JP2018124552A - 感光性樹脂組成物、感光性ドライフィルム、感光性樹脂皮膜、及びパターン形成方法 - Google Patents

感光性樹脂組成物、感光性ドライフィルム、感光性樹脂皮膜、及びパターン形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】厚膜で微細なパターン形成を容易に行うことができ、かつ、耐クラック性、各種フィルム特性に優れ、皮膜等としての信頼性に優れる樹脂皮膜を形成することができる感光性樹脂組成物、感光性ドライフィルム、感光性樹脂皮膜、及びパターン形成方法を提供する。【解決手段】(A)式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂、及び(B)190〜500nmの光によって分解し、酸を発生する光酸発生剤を含む感光性樹脂組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、感光性樹脂組成物、感光性ドライフィルム、感光性樹脂皮膜、及びパターン形成方法に関する。
従来、感光性を有する半導体素子保護膜や多層プリント基板用絶縁膜としては、感光性ポリイミド組成物、感光性エポキシ樹脂組成物、感光性シリコーン組成物等が利用されてきた。このような基板や回路の保護用に適用される感光性材料として、特に可とう性に優れる感光性シリコーン組成物が提案されている(特許文献1)。この感光性シリコーン組成物は、低温で硬化可能であり、かつ耐湿接着性等の信頼性に優れた皮膜を形成することができるが、N−メチル−2−ピロリドンのような溶解力の強いフォトレジスト剥離液等への耐薬品性に劣るという問題があった。
それに対して、シルフェニレン骨格含有シリコーン型高分子化合物を主成分とした感光性シリコーン組成物が提案されている(特許文献2)。この感光性シリコーン組成物は、フォトレジスト剥離液等への耐薬品性が向上するが、ヒートサイクル試験(−25℃で10分間保持、125℃で10分間保持を1,000サイクル繰り返す)時に基板から硬化物が剥離したり、硬化物にクラックが入ったりする等の問題があり、信頼性の更なる向上が望まれていた。
特開2002−88158号公報 特開2008−184571号公報
本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、厚膜で微細なパターン形成を容易に行うことができ、かつ、耐クラック性や、基板、電子部品や半導体素子等、特には回路基板に使用される基材に対する密着性等の各種フィルム特性に優れ、電気・電子部品保護用皮膜や、基板接合用皮膜等としての信頼性に優れる樹脂皮膜(樹脂層)を形成することができる感光性樹脂組成物、感光性ドライフィルム、感光性樹脂皮膜、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、分子中に架橋基又は架橋反応が生じる反応点を有するシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂が、十分なフィルム形成能を与えるものとして機能することを知見し、これを含む組成物を用いて幅広い膜厚範囲で感光性樹脂皮膜を形成することができ、前記感光性樹脂皮膜が、基板、電子部品や半導体素子等への密着性に優れ、良好なパターン形成能、優れた耐クラック性、耐熱性、電気絶縁性、絶縁保護膜としての信頼性を有する樹脂皮膜を与えることができ、電気・電子部品保護用皮膜や基板接合用皮膜として優れることを見出し、本発明をなすに至った。
したがって、本発明は、下記感光性樹脂組成物、感光性ドライフィルム、感光性樹脂皮膜、及びパターン形成方法を提供する。
1.(A)下記式(1a)で表される繰り返し単位及び下記式(1b)で表される繰り返し単位を含むシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂、及び(B)190〜500nmの光によって分解し、酸を発生する光酸発生剤を含む感光性樹脂組成物。
Figure 2018124552
[式中、R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、グリシジル基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を含んでもよい。m及びnは、それぞれ独立に、0〜300の整数である。R5は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキレン基、又はフェニレン基である。a及びbは、0<a<1、0<b<1、及びa+b=1を満たす正数である。X1は、下記式(2)で表される2価の連結基である。
Figure 2018124552
(式中、X2は、単結合又は2価の有機基である。R11は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。R12は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜8のアルキレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル結合又はフェニレン基で置換されていてもよい。R13は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基又はグリシジルオキシ基である。R14は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。p及びqは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。r及びsは、それぞれ独立に、0〜3の整数である。)]
2.X2が、下記式で表される基から選ばれる基である1の感光性樹脂組成物。
Figure 2018124552
(式中、Rは、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基である。kは、1〜6の整数である。xは、0〜4の整数である。y及びzは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。)
3.更に、(C)架橋剤を含む1又は2の感光性樹脂組成物。
4.(C)架橋剤が、ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールにより変性されたアミノ縮合物、1分子中に平均して2個以上のメチロール基又はアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物、及び1分子中に平均して2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物から選ばれる1種以上である3の感光性樹脂組成物。
5.更に、(E)塩基性化合物を含む1〜4のいずれかの感光性樹脂組成物。
6.前記感光性樹脂組成物が、2つの基板を接合するための基板接合用材料である3〜5のいずれかの感光性樹脂組成物。
7.(A)下記式(1a)で表される繰り返し単位及び下記式(1b)で表される繰り返し単位を含むシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂、及び(B)190〜500nmの光によって分解し、酸を発生する光酸発生剤を含む感光性樹脂皮膜。
Figure 2018124552
(式中、R1〜R5、X1、m、n、a及びbは、前記と同じ。)
8.支持フィルムと、該支持フィルム上に7の感光性樹脂皮膜とを備える感光性ドライフィルム。
9.基板と、7の感光性樹脂皮膜とを備える積層体。
10.(i)1〜5のいずれかの感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、該基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、及び
(iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程
を含むパターン形成方法。
11.(i)8の感光性ドライフィルムの感光性樹脂皮膜を基板に貼り付ける工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、及び
(iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程
を含むパターン形成方法。
12.更に、(iv)現像によりパターン形成された皮膜を、100〜250℃の温度で後硬化する工程を含む10又は11のパターン形成方法。
本発明の感光性樹脂組成物や感光性ドライフィルムを用いることによって、感光性材料として十分な特性を示し、厚膜で微細なパターン形成を容易に行うことができる。本発明の感光性樹脂組成物は、幅広い膜厚範囲で皮膜形成でき、後述するパターン形成方法により微細かつ垂直性に優れたパターンを形成することが可能である。
また、前記感光性樹脂組成物や感光性ドライフィルムを用いて得られる樹脂皮膜は、フォトレジスト剥離液等への耐薬品性が高く、また、基板、電子部品、半導体素子、特に回路基板に使用される基材に対する密着性、機械的特性及び電気絶縁性に優れ、絶縁保護膜としての信頼性が高い。更に、保護膜のクラック発生を防止可能であるため、回路基板、半導体素子、表示素子等の各種電気・電子部品保護用皮膜形成材料や基板接合用皮膜形成材料として好適に用いることができる。また、本発明の感光性樹脂組成物や感光性ドライフィルムを使用して製造した積層体は、樹脂皮膜と基板との密着性に優れ、また、高い平坦性を有するものとなる。
[感光性樹脂組成物]
[(A)シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂]
本発明の感光性樹脂組成物は、(A)成分として、下記式(1a)で表される繰り返し単位及び下記式(1b)で表される繰り返し単位を含むシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂を含む。
Figure 2018124552
式(1a)中、R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、グリシジル基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を含んでもよい。前記1価炭化水素基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、芳香族基等が挙げられる。
前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基等が挙げられる。前記芳香族基としては、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、トリル基、キシリル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基が好ましく、メチル基又はフェニル基がより好ましい。
式(1b)中、R5は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキレン基、又はフェニレン基である。前記アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基等が挙げられる。これらのうち、メチレン基又はフェニレン基が好ましく、フェニレン基がより好ましい。
m及びnは、それぞれ独立に、0〜300の整数であるが、0〜200が好ましく、0〜100がより好ましい。a及びbは、0<a<1、0<b<1、及びa+b=1を満たす正数であるが、0.05≦a≦0.8、0.2≦b≦0.95を満たすことが好ましく、0.1≦a≦0.7、0.3≦b≦0.9を満たすことがより好ましい。
式(1a)及び(1b)中、X1は、下記式(2)で表される2価の連結基である。
Figure 2018124552
式(2)中、X2は、単結合又は2価の有機基である。R11は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。R12は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜8のアルキレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル結合又はフェニレン基で置換されていてもよい。R13は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基又はグリシジルオキシ基である。R14は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
前記炭素数1〜8の1価炭化水素基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、芳香族基等が挙げられるが、炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。前記アルキル基及び芳香族基としては、前述したものと同様のものが挙げられる。
式(2)中、p及びqは、それぞれ独立に、0〜4の整数であるが、0又は1が好ましい。r及びsは、それぞれ独立に、0〜3の整数であるが、0が好ましい。
2で表される2価の有機基としては、以下に示すものから選ばれることが好ましい。
Figure 2018124552
式中、Rは、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基である。kは、1〜6の整数である。xは、0〜4の整数であるが、好ましくは0〜2である。y及びzは、それぞれ独立に、0〜4の整数であるが、好ましくは0〜2である。
これらのうち、以下に示すものがより好ましい。
Figure 2018124552
(式中、R、x、y、及びzは、前記と同じ。)
1としては、以下に示す基が挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 2018124552
前記シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂は、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。また、前記シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂において、シリコーン(シロキサン単位)含有率は、30〜80質量%であることが好ましい。
前記シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂の重量平均分子量(Mw)は、3,000〜500,000であることが好ましく、5,000〜200,000であることがより好ましい。なお、本発明においてMwは、テトラヒドロフランを溶出溶剤として用いた、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。
本発明の感光性樹脂組成物において、(A)成分は、十分なフィルム形成能を与えるものとして機能する。また、本発明の感光性樹脂組成物から得られる樹脂皮膜は、積層体、基板等への良好な密着性、良好なパターン形成能、耐クラック性、優れた耐熱性を有する。なお、(A)成分のシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂は、分子中に、エポキシ基、ヒドロキシ基等の架橋基又は架橋反応が生じる反応点を有するものである。
[シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂の製造方法]
(A)成分のシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂は、下記式(1−A)で表されるオルガノポリシロキサンと、下記式(1−B)で表される化合物と、下記式(2−A)で表されるベンゾオキサゾール化合物との付加重合反応によって製造することができる。
Figure 2018124552
(式中、R1〜R5、R11〜R14、X2、m、n、p、q、r及びsは、前記と同じ。)
前記付加重合反応は、金属触媒存在下で行うことが好ましい。前記金属触媒としては、白金(白金黒を含む)、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体;H2PtCl4・xH2O、H2PtCl6・xH2O、NaHPtCl6・xH2O、KHPtCl6・xH2O、Na2PtCl6・xH2O、K2PtCl4・xH2O、PtCl4・xH2O、PtCl2、Na2HPtCl4・xH2O(ここで、xは、0〜6の整数が好ましく、特に0又は6が好ましい。)等の塩化白金、塩化白金酸及び塩化白金酸塩;アルコール変性塩化白金酸(例えば、米国特許第3,220,972号明細書に記載のもの);塩化白金酸とオレフィンとの錯体(例えば、米国特許第3,159,601号明細書、米国特許第3,159,662号明細書、及び米国特許第3,775,452号明細書に記載のもの);白金黒やパラジウム等の白金族金属をアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたもの;ロジウム−オレフィン錯体;クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(いわゆるウィルキンソン触媒);塩化白金、塩化白金酸又は塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサン(特に、ビニル基含有環状シロキサン)との錯体等を使用することができる。
前記触媒の使用量は触媒量であり、通常、前記付加重合反応において使用する溶剤以外の化合物の総質量中、白金族金属として0.001〜0.1質量%であることが好ましく、0.01〜0.1質量%であることがより好ましい。
前記付加重合反応においては、必要に応じて溶剤を使用してもよい。溶剤としては、例えばトルエン、キシレン等の炭化水素系溶剤が好ましい。反応温度は、触媒が失活せず、かつ短時間で重合の完結が可能という観点から、40〜150℃が好ましく、60〜120℃がより好ましい。重合時間は、得られる樹脂の種類及び量にもよるが、重合系中に湿気の介入を防ぐため、およそ0.5〜100時間が好ましく、0.5〜30時間がより好ましい。反応終了後、溶剤を使用した場合はこれを留去することにより、(A)成分のシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂を得ることができる。
反応方法は、特に限定されないが、まず、式(2−A)で表される化合物を溶剤に加え加熱した後、前記混合液に金属触媒を添加し、次いで式(1−A)及び(1−B)で表される化合物を0.1〜5時間かけて滴下するのがよい。
前記付加重合反応においては、各原料化合物は、式(2−A)で表される化合物が有するアルケニル基の合計に対し、式(1−A)及び(1−B)で表される化合物が有するヒドロシリル基の合計が、モル比で、好ましくは0.67〜1.67、より好ましくは0.83〜1.25となるように配合するのがよい。得られる樹脂のMwは、o−アリルフェノールのようなモノアリル化合物、トリエチルヒドロシランのようなモノヒドロシラン、モノヒドロシロキサン等を分子量調整剤として使用することにより制御することが可能である。
式(2−A)で表されるベンゾオキサゾール化合物は、下記式(2−B)で表される化合物と、下記式(2−C)で表される化合物と、下記式(2−D)で表される化合物とを反応させ、オキサジン環化合成を行うことによって製造することができる。
Figure 2018124552
式(2−B)〜(2−D)中、R11〜R14、X2、p、q、r及びsは、前記と同じ。Eは、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜8のアルコキシ基、及びフェノキシ基から選ばれる脱離基である。前記脱離基としては、脱離能が高く、短時間で反応の完結が可能という観点から、ヒドロキシ基又はフェノキシ基が好ましい。
前記反応は、必要に応じて溶剤中で行われる。前記溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、アミド系溶剤、ラクトン類、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ケトン類、アルコール類、尿素系溶剤、スルホキシド系溶剤、スルホン系溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
また、必要に応じて、ポリリン酸、カルボジイミド等の反応促進剤を用いてもよい。また、二重結合が酸によりカチオン重合反応を起こしうる場合には、重合禁止剤等を入れてもよい。
反応温度は、原料や生成物が分解せず、収率よく短時間で反応完結が可能という観点から、100〜250℃程度が好ましく、150〜230℃程度がより好ましい。また、反応時間は、目的化合物の種類及び量にもよるが、反応系中に湿気の介入を防ぐ観点から、0.5〜100時間程度が好ましく、0.5〜30時間程度がより好ましい。
前記反応においては、各原料化合物は、式(2−B)で表される化合物1mоlに対し、式(2−C)で表される化合物及び式(2−D)で表される化合物を合計で2〜3mоl配合することが好ましく、2〜2.3mоl配合することがより好ましい。なお、式(2−C)で表される化合物及び式(2−D)で表される化合物の使用量は、目的とするベンゾオキサゾール化合物に応じて適宜設定すればよい。また、製造が容易である点から、式(2−C)で表される化合物及び式(2−D)で表される化合物は、同じ化合物であることが好ましい。
式(1−A)で表されるオルガノポリシロキサン及び式(1−B)で表される化合物は、従来公知の方法で合成することができ、又は市販品として入手可能である。
[(B)光酸発生剤]
本発明の感光性樹脂組成物は、更に、(B)成分として190〜500nmの光によって分解し、酸を発生する光酸発生剤を含む。190〜500nmの波長の光によって発生した酸は、硬化触媒となる。本発明の感光性樹脂組成物は、酸発生剤の相溶性が優れるため、幅広い光酸発生剤を使用することができる。そのような光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、β−ケトスルホン誘導体、ジスルホン誘導体、ニトロベンジルスルホネート誘導体、スルホン酸エステル誘導体、イミド−イル−スルホネート誘導体、オキシムスルホネート誘導体、イミノスルホネート誘導体等が挙げられる。
前記オニウム塩としては、下記式(3)で表されるスルホニウム塩、下記式(4)で表されるヨードニウム塩等が挙げられる。
Figure 2018124552
式(3)及び(4)中、R21は、それぞれ独立に、置換基を有してもよい直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜12のアリール基、又は置換基を有してもよい炭素数7〜12のアラルキル基である。A-は、非求核性対向イオンである。
前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。前記アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基等が挙げられる。前記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル等が挙げられる。
前記置換基としては、オキソ基、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12のアルコキシ基、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜24のアリール基、炭素数7〜25のアラルキル基、炭素数6〜24のアリールオキシ基、炭素数6〜24のアリールチオ基等が挙げられる。
21としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、2−オキソシクロヘキシル基等の置換基を有してもよいアルキル基;フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、o−、m−又はp−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、m−又はp−tert−ブトキシフェニル基、2−、3−又は4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基、ターフェニリル基、ビフェニリルオキシフェニル基、ビフェニリルチオフェニル基等の置換基を有してもよいアリール基;ベンジル基、フェネチル基等の置換基を有してもよいアラルキル基が好ましい。これらのうち、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアラルキル基がより好ましい。
前記非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン;トリフレートイオン、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネートイオン、ノナフルオロブタンスルホネートイオン等のフルオロアルカンスルホネートイオン;トシレートイオン、ベンゼンスルホネートイオン、4−フルオロベンゼンスルホネートイオン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネートイオン等のアリールスルホネートイオン;メシレートイオン、ブタンスルホネートイオン等のアルキルスルホネートイオン;トリフルオロメタンスルホンイミドイオン等のフルオロアルカンスルホンイミドイオン;トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチドイオン等のフルオロアルカンスルホニルメチドイオン等が挙げられる。
前記ジアゾメタン誘導体としては、下記式(5)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2018124552
式(5)中、R22は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜12のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基である。
前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。前記ハロゲン化アルキル基としては、トリフルオロメチル基、1,1,1−トリフルオロエチル基、1,1,1−トリクロロエチル基、ノナフルオロブチル基等が挙げられる。
前記置換基を有してもよいアリール基としては、フェニル基;o−、m−又はp−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、m−又はp−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基;2−、3−又は4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基;フルオロフェニル基、クロロフェニル基、1,2,3,4,5−ペンタフルオロフェニル基等のハロゲン化アリール基が挙げられる。前記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
前記オニウム塩として具体的には、トリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル(4−チオフェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、[4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル]−4−ビフェニリルフェニルスルホニウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド等が挙げられる。
前記ジアゾメタン誘導体として具体的には、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ペンチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロへキシルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−ペンチルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−ペンチルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
前記グリオキシム誘導体として具体的には、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロへキシルグリオキシム、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−(p−トルエンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロへキシルグリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−o−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(1,1,1−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(tert−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(パーフルオロオクタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(シクロヘキサンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(p−tert−ブチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等が挙げられる。
前記β−ケトスルホン誘導体として具体的には、2−シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−イソプロピルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン等が挙げられる。
前記ジスルホン誘導体として具体的には、ジフェニルジスルホン、ジシクロへキシルジスルホン等が挙げられる。
前記ニトロベンジルスルホネート誘導体として具体的には、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,4−ジニトロベンジル等が挙げられる。
前記スルホン酸エステル誘導体として具体的には、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン等が挙げられる。
前記イミド−イル−スルホネート誘導体として具体的には、フタルイミド−イル−トリフレート、フタルイミド−イル−トシレート、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド−イル−トリフレート、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド−イル−トシレート、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド−イル−n−ブチルスルホネート、N−トリフルオロメチルスルホニルオキシナフチルイミド等が挙げられる。
前記オキシムスルホネート誘導体として具体的には、α−(ベンゼンスルホニウムオキシイミノ)−4−メチルフェニルアセトニトリル等が挙げられる。
前記イミノスルホネート誘導体として具体的には、(5−(4−メチルフェニル)スルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−(4−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)フェニルスルホニルオキシイミノ)−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)−アセトニトリル等が挙げられる。
また、2−メチル−2−[(4−メチルフェニル)スルホニル]−1−[(4−メチルチオ)フェニル]−1−プロパン等も好適に使用できる。
(B)成分の光酸発生剤としては、特に前記オニウム塩が好ましく、前記スルホニウム塩がより好ましい。
(B)成分の含有量は、光硬化性の観点から、(A)成分100質量部に対し、0.05〜20質量部が好ましく、0.05〜5質量部がより好ましい。前記光酸発生剤の配合量が0.05質量部以上であれば、十分な酸が発生して架橋反応が十分に進行し、20質量部以下であれば、酸発生剤自身の吸光度が増大するのを抑制することができ、透明性が低下するといった問題が生じるおそれがないために好ましい。(B)成分は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
[(C)架橋剤]
本発明の感光性樹脂組成物は、更に、(C)成分として架橋剤を含んでもよい。前記架橋剤は、(A)成分の式(2)中のR13と縮合反応を起こし、パターンの形成を容易になし得るための成分であるとともに、光硬化後の樹脂皮膜の強度を更に上げるものである。
前記架橋剤としては、Mwが150〜10,000の樹脂が好ましく、200〜3,000の樹脂がより好ましい。Mwが150以上であれば、十分な光硬化性を得ることができ、10,000以下であれば組成物の光硬化後の耐熱性を悪化させるおそれがないために好ましい。このような樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルコキシ基含有樹脂等が挙げられる。
前記架橋剤としては、ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールにより変性されたアミノ縮合物、1分子中に平均して2個以上のメチロール基又はアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物、及び1分子中に平均して2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物も好ましい。これらの化合物は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールにより変性されたアミノ縮合物としては、ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールにより変性されたメラミン縮合物、ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールより変性された尿素縮合物等が挙げられる。
前記変性メラミン縮合物としては、下記式(6)で表される変性メラミン又はこの多量体(例えば二量体、三量体等のオリゴマー体)と、ホルムアルデヒドとを所望の分子量になるまで付加縮合重合させて得られるものが挙げられる。
Figure 2018124552
式(6)中、R31は、それぞれ独立に、メチロール基、炭素数2〜5のアルコキシメチル基、又は水素原子であるが、少なくとも1つはメチロール基又はアルコキシメチル基である。前記アルコキシメチル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基等が挙げられる。
式(6)で表される変性メラミンとしては、トリメトキシメチルモノメチロールメラミン、ジメトキシメチルモノメチロールメラミン、トリメチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチロールメラミン等が挙げられる。
式(6)で表される変性メラミンは、例えば、まず公知の方法に従ってメラミンモノマーをホルムアルデヒドでメチロール化して変性させ、又はこれを更にアルコールでアルコキシ化して変性させることで得ることができる。なお、前記アルコールとしては、低級アルコール、例えば炭素数1〜4のアルコールが好ましい。
なお、前記付加縮合重合方法としては、従来公知の方法を採用し得る。また、式(6)で表される変性メラミンは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールにより変性された尿素縮合物としては、メトキシメチル化尿素縮合物、エトキシメチル化尿素縮合物、プロポキシメチル化尿素縮合物等が挙げられる。
前記変性尿素縮合物は、例えば公知の方法に従って所望の分子量の尿素縮合物をホルムアルデヒドでメチロール化して変性させ、又はこれを更にアルコールでアルコキシ化して変性させることで得ることができる。
前記1分子中に平均して2個以上のメチロール基又はアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物としては、(2−ヒドロキシ−5−メチル)−1,3−ベンゼンジメタノール、2,2',6,6'−テトラメトキシメチルビスフェノールA等が挙げられる。
前記2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂等が挙げられる。
(C)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対し、0〜100質量部であるが、含有する場合は0.5〜50質量部が好ましく、1〜30質量部がより好ましい。(C)成分の含有量が、0.5質量部以上であれば光照射時に十分な硬化性が得られ、100質量部以下であれば感光性樹脂組成物中の(A)成分の割合が低下しないため、硬化物に十分な本発明の効果を発現させることができる。(C)成分は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
[(D)溶剤]
本発明の感光性樹脂組成物は、更に、(D)成分として溶剤を含んでもよい。前記溶剤としては、前述した各成分や、後述する(E)成分及び添加剤を溶解し得るものであれば、特に限定されない。溶剤を配合することによって、感光性樹脂組成物の塗布性を向上させることができる。
このような溶剤としては、有機溶剤がこれらの成分の溶解性に優れていることから好ましい。前記有機溶剤としては、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−2−n−ペンチルケトン等のケトン類;3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;プロピ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メチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;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、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メ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、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコール−モノ−tert−ブチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類等が挙げられる。これらの有機溶剤は、1種単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。特に、光酸発生剤の溶解性に優れている乳酸エチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン及びこれらの混合溶剤が好ましい。
(D)成分の含有量は、(A)成分及び(B)成分の合計100質量部に対し、0〜5,000質量部であるが、含有する場合は、感光性樹脂組成物の相溶性及び粘度の観点から50〜2,000質量部が好ましく、50〜1,000質量部がより好ましく、50〜100質量部が更に好ましい。
[(E)塩基性化合物]
更に、本発明の感光性樹脂組成物は、(E)成分として塩基性化合物を含んでもよい。前記塩基性化合物としては、光酸発生剤より発生した酸が感光性樹脂皮膜内を拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適している。前記塩基性化合物を配合することにより、解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制し、基板依存性又は環境依存性を小さくし、露光余裕度やパターン形状を向上させることができる。
前記塩基性化合物としては、第1級、第2級又は第3級脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。
前記第1級脂肪族アミン類としては、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、tert−ペンチルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等が挙げられる。
前記第2級の脂肪族アミン類としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジドデシルアミン、ジセチルアミン、N,N−ジメチルメチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルテトラエチレンペンタミン等が挙げられる。
前記第3級の脂肪族アミン類としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−sec−ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリシクロペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、トリセチルアミン、N,N,N',N'−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルテトラエチレンペンタミン等が挙げられる。
前記混成アミン類としては、ジメチルエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、ベンジルジメチルアミン等が挙げられる。
前記芳香族アミン類及び複素環アミン類としては、アニリン誘導体(例えば、アニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(例えば、ピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(例えば、オキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(例えば、チアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(例えば、ピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(例えば、ピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチル−2−ピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(例えば、ピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、1−メチル−2−ピリジン、4−ピロリジノピリジン、1−メチル−4−フェニルピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えば、キノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が挙げられる。
前記カルボキシ基を有する含窒素化合物としては、アミノ安息香酸、インドールカルボン酸、アミノ酸誘導体(例えば、ニコチン酸、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、グリシルロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、リジン、3−アミノピラジン−2−カルボン酸、メトキシアラニン等)等が挙げられる。
前記スルホニル基を有する含窒素化合物としては、3−ピリジンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が挙げられる。
前記ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物及びアルコール性含窒素化合物としては、2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2'−イミノジエタノール、2−アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジン、ピペリジンエタノール、1−(2−ヒドロキシエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリジノン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、3−ピロリジノ−1,2−プロパンジオール、8−ヒドロキシユロリジン、3−クイヌクリジノール、3−トロパノール、1−メチル−2−ピロリジンエタノール、1−アジリジンエタノール、N−(2−ヒドロキシエチル)フタルイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)イソニコチンアミド等が挙げられる。
前記アミド誘導体としては、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド等が挙げられる。
前記イミド誘導体としては、フタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が挙げられる。
前記塩基性化合物として、下記式(7)で表される塩基性化合物を使用することもできる。
Figure 2018124552
式(7)中、wは、1、2又は3である。R41は、下記式(8)〜(10)で表される置換基から選ばれるいずれかの置換基である。R42は、水素原子、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜20のアルキル基であり、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでもよい。また、R41が2以上存在する場合は、2つのR41が、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。また、R41が2以上存在する場合は、これらは同一でも異なっていてもよく、R42が2以上存在する場合は、これらは同一でも異なっていてもよい。
Figure 2018124552
式(8)〜(10)中、R43、R45及びR48は、それぞれ独立に、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜4のアルキレン基である。R44及びR47は、それぞれ独立に、水素原子、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜20のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及び/又はラクトン環を1つ又は複数含んでいてもよい。R46は、単結合、又は直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキレン基である。R49は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜20のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合及び/又はラクトン環を1つ又は複数含んでいてもよい。
式(7)で表される化合物としては、トリス[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(1−メトキシエトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(1−エトキシエトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(1−エトキシプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン、4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン、4,7,13,18−テトラオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.5.5]エイコサン、1,4,10,13−テトラオキサ−7,16−ジアザビシクロオクタデカン、1−アザ−12−クラウン−4、1−アザ−15−クラウン−5、1−アザ−18−クラウン−6、トリス(2−ホルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−アセトキシエチル)アミン、トリス(2−プロピオニルオキシエチル)アミン、トリス(2−ブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−イソブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−バレリルオキシエチル)アミン、トリス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(アセトキシアセトキシ)エチルアミン、トリス(2−メトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス(2−tert−ブトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス[2−(2−オキソプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−(メトキシカルボニルメチル)オキシエチル]アミン、トリス[2−(tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス[2−(シクロヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス(2−メトキシカルボニルエチル)アミン、トリス(2−エトキシカルボニルエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(2−ヒドロキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−(2−アセトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−(4−ヒドロキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−2−(4−ホルミルオキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−2−(2−ホルミルオキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−メトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチル]アミン、N−メチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−エチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−メチルビス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N−エチルビス[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、N−エチルビス[2−(tert−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、トリス(メトキシカルボニルメチル)アミン、トリス(エトキシカルボニルメチル)アミン、N−ブチルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、N−ヘキシルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、及びβ−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトンが挙げられるが、これらに限定されない。
(E)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対し、0〜3質量部であるが、含有する場合は、感度の観点から0.01〜2質量部が好ましく、0.05〜1質量部がより好ましい。
[その他の添加剤]
本発明の感光性樹脂組成物は、前述した各成分以外に、その他の添加剤を含んでもよい。その他の添加剤としては、例えば、塗布性を向上させるために慣用されている界面活性剤が挙げられる。
前記界面活性剤としては、非イオン性のものが好ましく、例えば、フッ素系界面活性剤、具体的にはパーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール、フッ素化アルキルエステル、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、含フッ素オルガノシロキサン系化合物等が挙げられる。これらは、市販されているものを用いることができ、例えば、Fluorad(登録商標)「FC−430」(スリーエム社製)、サーフロン(登録商標)「S−141」及び「S−145」(AGCセイミケミカル(株)製)、ユニダイン(登録商標)「DS−401」、「DS−4031」及び「DS−451」(ダイキン工業(株)製)、メガファック(登録商標)「F−8151」(DIC(株)製)、「X−70−093」(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。これらの中でも、Fluorad「FC−430」及び「X−70−093」が好ましい。前記界面活性剤の含有量は、0.05〜1質量部が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、その他の添加剤として、シランカップリング剤を含んでもよい。シランカップリング剤を含むことにより、該組成物から得られる樹脂皮膜の被接着体への密着性を更に高めることができる。シランカップリング剤としては、エポキシ基含有シランカップリング剤、芳香族基含有アミノシランカップリング剤等が挙げられる。これらは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。前記シランカップリング剤の含有量は、特に限定されないが、含有する場合は、本発明の感光性樹脂組成物中、0.01〜5質量%が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物の調製方法は、特に限定されない。その一例としては、例えば、前記各成分を攪拌混合し、その後必要に応じてフィルター等により濾過する方法が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、例えば、フォトリソグラフィー用のレジスト材料、半導体素子の保護膜、配線の保護膜、カバーレイフィルム、ソルダーマスク、貫通電極用絶縁膜(TSV用)の材料、更には、三次元積層における積層基板間の接着剤として好適に用いられる。
[感光性樹脂組成物を用いたパターン形成方法]
本発明の感光性樹脂組成物を用いたパターン形成方法は、
(i)前記感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、該基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、及び
(iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程
を含むものである。
まず、(i)本発明の感光性樹脂組成物を基板上に塗布することによって、該基板上に感光性樹脂皮膜を形成する。前記基板としては、例えばシリコンウェハ、貫通電極用シリコンウェハ、裏面研磨により薄膜化したシリコンウェハ、プラスチック基板、セラミック基板、イオンスパッタリング法やめっき法等により基板全面又は一部にNi、Au等の金属を有する基板等が挙げられる。開口幅が10〜100μmかつ深さが10〜120μmである溝及び孔のいずれか一方又は両方を有する基板が使用されることもある。
塗布方法としては、ディップ法、スピンコート法、ロールコート法等が挙げられる。塗布量は、目的に応じて適宜選択することができるが、得られる感光性樹脂皮膜の膜厚が好ましくは0.1〜200μm、より好ましくは1〜150μmとなるように塗布することが好ましい。基板面における膜厚均一性を向上させる目的で、感光性樹脂組成物を塗布する前に溶剤を基板に滴下してもよい(プリウェット法)。滴下する溶剤及びその量は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコール類、シクロヘキサノン等のケトン類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール等が好ましいが、前記感光性樹脂組成物に使用される溶剤を用いることも可能である。
ここで、光硬化反応を効率的に行うため、必要に応じて予備加熱(プリベーク)により溶剤等を予め揮発させておいてもよい。予備加熱は、例えば、40〜140℃で1分〜1時間程度行うことができる。
次いで、(ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光する。露光波長としては、一般的には10〜600nm、好ましくは190〜500nmである。この場合、フォトマスクは、例えば所望のパターンをくりぬいたものでもよい。なお、フォトマスクの材質は、特に限定されないが、前記波長の光を遮蔽するものが好ましく、例えばクロム等が好適に用いられる。前記波長の光としては、例えば放射線発生装置により発生された種々の波長の光、例えば、g線、h線、i線等の紫外線光、遠紫外線光(248nm、193nm)等が挙げられる。これらのうち、波長248〜436nmの光が特に好ましい。露光量は、10〜10,000mJ/cm2が好ましい。
更に、現像感度を高めるために、露光後加熱処理(PEB)を行う。PEBは、40〜150℃で0.5〜10分間とすることが好ましい。PEBによって、露光部分が架橋して現像液である有機溶剤に不溶な不溶化パターンが形成される。
(iii)PEB後、現像液にて現像して非露光部を溶解除去してパターンを形成する。現像液としては、例えば、IPA等のアルコール類、シクロヘキサノン等のケトン類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール類等の有機溶剤が好ましいが、前記感光性樹脂組成物に使用される溶剤を用いることも可能である。現像方法としては、通常の方法、例えば露光された皮膜を前記現像液に浸漬する方法等が挙げられる。その後、必要に応じて、洗浄、リンス、乾燥等を行い、所望のパターンを有する皮膜が得られる。
更に、(iv)パターンを形成した皮膜を、オーブンやホットプレートを用いて、好ましくは100〜250℃、より好ましくは150〜220℃で後硬化してもよい。本発明の感光性樹脂組成物を用いれば、200℃前後の比較的低温の後硬化であっても、各種フィルム特性に優れた樹脂皮膜を得ることができる。なお、後硬化温度が100〜250℃であれば、感光性樹脂組成物の架橋密度を上げ、残存する揮発成分を除去でき、基板に対する密着力、耐熱性や強度、電気特性、更に接合強度の観点から好ましい。後硬化時間は、好ましくは10分間〜10時間、より好ましくは10分間〜3時間である。後硬化後の樹脂皮膜の膜厚は、通常1〜200μm、好ましくは5〜50μmである。これらの工程を経て、最終目的の電気・電子部品保護用等の皮膜を得ることができる。
パターンを形成する必要のない場合、例えば単なる均一な皮膜を形成したい場合は、前記のパターン形成方法における(ii)において、前記フォトマスクを介さずに、適切な波長の光で露光して皮膜形成を行えばよい。
[基板の接合方法]
本発明の感光性樹脂組成物は、2つの基板を接合するための接着剤として使用できる。基板の接合方法としては、熱及び圧力の好適な条件下で、2つの基板間に接着性結合が形成されるように、本発明の組成物で皮膜を形成した基板を第2の基板と接合させる方法が挙げられる。皮膜を形成した基板及び第2の基板のいずれか一方又は両方が、ダイシング加工等によりチップ化されることもある。接合条件として、加熱温度は50〜200℃が好ましく、加熱時間は1〜60分間が好ましい。接合装置として、ウェハボンダ装置を使用し、荷重を加えながら減圧下でのウェハ同士の貼り付け、あるいはフリップチップボンダ装置を用いたチップ−ウェハ又はチップ−チップ接合を行うこともできる。基板間に形成された接着層は、後述する後硬化処理により結合力が高まり、永久接合となる。
貼り付け(接合)を行った基板を前述した工程(iv)と同じ条件で後硬化処理することで前記樹脂皮膜の架橋密度が増し、基板接着力を高めることができる。なお、接合時の加熱によって架橋反応が起こるが、前記架橋反応においては脱ガスを伴う副反応が生じないため、特に基板接着剤として使用した場合において、貼り合わせ欠陥(ボイド)を誘起しない。
[感光性ドライフィルム]
本発明の感光性ドライフィルムは、支持フィルムと、該支持フィルム上に前記感光性樹脂皮膜とを備えるものである。
前記感光性ドライフィルム(支持フィルム及び感光性樹脂皮膜)は固体であり、感光性樹脂皮膜は溶剤を含まないため、その揮発による気泡が前記感光性樹脂皮膜の内部及び凹凸のある基板との間に残留するおそれがない。凹凸のある基板上での平坦性と段差被覆性あるいは基板積層間隔を考慮すると、適切な膜厚範囲は存在する。従って、前記感光性樹脂皮膜の膜厚は、その平坦性及び段差被覆性、基板積層間隔の観点から、5〜200μmが好ましく、10〜100μmがより好ましい。
また、前記感光性樹脂皮膜の粘度と流動性とは密接に関係しており、前記感光性樹脂皮膜は、適切な粘度範囲において適切な流動性を発揮でき、狭い隙間の奥まで入っていったり、樹脂が軟化することにより基板との接着性を強くしたりすることができる。従って、前記感光性樹脂皮膜の粘度は、前記感光性樹脂皮膜の流動性の観点から、温度80〜120℃において、好ましくは10〜5,000Pa・s、より好ましくは30〜2,000Pa・s、更に好ましくは50〜300Pa・sである。なお、本発明において粘度は、回転粘度計による測定値である。
本発明の感光性ドライフィルムは、凹凸のある基板(例えば、開口幅が10〜100μmかつ深さが10〜120μmである溝及び孔のいずれか一方又は両方を有する基板)に密着させる際に、感光性樹脂皮膜が前記凹凸に追随して被覆され、高い平坦性を達成できる。特に、本発明の感光性樹脂皮膜の主成分が前記シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂の場合、低い表面張力が特徴であるため、より高い平坦性を達成できる。更に、前記感光性樹脂皮膜を真空環境下で前記基板に密着させると、それらの隙間の発生をより効果的に防止できる。
次に、本発明の感光性ドライフィルムは、前記感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、乾燥させて感光性樹脂皮膜を形成することによって製造することができる。前記感光性ドライフィルムの製造装置としては、一般的に粘着剤製品を製造するためのフィルムコーターが使用できる。前記フィルムコーターとしては、例えば、コンマコーター、コンマリバースコーター、マルチコーター、ダイコーター、リップコーター、リップリバースコーター、ダイレクトグラビアコーター、オフセットグラビアコーター、3本ボトムリバースコーター、4本ボトムリバースコーター等が挙げられる。
支持フィルムを前記フィルムコーターの巻出軸から巻き出し、前記フィルムコーターのコーターヘッドを通過させるとき、前記支持フィルム上に前記感光性樹脂組成物を所定の厚みで塗布した後、所定の温度及び時間で熱風循環オーブンを通過させ、前記支持フィルム上で乾燥させて感光性樹脂皮膜とすることで、感光性ドライフィルムを製造することができる。また、必要に応じて、感光性ドライフィルムを前記フィルムコーターの別の巻出軸から巻き出された保護フィルムとともに、所定の圧力でラミネートロールを通過させて前記支持フィルム上の前記感光性樹脂皮膜と保護フィルムとを貼り合わせた後、前記フィルムコーターの巻取軸に巻き取ることによって、保護フィルム付き感光性ドライフィルムを製造することができる。この場合、前記温度としては25〜150℃が好ましく、前記時間としては1〜100分間が好ましく、前記圧力としては0.01〜5MPaが好ましい。
本発明の感光性ドライフィルムにおいて使用される支持フィルムは、単一のフィルムからなる単層フィルムであっても、複数のフィルムを積層した多層フィルムであってもよい。前記フィルムの材質としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂フィルムが挙げられる。これらのうち、適度の可とう性、機械的強度及び耐熱性を有するポリエチレンテレフタレートが好ましい。これらのフィルムは、コロナ処理や剥離剤塗布等の各種処理が行われたものでもよい。これらは市販品を使用することができ、例えばセラピールWZ(RX)、セラピールBX8(R)(以上、東レフィルム加工(株)製)、E7302、E7304(以上、東洋紡(株)製)、ピューレックスG31、ピューレックスG71T1(以上、帝人デュポンフィルム(株)製)、PET38×1-A3、PET38×1-V8、PET38×1-X08(以上、ニッパ(株)製)等が挙げられる。
前記保護フィルムとしては、前述した支持フィルムと同様のものを用いることができるが、適度の可とう性を有するポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンが好ましい。これらは市販品を使用することができ、ポリエチレンテレフタレートとしてはすでに例示したもの、ポリエチレンとしては、例えばGF-8(タマポリ(株)製)、PEフィルム0タイプ(ニッパ(株)製)等が挙げられる。
前記支持フィルム及び保護フィルムの厚みは、感光性ドライフィルム製造の安定性、及び巻き芯に対する巻き癖、所謂カール防止の観点から、いずれも好ましくは10〜100μm、より好ましくは25〜50μmである。
[感光性ドライフィルムを用いたパターン形成方法]
本発明の感光性ドライフィルムを用いたパターン形成方法は、
(i)前記感光性ドライフィルムの感光性樹脂皮膜を基板に貼り付ける工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、及び
(iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程
を含むものである。
まず、工程(i)においては、保護フィルムが積層されている場合には、感光性ドライフィルムから保護フィルムを剥がした後、感光性ドライフィルムの感光性樹脂皮膜を基板に貼り付ける。貼り付けは、例えばフィルム貼り付け装置を用いて行うことができる。
前記基板としては、前述した感光性樹脂組成物を用いたパターン形成方法において用いられるものと同じものが挙げられる。
前記フィルム貼り付け装置としては、真空ラミネーターが好ましい。例えば、前記感光性ドライフィルムの保護フィルムを剥離し、露出した前記感光性樹脂皮膜を所定真空度の真空チャンバー内において、所定の圧力の貼り付けロールを用いて、所定の温度のテーブル上で前記基板に密着させる。なお、前記温度としては60〜120℃が好ましく、前記圧力としては0〜5.0MPaが好ましく、前記真空度としては50〜500Paが好ましい。
必要な厚さの感光性樹脂皮膜を得るために、必要に応じてフィルムを複数回貼り付けてもよい。貼り付け回数は、例えば1〜10回程度で、10〜1,000μm程度、特に100〜500μm厚程度の感光性樹脂皮膜を形成することができる。
前記感光性樹脂皮膜の光硬化反応を効率的に行うため、及び感光性樹脂皮膜と基板との密着性を向上させるため、必要に応じて予備加熱を行ってもよい。予備加熱は、例えば、40〜140℃で1分間〜1時間程度行うことができる。基板に貼り付けた感光性樹脂皮膜は、前記感光性樹脂組成物を用いたパターン形成方法の場合と同様に、(ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、(iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程、及び必要に応じて(iv)後硬化加熱処理をすることでパターンを形成することができる。なお、感光性ドライフィルムの支持フィルムは、プロセスに応じて予備加熱前又はPEB前に剥がすか、他の方法で除去する。
本発明の感光性樹脂組成物及び感光性ドライフィルムから得られる樹脂皮膜は、耐熱性、可とう性、電気絶縁性、機械的特性及び基板等との密着性に優れ、半導体素子等の電気・電子部品保護用皮膜や基板接合用皮膜として好適に用いられる。
本発明の感光性樹脂組成物や感光性ドライフィルムを用いたパターン形成方法により、厚膜で微細なパターン形成を容易に行うことができる。
[積層体]
本発明の積層体は、基板に、本発明の感光性樹脂組成物から得られる樹脂皮膜又は本発明の感光性ドライフィルムから得られる樹脂皮膜が形成されたものである。前記基板としては、通常の平坦な基板のほか、凹凸のある基板(例えば、開口幅が10〜100μmかつ深さが10〜120μmである溝及び孔のいずれか一方又は両方を有する基板)も好適に使用し得る。本発明の積層体は、基板と樹脂皮膜との密着性に優れ、また、基板がこのような凹凸を持つ場合にも高い平坦性を有する。
以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明を更に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。なお、Mwは、GPCカラムとしてTSKGEL Super HZM-H(東ソー(株)製)を用い、流量0.6mL/分、溶出溶剤テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
実施例及び比較例において使用した化合物を以下に示す。なお、下記式中、Phはフェニル基である。
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
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[1]ベンゾオキサゾール化合物の合成
[合成例1]ベンゾオキサゾール化合物S−1aの合成
窒素気流下、300mL4口フラスコに、化合物A−2を35.6g(0.20mоl)仕込み、γ−ブチロラクトン50gに溶解させた。これに、ジシクロへキシルカルボジイミド41.2g(0.20mоl)をγ−ブチロラクトン50gに溶解させた溶液を5℃で滴下した。その後、温度を5℃に保ったまま20分攪拌した後、γ−ブチロラクトン50gに化合物A−1を36.6g(0.10mоl)溶解させた溶液を5℃で滴下した。その後、5℃で3時間攪拌し、更に室温で10時間攪拌した。攪拌終了後、系内を200℃まで昇温し、閉環脱水反応を20時間行った。なお、閉環脱水反応中は、ディーン・スタークトラップを用いて系内から水を取り除きながら反応を行った。副生成物の尿素を濾過で除去した後、IPA中で再結晶を行い(純水を貧溶剤として添加した。)、最後に結晶を120℃×3時間乾燥させることで、ベンゾオキサゾール化合物S−1aを52.0g得た(収率80.0%)。1H−NMR及び13C−NMR(Bruker社製AV400M、溶剤:重トルエン、以下同じ。)の結果を、それぞれ表1及び2に示す。
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
[合成例2]ベンゾオキサゾール化合物S−1bの合成
窒素気流下、300mL4口フラスコに、化合物B−1を28.0g(0.10mоl)及び化合物B−2を50.8g(0.20mоl)仕込み、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)100gに溶解させ、180℃まで加熱した。なお、反応中は、系中を減圧して副生成物として出たフェノールを取り除きながら行った。3時間加熱した後、常圧に戻し、系内を200℃まで昇温し、閉環脱水反応を20時間行った。なお、閉環脱水反応中は、ディーン・スタークトラップを用いて系内から水を取り除きながら反応を行った。反応溶液を水1,000mLに投入し再沈殿させ、結晶を取り出し、イオン交換水及びメタノールで洗浄し、最後に結晶を120℃×3時間乾燥させることで、ベンゾオキサゾール化合物S−1bを44.5g得た(収率78.9%)。1H−NMR及び13C−NMRの結果を、それぞれ表3及び4に示す。
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
[合成例3]ベンゾオキサゾール化合物S−1cの合成
窒素気流下、300mL4口フラスコに、化合物C−1を25.8g(0.10mоl)及び化合物C−2を62.0g(0.20mоl)仕込み、NMP100gに溶解させ、180℃まで加熱した。なお、反応中は、系中を減圧して副生成物として出たフェノールを取り除きながら行った。3時間加熱した後、常圧に戻し、系内を200℃まで昇温し、閉環脱水反応を20時間行った。なお、閉環脱水反応中は、ディーン・スタークトラップを用いて系内から水を取り除きながら反応を行った。反応溶液を水1,000mLに投入し再沈殿させ、結晶を取り出し、イオン交換水及びメタノールで洗浄し、最後に結晶を120℃×3時間乾燥させることで、ベンゾオキサゾール化合物S−1cを48.9g得た(収率74.7%)。1H−NMR及び13C−NMRの結果を、それぞれ表5及び6に示す。
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
[2]シリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂の合成
[合成例4]樹脂Aの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、ベンゾオキサゾール化合物S−1a325.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=40、信越化学工業(株)製)755.0g(0.25mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)48.5g(0.25mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Aを得た。樹脂Aは、1H−NMR及び29Si−NMR(Bruker社製)により、式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むことを確認した。樹脂AのMwは42,000、シリコーン含有率は66.9質量%、式(1a)及び(1b)におけるa及びbは、a=0.5、b=0.5であった。
[合成例5]樹脂Bの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、ベンゾオキサゾール化合物S−1b282.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=40、信越化学工業(株)製)151.0g(0.05mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)87.3g(0.45mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Bを得た。樹脂Bは、1H−NMR及び29Si−NMR(Bruker社製)により、式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むことを確認した。樹脂BのMwは44,000、シリコーン含有率は66.9質量%、式(1a)及び(1b)におけるa及びbは、a=0.5、b=0.5であった。
[合成例6]樹脂Cの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、ベンゾオキサゾール化合物S−1c327.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=40、信越化学工業(株)製)1057.0g(0.35mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)29.1g(0.15mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Cを得た。樹脂Cは、1H−NMR及び29Si−NMR(Bruker社製)により、式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むことを確認した。樹脂CのMwは45,000、シリコーン含有率は74.8質量%、式(1a)及び(1b)におけるa及びbは、a=0.7、b=0.3であった。
[合成例7]樹脂Dの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、ベンゾオキサゾール化合物S−1a325.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=20、信越化学工業(株)製)396.3g(0.25mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)48.5g(0.25mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Dを得た。樹脂Dは、1H−NMR及び29Si−NMR(Bruker社製)により、式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むことを確認した。樹脂DのMwは40,000、シリコーン含有率は51.5質量%、式(1a)及び(1b)におけるa及びbは、a=0.5、b=0.5であった。
[合成例8]樹脂Eの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、ベンゾオキサゾール化合物S−1b282.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=20、信越化学工業(株)製)396.3g(0.25mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)48.5g(0.25mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Eを得た。樹脂Eは、1H−NMR及び29Si−NMR(Bruker社製)により、式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むことを確認した。樹脂EのMwは39,000、シリコーン含有率は54.5質量%、式(1a)及び(1b)におけるa及びbは、a=0.5、b=0.5であった。
[合成例9]樹脂Fの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、ベンゾオキサゾール化合物S−1c327.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=20、信越化学工業(株)製)396.3g(0.25mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)48.5g(0.25mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Fを得た。樹脂Fは、1H−NMR及び29Si−NMR(Bruker社製)により、式(1a)で表される繰り返し単位及び式(1b)で表される繰り返し単位を含むことを確認した。樹脂FのMwは41,000、シリコーン含有率は51.3質量%、式(1a)及び(1b)におけるa及びbは、a=0.5、b=0.5であった。
[3]変性シリコーン樹脂の合成
[比較合成例1]樹脂Gの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−3a)で表される化合物215.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=40、信越化学工業(株)製)906.0g(0.30mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)38.8g(0.20mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Gを得た。樹脂GのMwは44,000、シリコーン含有率は78.1質量%であった。
[比較合成例2]樹脂Hの合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−3b)で表される化合物196.0g(0.5mol)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃になるまで加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−2)で表される化合物(d=20、信越化学工業(株)製)317.0g(0.20mol)及び式(S−4)で表される化合物(信越化学工業(株)製)58.2g(0.30mol)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計/アルケニル基の合計=1/1(モル比))。滴下終了後、100℃になるまで加熱し、6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去し、樹脂Hを得た。樹脂HのMwは41,000、シリコーン含有率は55.5質量%であった。
[4]感光性樹脂組成物の調製
[実施例1〜11、比較例1〜2]
下記表7に記載の組成になるように、合成例で合成した各樹脂、光酸発生剤、架橋剤、溶剤及び塩基性化合物を混合し、その後、常温にて攪拌して溶解した後、テフロン(登録商標)製1.0μmフィルターで精密濾過を行い、感光性樹脂組成物を調製した。
Figure 2018124552
表7中、光酸発生剤PAG−1、架橋剤CL−1、CL−2及び塩基性化合物AM−1、は以下のとおりである。
Figure 2018124552
Figure 2018124552
Figure 2018124552
[5]感光性ドライフィルムの作製
フィルムコーターとしてダイコーター、支持フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ38μm)を用いて、表7に記載した感光性樹脂組成物をそれぞれ前記支持フィルム上に塗布した。次いで、100℃に設定された熱風循環オーブン(長さ4m)を5分間で通過させることにより乾燥し、支持フィルム上に感光性樹脂皮膜を形成し、感光性ドライフィルムを得た。前記感光性樹脂皮膜の上から、保護フィルムとしてのポリエチレンフィルム(厚さ50μm)をラミネートロールで圧力1MPaにて貼り合わせ、保護フィルム付き感光性ドライフィルムを作製した。各感光性樹脂皮膜の膜厚は表8に記載した。なお、感光性樹脂皮膜の膜厚は光干渉式厚膜測定機により測定した。
[6]樹脂皮膜の評価
(1)パターン形成及びその評価
前記保護フィルム付き感光性ドライフィルムは、保護フィルムを剥離し、真空ラミネーターTEAM-100RF((株)タカトリ製)を用いて、真空チャンバー内の真空度を80Paに設定し、支持フィルム上の感光性樹脂皮膜をマイグレーション試験用基板(導電材料が銅、導電部間隔及び導電部幅が20μm、導電部厚み4μmの櫛形電極基板)に密着させた。温度条件は110℃とした。常圧に戻した後、前記基板を真空ラミネーターから取り出し、支持フィルムを剥離した。次に、基板との密着性を高めるため、ホットプレートにより130℃で5分間予備加熱を行った。得られた感光性樹脂皮膜に対してラインアンドスペースパターン及びコンタクトホールパターンを形成するためにマスクを介し、405nmの露光条件でコンタクトアライナ型露光装置を使用して露光した。光照射後、ホットプレートにより120℃で5分間PEBを行った後冷却し、前記基板をPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)にてスプレー300秒現像を行い、パターンを形成した。
前記方法によりパターンを形成した基板上の感光性樹脂皮膜をオーブンを用いて180℃で2時間、窒素パージしながら後硬化した。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)により、形成した100μm、80μm、60μm、40μm、20μmのコンタクトホールパターン断面を観察し、フィルム底部までホールが貫通している最小のホールパターンを限界解像性とした。更に得られた断面写真から、80μmのコンタクトホールパターンの垂直性を評価し、垂直なパターンは◎、やや逆テーパー形状は○、逆テーパー形状は△、開口不良は×とした。
(2)電気特性(絶縁破壊強さ)の評価
感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂皮膜の絶縁破壊強さを評価するため、表7に記載した各感光性樹脂組成物を13cm×15cm、厚さ0.7mmの鉄板上にバーコーターにて塗布し、180℃のオーブンで2時間加熱して、感光性樹脂皮膜を得た。感光性樹脂組成物は、得られる皮膜の膜厚が0.2μmとなるよう塗布した。この感光性樹脂皮膜を使用して、絶縁破壊試験機TM−5031AM(多摩電測(株)製)により、各皮膜の絶縁破壊強さを測定した。
(3)信頼性(密着性、耐クラック性)の評価
前述したパターン形成した硬化後の実施例1〜11及び比較例1〜2の感光性樹脂フィルム付ウェハをダイシングブレードを備えるダイシングソー(DAD685、DISCO社製、スピンドル回転数は40,000rpm、切断速度は20mm/sec)を使用して10mm×10mm角の試験片を得た。得られた試験片(各10片づつ)をヒートサイクル試験(−25℃で10分間保持、125℃で10分間保持を1,000サイクル繰り返す)に供し、ヒートサイクル試験後の樹脂フィルムのウェハからの剥離状態、クラックの有無を確認した。全く剥離・クラックを生じなかったものを良好、1つでも剥離を生じたものを剥離、一つでもクラックが生じたものをクラックとした。
(4)耐熱性の評価
前述した信頼性評価で作製した試験片の試験前質量を測定し、その後、試験片を200℃に加熱したオーブンに1,000時間放置した後、試験片をオーブンから取り出し、試験後質量を測定した。試験前後の質量変化率が0.5%未満だった場合を良好、試験前後の重量変化率が0.5%以上だった場合を不良として判定した。
(5)耐薬品性の評価
感光性樹脂皮膜の耐薬品性、特に半導体素子等を形成する場合に多用されるNMPに対する耐溶剤性を調査するため、各組成物につき、(3)信頼性の評価と同様の方法で、10mm×10mmのパターンをウェハ上に形成した。このウェハをNMP中に室温で1時間浸漬したのち、膜厚変化、外観を調査し、耐薬品性を評価した。外観や膜厚に変化がなかったものを○とし、膜厚増加や膨潤がみられたものは×として判定した。
表7に記載した各感光性樹脂組成物を用いて得られた樹脂皮膜の評価結果を、表8に示す。
Figure 2018124552
以上の結果より、本発明の感光性樹脂組成物は、膜べりもほとんどなく、良好な解像力を示し、感光性材料として十分な特性を示すとともに、これから得られる樹脂皮膜は、絶縁耐圧といった電気特性や耐熱性、耐薬品性を有し、更には、ヒートサイクル試験時における密着性や耐クラック性といった特性にも優れ、回路や電子部品の保護膜として有用であるという結果が得られた。これにより、より信頼性の高い感光性ドライフィルムの提供が可能となる。

Claims (12)

  1. (A)下記式(1a)で表される繰り返し単位及び下記式(1b)で表される繰り返し単位を含むシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂、及び(B)190〜500nmの光によって分解し、酸を発生する光酸発生剤を含む感光性樹脂組成物。
    Figure 2018124552
    [式中、R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、グリシジル基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を含んでもよい。m及びnは、それぞれ独立に、0〜300の整数である。R5は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキレン基、又はフェニレン基である。a及びbは、0<a<1、0<b<1、及びa+b=1を満たす正数である。X1は、下記式(2)で表される2価の連結基である。
    Figure 2018124552
    (式中、X2は、単結合又は2価の有機基である。R11は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。R12は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜8のアルキレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル結合又はフェニレン基で置換されていてもよい。R13は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基又はグリシジルオキシ基である。R14は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。p及びqは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。r及びsは、それぞれ独立に、0〜3の整数である。)]
  2. 2が、下記式で表される基から選ばれる基である請求項1記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2018124552
    (式中、Rは、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキル基若しくはハロゲン化アルキル基である。kは、1〜6の整数である。xは、0〜4の整数である。y及びzは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。)
  3. 更に、(C)架橋剤を含む請求項1又は2記載の感光性樹脂組成物。
  4. (C)架橋剤が、ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド−アルコールにより変性されたアミノ縮合物、1分子中に平均して2個以上のメチロール基又はアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物、及び1分子中に平均して2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物から選ばれる1種以上である請求項3記載の感光性樹脂組成物。
  5. 更に、(E)塩基性化合物を含む請求項1〜4のいずれか1項記載の感光性樹脂組成物。
  6. 前記感光性樹脂組成物が、2つの基板を接合するための基板接合用材料である請求項3〜5のいずれか1項記載の感光性樹脂組成物。
  7. (A)下記式(1a)で表される繰り返し単位及び下記式(1b)で表される繰り返し単位を含むシリコーン変性ポリベンゾオキサゾール樹脂、及び(B)190〜500nmの光によって分解し、酸を発生する光酸発生剤を含む感光性樹脂皮膜。
    Figure 2018124552
    [式中、R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、グリシジル基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を含んでもよい。m及びnは、それぞれ独立に、0〜300の整数である。R5は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜8のアルキレン基、又はフェニレン基である。a及びbは、0<a<1、0<b<1、及びa+b=1を満たす正数である。X1は、下記式(2)で表される2価の連結基である。
    Figure 2018124552
    (式中、X2は、単結合又は2価の有機基である。R11は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。R12は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜8のアルキレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル結合又はフェニレン基で置換されていてもよい。R13は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基又はグリシジルオキシ基である。R14は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の1価炭化水素基であり、該1価炭化水素基の水素原子の一部が、ハロゲン原子で置換されていてもよい。p及びqは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。r及びsは、それぞれ独立に、0〜3の整数である。)]
  8. 支持フィルムと、該支持フィルム上に請求項7記載の感光性樹脂皮膜とを備える感光性ドライフィルム。
  9. 基板と、請求項7記載の感光性樹脂皮膜とを備える積層体。
  10. (i)請求項1〜5のいずれか1項記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、該基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
    (ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、及び
    (iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程
    を含むパターン形成方法。
  11. (i)請求項8記載の感光性ドライフィルムの感光性樹脂皮膜を基板に貼り付ける工程、
    (ii)前記感光性樹脂皮膜を、フォトマスクを介して露光し、露光後加熱処理を行う工程、及び
    (iii)前記露光後加熱処理を行った感光性樹脂皮膜を現像液にて現像して非露光部を溶解除去し、パターンを形成する工程
    を含むパターン形成方法。
  12. 更に、(iv)現像によりパターン形成された皮膜を、100〜250℃の温度で後硬化する工程を含む請求項10又は11記載のパターン形成方法。
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