JP2005529983A - 有機組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は:式Iで表される任意の少なくとも1種類のモノマー(1)、及び式IIで表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマー(2)[前記式中、Eはかご状化合物であり;各Qは、同じか又は異なっていて且つ水素、アリール、分枝アリール、及び置換アリールから選択され、その場合、該置換基としては水素、ハロゲン、アルキル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アリールエーテル、アルケニル、アルキニル、アルコキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアリール、ヒドロキシアルケニル、ヒドロキシアルキニル、ヒドロキシル、又はカルボキシルが挙げられ;GWはアリール又は置換アリールであり、その場合、該置換基としてはハロゲン及びアルキルが挙げられ;hは0〜10であり;iは0〜10であり;jは0〜10であり;及びwは0又は1である]を含む熱硬化性成分(a)と;少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価が、該熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、該第二官能価が、該組成物が基板に施用されるときに基板と相互作用することができるような化合物を含む接着促進剤(b)とを含む組成物を提供する。本発明組成物は、誘電体基板材料として用いることができる。
Description
係属中の出願の利益
本出願は、その内容を本願明細書に完全に引用したものとする、係属中の仮特許出願である2001年5月30日に出願された60/294,864;2001年9月10日に出願された60/318,503;2002年1月15日に出願された60/350187;及び2002年1月24日に出願された60/352098の利益をクレームしている、2002年5月30日に出願された係属中の10/160773の一部継続出願である。
本出願は、その内容を本願明細書に完全に引用したものとする、係属中の仮特許出願である2001年5月30日に出願された60/294,864;2001年9月10日に出願された60/318,503;2002年1月15日に出願された60/350187;及び2002年1月24日に出願された60/352098の利益をクレームしている、2002年5月30日に出願された係属中の10/160773の一部継続出願である。
発明の分野
本発明は、半導体デバイスに関するものであり、詳しくは、本発明は、有機低誘電率材料を有する半導体デバイスと、それらを製造する方法に関するものである。
本発明は、半導体デバイスに関するものであり、詳しくは、本発明は、有機低誘電率材料を有する半導体デバイスと、それらを製造する方法に関するものである。
発明の背景
半導体デバイスの性能及び速度を向上させるために、半導体デバイスの製造者は、伝送損失を最小にし且つ相互接続の容量結合を低減させながら、相互接続のライン幅及び間隔を小さくすることを目指してきた。電力消費を低減させ且つキャパシタンスを低下させる一つの方法は、相互接続を分離させる絶縁材料又は誘電体の誘電率(“k”とも呼称される)を低下させることによる方法である。低い誘電率を有する絶縁材料は、典型的には、信号の伝播を速くし、伝導線間のキャパシタンスとクロストークを低下させ、また集積回路を動作させるのに要する電圧がより低いので、特に望ましい。
半導体デバイスの性能及び速度を向上させるために、半導体デバイスの製造者は、伝送損失を最小にし且つ相互接続の容量結合を低減させながら、相互接続のライン幅及び間隔を小さくすることを目指してきた。電力消費を低減させ且つキャパシタンスを低下させる一つの方法は、相互接続を分離させる絶縁材料又は誘電体の誘電率(“k”とも呼称される)を低下させることによる方法である。低い誘電率を有する絶縁材料は、典型的には、信号の伝播を速くし、伝導線間のキャパシタンスとクロストークを低下させ、また集積回路を動作させるのに要する電圧がより低いので、特に望ましい。
空気は誘電率1.0を有するので、主たる目的は、絶縁材料の誘電率を理論的限界の1.0まで低下させることであり、絶縁材料の誘電率を低下させるためのいくつかの方法は当業において公知である。これらの技術は、弗素のような元素を組成物に加えて、バルク材料の誘電率を低下させる工程を含む。kを低下させる他の方法としては、別の誘電材料マトリクスの使用が挙げられる。
而して、相互接続ライン幅が狭くなる場合、将来の半導体デバイスに望まれる改良された性能及び速度を達成するためには、絶縁材料の誘電率が同時に低下することが必要である。例えば、0.13ミクロン以下又は0.10ミクロン以下の相互接続ライン幅を有するデバイスでは、<3の誘電率(k)を有する絶縁材料が求められている。
現在、二酸化珪素(SiO2)及びSiO2を改良したもの、例えばフッ素化二酸化珪素又はフッ素化珪素ガラス(以下、FSG)が用いられている。約3.5〜4.0の誘電率を有するこれらの酸化物は、半導体デバイスにおける誘電体として普通に用いられている。SiO2及びFSGは、半導体デバイス製造の熱サイクル工程及びプロセス工程に耐えるのに必要とされる機械的及び熱的安定性を有するが、当業では、より低い誘電率を有する材料が望ましい。
誘電体材料を堆積させるのに用いられる方法は、2つのカテゴリーに:すなわち、スピンオン堆積(以下、SOD)及び化学気相堆積(以下、CVD)に分けることができる。より低い誘電率の材料を開発しようとするいくつもの試みとしては、化学的組成(有機、無機、有機/無機から成る配合物)又は誘電体マトリクス(多孔質、非多孔質)を変えることが挙げられる。表1には、2.0〜3.5の範囲の誘電率を有するいくつもの材料の開発が示してある(PE=プラズマ増強;HDP=高密度プラズマ)が、表1に掲げてある公報に開示されている誘電体材料及び誘電体マトリクスは、高い機械的安定性、高い熱安定性、高いガラス転移温度、高いモジュラス又は硬度、それと同時に、基板、ウェーハ、又は他の表面上に溶媒和させる、スピンさせる、又は堆積させることができるという有効な誘電体材料にとって望ましく且つ必要でもある物理的及び化学的性質の多くの組合せを示さない。而して、誘電体材料及び誘電体層として用いることができる他の化合物及び材料を調査することは、たとえそれらの化合物又は材料が、それらの現在の形態で誘電体材料として現在考えられていなくとも、有益であり得る。
悪いことに、2.0〜3.5の誘電率を有する開発中の多くの有機SODシステムは、上記したような機械的及び熱的性質に関してある種の欠点に悩まされているので;前記範囲の誘電率を有する誘電膜に関するニーズが、改良された加工及び性能を開発する工業において存在する。
Reichert及びMathiasは、かご状分子(cage−based molecule)の組に分類され、且つダイヤモンドの代替として有用であると教えられているアダマンタン分子を含む化合物及びモノマーを記載している。(Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1993,Vol.34(1),pp.495−6;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1992,Vol.33(2),pp.144−5;Chem.Mater.,1993,Vol.5(1),pp.4−5;Macromolecules,1994,Vol.27(24),pp.7030−7034;Macromolecules,1994,Vol.27(24),pp.7015−7023;Pofym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1995,Vol.36(1),pp.741−742;205th ACS National Meeting,Conference Program,1993,pp.312;Macromolecules,1994,Vol.27(24),pp.7024−9;Macromolecules,1992,Vol.25(9),pp.2294−306;Macromolecules,1991,Vol.24(18),pp.5232−3;Veronica R.Reichert,PhD Dissertation,1994,Vol.55−06B;ACS Symp.Ser.:Step−Growth Polymers for High−Performance Materials,1996,Vol.624,pp.197−207;Macromolecules,2000,Vol.33 10),p.3855−3859;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1999,Vol.40(2),pp.620−621;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1999,Vol.40(2),pp.577−78;Macromolecules,1997,Vol.30(19),pp.5970−5975; J.Polym.Sci,Part A:Polymer Chemistry,1997,Vol.35(9),pp.1743−1751;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1996,Vol.37(2),pp.243−244;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1996,Vol.37(1),pp.551−552;J.Polym.Sci.,Part A:Polymer Chemistry,1996,Vol.34(3),pp.397−402;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1995,Vol.36(2),pp.140−141;Polym,Prepr.(Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.),1992,Vol.33(2),pp.146−147;J.Appl.Polym.Sci.,1998,Vol.68(3),pp.475−482)。好ましくは、Reichert及びMathiasによって記載されたアダマンタンベースの化合物及びモノマーを用いて、熱硬化性樹脂のコアにおいて、アダマンタン分子と一緒にポリマーを形成させる。しかしながら、Reichert及びMathiasによる研究で開示された化合物は、設計選択によるアダマンタンベースの化合物の一種類の異性体のみを含む。構造Aは、その対称的なパラ位異性体である1,3,5,7−テトラキス[4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタンを示している:
換言すると、彼らの個人の及び共同で行った仕事において、Reichert及びMathiasは、目標とするアダマンタンベースのモノマーのただ一種類の異性体形態だけを含む有用なポリマーを企図した。しかしながら、単一の異性体形態(対称的な「オールパラ位(all−para)」の異性体である)アダマンタンベースのモノマーの1,3,5,7−テトラキス[4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタンからポリマーを形成させ且つ加工する場合、重大な問題が存在する。Reichertの学位論文(前掲)及びMacromolecules,vol.27,(pp.7015−7034)(前掲)によると、対称性オールパラ異性体である1,3,5,7−テトラキス[4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタンは、1H NMRスペクトルを得ることができるクロロホルム中に充分に可溶性であることを見出した。しかしながら、溶液を得るのに必要な時間が実用的ではないことを見出した。また、13C NMRスペクトルは、オールパラ異性体の溶解度が低いことを示唆した。而して、Reichertによる対称性「オールパラ」異性体である1,3,5,7−テトラキス[4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタンは、標準的な有機溶媒中において不溶性であるので、溶解性又は溶媒ベースの加工を必要とする、例えばフローコーティング、スピンコーティング、又はディップコーティングを必要とする用途では有用ではないと考えられる。
2001年10月17日に出願された我々の共通に譲渡された係属中特許出願PCT/US01/22204(我々の共通に譲渡された係属中特許出願である、2000年4月7日に出願された米国特許出願第09/545058号;2000年7月19日に出願された米国特許出願第09/618945号;2001年7月5日に出願された米国特許出願第09/897936号;2001年7月10日に出願された米国特許出願第09/902924号;及び2001年10月18日に公開された公開国際特許出願第WO 01/78110号の利益をクレームしている)において、我々は、異性熱硬化性モノマー又はダイマー混合物を含む組成物を発見した。前記混合物は、以下の構造
(式中、Zはかご状化合物及び珪素原子から選択され;R′1,R′2,R′3,R′4,R′5及びR′6はアリール、分枝アリール、及びアリーレンエーテルから独立に選択され;該アリール、該分枝アリール、及び該アリーレンエーテルの少なくとも1つはエチニル基を有し;且つR′7はアリール又は置換アリールである)を有する少なくとも1種類のモノマー又はダイマーを含む。また、我々は、これらの熱硬化性混合物を形成させる方法も開示する。この新規な異性熱硬化性モノマー又はダイマー混合物は、マイクロエレクトロニクス用途において誘電体材料として有用であり、且つシクロヘキサノンのような多くの溶媒において可溶性である。これらの望ましい特性により、この異性熱硬化性モノマー又はダイマー混合物は、約0.1μm〜約1.0μmの厚さの膜形成にとって理想的である。
材料の誘電率を低下させる様々な方法が当業では公知であるが、それらの方法には短所がある。而して、a)誘電体層の誘電率を低下させるための改良された組成物及び方法を提供すること;b)改良された機械的性質、例えば改良された熱的安定性、ガラス転移温度(Tg)、及び硬度を有する誘電体材料を提供すること;及びc)溶媒和することができ、且つウェーハ又は積層材料へとスピンオンできる熱硬化性化合物及び誘電体材料に関するニーズが依然として存在する。
発明の概要
当業におけるニーズに応えて、我々は以下の組成物を開発した。第一の態様では、該組成物は:
下式I
当業におけるニーズに応えて、我々は以下の組成物を開発した。第一の態様では、該組成物は:
下式I
で表される任意の少なくとも1種類のモノマー(1)、 及び下式II
(上式中、Eはかご状化合物(以下で規定される)であり;各Qは、同じか又は異なっていて且つ水素、アリール、分枝アリール、及び置換アリールから選択され、その場合、該置換基としては、水素、ハロゲン、アルキル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アリールエーテル、アルケニル、アルキニル、アルコキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアリール、ヒドロキシアルケニル、ヒドロキシアルキニル、ヒドロキシル、又はカルボキシルが挙げられ;GWはアリール又は置換アリールであり、その場合、該置換基としてはハロゲン及びアルキルが挙げられ;hは0〜10であり;iは0〜10であり;jは0〜10であり;及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマー(2)を含む熱硬化性成分(a)と;
少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、該第二官能価は、該組成物が基板に施用されるときに基板と相互作用することができるような化合物を含む接着促進剤(b)とを含む。
少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、該第二官能価は、該組成物が基板に施用されるときに基板と相互作用することができるような化合物を含む接着促進剤(b)とを含む。
式IIにおいてwが0であるとき、2つのかご状化合物が直接に結合されることが理解される。それらに結合された少なくとも1つのQを有するEそれぞれに関して、好ましくは、Eは、水素であるQを2つ以上有せず、更に好ましくは、Eは、水素であるQを全く有しない。Qが置換アリールであるとき、更に好ましくは、アリールは、アルケニル基及びアルキニル基で置換される。最も好ましいQ基としては、(フェニルエチニル)フェニル、ビス(フェニルエチニル)フェニル、フェニルエチニル(フェニルエチニル)フェニル、及び(フェニルエチニル)フェニルフェニル部分が挙げられる。Gにとって好ましいアリールとしては、フェニル、ビフェニル、及びターフェニルが挙げられる。更に好ましいG基はフェニルである。好ましくは、wは1である。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、下式III
で表される少なくとも1種類のアダマンタンモノマー(1)と、下式IV
で表されるアダマンタンの少なくとも1種類のオリゴマー若しくはポリマー(2)、又は下式V
で表される少なくとも1種類のジアマンタンモノマー(1)と、下式VI
(上式中、Q、GW、h、i、j及びwは既に上で規定したものである)で表されるジアマンタンモノマーの少なくとも1種類のオリゴマー若しくはポリマー(2)を含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は:下式VIIA
好ましくは、熱硬化性成分(a)は:下式VIIA
、下式VIIB
、下式VIIC
、若しくは下式VIID
で表されるアダマンタンモノマー(1)と、下式VIII
で表される少なくとも1種類のオリゴマー若しくはポリマー、又は好ましくは下式
で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー若しくはポリマー(2)、又は下式IXA
、下式IXB
、下式IXC
、若しくは下式IXD
で表されるジアマンタンモノマー(1)と、下式X
で表されるジアマンタンモノマーの少なくとも1種類のオリゴマー若しくはポリマー、又は、好ましくは下式
(上式中、hは0〜10であり;iは0〜10であり;jは0〜10であり;式VIIA,VIIB,VIIC,VIID,VIII,IXA,IXB,IXC,IXD及びXにおいて各R1は、同じか又は異なっていて、水素、ハロゲン、アルキル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アリールエーテル、アルケニル、アルキニル、アルコキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアリール、ヒドロキシアルケニル、ヒドロキシアルキニル、ヒドロキシル、又はカルボキシルから選択され;及び式VIIA,VIIB,VIIC,VIID,VIII,IXA,IXB,IXC,IXD及びXにおいて各Yは、同じか又は異なっていて、水素、アルキル、アリール、置換アリール、又はハロゲンから選択される)で表されるジアマンタンオリゴマー若しくはポリマー(2)、及び上記したような接着促進剤(b)とを含む。
式II,IV,VI,VIII及びXは、単位h,i及びjの任意の一つが、別の単位が存在する前に、多くの回数繰り返すことができるか又は繰り返すことができないという点でランダム又は不規則な構造を示す。而して、上記の式II,IV,VI,VIII及びXにおける単位の配列はランダム又は不規則である。
接着促進剤(b)において、好ましくは、第一官能価及び第二官能価の少なくとも1つは、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから選択される。好ましくは、Si含有基はSi−H,Si−O及びSi−Nから選択され;N含有基は例えばC−NH2又は他の第二級アミン及び第三級アミン、イミン、アミド、及びイミドから選択され;O含有基に結合されたCは、=CO、カルボニル基、例えばケトン及びアルデヒド、エステル、−COOH、1〜5個の炭素原子を有するアルコキシル、エーテル、グリシジルエーテル;及びエポキシから選択され;ヒドロキシル基はフェノールであり;及びC含有基に二重結合されたCはアリル基及びビニル基から選択される。
接着促進剤(b)では、好ましくは、Si含有基は、式XI:(R2)k(R3)ISi(R4)m(R5)n(式中、R2,R3,R4及びR5は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシル、不飽和又は飽和アルキル、置換又は未置換アルキル(置換基はアミノ又はエポキシである)、不飽和又は飽和アルコキシル、不飽和又は飽和カルボン酸基、又はアリールであり;及びR2,R3,R4及びR5の少なくとも2つは、水素、ヒドロキシル、飽和又は不飽和アルコキシル、不飽和アルキル、又は不飽和カルボン酸基 であり;及びk+l+m+n<4である)で表されるシランか、又は下式XII
{式中、R6,R12及びR15は、それぞれ独立に、置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニレン、アリレン、又はアリーレンであり;R7,R8,R9,R10,R13びR14は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル、アルキレン、ビニル、シクロアルキル、アリル、アリール、又はアリーレンであり、且つ線状又は分枝であることができ;R11は有機珪素基、シラニル基、シロキシル基、又は有機基であり;及びp,q,r及びsは、[4<p+q+r+s<100,000]という条件を満たし、q及びr及びsは共に又は個々に0であることができ;
O含有基に結合されたCは、グリシジルエーテル、又は少なくとも1つのカルボン酸基を含む不飽和カルボン酸のエステルから選択され;
C含有基に二重結合されたCは、ビニル環状オリゴマー又はポリマーであり、その場合、該環状基はピリジン、芳香族又はヘテロ芳香族であり;及び
ヒドロキシル基は、式XIII:−[R16C6H2(OH)(R17)]t−(前記式中、R16は置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニル、アリル、又はアリールであり、R17はアルキル、アルキレン、ビニレン、シクロアルキレン、アリレン、又はアリールであり、及びtは3〜100である)で表されるフェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである}で表されるポリカルボシランから選択される。
O含有基に結合されたCは、グリシジルエーテル、又は少なくとも1つのカルボン酸基を含む不飽和カルボン酸のエステルから選択され;
C含有基に二重結合されたCは、ビニル環状オリゴマー又はポリマーであり、その場合、該環状基はピリジン、芳香族又はヘテロ芳香族であり;及び
ヒドロキシル基は、式XIII:−[R16C6H2(OH)(R17)]t−(前記式中、R16は置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニル、アリル、又はアリールであり、R17はアルキル、アルキレン、ビニレン、シクロアルキレン、アリレン、又はアリールであり、及びtは3〜100である)で表されるフェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである}で表されるポリカルボシランから選択される。
別の態様では、本発明の組成物は:上式II(式中、E,Q及びGwは既に規定したものであり;hは0〜10であり;iは0〜10であり;jは0〜10であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマーを含む熱硬化性成分(a)と;少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、該第二官能価は、該組成物が基板に施用されるときに基板と相互作用することができるような化合物を含む接着促進剤(b)とを含む。接着促進剤(b)では、好ましくは、第一官能価及び第二官能価の少なくとも1つは、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから選択される。好ましくは、本発明の組成物は、式IV(式中、Q,GW,h,i,j及びwは既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマーを含む。
また、我々は:少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は熱硬化性成分と相互作用し、該第二官能価は、該組成物が基板に施用されるときに基板と相互作用して組成物を形成できるような化合物を含む接着促進剤を熱硬化性成分に対して加える工程;及び基板に対して該組成物を施用する工程を含む、上式Iで表される少なくとも1種類のモノマーと、上式II(前記式中、E,Q,Gw,h,i,j及びwは、基板に関して既に上で説明したものと同様である)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマー(2)とを含む熱硬化性成分の基板に対する接着性を向上させる方法も開発した。接着促進剤(b)では、好ましくは、第一官能価及び第二官能価の少なくとも1つは、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから選択される。
また、我々は、上式Iで表される少なくとも1種類のモノマー(1)と上式II(前記式中、E,Q,Gw,h,i,j及びwは、既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマー(2)とを含む熱硬化性成分(a)、及び少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、該第二官能価は、該組成物が基板に施用されるときに基板と相互作用することができるような化合物を含む接着促進剤(b)を組合せる工程を含む方法も開発した。接着促進剤(b)では、好ましくは、第一官能価及び第二官能価の少なくとも1つは、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから選択される。本願明細書中で使用される「組合せる」という用語は、配合又は反応させることを含む。
本発明組成物は、有利なことに、改良された溶解性を有する。その結果として、本発明組成物から、約1.5ミクロン以下又は約1.5ミクロンを超える厚さを有する膜を製造できる。
本発明の様々な目的、特徴、面、及び利点は、添付の図面と、本発明の好ましい態様に関する以下の詳細な説明から更に明確になる。
本発明の詳細な説明
本願明細書中において使用される「かご状構造」、「かご状分子」及び「かご状化合物」 という用語は、互換的に使用することを意図しており、いずれの用語も、少なくとも1つの架橋が環系の2つ以上の原子を共有結合させるように配置された少なくとも8個の原子を有する分子を指している。換言すれば、かご状構造、かご状分子、又はかご状化合物は、共有結合された原子によって形成された複数の環を含み、その場合、構造、分子、又は化合物は、容積内に配置された点が、環を通過すること無しに容積を離れることができないように、容積を画定する。架橋及び/又は環系は、1つ以上のへテロ原子を含むことができ、また、芳香族基、部分的に環状又は非環状の飽和炭化水素基、又は環状又は非環状の不飽和炭化水素基を含むことができる。更に企図されるかご状構造としては、フラーレン、及び少なくとも1つの架橋を有するクラウンエーテルが挙げられる。例えば、アダマンタン又はジアマンタンは、かご状構造と考えられるが、この定義の下では、ナフタレン又は芳香族スピロ化合物は、かご状構造とは考えられない。その理由は、ナフタレン又は芳香族スピロ化合物は、架橋を一つも有しておらず、上記かご状化合物の定義外であるからである。かご状化合物は、好ましくはアダマンタン及びジアマンタンであり、更に好ましくはアダマンタンである。
本願明細書中において使用される「かご状構造」、「かご状分子」及び「かご状化合物」 という用語は、互換的に使用することを意図しており、いずれの用語も、少なくとも1つの架橋が環系の2つ以上の原子を共有結合させるように配置された少なくとも8個の原子を有する分子を指している。換言すれば、かご状構造、かご状分子、又はかご状化合物は、共有結合された原子によって形成された複数の環を含み、その場合、構造、分子、又は化合物は、容積内に配置された点が、環を通過すること無しに容積を離れることができないように、容積を画定する。架橋及び/又は環系は、1つ以上のへテロ原子を含むことができ、また、芳香族基、部分的に環状又は非環状の飽和炭化水素基、又は環状又は非環状の不飽和炭化水素基を含むことができる。更に企図されるかご状構造としては、フラーレン、及び少なくとも1つの架橋を有するクラウンエーテルが挙げられる。例えば、アダマンタン又はジアマンタンは、かご状構造と考えられるが、この定義の下では、ナフタレン又は芳香族スピロ化合物は、かご状構造とは考えられない。その理由は、ナフタレン又は芳香族スピロ化合物は、架橋を一つも有しておらず、上記かご状化合物の定義外であるからである。かご状化合物は、好ましくはアダマンタン及びジアマンタンであり、更に好ましくはアダマンタンである。
本願明細書中において使用される「橋頭炭素」という用語は、3個の他の炭素に対して結合された任意のかご状構造炭素を指している。而して、例えば、アダマンタンは、4個の橋頭炭素を有し、ジアマンタンは8個の橋頭炭素を有する。
本願明細書中において使用される「接着促進剤」という用語は、熱硬化性成分(a)に対して加えられたときに、熱硬化性成分(a)単独のときと比較して、基板に対する熱硬化性成分の接着性を向上させる任意の成分を意味している。
本願明細書中において使用される「少なくとも二官能価を有する化合物」という用語は、以下のように相互作用し、又は反応し、又は結合を形成できる少なくとも2つの官能基を有する任意の化合物を意味している。該官能基は、付加反応、求核置換及び求電子置換、又は脱離反応、基 反応などを含む多くの様式で反応することができる。更なる別の反応としては、例えばファンデルワールス結合、静電結合、イオン結合、及び水素結合のような非共有結合の形成も挙げられる。
本願明細書中において使用される「層」という用語は、膜及びコーティングを含む。
本願明細書中において使用される「低誘電率ポリマー」という用語は、約3.0以下の誘電率を有する有機ポリマー、有機金属ポリマー、又は無機ポリマーを指している。低誘電率材料は、典型的には、100〜25,000オングストロームの厚さを有する薄層の形態で製造されるが、厚膜、ブロック、円柱、球体などとして用いることもできる。
本願明細書中において使用される「低誘電率ポリマー」という用語は、約3.0以下の誘電率を有する有機ポリマー、有機金属ポリマー、又は無機ポリマーを指している。低誘電率材料は、典型的には、100〜25,000オングストロームの厚さを有する薄層の形態で製造されるが、厚膜、ブロック、円柱、球体などとして用いることもできる。
熱硬化性成分(a):
熱硬化性成分(a)は、我々の通常譲渡された係属中特許出願であって、その全内容が本願明細書に引用されたものとする2002年1月8日に出願された60/347195;2002年5月30日に出願された60/384303;及び2003年1月3日に出願されたP−106878において開示されている。
熱硬化性成分(a)は、我々の通常譲渡された係属中特許出願であって、その全内容が本願明細書に引用されたものとする2002年1月8日に出願された60/347195;2002年5月30日に出願された60/384303;及び2003年1月3日に出願されたP−106878において開示されている。
第一の態様:上記第一の態様では、好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC又はVIIDで表される少なくとも1種類のアダマンタンモノマーと、式VIII(式中、h,i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、上式X(式中、h,i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
上式IVにおいてh,i及びjの全てが0であるとき、アダマンタンダイマーは、下式XIV
(式中、Q及びGWは既に上で規定したものである)で表される。式XIVにおいてwが0であるときのアダマンタンダイマーの例を以下の表2に示す。
式XIVにおいてwが好ましくは1であるとき、好ましいダイマーの例を以下の表3に示す。
上式IVにおいて、hが1であり、i及びjが0であるとき、アダマンタントライマーは下式XV
(式中、Q及びGWは既に上で規定したものである)で表される。式XVにおいてwが好ましくは1であるとき、好ましいトライマーの例を以下の表4に示す。
好ましくは、本発明の組成物は、上式VI(式中、Q,GW,h,i,j及びwは既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマーを含む。上式VIにおいてh,i及びjの全てが0であるとき、ジアマンタンダイマーは下式XVI
(式中、Q及びGWは既に上で規定したものである)で表される。
好ましくは、本発明の組成物は、上式VIII(式中、R1,Y,h,i,j及びwは既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。好ましくは、本発明の組成物は、上式X(式中、R,Y,h,i,j及びwは既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。
好ましくは、本発明の組成物は、上式VIII(式中、R1,Y,h,i,j及びwは既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。好ましくは、本発明の組成物は、上式X(式中、R,Y,h,i,j及びwは既に上で規定したものである)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,及びVIIDで表されるアダマンタンモノマーと、下式XVII
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものであり、hは0又は1である)で表されるアダマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
好ましくは、アダマンタン構造は、下式
好ましくは、アダマンタン構造は、下式
で表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、下式XVIII
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、下式XVIII
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものであり、hは0又は1である)で表されるジアマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
好ましくは、ジアマンタン構造は、下式
好ましくは、ジアマンタン構造は、下式
で表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンモノマーと、下式XIX
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンモノマーと、下式XIX
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものである)で表されるアダマンタンダイマーとを含む。
好ましくは、アダマンタンダイマーは、下式
好ましくは、アダマンタンダイマーは、下式
で表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、下式XX
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、下式XX
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものである)で表されるジアマンタンダイマーとを含む。
好ましくは、ジアマンタンダイマーは、下式
好ましくは、ジアマンタンダイマーは、下式
で表される。
上記表2,3及び4に示してあるタイプの置換は、テトラマー及びより高分子量のオリゴマーにおいても起こり得ることを理解すべきである。
上記表2,3及び4に示してあるタイプの置換は、テトラマー及びより高分子量のオリゴマーにおいても起こり得ることを理解すべきである。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンモノマーと、下式XXI
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものである)で表されるアダマンタントライマーとを含む。
好ましくは、アダマンタントライマーは、下式で表される。
好ましくは、アダマンタントライマーは、下式で表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、下式XXII
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものである)で表されるジアマンタントライマーとを含む。
好ましくは、ジアマンタントライマーは、下式
好ましくは、ジアマンタントライマーは、下式
で表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンモノマーと、上式XIXで表されるアダマンタンダイマーと、及び上式VIII(式中、h,i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、上式XXで表されるジアマンタンダイマーと、及び上式X(式中、h,i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンモノマーと、上式XIXで表されるアダマンタンダイマーと、及び上式VIII(式中、h,i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、上式XXで表されるジアマンタンダイマーと、及び上式X(式中、h,i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンと、上式XIXで表されるアダマンタンダイマーと、上式XXIで表されるアダマンタントライマーと、及び上式VIII(式中、i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。好ましくは、上式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーと、上式XXで表されるジアマンタンダイマーと、上式XXIIで表されるジアマンタントライマーと、及び上式X(式中、i及びjの少なくとも1つは少なくとも1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
熱硬化性成分(a)は、四置換アダマンタンである式VIIA,VIIB,VIIC,若しくはVIIDで表されるアダマンタンモノマー、又は四置換ジアマンタンである式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーを含む。好ましいモノマーは、式VIIAで表されるアダマンタンモノマーである。アダマンタン骨格は、1,3,5,及び7位のそれぞれにおいて置換アリール基を有する。式VIIIで表される化合物は、未置換及び/又は置換アリール単位を介して結合された式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタンモノマーのオリゴマー又はポリマーである。式Xで表される化合物は、未置換及び/又は置換アリール単位を介して結合された式IXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタンモノマーのオリゴマー又はポリマーである。一般的に、h,i及びjは、0〜10、好ましくは、0〜5、及び更に好ましくは0〜2の全ての数である。而して、最も単純なアダマンタンオリゴマーは、上式XIXで示されているダイマー(式VIIIにおいてhは0であり、iは0であり、及びjは0である)であり、2つのアダマンタン骨格は、未置換及び/又は置換アリール単位を介して結合されている。而して、最も単純なジアマンタンオリゴマーは、上式XXで示されているダイマー(式Xにおいてhは0であり、iは0であり、及びjは0である)であり、2つのジアマンタン骨格は、未置換及び/又は置換アリール単位を介して結合されている。
第二の態様:上記第二の態様では、好ましくは、本発明の熱硬化性成分(a)は、上式VIII(式中、hは0〜10であり、iは0〜10であり、jは0〜10であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。好ましくは、本発明の熱硬化性成分(a)は、上式X(式中、hは0〜10であり、iは0〜10であり、jは0〜10であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。
好ましくは、本発明の熱硬化性成分(a)は、上式VIII(式中、hは0又は1であり、iは0であり、jは0であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。このジアマンタン構造は上式XVIIで表される。
好ましくは、本発明の熱硬化性成分(a)は、上式X(式中、hは0又は1であり、iは0であり、jは0であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。このジアマンタン構造は上式XVIIIで表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIII(式中、hは0であり、iは0であり、jは0であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。このアダマンタンダイマーは上式XIXで表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式X(式中、hは0であり、iは0であり、jは0であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。このジアマンタンダイマーは上式XXで表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIII(式中、hは1であり、iは0であり、jは0であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。このアダマンタントライマーは上式XXIで表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式X(式中、hは1であり、iは0であり、jは0であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。このジアマンタントライマーは上式XXIIで表される。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式VIIIで表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーの混合物、すなわち前記式中において、hが2であり、iが0であり、及びjが0である線状オリゴマー又はポリマーと、hが0であり、iが1であり、及びjが0である分枝オリゴマー又はポリマーとの混合物を含む。而して、この組成物は、下式XXIII
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものである)で表されるアダマンタン線状テトラマー、好ましくは、下式
で表される線状アダマンタンテトラマーと、下式XXIV
で表されるアダマンタン分枝テトラマー、及び好ましくは、下式
で表される分枝アダマンタンテトラマーとの混合物を含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式X[式中、hが2であり、iが0であり、及びjが0である場合(線状オリゴマー又はポリマー)及び式中、hが0であり、iが1であり、及びjが0である場合(分枝オリゴマー又はポリマー)]で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。而して、本発明組成物は、下式XXV
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式X[式中、hが2であり、iが0であり、及びjが0である場合(線状オリゴマー又はポリマー)及び式中、hが0であり、iが1であり、及びjが0である場合(分枝オリゴマー又はポリマー)]で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーを含む。而して、本発明組成物は、下式XXV
(式中、R1,Y,及びwは既に上で規定したものである)で表されるジアマンタン線状テトラマーと、及び好ましくは、下式
で表される線状ジアマンタンテトラマーと、下式XXVI
で表されるジアマンタン分枝テトラマーと、及び好ましくは、下式
で表される分枝ジアマンタンテトラマーとを含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式XIXで表されるアダマンタンダイマーと、上式XXIで表されるアダマンタントライマーとを含む。好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式XXで表されるジアマンタンダイマーと、上式XXIIで表されるジアマンタントライマーとを含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式XIXで表されるアダマンタンダイマーと、上式XXIで表されるアダマンタントライマーとを含む。好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式XXで表されるジアマンタンダイマーと、上式XXIIで表されるジアマンタントライマーとを含む。
好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式XIXで表されるアダマンタンダイマーと、上式VIII(式中、hは0であり、iは少なくとも1であり、及びjは0である)で表される少なくとも1種類のアダマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。好ましくは、熱硬化性成分(a)は、上式XXで表されるジアマンタンダイマーと、上式X(式中、hは0であり、iは少なくとも1であり、及びjは0である)で表される少なくとも1種類のジアマンタンオリゴマー又はポリマーとを含む。
両方の態様において、上式I及びIIに関して、好ましいQ基としては、アリールと、アルケニル基及びアルキニル基で置換されたアリールとが挙げられ、更に好ましいQ基としては、(フェニルエチニル)フェニル、フェニルエチニル(フェニルエチニル)フェニル、及び(フェニルエチニル)フェニルフェニル部分が挙げられる。Gにとって好ましいアリールとしては、フェニル、ビフェニル、及びターフェニルが挙げられる。更に好ましいG基はフェニルである。
R1≡C−タイプのアダマンタン環又はジアマンタン環に対して結合されたフェニル環に存在する置換エチニル基の各基R1は、上式VIIA,VIIB,VIIC,VIID,VIII,IXA,IXB,IXC,IXD,X,XVII,XVIII,XIX,XX,XXI,XXII,XXIII,XXIV,XXV,及びXXVI,及び下式XXVIIとXXVIIIそれぞれの場合において、同じか又は異なっている。R1は、水素、ハロゲン、アルキル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アリールエーテル、アルケニル、アルキニル、アルコキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアリール、ヒドロキシアルケニル、ヒドロキシアルキニル、ヒドロキシル、又はカルボキシルから選択される。各R1は、非分枝又は分枝及び未置換又は置換であることができ、該置換基は非分枝又は分枝であることができる。アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシアルケニル基、及びヒドロキシアルキニル基は、約2〜約10個の炭素原子を含み、アリール基、アリールエーテル基、及びヒドロキシアリール基は、約6〜約18個の炭素原子を含む。R1がアリールである場合、R1は好ましくはフェニルである。好ましくは、フェニル基に存在するR1≡C−C基の少なくとも2つは、2つの異なる異性体である。少なくとも2つの異なる異性体としては、例えば、メタ−、パラ−及びオルト−異性体が挙げられる。好ましくは、少なくとも2つの異なる異性体はメタ−及びパラ−異性体である。好ましいモノマーである1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Dに示してある)では、5つの異性体形態:すなわち、(1)パラ−、パラ−、パラ−、パラ−;(2)パラ−、パラ−、パラ−、メタ−;(3)パラ−、パラ−、メタ−、メタ−;(4)パラ−、メタ−、メタ−、メタ−;及び(5)メタ−、メタ−、メタ−、メタ−である。
上式VIIA,VIIB,VIIC,VIID,VIII,IXA,IXB,IXC,IXD,X,XVII,XVIII,XIX,XX,XXI,XXII,XXIII,XXIV,XXV,及びXXVI,及び下式XXVIIとXXVIIIにおけるフェニル環の各Yは、各場合において、同じか又は異なっていて、且つ水素、アルキル、アリール、置換アリール、又はハロゲンから選択される。Yがアリールである場合、アリール基としては、例えばフェニル又はビフェニルが挙げられる。好ましくは、Yは、水素、フェニル、及びビフェニルから選択され、更に好ましくは水素である。好ましくは、アダマンタン又はジアマンタンの2つの橋頭炭素間に存在するあるフェニル基の少なくとも1つは、少なくとも2つの異なる異性体として存在する。少なくとも2つの異なる異性体としては、例えば、メタ−、パラ−、及びオルト−異性体が挙げられる。好ましくは、少なくとも2つの異性体は、メタ−及びパラ−異性体である。最も好ましいダイマーである1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)では、以下の14の異性体形態が存在する。好ましくは、アダマンタンの2つの橋頭炭素間に配置されたフェニル基は、メタ−及びパラ−異性体として存在する。前記2つの異性体のそれぞれについて、フェニル基に存在するR1≡C−C基の7つの異性体は次の通りである:すなわち、(1)パラ−、パラ−、パラ−、パラ−、パラ−、パラ−;(2)パラ−、パラ−、パラ−、パラ−、パラ−、メタ−;(3)パラ−、パラ−、パラ−、パラ−、メタ−、メタ−;(4)パラ−、パラ−、パラ−、メタ−、メタ−、メタ−;(5)パラ−、パラ−、メタ−、メタ−、メタ−、メタ−;(6)パラ−、メタ−、メタ−、メタ−、メタ−、メタ−;及び(7)メタ−、メタ−、メタ−、メタ−、メタ−、メタ−であ。
上式XXIVで表される分枝アダマンタン構造に加えて、式中hが0であり、iが0であり、jが1であり、及びwが0又は1である場合の上式VIIIは、下式XXVIIで示される更なる分枝を表すことを理解すべきである。式XXVII構造の垂下アダマンタン単位の更なる分枝も起こり得るので、式XXVII構造の分枝が更に枝分かれし得ることを理解すべきである。
好ましくは、分枝アダマンタンは、下式
で表される。
上式XXVIで表される分枝ジアマンタン構造に加えて、式中hが0であり、iが0であり、jが1であり、及びwが0又は1である場合の上式Xは、下式XXVIIIで示される更なる分枝を表すことを理解すべきである。式XXVIII構造の垂下ジアマンタン単位の更なる分枝も起こり得るので、式XXVIII構造の分枝が更に枝分かれし得ることを理解すべきである。
上式XXVIで表される分枝ジアマンタン構造に加えて、式中hが0であり、iが0であり、jが1であり、及びwが0又は1である場合の上式Xは、下式XXVIIIで示される更なる分枝を表すことを理解すべきである。式XXVIII構造の垂下ジアマンタン単位の更なる分枝も起こり得るので、式XXVIII構造の分枝が更に枝分かれし得ることを理解すべきである。
好ましくは、分枝ジアマンタンは、下式
で表される。
熱硬化性成分(a)では、モノマー(a)及びオリゴマー又はポリマー(b)含量は、以下に記載した分析試験法の項で説明しているゲル透過クロマトグラフィー法によって測定する。 本発明の組成物は、アダマンタンモノマー又はジアマンタンモノマー(a)を約30〜約70面積%、更に好ましくは約40〜 約60面積%、より更に好ましくは約45〜約55面積%の量で含み、オリゴマー又はポリマー(b)を約70〜約30面積%、更に好ましくは約60〜約40面積%、より更に好ましくは約55〜約45面積%の量で含む。最も好ましくは、本発明の組成物は、モノマー(1)を約50面積%及びオリゴマー又はポリマー(2)を約50面積%の量で含む。
熱硬化性成分(a)では、モノマー(a)及びオリゴマー又はポリマー(b)含量は、以下に記載した分析試験法の項で説明しているゲル透過クロマトグラフィー法によって測定する。 本発明の組成物は、アダマンタンモノマー又はジアマンタンモノマー(a)を約30〜約70面積%、更に好ましくは約40〜 約60面積%、より更に好ましくは約45〜約55面積%の量で含み、オリゴマー又はポリマー(b)を約70〜約30面積%、更に好ましくは約60〜約40面積%、より更に好ましくは約55〜約45面積%の量で含む。最も好ましくは、本発明の組成物は、モノマー(1)を約50面積%及びオリゴマー又はポリマー(2)を約50面積%の量で含む。
分析試験法の項では、2つのゲル透過クロマトグラフィー法を説明している。そのどちらも同様な結果を与える。当業者は、ダイマー及びトライマーに関して更なる詳細を得るために第二の方法を選択することができる。
一般的に、アダマンタンモノマー又はジアマンタンモノマー (1)対オリゴマー又はポリマー(2)の量の比は、望ましい方法によって、例えば、本発明による組成物の調製中に出発成分のモル比を変えることによって、反応条件を調整することによって、及び沈殿/単離工程中に、非溶媒対溶媒の比を変えることによって、設定できる。
熱硬化性成分(a)を調製する好ましい方法は以下の工程を含む。
工程(A)では、アダマンタン又はジアマンタンは、下式XXIX
工程(A)では、アダマンタン又はジアマンタンは、下式XXIX
(式中、Yは水素、アルキル、アリール、置換アリール、又はハロゲンから選択され、Y1はハロゲンである)で表されるハロゲノベンゼン化合物と反応して、混合物を形成する。該混合物は、アダマンタンを用いる場合は、下式III
で表される少なくとも1種類のモノマーと、下式IV
(式中、hは0〜10であり、iは0〜10であり、jは0〜10であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマー、好ましくは、下式XXX
で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマーとを含むか、又はジアマンタンを用いる場合は、下式V
で表される少なくとも1種類のモノマーと、下式VI
(式中、hは0〜10であり、iは0〜10であり、jは0〜10であり、及びwは0又は1である)で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマー、好ましくは、下式XXXI
で表される少なくとも1種類のオリゴマー又はポリマーとを含む。ジアマンタンでは、上式V及びVIにおいて示されている橋頭炭素以外の他の橋頭炭素において反応が起こり得ることは、当業者は理解すべきである。
工程(B)では、工程(A)から得られた混合物を、式R1C≡CHで表される末端アルキンと反応させる。好ましくは、本発明の方法は、上式VIIA,VIIB,VIIC,VIID及びVIII又はIXA,IXB,IXC,IXD,及びXで表される組成物を形成する。
工程(A)では、アダマンタン又はジアマンタンを、式XXIXを有するハロゲノベンゼン化合物と反応させる。ハロゲン基Y1及び既に上で説明した基Yに加えて、ハロゲノベンゼン化合物は更なる置換基を含むこともできる。
ハロゲノベンゼン化合物は、好ましくは、ブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、及びヨードベンゼンから選択される。好ましくはブロモベンゼン及び/又はジブロモベンゼンであり、より更に好ましくはブロモベンゼンである。
アダマンタン又はジアマンタンとハロゲノベンゼン化合物との反応(工程(A))は、好ましくは、ルイス酸触媒の存在下で、フリーデル・クラフツ反応によって行う。全ての通常のルイス酸触媒を用いることができるが、ルイス酸触媒は、塩化アルミニウム(III)(AlCl3)、臭化アルミニウム(III)(AlBr3)、及び沃化アルミニウム(III)(AlI3)から選択される少なくとも1種類の化合物を含むことが好ましい。最も好ましくは、塩化アルミニウム(III)(AlCl3)である。臭化アルミニウム(III)のルイス酸度は大きいにもかかわらず、臭化アルミニウム(III)の昇華点がわずか90℃と低く、例えば塩化アルミニウム(III)に比べて、商業的規模においてはるかに処理し難いので、その使用は一般的にあまり好ましくない。
更に好ましい態様では、フリーデル・クラフツ反応は、第二の触媒成分の存在下で行う。第二触媒成分は、好ましくは、4〜20個の炭素原子を有する第三ハロゲンアルカン、4〜20個の炭素原子を有する第三アルカノール、4〜20個の炭素原子を有する第二及び第三オレフィン、及び第三ハロゲンアルキルアリール化合物から選択される少なくとも1種類の化合物を含む。特に、第二触媒成分は、2−ブロモ−2−メチルプロパン(t−ブチルブロミド)、2−クロロ−2−メチルプロパン(t−ブチルクロリド)、2−メチル−2−プロパノール(t−ブチルアルコール)、イソブタン、2−ブロモプロパン、及びt−ブチルブロモベンゼンから選択される少なくとも1種類の化合物を含む。最も好ましくは2−ブロモ−2−メチルプロパン(t−ブチルブロミド)である。総合的に、アルキル基が5個以上の炭素原子を含む化合物は、反応の終わりに、反応溶液から固体成分が沈殿するので、あまり適当ではない。
最も好ましくは、ルイス酸触媒は塩化アルミニウム(III)(AlCl3)であり、第二触媒成分は2−ブロモ−2−メチルプロパン(t−ブチルブロミド)又はt−ブチルブロモベンゼンである。
フリーデル・クラフツ反応を行う好ましい手順は、アダマンタン又はジアマンタン、ハロゲノベンゼン化合物(例えば、ブロモベンゼン)、及びルイス酸触媒(例えば、塩化アルミニウム)を混合し、30℃〜50℃、好ましくは35℃〜45℃、特に40℃の温度で加熱する。30℃未満の温度では、反応は、完了せず、すなわち、例えば、三置換アダマンタンがより高い割合で形成する。原則として、上記所定の温度に比べてはるかに高い温度(例えば、60℃)を用いることも考えられるが、その温度では、工程(A)の反応混合物における非ハロゲン化芳香族炭化水素材料(例えば、ベンゼン)の割合が高くなるので望ましくない。次に、一般的に5〜10時間、好ましくは6〜7時間にわたって、上記反応溶液に対して、触媒システムの第二成分、例えばt−ブチルブロミドを加え、添加し終わった後、更に5〜10時間、好ましくは7時間、通常は上記温度範囲において、反応混合物中に混合する。
驚くべきことに、モノマーテトラフェニル化化合物、例えば1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−ブロモフェニル]アダマンタンに加えて、そのオリゴマー又はポリマーは、工程(A)の後に得られた混合物中にも見出された。式IIIで表されるアダマンタンモノマー対式IVで表されるアダマンタンオリゴマー若しくはポリマーの量比、又は式Vで表されるジアマンタンモノマー対式VIで表されるジアマンタンオリゴマー若しくはポリマーの量比は、用いられるアダマンタン又はジアマンタン、ハロゲノベンゼン化合物(例えば、ブロモベンゼン)、及び第二触媒成分(例えば、t−ブチルブロミド)の量によって調節可能であることは完全に予期外であった。工程(A)の反応混合物におけるアダマンタン又はジアマンタン対ハロゲノベンゼン化合物対第二触媒成分のモル比は、好ましくは1:(5〜15):(2〜10)であり、より更に好ましくは1:(8〜12):(4〜8)である。
式XXX及びXXXIの化合物では、ハロゲン置換基Y1の位置は規定されない。好ましくは、混合物は、全てがパラ−異性体とは違って、改良された溶解性及び良好な膜特性を有利に生成するメタ−及びパラ−異性体を含む。工程(A)の反応混合物では、モノマー及びオリゴマー又はポリマーに加えて、出発成分、及び完全にフェニル化されていないアダマンタンのような副生物も生じ得る。
工程(A)から生じる混合物は、任意に、当業者に公知の方法を用いて処理される。例えば、式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIID及びVIII又はIXA,IXB,IXC,又はIXD及びXで表される化合物を高い割合で有していて、更なる反応に用いることができる生成物を得るために、混合物から、未反応のハロゲンフェニル化合物、例えばブロモベンゼンを除去する必要があるかもしれない。ハロゲノベンゼン化合物、例えばブロモベンゼンと混和性であり、且つ式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIID及びVIII又はIXA,IXB,IXC,又はIXD及びXで表される化合物を沈殿させるのに適する任意の溶媒又は溶媒混合物は、前記生成物を単離するのに用いることができる。例えば点滴することによって、工程(A)から得られた混合物を、非極性の溶媒又は溶媒混合物中に、好ましくは7〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素又はそれらの混合物、特にヘプタン分画(沸点93℃〜99℃)、オクタン分画(沸点98℃〜110℃)及びHoneywell International Inc.からSpezial Benzin80〜110℃(80℃〜110℃の沸点を有する石油エーテル)という商標で現在市販されているアルカン混合物から選択される少なくとも1種類の成分中に導入することが好ましい。Spezial Benzin80〜110℃は最も好ましい。有機混合物対非極性溶媒の重量比は、好ましくは約1:2〜約1:20、更に好ましくは約1:5〜約1:13、より更に好ましくは約1:7〜約1:11である。別法として、極性の溶媒又は溶媒混合物(例えば、メタノール又はエタノール)は、工程(A)の後に得られた混合物を処理するために用いることができるが、生成物混合物がゴム状組成物として沈殿するので、あまり好ましくない。
反応混合物における上記工程(A)から得られるモノマー対そのダイマー及びトライマー及びオリゴマーのピーク比は、ある種の溶媒中へと工程(A)混合物が沈殿する場合、劇的にシフトすることを見出した。この発見により、当業者は、モノマー対ダイマー及びトライマー及びオリゴマーの目標比を達成するために、プロセス条件を有利に調整できる。この割合を低下させるために、好ましくは、モノマー及びオリゴマー又はポリマーが異なる溶解度を有する溶媒を用いる。
モノマー対ダイマー及びトライマーの割合シフトを達成するための好ましい溶媒としては、Spezial Benzin80〜110℃(80℃〜110℃の沸点を有する石油エーテル)、リグロイン(沸点90℃〜110℃)、及びヘプタン(沸点98℃)が挙げられる。更に好ましい溶媒は、Spezial Benzinである。更に詳しくは、約3:1(モノマー:ダイマー+トライマー+オリゴマー)から約1:1へのシフトを達成するために、工程(A)混合物をSpezial Benzin中に沈殿させ、又は約3:1(モノマー:ダイマー+トライマー+オリゴマー)から約1.7〜2.0:1.0へのシフトを達成するために、工程(A)反応混合物をリグロイン及びヘプタン中に沈殿させる。沈殿におけるピーク分散のこれらの実質的な変化は、沈殿濾液におけるモノマーの損失:すなわち、Spezial Benzinにおいて2/3の損失及びリグロイン及びヘプタンにおいて>1/3の損失(50%及び25〜33%のモノマー収率の損失に相当する)によって説明される。モノマー:ダイマー+トライマー+オリゴマーの比を変化させないために、工程(A)の反応混合物は、収率損失が観察されないメタノール中に沈殿させる。それは、濾液の収率損失の測定と、濾液のGPC分析とによって証明される。
Ortizによって説明されている合成と同様に、本発明プロセスの工程(A)において好ましい態様にしたがって行われるフリーデル・クラフツ反応は、ハロゲノベンゼン化合物と結合されるアダマンタンから直接出発する。Reichertらによる例えば、1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−ブロモフェニル]アダマンタンの先の合成と比較して、本発明プロセスは、四臭素化アダマンタンをまず最初に製造する必要がもはや無い(反応工程が節約される)ので、特に有利である。また、望ましくないベンゼン形態が抑えられる。
上式IV,V,及びVIで表される化合物におけるハロゲン基Y1は、アダマンタンとハロゲンフェニル化合物との直接反応とは別に(例えば、フリーデル・クラフツ反応の助けにより)、好ましくはないが、多段合成によって、例えば、アダマンタンとフェニル化合物(すなわち、ハロゲン基Y1無し)とを結合させ、次に、例えばW(Y1)2(例えば、Br2)との付加反応によって基Y1を導入することによって、導入できることも当業者には公知である。
好ましいプロセスの工程(B)では、工程(A)の後に得られた(任意に処理された)混合物を、式R1C≡CH(式中、R1は既に規定したものである)で表される末端アルキンと反応させる。
式R1C≡CHにおいて、R1は、式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表されるアダマンタン生成物及びIXA,IXB,IXC,又はIXDで表されるジアマンタン生成物の既に上で説明した基R1と同じである。而して、工程(B)における反応のための末端アルキンとしてエチニルベンゼン(フェニルアセチレン)を用いることが最も好ましい。
工程(B)において、末端アルキンを、アダマンタン系に配置されたハロゲノベンゼン基に対して結合させるために、Diederich,F.,and Stang,P.J.,(Eds.) “Metal−Catalyzed Cross−Coupling Reactions”,Wiley−VCH 1998 および March,J., “Advanced Organic Chemistry”,4th Edition,John Wiley & Sons 1992,pages 717/718.に記載されている前記目的に適する全ての従来の結合方法を用いることができる。
フェニル基に存在するYが、上式VIII又はXにおける2つのかご状構造橋頭炭素に対して結合されるとき、Yは、フェニルアセチレンと反応して、末端アルキン基を生成させることができる。
本発明による方法の好ましい態様では、工程(A)の後に得られた(任意に処理された)混合物と末端アルキンとの反応は、いわゆるSonogashiraカップリング(Sonogashira;Tohda;Hagihara;Tetrahedron Lett.1975,page 4467を参照されたい)で用いられる触媒システムの存在下で行われる。より更に好ましくは、式[Ar3P]2PdX2(式中、Ar=アリール及びX=ハロゲン)を有する少なくとも1種類のパラジウム・トリアリールホスフィン錯体、ハロゲン化銅(例えば、CuI)、塩基(例えば、トリアルキルアミン)、トリアリールホスフィン、及び助溶媒を各場合において含む触媒システムを用いる。本発明にしたがって、この好ましい触媒システムは、等しく充分に指定の化合物から成ることができる。助溶媒は、好ましくは、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド及び1−メチル−2−ピロリドン(N−メチルピロリドン(NMP))から選択される少なくとも1つの成分を含む。次の成分、すなわちビス−(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(すなわち、[Ph3P]2PdCl2)、トリフェニルホスフィン(すなわち、[Ph3P])、沃化銅(I)、トリエチルアミン、及び助溶媒としてトルエンを含む触媒システムが、最も好ましい。
末端アルキンを有する工程(A)から得られた(且つ任意に処理された)混合物を反応させる好ましい手順は、まず最初に、混合物を塩基(例えば、トリエチルアミン)及び助溶媒(例えば、トルエン)と混合し、その混合物を室温で数分間撹拌する。次に、パラジウム・トリフェニルホスフィン錯体(例えば、Pd(PPh3)2Cl2)、トリフェニルホスフィン(PPh3)及びハロゲン化銅(例えば、沃化銅(I))を加え、その混合物を50℃〜90℃(更に好ましくは80℃〜85℃)で加熱する。次に、指定の温度範囲において、1〜20時間(更に好ましくは3時間)以内に、末端アルキンを加える。添加終了後に、その混合物を、75℃〜85℃(更に好ましくは80℃)の温度で、少なくとも5〜20時間(更に好ましくは12時間)加熱する。次に、その反応溶液に溶媒を加え、減圧下で留去する。好ましくは、その反応溶液を、濾過後に、20℃〜30℃(更に好ましくは25℃)の温度まで冷却する。最後に、特に金属痕跡(例えば、Pd)を除去するために、当業者には公知の従来の方法で工程(B)の反応混合物を処理する。
反応混合物における上記工程(B)から得られたモノマー対そのダイマー及びトライマー及びオリゴマーのピーク比は、ある種の溶媒中へ工程(B)混合物が沈殿する場合、シフトする。
驚くべきことに、アダマンタンから直接出発する反応シーケンスにより、工程(A)の反応生成物において、アダマンタン、ハロゲノベンゼン化合物及び第二触媒成分、例えばt−ブチルブロミドの使用する割合によって制御できるオリゴマー含量又はポリマー含量が得られることが明らかになった。商業規模の合成におけるベンゼンの毒性は非常に重要であるので、同様に、工程(A)の反応混合物におけるベンゼン含量も、前記の使用比によってうまく調整される。オリゴマー又はポリマーの含量は、モノマーとして同じ二次化学を可能にする(例えば、1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−ブロモフェニル]アダマンタン、すなわちオリゴマー又はポリマーは、工程(B)における末端アルキンとの反応用のモノマーとして受容可能である)。
別の態様では、本発明は、式XXXII
で表される(a)少なくとも2種類の異なる異性体から成る混合物と、(b)上記接着促進剤とを提供する。上式において、Eは、既に上で規定したものであり、各Qは、同じか又は異なっていて、水素、アリール、分枝アリール、及び置換アリールから選択され、その場合、置換基としては、水素、ハロゲン、アルキル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アリールエーテル、アルケニル、アルキニル、アルコキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアリール、ヒドロキシアルケニル、ヒドロキシアルキニル、ヒドロキシル、又はカルボキシルが挙げられる。少なくとも異なる異性体としては、例えば、メタ−、パラ−、及びオルト−異性体が挙げられる。好ましくは、少なくとも2種類の異なる異性体はメタ−及びパラ−異性体である。
好ましくは、混合物は、下式XXXIII
(式中、Qは既に上で規定したものである)で表される少なくとも2種類の異なる異性体を含む。好ましくは、混合物は、下式XXXIV
、下式XXXV
、又は下式XXXVI
(上式中、各Yは、同じか又は異なっていて、水素、アルキル、アリール、置換アリール、又はハロゲンから選択され、各R1は、同じか又は異なっていて、水素、ハロゲン、アルキル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アリールエーテル、アルケニル、アルキニル、アルコキシル、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシアリール、ヒドロキシアルケニル、ヒドロキシアルキニル、ヒドロキシル、又はカルボキシルから選択される)で表される少なくとも2種類の異なる異性体を含む。
好ましくは、混合物は、下式XXXVII
(式中、各Qは既に上で規定したものである)で表される少なくとも2種類の異なる異性体を含む。好ましくは、混合物は、下式XXXVIII
、下式XXXIX
、又は下式XXXX
(上式中、Y及びR1は既に上で規定したものである)で表される少なくとも2種類の異なる異性体を含む。
接着促進剤(b):
接着促進剤(b)は、その全内容を本願明細書に引用したものとする2001年12月31日に出願された我々の共通に譲渡された係属中特許出願PCT/US01/50182において開示されている。
接着促進剤(b)は、その全内容を本願明細書に引用したものとする2001年12月31日に出願された我々の共通に譲渡された係属中特許出願PCT/US01/50182において開示されている。
接着促進剤(b)では、好ましくは、第一官能価及び第二官能価の少なくとも1つは、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから選択される。好ましくは、Si含有基は、Si−H,Si−O及びSi−Nから選択され;N含有基は、例えばC−NH2又は他の第二アミン及び第三アミン、イミン、アミド、及びイミドから選択され;O含有基に結合されたCは、=CO、カルボニル基、例えばケトン及びアルデヒド、エステル、−COOH、1〜5個の炭素原子を有するアルコキシル、エーテル、グリシジルエーテル;及びエポキシから選択され;ヒドロキシル基はフェノールであり;及びC含有基に二重結合されたCはアリル基及びビニル基から選択される。半導体用途のために、更に好ましい官能基としては、Si含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びビニル基が挙げられる。
Si含有基を有する好ましい接着促進剤は、例えば、式XI:(R2)k(R3)lSi(R4)m(R5)n(式中、R2,R3,R4及びR5は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシル、不飽和又は飽和アルキル、置換又は未置換アルキル(置換基はアミノ又はエポキシである)、飽和又は不飽和アルコキシル、不飽和又は飽和カルボン酸基、又はアリールであり;R2,R3,R4及びR5の少なくとも2つは、水素、ヒドロキシル、飽和又は不飽和アルコキシル、不飽和アルキル、又は不飽和カルボン酸基であり;及びk+l+m+n<4である)で表されるシランである。例としては、ビニルシラン、例えば、H2C=CHSi(CH3)2H 及びH2C=CHSi(R18)3 (式中、R18 はCH3O,C2H5O,AcO,H2C=CH,又はH2C=C(CH3)O−である)、又はビニルフェニルメチルシラン;式H2C=CHCH2−Si(OC2H5)3 及びH2C=CHCH2−Si(H)(OCH3)2で表されるアリルシラン;グリシドキシプロピルシラン、例えば(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン及び(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン;式H2C=(CH3)COO(CH2)3−Si(OR19)3 (式中、R19 はアルキルであり、好ましくはメチル又はエチルである)で表されるメタクリルオキシプロピルシラン;H2N(CH2)3Si(OCH2CH3)3,H2N(CH2)3Si(OH)3又はH2N(CH2)3OC(CH3)2CH=CHSi(OCH3)3を含むアミノプロピルシラン誘導体が挙げられる。上記のシランはGelestから市販されている。
O含有基に結合されたCを有する好ましい接着促進剤は、例えば、TriQuestから市販されている1,1,1−トリス−(ヒドロキシルフェニル)エタントリ−グリシジルエーテル(これに限定されない)を含むグリシジルエーテルである。
O含有基に結合されたCを有する好ましい接着促進剤は、例えば、少なくとも1つのカルボン酸基を含む不飽和カルボン酸のエステルである。更なる例としては、三官能メタクリレートエステル、三官能アクリレートエステル、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート、及びグリシジルメタクリレートが挙げられる。前記エステルは、Sartomerから全て市販されている。
ビニル基を有する好ましい接着促進剤は、例えば、環状基が、ピリジン、芳香族環、又はヘテロ芳香族環であるビニル環状ピリジンオリゴマー又はポリマーである。それらの有用な例としては、Reillyから市販されている2−ビニルピリジン及び4−ビニルピリジン;ビニル芳香族化合物;及びビニルキノリン、ビニルカルバゾール、ビニルイミダゾール、及びビニルオキサゾール(それらに限定されない)を含むビニルヘテロ芳香族化合物が挙げられるが、それらに限定されない。
Si含有基を有する好ましい接着促進剤は、例えば、その全内容を本願明細書に引用したものとする、1999年12月23日に出願された、共通に譲渡され係属中の米国特許出願第09/471299号において開示されているポリカルボシランである。ポリカルボシランは下式XII:
(式中、R6,R12,及びR15 は、それぞれ独立に、置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニレン、アリレン、又はアリーレン;R7,R8,R9,R10,R13及びR14は、それぞれ独立に、水素原子、又はアルキル、アルキレン、ビニル、シクロアルキル、アリル、又はアリールを含む有機基であって、線状又は分枝であることができ;R11は有機珪素基、シラニル、シロキシル、又は有機基であり;及びp,q,r及びsは、[4<p+q+r+s<100,000]という条件を満たし、q及びr及びsは共に又は個々に0であることができる)で表される。有機基は、18個以下の炭素原子を含むことができるが、一般的に、約1〜約10個の炭素原子を含む。有用なアルキル基は、−CH2−及び−(CH2)u−(式中、u>1である)を含む。
本発明の好ましいポリカルボシランとしては、ジヒドリドポリカルボシランが挙げられ、その場合、式中、R6は置換又は未置換のアルキレン又はフェニルであり、R7基は水素原子であって、ポリカルボシラン鎖中には付加基(appendent radical)は存在しない;すなわち、q,r,及びsは全て0である。ポリカルボシランの別の好ましい群は、式VIIIで表されるR7,R8,R9,R10,R13及びR14基は、2〜10個の炭素原子を有する置換又は未置換アルケニル基である。アルケニル基は、エテニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基、又は10個以下の炭素原子を有する任意の他の未置換有機主鎖基であることができる。アルケニル基は、事実上ジエニルであることができ、且つ別のアルキル又は不飽和有機ポリマー主鎖において、付加又は置換される不飽和アルケニル基を含む。これらの好ましいポリカルボシランとしては、例えば、ジヒドリド又はアルケニル置換ポリカルボシラン、例えばポリジヒドリドカルボシラン、ポリアリルヒドリジドカルボシラン、及びポリジヒドリドカルボシランとポリアリルヒドリドカルボシランとのランダムコポリマーが挙げられる。
更に好ましいポリカルボシランでは、式XIIで表されるR7基は水素原子であり、 R6はメチレンであり、付加基q,r,及びsは0である。本発明の他の好ましいポリカルボシラン化合物は、式XIIで表されるポリカルボシランであり、R7基とR13基が水素原子であり、 R6とR15基がメチレンであり、R14基がアルケニルであり、付加基q,r,及びsは0である。ポリカルボシランは、当業において公知のプロセスから調製できるか又はポリカルボシラン組成物の製造によって提供できる。最も好ましいポリカルボシランでは、式VIIIで表されるR7基は水素原子であり;R6は−CH2−であり;q,r,及びsは0であり、pは5〜25である。これらの最も好ましいポリカルボシランは、Starfire Systems,Inc.から入手できる。これらの最も好ましいポリカルボシランの特定の例は、以下の通りである:
式XIIにおいて認められるように、本発明で用いられるポリカルボシランは、シロキシル基(式中、r>0である)の形態で酸化基を含むことができる。而して、R11は、有機珪素、シラニル、シロキシル、又は有機基(式中、r>0である)である。ポリカルボシランの酸化態様(r>0)は、非常に有効に作用し、且つ充分に本発明の範囲内である。同様に明らかなように、rは、p,q,及びsとは独立に0であることができ、唯一の条件は、式XIIで表されるポリカルボシランの基p,q,r,及びsは、[4<p+q+r+s<100,000]の条件を満たさなければならず、またq及びrは共に又は個々に0であり得るということである。
ポリカルボシランは、多くの製造者から市販されている出発材料から、及び従来の重合法を用いることによって、製造できる。ポリカルボシランの合成例として、出発材料は、
不活性雰囲気下でポリシランとポリボロシロキサンとの混合物を加熱して対応ポリマーを生成させるか、又は不活性雰囲気下でポリシランと低分子量カルボシランとの混合物を加熱して対応ポリマーを生成させるか、又は不活性雰囲気下且つポリボロジフェニルシロキサンのような触媒の存在下でポリシランと低分子量カルボシランとの混合物を加熱して対応ポリマーを生成させることによって、出発材料として普通のオルガノシラン化合物から又はポリシランから製造できる。また、ポリカルボシランは、その内容を本願明細書に完全に引用したものとする米国特許第5,153,295号で報告されているグリニャール反応によって合成することもできる。
不活性雰囲気下でポリシランとポリボロシロキサンとの混合物を加熱して対応ポリマーを生成させるか、又は不活性雰囲気下でポリシランと低分子量カルボシランとの混合物を加熱して対応ポリマーを生成させるか、又は不活性雰囲気下且つポリボロジフェニルシロキサンのような触媒の存在下でポリシランと低分子量カルボシランとの混合物を加熱して対応ポリマーを生成させることによって、出発材料として普通のオルガノシラン化合物から又はポリシランから製造できる。また、ポリカルボシランは、その内容を本願明細書に完全に引用したものとする米国特許第5,153,295号で報告されているグリニャール反応によって合成することもできる。
ヒドロキシル基を有する好ましい接着促進剤としては、例えば、次式XIII:−[R16C6H2(OH)(R17)]t−(式中、R16は置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニル、アリル、又はアリールであり;R17はアルキル、アルキレン、ビニレン、シクロアルキレン、アリレン、又はアリールであり;及びt=3〜100である)で表されるフェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである。有用なアルキル基としては、例えば、−CH2―及び―(CH2)v−(式中、v>1である)が挙げられる。特に有用なフェノール・ホルムアルデヒド樹脂オリゴマーは、1500の分子量を有し、Schenectady International Inc.から市販されている。
本発明の接着促進剤は、好ましくは、本発明の熱硬化性成分(a)の重量を基準として、約0.5重量%〜約20重量%の少量で有効な量を加える。一般的に、更に好ましくは約5.0重量%以下の量である。
接着促進剤と熱硬化性成分(a)とを組合せ、その組成物を熱エネルギー源又は高エネルギー源に暴露することによって、前記組成物は、全ポリマーにわたって優れた接着特性を有し、その結果、コーティングの任意の接触表面に対する親和性が保証される。また、本発明の接着促進剤は、条線制御(striation control)、粘度及び皮膜均一性を向上させる。視覚による検査によって条線が制御されていることが確認される。
本発明組成物は、追加の成分、例えば追加の接着促進剤、泡止め剤、洗浄剤、難燃剤、顔料、可塑剤、安定剤、及び界面活性剤を含むこともできる。
実用性:
熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)との本発明組成物は、他の特定の添加剤と組合せて、特定の結果を得ることができる。そのような添加剤の代表的なものは、例えば、磁性媒体、光学媒体、又は他の記録媒体において使用するための磁性粒子、例えばバリウムフェライト、酸化鉄、任意に、コバルトとの混合物、又は他の金属含有粒子のような金属含有化合物;導電性シーラント;導電性接着剤;導電性コーティング;電磁干渉(EMI)無線周波数干渉(RFI)シールドコーティング;静電気の消失;及び電気接点として用いるための金属又は炭素のような導電性粒子である。これらの添加剤を用いるとき、本発明組成物はバインダーとして作用することができる。また、本発明組成物は、製造環境、貯蔵環境、又は使用環境に対する保護として、例えば、金属、半導体、キャパシタ、インダクター、導体、太陽電池、ガラス及びガラス繊維、石英及び石英繊維に対して表面安定化を付与するコーティングとして用いることもできる。
熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)との本発明組成物は、他の特定の添加剤と組合せて、特定の結果を得ることができる。そのような添加剤の代表的なものは、例えば、磁性媒体、光学媒体、又は他の記録媒体において使用するための磁性粒子、例えばバリウムフェライト、酸化鉄、任意に、コバルトとの混合物、又は他の金属含有粒子のような金属含有化合物;導電性シーラント;導電性接着剤;導電性コーティング;電磁干渉(EMI)無線周波数干渉(RFI)シールドコーティング;静電気の消失;及び電気接点として用いるための金属又は炭素のような導電性粒子である。これらの添加剤を用いるとき、本発明組成物はバインダーとして作用することができる。また、本発明組成物は、製造環境、貯蔵環境、又は使用環境に対する保護として、例えば、金属、半導体、キャパシタ、インダクター、導体、太陽電池、ガラス及びガラス繊維、石英及び石英繊維に対して表面安定化を付与するコーティングとして用いることもできる。
熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)との本発明組成物は、シール及びガスケットにおいても、好ましくは、例えばスクリム周囲において、また単独で、シール又はガスケットの層として有用である。更に、本発明組成物は、ボートの部品;スイッチカバーのような物品のための防汚コーティング;バスタブ及びシャワーのコーティング;防かびコーティングにおいて有用であり;又は耐炎性、耐侯性、若しくは耐湿性を物品に対して付与するのに有用である。本発明組成物の耐熱性の範囲を考慮して、本発明組成物は、低温容器、オートクレーブ、及びオーブン、ならびに熱交換器、及び他の加熱及び冷却される表面、マイクロ波放射に曝露される物品にコーティングすることができる。
熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)との本発明組成物は、誘電体材料として有用である。好ましくは、誘電体材料は、約3.0以下の誘電率kを有し、更に好ましくは、約2.3〜3.0の誘電率kを有する。誘電体材料は、好ましくは少なくとも約350℃のガラス転移温度を有する。
熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)との本発明組成物から成る層は、吹付け、ロール塗、浸漬、浸し塗り(dipping)、スピンコーティング、流し塗り(flow coating)、キャステイングのような溶液法によって形成できる。マイクロエレクトロニクスでは、スピンコーティングが好ましい。好ましくは、本発明組成物は溶媒に溶かす。本発明組成物の前記溶液で使用する適当な溶媒としては、所望の温度で揮発する有機、有機金属、又は無機の分子の任意の適当な純粋物又は混合物が挙げられる。適当な溶媒としては、非プロトン性溶媒、例えば、環式ケトン、例えばシクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、及びシクロオクタノン;環状アミド、例えばN−アルキルピロリジノン(アルキルは約1〜4個の炭素原子を有する);及びN−シクロヘキシルピロリジノン、及びそれらの混合物が挙げられる。接着促進剤の溶解にを助けることができると同時に、コーティング溶液として得られた溶液の粘度を有効に調節できる限りにおいて、広範で様々な他の有機溶媒を本発明で用いることができる。撹拌及び/又は加熱のような様々な促進手段を用いて、溶解を助けることができる。他の適当な溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエーテル、環状ジメチルポリシロキサン、ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、2−ヘプタノン、エチル3−エトキシプロピオネート、ポリエチレングリコール[ジ]メチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、及びアニソール、及び炭化水素溶媒、例えばメシチレン、キシレン、ベンゼン、及びトルエンが挙げられる。好ましい溶媒は、シクロヘキサノンである。典型的には、層の厚さは、0.1〜約15ミクロンである。マイクロエレクトロニクスのための誘電中間層として、層の厚さは、一般的に2ミクロン未満である。
好ましくは、熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)と溶媒との本発明組成物は、約0.5 〜 約60時間、約30℃〜約350℃の温度で処理する。この処理では、一般的に、GPCによって証明されるように、熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)とのオリゴマーが形成される。
本発明組成物は、電気デバイスで用いることができ、更に詳しくは、単一集積回路(IC)チップと関連された相互接続における中間層誘電体として用いることができる。集積回路チップは、典型的には、その表面上に、本発明組成物から成る複数の層と、金属導体から成る複数の層とを有する。また、離散している金属導体の間に存在する本発明組成物の領域、または集積回路の同じ層又はレベルに存在する導体の領域とを含むこともできる。
ICに対して本発明ポリマーを施用する場合、本発明組成物の溶液は、従来の湿潤コーティング、例えばスピンコーティングを用いて、半導体ウェーハに施用され;特定の場合には、他の公知のコーティング技術、例えばスプレーコーティング、フローコーティング、又はディップコーティングを用いることができる。説明しているように、本発明組成物のシクロヘキサノン溶液は、二次加工された導電性成分を有する基板上にスピンコートされ、次に、その被覆された基板は熱加工に曝露される。本発明組成物の例示的配合は、清浄な処理プロトコルを厳密に守って、周囲条件下で、シクロヘキサノン溶媒中に本発明組成物を溶かして、非金属ライニングを有する任意の従来の装置において極微量の金属汚染を防止することによって調製される。得られた溶液は、溶液の総重量を基準として、好ましくは、熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)を約1重量%〜約50重量%及び溶媒を約50重量%〜約99重量%含み、更に好ましくは、熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)を約3重量%〜約20重量%及び溶媒を約80重量%〜約97重量%含む。
本発明の使用に関して説明する。本発明組成物を施用することによる平らな又は幾何学的な表面又は基板上における層の形成は、任意の従来の装置によって、好ましくは、スピンコーターによって行うことができる。スピンコーターを用いる理由は、本発明で用いられる組成物は、スピンコーターに適する調節された粘度を有しているからである。溶媒は、スピンコーティング中に、例えば単純な空気乾燥のような任意の適当な手段によって、周囲環境へと曝露することによって、又はホットプレート上で350℃まで加熱することによって、蒸発させることができる。基板は、熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)とから成る本発明組成物の少なくとも1つの層を、その上に有することができる。
本発明で企図される基板は、任意の望ましい実質的に固体の材料を含むことができる。特に望ましい基板層は、膜、ガラス、セラミック、プラスチック、金属又は被覆された金属、又は複合材料を含む。好ましい態様では、基板は、砒化珪素又は砒化ガリウムの成形表面又はウェーハ表面、銅、銀、ニッケル又は金でメッキされたリードフレームにおいて見出されるパッケージ表面、回路基板又はパッケージ相互接続トレース、ビア壁又はスティフナー界面において見出される銅表面(「銅」は裸銅及び酸化銅を含む)、ポリイミドベースのフレックスバッケージにおいて見出されるポリマーベースのパッケージング又はボードの界面、リード又は他の金属合金はんだボール表面、ガラス及びポリマーを含む。有用な基板としては、珪素、窒化珪素、酸化珪素、オキシ炭化珪素、二酸化珪素、炭化珪素、オキシ窒化珪素、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、アルミニウム、銅、タンタル、オルガノシロキサン、有機珪素ガラス、及びフッ素化珪素ガラスが挙げられる。他の態様では、基板は、パッケージング及び回路基板の工業で普及している材料、例えば珪素、銅、ガラス、及びポリマーを含む。本発明組成物は、マイクロチップ、マルチチップモジュール、積層回路基板、又はプリント配線板として用いることもできる。本発明組成物から作製された回路基板は、様々な導電体回路のための回路基板の表面パターンに基づいて取り付けた。回路基板は、編組み状非導電性の(woven non−conducting)繊維又はガラス繊維布のような様々な強化材を含むことができる。前記回路基板は、片面ならびに両面であることができる。
本発明組成物から作製された層は、低い誘電率、高い熱安定性、高い機械強度、及び電子基板表面に対する優れた接着性を有する。接着促進剤は分子的に分散されているので、これらの層は、アンダーライング基板と、例えばSiO2及びSi3N4キャッピング層のようなオーバーレイドキャッピング層又はオーバーレイドマスキング層とを含む全ての貼り合わせられる表面(affixed surface)に対して優れた接着性を示す。これらの層を使用すると、少なくとも1回の下塗りの施用により、基板及び/又はオーバーレイド表面に対して膜を接着させる追加のプロセス工程の必要性が排除される。
電子位相幾何学的基板(electronic topographical substrate)に対して本発明組成物を施用した後、その被覆された構造を、約50℃から約450℃までの範囲で温度を上昇させる焼付け(bake)及び硬化熱プロセスに曝露して、コーティングを重合させる。この場合、低い温度では反応を完了させるのに不充分であるので、硬化温度は少なくとも約300℃である。一般的に、硬化は、約375℃〜約425℃の温度で行うことが好ましい。硬化は、従来の硬化室、例えば電気炉及びホットプレートなどにおいて行うことができ、且つ、一般的に、硬化室において不活性(非酸化性)雰囲気(窒素)中で行う。炉又はホットプレートによる硬化に加えて、本発明組成物は、その全内容を本願明細書に引用したものとする共通に譲渡された特許公開PCT/US96/08678及び米国特許第6,042,994号;第6,080,526号;第6,177,143号;及び第6,235,353号が教えているように、紫外線放射、マイクロ波放射、又は電子ビーム放射に曝露することによって硬化させることもできる。本発明の接着促進剤で改質された熱硬化性成分(a)を硬化させて、低いk誘電体層を本発明で達成するのに、任意の非酸化性又は還元性の雰囲気(例えば、アルゴン、ヘリウム、水素、及び窒素プロセスガス)が有効である場合、前記ガスは本発明の実施で用いることができる。
限定と解釈されるべきではないが、本発明の低誘電率組成物を熱加工すると、熱硬化性成分(a)と接着促進剤(b)との架橋網目構造が生じると推測される。例えば、本発明組成物を本発明の熱加工によって、好ましいポリカルボシラン接着促進剤(b)のシラン部分を、シリレン/シリル基へと転化させる。そのシリレン/シリル基は、熱硬化性成分(a)の不飽和構造及び基板表面の両方と反応し、それにより、主要な熱硬化性モノマー(a)前駆体のために、化学的に結合された接着界面を創出する。これらのシリレン/シリル基は、化学結合によって接触の任意の界面表面を固定し確保するための結合源(attachment source)として作用させるために、組成物全体で利用可能である。この反応は、層形成前の配合又は処理中に起こすこともできる。既に示したように、組成物全体にわたる基の分散は、アンダーライング基板表面、ならびに例えばキャップ層又はマスキング層のようなオーバーレイド表面の両方に対する本発明の層の優れた接着性を説明している。好ましい式Iのポリカルボシラン接着促進剤が、ポリカルボシランの主鎖構造中に反応性ヒドリド置換珪素を有するという知見は、本発明で発見された材料にとって重要である。ポリカルボシランのこの特徴により:(1)熱硬化性成分(a)と反応性であることができ、また(2)改良された接着性能を有するポリカルボシラン改質熱硬化性成分(a)を生成できる。
既に上で示したように、本発明の接着促進剤で改質された熱硬化性成分(a)コーティングは、中間層として機能することができ、且つ他のコーティングによって、例えば、他の誘電体(SiO2)コーティング、SiO2改質セラミック酸化物層、珪素含有コーティング、珪素炭素含有コーティング、珪素窒素含有コーティング、珪素・窒素・炭素含有コーティング、ダイヤモンド様炭素コーティング、窒化チタンコーティング、窒化タンタルコーティング、窒化タングステンコーティング、アルミニウムコーティング、銅コーティング、タンタルコーティング、オルガノシロキサンコーティング、有機珪素ガラスコーティング、及びフッ素化珪素ガラスコーティングによって、隠蔽され得る。そのような多層コーティングは、その内容を本願明細書に完全に引用したものとする米国特許第4,973,526号で教示されている。充分に示されているように、本発明方法で調製された本発明のポリカルボシランで改質された熱硬化性成分(a)は、二次加工された電子基板又は半導体基板上にある隣接している導体路間に裏打ちされた誘電体層として容易に形成できる。
本発明の膜は、集積回路製造のためのデュアルダマシン(例えば、銅)加工及びサブトラクティブ金属加工(例えば、アルミニウム又はアルミニウム/タングステン)で用いることができる。本発明組成物は、完成ウェーハを包み込むためのエッチングストップ、ハードマスク、エアブリッジ、又は受動コーティング(passive coating)として用いることができる。その全内容を本願明細書に引用したものとするMichael E.Thomas,“Spin−On Stacked Films for Low keff Dielectrics”,Solid State Technology (2001年7月)によって教示されているように、本発明組成物は、所望の全てのスピンオン積層膜において用いることができる。本発明の層は、その全内容を本願明細書に引用したものとする、共通に譲渡された米国特許第6,143,855号及び2002年2月19日に出願された係属中のUS Serial No.10/078919によって教示されているオルガノシロキサン;Honeywell International Incから市販されているHOSP(登録商標)製品;共通に譲渡された米国特許第6,372,666号によって教示されているナノ孔質シリカ;Honeywell International Incから市販されているNANOGLASS(登録商標)E製品;共通に譲渡されたWO 01/29052によって教示されているオルガノシルセスキオキサン;及び共通に譲渡されたWO 01/29141によって教示されているフルオロシルセスキオキサンを含む他の層と積重ねて用いることができる。
(実施例)
分析試験法:
プロトンNMR:分析しようとする材料のサンプル2〜5mgをNMR管の中に入れた。重クロロホルム約0.7mlを加えた。その混合物を手動で撹拌して材料を溶かした。次に、そのサンプルを、Varian 400MHz NMRを用いて分析した。
分析試験法:
プロトンNMR:分析しようとする材料のサンプル2〜5mgをNMR管の中に入れた。重クロロホルム約0.7mlを加えた。その混合物を手動で撹拌して材料を溶かした。次に、そのサンプルを、Varian 400MHz NMRを用いて分析した。
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC):分離は、Waters996ダイオードアレー及びWaters410示差屈折率検出器を有するWaters2690分離モジュールを用いて行った。分離は、1ml/分でクロロホルムを流しながら、2つのPLgel3m Mixed−E 300 x 7.5 mmカラム上で行った。約1mg/ml濃度溶液の注入体積25mlを繰り返した。良好な再現性が認められた。
分子量20,000〜500の比較的に単分散のポリスチレン標準でカラムを較正した。より低分子量の標準を用いて、9つの各成分を、ブチル末端スチレンモノマーから9つのスチレンを有するオリゴマーに対応させて分解できた。標準のピーク分子量の対数を、溶出時間の三次元多項式に適合させた。機器幅は、半値全幅対トルエン平均溶出時間の比から評価した。
下記の調製1及び調製2の吸収は、約284nmで最大であった。クロマトグラムは、約300nm未満の波長の吸収において同様な形状を有していた。ここでの結果は254nm吸収に対応する。ピークは、同じ時間で溶出されると考えられるポリスチレンの分子量によって確認した。これらの値は、調製1及び調製2のオリゴマーの分子量の測定値と考えるべきではない。時間の経過と共に溶出してくるより高分子量のオリゴマー、トライマー、ダイマー、オリゴマー、及び不完全なオリゴマーの連続溶出を定量できる。
各成分は、単分散種に関して観察されると考えられる成分に比べてより幅が広い。その幅は、ピークの半値全幅において、分単位で全幅から分析された。機器幅をおおよそ明らかにするために、下式
幅補正された = [幅観察された 2 − 幅機器 2]1/2
(式中、幅機器は、ピークの溶出時間対トルエンに関するピークの溶出時間の比によって補正されたトルエンの観察された幅である)で計算した。ピーク幅は、較正曲線によって分子量幅へと転換され、次にピーク分子幅へと転換される。スチレンオリゴマーの分子量はそのサイズの平方に比例するので、相対分子量幅は、2で割ることによって、相対オリゴマーサイズ幅へと転換できる。この手順によって2つの種の分子配置の違いが明確になる。
幅補正された = [幅観察された 2 − 幅機器 2]1/2
(式中、幅機器は、ピークの溶出時間対トルエンに関するピークの溶出時間の比によって補正されたトルエンの観察された幅である)で計算した。ピーク幅は、較正曲線によって分子量幅へと転換され、次にピーク分子幅へと転換される。スチレンオリゴマーの分子量はそのサイズの平方に比例するので、相対分子量幅は、2で割ることによって、相対オリゴマーサイズ幅へと転換できる。この手順によって2つの種の分子配置の違いが明確になる。
13 C NMR:初期測定T1は4sの最大値を示したので、サイクル時間は、定量的に設定した。CDCl3中に全てのサンプルを溶かし、4000回のスキャンデータを収集した。C,CH,CH2,及びCH3の基は、DEPTによって帰属される。DEPTにより、41ppmにおいてCH2が明確に確認され、アダマンタン上の失われた腕に隣接している3つのCH2に帰属される。30ppmにおけるCHは未置換部位に帰属される。結合された腕に隣接しているアダマンタンCH2は、46〜48ppmに認められた。同様に、35ppmにおける第四級炭素及び31.5ppmにおけるCH3は、t−ブチル基に帰属させることができる。芳香族領域では、120〜123.5におけるピークの集まりは、明確に非プロトン性芳香族炭化水素であった。化学シフトに基づいて、これらを、ブロモ芳香族炭素として帰属させた。145〜155ppmにおける第四級芳香族炭化水素は、脂肪族基に対して、すなわちこの場合はアダマンタンに対して結合された芳香環の炭素であると予想された。スペクトルのいくつかには、約14,23,29及び31.5ppmに追加のピークが存在していた。それらのピークは、サンプルを洗浄するために用いたヘプタンに帰属させることができた。ヘプタンの相対量は、サンプル間で実質的に変化する。ヘプタンは最終性能には重要ではないないので、ヘプタンは定量しなかった。
NMR条件:
・ Varian Unity Inova 400で得られた高分解能13C NMRスペクトル
・ 13C周波数:100.572MHz
・ WALTZ変調を用いるゲート制御1Hデカップリンク゛
・ スペクトル幅:25kHz
・ 13Cのπ/2パルス−13μs
・ サイクル時間:20秒
・ #データポイント:100032、取得時間2秒
・ FTのために131072ポイントにゼロ充填
・ 1Hz指数平滑法
・ Varian Unity Inova 400で得られた高分解能13C NMRスペクトル
・ 13C周波数:100.572MHz
・ WALTZ変調を用いるゲート制御1Hデカップリンク゛
・ スペクトル幅:25kHz
・ 13Cのπ/2パルス−13μs
・ サイクル時間:20秒
・ #データポイント:100032、取得時間2秒
・ FTのために131072ポイントにゼロ充填
・ 1Hz指数平滑法
液体クロマトグラフィー・質量分析法(LC−MS):この分析は、クロマトグラフ口としてHewlett−Packard Series 1050 HPLC システムを用いて、大気圧イオン化(API)インターフェイスユニットを有するFinnigan/MAT TSQ7000トリプルステージ(triple stage)四重極質量分析計システムで行った。時間・強度クロマトグラムのために、質量スペクトルイオン電流及び可変単一波長UVデータの両方を取得した。
クロマトグラフィーは、Phenomenex Luna 5−ミクロンフェニルヘキシルカラム(250x4.6mm)で行った。一般的に、テトラヒドロフラン中及びテトラヒドロフラン無しにおける2つの濃縮溶液5〜20マイクロリットルを自動注入した。好ましくは、分析用の濃縮サンプル溶液は、10マイクロリットル注入のために、1ミリリットルあたり固体生成物約5mgをテトラヒドロフラン中に溶かして調製した。カラム中の移動相流は、1.0ミリリットル/分のアセトニトリル/水の流れであり、はじめの1分間は70/30、次に、10分で徐々に100%アセトニトリルになるようにプログラムし、その後40分までその濃度に保った。
大気圧化学イオン化(APCI)質量スペクトルを、別の実験で、正及び負のイオン化の両方で記録した。正のAPCIにより、これらの最終生成物の分子構造に関してより多くの情報が得られた。正のAPCIは、アセトニトリルマトリクスとの付加物を含むプロトン化された擬似分子性イオンを提供した。APCIコロナ放電は、5マイクロアンペアであり、正イオン化に約5kV、及び負イオン化に約4kVであった。加熱されたキャピラリライン(capillary line)は200℃に維持し、蒸発器セルは400℃に維持した。四重極質量分析後にイオン検出システムを、変換ダイノード15kV及び電子増倍管電圧1500Vに設定した。質量スペクトルは、典型的には、負イオン化に関しては、約m/z50から2000a.m.u.まで、及び正イオン化に関しては、約m/z150a.m.u.以上まで、1.0秒/スキャンで記録した。別の正イオン実験では、質量範囲は、低質量調整(low mass tune)/較正モードで2000a.m.u.まで及び高質量調整(low mass tune)/較正モードで4000a.m.u.までの両方でスキャンした。
示差走査熱量測定法(DSC):調節器及び関連ソフトウェアと共に、TA Instruments 2920示差走査熱量計を用いて、示差走査熱量測定を行った。分析には、約250℃〜約725℃の温度範囲(不活性雰囲気:窒素50ml/分)で標準DSCセルを用いた。冷却ガス源として液体窒素を用いた。精度±0.0001gのMettler Toledo化学天秤を用いて、少量のサンプル(10〜12mg)を注意深く計量し、自動DSCアルミニウム製サンプル皿(部品 # 990999−901)に載せた。ガス抜きするために中心に予め穴があけられている蓋で前記皿を隠蔽することによって、サンプルを封入した。窒素雰囲気下、100℃/分の速度で、0℃から450℃までサンプルを加熱し(サイクル1)、次に、100℃/分の速度で、0℃まで冷却した。第二サイクルを直ちに行い、100℃/分の速度で、0℃から450℃までサンプルを加熱した(サイクル1の繰り返し)。架橋温度は、第一サイクルから測定した。
FTIR分析:透過モードでNicolet Magna 550 FTIR 分光計を用いてFTIRスペクトルを得た。未被覆基板について基板バックグランドスペクトルを取った。膜スペクトルは、バックグランドとして基板を用いて取った。次に、膜スペクトルを、ピークの位置及び強度について分析した。
誘電率:誘電率は、硬化層上にアルミニウムの薄膜を被覆し、次に、1MHzでキャパシタンス・電圧の測定を行い、硬化層の厚さに基づいてk値を計算することによって得た。
ガラス転移温度(Tg):薄膜のガラス転移温度は、温度の関数として薄膜応力を測定することによって得た。薄膜応力の測定は、KLA 3220 Flexusで行った。膜測定の前に、未被覆ウェーハを500℃で60分間アニールして、ウェーハそれ自体における応力緩和に起因する誤差を防止した。次に、試験され且つ全ての必要なプロセス工程によって処理される材料をウェーハに対して堆積させた。そのウェーハを、応力ゲージに配置し、温度の関数としてウェーハの反りを測定した。その装置によって、ウェーハ及び膜の厚さに基づいて応力対温度のグラフが計算された。その結果はグラフ形式で示した。Tg値を得るために、水平接線を引いた(応力対温度グラフに関する0の傾き値)。Tg値はグラフと水平接線との交差点であった。
測定プロセスそれ自体がTgに影響を及ぼすので、Tgは、第一温度サイクル後か又は最大温度が用いられたその後のサイクル後に測定されたかどうかについて記録しておくべきである。
等温重量分析(ITGA)重量損失:総重量損失は、TA Instruments熱分析調節器及びその関連ソフトウェアと共に用いたTA Instruments 2950 熱重量分析器(TGA)で測定した。Platinel II熱電対及び25℃〜1000℃の温度範囲及び0.1℃〜100℃/分の加熱速度の標準炉を用いた。TGAの天秤(感度限界:0.1g;精度±0.%まで)用いて少量のサンプル(7〜12mg)を計量して、白金皿の上に載せ加熱した。100ml/分のパージ速度(標準炉に60ml/分及び天秤に40ml/分)の窒素下でサンプルを加熱した。サンプルは、20℃で20分間窒素下で平衡させ、次に、温度を10℃/分の速度で200℃まで上昇させ、10分間200℃に保った。次に、温度を10℃/分の速度で425℃まで上昇させ、4時間425℃に保った。425℃4時間の重量損失を計算した。
収縮:
処理前及び処理後に膜厚を計測することによって、膜収縮を測定した。収縮は、元の膜厚に対するパーセントで示した。膜厚が減少した場合は、収縮は+であった。実際の厚さの測定は、J.A.Woollam M−88分光楕円偏光計を用いて光学的に行った。Cauchyモデルを用いて、プサイ及びデルタに関するベストフィットを計算した(楕円偏光法に関する詳細は、例えば“Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry”by H.G.Thompkins and William A.McGahan,John Wiley and Sons,Inc.,1999に認められる)。
処理前及び処理後に膜厚を計測することによって、膜収縮を測定した。収縮は、元の膜厚に対するパーセントで示した。膜厚が減少した場合は、収縮は+であった。実際の厚さの測定は、J.A.Woollam M−88分光楕円偏光計を用いて光学的に行った。Cauchyモデルを用いて、プサイ及びデルタに関するベストフィットを計算した(楕円偏光法に関する詳細は、例えば“Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry”by H.G.Thompkins and William A.McGahan,John Wiley and Sons,Inc.,1999に認められる)。
屈折率:J.A.Woollam M−88分光楕円偏光計を用いて、厚さの測定と一緒に屈折率の測定を行った。Cauchyモデルを用いて、プサイ及びデルタに関するベストフィットを計算した。特に断りが無い場合は、波長633nmにおける屈折率を記録した(楕円偏光法に関する詳細は、例えば“Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry”by H.G.Thompkins and William A.McGahan,John Wiley and Sons,Inc.,1999に認められる)。
モジュラス及び硬度:装置による押込み試験でモジュラス及び硬度を測定した。その測定は、MTS Nanoindentor XP(テネシー州オークリッジにあるMTS Systems Corp.から市販されている)を用いて行った。特に、未負荷曲線から得られる計数値の測定に比べて、モジュラス及び硬度の正確且つ連続した定量を可能にする、連続剛性測定法を用いた。システムは、見掛けのモジュラス72±3.5GPaを有する融解石英を用いて較正した。融解石英に関するモジュラスは、平均値500〜1000nmの押込み深さから得た。薄膜に関しては、モジュラス対深さ曲線の最小値からモジュラス及び硬度の値を得た。その値は、典型的には膜厚の5〜15%である。
テープ試験:ASTM D3359−95に示されているガイドラインにしたがってテープ試験を行った。次のようにして、誘電体層中にグリッドをスクライブした。次のようにしてマークしているグリッドに関してテープ試験を行った:(1)一片の接着テープ、好ましくはScotch brand #3m600−1/2X1296を本発明の層上に配置し、それをしっかりと下に押し付けて良好に接触させ;次に、(2)層表面に対して180°の角度で急に且つ等しく前記テープを引き剥がした。その場合、本発明の層が、ウェーハ上にそのまま存在している場合は合格であり、又は膜の一部分若しくは全てがテープと共に引き剥がされた場合は不合格であると見なした。
スタッド引張り試験:エポキシで被覆されたスタッドを、本発明の層を含むウェーハの表面に取り付けた。セラミック背板をウェーハの裏側に施用して、スタッドの縁における基板の屈曲及び過度の応力集中を防止した。次に、スタッドを、標準引張りプロトコル工程を用いる試験装置によって、ウェーハ表面に対して垂直方向に引張った。破壊時に施用されていた応力及び界面の位置を記録した。
溶媒との相容性:溶媒処理の前及び後に、膜厚、屈折率、FTIRスペクトル、及び誘電率を測定することによって、溶媒との相溶性を決定した。相溶性溶媒の場合には、有意な変化は観察されるべきではない。
調製:
調製1−熱硬化性成分(a)の調製
(以下「P1」とする)
工程(a):1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Aに示してある)と;1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図1Cに示してある)と;及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Cに示してある)との混合物の調製(まとめて「P1工程(a)生成物」と呼ぶ)
第一反応器にアダマンタン(200g)、ブロモベンゼン(1550ミリリットル)、及び三塩化アルミニウム(50g)を入れた。その反応混合物を、サーモスタット付き水浴で40℃まで加熱した。その反応混合物に4〜6時間にわたってt−ブチルブロミド(1206g)をゆっくりと加えた。その反応混合物を40℃で一晩撹拌した。
調製1−熱硬化性成分(a)の調製
(以下「P1」とする)
工程(a):1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Aに示してある)と;1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図1Cに示してある)と;及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Cに示してある)との混合物の調製(まとめて「P1工程(a)生成物」と呼ぶ)
第一反応器にアダマンタン(200g)、ブロモベンゼン(1550ミリリットル)、及び三塩化アルミニウム(50g)を入れた。その反応混合物を、サーモスタット付き水浴で40℃まで加熱した。その反応混合物に4〜6時間にわたってt−ブチルブロミド(1206g)をゆっくりと加えた。その反応混合物を40℃で一晩撹拌した。
第二反応器には水性塩化水素(5%w/w)1000ミリリットルを入れた。外部氷浴によって25〜35℃に反応混合物を保ちながら、第一反応器の内容物を徐々に第二反応器中に放出した。有機相(暗褐色の下の相)を分離し、水(1000ミリリットル)で洗浄した。有機相が約1700ミリリットルが残った。
第三反応器に石油エーテル(主に、沸点80℃〜110℃を有するイソオクタン)20.4リットル入れた。第二反応器の内容物を、1時間にわたって、第三反応器にゆっくりと加えた。得られた混合物は少なくとも1時間撹拌した。次に、得られた沈殿を濾別し、濾過ケークを、一回あたり上記石油エーテル300ミリリットルを用いて、二回洗浄した。洗浄された濾過ケークを40ミリバール45℃で一晩乾燥させた。P1工程(a)生成物の収量は、乾燥重量で407gであった。この反応は、次のように図1Aから図1Cに示してある。図1Aは生成したモノマーを示しており、図1Bは、生成した一般的なダイマー及びより高分子量の生成物を示しており、及び図1Cは、図1B構造で表される生成した特定のダイマー及びトライマーを示している。
LC−MS,NMR 13C,及びGPCを含む分析法を用いて生成物を同定した。LC−MSからは、生成物は、アダマンタンコアを有するモノマー星状化合物及びオリゴマー星状化合物の複素混合物であることが分かった。同定された構造を以下の表に示す(Ad=アダマンタン;Ph=C6H5;Br=ブロミン;t−Bu=−C(CH3)3である):
NMR 13C分析により、以下のピークは以下の構造に帰属された:
GPC分析結果:
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Aに示してある)は約360のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図3Cに示してある)は約620のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Cに示してある)は約900のピーク分子量を有していた(肩)。
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Aに示してある)は約360のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図3Cに示してある)は約620のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Cに示してある)は約900のピーク分子量を有していた(肩)。
工程(b):1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Dに示してある)と;1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)と;及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)との混合物の調製(まとめて「P1工程(b)生成物」と呼ぶ)
窒素下で、第一反応器に、トルエン(1500ミリリットル)、トリエチルアミン(4000ミリリットル)、及び上で調製されたP1工程(a)生成物(乾燥重量1000g)を入れた。その混合物を80℃に加熱し、ビス−(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(すなわち、[Ph3P]2PdCl2)(7.5g)及びトリフェニルホスフィン(すなわち、[Ph3P])(15g)を加えた。10分後、沃化銅(I)(7.5g)を加えた。
窒素下で、第一反応器に、トルエン(1500ミリリットル)、トリエチルアミン(4000ミリリットル)、及び上で調製されたP1工程(a)生成物(乾燥重量1000g)を入れた。その混合物を80℃に加熱し、ビス−(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(すなわち、[Ph3P]2PdCl2)(7.5g)及びトリフェニルホスフィン(すなわち、[Ph3P])(15g)を加えた。10分後、沃化銅(I)(7.5g)を加えた。
3時間にわたって、フェニルアセチレン溶液(750g)を第一反応器に加えた。80℃で反応混合物を12時間撹拌して、反応を確実に完了させた。トルエン(4750ミリリットル)を加えた。次に、減圧下及び最大サンプ温度において溶媒を留去し、反応混合物を約50℃まで冷却した。トリエチルアンモニウムブロミド(約1600リリットル)を濾別した。得られた濾過ケークを、一回あたりトルエン500ミリリットルを用いて、三回洗浄した。有機相はHCl(10w/w%)1750ミリリットルで洗浄し、次に、水(2000ミリリットル)で洗浄した。
洗浄された有機相に対して、水(1000ミリリットル)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)(100g)、及びジメチルグリオキシム(20g)を加えた。NH4OH(25w/w%)約150ミリリットルを加えてpHを9に調整した。その反応混合物を1時間撹拌した。有機相を分離し、水(1000ミリリットル)で洗浄した。ディーンスタークトラップを用いて、水の発生が停止するまで、共沸乾燥(azeotropic drying)させた。濾材であるドロマイト(100g)(商標Tonsil)を加えた。その混合物を30分間100℃に加熱した。細孔を有する濾布でドロマイトを濾別し、残留物をトルエン(200ミリリットル)で洗浄し、シリカ(100g)を加えた。その反応混合物を30分間撹拌した。細孔を有する濾布でシリカを濾別し、残留物をトルエン(200ミリリットル)で洗浄した。水性NH3(20w/w%)を2500ミリリットル及びN−アセチルシステインを12.5g加えた。相が分離した。有機相をHCl(10%w/w)1000ミリリットルで洗浄し、次に、一回あたり水1000ミリリットルを用いて、二回洗浄した。次に、約120ミリバールの減圧下で、トルエンを留去した。ポット温度は約70℃を超えなかった。暗褐色で粘性の油状物(1500〜1700ミリリットル)が残った。ポット中の熱い塊(hot mass)に対してイソブチルアセテート(2500ミリリットル)を加えると、暗褐色溶液(4250ミリリットル)が生成した。
石油エーテル(主として、沸点80℃〜110℃を有するイソオクタン)17000ミリリットルを第二反応器に入れた。第一反応器の内容物を1時間にわたって第二反応器に加え、一晩撹拌した。生成した沈殿を濾過し、一回あたり上記石油エーテル500ミリリットルを用い、四回洗浄した。得られた生成物は、45℃で4時間及び80℃で5時間、減圧下で乾燥させた。P1工程(b)生成物の収量は、850〜900gであった。この反応は、次のように図1Dから図1Fに示してある。図1Dは生成したモノマーを示しており、図1Eは、生成した一般的なダイマー及びより高分子量の生成物を示しており、一方、図1Fは、図1F構造で表される生成した特定のダイマー及びトライマーを示している。
LC−MS,NMR 1H,NMR 13C,GPC,及びFTIRを含む分析法を用いて生成物を同定した。
LC−MS分析からは、生成物は、アダマンタンコアを有するモノマー星状化合物及びオリゴマー星状化合物の複素混合物であることが分かった。同定された構造を以下の表に示す(Ad=アダマンタンかご;TはトラニルPhC≡CC6H4−であり;t−Bu=−C(CH3)3である):
LC−MS分析からは、生成物は、アダマンタンコアを有するモノマー星状化合物及びオリゴマー星状化合物の複素混合物であることが分かった。同定された構造を以下の表に示す(Ad=アダマンタンかご;TはトラニルPhC≡CC6H4−であり;t−Bu=−C(CH3)3である):
1H NMRにより、芳香族プロトン(6.9〜8ppm,2.8±0.2H)及びアダマンタンかごプロトン(1.7〜2.7ppm,1±0.2H)が同定された。
13C NMR分析により、ピークは以下の構造に帰属された:
13C NMR分析により、ピークは以下の構造に帰属された:
GPC分析結果:
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル)アダマンタン(図3Dに示してある)は約744のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図3Fに示してある)は約1300のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル])アダマンタン(図3Fに示してある)は約1680のピーク分子量を有していた(肩)。
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル)アダマンタン(図3Dに示してある)は約744のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図3Fに示してある)は約1300のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル])アダマンタン(図3Fに示してある)は約1680のピーク分子量を有していた(肩)。
GPCより、モノマー分子及び小分子のオリゴマー化合物に対する割合は、50±5%であった。
FTIRは以下に示した:
FTIRは以下に示した:
調製2−熱硬化性成分(a)の調製
(以下「P2」とする)
工程(a):1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Aに示してある)と;1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図1Cに示してある)と;及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Cに示してある)との混合物の調製(まとめて「P2工程(a)生成物」と呼ぶ)
第一反応器に1,4−ジブロモベンゼン(587.4g)及び三塩化アルミニウム(27.7g)を入れた。その反応混合物を、サーモスタット付き水浴で90℃まで加熱し、撹拌せずに1時間、更に撹拌しながら1時間その温度に保った。次に、その反応混合物を50℃に冷却した。その冷却された反応混合物にアダマンタン(113.1g)を加えた。更に、その反応混合物に対して1時間にわたってt−ブチルブロモベンゼン(796.3g)を加えた。次に、その反応混合物を更に12時間撹拌した。
(以下「P2」とする)
工程(a):1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Aに示してある)と;1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図1Cに示してある)と;及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Cに示してある)との混合物の調製(まとめて「P2工程(a)生成物」と呼ぶ)
第一反応器に1,4−ジブロモベンゼン(587.4g)及び三塩化アルミニウム(27.7g)を入れた。その反応混合物を、サーモスタット付き水浴で90℃まで加熱し、撹拌せずに1時間、更に撹拌しながら1時間その温度に保った。次に、その反応混合物を50℃に冷却した。その冷却された反応混合物にアダマンタン(113.1g)を加えた。更に、その反応混合物に対して1時間にわたってt−ブチルブロモベンゼン(796.3g)を加えた。次に、その反応混合物を更に12時間撹拌した。
第二反応器にはHCl(566ミリリットル、10%水性w/w)を入れた。外部氷浴によって25〜35℃に混合物を保ちながら、第一反応器の50℃の内容物を第二反応器中に放出させた。反応塊は明るい褐色の懸濁液であった。有機相は暗褐色の下の相であり、反応混合物から分離した。その分離された有機相を水(380ミリリットル)で洗浄した。洗浄後に、約800ミリリットルの有機相が残った。
第三反応器にヘプタン(5600ミリリットル)を入れた。第二反応器の内容物を、1時間にわたって、第三反応器にゆっくりと加えた。得られた懸濁液を少なくとも4時間撹拌し、生じた沈殿を濾別した。濾過ケークを、一回あたりヘプタン300ミリリットルを用いて、二回洗浄した。P2工程(a)生成物の収量は、526.9g(湿潤)及び470.1g(乾燥)であった。
LC−MS,NMR 13C,及びGPCを含む分析法を用いて生成物を同定した。LC−MSからは、生成物は、アダマンタンコアを有するモノマー星状化合物とオリゴマー星状化合物との複素混合物であることが分かった。同定された構造を以下の表に示す(Ad=アダマンタン;Ph=C6H5;Br=ブロミン;t−Bu=−C(CH3)3である):
NMR 13C分析により、ピークは以下の構造に帰属された:
GPC分析結果:
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Aに示してある)は約360のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図3Cに示してある)は約570のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Cに示してある)は約860のピーク分子量を有していた(肩)。
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Aに示してある)は約360のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図3Cに示してある)は約570のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図3Cに示してある)は約860のピーク分子量を有していた(肩)。
工程(b):1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Dに示してある)と;1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)と;及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)との混合物の調製(まとめて「P2工程(b)生成物」と呼ぶ)
窒素下で、第一反応ポットに、トルエン(698ミリリットル)、トリエチルアミン(1860ミリリットル)、及び上で調製されたP2工程(a)生成物(乾燥重量465g)を入れた。その混合物を80℃に加熱した。その反応混合物に対して、パラジウム・トリフェニルホスフィン錯体(すなわち、[Ph(PPh3)2Cl2)(4.2g)を加えた。10分後、トリフェニルホスフィン(すなわち、PPh3)(8.4g)を加えた。更に10分後、沃化銅(I)(4.2g)を加えた。
窒素下で、第一反応ポットに、トルエン(698ミリリットル)、トリエチルアミン(1860ミリリットル)、及び上で調製されたP2工程(a)生成物(乾燥重量465g)を入れた。その混合物を80℃に加熱した。その反応混合物に対して、パラジウム・トリフェニルホスフィン錯体(すなわち、[Ph(PPh3)2Cl2)(4.2g)を加えた。10分後、トリフェニルホスフィン(すなわち、PPh3)(8.4g)を加えた。更に10分後、沃化銅(I)(4.2g)を加えた。
3時間にわたって、フェニルアセチレン溶液(348.8g)を、その反応混合物に加えた。80℃で反応混合物を12時間撹拌して、反応を確実に完了させた。その反応混合物にトルエン(2209ミリリットル)を加え、次に、減圧下及び最大サンプ温度において溶媒を留去した。その反応混合物を約50℃まで冷却し、トリエチルアンモニウムブロミドを濾別した。濾過ケークを、一回あたりトルエン250ミリリットルを用いて、二回洗浄した。有機相はHCl(10w/w%)(500ミリリットル)及び水(500ミリリットル)で洗浄した。
洗浄された有機相に対して、水(500ミリリットル)、EDTA(18.6g)、及びジメチルグリオキシム(3.7g)を加えた。NH4OH(25w/w%)(約93ミリリットル)を加えてpHを9に保った。その反応混合物を1時間撹拌した。有機相が、不溶性材料と、パラジウム錯体を含むエマルジョンとから分離した。その分離された有機相を水(500ミリリットル)で洗浄した。ディーンスタークトラップを用いて、水の発生が停止するまで、洗浄された有機相を共沸乾燥させた。濾材であるドロマイト(商標Tonsil)(50g)を加え、その反応混合物を30分間100℃に加熱した。細孔を有する濾布でドロマイトを濾別し、有機材料をトルエン(200ミリリットル)で洗浄した。シリカ(50g)を加え、その反応混合物を30分間撹拌した。細孔を有する濾布でシリカを濾別し、有機材料をトルエン(200ミリリットル)で洗浄した。水性NH3(20%w/w)(250ミリリットル)及びN−アセチルシステイン(12.5g)を加えた。相が分離した。有機相を、HCl(10%w/w)(500ミリリットル)で洗浄し、次に、一回あたり水500ミリリットルを用いて、二回洗浄した。次に、約120ミリバールの減圧下で、トルエンを留去した。ポット温度は70℃を超えなかった。暗褐色で粘性の油状物(500〜700ミリリットル)が残った。ポット中の熱い塊に対してイソブチルアセテート(1162ミリリットル)を加えた。暗褐色溶液(約1780ミリリットル)が生成した。
ヘプタン(7120ミリリットル)を第二反応ポットに入れた。第一反応ポットの内容物を1時間にわたって第二反応ポットに加えた。沈殿を少なくとも3時間撹拌し、濾別した。生成物を、一回あたりヘプタン250ミリリットルを用いて四回洗浄した。40ミリバールの減圧下、80℃おいて、生成物を乾燥させた。P2工程(b)生成物の収量は、湿潤重量で700g又は乾燥重量で419gであった。
LC−MS,NMR 1H,NMR 13C,GPC,及びFTIRを含む分析法を用いて生成物を同定した。
LC−MS分析からは、生成物は、アダマンタンコアを有するモノマー星状化合物及びオリゴマー星状化合物の複素混合物であることが分かった。同定された構造を以下の表に示す(Ad=アダマンタンかご;TはトラニルPhC≡CC6H4−であり;t−Bu=−C(CH3)3である):
LC−MS分析からは、生成物は、アダマンタンコアを有するモノマー星状化合物及びオリゴマー星状化合物の複素混合物であることが分かった。同定された構造を以下の表に示す(Ad=アダマンタンかご;TはトラニルPhC≡CC6H4−であり;t−Bu=−C(CH3)3である):
1H NMRにより、芳香族プロトン(6.9〜8ppm,2.8±0.2H)及びアダマンタンかごプロトン(1.7〜2.7ppm,1±0.2H)が同定された。
13C NMR分析により、ピークは以下の構造に帰属された:
13C NMR分析により、ピークは以下の構造に帰属された:
GPC分析結果:
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル)アダマンタン(図3Dに示してある)は約763のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図3Fに示してある)は約1330のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル])アダマンタン(図3Fに示してある)は約1520のピーク分子量を有していた(肩)。
− 1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル)アダマンタン(図3Dに示してある)は約763のピーク分子量を有していた;
− 1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図3Fに示してある)は約1330のピーク分子量を有していた;
− 1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル])アダマンタン(図3Fに示してある)は約1520のピーク分子量を有していた(肩)。
GPCより、モノマー分子及び小分子のオリゴマー化合物に対する割合は、50±5%であった。
FTIRは以下に示した:
FTIRは以下に示した:
調製3
1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Dに示してある)の、1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)に対する割合に基づく溶媒の効果
P1工程(a)生成物850ミリリットルを4等分にし、石油エーテル、リグロイン、ヘプタン、及びメタノールにおいて沈殿させた。各等分は、溶媒2520ml中に沈殿させ、それを真空濾過し(ブフナー漏斗の直径185mm)、フィルター上で溶媒150mlによって2回洗浄し、次に、約20℃で2時間、40℃で一晩、及び70℃〜80℃で一定の重量になるまで真空オーブンで乾燥させた。
1,3,5,7−テトラキス[3′/4′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Dに示してある)の、1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)及び少なくとも1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)に対する割合に基づく溶媒の効果
P1工程(a)生成物850ミリリットルを4等分にし、石油エーテル、リグロイン、ヘプタン、及びメタノールにおいて沈殿させた。各等分は、溶媒2520ml中に沈殿させ、それを真空濾過し(ブフナー漏斗の直径185mm)、フィルター上で溶媒150mlによって2回洗浄し、次に、約20℃で2時間、40℃で一晩、及び70℃〜80℃で一定の重量になるまで真空オーブンで乾燥させた。
炭化水素中への沈殿は、複雑な問題も無く乾燥し、極めて分散された明るいベージュ色の粉末となった。メタノール中への沈殿は、20℃で乾燥させるとタールを形成し、それを更に乾燥させると、暗い薄茶色の顆粒状固体(粒径約1mm)となった。
反応混合物は、反応している間及び沈殿する前に、GPCによって分析した。全ての濾液及び最終固体は、GPCによって分析した。表5にその結果を示した。表5では、PPTとは沈殿のことであり、モノマーは、1,3,5,7−テトラキス(3′/4′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Aに示してある)であり;ダイマーは、1,3/4−ビス[1′,3′,5′−トリス(3″/4″−ブロモフェニル)アダマント−7′−イル]ベンゼン(図1Cに示してある)であり;及びトライマーは、1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス(3′′′/4′′′−ブロモフェニル)アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス(3′′′′/4′′′′−ブロモフェニル)アダマンタン(図1Cに示してある)である。
これらの結果を要約すると、反応混合物におけるモノマー対(ダイマー+トライマー)のピーク比は約3:1であった。炭化水素沈殿濾液において失われた生成物は、殆ど(>90%)モノマーであり、洗浄濾液における損失は無視できた。メタノール沈殿濾液中には生成物は存在していなかった。沈殿後のモノマー対(ダイマー+トライマー)比は増加し(1:1→3:1)、濾液におけるモノマーの損失は:石油エーテル、リグロイン、ヘプタン、及びメタノールの順で減少している(56→0%)。
調製4−熱硬化性成分(a)の調製
調製1生成物混合物中の1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)を、分取液体クロマトグラフィー(PLC)を用いて分離する。PLCは、上記HPLC法と同様であるが、より大量(数グラムから数百グラム)の混合物を分離するためにより大きなカラムを用いる。分離された1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)は、溶媒中に溶かし、珪素ウェーハへとスピンし、次に焼付け且つ硬化させて膜にし、マイクロチップ又はマルチチップモジュールで用いる。
調製1生成物混合物中の1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)を、分取液体クロマトグラフィー(PLC)を用いて分離する。PLCは、上記HPLC法と同様であるが、より大量(数グラムから数百グラム)の混合物を分離するためにより大きなカラムを用いる。分離された1,3/4−ビス{1′,3′,5′−トリス[3″/4″−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7′−イル}ベンゼン(図1Fに示してある)は、溶媒中に溶かし、珪素ウェーハへとスピンし、次に焼付け且つ硬化させて膜にし、マイクロチップ又はマルチチップモジュールで用いる。
調製5−熱硬化性成分(a)の調製
調製1生成物混合物中の1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)を、分取液体クロマトグラフィー(PLC)を用いて分離する。分離された1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)を溶媒中に溶かし、珪素ウェーハへとスピンし、次に焼付け且つ硬化させて膜にし、マイクロチップ又はマルチチップモジュールで用いる。
調製1生成物混合物中の1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)を、分取液体クロマトグラフィー(PLC)を用いて分離する。分離された1,3−ビス{3′/4′−[1″,3″,5″−トリス[3′′′/4′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマント−7″−イル]フェニル}−5,7−ビス[3′′′′/4′′′′−(フェニルエチニル)フェニル]アダマンタン(図1Fに示してある)を溶媒中に溶かし、珪素ウェーハへとスピンし、次に焼付け且つ硬化させて膜にし、マイクロチップ又はマルチチップモジュールで用いる。
調製6−熱硬化性成分(a)の調製
式V及びIXA,IXB,IXC,及びIXDで表されるジアマンタンモノマーと、式VI,X,XVI,XVIII,XX,及びXXIIで表されるジアマンタンモノマーから成るオリゴマー又はポリマーを、次の方法を用いて調製する。図2に示してあるように、ジアマンタンは、臭素及びルイス酸触媒を用いて、臭素化ジアマンタン生成物へと転化させる。次に、臭素化ジアマンタン生成物を、ルイス酸触媒の存在下で、ブロモベンゼンで反応して、ブロモフェニル化ジアマンタンを形成させる。そのブロモフェニル化ジアマンタンを、いわゆるSonogashiraカップリング反応で用いられる触媒システムの存在下で、末端アルキンと反応させる。各工程における生成物は、2001年10月17日に出願された我々の係属中特許出願PCT/US01/22204で説明してあるように処理する。
式V及びIXA,IXB,IXC,及びIXDで表されるジアマンタンモノマーと、式VI,X,XVI,XVIII,XX,及びXXIIで表されるジアマンタンモノマーから成るオリゴマー又はポリマーを、次の方法を用いて調製する。図2に示してあるように、ジアマンタンは、臭素及びルイス酸触媒を用いて、臭素化ジアマンタン生成物へと転化させる。次に、臭素化ジアマンタン生成物を、ルイス酸触媒の存在下で、ブロモベンゼンで反応して、ブロモフェニル化ジアマンタンを形成させる。そのブロモフェニル化ジアマンタンを、いわゆるSonogashiraカップリング反応で用いられる触媒システムの存在下で、末端アルキンと反応させる。各工程における生成物は、2001年10月17日に出願された我々の係属中特許出願PCT/US01/22204で説明してあるように処理する。
調製7−熱硬化性成分(a)の調製
V及びIXA,IXB,IXC,及びIXDで表されるジアマンタンモノマーと、VI,X,XVI,XVIII,XX,及びXXIIで表されるジアマンタンモノマーから成るオリゴマー又はポリマーとを、次の方法を用いて調製する。図1Aから図1Fに示してあるように、調製1及び2で説明している同様な合成手順を用いて、ジアマンタンを、ジアマンタンのブロモフェニル化組成物へと転化させる。図1Aから図1Cでは、ジアマンタンを、調製1及び2で説明しているルイス酸触媒及び/又は調製2で説明している第二触媒成分の存在下で、置換ハロゲンフェニル化合物と反応させる。反応混合物の処理後には、モノマー、ダイマー、トライマー、及びより高分子量のオリゴマーから成る混合物が得られる。図1Dから図1Fでは、ブロモフェニル化ジアマンタン混合物を、触媒の存在下で、末端アルキンと反応させて、本発明のアルキン置換ジアマンタン組成物を製造する。
V及びIXA,IXB,IXC,及びIXDで表されるジアマンタンモノマーと、VI,X,XVI,XVIII,XX,及びXXIIで表されるジアマンタンモノマーから成るオリゴマー又はポリマーとを、次の方法を用いて調製する。図1Aから図1Fに示してあるように、調製1及び2で説明している同様な合成手順を用いて、ジアマンタンを、ジアマンタンのブロモフェニル化組成物へと転化させる。図1Aから図1Cでは、ジアマンタンを、調製1及び2で説明しているルイス酸触媒及び/又は調製2で説明している第二触媒成分の存在下で、置換ハロゲンフェニル化合物と反応させる。反応混合物の処理後には、モノマー、ダイマー、トライマー、及びより高分子量のオリゴマーから成る混合物が得られる。図1Dから図1Fでは、ブロモフェニル化ジアマンタン混合物を、触媒の存在下で、末端アルキンと反応させて、本発明のアルキン置換ジアマンタン組成物を製造する。
実施例:
本発明の実施例1
上記調製1又は2から得られた熱硬化性成分(a)約180〜210gを、フラスコに加え、そのフラスコを振り混ぜることによって、溶かした。用いた接着促進剤(b)は、ポリカルボシラン(CH2SiH2)q(式中、qは20〜30である)であった。接着促進剤(b)の望ましい濃度を決定し、フラスコに加え、0.5重量%〜7重量%で変化させた。キシレンの必要とされる量をフラスコに加えた。温度は155℃に設定した。その反応混合物を、一晩、約14 〜16時間還流した。その溶液を60℃で回転蒸発させる(rotavapped)と濃い油状物(350〜450g)が得られた。フラスコにシクロヘキサノン(1000ミリリットル±10ミリリットル)を加えた。前記2つの工程を3回繰り返した。上記調製1又は2のGPC結果に加えて、GPCは、30,000のピーク分子量を有するオリゴマー及び5,000のピーク分子量を有するオリゴマーも形成されたことを示した。
本発明の実施例1
上記調製1又は2から得られた熱硬化性成分(a)約180〜210gを、フラスコに加え、そのフラスコを振り混ぜることによって、溶かした。用いた接着促進剤(b)は、ポリカルボシラン(CH2SiH2)q(式中、qは20〜30である)であった。接着促進剤(b)の望ましい濃度を決定し、フラスコに加え、0.5重量%〜7重量%で変化させた。キシレンの必要とされる量をフラスコに加えた。温度は155℃に設定した。その反応混合物を、一晩、約14 〜16時間還流した。その溶液を60℃で回転蒸発させる(rotavapped)と濃い油状物(350〜450g)が得られた。フラスコにシクロヘキサノン(1000ミリリットル±10ミリリットル)を加えた。前記2つの工程を3回繰り返した。上記調製1又は2のGPC結果に加えて、GPCは、30,000のピーク分子量を有するオリゴマー及び5,000のピーク分子量を有するオリゴマーも形成されたことを示した。
本発明の実施例2
上記調製1又は2から得られた熱硬化性成分(a)約180〜210gを、フラスコに加え、そのフラスコを振り混ぜることによって、溶かした。用いた接着促進剤(b)は、Schenectady International Inc.から市販されている分子量1760を有するオルトクレゾールノボラックであった。接着促進剤(b)の所望の量が3重量%であることから、接着促進剤(b)の必要量を計算すると6gであり、それをフラスコに加えた。フラスコの内容物を、接着促進剤が溶解するまで(約1〜2時間)撹拌した。GPCの結果は、上記調製1又は2の結果と同様である。
上記調製1又は2から得られた熱硬化性成分(a)約180〜210gを、フラスコに加え、そのフラスコを振り混ぜることによって、溶かした。用いた接着促進剤(b)は、Schenectady International Inc.から市販されている分子量1760を有するオルトクレゾールノボラックであった。接着促進剤(b)の所望の量が3重量%であることから、接着促進剤(b)の必要量を計算すると6gであり、それをフラスコに加えた。フラスコの内容物を、接着促進剤が溶解するまで(約1〜2時間)撹拌した。GPCの結果は、上記調製1又は2の結果と同様である。
本発明の実施例3
比較Aは、Honeywellに与えられた米国特許第5,986,045号で教示されているポリアリーレンエーテルである。本発明の実施例3では、本発明実施例1の組成物を、当業者に公知の典型的なコーティング条件を用いて、基板に施用した。
比較Aは、Honeywellに与えられた米国特許第5,986,045号で教示されているポリアリーレンエーテルである。本発明の実施例3では、本発明実施例1の組成物を、当業者に公知の典型的なコーティング条件を用いて、基板に施用した。
得られたスピンオン組成物を、次の各温度:すなわち、125℃、250℃、及び350℃において、N2(<50ppm O2)下で、1分間焼付けた。炉硬化条件は、N2(15リットル/分)下、400℃で60分間であり、1分間あたり5°Kで250℃から上昇させた。硬化温度範囲は350℃〜450℃であった。別法として、N2雰囲気下、350℃〜450℃において1〜5分間というホットプレート硬化条件を用いてもよい。得られた層を、上記分析試験法にしたがって分析した。層の特性は以下の表に示してある。
Tgの向上は、過酷な高温での加工環境における使用にとって重要であり、モジュラスの向上は、機械的安定性に寄与する。
本発明の実施例4〜10
本発明の実施例4〜7では、オルトクレゾールノボラック接着促進剤(b)の量を変えた以外は、本発明の実施例2にしたがって、表IIIの組成物を製造した。本発明の実施例8〜10では、ポリカルボシラン促進剤(b)の量を変えた以外は、本発明の実施例1にしたがって、表7の組成物を製造した。
本発明の実施例4〜7では、オルトクレゾールノボラック接着促進剤(b)の量を変えた以外は、本発明の実施例2にしたがって、表IIIの組成物を製造した。本発明の実施例8〜10では、ポリカルボシラン促進剤(b)の量を変えた以外は、本発明の実施例1にしたがって、表7の組成物を製造した。
低誘電率ポリマーを製造するための組成物及び方法に関する特定の態様及び用途を開示した。しかしながら、本発明の概念を逸脱せずに、既に説明した改良の他に更に多くの改良が可能であることは当業者には明らかである。而して、本発明の主題は、添付の請求の範囲の精神のみに制限される。更に、明細書及び請求の範囲の両方を解釈する場合、全ての用語は、文脈と矛盾しない最も広範で可能な仕方で解釈すべきである。特に、「含む(“comprises”及び“comprising”」という用語は、要素、成分、又は工程に非排他的な仕方で言及していると解釈すべきであり、参照されている要素、成分、又は工程は、存在することができ、用いることができ、又は特に参照されない他の要素、成分、又は工程と組合せ得ることを示している。
Claims (58)
- 下式I
少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は該熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、及び該第二官能価は、該組成物が基板に施用されるときに該基板と相互作用することができるような化合物を含む接着促進剤(b)とを含む組成物。 - 該熱硬化性成分(a)が、(1)下式VIIA
を含む請求項2記載の組成物。 - 該モノマーが存在する請求項5記載の組成物。
- 該R1がアリール又は置換アリールであり、Yが水素、フェニル、又はビフェニルである請求項5又は6記載の組成物。
- 式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表される該アダマンタンモノマーが、約30〜約70面積%の量で存在し、及び式VIIIで表される該アダマンタンオリゴマー又はポリマーが、約70〜約30面積%、好ましくは約40〜 約60面積%の量で存在し、及び式VIIIで表される該アダマンタンオリゴマー又はポリマーが、約60〜約40面積%、更に好ましくは約45〜約55面積%の量で存在し、及び式VIIIで表される該アダマンタンオリゴマー又はポリマーが、約55〜約45面積%の量で存在する請求項7記載の組成物。
- 該熱硬化性成分(a)において、該モノマー(1)及び該オリゴマー又はポリマー(2)が、アダマンタンベースのモノマーである請求項7記載の組成物。
- 該フェニル基上にある該R1C≡C基の少なくとも2つは、2つの異なる異性体であり、且つ該アダマンタンモノマーの2つの橋頭炭素の間に存在する該フェニル基の少なくとも1つは、2つの異なる異性体として存在する請求項14記載の組成物。
- 該少なくとも2つの異性体が、メタ−及びパラ−異性体である請求項15記載の組成物。
- 該オリゴマー又はポリマーの少なくとも2種類を含む請求項16記載の組成物。
- 該接着促進剤(b)の該第一官能価及び該第二官能価の少なくとも1つが、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから成る群より選択される請求項17記載の組成物。
- 該Si含有基が、Si−H,Si−O及びSi−Nから成る群より選択され;該N含有基が、アミン、イミン、アミド、及びイミドから成る群より選択され;該O含有基に結合されたCが、カルボニル基、エステル、−COOH、1〜5個の炭素原子を有するアルコキシル、エーテル、グリシジルエーテル、及びエポキシから成る群より選択され;該ヒドロキシル基がフェノールであり;及び該C含有基に二重結合されたCが、アリル基及びビニル基から成る群より選択される請求項18記載の組成物。
- Si含有基が、次式XI:(R2)k(R3)ISi(R4)m(R5)n[式中、R2,R3,R4及びR5は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシル、不飽和又は飽和アルキル、置換又は未置換アルキル(該置換基はアミノ又はエポキシである)、不飽和又は飽和アルコキシル、不飽和又は飽和カルボン酸基、又はアリールであり、該R2,R3,R4及びR5の少なくとも2つは、水素、ヒドロキシル、飽和又は不飽和アルコキシル、不飽和アルキル、又は不飽和カルボン酸基であり;及びk+l+m+n<4である]で表されるシランか;又は下式XII
該O含有基に結合されたCは、グリシジルエーテル、又は少なくとも1つのカルボン酸基を含む不飽和カルボン酸のエステルから選択され;
該C含有基に二重結合されたCは、ビニル環状オリゴマー又はポリマーであり、その場合、該環状基はビニル、芳香族、又はヘテロ芳香族であり;及び
該ヒドロキシル基は、次式XIII:−[R16C6H2(OH)(R17)]t−(前記式中、R16は置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニル、アリル、又はアリールであり、R17はアルキル、アルキレン、ビニレン、シクロアルキレン、アリレン、又はアリールであり、及びtは3〜100である)で表されるフェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである}で表されるポリカルボシランから選択される請求項19記載の組成物。 - 該接着促進剤(b)が、該フェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである請求項20記載の組成物。
- 請求項7記載の該組成物を含むオリゴマー。
- 請求項22記載の該オリゴマー、及び溶媒、好ましくはシクロヘキサノンを含むスピンオン組成物。
- 請求項23記載の該スピンオン組成物から製造されたポリマー。
- 請求項24記載の該ポリマーを含む層。
- 該層が、約1.5ミクロン以上の厚さを有する請求項25記載の層。
- 該ポリマーが硬化される請求項25記載の層。
- 該層が、3.0未満の誘電率を有する請求項25記載の層。
- 該層が、少なくとも約350℃のガラス転移温度を有する請求項25記載の層。
- その上に請求項25記載の該層の少なくとも1つを有する基板。
- 請求項30記載の該基板を含むマイクロチップ。
- 下式I
少なくとも二官能価を有し、その場合、該二官能価は同じか又は異なっていてもよく、該第一官能価は該熱硬化性成分(a)と相互作用することができ、及び該第二官能価は、該基板と相互作用して組成物を形成できるような化合物を含む接着促進剤(b)を、該熱硬化性成分(a)に対して加える工程;及び
該組成物を該基板に対して施用する工程
を含む前記方法。 - 該熱硬化性成分(a)が、下式VIIA
を含む請求項33記載の方法。 - 炉、ホットプレート、電子ビーム、マイクロ波、又は紫外線放射によって、該施用された組成物を硬化させる工程を更に含む請求項32記載の方法。
- 該モノマーが存在している請求項37記載の方法。
- 該R1がアリール又は置換アリールであり、該Yが水素、フェニル、又はビフェニルである請求項36又は38記載の方法。
- 式VIIA,VIIB,VIIC,又はVIIDで表される該アダマンタンモノマーが、約30〜約70面積%の量で存在し、及び式VIIIで表される該アダマンタンオリゴマー又はポリマーが、約70〜約30面積%、好ましくは約40〜 約60面積%の量で存在し、及び式VIIIで表される該アダマンタンオリゴマー又はポリマーが、約60〜約40面積%、更に好ましくは約45〜約55面積%の量で存在し、及び式VIIIで表される該アダマンタンオリゴマー又はポリマーが、約55〜約45面積%の量で存在する請求項39記載の方法。
- 該熱硬化性成分(a)において、該モノマー(1)及び該オリゴマー又はポリマー(2)が、アダマンタンベースのモノマーである請求項39記載の方法。
- 該フェニル基上にある該R1C≡C基の少なくとも2つは、2つの異なる異性体であり、且つ該アダマンタンモノマーの2つの橋頭炭素の間に存在する該フェニル基の少なくとも1つは、2つの異なる異性体として存在する請求項46記載の方法。
- 該少なくとも2つの異性体が、メタ−及びパラ−異性体である請求項47記載の方法。
- 該オリゴマー又はポリマーの少なくとも2種類を含む請求項48記載の方法。
- 該接着促進剤(b)の該第一官能価及び該第二官能価の少なくとも1つが、Si含有基;N含有基;O含有基に結合されたC;ヒドロキシル基;及びC含有基に二重結合されたCから成る群より選択される請求項39記載の方法。
- 該Si含有基が、Si−H,Si−O及びSi−Nから成る群より選択され;該N含有基が、アミン、イミン、アミド、及びイミドから成る群より選択され;該O含有基に結合されたCが、カルボニル基、エステル、−COOH、1〜5個の炭素原子を有するアルコキシル、エーテル、グリシジルエーテル、及びエポキシから成る群より選択され;該ヒドロキシル基がフェノールであり;及び該C含有基に二重結合されたCが、アリル基及びビニル基から成る群より選択される請求項50記載の組成物。
- Si含有基が、次式XI:(R2)k(R3)ISi(R4)m(R5)n[式中、R2,R3,R4及びR5は、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシル、不飽和又は飽和アルキル、置換又は未置換アルキル(該置換基はアミノ又はエポキシである)、不飽和又は飽和アルコキシル、不飽和又は飽和カルボン酸基、又はアリールであり、該R2,R3,R4及びR5の少なくとも2つは、水素、ヒドロキシル、飽和又は不飽和アルコキシル、不飽和アルキル、又は不飽和カルボン酸基であり;及びk+l+m+n<4である]で表されるシランか;又は下式XII
該O含有基に結合されたCは、グリシジルエーテル、又は少なくとも1つのカルボン酸基を含む不飽和カルボン酸のエステルから選択され;
該C含有基に二重結合されたCは、ビニル環状オリゴマー又はポリマーであり、その場合、該環状基はビニル、芳香族、又はヘテロ芳香族であり;及び
該ヒドロキシル基は、次式XIII:−[R16C6H2(OH)(R17)]t−(前記式中、R16は置換又は未置換のアルキレン、シクロアルキレン、ビニル、アリル、又はアリールであり、R17はアルキル、アルキレン、ビニレン、シクロアルキレン、アリレン、又はアリールであり、及びtは3〜100である)で表されるフェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである}で表されるポリカルボシランから選択される請求項51記載の組成物。 - 該接着促進剤(b)が、該フェノール・ホルムアルデヒド樹脂又はオリゴマーである請求項52記載の方法。
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