JP3895945B2 - 樹脂組成物及び樹脂組成物製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂膜を有する配線基板の技術に関し、特に、金属配線上の樹脂膜をパターニングする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ポリイミド前駆体を含有する樹脂組成物を加熱によりイミド化し、得られるポリイミド樹脂は半導体や回路基板などの絶縁膜(樹脂膜)として広く用いられている。
【0003】
近年では、ポリイミド樹脂に感光性を付与し、ポリイミド樹脂からなる樹脂膜を露光によってパターニングする方法が試みられているが、一般に広く用いられている芳香族ポリイミドは分子内共役及び電荷移動錯体形成により著しく着色しており、紫外線から可視領域に至る広い波長領域で光透過率が著しく低く、露光によるパターニングが困難である。
【0004】
イミド化前のポリイミド前駆体の状態では、イミド化後の状態に比べ光透過率が高い。しかしながら、回路基板などのように樹脂膜の膜厚が10μm以上にする場合には、芳香族ポリイミドの前駆体の光透過率が十分ではなく、通常のパターニングに用いられるg線(波長436nm)やi線(波長365nm)を用いて精密なパターニングをすることができない。
【0005】
また、ポリイミド前駆体はポリイミド樹脂に比べて現像液に対する溶解性が高く、現像の工程で露光部分だけではなく、未露光部分も溶解する場合がある。いずれにしても、ポリイミド樹脂からなる樹脂膜を、露光、現像によって精度良くパターニングを行うことは困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、膜厚の厚い場合でも精密なパターンを形成可能な樹脂組成物を得ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
先ず、本発明の構成要件として用いているポリイミドのイミド化率について説明する。
上記式(1)で示す重合構造単位を有するポリイミド前駆体は、その化学構造中にイミド環を有していないが、該ポリイミド前駆体がイミド化した場合は脱水閉環によりイミド環が形成される。また、式(1)中のA2はイミド化前とイミド化後とで化学構造に変化が起こらない。
【0008】
本発明者等は上記のようなイミド化の化学構造変化に着目し、上記式(1)の重合構造単位を有するポリイミド前駆体のイミド化の程度(イミド化率)を下記式(a)のように定義した。
【0009】
式(a):イミド化率(%)=(PS1/PS2)/(PI1/PI2)×100
上記式(a)中のPS1、PS2はポリイミド前駆体をFT−IR法(フーリエ変換赤外線分光法)により分析した場合の吸光度を、PI1、PI2は、ポリイミド前駆体を完全にイミド化させた場合(ポリイミド)のFT−IR法による吸光度をそれぞれ示しており、PS1、PI1はそれぞれイミド環由来の吸光度を、PI2、PS2はそれぞれ式(1)中の化学構造A2由来の吸光度を示している。
尚、本発明では、イミド化率が0%のポリイミド前駆体だけではなく、イミド化率36%以下のポリイミド前駆体をポリイミド前駆体と称している。
【0010】
上記知見に基づいてなされた請求項1記載の発明は、下記式(1)に示される重合構造単位を有し、イミド化されたポリイミド前駆体と、感光剤とを有する樹脂組成物であって、前記ポリイミド前駆体のイミド化率が7.5%以上36%以下である樹脂組成物である。
【化27】
(上記式(1)中のA1で示される化学構造は下記化学式(2)で示されるビフェニルであり、上記式(1)中のA 2 で示される化学構造は下記化学式(3)で示されるシクロヘキサンである。)
【化28】
【化29】
請求項2記載の発明は、下記式(1)に示される重合構造単位を有し、イミド化されたポリイミド前駆体と、感光剤とを有する樹脂組成物であって、前記ポリイミド前駆体のイミド化率が7.5%以上36%以下である樹脂組成物である。
【化30】
(上記式(1)中のA 1 で示される化学構造が、下記化学式(2)で示されるビフェニルであり、前記式(1)中のA 2 で示される化学構造が、下記式化学(4)で示される4,4’−メチレンビスシクロヘキサンである。)
【化31】
【化32】
請求項3記載の発明は、下記式(1)に示される重合構造単位を有し、イミド化されたポリイミド前駆体と、感光剤とを有する樹脂組成物であって、前記ポリイミド前駆体のイミド化率が7.5%以上36%以下である樹脂組成物である。
【化33】
(上記式(1)中のA 1 で示される化学構造は芳香族基であり、A 2 で示される化学構造は脂環式基である。)
請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の樹脂組成物であって、前記感光剤が下記式(5)に示されるο−キノンジアジド化合物を主成分とする樹脂組成物である。
【化34】
(上記式(5)中の置換基R3はメチル基、水酸基、メチルケトン基、シアン基、下記化学式(6)〜(8)に示される置換基からなる群から選択されるいずれか一つの置換基である。式(5)中の置換基R4は水素、下記化学式(6)〜(8)に示される置換基からなる群から選択されるいずれか一つの置換基である。式(5)中の置換基R5は水素、下記化学式(6)〜(11)に示される置換基からなる群から選択されるいずれか一つの置換基である。置換基R3〜R5のうち、少なくとも一つの置換基は下記化学式(6)〜(8)に示される置換基からなる群より選択されるいずれか一つの置換基である。)
【化35】
【化36】
【化37】
【化38】
【化39】
【化40】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の樹脂組成物であって、前記感光剤が下記式(12)に示されるο−キノンジアジド化合物を主成分とする樹脂組成物である。
【化41】
(式(12)中の化学構造A3は酸素、スルホニル基、ケトン基、下記化学式(13)、(14)で示される化合構造からなる群より選択されるいずれか一つの化学構造からなる。上記(12)中置換基R6〜R11は水素、水酸基、下記化学式(6)〜(11)に示される置換基からなる群より選択されるいずれか一つの置換基であり、かつ、置換基R6〜R11のうち、少なくとも一つの置換基は、下記化学式(6)〜(8)に示す化合物からなる群より選択されるいずれか一つの置換基である。)
【化42】
【化43】
【化44】
【化45】
【化46】
【化47】
【化48】
【化49】
請求項6記載の発明は、請求項5記載の樹脂組成物であって、前記ο−キノンジアジド化合物が下記化学式(15)で示される2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンο−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルである樹脂組成物である。
【化50】
請求項7記載の発明は、樹脂膜形成方法であって、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の樹脂組成物を対象物に塗布して樹脂膜を形成する塗布工程と、前記樹脂膜を露光して潜像を形成する露光工程と、前記樹脂膜を現像する現像工程と、前記樹脂膜を加熱し、前記ポリイミド前駆体をイミド化するイミド化工程とを有する樹脂膜形成方法である。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の樹脂膜形成方法であって、前記塗布工程は、前 記樹脂膜の膜厚を10μm以上にする樹脂膜形成方法である。
請求項9記載の発明は、下記化学式(16)で示される1,4−ジアミノシクロへキサンと芳香族酸二無水物とを溶媒中で反応させて塩を形成し、前記塩を含有する樹脂溶液を80℃以上150℃以下の温度で反応させた後、前記樹脂溶液を160℃以上250℃以下の温度で所望のイミド化率まで反応させ、更に、前記樹脂溶液に感光剤を添加して樹脂組成物とする樹脂組成物製造方法である。
【化51】
請求項10記載の発明は、下記化学式(17)で示される4,4’−メチレンビスシクロへキシルアミンと芳香族酸二無水物とを溶媒中で反応させて塩を形成し、前記塩を含有する樹脂溶液を80℃以上150℃以下の温度で反応させた後、前記樹脂溶液を160℃以上250℃以下の温度で所望のイミド化率まで反応させ、更に、前記樹脂溶液に感光剤を添加して樹脂組成物とする樹脂組成物製造方法である。
【化52】
【0011】
尚、上記式(1)中の化学構造A1に結合する炭素のうち、少なくとも一つは該芳香族中のベンゼン環に結合している。上記式(1)中のA2の化学構造中には芳香族化合物は含まれない。
【0012】
また、A2に示す化学構造に結合する2つの窒素のうち少なくとも一方の窒素が化学構造A2中の脂環式化合物に結合する場合や、少なくとも一方の窒素が化学構造A2中の脂環式化合物の置換基に結合する場合がある。また、A2に示す化学構造は、環状構造が炭素からなる同素環式化合物だけではなく、複素環式化合物である場合も含まれる。
【0013】
本発明は上記のように構成されており、本発明に用いられるポリイミド前駆体の化学構造A2中にはベンゼン環が含まれておらず、g線(波長436nm)やi線(波長365nm)等の紫外線を含む広い波長領域で高い透光性を有するので、樹脂組成物を用いて膜厚10μm以上の樹脂膜を形成した場合でも、紫外線照射により潜像を形成することができる(露光)。
【0014】
また、樹脂組成物中のポリイミド前駆体はイミド化によってアルカリに対する溶解性が低くされているので、一般に広く用いられているアルカリ溶液を現像液に用いた場合でも未露光部分は溶解しない。
樹脂組成物のイミド化率が10%を超える場合には、樹脂組成物のアルカリ溶解性が特に低く、未露光部分の残存率が高くなるので、樹脂組成物のパターニング性が特に高くなる。
【0015】
上記式(1)中の化学構造A1 、A2によってパターニングに適切なイミド化率は異なるが、イミド化率が7.5%以上36%以下、より好ましくは7.5%以上20%未満であれば、種々の化学構造A1、A2のポリイミド前駆体についてパターニングを行うことができる。
【0016】
ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、樹脂組成物を加熱する方法以外にも、例えば、ポリイミド前駆体を化学的にイミド化させる方法も用いることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の樹脂組成物の製造工程の一例を説明する。
芳香族酸二無水物と脂環式ジアミンとを溶媒中で反応させ、芳香族酸二無水物と脂環式ジアミンとからなる塩を含有する樹脂溶液を作成する。次いで、この樹脂溶液を攪拌しながら80℃以上150℃以下に昇温させ、その温度を維持した状態で所定時間攪拌を続ける。
【0018】
塩の一部が溶解し始めたところで樹脂溶液を室温まで戻し、樹脂溶液を室温で更に数時間攪拌すると、樹脂溶液中の芳香族酸二無水物と1,4−ジアミノシクロへキサンとが重合し、樹脂溶液中で上記式(1)に示される重合構造単位を有するポリイミド前駆体が形成される。次いで、その樹脂溶液を所定温度(160℃以上250℃以下)に昇温させ、樹脂溶液を攪拌しながらその温度を所定時間維持すると、樹脂溶液中のポリイミド前駆体がイミド化し、イミド化率が7.5%以上36%のポリイミド前駆体が得られる。
【0019】
その樹脂溶液に感光剤であるο−キノンジアジド化合物を添加すると、本発明の樹脂組成物が得られる。
次に、本発明の樹脂組成物を用いて樹脂膜を形成する工程について説明する。
【0020】
図1(a)の符号11はベースフィルムを示しており、ベースフィルム11の一面には金属配線15が配置されている。金属配線15は所定形状にパターニングされた金属箔からなる。同図の符号15aは、金属配線15のうち、パターニングによって幅広にされた部分を示している。
【0021】
ベースフィルム11の金属配線15が配置されている側の表面に、本発明の樹脂組成物を一定量塗布、乾燥すると、樹脂組成物からなる塗布層(樹脂膜)16が形成される(図1(b))。
【0022】
図1(c)の符号20はマスクフィルムを示している。マスクフィルム20は透明な基材21を有している。基材21の表面には不透明な薄膜からなる遮光部22と、該遮光部22間に位置し、光を透過させる透過部25とが配置されている。
【0023】
透過部25は金属配線15の幅広の部分15aに対応する位置に配置されており、透過部25の径は金属配線15の幅広の部分15aの径よりも小さくされている。
ベースフィルム11の塗布層16が形成された側の面に、マスクフィルム20の遮光部22と透過部25とが配置された面を向け、透過部25と金属配線15の幅広の部分15aとが互いに対向するように位置合せを行う。
【0024】
次いで、マスクフィルム20の塗布層16と対向する側とは反対側の面に紫外線30を照射すると、マスクフィルム20の遮光部22が位置する部分では紫外線30が遮断されるが、透過部25が位置する部分では紫外線30が透過され、塗布層16の透過部25が位置する部分に紫外線30が照射される(図2(d))。
【0025】
塗布層16中のポリイミド前駆体は感光剤であるο−キノンジアジド化合物と相互作用しており、塗布層16の紫外線30が照射された部分(露光部分)33では、ポリイミド前駆体に相互作用するο−キノンジアジド化合物の化学構造が光化学反応によって変化し、ケテンが生じるが、紫外線が照射されなかった部分ではο−キノンジアジド化合物の化学構造が変化しない(図2(e))。図2(e)の符号34は塗布層16のうち紫外線が照射されなかった部分からなる潜像を示している。
【0026】
次いで、全体を現像液であるアルカリ溶液で洗浄すると、露光部分33中のケテンが現像液中の水分と反応してカルボン酸が生じ、更にこのカルボン酸が現像液中のアルカリ金属イオン又はアンモニウムイオン等と反応することによって露光部分33が現像液に溶解する(現像)。
【0027】
このとき、塗布層16の潜像34の部分にはケテンが形成されていないので、現像液と反応しない。また、塗布層16中のポリイミド前駆体のイミド化率は7.5%以上36%以下にされているので、ポリイミド前駆体が現像液に溶解することもない。従って、潜像34は現像液に溶解せずに残る。
【0028】
図2(f)は現像後の状態を示している。露光部分33が現像工程で除去されることによって塗布層16には開口19が形成されており、開口19底面には金属配線15の幅広の部分15aだけが露出している。次いで、全体を焼成すると、塗布層16中のポリイミド前駆体が完全にイミド化され、ポリイミドからなる塗布層16が得られる。
【0029】
図2(f)の符号10はポリイミドからなる塗布層16が形成された状態のフレキシブル配線板を示しており、塗布層16の開口19を介して、金属配線15の幅広の部分15aに他の電機部品の端子を当接させれば、フレキシブル配線板10と電機部品とを電気的に接続することができる。
【0030】
以下に本発明の樹脂組成物について更に詳細に説明する。
【実施例】
脂環式ジアミンである1,4−ジアミノシクロへキサン11.4g(0.1モル)を溶媒(N−メチルピロリドン)867gに反応容器中で溶解した後、更に、芳香族酸二無水物である3,3'、4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の粉末29.4gを攪拌しながら除々に添加して白色の錯塩(塩)を形成し、樹脂溶液を得た。
【0031】
次いで、反応容器をオイルバスに漬け、樹脂溶液を120℃に昇温させた後、その温度を維持しながら樹脂溶液を5分間攪拌した。白色錯塩の一部が溶解したところで反応容器をオイルバスから外し、更に、樹脂溶液を室温で数時間攪拌し、透明で粘り気の高い樹脂溶液を得た。
【0032】
この樹脂溶液中には上記式(1)で表される重合構造単位を有するポリイミド前駆体が形成されており、上記式(1)中の化学構造A1はビフェニルであり、化学構造A2はシクロへキサンである。このポリイミド前駆体の重合構造単位を下記式(18)に示す。
【0033】
【化53】
【0034】
樹脂溶液をスライドガラスに塗布して塗布層を形成した後、下記表1に示す加熱温度で10分間加熱を行い、9種類の試料片を得た。
これらの試料片の塗布層についてFT−IR法によりイミド環由来の吸光度(A1780cm-1(波数1780cm-1における吸光度)イミド環のカルボニル対称伸縮振動による)と、式(1)中A2で示される化学構造(シクロへキサン)由来の吸光度(A2940cm-1(波数2940cm-1における吸光度)シクロヘキサンのCHの伸縮振動による)とをそれぞれ測定し、更に、A1780cm-1のA2940cm-1に対する比rを求めた。これらの結果を下記表1に記載する。
【0035】
【表1】
【0036】
尚、図3、4はそれぞれ上記表1の加熱温度100℃、300℃の欄に記載した試料片のFT−IRによる吸収スペクトルを示すグラフであり、図3、4の符号Iはイミド環による吸収ピークを、符号Cはシクロへキサンによる吸収ピークをそれぞれ示している。
【0037】
図8は上記試料片について求めた比rと、加熱温度との関係を示したグラフであり、縦軸は比rを、横軸は加熱温度(℃)をそれぞれ示している。
図8から明らかなように、加熱温度が200℃以上250℃未満では比rの増加が大きいが、加熱温度が250℃以上では比rの増加が少なく、加熱温度300℃以上では、ポリイミド前駆体がほぼ完全にイミド化されていると推測される。
【0038】
従って、このポリイミド前駆体のイミド化率100%のときのA1780cm-1(PI1)のA2940cm-1(PI2)に対する比r(PI1/PI2)は8.94である。
これらの試験片とは別に、ポリイミド前駆体が形成された状態の樹脂溶液を200℃に昇温させ、樹脂溶液を攪拌しながら下記表2の実施例1〜5、比較例1〜3の欄に記載する加熱時間その温度を維持した。
【0039】
加熱後の樹脂溶液100重量部に対してジアゾキノン化合物である2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンο−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル20重量部をそれぞれ添加し、実施例1〜5、比較例1〜3の樹脂組成物を作成した。
【0040】
【表2】
【0041】
実施例1〜5、比較例1〜3の樹脂組成物を用い、上述した図1(a)、(b)の工程で膜厚8μmの塗布層16をそれぞれ形成した。次いで、塗布層16を構成する樹脂組成物についてFT−IR分析を行った。
尚、図5〜6のグラフは実施例1〜3の樹脂組成物を用いた場合のFT−IRの吸収スペクトルであり、図5〜6の符号Iはイミド環による吸収ピークを、符号Cはシクロへキサンによる吸収ピークをそれぞれ示している。
【0042】
FT−IR法により得られたイミド環由来の吸光度(A1780cm-1(PS1)と、シクロへキサン由来の吸光度(A2940cm-1(PS2))とから、A1780cm-1のA2940cm-1に対する比r(PS1/PS2)を求めた。それらの結果を上記表2に記載した。尚、図9のグラフは比rの加熱時間との関係を示しており、図9の横軸は加熱時間を、縦軸は比rをそれぞれ示している。
【0043】
更に、上記表2に記載した比r(PS1/PS2)と、該ポリイミド前駆体が完全にイミド化した場合の比r(PI1/PI2=8.94)とをそれぞれ上記式(a)に代入してイミド化率をそれぞれ求めた。それらイミド化率は上記表2に記載した。尚、加熱温度が100℃の場合はイミド環による吸収が見られなかったため、A1780cm-1、A2940cm-1共に0として表2に記載した。
【0044】
上記表2から明らかなように、200℃で3分以上5分以下加熱した実施例1〜3では、塗布層16のイミド化率は7.5%以上20%未満であり、加熱時間が6分以上の実施例4、5はイミド化率が20%を超えていた。他方、加熱時間が2分以下の比較例1〜3はイミド化率が5%未満であった。
【0045】
次に、実施例1〜3、比較例1〜3の樹脂組成物を用いた場合の塗布層16について、波長300nmから700nmまでの透過率を測定した。
図10は透過率の測定結果を示すグラフであり、図10の縦軸は透過率(%)を、横軸は波長(nm)をそれぞれ示している。また、図10の符号T0〜T2はそれぞれ樹脂溶液の加熱時間が0分〜2分(比較例1〜3)の場合のグラフを示しており、符号T3〜T5は樹脂溶液の加熱時間が3分〜5分(実施例1〜3)の場合のグラフを示している。
【0046】
図10から明らかなように、樹脂溶液の加熱時間が3分以上5分以下(イミド化率7.5%以上20%未満)の実施例1〜3は、比較例1〜3に比べ短い波長側での透過率が低いが、実施例1〜3は波長360nm以上では十分な透過率を示している。これらのことから、実施例1〜3の樹脂組成物は、一般に露光に用いられる波長の紫外線(波長436nm、波長365nm)に対して充分な透過性を有していることが確認された。
【0047】
次に、上記工程で作成した塗布層16を上述した図1(c)、図2(d)〜(f)に示す工程でパターニングした後、イミド化させ、9種類のフレキシブル配線板10を得た。これらのフレキシブル配線板10を用いて下記に示す「パターニング性」、「残存膜厚」の各試験を行った。
【0048】
「パターニング性」
フレキシブル配線板10の塗布層16の表面を目視により観察し、塗布層16に開口19が形成されているものを「可」、開口19が形成されていないものを「不可」とした。
【0049】
「残存膜厚」
上記パターニング性試験において、評価結果が「可」であったフレキシブル配線板10について、開口19が位置しない部分の膜厚(μm)を測定した。
それらの測定結果を、上記表1に記載したイミド化率と共に下記表3に記載する。
【0050】
【表3】
【0051】
上記表3から明らかなように、ポリイミド前駆体のイミド化率が7.5%以上20%未満の範囲であった実施例1〜3では、優れたパターニング性が得られた。特に、イミド化率が10%を超える実施例2、3では、初期膜厚(パターニング前の膜厚)8μmに対して、残存膜厚(パターニング後の膜厚)が6μm以上であり、イミド化により塗布層16の現像液に対する溶解性が十分に低くなっていることが確認された。
【0052】
他方、ポリイミド前駆体のイミド化率が7%未満である比較例1〜3では、塗布層の現像液に対する溶解性が高く、潜像33が形成された以外の部分も溶解してしまい、結果、塗布層全体が除去されてしまった。また、イミド化率が20%を超える実施例4、5の樹脂組成物では、塗布層16が現像液に溶解しなかったが、樹脂組成物中でポリイミド前駆体がゲル化、又は、析出し、塗布層自体の形成性が悪かった。
【0053】
【実施例】
上記実施例1で用いた1,4−ジアミノシクロへキサンに代え、脂環式アミンとして4,4’−メチレンビスシクロへキシルアミンを用い、この脂環式アミンと、実施例1に用いたものと同じ芳香族酸二無水物と、溶媒とを用い、実施例1と同じ条件で樹脂溶液を作成した。
【0054】
この樹脂溶液中には上記式(1)で表される重合構造単位を有するポリイミド前駆体が形成されており、上記式(1)中のA1はビフェニルであり、A2は4,4’−メチレンビスシクロヘキサンである。このポリイミド前駆体の重合構造単位を下記式(19)に示す。
【0055】
【化54】
【0056】
この樹脂溶液を用い、加熱温度を下記表4に示す温度に代えた以外は上記実施例1と同じ条件で5種類の試験片を作成した。
次いで、FT−IR法により、これら試料片の塗布層についてイミド環由来の吸光度(A1770cm-1)と、式(1)中A2で示される化学構造(4,4’−メチレンビスシクロヘキサン )由来の吸光度(A2927cm-1)とをそれぞれ測定し、更に、A1770cm-1のA2927cm-1に対する比rを求めた。これらの結果を下記表4に記載する。
【0057】
【表4】
【0058】
図11は上記試料片について求めた比rと、加熱温度(℃)との関係を示したグラフであり、縦軸は比rを、横軸は加熱温度(℃)をそれぞれ示している。図11から明らかなように、加熱温度250℃以上では比rの増加が少なく、加熱温度300℃以上ではポリイミド前駆体がほぼ完全にイミド化されていると推測される。従って、このポリイミド前駆体の場合、イミド化率100%のときのA1770cm-1(PI1)のA2927cm-1(PI2)に対する比r(PI1/PI2)は2.63である。
【0059】
これらの試験片とは別に、ポリイミド前駆体が形成された状態の樹脂溶液を、下記表5の加熱時間の欄に示す時間、上記実施例1と同じ条件で加熱した後、実施例1に用いたものと同じジアゾキノン化合物を実施例1と同じ配合比率で添加し、実施例6〜11、比較例4〜7の樹脂組成物を作成した。
【0060】
【表5】
【0061】
実施例6〜11、比較例4〜7の樹脂組成物を用い、実施例1と同じ条件で塗布層16をそれぞれ作成し、これら塗布層16についてFT−IR分析を行った。
FT−IR法より得られた各吸光度A1770cm-1(PS1)、A2927cm-1(PS2))から、A1770cm-1のA2927cm-1に対する比r(PS1/PS2)を求め、それらの結果を上記表5に記載した。更に、比r(PS1/PS2)と、該ポリイミド前駆体が完全にイミド化した場合の比r(PI1/PI2=2.63)とをそれぞれ上記式(a)に代入してイミド化率をそれぞれ求めた。それらイミド化率を上記表5に記載した。
尚、図12のグラフは比rと加熱時間との関係を示しており、図12の横軸は加熱時間(分)を、縦軸は比rをそれぞれ示している。
【0062】
次に、実施例6〜11、比較例4〜6の樹脂組成物からなる塗布層16について、上記実施例1と同じ条件で透過率を測定した。図13はその測定結果を示すグラフであり、図13の縦軸は透過率(%)を、横軸は波長(nm)をそれぞれ示している。また、符号T’0〜T’4はそれぞれ加熱時間が0分〜4分(実施例6、7、比較例4〜6)の場合のグラフを示している。尚、360nm以上の波長から立ち上がる曲線は、それぞれ加熱時間5分、6分、7分、8分の場合のグラフをそれぞれ示している。
【0063】
図13から明らかなように加熱時間が8分以下(イミド化率が36%未満)の場合では、露光に用いられる波長の紫外線(波長436nm、波長365nm)に対して充分な透過性を有していることが確認された。
次に、上記工程で作成した塗布層16を、実施例1と同じ条件でパターニングした後、イミド化させ、10種類のフレキシブル配線板10を得た。これらのフレキシブル配線板10を用いて、実施例1と同じ条件で「パターニング性」、「残存膜厚」の各試験を行った。尚、パターニング前の塗布層16の膜厚をそれぞれ測定し、「パターニング性」試験で「可」の評価が得られたもののパターニング前の膜厚を下記表6の「初期膜厚」の欄に記載した。これらの測定結果をイミド化率と共に下記表6に記載する。
【0064】
【表6】
【0065】
上記表6から明らかなように、イミド化率が7.5%以上36%以下の場合には、パターニングが可能であった。特に、イミド化率が16%以上の場合には、残存膜厚が大きく、塗布層16の現像液に対する溶解性が十分に低くなっていることが確認された。
また、イミド化率が36%を超える比較例7では、樹脂組成物中でポリイミドがゲル化し、塗布層の形成性が極端に悪かった。
【0066】
次に、後述する比較例8〜13の樹脂組成物に用いるポリイミド前駆体として、上記式(1)中の化学構造A2が芳香族化合物(ベンゼン核)である以外は、実施例1に用いたポリイミド前駆体と同じ化学構造を有するポリイミド前駆体を製造した。このポリイミド前駆体の化学構造を下記式(20)に示す
【0067】
【化55】
【0068】
このポリイミド前駆体を主成分とする樹脂溶液を用い、加熱温度を下記表7に示す温度に代えた以外は上記実施例1と同じ条件で7種類の試験片を作成した。
【0069】
【表7】
【0070】
これらの試料片についてFT−IR分析を行い、イミド環由来の吸光度(A1774cm-1)と、式(1)中の化学構造A2(ベンゼン核)由来の吸光度(A1515cm-1)とをそれぞれ測定し、更に、A1774cm-1のA1515cm-1に対する比rを求めた。これらの結果を上記表5に記載した。
【0071】
図11は上記試料片について求めた比rと、加熱温度との関係を示したグラフであり、縦軸は比rを、横軸は加熱温度(℃)をそれぞれ示している。
図11から明らかなように、加熱温度300℃では、ポリイミド前駆体がほぼ完全にイミドされている。従って、このポリイミド前駆体のイミド化率が100%の場合のA1774cm-1のA1515cm-1に対する比r(PI1/PI2)は0.574である。
【0072】
次に、上記のポリイミド前駆体主成分とする樹脂溶液を用い、実施例1と同じ条件で比較例8〜13の樹脂組成物を作成した。
比較例8〜13の樹脂組成物を用いて実施例1と同じ条件で塗布層を形成し、各塗布層についてFT−IR法により各吸光度(A1774cm-1(PS1)、A1515cm-1(PS2))をそれぞれ測定し、更に、A1774cm-1のA1515cm-1に対する比r(PS1/PS2)を求めた。
【0073】
これらの比r(PS1/PS2)と、該ポリイミド前駆体が完全にイミド化した場合の比r(PI1/PI2=0.574)とを上記式(a)に代入してイミド化率をそれぞれ求めた。イミド化率を各波長の吸光度と共に、下記表8に記載する。
【0074】
【表8】
【0075】
尚、図14のグラフは比r(PS1/PS2)と、加熱時間(分)との関係を示しており、図14の縦軸は比rを、横軸は加熱時間をそれぞれ示している。上記表6に記載したように、比較例8〜13の樹脂組成物を用いた場合、塗布層中のポリイミドのイミド化率は8%以上36%未満であった。
【0076】
また、比較例8〜11の樹脂組成物を用いた場合の塗布層について、実施例1と同じ条件で透過率を測定した。図16はその透過率の測定結果を示すグラフであり、図16のグラフの縦軸は透過率(%)を、横軸は波長(nm)をそれぞれ示している。また、図16の符号T’’0〜T’’3はそれぞれ加熱時間が0分〜3分の場合(比較例8〜11)の樹脂組成物を用いた場合のグラフを示している。
【0077】
図13から明らかなように、式(1)中の化学構造A2がベンゼンであるポリイミド前駆体は、比較例6のように加熱処理を行わない場合であっても378nm以下の波長の紫外線は殆ど透過せず、実施例1〜11で用いたポリイミド前駆体に比べ、短波長側の透過率が著しく低いことが確認された。
【0078】
次に、比較例8〜13の樹脂組成物を用いて実施例1と同じ条件で6種類のフレキシブル配線板を得た。これらのフレキシブル配線板を用いて実施例1と同じ条件で「パターニング性」、「残存膜厚」の各試験を行った。それらの試験結果を加熱時間、イミド化率と共に、下記表9に記載した。
【0079】
【表9】
【0080】
上記表9から明らかなように、イミド化率が20%以下である比較例8〜10はパターニング性が不可であり、イミド化率に係わらず実施例1〜11に比べてパターニング性に劣ることが確認された。比較例6〜11に用いたポリイミド前駆体は、実施例1〜11に用いたポリイミド前駆体に比べて透過率が低いため、紫外線が塗布層に透過されず、感光剤の反応が十分に起こらなかったためと推測される。
【0081】
また、イミド化率が24.68%であった比較例11の樹脂組成物を用いた場合には塗布層がパターニングされたが、上記比較例8〜10の場合と同様の理由で、初期膜厚8μmに対する残存膜厚が1μmしかなかった。
また、イミド化率が28%以上である比較例12、13は、樹脂組成物中でポリイミド前駆体がゲル化又は析出し、塗布層を成膜することができなかった。
【0082】
以上はポリイミド前駆体の重合単位中の化学構造A2がシクロへキサンである場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。式(1)中のA2は脂環式化合物であれば種々のものを用いることができる。また、この場合の脂環式化合物は環状ケトンや環状アルコールなどの誘導体も含まれる。
【0083】
また、式(1)中のA1で示される化学構造もビフェニルに限定されるものではなく、化学構造A1がフェニル化合物やナフタレン及びナフタレンの誘導体等など種々の芳香族化合物からなる場合も本発明に含まれる。
【0084】
以上は感光剤として、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンο−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記式(5)や式(12)に示されるものであれば、種々のものを用いることができる。
【0085】
以上は塩を溶解させるために樹脂溶液を加熱する工程と、ポリイミド前駆体をイミド化するために樹脂溶液を加熱する工程とをそれぞれ別に行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、塩が形成された状態の樹脂溶液を160℃以上250℃以下に加熱して、塩を溶解する工程と、イミド化の工程とを同じ加熱工程で行っても良い。また、以上は塩を形成させた後、イミド化の工程を行う場合について説明したが、本発明では必ずしも塩を形成する必要がない。
【0086】
以上は、本発明の樹脂組成物を用いてフレキシブル配線板10の塗布層16を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、銅張積層板等種々のものの樹脂膜を形成する場合に用いることができる。
また、上記図2(d)〜(f)の工程で塗布層16を露光、現像した後、加熱する前に、水、アルコール、アセトン等を用いて塗布層16を洗浄し、塗布層16から現像液を除去することもできる。
【0087】
以上は、脂環式ジアミンとして4,4’−メチレンビスシクロへキシルアミン、1,4−ジアミノシクロへキサンを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、下記化学式(21)に示す1,4ビス(アミノメチル)シクロへキサン、下記化学式(22)に示す1,4ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、または、下記化学式(23)に示す3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサピロ〔5,5〕ウンデカン等、種々の脂環式ジアミンを用いることができる。
【0088】
【化56】
【0089】
【化57】
【0090】
【化58】
【発明の効果】
本発明によれば、感光性樹脂組成物を用いて、精密にパターニングされた樹脂膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c):本発明の樹脂組成物を用いて樹脂膜を形成する工程の前半を説明するための図
【図2】(d)〜(f):本発明の樹脂組成物を用いて樹脂膜を形成する工程の後半を説明するための図
【図3】第一例の樹脂溶液を100℃で加熱した場合のFT−IRスペクトル図
【図4】第一例の樹脂溶液を300℃で加熱した場合のFT−IRスペクトル図
【図5】第一例の樹脂溶液を3分間加熱した場合のFT−IRスペクトル図
【図6】第一例の樹脂溶液を4分間加熱した場合のFT−IRスペクトル図
【図7】第一例の樹脂溶液を5分間加熱した場合のFT−IRスペクトル図
【図8】A1780cm-1のA2940cm-1に対する比と加熱温度との関係を示すグラフ
【図9】A1780cm-1のA2940cm-1に対する比と加熱時間との関係を示すグラフ
【図10】第一例の樹脂溶液を用いた樹脂組成物からなる塗布層の透過率と波長との関係を示すグラフ
【図11】A1770cm-1のA2927cm-1に対する比と加熱温度との関係を示すグラフ
【図12】A1770cm-1のA2927cm-1に対する比と加熱時間との関係を示すグラフ
【図13】第二例の樹脂溶液を用いた樹脂組成物からなる塗布層の透過率と波長との関係を示すグラフ
【図14】A1774cm-1のA1515cm-1に対する比と加熱温度との関係を示すグラフ
【図15】A1774cm-1のA1515cm-1に対する比と加熱時間との関係を示すグラフ
【図16】従来技術の樹脂組成物からなる塗布層の透過率と波長との関係を示すグラフ
【符号の説明】
16……樹脂膜(塗布層)
34……潜像
Claims (10)
- 前記感光剤が下記式(5)に示されるο−キノンジアジド化合物を主成分とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の樹脂組成物。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の樹脂組成物を対象物に塗布して樹脂膜を形成する塗布工程と、前記樹脂膜を露光して潜像を形成する露光工程と、前記樹脂膜を現像する現像工程と、前記樹脂膜を加熱し、前記ポリイミド前駆体をイミド化するイミド化工程とを有する樹脂膜形成方法。
- 前記塗布工程は、前記樹脂膜の膜厚を10μm以上にする請求項7記載の樹脂膜形成方法。
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