JP7552223B2 - Polymer, polymer manufacturing method, photosensitive resin composition, and cured product - Google Patents
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Description
本発明は、ポリマー、当該ポリマーの製造方法、当該ポリマーを含む感光性樹脂組成物、および当該感光性樹脂組成物より形成される硬化物に関する。より詳細には、本発明は、カラーフィルタまたはブラックマトリクスを製造するために用いるポリマー、および当該ポリマーの製造方法、ならびにその用途に関する。 The present invention relates to a polymer, a method for producing the polymer, a photosensitive resin composition containing the polymer, and a cured product formed from the photosensitive resin composition. More specifically, the present invention relates to a polymer used for producing a color filter or a black matrix, a method for producing the polymer, and uses thereof.
液晶表示装置や固体撮像素子は、通常、カラーフィルタやブラックマトリクスを備えている。カラーフィルタやブラックマトリクスは、基板上に着色パターンや保護膜等の構造物が形成された構成となっている。これらの構造物のうち、着色パターンや保護膜の形成方法としては、感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィーにより形成する方法が主流となっている。感光性樹脂組成物に関しては、従来より種々の検討がなされており、例えば、特許文献1では、少なくとも側鎖に、酸性基を有する基および2種以上の互いに異なる重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂、重合性化合物、ならびに、光重合開始剤を含む感光性樹脂組成物が記載されている。また、特許文献1の実施例には、アルカリ可溶性樹脂として、メタクリル酸/メタクリル酸アリル/グリシジル付加体を合成し、これを用いて感光性樹脂組成物を調製したことが記載されている。 Liquid crystal display devices and solid-state imaging devices are usually equipped with color filters and black matrices. Color filters and black matrices are configured by forming structures such as colored patterns and protective films on a substrate. The main method for forming colored patterns and protective films among these structures is to form them by photolithography using a photosensitive resin composition. Various studies have been conducted on photosensitive resin compositions. For example, Patent Document 1 describes a photosensitive resin composition containing an alkali-soluble resin having at least a group having an acidic group and two or more different polymerizable unsaturated groups in the side chain, a polymerizable compound, and a photopolymerization initiator. In addition, an example of Patent Document 1 describes the synthesis of a methacrylic acid/allyl methacrylate/glycidyl adduct as an alkali-soluble resin, and the preparation of a photosensitive resin composition using this.
カラーフィルタやブラックマトリクスを形成するための感光性樹脂組成物には、光により重合反応が起こって硬化する性質を備える樹脂が用いられる。カラーフィルタやブラックマトリクスは、感光性樹脂組成物を、露光、現像によりパターニングした後、これを硬化することにより作製される。感光性樹脂組成物において、「高感度化」は一般的な課題にも思われるが、表示装置や撮像装置の複雑化や普及などに伴い、一層高いレベルの高感度化が求められている。感光性樹脂組成物の感度が高いほど、露光に必要な時間は短くなり、生産性を向上させることができる。また、感光性樹脂組成物は、アルカリ性現像液によるフォトリソグラフィーにおいて優れた加工性を備えることが求められる。 Photosensitive resin compositions for forming color filters and black matrices use resins that undergo polymerization reactions and harden when exposed to light. Color filters and black matrices are produced by patterning a photosensitive resin composition through exposure and development, and then hardening it. Although "high sensitivity" is considered a common issue for photosensitive resin compositions, there is a demand for even higher levels of sensitivity due to the increasing complexity and popularity of display devices and imaging devices. The higher the sensitivity of the photosensitive resin composition, the shorter the time required for exposure, which can improve productivity. In addition, photosensitive resin compositions are required to have excellent processability in photolithography using an alkaline developer.
本発明者らは、感光性樹脂組成物に用いられるポリマーを改良することで、感度が良好であるとともに、高いアルカリ溶解性を有し、よって現像性に優れた感光性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に至った。 The inventors discovered that by improving the polymer used in the photosensitive resin composition, a photosensitive resin composition having good sensitivity and high alkali solubility, and therefore excellent developability, can be obtained, and thus arrived at the present invention.
本発明によれば、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーが提供される。 According to the present invention, there is provided a polymer comprising a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (1), a structural unit represented by formula (2), and a structural unit represented by formula (3).
また本発明によれば、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーを製造する方法であって、
式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(MA)で表される構造単位を含むポリマー前駆体を調製する第1の工程と、
前記ポリマー前駆体を、触媒存在下、水で処理する第2の工程を含む、ポリマーの製造方法が提供される。
According to the present invention, there is also provided a method for producing a polymer containing a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (1), a structural unit represented by formula (2), and a structural unit represented by formula (3), comprising the steps of:
A first step of preparing a polymer precursor including a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (1), a structural unit represented by formula (2), and a structural unit represented by formula (MA);
A method for producing a polymer is provided which comprises a second step of treating the polymer precursor with water in the presence of a catalyst.
また本発明によれば、上記ポリマーと、光ラジカル重合開始剤と、を含む感光性樹脂組成物が提供される。 The present invention also provides a photosensitive resin composition containing the above polymer and a photoradical polymerization initiator.
さらにまた本発明によれば、上記感光性樹脂組成物より形成される、硬化物が提供される。 Furthermore, the present invention provides a cured product formed from the above photosensitive resin composition.
本発明によれば、感度が良好であるとともに、現像性に優れた感光性樹脂組成物を製造するために用いられるポリマーが提供される。 The present invention provides a polymer that is used to produce a photosensitive resin composition that has good sensitivity and excellent developability.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なおすべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。本明細書中、数値範囲の説明における「a~b」との表記は、特に断らない限り、a以上b以下のことを表す。例えば、「1~5モル%」とは「1モル%以上5モル%以下」を意味する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In all drawings, similar components are given similar reference symbols and descriptions are omitted as appropriate. In addition, all drawings are for explanatory purposes only. The shapes and dimensional ratios of each member in the drawings do not necessarily correspond to actual articles. In this specification, the notation "a-b" in the explanation of a numerical range means a or more and b or less, unless otherwise specified. For example, "1-5 mol%" means "1 mol% or more and 5 mol% or less."
本明細書における基(原子団)の表記において、置換か無置換かを記していない表記は、置換基を有しないものと置換基を有するものとの両方を包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(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。 In this specification, when a group (atomic group) is represented without specifying whether it is substituted or unsubstituted, it includes both groups that have no substituents and groups that have a substituent. For example, "alkyl group" includes not only alkyl groups that have no substituents (unsubstituted alkyl groups), but also alkyl groups that have a substituent (substituted alkyl groups).
本明細書における「(メタ)アクリル」との表記は、アクリルとメタクリルの両方を包含する概念を表す。「(メタ)アクリレート」等の類似の表記についても同様である。
特に、本明細書における「(メタ)アクリロイル基」とは、-C(=O)-CH=CH2で表されるアクリロイル基と、-C(=O)-C(CH3)=CH2で表されるメタクリロイル基とを包含する概念を表す。
In this specification, the term "(meth)acrylic" refers to a concept that includes both acrylic and methacrylic. The same applies to similar terms such as "(meth)acrylate."
In particular, the term "(meth)acryloyl group" in this specification represents a concept that includes an acryloyl group represented by -C(=O)-CH= CH2 and a methacryloyl group represented by -C(=O)-C( CH3 )= CH2 .
(ポリマーP)
本実施形態のポリマー(以下、「ポリマーP」と称する)は、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含む。なお、これらの構造単位は、典型的には、ポリマーPの主鎖を構成する。
(Polymer P)
The polymer of this embodiment (hereinafter referred to as "polymer P") contains a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (1), a structural unit represented by formula (2), and a structural unit represented by formula (3). These structural units typically constitute the main chain of polymer P.
ポリマーPは、式(1)で表される構造単位および式(2)で表される構造単位を含むことにより、これを含む感光性樹脂組成物は、フォトリソグラフィー法に供された場合に優れた感度を有する。これは、式(1)、式(2)で表される構造単位に含まれる(メタ)アクリロイル基により、硬化反応(重合反応)が促進されるためと考えられる。また、ポリマーPは、式(3)で表される構造単位を含むことにより、高いアルカリ溶解性を有する。その結果、ポリマーPを含む感光性樹脂組成物は、アルカリ水溶液を現像液として用いるフォトリソグラフィー法に供された場合に、優れた現像性を有する。また、式(NB)で表される構造単位は、化学的に堅牢である。よって、これを構造単位の一部として含むポリマーPは、液晶表示装置や固体撮像素子を製造する際の加熱に対し、重量減少が小さく、安定である。 Since polymer P contains a structural unit represented by formula (1) and a structural unit represented by formula (2), a photosensitive resin composition containing this has excellent sensitivity when subjected to a photolithography method. This is thought to be because the (meth)acryloyl group contained in the structural units represented by formula (1) and formula (2) promotes the curing reaction (polymerization reaction). In addition, polymer P has high alkali solubility due to the structural unit represented by formula (3). As a result, a photosensitive resin composition containing polymer P has excellent developability when subjected to a photolithography method using an alkaline aqueous solution as a developer. In addition, the structural unit represented by formula (NB) is chemically robust. Therefore, polymer P containing this as a part of the structural unit has small weight loss and is stable when heated during the manufacture of a liquid crystal display device or a solid-state imaging device.
本実施形態のポリマーPは、上記構造単位に加え、式(MA)で表される構造単位を含んでもよい。式(MA)で表される構造単位は、アルカリ現像液により開環して、2つのカルボキシル基を生じる。そのため、ポリマーPは、優れた現像性を備える。ポリマーPが、式(MA)で表される構造単位を含む場合、ポリマーPの全構造単位中の、式(MA)で表される構造単位は、好ましくは3~40モル%、より好ましくは、10~30モル%である。 In addition to the above structural units, the polymer P of this embodiment may contain a structural unit represented by formula (MA). The structural unit represented by formula (MA) is ring-opened by an alkaline developer to generate two carboxyl groups. Therefore, the polymer P has excellent developability. When the polymer P contains a structural unit represented by formula (MA), the structural unit represented by formula (MA) preferably accounts for 3 to 40 mol %, and more preferably 10 to 30 mol %, of all structural units of the polymer P.
ポリマーPを構成する式(NB)で表される構造単位において、R1~R4を構成し得る炭素数1~30の有機基としては、置換または無置換の、直鎖または分岐鎖の炭素数1~30のアルキルが挙げられ、より具体的には、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、ヘテロ環基、カルボキシル基などが挙げられる。 In the structural unit represented by formula (NB) constituting polymer P, examples of the organic group having 1 to 30 carbon atoms which may constitute R 1 to R 4 include substituted or unsubstituted, linear or branched alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms, more specifically, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, alkylidene groups, aryl groups, aralkyl groups, alkaryl groups, cycloalkyl groups, alkoxy groups, heterocyclic groups, and carboxyl groups.
アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられる。
アルケニル基としては、例えばアリル基、ペンテニル基、ビニル基などが挙げられる。
アルキニル基としては、例えばエチニル基などが挙げられる。
アルキリデン基としては、例えばメチリデン基、エチリデン基などが挙げられる。
アリール基としては、例えばトリル基、キシリル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基が挙げられる。
アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基などが挙げられる。
アルカリル基としては、例えばトリル基、キシリル基などが挙げられる。
シクロアルキル基としては、例えばアダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などが挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、イソブトキシ基、tert-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
ヘテロ環基としては、例えばエポキシ基、オキセタニル基などが挙げられる。
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, a neopentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, and a decyl group.
Examples of the alkenyl group include an allyl group, a pentenyl group, and a vinyl group.
The alkynyl group includes, for example, an ethynyl group.
Examples of the alkylidene group include a methylidene group and an ethylidene group.
Examples of the aryl group include a tolyl group, a xylyl group, a phenyl group, a naphthyl group, and an anthracenyl group.
Examples of the aralkyl group include a benzyl group and a phenethyl group.
Examples of the alkaryl group include a tolyl group and a xylyl group.
Examples of the cycloalkyl group include an adamantyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.
Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, a sec-butoxy group, an isobutoxy group, a tert-butoxy group, an n-pentyloxy group, a neopentyloxy group, and an n-hexyloxy group.
Examples of the heterocyclic group include an epoxy group and an oxetanyl group.
式(NB)における、R1、R2、R3およびR4としては水素またはアルキル基が好ましく、水素がより好ましい。
なお、R1、R2、R3およびR4の炭素数1~30の有機基中の水素原子は、任意の原子団により置換されていてもよい。例えば、フッ素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基などで置換されていてもよい。より具体的には、R1、R2、R3およびR4の炭素数1~30の有機基として、フッ化アルキル基などを選択してもよい。
式(NB)において、a1は好ましくは0または1、より好ましくは0である。
In formula (NB), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are preferably hydrogen or an alkyl group, and more preferably hydrogen.
The hydrogen atoms in the organic group having 1 to 30 carbon atoms of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be substituted with any atomic group. For example, they may be substituted with a fluorine atom, a hydroxyl group, a carboxyl group, etc. More specifically, a fluorinated alkyl group may be selected as the organic group having 1 to 30 carbon atoms of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 .
In formula (NB), a1 is preferably 0 or 1, more preferably 0.
ポリマーPの全構造単位中の、式(NB)で表される構造単位の割合は、好ましくは10~90モル%、より好ましくは30~70モル%、さらに好ましくは40~60モル%である。 The proportion of the structural units represented by formula (NB) in all structural units of polymer P is preferably 10 to 90 mol %, more preferably 30 to 70 mol %, and even more preferably 40 to 60 mol %.
ポリマーPを構成する式(1)で表される構造単位において、Rpは、2以上の(メタ)アクリロイル基を含む基であれば特に限定されないが、(メタ)アクリロイル基を2~6個含む基であることがより好ましく、(メタ)アクリロイル基を3~5個含む基であることがさらに好ましい。Rpが含む(メタ)アクリロイル基の数を最適にすることで、これを含むポリマーPの感度をより高めることができる。また、感度と現像性とをより高度に両立させやすくなる。さらに、耐熱性を改善することができる。
なお、感度の一層の向上の点からは、立体障害などの点で、Rpは2以上のアクリロイル基(-C(=O)-CH=CH2で表される基)を含むことが好ましい。
In the structural unit represented by formula (1) constituting the polymer P, R p is not particularly limited as long as it is a group containing two or more (meth)acryloyl groups, but is more preferably a group containing 2 to 6 (meth)acryloyl groups, and even more preferably a group containing 3 to 5 (meth)acryloyl groups. By optimizing the number of (meth)acryloyl groups contained in R p , the sensitivity of the polymer P containing it can be further increased. In addition, it becomes easier to achieve a high degree of compatibility between sensitivity and developability. Furthermore, heat resistance can be improved.
From the viewpoint of further improving the sensitivity and of preventing steric hindrance, it is preferred that R p contains two or more acryloyl groups (groups represented by -C(=O)-CH= CH2 ).
Rpは、式(1b)で表される基、式(1c)で表される基、または式(1d)で表される基であることが好ましい。このような基であることで、上記の各種効果を得やすい傾向がある。
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
X1は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)であり、複数存在するX1は同一であっても異なっていてもよく、
X1'は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-X'-Z'-で表される基(X'は炭素数1~6のアルキレン基であり、Z'は-O-または-COO-である)であり、
X2は炭素数1~12のk+1価の有機基である。
R p is preferably a group represented by formula (1b), a group represented by formula (1c), or a group represented by formula (1d). By using such a group, the above-mentioned various effects tend to be easily obtained.
k is 2 or 3;
R is a hydrogen atom or a methyl group, and multiple Rs may be the same or different.
X 1 is a single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or a group represented by -Z-X- (Z is -O- or -OCO-, and X is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms), and a plurality of X 1s may be the same or different;
X 1 ' is a single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a group represented by -X'-Z'- (X' is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and Z' is -O- or -COO-);
X2 is a (k+1) valent organic group having 1 to 12 carbon atoms.
Rは、感度の一層の向上(重合のしやすさ)などから、水素原子が好ましい。
kは、2でも3でもよいが、原料の入手容易性や感度の一層の向上の点からは、好ましくは3である。
R is preferably a hydrogen atom in view of further improving sensitivity (ease of polymerization) and the like.
Although k may be 2 or 3, it is preferably 3 from the viewpoints of availability of raw materials and further improvement of sensitivity.
X1が炭素数1~6のアルキレン基である場合、アルキレン基は直鎖状であっても分枝状であってもよい。
X1が炭素数1~6のアルキレン基である場合、X1は好ましくは直鎖状アルキレン基であり、より好ましくは炭素数1~3の直鎖状アルキレン基であり、さらに好ましくは-CH2-(メチレン基)である。
When X 1 is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, the alkylene group may be linear or branched.
When X 1 is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, X 1 is preferably a linear alkylene group, more preferably a linear alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and even more preferably -CH 2 - (methylene group).
X1が-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)場合の、Xの炭素数1~6のアルキレン基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。
Xの炭素数1~6のアルキレン基は、好ましくは直鎖状アルキレン基であり、より好ましくは炭素数1~3の直鎖状アルキレン基であり、さらに好ましくは-CH2-CH2-(エチレン基)または-CH2-CH(CH3)-である。
X1'が炭素数1~6のアルキレン基である場合、その具体的態様についてはX1と同様である。
X1'が-X'-Z'-で表される基である場合、X'の具体的態様については上記Xと同様である。
When X1 is a group represented by -ZX- (Z is -O- or -OCO-, and X is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms), the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms of X may be linear or branched.
The alkylene group having 1 to 6 carbon atoms for X is preferably a linear alkylene group, more preferably a linear alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and even more preferably -CH2 - CH2- (ethylene group) or -CH2 -CH( CH3 )-.
When X 1 ' is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, specific embodiments thereof are the same as those of X 1 .
When X 1 ' is a group represented by -X'-Z'-, specific embodiments of X' are the same as those of X described above.
X2の炭素数1~12のk+1価の有機基としては、任意の有機化合物からk+1個の水素原子を除いた任意の基を挙げることができる。ここでの「任意の有機化合物」としては、例えば分子量300以下、好ましくは200以下、より好ましくは100以下の有機化合物である。
X2は、例えば、炭素数1~12(好ましくは炭素数1~6)の直鎖状または分枝状炭化水素からk+1個の水素原子を除いた基である。より好ましくは、炭素数1~3の直鎖状炭化水素からk+1個の水素原子を除いた基である。なお、ここでの炭化水素は、酸素原子(例えばエーテル結合やヒドロキシ基など)を含んでもよい。また、炭化水素は飽和炭化水素であることが好ましい。
別の態様として、X2は、環状構造を含む基であってもよい。環状構造を含む基としては、脂環構造を含む基、複素環構造(例えば、イソシアヌル酸構造)を含む基などを挙げることができる。
The k+1 valent organic group having 1 to 12 carbon atoms for X2 may be any group obtained by removing k+1 hydrogen atoms from any organic compound. The "any organic compound" here is, for example, an organic compound having a molecular weight of 300 or less, preferably 200 or less, more preferably 100 or less.
X2 is, for example, a group in which k+1 hydrogen atoms have been removed from a linear or branched hydrocarbon having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 6 carbon atoms). More preferably, it is a group in which k+1 hydrogen atoms have been removed from a linear hydrocarbon having 1 to 3 carbon atoms. The hydrocarbon here may contain an oxygen atom (for example, an ether bond or a hydroxyl group). In addition, the hydrocarbon is preferably a saturated hydrocarbon.
In another embodiment, X2 may be a group containing a cyclic structure. Examples of the group containing a cyclic structure include a group containing an alicyclic structure and a group containing a heterocyclic structure (for example, an isocyanuric acid structure).
式(1c)中、
k、R、X1およびX2は、それぞれ、式(1b)におけるR、k、X1およびX2と同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のX1は互いに同一であっても異なっていてもよく、
X3は、炭素数1~6の2価の有機基であり、
X4およびX5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1~6の2価の有機基であり、
X6は、炭素数1~6の2価の有機基である。
In formula (1c),
k, R, X1 , and X2 are the same as R, k, X1, and X2 in formula (1b), respectively, a plurality of R may be the same or different, and a plurality of X1 may be the same or different;
X3 is a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms;
X4 and X5 each independently represent a single bond or a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms;
X6 is a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms.
R、k、X1およびX2の具体的態様、好ましい態様などについては、一般式(1b)で説明したものと同様である。
X3およびX6の炭素数1~6の2価の有機基としては、例えば、炭素数1~6の直鎖状または分枝状炭化水素から2個の水素原子を除いた基を挙げることができる。なお、ここでの炭化水素は、酸素原子(例えばエーテル結合やヒドロキシ基など)を含んでもよい。また、炭化水素は飽和炭化水素であることが好ましい。
X4およびX5の炭素数1~6の2価の有機基としては、直鎖状または分枝状アルキレン基を挙げることができる。直鎖状または分枝状アルキレン基の炭素数は好ましくは1~3である。
Specific and preferred aspects of R, k, X1 and X2 are the same as those explained in relation to formula (1b).
Examples of the divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms for X3 and X6 include a group in which two hydrogen atoms have been removed from a linear or branched hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms. The hydrocarbon may contain an oxygen atom (e.g., an ether bond or a hydroxyl group). The hydrocarbon is preferably a saturated hydrocarbon.
The divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms for X4 and X5 may be a linear or branched alkylene group. The linear or branched alkylene group preferably has 1 to 3 carbon atoms.
Rの具体的態様、好ましい態様などについては、一般式(1b)で説明したものと同様である。
Specific and preferred embodiments of R are the same as those explained in relation to formula (1b).
ポリマーPの全構造単位中の、式(1)で表される構造単位の割合は、好ましくは3~40モル%、より好ましくは3~30モル%である。 The proportion of the structural unit represented by formula (1) in all structural units of polymer P is preferably 3 to 40 mol %, more preferably 3 to 30 mol %.
ポリマーPを構成する式(2)で表される構造単位において、RSは、(メタ)アクリロイル基を1つのみ含む基である。ポリマーPが、(メタ)アクリロイル基を2つ以上含む式(1)の構造単位と、アクリロイル基を1つのみ含む式(2)の構造単位との両方を含むことで、感度と現像性をより高度に両立させることができる。特に、通常の感光性樹脂組成物の設計においては、感度を上げようと硬化性を高めた場合には硬化が進みすぎて現像性が悪くなりがちであり、一方で現像性を改良しようとした場合には硬化が不十分となりがちであるところ、本実施形態のポリマーPは、感度と現像性の双方を良好なバランスで備える。 In the structural unit represented by formula (2) constituting the polymer P, R 1 S is a group containing only one (meth)acryloyl group. By including both the structural unit of formula (1) containing two or more (meth)acryloyl groups and the structural unit of formula (2) containing only one acryloyl group in the polymer P, it is possible to achieve a higher compatibility between sensitivity and developability. In particular, in the design of a normal photosensitive resin composition, when the curability is increased in order to increase the sensitivity, the curing tends to proceed too much, resulting in poor developability, while when the developability is improved, the curing tends to be insufficient. However, the polymer P of this embodiment has both sensitivity and developability in a good balance.
RSは、より具体的には以下式(2a)で表される基である。 More specifically, R 1 S is a group represented by the following formula (2a).
X10の総炭素数は、好ましくは1~30、より好ましくは1~20である、さらに好ましくは1~10である。
式(2a)において、X10は2価の有機基であり、Rは水素原子またはメチル基である。
X10の総炭素数は、好ましくは1~30、より好ましくは1~20である、さらに好ましくは1~10である。
X10の2価の有機基としては、例えばアルキレン基が好ましい。このアルキレン基中の一部の-CH2-はエーテル基(-O-)となっていてもよい。アルキレン基は、直鎖状でも分枝状でもよいが、直鎖状であることがより好ましい。
The total number of carbon atoms in X 10 is preferably 1-30, more preferably 1-20, and even more preferably 1-10.
In formula (2a), X10 is a divalent organic group, and R is a hydrogen atom or a methyl group.
The total number of carbon atoms in X 10 is preferably 1-30, more preferably 1-20, and even more preferably 1-10.
The divalent organic group of X 10 is preferably, for example, an alkylene group. A portion of -CH 2 - in this alkylene group may be an ether group (-O-). The alkylene group may be linear or branched, but is more preferably linear.
X10の2価の有機基としてより好ましくは、総炭素数3~6の直鎖状アルキレン基である。X10の炭素数(X10の鎖長)を適切に選択することで、式(2)で表される構造単位が架橋反応に一層関与しやすくなり、感度を高めることができる。 The divalent organic group of X 10 is more preferably a linear alkylene group having a total carbon number of 3 to 6. By appropriately selecting the number of carbon atoms of X 10 (the chain length of X 10 ), the structural unit represented by formula (2) becomes more likely to participate in the crosslinking reaction, and the sensitivity can be increased.
X10の2価の有機基(例えばアルキレン基)は、任意の置換基で置換されていてもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基などを挙げることができる。
また、X10の2価の有機基は、アルキレン基以外の任意の基であってよい。例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、エーテル基、カルボニル基、カルボキシ基等から選ばれる1種又は2種以上の基を連結して構成される2価の基であってもよい。
The divalent organic group (e.g., an alkylene group) of X 10 may be substituted with any substituent. Examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, and an aryloxy group.
The divalent organic group of X10 may be any group other than an alkylene group, for example, a divalent group formed by linking one or more groups selected from an alkylene group, a cycloalkylene group, an arylene group, an ether group, a carbonyl group, a carboxy group, and the like.
ポリマーPの全構造単位中の、式(2)で表される構造単位の割合は、好ましくは5~40モル%、より好ましくは10~30モル%である。
また、本実施形態のポリマーPにおいて、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位との合計の含有量は、ポリマーPの全構造単位を基準として、好ましくは5~60モル%、より好ましくは10~50モル%、さらに好ましくは10~40モル%ある。
The proportion of the structural unit represented by formula (2) in all structural units of the polymer P is preferably from 5 to 40 mol %, more preferably from 10 to 30 mol %.
In addition, in the polymer P of the present embodiment, the total content of the structural unit represented by formula (1) and the structural unit represented by formula (2) is preferably 5 to 60 mol %, more preferably 10 to 50 mol %, and even more preferably 10 to 40 mol %, based on the total structural units of the polymer P.
本実施形態のポリマーPは、式(3)で表される構造単位を含む。これにより、ポリマーPは、アルカリ現像液に対する優れた溶解性を有し、よって現像性に優れる。 The polymer P of this embodiment contains a structural unit represented by formula (3). This gives the polymer P excellent solubility in an alkaline developer and therefore excellent developability.
ポリマーPの全構造単位中の、式(3)で表される構造単位の割合は、好ましくは、1~10モル%、より好ましくは、2~7モル%である。 The proportion of the structural unit represented by formula (3) in all structural units of polymer P is preferably 1 to 10 mol %, more preferably 2 to 7 mol %.
ポリマーP中に含まれる各構造単位の含有量(比率)は、ポリマーを合成する際に用いる原料の仕込み量(モル量)、合成後に残存する原料の量、各種スペクトル(例えば、IRスペクトル、1H-NMRスペクトル、13C-NMRスペクトル)のピークの存在、およびピーク面積などから推定/算出することができる。 The content (ratio) of each structural unit contained in polymer P can be estimated/calculated from the amount (molar amount) of raw materials used in synthesizing the polymer, the amount of raw materials remaining after synthesis, the presence of peaks in various spectra (e.g., IR spectrum, 1H -NMR spectrum, 13C -NMR spectrum), the peak area, etc.
本実施形態のポリマーPの重量平均分子量Mwは、好ましくは1000~80000、より好ましくは2000~40000、さらに好ましくは3000~30000である。重量平均分子量を適切に調整することで、感度やアルカリ現像液に対する溶解性を調整することができる。
また、本実施形態のポリマーPの分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は、好ましくは1.0~5.0、より好ましくは1.0~4.0、さらに好ましくは1.0~3.0である。分散度を適切に調整することで、ポリマーPの物性を均質にすることができ、好ましい。
なお、これらの値は、ポリスチレンを標準物質として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により求めることができる。
The weight average molecular weight Mw of the polymer P of the present embodiment is preferably 1000 to 80000, more preferably 2000 to 40000, and further preferably 3000 to 30000. By appropriately adjusting the weight average molecular weight, it is possible to adjust the sensitivity and the solubility in an alkaline developer.
The dispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) of the polymer P of the present embodiment is preferably 1.0 to 5.0, more preferably 1.0 to 4.0, and even more preferably 1.0 to 3.0. By appropriately adjusting the dispersity, the physical properties of the polymer P can be made uniform, which is preferable.
These values can be determined by gel permeation chromatography (GPC) measurements using polystyrene as a standard substance.
本実施形態のポリマーPのガラス転移温度は、好ましくは150~250℃、より好ましくは170~230℃である。本実施形態のポリマーPは、主として式(NB)の構造単位を含むことにより、ガラス転移温度が高い傾向にある。このことは、液晶表示装置や固体撮像素子の製造に当たって、基板上に形成されたパターンが安定に存在できるという点で好ましい。なお、ガラス転移温度は、例えば、示差熱分析(differential thermal analysis:DTA)により求めることができる。 The glass transition temperature of the polymer P of this embodiment is preferably 150 to 250°C, more preferably 170 to 230°C. The polymer P of this embodiment tends to have a high glass transition temperature due to the inclusion of structural units of formula (NB). This is preferable in that the pattern formed on the substrate can be stable when manufacturing a liquid crystal display device or a solid-state imaging device. The glass transition temperature can be determined, for example, by differential thermal analysis (DTA).
本実施形態のポリマーPは、上記構成を備えることにより、そのアルカリ溶解速度を、150nm/s以上とすることができ、好ましくは、180nm/s以上とすることができ、より好ましくは、200nm/s以上である。上限値は特に限定されないが、例えば500nm/s以下であり得る。なお、本願明細書中、アルカリ溶解速度は、以下の条件で測定した場合の値である。
(アルカリ溶解速度の測定方法)ポリマーPを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)に溶解させて、固形分濃度30質量%の溶液を作製する。次いで、得られたポリマー溶液をウエハー上にスピンコートし、PGMEAを乾燥させ、温度100℃で2分間プリベークすることで、膜厚2μm±0.2の樹脂膜を作製する。この樹脂膜を、ウエハーごと、温度23℃の2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液に浸漬する。浸漬したウエハーを目視で観察して樹脂膜が溶解して干渉模様が見えなくなるまでの時間を測定し、浸漬前の膜厚(2μm±0.2)を、その時間で除することで、アルカリ溶解速度(μm/秒)を算出する。
By having the above-mentioned configuration, the polymer P of this embodiment can have an alkali dissolution rate of 150 nm/s or more, preferably 180 nm/s or more, and more preferably 200 nm/s or more. The upper limit is not particularly limited, but can be, for example, 500 nm/s or less. In the present specification, the alkali dissolution rate is a value measured under the following conditions.
(Method of measuring alkaline dissolution rate) Polymer P is dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to prepare a solution with a solid concentration of 30 mass%. The obtained polymer solution is then spin-coated on a wafer, the PGMEA is dried, and the wafer is pre-baked at a temperature of 100°C for 2 minutes to prepare a resin film with a thickness of 2 μm±0.2. The resin film is immersed together with the wafer in a 2.0 mass% aqueous sodium carbonate solution at a temperature of 23°C. The immersed wafer is visually observed to measure the time until the resin film dissolves and the interference pattern disappears, and the alkali dissolution rate (μm/sec) is calculated by dividing the film thickness (2 μm±0.2) before immersion by that time.
(ポリマーPの製造方法)
本実施形態のポリマーPは、任意の方法により製造(合成)することができる。本実施形態のポリマーPは、
(I)上述の式(NB)で表される構造単位、上述の式(1)で表される構造単位、上述の式(2)で表される構造単位、および上述の式(MA)で表される構造単位を含むポリマー前駆体(以下、「ポリマー前駆体P'」と称する)を調製する第1の工程と、
(II)第1の工程で得られたポリマー前駆体を、触媒の存在下、水で処理する第2の工程と、により、製造される。第2の工程により、上述の式(NB)で表される構造単位、上述の式(1)で表される構造単位、上述の式(2)で表される構造単位、および上述の式(3)で表される構造単位を含み、場合により上述の式(MA)で表される構造単位を含むポリマーPが生成する。
(Method for producing polymer P)
The polymer P of this embodiment can be produced (synthesized) by any method.
(I) a first step of preparing a polymer precursor (hereinafter referred to as "polymer precursor P'") comprising a structural unit represented by the above formula (NB), a structural unit represented by the above formula (1), a structural unit represented by the above formula (2), and a structural unit represented by the above formula (MA);
(II) the second step of treating the polymer precursor obtained in the first step with water in the presence of a catalyst, thereby producing a polymer P comprising the structural unit represented by the above formula (NB), the structural unit represented by the above formula (1), the structural unit represented by the above formula (2), and the structural unit represented by the above formula (3), and optionally comprising the structural unit represented by the above formula (MA).
以下、これらの工程により本実施形態のポリマーを製造(合成)する方法について説明する。
ポリマー前駆体を調製する第1の工程(I)は、
(I-i)式(NB)で表される構造単位と、式(MA)で表される構造単位とを含む原料ポリマーを準備する工程と、
(I-ii)工程(I-i)で得られた原料ポリマーと、ヒドロキシル基および2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(以下、「多官能(メタ)アクリル化合物」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体を調製する工程と、
(I-iii)工程(I-iii)で得られた第1のポリマー前駆体と、ヒドロキシル基および1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物(以下、「単官能(メタ)アクリル化合物」と称する)とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、および式(2)で表される構造単位を含む第2のポリマー前駆体を調製する工程と、を含むことが好ましい。ここで、工程(I-iii)で得られる第2のポリマー前駆体は、上記工程(I)に記載のポリマー前駆体P'に相当する。
Hereinafter, the method for producing (synthesizing) the polymer of this embodiment through these steps will be described.
The first step (I) of preparing the polymer precursor comprises:
(I-i) preparing a raw material polymer including a structural unit represented by formula (NB) and a structural unit represented by formula (MA);
(I-ii) a step of reacting the raw material polymer obtained in the step (I-i) with a compound having a hydroxyl group and two or more (meth)acryloyl groups (hereinafter referred to as a "polyfunctional (meth)acrylic compound") in the presence of a basic catalyst to prepare a first polymer precursor including a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (MA), and a structural unit represented by formula (1);
(I-iii) A step of reacting the first polymer precursor obtained in step (I-iii) with a compound having a hydroxyl group and one (meth)acryloyl group (hereinafter referred to as a "monofunctional (meth)acrylic compound") in the presence of a basic catalyst to prepare a second polymer precursor containing a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (MA), a structural unit represented by formula (1), and a structural unit represented by formula (2). Here, the second polymer precursor obtained in step (I-iii) corresponds to the polymer precursor P' described in the above step (I).
(工程(I―i))
工程(I-i)における、式(NB)で表される構造単位と、式(MA)で表される構造単位とを含む原料ポリマーを準備する工程は、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とを重合(付加重合)することで製造することができる。なお、式(NBm)のR1、R2、R3およびR4ならびにa1の定義は、式(NB)のものと同様である。好ましい態様についても同様である。
(Step (I-i))
In the step (I-i), the step of preparing a raw material polymer containing a structural unit represented by formula (NB) and a structural unit represented by formula (MA) can be produced by polymerizing (addition polymerization) a monomer represented by formula (NBm) and maleic anhydride. The definitions of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and a 1 in formula (NBm) are the same as those in formula (NB). The same also applies to preferred aspects.
式(NBm)で表されるモノマーとしては、例えば、ノルボルネン、ノルボルナジエン、ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-2-エン(慣用名:2-ノルボルネン)、5-メチル-2-ノルボルネン、5-エチル-2-ノルボルネン、5-ブチル-2-ノルボルネン、5-ヘキシル-2-ノルボルネン、5-デシル-2-ノルボルネン、5-アリル-2-ノルボルネン、5-(2-プロペニル)-2-ノルボルネン、5-(1-メチル-4-ペンテニル)-2-ノルボルネン、5-エチニル-2-ノルボルネン、5-ベンジル-2-ノルボルネン、5-フェネチル-2-ノルボルネン、2-アセチル-5-ノルボルネン、5-ノルボルネン-2-カルボン酸メチル、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物などが挙げられる。重合の際、式(NBm)で表されるモノマーは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of monomers represented by the formula (NBm) include norbornene, norbornadiene, bicyclo[2.2.1]-hept-2-ene (common name: 2-norbornene), 5-methyl-2-norbornene, 5-ethyl-2-norbornene, 5-butyl-2-norbornene, 5-hexyl-2-norbornene, 5-decyl-2-norbornene, 5-allyl-2-norbornene, 5-(2-propenyl)-2-norbornene, 5-(1-methyl-4-pentenyl)-2-norbornene, 5-ethynyl-2-norbornene, 5-benzyl-2-norbornene, 5-phenethyl-2-norbornene, 2-acetyl-5-norbornene, methyl 5-norbornene-2-carboxylate, and 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride. During polymerization, the monomer represented by formula (NBm) may be used alone or in combination of two or more.
重合の方法については限定されないが、ラジカル重合開始剤を用いたラジカル重合が好ましい。重合開始剤としては、例えば、アゾ化合物、有機過酸化物などを使用できる。
アゾ化合物として具体的には、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、ジメチル2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、1,1'-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)(ABCN)などを挙げることができる。
有機過酸化物としては、例えば、過酸化水素、ジ-tert-ブチルパーオキサイド(DTBP)、過酸化ベンゾイル(ベンゾイルパーオキサイド,BPO)および、メチルエチルケトンパーオキサイド(MEKP)などを挙げることができる。
重合開始剤については、1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Although there is no limitation on the polymerization method, radical polymerization using a radical polymerization initiator is preferable. As the polymerization initiator, for example, an azo compound, an organic peroxide, etc. can be used.
Specific examples of the azo compound include azobisisobutyronitrile (AIBN), dimethyl 2,2'-azobis(2-methylpropionate), and 1,1'-azobis(cyclohexanecarbonitrile) (ABCN).
Examples of organic peroxides include hydrogen peroxide, di-tert-butyl peroxide (DTBP), benzoyl peroxide (BPO), and methyl ethyl ketone peroxide (MEKP).
The polymerization initiator may be used alone or in combination of two or more kinds.
重合溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、メチルエチルケトン等の有機溶剤を用いることができる。重合溶媒は単独溶剤でも混合溶剤でもよい。 As the polymerization solvent, for example, an organic solvent such as diethyl ether, tetrahydrofuran, toluene, or methyl ethyl ketone can be used. The polymerization solvent may be a single solvent or a mixed solvent.
原料ポリマーの合成は、式(NBm)で表されるモノマー、無水マレイン酸および重合開始剤を溶媒に溶解させて反応容器に仕込み、その後、加熱して、付加重合を進行させることにより実施される。加熱温度は例えば50~80℃であり、加熱時間は例えば5~20時間である。
反応容器に仕込む際の、式(NBm)で表されるモノマーと、無水マレイン酸とのモル比は、0.5:1~1:0.5であることが好ましい。分子構造制御の観点から、モル比は1:1であることが好ましい。
このような工程により、「原料ポリマー」を得ることができる。
なお、原料ポリマーは、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、周期共重合体などのいずれであってもよい。典型的にはランダム共重合体または交互共重合体である。なお、一般に、無水マレイン酸は交互共重合性が強いモノマーとして知られている。
The synthesis of the raw material polymer is carried out by dissolving the monomer represented by formula (NBm), maleic anhydride and a polymerization initiator in a solvent and charging the resulting solution into a reaction vessel, and then heating the resulting solution to cause addition polymerization. The heating temperature is, for example, 50 to 80° C., and the heating time is, for example, 5 to 20 hours.
The molar ratio of the monomer represented by formula (NBm) to maleic anhydride when charged into a reaction vessel is preferably 0.5:1 to 1:0.5. From the viewpoint of controlling the molecular structure, the molar ratio is preferably 1:1.
Through such a process, a "raw polymer" can be obtained.
The raw polymer may be any of random copolymers, alternating copolymers, block copolymers, and periodic copolymers. Typically, it is a random copolymer or an alternating copolymer. Maleic anhydride is generally known as a monomer with strong alternating copolymerizability.
なお、原料ポリマーの合成後に、未反応モノマー、オリゴマー、残存する重合開始剤などの低分子量成分を除去する工程を行ってもよい。
具体的には、合成された原料ポリマーと低分子量成分とが含まれた有機相を濃縮し、その後、テトラヒドロフラン(THF)などの有機溶媒と混合して溶液を得る。そして、この溶液を、メタノールなどの貧溶媒と混合し、モノマーを沈殿させる。この沈殿物を濾取して乾燥させることで、原料ポリマーの純度を上げることができる。
After synthesis of the raw polymer, a step of removing low molecular weight components such as unreacted monomers, oligomers, and residual polymerization initiators may be carried out.
Specifically, the organic phase containing the synthesized raw polymer and low molecular weight components is concentrated and then mixed with an organic solvent such as tetrahydrofuran (THF) to obtain a solution. This solution is then mixed with a poor solvent such as methanol to precipitate the monomer. The precipitate is filtered and dried to increase the purity of the raw polymer.
(工程(I―ii))
工程(I-i)で得られた原料ポリマーと、多官能(メタ)アクリル化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させることで、原料ポリマーに含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(1)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体が得られる。
(Process (I-ii))
The raw polymer obtained in step (I-i) is reacted with a polyfunctional (meth)acrylic compound in the presence of a basic catalyst to form a structure represented by formula (MA) contained in the raw polymer. A part of the units is ring-opened to form the structural unit represented by formula (1), and the structural unit represented by formula (NB), the structural unit represented by formula (MA), and the structural unit represented by formula (1 A first polymer precursor containing a structural unit represented by the formula:
より具体的には、まず、原料ポリマーを適当な有機溶剤に溶解させた溶液を準備する。有機溶媒としては、メチルエチルケトン(MEK)、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)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチルピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン(THF)などの単独溶剤または混合溶剤を用いることができるが、これらのみには限定されず、有機化合物や高分子の合成で用いられる種々の有機溶剤を用いることができる。 More specifically, first, a solution is prepared by dissolving the raw polymer in an appropriate organic solvent. As the organic solvent, a single solvent or a mixed solvent such as methyl ethyl ketone (MEK), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), or tetrahydrofuran (THF) can be used, but is not limited to these, and various organic solvents used in the synthesis of organic compounds or polymers can be used.
次に、上記の溶液に、多官能(メタ)アクリル化合物を加える。さらに、塩基性触媒を加える。そして溶液を適切に混合して均一な溶液とする。 Next, a polyfunctional (meth)acrylic compound is added to the above solution. A basic catalyst is then added. The solution is then mixed appropriately to obtain a homogeneous solution.
多官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば、式(1b-m)で表される化合物、式(1c-m)で表される化合物、または式(1d-m)で表される化合物を挙げることができる。式(1b-m)におけるk、R、X1、X1'およびX2の定義および具体的態様は、上述の式(1b)におけるものと同様である。また式(1c-m)におけるk、R、X1、X2、X3、X4、X5およびX6の定義および具体的態様は、上述の式(1c)におけるものと同様である。また式(1d-m)におけるnおよびRの定義は、上記式(1d)におけるものと同様である。 Examples of the polyfunctional (meth)acrylic compound include a compound represented by formula (1b-m), a compound represented by formula (1c-m), or a compound represented by formula (1d-m). The definitions and specific aspects of k, R, X 1 , X 1 ', and X 2 in formula (1b-m) are the same as those in the above formula (1b). The definitions and specific aspects of k, R, X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , and X 6 in formula (1c-m) are the same as those in the above formula (1c). The definitions of n and R in formula (1d-m) are the same as those in the above formula (1d).
式(1b-m)で表される多官能(メタ)アクリル化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。 Specific examples of polyfunctional (meth)acrylic compounds represented by formula (1b-m) include, but are not limited to, the following compounds:
式(1c-m)で表される多官能(メタ)アクリル化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。 Specific examples of polyfunctional (meth)acrylic compounds represented by formula (1c-m) include, but are not limited to, the following compounds:
塩基性触媒としては、有機合成の分野で公知のアミン化合物や含窒素複素環化合物等を適宜用いることができる。例えば、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジンなどのアミン化合物または含窒素複素環化合物を触媒として用いることができる。塩基性触媒の使用量は、例えば、原料ポリマー100質量部に対し、10~60質量部程度とすることができる。 As the basic catalyst, amine compounds and nitrogen-containing heterocyclic compounds known in the field of organic synthesis can be appropriately used. For example, amine compounds or nitrogen-containing heterocyclic compounds such as triethylamine, pyridine, and dimethylaminopyridine can be used as catalysts. The amount of the basic catalyst used can be, for example, about 10 to 60 parts by mass per 100 parts by mass of the raw polymer.
上記溶液を、好ましくは60~80℃で、3~9時間程度加熱することで、原料ポリマー中に含まれる式(MA)の構造単位の一部の開環と、式(1)の構造単位の形成がなされ、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体が生成する。 The solution is heated, preferably at 60 to 80°C, for about 3 to 9 hours, to open some of the structural units of formula (MA) contained in the raw polymer and form structural units of formula (1), producing a first polymer precursor containing structural units represented by formula (NB), structural units represented by formula (MA), and structural units represented by formula (1).
(工程(I―iii))
次いで、工程(I―ii)で得られた第1のポリマー前駆体と、単官能(メタ)アクリル化合物と、塩基性触媒の存在下で反応させることで、第1のポリマー前駆体に含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(2)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、および式(2)で表される構造単位を含む第2のポリマー前駆体、すなわち、ポリマー前駆体P'が得られる。
(Process (I-iii))
Next, the first polymer precursor obtained in step (I-ii) is reacted with a monofunctional (meth)acrylic compound in the presence of a basic catalyst to form a monofunctional (meth)acrylic compound contained in the first polymer precursor. A part of the structural unit represented by formula (MA) is ring-opened to form a structural unit represented by formula (2), and the structural unit represented by formula (NB) and the structural unit represented by formula (MA) are A second polymer precursor, ie, a polymer precursor P′, is obtained which contains the structural unit represented by the formula (1) and the structural unit represented by the formula (2).
工程(I-iii)は、工程(I-ii)で得られた第1のポリマー前駆体を含む反応系に、単官能(メタ)アクリル化合物を追添することにより実施することが好ましい。なお、反応の立体障害などの点から、単官能(メタ)アクリル化合物のほうが、多官能(メタ)アクリル化合物よりも、原料ポリマーと反応しやすい傾向にある。そのため、単官能(メタ)アクリル化合物を反応させる工程(I-ii)と、単官能(メタ)アクリル化合物を反応させる工程(I-iii)とは、同時に実施せず、この順で順次行うことが好ましい。また、単官能(メタ)アクリル化合物と第1のポリマー前駆体との反応は、塩基性触媒の存在下で進行する。塩基性触媒は、工程(I-ii)で得られた反応系に残存している触媒をそのまま使用することができる。そのため、工程(I-iii)は、工程(I-ii)で得られた第1のポリマー前駆体を含む反応混合物から第1のポリマー前駆体を単離精製したり、当該混合物中に含まれる塩基性触媒を中和したりすることなく、インサイチュで、工程(I-ii)で得られた第1のポリマー前駆体を含む反応混合物に単官能(メタ)アクリル化合物を追添することにより実施することが好ましい。具体的には、第1のポリマー前駆体を含む反応混合物に単官能(メタ)アクリル化合物を追添して得られる反応溶液を、好ましくは60~80℃で、1~9時間程度加熱することで、第1のポリマー前駆体に含まれる式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(2)で表される構造単位が形成され、ポリマー前駆体P'が生成する。 It is preferable to carry out the step (I-iii) by adding a monofunctional (meth)acrylic compound to the reaction system containing the first polymer precursor obtained in the step (I-ii). In addition, from the viewpoint of steric hindrance of the reaction, the monofunctional (meth)acrylic compound tends to react more easily with the raw material polymer than the polyfunctional (meth)acrylic compound. Therefore, it is preferable to carry out the step (I-ii) of reacting the monofunctional (meth)acrylic compound and the step (I-iii) of reacting the monofunctional (meth)acrylic compound sequentially in this order, rather than simultaneously. In addition, the reaction between the monofunctional (meth)acrylic compound and the first polymer precursor proceeds in the presence of a basic catalyst. As the basic catalyst, the catalyst remaining in the reaction system obtained in the step (I-ii) can be used as it is. Therefore, it is preferable to carry out step (I-iii) in situ by adding a monofunctional (meth)acrylic compound to the reaction mixture containing the first polymer precursor obtained in step (I-ii) without isolating and purifying the first polymer precursor from the reaction mixture containing the first polymer precursor obtained in step (I-ii) or neutralizing the basic catalyst contained in the mixture. Specifically, the reaction solution obtained by adding a monofunctional (meth)acrylic compound to the reaction mixture containing the first polymer precursor is heated, preferably at 60 to 80° C. for about 1 to 9 hours, to open a part of the structural unit represented by formula (MA) contained in the first polymer precursor, forming a structural unit represented by formula (2), and generating polymer precursor P'.
工程(I-iii)で用いられる単官能(メタ)アクリル化合物としては、例えば、以下の式(2a-m)で表される化合物が挙げられる。式(2a-m)において、X10およびRの定義については式(2a)におけるものと同様である。 The monofunctional (meth)acrylic compound used in the step (I-iii) may, for example, be a compound represented by the following formula (2a-m): In the formula (2a-m), the definitions of X10 and R are the same as those in the formula (2a).
式(2a-m)で表される化合物の具体例としては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸などを挙げることができる。 Specific examples of compounds represented by formula (2a-m) include 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 4-hydroxybutyl (meth)acrylate, 1,4-cyclohexanedimethanol mono(meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, 2-hydroxybutyl (meth)acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth)acrylate, and 2-(meth)acryloyloxyethyl-2-hydroxyethyl-phthalic acid.
(工程(II))
工程(I―iii)で得られたポリマー前駆体P'を、触媒の存在下で、水で処理することにより、ポリマー前駆体P'に含まれる式(MA)で表される構造単位が開環し、式(3)で表される構造単位が形成されて、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(3)で表される構造単位を含むポリマーPを製造することができる。式(MA)で表される構造単位の一部が開環し、式(MA)の構造単位の一部が開環せずに残る場合には、ポリマーPは、式(NB)、式(1)、式(2)、および式(3)の構造単位に加え、式(MA)で表される構造単位を含む。
(Step (II))
The polymer precursor P' obtained in step (I-iii) is treated with water in the presence of a catalyst, whereby the structural unit represented by formula (MA) contained in the polymer precursor P' undergoes ring-opening to form a structural unit represented by formula (3), thereby producing a polymer P containing a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (1), a structural unit represented by formula (2), and a structural unit represented by formula (3). When a part of the structural unit represented by formula (MA) undergoes ring-opening and a part of the structural unit of formula (MA) remains without being ring-opened, the polymer P contains a structural unit represented by formula (MA) in addition to the structural units of formula (NB), formula (1), formula (2), and formula (3).
工程(II)は、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応系に、水を追添することにより実施することが好ましい。工程(II)で使用される触媒としては、塩基性触媒を用いることができ、上記工程(I-ii)または工程(I-iii)で用いた塩基性触媒と同様の触媒を用いることができる。塩基性触媒の具体例としては、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジンなどのアミン化合物または含窒素複素環化合物が挙げられる。 Step (II) is preferably carried out by adding water to the reaction system containing the polymer precursor P' obtained in step (I-iii). A basic catalyst can be used as the catalyst used in step (II), and the same catalyst as the basic catalyst used in step (I-ii) or step (I-iii) can be used. Specific examples of basic catalysts include amine compounds such as triethylamine, pyridine, and dimethylaminopyridine, or nitrogen-containing heterocyclic compounds.
工程(II)では、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応系に、水を添加し、得られた反応溶液を、好ましくは60~80℃で、0.25~6時間程度加熱することで、ポリマー前駆体P'中に含まれる式(MA)の構造単位が開環して、式(3)で表される構造単位が生成する。この反応は、塩基性触媒の存在下で進行する。塩基性触媒は、工程(I-iii)で得られた反応系に残存している触媒をそのまま使用することができる。そのため、工程(II)は、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応混合物からポリマー前駆体P'を単離精製したり、当該混合物中に含まれる塩基性触媒を中和したりすることなく、インサイチュで、工程(I-iii)で得られたポリマー前駆体P'を含む反応混合物に水を追添することにより実施することが好ましい。 In step (II), water is added to the reaction system containing the polymer precursor P' obtained in step (I-iii), and the resulting reaction solution is heated, preferably at 60 to 80°C, for about 0.25 to 6 hours, to open the structural unit of formula (MA) contained in the polymer precursor P' and generate the structural unit represented by formula (3). This reaction proceeds in the presence of a basic catalyst. The basic catalyst remaining in the reaction system obtained in step (I-iii) can be used as is. Therefore, it is preferable to carry out step (II) in situ by adding water to the reaction mixture containing the polymer precursor P' obtained in step (I-iii), without isolating and purifying the polymer precursor P' from the reaction mixture containing the polymer precursor P' obtained in step (I-iii) or neutralizing the basic catalyst contained in the mixture.
工程(II)の後、所望のポリマー以外の不要な成分の除去などのため、更に以下の工程を適宜行うことが好ましい。 After step (II), it is preferable to further carry out the following steps as appropriate to remove unnecessary components other than the desired polymer.
まず、上記で、有機溶剤で希釈し、また、酸(例えば、ギ酸、クエン酸など)を加えた反応溶液を、分液漏斗で少なくとも3分間激しく攪拌する。これを30分以上静止して、有機相と水相に分け、水相を除去する。このようにしてポリマーPの有機溶液を得る。 First, the reaction solution diluted with the organic solvent and to which an acid (e.g., formic acid, citric acid, etc.) has been added is vigorously stirred in a separatory funnel for at least 3 minutes. This is left to stand for 30 minutes or more to separate into an organic phase and an aqueous phase, and the aqueous phase is removed. In this way, an organic solution of polymer P is obtained.
得られたポリマーPの有機溶液に、過剰量のトルエンを加えてポリマーを再沈殿させる。また、再沈殿により得られたポリマー粉末をさらに数回(例えば、2回)、トルエンで洗浄する。
さらに、酸や塩基性触媒の除去のため、得られたポリマー粉末を、イオン交換水で洗浄する操作を数回(例えば、3回)繰り返す。
イオン交換水で洗浄後のポリマー粉末を、例えば30~60℃で16時間以上乾燥させることで、高純度のポリマーPを得ることができる。
An excess amount of toluene is added to the obtained organic solution of polymer P to reprecipitate the polymer, and the polymer powder obtained by the reprecipitation is further washed several times (for example, twice) with toluene.
Furthermore, in order to remove the acid or basic catalyst, the obtained polymer powder is washed with ion-exchanged water several times (for example, three times).
After washing with ion-exchanged water, the polymer powder is dried, for example, at 30 to 60° C. for 16 hours or more, to obtain a high-purity polymer P.
(感光性樹脂組成物)
上記のポリマーPと、光ラジカル重合開始剤とを用いて、感光性樹脂組成物を調製することができる。
既に説明したように、この感光性樹脂組成物は、硬化性に優れるため感度が良好であり、高いアルカリ溶解性を備えるため現像性に優れる。
(Photosensitive resin composition)
A photosensitive resin composition can be prepared using the above polymer P and a photoradical polymerization initiator.
As already explained, this photosensitive resin composition has excellent curing properties and therefore good sensitivity, and has high alkali solubility and therefore excellent developability.
用いることができる光ラジカル重合開始剤としては特に限定されず、公知のものを適宜用いることができる。
例えば、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシー2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、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-1-プロパン-1-オン、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、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、2-(ジメチルアミノ)-2-〔(4-メチルフェニル)メチル〕-1-〔4-(4-モルホリニル)フェニル〕-1-ブタノン等のアルキルフェノン系化合物;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、2-カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテ等のベンゾイン系化合物;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等のチオキサントン系化合物;2-(4-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-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシカルボキニルナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン等のハロメチル化トリアジン系化合物;2-トリクロロメチル-5-(2'-ベンゾフリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-〔β-(2'-ベンゾフリル)ビニル〕-1,3,4-オキサジアゾール、4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-フリル-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチル化オキサジアゾール系化合物;2,2'-ビス(2-クロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール、2,2'-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール、2,2'-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物;1,2-オクタンジオン,1-〔4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)〕エタノン、1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)等のオキシムエステル系化合物;ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム等のチタノセン系化合物;p-ジメチルアミノ安息香酸、p-ジエチルアミノ安息香酸等の安息香酸エステル系化合物;9-フェニルアクリジン等のアクリジン系化合物;等を挙げることができる。
The photoradical polymerization initiator that can be used is not particularly limited, and any known initiator can be used appropriately.
For example, 2,2-diethoxyacetophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-hydroxy-1-{4-[4-(2-hydroxy-2-methylpropionyl)benzyl]phenyl}-2-methylpropan-1-one, 2-methyl-1-(4-methylthiophenyl)-2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanone-1, 2-(dimethylamino)-2-[(4-methylphenyl)methyl]-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl ]-1-butanone and other alkylphenone compounds; benzophenone, 4,4'-bis(dimethylamino)benzophenone, 2-carboxybenzophenone and other benzophenone compounds; benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether and other benzoin compounds; thioxanthone, 2-ethylthioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone and other thioxanthone compounds; 2-(4-methoxyphenyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2-(4-methoxynaphthyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2-(4-ethoxynaphthyl)- halomethylated triazine compounds such as 4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine and 2-(4-ethoxycarbonylnaphthyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine; halomethylated oxadiazole compounds such as 2-trichloromethyl-5-(2'-benzofuryl)-1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5-[β-(2'-benzofuryl)vinyl]-1,3,4-oxadiazole, 4-oxadiazole, and 2-trichloromethyl-5-furyl-1,3,4-oxadiazole; 2,2'-bis(2-chlorophenyl)-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole, and 2,2'-bis(2,4-dichlorophenyl)-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole biimidazole compounds such as 2,2'-bis(2,4,6-trichlorophenyl)-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,2'-biimidazole; oxime ester compounds such as 1,2-octanedione, 1-[4-(phenylthio)-2-(O-benzoyloxime)]ethanone, and 1-[9-ethyl-6-(2-methylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-1-(O-acetyloxime); titanocene compounds such as bis(η5-2,4-cyclopentadiene-1-yl)-bis(2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)-phenyl)titanium; benzoate ester compounds such as p-dimethylaminobenzoic acid and p-diethylaminobenzoic acid; and acridine compounds such as 9-phenylacridine.
感光性樹脂組成物は、光ラジカル重合開始剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
光ラジカル重合開始剤の使用量は、ポリマーP100質量部に対し、例えば1~20質量部であり、好ましくは3~10質量部である。
The photosensitive resin composition may contain only one type of photoradical polymerization initiator, or may contain two or more types of photoradical polymerization initiators.
The amount of the photoradical polymerization initiator used is, for example, 1 to 20 parts by mass, and preferably 3 to 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the polymer P.
一態様として、感光性樹脂組成物は着色剤を含んでもよい。着色剤を含むことで、液晶表示装置や固体撮像素子のカラーフィルタの形成材料として好ましく用いることができる。着色剤としては、種々の顔料または染料を用いることができる。 In one embodiment, the photosensitive resin composition may contain a colorant. By containing a colorant, the composition can be preferably used as a material for forming color filters in liquid crystal displays and solid-state imaging devices. Various pigments or dyes can be used as colorants.
顔料としては有機顔料や無機顔料を用いることができる。
有機顔料としては、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、チオインジゴ系顔料、アントラキノン系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、キサンテン系顔料、ピロメテン系顔料、染料レーキ系顔料等を使用することができる。
無機顔料としては、白色・体質顔料(酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、クレー、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等)、有彩顔料(黄鉛、カドミニウム系、クロムバーミリオン、ニッケルチタン、クロムチタン、黄色酸化鉄、ベンガラ、ジンククロメート、鉛丹、群青、紺青、コバルトブルー、クロムグリーン、酸化クロム、バナジン酸ビスマス等)、光輝材顔料(パール顔料、アルミ顔料、ブロンズ顔料等)、蛍光顔料(硫化亜鉛、硫化ストロンチウム、アルミン酸ストロンチウム等)を使用することができる。
As the pigment, an organic pigment or an inorganic pigment can be used.
Examples of organic pigments that can be used include azo pigments, phthalocyanine pigments, quinacridone pigments, perylene pigments, perinone pigments, isoindolinone pigments, isoindoline pigments, dioxazine pigments, thioindigo pigments, anthraquinone pigments, quinophthalone pigments, metal complex pigments, diketopyrrolopyrrole pigments, xanthene pigments, pyrromethene pigments, and dye lake pigments.
Examples of inorganic pigments that can be used include white/extender pigments (titanium oxide, zinc oxide, zinc sulfide, clay, talc, barium sulfate, calcium carbonate, etc.), chromatic pigments (yellow lead, cadmium-based, chrome vermilion, nickel titanium, chrome titanium, yellow iron oxide, red ocher, zinc chromate, red lead, ultramarine, Prussian blue, cobalt blue, chrome green, chromium oxide, bismuth vanadate, etc.), lustrous pigments (pearl pigments, aluminum pigments, bronze pigments, etc.), and fluorescent pigments (zinc sulfide, strontium sulfide, strontium aluminate, etc.).
染料としては、例えば、特開2003-270428号公報や特開平9-171108号公報、特開2008-50599号公報等に記載されている公知の染料を使用することができる。 As the dye, for example, known dyes described in JP-A-2003-270428, JP-A-9-171108, JP-A-2008-50599, etc. can be used.
感光性樹脂組成物が着色剤を含む場合、感光性樹脂組成物は着色剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
着色剤(特に顔料)は、目的や用途に応じて、適切な平均粒子径を有するものを使用できるが、特にカラーフィルタのような透明性が要求される場合は、0.1μm以下の小さい平均粒子径が好ましく、その他、塗料などの隠蔽性が必要とされる場合は、0.5μm以上の大きい平均粒子径が好ましい。
着色剤は、目的や用途に応じて、ロジン処理、界面活性剤処理、樹脂系分散剤処理、顔料誘導体処理、酸化皮膜処理、シリカコーティング、ワックスコーティングなどの表面処理がなされていてもよい。
When the photosensitive resin composition contains a colorant, the photosensitive resin composition may contain only one type of colorant, or may contain two or more types of colorants.
Colorants (particularly pigments) having an appropriate average particle size can be used depending on the purpose and application. In particular, when transparency is required, such as in a color filter, a small average particle size of 0.1 μm or less is preferred, whereas in other cases, such as when hiding properties are required, such as in a paint, a large average particle size of 0.5 μm or more is preferred.
Depending on the purpose and use, the colorant may be subjected to surface treatment such as rosin treatment, surfactant treatment, resin-based dispersant treatment, pigment derivative treatment, oxide film treatment, silica coating, wax coating, etc.
感光性樹脂組成物が着色剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、着色濃度と着色剤の分散安定性との両立などから、感光性樹脂組成物の不揮発成分(溶剤を除く成分)全体に対して、好ましくは3~70質量%であり、より好ましくは5~60質量%、さらに好ましくは10~50質量%である。 When the photosensitive resin composition contains a colorant, the amount of the colorant may be set appropriately depending on the purpose and application, but in order to achieve both coloring concentration and dispersion stability of the colorant, the amount of the colorant is preferably 3 to 70 mass %, more preferably 5 to 60 mass %, and even more preferably 10 to 50 mass % of the total non-volatile components (components excluding the solvent) of the photosensitive resin composition.
一態様として、感光性樹脂組成物は遮光剤を含んでもよい。遮光剤を含むことで、液晶表示装置や固体撮像素子のブラックマトリクスの形成材料として好ましく用いることができる。
遮光剤としては、公知の遮光剤を特に制限なく用いることができる。例えば、カーボンブラック、ボーンブラック、グラファイト、鉄黒、チタンブラック等の黒色顔料を遮光剤として用いることができる。
In one embodiment, the photosensitive resin composition may contain a light-shielding agent. By containing a light-shielding agent, the composition can be preferably used as a material for forming a black matrix of a liquid crystal display device or a solid-state image sensor.
As the light-shielding agent, any known light-shielding agent can be used without any particular limitation. For example, black pigments such as carbon black, bone black, graphite, iron black, and titanium black can be used as the light-shielding agent.
感光性樹脂組成物が遮光剤を含む場合、感光性樹脂組成物は遮光剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
感光性樹脂組成物が遮光剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、遮光性能と遮光剤の分散安定性との両立などから、感光性樹脂組成物の不揮発成分(溶剤を除く成分)全体に対して、好ましくは3~70質量%であり、より好ましくは5~60質量%、さらに好ましくは10~50質量%である。
When the photosensitive resin composition contains a light-shielding agent, the photosensitive resin composition may contain only one type of light-shielding agent, or may contain two or more types of light-shielding agents.
When the photosensitive resin composition contains a light-shielding agent, the amount of the light-shielding agent may be appropriately set depending on the purpose and application. In order to achieve a balance between the light-shielding performance and the dispersion stability of the light-shielding agent, the amount of the light-shielding agent is preferably 3 to 70 mass %, more preferably 5 to 60 mass %, and even more preferably 10 to 50 mass % based on the total non-volatile components (components excluding the solvent) of the photosensitive resin composition.
感光性樹脂組成物は、典型的には、溶剤を含む。溶剤としては有機溶剤が好ましく用いられる。具体的には、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤、ラクトン系溶剤、カーボネート系溶剤などのうち1種または2種以上を用いることができる。 The photosensitive resin composition typically contains a solvent. As the solvent, an organic solvent is preferably used. Specifically, one or more of ketone-based solvents, ester-based solvents, ether-based solvents, alcohol-based solvents, lactone-based solvents, carbonate-based solvents, etc. can be used.
溶剤の例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、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)、乳酸エチル、メチルイソブチルカルビノール(MIBC)、ガンマブチロラクトン(GBL)、N-メチルピロリドン(NMP)、メチル-n-アミルケトン(MAK)、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、シクロヘキサノン、またはこれらの混合物を挙げることができる。 Examples of solvents include propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl lactate, methyl isobutyl carbinol (MIBC), gamma butyrolactone (GBL), N-methylpyrrolidone (NMP), methyl-n-amyl ketone (MAK), diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, cyclohexanone, or mixtures thereof.
溶剤の使用量は特に限定されないが、不揮発成分の濃度が例えば10~70質量%、好ましくは15~60質量%となるような量で使用される。 The amount of solvent used is not particularly limited, but is used in an amount that results in a concentration of non-volatile components of, for example, 10 to 70% by mass, preferably 15 to 60% by mass.
一態様として、感光性樹脂組成物は、架橋剤を含むことができる。
架橋剤は、光重合開始剤から発生する活性化学種の作用によりポリマーを架橋可能なもの(ポリマーと化学結合することができるもの)であれば、特に限定されない。
架橋剤は、ポリマーとのみ化学結合するのではなく、架橋剤同士で反応して結合形成してもよい。
In one embodiment, the photosensitive resin composition may contain a crosslinking agent.
The crosslinking agent is not particularly limited as long as it can crosslink the polymer (can chemically bond with the polymer) by the action of the active chemical species generated from the photopolymerization initiator.
The crosslinking agent may form a bond by reacting with itself instead of only chemically bonding with the polymer.
架橋剤は、例えば、一分子中に2以上の重合性二重結合を有する多官能化合物が好ましく、一分子中に2以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリル化合物であることがより好ましい(ただし、架橋剤は、前述のポリマーには該当しない)。ポリマーが有する架橋性基(重合性二重結合)と同種の架橋性基を有する架橋剤を用いることが、均一な硬化性、感度の更なる向上などの点で好ましい。
架橋剤一分子あたりの官能数(重合性二重結合の数)の上限は特にないが、例えば8以下、好ましくは6以下である。
The crosslinking agent is preferably, for example, a polyfunctional compound having two or more polymerizable double bonds in one molecule, and more preferably a polyfunctional (meth)acrylic compound having two or more (meth)acryloyl groups in one molecule (however, the crosslinking agent does not fall under the above-mentioned polymer). It is preferable to use a crosslinking agent having the same type of crosslinking group as the crosslinking group (polymerizable double bond) of the polymer in terms of uniform curing property, further improvement of sensitivity, etc.
There is no particular upper limit to the number of functionalities (the number of polymerizable double bonds) per molecule of the crosslinking agent, but it is, for example, 8 or less, and preferably 6 or less.
架橋剤として具体的には、以下を挙げることができる。 Specific examples of crosslinking agents include the following:
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリ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、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(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、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、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、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の、多官能(メタ)アクリレート類。 Ethylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, propylene glycol di(meth)acrylate, butylene glycol di(meth)acrylate, hexanediol di(meth)acrylate, cyclohexanedimethanol di(meth)acrylate, bisphenol A alkylene oxide di(meth)acrylate, bisphenol F alkylene oxide di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, glycerin tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol penta(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, ethylene oxide adduct trimethylolpropane tri(meth)acrylate, ethylene oxide adduct Multifunctional (meth)acrylates such as ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, ethylene oxide-added pentaerythritol tetra(meth)acrylate, ethylene oxide-added dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, propylene oxide-added trimethylolpropane tri(meth)acrylate, propylene oxide-added ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, propylene oxide-added pentaerythritol tetra(meth)acrylate, propylene oxide-added dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, ε-caprolactone-added trimethylolpropane tri(meth)acrylate, ε-caprolactone-added ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, ε-caprolactone-added pentaerythritol tetra(meth)acrylate, and ε-caprolactone-added dipentaerythritol hexa(meth)acrylate.
エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等の、多官能ビニルエーテル類。 Polyfunctional vinyl ethers such as ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, polyethylene glycol divinyl ether, propylene glycol divinyl ether, butylene glycol divinyl ether, hexanediol divinyl ether, bisphenol A alkylene oxide divinyl ether, bisphenol F alkylene oxide divinyl ether, trimethylolpropane trivinyl ether, ditrimethylolpropane tetravinyl ether, glycerin trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, dipentaerythritol pentavinyl ether, dipentaerythritol hexavinyl ether, ethylene oxide-added trimethylolpropane trivinyl ether, ethylene oxide-added ditrimethylolpropane tetravinyl ether, ethylene oxide-added pentaerythritol tetravinyl ether, and ethylene oxide-added dipentaerythritol hexavinyl ether.
(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸5-ビニロキシペンチル、(メタ)アクリル酸6-ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル等の、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類。 (Meth)acrylic acid esters containing vinyl ether groups, such as 2-vinyloxyethyl (meth)acrylate, 3-vinyloxypropyl (meth)acrylate, 1-methyl-2-vinyloxyethyl (meth)acrylate, 2-vinyloxypropyl (meth)acrylate, 4-vinyloxybutyl (meth)acrylate, 4-vinyloxycyclohexyl (meth)acrylate, 5-vinyloxypentyl (meth)acrylate, 6-vinyloxyhexyl (meth)acrylate, 4-vinyloxymethylcyclohexylmethyl (meth)acrylate, p-vinyloxymethylphenylmethyl (meth)acrylate, 2-(vinyloxyethoxy)ethyl (meth)acrylate, and 2-(vinyloxyethoxyethoxyethoxy)ethyl (meth)acrylate.
エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、プロピレングリコールジアリルエーテル、ブチレングリコールジアリルエーテル、ヘキサンジオールジアリルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジアリルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタアリルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル等の、多官能アリルエーテル類。 Polyfunctional allyl ethers such as ethylene glycol diallyl ether, diethylene glycol diallyl ether, polyethylene glycol diallyl ether, propylene glycol diallyl ether, butylene glycol diallyl ether, hexanediol diallyl ether, bisphenol A alkylene oxide diallyl ether, bisphenol F alkylene oxide diallyl ether, trimethylolpropane triallyl ether, ditrimethylolpropane tetraallyl ether, glycerin triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, dipentaerythritol pentaallyl ether, dipentaerythritol hexaallyl ether, ethylene oxide-added trimethylolpropane triallyl ether, ethylene oxide-added ditrimethylolpropane tetraallyl ether, ethylene oxide-added pentaerythritol tetraallyl ether, and ethylene oxide-added dipentaerythritol hexaallyl ether.
(メタ)アクリル酸アリル等の、アリル基含有(メタ)アクリル酸エステル類。
トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の、多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート類。
トリアリルイソシアヌレート等の、多官能アリル基含有イソシアヌレート類。
トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル等の、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類との反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート類。
ジビニルベンゼン等の、多官能芳香族ビニル類。
Allyl group-containing (meth)acrylic acid esters such as allyl (meth)acrylate.
Polyfunctional (meth)acryloyl group-containing isocyanurates such as tri(acryloyloxyethyl)isocyanurate, tri(methacryloyloxyethyl)isocyanurate, alkylene oxide-added tri(acryloyloxyethyl)isocyanurate, and alkylene oxide-added tri(methacryloyloxyethyl)isocyanurate.
Polyfunctional allyl group-containing isocyanurates such as triallyl isocyanurate.
Polyfunctional urethane (meth)acrylates obtained by reacting polyfunctional isocyanates such as tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, and xylylene diisocyanate with hydroxyl group-containing (meth)acrylic acid esters such as 2-hydroxyethyl (meth)acrylate and 2-hydroxypropyl (meth)acrylate.
Polyfunctional aromatic vinyls such as divinylbenzene.
なかでも、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の三官能(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、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート等の四官能(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の六官能(メタ)アクリレートが好ましい。 Among these, trifunctional (meth)acrylates such as trimethylolpropane tri(meth)acrylate and pentaerythritol tri(meth)acrylate, tetrafunctional (meth)acrylates such as pentaerythritol tetra(meth)acrylate and ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, and hexafunctional (meth)acrylates such as dipentaerythritol hexa(meth)acrylate are preferred.
感光性樹脂組成物が架橋剤を含む場合、感光性樹脂組成物は架橋剤を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
感光性樹脂組成物が架橋剤を含む場合、その量は目的や用途に応じて適宜設定すればよい。一例として、架橋剤の量は、ポリマーP100質量部に対して通常30~70質量部、好ましくは40~60質量部程度とすることができる。
When the photosensitive resin composition contains a crosslinking agent, the photosensitive resin composition may contain only one type of crosslinking agent, or may contain two or more types of crosslinking agents.
When the photosensitive resin composition contains a crosslinking agent, the amount of the crosslinking agent may be appropriately set according to the purpose and application. For example, the amount of the crosslinking agent may be usually about 30 to 70 parts by mass, preferably about 40 to 60 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymer P.
感光性樹脂組成物は、各種目的や要求特性に応じて、フィラー、上述のポリマー以外のバインダー樹脂、酸発生剤、耐熱向上剤、現像助剤、可塑剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、艶消し剤、消泡剤、レベリング剤、界面活性剤、帯電防止剤、分散剤、スリップ剤、表面改質剤、揺変化剤、揺変助剤、シランカップリング剤、多価フェノール化合物等の成分を含んでもよい。 Depending on various purposes and required characteristics, the photosensitive resin composition may contain components such as fillers, binder resins other than the above-mentioned polymers, acid generators, heat resistance improvers, development aids, plasticizers, polymerization inhibitors, UV absorbers, antioxidants, matting agents, defoamers, leveling agents, surfactants, antistatic agents, dispersants, slip agents, surface modifiers, thixotropic agents, thixotropic aids, silane coupling agents, and polyhydric phenol compounds.
(パターン、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、液晶表示装置および固体撮像素子)
上述の感光性樹脂組成物を用いて膜形成し、その膜を露光・現像してパターンを形成することができる。このパターンは、カラーフィルタやブラックマトリクスなどに適用される。つまり、着色剤を含む感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することで、カラーフィルタを得ることができる。また、遮光剤を含む感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することで、ブラックマトリックスを得ることができる。そして、カラーフィルタやブラックマトリクスを備える液晶表示装置や固体撮像素子を製造することができる。
(Patterns, color filters, black matrices, liquid crystal display devices, and solid-state imaging devices)
A film can be formed using the above-mentioned photosensitive resin composition, and the film can be exposed and developed to form a pattern. This pattern is applied to a color filter, a black matrix, and the like. That is, a color filter can be obtained by forming a pattern using a photosensitive resin composition containing a colorant. Also, a black matrix can be obtained by forming a pattern using a photosensitive resin composition containing a light-shielding agent. Then, a liquid crystal display device or a solid-state imaging device having a color filter or a black matrix can be manufactured.
パターンを形成する典型的な手順を説明する。 Describe a typical procedure for forming a pattern.
(感光性樹脂膜の形成)
例えば、上記の感光性樹脂組成物を、任意の基板上に塗布し、必要に応じて乾燥させることで、まず、感光性樹脂膜を得る。
(Formation of photosensitive resin film)
For example, the above-mentioned photosensitive resin composition is applied onto any substrate and dried as necessary to obtain a photosensitive resin film.
組成物を塗布する基板は特に限定されない。例えば、ガラス基板、シリコンウエハ、セラミック基板、アルミ基板、SiCウエハー、GaNウエハー、銅張積層板などが挙げられる。
基板は、未加工の基板であっても、電極や素子が表面に形成された基板であってもよい。接着性の向上のために表面処理さていてもよい。
感光性樹脂組成物の塗布方法は特に限定されない。スピナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング、インクジェット法などにより行うことができる。
The substrate to which the composition is applied is not particularly limited, and examples thereof include a glass substrate, a silicon wafer, a ceramic substrate, an aluminum substrate, a SiC wafer, a GaN wafer, and a copper-clad laminate.
The substrate may be an unprocessed substrate or a substrate having electrodes or elements formed on its surface, and may be surface-treated to improve adhesion.
The method for applying the photosensitive resin composition is not particularly limited, and may be spin coating using a spinner, spray coating using a spray coater, dipping, printing, roll coating, an inkjet method, or the like.
基板上に塗布した感光性樹脂組成物の乾燥は、典型的にはホットプレート、熱風、オーブン等で加熱処理することで行われる。加熱温度は、通常80~140℃、好ましくは90~120℃である。また、加熱の時間は、通常30~600秒、好ましくは30~300秒程度である。 The photosensitive resin composition applied to the substrate is typically dried by heating using a hot plate, hot air, an oven, or the like. The heating temperature is usually 80 to 140°C, preferably 90 to 120°C. The heating time is usually 30 to 600 seconds, preferably about 30 to 300 seconds.
感光性樹脂膜の膜厚は、特に限定されず、最終的に得ようとするパターンに応じて適宜調整すればよいが、通常0.5~10μm、好ましくは1~5μmである。なお、膜厚は、感光性樹脂組成物中の溶剤の含有量や塗布方法などにより調整可能である。 The thickness of the photosensitive resin film is not particularly limited and may be adjusted as appropriate depending on the final pattern to be obtained, but is usually 0.5 to 10 μm, preferably 1 to 5 μm. The film thickness can be adjusted by the content of the solvent in the photosensitive resin composition and the coating method, etc.
(露光)
露光は、典型的には、適当なフォトマスクを介して活性光線を感光性樹脂膜に当てることで行う。
活性光線としては、例えばX線、電子線、紫外線、可視光線などが挙げられる。波長でいうと200~500nmの光が好ましい。パターンの解像度や取り扱い性の点で、光源は水銀ランプのg線、h線又はi線であることが好ましく、特にi線が好ましい。また、2つ以上の光線を混合して用いてもよい。露光装置としては、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション又はステッパ-が好ましい。
露光の光量は、感光性樹脂膜中の感光剤の量などにより適宜調整すればよいが、例えば100~500mJ/cm2程度である。
(exposure)
Exposure is typically carried out by applying actinic rays to the photosensitive resin film through an appropriate photomask.
Examples of actinic rays include X-rays, electron beams, ultraviolet rays, and visible rays. In terms of wavelength, light of 200 to 500 nm is preferred. In terms of pattern resolution and ease of handling, the light source is preferably the g-line, h-line, or i-line of a mercury lamp, and particularly preferably the i-line. Two or more light beams may be mixed and used. As the exposure device, a contact aligner, a mirror projection, or a stepper is preferred.
The amount of light for exposure may be appropriately adjusted depending on the amount of photosensitizer in the photosensitive resin film, and is, for example, about 100 to 500 mJ/cm 2 .
なお、露光後、必要に応じて、感光性樹脂膜を再度加熱してもよい(露光後加熱:Post Exposure Bake)。その温度は、例えば70~150℃、好ましくは90~120℃である。また、時間は、例えば30~600秒、好ましくは30~300秒である。露光後加熱をすることで、光ラジカル重合開始剤から発生したラジカルによる反応が促進され、硬化反応が一層促される。 After exposure, the photosensitive resin film may be heated again (Post Exposure Bake) if necessary. The temperature is, for example, 70 to 150°C, preferably 90 to 120°C. The time is, for example, 30 to 600 seconds, preferably 30 to 300 seconds. Post exposure baking promotes the reaction caused by the radicals generated from the photoradical polymerization initiator, further accelerating the curing reaction.
(現像)
露光された感光性樹脂膜を、適当な現像液により現像することで、パターンを得ること、また、パターンを備えた基板を製造することができる。
現像工程においては、適当な現像液を用いて、例えば浸漬法、パドル法、回転スプレー法などの方法を用いて現像を行うことができる。現像により、感光性樹脂膜の露光部(ポジ型の場合)又は未露光部(ネガ型の場合)が溶出除去され、パターンが得られる。
(developing)
The exposed photosensitive resin film can be developed with an appropriate developer to obtain a pattern, and a substrate having a pattern can be produced.
In the development step, development can be carried out using an appropriate developer, for example, by a dipping method, a paddle method, a rotary spray method, etc. By development, the exposed area (in the case of a positive type) or the unexposed area (in the case of a negative type) of the photosensitive resin film is dissolved and removed, thereby obtaining a pattern.
使用可能な現像液は特に限定されない。例えば、アルカリ水溶液や有機溶剤が使用可能である。
アルカリ水溶液として具体的には、(i)水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ水溶液、(ii)エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン水溶液、(iii)テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩の水溶液などが挙げられる。
有機溶剤として具体的には、シクロペンタノンなどのケトン系溶剤、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)や酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系溶剤、等が挙げられる。
現像液には、例えばメタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒や、界面活性剤などが添加されていてもよい。
There is no particular limitation on the type of developer that can be used, and for example, an alkaline aqueous solution or an organic solvent can be used.
Specific examples of the alkaline aqueous solution include (i) aqueous inorganic alkaline solutions such as sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, and ammonia; (ii) aqueous organic amine solutions such as ethylamine, diethylamine, triethylamine, and triethanolamine; and (iii) aqueous solutions of quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide.
Specific examples of the organic solvent include ketone-based solvents such as cyclopentanone, ester-based solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and butyl acetate, and ether-based solvents such as propylene glycol monomethyl ether.
The developer may contain, for example, a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol, a surfactant, or the like.
本実施形態においては、現像液としてアルカリ水溶液を用いることが好ましく、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、炭酸ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液を用いることがより好ましい。
アルカリ水溶液の濃度は、好ましくは0.1~10質量%であり、更に好ましくは0.2~5質量%である。
In this embodiment, it is preferable to use an alkaline aqueous solution as the developer, and it is more preferable to use tetramethylammonium hydroxide, an aqueous sodium carbonate solution, or an aqueous potassium hydroxide solution.
The concentration of the aqueous alkaline solution is preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.2 to 5% by mass.
以上の工程により、パターンを得ること/パターンを備えた基板を製造することができるが、現像の後、様々な処理を行ってもよい。
例えば、現像の後、リンス液によりパターンおよび基板を洗浄してもよい。リンス液としては、例えば蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Through the above steps, a pattern can be obtained/a substrate having a pattern can be manufactured, and various treatments may be carried out after development.
For example, after development, the pattern and the substrate may be washed with a rinse liquid. Examples of the rinse liquid include distilled water, methanol, ethanol, isopropanol, and propylene glycol monomethyl ether. These may be used alone or in combination of two or more.
また、得られたパターンを加熱して十分に硬化させるようにしてもよい。加熱温度は、典型的には150~400℃、好ましくは160~300℃、より好ましくは200~250℃である。加熱時間は特に限定されないが、例えば15~300分の範囲内である。この加熱処理は、ホットプレート、オーブン、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンなどにより行うことが出来る。加熱処理を行う際の雰囲気気体としては、空気であっても、窒素、アルゴンなどの不活性ガスであってもよい。また、減圧下で加熱してもよい。 The pattern obtained may be heated to sufficiently harden it. The heating temperature is typically 150 to 400°C, preferably 160 to 300°C, and more preferably 200 to 250°C. The heating time is not particularly limited, but is, for example, within the range of 15 to 300 minutes. This heating process may be performed using a hot plate, an oven, or a temperature-programmable heating oven. The atmospheric gas used during the heating process may be air or an inert gas such as nitrogen or argon. Heating may also be performed under reduced pressure.
カラーフィルタおよび/またはブラックマトリクスを備える、液晶表示装置および/または固体撮像素子の構造の一例について、図1に模式的に示す。
基板10上には、ブラックマトリクス11とカラーフィルタ12が形成されている。また、このブラックマトリクス11とカラーフィルタ12の上部に保護膜13および透明電極層14が設けられている。
基板10は、通常、光を通過する材料により構成されるものであり、たとえば、ガラスの他、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの重合体などにより構成される。基板10は、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、薬液処理等が施されたものであってもよい。
基板10は、好ましくはガラスより構成される。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of the structure of a liquid crystal display device and/or a solid-state imaging device that includes a color filter and/or a black matrix.
A
The
The
ブラックマトリクス11は、たとえば、遮光剤を含む感光性樹脂組成物の硬化物によって構成される。
カラーフィルタ12としては、通常、赤、緑、青の三色が存在する。カラーフィルタ12は、各色に応じた着色剤を含む感光性樹脂組成物の硬化物により構成される。
The
There are usually three colors, red, green, and blue, for the
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 The above describes the embodiments of the present invention, but these are merely examples of the present invention, and various configurations other than those described above can be adopted. Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and improvements within the scope of the present invention are included in the present invention.
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。 The embodiments of the present invention will be described in detail based on examples and comparative examples. Note that the present invention is not limited to the examples.
実施例中の使用化合物については、以下の略号または商品名で示す場合がある。
・MA:無水マレイン酸
・NB:2-ノルボルネン
・MEK:メチルエチルケトン
・BHEA:2-ヒドロキシエチルアクリレート
・4-HBA:4-ヒドロキシブチルアクリレート
The compounds used in the examples may be indicated by the following abbreviations or trade names.
MA: Maleic anhydride NB: 2-Norbornene MEK: Methyl ethyl ketone BHEA: 2-Hydroxyethyl acrylate 4-HBA: 4-Hydroxybutyl acrylate
・A-TMM-3L:以下2種の化合物の混合物、ガスクロマトグラフ測定に基づく混合物中の左の化合物の量は約55%(新中村化学工業株式会社製) ・A-TMM-3L: A mixture of the following two compounds, the amount of the compound on the left in the mixture based on gas chromatographic measurements is approximately 55% (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)
・A-TMM-3LM-N:以下2種の化合物の混合物、ガスクロマトグラフ測定に基づく混合物中の左の化合物の量は約57%(新中村化学工業株式会社製) ・A-TMM-3LM-N: A mixture of the following two compounds, the amount of the compound on the left in the mixture based on gas chromatographic measurements is approximately 57% (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)
・A-9550:以下2種の化合物の混合物、水酸基価から見積もった混合物中の左の化合物の量は約50%(新中村化学工業株式会社製) ・A-9550: A mixture of the following two compounds. The amount of the compound on the left in the mixture estimated from the hydroxyl value is approximately 50% (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)
<原料ポリマーの合成>
(原料ポリマー1の合成)
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、無水マレイン酸588.36g(6.0モル)と、2-ノルボルネン564.90g(6.0モル)と、ジメチル2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオネート)55.26g(0.24モル)とを計量して入れた。これらを、メチルエチルケトン1716.8gおよびトルエン188.3gからなる混合溶媒に溶解させ、溶解液を作製した。
この溶解液に対して、30分間窒素を通気して酸素を除去し、次いで、撹拌しつつ温度65℃で1.5時間加熱し、さらにその後80℃で6時間加熱することで、無水マレイン酸と、2-ノルボルネンとを重合させ、重合溶液を作製した。
上記で得られた重合溶液を、メタノール14230.2gに滴下することで白色固体を沈殿させた。得られた白色固体を、さらにメタノール3557.5gで洗浄した後、温度120℃で真空乾燥することにより、2-ノルボルネンに由来する構造単位と、無水マレイン酸に由来する構造単位とを備えるポリマー(原料ポリマー1)1027.2gを得た。
得られたポリマーをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した結果、重量平均分子量Mwは7236であり、多分散度(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)は1.83であった。
<Synthesis of raw polymer>
(Synthesis of Raw Material Polymer 1)
588.36 g (6.0 mol) of maleic anhydride, 564.90 g (6.0 mol) of 2-norbornene, and 55.26 g (0.24 mol) of dimethyl 2,2′-azobis(2-methylpropionate) were weighed into a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and dissolved in a mixed solvent of 1716.8 g of methyl ethyl ketone and 188.3 g of toluene to prepare a solution.
Nitrogen was bubbled through this solution for 30 minutes to remove oxygen, and then the solution was heated at 65° C. for 1.5 hours with stirring, and then further heated at 80° C. for 6 hours to polymerize maleic anhydride and 2-norbornene, thereby producing a polymerization solution.
The polymerization solution obtained above was dropped into 14,230.2 g of methanol to precipitate a white solid. The obtained white solid was further washed with 3,557.5 g of methanol and then vacuum dried at a temperature of 120° C. to obtain 1,027.2 g of a polymer (raw polymer 1) having a structural unit derived from 2-norbornene and a structural unit derived from maleic anhydride.
The resulting polymer had a weight average molecular weight Mw of 7,236 and a polydispersity (weight average molecular weight Mw)/(number average molecular weight Mn) of 1.83 as measured by gel permeation chromatography (GPC).
<ポリマーPの合成>
以下の方法を用いて、ポリマーPを作製した。
(合成例1)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP1を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.01gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環したポリマーP1を61.39g得た。
ポリマーP1のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP1には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP1が、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP1の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
<Synthesis of Polymer P>
Polymer P was prepared using the following method.
(Synthesis Example 1)
Polymer P1 was prepared by ring-opening the MA units of raw material polymer 1 with a trifunctional (meth)acrylic compound and a monofunctional (meth)acrylic compound. The details are described below.
First, 99.01 g of MEK was added to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA) to prepare a solution. Next, 38.75 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 4 hours to prepare a reaction solution.
The reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 16 hours.
As a result, 61.39 g of polymer P1 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N and BHEA.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P1, which confirmed that the obtained polymer P1 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P1 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N and BHEA.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P1 measured by GPC.
(合成例2)
合成例1で得られたポリマーP1 20.00gを、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)46.67gに溶解して、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、水8.00g(0.444モル)を加え、温度70℃で6時間反応させた。得られた反応混合物を、溶媒置換し、ポリマーP2を55.20g(固形分濃度:28.56質量%)得た。
上記の溶媒置換は、以下の手順により実施した。
得られた反応混合物をロータリーエバポレーターにより、減圧下、50℃で溶媒の除去を行った。ポリマー溶液がかなり粘調になったのを確認し、溶媒除去の操作を中断した。その後、PGMEA60.00gを加え、均一になるまで混合した。同様の操作で減圧下、50℃で溶媒の除去を行った。ポリマー溶液がかなり粘調になったのを確認し、溶媒除去の操作を中断した。その後、PGMEA80.00gを加え、均一になるまで混合した。同様の操作で減圧下、50℃で溶媒の除去を行い、固形分濃度が加熱乾燥式水分計による測定で30質量%±2質量%の溶液を作製した。以上の操作で反応に使用した水が除去され、溶媒がPGMEAに置換される。
ポリマーP2の13C-NMR測定により、ポリマーP2が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
GPC測定により測定した、ポリマーP2の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 2)
20.00 g of the polymer P1 obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in 46.67 g of PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate) to prepare a solution. Next, 8.00 g (0.444 mol) of water was added to the solution, and the mixture was reacted at a temperature of 70° C. for 6 hours. The resulting reaction mixture was subjected to solvent substitution to obtain 55.20 g of polymer P2 (solid content concentration: 28.56% by mass).
The above solvent replacement was carried out according to the following procedure.
The obtained reaction mixture was subjected to solvent removal at 50° C. under reduced pressure using a rotary evaporator. When it was confirmed that the polymer solution had become considerably viscous, the operation of removing the solvent was interrupted. Thereafter, 60.00 g of PGMEA was added and mixed until it became uniform. The solvent was removed at 50° C. under reduced pressure in the same manner. When it was confirmed that the polymer solution had become considerably viscous, the operation of removing the solvent was interrupted. Thereafter, 80.00 g of PGMEA was added and mixed until it became uniform. The solvent was removed at 50° C. under reduced pressure in the same manner, and a solution having a solid content concentration of 30% by mass ± 2% by mass was prepared as measured by a heat-drying type moisture meter. The above operations remove the water used in the reaction, and the solvent is replaced with PGMEA.
13 C-NMR measurement of polymer P2 confirmed that polymer P2 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA and water.
The weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P2 measured by GPC are shown in Table 1.
(合成例3)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.01gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP3を70.52g得た。
ポリマーP3のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP3には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP3が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。また、13C-NMR測定により、ポリマーP3は、ポリマーP2と比べ、水で開環された構造の割合が高いことが分かった。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP3の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 3)
A solution was prepared by adding 99.01 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 38.75 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours to prepare a reaction solution.
Next, 3.00 g (0.167 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 70.52 g of polymer P3 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA and water.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P3, which confirmed that the obtained polymer P3 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P3 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA, and water, and 13 C-NMR measurement also revealed that polymer P3 had a higher proportion of structures ring-opened with water than polymer P2.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P3 measured by GPC.
(合成例4)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP4を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 108.26gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環した、ポリマーP4を65.76g得た。
ポリマーP4のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP4には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP4が、A-TMM-3LM-NおよびBHEAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP4の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 4)
Polymer P4 was prepared by ring-opening the MA units of raw polymer 1 with a trifunctional (meth)acrylic compound and a monofunctional (meth)acrylic compound. The details are described below.
First, 108.26 g of MEK was added to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA) to prepare a solution. Next, 58.12 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 4 hours to prepare a reaction solution.
The reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 16 hours.
As a result, 65.76 g of polymer P4 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N and BHEA.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P4, which confirmed that the obtained polymer P4 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P4 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N and BHEA.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P4 measured by GPC.
(合成例5)
合成例1で得られたポリマーP4 20.00gを、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)46.67gに溶解して、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、水8.00g(0.444モル)を加え、温度70℃で6時間反応させた。得られた反応混合物を、溶媒置換し、ポリマーP5を59.35g(固形分濃度:28.70質量%)得た。溶媒置換は、合成例2と同様の方法で実施した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP5が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
GPC測定により測定した、ポリマーP5の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 5)
20.00 g of the polymer P4 obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in 46.67 g of PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate) to prepare a solution. Next, 8.00 g (0.444 mol) of water was added to this solution, and the solution was reacted at a temperature of 70° C. for 6 hours. The resulting reaction mixture was subjected to solvent substitution to obtain 59.35 g of polymer P5 (solid content concentration: 28.70% by mass). The solvent substitution was carried out in the same manner as in Synthesis Example 2.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P5 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA and water.
The weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P5 measured by GPC are shown in Table 1.
(合成例6)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 108.26gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水24.00g(1.332モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP6を78.50g得た。
ポリマーP6のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP6には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP6が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。また、13C-NMR測定により、ポリマーP6は、ポリマーP5と比べ、水で開環された構造の割合が高いことが分かった。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP6の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 6)
A solution was prepared by adding 108.26 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 58.12 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours to prepare a reaction solution.
Next, 24.00 g (1.332 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 78.50 g of polymer P6 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA and water.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P6, which confirmed that the obtained polymer P6 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P6 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA, and water, and 13 C-NMR measurement also revealed that polymer P6 had a higher proportion of structures ring-opened with water than polymer P5.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P6 measured by GPC.
(合成例7)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 108.26gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 58.12gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水6.00g(0.333モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP7を70.59g得た。
ポリマーP7のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP7が、A-TMM-3LM-N、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。また、13C-NMR測定により、ポリマーP7は、ポリマーP5と比べ、水で開環された構造の割合が高いことが分かった。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP7の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 7)
A solution was prepared by adding 108.26 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 58.12 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours to prepare a reaction solution.
Next, 6.00 g (0.333 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 70.59 g of polymer P7 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N, BHEA and water.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P7, which confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P7 had a structure ring-opened with A -TMM-3LM-N, BHEA, and water, and also showed that polymer P7 had a higher proportion of structures ring-opened with water than polymer P5.
The weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P7 measured by GPC are shown in Table 1.
(合成例8)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP8を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3L 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3Lおよび4-HBAで開環した、ポリマーP8を58.17g得た。
ポリマーP8のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP1には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP8が、A-TMM-3Lおよび4-HBAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP8の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 8)
Polymer P8 was prepared by ring-opening the MA units of raw polymer 1 with a trifunctional (meth)acrylic compound and a monofunctional (meth)acrylic compound. The details are described below.
First, 99.71 g of MEK was added to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA) to prepare a solution. Next, 38.75 g of A-TMM-3L was added to this solution, and then 18.00 g (0.178 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 56.27 g (0.390 mol) of 4-HBA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 4 hours to prepare a reaction solution.
The reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 16 hours.
As a result, 58.17 g of polymer P8 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3L and 4-HBA.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P8, which confirmed that the obtained polymer P1 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P8 had a structure ring-opened with A-TMM-3L and 4-HBA.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P8 measured by GPC.
(合成例9)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3L 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水9.00g(0.500モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3L、4-HBAおよび水で開環した、ポリマーP9を58.56g得た。
ポリマーP9のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP9が、A-TMM-3L、4-HBAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP8の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 9)
A solution was prepared by adding 99.71 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 38.75 g of A-TMM-3L was added to this solution, and then 18.00 g (0.178 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 56.27 g (0.390 mol) of 4-HBA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours to prepare a reaction solution.
Next, 9.00 g (0.500 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 58.56 g of polymer P9 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3L, 4-HBA and water.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P9, and it was confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound having no hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P9 had a structure ring-opened with A-TMM-3L, 4-HBA and water.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P8 measured by GPC.
(合成例10)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP10を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 114.39gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-9550 35.03gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-9550およびBHEAで開環した、ポリマーP10を57.82g得た。
ポリマーP10のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP10が、A-9550およびBHEAで開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP10の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 10)
Polymer P10 was prepared by ring-opening the MA units of raw material polymer 1 with a trifunctional (meth)acrylic compound and a monofunctional (meth)acrylic compound. The details are described below.
First, 114.39 g of MEK was added to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA) to prepare a solution. Next, 35.03 g of A-9550 was added to this solution, and then 18.00 g (0.178 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 4 hours to prepare a reaction solution.
The reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 16 hours.
As a result, 57.82 g of polymer P10 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-9550 and BHEA.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P10, and it was confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound having no hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P10 had a structure ring-opened with A-9550 and BHEA.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P10 measured by GPC.
(合成例11)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 102.73gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-9550 35.03gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、BHEA 45.31g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水3.00g(0.167モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-9550、BHEAおよび水で開環した、ポリマーP11を70.77g得た。
ポリマーP11が、A-9550、BHEAおよび水で開環された構造を有することを、13C-NMRにより確認した。
ポリマーP11のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP11が、A-9550、BHEAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP11の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 11)
A solution was prepared by adding 102.73 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 35.03 g of A-9550 was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added, and the mixture was reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.31 g (0.390 mol) of BHEA was added, and the mixture was reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours, and a reaction solution was prepared.
Next, 3.00 g (0.167 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 70.77 g of polymer P11 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-9550, BHEA and water.
It was confirmed by 13 C-NMR that polymer P11 had a structure ring-opened with A-9550, BHEA and water.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P11. This confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound not having a hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P11 had a structure ring-opened with A-9550, BHEA and water.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P11 measured by GPC.
(合成例12)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 103.03gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-9550 35.03gを加え、その後、トリエチルアミン36.00g(0.356モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 45.01g(0.312モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水6.00g(0.333モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-9550、4-HBAおよび水で開環した、ポリマーP12を70.64g得た。
ポリマーP12のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。
さらに、13C-NMR測定により、ポリマーP12が、A-9550、4-HBAおよび水で開環された構造を有することを確認した。
また、GPC測定により測定した、ポリマーP12の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
(Synthesis Example 12)
A solution was prepared by adding 103.03 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 35.03 g of A-9550 was added to this solution, and then 36.00 g (0.356 mol) of triethylamine was added, and the mixture was reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 45.01 g (0.312 mol) of 4-HBA was added, and the mixture was reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours, and a reaction solution was prepared.
Next, 6.00 g (0.333 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 70.64 g of polymer P12 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-9550, 4-HBA and water.
The disappearance of the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used was confirmed by GPC measurement of the polymer P12, and it was confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound having no hydroxyl group.
Furthermore, 13 C-NMR measurement confirmed that polymer P12 had a structure ring-opened with A-9550, 4-HBA and water.
Table 1 also shows the weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P12 measured by GPC.
(合成例13)
原料ポリマー1のMA単位を、3官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物で開環したポリマーP13を作製した。以下、詳細を説明する。
まず、原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で4時間反応させ、反応溶液を作製した。
作製された反応溶液をMEKで希釈し、ギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で16時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-Nおよび4-HBAで開環した、ポリマーP13を56.44g得た。
ポリマーP13のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。GPC測定により測定した、ポリマーP13の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
ポリマーP13が、A-TMM-3LM-Nおよび4-HBAで開環された構造を有することを、13C-NMRにより確認した。
さらにポリマーP13における、3官能(メタ)アクリル化合物(A-TMM-3LM-N)由来の構造単位(式(1)の構造単位)、単官能(メタ)アクリル化合物(4-HBA)由来の構造単位(式(2)の構造単位)、水開環側鎖(式(3)の構造単位、および未反応(未開環)のMA単位(式(MA)の構造単位)の量(モル分率、モル%)(それぞれ、A、B、C、およびD)を、13C-NMRの積分値解析により算出した。結果を以下に示す。また13C-NMRチャートは図2に示す。
図2に示すとおり、それぞれの構造に対応する積分値a、b、c、dを下記の範囲の化学シフトに存在するシグナルと定め、積分値を測定した。
a:164.8~165.3ppm
b:165.3~165.6ppm
c:174.7~178.0ppm
d:168.0~174.7ppm
積分値a、b、c、dから、以下の計算式よりモル比A、B、C、Dを算出した。
A=a/3
B=b
C={c-(a/3)-b}/2
D={d-(a/3)-b}/2
なお、13C-NMRチャートにおける168.0~174.7ppmのピークには、抽出で使用したクエン酸のピーク(ピークトップ:171.30ppm)が含まれていたため、積分値dは、168.0-174.7ppmの積分値から171.23-171.33ppmの積分値(クエン酸分に相当)を除して算出した。
各構造単位のモル分率は以下のとおりであった。
A-TMM-3LM-N由来の構造単位:13.1モル%
4-HBA由来の構造単位:34.2モル%
水開環側鎖:0.7モル%
MA単位:52.1モル%
(Synthesis Example 13)
Polymer P13 was prepared by ring-opening the MA units of raw polymer 1 with a trifunctional (meth)acrylic compound and a monofunctional (meth)acrylic compound. The details are described below.
First, 99.71 g of MEK was added to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA) to prepare a solution. Next, 38.75 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 18.00 g (0.178 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 56.27 g (0.390 mol) of 4-HBA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 4 hours to prepare a reaction solution.
The reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 16 hours.
As a result, 56.44 g of polymer P13 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N and 4-HBA.
By GPC measurement of polymer P13, it was confirmed that the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used disappeared. This confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound without a hydroxyl group. The weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P13 measured by GPC measurement are shown in Table 1.
It was confirmed by 13 C-NMR that polymer P13 had the structure A-TMM-3LM-N and ring-opened with 4-HBA.
Furthermore, the amounts (molar fractions, mol %) (A, B, C, and D, respectively) of the structural unit derived from a trifunctional (meth)acrylic compound (A-TMM-3LM-N) (structural unit of formula (1)), the structural unit derived from a monofunctional (meth)acrylic compound (4-HBA) (structural unit of formula (2)), the water ring-opened side chain (structural unit of formula (3)), and the unreacted (unring-opened) MA unit (structural unit of formula (MA)) in polymer P13 were calculated by 13 C-NMR integral value analysis. The results are shown below. A 13 C-NMR chart is shown in FIG. 2.
As shown in FIG. 2, integral values a, b, c, and d corresponding to each structure were determined as signals present in the chemical shift ranges shown below, and integral values were measured.
a: 164.8-165.3ppm
b: 165.3 to 165.6 ppm
c: 174.7-178.0ppm
d: 168.0 to 174.7 ppm
From the integral values a, b, c, and d, the molar ratios A, B, C, and D were calculated according to the following formula.
A = a / 3
B = b
C={c-(a/3)-b}/2
D={d-(a/3)-b}/2
In addition, since the peaks from 168.0 to 174.7 ppm in the 13 C-NMR chart included the peak of citric acid used in the extraction (peak top: 171.30 ppm), the integral value d was calculated by subtracting the integral value from 171.23 to 171.33 ppm (corresponding to citric acid) from the integral value from 168.0 to 174.7 ppm.
The mole fractions of the respective structural units were as follows:
Structural units derived from A-TMM-3LM-N: 13.1 mol%
Structural units derived from 4-HBA: 34.2 mol%
Water-ring-opened side chain: 0.7 mol %
MA units: 52.1 mol%
(合成例14)
原料ポリマー1 60g(MA換算0.312モル)に対して、MEK 99.71gを加えて、溶解液を作製した。次いで、この溶解液に対して、A-TMM-3LM-N 38.75gを加え、その後、トリエチルアミン18.00g(0.178モル)を加え、温度70℃で2時間反応させた。さらにその後、4-HBA 56.27g(0.390モル)を加え、温度70℃で3.5時間反応させ、反応溶液を作製した。
次いで、得られた反応溶液を後処理することなく、この反応溶液に水9.00g(0.500モル)を添加し、70℃で0.5時間反応させた。
得られた反応溶液をMEKで希釈しギ酸水溶液およびクエン酸水溶液で処理することで、反応溶液から水相を除去した。その後、以下手順でポリマーを精製した。
・過剰量のトルエンでポリマーを再沈殿させた。
・再沈殿で得られたポリマー粉末を、過剰量のトルエンで洗浄する操作を2回繰り返した。
・上記の2回洗浄後のポリマー粉末を、過剰量の水で洗浄する操作を3回行った。
・得られた反応生成物を、40℃で12時間乾燥させた。
以上により、原料ポリマー中の無水マレイン酸に由来する構造単位を、A-TMM-3LM-N、4-HBAおよび水で開環した、ポリマーP14を65.04g得た。
ポリマーP14のGPC測定により、使用した多官能(メタ)アクリル化合物および単官能(メタ)アクリル化合物のピークの消失を確認した。これにより、得られたポリマーP7には、未反応の(メタ)アクリル化合物も、水酸基を有さない(メタ)アクリル化合物も含まれないことを確認した。GPC測定により測定した、ポリマーP13の、重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)を表1に示す。
ポリマーP14が、A-TMM-3LM-N、4-HBAおよび水で開環された構造を有することを、13C-NMRにより確認した。さらに合成例13と同様の方法で、各構造単位の量を算出した。結果を以下に記載する。また13C-NMRチャートは図3に示す。
なお、13C-NMRチャートにおける168.0~174.7ppmのピークには、抽出で使用したクエン酸のピーク(ピークトップ:171.34ppm、および175.12ppm)が含まれていたため、積分値dは、168.0~174.7ppmの積分値から171.33~171.39ppmの積分値および175.08~175.15ppmの積分値(いずれもクエン酸分に相当)を除して算出した。
各構造単位のモル分率は以下のとおりであった。
A-TMM-3LM-N由来の構造単位:14.0モル%
4-HBA由来の構造単位:35.3モル%
水開環側鎖:7.0モル%
MA単位:43.6モル%
(Synthesis Example 14)
A solution was prepared by adding 99.71 g of MEK to 60 g of raw polymer 1 (0.312 mol in terms of MA). Next, 38.75 g of A-TMM-3LM-N was added to this solution, and then 18.00 g (0.178 mol) of triethylamine was added and reacted at a temperature of 70° C. for 2 hours. After that, 56.27 g (0.390 mol) of 4-HBA was added and reacted at a temperature of 70° C. for 3.5 hours to prepare a reaction solution.
Next, 9.00 g (0.500 mol) of water was added to the resulting reaction solution without post-treatment, and the mixture was reacted at 70° C. for 0.5 hours.
The resulting reaction solution was diluted with MEK and treated with an aqueous solution of formic acid and an aqueous solution of citric acid to remove the aqueous phase from the reaction solution. The polymer was then purified by the following procedure.
- The polymer was reprecipitated with excess toluene.
The polymer powder obtained by reprecipitation was washed twice with an excess amount of toluene.
The polymer powder after the above-mentioned two washings was washed with an excess amount of water three times.
The resulting reaction product was dried at 40°C for 12 hours.
As a result, 65.04 g of polymer P14 was obtained in which the structural units derived from maleic anhydride in the raw polymer were ring-opened with A-TMM-3LM-N, 4-HBA and water.
By GPC measurement of polymer P14, it was confirmed that the peaks of the polyfunctional (meth)acrylic compound and the monofunctional (meth)acrylic compound used disappeared. This confirmed that the obtained polymer P7 did not contain any unreacted (meth)acrylic compound or any (meth)acrylic compound without a hydroxyl group. The weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw/Mn) of polymer P13 measured by GPC measurement are shown in Table 1.
It was confirmed by 13 C-NMR that polymer P14 had a structure ring-opened with A-TMM-3LM-N, 4-HBA, and water. Furthermore, the amount of each structural unit was calculated in the same manner as in Synthesis Example 13. The results are shown below. The 13 C-NMR chart is shown in FIG. 3.
In addition, since the peaks from 168.0 to 174.7 ppm in the C-NMR chart included the peaks of citric acid used in the extraction (peak tops: 171.34 ppm and 175.12 ppm), the integral value d was calculated by dividing the integral value from 168.0 to 174.7 ppm by the integral values from 171.33 to 171.39 ppm and 175.08 to 175.15 ppm (both of which correspond to citric acid).
The mole fractions of the respective structural units were as follows:
Structural units derived from A-TMM-3LM-N: 14.0 mol%
Structural units derived from 4-HBA: 35.3 mol%
Water-ring-opened side chain: 7.0 mol %
MA units: 43.6 mol%
なお、13C-NMR測定の条件は以下の通りである。
(試験条件)測定サンプルは、秤量した試料に測定溶媒を加えて濃度調製した後、NMR測定用試料管に規定分量注いで作製した。
・測定装置:日本電子JNM-ECA400超伝導FT-NMR装置
・共鳴周波数:100.53MHz
・測定核:13C
・測定法:NNE測定(インバースゲートデカップリング法)
・パルス幅:3.83μsec
・パルス繰り返し待ち時間:30s
・積算回数:4096回
・測定温度:室温
・測定溶媒:DMSO-d6(重水素化ジメチルスルホキシド)
・試料濃度:20%(w/v)
The conditions for the 13 C-NMR measurement are as follows:
(Test Conditions) The measurement sample was prepared by adding a measurement solvent to a weighed sample to adjust the concentration, and then pouring a specified amount into a sample tube for NMR measurement.
Measurement equipment: JEOL JNM-ECA400 superconducting FT-NMR equipment Resonance frequency: 100.53 MHz
Measurement nucleus: 13C
Measurement method: NNE measurement (inverse gate decoupling method)
Pulse width: 3.83 μsec
Pulse repetition waiting time: 30 s
Number of measurements: 4096 Measurement temperature: room temperature Measurement solvent: DMSO-d 6 (deuterated dimethyl sulfoxide)
Sample concentration: 20% (w/v)
以下の表1に、各合成例で使用した成分とその仕込み量(無水マレイン酸(MA)換算)を示す。 Table 1 below shows the components used in each synthesis example and their amounts (converted to maleic anhydride (MA)).
(実施例1~7、参考例1~2、比較例1~5)
各実施例および各比較例において、上記の合成例で得られたポリマーPのアルカリ溶解性を評価した。また、これらのポリマーPを用いて感光性樹脂組成物を調製し、その性能を評価した。
(Examples 1 to 7, Reference Examples 1 to 2, Comparative Examples 1 to 5)
In each of the Examples and Comparative Examples, the alkali solubility of the polymer P obtained in the above synthesis examples was evaluated. Photosensitive resin compositions were prepared using these polymers P, and their performance was evaluated.
<評価>
[現像性評価](アルカリ現像液に対するポリマーPの溶解速度)
合成例1、合成例3、合成例4、合成例6~14で得られたポリマーP1、P3、P4、P6~P14を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)に溶解させて、固形分濃度30質量%の溶液を作製した。合成例2、合成例5で得られたポリマーP2、P5については固形分濃度30質量%±2質量%に調整されているため、次操作にそのまま使用した。
次いで、ウエハー上に上記溶液をスピンコートし、PGMEAを乾燥させ、そして温度100℃で2分間プリベークすることで、膜厚2μm±0.2の樹脂膜を作製した。
この樹脂膜を、ウエハーごと、温度23℃の2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し、樹脂膜の溶解速度を測定した。
溶解速度は、浸漬したウエハーを目視で観察して樹脂膜が溶解して干渉模様が見えなくなるまでの時間を測定し、その時間で膜厚を割り算することで算出した。結果を表2に示す。アルカリ溶解速度が、180nm/s以上であれば、現像性が良好とみなすことができる。
<Evaluation>
[Evaluation of Developability] (Dissolution Rate of Polymer P in Alkaline Developer)
Polymers P1, P3, P4, and P6 to P14 obtained in Synthesis Examples 1, 3, 4, and 6 to 14 were dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to prepare solutions having a solid content concentration of 30% by mass. Polymers P2 and P5 obtained in Synthesis Examples 2 and 5 were adjusted to have a solid content concentration of 30% by mass ±2% by mass, and were therefore used as they were in the next operation.
Next, the above solution was spin-coated on a wafer, the PGMEA was dried, and the wafer was pre-baked at a temperature of 100° C. for 2 minutes to prepare a resin film having a thickness of 2 μm±0.2 μm.
This resin film was immersed together with the wafer in a 2.0% by mass aqueous solution of sodium carbonate at 23° C., and the dissolution rate of the resin film was measured.
The dissolution rate was calculated by visually observing the immersed wafer, measuring the time until the resin film was dissolved and the interference pattern disappeared, and dividing the film thickness by the time. The results are shown in Table 2. If the alkali dissolution rate is 180 nm/s or more, the developability can be considered to be good.
[感度評価(2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液)]
まず、全固形分濃度が30質量%になるように、以下成分を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)に溶解した感光性樹脂組成物を得た。
・ポリマーP(合成例1~14で得られたポリマーP):100質量部
(ポリマーP2、P5についてはPGMEAを除いたポリマーの固形分が100質量部になるようにポリマーP2、P5を秤量した。)
・多官能アクリレート(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート):50質量部
・光重合開始剤(BASF社製、Ingacure OXE01):5質量部
・密着助剤(信越化学工業株式会社製、KBM-403):1質量部
・界面活性剤(DIC株式会社製、F-556):0.5質量部
得られた感光性樹脂組成物は必要に応じてPTFEメンブレンフィルターMillex-LS(メルクミリポア社製)でろ過し、不溶分を取り除いた。
[Sensitivity evaluation (2.0% by mass sodium carbonate aqueous solution)]
First, a photosensitive resin composition was obtained by dissolving the following components in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) so that the total solid content concentration was 30% by mass.
Polymer P (Polymer P obtained in Synthesis Examples 1 to 14): 100 parts by mass (Polymers P2 and P5 were weighed so that the solid content of the polymer excluding PGMEA was 100 parts by mass.)
Polyfunctional acrylate (dipentaerythritol hexaacrylate): 50 parts by mass Photopolymerization initiator (Ingacure OXE01, manufactured by BASF): 5 parts by mass Adhesion aid (KBM-403, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.): 1 part by mass Surfactant (F-556, manufactured by DIC Corporation): 0.5 parts by mass If necessary, the obtained photosensitive resin composition was filtered through a PTFE membrane filter Millex-LS (manufactured by Merck Millipore) to remove insoluble matters.
得られた樹脂組成物を、HMDS(Hexamethyldisilazane)処理した3インチシリコンウェハー上に回転塗布し、100℃、120秒間ホットプレートにてベークして、約3.0μm厚(±0.3μm)の薄膜Aを得た。
この薄膜Aに、遮光率1~100%の階調を有するフォトマスクを介して、キヤノン社製g+h+i線マスクアライナー(PLA-501F)にて100mJ/cm2の露光量でg+h+i線を露光した。
露光後、薄膜を2.0質量%炭酸ナトリウム水溶液で23℃、60秒間現像(ウェハーごと浸漬)することで、1~100mJ/cm2の各露光量で露光、現像された薄膜Bを得た。
上記の方法にて得られた薄膜A、薄膜Bの膜厚から、以下の式より残膜率を算出した。
残膜率(%)=(各露光量での薄膜Bの膜厚/薄膜Aの膜厚)×100
そして、残膜率が95%以上となる露光量を、各感光性樹脂組成物の感度として、以下基準により評価した。結果を表2に示す。残膜率が95%以上となる露光量の値は小さい程、感度が高いことを示す。残膜率が95%以上となる露光量が、40mJ/cm2以下であれば感光性材料として問題なく使用することができ、特に25mJ/cm2以下であれば感度が良好であるとみなすことができる。
The obtained resin composition was spin-coated on a 3-inch silicon wafer that had been treated with HMDS (hexamethyldisilazane), and baked on a hot plate at 100° C. for 120 seconds to obtain a thin film A having a thickness of about 3.0 μm (±0.3 μm).
This thin film A was exposed to g+h+i rays at an exposure dose of 100 mJ/cm 2 using a photomask having a gradation of light shielding rate of 1 to 100% using a g+h+i ray mask aligner (PLA-501F) manufactured by Canon Inc.
After exposure, the thin film was developed (immersed with the wafer) in a 2.0 mass % aqueous sodium carbonate solution at 23° C. for 60 seconds to obtain thin film B that had been exposed and developed with exposure doses of 1 to 100 mJ/cm 2 .
From the film thicknesses of the thin films A and B obtained by the above method, the remaining film ratio was calculated according to the following formula.
Remaining film rate (%)=(film thickness of thin film B at each exposure dose/film thickness of thin film A)×100
The exposure dose at which the residual film ratio was 95% or more was regarded as the sensitivity of each photosensitive resin composition and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2. The smaller the value of the exposure dose at which the residual film ratio was 95% or more, the higher the sensitivity. If the exposure dose at which the residual film ratio was 95% or more was 40 mJ/cm2 or less , the photosensitive material could be used without problems, and in particular, if it was 25 mJ/cm2 or less , the sensitivity could be considered to be good.
アルカリ溶解速度および感度評価の結果を表2に示す。 The results of the alkaline dissolution rate and sensitivity evaluation are shown in Table 2.
ポリマーP3、ポリマーP6、ポリマーP7、ポリマーP9、ポリマーP11、ポリマーP12およびポリマーP14は、いずれもそのポリマー構造中に、無水マレイン酸構造単位が水で開環されて得られる構造単位(式(3)の構造単位)を有しており、アルカリ溶解速度が良好であり、よって、現像性に優れていた。またポリマーP3、ポリマーP7、ポリマーP9、ポリマーP11、ポリマーP12およびポリマーP14は、特に高い感度を有し、よってこれらのポリマーを含む感光性樹脂組成物は、現像性と感度とを良好なバランスで備えていた。 Polymer P3, polymer P6, polymer P7, polymer P9, polymer P11, polymer P12 and polymer P14 all have a structural unit (structural unit of formula (3)) in their polymer structure obtained by ring-opening a maleic anhydride structural unit with water, and have a good alkaline dissolution rate and therefore excellent developability. In addition, polymer P3, polymer P7, polymer P9, polymer P11, polymer P12 and polymer P14 have particularly high sensitivity, and therefore photosensitive resin compositions containing these polymers have a good balance between developability and sensitivity.
<カラーフィルタの作製>
実施例1~7で調製した感光性樹脂組成物に対し、さらに、顔料分散液NX-061(大日精化工業株式会社製、緑色)を適量加えた着色感光性樹脂組成物を調製した。
これを基板上に製膜し、露光、アルカリ現像処理などを行うことで、緑色のカラーフィルタを形成することができた。
また、顔料分散液として、NX-061の代わりに、同社製のNX-053(青色)、NX-032(赤色)などを用いて、青色または赤色のカラーフィルタを形成することができた。
<Preparation of Color Filter>
A suitable amount of pigment dispersion NX-061 (green, manufactured by Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd.) was further added to the photosensitive resin compositions prepared in Examples 1 to 7 to prepare colored photosensitive resin compositions.
This was formed into a film on a substrate, and then exposed to light and developed with an alkali to form a green color filter.
Furthermore, by using NX-053 (blue) or NX-032 (red) manufactured by the same company instead of NX-061 as the pigment dispersion liquid, blue or red color filters could be formed.
<ブラックマトリクスの作製>
実施例1~7で調製した感光性樹脂組成物に対し、さらに、カーボンブラック分散液NX-595(大日精化工業株式会社製)を適量加えた黒色感光性樹脂組成物を調製した。
これを基板上に製膜し、露光、アルカリ現像処理などを行うことで、ブラックマトリクスを形成することができた。
<Preparation of Black Matrix>
A suitable amount of carbon black dispersion NX-595 (manufactured by Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd.) was further added to the photosensitive resin compositions prepared in Examples 1 to 7 to prepare black photosensitive resin compositions.
This was applied to a substrate as a film, and then exposed to light and developed with an alkaline solution to form a black matrix.
10 基板
11 ブラックマトリクス
12 カラーフィルタ
13 保護膜
14 透明電極層
10: Substrate 11: Black matrix 12: Color filter 13: Protective film 14: Transparent electrode layer
Claims (14)
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
X1は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)であり、複数存在するX1は同一であっても異なっていてもよく、
X1'は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-X'-Z'-で表される基(X'は炭素数1~6のアルキレン基であり、Z'は-O-または-COO-である)であり、
X2は炭素数1~12のk+1価の有機基である。)
k、R、X1およびX2は、それぞれ、式(1b)におけるR、k、X1およびX2と同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のX1は互いに同一であっても異なっていてもよく、
X3は、炭素数1~6の2価の有機基であり、
X4およびX5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1~6の2価の有機基であり、
X6は、炭素数1~6の2価の有機基である。)
nは、2~5の整数であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよい。) The polymer according to any one of claims 1 to 3, wherein R p in the structural unit represented by formula (1) is at least one selected from a group represented by formula (1b), a group represented by formula (1c), and a group represented by formula (1d).
k is 2 or 3;
R is a hydrogen atom or a methyl group, and multiple Rs may be the same or different.
X 1 is a single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or a group represented by -Z-X- (Z is -O- or -OCO-, and X is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms), and a plurality of X 1s may be the same or different;
X 1 ' is a single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a group represented by -X'-Z'- (X' is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and Z' is -O- or -COO-);
X2 is a (k+1) valent organic group having 1 to 12 carbon atoms.
k, R, X1 , and X2 are the same as R, k, X1, and X2 in formula (1b), respectively, a plurality of R may be the same or different, and a plurality of X1 may be the same or different;
X3 is a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms;
X4 and X5 each independently represent a single bond or a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms;
X6 is a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms.
n is an integer from 2 to 5,
R is a hydrogen atom or a methyl group, and multiple Rs may be the same or different.
式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(MA)で表される構造単位を含むポリマー前駆体を調製する第1の工程と、
前記ポリマー前駆体を、触媒存在下、水で処理する第2の工程を含む、ポリマーの製造方法。
A first step of preparing a polymer precursor including a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (1), a structural unit represented by formula (2), and a structural unit represented by formula (MA);
A method for producing a polymer comprising a second step of treating the polymer precursor with water in the presence of a catalyst.
式(NB)で表される構造単位および式(MA)で表される構造単位を含む原料ポリマーを準備する工程、
前記原料ポリマーと、ヒドロキシ基および2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(MA)で表される構造単位、および式(1)で表される構造単位を含む第1のポリマー前駆体を調製する工程、および
前記第1のポリマー前駆体と、ヒドロキシ基および1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させて、式(NB)で表される構造単位、式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、および式(MA)で表される構造単位を含む前記ポリマー前駆体を調製する工程を含む、請求項6~8のいずれかに記載のポリマーの製造方法。 The first step comprises:
A step of preparing a raw material polymer containing a structural unit represented by formula (NB) and a structural unit represented by formula (MA);
The method for producing a polymer according to any one of claims 6 to 8, comprising: a step of reacting the raw material polymer with a compound having a hydroxy group and two or more (meth)acryloyl groups in the presence of a basic catalyst to prepare a first polymer precursor comprising a structural unit represented by formula (NB), a structural unit represented by formula (MA), and a structural unit represented by formula (1); and a step of reacting the first polymer precursor with a compound having a hydroxy group and one (meth)acryloyl group in the presence of a basic catalyst to prepare the polymer precursor comprising the structural unit represented by formula (NB), the structural unit represented by formula (1), the structural unit represented by formula (2), and the structural unit represented by formula (MA).
kは2または3であり、
Rは水素原子またはメチル基であり、複数のRは同じでも異なっていてもよく、
X1は、単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-Z-X-で表される基(Zは-O-または-OCO-であり、Xは炭素数1~6のアルキレン基である)であり、複数存在するX1は同一であっても異なっていてもよく、
X1'は単結合、炭素数1~6のアルキレン基または-X'-Z'-で表される基(X'は炭素数1~6のアルキレン基であり、Z'は-O-または-COO-である)であり、
X2は炭素数1~12のk+1価の有機基である。)
k、R、X1およびX2は、それぞれ、式(1b-m)におけるR、k、X1およびX2と同義であり、複数のRは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のX1は互いに同一であっても異なっていてもよく、
X3は、炭素数1~6の2価の有機基であり、
X4およびX5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1~6の2価の有機基であり、
X6は、炭素数1~6の2価の有機基である。)
nは、2~5の整数であり、
Rは、水素原子またはメチル基であり、複数のRは、同じでも異なっていてもよい) The method for producing a polymer according to claim 9, wherein the compound having a hydroxy group and two or more (meth)acryloyl groups is at least one selected from the group consisting of a compound represented by formula (1b-m), a compound represented by formula (1c-m), and a compound represented by formula (1d-m).
k is 2 or 3;
R is a hydrogen atom or a methyl group, and multiple Rs may be the same or different.
X 1 is a single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or a group represented by -Z-X- (Z is -O- or -OCO-, and X is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms), and a plurality of X 1s may be the same or different;
X 1 ' is a single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a group represented by -X'-Z'- (X' is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and Z' is -O- or -COO-);
X2 is a (k+1) valent organic group having 1 to 12 carbon atoms.
k, R, X1 and X2 are respectively defined as R, k, X1 and X2 in formula (1b-m), a plurality of R may be the same or different from each other, a plurality of X1 may be the same or different from each other,
X3 is a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms;
X4 and X5 each independently represent a single bond or a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms;
X6 is a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms.
n is an integer from 2 to 5,
R is a hydrogen atom or a methyl group, and multiple R may be the same or different.
光ラジカル重合開始剤と、を含む、
感光性樹脂組成物。 A polymer according to any one of claims 1 to 5,
A photoradical polymerization initiator,
Photosensitive resin composition.
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