[go: up one dir, main page]

JP2009025623A - 着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2009025623A
JP2009025623A JP2007189482A JP2007189482A JP2009025623A JP 2009025623 A JP2009025623 A JP 2009025623A JP 2007189482 A JP2007189482 A JP 2007189482A JP 2007189482 A JP2007189482 A JP 2007189482A JP 2009025623 A JP2009025623 A JP 2009025623A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
colored
pattern
forming
group
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007189482A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Adegawa
豊 阿出川
Koji Yoshibayashi
光司 吉林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2007189482A priority Critical patent/JP2009025623A/ja
Publication of JP2009025623A publication Critical patent/JP2009025623A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

【課題】塗布したときの塗布面の面内均一性が良好であり、着色パターンの側壁に生ずる無機物の堆積を防止して、高精細で、分光特性に優れた着色膜を形成することができる着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を提供する。また、高精細で、分光特性に優れた着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、表示特性に優れた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】熱硬化性化合物と、着色剤と、テロメリゼーション法又はオリゴメリゼーション法により形成されたフルオロ脂肪族基を、側鎖に有する高分子界面活性剤と、を含有する着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。全固形分含有量は、5〜15質量%であることが好ましく、前記着色剤の含有量が、全固形分質量に対して55〜90質量%であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法に関するものである。
近年、カラーフィルタをはじめとする機能膜は、種々提案、利用されており、熱硬化性組成物または光硬化性組成物に構成された樹脂組成物を用いた技術が広く知られている。機能膜のうち、カラーフィルタは、液晶表示素子や固体撮像素子に用いられている。カラーフィルタを作製する場合、その方法としては、染色法、印刷法、電着法および顔料分散法が知られている。
このうち、顔料分散法は、顔料を種々の感光性組成物に分散させた着色感放射線性組成物を用いてフォトリソ法によってカラーフィルタを作製する方法であり、顔料を使用しているために光や熱等に安定であるという利点を有している。また、フォトリソ法によってパターニングするため、位置精度が高く、大画面、高精細カラーディスプレイ用カラーフィルタを作製するのに好適な方法として広く利用されてきた。
顔料分散法によりカラーフィルタを作製する場合、ガラス基板上に感放射線性組成物をスピンコーターやロールコーター等により塗布し乾燥させて塗膜を形成し、該塗膜をパターン露光・現像することによって着色されたパターンが形成され、この操作を、各色相ごとに繰り返し行なうことでカラーフィルタを得るものである。
このような顔料分散法を適用したカラーフィルタの製造方法としては、アルカリ可溶性樹脂に光重合性モノマーと光重合開始剤とを併用したネガ型感光性組成物を用いるものが提案されている(例えば、特許文献1、参照)。これらは、ある程度精細な画素を形成しうるものの、パターンを構成する樹脂の硬化性、或いは、高精細なパターンの形成性においてなお改良の余地があった。
また、近年、固体撮像素子用のカラーフィルタにおいては、更なる高精細化が望まれており、1.5μm以下の膜厚が要求されるため、薄膜においても十分な着色剤の含有量を達成するために、硬化性組成物中に多量の色素を添加しなければならず、これにより基板との密着が不充分となったり、十分な硬化性が得られなかったり、露光部でも着色剤が抜けてしまうなどと、パターン形成性が著しく困難であるといった問題も生じていた。
さらに、フォトリソ法を用いたカラーフィルタは、着色剤以外の成分すなわち、バインダー樹脂、光重合性化合物、開始剤を相当量入れる必要があり、膜厚を薄く出来ない欠点がある。近年のカラーフィルタに対して、シェーディング低減による画質向上のため、薄膜化の強い要求があるが、従来のフォトリソ法ではこれらの要求には応えることができず改良が望まれている。
上記フォトリソ法を利用するカラーフィルタの製造法に対して、より薄膜でかつ微細なパターン形成に有効な方法として、ドライエッチング法が古くから知られており、例えば、色素の蒸着薄膜に対してパターン形成する方法などが従来は採用されている(例えば、特許文献2、参照)。ドライエッチング法による薄膜形成に関しては、フォトリソ系による場合と同じ分光特性を得ながら膜厚が1/2以下の薄膜の形成も可能である。
しかしながら、蒸着による薄膜形成は、得られる着色硬化層が着色物のみからなるものであるため、極限の薄膜化が可能ではあるものの、着色剤自体を蒸着することに起因する蒸着装置の汚染は避けられず、カラーフィルタ作製には大きな負荷となっていた。また、蒸着される物質が顔料或いは染料のみであるため、下層の平坦化膜や上層との密着性が悪く、これらの現象が製品化するに際して歩留まりが上がらない原因の一つにもなっており、カラーフィルタにおけるすべての色相の着色パターン形成にドライエッチング法を採用するのは困難であった。
これらを解決する方法として、特定の組成を有する着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いてドライエッチング処理するという技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
一方、印刷版材料において、特定の高分子界面活性剤を有する光硬化性組成物を用いて、現像液に対する溶解性、分散性を改良するという技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
特開平7−140654号公報 特開昭55−146406号公報 特開2007−11137号公報 特開2002−296774号公報
しかしながら、上記のようなドライエッチング処理によっても、塗布基板サイズが6インチから12インチへと大サイズ化したときに、塗布面の面内均一性が低下するという問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑み、塗布したときの塗布面の面内均一性が良好であり、着色パターンの側壁に生ずる無機物の堆積を防止して、高精細で、分光特性に優れた着色膜を形成することができる着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、高精細で、分光特性に優れた着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、表示特性に優れた固体撮像素子を提供することを目的とする。
本発明は鋭意検討の結果、所定のフルオロ脂肪族基を側鎖に有する高分子界面活性剤により、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の塗布性の問題を解決しうるという知見、ならびに、着色パターンを形成する際の側壁に無機物が堆積するという問題を解決しうるとの知見が得られ、本発明を完成した。
本発明においては、ドライエッチングを行うプラズマ条件において、分解ガス化するフルオロ脂肪族基上の末端炭素上に発生するラジカルアニオンの安定性に、フッ素置換位置の差が、電子的吸引効果として影響するものと推定される。
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
<1> 熱硬化性化合物と、着色剤と、テロメリゼーション法又はオリゴメリゼーション法により形成されたフルオロ脂肪族基を、側鎖に有する高分子界面活性剤と、を含有する着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<2> 全固形分含有量が、5〜15質量%であることを特徴とする前記<1>に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<3> 前記着色剤の含有量が、全固形分質量に対して55〜90質量%であることを特徴とする前記<1>又は前記<2>に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<4> 前記<1>〜<3>のいずれか1つに記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いて形成された着色硬化層上に、感光性樹脂層を積層して画像記録材料を作製する画像記録材料作製工程と、前記画像記録材料の少なくとも感光性樹脂層に画像様にエネルギーを付与し、前記着色硬化層上にパターン画像を形成するパターン画像形成工程と、前記着色硬化層上に形成された前記パターン画像をエッチングマスクとして、前記着色硬化層をドライエッチング処理し、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、を含む着色パターン形成方法である。
<5> 前記<4>に記載の着色パターン形成方法により得られたパターンサイズ1.4μm以下の着色パターンである。
<6> 前記<1>〜<3>のいずれか1つに記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いて形成された着色硬化層上に、感光性樹脂層を積層して画像記録材料を作製する画像記録材料作製工程と、前記画像記録材料の少なくとも感光性樹脂層に画像様にエネルギーを付与し、前記着色硬化層上にパターン画像を形成するパターン画像形成工程と、前記着色硬化層上に形成された前記パターン画像をエッチングマスクとして、前記着色硬化層をドライエッチング処理し、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、を含むカラーフィルタの製造方法である。
<7> 前記<6>に記載のカラーフィルタの製造方法によって得られたカラーフィルタである。
<8> 前記<7>に記載のカラーフィルタを具備する固体撮像素子である。
なお、以下に、本発明のより好ましい態様を挙げる。
<9> 前記着色剤が分散されていることを特徴とする前記<1>〜<3>のいずれか1つに記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<10> 前記着色剤の含有量が全固形分質量に対して60〜80質量%であることを特徴とする前記<1>〜<3>及び前記<9>のいずれか1つに記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<11> 前記熱硬化性化合物が、熱硬化性官能基として、エポキシ基、メチロール基、アルコキシメチル基、及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基を有する樹脂であることを特徴とする前記<1>〜<3>、<9>及び<10>のいずれか1つに記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<12> 前記熱硬化性化合物が、エポキシ基含有化合物及び/又は樹脂であることを特徴とする前記<11>に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<13> 前記熱硬化性化合物が多官能エポキシ化合物であることを特徴とする前記<12>に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<14> 前記熱硬化性化合物が、メチロール基、アルコキシメチル基、及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの置換基で置換された、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、フェノール化合物、ナフトール化合物又はヒドロキシアントラセン化合物であることを特徴とする前記<1>〜<3>及び<9>〜<13>のいずれか1つに記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物である。
<15> 前記着色硬化層の厚みが0.01μm〜0.9μmであることを特徴とする前記<6>に記載のカラーフィルタの製造方法である。
<16> 前記感光性樹脂層が、ポジ型の感光性樹脂組成物を含む層である前記<6>又は前記<15>に記載のカラーフィルタの製造方法である。
<17> 前記感光性樹脂層が、o−ナフトキノンジアジド化合物を含む前記<16>に記載のカラーフィルタの製造方法である。
<18> 前記感光性樹脂層が、ネガ型の感光性樹脂組成物を含む層である前記<6>又は前記<15>に記載のカラーフィルタの製造方法である。
<19> 前記感光性樹脂組成物が、光重合開始剤と、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物とを含む前記<18>に記載のカラーフィルタの製造方法である。
本発明によれば、塗布したときの塗布面の面内均一性が良好であり、着色パターンの側壁に生ずる無機物の堆積を防止して、高精細で、分光特性に優れた着色膜を形成することができる着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を提供することができる。また、本発明は、高精細で、分光特性に優れた着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法を提供することができる。さらに、本発明は、表示特性に優れた固体撮像素子を提供することができる。
<着色パターン形成用着色熱硬化性組成物>
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物は、少なくとも、熱硬化性化合物と、着色剤と、テロメリゼーション法又はオリゴメリゼーション法により形成されたフルオロ脂肪族基を、側鎖に有する高分子界面活性剤と、を含有する。まず、上記所定のフルオロ脂肪族基を側鎖に有する高分子界面活性剤について説明する。
〔フルオロ脂肪族基を側鎖に有する高分子界面活性剤〕
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物は、テロメリゼーション法又はオリゴメリゼーション法により形成されたフルオロ脂肪族基を、側鎖に有する高分子界面活性剤(以下、「特定界面活性剤」ともいう)の少なくとも一種を含有する。
上記特定界面活性剤のフルオロ脂肪族基は、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくは、オリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれるものである。これらのフルオロ脂肪族化合物の製造法に関しては、例えば、「フッ素化合物の合成と機能」(監修:石川延男、発行:株式会社シーエムシー、1987)の117〜118ページや、「Chemistry of Organic Fluorine Compounds II」(MonograpH187、Ed by Milos Hudlicky and Attila E.Pavlath、American Chemical Society 1995)の747−752ページに記載されている。
テロメリゼーション法とは、ヨウ化物等の連鎖移動常数の大きいアルキルハライドをテローゲンとして、テトラフルオロエチレン等のフッ素含有ビニル化合物のラジカル重合を行い、テロマーを合成する方法である。その合成例を下記Scheme1に示す。
上記Scheme1により得られた末端ヨウ素化テロマーは、通常、例えば、下記Scheme2に示すように、適切な末端化学修飾を施され、フルオロ脂肪族化合物へと導かれる。これらの化合物は必要に応じ、さらに所望のモノマー構造へと変換され、本発明の特定界面活性剤の製造に使用される。
本発明の特定界面活性剤中の側鎖に導入されるフルオロ脂肪族化合物として好適な具体例であって、上記テロマー法により製造されたものは、例えば、ダイキン化成品販売株式会社で販売されている、フッ素系化学製品A−1110、A−1210、A−1310、A−1420、A−1620、A−1820、A−2020、A−1260、A−1460、A−1660、A−1860、A−1435、A−1635、A−1835、A−1473、A−1637、A−1837、A−1514、A−3420、A−3620、A−3820、A−4020、A−3260、A−3460、A−3660、A−3860、A−3637、A−3837、A−5210、A−5410、A−5610、A−5810、A−7110、A−7210、A−7310、A−9211、C−1100、C−1200、C−1300、C−1400、C−1500、C−1600、C−1700、C−1800、C−1900、C−2000、C−5200、C−5400、C−5600、C−5800、C−5208、C−5408、C−5608、C−6008、C−8200、C−8300、C−8500、C−9211、C−8208、C−8308、C−8508、C−9216、E−1430、E−1630、E−1830、E−2030、E−3430、E−3630、E−3830、E−4030、E−5244、E−5444、E−5644、E−5844、F−1420、F−1620、F−1820、F−2020、I−1200、I−1300、I−1400、I−1600、I−1700、I−1800、I−2000、I−1420、I−1620、I−1820、I−2020、I−3200、I−3400、I−3600、I−3800、I−4000、I−3620、I−3820、I−4020、I−5200、I−5400、I−5600、I−8208、I−8207、I−8407、I−8607、M−1110、M−1210、M−1420、M−1620、M−1820、M−2020、M−3420、M−3620、M−3820、M−4020、M−3433、M−3633、M−3833、M−4033、M−5210、M−5410、M−5610、M−5810、M−6010、M−7210、M−7310、R−1110、R−1210、R−1420、R−1620、R−1820、R−2020、R−1433、R−1633、R−1833、R−3420、R−3620、R−3820、R−4020、R−3433、R−5210、R−5410、R−5610、R−5810、6010、R−7210、R−7310、U−1310、U−1710等や、また、日本メクトロン株式会社にて製造される、CHEMINOX FA、FA−M、FAAC、FAAC−M、FAMAC、FAMAC−M等があげられる。これらのフッ素系化学製品の主成分の構造は、下記一般式(TM−1)で表される。
前記一般式(TM−1)中、nは、0〜20の整数を表し、Tは、下記置換基から選択されるいずれか1つの基を表す。
また、前記一般式(TM−1)中、Zは、下記置換基から選択されるいずれか1つの基を表す。
これらのフルオロ脂肪族化合物を用いると、当業者間で公知の方法により、本発明の特定界面活性剤の高分子化合物部分の側鎖として、フルオロ脂肪族基を容易に導入することができる。

上記一般式(TM−1)中、Zが下記で表されるフルオロ脂肪族化合物は、分子末端にアクリロイル基またはメタクリロイル基を有することから、ビニル重合により、特に簡便に、「テロマー法又はオリゴマー法により形成されたフルオロ脂肪族基を、側鎖に有する高分子化合物部分」(以下、「特定高分子部分」ともいう)を得ることができ、特に好ましい。
また、テロメリゼーション法により得られるフルオロ脂肪族化合物を利用して得られた特定高分子部分それ自体も、「パーフルオロアルキル含有オリゴマー」という一般名称で、既に商業的に入手可能であり、好ましく用いることができる。そのような化学製品の例としては、大日本インキ化学工業株式会社により製造・販売される、MEGAFACF−178K、MEGAFAC F−470、MEGAFAC F−473、MEGAFAC F−475、MEGAFAC F−476、MEGAFAC F−472、MEGAFAC R−08や、旭硝子株式会社によって製造される、SURFLON S−381、S−383、S−393、S−101、S−105等があげられる。これらの中でも、MEGAFAC F−178K(以下P−1と称す)、MEGAFAC F−470(以下P−2と称す)、MEGAFAC F−473(以下P−3と称す)、MEGAFAC F−475(以下P−4と称す)、MEGAFAC F−476(以下P−5と称す)、MEGAFAC F−472(以下P−6と称す)は特に、塗布性向上とエッチング時の側壁への無機物の堆積抑制に優れるため、特に好ましい。
本発明において、特定界面活性剤の高分子化合物部分にフルオロ脂肪族基を導入するために用いられるフルオロ脂肪族化合物として、オリゴメリゼーション法により製造されたフルオロ脂肪族化合物も用いることができる。
オリゴメリゼーション法とは、テトラフルオロエチレンをフッ化カリウムやフッ化セシウムなどを触媒として、ジグライム等の極性溶媒中でカチオン重合してオリゴマーを製造するものであり、その合成例を下記Scheme3に示す。先述のテロマー法と同様、重合により得られるオリゴマー中の反応性基(不飽和結合)等を利用し、適切な化学修飾を経て、フルオロ脂肪族基を側鎖に有する高分子化合物部分に導く事ができる。
テロメリゼーション法、オリゴメリゼーション法以外の代表的なフルオロ脂肪族化合物の製造法としては、電解フッ素化法及び、間接フッ素化法がある。とりわけ、Scheme4に示されるような電解フッ素化法による、パーフルオロオクチルスルホン酸フッ化物、並びにこれから導かれるフッ素系化学製品は商業的に非常に大きな成功をおさめており、従来から好んで使用されてきた方法である。本発明は、これらの製造方法に代えて、テロメリゼーション法、オリゴメリゼーション法を用い、フルオロ脂肪族化合物を製造して特定界面活性剤に用いた場合に、好ましい結果が得られるという事をみいだしたものである。
本発明の効果が奏される作用原理は明らかではない。電解フッ素化や、間接フッ素化法が対応する脂肪族化合物を製造原料とし、そのC−H結合をフッ素化するのとは対照的に、テロメリゼーション法やオリゴメリゼーション法でフッ化オレフィンを重合することにより、フルオロ脂肪族化合物を得るものであり、このことが何らかの理由で好ましい結果を誘起するのかもしれない。
尚、従来、好んで用いられてきた電解フッ素化法により製造されるフルオロ脂肪族化合物の一部は、生分解性が低く、生体蓄積性の高い物質であり、程度は軽微ではあるが、生殖毒性、発育毒性を有する事が懸念されている。本発明で用いられるテロメリゼーション法によって得られたフルオロ脂肪族化合物は、より環境安全性の高い物質であるということも産業上有利な点であるといえる。
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物に用いられる特定界面活性剤の側鎖であるフルオロ脂肪族基は、下記一般式(1)で表される基であることが好ましい。この基を用いると極めて良好な性能を発現することができる。
一般式(1)においてR及びRは、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基を表し、Xは、単結合もしくは2価の連結基を表す。mは、0以上の整数を表し、nは、1以上の整数を表す。
一般式(1)中、R及びRのアルキル基の具体例としては、各々独立に、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等があげられるが、好ましくは水素原子、メチル基であり、より好ましくは水素原子である。
Xは、単結合もしくは、高分子主鎖と結合するための2価の連結基(有機基)を表す。Xは、組成物の性能上の観点で、−CHCH(OH)−、−O−、−S−、−N(R)−、又は−CO−であることが好ましく、高分子主鎖と直接もしくは他の2価の連結基を介して結合する。より好ましくは、−CHCH(OH)−又は−O−である。ここで、Rは、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rで表されるアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等があげられるが、好ましくは水素原子、メチル基である。
mは、0以上の整数であり、0〜8の整数が好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。また、mが2以上の場合、互いに隣接する炭素上の官能基は結合して、脂肪族環を形成してもよい。
nは、1以上の整数を表し、1〜10の整数が好ましく、特に2〜6の整数が好ましい。
一般式(1)中、R、R、X、m、及びnの好ましい組み合わせは、組成物の性能上の観点で、Rが水素またはメチル基であって、Rが水素またはメチル基であって、Xが−CHCH(OH)−、−O−、−S−、−N(R)−(かつ、Rは炭素数が1〜4のアルキル基)、又は−CO−であって、mが0〜8の整数であって、nが1〜10の整数である組み合わせである。
より好ましい組み合わせは、Rが水素であって、Rが水素であって、Xが−CHCH(OH)−、−O−、又は−N(R)−(かつ、Rは炭素数が1または4のアルキル基)であって、mが1〜2の整数であって、nが2〜6の整数である組み合わせである。
本発明に用いられる特定界面活性剤は、構造中に、例えば、下記一般式(1B)で表される特定高分子部分(テロマー法又はオリゴマー法により形成されたフルオロ脂肪族基を側鎖に有する高分子化合物部分)を有する。
上記一般式(1B)中、R、R、X、m、及びnは、前記一般式(1)におけるR、R、X、m、及びnと同義であり、Yは、高分子主鎖を表す。
上記一般式(1B)で表される特定高分子部分のより具体的な製造法について述べる。
前記高分子化合物部分の具体的な形態としてはアクリル樹脂、メタアクリル樹脂、スチリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール/ホルムアルデヒド縮合樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、無水マレイン酸/α−オレフィン樹脂、α−ヘテロ置換メタクリル樹脂などから誘導されたものが挙げられる。中でも、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、スチリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂が有用であり、特にアクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂が有用である。これらの樹脂は、適切な重合性モノマーを使用し、縮重合もしくは付加重合、開環重合等の当業者にとって公知の方法で容易に得ることができる。以下に、最も有用であり、ポリマーの製造適性にも優れたアクリル樹脂、メタクリル樹脂型の特定高分子部分を例にあげる。
本発明で用いられるアクリル樹脂型の特定高分子部分の好ましい実施態様として、下記一般式(2)で表される化合物に由来する共重合単位を有するものを挙げることができる。
一般式(2)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子)、または置換基を有しても良いメチル基を表し、Yは、単結合または2価の有機基を表す。X、R、R、m、及びnは、一般式(1)におけるX、R、R、m、及びnと同義である。Rは、ラジカル反応性の観点で、好ましくは、水素、塩素、臭素、又は置換基を有してもよいメチル基であり、より好ましくは、水素又はメチル基である。Yは、好ましくは単結合、−O−、−S−、−N(R)−(かつ、Rは、炭素数が1〜4のアルキル基)、又は−CO−であり、より好ましくは単結合である。
一般式(1B)中、R、R、R、X、Y、m、及びnの好ましい組み合わせは、
が水素又はメチル基であって、Rが水素又はメチル基であって、Rが水素又はメチル基であって、Xが−CHCH(OH)−、−O−、−S−、−N(R)−(かつ、Rは、炭素数が1〜4のアルキル基)、又は−CO−であって、Yが単結合、−O−、−S−、−N(R)−(かつ、Rは、炭素数が1〜4のアルキル基)、又は−CO−であって、mが0〜8の整数であって、nが1〜10の整数である組み合わせである。
より好ましい組み合わせは、Rが水素又はメチル基であって、Rが水素であって、Rが水素であって、Xが−O−又は−N(R)−(かつ、Rは、炭素数が1または4のアルキル基)であって、Yが単結合であって、mが0〜2の整数であって、nが2〜6の整数である組み合わせである。
前記一般式(2)中、n=4で表されるフルオロ脂肪族基を生成するための単量体(特定高分子部分の単量体)の具体的な構造の例を以下に示す。
前記一般式(2)中、n=3で表されるフルオロ脂肪族基を生成するための単量体の具体的な構造の例を以下に示す。
前記一般式(2)中、n=5で表されるフルオロ脂肪族基を生成するための単量体の具体的な構造の例を以下に示す。
前記一般式(2)中、n=6で表されるフルオロ脂肪族基を生成するための単量体の具体的な構造の例を以下に示す。
本発明に用いられる特定界面活性剤は、上述した特定高分子部分と他の基とを組み合わせることにより製造することができる。より具体的には、上述したフルオロ脂肪族基を生成するための単量体と他の単量体とを共重合することにより製造することができる。例えば、前記一般式(1B)で表される特定高分子部分は、ポリオキシアルキレン基を有する単量体と共重合して用いることが、塗布液溶解性、親疎水性の制御、塗布面状均質性の観点から好ましい。
前記ポリオキシアルキレン基としては、例えば、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、ポリオキシブチレン基、ポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)ランダム共重合基、ポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)ブロック共重合基等があげられる。これらのオキシアルキレン基の具体例としては、特開昭62−170950号公報、特開昭62−226143号公報、特開平3−172849号公報、特開平8−15858号公報等に記載のものをあげることができる。本発明の目的を十分に達成するためには、ポリオキシアルキレン基の分子量は、500〜3,000が好ましい。
本発明に用いられる特定界面活性剤を製造するためには、ポリオキシアルキレン基を有する単量体の含有量は、特定界面活性剤に含まれる全単量体に対して、10モル%以上であることが好ましい。
また、上述した特定界面活性剤を製造するための他の単量体には、酸性水素原子を有する単量体を用いることができる。
酸性水素原子を有する基としては、例えばカルボキシル基や、フェノール性水酸基の他、文献公知の酸性基等いずれも用いることができる。酸性基の記載がある公知文献としては、J.A.Dean ed.、 Lange’s Handbook of Chemistry 3rd. ed. 1985McGraw-Hill Book Co.を挙げることができる。
また、これらの酸性基のうち、酸性水素原子が窒素原子に結合した酸性基の部分構造の具体的なものとして、下記(A1)〜(A7)で表されるものを挙げることができる。
−SONH (A1)
−SONH− (A2)
−CONHSO− (A3)
−CONHCO− (A4)
−SONH−SO− (A5)
−CONHSONH− (A6)
−NHCONHSO− (A7)
また、特開平8−15858号公報に記載の酸性基も有用である。特開平7−248628号公報に記載のカプラー構造を有する窒素原子含有ヘテロ環構造も含まれる。これらの窒素含有ヘテロ環構造の例としては下記(H)、(I)で表されるものをあげることができる。
同様に、特開2000−19724号公報に記載の電子吸引性基に隣接した炭素原子に結合した水素原子を有する酸性基も有用である。
その他、特開平11−352681号公報、特開平11−327142号公報、特開平11−327131号公報、特開平11−327126号公報、特開平10−339948号公報、特開平10−207052号公報、特開平10−186642号公報、特開平10−161303号公報に記載の共重合体への適用も好適である。
これら酸性水素原子を有する単量体としては、ラジカル重合可能な不飽和基を持つビニル単量体が用いられる。これらのビニル単量体のうち好ましいものとしてはアクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン系、ビニル系である。好ましい構造の例としては特開平10−142778号公報に記載の化合物等があげられる。
本発明における特定界面活性剤を製造するためには、酸性水素原子を有する単量体の含有量は、特定界面活性剤に含まれる全単量体に対して、0〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは0〜40モル%、さらに好ましくは0〜30モル%である。
さらに、上述した特定界面活性剤を製造するための他の単量体には、特開平4−222805号公報に記載の橋状結合を有する単量体や、特開平10−142778号公報に記載の9個以上の炭素原子を有する脂肪族基または2個以上の炭素原子を有する脂肪族基で置換された芳香族基を側鎖に有するアクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、もしくはメタクリルアミド単量体も好ましく用いることができる。
また、特開平10−186640号公報、特開平10−186641号公報、特開平2000−3032号公報、特開平2000−3040号公報等に記載されるウレタン系ポリマー技術や、特開平11−327129号公報に開示されるような重縮合、重付加系ポリマーの技術を、特定高分子部分を得ることに適用することもできる。さらに、特開2000−187318号公報に記載の、分子中に3から20のパーフルオロアルキル基を2または3個有する(メタ)アクリレート単量体をもちいて、特定高分子部分を得ることもできる。
本発明における特定界面活性剤は、公知慣用の方法で製造することができる。
例えば、フルオロ脂肪族基を側鎖に有する(メタ)アクリレートと、ポリオキシアルキレン基を有する(メタ)アクリレートと、酸性水素原子又は酸性窒素原子に結合した酸性基含有ビニル単量体とを、有機溶媒中、汎用のラジカル重合開始剤を添加して、熱重合させることにより、特定界面活性剤を製造することができる。
もしくは、場合により、その他の付加重合性不飽和化合物を、さらに添加して上記と同じ方法にて製造することができる。
また、場合により用いられるその他の付加重合不飽和化合物としては、PolymeRHandbook 2nd ed.、J.Brandrup、Wiley lnterscience(1975)ChapteR2Page 1〜483に記載のものを用いることができる。これらの例としては、たとえば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2−クロロエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、などの(メタ)アクリレート類、(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N、N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−(p−ヒドロキシフェニル)−メターアクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド類、酢酸アリル、カプロン酸アリル、アリルオキシエタノール等のアリル化合物;エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、トリルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルアセテート、ビニルブチレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルフェニルアセテート、ビニルアセトアセテート、安息香酸ビニル、クロル安息香酸ビニル等のビニルエステル類:スチレン、α−メチルスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、クロルメチルスチレン、エトキシメチルスチレン、ヒドロキシスチレン、クロルスチレン、ブロムスチレン等のスチレン類;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、プロピルビニルケトン、フェニルビニルケトン等のビニルケトン類;イソブチレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類;その他、クロトン酸ブチル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル、N−ビニルビロリドン、N−ビニルビリジン、アクリロニトリル等が挙げられる。
以下、本発明に用いられる特定界面活性剤の具体的な構造の例と、その製造方法を示す。なお、化学式中のカッコ右下に付した数字のうち、高分子主鎖に関するものは各モノマー成分のモル比率を示し、高分子側鎖に関する物は各モノマー成分のユニット絶対数を表す。
上記(P−7)〜(P−15)中、nは、1以上の整数を表し、1〜10の整数が好ましく、特に2〜6が好ましい。
また、上記(P−16)〜(P−20)は、化学式中、nが、それぞれ2〜6である。
(P−7)の製造法
テロメリゼーション法により製造されたフッ素系化学製品(下記FM−1、n=3)をアクリルモノマー(下記F−13)へと導いたのち、他の成分とともにラジカル共重合によってポリマー化する。
(P−8)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(下記FM−2、n=3、4、5、6の混合物、n=3の含率41%、n=4の含率53%、n=5およびn=6の含率6%)を用い、メタクリルモノマー(下記F−49)へと導いたのち、他の成分とともにラジカル共重合によってポリマー化する。
(P−9)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(下記FM−3、n=4)を用い、アクリルモノマー(下記F−50)へと導いたのち、他の成分とともにラジカル共重合によってポリマー化する。
(P−10)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(下記FM−4、n=3)を用い、アクリルモノマー(下記F−51)へと導いたのち、他の成分とともにラジカル共重合によってポリマー化する。
(P−11)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(下記FM−5、n=4)を用い、アクリルモノマー(下記F−52)へと導いたのち、他の成分とともにラジカル共重合によってポリマー化する。
(P−12)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(下記FM−6、n=3)を用い、アクリルモノマー(下記F−53)へと導いたのち、他の成分とともにラジカル共重合によってポリマー化する。
(P−13)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(下記FM−7、n=4)を用い、ジオール(下記F−54)へと導いたのち、他のジオール、ジイソシネート成分とともに縮重合によってウレタンポリマー化する。
(P−14)の製造法
テロメリゼーション法により用いて製造されたフッ素系化学製品(前記FM−3)を、クレゾール/ホルマリン樹脂と反応させ、フルオロ脂肪族側鎖を導入する。
本発明に用いられる特定界面活性剤中のフルオロ脂肪族基の含有比率は、界面活性剤全重量に対して10〜90質量%が好ましく、さらに好ましくは20〜80質量%である。
本発明で用いる特定界面活性剤は、重量平均分子量が通常3,000〜200,000のものが好ましく、より好ましくは6,000〜100,000のものを用いることかできる。これらの分子量は、例えば、ポリスチレン標準物質を用いたGPC法によって求めることができる。
また本発明で用いる特定界面活性剤の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物中の添加量は、溶媒を除く全組成分に対して、0.001〜10質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量%の範囲である。また、本発明の特定界面活性剤は、単独種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、他の界面活性剤と併用してもよい。
〔熱硬化性化合物〕
本発明に使用可能な熱硬化性化合物としては、塗布膜が形成できること、加熱により、架橋構造を形成しやすいことを考慮し、熱硬化機能を有する樹脂(熱硬化性樹脂)を使用する事が多いが、膜硬化を行えるものであれば特に限定はない。例えば、熱硬化性官能基を有する樹脂を用いることができる。また、上記熱硬化性樹脂とは別に、あるいは上記熱硬化性樹脂に加えて、他の熱硬化性化合物を添加して熱硬化させる、或いは、更なる架橋構造を形成してより強固な硬化膜を形成することができる。以下、本発明で使用できる熱硬化性樹脂、熱硬化性化合物の例を挙げるが、これらに限定されるものではない。尚、本文では熱硬化性樹脂を含め、熱硬化性化合物と称する事がある。
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ基含有化合物及び/又は樹脂、メチロール基、アルコキシメチル基およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基を有する樹脂が好ましい。
更に好ましい熱硬化性化合物としては、(a)エポキシ基含有化合物及び/又は樹脂、(b)メチロール基、アルコキシメチル基およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの置換基で置換された、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物またはウレア化合物、(c)メチロール基、アルコキシメチル基およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの置換基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物またはヒドロキシアントラセン化合物、が挙げられる。中でも、前記熱硬化性化合物としては、多官能エポキシ樹脂が特に好ましい。
(a)エポキシ基含有化合物及び/又は樹脂
(a)エポキシ基含有化合物あるいは、エポキシ樹脂としては、エポキシ基を有し、かつ架橋性を有するものであればいずれであってもよく、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、へキサンジオールジグリシジルエーテル、ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、N、N−ジグリシジルアニリン等の2価のグリシジル基含有低分子化合物;同様に、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリメチロールフェノールトリグリシジルエーテル、TrisP−PAトリグリシジルエーテル等に代表される3価のグリシジル基含有低分子化合物;同様に、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、テトラメチロールビスフェノールAテトラグリシジルエーテル等に代表される4価のグリシジル基含有低分子化合物;同様に、ジペンタエリスリトールペンタグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサグリシジルエーテル等の多価グリシジル基含有低分子化合物;ポリグリシジル(メタ)アクリレート、2、2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1、2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物等に代表されるグリシジル基含有高分子化合物、等が挙げられる。
また、市販されているものとしては、脂環式エポキシ化合物「CEL−2021」、脂環式固形エポキシ樹脂「EHPE−3150」、エポキシ化ポリブタジエン「PB3600」、可とう性脂環エポキシ化合物「CEL−2081」、ラクトン変性エポキシ樹脂「PCL−G」等が挙げられる(何れもダイセル化学工業(株))。また、他には「セロキサイド2000」、「エポリードGT−3000」、「GT−4000」(何れもダイセル化学工業(株))が挙げられる。これらの中では、この脂環式エポキシ樹脂が最も硬化性に優れており、さらには「EHPE−3150」が最も硬化性に優れている。これらの化合物は単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせてもよく、以降に示す他種のものとの組み合わせも可能である。
(b)メチロール基、アルコキシメチル基およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの置換基で置換された、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物またはウレア化合物
前記(b)に含まれるメチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基が各化合物に置換している数としては、メラミン化合物の場合2〜6、グリコールウリル化合物、グアナミン化合物、ウレア化合物の場合は2〜4であるが、好ましくはメラミン化合物の場合5〜6、グリコールウリル化合物、グアナミン化合物、ウレア化合物の場合は3〜4である。
以下、前記(b)のメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物およ
びウレア化合物を総じて、(b)における(メチロール基、アルコキシメチル基またはアシロキシメチル基含有)化合物という。
前記(b)におけるメチロール基含有化合物は、(b)におけるアルコキシメチル基含有化合物をアルコール中で塩酸、硫酸、硝酸、メタンスルホン酸等の酸触媒存在下、加熱することにより得られる。前記(b)におけるアシロキシメチル基含有化合物は、(b)におけるメチロール基含有化合物を塩基性触媒存在下、アシルクロリドと混合攪拌することにより得られる。
以下、前記置換基を有する(b)における化合物の具体例を挙げる。
前記メラミン化合物として、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜5個がメトキシメチル化した化合物またはその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜5個がアシロキシメチル化した化合物またはその混合物、などが挙げられる。
前記グアナミン化合物として、例えば、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜3個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物またはその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜3個のメチロール基をアシロキシメチル化した化合物またはその混合物などが挙げられる。
前記グリコールウリル化合物としては、例えば、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜3個をメトキシメチル化した化合物またはその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜3個をアシロキシメチル化した化合物またはその混合物、などが挙げられる。
前記ウレア化合物として、例えば、テトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの1〜3個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物またはその混合物、テトラメトキシエチルウレア、などが挙げられる。
これら(b)における化合物は、単独で使用してもよく、組み合わせて使用してもよい。
(c)メチロール基、アルコキシメチル基およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの置換基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物またはヒドロキシアントラセン化合物
前記(c)における化合物、即ち、メチロール基、アルコキシメチル基、およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物またはヒドロキシアントラセン化合物は、前記(b)における化合物の場合と同様、上塗りフォトレジストとのインターミキシングを抑制すると共に、膜強度を更に高めるものである。以下、これら化合物を総じて、(c)における(メチロール基、アルコキシメチル基またはアシロキシメチル基含有)化合物ということがある。
前記(c)における化合物に含まれるメチロール基、アシロキシメチル基またはアルコキシメチル基の数としては、一分子当り最低2個必要であり、熱硬化および保存安定性の観点から、骨格となるフェノール化合物の2位、4位が全て置換されている化合物が好ましい。また、骨格となるナフトール化合物、ヒドロキシアントラセン化合物も、OH基のオルト位およびパラ位が全て置換されている化合物が好ましい。前記フェノール化合物の3位または5位は、未置換であっても置換基を有していてもよい。
前記ナフトール化合物においても、OH基のオルト位以外は、未置換であっても置換基を有していてもよい。
前記(c)におけるメチロール基含有化合物は、フェノール性OH基の2位または4位が水素原子である化合物を原料に用い、これを水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等の、塩基性触媒の存在下でホルマリンと反応させることにより得られる。
前記(c)におけるアルコキシメチル基含有化合物は、(c)におけるメチロール基含有化合物をアルコール中で塩酸、硫酸、硝酸、メタンスルホン酸等の酸触媒の存在下で加熱することにより得られる。
前記(c)におけるアシロキシメチル基含有化合物は、(c)におけるメチロール基含有化合物を塩基性触媒の存在下アシルクロリドと反応させることにより得られる。
(c)における骨格化合物としては、フェノール性OH基のオルト位またはパラ位が未置換の、フェノール化合物、ナフトール、ヒドロキシアントラセン化合物等が挙げられ、例えば、フェノール、クレゾールの各異性体、2、3−キシレノ−ル、2、5−キシレノ−ル、3、4−キシレノール、3、5−キシレノール、ビスフェノールAなどのビスフェノール類;4、4’−ビスヒドロキシビフェニル、TrisP−PA(本州化学工業(株
)製)、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン、2、7−ジヒドロキシアントラセン、等が使用される。
前記(c)の具体例としては、フェノール化合物として、例えば、トリメチロールフェノール、トリ(メトキシメチル)フェノール、トリメチロールフェノールの1〜2個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、トリメチロール−3−クレゾール、トリ(メトキシメチル)−3−クレゾール、トリメチロール−3−クレゾールの1〜2個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、2、6−ジメチロール−4−クレゾール等のジメチロールクレゾール、テトラメチロールビスフェノールA、テトラメトキシメチルビスフェノールA、テトラメチロールビスフェノールAの1〜3個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、テトラメチロール−4、4’−ビスヒドロキシビフェニル、テトラメ
トキシメチル−4、4’−ビスヒドロキシビフェニル、TrisP−PAのヘキサメチロ
ール体、TrisP−PAのヘキサメトキシメチル体、TrisP−PAのヘキサメチロール体の1〜5個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、ビスヒドロキシメチルナフタレンジオール、等が挙げられる。
また、ヒドロキシアントラセン化合物として、例えば、1、6−ジヒドロキシメチル−2、7−ジヒドロキシアントラセン等が挙げられ、アシロキシメチル基含有化合物として、例えば、前記メチロール基含有化合物のメチロール基を、一部または全部アシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。
これらの化合物の中で好ましいものとしては、トリメチロールフェノール、ビスヒドロキシメチル−p−クレゾール、テトラメチロールビスフェノールA、TrisP−PA(本州化学工業(株)製)のヘキサメチロール体またはそれらのメチロール基がアルコキシメチル基およびメチロール基とアルコキシメチル基の両方で置換されたフェノール化合物が挙げられる。
これら(c)における化合物は、単独で使用してもよく、組み合わせて使用してもよい。
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物中における、前記熱硬化性化合物の総含有量としては、素材により異なるが、該硬化性組成物の全固形分(質量)に対して、0.1〜50質量%が好ましく、0.2〜40質量%がより好ましく、1〜35質量%が特に好ましい。
〔着色剤〕
本発明に好適に使用できる着色剤は公知の顔料、染料から適宜選択することができる。
(顔料)
本発明における顔料としては、従来公知の種々の無機顔料または有機顔料を用いることができる。また本発明における顔料としては、無機であれ有機であれ、なるべく細かいものを用いることが好ましい。ハンドリング適性をも考慮すると、顔料粒子の粒子径としては、平均粒子径で0.001μm〜0.1μmが好ましく、0.005μm〜0.05μmがさらに好ましい。また、本発明における顔料は、粒子径が0.01±0.005μmの範囲内にある顔料粒子が、顔料粒子の総質量に対して75質量%以上含まれていることが特に好ましい。かかる粒子径分布を達成するためには後述する分散方法によって顔料を分散することが特に好ましい。
前記無機顔料としては、金属酸化物や金属錯塩などで示される金属化合物が挙げられ、具体的には、アルミニウム、鉄、コバルト、カドミウム、鉛、銅、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモンなどの金属酸化物および前記金属の複合酸化物を挙げることができる。
前記有機顔料としては、
C.I.Pigment Yellow 11、24、31、53、83、93、99、108、109、110、138、139、147、150、151、154、155、167、180、185、199;
C.I.Pigment Orange 36、38、43、71;
C.I.Pigment Red 81、105、122、149、150、155、171、175、176、177、209、220、224、242、254、255、264、270;
C.I.Pigment Violet19、23、32、39;
C.I.Pigment Blue 1、2、15、15:1、15:3、15:6、16、22、60、66;
C.I.Pigment Green 7、36、37;
C.I.Pigment Brown25、28;
等を挙げることができる。
本発明において好ましく用いることができる有機顔料として、以下のものを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
C.I.Pigment Yellow 11、24、108、109、110、138、139、150、151、154、167、180、185;
C.I.Pigment Orange 36、71;
C.I.Pigment Red 122、150、171、175、177、209、224、242、254、255、264;
C.I.Pigment Violet 19、23、32;
C.I.Pigment Blue 15:1、15:3、15:6、16、22、60、66;
前記有機顔料は、単独で用いてもよいし、色純度を上げるため種々組合せて用いること
もできる。具体例を示すと、赤(R)用の顔料としては、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料単独、或いは、それらの少なくとも一種と、ジスアゾ系黄色顔料、イソインドリン系黄色顔料、キノフタロン系黄色顔料またはペリレン系赤色顔料との組み合わせなどを用いることができる。例えばアントラキノン系顔料としては、C.I.ピグメントレッド177、ペリレン系顔料としては、C.I.ピグメントレッド155、C.I.ピグメントレッド224、ジケトピロロピロール系顔料としては、C.I.ピグメントレッド254が挙げられ、色再現性の点でC.I.ピグメントイエロー83またはC.I.ピグメントイエロー139との組み合わせが好ましい。赤色顔料と黄色顔料との質量比は、100:5〜100:50が好ましく、100:10〜100:30がさらに好ましい。前記質量比がかかる範囲内にあると光透過率を抑えて色純度を向上させることができ、さらに主波長が短波長よりになってNTSC目標色相からずれるのを防止することができる。赤色顔料同士の組み合わせの場合は、色度に併せて調整することができる。
緑(G)用の顔料としては、ハロゲン化フタロシアニン系顔料単独、或いは、これとジスアゾ系黄色顔料、キノフタロン系黄色顔料、アゾメチン系黄色顔料またはイソインドリン系黄色顔料との組み合わせを用いることができる。例えば、C.I.ピグメントグリーン7、36、37とC.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー139、C.I.ピグメントイエロー150、C.I.ピグメントイエロー180またはC.I.ピグメントイエロー185との混合が好ましい。緑顔料と黄色顔料との質量比は、100:5〜100:150が好ましく、100:30〜100:120がさらに好ましい。前記質量比がかかる範囲にあると、400nm〜450nmの光透過率を抑え、色純度を向上させることができ、更に、主波長が長波長よりになってNTSC目標色相からずれるのを防止することができる。
青(B)用の顔料としては、フタロシアニン系顔料単独、または、これとジオキサジン系紫色顔料との組み合わせを用いることができる。該組み合わせとしては、例えば、C.I.ピグメントブルー15:6とC.I.ピグメントバイオレット23との混合が好ましい。青色顔料と紫色顔料との質量比は、100:0〜100:30が好ましく、より好ましくは100:10以下である。
更に前記の顔料をアクリル系樹脂、マレイン酸系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマーおよびエチルセルロース樹脂等に微分散させた粉末状加工顔料を用いることによって、分散性および分散安定性の良好な顔料含有感光樹脂を得ることが出来る。
なお、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の調製にあたっては、顔料粒子を微粒子化し、且つ、その粒子サイズ分布をシャープにした顔料を用いる方法が好適である。具体的には、平均粒子径が0.01μm程度であり、且つ75質量%以上の粒子径が0.01±0.005μmの範囲にある顔料粒子から構成される顔料を用いる方法が好ましい。顔料の粒子サイズ分布を上述の範囲に調整するためには、顔料の分散方法が特に重要となる。顔料の分散方法については後述する。
また、本発明においては、あらかじめアクリル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル樹脂、マレイン酸樹脂、エチルセルロース樹脂、ニトロセルロース樹脂等で処理した加工顔料も好適に用いることができる。本発明において、前記の種々の樹脂で処理された加工顔料の形態としては、樹脂と顔料が均一に分散している粉末、ペースト状、ペレット状、ペースト状が好ましい。
(染料)
前記染料としては、特に制限なく使用することができ、従来として公知の染料などが挙げられる。例えば、特開昭64−90403号公報、特開昭64−91102号公報、特開平1−94301号公報、特開平6−11614号公報、特登2592207号、米国特許第4,808,501号明細書、米国特許第5,667,920号明細書、米国特許第5,059,500号明細書、特開平5−333207号公報、特開平6−35183号公報、特開平6−51115号公報、特開平6−194828号公報等に記載の色素が挙げられる。化学構造の観点からは、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、ベンジリデン系、オキソノール系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、フタロシアニン系、ベンゾピラン系、インジゴ系、等の染料が使用でき、特に好ましくは、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、アントラキノン系、アンスラピリドン系の染料である。
また、水またはアルカリ現像を行うレジスト系の場合には現像によりバインダーおよび/または染料を完全に除去するという観点から、酸性染料および/またはその誘導体を好適に使用できることがある。そのほか、直接染料、塩基性染料、媒染染料、酸性媒染染料、アゾイック染料、分散染料、油溶染料、食品染料、および/またはこれらの誘導体等も有用に使用することができる。
−酸性染料−
前記酸性染料について説明する。酸性染料は、スルホン酸やカルボン酸やフェノール性水酸基等の酸性基を有する色素であれば特に限定されないが、有機溶剤や現像液に対する溶解性、塩基性化合物との塩形成性、吸光度、硬化性組成物中の他の成分との相互作用、耐光性、耐熱性等の必要とされる性能の全てを考慮して選択される。
以下、前記酸性染料の具体例を挙げる。但し、本発明においてはこれらに限定されるものではない。例えば、
Acid alizarin violet N;
Acid black 1、2、24、48;
Acid blue 1、7、9、15、18、23、25、27、29、40、42、45、51、62、70、74、80、83、86、87、90、92、96、103、112、113、120、129、138、147、150、158、171、182、192、210、242、243、256、259、267、278、280、285、290、296、315、324:1、335、340;
Acid chrome violet K;
Acid Fuchsin;
Acid green 1、3、5、9、16、25、27、50、58、63、65、80、104、105、106、109;
Acid orange 6、7、8、10、12、26、50、51、52、56、62、63、64、74、75、94、95、107、108、169、173;
Acid red 1、4、8、14、17、18、26、27、29、31、34、35、37、42、44、50、51、52、57、66、73、80、87、88、91、92、94、97、103、111、114、129、133、134、138、143、145、150、151、158、176、182、183、198、206、211、215、216、217、227、228、249、252、257、258、260、261、266、268、270、274、277、280、281、195、308、312、315、316、339、341、345、346、349、382、383、394、401、412、417、418、422、426;
Acid violet 6B、7、9、17、19;
Acid yellow 1、3、7、9、11、17、23、25、29、34、3
6、38、40、42、54、65、72、73、76、79、98、99、111、112、113、114、116、119、123、128、134、135、138、139、140、144、150、155、157、160、161、163、168、169、172、177、178、179、184、190、193、196、197、199、202、203、204、205、207、212、214、220、221、228、230、232、235、238、240、242、243、251;
Direct Yellow 2、33、34、35、38、39、43、47、50、54、58、68、69、70、71、86、93、94、95、98、102、108、109、129、136、138、141;
Direct Orange 34、39、41、46、50、52、56、57、61、64、65、68、70、96、97、106、107;
Direct Red 79、82、83、84、91、92、96、97、98、99、105、106、107、172、173、176、177、179、181、182、184、204、207、211、213、218、220、221、222、232、233、234、241、243、246、250;
Direct Violet 47、52、54、59、60、65、66、79、80、81、82、84、89、90、93、95、96、103、104;
Direct Blue 57、77、80、81、84、85、86、90、93、94、95、97、98、99、100、101、106、107、108、109、113、114、115、117、119、137、149、150、153、155、156、158、159、160、161、162、163、164、166、167、170、171、172、173、188、189、190、192、193、194、196、198、199、200、207、209、210、212、213、214、222、228、229、237、238、242、243、244、245、247、248、250、251、252、256、257、259、260、268、274、275、293;
Direct Green 25、27、31、32、34、37、63、65、66、67、68、69、72、77、79、82;
Mordant Yellow 5、8、10、16、20、26、30、31、33、42、43、45、56、50、61、62、65;
Mordant Orange 3、4、5、8、12、13、14、20、21、23、24、28、29、32、34、35、36、37、42、43、47、48;
Mordant Red 1、2、3、4、9、11、12、14、17、18、19、22、23、24、25、26、30、32、33、36、37、38、39、41、43、45、46、48、53、56、63、71、74、85、86、88、90、94、95;
Mordant Violet 2、4、5、7、14、22、24、30、31、32、37、40、41、44、45、47、48、53、58;
Mordant Blue 2、3、7、8、9、12、13、15、16、19、20、21、22、23、24、26、30、31、32、39、40、41、43、44、48、49、53、61、74、77、83、84;
Mordant Green 1、3、4、5、10、15、19、26、29、33、34、35、41、43、53;
Food Yellow 3;
およびこれらの染料の誘導体が挙げられる。
前記の酸性染料の中でも、
Acid black 24;
Acid blue 23、25、29、62、80、86、87、92、138、158、182、243、324:1;
Acid orange 8、51、56、74、63、74;
Acid red 1、4、8、34、37、42、52、57、80、97、114、143、145、151、183、217、249;
Acid violet 7;
Acid yellow 17、25、29、34、42、72、76、99、111、112、114、116、134、155、169、172、184、220、228、230、232、243;
Acid Green 25;
などの染料およびこれらの染料の誘導体が好ましい。
また、前記以外の、アゾ系、キサンテン系、フタロシアニン系の酸性染料も好ましく、
C.I.Solvent Blue 44、38;
C.I.Solvent Orange45;
Rhodamine B、 Rhodamine 110、3-[(5-chloro-2-phenoxyphenyl)hydrazono]-3、4-dihydro-4-oxo-5-[(phenylsulfonyl)amino]-2、7-Naphthalenedisulfonic acid等の酸性染料およびこれらの染料の誘導体も好適に使用することができる。
酸性染料の誘導体としては、スルホン酸やカルボン酸等の酸性基を有する酸性染料の無機塩、酸性染料と含窒素化合物との塩、酸性染料のスルホンアミド体等が使用でき、硬化性組成物溶液として溶解させることが出来るものであれば特に限定されないが、有機溶剤や現像液に対する溶解性、吸光度、硬化性組成物中の他の成分との相互作用、耐光性、耐熱性等の必要とする性能の全てを考慮して選択される。
酸性染料と含窒素化合物との塩について説明する。酸性染料と含窒素化合物との塩を形成する方法は、酸性染料の溶解性改良(有機溶剤への溶解性付与)や、耐熱性および耐光性改良に効果的な場合がある。
酸性染料と塩を形成する含窒素化合物、および酸性染料とアミド結合を形成する含窒素化合物について説明する。
含窒素化合物は、塩またはアミド化合物の有機溶剤や現像液に対する溶解性、塩形成性、染料の吸光度・色価、硬化性組成物中の他の成分との相互作用、着色剤としての耐熱性および耐光性等の全てを勘案して選択される。吸光度・色価の観点のみで選択する場合には、前記含窒素化合物としてはできるだけ分子量の低いものが好ましく、中でも分子量300以下のものが好ましく、分子量280以下のものがより好ましく、分子量250以下のものが特に好ましい。
酸性染料と含窒素化合物との塩における、含窒素化合物/酸性染料のモル比(以下、nという。)について説明する。nは、酸性染料分子と対イオンであるアミン化合物とのモル比率を決定する値であり、酸性染料−アミン化合物の塩形成条件によって自由に選択することができる。具体的には、酸性染料中の酸の官能基数の0<n≦5の間の数値が実用上多く用いられ、有機溶剤や現像液に対する溶解性、塩形成性、吸光度、硬化性組成物中の他の成分との相互作用、耐光性、耐熱性等、必要とする性能の全てを考慮して選択される。吸光度のみの観点で選択する場合には、前記nは0<n≦4.5の間の数値をとることが好ましく、0<n≦4の間の数値をとることがさらに好ましく、0<n≦3.5の間の数値をとることが特に好ましい。
前記に示した酸性染料はその構造上、酸性基を導入したことにより、酸性染料となっていることから、その置換基を変更することにより、非酸性染料とすることが出来る。
酸性染料は、アルカリ現像の際に好適に作用する場合もあるが、一方で過現像となってしまうこともあり、非酸性染料を好適に使用する場合もある。
−着色剤の含有量−
前記着色剤の濃度は、本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の全固形分質量に対して、55〜90質量%であることが好ましく、60〜85質量%がより好ましく、60〜80質量%が特に好ましい。前記の範囲であると、硬化性が良好である点で好ましい。
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物で作製する着色パターンは、フォトリソ法で作製する着色パターンからなるカラーフィルタに対して同等程度の分光特性を有しながら、着色パターンの薄膜化を実現させることができる。
通常、薄膜化の実現のためには、フォトリソ法で作製した塗布膜に対して固形分濃度を上げる必要がある。これに対し、所望とする分光特性を得るためには着色剤の濃度を向上させる必要がある。
このため、フォトリソ法で所望の分光特性を得たまま薄膜化を行うと、着色剤以外の固形分を下げることとなり、その結果、硬化不良やこれに伴うアルカリ現像でのパターンの消失(現像、リンス工程での流れ)が起きる。このため、フォトリソ法による薄膜化に必要な着色剤の含有量の増加には限界があり、着色剤の含有量が65質量%以上では、殆どパターン形成されなかった。
これに対し、本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いてなる着色パターンは、後述する通り、まず、熱で着色剤を含む塗布膜(着色硬化層)を硬化させ、その後、ドライエッチングによりパターン形成するため、フォトリソ法では必須成分であるモノマー(光重合性化合物)や光重合開始剤を、着色剤を含む層に含有させる必要がない。このため、本発明の着色剤含有熱硬化性組成物は、着色剤と熱で硬化された樹脂とで最低限構成されるため、着色剤の含有量を55質量%以上に設定することができる。
なお、本発明のこの熱硬化性組成物には、熱硬化性化合物が含まれ、それによって硬化膜が形成されることから、着色剤の含有量は90質量%以下が好ましい。
高着色剤の含有量の硬化性組成物をスピンコーターやスリット塗布で塗布し、熱硬化で薄膜を作製する方法では、組成物中に着色剤に加え熱硬化樹脂等を添加するために、蒸着法で形成された着色硬化層に比較して、若干膜厚は厚くなるが、アルカリ現像工程を必要としないために、フォトリソ法ではなし得ない高着色剤の含有量の硬化液の調製が可能である。
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物においては、着色剤の含有量が55質量%以上であれば後述する好ましい目標膜厚にすることができるが、例えば、後述するエポキシ樹脂での熱硬化方式を採用する場合には、更に着色剤の含有量は70質量%以上に設定することができる。すなわち分光特性を殆ど変えずにフォトリソ法における限界膜厚よりも薄い膜の形成が可能である。
加えて、着色剤以外の成分に密着性を持たせることが可能であるため、蒸着法による着色硬化層に比較して優れた密着性能を有する高着色硬化層を実現できる。
上記のようなカラーフィルタの分光特性は、後述する着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いてなる着色硬化層の層厚を、分光エリプソメトリー(JA−ウーラム社製、DUV−BASE32)を用いて、ウェハーの直径方向に等間隔に25点測定することにより評価することができる。
分光エリプソメトリーにより求めた25点各点の膜厚値の標準偏差(σ)と平均値(ave)を求め、標準偏差の3倍を平均値で除算することにより、3σ/aveを算出することができ、この値が小さいほど面内均一性が高いことを示す。3σ/aveが5%以下であれば、着色硬化層の面内均一性が優れ、カラーフィルタの分光特性が優れているといえる。より好ましくは、3%以下である。
〔各種添加物〕
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じ、各種添加物、例えば、バインダー、硬化剤、硬化触媒、溶剤、充填剤、前記以外の高分子化合物、界面活性剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、分散剤、等を配合することができる。
(バインダー)
前記バインダーは、顔料分散液調製時に添加する場合が多く、アルカリ可溶性を必要とせず、有機溶剤に可溶であればよい。
前記バインダーとしては、線状有機高分子重合体で、有機溶剤に可溶であるものが好ましい。このような線状有機高分子重合体としては、側鎖にカルボン酸を有するポリマー、例えば、特開昭59−44615号公報、特公昭54−34327号公報、特公昭58−12577号公報、特公昭54−25957号公報、特開昭59−53836号公報、特開昭59−71048号公報の各公報に記載されているような、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等が挙げられ、また同様に側鎖にカルボン酸を有する酸性セルロース誘導体が有用である。
前記のほか、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたもの等や、ポリヒドロキシスチレン系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、ポリ(2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート)、ポリビニルピロリドンやポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、等も有用である。
また、親水性を有するモノマーを共重合してもよく、この例としては、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、2級または3級のアルキルアクリルアミド、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、モルホリン(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルトリアゾール、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、分岐または直鎖のプロピル(メタ)アクリレート、分岐または直鎖のブチル(メタ)アクリレート、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、等が挙げられる。
これら各種バインダーの中でも、耐熱性の観点からは、ポリヒドロキシスチレン系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、アクリル/アクリルアミド共重合体樹脂が好ましく、現像性制御の観点からは、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、アクリル/アクリルアミド共重合体樹脂が好ましい。
前記アクリル系樹脂としては、ベンジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド等から選ばれるモノマーからなる共重合体、例えばベンジルメタアクリレート/メタアクリル酸、ベンジルメタアクリレート/ベンジルメタアクリルアミドのような各共重合体、KSレジスト−106(大阪有機化学工業(株)製)、サイクロマーPシリーズ(ダイセル化学工業(株)製)等が好ましい。
これらのバインダー中に前記着色剤を高濃度に分散させることで、下層等との密着性を付与でき、これらはスピンコート、スリットコート時の塗布面状にも寄与している。
前記バインダーとしては、重量平均分子量(GPC法で測定されたポリスチレン換算値)が1000〜200,000の重合体が好ましく、2000〜100,000の重合体がより好ましく、5000〜50,000の重合体が特に好ましい。
前記バインダーの、本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物における含有量としては、該組成物の全固形分(質量)に対して、0.1〜50質量%未満が好ましく、0.2〜40質量%がより好ましく、1〜35質量%が特に好ましい。
(硬化剤)
本発明において、熱硬化性化合物として、エポキシ樹脂を使用する場合、硬化剤を添加することが好ましい。エポキシ樹脂の硬化剤は種類が非常に多く、性質、樹脂と硬化剤の混合物との可使時間、粘度、硬化温度、硬化時間、発熱などが使用する硬化剤の種類によって非常に異なるため、硬化剤の使用目的、使用条件、作業条件などによって適当な硬化剤を選ばねばならない。前記硬化剤に関しては垣内弘編 「エポキシ樹脂(昇晃堂)」第5章に詳しく解説されている。前記硬化剤の例を挙げると以下のようになる。
触媒的に作用するものとしては、第3アミン類、三フッ化ホウ素−アミンコンプレックス、エポキシ樹脂の官能基と化学量論的に反応するものとして、ポリアミン、酸無水物等;また、常温硬化のものとして、ジエチレントリアミン、ポリアミド樹脂、中温硬化のものの例としてジエチルアミノプロピルアミン、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール;高温硬化の例として、無水フタル酸、メタフェニレンジアミン等がある。また化学構造別に見るとアミン類では、脂肪族ポリアミンとしてはジエチレントリアミン;芳香族ポリアミンとしてはメタフェニレンジアミン;第二および第三アミンとしてはトリス(ジメチルアミノメチル)フェノール;酸無水物としては無水フタル酸、ポリアミド樹脂、ポリスルフィド樹脂、三フッ化ホウ素−モノエチルアミンコンプレックス;合成樹脂初期縮合物としてはフェノール樹脂、その他ジシアンジアミド等が挙げられる。
これら硬化剤は、加熱によりエポキシ基と反応し、重合することによって架橋密度が上がり硬化するものである。薄膜化のためには、バインダー、硬化剤とも極力少量の方が好ましく、特に硬化剤に関しては熱硬化性化合物に対して35質量%以下、好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下とすることが好ましい。
(硬化触媒)
本発明において高い着色剤の含有量を実現するためには、前記硬化剤との反応による硬化の他、主としてエポキシ基同士の反応による硬化が有効である。このため、硬化剤は用いず、硬化触媒を使用することもできる。前記硬化触媒の添加量としてはエポキシ当量が150〜200程度のエポキシ樹脂に対して、質量基準で1/10〜1/1000程度、好ましくは1/20〜1/500程度さらに好ましくは1/30〜1/250程度のわずかな量で硬化させることが可能である。
前記硬化触媒の具体例としては市販されているものもあり、例えば、ジャパンエナジー(株)のイミダゾールシランシリーズ「IS−1000」、「IS−1000D」、「IM−1000」、「SP−1000」、「IA−1000A」、「IA−100P」、「IA−100F」、「IA−100AD」、「IA−100FD」、「IM−100F」、「IS−3000」、「IS−4000」などの他、四国化成(株)製の「1B2PZ」、「SFZ」等が有用である。
(溶剤)
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物は各種溶剤に溶解された溶液として用いることができる。本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物に用いられるそれぞれの溶剤は、各成分の溶解性や着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の塗布性を満足すれば基本的に特に限定されない
前記溶剤としては、エステル類、例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブ
チル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、アルキルエステル類、乳酸メチル、乳酸エチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、等;
3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチル等の3−オキシプロピオン酸アルキルエステル類、例えば、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、等;2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル等の2−オキシプロピオン酸アルキルエステル類、例えば、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、等;ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル、等;
エーテル類、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、等;
ケトン類、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、等;芳香族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、等が好ましい。
(分散剤)
また、前記分散剤は顔料の分散性を向上させるために添加することができる。前記分散剤としては、公知のものを適宜選定して用いることができ、例えば、カチオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、高分子分散剤等が挙げられる。
さらに、特開平10−254133号公報に記載される主鎖部に特定の酸アミド基含有モノマーおよび四級アンモニウム塩モノマー残基を有するグラフト共重合体は、顔料を微分散する優れた作用を有することから、前記分散剤として用いることができる。前記グラフト共重合体を用いることによって、エネルギーや時間の消費を低減しながら顔料を微細に分散させることができ、且つ、分散した顔料が、時間経過しても凝集したり沈降したりすることがなく長期にわたる分散安定性を維持することができる。
前記分散剤は、単独で用いてもよくまた2種以上組み合わせて用いてもよい。前記分散剤の本発明の着色剤含有熱硬化性組成物中の添加量は、通常顔料100質量部に対して0.1〜50質量部程度が好ましい。
(他の添加剤)
上述したその他各種添加物の具体例としては、ガラス、アルミナ等の充填剤;ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリフロロアルキルアクリレート等の結着樹脂以外の高分子化合物;ノニオン系、カチオン系、アニオン系等の界面活性剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプ
ロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3、4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等の密着促進剤;2、2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2、6−ジ−t−ブチルフェノール等の酸化防止剤;2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン等の紫外線吸収剤;およびポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤を挙げることができる。
−着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の調製方法−
本発明において好ましい本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の調製方法について説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
上述の通り、本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物には、顔料粒子を微粒子化し、且つ、その粒子サイズ分布をシャープにした顔料を用いる方法が好適である。具体的には、平均粒子径が0.01μm程度であり、且つ粒子径が0.01±0.005μmの範囲にある顔料粒子を75質量%以上含んで構成される顔料を用いる方法が好ましい。
顔料の粒子サイズ分布を上述の範囲に調整するためには、顔料の分散方法が特に重要となる。そのような分散方法としては、例えば、ニーダーや二本ロールなどのロールミルを用いて高粘度状態で分散する乾式分散(混練分散処理)と三本ロールやビーズミル等を用いて比較的低粘度状態で分散する湿式分散(微分散処理)とを組み合わせた分散方法が挙げられる。また、前記分散方法においては、2種以上の顔料を共分散したり、混練分散処理時には、溶剤を使用しないか若しくは使用量をできるだけ少なくしたり、各種分散剤を用いるのも好ましい。更に、ソルベントショックを和らげるために樹脂成分を前記混練分散処理時と微分散処理時とに分けて添加(2分割使用)したりすることが好ましく、また、混練分散処理から微分散処理に移行する際に顔料粒子が再凝集するのを防止するために溶解性に優れた樹脂成分を用いるのが好ましい。更に、微分散処理時に使用するビーズミルのビーズに高硬度のセラミックスを使用したり、粒径の小さいビーズを使用したりする手段も有効である。尚、前記樹脂成分としては、例えば、上述のアルカリ可溶性樹脂を用いることができる。
本発明においては、特に、2種以上の顔料を用い、更に2種以上の顔料を50000mPa・s以上の高粘度状態で分散した後に、更に1000mPa・s以下の低粘度状態で分散して得られた着色剤を用いることが好ましい。
一般に、これら顔料は合成後、種々の方法で乾燥を経て供給される。通常は水媒体から乾燥させて粉末体として供給されるが、水が乾燥するには大きな蒸発潜熱を必要とするため、乾燥して粉末とさせるには大きな熱エネルギーを与える。そのため、顔料は一次粒子が集合した凝集体(二次粒子)を形成しているのが普通である。
本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の調製方法において着色剤が顔料の場合は、まず着色剤(顔料)に上述のバインダーを混練分散処理後の粘度が50、000mPa・s以上(好ましくは50、000〜100、000mPa・s)の比較的高粘度になるように混練分散処理を施すのが好ましい。ここで、混練分散処理は、高粘度分散であってもよいし、乾式分散であってもよい。
次いで、必要に応じて混練分散処理後の分散物に上述のバインダーを追加添加し、微分散処理後の粘度が1000mPa・s以下(好ましくは100mPa・s以下)の比較的低粘度になるように微分散処理を施すことが好ましい。尚、微分散処理は、低粘度分散で
あってもよいし、湿式分散であってもよい。
前記混練分散処理においては、溶剤の比率が被分散物に対して0〜20質量%であることが好ましい。このように、溶剤をあまり使用せずに分散を行うと、顔料粒子の表面をビヒクルの樹脂成分を主体とした構成成分との濡れを促進させることができ、顔料粒子表面が形成する界面を、顔料粒子と空気との固体/気体界面から、顔料粒子とビヒクル溶液との固体/溶液界面に変換することができる。顔料粒子の表面が形成する界面を空気から溶液に変換し混合攪拌すると、顔料を一次粒子に近い微小な状態にまで分散することができる。
このように、顔料を高度に分散させるためには、顔料粒子表面が形成する界面を空気から溶液に変換することが有効である。かかる変換には強い剪断力や圧縮力が必要である。このため、前記混練分散処理においては、強い剪断力や圧縮力を発揮できる混練機を用い、被混練物として高粘度のものを用いるのが好ましい。
また、前記微分散処理時においては、ガラスやセラミックの微粒状の分散用メディアと共に混合攪拌することが好ましい。さらに、微分散処理時における溶剤の比率は、被分散物の20〜90質量%であることが好ましい。前記微分散処理時においては、顔料粒子を微小な状態にまで均一に安定させて分布させることが必要であることから、凝集している顔料粒子に衝撃力と剪断力とを付与できる分散機とを用い、被分散物として低粘度のものを用いるのが好ましい。
着色剤が染料の場合は、前記のような分散工程を必要とせず、しかるべき溶剤にバインダーとともに溶解させるだけでよい。
このようにして得られた顔料の分散物並びに染料の溶液にエポキシ樹脂のような熱硬化性化合物と硬化触媒や硬化剤とを添加、あるいは既にバインダーが熱硬化性化合物である場合には、硬化触媒や硬化剤を添加して熱硬化機能を付与し、必要に応じて溶剤を添加することで本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を調製することができる。
<着色パターン形成方法>
本発明の着色パターン形成方法は、上述の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いて形成された着色硬化層上に、感光性樹脂層を積層して画像記録材料を作製する画像記録材料作製工程と、該画像記録材料の少なくとも感光性樹脂層に画像様にエネルギーを付与し、前記着色硬化層上にパターン画像を形成するパターン画像形成工程と、該パターン画像が形成された感光性樹脂層をエッチングマスクとして、前記着色硬化層をドライエッチング処理し、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、を含む。
本発明の着色パターン形成方法における好ましい態様は、感光性樹脂組成物層に、フォトリソ法によりエッチング用マスクを形成し、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いてなる着色硬化層を、ドライエッチング法により所望の形状にパターニングして着色パターンを形成するものである。
着色硬化層のパターニング法としては、公知の方法、例えば、ドライエッチング法およびリバースエッチング法(またはリフトオフ法)などを適用することができる。
パターニング法は、着色硬化層上にフォトレジストでマスクパターンを形成したのち、これをエッチングレジストマスクとして非レジスト部分の着色硬化層を、イオンないしプラズマ雰囲気中で蒸発させて除去し、希望の形状の着色硬化層からなる着色パターンを形成する方法である。
ドライエッチング法を適用する場合、耐エッチング性の良好なレジストの選択が重要であり、レジスト膜を厚くすると着色パターン上への残存や、それに起因する色分解能の低下を招きやすい。このような観点からは、例えば、フッ素メタクリレート重合単位を主体とするポジ型レジストとSiO等を加熱蒸着して形成された無機材料からなるパターンマスクを形成する方法やカルコゲンガラスを用いる方法が提案されており、特開昭59−146005号公報に詳細に記載されている。
次に、本発明の着色パターン形成方法を、上記工程ごとに説明する。
〔画像記録材料作製工程〕
画像記録材料作製工程では、少なくとも本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いて着色硬化層を形成し、該着色硬化層に、感光性樹脂層を積層して画像記録材料を作製する。
(着色硬化層)
前記着色硬化層は、少なくとも本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を、支持体に塗布し、乾燥して形成する
具体的には、例えば、溶剤を含んだ本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を、直接または他の層を介して支持体上に回転塗布、スリット塗布、流延塗布、ロール塗布等の塗布方法により塗布して形成することができる。
前記着色硬化層の具体的な厚さとしては、0.005μm〜0.9μmが好ましく、0.01μm〜0.9μmがより好ましく、0.01μm〜0.65μmがより好ましく、0.02μm〜0.6μmで作製されることが更に好ましい。
本発明の着色パターン形成方法において、前記着色硬化層は、前記したように形成された後、加熱硬化される。具体的には、前記着色硬化層は、本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を支持体に塗布して塗布膜を形成した後、加熱工程により、該塗布膜を熱硬化させて形成される。前記加熱工程は塗布後の乾燥と同時であってもよく、また塗布乾燥後に別途熱硬化の工程を設けてもよい。前記加熱工程は、オーブン、ホットプレートなど公知の加熱手段を用い、好ましくは130℃〜300℃、更に好ましくは150℃〜280℃、特に好ましくは170℃〜260℃の条件下で、好ましくは10秒〜3時間、更に好ましくは30秒〜2時間、特に好ましくは60秒〜60分の範囲で行なうことができる。但し、製造を考慮すると硬化に要する時間は短時間であるほど好ましい。
画像記録材料作製工程において用いられる支持体(基板)としては、例えば、液晶表示素子等に用いられるソーダガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラス及びこれらに透明導電膜を付着させたものや、撮像素子等に用いられる光電変換素子基板、例えばシリコン基板等や、相補性金属酸化膜半導体(CMOS)等が挙げられる。これらの支持体は、各着色パターンを隔離するブラックストライプが形成されている場合もある。
また、これらの支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止あるいは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
(感光性樹脂層)
上述のように、前記態様により着色硬化層が形成・熱硬化された後、それぞれの着色硬化層上に感光性樹脂層が形成され、画像記録材料が得られる。具体的には、本発明の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いた着色硬化層を形成し、加熱により熱硬化させた後、それぞれの着色硬化層上に、ポジ或いはネガ型の感光性樹脂組成物を塗布し、これを乾燥させて感光性樹脂層を形成する。
感光性樹脂組成物を用いてなる層は、エネルギー付与により着色硬化層のエッチングマスクを形成するために設るものであり、該感光性樹脂組成物は、ポジ型の感光性組成物であっても、ネガ型の感光性組成物であってもよい。
ポジ型の感光性樹脂組成物としては、紫外線(g線、i線)、エキシマー・レーザー等を含む遠紫外線、電子線、イオンビームおよびX線等の放射線に感応するポジ型フォトレジスト用に好適なポジ型レジスト組成物が使用できる。前記放射線のうち、前記感光性樹脂層を露光するものとしては、本発明の目的からは、g線、i線が好ましく、中でもi線露光が好ましい。
前記ポジ型の感光性樹脂組成物は、具体的には、キノンジアジド化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含有する組成物であることが好ましい。より好ましくは、o−ナフトキノンジアジド化合物を含有する組成物である。キノンジアジド化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型の感光性樹脂組成物は、500nm以下の波長の光照射によりキノンジアジド基が分解してカルボキシル基を生じ、結果としてアルカリ不溶状態からアルカリ可溶性になることを利用してポジ型フォトレジストとして用いられている。このポジ型フォトレジストは解像力が著しく優れているので、ICやLSI等の集積回路の作製に用いられている。前記キノンジアジド化合物としては、ナフトキノンジアジド化合物が挙げられる。
近年、集積回路については集積度の向上に伴って配線の幅が微細化され、このためエッチングも従来のウェットエッチングに代えてドライエッチングが主流になっている。このドライエッチングではレジストの形状がそのまま被エッチング層の形状に反映されるので、レジストの形状が悪いとエッチング不要の部分までエッチングされてしまい、集積回路の不良や歩留り悪化の原因となる。このため、現像残渣(スカム)等の少ないプロファイルの良好なレジストが従来以上に要求されている。また、ドライエッチングでは支持体の温度が上昇し、レジストパターンが熱変形を起こして寸法精度が低下することがある。こ
のため、レジストの耐熱性が従来以上に要求されている。このような観点で現在使用されているポジ型フォトレジストを観ると、プロファイル、スカム、解像度および耐熱性等の諸性能について満足するものが、数多く市販されており、例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)社製のFH−6000シリーズ、例えば「FH−6400L」、「FH−6800L」など、同社製FHi−3000シリーズ、例えば「FHi−3200」、「FHi−3950」等、同社製FHi−600シリーズ例えば「FHi−644」、「FHi−645」、同社製Fi−SPシリーズ例えば、「Fi−SP2」等が挙げられる。但し、これに限らずパターン形成に好ましいマスク形状のものができるのであれば、市販の有無に関わらずポジ型の感光性樹脂組成物として使用可能である。
前記ネガ型の感光性樹脂組成物としては、紫外線(g線、i線)、遠紫外線、X線、電子線、分子線、γ線、シンクロトロン放射線等の輻射線に感応するネガ型フォトレジスト組成物が挙げられる。更に詳しくは、解像力および感度に優れ、かつ現像残りによる微小欠陥が実質上発生しないネガ型フォトレジスト組成物が好ましい。本発明におけるネガ型フォトレジストは、着色硬化層上に、スピン塗布法またはローラー塗布法で例えば0.5μm〜3μmの厚みに塗布される。その後、加熱、乾燥し、露光マスクを介して回路パターン等を紫外線照射などにより焼き付け、更に必要に応じ露光後加熱工程(PEB)を経てから現像すればネガ画像が得られる。更にこの画像をマスクとしてエッチングする事により熱硬化性樹脂層にパターン状の加工を施すことができる。代表的な応用分野はICなどの半導体製造工程、液晶、サーマルヘッドなどの回路基板の製造、更にその他のフォトフアプリケーション工程である。またこの画像と支持基板とのインクへの親和性の差を利用して平版印刷版に適用することもできる。半導体基板の加工の高集積度化に伴いフォトレジストの高解像力化が求められている。
前記ネガ型の感光性樹脂層は、光重合開始剤とエチレン性不飽和結合を有する重合性化合物を含むことが好ましい。このような感光性樹脂層の形成に用いられるネガ型の感光性樹脂組成物については次のような先行技術が知られている。例えば、特公昭54−23574号公報は有機ハロゲン化物からなる光酸発生剤と組合せて、ノボラック樹脂を光硬化させる技術を開示している。また、西独公開特許2057473号公報には、ジアゾ化合物からなる光酸発生剤とメチロール化メラミンなどからなる光硬化性組成物との結合剤としてノボラックなどのフェノール樹脂を適用できることが記載されている。更に特開昭60−263143号公報は光酸発生剤とメラミン樹脂などの酸硬化性アミノブラスト樹脂、それに一般的なノボラック樹脂とからなる組成物を開示しており、水性現像可能で熱安定性の高いネガ画像が得られるとしている。また、特開昭62−164045号公報はかかる組成物の光酸発生剤として、遠紫外域に光吸収を有する有機ハロゲン化物が有利に使えることを述べている。同様に、特開平2−52348号公報は類似の系の光酸発生剤として、特定領域のpKa値を持つ有機ハロゲン化物が有利であることを述べている。更に、特開平2−154266号公報は同様な光硬化性組成物の光酸発生剤としてオキスムスルフォン酸エステル類が有効であることを示している。また別な例としては、特開平2−146044号公報が、特定のトリクロロトリアジン基を有する光酸発生剤とアルコキシ化メラミンにm−クレゾールを30%以上含有するノボラック樹脂を組み合わせた組成物が、高エネルギー線露光用に有用であることを述べている。更に、欧州特許397460A号公報には、同様な組成物に於いて分岐度の高いノボラック樹脂を用いることが示されている。これらネガ型の感光性樹脂組成物は、市販されており、例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)社製のSCシリーズ、例えば、「SC−60」、「SC−450」等、同社製のHRシリーズ、例えば、「HR−100」、「HR−200」、同社製のHNRシリーズ、例えば、「HNR−80」、「HNR−120」などが挙げられる。但し、これらに限らずパターン形成に好ましいマスク形状のものができるのであれば、市販の有無に関わらず使用可能である。
前記感光性樹脂層の具体的な厚さとしては、0.01μm〜3μmが好ましく、0.1μm〜2.5μmが好ましく、0.15μm〜2μmで作製されることが更に好ましい。
〔パターン画像形成工程〕
パターン画像形成工程では、画像記録材料作製工程により得られた画像記録材料の、少なくとも感光性樹脂層に画像様にエネルギーを付与し、前記着色硬化層上にパターン画像を形成する。
まず、上述の着色硬化層と感光性樹脂層とを含む画像記録材料に、所定のマスクパターンを介してエネルギー付与を行う。エネルギー付与は、g線、h線、i線等による露光処理が挙げられ、i線露光を施す露光処理が特に好ましい。次に、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像することによって、ポジ或いはネガ型の感光性樹脂組成物にパターン画像を形成することができる。
前記アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、硅酸ナトリウム、メタ硅酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1、8−ジアザビシクロ−〔5.4.0〕−7−ウンデセン等のアルカリ性化合物を、濃度が0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜1質量%となるように溶解してなるアルカリ性水溶液が好適である。尚、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を使用した場合は、一般に、現像後水で洗浄する。
前記現像液としては、着色物の熱硬化膜には影響を与えず、ポジレジストの露光部並びに、ネガレジストの未硬化部を溶解するものであればいかなるものも用いることができる。具体的には、種々の有機溶剤の組合せやアルカリ性の水溶液を用いることができる。
〔着色パターン形成工程〕
着色パターン形成工程では、着色硬化層上に形成されたパターン画像をエッチングマスクとして、画像記録材料に含まれる着色硬化層をドライエッチング処理し、着色パターンを形成する。
より具体的には、パターン画像形成工程により形成された感光性樹脂組成物のパターンを、エッチングマスク(エッチングレジスト)として用い、酸素やCF、CO等のガスを用いてドライエッチングを行なう。この工程によりエッチングマスクのパターン状に着色剤の蒸着層または着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の層がエッチングされ、着色パターン(着色画素)を形成することができる。
エッチング終了後、マスクのレジストは専用の剥離液や溶剤により、除去する(該レジストの除去は、着色パターン形成工程の全工程が終了してからでもよい)。二色目以降も同様の方法でパターンを作成する。最後の色のパターン形成に関しては蒸着もしくは塗布して熱硬化のみ行い、上層に残った余分な着色物組成物を除去し、平坦化を行う事で、全色のパターン作成を行なってもよい。
−エッチング−
上記エッチングについて、説明する。
エッチング法の代表的な例としては、特開昭59−126506号公報、特開昭59−46628号公報、同58−9108号公報、同58−2809号公報、同57−148706号公報、同61−41102号公報等に記載のエッチング法のように着色物を蒸着した後、マスクのレジストを塗布し、パターニングを行いエッチングする方法がある。その他、特開昭60−42705号公報、同60−42706号公報、同61−42707号公報、同60−8803号公報、同59−127036号公報、同59−12037号公報、同58−171006号公報などに代表される、最初にポジレジストでパターンを形成した後、全面露光によりマスクをアルカリ現像に可溶の状態にしておき、その後着色物の蒸着を行い、アルカリ現像を施す事でマスク及びマスク上の着色物を除去する事でパターン形成を行なうリバースエッチング法や、下記公開公報、公告特許明細書に記載されているような方法が知られている。
特許第3218830号明細書、特開平7−198927号公報、特許第3255126号明細書、特開昭61−77004号公報、特開昭59−78312号公報、同58−169108号公報、同58−153903号公報、同58−168016号公報、同61−80124号公報、同61−41102号公報、同61−32802号公報、同61−6150号公報、特開2001−249218号公報等。
なお、本発明において、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物により形成された着色パターンは任意の着色パターンに用いることができ、単色の着色パターン、カラーフィルタを含む。着色パターンは、生産性の点から、パターンサイズが1.4μm以下の着色パターンであることが好ましく、より好ましくは、1.0μm以下である。また、本発明において好ましい態様は着色パターン形成用着色熱硬化性組成物により形成された着色パターンを、一色目および/または二色目とする事が好ましい。
<カラーフィルタの製造方法>
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記の着色パターン形成方法と同様の、画像記録材料作製工程と、パターン画像形成工程と、着色パターン形成工程とを設けることによって作製することができる。上記各工程に加え、さらに適宜、着色パターンの表面を研磨する研磨工程を設けたり、着色パターンの表面に保護層をつける等の各種工程を設けることができる。
複数種の着色画素に対応するカラーフィルタ(例えば、RGB3色のカラーフィルタ)を作製する場合は、上記の画像記録材料作製工程と、パターン画像形成工程と、着色パターン形成工程と、必要に応じて更に前記各種工程とを、所望の色調分、繰り返し行うことによって作製することができる。
本発明においては、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物中に、特定界面活性剤を含有することで、当該熱硬化性組成物の塗布性を向上し、エッチング時の側壁への無機物の堆積を抑制することができる。この側壁への無機物の堆積の有無は、走査型電子顕微鏡(日立製作所製、FE-SEM:S-4800、倍率1万〜10万倍)を用いての観察により確認することができる。
側壁への無機物の堆積が抑制されている場合には、例えば、図1に示すように、SEM観察像において、無機物の堆積が観察されない。
<固体撮像素子>
本発明のカラーフィルタは、液晶表示素子やCCD等の固体撮像素子に用いることができ、特に100万画素を超えるような高解像度のCCD素子やCMOS等に好適である。本発明のカラーフィルタは、例えば、CCDを構成する各着色パターンの受光部と集光するためのマイクロレンズとの間に配置されるカラーフィルタとして用いることができる。
本発明では、非常に高い顔料濃度を有する熱硬化薄膜(着色硬化層)を形成するため、顔料の場合は色により分散が複雑で困難となる場合があり、顔料を減らして分光特性を犠牲にして、分散液を調製する場合もあったが、このような場合は、分散処方を検討するよりも、蒸着した方が簡単である。また、密着性に関しては上述した通り必要に応じて樹脂を同時に蒸着する事で改善可能である。これにより、分散性を考慮して、分光特性を犠牲にした顔料の組み合わせでカラーフィルタを作成せず、理想の分光の組み合わせでのカラーフィルタの作製が可能となった。また、染料の場合も同様の理由で、溶解性が悪い或いは樹脂等との相溶性が悪い染料を蒸着法に変えることで、ユーザーの要求に応じた分光特性を得る事が可能となる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
〔実施例1〜13、比較例1、2〕
<着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いた着色パターンの形成>
〔顔料分散液の調製〕
赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色について、それぞれ下記表1に示す各素材を、それぞれニーダーで均一に混練した後に、混練物を二本ロールで乾式分散処理(混練分散処理)した。
乾式分散処理が施された分散物に、溶剤成分としてプロピレングリコールモノメチルエチルアセテートを785質量部加えた。その後、ホモジナイザーにて2000rpmで30分間攪拌処理し、顔料が均一に分散した赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色の分散組成物を調製した。得られた分散組成物を、0.3mmジルコニアビーズを用いた
ビーズ分散機(商品名:ディスパーマット、GETZMANN社製)にて微分散処理を施した。
その後、2.5μmフィルターにて濾過を行い、顔料が均一に分散された各色の顔料分散液(1)〜(3)を得た。尚、各顔料分散液について混練分散処理時および微分散処理時における混練物(分散物)の粘度、並びに、各顔料分散液における顔料の平均粒子径および粒子径0.01±0.005μmの範囲にある顔料粒子の占める割合を表1に示す。尚、顔料の粒子径は、日機装(株)製のMICROTRAC UPA 150を用い、各顔料分散液を、プロピレングリコールモノメチルエチルアセテートで希釈したものをサンプルとして測定した。
−画像記録材料作製工程(着色硬化層作製まで)−
〔着色パターン形成用着色熱硬化性組成物の調製〕
多官能エポキシ樹脂EHPE−3150(ダイセル化学工業(株)製)を、顔料分散液(1)に対して20質量部添加した。さらに、硬化触媒として四国化成の1B2PZを、各々添加するエポキシ樹脂の1/50量を添加した。溶解確認後、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物中の固形分を13%になるようにプロピレングリコールモノメチルエチルアセテートでピグメントショックが起こらないように注意しながら希釈した。さらに、特定界面活性剤を、下記表2に示すように、1B2PZと同量加えた。上記の手順により、顔料分散液(1)を用いて顔料濃度が71.8%である高顔料濃度の緑色(G)の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を得た。
多官能エポキシ樹脂EHPE−3150(ダイセル化学工業(株)製)を、顔料分散液(2)に対して6質量部添加した。さらに、硬化触媒として四国化成の1B2PZを、各々添加するエポキシ樹脂の1/50量を添加した。溶解確認後、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物中の固形分を13%になるようにプロピレングリコールモノメチルエチルアセテートでピグメントショックが起こらないように注意しながら希釈した。さらに、特定界面活性剤を、下記表2に示すように、1B2PZと同量加えた。上記の手順により、顔料分散液(2)を用いて顔料濃度が71.0%である高顔料濃度の青色(B)の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を得た。
多官能エポキシ樹脂EHPE−3150(ダイセル化学工業(株)製)を、顔料分散液(3)に対して8質量部添加した。さらに、硬化触媒として四国化成の1B2PZを、各々添加するエポキシ樹脂の1/50量を添加した。溶解確認後、着色パターン形成用着色熱硬化性組成物中の固形分を13%になるようにプロピレングリコールモノメチルエチルアセテートでピグメントショックが起こらないように注意しながら希釈した。さらに、特定界面活性剤を、下記表2に示すように、1B2PZと同量加えた。上記の手順により、顔料分散液(3)を用いて顔料濃度が75.0%である高顔料濃度の赤色(R)の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を得た。
上記のようにして、下記表2に示す顔料分散液と特定界面活性剤を含む実施例1〜13、比較例1および比較例2の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を得た。
〔着色硬化層の作製〕
実施例1〜13、比較例1および比較例2の各色の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製のCT−2000Lを塗布して硬化させたシリコンウェハー基板上に、スピンコーターにて、各々膜厚が約0.5μmとなるように塗布して、塗布膜とした。その後、該塗布膜について、ホットプレートにて100℃で2分間の加熱処理を行ない、塗布膜の乾燥を行なった。次に、ホットプレートを使用して、220℃で7分間の加熱を行い、塗布膜を硬化して、実施例1〜13、比較例1および比較例2の各々の着色硬化層を得た。
(面内均一性の測定:評価1)
上記のようにして作製した実施例1〜13並びに比較例1、および比較例2の硬化塗布膜(着色硬化層)の膜厚を、分光エリプソメトリー(JA−ウーラム社製、DUV−BASE32)を用いて、ウェハーの直径方向に等間隔に25点測定した。分光エリプソメトリーにより求めた25点各点の膜厚値の標準偏差(σ)と平均値(ave)を求め、標準偏差の3倍を平均値で除算することにより3σ/aveを算出し、下記基準により評価した。評価結果を表2に示す。
◎:3σ/aveが3%以下
○:3σ/aveが3%超5%以下
△:3σ/aveが5%超10%以下
×:3σ/aveが10%超
−画像記録材料作製工程(画像記録材料作製まで)−
〔感光性樹脂組成物層の作製〕
次に、熱硬化させた上記15種類(実施例1〜13並びに比較例1、および比較例2)の塗布サンプル(着色硬化層)の各上層に、それぞれ富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製のFHi−3950(感光性樹脂組成物)を膜厚が1.5μmになるようにスピンコーターで塗布した。100℃で2分間の加熱処理を行い、サンプルの乾燥を行なって、感光性樹脂層とし、実施例1〜13、比較例1および比較例2の画像記録材料を作製した。
−パターン画像形成工程−
その後、実施例1〜12、比較例1および2の画像記録材料の感光性樹脂層に、i線ステッパーにて200mjのパターン露光を行い、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製FHD−5を用いて、1分間の現像処理を行うことで、1.2μm×1.2μmサイズのマスク(パターン画像)を形成した。
また、実施例13の画像記録材料についても、実施例7のマスク形成と同様のパターン画像形成工程を経て、1.0μm×1.0μmサイズのマスク(パターン画像)を形成した。
−着色パターン形成工程−
このパターン画像が形成された感光性樹脂層に対し、CHF/O/Ar=4/1/20の比率(流量比)の混合ガスを用いて、非マスク部のドライエッチングを50℃にて行ない、色パターンを形成した。この後、レジストの剥離を、富士フイルムエレクトロマテリアルズ社製のMS−230(フォトレジスト剥離液)を使用して行った。このようにして、実施例1〜12、比較例1および2については、各色において矩形性の高いパターンサイズが1.2μmの着色パターンを、実施例13については、各色において矩形性の高いパターンサイズが1.0μmの着色パターンを、それぞれ作成した。
次に、以下に示す方法にて、実施例1〜13、比較例1および2のRGB三色のカラーフィルタを作製した。
<カラーフィルタの作製>
以下のようにしてシリコンウェハー上に三色のパターンを形成した。
先ず上述した着色パターン形成方法にて、青色(B)のパターンを形成した。このサンプルについて、二色目のパターンを形成した。緑色(G)の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を、青色(B)のパターンを形成したシリコンウェハー基板上に塗布した。その後、ホットプレートで100℃2分間の加熱処理を行ない、次にホットプレートで220℃、7分間の加熱処理により、緑色(G)の塗布膜の硬化を行なった。硬化後のサンプル上に、上記と同じフォトレジストFHi−3950を塗布し、i線ステッパーにより、1.2μmのパターン露光を行い、FHD−5で1分間の現像処理を行なった。(実施例13のカラーフィルタの作製においては、1.0μmのパターン露光を行った。)その後、上記の着色パターン形成と同様にドライエッチングを施し、緑色(G)のパターン形成を行なった。残ったマスクのレジストの剥離を上記同様の剥離液で除去し、二色目を完成させた。この基板に三色目の赤色(R)の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を塗布した後、二色目同様熱硬化膜に関しては100℃、2分の加熱処理後、220℃で7分間の熱硬化を行なった。このサンプルに対してCHF/O=混合比4/1(流量比)のガスにてエッチバックを行った。仕上げにCMP処理(Chemical Mechanical Polishing処理;平坦化処理)を行い、一色目と二色目のパターン上にある他色の膜を除去し、平坦化してRGB三色のカラーフィルタを作成した。尚、各エッチングの終点は発光分光分析法により検出した。
<固体撮像素子の作製>
次に、公知の方法により、シリコン基板上にイメージエリアを構成する複数の受光部を形成した。各受光部の間のシリコン基板上には、ポリシリコンで構成された転送電極を形成し、受光部と転送電極との上に受光部のみを開口した。さらに、タングステンで構成された遮光膜を形成し、遮光膜上には遮光膜全面を覆うように、窒化シリコンで構成されたデバイス保護膜を形成し、その上に上記のカラーフィルタを形成した。カラーフィルタ上に、各受光部に対応した位置に、集光レンズを形成し、固体撮像素子を作成した。
(側壁の観察:評価2)
実施例1〜13、比較例1および比較例2のカラーフィルタにおいて、一色目を形成した時のサンプルを別途作製し、日立製作所製走査型電子顕微鏡(FE-SEM:S-4800、倍率1万〜10万倍)による観察により、パターンの側壁への無機物の堆積を評価した。下記基準により評価した。
○:無機物の堆積が図1のごとく全く見られなかった。
△:無機物の堆積がわずかに確認されるが実用上問題のないレベルであった。
×:無機物の堆積が図2のごとく確認され、実用上問題のあるレベルであった。
結果を下記表2に示した。
また、実施例1〜実施例13、比較例1及び比較例2の、各硬化塗布膜(着色硬化層)及び各カラーフィルタの作製に用いた顔料分散液、特定界面活性剤、特定界面活性剤のフルオロ脂肪族鎖及びその形成手法を、下記表2に示す。
表2中、実施例7〜13に用いた特定界面活性剤は、一般式(1)におけるn、m、R、R、及びXが、下記表3に示されるフルオロ脂肪族基を、含有するものである。
表2中の「C2n+1基を含有」、及び表3中の「混合」は、一般式(1)において、n=3、4、5、6の混合であることを意味し、n=3の含率41%、n=4の含率53%、n=5及びn=6の含率6%である。
表2から明らかなように、実施例1〜13の本発明のカラーフィルタは、側壁への無機物の堆積が抑制された着色パターンを有し(評価2)、いずれも面内均一性に優れている(評価1)ことから、分光特性に優れることがわかった。
無機物の堆積が観察されない着色パターンのSEM観察像である。 無機物の堆積が観察された着色パターンのSEM観察象である。

Claims (8)

  1. 熱硬化性化合物と、
    着色剤と、
    テロメリゼーション法又はオリゴメリゼーション法により形成されたフルオロ脂肪族基を、側鎖に有する高分子界面活性剤と、
    を含有する着色パターン形成用着色熱硬化性組成物。
  2. 全固形分含有量が、5〜15質量%であることを特徴とする請求項1に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物。
  3. 前記着色剤の含有量が、全固形分質量に対して55〜90質量%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いて形成された着色硬化層上に、感光性樹脂層を積層して画像記録材料を作製する画像記録材料作製工程と、
    前記画像記録材料の少なくとも感光性樹脂層に画像様にエネルギーを付与し、前記着色硬化層上にパターン画像を形成するパターン画像形成工程と、
    前記着色硬化層上に形成された前記パターン画像をエッチングマスクとして、前記着色硬化層をドライエッチング処理し、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、
    を含む着色パターン形成方法。
  5. 請求項4に記載の着色パターン形成方法により得られたパターンサイズ1.4μm以下の着色パターン。
  6. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の着色パターン形成用着色熱硬化性組成物を用いて形成された着色硬化層上に、感光性樹脂層を積層して画像記録材料を作製する画像記録材料作製工程と、
    前記画像記録材料の少なくとも感光性樹脂層に画像様にエネルギーを付与し、前記着色硬化層上にパターン画像を形成するパターン画像形成工程と、
    前記着色硬化層上に形成された前記パターン画像をエッチングマスクとして、前記着色硬化層をドライエッチング処理し、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、
    を含むカラーフィルタの製造方法。
  7. 請求項6に記載のカラーフィルタの製造方法を用いて作製されたカラーフィルタ。
  8. 請求項7に記載のカラーフィルタを備えた固体撮像素子。
JP2007189482A 2007-07-20 2007-07-20 着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法 Pending JP2009025623A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007189482A JP2009025623A (ja) 2007-07-20 2007-07-20 着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007189482A JP2009025623A (ja) 2007-07-20 2007-07-20 着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009025623A true JP2009025623A (ja) 2009-02-05

Family

ID=40397465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007189482A Pending JP2009025623A (ja) 2007-07-20 2007-07-20 着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009025623A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009096977A (ja) * 2007-09-26 2009-05-07 Fujifilm Corp 顔料分散組成物、光硬化性組成物、およびカラーフィルタ
WO2014069314A1 (ja) * 2012-10-31 2014-05-08 富士フイルム株式会社 積層体およびこれを有するカラーフィルタ、その製造方法および、カラーフィルタの応用
JP2016051060A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 キヤノン株式会社 カラーフィルタアレイの形成方法、撮像装置の製造方法、撮像装置
CN115417961A (zh) * 2022-08-24 2022-12-02 中科检测技术服务(广州)股份有限公司 一种可疏水、高透明的热固性密胺树脂、制备方法及涂层

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009096977A (ja) * 2007-09-26 2009-05-07 Fujifilm Corp 顔料分散組成物、光硬化性組成物、およびカラーフィルタ
WO2014069314A1 (ja) * 2012-10-31 2014-05-08 富士フイルム株式会社 積層体およびこれを有するカラーフィルタ、その製造方法および、カラーフィルタの応用
JP2014089408A (ja) * 2012-10-31 2014-05-15 Fujifilm Corp 積層体およびこれを有するカラーフィルタ
TWI630242B (zh) * 2012-10-31 2018-07-21 富士軟片股份有限公司 積層體及具有其的彩色濾光片、其製造方法以及彩色濾光片的應用
JP2016051060A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 キヤノン株式会社 カラーフィルタアレイの形成方法、撮像装置の製造方法、撮像装置
CN115417961A (zh) * 2022-08-24 2022-12-02 中科检测技术服务(广州)股份有限公司 一种可疏水、高透明的热固性密胺树脂、制备方法及涂层

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103135351B (zh) 用于彩色滤光片的感光性树脂组合物以及使用它的彩色滤光片
TWI657312B (zh) 著色感光樹脂組合物、濾色器和液晶顯示裝置
JP5046639B2 (ja) カラーフィルタの製造方法
JP2017102431A (ja) 着色感光性樹脂組成物、これを利用して製造されたカラーフィルターおよび画像表示装置
TWI530758B (zh) 用於濾色器之光敏性樹脂組成物及使用該組成物之濾色器
US8618193B2 (en) Pigment-containing heat-curable composition, color filter, image-recording material, and method of producing color filter
JP2015041104A (ja) 着色感光性樹脂組成物、これを含むカラーフィルタおよび表示装置
TW201531513A (zh) 著色感光性樹脂組合物、包含其的濾色器和顯示裝置
JP2017173787A (ja) 着色感光性樹脂組成物、これを含むカラーフィルタおよび表示装置
JP2008046584A (ja) カラーフィルタの製造方法
TW201638669A (zh) 著色感光樹脂組合物、彩色濾光片和液晶顯示裝置
JP2009025623A (ja) 着色パターン形成用着色熱硬化性組成物、固体撮像素子、着色パターン及びその形成方法、ならびにカラーフィルタ及びその製造方法
JP2007025358A (ja) カラーフィルタ及びその製造方法
JP4969063B2 (ja) カラーフィルタの製造方法
JP4902271B2 (ja) カラーフィルタの製造方法、カラーフィルタおよび画像記録材料
JP4794945B2 (ja) 熱硬化性組成物、カラーフィルタ及びその製造方法、並びに画像記録材料
KR101840584B1 (ko) 착색 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치
CN104914669B (zh) 蓝色感光性树脂组合物、蓝色滤光片和具有其的显示装置
JP2007023262A (ja) 顔料含有熱硬化性組成物、並びに、カラーフィルタ、画像記録材料、および、カラーフィルタの製造方法
JP2008122890A (ja) カラーフィルタの製造方法
JP4832953B2 (ja) 顔料含有硬化性組成物、並びに、カラーフィルタ、画像記録材料、および、カラーフィルタの製造方法
KR20180101915A (ko) 착색 감광성 수지 조성물, 컬러필터 및 화상표시장치
JP2018092062A (ja) 感光性着色組成物、カラーフィルタの製造方法、カラーフィルタ、撮像素子
KR20160115282A (ko) 적색 화소용 착색 감광성 수지 조성물
JP2007011137A (ja) カラーフィルタ及びその製造方法