WO2010125949A1

WO2010125949A1 - フルオレン骨格を有する光重合性ポリマーを用いる感光性組成物

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Publication number: WO2010125949A1
Application number: PCT/JP2010/057000
Authority: WO
Inventors: 浩之荘田; 崇洋坂口; 昇志郎湯川
Original assignee: 日産化学工業株式会社
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2010-11-04
Also published as: JPWO2010125949A1; US8658342B2; CN102414616A; TW201115273A; CN102414616B; TWI470354B; KR20120013396A; US20120129102A1; KR101579270B1; JP5477595B2

Abstract

【課題】　屈折率を低下させることなく耐熱性及び透明性をともに満たす、平坦化膜、スペーサー、マイクロレンズ材料を提供することである。【解決手段】　フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー(Ａ)、フルオレン骨格を有するモノマー(Ｂ)、及び光重合開始剤(Ｃ)を含むネガ型感光性組成物。フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー(Ａ)が、アルカリ現像液に可溶な部位を含む。フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー(Ａ)が、下記式(１): (式中、Ｒ_１はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｘは末端に不飽和結合を含む有機基であり、Ｙはテトラカルボン酸二無水物から酸基を除いた部分からなる連結基である。)で表される単位構造を含む。

Description

フルオレン骨格を有する光重合性ポリマーを用いる感光性組成物

　本発明はフルオレン骨格を主とする光重合性化合物とフルオレン低分子材料を含有するネガ型感光性組成物及びそれを用いる平坦化膜及びマイクロレンズに関する。

　電荷結合素子（ＣＣＤ）等の撮像素子用マイクロレンズ、またはＬＣＤ（液晶パネル）は、高屈折率材と低屈折率材を組み合わせることにより、光の集光率または取り出し効率を上げる工夫がなされてきている。

　例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）の平坦化膜に高屈折材料を用いマイクロレンズに低屈折率材料を用いることにより反射を防止しながら集光する。またはマイクロレンズに高屈折率材料を用いることによりダイオードまでの距離が長くても、集光するなどの工夫がされているのが一般的である。

　一方、ＬＣＤは、近年、大画面化、高精細化、低消費電力化の方向にあり、そのためにはＬＣＤの光取り出し効率を向上しなければならず、その方法として低屈折率材料の塗布膜を用い光取り出し効率を上げることが一般的である。

　この方法では、高分子の高屈折率樹脂と架橋性高屈折率材料を含むレジスト組成物を用いて、それを基板上に塗布製膜した後、フォトリソグラフィー法でパターニング、現像することで一つのパターンを形成し平坦化膜またはＬＣＤ用途のスペーサーを得る。更にエッチング工程を経る等によりマイクロレンズを形成する。

　ビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレートとテトラカルボン酸二無水物とを縮合させた樹脂を用いた感光性組成物を用い、カラーフィルター、液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子などの保護膜や層間絶縁膜として利用することが記載されている（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３）。

特開２００３－１７６３４３号公報特開２００３－１６５８３０号公報特開２００４－３５６８５号公報

　近年、カメラの高精細化が進み、カメラの感度が要求されるようになってきたことから、デジタルスチルカメラ用途のマイクロレンズは、高い透明性と高い集光率が要求されてきている。また、マイクロレンズを車載用用途とする場合さらに、長期使用に耐えうる耐熱性が要求される。

　一方、ＬＣＤは、近年、大画面化、高精細化、低消費電力化の方向にあり、それには光取り出し効率を向上しなければならず、光取り出し効率を上げる工夫として、低屈折率材料を空気（ＬＣＤの外部）側に用いるのに対し、高屈折率材料をＩＴＯなどの金属酸化物側に用い、更に、長期使用に耐え得る耐熱性、透明性を有する材料が必要であった。

　従来の材料では、これらの要求を全てを満たすことは困難である。
本発明の課題は、フルオレンを有する共重合体およびフルオレン架橋性化合物を用い、屈折率を低下させることなく耐熱性及び透明性をともに満たす平坦化膜、スペーサー、マイクロレンズ材料に用いられるネガ型感光性組成物、該ネガ型感光性組成物を用いて作成された固体撮像素子、マイクロレンズ、液晶表示素子、及び該ネガ型感光性組成物を用いた電子材料の製造方法を提供することにある。　

　本発明は第１観点として、フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）、フルオレン骨格を有するモノマー（Ｂ）、及び光重合開始剤（Ｃ）を含むネガ型感光性組成物、
第２観点として、上記フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）が、アルカリ現像液に可溶な部位を含む第１観点に記載のネガ型感光性組成物、
第３観点として、上記フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）が、下記式（１）：

（式中、Ｒ_１はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｘは末端に不飽和結合を含む有機基であり、Ｙはテトラカルボン酸二無水物から酸基を除いた部分からなる連結基である。）で表される単位構造を含むものである、第１観点に記載のネガ型感光性組成物、
第４観点として、上記フルオレン骨格を有するモノマー（Ｂ）が、下記式（２）：

（式中、Ｒ_２はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｚは末端に不飽和結合を含む有機基であり、ｍはそれぞれ１乃至５の整数である。ただし、Ｌ＋ｍは１乃至５の整数である。）で表される化合物である、第１観点乃至第３観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物、
第５観点として、上記Ｘが、下記式（３）：

（式中、Ｒ_３は水素原子、メチル基、又はエチル基である。）で表される有機基である、第１観点乃至第４観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物、
第６観点として、上記Ｚが、それぞれ独立して下記式（４）、式（５）、又は式（６）：

（式中、ｎはそれぞれ０乃至４の整数であり、Ｒ_４は水素原子、メチル基、又はエチル基である。）で表される有機基である、第１観点乃至第５観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物、
第７観点として、上記フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）が、フルオレン骨格を有する単位構造を該ポリマー中に３０モル％以上含有するものである、第１観点乃至第６観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物、
第８観点として、第１観点乃至第７観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物を用いて作成された固体撮像素子、
第９観点として、第１観点乃至第７観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物を用いて作成されたマイクロレンズ、
第１０観点として、第１観点乃至第７観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物を用いて作成された液晶表示素子、及び
第１１観点として、第１観点乃至第７観点のいずれか一つに記載のネガ型感光性組成物を基板に塗布し、焼成し、露光し、そして現像する工程を含む第８観点乃至第１０観点に記載の電子材料の製造方法である。

　本発明のネガ型感光性組成物は、屈折率が高い塗膜を形成でき、その塗膜を熱処理した硬化膜は高透明性を有する。マイクロレンズ用の材料として好適に用いることができる。また、平坦化膜や感光性スペーサーにも好適である。

　本発明のネガ型感光性組成物より得られる塗膜の屈折率は６３３ｎｍで１．６以上であり、透明性は４００ｎｍ乃至７３０ｎｍの波長領域で８０％以上の透過率を有する。本発明のネガ型感光性組成物を用いて作成された固体撮像素子、マイクロレンズ又は液晶表示素子は、光の集光率及び取り出し効率を上げることが可能である。
　また、本発明の、ネガ型感光性組成物を用いた電子材料の製造方法により、光の集光率及び取り出し効率の高い、上記の固体撮像素子、マイクロレンズ、液晶表示素子などを製造することができる。

　本発明のネガ型感光性組成物は、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分を必須成分として、これらが（Ｄ）溶剤に溶解している。
　本発明では固形分は３乃至５０質量％、好ましくは５乃至４０質量％である。固形分とは本発明のネガ型感光性組成物から溶剤を除いた全成分の含有割合である。固形分中の上記ポリマー（Ａ）の含有量は１０乃至９０質量％、好ましくは３０乃至９０質量％である。

　（Ａ）成分のフルオレン骨格を有する光重合性ポリマーは、式（１）の単位構造を有する。
　式（１）中、置換基Ｒ_１はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｘは末端に不飽和結合を含む有機基であり、Ｙはテトラカルボン酸二無水物から酸基（即ちカルボキシル基）を除いた二価の連結基である。

　上記Ｘとしては式（３）に例示された有機基が挙げられ、Ｒ_３は水素原子、メチル基、又はエチル基が挙げられる。

　上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｉ－プロピル基、シクロプロピル基、ｎ－ブチル基、ｉ－ブチル基、ｓ－ブチル基、ｔ－ブチル基、シクロブチル基、１－メチル－シクロプロピル基、２－メチル－シクロプロピル基、ｎ－ペンチル基、１－メチル－ｎ－ブチル基、２－メチル－ｎ－ブチル基、３－メチル－ｎ－ブチル基、１，１－ジメチル－ｎ－プロピル基、１，２－ジメチル－ｎ－プロピル基、２，２－ジメチル－ｎ－プロピル基、１－エチル－ｎ－プロピル基、シクロペンチル基、１－メチル－シクロブチル基、２－メチル－シクロブチル基、３－メチル－シクロブチル基、１，２－ジメチル－シクロプロピル基、２，３－ジメチル－シクロプロピル基、１－エチル－シクロプロピル基、２－エチル－シクロプロピル基、ｎ－ヘキシル基、１－メチル－ｎ－ペンチル基、２－メチル－ｎ－ペンチル基、３－メチル－ｎ－ペンチル基、４－メチル－ｎ－ペンチル基、１，１－ジメチル－ｎ－ブチル基、１，２－ジメチル－ｎ－ブチル基、１，３－ジメチル－ｎ－ブチル基、２，２－ジメチル－ｎ－ブチル基、２，３－ジメチル－ｎ－ブチル基、３，３－ジメチル－ｎ－ブチル基、１－エチル－ｎ－ブチル基、２－エチル－ｎ－ブチル基、１，１，２－トリメチル－ｎ－プロピル基、１，２，２－トリメチル－ｎ－プロピル基、１－エチル－１－メチル－ｎ－プロピル基、１－エチル－２－メチル－ｎ－プロピル基、シクロヘキシル基、１－メチル－シクロペンチル基、２－メチル－シクロペンチル基、３－メチル－シクロペンチル基、１－エチル－シクロブチル基、２－エチル－シクロブチル基、３－エチル－シクロブチル基、１，２－ジメチル－シクロブチル基、１，３－ジメチル－シクロブチル基、２，２－ジメチル－シクロブチル基、２，３－ジメチル－シクロブチル基、２，４－ジメチル－シクロブチル基、３，３－ジメチル－シクロブチル基、１－ｎ－プロピル－シクロプロピル基、２－ｎ－プロピル－シクロプロピル基、１－ｉ－プロピル－シクロプロピル基、２－ｉ－プロピル－シクロプロピル基、１，２，２－トリメチル－シクロプロピル基、１，２，３－トリメチル－シクロプロピル基、２，２，３－トリメチル－シクロプロピル基、１－エチル－２－メチル－シクロプロピル基、２－エチル－１－メチル－シクロプロピル基、２－エチル－２－メチル－シクロプロピル基及び２－エチル－３－メチル－シクロプロピル基等が挙げられる。

　ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が挙げられる。

　Ｙはテトラカルボン酸二無水物から酸基を除いた部分からなる連結基であるが、上記テトラカルボン酸二無水物としては、２，２－ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロイソプロピリデン二無水物、４，４’－ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、１，２，６，７－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、３，４－ジカルボキシ－１，２，３，４－テトラヒドロ－１－ナフタレンコハク酸二無水物、２，２－ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）フルオレン二無水物等に代表される芳香族テトラカルボン酸二無水物成分、または１，２，３，４－シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２－ジメチル－１，２，３，４－シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４－テトラメチル－１，２，３，４－シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４－シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，４，５－シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、５－（２，５－ジオキソテトラヒドロフリル）－３－メチル－３－シクロヘキセン－１，２－ジカルボン酸二無水物、２，３，５－トリカルボキシ－２－シクロペンタン酢酸二無水物、ビシクロ［２．２．２］オクト－７－エン－２，３，５，６－テトラカルボン酸二無水物、２，３，４，５－テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、３，５，６－トリカルボキシ－２－ノルボルナン酢酸二無水物の様な脂環式テトラカルボン酸二無水物成分を挙げることができるが、それらに限定されるものではない。特に好ましくは、３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物のような芳香族テトラカルボン酸二無水物である。

　（Ａ）成分のフルオレン骨格を有する光重合性ポリマーは、例えばビスフェノールフルオレンにエピクロルヒドリンを反応させ、ビスフェノールフルオレン型エポキシ化合物を製造する。

　更に不飽和カルボン酸を反応させ、ビスフェノールフルオレン型エポキシアクリル酸エステルを製造し、更にテトラカルボン酸二酸無水物を反応させて縮重号物を得ることができる。

　上記ポリマー（Ａ）は該ポリマー中にフルオレン骨格を有する単位構造を５０モル％含むことを基本とするが、中間原料であるエポキシアクリル酸エステルがフルオレンを含有しない化合物とフルオレンを含有する化合物の混合物を使用し、それらとテトラカルボン酸二酸無水物と反応させてフルオレン骨格を有する単位構造を該ポリマー中に５０モル％以下の割合で含有することができる。またフルオレン骨格を有する単位構造を含むエポキシアクリル酸エステルと、フルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物を反応させることにより該ポリマー中に５０モル％以上の割合で含有させることができる。従って、上記ポリマー（Ａ）はフルオレン骨格を有する単位構造は、３０モル％以上、または３０乃至８０モル％、または３０乃至１００モル％とすることができる。

　中間原料であるエポキシアクリル酸エステルがフルオレンを含有しない化合物としては、１，４－ジヒドロキシベンゼンや１，４－ジヒドロキシシクロヘキサンとエピクロリヒドリンとの反応生成物に、更に不飽和カルボン酸（例えばアクリル酸やメタクリル酸）を反応させ得られる生成物を用いることができる。

　式（１）で表される化合物は例えば式（１）において、Ｘがビニルカルボニルオキシ基であり、Ｙがビフェニル基であり、Ｌは０であるポリマー（式（７））を用いることができる。

　このポリマーは重量平均分子量２０００乃至４００００，好ましくは３０００乃至５０００程度の範囲のものを用いることができる。

　本発明に用いられるフルオレン骨格を有するモノマー（Ｂ）は上記式（２）の化合物を用いることができる。

　式（２）において、置換基Ｒ_２はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｚは末端に不飽和結合、例えばビニル基を有する有機基である。ｍは１乃至５の整数である。この有機基としては式（４）乃至式（６）に例示された有機基を挙げることができる。またアルキル基及びハロゲン原子は上記例示されたものを用いることができる。

　上記モノマー（Ｂ）の添加量は、ポリマー（Ａ）の１００質量部に対して１０乃至２００質量部、好ましくは２０乃至１００質量部、より好ましくは３０乃至７０質量部である。

　モノマー（Ｂ）は架橋性化合物として作用し、その含有量が１０質量部以下の場合には、架橋性化合物によって形成される架橋の密度が十分ではないため、パターン形成後の耐熱性、耐溶剤性、長時間焼成耐性等の耐プロセス性を向上させる効果が得られない場合がある。一方、２００質量部を超える場合には、未架橋の架橋性化合物が存在し、解像度が低下又はパターン形成後の耐熱性、耐溶剤性、長時間焼成耐性等の耐プロセス性が低下し、また、感光性樹脂組成物の保存安定性が悪くなる場合がある。

　式（２）としては例えば式（２）において、Ｚが－ＯＣ_２Ｈ_４－Ｏ－ＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ_２であり、ｍが２であり、Ｌが０であるモノマー（式（８））を用いることができる。これらの化合物は市販品を用いることができる。

　モノマー（Ｂ）に、次の重合性不飽和基を有する化合物（Ｂ’）と併用することが出来る。具体的には、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、トリ（メタ）アクリロイルオキシエトキシトリメチロールプロパン、グリセリンポリグリシジルエーテルポリ（メタ）アクリレート等の重合性不飽和基を分子内に３個有する化合物、さらに、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイドビスフェノールＡ型ジ（メタ）アクリレート、プロピレンオキサイドビスフェノール型ジ（メタ）アクリレート、１，６－へキサンジオールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート等の重合性不飽和基を分子内に２個有する化合物、加えて、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、２－フェノキシ－２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２－（メタ）アクリロイルオキシ－２－ヒドロキシプロピルフタレート、３－クロロ－２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、グリセリンモノ（メタ）アクリレート、２－（メタ）アクリロイルオキシエチルリン酸エステル、Ｎ－メチロール（メタ）アクリルアミド等の重合性不飽和基を分子内に１個有する化合物が挙げられる。
　これらの架橋性化合物（Ｂ’）の導入量は、樹脂（Ａ）成分１００重量部に対して１乃至１００重量部の範囲で添加することでより良好なレジストパターンが形成される。

　本発明のネガ型感光性組成物は光重合開始剤（Ｃ）を含有する。
上記光重合開始剤（Ｃ）は用いる露光又は熱により、ラジカルを発生する材料は下記に示すようなラジカル開始剤である。

　光重合開始剤（Ｃ）は光ラジカル発生剤が好ましく、例えば、ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシ－ｉｓｏ－ブタレート、２，５－ジメチル－２，５－ビス（ベンゾイルジオキシ）へキサン、１，４－ビス［α－（ｔｅｒｔ－ブチルジオキシ）－ｉｓｏ－プロポキシ］ベンゼン、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシド、２，５－ジメチル－２，５－ビス（ｔｅｒｔ－ブチルジオキシ）へキセンヒドロペルオキシド、α－（ｉｓｏ－プロピルフェニル）－ｉｓｏ－プロピルヒドロペルオキシド、２，５－ジメチルへキサン、ｔｅｒｔ－ブチルヒドロペルオキシド、１，１－ビス（ｔｅｒｔ－ブチルジオキシ）－３，３，５－トリメチルシクロへキサン、ブチル－４，４－ビス（ｔｅｒｔ－ブチルジオキシ）バレレート、シクロへキサノンペルオキシド、２，２’，５，５’－テトラ（ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３’，４，４’－テトラ（ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３’，４，４’－テトラ（ｔｅｒｔ－アミルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３’，４，４’－テトラ（ｔｅｒｔ－ヘキシルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３’－ビス（ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシカルボニル）－４，４’－ジカルボキシベンゾフェノン、ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシベンゾエート、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルジペルオキシイソフタレート等の有機過酸化物や、９，１０－アントラキノン、１－クロロアントラキノン、２－クロロアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、１，２－ベンズアントラキノン等のキノン類や、ベンゾインメチル、ベンゾインエチルエーテル、α－メチルベンゾイン、α－フェニルベンゾイン等のベンゾイン誘導体などを挙げることができる。

　特に好ましくはオキシムエステル系化合物である。１，２－オクタンジオン－１－（４－（フェニルチオ）－２－（オルトーベンゾイルオキシム））、エタノン－１－（９－エチル－６－（２－メチルベンゾイル）－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）－１－（オルト－アセチルオキシム）などが挙げられる。

　これら光重合開始剤（Ｃ）は単独で用いる事も、２種類以上組み合わせて用いる事も出来る。また、その導入量は、ポリマー（Ａ）成分１００質量部に対して１乃至２００質量部、好ましくは１乃至１００質量部の範囲で選ばれる。この量が１質量部未満の場合では、架橋反応が十分に進行せず、所望のレジストパターンが得られ難く、また２００質量部を超えた場合では、レジスト組成物の保存安定性に劣る。そのため、光重合開始剤の導入量は樹脂（Ａ）成分１００質量部に対して１乃至２００質量部であることが好ましい。

　さらに任意成分として光増感剤を用いることができる。それらは従来から公知の光増感剤を用いることができる。例えば、チオキサンテン系、キサンテン系、ケトン系、チオピリリウム塩系、ベーススチリル系、メロシアニン系、３－置換クマリン系、３，４－置換クマリン系、シアニン系、アクリジン系、チアジン系、フェノチアジン系、アントラセン系、コロネン系、ベンズアントラセン系、ぺリレン系、メロシアニン系、ケトクマリン系、フマリン系、ボレート系が挙げられる。これらは、単独で用いる事も、２種類以上組み合わせて用いる事も出来る。

　本発明に用いる溶剤（Ｄ）は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分を溶解するものであれば特に限定されない。

　そのような溶剤の具体例としては、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、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、プロピレングリコール、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メチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、２－ヒドロキシプロピオン酸エチル、２－ヒドロキシ－２－メチルプロピオン酸エチル、エトシキ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、２－ヒドロキシ－３－メチルブタン酸メチル、３－メトキシブチルアセテート、３－メトキシプロピオン酸メチル、３－メトキシプロピオン酸エチル、３－エトキシプロピオン酸エチル、３－エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等を挙げることができる。これらの溶剤は単独または２種以上の組合せで使用することができる。

　これらの溶剤の中でプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル及びシクロヘキサノンが塗膜のレベリング性の向上に対して好ましい。

　また、沸点２００℃以上の溶剤のうち少なくとも１種を併用することもできる。その際、上記の沸点２００℃以上の溶剤は、ネガ型感光性組成物中に含まれる全溶剤の１乃至５０質量％が好ましく、より好ましくは５％乃至４０質量％である。５０質量％以上では良好な塗膜のレベリング性を得られにくい場合があり、１質量％以下では前記の効果が得られない場合がある。

　沸点２００℃以上の溶剤の具体例として、Ｎ－メチルピロリドン、γ－ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノエチルエーテル（エチルカルビトール）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルカルビトール）、アセトアミド、ベンジルアルコール等を挙げることができる。

　本発明のネガ型感光性組成物は、塗布性を向上させる目的で、界面活性剤（Ｅ）を添加することができる。このような界面活性剤は、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤など特に限定されない。（Ｅ）成分として、前記界面活性剤のうち１種又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの界面活性剤の中で、塗布性改善効果の高さからフッ素系界面活性剤が好ましい。

　フッ素系界面活性剤の具体例としては、エフトツプＥＦ３０１、ＥＦ３０３、ＥＦ３５２（（株）トーケムプロダクツ製　商品名）、メガフアツクＦ１７１、Ｆ１７３、Ｒ－３０（大日本インキ化学工業工業（株）製　商品名）、フロラードＦＣ４３０、ＦＣ４３１（住友スリーエム（株）製　商品名）、アサヒガードＡＧ７１０、サーフロンＳ－３８２、ＳＣ１０１、ＳＣ１０２、ＳＣ１０３、ＳＣ１０４、ＳＣ１０５、ＳＣ１０６（旭硝子（株）製　商品名）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

　本発明のネガ型感光性組成物における（Ｅ）成分の添加量は、（Ａ）成分の１００質量部に対して、０．０１乃至５質量部、好ましくは０．０１乃至３質量部、より好ましくは０．０１乃至２質量部である。界面活性剤の添加量が５質量部よりも多いと塗膜にムラが起こる場合があり、０．０１質量部よりも下回る場合には添加の効果がなく、場合によっては塗膜にストリエーション等が発生することがある。

　本発明のネガ型感光性組成物は、現像後の基板との密着性を向上させる目的で、密着促進剤（Ｆ）を添加することができる。

　このような密着促進剤の具体例としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフエニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフエニルジメトキシシラン、フエニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、Ｎ，Ｎ’－ビス（トリメチルシリル）ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類、ビニルトリクロロシラン、γ－クロロプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ－（Ｎ－ピペリジニル）プロピルトリメトキシシラン等のシラン類、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、２－メルカプトベンズイミダゾール、２－メルカプトベンゾチアゾール、２－メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環状化合物や、１，１－ジメチルウレア、１，３－ジメチルウレア等の尿素、またはチオ尿素化合物を挙げることができる。

　（Ｆ）成分として、前記密着促進剤のうち１種又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの密着促進剤（Ｆ）の添加量は、（Ａ）成分の１００質量部に対して、通常、２０質量部以下、好ましくは０．０１乃至１０質量部、より好ましくは０．５乃至１０質量部である。２０質量部以上用いると塗膜の耐熱性が低下する場合ことがあり、また、０．１質量部未満では密着促進剤の十分な効果を得られない場合がある。

　更に、本発明のネガ型感光性組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じてその他の成分（Ｇ）を添加することができる。その他の成分（Ｇ）としては顔料、染料、保存安定剤、消泡剤や多価フェノール、多価カルボン酸等の溶解促進剤等を添加しても良い。

　本発明のネガ型感光性組成物は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、及び（Ｄ）溶剤を含有する。また、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、及び（Ｄ）溶剤に、更に必要に応じて（Ｅ）乃至（Ｇ）成分のうち１種以上を含有することができる。

　次に本発明の染料含有ネガ型組成物を用いた作製方法を説明する。
　本発明のネガ型感光性組成物を、スピナー法などで所望の膜厚を得る回転数でシリコンウエハーやガラス基板上に塗布し、ソフトベーク（焼成）を行う。ソフトベークは溶剤を蒸発させれば良く、５０乃至１５０℃の温度範囲で、３０秒乃至１０分間で行うことが好ましい。その後、マスクを介して、露光量１０乃至１０００ｍＪ／ｃｍ^２程度で露光する。露光には、例えば水銀ランプ等の紫外線、遠紫外線、電子線、もしくはＸ線等が用いられる。

　次に、現像を行う。現像方法としては、特に制限はなく、パドル法、ディッピング法、スプレー法等の公知の方法により行うことができる。現像温度は２０℃乃至３０℃の間が好ましく、現像液に１０秒乃至１０分間浸漬することが好ましい。現像液としては、有機溶剤またはアルカリ性水溶液などを用いることができる。具体的には、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチルアミン水溶液、ｎ－プロピルアミン水溶液、ジエチルアミン水溶液、ジ－ｎ－プロピルアミン水溶液、トリエチルアミン水溶液、メチルジエチルアミン水溶液、ジエタノールアミン水溶液、トリエタノールアミン水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、重炭酸ナトリウム水溶液、ケイ酸ナトリウム水溶液、メタケイ酸ナトリウム水溶液などが挙げられる。アルカリ成分が高すぎると現像性能力が強すぎ、ネガ型では露光部まで浸透してしまいパターン表面の荒れが起こりやすく、低すぎると現像能力が得られない。また、界面活性剤成分が高すぎると泡立ちやすくて現像ムラが発生しやすくなり、低すぎると現像性能力が得られない。

　現像後、水あるいは一般有機溶剤でリンスすることが好ましい。その後、乾燥することでパターンが形成される。ネガ型感光性組成物を用いた場合には、露光部が硬化し未露光部が溶解するネガ型のパターンが形成される。次に架橋促進させること、または、残存溶剤を除くため、ポストベークを行う。１５０乃至５００℃の温度範囲で、１分間乃至２時間行うのが好ましい。

実施例１
　５０ｍｌナス型フラスコにポリマー（Ａ）として上記式（７）のポリマー（重量平均分子量は３５００）５．４２ｇ、溶剤（Ｄ）としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート１６．０６ｇを入れ、室温で攪拌した。反応溶液中に不溶物は見られず、均一な溶液であった。

　その後、架橋性化合物であるモノマー（Ｂ）として式（８）のモノマー１．７０ｇ、光重合開始剤（Ｃ）として光ラジカル開始剤である「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　ＯＸＥ０１」（チバ・スペシャルティケミカル製、成分はオキシムエステル系。）０．４３ｇ、界面活性剤（Ｅ）としてメガファックＲ－３０（大日本インキ化学社製）０．０８６ｇを加え、さらに室温で攪拌し感光性組成物（１）を得た。溶液中には不溶物は見られず、均一な溶液が得られた。

　溶液の一部を０．２０μｍのフィルターを用いて濾過を行い、洗浄した試料瓶中に室温で１週間放置したところ、目視観察において異物は見られなかった。

　この感光性組成物（１）を０．２０μｍのフィルターを用いて濾過を行い、洗浄した試料瓶中に２日間放置した。その後、組成物を１００℃で１分間ヘキサメチルシラザン（以下ＨＭＤＳ）処理を行ったシリコンウエハー上にスピンコーターを用いて塗布した。１００℃で１分間ホットプレート上で焼成（ソフトベーク）して、膜厚３．５μｍの塗膜を形成した。この塗膜に紫外線照射装置ＰＬＡ－５０１（Ｆ）（キヤノン社製）により、３６５ｎｍにおける照射量が、１５０ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射した。その後、２３℃のＮＭＤ－３現像液（東京応化社製）で一定時間浸漬して現像し、さらに超純水流水洗浄を行った。現像後１０μｍのコンタクトホールが、残渣なく解像した。その後、２２０℃で３分間ホットプレート上でポストベークを行い、硬化膜を得た。シリコンウエハー上に形成された硬化膜上には、ナトリウムランプの下で目視観察を行ったところ異物は見られなかった。また、光学顕微鏡観察を行ったところ異物は見られなかった。また、基板をガラス基板に変更して同様評価を行ない、同様の硬化膜を得た。

　得られた硬化膜について、次の項目の評価を行なった。
（１）屈折率：
上記で得られた硬化膜について、ＤＵＶエリプソメーターにて６３５ｎｍにおける屈折率を測定した。屈折率は６３３ｎｍの波長で１．６１であった。
（２）透過率
上記で得られた硬化膜について、ＵＶ－２５５０で測定したところ、透過率は９４％であった。

　比較例１
　実施例１においてモノマー（Ｂ）である式（８）のモノマーの全量をジペンタエリスリトールに置き換えた以外は実施例１と同様に行った。
（１）屈折率：
上記で得られた硬化膜について、ＤＵＶエリプソメーターにて６３５ｎｍにおける屈折率を測定した。屈折率は６３３ｎｍの波長で１．５９であった。
（２）透過率
上記で得られた硬化膜について、ＵＶ－２５５０で測定したところ、透過率は９４％であった。

　比較例２
　実施例１においてモノマー（Ｂ）である式（８）のモノマーの全量を用いなかった以外は実施例１と同様に行った。
（１）屈折率：
上記で得られた硬化膜について、ＤＵＶエリプソメーターにて６３５ｎｍにおける屈折率を測定した。屈折率は６３３ｎｍの波長で１．５９であった。
（２）透過率
上記で得られた硬化膜について、ＵＶ－２５５０で測定したところ、透過率は９３％であった。

　本発明のネガ型感光性組成物より得られる硬化膜は、固体撮像素子の微細化及び車載などの耐候性に対応した材料であり、またＬＣＤの光取り出し効率を高める材料である。すなわち屈折率、耐熱性及び透明性の点で優れる。固体撮像素子およびＬＣＤ等に適用可能である。

Claims

フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）、フルオレン骨格を有するモノマー（Ｂ）、及び光重合開始剤（Ｃ）を含むネガ型感光性組成物。
上記フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）が、アルカリ現像液に可溶な部位を含む請求項１に記載のネガ型感光性組成物。
上記フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）が、下記式（１）：

（式中、Ｒ_１はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｘは末端に不飽和結合を含む有機基であり、Ｙはテトラカルボン酸二無水物から酸基を除いた部分からなる連結基である。）で表される単位構造を含むものである、請求項１に記載のネガ型感光性組成物。
上記フルオレン骨格を有するモノマー（Ｂ）が、下記式（２）：

　
（式中、Ｒ_２はそれぞれ炭素数１乃至１０のアルキル基又はハロゲン原子であり、Ｌはそれぞれ０乃至４の整数である。Ｚは末端に不飽和結合を含む有機基であり、ｍはそれぞれ１乃至５の整数である。ただし、Ｌ＋ｍは１乃至５の整数である。）で表される化合物である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物。
上記Ｘが、下記式（３）：

（式中、Ｒ_３は水素原子、メチル基、又はエチル基である。）で表される有機基である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物。
上記Ｚが、それぞれ独立して下記式（４）、式（５）、又は式（６）：

　
（式中、ｎはそれぞれ０乃至４の整数であり、Ｒ_４は水素原子、メチル基、又はエチル基である。）で表される有機基である、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物。
上記フルオレン骨格を有する光重合性ポリマー（Ａ）が、フルオレン骨格を有する単位構造を該ポリマー中に３０モル％以上含有するものである、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物を用いて作成された固体撮像素子。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物を用いて作成されたマイクロレンズ。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物を用いて作成された液晶表示素子。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のネガ型感光性組成物を基板に塗布し、焼成し、露光し、そして現像する工程を含む請求項８乃至請求項１０に記載の電子材料の製造方法。