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JP7106863B2 - 有機el表示装置用感光性樹脂組成物 - Google Patents

有機el表示装置用感光性樹脂組成物 Download PDF

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JP7106863B2 JP2017531409A JP2017531409A JP7106863B2 JP 7106863 B2 JP7106863 B2 JP 7106863B2 JP 2017531409 A JP2017531409 A JP 2017531409A JP 2017531409 A JP2017531409 A JP 2017531409A JP 7106863 B2 JP7106863 B2 JP 7106863B2
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Description

本発明は、感光性樹脂組成物に関する。詳しくは半導体素子の表面保護膜や層間絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:以下ELと記す)素子の絶縁膜、有機EL素子を用いた表示装置の駆動用薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下TFTと記す)基板の平坦化膜、回路基板の配線保護絶縁膜、固体撮像素子のオンチップマイクロレンズや各種ディスプレイ・固体撮像素子用平坦化膜などの用途に適した感光性樹脂組成物に関する。
ポリイミドやポリベンゾオキサゾールなどの耐熱性樹脂は、優れた耐熱性、電気絶縁性を有することから、これらの耐熱性樹脂を含有する感光性樹脂組成物が、LSIなどの半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、有機電界素子および有機EL表示素子の絶縁層、表示装置用TFT基板の平坦化膜などに用いられている。
近年は、基板の大型化や生産性向上などの理由から、露光時間を短縮するため、感光性樹脂組成物に高感度が要求されている。また、最近では、基板を有機フィルムにより形成することで、ディスプレイをフレキシブル化する検討が活発化していることから、絶縁膜や平坦化膜にも折り曲げ耐性のような柔軟性が求められている。
例えば、アルカリ水溶液で現像できるポジ型感光性耐熱性組成物については、脂環式構造をもつテトラカルボン酸無水物を使用した高透明性のポリイミドにより、高感度を達成する感光性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
また、高感度を達成するために、ヘキサフルオロプロピル基のようなフッ素原子を有するテトラカルボン酸無水物を用いた高透明性のポリイミド樹脂も提案されている(例えば、特許文献3および4参照)。
また、折り曲げ耐性を達成するために、エステル基をもつテトラカルボン酸無水物を使用したポリイミドを用いた感光性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献5参照)。
国際公開第2000/73853号 特開2010-196041号公報 特開2007-183388号公報 特開2011-202059号公報 国際公開第2011/59089号
しかしながら、特許文献1および2に記載されているような、脂環式構造をもつテトラカルボン酸無水物を用いたポリイミド樹脂は、アルカリ現像液への溶解性が高すぎるため、残膜率が低下する場合があった。
また、特許文献3および4に記載されているような、ヘキサフルオロプロピル基などのフッ素原子を有するテトラカルボン酸無水物を用いたポリイミド樹脂は、硬化膜が脆く、折り曲げ耐性に優れた硬化を形成することが困難である場合があった。
また、特許文献5に記載されているような、エステル基構造を有するテトラカルボン酸無水物を用いたポリイミド樹脂は、折り曲げ耐性に優れるが、感度が不十分である場合があった。
そこで本発明は、現像後の残膜率が高く、硬化膜における折り曲げ耐性の高い、高感度な感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明は、(a)アルカリ可溶性樹脂、(b)感光性化合物を含有し、前記(a)アルカリ可溶性樹脂が、一般式(1)で表される構造単位を95~100モル%有し、前記(a)アルカリ可溶性樹脂におけるポリマー分子鎖の少なくとも一方の末端にモノマミンまたは酸無水物に由来する有機基を有する感光性樹脂組成物である。
Figure 0007106863000001
(一般式(1)中、Rは2価の有機基である。RおよびRは、それぞれ独立に水素または炭素数1~20の有機基を示す。XおよびXは、それぞれ独立に炭素数2~20の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、1,3-フェニレン基または1,4-フェニレン基を表す。R、XおよびXは複数の繰り返し単位においてそれぞれ異なっていてもよい。mおよびnはそれぞれ0~100,000の整数であり、m+n≧3である。)
本発明によれば、有機溶剤に対する溶解性が高いアルカリ可溶性樹脂を含み、高い感度・残膜率および柔軟性を有する感光性樹脂組成物を得ることができる。
TFT基板の一例の断面図 有機EL表示装置の概略図
<(a)アルカリ可溶性樹脂>
本発明の樹脂は、上記一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性ポリイミドもしくはポリイミド前駆体またはそれらの共重合体から選ばれるアルカリ可溶性樹脂である。
(a)アルカリ可溶性樹脂を有する感光性樹脂組成物は、有機EL表示装置の製造に好ましく用いられる。
ポリイミド前駆体としては、例えば、テトラカルボン酸、対応するテトラカルボン酸二無水物又はテトラカルボン酸ジエステル二塩化物などと、ジアミン、対応するジイソシアネート化合物又はトリメチルシリル化ジアミンなどと、を反応させることによって得られるものが挙げられ、テトラカルボン酸及び/又はその誘導体残基と、ジアミン及び/又はその誘導体残基を有する。ポリイミド前駆体としては、例えば、ポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリアミド酸アミド又はポリイソイミドが挙げられる。
ポリイミドとしては、例えば、上記のポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリアミド酸アミド又はポリイソイミドを、加熱又は酸若しくは塩基などを用いた反応により、脱水閉環させることによって得られるものが挙げられ、テトラカルボン酸および/またはその誘導体残基と、ジアミンおよび/またはその誘導体残基を有する。
一般式(1)で表される構造単位を繰り返し単位と有する樹脂を得るためには、エステル基含有テトラカルボン酸二無水物が用いられる。エステル構造を含有することにより、イミド構造のみ有する剛直なポリイミドに比べて、ポリマー主鎖の自由回転が容易になることで、高い溶剤溶解性と柔軟性を持つ硬化膜を得ることができる。
エステル基含有テトラカルボン酸二無水物は、特に制限はなく市販品や従来公知の製造方法により得られるものも使用できる。
一般式(1)におけるXおよびXは、炭素数2~20の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基であり、好ましくは炭素数2~20の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基である。アルキレン基は様々な立体配座をとることができるため、樹脂が分子鎖内にアルキレン基を有することにより、硬化膜の柔軟性をさらに高めることが出来る。樹脂の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは炭素数2~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、より好ましくは炭素数2~4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基であり、特にエチレン基である。樹脂の耐熱性を向上させる観点と、樹脂の溶剤溶解性を向上させる観点から、前記一般式(1)におけるXおよびXが、エチレン基、プロピレン基、またはブチレン基であることが好ましいが、前述の通り、より好ましくはエチレン基である。XおよびXがエチレン基であると、耐熱性と柔軟性のバランスが特に優れた硬化膜を提供することができる。
エステル基含有テトラカルボン酸二無水物として、具体的には、1,2-エチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,3-プロピレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4-テトラメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,5-ペンタメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,6-ヘキサメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,7-ヘプタメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,8-オクタメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,9-ノナメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,10-デカメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,12-ドデカメチレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,3-フェニレンビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4-フェニレンビス(アンヒドロトリメリテート)等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性と柔軟性のバランスに特に優れる点から、1,2-エチレンビス(アンヒドロトリメリテート)が好ましく用いられる。
本発明に用いられる(a)アルカリ可溶性樹脂は、一般式(1)で表される構造単位を95~100モル%有することで、有機溶剤への溶解性が向上するとともに、樹脂組成物の柔軟性を向上させることができる。構造単位とは繰り返し単位であり、繰り返し数mおよびnで表される構造それぞれを示し、繰り返し数mおよびnで表される構造はランダムであってもブロックであってもよい。
一般式(1)で表される構造単位を95~100モル%有するアルカリ可溶性樹脂は、後述する公知のポリイミド前駆体の製造方法に従って、ジアミン成分100モル%に対してエステル基含有テトラカルボン酸二無水物を95~100モル%用いることで得られる。(a)アルカリ可溶性樹脂が一般式(1)で表される構造単位を95モル%以上有することで、柔軟性に優れ、高い折り曲げ耐性を有する樹脂を提供することが出来る。また、一般式(1)におけるXおよびXは、炭素数2~20の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基であり、いずれも疎水性を示すことから現像後の残膜率の高い樹脂を提供することができる。特に、(a)アルカリ可溶性樹脂が一般式(1)で表される構造単位を95モル%以上有する場合、現像後の残膜率の高い樹脂を提供することが出来る。
また、本発明に用いられる(a)アルカリ可溶性樹脂は、前述の特性を低下させない範囲で、エステル基含有テトラカルボン酸二無水物に加えて他の酸二無水物に由来する構造を含有してもよい。
他の酸二無水物としては、具体的には、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、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-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、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン酸二無水物、9,9-ビス{4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル}フルオレン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6-ピリジンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、および下記一般式(3)および(4)に示した構造の酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物や、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などの脂肪族のテトラカルボン酸二無水物などを挙げることができる。これらを2種以上用いてもよい。
Figure 0007106863000002
(一般式(3)および(4)中、R10は酸素原子、C(CF、またはC(CHを表す。R11およびR12は水素原子、または水酸基を表す。)
本発明の(a)アルカリ可溶性樹脂は、フッ素原子を有することが好ましい。一般式(1)中、Rは、ジアミンに由来する構造である。一般式(1)中において、Rが、フッ素原子を有する有機基であることが好ましい。フッ素原子を有することにより、アルカリ現像の際に膜の表面に撥水性が付与され、表面からのしみこみを抑えることができるため、未露光部のタックや加工パターンに現像残渣のない、高残膜率の感光性樹脂膜が得られる。
一般式(1)において、界面のしみこみ防止効果や適切な溶解速度を得るために、フッ素原子を有する有機基はRの総量を100モル%とした場合、30モル%以上が好ましい。このような構造は、Rを導入する単量体成分のうち、フッ素原子を含有する単量体を30モル%以上用いることにより導入される。また、基板への密着性を得るためには、フッ素原子を含有する単量体は90モル%以下であることが好ましい。
フッ素原子を有するジアミンとしては、具体的には、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(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジンなどの芳香族ジアミンや、これらの芳香族環の水素原子の一部を、炭素数1~10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物、などを挙げることができる。一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、これらの化合物に由来する構造を含む樹脂であることが好ましい。
また、本発明の(a)アルカリ可溶性樹脂は、フェノール性水酸基を有することが好ましい。一般式(1)中において、Rが、フェノール性水酸基を有する有機基であることが好ましい。フェノール性水酸基は、アルカリ現像液への適度な溶解性が得られ、また感光剤と相互作用し未露光部の溶解性を抑制するため、残膜率の向上、高感度化が可能になる。また、フェノール性水酸基は、架橋剤との反応にも寄与するため、高機械特性、耐薬品性が得られる点でも好ましい。
一般式(1)において、適切なアルカリ現像液への溶解性を得るために、フェノール性水酸基を有する有機基はRの総量を100モル%とした場合、30モル%以上が好ましい。このような構造は、Rを導入する単量体成分のうち、フェノール性水酸基を含有する単量体を30モル%以上用いることにより導入される。より好ましくは50モル%以上である。また、現像後の残膜率を向上させるためには、フェノール性水酸基を含有する単量体は90モル%以下であることが好ましい。
フェノール性水酸基を有するジアミンとしては、具体的にはビス(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、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3-アミノ-4-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)ビフェニル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジンなどのヒドロキシル基含有ジアミンや、これらの芳香族環の水素原子の一部を、炭素数1~10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物、などを挙げることができる。一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、これらの化合物に由来する構造を含む樹脂であることが好ましい。
前述のエステル基含有テトラカルボン酸二無水物と、フェノール性水酸基を有するジアミンとフッ素原子を有するジアミンを上述の範囲内で用いることで、現像時において、タックや現像残渣のない高残膜率・高感度の感光性樹脂組成物が得られる。
また、本発明の一般式(1)におけるRは、前述のジアミンに加えて他のジアミンに由来する構造を有してもよい。
他のジアミンとしては、ポリエチレンオキサイド基を含有する脂肪族ジアミンとして、“ジェファーミン”(登録商標)KH-511、“ジェファーミン”ED-600、“ジェファーミン”ED-900、“ジェファーミン”ED-2003、“ジェファーミン”EDR-148、“ジェファーミン”EDR-176、ポリオキシプロピレンジアミンのD-200、D-400、D-2000、D-4000(以上商品名、HUNTSMAN(株)製) などを挙げることができる。中でも、脂肪族アルキルジアミンを用いた場合は、柔軟性が付与されるため破断点伸度が向上し、また弾性率が低下することでウエハの反りが抑制されるため好ましい。これらの特性は、多層や厚膜において有効な特性である。導入する際は、全ジアミン残基中脂肪族アルキルジアミンに由来する残基が10モル%以上であることが好ましく、耐熱性を向上させる観点からは50モル%以下であることが好ましい。
また、他のジアミンとして、耐熱性を低下させない範囲で、シロキサン構造を有する脂肪族の基を有してもよく、基板との接着性を向上させることができる。具体的には、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(p-アミノフェニル)オクタメチルペンタシロキサンなどを1~15モル%共重合したものなどが挙げられる。
さらに他のジアミンとして、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、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3-アミノ-4-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)ビフェニル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジンなどのヒドロキシル基含有ジアミン、3-スルホン酸-4,4’-ジアミノジフェニルエーテルなどのスルホン酸含有ジアミン、ジメルカプトフェニレンジアミンなどのチオール基含有ジアミン、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エーテル、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジジン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、1,5-ナフタレンジアミン、2,6-ナフタレンジアミン、ビス(4-アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4-(4-アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’,4,4’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニルなどの芳香族ジアミンや、これらの芳香族環の水素原子の一部を、炭素数1~10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物、シクロヘキシルジアミン、メチレンビスシクロヘキシルアミンなどの脂環式ジアミンなどを挙げることができる。これらのジアミンは、そのまま、あるいは対応するジイソシアネート化合物、トリメチルシリル化ジアミンとして使用できる。また、これら2種以上のジアミン成分を組み合わせて用いてもよい。耐熱性を向上させる観点から、芳香族ジアミンをジアミン全体の50モル%以上使用することが好ましい。
これらのうち、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エーテル、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルヒド、4,4’-ジアミノジフェニルスルヒド、ビス(4-アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4-(4-アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、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、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[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジンあるいはこれらの芳香族環をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、および下記一般式(5)~(10)に示したアミド基を有するジアミンなどが好ましいものとして挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。
Figure 0007106863000003
(一般式(5)~(10)中、R13は酸素原子、C(CF、またはC(CHを表す。R14およびR15はそれぞれ独立に水素原子、または水酸基を表す。)
また、本発明の一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、スルホン酸基、チオール基などを含むことができる。スルホン酸基、チオール基を適度に有する樹脂を用いることで、適度なアルカリ可溶性を有する感光性樹脂組成物となる。
本発明の感光性樹脂組成物に用いられる(a)アルカリ可溶性樹脂におけるポリマー分子鎖の少なくとも一方の末端にモノアミンまたは酸無水物に由来する有機基を有する。ここで、モノアミンまたは酸無水物は末端封止剤である。末端封止剤を使用することにより、感光性樹脂組成物を適正な粘度に調整し易くなる。また、酸末端により樹脂が加水分解するのを抑制し、ポジ型の感光性樹脂組成物としたときにアミン末端により感光剤であるキノンジアジド化合物が劣化することを抑制する効果や、本発明の感光性樹脂組成物を有機EL表示装置の平坦化層および/または絶縁層とした際に、有機EL表示装置の長期信頼性を向上させる効果がある。末端封止剤は水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基を置換基として有することが好ましく、耐熱性を向上させる観点から、より好ましくは水酸基である。末端封止剤が水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基を置換基として有することにより、得られる樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性を向上させ、高感度な樹脂を提供することができる。また、樹脂が末端に水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基を有することで、ポジ型感光性樹脂組成物とした時に、キノンジアジド化合物と水素結合を介して相互作用することで未露光部が難溶化し、現像後の残膜率の高い樹脂を提供することができる。
末端封止剤に用いられるモノアミンは特に制限されないが、次に挙げる理由より、下記一般式(2)で表される化合物が好ましい。末端基に飽和炭化水素基または芳香族炭化水素基を含有することで、樹脂の疎水性が高くなり、後述する感光性樹脂組成物にしたとき、アルカリ現像時の膜減り量を少なくすることができる。また、さらに水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基より選ばれる基を少なくとも1種類含有することで、アルカリ現像液への適度な溶解性が得られ、ポジ型感光性樹脂組成物とした時に、キノンジアジド化合物と水素結合を介して相互作用することで未露光部が難溶化し、現像後の残膜率の高い樹脂を提供することができる。また、フェノール性水酸基は、架橋剤との反応にも寄与するため、高機械特性、耐薬品性が得られる点でも好ましい。
Figure 0007106863000004
(一般式(2)中、Rは炭素数1~6の飽和炭化水素基を示し、rは0または1を示す。AおよびBはそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基を示す。sおよびtはそれぞれ0または1を示し、得られる樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性を向上させる観点から、s+t≧1である。)
上記一般式(2)で表されるモノアミンの好ましい例として、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール(MAP)、2-アミノ-m-クレゾール、2-アミノ-p-クレゾール、3-アミノ-o-クレゾール、4-アミノ-o-クレゾール、4-アミノ-m-クレゾール、5-アミノ-o-クレゾール、6-アミノ-m-クレゾール、4-アミノ-2,3-キシレノール、4-アミノ-3,5-キシレノール、6-アミノ-2,4-キシレノール、2-アミノ-4-エチルフェノール、3-アミノ-4-エチルフェノール、2-アミノ-4-tert-ブチルフェノール、2-アミノ-4-フェニルフェノール、4-アミノ-2,6-ジフェニルフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、2-アミノ-m-トルエン酸、3-アミノ-o-トルエン酸、3-アミノ-p-トルエン酸、4-アミノ-m-トルエン酸、6-アミノ-o-トルエン酸、6-アミノ-m-トルエン酸、3-アミノベンゼンスルホン酸、4-アミノベンゼンスルホン酸、4-アミノトルエン-3-スルホン酸などを挙げることができる。これらを2種以上用いてもよく、それ以外の末端封止剤を併用しても良い。
末端封止剤として用いられるモノアミンの導入割合は、一般式(1)で表される構造単位100モル%に対して10~100モル%が好ましく、40~80モル%がさらに好ましい。10モル%以上、好ましくは40モル%以上にすることで、得られる樹脂の有機溶剤に対する溶解性が向上するとともに、得られる樹脂を用いて感光性樹脂組成物としたときの粘度を適正に調整することができる。また、得られる樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性および硬化膜の機械強度の観点から、100モル%以下が好ましく、80モル%以下がさらに好ましく、70モル%以下がより好ましい。
末端封止剤に用いられる酸無水物は特に制限されないが、得られる樹脂を用いた感光性樹脂組成物の硬化膜の耐熱性の観点から、環状構造を有する酸無水物または架橋性基を有する酸無水物が好ましい。例として、無水フタル酸、無水マレイン酸(MA)、無水ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物などが挙げられる。
末端封止剤として用いられる酸無水物の導入割合は、一般式(1)で表される構造単位100モル%に対して10~100モル%が好ましく、50~100モル%がさらに好ましい。10モル%以上、好ましくは50モル%以上にすることで、得られる樹脂の有機溶剤に対する溶解性が向上するとともに、得られる樹脂を用いて感光性樹脂組成物としたときの粘度を適正に調整することができる。また、得られる樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性および硬化膜の機械強度の観点から、100モル%以下が好ましく、90モル%以下がより好ましい。
樹脂中に導入された末端封止剤は、以下の方法で容易に検出できる。例えば、末端封止剤が導入された樹脂を、酸性溶液に溶解し、樹脂の構成単位であるアミン成分と酸成分に分解し、これをガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することにより、末端封止剤を容易に検出できる。これとは別に、末端封止剤が導入された樹脂を直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルおよび13CNMRスペクトル測定で検出することが可能である。
一般式(1)中、m、nは樹脂の構造単位の繰り返し数を表し、0~100,000の範囲を示すが、m+n≧3である。得られる樹脂の伸度向上の観点から、m+nは10以上が好ましい。一方、得られる樹脂を含む感光性樹脂組成物のアルカリ現像液に対する溶解性の観点から、m+nは200,000以下であり、1,000以下が好ましく、100以下がより好ましい。また、硬化時の収縮率を小さくする観点から、m/n>1であることが好ましい。好ましくは、m/n>2、より好ましくはm/n>4である。
一般式(1)で表される構造単位を有する樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算で3,000~80,000が好ましく、より好ましくは、8,000~50,000である。
本発明の(a)アルカリ可溶性樹脂は、公知のポリイミド前駆体の製造方法に従って製造することができる。例えば、(I)エステル基含有テトラカルボン酸二無水物とR基を有するジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミンを、低温条件下で反応させる方法、(II)エステル基含有テトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得て、その後R基を有するジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミンと縮合剤の存在下で反応させる方法、(III)エステル基含有テトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得て、その後残りの2つのカルボキシル基を酸クロリド化し、R基を有するジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミンと反応させる方法などを挙げることができる。上記の方法で重合させた樹脂は、多量の水やメタノール/水の混合液などに投入し、沈殿させてろ別乾燥し、単離することが望ましい。この沈殿操作によって未反応のモノマーや、2量体や3量体などのオリゴマー成分が除去され、熱硬化後の膜特性が向上する。また、ポリイミド前駆体のイミド化をすすめ、閉環したポリイミドは、上記のポリイミド前駆体を得た後に、公知のイミド化反応させる方法を利用して合成することができる。
以下、(I)の好ましい例として、ポリイミド前駆体の製造方法の例について述べる。まず、R基を有するジアミン化合物を重合溶媒中に溶解する。この溶液に、実質的にジアミン化合物と等モル量の、エステル基含有テトラカルボン酸二無水物を徐々に添加する。メカニカルスターラーを用い、-20~100℃、好ましくは10~50℃で0.5~100時間、より好ましくは2~24時間撹拌する。末端封止剤は、テトラカルボン酸二無水物を添加後、所定温度、所定時間で撹拌した後、末端封止剤を徐々に添加してもよいし、一度に加えて、反応させてもよい。
重合溶媒は、原料モノマーであるテトラカルボン酸二無水物類とジアミン類を溶解できればよく、その種類は特に限定されない。例えば、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-2-ピロリドンのアミド類、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、ε-カプロラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトンなどの環状エステル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート類、トリエチレングリコールなどのグリコール類、m-クレゾール、p-クレゾールなどのフェノール類、アセトフェノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。重合溶媒は、得られる樹脂100質量部に対して100~1900質量部使用することが好ましく、150~950質量部がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、(a)アルカリ可溶性樹脂以外の他のアルカリ可溶性樹脂を含有してもよい。具体的には、アルカリ可溶性ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリアミド、アクリル酸を共重合したアクリルポリマー、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、シロキサン樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、またそれらにメチロール基、アルコキシメチル基やエポキシ基などの架橋基を導入した樹脂、それらの共重合ポリマーなどが挙げられる。このような樹脂は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン、モノエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリの水溶液に溶解するものである。これらのアルカリ可溶性樹脂を含有することにより、耐熱性樹脂被膜の密着性や優れた感度を保ちながら、各アルカリ可溶性樹脂の特性を付与することができる。本発明の感光性樹脂組成物に含まれる樹脂のうち、本発明の(a)アルカリ可溶性樹脂が30質量%以上であることが好ましい。
<(b)感光性化合物>
本発明の感光性樹脂組成物は(b)感光性化合物を含有する。感光性化合物としては、(b1)光酸発生剤や、(b2)光重合開始剤が挙げられる。(b1)光酸発生剤は、光照射されることにより酸が発生し、光照射部のアルカリ水溶液に対する溶解性が増大する特性を与える化合物であり、(b2)光重合開始剤とは、露光によって結合開裂および/または反応してラジカルを発生する化合物をいう。
(b1)光酸発生剤を含有することで、光照射部に酸が発生して光照射部のアルカリ水溶液に対する溶解性が増大し、光照射部が溶解するポジ型のレリーフパターンを得ることができる。また、(b1)光酸発生剤とエポキシ化合物または後述する熱架橋剤を含有することで、光照射部に発生した酸がエポキシ化合物や熱架橋剤の架橋反応を促進し、光照射部が不溶化するネガ型のレリーフパターンを得ることができる。また、(b2)光重合開始剤および後述するラジカル重合性化合物を含有することで、ラジカル重合が進行し、樹脂組成物の膜の露光部がアルカリ現像液に対して不溶化することで、ネガ型のパターンを形成することができる。
(b1)光酸発生剤としては、キノンジアジド化合物、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩などが挙げられる。
キノンジアジド化合物としては、ポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステルで結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合および/またはスルホンアミド結合したものなどが挙げられる。これらポリヒドロキシ化合物やポリアミノ化合物の官能基全体の50モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。また、(b1)光酸発生剤を2種以上含有することが好ましく、高感度な感光性樹脂組成物を得ることができる。
本発明において、キノンジアジドは5-ナフトキノンジアジドスルホニル基、4-ナフトキノンジアジドスルホニル基のいずれも好ましく用いられる。4-ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のi線領域に吸収を持っており、i線露光に適している。5-ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のg線領域まで吸収が伸びており、g線露光に適している。本発明においては、露光する波長によって4-ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物、5-ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を選択することが好ましい。また、同一分子中に4-ナフトキノンジアジドスルホニル基、5-ナフトキノンジアジドスルホニル基を有するナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を含有してもよいし、4-ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物と5-ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を含有してもよい。
上記ナフトキノンジアジド化合物は、フェノール性水酸基を有する化合物と、キノンジアジドスルホン酸化合物とのエステル化反応によって、合成することが可能であって、公知の方法により合成することができる。これらのナフトキノンジアジド化合物を使用することで解像度、感度、残膜率がより向上する。
(b1)光酸発生剤のうち、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩は、露光によって発生した酸成分を適度に安定化させるため好ましい。中でもスルホニウム塩が好ましい。さらに増感剤などを必要に応じて含有することもできる。
本発明において、(b1)光酸発生剤の含有量は、高感度化の観点から、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して0.01~50質量部が好ましい。このうち、キノンジアジド化合物は3~40質量部が好ましい。また、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩の総量は0.5~20質量部が好ましい。
(b2)光重合開始剤としては、例えば、ベンジルケタール系光重合開始剤、α-ヒドロキシケトン系光重合開始剤、α-アミノケトン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤、アクリジン系光重合開始剤、チタノセン系光重合開始剤、ベンゾフェノン系光重合開始剤、アセトフェノン系光重合開始剤、芳香族ケトエステル系光重合開始剤又は安息香酸エステル系光重合開始剤が好ましく、露光時の感度向上の観点から、α-ヒドロキシケトン系光重合開始剤、α-アミノケトン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤、アクリジン系光重合開始剤又はベンゾフェノン系光重合開始剤がより好ましく、α-アミノケトン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤がさらに好ましい。
ベンジルケタール系光重合開始剤としては、例えば、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オンが挙げられる。
α-ヒドロキシケトン系光重合開始剤としては、例えば、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、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン又は2-ヒドロキシ-1-[4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル)ベンジル]フェニル]-2-メチルプロパン-1-オンが挙げられる。
α-アミノケトン系光重合開始剤としては、例えば、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタン-1-オン又は3,6-ビス(2-メチル-2-モルホリノプロピオニル)-9-オクチル-9H-カルバゾールが挙げられる。
アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤としては、例えば、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキシド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド又はビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-(2,4,4-トリメチルペンチル)ホスフィンオキシドが挙げられる。
オキシムエステル系光重合開始剤としては、例えば、1-フェニルプロパン-1,2-ジオン-2-(O-エトキシカルボニル)オキシム、1-フェニルブタン-1,2-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-1,2,3-トリオン-2-(O-エトキシカルボニル)オキシム、1-[4-(フェニルチオ)フェニル]オクタン-1,2-ジオン-2-(O-ベンゾイル)オキシム、1-[4-[4-(カルボキシフェニル)チオ]フェニル]プロパン-1,2-ジオン-2-(O-アセチル)オキシム、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]エタノン-1-(O-アセチル)オキシム、1-[9-エチル-6-[2-メチル-4-[1-(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルオキシ]ベンゾイル]-9H-カルバゾール-3-イル]エタノン-1-(O-アセチル)オキシム又は1-(9-エチル-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル)-1-[2-メチル-4-(1-メトキシプロパン-2-イルオキシ)フェニル]メタノン-1-(O-アセチル)オキシムが挙げられる。
アクリジン系光重合開始剤としては、例えば、1,7-ビス(アクリジン-9-イル)-n-ヘプタンが挙げられる。
チタノセン系光重合開始剤としては、例えば、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]チタン(IV)又はビス(η5-3-メチル-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロフェニル)チタン(IV)が挙げられる。
ベンゾフェノン系光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、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、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、4-ヒドロキシベンゾフェノン、アルキル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラキス(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4-メチルベンゾフェノン、ジベンジルケトン又はフルオレノンが挙げられる。
アセトフェノン系光重合開始剤としては、例えば、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,3-ジエトキシアセトフェノン、4-t-ブチルジクロロアセトフェノン、ベンザルアセトフェノン又は4-アジドベンザルアセトフェノンが挙げられる。
芳香族ケトエステル系光重合開始剤としては、例えば、2-フェニル-2-オキシ酢酸メチルが挙げられる。
安息香酸エステル系光重合開始剤としては、例えば、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸(2-エチル)ヘキシル、4-ジエチルアミノ安息香酸エチル又は2-ベンゾイル安息香酸メチルが挙げられる。
本発明において、(b2)光重合開始剤の含有量は、、(a)アルカリ可溶性樹脂および後述の(d)ラジカル重合性化合物の合計を100質量部とした場合において、0.1質量部以上が好ましく、0.5質量部以上がより好ましく、0.7質量部以上がさらに好ましく、1質量部以上が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができる。一方、含有量は、25質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましく、17質量部以下がさらに好ましく、15質量部以下が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、現像後の解像度を向上させることができるとともに、低テーパーのパターン形状を得ることができる。
<(c)溶剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、(c)溶剤を含有する。溶剤としては、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、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などのエーテル類、エチ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アセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどのエステル類、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、3-メチル-2-ブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノールなどのアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンなどの極性の非プロトン性溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。(c)溶剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、好ましくは50質量部以上、より好ましくは100質量部以上であり、また、好ましくは2000質量部以下、より好ましくは1500質量部以下である。
<(d)ラジカル重合性化合物>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに、(d)ラジカル重合性化合物を含有してもよい。
(d)ラジカル重合性化合物とは、分子中に複数のエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物をいう。露光時、前述の(b2)光重合開始剤から発生するラジカルによって、(d)ラジカル重合性化合物のラジカル重合が進行し、樹脂組成物の膜の露光部がアルカリ現像液に対して不溶化することで、ネガ型のパターンを形成することができる。
(d)ラジカル重合性化合物を含有させることで、露光時のUV硬化が促進されて、露光時の感度を向上させることができる。加えて、熱硬化後の架橋密度が向上し、硬化膜の硬度を向上させることができる。
(d)ラジカル重合性化合物としては、ラジカル重合の進行しやすい、(メタ)アクリル基を有する化合物が好ましい。露光時の感度向上及び硬化膜の硬度向上の観点から、(メタ)アクリル基を分子内に二つ以上有する化合物がより好ましい。(d)ラジカル重合性化合物の二重結合当量としては、露光時の感度向上及び硬化膜の硬度向上の観点から、80~400g/molが好ましい。
(d)ラジカル重合性化合物としては、例えば、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、1,3-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールノナ(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールデカ(メタ)アクリレート、ペンタペンタエリスリトールウンデカ(メタ)アクリレート、ペンタペンタエリスリトールドデカ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、2,2-ビス[4-(3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)フェニル]プロパン、1,3,5-トリス((メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌル酸、1,3-ビス((メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌル酸、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(3-(メタ)アクリロキシプロポキシ)フェニル]フルオレン若しくは9,9-ビス(4-(メタ)アクリロキシフェニル)フルオレン又はそれらの酸変性体、エチレンオキシド変性体若しくはプロピレンオキシド変性体が挙げられる。露光時の感度向上及び硬化膜の硬度向上の観点から、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、2,2-ビス[4-(3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)フェニル]プロパン、1,3,5-トリス((メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌル酸、1,3-ビス((メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌル酸、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(3-(メタ)アクリロキシプロポキシ)フェニル]フルオレン若しくは9,9-ビス(4-(メタ)アクリロキシフェニル)フルオレン又はそれらの酸変性体、エチレンオキシド変性体若しくはプロピレンオキシド変性体が好ましく、現像後の解像度向上の観点から、それらの酸変性体又はエチレンオキシド変性体がより好ましい。また、現像後の解像度向上の観点から、分子内に二つ以上のグリシドキシ基を有する化合物とエチレン性不飽和二重結合基を有する不飽和カルボン酸と、を開環付加反応させて得られる化合物に、多塩基酸カルボン酸又は多塩基カルボン酸無水物を反応させて得られる化合物も好ましい。
本発明において、(d)ラジカル重合性化合物の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂および(d)ラジカル重合性化合物の合計を100質量部とした場合において、15質量部以上が好ましく、20質量部以上がより好ましく、25質量部以上がさらに好ましく、30質量部以上が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができるとともに、低テーパーのパターン形状を得ることができる。一方、含有量は、65質量部以下が好ましく、60質量部以下がより好ましく、55質量部以下がさらに好ましく、50質量部以下が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、硬化膜の耐熱性を向上させることができるとともに、低テーパーのパターン形状を得ることができる。パターン形状を低テーパーとすることで、出来上がった有機ELパネルの駆動安定性を高めることができる。
<(e)熱架橋剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに(e)熱架橋剤を含有することができる。熱架橋剤とは、アルコキシメチル基、メチロール基、エポキシ基、オキセタニル基をはじめとする熱反応性の官能基を分子内に少なくとも2つ有する化合物を指す。熱架橋剤は(a)アルカリ可溶性樹脂またはその他添加成分を架橋し、熱硬化後の膜の耐熱性、耐薬品性および硬度を高めることができる。
アルコキシメチル基またはメチロール基を少なくとも2つ有する化合物の好ましい例としては、例えば、DML-PC、DML-PEP、DML-OC、DML-OEP、DML-34X、DML-PTBP、DML-PCHP、DML-OCHP、DML-PFP、DML-PSBP、DML-POP、DML-MBOC、DML-MBPC、DML-MTrisPC、DML-BisOC-Z、DML-BisOCHP-Z、DML-BPC、DML-BisOC-P、DMOM-PC、DMOM-PTBP、DMOM-MBPC、TriML-P、TriML-35XL、TML-HQ、TML-BP、TML-pp-BPF、TML-BPE、TML-BPA、TML-BPAF、TML-BPAP、TMOM-BP、TMOM-BPE、TMOM-BPA、TMOM-BPAF、TMOM-BPAP、HML-TPPHBA、HML-TPHAP、HMOM-TPPHBA、HMOM-TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、NIKALAC(登録商標) MX-290、NIKALAC MX-280、NIKALAC MX-270、NIKALAC MX-279、NIKALAC MW-100LM、NIKALAC MX-750LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)が挙げられ、それぞれ前記各社から入手できる。
エポキシ基またはオキセタニル基を有する化合物としては、一分子内にエポキシ基を2つ有するものとして“エピコート”(登録商標)807、“エピコート”828、“エピコート”1002、“エピコート”1750、“エピコート”1007、YX8100-BH30、E1256、E4250、E4275(以上商品名、ジャパンエポキシ(株)製)、“エピクロン”(登録商標)EXA-4880、“エピクロン”EXA-4822、“エピクロン”EXA-9583、HP4032(以上商品名、大日本インキ化学工業(株)製)、“エポライト”(登録商標)40E、“エポライト”100E、“エポライト”200E、“エポライト”400E、“エポライト”70P、“エポライト”200P、“エポライト”400P、“エポライト”1500NP、“エポライト”80MF、“エポライト”4000、“エポライト”3002(以上商品名、共栄社化学(株)製)、“デナコール”(登録商標)EX-212L、“デナコール”EX-214L、“デナコール”EX-216L、“デナコール”EX-252、“デナコール”EX-850L(以上商品名、ナガセケムテックス(株)製)、GAN、GOT(以上商品名、日本化薬(株)製)、“セロキサイド”(登録商標)2021P(商品名、(株)ダイセル製)、“リカレジン”(登録商標)DME-100、“リカレジン”BEO-60E(以上商品名、新日本理化(株)製)などが挙げられ、それぞれ各社から入手可能である。
また、エポキシ基を3つ以上有するものとして、VG3101L(商品名、(株)プリンテック製)、“テピック”(登録商標)S、“テピック”G、“テピック”P(以上商品名、日産化学工業(株)製)、“エピクロン”N660、“エピクロン”N695、HP7200(以上商品名、大日本インキ化学工業(株)製)、“デナコール”EX-321L(商品名、ナガセケムテックス(株)製)、NC6000、EPPN502H、NC3000(以上商品名、日本化薬(株)製)、“エポトート”(登録商標)YH-434L(商品名、東都化成(株)製)、EHPE-3150(商品名、(株)ダイセル製)、オキセタニル基を2つ以上有する化合物としては、OXT-121、OXT-221、OX-SQ-H、OXT-191、PNOX-1009、RSOX(以上商品名、東亜合成(株)製)、“エタナコール”(登録商標)OXBP、“エタナコール”OXTP(以上商品名、宇部興産(株)製)などが挙げられ、それぞれ各社から入手可能である。
(e)熱架橋剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、5質量部以上であると、架橋密度が高くなり、耐薬品性が向上するため好ましい。さらに10質量部以上であるとより高い機械特性が得られる。一方、組成物の保存安定性、機械強度の観点から、50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、30質量部以下がさらに好ましい。
<(f)着色剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに、(f)着色剤を含有してもよい。
(f)着色剤とは、特定波長の光を吸収する化合物であり、特に、可視光線の波長(380~780nm)の光を吸収することで、着色する化合物をいう。
(f)着色剤を含有させることで、樹脂組成物から得られる膜を着色させることができ、樹脂組成物の膜を透過する光、又は、樹脂組成物の膜から反射する光を、所望の色に着色させる、着色性を付与することができる。また、樹脂組成物の膜を透過する光、又は、樹脂組成物の膜から反射する光から、(f)着色剤が吸収する波長の光を遮光する、遮光性を付与することができる。
(f)着色剤としては、可視光線の波長の光を吸収し、白、赤、橙、黄、緑、青又は紫色に着色する化合物が挙げられる。二色以上を組み合わせることで、樹脂組成物の所望の樹脂組成物の膜を透過する光、又は、樹脂組成物の膜から反射する光を、所望の色座標に調色する、調色性を向上させることができる。
前記(f)着色剤は、後述する(f1)顔料および/または(f2)染料であることが好ましい。
また、前記(f)着色剤は、(f3)黒色剤および/または(f4)黒色以外の着色剤であることが好ましい。
(f3)黒色剤とは、可視光線の波長の光を吸収することで、黒色に着色する化合物をいい、顔料であっても染料であってもよい。
(f3)黒色剤を含有させることで、樹脂組成物の膜が黒色化するため、樹脂組成物の膜を透過する光、又は、樹脂組成物の膜から反射する光を遮光する、遮光性を向上させることができる。このため、カラーフィルタのブラックマトリックス又は液晶ディスプレイのブラックカラムスペーサーなどの遮光膜や、外光反射の抑制によって高コントラスト化が要求される用途に好適である。
(f3)黒色剤としては、遮光性の観点から、可視光線の全波長の光を吸収し、黒色に着色する化合物が好ましい。また、白、赤、橙、黄、緑、青又は紫色から選ばれる二色以上の化合物の混合物も好ましい。これらを二色以上組み合わせることで、擬似的に黒色に着色することができ、遮光性を向上させることができる。
本発明の感光性樹脂組成物としては、前記(f3)黒色剤が、黒色顔料、黒色染料および二色以上の染料混合物から選ばれる一種類以上を含有することが好ましく、遮光性の観点から、黒色顔料を含有することがより好ましい。
(f4)黒色以外の着色剤とは、可視光線の波長の光を吸収することで、着色する化合物をいう。すなわち、前述した、黒色を除く、白、赤、橙、黄、緑、青又は紫色に着色する着色剤である。
(f3)黒色剤および(f4)黒色以外の着色剤を含有させることで、樹脂組成物の膜に遮光性、並びに、着色性および調色性を付与することができる。
本発明の感光性樹脂組成物としては、前記(f4)黒色以外の着色剤が、黒色以外の顔料および/または黒色以外の染料を含有することが好ましく、遮光性、および、耐熱性又は耐候性の観点から、黒色以外の顔料を含有することがより好ましい。
溶剤を除く、本発明の感光性樹脂組成物の固形分に占める(f)着色剤の含有比率は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、遮光性、着色性および調色性を向上させることができる。一方、含有比率は、70質量%以下が好ましく、65質量%以下がより好ましく、60質量%以下がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができる。
<(f1)顔料>
本発明の感光性樹脂組成物は、前記(f)着色剤が、(f1)顔料を含有することが好ましい。前記(f)着色剤が、(f1)顔料を含有する態様としては、前記(f3)黒色剤および/または(f4)黒色以外の着色剤として、(f1)顔料を含有することが好ましい。
(f1)顔料とは、対象物の表面に(f1)顔料が物理吸着、又は、対象物の表面と(f1)顔料と、が相互作用などをすることで、対象物を着色させる化合物をいい、一般的に溶剤等に不溶である。また、(f1)顔料による着色は隠蔽性が高く、紫外線等による色褪せがしにくい。
(f1)顔料を含有させることで、隠蔽性に優れた色に着色することでき、樹脂組成物の膜の遮光性及び耐候性を向上させることができる。
(f1)顔料の数平均粒子径は、1~1,000nmが好ましく、5~500nmがより好ましく、10~200nmがさらに好ましい。(f1)顔料の数平均粒子径が上記範囲内であると、樹脂組成物の膜の遮光性及び(f1)顔料の分散安定性を向上させることができる。
ここで、(f1)顔料の数平均粒子径は、サブミクロン粒度分布測定装置(N4-PLUS;べックマン・コールター(株)製)又はゼータ電位・粒子径・分子量測定装置(ゼータサイザーナノZSP;シスメックス(株)製)を用いて、溶液中の(f1)顔料のブラウン運動によるレーザー散乱を測定する(動的光散乱法)ことで求めることができる。また、樹脂組成物から得られる硬化膜中の(f1)顔料の数平均粒子径は、SEM及びTEMを用いて測定することで求めることができる。拡大倍率を50,000~200,000倍として、(f1)顔料の数平均粒子径を直接測定する。(f1)顔料が真球の場合、真球の直径を測定し、数平均粒子径とする。(f1)顔料が真球でない場合、最も長い径(以下、「長軸径」)及び長軸径と直交する方向において最も長い径(以下、「短軸径」)を測定し、長軸径と短軸径を平均した、二軸平均径を数平均粒子径とする。
(f1)顔料としては、例えば、有機顔料又は無機顔料が挙げられる。
有機顔料を含有させることで、樹脂組成物の膜に着色性又は調色性を付与することができる。加えて、有機物であるため、化学構造変化又は官能変換により、所望の特定波長の光を透過又は遮光するなど、樹脂組成物の膜の透過スペクトル又は吸収スペクトルを調整し、調色性を向上させることができる。
有機顔料としては、例えば、フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ピランスロン系顔料、ジオキサジン系顔料、チオインジゴ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、キノフタロン系顔料、スレン系顔料、インドリン系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、ベンゾフラノン系顔料、ペリレン系顔料、アニリン系顔料、アゾ系顔料、アゾメチン系顔料、縮合アゾ系顔料、カーボンブラック、金属錯体系顔料、レーキ顔料、トナー顔料又は蛍光顔料が挙げられる。耐熱性の観点から、アントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ピランスロン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ベンゾフラノン系顔料、ペリレン系顔料、縮合アゾ系顔料及びカーボンブラックが好ましい。
フタロシアニン系顔料としては、例えば、銅フタロシアニン系化合物、ハロゲン化銅フタロシアニン系化合物又は無金属フタロシアニン系化合物が挙げられる。
アントラキノン系顔料としては、例えば、アミノアントラキノン系化合物、ジアミノアントラキノン系化合物、アントラピリミジン系化合物、フラバントロン系化合物、アントアントロン系化合物、インダントロン系化合物、ピラントロン系化合物又はビオラントロン系化合物が挙げられる。
アゾ系顔料としては、例えば、ジスアゾ系化合物又はポリアゾ系化合物が挙げられる。
無機顔料を含有させることで、樹脂組成物の膜に着色性又は調色性を付与することができる。加えて、無機物であり、耐熱性及び耐候性により優れるため、樹脂組成物の膜の耐熱性及び耐候性を向上させることができる。
無機顔料としては、例えば、酸化チタン、炭酸バリウム、酸化ジルコニウム、亜鉛華、硫化亜鉛、鉛白、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ホワイトカーボン、アルミナホワイト、二酸化ケイ素、カオリンクレー、タルク、ベントナイト、べんがら、モリブデンレッド、モリブデンオレンジ、クロムバーミリオン、黄鉛、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、チタンコバルトグリーン、コバルトグリーン、コバルトクロムグリーン、ビクトリアグリーン、群青、紺青、コバルトブルー、セルリアンブルー、コバルトシリカブルー、コバルト亜鉛シリカブルー、マンガンバイオレット、コバルトバイオレット、グラファイト若しくは銀スズ合金、又は、チタン、銅、鉄、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、亜鉛、カルシウム若しくは銀などの金属の微粒子、酸化物、複合酸化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、窒化物、炭化物若しくは酸窒化物が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物としては、前記(f1)顔料が、ベンゾフラノン系黒色顔料および/またはペリレン系黒色顔料であることが好ましい。
溶剤を除く、本発明の感光性樹脂組成物の固形分に占める(f1)顔料の含有比率は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、遮光性、着色性又は調色性を向上させることができる。一方、含有比率は、70質量%以下が好ましく、65質量%以下がより好ましく、60質量%以下がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができる。
<(f2)染料>
本発明の感光性樹脂組成物としては、前記(f)着色剤が、(f2)染料を含有することが好ましい。前記(f)着色剤が、(f2)染料を含有する態様としては、前記(f3)黒色剤および/または(f4)黒色以外の着色剤として、(f2)染料を含有することが好ましい。
(f2)染料とは、対象物の表面構造に、(f2)染料中のイオン性基若しくはヒドロキシ基などの置換基が、化学吸着又は強く相互作用などをすることで、対象物を着色させる化合物をいい、一般的に溶剤等に可溶である。また、(f2)染料による着色は、分子一つ一つが対象物と吸着するため、着色力が高く、発色効率が高い。
(f2)染料を含有させることで、着色力に優れた色に着色することでき、樹脂組成物の膜の着色性及び調色性を向上させることができる。
(f2)染料としては、例えば、直接染料、反応性染料、硫化染料、バット染料、硫化染料、酸性染料、含金属染料、含金属酸性染料、塩基性染料、媒染染料、酸性媒染染料、分散染料、カチオン染料又は蛍光増白染料が挙げられる。
(f2)染料としては、アントラキノン系染料、アゾ系染料、アジン系染料、フタロシアニン系染料、メチン系染料、オキサジン系染料、キノリン系染料、インジゴ系染料、インジゴイド系染料、カルボニウム系染料、スレン系染料、ペリノン系染料、ペリレン系染料、トリアリールメタン系染料又はキサンテン系染料が挙げられる。後述する溶剤への溶解性及び耐熱性の観点から、アントラキノン系染料、アゾ系染料、アジン系染料、メチン系染料、トリアリールメタン系染料、キサンテン系染料が好ましい。
(f2)染料を含有させることで、樹脂組成物の膜に着色性又は調色性を付与することができる。
溶剤を除く、本発明の感光性樹脂組成物の固形分に占める(f2)染料の含有比率は、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、着色性又は調色性を向上させることができる。一方、含有比率は、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、硬化膜の耐熱性を向上させることができる。
<(g)分散剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに、(g)分散剤を含有してもよい。
(g)分散剤とは、前述した(f1)顔料又は分散染料などの表面と相互作用する表面親和性基、及び、(f1)顔料又は分散染料の分散安定性を向上させる分散安定化構造を有する化合物をいう。(g)分散剤の分散安定化構造としては、ポリマー鎖および/または静電荷を有する置換基などが挙げられる。
(g)分散剤を含有させることで、樹脂組成物が、(f1)顔料又は分散染料を含有する場合、それらの分散安定性を向上させることができ、現像後の解像度を向上させることができる。特に、例えば、(f1)顔料が1μm以下の数平均粒子径に解砕された粒子の場合、(f1)顔料の粒子の表面積が増大するため、(f1)顔料の粒子の凝集が発生しやすくなる。一方、(f1)顔料を含有する場合、解砕された(f1)顔料の表面と(g)分散剤の表面親和性基と、が相互作用するとともに、(g)分散剤の分散安定化構造による立体障害および/または静電反発により、(f1)顔料の粒子の凝集を阻害し、分散安定性を向上させることができる。
表面親和性基を有する(g)分散剤としては、例えば、アミン価のみを有する(g)分散剤、アミン価及び酸価を有する(g)分散剤、酸価のみを有する(g)分散剤、又は、アミン価及び酸価のいずれも有しない(g)分散剤が挙げられる。(f1)顔料の粒子の分散安定性向上を観点から、アミン価のみを有する(g)分散剤、並びに、アミン価及び酸価を有する(g)分散剤が好ましい。
表面親和性基を有する(g)分散剤としては、表面親和性基であるアミノ基及び/又は酸性基が、酸および/または塩基と塩形成した構造を有することも好ましい。
アミン価のみを有する(g)分散剤としては、例えば、“DISPERBYK”(登録商標)-108、同-109、同-160、同-161、同-162、同-163、同-164、同-166、同-167、同-168、同-182、同-184、同-185、同-2000、同-2008、同-2009、同-2022、同-2050、同-2055、同-2150、同-2155、同-2163、同-2164、若しくは同-2061、“BYK”(登録商標)-9075、同-9077、同-LP-N6919、同-LP-N21116若しくは同-LP-N21324(以上、何れもビックケミー・ジャパン(株)製)、“EFKA”(登録商標)4015、同4020、同4046、同4047、同4050、同4055、同4060、同4080、同4300、同4330、同4340、同4400、同4401、同4402、同4403若しくは同4800(以上、何れもBASF製)、“アジスパー”(登録商標)PB711(味の素ファインテクノ(株)製)又は“SOLSPERSE”(登録商標)13240、同13940、同20000、同71000若しくは同76500(以上、何れもLubrizol製)が挙げられる。
アミン価及び酸価を有する(g)分散剤としては、例えば、“ANTI-TERRA”(登録商標)-U100若しくは同-204、“DISPERBYK”(登録商標)-106、同-140、同-142、同-145、同-180、同-2001、同-2013、同-2020、同-2025、同-187若しくは同-191、“BYK”(登録商標)-9076(ビックケミー・ジャパン(株)製、“アジスパー”(登録商標)PB821、同PB880若しくは同PB881(以上、何れも味の素ファインテクノ(株)製)又は“SOLSPERSE”(登録商標)9000、同11200、同13650、同24000、同32000、同32500、同32500、同32600、同33000、同34750、同35100、同35200、同37500、同39000、同56000、若しくは同76500(以上、何れもLubrizol製)が挙げられる。
酸価のみを有する(g)分散剤としては、例えば、“DISPERBYK”(登録商標)-102、同-110、同-111、同-118、同-170、同-171、同-174、同-2060若しくは同-2096、“BYK”(登録商標)-P104、同-P105若しくは同-220S(以上、何れもビックケミー・ジャパン(株)製)又は“SOLSPERSE”(登録商標)3000、同16000、同17000、同18000、同21000、同26000、同28000、同36000、同36600、同38500、同41000、同41090、同53095若しくは同55000(以上、何れもLubrizol製)が挙げられる。
アミン価及び酸価のいずれも有しない(g)分散剤としては、例えば、“DISPERBYK”(登録商標)-103、同-2152、同-2200若しくは同-192(以上、何れもビックケミー・ジャパン(株)製)又は“SOLSPERSE”(登録商標)27000、同54000若しくは同X300(以上、何れもLubrizol製)が挙げられる。
(g)分散剤のアミン価としては、5mgKOH/g以上が好ましく、8mgKOH/g以上がより好ましく、10mgKOH以上がさらに好ましい。アミン価が上記範囲内であると、(f1)顔料の分散安定性を向上させることができる。一方、アミン価としては、150mgKOH/g以下が好ましく、120mgKOH/g以下がより好ましく、100mgKOH/g以下がさらに好ましい。アミン価が上記範囲内であると、樹脂組成物の保管安定性を向上させることができる。
ここでいうアミン価とは、(g)分散剤1g当たりと反応する酸と当量の水酸化カリウムの質量をいい、単位はmgKOH/gである。(g)分散剤1gを酸で中和させた後、水酸化カリウム水溶液で滴定することで求めることができる。アミン価の値から、アミノ基1mol当たりの樹脂質量であるアミン当量(単位はg/mol)を算出することができ、(g)分散剤中のアミノ基の数を求めることができる。
(g)分散剤の酸価としては、5mgKOH/g以上が好ましく、8mgKOH/g以上がより好ましく、10mgKOH以上がさらに好ましい。酸価が上記範囲内であると、(f1)顔料の分散安定性を向上させることができる。一方、酸価としては、200mgKOH/g以下が好ましく、170mgKOH/g以下がより好ましく、150mgKOH/g以下がさらに好ましい。酸価が上記範囲内であると、樹脂組成物の保管安定性を向上させることができる。
ここでいう酸価とは、(g)分散剤1g当たりと反応する水酸化カリウムの質量をいい、単位はmgKOH/gである。(g)分散剤1gを水酸化カリウム水溶液で滴定することで求めることができる。酸価の値から、酸性基1mol当たりの樹脂質量である酸当量(単位はg/mol)を算出することができ、(g)分散剤中の酸性基の数を求めることができる。
ポリマー鎖を有する(g)分散剤としては、アクリル樹脂系分散剤、ポリオキシアルキレンエーテル系分散剤、ポリエステル系分散剤、ポリウレタン系分散剤、ポリオール系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤又はポリアリルアミン系分散剤が挙げられる。アルカリ現像液でのパターン加工性の観点から、アクリル樹脂系分散剤、ポリオキシアルキレンエーテル系分散剤、ポリエステル系分散剤、ポリウレタン系分散剤又はポリオール系分散剤が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物が(f1)顔料および/または(f2)染料として分散染料を含有する場合、本発明の感光性樹脂組成物に占める(g)分散剤の含有比率は、(f1)顔料および/または(f2)染料、および、(g)分散剤の合計を100質量%とした場合において、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、(f1)顔料及び/又は分散染料の分散安定性を向上させることができ、現像後の解像度を向上させることができる。一方、含有比率は、60質量%以下が好ましく、55質量%以下がより好ましく、50質量%以下がさらに好ましい。含有比率が上記範囲内であると、硬化膜の耐熱性を向上させることができる。
<増感剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに、増感剤を含有してもよい。
増感剤とは、露光によるエネルギーを吸収し、内部転換及び項間交差によって励起三重項の電子を生じ、前述した(b2)光重合開始剤などへのエネルギー移動を介することが可能な化合物をいう。
増感剤を含有させることで、露光時の感度を向上させることができる。これは、(b2)光重合開始剤などが吸収を持たない、長波長の光を増感剤が吸収し、そのエネルギーを増感剤から(b2)光重合開始剤などへエネルギー移動をすることで、光反応効率を向上させることができるためであると推測される。
増感剤としては、チオキサントン系増感剤が好ましい。チオキサントン系増感剤としては、例えば、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-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又は2,4-ジクロロチオキサントンが挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物に占める増感剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂および(d)ラジカル重合性化合物の合計を100質量部とした場合において、0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、0.5質量部以上がさらに好ましく、1質量部以上が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができる。一方、含有量は、15質量部以下が好ましく、13質量部以下がより好ましく、10質量部以下がさらに好ましく、8質量部以下が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、現像後の解像度を向上させることができるとともに、低テーパーのパターン形状を得ることができる。
<連鎖移動剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに、連鎖移動剤を含有してもよい。
連鎖移動剤とは、露光時のラジカル重合により得られるポリマー鎖の、ポリマー生長末端からラジカルを受け取り、他のポリマー鎖へのラジカル移動を介することが可能な化合物をいう。
連鎖移動剤を含有させることで、露光時の感度を向上させることができる。これは、露光によって発生したラジカルが、連鎖移動剤によって他のポリマー鎖へラジカル移動することで、膜の深部にまでラジカル架橋をするためであると推測される。特に、例えば、樹脂組成物が前述した(f)着色剤として、(f3)黒色剤を含有する場合、露光による光が(f3)黒色剤によって吸収されるため、膜の深部まで光が到達しない場合がある。一方、連鎖移動剤を含有する場合、連鎖移動剤によるラジカル移動によって、膜の深部にまでラジカル架橋をするため、露光時の感度を向上させることができる。
また、連鎖移動剤を含有させることで、低テーパーのパターン形状を得ることができる。これは、連鎖移動剤によるラジカル移動によって、露光時のラジカル重合により得られるポリマー鎖の、分子量制御をすることができるためであると推測される。すなわち、連鎖移動剤を含有することで、露光時の過剰なラジカル重合による、顕著な高分子量のポリマー鎖の生成が阻害され、得られる膜の軟化点の上昇が抑制される。そのため、熱硬化時のパターンのリフロー性が向上し、低テーパーのパターン形状が得られると考えられる。
連鎖移動剤としては、チオール系連鎖移動剤が好ましい。チオール系連鎖移動剤としては、例えば、β-メルカプトプロピオン酸、β-メルカプトプロピオン酸メチル、β-メルカプトプロピオン酸エチル、β-メルカプトプロピオン酸2-エチルヘキシル、β-メルカプトプロピオン酸n-オクチル、β-メルカプトプロピオン酸メトキシブチル、β-メルカプトプロピオン酸ステアリル、β-メルカプトプロピオン酸イソノニル、β-メルカプトブタン酸、β-メルカプトブタン酸メチル、β-メルカプトブタン酸エチル、β-メルカプトブタン酸2-エチルヘキシル、β-メルカプトブタン酸n-オクチル、β-メルカプトブタン酸メトキシブチル、β-メルカプトブタン酸ステアリル、β-メルカプトブタン酸イソノニル、チオグリコール酸メチル、チオグリコール酸n-オクチル、チオグリコール酸メトキシブチル、1,4-ビス(3-メルカプトブタノイルオキシ)ブタン、1,4-ビス(3-メルカプトプロピオニルオキシ)ブタン、1,4-ビス(チオグリコロイルオキシ)ブタン、エチレングリコールビス(チオグリコレート)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトプロピオネート)、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-メルカプトプロピオネート)、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)、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、1,3,5-トリス[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)エチル]イソシアヌル酸、1,3,5-トリス[(3-メルカプトブタノイルオキシ)エチル]イソシアヌル酸、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、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)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)又はジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトブチレート)が挙げられる。露光時の感度向上及び低テーパーのパターン形状の観点から、1,4-ビス(3-メルカプトブタノイルオキシ)ブタン、1,4-ビス(3-メルカプトプロピオニルオキシ)ブタン、1,4-ビス(チオグリコロイルオキシ)ブタン、エチレングリコールビス(チオグリコレート)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトプロピオネート)、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-メルカプトプロピオネート)、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)、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、1,3,5-トリス[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)エチル]イソシアヌル酸、1,3,5-トリス[(3-メルカプトブタノイルオキシ)エチル]イソシアヌル酸、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、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)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)又はジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトブチレート)が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物に占める連鎖移動剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂および(d)ラジカル重合性化合物の合計を100質量部とした場合において、0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、0.5質量部以上がさらに好ましく、1質量部以上が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができるとともに、低テーパーのパターン形状を得ることができる。一方、含有量は、15質量部以下が好ましく、13質量部以下がより好ましく、10質量部以下がさらに好ましく、8質量部以下が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、現像後の解像度及び硬化膜の耐熱性を向上させることができる。
<重合禁止剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに、重合禁止剤を含有してもよい。
重合禁止剤とは、露光時に発生したラジカル、又は、露光時のラジカル重合により得られるポリマー鎖の、ポリマー生長末端のラジカルを捕捉し、安定ラジカルとして保持することで、ラジカル重合を停止することが可能な化合物をいう。
重合禁止剤を適量含有させることで、現像後の残渣発生を抑制し、現像後の解像度を向上させることができる。これは、露光時に発生した過剰量のラジカル、又は、高分子量のポリマー鎖の生長末端のラジカルを重合禁止剤が捕捉することで、過剰なラジカル重合の進行を抑制するためと推測される。
重合禁止剤としては、フェノール系重合禁止剤が好ましい。フェノール系重合禁止剤としては、例えば、4-メトキシフェノール、1,4-ヒドロキノン、1,4-ベンゾキノン、2-t-ブチル-4-メトキシフェノール、3-t-ブチル-4-メトキシフェノール、4-t-ブチルカテコール、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2,5-ジ-t-ブチル-1,4-ヒドロキノン若しくは2,5-ジ-t-アミル-1,4-ヒドロキノン又は“IRGANOX”(登録商標) 1010、同 1035、同1076、同1098、同1135、同1330、同1726、同1425、同1520、同245、同259、同3114、同565もしくは同295(以上、何れもBASF製)が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物に占める重合禁止剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂および(d)ラジカル重合性化合物の合計を100質量部とした場合において、0.01質量部以上が好ましく、0.03質量部以上がより好ましく、0.05質量部以上がさらに好ましく、0.1質量部以上が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、現像後の解像度及び硬化膜の耐熱性を向上させることができる。一方、含有量は、10質量部以下が好ましく、8質量部以下がより好ましく、5質量部以下がさらに好ましく、3質量部以下が特に好ましい。含有量が上記範囲内であると、露光時の感度を向上させることができる。
<密着改良剤>
本発明で用いられる感光性樹脂組成物は、密着改良剤を含有してもよい。密着改良剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、エポキシシクロヘキシルエチ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、p-スチリルトリメトキシシラン、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-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、チタンキレート剤、アルミキレート剤、芳香族アミン化合物とアルコキシ基含有ケイ素化合物を反応させて得られる化合物などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの密着改良剤を含有することにより、感光性樹脂膜を現像する場合などに、シリコンウエハ、ITO、SiO、窒化ケイ素などの下地基材との密着性を高めることができる。また、洗浄などに用いられる酸素プラズマ、UVオゾン処理に対する耐性を高めることができる。密着改良剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下が好ましい。
<界面活性剤>
本発明で用いられる感光性樹脂組成物は、必要に応じて基板との濡れ性を向上させたり、塗布膜の膜厚均一性を向上させたりする目的で界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤は市販の化合物を用いることができ、具体的にはシリコーン系界面活性剤としては、東レダウコーニングシリコーン社のSHシリーズ、SDシリーズ、STシリーズ、ビックケミー・ジャパン社の“BYK”シリーズ、信越シリコーン社のKPシリーズ、日本油脂社のディスフォームシリーズ、東芝シリコーン社のTSFシリーズなどが挙げられ、フッ素系界面活性剤としては、大日本インキ工業社の“メガファック(登録商標)”シリーズ、住友スリーエム社のフロラードシリーズ、旭硝子社の“サーフロン(登録商標)”シリーズ、“アサヒガード(登録商標)”シリーズ、新秋田化成社のEFシリーズ、オムノヴァ・ソルーション社のポリフォックスシリーズなどが挙げられ、アクリル系および/またはメタクリル系の重合物からなる界面活性剤としては、共栄社化学社のポリフローシリーズ、楠本化成社の“ディスパロン(登録商標)”シリーズなどが挙げられ、それぞれ各社から入手できるが、これらに限定されない。
界面活性剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して0.001質量部以上1質量部以下が好ましい。上述の範囲とすることで、気泡やピンホールなどの不具合を生じることなく、基板との濡れ性や塗布膜の膜厚均一性を高めることができる。
<フェノール性水酸基を有する化合物>
本発明で用いられる感光性樹脂組成物は、必要に応じて感光性樹脂組成物のアルカリ現像性を補う目的で、フェノール性水酸基を有する化合物を含有してもよい。フェノール性水酸基を有する化合物としては、例えば、Bis-Z、BisOC-Z、BisOPP-Z、BisP-CP、Bis26X-Z、BisOTBP-Z、BisOCHP-Z、BisOCR-CP、BisP-MZ、BisP-EZ、Bis26X-CP、BisP-PZ、BisP-IPZ、BisCRIPZ、BisOCP-IPZ、BisOIPP-CP、Bis26X-IPZ、BisOTBP-CP、TekP-4HBPA(テトラキスP-DO-BPA)、TrisPHAP、TrisP-PA、TrisP-PHBA、TrisP-SA、TrisOCR-PA、BisOFP-Z、BisRS-2P、BisPG-26X、BisRS-3P、BisOC-OCHP、BisPC-OCHP、Bis25X-OCHP、Bis26X-OCHP、BisOCHP-OC、Bis236T-OCHP、メチレントリス-FR-CR、BisRS-26X、BisRS-OCHP、(以上、商品名、本州化学工業(株)から入手できる)、BIR-OC、BIP-PCBIR-PC、BIR-PTBP、BIR-PCHP、BIP-BIOC-F、4PC、BIR-BIPC-F、TEP-BIP-A(以上、商品名、旭有機材工業(株)から入手できる)、1,4-ジヒドロキシナフタレン、1,5-ジヒドロキシナフタレン、1,6-ジヒドロキシナフタレン、1,7-ジヒドロキシナフタレン、2,3-ジヒドロキシナフタレン、2,6-ジヒドロキシナフタレン、2,7-ジヒドロキシナフタレン、2,4-ジヒドロキシキノリン、2,6-ジヒドロキシキノリン、2,3-ジヒドロキシキノキサリン、アントラセン-1,2,10-トリオール、アントラセン-1,8,9-トリオール、8-キノリノールなどが挙げられる。これらのフェノール性水酸基を有する化合物を含有することで、得られる感光性樹脂組成物は、露光前はアルカリ現像液にほとんど溶解せず、露光すると容易にアルカリ現像液に溶解するために、現像による膜減りが少なく、かつ短時間で現像が容易になる。そのため、感度が向上しやすくなる。
このようなフェノール性水酸基を有する化合物の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して1質量部以上20質量部以下が好ましい。上述の範囲とすることで、高い耐熱性を維持した上で感光性樹脂組成物のアルカリ現像性を高めることができる。
<無機粒子>
また、本発明で用いられる感光性樹脂組成物は、硬化膜の比誘電率向上、硬度向上、熱線膨張係数の低減などの目的で無機粒子を含んでもよい。好ましい具体例としては酸化珪素、酸化チタン、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化イットリウム、アルミナ、タルクなどが挙げられる。特に硬化膜の比誘電率を向上させる目的においては、比誘電率(εr)が20以上である酸化チタン(εr=115)、酸化ジルコニウム(εr=30)、チタン酸バリウム(εr=400)又は酸化ハフニウム(εr=25)が特に好ましい例として挙げられるが、これらに限定されない。これら無機粒子の一次粒子径は100nm以下、より好ましくは60nm以下が好ましい。無機粒子の個々の粒子径は、走査型電子顕微鏡(日本電子(株)社製走査型電子顕微鏡、JSM-6301NF)にて測長した。本発明に用いられる無機粒子の一次粒子径は、走査型電子顕微鏡写真から無作為に選んだ100個の粒子の直径を測長し、その算術平均を求めることにより算出できる。
無機粒子の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、好ましくは5質量部以上500質量部以下である。上述の範囲とすることで、アルカリ現像性能を維持した上で比誘電率向上など上述の無機粒子添加による効果を発現させることができる。
<熱酸発生剤>
本発明で用いられる感光性樹脂組成物は、熱酸発生剤を含有してもよい。熱酸発生剤は、加熱により酸を発生し、熱架橋剤の架橋反応を促進する他、(a)アルカリ可溶性樹脂に未閉環のイミド環構造、オキサゾール環構造を有している場合はこれらの環化を促進し、硬化膜の機械特性をより向上させることができる。
本発明に用いられる熱酸発生剤の熱分解開始温度は、50℃~270℃が好ましく、250℃以下がより好ましい。また、本発明の感光性樹脂組成物を基板に塗布した後の乾燥(プリベーク:約70~140℃)時には酸を発生せず、その後の露光、現像でパターニングした後の最終加熱(キュア:約100~400℃)時に酸を発生するものを選択すると、現像時の感度低下を抑制できるため好ましい。
本発明に用いられる熱酸発生剤から発生する酸は強酸が好ましく、例えば、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などのアリールスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸などのアルキルスルホン酸やトリフルオロメチルスルホン酸などのハロアルキルスルホン酸などが好ましい。これらはオニウム塩のような塩として、またはイミドスルホナートのような共有結合化合物として用いられる。これらを2種以上含有してもよい。
本発明に用いられる熱酸発生剤の含有量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上10質量部以下が好ましい。上述の範囲とすることで、高い耐熱性を維持した上で上述の熱酸発生剤添加による効果を発現させることができる。
<(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体>
本発明の硬化膜に用いられる感光性樹脂組成物は、(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物を含有することが好ましい。すなわち、本発明の硬化膜は、(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物を含有することが好ましい。硬化膜に(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物を含有することで、該化合物(i)が酸性ガスのクエンチャーとして働き、発光輝度の低下や画素シュリンクを抑制し、有機EL装置として十分な長期信頼性を与えることが可能となるものと推定している。
(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物は好ましくは下記一般式(11)で表される構造を有しており、これらを2種以上含有してもよい。
Figure 0007106863000005
(一般式(11)中、uは1~4の整数を示し、YはCHまたは窒素原子を示す。R18およびR19はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1~20の有機基を示す。)
(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物は、加熱処理後に膜中に残存させやすくする観点から、沸点が210℃以上であることが好ましい。また塗布時のムラを抑制するという観点から、沸点は400℃以下であることが好ましい。常圧で沸点が測定できない場合は、沸点換算表を用いて常圧での沸点に換算することができる。
環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体の具体例としては、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-エチル-2-ピロリドン、N-プロピル-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-ブチル-2-ピロリドン、N-(t-ブチル)-2-ピロリドン、N-ペンチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン、N-メトキシプロピル-2-ピロリドン、N-エトキシエチル-2-ピロリドン、N-メトキシブチル-2-ピロリドン、N-(2-ヒドロキシエチル)-2-ピロリドン、N-フェニル-2-ピロリドン、N-ビニル-2-ピロリドン、N,N´-ジメチルプロピレン尿素、2-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、2-ピペリドン、ε-カプロラクタム等が挙げられる。これらの中でも、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン(沸点:154℃/7mmHg、常圧沸点換算時:305℃)、N-(2-ヒドロキシエチル)-2-ピロリドン(沸点:175℃/10mmHg、常圧沸点換算時:313℃)は沸点が高く、加熱処理後も膜中に残りやすいため好ましい。
(i)環状アミド、環状ウレアおよびそれらの誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物の総含有量は、硬化膜100質量%中、0.005質量%以上5質量%以下であることが好ましい。また硬化膜を形成する感光性樹脂組成物において、化合物(i)の添加量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上であり、好ましくは15質量部以下、より好ましくは10質量部以下である。化合物(i)の添加量を0.1質量部以上とすることで優れた有機EL装置の長期信頼性を高めることができ、15質量部以下とすることで、優れた感度でパターン形成することができる。
<樹脂組成物の製造方法>
次に、本発明の感光性樹脂組成物の製造方法について説明する。例えば、前記(a)~(c)成分と、必要により、熱架橋剤、密着改良剤、界面活性剤、フェノール性水酸基を有する化合物、無機粒子、熱酸発生剤などを溶解させることにより、感光性樹脂組成物を得ることができる。溶解方法としては、撹拌や加熱が挙げられる。加熱する場合、加熱温度は感光性樹脂組成物の性能を損なわない範囲で設定することが好ましく、通常、室温~80℃である。また、各成分の溶解順序は特に限定されず、例えば、溶解性の低い化合物から順次溶解させる方法がある。また、界面活性剤や一部の密着改良剤など、撹拌溶解時に気泡を発生しやすい成分については、他の成分を溶解してから最後に添加することで、気泡の発生による他成分の溶解不良を防ぐことができる。
得られた感光性樹脂組成物は、濾過フィルターを用いて濾過し、ゴミや粒子を除去することが好ましい。フィルター孔径は、例えば0.5μm、0.2μm、0.1μm、0.07μm、0.05μm、0.02μmなどがあるが、これらに限定されない。濾過フィルターの材質には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン(NY)、ポリテトラフルオロエチエレン(PTFE)などがあるが、ポリエチレンやナイロンが好ましい。
<硬化膜>
次に、本発明の感光性樹脂組成物を用いた硬化膜の製造方法について詳しく説明する。得られた硬化膜は薄膜トランジスタのゲート絶縁層または層間絶縁層として好適に用いることができる。
本発明の感光性樹脂組成物を用いた硬化膜の製造方法は、基板上に前記感光性樹脂組成物を塗布し感光性樹脂膜を形成する工程、該感光性樹脂膜を乾燥する工程、該感光性樹脂膜を露光する工程、露光された感光性樹脂膜を現像する工程、および、加熱硬化をする工程を含む。以下に各工程の詳細について述べる。
本発明の感光性樹脂組成物をスピンコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレーコート法、印刷法などで塗布し、感光性樹脂組成物の塗布膜を得る。これらの中でスリットコート法が好ましく用いられる。スリットコート法は、少量の塗布液で塗布を行うことができるため、コスト低減に有利である。スリットコート法に必要とされる塗布液の量は、例えば、スピンコート法と比較すると、1/5~1/10程度である。塗布に用いるスリットノズルについては特に制限はなく、複数のメーカーから上市されているものを用いることができる。具体的には、大日本スクリーン製造(株)製「リニアコーター」、東京応化工業(株)製「スピンレス」、東レエンジニアリング(株)製「TSコーター」、中外炉工業(株)製「テーブルコータ」、東京エレクトロン(株)製「CSシリーズ」「CLシリーズ」、サーマトロニクス貿易(株)製「インライン型スリットコーター」、平田機工(株)製「ヘッドコーターHCシリーズ」などが挙げられる。塗布速度は10mm/秒~400mm/秒の範囲が一般的である。塗布膜の膜厚は、感光性樹脂組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、通常、乾燥後の膜厚が0.1~10μm、好ましくは0.3~5μmになるように塗布される。
塗布に先立ち、感光性樹脂組成物を塗布する基材を予め前述した密着改良剤で前処理してもよい。例えば、密着改良剤をイソプロパノール、エタノール、メタノール、水、テトラヒドロフラン、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、乳酸エチル、アジピン酸ジエチルなどの溶媒に0.5~20質量%溶解させた溶液を用いて、基材表面を処理する方法が挙げられる。基材表面の処理方法としては、スピンコート、スリットダイコート、バーコート、ディップコート、スプレーコート、蒸気処理などの方法が挙げられる。
塗布後、必要に応じて減圧乾燥処理を施す。塗布膜を形成した基板ごと減圧乾燥することが一般的である。例えば、真空チャンバー内に配置されたプロキシピン上に塗布膜を形成した基板を置き、真空チャンバー内を減圧することで減圧乾燥する。この時基板と真空チャンバー天板との間隔が離れていると、基板と真空チャンバー天板との間に位置する空気が、減圧乾燥に伴い多量に流動しモヤムラを発生しやすくなる。そのため間隔を狭めるようにプロキシピン高さを調整することが好ましい。基板と真空チャンバー天板との距離は2~20mm程度が好ましく、2~10mmがより好ましい。
減圧乾燥速度は、真空チャンバー容積、真空ポンプ能力やチャンバーとポンプ間の配管径等にもよるが、例えば塗布基板のない状態で、真空チャンバー内が60秒経過後40Paまで減圧される条件等に設定して使用される。一般的な減圧乾燥時間は、30秒から100秒程度であることが多く、減圧乾燥終了時の真空チャンバー内到達圧力は塗布基板のある状態で通常100Pa以下である。到達圧を100Pa以下にすることで塗布膜表面をべた付きの無い乾燥状態にすることができ、これにより続く基板搬送において表面汚染やパーティクルの発生を抑制することができる。
塗布後または減圧乾燥後、塗布膜を加熱乾燥するのが一般的である。この工程をプリベークとも言う。乾燥はホットプレート、オーブン、赤外線などを使用する。ホットプレートを用いる場合、プレート上に直接、もしくは、プレート上に設置したプロキシピン等の治具上に塗布膜を保持して加熱する。プロキシピンの材質としては、アルミニウムやステンレス等の金属材料、あるいはポリイミド樹脂や“テフロン(登録商標)”等の合成樹脂があり、耐熱性があればいずれの材質のプロキシピンを用いてもかまわない。プロキシピンの高さは、基板のサイズ、塗布膜の種類、加熱の目的等により様々であるが、0.1~10mm程度が好ましい。加熱温度は塗布膜の種類や目的により様々であり、50℃から180℃の範囲で1分間~数時間行うことが好ましい。
次に、得られた感光性樹脂膜からパターンを形成する方法について説明する。感光性樹脂膜上に所望のパターンを有するマスクを通して化学線を照射し、露光する。露光に用いられる化学線としては紫外線、可視光線、電子線、X線などがあるが、本発明では水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)を用いることが好ましい。ポジ型の感光性を有する場合、露光部が現像液に溶解する。ネガ型の感光性を有する場合、露光部が硬化し、現像液に不溶化する。
露光後、現像液を用いてポジ型の場合は露光部を、またネガ型の場合は非露光部を除去することによって所望のパターンを形成する。現像液としては、ポジ型とネガ型のいずれの場合もテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ水溶液にN-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを添加してもよい。現像方式としては、スプレー、パドル、浸漬、超音波等の方式が可能である。
次に、現像によって形成したパターンを蒸留水にてリンス処理をすることが好ましい。ここでもエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などを蒸留水に加えてリンス処理をしてもよい。
次に加熱硬化を行う。加熱硬化により耐熱性の低い成分を除去できるため、耐熱性および耐薬品性を向上させることができる。特に、本発明の感光性樹脂組成物が、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体の中から選ばれるアルカリ可溶性樹脂、それらの共重合体またはそれらとポリイミドとの共重合体を含む場合は、加熱硬化によりイミド環、オキサゾール環を形成できるため、耐熱性および耐薬品性を向上させることができ、また、アルコキシメチル基、メチロール基、エポキシ基、またはオキタニル基を少なくとも2つ有する化合物を含む場合は、加熱硬化により熱架橋反応を進行させることができ、耐熱性および耐薬品性を向上させることができる。この加熱硬化は温度を選び、段階的に昇温するか、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら5分間~5時間実施する。一例としては、150℃、250℃で各30分ずつ熱処理する。あるいは室温より300℃まで2時間かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。本発明においての加熱硬化条件としては、硬化膜から発生するアウトガス量を低減させる点で300℃以上が好ましく、350℃以上がより好ましい。また硬化膜に十分な膜靭性を与える点で500℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましい。
次に、本発明の感光性樹脂組成物から形成した感光性シートを用いた硬化膜の製造方法について説明する。なお、ここで、感光性シートは剥離性基材上に感光性樹脂組成物を塗布し、乾燥して得られたシートと定義する。
本発明の感光性樹脂組成物から形成した感光性シートを用いる場合、前記感光性シートに保護フィルムを有する場合にはこれを剥離し、感光性シートと基板を対向させ、熱圧着により貼り合わせて、感光性樹脂膜を得る。感光性シートは、本発明の感光性樹脂組成物を剥離性基材であるポリエチレンテレフタラート等により構成される支持フィルム上に塗布、乾燥させて得ることができる。
熱圧着は、熱プレス処理、熱ラミネート処理、熱真空ラミネート処理等によって行うことができる。貼り合わせ温度は、基板への密着性、埋め込み性の点から40℃以上が好ましい。また、感光性シートが感光性を有する場合、貼り合わせ時に感光性シートが硬化し、露光・現像工程におけるパターン形成の解像度が低下することを防ぐために、貼り合わせ温度は140℃以下が好ましい。
感光性シートを基板に貼り合せて得られた感光性樹脂膜は、上述の感光性樹脂膜を露光する工程、露光された感光性樹脂膜を現像する工程、および、加熱硬化をする工程にならって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または感光性シートを硬化した硬化膜は、有機EL表示装置や半導体装置、多層配線板等の電子部品に使用することができる。具体的には、有機EL素子の絶縁層、有機EL素子を用いた表示装置の駆動回路付き基板の平坦化層、半導体装置または半導体部品の再配線間の層間絶縁膜、半導体のパッシベーション膜、半導体素子の保護膜、高密度実装用多層配線の層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁層、固体撮像素子のオンチップマイクロレンズや各種ディスプレイ・固体撮像素子用平坦化層などの用途に好適に用いられる。本発明の硬化膜を配置した表面保護膜や層間絶縁膜等を有する電子デバイスとしては、例えば、耐熱性の低いMRAMなどが挙げられる。すなわち、本発明の硬化膜は、MRAMの表面保護膜用として好適である。また、MRAM以外にも次世代メモリとして有望なポリマーメモリ(Polymer Ferroelectric RAM:PFRAM)や相変化メモリ(Phase Change RAM:PCRAM、あるいはOvonics Unified Memory:OUM)も、従来のメモリに比べて耐熱性の低い新材料を用いる可能性が高い。したがって、本発明の硬化膜は、これらの表面保護膜用としても好適である。また、基板上に形成された第一電極と、前記第一電極に対向して設けられた第二電極とを含む表示装置、具体的には例えば、LCD、ECD、ELD、有機電界発光素子を用いた表示装置(有機電界発光装置)などの絶縁層に用いることができる。以下、有機EL表示装置を例に説明する。
<有機EL表示装置>
本発明の有機EL表示装置は、基板上に、駆動回路、平坦化層、第1電極、絶縁層、発光層および第2電極を有し、平坦化層および/または絶縁層が本発明の硬化膜からなる。アクティブマトリックス型の表示装置を例に挙げると、ガラスや樹脂フィルムなどの基板上に、TFTと、TFTの側方部に位置しTFTと接続された配線とを有し、その上に凹凸を覆うようにして平坦化層を有し、さらに平坦化層上に表示素子が設けられている。表示素子と配線とは、平坦化層に形成されたコンタクトホールを介して接続される。特に、近年有機EL表示装置のフレキシブル化が主流になっており、前述の駆動回路を有する基板が樹脂フィルムからなる有機EL表示装置であることが好ましい。本発明の感光性樹脂組成物または感光性シートを硬化した硬化膜をそのようなフレキシブルディスプレイの絶縁層、平坦化層として用いると、柔軟性に優れるため特に好ましく用いられる。本発明の感光性樹脂組成物または感光性シートを硬化した硬化膜との密着性を向上させる観点から、樹脂フィルムとしてはポリイミドが特に好ましい。
図1にTFT基板の一例の断面図を示す。基板6上に、ボトムゲート型またはトップゲート型のTFT(薄膜トランジスタ)1が行列状に設けられており、このTFT1を覆う状態で絶縁層3が形成されている。また、この絶縁層3上にTFT1に接続された配線2が設けられている。さらに絶縁層3上には、配線2を埋め込む状態で平坦化層4が設けられている。平坦化層4には、配線2に達するコンタクトホール7が設けられている。そして、このコンタクトホール7を介して、配線2に接続された状態で、平坦化層4上にITO(透明電極)5が形成されている。ここで、ITO5は、表示素子(例えば有機EL素子)の電極となる。そしてITO5の周縁を覆うように絶縁層8が形成される。有機EL素子は、基板6と反対側から発光光を放出するトップエミッション型でもよいし、基板6側から光を取り出すボトムエミッション型でもよい。このようにして、各有機EL素子にこれを駆動するためのTFT1を接続したアクティブマトリックス型の有機EL表示装置が得られる。
かかる絶縁層3、平坦化層4および/または絶縁層8は、前述の通り本発明の樹脂組成物または樹脂シートからなる感光性樹脂膜を形成する工程、前記感光性樹脂膜を露光する工程、露光した感光性樹脂膜を現像する工程および現像した感光性樹脂膜を加熱処理する工程により形成することができる。これらの工程を有する製造方法より、有機EL表示装置を得ることができる。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、ファンアウトウエハレベルパッケージ(ファンアウトWLP)にも好適に用いられる。ファンアウトWLPは、半導体チップの周辺にエポキシ樹脂等の封止樹脂を用いて拡張部分を設け、半導体チップ上の電極から該拡張部分まで再配線を施し、拡張部分にもはんだボールを搭載することで必要な端子数を確保した半導体パッケージである。ファンアウトWLPにおいては、半導体チップの主面と封止樹脂の主面とが形成する境界線を跨ぐように配線が設置される。すなわち、金属配線が施された半導体チップおよび封止樹脂という2種以上の材料で構成される基材の上に層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜の上に配線が形成される。これ以外にも、半導体チップをガラスエポキシ樹脂基板に形成された凹部に埋め込んだタイプの半導体パッケージでは、半導体チップの主面とプリント基板の主面との境界線を跨ぐように配線が設置される。この態様においても、2種以上の材料で構成される基材の上に層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜の上に配線が形成される。本発明の感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜は、金属配線が施された半導体チップに高い密着力を有するとともに、エポキシ樹脂等へ封止樹脂にも高い密着力を有するため、2種以上の材料で構成される基材の上に設ける層間絶縁膜として好適に用いられる。
以下実施例等をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、実施例中の感光性樹脂組成物の評価は以下の方法により行った。なお、実施例1~12は、参考例1~12と読み替えるものとする。
<膜厚の測定方法>
大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースSTM-602を使用し、プリベーク後、現像後、キュア後の膜厚を、ポリイミドを対象に屈折率1.629として測定した。
<顔料の数平均粒子径測定>
ゼータ電位・粒子径・分子量測定装置(ゼータサイザーナノZSP;シスメックス(株)製)を用い、希釈溶媒としてPGMEAを用いて、顔料分散液を1.0×10-5~40体積%の濃度に希釈し、希釈溶媒の屈折率をPGMEAに、測定対象の屈折率を1.8に設定して、波長633nmのレーザー光を照射して顔料分散液中の顔料の数平均粒子径を測定した。
(1-1)ポジ型感光性樹脂組成物の感度評価
実施例および比較例で作製した感光性樹脂組成物(ワニス)を8インチシリコンウエハ上に回転塗布し、次いで、120℃のホットプレート(東京エレクトロン(株)製の塗布現像装置Act-8使用)で3分間ベークし、厚さ2.5μmのプリベーク膜を作製した。この膜を、i線ステッパー(NIKON NSR i9)を用いて0~1000mJ/cmの露光量にて10mJ/cmステップで露光した。露光後、2.38質量%のテトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液(三菱ガス化学(株)製、ELM-D)で90秒間現像し、ついで純水でリンスして、10μmの孤立パターンを有する現像膜Aを得た。
FPD検査顕微鏡(MX-61L;オリンパス(株)製)を用いて、作製した現像後膜の解像パターンを観察し、10μm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(最適露光量Eopという)を感度とした。
(1-2)ネガ型感光性樹脂組成物の感度評価
実施例および比較例で作製した感光性樹脂組成物(ワニス)を、ITO基板上にスピンコーター(MS-A100;ミカサ(株)製)を用いて任意の回転数でスピンコーティングにより塗布した後、ホットプレート(SCW-636;大日本スクリーン製造(株)製)を用いて100℃で120秒間プリベークし、膜厚約2.0μmのプリベーク膜を作製した。作製したプリベーク膜を、両面アライメント片面露光装置(マスクアライナー PEM-6M;ユニオン光学(株)製)を用いて、感度測定用のグレースケールマスク(MDRM MODEL 4000-5-FS;Opto-Line International製)を介して、超高圧水銀灯のi線(波長365nm)、h線(波長405nm)及びg線(波長436nm)でパターニング露光した。露光後、フォトリソ用小型現像装置(AD-2000;滝沢産業(株)製)を用いて、2.38質量%TMAH水溶液で60秒間現像し、水で30秒間リンスして、10μmの孤立パターンを有する現像膜を作製した。
FPD検査顕微鏡(MX-61L;オリンパス(株)製)を用いて、作製した現像後膜の解像パターンを観察し、10μm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(最適露光量Eopという)を感度とした。
(2)残膜率評価
プリベーク膜に対する現像膜の膜厚の割合を残膜率とし(残膜率=(現像膜の膜厚)/(プリベーク膜の膜厚)×100)、80%以上を合格とした。
(3)折り曲げ性の評価
PIフィルム基板上に、ワニスをスピンコーター(MS-A100;ミカサ(株)製)を用いて任意の回転数でスピンコーティングにより塗布した後、ホットプレート(SCW-636;大日本スクリーン製造(株)製)を用いて120℃で120秒間プリベークし、膜厚約3.0μmのプリベーク膜を作製した。このプリベーク膜を高温イナートガスオーブン(INH-9CD-S;光洋サーモシステム(株)製)を用いて、酸素濃度20ppm以下で5℃/分で250℃まで昇温し、250℃で1時間加熱処理を行い、組成物の硬化膜を作製した。
熱硬化後、作製した硬化膜を有するPIフィルム基板を、縦50mm×横10mmに切り出した。硬化膜の面を外側にして、PIフィルム基板を縦25mmの線上で180°に折り曲げた状態で、30秒間保持した。30秒後、折り曲げたPIフィルム基板を開き、FPD検査顕微鏡(MX-61L;オリンパス(株)製)を用いて、硬化膜表面の縦25mmの線上の折り曲げ部を観察し、硬化膜表面の外観変化を評価した。PIフィルム基板からの硬化膜の剥離がなく、硬化膜表面にクラック又は変形などの外観変化がない場合を合格(A)とし、それ以外を不合格(B)とした。
(4)有機EL表示装置の長期信頼性評価
図1に有機機EL表示装置の作製手順の概略図を示す。まず、38mmmm×46mmの無アルカリガラス基板9に、ITO透明導電膜10nmをスパッタ法により基板全面に形成し、第一電極10としてエッチングした。また同時に、第二電極を取り出すための補助電極11も形成した。得られた基板をセミコクリーン56(商品名、フルウチ化学(株)製)で10分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。次にこの基板全面に、表5に示す感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布し、120℃のホットプレート上で2分間プリベークした。この膜にフォトマスクを介してUV露光した後、2.38質量%TMAH水溶液で現像し、不要な部分を溶解させ、純水でリンスした。得られた樹脂パターンを、高温イナートガスオーブン(INH-9CD-S;光洋サーモシステム(株)製)を用いて窒素雰囲気下250℃で1時間加熱処理した。このようにして、幅70μm、長さ260μmの開口部が幅方向にピッチ155μm、長さ方向にピッチ465μmで配置され、それぞれの開口部が第一電極を露出せしめる形状の絶縁層12を、基板有効エリアに限定して形成した。このようにして、1辺が16mmの四角形である基板有効エリアに絶縁層開口率25%の絶縁層を形成した。絶縁層の厚さは約1.0μmであった。
次に、前処理として窒素プラズマ処理を行った後、真空蒸着法により発光層を含む有機EL層13を形成した。なお、蒸着時の真空度は1×10-3Pa以下であり、蒸着中は蒸着源に対して基板を回転させた。まず、正孔注入層として化合物(HT-1)を10nm、正孔輸送層として化合物(HT-2)を50nm蒸着した。次に発光層に、ホスト材料としての化合物(GH-1)とドーパント材料としての化合物(GD-1)を、ドープ濃度が10%になるようにして40nmの厚さに蒸着した。次に、電子輸送材料として化合物(ET-1)と化合物(LiQ)を体積比1:1で40nmの厚さに積層した。有機EL層で用いた化合物の構造を以下に示す。
Figure 0007106863000006
次に、化合物(LiQ)を2nm蒸着した後、MgおよびAgを体積比10:1で10nm蒸着して第二電極(透明電極)14とした。最後に、低湿窒素雰囲気下でキャップ状ガラス板をエポキシ樹脂系接着剤を用いて接着することで封止をし、1枚の基板上に1辺が5mmの四角形であるトップエミッション方式の有機EL表示装置を4つ作製した。なお、ここで言う膜厚は水晶発振式膜厚モニターにおける表示値である。
作製した有機EL表示装置を、発光面を上にして80℃に加熱したホットプレートに載せ、波長365nm、照度0.6mW/cmのUV光を照射した。照射直後(0時間)、250時間、500時間、1000時間経過後に、有機EL表示装置0.625mAの直流駆動により発光させ、発光画素の面積に対する発光部の面積率(画素発光面積率)を測定した。この評価方法による1000時間経過後の画素発光面積率として、80%以上であれば長期信頼性が優れていると言え、90%以上であればより好ましい。
以下の実施例、比較例に示す酸二無水物、ジアミン、その他試薬の略記号の名称は下記の通りである。
6FDA:4,4’-ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物
ABP:2-アミノ-4-tert-ブチルフェノール
BAHF: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
Bk-S0100CF:“IRGAPHOR”(登録商標) BLACK S0100CF(BASF製;一次粒子径40~80nmのベンゾフラノン系黒色顔料)
BIS-AT-AF:2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン
CBDA:シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
DAE:4,4’-ジアミノジフェニルエーテル
DFA:N、N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール
DPHA:“KAYARAD”(登録商標) DPHA(日本化薬(株)製;ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)
MA:無水マレイン酸
MAP:3-アミノフェノール;メタアミノフェノール
MBA:3-メトキシ-n-ブチルアセテート
NCI-831:“アデカアークルズ”(登録商標)NCI-831((株)ADEKA製;1-(9-エチル-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル)-1-[2-メチル-4-(1-メトキシプロパン-2-イルオキシ)フェニル]メタノン-1-(O-アセチル)オキシム)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
S-20000:“SOLSPERSE”(登録商標) 20000(Lubrizol製;ポリエーテル系分散剤)
SiDA:1,1,3,3-テトラメチル-1,3-ビス(3-アミノプロピル)ジシロキサン
TFM-DHB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジン
TMEG: 1,2-エチレンビス(アンヒドロトリメリテ-ト)。
各実施例、比較例に使用したアルコキシメチル基含有熱架橋性化合物(e-1)、ニカラックMX-270(e-2)、VG-3101L(e-3)およびフェノール化合物BisP-AF(h-1)を下記に示した。
Figure 0007106863000007
<合成例1 ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)の合成>
BAHF18.3g(0.05モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、-15℃に冷却した。ここに3-ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、-15℃で4時間反応させ、その後室温に戻した。析出した白色固体をろ別し、50℃で真空乾燥した。
得られた白色固体30gを300mLのステンレスオートクレーブに入れ、メチルセロソルブ250mLに分散させ、5%パラジウム-炭素を2g加えた。ここに水素を風船で導入して、還元反応を室温で行った。約2時間後、風船がこれ以上しぼまないことを確認して反応を終了させた。反応終了後、ろ過して触媒であるパラジウム化合物を除き、ロータリーエバポレーターで濃縮し、下記式で表されるヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)を得た。得られた固体をそのまま反応に使用した。
Figure 0007106863000008
<合成例2 キノンジアジド化合物(b1-1)の合成>
乾燥窒素気流下、TrisP-PA(商品名、本州化学工業(株)製)21.22g(0.05モル)と5-ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド26.86g(0.10モル)、4-ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド13.43g(0.05モル)を1,4-ジオキサン50gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4-ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン15.18gを、系内が35℃以上にならないように滴下した。滴下後30℃で2時間撹拌した。トリエチルアミン塩を濾過し、ろ液を水に投入した。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。この沈殿を真空乾燥機で乾燥させ、下記式で表されるキノンジアジド化合物(b1-1)を得た。
Figure 0007106863000009
<合成例3 キノンジアジド化合物(b1-2)の合成>
乾燥窒素気流下、TrisP-HAP(商品名、本州化学工業(株)製)15.31g(0.05モル)と5-ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド40.28g(0.15モル)を1,4-ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。1,4-ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン15.18gを用い、合成例2と同様にして下記式で表されるキノンジアジド化合物(b1-2)を得た。
Figure 0007106863000010
<合成例4 キノンジアジド化合物(b1-3)の合成>
乾燥窒素気流下、TekP-4HBPA(商品名、本州化学工業(株)製)28.83g(0.05モル)と5-ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド13.43g(0.125モル)を1,4-ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。1,4-ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン20.24gを用い、合成例2と同様にして下記式で表されるキノンジアジド化合物(b1-3)を得た。
Figure 0007106863000011
[実施例1]
乾燥窒素気流下、合成例1で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)15.11g(0.025モル)、BAHF3.66g(0.01モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP200gに溶解させた。ここにTMEG20.51g(0.05モル)をNMP50gとともに加えて、40℃で1時間撹拌した。その後、末端封止剤としてMAP2.73g(0.025モル)を加え、40℃で1時間撹拌した。その後、DFA11.9g(0.1モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下し、滴下後、40℃で1時間撹拌を続けた。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水2Lで3回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリアミド酸エステル樹脂(A)を得た。
得られた樹脂(A)10g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスA1を得た。得られたワニスA1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例2]
BAHF3.66g(0.01モル)をBIS-AT-AF3.62g(0.01モル)、末端封止剤としてMAP2.73g(0.025モル)をABP4.13g(0.025モル)とした意外は実施例1と同様にしてポリアミド酸エステル樹脂(B)を得た。
得られた樹脂(B)10g、合成例3で得られたキノンジアジド化合物(b1-2)3.0g、架橋剤ニカラックMX-270(e-2)0.5gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスB1を得た。得られたワニスB1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性、有機EL表示装置の長期信頼性評価の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例3]
乾燥窒素気流下、BAHF15.56g(0.0425モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTMEG20.51g(0.05モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤としてMAP1.09g(0.01モル)を加え、さらに60℃で1時間撹拌を続けた。次いで180℃で4時間撹拌し、撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(C)の粉末を得た。
得られた樹脂(C)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0g、フェノール化合物BisP-AF(h-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスC1を得た。得られたワニスC1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性、有機EL表示装置の長期信頼性評価の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例4]
BAHF15.56g(0.0425モル)を10.98g(0.03モル)、MAP1.09g(0.01モル)をABP1.65g(0.01モル)とし、ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)6.05g(0.01モル)を加えた以外は実施例3と同様にして既閉環ポリイミド樹脂(D)を得た。
得られた樹脂(D)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、架橋剤VG-3101L(e-3)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスD1を得た。得られたワニスD1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例5]
乾燥窒素気流下、BAHF11.9g(0.0325モル)、BIS-AT-AF5.43g(0.015モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTMEG15.39g(0.0375モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤としてMA2.45g(0.025モル)を加え、さらに60℃で1時間撹拌を続けた。次いで180℃で4時間撹拌し、撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(E)を得た。
得られた樹脂(E)10g、キノンジアジド化合物(b1-2)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスE1を得た。得られたワニスE1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例6]
BAHF11.9g(0.0325モル)を8.24g(0.0225モル)、MA2.45g(0.025モル)を4.9g(0.05モル)、TMEG15.39g(0.0375モル)を10.26g(0.025モル)とし、BIS-AT-AF5.43g(0.015モル)の代わりにヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)15.11g(0.025モル)を加えた以外は実施例5と同様にして既閉環ポリイミド樹脂(F)を得た。
得られた樹脂(F)10g、合成例4で得られたキノンジアジド化合物(b1-3)3.0g、架橋剤ニカラックMX-270(e-2)0.5gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスF1を得た。得られたワニスF1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例7]
BAHF15.56g(0.0425モル)の代わりにBIS-AT-AF7.25g(0.02モル)とDAE4.0g(0.02モル)、MAP1.09g(0.01モル)を1.64g(0.015モル)とした以外は実施例3と同様にして既閉環ポリイミド樹脂(G)を得た。
得られた樹脂(G)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスG1を得た。得られたワニスG1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例8]
乾燥窒素気流下、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジン(TFM-DHB)13.21g(0.0375モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP 200gに溶解させた。ここにTMEG20.51g(0.05モル)をNMP50gとともに加えて、60℃で1時間撹拌した。その後、末端封止剤としてMAP2.73g(0.025モル)を加え、さらに60℃で1時間撹拌を続けた。次いで180℃で4時間撹拌し、撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(H)の粉末を得た。
得られた樹脂(H)10g、キノンジアジド化合物(b1-3)3.0g、架橋剤VG-3101L(e-3)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスH1を得た。得られたワニスH1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例9]
BAHF15.56g(0.0425モル)を10.07g(0.0275モル)とし、DAE3.0g(0.015モル)を加えた以外は実施例3と同様にして既閉環ポリイミド樹脂(I)を得た。
得られた樹脂(I)10g、キノンジアジド化合物(b1-3)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0g、フェノール化合物BisP-AF(h-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスI1を得た。得られたワニスI1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例10]
樹脂(C)10g、キノンジアジド化合物(b1-3)3.0g、架橋剤VG-3101L(e-3)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスC2を得た。得られたワニスC2を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例11]
樹脂(D)10g、キノンジアジド化合物(b1-3)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0g、フェノール化合物BisP-AF(h-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスD2を得た。得られたワニスD2を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性、有機EL表示装置の長期信頼性評価の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例12]
樹脂(G)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、架橋剤VG-3101L(e-3)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスG2を得た。得られたワニスG2を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[実施例13]
樹脂(A)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0g、環状アミド化合物であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)0.5gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスA2を得た。得られたワニスA2を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
塗布現像装置Mark-7(東京エレクトロン(株)製)を用いて、8インチシリコンウェハー上にスピンコート法でワニスの塗布を行い、120℃で3分間ホットプレートにてベークをして膜厚3.2μmのプリベーク膜を作製した。その後、前記Mark-7の現像装置を用いて、2.38%TMAHを用いて現像時の膜減りが0.5μmになる時間で現像した後、蒸留水でリンス後、振り切り乾燥し、現像後ベタ膜を窒素雰囲気下所定の温度のオーブン中で250℃60分間焼成し、硬化膜を得た。
得られた硬化膜の膜厚を測定し、そのうち1x5cmを切り出し、パージ・アンド・トラップ法にて吸着捕捉した。具体的には、採取した硬化膜をパージガスとしてヘリウムを用いて400℃で60分間加熱し、脱離した成分を吸着管に捕集した。捕集した成分を熱脱離装置を用い、一次脱離条件260℃で15分、二次吸着脱離条件-27℃および320℃5分で熱脱離させ、次いで、GC-MS装置7890/5975C(Agilent社製)を用い、カラム温度:40~300℃、キャリアガス:ヘリウム(1.5mL/min)、スキャン範囲:m/Z29~600の条件で、GC-MS分析を実施した。上記と同一条件でNMPをGC-MS分析して検量線を作成することで、ガス発生量を算出した。得られた値(μg)を面積5cmで割り、μg/cmにした。その値を(a)アルカリ可溶性樹脂の比重に膜厚を掛けた値で割り100倍し、硬化膜中におけるNMPの総含有量を算出したところ、0.5質量%であった。
[比較例1]
乾燥窒素気流下、合成例1で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)15.11g(0.025モル)、BAHF3.66g(0.01モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP200gに溶解させた。ここにTMEG10.26g(0.025モル)と6FDA11.11g(0.025モル)をNMP50gとともに加えて、40℃で1時間撹拌した。その後、末端封止剤としてMAP2.73g(0.025モル)を加え、40℃で1時間撹拌した。その後、DFA11.9g(0.1モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下し、滴下後、40℃で1時間撹拌を続けた。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水2Lで3回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリアミド酸エステル樹脂(J)を得た。
得られた樹脂(J)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスJ1を得た。得られたワニスJ1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[比較例2]
乾燥窒素気流下、BAHF10.07g(0.0275モル)、BIS-AT-AF7.25g(0.02モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP200gに溶解させた。ここにTMEG14.36g(0.035モル)とCBDA2.94g(0.015モル)をNMP50gとともに加えて、40℃で1時間撹拌した。その後、DFA11.9g(0.1モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下し、滴下後、40℃で1時間撹拌を続けた。末端封止剤は用いなかった。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水2Lで3回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリアミド酸エステル樹脂(K)を得た。
得られた樹脂(K)10g、キノンジアジド化合物(b1-2)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスK1を得た。得られたワニスK1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[比較例3]
乾燥窒素気流下、BAHF13.73g(0.0375モル)、BIS-AT-AF3.62g(0.01モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP 100gに溶解させた。ここに6FDA22.21g(0.05モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。次いで180℃で4時間撹拌した。末端封止剤は用いなかった。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(L)の粉末を得た。
得られた樹脂(L)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、架橋剤ニカラックMX-270(e-2)0.5gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスL1を得た。得られたワニスL1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[比較例4]
乾燥窒素気流下、BAHF14.64g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTMEG8.21g(0.02モル)と6FDA13.33g(0.03モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤としてMAP1.64g(0.015モル)を加え、さらに60℃で1時間撹拌を続けた。次いで180℃で4時間撹拌し、撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(M)の粉末を得た。
得られた樹脂(M)10g、キノンジアジド化合物(b1-3)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0g、フェノール化合物BisP-AF(h-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスM1を得た。得られたワニスM1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[比較例5]
乾燥窒素気流下、合成例1で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物(α)6.05g(0.01モル)、BAHF10.07g(0.0275モル)、SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにCBDA9.81g(0.05モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤としてMAP2.18g(0.02モル)を加え、さらに60℃で1時間撹拌を続けた。次いで180℃で4時間撹拌し、撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(N)の粉末を得た。
得られた樹脂(N)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスN1を得た。得られたワニスN1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
[比較例6]
乾燥窒素気流下、BAHF17.39g(0.0475モル)SiDA0.62g(0.0025モル)をNMP200gに溶解させた。ここにTMEG20.51g(0.05モル)をNMP50gとともに加えて、40℃で1時間撹拌した。その後、DFA11.9g(0.1モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下し、滴下後、40℃で1時間撹拌を続けた。末端封止剤は用いなかった。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水2Lで3回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリアミド酸エステル樹脂(O)を得た。
得られた樹脂(O)10g、キノンジアジド化合物(b1-1)3.0g、アルコキシメチル基含有熱架橋剤(e-1)1.0g、フェノール化合物BisP-AF(h-1)1.0gをGBL50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスO1を得た。得られたワニスO1を用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例1~13および比較例1~6について、各組成を表1に、各評価結果を表2にそれぞれ示す。
Figure 0007106863000012
Figure 0007106863000013
<調製例1>
樹脂として、実施例3で得られた樹脂(C)の30質量%のMBA溶液を138.0g、分散剤として、S-20000を13.8g、溶剤として、MBAを685.4g、着色剤として、Bk-S0100CF82.8gを秤量して混合し、高速分散機(ホモディスパー 2.5型;プライミクス(株)製)を用いて20分攪拌し、予備分散液を得た。顔料分散用のセラミックビーズとして、0.30mmφのジルコニア粉砕ボール(YTZ;東ソー(株)製)が75%充填された遠心分離セパレータを具備する、ウルトラアペックスミル(UAM-015;寿工業(株)製)に、得られた予備分散液を供給し、ローター周速7.0m/sで3時間処理して、固形分濃度15質量%、着色剤/樹脂/分散剤=60/30/10(質量比)の顔料分散液(Bk-1)を得た。得られた顔料分散液中の顔料の数平均粒子径は100nmであった。
<調製例2>
樹脂(C)の代わりに樹脂(M)を用いた以外は調製例1と同様にして顔料分散液(Bk-2)を得た。
[実施例14]
黄色灯下、NCI-831を0.25g秤量し、MBAを10.0g添加し、攪拌して溶解させた。次に、実施例1で得られた樹脂(A)の30質量%のMBA溶液を3.5g、DPHAの80質量%のMBA溶液を1.5g添加して攪拌し、均一溶液として調合液を得た。次に、調製例1で得られた顔料分散液(Bk-1)を16.67g秤量し、ここに、上記で得られた調合液を添加して攪拌し、均一溶液とした。その後、得られた溶液を0.45μmφのフィルターでろ過し、ネガ型感光性樹脂組成物のワニスBAを得た。得られたワニスBAを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。組成を表3に、評価結果を表4に示す。
[実施例15~17および比較例7~11]
実施例14と同様に、感光性樹脂組成物のワニスBB~BNを表3に記載の組成にて調製した。得られた各組成物を用いて、実施例14と同様に、感度評価、残膜率評価、折り曲げ性の評価、有機EL表示装置の長期信頼性評価を行った。評価結果を表4に示す。
実施例14~17および比較例7~11について、各組成と各評価結果を表3、表4にそれぞれ示す。
Figure 0007106863000014
Figure 0007106863000015
1:TFT(薄膜トランジスタ)
2:配線
3:TFT絶縁層
4:平坦化層
5:ITO(透明電極)
6:基板
7:コンタクトホール
8:絶縁層
9:ガラス基板
10:第一電極(非透明電極)
11:補助電極
12:絶縁層
13:有機EL層
14:第二電極(透明電極)

Claims (8)

  1. (a)アルカリ可溶性樹脂、(b)感光性化合物を含有し、
    前記(a)アルカリ可溶性樹脂が、一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として95~100モル%有し、前記(a)アルカリ可溶性樹脂におけるポリマー分子鎖の少なくとも一方の末端にモノアミンまたは酸無水物に由来する有機基を有し、(i)環状アミドおよびその誘導体からなる群より選択される1種以上の化合物を含み、化合物(i)の添加量は、(a)アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上、15質量部以下である有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
    Figure 0007106863000016
    (一般式(1)中、Rは2価の有機基を示す。RおよびRは、それぞれ独立に水素または炭素数1~20の有機基を示す。XおよびXは、それぞれ独立にエチレン基、プロピレン基、またはブチレン基である。R、XおよびXは複数の繰り返し単位においてそれぞれ異なっていてもよい。mおよびnはそれぞれ0~100,000の整数であり、m+n≧3である。)
  2. 前記(a)アルカリ可溶性樹脂が、モノアミンまたは酸無水物に由来する有機基を、一般式(1)で表される構造単位100モル%に対して10~100モル%有する、請求項1に記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
  3. 前記モノアミンが、一般式(2)で表される構造を有する化合物である、請求項1または2に記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
    Figure 0007106863000017
    (一般式(2)中、Rは炭素数1~6の飽和炭化水素基を示し、rは0または1を示す。AおよびBはそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基を示す。sおよびtはそれぞれ0または1を示し、s+t≧1である。)
  4. 前記(b)感光性化合物が、(b1)光酸発生剤である、請求項1~3のいずれかに記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
  5. 前記(b)感光性化合物が、(b2)光重合開始剤であり、さらに(d)ラジカル重合性化合物を含有する、請求項1~3のいずれかに記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
  6. さらに(f)着色剤を含有する、請求項1~5のいずれかに記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
  7. 前記(f)着色剤が、(f3)黒色剤および/または(f4)黒色以外の着色剤である、請求項6に記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物。
  8. 前記(f)着色剤が、(f1)顔料または(f2)染料である、請求項6または7に記載の有機EL表示装置用感光性樹脂組成物
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