JP6777275B1 - 感光性樹脂組成物、樹脂膜および電子装置 - Google Patents

感光性樹脂組成物、樹脂膜および電子装置 Download PDF

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Abstract

一般式(1)で表される共重合体と、架橋剤と、感光剤とを含む、感光性樹脂組成物。【化1】

Description

本発明は、感光性樹脂組成物、樹脂膜、および電子装置に関する。より詳細には、本発明は、感光性樹脂組成物、この感光成膜組成物の硬化物からなる樹脂膜、およびこの樹脂膜を永久膜として備える電子装置に関する。
近年、各種コーティング、印刷、塗料、接着剤などの分野や、プリント配線基板などの電子材料の分野において、紫外線や電子線などの活性エネルギー線によりパターン形成可能な感光性樹脂組成物が広く使用されている。例えば、特許文献1には、環式炭化水素基を有するモノマーと、無水マレイン酸等の不飽和多塩基酸無水物と、ビニルトルエン等の共重合可能なモノマーと、水酸基を有するモノマーとの共重合体を含む感光性樹脂組成物、および当該樹脂組成物の硬化膜から形成されるカラーフィルターが開示されている。
特許5588503号公報
しかしながら、本発明者が検討した結果、上記特許文献1に記載の感光性樹脂組成物においては、その硬化物の透明性において改善の余地があることが判明した。
本発明者らは、特定の構造単位を含む共重合体をベース樹脂に用いることで、その硬化物が高い透明性と優れた耐熱変色性を有する感光性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に至った。
本発明によれば、
一般式(1)で表される共重合体と、
架橋剤と、
感光剤と
を含む、感光性樹脂組成物が提供される。
Figure 0006777275
(一般式(1)中、
lおよびmはそれぞれ、共重合体中における、AおよびBのモル含有率を示し、
l+m=1であり、
Xは、水素または炭素数1以上30以下の有機基であり、
Yは、−SR5aであり、Sは硫黄原子であり、R5aは、炭素数1以上30以下の有機基であり、
Aは、以下式(A1)で示される構造単位を含み、
Bは、式(B1)〜(B6)により示される構造単位のうち少なくとも1つを含み:
Figure 0006777275
(一般式(A1)中、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して水素または炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基であり、nは0、1または2である。)
Figure 0006777275
(式(B1)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。)
Figure 0006777275
(式(B2)中、RおよびRは、それぞれ独立して炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。)
Figure 0006777275
Figure 0006777275
Figure 0006777275
Figure 0006777275
(式(B6)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。)
ただし、前記式(1)に含まれる前記式(A1)で示される構造単位、および前記式(B1)〜(B6)により示される構造単位の少なくとも1つが、エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基を有する。)。
また本発明によれば、上記感光性樹脂組成物の硬化膜からなる樹脂膜が提供される。
また本発明によれば、上記樹脂膜を備える電子装置が提供される。
本発明によれば、その硬化物が優れた透明性を有する感光性樹脂組成物、当該感光性樹脂組成物の硬化物からなる樹脂膜、および当該樹脂膜を永久膜として備える電子装置が提供される。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本明細書における「電子装置」の語は、半導体チップ、半導体素子、プリント配線基板、電気回路ディスプレイ装置、情報通信端末、発光ダイオード、物理電池、化学電池など、電子工学の技術が適用された素子、デバイス、最終製品等を包含する意味で用いられる。
(感光性樹脂組成物)
まず、本実施形態の感光性樹脂組成物について説明する。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、一般式(1)で表される共重合体と、架橋剤と、感光剤とを含む。
Figure 0006777275
上記一般式(1)中、
lおよびmはそれぞれ、共重合体中における、AおよびBのモル含有率を示し、
l+m=1であり、
Xは、水素または炭素数1以上30以下の有機基であり、
Yは、−SR5aであり、R5aは、炭素数1以上30以下の有機基であり、
Aは、以下式(A1)で示される構造単位を含み、
Bは、式(B1)〜(B6)により示される構造単位のうち少なくとも1つを含む。
Figure 0006777275
式(A1)中、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して水素または炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基であり、nは0、1または2である。
Figure 0006777275
式(B1)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
Figure 0006777275
式(B2)中、RおよびRは、それぞれ独立して炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
Figure 0006777275
Figure 0006777275
Figure 0006777275
Figure 0006777275
式(B6)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
ただし、一般式(1)に含まれる式(A1)で示される構造単位、および前記式(B1)〜(B6)により示される構造単位の少なくとも1つが、エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基を有する。換言すると、本実施形態の共重合体は、エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基を有する構造単位を必須成分として含む。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上述した共重合体を含むことにより、支持体に対する密着性、解像性、耐熱性等の感光性樹脂組成物に要求される諸特性を有するとともに、その硬化物が優れた透明性を有し、かつ、高温環境下での使用により着色や白濁が発生せず透明性が維持される。
従来、フォトリソグラフィー法に適用される感光性樹脂組成物として、環状オレフィンモノマーと、無水マレイン酸を含む複数種のモノマーを重合した共重合体を含む組成物が知られていた。しかしながら、このような従来の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性、加工性、耐熱性等の感光性材料としての機能を備えるものの、当該組成物を硬化して得られる樹脂膜に着色が生じる場合があった。本発明者は、硬化物の着色の原因が、共重合体中の無水マレイン酸由来の構造単位に起因することを見出した。本実施形態で用いられる共重合体は、エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基を有する、ノルボルネンモノマーまたは無水マレイン酸由来の構造単位を含むとともに、その末端に−SR5a基(Sは硫黄原子を表す)を有する。このような構造を備える共重合体を用いることにより、アルカリ可溶性、加工性、耐熱性等の感光性材料としての機能を備えるとともに、硬化物が高い透明性を有し、加熱処理または高温環境下での使用に起因する透明性の低下が低減された、優れた耐熱変色性を備える感光性樹脂組成物を得ることができる。
以下、本実施形態の感光性樹脂組成物を構成する各成分について説明する。
<共重合体>
本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる共重合体は、一般式(1)で表される構造を有する。
Figure 0006777275
上記一般式(1)中、
lおよびmはそれぞれ、共重合体中における、AおよびBのモル含有率を示し、
l+m=1であり、
Xは、水素または炭素数1以上30以下の有機基であり、
Yは、−SR5aであり、Sは硫黄原子を表し、R5aは、炭素数1以上30以下の有機基であり、
Aは、以下式(A1)で示される構造単位を含み、
Bは、式(B1)〜(B6)により示される構造単位のうち少なくとも1つを含む。
上記共重合体中の構造単位AおよびBの配列は限定されず、ランダム共重合体、交差共重合体、ブロック共重合体、周期共重合体の形態をとり得る。
上記共重合体における構造単位Aと構造単位Bの組成比について説明する。共重合体中における、上記Aの構造単位のモル含有率(mol%)をl、上記Bの構造単位のモル含有率(mol%)をm、l+m=1とした場合、例えば、lの数値範囲は0.1≦l≦0.9であることが好ましい。また、mの数値範囲は0.1≦m≦0.9であることが好ましい。
構造単位Aは、式(A1)で示されるノルボルネンモノマー由来の構造単位を含む。
Figure 0006777275
式(A1)中、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して水素または炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基であり、nは0、1または2である。
上記一般式(A1)中のR〜Rを構成する炭素数1以上30以下の有機基またはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基は、それぞれ独立して、その構造中にO(酸素原子)、N(窒素原子)、S(硫黄原子)、P(リン原子)およびSi(ケイ素原子)から選択される1以上の原子を含んでいてもよい。
さらに本実施形態において、R、R、RおよびRを構成する有機基は、いずれも酸性官能基を有しないものとすることができる。これにより、共重合体中における酸価の制御を容易にすることができる。
本実施形態において、上記式(A1)中のR〜Rは、それぞれ独立して、水素または炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基であり、水素または炭素数1以上15以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上15以下の有機基であることが好ましく、水素または炭素数1以上10以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上10以下の有機基であることがより好ましい。
本実施形態において、炭素数1以上30以下の有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、アルコキシ基およびヘテロ環基が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、およびデシル基が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、アリル基、ペンテニル基、およびビニル基が挙げられる。アルキニル基としては、エチニル基が挙げられる。アルキリデン基としては、例えば、メチリデン基、およびエチリデン基が挙げられる。アリール基としては、例えば、トリル基、キシリル基、フェニル基、ナフチル基、およびアントラセニル基が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、およびフェネチル基が挙げられる。アルカリル基としては、例えば、トリル基、キシリル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、およびシクロオクチル基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、イソブトキシ基およびt−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基が挙げられる。ヘテロ環基としては、例えば、エポキシ基、およびオキセタニル基が挙げられる。
エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基の具体例としては、アリル基、アクリル基、メタクリル基、マレイミド基、スチリル基、インデニル基のような芳香族ビニル基等が挙げられる。
本実施形態において、上記式(A1)中のnは、0、1または2であり、0または1であってもよく、0であってもよい。
構造単位Bは、式(B1)〜(B6)により示される構造単位のうち少なくとも1つを含む。
Figure 0006777275
式(B1)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
Figure 0006777275
式(B2)中、RおよびRは、それぞれ独立して炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
Figure 0006777275
Figure 0006777275
Figure 0006777275
Figure 0006777275
式(B6)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
上記一般式(B1)、一般式(B2)および一般式(B6)中のR〜Rを構成する炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基は、その構造中にO、N、S、PおよびSiから選択される1以上の原子を含んでいてもよい。
さらに本実施形態において、R〜Rを構成する有機基は、いずれもカルボキシル基などの酸性官能基を有しないものとすることができる。これにより、共重合体中における酸価の制御を容易にすることができる。
本実施形態において、上記一般式(B1)、一般式(B2)および一般式(B6)中のR〜Rは、それぞれ独立して、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基であり、炭素数1以上15以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上15以下の有機基であることが好ましく、炭素数1以上10以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上10以下の有機基であることがより好ましく、炭素数1以上6以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上6以下の有機基であることが一層好ましい。
本実施形態において、上記式(B1)、式(B2)および式(B6)中のR〜Rを構成する有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、アルコキシ基およびヘテロ環基が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、およびデシル基が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、アリル基、ペンテニル基、およびビニル基が挙げられる。アルキニル基としては、エチニル基が挙げられる。アルキリデン基としては、例えば、メチリデン基、およびエチリデン基が挙げられる。アリール基としては、例えば、トリル基、キシリル基、フェニル基、ナフチル基、およびアントラセニル基が挙げられる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、およびフェネチル基が挙げられる。アルカリル基としては、例えば、トリル基、キシリル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、およびシクロオクチル基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、およびn−ヘキシルオキシ基が挙げられる。ヘテロ環基としては、例えば、エポキシ基、およびオキセタニル基が挙げられる。
本実施形態において、上記式(B1)、式(B2)および式(B6)中のR〜Rを構成するエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基の具体例としては、アリル基、アクリル基、メタクリル基、マレイミド基、スチリル基、インデニル基のような芳香族ビニル基等が挙げられる。
本実施形態において、式(1)に含まれる前記式(A1)で示される構造単位、および前記式(B1)〜(B6)により示される構造単位の少なくとも1つが、エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基を有する。
上記式(1)によって示される共重合体において、Xは、水素または炭素数1以上30以下の有機基である。炭素数1以上30以下の有機基は、上述のR〜RまたはR〜Rを構成する炭素数1以上30以下の有機基と同様である。
上記一般式(1)によって示される共重合体において、Yは−SR5aで表される基あり、Sは硫黄原子を表し、R5aは、炭素数1以上30以下の有機基である。炭素数1以上30以下の有機基としては、O、N、S、PおよびSiから選択される1以上の原子を含んでいてもよい。Rを構成する炭素数1以上30以下の有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、アルコキシ基およびヘテロ環基が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、およびデシル基が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、アリル基、ペンテニル基、およびビニル基が挙げられる。アルキニル基としては、エチニル基が挙げられる。アルキリデン基としては、例えば、メチリデン基、およびエチリデン基が挙げられる。アリール基としては、例えば、トリル基、キシリル基、フェニル基、ナフチル基、およびアントラセニル基が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、およびフェネチル基が挙げられる。アルカリル基としては、例えば、トリル基、キシリル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、およびシクロオクチル基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、およびn−ヘキシルオキシ基が挙げられる。ヘテロ環基としては、例えば、エポキシ基、およびオキセタニル基が挙げられる。
Yは、ラジカル重合開始剤に由来する構造単位、水素、または、連鎖移動剤に由来する構造単位を含んでもよく、ラジカル重合開始剤に由来する構造単位、水素、または、連鎖移動剤に由来する構造単位であってもよい。
これは、上記一般式(1)によって示される共重合体を合成する際、重合開始剤としてラジカル重合開始剤を用いる場合、重合反応であるラジカル連鎖反応の停止反応によってYを形成することができるためである。
連鎖移動剤に由来するYの構造は、−SR5aである。ここで、Sは硫黄原子を表し、R5aは、炭素数1〜15の直鎖または分枝鎖の炭化水素基、または炭素数1〜15の有機基である。−SR5aは、式(Y1−a)または式(Y2−a)で表される化合物;1−ブタンチオール,1−オクタンチオール,1−デカンチオール等のアルカンチオール類;メルカプト酢酸,3−メルカプトプロピオン酸等のチオカルボン酸類;メルカプト酢酸エチル,メルカプト酢酸2−エチルヘキシル,3−メルカプトプロピオン酸2−エチルヘキシル等のチオカルボン酸エステル類;トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)等の多価チオール類等を用いて式(1)の共重合体に導入できる。
Figure 0006777275
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例えば、上記式(Y1−a)で表される化合物を連鎖移動剤として用いて共重合体を作製した場合、式(1)中のYが式(Y1)で表される構造である共重合体が得られる。また、上記式(Y2−a)で表される化合物を連鎖移動剤として用いて共重合体を作製した場合、式(1)中のYが式(Y2)で表される構造である共重合体が得られる。
Figure 0006777275
本実施形態において共重合体のMw(重量平均分子量)の下限値は、適切な架橋構造を形成する観点から、例えば、1500以上でもよく、2000以上でもよく、2500以上であることが好ましく、3000以上であることが更に好ましい。また下限値と同様の観点から、共重合体のMwの上限値は、例えば、30000以下でもよく、25000以下であることが好ましく、20000以下であることが更に好ましい。
また、本実施形態に係る共重合体の多分散度の上限値は、共重合体の分子鎖毎の物性を均一にし、共重合体を含む感光性樹脂組成物からなる樹脂膜の形状を良好なものにする観点から、例えば、2.5以下であって、2.2以下とするのが好ましく、2.0以下とするのが更に好ましく、1.5以下とするのが一層好ましい。また、上限値と同様の観点から、共重合体の多分散度の下限値は、例えば、1.0以上とすることが好ましい。
なお、多分散度はMw(重量平均分子量)/Mn(数平均分子量)によって表され、分子量分布の幅を示す分散度を意味する。
なお、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、例えば、GPC測定により得られる標準ポリスチレン(PS)の検量線から求めた、ポリスチレン換算値を用いる。測定条件は、例えば、以下の通りである。
装置:東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC−8320GPC
カラム:東ソー社製TSK−GEL Supermultipore HZ−M
検出器:液体クロマトグラム用RI検出器
測定温度:40℃
溶媒:THF
試料濃度:2.0mg/ミリリットル
本実施形態に係る共重合体は、例えば、GPC(Gel Permeation Chromatography)により得られる分子量分布曲線において、分子量1000以下におけるピーク面積が、全体の1%以下としてもよい。
このように、GPCにより得られる分子量分布曲線の分子量1000以下におけるピーク面積の比率を上記範囲とすることにより、共重合体を含む樹脂組成物からなる膜のパターン形状を良好なものとすることができる。そのため、当該膜を永久膜として備える液晶表示装置、固体撮像素子については、その動作信頼性を向上させることが可能となる。
なお、共重合体における低分子量成分の量の下限は、限定されない。しかし、本実施形態に係る共重合体は、GPCにより得られる分子量分布曲線において分子量1000以下におけるピーク面積が全体の0.01%以上である場合を許容するものである。
なお、共重合体中における低分子量成分量は、例えばGPC測定により得られた分子量に関するデータに基づき、分子量分布全体の面積に占める、分子量1000以下に該当する成分の面積総和の割合から算出される。
本実施形態における共重合体のアルカリ溶解速度は、例えば、300Å/秒以上20,000Å/秒以下、より好ましくは500Å/秒以上25,000Å/秒以下である。また、本実施形態における共重合体のアルカリ溶解速度は、例えば、20,000Å/秒以下である。共重合体のアルカリ溶解速度は、例えば、共重合体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に溶解させ、固形分20重量%に調整した共重合体溶液を、シリコンウェハ上にスピン方式で塗布し、これを110℃で100秒間ソフトベークして得られる共重合体膜を、23℃で2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に含浸させ、視覚的に前記共重合体膜が消去するまでの時間を測定することにより算出される。
共重合体のアルカリ溶解速度を上記下限以上とすることにより、アルカリ現像液による現像工程におけるスループットを良好なものとすることができる。また、共重合体のアルカリ溶解速度を上記上限以下とすることにより、アルカリ現像液による現像工程後における残膜率を向上させることができる。このため、リソグラフィ工程による膜減りを抑えることが可能となる。
(共重合体の製造方法)
本実施形態に係る共重合体は、例えば、重合工程によって、モノマーを重合して共重合体を作製し、次いで、低分子量成分除去工程によって、低分子量成分を除去し、共重合体を主成分とする共重合体を得る方法により調製される。以下に詳述する。
(重合工程)
ノルボルネン型モノマー(A)と、無水マレイン酸(B)、マレイミド(C)、およびマレイミド誘導体(D)からなる群より選択される1種以上と、を用意する。また、ノルボルネン型モノマーは1種を用意してもよいし、2種以上を用意してもよい。
上記一般式(1)で示される共重合体において、構造単位Aは、ノルボルネン型モノマー(A)由来であり、構造単位Bは、無水マレイン酸(B)、マレイミド(C)またはマレイミド誘導体(D)に由来する。
Figure 0006777275
式(A)で示されるノルボルネン型モノマーとしては、具体的には、ビシクロ[2.2.1]−ヘプト−2−エン(慣用名:2−ノルボルネン)が挙げられ、さらに具体的には、アルキル基を有するものとして、5−メチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−ブチル−2−ノルボルネン、5−ヘキシル−2−ノルボルネン、5−デシル−2−ノルボルネンなど、アルケニル基を有するものとしては、5−アリル−2−ノルボルネン、5−(2−プロペニル)−2−ノルボルネン、5−(1−メチル−4−ペンテニル)−2−ノルボルネンなど、アルキニル基を有するものとしては、5−エチニル−2−ノルボルネンなど、アラルキル基を有するものとしては、5−ベンジル−2−ノルボルネン、5−フェネチル−2−ノルボルネンなどが挙げられる。
その他、ノルボルネン型モノマーとしては、式(A)のR、R、R、Rの基の構造中に、上述のエチレン性二重結合を有する炭素数1〜30以下の有機基を有するものを採用することができる。
次いで、式(A)で示されるモノマーと、式(B)で示されるモノマー、式(C)で示されるモノマー、または式(D)で示されるモノマーとを、上述の連鎖移動剤の存在下で付加重合する。ここでは、ラジカル重合により、これらのモノマーの共重合体(共重合体1)を形成する。
重合方法としては、例えば、ラジカル重合開始剤および必要に応じて分子量調整剤を用いて重合する方法が好適である。この場合、懸濁重合、溶液重合、分散重合、乳化重合等の方法を取ることができる。中でも、溶液重合が好ましい。溶液重合の際には、各単量体を全量一括仕込みで行ってもよいし、一部を反応容器に仕込み、残りを滴下して行ってもよい。
例えば、式(A)で示されるモノマーと、式(B)で示されるモノマーと、式(C)で示されるモノマーと、式(D)で示されるモノマーとを、重合開始剤とを溶媒に溶解し、その後、所定時間加熱することで、式(A)で示されるノルボルネン型モノマーと、無水マレイン酸と、マレイミドを溶液重合する。加熱温度は、例えば、50〜80℃であり、加熱時間は10〜20時間である。
重合に使用される溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等が挙げられ、これらのうちいずれか1種以上を使用することができる。
ラジカル重合開始剤としては、アゾ化合物および有機過酸化物等が挙げられ、これらのうちのいずれか1種以上を使用できる。
アゾ化合物としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、1,1'−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)(ABCN)が挙げられ、これらのうち、いずれか1種以上を使用できる。
また、有機過酸化物としては、例えば、過酸化水素、ジターシャリブチルパーオキサイド(DTBP)、過酸化ベンゾイル(ベンゾイルパーオキサイド,BPO)および、メチルエチルケトンパーオキサイド(MEKP)を挙げることができ、これらのうち、いずれか1種以上を使用できる。
ラジカル重合開始剤の量(モル数)は、用いられるモノマーの合計量に対して1モル%〜10モル%とすることが好ましい。重合開始剤の量を前記範囲内で適宜設定し、かつ、反応温度、反応時間を適宜設定することで、得られる共重合体の重量平均分子量(Mw)を5000〜30000に調整することができる。
この重合工程により、以下の式(A1)で示される構造単位、以下の式(B3)で示される構造単位、以下の式(B5)で示される構造単位、および以下の式(B6)で表される構造単位を有する共重合体1を重合することができる。
ただし、共重合体1において、式(A1)の構造のRは、各繰り返し単位において共通であることが好ましいが、それぞれの繰り返し単位ごとに異なっていてもよい。R〜R、Rにおいても同様である。
Figure 0006777275
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式(1)において、n、R〜RおよびRは、上記で定義したものと同様である。
共重合体1は、上記構造単位(A1)、(B3)、(B5)および(B6)がランダムに配置されたものであってもよく、また、交互に配置されたものであってもよい。また、構造単位(A1)、(B3)、(B5)および(B6)が、ブロック共重合したものであってもよい。
共重合体1は感光性樹脂組成物の均一な溶解性を得るという観点から、交互共重合体が好ましい。
(低分子量成分除去工程)
次に、共重合体1と、残留モノマーおよびオリゴマー等の低分子量成分とが含まれた有機層に対して、大量の貧溶媒、例えば、ヘキサンやメタノールに加えて、共重合体1を含む反応混合物を凝固沈殿させる。ここで、低分子量成分としては、残留モノマー、オリゴマー、さらには、重合開始剤等が含まれる。次いで、ろ過を行い、得られた凝固物を、乾燥させる。これにより、低分子量成分が除去された共重合体1を主成分(主生成物)とする生成物を得ることができる。
共重合体における低分子量成分の量を低減することにより、当該共重合体により形成される膜について、硬化時におけるパターンの変形を抑制でき、当該共重合体を含む感光性樹脂組成物からなる膜のパターン形状を良好なものとすることができる。当該膜を永久膜として備える液晶表示装置や固体撮像素子については、その動作信頼性を向上させることが可能となる。
(開環工程)
次に、得られた共重合体1の無水マレイン酸に由来する構造単位(B3)のうち、一部の構造単位を閉環した状態としながら、残りの繰り返し単位を開環することができる。これにより、共重合体1中におけるカルボキシル基の量を調整するともにラジカル重合性基を導入することができる。
本実施形態においては、共重合体1の無水マレイン酸由来の構造単位(B3)のうち、例えば、10%以上の繰り返し単位を開環させることが好ましい。中でも、共重合体1の無水マレイン酸由来の環状構造の繰り返し単位の全個数のうち、15%以上の繰り返し単位を開環することが好ましい。また、本実施形態においては、共重合体1の無水マレイン酸由来の繰り返し単位のうち、例えば、60%以下の繰り返し単位を開環させることが好ましく、50%以下の繰り返し単位を開環させることがより好ましい。上記範囲とすることにより、共重合体1に十分なアルカリ現像液を付与するとともに、光ラジカル発生剤による架橋反応をより効率的に進行させることが容易となる。
この開環工程は、無水マレイン酸由来の構造単位に対して、R−OHで表されるアルコール(ただし、Rは上記と同義である)または水を作用させ、上記式(2)で示される構造単位の無水マレイン酸部位を開環させ、前駆体ポリマー中にカルボキシル基またはその塩を生成させる。
本工程において、アルコールを作用させた場合は、共重合体中には、例えば、以下の式(B1)で示される構造単位が生成することとなる。
Figure 0006777275
式(B1)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
また、式(B2)で示す構造体が形成されることもある。
Figure 0006777275
式(B2)中、RおよびRは、それぞれ独立して炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。
共重合体1に対して水を作用させた場合、前駆体ポリマー中には、以下の式(B4)で示される構造単位が生成することとなる。
Figure 0006777275
本工程は、例えば、共重合体1を含む溶液に対し、アルコールまたは水を所定量加え、加熱することで行うことができる。
アルコールとしては、1価のアルコールが好ましい。アルコールは、ROHとすることができ、有機基であるRは、前述したものを使用できる。
アルコールとしては、例えば、アリルアルコール、メタリルアルコール、3−ブテン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、6−ヘプテン−1−オール、7−オクテン−1−オール、8−ノネン−1−オール、9−デセン−1−オール、10−ウンデセン−1−オール、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート、および1,4−シクロヘキサンジメタノールモノメタクリレートが挙げられ、これらのうちいずれか1以上使用することができる。
前駆体ポリマーを溶解する溶媒は、反応を阻害しないものの中から適宜選択することができ、加熱の条件としては、例えば、50〜100℃の範囲で設定することができる。反応時間は、ポリマーの化学構造の変化の度合などを観察しながら適宜設定できる。
なお、本工程に用いられる溶媒として、例えば、汎用性の高い溶媒として、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等が挙げられ、これらのうち、いずれか1種以上を使用することができる。
この加熱においては、反応を促進する観点から適宜触媒を加えることができ、例えば、塩基触媒や酸触媒を加えることができる。
塩基触媒としては、ピリジンや、トリエチルアミンなどのアルキルアミン、ジメチルアニリン、ウロトロピン、ジメチルアミノピリジンなどのアミン化合物、酢酸ナトリウム等の金属塩を用いることができる。
また、酸触媒としては、硫酸や塩酸などの鉱酸、パラトルエンスルホン酸などの有機酸、三フッ化ホウ素エーテラートなどのルイス酸などを用いることができる。
本実施形態により得られる共重合体は、この構造単位に含まれる化学的性能の特異性から、好ましくは、感光性樹脂膜を形成するために用いることができる。
なお、本明細書中において「感光性樹脂膜」とは、電子装置等の作製過程において、露光工程に供される樹脂膜を指す。例えば、「感光性樹脂膜」は、光が照射された部位が硬化し、一方、照射されない部位は現像工程で現像液(例えばアルカリ溶液)に溶解して除去される、ネガ型の感光性樹脂膜を指す。
<架橋剤>
本実施形態において、架橋剤は、共重合体の活性水素と反応する官能基を含む化合物であれば限定されるものでない。
上記共重合体の活性水素と反応する官能基としては、例えば、グリシジル基、オキセタニル基、およびブロックイソシアネート基からなる群より選択される1種以上を含むことが好ましく、グリシジル基またはオキセタニル基を含むことがより好ましく、グリシジル基を含むことが一層好ましい。これにより、適切な架橋構造を形成することができる。
また、感光性樹脂組成物は、ブロックイソシアネート基を有する化合物、エポキシ化合物およびオキセタン化合物から選択される1種または2種以上を併用することもできる。
架橋剤として用いられるグリシジル基を有する化合物としては、例えば、アリルグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ビスフェノールA(または、F)のグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジルエステル、o−フタル酸ジグリシジルエステル等のグリシジルエステル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシシクロヘキサン)カルボキシレート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキサン)カルボキシレート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、ジシクロペンタンジエンオキサイド、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルや、ダイセル社製のセロキサイド2021、セロキサイド2081、セロキサイド2083、セロキサイド2085、セロキサイド8000、エポリードGT401などの脂環式エポキシ、2,2'−(((((1−(4−(2−(4−(オキシラン−2−イルメトキシ)フェニル)プロパン−2−イル)フェニル)エタン−1,1−ジイル)ビス(4,1−フェニレン))ビス(オキシ))ビス(メチレン))ビス(オキシラン)(例えば、Techmore VG3101L(プリンテック社製))、エポライト100MF(共栄社化学工業社製)、エピオールTMP(日油社製)、1,4−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル(新日本理化社製、昭和電工社製等)などの脂肪族グリシジルエーテル、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ビス(グリシジルオキシ)−1,1'−ビフェニルなどの芳香族グリシジルエーテル、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチル−1,5−ビス(3−(オキシラン−2−イルメトキシ)プロピル)トリシロキサン(例えば、DMS−E09(ゲレスト社製))等のエポキシ樹脂を用いることができる。
また、例えば、LX−01(ダイソー社製)、jER1001、同1002、同1003、同1004、同1007、同1009、同1010、同828、jER825(商品名;三菱化学社製)などのビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER807(商品名;三菱化学社製)などのビスフェノールF型エポキシ樹脂、jER152、同154(商品名;三菱化学社製)、EPPN201、同202(商品名;日本化薬社製)などのフェノールノボラック型エポキシ樹脂、EOCN102、同103S、同104S、1020、1025、1027(商品名;日本化薬社製)、jER157S70(商品名;三菱化学社製)などのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、アラルダイトCY179、同184(商品名;ハンツマンアドバンスドマテリアル社製)、ERL−4206、4221、4234、4299(商品名;ダウケミカル社製)、エピクロン200、同400(商品名;DIC社製)、jER871、同872(商品名;三菱化学社製)などの環状脂肪族エポキシ樹脂、Poly[(2−oxiranyl)−1,2−cyclohexanediol]2−ethyl−2−(hydroxymethyl)−1,3−propanediol ether (3:1)等の多官能脂環式エポキシ樹脂、EHPE−3150(ダイセル社製)を使用することもできる。
感光性樹脂組成物は、上記において例示したエポキシ化合物を1種または2種以上含むことが可能である。
架橋剤として用いられるオキセタニル基を有する化合物としては、例えば、1,4−ビス{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、ビス[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテル、4,4'−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニル、4,4'−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ビフェニル、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)ジフェノエート、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリ[[3−[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]プロピル]シラセスキオキサン]誘導体、オキセタニルシリケート、フェノールノボラック型オキセタン、1,3−ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]ベンゼン等のオキセタン化合物が挙げられる。
感光性樹脂組成物は、上記において例示したオキセタン化合物を1種または2種以上含むことが可能である。
架橋剤として用いられるブロックイソシアネート基を有する化合物としては、限定されないが、例えば、多官能イソシアネートのイソシアネート基を、ブロック剤により保護した化合物が挙げられる。
上記多官能イソシアネートは、一分子中に複数個のイソシアネート基を有する有機化合物である。上記多官能イソシアネートとしては、例えば、1,4−テトラメチレンジイソシアネ−ト、1,5−ペンタメチレンジイソシアネ−ト、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−ト、2,2,4−トリメチル−1,6−へキサメチレンジイソシアネ−ト、リジンジイソシアネ−ト、3−イソシアネ−トメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネ−ト(イソホロンジイソシアネ−ト)、1,3−ビス(イソシアネ−トメチル)−シクロヘキサン、4,4'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネ−ト、トリレンジイソシアネ−ト、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネ−ト、1,5−ナフタレンジイソシアネ−ト、トリジンジイソシアネ−ト、キシリレンジイソシアネ−ト等のジイソシアネート化合物;イソシアヌレ−ト変性多官能イソシアネ−ト、ビュレット変性多官能イソシアネ−ト、ウレタン変性多官能イソシアネ−ト等の上記ジイソシアネート化合物の誘導体等から選択される1種または2種以上が挙げられる。
上記ブロック剤としては、例えば、アルコ−ル系化合物、フェノ−ル系化合物、活性メチレン系化合物、メルカプタン系化合物、酸アミド系化合物、酸イミド系化合物、イミダゾ−ル系化合物、尿素系化合物、オキシム系化合物、アミン系化合物、イミン系化合物、重亜硫酸塩、ピリジン系化合物等から選択される一種または二種以上が挙げられる。
ブロック剤の具体例としては、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、ブタノ−ル、2−エチルヘキサノ−ル、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルカルピト−ル、ベンジルアルコ−ル、シクロヘキサノ−ル等のアルコ−ル系化合物;フェノ−ル、クレゾ−ル、エチルフェノ−ル、ブチルフェノ−ル、ノニルフェノ−ル、ジノニルフェノ−ル、スチレン化フェノ−ル、ヒドロキシ安息香酸エステル等のフェノ−ル系化合物;マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等の活性メチレン系化合物;ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等のメルカプタン系化合物;アセトアニリド、酢酸アミド、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等の酸アミド系化合物;コハク酸イミド、マレイン酸イミド等の酸イミド系化合物;イミダゾ−ル、2−メチルイミダゾ−ル等のイミダゾ−ル系化合物;尿素、チオ尿素、エチレン尿素等の尿素系化合物;ホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等のオキシム系化合物;ジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール等のアミン系化合物;エチレンイミン、ポリエチレンイミン等のイミン系化合物;重亜硫酸ソ−ダ等の重亜硫酸塩;2−ヒドロキシピリジン、2−ヒドロキシキノリン等のピリジン系化合物が挙げられる。
架橋剤として用いられるブロックイソシアネート基を有する化合物としては、具体的には、大日本インキ化学工業社製のバーノックD−500(トリレンジイソシアネ−トブロック化体)、バーノックD−550(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−トブロック化体)、バーノックD−980K(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−トブロック化体);三井武田ケミカル社製のタケネートB−830(トリレンジイソシアネ−トブロック化体)、タケネートB−815N(4,4'−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)ブロック化体)、タケネートB−842N(1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンブロック化体)、タケネートB−846N(1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンブロック化体)、タケネートB−874N(イソホロンンジイソシアネ−トブロック化体)、タケネートB−882N(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−トブロック化体)、タケネートB−890(キシリレンジイソシアネ−トブロック化体);タケネートB−820NP(1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンブロック化体),タケネートB−885N(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−トブロック化体);旭化成社製のデュラネートMF−B60X(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートブロック化体)、デュラネートMF−K60X(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートブロック化体)等が挙げられる。本実施形態に係る感光性樹脂組成物は、これらのうち、1種または2種以上含むことができる。
(感光剤)
感光性樹脂組成物がポジ型である場合には、感光剤として、光活性化合物を使用でき、例えば、ジアゾキノン化合物を使用することができる。
例えば、以下のいずれか1種以上の化合物を使用することができる。
Figure 0006777275
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(n2は、1以上、5以下の整数である。)
Figure 0006777275
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以上の各化合物において、Qは、以下に示す構造のいずれか、あるいは、水素原子である。ただし、各化合物のQのうち、少なくとも1つは以下のいずれかである。
中でも、感光性樹脂組成物の透明性、誘電率の観点から、Qが(a)あるいは(b)であるo−ナフトキノンジアジドスルホン酸誘導体が好ましい。
Figure 0006777275
なお、ポジ型の感光性樹脂組成物には、上述した光活性化合物に加えて、光あるいは熱で酸を発生する酸発生剤が含まれていてもよい。このような酸発生剤を含むことで、感光性樹脂組成物を露光現像した後、光を照射あるいは加熱することで、架橋剤の架橋反応を促進させることができる。
この場合には、酸発生剤は、架橋剤100質量部に対して、3質量部以下であることが好ましい。
光により酸を発生する光酸発生剤としては、後述するものを使用できる。
熱により酸を発生する熱酸発生剤としては、SI−45L、SI−60L、SI−80L、SI−100L、SI−110L、SI−150L(三新化学工業社製)等の芳香族スルホニウム塩が使用できる。
熱酸発生剤の含有量は、例えば、感光性樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき、0.1質量%以上5質量%以下であることが好ましい。
なお、本実施形態において、感光性樹脂組成物の全固形分とは、溶媒を除く成分のことを示す。
また、感光性樹脂組成物がネガ型の場合には、感光剤として、光酸発生剤を用いることができる。光酸発生剤としては、光のエネルギーを吸収してブレンステッド酸あるいはルイス酸を生成するものであればよく、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム−トリフルオロメタンスルホネートなどのスルホニウム塩類;p−ニトロフェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスフェートなどのジアゾニウム塩類;アンモニウム塩類;ホスホニウム塩類;ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、(トリクミル)ヨードニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのヨードニウム塩類;キノンジアジド類、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタンなどのジアゾメタン類;1−フェニル−1−(4−メチルフェニル)スルホニルオキシ−1−ベンゾイルメタン、N−ヒドロキシナフタルイミド−トリフルオロメタンスルホネートなどのスルホン酸エステル類;ジフェニルジスルホンなどのジスルホン類;トリス(2,4,6−トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3,4−メチレンジオキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンなどのトリアジン類などの化合物を挙げることができる。これらの光酸発生剤は、単独、または複数を組み合わせて使用することができる。
また、感光性樹脂組成物がネガ型の場合には、第二架橋剤として、酸の作用により共重合体を架橋させるものを含んでいてもよい。この第二架橋剤は、上記光酸発生剤より発生した酸を触媒として上記共重合体を架橋するものであって、前記架橋剤に用いる化合物とは異なるものである。
例えば、メラミン系架橋剤、尿素系架橋剤などが挙げられる。
メラミン系架橋剤としては、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサブトキシブチルメラミン等が挙げられ、中でも、ヘキサメトキシメチルメラミンが好ましい。
尿素系架橋剤としては、例えば、メチル化尿素樹脂、ビスメトキシメチル尿素、ビスエトキシメチル尿素、ビスプロポキシメチル尿素、ビスブトキシメチル尿素等が挙げられ、中でも、メチル化尿素樹脂が好ましい。
メチル化尿素樹脂の市販品として、例えば、MX−270、MX−280、MX−290(三和ケミカル社製)などが挙げられる。
ネガ型の感光性樹脂組成物中の第二架橋剤の割合は、樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき、好ましくは5質量%以上40質量%以下であり、解像性の観点から、より好ましくは5質量%以上30質量%以下であり、更に好ましくは10〜25質量%である。
以上の感光性樹脂組成物において、感光性樹脂組成物がポジ型である場合には、各成分の割合は、例えば、以下のようである。
感光性樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき、前述した共重合体を、例えば、30質量%以上70質量%以下含有することが好ましく、中でも、40質量%以上60質量%以下含有することが好ましい。
また、感光性樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき架橋剤を、例えば、15質量%以上50質量%以下含有することが好ましく、中でも、20質量%以上50質量%以下含有することが好ましい。
さらには、感光性樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき、感光剤である光活性化合物を、例えば、5質量%以上40質量%以下含有することが好ましく、10質量%以上30質量%以下含有することがさらに好ましい。
また、感光性樹脂組成物がネガ型である場合には、各成分の割合は例えば、以下のようである。
感光性樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき、前述した共重合体を、例えば、30質量%以上70質量%含有することが好ましく、中でも、40質量%以上60質量%以下含有することが好ましい。
また、感光性樹脂組成物の全固形分100質量%としたとき架橋剤(第二の架橋剤をのぞく。)を、例えば、15質量%以上50質量%以下含有することが好ましく、中でも、20質量%以上50質量%以下含有することが好ましい。
さらには、感光性樹脂組成物の全固形分を100質量%としたとき、光酸発生剤の量は、例えば、0.1質量%以上40質量%以下であり、高解像度のパターン膜を形成することができる点から、より好ましくは1質量%以上30質量%以下である。
感光性樹脂組成物には、さらに、溶媒、酸化防止剤、界面活性剤、密着助剤、溶解促進剤、フィラー、増感剤、ポリフェノール類等の添加剤を添加してもよい。
以下に、代表成分について、詳細を説明する。
(溶媒)
本実施形態に記載の感光性樹脂組成物は、上述の各成分を溶媒に溶解することで、ワニス状として使用することができる。
このような溶媒の例としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、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ジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジ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、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、およびメチル−3−メトキシプロピオネート等が挙げられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、各用途の目的や要求特性に応じて、フィラー、先述のポリマー以外のバインダー樹脂、架橋剤、酸発生剤、耐熱向上剤、現像助剤、可塑剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、艶消し剤、消泡剤、レベリング剤、帯電防止剤、分散剤、スリップ剤、表面改質剤、揺変化剤、揺変助剤、界面活性剤、シラン系やアルミニウム系、チタン系などのカップリング剤、多価フェノール化合物等の上記の必須成分以外の成分が配合されてもよい。
(感光性樹脂組成物の調製)
本実施形態における感光性樹脂組成物を調製する方法は限定されず、従来公知の方法を用いて調製することができる。
例えば、上記各成分を、溶媒に混合して溶解することにより調製することができる。これにより、ワニスとした感光性樹脂組成物を得ることができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、硬化物とすることにより樹脂膜を得ることができる。
このような樹脂膜は、例えば、レジストとしての用途として用いることができ、また、例えば、電子装置用の保護膜、層間膜、またはダム材等の永久膜を構成することもできる。
本実施形態の感光性樹脂組成物はその樹脂膜の、下記条件で測定した透過率が95%以上であることが好ましく、より好ましくは98%以上である。
(条件)
感光性樹脂組成物をガラス基板上に塗布し、100℃、120秒間の条件で乾燥し、300mJ/cmの露光量で露光して得られる厚み3μmの樹脂膜Aについて、波長400nmの光の光線透過率を分光光度計で評価し、耐熱試験前透過率T%とした。
本実施形態の感光性樹脂組成物はその樹脂膜の、下記条件で測定した耐熱変色性が95%以上であることが好ましく、より好ましくは96%以上である。
(条件)
感光性樹脂組成物をガラス基板上に塗布し、100℃、120秒間の条件で乾燥し、300mJ/cmの露光量で露光して得られる厚み3μmの樹脂膜Aについて、波長400nmの光の光線透過率を分光光度計で評価し、耐熱試験前透過率T%とした。樹脂膜Aを大気雰囲気下、250℃、1時間加熱して得られる樹脂膜Bについて、波長400nmの光の光線透過率を分光光度計で評価し、耐熱試験後透過率T%とした。T/T×100を耐熱変色性%とした。
本発明の感光性樹脂組成物を硬化させて得られる永久膜は、透過率、耐熱変色性に優れた永久膜となるため、特に、透明性が要求される用途、特に加熱されても着色しないことが要求される、例えば、液晶表示装置や有機EL素子等の各種表示装置有する電子装置の着色パターン、ブラックマトリクス、オーバーコート、リブ、およびスペーサーに適用することが好ましい。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(合成例1:前駆体ポリマーAの合成)
還流冷却管および滴下漏斗を備えた反応容器内に、2−ノルボルネンの75%トルエン溶液(NB、98.1g、2−ノルボルネン換算73.6g、0.782mol)、無水マレイン酸(MAN、76.7g、0.782mol)およびメチルエチルケトン(MEK)371.6gを加え、撹拌・溶解させた。次いで、窒素バブリングにより系内の溶存酸素を除去したのち、加温し、内温が80℃に到達したところで、2,2'−アゾビスイソ酪酸ジメチル(和光純薬工業製,商品名:V−601、7.20g、0.031mol)およびペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)(PEMP、15.3g、0.029mol)をMEK31.5gに溶解させた溶液を1時間かけて添加した。その後、さらに80℃で7時間反応させた。次いで、反応混合物を室温まで冷却した。反応後の溶液を大量のメタノールに注ぎ、ポリマーを析出させた。次いでポリマーを濾取し、さらにメタノールで洗浄した後、120℃、16時間真空乾燥させた。ポリマーの収量は145.3g、収率は97%であった。また、ポリマーは、重量平均分子量Mwが3,500であり、分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が1.62であった。
(合成例2:前駆体ポリマーBの合成)
還流冷却管および滴下漏斗を備えた反応容器内に、2−ノルボルネンの75%トルエン溶液(54.8g、2−ノルボルネン換算41.1g、0.436mol)、V−601(4.0g、0.017mol)およびMEK26.5gを加え、撹拌・溶解させた。次いで、窒素バブリングにより系内の溶存酸素を除去したのち、加温し、内温が60℃に到達したところで、N−シクロヘキシルマレイミド(CMI、7.8g、0.044mol)、無水マレイン酸(38.5g、0.393mol)および3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(商品名:KBM−803、信越化学工業株式会社製、8.6g、0.044mol)をMEK109.8gに溶解させた溶液を3時間かけて添加した。その後、80℃に昇温しさらに6時間反応させた。次いで、反応混合物を室温まで冷却し、MEK83.3gを添加し希釈した。希釈後の溶液を大量のメタノールに注ぎ、ポリマーを析出させた。次いでポリマーを濾取し、さらにメタノールで洗浄した後、120℃、16時間真空乾燥させた。ポリマーの収量は56.0g、収率は64%であった。また、ポリマーは、重量平均分子量Mwが4,500であり、分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が1.59であった。
(合成例3:前駆体ポリマーCの合成)
還流冷却管および滴下漏斗を備えた反応容器内に、2−ノルボルネンの75%トルエン溶液(62.3g、2−ノルボルネン換算46.7g、0.496mol)、V−601(4.6g,0.020mol)およびMEK45.9gを加え、撹拌・溶解させた。次いで、窒素バブリングにより系内の溶存酸素を除去したのち、加温し、内温が60℃に到達したところで、無水マレイン酸(48.7g、0.496mol)をMEK88.5gに溶解させた溶液を3時間かけて添加した。その後、80℃に昇温しさらに6時間反応させた。次いで、反応混合物を室温まで冷却し、MEK83.3gを添加し希釈した。希釈後の溶液を大量のメタノールに注ぎ、ポリマーを析出させた。次いでポリマーを濾取し、さらにメタノールで洗浄した後、120℃、16時間真空乾燥させた。ポリマーの収量は92.5g、収率は93%であった。また、ポリマーは、重量平均分子量Mwが6,900であり、分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が1.76であった。
(合成例4:前駆体ポリマーDの合成)
還流冷却管および滴下漏斗を備えた反応容器内に、2−ノルボルネン(NB)の75%トルエン溶液(179.7g、2−ノルボルネン換算134.8g、1.43mol)、V−601(13.2g,0.057mol)およびMEK101.0gを加え、撹拌・溶解させた。次いで、窒素バブリングにより系内の溶存酸素を除去したのち、加温し、内温が60℃に到達したところで、N−シクロヘキシルマレイミド(25.7g、0.14mol)および無水マレイン酸(126.4g、1.29mol)をMEK304.0gに溶解させた溶液を3時間かけて添加した。その後、80℃に昇温しさらに6時間反応させた。次いで、反応混合物を室温まで冷却し、MEK250gを添加し希釈した。希釈後の溶液を大量のメタノールに注ぎ、ポリマーを析出させた。次いでポリマーを濾取し、さらにメタノールで洗浄した後、120℃、16時間真空乾燥させた。ポリマーの収量は250.0g、収率は83%であった。また、ポリマーは、重量平均分子量Mwが7,600であり、分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が1.88であった。
(合成例5:前駆体ポリマーEの合成)
還流冷却管および滴下漏斗を備えた反応容器内に、2−ノルボルネン(NB)の75%トルエン溶液(18.8g、2−ノルボルネン換算14.1g、0.15mol)、MAN(14.7g、0.15mol)、V−601(1.4g,6mmol)、α−メチルスチレンダイマー(α−MSD、1.4g、6mmol)およびMEK21.3gを加え、撹拌・溶解させた。次いで、窒素バブリングにより系内の溶存酸素を除去したのち、加温し、内温が60℃で16時間反応させた。次いで、反応混合物を室温まで冷却し、大量のメタノールに注ぎポリマーを析出させた。次いでポリマーを濾取し、さらにメタノールで洗浄した後、120℃、16時間真空乾燥させた。ポリマーの収量は6.7g、収率は23%であった。また、ポリマーは、重量平均分子量Mwが4,900であり、分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が2.11であった。
合成例1〜5で使用した成分の配合量、ならびに得られた前駆体ポリマーの重量平均分子量および分散度を、表1に示す。
Figure 0006777275
(合成例6:ポリマーA−1の合成)
合成例1で合成した前駆体ポリマーA20.0gをMEK30.0gに溶解させた。さらに2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)8.5gとトリエチルアミン(TEA)2.0gを添加し、70℃に昇温した後6時間反応させた。次いで、系中にメタクリル酸グリシジル(GMA)4.4gを追加し70℃でさらに4時間反応させた。反応混合液を室温に冷却し、ギ酸にて中和した。溶液を大量の純水に注ぎ、ポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾取し、さらに純水で洗浄した後、PGMEAに溶解させ、減圧下で残留水分の除去・濃縮を行って固形分約35%のポリマー溶液を得た。このようにして得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)、分子量分布、アルカリ溶解速度、二重結合当量は、表2に記載の通りであった。
(合成例7:ポリマーB−1の合成)
合成例2で合成した前駆体ポリマーB20.0gをMEK30.0gに溶解させた。さらに2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)11.6gとトリエチルアミン(TEA)2.0gを添加し、70℃に昇温した後6時間反応させた。次いで、反応混合液を室温に冷却し、ギ酸にて中和した。溶液を大量の純水に注ぎ、ポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾取し、さらに純水で洗浄した後、PGMEAに溶解させ、減圧下で残留水分の除去・濃縮を行って固形分約35%のポリマー溶液を得た。
このようにして得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)、分子量分布、アルカリ溶解速度、二重結合当量は、表2に記載の通りであった。
(合成例8:ポリマーC−1の合成)
合成例3で合成した前駆体ポリマーC20.0gをMEK30.0gに溶解させた。さらに2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)8.5gとトリエチルアミン(TEA)2.0gを添加し、70℃に昇温した後6時間反応させた。次いで、系中にメタクリル酸グリシジル(GMA)4.4gを追加し70℃でさらに4時間反応させた。反応混合液を室温に冷却し、ギ酸にて中和した。溶液を大量の純水に注ぎ、ポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾取し、さらに純水で洗浄した後、PGMEAに溶解させ、減圧下で残留水分の除去・濃縮を行って固形分約35%のポリマー溶液を得た。このようにして得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)、分子量分布、アルカリ溶解速度、二重結合当量は、表2に記載の通りであった。
(合成例9:ポリマーD−1の合成)
合成例4で合成した前駆体ポリマーD20.0gをMEK30.0gに溶解させた。さらに2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)9.0gとトリエチルアミン(TEA)2.0gを添加し、70℃に昇温した後6時間反応させた。次いで、反応混合液を室温に冷却し、ギ酸にて中和した。溶液を大量の純水に注ぎ、ポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾取し、さらに純水で洗浄した後、PGMEAに溶解させ、減圧下で残留水分の除去・濃縮を行って固形分約35%のポリマー溶液を得た。
このようにして得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)、分子量分布、アルカリ溶解速度、二重結合当量は、表2に記載の通りであった。
(合成例10:ポリマーE−1の合成)
合成例5で合成した前駆体ポリマーD5.0gをMEK7.5gに溶解させた。さらに2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)2.9gとトリエチルアミン(TEA)0.5gを添加し、70℃に昇温した後6時間反応させた。次いで、反応混合液を室温に冷却し、ギ酸にて中和した。溶液を大量の純水に注ぎ、ポリマーを析出させた。得られたポリマーを濾取し、さらに純水で洗浄した後、PGMEAに溶解させ、減圧下で残留水分の除去・濃縮を行って固形分約35%のポリマー溶液を得た。
このようにして得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)、分子量分布、アルカリ溶解速度、二重結合当量は、表2に記載の通りであった。
(重量平均分子量・分子量分布)
なお、本明細書において、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、GPC測定により得られる標準ポリスチレン(PS)の検量線から求めた、ポリスチレン換算値を用いる。測定条件は、以下の通りである。
装置:東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC−8320GPC
カラム:東ソー社製TSK−GEL Supermultipore HZ−M
検出器:液体クロマトグラム用RI検出器
測定温度:40℃
溶媒:THF
試料濃度:2.0mg/ミリリットル
(二重結合当量)
ポリマーの二重結合当量は以下の方法で測定した。まず、減圧乾燥して溶媒を除去したポリマー約50mgおよび内部標準物質としてテレフタル酸ジメチル約5mgを計量し、DMSO−d6に溶解させた。この溶液について、核磁気共鳴分光装置JNM−AL300(JEOL社製)を用いて1H−NMRの測定を行った。得られたスペクトルチャートの(メタ)アクリル基に由来するシグナル(5−7ppm)と内部標準物質のフェニル基のシグナル(4H、8.1ppm)の積分比から二重結合1モル当たりのポリマー重量(g/mol、二重結合当量)を算出した。
Figure 0006777275
<感光性樹脂組成物の調製>
上記合成例6〜10で得られたポリマー各100質量部に対し、架橋剤であるジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(架橋剤1、DPHA)50質量部、感光剤としての光ラジカル開始剤(BASF社製、イルガキュアOXE01)10質量部、密着助剤(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業株式会社製、KBM−403)1質量部、界面活性剤(DIC株式会社製、F556)0.1質量部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にて溶解し、固形分30%の溶液とした。その後孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過し、感光性樹脂組成物を調製した。
表3に各成分の配合量を示す。
(架橋剤)
・架橋剤1:以下の式(12)で示されるアクリル系架橋剤(ダイセルサイテック社製 DPHA)。
Figure 0006777275
(感光剤)
・感光剤1:以下の式(11)で示される光ラジカル重合開始剤(BASF社製 Irgacure OXE02)を用いた。
Figure 0006777275
(密着助剤)
・密着助剤1:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製 KBM−403)
(界面活性剤)
界面活性剤1:メガファックF−556(DIC株式会社製)
また、得られた感光性樹脂組成物について、以下に従い評価を行った。
(光線透過率 T
各実施例および各比較例について、以下のようにして感光性樹脂組成物を用いて形成される樹脂膜Aの光線透過率を測定した。まず、得られた感光性樹脂組成物をガラス基板にスピンコーターを用いて塗布した後、110℃、110秒間ホットプレートにてベークした。ガラス基板としては、縦100mm、横100mmサイズのコーニング社製1737ガラス基板を用いた。その後、感光性樹脂組成物全体にキヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA−501F)にて、g+h+i線を300mJ/cmで露光した。次いで、該樹脂膜Aの、波長400nmの光線に対する光線透過率T(%)を測定した。光線透過率Tは、紫外可視分光光度計を用いて測定した。結果を表3に示す。
(耐熱変色性 T/T×100)
上記光線透過率Tに記載の方法で得た樹脂膜Aを、大気雰囲気下、250℃、1時間加熱し樹脂膜Bを得た。その後樹脂膜Bの波長400nmの光の光線透過率Tを評価した。T/T×100を耐熱変色性%とした。結果を表3に示す。
Figure 0006777275
この出願は、2019年5月8日に出願された日本出願特願2019−088062号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (5)

  1. 一般式(1)で表される共重合体と、
    架橋剤と、
    感光剤と
    を含む、感光性樹脂組成物。
    Figure 0006777275
    (一般式(1)中、
    lおよびmはそれぞれ、共重合体中における、AおよびBのモル含有率を示し、
    l+m=1であり、
    Xは、水素または炭素数1以上30以下の有機基であり、
    Yは、−SR5aであり、Sは硫黄原子であり、R5aは、炭素数1以上30以下の有機基であり、
    Aは、以下式(A1)で示される構造単位を含み、
    Bは、式(B1)〜(B6)により示される構造単位のうち少なくとも1つを含み、
    Figure 0006777275
    (一般式(A1)中、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して水素または炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基であり、nは0、1または2である。)
    Figure 0006777275
    (式(B1)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。)
    Figure 0006777275
    (式(B2)中、RおよびRは、それぞれ独立して炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。)
    Figure 0006777275
    Figure 0006777275
    Figure 0006777275
    Figure 0006777275
    (式(B6)中、Rは、炭素数1以上30以下の有機基もしくはエチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基である。)
    ただし、前記式(1)に含まれる前記式(A1)で示される構造単位、および前記式(B1)〜(B6)により示される構造単位の少なくとも1つが、エチレン性二重結合を有する炭素数1以上30以下の有機基を有する。)。
  2. 当該感光性樹脂組成物の、以下の条件で測定したときの耐熱変色性が95%以上である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
    (条件)
    感光性樹脂組成物をガラス基板上に塗布し、100℃、120秒間の条件で乾燥し、300mJ/cmの露光量で露光して得られる厚み3μmの樹脂膜Aについて、波長400nmの光の光線透過率を分光光度計で評価し、耐熱試験前透過率T%とした。樹脂膜Aを大気雰囲気下、250℃、1時間加熱して得られる樹脂膜Bについて、波長400nmの光の光線透過率を分光光度計で評価し、耐熱試験後透過率T%とした。T/T×100を耐熱変色性%とした。
  3. 前記共重合体の重量平均分子量が1500以上30000以下である、請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる樹脂膜。
  5. 請求項4に記載の樹脂膜を備える電子装置。
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