JPWO2017086288A1 - 硬化性組成物、光学フィルタ、カラーフィルタ、パターン形成方法、固体撮像素子および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<1> 色素構造を2個以上有し、かつ、メルカプト基を1個以上有する化合物Aと、硬化性基を2個以上有する硬化性化合物と、を含む硬化性組成物。
<2> 硬化性化合物が有する硬化性基が、エチレン性不飽和結合を有する基、および、エポキシ基から選ばれる少なくとも1種である、<1>に記載の硬化性組成物。
<3> 硬化性化合物が、エポキシ基を2個以上有する硬化性化合物を含む、<1>に記載の硬化性組成物。
<4> 化合物Aが有する色素構造が、トリアリールメタン色素構造、キサンテン色素構造、アントラキノン色素構造、シアニン色素構造、スクアリリウム色素構造、キノフタロン色素構造、フタロシアニン色素構造、サブフタロシアニン色素構造、アゾ色素構造、チアゾール色素構造、ピラゾロトリアゾール色素構造およびジピロメテン色素構造から選ばれる少なくとも1種である、<1>〜<3>のいずれかに記載の硬化性組成物。
<5> 化合物Aは、下記式(A)で表される繰り返し単位、式(B)で表される繰り返し単位及び式(C)で表される繰り返し単位の少なくとも一つを含み、かつ、メルカプト基を有する化合物であるか、
または、式(D)で表される化合物である、<1>〜<4>のいずれかに記載の硬化性組成物;
<6> 化合物Aは、式(E)で表される繰り返し単位を含む、<5>に記載の硬化性組成物;
<7> 化合物Aは、式(D)で表される化合物であり、nは2〜15を表し、kは1〜13を表し、qは0〜12を表し、n+k+qは3〜15を表す、<5>に記載の硬化性組成物。
<8> カラーフィルタの着色層形成用である、<1>〜<7>のいずれかに記載の硬化性組成物。
<9> <1>〜<8>のいずれかに記載の硬化性組成物を用いた光学フィルタ。
<10> <1>〜<8>のいずれかに記載の硬化性組成物を用いたカラーフィルタ。
<11> <1>〜<8>のいずれかに記載の硬化性組成物を用いて支持体上に硬化性組成物層を形成する工程と、フォトリソグラフィ法またはドライエッチング法により、硬化性組成物層に対してパターンを形成する工程と、を有するパターン形成方法。
<12> <9>に記載の光学フィルタを有する固体撮像素子。
<13> <9>に記載の光学フィルタを有する画像表示装置。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を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)をも包含するものである。
本明細書において光とは、活性光線または放射線を意味する。また、「活性光線」または「放射線」とは、例えば、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、電子線等を意味する。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
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および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、全固形分とは、硬化性組成物の全成分から溶剤を除いた成分の総質量をいう。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートおよびメタクリレートの双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリルおよびメタクリルの双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アリル」は、アリルおよびメタリルの双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイルおよびメタクリロイルの双方、または、いずれかを表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定によるポリスチレン換算値として定義される。
本発明の硬化性組成物は、色素構造を2個以上有し、かつ、メルカプト基を1個以上有する化合物Aと、硬化性基を2個以上有する硬化性化合物と、を含む。
本発明の硬化性組成物を用いることで、色移り性および耐薬品性に優れた硬化膜を製造することができる。このような効果が得られるメカニズムは、次によるものであると推測する。化合物Aは、メルカプト基を有するので、硬化性化合物の硬化性基と、化合物Aのメルカプト基とが反応して、化合物Aが膜中に固定されやすくなると推測する。また、化合物Aは、色素構造を2個以上有するので、膜中に化合物Aが取り込まれやすくなって、膜中で化合物Aが移動しにくくなると推測する。このため、色移り性に優れた硬化膜が得られると推測する。また、化合物Aのメルカプト基によって、硬化性化合物が有する硬化性基同士の反応を促進して、十分に硬化した硬化膜を製造できる。このため、溶剤などの薬品に浸漬しても、硬化膜から化合物Aなどが溶出し難くなり、耐薬品性に優れた硬化膜が得られると推測する。
以下、本発明の硬化性組成物について詳細に説明する。
本発明の硬化性組成物は、色素構造を2個以上有し、かつ、メルカプト基を1個以上有する化合物Aを含有する。化合物Aは、顔料、染料のいずれでもよいが、染料であることが好ましい。化合物Aは、染料として使用しても、色移りを抑制できるので、本発明の効果が特に顕著である。なお、本発明において、染料とは、水または有機溶剤に溶解する色素化合物を指す。たとえば、25℃のシクロヘキサノンまたは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)100gに対して0.1g以上溶解する色素化合物が好ましい。
なお、メルカプト基は、色素構造Aに結合していてもよい。すなわち、色素骨格の置換基としてメルカプト基が結合していてもよい。
また、メルカプト基は、化合物Aを構成する、色素構造以外の他の原子団に結合していてもよい。例えば、化合物Aが、2価以上の連結基に、色素構造が2以上結合してなる構造を有する場合にあっては、色素構造同士を結合する連結基にメルカプト基が結合していてもよい。また、化合物Aが、側鎖に色素構造を有する繰り返し単位、および、主鎖に色素構造を有する繰り返し単位から選ばれる少なくとも1つを含んでなる場合にあっては、色素構造を有する繰り返し単位とは別の繰り返し単位に、メルカプト基が結合していてもよい。
本発明においては、メルカプト基は、化合物Aを構成する色素構造以外の他の原子団に結合していることが好ましい。
色素構造の好ましい態様は、トリアリールメタン色素(トリアリールメタン化合物)に由来する部分構造を有するものである。トリアリールメタン色素としては、下記式(TP)で表される化合物が挙げられる。トリアリールメタン化合物とは、分子内にトリアリールメタン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
Y1およびY2は、少なくとも一方が−SO2−を表すことが好ましく、いずれも−SO2−を表すことがより好ましい。
X3、X4およびX5は、それぞれ独立に、フッ素原子またはフッ素原子を有するアルキル基が好ましく、フッ素原子を有するアルキル基がより好ましい。フッ素原子を有するアルキル基は、フッ素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のペルフルオロアルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であることがさらに好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。
式(P)
−NR10−において、R10は、水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、水素原子が好ましい。
フッ素原子を含むアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3がさらに好ましい。これらのアルキレン基は、パーフルオロアルキレン基がより好ましい。フッ素置換アルキレン基の具体例としては、ジフルオロメチレン基、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基などが挙げられる。
フッ素原子を含むアリーレン基の炭素数は、6〜20が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10がさらに好ましい。フッ素原子を含むアリーレン基の具体例としては、テトラフルオロフェニレン基、ヘキサフルオロ−1−ナフチレン基、ヘキサフルオロ−2−ナフチレン基などが挙げられる。
式(P−1)
色素構造の好ましい態様は、キサンテン色素(キサンテン化合物)に由来する部分構造を有するものである。キサンテン色素としては、下記式(J)で表される化合物が挙げられる。
形成される環が、さらに置換可能な基である場合には、R81〜R85で説明した置換基で置換されていてもよく、2個以上の置換基で置換されている場合には、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
本発明における色素構造の好ましい態様は、アントラキノン色素に由来する部分構造を有するものである。アントラキノン色素(アントラキノン化合物)としては、下記一般式(AQ−1)〜(AQ−3)で表される化合物が好ましい。アントラキノン化合物とは、分子内にアントラキノン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
一般式(AQ−1)、(AQ−2)及び(AQ−3)の好ましい範囲としては、例えば、特開2013−29760号公報の段落0045〜0047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。
本発明における色素構造の好ましい態様は、シアニン色素(シアニン化合物)に由来する部分構造を有するものである。シアニン色素としては、下記一般式(PM)で表される化合物(シアニン化合物)が好ましい。本発明においてシアニン化合物とは、分子内にシアニン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
本発明における色素構造の好ましい態様は、スクアリリウム色素(スクアリリウム化合物)に由来する部分構造を有するものである。スクアリリウム色素としては、下記一般式(K)で表される化合物(スクアリリウム化合物)が好ましい。本発明においてスクアリリウム化合物とは、分子内にスクアリリウム骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
本発明における色素構造の好ましい態様は、フタロシアニン色素(フタロシアニン化合物)に由来する部分構造を有するものである。フタロシアニン色素としては、下記式(PC)で表される化合物(フタロシアニン化合物)に由来する部分構造を有するものが好ましい。本発明においてフタロシアニン化合物とは、分子内にフタロシアニン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
R1〜R16がアルコキシ基を表す場合、アルコキシ基の炭素数は、1〜18が好ましく、1〜15がより好ましく、1〜12がさらに好ましい。アルコキシ基のアルキル鎖の部分は、直鎖または分岐鎖が好ましい。アルコキシ基は置換基を有していても良く、置換基は、エチレン性不飽和結合性基が好ましく、ビニル基がより好ましい。
R1〜R16がアリールアルコキシ基を表す場合、アリールアルコキシ基の炭素数は、7〜18が好ましく、7〜12がより好ましい。
R1〜R16がヘテロ環アルコキシ基を表す場合、ヘテロ環は、単環であっても多環であってもよく、また、芳香族であっても非芳香族であってもよい。ヘテロ環を構成するヘテロ原子の数は1〜3が好ましい。ヘテロ原子は窒素原子が好ましい。
R1〜R16がアルキルチオ基を表す場合、アルキルチオ基の炭素数は、1〜18が好ましく、1〜15がより好ましく、1〜12がさらに好ましい。
R1〜R16がアリールチオ基を表す場合、アリールチオ基の炭素数は、6〜18が好ましく、6〜12がより好ましい。
R1〜R16がヘテロ環チオ基を表す場合、ヘテロ環は上記ヘテロ環アルコキシ基で説明したヘテロ環と同義である。
本発明における色素構造の好ましい態様は、サブフタロシアニン色素(サブフタロシアニン化合物)に由来する部分構造を有するものである。サブフタロシアニン色素としては、下記一般式(SP)で表される化合物(サブフタロシアニン化合物)が好ましい。本発明においてサブフタロシアニン化合物とは、分子内にサブフタロシアニン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
サブフタロシアニン色素の具体例としては、例えば、特開2013−29760号公報の段落0132の記載を参照できる。
本発明における色素構造の好ましい態様は、キノフタロン色素(キノフタロン化合物)に由来する部分構造を有するものである。キノフタロン色素としては、下記式(QP)で表される化合物(キノフタロン化合物)が好ましい。本発明においてキノフタロン化合物とは、分子内にキノフタロン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
本発明における色素構造の好ましい態様は、アゾ色素(アゾ化合物)に由来する部分構造を有するものである。本発明においてアゾ化合物とは、分子内にN=N基を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。アゾ色素としては、公知のアゾ色素(例えば、置換アゾベンゼン等)から適宜選択して適用することができる。例えば、アゾ色素としては、特開2013−41097号公報の段落0084〜0134の記載、及び特開2011−162760号公報の段落0029〜0136の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明における色素構造の好ましい態様は、チアゾール色素(チアゾール化合物)に由来する部分構造を有するものである。本発明においてチアゾール化合物とは、チアゾール環を有する化合物である。チアゾール色素は、式(I−2)で表される化合物が好ましい。
本発明における色素構造の好ましい態様は、ピラゾロトリアゾール色素(ピラゾロトリアゾール化合物)に由来する部分構造を有するものである。本発明においてピラゾロトリアゾール化合物とは、ピラゾロトリアゾール環を有する化合物である。ピラゾロトリアゾール色素は、式(PA)で表される化合物が好ましい。
本発明に係る色素構造の態様の一つは、ジピロメテン色素に由来する部分構造を有するものである。ジピロメテン色素としては、ジピロメテン化合物、および、ジピロメテン化合物と金属または金属化合物とから得られるジピロメテン金属錯体化合物が好ましい。たとえば、式(I)で表されるジピロメテン色素が好ましい。
式(I)
置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アルキルアミノ基、アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルまたはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルまたはアリールスルフィニル基、アルキルまたはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールまたはヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基などが挙げられる。以下詳細に記述する。
ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子);
アルキル基(直鎖、分岐または環状の置換もしくは無置換のアルキル基で、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、tert−ブチル、n−オクチル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2−エチルヘキシル)、シクロヘキシル、シクロペンチルが挙げられる。環状アルキル基は、多シクロアルキル基、例えば、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基で、例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)やトリシクロアルキル基等の多環構造の基も挙げられる。環状のアルキル基は、好ましくは単環のシクロアルキル基、ビシクロアルキル基であり、単環のシクロアルキル基が特に好ましい);
アルケニル基(直鎖、分岐または環状の置換もしくは無置換のアルケニル基で、好ましくは炭素数2〜30のアルケニル基であり、例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イルが挙げられる。環状のアルケニル基は、多シクロアルケニル基、例えば、ビシクロアルケニル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基で、例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)やトリシクロアルケニル基も好ましい。環状のアルケニル基は、単環のシクロアルケニル基が特に好ましい。);
アルキニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキニル基、例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基);
アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリール基で、例えばフェニル、パラ−トリル、ナフチル、メタ−クロロフェニル、オルト−ヘキサデカノイルアミノフェニル);
ヘテロ環基(5〜7員の置換もしくは無置換、飽和もしくは不飽和、芳香族もしくは非芳香族、単環もしくは縮環のヘテロ環基が好ましく、環構成原子が炭素原子と、窒素原子、酸素原子および硫黄原子のいずれかのヘテロ原子を少なくとも一個有するヘテロ環基がさらに好ましく、炭素数3〜30の5もしくは6員の芳香族のヘテロ環基(ヘテロアリール基)である。);
シアノ基;
ヒドロキシル基;
ニトロ基;
カルボキシル基(水素原子が解離していてもよく(すなわち、カルボネート基)、塩の状態(金属塩(例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、アルミニウム塩等)、アルキルアンモニウム塩(例えば、オクチルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン等の長鎖モノアルキルアミンのアンモニウム塩、パルミチルトリメチルアンモニウム、ジラウリルジメチルアンモニウム、ジステアリルジメチルアンモニウム塩等の4級アルキルアンモニウム塩)など)であってもよい);
アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルコキシ基で、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、tert−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ);
アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシ基で、例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、2,4−ジ−tert−アミルフェノキシ、4−tert−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ);
シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3〜20のシリルオキシ基で、例えば、トリメチルシリルオキシ、tert−ブチルジメチルシリルオキシ);
ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のヘテロ環オキシ基で、ヘテロ環部は前述のヘテロ環基で説明されたヘテロ環部が好ましく、例えば、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ);
アシルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルオキシ基であり、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、パラ−メトキシフェニルカルボニルオキシ);
カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のカルバモイルオキシ基で、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ);
アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のアルコキシカルボニルオキシ基で、例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、tert−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ);
アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基で、例えば、フェノキシカルボニルオキシ、パラ−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、パラ−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ);
アミノ基(アルキルアミノ基、アリールアミノ基およびヘテロアリールアミノ基を含む。好ましくは、アミノ基、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、炭素数0〜30のヘテロアリールアミノ基であり、例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N−メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ、N−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ);
アシルアミノ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基であり、例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ);
アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ基、例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ);
アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のアルコキシカルボニルアミノ基で、例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、tert−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチル−メトキシカルボニルアミノ);
アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基で、例えば、フェノキシカルボニルアミノ、パラ−クロロフェノキシカルボニルアミノ、メタ−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ);
スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0〜30の置換もしくは無置換のスルファモイルアミノ基で、例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ);
アルキル又はアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールスルホニルアミノ基であり、例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、パラ−メチルフェニルスルホニルアミノ);
メルカプト基;
アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルチオ基で、例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ);
アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールチオ基で、例えば、フェニルチオ、パラ−クロロフェニルチオ、メタ−メトキシフェニルチオ);
ヘテロ環チオ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のヘテロ環チオ基で、ヘテロ環部は前述のヘテロ環基で説明したヘテロ環部が好ましく、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ);
スルファモイル基(好ましくは、炭素数0〜30の置換もしくは無置換のスルファモイル基で、例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル);
スルホ基(水素原子が解離していてもよく(すなわち、スルホネート基)、塩の状態(金属塩(例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、アルミニウム塩等)、アルキルアンモニウム塩(例えば、オクチルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン等の長鎖モノアルキルアミンのアンモニウム塩、パルミチルトリメチルアンモニウム、ジラウリルジメチルアンモニウム、ジステアリルジメチルアンモニウム塩等の4級アルキルアンモニウム塩)など)であってもよい);
アルキル又はアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、6〜30の置換または無置換のアリールスルフィニル基であり、例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、パラ−メチルフェニルスルフィニル);
アルキル又はアリールスルホニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルホニル基、6〜30の置換または無置換のアリールスルホニル基であり、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、パラ−メチルフェニルスルホニル);
アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基であり、例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、パラ−n−オクチルオキシフェニルカルボニル);
アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基で、例えば、フェノキシカルボニル、オルト−クロロフェノキシカルボニル、メタ−ニトロフェノキシカルボニル、パラ−tert−ブチルフェノキシカルボニル);
アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のアルコキシカルボニル基で、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、tert−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル);
カルバモイル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のカルバモイル、例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)
アリール又はヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のヘテロ環アゾ基(ヘテロ環部は前述のヘテロ環基で説明したヘテロ環部が好ましい)、例えば、フェニルアゾ、パラ−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ);
イミド基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のイミド基で、例えばN−スクシンイミド、メチルフタルイミド);
ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ);
ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニル基で、例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル);
ホスフィニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニルオキシ基で、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ);
ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニルアミノ基で、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ);
シリル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシリル基で、例えば、トリメチルシリル、tert−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)が挙げられる。
これらの基は、さらに置換可能な基である場合、さらに置換基を有してもよい。さらなる置換基としては、上述した置換基A群で説明した基が挙げられる。
本発明において、化合物Aは、2価以上の連結基に、色素構造が2以上結合してなる構造を有することが好ましい。また、化合物Aは、側鎖に色素構造を有する繰り返し単位、および、主鎖に色素構造を有する繰り返し単位から選ばれる少なくとも1つを含んでなることが好ましい。
色素多量体(A)は、式(A)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。色素多量体(A)は、式(A)で表される繰り返し単位の割合が、色素多量体(A)を構成する全繰り返し単位の10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、50質量%以上が特に好ましい。上限は、100質量%以下とすることもでき、95質量%以下とすることもできる。
アリーレン基の炭素数は、6〜20が好ましく、6〜12がより好ましい。アリーレン基は置換基を有していてもよく、無置換であってもよい。置換基としては、置換基A群で説明した基が挙げられる。
ヘテロ環連結基は、5員環または6員環が好ましい。ヘテロ環連結基が有するヘテロ原子は、酸素原子、窒素原子および硫黄原子が好ましい。ヘテロ環連結基が有するヘテロ原子の数は、1〜3個が好ましい。ヘテロ環連結基は、置換基を有していてもよく、無置換であってもよい。置換基としては、置換基A群で説明した基が挙げられる。
硬化性基を有する繰り返し単位の割合は、色素多量体(A)を構成する全繰り返し単位の0〜50質量%であることが好ましい。下限は、1質量%以上がより好ましく、3質量%以上が更に好ましい。上限は、35質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。
色素多量体(B)は、式(B)で表される繰り返し単位を含む。色素多量体(B)は、式(B)で表される繰り返し単位の割合が、色素多量体(B)を構成する全繰り返し単位の10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、50質量%以上が特に好ましい。上限は、100質量%以下とすることもでき、95質量%以下とすることもできる。
L2は、単結合または2価の連結基を表す。2価の連結基としては、炭素数1〜30のアルキレン基、炭素数6〜30のアリーレン基、ヘテロ環連結基、−CH=CH−、−O−、−S−、−C(=O)−、−COO−、−NR−、−CONR−、−OCO−、−SO−、−SO2−およびこれらを2個以上連結して形成される連結基が挙げられる。ここで、Rは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基を表す。2価の連結基の詳細については、式(A)のL1と同じである。L2は、単結合、または、アルキレン基、アリーレン基、−NH−、−CO−、−O−、−COO−、−OCO−およびこれらを2以上組み合わせた2価の連結基が好ましい。
*−Y11−A1
式(Z−1)中、*は、式(B)中のL2との結合部位を表し、Y11はフッ素化アルキレン基を表し、A1はSO3 -を表す。
Y11が表すフッ素化アルキレン基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜6がさらに好ましい。また、ペルフルオロアルキレン基であることがより好ましい。
*−Y12−(A2)n
式(Z−2)中、*は、式(B)中のL2との結合部位を表す。
Y12は、ホウ素原子、炭素原子、窒素原子、又はリン原子からなるアニオンを表す。
Y12がホウ素原子の場合、nは3であり、A2は、ハロゲン原子、シアノ基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアルキル基、または、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアリール基が好ましい。
Y12が炭素原子の場合、nは2であり、A2は、ハロゲン原子、シアノ基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアルキル基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアリール基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含んでいてもよいアルキルスルホニル基、または、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含んでいてもよいアリールスルホニル基が好ましい。2つのA2は互いに結合して環を形成していてもよい。
Y12が窒素原子の場合、nは1であり、A2は、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアルキル基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアリール基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含んでいてもよいアルキルスルホニル基、または、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含んでいてもよいアリールスルホニル基が好ましい。
Y12がリン原子の場合、nは1または3であり、A2は、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアルキル基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含むアリール基、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含んでいてもよいアルキルスルホニル基、または、フッ素原子およびシアノ基の少なくとも1つを含んでいてもよいアリールスルホニル基が好ましい。
nが2以上の場合、複数のA2は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
色素多量体(C)は、式(C)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。色素多量体(C)は、式(C)で表される繰り返し単位の割合が、色素多量体(C)を構成する全繰り返し単位の10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、50質量%以上が特に好ましい。上限は、100質量%以下とすることもでき、95質量%以下とすることもできる。
アリール基およびアリーレン基の炭素数は、6〜20が好ましく、6〜12がより好ましい。
ヘテロ環連結基およびヘテロ環基は、5員環または6員環が好ましい。ヘテロ環連結基およびヘテロ環基が有するヘテロ原子は、酸素原子、窒素原子および硫黄原子が好ましい。ヘテロ環連結基およびヘテロ環基が有するヘテロ原子の数は、1〜3個が好ましい。
アルキレン基、アリーレン基、ヘテロ環連結基、アルキル基、アリール基、およびヘテロ環基は、無置換であってもよく、置換基を有してもよい。置換基としては、メルカプト基、硬化性基、酸基が挙げられる。硬化性基としては、エチレン性不飽和結合を有する基等のラジカル重合性基、エポキシ基、オキサゾリン基、メチロール基等が挙げられる。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基が例示される。また、2〜20個の無置換のアルキレンオキシ鎖の繰り返しからなる基、ラクトン、酸無水物、アミド、シアノ基等の現像促進基、長鎖および環状アルキル基、アラルキル基、アリール基、ポリアルキレンオキシド基、ヒドロキシル基、マレイミド基、アミノ基等の親疏水性調整基等を置換基として有してもよい。
D3は色素構造を表す。D3が表す色素構造は、メルカプト基を有してもよい。D3が表す色素構造は、色素化合物が有する任意の原子を1個以上取り除いた構造が好ましい。
mは0または1を表し、1が好ましい。
色素多量体(D)は、式(D)で表されることが好ましい。
なお、1つの色素多量体(D)における、n、kおよびqは、それぞれ整数であるが、本発明においては、化合物Aは、式(D)におけるn、k、qが異なる色素多量体(D)を複数含んでいてもよい。従って、化合物A中の、n、kおよびqの平均値は整数にならない場合がある。
また、P1が表す置換基は、繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖であってもよい。繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖は、ビニル化合物由来の繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖が好ましい。qが2以上の場合、q個のP1は、同一であっても、異なっていてもよい。
P1が繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖であり、かつ、qが1の場合、P1はビニル化合物由来の繰り返し単位を2〜20個(好ましくは、2〜15個、更に好ましくは2〜10個)有する1価のポリマー鎖が好ましい。また、P1が繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖であり、かつ、qが2以上の場合、q個のP1のビニル化合物由来の繰り返し単位の個数の平均値は、2〜20個(好ましくは、2〜15個、更に好ましくは2〜10個)であることが好ましい。
P1が繰り返し単位を有する1価のポリマー鎖の場合、qが1の場合におけるP1の繰り返し単位の数、qが2以上の場合におけるq個のP1の繰り返し単位の個数の平均値は、核磁気共鳴(NMR)により求めることができる。
P1が、酸基を含む繰り返し単位を含む場合、酸基を含む繰り返し単位の割合は、P1の全繰り返し単位に対して、10〜80モル%が好ましく、10〜65モル%がより好ましい。
P1が、硬化性基を有する繰り返し単位を含む場合、硬化性基を有する繰り返し単位の割合は、P1の全繰り返し単位に対して、10〜80モル%が好ましく、10〜65モル%がより好ましい。P1が、硬化性基を有する繰り返し単位を含有することにより、色移り性をより良化することができる。
上記ポリマー鎖がメルカプト基を有する繰り返し単位を含む場合、メルカプト基を有する繰り返し単位の割合は、ポリマー鎖の全繰り返し単位100モルに対し、例えば、2〜50モルが好ましく、5〜40モルがより好ましい。
上記ポリマー鎖が硬化性基を有する繰り返し単位を含む場合、硬化性基を有する繰り返し単位の割合は、ポリマー鎖の全繰り返し単位100モルに対し、例えば、5〜50モルが好ましく、10〜40モルがより好ましい。
上記ポリマー鎖が酸基を有する繰り返し単位を含む場合、酸基を有する繰り返し単位の割合は、ポリマー鎖の全繰り返し単位100モルに対し、例えば、5〜50モルが好ましく、10〜40モルがより好ましい。
(1)カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基等から選択される官能基を末端に導入した化合物と、色素構造を有する酸ハライド、色素構造を有するアルキルハライド、あるいは色素構造を有するイソシアネート等と、を高分子反応させる方法。
(2)末端に炭素−炭素二重結合を導入した化合物と、色素構造を有するメルカプト化合物と、をマイケル付加反応させる方法。
(3)末端に炭素−炭素二重結合を導入した化合物と、色素構造を有するメルカプト化合物と、をラジカル発生剤の存在下で反応させる方法。
(4)末端に複数のメルカプト基を導入した多官能メルカプト化合物と、炭素−炭素二重結合および色素構造とを有する化合物と、をラジカル発生剤の存在下で反応させる方法。
(5)色素構造を有するメルカプト化合物の存在下で、ビニル化合物をラジカル重合する方法。
Rは、水素原子、アルキル基またはアリール基を表す。
Rが表すアルキル基の炭素数は、1〜30が好ましく、1〜10がより好ましい。アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。
Rが表すアリール基の炭素数は、6〜30が好ましく、6〜12がより好ましい。
Rは水素原子またはアルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
また、化合物Aと後述する他の着色剤との合計質量に対し、化合物Aを50質量%以上含有することが好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。
本発明の硬化性組成物が、化合物Aを2種以上含む場合、その合計量が上記範囲内であることが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、上述した化合物A以外の着色剤(他の着色剤)をさらに用いることができる。他の着色剤は、染料および顔料のいずれでもよく、両者を併用してもよい。また、他の着色剤は、色素多量体であってもよい。
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
C.I.ピグメントグリーン 7,10,36,37,58,59
C.I.ピグメントバイオレット 1,19,23,27,32,37,42
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
C.I.ピグメントブラック 1
また、緑色顔料として、分子中のハロゲン原子数が平均10〜14個であり、臭素原子が平均8〜12個であり、塩素原子が平均2〜5個であるハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料を用いることも可能である。具体例としては、WO2015/118720公報に記載の化合物が挙げられる。
また、黄色着色剤として、特開2013−54339号公報の段落0011〜0034に記載のキノフタロン化合物、特開2014−26228号公報の段落0013〜0058に記載のキノフタロン化合物などを用いることもできる。
また、青色顔料として、リン原子を有するアルミニウムフタロシアニン化合物を用いることもできる。具体例としては、特開2012−247591号公報の段落0022〜0030、特開2011−157478号公報の段落0047に記載の化合物などが挙げられる。
これら有機顔料は、単独で用いるか若しくは色純度を上げるため種々組合せて用いることができる。
また、本発明の硬化性組成物は、上述した化合物Aと他の着色剤との合計質量中における染料の割合は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。硬化性組成物中における染料の割合が多くなるに伴い、得られる硬化膜の色抜け性や耐薬品性が低下しやすい傾向にあったが、本発明によれば、染料を多く含んでいても、色抜け性や耐薬品性に優れた硬化膜を製造できる。
また、本発明の硬化性組成物は、他の着色剤を実質的に含有しない態様とすることもできる。なお、他の着色剤を実質的に含有しないとは、例えば、硬化性組成物の全固形分に対して、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、他の着色剤を含有しないことが一層好ましい。
本発明の硬化性組成物は、樹脂を含むことが好ましい。樹脂は、例えば、顔料などを組成物中で分散させる用途、バインダーの用途で配合される。なお、主に顔料などの着色剤を分散させるために用いられる樹脂を分散剤ともいう。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を目的で使用することもできる。
本発明の硬化性組成物は、樹脂として分散剤を含んでいてもよい。一般に着色剤等として顔料を含む場合には、分散剤が用いられる。分散剤としては、高分子分散剤、界面活性剤等が挙げられる。被分散体に応じて適宜選択することができる。分散剤は、高分子分散剤(例えば直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子)が好ましい。高分子分散剤は、特にグラフト型高分子が好ましい。
本発明の硬化性組成物は、樹脂としてアルカリ可溶性樹脂を含有することができる。アルカリ可溶性樹脂を含有することにより、現像性・パターン形成性が向上する。なお、アルカリ可溶性樹脂は、分散剤やバインダーとして用いることもできる。
アルカリ可溶性樹脂としては、線状有機高分子重合体であってもよく、分子(好ましくは、アクリル系共重合体、スチレン系共重合体を主鎖とする分子)中に少なくとも1つのアルカリ可溶性を促進する基を有するアルカリ可溶性樹脂の中から適宜選択することができる。
アルカリ可溶性を促進する基(以下、酸基ともいう)としては、例えば、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、フェノール性ヒドロキシル基などが挙げられるが、有機溶剤に可溶で弱アルカリ水溶液により現像可能なものが好ましく、(メタ)アクリル酸が特に好ましいものとして挙げられる。これら酸基は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
本発明の硬化性組成物は、溶剤を含有することが好ましい。溶剤は有機溶剤が好ましい。溶剤は、各成分の溶解性や硬化性組成物の塗布性を満足すれば特に制限はない。
本発明の硬化性組成物は、硬化性基を2個以上有する硬化性化合物を含有する。硬化性基としては、エチレン性不飽和結合を有する基、エポキシ基、メチロール基等が挙げられ、エチレン性不飽和結合を有する基およびエポキシ基が好ましく、エポキシ基がより好ましい。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。硬化性化合物は、硬化性基を2個以上有し、3個以上有することがより好ましい。下限は、例えば、100個以下とすることもでき、50個以下とすることもでき、20個以下とすることもできる。
本発明において、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い。重合性化合物が光ラジカル重合性化合物の場合は、モノマーが好ましい。
重合性化合物の分子量は、100〜3000が好ましい。上限は、2000以下が好ましく、1500以下が更に好ましい。下限は、150以上が好ましく、250以上が更に好ましい。
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ことが好ましく、3〜6官能の(メタ)アクリレート化合物であることがより好ましい。これらの具体的な化合物としては、特開2009−288705号公報の段落番号0095〜0108、特開2013−29760号公報の段落0227、特開2008−292970号公報の段落番号0254〜0257に記載の化合物を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
カプロラクトン構造を有する重合性化合物は、例えば、日本化薬(株)からKAYARAD DPCAシリーズとして市販されており、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120等が挙げられる。
市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ社製)、UA−7200(新中村化学社製)、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社化学(株)製)などが挙げられる。
また、重合性化合物の含有量は、硬化性化合物の全質量に対して、10〜100質量%とすることもでき、30〜100質量%とすることもできる。
本発明では、硬化性化合物として、エポキシ化合物を用いることもできる。エポキシ化合物としては、1分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物が好ましい。エポキシ基は、1分子内に2〜100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。
脂肪族環を有する化合物の場合、エポキシ基は、脂肪族環に直接結合(単結合)してなる化合物が好ましい。芳香族環を有する化合物の場合、エポキシ基は、芳香族環に、連結基を介して結合してなる化合物が好ましい。連結基は、アルキレン基、または、アルキレン基と−O−との組み合わせからなる基が好ましい。
また、エポキシ化合物は、2以上の芳香族環が炭化水素基で連結した構造を有する化合物を用いることもできる。炭化水素基は、炭素数1〜6のアルキレン基が好ましい。エポキシ基は、上記連結基を介して連結していることが好ましい。
また、エポキシ化合物の含有量は、硬化性化合物の全質量に対して、1〜100質量%が好ましく、5〜100質量%がより好ましい。
また、重合性化合物と、エポキシ化合物とを併用する場合、重合性化合物と、エポキシ化合物との質量比は、重合性化合物:エポキシ化合物=100:1〜100:400が好ましく、100:1〜100:100がより好ましい。
本発明の硬化性組成物は、硬化性化合物の反応を促進させたり、硬化温度を下げる目的で、硬化促進剤を添加してもよい。硬化促進剤としては、分子内に2個以上のメルカプト基を有する多官能チオール化合物(多官能メルカプト化合物)などが挙げられる。多官能チオール化合物は安定性、臭気、解像性、現像性、密着性等の改良を目的として添加してもよい。多官能チオール化合物は、2級のアルカンチオール類であることが好ましく、特に下記一般式(T1)で表される構造を有する化合物であることが好ましい。
一般式(T1)
本発明の硬化性組成物は、さらに光重合開始剤を含有することが好ましい。特に、硬化性化合物として重合性化合物を用いた場合、光重合開始剤を含有することが好ましい。光重合開始剤としては、重合性化合物の重合を開始する能力を有する限り、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、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有するものが好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよく、モノマーの種類に応じてカチオン重合を開始させるような開始剤であってもよい。また、光重合開始剤は、約300nm〜800nm(330nm〜500nmがより好ましい。)の範囲内に少なくとも約50の分子吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE−184、DAROCUR−1173、IRGACURE−500、IRGACURE−2959,IRGACURE−127(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE−907、IRGACURE−369、及び、IRGACURE−379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。アミノアセトフェノン系開始剤として、365nm又は405nm等の光源に吸収波長がマッチングされた特開2009−191179号公報に記載の化合物も用いることができる。また、アシルホスフィン系開始剤としては市販品であるIRGACURE−819やDAROCUR−TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
光重合開始剤の具体例としては、例えば、特開2013−29760号公報の段落0265〜0268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。
市販品ではIRGACURE−OXE01(BASF社製)、IRGACURE−OXE02(BASF社製)も好適に用いられる。また、TRONLY TR−PBG−304、TRONLY TR−PBG−309、TRONLY TR−PBG−305(常州強力電子新材料有限公司(CHANGZHOU TRONLY NEW ELECTRONIC MATERIALS CO.,LTD)製)、アデカアークルズNCI−930(ADEKA社製)も用いることができる。
一般式(OX−1)中、Rで表される一価の置換基としては、一価の非金属原子団であることが好ましい。
一価の非金属原子団としては、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、複素環基、アルキルチオカルボニル基、アリールチオカルボニル基等が挙げられる。また、これらの基は、1以上の置換基を有していてもよい。また、前述した置換基は、さらに他の置換基で置換されていてもよい。
置換基としてはハロゲン原子、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基またはアリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
一般式(OX−1)中、Bで表される一価の置換基としては、アリール基、複素環基、アリールカルボニル基、又は、複素環カルボニル基が好ましい。これらの基は1以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、前述した置換基が例示できる。
一般式(OX−1)中、Aで表される二価の有機基としては、炭素数1〜12のアルキレン基、アルキニレン基が好ましい。これらの基は1以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、前述した置換基が例示できる。
光重合開始剤は、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用しても良い。
本発明の硬化性組成物は、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、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挙げられる。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、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、カルボン酸基及びその4級アンモニウム塩基が好ましく、カルボン酸基及びスルホン酸基がさらに好ましく、スルホン酸基が特に好ましい。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、特に三級アミノ基が好ましい。顔料誘導体の具体例としては、特開2011−252065号公報の段落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。
本発明の硬化性組成物は、塗布性をより向上させる観点から、各種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界面活性剤を使用できる。
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好ましく用いることができ、下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。
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をフッ素系界面活性剤として用いることもできる。具体例としては、特開2010−164965号公報0050〜0090段落および0289〜0295段落に記載された化合物、例えばDIC社製のメガファックRS−101、RS−102、RS−718K等が挙げられる。
界面活性剤の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、0.001〜2.0質量%が好ましく、0.005〜1.0質量%がより好ましい。
本発明の硬化性組成物は、シランカップリング剤を含有することができる。シランカップリング剤としては、一分子中に少なくとも2種の反応性の異なる官能基を有するシラン化合物も好ましく、特に、官能基としてアミノ基とアルコキシ基とを有するものが好ましい。このようなシランカップリング剤としては、例えば、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピル−メチルジメトキシシラン(信越化学工業社製、商品名 KBM−602)、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピル−トリメトキシシラン(信越化学工業社製、商品名 KBM−603)、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピル−トリエトキシシラン(信越化学工業社製、商品名 KBE−602)、γ−アミノプロピル−トリメトキシシラン(信越化学工業社製、商品名 KBM−903)、γ−アミノプロピル−トリエトキシシラン(信越化学工業社製、商品名 KBE−903)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、商品名 KBM−503)等がある。シランカップリング剤の詳細については、特開2013−254047号公報の段落番号0155〜0158の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の硬化性組成物は、重合禁止剤を含有することも好ましい。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−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4'−チオビス(3−メチル−6−t−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)等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物が重合禁止剤を含有する場合、重合禁止剤の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、0.01〜5質量%が好ましい。本発明の硬化性組成物は、重合禁止剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物には、必要に応じて、各種添加物、例えば、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加物としては、特開2004−295116号公報の段落0155〜0156に記載のものを挙げることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。酸化防止剤としては、例えばフェノール化合物、リン系化合物(例えば特開2011−90147 0042段落に記載の化合物)、チオエーテル化合物などを用いることができる。市販品としては、例えば(株)ADEKA製のアデカスタブシリーズ(AO−20、AO−30、AO−40、AO−50、AO−50F、AO−60、AO−60G、AO−80、AO−330など)が挙げられる。酸化防止剤は2種以上を混合して使用してもよい。本発明の硬化性組成物においては、特開2004−295116号公報の段落0078に記載の増感剤や光安定剤、同公報の段落0081に記載の熱重合防止剤を含有することができる。
本発明の硬化性組成物は、前述の成分を混合して調製できる。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。例えば、全成分を同時に溶剤に溶解・分散して組成物を調製してもよいし、必要に応じては、各成分を適宜2つ以上の溶液または分散液としておいて、使用時(塗布時)にこれらを混合して調製してもよい。
フィルタの孔径は、0.01〜7.0μm程度が適しており、好ましくは0.01〜3.0μm程度、さらに好ましくは0.05〜0.5μm程度である。この範囲とすることにより、後工程において均一な組成物の調製や、平滑な膜の形成などを阻害する、微細な異物を確実に除去することが可能となる。また、ファイバ状のろ材を用いることも好ましく、ろ材としては例えばポリプロピレンファイバ、ナイロンファイバ、グラスファイバ等が挙げられ、具体的にはロキテクノ社製のSBPタイプシリーズ(SBP008など)、TPRタイプシリーズ(TPR002、TPR005など)、SHPXタイプシリーズ(SHPX003など)のフィルタカートリッジを用いることができる。
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(DFA4201NXEYなど)、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することができる。
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。
例えば、第1のフィルタでのフィルタリングは、分散液のみで行い、他の成分を混合した後で、第2のフィルタリングを行ってもよい。
次に、光学フィルタについて説明する。本発明の光学フィルタは、上述した本発明の硬化性組成物を用いてなるものである。本発明の光学フィルタは、特定の波長の光を透過または遮光する用途に用いることができる。例えば、カラーフィルタ、赤外線カットフィルタ、赤外線透過フィルタ、紫外線カットフィルタ、紫外線透過フィルタ等に用いることができる。本発明の光学フィルタは、パターンを有していてもよく、パターンを有さない膜(平坦膜)であってもよい。なお、本発明において、カラーフィルタとは、可視光域の波長(好ましくは波長380〜780nm)の光のうち、特定の波長域の光を通過させ、特定の波長域の光を遮光するフィルタを意味する。また、赤外線カットフィルタとは、可視領域の波長の光を透過し、赤外域の波長の光の少なくとも一部を遮光するフィルタを意味する。赤外線カットフィルタは、可視領域の波長の光をすべて透過するものであってもよく、可視領域の波長の光のうち、特定の波長域の光を通過し、特定の波長域の光を遮光するものであってもよい。また、赤外線透過フィルタとは、可視領域の波長の光を遮光し、赤外域の波長の光の少なくとも一部を透過するフィルタを意味する。紫外線カットフィルタは、可視領域の波長の光をすべて透過するものであってもよく、可視領域の波長の光のうち、特定の波長域の光を通過し、特定の波長域の光を遮光するものであってもよい。また、紫外線透過フィルタとは、可視領域の波長の光を遮光し、紫外域の波長の光の少なくとも一部を透過するフィルタを意味する。
また、着色パターン(着色画素)のサイズ(パターン幅)としては、2.5μm以下が好ましく、2.0μm以下がより好ましく、1.7μm以下が特に好ましい。下限は、例えば0.1μm以上とすることができ、0.2μm以上とすることもできる。
本発明のパターン形成方法は、本発明の硬化性組成物を用いて支持体上に硬化性組成物層を形成する工程と、フォトリソグラフィ法またはドライエッチング法により、硬化性組成物層に対してパターンを形成する工程と、を含む。
また、ドライエッチング法によるパターン形成は、硬化性組成物を用いて支持体上に硬化性組成物層を形成し、硬化して硬化物層を形成する工程と、硬化物層上にフォトレジスト層を形成する工程と、露光および現像することによりフォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程と、レジストパターンをエッチングマスクとして硬化物層をドライエッチングしてパターンを形成する工程とを含むことが好ましい。以下、各工程について説明する。
硬化性組成物層を形成する工程では、硬化性組成物を用いて、支持体上に硬化性組成物層を形成する。
本発明におけるパターンは、固体撮像素子用基板の固体撮像素子形成面側(おもて面)に形成してもよいし、固体撮像素子非形成面側(裏面)に形成してもよい。
支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、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。
プリベークを行う場合、プリベーク温度は、150℃以下が好ましく、120℃以下がより好ましく、110℃以下が更に好ましい。下限は、例えば、50℃以上とすることができ、80℃以上とすることもできる。プリベーク温度を150℃以下で行うことにより、例えば、イメージセンサの光電変換膜を有機素材で構成した場合において、これらの特性をより効果的に維持することができる。
プリベーク時間は、10秒〜300秒が好ましく、40〜250秒がより好ましく、80〜220秒がさらに好ましい。乾燥は、ホットプレート、オーブン等で行うことができる。
<<露光工程>>
次に、硬化性組成物層を、パターン状に露光する(露光工程)。例えば、硬化性組成物層に対し、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、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線等の紫外線が好ましく(特に好ましくはi線)用いられる。照射量(露光量)は、例えば、0.03〜2.5J/cm2が好ましく、0.05〜1.0J/cm2がより好ましい。
露光時における酸素濃度については適宜選択することができ、大気下で行う他に、例えば酸素濃度が19体積%以下の低酸素雰囲気下(例えば、15体積%、5体積%、実質的に無酸素)で露光してもよく、酸素濃度が21体積%を超える高酸素雰囲気下(例えば、22体積%、30体積%、50体積%)で露光してもよい。また、露光照度は適宜設定することが可能であり、通常1000W/m2〜100000W/m2(例えば、5000W/m2、15000W/m2、35000W/m2)の範囲から選択することができる。酸素濃度と露光照度は適宜条件を組み合わせてよく、例えば、酸素濃度10体積%で照度10000W/m2、酸素濃度35体積%で照度20000W/m2などとすることができる。
硬化膜の膜厚は2.0μm以下が好ましく、1.0μm以下がより好ましく、0.7μm以下がさらに好ましい。下限は、例えば0.1μm以上とすることができ、0.2μm以上とすることもできる。膜厚を、2.0μm以下とすることにより、高解像性、高密着性が得られ易い。
次に、未露光部を現像除去してパターンを形成する。未露光部の現像除去は、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硬化性組成物層が現像液に溶出し、光硬化した部分だけが残る。
現像液としては、下地の固体撮像素子や回路などにダメージを起さない、有機アルカリ現像液が望ましい。
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、残渣除去性を向上するため、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り返してもよい。
また、現像液には無機アルカリを用いてもよい。無機アルカリとしては、例えば、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、メタ硅酸ナトリウムなどが好ましい。
また、現像液には、界面活性剤を用いてもよい。界面活性剤の例としては、上述した硬化性組成物で説明した界面活性剤が挙げられ、ノニオン系界面活性剤が好ましい。
なお、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後純水で洗浄(リンス)することが好ましい。
ポストベークは、現像後の膜を、上記条件になるようにホットプレートやコンベクションオーブン(熱風循環式乾燥機)、高周波加熱機等の加熱手段を用いて、連続式あるいはバッチ式で行うことができる。また、低温プロセスによりパターンを形成する場合は、ポストベークは行わなくてもよい。
ドライエッチング法でのパターン形成は、支持体上に形成した硬化性組成物層を硬化して硬化物層を形成し、次いで、得られた硬化物層にパターニングされたフォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト層をマスクとしてエッチングガスを用いてエッチングするなどの方法で行うことができる。この際、硬化性組成物層は熱硬化性組成物を用いて形成されることが好ましく、熱硬化性組成物はエポキシ基を2個以上有する化合物を硬化性化合物として含むことが好ましい。また、熱硬化性組成物は、光重合開始剤を含む必要はなく、実質的に含まないことが好ましい。
具体的には、硬化物層上にポジ型またはネガ型の感放射線性組成物を塗布し、これを乾燥させることによりフォトレジスト層を形成することが好ましい。フォトレジスト層の形成においては、さらにプリベーク処理を施すことが好ましい。特に、フォトレジストの形成プロセスとしては、露光後の加熱処理、現像後の加熱処理(ポストベーク処理)を実施する形態が望ましい。
フッ素系ガスと酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、支持体が露出しない領域(深さ)までエッチングを行なう第1段階のエッチングと、この第1段階のエッチングの後に、窒素ガス(N2)と酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、好ましくは支持体が露出する領域(深さ)付近までエッチングを行なう第2段階のエッチングと、支持体が露出した後に行なうオーバーエッチングとを含む方法が好ましい。以下、ドライエッチングの具体的手法、並びに第1段階のエッチング、第2段階のエッチング、およびオーバーエッチングについて説明する。
(1)第1段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)と、第2段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)とをそれぞれ算出する。
(2)第1段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間と、第2段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間とをそれぞれ算出する。
(3)上述した(2)で算出したエッチング時間に従って第1段階のエッチングを実施する。
(4)上述した(2)で算出したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施する。あるいはエンドポイント検出でエッチング時間を決定し、決定したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施してもよい。
(5)上述した(3)および(4)の合計時間に対してオーバーエッチング時間を算出し、オーバーエッチングを実施する。
本発明の固体撮像素子は、本発明の光学フィルタを有する。本発明の固体撮像素子の構成としては、本発明における光学フィルタが備えられた構成であり、固体撮像素子として機能する構成であれば特に限定はないが、例えば、以下のような構成が挙げられる。
さらに、上記デバイス保護膜上であってカラーフィルタの下(支持体に近い側)に集光手段(例えば、マイクロレンズ等。以下同じ)を有する構成や、カラーフィルタ上に集光手段を有する構成等であってもよい。
本発明の光学フィルタおよびカラーフィルタは、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの、画像表示装置に用いることができる。本発明のカラーフィルタを備えた画像表示装置は、表示画像の色合いが良好で表示特性に優れた高画質画像を表示することができる。表示装置の定義や各表示装置の詳細については、例えば「電子ディスプレイデバイス(佐々木 昭夫著、(株)工業調査会 1990年発行)」、「ディスプレイデバイス(伊吹 順章著、産業図書(株)平成元年発行)」などに記載されている。また、液晶表示装置については、例えば「次世代液晶ディスプレイ技術(内田 龍男編集、(株)工業調査会 1994年発行)」に記載されている。本発明が適用できる液晶表示装置に特に制限はなく、例えば、上記の「次世代液晶ディスプレイ技術」に記載されている色々な方式の液晶表示装置に適用できる。
バックライトに関しては、SID meeting Digest 1380(2005)(A.Konno et al.)や、月刊ディスプレイ 2005年12月号の18〜24ページ(島 康裕)、同25〜30ページ(八木隆明)などに記載されている。
重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)測定によるポリスチレン換算値にて測定した。
カラムの種類:TSKgel Super AWM―H(東ソー製、6.0mmID(内径)×15.0cm)
展開溶媒:10mmol/L リチウムブロミドNMP(N−メチルピロリジノン)溶液
カラム温度:50℃
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
DCSF(Spiro[3H-2,1-benzoxathiole-3,9'-[9H]xanthene], 3',6'-dichloro-, 1,1-dioxide、中外化成製)31部、2,6−ジイソプロピルアニリン67部、塩化亜鉛17部、スルホラン120部をフラスコへ入れ外温200度にて8時間攪拌した。その後、室温まで放冷し、2mol/L塩酸水600部へ反応液を滴下し、析出した結晶をろ別した。ろ別した結晶を、40℃のアセトニトリル600部を用いて分散洗浄したのち、結晶をろ取し、送風乾燥を10時間行って中間体1を42.5部(収率:82%)得た。
中間体1の11部およびオキシ塩化リン50部をフラスコへ入れ、60℃で4時間攪拌した。室温まで放冷し、氷水150部へ反応液を滴下し、30分攪拌した。得られた結晶をろ別し、水20部で洗浄した後、得られた結晶をクロロホルム150部に溶かし、セライトろ過を行った。ろ液を5%食塩水100部、15%食塩水100部で分液洗浄した。硫酸ナトリウム乾燥の後、減圧濃縮し、中間体2を12.1部(収率:91%)得た。
ペンタフルオロベンゼンスルホニルクロリド15部、テトラヒドロフラン(THF)300部をフラスコに入れ、内温を−10℃に冷却した。そこに28%アンモニア水6.8部を、反応液が0℃以下を維持するように滴下した。滴下後1時間0℃で攪拌したのち、反応液をろ過した。得られたろ液を減圧濃縮し、THFを除いた後、水100部を添加し、攪拌した。得られた固体をろ過し、水洗した後に送風乾燥を10時間行い、中間体3を11.7部(収率:84%)得た。
中間体3を5部、中間体2を18.0部、塩化メチレンを50部フラスコに加え、室温で攪拌した。トリエチルアミン(TEA)6.1部をフラスコに加え、室温で2時間攪拌した。反応終了後、反応液をクロロホルム/酢酸エチル溶媒を用いてカラムクロマトグラフィにより精製することで、A−xt−1を11.1部(収率:60%)得た。
中間体S−1の10.7部、ジメチルアセトアミド31.4部、テトラエチルアンモニウムブロミド1.09部を三口フラスコに加え、空気下、10℃で攪拌した。これにチオ酢酸カリウム6.5部を10〜15℃で10回に分割して添加し、50℃で3時間反応させた。この反応液に、酢酸エチル47.9部、4質量%重曹水54.4部、蒸留水26.7部を加え、分液操作を行った。続いて、有機層を1mol/L塩酸54.4部、10質量%食塩水50.8部、25質量%食塩水50.8部で洗浄した。この有機層に硫酸ナトリウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することで中間体S−2を9.9部得た(収率95%)。
中間体S−2の8.9部、ジメチルアセトアミド23.5部を三口フラスコに加え、窒素雰囲気下15℃で攪拌した。これにヒドラジン塩酸塩4.02部、酢酸ナトリウム9.63部をジメチルアセトアミド0.9部で洗いこみながら添加し、15℃で5時間反応させた。次に酢酸エチル67.3部、2mol/L塩酸水38.2部を15℃以下で加え、20℃まで昇温し、分液操作をおこなった。有機層を1mol/L塩酸水38.2部、次いで9.1質量%食塩水39.3部で2回洗浄し、有機層に硫酸マグネシウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することで中間体S−3を6.6部得た(収率92%)。
NMR(核磁気共鳴)測定でのR部位に対する色素部位の比率nが3.5であることを確認した。また、色素B−1の重量平均分子量は、7600であった。
合成例1の中間体S−3を下記中間体S−5に変更し、色素部位の比率(mとnの値)が記載の通りになるように各原料の質量を変更した以外は合成例1と同様に合成した。NMR測定でのR部位に対する色素部位の比率nが3.5であることを確認した。また、色素B−2の重量平均分子量は、7400であった。
続いて中間体S−4の25部、チオ酢酸58部を脱水THF(テトラヒドロフラン)125部に溶かし、窒素雰囲気下70℃で30分攪拌した後、アゾビスイソブチロニトリル2部を添加し、70℃で4時間攪拌した。得られた反応液を減圧濃縮した後、脱水メタノールを加え、ナトリウムメトキシド(28%メタノール溶液)19部を加えた。一時間後に反応溶液を1mol/L塩酸水120部に氷浴で冷やしながら滴下した後、酢酸エチル200部を加え分液操作を行った。続いて、有機層を1mol/L塩酸水200部、水200部、飽和食塩水200部で洗浄した。得られた有機層に硫酸ナトリウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することで中間体S−5を13部得た。
上記で得られた15.2部のB−17−1にジメチルアセトアミド(DMAc)125部を添加し、窒素雰囲気下15℃にてヒドラジン塩酸塩を1.38部、酢酸ナトリウムを3.29部を加え、15℃にて5時間攪拌した。この反応液に2mol/L塩酸水250部を15℃以下で加え、得られた結晶を、ろ別し、40℃で送風乾燥を1日行った後、B−17を12部得た。B−17は酸価1.02mmol/gであり、組成比(モル比)を1H−NMRで確認したところ、色素部:メタクリル酸部:チオール部=26:45:29であった。また、B−17の重量平均分子量は、12000であった。
(B−23−1)に対し、合成例17の(B−17−1)から色素B−17の合成と同様にすることで、色素B−23を合成した。
下記組成の成分を混合して溶解し後、0.45μmナイロンフィルタでろ過することにより、下塗り層用レジスト液を調製した。
−下塗り層用レジスト液の組成−
・溶剤(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)): 19.20部
・溶剤(乳酸エチル): 36.67部
・アルカリ可溶性樹脂(メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸/メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル共重合体(モル比=60/22/18、重量平均分子量15,000、数平均分子量9,000)の40%PGMEA溶液): 30.51部
・硬化性化合物(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(KAYARAD DPHA、サートマー社製): 12.20部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール): 0.0061部
・フッ素系界面活性剤(メガファックF475、DIC(株)製): 0.83部
・光重合開始剤(トリハロメチルトリアジン系光重合開始剤、TAZ−107、みどり化学社製): 0.586部
直径6インチ(1インチ=25.4mm)のシリコンウエハをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハ上に、上記下塗り用レジスト液を乾燥膜厚が1.5μmになるように塗布し、さらに220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハ基板を得た。
下記の各成分を混合して分散、溶解し、0.45μmナイロンフィルタでろ過することにより、硬化性組成物を得た。
・有機溶剤(シクロヘキサノン):17.12部
・下記表に記載の硬化性化合物(エポキシ化合物):4.395部
・下記表に記載の色素のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):39.00部
・下記表に記載の顔料分散液(固形分濃度12.8%):36.97部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール):0.0007部
・フッ素系界面活性剤(メガファックF475、DIC(株)製、1%PGMEA溶液):2.50部
・有機溶剤(シクロヘキサノン):17.12部
・硬化性化合物(エポキシ化合物):4.395部
・下記表に記載の色素1のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):24.57部
・下記表に記載の色素2のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):51.40部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール):0.0007部
・フッ素系界面活性剤(メガファックF475、DIC(株)製、1%PGMEA溶液):2.50部
・有機溶剤(シクロヘキサノン):25.22部
・下記表に記載のアルカリ可溶性樹脂1(固形分濃度30.6%):0.62部(固形0.19部)
・アルカリ可溶性樹脂2(アクリキュアーRD−F8(日本触媒社製)、固形分濃度41.7%):0.12部(固形0.05部)
・下記表に記載の光重合開始剤:0.59部
・下記表に記載の色素のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):35.5部
・下記表に記載の顔料分散液(固形分濃度12.8%):33.2部
・下記表に記載の硬化性化合物(重合性化合物):1.90部
・下記表に記載の硬化性化合物(エポキシ化合物):0.35部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール):0.0009部
・フッ素系界面活性剤(下記混合物(Mw=14000)の1%PGMEA溶液):2.50部
・有機溶剤(シクロヘキサノン):14.69部
・下記表に記載のアルカリ可溶性樹脂1(固形分濃度30.6%):0.29部(固形0.09部)
・アルカリ可溶性樹脂2(アクリキュアーRD−F8(日本触媒社製) 、固形分濃度41.7%):0.05部
・下記表に記載の光重合開始剤:0.78部
・下記表に記載の色素1のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):28.45部
・下記表に記載の色素2のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):51.23部
・下記表に記載の硬化性化合物(重合性化合物):1.61部
・下記表に記載の硬化性化合物(エポキシ化合物):0.39部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール):0.0007部
・フッ素系界面活性剤(メガファックF475、DIC(株)製、1%PGMEA溶液):2.50部
(製造例1)ドライエッチング法によるパターン形成
上記で得られた硬化性組成物を、7.5cm×7.5cmのガラス基板上に膜厚が0.5μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、ホットプレートを使用して、200℃で5分間、加熱を行い、塗布膜を硬化して硬化膜層を作製した。この硬化膜層の膜厚は、0.5μmであった。
次いで、ポジ型フォトレジスト「FHi622BC」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)を塗布し、90℃で1分間、プリベーク処理を実施し、膜厚0.8μmのフォトレジスト層を形成した。
続いて、フォトレジスト層を、i線ステッパー(キャノン(株)製)を用い、350mJ/cm2の露光量でパターン露光し、フォトレジスト層の温度又は雰囲気温度が90℃となる温度で1分間、加熱処理を行なった。その後、現像液「FHD−5」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)で1分間の現像処理を行ない、さらに110℃で1分間のポストベーク処理を実施して、レジストパターンを形成した。このレジストパターンのサイズは、エッチング変換差(エッチングによるパターン幅の縮小)を考慮して、一辺1.0μmで形成した。
次に、得られたガラス基板を、直径8インチ(1インチ=25.4mm)のシリコンウェハに貼り付け、ドライエッチング装置(U−621、日立ハイテクノロジーズ社製)にて、RF(高周波)パワー:800W、アンテナバイアス:400W、ウエハバイアス:200W、チャンバーの内部圧力:4.0Pa、基板温度:50℃、混合ガスのガス種及び流量をCF4:80mL/分、O2:40mL/分、Ar:800mL/min.として、80秒の第1段階のエッチング処理を実施した。
次いで、同一のエッチングチャンバーにて、RF(高周波)パワー:600W、アンテナバイアス:100W、ウエハバイアス:250W、チャンバーの内部圧力:2.0Pa、基板温度:50℃、混合ガスのガス種及び流量をN2:500mL/分、O2:50mL/分、Ar:500mL/分とし(N2/O2/Ar=10/1/10)、28秒の第2段階エッチング処理、オーバーエッチング処理を実施した。
上記条件でドライエッチングを行った後、フォトレジスト剥離液「MS230C」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)を使用して、50℃で120秒間、剥離処理を実施してレジストを除去し、着色パターンを形成した。更に純水による洗浄、スピン乾燥を実施し、その後、100℃で2分間の脱水ベーク処理を行った。以上により、カラーフィルタを得た。
上記で得られた硬化性組成物を、上記で作製した下塗り層付シリコンウエハ基板の下塗り層上に塗布し、塗布膜を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が1μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
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の波長でパターンが1.0μm四方のIslandパターンマスクを通して50〜1200mJ/cm2の露光量で露光した。
その後、照射された塗布膜が形成されている基板をスピン・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、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、基板上に着色パターンを形成した。
着色パターンが形成された基板を、真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によってシリコンウエハを回転数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ない、次いで、スピン乾燥し、次いで、200℃で300秒間、ホットプレートでポストベークを行い、膜厚1μmの着色パターン(カラーフィルタ)を得た。
以上により、下塗り層付シリコンウエハ基板の下塗り層上に着色パターン(カラーフィルタ)が設けられた構成の着色パターン付シリコンウエハを得た。
(色移り評価)
各カラーフィルタにおける着色パターンの吸光度を、MCPD−3000(大塚電子(株)製)にて測定した(吸光度A)。
次に、吸光度Aを測定したカラーフィルタの着色パターン形成面に、乾燥膜厚が1μmとなるようにCT−2000L溶液(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製、透明下地剤)を塗布し、乾燥させて、透明膜を形成した後、280℃で5分間加熱処理を行なった。加熱終了後、着色パターンに隣接する透明膜の吸光度を、MCPD−3000(大塚電子(株)製)にて測定した(吸光度B)。
得られた透明膜の吸光度Bの値について、加熱前に測定した着色パターンの吸光度Aの値に対する割合[%]を算出した〔下記(式A)〕。これを隣接ピクセルへの色移りを評価する指標とした。
(式A) 色移り(%)=(吸光度B/吸光度A)×100
A:1%未満
B:1%以上3%未満
C:3%以上5%未満
D:5%以上
各硬化性組成物を、7.5cm×7.5cmのガラス基板上に、膜厚0.6μmの塗布膜となるようにスピンコーターを用いて塗布し、ホットプレートを使用して、100℃で2分間加熱乾燥し、200℃で8分間塗布膜を硬化させて硬化膜を形成した。得られた硬化膜の分光スペクトルを測定した。
次に、得られた硬化膜を、25℃のシクロヘキサノンに10分間浸漬させた後、流水にてリンスしたのち、硬化膜の分光スペクトルを測定した。
シクロヘキサノンに浸漬前後の吸光度を比較し、下記式より浸漬後の色素残存率を算出し、以下の区分に従って評価した。なお、色素残存率は数値が高いほど耐薬品性に優れていることを意味する。
色素残存率(%)=(シクロヘキサノン浸漬後の硬化膜の最大吸光度/シクロヘキサノン浸漬前の最大吸光度)×100
A:色素残存率=95%以上100%以下
B:色素残存率=90%以上95%未満
C:色素残存率=85%以上90%未満
D:色素残存率=50%以上85%未満
E:色素残存率=0%以上50%未満
顔料分散液P1を、以下のようにして調製した。
C.I.ピグメントブルー15:6(青色顔料;以下、「PB15:6」とも称する)を19.4質量部(平均一次粒子径55nm)、及び分散剤(Disperbyk−161、BYKChemie社製)を2.95質量部、アルカリ可溶性樹脂J1(メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸の共重合体、30%PGMEA溶液)を固形分換算で2.95質量部(溶液9.93質量部)、PGMEAを165.3質量部からなる混合液を、ビーズミル(ジルコニアビーズ0.3mm径)により3時間混合・分散した。その後、さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2000kg/cm3の圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、顔料分散液P1を得た。得られた顔料分散液P1について、顔料の平均一次粒子径を動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社(Nikkiso Co.,)td.)製))により測定したところ、24nmであった。
顔料分散液P1の調製において、顔料分散剤として、下記分散剤D1を用いた以外は同様の操作により顔料分散液P2を調製した。
顔料分散液P1の調製において、顔料分散剤として、下記分散剤D2を用いた以外は同様の操作により顔料分散液P3を調製した。
顔料分散液P1の調製において、顔料としてPB15:6の代わりに、C.I.ピグメントレッド254を使用した以外は顔料分散液P1の調製と同様にして顔料分散液P4を調製した。顔料の平均一次粒子径を動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社(Nikkiso Co.,)td.)製))により測定したところ、26nmであった。
顔料分散液P1の調製において、顔料としてPB15:6の代わりに、C.I.ピグメントグリーン58を使用した以外は顔料分散液P1の調製と同様にして顔料分散液P5を調製した。顔料の平均一次粒子径を動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社(Nikkiso Co.,)td.)製))により測定したところ、30nmであった。
顔料分散液P1の調製において、顔料としてPB15:6の代わりに、C.I.ピグメントイエロー139を使用した以外は顔料分散液P1の調製と同様にして顔料分散液P6を調製した。顔料の平均一次粒子径を動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社(Nikkiso Co.,)td.)製))により測定したところ、27nmであった。
(I1)〜(I7)、(I9):下記構造。下記(I1)はIRGACURE(登録商標)−OXE01、(I2)はIRGACURE(登録商標)−OXE02(BASF製)、(I3)はIRGACURE(登録商標)−379、(I4)はDAROCUR(登録商標)−TPO(以上、いずれもBASF製)である。
(I8):アデカアークルズNCI−831(ADEKA社製)
Z1:エチレンオキシ変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、NKエステル A−DPH−12E(新中村化学社製)
Z2:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、KAYARAD DPHA(日本化薬社製)
Z3:エトキシ化(4)ペンタエリスリトールテトラアクリレート、SR494(サートマー社製)
Z4:エトキシ化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート、SR454(サートマー社製)
Z5:エトキシ化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート、SR499(サートマー社製)
Claims (13)
- 色素構造を2個以上有し、かつ、メルカプト基を1個以上有する化合物Aと、
硬化性基を2個以上有する硬化性化合物と、を含む硬化性組成物。 - 前記硬化性化合物が有する硬化性基が、エチレン性不飽和結合を有する基、および、エポキシ基から選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記硬化性化合物が、エポキシ基を2個以上有する硬化性化合物を含む、請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記化合物Aが有する色素構造が、トリアリールメタン色素構造、キサンテン色素構造、アントラキノン色素構造、シアニン色素構造、スクアリリウム色素構造、キノフタロン色素構造、フタロシアニン色素構造、サブフタロシアニン色素構造、アゾ色素構造、チアゾール色素構造、ピラゾロトリアゾール色素構造およびジピロメテン色素構造から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記化合物Aは、下記式(A)で表される繰り返し単位、式(B)で表される繰り返し単位及び式(C)で表される繰り返し単位の少なくとも一つを含み、かつ、メルカプト基を有する化合物であるか、
または、式(D)で表される化合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性組成物;
- 前記化合物Aは、式(D)で表される化合物であり、nは2〜15を表し、kは1〜13を表し、qは0〜12を表し、n+k+qは3〜15を表す、請求項5に記載の硬化性組成物。
- カラーフィルタの着色層形成用である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いた光学フィルタ。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いたカラーフィルタ。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いて支持体上に硬化性組成物層を形成する工程と、フォトリソグラフィ法またはドライエッチング法により、硬化性組成物層に対してパターンを形成する工程と、を有するパターン形成方法。
- 請求項9に記載の光学フィルタを有する固体撮像素子。
- 請求項9に記載の光学フィルタを有する画像表示装置。
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