JP6826327B2 - ポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ポジ型感光性樹脂組成物及びそれから得られる硬化膜に関する。
より詳細には、高い撥水性と撥油性を硬化膜表面に有する画像を形成可能なポジ型感光性樹脂組成物及びその硬化膜、並びに該硬化膜を用いた各種材料に関する。このポジ型感光性樹脂組成物は、特に液晶ディスプレイやELディスプレイにおける層間絶縁膜、インクジェット方式に対応した遮光材料や隔壁材料として用いるのに好適である。
一般に、薄膜トランジスタ(TFT)型液晶表示素子、有機EL(electroluminescent)素子等のディスプレイ素子においては、パターン形成された電極保護膜、平坦化膜、絶縁膜等が設けられている。これらの膜を形成する材料としては、感光性樹脂組成物の中でも、必要とする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という特徴を持つところの感光性樹脂組成物が、従来から幅広く使用されている。
そして、上述のこれらの膜には、耐熱性、耐溶剤性、長時間焼成耐性、メタルスパッタ耐性などのプロセス耐性に優れていること、下地との密着性が良好であること、使用目的に合わせた様々なプロセス条件でパターンを形成し得る広いプロセスマージンを有すること、加えて、高感度且つ高透明性であること並びに現像後の膜ムラが少ないこと等の諸特性が要求される。そこで、斯かる要求特性の点から、これまで従来、上記の感光性樹脂組成物としては、ナフトキノンジアジド化合物を含む樹脂が汎用されてきた。
これらの材料はエポキシ架橋剤を添加したり、アクリル樹脂中にカルボキシル基とエポキシ基を含有させることで、形成されたパターンを熱架橋させ硬化させることが提案されている(特許文献1及び2)。しかし、このような樹脂を用いた場合十分な感度が得られず、ディスプレイ製造時のスループット低下につながる。またポストベーク時のベーク温度によりパターン形状が変化しやすく精密な温度制御が必要とされていた。
また、ディスプレイ表示素子の作製工程においてインクジェットを用いたフルカラー表示基板作製技術も近年活発に検討されている。たとえば液晶表示素子におけるカラーフィルタ作製に関しては、従来の印刷法、電着法、染色法または顔料分散法に対して、あらかじめパターニングされた画素を規定する区画(以下バンクという)を、光を遮断する感光性樹脂層で形成し、このバンクに囲まれた開口部内にインク滴を滴下するカラーフィルタおよびその製造方法(特許文献3)などが提案されている。また有機EL表示素子においてもあらかじめバンクを作製し、同様に発光層となるインクを滴下し、有機EL表示素子を作製する方法(特許文献4)が提案されている。
しかしインクジェット法でバンクに囲まれたインク滴を滴下する場合、バンクを超えて隣の画素にインク滴が溢れる事態を防ぐため、基板には親インク性(親水性)を持たせ、バンク表面には撥水性を持たせる必要がある。
上記の目的を達成するため、酸素ガスプラズマ処理及びフッ素ガスプラズマ処理などの連続的プラズマ(オゾン)処理により、基板に親水性を持たせ、且つバンクには撥水性を持たせることができると提案されている(特許文献5)が、工程が煩雑である。また、感光性有機薄膜にフッ素系界面活性剤やフッ素系ポリマーを配合した提案もなされている(特許文献6)が、相溶性や添加量など、感光性のみならず塗膜性も含めて考慮すべき点が多いだけでなく、基板の親水処理の際のUVオゾン処理で表面の撥水性が低下するため実用的ではなかった。
一方、従来、撥液バンクとして、ネガ型のものとしては特開2015−172742号公報(特許文献7)がある。また、ポジ型のものとしては特開2012−220860号公報(特許文献8)がある。
特開2000−103937号公報 特開平4−352101号公報 特開2000−187111号公報 特開平11−54270号公報 特開2000−353594号公報 特開平10−197715号公報 特開2015−172742号公報 特開2012−220860号公報
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、その解決しようとする課題は、液晶表示素子、有機EL表示素子等に使用され、プラズマ処理やUVオゾン処理等の処理後も硬化膜表面に高い撥水性と高い撥油性を有し、また絶縁性を有するとともに、残渣の少ない硬化膜の画像を形成することにある。特に、インクジェットを用いた基板作製において、バンクを超えて隣の画素にインク滴が溢れる事態を防ぐことができる硬化膜の画像を形成することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基、ポリフルオロエーテル基、シリルエーテル基及びポリシロキサン基から選ばれる少なくとも一種の基並びにキノンジアジド基を有する重合体を含む組成物から硬化膜を形成することにより、膜表面に撥水性と撥液性を効率的に付与できることを見出し本発明を完成させた。
即ち、本発明は以下に関する。
1.下記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)溶剤を含有する熱硬化可能なポジ型感光性樹脂組成物。
(A)成分:撥液性基並びにキノンジアジド基を有する重合体、
(B)成分:アルカリ可溶性樹脂、
(C)成分:1,2−キノンジアジド化合物、
(D)溶剤。
2.更に下記(Z1)及び(Z2)の少なくとも一方を満足する上記1に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
(Z1):(E)成分である架橋剤をさらに含有する、
(Z2):(B)成分のアルカリ可溶性樹脂が、自己架橋性基をさらに有するか、又はヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基及びアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基と反応する基をさらに有する。
3.(A)成分の上記撥液性基が炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基、ポリフルオロエーテル基、シリルエーテル基及びポリシロキサン基から選ばれる少なくとも一種の基である上記1または2に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
4.(A)成分の重合体がアクリル重合体である上記1乃至3のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
5.(A)成分のアクリル重合体の数平均分子量がポリスチレン換算で2,000乃至100,000である上記4に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
6.(A)成分のアクリル重合体が、カルボキシル基及びフェノール性水酸基から選ばれる基をさらに有する上記4または5に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
7.(B)成分のアルカリ可溶性樹脂の数平均分子量がポリスチレン換算で2,000乃至50,000である上記1乃至6のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
8.(B)成分100質量部に対して0.1〜20質量部の(A)成分を含有することを特徴とする上記1乃至7のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
9.(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して、(C)成分が5乃至100質量部であることを特徴とする上記1乃至8のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
10.(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して、(E)成分が1乃至50質量部であることを特徴とする上記1乃至9のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
11.(F)成分として、消泡剤を更に(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して0.01乃至1.0質量含有する、上記1乃至10のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
12.上記1乃至11のいずれか1つに記載のポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる硬化膜。
13.上記12に記載の硬化膜を有する表示素子。
14.上記12に記載の硬化膜を画像形成用下層膜として有する表示素子。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、現像時の密着性を維持したまま高感度でパターン形成可能であり、パターン残渣の少ない硬化膜を形成することができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、下記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)溶剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物である。
(A)成分:撥液性基並びにキノンジアジド基を有する重合体、
(B)成分:アルカリ可溶性樹脂;
(C)成分:1,2−キノンジアジド化合物、
(D)溶剤。
本発明の感光性樹脂組成物は、更に下記(Z1)及び(Z2)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
(Z1):(E)成分である架橋剤をさらに含有する、
(Z2):(B)成分のアルカリ可溶性樹脂が、自己架橋性基をさらに有するか、又はヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基及びアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基と反応する基をさらに有する。
以下、各成分の詳細を説明する。
<(A)成分>
(A)成分は、撥液性基並びにキノンジアジド基を有する重合体である。
本発明において、重合体としては、例えば、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミド、ポリウレア、ポリウレタン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリシロキサン、ポリエステル及びアクリル重合体などが挙げられ、好ましい重合体としては、アクリル重合体が挙げられる。
ここで、アクリル重合体とはアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、マレイミド等の重合性不飽和基、すなわち、構造中にC=C二重結合を含む重合性基を有するモノマーを用いて得られる重合体を指す。
ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレアとしては、ジアミンを酸二無水物と反応させたポリアミック酸、当該ポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド、ジアミンをジカルボン酸無水物と反応させて得られるポリアミドまたはジアミンをジイソシアネートと反応させて得られるポリウレアであり、なおかつ、フルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基を有する少なくとも一種のモノマーと、ヒドロキシ基を有する少なくとも一種のモノマーを含むモノマー混合物から得られる重合体に、後述の方法でキノンジアジド基を導入した重合体が挙げられる。
ポリウレタンとしては、フルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基を有するジオールとアミノ基を有するジオールをジイソシアネートと反応させて得られるポリウレタンに、後述の方法でキノンジアジド基を導入した重合体が挙げられる。
フェノール樹脂としては、フルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基を有するフェノールと、ホルムアルデヒドを重合させて得られるノボラック樹脂に、後述の方法でキノンジアジド基を導入した重合体が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、フルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基を有するビスフェノールA及び/またはビスフェノールFと、当該ビスフェノールA及び/またはビスフェノールFの時グリシジルエーテルと反応させて得られるエポキシ樹脂に、後述の方法でキノンジアジド基を導入した重合体が挙げられる。
ポリシロキサンとしては、フルオロアルキル基を有するトリアルコキシシランまたはフルオロアルキル基を有するジアルコキシシランシランと、アミノ基を有するトリアルコキシシランまたはアミノ基を有するジアルコキシシランとを含むシランモノマー混合物を重合させて得られる重合体に、後述の方法でキノンジアジド基を導入した重合体が挙げられる。
ポリエステルとしては、ジカルボン酸またはテトラカルボン酸二無水物とフルオロアルキル基またはフルオロアルコキシ基を有するジオールとを反応させて得られるポリエステルに、後述の方法でキノンジアジド基を導入した重合体が挙げられる。
<撥液性基の導入>
上記撥液性基としては、例えば、炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基、ポリフルオロエーテル基、シリルエーテル基及びポリシロキサン基から選ばれる少なくとも一種の基が挙げられる。
上記フルオロアルキル基の炭素原子数は3乃至10であり、好ましくは、炭素原子数4乃至10のフルオロアルキル基であることが望ましい。
このようなフルオロアルキル基としては、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、2−(パーフルオロブチル)エチル基、3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピル基、2−(パーフルオロヘキシル)エチル基、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピル基、2−(パーフルオロオクチル)エチル基、3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピル基、2−(パーフルオロデシル)エチル基、2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチル基、3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピル基、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)エチル基、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)−2−ヒドロキシプロピル基、2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)エチル基、及び2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)−2−ヒドロキシプロピル基、等が挙げられる。
本発明の(A)成分である重合体に炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基を導入するには、炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基を有するモノマーを共重合させれば良い。
(A)成分がアクリル重合体である場合における上記炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基を有するモノマーの具体例としては、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルアクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、2−(パーフルオロブチル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロブチル)エチルメタクリレート、3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−(パーフルオロオクチル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート、3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−(パーフルオロデシル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロデシル)エチルメタクリレート、2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロ−3−メチルブチル)エチルメタクリレート、3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−(パーフルオロ−3−メチルブチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)エチルメタクリレート、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−(パーフルオロ−5−メチルヘキシル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)エチルアクリレート、2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)エチルメタクリレート、2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、及び2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート等が挙げられる。
上記ポリフルオロエーテル基としては、下記式1で表されるポリフルオロエーテル構造からなるRf基(a)が挙げられる。
−(X−O)n−Y ・・・式1
式1中、Xは、炭素数1〜10の2価飽和炭化水素基又は炭素数1〜10のフルオロ化された2価飽和炭化水素基であって、nで括られた単位毎に同一の基又は異なる基を示し、Yは、水素原子(Yに隣接する酸素原子に隣接する炭素原子にフッ素原子が結合していない場合に限る)、炭素数1〜20の1価飽和炭化水素基又は炭素数1〜20のフルオロ化された1価飽和炭化水素基を示し、nは2〜50の整数を示す。ただし、式1におけるフッ素原子の総数は2以上である。
式1におけるX、Yの態様として、好ましくは、Xは、炭素数1〜10の水素原子1個を除いてフルオロ化されたアルキレン基又は炭素数1〜10のパーフルオロ化されたアルキレン基であって、nで括られた単位毎に同一の基又は異なる基を示し、Yは、炭素数1〜20の水素原子1個を除いてフルオロ化されたアルキル基又は炭素数1〜20のパーフルオロ化されたアルキル基を示すものが挙げられる。
式1におけるX、Yの態様として、より好ましくは、Xは、炭素数1〜10のパーフルオロ化されたアルキレン基であって、nで括られた単位毎に同一の基又は異なる基を示し、Yは、炭素数1〜20のパーフルオロ化されたアルキル基を示すものが挙げられる。
式1においてnは2〜50の整数を示す。nは2〜30が好ましく、2〜15がより好ましい。nが2以上であると、撥液性が良好である。nが50以下であると、(A)成分である重合体を、Rf基(a)を有するモノマーと、キノンジアジド基、フェノール性水酸基またはカルボキシル基を有するモノマーやその他のモノマーとの共重合によって合成する場合に、モノマーの相溶性が良好となる。
また、式1で表されるポリフルオロエーテル構造からなるRf基(a)における炭素原子の総数は2〜50が好ましく、2〜30がより好ましい。当該範囲では、(A)成分である重合体は良好な撥液性を奏する。また、(A)成分である重合体を、Rf基(a)を有するモノマーと、キノンジアジド基、フェノール性水酸基またはカルボキシル基を有するモノマーやその他のモノマーとの共重合によって合成する場合に、モノマーの相溶性が良好となる。
Xの具体例としては、−CF2−、−CF2CF2−、−CF2CF2CF2−、−CF2CF(CF3)−、−CF2CF2CF2CF2−、−CF2CF2CF(CF3)−、及びCF2CF(CF3)CF2−が挙げられる。
Yの具体例としては、−CF3、−CF2CF3、−CF2CHF2、−(CF22CF3、−(CF23CF3、−(CF24CF3、−(CF25CF3、−(CF26CF3、−(CF27CF3、−(CF28 CF3、−(CF29CF3、及び(CF211CF3、−(CF215CF3が挙げられる。
式1で表されるポリフルオロエーテル構造からなるRf基(a)の好ましい態様としては、式2で表されるRf基(a)が挙げられる。
−Cp-12(p-1)−O−(Cp2p−O)n-1 −Cq2q+1 ・・・式2
式2中、pは2又は3の整数を示し、nで括られた単位毎に同一の基であり、qは1〜20の整数、nは2〜50の整数を示す。
式2で表されるRf基(a)として、具体的には、
−CF2O(CF2CF2O)n-1CF3 (nは2〜9)、
−CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)n-1613 (nは2〜6)、
−CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)n-137 (nは2〜6)
が合成の容易さの点から好ましく挙げられる。
(A)成分である重合体内のRf基(a)は、全て同一でもよいし、異なっていてもよい。
上記シリルエーテル基とは、アルコールのヒドロキシ基がトリアルキルシリル基で保護された基を意味し、好ましくは下記式で表わされる基である。
−X4−Si(O−SiX1233
(式中、X1、X2、X3はそれぞれ独立して炭素原子数1乃至3のアルキル基を表し、X4は炭素原子数1乃至6のアルキレン基を表す。)
本発明の(A)成分である重合体にシリルエーテル基を導入するには、シリルエーテル基を有するモノマーを共重合させれば良い。
(A)成分がアクリル重合体である場合におけるシリルエーテル基を有するモノマーとしては、メタクリルオキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、メタクリルオキシトリスプロピルシラン、2−(メタクリロキシエトキシ)トリメチルシラン、2−(メタクリロキシエチル)トリメチルシラン、2−(アクリロキシエトキシ)トリメチルシラン、アクリルオキシトリスプロピルシラン、2−(アクリロキシエチル)トリメチルシラン、及びアクリルオキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン等が挙げられる。
上記ポリシロキサン基としては、式3で示されるポリシロキサン構造を有する基(a)が挙げられる。以下、式3で示されるポリシロキサン構造を有する基(a)をpSi基(a)という。
−(SiR12−O)n−SiR123 ・・・式3
(ただし、R1、R2は独立に水素、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基を表し、R3は水素または炭素数1〜10の有機基を表し、nは1〜200の整数を表す。)。
1、R2は独立に水素、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基を表し、またシロキシ単位毎に同一でも異なっていてもよい。(A)成分である重合体が良好な撥液性を奏することから、R1、R2は水素、メチル基またはフェニル基の場合が好ましく、さらには、すべてのシロキシ単位のR1、R2 がメチル基の場合が好ましい。また、R3には、窒素原子、酸素原子等が含まれていてもよい。
(A)成分である重合体へのpSi基(a)の導入方法としては、pSi基(a)を有するモノマーを共重合させる方法、反応部位を有する重合体にpSi基(a)を有する化合物を反応させる各種変性方法、pSi基(a)を有する重合開始剤を使用する方法等が挙げられる。
pSi基(a)を有するモノマーとしては、CH2=CHCOO(pSi)、CH2=C(CH3)COO(pSi)等が挙げられる。ただし、pSiはpSi基(a)を表す。pSi基(a)を有するモノマーは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
反応部位を有する重合体にpSi基(a)を有する化合物を反応させる各種変性方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
エポキシ基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にカルボキシル基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。エポキシ基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にアミノ基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。エポキシ基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にメルカプト基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。アミノ基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にカルボキシル基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。
アミノ基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にエポキシ基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。カルボキシル基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にエポキシ基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。カルボキシル基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端にアミノ基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。カルボキシル基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端に塩化シリル基を有し片末端にpSi基を有する化合物を反応させる方法。水酸基を有するモノマーをあらかじめ共重合させ、後に片末端に塩化シリル基を有し片末端にPSi基を有する化合物を反応させる方法。
pSi基(a)を有する重合開始剤としては、開始剤分子主鎖中に2価のポリシロキサン構造を有する基が含まれていてもよいし、開始剤分子の末端部分または側鎖に1価のポリシロキサン構造を有する基が含まれていてもよい。開始剤分子主鎖中に2価のポリシロキサン構造を有する基が含まれている開始剤としては、2価のポリシロキサン構造を有する基とアゾ基とを交互に有する化合物等が挙げられる。市販品としては、VPS−1001、VPS−0501(以上、和光純薬工業社製)が挙げられる。
<キノンジアジド基の導入>
上記キノンジアジド基とは、具体的には1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニル基である。
(A)成分である重合体にキノンジアジド基を導入するには、フェノール性水酸基を有するモノマーまたはアミノ基を有するモノマーを1,2−キノンジアジドスルホン酸でエステル化、またはアミド化して得られるモノマーを共重合させる方法が挙げられる。また、本発明の(A)成分である重合体にキノンジアジド基を導入する方法としては、フェノール性水酸基を有するモノマーまたはアミノ基を有するモノマーを共重合させた後、得られた樹脂のフェノール性水酸基またはアミノ基を1,2−キノンジアジドスルホン酸でエステル化、またはアミド化しても良い。
(A)成分がアクリル重合体である場合におけるフェノール性水酸基と重合性不飽和基とを有するモノマーとしては、例えば、p−ヒドロキシスチレン、α―メチル−p−ヒドロキシスチレン、N−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−ヒドロキシフェニルアクリルアミド、N−ヒドロキシフェニルメタクリルアミド、p−ヒドロキシフェニルアクリレート、p−ヒドロキシフェニルメタクリレート等が挙げられ、これらは単独又は2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、p−ヒドロキシフェニルアクリレートとp−ヒドロキシフェニルメタクリレートから選ばれるモノマーが好ましい。
上記フェノール性水酸基と重合性不飽和基とを有するモノマー1当量に対し、溶媒中で1.05乃至1.2当量の1,2−キノンジアジドスルホン酸クロリドを反応させると、フェノール性水酸基と重合性不飽和基とを有するモノマーを得ることができる。
(A)成分である重合体は、現像がしやすいという点で、カルボキシル基及びフェノール性水酸基から選ばれる基をさらに有することが好ましい。カルボキシル基及びフェノール性水酸基から選ばれる基をさらに有する重合体は、(A)成分にカルボキシル基及びフェノール性水酸基から選ばれる基を有する繰り返し単位を導入すればよく、これら繰り返し単位を(A)成分に導入するには、上記フェノール性水酸基と重合性不飽和基とを有するモノマーと、カルボキシル基を有するモノマーの少なくとも一方を共重合させればよい。また、(A)成分である重合体にキノンジアジド基を導入する際に、1,2−キノンジアジドスルホン酸を、フェノール性水酸基のモル数より少ないモル数反応させてもよい。
(A)成分がアクリル重合体である場合におけるカルボキシル基を有するモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、モノ−(2−(アクリロイルオキシ)エチル)フタレート、モノ−(2−(メタクリロイルオキシ)エチル)フタレート、N−(カルボキシフェニル)マレイミド、N−(カルボキシフェニル)メタクリルアミド、N−(カルボキシフェニル)アクリルアミド等が挙げられる。
上記(A)成分の重合体において、上記撥液性基の導入量は、全繰り返し単位に対して5乃至60モル%であることが好ましい。5モル%より過小である場合は、撥液性の効果を奏しない場合がある。60モル%よりも過大である場合は、凝集などの問題が生じる場合がある。
上記(A)成分の重合体において、キノンジアジド基の導入量は、全繰り返し単位に対して5乃至95モル%であることが好ましい。5モル%より過小である場合は、現像性に問題を生じる場合がある。95モル%よりも過大であると、撥液性の繰り返し単位が過小となる。
上記(A)成分の重合体において、カルボキシル基及びフェノール性水酸基から選ばれる基を有する繰り返し単位をさらに有する場合の導入量は、全繰り返し単位に対して1乃至30モル%であることが好ましい。30モル%よりも過大である場合は、現像性に影響を与える場合がある。
また上記(A)成分の重合体の数平均分子量は、2,000乃至100,000であることが好ましい。より好ましくは3,000乃至50,000、さらに好ましくは4,000乃至25,000である。数平均分子量が100,000より過大であると、残渣が生じる場合がある。
(A)成分がアクリル重合体である場合における上記(A)成分の重合体の製造方法としては、撥液性基を有するモノマー、例えば、炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基を有するモノマー、ポリフルオロエーテル基、を有するモノマー、シリルエーテル基を有するモノマー及びポリシロキサン基を有するモノマーの少なくとも一種、及びフェノール性水酸基と重合性不飽和基とを有するモノマーを1,2−キノンジアジドスルホン酸でエステル化、またはアミド化して得られるモノマー、並びに所望により前記以外のモノマー(以下その他モノマーAともいう)とを、重合開始剤存在下の溶剤中において、50乃至110℃の温度下で重合反応させることにより得られる。その際、用いられる溶剤は、アルカリ可溶性の重合体を構成するモノマー及び特定官能基を有する重合体を溶解するものであれば特に限定されない。具体例としては、後述する(D)溶剤に記載する溶剤が挙げられる。
その他モノマーAは、アルカリ可溶性基(ヒドロキシフェニル基、カルボキシル基)を有さないモノマーであることが好ましい。
このようなその他モノマーAの具体例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、2−アミノメチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3−メトキシブチルメタクリレート、γ−ブチロラクトンメタクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルメタクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、8−エチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、グリシジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−アミノメチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、γ−ブチロラクトンアクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルアクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルアクリレート、8−エチル−8−トリシクロデシルアクリレート、スチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、及びビニルビフェニル等が挙げられる。
このようにして得られる特定官能基を有する重合体は、通常、溶剤に溶解した溶液の状態である。
また、上記のようにして得られた特定共重合体の溶液を、ジエチルエーテルや水等の撹拌下に投入して再沈殿させ、生成した沈殿物を濾過・洗浄した後、常圧又は減圧下で、常温あるいは加熱乾燥することで、特定共重合体の粉体とすることができる。このような操作により、特定共重合体と共存する重合開始剤や未反応モノマーを除去することができ、その結果、精製した特定共重合体の粉体を得られる。一度の操作で充分に精製できない場合は、得られた粉体を溶剤に再溶解して、上記の操作を繰り返し行えば良い。
本発明においては、上記特定共重合体の粉体をそのまま用いても良く、あるいはその粉体を、たとえば後述する(D)溶剤に再溶解して溶液の状態として用いても良い。
また、本発明においては、(A)成分の重合体は、複数種の特定共重合体の混合物であってもよい。
<(B)成分>
本発明の(B)成分は、アルカリ可溶性基を有する樹脂である。アルカリ可溶性基としては、例えば、フェノール性ヒドロキシ基、カルボキシル基、酸無水物基、イミド基、スルホニル基、リン酸、ボロン酸及び下記式(b1)で表される基が挙げられる。
(式(b1)中、Rはアルキル基、アルコキシ基又はフェニル基を表す。)
上記式(b1)において、R5が表すアルキル基としては、例えば、炭素原子数1乃至20のアルキル基が挙げられ、炭素原子数1乃至5のアルキル基が好ましい。
そのような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、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デカニル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロヘプチル基等が挙げられる。
その中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基及びイソブチル基等が好ましい。
上記式(b1)において、R5が表すアルコキシ基としては、例えば、炭素原子数1乃至20のアルコキシ基が挙げられ、炭素原子数1乃至5のアルコキシ基が好ましい。
そのようなアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペントキシ基、1−メチル−n−ブトキシ基、2−メチル−n−ブトキシ基、3−メチル−n−ブトキシ基、1,1−ジメチル−n−プロポキシ基、1,2−ジメチル−n−プロポキシ基、2,2−ジメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−n−プロポキシ基、n−ヘキシルオキシ基、1−メチル−n−ペンチルオキシ基、2−メチル−n−ペンチルオキシ基、3−メチル−n−ペンチルオキシ基、4−メチル−n−ペンチルオキシ基、1,1−ジメチル−n−ブトキシ基、1,2−ジメチル−n−ブトキシ基、1,3−ジメチル−n−ブトキシ基、2,2−ジメチル−n−ブトキシ基、2,3−ジメチル−n−ブトキシ基、3,3−ジメチル−n−ブトキシ基、1−エチル−n−ブトキシ基、2−エチル−n−ブトキシ基、1,1,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1,2,2,−トリメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−1−メチル−n−プロポキシ基、1−エチル−2−メチル−n−プロポキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、n−エイコサデシルオキシ基、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基及びシクロヘプチルオキシ基等が挙げられる。
その中でも、メトキシ基、エトキシ基及びn−プロポキシ基等が好ましい。
上記式(b1)で表される基としては、例えば、以下の構造等が挙げられる。
上記アルカリ可溶性基の中でも、フェノール性ヒドロキシ基及びカルボキシル基からなる群から選択される少なくとも1種の有機基を有し、且つ、数平均分子量が2,000乃至50,000であるアルカリ可溶性樹脂であることが好ましい。
上記(B)成分のアルカリ可溶性樹脂は、斯かる構造を有するアルカリ可溶性樹脂であればよく、樹脂を構成する高分子の主鎖の骨格及び側鎖の種類などについて特に限定されない。
然しながら、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂は、数平均分子量が2,000乃至50,000の範囲内にあるものである。数平均分子量が50,000を超えて過大なものであると、現像残渣が発生し易くなり、感度が大きく低下する一方、数平均分子量が2,000未満で過小なものであると、現像の際、露光部の膜減りが相当量発生し、硬化不足になる場合がある。
(B)成分のアルカリ可溶性樹脂としては、例えばアクリル系樹脂、ポリヒドロキシスチレン系樹脂、あるいはポリイミド前駆体又はポリイミド等が挙げることができる。
また、本発明においては、複数種のモノマーを重合して得られる共重合体(以下、特定共重合体と称す。)からなるアルカリ可溶性樹脂を(B)成分として用いることもできる。この場合、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂は、複数種の特定共重合体のブレンド物であってもよい。
すなわち、上記の特定共重合体は、アルカリ可溶性を発現するモノマー、即ちフェノール性ヒドロキシ基及びカルボキシル基からなる群から選択される少なくとも一種を有するモノマーと、これらモノマーと共重合可能なモノマーの群から選択される少なくとも一種のモノマーとを、必須の構成単位として形成された共重合体であって、その数平均分子量が2,000乃至50,000のものである。数平均分子量が50,000より過大であると、残渣が生じる場合がある。
上記の「カルボキシル基及びフェノール性ヒドロキシ基からなる群から選択される少なくとも一種を有するモノマー」は、カルボキシル基を有するモノマー及びフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマー、さらにこれらカルボキシル基及びフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーが含まれる。これらのモノマーはカルボキシル基、又はフェノール性ヒドロキシ基を一個有するものに限らず、複数個有するものでもよい。
以下、上記モノマーの具体例を挙げるが、これらに限定されるものでない。
カルボキシル基を有するモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、モノ−(2−(アクリロイルオキシ)エチル)フタレート、モノ−(2−(メタクリロイルオキシ)エチル)フタレート、N−(カルボキシフェニル)マレイミド、N−(カルボキシフェニル)メタクリルアミド、N−(カルボキシフェニル)アクリルアミド等が挙げられる。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、ヒドロキシスチレン、N−(ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N−(ヒドロキシフェニル)メタクリルアミド、N−(ヒドロキシフェニル)マレイミド、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート
等が挙げられる。
カルボキシル基及びフェノール性ヒドロキシ基からなる群から選択される少なくとも一種を有するモノマーと共重合可能なモノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、5−アクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトン、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、5−メタクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトン、2−アミノエチルアクリレート、2−アミノメチルメタクリレート等が挙げられる。
(B)成分のアルカリ可溶性アクリル重合体の製造における不飽和カルボン酸誘導体及び/またはフェノール性水酸基と重合性不飽和基を有するモノマーの比率は、(B)成分のアルカリ可溶性アクリル重合体の製造に用いる全てのモノマーのうち、好ましくは10〜90モル%、より好ましくは30〜85モル%、最も好ましくは50〜80モル%である。不飽和カルボン酸誘導体が10重量%未満の場合には、重合体のアルカリ溶解性が不足する。
本発明の(B)成分であるアルカリ可溶性樹脂は、硬化後のパターン形状をより安定化させるという点から、さらにヒドロキシアルキル基と重合性不飽和基とを有するモノマーを共重合させたものであることが好ましい。
ヒドロキシアルキル基と重合性不飽和基とを有するモノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピルアクリレート、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、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート、グリセリンモノメタクリレート、5−アクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトン等が挙げられる。
(B)成分のアルカリ可溶性アクリル重合体の製造におけるヒドロキシアルキル基と重合性不飽和基とを有するモノマーの比率は、好ましくは10〜60重量%、より好ましくは5〜50重量%、最も好ましいのは20〜40重量%である。ヒドロキシアルキル基と重合性不飽和基とを有するモノマーが10重量%未満の場合は共重合体のパターン形状の安定化効果が得られない場合がある。60重量%以上の場合には、(B)成分のアルカリ可溶性基が不足し、現像性等の特性が低下する場合がある。
本発明の(B)成分であるアルカリ可溶性樹脂は、共重合体のTgを上げるという点から、さらにN置換マレイミド化合物を共重合させたものであることが好ましい。
N置換マレイミド化合物マレイミド化合物としては、例えば、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、及びN−シクロヘキシルマレイミド等が挙げられる。透明性の観点から芳香環を有さない物が好ましく、現像性、透明性、耐熱性の点から脂環骨格を有するものがより好ましく、中でもシクロヘキシルマレイミドが最も好ましい。
(B)成分のアルカリ可溶性アクリル重合体の製造におけるN−置換マレイミドの比率は、好ましくは10〜60重量%、より好ましくは5〜50重量%、最も好ましいのは20〜40重量%である。N−置換マレイミドが10重量%未満の場合は共重合体のTgが低くなり、耐熱性に劣る場合がある。60重量%以上の場合には、透明性が低下する場合がある。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物が要件(Z2)を満足する場合、本発明で用いられるアルカリ可溶性樹脂(B)は、自己架橋性基をさらに有するか、又はヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基及びアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基と反応する基(以下、架橋性基ともいう)をさらに有する共重合体であることが好ましい。
上記自己架橋性基としては、N−アルコキシメチル基、N−ヒドロキシメチル基及びアルコキシシリル基が挙げられる。
上記架橋性基としては、エポキシ基、オキセタン基、ビニル基、及びブロックイソシアネート基等が挙げられる。
かかる自己架橋性基又は架橋性基を(B)成分の樹脂に含有させる場合の含有量は、(B)成分の樹脂における繰り返し単位1単位あたり、0.1乃至0.9個であることが好ましく、現像性と耐溶剤性の観点から、0.1乃至0.8個であることがさらに好ましい。
(B)成分のアルカリ可溶性樹脂が、さらにエポキシ基、オキセタン基、ビニル基、ブロックイソシアネート基等の架橋性基及びN−アルコキシメチル基、N−ヒドロキシメチル基及びアルコキシシリル基等の自己架橋性基から選ばれる少なくとも1種を有する繰り返し単位を有する場合、例えば、ラジカル重合性を有し、エポキシ基、オキセタン基、ビニル基、ブロックイソシアネート基等の架橋性基及びN−アルコキシメチル基、N−ヒドロキシメチル基及びアルコキシシリル基等の自己架橋性基から選ばれる少なくとも1種を有する不飽和化合物を共重合させればよい。
ここで、N−アルコキシメチル基のN、すなわち窒素原子としては、アミドの窒素原子、チオアミドの窒素原子、ウレアの窒素原子、チオウレアの窒素原子、ウレタンの窒素原子、含窒素へテロ環の窒素原子の隣接位に結合した窒素原子等が挙げられる。従って、N−アルコキシメチル基としては、アミドの窒素原子、チオアミドの窒素原子、ウレアの窒素原子、チオウレアの窒素原子、ウレタンの窒素原子、含窒素へテロ環の窒素原子の隣接位に結合した窒素原子等から選ばれる窒素原子にアルコキシメチル基が結合した構造が挙げられる。
上記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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、n−ヘプチル基、1−メチル−n−ヘキシル基、2−メチル−n−ヘキシル基、3−メチル−n−ヘキシル基、1,1−ジメチル−n−ペンチル基、1,2−ジメチル−n−ペンチル基、1,3−ジメチル−n−ペンチル基、2,2−ジメチル−n−ペンチル基、2,3−ジメチル−n−ペンチル基、3,3−ジメチル−n−ペンチル基、1−エチル−n−ペンチル基、2−エチル−n−ペンチル基、3−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−1−エチル−n−ブチル基、1−メチル−2−エチル−n−ブチル基、1−エチル−2−メチル−n−ブチル基、2−メチル−2−エチル−n−ブチル基、2−エチル−3−メチル−n−ブチル基、n−オクチル基、1−メチル−n−ヘプチル基、2−メチル−n−ヘプチル基、3−メチル−n−ヘプチル基、1,1−ジメチル−n−ヘキシル基、1,2−ジメチル−n−ヘキシル基、1,3−ジメチル−n−ヘキシル基、2,2−ジメチル−n−ヘキシル基、2,3−ジメチル−n−ヘキシル基、3,3−ジメチル−n−ヘキシル基、1−エチル−n−ヘキシル基、2−エチル−n−ヘキシル基、3−エチル−n−ヘキシル基、1−メチル−1−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、3−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。
ラジカル重合性を有し、エポキシ基を有する不飽和化合物としては、例えばアクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルア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−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、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、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などが挙げられる。これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、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、3,4−エポキシシクロへキシルメタクリレートなどが好ましく用いられる。これらは、単独であるいは組み合わせて用いられる。
ラジカル重合性を有し、オキセタン基を有する不飽和化合物としては、例えば、オキセタン基を有する(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができる。このようなモノマーの中では、3−(メタ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)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−(ア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)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニル−オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−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−(ア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)−4−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−4−トリフロロメチルオキセタンが好ましく、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−オキセタン等が好ましく用いられる。
ラジカル重合性を有し、N−アルコキシメチル基を有する不飽和化合物としては、N−ブトキシメチルアクリルアミド、N−イソブトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等が挙げられる。
ラジカル重合性を有し、さらにヒドロキシメチルアミド基を有するモノマーとしては、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、N−ヒドロキシメチルメタクリルアミド等が挙げられる。
ラジカル重合性を有し、さらにビニル基を有するモノマーとしては、1,2−エポキシ−5−ヘキセン、1,7−オクタジエンモノエポキサイド等が挙げられる。
ラジカル重合性を有し、さらにブロックイソシアネート基を有するモノマーとしては、メタクリル酸2−(0−(1’−メチルプロピリデンアミノ)カルボキシアミノ)エチル、メタクリル酸2−(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ)エチル等が挙げられる。
ラジカル重合性を有し、さらにアルコキシシリル基を有するモノマーとしては、3−アクリロイルオキシトリメトキシシラン、3−アクリロイルオキシトリエトキシシラン、3−メタクリロイルオキシトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシトリエトキシシラン等が挙げられる。
ラジカル重合性を有し、エポキシ基、オキセタン基、ビニル基、ブロックイソシアネート基等の架橋性基及びN−アルコキシメチル基、N−ヒドロキシメチル基及びアルコキシシリル基等の自己架橋性基から選ばれる少なくとも1種を有する不飽和化合物から誘導される構成単位を、アルカリ可溶性樹脂(B)が有する全ての繰り返し単位の合計に基づいて、好ましくは10〜70重量%、特に好ましくは20〜60重量%含有している。この構成単位が10重量%未満の場合は得られる硬化膜の耐熱性や表面硬度が低下する傾向にあり、一方この構成単位の量が70重量%を超える場合は感放射線性樹脂組成物の保存安定性が低下する傾向にある。
また、本発明においては、(B)成分のアクリル重合体は、上述のモノマー以外のモノマー(以下、その他モノマーと称す。)をも構成単位として形成された共重合体であってもよい。その他モノマーは、具体的には、上記カルボキシル基を有するモノマー及びフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーからなる群から選択される少なくとも一種と共重合可能なものであればよく、(B)成分の特性を損ねない限り、特に限定されるものでない。そのようなモノマーの具体例としては、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、マレイミド、アクリルアミド化合物、アクリロニトリル、スチレン化合物及びビニル化合物等が挙げられる。
以下、当該その他モノマーの具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
前記アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、グリシジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−アミノエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルアクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルアクリレート、及び、8−エチル−8−トリシクロデシルアクリレート、ジエチレングリコールモノアクリレート、カプロラクトン2−(アクリロイルオキシ)エチルエステル、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルアクリレート、等が挙げられる。
前記メタクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、2−アミノメチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3−メトキシブチルメタクリレート、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、γ−ブチロラクトンメタクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルメタクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、及び、8−エチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、カプロラクトン2−(メタクリロイルオキシ)エチルエステル、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルメタクリレート等が挙げられる。
前記アクリルアミド化合物としては、例えば、N−メチルアクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられる。
前記ビニル化合物としては、例えば、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルカルバゾール、アリルグリシジルエーテル、3−エテニル−7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプタン、1,2−エポキシ−5−ヘキセン、及び、1,7−オクタジエンモノエポキサイド等が挙げられる。
前記スチレン化合物としては、ヒドロキシ基を有しないスチレン、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。
(B)成分であるアルカリ可溶性アクリル重合体の製造において、上記その他モノマーの比率は80重量%以下であることが好ましく、より好ましくは50重量%以下であり、さらに好ましくは20重量%以下である。80重量%よりも多くなると相対的に必須成分が減るため、本発明の効果を十分に得ることが困難になる。
本発明に用いる(B)成分であるアルカリ可溶性アクリル重合体を得る方法は特に限定されないが、例えば、カルボキシル基、フェノール性ヒドロキシ基、及び、熱又は酸の作用によりカルボン酸又はフェノール性ヒドロキシ基を生成する基からなる群から選択される少なくとも一種を有するモノマー、脂肪族水酸基を有するモノマー、N−置換マレイミド、エポキシ基を有するモノマー)、所望によりそれ以外の共重合可能なモノマー及び所望により重合開始剤等を共存させた溶剤中において、50乃至110℃の温度下で重合反応させることにより、得られる。その際、用いられる溶剤は、アルカリ可溶性アクリル重合体を構成するモノマー及び特定官能基を有するアクリル重合体を溶解するものであれば特に限定されない。具体例としては、後述する(D)溶剤に記載する溶剤が挙げられる。
このようにして得られる特定官能基を有するアクリル重合体は、通常、溶剤に溶解した溶液の状態である。
また、上記のようにして得られた特定共重合体の溶液を、ジエチルエーテルや水等の撹拌下に投入して再沈殿させ、生成した沈殿物を濾過・洗浄した後、常圧又は減圧下で、常温あるいは加熱乾燥することで、特定共重合体の粉体とすることができる。このような操作により、特定共重合体と共存する重合開始剤や未反応モノマーを除去することができ、その結果、精製した特定共重合体の粉体を得られる。一度の操作で充分に精製できない場合は、得られた粉体を溶剤に再溶解して、上記の操作を繰り返し行えば良い。
本発明においては、上記特定共重合体の粉体をそのまま用いても良く、あるいはその粉体を、たとえば後述する(D)溶剤に再溶解して溶液の状態として用いても良い。
また、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂としては、ポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、一部イミド化したポリアミド酸等のポリイミド前駆体、カルボン酸基含有ポリイミド等のポリイミドを用いることもでき、それらはアルカリ可溶性であれば特にその種類を限定されずに用いることができる。
ポリイミド前駆体である前記ポリアミド酸は、一般的に(a)テトラカルボン酸二無水物化合物と(b)ジアミン化合物とを重縮合して得ることができる。
上記(a)テトラカルボン酸二無水物化合物は特に限定はなく、具体例として、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物のような脂環式テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物のような脂肪族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。
これらは、1種単独で用いてもよく、又は2種以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。
また、上記(b)ジアミン化合物も特に限定されることはなく、例えば、2,4−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、3,5−ジアミノ安息香酸、4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジカルボン酸、2,5−ジアミノ−1,4−ベンゼンジカルボン酸、ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3,5−ジカルボキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3,5−ジカルボキシフェニル)スルホン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシ−5,5’−ジメチルビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシ−5,5’−ジメトキシビフェニル、1,4−ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,4−ジアミノフェノール、3,5−ジアミノフェノール、2,5−ジアミノフェノール、4,6−ジアミノレゾルシノール、2,5−ジアミノハイドロキノン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)スルホン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシ−5,5’−ジメチルビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシ−5,5’−ジメトキシビフェニル、1,4−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン等フェノール性ヒドロキシ基を有するジアミン化合物、1,3−ジアミノ−4−メルカプトベンゼン、1,3−ジアミノ−5−メルカプトベンゼン、1,4−ジアミノ−2−メルカプトベンゼン、ビス(4−アミノ−3−メルカプトフェニル)エーテル、2,2−ビス(3−アミノ−4−メルカプトフェニル)ヘキサフルオロプロパン等チオフェノール基を有するジアミン化合物、1,3−ジアミノベンゼン−4−スルホン酸、1,3−ジアミノベンゼン−5−スルホン酸、1,4−ジアミノベンゼン−2−スルホン酸、ビス(4−アミノベンゼン−3−スルホン酸)エーテル、4,4’−ジアミノビフェニル−3,3’−ジスルホン酸、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルビフェニル−6,6’−ジスルホン酸等スルホン酸基を有するジアミン化合物が挙げられる。また、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−メチレン−ビス(2,6−エチルアニリン)、4,4’−メチレン−ビス(2−イソプロピル−6−メチルアニリン)、4,4’−メチレン−ビス(2,6−ジイソプロピルアニリン)、2,4,6−トリメチル−1,3−フェニレンジアミン、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミン、o−トリジン、m−トリジン、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ビス(4−アニリノ)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アニリノ)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−トルイル)ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン等のジアミン化合物を挙げることが出来る。
これらは、1種単独で用いてもよく、又は2種以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。
本発明で用いられるポリアミド酸が(a)テトラカルボン酸二無水物化合物と(b)ジアミン化合物から製造される場合、両化合物の配合比、すなわち(b)ジアミン化合物の総モル数/(a)テトラカルボン酸二無水物化合物の総モル数は0.7乃至1.2であることが望ましい。通常の重縮合反応同様、このモル比が1に近いほど生成するポリアミド酸の重合度は大きくなり分子量が増加する。
また、ジアミン化合物を過剰に用いて重合した際、残存するポリアミド酸の末端アミノ基に対してカルボン酸無水物を反応させ末端アミノ基を保護することもできる。
このようなカルボン酸無水物の例としてはフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、無水マレイン酸、ナフタル酸無水物、水素化フタル酸無水物、メチル−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、無水イタコン酸、テトラヒドロフタル酸無水物等を挙げることができる。
ポリアミド酸の製造において、ジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物化合物との反応の反応温度は−20乃至150℃、好ましくは−5乃至100℃の任意の温度を選択することができる。高分子量のポリアミド酸を得るには、反応温度5℃乃至40℃、反応時間1乃至48時間の範囲にて適宜選択する。低分子量で保存安定性の高く部分的にイミド化されたポリアミド酸を得るには反応温度40℃乃至90℃、反応時間10時間以上から選択することがより好ましい。
また、末端アミノ基を酸無水物で保護する場合の反応温度は−20乃至150℃、好ましくは−5乃至100℃の任意の温度を選択することができる。
ジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物化合物の反応は溶剤中で行なうことができる。その際に使用できる溶剤としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、m−クレゾール、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−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、2−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、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メチルエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール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、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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート、エチルセロソルブアセテート、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン等を挙げることができる。これらは単独でも、混合して使用しても良い。さらに、ポリアミド酸を溶解しない溶剤であっても、重合反応により生成したポリアミド酸が析出しない範囲で、上記溶剤に混合して使用してもよい。
このようにして得られたポリアミド酸を含む溶液は、ネガ型感光性樹脂組成物の調製にそのまま用いることができる。また、ポリアミド酸を水、メタノール、エタノール等の貧溶剤に沈殿単離させて回収して用いることもできる。
また、(B)成分としては、任意のポリイミドも用いることができる。本発明に用いるポリイミドとは前記ポリアミド酸などのポリイミド前駆体を化学的又は熱的に50%以上イミド化させたものである。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に用いるポリイミドは、アルカリ溶解性を与えるためにカルボキシル基及びフェノール性ヒドロキシ基から選ばれる基を有することが好ましい。
ポリイミドへのカルボキシル基又はフェノール性ヒドロキシ基の導入方法は、カルボキシル基又はフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーを用いる方法、カルボキシル基又はフェノール性ヒドロキシ基を有する酸無水物でアミン末端を封止する方法、或いは、ポリアミド酸などのポリイミド前駆体をイミド化する際にイミド化率を99%以下にする方法等が用いられる。
このようなポリイミドは上述のポリアミド酸などのポリイミド前駆体を合成した後、化学イミド化もしくは熱イミド化を行うことで得ることができる。
化学イミド化の方法としては一般的にポリイミド前駆体溶液に過剰の無水酢酸およびピリジンを添加し室温から100℃で反応させる方法が用いられる。また、熱イミド化の方法としては一般的に、ポリイミド前駆体溶液を温度180℃乃至250℃で脱水しながら過熱する方法が用いられる。
また、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂としては、さらにフェノールノボラック樹脂を用いることができる。
また、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂としては、ポリエステルポリカルボン酸を用いることもできる。ポリエステルポリカルボン酸は、酸二無水物とジオールから、WO2009/051186に記載の方法により、得ることができる。
酸二無水物としては、上記(a)テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
ジオールとしては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ベンゼン−1,3−ジメタノール、ベンゼン−1,4−ジメタノール等の芳香族ジオール、水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールF、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ジオール、及びエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等の脂肪族ジオール等が挙げられる。
また、本発明においては、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂は、複数種のアルカリ可溶性樹脂の混合物であってもよい。
(A)成分と(B)成分との比率は、(B)成分100質量部に対して(A)成分が0.1〜20質量部である。
<(C)成分>
(C)成分である1,2−キノンジアジド化合物としては、水酸基又はアミノ基のいずれか一方か、水酸基及びアミノ基の両方を有する化合物であって、これらの水酸基又はアミノ基(水酸基とアミノ基の両方を有する場合は、それらの合計量)のうち、好ましくは10乃至100モル%、特に好ましくは20乃至95モル%が1,2−キノンジアジドスルホン酸でエステル化、またはアミド化された化合物を用いることができる。
前記水酸基を有する化合物としては例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、ハイドロキノン、レゾルシノール、カテコール、ガリック酸メチル、ガリック酸エチル、1,3,3−トリス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、4,4−イソプロプリデンジフェノール、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4’−ジヒドロキシフェニルスルホン、4,4−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフェノール、4,4’,4’’―トリスヒドロキシフェニルエタン、1,1,1−トリス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、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−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、2,2’,3,4,4’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,5−ビス(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)メチルなどのフェノール化合物、エタノール、2−プロパノール、4−ブタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−メトキシプロパノール、2−ブトキシプロパノール、乳酸エチル、乳酸ブチルなどの脂肪族アルコール類を挙げることができる。
また、前記アミノ基を含有する化合物としては、アニリン、o−トルイジン、m−トルイジン、p−トルイジン、4−アミノジフェニルメタン、4−アミノジフェニル、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、などのアニリン類、アミノシクロヘキサンを挙げることができる。
さらに、水酸基とアミノ基両方を含有する化合物としては、例えば、o−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、4−アミノレゾルシノール、2,3−ジアミノフェノール、2,4−ジアミノフェノール、4,4’−ジアミノ−4’’−ヒドロキシトリフェニルメタン、4−アミノ−4’,4’’−ジヒドロキシトリフェニルメタン、ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンなどのアミノフェノール類、2−アミノエタノール、3−アミノプロパノール、4−アミノシクロヘキサノールなどのアルカノールアミン類を挙げることができる。
これらの1,2−キノンジアジド化合物は単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物における(C)成分の含有量は、(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して、好ましくは5乃至100質量部、より好ましくは8乃至50質量部、更に好ましくは10乃至40質量部である。5質量部未満の場合、ポジ型感光性樹脂組成物の露光部と未露光部の現像液への溶解速度差が小さくなり、現像によるパターニングが困難である場合がある。また、100質量部を超えると、短時間での露光で1,2−キノンジアジド化合物が十分に分解されないため感度が低下する場合や、(C)成分が光を吸収してしまい硬化膜の透明性を低下させてしまう場合がある。
<(D)溶剤>
本発明に用いる(D)溶剤は、(A)成分、(B)成分、(C)成分、及び必要に応じて(E)成分を溶解し、且つ所望により添加される後述の(F)成分やその他添加剤などを溶解するものであり、斯様な溶解能を有する溶剤であれば、その種類及び構造などは特に限定されるものでない。
斯様な(D)溶剤としては、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−ブタノン、3−メチル−2−ペンタノン、2−ペンタノン、2-ヘプタノン、γ―ブチロラクトン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドン等が挙げられる。
これらの溶剤は、一種単独で、または二種以上の組合せで使用することができる。
これら(D)溶剤の中、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、2−ヘプタノン、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル等が、塗膜性が良好で安全性が高いという観点より好ましい。これら溶剤は、一般にフォトレジスト材料のための溶剤として用いられている。
<(E)成分>
(E)成分は架橋剤であり、本発明のポジ型感光性樹脂組成物が要件(Z1)を満たす場合に組成物中に導入されるものである。より具体的には、(B)成分の熱反応性部位(たとえば、カルボキシル基及び/又はフェノール性水酸基)と熱反応により橋架け構造を形成しうる構造を有する化合物である。以下、具体例を挙げるがこれらに限定されるものではない。熱架橋剤は、例えば、(E1)アルコキシメチル基及びヒドロキシメチル基から選ばれる置換基を2個以上有する架橋性化合物や(E2)式(2)で表される架橋性化合物から選ばれるものが好ましい。これらの架橋剤は単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。
(E1)成分のアルコキシメチル基及びヒドロキシメチル基から選ばれる置換基を2個以上有する架橋性化合物は、熱硬化時の高温に曝されると、脱水縮合反応により架橋反応が進行するものである。このような化合物としては、例えば、アルコキシメチル化グリコールウリル、アルコキシメチル化ベンゾグアナミン、およびアルコキシメチル化メラミン等の化合物、およびフェノプラスト系化合物が挙げられる。
アルコキシメチル化グリコールウリルの具体例としては、例えば、1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(ブトキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(メトキシメチル)尿素、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)−4,5−ジヒドロキシ−2−イミダゾリノン、および1,3−ビス(メトキシメチル)−4,5−ジメトキシ−2−イミダゾリノン等が挙げられる。市販品として、三井サイテック(株)製グリコールウリル化合物(商品名:サイメル(登録商標)1170、パウダーリンク(登録商標)1174)等の化合物、メチル化尿素樹脂(商品名:UFR(登録商標)65)、ブチル化尿素樹脂(商品名:UFR(登録商標)300、U−VAN10S60、U−VAN10R、U−VAN11HV)、DIC(株)製尿素/ホルムアルデヒド系樹脂(高縮合型、商品名:ベッカミン(登録商標)J−300S、同P−955、同N)等が挙げられる。
アルコキシメチル化ベンゾグアナミンの具体例としてはテトラメトキシメチルベンゾグアナミン等が挙げられる。市販品として、三井サイテック(株)製(商品名:サイメル(登録商標)1123)、(株)三和ケミカル製(商品名:ニカラック(登録商標)BX−4000、同BX−37、同BL−60、同BX−55H)等が挙げられる。
アルコキシメチル化メラミンの具体例としては、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン等が挙げられる。市販品として、三井サイテック(株)製メトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:サイメル(登録商標)300、同301、同303、同350)、ブトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:マイコート(登録商標)506、同508)、三和ケミカル製メトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:ニカラック(登録商標)MW−30、同MW−22、同MW−11、同MW−100LM、同MS−001、同MX−002、同MX−730、同MX−750、同MX−035)、ブトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:ニカラック(登録商標)MX−45、同MX−410、同MX−302)等が挙げられる。
また、このようなアミノ基の水素原子がメチロール基またはアルコキシメチル基で置換されたメラミン化合物、尿素化合物、グリコールウリル化合物及びベンゾグアナミン化合物を縮合させて得られる化合物であってもよい。例えば、米国特許第6323310号に記載されているメラミン化合物およびベンゾグアナミン化合物から製造される高分子量の化合物が挙げられる。前記メラミン化合物の市販品としては、商品名:サイメル(登録商標)303(三井サイテック(株)製)等が挙げられ、前記ベンゾグアナミン化合物の市販品としては、商品名:サイメル(登録商標)1123(三井サイテック(株)製)等が挙げられる。
フェノプラスト系化合物の具体例としては、例えば、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)クレゾール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−メトキシフェノール、3,3’,5,5’−テトラキス(ヒドロキシメチル)ビフェニル−4,4’−ジオール、3,3’−メチレンビス(2−ヒドロキシ−5−メチルベンゼンメタノール)、4,4’−(1−メチルエチリデン)ビス[2−メチル−6−ヒドロキシメチルフェノール]、4,4’−メチレンビス[2−メチル−6−ヒドロキシメチルフェノール]、4,4’−(1−メチルエチリデン)ビス[2,6−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール]、4,4’−メチレンビス[2,6−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール]、2,6−ビス(メトキシメチル)フェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)クレゾール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−メトキシフェノール、3,3’,5,5’−テトラキス(メトキシメチル)ビフェニル−4,4’−ジオール、3,3’−メチレンビス(2−メトキシ−5−メチルベンゼンメタノール)、4,4’−(1−メチルエチリデン)ビス[2−メチル−6−メトキシメチルフェノール]、4,4’−メチレンビス[2−メチル−6−メトキシメチルフェノール]、4,4’−(1−メチルエチリデン)ビス[2,6−ビス(メトキシメチル)フェノール]、4,4’−メチレンビス[2,6−ビス(メトキシメチル)フェノール]、等が挙げられる。市販品としても入手が可能であり、その具体例としては、26DMPC、46DMOC、DM−BIPC−F、DM−BIOC−F、TM−BIP−A、BISA−F、BI25X−DF、BI25X−TPA(以上、旭有機材工業(株)製)等が挙げられる。
さらに、(E1)成分としては、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−エトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミド等のヒドロキシメチル基またはアルコキシメチル基で置換されたアクリルアミド化合物またはメタクリルアミド化合物を使用して製造されるポリマーも用いることができる。
そのようなポリマーとしては、例えば、ポリ(N−ブトキシメチルアクリルアミド)、N−ブトキシメチルアクリルアミドとスチレンとの共重合体、N−ヒドロキシメチルメタクリルアミドとメチルメタクリレートとの共重合体、N−エトキシメチルメタクリルアミドとベンジルメタクリレートとの共重合体、及びN−ブトキシメチルアクリルアミドとベンジルメタクリレートと2−ヒドロキシプロピルメタクリレートとの共重合体等が挙げられる。このようなポリマーの重量平均分子量は、1,000乃至50,000であり、好ましくは、1,500乃至20,000であり、より好ましくは2,000乃至10,000である。
また本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、(E2)成分として、式(2)で表される架橋性化合物を含有することができる。
(式中、kは2〜10の整数、mは0〜4の整数を示し、R11はk価の有機基を表す)
(E2)成分は、式(2)で表されるシクロアルケンオキサイド構造を有する化合物であれば特に限定されない。その具体例としては、下記式E2−1及びE2−2や、以下に示す市販品等が挙げられる。
市販品としては、エポリードGT−401、同GT−403、同GT−301、同GT−302、セロキサイド2021、セロキサイド3000(ダイセル化学工業(株)製 商品名)、脂環式エポキシ樹脂であるデナコールEX−252(ナガセケムッテクス(株)製 商品名)、CY175、CY177、CY179(以上、CIBA−GEIGY A.G製 商品名)、アラルダイトCY−182、同CY−192、同CY−184(以上、CIBA−GEIGY A.G製 商品名)、エピクロン200、同400(以上、DIC(株)製 商品名)、エピコート871、同872(以上、油化シェルエポキシ(株)製 商品名)、ED−5661、ED−5662(以上、セラニーズコーティング(株)製 商品名)、等を挙げることができる。また、これらの架橋性化合物は、単独または2種類以上を組み合わせて用いることができる。
これらのうち、耐熱性、耐溶剤性、耐長時間焼成耐性等の耐プロセス性、および透明性の観点からシクロヘキセンオキサイド構造を有する、式C1及び式C2で表される化合物、エポリードGT−401、同GT−403、同GT−301、同GT−302、セロキサイド2021、セロキサイド3000が好ましい。
(B)成分がヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基で表される基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基と反応する基を有する場合には、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基で表される基を2つ以上有する化合物を(E)成分として用いることができる。
これらの架橋性化合物は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物における架橋剤として(E)成分を選択した場合の含有量は、(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して1〜50質量部、好ましくは1〜40質量部、より好ましくは1〜30質量部である。架橋性化合物の含有量が少ない場合には、架橋性化合物によって形成される架橋の密度が十分ではないため、パターン形成後の耐熱性、耐溶剤性、長時間の焼成に対する耐性等を向上させる効果が得られない場合がある。一方、50質量部を超える場合には、未架橋の架橋性化合物が存在し、パターン形成後の耐熱性、耐溶剤性、長時間の焼成に対する耐性等が低下し、また、感光性樹脂組成物の保存安定性が悪くなる場合がある。
<(F)成分>
(F)成分は、消泡剤である。本発明のポジ型感光性樹脂組成物にあっては、その塗布性を向上させるという目的で、本発明の効果を損なわない限りにおいて、更に消泡剤を含有することができる。
(F)成分の消泡剤としては、特に制限されないが、例えば、シリコーン等が挙げられる。
(F)成分の消泡剤は、一種単独で、または二種以上の組合せで使用することができる。
消泡剤が使用される場合、その含有量は、(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して、通常0.01乃至1.0質量部であり、好ましくは0.02乃至0.8質量部である。(F)成分の消泡剤の使用量が1.0質量部を超える量に設定されても、上記塗布性の改良効果は鈍くなり、経済的でなくなる。0.01部以下である場合、塗布性改善の効果が発現しない場合がある。
<その他添加剤>
更に、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、レオロジー調整剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、密着促進剤、または多価フェノール、多価カルボン酸等の溶解促進剤等を含有することができる。
<ポジ型感光性樹脂組成物>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、下記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)溶剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物であり、且つ、所望により、(F)成分の密着促進剤、及びその他添加剤のうち一種以上を更に含有することができる組成物である。
(A)成分:撥液性基並びにキノンジアジド基を有する重合体、
(B)成分:アルカリ可溶性樹脂;
(C)成分:1,2−キノンジアジド化合物、
(D)溶剤。
本発明の感光性樹脂組成物は、更に下記(Z1)及び(Z2)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
(Z1):(E)成分である架橋剤をさらに含有する、
(Z2):(B)成分のアルカリ可溶性樹脂が、自己架橋性基をさらに有するか、又はヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基及びアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基と反応する基をさらに有する。
中でも、本発明のポジ型感光性樹脂組成物の好ましい例は、以下のとおりである。
[1]:(B)成分100質量部に対して0.1〜20質量部の(A)成分、5乃至100質量部の(C)成分を含有し、これら成分が(D)溶剤に溶解されたポジ型感光性樹脂組成物であって、(B)成分のアルカリ可溶性樹脂が、さらにエポキシ基を有する繰り返し単位を有するポジ型感光性樹脂組成物。
[2]:(B)成分100質量部に対して0.1〜20質量部の(A)成分、5乃至100質量部の(C)成分を含有し、これら成分が(D)溶剤に溶解されたポジ型感光性樹脂組成物であって、さらに(E)成分である架橋剤を、(A)成分と(B)成分の合計の100質量部に対して1乃至50質量部含有するポジ型感光性樹脂組成物。
[3]:上記[1]又は[2]の組成物において、更に(F)成分を(A)成分100質量部に基づいて、0.01乃至1.0質量部含有するポジ型感光性樹脂組成物。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物における固形分の割合は、各成分が均一に溶剤に溶解している限り、特に限定されるものではないが、例えば1乃至80質量%であり、また例えば5乃至60質量%であり、または10乃至50質量%である。ここで、固形分とは、ポジ型感光性樹脂組成物の全成分から(D)溶剤を除いたものをいう。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物の調製方法は、特に限定されないが、その調製法としては、例えば、(A)成分(特定アクリル共重合体)を(D)溶剤に溶解し、この溶液に(B)成分のアルカリ可溶性樹脂、(C)成分の1,2−キノンジアジド化合物、必要に応じて(E)成分の架橋剤を所定の割合で混合し、均一な溶液とする方法、或いは、この調製法の適当な段階において、必要に応じて(F)成分である消泡剤及びその他添加剤を更に添加して混合する方法が挙げられる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物の調製にあたっては、(D)溶剤中における重合反応によって得られる共重合体の溶液をそのまま使用することができ、この場合、この(A)成分の溶液に前記と同様に(B)成分、(C)成分などを入れて均一な溶液とする際に、濃度調整を目的としてさらに(D)溶剤を追加投入してもよい。このとき、特定共重合体の形成過程で用いられる(D)溶剤と、ポジ型感光性樹脂組成物の調製時に濃度調整のために用いられる(D)溶剤とは同一であってもよいし、異なってもよい。
而して、調製されたポジ型感光性樹脂組成物の溶液は、孔径が0.2μm程度のフィルタなどを用いて濾過した後、使用することが好ましい。
<塗膜及び硬化膜>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物を半導体基板(例えば、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、金属例えばアルミニウム、モリブデン、クロムなどが被覆された基板、ガラス基板、石英基板、ITO基板等)の上に、回転塗布、流し塗布、ロール塗布、スリット塗布、スリットに続いた回転塗布、インクジェット塗布などによって塗布し、その後、ホットプレートまたはオーブン等で予備乾燥することにより、塗膜を形成することができる。その後、この塗膜を加熱処理することにより、ポジ型感光性樹脂膜が形成される。
この加熱処理の条件としては、例えば、温度70℃乃至160℃、時間0.3乃至60分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。加熱温度及び加熱時間は、好ましくは80℃乃至140℃、0.5乃至10分間である。
また、ポジ型感光性樹脂組成物から形成されるポジ型感光性樹脂膜の膜厚は、例えば0.1乃至30μmであり、また例えば0.2乃至10μmであり、更に例えば0.3乃至8μmである。
上記で得られた塗膜上に、所定のパターンを有するマスクを装着して紫外線等の光を照射し、アルカリ現像液で現像することで、露光部が洗い出されて端面のシャープなレリーフパターンが得られる。
使用されうるアルカリ性現像液としては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどの水酸化第四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミンなどのアミン水溶液等のアルカリ性水溶液が挙げられる。さらに、これらの現像液には、界面活性剤などを加えることもできる。
上記の中、水酸化テトラエチルアンモニウム0.1乃至2.38質量%水溶液は、フォトレジストの現像液として一般に使用されており、本発明の感光性樹脂組成物においても、このアルカリ性現像液を用いて、膨潤などの問題をひき起こすことなく良好に現像することができる。
また、現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法など、いずれも用いることができる。その際の現像時間は、通常、15乃至180秒間である。
現像後、ポジ型感光性樹脂膜に対して流水による洗浄を例えば20乃至120秒間行い、続いて圧縮空気もしくは圧縮窒素を用いてまたはスピニングにより風乾することにより、基板上の水分が除去され、そしてパターン形成された膜が得られる。
続いて、斯かるパターン形成膜に対して、熱硬化のためにポストベークを行うことにより、具体的にはホットプレート、オーブンなどを用いて加熱することにより、耐熱性、透明性、平坦化性、低吸水性、耐薬品性などに優れ、良好なレリーフパターンを有する膜が得られる。
ポストベークとしては、一般に、温度140℃乃至270℃の範囲の中から選択された加熱温度にて、ホットプレート上の場合には5乃至30分間、オーブン中の場合には30乃至90分間処理するという方法が採られる。
而して、斯かるポストべークにより、目的とする、良好なパターン形状を有する硬化膜を得ることができる。
以上のように、本発明のポジ型感光性樹脂組成物により、保存安定性が高く、十分高感度であり且つ現像の際に未露光部の膜減りが非常に小さく、微細なパターンを有する塗膜を形成することができる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。なお、数平均分子量及び重量平均分子量の測定は以下の通りである。
[数平均分子量及び重量平均分子量の測定]
以下の合成例に従い得られた共重合体の数平均分子量及び重量平均分子量を、東ソー(株)製GPC装置(ShodexカラムKD800およびTOSOHカラムTSK−GEL)を用い、溶出溶媒N,N’−ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム−水和物(LiBr・H2O)を10mmol/L(リットル)混合)を流量1ml/分でカラム中に(カラム温度40℃)流して溶離させるという条件で測定した。なお、下記の数平均分子量(以下、Mnと称す。)及び重量平均分子量(以下、Mwと称す。)は、ポリスチレン換算値にて表される。
以下の実施例で用いる略記号の意味は、次の通りである。
MMA:メチルメタクリレート
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
HPMA:4−ヒドロキシフェニルメタクリレート
HPMA−QD:4−ヒドロキシフェニルメタクリレート1molと1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド1.1molとの縮合反応によって合成される化合物
CHMI:N−シクロヘキシルマレイミド
TMSSMA:メタクリルオキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン
PFHMA:2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート
MAA:メタクリル酸
BEMA:1−ブトキシエチルメタクリレート
TBMA:t−ブチルメタクリレート
GMA:グリシジルメタクリレート
AIBN:α、α’−アゾビスイソブチロニトリル
BHT:ジブチルヒドロキシトルエン
QDC:1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド
TEA:トリエチルアミン
QD1:4,4’,4”−(3−メチル−1−プロパニル−3−イリデン)トリスフェノール1molと1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド1.5molとの縮合反応によって合成される化合物
QD2:α、α、α’−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン1molと1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド1.5molとの縮合反応によって合成される化合物
CEL−2021P:3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート
GT−401:ブタンテトラカルボン酸 テトラ(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル) 修飾ε-カプロラクトン
SH−7:東レ・ダウコーニング(株)製
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
CHN:シクロヘキサノン
<合成例1>
500mLの四つ口フラスコに、HPMA 7.50g(42.1mmol)、QDC 12.44g(46.3mmol)、トルエン 225.4gを仕込み、攪拌下に、TEA5.11g(50.5mmol)を滴下し、20〜25℃で20時間撹拌した。続いて、水でTEA塩酸塩を除去した後、析出した結晶をろ過後、トルエンで洗浄し、減圧乾燥するとHPMA−QD薄橙色結晶 12.3g(収率71.4%)が得られた。
<合成例2>
MMA 7.20g、HEMA 7.20g、CHMI 10.8g、MAA 4.32g、AIBN 2.46gをPGMEA 46.9gに溶解し、60℃乃至100℃にて20時間反応させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度40質量%)を得た(P1)。得られたアクリル重合体のMnは3,800、Mwは7,300であった。
<合成例3>
MMA 10.0g、HEMA 12.5g、CHMI 20.0g、HPMA 2.50g、MAA 5.00g、AIBN 3.20gをPGME 79.8gに溶解し、60℃乃至100℃にて20時間反応させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度40質量%)を得た(P2)。得られたアクリル重合体のMnは3,700、Mwは6,100であった。
<合成例4>
TBMA 0.80g、TMSSMA 3.20g、PFHMA 6.24g、HEMA1.76g、MAA 1.60g、CHMI 1.60g、BEMA 0.80g、AIBN 0.56gをPGMEA 38.7gに溶解し、90℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度30質量%)を得た(P3)。得られたアクリル重合体のMnは6,300、Mwは10,000であった。
<合成例5>
HPMA 1.00g、TMSSMA 2.38g、PFHMA 4.85g、MAA 0.64g、CHMI 1.34g、AIBN 0.31gをPGMEA 24.5gに溶解し、110℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度30質量%)を得た(P4)。得られたアクリル重合体のMnは6,400、Mwは10,600であった。
<合成例6>
HPMA−QD 2.50g、TMSSMA 2.58g、PFHMA 5.26g、MAA 0.70g、CHMI 1.46g、AIBN 0.33gをCHN 51.3gに溶解し、110℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度20質量%)を得た(P5)。得られたアクリル重合体のMnは7,200、Mwは11,000であった。
<合成例7>
アクリル重合体溶液P4 10.0g、QDC 0.48g、TEA 0.20gを、室温にて20時間撹拌した。続いて、TEA塩酸塩をろ別し、ヘキサンによる再沈殿を行うことによりアクリル重合体を得た(P6)。得られたアクリル重合体のMnは10,200、Mwは13,700であった。
<合成例8>
GMA 5.73g、HPMA 7.00g、AIBN 0.64gをPGME 31.2gに溶解し、80℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度30質量%)を得た(P7)。得られたアクリル重合体のMnは6,900、Mwは23,000であった。
<合成例9>
HPMA−QD 2.50g、PFHMA 7.84g、MAA 0.70g、CHMI 1.46g、AIBN 0.33gをCHN 51.3gに溶解し、110℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度20質量%)を得た(P8)。得られたアクリル重合体のMnは4,300、Mwは6,300であった。
<合成例10>
HPMA−QD 2.50g、TMSSMA 7.84g、MAA 0.70g、CHMI 1.46g、AIBN 0.33gをCHN 51.3gに溶解し、110℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度20質量%)を得た(P9)。得られたアクリル重合体のMnは6,900、Mwは12,800であった。
<合成例11>
HPMA−QD 2.50g、TMSSMA 2.60g、PFHMA 5.25g、MMA 0.82g、CHMI 1.48g、AIBN 0.34gをCHN 51.9gに溶解し、110℃にて20時間撹拌させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度20質量%)を得た(P10)。得られたアクリル重合体のMnは9,200、Mwは24,200であった。
<実施例1乃至7及び比較例1乃至2>
次の表1に示す組成に従い、(A)成分、(B)成分の溶液、(C)成分、(E)成分、(F)成分を所定の割合で(D)溶剤に溶解し、室温で3時間撹拌して均一な溶液とすることにより、各実施例及び各比較例のポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[接触角の評価]
実施例1〜2、比較例1〜2
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜を0.4質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、TMAHと称す)水溶液に60秒間浸漬した後、超純水で30秒間流水洗浄を行った。次いでこの塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚1.0μmの硬化膜を形成した。この硬化膜上のアニソールの接触角を協和界面科学(株)製Drop Masterを用いて測定した。得られた結果を表2に示す。
実施例3、実施例5〜7
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.7μmの塗膜を形成した。この塗膜を2.38質量%のTMAH水溶液に20秒間浸漬した後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。次いでこの塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚1.5μmの硬化膜を形成した。この硬化膜上のアニソールの接触角を協和界面科学(株)製Drop Masterを用いて測定した。得られた結果を表2に示す。
実施例4
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜を1.0質量%のTMAH水溶液に120秒間浸漬した後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。次いでこの塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚1.0μmの硬化膜を形成した。この硬化膜上のアニソールの接触角を協和界面科学(株)製Drop Masterを用いて測定した。得られた結果を表2に示す。
[UVオゾン処理耐性の評価]
実施例1〜2、比較例1〜2
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜を0.4質量%のTMAH水溶液に60秒間浸漬した後、超純水で30秒間流水洗浄を行った。次いでこの塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚1.0μmの硬化膜を形成した。この硬化膜を(株)テクノビジョン製UV−312を用いて10分間オゾン洗浄した。オゾン洗浄処理した膜上のアニソールの接触角を協和界面科学(株)製Drop Masterを用いて測定した。得られた結果を表2に示す。
実施例3、実施例5〜7
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.7μmの塗膜を形成した。この塗膜を2.38質量%のTMAH水溶液に20秒間浸漬した後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。次いでこの塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚1.5μmの硬化膜を形成した。この硬化膜を(株)テクノビジョン製UV−312を用いて10分間オゾン洗浄した。オゾン洗浄処理した膜上のアニソールの接触角を協和界面科学(株)製Drop Masterを用いて測定した。得られた結果を表2に示す。
[パターン形状、開口部残渣の評価]
実施例1〜2、比較例1〜2
ポジ型感光性樹脂組成物をITO−ガラス上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜に15μmのラインアンドスペースパターンのマスクを介しキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600FAにより365nmにおける光強度が5.5mW/cm2の紫外線を一定時間照射した。その後0.4%TMAH水溶液に60秒間浸漬することで現像を行った後、超純水で30秒間流水洗浄を行った。次いでこのラインアンドスペースパターンが形成された塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い硬化させた。硬化したラインアンドスペースパターンの断面形状、開口部残渣を(株)日立ハイテクノロジーズ製走査型電子顕微鏡S−4800を用いて観察した。得られた結果を表2に示す。
実施例3、実施例5〜7
ポジ型感光性樹脂組成物をITO−ガラス上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.7μmの塗膜を形成した。この塗膜に15μmのラインアンドスペースパターンのマスクを介しキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600FAにより365nmにおける光強度が5.5mW/cm2の紫外線を一定時間照射した。その後2.38%TMAH水溶液に20秒間浸漬することで現像を行った後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。次いでこのラインアンドスペースパターンが形成された塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い硬化させた。硬化したラインアンドスペースパターンの断面形状、開口部残渣を(株)日立ハイテクノロジーズ製走査型電子顕微鏡S−4800を用いて観察した。得られた結果を表2に示す。
実施例4
ポジ型感光性樹脂組成物をITO−ガラス上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜に15μmのラインアンドスペースパターンのマスクを介しキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600FAにより365nmにおける光強度が5.5mW/cm2の紫外線を一定時間照射した。その後1.0%TMAH水溶液に120秒間浸漬することで現像を行った後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。次いでこのラインアンドスペースパターンが形成された塗膜を温度230℃で30分間加熱することによりポストベークを行い硬化させた。硬化したラインアンドスペースパターンの断面形状、開口部残渣を(株)日立ハイテクノロジーズ製走査型電子顕微鏡S−4800を用いて観察した。得られた結果を表2に示す。
[感度の評価]
実施例1〜2、比較例1〜2
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜にキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600FAにより365nmにおける光強度が5.5mW/cm2の紫外線を一定時間照射した。その後0.4%TMAH水溶液に60秒間浸漬することで現像を行った後、超純水で30秒間流水洗浄を行った。露光部において溶け残りのなくなる最低の露光量(mJ/cm2)を感度とした。得られた結果を表2に示す。
実施例3、実施例5〜7
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.7μmの塗膜を形成した。この塗膜にキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600FAにより365nmにおける光強度が5.5mW/cm2の紫外線を一定時間照射した。その後2.38%TMAH水溶液に20秒間浸漬することで現像を行った後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。露光部において溶け残りのなくなる最低の露光量(mJ/cm2)を感度とした。得られた結果を表2に示す。
実施例4
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚1.2μmの塗膜を形成した。この塗膜にキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600FAにより365nmにおける光強度が5.5mW/cm2の紫外線を一定時間照射した。その後1.0%TMAH水溶液に120秒間浸漬することで現像を行った後、超純水で20秒間流水洗浄を行った。露光部において溶け残りのなくなる最低の露光量(mJ/cm2)を感度とした。得られた結果を表2に示す。
表2に示すように、実施例1乃至実施例7においては、高感度であり、撥液性も良好であった。更にパターン形状も良好で、開口部の残渣が無いという優れた特性を示した。
一方、比較例1、2においては、ポストベーク後に十分なアニソールの撥液性が得られなかった。

Claims (13)

  1. 下記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)溶剤を含有する熱硬化可能なポジ型感光性樹脂組成物。
    (A)成分:撥液性基並びにキノンジアジド基を有し、該撥液性基が炭素原子数3乃至10のフルオロアルキル基、ポリフルオロエーテル基、シリルエーテル基及びポリシロキサン基から選ばれる少なくとも一種の基である重合体、
    (B)成分:アルカリ可溶性樹脂、
    (C)成分:1,2−キノンジアジド化合物、
    (D)溶剤。
  2. 更に下記(Z1)及び(Z2)の少なくとも一方を満足する請求項1に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
    (Z1):(E)成分である架橋剤をさらに含有する、
    (Z2):(B)成分のアルカリ可溶性樹脂が、自己架橋性基をさらに有するか、又はヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基及びアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基と反応する基をさらに有する。
  3. (A)成分の重合体がアクリル重合体である請求項1又は請求項のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  4. (A)成分のアクリル重合体の数平均分子量がポリスチレン換算で2,000乃至100,000である請求項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  5. (A)成分のアクリル重合体が、カルボキシル基及びフェノール性水酸基から選ばれる基をさらに有する請求項又は請求項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  6. (B)成分のアルカリ可溶性樹脂の数平均分子量がポリスチレン換算で2,000乃至50,000である請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物
  7. (B)成分100質量部に対して0.1〜20質量部の(A)成分を含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  8. (A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して、(C)成分が5乃至100質量部であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  9. (A)成分と(B)成分の合計の100質量部に対して、(E)成分が1乃至50質量部であることを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  10. (F)成分として、消泡剤を更に(A)成分と(B)成分の合計100質量部に対して0.01乃至1.0質量含有することを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる硬化膜。
  12. 請求項11に記載の硬化膜を有する表示素子。
  13. 請求項11に記載の硬化膜を画像形成用下層膜として有する表示素子。
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