JP2024024623A - 感光性樹脂組成物、硬化物、硬化膜、および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低温硬化性であり、その硬化物が低誘電正接を有する、感光性樹脂組成物を提供する。【解決手段】式(t)で表される基tを有するポリイミドを含む、第一のポリマーと、少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーであって、前記第一のポリマーとは異なる第二のポリマーと、光増感剤と、酸化防止剤と、を含み、前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも1つを含む、感光性樹脂組成物であって、【化1】TIFF2024024623000054.tif29153式(t)中、R15およびR16は、各々独立して、水素原子または炭素数1~3のアルキル基を示し、Q2は2価の有機基を示し、*は結合手を示す、感光性樹脂組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、感光性樹脂組成物およびその硬化物もしくは硬化膜、ならびに当該硬化物もしくは当該硬化膜を備える半導体装置に関する。
近年、電子機器の小型化、高性能化が進んでおり、これに伴って使用される各種材料の要求性能が向上している。そのため、電子機器に用いられる硬化膜の改良およびこの硬化膜を形成するための感光性樹脂組成物の改良により、電子デバイスの信頼性を向上させることが求められている。例えば、半導体パッケージ基板では、信号の高速化、高周波化が進んでおり、電気エネルギー損失の低い材料、つまり、低誘電正接の材料が求められている。また、半導体チップへの熱ダメージ低減のため、硬化膜を形成する際の加熱温度を比較的低くすること(例えば、200℃程度とすること)が求められてきている。
低誘電正接の材料として、例えば、ポリイミド前駆体を含む感光性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、特定の構造を有するポリイミド前駆体と感光剤とを含む感光性樹脂組成物を用いて、低誘電正接を有するポリイミド硬化膜を得る技術が記載されている。
しかしながら、本発明者が検討したところ、特許文献1に記載の感光性樹脂組成物は、低誘電正接と低温硬化性の両立という点で改善の余地があることが見出された。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ポリイミド樹脂と光増感剤とを含む系において、特定の酸化防止剤を用いることにより、低温硬化性であるとともに、低誘電正接を有する感光性樹脂組成物が得られるという知見に基づき完成されたものである。
本発明によれば、以下に示される感光性樹脂組成物およびその用途が提供される。
[1]式(t)で表される基tを有するポリイミドを含む、第一のポリマーと、
少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーであって、前記第一のポリマーとは異なる第二のポリマーと、
光増感剤と、
酸化防止剤と、を含み、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも1つを含む、感光性樹脂組成物であって、
式(t)中、
R15およびR16は、各々独立して、水素原子または炭素数1~3のアルキル基を示し、
Q2は2価の有機基を示し、
*は結合手を示す、
感光性樹脂組成物。
[2]項目[1]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも2つを含む、感光性樹脂組成物。
[3]項目[1]または[2]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物を含み、
前記ヒンダードフェノール化合物は、単官能ヒンダードフェノール化合物である、感光性樹脂組成物。
[4]項目[1]~[3]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(a1)で表される構造単位(a1)と、式(a2)で表される構造単位(a2)とを含み、
式(a1)中、Yは、2価の有機基であり、
式(a2)中、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよい、
感光性樹脂組成物。
[5]項目[4]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(a1)中のYは、アルキレン基を含む2価の基、または少なくとも1つの芳香環を含む2価の基である、感光性樹脂組成物。
[6]項目[4]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(a1)中のYは、式(a1-1)、式(a1-2)、式(a1-3)および式(a1-4)から選択される少なくとも1つの2価の有機基であり、
式(a1-1)中、
R7およびR8は、各々独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR7同士、複数存在するR8同士は同一であっても異なっていてもよく、
R9は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR9同士は同一であっても異なっていてもよく、
*は、結合手を示し;
式(a1-2)中、
R10およびR11は、各々独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR10同士、複数存在するR11同士は、同一であっても異なっていてもよく、
*は結合手を示し;
式(a1-3)中、
Z1は、炭素数1~5のアルキレン基、または2価の芳香族基を示し、
*は結合手を示し;
式(a1-4)中、Z2は、2価の芳香族基を示し、
*は結合手を示す、感光性樹脂組成物。
[7]項目[1]~[6]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、前記式(t)で表される基を両末端に有するポリイミドを含む、感光性樹脂組成物。
[8]項目[1]~[7]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(a3)で表される構造単位(a3)を含み、
式(a3)中、
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示す、感光性樹脂組成物。
[9]項目[1]~[8]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(t)中のQ2は、式(a2)で表される構造単位(a2)または式(a3)で表される構造単位(a3)であり、
式(a2)中、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよく;
式(a3)中、
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示す、感光性樹脂組成物。
[10]項目[1]~[9]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(1)で表される構造単位を含み、
式(1)中、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよく、
Yは、2価の有機基である、感光性樹脂組成物。
[11]項目[1]~[10]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(2)で表される構造単位を含み、
式(2)中、
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示し、
Yは、2価の有機基である、感光性樹脂組成物。
[12]項目[1]~[11]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第二のポリマーは、少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有する環状オレフィン樹脂を含む、感光性樹脂組成物。
[13]項目[12]に記載の感光性樹脂組成物であって、前記環状オレフィン樹脂は、式(b)で表される構造単位を有し、
式(b)中、R1およびR2は、各々独立して、水素原子または炭素数1~3のアルキル基を示し、
Q1は、単結合、または2価の有機基を示し、
G1、G2、およびG3は、各々独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1~30の炭化水素基を示し、
mは0、1または2である、感光性樹脂組成物。
[14]項目[1]~[13]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の、以下の条件で測定される誘電正接(Df)が、0.006以下である、感光性樹脂組成物。
条件:前記感光性樹脂組成物を200℃で120分間の条件で硬化させた硬化物について、10GHz、23℃で誘電正接(Df)を測定する。
[15]項目[1]~[14]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の動的機械分析(DMA)によるガラス転移温度(Tg)は、180℃以上300℃以下である、感光性樹脂組成物。
[16]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の、以下の条件で測定した破断応力が、70MPa以上150MPa以下である、感光性樹脂組成物。
条件:当該感光性樹脂組成物を硬化物とし、6.5mm×20mm×10μm厚の寸法の試験片とする。前記試験片を、引張・圧縮試験機を用い、23℃の温度下、引伸速度5mm/分で伸張させたときの、前記試験片の破断応力を測定する。
[17]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物。
[18]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる硬化膜。
[19]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる樹脂膜を備える半導体装置。
[20]層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられた、項目[1]~[15]のいずれかにに記載の感光性樹脂組成物の硬化物らなる樹脂膜と、
前記樹脂膜中に埋設された再配線と、を備える、半導体装置。
[1]式(t)で表される基tを有するポリイミドを含む、第一のポリマーと、
少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーであって、前記第一のポリマーとは異なる第二のポリマーと、
光増感剤と、
酸化防止剤と、を含み、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも1つを含む、感光性樹脂組成物であって、
R15およびR16は、各々独立して、水素原子または炭素数1~3のアルキル基を示し、
Q2は2価の有機基を示し、
*は結合手を示す、
感光性樹脂組成物。
[2]項目[1]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも2つを含む、感光性樹脂組成物。
[3]項目[1]または[2]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物を含み、
前記ヒンダードフェノール化合物は、単官能ヒンダードフェノール化合物である、感光性樹脂組成物。
[4]項目[1]~[3]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(a1)で表される構造単位(a1)と、式(a2)で表される構造単位(a2)とを含み、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよい、
感光性樹脂組成物。
[5]項目[4]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(a1)中のYは、アルキレン基を含む2価の基、または少なくとも1つの芳香環を含む2価の基である、感光性樹脂組成物。
[6]項目[4]に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(a1)中のYは、式(a1-1)、式(a1-2)、式(a1-3)および式(a1-4)から選択される少なくとも1つの2価の有機基であり、
R7およびR8は、各々独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR7同士、複数存在するR8同士は同一であっても異なっていてもよく、
R9は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR9同士は同一であっても異なっていてもよく、
*は、結合手を示し;
R10およびR11は、各々独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR10同士、複数存在するR11同士は、同一であっても異なっていてもよく、
*は結合手を示し;
Z1は、炭素数1~5のアルキレン基、または2価の芳香族基を示し、
*は結合手を示し;
*は結合手を示す、感光性樹脂組成物。
[7]項目[1]~[6]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、前記式(t)で表される基を両末端に有するポリイミドを含む、感光性樹脂組成物。
[8]項目[1]~[7]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(a3)で表される構造単位(a3)を含み、
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示す、感光性樹脂組成物。
[9]項目[1]~[8]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(t)中のQ2は、式(a2)で表される構造単位(a2)または式(a3)で表される構造単位(a3)であり、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよく;
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示す、感光性樹脂組成物。
[10]項目[1]~[9]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(1)で表される構造単位を含み、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよく、
Yは、2価の有機基である、感光性樹脂組成物。
[11]項目[1]~[10]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(2)で表される構造単位を含み、
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示し、
Yは、2価の有機基である、感光性樹脂組成物。
[12]項目[1]~[11]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第二のポリマーは、少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有する環状オレフィン樹脂を含む、感光性樹脂組成物。
[13]項目[12]に記載の感光性樹脂組成物であって、前記環状オレフィン樹脂は、式(b)で表される構造単位を有し、
Q1は、単結合、または2価の有機基を示し、
G1、G2、およびG3は、各々独立して、水素原子、または置換もしくは無置換の炭素数1~30の炭化水素基を示し、
mは0、1または2である、感光性樹脂組成物。
[14]項目[1]~[13]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の、以下の条件で測定される誘電正接(Df)が、0.006以下である、感光性樹脂組成物。
条件:前記感光性樹脂組成物を200℃で120分間の条件で硬化させた硬化物について、10GHz、23℃で誘電正接(Df)を測定する。
[15]項目[1]~[14]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の動的機械分析(DMA)によるガラス転移温度(Tg)は、180℃以上300℃以下である、感光性樹脂組成物。
[16]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の、以下の条件で測定した破断応力が、70MPa以上150MPa以下である、感光性樹脂組成物。
条件:当該感光性樹脂組成物を硬化物とし、6.5mm×20mm×10μm厚の寸法の試験片とする。前記試験片を、引張・圧縮試験機を用い、23℃の温度下、引伸速度5mm/分で伸張させたときの、前記試験片の破断応力を測定する。
[17]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物。
[18]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる硬化膜。
[19]項目[1]~[15]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる樹脂膜を備える半導体装置。
[20]層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられた、項目[1]~[15]のいずれかにに記載の感光性樹脂組成物の硬化物らなる樹脂膜と、
前記樹脂膜中に埋設された再配線と、を備える、半導体装置。
本発明によれば、低温硬化性であるとともに、低誘電正接を有する感光性樹脂組成物が得ら
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本明細書中、「~」との記載は、特に断りがなければ「以上から以下」を表す。例えば「1~10質量%」は、「1質量%以上10質量%以下」を表す。
[感光性樹脂組成物]
本実施形態の樹脂組成物は、
式(t)で表される基tを有するポリイミドを含む、第一のポリマーと、
少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーであって、前記第一のポリマーとは異なる第二のポリマーと、
光増感剤と、
酸化防止剤と、を含む。
本実施形態の樹脂組成物は、
式(t)で表される基tを有するポリイミドを含む、第一のポリマーと、
少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーであって、前記第一のポリマーとは異なる第二のポリマーと、
光増感剤と、
酸化防止剤と、を含む。
式(t)中、
R15およびR16は、各々独立して、水素原子または炭素数1~3のアルキル基を示し、
Q2は2価の有機基を示し、
*は結合手を示す。
R15およびR16は、各々独立して、水素原子または炭素数1~3のアルキル基を示し、
Q2は2価の有機基を示し、
*は結合手を示す。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、式(t)で表される置換または無置換のマレイミド基を含有する基tを有する第一のポリマーと、置換または無置換のマレイミド基を有する第二のポリマーとを含み、光増感剤は、第一のポリマーの置換または無置換のマレイミド基中に存在する炭素-炭素二重結合と、第二のポリマーの置換または無置換のマレイミド基中に存在する炭素-炭素二重結合と間の[2+2]環化反応である光二量化反応を促進する。本実施形態において、光増感剤として置換チオキサントン化合物を用いることにより、上記光二量化反応が促進されるとともに、この光二量化反応により生成する硬化物は、低い誘電率および低い誘電正接を有する。本実施形態の感光性樹脂組成物は、ネガ型の感光性樹脂組成物である。
以下に、本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる各成分について説明する。
以下に、本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる各成分について説明する。
(第一のポリマー)
本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる第一のポリマーは、以下式(t)で表される基(を有するポリイミドを含む、ネガ型感光性ポリマーである。
本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる第一のポリマーは、以下式(t)で表される基(を有するポリイミドを含む、ネガ型感光性ポリマーである。
好ましい実施形態において、第一のポリマーは、上記式(t)で表される基tと、式(a1)で表される構造単位(a1)と、式(a2)で表される構造単位(a2)と、を含み、両末端の少なくとも一方が式(t)で表される基である構造を有する。
式(a1)中、Yは2価の有機基である。
2価の有機基としては、本発明の効果を奏する範囲で公知の有機基を用いることができるが、本発明の効果の観点から、Yは、アルキレン基を含む2価の基、または少なくとも1つの芳香環を含む2価の基であることが好ましい。
アルキレン基としては、好ましくは炭素数1~5のアルキレン基、より好ましくは炭素数1~3のアルキレン基である。芳香環としては、2価のベンゼン環、2価のナフタレン環、2価のアントラセン環、2価のビフェニル基等を挙げることができ、2価のベンゼン環または2価のビフェニル基が好ましい。
式(a1)中のYは、下記式(a1-1)、式(a1-2)、式(a1-3)および式(a1-4)から選択される2価の有機基であることがさらに好ましい。
2価の有機基としては、本発明の効果を奏する範囲で公知の有機基を用いることができるが、本発明の効果の観点から、Yは、アルキレン基を含む2価の基、または少なくとも1つの芳香環を含む2価の基であることが好ましい。
アルキレン基としては、好ましくは炭素数1~5のアルキレン基、より好ましくは炭素数1~3のアルキレン基である。芳香環としては、2価のベンゼン環、2価のナフタレン環、2価のアントラセン環、2価のビフェニル基等を挙げることができ、2価のベンゼン環または2価のビフェニル基が好ましい。
式(a1)中のYは、下記式(a1-1)、式(a1-2)、式(a1-3)および式(a1-4)から選択される2価の有機基であることがさらに好ましい。
式(a1-1)中、R7およびR8は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR7同士、複数存在するR8同士は、同一であっても異なっていてもよい。
R7およびR8は、本発明の効果の観点から、好ましくは水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましく水素原子である。
R9は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR9同士は、同一であっても異なっていてもよい。
R9は、本発明の効果の観点から、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、水素原子である。
式(a1-1)中、*は、結合手を示す。
R7およびR8は、本発明の効果の観点から、好ましくは水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましく水素原子である。
R9は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR9同士は、同一であっても異なっていてもよい。
R9は、本発明の効果の観点から、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくは、水素原子である。
式(a1-1)中、*は、結合手を示す。
式(a1-2)中、R10およびR11は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR10同士、複数存在するR11同士は、同一であっても異なっていてもよい。
R10およびR11は、本発明の効果の観点から、好ましくは、水素原子または炭素数1~3のアルキル基である。好ましい態様において、R10の少なくとも1つ、およびR11の少なくとも1つが、炭素数1~3のアルキル基である。さらに好ましい態様において、3つのR10が炭素数1~3のアルキル基であり、かつ1つのR10が水素原子であり、かつ3つのR11が炭素数1~3のアルキル基であり、1つのR11が水素原子である。特に好ましい態様において、3つのR10がメチル基であり、1つのR10が水素原子であり、かつ3つのR11がメチル基であり、1つのR11が水素原子である。
式(a1-2)中、*は、結合手を示す。
式(a1-2)中、*は、結合手を示す。
一般式(a1-3)中、Z1は、炭素数1~5のアルキレン基、または2価の芳香族基を示す。
一般式(a1-3)中、*は、結合手を示す。
一般式(a1-4)中、Z2は2価の芳香族基を示し、好ましくは2価のベンゼン環である。
一般式(a1-4)中、*は、結合手を示す。
一般式(a1-3)中、*は、結合手を示す。
一般式(a1-4)中、Z2は2価の芳香族基を示し、好ましくは2価のベンゼン環である。
一般式(a1-4)中、*は、結合手を示す。
式(a2)中、R1~R4は、それぞれ独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、本発明の効果の観点から、好ましくは、炭素数1~3のアルキル基である。
R1とR2とは、異なる基であり、R3とR4とは異なる基である。これにより、式(a2)で表される構造単位が非対称な分子構造を有するため、当該構造単位を有する第一のポリマーの主鎖のねじれが生じる。これにより、第一のポリマーの溶剤溶解性が向上する。
R1とR2とは、異なる基であり、R3とR4とは異なる基である。これにより、式(a2)で表される構造単位が非対称な分子構造を有するため、当該構造単位を有する第一のポリマーの主鎖のねじれが生じる。これにより、第一のポリマーの溶剤溶解性が向上する。
式(a2)中、X1は単結合、-SO2-、-C(=O)-、炭素数1~5の直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖状もしくは分枝鎖状のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよい。
式(a2)中のX1は、本発明の効果の観点から、好ましくは単結合、炭素数1~5の直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖状もしくは分枝鎖状のフルオロアルキレン基であり、より好ましくは炭素数1~5の直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖状もしくは分枝鎖状のフルオロアルキレン基である。
第一のポリマーが、式(a2)で表される構造単位を含むことにより、イミド環の電子への影響が抑制され、当該ポリイミドの加水分解が抑制され、当該ポリマーは、伸び等の機械的強度に優れるとともに、有機溶剤への溶解性にも優れる。結果として、このような構造を有する第一のポリマーおよびこれを含む感光性樹脂組成物は、溶剤溶解性と機械的強度とのバランスに優れる。
式(t)中、R15およびR16は、各々独立して、水素原子もしくは炭素数1~3のアルキル基を示し、R15およびR16の少なくとも一方は、炭素数1~3のアルキル基であることが好ましく、R15およびR16の両方が炭素数1~3のアルキル基であることがより好ましい。炭素数1~3のアルキル基としては、本発明の効果の観点から、炭素数1または2のアルキル基が好ましく、炭素数1のアルキル基(メチル基)がより好ましい。*は結合手を示す。
式(t)中、Q2は2価の有機基を示す。2価の前記有機基としては、本発明の効果を奏する範囲で公知の有機基を用いることができるが、例えば、前記式(a2)で表される構造単位(a2)であることが好ましい。具体的には、下記一般式(t-1)で表される2価の有機基を挙げることができる。
式(t-1)中、X1、およびR1~R4は、上記式(a2)におけるものと同義であり、*は結合手を示す。
第一のポリマーは、さらに式(a3)で表される構造単位(a3)を含むことができる。
式(a3)中、R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、好ましくは水素原子または炭素数1~4のハロアルキル基である。複数存在するR5同士は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよい。
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、好ましくは単結合、炭素数1~4のハロアルキレン基である。
m、nは各々独立して0または1を示す。
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、好ましくは単結合、炭素数1~4のハロアルキレン基である。
m、nは各々独立して0または1を示す。
式(a3)中のR5およびR6を構成し得る炭素数1~4のハロアルキル基は、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよく、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、2-フルオロエチル基、1,1,2-トリフルオロエチル基、1,1,2,2-テトラフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、3-フルオロプロピル基、ヘプタフルオロプロピル基、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロピル基、1,2,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロピル基、4-フルオロブチル基、ノナフルオロブチル基;クロロメチル基、ジクロロメチル基、トリクロロメチル基、2-クロロエチル基、1,1,2-トリクロロエチル基、1,1,2,2-テトラクロロエチル基、2,2,2-トリクロロエチル基、ペンタクロロエチル基、3-クロロプロピル基、ヘプタクロロプロピル基、ヘキサクロロプロピル基、1,2,2,3,3,3-ヘキサクロロプロピル基、4-クロロブチル基、ノナクロロブチル基等を例示することができる。
式(a3)中のXを構成し得る炭素数1~4のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、ブチレン基等が挙げられる。
炭素数1~4のハロアルキレン基としては、フルオロメチレン基、ジフルオロメチレン基、フルオロエチレン基、1,2-ジフルオロエチレン基、トリフルオロエチレン基、パーフルオロエチレン基、パーフルオロプロピレン基、パーフルオロブチレン基、クロロメチレン基、クロロエチレン基、クロロプロピレン基、ブロモメチレン基、ブロモエチレン基、ブロモプロピレン基、ヨウ化メチレン基、ヨウ化エチレン基、ヨウ化プロピレン基等が挙げられる。
炭素数1~4のハロアルキレン基としては、フルオロメチレン基、ジフルオロメチレン基、フルオロエチレン基、1,2-ジフルオロエチレン基、トリフルオロエチレン基、パーフルオロエチレン基、パーフルオロプロピレン基、パーフルオロブチレン基、クロロメチレン基、クロロエチレン基、クロロプロピレン基、ブロモメチレン基、ブロモエチレン基、ブロモプロピレン基、ヨウ化メチレン基、ヨウ化エチレン基、ヨウ化プロピレン基等が挙げられる。
前記式(t)において、Q2の2価の有機基は、上記式(a3)で表される構造単位(a3)であってもよい。具体的には、下記式(t-2)で表される2価の有機基を挙げることができる。
式(t-2)中、R5、R6、X、m、およびnは、上記式(a3)におけるものと同義であり、*は、結合手を示す。
第一のポリマーは、本発明の効果の観点から、少なくとも一方の末端、好ましくは両末端が式(t)で表される基tであるポリイミドを含むことが好ましい。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、式(t)で表される基tを少なくとも一方の末端に備えるポリイミドを第一のポリマーとして含むことから、その硬化物は優れた機械的強度を有する。さらに、ラジカル反応が生じず光二量化が可能であることから、第一のポリマー同士、または第一のポリマーと後述する第二のポリマーとを光重合することができ、よって機械的強度により優れた硬化物を得ることができる。
第一のポリマーは、具体的には、式(1)で表される構造単位1を含むことができる。
式(1)中、R1~R4、およびX1は、上記式(a2)におけるものと同義であり、Yは、上記式(a1)におけるものと同義である。
第一のポリマーは、具体的には、構造単位1とともに、さらに式(2)で表される構造単位2を含んでいてもよい。
式(2)中、R5~R6、X、m、およびnは、上記式(a3)におけるものと同義であり、Yは、上記式(a1)におけるものと同義である。
第一のポリマーの重量平均分子量は、例えば、5,000~200,000である。引っ張り強さと伸びの観点から、第一のポリマーの重量平均分子量は、好ましくは、10,000~100,000である。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上述の構造を有する第一のポリマーを含むことにより、これを硬化して得られる樹脂膜は、優れた機械的強度を有する。また、この第一のポリマーは、以下に説明する置換または無置換のマレイミド基を有する第二のポリマーと、光二量化反応し得、得られる樹脂硬化物は、その誘電率および誘電正接が低減される。
(第一のポリマーの製造方法)
第一のポリマーは、以下のように合成することができる。なお、以下では、第一のポリマーが、式(1)で表される構造単位を有し、両末端の少なくとも一方に式(t)で表される基tを有するポリイミドである場合の製造方法を説明する。
第一のポリマーは、以下のように合成することができる。なお、以下では、第一のポリマーが、式(1)で表される構造単位を有し、両末端の少なくとも一方に式(t)で表される基tを有するポリイミドである場合の製造方法を説明する。
第一のポリマーは、式(a1’)で表される酸無水物(a1’)と、式(a2’)で表されるジアミン(a2’)と、式(t’)で表される無水マレイン酸誘導体(t’)とを、反応させることにより製造することができる。
本実施形態によれば、有機溶剤に対する溶解性に優れたポリイミド(第一のポリマー)を簡便な方法で合成することができる。
式(a1’)中、Yは、上記の式(a1-1)、式(a1-2)、式(a1-3)および式(a1-4)で表される基から選択され基である。
式(a2’)中、R1~R4、およびX1は、上記式(a2)におけるものと同義である。
式(t’)中、R15、およびR16は、上記式(t)におけるものと同義である。
上記反応におけるジアミン(a2’)と酸無水物(a1’)の当量比は、得られるポリイミド(第一のポリマー)の分子量を決定する重要な因子である。一般に、ポリマーの分子量と機械的性質の間に相関があることは良く知られており、分子量が大きいほど機械的性質が優れている。従って、実用的に優れた強度のポリイミド(第一のポリマー)を得るためには、ある程度高分子量であることが必要である。本発明では、使用するジアミン(a2’)と酸無水物(a1’)の当量比を特に制限はしないが、ジアミン(a2’)に対する酸無水物(a1’)の当量比が0.80~1.06の範囲にあることが好ましい。0.80未満では、得られるポリイミドの分子量が低く、脆くなるため、十分な機械強度が得られない場合がある。また、1.06を越えると、未反応のカルボン酸が加熱時に脱炭酸してガス発生し、発泡の原因となり好ましくないことがある。
他の実施形態において、上記反応において、酸無水物(a1’)と、ジアミン(a2’)と、無水マレイン酸誘導体(t’)と、さらに式(a3’)で表されるジアミン(a3’)を反応させてもよい。これにより、上記の式(2)で表される構造単位2を含む第一のポリマーを製造することができる。
式(a3’)中、R5、R6、X、m、nは一般式(a3)と同義である。
酸無水物(a1’)とジアミン(a2’)とジアミン(a3’)との当量比は、得られるポリイミド(第一のポリマー)の分子量を決定する重要な因子である。一般に、ポリマーの分子量と機械的性質の間に相関があることは良く知られており、分子量が大きいほど機械的性質が優れている。従って、実用的に優れた強度の重合体を得るためには、ある程度高分子量であることが必要である。本発明では、使用する酸無水物(a1’)とジアミン(a2’)とジアミン(a3’)との当量比は特に制限されないが、酸無水物(a1’)に対する、ジアミン(a2’)およびジアミン(a3’)の当量比が0.80~1.06の範囲にあることが好ましい。当該当量比が上記範囲内にあれば、得られるポリイミドは、機械的強度に優れ、製造安定性に優れる。
無水マレイン酸誘導体(t’)の量は、酸無水物(a1’)との反応に供さないアミノ基のモル量に対し、3倍モル量とすることができる。
これにより、ポリイミド(第一のポリマー)に光二量化による感光性を付与することができ、低誘電正接により優れるとともに、機械物性により優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。
当該反応は、有機溶媒中で、公知の方法で行うことができる。
有機溶媒としては、γ-ブチロラクトン(GBL)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、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ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、1,4-ジオキサン等の非プロトン性極性溶媒類が挙げられ、1種類又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。この時、上記非プロトン性極性溶媒と相溶性がある非極性溶媒を混合して使用しても良い。非極性溶媒としては、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ソルベントナフサ等の芳香族炭化水素類が挙げられる。混合溶媒における非極性溶媒の割合については、溶媒の溶解度が低下し、反応して得られるポリアミド酸樹脂が析出しない範囲であれば、攪拌装置能力や溶液粘度等の樹脂性状に応じて任意に設定することができる。
有機溶媒としては、γ-ブチロラクトン(GBL)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、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ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、1,4-ジオキサン等の非プロトン性極性溶媒類が挙げられ、1種類又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。この時、上記非プロトン性極性溶媒と相溶性がある非極性溶媒を混合して使用しても良い。非極性溶媒としては、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ソルベントナフサ等の芳香族炭化水素類が挙げられる。混合溶媒における非極性溶媒の割合については、溶媒の溶解度が低下し、反応して得られるポリアミド酸樹脂が析出しない範囲であれば、攪拌装置能力や溶液粘度等の樹脂性状に応じて任意に設定することができる。
反応温度は、0℃~100℃、好ましくは、20℃~80℃で、30分~2時間程度反応させた後、100℃~250℃、好ましくは、120℃~200℃で、1~5時間程度反応させる。
無水マレイン酸誘導体(t’)は、酸無水物(a1’)と、ジアミン(a2’)および ジアミン(a3’)とのイミド化反応において存在していてもよいが、酸無水物(a1’)とジアミン(a2’)および(a3’)との反応中または反応終了後に、上記有機溶媒に溶解させた無水マレイン酸誘導体(t’)を添加して反応させ、ポリイミド末端を封止することができる。
無水マレイン酸誘導体(t’)を別途添加する場合、添加後、100℃以上250℃以下、好ましくは120℃以上200℃以下で1~5時間程度反応させることが好ましい。
以上の工程により本実施形態の第一のポリマー(末端封止ポリイミド)を含む反応溶液を得ることができ、さらに必要に応じて有機溶媒等で希釈し、ポリマー溶液(塗布用ワニス)として使用することができる。有機溶剤としては、反応工程において例示したものを用いることができ、反応工程と同じ有機溶剤であってもよく、異なる有機溶剤であってもよい。
また、この反応溶液を貧溶媒中に投入してポリイミド(第一のポリマー)を再沈殿析出させて未反応モノマーを除去し、乾燥固化させたもの再び有機溶剤に溶解し精製品として用いることもできる。特に不純物や異物が問題になる用途では、再び有機溶剤に溶解して濾過精製ワニスとすることが好ましい。
ポリマー溶液中(100重量%)のポリイミド(第一のポリマー)濃度は、特に限定されないが、10~30重量%程度であることが好ましい。
ポリマー溶液中(100重量%)のポリイミド(第一のポリマー)濃度は、特に限定されないが、10~30重量%程度であることが好ましい。
無水マレイン酸誘導体(t’)の量は、得られるポリイミド(第一のポリマー)中、例えば、30mol%~100mol%であり、好ましくは、40mol%~100mol%、より好ましくは、50mol%~100mol%である。
これにより、ポリイミド(第一のポリマー)に光二量化による感光性を付与することができ、低誘電正接により優れるとともに、機械物性により優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。
これにより、ポリイミド(第一のポリマー)に光二量化による感光性を付与することができ、低誘電正接により優れるとともに、機械物性により優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。
第一のポリマーの好ましい配合例を以下の表Aに示す。
・MED-J:4,4-ジアミノ-3,3-ジエチル-5,5-ジメチルジフェニルメタン
・HFBAPP:4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス[(4-アミノフェノキシ)ベンゼン]
・TFMB:4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル
・TMPBP-TME:4-[4-(1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-イルカルボニロキシ)-2,3,5-トリメチルフェニル]-2,3,6-トリメチルフェニル 1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-カルボキシレート
・HQDA:1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン酸二無水物
・DMMA:2,3-ジメチルマレイン酸無水物
・HFBAPP:4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス[(4-アミノフェノキシ)ベンゼン]
・TFMB:4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル
・TMPBP-TME:4-[4-(1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-イルカルボニロキシ)-2,3,5-トリメチルフェニル]-2,3,6-トリメチルフェニル 1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-カルボキシレート
・HQDA:1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン酸二無水物
・DMMA:2,3-ジメチルマレイン酸無水物
(第二のポリマー)
本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる第二のポリマーは、上記第一のポリマーとはことなるポリマーであり、少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーである。第二のポリマーが有する置換または無置換のマレイミド基は、第一のポリマーが有する置換または無置換のマレイミド基と光二量化反応し得る反応性官能基として働く。
本実施形態の感光性樹脂組成物に用いられる第二のポリマーは、上記第一のポリマーとはことなるポリマーであり、少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有するポリマーである。第二のポリマーが有する置換または無置換のマレイミド基は、第一のポリマーが有する置換または無置換のマレイミド基と光二量化反応し得る反応性官能基として働く。
このような第二のポリマーとしては、主鎖と、この主鎖に導入された置換または無置換のマレイミド基を有する側鎖とから構成されるポリマーを用いることができる。
第二のポリマーを構成する主鎖としては、特に限定されないが、例えば、環状オレフィン類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、ビニルエステル類、スチレン類、アクリル酸類、メタクリル酸類、アクリロニトリル類、無水マレイン酸類、マレイン酸イミド類等のモノマーに由来する構造単位を含むものが挙げられる。
中でも、第二のポリマーを構成する主鎖としては、環状オレフィン類に由来する構造単位(環状オレフィン構造)を含む主鎖が好ましく用いられる。環状オレフィン類としては、例えば、シクロヘキセン、シクロオクテンのような単環体、ノルボルネン、ノルボルナジエン、ジシクロペンタジエン、ジヒドロジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、トリシクロペンタジエン、ジヒドロトリシクロペンタジエン、テトラシクロペンタジエン、ジヒドロテトラシクロペンタジエンのような多環体等が挙げられる。
中でも、第二のポリマーとしては、ノルボルネン由来の構造単位を主鎖として有する、式(b)で表される構造単位(b)から構成される環状オレフィン樹脂(以下、「ポリマー(b)」と称する)が好ましく用いられる。
式(b)中、R1およびR2は、各々独立して、水素原子もしくは炭素数1~3のアルキル基を示し、R1およびR2の少なくとも一方は炭素数1~3のアルキル基であることが好ましく、いずれも炭素数1~3のアルキル基であることがより好ましい。炭素数1~3のアルキル基としては、本発明の効果の観点から、炭素数1~2のアルキル基が好ましく、炭素数1のアルキル基がより好ましい。
式(b)中、Q1は単結合、または2価の有機基を示す。
2価の前記有機基としては、本発明の効果を奏する範囲で公知の有機基を用いることができるが、例えば炭素数1~8のアルキレン基または(ポリ)アルキレングリコール鎖を挙げることができる。炭素数1~8のアルキレン基は、炭素数2~6のアルキレン基であることが好ましい。
2価の前記有機基としては、本発明の効果を奏する範囲で公知の有機基を用いることができるが、例えば炭素数1~8のアルキレン基または(ポリ)アルキレングリコール鎖を挙げることができる。炭素数1~8のアルキレン基は、炭素数2~6のアルキレン基であることが好ましい。
式(b)中、炭素数1~8のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、及びオクチレン基等が挙げられる。
上記の(ポリ)アルキレングリコール鎖を構成するアルキレンオキサイドは、特に限定されないが、炭素数1~18のアルキレンオキサイドにより構成されることが好ましく、より好ましくは炭素数2~8のアルキレンオキサイドであり、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、イソブチレンオキサイド、1-ブテンオキサイド、2-ブテンオキサイド、トリメチルエチレンオキサイド、テトラメチレンオキサイド、テトラメチルエチレンオキサイド、ブタジエンモノオキサイド、オクチレンオキサイド等が挙げられる。
式(b)中、G1、G2、およびG3は、各々独立して、水素原子、置換または無置換の炭素数1~30の炭化水素基を示す。
炭素数1~30の炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、またはシクロアルキル等が挙げられる。
アルキル基としては、たとえばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、およびデシル基が挙げられる。
アルケニル基としては、たとえばアリル基、ペンテニル基、およびビニル基が挙げられる。アルキニル基としては、エチニル基が挙げられる。
アルキリデン基としては、たとえばメチリデン基、およびエチリデン基が挙げられる。
アリール基としては、たとえばフェニル基、ナフチル基、およびアントラセニル基が挙げられる。アラルキル基としては、たとえばベンジル基、およびフェネチル基が挙げられる。
アルカリル基としては、たとえばトリル基、キシリル基が挙げられる。
シクロアルキル基としては、たとえばアダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、およびシクロオクチル基が挙げられる。
炭素数1~30の炭化水素基は、その構造中に、O、N、S、PおよびSiから選択される少なくとも1つの原子を含んでいてもよい。
炭素数1~30の炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキリデン基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、またはシクロアルキル等が挙げられる。
アルキル基としては、たとえばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、およびデシル基が挙げられる。
アルケニル基としては、たとえばアリル基、ペンテニル基、およびビニル基が挙げられる。アルキニル基としては、エチニル基が挙げられる。
アルキリデン基としては、たとえばメチリデン基、およびエチリデン基が挙げられる。
アリール基としては、たとえばフェニル基、ナフチル基、およびアントラセニル基が挙げられる。アラルキル基としては、たとえばベンジル基、およびフェネチル基が挙げられる。
アルカリル基としては、たとえばトリル基、キシリル基が挙げられる。
シクロアルキル基としては、たとえばアダマンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、およびシクロオクチル基が挙げられる。
炭素数1~30の炭化水素基は、その構造中に、O、N、S、PおよびSiから選択される少なくとも1つの原子を含んでいてもよい。
式(b)中、前記炭素数1~30の炭化水素基は、炭素数1~15の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1~10の炭化水素基であることがより好ましい。また、炭素数1~30の炭化水素基は、炭素数1~30のアルキル基であることが好ましく、炭素数1~15のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1~10のアルキル基であることがさらにより好ましい。
置換された炭素数1~30炭化水素基の置換基は、水酸基、アミノ基、シアノ基、エステル基、エーテル基、アミド基、スルホンアミド基等を挙げることができ、少なくとも1種の基で置換されていてもよい。
置換された炭素数1~30炭化水素基の置換基は、水酸基、アミノ基、シアノ基、エステル基、エーテル基、アミド基、スルホンアミド基等を挙げることができ、少なくとも1種の基で置換されていてもよい。
式(b)中、G1、G2、およびG3のいずれか1つが、置換または無置換の炭素数1~30の炭化水素基、残りが水素原子であることが好ましく、全てが水素原子であることがより好ましい。
mは0、1または2であり、好ましくは0または1であり、より好ましくは0である。
mは0、1または2であり、好ましくは0または1であり、より好ましくは0である。
第二のポリマーとして式(b)で表される構造を有するポリマー(b)を用いることにより、低い誘電率および低い誘電正接を有するとともに、優れた機械的強度を有する硬化樹脂膜を得ることができる。さらに、ポリマー(b)は、側鎖に所定の置換または無置換のマレイミド基を有しており、ラジカル反応が生じず光二量化が可能であることから、ポリマ-(b)同士、ポリマ-(b)とポリイミド(第一のポリマー)とを光重合することができ、得られる硬化物は、優れた機械的強度を有する。
本実施形態の感光性樹脂組成物において、第一のポリマーと第二のポリマー(b)とは、第一のポリマー:第二のポリマー(b)で表される質量比が、例えば、20:80~80:20、好ましくは、30:70~70:30、より好ましくは、40:60~60:40、さらにより好ましくは、40:60~50:50となる量で配合される。これにより、感光性樹脂組成物から得られる硬化物は、現像性においても優れる。
式(b)で表される構造を有するポリマー(b)は、下記の方法で製造することができる。
まず、以下の式(b’)で表される化合物(b’)を付加重合して、必要に応じて他のノルボルネン系化合物と付加重合して重合体を得る。たとえば配位重合により、付加重合が行われる。
まず、以下の式(b’)で表される化合物(b’)を付加重合して、必要に応じて他のノルボルネン系化合物と付加重合して重合体を得る。たとえば配位重合により、付加重合が行われる。
式(b’)中、R1、R2、Q1、G1、G2、G3およびmは、式(b)におけるものと同義である。
必要に応じて用いられる他のノルボルネン化合物としては、5-メチルノルボルネン、5-エチルノルボルネン、5-ブチルノルボルネン、5-ヘキシルノルボルネン、5-デシルノルボルネン、5-シクロヘキシルノルボルネン、5-シクロペンチルノルボルネン等のアルキル基を有するノルボルネン類;5-エチリデンノルボルネン、5-ビニルノルボルネン、5-プロペニルノルボルネン、5-シクロヘキセニルノルボルネン、5-シクロペンテニルノルボルネン等のアルケニル基を有するノルボルネン類;5-フェニルノルボルネン、5-フェニルメチルノルボルネン、5-フェニルエチルノルボルネン、5-フェニルプロピルノルボルネン等の芳香環を有するノルボルネン類;等が挙げられる。
本実施形態においては、上記化合物と、有機金属触媒とを溶剤に溶解した後、所定時間加熱することにより溶液重合を行うことができる。このとき、加熱温度は、たとえば30℃~200℃、好ましくは40℃~150℃、さらに好ましくは50℃~120℃とすることができる。本実施形態においては、従来よりも加熱温度を高温とすることでポリマー(b)の収率を向上させることができる。
また、加熱時間は、たとえば0.5時間~72時間とすることができる。なお、窒素バブリングにより溶剤中の溶存酸素を除去したうえで、溶液重合を行うことがより好ましい。
また、必要に応じて分子量調整剤や連鎖移動剤を使用する事ができる。連鎖移動剤としては、例えば、トリメチルシラン、トリエチルシラン、トリブチルシラン、等のアルキルシラン化合物を挙げることができる。これらの連鎖移動剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記重合反応に用いられる溶剤としては、たとえば、メチルエチルケトン(MEK)、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類が挙げられる。
上記有機金属触媒としては、付加重合が進行すれば特に選ばないが、例えばパラジウム錯体およびニッケル錯体に対してホスフィン系や、ジイミン系などの配位子を配位させ、カウンターアニオンなどを用いても良い。このうちの一種または二種以上を使用できる。
上記パラジウム錯体としては、たとえば(アセタト-κ0)(アセトニトリル)ビス[トリス(1-メチルエチル)ホスフィン]パラジウム(I)テトラキス(2,3,4,5,6-ペンタフルオロフェニル)ボレート、π-アリルパラジウムクロリドダイマーなどのアリルパラジウム錯体;パラジウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、マレイン酸塩、ナフトエ酸塩などのパラジウムの有機カルボン酸塩;酢酸パラジウムのトリフェニルホスフィン錯体、酢酸パラジウムのトリ(m-トリル)ホスフィン錯体、酢酸パラジウムのトリシクロヘキシルホスフィン錯体などのパラジウムの有機カルボン酸の錯体;パラジウムのジブチル亜リン酸塩、p-トルエンスルホン酸塩などのパラジウムの有機スルフォン酸塩;ビス(アセチルアセトナート)パラジウム、ビス(ヘキサフロロアセチルアセトナート)パラジウム、ビス(エチルアセトアセテート)パラジウム、ビス(フェニルアセトアセテート)パラジウムなどのパラジウムのβ-ジケトン化合物;ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、ビス[トリ(m-トリルホスフィン)]パラジウム、ジブロモビス[トリ(m-トリルホスフィン)]パラジウム、アセトニルトリフェニルホスフォニウム錯体などのパラジウムのハロゲン化物錯体等が挙げられる。
上記ホスフィン配位子としては、トリフェニルホスフィン、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィンなどが挙げられる。
上記カウンターアニオンとしては、例えば、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス[3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス(2,4,6-トリフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラフェニルボレート、トリブチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジエチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジフェニルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、リチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなど挙げられる。
有機金属触媒の量は、ノルボルネン系モノマーに対して300ppm~5000ppm、好ましくは1000ppm~3500ppm、さらに好ましくは1500ppm~2500ppmとすることができる。これにより、ポリマー(b)の収率を向上させることができる。
得られたポリマー(b)を含む反応液を、例えば、ヘキサンやメタノール等のアルコール中に添加してポリマー(b)を析出させる。次いで、ポリマー(b)を濾取し、例えば、ヘキサンやメタノール等のアルコール等により洗浄した後、これを乾燥させる。
本実施形態においては、たとえばこのようにしてポリマー(b)を合成することができる。
本実施形態の製造方法によれば、ポリマー(b)を70%以上の高収率で得ることができる。
本実施形態においては、たとえばこのようにしてポリマー(b)を合成することができる。
本実施形態の製造方法によれば、ポリマー(b)を70%以上の高収率で得ることができる。
ジアルキル無水マレイン酸による変換率は、30%以上であることが好ましい。さらにこのましくは40%、さらに好ましくは50%以上である。この範囲であれば、現像で溶出するポリイミド成分を低減することができる。
本実施形態のポリマー(b)は、本発明の効果を奏する範囲で構成単位(b)以外のその他の構成単位を含むことができ、その他の構成単位としては、上記の他のノルボルネン系化合物から誘導される構成単位が挙げられる。
ポリマー(b)の重量平均分子量は、例えば、3,000~30,000であり、好ましくは、4,000~20,000であり、より好ましくは、4,500~15,000である。上記範囲の重量平均分子量を有するポリマー(b)は、第一のポリマーに対して高い相溶性を有するため好ましい。
(光増感剤)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、光増感剤を含む。光増感剤としては、当該分野で一般的に使用される化合物を用いることができる。光増感剤としては、ベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物、ベンジル化合物、ミヒラーケトン化合物等が挙げられる。これらの中でも、ベンゾフェノン化合物またはチオキサントン化合物が好ましく用いられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、光増感剤を含む。光増感剤としては、当該分野で一般的に使用される化合物を用いることができる。光増感剤としては、ベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物、ベンジル化合物、ミヒラーケトン化合物等が挙げられる。これらの中でも、ベンゾフェノン化合物またはチオキサントン化合物が好ましく用いられる。
ベンゾフェノン化合物としては、ベンゾフェノン、4-クロロベンゾフェノン、4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4-フェニルベンゾフェノン、イソフタルフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチル-ジフェニルスルフィド等が挙げられる。
ベンゾフェノン化合物の市販品として、例えば、SPEEDCUREMBP(4-メチルベンゾフェノン)、SPEEDCUREMBB(メチル-2-ベンゾイルベンゾエイト)、SPPEDCUREBMS(4-ベンゾイル-4’メチルジフェニルサルファイド)、SPPEDCUREPBZ(4-フェニルベンゾフェノン)、SPPEDCUREEMK(4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン)(以上商品名、DKSHジャパン株式会社製)等が挙げられる。
チオキサントン化合物としては、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、クロロチオキサントンが挙げられる。ジエチルチオキサントンとしては、2,4-ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントンとしては2-イソプロピルチオキサントン、クロロチオキサントンとしては2クロロチオキサントンが好ましい。中でも、ジエチルチオキサントンが好ましい。
チオキサントン化合物の市販品として、例えば、SpeedcureDETX(2,4-ジエチルチオキサントン)、SpeedcureITX(2-イソプロピルチオキサントン)、SpeedcureCTX(2-クロロチオキサントン)、SPEEDCURECPTX(1-クロロ-4-プロピルチオキサントン)(以上商品名、DKSHジャパン株式会社製)、KAYACUREDETX(2,4-ジエチルチオキサントン)(商品名、日本化薬株式会社製)が挙げられる。
光増感剤の添加量は、特に限定されないが、感光性樹脂組成物の固形分全体の0.05~10質量%程度であるのが好ましく、0.1~7.5質量%程度であるのがより好ましく、0.2~5質量%程度であるのがさらに好ましい。光増感剤の添加量を前記範囲内に設定することにより、感光性樹脂組成物から得られる樹脂硬化膜のパターニング性を高めるとともに、感光性樹脂組成物の長期保管性を向上させることができる。
(酸化防止剤)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、酸化防止剤を含む。本実施形態において、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも1種が用いられる。これらの酸化防止剤を用いることにより、理由は定かではないが、得られる樹脂硬化物の誘電率、誘電正接を低減できるとともに、パターニング性を改善することができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、酸化防止剤を含む。本実施形態において、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも1種が用いられる。これらの酸化防止剤を用いることにより、理由は定かではないが、得られる樹脂硬化物の誘電率、誘電正接を低減できるとともに、パターニング性を改善することができる。
酸化防止剤として使用されるヒンダードフェノール化合物としては、1,3,5-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、1,1,3-トリス(2’-メチル-4’-ヒドロキシ-5’-t-ブチルフェニル)-ブタン、4,4’-ブチリデン-ビス-(2-t-ブチル-5-メチルフェノール)、3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオン酸ステアリル、ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、3,9-ビス[2-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ]-1,1-ジメチルエチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、1,3,5-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニルメチル)-2,4,6-トリメチルベンゼン、1,3,5-トリス(3-ヒドロキシ-4-t-ブチル-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、2,2’-メチレンビス(6-t-ブチル-4-エチルフェノール)、2,2’-チオジエチルビス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、N,N-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナムアミド)、i-オクチル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4,6-ビス(ドデシルチオメチル)-o-クレゾール、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスホン酸モノエチルエステルのカルシウム塩、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール、ビス[3-(3-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)プロピオン酸]エチレンビスオキシビスエチレン、1,6-ヘキサンジオ-ルビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、2,2’-チオ-ビス-(6-t-ブチル-4-メチルフェノール)、2,5-ジ-t-アミル-ヒドロキノン、2,6-ジ-t-ブチル-4-ノニルフェノール、2,2’-イソブチリデン-ビス-(4,6-ジメチル-フェノール)、2,2’-メチレン-ビス-(6-(1-メチル-シクロヘキシル)-p-クレゾール)、2,4-ジメチル-6-(1-メチル-シクロヘキシル)-フェノール等が挙げられる。
ヒンダードフェノール酸化防止剤の市販品としては、例えば、ADEKA社製のアデカスタブAO-20、AO-30、AO-40、AO-50、AO-60、AO-80、AO-330;ケミプロ社製のKEMINOX101、179、76、9425;BASFジャパン社製のIRGANOX1010、1035、1076、1098、1135、1330、1726、1425WL、1520L、245、259、3114、5057、565;サンケミカル社製のサイアノックスCY-1790、CY-2777等が挙げられる。
酸化防止剤として使用されるチオエ-テル化合物としては、ジラウリル-3,3’-チオジプロピオネート、ビス(2-メチル-4-(3-n-ドデシル)チオプロピオニルオキシ)-5-t-ブチルフェニル)スルフィド、ジステアリル-3,3’-チオジプロピオネート、ペンタエリスリトール-テトラキス(3-ラウリル)チオプロピオネートなどが挙げられる。
チオール酸化防止剤の市販品としては、アデカスタブAO-412S、アデカスタブAO-503、アデカスタブAO-26(以上、ADEKA社製)、スミライザーTP-D(住友化学社製)等が挙げられる。中でも、テトラキス[3-(ドデシルチオ)プロピオン酸]ペンタエリトリトール(市販品:アデカスタブAO-412Sが好ましい。
酸化防止剤として用いられるホスファイト化合物としては、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニルホスファイト)、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチル-5-メチルフェニル)-4,4’-ビフェニレンジホスホナイト、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスホネート-ジエチルエステル、ビス-(2,6-ジクミルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,2-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)オクチルホスファイト、トリス(ミックスドモノandジ-ノニルフェニルホスファイト)、ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メトキシカルボニルエチル-フェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-オクタデシルオキシカルボニルエチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトなどが挙げられる。
ホスファイト酸化防止剤の市販品としては、例えば、IRGAFOS 168(BASFジャパン株式会社)が挙げられる。
酸化防止剤として用いられるホスホナイト化合物としては、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)4,4’-ビフェニレンジホスホナイトやテトラキス(2,4-ジ-t-ブチル-5メチルフェニル)4,4’-ビフェニレンジホスホナイト等が挙げられる。
酸化防止剤の添加量は、特に限定されないが、感光性樹脂組成物の固形分全体の1~20質量%であるのが好ましく、2~18質量%であるのがより好ましく、5~15質量%であるのがさらに好ましい。酸化防止剤の添加量を上記範囲内に設定することにより、感光性樹脂組成物から得られる樹脂硬化膜のパターニング性を高めることができる。
一実施形態において、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール化合物が用いられる。好ましくは、酸化防止剤は、(1)ヒンダードフェノール化合物と、(2)チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物の少なくとも1種とを組み合わせて含む。さらに、ヒンダードフェノール化合物は、単官能ヒンダードフェノールを含むことが好ましい。
好ましい実施形態において、酸化防止剤は、単官能ヒンダードフェノールとチオエーテル化合物との組み合わせを含む。この場合、単官能ヒンダードフェノールとチオエーテル化合物との配合量は、単官能ヒンダードフェノールに対するチオエーテル化合物の量が、例えば、10~50質量%、好ましくは、15~40質量%となるように使用することができる。
別の好ましい実施形態において、酸化防止剤は、単官能ヒンダードフェノールとホスファイトまたはホスホナイト化合物との組み合わせを含む。この場合、単官能ヒンダードフェノールとホスファイトまたはホスホナイト化合物との配合量は、単官能ヒンダードフェノールに対するホスファイトまたはホスホナイト化合物の量が、例えば、10~50質量%、好ましくは、15~40質量%となるように使用することができる。
酸化防止剤が上記の組み合わせで用いられることにより、得られる感光性樹脂組成物は優れた硬化性を備える。
酸化防止剤が上記の組み合わせで用いられることにより、得られる感光性樹脂組成物は優れた硬化性を備える。
(その他の成分)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上記成分に加え、必要に応じて、以下に示す成分を含んでもよい。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上記成分に加え、必要に応じて、以下に示す成分を含んでもよい。
(密着助剤)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、密着助剤を含んでもよい。
これにより、感光性樹脂組成物で形成された樹脂膜やパターンの、基板との密着性を高めることができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、密着助剤を含んでもよい。
これにより、感光性樹脂組成物で形成された樹脂膜やパターンの、基板との密着性を高めることができる。
使用可能な密着助剤は特に限定されない。例えば、アミノシラン、エポキシシラン、アクリルシラン、メルカプトシラン、ビニルシラン、ウレイドシラン、酸無水物官能型シラン、スルフィドシラン等のシランカップリング剤を用いることができる。シランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、エポキシシラン(すなわち、1分子中に、エポキシ部位と、加水分解によりシラノール基を発生する基の両方を含む化合物)または酸無水物官能型シラン(すなわち、1分子中に、酸無水物基と、加水分解によりシラノール基を発生する基の両方を含む化合物)が好ましい。シランカップリング剤のシランとは反対側の基が、ポリマーAまたはポリマーBと結合やポリマーとなじみが良くなる等することにより、感光性樹脂組成物で形成された樹脂膜やパターンの、基板との密着性をより高めることができる。
アミノシランとしては、例えば、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、またはN-フェニル-γ-アミノ-プロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
エポキシシランとしては、例えば、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、またはβ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシジルプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
アクリルシランとしては、例えば、γ-(メタクリロキシプロピル)トリメトキシシラン、γ-(メタクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、またはγ-(メタクリロキシプロピル)メチルジエトキシシラン等が挙げられる。
メルカプトシランとしては、例えば、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
ビニルシランとしては、例えば、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリエトキシシラン、またはビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
ビニルシランとしては、例えば、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリエトキシシラン、またはビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
ウレイドシランとしては、例えば、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
酸無水物官能型シランとしては、例えば、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物などが挙げられる。
酸無水物官能型シランとしては、例えば、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物などが挙げられる。
スルフィドシランとしては、例えば、ビス(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジスルフィド、ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ポリ(n=2~10)スルファンを主成分とする、(3-クロロプロピル)(トリエトキシ)シランと(ポリ硫化)二ナトリウムの反応生成物等が挙げられる。
密着助剤を用いる場合、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
密着助剤の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分全体を100質量部としたとき、通常0.01~10質量部、好ましくは0.05~5質量部である。この範囲とすることで、他の性能とのバランスを取りつつ、密着助剤の効果である「密着性」を十分に得ることができると考えられる。
密着助剤の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分全体を100質量部としたとき、通常0.01~10質量部、好ましくは0.05~5質量部である。この範囲とすることで、他の性能とのバランスを取りつつ、密着助剤の効果である「密着性」を十分に得ることができると考えられる。
(溶媒)
本実施形態に係る感光性樹脂組成物は、溶媒として、環状構造のオキサゾリジン類、非環状構造のアミド化合物、窒素原子を備えない溶媒を含んでもよい。
本実施形態に係る感光性樹脂組成物は、溶媒として、環状構造のオキサゾリジン類、非環状構造のアミド化合物、窒素原子を備えない溶媒を含んでもよい。
窒素原子を備えない溶媒としては、具体的には、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、ラクトン系溶媒、カーボネート系溶媒、スルホン系溶媒、エステル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。窒素原子を備えない溶媒としては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記エーテル系溶媒としては、具体的には、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、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、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モノエチルエーテル、ジエチレングリコール、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、1,3-ブチレングリコール-3-モノメチルエーテルなどが挙げられる。
上記アセテート系溶媒としては、具体的には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル-1,3-ブチレングリコールアセテートなどが挙げられる。
上記アルコール系溶媒としては、具体的には、テトラヒドロフルフリルアルコール、ベンジルアルコール、2-エチルヘキサノール、ブタンジオール、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。
上記ケトン系溶媒としては、具体的には、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、2-ヘプタノンなどが挙げられる。
上記ラクトン系溶媒としては、具体的には、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトンなどが挙げられる。
上記カーボネート系溶媒としては、具体的には、エチレンカルボナート、炭酸プロピレンなどが挙げられる。
上記スルホン系溶媒としては、具体的には、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホランなどが挙げられる。
上記エステル系溶媒としては、具体的には、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネートなどが挙げられる。
上記芳香族炭化水素系溶媒としては、具体的には、メシチレン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
これらの中でも、溶解性の観点から、γ-ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノンを好適に使用できる。
上記ケトン系溶媒としては、具体的には、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、2-ヘプタノンなどが挙げられる。
上記ラクトン系溶媒としては、具体的には、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトンなどが挙げられる。
上記カーボネート系溶媒としては、具体的には、エチレンカルボナート、炭酸プロピレンなどが挙げられる。
上記スルホン系溶媒としては、具体的には、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホランなどが挙げられる。
上記エステル系溶媒としては、具体的には、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネートなどが挙げられる。
上記芳香族炭化水素系溶媒としては、具体的には、メシチレン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
これらの中でも、溶解性の観点から、γ-ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノンを好適に使用できる。
(界面活性剤)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、界面活性剤を含んでもよい。使用できる界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアリールエーテル類;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステル類などのノニオン系界面活性剤;エフトップEF301、エフトップEF303、エフトップEF352(新秋田化成社製)、メガファックF171、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF177、メガファックF444、メガファックF470、メガファックF471、メガファックF475、メガファックF482、メガファックF477(DIC社製)、フロラードFC-430、フロラードFC-431、ノベックFC4430、ノベックFC4432(スリーエムジャパン社製)、サーフロンS-381、サーフロンS-382、サーフロンS-383、サーフロンS-393、サーフロンSC-101、サーフロンSC-102、サーフロンSC-103、サーフロンSC-104、サーフロンSC-105、サーフロンSC-106、(AGCセイミケミカル社製)などの名称で市販されているフッ素系界面活性剤;オルガノシロキサン共重合体KP341(信越化学工業社製);(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、95(共栄社化学社製)などが挙げられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、界面活性剤を含んでもよい。使用できる界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアリールエーテル類;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステル類などのノニオン系界面活性剤;エフトップEF301、エフトップEF303、エフトップEF352(新秋田化成社製)、メガファックF171、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF177、メガファックF444、メガファックF470、メガファックF471、メガファックF475、メガファックF482、メガファックF477(DIC社製)、フロラードFC-430、フロラードFC-431、ノベックFC4430、ノベックFC4432(スリーエムジャパン社製)、サーフロンS-381、サーフロンS-382、サーフロンS-383、サーフロンS-393、サーフロンSC-101、サーフロンSC-102、サーフロンSC-103、サーフロンSC-104、サーフロンSC-105、サーフロンSC-106、(AGCセイミケミカル社製)などの名称で市販されているフッ素系界面活性剤;オルガノシロキサン共重合体KP341(信越化学工業社製);(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、95(共栄社化学社製)などが挙げられる。
これらの中でも、パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤を用いることが好ましい。パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤としては、上記具体例のうち、メガファックF171、メガファックF173、メガファックF444、メガファックF470、メガファックF471、メガファックF475、メガファックF482、メガファックF477(DIC社製)、サーフロンS-381、サーフロンS-383、サーフロンS-393(AGCセイミケミカル社製)、ノベックFC4430及びノベックFC4432(スリーエムジャパン社製)から選択される1種または2種以上を用いることが好ましい。
また、界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤(例えばポリエーテル変性ジメチルシロキサンなど)も好ましく用いることができる。シリコーン系界面活性剤として具体的には、東レダウコーニング社のSHシリーズ、SDシリーズおよびSTシリーズ、ビックケミー・ジャパン社のBYKシリーズ、信越化学工業株式会社のKPシリーズ、日油株式会社のディスフォーム(登録商標)シリーズ、東芝シリコーン社のTSFシリーズなどを挙げることができる。中でも、ビックケミー・ジャパン社のBYK-302,BYK-307、BYK-333,BYK-349、およびBKY-378が好ましく用いられる。
感光性樹脂組成物中の界面活性剤の含有量の上限値は、感光性樹脂組成物の全体(溶媒を含む)に対して1質量%(10000ppm)以下であることが好ましく、0.5質量%(5000ppm)以下であることであることがより好ましく、0.1質量%(1000ppm)以下であることが更に好ましい。
また、感光性樹脂組成物中の界面活性剤の含有量の下限値は、特には無いが、界面活性剤による効果を十分に得る観点からは、例えば、感光性樹脂組成物の全体(溶媒を含む)に対して0.001質量%(10ppm)以上である。
界面活性剤の量を適当に調整することで、他の性能を維持しつつ、塗布性や塗膜の均一性などを向上させることができる。
界面活性剤の量を適当に調整することで、他の性能を維持しつつ、塗布性や塗膜の均一性などを向上させることができる。
(感光性樹脂組成物の調製)
本実施形態の感光性樹脂組成物を調製する方法は限定されず、感光性樹脂組成物に含まれる成分に応じて、公知の方法を用いることができる。
例えば、上記各成分を、溶媒に混合して溶解することにより調製することができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物を調製する方法は限定されず、感光性樹脂組成物に含まれる成分に応じて、公知の方法を用いることができる。
例えば、上記各成分を、溶媒に混合して溶解することにより調製することができる。
(感光性樹脂組成物およびその硬化物)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、当該感光性樹脂組成物をAl、Cu、Si化合物(例えば、Si、SiN、SiO2)といった金属を備える面に対して塗工し、次いで、プリベークすることで乾燥させ樹脂膜を形成し、次いで、露光及び現像することで所望の形状に樹脂膜をパターニングし、次いで、樹脂膜をポストベークすることで硬化させ硬化膜を形成することで使用される。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、当該感光性樹脂組成物をAl、Cu、Si化合物(例えば、Si、SiN、SiO2)といった金属を備える面に対して塗工し、次いで、プリベークすることで乾燥させ樹脂膜を形成し、次いで、露光及び現像することで所望の形状に樹脂膜をパターニングし、次いで、樹脂膜をポストベークすることで硬化させ硬化膜を形成することで使用される。
なお、上記永久膜を作製する場合、プリベークの条件としては、例えば、温度50℃以上150℃以下で、30秒間以上1時間以下の熱処理とすることができる。また、ポストベークの条件としては、例えば、温度150℃以上250℃以下で、30分間以上10時間以下の熱処理とすることができる。
本実施形態に係る感光性樹脂組成物の粘度は、所望の樹脂膜の厚みに応じて適宜設定することができる。感光性樹脂組成物の粘度の調整は、溶媒を添加することでできる。なお、調整の際、溶媒中のウレア化合物及び非環状構造のアミド化合物の含有量を一定に保つ必要がある。
本実施形態に係る感光性樹脂組成物の粘度の上限値は、例えば、5000mPa・s以下でもよく、4000mPa・s以下でもよく、3000mPa・s以下でもよい。また、本実施形態に係る感光性樹脂組成物の粘度の下限値は、所望の樹脂膜の厚みに応じて、例えば、10mPa・s以上でもよく、50mPa・s以上でもよい。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、上述の特定の成分を含むことにより、以下の特性を備える。
(誘電特性)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、以下の手順で測定される誘電正接(Df)が、0.006以下であり、好ましくは、0.0058以下であり、より好ましくは、0.0055位以下であり、さらに好ましくは、0.0052以下であり、なおさらに好ましくは、0.0050以下である。
手順:前記感光性樹脂組成物を200℃で120分間の条件で硬化させた硬化物について、10GHz、23℃で誘電正接(Df)を測定する。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、以下の手順で測定される誘電正接(Df)が、0.006以下であり、好ましくは、0.0058以下であり、より好ましくは、0.0055位以下であり、さらに好ましくは、0.0052以下であり、なおさらに好ましくは、0.0050以下である。
手順:前記感光性樹脂組成物を200℃で120分間の条件で硬化させた硬化物について、10GHz、23℃で誘電正接(Df)を測定する。
すなわち、本実施形態の感光性樹脂組成物は、200℃、120分の条件で適切に硬化することができるとともに、かかる硬化物は低減された誘電正接を有する。また、本実施形態の感光性樹脂組成物は、200℃程度の低温で硬化可能、すなわち、低温硬化性である。
(ガラス転移温度(Tg))
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物の動的機械分析(DMA)によるガラス転移温度(Tg)は、好ましくは、180~300℃であり、より好ましくは、190~270℃であり、さらに好ましくは、220~260℃である。
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物の動的機械分析(DMA)によるガラス転移温度(Tg)は、好ましくは、180~300℃であり、より好ましくは、190~270℃であり、さらに好ましくは、220~260℃である。
本実施形態において、ガラス転移温度(Tg)は、大気下、印加周波数1Hz、昇温速度5℃/分として動的粘弾性測定を行い、得られた損失正接(tanδ)のピーク温度とすることができる。
(破断応力)
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物の破断応力は、好ましくは、70~150MPaであり、より好ましくは、80~140MPaであり、さらに好ましくは、90~130MPaである。
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物の破断応力は、好ましくは、70~150MPaであり、より好ましくは、80~140MPaであり、さらに好ましくは、90~130MPaである。
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物の破断応力は、当該感光性樹脂組成物を、200℃で120分間硬化したのち試験片(6.5mm×20mm×10μm厚)を作製し、当該試験片を、引張・圧縮試験機を用い、23℃の温度下、引伸速度5mm/分で伸張させたときの破断応力を測定することにより求めることができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物の、テンシロン試験機による引張試験により測定された伸び率は、最大値10~200%、好ましくは20~150%であり、平均値1~150%、好ましくは2~120%である。
本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物は、硬化収縮が抑制されており、線熱膨張率(CTE)が、200ppm/℃以下、好ましくは150ppm/℃以下である。
(用途)
本実施形態の感光性樹脂組成物は、永久膜、レジストなどの半導体装置用の樹脂膜を形成するために用いられる。これらの中でも、プリベーク後の感光性樹脂組成物及びAlパッドの密着性向上と、現像時の感光性樹脂組成物の残渣の発生の抑制とをバランスよく発現する観点、ポストベーク後の感光性樹脂組成物の硬化膜と、金属との密着性を向上する観点、加えて、ポストベーク後の感光性樹脂組成物の耐薬品性を向上する観点から、永久膜を用いる用途に用いられることが好ましい。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、永久膜、レジストなどの半導体装置用の樹脂膜を形成するために用いられる。これらの中でも、プリベーク後の感光性樹脂組成物及びAlパッドの密着性向上と、現像時の感光性樹脂組成物の残渣の発生の抑制とをバランスよく発現する観点、ポストベーク後の感光性樹脂組成物の硬化膜と、金属との密着性を向上する観点、加えて、ポストベーク後の感光性樹脂組成物の耐薬品性を向上する観点から、永久膜を用いる用途に用いられることが好ましい。
なお、本実施形態において、樹脂膜は、感光性樹脂組成物の硬化膜を含む。すなわち、本実施形態にかかる樹脂膜とは、感光性樹脂組成物を硬化させてなるものである。
上記永久膜は、感光性樹脂組成物に対してプリベーク、露光及び現像を行い、所望の形状にパターニングした後、ポストベークすることによって硬化させることにより得られた樹脂膜で構成される。永久膜は、半導体装置の保護膜、層間膜、ダム材などに用いることができる。
上記レジストは、例えば、感光性樹脂組成物をスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の方法で、レジストにとってマスクされる対象に塗工し、感光性樹脂組成物から溶媒を除去することにより得られた樹脂膜で構成される。
本実施形態に係る半導体装置の一例を図1に示す。
本実施形態に係る半導体装置100は、上記樹脂膜を備える半導体装置とすることができる。具体的には、半導体装置100のうち、パッシベーション膜32、絶縁層42および絶縁層44からなる群の1つ以上を、本実施形態の硬化物を含む樹脂膜とすることができる。ここで、樹脂膜は、上述した永久膜であることが好ましい。
本実施形態に係る半導体装置100は、上記樹脂膜を備える半導体装置とすることができる。具体的には、半導体装置100のうち、パッシベーション膜32、絶縁層42および絶縁層44からなる群の1つ以上を、本実施形態の硬化物を含む樹脂膜とすることができる。ここで、樹脂膜は、上述した永久膜であることが好ましい。
半導体装置100は、たとえば半導体チップである。この場合、たとえば半導体装置100を、バンプ52を介して配線基板上に搭載することにより半導体パッケージが得られる。
半導体装置100は、トランジスタ等の半導体素子が設けられた半導体基板と、半導体基板上に設けられた多層配線層(図示せず。)と、を備えている。多層配線層のうち最上層には、層間絶縁膜30と、層間絶縁膜30上に設けられた最上層配線34が設けられている。最上層配線34は、たとえば、アルミニウムAlにより構成される。また、層間絶縁膜30上および最上層配線34上には、パッシベーション膜32が設けられている。パッシベーション膜32の一部には、最上層配線34が露出する開口が設けられている。
パッシベーション膜32上には、再配線層40が設けられている。再配線層40は、パッシベーション膜32上に設けられた絶縁層42と、絶縁層42上に設けられた再配線46と、絶縁層42上および再配線46上に設けられた絶縁層44と、を有する。絶縁層42には、最上層配線34に接続する開口が形成されている。再配線46は、絶縁層42上および絶縁層42に設けられた開口内に形成され、最上層配線34に接続されている。絶縁層44には、再配線46に接続する開口が設けられている。
絶縁層44に設けられた開口内には、たとえばUBM(Under Bump Metallurgy)層50を介してバンプ52が形成される。半導体装置100は、たとえばバンプ52を介して配線基板等に接続される。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の様々な構成を採用することができる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の様々な構成を採用することができる。
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例において特に示されない限り、すべての部(parts)およびパーセントは重量によるものであり、すべての温度は摂氏温度であり、圧力は大気圧または大気圧付近である。
(1)第一のポリマーの合成
以下の化合物を用いて、第一のポリマーを合成した。
・MED-J:4,4-ジアミノ-3,3-ジエチル-5,5-ジメチルジフェニルメタン
・TMPBP-TME:4-[4-(1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-イルカルボニロキシ)-2,3,5-トリメチルフェニル]-2,3,6-トリメチルフェニル 1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-カルボキシレート
以下の化合物を用いて、第一のポリマーを合成した。
・MED-J:4,4-ジアミノ-3,3-ジエチル-5,5-ジメチルジフェニルメタン
(調製例1:ポリイミドの合成)
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、MED-J 43.99g(155.8mmol)と、TMPBP-TME 89.22g(144.2mmol)を入れた。その後、反応容器に、さらにγ-ブチロラクトン(以下、「GBL」とも示す)399.64gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1時間反応させた。事前に、ジメチル無水マレイン酸8.73g(69.2mmol)をγ―ブチロラクトン26.19gに溶解させた溶液を作成し、この溶液を反応容器へ入れ、さらに30分反応を行った。さらに175℃で3時間反応させることで、ジアミンと酸無水物を重合させ末端を封止した、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、テトラヒドロフランで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液をメタノール溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度80℃で真空乾燥することにより、ポリイミド125.88gを得た。
ポリイミドをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは74,000、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.62であり、末端封止率は65%であった。
得られたポリイミドは、その一部に下記式(p1)で表される繰り返し単位が含まれ、末端にジメチルマレイミド基を備えていた。
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、MED-J 43.99g(155.8mmol)と、TMPBP-TME 89.22g(144.2mmol)を入れた。その後、反応容器に、さらにγ-ブチロラクトン(以下、「GBL」とも示す)399.64gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1時間反応させた。事前に、ジメチル無水マレイン酸8.73g(69.2mmol)をγ―ブチロラクトン26.19gに溶解させた溶液を作成し、この溶液を反応容器へ入れ、さらに30分反応を行った。さらに175℃で3時間反応させることで、ジアミンと酸無水物を重合させ末端を封止した、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、テトラヒドロフランで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液をメタノール溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度80℃で真空乾燥することにより、ポリイミド125.88gを得た。
ポリイミドをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは74,000、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.62であり、末端封止率は65%であった。
得られたポリイミドは、その一部に下記式(p1)で表される繰り返し単位が含まれ、末端にジメチルマレイミド基を備えていた。
(2)第二のポリマーの合成
環状オレフィン樹脂の原料モノマーとなる、ジメチルマレイミド基含有環状オレフィンモノマー(1-[4-(5-ノルボルネン-2-イル)ブチル]-3,4-ジメチルピロール-2,5-ジオン(DMMIBuNB))を、以下の合成例に従い合成した。
500mLの丸底フラスコ中で、ジメチルマレイン酸無水物(42.6g、0.34mol)を室温でトルエン(300mL)に溶解させた。酸素を除去するために、溶液を窒素ガス雰囲気下に置いた。反応フラスコを氷浴中に置き、発熱反応に由来する過剰な加熱を防いだ。ジメチルマレイン酸無水物が溶解した時点で、5-ノルボルネン-2-ブチルアミン(49.6g、0.30mol)を含む滴下漏斗を装着し、ノルボルネン化合物を反応フラスコに3時間に渡って滴下した。滴下漏斗を取り外し、ディーンスターク管および還流冷却器をフラスコに装着した。溶液を加熱して125℃に設定したオイルバス中で還流させ、反応物を18時間その温度で撹拌した。この間に約6mLの水がディーンスターク管に回収された。フラスコをオイルバスから取り出し、室温に冷却した。エバポレーターを用いてトルエン溶媒を除去し、黄色油状物質を得た。粗生成物をフラッシュクロマトグラフィーカラム(250gのシリカゲル)にのせ、1.7リットルのシクロヘキサン/酢酸エチル(95/5wt比)の溶媒混合物を用いて溶出させた。エバポレーターを用いて溶出溶媒を除去し、その後、真空下45℃で18時間乾燥させて、80.4g(収率92.7%)の目的とするジメチルマレイミド基含有環状オレフィンモノマーを得た。反応式を以下に示す。
環状オレフィン樹脂の原料モノマーとなる、ジメチルマレイミド基含有環状オレフィンモノマー(1-[4-(5-ノルボルネン-2-イル)ブチル]-3,4-ジメチルピロール-2,5-ジオン(DMMIBuNB))を、以下の合成例に従い合成した。
500mLの丸底フラスコ中で、ジメチルマレイン酸無水物(42.6g、0.34mol)を室温でトルエン(300mL)に溶解させた。酸素を除去するために、溶液を窒素ガス雰囲気下に置いた。反応フラスコを氷浴中に置き、発熱反応に由来する過剰な加熱を防いだ。ジメチルマレイン酸無水物が溶解した時点で、5-ノルボルネン-2-ブチルアミン(49.6g、0.30mol)を含む滴下漏斗を装着し、ノルボルネン化合物を反応フラスコに3時間に渡って滴下した。滴下漏斗を取り外し、ディーンスターク管および還流冷却器をフラスコに装着した。溶液を加熱して125℃に設定したオイルバス中で還流させ、反応物を18時間その温度で撹拌した。この間に約6mLの水がディーンスターク管に回収された。フラスコをオイルバスから取り出し、室温に冷却した。エバポレーターを用いてトルエン溶媒を除去し、黄色油状物質を得た。粗生成物をフラッシュクロマトグラフィーカラム(250gのシリカゲル)にのせ、1.7リットルのシクロヘキサン/酢酸エチル(95/5wt比)の溶媒混合物を用いて溶出させた。エバポレーターを用いて溶出溶媒を除去し、その後、真空下45℃で18時間乾燥させて、80.4g(収率92.7%)の目的とするジメチルマレイミド基含有環状オレフィンモノマーを得た。反応式を以下に示す。
(調製例2:環状オレフィン樹脂の合成)
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に1時間窒素通気させた後、DMMIBuNB(24.60g、90mmol)、トリエチルシラン(3.14g、27mmol)を入れた。さらに、シクロペンチルメチルエーテル(CPME)(16.04g)、酢酸エチル(EA)(1.98g)を加えることにより反応溶液を得た。窒素フロー(50mL/min)下、撹拌しつつ70℃まで反応溶液を加熱した。触媒(パラジウム(II)(アセトニトリル)ビス(トリイソプロピルホスフィン)アセテートテトラキス(2,3,4,5,6-ペンタフルオロフェニル)ボレート、Pd-1206)(0.0434g)および助触媒(N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、DANFABA)(0.0288g)を酢酸エチル(EA)(3.37g)に溶かしたものを調製し、DMMIBuNB:触媒:助触媒=2500:1:1(モル比)になるように反応溶液に投入した。そして、70℃、3時間で重合を行い、重合後、放冷して反応を停止させた。
得られた重合溶液を、テトラヒドロフランで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液をメタノール溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度50℃で真空乾燥することにより、ジメチルマレイミド基を有する環状オレフィン樹脂20.02gを得た。Mwは6000であった。
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に1時間窒素通気させた後、DMMIBuNB(24.60g、90mmol)、トリエチルシラン(3.14g、27mmol)を入れた。さらに、シクロペンチルメチルエーテル(CPME)(16.04g)、酢酸エチル(EA)(1.98g)を加えることにより反応溶液を得た。窒素フロー(50mL/min)下、撹拌しつつ70℃まで反応溶液を加熱した。触媒(パラジウム(II)(アセトニトリル)ビス(トリイソプロピルホスフィン)アセテートテトラキス(2,3,4,5,6-ペンタフルオロフェニル)ボレート、Pd-1206)(0.0434g)および助触媒(N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、DANFABA)(0.0288g)を酢酸エチル(EA)(3.37g)に溶かしたものを調製し、DMMIBuNB:触媒:助触媒=2500:1:1(モル比)になるように反応溶液に投入した。そして、70℃、3時間で重合を行い、重合後、放冷して反応を停止させた。
得られた重合溶液を、テトラヒドロフランで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液をメタノール溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度50℃で真空乾燥することにより、ジメチルマレイミド基を有する環状オレフィン樹脂20.02gを得た。Mwは6000であった。
[実施例1~6、比較例1]
<感光性樹脂組成物の調製>
表1に記載の成分を混合し、感光性樹脂組成物を調製した。
<感光性樹脂組成物の調製>
表1に記載の成分を混合し、感光性樹脂組成物を調製した。
表1に示す成分の詳細を以下に示す。
(第一のポリマー)
・第一のポリマー:上記調製例1で得られたポリイミド
(第二のポリマー)
・第二のポリマー:上記調製例2で得られた環状オレフィン樹脂
(光増感剤)
・光増感剤1:2,4-ジエチルチオキサントン(日本化薬社製、KAYACURE DETX-S)
(酸化防止剤)
・酸化防止剤1:オクタデシル-3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF株式会社製、Irganox 1076)
・酸化防止剤2:ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF株式会社製、Irganox 1010)
・酸化防止剤3:2,2’-チオジエチルビス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート(BASF株式会社製、Irganox 1035)
・酸化防止剤4:2,2-ビス{[3-(ドデシルチオ)-1-オキソプロポキシ]メチル}プロパン-1,3-ジイルビス[3-(ドデシルチオ)プロピオナート](アデカ社製、AO-412S)
・酸化防止剤5:トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニルホスファイト
(BASF社製株式会社、Irgafos168)
(密着助剤)
・カップリング剤1:式(A1)のシランカップリング剤
(第一のポリマー)
・第一のポリマー:上記調製例1で得られたポリイミド
(第二のポリマー)
・第二のポリマー:上記調製例2で得られた環状オレフィン樹脂
(光増感剤)
・光増感剤1:2,4-ジエチルチオキサントン(日本化薬社製、KAYACURE DETX-S)
(酸化防止剤)
・酸化防止剤1:オクタデシル-3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF株式会社製、Irganox 1076)
・酸化防止剤2:ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF株式会社製、Irganox 1010)
・酸化防止剤3:2,2’-チオジエチルビス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート(BASF株式会社製、Irganox 1035)
・酸化防止剤4:2,2-ビス{[3-(ドデシルチオ)-1-オキソプロポキシ]メチル}プロパン-1,3-ジイルビス[3-(ドデシルチオ)プロピオナート](アデカ社製、AO-412S)
・酸化防止剤5:トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニルホスファイト
(BASF社製株式会社、Irgafos168)
(密着助剤)
・カップリング剤1:式(A1)のシランカップリング剤
式(A1)のカップリング剤は、以下の方法で製造した。
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、無水マレイン酸(29.4g、300mmol)をγ-ブチロラクトン(970g)に溶解させ、恒温槽にて30℃に調整した。次いで、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(62g、280mmol)を滴下ロートに仕込み、60分かけて溶解液へ滴下した。滴下完了後、30℃、18時間の条件化で撹拌を行い、上記式(A1)で表されるシランカップリング剤を得た。
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、無水マレイン酸(29.4g、300mmol)をγ-ブチロラクトン(970g)に溶解させ、恒温槽にて30℃に調整した。次いで、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(62g、280mmol)を滴下ロートに仕込み、60分かけて溶解液へ滴下した。滴下完了後、30℃、18時間の条件化で撹拌を行い、上記式(A1)で表されるシランカップリング剤を得た。
式(A2)のカップリング剤は、以下の方法で製造した。
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、4,4’-オキシジフタル酸二無水物(31.0g、100mmol)をγ-ブチロラクトン(669g)に溶解させ、恒温槽にて30℃に調整した。次いで、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(42.1g、190mmol)を滴下ロートに仕込み、60分かけて溶解液へ滴下した。滴下完了後、30℃、18時間の条件化で撹拌を行い、上記式(A2)で表されるシランカップリング剤を得た。
・カップリング剤3:ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ポリ(n=2~10)スルファンを主成分とする、(3-クロロプロピル)(トリエトキシ)シランと(ポリ硫化)二ナトリウムの反応生成物(大阪ソーダ社製、Cabrus4)
(溶剤)
・溶剤1:シクロペンタノン
・溶剤2:γ-ブチロラクトン
撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、4,4’-オキシジフタル酸二無水物(31.0g、100mmol)をγ-ブチロラクトン(669g)に溶解させ、恒温槽にて30℃に調整した。次いで、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(42.1g、190mmol)を滴下ロートに仕込み、60分かけて溶解液へ滴下した。滴下完了後、30℃、18時間の条件化で撹拌を行い、上記式(A2)で表されるシランカップリング剤を得た。
・カップリング剤3:ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ポリ(n=2~10)スルファンを主成分とする、(3-クロロプロピル)(トリエトキシ)シランと(ポリ硫化)二ナトリウムの反応生成物(大阪ソーダ社製、Cabrus4)
(溶剤)
・溶剤1:シクロペンタノン
・溶剤2:γ-ブチロラクトン
<硬化樹脂膜の物性評価>
各実施例および比較例で得られた感光性樹脂組成物を、シリコンウェハ表面に硬化後の膜厚が10μmになるようにスピンコートし、120℃で4分間プリベークした後、高圧水銀灯にて2000mJ/cm2の露光を行い、その後、窒素雰囲気下で200℃120分間硬化を行って、膜厚10μmの樹脂フィルムを作製した。
得られた樹脂フィルムを、150度のオーブン中で、空気雰囲気下で、500時間保持(HTS処理)した。
HTS処理前後の樹脂フィルムの以下の物性を測定した。
各実施例および比較例で得られた感光性樹脂組成物を、シリコンウェハ表面に硬化後の膜厚が10μmになるようにスピンコートし、120℃で4分間プリベークした後、高圧水銀灯にて2000mJ/cm2の露光を行い、その後、窒素雰囲気下で200℃120分間硬化を行って、膜厚10μmの樹脂フィルムを作製した。
得られた樹脂フィルムを、150度のオーブン中で、空気雰囲気下で、500時間保持(HTS処理)した。
HTS処理前後の樹脂フィルムの以下の物性を測定した。
(引張強度、伸び率及び弾性率)
得られたフィルムから切り出した試験片(6.5mm×20mm×10μm厚)に対して引張試験(延伸速度:5mm/分)を23℃雰囲気中で実施した。引張試験は、オリエンテック社製引張試験機(テンシロンRTC-1210A)を用いて行った。試験片5本を測定し、破断点の応力を平均化したものを引張強度(MPa)とした。破断した距離と初期距離から引張伸び率(%)を算出し、伸び率の最大値と平均値を求めた。得られた応力-歪曲線の初期の勾配からそれぞれ引張弾性率(GPa)を算出し、平均化したものを弾性率とした。結果を表1に示す。
得られたフィルムから切り出した試験片(6.5mm×20mm×10μm厚)に対して引張試験(延伸速度:5mm/分)を23℃雰囲気中で実施した。引張試験は、オリエンテック社製引張試験機(テンシロンRTC-1210A)を用いて行った。試験片5本を測定し、破断点の応力を平均化したものを引張強度(MPa)とした。破断した距離と初期距離から引張伸び率(%)を算出し、伸び率の最大値と平均値を求めた。得られた応力-歪曲線の初期の勾配からそれぞれ引張弾性率(GPa)を算出し、平均化したものを弾性率とした。結果を表1に示す。
(線熱膨張率(CTE))
得られたフィルムから長さ13mm×幅4mmの短冊状試験片を切出した。チャック間距離10mmにて引張モードの熱機械測定を行い、熱膨張曲線から平均線熱膨張率(CTE、50℃~100℃)を求めた。平均線膨張係数の単位は[ppm/℃]である。平均線膨張係数の値が小さいほど、硬化物が低膨張性であることを示す。
結果を表1に示す。
得られたフィルムから長さ13mm×幅4mmの短冊状試験片を切出した。チャック間距離10mmにて引張モードの熱機械測定を行い、熱膨張曲線から平均線熱膨張率(CTE、50℃~100℃)を求めた。平均線膨張係数の単位は[ppm/℃]である。平均線膨張係数の値が小さいほど、硬化物が低膨張性であることを示す。
結果を表1に示す。
(ガラス転移温度:Tg)
得られたフィルムから長さ50mm×幅10mmの短冊状試験片を切出した。チャック間距離20mmにて動的粘弾性測定を行い、得られた損失正接(tanδ)のピーク温度をガラス転移温度(Tg)とした。測定条件は、大気下、印加周波数1Hz、昇温速度5℃/分とした。結果を表1に示す。
得られたフィルムから長さ50mm×幅10mmの短冊状試験片を切出した。チャック間距離20mmにて動的粘弾性測定を行い、得られた損失正接(tanδ)のピーク温度をガラス転移温度(Tg)とした。測定条件は、大気下、印加周波数1Hz、昇温速度5℃/分とした。結果を表1に示す。
(誘電正接Df)
得られたフィルムについて、10GHzでの誘電正接を空洞共振器法で測定した。結果を表1に示す。
得られたフィルムについて、10GHzでの誘電正接を空洞共振器法で測定した。結果を表1に示す。
(現像性)
実施例1~4、比較例1の感光性樹脂組成物を基板上に、プリベーク後の膜厚が6.5μmになるようにスピンコートし、120℃で4分間プリベークして、感光性樹脂膜を得た。ついでこのプリベーク後の感光性樹脂膜に、凸版印刷社製マスク(テストチャートNo.1:幅0.5~50μmの残しパターン及び抜きパターンが描かれている)を通して、i線ステッパー(ニコン社製、NSR-4425i)を用いて、1000mJ/cm2の露光を行った。その後、スプレー現像機(SCREEN社製、SD-W80A-AVN)を用いて、シクロペンタノンで500rpm×50秒の条件で現像し、次いで、PGMEAで500rpm×20秒の条件でリンス処理し、次いで、3000rpmで10秒の条件で乾燥処理を行うことにより、未露光部を溶解除去して、ネガ型パターンが形成された硬化樹脂膜を得た。
(1)直径5μmのビア開孔部の観察
直径5μmのビアがパターニングされた硬化樹脂膜の開孔部の断面をSEMで観察し、開孔および開孔残渣を以下の基準で評価した。評価結果を表1に示す。
(評価基準)
A:直径5μmのビアホールがビア底まで開口しており、かつビア底に残渣がない。
B:直径5μmのビアホールが開口しなかったか、またはビア底に残渣が存在する。
(2)直径10μmのビア開孔部のクラックの有無
直径10μmのビアホールがパターニングされた硬化樹脂膜を、パターン上部からSEMで観察し、ビアの四隅にクラックが有るか確認し、以下の基準で評価した。評価結果を表1に示す。
(評価基準)
有り:クラックあり
無し:クラック無し
実施例1~4、比較例1の感光性樹脂組成物を基板上に、プリベーク後の膜厚が6.5μmになるようにスピンコートし、120℃で4分間プリベークして、感光性樹脂膜を得た。ついでこのプリベーク後の感光性樹脂膜に、凸版印刷社製マスク(テストチャートNo.1:幅0.5~50μmの残しパターン及び抜きパターンが描かれている)を通して、i線ステッパー(ニコン社製、NSR-4425i)を用いて、1000mJ/cm2の露光を行った。その後、スプレー現像機(SCREEN社製、SD-W80A-AVN)を用いて、シクロペンタノンで500rpm×50秒の条件で現像し、次いで、PGMEAで500rpm×20秒の条件でリンス処理し、次いで、3000rpmで10秒の条件で乾燥処理を行うことにより、未露光部を溶解除去して、ネガ型パターンが形成された硬化樹脂膜を得た。
(1)直径5μmのビア開孔部の観察
直径5μmのビアがパターニングされた硬化樹脂膜の開孔部の断面をSEMで観察し、開孔および開孔残渣を以下の基準で評価した。評価結果を表1に示す。
(評価基準)
A:直径5μmのビアホールがビア底まで開口しており、かつビア底に残渣がない。
B:直径5μmのビアホールが開口しなかったか、またはビア底に残渣が存在する。
(2)直径10μmのビア開孔部のクラックの有無
直径10μmのビアホールがパターニングされた硬化樹脂膜を、パターン上部からSEMで観察し、ビアの四隅にクラックが有るか確認し、以下の基準で評価した。評価結果を表1に示す。
(評価基準)
有り:クラックあり
無し:クラック無し
30 層間絶縁膜
32 パッシベーション膜
34 最上層配線
40 再配線層
42 絶縁層
44 絶縁層
46 再配線
50 UBM層
52 バンプ
100 半導体装置
32 パッシベーション膜
34 最上層配線
40 再配線層
42 絶縁層
44 絶縁層
46 再配線
50 UBM層
52 バンプ
100 半導体装置
Claims (20)
- 請求項1に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物、チオエーテル化合物、ホスファイト化合物、およびホスホナイト化合物から選択される少なくとも2つを含む、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記酸化防止剤は、ヒンダードフェノール化合物を含み、
前記ヒンダードフェノール化合物は、単官能ヒンダードフェノール化合物である、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、式(a1)で表される構造単位(a1)と、式(a2)で表される構造単位(a2)とを含み、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよい、
感光性樹脂組成物。 - 請求項4に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(a1)中のYは、アルキレン基を含む2価の基、または少なくとも1つの芳香環を含む2価の基である、感光性樹脂組成物。 - 請求項4に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(a1)中のYは、式(a1-1)、式(a1-2)、式(a1-3)および式(a1-4)から選択される少なくとも1つの2価の有機基であり、
R7およびR8は、各々独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR7同士、複数存在するR8同士は同一であっても異なっていてもよく、
R9は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR9同士は同一であっても異なっていてもよく、
*は、結合手を示し;
R10およびR11は、各々独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR10同士、複数存在するR11同士は、同一であっても異なっていてもよく、
*は結合手を示し;
Z1は、炭素数1~5のアルキレン基、または2価の芳香族基を示し、
*は結合手を示し;
*は結合手を示す、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第一のポリマーは、前記式(t)で表される基tを両末端に有するポリイミドを含む、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記式(t)中のQ2は、式(a2)で表される構造単位(a2)または式(a3)で表される構造単位(a3)であり、
R1~R4は、各々独立して、炭素数1~3のアルキル基または炭素数1~3のアルコキシ基を示し、ただし、R1とR2は異なる基であり、R3とR4は異なる基であり、
X1は、単結合、-SO2-、-C(=O)-、直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のアルキレン基、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~5のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するX1は、同一であっても異なっていてもよく;
R5およびR6は、各々独立して、水素原子、炭素数1~4のハロアルキル基、または水酸基を示し、複数存在するR5同士および複数存在するR6同士は、同一であっても異なっていてもよく、
Xは、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、または炭素数1~4のハロアルキレン基を示し、
m、nは、各々独立して、0または1を示す、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
前記第二のポリマーは、少なくとも1つの置換または無置換のマレイミド基を有する環状オレフィン樹脂を含む、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の、以下の条件で測定される誘電正接(Df)が、0.006以下である、感光性樹脂組成物。
条件:前記感光性樹脂組成物を200℃で120分間の条件で硬化させた硬化物について、10GHz、23℃で誘電正接(Df)を測定する。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の動的機械分析(DMA)によるガラス転移温度(Tg)は、180℃以上300℃以下である、感光性樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物であって、
当該感光性樹脂組成物の硬化物の、以下の条件で測定した破断応力が、70MPa以上150MPa以下である、感光性樹脂組成物。
条件:当該感光性樹脂組成物を硬化物とし、6.5mm×20mm×10μm厚の寸法の試験片とする。前記試験片を、引張・圧縮試験機を用い、23℃の温度下、引伸速度5mm/分で伸張させたときの、前記試験片の破断応力を測定する。 - 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物の硬化物。
- 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる硬化膜。
- 請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる樹脂膜を備える半導体装置。
- 層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられた、請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物の硬化物らなる樹脂膜と、
前記樹脂膜中に埋設された再配線と、を備える、半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022127243 | 2022-08-09 | ||
JP2022127243 | 2022-08-09 |
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---|---|
JP2024024623A true JP2024024623A (ja) | 2024-02-22 |
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ID=89940211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023130232A Pending JP2024024623A (ja) | 2022-08-09 | 2023-08-09 | 感光性樹脂組成物、硬化物、硬化膜、および半導体装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024024623A (ja) |
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2023
- 2023-08-09 JP JP2023130232A patent/JP2024024623A/ja active Pending
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