイル基または炭素数6〜20のアリーレン基であり、R3が複数ある場合はそれぞれ同一でも異なってもよく、nは1以上の整数である。
重合体(A)は構造単位(A1)を有することから、重合体(A)を含む本発明の組成物を用いることにより、基板に対して接着性に優れ、且つ耐水性に優れる樹脂膜を形成することができる。また、重合体(A)は構造単位(A2)を有することから、重合体(A)を含む本発明の組成物を用いることにより、細胞組織体との接着力が弱い樹脂膜を形成することができる。
重合体(A)は、式(A3)に示す構造単位(A3)を有することがより好ましい。
構造単位(A3)は、式(A31)に示す構造単位(A31)および式(A32)に示す構造単位(A32)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
重合体(A)中の各構造単位の含有量は、以下の範囲が好ましい。
重合体(A)は、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールと、少なくとも2つのグリシジル基を有するエポキシ化合物との重付加反応により、合成することができる。前記エポキシ化合物としては、エチレン性不飽和二重結合を有するエポキシ化合物を少なくとも用い、必要に応じて、エチレン性不飽和二重結合を有さないエポキシ化合物をさらに用いてもよい。
重付加反応に使用される、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールと、少なくとも2つのグリシジル基を有するエポキシ化合物との割合は、モル比(前記エポキシ化合物/前記チアジアゾール)で、好ましくは0.5〜2、より好ましくは1〜1.5である。
化合物(B)は、メルカプト基(−SH基)を2以上有する、前記重合体(A)以外の化合物である。化合物(B)が有するメルカプト基数は、好ましくは2以上、より好ましくは3〜10である。
多価アルコールのメルカプトカルボン酸エステル(B1)、
アルカンジチオール(B2)、
芳香環含有ジチオール(B3)、
イソシアヌレート環含有トリチオール(B4)、および
メルカプトエーテル(B5)
が挙げられる。
2価アルコールのメルカプトカルボン酸エステル、具体的には、エチレングリコールビス(2−メルカプトプロピオネート)、1,2−プロピレングリコールビス(2−メルカプトプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(2−メルカプトプロピオネート)、1,4−ブタンジオールビス(2−メルカプトプロピオネート)、および1,8−オクタンジオールビス(2−メルカプトプロピオネート)等のビスメルカプトプロピオネート、ならびに1,4−ブタンジオールビスメルカプトアセテート、およびエチレングリコールビスメルカプトアセテート等のビスメルカプトアセテート;
3〜6価アルコールのメルカプトカルボン酸エステル、具体的には、トリメチロールプロパントリスメルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキスメルカプトプロピオネート、およびジペンタエリスリトールヘキサキスメルカプトプロピオネート等のトリス、テトラキスまたはヘキサキスメルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキスメルカプトブチレート等のトリス、テトラキスまたはヘキサキスメルカプトブチレート、ならびにトリメチロールプロパントリスメルカプトアセテート、ペンタエリスリトールテトラキスメルカプトアセテート等のトリス、テトラキスまたはヘキサキスメルカプトアセテート;
が挙げられる。
エーテル(B5)としては、例えば、ジ(メルカプトエチル)エーテルが挙げられる。
化合物(B)の分子量は、感光性樹脂組成物としての現像性の観点から、通常50〜10,000、好ましくは75〜3,000、特に好ましくは100〜1,000である。
本発明の感光性樹脂組成物は、光ラジカル重合開始剤(C)を含有する。
光ラジカル重合開始剤(C)は、光照射により、ラジカルを発生する化合物である。開始剤(C)を含有する組成物から得られる樹脂膜に対して光照射することで、開始剤(C)に基づきラジカルが生成し、前記ラジカルが化合物(B)に含まれるメルカプト基に作用してチイルラジカルが生成し、このチイルラジカルが重合体(A)に含まれるエチレン性不飽和二重結合に付加して架橋構造が形成され、現像液に対して難溶な膜になると推定される。光照射により前記膜が現像液に対して易溶の状態から難溶の状態に変化することを利用することにより、ネガ型のパターンを形成することができる。
本発明の感光性樹脂組成物において、開始剤(C)の含有量は、重合体(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜10質量部、より好ましくは0.3〜5質量部、さらに好ましくは0.5〜5質量部である。開始剤(C)の含有量が前記下限値以上であると、露光部の硬化が充分となり、耐熱性が向上しやすい。開始剤(C)の含有量が前記上限値以下であると、露光光に対する透明性が低下することなく、解像度が高いパターン化樹脂膜が得られやすい。
メルカプト基を有するシランカップリング剤(D)を本発明の組成物の含有成分として用いることにより、基板に対してより優れた密着性を有し、耐水性により優れたパターン化樹脂膜を形成することができる。シランカップリング剤(D)も、露光時に、重合体(A)に含まれるエチレン性不飽和二重結合に付加するものと考えられる。
Si(R1)(R2)3-n(OR3)n (D1)
式(D1)中、R1は、メルカプト基を1つ有する1価の有機基であり、R2およびR3は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、ただしメルカプト基を有さず、R2はR1とは異なる1価の有機基であり、例えばアルキル基または芳香族基であり、R3は1価の有機基であり、例えばアルキル基、アルコキシアルキル基またはアセチル基であり、nは1〜3の整数である。
本発明の組成物において、シランカップリング剤(D)を用いる場合、前記(D)の含有量は、重合体(A)100質量部に対して、好ましくは0.001〜10質量部、より好ましくは0.01〜5質量部、さらに好ましくは0.05〜1質量部である。
本発明の組成物は、溶媒(E)を含有することが好ましい。溶媒(E)を用いることで、前記組成物の取扱い性を向上させたり、粘度および保存安定性を調節したりすることができる。
本発明の組成物において、溶媒(E)を用いる場合、溶媒(E)の含有量は、当該組成物中の固形分濃度が通常は10〜70質量%、好ましくは15〜60質量%、より好ましくは20〜55質量%となる範囲である。固形分とは、通常、組成物中に含まれる溶媒(E)以外の全成分をいう。
本発明の組成物には、その他、密着助剤、酸拡散制御剤、架橋微粒子、レベリング剤、界面活性剤、増感剤、無機フィラー、クエンチャー等の各種添加剤を、本発明の目的および特性を損なわない範囲で含有させることができる。
本発明の組成物は、各成分を均一に混合することにより調製できる。また、ゴミを取り除くために、各成分を均一に混合した後、得られた混合物をフィルター等で濾過してもよい。
パターン化樹脂膜は、本発明の感光性樹脂組成物から形成される。前記組成物を用いることにより、膜厚が大きく、耐水性を有する樹脂膜を形成することができる。また、解像度の高いパターン化樹脂膜を形成することができる。
工程1では、本発明の感光性樹脂組成物を基板上に塗布・乾燥し、樹脂膜を形成する。乾燥条件は、オーブンやホットプレートを用いて、例えば、50〜120℃で1〜30分間加熱する。樹脂膜の膜厚は、通常は1〜200μm、好ましくは3〜100μm、より好ましくは5〜50μmである。膜厚が足りない場合は、2度塗りにより樹脂膜を形成してもよい。
工程2では、所望のマスクパターンを介して、例えばコンタクトアライナー、ステッパーまたはスキャナーを用いて、上記樹脂膜に対して露光を行う。露光光としては、紫外線、可視光線などが挙げられ、通常、波長200〜500nmの光(例:i線(365nm))を用いる。露光量は、感光性樹脂組成物中の各成分の種類、含有量および樹脂膜の厚さなどによって異なるが、露光光にi線を使用する場合、露光量は通常100〜10,000mJ/cm2である。
工程3では、現像液により前記露光後の樹脂膜を現像して、非露光部を溶解・除去することにより、基板上に所望のパターン化樹脂膜を形成する。
必要に応じて、加熱によりパターン化樹脂膜をさらに硬化させる。加熱条件は特に限定されないが、パターン化樹脂膜の用途に応じて、例えば100〜300℃の温度で30分〜10時間程度加熱する。硬化を充分に進行させたり、パターン形状の変形を防止したりするため、多段階で加熱することもできる。
本発明の細胞培養装置は、上述したパターン化樹脂膜を有する。前記装置は、細胞培養用基板と、この基板上に形成された、上述したパターン化樹脂膜とを有することが好ましい。
本発明の細胞培養装置が有するパターン化樹脂膜は、本発明の感光性樹脂組成物から形成された樹脂膜に、細胞、およびこの細胞から形成された細胞組織体、特にスフェロイド、を保持するための、1つまたは複数の孔が形成された構造を有する。パターン化樹脂膜は、孔を形成する隔壁である。
[1−1]重合体のMw、MnおよびMw/Mnの測定方法
重合体の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)は、下記条件下で、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定した。
・カラム:東ソー社製カラムの「TSKgel αM」および
「TSKgel α2500」を直列に接続
・溶媒:臭化リチウムおよびリン酸を添加したN−メチル−2−ピロリドン
・温度:40℃
・検出方法:屈折率法
・標準物質:ポリスチレン
・GPC装置:東ソー製、装置名「HLC−8020−GPC」
重合体(A)の化学シフトは、核磁気共鳴(NMR)法により、下記条件で測定した。
・装置:JEOL社製、商品名:ECP−400P
・溶媒:CDCl3
[実施例A1]重合体(A1)の合成
窒素雰囲気下、フラスコ中に、2gの2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、6gのポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(オキシエチレン単位数:約15)、2gのモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸、および19gのシクロペンタノンの溶液を準備した。前記溶液中に触媒として0.05gのトリエチルアミンを入れ、攪拌した後、溶液を60℃で4時間反応させた後、23℃まで冷却した。この反応溶液を再沈殿により精製し、重合体(A1)を得た。重合体(A1)のMnは6,000、Mwは9,600、Mw/Mnは1.6であった。NMR測定の結果、グリシジルエーテルの開環により生じたヒドロキシル基が結合している炭素(α−炭素)に結合している水素原子由来のピークが4.0〜4.5ppm付近に、エチレングリコールユニット由来のピークが3.4〜3.7ppm付近に表れており、重合体(A1)は下記構造単位(1)〜(3)を有していることが明らかになった。重合体(A1)の25℃、1barでの水100gに対する溶解度は、20g以上であった。
[実施例B1〜B2および比較例B1]
表1に示す成分を混合することで、実施例B1〜B2および比較例B1の感光性樹脂組成物を製造した。溶媒は、感光性樹脂組成物の23℃における粘度(JIS Z8803準拠)が500〜2000cPの範囲内になる量を用いた。
なお、表1に示す各種成分の詳細は以下の通りである。
A1:実施例A1で製造した重合体(A1)
A2:ポリエチレングリコール(商品名「Polyethylene Glycol 4000」、和光純薬工業(株)製)
B1:ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)を主成分とする混合物(商品名「カレンズMT PE1」、昭和電工(株)製)
B2:1,3,5−トリス(3−メルカプトブチリルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンを主成分とする混合物(商品名「カレンズMT NR1」、昭和電工(株)製)
C1:ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド
(商品名「LUCIRIN TPO」、BASF(株)製)
E1:水
E2:乳酸エチル
比較例B2では、感光性樹脂組成物として市販の感光性樹脂組成物(商品名「Biosurfine−AWP」、東洋合成工業(株)製)を用いた。
[4−1]パターン化樹脂膜の製造
基板としてシリコンウェハー上に、感光性樹脂組成物をスピンコート法にて塗布し、ホットプレートを用いて70℃で10分間加熱し、膜厚2μm、3μm、5μm、10μm、15μmおよび20μmの樹脂膜を形成した。次いで、アライナー(Suss Microtec社製、装置名「MA−100」)を用い、高圧水銀灯からの紫外線を、パターンマスクを介して、波長365nmにおける露光量が1,000mJ/cm2となるように樹脂膜に照射した。露光後の樹脂膜を、ホットプレートを用いて70℃で600秒間加熱し、水を用いて浸漬現像(23℃、3分間)し、直径100μmで高さがそれぞれ2μm、3μm、5μm、10μm、15μmおよび20μmであり、断面が矩形のホールパターンを有するパターン化樹脂膜を形成した。膜厚は、触針式膜厚計により測定した。良好なパターン化樹脂膜を形成できる最大の高さを表1に示す。
なお、実施例B2では、基板としてガラス基板を用いた。
前記『[4−1]パターン化樹脂膜の製造』で得られた最大の高さを有するパターン化樹脂を有する基板を、純水中に23℃で1週間浸漬した。浸漬後のパターン化樹脂膜の剥離の有無により、耐水性を評価した。
Claims (1)
- エチレン性不飽和二重結合を有する重合体であって、
式(A1)に示す構造単位(A1)と、
式(A2)に示す構造単位(A2)と、
式(A31)に示す構造単位(A31)および式(A32)に示す構造単位(A32)から選ばれる少なくとも1種の構造単位(A3)と
を有する重合体。
式(A2)中、R2はそれぞれ独立に直接結合、炭素数1〜10のアルカンジイル基または炭素数6〜20のアリーレン基であり、R3は炭素数1〜10のアルカンジイル基または炭素数6〜20のアリーレン基であり、R3が複数ある場合はそれぞれ同一でも異なってもよく、nは1以上の整数である。]
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