JP2012155115A - ポジ型感放射線性組成物、層間絶縁膜及びその形成方法 - Google Patents

ポジ型感放射線性組成物、層間絶縁膜及びその形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率を満足する層間絶縁膜を形成可能であり、かつ放射線感度に優れ、十分な保存安定性を有するポジ型感放射線性組成物、その組成物から形成される層間絶縁膜、並びにその層間絶縁膜の形成方法の提供
【解決手段】[A]同一又は異なる重合体分子中に解離性のアルコキシアルキル基を含む構造単位とエポキシ基含有構造単位とを有する重合体、及び酸発生剤としてチアンスレン構造を有するスルホニルオキシイミド化合物またはチアンスレン構造を有するフェニルスルホニウム化合物を含有するポジ型感放射線性組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶表示素子、有機EL表示素子等の表示素子の層間絶縁膜の形成材料として好適なポジ型感放射線性組成物、その組成物から形成される層間絶縁膜、及びその層間絶縁膜の形成方法に関する。
表示素子には、一般に層状に配置される配線の間を絶縁する目的で層間絶縁膜が設けられている。層間絶縁膜の形成材料としては、必要なパターン形状を得るための工程数が少なく、しかも十分な平坦性を有するものが好ましいことから、ポジ型感放射線性組成物が幅広く使用されている。このような層間絶縁膜を形成する際に用いられるポジ型感放射線性組成物には良好な放射線感度及び保存安定性が求められ、またこの組成物から得られる層間絶縁膜には一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、電圧保持率等が求められる。
上記ポジ型感放射線性組成物の成分としては、アクリル系樹脂が広く採用されており、例えば特開2009−98673号公報には、酸解離性基を含む構造単位を有し、この酸解離性基が解離したときにアルカリ可溶性になる樹脂、カルボキシル基と反応して共有結合を生成し得るエポキシ基等の官能基を含む構造単位を有する樹脂、及び酸発生剤を含有するポジ型感光性組成物が提案されている。この組成物は、上記2種類の特定の樹脂を混合しており、塗膜形成後、酸の作用により酸解離性基を含む構造単位を有する樹脂から生成したカルボキシル基と、エポキシ基等を含む構造単位を有する樹脂との架橋反応により硬化するよう構成されている。しかしながら、かかる構成のポジ型感放射線性組成物は十分な放射線感度及び保存安定性を有さず、得られる硬化膜の透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率は満足のいくレベルではない。
特開2009−98673号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率を満足する層間絶縁膜を形成可能であり、かつ放射線感度に優れ、十分な保存安定性を有するポジ型感放射線性組成物、その組成物から形成される層間絶縁膜、並びにその層間絶縁膜の形成方法を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]同一又は異なる重合体分子中に下記式(1)で表される基を含む構造単位とエポキシ基含有構造単位とを有する重合体(以下、[A]重合体と称する。)、及び
[B]下記式(2)及び(3)で表される酸発生剤から選ばれる少なくとも1種の酸発生剤を含有するポジ型感放射線性組成物である。
Figure 2012155115
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であり、これらのアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基の水素原子の一部又は全部が置換基で置換されていてもよい。但し、R及びRが共に水素原子である場合はない。Rはアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基又は−M(R3mで表される基(MはSi、Ge又はSnであり、R3mはアルキル基である)であり、これらの水素原子の一部又は全部が置換基で置換されていてもよい。RとRとが連結して環状エーテルを形成してもよい。)
Figure 2012155115
Figure 2012155115
(式(2)中、Rは、それぞれ独立に、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。nは0から4の整数を示す。
Xは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20、Wは0から5の整数を示す。
式(3)中、Rまたは、Rは、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。
は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。mは0から4の整数を示し、lは0から5の整数を示す。Q-は、非求核性アニオンである。)
当該ポジ型感放射線性組成物は、上記特定構造を有する[A]重合体を含有し、エポキシ基の架橋反応を充分に進行できることから、一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率をバランス良く満足する層間絶縁膜を形成できる。また、当該ポジ型感放射線性組成物は、上記特定構造を有する[B]酸発生剤を含有することから、放射線感度に優れ、また十分な保存安定性を有する。さらに、高感度であることから、結果として、当該ポジ型感放射線性組成物から形成される液晶表示膜を備える液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子、有機EL素子等を効率よく生産できる。
上記Qが、PF 、SbF 、BF 、B(C2t+1 、C2t+1SO 、及び[PF6−u(C2t+1]からなる群より選択されるアニオンであることが好ましい。但し、tは1〜8の整数であり、uは1〜5の整数である。[B]酸発生剤が、好ましい特定構造を有することで放射線感度がより向上する。
当該ポジ型感放射線性組成物は、表示素子の層間絶縁膜を形成するために好適に用いられる。当該ポジ型感放射線性組成物を表示素子の層間絶縁膜形成に用いることで、透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率等の一般的な要求特性をバランス良く満足し、近年の多様な性能要求に対応できる層間絶縁膜が得られる。
本発明の表示素子用層間絶縁膜の形成方法は、
(1)当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線を照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を加熱する工程
を有する。
当該ポジ型感放射線性組成物を用いる本発明の形成方法により、透明性等の一般的な要求特性をバランス良く満足する層間絶縁膜を形成できる。
当該ポジ型感放射線性組成物から形成される表示素子の層間絶縁膜も本発明に好適に含まれる。
なお、本明細書にいう[A]成分の「重合体」は、一の重合体分子中に構造単位(1)を有し、かつその一の重合体分子とは異なる重合体分子中にエポキシ基含有構造単位を有する場合も含む概念である。また、本明細書にいう「感放射線性樹脂組成物」の「放射線」とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を含む概念である。
以上説明したように、本発明のポジ型感放射線性組成物は、一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率をバランス良く満足する層間絶縁膜を形成可能である。また、当該ポジ型感放射線性組成物は放射線感度に優れ、十分な保存安定性を有する。さらに、高感度であることから、結果として、当該ポジ型感放射線性組成物から形成される液晶表示膜を備える液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子、有機EL素子等を効率よく生産できる。
以下、本発明の実施形態について詳述する。
本発明のポジ型感放射線性組成物は、[A]重合体及び[B]酸発生体を含有し、さらに任意成分を含有してもよい。当該ポジ型感放射線性組成物は、上記特定構造を有する[A]重合体を含有し、エポキシ基の架橋反応を充分に進行できることから、一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率をバランス良く満足する層間絶縁膜を形成できる。また、当該ポジ型感放射線性組成物は、上記特定構造を有する[B]酸発生剤を含有することから、放射線感度に優れ、また十分な保存安定性を有する。さらに、高感度であることから、結果として、当該ポジ型感放射線性組成物から形成される液晶表示膜を備える液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子、有機EL素子等を効率よく生産できる。以下、各構成要素を詳述する。
<[A]重合体>
[A]重合体は、同一又は異なる重合体分子中に構造単位(1)とエポキシ基含有構造単位とを有しており、必要に応じてその他の構造単位を有していてもよい。構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位を有する[A]重合体の態様としては特に限定されず、
(i)同一の重合体分子中に構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位の両方を有しており、重合体中[A]に1種の重合体分子が存在する場合;
(ii)一の重合体分子中に構造単位(1)を有し、それとは異なる重合体分子中にエポキシ基含有構造単位を有しており重合体中[A]に2種の重合体分子が存在する場合;
(iii)一の重合体分子中に構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位の両方を有し、それとは異なる重合体分子中に構造単位(1)を有し、これらとはさらに異なる重合体分子中にエポキシ基含有構造単位を有しており、重合体中[A]に3種の重合体分子が存在する場合;
(iv)(i)〜(iii)に規定の重合体分子に加え、重合体中[A]にさらに別の1種又は2種以上の重合体分子を含む場合等が挙げられる。
[構造単位(1)]
構造単位(1)では、上記式(1)で表される基が、酸の存在下で解離して極性基を生じる基(以下、「酸解離性基」と称することがある。)として存在しているので、放射線の照射により光酸発生体から生じた酸により酸解離性基が解離し、その結果、アルカリ不溶性であった[A]重合体はアルカリ可溶性となる。上記酸解離性基は、アルカリに対しては比較的安定なアセタール構造又はケタール構造を有しており、これらが酸の作用によって解離することとなる。
上記式(1)において、R及びRで表されるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30の直鎖状及び分岐状アルキル基であり、このアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有していてもよい。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、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−オクタデシル基等の直鎖状アルキル基、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基等の分岐状アルキル基等が挙げられる。
上記式(1)においてR及びRで表されるシクロアルキル基としては、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、多環でもよく、環内に酸素原子を有していてもよい。シクロアルキル基としては、例えばシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル、シクロオクチル、ボルニル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。
上記式(1)においてR及びRで表されるアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、単環でもよく、単環が連結した構造であってもよく、縮合環であってもよい。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
上記R及びRの水素原子の一部又は全部は置換基で置換されていてもよい。このような置換基としては、例えばハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、カルボニル基、シクロアルキル基(このシクロアルキル基としては、上記シクロアルキル基の説明を好適に適用できる。)、アリール基(このアリール基としては、上記アリール基の説明を好適に適用できる。)、アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜20のアルコキシ基であり、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20のアシル基であり、例えばアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、i−ブチリル基等が挙げられる。)、アシロキシ基(好ましくは炭素数2〜10のアシロキシ基であり、例えばアセトキシ基、エチリルオキシ基、ブチリルオキシ基、t−ブチリルオキシ基、t−アミリルオキシ基等が挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20のアルコキシカルボニル基であり、例えばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基等が挙げられる。)、ハロアルキル基(上記アルキル基又はシクロアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、例えばパーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、フルオロシクロプロピル基、フルオロシクロブチル基等が挙げられる。)等が挙げられる。アリール基、シクロアルキル基等における環状構造については、さらなる置換基としては上記アルキル基が挙げられる。
上記式(1)においてRで表されるアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基はR及びRでの説明を適用できる。上記式(1)においてRで表されるアラルキル基としては、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられ、例えばベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。上記式(1)においてRの−M(R3mで表される基としては、例えばトリメチルシラニル基、トリメチルゲルミル基等が挙げられる。このRで表されるアラルキル基又は−M(R3mで表される基の水素原子の一部又は全部を置換していてもよい置換基としては、上記置換基を好適に採用できる。
とRとが連結して環状エーテルを形成してもよい。このような環状エーテルとしては、例えば2−オキセタニル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロピラニル基、2−ジオキサニル基等が挙げられる。この環状エーテルの水素原子の一部又は全部は上記置換基で置換されていてもよい。
構造単位(1)は、他の炭素原子に結合することによりアセタール構造又はケタール構造を有することとなるべき官能基を有することにより、そのアセタール構造又はケタール構造を持つことができる。
他の炭素原子に結合することによりアセタール構造を有することとなるべき官能基としては、例えば1−メトキシエトキシ基、1−エトキシエトキシ基、1−n−プロポキシエトキシ基、1−i−プロポキシエトキシ基、1−n−ブトキシエトキシ基、1−i−ブトキシエトキシ基、1−sec−ブトキシエトキシ基、1−t−ブトキシエトキシ基、1−シクロペンチルオキシエトキシ基、1−シクロヘキシルオキシエトキシ基、1−ノルボルニルオキシエトキシ基、1−ボルニルオキシエトキシ基、1−フェニルオキシエトキシ基、1−(1−ナフチルオキシ)エトキシ基、1−ベンジルオキシエトキシ基、1−フェネチルオキシエトキシ基、(シクロヘキシル)(メトキシ)メトキシ基、(シクロヘキシル)(エトキシ)メトキシ基、(シクロヘキシル)(n−プロポキシ)メトキシ基、(シクロヘキシル)(i−プロポキシ)メトキシ基、(シクロヘキシル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシ基、(シクロヘキシル)(フェノキシ)メトキシ基、(シクロヘキシル)(ベンジルオキシ)メトキシ基、(フェニル)(メトキシ)メトキシ基、(フェニル)(エトキシ)メトキシ基、(フェニル)(n−プロポキシ)メトキシ基、(フェニル)(i−プロポキシ)メトキシ基、(フェニル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシ基、(フェニル)(フェノキシ)メトキシ基、(フェニル)(ベンジルオキシ)メトキシ基、(ベンジル)(メトキシ)メトキシ基、(ベンジル)(エトキシ)メトキシ基、(ベンジル)(n−プロポキシ)メトキシ基、(ベンジル)(i−プロポキシ)メトキシ基、(ベンジル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシ基、(ベンジル)(フェノキシ)メトキシ基、(ベンジル)(ベンジルオキシ)メトキシ基、2−テトラヒドロフラニルオキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基、1−トリメチルシラニルオキシエトキシ基、1−トリメチルゲルミルオキシエトキシ基等が挙げられる。
これらのうち、1−エトキシエトキシ基、1−シクロヘキシルオキシエトキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基、1−n−プロポキシエトキシ基、1−n−ブトキシエトキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基を好ましいものとして挙げられる。
他の炭素原子に結合することにより、ケタール構造を有することとなるべき官能基としては、例えば1−メチル−1−メトキシエトキシ基、1−メチル−1−エトキシエトキシ基、1−メチル−1−n−プロポキシエトキシ基、1−メチル−1−i−プロポキシエトキシ基、1−メチル−1−n−ブトキシエトキシ基、1−メチル−1−i−ブトキシエトキシ基、1−メチル−1−sec−ブトキシエトキシ基、1−メチル−1−t−ブトキシエトキシ基、1−メチル−1−シクロペンチルオキシエトキシ基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシエトキシ基、1−メチル−1−ノルボルニルオキシエトキシ基、1−メチル−1−ボルニルオキシエトキシ基、1−メチル−1−フェニルオキシエトキシ基、1−メチル−1−(1−ナフチルオキシ)エトキシ基、1−メチル−1−ベンジルオオキシエトキシ基、1−メチル−1−フェネチルオキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−メトキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−エトキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−n−プロポキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−i−プロポキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−シクロヘキシルオキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−フェノキシエトキシ基、1−シクロヘキシル−1−ベンジルオキシエトキシ基、1−フェニル−1−メトキシエトキシ基、1−フェニル−1−エトキシエトキシ基、1−フェニル−1−n−プロポキシエトキシ基、1−フェニル−1−i−プロポキシエトキシ基、1−フェニル−1−シクロヘキシルオキシエトキシ基、1−フェニル−1−フェニルオキシエトキシ基、1−フェニル−1−ベンジルオキシエトキシ基、1−ベンジル−1−メトキシエトキシ基、1−ベンジル−1−エトキシエトキシ基、1−ベンジル−1−n−プロポキシエトキシ基、1−ベンジル−1−i−プロポキシエトキシ基、1−ベンジル−1−シクロヘキシルオキシエトキシ基、1−ベンジル−1−フェニルオキシエトキシ基、1−ベンジル−1−ベンジルオキシエトキシ基、2−(2−メチル−テトラヒドロフラニル)オキシ基、2−(2−メチル−テトラヒドロピラニル)オキシ基、1−メトキシ−シクロペンチルオキシ基、1−メトキシ−シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
これらのうち、1−メチル−1−メトキシエトキシ基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシエトキシ基を好ましいものとして挙げられる。
アセタール構造又はケタール構造を有する構造単位(1)としては、例えば下記式(1−1)〜(1−3)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2012155115
上記式(1−1)及び(1−3)中、R’は水素原子又はメチル基である。R、R及びRは上記式(1)の説明と同義である。
上記式(1−1)〜(1−3)で表される構造単位(1)を与えるラジカル重合性を有する単量体(以下、「アセタール構造含有単量体」と称することがある。)としては、例えば
1−アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、1−(シクロアルキルオキシ)アルキル(メタ)アクリレート、1−(ハロアルコキシ)アルキル(メタ)アクリレート、1−(アラルキルオキシ)アルキル(メタ)アクリレート、テトラヒドロピラニル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート系アセタール構造含有単量体;
2,3−ジ(1−(トリアルキルシラニルオキシ)アルコキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(トリアルキルゲルミルオキシ)アルコキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−アルコキシアルコキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(シクロアルキルオキシ)アルコキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(アラルキルオキシ)アルコキシカルボニル)−5−ノルボルネン等のノルボルネン系アセタール構造含有単量体;
1−アルコキシアルコキシスチレン、1−(ハロアルコキシ)アルコキシスチレン、1−(アラルキルオキシ)アルコキシスチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレン等のスチレン系アセタール構造含有単量体等が挙げられる。
これらのうち、1−アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、テトラヒドロピラニル(メタ)アクリレート、1−アルコキシアルコキシスチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレンが好ましく、1−アルコキシアルキル(メタ)アクリレートがより好ましい。
構成単位(1)を与えるアセタール構造含有単量体としては、例えば
1−エトキシエチルメタクリレート、1−メトキシエチルメタクリレート、1−n−ブトキシエチルメタクリレート、1−イソブトキシエチルメタクリレート、1−t−ブトキシエチルメタクリレート、1−(2−クロルエトキシ)エチルメタクリレート、1−(2−エチルヘキシルオキシ)エチルメタクリレート、1−n−プロポキシエチルメタクリレート、1−シクロヘキシルオキシエチルメタクリレート、1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エチルメタクリレート、1−ベンジルオキシエチルメタクリレート、2−テトラヒドロピラニルメタクリレート、
1−エトキシエチルアクリレート、1−メトキシエチルアクリレート、1−n−ブトキシエチルアクリレート、1−イソブトキシエチルアクリレート、1−t−ブトキシエチルアクリレート、1−(2−クロルエトキシ)エチルアクリレート、1−(2−エチルヘキシルオキシ)エチルアクリレート、1−n−プロポキシエチルアクリレート、1−シクロヘキシルオキシエチルアクリレート、1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エチルアクリレート、1−ベンジルオキシエチルアクリレート、2−テトラヒドロピラニルアクリレート、
2,3−ジ(1−(トリメチルシラニルオキシ)エトキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(トリメチルゲルミルオキシ)エトキシ)カルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−メトキシエトキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(シクロヘキシルオキシ)エトキシカルボニル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(1−(ベンジルオキシ)エトキシカルボニル)−5−ノルボルネン、
p又はm−1−エトキシエトキシスチレン、p又はm−1−メトキシエトキシスチレン、p又はm−1−n−ブトキシエトキシスチレン、p又はm−1−イソブトキシエトキシスチレン、p又はm−1−(1,1−ジメチルエトキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−(2−クロルエトキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−(2−エチルヘキシルオキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−n−プロポキシエトキシスチレン、p又はm−1−シクロヘキシルオキシエトキシスチレン、p又はm−1−(2−シクロヘキシルエトキシ)エトキシスチレン、p又はm−1−ベンジルオキシエトキシスチレン等が挙げられる。上記構造単位(1)は、1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
上記構成単位(1)を与えるアセタール構造含有単量体の中でも、1−シクロヘキシルオキシエチルアクリレート、1−エトキシエチルメタクリレート、1−n−ブトキシエチルメタクリレート、2−テトラヒドロピラニルメタクリレート、1−ベンジルオキシエチルメタクリレートが好ましい。
構造単位(1)を与えるアセタール構造含有単量体は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法で合成したものを用いることもできる。例えば上記式(1−1)で表される構造単位(1)を与えるアセタール構造含有単量体は、下記に示すように(メタ)アクリル酸を酸触媒の存在下でビニルエーテルと反応させることにより合成できる。
Figure 2012155115
上記式中、R’、R及びRは、それぞれ上記式(1−1)におけるR’、R及びRに対応し、R21及びR22は、−CH(R21)(R22)として、上記式(1−1)におけるRに対応する。
[A]重合体における構造単位(1)の含有量としては、[A]重合体が酸によりアルカリ可溶性を示し、硬化膜の所望の耐熱性が発揮される限り特に限定されず、一の重合体分子に構造単位(1)とエポキシ基含有構造単位とを両方含む場合、[A]重合体に含まれる全構造単位に対して、単量体仕込み比で、5質量%〜70質量%が好ましく、10質量%〜60質量%以下がより好ましく、20質量%〜50質量%が特に好ましい。
一方、一の重合体分子に構造単位(1)を有し、かつ別の一の重合体分子にエポキシ基含有構造単位を有する場合、構造単位(1)を有する一の重合体分子における構造単位(1)の含有量としては、その重合体分子に含まれる全構造単位に対して、単量体仕込み比で、40質量%〜99質量%が好ましく、50質量%〜98質量%がより好ましく、55質量%〜95質量%が特に好ましい。
[エポキシ基含有構造単位]
[A]重合体は、上記構造単位(1)と共に、エポキシ基含有構造単位を有する。エポキシ基含有構造単位は、ラジカル重合性を有するエポキシ基含有単量体に由来する構造単位である。このエポキシ基としては、オキラニル基(1,2−エポキシ構造)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造)が挙げられる。
エポキシ基含有構造単位を与えるエポキシ基含有単量体としては、例えば
アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸−3,4−エポキシブチル、メタクリル酸−3,4−エポキシブチル、アクリル酸−3−メチル−3,4−エポキシブチル、メタクリル酸−3−エチル−3,4−エポキシブチル、アクリル酸−5,6−エポキシヘキシル、メタクリル酸−5,6−エポキシヘキシル、メタクリル酸−5−メチル−5,6−エポキシヘキシル、メタクリル酸−5−エチル−5,6−エポキシヘキシル、アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、3,4−エポキシシクロへキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルメチルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルエチルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルプロピルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルブチルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルヘキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルエチルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルプロピルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルブチルアクリレート、3,4−エポキシシクロへキシルヘキシルアクリレート等のオキシラニル基含有(メタ)アクリル系化合物;
o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−p−ビニルベンジルグリシジルエーテル等のビニルベンジルグリシジルエーテル類;
o−ビニルフェニルグリシジルエーテル、m−ビニルフェニルグリシジルエーテル、p−ビニルフェニルグリシジルエーテル等のビニルフェニルグリシジルエーテル類;
3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−フェニルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−フェニルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−フェニルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−フェニルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−エチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−エチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、2−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン等のオキセタニル基含有(メタ)アクリル系化合物等が挙げられる。上記エポキシ基含有構造単位は、単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
上記エポキシ基含有単量体の中でも、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸−2−メチルグリシジル、メタクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタンが他のラジカル重合性単量体との共重合反応性、及び当該当該ポジ型感放射線性組成物の現像性の観点から好ましい。
[A]重合体におけるエポキシ基含有構造単位の含有量としては、層間絶縁膜の所望の耐熱性が発揮される限り特に限定されず、一の重合体分子に構造単位(1)とエポキシ基含有構造単位とを含む場合、[A]重合体に含まれる全構造単位に対して、単量体仕込み比で10質量%〜60質量%が好ましく、15質量%〜55質量%がより好ましく、20質量%〜50質量%が特に好ましい。
一方、一の重合体分子に構造単位(1)を有し、かつ別の一の重合体分子にエポキシ基含有構造単位を有する場合、エポキシ基含有構造単位を有する一の重合体分子に含まれる全構造単位に対するエポキシ基含有構造単位の含有量としては、単量体仕込み比で20質量%〜80質量%が好ましく、30質量%〜70質量%がより好ましく、35質量%〜65質量%が特に好ましい。
[その他の構造単位]
その他の構造単位を与えるラジカル重合性単量体としては、例えばカルボキシル基又はその誘導体、水酸基を有するラジカル重合性単量体等が挙げられる。
カルボキシル基又はその誘導体を有するラジカル重合体単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、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等のモノカルボン酸;
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等のジカルボン酸;
上記ジカルボン酸の酸無水物等が挙げられる。
水酸基を有するラジカル重合性単量体としては、例えば
アクリル酸−2−ヒドロキシエチルエステル、アクリル酸−3−ヒドロキシプロピルエステル、アクリル酸−4−ヒドロキシブチルエステル、アクリル酸−4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルエステル等のアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル;
メタクリル酸−2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸−3−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチルエステル、メタクリル酸−5−ヒドロキシペンチルエステル、メタクリル酸−6−ヒドロキシヘキシルエステル、メタクリル酸−4−ヒドロキシメチル−シクロヘキシルメチルエステル等のメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル等が挙げられる。
これらのうち、その他のラジカル重合性単量体との共重合反応性及び得られる層間絶縁膜の耐熱性の観点から、アクリル酸−2−ヒドロキシエチルエステル、アクリル酸−3−ヒドロキシプロピルエステル、アクリル酸−4−ヒドロキシブチルエステル、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチルエステル、アクリル酸−4−ヒドロキシメチル−シクロヘキシルメチルエステル、メタクリル酸−4−ヒドロキシメチル−シクロヘキシルメチルエステルが好ましい。
その他のラジカル重合性単量体としては、例えば
アクリル酸メチル、アクリル酸i−プロピル等のアクリル酸アルキルエステル;
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−ブチル等のメタクリル酸アルキルエステル;
アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、アクリル酸−2−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシ)エチル、アクリル酸イソボルニル等のアクリル酸脂環式アルキルエステル;
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−2−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシ)エチル、メタクリル酸イソボルニル等のメタクリル酸脂環式アルキルエステル;
アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸のアリールエステル及びアクリル酸のアラルキルエステル;
メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル等のメタクリル酸のアリールエステル及びメタクリル酸のアラルキルエステル;
マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等のジカルボン酸ジアルキルエステル;
メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸テトラヒドロフリル、メタクリル酸テトラヒドロピラン−2−メチル等の酸素1原子を含む不飽和複素五員環メタクリル酸エステル及び不飽和複素六員環メタクリル酸エステル;
4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジオキソラン等の酸素2原子を含む不飽和複素五員環メタクリル酸エステル;
4−アクリロイルオキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2、2−ジエチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−シクロペンチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシメチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシエチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシプロピル−2−メチル
−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−アクリロイルオキシブチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン等の酸素2原子を含む不飽和複素五員環アクリル酸エステル;
スチレン、α−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、4−イソプロペニルフェノール等のビニル芳香族化合物;
N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジニル)マレイミド等のN位置換マレイミド;
1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン系化合物;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル等のその他の不飽和化合物が挙げられる。
これらのうち、スチレン、4−イソプロペニルフェノール、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、1,3−ブタジエン、4−アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、メタクリル酸ベンジル等が、上記の反応官能基を有するラジカル重合性単量体との共重合反応性、及び当該当該ポジ型感放射線性組成物の現像性の点で好ましい。
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2.0×10〜1.0×10、より好ましくは5.0×10〜5.0×10である。[A]重合体のMwを上記範囲とすることによって、当該ポジ型感放射線性組成物の放射線感度及びアルカリ現像性を高めることができる。
また、[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)は、好ましくは2.0×10〜1.0×10、より好ましくは5.0×10〜5.0×10である。共重合体のMnを上記範囲とすることによって、当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜の硬化時の硬化反応性を向上させることができる。
さらに、[A]重合体の分子量分布「Mw/Mn」は、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.6以下である。[A]重合体のMw/Mnを3.0以下とすることにより、得られる層間絶縁膜の現像性を高めることができる。[A]重合体を含む当該ポジ型感放射線性組成物は、現像する際に現像残りを生じることなく容易に所望のパターン形状を形成できる。
<[A]重合体の製造方法>
[A]重合体は、アセタール構造含有単量体、エポキシ基含有単量体、その他の構造単位を与える単量体のラジカル共重合により製造できる。同一の重合体分子に構造単位(1)及びエポキシ基含有構造単位の両方を含む[A]重合体を製造する場合は、少なくともアセタール構造含有単量体とエポキシ基含有単量体とを含む混合物を用いて共重合させればよい。一方、一の重合体分子に構造単位(1)を有し、かつそれとは異なる重合体分子にエポキシ基含有構造単位を有する[A]重合体を製造する場合は、少なくともアセタール構造含有単量体を含む重合性溶液をラジカル重合させて構造単位(1)を有する重合体分子を得ておき、別途少なくともエポキシ基含有単量体を含む重合性溶液をラジカル重合させてエポキシ基含有構造単位を有する重合体分子を得て、最後に両者を混合して[A]重合体とすればよい。
[A]重合体を製造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。
アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、ベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコール、3−フェニル−1−プロパノール等が挙げられる。
エーテル類としては、例えばテトラヒドロフラン等が挙げられる。
グリコールエーテルとしては、例えば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等が挙げられる。
エチレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、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ト等が挙げられる。
ジエチレングリコールアルキルエーテルとしては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、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が挙げられる。
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等が挙げられる。
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としては、例えばプロピレンモノグリコール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等が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えばトルエン、キシレン等が挙げられる。
ケトン類としては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン等が挙げられる。
他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、2−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、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−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、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プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル、3−プロポキシプロピオン酸エチル、3−プロポキシプロピオン酸プロピル、3−プロポキシプロピオン酸ブチル、3−ブトキシプロピオン酸メチル、3−ブトキシプロピオン酸エチル、3−ブトキシプロピオン酸プロピル、3−ブトキシプロピオン酸ブチル等が挙げられる。
これらのうち、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、メトキシ酢酸ブチルが好ましく、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エチルメチルエーテル、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モノメチルエーテル、メトキシ酢酸ブチルがより好ましい。
重合反応に用いられる重合開始剤としては、一般的にラジカル重合開始剤として知られているものが使用できる。ラジカル重合開始剤としては、例えば
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)等のアゾ化合物;
ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物;及び
過酸化水素が挙げられる。
ラジカル重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、過酸化物を還元剤とともに用いてレドックス型開始剤としてもよい。
[A]重合体を製造するための重合反応において、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等が挙げられる。
<[B]酸発生剤>
酸発生剤は、放射線の照射によって酸を発生し、本発明の[B]酸発生剤は下記式(2)及び(3)で表わされる化合物である。ここで、放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等を使用できる。当該ポジ型感放射線性組成物が[B]酸発生剤と酸解離性基を有する[A]重合体を含むことで、ポジ型の感放射線特性を発揮できる。
Figure 2012155115
Figure 2012155115
(式(2)中、Rは、それぞれ独立に、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。nは0から4の整数を示す。
Xは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20、Wは0から5の整数を示す。
式(3)中、Rまたは、Rは、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。
は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。mは0から4の整数を示し、lは0から5の整数を示す。Q-は、非求核性アニオンである。)
式(2)において、Rは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等の直鎖状アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等の分岐鎖状のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基を示す。
これらのうち、化合物の有機溶剤に対する溶解性、溶液中でも安定性の観点から、イソプロピル基、tert−ブチル基、シクロヘキシル基が好ましい。
また、式(2)中nは、0から4の整数を示す。nが0の時は、すべて水素原子であり、Rで示される置換基がないことを示す。nが1の時は、Rで示される置換基が1つあり、残りはすべて水素原子であることを示す。
式(2)中、それぞれ独立にXは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20の整数、Wは0から5の整数を示す。以下に具体例を示す。
X=1、Y=0、Z=3、W=0の時、トリフルオロメチル基、
X=2、Y=0、Z=5、W=0の時、ペンタフルオロエチル基、
X=3、Y=0、Z=7、W=0の時、ペンチルフルオロプロピル基、
X=8、Y=17、Z=0、W=0の時、n−オクチル基、
X=3、Y=4、Z=3、W=0の時、2−トリフルオロメチルエチル基、
X=6、Y=5、Z=0、W=0の時、フェニル基、
X=7、Y=7、Z=0、W=0の時、トリル基、
X=10、Y=15、Z=0、W=0の時、4−ビニルフェニル基
X=10、Y=15、Z=0、W=1の時、d−ショウノウ基、
等を示す。
これらのうち、特にトリフルオロメチル基、トリル基、4−ビニルフェニル基、d−ショウノウ基、n−オクチル基などが、加水分解性シランポリマーの硬化反応を促進する点から好ましい。
式(3)中、RまたはRは、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状または、分岐鎖状のアルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等の直鎖状アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等の分岐鎖状のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基を示す。
これらのうち、化合物の有機溶剤に対する溶解性、溶液中でも安定性の観点から、イソプロピル基、tert−ブチル基、シクロヘキシル基、メトキシ基、エトキシ基が好ましい。
は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状または、分岐鎖状のアルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。
また、式(3)中、mは、0から4の整数を示す。mが0の時は、すべて水素原子であり、Rで示される置換基がないことを示す。mが1の時は、Rで示される置換基が1つあり、残りはすべて水素原子であることを示す。
式(3)中、lは、0から5の整数を示す。lが0の時は、すべて水素原子であり、Rで示される置換基がないことを示す。lが1の時は、Rで示される置換基が1つあり、残りはすべて水素原子であることを示す。
式(3)中、Qは、非求核性アニオンを示し、具体的には、PF 、SbF 、BF 、B(C2t+1 、C2t+1SO 、及び[PF6−u(C2t+1]からなる群より選択されるアニオンであることが好ましい。但し、tは1〜8の整数であり、uは1〜5の整数である。
これらのうち、特にPF 、CFSO などが、加水分解性シランポリマーの硬化反応を促進する点から好ましい。
[B]成分としては、一般式(2)で示される化合物の具体例としては、下記(B−1)から(B−7)で示される化合物が特に好ましい。
Figure 2012155115
また、[B]成分としては、一般式(3)で示される化合物の具体例としては、下記(B−8)から(B−12)で示される化合物が特に好ましい。
Figure 2012155115
[B]成分は、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。これらの[B]成分は公知の方法で製造することもできるが、市販品を使用することもできる。市販品としては、例えば、SIN−01、SIN−02、SIN−31、SIN−11、SIN−12(以上、三宝化学研究所)。当該ポジ型感放射線性組成物における[B]成分の含有量としては、[A]成分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。[B]成分の含有量が上記範囲にあると、当該感放射線性組成物の放射線感度を最適化できる。
<任意成分>
当該ポジ型感放射線性組成物は、上記の[A]重合体及び[B]酸発生剤に加え、所期の効果を損なわない範囲で必要に応じてその他の酸発生剤、溶媒、界面活性剤、密着助剤、塩基性化合物、キノンジアジド化合物等の任意成分を含有できる。これらの各任意成分は、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。以下、順に詳述する。
[その他の酸発生剤]
当該ポジ型感放射線性組成物は、上記[B]酸発生剤の他に、さらに任意にその他の酸発生剤(以下、「その他の酸発生剤」と称する。)を含有できる。
その他の酸発生剤としては、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。
オキシムスルホネート化合物としては、(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)アセトニトリル等が挙げられる。
オニウム塩としては、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、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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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)ボレート等が挙げられる。
スルホニウム塩としては、例えば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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシルイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシルイミド、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−ジカルボキシルイミド、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ルイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、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ルイミド、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)ナフチルジカルボキシルイミド、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ルイミド、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ルイミド、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ルイミド、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ルイミド、N−(エチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(プロピルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(ブチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(ペンチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(ヘキシルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(ヘプチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(オクチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド、N−(ノニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシルイミド等が挙げられる
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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。
これらのうち、その他の酸発生剤としては、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、オキシムスルホネート化合物が好ましく、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、(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)アセトニトリルがより好ましい。
その他の酸発生剤は、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。当該ポジ型感放射線性組成物におけるその他の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。
[溶媒]
当該ポジ型感放射線性組成物の調製に用いることができる溶媒としては、各成分を均一に溶解又は分散し、各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、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、芳香族炭化水素類、ケトン類、エステル類等が挙げられる。
アルコール類としては、例えばベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
エーテル類としては、例えばテトラヒドロフランや、ジイソプロピルエーテル、ジn−ブチルエーテル、ジn−ペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジn−ヘキシルエーテル等のジアルキルエーテル等が挙げられる。
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モノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等が挙げられる。
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ト等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテル類としては、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が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えばトルエン、キシレン等が挙げられる。
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、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン等、2−ヘプタノンが挙げられる。
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チル、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が挙げられる。
これらのうち、溶解性あるいは分散性が優れていること、各成分と非反応性であること、及び塗膜形成の容易性の観点から、ジアルキルエーテル等のエーテル類、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、ケトン類及びエステル類が好ましく、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、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、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、シクロヘキサノン、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、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、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がより好ましい。
また、これらのうちジイソプロピルエーテル、ジn−ブチルエーテル、ジn−ペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジn−ヘキシルエーテル等のジアルキルエーテル等のエーテル類が好ましく、ジイソペンチルエーテルが最も好ましい。このような溶媒を用いることによって、感放射線性組成物をスリット塗布法で大型ガラス基板に塗布する際に、乾燥工程時間を短縮すると同時に、塗布性をより一層向上(塗布ムラを抑制)できる。
さらに必要に応じて、ベンジルエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、プロピレンカーボネート、フェニルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート等の高沸点溶媒を併用できる。
当該ポジ型感放射線性組成物の固形分濃度としては、使用目的や所望の膜厚等に応じて任意に設定できるが、0質量%〜50質量%が好ましく、10質量%〜50質量%がより好ましい。
[界面活性剤]
当該ポジ型感放射線性組成物は、被膜形成性をより向上させるために界面活性剤を含有できる。このような界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びその他の界面活性剤が挙げられる。当該ポジ型感放射線性組成物が、界面活性剤を含有することで、塗膜の表面平滑性を向上でき、その結果、形成される層間絶縁膜の膜厚均一性をさらに向上できる。
フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖及び側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキル基及び/又はフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましい。フッ素系界面活性剤としては、例えば1,1,2,2−テトラフルオロn−オクチル(1,1,2,2−テトラフルオロn−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフルオロn−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロn−ペンチル)エーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフルオロn−ブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロn−ペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフルオロn−ブチル)エーテル、パーフルオロn−ドデカンスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロn−デカン、1,1,2,2,3,3,9,9,10,10−デカフルオロn−ドデカン、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキルリン酸ナトリウム、フルオロアルキルカルボン酸ナトリウム、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフルオロアルキルポリオキシエタノール、パーフルオロアルキルアルコキシレート、カルボン酸フルオロアルキルエステル等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばBM−1000、BM−1100(以上、BM CHEMIE社)、メガファックF142D、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF183、メガファックF178、メガファックF191、メガファックF471、メガファックF476(以上、大日本インキ化学工業社)、フロラードFC−170C、フロラードFC−171、フロラードFC−430、フロラードFC−431(以上、住友スリーエム社)、サーフロンS−112、サーフロンS−113、サーフロンS−131、サーフロンS−141、サーフロンS−145、サーフロンS−382、サーフロンSC−101、サーフロンSC−102、サーフロンSC−103、サーフロンSC−104、サーフロンSC−105、サーフロンSC−106(以上、旭硝子社)、エフトップEF301、エフトップEF303、エフトップEF352(以上、新秋田化成社)、フタージェントFT−100、フタージェントFT−110、フタージェントFT−140A、フタージェントFT−150、フタージェントFT−250、フタージェントFT−251、フタージェントFT−300、フタージェントFT−310、フタージェントFT−400S、フタージェントFTX−218、フタージェントFT−251(以上、ネオス社)等が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤としては、例えばトーレシリコーンDC3PA、トーレシリコーンDC7PA、トーレシリコーンSH11PA、トーレシリコーンSH21PA、トーレシリコーンSH28PA、トーレシリコーンSH29PA、トーレシリコーンSH30PA、トーレシリコーンSH−190、トーレシリコーンSH−193、トーレシリコーンSZ−6032、トーレシリコーンSF−8428、トーレシリコーンDC−57、トーレシリコーンDC−190、SH 8400 FLUID(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社)、TSF−4440、TSF−4300、TSF−4445、TSF−4446、TSF−4460、TSF−4452(以上、GE東芝シリコーン社)、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業社)等が挙げられる。
当該ポジ型感放射線性組成物における界面活性剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上2質量部以下であり、より好ましくは0.05質量部以上1質量部以下である。界面活性剤の含有量を上記範囲とすることで塗膜の表面平滑性をより向上できる。
[密着助剤]
当該樹脂組成物においては、基板となる無機物、例えばシリコーン、酸化シリコーン、窒化シリコーン等のシリコーン化合物、金、銅、アルミニウム等の金属と絶縁膜との接着性を向上させるために密着助剤を使用できる。このような密着助剤としては、官能性シランカップリング剤が好ましく使用される。官能性シランカップリング剤としては、例えばカルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基(好ましくはオキシラニル基)、チオール基等の反応性置換基を有するシランカップリング剤が挙げられる。
官能性シランカップリング剤としては、例えばトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルアルキルジアルコキシシラン、γ−クロロプロピルトリアルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらのうち、γ−グリシドキシプロピルアルキルジアルコキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
当該樹脂組成物において、このような密着助剤は[A]重合体100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下が好ましく、1質量部以上10質量部以下がより好ましい。密着助剤の量を上記範囲とすることによって、形成される層間絶縁膜と基板との密着性が改善される。
[塩基性化合物]
塩基性化合物としては、化学増幅レジストで用いられるものから任意に選択して使用できる。塩基性化合物としては、例えば脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン、4級アンモニウムヒドロキシド、カルボン酸4級アンモニウム塩等が挙げられる。当該ポジ型感放射線性組成物に塩基性化合物を含有させることにより、露光により[B]酸発生剤から発生した酸の拡散長を適度に制御することができ、パターン現像性を良好にできる。
脂肪族アミンとしては、例えばトリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、例えばアニリン、ベンジルアミン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン等が挙げられる。
複素環式アミンとしては、例えばピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、8−オキシキノリン、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5,3,0]−7ウンデセン等が挙げられる。
4級アンモニウムヒドロキシドとしては、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
カルボン酸4級アンモニウム塩としては、例えばテトラメチルアンモニウムアセテート、テトラメチルアンモニウムベンゾエート、テトラ−n−ブチルアンモニウムアセテート、テトラ−n−ブチルアンモニウムベンゾエート等が挙げられる。
当該ポジ型感放射線性組成物における塩基性化合物の含有量は、[A]重合体100質量部に対して0.001質量部〜1質量部が好ましく、0.005質量部〜0.2質量部がより好ましい。塩基性化合物の含有量を上記範囲とすることで、パターン現像性が良好となる。
[キノンジアジド化合物]
キノンジアジド化合物は、放射線の照射によりカルボン酸を発生する化合物である。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」と称することがある。)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が挙げられる。
母核としては、例えばトリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、ペンタヒドロキシベンゾフェノン、ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、(ポリヒドロキシフェニル)アルカン、その他の母核が挙げられる。
トリヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6−トリヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
テトラヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,3’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,2’−テトラヒドロキシ−4’−メチルベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシ−3’−メトキシベンゾフェノン等が挙げられる。
ペンタヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,3,4,2’,6’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
ヘキサヒドロキシベンゾフェノンとしては、例えば2,4,6,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、3,4,5,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
(ポリヒドロキシフェニル)アルカンとしては、例えばビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−トリス(p−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン、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、ビス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインデン−5,6,7,5’,6’,7’−ヘキサノール、2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン等が挙げられる。
その他の母核としては、例えば2−メチル−2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−4−(4−ヒドロキシフェニル)−7−ヒドロキシクロマン、1−[1−(3−{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−4,6−ジヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]−3−(1−(3−{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−4,6−ジヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、4,6−ビス{1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル}−1,3−ジヒドロキシベンゼン等が挙げられる。
これらのうち、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタン、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〕ビスフェノールが好ましい。
また、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドとしては、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドが好ましい。1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドとしては、例えば1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロリド及び1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドが挙げられる。これらのうち、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドが好ましい。
フェノール性化合物又はアルコール性化合物と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としては、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドとの縮合物、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〕ビスフェノールと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロリドとの縮合物が好ましい。
母核と、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反応では、フェノール性化合物又はアルコール性化合物中のOH基数に対して、好ましくは30モル%〜85モル%、より好ましくは50モル%〜70モル%に相当する1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸ハライドを用いることができる。縮合反応は、公知の方法によって実施できる。
また、キノンジアジド化合物としては、上記例示した母核のエステル結合をアミド結合に変更した1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸アミド類、例えば2,3,4−トリアミノベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸アミド等も好適に使用される。
<ポジ型感放射線性組成物及びその調製方法>
本発明のポジ型感放射線性組成物は、上記[A]重合体、[B]酸発生剤、及び必要に応じて任意成分を混合する。当該ポジ型感放射線性組成物の調製方法としては、好ましくは適当な溶媒に溶解又は分散させた状態に調製され、例えば溶媒中で[A]、[B]及び任意成分を所定割合で混合することにより調製できる。
<層間絶縁膜等の硬化膜及びその形成方法>
当該ポジ型感放射線性組成物は、表示素子の層間絶縁膜を形成するために好適に用いられる。当該ポジ型感放射線性組成物を表示素子の層間絶縁膜形成に用いることで、透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率等の一般的な要求特性をバランス良く満足し、近年の多様な性能要求に対応できる層間絶縁膜が得られる。以下、層間絶縁膜等の硬化膜を形成する方法を詳述する。
当該方法は、
(1)当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線を照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を加熱する工程
を有する。当該ポジ型感放射線性組成物を用いる本発明の形成方法により、透明性等の一般的な要求特性をバランス良く満足する層間絶縁膜を形成できる。
[(1)ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程]
本工程では、当該ポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する。使用できる基板としては、例えばガラス、石英、シリコーン、樹脂等が挙げられる。樹脂としては、例えば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及びその水素添加物等が挙げられる。なお、プレベークの条件は、各成分の種類、配合割合等によっても異なるが、好ましくは70℃〜120℃で1分〜10分間程度とできる。
組成物溶液又は分散液の塗布方法としては、例えばスプレー法、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、バー塗布法等の適宜の方法を採用できる。これらのうち、スピンコート法又はスリットダイ塗布法が好ましい。
[(2)塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程]
本工程では、形成された上記塗膜の少なくとも一部に露光する。塗膜の一部に露光する際には、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、特に365nmの紫外線を含む放射線が好ましい。本工程における露光量は、放射線の波長365nmにおける強度を、照度計(OAI model356、OAI Optical Associates社)により測定した値を意味し、500J/m〜6,000J/mが好ましい。
[(3)現像工程]
本工程では、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。現像工程に使用される現像液としては、アルカリ性の水溶液が好ましい。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、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア等の無機アルカリ;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウム塩等が挙げられる。
また、このようなアルカリ水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加して使用できる。アルカリ水溶液におけるアルカリの濃度は、適当な現像性を得る観点から、好ましくは0.1質量%以上5質量%以下とできる。現像方法としては、例えば液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法、シャワー法等の適宜の方法を利用できる。現像時間は、ポジ型感放射線性組成物の組成によって異なるが、好ましくは10〜180秒間程度である。なお、当該ポジ型感放射線性組成物によれば、この現像時間に多少の長短があった場合も、この影響を受けることなく、安定したパターンを形成できる。このような現像処理に続いて、例えば流水洗浄を30〜90秒間行った後、例えば圧縮空気や圧縮窒素で風乾させることによって、所望のパターンを形成できる。
[(4)加熱工程]
本工程では、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、上記[A]成分の硬化反応を促進して、硬化物が得られる。本工程における加熱温度は、例えば120℃〜250℃である。加熱時間は、加熱機器の種類により異なるが、例えばホットプレート上で加熱工程を行う場合には5分〜30分間、オーブン中で加熱工程を行う場合には30分〜90分間とできる。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。
<層間絶縁膜等の硬化膜>
層間絶縁膜等の硬化膜の膜厚としては、0.1μm〜8μmが好ましく、0.1μm〜6μmがより好ましく、0.1μm〜4μmが特に好ましい。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
重合体のMw及びMnは、下記の条件によるGPCにより測定した。
装置:GPC−101(昭和電工社)
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]重合体の合成例>
[合成例1]
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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸5質量部、1−エトキシエチルメタクリレート40質量部、スチレン5質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート10質量部及びα−メチルスチレンダイマー3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時間保持し共重合体(A−1)を含む重合体溶液を得た。共重合体(A−1)のMwは9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、32.1質量%であった。
[合成例2]
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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸5質量部、1−シクロヘキシルオキシエチルアクリレート40質量部、スチレン5質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート10質量部及びα−メチルスチレンダイマー3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時間保持し共重合体(A−2)を含む重合体溶液を得た。共重合体(A−2)のMwは8,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.5質量%であった。
[合成例3]
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸1−n−ブトキシエチル67質量部、メタクリル酸ベンジル23質量部、メタクリル酸10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80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(a−1)を含む重合体溶液を得た。共重合体(a−1)のMwは9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、30.3質量%であった。
[合成例4]
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸1−ベンジルオキシエチル90質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル6質量部、メタクリル酸4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80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(a−2)を含む重合体溶液を得た。共重合体(a−2)のMwは9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.2質量%であった。
[合成例5]
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸メチル)7質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部を仕込んだ。引き続きテトラヒドロ−2H−ピラン−2−イルメタクリレート85質量部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル7質量部、メタクリル酸8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80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し重合体(a−3)を含む重合体溶液を得た。重合体(a−3)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、29.2質量%であった。
[合成例6]
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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸グリシジル52質量部、メタクリル酸ベンジル48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80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(aa−1)を含む重合体溶液を得た。共重合体(aa−1)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、32.3質量%であった。
[合成例7]
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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート45質量部、メタクリル酸ベンジル45質量部、メタクリル酸10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80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(aa−2)を含む重合体溶液を得た。共重合体(aa−2)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.2質量%であった。
[合成例8]
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、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸1−n−ブトキシエチル35質量部、メタクリル酸ベンジル35質量部、メタクリル酸グリシジル30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80℃に上昇させ、この温度を6時間保持し共重合体(aa−3)を含む重合体溶液を得た。共重合体(aa−3)のMwは10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、32.3質量%であった。
<ポジ型感放射線性組成物の調製>
[実施例1]
[A]重合体として、(A−1)を含む溶液((A−1)100質量部(固形分)に相当する量)に、[B]酸発生剤として上記にて説明した(B−3)を3質量部、界面活性剤として(D−1)シリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング社、SH 8400 FLUID)を0.2質量部、密着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3.0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、ポジ型感放射線性組成物を調製した。
以下、実施例及び比較例で用いた他の成分を詳述する。
[[B]酸発生剤)]
[B]酸発生剤の項で説明した(B−3)、(B−5)、(B−9)、(B−10)、(B−11)を使用した。
[その他の酸発生剤]
(b−1)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
(b−2)トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート
(b−3)(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(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社、IRGACURE PAG 103)
[塩基性化合物]
(C−1)4−ジメチルアミノピリジン
(C−2)4−メチルイミダゾール
[界面活性剤]
(D−1)シリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング社、SH 8400 FLUID)
(D−2)フッ素系界面活性剤(ネオス社、フタージェントFTX−218)
[密着助剤]
(E−1)γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
(E−2)β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン
(E−3)γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
[実施例2〜10及び比較例1〜3]
各成分の種類及び配合量を表1に記載の通りとした以外は、実施例1と同様に操作してポジ型感放射線性組成物を調製し、それぞれ実施例2〜9及び比較例1〜3とした。
<物性評価>
実施例1〜9及び比較例1〜3のポジ型感放射線性組成物を使用し、以下のように当該ポジ型感放射線性組成物及びその塗膜あるいは層間絶縁膜としての各種の特性を評価した。結果を表1に示す。
[感放射線性組成物の放射線感度の評価]
550×650mmのクロム成膜ガラス上に、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を塗布し、60℃にて1分間加熱した(HMDS処理)。このHMDS処理後のクロム成膜ガラス上に、上記のように調製した感放射線性組成物をスリットダイコーター「TR632105−CL」を用いて塗布し、到達圧力を100Paに設定して真空下で溶媒を除去した後、さらに90℃において2分間プレベークすることによって、膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、キヤノン社MPA−600FA露光機を用い、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後、0.4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25℃において液盛り法で現像した。現像時間は80秒間とした。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、HMDS処理後のクロム成膜ガラス基板上にパターンを形成した。このとき、6μm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。この値が500J/m以下の場合に感度が良好であるといえる。
[保存安定性の評価]
感放射線性組成物溶液を40℃のオーブン中で1週間放置し、オーブンに入れる前後での粘度を測定し、粘度変化率を求めた。このとき、粘度変化率が5%以下である場合に保存安定性が良好といえ、5%を超える場合に保存安定性が不良といえる。粘度は、E型粘度計(東機産業社、VISCONIC ELD.R)を用いて25℃で測定した。
[透過率の評価]
上記「感放射線性組成物の放射線感度の評価」と同様に、シリコン基板上に塗膜を形成した。露光せずに、このシリコン基板をクリーンオーブン内にて220℃で1時間加熱して硬化膜を得た。波長400nmにおける透過率を、分光光度計(日立製作所社、150−20型ダブルビーム)を用いて測定して評価した。このとき、透過率が90%未満の場合に透明性が不良といえる。
[表面硬度の評価]
上記「透過率の評価」で形成された硬化膜を有する基板について、JIS K−5400−1990の8.4.1鉛筆引っかき試験により、硬化膜の鉛筆硬度(表面硬度)を測定した。この値が3H又はそれより大きいとき、層間絶縁膜としての表面硬度は良好であり、その硬化膜を形成するために用いた組成物は十分な硬化性を有するといえる。
[耐溶剤性の評価]
上記「透過率の評価」で形成された硬化膜を有する基板について、得られた硬化膜の膜厚(T1)を測定した。そして、この硬化膜が形成されたシリコン基板を、70℃に温度制御されたジメチルスルホキシド中に20分間浸漬させた後、その硬化膜の膜厚(t1)を測定し、浸漬による膜厚変化率{(t1−T1)/T1}×100(%)を算出した。この値の絶対値が5%未満の場合に耐溶剤性は優良であるといえる。
[電圧保持率の評価]
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO2膜が形成され、さらにITO(インジウム−酸化錫合金)電極を所定形状に蒸着したソーダガラス基板上に、調製した液状感放射線性組成物をスピンコートしたのち、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。次に、フォトマスクを介さずに、塗膜に500J/m2の露光量で露光した。その後、230℃で30分間ポストベークを行い塗膜を硬化させて、永久硬化膜を形成した。
次いで、この画素を形成した基板とITO電極を所定形状に蒸着しただけの基板とを、0.8mmのガラスビーズを混合したシール剤で貼り合わせたのち、メルク社液晶MLC6608を注入して、液晶セルを作製した。さらに、液晶セルを60℃の恒温層に入れて、液晶セルの電圧保持率を、東陽テクニカ社液晶電圧保持率測定システム「VHR−1A型」により測定した。このときの印加電圧は5.5Vの方形波、測定周波数は60Hzである。
ここで電圧保持率(%)とは、(16.7ミリ秒後の液晶セル電位差/0ミリ秒で印加した電圧)×100の式から得た値である。液晶セルの電圧保持率が90%以下である場合、液晶セルは16.7ミリ秒の時間、印加電圧を所定レベルに保持できず、充分に液晶を配向させることができないことを意味し、残像などの「焼き付き」を起こすおそれが高い。
Figure 2012155115
表1の結果から明らかなように、実施例1〜9は、比較例1〜3と比較して、優れた放射線感度及び十分な保存安定性を有すると共に、透過率、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率についても一般的な要求特性を有する層間絶縁膜を形成可能であることが分かった。
当該ポジ型感放射線性組成物は、上述のように、優れた放射線感度及び十分な保存安定性及を有しており、一般的な要求特性である透明性、表面硬度、耐溶剤性、及び電圧保持率を満足する層間絶縁膜を形成可能である。従って、当該ポジ型感放射線性組成物は、表示素子用の層間絶縁膜を形成するために好適に用いられる。また、当該ポジ型感光性樹脂組成物は、高感度であるため、液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子、有機EL素子等を効率よく生産できる。さらに、当該ポジ型感光性組成物を用いて得られた液晶廃校膜は透過率が高く、結果として液晶表示装置の消費電力を低減できる。

Claims (5)

  1. [A]同一又は異なる重合体分子中に下記式(1)で表される基を含む構造単位とエポキシ基含有構造単位とを有する重合体、及び
    [B]下記式(2)及び(3)で表される酸発生剤から選ばれる少なくとも1種の酸発生剤を含有するポジ型感放射線性組成物。
    Figure 2012155115
    (式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であり、これらのアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基の水素原子の一部又は全部が置換基で置換されていてもよい。但し、R及びRが共に水素原子である場合はない。Rはアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基又は−M(R3mで表される基(MはSi、Ge又はSnであり、R3mはアルキル基である)であり、これらの水素原子の一部又は全部が置換基で置換されていてもよい。RとRとが連結して環状エーテルを形成してもよい。)
    Figure 2012155115
    Figure 2012155115
    (式(2)中、Rは、それぞれ独立に、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。nは0から4の整数を示す。
    Xは1から20の整数、Yは0から20の整数、Zは0から20、Wは0から5の整数を示す。
    式(3)中、Rまたは、Rは、それぞれ独立に炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、炭素数1から12のアルコキシ基を示す。
    は、水素原子、炭素数1から12の直鎖状アルキル基、炭素数1から12の分岐鎖状アルキル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基を示す。mは0から4の整数を示し、lは0から5の整数を示す。Q-は、非求核性アニオンである。)
  2. 上記Qが、PF 、SbF 、BF 、B(C2t+1 、C2t+1SO 、及び[PF6−u(C2t+1]からなる群より選択されるアニオンである請求項1記載の感放射線性組成物。
    (但し、tは1〜8の整数であり、uは1〜5の整数である。)
  3. 表示素子の層間絶縁膜を形成するために用いられる請求項1又は請求項2に記載のポジ型感放射線性組成物。
  4. (1)請求項3に記載のポジ型感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
    (2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
    (3)工程(2)で放射線を照射された塗膜を現像する工程、及び
    (4)工程(3)で現像された塗膜を加熱する工程
    を有する表示素子用層間絶縁膜の形成方法。
  5. 請求項3に記載のポジ型感放射線性組成物から形成される表示素子の層間絶縁膜。
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