JP3006870B2 - 含フッ素芳香族ポリアミド、その誘導体及びその製法並びに用途 - Google Patents

含フッ素芳香族ポリアミド、その誘導体及びその製法並びに用途

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JP3006870B2
JP3006870B2 JP2295442A JP29544290A JP3006870B2 JP 3006870 B2 JP3006870 B2 JP 3006870B2 JP 2295442 A JP2295442 A JP 2295442A JP 29544290 A JP29544290 A JP 29544290A JP 3006870 B2 JP3006870 B2 JP 3006870B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、新規なフッ素を含有する芳香族ポリアミド
の製造方法、該ポリアミドを用いたポジ型感光性組成物
ワニスに関する。
〔従来の技術〕
半導体等の電子材料に用いられる保護膜や絶縁膜に適
したポリマーが、従来より盛んに研究されている。
優れた耐熱性と電気特性を有するポリベンズオキサゾ
ール系樹脂もその成果の1つであり、例えば近年特開昭
63−96162号公報に開示されている高温ポジ型フォトレ
ジスト組成物に用いられるポリベンズオキサゾールの前
駆物質としての新規なポリアミドが開発されている。該
ポリアミドは典型的にはヘキサフルオロ−2,2−ビス
(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパンを二
塩基性酸クロリドと二塩基性酸クロリドの混合物と縮合
させたものであるが、以下に説明する本発明の含フッ素
芳香族ポリアミドに最も関係の深い物質ということがで
きる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記特開に開示されているポリアミドでは半
導体等のデバイスの層間絶縁膜、パッシベーション膜、
バッファコート膜、或いは、多層配線基板の絶縁膜等に
利用する際に強く要求されている耐熱性が充分でなく、
改良が望まれていた。
本発明はその要望にこたえ、上記特開ポリアミドとは
異なった新規な構造を有し、本来の低誘電率、低吸水率
を維持、或いは向上させた上で、さらに問題の耐熱性を
一段と向上せしめた含フッ素芳香族ポリアミド及びそれ
から誘導されたポリベンズオキサゾール並びにその用途
を提供することを課題とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上記課題を解決するため、フッ素を含む
芳香族ポリアミドを種々合成検討した結果、前記の一般
式Iの構造を有する新規なポリアミドによって該課題を
解決できることを見出し本発明を完成した。
すなわち、本発明は一般式Iで示される繰り返し単位
を有し、還元粘度(N−メチルピロリドン中,25℃)が
0.05〜0.5であり、ジシクロヘキシルカルボジイミドを
用いた脱水縮合法により得られた含フッ素芳香族ポリア
ミド (式中、Xは のいずれかを表わし、 Yは のいずれかを表わす。a=0.1〜1,b=0.9〜0,a+b=1
である)、及びが該ポリアミドを用いたポジ型感光性組
成物ワニスを提供するものである。
以下本発明を詳しく説明する。
本発明の含フッ素芳香族ポリアミドは、下記一般式I
で示される繰り返し単位からなる構造を有している。
式中、Xは のいずれかを表わす。
これらの中でも特に が好ましい。
Yは、 のいずれかを表わす。
これらのうちで、ポジ型感光性組成物ワニスに用いる
場合にポリマーとキノンジアジド化合物の相溶性向上に
効果のあるオルト位に置換位置を有する が特に好ましい。
aとbは夫々の繰り返し単位の比率(モル分率)を表
わし、a=0.1〜1,b=0.9〜0,a+b=1である。特に、
吸湿率や誘電率の点からaが0.2以上であることが好ま
しい。
又、本発明の含フッ素芳香族ポリアミドの還元粘度
(ηsp/C)は、1%N−メチルピロリドン溶液にして、
ウベローデ型粘度計で25℃にて測定したところ0.05〜0.
5であった。
次に本発明の含フッ素芳香族ポリアミドの製造方法に
ついて説明する。
一般的なポリアミドの製造方法としては、例えば、チ
オニルクロライド等の試薬とカルボン酸より得られたカ
ルボン酸クロライドとジアミンを重縮合する酸クロライ
ド法、或いはジシクロヘキシルカルボジイミド(以下DC
Cと略記する)を用いて、脱水縮合させるDCC法等があ
る。
しかし、これらのうち電子材料向けの用途では、塩素
イオン等の不純物により金属配線の腐食や電気的エラー
等の問題が起こる可能性が有るので、合成途中で発生す
る塩素イオンがポリマー中から除き難い酸クロライド法
は問題があり、本質的に低不純物濃度で製造しうるDCC
法の方が好ましい。
このDCC法の詳細については、特開昭61−72022号公報
の「ポリアミドの製造方法」に記載されている。
本発明の含フッ素芳香族ポリアミドの使用方法につい
て説明する。
まず該ポリアミドを、溶媒に溶解してワニス溶液とし
て使用する。この溶媒としては該ポリアミドに溶解性が
あり、非プロトン性極性溶媒が適しており、例えば、ジ
メチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、シクロペン
タノン、N−メチルピロリドン(以下NMPと略す)等の
中から選ぶことができる。
このワニスを、IC等の保護膜として用いる場合には該
ワニスをスピンコート等の方法でシリコンウェハー等の
基材に塗布し、オーブン又はホットプレート等を用い
て、50〜150℃の適当な温度で乾燥後、300〜500℃の温
度で熱処理し、脱水閉環してポリベンズオキサゾール化
して保護膜とする。
次に、塗膜にボンディングパッド等のバイヤホールパ
ターンを形成する必要がある場合には、ポジ型フォトレ
ジストを用いて行なうことができる。すなわち、本発明
の含フッ素芳香族ポリアミドワニスを塗布乾燥後、その
塗膜上にポジ型フォトレジストをコーティングし、乾燥
した後、パターン露光を行い、ついでポジ型フォトレジ
スト用アルカリ水溶液からなる現像液によって下地の本
発明含フッ素芳香族ポリアミドワニス塗膜まで一括して
現像することができる。さらに、上部のポジ型フォトレ
ジストを剥離液等により除いた後、300〜500℃の温度で
熱処理をすると、ポリベンズオキサゾールのパターンを
形成することができる。
又、高解像度のパターン形成が必要な場合には、本発
明の含フッ素芳香族ポリアミドを用いたポジ型感光性組
成物ワニスによりこれを行なうことができる。このポジ
型感光性組成物ワニスは、該ポリアミドと特定のキノン
ジアジド化合物を前記の溶媒に溶解して得ることができ
る。ここで用いられるキノンジアジド化合物の例として
は、以下に示す構造のものをあげることができる。
〔上記式中Rは、 を示す。〕 このキノンジアジド化合物の詳細は、特公平1−4686
2号公報に記載されている。
本発明のポジ型感光性組成物ワニスは、シリコンウェ
ハー等の基材にスピンコート等の方法で塗布、乾燥した
後、パターン露光し、さらにアルカリ水溶液からなる現
像液により現像後、300〜500℃の温度で熱処理すると、
前記のキノンジアジド化合物が揮散し、ポリマーが脱水
閉環されてポリベンズオキサゾールの微細パターンが形
成される。ここで用いられる現像液用のアルカリとして
は、金属イオンによるコンタミネーションを防ぐため、
有機アルカリが好ましく、例えば、コリンヒドロキサイ
ド、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド等が好ま
しい。又、この現像液の成分として、アルコール、グリ
コールエーテルや、前記の非プロトン性極性溶媒を少量
加えると塗膜に対する濡れ性や溶解性を向上させること
ができる。
〔実 施 例〕
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例 1 フタル酸無水物59.3gにジメチルアセトアミド(以下D
MAcと略記する)300mlを加え、かく拌しながら、3,3′
−ジヒドロキシ−4,4′−ジアミノビフェニル(以下HAB
と略記する)43.3gを添加した。これを室温(約25℃)
下で12時間かく拌した。次にこのものに2,2′−ビス
(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン
(以下BCPFと略記する)78.5gとピリジン63.3gを加え、
かく拌しながら45℃下30分間加熱した。続いてヒドロキ
シベンズトリアゾール(以下HOBTと略記する)162.2を
加え、さらに45℃で30分間加熱かく拌した。この反応液
を−5℃まで冷却し、ジシクロヘキシルカルボジイミド
(以下DCCと略記する)167.1gをDMAc84mlに溶解した溶
液を滴下し、ジシクロヘキシルウレア(以下DCUと略記
する)を析出させた。その後、これにHAB82.2gを再び加
え、その反応液を室温に戻した後、2時間かく拌し、エ
タノール20mlを加えてDCUをろ過した。そのろ液をかく
拌下に4のエタノール中に滴下して、もち状のポリマ
ーを析出させた。このもち状ポリマーを300mlのテトラ
ヒドロフランに溶解後、4のイオン交換水に滴下して
ポリマーを析出させた。次にこれを再びろ過した後、真
空乾燥してポリマー粉末P−1を得た。P−1の構造は
下記の通りである。
P−1の1%NMP溶液を調製し、ウベローデ型粘度計
により還元粘度を求めたところ、ηSP/C=0.17(25℃)
であった。又、P−1のNMP溶液をコート乾燥後400℃×
2時間熱処理して得たフィルムについてTMA(熱機械分
析装置)によりガラス転移温度を測定した所、340℃で
あり、DTG(示差熱天秤)により熱分解開始温度を測定
した所、450℃であった。又、上記フィルムの誘電率
は、1kHzにおいて2.9であり、吸水率は85℃×85%R.H.
下24時間後で、0.8wt%であった。
実施例 2 イソフタル酸33.2g及びBCPF78.5gに、DMAc 300mlと
ピリジン63.3gを加え、50℃まで加熱かく拌して溶解
し、均一溶液を得た。この溶液を0℃まで冷却し、DCC
167.1gのDMAc 84ml溶液を滴下後、HAB82.2gを加え
た。反応液を室温に戻した後、2時間かく拌し、つづい
て実施例1と以下同様に処理してポリマー粉末P−2を
得た。
P−2の構造は次の通りである。
次に実施例1と同様にしてP−2の諸物性を測定し、
下記の結果を得た。
ηSP/C=0.17、 ガラス転移温度=340℃、 熱分解開始温度=450℃、 誘電率=2.9(1kHz)、 吸水率=0.8wt%。
実施例 3 BCPF 156.8gにDMAc 470mlとピリジン63.3gを加え、
かく拌して溶解した。さらにHOBT 162.2gを加えた後、
−5℃まで冷却した。この溶液にDCC 167.1gのDMAc 84
ml溶液を滴下後、HAB86.5gを加えた。反応液を室温に戻
した後、2時間かく拌し、つづいて実施例1と以下同様
に処理してポリマー粉末P−3を得た。
P−3の構造は次の通りである。
次に実施例1と同様にしてP−3の諸物性を測定し、
下記の結果を得た。
ηSP/C=0.19、 ガラス転移温度=360℃、 熱分解開始温度=460℃、 誘電率=2.8(1kHz)、 吸水率=0.7wt%。
比較例 1 BCPF 156.8gにDMAc 330mlとピリジン63.3gを加え、
かく拌して溶解した。この溶液を0℃まで冷却し、DCC
167.1gのDMAc 84ml溶液を滴下後、2,2′−ビス(4,
4′−ジヒドロキシ−3,3′−ジアミノ)ヘキサフルオロ
プロパン139.2gを加えた。反応液を室温に戻した後、2
時間かく拌し、つづいて実施例1と以下同様に処理して
ポリマー粉末P−4を測定した。
P−4の構造は次の通りである。
次に実施例1と同様にしてP−4の諸物性を測定し、
下記の結果を得た。
ηSP/C=0.16、 ガラス転移温度=280℃、 熱分解開始温度=400℃、 誘電率=2.8(1kHz)、 吸水率=0.7wt%。
以上の結果より、比較例のP−4は、ガラス転移温度
及び熱分解開始温度が実施例のものより低く耐熱性の点
で劣っていることがわかる。その原因は前記一般式Iの
Xがフッ素を含有した構造の基である点にあり、そのた
め熱処理後のポリベンズオキサゾールの耐熱性が低下し
たものと推定される。
実施例 4 実施例1により得られたポリマーP−1を10g及び2,
2′−ビス〔4−(1,2−ナフトキノン−(2)−ジアジ
ド−5−スルホニル)フェニル〕プロパン2gをNMP23.5g
に溶解した。このワニス溶液をシリコンウェハー上にス
ピンコートした後、循環オーブン中で80℃で20分間乾燥
し、膜厚10μmの塗膜を得た。この塗布ウェハーをフォ
トマスクを介して超高圧水銀灯により、360mJ/cm2(365
nmで測定)のエネルギーで露光した後、テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド1%、メタノール5%、ジエチ
レングリコールジメチルエーテル5%、ジメチルホルム
アミド10%の水溶液からなる現像液により現象した。そ
の結果10μmのライン/スペースが解像したシャープな
ポジ型のパターンが得られた。このウェハーを窒素気流
中、400℃で2時間熱処理してポリベンズオキサゾール
に変換した。
実施例 5 実施例2により得られたポリマーP−2の10gをNMP2
3.5gに溶解した。この溶液をシリコンウェハー上にスピ
ンコートした後、ホットプレート上で150℃で10分間乾
燥して、膜厚4μmの塗膜を得た。この塗布ウェハー上
に、さらに市販のポジ型フォトレジスト(例えば東京応
化製OFPR−800)をスピンコートし、乾燥して2μm厚
の塗膜を形成した。このウェハーを超高圧水銀灯によ
り、40mJ/cm2(365nmで測定)のエネルギーで露光し、
ポジレジストの専用現像液(例えば、東京応化製NMD−
3)により、2層を同時に現像してパターンを形成し
た。次に上部に残ったポジ型フォトレジストをアセトン
中に浸漬して除いた。このウェハーを窒素気流中、350
℃で1時間熱処理してポリベンズオキサゾールのパター
ンを得た。
〔発明の効果〕
本発明の含フッ素芳香族ポリアミドは耐熱性が優れて
いるという特長を有するとともに吸水性、誘電特性の点
でも優れているポリベンズオキサゾールの前駆体である
という効果を有している。よってこれを用いたワニス
は、そのもの自体で或いはポジ型感光性組成物ワニスと
して半導体等の電子材料の保護膜もしくは絶縁膜として
極めて有用なものであり、該技術分野で多くの貢献をな
すものといえる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C08G 73/22 C08G 73/22 (56)参考文献 特開 昭63−318(JP,A) 米国特許3328352(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 69/00 - 69/50 C08L 77/00 - 77/12 C08K 5/28 C09D 177/00 - 177/12 C03F 7/037 CA(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式Iで示される繰り返し単位を有し、
    還元粘度(N−メチルピロリドン中,25℃)が0.05〜0.5
    であり、ジシクロヘキシルカルボジイミドを用いた脱水
    縮合法により得られた含フッ素芳香族ポリアミド。 (式中、Xは のいずれかを表わし、 Yは のいずれかを表わす。a=0.1〜1,b=0.9〜0,a+b=1
    である)
  2. 【請求項2】請求項1記載の含フッ素芳香族ポリアミド
    とキノンジアジド化合物と溶媒からなるポジ型感光性組
    成物ワニス。
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