JP2524241B2 - ポジ型感光性ポリアミドイミド組成物 - Google Patents

ポジ型感光性ポリアミドイミド組成物

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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高感度で、耐熱性、寸法安定性及び貯蔵安
定性に優れたポジ型感光性ポリアミドイミド組成物に関
する。
〔従来の技術〕
半導体、抵抗体等の電子部品のパッシベーション膜、
多層集積回路の層間絶縁膜、プリント回路の半田付け保
護膜、液晶用配向膜、メモリ−素子のα線遮蔽膜、電解
コンデンサーの絶縁膜、エッチングレジスト等の形成材
料として使用することができる感光性樹脂として、耐熱
性の優れた芳香族ポリイミド樹脂を中心に検討されてき
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
この芳香族ポリイミド樹脂に感光性を付与する方法と
して、芳香族ポリイミド樹脂が一般に有機溶媒に難溶で
あるので、感光性を付与するための可溶性前躯体を用い
ることが知られている。例えば、特開昭54-116216号及
び特開昭54-116217号公報に記載されている架橋基を可
溶性前躯体に化学的に結合させる方法や、特開昭54-145
794号及び特開昭57-168942号公報に記載されている架橋
性単量体を混合する方法等が提示されている。しかし、
これらの方法は、紫外線照射後に加熱処理によりイミド
閉環を行う必要があり、その際、イミド閉環に伴う脱水
と架橋性基成分の揮散が体積収縮となって、膜厚の損失
及び寸法精度の低下が起こる欠点がある。更に、加熱処
理工程は、他の電子部品の劣化を招くという問題もあ
る。
前記のイミド閉環に伴う体積収縮を防ぐために、可溶
性ポリイミドに架橋基を化学的に結合した感光性ポリイ
ミド樹脂が特開昭58-29821号及び特開昭61-59334号公報
に提案されているが、高温時における架橋基の揮散によ
る体積収縮が避けられないばかりでなく、架橋基導入に
煩雑な工程を必要とするという欠点がある。
更に、この体積収縮を小さくさせるために比較的低分
子の架橋性アルキル基をポリイミドに直接結合させた感
光性ポリイミド樹脂が特開昭58-1917号及び特開昭60-15
5277号公報に開示されているが、光硬化性に劣るという
問題がある。
本発明の目的は、高感度であり、耐熱性及び寸法安定
性に優れ、溶媒溶解性が高いポジ型感光性ポリアミドイ
ミド組成物を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは従来技術の欠点を解消するため種々検討
した結果、特定の芳香族ポリアミドイミド樹脂及びオル
トナフトキノンジアジドスルホン酸化合物からなるポジ
型感光性ポリアミドイミド組成物が高い感光性を有し、
前記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成し
た。
本発明は、一般式 〔式中Rはフェニレン基または−Ph−O−Ph−(Phはフ
ェニレン基)を示す〕で表されるフェノール性水酸基含
有ジアミン化合物と、一般式 (式中Arは基 を示す)で表されるテトラカルボン酸二無水物との反応
生成物であるフェノール性水酸基含有ポリアミドイミド
樹脂およびオルトナフトキノンジアジドスルホン酸化合
物を含有することを特徴とするポジ型感光性ポリアミド
イミド組成物である。
本発明に用いられるフェノール性水酸基含有ポリアミ
ドイミド樹脂は、閉環したイミド構造を有しているた
め、加熱による体積収縮がなく、寸法安定性が著しく高
いばかりでなく、溶媒溶解性が高く、かつ高感度で光硬
化性が優れ、工業的にも容易に合成できるという利点が
ある。
本発明の組成物を製造するに際しては、まず式Iのフ
ェノール性水酸基含有ジアミン化合物を式IIのテトラカ
ルボン酸二無水物と重縮合反応させ、フェノール性水酸
基含有ポリアミドイミドを合成する。
こうして得られたフェノール性水酸基含有ポリアミド
イミドをオルトナフトキノンジアジドスルホン酸化合物
と混合することによりポジ型感光性ポリアミドイミド組
成物が得られる。
式Iのフェノール性水酸基含有ジアミン化合物として
は、例えば下記の化合物が挙げられる。
N,N′−ビス(2−アミノフェニル)−5−ヒドロキ
シイソフタルアミド、N,N′−ビス(3−アミノフェニ
ル)−5−ヒドロキシイソフタルアミド、N,N′−ビス
(4−アミノフェニル)−5−ヒドロキシイソフタルア
ミド、N,N′−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フ
ェニル〕−5−ヒドロキシイソフタルアミド、N,N′−
ビス〔3−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕−5−
ヒドロキシイソフタルアミド等。
式IIのテトラカルボン酸二無水物としては、例えばピ
ロメリット酸二無水物、3,4,3′,4′−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
本発明に用いられる芳香族ポリアミドイミド樹脂にお
いては、テトラカルボン酸無水物と式Iで表されるジア
ミン化合物との反応により製造されるポリアミドの繰り
返し部分は50モル%以上であることが感光性の点から好
ましい。これらの樹脂を合成する方法にも制限はなく、
一般的にポリアミドイミドを合成する方法、すなわち、
テトラカルボン酸とジアミン化合物とを等モル混合した
溶液中でポリアミックを合成し、その後加熱してイミド
環形成縮合反応を行うことによりポリアミドイミドを合
成する一般的な合成法を使用することで、フェノール性
水酸基を破壊させることなしに本発明に用いられる芳香
族ポリアミドイミド樹脂を合成することができる。
この芳香族ポリアミドイミド樹脂の固有粘度(30℃に
おける0.5g/dl濃度のN−メチル−2−ピロリドン溶
液)は0.2〜4dl/gが好ましい。固有粘度がこれより低い
と成膜性が低下し、またこれより高いと加工性が悪くな
るおそれがある。
本発明に用いられるオルトナフトキノンジアジドスル
ホン酸化合物の例としては、下記の化合物が挙げられ
る。
4−〔ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−(2)−
4−スルホン酸〕−2,5−ジヒドロキシベンゾフェノン
エステル、ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−(2)
−5−スルホン酸エチルエーテル、ナフトキノン−(1,
2)−ジアジド−(2)−5−スルホン酸ナフチルエー
テル、ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−(2)−5
−スルホンアミド、ナフトキノン−(1,2)−ジアジド
−(2)−5−スルホン酸シクロヘキシルエステル、N
−ベンゾイル−N′−(ナフトキノン−(1,2)−ジア
ジド−(2)−5−スルホニル)−ヒドラジン、N,N−
ビス(ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−(2)−5
−スルホニル)−アニリン、ナフトキノン−(1,2)−
ジアジド−(2)−フェニルスルホン−(4)、2,3,4
−トリス〔ナフトキノン(1,2)−ジアジド−(2)−
4−スルホン酸〕ベンゾフェノンエステル、2,2−ビス
〔4−(ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−(2)−
スルホン酸〕フェニルエステル〕プロパン等。これらの
2種以上の混合物を使用することもできる。
オルトナフトキノンジアジド化合物の配合量は、前記
の芳香族ポリアミドイミド樹脂100重量部に対して、0.2
〜30重量部、特に1〜20重量部が好ましい。この配合量
が少なすぎると組成物の感度が悪くなり、多すぎると形
成される膜の性質が低下する。
本発明のポジ型感光性ポリアミドイミド組成物の特徴
の一つは有機溶媒に可溶なことである。溶媒としては、
例えば溶解性が高いN−メチル−2−ピロリドン、N−
ビニル−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、ヘキサメチレンホスホアミド、ピリジン、m−クレ
ゾール、エチレンセルソルブ、ジグライム、ジオキサン
等が挙げられる。これらの2種以上の混合物を使用する
こともできる。
本発明のポジ型感光性ポリアミドイミド組成物には、
必要に応じて、γ−メタクリルオキシプロピルトリメト
キシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−
(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシ
シラン等の接着助剤、酸化防止剤、紫外線安定剤、着色
剤、難燃剤、充填剤等を添加することもできる。
本発明のポジ型感光性ポリアミドイミド組成物の溶液
は、例えば、前記の芳香族ポリアミドイミド樹脂及びオ
ルトキノンジアジド化合物を有機溶媒に溶解させること
により容易に調製することができる。
こうして得られる有機溶媒可溶性ポジ型感光性ポリア
ミドイミド組成物の溶液を使用してポジ型レリーフパタ
ーンを形成するには、該溶液を基板に塗布、乾燥して感
光性樹脂膜を形成する。この基板への塗布は、例えば回
転塗布機で行うことができる。この塗布膜の乾燥は100
℃以下で行うことが好ましい。更に、塗膜にポジ型のホ
トマスクを置き、紫外線、可視光線、X線等を照射す
る。次いで、露光部を現像液で洗い流すことによりポリ
アミドイミド樹脂のポジ型レリーフパターンを得る。こ
のポジ型レリーフパターン構造物は、半導体、抵抗体等
のパッシベーション膜、蒸着法、イオン注入法、α線遮
蔽等のマスク、メモリー素子、電解コンデンサー、多層
集積回路の層間用、精密回路用等の絶縁層、液晶用配線
膜、エッチングレジスト等として、また印刷板の作製、
平版校正用途、平版転写箔等に使用できる。
現像液としては、プロピルアミン、ブチルアミン、モ
ノエタノールアミン等の1級有機アミン化合物、エチレ
ンジアミン、トリメチレンジアミン等の1級有機ジアミ
ン化合物、ヒドラジン等を単独又は混合して使用するこ
とができる。
そのほか珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、水酸化ナト
リウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、リン酸ナト
リウム、リン酸−水素アンモニウム、メタ珪酸ナトリウ
ム、重炭酸ナトリウム、アンモニア等の無機アルカリ性
化合物の水溶液を現像液として使用できる。これら化合
物の好適な濃度は約0.1〜10重量%である。また、前記
のアミン化合物に、メタノール、エタノール、2−プロ
パノール、エチレングリコール、エチレンセルソルブ、
ブチルセロソルブ、ジエチレングリコール、エチルカル
ビトール、ブチルカルビトール、水等の該ポリアミドイ
ミドの非溶媒を混合して使用することもできる。
〔実施例〕
以下実施例をもって本発明を詳細に説明する。
実施例1 N,N′−ビス(3−アミノフェニル)−5−ヒドロキ
シイソフタルアミド18g(50ミリモル)とピロメリット
酸二無水物11g(50ミリモル)をN−メチル−2−ピロ
リドン150mlに溶解し、窒素雰囲気下、室温で6時間反
応させて、ポリアミック酸溶液を得た。このポリアミッ
ク酸溶液を200℃で2時間加熱し、脱水環化反応を行っ
た。放冷後、重合体溶液を大量のメタノール中に注ぎ入
れた。析出した固体を濾取し、洗浄、乾燥して次式 (式中Qは基 を示す)で表わされる繰り返し単位を有する淡黄色の芳
香族ポリアミドイミド樹脂を得た。この樹脂の固有粘度
(濃度0.5g/dlのN−メチル−2−ピロリドン溶液、30
℃)は0.32dl/gであった。
式IIIの繰り返し単位を有するポリアミドイミド樹脂
1.4g及び4−〔ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−
(2)−4−スルホン酸〕−2,5−ジヒドロキシベンゾ
フェノンエステル0.14gをN−メチル−2−ピロリドン
8.6gに溶解した後、1μmのフィルターにより濾過し、
ポジ型ポリアミドイミド組成物の溶液を得た。
得られた溶液をガラス基板上にスピンナーを使用して
2500rpmで30秒間回転塗布した後、90℃で3分間乾燥し
て、3.0μm厚の塗膜を得た。該塗膜にテストマスクを
介して250Wの高圧水銀灯の光を8秒間照射した。これは
露光面での紫外線強度が350nm波長域で約7mW/cm2であっ
たので、露光強度は約50mJ/cm2に相当する。露光後、60
℃のモノメタノールアミンにより現像し、2−プロパノ
ールで洗浄して、シャープな端面を有するポジ型レリー
フパターンを得た。現像後の塗膜の厚さは2.2μmであ
った。得られたパターンが識別できる最小のマスクパタ
ーンは6μmであった。このパターンを窒素気流下、30
0℃で30分間加熱後、400℃で20分間加熱したところ、膜
厚は1.8μmになった。しかし、加熱後でもパターン膜
の変形、ぼやけ等はみられず、良好な耐熱性を示した。
実施例2 N,N′−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニ
ル〕−5−ヒドロキシイソフタルアミド27.3g(50ミリ
モル)と3,4,3′,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン
酸二無水物16g(50ミリモル)をN−メチル−2−ピロ
リドン150mlに溶解し、窒素雰囲気下、室温で6時間反
応させて、ポリアミック酸溶液を得た。このポリアミッ
ク酸溶液を200℃で2時間、250℃で1時間加熱し、脱水
環化反応を行った。放冷後、重合体溶液を大量のメタノ
ール中に注ぎ入れた。析出した固体を濾取し、洗浄、乾
燥し、次式 (式中Qは前記の意味を有する)で表わされる淡黄色の
ポリアミドイミド樹脂を得た。この樹脂の固有粘度は0.
35dl/gであった。
式IVの繰り返し単位を有するポリアミドイミド樹脂を
用い、その他は実施例1と同様にしてガラス基板上にポ
ジ型レリーフパターンを形成した。得られたパターンの
膜厚は2.0μmであった。該パターンが識別できる最小
のマスクパターンは6μmであった。このパターンを窒
素気流下、300℃で30分間加熱後、400℃で20間加熱した
ところ、膜厚は1.6μmになった。しかし、加熱後でも
パターン膜の変形、ぼやけ等はみられず、良好な耐熱性
を示した。
実施例3 N,N′−ビス(3−アミノフェニル)−5−ヒドロキ
シイソフタルアミド18g(50ミリモル)と3,4,3′,4′−
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物16g(50ミリ
モル)をN−メチル−2−ピロリドン150mlに溶解し、
窒素雰囲気下、室温で6時間反応させて、ポリアミック
酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液を200℃で2時
間、250℃で1時間加熱し、脱水環化反応を行った。放
冷後、重合体溶液を、大量のメタノール中に注ぎ入れ
た。析出した固体を濾取し、洗浄、乾燥して次式 (式中Qは前記の意味を有する)で表わされる繰り返し
単位を有する芳香族ポリアミドイミド樹脂を得た。この
樹脂の固有粘度は0.38dl/gであった。
式Vの繰り返し単位を有するポリアミドイミド樹脂を
用い、その他は実施例1と同様にしてガラス基板上にポ
ジ型レリーフパターンを形成した。得られたパターンの
膜厚は2.4μmであった。該パターンが識別できる最小
のマスクパターンは5μmであった。このパターンを窒
素気流下、300℃で30分間加熱後、400℃で20分間加熱し
たところ、膜厚は2.0μmになった。しかし、加熱後で
もパターン膜の変形、ぼやけ等はみられず、良好な耐熱
性を示した。
実施例4 4−〔ナフトキノン−1,2)−ジアジド−(2)−4
−スルホン酸〕−2,5−ジヒドロキシベンゾフェノンエ
ステルに代えて2,3,4−トリス〔ナフトキノン−(1,2)
−ジアジド−(2)−4−スルホン酸ベンゾフェノンエ
ステルを用い、その他は実施例1と同様にしてガラス基
板上にポジ型レリーフパターンを形成した。得られたパ
ターンの膜厚は2.3μm、該パターンが識別できる最小
のマスクパターンは4μmであった。このパターンを窒
素気流過下、300℃で30分間加熱後、400℃で20分間加熱
したところ、膜厚は1.8μmとなった。しかし、このパ
ターン膜の変形、ぼやけ等はみられず、良好な耐熱性を
示した。
実施例5 4−〔ナフトキノン−(1,2)−ジアジド−(2)−
4−スルホン酸〕−2,5−ジヒドロキシベンゾフェノン
エステルに代えて2,2−ビス〔4−(ナフトキノン(1,
2)−ジアジド(2)−4−スルホン酸)フェニルエス
テル〕プロパンを用い、その他は実施例2と同様にして
ガラス基板上にポジ型レリーフパターンを形成した。得
られたパターンの膜厚は2.0μm、該パターンが識別で
きる最小のマスクパターンは4μmであった。このパタ
ーンを窒素気流下、300℃で30分間加熱後、400℃で20分
間加熱したところ、膜厚は1.6μmとなったが、パター
ン膜の変形、ぼやけ等はみられなかった。
〔発明の効果〕
本発明のポジ型感光性ポリアミドイミド組成物は、架
橋性基を有するポリイミドや架橋性化合物を含まないに
も拘らず高感度であり、かつ架橋性化合物を含まないた
め、耐熱性のよび寸法安定性に優れていると共に貯蔵安
定性にも優れている。本発明の組成物は工業的に製造容
易であり、有機溶媒可溶性なのでパターン形成材料とし
て好適に使用することができる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 〔式中Rはフェニレン基または−Ph−O−Ph−(Phはフ
    ェニレン基)を示す〕で表されるフェノール性水酸基含
    有ジアミン化合物と、一般式 (式中Arは基 を示す)で表されるテトラカルボン酸二無水物との反応
    生成物であるフェノール性水酸基含有ポリアミドイミド
    樹脂およびオルトナフトキノンジアジドスルホン酸化合
    物を含有することを特徴とするポジ型感光性ポリアミド
    イミド組成物。
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