以下で、適宜図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
〔金属線を有する基材の製造方法〕
本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法は、下記の(i)〜(iv)の工程を含んで構成される。そして、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法は、従来のフォトリソグラフィー法で必要とされた現像工程を含まないという特徴を有する。
(i)酸解離性基を有する重合体と酸発生剤とを含む膜形成組成物の塗膜を基材上に形成する工程
(ii)前記塗膜の所定部分に放射線照射を行う工程
(iii)前記放射線照射がなされた塗膜上に、線幅0.1μm〜20μmの金属線形成組成物の層を設ける工程
(iv)前記金属線形成組成物の層を加熱する工程
上述の(i)〜(iv)の各工程(以下、工程(i)、工程(ii)、工程(iii)、工程(iv)ともいう。)により、従来パターニングに必要である現像工程を用いることなく基材上に線幅0.1μm〜20μmの金属線を形成することができ、金属線を有する基材を製造することができる。
以下、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法が有する各工程について説明する。
[工程(i)]
図1は、基板上に形成された本発明の実施形態の感放射線性組成物の塗膜を模式的に示す断面図である。
本工程(i)は、基材の例である基板1上に酸解離性基を有する化合物および酸発生剤を含む膜形成組成物を塗布した後、好ましくは塗布面を加熱(プレベーク)することにより、基板1上に塗膜2を形成する工程である。ここで、上述の膜形成組成物は、酸解離性基を有する化合物および酸発生剤を含んで感放射線性を有することが好ましい。以下、感放射線性を備えた本発明に実施形態の膜形成組成物を感放射線性組成物とも称する。
工程(i)において、上述の感放射線性組成物を用いることにより、以下で説明する各工程において現像工程を行うことなく、基板1上に、後に金属線を形成するための凹部を形成することができる。
尚、感放射線性組成物については、この後、具体的に説明する。
使用できる基板1の材質としては、例えば、ガラス、石英、シリコン、樹脂等を挙げることができる。樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、環状オレフィンの開環重合体(ROMPポリマー)およびその水素添加物が挙げられる。
また、基板1としては、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法によって、ワイヤーグリッド型の偏光素子や表示素子等に利用可能な電極基板の提供を可能とすることから、それらの構成に好適な光透過性を備えた樹脂基板、ガラス基板が好ましい。
尚、基板1に感放射線性組成物を塗布する前に、必要に応じて基板表面を洗浄、粗面化、微少な凹凸面の付与等の前処理を施しておいてもよい。
感放射線性組成物の塗布方法としては特に限定されず、はけやブラシを用いた塗布法、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法、バー塗布法、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、ディスペンス法等の適宜の方法を採用することができる。これらの塗布方法の中でも、特にスリットダイ塗布法またはスピンコート法が好ましい。
工程(i)で形成される塗膜2の厚みは、所望の用途に応じ適宜調整すればよいが、好ましくは0.01μm〜5μm、より好ましくは0.05μm〜3μmである。
プレベークの条件は、用いる感放射線性組成物の組成等によっても異なるが、好ましくは60℃〜120℃で1分間〜10分間程度である。
[工程(ii)]
工程(ii)は、工程(i)で形成した塗膜2の少なくとも一部に放射線を照射して露光を行う工程である。
図2は、基板上の本発明の実施形態の感放射線性組成物の塗膜の露光を模式的に説明する断面図である。
工程(ii)では、図2に示すように、基板1上の塗膜2の一部に放射線が照射され、放射線照射部3と放射線未照射部3−2とを有する塗膜2aが形成される。
工程(ii)では、形成したい金属線の形状と同様の形状の放射線照射部3が形成されるように、所定のパターンを有するフォトマスクを介して、または直描式露光装置を用いて所定のパターンを描画露光することができる。
このとき、塗膜2aの放射線照射部3の線幅は、後述する工程(iii)で塗膜上に線幅0.1μm以上20μm以下、すなわち、線幅0.1μm〜20μmの金属線形成組成物の層を設けるのに好適となるように、0.1μm以上20μm以下、すなわち、0.1μm〜20μmとすることが好ましい。そして、本実施形態の金属線を有する基材の製造方法を用い、金属線からなる金属格子の周期が0.1μmより大きく200μm以下である本発明の実施形態の偏光素子を提供する場合には、線幅0.1μm〜20μmの放射線照射部3を格子状に0.1μmより大きく200μm以下の周期で配列させて設けることが好ましい。特に、製造される金属線を有する基材において、金属線の線幅と隣接する金属線間の距離が等しく形成されて、金属線の配列の周期が金属線の線幅の2倍に設定される場合、塗膜2aの放射線照射部3は、線幅が0.1μm〜20μmとされ、格子状に0.2μm〜40μmの周期で配列されることが好ましい。
本工程(ii)において、露光に使用される放射線としては、線幅0.1μm〜20μmの所定のパターンを描画露光できるように、紫外線、遠紫外線、荷電粒子線、X線等を使用できる。
工程(ii)により、図1の塗膜2中に存在する酸解離性基が酸発生剤の効果により脱離し揮発する。その結果、図2に示すように、放射線照射部3の膜厚が放射線未照射部3−2の膜厚に比べ薄くなり、凹部からなる凹パターンが形成される。このとき、酸解離性基がフッ素原子を有していれば、工程(i)で得られた塗膜2および放射線未照射部3−2は撥液性を示すが、放射線照射部3は酸解離性基の消失に伴い、放射線未照射部3−2に比べ親液性となる。
したがって、工程(i)において、使用する感放射線性組成物が、フッ素原子を含む酸解離性基を有する重合体を含む場合には、工程(ii)により、基板1上に、撥液性の放射線未照射部3−2と、放射線未照射部3−2より親液性の凹部である放射線照射部3とを有する塗膜が形成される。
図3は、一部が露光された本発明の実施形態の感放射線性組成物の塗膜の加熱を模式的に説明する断面図である。
工程(ii)では、図2に示す露光の後、図3に示す加熱の工程を設けることができる。
工程(ii)では、露光後の塗膜を加熱することで、工程(ii)の放射線照射部であった部分に相当する凹部13と、工程(ii)の放射線未照射部であった部分に相当する凸部12とを有する塗膜を形成することができる。
この加熱の工程により、図2の露光後の放射線照射部3において生じた、酸解離性基が酸発生剤の効果により脱離した成分をさらに揮発させることができる。その結果、図2の放射線照射部3における凹状のくぼみがさらに深化し(凹部13の膜厚がさらに薄くなり)、凹部13の膜厚が前記凸部12の膜厚に対して10%以上薄い形状の塗膜を形成することができる。
工程(i)において、使用する感放射線性組成物が、フッ素原子を含む酸解離性基を有する重合体を含む場合には、工程(ii)の加熱の工程により、基板上に、撥液性の凸部12と、該部分より親液性の凹部13とを有する塗膜が形成される。そして、このような塗膜上に液状の金属線形成材料の層を形成すると、凸部12と凹部13の膜厚差が大きいため、塗膜表面の凹凸により凹部13上に該金属線形成材料が集まりやすくなる。加えて、この塗膜表面形状の効果だけではなく、該表面の親液・撥液性により、凹部13上に該金属線形成材料が集まりやすくなり、所望される形状の金属線形成組成物の層、具体的には高精細な金属線形成組成物の層を形成しやすくなる。
また、工程(i)において、使用する感放射線性組成物が、フッ素原子を含む酸解離性基を有する重合体を含む場合には、上述した放射線の照射による露光によって、フッ素原子を有する基が脱離することなる。この脱離基は比較的揮発し易いため、工程(ii)の加熱の工程により簡便に、凸部12と凹部13の膜厚差の大きい塗膜を形成することができる。
工程(ii)の加熱の工程における塗膜を加熱する方法としては、例えば、該塗膜付の基板1を、ホットプレート、バッチ式オーブンまたはコンベア式オーブンを用いて加熱する方法、ドライヤー等を用いて熱風乾燥する方法、真空ベークする方法が挙げられる。
前記加熱の工程における加熱の条件は、工程(i)で用いる感放射線性組成物の組成や、工程(ii)での塗膜の厚み等によっても異なるが、好ましくは60℃〜150℃で3分間〜30分間程度である。
工程(ii)の加熱の工程では、凹部13の膜厚が前記凸部の膜厚に対して、好ましくは10%以上薄い、より好ましくは11%以上薄い、さらに好ましくは12%〜70%薄い形状の塗膜を形成することが望ましい。得られる塗膜がこのような形状を有していると、凹部13に金属線形成材料の層を形成する際に、塗膜表面の凹凸の段差により、凹部13から該金属線形成材料が溢れ出にくく、また、凹部13以外の箇所に該金属線形成材料が残りにくくなるため、多量の金属線形成組成物を用いて高精細な金属線形成組成物の層を形成することができ、多量の金属線形成組成物を用いても高精細な金属線を得ることができる。
尚、工程(ii)の加熱の工程で得られる凹部13の膜厚は、所望の用途に応じ適宜調整すればよいが、好ましくは0.01μm〜18μm、より好ましくは0.05μm〜15μmである。
前記凹部13表面と凸部12表面のテトラデカンに対する接触角差(凸部12表面の接触角−凹部13表面の接触角)は、好ましくは30°以上であり、より好ましくは40°以上、さらに好ましくは50°以上である。接触角差が前記範囲にあることにより、後述する工程(iii)において、凸部12表面にも液状の金属線形成材料の層を形成した場合であっても、撥液部である凸部12において、該金属線形成材料をはじき、親液部である凹部13に該金属線形成材料が移動しやすくなることにより、凹部13に沿った金属線形成材料の層の形成が可能となる。そして、その後、凹部13に沿った金属線の形成が可能となる。
尚、凹部13表面および凸部12表面とは、それぞれ図3で示すように、基板1上に形成された塗膜の、基板1に接する側とは反対側の表面のことをいう。
得られる凹部13と凸部12が、凹部13の膜厚が前記凸部12の膜厚に対して10%以上薄く、かつ、凹部13表面と凸部12表面のテトラデカンに対する接触角差が30°以上という条件を満たすと、前記と同様の理由から、多量の金属線形成材料を凹部13上のみに容易に塗布することが可能となる。
[工程(iii)]
図4は、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法における金属線形成材料の層の形成を模式的に説明する断面図である。
工程(iii)では、工程(ii)で放射線照射がなされた塗膜上に、金属線形成組成物4の層5を設ける。このとき、図4に示す例のように、好ましくは、工程(ii)の加熱の工程によって形成された凹部13上に金属線形成材料4の層5を形成する。
そして、図2に示した塗膜2aの放射線照射部3の線幅は、0.1μm〜20μmとされている。したがって、本工程(iii)では、図4に示す例のように、塗膜の凹部13上に、線幅0.1μm〜20μmの金属線形成組成物4の層5が設けられる。そして、本実施形態の金属線を有する基材の製造方法を用い、金属線からなる金属格子の周期が0.1μmより大きく200μm以下である本発明の実施形態の偏光素子を提供する場合には、線幅0.1μm〜20μmの金属線形成組成物4の層5をストライプ状に0.1μmより大きく200μm以下の周期、すなわち、0.1μmより大きく200μm以下の形成ピッチで配列させることが好ましい。特に、製造される金属線を有する基材において、金属線の線幅と隣接する金属線間の距離が等しく形成されて、金属線の配列の周期が金属線の線幅の2倍に設定される場合、金属線形成組成物4の層5は、線幅が0.1μm〜20μmとされ、格子状に0.2μm〜40μmの周期で配列されることが好ましい。
尚、金属線形成組成物4については、後に具体的に説明する。
本工程において、放射線照射がなされた塗膜上に、金属線形成組成物4の層5を設ける方法としては、特に限定されず、公知の塗布法を用いることができる。
前記塗布の方法としては、特に限定されず、例えば、はけやブラシを用いた塗布法、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法、バー塗布法、スキージ法、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、ディスペンス法等の適宜の方法を採用することができる。この中でも特にディッピング法、スプレー法、スピンコート法、スリットダイ塗布法、オフセット印刷、インクジェット印刷、ディスペンス法が好ましい。
また、上述した塗布法に依らず、例えば、凹部13を有する塗膜を備えた基板1上に、液状の金属線形成組成物4を垂らすまたは振りかける等して供給すれば、金属線形成組成物4の層5を設けることができる。
上述の工程(ii)による塗膜の形成された基板1では、例えば、撥液性の凸部12とそれより親液性の凹部13とを有するため、本工程(iii)において液状の金属線形成材料4を用いる場合には、前記いずれの方法を用いても、凸部12では該金属線形成材料4がはじかれ、凹部13に集まりやすいため、凹部13に沿って金属線形成材料4の層5が形成された状態となる。
[工程(iv)]
工程(iv)は、工程(iii)で得られた金属線形成材料の層の形成された基板を加熱する工程である。
図5は、基板上に形成された本発明の実施形態のパターンを模式的に示す断面図である。
この工程(iv)により金属線形成材料の層からパターン6が形成されて、これが金属線となる。その結果、本工程(iv)において、金属線を有する基板が製造される。このとき、基板1上の凸部12は、上述したように感放射線性組成物から形成されて光透過性を有することができ、基板1上に光透過性の領域を形成することができる。
前記加熱の温度としては特に限定されないが、190℃以下が好ましい。また、基板1として、ポリエチレンテレフタレートなどの耐熱性に乏しいフィルムを用いる場合には、該フィルムの耐熱温度以下、具体的には150℃以下が好ましい。
また、加熱時間も特に制限されないが、1分間〜120分間が好ましく、3分間〜60分間がより好ましい。
前記加熱の方法としては、例えば、ホットプレート、バッチ式オーブンまたはコンベア式オーブンを用いて加熱する方法、ドライヤー等を用いて熱風乾燥する方法、真空ベークする方法が挙げられる。
本工程(iv)により形成された金属線のパターン6は、密着性等の特性に優れ、高精細な金属線や電極の形成に有効となる。そして、金属線のパターン6は、図4に示した工程(iii)における金属線形成組成物4の層5の線幅に基づいて、線幅が、例えば、0.1μm〜20μmとなる。そして、本実施形態の金属線を有する基材の製造方法を用い、金属線からなる金属格子の周期が0.1μmより大きく200μm以下である本発明の実施形態の偏光素子を提供する場合には、線幅0.1μm〜20μmのパターン6をストライプ状に0.1μmより大きく200μm以下の周期、すなわち、0.1μmより大きく200μm以下の形成ピッチで配列させることが好ましい。特に、製造される金属線を有する基材において、金属線の線幅と隣接する金属線間の距離が等しく形成されて、金属線の配列の周期が金属線の線幅の2倍に設定される場合、パターン6は、線幅が0.1μm〜20μmとされ、格子状に0.2μm〜40μmの周期で配列されることが好ましい。
そして、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法によって製造された金属線を有する基板は、後述するように、ワイヤーグリッド型の偏光素子として、または、表示素子等に利用可能な電極基板として使用することができる。
〔感放射線性組成物〕
本発明の実施形態の感放射線性組成物は、上述したように、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法に用いられる膜形成組成物の例であって、金属線を有する基材の提供に用いられ、ひいては、ワイヤーグリッド型の偏光素子や電極基板等の提供に用いられる。
本発明の実施形態の感放射線性組成物(以下、単に、感放射線性組成物と称することがある。)は、本発明の実施形態の酸解離性基を有する重合体(以下、単に、[A]重合体と称することがある。)を成分として含有する。
感放射線性組成物は、[A]重合体のほか、溶剤を含有することができる。また、感放射線性組成物は、酸発生剤を含むことができる。さらに、感放射線性組成物は、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物を含むことができ、また、感放射線性重合開始剤を含むことができる。
感放射線性組成物は、溶剤(以下、[B]溶剤と称することがある。)を含有することで液状を呈し、塗布によって塗膜を形成し、容易に金属線形成のための、所謂、下地層を形成することができる。
また、感放射線性組成物は、酸発生剤(以下、[C]酸発生剤と称することがある。)を含有することで、所望とする高感度の感放射性を有することができる。また、酸発生剤の補助材料としてさらに増感剤(以下、[D]増感剤と称することがある。)を含んでもよい。さらに、酸発生剤からの酸の拡散抑制材としてクエンチャー(以下、[E]クエンチャーと称することがある。)を含むことができる。
さらに、感放射線性組成物は、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物(以下、[F]重合性化合物と称することがある。)を含有することができる。またさらに、感放射線性組成物は、感放射線性重合開始剤(以下[G]感放射線性重合開始剤と称することがある。)を含有することができる。
そして、感放射線性組成物は、本発明の効果を損なわない限り、その他の任意成分を含有することができる。
感放射線性組成物の粘度(温度:20℃、剪断速度:10sec−1)は、所望の塗布方法および形成したい塗膜の膜厚等によって調節すればよい。膜厚0.5μm〜2μmの塗膜を形成する場合であって、塗布方法としてスピンコート法を用いる場合、好ましくは5cP(0.003Pa・s)〜20cP(0.02Pa・s)を例示でき、塗布方法としてスリットダイ塗布法を用いる場合、好ましくは1cP(0.001Pa・s)〜20cP(0.01Pa・s)を例示できる。
<[A]重合体>
本発明の実施形態の感放射線性組成物の成分となる[A]酸解離性基を有する重合体([A]重合体)は、アセタール結合およびヘミアセタールエステル結合の群から選ばれる少なくとも1つの構造単位を含む基を有する。より具体的には下記式(1−1)、(1−2)で示される構造単位を含むことが好ましい。
(式(1−1)および式(1−2)中、R
1およびR
2はそれぞれ独立して、水素原子またはメチル基を示し、Rfは独立して、フッ素原子で置換された有機基を示す。*は、結合部位を示す。)
アセタール結合を含む化合物は、アルコールと基CH2=C(R1)−O−を有する化合物とを反応させることで得ることができ、ヘミアセタールエステル結合を含む化合物は、カルボン酸と基CH2=C(R1)−O−を有する化合物とを反応させることで得ることができる。
前記Rfとしては、フッ素原子を有する有機基が挙げられる。
前記Rfとしては、下記式(1−1−1)〜(1−1−33)で示す基が好ましい。
[A]重合体は、前駆体である水酸基を有する化合物の水酸基に、下記式(1)で示されるビニルエーテル化合物(以下、「化合物(1)」と称することがある。)に由来する保護基が導入されてなる構造を有することが好ましい。また、[A]重合体は、前駆体であるカルボキシル基を有する化合物のカルボキシル基に、化合物(1)に由来する保護基が導入されてなる構造を有していてもよい。
これらの化合物(以下、「化合物(a)」と称することがある。)、特に前駆体として水酸基を有する化合物は、熱による保護基の脱離が生じ難いという性質を備え、一方で、放射線照射による保護基の脱離の制御ができるという性質を備えるため、[A]重合体の形成に好適に使用できる。さらに、化合物(a)は、[A]重合体を形成した場合、後述する[C]酸発生剤との組み合わせによって、放射線照射による、より高精度の保護基の脱離の制御が可能となるため好ましい。
上記式(1)中、R0は、水素原子またはメチル基を示す。
上記式(1)中、RAは独立して、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、炭素数2〜12のアルケニレン基、炭素数6〜13の置換または非置換の芳香族炭化水素基、炭素数4〜12の置換または非置換の脂環式炭化水素基、または、これらの基の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された基を示す。
上記式(1)のRAにおける炭素数2〜12のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基等が挙げられる。
上記式(1)のRAにおける炭素数2〜12のアルケニレン基としては、ビニレン基、エテン−1,2−ジイル基、2−ブテン−1,4−ジイル等が挙げられる。
上記式(1)のRAにおける炭素数6〜13の置換または非置換の芳香族炭化水素基としては、フェニレン基、トリレン基、メシチレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基が挙げられる。
上記式(1)のRAにおける炭素数4〜12の置換または非置換の脂環式炭化水素基としては、(シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、ビシクロへキシル基)が挙げられる。
上記式(1)のRAにおける、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、炭素数6〜13の置換または非置換の芳香族炭化水素基または炭素数4〜12の置換または非置換の脂環式炭化水素基の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された基としては、前記で例示した基の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
上記式(1)のRAとしては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、フェニレン基、ビニレン基が好ましい。
上記式(1)中、RBは、炭化水素基の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された基を示す。
上記式(1)中、RBは、例えば、前記Rfにおける前記式(1−1−1)〜(1−1−33)で示す基、2,2,2−トリフルオロエチル基、4,4,5,5,6,6,6,−ヘプタフルオロへキシル基、1,2,2−トリフルオロビニル基が挙げられ、2,2,2−トリフルオロエチル基、前記式(1−1−1)の3,3,3−トリフルオロプロピル基、式(1−1−2)の4,4,4−トリフルオロブチル基、式(1−1−4)の3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル基、4,4,5,5,6,6,6−ヘプタフルオロヘキシル基、式(1−1−8)の3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル基、1,2,2−トリフルオロビニル基、式(1−1−29)の2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル基が好ましい。
上記式(1)中、xは0〜12の整数を示し、0〜9の整数が好ましく、0がより好ましい。
上述した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法の工程(i)で形成される塗膜は、[A]重合体に基づく特性を示し、[A]重合体の形成に上述の化合物(a)を用いる場合、該化合物(a)が有する保護基に由来する特性を示す。具体的には、[A]重合体を含む感放射線性組成物から塗膜を形成すると、まず、前記工程(i)において、撥液性の塗膜が形成され、この塗膜を放射線照射すると、露光部分では、[A]重合体中の保護基の脱離が生じ、保護基が脱離した部分では、水酸基やカルボキシル基が残って、保護基に起因した撥液性が失われる。
次に、[A]重合体を得るための方法について説明する。[A]重合体を得るための方法としては、前駆体となる化合物として重合体を用いる方法と、前駆体となる化合物としてモノマーを用いる方法の2つの方法が可能である。
前駆体となる化合物として重合体を用いる方法では、前駆体となる重合体が水酸基またはカルボキシル基を分子内に含有し、前駆体となる重合体の水酸基に前記化合物(1)を反応させることで[A]重合体を得ることができる。
また、前駆体となる化合物としてモノマーを用いる方法では、前駆体となるモノマーが分子内に水酸基またはカルボキシル基を含有し、前駆体となるモノマーの水酸基またはカルボキシル基に前記化合物(1)を反応させた後、得られたモノマーを重合させることで[A]重合体を得ることができる。
以下、[A]重合体を得るための2つの方法について、より具体的に説明する。
(1)前駆体となる化合物として重合体を用いる方法
この方法では、水酸基またはカルボキシル基を有するモノマーを重合して水酸基またはカルボキシル基を有する重合体(前駆体)を得て、その後、前駆体となる重合体の水酸基またはカルボキシル基に前記化合物(1)を反応させて、[A]重合体を得る。
上述の水酸基を有するモノマーとしては、(メタ)アクリル酸エステルが好ましく、例えば、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシブチルメタクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシルエチルフタル酸、ジプロピレングリコールメタクリレート、ジプロピレングリコールアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート、シクロヘキサンジメタノールモノメタクリレート、エチルα−(ヒドロキシメチル)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、グリセリンモノメタクリレート、グリセリンモノアクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)モノメタクリレート、ポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)モノアクリレート、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールモノアクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)モノメタクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)モノアクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)モノメタクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)モノアクリレート、プロピレングリコールポリブチレングリコールモノメタクリレート、プロピレングリコールポリブチレングリコールモノアクリレート、p−ヒドロキシフェニルメタクリレート、パラヒドロキシフェニルアクリレートを挙げることができ、以下の株式会社ダイセル製のプラクセルFM1、プラクセルFM1D、プラクセルFM2D、プラクセルFM3、プラクセルFM3X、プラクセルFM4、プラクセルFM5、プラクセルFA1、プラクセルFA1DDM、プラクセルFA2D、プラクセルFA5、プラクセルFA10Lを挙げることができる。
上述のカルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−アクリロイルオキシエチルテトラヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルテトラヒドロフタル酸、2−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイルオキシプロピルフタル酸、2−メタクリロイルオキシプロピルフタル酸、2−アクリロイルオキシプロピルテトラヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシプロピルテトラヒドロフタル酸、2−アクリロイルオキシプロピルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシプロピルヘキサヒドロフタル酸を挙げることができる。
[A]重合体の前駆体となる、水酸基またはカルボキシル基を有する重合体は、上述の水酸基またはカルボキシル基を有するモノマーのみを用いて得ることができるほか、上述の水酸基またはカルボキシル基を有するモノマーと、水酸基またはカルボキシル基を有するモノマー以外のモノマーとを共重合して得ることができる。水酸基またはカルボキシル基を有するモノマー以外のモノマーとしては、(メタ)アクリル酸鎖状アルキルエステル、(メタ)アクリル酸環状アルキルエステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル、不飽和芳香族化合物、共役ジエン、テトラヒドロフラン骨格を含有する不飽和化合物、マレイミドおよびこれら以外のモノマー等を挙げることができる。
より具体的に説明すると、上述の(メタ)アクリル酸鎖状アルキルエステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸sec−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸n−ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸n−ステアリル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸sec−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸イソデシル、アクリル酸n−ラウリル、アクリル酸トリデシル、アクリル酸n−ステアリル等が挙げられる。
また、上述の(メタ)アクリル酸環状アルキルエステルとしては、例えば、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸2−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、メタクリル酸イソボルニル、シクロヘキシルアクリレート、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルアクリレート、イソボルニルアクリレート等が挙げられる。
また、上述の(メタ)アクリル酸アリールエステルとしては、例えば、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジルが挙げられる。
また、上述の不飽和芳香族化合物としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレンが挙げられる。
また、上述の共役ジエンとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエンが挙げられる。
また、上述のテトラヒドロフラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2−メタクリロイルオキシ−プロピオン酸テトラヒドロフルフリルエステル、3−(メタ)アクリロイルオキシテトラヒドロフラン−2−オンが挙げられる。
また、上述のマレイミドとしては、例えば、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−トリルマレイミド、N−ナフチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−ヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミドが挙げられる。
またそれ以外のモノマーとして、例えば、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシエチル、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシエチルアクリレートが挙げられる。
[A]重合体の前駆体となる、水酸基またはカルボキシル基を有する重合体を合成するための重合反応に用いられる溶媒としては、例えば、アルコール、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート、ケトン、エステルが挙げられる。
[A]重合体の前駆体となる、水酸基またはカルボキシル基を有する重合体を得るための重合反応においては、分子量を調整するために、分子量調整剤を使用できる。分子量調整剤としては、例えば、クロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素類;n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;ジメチルキサントゲンスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマーが挙げられる。
水酸基またはカルボキシル基を有する重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、1000〜30000が好ましく、5000〜20000がより好ましい。水酸基またはカルボキシル基を有する重合体のMwを上述の範囲とすることで、[A]重合体を含有する感放射線性組成物の感度を高めることができる。
次に、水酸基またはカルボキシル基を有する重合体の水酸基またはカルボキシル基に前記化合物(1)を反応させ、[A]重合体を得る方法は、下記式で示されるように、水酸基またはカルボキシル基にビニルエーテル基を付加させることによって行うことができる。
そして、[A]重合体を得る方法は、公知の方法を参考にすることができ、例えば、特開2005−187609号公報に記載される方法を参考とすることができる。
具体的には、水酸基を有する重合体の水酸基と前記化合物(1)のビニルエーテル基によってアセタール結合を生成して、または、カルボキシル基を有するモノマーのカルボキシル基と前記化合物(1)のビニルエーテル基によってヘキアセタールエステル結合を生成して、付加物を形成する。
例えば、水酸基またはカルボキシル基を有する重合体を適宜の有機溶媒中に溶解した後、重合体の有する水酸基またはカルボキシル基に対して等モルまたは過剰量の前記化合物(1)を加え、得られた反応混合物を0℃から室温(25℃)程度の温度に冷却した後、上述の有機溶媒と同じ溶媒に溶解させた酸(例えば、シュウ酸溶液)を触媒として滴下し、滴下終了後、室温下で1時間〜24時間攪拌し、反応させる。反応終了後、有機溶剤を除去することにより、目的の[A]重合体を得ることができる。
(2)前駆体となる化合物としてモノマーを用いる方法
この方法では、水酸基またはカルボキシル基を有するモノマーの水酸基またはカルボキシル基に前記化合物(1)を反応させて付加物を得て、それらを重合させることで、[A]重合体を得る。このような[A]重合体を得る方法は、公知の方法を参考にすることができる。例えば、特開2005−187609号公報に記載されているように、水酸基を有するモノマーの水酸基とビニルエーテル化合物のビニルエーテル基によってアセタール結合を生成して、または、カルボキシル基を有するモノマーのカルボキシル基と前記化合物(1)のビニルエーテル基によってヘキアセタールエステル結合を生成して、付加物を形成する。次いで、得られたモノマーを用いて、上述した水酸基またはカルボキシル基を有する重合体の製造方法と同様にして、[A]重合体を得ることができる。
以上のようにして得られる[A]重合体の好ましい例としては、下記式(2)〜(5)で示される構成単位よりなる群から選ばれる少なくとも1つを有する重合体を挙げることができる。
(式(2)〜(5)中、R
3は独立して、水素原子またはメチル基を示す。R
4は独立して、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、炭素数6〜13の芳香族炭化水素基、炭素数4〜12の置換または非置換の脂環式炭化水素基、または、これらの基の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された基を示す。R
5は独立して、炭化水素基の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された基を示す。mは0または1を示す。nは独立して0〜12を示す。)
そして、[A]重合体の好ましい例である、上記式(2)〜式(5)で示される構成単位よりなる群から選ばれる少なくとも1つを有する重合体の具体的な例としては、以下の重合体を挙げることができる。
[A]重合体は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
<[B]溶剤>
[B]溶剤としては特に限定されないが、[A]重合体のほか、後述する[C]酸発生剤および[F]重合性化合物等の各成分を均一に溶解または分散することができる溶剤が好ましい。
好適な[B]溶剤としては、アルコール系溶剤、エーテル類、ジエチレングリコールアルキルエーテル類、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、ケトン類およびエステル類等を挙げることができる。
上述のアルコール系溶剤としては、1−ヘキサノール、1−オクタノール、1−ノナノール、1−ドデカノール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール等の長鎖アルキルアルコール類;
ベンジルアルコール等の芳香族アルコール類;
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モノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;
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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類等を挙げることができる。
これらのアルコール系溶剤は、単独でまたは2種以上併用して使用することができる。
これらアルコール系溶剤のうち、特に塗工性向上の観点から、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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が好ましい。
上述のエーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、ヘキシルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、1,4−ジオキサンを挙げることができる。
上述のジエチレングリコールアルキルエーテル類としては、例えば、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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等を挙げることができる。
上述のエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類としては、例えば、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、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテー等を挙げることができる。
上述のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類としては、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ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アセテートを挙げることができる。
上述のプロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート類としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノブチルエーテルプロピオネートを挙げることができる。
上述の脂肪族炭化水素類としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカン、シクロヘキサン、デカリンを挙げることができる。
上述の芳香族炭化水素類としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−ブチルベンゼン、メシチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンを挙げることができる。
上述のケトン類としては、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンを挙げることができる。
上述のエステル類としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸ブチル、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メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸メチル、ヒドロキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、3−ヒドロキシプロピオン酸メチル、3−ヒドロキシプロピオン酸エチル、3−ヒドロキシプロピオン酸プロピル、3−ヒドロキシプロピオン酸ブチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸プロピル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸プロピル、エトキシ酢酸ブチル、プロポキシ酢酸メチル、プロポキシ酢酸エチル、プロポキシ酢酸プロピル、プロポキシ酢酸ブチル、ブトキシ酢酸メチル、ブトキシ酢酸エチル、ブトキシ酢酸プロピル、ブトキシ酢酸ブチル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸ブチル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル等を挙げることができる。
以上で挙げた[B]溶剤は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
[B]溶剤の使用量は、感放射線性組成物の[B]溶剤を除く成分100質量部に対して、好ましくは200質量部〜1600質量部、より好ましくは400質量部〜1000質量部である。[B]溶剤の使用量を上述の範囲内とすることによって、感放射線性組成物のガラス基板等に対する塗布性を向上し、さらに塗布ムラ(筋状ムラ、ピン跡ムラ、モヤムラ等)の発生を抑制し、膜厚均一性の向上した塗膜を得ることができる。
<[C]酸発生剤>
[C]酸発生剤は、少なくとも放射線の照射によって酸を発生する化合物である。感放射線性組成物が、[C]酸発生剤を含有することで、[A]重合体から酸解離性基を脱離させることができる。
[C]酸発生剤としては、例えば、オキシムスルホネート化合物、オニウム塩、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾメタン化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、カルボン酸エステル化合物等が挙げられる。
[C]酸発生剤は、単独でまたは2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
[オキシムスルホネート化合物]
上述のオキシムスルホネート化合物としては、下記式(6)で表されるオキシムスルホネート基を含む化合物が好ましい。
前記式(6)中、R11は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のフルオロアルキル基、炭素数4〜12の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20のアリール基、あるいはこれらのアルキル基、脂環式炭化水素基およびアリール基が有する水素原子の一部または全部が置換基で置換された基である。
上述のR11で表されるアルキル基としては、炭素数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基が好ましい。この炭素数1〜12の直鎖状または分岐状のアルキル基は置換基により置換されていてもよく、置換基としては、例えば、炭素数1〜10のアルコキシ基、7,7−ジメチル−2−オキソノルボルニル基等の橋かけ環式脂環基を含む脂環式基等が挙げられる。炭素数1〜12のフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプチルフルオロプロピル基等が挙げられる。
上述のR11で表される炭素数4〜12の脂環式炭化水素基は置換基により置換されていてもよく、置換基としては、例えば、炭素数1〜5のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子が挙げられる。
上述のR11で表される炭素数6〜20のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、トリル基、キシリル基が好ましい。上述のアリール基は置換基により置換されていてもよく、置換基としては、例えば、炭素数1〜5のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子が挙げられる。
前記式(6)で表されるオキシムスルホネート基を含有する化合物としては、例えば、下記式(6−1)、下記式(6−2)、下記式(6−3)で表されるオキシムスルホネート化合物が挙げられる。
前記式(6−1)、前記式(6−2)および前記式(6−3)中、R11は、上述した式(6)と同義である。前記式(6−1)、前記式(6−2)および前記式(6−3)中、R15は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のフルオロアルキル基である。
式(6−3)中、Xは、アルキル基、アルコキシ基またはハロゲン原子である。mは、0〜3の整数である。但し、Xが複数の場合、複数のXは同一であっても異なっていてもよい。
前記式(6−3)のXで表されるアルキル基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基が好ましい。上述のXで表されるアルコキシ基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルコキシ基が好ましい。上述のXで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子が好ましい。mとしては、0または1が好ましい。前記式(6−3)においては、mが1であり、Xがメチル基であり、Xの置換位置がオルト位である化合物が特に好ましい。
前記(6−3)で表されるオキシムスルホネート化合物としては、例えば、下記式(6−3−1)〜(6−3−5)で表される化合物等が挙げられる。
前記式(6−3−1)〜前記式(6−3−5)で表される化合物は、それぞれ(5−プロピルスルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−オクチルスルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(カンファースルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−p−トルエンスルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−オクチルスルフォニルオキシイミノ)−(4−メトキシフェニル)アセトニトリルであり、市販品として入手できる。
[オニウム塩]
[C]酸発生剤として好ましいオニウム塩としては、例えば、ジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、アルキルスルホニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、ジベンジルスルホニウム塩、置換ベンジルスルホニウム塩、ベンゾチアゾニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩が挙げられる。
上述したジフェニルヨードニウム塩としては、例えば、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロアセテート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホナート、ジフェニルヨードニウムブチルトリス(2,6−ジフルオロフェニル)ボレート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−p−トルエンスルホナート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホン酸が挙げられる。
上述したトリフェニルスルホニウム塩としては、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホン酸、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロアセテート、トリフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホナート、トリフェニルスルホニウムブチルトリス(2,6−ジフルオロフェニル)ボレートが挙げられる。
上述のアルキルスルホニウム塩としては、例えば、4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジメチル−4−(ベンジルオキシカルボニルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジメチル−4−(ベンゾイルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジメチル−4−(ベンゾイルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジメチル−3−クロロ−4−アセトキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートが挙げられる。
上述のベンジルスルホニウム塩としては、例えば、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−メトキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−2−メチル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートが挙げられる。
上述のジベンジルスルホニウム塩としては、例えば、ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−アセトキシフェニルジベンジルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−メトキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジベンジル−3−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−メトキシベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートが挙げられる。
上述の置換ベンジルスルホニウム塩としては、例えば、p−クロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−ニトロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−クロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、p−ニトロベンジル−3−メチル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、3,5−ジクロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、o−クロロベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートが挙げられる。
上述したベンゾチアゾニウム塩としては、例えば、3−ベンジルベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジルベンゾチアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、3−ベンジルベンゾチアゾニウムテトラフルオロボレート、3−(p−メトキシベンジル)ベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジル−2−メチルチオベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジル−5−クロロベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネートが挙げられる。
上述したテトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えば、4,7−ジ−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム−1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ノルボルナン−2−イル)エタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム−2−(5−t−ブトキシカルボニルオキシビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム−2−(6−t−ブトキシカルボニルオキシビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートが挙げられる。
[スルホンイミド化合物]
[C]酸発生剤として好ましいスルホンイミド化合物としては、例えば、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(2−フルオロフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(フェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(フェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ペンタフルオロエチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ヘプタフルオロプロピルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(エチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(プロピルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ブチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ペンチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ヘキシルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ヘプチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(オクチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ノニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド等が挙げられる
[ハロゲン含有化合物]
[C]酸発生剤として好ましいハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有ヘテロ環状化合物が挙げられる。
[ジアゾメタン化合物]
[C]酸発生剤として好ましいジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−キシリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキシルスルホニル(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、フェニルスルホニル(ベンゾイル)ジアゾメタン等が挙げられる。
[スルホン化合物]
[C]酸発生剤として好ましいスルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン化合物、β−スルホニルスルホン化合物、ジアリールジスルホン化合物が挙げられる。
[スルホン酸エステル化合物]
[C]酸発生剤として好ましいスルホン酸エステル化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネートが挙げられる。
[カルボン酸エステル化合物]
[C]酸発生剤として好ましいカルボン酸エステル化合物としては、例えば、カルボン酸o−ニトロベンジルエステルが挙げられる。
[C]酸発生剤としては、オキシムスルホネート化合物、オニウム塩、スルホン酸エステル化合物が好ましく、オキシムスルホネート化合物がより好ましい。上述したオキシムスルホネート化合物としては、前記式(6−3−1)〜(6−3−5)で表されるオキシムスルホネート基を含む化合物が好ましく、前記式(6−3−5)で表される化合物がより好ましい。
また、上述したオニウム塩としては、テトラヒドロチオフェニウム塩、ベンジルスルホニウム塩が好ましく、4,7−ジ−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートがより好ましく、4,7−ジ−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネートがさらに好ましい。上述したスルホン酸エステル化合物としては、ハロアルキルスルホン酸エステルが好ましく、N−ヒドロキシナフタルイミド−トリフルオロメタンスルホン酸エステルがより好ましい。[C]酸発生剤を上述の化合物とすることで、本実施形態の感放射線性組成物は感度を向上させることができ、さらに溶解性を向上させることができる。
感放射線性組成物において、[C]酸発生剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、1質量部〜5質量部がより好ましい。[C]酸発生剤の含有量を上述の範囲とすることで、感放射線性組成物の感度を最適化することができる。
<[D]増感剤>
本発明の実施形態の感放射線性組成物は、[D]増感剤を含有することができる。
本発明の実施形態の感放射線性組成物が、[D]増感剤をさらに含有することで、感放射線性組成物の放射線感度をより向上することができる。[D]増感剤は、放射線を吸収して電子励起状態となる化合物であることが好ましい。電子励起状態となった[D]増感剤は、[C]酸発生剤と接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱等が生じ、これにより[C]酸発生剤は化学変化を起こして分解し酸を生成する。
[D]増感剤としては、以下の化合物類に属する化合物等が挙げられる。
[D]増感剤としては、例えば、ピレン、ペリレン、トリフェニレン、アントラセン、9,10−ジブトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン,3,7−ジメトキシアントラセン、9,10−ジプロピルオキシアントラセン等の多核芳香族類;
フルオレッセイン、エオシン、エリスロシン、ローダミンB、ローズベンガル等のキサンテン類;
キサントン、チオキサントン、ジメチルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン等のキサントン類;
チアカルボシアニン、オキサカルボシアニン等のシアニン類;
メロシアニン、カルボメロシアニン等のメロシアニン類;
ローダシアニン類;
オキソノール類;
チオニン、メチレンブルー、トルイジンブルー等のチアジン類;
アクリジンオレンジ、クロロフラビン、アクリフラビン等のアクリジン類;
アクリドン、10−ブチル−2−クロロアクリドン等のアクリドン類;
アントラキノン等のアントラキノン類;
スクアリウム等のスクアリウム類;
スチリル類;
2−[2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル]ベンゾオキサゾール等のベーススチリル類;
7−ジエチルアミノ4−メチルクマリン、7−ヒドロキシ4−メチルクマリン、2,3,6,7−テトラヒドロ−9−メチル−1H,5H,11H[l]ベンゾピラノ[6,7,8−ij]キノリジン−11−ノン等のクマリン類等が挙げられる。
これらの[D]増感剤のうち、多核芳香族類、アクリドン類、スチリル類、ベーススチリル類、クマリン類、キサントン類が好ましく、キサントン類がより好ましい。キサントン類の中でもジエチルチオキサントンおよびイソプロピルチオキサントンが特に好ましい
感放射線性組成物において、[D]増感剤は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
感放射線性組成物において、[D]増感剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部〜8質量部が好ましく、1質量部〜4質量部がより好ましい。[D]増感剤の含有量を上述の範囲とすることで、感放射線性組成物の感度を最適化することができる。
<[E]クエンチャー>
本発明の実施形態の感放射線性組成物は、上述した[A]重合体、[C]酸発生剤、[D]増感剤のほか、[E]クエンチャーを含有することができる。
[E]クエンチャーは、[C]酸発生剤からの酸の拡散を防止する酸拡散抑制材として機能する。[E]クエンチャーとしては、放射線の照射による露光によって弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることができる。光崩壊性塩基は、露光部においては酸を発生する一方、未露光部ではアニオンによる高い酸捕捉機能が発揮されて、[C]酸発生剤からの酸を補足し、露光部から未露光部拡散する酸を失活させる。すなわち、未露光部のみにおいて酸を失活させるため、保護基の脱離反応のコントラストが向上し、結果として解像性をより向上させることができる。光崩壊性塩基の一例として、露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物がある。
感放射線性組成物において、[E]クエンチャーは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
感放射線性組成物において、[E]クエンチャーの含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.001質量部〜5質量部が好ましく、0.005質量部〜3質量部がより好ましい。[D]増感剤の含有量を上述の範囲とすることで、感放射線性組成物の反応性を最適化できる。
<[F]重合性化合物>
感放射線性組成物は、[F]重合性化合物を含有することで、該感放射線性組成物の硬化を行うことができる。
[F]重合性化合物は、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物である。但し、[A]重合体以外の化合物である。
このような[F]重合性化合物としては、重合性が良好であり、感放射線性組成物から得られる膜の強度が向上するという観点から、単官能、2官能または3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
尚、単官能化合物とは、(メタ)アクリロイル基を1つ有する化合物のことをいい、2官能または3官能以上の化合物とは、それぞれ、(メタ)アクリロイル基を2つまたは3つ以上有する化合物のことをいう。
上述した単官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルメタクリレート、(2−アクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート、(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレートが挙げられる。市販品としては、例えば、アロニックス(登録商標)M−101、同M−111、同M−114、同M−5300(以上、東亞合成社);KAYARAD(登録商標)TC−110S、同TC−120S(以上、日本化薬社);ビスコート158、同2311(以上、大阪有機化学工業社)が挙げられる。
上述した2官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレートが挙げられる。市販品としては、例えば、アロニックス(登録商標)M−210、同M−240、同M−6200(以上、東亞合成社);KAYARAD(登録商標)HDDA、同HX−220、同R−604(以上、日本化薬社);ビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業社);ライトアクリレート1,9−NDA(共栄社化学社)が挙げられる。
上述した3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリ(2−アクリロイルオキシエチル)フォスフェート、トリ(2−メタクリロイルオキシエチル)フォスフェート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレートのほか、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有し、かつ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基とを有し、かつ3個、4個または5個の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物と反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート系化合物が挙げられる。市販品としては、例えば、アロニックス(登録商標)M−309、同M−315、同M−400、同M−405、同M−450、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同TO−1450(以上、東亞合成社);KAYARAD(登録商標)TMPTA、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同DPEA−12(以上、日本化薬社);ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業社);多官能ウレタンアクリレート系化合物を含有する市販品としては、ニューフロンティア(登録商標)R−1150(第一工業製薬社)、KAYARAD(登録商標)DPHA−40H(日本化薬社)等が挙げられる。
これらの[F]重合性化合物のうち、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、多官能ウレタンアクリレート系化合物を含有する市販品等が好ましい。中でも、3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルが好ましく、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物が特に好ましい。
感放射線性組成物において、[F]重合性化合物は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
感放射線性組成物において、[F]重合性化合物の使用量は、[A]重合体100質量部に対して、1質量部〜300質量部が好ましく、3質量部〜200質量部がより好ましく、5質量部〜100質量部がさらに好ましい。[F]重合性化合物の使用量を上述の範囲内とすることで、感放射線性樹脂組成物から得られる塗膜の高度を高め、耐熱性をより良好とすることができる。
<[G]感放射線性重合開始剤>
[G]感放射線性重合開始剤は、放射線の照射を受けて、[F]重合性化合物の重合を促進する化合物である。したがって、感放射線性組成物が[F]重合性化合物を含有する場合、[G]感放射線性重合開始剤を用いることが好ましい。
[G]感放射線性重合開始剤としては、O−アシルオキシム化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物等を挙げることができる。
上述したO−アシルオキシム化合物の具体例としては、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−(O−アセチルオキシム)、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−n−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−5−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)が挙げられる。これらのO−アシルオキシム化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
これらのうちで、好ましいO−アシルオキシム化合物としては、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−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)を挙げることができる。
上述したアセトフェノン化合物としては、例えば、α−アミノケトン化合物、α−ヒドロキシケトン化合物を挙げることができる。
上述のα−アミノケトン化合物の具体例としては、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンを挙げることができる。
上述のα−ヒドロキシケトン化合物の具体例としては、1−フェニル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−i−プロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを挙げることができる。
以上のアセトフェノン化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
これらのアセトフェノン化合物のうちα−アミノケトン化合物が好ましく、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンが特に好ましい。
上述したビイミダゾール化合物の具体例としては、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールを挙げることができる。これらのビイミダゾール化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
これらのビイミダゾール化合物のうち、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールが好ましく、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールが特に好ましい。
感放射線性組成物において、[G]感放射線性重合開始剤としてビイミダゾール化合物を使用する場合、これを増感するために、ジアルキルアミノ基を有する脂肪族または芳香族化合物を添加することができる。尚、以下で、ジアルキルアミノ基を有する脂肪族または芳香族化合物をアミノ系増感剤という。
このようなアミノ系増感剤としては、例えば、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンを挙げることができる。これらのアミノ系増感剤のうち、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが特に好ましい。これらのアミノ系増感剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
さらに、ビイミダゾール化合物とアミノ系増感剤とを併用する場合、水素ラジカル供与剤としてチオール化合物を添加することができる。ビイミダゾール化合物は、アミノ系増感剤によって増感されて開裂し、イミダゾールラジカルを発生するが、そのままでは高い重合開始能が発現しない場合がある。しかし、ビイミダゾール化合物とアミノ系増感剤とが共存する系に、チオール化合物を添加することにより、イミダゾールラジカルにチオール化合物から水素ラジカルが供与される。その結果、イミダゾールラジカルが中性のイミダゾールに変換されるとともに、重合開始能の高い硫黄ラジカルを有する成分が発生する。このため、感放射線性組成物に、ビイミダゾール化合物、アミノ系増感剤およびチオール化合物を添加する場合、低放射線照射量であっても硬度の高い膜を形成することができる。
そのようなチオール化合物の具体例としては、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、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンゾチアゾール等の芳香族チオール化合物;
3−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸メチル等の脂肪族モノチオール化合物;
ペンタエリストールテトラ(メルカプトアセテート)、ペンタエリストールテトラ(3−メルカプトプロピオネート)等の2官能以上の脂肪族チオール化合物を挙げることができる。
これらのチオール化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
これらのチオール化合物の中でも、2−メルカプトベンゾチアゾールが特に好ましい。
ビイミダゾール化合物とアミノ系増感剤とを併用する場合、アミノ系増感剤の使用量としては、ビイミダゾール化合物100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜50質量部であり、より好ましくは1質量部〜20質量部である。アミノ系増感剤の使用量を上述の範囲内とすることによって、露光時の反応性を向上させることができる。
また、ビイミダゾール化合物、アミノ系増感剤およびチオール化合物を併用する場合、チオール化合物の使用量としては、ビイミダゾール化合物100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜50質量部であり、より好ましくは1質量部〜20質量部である。チオール化合物の使用量を上述の範囲内とすることによって、露光時の反応性をより向上させることができる。
感放射線性組成物は、[G]感放射線性重合開始剤を含有する場合、O−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、さらにビイミダゾール化合物を含有してもよい。
[G]感放射線性重合開始剤は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
[G]感放射線性重合開始剤の使用量は、[A]重合体100質量部に対して、好ましくは0.05質量部〜30質量部、より好ましくは0.1質量部〜15質量部である。[G]感放射線性重合開始剤の使用量を上述の範囲内とすることによって、感放射線性組成物は、低露光量でも、高い放射線感度で塗膜の硬化を行うことができる。
<その他の任意成分>
本発明の実施形態の感放射線性組成物は、さらに、本発明の効果を損なわない限りその他の任意成分を含有することができる。
その他の任意成分としては、界面活性剤、保存安定剤、接着助剤、耐熱性向上剤等を挙げることができる。
その他の任意成分は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
次に、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法に用いられて、公正な金属線の形成に用いられる金属線形成組成物について説明する。
〔金属線形成組成物〕
上述した金属線形成組成物は特に限定されるものではない。金属線形成組成物は、金属線を形成できるような材料であればよく、流動性を持った液状のインク、ペーストであることが好ましい。
すなわち、金属線形成組成物は、金属線形成インクおよび金属線形成ペーストが好ましく、具体的には、金属粒子を分散したインクまたはペースト、金属塩と還元剤とを含むインクまたはペースト、還元雰囲気下による加熱で金属化が可能な金属酸化物粒子を分散したインクまたはペーストが好ましい。
これらのインクまたはペーストは、上述した各種の塗布法等により、そのインクやペーストの層の形成が可能であり、ひいては、金属線形成組成物の層を形成が可能である。そして、その金属線形成組成物の層は、上述したように、加熱されて金属線を形成することができる。
このような金属線形成インクおよび金属線形成ペーストとしては、粘度(温度:20℃、剪断速度:10sec−1)が、好ましくは0.001Pa・s〜100Pa・s、より好ましくは0.001Pa・s〜1Pa・sの範囲にある材料が望ましい。
尚、上述した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法の工程(iii)において、オフセット印刷、スクリーン印刷等の方法によって金属線形成組成物の層の形成を行う場合、高粘度領域の材料が適しており、このときの金属線形成組成物の粘度は、1Pa・s〜50Pa・sが好ましい。特にオフセット印刷の場合、粘度は、10Pa・s〜50Pa・sが好ましい。
<金属塩>
金属線形成組成物が金属塩と還元剤とを含む場合、その金属塩に含まれる金属イオンが前記還元剤により還元されて金属単体となり、その結果、金属線が形成される。
前記金属塩としては銀塩、銅塩が好ましい。
例えば、金属塩が銀塩である場合、銀塩に含まれる銀イオンが還元剤により還元されて銀単体となり、銀からなる金属線が形成される。また、金属塩が銅塩である場合、銅塩に含まれる銅イオンが還元剤により還元され、銅単体となり、銅からなる金属線が形成される。
前記金属塩は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
上述の銀塩としては、銀の塩であれば特に限定されない。
例えば、硝酸銀、酢酸銀、酸化銀、アセチルアセトン銀、安息香酸銀、臭素酸銀、臭化銀、炭酸銀、塩化銀、クエン酸銀、フッ化銀、ヨウ素酸銀、ヨウ化銀、乳酸銀、亜硝酸銀、過塩素酸銀、リン酸銀、硫酸銀、硫化銀、およびトリフルオロ酢酸銀を挙げることができる。
上述の銅塩としては、銅イオンを含有する化合物であればよく、特に限定するものではないが、例えば、銅イオンと、無機アニオン種および有機アニオン種のうちの少なくとも一方とからなる銅塩が挙げられる。これらの中でも、溶解度の観点から、銅カルボン酸塩、銅の水酸化物、および銅とアセチルアセトン誘導体との錯塩からなる群より選ばれる1種または2種以上を用いることが好ましい。
上述した銅カルボン酸塩としては、例えば、マロン酸銅、コハク酸銅、マレイン酸銅等のジカルボン酸との銅塩、安息香酸銅、サリチル酸銅等の芳香族カルボン酸との銅塩、酢酸銅、トリフルオロ酢酸銅、プロピオン酸銅、酪酸銅、イソ酪酸銅、2−メチル酪酸銅、2−エチル酪酸銅、吉草酸銅、イソ吉草酸銅、ピバリン酸銅、ヘキサン酸銅、ヘプタン酸銅、オクタン酸銅、2−エチルヘキサン酸銅、ノナン酸銅、ギ酸銅、ヒドロキシ酢酸銅、グリオキシル酸銅、乳酸銅、シュウ酸銅、酒石酸銅、リンゴ酸銅、クエン酸銅等のモノカルボキシ基を有する有機酸との銅塩が好適な化合物として挙げられる。尚、ギ酸銅は、無水和物でもよく、水和していてもよい。ギ酸銅の水和物としては、四水和物が挙げられる。
また、上述した銅とアセチルアセトン誘導体との錯塩としては、例えば、アセチルアセトナト銅、1,1,1−トリメチルアセチルアセトナト銅、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチルアセチルアセトナト銅、1,1,1−トリフルオロアセチルアセトナト銅、および1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅が好適な化合物として挙げられる。
これらの中でも、還元剤または溶剤に対する溶解性や分散性、形成される配線の電気抵抗特性を考慮した場合、酢酸銅、プロピオン酸銅、イソ酪酸銅、吉草酸銅、イソ吉草酸銅、ギ酸銅、ギ酸銅四水和物、グリオキシル酸銅等の銅カルボン酸塩が好ましい。
前記金属塩としては、形成される金属線の着色を抑える観点からは、銀白色の金属線を形成できる銀塩の使用が好ましい。また、金属塩としては、金属原子のマイグレーションを抑制する観点からは、銅塩の使用が好ましい。そして、銅塩の中でも、特に還元性に優れるギ酸銅が好ましい。ギ酸銅としては、無水和物でもよく、ギ酸銅四水和物でもよい。
金属線形成組成物における金属塩の含有量としては、金属線形成組成物の全量に対して0.01質量%〜50質量%の範囲が好ましく、0.1質量%〜30質量%の範囲がより好ましい。金属塩の含有量を前記範囲とすることによって、安定かつ優れた導電性を有する配線を形成することができる。低抵抗値の配線を得る観点からは、金属塩の含有量は0.01質量%以上であることが好ましい。また、化学的に安定した金属線形成組成物を得る観点からは、金属塩の含有量が50質量%以下であることが好ましい。
<還元剤>
上述した金属線形成組成物は、金属塩に含まれる金属イオンを還元して金属単体とすることを目的として、上述した金属塩とともに、還元剤を含有することが好ましい。還元剤は、用いられる金属塩に含まれる金属イオンに対し還元性を有していれば特に限定するものではない。
前記還元剤としては、例えば、チオール基、ニトリル基、アミノ基、ヒドロキシ基およびヒドロキシカルボニル基からなる群より選ばれる1種または2種以上の官能基を有する単分子化合物や、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選ばれる1種または2種以上のヘテロ原子を分子構造内に有するポリマーが挙げられる。
前記単分子化合物としては、例えば、アルカンチオール類、アミン類、ヒドラジン類、モノアルコール類、ジオール類、ヒドロキシアミン類、α−ヒドロキシケトン類およびカルボン酸類が挙げられる。
前記ポリマーとしては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコールおよびポリエチレンオキシドが挙げられる。
これらの中でも、金属塩の溶解性等を考慮すると、アルカンチオール類およびアミン類からなる群より選ばれる1種以上が好ましい。
上述のアルカンチオール類としては、例えば、エタンチオール、n−プロパンチオール、i−プロパンチオール、n−ブタンチオール、i−ブタンチオール、t−ブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、n−ヘプタンチオール、n−オクタンチオール、2−エチルヘキサンチオールが挙げられる。
また、上述のアミン類としてはアミン化合物を挙げることができ、例えば、3−(2−エチルヘキシルオキシ)プロピルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、i−プロピルアミン、n−ブチルアミン、i−ブチルアミン、t−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、2−エチルヘキシルプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、n−ドデシルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、n−ペンタデシルアミン、n−ヘキサデシルアミン、ベンジルアミン、アミノアセトアルデヒドジエチルアセタール等のモノアミン化合物、エチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N−エチルエチレンジアミン、N,N’−ジエチルエチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、N,N’−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、N,N’−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、N,N’−ジメチル−1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、N,N’−ジメチル−1,6−ヘキサンジアミン、イソホロンジアミン等のジアミン化合物、ジエチレントリアミン、N,N,N’,N’’N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、N−(アミノエチル)ピペラジン、N−(アミノプロピル)ピペラジン等のトリアミン化合物が挙げられる。
上述したヒドラジン類としては、例えば、1,1−ジ−n−ブチルヒドラジン、1,1−ジ−t−ブチルヒドラジン、1,1−ジ−n−ペンチルドラジン、1,1−ジ−n−ヘキシルヒドラジン、1,1−ジシクロヘキシルヒドラジン、1,1−ジ−n−ヘプチルヒドラジン、1,1−ジ−n−オクチルヒドラジン、1,1−ジ−(2−エチルヘキシル)ヒドラジン、1,1−ジフェニルヒドラジン、1,1−ジベンジルヒドラジン、1,2−ジ−n−ブチルヒドラジン、1,2−ジ−t−ブチルヒドラジン、1,2−ジ−n−ペンチルドラジン、1,2−ジ−n−ヘキシルヒドラジン、1,2−ジシクロヘキシルヒドラジン、1,2−ジ−n−ヘプチルヒドラジン、1,2−ジ−n−オクチルヒドラジン、1,2−ジ−(2−エチルヘキシル)ヒドラジン、1,2−ジフェニルヒドラジンおよび1,2−ジベンジルヒドラジンが挙げられる。
上述したモノアルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、i−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ターピネオールが挙げられる。
上述したジオール類としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、2,3−ブタンジオール、2,3−ペンタンジオール、2,3−ヘキサンジオール、2,3−ヘプタンジオール、3,4−ヘキサンジオール、3,4−ヘプタンジオール、3,4−オクタンジオール、3,4−ノナンジオール、3,4−デカンジオール、4,5−オクタンジオール、4,5−ノナンジオール、4,5−デカンジオール、5,6−デカンジオール、3−N,N−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−N,N−ジエチルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−N,N−ジ−n−プロピルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−N,N−ジ−i−プロピルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−N,N−ジ−n−ブチルアミノ−1,2−プロパンジオール、3−N,N−ジ−i−ブチルアミノ−1,2−プロパンジオールおよび3−N,N−ジ−t−ブチルアミノ−1,2−プロパンジオールが挙げられる。
上述したヒドロキシアミン類としては、例えば、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、N,N−ジ−n−プロピルヒドロキシルアミン、N,N−ジ−n−ブチルヒドロキシルアミン、N,N−ジ−n−ペンチルヒドロキシルアミンおよびN,N−ジ−n−ヘキシルヒドロキシルアミンが挙げられる。
上述したα−ヒドロキシケトン類としては、例えば、ヒドロキシアセトン、1−ヒドロキシ−2−ブタノン、3−ヒドロキシ−2−ブタノン、1−ヒドロキシ−2−ペンタノン、3−ヒドロキシ−2−ペンタノン、2−ヒドロキシ−3−ペンタノン、3−ヒドロキシ−2−ヘキサノン、2−ヒドロキシ−3−ヘキサノン、4−ヒドロキシ−3−ヘキサノン、4−ヒドロキシ−3−ヘプタノン、3−ヒドロキシ−4−ヘプタノンおよび5−ヒドロキシ−4−オクタノンが挙げられる。
上述したカルボン酸類としては、金属塩に対し還元性を有するものであれば特に限定するものではないが、例えば、ギ酸、ヒドロキシ酢酸、グリオキシル酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、リンゴ酸およびクエン酸が挙げられる。
以上の還元剤は、上述の金属塩の種類に応じて、これを還元できるものを1種または2種以上、適宜選択または組み合わせて用いることができる。例えば、金属塩としてギ酸銅を用いる場合、還元剤はアミン化合物が好ましく、2−エチルヘキシルプロピルアミンおよび3−エトキシプロピルアミンがより好ましい。
上述した金属線形成組成物における還元剤の含有量としては、金属線形成組成物の全量に対して、1質量%〜99質量%の範囲が好ましく、10質量%〜90質量%の範囲がより好ましい。還元剤の含有量を1質量%〜99質量%の範囲とすることによって、高精度にパターニングされた高精細の金属線を形成できる。またさらに、10質量%〜90質量%の範囲とすることによって、下地となる層との密着性に優れた金属線を形成することができる。
<金属微粒子>
上述した金属線形成組成物は、金属塩の還元析出速度を向上させる目的、または、金属線形成組成物の粘度を調節する目的で、金属微粒子を含有することができる。
金属微粒子としては、特に限定されるものではないが、該粒子の導電性と安定性の観点からは、例えば、金、銀、銅、白金およびパラジウムからなる群より選ばれる1種または2種以上の金属種を含有する粒子であることが好ましい。これらの金属種は、単体であってもその他の金属との合金であってもよい。これらの金属種が単体である場合、好ましい金属微粒子としては、金微粒子、銀微粒子、銅微粒子、白金微粒子およびパラジウム微粒子からなる群より選択される少なくとも1種または2種以上の組み合わせが挙げられる。
前記金属微粒子の中でもコスト面、入手の容易さ、および配線を形成するときの触媒能から、銀、銅およびパラジウムからなる群より選ばれる1種または2種以上の金属種を含有する金属微粒子が好ましい。これら以外の金属微粒子を使用してもよいが、例えば、金属塩に銅塩を用いた場合、銅イオンにより金属微粒子が酸化を受けたり、触媒能が低下して銅塩から金属銅への還元析出速度が低下したりするおそれがあるため、上述した金属微粒子を使用することがより好ましい。
前記金属微粒子の平均粒子径は、0.01μm〜5μmの範囲であることが好ましい。金属表面の活性が高くなって酸化反応が生じることを防止する観点、および、金属微粒子同士の凝集を防止する観点から、金属微粒子の粒子径は上記のように0.01μm以上が好ましい。また、高精細な金属線を形成する観点から、金属微粒子の平均粒子径は上記のように5μm以下であることが好ましい。
前記平均粒子径の測定方法は以下の通りである。
透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE−TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等の顕微鏡を用いて観測された視野の中から、任意に3箇所選択し、粒径測定に最も適した倍率で撮影する。得られた各々の写真から、任意に粒子を100個選択し、粒子の長軸を透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE−TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等で測定し、測定倍率を除して粒子径を算出し、これらの値を算術平均することにより求めることができる。また、標準偏差については、上述の観察時に個々の金属微粒子の粒子径と数により求めることができる。
前記金属微粒子は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでもよく、特に限定されない。公知の合成方法としては、例えば、スパッタリング法やガス中蒸着法等の気相法(乾式法)や、金属化合物溶液を表面保護剤の存在下、還元して金属微粒子を析出させる等の液相法(湿式法)が挙げられる。
金属微粒子中の金属純度については特に限定するものではないが、低純度であると得られる配線の導電性に悪影響を与えるおそれがあるため、95%以上が好ましく、99%以上がより好ましい。
金属線形成組成物における金属微粒子の含有量としては、金属線形成組成物の全量に対して、0質量%〜60質量%の範囲が好ましく、1質量%〜40質量%がより好ましく、1質量%〜20質量%の範囲が特に好ましい。
<溶剤>
上述した金属線形成組成物は、該金属線形成組成物の粘度を調節して金属線の生産性を向上させる観点や、均一な形状の金属線を得る観点から、溶剤を含有することが好ましい。
溶剤としては、金属線形成組成物中の各成分を溶解または分散することができるものであり、金属塩の還元反応に関与しない有機溶媒が挙げられる。具体的には、エーテル類、エステル類、脂肪族炭化水素類および芳香族炭化水素類からなる群より選ばれる1種または相溶性のある2種以上の混合物が挙げられる。
エーテル類、脂肪族炭化水素類および芳香族炭化水素類としては、上述した感放射線性組成物の[B]溶剤として例示した化合物等が挙げられる。
エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸ブチル、γ−ブチロラクトン、その他、上述した感放射線性組成物の[B]溶剤として例示した化合物が挙げられる。
これら有機溶剤のうち、特に金属線形成組成物の粘度の調整の容易さの観点から、エーテル類が好ましく、特にヘキシルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等が好ましい。
金属線形成組成物に含有される溶剤の含有量は、金属線形成組成物の全量に対して0質量%〜95質量%の範囲であることが好ましく、1質量%〜70質量%の範囲であることがより好ましく、10質量%〜50質量%の範囲であることが特に好ましい。
金属線形成組成物は、上述の各成分を混合することで製造することができる。その場合の混合方法としては、特に限定するものではないが、例えば、攪拌羽による攪拌、スターラーおよび攪拌子による攪拌、沸盪器による攪拌、超音波(ホモジナイザー)による攪拌が挙げられる。攪拌条件としては、例えば、攪拌羽による攪拌の場合、攪拌羽の回転速度が、通常1rpm〜4000rpmの範囲、好ましくは100rpm〜2000rpmの範囲である。
〔偏光素子〕
本発明の実施形態の偏光素子は、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法を用いて製造されたワイヤーグリッド型の偏光素子である。本発明の実施形態の偏光素子は、金属線からなる金属格子の周期が10nm〜200nmであることを特徴とする。
本発明の実施形態の偏光素子は、図1〜図5を用いて説明した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法にしたがって製造することができる。すなわち、本発明の実施形態の偏光素子は、上述した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法と同様の、下記(i)〜(iv)の工程を含む製造方法によって製造することができる。
(i)酸解離性基を有する重合体と酸発生剤とを含む膜形成組成物の塗膜を基材上に形成する工程
(ii)前記塗膜の所定部分に放射線照射を行う工程
(iii)前記放射線照射がなされた塗膜上に、線幅0.1μm以上20μm以下、すなわち、線幅0.1μm〜20μmの金属線形成組成物の層を設ける工程
(iv)前記金属線形成組成物の層を加熱する工程
そして、上記(ii)の工程は、前記放射線照射後の塗膜を加熱する工程を含むことができる。
したがって、本発明の実施形態の偏光素子は、例えば、図5に示した金属線を有する基板と同様の構造を有する。より具体的には、本発明の実施形態の偏光素子は、例えば、図5に示した金属線を有する基板を用いて構成することができる。したがって、本発明の実施形態の偏光素子の構成について図面を用いて説明する場合、図5等の金属線を有する基板と共通する構成要素については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図6は、本発明の実施形態の偏光素子の構成を模式的に示す平面図である。
図7は、本発明の実施形態の偏光素子の断面構造を模式的に示す図である。
図6および図7に示す本発明の実施形態の偏光素子100は、基材の例となる基板1上に金属線101からなる金属格子を設けて構成される。この金属格子は、上述したように、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法にしたがって基板1上に形成されたものである。金属格子は、互いに略平行となるように複数の極細い金属線101を略一定の周期で配列した構造を有する。そして、その金属線101はそれぞれ、上述した図5の金属線形成材料の層から形成されたパターン6に対応し、金属線として用いられたものである。
そして、金属線101は、上述した金属線形成材料を用い、図6および図7に示すように、撥液性の凸部12とそれより親液性の凹部13とを有する基板1上で、凹部13に沿うように形成されている。尚、基板1上の凸部12は、上述したように感放射線性組成物から形成されて光透過性を有することができ、基板1上に光透過性の領域を形成することができる。また、図7に示す例では、図3〜図5と同様に凹部13の底部であって金属線101の下に、層103が配置されている。凹部13の層103は、上述した図2の放射線放射部3が図3の加熱工程によって加熱されて形成されたものと同様であり、凹部13に親液性を付与できる下地層となる。
本発明の実施形態の偏光素子100において、金属線101の線幅は、線幅0.1μm〜20μmであることが好ましく、金属線101からなる金属格子の周期は0.1μmより大きく200μm以下であることが好ましい。
偏光素子100において、金属線101間の間隔、すなわち、金属格子の周期は、偏光対象である光の波長よりもかなり小さい必要がある。これにより、偏光板等の偏光素子として使用することができる。尚、偏光板とは、板状体に限定されず、シート状体、フィルム状体などの他の形態も含むものとする。
このような構成の偏光素子101においては、金属線101の長手方向と略平行な光成分(A)は、金属線101が金属として機能して反射される。一方、金属線101の長手方向と略直交する光成分(B)は透過する。すなわち、偏光素子101は、光成分(B)に関しては金属線101が存在していても透明体として機能する。このため、偏光素子101 は、偏光対象の光の一部を金属線101で反射し、残りを透過させることにより、偏光機能を発揮する。
本発明の実施形態の偏光素子100は、反射型の偏光素子を構成することができ、従来知られた偏光板等の吸収型の偏光素子と比べて光の利用効率の点で優れている。
〔電極基板〕
本発明の実施形態の電極基板は、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法を用いて製造され、極細い金属線を格子状に配列して構成された金属電極を有する電極基板である。本発明の実施形態の電極基板は、電極を構成する金属線の線幅が、線幅0.1μm〜20μmであることを特徴とする。
本発明の実施形態の電極基板は、上述したように、図1〜図5を用いて説明した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法にしたがって製造することができる。すなわち、本発明の実施形態の偏光素子は、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法と同様の、下記(i)〜(iv)の工程を含む製造方法によって製造することができる。
(i)酸解離性基を有する重合体と酸発生剤とを含む膜形成組成物の塗膜を基材上に形成する工程
(ii)前記塗膜の所定部分に放射線照射を行う工程
(iii)前記放射線照射がなされた塗膜上に、線幅0.1μm以上20μm以下、すなわち、線幅0.1μm〜20μmの金属線形成組成物の層を設ける工程
(iv)前記金属線形成組成物の層を加熱する工程
そして、上記(ii)の工程は、前記放射線照射後の塗膜を加熱する工程を含むことができる。
したがって、本発明の実施形態の電極基板は、例えば、図5に示した金属線を有する基板と共通する構成要素を含み、類似した構造を有する。そのため、本発明の実施形態の電極基板の構成について図面を用いて説明する場合、図5等の金属線を有する基板と共通する構成要素については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図8は、本発明の実施形態の電極基板の構成を模式的に示す平面図である。
図9は、本発明の実施形態の電極基板の断面構造を模式的に示す図である。
図8および図9に示す本発明の実施形態の電極基板200は、基材の例となる光透過性の基板1上に金属線201を格子状に配列して構成される。この格子状の金属線201は、上述したように、本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法にしたがって基板1上に形成されたものである。すなわち、金属線201はそれぞれ、上述した図5の金属線形成材料の層から形成されたパターン6に対応し、金属線として用いられたものである。
そして、金属線201は、上述した金属線形成材料を用い、図8および図9に示すように、撥液性の凸部12とそれより親液性の凹部13とを有する基板1上で、凹部13に沿うように形成されている。このとき、本発明の実施形態の電極基板200は、その製造に用いられる本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法の工程(ii)において、格子状に配列された金属線201と同様の形状の放射線照射部3が形成されるように、格子状のパターンを有するフォトマスクを介して、または直描式露光装置を用いて格子状のパターンが描画露光される。その結果、図9に示す例においては、凹部13が、図8に示した金属線201の格子状の配列に対応すべく、格子状に形成されている。そして、基板1上の凸部12は、上述したように感放射線性組成物から形成されて光透過性を有することができ、基板1上に光透過性の領域を形成することができる。
また、図9に示す例では、図3〜図5と同様に凹部13の底部であって金属線101の下に、層203が配置されている。凹部13の層203は、上述した図2の放射線放射部3が図3の加熱工程によって加熱されて形成されたものと同様であり、凹部13に親液性を付与できる下地層となる。
本発明の実施形態の電極基板200において、金属線201の線幅は、0.1μm〜20μmであることが好ましい。そして、互いに略平行となる複数の金属線201の配列周期は、図8の縦方向に伸びる複数の金属線201および横方向に伸びる複数の金属線201のいずれにおいても、金属線201の線幅の5倍〜10倍程度に設定されることが好ましい。すなわち、金属線201の線幅が100nm(0.1μm)である場合、複数の金属線201の配列周期は、500nm(0.5μm)〜1000nm(1μm)であることが好ましい。このように金属線201の線幅と配列周期を設定することにより、本発明の実施形態の電極基板200は、60%〜80%程度の高い可視光透過率を実現することが可能となる。
したがって、本発明の実施形態の電極基板200は、光透過性の基板1上に、線幅0.1μm〜20μmの極細い金属線を格子状に設けることにより、高い開口率を実現できる。そして、電極基板200は、導電性に優れた金属電極を備えるとともに光透過性に優れ、透過型の表示素子用として、表示素子の製造に用いることができる。
その結果、本発明の実施形態の電極基板200は、原材料の枯渇が懸念されるITOを電極に用いたITO付電極基板の代替が可能となる。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、本発明は、この実施例に限定的して解釈されるものではない。
[GPC分析]
重合体(A)および重合体(PA)の重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、東ソー(株)製、商品名:HLC−8220)法を用いて、テトラヒドロフラン(THF)溶媒の条件下、ポリスチレン換算で測定した。
・測定方法:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法
・標準物質:ポリスチレン換算
・装置 :東ソー(株)製、商品名:HLC−8220
・カラム :東ソー(株)製ガードカラムHXL−H、TSK gel G7000HXL、TSK gel GMHXL 2本、TSK gel G2000HXLを順次連結したもの
・溶媒 :テトラヒドロフラン
・サンプル濃度:0.7質量%
・注入量 :70μL
・流速 :1mL/min
[1H−NMRの測定]
1H−NMRは、核磁気共鳴装置(Bruker製 AVANCEIII AV400N)で25℃、CDCL3で測定した。
本実施例では、上述した本発明の実施形態の[A]酸解離性基を有する重合体の例である重合体(以下、[A]重合体という。)を合成した。
<[A]重合体の合成>
[合成例1]
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)8質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン2質量部、および、ジエチレングリコールジメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸2−ヒドロキシエチル42質量部、メタクリル酸ベンジル58質量部を仕込み、窒素雰囲気下、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を4時間保持して重合することにより、共重合体である重合体(A−1)を含有する溶液を得た(固形分濃度=34.6質量%、Mw=26000、Mw/Mn=2.2)。尚、固形分濃度は共重合体溶液の全質量に占める共重合体質量の割合を意味する。
次いで、得られた重合体(A−1)を含む溶液10質量部に、ジエチレングリコールジメチルエーテル13質量部、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−1−ビニルオキシオクタン4.8質量部を加え、十分に攪拌した後、トリフルオロ酢酸0.27質量部を加え、窒素雰囲気下、80℃で9時間反応させた。続いて反応溶液を室温まで冷却し、ピリジン0.3質量部を加え反応をクエンチした。得られた反応溶液を大過剰のメタノールに滴下することにより再沈殿精製を行い、続いて10質量部のジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解させた後、大過剰のヘキサンに滴下することにより再沈殿精製を行い、乾燥後、白色固形状の共重合体として[A]重合体(P−1)が6.8質量部得られた。得られた[A]重合体(P−1)について1H−NMRを用いて分析を行い、アセタール化が進行していることを確認した(化学シフト:4.80ppm、アセタール基C−H)。
<感放射線性組成物の調製>
[実施例1]
上記合成例1で得られた[A]重合体(P−1)を100質量部、[C]酸発生剤としてN−ヒドロキシナフタルイミド−トリフルオロメタンスルホン酸エステルを2質量部、[D]増感剤として2−イソプロピルチオキサントンを1質量部、および、[E]クエンチャーとして2−フェニルベンゾイミダゾールを混合し、界面活性剤としてポリフローNo75(共栄社化学(株)製)0.1質量部を加え、固形分濃度が20質量%となるように、それぞれ[B]溶剤として、ジエチレングリコールジメチルエーテルを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、感放射線性組成物を調製した。
<金属線形成組成物>
銀からなる金属線を形成するための金属線(銀線)形成組成物として、金属線(銀線)形成インクであるハリマ化成社製のNPS−JLを使用した。
<膜評価>
[実施例2]
実施例1で調製した感放射線性組成物を用いて膜形成を行い、以下の評価を実施した。
[接触角]
無アルカリガラス基板上に、実施例1で調製した感放射線性組成物をそれぞれスピンナーで塗布した後、90℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより0.5μm厚の塗膜を形成した。次いで、得られた塗膜に石英マスク(コンタクト)を介して高圧水銀ランプを用い(露光機:大日本科研社製MA−1400)、露光量を250mJ/cm2として放射線照射を行った。その後、ホットプレートを用い110℃で5分ベークすることにより、露光部(凹部)が親液部となり、露光部分以外(凸部)が撥液部となった、親液部と撥液部とによりパターニングされた膜(以下、「親撥パターニング膜」と称することがある。)を形成した。形成された親撥パターニング膜において、接触角計(協和界面科学社製CA−X)を用い、親液部に相当する露光部の塗膜表面、撥液部に相当する未露光部分の塗膜表面それぞれにおける、水、テトラデカンの接触角を測定し、親撥性能を確認した。
評価の結果、露光部表面における水の接触角は73度であり、未露光部表面における水の接触角は108度であった。そして、露光部表面におけるテトラデカンの接触角は5度であり、未露光部表面におけるテトラデカンの接触角は64度であった。
[凹パターニング性確認]
実施例1で調製した感放射線性組成物を用い、前記[接触角]と同様の方法で得られた膜に関して、露光部(凹部)と未露光部(凸部)の膜厚を接触式膜厚計(キーエンス製:アルファステップIQ)で測定した。そして、未露光部の膜厚と露光部の膜厚との差を算出し、下記式からの膜厚減少率(%)を算出することにより凹形状形成性を確認した。
評価の結果、未露光部の膜厚と露光部の膜厚との差は0.13μmであり、膜厚減少率(%)は26%であった。
<金属線を有する基材の製造>
[実施例3]
東京エレクトロン社製のクリーントラックACT−8を用い、基材である無アルカリガラス基板上に、実施例1で調製した感放射線性組成物をスピンナーで塗布した後、90℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより0.5μm厚の塗膜を形成した。
次いで、得られた基板上の塗膜に対し、簡易型の電子線描画装置(日立社製、型式HL800D、出力;50KeV、電流密度;5.0アンペア/cm2)を用いて電子ビームを照射し、露光を行った。この電子ビームによる露光は、塗膜上に、一方向に伸びる複数本のライン状の電子ビーム照射部が形成され、それらが互いに離間して一定の周期で配置されるようにして行われた。その結果、複数本のライン状の電子ビーム照射部はそれぞれ、隣接するライン状の電子ビーム照射部との間で、同様にライン状をなす電子ビーム未照射部を挟んで配置されることになる。そして、ライン状の電子ビーム照射部とライン状の電子ビーム未照射部とは、塗膜上でストライプ状に配列されることになる。このとき、塗膜の電子ビーム照射部の線幅は200nmとし、その配列周期は400nmとした。
電子ビームによる露光の後、同じクリーントラックACT−8内で、110℃、5分間の条件で加熱を行った。この露光後の加熱により、電子ビーム照射部に凹部が形成されて親液部となり、電子ビーム未照射部が凸部を形成して撥液部となった。この親液部と撥液部とによりパターニングされた膜を、以下で、親撥パターニング膜と称することがある。
次に、上述の親撥パターニング膜が形成された基板上に、上述した金属線(銀線)形成組成物をスピンナーで塗布した。その結果、親撥パターニング膜の撥液部では、金属線形成組成物が弾き飛ばされて、親液部にのみ金属線形成組成物の層が形成された。この金属線形成組成物の層は、親液部を構成する上述の凹部に沿って形成されたものであってライン状の形状を備え、その線幅は200nmであった。
次に、ホットプレートを用い、焼成雰囲気を水素ガスを用いた還元雰囲気として、前述のライン状の金属線形成組成物の層が形成された基板を、200℃で10分間加熱処理した。そして、基板上に極細い銀線を複数本形成し、金属線である銀線を有する基板を製造した。
製造された銀線を有する基板において、銀線は、上述した電子ビーム照射部の形状と配置に対応する形状と配置を備えていた。すなわち、複数本の銀線は、それぞれの線幅が200nmであり、その配列周期は400nmであった。得られた銀線を有する基板は、その複数本の銀線を金属格子とし、反射型の偏光板を構成することができた。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法において、上記の(i)〜(iv)の工程を2回以上繰り返し、基材の一方の面に、異なる金属線の層を複数層設けることも可能である。その場合、平面視で、基材上により小さい周期で金属線を配列することも可能となり、より高精細な金属格子の形成された基材を容易に製造することができる。
また、上述した本発明の実施形態の金属線を有する基材の製造方法において、上記の(i)〜(iv)の工程を実施して光透過性の基材の一方の面(表面)に所定線幅で所定周期の金属線を形成した後、その基板のもう一方の面(裏面)に対し、上記の(i)〜(iv)の工程を実施して、基材の裏面に所定線幅で所定周期の金属線を形成することも可能である。平面視で、基材上により小さい周期で金属線を配列することも可能となり、より高精細な金属格子の形成された基材を容易に製造することができる。