JP7470780B2 - 組成物、膜及び光センサ - Google Patents
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Description
また特許文献2には、着色剤と、樹脂と、を含有する分散組成物であって、上記樹脂が、高分子鎖を有する構造単位Aと、酸性基を有する構造単位Bと、を含有し、上記高分子鎖は2種以上の構造単位GFを含有し、上記構造単位GFは、オキシアルキレン基からなる構造単位、及び、オキシアルキレンカルボニル基からなる構造単位からなる群から選択される、分散組成物が記載されている。
また、上記膜と支持体との密着性についても更なる向上の余地が有った。
<1> 屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子と、樹脂及び重合性モノマーよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む膜形成成分と、溶剤と、を含む組成物であって、
上記膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含み、
上記樹脂の少なくとも1種が、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、下記条件1及び下記条件2の少なくとも一方を満たす樹脂Aであり、
上記構成単位GFは、下記式(1-1)で表される構成単位、及び、下記式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される構成単位である
組成物;
条件1:上記構成単位Aが2種以上の構成単位GFを含有する分子鎖を含む;
条件2:上記樹脂Aが、構成単位GFの構造が異なる、2種以上の上記構成単位Aを含む;
<2> 上記組成物を加熱して厚さ4μmの膜を製膜した際に、上記膜中には上記白色粒子を含む第1の相と、上記第1の相よりも上記白色粒子の含有量が少ない第2の相との相分離構造が形成される、<1>に記載の組成物。
<3> 上記組成物を加熱して厚さ4μmの膜を製膜した際に、上記膜の波長400~1,000nmの範囲の光の透過率の最大値が80%以下である、<1>又は<2>に記載の組成物。
<4> 上記樹脂の少なくとも1種が、上記条件1を満たす、<1>~<3>のいずれか1つに記載の組成物。
<5> 上記構成単位Aが、式(1)で表される構成単位L1と、式(2)で表される構成単位、及び、式(3)で表される構成単位からなる群から選択される構成単位L2と、を含有する、<1>~<4>のいずれか1つに記載の組成物。
<6> 上記構成単位Aが式(A)で表される構成単位であり、上記構成単位Bが式(B)で表される構成単位である、<5>に記載の組成物;
式(B)中、R4は水素原子又はアルキル基を表し、XBは単結合又は2価の連結基を表し、ZBは、水素原子、又は、カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基、フェノール性ヒドロキシ基、及び、チオール基からなる群から選択される酸性基若しくはその誘導体基を表し、ZBが水素原子の場合は、XBは単結合を表す。
<7> 上記式(A)におけるp及びqの和が、5より大きく、120未満である、<6>に記載の組成物。
<8> 上記構成単位L2に対する上記構成単位L1の質量比が、50/50より大きく、95/5未満である、<5>~<7>のいずれか1つに記載の組成物。
<9> 上記構成単位L2として式(2)で表される構成単位を含み、上記式(1)におけるR1、及び、上記式(2)におけるR2が、それぞれ、エチレン基、プロピレン基、1-エチルエチレン基、トリメチレン基、1-メチルトリメチレン基、1-ブチルトリメチレン基、テトラメチレン基、2-メチルテトラメチレン基、1-トリデシルテトラメチレン基、ペンタメチレン基、1-メチルペンタメチレン基、3-メチルペンタメチレン基、1-エチルペンタメチレン基、又は、1-デシルペンタメチレン基である、<5>~<7>のいずれか1つに記載の組成物。
<10> 上記樹脂Aの酸価が20~200mgKOH/gである、<1>~<9>のいずれか1つに記載の組成物。
<11> 上記膜形成成分が、上記樹脂Aとは異なる樹脂である樹脂Bを更に含む、<1>~<10>のいずれか1つに記載の組成物。
<12> 上記樹脂Aと、上記樹脂Bのうち、一方が上記白色粒子の分散剤であり、他方がバインダーである、<11>に記載の組成物。
<13> 上記樹脂Aと、上記樹脂BとのSP値の差が、0.20MPa0.5以上である、<11>又は<12>に記載の組成物。
<14> 上記樹脂Bが星型高分子である、<11>~<13>のいずれか1つに記載の組成物。
<15> 上記樹脂Bの重量平均分子量が、5,000以上である、<11>~<14>のいずれか1つに記載の組成物。
<16> 100質量部の上記樹脂Aに対して、上記樹脂Bを10~250質量部含む、<11>~<15>のいずれか1つに記載の組成物。
<17> <1>~<16>のいずれか1つに記載の組成物からなる膜。
<18> 屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子と、樹脂及び重合性モノマーから選ばれる少なくとも1種を含む膜形成成分又は上記膜形成成分の硬化物とを含む膜であって、
上記膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含み、
上記樹脂の少なくとも1種が、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、下記条件1及び下記条件2の少なくとも一方を満たす樹脂Aであり、
上記構成単位GFは、下記式(1-1)で表される構成単位、及び、下記式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される
膜;
条件1:上記構成単位Aが2種以上の構成単位GFを含有する分子鎖を含む;
条件2:上記樹脂Aが、構成単位GFの構造が異なる、2種以上の上記構成単位Aを含む;
<19> <17>又は<18>に記載の膜を含む光センサ。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)を包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)を包含する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルを表し、「(メタ)アリル」は、アリル及びメタリルを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルを表す。
本明細書において、化学式中のMeはメチル基を、Etはエチル基を、Prはプロピル基を、Buはブチル基を、Phはフェニル基をそれぞれ示す。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。また、露光に用いられる光としては、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線又は放射線が挙げられる。
本明細書において、重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとして、TOSOH TSKgel Super HZM-HとTOSOH TSKgel Super HZ4000とTOSOH TSKgel Super HZ2000とを連結したカラムを用い、展開溶媒としてテトラヒドロフランを用いることによって求めることができる。
本明細書において、屈折率の値は、特に断りがない限り、23℃での波長589nmの光に対する屈折率の値である。
本発明の組成物は、屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子と、樹脂及び重合性モノマーよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む膜形成成分と、溶剤と、を含む組成物であって、上記膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含み、上記樹脂の少なくとも1種が、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、下記条件1及び下記条件2の少なくとも一方を満たす樹脂Aであり、上記構成単位GFは、下記式(1-1)で表される構成単位、及び、下記式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される構成単位である。
条件1:上記構成単位Aが2種以上の構成単位GFを含有する分子鎖を含む;
条件2:上記樹脂Aが、構成単位GFの構造が異なる、2種以上の上記構成単位Aを含む;
そのため、上記膜中には上記白色粒子を含む第1の相と、第1の相よりも上記白色粒子の含有量が少ない第2の相との相分離構造が形成されていると推測される。
この相分離構造により、膜中で白色粒子の存在位置に偏りができ、膜中に屈折率の大きい領域である第1の相と屈折率の小さい領域である第2の相とが混在すると考えられる。この2つの相の間で光の散乱が生じるため、本発明の組成物により得られた膜は光散乱性に優れると推測される。
また、樹脂Aは構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、上記条件1又は条件2を満たす。
樹脂Aが構成単位GFを含むことにより、長波長側(例えば、波長940nm以上など)の光散乱性に優れた膜を得ることができると考えられる。これは、上記構成単位Aを含むことにより、樹脂Aの結晶性及び相分離性が向上し、樹脂Aが第1の相に含まれる場合であっても、第2の相に含まれる場合であっても、上述の第1の相の大きさがある程度大きくなるためであると推測される。
また、樹脂Aが上述の条件1及び条件2の少なくとも一方を満たすことにより、短波長側(例えば、波長450nm以下など)の光散乱性に優れた膜を得ることができると考えられる。これは、条件1及び条件2の少なくとも一方を満たすことにより、樹脂Aの結晶性及び相分離性が大きくなりすぎず、樹脂Aが第1の相に含まれる場合であっても、第2の相に含まれる場合であっても、上述の第1の相の大きさがある程度小さくなるためであると推測される。
このように、本発明によれば、第1の相の大きさを適切な大きさとすることができるため、光散乱性に優れると推測される。また、特に幅広い波長(例えば、400nm~1,000nm)において、光散乱性に優れると考えられる。
また、樹脂Aは酸性基を有する構成単位Bを含む。これにより、膜の現像性が向上し、現像後に得られた膜の支持体との密着性が向上すると推測される。
また、膜の光散乱性を高めるには、粒径が大きく、かつ、屈折率が高い粒子を用いる方法が知られている。しかしながら、屈折率の高い粒子(以下、高屈折粒子ともいう)は、一般的に比重が大きい傾向がある。このような比重の大きい粒子を、溶剤を含む組成物中に含有させて用いた場合、組成物の保管時に粒子が沈降することがある。このため、従来知られている組成物では、保存安定性と、得られる膜の光散乱性とを高い水準で両立させることは困難である場合がある。
しかし、本発明の組成物は、保存安定性が良好であると考えられる。
本発明の組成物は、屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子を含む。ここで、屈折率が2.0以上の白色粒子は一般的に比重の大きいものが多いが、本発明の組成物は、屈折率が2.0以上の白色粒子として、平均一次粒子径が200nm以下と、比較的小さい粒子径のものを用いているため、溶剤を含む組成物中での上記粒子の沈降を抑制でき、その結果、組成物の保存安定性が良好となると推測される。
また、特許文献2に記載された発明においては、相分離構造を形成することにより光散乱性を向上させるという技術思想については記載されていない。
以下、本発明の組成物の特性、及び、組成物に含まれる各成分の詳細について説明する。
本発明の組成物は、加熱して厚さ4μmの膜を製膜した際に、上記膜中には上記粒子を含む第1の相と、上記第1の相よりも上記粒子の含有量が少ない第2の相との相分離構造が形成されることが好ましい。
膜中にこのような相分離構造が形成されることにより、光散乱性が向上し、また、散乱光の角度依存性を低減させることもできる。
また、上記粒子の単なる凝集物は粒子の一形態であって、上記粒子の単なる凝集物そのものは第1の相ではない。膜形成成分又は膜形成成分由来の硬化物中に、上記粒子が存在しているものが上記第1の相である。また、第2の相は、第1の相よりも上記粒子の含有量が少ないものであればよく、上記粒子を実質的に含んでいなくてもよい。より優れた光散乱性が得られやすいという理由から第2の相は、上記粒子を実質的に含んでいないことが好ましい。
また、例えば組成物が膜形成成分として重合性化合物及び光重合開始剤を含む場合、上記加熱の前に重合性化合物の硬化のための露光を行ってもよい。
本発明の組成物を加熱して厚さ4μmの膜を形成した際において、上記膜の400~1,000nmの光の透過率の最大値は、80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましく、60%以下であることが更に好ましく、50%以下であることが特に好ましい。上記の透過率の最大値の下限は1%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましい。
また、可視光の分散性の観点からは、上記膜の波長400~700nmの範囲の光の透過率の最大値は、光散乱の波長依存性低減の観点から80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましく、60%以下であることが更に好ましく、50%以下であることが特に好ましい。上記の透過率の最大値の下限は1%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましい。
上記膜中の相間屈折率差の平均値は、0.1以上であることが好ましく、0.2以上であることがより好ましく、0.3以上であることがさらに好ましく、0.4以上であることが特に好ましい。
上記膜のJIS K 7136に基づくヘイズは、30~100%であることが好ましい。上限は99%以下であることが好ましく、95%以下であることがより好ましく、90%以下であることが更に好ましい。下限は35%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることが更に好ましい。
このような分光特性を有する膜を形成するには、相分離構造の形状、粒子の屈折率、粒子の膜中の存在量や偏在具合などを適宜調整することで達成することができる。この際、光分散性の観点からは、粒子の屈折率、粒子の存在量、粒子の偏在具合は高いほどよい場合がある。
本発明の組成物の固形分濃度は、より優れた保存安定性が得られやすいという理由から5~80質量%であることが好ましい。上限は、75質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましい。下限は、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが更に好ましい。
以下、本発明の組成物に用いられる各成分について説明する。
本発明の組成物は、屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子(以下、粒子P1ともいう)を含む。
堺化学工業(株)製の商品名R-3L、R-5N、R-7E、R-11P、R-21、R-25、R-32、R-42、R-44、R-45M、R-62N、R-310、R-650、SR-1、D-918、GTR-100、FTR-700、TCR-52、A-110、A-190、SA-1、SA-1L、STR-100A-LP、STR-100C-LP、TCA-123E;
テイカ(株)製の商品名JR、JRNC、JR-301、JR-403、JR-405、JR-600A、JR-600E、JR-603、JR-605、JR-701、JR-800、JR-805、JR-806、JR-1000、MT-01、MT-05、MT-10EX、MT-100S、MT-100TV、MT-100Z、MT-100AQ、MT-100WP、MT-100SA、MT-100HD、MT-150EX、MT-150W、MT-300HD、MT-500B、MT-500SA、MT-500HD、MT-600B、MT-600SA、MT-700B、MT-700BS、MT-700HD、MT-700Z;
チタン工業(株)製の商品名KR-310、KR-380、KR-380N、ST-485SA15;
富士チタン工業(株)製の商品名TR-600、TR-700、TR-750、TR-840、TR-900;
白石カルシウム(株)製の商品名Brilliant1500等が挙げられる。また、特開2015-067794号公報の段落番号0025~0027に記載の酸化チタン粒子を用いることもできる。
本発明の組成物は、屈折率が2.0未満で、平均一次粒子径が500nm以上で、粒子P1よりも比重の小さい粒子(以下、粒子P2ともいう)を含有することができる。
本発明の組成物がP1のほかにP2を含む場合は、粒子P1と粒子P2との間で散乱が生じて、膜に照射された光を効率よく散乱して透過させることができる。このため、このような組成物を用いることでより光散乱性に優れた膜を形成することができる。
式:{(空隙径)3/(外径)3}×100%
本発明の組成物は、粒子P2を1種類のみ含んでいてもよく、2種以上含んでいてもよい。粒子P2を1種類のみ含む場合はより優れた保存安定性が得られやすい。また、粒子P2を2種以上含む場合は、光散乱の角度依存性をより低減することができる。粒子P2を2種以上含む場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の組成物は、樹脂及び重合性モノマーから選ばれる少なくとも1種を含む膜形成成分を含む。本発明で用いられる膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含むものである。
また、本発明の組成物は、膜形成成分として、樹脂Aを含む。
樹脂Aは、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、条件1及び条件2の少なくとも一方を満たす樹脂であり、上記構成単位GFは、式(1-1)で表される構成単位、及び、式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される構成単位である。
条件1:上記構成単位Aが2種以上の構成単位GFを含有する分子鎖を含む。
条件2:上記樹脂Aが、構成単位GFの構造が異なる、2種以上の上記構成単位Aを含む。
樹脂Aは、バインダーの用途で配合されることが好ましい。
樹脂Aは、条件1及び条件2の少なくとも一方を満たす。
条件1は、構成単位Aが少なくとも2種の構成単位GFを含有する分子鎖を含むことを意味する。構成単位A中の構成単位GFの種類は2種以上であればよいが、例えば、2~10種などとすることができ、2~4種であることが好ましい。
条件2は、樹脂Aがある構成単位Aと別の構成単位Aとを有し、上記ある構成単位Aに含まれる構成単位GFと、上記別の構成単位Aに含まれる構成単位GFとが異なることを意味する。
樹脂Aは、条件1及び条件2の両方を満たしてもよい。すなわち、樹脂Aがある構成単位Aと別の構成単位Aとを有し、上記ある構成単位Aに含まれる構成単位GFと、上記別の構成単位Aに含まれる構成単位GFとが異なり、かつ、上記ある構成単位A及び上記別の構成単位Aのうち少なくとも1つが構成単位GFを含有する分子鎖を含んでもよい。
樹脂Aは、少なくとも条件1を満たすことが好ましい。
構成単位Aは、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む。
構成単位Aの式量は特に限定されないが、1,000~100,000であることが好ましく、1,500~50,000であることがより好ましく、2,000~50,000であることがより好ましく、2,500~30,000であることがより好ましい。
ここで、2種以上の構成単位GFとは、2種以上の互いに構造が異なる構成単位を意図する。より具体的には、2種以上の構成単位GFの態様としては、例えば、式(1-1)で表される構成単位と式(1-2)で表される構成単位との組み合わせのように異種の構成単位が構成単位Aに含まれる場合が挙げられる。また、分子鎖中に、RAの構造が異なる2種以上の式(1-1)で表される構成単位が含まれる態様も挙げられる。
樹脂Aが条件1を満たす場合、構成単位Aに含まれる構成単位GFに該当する構成単位の総モル量に対する、構成単位GFに該当する構成単位のうち最も多い構成単位のモル量の割合は、20~98%であることが好ましく、30~95%であることがより好ましく、40~90%であることが更に好ましい。
また、樹脂Aが条件1を満たし、構成単位Aが構成単位GFに該当する構成単位を2種含む場合、構成単位Aに含まれる構成単位GFに該当する構成単位の総モル量に対する、構成単位GFに該当する構成単位のうち多く含まれる方のモル量の割合は、50~90%であることが好ましく、60~90%であることがより好ましく、70~85%であることが更に好ましい。
樹脂Aが条件2を満たす場合、樹脂Aに含まれる構成単位GFに該当する構成単位の総モル量に対する、構成単位GFに該当する構成単位のうち最も多い構成単位のモル量の割合は、20~98%であることが好ましく、30~95%であることがより好ましく、40~90%であることが更に好ましい。
また、樹脂Aが条件2を満たし、構成単位Aが構成単位GFに該当する構成単位を2種含む場合、構成単位Aに含まれる構成単位GFに該当する構成単位の総モル量に対する、構成単位GFに該当する構成単位のうち多く含まれる方のモル量の割合は、50~90%であることが好ましく、60~90%であることがより好ましく、70~85%であることが更に好ましい。
構成単位Aは高分子構造を含むことが好ましい。
構成単位Aに含まれる高分子構造としては、構成単位Aの式量を上述の範囲内とする高分子であればよいが、例えば、分子量(分子量分布を有する場合は、重量平均分子量)が1,000以上である分子鎖が挙げられる。上記分子量は、1,000~100,000であることが好ましく、1,500~50,000であることがより好ましく、2,000~50,000であることがより好ましく、2,500~30,000であることがより好ましい。
構成単位Aに含まれる高分子構造は、構成単位Aにおいて構成単位GF及び末端を構成する構成単位により形成される高分子構造であることが好ましい。また、上記高分子構造は、構成単位Aに含まれる全ての構成単位GF及び末端を構成する構成単位を含んでなる高分子構造であることも好ましい。
上記末端を構成する構成単位としては、後述の式(a)中のZAに記載した構造と同様の構造が挙げられ、好ましい態様も同様である。
構成単位Aに含まれる高分子構造としては、例えば、ランダム共重合体、交互共重合体、及び、ブロック共重合体からなる群から選択される重合体により形成される分子鎖が挙げられる。
また、組成物中における白色粒子の分散性をより向上させるために、高分子の分子鎖末端を公知の変性剤を用いて変性したものであってもよい。
上記高分子構造は結晶性を有していてもよい。高分子構造が結晶性を有している場合、高分子構造の結晶化温度としては特に制限されないが、低温環境下での析出物の発生がより抑制された組成物が得られる点で、20.0℃未満が好ましく、17℃以下がより好ましい。
結晶化温度の下限値としては特に制限されないが、-20.0℃超が好ましく、-11.0℃超がより好ましい。
なお、本明細書において、上記高分子構造の結晶化温度とは、示差走査熱量計(DSC;Differential scanning calorimetry)を用いて、後述する実施例に記載した方法により測定された結晶化温度を意図する。すなわち、上記結晶化温度は後述する構成単位Aの合成に用いられるマクロモノマーの結晶化温度として測定することができる。
また、上記樹脂を含有する組成物から上記高分子構造の結晶化温度を測定することもできる。組成物から上記結晶化温度を測定する場合は、塩酸、又は水酸化ナトリウム等を用いて、組成物中の樹脂を、強酸、又は強塩基条件で加水分解し、高分子構造を分離して高分子を得て、その後、上記と同様の方法で測定してもよい。
構成単位GFは、上述の式(1-1)又は式(1-2)で表される構成単位である。
構成単位Aは、構成単位GFを繰返し単位として含むことが好ましい。構成単位Aが構成単位GFを繰返し単位として含むとは、構成単位Aが、構成単位GFに含まれる構成単位の繰返しにより形成される分子鎖を含むことをいう。構成単位Aが、構成単位GFに該当する構成単位のみの繰返しにより形成される分子鎖を含む態様も好ましい態様の一つである。
構成単位Aが構成単位GFを繰返し単位として含む場合、構成単位GFの繰返し数(構成単位Aが複数の構成単位GFを含む場合、その合計繰返し数)は、5~100であることが好ましく、8~60がより好ましく、10~50が更に好ましい。
上記炭化水素基は、本発明の効果が得られる範囲で置換基を有していてもよい。また、無置換の炭化水素基である態様も、本発明の好ましい態様の一つである。
上記飽和脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキレン基が好ましく、炭素数2~6のアルキレン基がより好ましく、炭素数4~5のアルキレン基が更に好ましい。
上記飽和脂肪族炭化水素基としては、エチレン基、プロピレン基、1-エチルエチレン基、トリメチレン基、1-メチルトリメチレン基、1-ブチルトリメチレン基、テトラメチレン基、2-メチルテトラメチレン基、1-トリデシルテトラメチレン基、ペンタメチレン基、1-メチルペンタメチレン基、3-メチルペンタメチレン基、1-エチルペンタメチレン基、又は、1-デシルペンタメチレン基等が挙げられ、テトラメチレン基又はペンタメチレン基が好ましい。
上記芳香族炭化水素基としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基が好ましく、フェニレン基又はナフチレン基がより好ましく、フェニレン基が更に好ましい。
上記炭化水素基は、本発明の効果が得られる範囲で置換基を有していてもよい。また、無置換の炭化水素基である態様も、本発明の好ましい態様の一つである。
上記飽和脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキレン基が好ましく、炭素数2~6のアルキレン基がより好ましい。
上記飽和脂肪族炭化水素基としては、エチレン基、プロピレン基、1-エチルエチレン基、トリメチレン基、1-メチルトリメチレン基、テトラメチレン基等が挙げられ、エチレン基又はプロピレン基が好ましい。
本発明において、プロピレン基とは、エチレン基の4つの水素原子のうち1つの水素原子がメチル基により置換された基をいう。
上記芳香族炭化水素基としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基が好ましく、フェニレン基又はナフチレン基がより好ましく、フェニレン基が更に好ましい。
式(1)中、nは0又は1を表す。
R2で表されるアルキレン基としては特に制限されないが、組成物がより優れた本発明の効果を有する点で、炭素数1~20の直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基が好ましく、炭素数2~16の直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基がより好ましい。
式(2)中、mは0又は1を表す。
また、上述のR1及びR2の枝分かれの状態が異なる場合とは、R1で表されるアルキレン基が直鎖状であるのに対して、R2で表されるアルキレン基が分岐鎖状である、もしくはその逆、又は、R1及びR2で表されるアルキレン基が、それぞれ分岐鎖状であって、分岐の数及び態様(例えば、分岐の位置)の少なくとも一方が異なることをいう。
環状化合物としては、公知のものを用いることができる。このような環状化合物としては、加水分解によって開環し得るものが好ましく、例えば、ε-カプロラクタム等の環状アミド化合物;N,N’-ジメチルプロピレン尿素、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等の環状尿素誘導体、β-プロピオラクトン、β-ブチロラクトン、β-バレロラクトン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプリロラクトン、δ-バレロラクトン、β-メチル-δ-バレロラクトン、δ-ステアロラクトン、ε-カプロラクトン、γ-オクタノイックラクトン、2-メチル-ε-カプロラクトン、4-メチル-ε-カプロラクトン、ε-カプリロラクトン、ε-パルミトラクトン、α-ヒドロキシ-γ-ブチロラクトン、及び、α-メチル-γ-ブチロラクトン等の環状エステル(ラクトン化合物);グリコリド、ラクチド等の環状ジエステル;などが挙げられる。なかでも、開環重合の反応性が良好である点で、環状化合物としては、ラクトン化合物又はラクチドが好ましく、反応性がより高く、原料の入手がより容易な点で、ラクトン化合物がより好ましく、β-プロピオラクトン、β-ブチロラクトン、β-バレロラクトン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプリロラクトン、δ-バレロラクトン、β-メチル-δ-バレロラクトン、δ-ステアロラクトン、ε-カプロラクトン、2-メチル-ε-カプロラクトン、4-メチル-ε-カプロラクトン、ε-カプリロラクトン、及び、ε-パルミトラクトンからなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましい。
つまり、上述した構成単位A中に含まれる分子鎖(上述の高分子構造)を側鎖(グラフト鎖)に有する樹脂であることが好ましい。これは、樹脂A中の分子鎖が、他の樹脂又は重合性モノマー(膜形成成分)と相溶しにくくなり、得られる膜内で相分離構造が形成されやすくなるためである。
また、樹脂Aは、例えば、上記マクロモノマーと、分岐点及び1以上の硫黄原子を有する化合物とを反応させることにより作成することもできる。このような態様によれば、星型高分子が得られる。例えば、構成単位Aに含まれる分子鎖は後述の式(SP-1)で表される構造と同様の構造の樹脂における、P1として含まれてもよい。
式(a)中、R4、R5、及び、R6は、より好ましくは、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数が1~3のアルキル基であり、さらに好ましくは、それぞれ独立に水素原子又はメチル基である。式(a)中、R5及びR6は、それぞれ水素原子であることが特に好ましい。
また、式(a)中、のXAは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基の例としては、2価の脂肪族基(例えば、アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基、アルキニレン基、及び置換アルキニレン基)、2価の芳香族基(例えば、アリーレン基、及び置換アリーレン基)、2価の複素環基、硫黄原子(-S-)、イミノ基(-NH-)、置換イミノ結合(-NR41’-、ここでR41’は脂肪族基、芳香族基又は複素環基)、カルボニル結合(-CO-)、及び、これらの組合せ等が挙げられる。
2価の脂肪族基は、環状構造又は分岐鎖構造を有していてもよい。脂肪族基の炭素数は、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10がさらに好ましい。脂肪族基は不飽和脂肪族基よりも飽和脂肪族基の方が好ましい。また、脂肪族基は、置換基を有していてもよい。置換基の例としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、芳香族基及び複素環基が挙げられる。
p及びqはそれぞれ1以上の整数を表す。pの範囲としては、1~120が好ましく、2~60がより好ましい。qの範囲としては、1~120が好ましく、2~60がより好ましい。
また、構成単位Aが式(A)で表される構成単位であり、構成単位Bが後述する式(B)で表される構成単位である態様も本発明の好ましい一態様である。
式(A)中、R4は、水素原子、又は、炭素数が1~6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等)が好ましい。
また、式(A)中のXA、LA1、LA2、p、q、ZAの好適な態様は、式(a)中のXA、LA1、LA2、p、q、ZAと同様である。
構成単位A中における構成単位L2の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、構成単位Aの全質量に対して、2~98質量%が好ましく、5~95質量%がより好ましい。
構成単位L2に対する構成単位L1の質量比は、50/50より大きく、95/5未満であることがより好ましい。上述の質量比が上記範囲であると、低温環境下において組成物中での析出物の発生がより抑制される。また、組成物がより優れた現像性を有する。また、上記質量比は、50/50より大きく、90/10未満であることがさらに好ましい。上限値が90/10未満上述の質量比が上限値より小さいと、組成物がより優れた経時安定性を有する。
なお、本明細書において、構成単位Aが上述のマクロモノマーにて形成される場合、上記式量はマクロモノマーの重量平均分子量に該当する。マクロモノマーの重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定することができる。
なお、本明細書において重量平均分子量とは、後段で詳述するGPC法により測定される。
構成単位Bは、樹脂Aの構成単位であり、その構造中に酸性基を有する。構造中に酸性基を有するとは、樹脂Aの主鎖の形成に寄与しない側鎖に酸性基を有することをいう。ここで、酸性基とは、ブロンステッド酸及びルイス酸の少なくともいずれかの定義に該当する官能基、及び、その誘導体基(例えば、その塩の構造を有する官能基)であり、例えば、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、フェノール性ヒドロキシ基、及び、チオール基から選択される酸性基、ならびに、その誘導体基(例えば、酸性基の塩)などが挙げられる。
構成単位Bは、樹脂Aの製造がより容易になる点で、反応性二重結合性基を有する化合物(以下「重合性モノマー」ともいう。)に基づく構成単位であることが好ましい。上述の反応性二重結合性基及び酸性基は、直接連結してもよいし、連結基を介して結合してもよい。
また、樹脂Aが星型高分子である場合、構成単位Bは後述の式(SP-1)で表される構造における、A1と同様の構造として含まれてもよい。
なお本明細書において、構成単位Bは、上述の構成単位A、後述の構成単位C、及び構成単位Dとは異なる構成単位をいう。
また、樹脂Aが酸性基を有する構成単位を含有することにより、樹脂Aが溶剤となじみやすくなり、組成物の支持体への塗布性も向上する傾向となる。
これは、例えば構成単位Bにおける酸性基が白色粒子と相互作用しやすく、構成単位Bが白色粒子を安定的に分散すると共に、白色粒子を分散する樹脂Aの粘度が低くなり、樹脂A自体も安定的に分散されやすいためであると推測される。
すなわち、樹脂Aは、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、フェノール性ヒドロキシ基、及び、チオール基のうち少なくとも1種を有する構成単位をさらに有することが好ましい。
また、式(iib)中のYbは、メチン基又は窒素原子を表す。
式(iiib)で表される単量体としては、R7、R8、及びR9がそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であって、Zbがカルボン酸基である化合物が好ましい。
式(B)中、R4は水素原子、又は、炭素数が1~6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等)が好ましい。
XBの2価の連結基としての好適態様は、上述のLbと同様である。すなわち、XBが2価の連結基である場合、アルキレン基又はオキシアルキレン構造を含んでもよい。オキシアルキレン構造は、オキシエチレン構造又はオキシプロピレン構造であることがより好ましい。また、XBは、オキシアルキレン構造を2以上繰返して含むポリオキシアルキレン構造を含んでいてもよい。ポリオキシアルキレン構造としては、ポリオキシエチレン構造又はポリオキシプロピレン構造が好ましい。ポリオキシエチレン構造は、-(OCH2CH2)V-で表され、vは、2以上の整数が好ましく、2~10の整数であることがより好ましい。
本発明に用いられる樹脂Aは、本発明の効果を奏する範囲において、構成単位Cとして疎水性構成単位を含有してもよい。なお、本明細書において、疎水性構成単位は、構成単位L1及び構成単位L2を含有する構成単位Aを有さず、かつ、酸性基を有さない。
疎水性構成単位は、好ましくは、ClogP値が1.2以上の化合物(モノマー)に由来する(対応する)構成単位であり、より好ましくは、ClogP値が1.2~8の化合物に由来する構成単位である。
A. J. Leo, Comprehensive Medicinal Chemistry, Vol.4, C. Hansch, P. G. Sammnens, J. B. Taylor and C. A. Ramsden, Eds., p.295, Pergamon Press, 1990 C. Hansch & A. J. Leo. SUbstituent Constants For Correlation Analysis in Chemistry and Biology. John Wiley & Sons. A.J. Leo. Calculating logPoct from structure. Chem. Rev., 93, 1281-1306, 1993.
logP=log(Coil/Cwater)
式中、Coilは油相中の化合物のモル濃度を、Cwaterは水相中の化合物のモル濃度を表す。
logPの値が0をはさんでプラスに大きくなると油溶性が増し、マイナスで絶対値が大きくなると水溶性が増すことを意味し、有機化合物の水溶性と負の相関があり、有機化合物の親疎水性を見積るパラメータとして広く利用されている。
Xc及びLcは、それぞれ、構成単位Bに含有される上述のXb及びLbと同義であって、好適態様も同様である。Zcとしては、脂肪族基(例えば、アルキル基、置換アルキル基、不飽和アルキル基、置換不飽和アルキル基、)、芳香族基(例えば、アリール基、置換アリール基、アリーレン基、置換アリーレン基)、複素環基、及び、これらの組み合わせが挙げられる。これらの基には、酸素原子(-O-)、硫黄原子(-S-)、イミノ基(-NH-)、置換イミノ基(-NR31-、ここでR31は脂肪族基、芳香族基又は複素環基)、又は、カルボニル基(-CO-)が含まれていてもよい。
脂肪族基は不飽和脂肪族基よりも飽和脂肪族基の方が好ましい。また、脂肪族基は、置換基を有していてもよい。置換基の例としては、ハロゲン原子、芳香族基及び複素環基が挙げられる。ただし、脂肪族基は、置換基として酸性基を有さない。
また、上記式(iic)で表される単量体として、R4が水素原子又はメチル基であって、Lcがアルキレン基であって、Zcが脂肪族基、複素環基又は芳香族基である化合物が好ましい。
また、上記式(iiic)で表される単量体として、R7、R8、及びR9が水素原子又はメチル基であって、Zcが脂肪族基、複素環基又は芳香族基である化合物が好ましい。
上記式(ic)~(iiic)で表される単量体としては、優れた重合性を有する点で、式(ic)で表される化合物がより好ましい。なかでも、式(ic)中、R4が水素原子又はメチル基であって、R5及びR6が水素原子であり、Lcが単結合であり、Xcが酸素原子であり、Zcが芳香族基である化合物((メタ)アクリル酸エステル類)がさらに好ましく、より優れた疎水性を有し、かつ組成物がより優れた本発明の効果を有する点で、ベンジル(メタ)アクリレートがもっとも好ましい。
なお、式(ic)~(iiic)で表される代表的な化合物の例としては、特開2013-249417号公報の段落0089~0093に記載の化合物を参照でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
さらに、樹脂Aは、画像強度などの諸性能を向上する目的で、本発明の効果を損なわない限りにおいて、構成単位A、構成単位B、及び、構成単位Cとは異なる、種々の機能を有する他の構成単位D(例えば、分散物に用いられる分散媒との親和性を有する官能基などを有する構成単位)をさらに有していてもよい。
このような、他の構成単位としては、例えば、アクリロニトリル類、及び、メタクリロニトリル類などから選ばれるラジカル重合性化合物に由来の構成単位が挙げられる。
また、樹脂Aは重合性基を有する樹脂(重合性樹脂)であってもよい。重合性基としては、エチレン性不飽和結合含有基、エポキシ基、オキセタン基などの環状エーテル基、メチロール基、アルコキシメチル基、ブロックイソシアネート基等が挙げられる。
上記エチレン性不飽和結合含有基としては、ビニル基、ビニロキシ基、アリル基、メタリル基、(メタ)アクリロイル基、スチレン基(ビニルフェニル基)、シンナモイル基及びマレイミド基が挙げられ、(メタ)アクリロイル基、スチレン基、マレイミド基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましく、アクリロイル基が特に好ましい。
樹脂Aが重合性基を有する樹脂である場合、1gの樹脂Aに含まれる重合性基の量(重合性樹脂の重合性基価)は、0.01~5.0mmol/gであることが好ましい。上限は、4.0mmol/g以下であることがより好ましく、3.0mmol/g以下であることが更に好ましく、2.0mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.5mmol/g以下であることが特に好ましい。下限は、0.1mmol/g以上であることが好ましく、0.2mmol/g以上であることがより好ましい。
上記重合性樹脂の重合性基価は、後述する樹脂Bにおける重合性基価の算出方法と同様の方法により算出することができる。
また、樹脂Aが星型高分子である場合、構成単位Aは後述の式(SP-1)で表される構造と同様の構造の樹脂において、重合性基はZ1、A1及びP1のいずれかに含まれていればよいが、P1に含まれることが好ましく、P1に構成単位Dとして含まれることが好ましい。
構成単位Dが、重合性基を有する構成単位である場合、構成単位Dは繰返し単位として含まれることが好ましい。このような繰返し単位としては、例えば、後述する式(A-1-1)で表される繰返し単位が好ましく挙げられる。
また、上記構成単位Dは、単量体を重合して樹脂を得た後に、構成単位Bに含まれる酸性基と反応する基及び重合性基を有する化合物を樹脂と反応させることにより導入される。
例えば、構成単位Bが酸性基としてカルボキシ基を有する場合、樹脂と、エポキシ基及びエチレン性不飽和結合含有基を有する化合物を反応することにより、構成単位Bの一部を、エチレン性不飽和結合含有基を有する構成単位Dへと変更することができる。
また、例えば、構成単位Bが酸性基としてフェノール性ヒドロキシ基を有する場合、樹脂と、イソシアナト基及びエチレン性不飽和結合含有基を有する化合物を反応することにより、構成単位Bの一部を、エチレン性不飽和結合含有基を有する構成単位Dへと変更することができる。
その他、樹脂がヒドロキシ基等のイソシアナト基と反応可能な基を有する構成単位を含む場合、樹脂と、イソシアナト基及びエチレン性不飽和結合含有基を有する化合物とを反応することにより、上記イソシアナト基と反応可能な基の少なくとも一部に重合性基を導入し、上記構成単位を構成単位Dとすることもできる。
また、例えば樹脂に2-(2-ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリラートに由来する構成単位を導入し、塩基を作用させて脱HBrすることによりメタクリロキシ基を導入する、等の方法により構成単位Dを含む樹脂Aを得ることもできる。
樹脂Aの全質量に対して、上述の構成単位Aの含有量は、それぞれ、3~90質量%であることが好ましく、10~90質量%がより好ましく、30~80質量%がさらに好ましい。構成単位Aの含有量が上述の範囲内であると、組成物はより優れた本発明の効果を有する。
樹脂Aの全質量に対して、上述の構成単位Bの含有量は、それぞれ、3~90質量%であることが好ましく、10~90質量%がより好ましく、10~60質量%がさらに好ましい。構成単位Bの含有量が上述の範囲内であると、組成物はより優れた本発明の効果を有する。
また、樹脂Aの全質量に対して、構成単位Cの含有量は、3~90質量%が好ましく、5~60質量%がより好ましく、10~40質量%がさらに好ましい。構成単位Cの含有量が上記範囲内であると、組成物は、優れたパターン形成性を有する。
また、樹脂Aの全質量に対して、構成単位Dの含有量は、0~80質量%が好ましく、10~60質量%がより好ましい。構成単位Dの含有量が上記範囲内であると、組成物は、優れたパターン形成性を有する。
中でも、上記構成単位Aの含有量が、上記樹脂Aの全質量に対して、10~90質量%であり、上記構成単位Bの含有量が、上記樹脂Aの全質量に対して、10~90質量%であることが好ましい。
なお、各構成単位は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
樹脂Aの重量平均分子量は2,000~300,000が好ましく、10,000~200,000がより好ましく、12,000~100,000がさらに好ましく、15,000~50,000が特に好ましい。樹脂Aの重量平均分子量が上述の範囲内であると、組成物は、より優れた本発明の効果を有する。
なお、樹脂Aの重量平均分子量は、後述する実施例に具体的に示す方法にて測定する。
樹脂Aの酸価は、10~250mgKOH/gが好ましく、20~200mgKOH/gがより好ましく、30~180mgKOH/gが特に好ましい。樹脂Aの酸価が上述の範囲内であると、より優れた現像性を有する組成物を得ることができる。また、白色粒子の沈降をより抑制でき、粗大粒子数をより少なくすることができ、組成物の経時安定性がより向上する。
本明細書において、樹脂の酸価は、例えば、樹脂中における酸性基の平均含有量から算出することができる。また、樹脂の構成単位である酸性基を含有する構成単位の含有量を変化させることで所望の酸価を有する樹脂を得ることができる。
酸価は水酸化ナトリウム水溶液を用いた中和滴定により求めることができる。具体的には、樹脂を溶媒に溶解させた溶液に、電位差測定法を用いて水酸化ナトリウム水溶液で滴定し、樹脂の固形分1gに含まれる酸の量を算出し、次に、その値をKOH当量に換算することで求めることができる。
光散乱性及び白色粒子の分散性の観点からは、樹脂Aの溶解度パラメータ(SP値)は、20.00~21.00MPa0.5であることが好ましく、20.05~20.90MPa0.5であることがより好ましく、20.10~20.70MPa0.5であることが更に好ましい。
樹脂Aがバインダーである場合、20.00~21.00MPa0.5であることが好ましく、20.05~20.90MPa0.5であることがより好ましく、20.10~20.70MPa0.5であることが更に好ましい。
樹脂Aが分散剤である場合、20.00~21.00MPa0.5であることが好ましく、20.40~20.95MPa0.5であることがより好ましく、20.50~20.90MPa0.5であることが更に好ましい。
また、樹脂Aが分散剤であり、溶剤として後述するプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を含む場合、白色粒子の分散性の観点からは、構成単位Aに含まれる上述の高分子構造のSP値は、17.61~20.06MPa0.5であることが好ましく、18.02~19.65MPa0.5であることがより好ましく、18.43~19.24MPa0.5であることが更に好ましい。
溶剤としてPGMEAとは異なる溶剤を使用する場合、構成単位Aに含まれる上述の高分子構造のSP値(好ましくは、構成単位GF及び末端構造からなる高分子構造のSP値)は、構成単位Aに含まれる上述の高分子構造のSP値と、溶剤のSP値との差が、後述の範囲となる値であることが好ましい。
本発明において、溶解度パラメータ(SP値)の値は、沖津法による値を用いる。沖津法の文献としては、沖津 俊直、日本接着学会誌、vol.29,No.5,204-211(1993)や、SP値 基礎・応用と計算方法(山本、情報機構、2005)に従う。但し、本文献に記載の方法で測定できない特別な事情がある場合は、他の方法によって測定してもよい。
樹脂Aの具体例としては、後述の実施例における樹脂A-1~樹脂A-36、樹脂A-101~樹脂A-102等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
なお、上記樹脂Aは、公知の方法により合成できる。
組成物中における樹脂Aの含有量は、組成物中の全固形分に対して、1~70質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましく、組成物がより優れた本発明の効果を有する点で、10~40質量%がさらに好ましい。
本発明の組成物における膜形成成分は、上記樹脂Aとは異なる樹脂である樹脂Bを更に含むことが好ましい。
樹脂Bは、樹脂Aには該当しない樹脂であり、例えば、構成単位GFを含む構成単位Aを有しない樹脂、又は、上述の条件1及び条件2をいずれも満たさない樹脂である。
本発明において、上記樹脂Aと、上記樹脂Bのうち、一方が上記粒子の分散剤であり、他方がバインダーであることが好ましい。
また、上記樹脂Aがバインダーであり、上記樹脂Bが分散剤である態様も、好ましい態様の一つである。
また、組成物は、100質量部の上記樹脂Aに対して、上記樹脂Bを10~250質量部含むことが好ましく、20~225質量部含むことがより好ましく、30~200質量部含むことが更に好ましい。
(態様1)上記樹脂Aが櫛型高分子であり、上記樹脂Bが星型高分子である。
(態様2)上記樹脂Aが星型高分子であり、上記樹脂Bが櫛型高分子である。
(態様3)上記樹脂Aが櫛型高分子であり、上記樹脂Bが櫛型高分子である。
これらの中でも、光散乱性の観点からは、態様1が好ましい。
上記態様1において、樹脂Aがバインダーであり、樹脂Bが分散剤であることが好ましい。
上記態様2において、樹脂Aが分散剤であり、樹脂Bがバインダーであることが好ましい。
上記態様3において、樹脂Aがバインダーであり、樹脂Bが分散剤であるか、又は、樹脂Aが分散剤であり、樹脂Bがバインダーであることが好ましく、樹脂Aが分散剤であり、樹脂Bがバインダーであることがより好ましい。
樹脂BのSP値は、特に限定されないが、19.90~21.00MPa0.5であることが好ましい。
樹脂Bが分散剤である場合、樹脂BのSP値は、20.30~21.00MPa0.5であることが好ましく、20.40~20.95MPa0.5であることがより好ましく、20.50~20.90MPa0.5であることが更に好ましい。
樹脂Bがバインダーである場合、樹脂BのSP値は、19.80~20.40MPa0.5であることが好ましく、19.90~20.30MPa0.5であることがより好ましく、19.95~20.25MPa0.5であることが更に好ましい。
光散乱性の観点からは、上記樹脂Aと、上記樹脂BとのSP値の差が、0.20MPa0.5以上であることが好ましく、0.30MPa0.5以上であることがより好ましく、0.40MPa0.5以上であることが更に好ましい。上記SP値の差の上限は1.0MPa0.5以下であることが好ましく、0.7MPa0.5以下であることがより好ましく、0.5MPa0.5以下であることが更に好ましい。
上記のようにSP値に差がある樹脂A及び樹脂Bを用いることにより、相分離構造が形成されやすくなり、光散乱性が向上すると推測される。
樹脂A及び樹脂Bの少なくとも一方として、2種以上の樹脂を用いる場合、ある樹脂Aと、ある樹脂Bとの組み合わせのうち少なくとも1つの組み合わせにおいて、SP値の差が上記範囲内であることが好ましく、樹脂AにおけるSP値の平均値と、樹脂BにおけるSP値の平均値との差が上記範囲内であることがより好ましく、ある樹脂Aと、ある樹脂Bとの組み合わせのうち全ての組み合わせにおいて、SP値の差が上記範囲内であることが更に好ましい。
樹脂Aとして2以上の樹脂を含む場合、上記樹脂AにおけるSP値の平均値は、各樹脂の質量含有量で重みづけした加重平均値として算出される。
例えば、樹脂Aとしてm個の樹脂(以下、A1、A2・・・Am)を含み、A1の質量含有量がM1、A2の質量含有率がM2、Amの質量含有量がMm、A1のSP値がSP1、SP2のSP値がSP2、AmのSP値がSPmである場合、樹脂AにおけるSP値の平均値AvSPは、下記式により表される。樹脂Bとしてm個の樹脂を含む場合についても、樹脂BにおけるSP値の平均値は同様に算出される。
樹脂Aよりも樹脂Bの方がSP値が大きい態様も、本発明の好ましい態様の一つである。
また、樹脂Bの重量平均分子量は、2,000,000以下が好ましく、1,000,000以下がより好ましく、500,000以下が更に好ましい。
式(1-1)で表される構成単位、及び、上述の式(1-2)で表される構成単位の好ましい態様は上述のとおりである。
樹脂Bは星型高分子であることも好ましい。
星型高分子である樹脂Bは、バインダーとして用いられてもよいが、分散剤としても散られることが好ましい。
星型高分子としては、例えば、下記式(SP-1)で表される構造の樹脂(以下、樹脂(SP-1)ともいう)が挙げられる。樹脂(SP-1)は、分散剤として好ましく用いることができるが、バインダーとして用いてもよい。
Y1及びY2は、それぞれ独立して単結合又は連結基を表し、
A1は、複素環基、酸性基、塩基性窒素原子を有する基、ウレア基、ウレタン基、配位性酸素原子を有する基、炭素数4以上の炭化水素基、アルコキシシリル基、エポキシ基、イソシアネート基及びヒドロキシ基から選ばれる置換基を含む基を表し、
P1はポリマー鎖を表し、
nは1~20を表し、mは1~20を表し、m+nは3~21であり、
n個のY1及びA1はそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよく、
m個のY2及びP1はそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
L4は4価の基を表す。T4は単結合又は2価の連結基を表し、4個存在するT4は互いに同一であっても異なっていてもよい。
L5は5価の基を表す。T5は単結合又は2価の連結基を表し、5個存在するT5は互いに同一であっても異なっていてもよい。
L6は6価の基を表す。T6は単結合又は2価の連結基を表し、6個存在するT6は互いに同一であっても異なっていてもよい。
上記式において、RG3は、水素原子又はメチル基を表す。
上記式において、QG1は、-O-又は-NH-を表し、LG1は、単結合又はアリーレン基を表し、LG2は、単結合又は2価の連結基を表す。QG1は、-O-であることが好ましい。LG1は、単結合であることが好ましい。LG2が表す2価の連結基としては、アルキレン基(好ましくは炭素数1~12のアルキレン基)、アリーレン基(好ましくは炭素数6~20のアリーレン基)、-NH-、-SO-、-SO2-、-CO-、-O-、-COO-、-OCO-、-S-、-NHCO-、-CONH-、及びこれらの2以上を組み合わせてなる基が挙げられる。
RG4は、水素原子又は置換基を表す。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルチオエーテル基、アリールチオエーテル基、ヘテロアリールチオエーテル基、エチレン性不飽和結合含有基、酸性基等が挙げられる。
樹脂Bとしては、櫛型高分子を用いることもできる。
樹脂Bが櫛型高分子であることにより、側鎖(グラフト鎖)による立体障害により、組成物中での粒子の凝集などをより効果的に抑制でき、優れた保存安定性が得られる。また、製膜時に膜中に相分離構造を形成しやすくできる。グラフト鎖を有する繰返し単位を含む樹脂Bは、分散剤として用いてもよく、バインダーとして用いてもよい。
上記式において、RG3は、水素原子又はメチル基を表す。
上記式において、QG1は、-O-又は-NH-を表し、LG1は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基(好ましくは炭素数1~12のアルキレン基)、アルキレンオキシ基(好ましくは炭素数1~12のアルキレンオキシ基)、オキシアルキレンカルボニル基(好ましくは炭素数1~12のオキシアルキレンカルボニル基)、アリーレン基(好ましくは炭素数6~20のアリーレン基)、-NH-、-SO-、-SO2-、-CO-、-O-、-COO-、OCO-、-S-及びこれらの2以上を組み合わせてなる基が挙げられる。
RG4は、水素原子又は置換基を表す。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルチオエーテル基、アリールチオエーテル基、ヘテロアリールチオエーテル基等が挙げられる。
重合性樹脂の重合性基価[mmol/g]=(低分子成分(a)の含有量[ppm]/低分子成分(a)の分子量[g/mol])/(重合性樹脂の秤量値[g]×(重合性樹脂の固形分濃度[質量%]/100)×10)
重合性モノマーとしては、ラジカル、酸又は熱により架橋可能な公知の化合物を用いることができる。例えば、エチレン性不飽和結合含有基を有する化合物、環状エーテル基を有する化合物等が挙げられる。エチレン性不飽和結合含有基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられる。環状エーテル基としては、エポキシ基、オキセタニル基などが挙げられる。重合性モノマーは、ラジカル重合性モノマー又はカチオン重合性モノマーが好ましく、ラジカル重合性モノマーがより好ましい。
本発明の組成物は、溶剤を含有する。溶剤としては、有機溶剤が挙げられる。溶剤は、各成分の溶解性や組成物の塗布性を満足すれば基本的には特に制限はない。有機溶剤としては、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤などが挙げられる。これらの詳細については、国際公開第2015/166779号の段落番号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、環状アルキル基が置換したケトン系溶剤も好ましく用いることもできる。有機溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシル、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、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3-メトキシプロパノール、メトキシメトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3-メトキシプロピルアセテート、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチル、ブチルジグリコールアセテート、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独にて、又は混合して使用することができる。
SP値が上記範囲内である溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(18.83)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(23.57)、シクロヘキサノン(20.47)、シクロペンタノン(21.25)、酢酸ブチル(19.84)等が挙げられる。括弧内の数値は、それぞれの溶剤のSP値を表す。
また、白色粒子の分散性の観点からは溶剤のSP値と、上述の構成単位Aに含まれる高分子構造のSP値との差は、0.00~1.23MPa0.5であることが好ましく、0.00~0.82MPa0.5であることがより好ましく、0.00~0.41MPa0.5であることがより好ましい。
本発明の組成物は、光重合開始剤を含有することができる。光重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤などが挙げられる。重合性モノマーの種類に応じて選択して用いることが好ましい。重合性モノマーとしてラジカル重合性モノマーを用いた場合においては、光重合開始剤として光ラジカル重合開始剤を用いることが好ましい。また、重合性モノマーとしてカチオン重合性モノマーを用いた場合においては、光重合開始剤として光カチオン重合開始剤を用いることが好ましい。光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外領域から可視領域の光線に対して感光性を有する化合物が好ましい。
光ラジカル重合開始剤としては、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、オキサジアゾール骨格を有する化合物など)、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、α-アミノケトン化合物などが挙げられる。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、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であることが好ましく、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、及び、アシルホスフィン化合物から選ばれる化合物であることがより好ましく、オキシム化合物であることが更に好ましい。光重合開始剤としては、特開2014-130173号公報の段落0065~0111、特許第6301489号公報に記載された化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
光カチオン重合開始剤としては、光酸発生剤が挙げられる。光酸発生剤としては、光照射により分解して酸を発生する、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩などのオニウム塩化合物、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o-ニトロベンジルスルホネート等のスルホネート化合物などを挙げることができる。
本発明の組成物は、更に顔料誘導体を含有することができる。顔料誘導体としては、発色団の一部分を、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挙げられる。酸性基としては、スルホ基、カルボキシ基及びその4級アンモニウム塩基などが挙げられる。塩基性基としては、アミノ基などが挙げられる。顔料誘導体の詳細は、特開2011-252065号公報の段落番号0162~0183の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。顔料誘導体の含有量は、顔料100質量部に対し、1~30質量部であることが好ましく、3~20質量部であることがより好ましい。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。顔料誘導体を2種以上併用する場合は、それらの合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明の組成物は、着色防止剤を含有してもよい。本明細書に記載の着色防止剤は重合禁止剤としても使用できる。着色防止剤としては、フェノール化合物、亜リン酸エステル化合物、チオエーテル化合物などが挙げられ、分子量500以上のフェノール化合物、分子量500以上の亜リン酸エステル化合物又は分子量500以上のチオエーテル化合物がより好ましい。また、着色防止剤は、フェノール化合物が好ましく、分子量500以上のフェノール化合物がより好ましい。
5,5-ジメチル-1-ピロリンN-オキシド、4-メチルモルホリンN-オキシド、ピリジンN-オキシド、4-ニトロピリジンN-オキシド、3-ヒドロキシピリジンN-オキシド、ピコリン酸N-オキシド、ニコチン酸N-オキシド、及びイソニコチン酸N-オキシドなどのN-オキシド化合物類;
ピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、4-マレイミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、及び4-ホスホノオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカルなどのピペリジン-1-オキシルフリーラジカル化合物類;
3-カルボキシプロキシルフリーラジカル、3-カルボキシ-2,2,5,5-テトラメチルピロリジン1-オキシルフリーラジカルなどのピロリジン1-オキシルフリーラジカル化合物類;
N-ニトロソフェニルヒドロキシルアミン第一セリウム塩及びN-ニトロソフェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩などのN-ニトロソフェニルヒドロキシルアミン類;
4-ジアゾフェニルジメチルアミンの硫酸水素塩、4-ジアゾジフェニルアミンのテトラフルオロホウ酸塩、及び3-メトキシ-4-ジアゾジフェニルアミンのヘキサフルオロリン酸塩などのジアゾニウム化合物類;
カチオン染料;
ニトロ基含有化合物類;
FeCl3、CuCl2等の遷移金属化合物類を用いることもできる。これらの詳細については、特開2015-034961号公報の段落0211~0223に記載の化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の組成物は、紫外線吸収剤を含有してもよい。紫外線吸収剤としては、共役ジエン化合物、アミノブタジエン化合物、メチルジベンゾイル化合物、クマリン化合物、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、ヒドロキシフェニルトリアジン化合物などが挙げられる。紫外線吸収剤の詳細については、特開2012-208374号公報の段落番号0052~0072、特開2013-068814号公報の段落番号0317~0334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。共役ジエン化合物の市販品としては、例えば、UV-503(大東化学(株)製)などが挙げられる。また、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。
本発明の組成物は、密着剤を含有してもよい。密着剤としては特に制限は無く、公知の密着剤が使用できる。密着剤としては、例えば、シランカップリング剤を挙げることができる。
本発明の組成物は、重合禁止剤を含有してもよい。重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、tert-ブチルカテコール、1,4-ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン塩(アンモニウム塩、第一セリウム塩等)が挙げられる。中でも、p-メトキシフェノールが好ましい。重合禁止剤の含有量は、組成物の全固形分中0.0001~5質量%が好ましい。
本発明の組成物は、連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤としては、国際公開第2017/159190号の段落0225に記載の化合物を用いることができる。
本発明の組成物は、光重合開始剤のラジカル発生効率の向上、感光波長の長波長化の目的で、増感剤を含有していてもよい。増感剤としては、光重合開始剤に対し、電子移動機構又はエネルギー移動機構で増感させるものが好ましい。増感剤は、300~450nmの範囲に吸収を有する化合物が挙げられる。増感剤の詳細については、特開2010-106268号公報の段落番号0231~0253(対応する米国特許出願公開第2011/0124824号明細書の段落番号0256~0273)の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の組成物は、更に共増感剤を含有することも好ましい。共増感剤は、光重合開始剤や増感剤の活性放射線に対する感度を一層向上させる、又は、酸素による重合性モノマーの重合阻害を抑制する等の作用を有する。共増感剤については、特開2010-106268号公報の段落番号0254~0257(対応する米国特許出願公開第2011/0124824号明細書の段落番号0277~0279)の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の組成物は、塗布適性をより向上させる観点から、各種類の界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種類の界面活性剤を使用できる。
更に、組成物に対しては、膜の物性を改良するために可塑剤や感脂化剤等の公知の添加剤を加えてもよい。可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等が挙げられる。可塑剤の含有量は、組成物に含まれる全ての樹脂及び重合性モノマーの全質量に対して10質量%以下が好ましい。
本発明の組成物の収容容器としては、特に限定はなく、公知の収容容器を用いることができる。また、収容容器として、原材料や組成物中への不純物混入を抑制することを目的に、容器内壁を6種6層の樹脂で構成する多層ボトルや6種の樹脂を7層構造にしたボトルを使用することも好ましい。このような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。また、容器内壁は、容器内壁からの金属溶出を防ぎ、組成物の保存安定性を高めたり、成分変質を抑制するなどの目的で、ガラス製やステンレス製などにすることも好ましい。
本発明の組成物は、前述の成分を混合して調製できる。組成物の調製に際しては、各成分を一括配合してもよいし、各成分を溶剤に溶解及び分散のうち少なくとも一方をした後に逐次配合してもよい。また、配合する際の投入順序や作業条件は特に制約を受けない。
また、組成物の調製にあたり、粒子を分散させるプロセスを含むことが好ましい。粒子を分散させるプロセスにおいて、粒子の分散に用いる機械力としては、圧縮、圧搾、衝撃、剪断、キャビテーションなどが挙げられる。これらプロセスの具体例としては、ビーズミル、サンドミル、ロールミル、ボールミル、ペイントシェーカー、マイクロフルイダイザー、高速インペラー、サンドグラインダー、フロージェットミキサー、高圧湿式微粒化、超音波分散などが挙げられる。またサンドミル(ビーズミル)における粒子の粉砕においては、径の小さいビーズを使用する、ビーズの充填率を大きくする事等により粉砕効率を高めた条件で処理することが好ましい。また、粉砕処理後にろ過、遠心分離などで粗粒子を除去することが好ましい。また、粒子を分散させるプロセス及び分散機は、「分散技術大全、株式会社情報機構発行、2005年7月15日」や「サスペンション(固/液分散系)を中心とした分散技術と工業的応用の実際 総合資料集、経営開発センター出版部発行、1978年10月10日」、特開2015-157893号公報の段落番号0022に記載のプロセス及び分散機を好適に使用出来る。また、粒子を分散させるプロセスにおいては、ソルトミリング工程にて粒子の微細化処理を行ってもよい。ソルトミリング工程に用いられる素材、機器、処理条件等は、例えば特開2015-194521号公報、特開2012-046629号公報の記載を参酌できる。
本発明の膜の第1の態様は、上述した本発明の組成物からなる膜である。第1の態様の膜は、波長400~700nmの範囲の光の透過率の最大値が80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましく、60%以下であることが更に好ましく、50%以下であることが特に好ましい。上記透過率の最大値の下限は1%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましい。
上記膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含み、
上記樹脂の少なくとも1種が、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、上述の条件1及び条件2の少なくとも一方を満たす樹脂Aであり、
上記構成単位GFは、上述の式(1-1)で表される構成単位、及び、上述の式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される膜である。
第2の態様の膜に含まれる粒子及び膜形成成分については、上述した本発明の組成物の項で説明した素材が挙げられ、好ましい範囲も同様である。
また、第2の態様の膜は、上述した本発明の組成物が含む粒子及び膜形成成分以外の素材を更に含んでもよい。これらの素材の好ましい態様は上述のとおりである。
第2の態様の膜において、上記相分離構造は、海島構造又は共連続相構造であることが好ましい。これらの相分離構造が形成されていることにより、第1の相と第2の相との間で光を効果的に散乱することができ、特に優れた光散乱性が得られやすい。海島構造においては、第2の相が海で、第1の相が島を形成していてもよく、第1の相が海で、第2の相が島を形成していてもよい。第一の相が海で、第二の相が島を形成している場合は、透過率の観点で好ましい。第1の相が島で、第2の相が海を形成して場合は、角度依存性の観点で好ましい。
本発明の膜は、本発明の組成物を支持体上に適用する工程を経て製造できる。支持体としては、例えば、シリコン、無アルカリガラス、ソーダガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラスなどの材質で構成された基板が挙げられる。これらの基板には、有機膜や無機膜などが形成されていてもよい。有機膜の材料としては樹脂などが挙げられる。また、支持体としては、樹脂で構成された基板を用いることもできる。また、支持体には、電荷結合素子(CCD)、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)、透明導電膜などが形成されていてもよい。また、支持体には、各画素を隔離するブラックマトリクスが形成されている場合もある。また、支持体には、必要により、上部の層との密着性改良、物質の拡散防止或いは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。また、支持体としてガラス基板を用いる場合においては、ガラス基板上に無機膜を形成したり、ガラス基板を脱アルカリ処理して用いることが好ましい。
フォトリソグラフィ法でのパターン形成方法は、本発明の組成物を適用して形成した組成物層に対しパターン状に露光する工程(露光工程)と、未露光部の組成物層を除去することにより現像してパターンを形成する工程(現像工程)と、を含むことが好ましい。必要に応じて、現像されたパターンをベークする工程(ポストベーク工程)を設けてもよい。以下、各工程について説明する。
露光工程では組成物層をパターン状に露光する。例えば、組成物層に対し、ステッパー等の露光装置を用いて、所定のマスクパターンを有するマスクを介して露光することで、組成物層をパターン露光することができる。これにより、露光部分を硬化することができる。露光に際して用いることができる放射線(光)としては、g線、i線等が挙げられる。また、波長300nm以下の光(好ましくは波長180~300nmの光)を用いることもできる。波長300nm以下の光としては、KrF線(波長248nm)、ArF線(波長193nm)などが挙げられ、KrF線(波長248nm)が好ましい。
次に、露光後の組成物層における未露光部の組成物層を現像除去してパターンを形成する。未露光部の組成物層の現像除去は、現像液を用いて行うことができる。これにより、露光工程における未露光部の組成物層が現像液に溶出し、光硬化した部分だけが支持体上に残る。現像液の温度は、例えば、20~30℃が好ましい。現像時間は、20~180秒が好ましい。また、残渣除去性を向上させるため、現像液を60秒ごとに振り切り、さらに新たに現像液を供給する工程を数回繰返してもよい。
ドライエッチング法でのパターン形成は、本発明の組成物を支持体上に適用して形成した組成物層を硬化して硬化物層を形成し、次いで、この硬化物層上にパターニングされたレジスト層を形成し、次いで、パターニングされたレジスト層をマスクとして硬化物層に対してエッチングガスを用いてドライエッチングするなどの方法で行うことができる。ドライエッチング法でのパターン形成については、特開2013-064993号公報の段落番号0010~0067の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の光センサは、本発明の膜を有する。光センサの種類としては、環境光センサ、照度センサなどが挙げられ、環境光センサとして好ましく用いられる。環境光センサとは、周囲の光(環境光)の色合いを検知するセンサのことである。
粒子の一次粒子径は、粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、粒子が凝集していない部分(一次粒子)を観測して求めた。具体的には、一次粒子を透過型顕微鏡を用いて透過型電子顕微鏡写真を撮影した後、その写真を用いて画像処理装置で粒度分布を測定して求めた。粒子の平均一次粒子径は、粒度分布から算出された個数基準の算術平均径を平均一次粒子径とした。透過型電子顕微鏡として(株)日立製作所製電子顕微鏡(H-7000)を用い、画像処理装置として(株)ニレコ製ルーゼックスAPを用いた。
粒子と、屈折率が既知である樹脂(分散剤)と、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとを用いて分散液を作製した。その後、作製した分散液と屈折率が既知の樹脂とを混合し、塗布液の全固形分中における粒子の濃度が10質量%、20質量%、30質量%、40質量%の塗布液を作製した。これらの塗布液をシリコンウエハ上に300nmの厚さで製膜した後、得られた膜の屈折率をエリプソメトリー(ラムダエースRE-3300、(株)SCREENホールディングス製)を用いて測定した。その後、粒子の濃度と屈折率をグラフ上にプロットし、粒子の屈折率を導出した。
100mLメスフラスコ中に50gの粒子を投入した。続いて別の100mLメスシリンダーを用いて水を100mL量り取った。その後、粒子が浸る程度、量り取った水をメスフラスコに入れ、続いて、メスフラスコに超音波を加えて、粒子と水をなじませた。その後、メスフラスコの標線に到達するまで追加で水を入れ、50g/(メスフラスコに残った水の体積)=比重として算出した。
高分子の結晶化温度(Tc)は下記測定条件の下、DSC測定により算出した。なお、高分子の結晶化温度は、各樹脂の合成に用いられたマクロモノマーの結晶化温度として測定した。測定対象の高分子(マクロモノマー)を約5mg量りとって測定用アルミニウム製パンにセットし、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株)社製、示差走査熱量計(DSC、Q1000型)に装着した。測定は、25℃から10℃/分の速度で150℃まで昇温させ、その後、150℃で5分間保持した後、150℃から10℃/分で-30℃まで冷却して行った。結晶化温度は、上記方法によって得られたDSC曲線上に現れる、発熱ピークのピークトップ温度とした。なお、下記表1及び表2において、上記方法によって結晶化を示す発熱ピークが観察されなかった場合は「-」、結晶化温度が50℃を超えた場合は「>50」と示した。
樹脂(分散剤及びバインダー)の重量平均分子量は、以下の条件に従って、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって測定した。
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:ポリスチレン樹脂
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)
本発明において、溶解度パラメータの値は、沖津法による値を用いた。沖津法の文献としては、沖津 俊直、日本接着学会誌、vol.29,No.5,204-211(1993)や、SP値 基礎・応用と計算方法(山本、情報機構、2005)に従った。
三口フラスコに、ε-カプロラクトン(319.1g)、δ-バレロラクトン(35.5)、及び、2-エチル-1-ヘキサノール(20.5g)を導入し、窒素を吹き込みながら、混合物を撹拌した。次に、混合物にモノブチル錫オキシド(0.18g)を加え、得られた混合物を90℃に加熱した。7時間後、1H-NMR(nuclear magnetic resonance)にて、原料である2-エチル-1-ヘキサノールに由来するシグナルが消失したのを確認後、混合物を110℃に加熱した。窒素下にて110℃で12時間重合反応を続けた後、1H-NMRでε-カプロラクトン及びδ-バレロラクトンに由来するシグナルの消失を確認し、混合物を80℃まで降温した。
フラスコ内を空気置換した後、混合物に2,6-ジt-ブチル-4-メチルフェノール(0.10g)を添加した後、さらに、得られた混合物に対して、カレンズMOI(昭和電工(株)製、メタクリル酸2-イソシアナトエチル)(24.9g)を30分かけて滴下した。空気下にて1時間反応を続けた後、1H-NMRにてメタクリル酸2-イソシアナトエチルに由来するシグナルが消失したのを確認した。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)(400.0g)を混合物に添加し、濃度が50質量%のマクロモノマーMM-1溶液(800g)を得た。
マクロモノマーMM-1の構造(下記式(MM-1))は1H-NMRにより確認した。構成単位L1と構成単位L2の比率(式(MM-1)中のp1とp2の比率)は、原料のε-カプロラクトンとδ-バレロラクトンの仕込み重量から算出し、90/10(質量比)であった。繰返し数(式(MM-1)中のp1+p2の値)は、原料のε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン及び2-エチル-1-ヘキサノールの仕込みモル数から算出し、20であった。なお、各繰返し単位は、以下の構造式に示した順で連結して繰返し単位毎のブロックを形成していることに限定されず、各繰返し単位がランダムに結合していてもよい。マクロモノマーMM-1の重量平均分子量は6,000、結晶化温度は6℃であった。
マクロモノマーMM-1の合成において用いたラクトン化合物(ε-カプロラクトンとδ-バレロラクトン)の種類、及び、その仕込み量を、それぞれ下記表1及び表2の記載の通りに変更して所望の重量平均分子量及び繰返し数となるように調整した以外は、上記合成例1(マクロモノマーMM-1の合成方法)と同様の手順により、マクロモノマーMM-2~14を得た。マクロモノマーMM-2~MM-14の構造(下記式(MM-2)~(MM-14))は1H-NMRにより確認した。表1及び表2に各マクロモノマーの、構成単位L1と構成単位L2の比率、繰返し数、重量平均分子量、及び、結晶化温度をまとめて示した。
マクロモノマーMM-6の合成において用いたカレンズMOI(昭和電工(株)製、メタクリル酸2-イソシアナトエチル)をカレンズAOI(昭和電工(株)製、アクリル酸2-イソシアナトエチル)にモル数合わせで変更した以外は、上記合成例6(マクロモノマーMM-6の合成方法)と同様の手順により、マクロモノマーMM-15を得た。マクロモノマーMM-15の構造(下記式(MM-15))は1H-NMRにより確認した。表2に、構成単位L1と構成単位L2の比率、繰返し数、重量平均分子量、及び、結晶化温度を示した。
三口フラスコに、PGMEA(120.2g)を導入し、窒素を吹き込みながら、75℃に加熱した。次いで、メタクリル酸エチル(109.6g)、メタクリル酸メチル(32.1g)、6-メルカプト-1-ヘキサノール(8.34g)、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオン酸メチル)(V-601、富士フイルム和光純薬(株)製)(0.81g)、及び、PGMEA(98.3g)の混合液を、窒素雰囲気下で、2時間かけてフラスコ内の溶液に滴下し、滴下終了後75℃で1時間撹拌した。混合物にV-601(0.81g)を添加し、75℃でさらに2時間撹拌した。混合物にV-601(0.81g)を添加し、90℃でさらに3時間撹拌した後、混合物を0℃まで冷却した。
フラスコ内を空気置換した後、混合物に2,6-ジt-ブチル-4-メチルフェノール(0.049g)、テトラキス(2,4-ペンタンジオナト)ジルコニウム(IV)(0.32g)、及び、PGMEA(25.3g)を添加した後、さらに、得られた混合物に対して、カレンズMOI(昭和電工(株)製、メタクリル酸2-イソシアナトエチル)(9.93g)を15分かけて滴下した。空気下0℃にて2時間、次いで30℃で1時間反応を続けた後、1H-NMRにてメタクリル酸2-イソシアナトエチルに由来するシグナルが消失したのを確認し、濃度が39質量%のマクロモノマーMM-91溶液(406g)を得た。
マクロモノマーMM-91の構造(下記式(MM-91))は1H-NMRにより確認した。式(MM-91)中のp1とp2の比率は、原料のメタクリル酸エチルとメタクリル酸メチルの仕込み重量から算出し、77/23(質量比)であった。繰返し数(式(MM-91)中のp1+p2の値)は、原料のメタクリル酸エチル、メタクリル酸メチル及び6-メルカプト-1-ヘキサノールの仕込みモル数から算出し、21であった。なお、各繰返し単位は、以下の構造式に示した順で連結して繰返し単位毎のブロックを形成していることに限定されず、各繰返し単位がランダムに結合していてもよい。マクロモノマーMM-91の重量平均分子量は4,100で、結晶化を示す発熱ピークは観察されなかった。
三口フラスコに、マクロモノマーMM-1溶液(PGMEA50質量%、60.0g、全モノマーの合計質量に対して50質量%)、構成単位Bを得るためのモノマーとしてNKエステルCB-1(新中村化学工業(株)製、フタル酸モノ-2-(メタクリロイルオキシ)エチル)(18.0g、全モノマーの合計質量に対して30質量%)、構成単位Cを得るためのモノマーとしてメタクリル酸ベンジル(12.0g、全モノマーの合計質量に対して20質量%)、及び、PGMEA(81.4g)を導入し、窒素を吹き込みながら混合物を撹拌し、75℃まで昇温した。次に、混合物に、連鎖移動剤として1-ドデカンチオール(0.88g、全モノマーの合計モル数に対して3モル%)、次いで、重合開始剤としてV-601(0.22g、連鎖移動剤のモル数に対して22モル%)を添加し、重合反応を開始した。混合物を75℃で2時間加熱した後、さらにV-601(0.22g)を混合物に追加した。2時間後、さらにV-601(0.22g)を混合物に追加した。さらに2時間反応後、混合物を90℃に昇温し、2時間撹拌することで樹脂A-1(下記式(A-1)で表される構造の化合物)の35質量%溶液を得た。得られた樹脂A-1の重量平均分子量は27,300、酸価は59mgKOH/mg、SP値は20.22MPa0.5であった。
樹脂A-1における構成単位Aの式量は1,000以上である。
樹脂A-1の合成において用いたマクロモノマーの種類、構成単位Bを得るためのモノマーの種類、構成単位Cを得るためのモノマーの種類、それらの仕込み量、及び、連鎖移動剤の仕込み量を、それぞれ表1及び表2の記載の通りに変更した以外は、上記合成例16(樹脂A-1の合成方法)と同様の手順により、樹脂A-2~A-36、A-101、B-1~B-3(下記式(A-2)~(A-36)、(A-101)、(B-1)~(B-3)で表される構造の化合物)を得た。表1及び表2に各樹脂の、重量平均分子量、酸価、及び、SP値をまとめて示した。
樹脂A-2~A-36、A-101における構成単位Aの式量は、いずれも1,000以上である。
(マクロモノマー)
・MM-1~MM-14、MM-91:上述したマクロモノマーMM-1~MM-14、MM-91
・MM-51:ブレンマー55PET-800(日油(株)製、下記式(MM-51)で表されるマクロモノマー、各繰返し単位はランダムに結合)
・MM-53:ブレンマーPP-800(日油(株)製、下記式(MM-53)で表されるマクロモノマー、繰返し数は13)
L-1~L-3、L-11、L-12、L-13:下記構造
・MB-1:NKエステルCB-1(新中村化学工業(株)製、フタル酸モノ-2-(メタクリロイルオキシ)エチル)
・MB-2:メタクリル酸
・MB-3:ライトエステルHO-MS(N)(共栄社化学(株)製、こはく酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル))
・MB-4:ライトアクリレートHOA-MS(N)(共栄社化学(株)製、こはく酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル))
・MB-5:ライトアクリレートHOA-HH(N)(共栄社化学(株)製、ヘキサヒドロフタル酸モノ-2-(アクリロイルオキシ)エチル)
・MB-6:アロニックスM-5300(東亞合成(株)製、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトン(n≒2)モノアクリレート)
・MB-7~MB-8:下記式(MB-7)~(MB-8)で表される化合物
・MB-9:4-ビニル安息香酸
・MC-1:メタクリル酸ベンジル
・MC-2:メタクリル酸メチル
・MC-3:メタクリル酸2-(アセトアセチルオキシ)エチル
三口フラスコにイタコン酸(261.7g)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)(DPMP)(450.0g)、及びプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)(1,661g)を入れ、窒素雰囲気下にて80℃に昇温し撹拌した。次いで、V-601(1.16g)を添加し、2時間撹拌した。さらに、V-601(1.16g)を添加し、90℃に昇温し2時間撹拌することでチオール変性体X-1(DPMP1分子中の6個のチオールの内、平均3.5個がイタコン酸で変性された化合物)の30質量%溶液(2375g)を得た。
三口フラスコにPGMEA(64.1g)を入れ、窒素雰囲気下にて80℃に昇温した。次いで、チオール変性体X-1(104.5g)、メタクリル酸メチル(88.7g)、V-601(0.61g、メタクリル酸メチルの0.3モル%)、及びPGMEA(15.2g)の混合液を2.5時間かけてフラスコ内の溶液に滴下した。滴下終了後2.5時間撹拌し、V-601(0.61g)を添加した。90℃に昇温して2時間撹拌し、PGMEA(127.2g)を加えることで、樹脂B-101(下記式(B-101)で表される構造の化合物)の30質量%溶液を得た。得られた樹脂B-101の重量平均分子量は6,300、酸価は83mgKOH/mg、SP値は20.53MPa0.5であった。
三口フラスコにPGMEA(108.3g)を入れ、窒素雰囲気下にて80℃に昇温した。次いで、チオール変性体X-1(117.3g)、メタクリル酸メチル(147.1g)、メタクリル酸(12.1g)、V-601(1.11g、全モノマーの合計モル数に対して0.3モル%)、及びPGMEA(170.6g)の混合液を2.5時間かけてフラスコ内の溶液に滴下した。滴下終了後2.5時間撹拌し、V-601(1.11g)を添加した。90℃に昇温して2時間撹拌し、PGMEA(92.5g)を加えることで、樹脂B-102(下記式(B-102)で表される構造の化合物)の30質量%溶液を得た。式(B-102)中のq1とq2の比率は、原料のメタクリル酸メチルとメタクリル酸の仕込み重量から算出し、92.4/7.6(質量%)であった。繰返し数(式(B-102)中のq1+q2の値)は、原料のチオール変性体X-1、メタクリル酸メチル、及びメタクリル酸の仕込みモル数から算出し、22.7であった。なお、各繰返し単位は、以下の構造式に示した順で連結して繰返し単位毎のブロックを形成していることに限定されず、各繰返し単位がランダムに結合していてもよい。得られた樹脂B-102の重量平均分子量は9,200、酸価は100mgKOH/mg、SP値は20.43MPa0.5であった。
樹脂B-102の合成において用いたモノマー(メタクリル酸メチルとメタクリル酸)の仕込み量を、それぞれ下記表3に記載の組成比及び繰返し数となるように調整した以外は、上記合成例58(樹脂B-102の合成方法)と同様の手順により、樹脂B-103~B-109を得た。表3に各樹脂の、組成比、繰返し数、重量平均分子量、酸価、及び、SP値をまとめて示した。
三口フラスコにPGMEA(20.3g)を入れ、窒素雰囲気下にて80℃に昇温した。次いで、チオール変性体X-1(117.3g)、マクロモノマーMM-15の50質量%PGMEA溶液(197.3g)、V-601(0.049g、マクロモノマーのモル数に対して0.3モル%)、及びPGMEA(47.5g)の混合液を2.5時間かけてフラスコ内の溶液に滴下した。滴下終了後2.5時間撹拌し、V-601(0.049g)を添加した。90℃に昇温して2時間撹拌し、PGMEA(63.7g)を加えることで、樹脂A-102(下記式(A-102)で表される構造の化合物)の30質量%溶液を得た。得られた樹脂A-102の重量平均分子量は9,700、酸価は83mgKOH/mg、SP値は20.84MPa0.5であった。
樹脂A-102における構成単位Aの式量は1,000以上である。
下記の表に記載の組成の混合液に対し、循環型分散装置(ビーズミル)として、寿工業(株)製ウルトラアペックスミルを用いて、以下の分散処理を行い、分散液を製造した。ビーズ径:直径0.2mmビーズ充填率:65体積%周速:6m/秒ポンプ供給量:10.8kg/時冷却水:水道水ビーズミル環状通路内容積:0.15L分散処理する混合液量:0.65kg
〔粒子(白色粒子)〕
・B-101~B-109、A-101、A-102:上述した樹脂B-101~B-109、A-101、A-102
・S-1: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)
・S-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
S-3:シクロペンタノン
下記表6~11に記載の原料を混合して、組成物を製造した。
・分散液1~21:上述した分散液1~21
・A-1~A-36、B-1~B-3:上述した樹脂A-1~A-36、B-1~B-3
・M-1:KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート)
・M-2:KAYARAD RP-1040(日本化薬(株)製)
・M-3:NKエステルA-TMMT(新中村化学工業(株)製)
・M-4:ライトアクリレートDCP-A(共栄社化学(株)製、ジメチロール-トリシクロデカンジアクリレート)
・M-5:NKエステルA-DPH-12E(新中村化学工業(株)製)
・M-6:EBECRYL160S(ダイセル・オルネクス(株)製)
・I-1:Irgacure OXE01(BASFジャパン(株)製)
・I-2:Omnirad 369(IGM Resins B.V.社製)
・I-3:Omnirad TPO H(IGM Resins B.V.社製)
・Ad-1:アデカスタブAO-80((株)ADEKA製、着色防止剤)
・Ad-2:Irganox 1010(BASF社製、着色防止剤)
・Ad-3:下記構造の化合物
・Su-1:下記化合物(繰返し単位の割合を示す%はモル%である。重量平均分子量:14,000)
・In-1:p-メトキシフェノール
・In-2:1,4-ベンゾキノン
・S-1: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)
・S-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
・S-3:シクロペンタノン
〔光散乱性の評価〕
各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製、CT-4000L、厚さ0.1μm)付き8インチ(=203.2mm)のガラスウエハ上に、ポストベーク後の厚さが4μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて30分間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長の光を1000mJ/cm2の露光量で照射して露光し、その後、200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、膜を形成した。
得られた膜の波長400~1,000nmの範囲の光の透過率を分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製 U-4100)を用いて測定し、450nmと940nmの透過率差を測定した。透過率差ΔT%を以下の基準で評価した。評価結果は後述する表の「光散乱性」の欄に記載した。
-評価基準-
5:ΔT%が13%未満であった。
4:ΔT%が13%以上16%未満であった。
3:ΔT%が16%以上19%未満であった。
2:ΔT%が19%以上25%未満であった。
1:ΔT%が25%以上であった。
上記で得られた各組成物を液高さが20cmとなる容器に入れて12ヶ月冷蔵庫(4±1℃)で静置した。静置後、上から1cmの液と下から1cmの液をサンプリングし、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(株)製CT-4000L;厚さ0.1μm)付き8インチ(=203.2mm)ガラスウエハ上にポストベーク後の厚さが4μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長の光を1,000mJ/cm2の露光量で照射して露光し、その後、200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、膜を形成した。
得られた膜の波長400~1,000nmにおける透過率を分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製 U-4100)を用いて測定した。
上から1cmの液を用いて形成した膜の波長400~1,000nmにおける透過率の最大値(T1)と、下から1cmの液を用いて形成した膜の波長400~1,000nmにおける透過率の最大値(T2)と、差(T1-T2)であるΔTを求め、以下の評価基準に従い保存安定性を評価した。ΔTが小さいほど保存安定性が優れていることを意味する。評価結果は後述する表の「保存安定性」の欄に記載した。
-評価基準-
5:ΔTが3%以下であった。
4:ΔTが3%より大きく、5%以下であった。
3:ΔTが5%より大きく、10%以下であった。
2:ΔTが10%より大きく、20%以下であった。
1:ΔTが20%より大きく、100%以下であった。
各組成物をポストベーク後の膜厚が4μmとなるようにスピンコーター(ミカサ(株)製)を用いてシリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。次いで、ホットプレートを用いて、100℃、120秒間の加熱(プリベーク)を行った後、72時間静置した。その後i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を用いて1000mJ/cm2の露光量で全面露光を行った後、再度ホットプレートを用いて200℃、300秒間の加熱(ポストベーク)を行い、膜を得た。得られた膜について、走査型電子顕微鏡を用いて観察(測定倍率=10,000倍)し、10μm×15μmの範囲に存在する異物の数を測定した。下記評価基準に従い引き置き異物の発生を評価した。異物の数が少ないほど引き置き異物の発生が抑制されていることを意味する。評価結果は後述する表の「引き置き異物」の欄に記載した。
-評価基準-
5:10μm×15μmの範囲に存在する異物がない。
4:10μm×15μmの範囲に存在する異物が0個を超え5個以下であった。
3:10μm×15μmの範囲に存在する異物が5個を超え10個以下であった。
2:10μm×15μmの範囲に存在する異物が10個を超え100個以下であった。
1:10μm×15μmの範囲に存在する異物が100個を超えた。
各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製CT-4000L;厚さ0.1μm)付き8インチ(=203.2mm)ガラスウエハ上にポストベーク後の膜厚が4μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長光を、幅100μm×長さ1,000μmのラインを25本形成するパターンマスクを介して露光(露光量50~1,700mJ/cm2)した。
次いで、露光後の組成物層に対し、現像装置(東京エレクトロン製Act8)を使用して現像を行った。現像液には水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間シャワー現像を行った。その後、純水を用いたスピンシャワーにてリンスを行い、次いで、スピン乾燥し、次いで、200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行ってパターンを得た。
幅100μm×長さ1,000μmのパターンを形成するのに要する最小の露光量E1と、上述のパターンがすべて密着するのに要する最小の露光量E2との差ΔE(E2-E1)を求め、以下の評価基準に従って密着性を評価した。評価結果は後述する表の「密着性」の欄に記載した。ΔEが小さいほど密着性に優れることを意味する。パターンが密着していること、及び、パターンのサイズについては、光学顕微鏡を用いて観察した(倍率200倍)。
-評価基準-
5:ΔEが100mJ/cm2を超えた。
4:ΔEが0mJ/cm2を超え100mJ/cm2以下であった。
3:ΔEが0mJ/cm2であった。
2:50~1,700mJ/cm2の露光量にて、幅100μm×長さ1,000μmのラインのパターンを少なくとも1本形成できたが、25本すべてのパターンは形成することはできなかった。
1:50~1,700mJ/cm2の露光量では、幅100μm×長さ1,000μmのパターンを形成できなかった。
各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製、CT-4000L、厚さ0.1μm)付き8インチ(=203.2mm)のガラスウエハ上に、ポストベーク後の厚さが4μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて30分間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長の光を1,000mJ/cm2の露光量で照射して露光し、その後、200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行って厚さ4μmの膜を形成した。
得られた膜の波長400~1,000nmの範囲の光の透過率を分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製 U-4100)を用いて測定し、前述の範囲における透過率の最大値を測定した。透過率の最大値を以下の基準で評価した。評価結果は後述する表の「透過率最大値」の欄に記載した。
5:透過率の最大値が50%以下であった。
4:透過率の最大値が50%を超え、60%以下であった。
3:透過率の最大値が60%を超え、70%以下であった。
2:透過率の最大値が70%を超え、80%以下であった。
1:透過率の最大値が80%を超えた。
各組成物を、下塗り層(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製、CT-4000L、厚さ0.1μm)付き8インチ(=203.2mm)のガラスウエハ上に、ポストベーク後の厚さが4μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、110℃のホットプレートを用いて30分間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長の光を1,000mJ/cm2の露光量で照射して露光し、その後、200℃のホットプレートを用いて5分間加熱処理(ポストベーク)を行い、膜を形成した。
得られた膜の厚み方向の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)(S-4800H、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察(倍率:10,000倍)し、白色粒子の偏在状態を確認して相分離状態が形成されているかどうか調べた。評価結果は後述する表の「相分離状態」の欄に記載した。
A:膜中に白色粒子を含む第1の相と、第1の相よりも白色粒子の含有量が少ない第2の相との相分離構造が形成されている。
B:相分離構造が形成されていない。
組成物において、分散剤として用いられた分散液中の樹脂のSP値と、バインダーとして用いられた組成物中の樹脂のSP値との差を、表中の「分散剤とバインダーのSP値差(MPa1/2)」の欄に記載した。
また、光散乱性の評価、保存安定性の評価、透過率の最大値の測定、及び、相分離状態の確認において、それぞれ、「ポストベーク後の厚さが4μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、」という操作を「ポストベーク後の厚さが8μmになるようにスピンコータを用いて塗布し、」とした以外は、上述の方法と同様の方法により光散乱性の評価、保存安定性の評価、透過率の最大値の測定、相分離状態の確認を行った。いずれの評価結果も、4μmの場合の評価結果と同様であった。
また、密着性の評価及び引き置き異物の評価において、それぞれ、「プリベーク後の膜厚が4μmとなるように」という操作を「プリベーク後の膜厚が4μmとなるように」とした以外は、上述の方法と同様の方法により密着性の評価及び引き置き異物の評価を行った。いずれの評価結果も、4μmの場合の評価結果と同様であった。
国際公開第2016/091757号(以下、「文献A」と記載する。)の記載を参考に光学センサを作製した。
文献Aの図1に記載された光学センサにおいて、ディフューザー10(diffuser 10)を上述の実施例1~78のいずれかにおいて調製した組成物からなる膜に変更した以外は、文献Aの記載を参考に、文献Aの図1に記載された光学センサを作製した。
得られた光学センサは、実施例1~78のうち、いずれにおいて調製した組成物を用いた場合であっても、正常に動作した。
101:光電変換素子
111~114:画素
110:光学フィルタ
121、122:膜
130:透明支持体
Claims (18)
- 屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子と、樹脂及び重合性モノマーよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む膜形成成分と、溶剤と、を含む組成物であって、
前記膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含み、
前記樹脂の少なくとも1種が、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、下記条件1を満たす樹脂Aであり、
前記構成単位GFは、下記式(1-1)で表される構成単位、及び、下記式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される構成単位であり、
前記構成単位Aが、式(1)で表される構成単位L1と、式(2)で表される構成単位、及び、式(3)で表される構成単位からなる群から選択される構成単位L2と、を含有し、
前記構成単位Aが式(A)で表される構成単位であり、
樹脂Aの酸価が10~250mg/KOHである
組成物;
条件1:前記構成単位Aが2種以上の構成単位GFを含有する分子鎖を含む;
式(1-1)又は式(1-2)中、RAは2価の有機基を表し、RBは2価の有機基を表す。
- 前記組成物を加熱して厚さ4μmの膜を製膜した際に、前記膜中には前記白色粒子を含む第1の相と、前記第1の相よりも前記白色粒子の含有量が少ない第2の相との相分離構造が形成される、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物を加熱して厚さ4μmの膜を製膜した際に、前記膜の波長400~1,000nmの範囲の光の透過率の最大値が80%以下である、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記樹脂の少なくとも1種が、前記条件1を満たす、請求項1~3のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記構成単位Bが式(B)で表される構成単位である、請求項1~4のいずれか1項に記載の組成物;
式(B)中、R4は水素原子又はアルキル基を表し、XBは単結合又は2価の連結基を表し、ZBは、水素原子、又は、カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基、フェノール性ヒドロキシ基、及び、チオール基からなる群から選択される酸性基若しくはその誘導体基を表し、ZBが水素原子の場合は、XBは単結合を表す。 - 前記式(A)におけるp及びqの和が、120未満である、請求項1~5のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記構成単位L2に対する前記構成単位L1の質量比が、50/50より大きく、95/5未満である、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記構成単位L2として式(2)で表される構成単位を含み、前記式(1)におけるR1、及び、前記式(2)におけるR2が、それぞれ、エチレン基、プロピレン基、1-エチルエチレン基、トリメチレン基、1-メチルトリメチレン基、1-ブチルトリメチレン基、テトラメチレン基、2-メチルテトラメチレン基、1-トリデシルテトラメチレン基、ペンタメチレン基、1-メチルペンタメチレン基、3-メチルペンタメチレン基、1-エチルペンタメチレン基、又は、1-デシルペンタメチレン基である、請求項1~6のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記樹脂Aの酸価が20~200mgKOH/gである、請求項1~8のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記膜形成成分が、前記樹脂Aとは異なる樹脂である樹脂Bを更に含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記樹脂Aと、前記樹脂Bのうち、一方が前記白色粒子の分散剤であり、他方がバインダーである、請求項10に記載の組成物。
- 前記樹脂Aと、前記樹脂BとのSP値の差が、0.20MPa0.5以上である、請求項10又は11に記載の組成物。
- 前記樹脂Bが星型高分子である、請求項10~12のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記樹脂Bの重量平均分子量が、5,000以上である、請求項10~13のいずれか1項に記載の組成物。
- 100質量部の前記樹脂Aに対して、前記樹脂Bを10~250質量部含む、請求項10~14のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1~15のいずれか1項に記載の組成物からなる膜。
- 屈折率が2.0以上で平均一次粒子径が200nm以下の白色粒子と、樹脂及び重合性モノマーから選ばれる少なくとも1種を含む膜形成成分又は前記膜形成成分の硬化物とを含む膜であって、
前記膜形成成分は、樹脂を2種以上含むか、又は、1種以上の樹脂と1種以上の重合性モノマーとを含み、
前記樹脂の少なくとも1種が、式量が1,000以上である構成単位Aであって、かつ、構成単位GFを含む構成単位Aと、酸性基を有する構成単位Bとを含有し、下記条件1を満たす樹脂Aであり、
前記構成単位GFは、下記式(1-1)で表される構成単位、及び、下記式(1-2)で表される構成単位よりなる群から選択される構成単位であり、
前記構成単位Aが、式(1)で表される構成単位L1と、式(2)で表される構成単位、及び、式(3)で表される構成単位からなる群から選択される構成単位L2と、を含有し、
前記構成単位Aが式(A)で表される構成単位であり、
樹脂Aの酸価が10~250mg/KOHである
膜;
条件1:前記構成単位Aが2種以上の構成単位GFを含有する分子鎖を含む;
式(1-1)又は式(1-2)中、RAは2価の有機基を表し、RBは2価の有機基を表す。
- 請求項16又は17に記載の膜を含む光センサ。
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