JP2021169599A - 重合体、感光性樹脂組成物、パターン形成方法、硬化被膜形成方法、層間絶縁膜、表面保護膜、及び電子部品 - Google Patents

重合体、感光性樹脂組成物、パターン形成方法、硬化被膜形成方法、層間絶縁膜、表面保護膜、及び電子部品 Download PDF

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Abstract

【課題】アルカリ水溶液に可溶であり、微細なパターンを形成可能で高解像度を得ることができ、且つ低温で硬化した場合でも機械特性が良好であるポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いることができる重合体を提供する。また、前記重合体を用いたポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物を提供する。【解決手段】下記一般式(1)等で表される構造単位を含むものであることを特徴とする重合体。(式中T1、T2は互いに同一でも異なっていても良く、−CO−、−SO2−のうちいずれかを示し、X1は4価の有機基であり、lは0又は1である。)【選択図】なし

Description

本発明は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド構造を含む重合体、ポジ型感光性樹脂組成物、ネガ型感光性樹脂組成物、パターン形成方法、硬化被膜形成方法、層間絶縁膜、表面保護膜、及び電子部品に関する。
パソコン、デジタルカメラ、携帯電話等様々な電子機器の小型化や高性能化に伴い、半導体素子においてもさらなる小型化、薄型化及び高密度化への要求が急速に高まっている。これに伴い、半導体素子の層間絶縁膜、表面保護膜にはより優れた電気特性、耐熱性、機械特性等を併せ持つことが求められている。
三次元積層といった高密度実装技術において、基板上にパターン形成可能な感光性絶縁材料は、以前からポリイミド膜が保護被膜や絶縁層として活用されており、その絶縁性、機械特性、基板との密着性等が注目され続け、現在においても開発が旺盛である。
従来、感光性のポリイミド系材料としては、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を利用した材料、例えば、ポリアミック酸のカルボキシル基に感光基をエステル結合により導入したもの(特許文献1、特許文献2)が提案されている。しかしながら、これらの提案では、パターン化された皮膜を形成した後、目的とするポリイミド皮膜を得るために、300℃を超える高温でのイミド化処理が必須であり、この高温に耐えるため、下地基材が制約されたり、配線の銅を酸化させたりする問題を有していた。
この改善として、後硬化温度の低温化を目的にすでにイミド化された溶剤可溶の樹脂を用いた感光性のポリイミドが提案されている(特許文献3、特許文献4)。特許文献3において、既閉環ポリイミドを含有するネガ型感光性組成物が提案されているが、パターン形成性と密着性に関する記載はあるものの、機械的強度に関する記載がなされていない。
特許文献4において、アルカリ可溶性の既閉環ポリイミド、光酸発生剤及びメチロール基を有する熱架橋剤を用いたポジ型感光性樹脂組成物が提案されているが、低温で硬化した場合の破断伸びの値に改善の余地があり、破断強度に関する記載がなされていない。
また特許文献5において、アルカリ可溶性のポリアミドイミド、光酸発生剤を用いたポジ型感光性樹脂組成物が提案されており、溶剤溶解性、解像性能に優れる材料であるが、機械特性には改善の余地があった。
このように、今後、チップの高密度化、高集積化に伴い、絶縁保護膜の再配線技術におけるパターンの微細化も益々進むであろうことから、感光性樹脂組成物において、加熱によって得られるパターン及び保護被膜の機械特性、密着性等の優れた特徴を損なうことなく、高解像度を具現化できる組成物が強く望まれている。
特開昭49−115541号公報 特開昭55−45746号公報 特許第3232022号公報 特開2006−313237号公報 特開2018−158966号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アルカリ水溶液に可溶であり、微細なパターンを形成可能で高解像度を得ることができ、且つ低温で硬化した場合でも機械特性が良好であるポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いることができるポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される重合体を提供することを目的とする。
また、パターン形成において、アルカリ水溶液に可溶であり、解像性に優れ、微細なパターン形成が可能であり、且つ低温で硬化した場合でも機械特性が良好である、上記重合体を用いたポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物を提供することを別の目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、下記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造を含む重合体を提供する。
Figure 2021169599
(式中T、Tは互いに同一でも異なっていても良く、−CO−、−SO−のうちいずれかを示し、Xは4価の有機基であり、lは0又は1である。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、lは前記と同様であり、Xは2価の有機基である。)
このような重合体であれば、アルカリ水溶液への溶解性を損なうことがないので、微細なパターンを形成可能で高解像度を得ることのでき、且つ低温で硬化した場合の硬化膜の機械特性が良好である感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いることができる。
また、前記重合体が、前記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造単位に加え、更に、下記一般式(3)から(5)及び(7)で表される構造単位のいずれか1種以上を含むものであることが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、sは0又は1を表し、Zは2価の結合基であり、s=0のとき、式中の2つの芳香環は結合基を介さず直結する。)
Figure 2021169599
(式中、Xは2価の有機基であり、s及びZは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、Rは下記一般式(6)で示される基であり、s及びZは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表し、Yは(k+1)価の有機基であり、Rfは水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された炭素数1〜20の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基又は芳香族基であり、kは1、2、又は3を表し、nは0又は1を表す。)
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、Xは下記一般式(8)で示される基である。)
Figure 2021169599
(式中、R〜Rはそれぞれ独立に炭素数2〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基であり、mは1〜40の整数、m2、はそれぞれ独立に0〜40の整数である。)
前記一般式(3)、(4)、(5)又は(7)で示される構造単位のいずれか1種以上を含むことでアルカリ水溶液への溶解性がより好適なものとなる。
また、前記一般式(5)又は(7)で示される構造単位のいずれか1種以上を含むことで汎用的な有機溶剤への溶解性が向上し、組成物の溶剤を限定することなく使用でき、柔軟性が生まれ高伸度かつ低反りである硬化膜を得ることができる。
またこのとき、前記一般式(5)中のRが、下記一般式(9)、(10)、(11)、及び(12)で示される基のいずれかより選ばれる有機基であることが好ましい。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。Rfは前記と同様であり、Ra及びRbは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基であり、Y及びYは炭素数1〜6の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基であり、n1は0〜6の整数、n2は1〜6の整数、n3は0〜6の整数、n4は1〜6の整数、n5は0〜6の整数、n6は0又は1、n7は0〜6の整数を表す。)
を導入するための原料となる化合物の入手の容易さから、Rはこのような基であることが好ましい。
またこのとき、前記一般式(3)、(4)、(5)におけるZが、下記一般式(13)又は(14)で示される2価の基であることが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。)
Zがこのような基であると、アルカリ水溶液である現像液に対する溶解性が向上するため、好ましい。
また、本発明では、
(A)上述の重合体、
(B)光により酸を発生しアルカリ水溶液に対する溶解速度が増大する感光剤であって、キノンジアジド構造を有する化合物、及び
(D)溶剤、
を含むポジ型感光性樹脂組成物を提供する。
このように、(B)成分の感光剤を用いることで、パターン形成において、露光部がアルカリ水溶液の現像液に対して溶解速度が大きくなって可溶となり、未露光部においては感光剤のアルカリ溶解阻止性のため溶解せず、ポジ像を得ることができる。前記一般式(1)及び/又は(2)で示される構造単位を含む重合体は、重合体自身がアルカリ可溶性を示すことから、開口したパターン底部においてスカム等の残渣、裾引き等のパターン劣化が生じ難くなり、微細なパターン形成に優位に働く。
またこのとき、前記ポジ型感光性樹脂組成物が、更に、(C)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、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤を含むことが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
このような(C)成分は、本発明のポジ型感光性樹脂組成物のパターン形成後、後硬化において架橋反応を起こし、硬化物の強度をさらに上げることができ、より好適な硬化皮膜を形成することができる。
さらに、本発明では、
(A’)上述の重合体、
(B’)光酸発生剤、
(C)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、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤、及び
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
(D)溶剤、
を含むネガ型感光性樹脂組成物を提供する。
このように、(B’)成分の光酸発生剤を用いることによって、パターン形成において、露光部に酸を発生させて、添加した(C)成分の架橋剤の架橋基と重合体の架橋反応点を架橋させることにより、現像液に対して不溶となりネガ像を得る組成物とすることもできる。
更に、本発明では、
(1)上述のポジ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光材皮膜を形成する工程、
(2)前記感光材皮膜を加熱する工程、
(3)フォトマスクを介して波長190〜500nmの高エネルギー線もしくは電子線で前記感光材皮膜を露光する工程、及び、
(4)アルカリ水溶液の現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法を提供する。
このようなパターン形成方法であれば、上記ポジ型感光性樹脂組成物を用いることにより、アルカリ水溶液に可溶であり、スカム等が発生することなく微細なパターンを形成可能で高解像度を得ることができる。
またさらに、本発明では、
(I)上述のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光材皮膜を形成する工程、
(II)前記感光材皮膜を加熱する工程、
(III)フォトマスクを介して波長190〜500nmの高エネルギー線もしくは電子線で前記感光材皮膜を露光する工程、及び、
(IV)アルカリ水溶液の現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法を提供する。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物のベース樹脂の重合体は、上記一般式(1)及び/又は(2)で示される構造単位を含んでいることから、アルカリ水溶液によるアルカリ現像が可能である。
このとき、前記露光工程(III)と前記現像工程(IV)との間に、前記感光材皮膜の露光後加熱工程を含むことが好ましい。
露光後に加熱する工程(ポストエクスポージャーベーク(PEB))を含むことにより、露光によって光酸発生剤から発生した酸を触媒として、架橋剤の架橋基と重合体の架橋反応点の架橋反応を促進することができる。
更に、本発明では上述のパターン形成方法により得られたパターン形成された被膜を、温度100〜300℃において加熱、後硬化する工程を含む硬化被膜形成方法を提供する。
このような硬化被膜形成方法であれば、低温で硬化した場合でも機械特性が良好な硬化皮膜(パターン)を形成することができる。
また、本発明は、上述のポジ型感光性樹脂組成物、又は上述のネガ型感光性樹脂組成物が硬化してなる硬化被膜からなるものであることを特徴とする層間絶縁膜あるいは表面保護膜を提供する。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物又は本発明のネガ型感光性樹脂組成物が硬化してなる硬化被膜は、基板との密着性、耐熱性、電気特性、機械的強度及びアルカリ性剥離液等に対する薬品耐性に優れ、それを保護用被膜とした半導体素子の信頼性にも優れるため、電気・電子部品、半導体素子等の保護用被膜(層間絶縁膜あるいは表面保護膜)として好適である。
また、本発明は、上記層間絶縁膜又は表面保護膜を有するものであることを特徴とする電子部品を提供する。
このような保護用被膜(層間絶縁膜又は表面保護膜)は、その耐熱性、薬品耐性、絶縁性から、再配線用途を含む半導体素子用絶縁膜、多層プリント基板用絶縁膜等に有効であり、信頼性に優れた電子部品とすることができる。
以上のように、本発明であれば、アルカリ水溶液に可溶であり、微細なパターンを形成可能で高解像度を得ることができ、且つ低温で硬化した場合でも機械特性が良好であるポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いることができるポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される重合体を提供することができる。
また、パターン形成において、アルカリ水溶液に可溶であり、解像性に優れ、微細なパターン形成が可能であり、且つ低温で硬化した場合でも機械特性が良好である、上記重合体を用いたポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物を提供することができる。
上述のように、アルカリ水溶液に可溶であり、微細なパターンを形成可能で高解像度を得ることができ、且つ低温で硬化した場合でも機械特性が良好である感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いることができる重合体が求められていた。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、下記一般式(1)及び/又は(2)で示される構造単位を有した重合体を感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いた場合、該重合体がアルカリ水溶液の現像液に可溶であることから、アルカリ水溶液現像が可能なポジ型感光性樹脂組成物、アルカリ水溶液現像が可能なネガ型感光性樹脂組成物のいずれにも活用可能で、これら感光性樹脂組成物を用いて得られたパターンは微細でかつパターン形状が良好となることを見出した。
さらに、下記一般式(1)及び/又は(2)で示される構造単位を有した重合体をベース樹脂として含む感光性樹脂組成物を用い、パターン形成後、低温での加熱した場合に得られた保護被膜は機械的強度、密着性が優れることを見出した。即ち、上記構造単位を有した重合体をベース樹脂として含む感光性樹脂組成物を用いて形成したパターンを有して得られた硬化被膜が、電気、電子部品保護被膜、絶縁保護被膜として優れることを見出して、本発明を完成させた。なお、本明細書においては、電気・電子部品をまとめて「電子部品」ともいう。
即ち、本発明は、下記一般式(1)及び/又は(2)で示される構造単位(以下、それぞれ構造単位(1)、構造単位(2)とも言う)を含む重合体である。
Figure 2021169599
(式中T、Tは互いに同一でも異なっていても良く、−CO−、−SO−のうちいずれかを示し、Xは4価の有機基であり、lは0又は1である。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、lは前記と同様であり、Xは2価の有機基である。)
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[ポリイミド、ポリアミド、又はポリアミドイミド構造を含む重合体]
本発明の重合体は、下記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造単位(構造単位(1)、構造単位(2))を含むものである。
Figure 2021169599
(式中T、Tは互いに同一でも異なっていても良く、−CO−、−SO−のうちいずれかを示し、Xは4価の有機基であり、lは0又は1である。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、lは前記と同様であり、Xは2価の有機基である。)
上記一般式(1)中のXは、4価の有機基であるが、4価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは、炭素数4〜40の脂環式脂肪族基又は芳香族基の4価の有機基であり、さらに好ましくは下記式(15)で示される4価の有機基である。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。)
上記一般式(1)中のT、Tは同一でも異なっていても良く、−CO−、−SO−のうちいずれかである。T、Tがこのような電子吸引性基であることで、間に挟まれるNHの酸性度が上がり、アルカリ水溶液に可溶となるので、アルカリ水溶液への溶解性を損なうことなく、分子間の相互作用の強い芳香環単位を重合体中に導入でき硬化膜の機械特性を良好なものとすることができる。
上記一般式(1)中のlは、0又は1を表し、l=0の場合、芳香族連結基はフェニル基を表し、l=1の場合、ナフチル基を表す。組成物の溶剤として用いる有機溶剤への溶解性やアルカリ水溶液への溶解性の観点からl=0が好ましい。
上記一般式(2)中の、T、T、lは前記と同様であり、上記一般式(2)中のXは、2価の有機基であり、2価の有機基であれば限定されるものではないが、炭素数6〜40の2価の有機基であることが好ましく、置換基を有した芳香族環もしくは脂肪族環を1〜4個含有する環状有機基、又は環状構造を持たない脂肪族基もしくはシロキサン基であることがより好ましい。さらに好適なXとしては、下記式(16)又は(17)で示される構造が挙げられる。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
Figure 2021169599
(式中、点線はアミノ基との結合を表す。)
Figure 2021169599
(式中、点線はアミノ基との結合を表し、Rはそれぞれ独立にメチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、又はトリフルオロメチル基を表し、qは2〜20の正数を表す。)
また本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記一般式(3)で示される構造単位(以下、構造単位(3)とも言う)を含有していることが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、sは0又は1を表し、Zは2価の結合基であり、s=0のとき、式中の2つの芳香環は結合基を介さず直結する。)
上記一般式(3)中のXは、4価の有機基であるが、上記のXと同一もしくは異なってもよく、4価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは、炭素数4〜40の脂環式脂肪族基又は芳香族基の4価の有機基であり、さらに好ましくは上記式(15)で示される4価の有機基である。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
上記一般式(3)中のsは、0又は1を表し、s=0の場合、上記一般式(3)中の2つの芳香環は2価の結合基Zを介さず直結する。
一方、s=1の場合、上記一般式(3)中の2つの芳香環は、2価の結合基Zを介して結合する。Zは、2価の基であれば限定されるものではない。好ましくは、炭素数4〜40の脂環式脂肪族基又は芳香族基の2価の有機基であり、さらに好ましくは下記式(18)で示される2価の結合基である。また、Zの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
Figure 2021169599
(式中、q、q、及びqは、1〜6の整数を表し、q及びqは1〜10の整数を表す。点線は結合を表す。)
特に、好ましい2価の結合基Zは、下記一般式(13)又は(14)で示される2価の基である。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。)
Zがこのような基であると、アルカリ水溶液である現像液に対する溶解性が向上するため、好ましい。
上記一般式(3)で示される構造単位としては、上記一般式(3)におけるZが上記式(13)で示される基である場合、下記一般式(3−1)で示される構造単位が好ましく、上記一般式(3)におけるZが上記式(14)で示される基である場合、下記一般式(3−2)で示される構造単位が好ましい。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
(式中、Xは上記と同様である。)
上記一般式(3−1)のように、2価の結合基であるZが上記式(13)で示されるヘキサフルオロプロピレン基であって、フェノール性水酸基のp−位に位置する場合、ヘキサフルオロプロピレン基が電子吸引性の基であることから、該フェノール性水酸基の酸性度は高くなり、アルカリ水溶液の現像液に対する溶解性が向上するため、好ましい。
同様に、上記一般式(3−2)のように、2価の結合基であるZが上記式(14)で示されるスルホン基であって、フェノール性水酸基のp−位に位置する場合、スルホン基も電子吸引性の基であることから、該フェノール性水酸基の酸性度は高くなり、アルカリ水溶液の現像液に対する溶解性が向上するため、好ましい。
また本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記一般式(4)で示される構造単位(以下、構造単位(4)とも言う)を含有していることが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、Xは2価の有機基であり、s及びZは前記と同様である。)
上記一般式(4)中のXは、2価の有機基であり、2価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは、炭素数4〜40の脂肪族鎖長構造もしくは脂環式脂肪族基又は芳香族基の2価の有機基である。さらに好ましくは下記式(19)で示される2価の有機基である。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
Figure 2021169599
(式中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基であり、qは1〜30の整数であり、点線は結合を表す。)
上記一般式(4)中のXが脂肪族鎖長構造である2価の有機基である場合、本発明のポジ型感光性樹脂組成物の硬化膜の機械的強度、特に伸度が高くなることから好ましい。
上記一般式(4)中のs、Zは前記と同様であり、Zはアルカリ水溶液の現像液に対する溶解性の観点から、上記一般式(13)または(14)が好ましい。
また本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記一般式(5)で示される構造単位(以下、構造単位(5)とも言う)を含有していることが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、Rは下記一般式(6)で示される基であり、s及びZは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表し、Yは(k+1)価の有機基であり、Rfは水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された炭素数1〜20の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基又は芳香族基であり、該芳香族基はアルキル基で置換されていてもよい。kは1、2、又は3を表し、nは0又は1を表す。)
本発明の重合体が構造単位(5)を含むことで、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのような汎用的な有機溶剤への溶解性が向上し、組成物の溶剤を限定することなく使用できる。また本発明の重合体が構造単位(5)を含むことで、硬化膜の機械特性を良好なものとすることができる。この理由は定かではないが、硬化膜を作製する際の加熱によりイミド化が進行し、上記一般式(6)で示されるフッ素原子を含有した置換基が脱離する。この置換基は系中から取り除かれるが、取り除かれるまでの間、可塑剤のように働き、硬化膜形成時、本発明の重合体間の相互作用が適度なものとなったためと推測される。
上記一般式(6)中のYとしては、炭素数1〜6の直鎖状又は分枝状の2価の有機基(例えばアルキレン基)であることが好ましい。
さらに、上記一般式(5)中のRが、下記式(9)、(10)、(11)及び(12)で示される基のいずれかより選ばれる有機基であることが好ましい。下記式(10)については、下記式(10’)で示される有機基であることがより好ましい。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。Rfは前記と同様であり、Ra及びRbは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基であり、Y及びYは炭素数1〜6の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基であり、n1は0〜6の整数、n2は1〜6の整数、n3は0〜6の整数、n4は1〜6の整数、n5は0〜6の整数、n6は0又は1、n7は0〜6の整数を表す。)
が上記のような基であると、Rを導入するための原料となる化合物が入手容易であり、好ましい。
上記一般式(9)で示される有機基において、好ましく用いることのできる有機基としては、具体的には下記のものを挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。)
上記一般式(10)で示される有機基において、好ましく用いることのできる有機基としては、具体的には下記のものを挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。n2は1〜6の整数を表し、好ましくは1〜3の整数、より好ましくは1又は2、最も好ましくは1である。)
上記一般式(11)で示される有機基において、好ましく用いることのできる有機基としては、具体的には下記のものを挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。n4は1〜6の整数を表し、好ましくは1〜3の整数、より好ましくは1又は2、最も好ましくは1である。)
上記一般式(12)で示される有機基において、好ましく用いることのできる有機基としては、具体的には下記のものを挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を表す。)
ここで、本発明の感光性樹脂組成物を用いてパターニングを行った後、後硬化の加熱において、一般式(5)で示されるポリイミド前駆体の構造単位ではイミド化の閉環反応が進行するが、この際、導入されたRは脱離し系中から取り除かれるため、形成された膜の膜厚の減少が観察される。従って、後硬化時の膜減りを最小にとどめるため、さらに好適なRとしては、その分子量が小さいものである。
上記一般式(5)中のs、Zは前記と同様であり、Zはアルカリ水溶液の現像液に対する溶解性の観点から、上記一般式(13)または(14)が好ましい。
また本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記一般式(7)で示される構造単位(以下、構造単位(7)とも言う)を含有していることが好ましい。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、Xは下記一般式(8)で示される基である。)
Figure 2021169599
(式中、R〜Rはそれぞれ独立に炭素数2〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基であり、mは1〜40の整数、m2、はそれぞれ独立に0〜40の整数である。)
式(7)中のXは、Xについて挙げた4価の有機基、例えば、上記式(15)で示される4価の有機基であることができる。また、X7(上記一般式(8)で示される基)において、好ましく用いることのできる有機基としては、具体的には下記のものを挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure 2021169599
本発明の重合体がこのような構造単位(7)を含むことで、柔軟性が生まれ高伸度かつ低反りである硬化膜を得ることができる。
また本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記一般式(20)で示される構造単位(以下、構造単位(20)とも言う)を含んでいても良い。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる2価の有機基であり、Xは前記Xと同一もしくは異なる2価の有機基である。)
上記一般式(20)中のXは、2価の有機基であるが、上記のXと同一もしくは異なってもよく、2価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは、炭素数4〜40の脂肪族鎖長構造もしくは脂環式脂肪族基又は芳香族基の2価の有機基である。さらに好ましくは上記式(19)で示される2価の有機基である。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
一方上記一般式(20)中のXは、2価の有機基であるが、上記のXと同一もしくは異なってもよく、2価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは炭素数6〜40の2価の有機基であり、置換基を有した芳香族環もしくは脂肪族環を1〜4個含有する環状有機基、又は環状構造を持たない脂肪族基もしくはシロキサン基である。さらに好ましくは上記式(16)又は(17)で示される構造が挙げられる。また、Xの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
また本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記一般式(21)で示される構造単位(以下、構造単位(21)とも言う)を含んでいても良い。
Figure 2021169599
(式中、X10は前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、X11は前記Xと同一もしくは異なる2価の有機基である。)
上記一般式(21)中のX10は、4価の有機基であるが、上記のXと同一もしくは異なってもよく、4価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは、炭素数4〜40の脂環式脂肪族基又は芳香族基の4価の有機基であり、さらに好ましくは上記式(15)で示される4価の有機基である。また、X10の構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
一方上記一般式(21)中のX11は、2価の有機基であるが、上記のXと同一もしくは異なってもよく、2価の有機基であれば限定されるものではない。好ましくは炭素数6〜40の2価の有機基であり、置換基を有した芳香族環もしくは脂肪族環を1〜4個含有する環状有機基、又は環状構造を持たない脂肪族基もしくはシロキサン基である。さらに好ましくは上記式(16)又は(17)で示される構造が挙げられる。また、X11の構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
[ポリイミド、ポリアミド、又はポリアミドイミド構造を含む重合体の製造方法]
本発明の重合体は、下記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造単位を含むものである。
Figure 2021169599
(式中、T、T、l及びXは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、l及びXは前記と同様である。)
また、本発明の重合体は、上述したように上記構造単位に加え、さらに他の構造単位(一般式(3)から(5)及び(7)で表される構造単位など)を含んでよい。以下、これら構造単位を含む重合体の製造方法について説明する。
(構造単位(1)を含む重合体の製造方法)
上記一般式(1)で示される構造単位を含む重合体は、下記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(23)で示されるジアミンとを反応させることで得ることができる。まず、下記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(23)で示されるジアミンとを反応させることで、アミド酸を合成した後、次いで、加熱脱水によりイミド環を形成することで構造単位(1)を含む重合体を得ることができる。
前記構造単位(1)の製造は、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドンのような高沸点で且つ極性の高い溶媒にジアミンを溶解後、酸無水物を添加し、0〜80℃、好ましくは10〜50℃で反応させてアミド酸とした後、キシレンなどの非極性の溶媒を添加し、100〜200℃、好ましくは130〜180℃に加熱し、反応系から水を除去しながらイミド化反応を行うことにより実施できる。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、lは同様である。)
好適な上記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物の例としては、芳香族酸二無水物、脂環式酸二無水物、脂肪族酸二無水物等が挙げられる。芳香族酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ターフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−オキシフタル酸二無水物、2,3,3’,4’−オキシフタル酸二無水物、2,3,2’,3’−オキシフタル酸二無水物、ジフェニルスルホン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3’,4,4’−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)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、1,4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、p−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、ビス(1,3−ジオキソ−1,3−ジヒドロイソベンズフラン−5−カルボン酸)1,4−フェニレン、2,2−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、1,2,5,6−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、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物、2,3,5,6−ピリジン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、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、2,2−ビス(4−(3,4−ジカルボキシベンゾイルオキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,6−ジフルオロピロメリット酸二無水物、1−トリフルオロメチルピロメリット酸二無水物、1,6−ジトリフルオロメチルピロメリット酸二無水物、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ビフェニル二無水物、2,2’−ビス[(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、2,2’−ビス[(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン二無水物、あるいはこれらの芳香族環をアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換した酸二無水物化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
脂環式酸二無水物としては、例えば、1,2,3,4−シクロブタン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、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘプタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1−シクロヘキシルコハク酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4,3,0]ノナン−2,4,7,9−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4,4,0]デカン−2,4,7,9−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4,4,0]デカン−2,4,8,10−テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[6,3,0,02,6]ウンデカン−3,5,9,11−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,1]ヘプタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,1]ヘプタン−5−カルボキシメチル−2,3,6−トリカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、オクタヒドロナフタレン−1,2,6,7−テトラカルボン酸二無水物、テトラデカヒドロアントラセン−1,2,8,9−テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロへキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−オキシジシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、及び“リカシッド”(登録商標)BT−100(以上、商品名、新日本理化(株)製)及びそれらの誘導体、あるいはこれらの脂環をアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換した酸二無水物化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
脂肪族酸二無水物としては、例えば、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ペンタンテトラカルボン酸二無水物、及びそれらの誘導体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの芳香族酸二無水物、脂環式酸二無水物、又は脂肪族酸二無水物は、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。
上記一般式(23)で示されるジアミン化合物の製造方法としては、下記一般式(24)で示されるアミドもしくはスルホンアミド化合物と下記一般式(25)で示される酸ハライドもしくはスルホン酸ハライド化合物とを有機溶媒中、ピリジン等の塩基性触媒の存在下アミド化させることによって、下記一般式(26)で示されるジニトロ化合物を得た後に、ニトロ基を還元する方法が挙げられる。
Figure 2021169599
(式中、T、lは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、T、lは前記と同様であり、Aはハロゲン原子を示す。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、lは前記と同様である。)
上記一般式(25)中、Aはフルオロ基、クロロ基、ブロモ基およびヨード基から選択されるハロゲン基(ハロゲン原子)を表す。上記一般式(24)で表される化合物との反応性という観点からは、Aは、クロロ基、ブロモ基であることが好ましい。
上記アミド化反応に使用する有機溶媒としては、反応に影響を及ぼさない溶媒であれば特に限定されるものではないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、等の芳香族炭化水素類;n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル類;2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン類;アセトニトリル等のニトリル類;クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル等のエステル類;ジメチルスルホキシドなどを用いることができる。これらの溶媒は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、溶媒中に水分が多く含まれると、酸クロリド等の加水分解が起こることから、溶媒は脱水溶媒を使用する、もしくは、脱水してから使用することが好ましい。
反応温度は、溶媒の沸点以下であればよく、0〜200℃程度とすることができるが、0〜100℃が好ましい。
上記反応で用いられる塩基性触媒としては、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン等のトリアルキルアミン類、N−メチルモルホリン等の脂肪族環状三級アミン類、N,N−ジメチルアニリン、トリフェニルアミン等の芳香族アミン類、ピリジン、ピコリン、ルチジン、キノリン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン等の複素環アミン類を例示できる。これらの塩基性触媒は単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記一般式(26)のニトロ基を還元する方法としては、公知の方法を採用すればよく、特に制限はないが、例えば、パラジウム−炭素、酸化白金、ラネーニッケル、白金−炭素、ロジウム−アルミナ、硫化白金−炭素、還元鉄、塩化鉄、スズ、塩化スズ、亜鉛などを触媒として用い、水素原子源として水素ガス、ヒドラジン、塩化水素、塩化アンモニウムなどを用いて行う方法がある。特に、副反応を起こしにくく、容易に目的物を得ることができることから、接触水素化が好ましい。また、触媒の使用量は、水素源の種類や反応条件に応じて適宜決定されるため、特に限定されないが、ジニトロ化合物に対して金属換算で通常0.01モル%から50モル%、好ましくは0.1モル%から20モル%である。
上記還元反応の反応溶媒としては、反応に影響を及ぼさない溶媒を用いることができる。例えば、酢酸エチル、酢酸メチルなどのエステル系溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素溶媒、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒、メタノール、エタノールなどのアルコール系溶媒、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶媒、水などが挙げられる。これらの溶媒は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記還元反応の反応温度は、0〜100℃が好ましく、より好ましくは10〜50℃である。また、接触水素化は、反応速度の向上並びに低温での反応を可能にする等の観点から、オートクレーブを用いる等して、加圧条件の下で行ってもよい。
好適な上記一般式(24)で示されるアミドもしくはスルホンアミド化合物としては、例えば、2−ニトロベンゼンスルホンアミド、3−ニトロベンゼンスルホンアミド、4−ニトロベンゼンスルホンアミド、2−ニトロベンズアミド、3−ニトロベンズアミド、4−ニトロベンズアミド、5−ニトロ−1−ナフタレンスルホンアミド、6−ニトロ−1−ナフタレンスルホンアミド、7−ニトロ−1−ナフタレンスルホンアミド、8−ニトロ−1−ナフタレンスルホンアミド、5−ニトロ−2−ナフタレンスルホンアミド、6−ニトロ−2−ナフタレンスルホンアミド、7−ニトロ−2−ナフタレンスルホンアミド、8−ニトロ−2−ナフタレンスルホンアミド、5−ニトロ−2−ナフタレンカルボキシアミド、6−ニトロ−2−ナフタレンカルボキシアミド、7−ニトロ−2−ナフタレンカルボキシアミド、8−ニトロ−2−ナフタレンカルボキシアミド、5−ニトロ−1−ナフタレンカルボキシアミド、6−ニトロ−1−ナフタレンカルボキシアミド、7−ニトロ−1−ナフタレンカルボキシアミド、8−ニトロ−1−ナフタレンカルボキシアミド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また好適な上記一般式(25)で示される酸ハライドもしくはスルホン酸ハライド化合物としては、例えば2−ニトロベンゼンスルホニルクロライド、3−ニトロベンゼンスルホニルクロライド、4−ニトロベンゼンスルホニルクロライド、2−ニトロベンゼンスルホニルブロマイド、3−ニトロベンゼンスルホニルブロマイド、4−ニトロベンゼンスルホニルブロマイド、2−ニトロベンゾイルクロライド、3−ニトロベンゾイルクロライド、4−ニトロベンゾイルクロライド、2−ニトロベンゾイルブロマイド、3−ニトロベンゾイルブロマイド、4−ニトロベンゾイルブロマイド、5−ニトロ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、6−ニトロ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、7−ニトロ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、8−ニトロ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、5−ニトロ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、6−ニトロ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、7−ニトロ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、8−ニトロ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、5−ニトロ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、6−ニトロ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、7−ニトロ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、8−ニトロ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、5−ニトロ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、6−ニトロ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、7−ニトロ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、8−ニトロ−2−ナフタレンカルボニルクロライド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(構造単位(2)を含む重合体の製造方法)
一方、上記一般式(2)で示される構造単位を含む重合体は、下記一般式(27)で示されるジカルボン酸化合物と下記一般式(28)で示されるジアミンとを反応させることによって得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、T、T、lは同様である。)
Figure 2021169599
(式中、Xは同様である。)
ここで、構造単位(2)を含む重合体は、例えば、上記一般式(27)で示されるジカルボン酸化合物と、上記一般式(28)で示されるジアミンとを脱水縮合剤存在下で反応させることで得ることができる。即ち、上記一般式(27)で示されるジカルボン酸化合物は、反応溶媒中に溶解した状態で反応に用い、この反応溶液中に、氷冷下、既知の脱水縮合剤(例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1−エトキシカルボニル−2−エトキシ−1,2−ジヒドロキノリン、1,1−カルボニルジオキシ−ジ−1,2,3−ベンゾトリアゾール、N,N’−ジスクシンイミジルカーボネート等)を投入混合して、上記一般式(27)で示されるジカルボン酸化合物を酸無水物とした後、これに、上記一般式(28)で示されるジアミンを別途溶媒に溶解又は分散させたものを滴下投入し、重縮合させることにより構造単位(2)を含む重合体を得ることができる。
また、上記一般式(27)で示されるジカルボン酸化合物と、上記一般式(28)で示されるジアミン(ジアミン化合物)とを反応させて、構造単位(2)を含む重合体を得る別の方法としては、上記一般式(27)で示されるジカルボン酸ジエステル化合物を塩化チオニル又はジクロロシュウ酸等の塩素化剤を用いて酸塩化物に変換し、上記一般式(28)で示されるジアミンとを反応させることによって合成する方法が挙げられる。
上述のジカルボン酸化合物を、塩素化剤を用いて酸塩化物に変換する反応においては、塩基性化合物を用いてもよい。この塩基性化合物としては、例えばピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、トリエチルアミン等を用いることができる。
次いで、得られたジカルボン酸化合物の酸塩化物と上記一般式(28)で示されるジアミンとを塩基性触媒存在下で反応させることで、目的の構造単位(2)を含む重合体を得ることができる。このとき、塩基性触媒としては、ピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン等が挙げられる。これら塩基性触媒は単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の重合体を製造する方法のうち、酸塩化物を経る方法において用いられる溶媒としては、上記ジカルボン酸化合物及びその酸塩化物、さらにジアミン類との重縮合反応によって得られる重合体をよく溶解するものが好ましい。具体的には、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ヘキサメチルリン酸トリアミド、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。また、極性溶媒以外に、ケトン類、エステル類、ラクトン類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類等も用いることができる。例えば、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、ジエチルエーテル、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ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記一般式(27)で示されるジカルボン酸化合物の製造方法としては、下記一般式(29)で示されるアミドもしくはスルホンアミド化合物と下記一般式(30)で示される酸ハライドもしくはスルホン酸ハライド化合物とを有機溶媒中、ピリジン等の塩基性触媒の存在下アミド化させることによって、下記一般式(31)で示されるジシアノ化合物又はジエステル化合物を得た後に、シアノ基又はエステル基を加水分解する方法が挙げられる。
Figure 2021169599
(式中、T、lは前記と同様であり、Wはシアノ基又はエステル基である。)
Figure 2021169599
(式中、T、lは前記と同様であり、Aはハロゲン原子を示す。)
Figure 2021169599
(式中、T、T、l、及びWは前記と同様である。)
上記一般式(30)中、Aはフルオロ基、クロロ基、ブロモ基およびヨード基から選択されるハロゲン基(ハロゲン原子)を表す。上記一般式(29)で表される化合物との反応性という観点からは、Aは、クロロ基、ブロモ基であることが好ましい。
上記アミド化反応は上記一般式(23)で示されるジアミン化合物の製造方法と同様の方法で行うことができる。
上記一般式(31)のシアノ基又はエステル基を加水分解する方法としては、公知の方法を採用すればよく、特に制限はないが、強酸又は強塩基の存在下で行うことが好ましい。
使用できる酸としては、特に制限されないが、強酸であることが好ましく、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、p−トルエンスルホン酸、強酸性イオン交換樹脂等が挙げられる。これらは、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
使用できる塩基としては、特に制限されないが、強塩基であることが好ましく、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物;リチウムハイドライド、ナトリウムハイドライド等のアルカリ金属水素化物;メチルリチウム、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム等のアルキルリチウム;フェニルリチウム等のアリールリチウム等が挙げられる。これらは、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのなかでは、反応性の観点から、塩基が好ましく、アルカリ金属水酸化物がより好ましく、水酸化カリウムがさらに好ましい。
強酸又は強塩基の使用量は、反応性の観点から、上記一般式(31)で示されるジシアノ化合物又はジエステル化合物1モルに対して、通常、0.1〜100モルが好ましく、1〜20モルがより好ましい。
本反応は、通常、溶媒の存在下で行われ得る。使用できる溶媒としては、上記一般式(31)で示されるジシアノ化合物又はジエステル化合物を加水分解させる水の他、有機溶媒も使用できる。有機溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶媒;塩化メチル、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ジブロモエタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール等のアルコール系溶媒;ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらは、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、反応性の観点から、アルコール系溶媒が好ましく、メタノール、エタノールが特に好ましい。
上記加水分解反応の反応温度は、通常、50〜200℃、好ましくは80〜180℃である。
好適な上記一般式(29)で示されるアミドもしくはスルホンアミド化合物としては、例えば、2−シアノベンゼンスルホンアミド、3−シアノベンゼンスルホンアミド、4−シアノベンゼンスルホンアミド、メチル−2−(アミノスルホニル)ベンゾエート、メチル−3−(アミノスルホニル)ベンゾエート、メチル−4−(アミノスルホニル)ベンゾエート、2−シアノベンズアミド、3−シアノベンズアミド、4−シアノベンズアミド、メチル−2−カルバモイルベンゾエート、メチル−3−カルバモイルベンゾエート、メチル−4−カルバモイルベンゾエート、5−シアノ−1−ナフタレンスルホンアミド、6−シアノ−1−ナフタレンスルホンアミド、7−シアノ−1−ナフタレンスルホンアミド、8−シアノ−1−ナフタレンスルホンアミド、5−シアノ−2−ナフタレンスルホンアミド、6−シアノ−2−ナフタレンスルホンアミド、7−シアノ−2−ナフタレンスルホンアミド、8−シアノ−2−ナフタレンスルホンアミド、5−シアノ−2−ナフタレンカルボキシアミド、6−シアノ−2−ナフタレンカルボキシアミド、7−シアノ−2−ナフタレンカルボキシアミド、8−シアノ−2−ナフタレンカルボキシアミド、メチル−5−(アミノカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−6−(アミノカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−7−(アミノカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−8−(アミノカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−5−(アミノカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−6−(アミノカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−7−(アミノカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−8−(アミノカルボニル)−2−ナフトエート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また好適な上記一般式(30)で示される酸ハライドもしくはスルホン酸ハライド化合物としては、例えば2−シアノベンゼンスルホニルクロライド、3−シアノベンゼンスルホニルクロライド、4−シアノベンゼンスルホニルクロライド、メチル−2−(クロロスルホニル)ベンゾエート、メチル−3−(クロロスルホニル)ベンゾエート、メチル−4−(クロロスルホニル)ベンゾエート、2−シアノベンゾイルクロライド、3−シアノベンゾイルクロライド、4−シアノベンゾイルクロライド、メチル−2−(クロロホルミル)ベンゾエート、メチル−3−(クロロホルミル)ベンゾエート、メチル−4−(クロロホルミル)ベンゾエート、5−シアノ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、6−シアノ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、7−シアノ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、8−シアノ−2−ナフタレンスルホニルクロライド、5−シアノ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、6−シアノ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、7−シアノ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、8−シアノ−1−ナフタレンスルホニルクロライド、メチル−5−(クロロスルホニル)−2−ナフトエート、メチル−6−(クロロスルホニル)−2−ナフトエート、メチル−7−(クロロスルホニル)−2−ナフトエート、メチル−8−(クロロスルホニル)−2−ナフトエート、メチル−5−(クロロスルホニル)−1−ナフトエート、メチル−6−(クロロスルホニル)−1−ナフトエート、メチル−7−(クロロスルホニル)−1−ナフトエート、メチル−8−(クロロスルホニル)−1−ナフトエート、5−シアノ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、6−シアノ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、7−シアノ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、8−シアノ−2−ナフタレンカルボニルクロライド、5−シアノ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、6−シアノ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、7−シアノ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、8−シアノ−1−ナフタレンカルボニルクロライド、メチル−5−(クロロカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−6−(クロロカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−7−(クロロカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−8−(クロロカルボニル)−2−ナフトエート、メチル−5−(クロロカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−6−(クロロカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−7−(クロロカルボニル)−1−ナフトエート、メチル−8−(クロロカルボニル)−1−ナフトエート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また上記一般式(28)で示されるジアミンとしては、芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジアミン等が挙げられる。好ましい芳香族ジアミンとしては、例えば、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−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、3,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、4,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジジン、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’−ジメチルベンジジン、3,3’−ジメチルベンジジン、2,2’3,3’−テトラメチルベンジジン、2,2’−ジクロロベンジジン、3,3’−ジクロロベンジジン、2,2’3,3’−テトラクロロベンジジン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2’−ビス[3−(3−アミノベンズアミド)−4−ヒドロキシフェニル]ヘキサフルオロプロパン、4−アミノフェニル−4’−アミノベンゾエート、4,4’−ジアミノベンズアニリド、あるいはこれらの芳香族環をアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換したジアミン化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
脂環式ジアミンとしては、例えば、シクロブタンジアミン、イソホロンジアミン、ビシクロ[2,2,1]ヘプタンビスメチルアミン、トリシクロ[3,3,1,13,7]デカン−1,3−ジアミン、1,2−シクロヘキシルジアミン、1,3−シクロヘキシルジアミン、1,4−ジアミノシクロへキサン、trans−1,4−ジアミノシクロへキサン、cis−1,4−ジアミノシクロへキサン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,5−ジエチル−3’,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、3,5−ジエチル−3’,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3−エチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジエチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−(3,5−ジエチル−3’,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシル)プロパン、あるいはこれらの脂環をアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換したジアミン化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、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−ジアミノデカン等のアルキレンジアミン類、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2−アミノエチル)エーテル、ビス(3−アミノプロピル)エーテル等のエチレングリコールジアミン類、及び1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン等のシロキサンジアミン類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、又は脂肪族ジアミンは、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。
また、シロキサンジアミン類も好適に用いることができる。
(その他の構造単位を含む重合体の製造方法)
上述したように本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に他の構造単位を含有することができる。具体的には、更に、下記構造単位(3)を含有することができる。
Figure 2021169599
(式中、X、s及びZは前記と同様である。)
上記構造単位(3)含む重合体は、上述構造単位(1)と同じ反応手順を行うことで得ることができる。即ち、下記一般式(32)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(33)で示されるジアミンとを反応させることで得ることができる。まず、下記一般式(32)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(33)で示されるジアミンとを反応させることで、アミド酸を合成した後、次いで、加熱脱水によりイミド環を形成することで構造単位(3)を含む重合体を得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、s及びZは前記と同様である。)
上記一般式(32)で示されるテトラカルボン酸二無水物としては、上記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物で示した例を好適な例として挙げることができる。
一方、上記一般式(33)中のsは、0又は1を表し、s=0の場合、上記一般式(33)中の2つの芳香環は2価の結合基Zを介さず直結する。
また、上記一般式(33)中のsがs=1の場合、上記一般式(33)中のZは2価の基であれば限定されるものではない。好ましくは、上述のように炭素数4〜40の脂環式脂肪族基又は芳香族基の2価の有機基であり、さらに好ましくは上記式(18)で示される2価の結合基である。また、Zの構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。
さらに、上記一般式(33)で示されるジアミンの好適な例は、下記一般式(34)、(35)で示される化合物である。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
上記一般式(34)で示されるジアミンと上記一般式(32)で示されるテトラカルボン酸二無水物を反応させることにより得られる重合体は、好ましい構造単位である上記一般式(3−1)で示される構造単位を含む重合体となる。
一方、上記一般式(35)で示されるジアミンと上記一般式(32)で示されるテトラカルボン酸二無水物を反応させることにより得られる重合体は、好ましい構造単位である上記一般式(3−2)で示される構造単位を含む重合体となる。
一方、上述したように本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記構造単位(4)を含有することができる。
Figure 2021169599
(式中、X、s及びZは前記と同様である。)
上記構造単位(4)含む重合体は、上述構造単位(2)と同じ反応手順を行うことで得ることができる。即ち、下記一般式(36)で示されるジカルボン酸化合物を脱水縮合剤存在下の反応や塩素化剤を用いて酸塩化物に変換する反応を行った後、上記一般式(33)で示されるジアミンと反応させることによって得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
上記一般式(36)で示されるジカルボン酸化合物中のXの好適な例としては、上述のものと同様な例を挙げることができる。
また、上記一般式(36)で示されるジカルボン酸化合物としては、例えばマロン酸、ジメチルマロン酸、エチルマロン酸、イソプロピルマロン酸、ジ−n−ブチルマロン酸、スクシン酸、テトラフルオロスクシン酸、メチルスクシン酸、2,2−ジメチルスクシン酸、2,3−ジメチルスクシン酸、ジメチルメチルスクシン酸、グルタル酸、ヘキサフルオログルタル酸、2−メチルグルタル酸、3−メチルグルタル酸、2,2−ジメチルグルタル酸、3,3−ジメチルグルタル酸、3−エチル−3−メチルグルタル酸、アジピン酸、オクタフルオロアジピン酸、3−メチルアジピン酸、オクタフルオロアジピン酸、ピメリン酸、2,2,6,6−テトラメチルピメリン酸、スベリン酸、ドデカフルオロスベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘキサデカフルオロセバシン酸、1,9−ノナン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、ヘキサデカン二酸、ヘプタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、ヘンエイコサン二酸、ドコサン二酸、トリコサン二酸、テトラコサン二酸、ペンタコサン二酸、ヘキサコサン二酸、ヘプタコサン二酸、オクタコサン二酸、ノナコサン二酸、トリアコンタン二酸、ヘントリアコンタン二酸、ドトリアコンタン二酸、ジグリコール酸等が挙げられる。
更にまた、芳香環を有したジカルボン酸化合物としては、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、3,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、3,3’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,3’−ビフェニルジカルボン酸、4,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸、3,3’−ベンゾフェノンジカルボン酸、4,4’−ヘキサフルオロイソプロピリデン二安息香酸、4,4’−ジカルボキシジフェニルアミド、1,4−フェニレンジエタン酸、ビス(4−カルボキシフェニル)スルフィド、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−カルボキシフェニル)テトラフェニルジシロキサン、ビス(4−カルボキシフェニル)テトラメチルジシロキサン、ビス(4−カルボキシフェニル)スルホン、ビス(4−カルボキシフェニル)メタン、5−tert−ブチルイソフタル酸、5−ブロモイソフタル酸、5−フルオロイソフタル酸、5−クロロイソフタル酸、2,2−ビス−(p−カルボキシフェニル)プロパン、2,6−ナフタレンジカルボン酸などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらのものは単独あるいは混合して用いてもよい。
また上記一般式(33)中のs及びZとして好適な例としては上述の例と同様のものを挙げることができる。
一方、上述したように本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記構造単位(5)を含有することができる。
Figure 2021169599
(式中、X、R、s、及びZは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、Y、Rf、k、及びnは前記と同様である。)
上記構造単位(5)含む重合体は、上述構造単位(2)と同じ反応手順を行うことで得ることができる。即ち、下記一般式(37)で示されるテトラカルボン酸ジエステル化合物を脱水縮合剤存在下の反応や塩素化剤を用いて酸塩化物に変換する反応を行った後、上記一般式(33)で示されるジアミンと反応させることによって得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、R及びXは前記と同様である。)
上記一般式(37)で示されるテトラカルボン酸ジエステル化合物の製造方法としては、下記一般式(38)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(39)で示される末端に水酸基を有した化合物とをピリジン等の塩基性触媒の存在下反応させることによって、Rを導入する方法が挙げられる。ここで、下記一般式(38)で示されるテトラカルボン酸二無水物は、上記一般式(5)中のX(例えば、上記式(15)で示される4価の有機基)の元となるものであり、下記一般式(39)で示される末端に水酸基を有した化合物は、上記一般式(6)で示される基を導入することができるものである。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、Y、Rf、k、及びnは前記と同様である。)
上記一般式(38)で示されるテトラカルボン酸二無水物としては、上記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物で示した例を好適な例として挙げることができる。
上記一般式(38)で示されるテトラカルボン酸二無水物と上記一般式(39)で示される末端に水酸基を有した化合物(HOR)との反応は、上記一般式(38)で示されるテトラカルボン酸二無水物と上記一般式(39)で示される末端に水酸基を有した化合物とを、ピリジン等の塩基性触媒の存在下、反応溶媒中、反応温度20〜50℃で4〜10時間にわたって撹拌、溶解、及び混合することにより、酸二無水物のハーフエステル化反応が進行し、所望の上記一般式(37)で示されるテトラカルボン酸ジエステル化合物を反応溶媒中に溶解した溶液として得ることができる。
得られたテトラカルボン酸ジエステル化合物は、単離を行ってもよいし、得られた溶液をそのまま後述する次工程のジアミンとの反応に用いてもよい。
上記反応溶媒としては、上記テトラカルボン酸ジエステル化合物、及び次いで行われる上記テトラカルボン酸ジエステル化合物とジアミン類との重縮合反応によって得られるポリイミド前駆体の構造単位を有する重合体をよく溶解するものが好ましく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。また、ケトン類、エステル類、ラクトン類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類等も用いることができ、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル、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ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらは必要に応じて、単独で用いても2種以上混合して用いてもよい。
一方、上記一般式(39)中の一般式(6)で示される基Rの好適な例は上述のものと同様である。
一方、上述したように本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記構造単位(7)を含有することができる。
Figure 2021169599
(式中、X及びXは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、R〜R、m2、は前記と同様である。)
上記構造単位(7)を含有する重合体は、上述構造単位(1)と同じ反応手順を行うことで得ることができる。即ち、下記一般式(40)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(41)で示されるジアミンとを反応させ、アミド酸を合成した後に、加熱脱水工程を経てイミド環を形成することで、上記構造単位(7)を含有する重合体を得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、R〜R、m2、は前記と同様である。)
上記一般式(40)で示されるテトラカルボン酸二無水物としては、上記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物で示した例を好適な例として挙げることができる。
上記一般式(41)で示されるジアミンとしては、例えば、1,2−ビス(アミノエトキシ)エタン、HK−511、ED−600、ED−900、ED−2003、EDR−148、EDR−176、D−230、D−400、D−2000、THF−100、THF−140、THF−170、RE−600、RE−900、RE−2000、RP−405、RP−409、RP−2005、RP−2009、RT−1000、HE−1000、HT−1700(以上商品名、HUNTSMAN(株)製)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらのものは単独あるいは混合して用いてもよい。
一方、上述したように、本発明の重合体は、上記一般式(1)、(2)で示される構造単位に加え、更に、下記構造単位(20)、(21)を含有することができる。
Figure 2021169599
(式中、X及びXは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、X10及びX11は前記と同様である。)
上記構造単位(20)含む重合体は、上述構造単位(2)と同じ反応手順を行うことで得ることができる。即ち、下記一般式(42)で示されるジカルボン酸化合物を脱水縮合剤存在下の反応や塩素化剤を用いて酸塩化物に変換する反応を行った後、下記一般式(43)で示されるジアミンと反応させることによって得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、Xは前記と同様である。)
上記一般式(42)で示されるジカルボン酸化合物としては、上記一般式(36)で示されるジカルボン酸化合物で示した例を好適な例として挙げることができる。
また上記一般式(43)で示されるジアミンとしては、上記一般式(28)で示されるジアミンで示した例を好適な例として挙げることができる。
一方、上記構造単位(21)を含有する重合体は、上述構造単位(1)と同じ反応手順を行うことで得ることができる。即ち、下記一般式(44)で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(45)で示されるジアミンとを反応させ、アミド酸を合成した後に、加熱脱水工程を経てイミド環を形成することで、上記構造単位(21)を含有する重合体を得ることができる。
Figure 2021169599
(式中、X10は前記と同様である。)
Figure 2021169599
(式中、X11は前記と同様である。)
上記一般式(44)で示されるテトラカルボン酸二無水物としては、上記一般式(22)で示されるテトラカルボン酸二無水物で示した例を好適な例として挙げることができる。
また上記一般式(45)で示されるジアミンとしては、上記一般式(28)で示されるジアミンで示した例を好適な例として挙げることができる。
(重合体の分子量及び末端封止剤の導入)
上述のアルカリ可溶性樹脂の好適な重量平均分子量は、好ましくは5,000〜100,000、より好ましくは7,000〜30,000である。分子量が5,000以上であれば、上記アルカリ可溶性樹脂をベース樹脂に用いた感光性樹脂組成物を基板上に所望な膜厚に成膜することは容易になり、分子量が100,000以下であれば、該感光性樹脂組成物の粘度が著しく高いものとはならず、成膜できなくなる恐れがない。
なお、本発明において、重量平均分子量は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の測定値である。
上述のアルカリ可溶性樹脂は、縮重合反応における分子量の制御、得られた重合体の経時における分子量の変化、即ちゲル化を抑制する目的で、末端封止剤により両末端を封止してもよい。酸二無水物と反応する末端封止剤としては、モノアミンや一価のアルコール等が挙げられる。また、ジアミン化合物と反応する末端封止剤としては、酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物、モノ活性エステル化合物、二炭酸エステル類、ビニルエーテル類等が挙げられる。また、末端封止剤を反応させることにより、末端基として種々の有機基を導入することができる。
酸無水物基末端の封止剤として用いられるモノアミンとしては、アニリン、5−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、4−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、1−ヒドロキシ−8−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−3−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−ヒドロキシナフタレン、2−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−ヒドロキシナフタレン、1−カルボキシ−8−アミノナフタレン、1−カルボキシ−7−アミノナフタレン、1−カルボキシ−6−アミノナフタレン、1−カルボキシ−5−アミノナフタレン、1−カルボキシ−4−アミノナフタレン、1−カルボキシ−3−アミノナフタレン、1−カルボキシ−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−カルボキシナフタレン、2−カルボキシ−7−アミノナフタレン、2−カルボキシ−6−アミノナフタレン、2−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−カルボキシ−4−アミノナフタレン、2−カルボキシ−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−カルボキシナフタレン、2−アミノニコチン酸、4−アミノニコチン酸、5−アミノニコチン酸、6−アミノニコチン酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、6−アミノサリチル酸、アメライド、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、5−アミノ−8−メルカプトキノリン、4−アミノ−8−メルカプトキノリン、1−メルカプト−8−アミノナフタレン、1−メルカプト−7−アミノナフタレン、1−メルカプト−6−アミノナフタレン、1−メルカプト−5−アミノナフタレン、1−メルカプト−4−アミノナフタレン、1−メルカプト−3−アミノナフタレン、1−メルカプト−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−メルカプトナフタレン、2−メルカプト−7−アミノナフタレン、2−メルカプト−6−アミノナフタレン、2−メルカプト−5−アミノナフタレン、2−メルカプト−4−アミノナフタレン、2−メルカプト−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−メルカプトナフタレン、3−アミノ−4,6−ジメルカプトピリミジン、2−アミノチオフェノール、3−アミノチオフェノール、4−アミノチオフェノール、2−エチニルアニリン、3−エチニルアニリン、4−エチニルアニリン、2,4−ジエチニルアニリン、2,5−ジエチニルアニリン、2,6−ジエチニルアニリン、3,4−ジエチニルアニリン、3,5−ジエチニルアニリン、1−エチニル−2−アミノナフタレン、1−エチニル−3−アミノナフタレン、1−エチニル−4−アミノナフタレン、1−エチニル−5−アミノナフタレン、1−エチニル−6−アミノナフタレン、1−エチニル−7−アミノナフタレン、1−エチニル−8−アミノナフタレン、2−エチニル−1−アミノナフタレン、2−エチニル−3−アミノナフタレン、2−エチニル−4−アミノナフタレン、2−エチニル−5−アミノナフタレン、2−エチニル−6−アミノナフタレン、2−エチニル−7−アミノナフタレン、2−エチニル−8−アミノナフタレン、3,5−ジエチニル−1−アミノナフタレン、3,5−ジエチニル−2−アミノナフタレン、3,6−ジエチニル−1−アミノナフタレン、3,6−ジエチニル−2−アミノナフタレン、3,7−ジエチニル−1−アミノナフタレン、3,7−ジエチニル−2−アミノナフタレン、4,8−ジエチニル−1−アミノナフタレン、4,8−ジエチニル−2−アミノナフタレン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
一方、酸無水物基末端の封止剤として用いられる一価のアルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、3−オクタノール、1−ノナノール、2−ノナノール、1−デカノール、2−デカノール、1−ウンデカノール、2−ウンデカノール、1−ドデカノール、2−ドデカノール、1−トリデカノール、2−トリデカノール、1−テトラデカノール、2−テトラデカノール、1−ペンタデカノール、2−ペンタデカノール、1−ヘキサデカノール、2−ヘキサデカノール、1−へプタデカノール、2−ヘプタデカノール、1−オクタデカノール、2−オクタデカノール、1−ノナデカノール、2−ノナデカノール、1−イコサノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2−プロピル−1−ペンタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、4−メチル−3−ヘプタノール、6−メチル−2−ヘプタノール、2,4,4−トリメチル−1−ヘキサノール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、イソノニルアルコール、3,7ジメチル−3−オクタノール、2,4ジメチル−1−ヘプタノール、2−ヘプチルウンデカノール、エチ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メチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール1−メチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロペンタンモノメチロール、ジシクロペンタンモノメチロール、トリシクロデカンモノメチロール、ノルボネオール、テルピネオール等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
アミノ基末端の封止剤として用いられる酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物、及びモノ活性エステル化合物としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3−ヒドロキシフタル酸無水物等の酸無水物、2−カルボキシフェノール、3−カルボキシフェノール、4−カルボキシフェノール、2−カルボキシチオフェノール、3−カルボキシチオフェノール、4−カルボキシチオフェノール、1−ヒドロキシ−8−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−7−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−6−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−5−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−4−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−3−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−8−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−7−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−6−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−5−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−4−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−3−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−2−カルボキシナフタレン、2−カルボキシベンゼンスルホン酸、3−カルボキシベンゼンスルホン酸、4−カルボキシベンゼンスルホン酸、2−エチニル安息香酸、3−エチニル安息香酸、4−エチニル安息香酸、2,4−ジエチニル安息香酸、2,5−ジエチニル安息香酸、2,6−ジエチニル安息香酸、3,4−ジエチニル安息香酸、3,5−ジエチニル安息香酸、2−エチニル−1−ナフトエ酸、3−エチニル−1−ナフトエ酸、4−エチニル−1−ナフトエ酸、5−エチニル−1−ナフトエ酸、6−エチニル−1−ナフトエ酸、7−エチニル−1−ナフトエ酸、8−エチニル−1−ナフトエ酸、2−エチニル−2−ナフトエ酸、3−エチニル−2−ナフトエ酸、4−エチニル−2−ナフトエ酸、5−エチニル−2−ナフトエ酸、6−エチニル−2−ナフトエ酸、7−エチニル−2−ナフトエ酸、8−エチニル−2−ナフトエ酸等のモノカルボン酸類及びこれらのカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、及びテレフタル酸、フタル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、3−ヒドロキシフタル酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、1,2−ジカルボキシナフタレン、1,3−ジカルボキシナフタレン、1,4−ジカルボキシナフタレン、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、1,7−ジカルボキシナフタレン、1,8−ジカルボキシナフタレン、2,3−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレン、2,7−ジカルボキシナフタレン等のジカルボン酸類のモノカルボキシル基だけが酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、モノ酸クロリド化合物とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールやN−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドとの反応により得られる活性エステル化合物等が挙げられる。
アミノ基末端の封止剤として用いられる二炭酸エステル化合物としては、二炭酸ジ−tert−ブチル、二炭酸ジベンジル、二炭酸ジメチル、二炭酸ジエチル等が挙げられる。
アミノ基末端の封止剤として用いられるビニルエーテル化合物としては、ブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、tert−ブチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル等が挙げられる。
アミノ基末端の封止剤として用いられるその他の化合物としては、ベンゾイルクロリド、クロロギ酸フルオレニルメチル、クロロギ酸2,2,2−トリクロロエチル、クロロギ酸−tert−ブチル、クロロギ酸−n−ブチル、クロロギ酸イソブチル、クロロギ酸ベンジル、クロロギ酸アリル、クロロギ酸エチル、クロロギ酸イソプロピル等のクロロギ酸エステル類、イソシアン酸ブチル、イソシアン酸1−ナフチル、イソシアン酸オクタデシル、イソシアン酸フェニル等のイソシアナート化合物類、メタンスルホン酸クロリド、p−トルエンスルホン酸クロリド等が挙げられる。
酸無水物基末端の封止剤の導入割合は、本発明の重合体の原料である上記一般式(22)に相当するテトラカルボン酸二無水物成分に対して、0.1〜60モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜50モル%、さらに好ましくは5〜20モル%である。また、アミノ基末端の封止剤の導入割合は、ジアミン成分に対して、0.1〜100モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜90モル%である。また、複数の末端封止剤を反応させることにより、複数の異なる末端基を導入してもよい。
[感光性樹脂組成物]
次に、本発明の重合体をベース樹脂とした感光性樹脂組成物に関して説明する。本発明では、上述した本発明の重合体をベース樹脂として用いることにより、ポジ型感光性樹脂組成物やネガ型感光性樹脂組成物を得ることができる。
[ポジ型感光性樹脂組成物]
まず、本発明の重合体をベース樹脂とした感光性樹脂組成物において、アルカリ現像可能なポジ型感光性樹脂組成物について説明する。本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、例えば以下に説明する2つの形態とすることができるが、これらに限定されない。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物の第1の形態は、
(A)構造単位(1)及び/又は構造単位(2)を含む重合体、又は、構造単位(1)、構造単位(2)に加え、更に、構造単位(3)〜(5)及び(7)のいずれか1種以上を含む重合体、
(B)光により酸を発生しアルカリ水溶液に対する溶解速度が増大する感光剤であって、キノンジアジド構造を有する化合物、
(D)溶剤、
を含むものである。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物における(A)成分の構造単位(1)及び/又は構造単位(2)を含む重合体は、上述のようにT及びTで示めされるカルボニル基もしくはスルホニル基のような電子吸引性基の間に挟まれた酸性度の高いアミノ基を含有する。これによりアルカリ水溶液である現像液に対して所望なアルカリ溶解速度を得ることができ、パターン形成時、パターンの開口に障害が生じたり、パターンの底部にスカムを観察したりすることがなく、解像性が損なわれる恐れがない。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物における(B)成分は、光により酸を発生しアルカリ水溶液に対する溶解速度が増大する感光剤であって、キノンジアジド構造を有する化合物である。(B)成分としては、1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基を分子中に有する化合物を挙げることができる。
1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基を分子中に有する化合物としては、下記一般式(46)又は(47)で示される1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基を分子中に有する化合物が挙げられる。
Figure 2021169599
上記1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基が導入される化合物として、具体的には、トリヒドロキシベンゾフェノン又はテトラヒドロキシベンゾフェノン、フェノール性水酸基を有する下記一般式(48)で示されるバラスト分子又は後記式(53)で示される繰り返し単位を有する重量平均分子量が2,000〜20,000、好ましくは3,000〜10,000の範囲であるノボラック樹脂が好適に用いられる。即ち、下記に挙げられるフェノール性水酸基を有する樹脂や化合物のフェノール性水酸基の水素原子を上記1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基で置換したものが(B)成分として好適に用いられる。
Figure 2021169599
ここで、R101〜R106はそれぞれ独立して水素原子、メチル基、下記式(49)で示される基又は下記式(50)で示される基である。wは0〜2の整数、zは0〜2の整数であり、zが0の場合、wは1又は2である。Eは、zが0でかつwが1の場合、水素原子、メチル基、又は下記式(49)で示される基であり、zが0でかつwが2の場合、一方がメチレン基又は下記式(51)で示される基で、他方が水素原子、メチル基又は下記式(49)で示される基、zが1の場合、メチレン基又は下記式(51)で示される基である。zが2の場合、wが1のとき、Eはメチン基又は下記式(52)で示される基、wが2のときはEの一方がメチレン基又は下記式(51)で示される基で、他方がメチン基又は下記式(52)で示される基である。
Figure 2021169599
(式中、a1、a2、a3、a4、a5、a6、及びa7はそれぞれ0〜3の整数であるが、a1+a2≦5、a3+a4≦4、a6+a7≦3である。)
この場合、上記式(48)の低核体(バラスト分子)は、ベンゼン環の数が2〜20個、より好ましくは2〜10個、更に好ましくは3〜6個であり、且つ、フェノール性水酸基の数とベンゼン環の数の比率が0.5〜2.5、より好ましくは0.7〜2.0、更に好ましくは0.8〜1.5のものであることが好適である。
このような低核体(バラスト分子)として具体的には、下記の(B−1)〜(B−44)が挙げられる。
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
Figure 2021169599
上記例示された低核体(バラスト分子)の中で、(B−3)、(B−29)、(B−33)、(B−38)等が好適に用いられ、これらのバラスト分子のフェノール性水酸基の水素原子を1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基で置換した化合物が、本発明のポジ型感光性樹脂組成物の(B)成分に好適に用いられる。
Figure 2021169599
(式中、mmは0〜3の整数である。)
上記式(53)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂は、下記式(54)で示されるフェノール類、具体的にはo−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、3,5−キシレノール等の少なくとも1種のフェノール類とアルデヒド類とを通常の方法で縮合させることにより合成することができる。
Figure 2021169599
(式中、mmは0〜3の整数である。)
この場合、アルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられるが、ホルムアルデヒドが好適である。
なお、上記式(54)で示されるフェノール類とアルデヒド類との割合は、モル比で0.2〜2、特に0.3〜2の割合が好ましい。
上記1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基が導入される化合物への1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基の導入方法としては、1,2−ナフトキノンジアジドスルホニルクロライドとフェノール性水酸基との塩基触媒による脱塩酸縮合反応を用いることが好ましい。上記式(48)で示されるバラスト分子、トリヒドロキシベンゾフェノン又はテトラヒドロキシベンゾフェノンの場合には、フェノール性水酸基の水素原子を1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基で置換する割合は10〜100モル%、好ましくは50〜100モル%であり、上記式(53)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂の場合、フェノール性水酸基の水素原子を1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基で置換する割合は2〜50モル%、好ましくは3〜27モル%が好ましい。
(B)成分の添加量は、(A)成分100質量部に対して1〜50質量部、より好ましくは10〜40質量部であることが好ましい。また、(B)成分の1種類又は2種類以上組み合わせて用いることもできる。
このような(B)成分を配合することで、露光前においては(B)成分の溶解阻止性によってアルカリ水溶液に対する溶解性が抑制され、系はアルカリ不溶性となり、露光した際には(B)成分の感光剤は光により酸を発生させ、アルカリ水溶液に対する溶解速度が増大して、系はアルカリ可溶性となる。
即ち、現像液にアルカリ水溶液を用いた場合、未露光部は現像液に溶解することがなく、露光部は現像液に可溶であることから、ポジ型のパターンを形成することが可能となる。
次に、第1の形態のポジ型感光性樹脂組成物における(D)成分は溶剤である。(D)成分の溶剤は、(A)成分及び(B)成分を溶解するものであれば、限定されない。溶剤としては、例えば、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−2−n−アミ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、これらの1種以上を用いることができる。特に、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−ブチロラクトン又はそれらの混合溶剤が好ましい。
(D)成分の配合量は、(A)成分及び(B)成分の配合量の合計100質量部に対して50〜2,000質量部が好ましく、特に100〜l,000質量部が好ましい。
次に、本発明における第2の形態のポジ型感光性樹脂組成物について述べる。本発明の第2の形態のポジ型感光性樹脂組成物は、上記(A)、(B)、(D)成分に加え、更に、(C)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、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤を含むものである。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
本発明の第2の形態のポジ型感光性樹脂組成物の(A)成分、(B)成分は上述した第1の形態のポジ型感光性樹脂組成物と同じものを好適に用いることができる。
本発明の第2の形態のポジ型感光性樹脂組成物における(C)成分は、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(アルコキシメチル基)を有するフェノール化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤である。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
上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、例えば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、又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尿素縮合物が挙げられる。
上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メラミン縮合物の調製は、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マリンでメチロール化して変性、又はこれをさらにアルコールでアルコキシ化して変性して、下記一般式(55)で示される変性メラミンとする。なお、上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。
Figure 2021169599
(式中、Rは同一でも異なってもよく、メチロール基、炭素数1〜4のアルコキシ基を含む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上記アルコキシメチル基である。)
上記Rとしては、例えば、メチロール基、メトキシメチル基、エトキシメチル基等のアルコキシメチル基及び水素原子等が挙げられる。
上記一般式(55)で示される変性メラミンとして、具体的に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。次いで、上記一般式(55)で示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)を、常法に従って、ホルムアルデヒドと所望の分子量になるまで付加縮合重合させて、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が得られる。
また、上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尿素縮合物の調製は、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し、又はこれをさらにアルコールでアルコキシ化して変性する。
上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尿素縮合物の具体例としては、例えば、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。
なお、これら変性メラミン縮合物及び変性尿素縮合物の1種又は2種以上を混合して使用することもできる。
次いで、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、例えば(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、下記式(C−3)〜(C−7)で示される化合物等が挙げられる。
Figure 2021169599
なお、上記架橋剤は1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
一方、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物としては、ビスフェノールA、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの水酸基を塩基存在下エピクロロヒドリンと反応することで得られる化合物を挙げることができる。多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物の好適な例としては、下記式(C−8)〜(C−14)で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2021169599
(式中、tは、2≦t≦3である。)
これら多価フェノールの水酸基をグリシドキシ基に置換した化合物(多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物)の1種又は2種を、架橋剤として使用することができる。
多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物としては、該置換基を2つ以上含有し、下記式(C−15)で示されるものを挙げることができる。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示す。)
Figure 2021169599
(式中、1≦u≦3である。)
一方、下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物としては、下記式(C−16)で示されるものを挙げることができる。
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
Figure 2021169599
(式中、Uは炭素数2〜12の直鎖状、分枝状、環状のアルキレン基、又は2価の芳香族基を示す。)
上記式(C−16)で示される化合物としては、例えば下記式(C−17)〜(C−20)で示される化合物を例示することができる。
Figure 2021169599
また一方、上記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物としては、下記式(C−21)で示される化合物を好適に用いることができる。
Figure 2021169599
これら上記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物は、1種又は2種を架橋剤として使用することができる。
(C)成分は、本発明のポリイミド前駆体の重合体を用いたポジ型感光性樹脂組成物のパターン形成後、後硬化において架橋反応を起こし、硬化物の強度をさらに上げる成分である。そのような(C)成分の重量平均分子量は、光硬化性及び耐熱性の観点から、150〜10,000が好ましく、特に200〜3,000のものが好ましい。
(C)成分の配合量は、本発明の第2の形態のポジ型感光性樹脂組成物において、(A)成分100質量部に対して0.5〜50質量部が好ましく、特に1〜30質量部が好ましい。
また、本発明の第2の形態のポジ型感光性樹脂組成物における(D)成分の溶剤としては、第1の形態のポジ型感光性樹脂組成物において説明した溶剤と同様な溶剤を好適なものとして挙げることができる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、さらに、(E)熱によって酸を発生する化合物を含むものとすることができる。(E)成分の熱によって酸を発生する化合物は、上記のパターン形成後施される温度100〜300℃において加熱、後硬化する工程において、熱的に(A)成分と架橋反応を促す目的で加えることができる。
特に(E)成分としては、現像によってパターンが形成されるまでは膜の硬化を促さず、パターン形成を阻害しないものが好ましい。これを実現するために、(E)成分は、感光性樹脂組成物を塗膜した後、溶媒を除去、乾燥する工程の温度では酸を発生せず、パターン形成後の熱処理により初めて酸を発生してポジ型感光性樹脂組成物のパターンや被膜の硬化を促すものが好ましい。具体的には、100℃〜300℃、好ましくは150℃〜300℃の熱処理によって分解し、酸を発生する化合物であることが好ましい。そのような(E)成分を含有することにより、ポジ型感光性樹脂組成物のパターンや被膜をパターン形成後施される温度100〜300℃において加熱、後硬化の工程において、架橋、硬化反応がより進んだパターン、被膜に変化させることができる。(E)成分は、架橋、硬化反応をより一層進行させることで、得られたパターンもしくは被膜の機械的強度、耐薬品性、密着性等をより一層向上させることを可能とする。
好適な熱によって酸を発生する化合物としては、特に限定されないが、例えば、特開2007−199653号公報の段落[0061]〜[0085]に記載された化合物を用いることができる。
熱によって酸を発生する化合物の配合量は、本発明のポジ型感光性樹脂組成物における(A)成分100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上であり、また、好ましくは30質量部以下、より好ましくは10質量部以下である。
また、本発明のポジ型感光性樹脂組成物において、(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分、及び(E)成分以外の成分をさらに含有してもよい。その他の成分としては、例えば、密着助剤、(G)界面活性剤等を挙げることができ、(G)界面活性剤としては、下記に例示した化合物等を好適に用いることができる。
(G)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。
これらの界面活性剤としては、市販されているものを用いることができ、例えば、フロラード「FC−4430」(住友スリーエム(株)製)、サーフロン「S−141」及び「S−145」(以上、旭硝子(株)製)、ユニダイン「DS−401」、「DS−4031」及び「DS−451」(以上、ダイキン工業(株)製)、メガファック「F−8151」(DIC(株)製)、「X−70−093」(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。これらの中でも好ましくは、フロラード「FC−4430」(住友スリーエム(株)製)及び「X−70−093」(信越化学工業(株)製)である。
[ネガ型感光性樹脂組成物]
本発明の重合体をベース樹脂とした感光性樹脂組成物において、アルカリ現像可能なネガ型感光性樹脂組成物について説明する。本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、例えば以下に説明する形態とすることができるが、これらに限定されない。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、
(A’)構造単位(1)及び/又は構造単位(2)を含む重合体、又は、構造単位(1)、構造単位(2)に加え、更に、構造単位(3)〜(5)及び(7)のいずれか1種以上を含む重合体、
(B’)光酸発生剤、
(C)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、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤、及び
Figure 2021169599
(式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
(D)溶剤、
を含むものである。
ネガ型感光性樹脂組成物の(A’)成分は、構造単位(1)及び/又は構造単位(2)を含む重合体、又は、構造単位(1)、構造単位(2)に加え、更に、構造単位(3)〜(5)及び(7)のいずれか1種以上を含む重合体である。
ネガ型感光性樹脂組成物は、(B’)成分から発生する酸を触媒として、(C)成分の架橋基が(A’)成分のポリマーと架橋することによって、ネガ型の感光性樹脂組成物を成すことができる。
ネガ型感光性樹脂組成物の(B’)成分は光酸発生剤である。光酸発生剤としては、波長190〜500nmの光照射により酸を発生し、これが硬化触媒となるものを用いることができる。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、トリアジン誘導体等が挙げられる。
上記オニウム塩としては、例えば、下記一般式(56a)で示される化合物が挙げられる。
(R10 (56a)
(式中、R10は置換基を有してもよい炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜12のアラルキル基を表し、Mはヨードニウム又はスルホニウムを表し、Kは非求核性対向イオンを表し、jは2又は3を表す。)
上記R10において、アルキル基としては、例えば、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、2−オキソシクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、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等が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等の各基が挙げられる。
の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、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート;トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート;メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート等が挙げられる。
ジアゾメタン誘導体としては、下記一般式(56b)で示される化合物が挙げられる。
Figure 2021169599
(式中、R11は同一でも異なってもよく、炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、もしくは環状のアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基、炭素数6〜12のアリール基もしくはハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を表す。)
上記R11において、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、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。ハロゲン化アルキル基としては、例えば、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。アリール基としては、例えば、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等が挙げられる。ハロゲン化アリール基としては、例えば、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が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
このような光酸発生剤としては、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、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等のオニウム塩;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(シクロへキシルスルホニル)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−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−アミルスルホニル)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−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−アミルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体;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のグリオキシム誘導体;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のオキシムスルホネート誘導体;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)プロパン等のβ−ケトスルホン誘導体;ジフェニルジスルホン、ジシクロへキシルジスルホン等のジスルホン誘導体;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のニトロベンジルスルホネート誘導体;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)ベンゼン等のスルホン酸エステル誘導体;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のイミド−イル−スルホネート誘導体;(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)−アセトニトリル等のイミノスルホネート、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−プロパン等が挙げられる。これらの中でも、イミド−イル−スルホネート類、イミノスルホネート類、オキシムスルホネート類等が好適に用いられる。上記光酸発生剤は1種又は2種以上を用いることができる。
上記(B’)成分の光酸発生剤の配合量は、光酸発生剤自身の光吸収及び厚膜での光硬化性の観点から、本発明のネガ型感光性樹脂組成物において、(A’)成分100質量部に対して0.05〜20質量部が好ましく、特に0.2〜5質量部が好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物の(C)成分は、ポジ型感光性樹脂組成物の第2形態において説明した(C)成分と同様な架橋剤を好ましく用いることができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物の(C)成分は、上述した通り、(B’)成分から発生する酸を触媒として、(C)成分の架橋基が(A’)成分のポリマーと架橋することによって、ネガ型のパターンを形成できることはもとより、パターン形成後、後硬化において架橋反応を起こし、硬化物の強度をさらに上げる成分である。そのような(C)成分の重量平均分子量は、光硬化性及び耐熱性の観点から、150〜10,000が好ましく、特に200〜3,000のものが好ましい。
(C)成分は、本発明の重合体を用いたネガ型感光性樹脂組成物のパターン形成後、後硬化において架橋反応を起こし、硬化物の強度をさらに上げる成分である。そのような(C)成分の重量平均分子量は、光硬化性及び耐熱性の観点から、150〜10,000が好ましく、特に200〜3,000のものが好ましい。
(C)成分の配合量は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物において、(A’)成分100質量部に対して0.5〜50質量部が好ましく、特に1〜30質量部が好ましい。
(D)成分の溶剤としては、前記ポジ型感光性樹脂組成物において例示した溶媒を好ましく用いることができる。
(D)成分の配合量は、(A’)成分及び(B’)成分の配合量の合計100質量部に対して50〜2,000質量部が好ましく、特に100〜1,000質量部が好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物においても、(A’)成分、(B’)成分、(C)成分、及び(D)成分以外のその他の成分をさらに含有してもよい。その他の成分としては、例えば密着助剤、保存安定性を高めるための重合禁止剤、塗布性能を改善する目的で含有する(G)界面活性剤等を挙げることができ、(G)界面活性剤としては上記に例示した化合物等を好適に用いることができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物においては、必要に応じて、塩基性化合物を(F)成分として添加することができる。この塩基性化合物としては、光酸発生剤より発生する酸がレジスト皮膜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。そして、上記塩基性化合物の配合により、解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制し、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターン形状等を改善することができる。
上記塩基性化合物としては、アンモニア、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシル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、ヒドロキシル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、さらに、下記一般式(57)で示される化合物等が挙げられる。
N(α)(β)3−q (57)
式中、q=1、2、又は3である。側鎖αは同一でも異なっていてもよく、下記一般式(58)〜(60)で示されるいずれかの置換基である。側鎖βは同一でも異なっていてもよく、水素原子、又は直鎖状、分岐状もしくは環状の炭素数1〜20のアルキル基を示し、エーテル結合もしくはヒドロキシル基を含んでもよい。また、側鎖α同士が結合して環を形成してもよい。
Figure 2021169599
ここで、R300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R301、R304は水素原子又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、ヒドロキシル基、エーテル結合、エステル結合、ラクトン環を1あるいは複数含んでいてもよい。R303は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基であり、R306は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、ヒドロキシル基、エーテル結合、エステル結合、ラクトン環を1あるいは複数含んでいてもよい。なお、*は結合末端を示す。
第一級の脂肪族アミン類としては、例えば、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−アミルアミン、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例示される。
第二級の脂肪族アミン類としては、例えばジメチルアミン、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例示される。
第三級の脂肪族アミン類としては、例えばトリメチルアミン、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例示される。
混成アミン類としては、例えば、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例示される。
芳香族アミン類及び複素環アミン類としては、例えばアニリン誘導体(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例示される。
カルボキシル基を有する含窒素化合物としては、例えばアミノ安息香酸、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)等が例示される。
スルホニル基を有する含窒素化合物としては、例えば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例示される。
ヒドロキシル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としては、例えば2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−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例示される。
アミド誘導体としては、例えばホルムアミド、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、ベンズアミド等が例示される。
イミド誘導体としては、例えばフタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が例示される。
上記一般式(57)で示される化合物としては、例えばトリス[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、β−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトンが例示できるが、これらに制限されない。上記塩基性化合物は1種又は2種以上を用いることができる。
上記塩基性化合物の配合量は、感度の観点から、本発明のネガ型感光性樹脂組成物において、(A’)成分100質量部に対して0〜3質量部が好ましく、特に0.01〜1質量部が好ましい。
(パターン形成方法)
次に、本発明のポジ型感光性樹脂組成物及びネガ型感光性樹脂組成物を用いたパターン形成方法に関して、説明を行う。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物、ネガ型感光性樹脂組成物のいずれの場合においても、パターンを形成するには、公知のリソグラフィー技術を採用して行うことができ、例えばシリコンウエハーあるいはSiO基板、SiN基板、もしくは銅配線等のパターンが形成されている基板に、感光性樹脂組成物をスピンコーティングの手法(スピンコート法)で塗布し、80〜130℃、50〜600秒間程度の条件でプリベークし、厚さ1〜50μm、好ましくは1〜30μm、さらに好ましくは5〜20μmの感光材皮膜を形成する。
スピンコート法では、感光性樹脂組成物をシリコン基板上へ5mL程度ディスペンスした後に基板を回転することによって、基板上へ感光性樹脂組成物を塗布することができる。このとき、回転速度を調整することで容易に基板上の感光材皮膜の膜厚を調整することが可能である。その後、プリベークにより残りの溶剤を取り除くことができる。
次いで、目的のパターンを形成するためのマスクを上記の感光材皮膜上にかざし、i線、g線等の波長190〜500nmの高エネルギー線もしくは電子線を露光量1〜5,000mJ/cm程度、好ましくは100〜2,000mJ/cm程度となるように照射する。
次に必要に応じ、露光工程と現像工程との間に、ホットプレート上で60〜150℃、1〜10分間、好ましくは80〜120℃、1〜5分間露光後加熱処理(ポストエクスポージャベーク(PEB))してもよい。
その後、現像を施す。上記の本発明のポジ型感光性樹脂組成物、及びネガ型感光性樹脂組成物において、アルカリ水溶液によるアルカリ現像が可能である。
一方、アルカリ現像に用いることのできる好適なアルカリ水溶液は、2.38%のテトラメチルヒドロキシアンモニウム(TMAH)水溶液である。現像は、スプレイ法、パドル法等通常の方法、現像液に浸漬すること等により行うことができる。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レジスト皮膜を得ることができる。
(硬化被膜形成方法)
また、上記パターン形成方法により得られたパターン形成された被膜をオーブンやホットプレートなどを用いて、温度100〜300℃、好ましくは150〜300℃、さらに好ましくは180〜250℃において加熱、後硬化することで硬化被膜を形成することができる。後硬化温度が100〜300℃であれば、感光性樹脂組成物の皮膜の架橋密度を上げ、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、さらに電気特性の観点から好ましい。そして、後硬化時間は10分間〜10時間とすることができる。
上記の形成されたパターンは、配線、回路及び基板等を覆う保護用被膜を目的として使用されるが、これら形成されたパターン及び保護用被膜は、優れた絶縁性を有しながら、被覆する配線、回路のCuのような金属層、基板上に存在する金属電極上、もしくは被覆する配線や回路に存在するSiNのような絶縁基板上で優れた密着力を示し、かつ保護用被膜として相応しい機械的強度を具備したまま、さらに微細なパターン形成を可能にするための解像性能を大幅に改善できるものである。
(硬化被膜)
このようにして得られた硬化被膜は、基板との密着性、耐熱性、電気特性、機械的強度及びアルカリ性剥離液等に対する薬品耐性に優れ、それを保護用被膜とした半導体素子の信頼性にも優れ、特に温度サイクル試験の際のクラック発生を防止でき、電気・電子部品、半導体素子等の保護用被膜(層間絶縁膜あるいは表面保護膜)として好適に用いられる。
即ち、本発明では、上述のポジ型感光性樹脂組成物、又は上述のネガ型感光性樹脂組成物が硬化してなる硬化被膜からなる層間絶縁膜あるいは表面保護膜を提供する。
上記保護用被膜は、その耐熱性、薬品耐性、絶縁性から、再配線用途を含む半導体素子用絶縁膜、多層プリント基板用絶縁膜、ソルダーマスク、カバーレイフィルム用途等に有効である。
さらに、本発明では、上記の層間絶縁膜又は上記の表面保護膜を有する電子部品を提供する。
このような電子部品は、耐熱性、薬品耐性、絶縁性を有する保護用被膜(層間絶縁膜又は表面保護膜)を有することから、信頼性に優れたものとなる。
以下、合成例、比較合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
I.樹脂の合成
下記合成例において、使用した化合物の化学構造式及び名称を以下に示す。
Figure 2021169599
6FAP 2,2―ビス(3―アミノ―4―ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン
BPS ビス(3―アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン
ODA 4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
APB 1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン
s−ODPA 3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物
s−BPDA 3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
DC−2 セバシン酸ジクロライド
PAP 4−アミノフェノール
PEA 4−エチニルアニリン
Rf−1 4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンタノール
Rf−2 1−トリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロエチル−2’−ヒドロキシエチルエーテル
Rf−3 3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピルトリフルオロアセテート
Rf−4 4,4,5,5,6,6,7,7,7−ノナフルオロ−1,2−ヘプタンジオール
D−400、RT−1000(以上商品名、HUNTSMAN(株)製)は、上記一般式(41)で示されるジアミンである。
[合成例1]ジアミン(DA−1)の合成
撹拌機、温度計を具備し、窒素で置換した1Lのフラスコ内に4−ニトロベンゼンスルホンアミド20.0g(98.9mmol)、トリエチルアミン25.0g(247mmol)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン0.6g(5mmol)、トルエン200gを加え、60℃まで昇温し溶解させた後、撹拌しているところに4−ニトロベンゾイルクロライド18.7g(101mmol)をトルエン100gに溶解させたものを1時間かけて滴下後、60℃で1時間撹拌した。その後、室温まで冷却し、析出物を濾別し、濾別した析出物を10%塩酸水溶液で洗浄後、水で数回洗浄した。得られた結晶を60℃で15時間減圧乾燥することにより、4−ニトロ−N−[(4−ニトロフェニル)スルホニル]ベンズアミド31.3gを得た。
撹拌機、温度計を具備し500mlのフラスコ内に4−ニトロ−N−[(4−ニトロフェニル)スルホニル]ベンズアミド28.1g(80.0mmol)、10wt%パラジウム−炭素2.8g、エタノール300gを加え、フラスコ内を水素で置換し、室温で3時間撹拌した。この反応液をセライトを用いてろ過した後、エタノールを留去し、得られた結晶を60℃で15時間減圧乾燥することによりジアミン(DA−1)を得た。
[合成例2]ジアミン(DA−2)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゼンスルホンアミドを2−ニトロベンゼンスルホンアミド20.0g(98.9mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−2)を得た。
[合成例3]ジアミン(DA−3)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゼンスルホンアミドを3−ニトロベンゼンスルホンアミド20.0g(98.9mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−3)を得た。
[合成例4]ジアミン(DA−4)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゼンスルホンアミドを2−ニトロベンゼンスルホンアミド20.0g(98.9mmol)に、4−ニトロベンゾイルクロライドを2−ニトロベンゾイルクロライド18.7g(101mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−4)を得た。
[合成例5]ジアミン(DA−5)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゼンスルホンアミドを4−ニトロベンズアミド16.4g(98.9mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−5)を得た。
[合成例6]ジアミン(DA−6)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゾイルクロライドを4−ニトロベンゼンスルホニルクロライド22.4g(101mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−6)を得た。
[合成例7]ジアミン(DA−7)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゼンスルホンアミドを6−ニトロ−2−ナフタレンスルホンアミド24.9g(98.9mmol)に、4−ニトロベンゾイルクロライドを6−ニトロ−2−ナフタレンカルボニルクロライド23.8g(101mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−7)を得た。
[合成例8]ジアミン(DA−8)の合成
合成例1において、4−ニトロベンゼンスルホンアミドを5−ニトロ−1−ナフタレンスルホンアミド24.9g(98.9mmol)に、4−ニトロベンゾイルクロライドを5−ニトロ−1−ナフタレンカルボニルクロライド23.8g(101mmol)に代え、それ以外は同様の処方でジアミン(DA−8)を得た。
[合成例9]ジカルボン酸ジクロライド(DC−1)の合成
撹拌機、温度計を具備し、窒素で置換した1Lのフラスコ内に4−シアノベンゼンスルホンアミド20.0g(110mmol)、トリエチルアミン27.8g(275mmol)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン0.7g(5.5mmol)、トルエン200gを加え、60℃まで昇温し溶解させた後、撹拌しているところに4−シアノベンゾイルクロライド18.5g(112mmol)をトルエン100gに溶解させたものを1時間かけて滴下後、60℃で1時間撹拌した。その後、室温まで冷却し、析出物を濾別し、濾別した析出物を10%塩酸水溶液で洗浄後、水で数回洗浄した。得られた結晶を60℃で15時間減圧乾燥することにより、4−シアノ−N−[(4−シアノフェニル)スルホニル]ベンズアミド30.8gを得た。
撹拌機、温度計を具備し1Lのフラスコ内に4−シアノ−N−[(4−シアノフェニル)スルホニル]ベンズアミド24.9g(80.0mmol)、エタノール250g、20%水酸化カリウム水溶液200gを加え、還流下、24時間撹拌した。その後、氷冷下10%塩酸水溶液285gを加え、析出物を濾別し、濾別した析出物を水で数回洗浄した。得られた結晶を60℃で15時間減圧乾燥することによりカルボン酸ジクロライド(DC−1)の前駆体となるジカルボン酸22.4gを得た。得られたジカルボン酸にN−メチル−2−ピロリドン90gを加え、室温で撹拌し溶解した。次に氷冷下、塩化チオニル16.0g(134mmol)を反応溶液温度が10℃以下を保つように滴下し、滴下終了後氷冷下で2時間撹拌し、カルボン酸ジクロライド(DC−1)のN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。
[合成例10]テトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−1)の合成
撹拌機、温度計を具備した3Lのフラスコ内に3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物(s−ODPA)100g(322mmol)、トリエチルアミン65.2g(644mmol)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン39.3g(322mmol)、γ−ブチロラクトン400gを加え、室温で撹拌しているところに4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンタノール(Rf−1)114.7g(644mmol)を滴下後、室温下で24時間撹拌した。その後、氷冷下10%塩酸水溶液370gを滴下し反応を停止させた。反応液に、4−メチル−2−ペンタノン800gを加え有機層を分取した後、超純水600gで6回洗浄した。得られた有機層の溶媒を留去し、テトラカルボン酸ジエステル化合物(X−1)を193g得た。得られたテトラカルボン酸ジエステル化合物にN−メチル−2−ピロリドン772gを加え、室温で撹拌し溶解した。次に氷冷下、塩化チオニル75.8g(637mmol)を反応溶液温度が10℃以下を保つように滴下し、滴下終了後氷冷下で2時間撹拌し、テトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−1)のN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。
[合成例11]テトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−2)の合成
合成例10において、4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンタノール(Rf−1)を1−トリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロエチル−2’−ヒドロキシエチルエーテル(Rf−2)136.6g(644mmol)に代え、それ以外は同様の処方でテトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−2)のN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。
[合成例12]テトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−3)の合成
合成例10において、4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンタノール(Rf−1)を3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピルトリフルオロアセテート(Rf−3)101.8g(644mmol)に代え、それ以外は同様の処方でテトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−3)のN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。
[合成例13]テトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−4)の合成
合成例10において、4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンタノール(Rf−1)を4,4,5,5,6,6,7,7,7−ノナフルオロ−1,2−ヘプタンジオール(Rf−4)189.4g(644mmol)に代え、それ以外は同様の処方でテトラカルボン酸ジエステルジクロライド(X−4)のN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。
[合成例14]ポリイミド樹脂(A−1)の合成
撹拌機、温度計を具備した500mlのフラスコ内に合成例1で合成したジアミン(DA−1)23.3g(80.0mmol)、4−アミノフェノール(PAP)0.9g(8.4mmol)、N−メチル−2−ピロリドン97gを加え、室温で撹拌し溶解した。次に室温下、3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物(s−ODPA)26.1g(84.2mmol)、をN−メチル−2−ピロリドン264gに溶解した溶液を滴下し、滴下終了後室温下3時間撹拌した。その後、この反応液にキシレン20gを加え、170℃で生成する水を系外へ除きながら3時間加熱還流を行った。室温まで冷却後、この反応液を超純水2Lの撹拌下に滴下し、析出物をろ別し、適宜水洗後、40℃で48時間減圧乾燥することにより、ポリイミド樹脂(A−1)を得た。この重合体の分子量をGPCにより測定すると、ポリスチレン換算で重量平均分子量34,000であった。
[合成例15]ポリアミドイミド樹脂(A−2)の合成
撹拌機、温度計を具備した500mlのフラスコ内に2,2―ビス(3―アミノ―4―ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(6FAP)23.4g(64.0mmol)、合成例1で合成したジアミン(DA−1)4.7g(16.0mmol)、4−アミノフェノール(PAP)0.9g(8.4mmol)、N−メチル−2−ピロリドン116gを加え、室温で撹拌し溶解した。次に室温下、3,3’,4,4’−オキシジフタル酸二無水物(s−ODPA)22.3g(72.0mmol)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s−BPDA)2.4g(8.0mmol)をN−メチル−2−ピロリドン250gに溶解した溶液を滴下し、滴下終了後、室温下3時間撹拌した。その後、この反応液にキシレン20gを加え、170℃で生成する水を系外へ除きながら3時間加熱還流を行った。室温まで冷却後、ピリジン1.4g(17.6mmol)を加え、合成例10で別途調製したテトラカルボン酸ジエステルジクロライドのN−メチル−2−ピロリドン溶液(X−1)15.1g[テトラカルボン酸ジエステルジクロライドとして3.0g(4.2mmol))]を5℃以下に保つように滴下した。滴下終了後、室温まで戻し、この反応液を超純水2Lの撹拌下に滴下し、析出物をろ別し、適宜水洗後、40℃で48時間減圧乾燥することにより、ポリアミドイミド樹脂(A−2)を得た。この重合体の分子量をGPCにより測定すると、ポリスチレン換算で重量平均分子量32,000であった。
[合成例16]〜[合成例32]、[比較合成例1、2]、ポリイミド樹脂、又はポリアミドイミド樹脂(A−3)〜(A−19)、(B−1)、(B−2) の合成
ジアミン化合物、モノアミン化合物、テトラカルボン酸二無水物、ジカルボン酸ジクロライド、テトラカルボン酸ジエステルジクロライドとして下記表1中に示す重量の化合物を用い、ポリイミド樹脂の場合、合成例14と同様の処方で、ポリアミドイミド樹脂の場合、合成例15と同様の処方で樹脂(A−3)〜(A−19)、(B−1)、(B−2)を得た。それぞれの重合体の分子量をGPCにより測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量を下記表1に示す。
Figure 2021169599
II.感光性樹脂組成物の調製
上記合成例14〜合成例32及び比較合成例1、2で合成した重合体をベース樹脂として使用して、表2及び表3に記載した組成と配合量で、樹脂換算30質量%の樹脂組成物を調製した。その後、撹拌、混合、溶解した後、テフロン(登録商標)製0.5μmフィルターで精密濾過を行って感光性樹脂組成物を得た。表中溶剤のPGMEAはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、GBLはγ―ブチロラクトンを示す。
Figure 2021169599
表2に示した感光性樹脂組成物1〜23は、上述した本発明のポジ型感光性樹脂組成物に関するものである。比較感光性樹脂組成物1及び2は、上述した本発明のポジ型感光性樹脂組成物において、ベース樹脂として本発明の重合体の代わりに比較合成例1及び2で合成した重合体を用いたものである。
Figure 2021169599
表3に示した感光性樹脂組成物24〜42は、上述した本発明のネガ型感光性樹脂組成物に関するものである。比較感光性樹脂組成物3及び4は、上述した本発明のネガ型感光性樹脂組成物において、ベース樹脂として本発明の重合体の代わりに比較合成例1及び2で合成した重合体を用いたものである。
なお、表2及び表3中、キノンジアジド化合物である感光剤(感光剤1)、光酸発生剤(光酸発生剤1)、架橋剤(CL−1)〜(CL−3)、熱酸発生剤(E−1)の詳細は以下の通りである。
感光剤(感光剤1)
Figure 2021169599
(式中、Qは下記式(61)で示される1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基又は水素原子を示し、Qの90%が下記式(61)で示される1,2−ナフトキノンジアジドスルホニル基に置換されている。)
Figure 2021169599
光酸発生剤(光酸発生剤1)
Figure 2021169599
架橋剤(CL−1)
Figure 2021169599
架橋剤(CL−2)
エポキシ樹脂:ADEKA(株)社製 EP4000L
架橋剤(CL−3)
Figure 2021169599
熱酸発生剤(E−1)
Figure 2021169599
III.パターン形成
上記の感光性樹脂組成物1〜42、比較感光性樹脂組成物1〜4をシリコン基板上へ5mLディスペンスした後に基板を回転することによって、即ち、スピンコート法によって、パターン形成後施す後硬化の加熱後に膜厚が10μmとなるように塗布した。即ち、後硬化工程後、膜厚が減少することを予め検討し、後硬化後の仕上がり膜厚が10μmとなるように塗布時の回転数を調整した。
次に、ホットプレート上100℃、2分間のプリベークを施した。そして次に、ニコン社製i線ステッパーNSR−2205i11を用いてi線露光、パターン形成を行った。パターン形成においては、ポジ型パターン用、ネガ型パターン用のマスクを、適宜、使用した感光性樹脂組成物に合わせて用いた。該マスクは、縦横1:1配列の20μmのホールが形成できるパターンを有し、50μm〜20μmまでは10μm刻み、20μm〜10μmまでは5μm刻み、10μm〜1μmまでは1μm刻みのホールパターンが形成できるものである。
次に、加熱工程(露光後加熱工程)を実施したものは、下記表5に示した通りの条件で実施した。
現像工程においてはアルカリ水溶液を現像液として、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を現像液として用いた。2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液の1分間のパドル現像を3回実施した後、超純水によるリンスを行った。
次いで、得られた基板上パターンをオーブンを用いて200℃で2時間、窒素パージしながら後硬化を行った。
次に、得られたホールパターンの形状が観察できるように、各基板を切り出し、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてホールパターン形状を観察した。後硬化後の膜厚10μmにおける最小となる開口ホールの口径を求め、パターンの形状を評価した。これらの結果と合わせ、最小パターンを形成できた感度を表4及び表5に示した。
なお、ホールのパターン形状は下記のような基準で評価し、表4及び表5中に評価結果を示した。
良好:ホールが矩形又は順テーパー形状(ホール上部の寸法が底部の寸法より大きい形状)が観察されたもの
不良:逆テーパー形状(ホール上部の寸法が底部の寸法より小さい形状)、オーバーハング形状(ホール上部が張り出した形状)、著しい膜減りが観察されたもの、又はホール底部に残渣が観察されたもの
IV.破断伸度、破断強度
上記の感光性樹脂組成物1〜42、比較感光性樹脂組成物1〜4をアルミ基板上へ硬化後の仕上がり膜厚が10μmとなるようにスピンコートした。次に、ホットプレート上100℃、3分間のプリベークを施し、感光性樹脂膜を得た。
その後、オーブンを用いて200℃で2時間、窒素パージしながら硬化を行い、感光性樹脂硬化膜を得た。次に、硬化膜付きウェハを、幅10mm、長さ60mmの短冊状に割断し、20質量%の塩酸に浸漬することで硬化膜を基板から剥離した。得られた硬化膜を島津製作所社製オートグラフAGX−1KNを用いて破断伸度及び破断強度の測定を行った。測定は1サンプルにつき10回行いその平均値を表4及び表5中に示した。破断伸びは大きいことが好ましく、20% 以上であることがより好ましい。破断強度は大きいことが好ましく、90MPa以上がより好ましい。
まず、ポジ型感光性樹脂組成物(感光性樹脂組成物1〜23、比較感光性樹脂組成物1及び2)を用い、パターニングを行った結果と硬化膜の破断伸度及び破断強度を表4に示す。
Figure 2021169599
表4に示すように、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、アルカリ水溶液現像において良好なパターン形状を示し、最小ホール寸法は仕上がり膜厚10μmと比較して小さい値を示すことから、アスペクト比の1以上を達成することができることが分かった。
また本発明のポジ型感光性組成物は低温で硬化した場合であっても、良好な機械特性を有する硬化膜が得られた。
一方、比較感光性樹脂組成物1及び比較感光性樹脂組成物2を用いた硬化膜は本発明の組成物から得られる硬化膜と比べ同等の機械特性を有するが、樹脂のアルカリ現像液に対する溶解性が低いため、得られる最小ホール寸法は10μm以上と大きく、本発明のポジ型感光性組成物に対し解像性が劣化した。
次に、ネガ型感光性樹脂組成物(感光性樹脂組成物24〜42、比較感光性樹脂組成物3及び4)を用い、パターニングを行った結果と硬化膜の破断伸度及び破断強度を表5に示す。
Figure 2021169599
表5に示すように、本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、アルカリ水溶液現像において良好なパターン形状を示し、最小ホール寸法は仕上がり膜厚10μmと比較して小さい値を示すことから、アスペクト比の1以上を達成することができることが分かった。
また本発明のネガ型感光性組成物は低温で硬化した場合であっても、良好な機械特性を有する硬化膜が得られた。
一方、比較感光性樹脂組成物3及び比較感光性樹脂組成物4を用いた硬化膜は本発明の組成物から得られる硬化膜と比べ同等の機械特性を有するが、樹脂のアルカリ現像液に対する溶解性が低いため、ホール底部に残渣が観察されホール形状は不良となった。また得られる最小ホール寸法は10μm以上と大きく、本発明のネガ型感光性組成物に対し解像性が劣化した。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (14)

  1. 下記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造単位を含むものであることを特徴とする重合体。
    Figure 2021169599
    (式中T、Tは互いに同一でも異なっていても良く、−CO−、−SO−のうちいずれかを示し、Xは4価の有機基であり、lは0又は1である。)
    Figure 2021169599
    (式中、T、T、lは前記と同様であり、Xは2価の有機基である。)
  2. 前記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造単位に加え、さらに下記一般式(3)から(5)及び(7)で表される構造単位のいずれか1種以上を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の重合体。
    Figure 2021169599
    (式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、sは0又は1を表し、Zは2価の結合基であり、s=0のとき、式中の2つの芳香環は結合基を介さず直結する。)
    Figure 2021169599
    (式中、Xは2価の有機基であり、s及びZは前記と同様である。)
    Figure 2021169599
    (式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、Rは下記一般式(6)で示される基であり、s及びZは前記と同様である。)
    Figure 2021169599
    (式中、点線は結合を表し、Yは(k+1)価の有機基であり、Rfは水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された炭素数1〜20の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基又は芳香族基であり、kは1、2、又は3を表し、nは0又は1を表す。)
    Figure 2021169599
    (式中、Xは前記Xと同一もしくは異なる4価の有機基であり、Xは下記一般式(8)で示される基である。)
    Figure 2021169599
    (式中、R〜Rはそれぞれ独立に炭素数2〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基であり、mは1〜40の整数、m2、はそれぞれ独立に0〜40の整数である。)
  3. 前記一般式(5)中のRが、下記一般式(9)、(10)、(11)、及び(12)で示される基のいずれかより選ばれる有機基であることを特徴とする請求項2に記載の重合体。
    Figure 2021169599
    Figure 2021169599
    Figure 2021169599
    Figure 2021169599
    (式中、点線は結合を表す。Rfは前記と同様であり、Ra及びRbは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基であり、Y及びYは炭素数1〜6の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基であり、n1は0〜6の整数、n2は1〜6の整数、n3は0〜6の整数、n4は1〜6の整数、n5は0〜6の整数、n6は0又は1、n7は0〜6の整数を表す。)
  4. 前記一般式(3)、(4)、(5)におけるZが、下記一般式(13)又は(14)で示される2価の基であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の重合体。
    Figure 2021169599
    (式中、点線は結合を表す。)
  5. (A)請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の重合体、
    (B)光により酸を発生しアルカリ水溶液に対する溶解速度が増大する感光剤であって、キノンジアジド構造を有する化合物、及び、
    (D)溶剤、
    を含むものであることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
  6. さらに下記(C)成分を含むものであることを特徴とする請求項5に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
    (C)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、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤
    Figure 2021169599
    (式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
  7. (A’)請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の重合体、
    (B’)光酸発生剤、
    (C)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、多価フェノールの水酸基の水素原子をグリシジル基に置換した化合物、多価フェノールの水酸基の水素原子を下記式(C−1)で示される置換基に置換した化合物、及び下記式(C−2)で示されるグリシジル基を有した窒素原子を2つ以上含有した化合物から選ばれる1種又は2種以上の架橋剤、及び
    Figure 2021169599
    (式中、点線は結合を示し、Rcは炭素数1〜6の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基を示し、vは1又は2を表す。)
    (D)溶剤、
    を含むものであることを特徴とするネガ型感光性樹脂組成物。
  8. (1)請求項5又は請求項6に記載のポジ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光材皮膜を形成する工程、
    (2)前記感光材皮膜を加熱する工程、
    (3)フォトマスクを介して波長190〜500nmの高エネルギー線もしくは電子線で前記感光材皮膜を露光する工程、及び、
    (4)アルカリ水溶液の現像液を用いて現像する工程、
    を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  9. (I)請求項7に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光材皮膜を形成する工程、
    (II)前記感光材皮膜を加熱する工程、
    (III)フォトマスクを介して波長190〜500nmの高エネルギー線もしくは電子線で前記感光材皮膜を露光する工程、及び、
    (IV)アルカリ水溶液の現像液を用いて現像する工程、
    を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  10. 前記露光工程(III)と前記現像工程(IV)との間に、さらに前記感光材皮膜の露光後加熱工程を含むことを特徴とする請求項9に記載のパターン形成方法。
  11. 請求項8から請求項10のいずれか一項に記載のパターン形成方法により得られたパターン形成された被膜を、温度100〜300℃において加熱、後硬化する工程を含むことを特徴とする硬化被膜形成方法。
  12. 請求項5又は請求項6に記載のポジ型感光性樹脂組成物、又は請求項7に記載のネガ型感光性樹脂組成物が硬化してなる硬化被膜からなるものであることを特徴とする層間絶縁膜。
  13. 請求項5又は請求項6に記載のポジ型感光性樹脂組成物、又は請求項7に記載のネガ型感光性樹脂組成物が硬化してなる硬化被膜からなるものであることを特徴とする表面保護膜。
  14. 請求項12に記載の層間絶縁膜又は請求項13に記載の表面保護膜を有するものであることを特徴とする電子部品。
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