JP2021047425A - 感光性ポリイミド組成物 - Google Patents

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ビノド ビー. デ、
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Abstract

【課題】高度なパッケージング用途のニーズに対処する。【解決手段】本開示は、キャリア基板及び前記キャリア基板によって支持されるポリマー層を含むドライフィルム構造体に関する。前記ポリマー層は、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーを含む。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2015年12月4日に出願された米国仮出願第62/263,372号、2015年6月26日に出願された米国仮出願第62/185,424号及び2015年4月21日に提出された米国仮出願第62/150,381号の優先権を主張する。先行出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
半導体デバイスは、多数の新たなモバイルデバイスを含む多くの新たな組込み用途でますます利用されている。この拡張を継続するためには、これらの半導体デバイスの製造コストを低減する必要がある。複数の道筋が追求されているが、ウェハから大きな非円形パネルへの切替は、複数の重要なコスト上の利点をもたらす。
シリコンウェハなどの円形基板により、フォトレジスト及び誘電材料などのコーティング材料がスピンコーティングに適用できるようになる。数十年間にわたって、感光性材料の半導体基板への適用には、スピンコーティングが好ましい方法であった。近年、半導体産業は、感光性コーティングの大型非円形パネル基板への適用方法を探り始めている。可撓性又は剛性であり得るこれらの基板は、特別な問題を提起し、半導体コーティングを加工及び適用する代替方法を必要とする。これらの高度な基板にコーティングを適用する好ましい方法の1つは、ほぼあらゆる種類の基板に適用することができるドライポリマーフィルムの使用である。適用後、ドライフィルムは次いでラミネートされ、半導体コーティングが基板に付着する。光画像形成性ドライフィルムレジスト材料の場合、このラミネート工程の後に、レジスト材料を放射線にパターン状に露光して現像する。
光画像形成性ドライフィルムレジスト材料の重要なクラスの1つは、光画像形成性誘電体(PID)である。次世代の半導体パッケージには、優れたリソグラフィー解像度、優位な熱的及び機械的特性並びに化学的安定性を兼ね備えたPID材料が必要である。これらのPID材料の解像度は、アスペクト比が高い(2:1を超える)微細なフィーチャ(3ミクロン未満)の印刷を可能にすべきである。現行のPID材料は、次世代の半導体パッケージング用途の要件を満たすことが不可能となる、多数の欠点を有する。現行の材料がなお克服していない2つの主な障害は、(1)高解像度(3ミクロン未満)フィーチャのパターニング及び(2)薄い(5ミクロン未満)PIDドライフィルムの製造である。これには、これらのニーズを満たす高度なドライフィルムPID材料の開発が必要である。本開示のドライフィルムPID材料は、現行の材料の限界を克服することにより、高度なパッケージング用途のニーズに対処する。
一態様において、本開示は、キャリア基板及び前記キャリア基板によって支持され、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーを含む感光性ポリマー層を含むドライフィルム構造体を特徴とし、前記感光性ポリマー層は、約5ミクロン以下(例えば約4ミクロン以下又は約3ミクロン以下)のフィルム厚を有する。いくつかの実施形態において、感光性ポリマー層は、少なくとも1種の反応性官能化合物(RFC)及び少なくとも1種の光開始剤をさらに含む。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、少なくとも1種のジアミンから調製され、前記少なくとも1種のジアミンは、構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミン
Figure 2021047425

からなる群から選択される化合物を含み、式中、R、R、R、R、R、R11、R12、R13及びR14はそれぞれ独立して、H、置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基又はC−Cシクロアルキル基である。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種のジアミンは、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−2H−インデン−5−アミン、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−アミン、[1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−イル]アミン及び1−(4−アミノフェニル)−2,3−ジヒドロ−1,3,3−トリメチル−1H−インデン−5−アミン)、5−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、4−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、4,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,4−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,6−トリメチルインダン及び5,7−ジアミノ−1,1−ジメチル−4−エチルインダンからなる群から選択される。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種のジアミンは、(a)構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミンからなる群から選択される化合物並びに(b)構造(II)の少なくとも1種のジアミン
Figure 2021047425

を含み、式中、R15、R16、R17及びR18は独立して、H、置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基又はC−Cシクロアルキル基であり得るが、但し、R15、R16、R17及びR18の少なくとも2つは水素ではない。
いくつかの実施形態において、構造(II)の少なくとも1種のジアミンは、2,3,5,6−テトラメチルフェニレンジアミン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリメチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリエチルベンゼン、2,4−ジアミノ−3,5−ジメチル−1−エチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,5−ジメチル−3−エチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、2,3,5,6−テトライソプロピルフェニレンジアミン及び2,4−ジアミノ−1,3,5,6−テトラメチルベンゼンからなる群から選択される。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、少なくとも1種の二無水物から調製され、前記少なくとも1種の二無水物は、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物及び2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物からなる群から選択される化合物を含む。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、少なくとも1種の二無水物から調製され、少なくとも1種の二無水物は、
Figure 2021047425

からなる群から選択される化合物を含む。
いくつかの実施形態において、反応性官能化合物は、ビニル基、アリル基、ビニルエーテル基、プロペニルエーテル基、(メタ)アクリロイル基、SiH基及びチオール基からなる群から選択される少なくとも1個の官能基を含む。
いくつかの実施形態において、反応性官能化合物は、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、エトキシル化ビスフェノール−A−ジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサ(メタ)アクリレート、イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリレート変性尿素ホルムアルデヒド樹脂、(メタ)アクリレート変性メラミンホルムアルデヒド樹脂及び(メタ)アクリレート変性セルロースからなる群から選択される。
いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体は保護層をさらに含むことができ、第1のポリマー層がキャリア基板と保護層の間にある。
いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体は、第2のポリマー層をさらに含むことができ、第2のポリマー層は感光性ポリマー層とキャリア基板の間にあるか、又は第2のポリマー層は感光性ポリマー層と所望により存在する保護層の間にある。いくつかの実施形態において、第2のポリマー層は、水溶性ポリマーを含むことができる。
いくつかの実施形態において、感光性ポリマー層は、感光性ポリマー層が化学線に露光され現像された後に、約3ミクロン以下のフィーチャサイズを有する少なくとも1の素子を含むパターン化層を形成することができる。
いくつかの実施形態において、本開示は、ドライフィルム構造体の調製方法を特徴とする。前記方法は、(a)キャリア基板を感光性ポリマー組成物(例えばネガ型感光性ポリマー組成物)でコーティングしてコート組成物を形成すること、(b)前記コート組成物を乾燥させて感光性ポリマー層を形成すること及び(c)保護層を前記感光性ポリマー層に適用して、ドライフィルム構造体を形成することを含む。いくつかの実施形態において、感光性ポリマー層は、約5ミクロン以下のフィルム厚を有する。いくつかの実施形態において、感光性ポリマー組成物は、本開示に記載の少なくとも1種のポリイミドポリマー、少なくとも1種の反応性官能化合物(RFC)、少なくとも1種の開始剤及び所望により少なくとも1種の溶媒を含有する。
いくつかの実施形態において、本開示は、ラミネート体を形成する方法を特徴とする。前記方法は、電子基板上に本明細書に記載のドライフィルム構造体を適用してラミネート体を形成することを含み得る。ドライフィルム構造体が保護層を含む実施形態において、前記方法は、前記ドライフィルム構造体を適用する前に、前記ドライフィルム構造体から保護層を除去することをさらに含み得る。いくつかの実施形態において、前記方法は、感光性ポリマー層をパターン化層に変換することをさらに含み得る。前記変換は、ラミネート体中の感光性ポリマー層を化学線に露光することを含み得る。このような実施形態において、前記変換は、感光性ポリマー層を露光する前又は後にキャリア基板を除去することをさらに含み得る。感光性ポリマー層を化学線に露光した後、前記変換は、露光した感光性ポリマー層を現像して、レリーフパターンを有するパターン化層を形成することをさらに含み得る。現像は、現像剤を使用してポリマー層中の未露光部分を除去してレリーフパターンを有するパターン化層を形成すること、及び、前記基板上のレリーフパターンを溶媒又は溶媒の混合物ですすぐことを含み得る。
いくつかの実施形態において、本開示は、パターン化フィルム(例えばパターン化フィルムを含有するラミネート体)を形成する方法を特徴とする。このような方法は、例えば、(a)キャリア基板、保護層、及び前記キャリア基板と前記保護層との間の感光性ポリマー層を含み、前記感光性ポリマー層が約5ミクロン以下のフィルム厚を有する、ドライフィルム構造体を提供すること、(b)ドライフィルム構造体から前記保護層を除去すること、(c)工程(b)で得た前記構造体を電子基板上に適用して、前記電子基板と前記キャリア基板との間に前記感光性ポリマー層を含むラミネート体を形成すること、(d)前記感光性ポリマー層を、約5ミクロン以下(例えば約4ミクロン以下又は約3ミクロン以下)の厚さを有し、約3ミクロン以下のフィーチャサイズを有する少なくとも1の素子を含むパターン化層に変換することによって行うことができる。いくつかの実施形態において、前記感光性ポリマー層は、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー、少なくとも1種の反応性官能化合物(RFC)及び少なくとも1種の光開始剤を含む。
いくつかの実施形態において、本開示は、本明細書に記載の方法によって形成された少なくとも1のパターンフィルムを含む3次元物体を特徴とする。いくつかの実施形態において、3次元物体は、少なくとも2のスタック(例えば少なくとも3のスタック)内にパターンフィルムを含むことができる。
いくつかの実施形態において、本開示は、本明細書に記載の3次元物体を含む半導体デバイスを特徴とする。いくつかの実施形態において、半導体デバイスは、集積回路、発光ダイオード、太陽電池又はトランジスタである。
本開示の文脈において、ラミネートは、ドライフィルム構造体のポリマー層を基板(例えば電子基板)の表面に付着又は接着する方法である。予備ラミネートは、ラミネート前の基板の処理である。予備ラミネートには、これに限定されるわけではないが、ラミネート前に基板を溶媒又は添加剤ですすぎ、乾燥することが含まれる。
本明細書に記載する場合、「未露光フィルム」又は「化学線未露光フィルム」という用語は、パターンを形成するために使用するリソグラフィー条件下で化学線に未露光であるフィルムを示す。
本明細書で使用する場合、「完全イミド化」という用語は、本開示のポリイミドポリマーが、約90%以上(例えば約95%以上、約98%以上、約99%以上、又は約100%)イミド化されていることを意味する。ポリイミドを形成するためのイミド化は、イミド環構造に起因する1770cm−1および1700cm−1の赤外スペクトルの特性吸収を観測することによって確認できる。
一般に、本開示は、ドライフィルム構造体及びこのようなドライフィルム構造体によって形成されたラミネート体並びにドライフィルム構造体又はラミネート体の製造方法又は使用方法に関する。いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体は、キャリア基板及び前記キャリア基板によって支持された感光性ポリマー層を含むことができる。前記感光性ポリマー層は、感光性ポリマー組成物(例えばネガ型感光性ポリマー組成物)から、前記組成物でキャリア基板をコーティングすることによって作製することができる。前記感光性ポリマー層又は感光性ポリマー組成物は、以下の成分(A)少なくとも1種のポリイミドポリマー(例えば少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー)、(B)少なくとも1種の反応性官能化合物(RFC)及び(C)少なくとも1種の光開始剤を含有することができる。いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体は、前記感光性ポリマー層がキャリア基板と保護層の間になるように保護層をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、前記感光性ポリマー層は、5ミクロン以下のフィルム厚及び3ミクロン以下の解像度(例えば前記感光性ポリマー層に形成された素子のフィーチャサイズ)を有することができる。
いくつかの実施形態において、前記感光性ポリマー組成物又はドライフィルム構造体のポリマー層の少なくとも1種の完全イミド化ポリイミド(即ち成分(A))は、モノマーとしての少なくとも1種のジアミンと、別のモノマーとしての少なくとも1つの二無水物(例えば少なくとも1種のテトラカルボン酸二無水物)との反応によって調製される。ジアミンの例としては、これに限定にされるわけではないが、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン(別名には4,4’−[1,4−フェニレン−ビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリン)、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−2H−インデン−5−アミン、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−アミン、[1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−イル]アミン及び1−(4−アミノフェニル)−2,3−ジヒドロ−1,3,3−トリメチル−1H−インデン−5−アミンが含まれる)、5−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、4−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、4,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,4−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,6−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチル−4−エチルインダン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、3−メチル−1,2−ベンゼン−ジアミン、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−シクロヘキサンビス(メチルアミン)、5−アミノ−1,3,3−トリメチルシクロヘキサンメタンアミン、2,5−ジアミノベンゾトリフルオライド、3,5−ジアミノベンゾトリフルオライド、1,3−ジアミノ−2,4,5,6−テトラフルオロベンゼン、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、3,3’−オキシジアニリン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−イソプロピリデンジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4−アミノフェニル−3−アミノベンゾエート、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1−(4−アミノフェノキシ)−3−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’−ビス−(4−フェノキシアニリン)イソプロピリデン、ビス(p−ベータ−アミノ−t−ブチルフェニル)エーテル、p−ビス−2−(2−メチル−4−アミノペンチル)ベンゼン、p−ビス(1,1−ジメチル−5−アミノペンチル)ベンゼン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3’−ジクロロベンジジン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスアニリン、4,4’−[1,4−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスアニリン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン]、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、(1,3’−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン及び9H−フルオレン−2,6−ジアミンが挙げられる。
いくつかの実施形態において、前記少なくとも1種のジアミンは、構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミン
Figure 2021047425

からなる群から選択される化合物を含み、式中、R、R、R、R、R、R11、R12、R13及びR14はそれぞれ独立して、H、置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基又はC−Cシクロアルキル基である。
、R、R、R、R、R11、R12、R13及びR14における置換又は非置換C−C直鎖又は分岐アルキル基の例としては、これに限定されるわけではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、アミル、ヘキシル及び2−メチルヘキシルが挙げられる。R、R、R、R、R、R11、R12、R13及びR14におけるC−Cシクロアルキル基の例としては、これに限定されるわけではないが、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチルが挙げられる。
構造(Ia)又は(Ib)のジアミンの例としては、これに限定されるわけではないが、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン(別名には4,4’−[1,4−フェニレン−ビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリン、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−2H−インデン−5−アミン、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−アミン、[1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−イル]アミン及び1−(4−アミノフェニル)−2,3−ジヒドロ−1,3,3−トリメチル−1H−インデン−5−アミンが含まれる)、5−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、4−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、4,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,4−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,6−トリメチルインダン及び5,7−ジアミノ−1,1−ジメチル−4−エチルインダンが挙げられる。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種のジアミンは、(a)構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミンからなる群から選択される化合物並びに(b)構造(II)の少なくとも1種のジアミン
Figure 2021047425

を含み、式中、R15、R16、R17及びR18はそれぞれ独立して、H、置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基又はC−Cシクロアルキル基であり得るが、但し、R15、R16、R17及びR18の少なくとも2つは水素ではない。
15、R16、R17及びR18における置換又は非置換C−C直鎖又は分岐アルキル基の例としては、これに限定されるわけではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、アミル、ヘキシル及び2−メチルヘキシルが挙げられる。R15、R16、R17及びR18におけるC−Cシクロアルキル基の例としては、これに限定されるわけではないが、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチルが挙げられる。
構造(II)のジアミンの例としては、これに限定されるわけではないが、2,3,5,6−テトラメチルフェニレンジアミン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリメチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリエチルベンゼン、2,4−ジアミノ−3,5−ジメチル−1−エチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,5−ジメチル−3−エチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、2,3,5,6−テトライソプロピル−フェニレンジアミン及び2,4−ジアミノ−1,3,5,6−テトラメチルベンゼンが挙げられる。
いくつかの実施形態において、ジアミン(例えば構造(Ia)、(Ib)及び(II)のジアミン)の総量中の構造(Ia)及び構造(Ib)のジアミンのモルパーセントは、約10%以上(例えば約20%以上、約25%以上、約30%以上、約35%以上、約40%以上、約45%以上又は約50%以上)から約90%以下(例えば約85%以下、約80%以下、約75%以下、約70%以下、約65%以下又は約60%以下)である。
いくつかの実施形態において、ジアミン(例えば構造(Ia)、(Ib)及び(II)のジアミン)の総量中の構造(II)のジアミンのモルパーセントは、約10%以上(例えば約20%以上、約25%以上、約30%以上、約35%以上、約40%以上、約45%以上又は約50%以上)から約90%以下(例えば約85%以下、約80%以下、約75%以下、約70%以下、約65%以下又は約60%以下)である。
一般に、本明細書に記載のポリイミドポリマーを形成するために、ジアミンを少なくとも1種の二無水物、例えば少なくとも1種のテトラカルボン酸二無水物と反応させることができる。
いくつかの実施形態において、テトラカルボン酸二無水物は、部分Yを有する構造(V)を有する。
Figure 2021047425

式(V)において、部分Yは、4価有機基であり、例えば、
a)置換又は非置換C−C18単核又は縮合多核芳香族基、
b)置換又は非置換C−C18直鎖、分岐、環式又は縮合多環式アルキレン基、
c)置換又は非置換複素環基、
d)構造(VI−a)、(VI−b)、(VI−c)、(VI−d)、(VI−e)、(VI−f)、(VI−g)、(VI−h)、(VI−i)又は(VI−j)の4価基であって、式中、R31からR41はそれぞれ独立して、水素原子又は置換若しくは非置換C−C10直鎖若しくは分岐アルキル基(例えば部分又は完全ハロゲン置換C−C10アルキル基)であり、LからLは、非置換又は置換炭素原子、酸素原子、硫黄原子、−(C=O)−基、−[S(=O)]−基及び−(S=O)−基からなる群から独立して選択される、4価基
Figure 2021047425

e)4価基[D−L−D]であって、式中、D及びDは、
1.置換又は非置換C−C18単環式又は多環式脂肪族基、及び
2.置換又は非置換C−C18単核又は多核芳香族基
からなる群から独立して選択され、
は、
1.単結合、
2.置換又は非置換C−C20直鎖、分岐、単環式又は多環式アルキレン基、
3.置換又は非置換Cアルケニレン基、
4.Cアルキニレン基、
5.置換又は非置換C−C18単核又は縮合多核芳香族基、
6.酸素原子、
7.硫黄原子、
8.−(C=O)−基、
9.−[S(=O)]−基、
10.−(S=O)−基、
11.−[C(=O)O]−基、
12.−[C(=O)NH]−基、及び
13.−[O(C(R61(CR62O)n3]−基(式中、n3は1から約6の範囲に及び、R61及びR62は独立して、水素原子又は置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基(例えば部分若しくは完全ハロゲン置換C−Cアルキル基)である)
からなる群から選択される2価連結基である、4価基
からなる群から選択される。
2価連結基Lの例としては、これに限定されるわけではないが、n3、n4及びn5がそれぞれ独立して、上で定義したのと同じ意味を有する、以下に示すものが挙げられる。
Figure 2021047425

Yの好適な例としては、これに限定されるわけではないが、以下の部分が挙げられる:
Figure 2021047425

Figure 2021047425

テトラカルボン酸無水物としては、これに限定されるわけではないが、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5,6−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−6,7−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−3−メチルインダン−5,6−ジカルボン酸二無水物及び1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−3−メチルインダン−6,7−ジカルボン酸無水物、ピロメリット酸二無水物、ベンゼン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,6−ジクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、2,7−ジクロロナフタレン−1,4,5、8−テトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−テトラクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−,8,9,10−テトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ピラジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、チオフェン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ−7−エン−3,4,8,9−テトラカルボン酸二無水物、テトラシクロ[4.4.1.02,5.07,10]ウンデカン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2,3’,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物、エチレングリコールビス(無水トリメリット酸)及び5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物が挙げられる。
好ましいテトラカルボン酸二無水物モノマーの例としては、これに限定されるわけではないが、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5,6−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−6,7−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−3−メチルインダン−5,6−ジカルボン酸二無水物及び1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−3−メチルインダン−6,7−ジカルボン酸無水物、ピラジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、チオフェン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ−7−エン−3,4,8,9−テトラカルボン酸二無水物、テトラシクロ[4.4.1.02,5.07,10]ウンデカン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物、エチレングリコールビス(無水トリメリット酸)及び5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物が挙げられる。より好ましいテトラカルボン酸二無水物モノマーとしては、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物及び2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物が挙げられる。上記のテトラカルボン酸二無水物モノマーの任意の好適な組合せを、任意の好適な比で使用して、本明細書に記載のポリイミドポリマーを形成することができる。
いくつかの実施形態において、テトラカルボン酸二無水物モノマーの例としては、
Figure 2021047425

が挙げられる。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種のジアミンは、構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミンからなる群から選択され、前記テトラカルボン酸二無水物は、ピラジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、チオフェン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ−7−エン−3,4,8,9−テトラカルボン酸二無水物、テトラシクロ[4.4.1.02,5.07,10]ウンデカン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、3,3’、4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物、エチレングリコールビス(無水トリメリット酸)及び5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物からなる群から選択される。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種のジアミンは、構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミンからなる群から選択され、前記テトラカルボン酸二無水物は、3,3’,4、4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物及び2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物からなる群から選択される。
いくつかの実施形態において、少なくとも1種のジアミンを少なくとも1種のテトラカルボン酸二無水物と反応させて、構造(VII)のポリアミド酸を生成し、式中、aは2以上(例えば3以上、4以上、5以上、6以上、8以上、10以上又は15以上)から500以下(例えば450以下、400以下、350以下、300以下、250以下、200以下、150以下、100以下又は50以下)の範囲に及ぶ整数であり、Xは前駆体ジアミンの核であり、Yは前駆体二無水物の核であり、上で定義されている。本明細書で使用する場合、前駆体ジアミンに言及する場合、「核」は、アミン官能基間の分子の部分を示す。前駆体二無水物に言及する場合、「核」は無水物官能基間の分子の部分を示す。
Figure 2021047425

構造(VII)のポリアミド酸は、当業者に既知の多数の合成手順又は手順の変形によって合成することができる。一般に、構造(VII)のポリアミド酸は、1又は複数のジアミンと1又は複数のテトラカルボン酸二無水物との縮重合反応によって形成することができる。例えば、モノマー及び好ましくは得られるポリアミド酸を溶解するのに好適な溶媒の存在下で、1又は複数のジアミンを1又は複数のテトラカルボン酸二無水物と接触させることができる。
いくつかの実施形態において、ポリアミド酸を調製するために、ジアミン成分及びテトラカルボン酸二無水物成分を同時に反応容器に投入するか、又は固体若しくは溶液の形態の成分の1つを他の成分の溶液中に投入することによる(材料全てが完全には溶解しないことがある)。いくつかの実施形態において、両方の成分を同時に投入することは、投入に要する時間が短縮されるため、生産性の点で有利であり得る。一般に、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分との縮重合反応は、約15℃〜約80℃にて約1〜約48時間行うことができる。
本開示における有用である好適な重合溶媒としては、これに限定されるわけではないが、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチレンスルホン、p−クロロフェノール、m−クレゾール、ジエチレングルコールメチルエーテル、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及び2−クロロ−4−ヒドロキシトルエン等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。これらの溶媒の中でも、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン及びN,N−ジメチルアセトアミドが好ましく、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましい。いくつかの実施形態において、ポリアミド酸の貧溶媒は、ポリアミド酸を析出させない量でこれらの溶媒と組合せて使用することができる。このような貧溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン及びo−ジクロロベンゼンが挙げられる。貧溶媒の使用量は、溶媒の総量に対して、50重量%以下(ゼロを含む)であることが好ましい。このようにして製造したポリアミド酸は、非溶媒又は貧溶媒中に析出させて単離し、濾過により回収して、続いてポリイミドへ転化するためのさらなる合成方法を行うことができる。いくつかの実施形態において、ポリアミド酸のこのような単離は必要ない。
いくつかの実施形態において、(1又は複数の)ジアミン成分の(1又は複数の)テトラカルボン酸二無水物成分に対するモル比は、1.00より大きくてよい。得られたポリマーは、アミノ末端ポリアミド酸(例えば、構造(VIIa)のポリアミド酸)である。(1又は複数の)ジアミン成分の(1又は複数の)テトラカルボン酸二無水物成分に対するモル比は、1.01〜1.40の範囲に及ぶことができ、ポリアミド酸及び前記ポリアミド酸のイミド化によって調製されたポリイミドの最終分子量に直接的な効果を有することができる。いくつかの実施形態において、モル比は、反応終了時のポリアミド酸が約10,000ダルトン以上(例えば約20,000ダルトン以上、約30,000ダルトン以上、約40,000ダルトン以上若しくは約50,000ダルトン以上)及び/又は約90,000ダルトン以下(例えば約80,000ダルトン以下、約70,000ダルトン以下、約60,000ダルトン以下)の重量平均分子量(Mw)を有するように選択される。
Figure 2021047425

モル過剰のテトラカルボン酸二無水物を用いると、無水物末端ポリアミド酸(例えば、構造(VIIb)のポリアミド酸)が生成する。
Figure 2021047425

(1又は複数の)テトラカルボン酸二無水物成分の(1又は複数の)ジアミン成分に対するモル比は、0.8〜0.99の範囲に及ぶことができ、ポリアミド酸及び前記ポリアミド酸のイミド化によって調製されたポリイミドの最終分子量に直接的な効果を有することができる。いくつかの実施形態において、モル比は、反応終了時のポリアミド酸が約10,000ダルトン以上(例えば約20,000ダルトン以上、約30,000ダルトン以上、約40,000ダルトン以上若しくは約50,000ダルトン以上)及び/又は約90,000ダルトン以下(例えば約80,000ダルトン以下、約70,000ダルトン以下、約60,000ダルトン以下)の重量平均分子量(Mw)を有するように選択される。
当業者は、ポリアミド酸(例えば構造(VIIa)及び(VIIb)のポリアミド酸)を本開示のポリイミドポリマーに転化するための合成経路が複数存在することを理解する。例えば、1つの経路は、構造(VIIIa)又は(VIIIb)のポリイミドを形成するために化学的又は熱的イミド化技術を使用して構造(VIIa)及び(VIIb)のポリアミド酸をイミド化することである。
Figure 2021047425

Figure 2021047425

いくつかの実施形態において、本明細書に記載のポリイミドは、末端基(例えば構造(VIIIa)中の末端NH又は構造(VIIIb)中の末端無水物)を、前記末端基と反応性である官能基を有する化合物と反応させることによってエンドキャップして、次にイミド化することができる。または、構造(VIIIa)又は(VIIIb)の末端基のエンドキャップ反応は、化学イミド化又は熱イミド化の後に行うことができる。
別の合成経路は、重合反応にモノアミン又はモノ無水物を含めることである。このような実施形態において、エンドキャップ反応は、重合反応と共に行われる。
熱イミド化は、例えば、約100℃〜約400℃(例えば約200℃〜約300℃又は約250℃)の範囲に及ぶ温度にて固体状態で行うことができる。別の実施形態において、熱イミド化は、約100℃〜約250℃の範囲に及ぶ温度にて溶液中で行うことができる。この温度範囲内で熱処理を行うことにより、未反応のポリアミド酸を最小限に抑えながら、イミド化反応性を所望の範囲内に制御することができる。いくつかの実施形態において、このような熱イミド化は、ポリマー末端基の反応の前に最も良好に行われる。
ポリアミド酸は、共沸熱的手順を使用してイミド化反応において脱水することもできる。この反応の例は、米国特許第5478915号に記載されている。例えば、ポリアミド酸の合成が完了した後、トルエンを添加し、溶液を155℃にて共沸還流させ、水をディーンスタークトラップ内に回収する。
いくつかの実施形態において、構造(VIIIa)又は(VIIIb)のポリイミドは、化学イミド化によって製造される。例えば、構造(VIIa)又は(VIIb)のポリアミド酸に化学イミド化剤(例えば脱水剤)を添加することができる。この化学イミド化剤は、ポリアミド酸基の閉環脱水過程を触媒して、ポリマー主鎖上にイミド官能基を形成することができる。ポリアミド酸を合成後に単離する場合、前記ポリアミド酸を相溶性溶媒に再溶解することができる。通常、化学イミド化を用いる場合、イミド化反応はポリアミド酸を単離せずに行われる。
好適な脱水剤を単独で又は非求核性塩基と組合せて使用して、ポリアミド酸をイミド化することができる。好適な脱水剤の例としては、これに限定されるわけではないが、トリフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、エタンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、酢酸無水物、プロピオン酸無水物、及び酪酸無水物が挙げられる。用いられる非求核性塩基は、使用する場合、エンドキャップ反応に用いられる非求核性塩基と同じであっても異なっていてもよい。好適な非求核性塩基の例として、これに限定されるわけではないが、ピリジン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、2−メチルピリジン、2,6−ルチジン、3,5−ルチジン、4−ピコリン、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)などが挙げられる。
いくつかの実施形態において、化学イミド化方法は、約60℃〜約130℃で約6時間〜約48時間、好適な脱水剤及び非求核性塩基を用いて実施する。脱水剤及び非求核性塩基は、等モル濃度で用いることができる。別の実施形態において、脱水剤の非求核性塩基に対するモル比は、約1.1〜約10(例えば約1.25〜5又は約1.5〜約3.0)である。一実施形態において、イミド化反応を完了させるために、混合物中に存在するポリアミド酸の総量に対して約90モル%〜200モル%の脱水剤が使用される。いくつかの実施形態において、脱水剤を100モル%〜160モル%使用してイミド化方法を完了する。
構造(VIIIa)又は(VIIIb)のポリイミドを形成するためのイミド化は、イミド環構造に起因する1770cm−1および1700cm−1の赤外スペクトルの特性吸収を観測することによって確認できる。
構造(VIIa)及び(VIIIa)のポリマーの末端NH基は、アミンに対して反応性である官能基を有するエンドキャッピング化合物との反応によって所望によりエンドキャップすることができる。このようなエンドキャッピング化合物の例としては、これに限定されるわけではないが、酸塩化物化合物、ジカルボン酸無水物、エポキシド化合物及びイソシアネート化合物が挙げられる。いくつかの実施形態において、エンドキャッピング化合物は、置換又は非置換アルケニル基(例えばC−C直鎖アルケニル基)及び置換又は非置換のアルキニル基(例えばC−C直鎖アルキニル基)から選択される少なくとも1の第2の官能基を含有するエンドキャッピング化合物であることができる。置換アルケニル基の例としては、これに限定されるわけではないが、アクリレート、メタクリレート、スチルベン及びビニルエーテルが挙げられる。アルキニル基上の置換基の例としては、これに限定されるわけではないが、アルキル(例えばMe又はEt)、アリール(例えばフェニル又は置換フェニル)、アルカノイル(例えばアセチル)及びアロイル(例えばベンゾイル)が挙げられる。
置換又は非置換アルケニル基及び置換又は非置換アルキニル基から選択される少なくとも1個の第2の官能基も有する末端NH基に対して反応性である官能基を有するエンドキャッピング化合物の例としては、これに限定されるわけではないが、以下の化合物が挙げられる:
Figure 2021047425

Figure 2021047425

構造(VIIa)及び(VIIIa)のポリマーをエンドキャップする反応性官能基として無水物を使用する場合、アミド酸を含有する末端基が生成する。構造(VIIa)のポリマーを終端するポリアミド酸は、主鎖ポリアミド酸がイミド化された場合にイミド化することができる。アミノ末端ポリイミドをエンドキャップする反応性官能基として一無水物を使用する場合、末端基はポリアミド酸となる。これらの末端ポリアミド酸は、自発的に又は単離及び乾燥中にイミド化することができるか、又は弱熱又は最小限の脱水剤によって容易にイミド化することができる。
いくつかの実施形態において、エンドキャップされたポリアミド酸又はポリイミドの調製に好適な一無水物は「マスクされた」マレイン酸無水物基を含有し、前記マレイン酸無水物基は、無水物基のイミド基への転化後に「マスクされた」マレイミド基となる。この末端イミド基は、逆環化反応(例えばレトロディールス−アルダー反応)を受けて、マレイミド基をアンマスクすることができる。エンドキャップ基としてマレイミド基を含有するポリイミドポリマーは、反応性官能化合物(RFC)(例えば少なくとも2個のチオール基を含有する化合物)と反応して架橋ポリイミドを形成することができる。
逆環化反応を受けることができる一無水物の例としては、これに限定されるわけではないが、構造IXによって記載される化合物が挙げられる:
Figure 2021047425

式中、Gは−O−、−(NR25)−、−[C(R26)=C(R27)]−又は−[C=C(R28]−であり、ここでR25、R26、R27及びR28はそれぞれ独立して、H、置換若しくは非置換C−C12直鎖、分岐、単環式若しくは多環式アルキル基又は置換若しくは非置換フェニル基であり、R21、R22、R23及びR24はそれぞれ独立して、H、置換又は非置換C−C12直鎖、分岐、単環式若しくは多環式アルキル基、置換又は非置換フェニル基、OR29、CHOR30、CHOC(=O)R31、CHC(=O)OR32、CHNHR33、CHNHC(=O)R34、CHC(=O)N(R35、C(=O)OR36であり、ここでR29、R30、R31、R32、R33、R34、R35及びR36はそれぞれ独立して、H又は置換若しくは非置換C−C直鎖、分岐、若しくは単環式アルキル基である。
構造IXの具体的な好適な一無水物の例としては、これに限定されるわけではないが、以下の化合物を含む:
Figure 2021047425

構造IXの一無水物の他の例は、例えば、米国特許出願公開第2014−0343199号に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み入れられている。
構造(VIIb)及び(VIIIb)の無水物末端ポリマーの末端無水物基は、無水物と反応性である官能基を有する化合物との反応によって所望によりエンドキャップすることができる。このような官能基の例としては、これに限定されるわけではないが、アミノ基、ヒドロキシル基及びチオール基が挙げられる。いくつかの実施形態において、エンドキャッピング化合物は、置換又は非置換アルケニル基及び置換又は非置換アルキニル基から選択される少なくとも1個の第2の官能基を有するエンドキャッピング化合物である。
反応性基を含有するエンドキャッピング化合物の例としては、これに限定されるわけではないが、以下の化合物が挙げられる:
Figure 2021047425

いくつかの場合において、非求核性塩基を使用して、エンドキャッピング化合物と末端無水物基との間の反応を促進することができる。好適な非求核性塩基の例として、これに限定されるわけではないが、ピリジン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、2−メチルピリジン、2,6−ルチジン、3,5−ルチジン、4−ピコリン、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)などが挙げられる。
構造(VIIb)及び(VIIIb)の無水物末端ポリマーがアミン含有化合物によってエンドキャップされると、アミド酸を含有する末端基が生成される。この状況において、ポリアミド酸がイミド化されると、エンドキャップもイミド化される。構造(VIIIb)の無水物末端ポリイミドのアミン含有化合物によるエンドキャッピングから生じるポリアミド酸を単離することができる。または、末端ポリアミド酸は、ポリイミドの形成中又は形成後に、熱イミド化又は化学イミド化することができる。
いくつかの実施形態において、本開示の得られたポリイミドは、水及び/又は有機溶媒中への析出によって単離され、濾過によって回収され、乾燥され得る。別の実施形態において、本開示のポリイミドは、水と好適な非水混和性溶媒との組合せに前記ポリイミドの溶液を添加することによって、単離することができる。ポリイミドポリマー中のモノマー部分の極性がより低いため、極性がより低い水非混和性溶媒への溶解性がより高いことによって、大半のポリイミドとは異なり、本開示のポリイミドを極性がより高い反応溶媒/水混合物から抽出することができる。この抽出されたポリマー溶液は、水で洗浄した後、水層を分離し、種々の揮発性化合物を蒸留し、続いてより高沸点の溶媒中に抽出することにより精製することができる。
感光性ポリマー組成物又は感光性ポリマー層中の反応性官能化合物(RFC)(成分B)は、一般に、露光前及び露光後に本明細書に記載の感光性組成物から調製されたフィルムの溶解速度に差異を生じるのに役立つ。いくつかの実施形態において、RFCは、他のRFC化合物又はポリイミドポリマー上の所望により存在する末端官能基(例えば、エンドキャップ反応後に上記のポリイミドポリマーの一部となる、エンドキャッピング試薬の第2の官能基)と反応することができる、少なくとも1個(例えば少なくとも2個又は少なくとも3個)の官能基を有する。RFCは、モノマー又はオリゴマーであり得る。オリゴマーは、2個以上のモノマー単位を含有することができ、最終ポリイミドポリマーに組み入れられるさらなる反応が可能である。このようなモノマー単位/オリゴマーの例は、以下の種類:(メタ)アクリレート、エステル、ビニル化合物(例えばビニルアルコール)、ウレタン、尿素、イミド、アミド、カルボキサゾール、カーボネート、ピラノース、シロキサン、尿素−ホルムアルデヒド及びメラミン−ホルムアルデヒドの1又は複数に基づく。本明細書で使用する場合、「(メタ)アクリレート」という用語は、アクリレート化合物及びメタクリレート化合物の両方を含む。いくつかの実施形態において、RFCは、少なくとも1個の第2の官能基とラジカル反応又は熱反応することができる、少なくとも1個の末端及び/又はペンダント反応性官能基を含有する。一実施形態において、RFC上の反応性官能基は、二重結合又は三重結合を含む。
RFC上の反応性官能基の好適な例としては、これに限定されるわけではないが、ビニル基、アリル基、ビニルエーテル基、プロペニルエーテル基、(メタ)アクリロイル基、−SiH基及び−SH(チオール)基が挙げられる。
一実施形態において、RFCの好適な例としては、これに限定されるわけではないが、ウレタンアクリレートオリゴマーが挙げられる。「ウレタンアクリレートオリゴマー」という用語は、ウレタンマルチ(メタ)アクリレート、マルチウレタン(メタ)アクリレート及びマルチウレタンマルチ(メタ)アクリレートなどの、ウレタン結合を含有し且つ(メタ)アクリレート(例えばアクリレート又はメタアクリレート)官能基を有する化合物のクラスを示す。ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーの種類は、例えば、Coadyらによる米国特許第4,608,409号及びChisholmらによる米国特許第6,844,950号明細書に記載されている。RFCの他の具体例としては、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、エトキシル化ビスフェノール−A−ジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサ(メタ)アクリレート、イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリレート変性尿素ホルムアルデヒド樹脂、(メタ)アクリレート変性メラミンホルムアルデヒド樹脂及び(メタ)アクリレート変性セルロースが挙げられる。
チオール基を含有するRFC化合物の例としては、これに限定されるわけではないが、トリメチロールプロパントリス(メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールテトラキス(メルカプトアセテート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート)及びエトキシル化トリメチロールプロパントリ−3−メルカプトプロピオネートが挙げられる。ビニルエーテル基を含有するRFC化合物の例としては、これに限定されるわけではないが、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ジ(エチレングリコール)ビニルエーテル、ポリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル及びビス[4−(ビニルオキシ)ブチル](4−メチル−1,3−フェニレン)ビスカルバメートが挙げられる。SiH基を含有するRFC化合物の一例は、ハイブリッドプラスチックスから入手可能なオクタシランPOSS(R)SH1310である。
いくつかの実施形態において、感光性ポリマー組成物又はドライフィルム構造体中の感光性ポリマー層における光開始剤(即ち成分(C))は、組成物又は組成物の一部が化学線に露光されると、反応性官能化合物(RFC)の官能基間の又はRFCの官能基と所望によりエンドキャップされたポリマーの第2官能基との間の反応を開始することができる化合物である。前記組成物に使用されるいくつかの光開始剤は、露光波長にて光を吸収した後にフリーラジカルを生成することによって機能する。
高エネルギー放射線への露光時にフリーラジカルを生成する開始剤(光開始剤としても既知)の具体例としては、これに限定されるわけではないが、NCI−831(ADEKA Corp.より入手可能)、1,8−ビス[9−(2−エチルヘキシル)−6−ニトロ−9H−カルバゾール−3−イル]−1,8−ビス(O−アセチルオキシム)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASFによるイルガキュア184)、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとベンゾフェノンのブレンド(BASFによるイルガキュア500)、2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド(BASFによるイルガキュア1800、1850及び1700)、2,2−ジメトキシ−2−アセトフェノン(BASFによるイルガキュア651)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(BASFによるイルガキュア819)、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン(BASFによるイルガキュア907)、(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキシド(BASFによるルセリンTPO)、エトキシ(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(BASFによるルセリンTPO−L)、ホスフィンオキシド、ヒドロキシケトン及びベンゾフェノン誘導体のブレンド(サートマーによるESACURE KTO 46)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(メルクによるダロキュア1173)、ベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ベンゾジメチルケタール、1,1,1−トリクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、m−クロロアセトフェノン、プロピオフェノン、アントラキノン、ジベンゾスベロンなどが挙げられる。
非イオン型光開始剤の具体例としては、(5−トルイ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(BASFによるイルガキュア121)、フェナシルp−メチルベンゼンスルホネート、ベンゾインp−トルエンスルホネート、(p−トルエンスルホニルオキシ)メチルベンゾイン、3−(p−トルエンスルホニルオキシ)−2−ヒドロキシ−2−フェニル−1−フェニルプロピルエーテル、N−(p−ドデシルベンゼンスルホニルオキシ)−1,8−ナフタルイミド、N−(フェニルスルホニルオキシ)−1,8−ナフタルイミド、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、1−p−トルエンスルホニル−1−シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、2−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2,6−ジニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2,4−ジニトロベンジルp−トリフルオロメチルベンゼンスルホネートなどが挙げられる。
または、光増感剤と開始剤(例えば化学線によって活性化されない開始剤)との組合せを感光性組成物に使用してよい。この代替案において、光増感剤が光を吸収し、開始剤にエネルギーを伝達してRFCとの反応を開始させる。光増感剤の例としては、これに限定されるわけではないが、9−メチルアントラセン、アントラセンメタノール、アセナフチレン、チオキサントン、メチル−2−ナフチルケトン、4−アセチルビフェニル及び1,2−ベンゾフルオレンが挙げられる。
増感剤によって活性化できる開始剤の具体例としては、これに限定されるわけではないが、ベンゾイルペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert−アミルペルオキシベンゾエート、tert−ブチルヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、コハク酸ペルオキシド、ジ(n−プロピル)ペルオキシジカーボネート、2,2−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2−アゾビスイソブチレート、4,4−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)などが挙げられる。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の感光性ポリマー組成物は、少なくとも1種の有機溶媒を含むことができる。有機溶媒の好適な例としては、これに限定されるわけではないが、γ−ブチロラクトン(GBL)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、N−メチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジエチルホルムアミド、ジエチルアセトアミド、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、2−ヘプタノン、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、n−ブチルアセテート(nBA)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)、エチルラクテート(EL)、プロピルラクテート、3−メチル−3−メトキシブタノール、テトラリン、イソホロン、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、メチル3−メトキシプロピオネート、エチル3−エトキシプロピネート、ジエチルマロネート、エチレングリコール1,4:3,6−ジアンヒドロソルビトール、2,5−ジメチルエーテル(2,5−ジメチルイソソルビド)、1,4:3,6−ジアンヒドロソルビトール2,5−ジエチルエーテル(2,5−ジエチルイソソルビド)及びそれらの混合物が挙げられる。好ましい溶媒は、γ−ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、イソソルビドジメチル、エチルラクテート(EL)及びジメチルスルホキシド(DMSO)である。これらの溶媒は、個別にまたは組合せて使用することができる。
一般に、本明細書に記載のポリイミドポリマーは、上述の有機溶媒に可溶性であり得る。いくつかの実施形態において、ポリイミドポリマーは、25℃にて前段落に記載した有機溶媒の1種中で少なくとも約50mg/mL(例えば少なくとも約100mg/mL又は少なくとも約200mg/mL)の溶解度を有することができる。
いくつかの実施形態において、感光性ポリマー層は、所望により少なくとも1種の溶媒を含むことができる。感光性ポリマー層中の溶媒は、上記の感光性ポリマー組成物中の溶媒の残渣であることができる。一般に、本開示のドライフィルムの感光性ポリマー層中の溶媒の量は、乾燥時間及び温度に依存する。いくつかの実施形態において、溶媒の量は、ドライフィルムの感光性ポリマー層の総重量の約0.5重量%以上(例えば約1重量%以上、約2重量%以上、約3重量%以上、約4重量%以上又は約4.5重量%以上)及び/又は約20重量%以下(例えば約17重量%以下、約14重量%以下、約11重量%以下、約8重量%以下又は約5重量以下)である。
感光性ポリマー層は、約5μm以下(例えば約4μm以下又は約3μm以下)から約1μm以上(例えば約2μm以上又は約3μm以上)の厚さを有することができる。
いくつかの実施形態において、ポリイミド(成分(A))の量は、前記感光性ポリマー組成物の総重量の約5重量%以上(例えば約10重量%以上、約20重量%以上、約30重量%以上又は約40重量%以上)及び/又は約95重量%以下(例えば約90重量%以下、約85重量%以下、約80重量%以下又は約75重量%以下)である。
いくつかの実施形態において、少なくとも1個の反応性官能基を有する成分(B)(RFC)の量は、前記感光性ポリマー組成物の総重量の約1重量%以上(例えば約4重量%以上、約8重量%以上、約12重量%以上、約16重量%以上又は約20重量%以上)及び/又は約50重量%以下(例えば約45重量%以下、約40重量%以下、約35重量%以下又は約30重量%以下)である。
いくつかの実施形態において、反応性官能化合物(RFC)の量は、ポリイミドポリマーの量の約60重量%以下(例えば約55重量%以下、約50重量%以下、約45重量%以下、約40重量%以下又は約35重量%以下)である。反応性官能化合物(RFC)の量がポリイミドポリマーの量の約60重量%より多い場合、このようなドライフィルムから製造したフィルムの機械的特性並びに耐薬品性が悪化し得て、より低い粘度によるフィルムのコーティング欠陥及び粘着性が認められ得ることが考えられる。
いくつかの実施形態において、反応性官能化合物(RFC)の量は、前記ポリイミドポリマーの量の約10重量%以上(例えば約15重量%以上、約20重量%以上、約25重量%以上又は約30重量%以上)である。反応性官能化合物(RFC)の量が前記ポリイミドポリマーの量の約10重量%未満である場合、このようなドライフィルムから製造したフィルムの露光領域と未露光領域とのコントラストが乏しい可能性があり、フィルムのリソグラフィー性能が大幅に悪化すると考えられる。
いくつかの実施形態において、成分(C)(光開始剤)の量は、前記感光性ポリマー組成物の総重量の約0.0001重量%以上(例えば約0.01重量%以上、約0.1重量%以上又は約1重量%以上)及び/又は約10重量%以下(例えば約7重量%以下、約5重量%以下又は約3重量%以下)である。
本開示のドライフィルム構造体の感光性ポリマー組成物又は感光性ポリマー層は、これに限定されるわけではないが、接着促進剤、界面活性剤、ナノ粒子及び可塑剤を含む他の添加剤を所望により含み得る。これらの追加の添加剤の量は、感光性ポリマー組成物又は感光性ポリマー層の総重量に対して0重量%〜約15重量%の範囲に及ぶことができる。
適切な接着促進剤は、“Silane Coupling Agent”Edwin P.Plueddemann,1982 Plenum Press,New Yorkに記載されている。接着促進剤のクラスには、これに限定されるわけではないが、ビニルアルコキシシラン、メタクリロキシアルコキシシラン(例えば3−メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン及び3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)、メルカプトアルコキシシラン、アミノアルコキシシラン、エポキシアルコキシシラン及びグリシジルオキシアルコキシシランが含まれる。好適な接着促進剤の例としては、これに限定されるわけではないが、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシジルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシジルオキシプロピル−メチルジエトキシシラン、グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン及びγ−メルカプトプロピル−メチルジメトキシシランが挙げられる。
いくつかの実施形態において、接着促進剤は、チオール基を有さないケイ素化合物を含有する。いくつかの実施形態において、接着促進剤は、アクリル部分を有さないケイ素化合物を含有する。いくつかの実施形態において、接着促進剤は、エポキシ基を有さないケイ素化合物を含有する。
所望により存在する接着促進剤の濃度は、用いられる場合、ポリマー組成物の約0.1重量%以上(例えば約0.2重量%以上又は約0.3重量%以上)から約5重量%以下(例えば約1.5重量%以下又は約1重量%以下)の範囲に及ぶ。
本開示のドライフィルム構造体の感光性ポリマー組成物又は感光性ポリマー層は、所望により少なくとも1種の界面活性剤を含有することもできる。界面活性剤が用いられる場合、前記界面活性剤は、第1のポリマー層組成物の約0.001重量%以上(例えば約0.05重量%以上又は約0.1重量%以上)から約2重量%以下(例えば約1.5重量%以下又は約1重量%以下)まで添加することができる。好適な界面活性剤の例としては、これに限定されるわけではないが、特開昭62−36663号、特開昭61−226746号、特開昭61−226745号、特開昭62−170950号、同63−34540号、特開平7−230165号、特開平8−62834号、特開平9−54432号及び特開平9−5988号に記載されている界面活性剤が挙げられる。
本開示のドライフィルム構造体の感光性ポリマー組成物又は感光性ポリマー層は、所望により少なくとも1種の可塑剤を含有することができる。所望により存在する可塑剤の量は、用いられる場合、第1のポリマー層組成物の約1重量%以上(例えば約1.5重量%以上又は約2重量%以上)から約20重量%以下(例えば約10重量%以下又は約5重量%以下)の範囲に及ぶことができる。
いくつかの実施形態において、本開示のドライフィルム構造体の感光性ポリマー組成物又は感光性ポリマー層は、少なくとも1種のナノ粒子(例えば複数のナノ粒子)をさらに含むことができる。ナノ粒子は、1又は複数のポリマー、無機材料及び/又は金属から作製することができる。この用途に好適なナノ粒子は、好ましくは直径200μm未満であり、本開示の組成物の他の成分と相溶性である。このようなナノ粒子の例は、例えば米国特許第6,291,070号及び第6,844,950号に見出され、この内容は参照により本明細書に組み入れられている。理論に束縛されることを望むものではないが、ナノ粒子は、このような感光性組成物により製造されたドライフィルム構造体のポリマー層の機械的特性(例えばCTE)及び電気的特性(例えば誘電特性)を改善することができると考えられる。
ナノ粒子の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ハフニウム、CdSe、CdS、CdTe、CuO、酸化亜鉛、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化チタンカルシウム、ナトリウムチタネート及びカリウムニオベートが挙げられる。ナノ粒子は、表面処理ナノ粒子又は表面未処理ナノ粒子であることができる。
いくつかの実施形態において、本開示の感光性組成物は、上記のポリイミドポリマーと連続相を形成する1又は複数の追加のポリマーを含む。追加のポリマーの好適な例としては、これに限定されるわけではないが、ポリアミド酸、ポリアミドエステル、ポリエステル、ポリアミド、ポリヒドロキシアミド、ポリエーテルイミド、ポリアリーレン、ポリエーテル及びポリアリールスルフィドが挙げられる。これらの追加のポリマーは、その末端及び/又はその骨格に沿って反応性基(例えば不飽和基)を含有し得る。いくつかの実施形態において、追加のポリマーは、(1又は複数の)ポリイミドポリマーに対して約0.5重量%以上(例えば約1重量%以上又は約5重量%以上)から約20重量%以下(例えば約15重量%以下又は約10重量%以下)の量で添加される。いくつかの実施形態において、本開示の組成物は、上記のポリイミドポリマーと不連続相を形成するポリマーを実質的に含まない。
いくつかの実施形態において、本開示は、ドライフィルム構造体の調製方法を特徴とする。前記方法は、(a)キャリア基板を本明細書に記載する感光性ポリマー組成物でコーティングしてコート組成物を形成すること、(b)前記コート組成物を乾燥させて感光性ポリマー層を形成すること及び(c)所望により保護層を前記感光性ポリマー層に適用して、ドライフィルム構造体を形成することを含む。
いくつかの実施形態において、キャリア基板は、ドライフィルム構造体の感光性ポリマー層と接触するフィルムの表面を改質する処理を所望により供された単層又は多層フィルムである。いくつかの実施形態において、多層キャリア基板の1又は複数の層が粒子を含有することができる。粒子の例としては、これに限定されるわけではないが、二酸化ケイ素粒子(凝集シリカなど)、炭酸カルシウム粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子及び硫酸バリウム粒子などの無機粒子;架橋ポリスチレン粒子、アクリル粒子及びイミド粒子などの有機粒子;並びにそれらの混合物が挙げられる。理論に拘束されることを望むものではないが、粒子がキャリア基板の接着特性を改善でき、キャリア基板上にコートされた感光性ポリマー層の均一性を改善できると考えられる。
いくつかの実施形態において、キャリア基板は優れた光透過性を有し、感光性ポリマー層にレリーフパターンを形成するために使用される化学線照射を実質的に透過する。いくつかの実施形態において、キャリア基板は低い表面粗さを有し得る。キャリア基板は一般に、強度が十分であり、ポリマー層の形成に使用される溶媒に不溶性であるべきである。キャリア基板は、続いての使用でドライフィルム構造体の残り(例えば感光性ポリマー層)から除去可能であり、又は製造したデバイスの最終構造の一部を形成することができる。キャリア基板が最終デバイスから最終的に、例えば剥離によって除去される状況では、キャリア基板と感光性ポリマー層との間の接着は、容易に分離できるような十分な弱さであるべきである。このような実施形態において、キャリア基板は、キャリア基板の除去を容易にするために感光性ポリマー層によってコートされる表面上に剥離層を含むことができる。キャリア基板が最終デバイスの一部である場合、キャリア基板の剥離を防止するために接着力は高い必要がある。
キャリア基板の具体例としては、各種のプラスチックフィルム、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、ポリ(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ポリ(メタ)アクリル酸エステルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリスチレン、セロファン、ポリ塩化ビニルコポリマー、ポリアミド、ポリイミド、塩化ビニル−ビニルアセテートコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレンなどがあり得る。また、2種以上のプラスチックフィルム又は2種以上のポリマーを含有する複合材料を使用することができる。光透過性に優れたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムが特に好ましい。キャリア基板の厚さは、約10μm以上(例えば約15μm以上、約20μm以上、約30μm以上、約40μm以上、約50μm以上又は約60μm以上)から約150μm以下(例えば約140μm以下、約120μm以下、約100μm以下、約90μm以下、約80μm以下又は約70μm以下)の範囲内にあることができる。キャリア基板のヤング率は、約100MPa以上(例えば約150MPa以上、約200MPa以上又は約250MPa以上)から約500MPa以下(例えば約450MPa以下、約400MPa以下又は約350MPa以下)の範囲内にあることができる。
キャリア基板は、コロナ処理の有無にかかわらず使用することができる。コロナは、金属電極又は絶縁電極に高周波高電圧エネルギーを放出することによって生成されるイオン化された空気である。この電極は、接地ロール上に配置される。フィルムのコロナ処理は、表面汚染物質を除去し、結合部位を生成し、表面エネルギーを上昇させることにより、表面を接着のために最適化することができる。いくつかの実施形態において、フィルムをコロナ工程に通過させることにより、ロールを形成するためのキャリア基板フィルムの巻き取り中にコロナ処理を行うことができる。これにより前処理コロナフィルムが生成される。このようなコロナ処理キャリア基板フィルムは市販されている。別の選択肢は、キャリア基板上に感光性ポリマー層組成物をコーティングする直前に、キャリア基板フィルムをコロナチャンバに通過させる「オンラインコロナ処理」である。キャリア基板のオンラインコロナ処理によって、印刷品質を向上させ、コーティングのピンホールを排除し、ドライフィルム構造体の生産性を高めることができる。
ドライフィルム構造体の感光性ポリマー層を形成するためのコーティング方法は特に限定されない。例えば、スプレーコーティング、ロールコーティング、回転コーティング、スリットコーティング、圧縮コーティング、カーテンコーティング、ダイコーティング、ワイヤーバーコーティング及びナイフコーティングなどの方法を使用して感光性ポリマー層を形成することができる。感光性ポリマー層を形成するために使用する乾燥温度は、成分、有機溶媒及び含有率によって変化し得る。いくつかの実施形態において、乾燥は、約60℃以上(例えば約65℃以上、約70℃以上又は約75℃以上)から約120℃以下(例えば約105℃以下、約90℃以下又は約85℃以下)の温度にて、約30秒以上(例えば約1分以上、約2分以上、約4分以上又は約6分以上)から約15分以下(例えば約12分以下、約10分以下又は約8分以下)にわたって行う。乾燥手段の例は、熱風を使用する対流オーブンであるが、任意の適切な加熱手段を採用することができる。
いくつかの実施形態において、溶融粘度及び融点は、上記の感光性ポリマー層の重要な熱的特性であり得る。これらの特性はどちらも、ドライフィルム構造体を基板上に効果的にラミネートするために重要であり得る。
いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体は、約60℃〜約140℃の温度にて約10ポアズ以上(例えば約20ポアズ以上、約30ポアズ以上、約40ポアズ以上又は約50ポアズ以上)及び/又は150ポアズ以下(例えば約140ポアズ以下、約130ポアズ以下、約120ポアズ以下、約110ポアズ以下、約100ポアズ以下又は約90ポアズ以下)の溶融粘度を有する感光性ポリマー層を含有する。理論に拘束されることを望むものではないが、感光性ポリマー層の溶融粘度が低すぎると、ラミネート中に感光性ポリマー層のオーバーフローが起こり得ると考えられる。これによりラミネートフィルムのフィルム厚が不均一になり、基板の裏面の汚染が生じる。溶融粘度が高すぎると、ポリマー流が異常に遅くなり、これにより形成された層に空隙及び気泡が生じることがある。さらに、キャリア基板がパターン化される場合、低いポリマー流は、パターンの充填を不完全かつ不適切にすることがある。
いくつかの実施形態において、感光性ポリマー層は、約60℃以上(例えば65℃以上、約70℃以上、約75℃以上又は約80℃以上)及び/又は約140℃以下(例えば約135℃以下、約130℃以下、約125℃以下又は約120℃以下)の融点を有する。理論に縛られることを望むものではないが、感光性ポリマー層の融点が低すぎる場合、ドライフィルムの形成は、通例連続方法によるドライフィルムスタックの形成が妨げられる程度まで妨げられ得ると考えられる。融点が高すぎる場合、感光性ポリマー層とキャリア基板のラミネート中に高温が必要とされ、キャリア基板が溶融してドライフィルムスタックが損なわれるおそれがある。さらに、高融点を有する感光性ポリマー層がより低温のラミネート方法において使用される場合、感光性ポリマー層は基板との接着性が不十分であり得る。
いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体は、保護層(例えば、保護フィルム又は保護カバーシート)を含み、感光性ポリマー層が保護層とキャリア基板との間に配置される。保護層は、輸送及び貯蔵中に感光性ポリマー層を保護し、粘着性感光性ポリマー層がそれ自体に付着することを防止できる。いくつかの実施形態において、保護層は、ドライフィルム構造体の感光性ポリマー層に接触するフィルムの表面を改質するための処理に所望により供された、単層又は多層フィルムである。保護層は、ポリエチレン、ポリプロピレン又は他の任意の好適なポリマーから作製することができる。いくつかの実施形態において、保護層の感光性ポリマー層への接着力は、感光性ポリマー層に対するキャリア基板の接着力よりも小さい。これにより、感光性ポリマー層をキャリア基板から分離することもなく、保護層を感光性ポリマー層から容易に分離することができる。保護層は、ロール圧縮法によって感光性ポリマー層にラミネートすることができる。
いくつかの実施形態において、保護層は、約100MPa以上(例えば約150MPa以上、約200MPa以上又は約250MPa以上)から約500MPa以下(例えば約450MPa以下、約400MPa以下又は約350MPa以下)の範囲内のヤング率を有することができる。
一般に、本明細書に記載のドライフィルム構造体は、感光性ポリマー層を基板(例えば電子基板)にラミネートするために使用することができる。いくつかの実施形態において、ドライフィルム構造体の感光性ポリマー層は、真空、熱及び圧力がボイドレスラミネートのために併用される差圧ラミネータを使用して、任意の種類の基板(例えば電子基板)にラミネートすることができる。好適な電子基板の例としては、ケイ素基板、銅基板、アルミニウム基板、酸化ケイ素基板、窒化ケイ素基板、ガラス基板、有機ラミネート体基板又は誘電材料基板が挙げられる。例えば、ドライフィルム構造体の保護層を剥離することができ、構造体の残り(例えばキャリア基板上の感光性ポリマー層)を基板サイズに切断することができる。別の例として、ドライフィルム構造体を基板サイズに切断することができ、次に保護層を剥離して、感光性ポリマー層を基板上にラミネートすることができる。いくつかの実施形態において、手動で又は現在利用可能な分配装置を用いて予めラミネートされたこれらの基板を、スライド・マウント・プラテン上に配置するか、又はチャンバ内に配置する。厚さ及び形態が異なる基板を混ぜて、スループットを上昇させることができる。次いで、基板は、内蔵精密デジタルタイマによって決定された時間にわたって、真空保持(vacuum dwell)に供することができる。この期間の後、予熱したシリコーンゴム製ダイアフラムを被加工物上に降下させることができる。この作用によって、ばね式プラテン組立体の下の狭い隙間を閉じることができ、下加熱プラテンと直接熱接触することになる。上加熱プラテン及び下加熱プラテンの温度はどちらも、内蔵温度コントローラによって独立して制御することができる。差圧ラミネータは、一般にダイアフラム上への陽圧の印加を可能にし、有効ラミネート圧力を劇的に上昇させる。保圧時間は、真空保持(vacuum dwell)に用いたタイマと同一のタイマによって調整することができる。サイクル完了時に、ドロワ機構を後退させることができ、ラミネートされた基板は、さらなる処理のために取り外すことができる。
いくつかの実施形態において、感光性ポリマー層は、平面圧縮法又は熱ロール圧縮法を用いたドライフィルム構造体の感光性ポリマー層の予備ラミネートの後、60℃〜140℃での真空ラミネートによって基板にラミネートすることができる。熱ロールラミネートを用いる場合、ドライフィルム構造体を熱ロールラミネータに入れ、保護層を感光性ポリマー層/キャリア基板から剥離することができ、感光性ポリマー層を基板に接触させて、熱及び圧力によってローラーを使用して基板にラミネートすることができる。
いくつかの実施形態において、上記のラミネート方法で使用するラミネート温度は、約50℃以上(例えば約70℃以上、約80℃以上、約90℃以上又は約100℃以上)から約220℃以下(例えば約190℃以下、約170℃以下、約160℃以下、約130℃以下又は約110℃以下)である。上述のラミネート方法で使用する圧力は、約1.5psi以上(例えば約3psi以上、約5psi以上、約10psi以上、約15psi以上又は約20psi以上)から好ましくは約70psi以下(例えば約60psi以下、約50psi以下、約40psi以下又は約30psi以下)である。上記のラミネート方法で使用する真空は、約0.2トル以上から約5トル以下であり得る。上記のラミネート方法で使用されるローラーの速度は、約1cm/分以上(例えば約5cm/分以上、約10cm/分以上、約25cm/分以上又は約50cm/分以上)から約600cm/分以下(例えば約500cm/分以下、約400cm/分以下、約300cm/分以下、約200cm/分以下又は約100cm/分以下)であることができる。
いくつかの実施形態において、本開示は、ラミネート体を形成する方法を特徴とする。前記方法は、ドライフィルム構造体を電子基板上に適用してラミネート体を形成することを含むことができる。保護層がドライフィルム構造体内に存在する実施形態において、前記方法は、ドライフィルム構造体を電子基板上に適用する前に、ドライフィルム構造体から保護層を除去することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、前記方法は、感光性ポリマー層をパターン化層に変換することをさらに含み得る。前記変換は、ラミネート体中の感光性ポリマー層を化学線に露光することを含み得る。このような実施形態において、前記変換は、感光性ポリマー層を露光する前又は後にキャリア基板を除去することをさらに含み得る。感光性ポリマー層を化学線に露光した後、前記変換は、露光した感光性ポリマー層を現像して、レリーフパターンを有するパターン化層を形成することをさらに含み得る。現像は、現像剤を使用してポリマー層中の未露光部分を除去してレリーフパターンを有するパターン化層を形成すること、及び、前記基板上のレリーフパターンを溶媒又は溶媒の混合物ですすぐことを含み得る。
いくつかの実施形態において、電子基板上のラミネートされた感光性ポリマー層は、感光性ポリマー層における露光領域が架橋されるように、所望のパターン化フォトマスクを通じて露光される。架橋は、反応性官能化合物の分子間、反応性官能化合物およびポリイミドポリマーの分子間、又は感光性ポリマー層中のポリイミドポリマーの分子間で起こり得る。露光に使用する活性エネルギービームとしては、電子ビーム、紫外線、X線が挙げられ、紫外線が好ましい。光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ハロゲンランプなどを使用することができる。照射線量は、通例約100mJ/cm〜約1,000mJ/cmである。
キャリア基板は、露光の前又は後に剥離することによって除去することができる。
露光後、ドライフィルム構造体の感光性ポリマー層は、約50℃以上(例えば約55℃以上、約60℃以上又は約65℃以上)から約100℃以下(例えば約95℃以下又は約90℃以下、約85℃以下、約80℃以下、約75℃以下、又は約70℃以下)に、約60秒以上(例えば約65秒以上又は約70秒以上)から約90秒以下(例えば約85秒以下又は約80秒以下)にわたって熱処理することができる。熱処理は、通常、ホットプレート又はオーブンを使用して行う。
露光後、現像剤を使用してドライフィルム構造体の感光性ポリマー層を現像し、未露光部分を除去することができる。現像は、例えば浸漬法やスプレー法によって行うことができる。現像後、ラミネート基板上の感光性ポリマー層にマイクロホール及び細線を生成することができる。
感光性ポリマー層を現像するための現像剤の例としては、有機溶媒又は有機溶媒の混合物が挙げられる。有機溶媒の好適な例としては、これに限定されるわけではないが、γ−ブチロラクトン(GBL)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N−エチル−2−ピロリドン、N−ブチル−2−ピロリドン、N−ホルミルモルホリン、ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、N−メチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジエチルホルムアミド、ジエチルアセトアミド、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、2−ヘプタノン、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、n−ブチルアセテート(nBA)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)、エチルラクテート(EL)、プロピルラクテート、3−メチル−3−メトキシブタノール、テトラリン、イソホロン、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、メチル3−メトキシプロピオネート、エチル3−エトキシプロピオネート、ジエチルマロネート、エチレングリコール1,4:3,6−ジアンヒドロソルビトール、2,5−ジメチルエーテル(2,5−ジメチルイソソルビド)、1,4:3,6−ジアンヒドロソルビトール2,5−ジエチルエーテル(2,5−ジエチルイソソルビド)及びそれらの混合物が挙げられる。好ましい溶媒は、γ−ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、2,5−ジメチルエーテル(2,5−ジメチルイソソルビド)、エチルラクテート(EL)、n−ブチルアセテート(nBA)及びジメチルスルホキシド(DMSO)である。これらの溶媒は、画像品質を向上させるために、個別に又は2種以上を組合せて使用することができる。
いくつかの実施形態において、現像剤及び感光性ポリマー層中のポリイミドポリマーは、約3以下(例えば約2.5以下、約2以下、約1.5以下又は1以下)及び/又は約0.1以上(例えば約0.2以上、約0.5以上、約0.7以上又は約1以上)の相対エネルギー差(RED)を有することができる。REDは、ハンセンパラメータ(Ra)と相互作用半径(Ro)との間の距離の比である。一般に、REDが低いほど、ポリイミドポリマーの溶媒への溶解度が良好となる。Raは、以下の式:(Ra)=4(δd2−δd1+(δp2−δp1+(δh2−δh1によって定義され、式中、δ、δ及びδはそれぞれ分散、分子間力及び分子間水素結合である。Raは、ハンセン空間の球の半径を決定し、その中心は3個のハンセンパラメータである。ハンセンのパラメータについてのさらなる詳細事項は、以下の文献:“Hansen,Charles(2007).Hansen Solubility Parameters:A user’s handbook,Second Edition.Boca Raton,Fla:CRC Press.ISBN 978−0−8493−7248−3”に見出すことができる。
いくつかの実施形態において、現像後、所望により存在するすすぎ処理を有機すすぎ溶媒を用いて行うことができる。有機すすぎ溶媒の好適な例としては、これに限定されるわけではないが、イソプロピルアルコール、メチルイソブチルカルビノール(MIBC)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、及びアミルアルコールなどのアルコール、n−ブチルアセテート(nBA)、エチルラクテート(EL)及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)などのエステル類;シクロペンタノン(CP)などのケトン並びにそれらの混合物が挙げられる。すすぎ溶媒を使用してすすぎ処理を行って、残留物を除去することができる。
いくつかの実施形態において、現像工程又は所望により存在するすすぎ処理工程の後に、所望により存在する焼成工程(即ち、現像後焼成)を、約120℃以上(例えば約130℃以上、約140℃以上、約150℃以上、約160℃以上、約170℃以上又は約180℃以上)から約250℃以下(例えば約240℃以下、約230℃以下、約220℃以下、約210℃以下、約200℃以下又は約190℃以下)の範囲に及ぶ温度にて行うことができる。焼成時間は、約5分以上(例えば約10分以上、約20分以上、約30分以上、約40分以上、約50分以上又は約60分以上)及び/又は約5時間以下(例えば約4時間以下、約3時間以下、約2時間以下又は約1.5時間以下)である。この焼成工程は、残存する感光性ポリマー層から残留溶媒を除去することができ、残存する感光性ポリマー層をさらに架橋することができる。現像後焼成は、空気中で又は好ましくは窒素雰囲気下で行うことができ、任意の好適な加熱手段によって行ってよい。
いくつかの実施形態において、焼成工程後に得られる焼成感光性ポリマー層は、約180℃以上(例えば約190℃以上、約200℃以上又は約210℃以上)のガラス転移温度を有する。いくつかの実施形態において、焼成工程の後に得られる焼成感光性ポリマー層は、約320℃以下(例えば約310℃以下、約300℃以下又は約290℃以下)のガラス転移点を有する。本明細書で使用する場合、感光性ポリマー層のガラス転移温度は、寸法変化(μ)対温度をプロットする熱機械分析計曲線上の感光変曲点として定義される。
いくつかの実施形態において、焼成感光性ポリマー層の高いガラス転移温度は、後続のデバイス製造の加工工程及び後続のより長いデバイス寿命のためのデバイス使用の間のフィルム移動性を防止するためには望ましいことであり得る。はんだ付けなどの一部の製造加工工程には、高温が必要である。焼成感光性ポリマー層の高いガラス転移温度は、得られたデバイスの機械的完全性を維持するのに役立ち、様々な化学物質、特にフラックスに対する耐性を改善することができる。
一般に、上記の方法は、半導体デバイスに使用する物品を形成するために使用できる。このような物品の例としては、半導体基板、エレクトロニクス用の可撓性フィルム、ワイヤーアイソレーション、ワイヤーコーティング、ワイヤーエナメル又はインク基板が含まれる。このような物品から製造することができる半導体デバイスの例としては、集積回路、発光ダイオード、太陽電池及びトランジスタが挙げられる。
いくつかの実施形態において、本開示は、本明細書に記載の方法によって形成された少なくとも1のパターン化フィルムを含有する3次元物体を特徴とする。いくつかの実施形態において、3次元物体は、少なくとも2のスタック(例えば少なくとも3のスタック)内にパターン化フィルムを含有することができる。
いくつかの実施形態において、上記の方法は、電子基板と、前記電子基板上にラミネートされた(例えばレリーフパターンを含有する)パターン化層と、を含む物品を生じることができ、前記パターン化層は少なくとも1のポリイミドポリマーを含む。理論に拘束されることを望むものではないが、このようにして形成したパターン化層は、比較的高い解像度で比較的薄い厚さを有することができると考えられる。例えば、前記パターン化層は、約5ミクロン以下(例えば約4ミクロン以下又は約3ミクロン以下)の厚さを有し、約3ミクロン以下(例えば2ミクロン以下)のフィーチャサイズを有する少なくとも1個の素子を含むことができる。
いくつかの実施形態において、パターン化層は、約1GPa以上(例えば約2GPa以上、約3GPa以上、約4GPa以上又は約5GPa以上)から20GPa以下(例えば約18GPa以下、約16GPa以下、約14GPa以下、約12GPa以下又は約10GPa以下)のヤング率を有することができる。いくつかの実施形態において、パターン化層は、ドライフィルム構造体の感光性ポリマー層のヤング率の約200%〜約300%のヤング率を有することができる。
いくつかの実施形態において、上記のドライフィルム構造体は、少なくとも1種の水溶性ポリマーを含む第2のポリマー層をさらに含むことができる。本明細書で定義する場合、「水溶性」ポリマーは、25℃の水に少なくとも5重量%の溶解度を有するポリマーを示す。好適な水溶性ポリマーの例は、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(アクリル酸)及びその塩、ポリ(メタクリル酸)及びその塩、ポリ(アクリルアミド)及びその塩、ポリ(メタクリルアミド)及びその塩、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)及びその塩、ポリ(2−オキサゾリン)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、デンプン、多糖類、デキストラン、シクロデキストラン並びに部分加水分解ポリビニルアセテートからなる群から選択することができる。
いくつかの実施形態において、第2のポリマー層は、ドライフィルム構造体における感光性ポリマー層とキャリア基板との間に存在することができる。このような実施形態において、ドライフィルム構造体を電子基板上にラミネートし、キャリア基板を除去すると、このようにして形成されたラミネート体は、電子基板、前記電子基板上に配置された感光性ポリマー層及び前記感光性ポリマー層上に配置された第2の水溶性ポリマー層を含む。このような実施形態において、第2のポリマー層は、保護層として作用することによって感光性ポリマー層の露光後遅延安定性を改善することができる。このような実施形態において、第2のポリマー層は、ラミネート体を化学線に露光させた後かつ現像前に、水を使用することによって除去することができる。
いくつかの実施形態において、第2のポリマー層は、ドライフィルム構造体における感光性ポリマー層と保護層との間に存在することができる。このような実施形態において、ドライフィルム構造体を電子基板上にラミネートし、キャリア基板を除去すると、このようにして形成されたラミネート体は、電子基板、前記電子基板上に配置された第2のポリマー層及び前記感光性ポリマー層上に配置された感光性ポリマー層を含む。このような実施形態において、第2のポリマー層は、電子基板が有機現像剤に感受性である場合(例えば電子基板が有機基板である場合)、電子基板の保護層として作用することができる。このような実施形態において、現像後、水溶性の第2のポリマー層の一部(即ち、感光性ポリマー層の未露光/現像部分の下の部分)を、水を用いて除去することができ、第2のポリマー層の残り(即ち感光性ポリマー層の露光/未現像部分の下の部分)がこのように形成されたデバイスに残存することができる。
本明細書に引用した全ての刊行物(例えば特許、特許出願公開及び論文)の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられている。
本開示をここで、以下の非制限的な実施例を参照して、より詳細に説明する。
合成例1(ポリ−1)
Figure 2021047425

重合反応は、機械式撹拌機、熱電対及び窒素入口を備えた1リットル3口ジャケット付き丸底フラスコ内で実施し、反応を通じて窒素陽圧を維持した。フラスコにベンゾフェノン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(BTDA)101.9g、ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸無水物(6FDA)35.10g及び無水NMP 178.0gを入れた。内容物を18〜20℃にて撹拌した。1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン(DAPI)53.35g及び2,4−ジアミノ−1,3,5−トリメチルベンゼン(DAM)30.20gをボトル内の無水NMP 358gに溶解させた。ジアミン溶液をポンプによって室温にて1時間にわたってフラスコに添加した。混合物を60℃まで加温し、3時間撹拌してポリアミド酸を製造した。
上で形成されたポリアミド酸をエンドキャップするために、3−アクリロイルオキシ−2,2−ビス[(アクリロイルオキシ)メチル]プロピル1,3−ジオキソ−1,3−ジヒドロ−2−ベンゾフラン−5−カルボキシレート(PETA)20.5gをフラスコに入れた。前記混合物を60℃にて3時間撹拌して、エンドキャップポリアミド酸を形成した。
上記エンドキャップポリアミド酸のイミド化反応を行うために、無水酢酸50.0g及びピリジン20.0gをフラスコに入れた。反応混合物を110℃まで加温して、12時間撹拌した。少量の試料(1g)を取り出し、50:50のメタノール:水(10ml)中に析出させた。固体を濾過により単離し、乾燥させた。FTIR分析によって、イミド化反応が完了したことが示された(アミド及び無水物のピークがないことが示された)。
溶液を室温まで冷却し、激しく撹拌した脱イオン水10リットルに滴加してポリマーを析出させた。ポリマーを濾過により収集し、脱イオン水600gで洗浄した。ケーキをメタノール4リットルによって再スラリー化し、濾過した。湿潤ケーキを空気中で12時間乾燥させ、次いでポリマーを真空下70℃にて15時間乾燥させた。得られたポリイミドポリマーの分子量をGPCで測定すると、32800ダルトンであった。
組成例1
ドライフィルム(F−1)調製のためのポリマー溶液の配合
機械式スターラを備えた3口丸底フラスコに、GBL500部、合成例1で得たポリマー85.2部、PolyFox 6320の0.5%溶液(OMNOVA Solutionsより入手可能)6部、(3−グリシジルオキシプロピル)トリメトキシシラン3部、NCI−831(商品名、ADEKA社より入手可能)3部、ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド2部、テトラエチレンジアクリレート33.75部、ペンタエリスリトールトリアクリレート11.25部及び構造PAE−1のポリアミドエステル15.1gを添加した。上記組成物を18時間にわたって機械撹拌し、次いで1.0μmフィルタ(Meissner Filtration Product,Inc.製Ultradyne、カタログ番号CFTM11.0−44B1)を使用して濾過した。
Figure 2021047425

ドライフィルム例DF−1
F−1の濾過済み感光性溶液を、10フィート/分(300cm/分)のラインスピードで、Frontier Industrial Technologies(トウォンダ、ペンシルバニア州)製のスロット・ダイ・コータによって、キャリア基板として使用する厚さ36μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムTA30(トーレ・プラスチックス・アメリカ社製)に適用し、200°Fにて乾燥させて、厚さ約4.0ミクロンの感光性ポリマー層を得た。ポンプの速度は14RPMであった。このポリマー層上に、二軸配向ポリプロピレン(BOPP)フィルム(IMPEX GLOBAL社製、商品名80ga BOPP)をロール圧縮により積層して保護層とした。
ドライフィルムDF−1の溶融粘度測定
Brookfield粘度計モデルCAP 2000+ Hを使用して、上記のドライフィルムDF−1における未焼成ポリマー層の溶融粘度を測定した。この粘度計は、50℃から235℃の範囲に及ぶ温度にて試料の粘度を測定するように設計されている。ポリマー層を保護層及びキャリア基板から分離し、小片に切断した。約40マイクロリットルに相当する量の試料を、50℃に設定した粘度計プレートの中心に置いた。スピンドルを下げ、熱平衡に到達させた。サンプルの粘度及び対応する溶融温度を表1にまとめる。
Figure 2021047425

ドライフィルムのラミネート、実施例L−1
剥離により保護層を除去した後、ドライフィルム構造体DF−1(6インチ×6インチ)の感光性ポリマー層を4インチWafernet銅コートウェハ上に配置した。ポリマー層を真空ラミネート(0.54〜0.6トル)により80℃にて銅コートウェハ上にラミネートし、続いて40psiの圧力に供した。ラミネート方法は、ニュージャージー州OPTEK製のDPL−24A差圧ラミネータを使用して行った。
ラミネートされたDF−1のリソグラフィー評価
実施例L−1の組成物DF−1によってラミネートした銅ウェハのキャリア基板を除去した。次いで、開始露光エネルギー50mJ/cmとし、露光エネルギーを50mJ/cm刻みで上昇させるパターン化露光アレイにてi線ステッパを利用して、感光性ポリマー層を化学線に露光した。次いで、露光フィルムを50℃にて3分間加熱し、70%GBL及び30%シクロペンタノンを含有する溶液によって2つの30秒パドルを使用して現像した。次にフィルムをPGMEAで洗浄した。100mJ/cmのエネルギー線量で、2ミクロンの分解能を有するレリーフパターンを得た。最終フィルム厚は3.6μmであり、フィルム厚損失は10.0%であった。
組成例2
ドライフィルム(F−2)の調製のためのポリマー溶液の配合
GBLの量を500部から313.1部に減量したことを除いて、F−1と同様に配合物F−2を調製した。
ドライフィルム例DF−2
F−2の濾過済み感光性溶液を、富士フイルムマニュファクチャリングUSA(グリーンウッド、サウスカロライナ州)製のスロット・ダイ・コータによって2.5フィート/分(75cm/分)のライン速度で、キャリア基板としての三菱製ポリエチレンテレフタレート(PET)上に適用し、210°Fにて乾燥させて、厚さ約2.1ミクロンの感光性ポリマー層を得た。ポンプの速度は5RPMであった。このポリマー層上に、二軸配向ポリプロピレン(BOPP)フィルム(IMPEX GLOBAL社製、商品名80ga BOPP)をロール圧縮によりラミネートして保護層とした。
ドライフィルムのラミネート、実施例L−2
剥離により保護層を除去した後、ドライフィルム構造体DF−2(6インチ×6インチ)の感光性ポリマー層を4インチWafernet銅コートウェハ上に配置した。ポリマー層を真空ラミネート(0.48〜0.6トル)により80℃にて90秒間にわたって、銅コートウェハ上にラミネートし、続いて40psiの圧力に供した。ラミネート方法は、ニュージャージー州OPTEK製のDPL−24A差圧ラミネータを使用して行った。
ラミネートされたDF−2のリソグラフィー評価
実施例L−2の組成物DF−2によってラミネートした銅ウェハのキャリア基板を除去した。次いで、開始露光エネルギー50mJ/cmとし、露光エネルギーを50mJ/cm刻みで上昇させるパターン化露光アレイにてi線ステッパを利用して、感光性ポリマー層を化学線に露光した。次いで、露光したフィルムを50℃で3分間加熱し、70%のGBL及び30%のシクロペンタノンを含有する溶液を用いて2つの45秒のパドルを用いて現像した。次にフィルムをPGMEAで洗浄した。100mJ/cmのエネルギー線量で、2ミクロンの分解能を有するレリーフパターンを得た。最終的なフィルムの厚さは1.92μmであり、フィルムの厚さの損失は16.9%であった。
合成例2(P−2)
Figure 2021047425
固体の4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(フタル酸無水物)(6FDA)(2.370kg、5.33モル)を、25℃の1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン(4,4’−[1,4−フェニレン−ビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリン(DAPI)としても既知)(1.465kg、5.51モル)NMP(9.86kg)溶液中に投入した。反応混合物の温度を40℃まで上昇させ、6時間反応させた。次に、無水酢酸(1.125kg)及びピリジン(0.219kg)を添加して、反応混合物の温度を100℃まで上昇させ、12時間反応させた。
前記反応混合物を室温まで冷却し、機械式スターラを備えたより大型の容器に移した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し、水で1時間洗浄した。撹拌を停止した後、混合物を静置した。相分離が生じた後、水相を除去した。有機相を酢酸エチル及びアセトンの組合せで希釈し、水で2回洗浄した。全ての洗浄に使用した有機溶媒(酢酸エチル及びアセトン)及び水の量を表2に示す。
Figure 2021047425

洗浄した有機相にGBL(10kg)を加え、減圧蒸留で溶液を濃縮してポリマー溶液P−1を得た。最終ポリマーの固体%は29.94%であり、GPCによって測定した重量平均分子量(Mw)は51,000ダルトンであった。
GPCにより分子量を測定するために、上記ポリマー溶液200mgを、BHTを含むテトラヒドロフラン(THF)3.2gに最初に溶解させた。使用した機器はWatersゲル透過クロマトグラフであり、ソフトウェアはWaters Empower 2 Chromatographicソフトウェア(GPCモジュール)であった。使用した標準は、5種のポリスチレン標準及び1種のp−クレゾールダイマー標準であった。そのMw値は以下の通りであった:ポリスチレン標準198400、89300、19100、4000、1200及びp−クレゾールダイマー228。使用したカラムはPhenomenex Guardカラム:Phenogel−10,7.8mmID×50mm長であり、流速は35℃にて1ミリリットル/分であった。
組成例3
ドライフィルム(F−3)の調製のためのポリマー溶液の配合
ポリマー(P−2)193.6g、GBL 43.0g、PolyFox 6320(OMNOVA Solutionsから入手可能)の0.5重量%GBL溶液3.75g、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン3.15g、NCI−831(商品名、ADEKA社より入手可能)1.90g、パラベンゾキノン0.15g、テトラエチレングリコールジアクリレート21.10g及びペンタエリスリトールトリアクリレート7.05gを使用することによって、感光性組成物を調製した。24時間にわたって機械撹拌した後、溶液を0.2μmフィルタ(Ultradyne、Meissner Filtration Product、Inc.、カタログ番号CFTM10.2−44B1)を使用して濾過した。
ドライフィルム例DF−3
濾過済み感光性溶液F−3を、2フィート/分(60cm/分)のライン速度で、富士フイルムマニュファクチャリングUSA(グリーンウッド、サウスカロライナ州)製のリバース・マイクロバー・コータを使用して、30umのマイクロバー間隙を空けて、キャリア基板として用いる幅16.2インチ及び厚さ35μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(TA30、トーレ・プラスチックス・アメリカ社製)上に適用し、210°Fで乾燥させて、厚さおよそ5.0ミクロンの感光性ポリマー層を得た。このポリマー層上に、幅18インチ、厚さ20μmの二軸配向ポリプロピレンフィルム(BOPP、Mirwec FilmInc,ブルーミントン、インディアナ州、商品名ボプロン)をロール圧縮により積層して保護層として作用させた。
ドライフィルムのラミネート、実施例L−3
剥離により保護層を除去した後、ドライフィルム構造体DF−3(6インチ×6インチ)の感光性ポリマー層を4インチWafernet銅コートウェハ上に配置した。ポリマー層をCuコートウェハ上に真空ラミネート(0.2〜0.4トル)によって、90℃にて90秒間ラミネートした後、40psiの圧力に供した(最初の20秒に真空のみを印加し、次いて次の90秒間には圧力及び真空の両方を印加した)。ラミネート方法は、ニュージャージー州OPTEK製のDPL−24A差圧ラミネータを使用して行った。
ラミネートされたDF−3のリソグラフィー評価
実施例L−3のドライフィルム構造体DF−3によってラミネートした銅ウェハのキャリア基板を除去した。次いで、開始露光エネルギー50mJ/cmとし、露光エネルギーを50mJ/cm刻みで上昇させるパターン化露光アレイにてi線ステッパを利用して、感光性ポリマー層を化学線に露光した。次いで、露光フィルムを50℃にて3分間加熱し、シクロペンタノンを使用する2つの75秒パドルを使用して現像した。次にフィルムをPGMEAで15秒間洗浄した。100mJ/cmのエネルギー線量で、2ミクロンの解像度を有するレリーフパターンを得た。フィルム厚損失は26.7%であった。
合成例3(ポリ−3)
二無水物のジアミンに対する比を0.95としたことを除いて、手順は合成例1と同様にした。
後処理は、合成例1と同様であった。得られたポリイミドポリマーの分子量をGPCで測定すると、24,000ダルトンであった。
組成例4
ドライフィルム(F−4)の調製のためのポリマー溶液の配合
機械式スターラを備えた3口丸底フラスコに、GBL550部、合成例3で得たポリマーポリ−3 100部、PolyFox 6320の0.5%溶液(OMNOVA Solutionsより入手可能)3部、(3−グリシジルオキシプロピル)トリメトキシシラン3部、NCI−831(商品名、ADEKA社より入手可能)3部、テトラエチレンジアクリレート33.75部、ペンタエリスリトールトリアクリレート11.25部及びp−ベンゾキノン0.2部を添加した。上記組成物を18時間にわたって機械撹拌し、次いで0.2μmフィルタ(Meissner Filtration Product,Inc.製Ultradyne、カタログ番号CFTM10.2−44B1)を使用して濾過した。
ドライフィルム例DF−4
厚さ約5.0ミクロンの感光性ポリマー層を得るためにF−4の濾過済み感光性溶液を使用したことを除いて、手順はDF−3と同じであった。
ドライフィルムのラミネート、実施例L4
ドライフィルムDF−4を使用したことを除いて、手順はL3と同じであった。
本開示の主題をその特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、修正及び変更は、記載及び請求される本開示の精神及び範囲内であることが理解される。

Claims (34)

  1. キャリア基板、及び
    前記キャリア基板によって支持された第1のポリマー層、
    を含むドライフィルム構造体であって、
    前記第1のポリマー層は、感光性ポリマー層であり、
    前記感光性ポリマー層が少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーを含み、
    前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーが、90%以上イミド化されており、
    前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーが、少なくとも1種のジアミンから調製され、
    前記少なくとも1種のジアミンが、構造(Ia)のジアミン及び構造(Ib)のジアミン
    Figure 2021047425

    からなる群から選択される化合物を含み、
    式中、R、R、R、R、R、R11、R12、R13及びR14がそれぞれ独立して、H、置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基、又はC−Cシクロアルキル基であり、
    前記感光性ポリマー層が5ミクロン以下のフィルム厚さを有し、
    前記感光性ポリマー層は、前記感光性ポリマー層が化学線に露光され現像された後に、3ミクロン以下のフィーチャサイズを有する少なくとも1の素子を含むパターン化層を形成することができる、
    ドライフィルム構造体。
  2. 前記感光性ポリマー層が、
    少なくとも1種の反応性官能化合物、及び、
    少なくとも1種の光開始剤
    をさらに含む、請求項1に記載のドライフィルム構造体。
  3. 前記少なくとも1種のジアミンが、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン、5−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、4−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、4,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,4−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,6−トリメチルインダン、及び5,7−ジアミノ−1,1−ジメチル−4−エチルインダンからなる群から選択される、請求項1に記載のドライフィルム構造体。
  4. 前記少なくとも1種のジアミンが、構造(II)の少なくとも1種のジアミン
    Figure 2021047425

    をさらに含み、式中、R15、R16、R17及びR18が独立して、H、置換若しくは非置換C−C直鎖若しくは分岐アルキル基、又はC−Cシクロアルキル基であるが、但し、R15、R16、R17及びR18の少なくとも2つが水素ではない、請求項1に記載のドライフィルム構造体。
  5. 構造(II)の前記少なくとも1種のジアミンが、2,3,5,6−テトラメチルフェニレンジアミン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリメチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリエチルベンゼン、2,4−ジアミノ−3,5−ジメチル−1−エチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,5−ジメチル−3−エチルベンゼン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、2,3,5,6−テトライソプロピル−フェニレンジアミン及び2,4−ジアミノ−1,3,5,6−テトラメチルベンゼンからなる群から選択される、請求項4に記載のドライフィルム構造体。
  6. 前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーが、少なくとも1種の二無水物から調製され、前記少なくとも1種の二無水物が、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物及び2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物からなる群から選択される化合物を含む、請求項1に記載のドライフィルム構造体。
  7. 前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーが、少なくとも1種の二無水物から調製され、前記少なくとも1種の二無水物が、
    Figure 2021047425

    からなる群から選択される化合物を含む、請求項1に記載のドライフィルム構造体。
  8. 前記反応性官能化合物が、ビニル基、アリル基、ビニルエーテル基、プロペニルエーテル基、(メタ)アクリロイル基、SiH基及びチオール基からなる群から選択される少なくとも1個の官能基を含む、請求項2に記載のドライフィルム構造体。
  9. 前記反応性官能化合物が、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、エトキシル化ビスフェノール−A−ジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサ(メタ)アクリレート、イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリレート変性尿素ホルムアルデヒド樹脂、(メタ)アクリレート変性メラミンホルムアルデヒド樹脂及び(メタ)アクリレート変性セルロースからなる群から選択される、請求項8に記載のドライフィルム構造体。
  10. 前記感光性ポリマー層が少なくとも1種の接着促進剤をさらに含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  11. 前記感光性ポリマー層が少なくとも1種の界面活性剤をさらに含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  12. 前記感光性ポリマー層が少なくとも1種の可塑剤をさらに含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  13. 前記感光性ポリマー層が、前記少なくとも1種のポリイミドポリマーとは異なる少なくとも1種の追加のポリマーをさらに含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  14. 前記感光性ポリマー層が少なくとも1種のナノ粒子をさらに含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  15. 保護層をさらに含み、前記第1のポリマー層が前記キャリア基板と前記保護層との間にある、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  16. 第2のポリマー層をさらに含み、前記第2のポリマー層が前記感光性ポリマー層と前記キャリア基板の間にあるか、又は前記第2のポリマー層が前記感光性ポリマー層と保護層の間にある、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  17. 前記第2のポリマー層が水溶性ポリマーを含む、請求項16に記載のドライフィルム構造体。
  18. 前記水溶性ポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(アクリル酸)及びその塩、ポリ(メタクリル酸)及びその塩、ポリ(アクリルアミド)及びその塩、ポリ(メタクリルアミド)及びその塩、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)及びその塩、ポリ(2−オキサゾリン)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、デンプン、多糖類、デキストラン、シクロデキストラン並びに部分加水分解ポリビニルアセテートからなる群から選択される、請求項17に記載のドライフィルム構造体。
  19. 前記感光性ポリマー層が少なくとも1種の溶媒をさらに含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  20. 前記溶媒が前記感光性ポリマー層の総重量の0.5重量%〜20重量%である、請求項19に記載のドライフィルム構造体。
  21. 前記感光性ポリマー層が4ミクロン以下のフィルム厚を有する、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  22. 前記感光性ポリマー層が3ミクロン以下のフィルム厚を有する、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  23. 前記感光性ポリマー層は、前記感光性ポリマー層が化学線に露光され現像された後に、2ミクロン以下のフィーチャサイズを有する少なくとも1の素子を含むパターン化層を形成することができる、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体。
  24. (a)キャリア基板を感光性ポリマー組成物でコーティングしてコート組成物を形成すること、
    (b)前記コート組成物を乾燥させて感光性ポリマー層を形成すること、及び
    (c)所望により保護層を前記感光性ポリマー層に適用して、ドライフィルム構造体を形成すること
    を含む、請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体の製造方法。
  25. 前記感光性ポリマー組成物が、
    前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー、
    少なくとも1種の反応性官能化合物、及び
    少なくとも1種の光開始剤
    を含む、請求項24に記載の方法。
  26. 請求項1〜請求項9のいずれかに記載のドライフィルム構造体を電子基板上に適用してラミネート体を形成することを含む方法であって、前記感光性ポリマー層が前記電子基板と前記キャリア基板との間にある、方法。
  27. 前記ラミネート体における前記感光性ポリマー層を化学線に露光することをさらに含む、請求項26に記載の方法。
  28. 前記感光性ポリマー層を露光する前又は後に前記キャリア基板を除去することをさらに含む、請求項27に記載の方法。
  29. 現像剤を使用して前記感光性ポリマー層の未露光部分を除去して、レリーフパターンを有するパターン化層を形成することをさらに含む、請求項28に記載の方法。
  30. 前記基板上の前記レリーフパターンを溶媒又は溶媒の混合物ですすぐことをさらに含む、請求項29に記載の方法。
  31. (a)キャリア基板、保護層、及び前記キャリア基板と前記保護層との間の感光性ポリマー層を含み、前記感光性ポリマー層が5ミクロン以下のフィルム厚を有する、ドライフィルム構造体を提供すること、
    (b)前記ドライフィルム構造体から前記保護層を除去すること、
    (c)工程(b)で得た構造体を電子基板上に適用して、前記電子基板と前記キャリア基板との間に前記感光性ポリマー層を含むラミネート体を形成すること、及び
    (d)前記感光性ポリマー層をパターン化層に変換して、前記パターン化層を含むパターン化フィルムを形成すること、
    を含む、パターン化フィルムを形成する方法であって、
    前記パターン化層が、5ミクロン以下の厚さを有し、3ミクロン以下のフィーチャサイズを有する少なくとも1の素子を含む、
    パターン化フィルムを形成する方法。
  32. 前記感光性ポリマー層が、
    少なくとも1種の完全イミド化ポリイミド、
    少なくとも1種の反応性官能化合物、及び
    少なくとも1種の光開始剤
    を含み、
    前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドが、90%以上イミド化されている、
    請求項31に記載の方法。
  33. 前記パターン化層が4ミクロン以下の厚さを有する、請求項31又は請求項32に記載の方法。
  34. 前記パターン化層が3ミクロン以下の厚さを有する、請求項31又は請求項32に記載の方法。
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