本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、(A)カルボキシル基を有するアルカリ可溶性樹脂、(B)光ラジカル重合開始剤、(C)下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシまたはオキセタン含有単官能モノマー、(D)下記一般式(2)で表される構造を有するアミン系シランカップリング剤および(E)アルコール性水酸基を有する溶剤を含有する。さらに、前記(A)カルボキシル基を有するアルカリ可溶性樹脂が、(a-1)カルボキシル基とラジカル重合性基を有するポリシロキサンおよび/または(a-2)カルボキシル基を有するアクリル樹脂とラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物との反応生成物である変性アクリル樹脂を含み、ネガ型感光性樹脂組成物中に(E)アルコール性水酸基を有する溶剤を25~70重量%含有する。前記(C)一般式(1)で表される構造を有するエポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーと(D)一般式(2)で表される構造を有するアミン系シランカップリング剤とを含有することにより、UV硬化および熱硬化によりこれらの成分が架橋することから耐薬品性を大幅に向上させることができる一方、保存安定性が低下する課題があった。本発明は、(E)アルコール性水酸基を有する溶剤の含有量を25~70重量%とすることにより、かかる保存安定性の課題をも解決することができる。
上記一般式(1)中、Xは炭素数2~40のアルキレンオキサイドを有する2価の基または芳香環を有する2価の基を示し、R1は水素またはメチル基を示す。R2は炭素数1~2の2価の炭化水素基を示す。
上記一般式(2)中、R3およびR4はそれぞれ独立に水素、炭素数1~10の置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のビニル基もしくは炭素数6~12の置換または無置換のアリール基を示す。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、(a-1)カルボキシル基とラジカル重合性基を有するポリシロキサン(以下、「(a-1)ポリシロキサン」と記載する場合がある)および/または(a-2)カルボキシル基を有するアクリル樹脂とラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物との反応生成物である変性アクリル樹脂(以下、「(a-2)変性アクリル樹脂」と記載する場合がある)を含む(A)カルボキシル基を有するアルカリ可溶性樹脂を含有する。ここで、アルカリ可溶性樹脂とは、カルボキシル基を有する樹脂を指す。前記(a-1)および/または(a-2)を含有することにより、アルカリ性現像液に可溶となることから、パターン加工性を向上させることができる。また、UV硬化および熱硬化により、高硬度および高透明性を有する硬化膜を得ることができる。(a-1)および(a-2)のラジカル重合性基により、耐薬品性を向上させることができる。
(a-1)ポリシロキサンとしては、例えば、カルボキシル基および/またはジカルボン酸無水物基を有するオルガノシラン化合物とラジカル重合性基を有するオルガノシラン化合物を加水分解し、該加水分解物を縮合して得られるものが挙げられる。必要に応じて、カルボキシル基および/またはジカルボン酸無水物基を有するオルガノシラン化合物やラジカル重合性基を有するオルガノシラン化合物とともに、カルボキシル基、ジカルボン酸無水物基およびラジカル重合性基をいずれも有さないオルガノシランを用いてもよい。
カルボキシル基を有するオルガノシラン化合物としては、例えば、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸、3-トリメトキシシリルプロピオン酸、3-トリエトキシシリルプロピオン酸、3-ジメチルメトキシシリルプロピオン酸、3-ジメチルエトキシシリルプロピオン酸、4-トリメトキシシリル酪酸、4-トリエトキシシリル酪酸、4-ジメチルメトキシシリル酪酸、4-ジメチルエトキシシリル酪酸、5-トリメトキシシリル吉草酸、5-トリエトキシシリル吉草酸、5-ジメチルメトキシシリル吉草酸、5-ジメチルエトキシシリル吉草酸、6-トリメトキシシリルカプロン酸、6-トリエトキシシリルカプロン酸、6-ジメチルメトキシシリルカプロン酸、6-ジメチルエトキシシリルカプロン酸などの直鎖型脂肪族カルボン酸化合物;4-(3-トリメトキシシリルプロポキシ)シクロヘキサンカルボン酸、4-(3-トリエトキシシリルプロポキシ)シクロヘキサンカルボン酸、4-(3-ジメチルメトキシシリルプロポキシ)シクロヘキサンカルボン酸、4-(3-ジメチルエトキシシリルプロポキシ)シクロヘキサンカルボン酸などの脂環式脂肪族カルボン酸含有化合物;4-(3-トリクロロシリルプロポキシ)安息香酸、4-(3-トリメトキシシリルプロポキシ)安息香酸、4-(3-トリエトキシシリルプロポキシ)安息香酸、4-(3-ジメチルメトキシシリルプロポキシ)安息香酸、4-(3-ジメチルエトキシシリルプロポキシ)安息香酸などの芳香族カルボン酸化合物などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、パターン形成時の現像液への溶解性を向上させ、現像時のパターン剥がれを抑制する観点から、4-トリメトキシシリル酪酸が好ましい。
ジカルボン酸無水物基を有するオルガノシラン化合物としては、例えば、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物、3-トリエトキシシシリルプロピルコハク酸無水物、3-ジメチルメトキシシリルプロピルコハク酸無水物、3-ジメチルエトキシシリルプロピルコハク酸無水物、4-(2-トリメトキシシリルエチル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、4-(2-トリエトキシシリルエチル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、4-(2-ジメチルメトキシシリルエチル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、4-(2-ジメチルエトキシシリルエチル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、3-(3-トリメトキシシリルプロピル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、3-(3-トリエトキシシリルプロピル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、3-(3-ジメチルメトキシシリルプロピル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、3-(3-ジメチルエトキシシリルプロピル)シクロヘキシル-1,2-ジカルボン酸無水物、4-(2-トリメトキシシリルエチル)フタル酸無水物、4-(2-トリエトキシシリルエチル)フタル酸無水物、4-(2-ジメチルメトキシシリルエチル)フタル酸無水物、4-(2-ジメチルエトキシシリルエチル)フタル酸無水物、3-(3-トリメトキシシリルプロピル)フタル酸無水物、3-(3-トリエトキシシリルプロピル)フタル酸無水物、3-(3-ジメチルメトキシシリルプロピル)フタル酸無水物、3-(3-ジメチルエトキシシリルプロピル)フタル酸無水物などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、パターン形成時の現像液への溶解性を向上させ、現像時のパターン剥がれを抑制する観点から、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物が好ましい。
ラジカル重合性基としては、例えば、ビニル基、α―メチルビニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられる。これらを2種以上有してもよい。これらの中でも、硬化膜の硬度やパターン加工時の感度をより向上させる観点から、(メタ)アクリロイル基が好ましい。ここで、(メタ)アクリロイル基とは、メタクリロイル基とアクリロイル基の総称である。
ラジカル重合性基を有するオルガノシラン化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ(メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジ(メトキシエトキシ)シラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリ(メトキシエトキシ)シラン、アリルメチルジメトキシシラン、アリルメチルジエトキシシラン、アリルメチルジ(メトキシエトキシ)シラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルトリエトキシシラン、スチリルトリ(メトキシエトキシ)シラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルメチルジエトキシシラン、スチリルメチルジ(メトキシエトキシ)シラン、γ-アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロイルプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロイルプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロイルプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロイルプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリロイルプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロイルプロピルメチルジエトキシシラン、γ-アクリロイルプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アクリロイルプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メタクリロイルプロピル(メトキシエトキシ)シランなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、硬化膜の硬度やパターン加工時の感度をより向上させる観点から、γ-アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロイルプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロイルプロピルトリエトキシシランが好ましい。
カルボキシル基、ジカルボン酸無水物基およびラジカル重合性基をいずれも有さないオルガノシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-(N,N-ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、β-シアノエチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α-グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-グリシドキシ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トリエトキシシラン、α-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、β-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、2-(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、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシラン、3-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、3-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、4-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、4-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、3-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
(a-1)ポリシロキサンを構成する全オルガノシラン1molに対する、カルボキシル基および/またはジカルボン酸無水物基を有するオルガノシラン化合物の総量は、カルボン酸当量を後述する好ましい範囲に調整し、パターン形成時の現像液への溶解性を向上させる観点から、0.05mol以上が好ましい。一方、カルボン酸当量を後述する好ましい範囲に調整し、現像時のパターン剥がれを抑制する観点から、0.45mol以下が好ましく、0.3mol以下がより好ましい。
(a-1)ポリシロキサンを構成する全オルガノシラン1molに対する、ラジカル重合性基を有するオルガノシラン化合物の総量は、二重結合当量を後述する好ましい範囲に調整する観点から、0.05mol以上が好ましく、0.50mol以下が好ましい。
加水分解反応の条件は適宜設定することができるが、例えば、溶剤中、オルガノシラン化合物に酸触媒および水を1~180分間かけて添加した後、室温~110℃の反応温度で1~180分間反応させることが好ましい。このような条件で加水分解反応を行うことにより、急激な反応を抑制することができる。反応温度は、30~105℃がより好ましい。
加水分解反応における溶剤の添加量は、加水分解反応時に使用される全オルガノシラン化合物100重量部に対して、80重量部以上500重量部以下が好ましい。溶剤の添加量を上記範囲とすることにより、加水分解反応が必要かつ十分に進行するよう容易に調整することができる。
加水分解反応に用いられる水は、イオン交換水が好ましい。水の量は、シラン原子1molに対して、1.0~4.0molが好ましい。
加水分解反応は、酸触媒の存在下で行うことが好ましい。酸触媒としては、例えば、蟻酸、酢酸、リン酸を含む酸性水溶液が挙げられる。これらの酸触媒を、加水分解反応時に使用される全オルガノシラン化合物100重量部に対して、0.15重量部添加することが好ましい。酸触媒の添加量を上記範囲とすることで、加水分解反応が必要かつ十分に進行するよう容易に調整することができる。
縮合反応としては、例えば、オルガノシラン化合物の加水分解反応によるシラノール化合物を得た後、反応液をそのまま50℃以上、溶剤の沸点以下で1~100時間加熱し、反応させる方法が挙げられる。ポリシロキサンの重合度を高めるために、再加熱したり、塩基触媒を添加してもよい。
オルガノシラン化合物の加水分解反応および該加水分解物の縮合反応に用いられる溶剤は、オルガノシラン化合物やポリシロキサンの安定性、濡れ性、揮発性などを考慮して適宜選択することができる。
溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール、ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、3-メチル-2-ブタノール、3-メチル-3-メトキシ-1-ブタノール、1-t-ブトキシ-2-プロパノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、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、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノt-ブチルエーテルなどのエーテル類;メチルエチルケトン、アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、2-ヘプタノンなどのケトン類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどのアセテート類;トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサンなどの芳香族または脂肪族炭化水素;γ-ブチロラクトン;N-メチル-2-ピロリドン;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。ポリシロキサンとの相溶性の観点から、ジアセトンアルコール、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モノエチルエーテル、プロピレングリコールモノt-ブチルエーテル、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、γ-ブチロラクトンなどが好ましい。
加水分解反応によって溶剤が生成する場合には、無溶剤で加水分解を行ってもよい。反応終了後に、さらに溶剤を添加することにより、ポリシロキサン溶液を適切な濃度に調整することも好ましい。また、目的に応じて、加水分解後に、加熱および/または減圧下において生成アルコールなどの適量を留出除去し、その後所望の溶剤を添加してもよい。
(a-1)ポリシロキサンのカルボン酸当量は、現像時のパターン剥がれを抑制する観点から、200g/mol以上が好ましく、400g/mol以上がより好ましい。一方、パターン形成時の現像液への溶解性を向上させる観点から、1400g/mol以下が好ましく、1000g/mol以下がより好ましい。ここで、ポリシロキサンのカルボン酸当量は、1H-NMRによりポリシロキサン中のシラノール基/カルボキシル基比率を算出した後、酸価を測定することにより算出することができる。
(a-1)ポリシロキサンのカルボン酸当量を上記範囲にするための手段としては、例えば、ポリシロキサンを構成する全オルガノシラン1molに対する、カルボキシル基および/またはジカルボン酸無水物基を有するオルガノシラン化合物の総量を、前述の好ましい範囲にする方法などが挙げられる。
(a-1)ポリシロキサンのラジカル重合性基の含有量、いわゆる二重結合当量は、150~10,000g/molが好ましく、200~1500g/molがより好ましい。二重結合当量を前記範囲とすることにより、硬化膜の硬度と耐薬品性をより向上させることができる。ここで、ポリシロキサンの二重結合当量は、ヨウ素価を測定することにより算出することができる。
(a-1)ポリシロキサンの二重結合当量を上記範囲にするための手段としては、例えば、ポリシロキサンを構成する全オルガノシラン1molに対する、ラジカル重合性基を有するオルガノシラン化合物の総量を、前述の好ましい範囲にする方法などが挙げられる。
(a-1)ポリシロキサンの重量平均分子量(Mw)は、1,000~100,000が好ましく、塗布特性およびパターン形成時の現像液への溶解性を向上させることができる。ここで、ポリシロキサンの重量平均分子量とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算値を言う。
(a-2)変性アクリル樹脂を構成するカルボキシル基を有するアクリル樹脂としては、例えば、カルボキシル基を有するエチレン性モノマーと、(メタ)アクリル酸エステル、ビニル芳香族化合物、アミド系不飽和化合物および/またはその他のビニル系化合物等とのラジカル重合物が挙げられる。
カルボキシル基を有するエチレン性モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、パターン形成時の現像液への溶解性を向上させ、現像時のパターン剥がれを抑制する観点から、(メタ)アクリル酸が好ましい。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキセニル、(メタ)アクリル酸4-メトキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2-シクロプロピルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2-シクロペンチルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2-シクロヘキシルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2-シクロヘキセニルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2-(4-メトキシシクロヘキシル)オキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸テトラシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸アダマンチルメチル、(メタ)アクリル酸1-メチルアダマンチル等が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
ビニル芳香族化合物としては、例えば、スチレン、p-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、α-メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、硬化膜の耐薬品性をより向上させる観点から、スチレンが好ましい。
アミド系不飽和化合物としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-ビニルピロリドンなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
その他のビニル系化合物としては、例えば、(メタ)アクリロニトリル、アリルアルコール、酢酸ビニル、シクロヘキシルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシビニルエーテル、4-ヒドロキシビニルエーテルなどが挙げられる。
本発明におけるラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物とは、ラジカル重合性基を有し、1分子中に1つのエポキシ基を有する化合物を指す。ラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2-(グリシジルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3-(グリシジルオキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸4-(グリシジルオキシ)ブチル、(メタ)アクリル酸-4,5-エポキシペンチル、(メタ)アクリル酸-5,6-エポキシヘキシル、(メタ)アクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、アリルグリシジルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、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、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が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2-(グリシジルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3-(グリシジルオキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸4-(グリシジルオキシ)ブチルが好ましく、エポキシ基の反応を調整しやすく、ラジカル重合性基の反応性を高めることができる。
(a-2)変性アクリル樹脂を構成するカルボキシル基を有するエチレン性モノマーおよびビニル系化合物の総量1molに対する、カルボキシル基を有するエチレン性モノマーの総量は、カルボン酸当量を後述する好ましい範囲に調整する観点から、0.05mol以上が好ましく、0.50mol以下が好ましい。
(a-2)変性アクリル樹脂を構成するカルボキシル基を有するエチレン性モノマーおよびビニル系化合物の総量1molに対する、ラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物の総量は、二重結合当量を後述する好ましい範囲に調整する観点から、0.01mol以上が好ましく、0.45mol以下が好ましい。
ラジカル重合の条件は適宜設定することができるが、例えば、溶剤中、バブリングや減圧脱気などによって反応容器内を十分に窒素置換した後、カルボキシル基を有するエチレン性モノマー、(メタ)アクリル酸エステルおよびラジカル重合触媒を、60~110℃で30~300分間反応させることが好ましい。
ラジカル重合触媒としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物や過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物などが挙げられる。
ラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物の付加反応に用いる触媒としては、例えば、ジメチルアニリン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、ジメチルベンジルアミン等のアミノ系触媒;2-エチルヘキサン酸すず(II)、ラウリン酸ジブチルすず等のすず系触媒;2-エチルヘキサン酸チタン(IV)等のチタン系触媒;トリフェニルホスフィン等のリン系触媒;アセチルアセトネートクロム、塩化クロム等のクロム系触媒などが挙げられる。
(a-2)変性アクリル樹脂のカルボン酸当量は、現像時のパターン剥がれを抑制する観点から、50g/mol以上が好ましく、100g/mol以上がより好ましい。一方、パターン形成時の現像液に対する溶解性を向上させる観点から、1400g/mol以下が好ましく、1000g/mol以下がより好ましい。アクリル樹脂のカルボン酸当量は、酸価を測定することにより算出することができる。
(a-2)変性アクリル樹脂のカルボン酸当量を上記範囲にするための手段としては、例えば、アクリル樹脂を構成するカルボキシル基を有するエチレン性モノマーおよびビニル系化合物の総量1molに対する、カルボキシル基を有するエチレン性モノマーの総量およびラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物の総量を、前述の好ましい範囲にする方法などが挙げられる。
(a-2)変性アクリル樹脂の二重結合当量は、150~10,000g/molが好ましく、200~1500g/molがより好ましい。二重結合当量を前記範囲とすることにより、硬化膜の硬度と耐薬品性をより向上させることができる。ここで、アクリル樹脂の二重結合当量は、ヨウ素価を測定することにより算出できる。
(a-2)変性アクリル樹脂の二重結合当量を上記範囲にするための手段としては、例えば、アクリル樹脂を構成するカルボキシル基を有するエチレン性モノマーおよびビニル系化合物の総量1molに対する、カルボキシル基を有するエチレン性モノマーの総量およびラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物の総量を、前述の好ましい範囲にする方法などが挙げられる。
(a-2)変性アクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、1,000~100,000が好ましく、塗布特性およびパターン形成時の現像液への溶解性を向上させることができる。ここで、変性アクリル樹脂の重量平均分子量とは、GPCにより測定されるポリスチレン換算値を言う。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物において、(A)カルボキシル基を有するアルカリ可溶性樹脂の含有量は、所望の膜厚や用途により任意に設定することができるが、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中10~70重量%が一般的である。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、(B)光ラジカル重合開始剤を含有する。(B)光ラジカル重合開始剤は、光(紫外線、電子線を含む)により分解および/または反応し、ラジカルを発生させるものを指す。
(B)光ラジカル重合開始剤としては、例えば、2-メチル-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-(2,4,4-トリメチルペンチル)-フォスフィンオキサイド、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-2-(o-ベンゾイルオキシム)]、1-フェニル-1,2-ブタジオン-2-(o-メトキシカルボニル)オキシム、1,3-ジフェニルプロパントリオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(0-アセチルオキシム)、4,4-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、p-ジメチルアミノ安息香酸エチル、2-エチルヘキシル-p-ジメチルアミノベンゾエート、p-ジエチルアミノ安息香酸エチル、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、4,4-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチル-ジフェニルサルファイド、アルキル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4-ベンゾイル-N,N-ジメチル-N-[2-(1-オキソ-2-プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4-ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド、2-ヒドロキシ-3-(4-ベンゾイルフェノキシ)-N,N,N-トリメチル-1-プロペンアミニウムクロリド一水塩、2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,5,4’,5’-テトラフェニル-1,2-ビイミダゾール、10-ブチル-2-クロロアクリドン、2-エチルアンスラキノン、ベンジル、9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、メチルフェニルグリオキシエステル、η5-シクロペンタジエニル-η6-クメニル-アイアン(1+)-ヘキサフルオロフォスフェイト(1-)、ジフェニルスルフィド誘導体、ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム、4-ベンゾイル-4-メチルフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、2,3-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニル-2-フェニルアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、p-t-ブチルジクロロアセトフェノン、ベンジルメトキシエチルアセタール、アントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、2-アミノアントラキノン、β-クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、4-アジドベンザルアセトフェノン、2,6-ビス(p-アジドベンジリデン)シクロヘキサン、2,6-ビス(p-アジドベンジリデン)-4-メチルシクロヘキサノン、ナフタレンスルフォニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、N-フェニルチオアクリドン、ベンズチアゾールジスルフィド、2,4-ジクロロチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、4-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントンなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの中でも、硬化膜の硬度をより向上させる観点から、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-2-(o-ベンゾイルオキシム)]、1-フェニル-1,2-ブタジオン-2-(o-メトキシカルボニル)オキシム、1,3-ジフェニルプロパントリオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(0-アセチルオキシム)が好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物における(B)光ラジカル重合開始剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中0.1~20重量%が好ましい。(B)光ラジカル重合開始剤の含有量を上記範囲とすることにより、ラジカル硬化を十分に進めることができ、かつ残留したラジカル重合開始剤の溶出などを抑制し、耐薬品性をより向上させることができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、(C)下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーを含有する。ここで、単官能モノマーとは、(メタ)アクリル基を1つ有する化合物を指す。光照射により上記(B)光ラジカル重合開始剤から発生したラジカルによって(C)エポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーの(メタ)アクリル基の重合が進行する。さらに、熱硬化により、エポキシ基またはオキセタン基と後述する(D)アミン系シランカップリング剤との架橋が進行することにより、得られる硬化膜の耐薬品性が向上する。
上記一般式(1)中、Xは炭素数2~40のアルキレンオキサイドを有する2価の基または芳香環を有する2価の基を示し、R1は水素またはメチル基を示す。R2は炭素数1~2の2価の炭化水素基を示す。
Xに炭素数2~40のアルキレンオキサイドまたは芳香環を有することにより、(D)アミン系シランカップリング剤との反応性が高くなることから、硬化膜の耐薬品性を向上させることができる。アルキレンオキサイドの炭素数は2~5が好ましい。
また、芳香環を有する基としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなどのビスフェノール類に由来する2価の基が挙げられる。これらの中でも、硬化膜の耐薬品性をより向上させる観点から、ビスフェノールAに由来する2価の基が好ましい。
前記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ含有単官能モノマーとしては、例えば、4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、ビスフェノールAモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレート、ビフェニルモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレート、ナフタレンモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。前記一般式(1)で表される構造を有するオキセタン含有単官能モノマーとしては、例えば、3-ブチル-オキセタニルメチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、ビスフェノールAモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレートが好ましく、耐薬品性をより向上させることができる。ビスフェノールAモノグリシジルエーテルモノ(メタ)アクリレートがより好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物における(C)前記一般式(1)で表される構造を有するエポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーの含有量は、所望の膜厚や用途により任意に設定することができる。(D)アミン系シランカップリング剤との反応性を向上させる観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中、5重量%以上が好ましく、10重量%以上がより好ましい。一方、パターン形成時の現像液に対する溶解性を向上させる観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中、60重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、(D)下記一般式(2)で表される構造を有するアミン系シランカップリング剤を含有する。かかるアミン系シランカップリング剤を含有することにより、(C)前記一般式(1)で表される構造を有するエポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーとの反応性が高くなることから、硬化膜の耐薬品性を向上させることができる。
上記一般式(2)中、R3およびR4はそれぞれ独立に水素、炭素数1~10の置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のビニル基もしくは炭素数6~12の置換または無置換のアリール基を示す。(C)前記一般式(1)で表される構造を有するエポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーとの反応性をより向上させる観点から、アルキル基およびビニル基の炭素数は2~4が好ましい。
前記一般式(2)で表される構造を有するアミン系シランカップリング剤としては、例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、4-アミノブチルトリメトキシシラン、4-アミノブチルトリエトキシシラン、4-アミノブチルメチルジメトキシシラン、5-アミノペンチルトリメトキシシラン、5-アミノペンチルトリエトキシシラン、5-アミノペンチルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの中でも、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシランが好ましく、耐薬品性をより向上させることができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物における、(D)前記一般式(2)で表される構造を有するアミン系シランカップリング剤の含有量は、硬化膜の耐薬品性をより向上させる観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中0.1重量%以上が好ましく、1.0重量%以上がより好ましい。一方、保存安定性をより向上させる観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中10重量%以下が好ましく、3重量%以下がより好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、(E)アルコール性水酸基を有する溶剤を含有する。(E)アルコール性水酸基を有する溶剤としては、例えば、アセトール、3-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブタノン、4-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブタノン、5-ヒドロキシ-2-ペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン(ジアセトンアルコール)、テトラヒドロフルフリールアルコール、乳酸エチル、乳酸ブチル、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、プロピレングリコールモノn-プロピルエーテル、プロピレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノt-ブチルエーテル、3-メトキシ-1-ブタノール、3-メチル-3-メトキシ-1-ブタノール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオールなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物における(E)アルコール性水酸基を有する溶剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物中25重量%以上70重量%以下である。(E)アルコール性水酸基を有する溶剤の含有量が25重量%未満であると、保存安定性が低下する。(E)アルコール性水酸基を有する溶剤の含有量は、30重量%以上が好ましい。一方、(E)アルコール性水酸基を有する溶剤の含有量が70重量%を超えると、プリベーク時の乾燥によるムラに起因して、膜厚ばらつきが発生し、パターン加工性が低下する。プリベーク時の乾燥を適度に進め、硬化膜のムラをより抑制する観点から、50重量%以下が好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、前述の(C)エポキシまたはオキセタン含有単官能モノマー以外のモノマーをさらに含有してもよい。(C)エポキシまたはオキセタン含有単官能モノマー以外のモノマーとしては、例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,3-ブタンジオールジアクリレート、1,3-ブタンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジメタクリレート、1,10-デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタアクリレート、トリペンタエリスリトールオクタアクリレート、テトラペンタエリスリトールノナアクリレート、テトラペンタエリスリトールデカアクリレート、ペンタペンタエリスリトールウンデカアクリレート、ペンタペンタエリスリトールドデカアクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタメタクリレート、トリペンタエリスリトールオクタメタクリレート、テトラペンタエリスリトールノナメタクリレート、テトラペンタエリスリトールデカメタクリレート、ペンタペンタエリスリトールウンデカメタクリレート、ペンタペンタエリスリトールドデカメタクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-メタクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-メタクリロイルオキシエトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン、(2-アクリロイルオキシプロポキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)-3、5-ジメチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-メタクリロイルオキシエトキシ)-3、5-ジメチルフェニル]フルオレン、エトキシ化イソシアヌール酸トリアクリレートなどが挙げられる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、前述の(D)アミン系シランカップリング剤以外のシランカップリング剤をさらに含有してもよい。(D)アミン系シランカップリング剤以外のシランカップリング剤を含有することにより、基板との密着性を向上させることができる。(D)アミン系シランカップリング剤以外のシランカップリング剤としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、n-ブチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2-(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、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕プロピルトリメトキシシラン、〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕プロピルトリエトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸などが挙げられる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、前記(E)アルコール性水酸基を有する溶剤以外の溶剤をさらに含有してもよい。(E)アルコール性水酸基を有する溶剤以外の溶剤としては、例えば、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、炭酸プロピレン、N-メチルピロリドン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル類;メチルエチルケトン、アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、2-ヘプタノンなどのケトン類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテートなどのアセテート類などが挙げられる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物が(E)アルコール性水酸基を有する溶剤以外の溶剤を含有する場合、これらを含む溶剤全体の含有量は、塗布方法などに応じて適宜設定することができる。例えば、スピンコーティングにより膜形成を行う場合には、ネガ型感光性樹脂組成物中50~95重量%が一般的である。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、多官能チオール系連鎖移動剤をさらに含有することが好ましい。多官能チオール系連鎖移動剤を含有することにより、ラジカル硬化を十分に進めることができ、硬化膜の硬度および耐薬品性をより向上させることができる。
多官能チオール系連鎖移動剤としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサ(3-メルカプトブチレート)、トリペンタエリスリトールヘプタ(3-メルカプトブチレート)、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ペンタン、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ヘキサン、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ヘプタン、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)オクタン、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ノナン、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールブタントリス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールペンタントリス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールヘキサントリス(3-メルカプトブチレート)などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物が多官能チオール系連鎖移動剤を含有する場合、その含有量は、硬化膜の硬度および耐薬品性をより向上させる観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中0.3重量%以上が好ましく、1.0重量%以上がより好ましい。一方、解像度を向上させる観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中5重量%以下が好ましく、3重量%以下がより好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、紫外線吸収剤をさらに含有してもよい。紫外線吸収剤を含有することにより、現像時の解像度および硬化膜の耐光性を向上させることができる。
紫外線吸収剤としては、透明性、非着色性の観点から、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、トリアジン系化合物が好ましい。
ベンゾトリアゾール系化合物としては、例えば、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-p-クレゾール、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール、2-[5クロロ(2H)-ベンゾトリアゾール-2-イル]-4-メチル-6-(tert-ブチルフェノール)、2,4ジ-tert-ブチル-6-(5-クロロベンゾトリアゾール-2-イル)フェノール、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェノール、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-tert-ペンチルフェノール、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール、2(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-ドデシル-4-メチルフェノール、2[2-ヒドロキシ-3-(3,4,5,6テトラヒドロフタルイミド-メチル)-5-メチルフェニル]ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。
ベンゾフェノン系化合物としては、例えば、オクタベンゾン、2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノンなどが挙げられる。
トリアジン系化合物としては、例えば、2-(4,6-ジフェニル-1,3,5トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノールなどが挙げられる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、フィラーをさらに含有してもよい。フィラーとしては、例えば、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、硫酸バリウム等の無機酸化物粒子;金属粒子;アクリル、スチレン、シリコーン、フッ素含有ポリマー等の樹脂粒子などが挙げられる。これらの中でも、分散性の観点から、シリカ粒子、硫酸バリウム粒子が好ましい。フィラーの粒子径(重量平均粒子径)は、0.5μm以上4μm以下が好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、樹脂組成物の硬化を促進させる、あるいは硬化を容易ならしめる各種の硬化剤をさらに含有してもよい。硬化剤としては、例えば、シリコーン樹脂硬化剤、各種金属アルコレート、各種金属キレート化合物、イソシアネート化合物およびその重合体、メチロール化メラミン誘導体、メチロール化尿素誘導体などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。なかでも、硬化剤の安定性、塗布膜の加工性などの観点から、金属キレート化合物、メチロール化メラミン誘導体、メチロール化尿素誘導体が好ましい。
ポリシロキサンは酸により硬化が促進されるので、本発明のネガ型感光性樹脂組成物に熱酸発生剤などの硬化触媒をさらに含有してもよい。熱酸発生剤としては、例えば、芳香族ジアゾニウム塩、スルフォニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルフォニウム塩、トリアリールセレニウム塩などの各種オニウム塩系化合物、スルホン酸エステル、ハロゲン化合物などが挙げられる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、各種のフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種界面活性剤をさらに含有してもよく、塗布時のフロー性を向上させることができる。
界面活性剤としては、例えば、“メガファック(登録商標)”「F142D(商品名)」、「F172(商品名)」、「F173(商品名)」、「F183(商品名)」「F444(商品名)」、「F445(商品名)」、「F470(商品名)」、「F475(商品名)」、「F477(商品名)」、「DS-21(商品名)」(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、「NBX-15(商品名)」、「FTX-218(商品名)」((株)ネオス製)などのフッ素系界面活性剤、「BYK-333(商品名)」、「BYK-301(商品名)」、「BYK-331(商品名)」、「BYK-345(商品名)」、「BYK-348(商品名)」、「BYK-361(商品名)」、「BYK-3550(商品名)」、「BYK-307(商品名)」(ビックケミー・ジャパン(株)製)などのシリコーン系界面活性剤、ポリアルキレンオキシド系界面活性剤、ポリ(メタ)アクリレート系界面活性剤などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、重合禁止剤をさらに含有してもよい。重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン系重合禁止剤、カテコール系重合禁止剤などが挙げられる。ヒドロキノン系の重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、tert-ブチルヒドロキノン、2,5-ビス(1,1,3,3-テトラメチルブチル)ヒドロキノン、2,5-ビス(1,1-ジメチルブチル)ヒドロキノンなどが挙げられ、カテコール系の重合禁止剤としては、例えば、カテコール、tert-ブチルカテコールなどが挙げられる。
重合禁止剤の含有量は、現像残渣を抑制する観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中0.001重量%以上が好ましい。一方、感度を向上させ、膜表面のシミを抑制する観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分中0.5重量%以下が好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、必要に応じて、溶解抑止剤、安定剤、消泡剤などの添加剤をさらに含有することもできる。
次に、本発明のネガ型感光性樹脂組成物の製造方法について、例を挙げて説明する。例えば、(B)光ラジカル重合開始剤および必要によりその他の添加剤を(E)アルコール性水酸基を有する溶剤および必要によりその他の溶剤に加え、撹拌して溶解させた後、(A)カルボキシル基を有するアルカリ可溶性樹脂、(C)エポキシまたはオキセタン含有単官能モノマーおよび(D)アミン系シランカップリング剤および必要によりその他の添加剤を加え、さらに20分間~3時間撹拌することにより、ネガ型感光性樹脂組成物を得ることができる。得られた溶液をろ過してもよい。
次に、本発明の硬化膜について説明する。本発明の硬化膜は、前述のネガ型感光性樹脂組成物の硬化物からなる。本発明の硬化膜の膜厚は、0.1~15μmが好ましい。本発明の硬化膜の解像度は、20μm以下が好ましい。本発明の硬化膜の硬度は、膜厚1.5μmにおいて4H以上が好ましい。本発明の硬化膜の波長400nmにおける透過率は、膜厚1.5μmにおいて90%以上が好ましい。なお、硬化膜の硬度や透過率は、例えば、前述の本発明のネガ型感光性樹脂組成物を用いることにより、前述の範囲にすることができる。
次に、本発明の硬化膜の製造方法について例を挙げて説明する。例えば、前述の本発明のネガ型感光性樹脂組成物を下地基板上に塗布し、プリベークした後、パターニング露光および現像によりパターンを形成し、熱硬化することにより硬化膜を得ることができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、マイクログラビアコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、カーテンフローコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、スリットコーティング、インクジェットコーティングなどの方法が挙げられる。
塗布膜をプリベークする加熱装置としては、例えば、ホットプレート、オーブンなどが挙げられる。プリベーク温度は50~150℃が好ましく、プリベーク時間は30秒間~30分間が好ましい。プリベーク後の膜厚は、0.1~15μmが好ましい。
パターニング露光に用いる露光機としては、例えば、ステッパー、ミラープロジェクションマスクアライナー(MPA)、パラレルライトマスクアライナー(PLA)などが挙げられる。露光光源としては、i線、h線、g線などの紫外線や、KrF(波長248nm)レーザー、ArF(波長193nm)レーザーなどが挙げられる。露光量は1~4000mJ/cm2程度(波長365nm露光量換算)が好ましい。所望のマスクを介して露光してもよいし、マスクを介さずに露光してもよい。
パターニング露光後、現像により露光部を溶解させてネガ型のパターンを得ることができる。現像方法としては、例えば、シャワー、ディッピング、パドルなどの方法が挙げられ、パターニング露光後の膜を現像液に5秒間~10分間浸漬することが好ましい。現像液としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩などの無機アルカリ、2-ジエチルアミノエタノール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンなどのアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド、コリンなどの4級アンモニウム塩を含む水溶液などのアルカリ現像液が挙げられる。現像後、水でリンスすることが好ましく、続いて50~150℃の範囲で乾燥ベークを行ってもよい。
現像後の膜を熱硬化する加熱装置としては、例えば、ホットプレート、オーブンなどが挙げられる。熱硬化温度は120~280℃、熱硬化時間は1時間程度が好ましい。
本発明の硬化膜は、タッチパネル用保護膜、各種ハードコート材、カラーフィルター用オーバーコート、反射防止フィルムなどの各種保護膜および、光学フィルター、タッチセンサー用絶縁膜、液晶表示素子や有機EL表示素子等の薄膜トランジスタ(TFT)基板用平坦化膜、半導体素子の層間絶縁膜、固体撮像素子の平坦化膜やマイクロレンズアレイパターン、光導波路のコアやクラッド材、カラーフィルター用フォトスペーサーなどに好適に用いることができる。これらの中でも、本発明の硬化膜はITO基板上の耐薬品性に優れることから、タッチパネルにより好適に用いることができ、パターン加工性に優れることから、カラーフィルターにより好適に用いることができる。
以下に本発明をその実施例を用いて説明するが、本発明の様態はこれらの実施例に限定されるものではない。
合成例1 ポリシロキサン溶液(i)
500mLの三口フラスコにメチルトリメトキシシランを47.67g(0.35mol)、フェニルトリメトキシシランを39.66g(0.20mol)、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物を26.23g(0.10mol)、γ-アクリロイルプロピルトリメトキシシランを82.04g(0.35mol)、ダイアセトンアルコール(DAA)を180.56g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら水55.8gにリン酸0.401g(仕込みモノマーに対して0.2重量部)を溶かしたリン酸水溶液を滴下ロートで10分間かけて添加した。40℃で1時間撹拌した後、オイルバス温度を70℃に設定して1時間撹拌し、さらにオイルバスを30分間かけて115℃まで昇温した。昇温開始1時間後に溶液の内温が100℃に到達し、そこから2時間加熱撹拌した(内温は100~110℃)。反応中に副生成物であるメタノール、水が合計120g留出した。得られたポリシロキサンのDAA溶液に、ポリマー濃度が40wt%となるようにDAAを加えて(a-1)カルボキシル基とラジカル重合性基を有するポリシロキサン溶液(i)を得た。なお、得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)をGPCにより測定したところ、5000(ポリスチレン換算)であった。また、1H-NMRによりポリシロキサン中のシラノール基/カルボキシル基比率を算出して酸価を測定したところ、カルボン酸当量は700g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は400g/molであった。
合成例2 ポリシロキサン溶液(ii)
500mLの三口フラスコにメチルトリメトキシシランを34.05g(0.20mol)、フェニルトリメトキシシランを39.66g(0.20mol)、4-トリメトキシシリル酪酸を41.66g(0.20mol)、γ-アクリロイルプロピルトリメトキシシランを82.04g(0.40mol)、DAAを182.22g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら水54.0gにリン酸0.395g(仕込みモノマーに対して0.2wt%)を溶かしたリン酸水溶液を滴下ロートで10分間かけて添加した。次いで合成例1と同条件で加熱撹拌したところ、副生成物であるメタノール、水が合計120g留出した。得られたポリシロキサンのDAA溶液に、ポリマー濃度が40wt%となるようにDAAを加えて(a-1)カルボキシル基とラジカル重合性基を有するポリシロキサン溶液(ii)を得た。なお、得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)をGPCにより測定したところ、6000(ポリスチレン換算)であった。また、1H-NMRによりポリシロキサン中のシラノール基/カルボキシル基比率を算出して酸価を測定したところ、カルボン酸当量は800g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は300g/molであった。
合成例3 ポリシロキサン溶液(iii)
500mLの三口フラスコにメチルトリメトキシシランを47.67g(0.35mol)、フェニルトリメトキシシランを39.66g(0.20mol)、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物を26.23g(0.10mol)、アリルトリメトキシシランを56.79g(0.35mol)、DAA(ダイアセトンアルコール)を157.25g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら水55.8gにリン酸0.341g(仕込みモノマーに対して0.2重量部)を溶かしたリン酸水溶液を滴下ロートで10分間かけて添加した。40℃で1時間撹拌した後、オイルバス温度を70℃に設定して1時間撹拌し、さらにオイルバスを30分間かけて115℃まで昇温した。昇温開始1時間後に溶液の内温が100℃に到達し、そこから2時間加熱撹拌した(内温は100~110℃)。反応中に副生成物であるメタノール、水が合計120g留出した。得られたポリシロキサンのDAA溶液に、ポリマー濃度が40wt%となるようにDAAを加えて(a-1)カルボキシル基とラジカル重合性基を有するポリシロキサン溶液(iii)を得た。なお、得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)をGPCにより測定したところ、5500(ポリスチレン換算)であった。また、1H-NMRによりポリシロキサン中のシラノール基/カルボキシル基比率を算出して酸価を測定したところ、カルボン酸当量は700g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は400g/molであった。
合成例4 ポリシロキサン溶液(iv)
500mLの三口フラスコにメチルトリメトキシシランを47.67g(0.35mol)、フェニルトリメトキシシランを59.49g(0.30mol)、γ-アクリロイルプロピルトリメトキシシランを82.04g(0.35mol)、DAA(ダイアセトンアルコール)を174.65g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら水54.0gにリン酸0.378g(仕込みモノマーに対して0.2重量部)を溶かしたリン酸水溶液を滴下ロートで10分間かけて添加した。40℃で1時間撹拌した後、オイルバス温度を70℃に設定して1時間撹拌し、さらにオイルバスを30分間かけて115℃まで昇温した。昇温開始1時間後に溶液の内温が100℃に到達し、そこから2時間加熱撹拌した(内温は100~110℃)。反応中に副生成物であるメタノール、水が合計120g留出した。得られたポリシロキサンのDAA溶液に、ポリマー濃度が40wt%となるようにDAAを加えてポリシロキサン溶液(iv)を得た。なお、得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)をGPCにより測定したところ、4500(ポリスチレン換算)であった。また、1H-NMRによりポリシロキサン中のシラノール基/カルボキシル基比率を算出しようとしたところ、カルボキシル基は検出されなかった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は400g/molであった。
合成例5 ポリシロキサン溶液(v)
500mLの三口フラスコにメチルトリメトキシシランを54.48g(0.40mol)、フェニルトリメトキシシランを99.15g(0.50mol)、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物を26.23g(0.10mol)、DAA(ダイアセトンアルコール)を166.03g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら水55.8gにリン酸0.391g(仕込みモノマーに対して0.2重量部)を溶かしたリン酸水溶液を滴下ロートで10分間かけて添加した。40℃で1時間撹拌した後、オイルバス温度を70℃に設定して1時間撹拌し、さらにオイルバスを30分間かけて115℃まで昇温した。昇温開始1時間後に溶液の内温が100℃に到達し、そこから2時間加熱撹拌した(内温は100~110℃)。反応中に副生成物であるメタノール、水が合計120g留出した。得られたポリシロキサンのDAA溶液に、ポリマー濃度が40wt%となるようにDAAを加えてポリシロキサン溶液(v)を得た。なお、得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)をGPCにより測定したところ、6000(ポリスチレン換算)であった。また、1H-NMRによりポリシロキサン中のシラノール基/カルボキシル基比率を算出して酸価を測定したところ、カルボン酸当量は700g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合は検出されなかった。
合成例6 変性アクリル樹脂溶液(A)
500mlのフラスコに2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)を2g、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)を50g仕込んだ。その後、メタクリル酸を23.26g、スチレンを18.59g、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イルメタクリレートを32.80g仕込み、室温でしばらく撹拌し、フラスコ内をバブリングによって十分に窒素置換した後、70℃で5時間加熱撹拌した。次に、得られた溶液にメタクリル酸グリシジルを12.69g、ジメチルベンジルアミンを1g、p-メトキシフェノールを0.2g、PGMEAを100g添加し、90℃で4時間加熱撹拌し、(a-2)カルボキシル基を有するアクリル樹脂とラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物との反応生成物である変性アクリル樹脂溶液(A)を得た。得られたアクリル樹脂溶液(A)に固形分濃度が50wt%になるようにPGMEAを加えた。変性アクリル樹脂(A)の重量平均分子量は24000であった。また、JIS K5601-2-1に準拠して固形分酸価を測定したところ、酸価は120g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は1100g/molであった。
合成例7 変性アクリル樹脂溶液(B)
500mlのフラスコに2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)を2g、PGMEA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)を50g仕込んだ。その後、メタクリル酸を21.92g、スチレンを17.67g、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イルメタクリレートを31.18g仕込み、室温でしばらく撹拌し、フラスコ内をバブリングによって十分に窒素置換した後、70℃で5時間加熱撹拌した。次に、得られた溶液にアクリル酸4-(グリシジルオキシ)ブチルを17.00g、ジメチルベンジルアミンを1g、p-メトキシフェノールを0.2g、PGMEAを100g添加し、90℃で4時間加熱撹拌し、(a-2)カルボキシル基を有するアクリル樹脂とラジカル重合性基を有する一置換エポキシ化合物との反応生成物である変性アクリル樹脂溶液(B)を得た。得られたアクリル樹脂溶液(B)に固形分濃度が50wt%になるようにPGMEAを加えた。変性アクリル樹脂(B)の重量平均分子量は23000であった。また、JIS K5601-2-1に準拠して固形分酸価を測定したところ、酸価は120g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は1100g/molであった。
合成例8 アクリル樹脂溶液(C)
500mlのフラスコに2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)を2g、PGMEA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)を50g仕込んだ。その後、メタクリル酸を6.33g、スチレンを20.43g、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イルメタクリレートを48.65g仕込み、室温でしばらく撹拌し、フラスコ内をバブリングによって十分に窒素置換した後、70℃で5時間加熱撹拌した。次に、得られた溶液にメタクリル酸グリシジルを10.46g、ジメチルベンジルアミンを1g、p-メトキシフェノールを0.2g、PGMEAを100g添加し、90℃で4時間加熱撹拌し、アクリル樹脂溶液(C)を得た。得られたアクリル樹脂溶液(C)に固形分濃度が50wt%になるようにPGMEAを加えた。アクリル樹脂(C)の重量平均分子量は22000であった。また、JIS K5601-2-1に準拠して固形分酸価を測定したところ、0.5mgKOH/g未満であり、カルボキシル基が残存していないことを確認した。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合当量は1100g/molであった。
合成例9 アクリル樹脂溶液(D)
500mlのフラスコに2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)を2g、PGMEAを50g仕込んだ。その後、メタクリル酸を15.69g、スチレンを22.14g、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イルメタクリレートを46.86g仕込み、室温でしばらく撹拌し、フラスコ内をバブリングによって十分に窒素置換した後、70℃で5時間加熱撹拌した。次に、p-メトキシフェノールを0.2g、PGMEAを100g添加し、アクリル樹脂溶液(D)を得た。得られたアクリル樹脂溶液(D)に固形分濃度が50wt%になるようにPGMEAを加えた。アクリル樹脂(C)の重量平均分子量は25000であった。また、JIS K5601-2-1に準拠して固形分酸価を測定したところ、酸価は300g/molであった。また、ヨウ素価を測定したところ、二重結合は検出されなかった。
各実施例・比較例における評価方法を以下に示す。
(1)透過率の測定
各実施例および比較例において作製した組成物を、5cm角のテンパックスガラス基板(AGCテクノグラス(株)製)に、スピンコーター(ミカサ(株)製「1H-360S(商品名)」)を用いて500rpmで10秒回転した後、1000rpmで4秒回転してスピンコートした。続いて、ホットプレート(大日本スクリーン製造(株)製「SCW-636(商品名)」)を用いて90℃で2分間プリベークし、膜厚2μmのプリベーク膜を作製した。作製したプリベーク膜を、パラレルライトマスクアライナー(以下PLAという)(キヤノン(株)製「PLA-501F(商品名)」)を用いて、超高圧水銀灯を光源として露光した後、オーブン(エスペック(株)製「IHPS-222」)を用いて、空気中230℃で1時間キュアして、膜厚1.5μmの硬化膜を作製した。なお、膜厚は大日本スクリーン製造(株)製「ラムダエースSTM-602(商品名)」を用いて屈折率1.55で測定した。以下に記載する膜厚も同様である。
得られた硬化膜について、紫外-可視分光光度計「UV-260(商品名)」((株)島津製作所製)を用いて、400nmの透過率を測定した。
(2)硬度の測定
前記(1)記載の方法により得られた膜厚1.5μmの硬化膜について、「JIS K5600-5-4(1999)」に準拠して鉛筆硬度を測定した。
(3)パターン加工性の評価
(3-1)感度の測定
各実施例および比較例において作製した組成物を、シリコンウエハに、スピンコーター(ミカサ(株)製「1H-360S(商品名)」)を用いて500rpmで10秒回転した後、1000rpmで4秒回転してスピンコートした。続いて、ホットプレート(大日本スクリーン製造(株)製「SCW-636(商品名)」)を用いて90℃で2分間プリベークし、膜厚2μmのプリベーク膜を作製した。得られたプリベーク膜に、PLAを用いて、超高圧水銀灯を光源として、感度測定用のグレースケールマスクを介して、100μmのギャップで露光した。その後、自動現像装置(「AD-2000(商品名)」、滝沢産業(株)製)を用いて、0.045wt%水酸化カリウム水溶液で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスした。
露光、現像後、30μmのラインアンドスペースパターンを1対1の幅に形成する露光量(以下、これを最適露光量という)を感度とした。なお、露光量はI線照度計で測定した。
(3-2)解像度の測定
最適露光量における現像後の解像度を測定した。なお、マスク径に対して、95%以上のホール径が解像しているパターンのうち最小のものを解像度とした。
(4)耐薬品性の評価(ITO基板密着性)
表面にITOをスパッタリングしたガラス基板(以下、「ITO基板」)上に、前記(1)記載の方法により、膜厚1.5μmの硬化膜を形成した。
(4-1)アルカリ処理後のITO基板密着性の評価
前記(4)に記載の方法により得られた硬化膜を有するITO基板をモノエタノールアミン/ジエチレングリコールモノブチルエーテル=30/70(重量比)で混合した70℃の水溶液に10分間浸漬処理した後、JIS「K5600-5-6(1999年4月20日制定)」に準じてITOと硬化膜の密着性を評価した。すなわち、ITO基板上のITO表面に、カッターナイフでガラス板の素地に到達するように、直交する縦横11本ずつの平行な直線を1mm間隔で引いて、1mm×1mmのマス目を100個作製した。切られた硬化膜表面にセロハン粘着テープ(幅=18mm、粘着力=3.7N/10mm)を張り付け、消しゴム(JIS S6050合格品)で擦って密着させ、テープの一端を持ち、板に直角を保ち瞬間的に剥離した際のマス目の残存数を目視によって計数し、剥離面積を算出した。マス目の剥離面積から以下の基準により評価し、3以上を合格とした。
5:剥離面積=0%
4:剥離面積=1~4%
3:剥離面積=5~14%
2:剥離面積=15~34%
1:剥離面積=35~64%
0:剥離面積=65~100%。
(4-2)酸処理後のITO基板密着性の評価
前記(4)に記載の方法により得られた硬化膜を有するITO基板を、HCl/HNO3/H2O=18/4/78(重量比)で混合した70℃の水溶液に10分間浸漬処理した後、(4-1)と同様にしてITOと硬化膜の密着性を評価した。
(5)保存安定性の評価(ITO基板密着性)
各実施例および比較例において作製した組成物を30℃、168時間の条件で保管した後、前記(4)記載の方法により膜厚1.5μmの硬化膜を作製し、前記(4)記載の方法により酸またはアルカリ処理を行い、密着性を評価した。前記(4)の評価結果との差が小さいほど、保存安定性に優れる。
また、実施例1、実施例12~13および実施例24において作製した組成物を30℃、168時間の条件で保管した後、前記(4)記載の方法により膜厚1.5μmの硬化膜を作製し、水溶液の温度を70℃から80℃に変更する以外は前記(4)記載の方法により酸またはアルカリ処理を行い、密着性を評価した。前記(4)の評価結果との差が小さいほど、保存安定性に優れる。
(6)ムラの評価
表面にCrをスパッタリングした10cm角のガラス基板(以下、「Cr基板」)上に、各実施例および比較例において作製した組成物を用いて、前記(1)記載の方法と同様にして膜厚1.5μmの硬化膜を形成した。基板端部1cmを除いた8cm角面積部分について、1cm間隔で膜厚を測定し、以下の基準によりムラを評価し、3以上を合格とした。
5:最大膜厚から最小膜厚を引いた値が0.05μm未満
4:最大膜厚から最小膜厚を引いた値が0.05μm以上0.7μm未満
3:最大膜厚から最小膜厚を引いた値が0.07μm以上0.10μm未満
2:最大膜厚から最小膜厚を引いた値が0.10μm以上0.15μm未満
1:最大膜厚から最小膜厚を引いた値が0.15μm以上。
実施例で使用したモノマーおよび多官能チオール系連鎖移動剤を以下に示す。
EA-1010N(商品名)((株)新中村化学製)
4HBAGE(商品名)(日本化成(株)製)
カヤラッド(登録商標)DPHA(商品名)(日本化薬(株)製)
カレンズMT-PE1(商品名)(昭和電工(株)製)。
実施例1
黄色灯下にて、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)](「“イルガキュア”(登録商標)OXE-01(商品名)」チバスペシャリティケミカル製)0.931gと4-t-ブチルカテコール0.056gをDAA18.041g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA40.000gの混合溶剤に溶解させ、シリコーン系界面活性剤である「“BYK”(登録商標)-333(商品名)」(ビックケミージャパン(株)製)0.03g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.372gを加え、撹拌した。そこへ、ビスフェノールAモノグリシジルエーテルモノアクリレート(「EA-1010N(商品名)」(株)新中村化学製)9.306g、ポリシロキサン溶液(i)23.264gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物1を得た。得られた組成物1について、前記方法により透過率、硬度、パターン加工性、耐薬品性、保存安定性、ムラを評価した。
実施例2
ポリシロキサン溶液(i)の替わりにポリシロキサン溶液(ii)を用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物2を得た。得られた組成物2を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例3
ポリシロキサン溶液(i)の替わりにポリシロキサン溶液(iii)を用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物3を得た。得られた組成物3を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例4
「EA-1010N(商品名)」の替わりに4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル(「4HBAGE(商品名)」日本化成(株)製)を用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物4を得た。得られた組成物4を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例5
N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシランの替わりに3-アミノプロピルトリメトキシシランを用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物5を得た。得られた組成物5を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例6
混合溶剤におけるDAA添加量を18.041gから10.041g、3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから6.000g、PGMEA添加量を40.000gから50.000gへそれぞれ変更する以外は実施例1と同様に行い、組成物6を得た。得られた組成物6を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例7
混合溶剤における3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから18.000g、PGMEA添加量を40.000gから30.000gへそれぞれ変更する以外は実施例1と同様に行い、組成物7を得た。得られた組成物7を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例8
混合溶剤におけるDAA添加量を18.041gから3.042g、PGMEA添加量を40.000gから55.000gへそれぞれ変更する以外は実施例1と同様に行い、組成物8を得た。得られた組成物8を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例9
混合溶剤におけるDAA添加量を18.041gから18.042g、3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから38.000g、PGMEA添加量を40.000gから10.000gへそれぞれ変更する以外は実施例1と同様に行い、組成物9を得た。得られた組成物9を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例10
黄色灯下にて、「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.914gと4-t-ブチルカテコール0.054gを、DAA18.297g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA40.000gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」0.030g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.365g、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)(「カレンズMT-PE1(商品名)」昭和電工(株)製)0.365gを加え、撹拌した。そこへ、「EA-1010N(商品名)」9.135g、ポリシロキサン溶液(i)22.839gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物10を得た。得られた組成物10を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例11
「EA-1010N(商品名)」の替わりに「4HBAGE(商品名)」を用いる以外は実施例10と同様に行い、組成物11を得た。得られた組成物11を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例12
DAAの替わりに2-メチル-1,3-プロパンジオールを用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物12を得た。得られた組成物12を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例13
黄色灯下にて、「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.931gと4-t-ブチルカテコール0.056gを、DAA32.000g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA30.694gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」0.030g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.372gを加え、撹拌した。そこへ、「EA-1010N(商品名)」9.306g、変性アクリル樹脂溶液(A)18.611gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物13を得た。得られた組成物13を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例14
変性アクリル樹脂溶液(A)の替わりに変性アクリル樹脂溶液(B)を用いる以外は実施例13と同様に行い、組成物14を得た。得られた組成物14を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例15
N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシランの替わりに3-アミノプロピルトリメトキシシランを用いる以外は実施例13と同様に行い、組成物15を得た。得られた組成物15を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例16
変性アクリル樹脂溶液(A)の替わりに変性アクリル樹脂溶液(B)を用いる以外は実施例15と同様に行い、組成物16を得た。得られた組成物16を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例17
「EA-1010N(商品名)」の替わりに「4HBAGE(商品名)」を用いる以外は実施例15と同様に行い、組成物17を得た。得られた組成物17を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例18
混合溶剤におけるDAA添加量を32.000gから24.000g、3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから6.000g、PGMEA添加量を30.694gから40.694gへそれぞれ変更する以外は実施例13と同様に行い、組成物18を得た。得られた組成物18を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例19
混合溶剤における3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから18.000g、PGMEA添加量を30.694gから20.694gへそれぞれ変更する以外は実施例13と同様に行い、組成物19を得た。得られた組成物19を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例20
混合溶剤におけるDAA添加量を32.000gから17.000g、PGMEA添加量を30.694gから45.694gへそれぞれ変更する以外は実施例13と同様に行い、組成物20を得た。得られた組成物20を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例21
混合溶剤における3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから38.000g、PGMEA添加量を30.694gから0.694gへそれぞれ変更する以外は実施例13と同様に行い、組成物21を得た。得られた組成物21を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例22
黄色灯下にて「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.914gと4-t-ブチルカテコール0.055gを、DAA32.000g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA30.865gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」溶液0.030g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.365g、「カレンズMT-PE1(商品名)」を加え、撹拌した。そこへ、「EA-1010N(商品名)」9.135g、変性アクリル樹脂溶液(A)18.271gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物22を得た。得られた組成物22を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例23
「EA-1010N(商品名)」の替わりに「4HBAGE(商品名)」を用いる以外は実施例22と同様に行い、組成物23を得た。得られた組成物23を用いて、前記方法により評価を行った。
実施例24
DAAの替わりに2-メチル-1,3-プロパンジオールを用いる以外は実施例13と同様に行い、組成物24を得た。得られた組成物24を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例1
黄色灯下にて、「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.948gと4-t-ブチルカテコール0.057gを、DAA17.776g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA40.000gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」溶液0.030gを加え、撹拌した。そこへ、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(「“カヤラッド(登録商標)”DPHA(商品名)」日本化薬(株)製)9.482g、ポリシロキサン溶液(i)23.706gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物25を得た。得られた組成物25を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例2
黄色灯下にて、「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.931gと4-t-ブチルカテコール0.056gを、DAA18.042g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA40.000gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」溶液0.030g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.372gを加え、撹拌した。そこへ、「“カヤラッド(登録商標)”DPHA(商品名)」9.306g、ポリシロキサン溶液(i)23.264gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物26を得た。得られた組成物26を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例3
「“カヤラッド”DPHA(商品名)」の替わりに「EA-1010N(商品名)」を用いる以外は比較例1と同様に行い、組成物27を得た。得られた組成物27を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例4
混合溶剤におけるDAA添加量を18.041gから2.042g、3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから4.000g、PGMEA添加量を40.000gから60.000gへそれぞれ変更する以外は実施例1と同様に行い、組成物28を得た。得られた組成物28を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例5
混合溶剤におけるDAA添加量を18.041gから53.042g、PGMEA添加量を40.000gから5.000gへそれぞれ変更する以外は実施例1と同様に行い、組成物29を得た。得られた組成物29を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例6
ポリシロキサン溶液(i)の替わりにポリシロキサン溶液(iv)を用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物30を得た。得られた組成物30を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例7
ポリシロキサン溶液(i)の替わりにポリシロキサン溶液(v)を用いる以外は実施例1と同様に行い、組成物31を得た。得られた組成物31を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例8
黄色灯下にて、「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.948gと4-t-ブチルカテコール0.057gを、DAA32.000g、3-メトキシ-1-ブタノール8.000g、PGMEA30.518gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」溶液0.030gを加え、撹拌した。そこへ、「“カヤラッド”DPHA(商品名)」9.482g、変性アクリル樹脂溶液(A)18.965gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物32を得た。得られた組成物32を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例9
黄色灯下にて、「“イルガキュア”OXE-01(商品名)」0.931gと4-t-ブチルカテコール0.056gを、DAA32.000g、3-メトキシ-1-ブタノール38.000g、PGMEA0.694gの混合溶剤に溶解させ、「“BYK”-333(商品名)」溶液0.030g、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.372gを加え、撹拌した。そこへ、「“カヤラッド”DPHA(商品名)」9.306g、変性アクリル樹脂溶液(A)18.611gを加えて、撹拌した。次いで0.45μmのフィルターでろ過を行い、組成物33を得た。得られた組成物33を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例10
「“カヤラッド”DPHA(商品名)」の替わりに「EA-1010N(商品名)」を用いる以外は比較例8と同様に行い、組成物34を得た。得られた組成物34を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例11
混合溶剤におけるDAA添加量を18.041gから16.000g、3-メトキシ-1-ブタノール添加量を8.000gから4.000g、PGMEA添加量を40.000gから50.694gへそれぞれ変更する以外は実施例13と同様に行い、組成物35を得た。得られた組成物35を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例12
変性アクリル樹脂溶液(A)の替わりにアクリル樹脂溶液(C)を用いる以外は実施例13と同様に行い、組成物36を得た。得られた組成物36を用いて、前記方法により評価を行った。
比較例13
変性アクリル樹脂溶液(A)の替わりにアクリル樹脂溶液(D)を用いる以外は実施例13と同様に行い、組成物37を得た。得られた組成物37を用いて、前記方法により評価を行った。
各実施例および比較例の主な組成を表1~3、評価結果を表4~6に示す。また、保存安定性の評価のうち、温度80℃における酸またはアルカリ処理後の評価結果は、実施例1と実施例13が4であったのに対して、実施例12と実施例24は5であった。