JP6750233B2 - 硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、硬化膜、その形成方法、及び電子デバイス - Google Patents
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Description
例えば、薄膜トランジスタ型液晶表示素子は、層間絶縁膜の上に透明電極膜を形成し、さらにその上に液晶配向膜を形成する工程を経て製造される。そのため層間絶縁膜には、透明電極膜の形成工程において高温条件にさらされたり、電極のパターン形成に使用されるレジストの剥離液に曝されることとなるため、これらに対する十分な耐熱性及び耐溶媒性が必要となる。
近年、ナフトキノンジアジド等の酸発生剤を用いたポジ型感放射線性樹脂組成物よりも高い感度で表示素子用の硬化膜の形成することを目的として、例えば特開2004−4669号公報には、架橋剤、酸発生剤、及びそれ自体はアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸の作用により解裂しうる保護基を有し、該保護基が解裂した後はアルカリ水溶液に可溶性となる樹脂を含有することを特徴とするポジ型化学増幅材料が提案されている。また特開2004−264623号公報、特開2008−304902号公報等には、アセタール構造及び/又はケタール構造並びにエポキシ基を含有する樹脂と酸発生剤とを含有することを特徴とするポジ型感放射線性組成物が提案されている。
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜、及び当該硬化膜を備える電子デバイスによって達成される。
を含む。
上記塗膜を本願発明の感放射線性樹脂組成物を用いて形成する硬化膜の形成方法によって達成される。
この感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜及びその形成方法、並びに当該硬化膜を備える表示素子を提供することができる。そのため当該感放射線性樹脂組成物、当該硬化膜及びその形成方法、並びに当該表示素子は、液晶表示デバイス、有機エレクトロルミネッセンス表示素子等の製造プロセスに好適に使用することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体成分、[B]感放射線性酸発生体を含有する。さらに、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分である。
[A]重合体成分が上記構造単位を有するため、当該感放射線性樹脂組成物は、感度に優れると共に、現像工程後やポストベーク工程後における未露光部の膜厚変化を抑制することができる。また、[A]重合体成分は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の構造単位を有していてもよい。第2構造単位は、主に架橋性基を有する構造単位であり、架橋性基を有する構造単位を含むことで、当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜の耐熱性、耐溶剤性等の硬化膜の物性を向上することが可能となる。
さらに、[A]重合体成分は、必要に応じて酸解離性基を含む第3構造単位を有してもよい。酸解離性基を含む第3構造単位をさらに含有することで、感放射線性樹脂組成物の感度さらに向上することができる。各構造単位を2種以上有していてもよい。
(1) 第1構造単位、第2構造単位及び第3構造単位を有する重合体を含む重合体成分;
(2) 第1構造単位を有する重合体と、第1構造単位及び第3構造単位を有する重合体とを含む重合体成分;
(3) 第2構造単位を有する重合体と、第1構造単位及び第3構造単位を有する重合体とを含む重合体成分;
(4) 第3構造単位を有する重合体と、第1構造単位及び第2構造単位を有する重合体とを含む重合体成分; 等が挙げられる。
[第1構造単位]
第1構造単位は、下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位であり、架橋性基を含んでいる。当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜は、[A]重合体成分が架橋性基を含む第2構造単位を有することで、[A]重合体成分を構成する重合体同士又は[A]重合体成分を構成する重合体と後述する[D]環状エーテル化合物等との架橋により強度を高めることができる。
下記式(1)及び式(2)で表される構造単位は、フェニル基、ナフチル基をそれぞれ有することで当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜の低誘電化、高屈折率化を達成できる。下記式(1)及び式(2)中のA1は、高屈折率の観点からは、硫黄原子が望ましい。
上記A2で表される炭素数1〜12のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドでしるブチル基等が挙げられる。
[第2構造単位]
[A]重合体成分は、本発明の効果を損なわない範囲で、第1構造単位、第3構造単位、第構造単位以外のその他の構造単位を有する。
その他の構造単位を与える単量体としては、例えば、不飽和モノカルボン酸、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル、(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等をもつ不飽和化合物、または下記式(5)で表される化合物である。
上記式(5)で表される構造単位としては、下記式で示される構成単位が好ましい。
[第3構造単位]
第3構造単位は、酸解離性基を有する。この酸解離性基は、重合体においてカルボキシ基やフェノール性水酸基等を保護する保護基として作用する。このような保護基を有する重合体は、通常、アルカリ水溶液に不溶又は難溶である。この重合体は、保護基が酸解離性基であることから、酸の作用により保護基が解裂することで、アルカリ水溶液に可溶となる。
<[A]重合体成分の合成方法>
[A]重合体成分は、例えば、所定の各構造単位に対応する単量体を、ラジカル重合開始剤を使用し、適当な溶媒中で重合することにより製造できる。例えば、単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、単量体を含有する溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、各々の単量体を含有する複数種の溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法等の方法で合成することが好ましい。
<[B]感放射線性化合物>
[B]感放射線性化合物は、当該感放射線性樹脂組成物に感放射線特性を付与するものである。この[B]感放射線性化合物は、放射線の露光によって反応活性な活性種を生じる化合物である。ここで、放射線とは、少なくとも可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線(荷電粒子線)及びX線を含む。当該感放射線性樹脂組成物における[B]感放射線性化合物の含有量としては、例えば[A]重合体成分100質量部に対して5質量部以上60質量部以下である。[B]感放射線性化合物としては、(B1)酸発生剤、(B2)重合開始剤又はこれらの組み合わせが好ましい。
((B1)酸発生剤)
(B1)酸発生剤は、放射線の照射によって酸を発生する化合物である。当該感放射線性樹脂組成物は、(B1)酸発生剤を含むことで、例えばアルカリ現像液に対するポジ型の感放射線特性を発揮できる。
(キノンジアジド化合物)
キノンジアジド化合物は、放射線の照射によってカルボン酸を発生する。キノンジアジド化合物としては、例えばフェノール性化合物又はアルコール性化合物(以下、「母核」ともいう)と、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとの縮合物を用いることができる。
[オキシムスルホネート化合物]
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。
式(6−3)中、Xは、アルキル基、アルコキシ基、又はハロゲン原子である。b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。
上記(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(6−4)〜(6−8)で表される化合物等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物における(B1)酸発生剤の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、5質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましい。一方、この上限としては、60質量部が好ましく、40質量部がより好ましく、30質量部がさらに好ましい。(B1)酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、現像液に対する放射線の照射部分と未照射部分との溶解度の差を大きくして、パターニング性能を向上させることができる。また、絶縁膜の耐溶媒性を良好なものとすることもできる。
((B2)重合開始剤)
(B2)重合開始剤は、放射線に感応して、重合性を備えた化合物の重合を開始し得る活性種を生じる成分である。当該パターン形成用樹脂組成物は、(B2)重合開始剤を含むことで、例えばアルカリ現像液に対するネガ型の感放射線特性を発揮できる。(B2)重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤を挙げることができる。この光ラジカル重合開始剤としては、例えば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が挙げられる。これらの化合物は、1種又は2種以上を混合して用いることができる。
(O−アシルオキシム化合物)
O−アシルオキシム化合物としては、例えば1−〔4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)〕、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−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−(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)等が挙げられる。
(アセトフェノン化合物)
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等が挙げられる。
(α−アミノケトン化合物)
α−アミノケトン化合物としては、例えば2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−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−モルホリン−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−モルホリノプロパン−1−オン等が挙げられる。
(α−ヒドロキシケトン化合物)
α−ヒドロキシケトン化合物としては、例えば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が挙げられる。
(ビイミダゾール化合物)
ビイミダゾール化合物としては、例えば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’−ビイミダゾール等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて酸化防止剤、多官能アクリレート、界面活性剤、密着助剤、無機酸化物粒子、環状エーテル基を有する化合物、酸拡散制御剤、溶媒等のその他の任意成分を含有してもよい。その他の任意成分は、それぞれ単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
酸化防止剤は、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤等が挙げられるが、フェノール系酸化防止剤が特に好ましい。酸化防止剤は、単独で、あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。酸化防止剤の含有量は、本実施形態の感放射線性樹脂組成物に含有される[A]重合体成分の合計100質量部に対し、0.1質量部〜10質量部が好ましく、特に好ましくは0.2質量部〜5質量部である。この範囲で使用することによって、該感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜の耐熱性をより高めることができる。
酸化防止剤としては、特開2011−227106号報等に記載の酸化防止剤を用いることができる。
多官能アクリレートは[A]重合体成分100質量部に対して、100質量部以下であり、0.1質量部以上80質量部以下が好ましく、0.5質量部以上50質量部以下がより好ましく、1質量部以上25質量部以下がさらに好ましい。この範囲で使用することによって、該感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜の耐熱性、耐溶剤性をより高めることができる。
多官能アクリレートとしては、特開2005−227525号報等に 記載の多官能アクリレートを用いることができる。
無機酸化物粒子としては、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、亜鉛、インジウム、スズ、アンチモン、ストロンチウム、バリウム、セリウムおよびハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含む酸化物である無機酸化物粒子を用いることができる。特開2011−128385公報記載の無機酸化物粒子を用いることができる。
<環状エーテル基を有する化合物>
環状エーテル基を有する化合物は、環状エーテル基を有し、かつ[A]重合体成分が有する重合体とは異なる化合物である。当該感放射線性樹脂組成物は、環状エーテル基を有する化合物を含有することで、環状エーテル基を有する化合物の熱反応性により[A]重合体成分等の架橋を促進し、当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜の硬度をより高めることができると共に、当該感放射線性樹脂組成物の放射線感度を高めることができる。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、溶媒に[A]重合体成分及び[B]感放射性酸発生体、必要に応じて好適成分、その他の任意成分を混合することによって溶解又は分散させた状態に調製される。例えば、溶媒中で各成分を所定の割合で混合することにより、当該感放射線性樹脂組成物を調製できる。
<溶媒>
溶媒としては、当該感放射線性樹脂組成物中の他の成分を均一に溶解又は分散し、上記他の成分と反応しないものが好適に用いられる。このような溶媒としては、例えば、アルコール類、エーテル類、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モノ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、芳香族炭化水素類、ケトン類、他のエステル類等が挙げられる。溶媒としては、特開2011−232632号報に記載の溶媒を用いることができる。
<重合体組成物>
本発明の重合体組成物は、一般式(1)または一般式(2)で示される構造単位である第1構造単位と、架橋性基等を含む第2構造単位と酸解離性基を含む第3構造単位からなる群より選択される構造単位を有する重合体成分を含有する。この重合体成分は、当該感放射線性樹脂組成物の[A]重合体成分と同様なものである。上記重合体成分は、同一の重合体中に第1構造単位、第2構造単位、並びに第3構造単位及び/又はその他の構造単位を含むものであっても、異なる重合体中に第1構造単位、第2構造単位、並びに第3構造単位及び/又はその他の構造単位を含むものであってもよい。当該重合体組成物は、[A]重合体成分と同様な重合体成分を含有するため、当該感放射線性樹脂組成物の調製に好適に使用することができる。
<硬化膜>
本発明の硬化膜は、当該感放射線性樹脂組成物から形成される。当該硬化膜は、当該感放射線性樹脂組成物から形成されているため、優れた撥水性、塗膜の外観特性及び膜厚の均一性を有する。このような特性を有する当該硬化膜は、例えば、表示素子等の電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク(隔壁)、スペーサー、保護膜、カラーフィルタ用着色パターン等に使用できる。なお、当該硬化膜の形成方法としては特に限定されないが、次に説明する硬化膜の形成方法を適用することが好ましい。
<硬化膜の形成方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、硬化膜の形成に好適に用いることができる。
[工程(1)]
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物を用い、基板上に塗布して塗膜を形成する。当該感放射線性樹脂組成物が溶媒を含む場合には、塗布面をプレベークすることによって溶媒を除去することが好ましい。
[工程(2)]
本工程では、塗膜の少なくとも一部に放射線を照射し露光する。露光する際には、通常所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する。露光に使用される放射線としては、波長が190nm〜450nmの範囲にある放射線が好ましく、365nmの紫外線を含む放射線がより好ましい。露光量としては、500J/m2〜6,000J/m2が好ましく、1,500J/m2〜1,800J/m2がより好ましい。この露光量は、放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI Optical Associates社の「OAI model356」)により測定した値である。
[工程(3)]
本工程では、放射線が照射された塗膜を現像する。露光後の塗膜を現像することにより、不要な部分(放射線の照射部分)を除去して所定のパターンを形成する。
[工程(4)]
本工程では、現像された塗膜を加熱する。加熱には、ホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、パターニングされた薄膜を加熱することで、[A]重合体成分の硬化反応を促進して、硬化膜を形成することができる。加熱温度としては、例えば、120℃〜250℃程度である。加熱時間としては、加熱機器の種類により異なるが、例えば、ホットプレートでは5分〜30分間程度、オーブンでは30分〜90分間程度である。また、2回以上の加熱工程を行うステップベーク法等を用いることもできる。このようにして、目的とする硬化膜に対応するパターン状薄膜を基板の表面上に形成できる。この硬化膜の膜厚としては、0.1μm〜8μmが好ましく、0.1μm〜6μmがより好ましい。
<電子デバイス>
本発明の電子デバイスは、当該硬化膜を備えている。当該電子デバイスは、例えば、液晶表示素子、有機EL表示素子である。
[重量平均分子量(Mw)]
下記条件下、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<[A]重合体成分の合成>
[合成例1](重合体(P−1)の合成)
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、メチル―3−メトキシプロピオネート200質量部を仕込んだ。引き続き第1構造単位を与える単量体としてビニルスチレンオキシド(a−1)30質量部、第2構造単位を与える単量体としてメタクリル酸(以下、MAとも言う)20質量部及びメタクリル酸メチル(以下、MMAとも言う)50質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し重合体(P−1)を含む重合体溶液を得た。重合体(P−1)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は12,000であった。
(重合体(P−2〜8)の合成例、比較合成例1から4)
それぞれ(表1)からなる重合性単量体の組成に基づき、P−1の合成例と同様の手法で樹脂を作成した。(表1)中の−は、含有しないことを示す。得られた重合体のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)を(表1)に示した。
a−1:下記式で示される化合物
AA:アクリル酸、MA:メタクリル酸、MMA:メタクリル酸メチル、ST:スチレン
をそれぞれ示す。
表1中、比較合成例で示される化合物を以下に示す。
ca−1:下記式で示される化合物
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3.4質量部、メチル―3−メトキシプロピオネート68質量部を仕込んだ。 引き続き第3構造単位を与える化合物としてメタクリル酸1−エトキシエチル(b−1)る(30モル%)、第1構造単位を与える化合物として下記式(a−1)で示される化合物(30モル%)、第2構造単位を与える化合物としてメタクリル酸メチル(40モル%)を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し重合体(P−9)を含む重合体溶液105質量部を得た。
重合体(P−9)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は12,000であった。
[合成例3](重合体(P−10)の合成)
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3.4質量部、メチル―3−メトキシプロピオネート68質量部を仕込んだ。 引き続き第3構造単位を与える化合物としてテトラヒドロ−2H−ピラン−2−イルメタクリレート(b−2)(30モル%)、第1構造単位を与える化合物として下記式(a−2)で示される化合物(30モル%)、第2構造単位を与える化合物としてメタクリル酸メチル(40モル%)を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し重合体(P−10)を含む重合体溶液105質量部を得た。重合体(P−10)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は12,000であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
[実施例1]
[A]重合体成分としての(P−1)を含む重合体溶液((P−1)100質量部(固形分)に相当する量)に、[B]感放射線性化合物としての(B−1)20質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物を調製した。
感放射線性樹脂組成物(S−1)から(S−28、)比較例の感放射線性樹脂組成物(CS−1)から(CS−4)はポジ型の感放射線性樹脂組成物であり、表2、表4、表6に組成及び評価結果を示した。また、感放射線性樹脂組成物(S−29)から(S−52、)比較例の感放射線性樹脂組成物(CS−5)から(CS−8)はネガ型の感放射線性樹脂組成物であり、表3、表5に組成及び評価結果を示した。
(感放射線性化合物)
B−1:4,4’−〔1−〔4−〔1−〔4−ヒドロキシフェニル〕−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール(1.0モル)と1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリド(2.0モル)との縮合物
B−2:(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(BASF社の「CGI−1311」)
B−3:4−メチルフェニルスルフォニルオキシイミノ−α−(4−メトキシフェニル)アセトニトリル(みどり化学(株)社の「PAI−101」)
B−4:O−アシルオキシム化合物(BASF社の「イルガキュアOXE01」)
B−5:O−アシルオキシム化合物(NCI−930((株)ADEKA製)
(酸拡散制御剤)
C−1:2−フェニルベンゾイミダゾール
(架橋剤)
D−1:アロニックス M−402(商品名、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサアクリレート、東亞合成(株)製)
D−2: TA−G (商品名、四国化成工業(株)製)
D−3:アジピン酸ジビニル
D−1:KBM−403(商品名、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製)
実施例1〜52及び比較例1から8の感放射線性樹脂組成物を用いて、放射線感度、硬化膜の誘電率、硬化膜の耐薬品性、硬化膜の屈折率の評価を実施した。評価結果を表3に示す。
[放射線感度の評価]
シリコン基板上に、感放射線性樹脂組成物をスピンナーを用いて塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、露光機(キヤノン社の「MPA−600FA」(ghi線混合))を用い、60μmのライン・アンド・スペース(10対1)のパターンを有するマスクを介して、塗膜に対し露光量を変量として放射線を照射した。その後、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて23℃において80秒間液盛り法で現像した。次いで、超純水で1分間流水洗浄を行い、その後乾燥することによりパターンを形成した。このとき、5μmのスペース・パターンが完全に溶解するために必要な露光量を調べた。この露光量の値が80mJ/cm2以下の場合、放射線感度は良好と判断できる。
評価基準を以下に示す。
A:40mJ/cm2未満、
B:40mJ/cm2以上、80mJ/cm2未満、
C:80mJ/cm2以上、120mJ/cm2未満、
D:120mJ/cm2以上
[電気特性評価基板の作製]
実施例および比較例に記載した感放射線性樹脂組成物を用い、それぞれをITO膜付のガラス基板であるITO基板上に膜厚3μmとなるようにスピンコータで塗布した後、ホットプレート上で90℃にて2分間プレベークし、有機溶媒等を蒸発させて各塗膜を形成した。次いで、電気特性測定のための電極取出し部位として、感放射線性樹脂組成物を塗布した基板の端の一部をアセトンで拭きとり下地のITOを露出させた。その後、オーブンにて230℃で30分間加熱(ポストベーク)して硬化させ、ITO基板上に絶縁膜を形成した。
[誘電率の測定]
上述した[電気特性評価基板の作製]に記載された方法で作製された各電気特性評価基板の絶縁膜上に、静電容量を測定するためのAl(アルミニウム)電極を真空蒸着装置(JEOL VACUUM EVAPORATOR JEE−420)を用いて作製した。次いで、予め露出させておいたITO部分に電極接続用のリード線をハンダ付けし、そのリード線と真空蒸着装置で作製したAl電極とをそれぞれLCRメータ(HEWLETT PACKARD 4284A PRECISION LCR METER)のプラス端子とマイナス端子に接続し、印可電圧100mV、周波数10kHzの条件で絶縁膜の静電容量Cを測定した。測定した静電容量Cの値と、Al電極の面積S(m2)と、硬化膜の膜厚d(m)を以下の式に代入し、誘電率εの値を求めた。
誘電率ε = 静電容量C × 硬化膜の膜厚d(m) ÷ 電極面積S(m2)
評価基準を以下に示す。
B:3.0以上、3.2未満、
C:3.2以上、3.4未満、
D:3.4以上
[硬化膜の耐薬品性の評価]
硬化膜の耐薬品性は、剥離液による膨潤として評価した。シリコン基板上に、感放射線性樹脂組成物をスピンナを用いて塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、230℃に加温したオーブンを用いて30分間焼成し、硬化膜を形成した。この膜を40℃に加温したN−メチルピロリドン溶剤中に6分間浸漬させ、浸漬前後の膜厚変化率(%)を求め、耐薬品性の指標とした。膜厚変化率を、A:膜厚変化率5%未満、B:膜厚変化率5%以上10%未満、C:膜厚変化率10%以上15%未満、D:膜厚変化率15%以上とし、AまたはBの場合、耐薬品性は良好と、C又はDの場合、不良と評価した。膜厚は、光干渉式膜厚測定装置(ラムダエース VM−1010)を用いて25℃で測定した。
[硬化膜の屈折率]
ガラス基板上にスピンナーを用いて、実施例及び比較例として調製した感放射線性樹脂組成物のいずれかを塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に水銀ランプによって積算照射量が3,000J/m2となるように紫外線を照射した。次いで、このガラス基板をホットプレート上で230℃、30分間加熱した。得られた硬化膜の屈折率をMetricon社の「プリズムカプラ モデル2010」にて測定した。屈折率(nD)は、波長633nmにて測定し、A:1.60以上、B:1.55以上1.60未満、C:1.50以上1.55未満、D:1.50未満に分類し、屈折率の指標とした。
表4の結果から明らかなように、実施例1〜28の感放射線性樹脂組成物は、放射線感度に優れ、これらの感放射線性樹脂組成物から形成された硬化膜は、誘電率、耐薬品性に優れていた。
表5の結果から明らかなように、実施例29〜52の感放射線性樹脂組成物は、放射線感度に優れ、これらの感放射線性樹脂組成物から形成された硬化膜は、誘電率、耐薬品性、屈折率に優れていた。
実施例49〜72及び比較例9〜12に記載の感放射線性樹脂組成物を用いて、低温硬化膜の硬化性の評価を実施した。評価結果を表6に示す。
[硬化性の評価]
硬化性は、剥離液による溶解を指標として評価した。シリコン基板上に、感放射線性樹脂組成物をスピンナを用いて塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、プロキシミティ露光機(キヤノン社の「MA−1200」(ghi線混合))を用いて300mJの光を基板全面に照射した後、ホットプレートを用いて温度を変数として30分間ポストベークし、各温度での硬化膜を形成した。これらの膜を40℃に加温したN−メチルピロリドン溶剤中に6分間浸漬させ、浸漬後の基板をポストベーク温度と同じ温度のホットプレートにて15分間焼成し、浸漬前後の膜厚減少率(%)を求め、低温硬化性の指標とした。膜厚減少率を、○:膜厚減少率2%未満、△:膜厚減少率2%以上10%未満、×:膜厚減少率10%以上とし、○の場合、硬化性は良好と、△又は×の場合、不良と評価した。膜厚は、光干渉式膜厚測定装置(ラムダエース VM−1010)を用いて25℃で測定した。
Claims (12)
- 電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク、スペーサー、保護膜及びカラーフィルター用着色パターンのうち少なくともいずれかの硬化膜を形成するための硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物であって、
[A]下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分、
[B]感放射線性化合物を含有し、
さらに、(A)重合体成分が、第1構造単位及び第2構造単位以外の構造単位として、酸解離性基を含む第3構造単位を有することを特徴とする硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(1)、(2)中、A1は硫黄原子を示し、A2は水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、A3は水素原子またはメチル基を示す。m1は1から3の整数を示し、m2は0から4の整数を示し、m3は0から6の整数を示す。) - 電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク、スペーサー、保護膜及びカラーフィルター用着色パターンのうち少なくともいずれかの硬化膜を形成するための硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物であって、
[A]下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分、
[B]感放射線性化合物を含有し、
さらに、(A)重合体成分が、第1構造単位及び第2構造単位以外の構造単位として、酸解離性基を含む第3構造単位を有することを特徴とする硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(1)、(2)中、A1は酸素原子または硫黄原子を示し、A2は水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、A3は水素原子またはメチル基を示す。m1は1を示し、m2は0から4の整数を示し、m3は0から6の整数を示す。) - 上記酸解離性基を含む基が、下記式(3)又は下記式(4)で表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(3)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜30の炭化水素基又はこの炭化水素基が有する水素原子の少なくとも一部がヒドロキシル基、ハロゲン原子若しくはシアノ基で置換された基である。但し、R1及びR2が共に水素原子である場合はない。R3は、炭素数1〜30の炭化水素基、この炭素水素基の炭素−炭素間若しくは結合手側末端に酸素原子を含む基又はこれら基が有する水素原子の少なくとも一部がヒドロキシル基、ハロゲン原子若しくはシアノ基で置換された基である。
式(4)中、R4〜R10は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基である。nは、1又は2である。nが2の場合、複数のR7及びR8は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。*は結合部位を示す。) - 上記第2構造単位が、下記式(5)で表されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(5)中、R11は、水素原子、メチル基を示す。R12は、エポキシ基、3,4−エポキシシクロヘキシル基、下記式(5−1)、下記式(5−2)又は下記式(5−3)で表される基の群から選ばれる一種である。X1は、単結合、メチレン基又は炭素数2〜12のアルキレン基である。Y1は、単結合、酸素原子、硫黄原子又はイミノ基である。式(5−3)中、R13は水素原子、炭素数1から12のアルキル基を示す。*は結合部位を示す。)
- 電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク、スペーサー、保護膜及びカラーフィルター用着色パターンのうち少なくともいずれかの硬化膜を形成するための硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物であって、
[A]下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分、
[B]感放射線性化合物を含有し、
上記第2構造単位が、下記式(5)で表されることを特徴とする硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(1)、(2)中、A1は硫黄原子を示し、A2は水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、A3は水素原子またはメチル基を示す。m1は1から3の整数を示し、m2は0から4の整数を示し、m3は0から6の整数を示す。)
(式(5)中、R 11 は、水素原子、メチル基を示す。R 12 は、エポキシ基、3,4−エポキシシクロヘキシル基、下記式(5−1)、下記式(5−2)又は下記式(5−3)で表される基の群から選ばれる一種である。X 1 は、単結合、メチレン基又は炭素数2〜12のアルキレン基である。Y 1 は、単結合、酸素原子、硫黄原子又はイミノ基である。式(5−3)中、R 13 は水素原子、炭素数1から12のアルキル基を示す。*は結合部位を示す。)
- 電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク、スペーサー、保護膜及びカラーフィルター用着色パターンのうち少なくともいずれかの硬化膜を形成するための硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物であって、
[A]下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分、
[B]感放射線性化合物を含有し、
上記第2構造単位が、下記式(5)で表されることを特徴とする硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(1)、(2)中、A1は酸素原子または硫黄原子を示し、A2は水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、A3は水素原子またはメチル基を示す。m1は1を示し、m2は0から4の整数を示し、m3は0から6の整数を示す。)
(式(5)中、R 11 は、水素原子、メチル基を示す。R 12 は、エポキシ基、3,4−エポキシシクロヘキシル基、下記式(5−1)、下記式(5−2)又は下記式(5−3)で表される基の群から選ばれる一種である。X 1 は、単結合、メチレン基又は炭素数2〜12のアルキレン基である。Y 1 は、単結合、酸素原子、硫黄原子又はイミノ基である。式(5−3)中、R 13 は水素原子、炭素数1から12のアルキル基を示す。*は結合部位を示す。)
- 上記感放射線性化合物が、酸発生剤、重合開始剤又はこれらの組み合わせである請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
- 電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク、スペーサー、保護膜及びカラーフィルター用着色パターンのうち少なくともいずれかの硬化膜を形成するための硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物であって、
[A]下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分、
[B]感放射線性化合物を含有し、
上記感放射線性化合物が、酸発生剤を含み、
上記酸発生剤が、下記式(6)で表されるオキシムスルホネート基を含むことを特徴とする硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(1)、(2)中、A1は硫黄原子を示し、A2は水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、A3は水素原子またはメチル基を示す。m1は1から3の整数を示し、m2は0から4の整数を示し、m3は0から6の整数を示す。)
(式(6)中、R 14 は、アルキル基、1価の脂環式炭化水素基、アリール基又はこれらの基が有する水素原子の少なくとも一部が置換基で置換された基である。*は結合部位を示す。) - 電子デバイスの層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク、スペーサー、保護膜及びカラーフィルター用着色パターンのうち少なくともいずれかの硬化膜を形成するための硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物であって、
[A]下記式(1)及び式(2)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一方の第1構造単位、並びに第2構造単位とを有する重合体成分、
[B]感放射線性化合物を含有し、
上記感放射線性化合物が、酸発生剤を含み、
上記酸発生剤が、下記式(6)で表されるオキシムスルホネート基を含むことを特徴とする硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
(式(1)、(2)中、A1は酸素原子または硫黄原子を示し、A2は水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、A3は水素原子またはメチル基を示す。m1は1を示し、m2は0から4の整数を示し、m3は0から6の整数を示す。)
(式(6)中、R 14 は、アルキル基、1価の脂環式炭化水素基、アリール基又はこれらの基が有する水素原子の少なくとも一部が置換基で置換された基である。*は結合部位を示す。) - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜。
- 基板上に塗膜を形成する工程、上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び上記現像された塗膜を加熱する工程を備える硬化膜の形成方法であって、
上記塗膜を請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物を用いて形成する硬化膜の形成方法。 - 請求項10に記載の硬化膜を備える電子デバイス。
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