JP7012733B2 - 光硬化性組成物、積層体、及び、固体撮像素子 - Google Patents

光硬化性組成物、積層体、及び、固体撮像素子 Download PDF

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Description

本発明は、光硬化性組成物、積層体、及び、固体撮像素子に関する。
CCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサ又はCMOS(complementary metal-oxide semiconductor)イメージセンサ等は、光電変換部を有する複数の画素を二次元状に配列した固体撮像素子である。
この固体撮像素子において、暗電流の低減、ダイナミックレンジの低下防止、周辺回路の動作安定を図るとともに、画質の低下を抑制するために、固体撮像素子に含まれる光電変換部に対して、不要な光を遮ることは、一般的である。
例えば、特許文献1には、カーボンブラックである黒色顔料等を含有することを特徴とする遮光膜形成用感放射線性組成物が開示されている(請求項1,請求項2)。
特開2010-045191号公報
本発明者らは、特許文献1に記載された組成物について検討したところ、組成物を用いて組成物層を形成してから露光するまでの引置きの間に組成物層に、微小な異物による欠陥(以下、「引置き欠陥」ともいう)が生じやすいことを知見した。
また、組成物層を露光して現像した後に、残渣が生じないことも望まれている。以下、残渣が生じにくいことを、残渣抑制性に優れるともいう。
そこで、本発明は、引置き欠陥抑制性及び残渣抑制性に優れる組成物膜を形成できる光硬化性組成物を提供することを課題とする。
また、本発明は、上記光硬化性組成物を用いて製造される積層体及び上記積層体を有する固体撮像素子を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を達成できることを見出した。
〔1〕 多環芳香族炭化水素の含有量が0.100質量ppb以上0.500質量ppm以下であるカーボンブラックを含有する、光硬化性組成物。
〔2〕 更に、エチレン性不飽和基を有する化合物を含有する、〔1〕に記載の光硬化性組成物。
〔3〕 更に、光重合開始剤を含有する、〔1〕又は〔2〕に記載の光硬化性組成物。
〔4〕 上記光重合開始剤が、オキシム化合物である、〔3〕に記載の光硬化性組成物。
〔5〕 上記カーボンブラックの硫黄含有量が、1質量ppm以上0.50質量%以下である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔6〕 上記カーボンブラックの灰分が、1質量ppm以上0.20質量%以下である、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔7〕 上記カーボンブラックが、ファーネスブラックである、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔8〕 更に、無機顔料を含有する、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔9〕 上記無機顔料が、第4族の金属元素の窒化物、第4族の金属元素の酸窒化物、第5族の金属元素の窒化物、又は、第5族の金属元素の酸窒化物である、〔8〕に記載の光硬化性組成物。
〔10〕 上記無機顔料が、窒化チタン、酸窒化チタン、又は、酸窒化ジルコニウムである、〔8〕又は〔9〕に記載の光硬化性組成物。
〔11〕 上記無機顔料が酸窒化ジルコニウムである、〔8〕~〔10〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔12〕 更に、エポキシ基を有する化合物を含有する、〔1〕~〔11〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔13〕 更に、アルカリ可溶性樹脂を含有する、〔1〕~〔12〕のいずれかに記載の光硬化性組成物。
〔14〕 前記アルカリ可溶性樹脂が、重合性基を有する、〔13〕に記載の光硬化性組成物。
〔15〕 着色層と、〔1〕~〔14〕のいずれかに記載の光硬化性組成物を用いて形成された光減衰層とが積層され、上記光減衰層の400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値との差ΔTが11.0%以下である、積層体。
〔16〕 着色層と、〔1〕~〔14〕のいずれかに記載の光硬化性組成物を用いて形成された光減衰層とが積層され、
上記着色層が、緑色着色層、赤色着色層、青色着色層、シアン色着色層、マゼンタ色着色層、及び、イエロー色着色層からなる群から選択される少なくとも1種である、積層体。
〔17〕 上記光減衰層の400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTが11.0%以下である、〔16〕に記載の積層体。
〔18〕 上記差ΔTが7.0%以下である、〔15〕又は〔17〕に記載の積層体。
〔19〕 上記光減衰層の700~1000nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値との差ΔTが11.0%以下である、〔15〕~〔18〕のいずれかに記載の積層体。
〔20〕 上記差ΔTが7.0%以下である、〔19〕に記載の積層体。
〔21〕 上記光減衰層の550nmの波長の光の透過率が、5.0~75.0%である、〔15〕~〔20〕のいずれかに記載の積層体。
〔22〕 上記光減衰層の550nmの波長の光の透過率が、5.0~20.0%である、〔21〕に記載の積層体。
〔23〕 複数の単位画素が配置され、上記単位画素が第1の光電変換部、又は、第2の光電変換部を有し、上記第1の光電変換部の光が入射する側に、〔15〕~〔22〕のいずれかに記載の積層体が配置されている、固体撮像素子。
本発明によれば、引置き欠陥抑制性及び残渣抑制性に優れる組成物膜を形成できる光硬化性組成物を提供できる。
また、本発明によれば、上記光硬化性組成物を用いて製造される積層体及び上記積層体を有する固体撮像素子を提供できる。
本発明の実施形態に係る積層体を有する典型的な固体撮像子における、単位画素の断面模式図である。 本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示す断面模式図である。 図3の単位画素の組み合わせの変形例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示す断面模式図である。 図5の単位画素の組み合わせの変形例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示す模式図である。 図9のA-A’断面図である。 固体撮像装置の構成例を示す概略断面図である。 図11の撮像部を拡大して示す概略断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
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。
なお、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。
また、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、置換基を含有しないものと共に置換基を含有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を含有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を含有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。
また、本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、遠紫外線、極紫外線(EUV:Extreme ultraviolet)、X線、並びに電子線等を意味する。また本明細書において光とは、活性光線及び放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、遠紫外線、X線、並びにEUV等による露光のみならず、電子線及びイオンビーム等の粒子線による描画も包含する。
また、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アクリレートを表す。また、本明細書において、「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタアクリルを表す。また、本明細書において、「(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。また、本明細書において、「(メタ)アクリルアミド」は、アクリルアミド及びメタアクリルアミドを表す。また、本明細書中において、「単量体」と「モノマー」とは同義である。単量体は、オリゴマー及びポリマーと区別され、重量平均分子量が2,000以下の化合物をいう。本明細書中において、重合性化合物とは、重合性基を含有する化合物のことをいい、単量体であっても、ポリマーであってもよい。重合性基とは、重合反応に関与する基をいう。
[光硬化性組成物]
本発明の光硬化性組成物の特徴点は、多環芳香族炭化水素の含有量が0.100質量ppb(parts per billion)以上0.500質量ppm(parts per million)以下であるカーボンブラックを含有することが挙げられる。
本発明者らは、鋭意検討の結果、カーボンブラックの多環芳香族炭化水素の含有量が0.500質量ppm以下である場合、組成物層の引置き欠陥抑制性が優れることを知見した。
このメカニズムは必ずしも明らかではないが、多環芳香族炭化水素は、光硬化性組成物中の他の固形分とSP値(溶解パラメータ)が大きく異なるため相溶しにくく、通常量(0.500質量ppm超)の多環芳香族炭化水素を含有するカーボンブラックでは、引置き時に他の固形分と分離し、カーボンブラック同士で凝集した粒子(欠陥)になり易いためであると本発明者は推測している。
一方で、驚くべきことに、カーボンブラックの多環芳香族炭化水素の含有量が0.100質量ppb以上である場合、組成物層を露光し、現像した際におけるパターンの凹凸間に存在する残渣の発生を低減できることも知見した。
このメカニズムとしては、カーボンブラックの多環芳香族炭化水素の含有量が一定量以上であることで、現像時に、組成物層の露光されていない箇所への現像液の浸透性が向上し、現像性が向上することによると本発明者は考えている。
以下、このようなカーボンブラックを含有する光硬化性組成物について説明する。
〔カーボンブラック〕
本発明の光硬化性組成物は、多環芳香族炭化水素の含有量が0.100質量ppb以上0.500質量ppm以下であるカーボンブラックを含有する。
カーボンブラックが含有する多環芳香族炭化水素(以下、「PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)」ともいう)は、主にカーボンブラック生成反応の際の前駆体物質に由来する。主なPAHとしては、ナフタレン、フルオレン、フルオランテン、ピレン、クリセン、及び、ベンゾピレンが挙げられ、これらを総合した量がPAHの含有量である。
カーボンブラック中におけるPAHの含有量(カーボンブラック全質量に対するPAHの含有量)は、引置き欠陥抑制性と残渣抑制性とがバランス良く優れる点から、0.100質量ppb以上0.500質量ppm以下であり、1.00質量ppb以上0.400質量ppm以下が好ましく、20.00質量ppb以上0.150質量ppm以下がより好ましく、50.00質量ppb以上0.150質量ppm以下が更に好ましい。
なお、本明細書において、PAHの含有量の測定方法として以下の方法が挙げられる。
乾燥したカーボンブラック5gをモノクロルベンゼン180mlの入ったフラスコに入れ48時間抽出する。次に、この抽出液をエバポレーターにセットし、55℃で所定濃度まで濃縮した後、下記の条件で液体クロマトグラフィーにかけ、カーボンブラック中におけるPAHの含有量を測定する。
・液体クロマトグラフィー…「LC-6A」(島津製作所製)
・フローコントローラー…「SCL-6A」(島津製作所製)
・検出器…「Waters490E型」(ミリポア社製)
・カラム…「ODSA,Mタイプ」(山村化学製)
・注入量…5μl
カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、及び、アセチレンブラックが挙げられる。
中でも、カーボンブラックとしては、ファーネスブラックを用いるのが好ましい。
なお、カーボンブラックは、分散を容易にするため、必要に応じて分散剤を用い、予めニトロセルロース及び/又はバインダなどに分散させたカラーチップ又はカラーペーストとして使用することができ、このようなチップやペーストは市販品として容易に入手できる。また、カーボンブラックは、公知の方法により表面処理が施されていてもよい。
カーボンブラックの形状は、特に制限はないが、粒子状であるのが好ましい。
カーボンブラックの粒子径は、特に制限はないが、分散性及び着色性の点から、平均1次粒子径が、1~2000nmが好ましく、2~100nmがより好ましく、5~50nmが更に好ましい。
なお、カーボンブラックの平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)を用いて測定できる。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日立ハイテクノロジーズ社製の透過型電子顕微鏡HT7700を使用できる。
透過型電子顕微鏡を用いて得た粒子像の最大長(Dmax:粒子画像の輪郭上の2点における最大長さ)、及び最大長垂直長(DV-max:最大長に平行な2本の直線で画像を挟んだ時、2直線間を垂直に結ぶ最短の長さ)を測長し、その相乗平均値(Dmax×DV-max)1/2を粒子径とする。この方法で100個の粒子の粒子径を測定し、その算術平均値を平均粒子径として、カーボンブラックの平均一次粒子径とする。
カーボンブラックの硫黄含有量(カーボンブラック全質量に対する硫黄の含有量)は、引置き欠陥抑制性がより優れる点から、1質量ppm以上0.75質量%以下が好ましく、1質量ppm以上0.50質量%以下がより好ましく、0.01質量%以上0.50質量%以下が更に好ましく、0.11質量%以上0.39質量%以下が特に好ましい。
本明細書においてカーボンブラックの硫黄含有量は、以下の方法で測定される。
(1)酸素富化雰囲気でカーボンブラック試料を燃焼し、存在するすべての硫黄をSOに転換する。
(2)発生したSOを、赤外線検出法によって定量化する。
詳細は、“ASTM Standards”, Vol. 9.01, Method 1619, part C-94,“Standard Test Methods for Carbon Black-sulphur Content(カーボンブラックの硫黄含有量の標準試験方法)”に基づく。
組成物の経時安定性がより優れる観点から、カーボンブラックの灰分(カーボンブラック全質量に対する灰分)は、1質量ppm以上0.30質量%以下が好ましく、1質量ppm以上0.20質量%以下がより好ましく、0.05質量%以上0.14質量%以下が更に好ましく、0.05質量%以上0.08質量%以下が特に好ましい。
本明細書においてカーボンブラックの「灰分」とは、カーボンブラックを燃焼させて得られる無機質の灰の質量分率を意味し、以下の方法で測定される。
(1)乾燥したカーボンブラックを磁器るつぼにはかりとり、550℃で恒量になるまで燃焼させる。
(2)デシケーターで冷却した後、磁器るつぼの質量を測り、得られた灰の、酸化させる前のカーボンブラックに対する質量分率を灰分とする。
詳細は、JIS K 6218-2:2005(ゴム用カーボンブラック-付随的特性-第2部:灰分の求め方)に基づく。
カーボンブラックは、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
光硬化性組成物中におけるカーボンブラックの含有量は、光硬化性組成物の全固形分に対して、1~99質量%が好ましく、2~45質量%がより好ましく、3~30質量%が更に好ましい。
なお、光硬化性組成物が、後述の黒色顔料を含有する場合は、カーボンブラックと黒色顔料の合計量は、光硬化性組成物の全固形分に対して、1~99質量%が好ましく、10~50質量%がより好ましく、13~40質量%が更に好ましい。
また、なお、光硬化性組成物が、後述の黒色顔料を含有する場合は、カーボンブラックと黒色顔料の合計量の比(カーボンブラック/黒色顔料(質量比))は、0.1~10が好ましく、0.25~1.50がより好ましく、0.35~0.50が更に好ましい。
カーボンブラックは、適当な分散剤及び溶剤等と共に、ビーズミル、ボールミル、又は、ロッドミル等の混合装置を用いて混合分散して、分散液として使用できる。
上記分散液の調製に使用される溶剤としては、例えば、光硬化性組成物が含有し得る溶剤として後述する溶剤のほか、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-2-プロパノール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、3-メチル-1-ブタノール、2-メチル-2-ブタノール、ネオペンタノール、シクロペンタノール、1-ヘキサノール、及び、シクロヘキサノール等のアルコール類等が挙げられる。
中でも、PGMEA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)が好ましい。
これらの溶剤は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラック分散液中のカーボンブラックの含有量は、カーボンブラック分散液の全質量に対して、10~90質量%が好ましく、15~60質量%がより好ましく、20~30質量%が更に好ましい。
〔着色剤〕
本発明の光硬化性組成物は、上述のカーボンブラックの他にも着色剤を含有していてもよい。
着色剤としては特に制限されず、公知の着色剤を使用できる。着色剤としては、各種公知の顔料(着色顔料)、及び、染料(着色染料)等を使用できる。
光硬化性組成物が着色剤を含有する場合、光硬化性組成物中における着色剤の含有量としては特に制限されないが、光硬化性組成物の全固形分に対して、1~99質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましい。
着色剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の着色剤を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
光硬化性組成物が後述の黒色顔料を含有する場合、光硬化性組成物中の黒色顔料の含有量は、光硬化性組成物の全固形分に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。
光硬化性組成物中における黒色顔料の含有量の上限値は特に制限されないが、一般に、光硬化性組成物の全固形分に対して、50質量%以下が好ましい。
着色染料としては、例えば、R(レッド)、G(グリーン)、及び、B(ブルー)等の有彩色系の染料(有彩色染料)の他、特開2014-42375の段落0027~0200に記載の着色剤も使用できる。また、黒色染料も使用できる。
有彩色系の顔料(有彩色顔料)としては、従来公知の種々の無機顔料又は有機顔料を使用できる。また、上記顔料の平均一次粒子径は、0.01~0.1μmが好ましく、0.01~0.05μmがより好ましい。
なお、顔料の平均一次粒子径は、上述したカーボンブラックの平均一次粒子径と同様の方法で測定できる。
<顔料>
顔料としては、特に制限されず、公知の無機顔料及び/又は有機顔料を使用できる。
(無機顔料)
本発明の光硬化性組成物は、着色剤の中でも無機顔料を含有するのが好ましい。
カーボンブラックと無機顔料とを併用することで、広い波長の範囲で、より均等な吸収スペクトルを有する硬化膜を得ることができる。
上記無機顔料としては、特に制限されず、公知の無機顔料を使用できる。
無機顔料としては、例えば、亜鉛華、鉛白、リトポン、酸化チタン、酸化クロム、酸化鉄、沈降性硫酸バリウム及びバライト粉、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄(亜鉛黄1種、亜鉛黄2種)、ウルトラマリン青、プロシア青(フェロシアン化鉄カリ)ジルコングレー、プラセオジムイエロー、クロムチタンイエロー、クロムグリーン、ピーコック、ビクトリアグリーン、紺青(プルシアンブルーとは無関係)、バナジウムジルコニウム青、クロム錫ピンク、陶試紅、並びにサーモンピンク等が挙げられる。また、黒色の無機顔料としては、Co、Cr、Cu、Mn、Ru、Fe、Ni、Sn、Ti、及び、Agからなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属元素を含む金属酸化物、金属窒化物、及び、金属酸窒化物等が挙げられる。無機顔料は表面修飾処理がなされていてもよい。例えば、シリコーン基とアルキル基を併せ持つ独自の表面処理剤で表面修飾処理がなされているものが挙げられ、「KTP-09」シリーズ(信越化学工業社製)などが挙げられる。
無機顔料としては、含有量が少なくとも、高い光学濃度を有する硬化膜を形成することができる光硬化性組成物が得られる点で金属顔料等(以下、「黒色顔料」ともいう。)が好ましい。
このような無機顔料(黒色顔料)としては、第4族の金属元素の窒化物、第4族の金属元素の酸窒化物、第5族の金属元素の窒化物、又は、第5族の金属元素の酸窒化物が好ましい。
中でもこのような無機顔料(黒色顔料)は、窒化チタン、酸窒化チタン、窒化ニオブ、酸窒化ニオブ、窒化バナジウム、酸窒化バナジウム、窒化ジルコニウム、及び、酸窒化ジルコニウムを含有する金属顔料からなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、酸窒化チタン、窒化チタン、酸窒化ニオブ、窒化ニオブ、酸窒化ジルコニウム、及び、窒化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含有することがより好ましく、窒化チタン、酸窒化チタン、及び、酸窒化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含有することが更に好ましい。また、酸窒化ジルコニウムは、組成物膜の耐アンダーカット性がより優れる点でも好ましい。
なお、本明細書において、窒化チタンとは、TiNを意図し、製造上不可避な酸素原子(例えば、TiNの粒子の表面が意図せず酸化したもの、等)を含有してもよい。
本明細書において、窒化チタンとは、CuKα線をX線源とした場合の(200)面に由来するピークの回折角2θが42.5°~42.8°である化合物を意図する。
また、本明細書において、酸窒化チタンとは、CuKα線をX線源とした場合の(200)面に由来するピークの回折角2θが42.8°超の化合物を意図する。酸窒化チタンの上記回折角2θの上限値としては特に制限されないが、43.5°以下が好ましい。
酸窒化チタンとしては、例えば、チタンブラック等が挙げられ、より具体的には、例えば、TiO、Ti2n-1(1≦n≦20)で表せる低次酸化チタン、及び/又は、TiN(0<x<2.0,0.1<y<2.0)で表せる酸窒化チタンを含有する形態が挙げられる。以下の説明では、窒化チタン(上記回折角2θが42.5°~42.8°)、及び、酸窒化チタン(上記回折角2θが42.8°超)を併せてチタン窒化物といい、その形態について説明する。
CuKα線をX線源としてチタン窒化物のX線回折スペクトルを測定した場合において、最も強度の強いピークとしてTiNは(200)面に由来するピークが2θ=42.5°近傍に、TiOは(200)面に由来するピークが2θ=43.4°近傍に観測される。一方、最も強度の強いピークではないがアナターゼ型TiOは(200)面に由来するピークは2θ=48.1°近傍に、ルチル型TiOは(200)面に由来するピークは2θ=39.2°近傍に観測される。よって、酸窒化チタンが酸素原子を多く含有するほどピーク位置は42.5°に対して高角度側にシフトする。
チタン窒化物が、酸化チタンTiOを含有する場合、最も強度の強いピークとしてアナターゼ型TiO(101)に由来するピークが2θ=25.3°近傍に、ルチル型TiO(110)に由来するピークが2θ=27.4°近傍に見られる。しかし、TiOは白色であるため、光硬化性組成物を硬化して遮光膜を得ようとする場合は、遮光膜の遮光性を低下させる要因となるため、ピークとして観察されない程度に低減されていることが好ましい。
上記のX線回折スペクトルの測定により得られたピークの半値幅から、チタン窒化物を構成する結晶子サイズを求めることができる。結晶子サイズの算出はシェラーの式を用いて行うことができる。
チタン窒化物を構成する結晶子サイズとしては、50nm以下が好ましく、20nm以上が好ましい。結晶子サイズが20~50nmであると、光硬化性組成物を用いて形成される遮光膜は、紫外線(特にi線(365nm))透過率がより高くなりやすく、より感光性が高い光硬化性組成物が得られる。
チタン窒化物の比表面積については特に制限されないが、BET(Brunauer,Emmett,Teller)法により求めることができる。チタン窒化物の比表面積は、5~100m/gが好ましく、10~60m/gがより好ましい。
黒色顔料は、その表面に、ケイ素を含有する化合物(以下「含ケイ素化合物」という。)の層を含有してもよい。すなわち、上記金属原子の(酸)窒化物を含ケイ素化合物で被覆し、黒色顔料としてもよい。
金属原子の(酸)窒化物を被覆する方法としては、特に制限されず、公知の方法を使用でき、例えば、特開昭53-33228号公報の2頁右下~4頁右上に記載された方法(チタン酸化物に代えて、金属原子の(酸)窒化物を用いる)、特開2008-69193の段落0015~0043段落に記載された方法(微粒子二酸化チタンに代えて、金属原子の(酸)窒化物を用いる)、特開2016-74870号公報の段落0020、及び、段落0124~0138に記載された方法(金属酸化物微粒子に代えて、金属原子の(酸)窒化物を用いる)が挙げられ、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
上記光硬化性組成物には、黒色顔料として記載した顔料以外に、赤外線吸収性を有する顔料も使用できる。
赤外線吸収性を有する顔料としては、タングステン化合物、及び金属ホウ化物等が好ましく、中でも、赤外領域の波長における遮光性に優れる点から、タングステン化合物が好ましい。特に露光による硬化効率に関わる光重合開始剤の光吸収波長領域と、可視光線領域との透光性に優れる観点からタングステン化合物が好ましい。
これらの顔料は、2種以上併用してもよく、また、後述する染料と併用してもよい。色味を調整するため、及び、所望の波長領域の遮光性を高めるため、例えば、黒色、又は赤外線遮光性を有する顔料に、赤色、緑色、黄色、オレンジ色、紫色、及び、ブルー等の有彩色顔料又は後述する染料を混ぜる形態が挙げられる。黒色、又は赤外線遮光性を有する顔料に、赤色顔料若しくは染料、又は、紫色顔料若しくは染料を混合することが好ましく、黒色、又は赤外線遮光性を有する顔料に赤色顔料を混合することがより好ましい。
更に、後述する近赤外線吸収剤、赤外線吸収剤を加えてもよい。
(有機顔料)
有機顔料としては、例えば、カラーインデックス(C.I.)ピグメントイエロー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、
C.I.ピグメントオレンジ 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、
C.I.ピグメントレッド 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;
C.I.ピグメントグリーン 7,10,36,37,58,59等;
C.I.ピグメントバイオレット 1,19,23,27,32,37,42等;
C.I.ピグメントブルー 1,2,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,22,60,64,66,79,80等;
が挙げられる。なお、顔料は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
<染料>
染料としては、例えば特開昭64-90403号公報、特開昭64-91102号公報、特開平1-94301号公報、特開平6-11614号公報、特登2592207号、米国特許4808501号明細書、米国特許5667920号明細書、米国特許505950号明細書、米国特許5667920号明細書、特開平5-333207号公報、特開平6-35183号公報、特開平6-51115号公報、及び、特開平6-194828号公報等に開示されている色素を使用できる。化学構造として区分すると、ピラゾールアゾ化合物、ピロメテン化合物、アニリノアゾ化合物、トリフェニルメタン化合物、アントラキノン化合物、ベンジリデン化合物、オキソノール化合物、ピラゾロトリアゾールアゾ化合物、ピリドンアゾ化合物、シアニン化合物、フェノチアジン化合物、及び、ピロロピラゾールアゾメチン化合物等を使用できる。また、染料としては色素多量体を用いてもよい。色素多量体としては、特開2011-213925号公報、及び、特開2013-041097号公報に記載されている化合物が挙げられる。また、分子内に重合性を有する重合性染料を用いてもよく、市販品としては、例えば、和光純薬工業社製RDWシリーズが挙げられる。
〔顔料誘導体〕
光硬化性組成物は、顔料誘導体を含有してもよい。顔料誘導体は、有機顔料の一部分を、酸性基、塩基性基、又は、フタルイミドメチル基で置換した構造を有する化合物が好ましい。顔料誘導体としては、カーボンブラック(光硬化性組成物が着色剤を含む場合は、カーボンブラック及び着色剤)の分散性及び分散安定性の観点から、酸性基又は塩基性基を有する顔料誘導体が好ましい。中でも、塩基性基を有する顔料誘導体が好ましい。また、後述する樹脂(分散剤)と、顔料誘導体との組み合わせは、分散剤が酸性分散剤で、顔料誘導体が塩基性基を有する組み合わせが好ましい。
顔料誘導体を構成するための有機顔料としては、ジケトピロロピロール系顔料、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、チオインジゴ系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、スレン系顔料、及び、金属錯体系顔料等が挙げられる。
また、顔料誘導体が有する酸性基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、又は、その塩が好ましく、カルボン酸基又はスルホン酸基がより好ましい。顔料誘導体が有する塩基性基としては、アミノ基が好ましく、三級アミノ基がより好ましい。また、顔料誘導体は、硬化膜の耐溶剤性及び耐湿性がより優れる観点から、単環の芳香族ヘテロ環を有しているのも好ましく、トリアジン環を有しているのもより好ましい。
光硬化性組成物が顔料分散剤を含有する場合、光硬化性組成物中における顔料分散剤の含有量としては特に制限されないが、カーボンブラック及び着色剤の合計質量に対して、1~40質量%が好ましく、3~30質量%がより好ましい。
顔料誘導体は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
〔重合性化合物〕
光硬化性組成物は、重合性化合物を含有するのが好ましい。光硬化性組成物中における重合性化合物の含有量としては特に制限されないが、一般に、光硬化性組成物の全固形分に対して、5~50質量%が好ましい。重合性化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の重合性化合物を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
本明細書において、重合性化合物とは、分子内に少なくとも1個の重合性基を有する化合物を意味する。重合性基の数としては特に制限されないが、2個以上が好ましく、3個以上がより好ましく、15個以下が好ましく、6個以下がより好ましい。
重合性基としては特に制限されないが、エチレン性不飽和基、及び、メチロール基等が挙げられ、エチレン性不飽和基が好ましく、具体的には、ビニル基、スチリル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基、及び、(メタ)アクリロイルオキシ基等が挙げられる。
重合性化合物は、例えば、モノマー、プレポリマー、すなわち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物並びにそれらの多量体などの化学的形態のいずれであってもよく、モノマーが好ましい。重合性化合物の分子量は、100~3000が好ましく、250~1500がより好ましい。重合性化合物は、3~15官能の(メタ)アクリレート化合物であるのが好ましく、3~6官能の(メタ)アクリレート化合物であるのがより好ましい。
重合性化合物の具体例としては、特開2007-269779号公報の段落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又は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使用できる。
重合性化合物は、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としては、NKエステル A-TMMT;新中村化学工業(株)製)、ジペンタエリスリトールトリアクリレート(市販品としては KAYARAD D-330;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としては KAYARAD D-320;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD D-310;日本化薬(株)製)、又は、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD DPHA;日本化薬(株)製)が好ましく、ペンタエリスリトールテトラアクリレートがパターン形状の観点からより好ましい。更に、これらの(メタ)アクリロイル基がエチレングリコール、プロピレングリコール残基を介して結合している構造の化合物(例えば、サートマー社から市販されている、SR454、SR499)でもよい。また、重合性化合物は、アロニックスTO-2349(東亞合成(株))、NKエステル A-DPH-12E(新中村化学工業(株)製)、KAYARAD RP-1040、KAYARAD DPEA-12LT、KAYARAD DPHA LT、KAYARAD RP-3060、及び、KAYARAD DPEA-12(日本化薬社製)等を使用してもよい。
なども使用できる。
重合性化合物は、カルボキシ基、スルホ基、及び、リン酸基等の酸基を有してもよい。酸基を有する重合性化合物の市販品としては、例えば、東亞合成社製の多塩基酸変性アクリルオリゴマーとして、アロニックスシリーズのM-305、M-510、及び、M-520等が挙げられる。酸基を有する重合性化合物の酸価は、特に制限されないが、一般に、0.1~40mgKOH/gが好ましい。下限は5mgKOH/g以上がより好ましい。上限は、30mgKOH/g以下がより好ましい。
また、重合性化合物は、カプロラクトン構造を有することも好ましい。カプロラクトン構造を有する重合性化合物としては、例えば、ε-カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。ε-カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートは、典型的には、多価アルコール、(メタ)アクリル酸、及び、ε-カプロラクトンをエステル化反応させることで得られる。多価アルコールとしては、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、グリセリン、ジグリセロール、及び、トリメチロールメラミン等が挙げられる。
カプロラクトン構造を有する重合性化合物は、特開2016-006475号公報の段落0091~0107の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。市販品としては、例えばサートマー(株)製のエチレンオキシ基を4個有する4官能アクリレートであるSR-494、日本化薬(株)製のペンチレンオキシ基を6個有する6官能アクリレートであるDPCA-60、及び、イソブチレンオキシ基を3個有する3官能アクリレートであるTPA-330などが挙げられる。
重合性化合物は、特公昭48-41708号公報、特開昭51-37193号公報、特公平2-32293号公報、及び、特公平2-16765号公報に記載のウレタンアクリレート類;特公昭58-49860号公報、特公昭56-17654号公報、特公昭62-39417号公報、及び、特公昭62-39418号公報に記載のエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類;等も使用できる。
また、特開昭63-277653号公報、特開昭63-260909号公報、及び、特開平1-105238号公報に記載の分子内にアミノ構造又はスルフィド構造を有する付加重合性化合物も好ましい。
重合性化合物は市販品である、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)UA製)、8UH-1006、及び、8UH-1012(大成ファインケミカル(株)製)等も使用できる。
また、重合性化合物としては、分子内にSi原子を有する重合性化合物も好ましい。分子内にSi原子を有する重合性化合物の市販品としては、シロキサン結合含有の多官能アクリレートであるEBECRYL1360(ダイセル・オルネクス(株)製)、及び、Si原子含有多官能ビニル化合物であるVINYLTRIISOPROPENOXYSILANE(アズマックス株式会社製)等が挙げられる。
これらの重合性化合物について、その構造、単独使用か併用か、添加量等の使用方法の詳細等は、組成物の最終的な性能設計にあわせて任意に設定できる。例えば、感度の観点では、1分子あたりのエチレン性不飽和基の含有量が多い構造が好ましく、典型的には2官能以上が好ましい。また、硬化膜の強度を高める観点では、3官能以上が好ましく、更に、官能数、及び、重合性基のうち少なくとも一方が異なる化合物を併用することで、感度と強度との両方を調節する方法も有効である。更に、3官能以上の化合物であって、エチレンオキサイド鎖長の異なる重合性化合物を併用することも好ましい。この形態によれば、光硬化性組成物の現像性を調節することができ、優れたパターン形成が得られる。また、重合性化合物の選択により、光硬化性組成物に含有される他の成分(例えば、後述する重合開始剤、及び、後述する樹脂等)との相溶性及び/又は分散性を向上することもできる。
〔光重合開始剤〕
光硬化性組成物は、光重合開始剤を含有するのが好ましい。
光硬化性組成物が光重合開始剤を含有する場合、光硬化性組成物中における光重合開始剤の含有量としては特に制限されないが、光硬化性組成物の全固形分に対して0.1~30質量%が好ましく、1.0~8.0質量%がより好ましい。
光重合開始剤は、例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、及び、オキサジアゾール骨格を有する化合物等)、アシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール、オキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、α-ヒドロキシケトン化合物、及び、α-アミノケトン化合物等が挙げられる。
光重合開始剤は、露光感度の観点から、トリハロメチルトリアジン化合物、ベンジルジメチルケタール化合物、α-ヒドロキシケトン化合物、α-アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、ホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム化合物、ベンゾチアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物、シクロペンタジエン-ベンゼン-鉄錯体、又は、ハロメチルオキサジアゾール化合物及び3-アリール置換クマリン化合物が好ましく、オキシム化合物、α-ヒドロキシケトン化合物、α-アミノケトン化合物、又は、アシルホスフィン化合物がより好ましく、オキシム化合物が更に好ましい。オキシム化合物を使用することで、組成物膜の耐アンダーカット性、硬化膜の耐溶剤性及び耐湿性を向上できる。
光重合開始剤としては、特開2014-130173号公報の段落0065~0111の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。また、光重合開始剤は、KAYACURE DETX-S(日本化薬社製)も使用できる。
α-ヒドロキシケトン化合物の市販品としては、IRGACURE-184、DAROCUR-1173、IRGACURE-500、IRGACURE-2959、及び、IRGACURE-127(以上、BASF社製)等が挙げられる。
α-アミノケトン化合物の市販品としては、IRGACURE-907、IRGACURE-369、IRGACURE-379、及び、IRGACURE-379EG(以上、BASF社製)等が挙げられる。
アシルホスフィン化合物の市販品としては、IRGACURE-819、及び、DAROCUR-TPO(以上、BASF社製)等が挙げられる。
オキシム化合物としては、特開2001-233842号公報に記載の化合物、特開2000-80068号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物、及び、特開2016-21012号公報に記載等が使用できる。
オキシム化合物としては、例えば、3-ベンゾイルオキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、及び、2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン等が挙げられる。また、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.1653-1660)、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.156-162)、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年、pp.202-232)、特開2000-66385号公報、特開2000-80068号公報、特表2004-534797号公報、及び、特開2006-342166号公報に記載の化合物等も使用できる。
市販品としては、IRGACURE-OXE01、IRGACURE-OXE02、IRGACURE-OXE03、及び、IRGACURE-OXE04(以上、BASF社製)も使用できる。また、TR-PBG-304(常州強力電子新材料有限公司製)、及び、アデカオプトマーN-1919(ADEKA社製、特開2012-14052号公報に記載の光重合開始剤2)も使用できる。
また、オキシム化合物としては、着色性が無い化合物、及び/又は、透明性が高く変色し難い化合物も好ましい。市販品としては、アデカアークルズNCI-730、NCI-831、及び、NCI-930(以上、ADEKA社製)等が挙げられる。
光重合開始剤としては、フルオレン環を有するオキシム化合物も使用できる。フルオレン環を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2014-137466号公報に記載の化合物が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれる。
光重合開始剤としては、フッ素原子を有するオキシム化合物も使用できる。フッ素原子を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2010-262028号公報に記載の化合物、特表2014-500852号公報に記載の化合物24、36~40、及び、特開2013-164471号公報に記載の化合物(C-3)等が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明において、光重合開始剤として、ニトロ基を有するオキシム化合物も使用できる。ニトロ基を有するオキシム化合物は、二量体でもよい。ニトロ基を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2013-114249号公報の段落0031~0047、特開2014-137466号公報の段落0008~0012、0070~0079に記載されている化合物、特許4223071号公報の段落0007~0025に記載されている化合物、及び、アデカアークルズNCI-831(ADEKA社製)等が挙げられる。
オキシム化合物の具体例を以下に示すが、オキシム化合物としては下記に制限されない。
Figure 0007012733000001
Figure 0007012733000002
オキシム化合物は、350~500nmの波長領域に吸収極大を有する化合物が好ましく、360~480nmの波長領域に吸収極大を有する化合物がより好ましい。また、オキシム化合物は、365nm及び405nmの吸光度が高い化合物が好ましい。
オキシム化合物の365nm又は405nmにおけるモル吸光係数は、感度の観点から、1,000~300,000であるのが好ましく、2,000~300,000であるのがより好ましく、5,000~200,000であるのが更に好ましい。
化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、分光光度計(Varian社製Cary-5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
光重合開始剤は、2種類以上併用することも好ましい。例えば、メタノール中での365nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以上の光重合開始剤と、メタノール中での365nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以下であり、254nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以上の光重合開始剤とを併用することも好ましい。具体例として、α-アミノケトン化合物と、オキシム化合物との併用が挙げられる。この形態によれば、低温条件下であっても、硬化性に優れた膜を製造することができる。例えば、パターン形成工程において、現像工程前及び現像工程後の2段階で光硬化性組成物を露光することにより、最初の露光で光硬化性組成物を適度に硬化させることができ、次の露光で光硬化性組成物全体をほぼ硬化させることができる。このため、低温条件でも、光硬化性組成物の硬化性を向上させることができる。
光重合開始剤は、2官能又は3官能以上の化合物も使用できる。そのような開始剤の具体例としては、特表2010-527339号公報、特表2011-524436号公報、国際公開WO2015/004565号、特表2016-532675号公報の0417~0412段落、国際公開WO2017/033680号の0039~0055段落に記載されているオキシム化合物の2量体、特表2013-522445号公報に記載されている化合物(E)及び(G)、並びに、国際公開WO2016/034963号に記載されているCmpd1~7等が挙げられる。
〔樹脂〕
光硬化性組成物は樹脂を含有するのが好ましい。樹脂は、典型的には、分散剤又はバインダとしての機能を有する。分散剤は、カーボンブラック及び無機顔料等を光硬化性組成物中で分散させる機能を有する。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してもよい。
また、光硬化性組成物は、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及び、アルキド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を含有することが好ましい。
なお、光硬化性組成物が、後述する着色層、及び/又は、後述するレンズと同種の樹脂を含有する場合、光硬化性組成物を用いて形成される硬化膜の層と着色層、及び/又は、光硬化性組成物を用いて形成される硬化膜の層とレンズとの密着性に優れる。
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、1000~200000が好ましく、2000~100000がより好ましい。
<バインダ>
光硬化性組成物は、膜特性を向上させる観点から、樹脂としてバインダを含有することが好ましい。
光硬化性組成物がバインダを含有する場合、光硬化性組成物中におけるバインダの含有量としては特に制限されないが、光硬化性組成物の全固形分に対して5~90質量%が好ましく、10~60質量%がより好ましい。
バインダは、公知の樹脂を任意に使用できる。例えば、(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリアリーレンエーテルフォスフィンオキシド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂(なかでも不飽和ポリエステル樹脂が好ましい)、スチレン樹脂、及び、シロキサン樹脂等が挙げられる。バインダは、これらの樹脂から1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
環状オレフィン樹脂としては、耐熱性向上の観点からノルボルネン樹脂が好ましく使用できる。ノルボルネン樹脂の市販品としては、例えば、JSR社製のARTONシリーズ(例えば、ARTON F4520)等が挙げられる。また、エポキシ樹脂としては、マープルーフG-0150M、G-0105SA、G-0130SP、G-0250SP、G-1005S、G-1005SA、G-1010S、G-2050M、G-01100、及び、G-01758(日油社製、エポキシ基含有ポリマー)も使用できる。
バインダとしては、アルカリ可溶性樹脂を使用するのが好ましい。アルカリ可溶性樹脂を使用すると、光硬化性組成物はより優れた現像性を有する。
アルカリ可溶性樹脂としては、酸基を有する樹脂が挙げられる。酸基としては、例えば、カルボキシ基、リン酸基、スルホ基、及び、フェノール性水酸基等が挙げられ、カルボキシ基が好ましい。アルカリ可溶性樹脂は、酸基は1種有してもよく、2種以上有してもよい。
アルカリ可溶性樹脂の酸価としては、特に制限されないが、一般に、30~500mgKOH/gが好ましい。下限は、50mgKOH/g以上がより好ましく、70mgKOH/g以上が更に好ましい。上限は、400mgKOH/g以下がより好ましく、200mgKOH/g以下が更に好ましく、150mgKOH/g以下が特に好ましく、120mgKOH/g以下が最も好ましい。
アルカリ可溶性樹脂としては、側鎖にカルボキシ基を有するポリマーが好ましい。具体的には、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体、及び、ノボラック樹脂等のアルカリ可溶性フェノール樹脂;側鎖にカルボキシ基を有する酸性セルロース誘導体;並びに、ヒドロキシ基を有するポリマーに酸無水物を付加させた樹脂;等が挙げられる。
特に、(メタ)アクリル酸と、これと共重合可能な他のモノマーとの共重合体が、アルカリ可溶性樹脂として好ましい。(メタ)アクリル酸と共重合可能な他のモノマーとしては、アルキル(メタ)アクリレート、アリール(メタ)アクリレート、及び、ビニル化合物等が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレート及びアリール(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、及び、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ビニル化合物としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、グリシジルメタクリレート、アクリロニトリル、ビニルアセテート、N-ビニルピロリドン、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ポリスチレンマクロモノマー、及び、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー等が挙げられる。
また、他にも、特開平10-300922号公報に記載のN位置換マレイミドモノマー、例えば、N-フェニルマレイミド、及び、N-シクロヘキシルマレイミド等も使用できる。なお、これらの(メタ)アクリル酸と共重合可能な他のモノマーは1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
アルカリ可溶性樹脂は、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体;ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート共重合体;ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/他のモノマーからなる多元共重合体;等が好ましい。
また、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートを共重合したもの、特開平7-140654号公報に記載の、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体;2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート/ポリメチルメタクリレートマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体;2-ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体;又は、2-ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体;等も好ましい。
組成物膜の耐アンダーカット性がより優れ、硬化膜の耐溶剤性及び耐湿性がより優れる観点から、アルカリ可溶性樹脂としては、上述した重合性化合物とは別に、重合性基を有するアルカリ可溶性樹脂も使用するのも好ましい。
重合性基としては、(メタ)アリル基、及び、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。重合性基を有するアルカリ可溶性樹脂は、重合性基を側鎖に有するアルカリ可溶性樹脂等が好ましい。重合性基を有するアルカリ可溶性樹脂としては、ダイヤナールNRシリーズ(三菱レイヨン社製)、Photomer6173(COOH含有 polyurethane acrylic oligomer.Diamond Shamrock Co.,Ltd.製)、ビスコートR-264、KSレジスト106(いずれも大阪有機化学工業社製)、サイクロマーPシリーズ(例えば、ACA230AA)、プラクセル CF200シリーズ(いずれもダイセル社製)、Ebecryl3800(ダイセル・オルネクス社製)、及び、アクリキュアーRD-F8(日本触媒社製)等が挙げられる。
アルカリ可溶性樹脂としては、下記式(ED1)で表される化合物及び/又は下記式(ED2)で表される化合物(以下、これらの化合物を「エーテルダイマー」ともいう)を含むモノマー成分を重合してなるポリマーを含むことも好ましい。エーテルダイマーを含むモノマー成分を重合してなるポリマーの詳細については、特開2015-34961号公報の段落0022~0031を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
Figure 0007012733000003
式(ED1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1~25の炭化水素基を表す。
Figure 0007012733000004
式(ED2)中、Rは、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。式(ED2)の具体例としては、特開2010-168539号公報の記載を参酌できる。
エーテルダイマーの具体例としては、例えば、特開2013-29760号公報の段落0317を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。エーテルダイマーは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
アルカリ可溶性樹脂は、下記式(X)で示される化合物に由来する繰り返し単位を含んでいてもよい。
Figure 0007012733000005
式(X)において、Rは、水素原子又はメチル基を表し、Rは炭素数2~10のアルキレン基を表し、Rは、水素原子又はベンゼン環を含んでもよい炭素数1~20のアルキル基を表す。nは1~15の整数を表す。
アルカリ可溶性樹脂の具体例としては、例えば、下記の樹脂が挙げられる。また、特開2015-34961号公報の段落0037に記載の樹脂も挙げられる。これらの樹脂の中でも、重合性基((メタ)アクリロイル基等)を有するアルカリ可溶性樹脂であるのが、耐溶剤性の観点から好ましい。
Figure 0007012733000006
<分散剤>
光硬化性組成物は、樹脂として分散剤を含有することが好ましい。分散剤は、酸性樹脂、塩基性樹脂、及び、両性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、酸性樹脂、及び、両性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種がより好ましい。
本明細書において、酸性樹脂とは、酸基を有する樹脂であって、酸価が5mgKOH/g以上、アミン価が5mgKOH/g未満の樹脂を意味する。酸性樹脂は、塩基性基を有さないことが好ましい。酸性樹脂が有する酸基としては、例えば、カルボキシ基、リン酸基、スルホ基、及び、フェノール性ヒドロキシ基等が挙げられ、リン酸基、又は、カルボキシ基が好ましい。酸性樹脂の酸価は、5~200mgKOH/gが好ましい。下限は、10mgKOH/g以上がより好ましく、20mgKOH/g以上が更に好ましい。上限は、100mgKOH/g以下がより好ましく、60mgKOH/g以下が更に好ましい。 また、酸性樹脂のアミン価は、2mgKOH/g以下が好ましく、1mgKOH/g以下がより好ましい。
本明細書において、塩基性樹脂とは、塩基性基を有する樹脂であって、アミン価が5mgKOH/g以上、酸価が5mgKOH/g未満の樹脂を意味する。塩基性樹脂は、酸基を有さないことが好ましい。塩基性樹脂が有する塩基性基としては、アミノ基が好ましい。塩基性樹脂のアミン価は、5~200mgKOH/gが好ましく、5~150mgKOH/gがより好ましく、5~100mgKOH/gが更に好ましい。
本明細書において、両性樹脂とは、酸基及び塩基性基を有する樹脂であって、酸価が5mgKOH/g以上で、かつ、アミン価が5mgKOH/g以上である樹脂を意味する。 酸基の形態は、上記の酸性樹脂と同様であり、カルボキシ基が好ましい。塩基性基の形態は、上記の塩基性樹脂と同様であり、アミノ基が好ましい。
両性樹脂の酸価は、5~200mgKOH/gが好ましい。下限は、組成物膜の引き置き欠陥抑制性がより優れる観点から、10mgKOH/g以上がより好ましく、20mgKOH/g以上が更に好ましく、40mgKOH/g以上が特に好ましい。上限は、150mgKOH/g以下がより好ましく、100mgKOH/g以下が更に好ましい。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以上が更に好ましい。上限は、150mgKOH/g以下がより好ましく、100mgKOH/g以下が更に好ましい。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。
組成物膜の耐アンダーカット性がより優れ、硬化膜の耐溶剤性及び耐湿性がより優れる観点から、分散剤が、上述した重合性化合物とは別に、重合性基(好ましくはエチレン性不飽和結合を含有する基)を有する化合物であるのも好ましい。
分散剤としては、高分子分散剤〔例えば、アミン基を有する樹脂(ポリアミドアミンとその塩など)、オリゴイミン系樹脂、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、及び、ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物〕等が挙げられる。高分子分散剤は、その構造から更に直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、及び、ブロック型高分子に分類できる。
分散剤は、カーボンブラック、及び/又は、着色剤に対する吸着能を有する部位(以下、「吸着部位」ともいう。)を有する樹脂が好ましい。吸着部位としては、酸基、ウレア基、ウレタン基、配位性酸素原子を有する基、塩基性窒素原子を有する基、複素環基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、カルボキシ基、スルホンアミド基、アルコキシシリル基、エポキシ基、イソシアネート基、及び、水酸基からなる群から選択される少なくとも1種を有する1価の置換基等が挙げられる。吸着部位は、酸基が好ましい。中でも、吸着部位がリン原子を含有する基、及び/又は、カルボキシ基の少なくとも一方であるのが好ましい。リン原子を含有する基としては、リン酸エステル基、ポリリン酸エステル基、及び、リン酸基等が挙げられる。吸着部位の詳細については、特開2015-34961号公報の段落0073~0080を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明において、分散剤は、下記式(111)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007012733000007
上記式(111)中、Rは、(m+n)価の連結基を表し、Rは単結合又は2価の連結基を表す。Aは、酸基、ウレア基、ウレタン基、配位性酸素原子を有する基、塩基性窒素原子を有する基、複素環基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、カルボキシ基、スルホンアミド基、アルコキシシリル基、エポキシ基、イソシアネート基、及び、水酸基からなる群から選択される少なくとも1種を有する1価の置換基を表す。n個のA及びRは、それぞれ同一でも、異なってもよい。mは8以下の正の整数を表し、nは1~9の整数を表し、m+nは3~10を満たす。Pは1価のポリマー鎖を表す。m個のPは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
上記式(111)で表される樹脂は、特開2007-277514号公報の段落0039(対応する米国特許出願公開第2010/0233595号明細書の段落0053)の記載、特開2015-34961号公報の段落0081~0117の記載、特許5909468号公報、特許5894943号公報、及び、特許5894944号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明において、樹脂(分散剤)は、下記式(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も使用できる。
Figure 0007012733000008
式(11)~式(14)において、W、W、W、及び、Wはそれぞれ独立に酸素原子、又は、NHを表し、X、X、X、X、及び、Xはそれぞれ独立に水素原子又は1価の基を表し、Y、Y、Y、及び、Yはそれぞれ独立に2価の連結基を表し、Z、Z、Z、及び、Zはそれぞれ独立に1価の基を表し、Rはアルキレン基を表し、Rは水素原子又は1価の基を表し、n、m、p、及び、qはそれぞれ独立に1~500の整数を表し、j及びkはそれぞれ独立に2~8の整数を表す。式(13)において、pが2~500のとき、複数存在するRは互いに同じであっても異なっていてもよく、式(14)において、qが2~500のとき、複数存在するX及びRは互いに同じであっても異なっていてもよい。
上記グラフト共重合体については、特開2012-255128号公報の段落0025~0094の記載を参酌でき、本明細書には上記内容が組み込まれる。上記グラフト共重合体の具体例としては、例えば、以下の樹脂が挙げられる。また、特開2012-255128号公報の段落0072~0094に記載の樹脂が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
Figure 0007012733000009
本発明において、分散剤は、主鎖及び側鎖からなる群から選択される少なくとも一方に塩基性窒素原子を含有するオリゴイミン系分散剤も好ましい。オリゴイミン系分散剤としては、pKa14以下の官能基を有する部分構造Xを有する繰り返し単位と、原子数40~10,000のオリゴマー鎖又はポリマー鎖Yを含む側鎖とを有し、かつ主鎖及び側鎖の少なくとも一方に塩基性窒素原子を有する樹脂が好ましい。この分散剤は、窒素原子と、部分構造Xが有するpKa14以下の官能基との双方で、カーボンブラック、及び/又は、着色剤と相互作用し、オリゴマー鎖又はポリマー鎖Yが立体反発基として機能することにより、良好な分散性を発揮して、組成物中においてカーボンブラック、及び/又は、着色剤を均一に分散できる。
本明細書において、塩基性窒素原子とは、塩基性を呈する窒素原子であれば特に制限されないが、樹脂がpKb14以下の窒素原子を有する構造を含有することが好ましく、pKb10以下の窒素原子を有する構造を含有することがより好ましい。本発明においてpKb(塩基強度)とは、水温25℃でのpKbをいい、塩基の強さを定量的に表すための指標のひとつであり、塩基性度定数と同義である。塩基強度pKbと、酸強度pKaとは、pKb=14-pKaの関係にある。
オリゴイミン系分散剤については、特開2015-34961号公報の段落0118~0190の記載を参酌でき、本明細書には上記内容が組み込まれる。オリゴイミン系分散剤の具体例としては、例えば、下記の樹脂、又は、特開2015-34961号公報の段落0169~0190に記載の樹脂を使用できる。
Figure 0007012733000010
分散剤の市販品としては、Solsperse 36000、及び、41000(以上、Lubrizol社製):ライトエステルP-1M、及び、ライトエステルP-2M(以上、共栄社化学社製)等が挙げられる。
また、特開2014-130338号公報の段落0041~0130に記載された顔料分散剤も使用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。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使用できる。分散剤は、上述したバインダで説明した樹脂も使用できる。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。
光硬化性組成物が分散剤を含有する場合、光硬化性組成物中における分散剤の含有量としては特に制限されないが、パターン形状及び密着性の観点から、光硬化性組成物の全固形分に対して、1~80質量%であるのが好ましい。上限は、70質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。下限は、1.5質量%以上がより好ましく、2質量%以上が更に好ましい。
また、分散剤の含有量は、カーボンブラック及び着色剤の合計100質量部に対して、1~100質量部が好ましい。上限は、65質量部以下がより好ましい。下限は、2.5質量部以上がより好ましく、5質量部以上が更に好ましい。
〔界面活性剤〕
光硬化性組成物は、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してもよい。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、及び、アニオン系界面活性剤が挙げられ、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤等であってもよい。
光硬化性組成物にフッ素系界面活性剤を含有させることで、塗布液として調製したときの液特性(特に、流動性)がより向上し、塗布厚の均一性及び/又は省液性をより改善することができる。
フッ素系界面活性剤中のフッ素含有率は、3~40質量%が好ましく、5~30質量%がより好ましく、7~25質量%が更に好ましい。フッ素含有率がこの範囲内であるフッ素系界面活性剤は、塗布膜の厚さの均一性及び/又は省液性の点で効果的であり、光硬化性組成物中における溶解性も良好である。
フッ素系界面活性剤として具体的には、特開2014-41318号公報の段落0060~0064(対応する国際公開WO2014/17669号の段落0060~0064)等に記載の界面活性剤、及び、特開2011-132503号公報の段落0117~0132に記載の界面活性剤が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えば、メガファックF171、同F172、同F173、同F176、同F177、同F141、同F142、同F143、同F144、同R30、同F437、同F475、同F479、同F482、同F554、及び、同F780(以上、DIC(株)製)、フロラードFC430、同FC431、及び、同FC171(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS-382、同SC-101、同SC-103、同SC-104、同SC-105、同SC1068、同SC-381、同SC-383、同S393、及び、同KH-40(以上、旭硝子(株)製)、並びに、PolyFox PF636、PF656、PF6320、PF6520、及び、PF7002(OMNOVA社製)等が挙げられる。
また、フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を含有する官能基を持つ分子構造で、熱を加えるとフッ素原子を含有する官能基の部分が切断されてフッ素原子が揮発するアクリル系化合物も好適に使用できる。このようなフッ素系界面活性剤としては、DIC(株)製のメガファックDSシリーズ(化学工業日報、2016年2月22日)(日経産業新聞、2016年2月23日)、例えばメガファックDS-21が挙げられ、これらも使用できる。
フッ素系界面活性剤は、ブロックポリマーも使用できる。例えば特開2011-89090号公報に記載された化合物が挙げられる。フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、アルキレンオキシ基(好ましくはエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基)を2以上(好ましくは5以上)有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、を含む含フッ素高分子化合物も使用できる。下記化合物も本発明で使用できるフッ素系界面活性剤として例示される。
Figure 0007012733000011
上記の化合物の重量平均分子量は、好ましくは3,000~50,000であり、例えば、14,000である。繰り返し単位の割合を示す%は質量%である。
また、フッ素系界面活性剤は、エチレン性不飽和基を側鎖に有する含フッ素重合体も使用できる。具体例としては、特開2010-164965号公報の段落0050~0090及び段落0289~0295に記載された化合物、DIC社製のメガファックRS-101、RS-102、RS-718K、及び、RS-72-K等が挙げられる。フッ素系界面活性剤は、特開2015-117327号公報の段落0015~0158に記載の化合物も使用できる。
シリコーン系界面活性剤としては、例えば、トーレシリコーンDC3PA、トーレシリコーンSH7PA、トーレシリコーンDC11PA、トーレシリコーンSH21PA、トーレシリコーンSH28PA、トーレシリコーンSH29PA、トーレシリコーンSH30PA、及び、トーレシリコーンSH8400(以上、東レ・ダウコーニング社製)、TSF-4440、TSF-4300、TSF-4445、TSF-4460、及び、TSF-4452(以上、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)、KP341、KF6001、及び、KF6002(以上、信越シリコーン社製)、並びに、BYK307、BYK323、及び、BYK330(以上、ビックケミー社製)等が挙げられる。
界面活性剤は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせてもよい。界面活性剤の含有量は、光硬化性組成物の全固形分に対して、0.001~2.0質量%が好ましい。
〔溶剤〕
光硬化性組成物は、溶剤を含有するのが好ましい。
光硬化性組成物が溶剤を含有する場合、光硬化性組成物中における溶剤の含有量としては特に制限されないが、光硬化性組成物の全質量に対して、5~90質量%が好ましい。
溶剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
溶剤としては特に制限されず、水、有機溶剤、又は、これらの混合物が使用できる。
有機溶剤としては、例えば、エステル類、エーテル類、ケトン類、及び、芳香族炭化水素類等が挙げられる。有機溶剤としては、国際公開WO2015/166779号公報の段落0223の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
また、環状アルキル基が置換したエステル系溶剤、及び、環状アルキル基が置換したケトン系溶剤も使用できる。
有機溶剤としては、例えば、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、酢酸シクロヘキシル、シクロペンタノン、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、及び、3-メトキシブチルアセテート等が挙げられる。また、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、及び、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドも溶解性向上の観点から好ましい。これらの有機溶剤は、単独、又は、混合して使用できる。ただし、溶剤としての芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレン、及び、エチルベンゼン等)は、環境面等の理由により低減したほうがよい場合がある(例えば、有機溶剤全量に対して、50質量ppm以下、10質量ppm以下、あるいは1質量ppm以下とすることができる)。
本発明において、溶剤は、金属含有量が少ない溶剤を使用するのが好ましい。溶剤の金属含有量は、例えば、10質量ppb以下であるのが好ましい。必要に応じて質量ppt(parts per trillion)レベルのものを使用してもよい。
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、ろ過、及び、これらの組合せ等が挙げられる。
〔エポキシ基を有する化合物〕
硬化膜の耐溶剤性及び耐湿性がより優れる観点から、光硬化性組成物は、上述した重合性化合物とは別に、エポキシ基を有する化合物を含有してもよい。エポキシ基を有する化合物を含有する光硬化性組成物により形成された硬化膜はより優れた耐溶剤性を有する。エポキシ基を有する化合物としては、単官能又は多官能グリシジルエーテル化合物、及び、多官能脂肪族グリシジルエーテル化合物等が挙げられる。また、脂環式エポキシ基を有する化合物も使用できる。
エポキシ基を有する化合物としては、1分子にエポキシ基を1つ以上有する化合物が挙げられる。エポキシ基は、1分子に1~100個有することが好ましい。上限は、例えば、10個以下とすることもでき、5個以下とすることもできる。下限は、2個以上が好ましい。
エポキシ基を有する化合物は、エポキシ当量(=エポキシ基を有する化合物の分子量/エポキシ基の数)が500g/当量以下であるのが好ましく、100~400g/当量であるのがより好ましく、100~300g/当量であるのが更に好ましい。
エポキシ基を有する化合物は、低分子化合物(例えば、分子量1000未満)でもよいし、高分子化合物(macromolecule)(例えば、分子量1000以上、ポリマーの場合は、重量平均分子量が1000以上)のいずれでもよい。エポキシ基を有する化合物の重量平均分子量は、200~100000が好ましく、500~50000がより好ましい。重量平均分子量の上限は、10000以下が好ましく、5000以下がより好ましく、3000以下が更に好ましい。エポキシ基を有する化合物は、脂肪族エポキシ樹脂であるのが、耐溶剤性の観点から好ましい。
エポキシ基を有する化合物の市販品としては、EHPE3150(ダイセル社製)、(EPICLON N-695、DIC社製)などが挙げられる。また、エポキシ基を有する化合物は、特開2013-011869号公報の段落0034~0036、特開2014-043556号公報の段落0147~0156、及び、特開2014-089408号公報の段落0085~0092に記載された化合物も使用でき、これらの内容は、本明細書に組み込まれる。
光硬化性組成物がエポキシ基を有する化合物を含有する場合、光硬化性組成物中におけるエポキシ基を有する化合物の含有量としては特に制限されないが、光硬化性組成物の全固形分に対して0.1~40質量%が好ましい。下限は、例えば0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。上限は、例えば、30質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
〔密着剤〕
光硬化性組成物は、組成物膜の耐アンダーカット性が優れる観点から、上述した重合性化合物以外の、密着剤を含有してもよい。密着剤としては特に制限されず、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が挙げられる。光硬化性組成物中における密着剤の含有量としては特に制限されないが、一般に、光硬化性組成物の全固形分に対して、0.01~10質量%が好ましい。密着剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の密着剤を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
本明細書において、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、加水分解反応及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、及び、オキセタニル基等が挙げられ、(メタ)アクリロイル基又は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、並びに、(メタ)アクリロイル基及びエポキシ基のうち少なくとも一方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又は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個有することが更に好ましい。また、シランカップリング剤は、特開2009-288703号公報の段落0018~0036に記載の化合物、特開2009-242604号公報の段落0056~0066に記載の化合物、及び、特開2009-288703号公報の段落0011~0037に化合物を使用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
〔紫外線吸収剤〕
光硬化性組成物は、紫外線吸収剤を含有してもよい。
紫外線吸収剤は、共役ジエン系化合物が好ましく、下記式(I)で表される化合物がより好ましい。
Figure 0007012733000012
式(I)において、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1~20のアルキル基、又は炭素原子数6~20のアリール基を表し、RとRとは互いに同一でも異なってもよいが、同時に水素原子を表すことはない。
式(I)で示される紫外線吸収剤の置換基の説明は、WO2009/123109号公報の段落0024~0033(対応する米国特許出願公開第2011/0039195号明細書の段落0040~0059)の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。式(I)で表される化合物としては、WO2009/123109号公報の段落0034~0037(対応する米国特許出願公開第2011/0039195号明細書の段落0060)の例示化合物(1)~(14)の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。式(I)で示される紫外線吸収剤の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
Figure 0007012733000013
光硬化性組成物中における紫外線吸収剤の含有量としては特に制限されないが、一般に、光硬化性組成物の全固形分に対して、0.1~10質量%が好ましい。紫外線吸収剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の紫外線吸収剤を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
紫外線吸収剤は、ユビナールA(BASF社製)も使用できる。また、紫外線吸収剤は、アミノジエン化合物、サリシレート化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、アクリロニトリル化合物、及び、トリアジン化合物等の紫外線吸収剤を使用でき、具体例としては特開2013-68814号に記載の化合物が挙げられる。ベンゾトリアゾール化合物としてはミヨシ油脂製のMYUAシリーズ(化学工業日報、2016年2月1日)を用いてもよい。
〔その他の成分〕
光硬化性組成物は上記以外にも、重合禁止剤、着色防止剤、連鎖移動剤、及び、増感剤等を含有してもよい。上記その他の成分は、いずれも公知の化合物を使用でき、その含有量も適宜定められる。
[光硬化性組成物の製造方法]
光硬化性組成物は、上記の各成分を公知の混合方法(例えば、攪拌機、ホモジナイザー、高圧乳化装置、湿式粉砕機、及び、湿式分散機(例えば、ビーズミル)等を用いた混合方法)により混合して調製することができる。中でも短時間で均一にカーボンブラック等を微細化できるほか、後述する着色剤分散工程において、着色剤分散液を加熱する場合に、より優れた経時安定性を有する着色剤分散液が得られる点で、ビーズミルを使用するのが好ましい。
光硬化性組成物の製造方法は、カーボンブラックを事前に分散させる工程を含有するのが好ましい。カーボンブラックを分散させる工程では、カーボンブラックと、上述の溶剤、分散剤、及び、顔料誘導体等とを混合させて分散液を得るのが好ましい。
また、光硬化性組成物が、カーボンブラック以外のその他の着色剤を含有する場合は、着色剤も同様に分散させておくことが好ましい。着色剤は、カーボンブラックと共に分散させてもよいし、カーボンブラックとは別途分散して着色剤の分散液を製造してもよい。
このような工程を分散工程という。
その後、上記分散液と、その他の成分を混合する混合工程を経て、光硬化性組成物を得るのが好ましい。
分散工程において、分散液の液温としては特に制限されないが、一般に0~70℃に保持されることが好ましい。
中でも、分散工程において、分散液に系外(例えば、大気中)から水分がより混入しにくい点で、分散液の液温は5℃以上に保持されることがより好ましく、15℃以上に保持されることが更に好ましく、30℃以上に保持されることが特に好ましい。
また、分散工程において、分散液が溶剤を含有する場合、分散液から溶剤がより揮発しにくい点で、分散液の液温は60℃未満に保持されることがより好ましく、55℃以下に保持されることが更に好ましく、50℃以下に保持されることが特に好ましい。
なお、分散液が、より優れた経時安定性を有する場合、得られる光硬化性組成物もより優れた経時安定性を有するため好ましい。
また、分散工程において、分散液の液温が23℃以上に保持される場合、カーボンブラック表面に対する有機溶剤の濡れ性が向上し、溶剤の均一化も進みやすい。また、分散液が分散剤を含有する場合、樹脂がカーボンブラックへより吸着しやすくなるため、処理時間が短くなり、得られる分散液はより優れた経時安定性を有する。
また、異物の除去、及び/又は、欠陥の低減等の目的で、光硬化性組成物、及び/又は、分散液をフィルタで濾過することが好ましい。フィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているものであれば特に限定されることなく使用できる。例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、及び、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度、超高分子量を含む)等によるフィルタが挙げられる。これら素材の中でもポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)、又は、ナイロンが好ましい。
フィルタの孔径は、0.1~7.0μmが好ましく、0.2~2.5μmがより好ましく、0.2~1.5μmが更に好ましく、0.3~0.7μmが特に好ましい。この範囲とすることにより、ろ過詰まりを抑えつつ、着色剤に含有される不純物、及び、凝集物等の、微細な異物を確実に除去することが可能となる。
フィルタを使用する際、異なるフィルタを組み合わせてもよい。その際、第1のフィルタでのフィルタリングは、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。異なるフィルタを組み合わせて2回以上フィルタリングを行う場合は1回目のフィルタリングの孔径より2回目以降の孔径が同じ、又は、大きい方が好ましい。また、上述した範囲内で異なる孔径の第1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、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できる。
第2のフィルタは、上述した第1のフィルタと同様の材料等で形成されたものを使用することができる。第2のフィルタの孔径は、0.2~10.0μmが好ましく、0.2~7.0μmがより好ましく、0.3~6.0μmが更に好ましい。
本発明の光硬化性組成物は、金属、ハロゲンを含む金属塩、酸、及び、アルカリ等の不純物を含まないことが好ましい。これら材料に含まれる不純物の含有量としては、1質量ppm以下が好ましく、1質量ppb以下がより好ましく、100質量ppt以下が更に好ましく、10質量ppt以下が特に好ましく、実質的に含まないこと(測定装置の検出限界以下であること)が最も好ましい。
なお、上記不純物は、誘導結合プラズマ質量分析装置(横河アナリティカルシステムズ社製、Agilent 7500cs型)により測定することができる。
<容器>
上記光硬化性組成物は、使用時まで一時的に容器内に保管してもよい。上記光硬化性組成物を保管するための容器としては特に制限されず、公知の容器を使用できる。
上記光硬化性組成物を保管する容器としては、容器内のクリーン度が高く、不純物の溶出が少ない容器が好ましい。例えば、半導体用途向けに市販されている用途の容器を使用してもよい。
使用可能な容器としては、具体的には、アイセロ化学社製の「クリーンボトル」シリーズ、及び、コダマ樹脂工業製の「ピュアボトル」等が挙げられるが、これらに限定されない。
例えば、容器内壁が6種の樹脂で6層構造に構成された多層ボトル、又は、容器内壁が6種の樹脂で7層構造に構成された多層ボトルを使用することも好ましい。これらの容器としては例えば特開2015-123351号公報に記載の容器が挙げられる。
[硬化膜]
上記光硬化性組成物を用いて形成された光硬化性組成物層(組成物層)を硬化して硬化膜を得ることができる。
硬化膜の製造方法としては特に制限されないが、以下の工程を含有することが好ましい。
・光硬化性組成物層形成工程
・露光工程
・現像工程
以下、各工程について説明する。
<光硬化性組成物層形成工程>
光硬化性組成物層形成工程は、上記光硬化性組成物を用いて、光硬化性組成物層(組成物層)を形成する工程である。光硬化性組成物を用いて、組成物層を形成する工程としては、例えば、基板上に、光硬化性組成物を塗布して、組成物層を形成する工程が挙げられる。
基板の種類は特に制限されないが、固体撮像素子として用いる場合は、例えば、ケイ素基板が挙げられ、カラーフィルタ(固体撮像素子用カラーフィルタを含む)として用いる場合には、ガラス基板等が挙げられる。
基板上への光硬化性組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコート、スリット塗布、インクジェット法、スプレー塗布、回転塗布、流延塗布、ロール塗布、及び、スクリーン印刷法等の各種の塗布方法が挙げられる。
基板上に塗布された光硬化性組成物は、通常、70~150℃で1~4分程度の条件下で乾燥され、組成物層が形成される。
<露光工程>
露光工程では、光硬化性組成物層形成工程において形成された組成物層に活性光線又は放射線を照射することにより露光し、光照射された組成物層を硬化させる。
光照射の方法としては特に制限されないが、パターン状の開口部を有するフォトマスクを解して光照射することが好ましい。
露光は放射線の照射により行うことが好ましく、露光に際して使用できる放射線としては、特に、g線、h線、又は、i線等の紫外線が好ましく、光源としては高圧水銀灯が好ましい。照射強度は5~1500mJ/cmが好ましく、10~1000mJ/cmがより好ましい。
なお、光硬化性組成物が、熱重合開始剤を含有する場合、上記露光工程において、組成物層を加熱してもよい。加熱の温度として特に制限されないが、80~250℃が好ましい。また、加熱の時間としては特に制限されないが、30~300秒が好ましい。
なお、露光工程において、組成物層を加熱する場合、後述する後加熱工程を兼ねてもよい。言い換えれば、露光工程において、組成物層を加熱する場合、硬化膜の製造方法は後加熱工程を含有しなくてもよい。
<現像工程>
露光工程に次いで、現像処理(現像工程)を行い、露光工程における光未照射部分を現像液に溶出させる。これにより、光硬化した部分だけが残る。
現像液としては、アルカリ現像液を用いてもよい。その場合は、有機アルカリ現像液を用いるのが好ましい。現像温度としては20~30℃が好ましく、現像時間は20~90秒が好ましい。
アルカリ水溶液(アルカリ現像液)としては、無機アルカリ現像液及び有機アルカリ現像液が挙げられる。
無機アルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硅酸ナトリウム、又は、メタ硅酸ナトリウム等のアルカリ性化合物を、濃度が0.001~10質量%(好ましくは0.005~0.5質量%)となるように溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。
また、有機アルカリ現像液としては、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピ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、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、又は、1,8-ジアザビシクロ-[5,4,0]-7-ウンデセン等のアルカリ性化合物を、濃度が0.001~10質量%(好ましくは0.005~0.5質量%)となるように溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。
アルカリ水溶液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤、及び/又は、界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、このようなアルカリ水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後に硬化膜を純水で洗浄(リンス)する。
光硬化性組成物層がアルカリ可溶性樹脂以外の樹脂を使用している場合は、現像液として有機系現像液を用いるのも好ましい。
有機系現像液としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及び、エーテル系溶剤等の極性溶剤、並びに、炭化水素系溶剤が挙げられる。
現像温度としては20~30℃が好ましく、現像時間は20~90秒が好ましい。
有機系現像液を行った後は、リンスを行うのも好ましい。
リンス液としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及び、エーテル系溶剤等の極性溶剤、並びに、炭化水素系溶剤が挙げられる。
なお、硬化膜の製造方法は、その他の工程を含有してもよい。
その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
その他の工程としては、例えば、基材の表面処理工程、前加熱工程(プリベーク工程)、及び、後加熱工程(ポストベーク工程)等が挙げられる。
上記硬化膜の製造方法としては、露光工程と、現像工程との間に、露光後の組成物層を加熱する工程(後加熱工程)を含有することが好ましい。
上記前加熱工程、及び、後加熱工程における加熱温度は、80~250℃が好ましい。
上限は、200℃以下がより好ましく、150℃以下が更に好ましい。下限は90℃以上がより好ましい。
前加熱工程及び後加熱工程における加熱時間は、30~300秒が好ましい。上限は、240秒がより好ましく、180秒以下が更に好ましい。下限は60秒以上がより好ましい。
[光減衰層を有する積層体]
本発明の光硬化性組成物から得られる硬化膜は、例えば光減衰層として使用できる。このような光減衰層は、積層体として使用されるのが好ましい。
光減衰層を有する積層体を使用することで、例えば、固体撮像素子のダイナミックレンジの改良、及び、色再現性の向上が可能である。
以下、本発明の光硬化性組成物から形成される光減衰層を有する積層体について説明する。
〔光減衰層〕
光減衰層は、入射した光を減衰し、減衰された光を透過させる機能を有する層である。入射した光を減衰させる方法としては特に制限されないが、入射した光を吸収する方法、入射した光を反射する方法、及び、これらの組合せが挙げられ、より優れたダイナミックレンジの改良効果、及び、色再現性の向上効果を有する積層体が得られる点で、入射した光を吸収する方法が好ましい。すなわち、光減衰層は入射した光の一部を吸収する機能を有する層が好ましい。
光減衰層の光の減衰特性は、400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTが11.0%以下であるのが好ましい。差ΔTの測定方法は実施例に記載したとおりである。なお、上記差ΔTは、光硬化性組成物の配合により調整することもできるし、光減衰層の厚みにより調整することもできる。なお光減衰層の厚みとしては特に制限されないが、一般に0.1~1.0μmが好ましい。
また、より優れた積層体が得られる点で、400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTが7.0%以下となることがより好ましい。なお、差ΔTの最小値としては特に制限されないが、一般に0%以上が好ましい。
また、光減衰層の700~1000nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTとしては特に制限されないが、より優れた効果を有する積層体が得られる点で、差ΔTは11.0%以下が好ましく、差ΔTは7.0%以下がより好ましい。差ΔTが11.0%以下であると、後述する光減衰層を有する固体撮像素子が赤外線透過層を有する場合に、より優れた色再現性を有する像が得られる。
また、光減衰層の550nmの波長の光の透過率としては特に制限されないが、固体撮像素子がより優れたダイナミックレンジを有し、得られる像において、いわゆる「白飛び」と呼ばれる現象がより発生にくい点で、5.0~75.0%が好ましく、5.0~20.0%が好ましい。なお、上記の透過率の測定方法は実施例に記載したとおりである。
光減衰層の550nmの波長の光の透過率は、光減衰層の材料及び厚みにより調整できる。
中でも、光減衰層は、カーボンブラックとは異なる着色剤を更に含有することも好ましい。つまり、光減衰層を形成する場合、本発明の光硬化性組成物は、カーボンブラックとは異なる着色剤を更に含有することも好ましい。
光減衰層は、着色層と積層され、積層体を構成するのが好ましい。
上記着色層は、緑色着色層、赤色着色層、青色着色層、シアン色着色層、マゼンタ色着色層、及び、イエロー色着色層からなる群から選択される少なくとも1種であるのがより好ましい。
<積層体を有する固体撮像素子>
光減衰層を有する積層体(以下、単に「積層体」ともいう)の説明を含めて、上記積層体を有する固体撮像素子の構造を説明する。
図1は、積層体を有する典型的な固体撮像子における、単位画素10の断面模式図である。
単位画素10は、着色層12と、所定の光学特性を有する光減衰層13とが積層された第1の積層体14を有する。単位画素10は、光の入射方向(図中の矢印L)から順に、レンズ11、第1の積層体14とが、基板15上に配置されている。また、基板15には、第1の光電変換部16が形成されている。なお、図示はしていないが、レンズ11の上側には、カバーガラス等が積層され、基板15の下側には、配線層及び支持基板等が積層されている。以下の説明において必要な部分を適宜図示し、説明を加え、その他の部分については、適宜図示又は説明を省略する。
光減衰層13の400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTは11.0%以下であるのが好ましい。したがって、第1の光電変換部に入射する光は、400~700nmの波長域において、均一にその強度が減少し、第1の光電変換部へ入射する光は、光減衰層13を透過する前後において400~700nmの波長における分光スペクトルが変化しにくい。従って、単位画素10を有する固体撮像素子により得られる像は、優れた色再現性を有する。
なお、ΔTとしては、7.0%以下が好ましい。なお、ΔTの下限値としては特に制限されないが、一般に0%以上が好ましい。
図2は、本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの例について示した図である。
単位画素20は、単位画素10と共通の基板15上に形成された第2の積層体22とレンズ11-2とを有する。第2の積層体22は、着色層12と、透明層21とが積層されたものである。基板15における第2の積層体22の下部には、第2の光電変換部23が形成されている。
図2においては、第2の光電変換部23に入射する光は、第1の光電変換部16に入射する光と比較して光量がより多くなっている。従って、図2の単位画素の組み合わせを有する固体撮像素子はダイナミックレンジが拡大する。
図2において、第1の光電変換部16と第2の光電変換部23の受光面積は同一であるが、本発明の実施形態に係る固体撮像素子としては上記に制限されない。第1の光電変換部を有する単位画素10の面積が、第2の光電変換部を有する単位画素20の面積よりも小さく構成されていてもよい。この場合、第1の光電変換部16に入射する光量が、第2の光電変換部23に入射する光量と比較してより少なくなるため、このような単位画素の組合せを有する固体撮像素子はダイナミックレンジがより拡大する。
また、図2においては、第1の光電変換部16上には、レンズ11-1が配置されているが、本発明の実施形態に係る固体撮像素子としては上記に制限されない。第1の光電変換部を有する単位画素10は、レンズ11-1を有していなくてもよい。この場合、第1の光電変換部16に入射する光は、レンズにより集光されないため、結果として、第1の光電変換部16に入射する光量が、第2の光電変換部23に入射する光量と比較して更に少なくなるため、このような単位画素の組合せを有する固体撮像素子は、ダイナミックレンジが更に拡大する。
図3には、本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示した。
図3では、図1で説明した単位画素10と同様の構成である単位画素10-1から10-3の3個と、図2で説明した単位画素20と同様の構成である単位画素20-1から20-3の3個の合計6個の単位画素が並列に配置されている。
単位画素10-1における着色層12-1は赤色着色層である(言い換えれば、単位画素10-1は赤色画素である。)。すなわち、単位画素10-1における第1の積層体14-1は、赤色着色層12-1と光減衰層13とが積層されたものである。
また、単位画素10-2においては、着色層12-2が緑色着色層である(単位画素10-2は緑色画素である。)。すなわち、単位画素10-2における第1の積層体14-2は、緑色着色層12-2と光減衰層13とが積層されたものである。
また、単位画素10-3においては、着色層12-3が青色着色層(単位画素10-3は青色画素である。)である。すなわち、単位画素10-3における第1の積層体14-3は、青色着色層12-3と光減衰層13とが積層されたものである。
単位画素20-1における着色層12-4は、赤色着色層である。すなわち、単位画素20-1における第2の積層体22-1は、赤色着色層12-4と透明層21とが積層されたものである。
また、単位画素20-2における着色層12-5は、緑色着色層である。すなわち、単位画素20-2における第2の積層体22-2は、緑色着色層12-5と透明層21とが積層されたものである。
また、単位画素20-3における着色層12-6は、青色着色層である。すなわち、単位画素20-3における第2の積層体22-3は、青色着色層12-6と透明層21とが積層されたものである。
なお、赤色着色層12-1と赤色着色層12-4、緑色着色層12-2と緑色着色層12-5、青色着色層12-3と青色着色層12-4はそれぞれ同一である。
第1の積層体14及び第2の積層体22は、共通する基板15上に配置されており、それぞれ、光の入射方向(図中L方向)には、レンズ11が積層されている。また、図示しないが、単位画素10の第1の積層体14の下の基板15には、第1の光電変換部が配置されている。また、単位画素20の第2の積層体22の下の基板15には、第2の光電変換部が配置されている。
上記単位画素の配置によれば、第1の光電変換部に入射する入射光が光減衰層13により減衰されるため、固体撮像素子のダイナミックレンジが拡大する。
また、光減衰層13は、ΔTが11.0%以下である場合、第1の光電変換部に入射する光の強度が各波長において均一に減少し、第1の光電変換部へ入射する光は、光減衰層13を透過する前後において400~700nmの波長における分光スペクトルが変化しにくい。この場合、単位画素10-1~10-3、及び、単位画素20-1~20-3の組み合わせを有する固体撮像素子により得られる像は、より優れた色再現性を有する。
図4には、図3の単位画素の組み合わせの変形例を示した。すなわち、第1の積層体14における着色層12-1~12-3と光減衰層13の積層順序、及び、第2の積層体22における着色層12-4~12-6と透明層21の積層順序を除いては、図3と同様である。上記の単位画素の組み合わせを有する固体撮像素子においても、同様の効果が得られる。
図5には、本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示した。
図5では、図1で説明した単位画素10と同様の構成である単位画素10-4~10-6の3個と、図2で説明した単位画素20と同様の構成である単位画素20-4~20-6の3個の合計6個の単位画素が並列に配置されている。
単位画素10-4における着色層12-7は、シアン色着色層である(単位画素10-4はシアン色画素である。)。すなわち、単位画素10-4における第1の積層体14-4は、シアン色着色層12-7と光減衰層13とが積層されたものである。
また、単位画素10-5における着色層12-8がマゼンタ色着色層である(単位画素10-5はマゼンタ色画素である。)。すなわち、単位画素10-5における第1の積層体14-5は、マゼンタ色着色層12-8と光減衰層13とが積層されたものである。
また、単位画素10-6は着色層12-9がイエロー色着色層である(単位画素10-6はイエロー色画素である。)。すなわち、単位画素10-6における第1の積層体14-6は、イエロー色着色層12-9と光減衰層13とが積層されたものである。
単位画素20-4における着色層12-10は、シアン色着色層である。すなわち、単位画素20-4における第2の積層体22-4は、シアン色着色層12-10と透明層21が積層されたものである。
また、単位画素20-5における着色層12-11は、マゼンタ色着色層である。すなわち、単位画素20-5における第2の積層体22-5は、マゼンタ色着色層12-11と透明層21が積層されたものである。
また、単位画素20-6における着色層12-12は、イエロー色着色層である。すなわち、単位画素20-6における第2の積層体22-6は、イエロー色着色層12-12と透明層21が積層されたものである。
なお、シアン色着色層12-7とシアン色着色層12-10、マゼンタ色着色層12-8とマゼンタ色着色層12-11、イエロー色着色層12-9とイエロー色着色層12-12はそれぞれ同一である。
第1の積層体14及び第2の積層体22は、共通する基板15上に配置されており、それぞれ、光の入射方向(図中L方向)には、レンズ11が積層されている。また、図示しないが、単位画素10の第1の積層体14の下の基板15には、第1の光電変換部が配置されている。また、単位画素20の第2の積層体22の下の基板15には、第2の光電変換部が配置されている。
上記単位画素の配置によれば、第1の光電変換部に入射する入射光が光減衰層13により減衰されるため、固体撮像素子のダイナミックレンジが拡大する。
また、光減衰層13は、ΔTが11.0%以下である場合、第1の光電変換部に入射する光の強度が各波長において均一に減少し、第1の光電変換部へ入射する光は、光減衰層13を透過する前後において400~700nmの波長における分光スペクトルが変化しにくい。この場合、単位画素10-4~10-6、及び、単位画素20-4~20-6の組み合わせを有する固体撮像素子により得られる像は、より優れた色再現性を有する。
図6には、図5の単位画素の組み合わせの変形例を示した。すなわち、第1の積層体14における着色層12-8~12-10と光減衰層13の積層順序、及び、第2の積層体22における着色層12-11~13と透明層21の積層順序を除いては、図5と同様である。上記の単位画素の組み合わせを有する固体撮像素子においても、同様の効果が得られる。
図7には本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示した。
図7は、図3で説明した単位画素の組み合わせに更に赤外線透過層を有する単位画素10-70及び単位画素20-70を加えたものである。
単位画素10-70は、基板15上に、赤外線透過層12-70、光減衰層13、及び、レンズ11-7が積層されている。
単位画素20-70は、基板15上に、赤外線透過層12-71、透明層21、及び、レンズ11-8が積層されている。
図示しないが、単位画素10-70には、基板15に第1の光電変換部が形成されており、単位画素20-70には、基板15に第2の光電変換部が形成されている。
この場合、光減衰層13の700~1000nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTは11.0%以下であるのが好ましい。この場合、単位画素10-70及び単位画素20-70により検出される700~1000nmの領域についても、得られる像はより優れた色再現性を有する。
図8には本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示した。
図8には、4×4の16個の単位画素80が配置されている。単位画素80は単位画素10又は単位画素20のいずれかである。単位画素80における各着色層12の色は、図中、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)によって表され、ベイヤー配列となっている。すなわち、図中のRとある単位画素80の着色層12は赤色着色層であり、Bとある単位画素80の着色層12は青色着色層であり、Gとある単位画素80の着色層12は緑色着色層である。なお、ここでは着色層の配置を、ベイヤー配列を例に挙げて説明したが、他の配置であってもよい。
図9には本発明の実施形態に係る積層体を有する固体撮像素子における、単位画素の組み合わせの他の例を示した。図9では、複数の単位画素90及び複数の単位画素91が2次元アレイ状に配列されている。
図10は図9のA-A’断面図を表す。単位画素91は、基板15上に第1の積層体14を有しており、第1の積層体14は、光減衰層13と着色層12とが積層されて構成されている。一方、単位画素90は、基板15上に第2の積層体22を有しており、第2の積層体22は、透明層21と着色層12とが積層されて構成されている。単位画素91の基板15には、第1の光電変換部16が形成され、単位画素90の基板15には、第2の光電変換部23が形成されている。
図10において、レンズ11は、単位画素90にのみ配置されており、単位画素91には配置されていない。これにより、第1の光電変換部16には集光されない状態で光が入射するため、固体撮像素子のダイナミックレンジはより拡大する。
また、図9においては、単位画素91は四角形状、図示の例では正四角形状に形成され、図10においては、単位画素90は、四角形状の画素91の4つの角を外接する八角形又は円形に近い形状、図示の例では正八角形に形成されている。この際、単位画素91の面積は単位画素90の面積より小さく形成されており、単位画素91に入射する光の量は、単位画素90に入射する光の量と比較してより少なくなっている。これにより、固体撮像素子のダイナミックレンジはより拡大する。
(着色層)
上述した固体撮像素子が有する積層体に包含される着色層としては、緑色着色層、赤色着色層、青色着色層、シアン色着色層、マゼンタ色着色層、及び、イエロー色着色層が挙げられ、これらの着色層を1種又は2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、緑色着色層、赤色着色層、及び、青色着色層からなる群から選択される少なくとも2種以上を組み合わせて用いる形態が好ましく、上記3種を組み合わせて用いる形態がより好ましい。
また、シアン色着色層、マゼンタ色着色層、及び、イエロー色着色層からなる群から選択される少なくとも2種以上を組み合わせて用いる形態も好ましく、上記3種を組み合わせて用いる形態がより好ましい。
赤色着色層が赤色画素の形成に使用される場合、赤色画素(すなわちこれに使用される赤色着色層)の透過スペクトルが極大となる波長としては特に制限されないが、一般に、575nmが好ましく、575~670nmがより好ましい。
緑色着色層が緑色画素の形成に使用される場合、緑色画素(すなわちこれに使用される緑色着色層)の透過スペクトルが極大となる波長としては特に制限されないが、一般に、480nm以上、575nm未満にあることが好ましい。
青色着色層が青色素画素の形成に使用される場合、青色画素(すなわちこれに使用される青色着色層)の透過スペクトルが極大となる波長としては特に制限されないが、480nm未満が好ましく、400nm以上、480nm未満がより好ましい。
また、シアン色着色層がシアン色画素の形成に使用される場合、シアン色画素(すなわちこれに使用されるシアン色着色層)の吸収スペクトルが極大となる波長としては特に制限されないが、一般に、580nmを超え、700nm以下が好ましい。
また、マゼンタ色着色層がマゼンタ色画素の形成に使用される場合、マゼンタ色画素(すなわちこれに使用されるマゼンタ色着色層)の吸収スペクトルが極大となる波長としては特に制限されないが、一般に、500~580nmが好ましい。
また、着色層がイエロー色画素の形成に使用される場合、イエロー色画素(すなわちこれに使用されるイエロー色着色層)の吸収スペクトルが極大となる波長としては特に制限されないが、一般に、350nm以上、500nm未満が好ましい。
着色層の厚みとしては、特に制限されない。例えば、100μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、5μm以下が更に好ましく、1μm以下が特に好ましい。着色層が複数の層から構成されている場合においては、各層の厚さは同一であってもよく、異なっていてもよい。
着色層は、典型的には、着色層形成用組成物を用いて形成される。着色層形成用組成物は、有彩色着色剤を含むことが好ましい。有彩色着色剤としては、顔料であってもよく、染料であってもよい。有彩色着色剤としては、例えば、上述した有彩色染料及び有彩色顔料が挙げられる。有彩色着色剤の含有量は、着色層形成用組成物の全固形分に対して0.1~70質量%が好ましい。下限は、0.5質量%以上が好ましく、1.0質量%以上がより好ましい。上限は、60質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましい。
着色層が含有する顔料としては特に制限されず、公知の顔料が使用できる。また、顔料は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。着色層が含有する顔料としては、例えば、赤色着色剤、青色着色剤、黄色着色剤、緑色着色剤、紫色着色剤、及び、これらの組合せが挙げられる。なお、本明細書において、赤色着色剤とは、450~600nmに吸収極大を有する着色剤、青色着色剤とは、500~800nmに吸収極大を有する着色剤、黄色着色剤とは、350~550nmに吸収極大を有する着色剤、緑色着色剤とは、550~800nmに吸収極大を有する着色剤、紫色着色剤とは、450~800nmに吸収極大を有する着色剤を意味する。
黄色着色剤としては、C.I.Pigment Yellow(本明細書において「PY」ともいう。)139、150、又は、185が好ましく、PY139、又は、PY150がより好ましく、PY139が更に好ましい。
青色着色剤としては、C.I.Pigment Blue(本明細書において「PB」ともいう。)15:6、又は、16が好ましい。
紫色着色剤としては、C.I.Pigment Violet(本明細書において「PV」ともいう。)23が好ましい。
赤色着色剤としては、Pigment Red(本明細書において「PR」ともいう。)122、177、224、254、又は、264が好ましく、PR122、PR177、PR254、又は、PR264がより好ましく、PR177、PR254、又は、PR264が更に好ましい。緑色着色剤としては、C.I.Pigment Green(本明細書において「PG」ともいう。)7、36、58、又は、59が好ましい。
なかでも、赤色着色層が赤色画素の形成に使用される場合、赤色画素(すなわちこれに使用される赤色着色層)は、PR254、PR264、PR177、及び、PY139からなる群から選択される少なくとも1種の顔料を含有することが好ましく、緑色着色層が緑色画素の形成に使用される場合、緑色画素(すなわちこれに使用される緑色着色層)は、PG58、PG59、PG36、PG7、PY139、PY185、及び、PY150からなる群から選択される少なくとも1種の顔料を含有することが好ましく、青色着色層が青色素画素の形成に使用される場合、青色画素(すなわちこれに使用される青色着色層)は、PB15:6、PB16、及び、PV23からなる群から選択される少なくとも1種の顔料を含有することが好ましい。
着色層形成用組成物は、更に、樹脂、硬化性化合物、重合開始剤、溶剤、界面活性剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、着色防止剤、密着剤、連鎖移動剤、増感剤、及び、共増感剤などの添加剤を含んでいてもよい。これらの詳細については、上述した光硬化性組成物に用いられる前述の材料が挙げられ、好ましい範囲も同様である。また、これらの材料の好ましい含有量についても光硬化性組成物における含有量と同様である。
また、着色層が、上述の光硬化性組成物を用いて形成される硬化膜の層(例えば光減衰層)、及び/又は、後述のレンズと同じ種類の樹脂を含有する場合、着色層と光硬化性組成物を用いて形成される硬化膜の層、及び/又は、着色層とレンズとがより優れた密着性を有する。
(透明層)
透明層としては、波長400~700nmの範囲における光の透過率の最小値が80%以上であるのが好ましく、90%以上であるのがより好ましく、95%以上であるのが更に好ましい。また、700~100nmの範囲における光の透過率の最小値が80%以上であるのが好ましく、90%以上であるのがより好ましく、95%以上であるのが更に好ましい。透明層の材料としては特に制限されず、公知の材料が使用できる。
透明層は、典型的には、透明層形成用組成物を用いて形成される。透明層形成用組成物は、樹脂を含有することが好ましい。樹脂としては、上述した光硬化性組成物に使用される材料が挙げられ、好ましい範囲も同様である。また、樹脂の好ましい含有量についても光硬化性組成物における含有量と同様である。透明層形成用組成物は、更に、Ti、Zr、Sn、Sb、Cu、Fe、Mn、Pb、Cd、As、Cr、Hg、Zn、Al、Mg、Si、P、及び、Sから選択される少なくとも一種の元素を含む酸化物の粒子(無機粒子ともいう)を含有することもできる。前述の無機粒子を含有する場合、無機粒子の含有量は、透明層形成用組成物の全固形分に対して、20~70質量%であるのが好ましい。下限は、25質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましい。上限は、65質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。透明層形成用組成物は、更に、樹脂、硬化性化合物、重合開始剤、溶剤、界面活性剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、着色防止剤、密着剤、連鎖移動剤、増感剤、共増感剤などの添加剤を含んでいてもよい。これらの詳細については、上述した光硬化性組成物に用いられる前述の材料が挙げられ、好ましい範囲も同様である。また、これらの材料の好ましい含有量についても光硬化性組成物における含有量と同様である。
また、透明層が、上述の着色層、及び/又は、後述のレンズと同じ種類の樹脂を含有すると、透明層と着色層、及び/又は、透明層とレンズとがより優れた密着性を有する。
(赤外線透過層)
赤外線透過層としては、可視光を遮光し、赤外線の少なくとも一部を透過させる分光特性を有する層であればよく、特に制限されない。また、赤外線透過層は、1層の膜(単層膜)で構成されていてもよく、2層以上の膜の積層体(多層膜)で構成されていてもよい。また、赤外線透過層が多層膜で構成されている場合は、多層膜全体として上述の分光特性を有していればよく、1層の膜自体についてはそれぞれ上述の分光特性を有していなくてもよい。
赤外線透過層の分光特性としては、例えば、厚み方向における光の透過率の、波長400~700nmの範囲における最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)であり、厚み方向における光の透過率の、波長700~1000nmの範囲における最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)であることが挙げられる。
赤外線透過層は、典型的には赤外線透過層形成用組成物を用いて形成される。赤外線透過層形成用組成物は遮光材を含有することが好ましい。遮光材は、紫色から赤色の波長領域の光を吸収する色材であるのが好ましい。また、遮光材は、波長400~700nmの波長領域の光を遮光する色材であるのが好ましい。また、遮光材は、波長700~1000nmの光を透過させる色材であるのが好ましい。遮光材は、例えば、有彩色着色剤と黒色の着色剤との組合せが挙げられる。
遮光材として有機系黒色着色剤を用いる場合、有彩色着色剤と組み合わせて使用することが好ましい。有機系黒色着色剤と有彩色着色剤とを併用することで、優れた分光特性が得られ易い。有機系黒色着色剤と組み合わせて用いる有彩色着色剤としては、例えば、赤色着色剤、青色着色剤、及び、紫色着色剤などが挙げられ、赤色着色剤及び青色着色剤が好ましい。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、有彩色着色剤と有機系黒色着色剤との混合割合は、有機系黒色着色剤100質量部に対して、有彩色着色剤が10~200質量部が好ましく、15~150質量部がより好ましい。
本発明において、遮光材における顔料の含有量は、遮光材の全量に対して95質量%以上であるのが好ましく、97質量%以上であるのがより好ましく、99質量%以上であるのが更に好ましい。
赤外線透過層形成用組成物において、遮光材の含有量は、赤外線透過層形成用組成物の全固形分に対して5~50質量%であるのが好ましい。下限は、9質量%以上が好ましく、13質量%以上がより好ましい。上限は、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。
赤外線透過層形成用組成物は、更に、樹脂、硬化性化合物、重合開始剤、溶剤、界面活性剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、着色防止剤、密着剤、連鎖移動剤、増感剤、及び、共増感剤などの添加剤を含んでいてもよい。これらの詳細については、上述した光硬化性組成物に用いられる前述の材料が挙げられ、好ましい範囲も同様である。また、これらの材料の好ましい含有量についても光硬化性組成物における含有量と同様である。
また、赤外線透過層形成用組成物、及び、赤外線透過層が、光硬化性組成物を用いて形成される硬化膜の層(例えば光減衰層)、透明層、及び/又は、レンズと同じ種類の特定樹脂を含有すると、赤外線透過層と上記各層又はレンズは、より優れた密着性を有する。
(レンズ)
レンズは、単位画素において、典型的には、各積層体の光の入射方向側に積層される。レンズの形状及び材料については特に制限されず、固体撮像素子用として公知の形状及び材料を選択できる。レンズの材料としては、樹脂又はガラスが挙げられる。言い換えれば、レンズは、樹脂を含有するレンズ、又は、ガラスレンズであってもよい。
レンズが樹脂を含有する場合、典型的には、樹脂を含有するレンズ形成用組成物を用いて形成される。以下ではレンズ形成用組成物の成分について説明する。
・レンズ形成用組成物
レンズ形成用組成物は、樹脂を含有する。レンズ形成用組成物含有する樹脂としては特に制限されないが、既に説明した樹脂を含有することが好ましい。なかでも、光硬化性組成物を用いて形成される硬化膜の層(例えば光減衰層)、透明層、着色層、及び/又は、赤外線透過層が含有する樹脂と同じ種類の樹脂をレンズが含有する場合、レンズと上記各層との密着性により優れる。
〔積層体の製造方法〕
本発明の積層体は、各層を形成する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。更にパターンを形成する工程を有していてもよい。
上記組成物層を形成する工程及び組成物層を乾燥する工程は、上述した光硬化性組成物について説明した光硬化性組成物層形成工程と同様に実施できる。
同様に、上記パターンを形成する工程は、上述した光硬化性組成物について説明した露光工程及び現像工程と同様に実施できる。
[遮光膜としての使用]
本発明の光硬化性組成物から得られる硬化膜は、光減衰層としての用途以外にも使用できる。例えば、硬化膜は、固体撮像素子が有するような遮光膜としても使用できる。
〔遮光膜〕
遮光膜は、画像表示装置又はセンサモジュール内の各種部材(例えば、赤外光カットフィルタ、固体撮像素子の外周部、ウェハーレベルレンズ外周部、固体撮像素子裏面など)などに形成して使用できる。また、赤外光カットフィルタの表面上の少なくとも一部に、遮光膜を形成して、遮光膜付き赤外光カットフィルタとしてもよい。遮光膜の厚みは特に制限されないが、0.2~25μmが好ましく、1.0~10μmがより好ましい。上記厚みは平均厚みであり、遮光膜の任意の5点以上の厚みを測定し、それらを算術平均した値である。
遮光膜は、400~1100nmの波長領域における膜厚1.0μmあたりの光学濃度(OD:Optical Density)が、3.0以上であるのが好ましく、3.5以上であるのがより好ましい。上記特性を有する光硬化性組成物を用いて形成された硬化膜は、遮光膜として好ましく使用できる。
なお、400~1100nmの波長領域における膜厚1.0μmあたりの光学濃度が、3.0以上とは、波長400~1100nmの全域において、膜厚1.0μmあたりの光学濃度が3.0以上であることを意図する。
なお、光学濃度は、例えば、ガラス基板上に、1.8μmとなるように硬化膜(遮光膜)を形成し、この硬化膜について、V-7200F(日本分光社製)を用いて算出することができる。
〔遮光膜を有する固体撮像素子、及び、固体撮像装置〕
以下に、上述した積層体を有する固体撮像素子以外の固体撮像素子として、本発明の光硬化性組成物を用いて得られる遮光膜を有する固体撮像素子の例を説明する。
なお、固体撮像装置は、上記固体撮像素子を含有する。
固体撮像装置、及び、固体撮像素子の構成例を図11~図12を参照して説明する。なお、図11~図12では、各部を明確にするため、相互の厚み及び/又は幅の比率は無視して一部誇張して表示している。
図1に示すように、固体撮像装置100は、矩形状の固体撮像素子101と、固体撮像素子101の上方に保持され、この固体撮像素子101を封止する透明なカバーガラス103とを備えている。更に、このカバーガラス103上には、スペーサー104を介してレンズ層111が重ねて設けられている。レンズ層111は、支持体113とレンズ材112とで構成されている。レンズ層111は、支持体113とレンズ材112とが一体成形された構成でもよい。レンズ層111の周縁領域に迷光が入射すると光の拡散によりレンズ材112での集光の効果が弱くなり、撮像部102に届く光が低減する。また、迷光によるノイズの発生も生じる。そのため、このレンズ層111の周縁領域は、遮光膜114が設けられて遮光されている。本発明の光硬化性組成物を用いてられる硬化膜は上記遮光膜114としても使用できる。
固体撮像素子101は、その受光面となる撮像部102結像した光学像を光電変換して、画像信号として出力する。この固体撮像素子101は、2枚の基板を積層した積層基板105を備えている。積層基板105は、同サイズの矩形状のチップ基板106及び回路基板107からなり、チップ基板106の裏面に回路基板107が積層されている。
チップ基板106として用いられる基板の材料としては特に制限されず、公知の材料を使用できる。
チップ基板106の表面中央部には、撮像部102が設けられている。また、撮像部102の周縁領域に迷光が入射すると、この周縁領域内の回路から暗電流(ノイズ)が発生するため、この周縁領域は、遮光膜115が設けられて遮光されている。本発明の光硬化性組成物に係る硬化膜は遮光膜115としても使用できる。
チップ基板106の表面縁部には、複数の電極パッド108が設けられている。電極パッド108は、チップ基板106の表面に設けられた図示しない信号線(ボンディングワイヤでも可)を介して、撮像部102に電気的に接続されている。
回路基板107の裏面には、各電極パッド108の略下方位置にそれぞれ外部接続端子109が設けられている。各外部接続端子109は、積層基板105を垂直に貫通する貫通電極110を介して、それぞれ電極パッド108に接続されている。また、各外部接続端子109は、図示しない配線を介して、固体撮像素子101の駆動を制御する制御回路、及び固体撮像素子101から出力される撮像信号に画像処理を施す画像処理回路等に接続されている。
図2に示すように、撮像部102は、受光素子201、カラーフィルタ202、マイクロレンズ203等の基板204上に設けられた各部から構成される。カラーフィルタ202は、青色画素205b、赤色画素205r、緑色画素205g、及びブラックマトリクス205bmを有している。なお、本発明の光硬化性組成物を用いて得られる硬化膜は、ブラックマトリクス205bmとしても使用できる。
基板204の材料としては、前述のチップ基板106と同様の材料を使用できる。基板204の表層にはpウェル層206が形成されている。このpウェル層26内には、n型層からなり光電変換により信号電荷を生成して蓄積する受光素子201が正方格子状に配列形成されている。
受光素子201の一方の側方には、pウェル層206の表層の読み出しゲート部207を介して、n型層からなる垂直転送路208が形成されている。また、受光素子201の他方の側方には、p型層からなる素子分離領域209を介して、隣接画素に属する垂直転送路208が形成されている。読み出しゲート部207は、受光素子201に蓄積された信号電荷を垂直転送路208に読み出すためのチャネル領域である。
基板204の表面上には、ONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜からなるゲート絶縁膜210が形成されている。このゲート絶縁膜210上には、垂直転送路208、読み出しゲート部207、及び素子分離領域209の略直上を覆うように、ポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる垂直転送電極211が形成されている。垂直転送電極211は、垂直転送路208を駆動して電荷転送を行わせる駆動電極と、読み出しゲート部207を駆動して信号電荷読み出しを行わせる読み出し電極として機能する。信号電荷は、垂直転送路208から図示しない水平転送路及び出力部(フローティングディフュージョンアンプ)に順に転送された後、電圧信号として出力される。
垂直転送電極211上には、その表面を覆うように遮光膜212が形成されている。遮光膜212は、受光素子201の直上位置に開口部を有し、それ以外の領域を遮光している。本発明の光硬化性組成物を用いてられる硬化膜は、遮光膜212としても使用できる。
遮光膜212上には、BPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜213、P-SiNからなる絶縁膜(パシベーション膜)214、透明樹脂等からなる平坦化膜215からなる透明な中間層が設けられている。カラーフィルタ202は、中間層上に形成されている。
本発明の光硬化性組成物から得られる硬化膜の用途は上述した範囲に限られず、例えば、ブラックマトリックス、カラーフィルタ、画像表示装置、または、赤外線センサに使用するのも好ましい。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
<重量平均分子量(Mw)の測定>
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
<酸価の測定方法>
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)
[実施例1:組成物BKの製造と評価]
本発明の光硬化性組成物の一形態として、組成物BKを製造し、評価を行った。
〔組成物BKの製造〕
<カーボンブラック分散液(CB分散液)の製造>
下記表1に記載の各成分を含有する混合液に対し、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、CB分散液を製造した。
Figure 0007012733000014
表1のカーボンブラックの「種類」欄に記載した略号は、下記表2に記載した特徴を有するカーボンブラックを表す。
なお、表3に記載のカーボンブラックは、いずれもファーネス法を用いて得られたファーネスブラックである。
Figure 0007012733000015
また、表1の顔料誘導体の「種類」欄に記載した略号は、以下の顔料誘導体を表す。
Figure 0007012733000016
また、表1の分散剤の「種類」欄に記載した略号は、以下の分散剤を表す。
なお、構造式中の括弧の横に付された数字は、各繰り返し単位のモル比を示す。
Figure 0007012733000017
また、表1の溶剤の「種類」欄に記載した、PGMEAは、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートを表す。
<無機分散液の製造>
下記表3に記載の各成分を含有する混合液に対し、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、無機分散液を製造した。
Figure 0007012733000018
表3の粒子の「種類」欄に記載した略号は、下記表4に記載した粒子を表す。
Figure 0007012733000019
また、表3の分散剤の「種類」欄に記載した略号は、表1の分散剤の「種類」欄に記載した略号と同義である。
また、表3の溶剤の「種類」欄に記載した略号は、以下の溶剤を表す。
・PGMEA:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
・PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
<組成物BKの製造>
下記表5に記載した成分を混合して、組成物BKを製造した。
Figure 0007012733000020
Figure 0007012733000021
表5の、CB分散液及び無機分散液の「種類」欄の記載は、先に調製したCB分散液及び無機分散液である。
表5のバインダの「種類」欄に記載した略号は、以下のバインダを表す。
なお、下記C-1およびC-2はアルカリ可溶性樹脂である。
Figure 0007012733000022
表5の重合性化合物の「種類」欄に記載した略号は、以下の重合性化合物を表す。
・D-1:KAYARAD DPHA (日本化薬社製)
・D-2:NKエステル A-TMMT (新中村化学工業社製)
表5の光重合開始剤の「種類」欄に記載した略号は、以下の光重合開始剤を表す。
・E-1:IRGACURE OXE02 (BASF社製)
・E-2:IRGACURE OXE03 (BASF社製)
・E-3:IRGACURE 369 (BASF社製)
・E-4:IRGACURE 379 (BASF社製)
表5のエポキシ基を有する化合物、紫外線吸収剤、又は、密着剤の「種類」欄に記載した略号は、以下の化合物を表す。
・G-1:EHPE 3150 (ダイセル製)
・G-2:EPICLON N-695 (DIC製)
(G-1及びG-2は、共にエポキシ基を有する化合物)
・G-3(紫外線吸収剤)
Figure 0007012733000023
・G-4(密着剤)
Figure 0007012733000024
表5の界面活性剤の「種類」欄に記載した略号は、以下の界面活性剤を表す。なお下記式に記載のパーセント表記の数値は、各繰り返し単位のモル比を表す。
・W-1
Figure 0007012733000025
〔組成物BKの評価〕
上記の組成物BKについて、下記の方法により評価した。
<耐アンダーカット性の評価>
上記で得られた組成物BKを、塗布後の膜厚が1.2μmになるように、下塗り層付き8インチシリコンウェハ上にスピンコート法で塗布し、その後ホットプレート上で、110℃で2分間加熱して組成物層を得た。
次いで、得られた組成物層に対し、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を用い、300μmのラインアンドスペースパターンを、マスクを介して露光(露光量500mJ/cm)した。
次いで、露光後の組成物層(硬化膜)に対し、現像装置(東京エレクトロン製Act-8)を使用し現像性の評価を行った。現像液には水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3%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でリンスを行い、パターン(パターン状の硬化膜)を得た。得られたパターン断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(S-4800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)観察により、パターンのトップ部分とボトム部分の寸法差を測定し、以下の判定基準にて耐アンダーカット性を評価した。なお、寸法差が小さいほど耐アンダーカット性が優れる。
A:0.0μm以上0.2μm未満
B:0.2μm以上0.5μm未満
C:0.5μm以上1.0μm未満
D:1.0μm以上1.5μm未満
E:1.5μm以上
上記判定基準において、A~Dであれば、実用上問題のないレベルである
<耐溶剤性の評価>
上記で得られた組成物BKを、下塗り層付8インチガラスウェハ上に乾燥後の組成物層の膜厚が0.5μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、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/cm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、露光後の組成物層(硬化膜)が形成されているガラスウェハをスピン・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%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行い、ガラスウェハ上にパターン状の硬化膜を形成した。
パターン状の硬化膜が形成されたガラスウェハを真空チャック方式で上記水平回転テーブルに固定してから、回転装置によってガラスウェハを回転数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、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:200℃/8分)を行った。
上記加熱処理を経たパターン状の硬化膜が形成されたガラスウエハの作製後と、更に、このガラスウエハをN-メチル-2-ピロリジノン中に5分間浸漬処理をした後の、波長400~700nmにおける透過率の分光変動(耐溶剤ΔT%)をMCPD-3000(大塚電子(株)製)を使用して測定した。
なお、測定は硬化膜が存在する箇所に対して行い、ガラスウエハの透過率への影響は、ブランクとして除外した。
最も分光変動が大きい波長での変動を耐溶剤ΔT%maxとし、以下の判定基準にて耐溶剤性を評価した。
耐溶剤ΔT%maxの値が小さいほど耐溶剤性が良好であり、より望ましい。
なお、耐溶剤ΔT%は以下の式に従って計算される。
耐溶剤ΔT%=|処理前における特定波長Xでの透過率(%)-処理後における特定波長Xでの透過率(%)|
A:耐溶剤ΔT%maxが、1.0%未満
B:耐溶剤ΔT%maxが、1.0%以上、3.0%未満
C:耐溶剤ΔT%maxが、3.0%以上、7.0%未満
D:耐溶剤ΔT%maxが、7.0%以上、10.0%未満
E:耐溶剤ΔT%maxが、10.0%以上
上記判定基準において、A~Dであれば、実用上問題のないレベルである。
<耐湿性の評価>
耐溶剤性の評価で上述したのと同様の方法で、ガラスウェハ上に加熱処理を経たパターン状の硬化膜を形成した。
ESPEC社製HAST試験機(EHS-221M)にて、このガラスウエハを温度130℃、相対湿度85%の雰囲気中にて、500時間静置する高湿処理前後の、波長400~700nmにおける透過率の分光変動(耐湿ΔT%)をMCPD-3000(大塚電子(株)製)を使用して測定した。
なお、測定は硬化膜が存在する箇所に対して行い、ガラスウエハの透過率への影響は、ブランクとして除外した。
最も分光変動が大きい波長での変動を耐湿ΔT%maxとし、以下の判定基準にて耐湿性を評価した。
耐湿ΔT%maxの値が小さいほど耐湿性が良好であり、より望ましい。
なお、耐溶剤ΔT%は以下の式に従って計算される。
耐湿ΔT%=|処理前における特定波長Xでの透過率(%)-処理後における特定波長Xでの透過率(%)|
A:耐湿ΔT%maxが、1.0%未満
B:耐湿ΔT%maxが、1.0%以上、3.0%未満
C:耐湿ΔT%maxが、3.0%以上、7.0%未満
D:耐湿ΔT%maxが、7.0%以上、10.0%未満
E:耐湿ΔT%maxが、10.0%以上
上記判定基準において、A~Dであれば、実用上問題のないレベルである。
<残渣抑制性の評価>
上記で得られた組成物BKを、塗布後の膜厚が0.5μmになるように、下塗り層付き8インチシリコンウェハ上にスピンコート法で塗布し、その後ホットプレート上で、120℃で2分間加熱して組成物層を得た。
次いで、得られた組成物層に対し、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を用い、1.0μm四方のアイランドパターンを、マスクを介して露光(露光量200mJ/cm)した。
次いで、露光後の組成物層(硬化膜)に対し、現像装置(東京エレクトロン製Act-8)を使用して現像性の評価を行った。現像液には水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3%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。得られたパターンの残渣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)観察(倍率:20000倍)し、残渣抑制性を評価した。評価基準は以下の通りである。
A:パターン間の非画像部に残渣なし。
B:パターン間の非画像部に0.01μm未満の残渣が観測された。
C:パターン間の非画像部に0.01μm以上0.05μm未満の残渣が観測された。
D:パターン間の非画像部に0.05μm以上0.10μm未満の残渣が観測された。
E:パターン間の非画像部に0.10μm以上の残渣が観測された。
上記判定基準において、A~Cの評価であれば、実用上問題のないレベルである。
<引置き後の異物欠陥(引置き欠陥抑制性)の評価>
上記で得られた組成物BKを、8インチガラスウェハ上に乾燥後の膜厚が0.5μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、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。
組成物層が形成されたガラスウェハに対して、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、0.5μm以上の大きさの異物をカウントした。
この組成物層の欠陥評価を、ウエハ作成直後と、ウエハ作成後室温(23℃)経時72時間後とのそれぞれにおいて実施し、異物増加率をもとに引置き欠陥抑制性を下記の判定基準で評価した。
なお、異物増加率は、(72時間引き置き後の異物欠陥数/調製直後の異物欠陥数)で算出した。
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
上記判定基準において、A~Cの評価であれば、実用上問題のないレベルである。
<経時安定性の評価(沈降)>
上記で得られた組成物BKを、オーブンを用いて160℃、1時間の条件で揮発分を乾燥させた。乾燥前後の乾燥減量を測定することで、その固形分を算出した。
また、得られた組成物BKを、室温(23℃)、3500rpmの条件で47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固形分を算出した。
遠心処理の前後の固形分の変化から沈降率を算出し、液の経時安定性を下記の判定基準で評価した。
なお、沈降率は以下の式に従って計算される。
沈降率(%)=|遠心処理前の組成物の固形分-遠心処理後の上澄みの固形分|÷遠心処理前の組成物の固形分×100
A:沈降率が、1.0%未満
B:沈降率が、1.0%以上3%未満
C:沈降率が、3.0%以上5.0%未満
D:沈降率が、5.0%以上10.0%未満
E:沈降率が、10.0%以上
上記判定基準において、A~Dであれば、実用上問題のないレベルである
〔評価結果〕
組成物BKの評価の結果を以下の表6に示す。
Figure 0007012733000026
表6に示すように、本発明の光硬化性組成物は、引置き欠陥抑制性に優れ、残渣抑制性に優れることが確認された。
カーボンブラックの硫黄含有量が、1質量ppm以上0.50質量%以下である場合、引置き欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された(実施例1-9~1-11の比較)。
カーボンブラックの灰分が、1質量ppm以上0.20質量%以下である場合、経時安定性がより優れる傾向が確認された(実施例1-9~1-11の比較)。
トリアジン環基を含有する顔料誘導体を用いる場合、耐溶剤性及び耐湿性がより優れる傾向が確認された(実施例1-1と1-2との比較)。
分散剤としてエチレン性不飽和結合を含有する基を有する、酸価が40mgKOH/g以上の両性樹脂を用いる場合、引き置き欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された(実施例1-5と、1-1及び1-3~1-4との比較)。更に、分散剤が、重合性基を有する場合、耐アンダーカット性、耐溶剤性、及び、耐湿性がより優れる傾向が確認された(実施例1-4と、1-1及び1-3との比較)。
光重合性化合が、更に酸窒化ジルコニウムを含有する場合、耐アンダーカット性がより優れる傾向が確認された(実施例1-12と1-28との比較)。
アルカリ可溶性樹脂を用いたほうが、残渣抑制性がより優れる傾向が確認された(実施例1-11と1-32との比較)。
重合性基を有するアルカリ可溶性樹脂を用いる場合、耐アンダーカット性、耐溶剤性、及び、耐湿性がより優れる傾向が確認された(実施例1-4と1-12との比較)。
オキシム化合物を光重合開始剤として用いる場合、耐アンダーカット性、耐溶剤性、及び、耐湿性がより優れる傾向が確認された(実施例1-13~1-16の比較)。
光硬化性組成物が、更に、エポキシ基を有する化合物を含有する場合、耐溶剤性及び耐湿性がより優れる傾向が確認された(実施例1-13と、1-17及び1-18との比較)。
光硬化性組成物が、更に、密着剤を含有する場合、耐アンダーカット性がより優れる傾向が確認された(実施例1-13と1-20との比較)。
[実施例2:組成物GYの製造と評価]
本発明の光硬化性組成物の一形態として、組成物GYを製造し、評価を行った。
〔組成物GYの製造〕
下表に記載した成分を混合して、組成物GYを調製した。
なお、表中の「種類」欄に記載した略号、並びに、CB分散液及び無機分散液の内容は、組成物BKの製造において説明した内容と同義である。
Figure 0007012733000027

〔組成物GYの評価〕
<光の透過率の評価>
組成物GYを、それぞれ、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製「CT-4000L」膜厚0.1um)付8インチガラスウェハ上に乾燥後の膜厚が0.5μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、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)した。
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/cm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、露光後の組成物層(硬化膜)が形成されているガラスウェハをスピン・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%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像し、ガラスウェハ上にパターン状の硬化膜を形成した。
組成物層が形成されたガラスウェハを真空チャック方式で上記の水平回転テーブルに固定し、回転装置によって上記ガラスウェハを回転数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し、その後、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;200℃/8分)した。
上記で得られた硬化膜の分光をMCPD-3700(大塚電子(株)製)を使用して測定し、波長400~700nmにおける透過率の最大値と最小値の差をΔT(%)、波長700~1000nmの光の透過率の最大値と最小値の差をΔT(%)、波長400~1000nmの光の透過率の最大値と最小値の差をΔT(%)、とした。
<引置き後の異物欠陥(引置き欠陥抑制性)の評価>
組成物BKを組成物GYに変更した以外は、上述したのと同様の手法及び基準で、引置き欠陥抑制性を評価した。
<残渣抑制性の評価>
組成物BKを組成物GYに変更した以外は、上述したのと同様の手法及び基準で、残渣抑制性を評価した。
〔評価結果〕
測定結果を以下の表8に示す。
表8中「無機顔料」の欄は、組成物GYが、組成物中に無機顔料を含有しているか否かを示す。Aは含有していることを示し、Bは含有していないことを示す。
Figure 0007012733000028
無機顔料を含有する本発明の光硬化性組成物は、広い波長の範囲で、よりフラットな吸収スペクトルを有する硬化膜を得られることが確認された。(実施例2-2~2-6の結果)
[実施例3:積層体及び積層体を有する固体撮像素子の製造と評価]
本発明の光硬化性組成物を光減衰層形成用組成物として用いて、積層体及び積層体を有する固体撮像素子を製造し、評価を行った。
〔積層体及び積層体を有する固体撮像素子の製造〕
<光減衰層形成用組成物>
上述の組成物GYを使用した。
<着色層形成用組成物>
それぞれ以下の原料を混合して着色層形成用組成物を製造した。
・緑色着色層形成用組成物(Green組成物)
PGMEA :25.49質量部
樹脂1 :0.2質量部
重合性化合物1 :0.9質量部
重合性化合物2 :0.3質量部
光重合開始剤1 :0.7質量部
紫外線吸収剤1 :0.4質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
Green分散液 :72質量部
・赤色着色層形成用組成物(Red組成物)
PGMEA :47.29質量部
樹脂1 :0.6質量部
重合性化合物3 :0.7質量部
光重合開始剤1 :0.4質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
Red分散液 :51質量部
・青色着色層形成用組成物(Blue組成物)
PGMEA :51.19質量部
樹脂1 :0.8質量部
重合性化合物1 :1.4質量部
重合性化合物3 :0.7質量部
光重合開始剤1 :0.9質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
Blue分散液 :45質量部
・シアン色着色層形成用組成物(Cyan組成物)
PGMEA :58.88質量部
樹脂2 :5.6質量部
重合性化合物4 :7.5質量部
光重合開始剤1 :1.2質量部
紫外線吸収剤1 :0.3質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
界面活性剤2 :0.01質量部
Cyan分散液 :26.5質量部
・マゼンタ色着色層形成用組成物(Magenta組成物)
PGMEA :80.99質量部
樹脂1 :7質量部
重合性化合物4 :8.4質量部
光重合開始剤1 :2.3質量部
紫外線吸収剤1 :1.3質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
Magenta分散液 :21質量部
・イエロー色着色層形成用組成物(Yellow組成物)
PGMEA :45.69質量部
樹脂2 :5.6質量部
重合性化合物4 :6.9質量部
光重合開始剤1 :1.1質量部
紫外線吸収剤1 :1質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
界面活性剤2 :0.7質量部
Yellow分散液 :39質量部
以下の成分を混合して赤外線透過層形成用組成物(IR-Pass組成物)を調製した。
・赤外線透過層形成用組成物
PGMEA :14.79質量部
樹脂2 :1.3質量部
重合性化合物4 :1.9質量部
光重合開始剤1 :1質量部
界面活性剤1 :0.01
Red分散液 :44質量部
Blue分散液 :37質量部
以下の成分を混合して透明層形成用組成物を調製した。
・透明層形成用組成物(Clear組成物)
PGMEA :75.89質量部
樹脂1:8.3質量部
重合性化合物5 :12.5質量部
光重合開始剤1 :1.3質量部
紫外線吸収剤1 :2質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
以下の成分を混合して下地層形成用組成物を調製した。
・下地層形成用組成物
PGMEA :87.99質量部
樹脂3 :12質量部
界面活性剤1 :0.01質量部
上記組成物に用いた原料は以下の通りである。
Green分散液、Red分散液、Blue分散液、Magenta分散液、Cyan分散液、Yellow分散液:以下に記載の原料をそれぞれ下記の表の分散液の欄に記載の質量部で混合し、更に直径0.3mmのジルコニアビーズ230質量部を加えて、ペイントシェーカーを用いて5時間分散処理を行い、ビーズをろ過で分離して製造した分散液を用いた。
(Green分散液)
PGMEA :83質量部
C.I.Pigment Green36(PG36) :8質量部
C.I.Pigment Yellow 150(PY150) :5.5質量部
樹脂4 :3質量部
樹脂1 :0.5質量部
(Red分散液)
PGMEA :77.7質量部
C.I.Pigment Red254(PR254) :8.5質量部
C.I.Pigment Yellow 139(PY139) :3.8質量部
顔料誘導体1 :2質量部
樹脂5 :6質量部
樹脂1 :2質量部
(Blue分散液)
PGMEA :82.7質量部
C.I.Pigment Blue 15:6(PB15:6) :11質量部
C.I.Pigment Violet 23(PV23) :3質量部
樹脂6 :2質量部
樹脂1 :1.3質量部
(Cyan分散液)
PGMEA :77.6質量部
C.I.Pigment Green 7(PG7) :14質量部
顔料誘導体1 :1.4質量部
樹脂4 :7質量部
(Magenta分散液)
PGMEA :69.6質量部
C.I.Pigment Red 177(PR177) :19質量部
顔料誘導体1 :1.9質量部
樹脂5 :9.5質量部
(Yellow分散液)
PGMEA :74.4質量部
C.I.Pigment Yellow 150(PY150) :16質量部
顔料誘導体1 :1.6質量部
樹脂5 :8質量部
・樹脂1:下記構造の樹脂(酸価=32mgKOH/g、Mw=11000)。各繰り返し単位に併記した数値は、全繰り返し単位を100モル%とした場合の、各繰り返し単位のモル比(モル%)を表す。
Figure 0007012733000029
・樹脂2:下記構造の樹脂(酸価=112mgKOH/g、Mw=30000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位のモル比を表す。
Figure 0007012733000030
・樹脂3:サイクロマーP(ダイセル・オルネクス製)
・樹脂4:下記構造の樹脂(酸価=36mgKOH/g、Mw=21000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位のモル比を表す。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。
Figure 0007012733000031
・樹脂5:下記構造の樹脂(酸価=77mgKOH/g、Mw=20000)。各繰り返し単位に併記した数値は、各繰り返し単位のモル比を表す。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。
Figure 0007012733000032
・樹脂6:Solsperse 36000 Lubrizol(株)製
・顔料誘導体1:下記構造の化合物
Figure 0007012733000033
・重合性化合物1:アロニックスTO-2349(東亞合成(株))
・重合性化合物2:NKオリゴUA-7200(新中村化学工業(株)製)
・重合性化合物3:NKエステル A-DPH-12E(新中村化学工業(株)製)
・重合性化合物4:KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製)
・重合性化合物5:アロニックスM-510(東亞合成(株))
・光重合開始剤1:IRGACURE OXE-01(BASF社製)
・紫外線吸収剤1:上述した紫外線吸収剤(J-1)
・界面活性剤1: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。)
Figure 0007012733000034
・界面活性剤2: パイオニンD6315(竹本油脂(株)製)
〔積層体及び積層体を有する固体撮像素子の製造〕
2次元アレイ状に区画され、各単位区画には光電変換部が形成されたシリコンウエハ上に、下地層形成用組成物を、乾燥後の膜厚が0.1μmとなるようにスピンコータを用いて塗布し、230℃で10分加熱して下地層を形成した。下地層を形成したシリコンウエハ上に各組成物を用いて図3~図6のいずれかの配置となるよう、着色層、透明層、光減衰層、及び、レンズを形成して積層体を有する固体撮像素子を製造した。着色層、透明層、及び、光減衰層の形成には、上記の各組成物を用い、パターンの形成はフォトリソグラフィ法を用いた。なお、各着色層の厚みは0.6μmであり、透明層の厚みは0.1μmμmであり、光減衰層の厚みは0.5μmだった。
〔固体撮像素子の評価〕
<ダイナミックレンジ>
固体撮像素子のダイナミックレンジは、上記固体撮像素子を用いた実写により得た画像プリントを主観的に評価する方法により実施した。
写真撮影は、写真スタジオにおいて行い、照明には、一般的な色温度3200Kのタングステンタイプの反射型写真電球を2灯用いた。
得られた画像プリントについて、階調の細かさを10名のパネルにより評価した。各画像プリントについて10段階により評価し、各実施例の固体撮像素子のダイナミックレンジは、各パネルの評価値を平均して、以下の基準により評価した。結果を表9に示した。
A:評価値の平均値が8.0以上だった。
B:評価値の平均値が6.0以上、8.0未満だった。
C:評価値の平均値が4.0以上、6.0未満だった。
D:評価値の平均値が2.0以上、4.0未満だった。
E:評価値の平均値が2.0未満だった。
<色再現性>
固体撮像素子の色再現性は、上記固体撮像素子を用いた実写により得た画像プリントを主観的に評価する方法により実施した。写真撮影は上記と同様の条件で実施し、得られた画像プリントについて、被写体の色が再現されているかを10名のパネルにより評価した。各画像プリントについて10段階により評価し、各実施例の固体撮像素子の色再現性は、各パネルの評価値を平均して、以下の基準により評価した。結果を表9に示した。
A:評価値の平均値が8.0以上だった。
B:評価値の平均値が6.0以上、8.0未満だった。
C:評価値の平均値が4.0以上、6.0未満だった。
D:評価値の平均値が2.0以上、4.0未満だった。
E:評価値の平均値が2.0未満だった。
〔評価結果〕
評価結果を以下の表9に示す。
Figure 0007012733000035
表9に示す結果から、本発明の光硬化性組成物を光減衰層形成用組成物として用いて得られた光減衰層を有する積層体を用いることで、ダイナミックレンジを改良でき、色再現性を向上できることが確認された。
更に、光減衰層の400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTが11.0%以下である場合、色再現性がより優れ(実施例3-2の結果)、ΔTが7.0%以下である場合、色再現性が更に優れることが確認された(実施例3-3の結果等)。
光減衰層の550nmの波長の光の透過率が、5.0~20.0%である場合ダイナミックレンジが更に改良されることが確認された(実施例3-1~3-4と実施例3-5~3-6との比較等)。
10、20、80、90、91 単位画素
11 レンズ
12 着色層
13 光減衰層
14 第1の積層体
15 基板
16 第1の光電変換部
21 透明層
22 第2の積層体
23 第2の光電変換部
100 固体撮像装置
101 固体撮像素子
102 撮像部
103 カバーガラス
104 スペーサー
105 積層基板
106 チップ基板
107 回路基板
108 電極パッド
109 外部接続端子
110 貫通電極
111 レンズ層
112 レンズ材
113 支持体
114、115 遮光膜
201 受光素子
202 カラーフィルタ
201 受光素子
202 カラーフィルタ
203 マイクロレンズ
204 基板
205b 青色画素
205r 赤色画素
205g 緑色画素
205bm ブラックマトリクス
206 pウェル層
207 読み出しゲート部
208 垂直転送路
209 素子分離領域
210 ゲート絶縁膜
211 垂直転送電極
212 遮光膜
213、214 絶縁膜
215 平坦化膜

Claims (23)

  1. 多環芳香族炭化水素の含有量が50.00質量ppb以上0.500質量ppm以下であるカーボンブラックと、エチレン性不飽和基を有する化合物と、を含有する、光硬化性組成物であって、
    前記カーボンブラックの硫黄含有量が、1質量ppm以上0.75質量%以下であり、
    前記カーボンブラックの含有量が、前記光硬化性組成物の全固形分に対して、1~45質量%である、光硬化性組成物
  2. 更に、光重合開始剤を含有する、請求項1に記載の光硬化性組成物。
  3. 前記光重合開始剤が、オキシム化合物である、請求項に記載の光硬化性組成物。
  4. 前記カーボンブラックの硫黄含有量が、1質量ppm以上0.50質量%以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  5. 前記カーボンブラックの灰分が、1質量ppm以上0.20質量%以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  6. 前記カーボンブラックが、ファーネスブラックである、請求項1~のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  7. 更に、無機顔料を含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  8. 前記無機顔料が、第4族の金属元素の窒化物、第4族の金属元素の酸窒化物、第5族の金属元素の窒化物、又は、第5族の金属元素の酸窒化物である、請求項に記載の光硬化性組成物。
  9. 前記無機顔料が、窒化チタン、酸窒化チタン、又は、酸窒化ジルコニウムである、請求項又はに記載の光硬化性組成物。
  10. 前記無機顔料が酸窒化ジルコニウムである、請求項7~9のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  11. 更に、エポキシ基を有する化合物を含有する、請求項1~10のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  12. 更に、アルカリ可溶性樹脂を含有する、請求項1~11のいずれか1項に記載の光硬化性組成物。
  13. 前記アルカリ可溶性樹脂が、重合性基を有する、請求項12に記載の光硬化性組成物。
  14. 請求項1~13のいずれか1項に記載の光硬化性組成物を用いて形成された硬化膜であって、550nmの波長の光の透過率が5.0~20.0%である、硬化膜。
  15. 着色層と、請求項1~13のいずれか1項に記載の光硬化性組成物を用いて形成された光減衰層とが積層され、前記光減衰層の400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値との差ΔTが11.0%以下である、積層体。
  16. 着色層と、請求項1~13のいずれか1項に記載の光硬化性組成物を用いて形成された光減衰層とが積層され、
    前記着色層が、緑色着色層、赤色着色層、青色着色層、シアン色着色層、マゼンタ色着色層、及び、イエロー色着色層からなる群から選択される少なくとも1種である、積層体。
  17. 前記光減衰層の400~700nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値の差ΔTが11.0%以下である、請求項16に記載の積層体。
  18. 前記差ΔTが7.0%以下である、請求項15又は17に記載の積層体。
  19. 前記光減衰層の700~1000nmの波長域の光の透過率の最大値と最小値との差ΔTが11.0%以下である、請求項15~18のいずれか1項に記載の積層体。
  20. 前記差ΔTが7.0%以下である、請求項19に記載の積層体。
  21. 前記光減衰層の550nmの波長の光の透過率が、5.0~75.0%である、請求項15~20のいずれか1項に記載の積層体。
  22. 前記光減衰層の550nmの波長の光の透過率が、5.0~20.0%である、請求項21に記載の積層体。
  23. 複数の単位画素が配置され、前記単位画素が第1の光電変換部、及び、第2の光電変換部を有し、前記第1の光電変換部の光が入射する側に、請求項15~22のいずれか1項に記載の積層体が配置されている、固体撮像素子。
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