説明

硬化性組成物、これを用いたカラーフィルタ及びその製造方法

【課題】ピクセルサイズが小さくなってもパターン周辺の残渣が少なく、色むらが良好な固体撮像素子の色分離用カラーフィルタを形成しうる硬化性組成物を提供する。
【解決手段】重量平均分子量と数平均分子量との比(重量平均分子量/数平均分子量:分散度)が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂と、光重合開始剤と、着色剤と、エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物と、溶剤と、を含有する固体撮像素子のカラーフィルタ用硬化性組成物である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カラーフィルタ、カラープルーフ等の画像材料や、インクや塗料などの光硬化性材料を構成するのに利用することができる顔料分散組成物、並びに固体撮像素子(CCD、CMOSなど)等に用いられる色分離フィルタなど着色領域の形成に好適な硬化性組成物、該硬化性組成物を用いたカラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
固体撮像素子等のカラーフィルタには、顔料分散型カラーフィルタが広く用いられている。顔料分散型カラーフィルタを製造するためには、顔料分散液、光硬化性化合物、重合開始剤を含有する着色感光性組成物が必須である。ここで、顔料分散液はパターンの着色に、光硬化性化合物及び重合開始剤はパターン形成に寄与している。
【0003】
近年、カラーフィルタの素材、特に固体撮像素子用カラーフィルタは、固体撮像素子の小型化・高画素化に伴い、固形分中に占める着色剤(有機顔料)の含有率を高める必要性がある。しかし、着色剤の含有率が向上するにつれ、パターン現像部の残渣がひどくなり、さらなる改良が求められていた。残渣を解決する方法として、添加剤を添加する方法が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。しかし、近年求められている固体撮像素子の画素のピクセルサイズ(2.0μm以下)では、これまで報告されている残渣抑止方法だけでは解決できず、残渣を抑止しようとすると分散安定性が悪化する問題が発生し、さらなる改良が求められていた。
【0004】
カラーフィルタ形成用の着色硬化性組成物として、支持体上に現像で除去しきれない残渣を低減するため、いくつかの改良提案がなされている。例えば、残渣を低減するため、特定の界面活性剤を添加することが提唱されている(特許文献1、参照)。しかしながら界面活性剤で残渣を低減しようとすると、矩形パターンの形成が困難となる。特に高画素化のために、ピクセルサイズを小さくする市場要求が強いが、ピクセルサイズが小さくなると、矩形の上辺エッジ部(縁部)までが現像されてしまうので、パターンがなだらかな肩を持ち、矩形が得られなかった。従ってこの方法では、ピクセルサイズが2.0μm以下であるような微少なパターン形成は困難であり、矩形の周辺部で色むらが生じる、また、露光量を下げると矩形パターン自体が形成されない、等の問題があった。
【0005】
他の改良手段としては、残渣等を低減するため重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量=分散度)が1〜2.0の小さい樹脂を着色硬化性組成物に使用することを提案している(特許文献2および3、参照)。しかし、特許文献2および3は、液晶表示装置用カラーフィルタの着色層の形成を目的とするものである。液晶表示装置用カラーフィルタの着色層の画素サイズは通常は短辺が100μm、長辺が200μm程度の大きなものであり、なだらかなパターン形状が要求されるが、固体撮像素子用では画素サイズは2.0μm以下と小さく、且つ、矩形状のパターンが望まれる。
【0006】
また特許文献2に開示された樹脂は末端に可視光を吸収する官能基を含有するため、シャープな分光を要求される固体撮像素子に用いると、分光変化や色ムラが発生し、用いることはできなかった。特許文献3は分散度の小さい樹脂を開示しているが、リビングラジカル重合法で製造された樹脂である。
本発明の目的とするところは固体撮像素子の色分離カラーフィルタに関するものであり、上記のいずれの技術も微細な画素(ピクセルサイズは2.0μ以下)の加工には使用できなかった。
【特許文献1】特開2007−86743号公報
【特許文献2】国際公開第2007/0029871号公報パンフレット
【特許文献3】特開2006−259680号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上記問題点に対してなされたものであり、ピクセルサイズが2.0μm以下の如き微細なパターン形成性、特に、微細パターンにおけるパターン現像部の現像性に優れた硬化性組成物、およびそれを用いて製造された分光特性に優れており、熱、光での分光変化が小さく色分離性が良好なカラーフィルタ及びその製造方法、さらに、この製造方法によって形成されたカラーフィルタを備える固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は鋭意検討した結果、重量平均分子量と数平均分子量の比(分散度=重量平均分子量/数平均分子量)が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂を含有する硬化性組成物を用いることにより、分散安定性と、パターン現像部の現像性とが両立でき、微細なピクセル加工のできることを見出した。
【0009】
即ち、本発明の構成は以下の通りである。
<1> 重量平均分子量と数平均分子量との比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂と、光重合開始剤と、着色剤と、エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物と、溶剤と、を含有する固体撮像素子のカラーフィルタ用硬化性組成物。
<2> 前記固体撮像素子のカラーフィルタのピクセルサイズが一辺1.0〜2.0μmであることを特徴とする<1>記載の硬化性組成物。
<3> 前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量が、1,000〜40,000であることを特徴とする<1>または<2>記載の硬化性組成物。
<4> 前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、滴下重合法によって製造されたことを特徴とする<1>から<3>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<5> 前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、下記に示す一般式(a)もしくは一般式(A)で表される群から選ばれた1種以上の化合物の存在下で製造されたことを特徴とする<1>から<4>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
一般式(a)
R−SH
一般式(a)中、Rは、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表す。
【0010】
【化1】

【0011】
一般式(A)中、Aは、アルキル基、アルキルチオ基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールチオ基、ヘテロ環基、又は、ヘテロ環チオ基を表す。Yは、光または熱によりラジカルを放出しうる置換基を表す。
<6> 前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、一般式(A)で表される連鎖移動剤を用い、連鎖移動剤由来の末端基を除去したことを特徴とする<1>から<5>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<7> 前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、側鎖にエチレン性不飽和二重結合を有していることを特徴とする<1>から<6>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<8> 前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が溶剤による分画工程を経て製造されたことを特徴とする<1>から<7>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<9> 着色剤が顔料であることを特徴とする<1>から<8>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<10> 支持体上に、<1>から<9>のいずれか1項に記載の硬化性組成物により形成された着色パターンを有することを特徴とする固体撮像素子の色分離用カラーフィルタ。
【0012】
<11> 支持体上に、<1>から<9>のいずれか1項に記載の硬化性組成物を塗布して該硬化性組成物からなる着色層を形成する着色層形成工程と、前記着色層をマスクを介して露光する露光工程と、露光後の着色層を現像して着色パターンを形成する現像工程と、を含むことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
<12> <11>に記載の製造方法で、露光工程がi線ステッパーによる露光を施したことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
<13> <11>もしくは<12>に記載の製造方法によってカラーフィルタが形成された固体撮像素子。
【0013】
固体撮像素子で用いる色分解用カラーフィルタは2.0μm以下の微細なピクセルであるが、微細加工のために露光光が平行であるステッパー露光機を用いて露光すると、液晶表示装置に用いられるプロキシミティ露光機で得られるようなマスクとの境界での回折が小さくなる。このため露光域の周辺部の露光量はプロキシミティ露光ほどには強くならない。結果としてパターンの縁部は現像で溶解しやすく、なだらかなパターンになってしまい易い。樹脂の分散度を1.1〜1.5に制御することによって現像液への溶解性にムラが生じ難く、露光部と非露光部の現像液への溶解性が明瞭に異なり、矩形のパターンが得られた。この結果パターン近傍の残渣が殆どなく、また色むらのないピクセルが得られた。
【0014】
また分散が均一なのでピクセル内の色濃度むらも殆どなく、散乱光が小さく色分解性の向上した良好なカラーフィルタが得られ、本発明に至った。
更に連鎖移動剤由来の末端基を除去することによって、分光がシャープとなり、要求と異なる波長の吸収がなくなったので、色分解性の良好なカラーフィルタが得られた。
本発明では、滴下重合法による樹脂が好適である。滴下重合法によれば分散度を小さくできるだけでなく、モノマーシーケンスのランダム性が向上し、不溶成分が発生しにくくなるなるため、残渣低減の利点がある。
【0015】
更に樹脂の側鎖に光硬化性のあるエチレン性不飽和二重結合を導入することにより現像性が良好になって残渣のない矩形のパターンが得られた。これは露光部のパターン縁部の硬化性が向上し、現像液への耐性が向上したためと考えられる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の硬化性組成物は、現像性不十分な高分子量体及び分散安定性に悪影響を及ぼす低分子量体の含有量が少ないために、分散安定性を保持しながら従来の残渣改良法では困難であったピクセルサイズ2.0μm以下でのパターン現像部における残渣が改善した。さらに、予想外にもパターン部の色ムラが改善することを見出した。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。尚、本明細書における基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
【0018】
<(A)前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂(特定アルカリ可溶性樹脂)>
本発明におけるアルカリ可溶性樹脂は、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量、以下「分散度」ともいう)が1.1〜1.5であることを特徴とする。このようなアルカリ可溶性樹脂を、以下、適宜、特定アルカリ可溶性樹脂と称する。
本発明における特定アルカリ可溶性樹脂は、温度25℃における水中のpKaが11以下の官能基を含有していることが好ましい。この官能基としては、例えば、カルボキシル基、スルホニル基、スルホンアミド基、燐酸基、フェノール性水酸基等が挙げられ、特にカルボキシル基が最も好ましい。
【0019】
アルカリ可溶性樹脂が有しても良い温度25℃における水中のpKaが11以下の官能基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂に対し1〜70重量%が好ましく、5〜50重量%が最も好ましい。
【0020】

さらに、アルカリ可溶性樹脂は側鎖にエチレン性不飽和二重結合を有しても良い。エチレン性不飽和二重結合を側鎖に有することによって、露光部と非露光部との現像液への溶解性の差異がより大きくなるので、本発明の効果をより発揮でき、小さい露光量でも現像性の良好な硬化性組成物を得ることができる。特に本発明は、固体撮像素子に用いる色分離用のカラーフィルタのような、2.0μm以下の微細なピクセル加工の要求に好適である。2.0μm以下の微細なピクセルは矩形パターンを得るのが難しく、このためパターン中央部と縁部で膜厚が異なってしまうので、色濃度のムラを生じたり、また散乱光が増大したりするので、光電変換素子であるフォトダイオードへの受光量が少なくなったり、ノイズとなってしまう。このため固体撮像素子として高感度化に支障となっていた。本発明によって、特に光重合性のあるエチレン性不飽和二重結合を有する樹脂を使用することによって、2.0μm以下の微細な着色ピクセルを形成でき、よって高感度な固体撮像素子を得ることができた。本発明は1.5以下でも、1.2μm以下のピクセルも形成可能であり、ピクセルサイズが小さいほど、従来技術では到底達し得なかった効果を発揮する。即ち本発明は、ピクセルサイズが2.0μm以下、特に1.5μm以下、更に1.2μm以下の微細パターンの加工に効果を発揮する。固体撮像素子におけるピクセルサイズは小さいほど好ましいが、色分離用としての用途を考慮すれば、実用上の下限値は1.0μm程度である。
【0021】
前記エチレン性不飽和二重結合として下記一般式(1)〜一般式(3)で表される基を、側鎖に有する高分子化合物であることが好ましい。
【0022】
【化2】

【0023】
一般式(1)〜(3)中、R〜R11は、それぞれ独立に、1価の有機基を表す。X、Yは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子、または−N−R12−を表し、Zは、酸素原子、硫黄原子、−N−R12−またはフェニレン基を表す。R12は、水素原子、または1価の有機基を表す。
【0024】
前記一般式(1)において、R〜Rはそれぞれ独立に、1価の有機基を表すが、Rとしては、水素原子または置換基を有してもよいアルキル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、メチル基、メチルアルコキシ基、メチルエステル基が好ましい。また、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ジアルキルアミノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアルキルアミノ基、置換基を有してもよいアリールアミノ基、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を有してもよいアリールスルホニル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有しもよいアリール基が好ましい。
ここで、導入しうる置換基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、イソプロピオキシカルボニル基、メチル基、エチル基、フェニル基等が挙げられる。Xは、酸素原子、硫黄原子、又は、−N−R12−を表し、ここで、R12としては、置換基を有してもよいアルキル基などが挙げられる。
【0025】
前記一般式(2)において、R〜Rは、それぞれ独立に1価の有機基を表すが、R〜Rは、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ジアルキルアミノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアルキルアミノ基、置換基を有してもよいアリールアミノ基、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を有してもよいアリールスルホニル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基が好ましい。導入しうる置換基としては、一般式(1)においてあげたものが例示される。Yは、酸素原子、硫黄原子、又は−N−R12−を表す。R12としては、一般式(1)におけるのと同様のものが挙げられる。
【0026】
前記一般式(3)において、R〜R11は、それぞれ独立に1価の有機基を表すが、この有機基としては、具体的には例えば、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ジアルキルアミノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアルキルアミノ基、置換基を有してもよいアリールアミノ基、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基、置換基を有してもよいアリールスルホニル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基が好ましい。
ここで、導入しうる置換基としては、一般式(1)において挙げたものが同様に例示される。Zは、酸素原子、硫黄原子、−N−R12−またはフェニレン基を表す。R12としては、一般式(1)におけるのと同様のものが挙げられる。
【0027】
本発明における樹脂のうち、一般式(1)で表される基を有する高分子化合物は、下記に示す1)、2)の合成方法の少なくとも1つにより製造することできる。
【0028】
合成方法1)
下記一般式(12)で表されるラジカル重合性化合物の1種以上と、後述の特定モノマーを共重合させて高分子化合物を合成した後に、塩基を用いて、プロトンを引き抜き、Zを脱離させて所望の高分子化合物を得る方法。
【0029】
【化3】

【0030】
一般式(12)および一般式(13)で、Zは、アニオン性脱離基を表す。Qは、酸素原子、−NH−、または−NR14−を表す(ここで、R14は置換基を有していてもよいアルキル基を表す)。R13は水素原子または置換基を有しても良いアルキル基などが挙げられ、なかでも、水素原子、メチル基、メチルアルコキシ基、メチルエステル基が好ましい。Pは、2価の有機連結基を表す。R、R、RおよびXは、一般式(1)と同じである。
【0031】
合成方法2)
官能基を有するラジカル重合性化合物を1種以上と、後述の特定モノマーを共重合させて幹高分子化合物(主鎖を構成する高分子化合物)を合成した後に、前記幹高分子化合物の側鎖官能基と上記一般式(13)で表される構造を有する化合物を反応させて所望の高分子化合物を得る方法。
【0032】
一般式(12)で表されるラジカル重合性化合物としては、下記の化合物を例として挙げることできるがこれらに限定されるものではない。
【0033】
【化4】

【0034】
これら一般式(12)で表されるラジカル重合性化合物は、市販品として、あるいは、後述する合成例に示す合成法により容易に入手できる。
これらラジカル重合性化合物を1種以上と後述の特定モノマー、必要に応じて他のラジカル重合性化合物を用いて、通常のラジカル重合法によって重合させ、高分子化合物を合成した後に、所望の量の塩基を高分子溶液中に、冷却あるいは加熱条件下で滴下、反応を行い、必要に応じて、酸による中和処理を行うことで、一般式(1)で表される基を導入することできる。高分子化合物の製造には、一般的に公知の懸濁重合法あるいは溶液重合法などを適用することできる。
塩基としては、無機化合物、有機化合物のどちらを使用しても良い。好ましい無機塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられ、有機塩基としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムt−ブトキシドのような金属アルコキシド、トリエチルアミン、ピリジン、ジイソプロピルエチルアミンのような有機アミン化合物等が挙げられる。
【0035】
合成方法2)において幹高分子化合物の合成に用いる官能基を有するラジカル重合性化合物の官能基の例としては、水酸基、カルボキシル基、カルボン酸ハライド基、カルボン酸無水物基、アミノ基、ハロゲン化アルキル基、イソシアネート基、エポキシ基等が挙げられる。これらの官能基を有するラジカル重合性化合物としては、2−ヒドロキシルエチルアクリレート、2―ヒドロキシルエチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸クロリド、メタクリル酸クロリド、メタクリル酸無水物、N,N―ジメチル−2−アミノエチルメタクリレート、2−クロロエチルメタクリレート、2−イソシアン酸エチルメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリンジルメタクリレート等が挙げられる。
【0036】
このようなラジカル重合性化合物を1種以上と後述の特定モノマーを重合させて、必要に応じて他のラジカル重合性化合物と共重合させ、幹高分子化合物を合成した後に、一般式(13)で表される基を有する化合物を反応させて所望の高分子化合物を得ることできる。
ここで、一般式(13)で表される基を有する化合物の例としては、前述の官能基を有するラジカル重合性化合物の例として挙げた化合物が挙げられる。
【0037】
本発明における一般式(2)で示される基を有する前記高分子化合物は、下記に示す3)、4)の合成方法の少なくとも1つにより製造することできる。
合成方法3)
―般式(2)で表される不飽和基と、該不飽和基よりもさらに付加重合性に富んだエチレン性不飽和基とを有するラジカル重合性化合物を1種以上と、後述の特定モノマー、及び、必要に応じて他のラジカル重合性化合物を重合させて、高分子化合物を得る方法。この方法は、一分子中に付加重合性の異なるエチレン性不飽和基を複数有する化合物、例えば、アリルメタクリレートのような化合物を用いる方法である。
【0038】
合成方法4)
官能基を有するラジカル重合性化合物を1種以上と、後述の特定モノマーを共重合させて高分子化合物を合成した後に、側鎖官能基と下記一般式(14)で表される構造を有する化合物を反応させて一般式(2)で表される基を導入する方法。
【0039】
【化5】

【0040】
一般式(14)のR〜Rは一般式(2)のR〜Rと同じである。
一般式(2)で表される不飽和基と、該不飽和基よりも更に付加重合性に富んだエチレン性不飽和基とを有するラジカル重合性化合物としては、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、2−アリロキシエチルアクリレート、2−アリロキシエチルメタクリレート、プロパルギルアクリレート、プロパルギルメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ジアリルアクリレート、ジアリルメタクリレート、N−アリルアクリルアミド、N−アリルメタクリルアミド等が例として挙げられる。
また、官能基を有するラジカル重合性化合物を1種以上重合させて得られる高分子化合物の例としては、前述の合成方法2)で示した例が挙げられる。
【0041】
一般式(14)で表される構造を有する化合物としては、アリルアルコール、アリルアミン、ジアリルアミン、2―アリロキシエチルアルコール、2−クロロ−1−ブテン、アリルイソシアネート等が例として挙げられる.
【0042】
本発明に係る一般式(3)で示される基を有する前記高分子化合物は、下記に示す5)、6)の合成方法の少なくとも1つにより製造することできる。
合成方法5)
―般式(3)で表される不飽和基と該不飽和基よりもさらに付加重合性に富んだエチレン性不飽和基とを有するラジカル重合性化合物を1種以上と、後述の特定モノマーを共重合させて、必要に応じて他のラジカル重合性化合物と共重合さて、高分子化合物を得る方法。
【0043】
合成方法6)
官能基を有するラジカル重合性化合物を1種以上と、後述の特定モノマーを共重合させて高分子化合物を合成した後に、側鎖官能基と一般式(15)で表される構造を有する化合物を反応させて導入する方法。
【0044】
【化6】

【0045】
一般式(15)のR〜R11は、一般式(3)のR〜R11と同じである。
一般式(3)で表される不飽和基と該不飽和基よりもさらに付加重合性に富んだエチレン性不飽和基とを有するラジカル重合性化合物としては、ビニルアクリレート、ビニルメタクリレート、2−フェニルビニルアクリレート、2−フェニルビニルメタクリレート、1−プロペニルアクリレート、1−プロペニルメタクリレート、ビニルアクリルアミド、ビニルメタクリルアミド等が例として挙げられる。
共重合させて得られる高分子化合物としては、前述の合成方法2)において示した例と同様のものが得られる。
一般式(15)で表される構造を有する化合物としては、2−ヒドロキシエチルモノビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルモノビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、4−クロロメチルスチレン等が例として挙げられる。
【0046】
前記合成方法1)において、前記合成方法1)で用いる一般式(12)の代わりに、下記一般式(4)又は一般式(5)の少なくとも1種を用いる合成方法であることも好ましい。
【0047】
【化7】

【0048】
一般式(4)又は(5)中、D、D、Dは、水素または1価の有機基を表し、Aは、酸素原子、硫黄原子または−ND−を表し、Gは有機連結基を表し、Dは水素または一価の有機基を表し、nは、1〜10の整数を表す。Xは一般式(12)のZと同じであり、R〜Rは一般式(12)のR〜Rと同じである。Aは一般式(12)のXと同じである。
〜D13は、水素または1価の有機基を表すが、少なくとも1つは、下記一般式(6)で表される基である。D14〜D16は水素または1価の有機基を表す。
【0049】
【化8】

【0050】
一般式(6)中、Gは有機連結基を表し、mは、1〜10の整数を表す。
上記一般式(4)または(5)で表される化合物の好ましい具体例としては下記に示すものが挙げられる(i−1〜i−60)。A、X、R、R、Rは、一般式(4)のA、X、R、R、Rと同じである。
【0051】
【化9】

【0052】
【化10】

【0053】
【化11】

【0054】
【化12】

【0055】
【化13】

【0056】
【化14】

【0057】
前記一般式(4)又は(5)を用いて得られた一般式(1)で表される基を有する化合物(以下、「ポリビニル系高分子化合物ともいう。)の合成においては、前記のように脱離反応を用いて二重結合を有するようになった化合物に、さらに、他の一般的なラジカル重合性化合物を共重合させることも好ましい態様である。
【0058】
前記合成方法1)〜6)には、前述の通り、必要に応じて他の一般的なラジカル重合性化合物を共重合させることができる。本発明において、共重合させる一般的なラジカル重合性化合物としては、例えば、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、N,N−2置換アクリルアミド類、N,N−2置換メタクリルアミド類、スチレン類、アクリロニトリル類、メタクリロニトリル類などから選ばれるラジカル重合性化合物が挙げられる。
【0059】
具体的には、例えば、アルキルアクリレート(該アルキル基の炭素原子数は1〜20のものが好ましい)等のアクリル酸エステル類、(具体的には、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸エチルへキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−t−オクチル、クロルエチルアクリレート、2,2−ジメチルヒドロキシプロピルアクリレート、5−ヒドロキシペンチルアクリレート、トリメチロールプロパンモノアクリレート、ペンタエリスリトールモノアクリレート、グリシジルアクリレート、ベンジルアクリレート、メトキシベンジルアクリレート、フルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレートなど)、アリールアクリレート(例えば、フェニルアクリレートなど)、
【0060】
アルキルメタクリレート(該アルキル基の炭素原子は1〜20のものが好ましい)等のメタクリル酸エステル類(例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、アミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、クロルベンジルメタクリレート、オクチルメタクリレー卜、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、5−ヒドロキシペンチルメタクリレート、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、トリメチロールプロパンモノメタクリレート、ペンタエリスリトールモノメタクリレート、グリシジルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレートなど)、アリールメタクリレート(例えば、フェニルメタクリレート、クレジルメタクリレート、ナフチルメタクリレートなど)、
【0061】
スチレン、アルキルスチレン等のスチレン類、(例えば、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、シクロへキシルスチレン、デシルスチレン、ベンジルスチレン、クロルメチルスチレン、トリフルオルメチルスチレン、エトキシメチルスチレン、アセトキシメチルスチレンなど)、アルコキシスチレン(例えばメトキシスチレン、4−メトキシ−3−メチルスチレン、ジメトキシスチレンなど)、ハロゲンスチレン(例えばクロルスチレン、ジクロルスチレン、トリクロルスチレン、テトラクロルスチレン、ペンタクロルスチレン、ブロムスチレン、ジブロムスチレン、ヨードスチレン、フルオルスチレン、トリフルオルスチレン、2−ブロム−4−トリフルオルメチルスチレン、4−フルオル−3−トリフルオルメチルスチレンなど)、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等が挙げられる。
カルボン酸を含有するラジカル重合性化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、インクロトン酸、マレイン酸、p−カルボキシルスチレンなどが挙げられる。
【0062】
また、上記ポリビニル系高分子化合物を合成する際に用いられる溶媒としては、例えば、エチレンジクロリド、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、1−メトキシ−2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、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、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、1−メチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。
これらの溶媒は単独あるいは2種以上混合してもよい。
【0063】
アルカリ可溶性樹脂が有しても良いエチレン性不飽和二重結合有する繰り返し単位の含有量は、樹脂に対し5〜70重量%が好ましく、10〜50重量%が最も好ましい。
【0064】
さらに、アルカリ可溶性樹脂は側鎖にアルキル基、シクロアルキル基、アルキニル基、アリール基及びヘテロ環基を有する繰り返し単位を有しても良い。アルカリ可溶性樹脂が側鎖に有しても良いアルキル基としては、炭素数1〜30のアルキル基が好ましく、炭素数1〜20のアルキル基が最も好ましい。アルキル基の例としては、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−オクチル、n−ドデシル等が挙げられる。
【0065】
アルカリ可溶性樹脂が側鎖に有しても良いシクロアルキル基としては、炭素数3〜30のシクロアルキル基が好ましく、炭素数5〜20のシクロアルキル基が最も好ましい。シクロアルキル基の例としては、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル、シクロドデシル等が挙げられる。
【0066】
アルカリ可溶性樹脂が側鎖に有しても良いアルキニル基としては、炭素数2〜30のアルキニル基が好ましく、炭素数3〜20のアルキニル基が最も好ましい。アルキニル基の例としては、例えば、エチニル、プロパルギル等が挙げられる。
【0067】
アルカリ可溶性樹脂が側鎖に有しても良いアリール基としては、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、炭素数6〜20のアリール基が最も好ましい。アリール基の例としては、例えば、フェニル、p−トルイル、ナフチル等が挙げられる。
【0068】
アルカリ可溶性樹脂が側鎖に有しても良いヘテロ環基としては、炭素数5〜30のヘテロ環基が好ましく、炭素数5〜20のヘテロ環基が最も好ましい。ヘテロ環基の例としては、例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリジル、4−ピリジル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル、ピラゾール−1−イル、イミダゾール−2−イル、ベンゾトリアゾール−1−イル等が挙げられる。
【0069】
前記アルカリ可溶性基が側鎖に有しても良いアルキル基、シクロアルキル基、アルキニル基、アリール基及びヘテロ環基は置換基を有しても良い。置換基の例としては、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基(アルキルアミノ基、アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル又はアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル又はアリールスルフィニル基、アルキル又はアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール又はヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基などが挙げられる。
【0070】
置換基を有するアルキル基の上記置換基を以下に、さらに詳細に説明する。ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アルキル基(直鎖または分岐の置換もしくは無置換のアルキル基で、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2−エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチルが挙げられ、多シクロアルキル基、例えば、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基で、例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)やトリシクロアルキル基等の多環構造の基が挙げられる。好ましくは単環のシクロアルキル基、ビシクロアルキル基であり、単環のシクロアルキル基が特に好ましい。)、
【0071】
アルケニル基(直鎖または分岐の置換もしくは無置換のアルケニル基で、好ましくは炭素数2〜30のアルケニル基であり、例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシクロアルケニル基で、例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イルが挙げられ、多シクロアルケニル基、例えば、ビシクロアルケニル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基で、例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)やトリシクロアルケニル基であり、単環のシクロアルケニル基が特に好ましい。)アルキニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキニル基、例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基)、
【0072】
アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリール基で、例えばフェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル)、ヘテロ環基(好ましくは5〜7員の置換もしくは無置換、飽和もしくは不飽和、芳香族もしくは非芳香族、単環もしくは縮環のヘテロ環基であり、より好ましくは、環構成原子が炭素原子、窒素原子および硫黄原子から選択され、かつ窒素原子、酸素原子および硫黄原子のいずれかのヘテロ原子を少なくとも一個有するヘテロ環基であり、更に好ましくは、炭素数3〜30の5もしくは6員の芳香族のヘテロ環基である。例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリジル、4−ピリジル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、
【0073】
アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルコキシ基で、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ)、アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシ基で、例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、2,4−ジ−t−アミルフェノキシ、4−t−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ)、シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3〜20のシリルオキシ基で、例えば、トリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルシリルオキシ)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のヘテロ環オキシ基で、ヘテロ環部は前述のヘテロ環基で説明されたヘテロ環部が好ましく、例えば、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ)、
【0074】
アシルオキシ基(好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルオキシ基であり、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ)、カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のカルバモイルオキシ基で、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基で、例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ)、アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基で、例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)、
【0075】
アミノ基(好ましくは、アミノ基、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、炭素数0〜30のヘテロ環アミノ基であり、例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N−メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ、N−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)、アシルアミノ基(好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基であり、例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)、アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ基、例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基で、例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチル−メトキシカルボニルアミノ)、
【0076】
アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基で、例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ、m−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)、スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0〜30の置換もしくは無置換のスルファモイルアミノ基で、例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ)、アルキル又はアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールスルホニルアミノ基であり、例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p−メチルフェニルスルホニルアミノ)、メルカプト基、
【0077】
アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルチオ基で、例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールチオ基で、例えば、フェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、m−メトキシフェニルチオ)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数2〜30の置換または無置換のヘテロ環チオ基で、ヘテロ環部は前述のヘテロ環基で説明されたヘテロ環部が好ましく、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30の置換もしくは無置換のスルファモイル基で、例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル)、スルホ基、
【0078】
アルキル又はアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、6〜30の置換または無置換のアリールスルフィニル基であり、例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p−メチルフェニルスルフィニル)、アルキル又はアリールスルホニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルホニル基、6〜30の置換または無置換のアリールスルホニル基であり、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p−メチルフェニルスルホニル)、アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基であり、例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基で、例えば、フェノキシカルボニル、o−クロロフェノキシカルボニル、m−ニトロフェノキシカルボニル、p−t−ブチルフェノキシカルボニル)、
【0079】
アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニル基で、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル)、カルバモイル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のカルバモイル、例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)、アリール又はヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のヘテロ環アゾ基(ヘテロ環部は前述のヘテロ環基で説明されたヘテロ環部が好ましい)、例えば、フェニルアゾ、p−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ)、イミド基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のイミド基で、例えばN−スクシンイミド、N−フタルイミド)、ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)、ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニル基で、例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)、
【0080】
ホスフィニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニルオキシ基で、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)、ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニルアミノ基で、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシリル基で、例えば、トリメチルシリル、t−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)が挙げられる。
【0081】
上記の官能基の中で、水素原子を有するものは、これを取り去り更に上記のいずれかの基で置換されていてもよい。そのような官能基の例としては、アルキルカルボニルアミノスルホニル基、アリールカルボニルアミノスルホニル基、アルキルスルホニルアミノカルボニル基、アリールスルホニルアミノカルボニル基が挙げられ、具体的には、メチルスルホニルアミノカルボニル、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル、アセチルアミノスルホニル、ベンゾイルアミノスルホニル基が挙げられる。
【0082】
アルカリ可溶性樹脂が有しても良い側鎖にアルキル基、シクロアルキル基、アルキニル基、アリール基及びヘテロ環基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂に対し5〜70重量%が好ましく、10〜50重量%が最も好ましい。
【0083】
本発明のアルカリ可溶性樹脂は、分散度が1.1〜1.5の樹脂である。好ましくは分散度が1.2〜1.4であり、1.2〜1.3が最も好ましい。
分散度がこの範囲未満のアルカリ可溶性樹脂は製造しにくく、生産性に乏しく高価である。分散度が1.5を超える樹脂を用いる場合には、2.0μm以下の微細なピクセルを得ようとしたとき、パターン周辺部の現像残り(残渣)が発生する、矩形のパターンが得難いなどの問題を生じる場合がある。
上記の分散度を制御した樹脂の製造法には、連鎖移動剤を用いる方法、リビング重合を用いる方法、分画法等が挙げられる。これらを組み合わせて用いても良い。
【0084】
リビング重合とは、重合における停止反応や移動反応が実質起こらない重合である。リビング重合では、全ポリマー鎖の反応点から逐次的にモノマーが結合し、高分子鎖を構成していく機構で重合が進行するため、分散度(重量平均分子量と数平均分子量の比)が小さくなる。リビング重合には、リビングラジカル重合、リビングアニオン重合、リビングカチオン重合がある。ここでいうリビングラジカル重合とは、重合中、成長末端部がラジカルの放出・再結合の状態にあり、見かけ上、停止反応が進行しないラジカル重合のことである。この条件下では、分散度が通常のラジカル重合と比較して非常に小さくなる。
【0085】
連鎖移動剤を用いる方法における連鎖移動剤は、公知の連鎖移動剤を用いることが出来る。特に、チオール類が最も好ましい。
本発明に使用するチオール化合物は下記一般式(a)で表すことができる。
一般式(a) R−SH
ここでRは、炭素数1〜30の分岐、直鎖および脂環式のアルキル基または炭素数の総和が6〜30のアリール基、アラルキル基である。好ましい化合物としては、n−ブタンチオール、n−オクタンチオール、n−ドデカンチオール、シクロヘキシルチオール、ベンゼンチオール、ベンゾ[α]チアゾール−2−チオール、メルカプトベンズイミダゾール、3−メルカプトプロピオン酸、4−メルカプト安息香酸、ペンタエリトリトール テトラ(3−メルカプトプロピオナート)、ペンタエリトリトールテトラキス(メルカプトアセタート)等が挙げられる。
【0086】
用いる連鎖移動剤の使用量は、目的とする樹脂の分子量、分散度によって最適量が異なるので、一概に決定できないが、用いるモノマーに対し、0.1〜10モル%が好ましく、0.5〜5モル%が最も好ましい。
【0087】
併用する重合開始剤は、市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いることができる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、ジメチル2,2‘−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などが挙げられる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加しても良い。使用するラジカル開始剤は、連鎖移動剤に対し、0.1〜200モル%用いるのが好ましく、1〜50モル%用いるのが最も好ましい。
【0088】
リビングラジカル重合の例としては、連鎖移動剤を用いる方法、金属錯体触媒(中心金属がFe、Ru、Cu、Ni等の遷移金属触媒)とハロゲン原子を含有する化合物の存在下で重合する方法が挙げられる。これらのうち、特に連鎖移動剤を用いる方法が好ましい。
【0089】
リビングラジカル重合における連鎖移動剤として、硫黄含有化合物、窒素含有化合物(ニトロキシル系化合物など)、ヨウ素含有アルキル(例えば2−ヨードペルフルオロプロパン)などが挙げられる。これらのうち、特に硫黄含有化合物を連鎖移動剤に用いることにより、樹脂の分散度を効果的に低下させることができ、かつ樹脂中の金属含有量を低減させることができる。
【0090】
連鎖移動剤としての硫黄含有化合物は、一般式(A)であることが好ましい。この構造であることにより、さらに効果的に本発明の樹脂の分散度を低下させることが可能となる。
【0091】
【化15】

【0092】
一般式(A)で、Aはアルキル基、アルキルチオ基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールチオ基、ヘテロ環基およびヘテロ環チオ基 を表す。Yはラジカルを放出できる基を表す。
【0093】
Aにおけるアルキル基およびアルキルチオ基は、置換基の炭素数を除いた炭素数1〜20のアルキル基、アリールチオ基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−オクチル基等)が好ましく、特に置換基の炭素数を除いた炭素数1〜10のアルキル基およびアリールチオ基が最も好ましい。Aにおけるシクロアルキル基は、単環又は多環の置換基の炭素数を除いた炭素数3〜20のシクロアルキル基(例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、ノルボルニル、アダマンチル等)が好ましく、単環又は多環の置換基の炭素数を除いた炭素数3〜15のシクロアルキル基が最も好ましい。
【0094】
Aにおけるアルコキシ基は、置換基の炭素数を除いた炭素数1〜30のアルコキシ基、(例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−オクチルオキシ基、フェノキシ基等)が好ましく、特に置換基の炭素数を除いた炭素数1〜15のアルコキシ基が最も好ましい。
Aにおけるアリール基およびアリールチオ基は、置換基を除いた炭素数6〜30のアリール基およびアリールチオ基(例えば、フェニル、ナフチル、アントラニル等)が好ましく、炭素数6〜18のアリール基およびアリールチオ基が最も好ましい。Aにおけるヘテロ環基およびヘテロ環チオ基としては、炭素数3〜30の、5〜7員の、飽和もしくは不飽和、芳香族もしくは非芳香族、単環もしくは縮環のヘテロ環基およびヘテロ環チオ基が挙げられ、より好ましくは、環構成原子が炭素原子、窒素原子および硫黄原子から選択され、かつ窒素原子、酸素原子および硫黄原子のいずれかのヘテロ原子を少なくとも一個有するヘテロ環基およびヘテロ環チオ基であり、更に好ましくは、炭素数3〜30の5もしくは6員の芳香族のヘテロ環基およびヘテロ環チオ基が挙げられる。ヘテロ環基、ヘテロ環チオ基の例は、2−フリル、2−チエニル、2−ピリジル、4−ピリジル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル、ピロール−1−イル、イミダゾール−1−イル、ピラゾール−1−イル、1,2,3−トリアゾール−1−イル、1,2,4−トリアゾール−1−イル、1,2,4−トリアゾール−4−イル、インドール−1−イルなどのヘテロ環が含まれる。
【0095】
Aが有しても良い置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基等が挙げられる。
【0096】
Yはラジカルを放出できる基を表す。「ラジカルを放出できる基」とは、下記のように遊離ラジカル(R)と一般式(A)で表される化合物が反応した後、Yがラジカルとなって一般式(A)から遊離できる基であることを意味する。
【0097】
【化16】

【0098】
Yで表されるラジカル発生基の好ましい例としてはベンジル、ジメチルフェニルメチル等のアラルキル基、tert−ブチル、1,1−ジエチルプロピル等の三級アルキル基、ジメチル(メトキシカルボニル)メチル、ジメチル(エトキシカルボニル)メチル、ジメチルシアノメチル、ジエチルシアノメチルなどが挙げられる。
【0099】
一般式(A)は、一般式(A−a)及び一般式(A−b)で表される構造であることが好ましい。これらの構造をもつ連鎖移動剤を用いることにより、365nmでの透過率が高く、狭分散性のポリマーを製造することが可能となる。
【0100】
【化17】

【0101】
一般式(A−a)で、P及びPはそれぞれ一般式(A)のAと同義である。
【0102】
【化18】

【0103】
一般式(A−b)で、Pは一般式(A)のAと同義である。D、D及びDはそれぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシカルボニル基及びシアノ基を表す。
【0104】
以下に一般式(A)で表される化合物の具体的な例を示すが本発明はこれに限定されるものではない。
【0105】
【化19】

【0106】
【化20】

【0107】
一般式(A)で表される化合物の合成法は、公知の方法を用いることができる。つまり、求核剤と二硫化炭素を反応させてジチオカルボン酸を合成した後、アルキル化剤と反応させてジチオエステルを合成する方法(方法1)、ジチオカルボン酸を酸化剤と反応させてビス(チオカルボニル)ジスルフィドを合成し、それを重合開始剤と反応させてジチオエステルを合成する方法(方法2)等が挙げられる。
【0108】
これら連鎖移動剤の添加量は、目的の重合体の分子量によるため一義的に決定できないが、全モノマーモル数に対し、概ね0.01〜10モル%である。より好ましい範囲は0.1〜8モル%であり、最も好ましい範囲は0.5〜5モル%である。重合反応の全モノマー濃度は5〜50質量%であり、好ましくは10〜30質量%である。また、連鎖移動剤を用いる場合、分子量調整剤として機能させるためには、開始剤の使用量は連鎖移動剤の使用量に対して、1.0モル当量以下が好ましい。
【0109】
一般式(A)で表される連鎖移動剤を用いた場合、得られた樹脂の末端に一般式(B)で表される連鎖移動剤由来の置換基(ジチオエステル基)が残存する場合がある。
【0110】
【化21】

【0111】
一般式(B)中、Aは一般式(A)におけるAと同義である。
このようにして連鎖移動剤を用いて得られた樹脂をそのままレジスト材料として用いると着色が残存し、分光に影響を及ぼすため、連鎖移動剤由来のジチオエステル基を除去することが好ましい。除去方法としては、重合終了後にラジカル発生剤、必要に応じて連鎖移動剤(チオール、ジスルフィド等)を添加して置換する方法がある。このとき、重合終了時の反応溶液にラジカル発生剤を添加して置換する方法、及び重合終了後に重合体を単離し、再び重合体を溶媒に溶解させてからラジカル発生剤を加える方法が挙げられるが、重合終了時の反応溶液にラジカル発生剤を添加して置換する方法が効率の点から好ましい。ラジカル発生剤としては前記ラジカル開始剤として挙げたものを用いることができる。ラジカル発生剤は重合時に使用したラジカル開始剤と同じであっても良く、異なっていても良い。ラジカル発生剤の使用量は、重合で使用した一般式(A)の連鎖移動剤に対し、1.0モル当量以上20.0モル当量以下用いることが好ましく、2.0モル当量以上10.0モル当量以下用いることが特に好ましい。反応温度は60〜100℃が好ましく、70〜90℃が最も好ましい。ラジカル発生剤の添加方法は一括に添加する方法、分割添加する方法、溶液にして滴下して添加する方法が挙げられるが、分割添加及び滴下して添加する方法が安全上好ましい。
【0112】
金属錯体およびハロゲン原子含有化合物をリビングラジカル重合開始剤系に用いる場合について説明する。金属錯体は、ルテニウム、鉄、銅、ニッケル、パラジウム、ロジウム、レニウム、モリブデン等の第6〜11族元素を中心金属として持つ化合物が挙げられる。これらの元素は、錯体中に2種類以上含有して錯体を形成していても良い。金属錯体の例としては、ジクロロトリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム、クロロインデニルビス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム、クロロペンタメチルシクロペンタジエニルビス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム、ジブロモビス(トリフェニルホスフィン)鉄、ヨードシクロペンタジエニルビスカルボニル鉄、ビス(ビピリジン)銅塩化物、ジブロモビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム、ジクロロシクロペンタジエニルビス(トリメチルホスフィン)モリブデン等が挙げられる。これらのうち、ジクロロトリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム、クロロインデニルビス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム、クロロペンタメチルシクロペンタジエニルビス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム、ジブロモビス(トリフェニルホスフィン)鉄が好ましい。
【0113】
これらの金属錯体を用いるとき、添加剤を添加して使用することが好ましい。添加剤としては、ルイス酸(例えば、中心金属元素として、アルミニウム、チタン等を含有する金属錯体であり、具体的にはトリアルコキシアルミニウム、テトラアルコキシアルミニウム等)、窒素含有化合物(第1〜第3級のアミン又は窒素含有へテロ環化合物であり、例えばメチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルメチルアミン、n−メチルピペリジン、ピリジン、2,2’−ビピリジル、キノリン等)、ホスフィン(第3級ホスフィンが好ましく、例えば、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等)が挙げられる。
【0114】
ハロゲン原子含有化合物は、金属錯体と作用することにより、ハロゲン原子が解離し、ラジカル種を発生する。このようなハロゲン原子含有化合物として、一般式(C)で表される化合物が好ましい。
【0115】
【化22】

【0116】
一般式(C)で、Halは塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子を表す。D17、D18及びD19は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、アシル基及びシアノ基を表す。
【0117】
一般式(C)は、特にHalが臭素原子であり、D〜Dの少なくとも一つがアルコキシカルボニル基であることが好ましい。これにより、リビングラジカル重合が効率的に進行する。
【0118】
本発明のアルカリ可溶性樹脂はリビングアニオン重合で製造しても良い。リビングアニオン重合開始剤は、アルカリ金属又は有機アルカリ金属等の一般的なリビングアニオン重合に用いられる開始剤を用いることができる。具体的には、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、メチルリチウム、エチルリチウム、n−プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、リチウムビフェニル、リチウムナフタレン、リチウムトリフェニル、ナトリウムナフタレン、α−メチルスチレンナトリウム等を挙げることができる。重合方法は、モノマー溶液をリビングアニオン重合開始剤を含有する溶液に添加しながら重合する方法、リビングアニオン重合開始剤を含有する溶液をモノマー溶液に添加しながら重合する方法のいずれでも良いが、モノマー溶液をリビングアニオン重合開始剤を含有する溶液に添加しながら重合する方法が好ましい。これにより、分散度をさらに小さくすることができる。用いるリビングアニオン重合開始剤の使用量は、樹脂の目的分子量によるため一義的に決定することはできないが、全モノマー量に対して0.001〜0.5モル当量用いることが好ましく、0.01〜0.1モル当量用いることが最も好ましい。リビングアニオン重合は、−100℃〜100℃で行うことができるが、−50〜50℃で行うことが好ましい。
【0119】
リビングアニオン重合を行う場合、温度25℃における水中のpKaが11以下の官能基が含有するリビングアニオン重合で製造する場合、用いるモノマーの活性水素を保護基により保護する必要がある。保護基としては、リビングアニオン重合を行うのに最適な保護基を選択する必要があり、例えば、Protecting Groups:Foundations of organic chemistry ’04.(著者名Kocienski、発行所Thime、発刊年2004.2.10)に記載されている保護基を適宜選択して用いることが出来る。保護基としては、特に、三級アルキル、アルコキシカルボニル、アルコキシメチル、シリル、トリフェニルメチル、メチルチオメチル等の比較的穏やかな酸性条件下で脱保護できる基や、ベンジル、アリル等の非酸性条件下(例えば、金属を用いる反応で脱保護できる条件等)で脱保護できる基が好ましい。
【0120】
本発明のアルカリ可溶性樹脂は分画法によって樹脂の分散度を小さくしても良い。分画法としては、樹脂を溶媒に溶解させ、これと貧溶媒を混合して分画する方法(溶剤分画)、カラムクロマトグラフィーにより分画する方法等が挙げられる。溶剤分画法としては、樹脂を含有する溶液を貧溶媒に添加して分画してもよいし、樹脂を含有する溶液に貧溶媒を添加して分画しても良い。さらに、これらの操作を繰り返して分画を行ってもよく、これらの操作を組み合わせて分画を行っても良い。樹脂を含有する溶液の樹脂の濃度は、1〜40重量%が好ましく、5〜20重量%が最も好ましい。この濃度より薄いと生産性が悪くなり、この濃度より濃いと溶液の粘度が非常に高くなり操作性が悪くなる。樹脂を溶解させる溶媒は、樹脂に対する溶解能力が高ければ制限なく使用することができるが、ケトン系溶媒(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等)、エステル系溶媒(例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、エーテル系溶媒(例えば、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等)が好ましい。
【0121】
前記貧溶媒とは、樹脂の飽和溶解度が、0.010g−樹脂/1.0mL−貧溶媒(10℃)以下である溶媒又は混合溶媒をいう。貧溶媒の例として、脂肪族炭化水素系溶媒(例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン等)、芳香族炭化水素系溶媒(例えば、トルエン、キシレン、メシチレン等)、アルコール系溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、3−メチルブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等)及び水が挙げられ、特に炭素数5〜15のアルカン、炭素数5〜15のシクロアルカン、炭素数1〜5のアルコール及び水が好ましい。これらは混合して用いても良い。貧溶媒は、場合によっては、スルホキシド系溶媒(例えば、ジメチルスルホキシド等)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等)、エステル系溶媒(例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、エーテル系溶媒(例えば、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、ニトリル系溶媒(例えば、アセトニトリル、プロピオンニトリル等)、アミド系溶媒(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−メチルピロリドン等)、カルボン酸系溶媒(例えば、酢酸、プロピオン酸等)、ハロゲン系溶媒(例えば、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等)を混合して用いても良い。用いる貧溶媒の使用量は、樹脂を含有する溶液に対し、0.1〜100体積当量用いることができるが、0.5〜50体積当量用いることが好ましい。溶媒分画を行う温度は、−10〜100℃で行うことができるが、10〜50℃で行うことが好ましい。
【0122】
カラムクロマトグラフィーにより分画する方法としては、シリカゲルやアルミナ等の充填剤をクロマトグラフィー用カラムに充填し、樹脂を含有する溶液を溶離液と共に充填剤中に展開していく方法や、分取用GPC装置を用いて行う方法等が挙げられる。溶離液としては、前記樹脂を溶解させる溶媒、場合によっては前記貧溶媒を混合した溶媒を用いることができる。
【0123】
前記の樹脂の分散度を小さくする方法のうち、連鎖移動剤を用いる方法、リビングラジカル重合及び溶媒分画法が好ましく、特に、一般式(a)で表される化合物を連鎖移動剤として用いる方法、及び、一般式(A)で表される化合物を連鎖移動剤として用いるリビングラジカル重合が最も好ましい。この方法により、生産性よく樹脂を製造することが可能となる。
【0124】
本発明の樹脂は、あらかじめ加熱した溶液に、モノマー溶液を滴下する滴下重合法で製造することが好ましい。これにより樹脂の分散度をさらに低下させることが出来る。滴下時間は0.5〜24時間が好ましく、1〜10時間が最も好ましい。重合は、60〜100℃で行うのが好ましく、70〜85℃で行うのが最も好ましい。これにより、樹脂を安全かつ安定に製造することが可能となる。
【0125】
本発明のアルカリ可溶性樹脂は、重量平均分子量が1,000〜40,000であることが好ましく、2,000〜20,000であることが最も好ましい。重量平均分子量と数平均分子量の比は1.1〜1.5であるが、この値が小さいほど好ましい。より好ましくは1.2〜1.4であり、更に好ましくは1.2〜1.3である。
【0126】
本発明の分子量、分散度はGPC(ゲルろ過クロマトグラフィー)法を用いて測定する。GPC法に用いるカラムに充填されているゲルは芳香族化合物を繰り返し単位に持つゲルが好ましく、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体からなるゲルが挙げられる。カラムは2〜6本連結させて用いることが好ましい。用いる溶媒は、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、N−メチルピロリジノン等のアミド系溶媒が挙げられるが、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒が好ましい。測定は、溶媒の流速が0.1〜2mL/minの範囲で行うことが好ましく、0.5〜1.5mL/minの範囲で行うことが最も好ましい。この範囲内で測定を行うことで、装置に負荷がかからず、さらに効率的に測定ができる。測定温度は10〜50℃で行うことが好ましく、20〜40℃で行うことが最も好ましい。
【0127】
以下に本発明のアルカリ溶解性樹脂の分子量を測定した条件を示す。
装置:HLC−8220GPC(東ソー(株)製)
検出器:示差屈折計(RI検出器)
プレカラム:TSKGUARDCOLUMN MP(XL)
6mm×40mm(東ソー(株)製)
サンプル側カラム:以下の2本を直結(全て東ソー(株)製)
・TSK−GEL Multipore−HXL−M 7.8mm×300mm
リファレンス側カラム:サンプル側カラムに同じ
恒温槽温度:40℃
移動層:テトラヒドロフラン
サンプル側移動層流量:1.0mL/分
リファレンス側移動層流量:0.3mL/分
試料濃度:0.1重量%
試料注入量:100μL
データ採取時間:試料注入後16分〜46分
サンプリングピッチ:300msec
【0128】
本発明の硬化性組成物における(A)特定アルカリ可溶性樹脂の含有量は、固形分換算で、0.5〜20質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましい。含有量がこの範囲内で、異物の発生抑制という効果を奏する。
【0129】
本発明の硬化性組成物には、他のアルカリ可溶性樹脂が併用可能である。ただし全アルカリ可溶性樹脂のうち、(A)特定アルカリ可溶性樹脂が50質量%以上、好ましくは70質量%以上占めることが必要である。(A)特定アルカリ可溶性樹脂が、50質量%未満だと、本発明の効果が発揮されない。
【0130】
<(B)光重合開始剤>
本発明の硬化性組成物は、感度及びパターン形成性向上のため(B)光重合開始剤を含有する。本発明における光重合開始剤は、光により分解し、本発明における重合可能な成分の重合を開始、促進する化合物であり、波長300〜500nmの領域に吸収を有するものであることが好ましい。また、光重合開始剤は、単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。
【0131】
光重合開始剤としては、例えば、有機ハロゲン化化合物、オキシジアゾール化合物、カルボニル化合物、ケタール化合物、ベンゾイン化合物、アクリジン化合物、有機過酸化化合物、アゾ化合物、クマリン化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン酸化合物、オキシムエステル化合物、オニウム塩化合物、アシルホスフィン(オキシド)化合物、アルキルアミノ化合物、等が挙げられる。
以下、これらの各化合物について詳細に述べる。
【0132】
有機ハロゲン化化合物としては、具体的には、若林等、「Bull Chem.Soc Japan」42、2924(1969)、米国特許第3,905,815号明細書、特公昭46−4605号、特開昭48−36281号、特開昭55−32070号、特開昭60−239736号、特開昭61−169835号、特開昭61−169837号、特開昭62−58241号、特開昭62−212401号、特開昭63−70243号、特開昭63−298339号の各公報、M.P.Hutt”Journal of Heterocyclic Chemistry”1(No3),(1970)」等に記載の化合物が挙げられ、特に、トリハロメチル基が置換したオキサゾール化合物、s−トリアジン化合物が挙げられる。
【0133】
s−トリアジン化合物として、より好適には、すくなくとも一つのモノ、ジ、又はトリハロゲン置換メチル基がs−トリアジン環に結合したs−トリアジン誘導体、具体的には、例えば、2,4,6−トリス(モノクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(ジクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−n−プロピル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(α,α,β−トリクロロエチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3,4−エポキシフェニル)−4、6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−〔1−(p−メトキシフェニル)−2,4−ブタジエニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−スチリル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−i−プロピルオキシスチリル)−4、6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−トリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−ナトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニルチオ−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−ベンジルチオ−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(ジブロモメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(トリブロモメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリブロモメチル)−s−トリアジン、2−メトキシ−4,6−ビス(トリブロモメチル)−s−トリアジン等が挙げられる。
【0134】
オキソジアゾール化合物としては、2−トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(シアノスチリル)−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(ナフト−1−イル)−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−スチリル)スチリル−1,3,4−オキソジアゾールなどが挙げられる。
【0135】
カルボニル化合物としては、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、2−メチルベンゾフェノン、3−メチルベンゾフェノン、4−メチルベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、4−ブロモベンゾフェノン、2−カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、α−ヒドキシ−2−メチルフェニルプロパノン、1−ヒドロキシ−1−メチルエチル−(p−イソプロピルフェニル)ケトン、1−ヒドロキシ−1−(p−ドデシルフェニル)ケトン、2−メチル−(4’−(メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノ−1−プロパノン、1,1,1−トリクロロメチル−(p−ブチルフェニル)ケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−4−モルホリノブチロフェノン等のアセトフェノン誘導体、チオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、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、2,4−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン誘導体、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体等を挙げることができる。
【0136】
ケタール化合物としては、ベンジルメチルケタール、ベンジル−β−メトキシエチルエチルアセタールなどを挙げることができる。
ベンゾイン化合物としてはm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、ベンゾインメチルエーテル、メチルo−ベンゾイルベンゾエートなどを挙げることができる。
【0137】
アクリジン化合物としては、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9−アクリジニル)ヘプタンなどを挙げることができる。
【0138】
有機過酸化化合物としては、例えば、トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタン、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−オキサノイルパーオキサイド、過酸化こはく酸、過酸化ベンゾイル、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジメトキシイソプロピルパーオキシカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシピバレート、tert−ブチルパーオキシネオデカノエート、tert−ブチルパーオキシオクタノエート、tert−ブチルパーオキシラウレート、ターシルカーボネート、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、3,3’,4,4’−テトラ−(t−ヘキシルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ−(p−イソプロピルクミルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、カルボニルジ(t−ブチルパーオキシ二水素二フタレート)、カルボニルジ(t−ヘキシルパーオキシ二水素二フタレート)等が挙げられる。
【0139】
アゾ化合物としては、例えば、特開平8−108621号公報に記載のアゾ化合物等を挙げることができる。
クマリン化合物としては、例えば、3−メチル−5−アミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン、3−クロロ−5−ジエチルアミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン、3−ブチル−5−ジメチルアミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン等を挙げることができる。
【0140】
アジド化合物としては、米国特許第2848328号明細書、米国特許第2852379号明細書ならびに米国特許第2940853号明細書に記載の有機アジド化合物、2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−エチルシクロヘキサノン(BAC−E)等が挙げられる。
【0141】
メタロセン化合物としては、特開昭59−152396号公報、特開昭61−151197号公報、特開昭63−41484号公報、特開平2−249号公報、特開平2−4705号公報、特開平5−83588号公報記載の種々のチタノセン化合物、例えば、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−フェニル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,6−ジフルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4−ジ−フルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4,6−トリフルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,5,6−テトラフルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,6−ジフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4,6−トリフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,5,6−テトラフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニ−1−イル、特開平1−304453号公報、特開平1−152109号公報記載の鉄−アレーン錯体等が挙げられる。
【0142】
ヘキサアリールビイミダゾール化合物としては、例えば、特公平6−29285号公報、米国特許第3,479,185号、同第4,311,783号、同第4,622,286号等の各明細書に記載の種々の化合物、具体的には、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−ブロモフェニル))4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o,p−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラ(m−メトキシフェニル)ビイダゾール、2,2’−ビス(o,o’−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−ニトロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−メチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−トリフルオロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール等が挙げられる。
【0143】
有機ホウ酸塩化合物としては、例えば、特開昭62−143044号、特開昭62−150242号、特開平9−188685号、特開平9−188686号、特開平9−188710号、特開2000−131837、特開2002−107916、特許第2764769号、特願2000−310808号、等の各公報、及び、Kunz,Martin“Rad Tech’98.Proceeding April 19−22,1998,Chicago”等に記載される有機ホウ酸塩、特開平6−157623号公報、特開平6−175564号公報、特開平6−175561号公報に記載の有機ホウ素スルホニウム錯体或いは有機ホウ素オキソスルホニウム錯体、特開平6−175554号公報、特開平6−175553号公報に記載の有機ホウ素ヨードニウム錯体、特開平9−188710号公報に記載の有機ホウ素ホスホニウム錯体、特開平6−348011号公報、特開平7−128785号公報、特開平7−140589号公報、特開平7−306527号公報、特開平7−292014号公報等の有機ホウ素遷移金属配位錯体等が具体例として挙げられる。
【0144】
ジスルホン化合物としては、特開昭61−166544号公報、特願2001−132318号明細書等記載される化合物等が挙げられる。
【0145】
オキシムエステル化合物としては、J.C.S. Perkin II (1979 )1653−1660)、J.C.S. Perkin II (1979)156−162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995)202−232、特開2000−66385号公報記載の化合物、特開2000−80068号公報、特表2004−534797号公報記載の化合物等が挙げられる。
【0146】
オニウム塩化合物としては、例えば、S.I.Schlesinger,Photogr.Sci.Eng.,18,387(1974)、T.S.Bal et al,Polymer,21,423(1980)に記載のジアゾニウム塩、米国特許第4,069,055号明細書、特開平4−365049号等に記載のアンモニウム塩、米国特許第4,069,055号、同4,069,056号の各明細書に記載のホスホニウム塩、欧州特許第104、143号、米国特許第339,049号、同第410,201号の各明細書、特開平2−150848号、特開平2−296514号の各公報に記載のヨードニウム塩などが挙げられる。
【0147】
本発明に好適に用いることのできるヨードニウム塩は、ジアリールヨードニウム塩であり、安定性の観点から、アルキル基、アルコキシ基、アリーロキシ基等の電子供与性基で2つ以上置換されていることが好ましい。また、その他の好ましいスルホニウム塩の形態として、トリアリールスルホニウム塩の1つの置換基がクマリン、アントアキノン構造を有し、300nm以上に吸収を有するヨードニウム塩などが好ましい。
【0148】
本発明に好適に用いることのできるスルホニウム塩としては、欧州特許第370,693号、同390,214号、同233,567号、同297,443号、同297,442号、米国特許第4,933,377号、同161,811号、同410,201号、同339,049号、同4,760,013号、同4,734,444号、同2,833,827号、独国特許第2,904,626号、同3,604,580号、同3,604,581号の各明細書に記載のスルホニウム塩が挙げられ、安定性と感度の点から好ましくは電子吸引性基で置換されていることが好ましい。電子吸引性基としては、ハメット値が0より大きいことが好ましい。好ましい電子吸引性基としては、ハロゲン原子、カルボン酸などが挙げられる。
また、その他の好ましいスルホニウム塩としては、トリアリールスルホニウム塩の1つの置換基がクマリン、アントラキノン構造を有し、300nm以上に吸収を有するスルホニウム塩が挙げられる。別の好ましいスルホニウム塩としては、トリアリールスルホニウム塩が、アリロキシ基、アリールチオ基を置換基に有する300nm以上に吸収を有するスルホニウム塩が挙げられる。
【0149】
また、オニウム塩化合物としては、J.V.Crivello et al,Macromolecules,10(6),1307(1977)、J.V.Crivello et al,J.Polymer Sci.,Polymer Chem.Ed.,17,1047(1979)に記載のセレノニウム塩、C.S.Wen et al,Teh,Proc.Conf.Rad.Curing ASIA,p478 Tokyo,Oct(1988)に記載のアルソニウム塩等のオニウム塩等が挙げられる。
【0150】
アシルホスフィン(オキシド)化合物としては、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製のイルガキュア819、ダロキュア4265、ダロキュアTPOなどが挙げられる。
【0151】
アルキルアミノ化合物としては、例えば、特開平9−281698号公報の段落番号[0047]、特開平6−19240号公報、特開平6−19249号公報等に記載のジアルキルアミノフェニル基を有する化合物やアルキルアミン化合物が挙げられる。具体的には、ジアルキルアミノフェニル基を有する化合物としてはp−ジメチルアミノ安息香酸エチル等の化合物や、p−ジエチルアミノベンズカルバルデヒド、9−ジュロリジルカルバルデヒド等のジアルキルアミノフェニルカルバルデヒドが、アルキルアミン化合物としてはトリエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエチルアミン等が挙げられる。
【0152】
本発明に用いられる(B)光重合開始剤としては、露光感度の観点から、トリアジン系化合物、アルキルアミノ化合物、ベンジルジメチルケタール化合物、α−ヒドロキシケトン化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン系化合物、フォスフィンオキサイド系化合物、メタロセン化合物、オキシム系化合物、ビイミダゾール系化合物、オニウム系化合物、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、アセトフェノン系化合物およびその誘導体、シクロペンタジエン−ベンゼン−鉄錯体およびその塩、ハロメチルオキサジアゾール化合物、3−アリール置換クマリン化合物からなる群より選択される化合物が好ましい。
【0153】
より好ましくは、トリアジン系化合物、アルキルアミノ化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン系化合物、フォスフィンオキサイド系化合物、オキシム系化合物、ビイミダゾール系化合物、オニウム系化合物、ベンゾフェノン系化合物、アセトフェノン系化合物であり、トリアジン系化合物、アルキルアミノ化合物、オキシム系化合物、ビイミダゾール系化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物が更に好ましい。
【0154】
(B)光重合開始剤の含有量は、本発明の硬化性組成物の全固形分に対し0.1質量%〜50質量%であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%〜30質量%、特に好ましくは1質量%〜20質量%である。この範囲で、良好な感度とパターン形成性が得られる。
【0155】
<(C)着色剤>
本発明の硬化性組成物は、(C)着色剤を含有することで、有色の硬化膜を形成することができ、例えば、カラーフィルタの着色パターンの形成に有用である。
本発明の硬化性組成物に含有される着色剤には特に制限はなく、従来公知の種々の染料や顔料を1種又は2種以上混合して用いることができる。着色剤としては、耐熱性、耐光性等の耐久性の観点から、顔料であることが好ましい。
本発明の硬化性組成物に含有しうる顔料としては、従来公知の種々の無機顔料または有機顔料を用いることができ、高透過率であることが好ましい。
【0156】
無機顔料としては、金属酸化物、金属錯塩等で示される金属化合物を挙げることができ、具体的には、鉄、コバルト、アルミニウム、カドミウム、鉛、銅、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモン等の金属酸化物、および前記金属の複合酸化物を挙げることができる。
【0157】
有機顔料としては、例えば、
C.I.ピグメントイエロー11,24,31,53,83,93,99,108,109,110,138,139,147,150,151,154,155,167,180,185,199,;
C.I.ピグメントオレンジ36,38,43,71;
C.I.ピグメントレッド81,105,122,149,150,155,171,175,176,177,209,220,224,242,254,255,264,270;
C.I.ピグメントバイオレット19,23,32,39;
C.I.ピグメントブルー1,2,15,15:1,15:3,15:6,16,22,60,66;
C.I.ピグメントグリーン7,36,37;
C.I.ピグメントブラウン25,28;
C.I.ピグメントブラック1,7;
カーボンブラック等を挙げることができる。
【0158】
本発明では、特に顔料の構造式中に塩基性のN原子をもつものを好ましく用いることができる。これら塩基性のN原子をもつ顔料は本発明の組成物中で良好な分散性を示す。その原因については十分解明されていないが、感光性重合成分と顔料との親和性の良さが影響しているものと推定される。
【0159】
本発明において好ましく用いることができる顔料として、以下のものを挙げることができる。但し本発明は、これらに限定されるものではない。
【0160】
C.I.ピグメントイエロー11,24,108,109,110,138,139,150,151,154,167,180,185,
C.I.ピグメントオレンジ36,71,
C.I.ピグメントレッド122,150,171,175,177,209,224,242,254,255,264,
C.I.ピグメントバイオレット19,23,32,
C.I.ピグメントブルー15:1,15:3,15:6,16,22,60,66,
C.I.ピグメントグリーン7,36,37;
C.I.ピグメントブラック1
【0161】
これら有機顔料は、単独もしくは色純度を上げるため種々組合せて用いることができる。上記組合せの具体例を以下に示す。例えば、赤の顔料として、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料単独またはそれらの少なくとも一種と、ジスアゾ系黄色顔料、イソインドリン系黄色顔料、キノフタロン系黄色顔料またはペリレン系赤色顔料と、の混合などを用いることができる。例えば、アントラキノン系顔料としては、C.I.ピグメントレッド177が挙げられ、ペリレン系顔料としては、C.I.ピグメントレッド155、C.I.ピグメントレッド224が挙げられ、ジケトピロロピロール系顔料としては、C.I.ピグメントレッド254が挙げられ、色分解性の点でC.I.ピグメントイエロー139との混合が好ましい。また、赤色顔料と黄色顔料との質量比は、100:5〜100:50が好ましい。100:4以下では400nmから500nmの光透過率を抑えることが困難であり、また100:51以上では主波長が短波長寄りになり、色分解能を上げることが出来ない場合がある。特に、上記質量比としては、100:10〜100:30の範囲が最適である。尚、赤色顔料同士の組み合わせの場合は、求める分光に併せて調整することができる。
【0162】
また、緑の顔料としては、ハロゲン化フタロシアニン系顔料を単独で、または、これとジスアゾ系黄色顔料、キノフタロン系黄色顔料、アゾメチン系黄色顔料若しくはイソインドリン系黄色顔料との混合を用いることができる。例えば、このような例としては、C.I.ピグメントグリーン7、36、37とC.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー139、C.I.ピグメントイエロー150、C.I.ピグメントイエロー180またはC.I.ピグメントイエロー185との混合が好ましい。緑顔料と黄色顔料との質量比は、100:5〜100:150が好ましい。上記質量比としては100:30〜100:120の範囲が特に好ましい。
【0163】
青の顔料としては、フタロシアニン系顔料を単独で、若しくはこれとジオキサジン系紫色顔料との混合を用いることができる。例えばC.I.ピグメントブルー15:6とC.I.ピグメントバイオレット23との混合が好ましい。青色顔料と紫色顔料との質量比は、100:0〜100:100が好ましく、より好ましくは100:10以下である。
【0164】
また、ブラックマトリックス用の顔料としては、カーボン、チタンブラック、酸化鉄、酸化チタン単独または混合が用いられ、カーボンとチタンブラックとの組合せが好ましい。また、カーボンとチタンブラックとの質量比は、100:0〜100:60の範囲が好ましい。
【0165】
顔料の一次粒子径は、カラーフィルタ用として用いる場合には、色ムラやコントラストの観点から、100nm以下であることが好ましく、また、分散安定性の観点から5nm以上であることが好ましい。顔料の一次粒子径としてより好ましくは、5〜75nmであり、さらに好ましくは5〜55nmであり、特に好ましくは5〜35nmである。
顔料の一次粒子径は、電子顕微鏡等の公知の方法で測定することができる。
【0166】
中でも、顔料としては、アントラキノン系、アゾメチン系、ベンジリデン系、シアニン系、ジケトピロロピロール系、フタロシアニン系から選ばれる顔料であることが好ましい。
【0167】
また、本発明の組成物をカラーフィルター用として用いる場合には、色むらや平滑性の観点では、組成物中に均一に溶解する染料を用いることが好ましい。
本発明の硬化性組成物に含有される着色剤として使用できる染料は、特に制限はなく、従来カラーフィルタ用として公知の染料が使用できる。例えば、特開昭64−90403号公報、特開昭64−91102号公報、特開平1−94301号公報、特開平6−11614号公報、特登2592207号、米国特許第4,808,501号明細書、米国特許第5,667,920号明細書、米国特許第5,059,500号明細書、特開平5−333207号公報、特開平6−35183号公報、特開平6−51115号公報、特開平6−194828号公報、特開平8−211599号公報、特開平4−249549号公報、特開平10−123316号公報、特開平11−302283号公報、特開平7−286107号公報、特開2001−4823号公報、特開平8−15522号公報、特開平8−29771号公報、特開平8−146215号公報、特開平11−343437号公報、特開平8−62416号公報、特開2002−14220号公報、特開2002−14221号公報、特開2002−14222号公報、特開2002−14223号公報、特開平8−302224号公報、特開平8−73758号公報、特開平8−179120号公報、特開平8−151531号公報等に開示されている色素が使用できる。
【0168】
化学構造としては、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、アンスラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサテン系、フタロシアニン系、ペンゾピラン系、インジゴ系等の染料が使用できる。
【0169】
また、硬化性組成物のパターン露光及び露光部の硬化後に、未露光部を水またはアルカリ現像により除去してパターンを形成するという、例えば、レジストやカラーフィルタの着色パターンを形成するといった場合、現像による光未照射部のバインダー、染料などを完全に除去するという観点から、酸性染料および/またはその誘導体が好適に使用できる場合がある。
その他、直接染料、塩基性染料、媒染染料、酸性媒染染料、アゾイック染料、分散染料、油溶染料、食品染料、および/または、これらの誘導体等も有用に使用することができる。
【0170】
酸性染料は、スルホン酸やカルボン酸等の酸性基を有するものであれば特に限定されないが、有機溶剤や現像液に対する溶解性、塩基性化合物との塩形成性、吸光度、組成物中の他の成分との相互作用、耐光性、耐熱性等の必要とされる性能の全てを考慮して選択される。
【0171】
以下、酸性染料の具体例を挙げるが、本発明においてはこれらに限定されるものではない。例えば、
acid alizarin violet N;
acid black 1,2,24,48;
acid blue 1,7,9,15,18,23,25,27,29,40,42,45,51,62,70,74,80,83,86,87,90,92,96,103,112,113,120,129,138,147,150,158,171,182,192,210,242,243,256,259,267,278,280,285,290,296,315,324:1,335,340;
acid chrome violet K;
acid Fuchsin;
acid green 1,3,5,9,16,25,27,50,58,63,65,80,104,105,106,109;
acid orange 6,7,8,10,12,26,50,51,52,56,62,63,64,74,75,94,95107,108,169,173;
【0172】
acid red 1,4,8,14,17,18,26,27,29,31,34,35,37,42,44,50,51,52,57,66,73,80,87,88,91,92,94,97,103,111,114,129,133,134,138,143,145,150,151,158,176,182,183,198,206,211,215,216,217,227,228,249,252,257,258,260,261,266,268,270,274,277,280,281,195,308,312,315,316,339,341,345,346,349,382,383,394,401,412,417,418,422,426;
acid violet 6B,7,9,17,19;
acid yellow 1,3,7,9,11,17,23,25,29,34,36,38,40,42,54,65,72,73,76,79,98,99,111,112,113,114,116,119,123,128,134,135,138,139,140,144,150,155,157,160,161,163,168,169,172,177,178,179,184,190,193,196,197,199,202,203,204,205,207,212,214,220,221,228,230,232,235,238,240,242,243,251;
【0173】
Direct Yellow 2,33,34,35,38,39,43,47,50,54,58,68,69,70,71,86,93,94,95,98,102,108,109,129,136,138,141;
Direct Orange 34,39,41,46,50,52,56,57,61,64,65,68,70,96,97,106,107;
Direct Red 79,82,83,84,91,92,96,97,98,99,105,106,107,172,173,176,177,179,181,182,184,204,207,211,213,218,220,221,222,232,233,234,241,243,246,250;
Direct Violet 47,52,54,59,60,65,66,79,80,81,82,84,89,90,93,95,96,103,104;
【0174】
Direct Blue 57,77,80,81,84,85,86,90,93,94,95,97,98,99,100,101,106,107,108,109,113,114,115,117,119,137,149,150,153,155,156,158,159,160,161,162,163,164,166,167,170,171,172,173,188,189,190,192,193,194,196,198,199,200,207,209,210,212,213,214,222,228,229,237,238,242,243,244,245,247,248,250,251,252,256,257,259,260,268,274,275,293;
Direct Green 25,27,31,32,34,37,63,65,66,67,68,69,72,77,79,82;
Mordant Yellow 5,8,10,16,20,26,30,31,33,42,43,45,56,50,61,62,65;
Mordant Orange 3,4,5,8,12,13,14,20,21,23,24,28,29,32,34,35,36,37,42,43,47,48;
【0175】
Mordant Red 1,2,3,4,9,11,12,14,17,18,19,22,23,24,25,26,30,32,33,36,37,38,39,41,43,45,46,48,53,56,63,71,74,85,86,88,90,94,95;
Mordant Violet 2,4,5,7,14,22,24,30,31,32,37,40,41,44,45,47,48,53,58;
Mordant Blue 2,3,7,8,9,12,13,15,16,19,20,21,22,23,24,26,30,31,32,39,40,41,43,44,48,49,53,61,74,77,83,84;
Mordant Green 1,3,4,5,10,15,19,26,29,33,34,35,41,43,53;
Food Yellow 3;
及びこれらの染料の誘導体が挙げられる。
【0176】
上記の酸性染料の中でも、acid black 24;
acid blue 23,25,29,62,80,86,87,92,138,158,182,243,324:1;
acid orange 8,51,56,74,63;
acid red 1,4,8,34,37,42,52,57,80,97,114,143,145,151,183,217,249;
acid violet 7;
acid yellow 17,25,29,34,42,72,76,99,111,112,114,116,134,155,169,172,184,220,228,230,232,243;
Acid Green 25等の染料およびこれらの染料の誘導体が好ましい。
【0177】
また、上記以外の、アゾ系、キサンテン系、フタロシアニン系の酸性染料も好ましく、C.I.Solvent Blue 44、38;C.I.Solvent orange 45;Rhodamine B、Rhodamine 110等の酸性染料およびこれらの染料の誘導体も好ましく用いられる。
【0178】
本発明の硬化性組成物における着色剤の含有量は、カラーフィルタの着色パターン形成に使用する場合を含めて、0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上25質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上20質量%以下であることがもっとも好ましい。
【0179】
<(D)エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物>
本発明の硬化性組成物は、前記樹脂以外のエチレン性不飽和二重結合を含有する化合物(以下、単に「エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物」と称する場合がある。)を含有することができる。
【0180】
本発明に用いることができるエチレン性不飽和二重結合を含有する化合物は、前記樹脂以外のものであって、少なくとも一個のエチレン性不飽和二重結合を有する付加重合性化合物であり、末端エチレン性不飽和結合を少なくとも1個、好ましくは2個以上有する化合物から選ばれる。このような化合物群は当該産業分野において広く知られるものであり、本発明においてはこれらを特に限定無く用いることができる。これらは、例えばモノマー、プレポリマー、すなわち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物ならびにそれらの共重合体などの化学的形態をもつ。モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸など)や、そのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド類が用いられる。また、ヒドロキシ基やアミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能イソシアネート類或いはエポキシ類との付加反応物、及び単官能若しくは、多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアネート基や、エポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との付加反応物、更にハロゲン基や、トシルオキシ基等の脱離性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン、ビニルエーテル等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。
【0181】
脂肪族多価アルコール化合物と不飽和カルボン酸とのエステルのモノマーの具体例としては、アクリル酸エステルとして、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、1,3−ブタンジオールジアクリレート、テトラメチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、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トリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリメチロールエタントリアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、1,4−シクロヘキサンジオ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、ペンタエリスリトールジアクリレート、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、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ポリエステルアクリレートオリゴマー、イソシアヌール酸EO変性トリアクリレート等がある。
【0182】
メタクリル酸エステルとしては、テトラメ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、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、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ジメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ソルビトールトリメタクリレート、ソルビトールテトラメタクリレート、ビス〔p−(3−メタクリルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル〕ジメチルメタン、ビス−〔p−(メタクリルオキシエトキシ)フェニル〕ジメチルメタン等がある。
【0183】
イタコン酸エステルとしては、エチレングリコールジイタコネート、プロピレングリコールジイタコネート、1,3−ブタンジオールジイタコネート、1,4−ブタンジオールジイタコネート、テトラメチレングリコールジイタコネート、ペンタエリスリトールジイタコネート、ソルビトールテトライタコネート等がある。クロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジクロトネート、テトラメチレングリコールジクロトネート、ペンタエリスリトールジクロトネート、ソルビトールテトラジクロトネート等がある。イソクロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジイソクロトネート、ペンタエリスリトールジイソクロトネート、ソルビトールテトライソクロトネート等がある。マレイン酸エステルとしては、エチレングリコールジマレート、トリエチレングリコールジマレート、ペンタエリスリトールジマレート、ソルビトールテトラマレート等がある。
【0184】
その他のエステルの例として、例えば、特公昭51−47334号、特開昭57−196231号各公報記載の脂肪族アルコール系エステル類や、特開昭59−5240号、特開昭59−5241号、特開平2−226149号各公報記載の芳香族系骨格を有するもの、特開平1−165613号公報記載のアミノ基を含有するもの等も好適に用いられる。更に、前述のエステルモノマーは混合物としても使用することができる。
【0185】
さらに、酸基を含有するモノマーも使用でき、例えば、(メタ)アクリル酸、ペンタエリスリトールトリアクリレートコハク酸モノエステル、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートコハク酸モノエステル、ペンタエリスリトールトリアクリレートマレイン酸モノエステル、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートマレイン酸モノエステル、ペンタエリスリトールトリアクリレートフタル酸モノエステル、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートフタル酸モノエステル、ペンタエリスリトールトリアクリレートテトラヒドロフタル酸モノエステル、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートテトラヒドロフタル酸モノエステル等が挙げられる。これらの中では、ペンタエリスリトールトリアクリレートコハク酸モノエステル等が挙げられる。
【0186】
また、脂肪族多価アミン化合物と不飽和カルボン酸とのアミドのモノマーの具体例としては、メチレンビス−アクリルアミド、メチレンビス−メタクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−アクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−メタクリルアミド、ジエチレントリアミントリスアクリルアミド、キシリレンビスアクリルアミド、キシリレンビスメタクリルアミド等がある。その他の好ましいアミド系モノマーの例としては、特公昭54−21726記載のシクロへキシレン構造を有すものを挙げることができる。
【0187】
また、イソシアネートと水酸基の付加反応を用いて製造されるウレタン系付加重合性化合物も好適であり、そのような具体例としては、例えば、特公昭48−41708号公報に記載されている1分子に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物に、下記一般式で表される化合物における水酸基を含有するビニルモノマーを付加させた1分子中に2個以上の重合性ビニル基を含有するビニルウレタン化合物等が挙げられる。
【0188】
一般式 CH=C(D20)COOCHCH(D21)OH
(ただし、D20及びD21は、H又はCHを示す。)
【0189】
また、特開昭51−37193号、特公平2−32293号、特公平2−16765号各公報に記載されているようなウレタンアクリレート類や、特公昭58−49860号、特公昭56−17654号、特公昭62−39417号、特公昭62−39418号各公報記載のエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。更に、特開昭63−277653号、特開昭63−260909号、特開平1−105238号各公報に記載される、分子内にアミノ構造やスルフィド構造を有する付加重合性化合物類を用いることによっては、非常に感光スピードに優れた光重合性組成物を得ることができる。
【0190】
その他の例としては、特開昭48−64183号、特公昭49−43191号、特公昭52−30490号各公報に記載されているようなポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸を反応させたエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタクリレートを挙げることができる。また、特公昭46−43946号、特公平1−40337号、特公平1−40336号各公報記載の特定の不飽和化合物や、特開平2−25493号公報記載のビニルホスホン酸系化合物等も挙げることができる。また、ある場合には、特開昭61−22048号公報記載のペルフルオロアルキル基を含有する構造が好適に使用される。更に日本接着協会誌vol.20、No.7、300〜308ページ(1984年)に光硬化性モノマー及びオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
【0191】
これらの付加重合性化合物について、その構造、単独使用か併用か、添加量等の使用方法の詳細は、硬化性組成物の性能設計にあわせて任意に設定できる。例えば、次のような観点から選択される。
感度の点では1分子あたりの不飽和基含量が多い構造が好ましく、多くの場合、2官能以上が好ましい。また、画像部すなわち硬化膜の強度を高くするためには、3官能以上のものがよく、更に、異なる官能数・異なる重合性基(例えばアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン系化合物、ビニルエーテル系化合物)のものを併用することで、感度と強度の両方を調節する方法も有効である。硬化感度の観点から、(メタ)アクリル酸エステル構造を2個以上含有する化合物を用いることが好ましく、3個以上含有する化合物を用いることがより好ましく、4個以上含有する化合物を用いることが最も好ましい。また、硬化感度、および、未露光部の現像性の観点では、EO変性体を含有することが好ましい。また、硬化感度、および、露光部強度の観点ではウレタン結合を含有することが好ましい。
【0192】
また、硬化性組成物中の他の成分(例えば、樹脂、光重合開始剤、顔料)との相溶性、分散性に対しても、付加重合化合物の選択・使用法は重要な要因であり、例えば、低純度化合物の使用や、2種以上の併用により相溶性を向上させうることがある。また、基板等との密着性を向上せしめる目的で特定の構造を選択することもあり得る。
【0193】
以上の観点より、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAジアクリレートEO変性体、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トリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリメチロールエタントリアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、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、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、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、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートEO変性体、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートEO変性体などが好ましいものとして挙げられ、また、市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ社製)、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)、UA−7200(新中村化学社製)が好ましい。
【0194】
中でも、ビスフェノールAジアクリレートEO変性体、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、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(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートEO変性体、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートEO変性体などが、市販品としては、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)がより好ましい。
【0195】
本発明における(A)特定アルカリ可溶性樹脂以外の(D)エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物の含有量は、本発明の硬化性組成物の固形分中に、1質量%〜90質量%であることが好ましく、5質量%〜80質量%であることがより好ましく、10質量%〜70質量%であることが更に好ましい。
即ち、前記(A)特定アルカリ可溶性樹脂が側鎖にエチレン性不飽和結合を有する場合には、(A)特定アルカリ可溶性樹脂自体が(D)成分としての機能を有することになるが、ここで言う(D)成分の含有量には、(A)特定樹脂は包含されない。
【0196】
特に、本発明の硬化性組成物をカラーフィルタの着色パターン形成に使用する場合、(D)エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物の含有量は、上記の範囲において5質量%〜50質量%であることが好ましく、7質量%〜40質量%であることがより好ましく、10質量%〜35質量%であることが更に好ましい。
【0197】
(E)溶剤
本発明の硬化性組成物は、少なくとも一種の(E)溶剤を有する。前記(A)特定樹脂、(B)重合開始剤、(C)着色剤及び(D)重合性化合物と共に(E)溶媒を用いることにより、顔料が良好に分散された硬化性組成物を調製することができる。
【0198】
本発明における(E)溶剤としては、以下に示される有機溶剤から選択される液体が挙げられ、顔料分散液中に含まれる各成分の溶解性や、硬化性組成物に応用した場合の塗布性などを考慮して選択されるものであり、これら所望の物性を満足すれば基本的に特には限定されないが、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。
溶剤の具体例としては、エステル類、例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル等;
【0199】
エーテル類、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート(エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、エチルセロソルブアセテート(エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート等;
ケトン類、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等;芳香族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン等;が好ましい。
【0200】
これらの中でも、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメテルエーテル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)等がより好ましい。
【0201】
本発明の硬化性組成物中における溶剤の含有量としては、50〜90質量%が好ましく、60〜95質量%がより好ましく、70〜90質量%が最も好ましい。溶剤の含有量が前記範囲内であることにより、異物の発生抑制の点で有利である。
【0202】
本発明の硬化性組成物は、必要に応じて以下に詳述する成分をさらに含有してもよい。
【0203】
<分散剤>
本発明の硬化性組成物において、(C)着色剤として顔料を含有する場合には、該顔料の分散性を向上させる観点から、分散剤を添加することが好ましい。
本発明に用いうる分散剤(顔料分散剤)としては、高分子分散剤〔例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物〕、および、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン、顔料誘導体等を挙げることができる。
高分子分散剤は、その構造からさらに直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
【0204】
高分子分散剤は顔料の表面に吸着し、再凝集を防止する様に作用する。そのため、顔料表面へのアンカー部位を有する末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子が好ましい構造として挙げることができる。一方で、顔料誘導体は顔料表面を改質することで、高分子分散剤の吸着を促進させる効果を有する。
【0205】
本発明に用いうる顔料分散剤の具体例としては、BYK Chemie社製「Disperbyk−101(ポリアミドアミン燐酸塩)、107(カルボン酸エステル)、110(酸基を含む共重合物)、130(ポリアミド)、161、162、163、164、165、166、170(高分子共重合物)」、「BYK−P104、P105(高分子量不飽和ポリカルボン酸)、EFKA社製「EFKA4047、4050、4010、4165(ポリウレタン系)、EFKA4330、4340(ブロック共重合体)、4400、4402(変性ポリアクリレート)、5010(ポリエステルアミド)、5765(高分子量ポリカルボン酸塩)、6220(脂肪酸ポリエステル)、6745(フタロシアニン誘導体)、6750(アゾ顔料誘導体)」、味の素ファインテクノ社製「アジスパーPB821、PB822」、共栄社製「フローレンTG−710(ウレタンオリゴマー)」、「ポリフローNo.50E、No.300(アクリル系共重合体)」、楠本化成社製「ディスパロンKS−860、873SN、874、#2150(脂肪族多価カルボン酸)、#7004(ポリエーテルエステル)、DA−703−50、DA−705、DA−725」、花王社製「デモールRN、N(ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物)、MS、C、SN−B(芳香族スルホン酸ホルマリン重縮合物)」、「ホモゲノールL−18(高分子ポリカルボン酸)」、「エマルゲン920、930、935、985(ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル)」、「アセタミン86(ステアリルアミンアセテート)」、ルーブリゾール社製「ソルスパース5000(フタロシアニン誘導体)、22000(アゾ顔料誘導体)、13240(ポリエステルアミン)、3000、17000、27000(末端部に機能部を有する高分子)、24000、28000、32000、38500(グラフト型高分子)」、日光ケミカル社製「ニッコールT106(ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート)、MYS−IEX(ポリオキシエチレンモノステアレート)」等が挙げられる。
【0206】
これらの分散剤は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。本発明においては、特に、顔料誘導体と高分子分散剤とを組み合わせて使用することが好ましい。本発明における分散剤の含有量としては、顔料に対して、1質量%〜100質量%であることが好ましく、3質量%〜100質量%がより好ましく、5質量%〜80質量%が更に好ましい。
具体的には、高分子分散剤を用いる場合であれば、その使用量としては、顔料に対して、5質量%〜100質量%の範囲が好ましく、10質量%〜80質量%の範囲がより好ましい。また、顔料誘導体を使用する場合であれば、その使用量としては、顔料に対し1質量%〜30質量%の範囲にあることが好ましく、3質量%〜20質量%の範囲にあることがより好ましく、5質量%〜15質量%の範囲にあることが特に好ましい。
【0207】
本発明において、顔料と分散剤とを用いる場合、硬化感度、色濃度の観点から、顔料及び分散剤の含有量の総和が、硬化性組成物を構成する全固形分に対して35質量%以上90質量%以下であることが好ましく、45質量%以上85質量%以下であることがより好ましく、50質量%以上80質量%以下であることがさらに好ましい。
【0208】
<増感剤>
本発明の硬化性組成物は、重合開始剤のラジカル発生効率の向上、感光波長の長波長化の目的で、増感剤を含有していることが好ましい。本発明に用いることができる増感剤としては、前記した光重合開始剤に対し、電子移動機構又はエネルギー移動機構で増感させるものが好ましい。本発明に用いることができる増感剤としては、以下に列挙する化合物類に属しており、且つ300nm〜450nmの波長領域に吸収波長を有するものが挙げられる。
【0209】
好ましい増感剤の例としては、以下の化合物類に属しており、かつ330nmから450nm域に吸収波長を有するものを挙げることができる。
例えば、多核芳香族類(例えば、フェナントレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、トリフェニレン、9,10−ジアルコキシアントラセン)、キサンテン類(例えば、フルオレッセイン、エオシン、エリスロシン、ローダミンB、ローズベンガル)、チオキサントン類(イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、クロロチオキサントン)、シアニン類(例えばチアカルボシアニン、オキサカルボシアニン)、メロシアニン類(例えば、メロシアニン、カルボメロシアニン)、フタロシアニン類、チアジン類(例えば、チオニン、メチレンブルー、トルイジンブルー)、アクリジン類(例えば、アクリジンオレンジ、クロロフラビン、アクリフラビン)、アントラキノン類(例えば、アントラキノン)、スクアリウム類(例えば、スクアリウム)、アクリジンオレンジ、クマリン類(例えば、7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン)、ケトクマリン、フェノチアジン類、フェナジン類、スチリルベンゼン類、アゾ化合物、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン、ジスチリルベンゼン類、カルバゾール類、ポルフィリン、スピロ化合物、キナクリドン、インジゴ、スチリル、ピリリウム化合物、ピロメテン化合物、ピラゾロトリアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、バルビツール酸誘導体、チオバルビツール酸誘導体、アセトフェノン、ベンゾフェノン、チオキサントン、ミヒラーズケトンなどの芳香族ケトン化合物、N−アリールオキサゾリジノンなどのヘテロ環化合物などが挙げられる。
等が挙げられ、更に欧州特許第568,993号明細書、米国特許第4,508,811号明細書、同5,227,227号明細書、特開2001−125255号公報、特開平11−271969号公報等に記載の化合物等などが挙げられる。
【0210】
<重合禁止剤>
本発明においては、硬化性組成物の製造中あるいは保存中において重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有する化合物の不要な熱重合を阻止するために少量の熱重合防止剤を添加することが望ましい。
本発明に用いうる熱重合防止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩等が挙げられる。
【0211】
重合禁止剤の添加量は、全組成物の質量に対して約0.01質量%〜約5質量%が好ましい。また必要に応じて、酸素による重合阻害を防止するためにベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体等を添加して、塗布後の乾燥の過程で感光層の表面に偏在させてもよい。高級脂肪酸誘導体の添加量は、全組成物の約0.5質量%〜約10質量%が好ましい。
【0212】
<その他の添加剤>
さらに、本発明においては、硬化皮膜の物性を改良するために無機充填剤や、可塑剤、感光層表面のインク着肉性を向上させうる感脂化剤等の公知の添加剤、基板密着性を向上させうる基板密着剤を加えてもよい。
可塑剤としては例えばジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等があり、結合剤を使用した場合、エチレン性不飽和二重結合を有する化合物と結合剤との合計質量に対し10質量%以下添加することができる。
【0213】
本発明の硬化性組成物を基板等の硬質材料表面に適用する場合には、該硬質材料表面との密着性を向上させるための添加剤(以下、「基板密着剤」と称する。)を加えてもよい。
基板密着剤としては、公知の材料を用いることができるが、特にシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤を用いることが好ましい。
【0214】
シラン系カップリング剤としては、例えば、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルジメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−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、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン・塩酸塩、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、アミノシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、オクタデシルジメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロライド、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、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、ビスアリルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン、フェニルトリメトキシシラン、N−(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(3−メタクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、(メタクリロキシメチル)メチルジエトキシシラン、(アクリロキシメチル)メチルジメトキシシラン、等が挙げられる。
中でもγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプト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、フェニルトリメトキシシラン、が好ましく、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが最も好ましい。
【0215】
チタネート系カップリング剤としては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル)ビス(ジ−トリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、トリイソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ(N−アミドエチル・アミノエチル)チタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、ジイソステアロイルエチレンチタネート等が挙げられる。
【0216】
アルミニウム系カップリング剤としては、例えば、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。
【0217】
基板密着剤の含有量は、硬化性組成物の未露光部に残渣が残らないようにする観点から、本発明の硬化性組成物の全固形分に対して、0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上10質量%以下であることが特に好ましい。
【0218】
本発明の硬化性組成物は、高感度で硬化し、かつ、保存安定性も良好である。また、硬化性組成物を適用する基板などの硬質材料表面への高い密着性を示す。従って、本発明の硬化性組成物は、3次元光造形やホログラフィー、カラーフィルタといった画像形成材料やインク、塗料、接着剤、コーティング剤等の分野において好ましく使用することができる。
【0219】
[カラーフィルタ及びその製造方法]
次に、本発明のカラーフィルタ及びその製造方法について説明する。
本発明のカラーフィルタは、支持体上に、本発明の硬化性組成物を用いてなる着色パターンを有することを特徴とする。
以下、本発明のカラーフィルタについて、その製造方法(本発明のカラーフィルタの製造方法)を通じて詳述する。
【0220】
支持体上に、本発明の硬化性組成物を硬化性組成物を塗布して該硬化性組成物からなる着色層を形成する着色層形成工程と、前記着色層をマスクを介して露光する露光工程と、露光後の着色層を現像して着色パターンを形成する現像工程とを含むことを特徴とする。
以下、本発明の製造方法における各工程について説明する。
【0221】
<着色層形成工程>
着色層形成工程では、支持体上に、本発明の硬化性組成物を塗布して該硬化性組成物からなる着色層を形成する。
【0222】
本工程に用いうる支持体としては、例えば、撮像素子等に用いられる光電変換素子基板、例えばシリコン基板等や、相補性金属酸化膜半導体(CMOS)等が挙げられる。これらの基板は、各画素を隔離するブラックマトリックスが形成されている場合もある。
また、これらの支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止或いは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
【0223】
支持体上への本発明の硬化性組成物の塗布方法としては、スリット塗布、インクジェット法、回転塗布、流延塗布、ロール塗布、コイルバー塗布、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、反転印刷法等の各種の塗布方法を適用することができる。
硬化性組成物の塗布直後の膜厚としては、塗布膜の膜厚均一性、塗布溶剤の乾燥のしやすさの観点から、0.1〜10μmが好ましく、0.2〜5μmがより好ましく、0.2〜3μmがさらに好ましい。
【0224】
基板上に塗布された着色層(硬化性組成物層)の乾燥(プリベーク)は、ホットプレート、オーブン等で50℃〜140℃の温度で10〜300秒で行うことができる。
【0225】
硬化性組成物の乾燥後の塗布膜厚(以下、適宜、「乾燥膜厚」と称する)としては、固体撮像素子用カラーフィルタとして用いるためには、色濃度確保の観点、斜め方向の光が受光部に到達せず、又、デバイスの端と中央とで集光率の差が顕著になる等の不具合を低減する観点から、0.05μm以上1.0μm未満が好ましく、0.1μm以上0.8μm以下がより好ましく、0.2μm以上0.7μm以下が特に好ましい。
【0226】
<露光工程>
露光工程では、前記着色層形成工程において形成された着色層(硬化性組成物層)を、所定のマスクパターンを介して露光し、光照射された塗布膜部分だけを硬化させ、現像液で現像して、各色(3色あるいは4色)の画素からなるパターン状皮膜を形成することにより行うことができる。露光に際して用いることができる放射線としては、i線(365nm)等の紫外線が好ましく用いられ、露光機としては露光光が平行光線となるステッパー露光機が好ましい。
露光光が広がりを持つプロキシミテイ露光機では期待するような効果は得にくいので好ましくない。照射量は30〜1500mJ/cmが好ましく50〜1000mJ/cmがより好ましく、80〜500mJ/cmが最も好ましい。
【0227】
<現像工程>
次いでアルカリ現像処理(現像工程)を行うことにより、上記露光により光未照射部分をアルカリ水溶液に溶出させ、光硬化した部分だけが残る。現像液としては、下地の回路などにダメージを起さない、有機アルカリ現像液が望ましい。現像温度としては通常20℃〜30℃であり、現像時間は20〜90秒である。
【0228】
現像液に用いるアルカリ剤としては、例えば、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ−[5、4、0]−7−ウンデセンなどの有機アルカリ性化合物、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の無機化合物等が挙げられ、これらのアルカリ剤を濃度が0.001質量%〜10質量%、好ましくは0.01質量%〜1質量%となるように純水で希釈したアルカリ性水溶液が現像液として好ましく使用される。なお、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後純水で洗浄(リンス)する。
次いで、余剰の現像液を洗浄除去し、乾燥を施す。
【0229】
なお、本発明の製造方法においては、上述した、着色層形成工程、露光工程、及び現像工程を行った後に、必要により、形成された着色パターンを加熱(ポストベーク)及び/又は露光により硬化する硬化工程を含んでいてもよい。
【0230】
ポストベークは、硬化を完全なものとするための現像後の加熱処理であり、通常100℃〜240℃の熱硬化処理を行う。基板がガラス基板またはシリコン基板の場合は上記温度範囲の中でも200℃〜240℃が好ましい。
このポストベーク処理は、現像後の塗布膜を、上記条件になるようにホットプレートやコンベクションオーブン(熱風循環式乾燥機)、高周波加熱機等の加熱手段を用いて、連続式あるいはバッチ式で行うことができる。
【0231】
以上説明した、着色層形成工程、露光工程、及び現像工程(更に、必要により硬化工程)を所望の色相数だけ繰り返すことにより、所望の色相よりなるカラーフィルタが作製される。
【0232】
本発明の硬化性組成物の用途として、主にカラーフィルタの画素への用途を主体に述べてきたが、カラーフィルタの画素間に設けられるブラックマトリックスにも適用できることは言うまでもない。ブラックマトリックスは、本発明の硬化性組成物に着色剤として、カーボンブラック、チタンブラックなどの黒色の顔料を添加したものを用いる他は、上記画素の作製方法と同様に、パターン露光、アルカリ現像し、更にその後、ポストベークして膜の硬化を促進させて形成させることができる。
【0233】
本発明のカラーフィルタは、本発明の硬化性組成物を用いているため、形成された着色パターンが支持体基板との高い密着性を示し、硬化した組成物は耐現像性に優れるため、露光感度に優れ、露光部の基板との密着性が良好であり、かつ、所望の断面形状を与える高解像度のパターンを形成することができる。従って、CCD、CMOS等の固体撮像素子に好適に用いることができ、特に100万画素を超えるような高解像度のCCD素子やCMOS等に好適である。本発明のカラーフィルタは、例えば、CCDを構成する各画素の受光部と集光するためのマイクロレンズとの間に配置されるカラーフィルタとして用いることができる。
【実施例】
【0234】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【0235】
(合成例1)
(樹脂(I−1)の合成)
【0236】
【化23】

【0237】
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル14.1g(80mmol)、メタクリル酸1.72g(20mmol)、化合物(A−9)0.44g(2.0mmol)2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル0.23g(1.0mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル15gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。この溶液に2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)を加え、さらに2時間攪拌した。さらに、この溶液に2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)を加え、さらに2時間攪拌した。放冷後、メタノール900mL、水100mLの混合溶媒に滴下し、得られた固体を乾燥させ樹脂(I−1)を14.2g得た。この樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させ、樹脂(I−1)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0238】
(合成例2)
(樹脂(I−2)の合成)
【0239】
【化24】

【0240】
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル14.1g(80mmol)、メタクリル酸1.72g(20mmol)、n−ドデカンチオール0.81g(4.0mmol)2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル0.23g(1.0mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル30gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。この溶液に2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)を加え、さらに2時間攪拌し、樹脂(I−2)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0241】
(合成例3)
(樹脂(I−3)の合成)
【0242】
【化25】

【0243】
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル14.1g(80mmol)、メタクリル酸1.72g(20mmol)、2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル2.3g(10.0mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル30gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。放冷後、メタノール/水=9/1(重量比)を40g滴下し、析出した固体をデカンテーションで採取した。乾燥後、樹脂(I−3)が8.6g得られた。この樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させ、樹脂(I−3)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0244】
(合成例4)
(樹脂(II)の合成)
【0245】
【化26】

【0246】
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル12.3g(70mmol)、メタクリル酸2.58g(30mmol)、n−ドデカンチオール0.81g(4.0mmol)2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル0.23g(1.0mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル30gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。この溶液に2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)を加え、さらに2時間攪拌した。放冷後、メタクリル酸グリシジル1.42g(10mmol)、トリエチルアミン0.10g(1.0mmol)を添加し、50℃で4時間加熱した。得られた溶液をメタノール900mL、水100mLの混合溶液に滴下し、樹脂(II)が14.6g得られた。この樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させ、樹脂(II)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0247】
(合成例5〜9)樹脂(III)〜樹脂(VII)の合成
樹脂(III)〜樹脂(V)は合成例2において、モノマー種だけを変更して、他は合成例2と同じようにして合成した。また樹脂(VI)及び樹脂(VII)は合成例4において、モノマー種だけを変更して、他は合成例4と同じようにして合成した。下記構造中の数字は繰り返し単位のモル比を表す。
【0248】
【化27】

【0249】
(合成例10(比較例用アルカリ可溶性樹脂))
(樹脂(I−4)の合成)
【0250】
【化28】

【0251】
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル14.1g(80mmol)、メタクリル酸1.72g(20mmol)、2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル30gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。この溶液に2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)を加え、さらに2時間攪拌し、樹脂(I−4)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0252】
(合成例11)
(樹脂(I−5)の合成)
【0253】
【化29】

【0254】
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル14.1g(80mmol)、メタクリル酸1.72g(20mmol)、化合物(A−9)0.44g(2.0mmol)2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル0.23g(1.0mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル15gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。放冷後、メタノール900mL、水100mLの混合溶媒に滴下し、得られた固体を乾燥させ樹脂(I−5)を14.2g得た。この樹脂は(A−9)由来のうすいピンク色をしていた。この樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させ、樹脂(I−5)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0255】
(合成例12)
(樹脂(VIII)の合成)
窒素気流下、80℃に加熱したプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに、メタクリル酸ベンジル12.3g(70mmol)、メタクリル酸2.58g(30mmol)、化合物(A−9)0.16g(0.74mmol)、2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル0.085g(0.37mmol)をプロピレングリコールモノメチルエーテル30gに溶解させた溶液を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌した。この溶液に2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチル1.84g(8.0mmol)を加え、さらに2時間攪拌した。放冷後、メタクリル酸グリシジル1.42g(10mmol)、トリエチルアミン0.10g(1.0mmol)を添加し、50℃で4時間加熱した。得られた溶液をメタノール900mL、水100mLの混合溶液に滴下し、樹脂(VIII)が9.85g得られた。この樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させ、樹脂(VIII)のプロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液を得た。
【0256】
(合成例13)
(樹脂(IX)の合成)
合成例12において、滴下溶液の化合物(A−9)を0.16g(0.74mmol)、2,2’−ビスアゾ酪酸ジメチルを0.35g(1.5mmol)の仕込み量に変更して、他は同様にして樹脂(IX)を得た。
【0257】
得られた樹脂の重量平均分子量、重量平均分子量と数平均分子量の比(分散度)、および樹脂溶液の色を表1に示した。
【0258】
【表1】

【0259】
表1から末端基を除去しない合成例11は、着色が見られ、これに対し末端基処理した合成例1〜2、4〜10、12および13は無色であった。合成例3は溶剤で分画したので無色であった。また合成例10および11は分散度が大きく本発明から外れたものである。
【0260】
[実施例1〜11、比較例1、2]
〔硬化性組成物の調製〕
以下、固体撮像素子用途のカラーフィルタ形成用として着色剤(顔料)を含有する硬化性組成物を調製した例を挙げて説明する。
【0261】
〔レジスト液の調製〕
下記組成の成分を混合して溶解し、レジスト液を調製した。
<レジスト液の組成>
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 19.20質量部
(溶剤)
・乳酸エチル(溶剤) 36.67質量部
・本発明のアルカリ可溶性樹脂溶液(プロピレングリコールモノメチルエーテル40重量%溶液) 30.51質量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(エチレン性不飽和二重結合含有化合物)
12.20質量部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.0061質量部
・フッ素系界面活性剤(F−475、大日本インキ化学工業(株)製)
0.83質量部
・光重合開始剤(トリハロメチルトリアジン系の光重合開始剤)
(TAZ−107、みどり化学社製) 0.586質量部
【0262】
〔下塗り層付シリコン基板の作製〕
6inchシリコンウエハをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハ上に前記レジスト液を乾燥膜厚が1.5μmになるように塗布し、更に220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハ基板を得た。
【0263】
〔顔料分散液の調製〕
顔料としてC.I.ピグメントグリーン36とC.I.ピグメントイエロー150との30/70(質量比)混合物40質量部、分散剤としてBYK2001(Disperbyk:ビックケミー(BYK)社製、固形分濃度45.1質量%)50質量部(固形分換算約22.6質量部)、本発明における樹脂(I)10質量部及び溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル110質量部からなる混合液を、ビーズミルにより15時間混合・分散して、顔料分散液(P1)を調製した。
顔料分散液(P1)について、顔料の平均粒径を動的光散乱法により測定した。得られた分散液の顔料平均粒子径を測定したところ、30nmであった。
【0264】
〔硬化性組成物(塗布液)の調製〕
前記分散処理した顔料分散液を用いて、下記組成比となるよう撹拌混合して硬化性組成物溶液を調製した。
・着色剤(顔料分散液(P1)) 600質量部
・光重合開始剤(オキシム系光重合開始剤)
(CGI−124、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製) 30質量部
・TO−1382(東亞合成(株)製、ジペンタエリスリトールぺンタアクリレートのコハク酸モノエステル) 25質量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 30質量部
・溶媒(PGMEA) 900質量部
・基板密着剤(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン) 1質量部
【0265】
〔硬化性組成物によるカラーフィルタの作製及び評価〕
<パターンの形成と感度の評価>
上記のように調製した硬化性組成物を、前記下塗り層付シリコンウエハの下塗り層上に塗布し、着色層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が0.7μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して365nmの波長でパターンが1.2μm四方のIslandパターンマスクを通して50〜1200mJ/cmの種々の露光量で露光した。
その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハ基板をスピン・シャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、シリコンウエハ基板に着色パターンを形成した。
【0266】
着色パターンが形成されたシリコンウエハを真空チャック方式で前記水平回転テーブルに固定し、回転装置によって該シリコンウエハ基板を回転数50r.p.m.で回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行ない、その後スプレー乾燥した。
【0267】
<現像性>
露光工程において、光が照射されなかった領域(未露光部)の残渣の有無を観察し、現像性を評価した。
−評価基準−
○:未露光部には、残渣がまったく確認されなかった。
△:未露光部に、残渣がわずかに確認されたが、実用上問題のない程度であった。
×:未露光部に、残渣が著しく確認された。
【0268】
<硬化性組成物の保存安定性>
前記硬化性組成物(塗布液)を室温で1ケ月保存した後、液の粘度を測定し下記判定基準に従って保存安定性を評価した。
−評価基準−
○:粘度上昇は認められなかった。
△:5%以上10%未満の粘度上昇が認められた。
×:10%以上の粘度上昇が認められた。
【0269】
<色ムラ>
色ムラの評価は、輝度分布を下記方法で解析し、平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数に占める割合をもとに行った。評価基準は以下の通りである。
輝度分布の測定方法について説明する。まず、硬化性組成物を、前記A2と同様の方法で得られた下塗り層付ガラス板の下塗り層上に塗布し、着色層(塗布膜)を形成した。この塗布膜の乾燥膜厚が0.7μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。この塗布済みガラス板の輝度分布を顕微鏡MX−50(オリンパス社製)にて撮影した画像を解析した。
−評価基準−
○:平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数中の99%以上
△:平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数中の95%以上99%未満
×:平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数中の95%未満
【0270】
<膜厚感度>
着色光硬化性組成物を塗布し、90℃で60秒間プリベーク処理したあと、全面露光した。次いで現像・リンス処理した着色基板を220℃で30分間ホットプレートを用いてポストベーク処理した。この着色基板の膜厚を測定し、この値をプリベーク後の膜厚で除して膜厚感度(%)とした。この評価での露光量は、それぞれの着色光硬化性組成物のピクセルのサイズが2.0μmとなる値を用いた。
【0271】
上記評価結果を表2にまとめた。
【表2】

【0272】
表2の結果から、固体撮像素子用途のカラーフィルタ形成用として用いた、本発明における樹脂を含有する実施例の硬化性組成物は、その溶液状態において保存安定性に優れたものであることが判る。また、この硬化性組成物を用いて、支持体上で着色パターンを形成した場合には、本発明における樹脂を用いていない比較例に対して、現像性に極めて優れると共に、色ムラにも優れたカラーフィルタが得られていることが判る。
これらの結果より、実施例の硬化性組成物は、固体撮像素子用途のカラーフィルタを作製する場合において優れたパターン形成性が実現されることがわかった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量平均分子量と数平均分子量との比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂と、光重合開始剤と、着色剤と、エチレン性不飽和二重結合を含有する化合物と、溶剤と、を含有する固体撮像素子のカラーフィルタ形成に用いる硬化性組成物。
【請求項2】
前記固体撮像素子のカラーフィルタのピクセルサイズが一辺1.0〜2.0μmであることを特徴とする請求項1記載の硬化性組成物。
【請求項3】
前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量が、1,000〜40,000であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の硬化性組成物。
【請求項4】
前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、滴下重合法によって製造されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項5】
前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(a)もしくは一般式(A)で表される群から選ばれた1種以上の化合物の存在下で製造されたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
一般式(a) R−SH
一般式(a)中、Rは、アルキル基、アリール基、又は、アラルキル基を表す。
【化1】

前記一般式(A)中、Aは、アルキル基、アルキルチオ基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールチオ基、ヘテロ環基、又は、ヘテロ環チオ基を表す。
Yは、光または熱によりラジカルを放出しうる置換基を表す。
【請求項6】
前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、前記一般式(A)で表される連鎖移動剤を用い、連鎖移動剤由来の末端基を除去したことを特徴とする請求項5に記載の硬化性組成物。
【請求項7】
前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が、側鎖にエチレン性不飽和二重結合を有していることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項8】
前記重量平均分子量と数平均分子量との比が1.1〜1.5であるアルカリ可溶性樹脂が溶剤による分画工程を経て製造されたことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項9】
着色剤が顔料であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
【請求項10】
支持体上に、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の硬化性組成物により形成された着色パターンを有し、固体撮像素子における色分離に用いられるカラーフィルタ。
【請求項11】
支持体上に、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の硬化性組成物を塗布して該硬化性組成物からなる着色層を形成する着色層形成工程と、該着色層を、マスクを介してパターン露光する露光工程と、露光後の着色層を現像して着色パターンを形成する現像工程と、を含むことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項12】
前記露光工程における露光がi線ステッパーにより行われることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項13】
請求項11又は請求項12に記載の製造方法により形成されたカラーフィルタを備える固体撮像素子。

【公開番号】特開2009−63895(P2009−63895A)
【公開日】平成21年3月26日(2009.3.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−232847(P2007−232847)
【出願日】平成19年9月7日(2007.9.7)
【出願人】(306037311)富士フイルム株式会社 (25,513)
【Fターム(参考)】