JP6930679B1 - 樹脂組成物、ならびに感光性樹脂組成物およびその硬化物 - Google Patents
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- 0 CC(C)(CCN(C(N(CCOC(C)(C)*C(C)(C)C(C=C)=O)C(N1CCOC(C)(C)*C(C)(C)C(C=C)=O)=O)=O)C1=O)*C(C)(C)O* Chemical compound CC(C)(CCN(C(N(CCOC(C)(C)*C(C)(C)C(C=C)=O)C(N1CCOC(C)(C)*C(C)(C)C(C=C)=O)=O)=O)C1=O)*C(C)(C)O* 0.000 description 1
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Abstract
Description
式(NB)で表される構造単位と、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含むポリマー;および
2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、を含む樹脂組成物が提供される。
式(NB)で表される構造単位と、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含むポリマー;
2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物;および
感光剤、を含む感光性樹脂組成物が提供される。
特に、本明細書における「(メタ)アクリロイル基」とは、−C(=O)−CH=CH2で表されるアクリロイル基と、−C(=O)−C(CH3)=CH2で表されるメタクリロイル基とを包含する概念を表す。
本実施形態の樹脂組成物は、感光性樹脂組成物を作製するための樹脂材料として使用される。本実施形態の樹脂組成物は、以下で詳述する構造単位を含むポリマーPと、2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを含む。
本実施形態の樹脂組成物に用いられるポリマーPは、式(NB)で表される構造単位と、式(1)で表される構造単位とを含む。なお、これらの構造単位は、典型的には、ポリマーPの主鎖を構成する。
式(1)で表される構造単位に加え、式(2)で表される構造単位を含むことにより、ポリマーPは、より高い感度、及び高いアルカリ溶解性を有し、よってフォトリソグラフィー法による加工に好適に用いることができる。
アルケニル基としては、例えばアリル基、ペンテニル基、ビニル基などが挙げられる。
アルキニル基としては、例えばエチニル基などが挙げられる。
アルキリデン基としては、例えばメチリデン基、エチリデン基などが挙げられる。
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、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、フェネチル基などが挙げられる。
アルカリル基としては、例えばトリル基、キシリル基などが挙げられる。
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、シクロオクチル基などが挙げられる。
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、sec−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−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−ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
ヘテロ環基としては、例えばエポキシ基、オキセタニル基などが挙げられる。
なお、R1、R2、R3およびR4の炭素数1〜30の有機基中の水素原子は、任意の原子団により置換されていてもよい。例えば、フッ素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基などで置換されていてもよい。より具体的には、R1、R2、R3およびR4の炭素数1〜30の有機基として、フッ化アルキル基などを選択してもよい。
式(NB)で表される構造単位において、a1は好ましくは0または1、より好ましくは0である。
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
X1は単結合、炭素数1〜6のアルキレン基または−Z−X−で表される基(Zは−O−または−OCO−であり、Xは炭素数1〜6のアルキレン基である)であり、複数存在するX1は同一であっても異なっていてもよく、
X1'は単結合、炭素数1〜6のアルキレン基または−X'−Z'−で表される基(X'は炭素数1〜6のアルキレン基であり、Z'は−O−または−COO−である)であり、
X2は炭素数1〜12のk+1価の有機基である。
Rは、感度の一層の向上(重合のしやすさ)などから、水素原子が好ましい。
kは、2でも3でもよいが、原料の入手容易性や感度の一層の向上の点からは、好ましくは3である。
X1が炭素数1〜6のアルキレン基である場合、X1は好ましくは直鎖状アルキレン基であり、より好ましくは炭素数1〜3の直鎖状アルキレン基であり、さらに好ましくは−CH2−(メチレン基)である。
Xの炭素数1〜6のアルキレン基は、好ましくは直鎖状アルキレン基であり、より好ましくは炭素数1〜3の直鎖状アルキレン基であり、さらに好ましくは−CH2−CH2−(エチレン基)または−CH2−CH(CH3)−である。
X1'が−X'−Z'−で表される基である場合、X'の具体的態様については上記Xと同様である。
X2は、例えば、炭素数1〜12(好ましくは炭素数1〜6)の直鎖状または分枝状炭化水素からk+1個の水素原子を除いた基である。より好ましくは、炭素数1〜3の直鎖状炭化水素からk+1個の水素原子を除いた基である。なお、ここでの炭化水素は、酸素原子(例えばエーテル結合やヒドロキシ基など)を含んでもよい。また、炭化水素は飽和炭化水素であることが好ましい。
別の態様として、X2は、環状構造を含む基であってもよい。環状構造を含む基としては、脂環構造を含む基、複素環構造(例えば、イソシアヌル酸構造)を含む基などを挙げることができる。
k、R、X1およびX2は、それぞれ、式(1b)におけるR、k、X1およびX2と同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のX1は互いに同一であっても異なっていてもよく、
X3は、炭素数1〜6の2価の有機基であり、
X4およびX5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1〜6の2価の有機基であり、
X6は、炭素数1〜6の2価の有機基である。
X3およびX6の炭素数1〜6の2価の有機基としては、例えば、炭素数1〜6の直鎖状または分枝状炭化水素から2個の水素原子を除いた基を挙げることができる。なお、ここでの炭化水素は、酸素原子(例えばエーテル結合やヒドロキシ基など)を含んでもよい。また、炭化水素は飽和炭化水素であることが好ましい。
X4およびX5の炭素数1〜6の2価の有機基としては、直鎖状または分枝状アルキレン基を挙げることができる。直鎖状または分枝状アルキレン基の炭素数は好ましくは1〜3である。
式(2a)において、X10は2価の有機基であり、Rは水素原子またはメチル基である。
X10の総炭素数は、好ましくは1〜30、より好ましくは1〜20である、さらに好ましくは1〜10である。
式(2a)において、X10は2価の有機基であり、Rは水素原子またはメチル基である。
X10の総炭素数は、好ましくは1〜30、より好ましくは1〜20である、さらに好ましくは1〜10である。
X10の2価の有機基としては、例えばアルキレン基が好ましい。このアルキレン基中の一部の−CH2−はエーテル基(−O−)となっていてもよい。アルキレン基は、直鎖状でも分枝状でもよいが、直鎖状であることがより好ましい。
また、X10の2価の有機基は、アルキレン基以外の任意の基であってよい。例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、エーテル基、カルボニル基、カルボキシ基等から選ばれる1種又は2種以上の基を連結して構成される2価の基であってもよい。
本実施形態の樹脂組成物は、2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物を含む。このような化合物を含むことにより、樹脂組成物のアルカリ溶解性が改善され、さらには樹脂組成物の黄色化が低減され、透明性に優れた硬化物を得ることが可能となる。多官能(メタ)アクリル化合物は、好ましくは、3〜9官能であり、より好ましくは、3〜6官能である。このような官能基数の(メタ)アクリル化合物を、樹脂組成物に配合することにより、得られる樹脂組成物の感度を向上させることができる。
本実施形態の樹脂組成物は、1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物(本明細書中、「単官能(メタ)アクリル化合物」と称する)を含んでもよい。単官能(メタ)アクリル化合物を含むことにより、得られる樹脂組成物のアルカリ溶解性が改善され、さらには黄色化が低減される。
ここで、上述のポリマーPの製造方法について説明する。
ポリマーPは、任意の方法により製造(合成)することができる。ポリマーPは、例えば、
工程(I):式(NB)で表される構造単位と、式(MA)で表される構造単位とを含む原料ポリマーを準備する工程、および
工程(II):工程(I)で得られた原料ポリマーと、ヒドロキシル基および2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(以下、「多官能(メタ)アクリルモノマー」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位と式(1)で表される構造単位、および場合によりさらに式(MA)で表される構造単位を含むポリマーPを調製する工程、により製造できる。
(工程(I))
工程(I)における、式(NB)で表される構造単位と、式(MA)で表される構造単位とを含む原料ポリマーを準備する工程は、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とを重合(付加重合)することにより、目的の原料ポリマーを得る工程を含む。なお、式(NBm)のR1、R2、R3およびR4ならびにa1の定義は、式(NB)のものと同様である。好ましい態様についても同様である。
工程(I)において、チオエーテル基が導入された原料ポリマーを準備する場合、このような原料ポリマーは、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とを、チオール基含有化合物の存在下で重合(付加重合)することにより製造することができる。得られる原料ポリマー中に導入されるチオエーテル基は、このチオール基含有化合物が有するチオール基から誘導される基である。
アゾ化合物として具体的には、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)などを挙げることができる。
有機過酸化物としては、例えば、過酸化水素、ジ−tert−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)などを挙げることができる。
重合開始剤については、1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
反応容器に仕込む際の、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とのモル比は、0.5:1〜1:0.5であることが好ましい。分子構造制御の観点から、モル比は1:1であることが好ましい。
このような工程により、「原料ポリマー」を得ることができる。
なお、原料ポリマーは、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、周期共重合体などのいずれであってもよい。典型的にはランダム共重合体または交互共重合体である。なお、一般に、無水マレイン酸は交互共重合性が強いモノマーとして知られている。
反応容器に仕込む際の、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とのモル比は、0.5:1〜1:0.5であることが好ましい。分子構造制御の観点から、モル比は1:1であることが好ましい。
また、チオエーテル基が導入された原料ポリマー中のチオエーテル基含有量、およびこの原料ポリマーの分子量制御の観点から、反応容器に仕込む際の、式(NBm)で表されるモノマーと無水マレイン酸の仕込みの合計モル量に対し、チオール基含有化合物の仕込み量は0.5〜10モル%であることが好ましく、特に1〜8モル%であることが好ましく、さらに2〜6モル%であることがさらに好ましい。
具体的には、合成された原料ポリマーと低分子量成分とが含まれた有機相を濃縮し、その後、テトラヒドロフラン(THF)などの有機溶媒と混合して溶液を得る。そして、この溶液を、メタノールなどの貧溶媒と混合し、モノマーを沈殿させる。この沈殿物を濾取して乾燥させることで、原料ポリマーの純度を上げることができる。
工程(I)で得られた原料ポリマーと、多官能(メタ)アクリルモノマー、および場合により単官能(メタ)アクリルモノマーとを、塩基性触媒の存在下で反応させることで、原料ポリマーに含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(1)で表される構造単位、および単官能(メタ)アクリルモノマーを使用した場合は、式(2)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、ならびに式(1)で表される構造単位、および式(2)で表される構造単位(単官能(メタ)アクリルモノマーを使用した場合)を含み、場合により式(MA)で表される構造単位を含むポリマーPが得られる。
工程(III)を実施する場合、工程(II)で得られたポリマーを、塩基性触媒の存在下、水で処理工程が用いられる。工程(III)により、工程(II)で得られたポリマーに含まれる式(MA)で表される構造単位が開環し、式(3)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位および/または式(2)で表される構造単位、ならびに式(3)で表される構造単位を含むポリマーPを製造することができる。式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(MA)の構造単位の一部が開環せずに残る場合には、ポリマーPは、式(NB)、式(1)および式(2)(工程(II)で単官能(メタ)アクリルモノマーを使用した場合)、ならびに式(3)の構造単位に加え、式(MA)で表される構造単位を含む。
本実施形態の樹脂組成物は、上記成分を、公知の方法で混合することにより作製することができる。本実施形態の樹脂組成物は、以下で説明する感光性樹脂組成物の樹脂材料として用いられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上述のポリマーPと、2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(多官能(メタ)アクリル化合物)と、感光剤とを含む。すなわち、本実施形態の感光性樹脂組成物は、上述の本実施形態の樹脂組成物と、感光剤とを含む。以下に各成分について説明する。
有機顔料としては、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、チオインジゴ系顔料、アントラキノン系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、キサンテン系顔料、ピロメテン系顔料、染料レーキ系顔料等を使用することができる。
無機顔料としては、白色・体質顔料(酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、クレー、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等)、有彩顔料(黄鉛、カドミニウム系、クロムバーミリオン、ニッケルチタン、クロムチタン、黄色酸化鉄、ベンガラ、ジンククロメート、鉛丹、群青、紺青、コバルトブルー、クロムグリーン、酸化クロム、バナジン酸ビスマス等)、光輝材顔料(パール顔料、アルミ顔料、ブロンズ顔料等)、蛍光顔料(硫化亜鉛、硫化ストロンチウム、アルミン酸ストロンチウム等)を使用することができる。
着色剤(特に顔料)は、目的や用途に応じて、適切な平均粒子径を有するものを使用できるが、特にカラーフィルタのような透明性が要求される場合は、0.1μm以下の小さい平均粒子径が好ましく、その他、塗料などの隠蔽性が必要とされる場合は、0.5μm以上の大きい平均粒子径が好ましい。
着色剤は、目的や用途に応じて、ロジン処理、界面活性剤処理、樹脂系分散剤処理、顔料誘導体処理、酸化皮膜処理、シリカコーティング、ワックスコーティングなどの表面処理がなされていてもよい。
遮光剤としては、公知の遮光剤を特に制限なく用いることができる。例えば、カーボンブラック、ボーンブラック、グラファイト、鉄黒、チタンブラック等の黒色顔料を遮光剤として用いることができる。
感光性樹脂組成物が遮光剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、遮光性能と遮光剤の分散安定性との両立などから、感光性樹脂組成物の不揮発成分(溶剤を除く成分)全体に対して、好ましくは3〜70質量%であり、より好ましくは5〜60質量%、さらに好ましくは10〜50質量%である。
架橋剤は、光重合開始剤から発生する活性化学種の作用によりポリマーを架橋可能なもの(ポリマーと化学結合することができるもの)であれば、特に限定されない。
架橋剤は、ポリマーとのみ化学結合するのではなく、架橋剤同士で反応して結合形成してもよい。
架橋剤一分子あたりの官能数(重合性二重結合の数)の上限は特にないが、例えば8以下、好ましくは6以下である。
トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の、多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート類。
トリアリルイソシアヌレート等の、多官能アリル基含有イソシアヌレート類。
トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等の、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類との反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート類。
ジビニルベンゼン等の、多官能芳香族ビニル類。
上述の感光性樹脂組成物を用いて膜形成し、その膜を露光・現像してパターンを形成することにより、パターン付フィルムを得ることができる。このフィルムは、カラーフィルタやブラックマトリクスなどに適用される。つまり、着色剤を含む感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することで、カラーフィルタを得ることができる。また、遮光剤を含む感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することで、ブラックマトリックスを得ることができる。そして、カラーフィルタやブラックマトリクスを備える液晶表示装置や固体撮像素子を製造することができる。
例えば、上記の感光性樹脂組成物を、任意の基板上に塗布し、必要に応じて乾燥させることで、まず、感光性樹脂膜を得る。
基板は、未加工の基板であっても、電極や素子が表面に形成された基板であってもよい。接着性の向上のために表面処理さていてもよい。
感光性樹脂組成物の塗布方法は特に限定されない。スピナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング、インクジェット法などにより行うことができる。
露光は、典型的には、適当なフォトマスクを介して活性光線を感光性樹脂膜に照射することで行う。
活性光線としては、例えばX線、電子線、紫外線、可視光線などが挙げられる。波長でいうと200〜500nmの光が好ましい。パターンの解像度や取り扱い性の点で、光源は水銀ランプのg線、h線又はi線であることが好ましく、特にi線が好ましい。また、2つ以上の光線を混合して用いてもよい。露光装置としては、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション又はステッパ−が好ましい。
露光の光量は、感光性樹脂膜中の感光剤の量などにより適宜調整すればよいが、例えば100〜500mJ/cm2程度である。
露光された感光性樹脂膜を、適当な現像液により現像することで、パターンを得ること、また、パターンを備えた基板を製造することができる。
現像工程においては、適当な現像液を用いて、例えば浸漬法、パドル法、回転スプレー法などの方法を用いて現像を行うことができる。現像により、感光性樹脂膜の露光部(ポジ型の場合)又は未露光部(ネガ型の場合)が溶出除去され、パターンが得られる。
アルカリ水溶液として具体的には、(i)水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ水溶液、(ii)エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン水溶液、(iii)テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩の水溶液などが挙げられる。
有機溶剤として具体的には、シクロペンタノンなどのケトン系溶剤、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)や酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系溶剤、等が挙げられる。
現像液には、例えばメタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒や、界面活性剤などが添加されていてもよい。
アルカリ水溶液の濃度は、好ましくは0.1〜10質量%であり、更に好ましくは0.2〜5質量%である。
例えば、現像の後、リンス液によりパターンおよび基板を洗浄してもよい。リンス液としては、例えば蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
基板10上には、ブラックマトリクス11とカラーフィルタ12が形成されている。また、このブラックマトリクス11とカラーフィルタ12の上部に保護膜13および透明電極層14が設けられている。
基板10は、通常、光を通過する材料により構成されるものであり、たとえば、ガラスの他、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの重合体などにより構成される。基板10は、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、薬液処理等が施されたものであってもよい。
基板10は、好ましくはガラスより構成される。
カラーフィルタ12としては、通常、赤、緑、青の三色が存在する。カラーフィルタ12は、各色に応じた着色剤を含む感光性樹脂組成物の硬化物により構成される。
以下、実施形態の例を付記する。
1. 式(NB)で表される構造単位と、式(1)で表される構造単位とを含むポリマー;および
2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、を含む樹脂組成物。
2. 前記ポリマーが、式(2)で表される構造単位をさらに含む、1.に記載の樹脂組成物。
3. 前記ポリマーの重量平均分子量が、1000以上20000以下である、1.または2.に記載の樹脂組成物。
4. 当該樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上150%以下である、1.〜3.のいずれかに記載の樹脂組成物。
5. 前記ポリマーが、式(3)で表される構造単位をさらに含む、1.〜4.のいずれかに記載の樹脂組成物。
8. 当該樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上60%以下である、7.に記載の樹脂組成物。
9. アルカリ溶解速度が、250nm/s以上である、1.〜8.のいずれかに記載の樹脂組成物。
10. 有機溶剤をさらに含む、1.〜9.のいずれかに記載の樹脂組成物。
11. 前記溶剤が、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メチルエーテル、γ−ブチルラクトン、N−メチルピロリドンおよびシクロヘキサノンから選択される少なくとも1つである、10.に記載の樹脂組成物。
12. カラーフィルタまたはブラックマトリクスの形成に用いられる、1.〜11.のいずれかに記載の樹脂組成物。
13. 式(NB)で表される構造単位と、式(1)で表される構造単位とを含むポリマー;
2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物;および
感光剤、
を含む感光性樹脂組成物。
14. 前記ポリマーが、式(2)で表される構造単位をさらに含む、13.に記載の感光性樹脂組成物。
15. 前記ポリマーの重量平均分子量が、1000以上20000以下である、13.または14.に記載の感光性樹脂組成物。
16. 当該感光性樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上150%以下である、13.〜15.のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
17. 前記ポリマーが、式(3)で表される構造単位をさらに含む、13.〜16.のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
20. 当該感光性樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上60%以下である、19.に記載の感光性樹脂組成物。
21. 13.〜20.のいずれかに記載の感光性樹脂組成物より形成される、硬化物。
・MA:無水マレイン酸
・NB:2−ノルボルネン
・MEK:メチルエチルケトン
・4−HBA:4−ヒドロキシブチルアクリレート
(原料ポリマー1の合成)
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、無水マレイン酸588.36g(6.0モル)と、2−ノルボルネン564.90g(6.0モル)と、ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)55.26g(0.24モル)とを計量して入れた。これらを、メチルエチルケトン1716.8gおよびトルエン188.3gからなる混合溶媒に溶解させ、溶解液を作製した。
この溶解液に対して、30分間窒素を通気して酸素を除去し、次いで、撹拌しつつ温度65℃で1.5時間加熱し、さらにその後80℃で6時間加熱することで、無水マレイン酸と、2−ノルボルネンとを重合させ、重合溶液を作製した。
上記で得られた重合溶液を、メタノール14230.2gに滴下することで白色固体を沈殿させた。得られた白色固体を、さらにメタノール3557.5gで洗浄した後、温度120℃で真空乾燥することにより、2−ノルボルネンに由来する構造単位と、無水マレイン酸に由来する構造単位とを備えるポリマー(原料ポリマー1)1027.2gを得た。
得られたポリマーをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した結果、重量平均分子量Mwは7236であり、多分散度(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)は1.83であった。
撹拌機および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602.56g(2−ノルボルネン換算451.92g、4.8mol)、無水マレイン酸(MAN、470.69g、4.8mol)およびメチルエチルケトン(MEK)2281.74g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、44.21g、0.19mol)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(上記式(s−2)のチオール基含有化合物)、93.82g、0.19mol)をMEK193.4g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。上記で得られた重合溶液を、メタノール3686.4gに滴下することで白色固体を沈殿させた。得られた白色固体を、さらにメタノール3686.4gで洗浄した後、温度120℃で真空乾燥することにより、2−ノルボルネンに由来する構造単位と、無水マレイン酸に由来する構造単位と、チオエーテル基とを含むポリマー(原料ポリマー2)910.1gを得た。
得られたポリマーをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した結果、重量平均分子量Mwは3500であり、多分散度(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)は1.62であった。
以下の方法を用いて、ポリマーPと多官能(メタ)アクリル化合物とを含む樹脂組成物を作製した。
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP1を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水6.00g(0.333モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A−TMM−3LM−N、4−HBAおよび水で開環した、ポリマーP1を60.20g得た。
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP2を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水6.00g(0.333モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を以下の手順で行った。
・液液抽出:反応溶液をMEKで希釈し、次いで水を加え、処理することで、反応溶液から水相を除去した後、さらに同様の操作を1回行った。
・溶媒置換:得られた反応混合物をロータリーエバポレーターにより、減圧下、50℃で溶媒の除去を行った。ポリマー溶液の固形分濃度が加熱乾燥式水分計による測定で27±2質量%になったのを確認し、溶媒除去の操作を中断した。その後、固形分濃度が18質量%になるようにPGMEAを加え、均一になるまで混合した。同様の操作で減圧下、50℃で溶媒の除去を行い、固形分濃度を加熱乾燥式水分計による測定で27±2質量%に調製後、さらに固形分濃度が18質量%になるようにPGMEAを加え、均一になるまで混合する操作をさらに2回繰り返した。その後、固形分濃度が30±3質量%になるように溶媒除去、もしくはPGMEAを加え、均一になるまで攪拌する操作を行った。以上の操作で反応に使用した溶媒が除去され、溶媒がPGMEAに置換される。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A−TMM−3LM−N、4−HBAおよび水で開環したポリマーP2と、残存(遊離)A−TMM−3LM−Nおよび残存(遊離)4−HBAを含む樹脂混合物(樹脂組成物)2を得た。
得られた樹脂組成物2をゲルパーミエーションクロマトグラフィー法で分析して、組成物中に含まれるポリマーP2、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP2の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。なお、遊離(メタ)アクリル化合物の量は、樹脂混合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおけるポリマーPのピーク面積に対する、遊離(メタ)アクリル化合物のピーク面積の割合(%)として示す。
なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法の測定条件は以下のとおりである。
・GPC測定装置としては、東ソー株式会社のHLC−8320GPC EcoSECを用いた。カラム温度は40.0℃、ポンプ流量は0.350mL/分に設定した。
・ピーク位置(保持時間)
ポリマーP:20分より前に検出されるピーク(A−TMM−3LM−Nと4−HBAより保持時間が短く、分子量が大きいピーク)
A−TMM−3LM−N:20.0〜20.6分と20.6〜21.5分の2ピークの合計
4−HBA:21.7〜22.4分
・測定条件:示差屈折率検出器(RI検出器)で分析した。
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP3を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物3を得た。得られた樹脂組成物3について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP3、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP3の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP4を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 100.30gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物4を得た。得られた樹脂組成物4について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP4、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP4の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP5を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物5を得た。得られた樹脂組成物5について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP5、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP5の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP6を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 100.30gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物6を得た。得られた樹脂組成物6について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP6、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP6の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP7を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 102.43gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 116.24gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物7を得た。得られた樹脂組成物7について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP7、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP7の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP8を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 97.74gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 27.00g(0.187モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物8を得た。得られた樹脂組成物8について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP8、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP8の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP9を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.86gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 40.51g(0.281モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物9を得た。得られた樹脂組成物9について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP9、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP9の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP10を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 100.03gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 27.00g(0.187モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物10を得た。得られた樹脂組成物10について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP10、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP10の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP11を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.93gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 77.49gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物を得た。その後、以下手順で樹脂組成物を精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー2中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A−TMM−3LM−N、4−HBAおよび水で開環した、ポリマーP11を34.35g得た。
原料ポリマー2のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物、単官能(メタ)アクリル化合物および水で開環したポリマーP12を含む樹脂混合物を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 60.00g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.93gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A−TMM−3LM−N 77.49gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4−HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で2時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物12を得た。得られた樹脂組成物12について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP12、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP12の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
調製例3と同様の方法で得た樹脂組成物3に、表1に記載の「添加剤」を、表1に記載の「添加剤量」に示される量で添加して、樹脂組成物13を調製した。ここで添加剤量は樹脂組成物3の固形分(ポリマーP3と多官能(メタ)アクリル化合物の合計量)に対しての重量比とした。
得られた樹脂組成物13について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP3、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP3の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法の測定条件は以下のとおりである。
・GPC測定装置としては、東ソー株式会社のHLC−8320GPC EcoSECを用いた。カラム温度は40.0℃、ポンプ流量は0.350mL/分に設定した。
・ピーク位置(保持時間)
ポリマーP:19.3分より前に検出されるピーク(A−TMM−3LM−NとA−9550と4−HBAより保持時間が短く、分子量が大きいピーク)
多官能(メタ)アクリル化合物(A−TMM−3LM−NとA−9550):19.3〜19.8分と19.8〜21.0分の2ピークの合計
4−HBA:21.7〜22.4分
・測定条件:示差屈折率検出器(RI検出器)で分析した。
調製例12と同様の方法で得た樹脂組成物12に、表1に記載の「添加剤」を、表1に記載の「添加剤量」に示される量で添加して、樹脂組成物14を調製した。ここで添加剤量は樹脂組成物12の固形分(ポリマーP12と多官能(メタ)アクリル化合物の合計量)に対しての重量比とした。
得られた樹脂組成物14について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP12、遊離多官能(メタ)アクリル化合物および遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP12の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法の測定条件は以下のとおりである。
・GPC測定装置としては、東ソー株式会社のHLC−8320GPC EcoSECを用いた。カラム温度は40.0℃、ポンプ流量は0.350mL/分に設定した。
・ピーク位置(保持時間)
ポリマーP:19.5分より前に検出されるピーク(ビスコート#802とA−TMM−3LM−Nと4−HBAより保持時間が短く、分子量が大きいピーク)
多官能(メタ)アクリル化合物(A−TMM−3LM−Nとビスコート#802):19.5〜20.6分と20.6〜21.5分の2ピークの合計
4−HBA:21.7〜22.4分
・測定条件:示差屈折率検出器(RI検出器)で分析した。
原料ポリマー1のMA単位を、単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP13を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 10.00g(MA換算0.052モル)に対して、MEK 18.44gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、4−HBA 9.38g(0.065モル)を加え、その後、トリエチルアミン3.00g(0.030モル)を加え、温度70℃で6時間反応させ、反応溶液を作製した。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、クエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量の水でポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を2回繰り返した。得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、4−HBAで開環した、ポリマーP13を9.5g得た。
得られたポリマーP13について、GPC測定を実施して、ポリマーP13の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
またポリマーP13のGPC測定により、使用した単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP13には、未反応の単官能(メタ)アクリル化合物が含まれないことを確認した。
原料ポリマー2のMA単位を、単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP14を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 10.00g(MA換算0.052モル)に対して、MEK 18.44gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、4−HBA 9.38g(0.065モル)を加え、その後、トリエチルアミン3.00g(0.030モル)を加え、温度70℃で6時間反応させ、反応溶液を作製した。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、クエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量の水でポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を2回繰り返した。得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、4−HBAで開環した、ポリマーP14を8.7g得た。
得られたポリマーP14について、GPC測定を実施して、ポリマーP14の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
またポリマーP14のGPC測定により、使用した単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP14には、未反応の単官能(メタ)アクリル化合物を含まれない
ことを確認した。
原料ポリマー2のMA単位を、単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP15を含む樹脂組成物17を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー2 10.00g(MA換算0.052モル)に対して、MEK 18.44gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、4−HBA 9.38g(0.065モル)を加え、その後、トリエチルアミン3.00g(0.030モル)を加え、温度70℃で6時間反応させ、反応溶液を作製した。
得られた反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液及びクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。さらに液液抽出、続いて溶媒置換を調製例2と同様の手順で行って、樹脂組成物17を得た。得られた樹脂組成物17について、GPC測定を実施して、組成物中に含まれるポリマーP15、遊離単官能(メタ)アクリル化合物の量、ならびにポリマーP15の重量平均分子量および多分散度を測定した。結果を表1に示す。
各実施例および各比較例において、上記の調製例で得られたポリマーPまたは樹脂組成物のアルカリ溶解性を評価した。また、これらのポリマーPまたは樹脂組成物を用いて感光性樹脂組成物を調製し、その性能を評価した。
<評価>
[現像性評価](アルカリ現像液に対するポリマーPの溶解速度)
調製例1で得られたポリマーP1、調製例11で得られたポリマーP11、調製例15で得られたポリマーP13、および調製例16で得られたポリマーP14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(PGMEA)に溶解させて、固形分濃度30質量%の溶液を作製した。
次いで、ウエハー上に上記溶液または調製例2〜10、12〜14、17で得られた樹脂組成物2〜10、12〜14、17をスピンコートし、PGMEAを乾燥させ、そして温度100℃で2分間プリベークすることで、膜厚2μm±0.2の樹脂膜を作製した。
この樹脂膜を、ウエハーごと、温度23℃の2%炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し、樹脂膜の溶解速度を測定した。
溶解速度は、浸漬したウエハーを目視で観察して樹脂膜が溶解して干渉模様が見えなくなるまでの時間を測定し、その時間で膜厚を割り算することで算出した。結果を表2に示す。アルカリ溶解速度が、180nm/s以上であれば、感光性材料として問題なく使用でき、300nm/s以上であれば現像性が良好、500nm/s以上であれば現像性が特に良好とみなすことができる。
まず、全固形分濃度が30質量%になるように、以下成分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(PGMEA)に溶解した感光性樹脂組成物を得た。
・ポリマーP1(調製例1のポリマーP1)、ポリマーP11(調製例11のポリマーP11)、ポリマーP13(調製例15のポリマーP13)またはポリマーP14(調製例16のポリマーP14)、あるいは樹脂組成物2〜10、12〜14、17:100質量部
(ここで、樹脂組成物2〜10、12〜14、17については、固形分(ポリマーP2〜P10、P12、P15と多官能(メタ)アクリル化合物の合計量)が100質量部になるように秤量した。)
・多官能アクリレート(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート):50質量部
・光重合開始剤(BASF社製、Ingacure OXE01):5質量部
・密着助剤(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、F−556):0.5質量部
この薄膜Aに、遮光率1〜100%の階調を有するフォトマスクを介して、キヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA−501F)にて100mJ/cm2の露光量でg+h+i線を露光した。
露光後、薄膜を2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液で23℃、60秒間現像(ウェハーごと浸漬)することで、1〜100mJ/cm2の各露光量で露光、現像された薄膜Bを得た。
上記の方法にて得られた薄膜A、薄膜Bの膜厚から、以下の式より残膜率を算出した。
残膜率(%)=(各露光量での薄膜Bの膜厚/薄膜Aの膜厚)×100
そして、残膜率が95%以上となる露光量を、各感光性樹脂組成物の感度とした。結果を表2に示す。残膜率が95%以上となる露光量が、60mJ/cm2以下であれば、感感光性材料として問題なく使用できる。
(5mJ/cm2の露光量における残膜率)
上述の感度評価1で調製した感光性樹脂組成物を、HMDS(Hexamethyldisilazane)処理した3インチシリコンウェハー上に回転塗布し、100℃、120秒間ホットプレートにてベークして、3.0μm厚(±0.3μm)の薄膜Aを得た。
この薄膜Aに、遮光率1〜100%の階調を有するフォトマスクを介して、キヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA−501F)にて5mJ/cm2の露光量でg+h+i線を露光した。
露光後、薄膜を2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液で23℃、60秒間現像(ウェハーごと浸漬)することで、薄膜Bを得た。
上記の方法にて得られた薄膜A、薄膜Bの膜厚から、以下の式より残膜率を算出した。
残膜率(%)=(各露光量での薄膜Bの膜厚/薄膜Aの膜厚)×100
上述の感度評価1で調製した感光性樹脂組成物を、HMDS(Hexamethyldisilazane)処理した3インチシリコンウェハー上に回転塗布し、100℃、120秒間ホットプレートにてベークして、3.0μm厚(±0.3μm)の薄膜Aを得た。
この薄膜Aに、遮光率1〜100%の階調を有するフォトマスクを介して、キヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA−501F)にて10mJ/cm2の露光量でg+h+i線を露光した。
露光後、薄膜を2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液で23℃、60秒間現像(ウェハーごと浸漬)することで、薄膜Bを得た。
上記の方法にて得られた薄膜A、薄膜Bの膜厚から、以下の式より残膜率を算出した。
残膜率(%)=(各露光量での薄膜Bの膜厚/薄膜Aの膜厚)×100
結果を表2に示す。
残膜率が50%以上であれば、感度が良好とみなすことができ、残膜率が80%以上であれば、感度が特に良好とみなすことができる。
上述の感度評価1で調製した感光性樹脂組成物を、イーグルXGガラス(コーニング社製、厚み0.5mm)上に回転塗布し、100℃、120秒間ホットプレートにてベークして、約3.0μm厚(±0.1μm)の薄膜を得た。
この薄膜に、キヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA−600F)にて100mJ/cm2の露光量でg+h+i線を露光した。
露光後、薄膜を2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液で23℃、60秒間現像(ウェハーごと浸漬)することで、100mJ/cm2の露光量で露光、現像された薄膜を得た。
薄膜を230℃、30分間、空気下で加熱処理した。薄膜を室温空気下で冷却した後、再度薄膜を230℃、30分間、空気化で加熱処理した。同様の操作を繰り返し、30分間、空気下で加熱処理を合計で3回行った。
上記の方法にて得られた薄膜のイエローインデックス(YI)を色彩色差計CR−5(コニカミノルタ製)を用いて、測定箇所変えて3回測定し、その平均値をYIの値とした。測定タイプは透過測定、100%校正は未塗布のイーグルXGガラス(コーニング社製、厚み0.5mm)を使用した。結果を表2に示す。イエローインデックスの値が小さいほど、耐熱変色性が良好であるといえ、1.35以下であれば、感光性材料として問題なく使用できる。
実施例1〜12で調製した感光性樹脂組成物に対し、さらに、顔料分散液NX−061(大日精化工業株式会社製、緑色)を適量加えた着色感光性樹脂組成物を調製した。
これを基板上に製膜し、露光、アルカリ現像処理などを行うことで、緑色のカラーフィルタを形成することができた。
また、顔料分散液として、NX−061の代わりに、同社製のNX−053(青色)、NX−032(赤色)などを用いて、青色または赤色のカラーフィルタを形成することができた。
実施例1〜12で調製した感光性樹脂組成物に対し、さらに、カーボンブラック分散液NX−595(大日精化工業株式会社製)を適量加えた黒色感光性樹脂組成物を調製した。
これを基板上に製膜し、露光、アルカリ現像処理などを行うことで、ブラックマトリクスを形成することができた。
Claims (19)
- 前記ポリマーの重量平均分子量が、1000以上20000以下である、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 当該樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上150%以下である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- 1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 当該樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上60%以下である、請求項6に記載の樹脂組成物。
- アルカリ溶解速度が、250nm/s以上である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 有機溶剤をさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 前記溶剤が、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メチルエーテル、γ−ブチルラクトン、N−メチルピロリドンおよびシクロヘキサノンから選択される少なくとも1つである、請求項9に記載の樹脂組成物。
- カラーフィルタまたはブラックマトリクスの形成に用いられる、請求項1〜10のいずれかに記載の樹脂組成物。
- 前記ポリマーの重量平均分子量が、1000以上20000以下である、請求項12に記載の感光性樹脂組成物。
- 当該感光性樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上150%以下である、請求項12または13に記載の感光性樹脂組成物。
- 1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物をさらに含む、請求項12〜16のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 当該感光性樹脂組成物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートにおける前記1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物に由来するピーク面積は、前記ポリマーのピーク面積に対し、5%以上60%以下である、請求項17に記載の感光性樹脂組成物。
- 請求項12〜18のいずれかに記載の感光性樹脂組成物より形成される、硬化物。
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