JP4843870B2 - 新規ポリアリーレンエーテル、その製造方法及びその用途 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規ポリアリーレンエーテル、その製造方法及びその用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアリーレンエーテル（以下、ＰＡＥという。）は、その優れた耐熱性、低い誘電率等の電気特性から特に電子デバイス用絶縁膜として検討されている。ＰＡＥの基本骨格は下記式４で表される。ここで、Ａｒ7及びＡｒ8は独立に芳香族基を表す。
【０００３】
【化４】
【０００４】
例えば、米国特許第３０６４０１１号明細書、米国特許第５１１５０８２号明細書、米国特許第５９５９１５７号明細書、特開平１１−３１５１３９号公報、特開平９−２０２８２３号公報、特開平９−２０２８２４号公報等に種々の構造のＰＡＥが記載されている。これらのＰＡＥは、嵩高い骨格構造及び／又は熱架橋性官能基を導入したＰＡＥであるが、電子デバイス用絶縁膜として要求される、好ましい熱分解温度及びガラス転移温度（以下、Ｔｇという。）が４２５℃以上という高い耐熱性を満足しない。ほとんどの場合Ｔｇは高々３５０℃程度であり、４００℃以上のＴｇを有するＰＡＥを得るためには熱架橋性官能基密度を非常に高くしたり、空気中で加熱する必要がある。しかし、熱架橋性官能基密度を高くするとＰＡＥの含有量が低下して誘電率が上昇したり、未反応官能基が残存して耐熱性が低下したりする。また、空気中での加熱はＰＡＥ自体の酸化分解及び電子デバイスの金属配線の酸化を促進するので、実用上問題となる。
【０００５】
特開平１０−２４７６４６号公報、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ，Ｊａｐａｎ Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．９（１９９６）等には、耐熱性を向上したＰＡＥとして、多官能性モノマーを用いて製造した分岐構造を有するＰＡＥが開示されている。製造中のゲル化を抑制する必要があり、架橋密度及び分子量を充分に高くできないので、ＰＡＥのＴｇは３１０℃程度である。
【０００６】
欧州特許第３９８２５０号明細書、Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍ．Ｐｏｌｍ．１９９４，６（２），１５５等には、主鎖にジオキシン構造を有するポリイミドが記載されている。このポリイミドは極性を有するイミド基の存在により誘電率が充分に低くならない、また、イミド基の分極がデバイス性能に悪影響を及ぼすために電子デバイス及び多層配線板用絶縁膜への応用は困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガラス転移温度Ｔｇが高く、耐熱性に優れ、低い誘電率を有する新規ＰＡＥ、その製造方法及びその用途を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記式１、式２及び式３からなる群から選ばれる式で示されるジオキシン構造の繰り返し単位の少なくとも１つを含有する、質量平均分子量が５００〜１，０００，０００であるＰＡＥを提供する。
【０００９】
【化５】
【００１０】
【化６】
【００１１】
【化７】
【００１２】
ここで、Ａｒ1、Ａｒ2、Ａｒ4はそれぞれ独立に４官能性の芳香族基、Ａｒ3、Ａｒ5、Ａｒ6はそれぞれ独立に３官能性の芳香族基、を表す。
【００１３】
また、本発明は、芳香族基の炭素原子に３個以上のハロゲン原子が結合し、該ハロゲン原子の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ１）と芳香族基の炭素原子に３個又は４個の水酸基が結合し、該水酸基の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ２）とを用い、触媒存在下に、前記オルト位置関係の２個のハロゲン原子とオルト位置関係の２個の水酸基とを縮合重合させてジオキシン構造の繰り返し単位を形成することを特徴とするＰＡＥの製造方法を提供する。該モノマーＭ１は、芳香族基の炭素原子にフッ素原子が結合したモノマーであることが好ましい。該ＰＡＥの質量平均分子量は５００〜１，０００，０００であることが好ましい。
また、本発明は、上述の製造方法でＰＡＥを得て、次に、該ＰＡＥと溶媒とを混合する、溶液の製造方法を提供する。該溶媒は、芳香族炭化水素類、双極子非プロトン系溶媒類、ケトン類、エステル類、エーテル類、またはハロゲン化炭化水素類である。該溶液は、さらにシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、およびアルミニウム系カップリング剤からなる群より選ばれる１種以上を含んでもよい。
また、本発明は、上述の製造方法で溶液を得て、次に、該溶液を基材にスピンコート、ディップコート、スプレーコート、ダイコート、バーコート、ドクターコート、押し出しコート、スキャンコート、はけ塗り、またはポッティングによりコーティングし、加熱して、塗膜を形成する方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、該ＰＡＥからなる電子デバイス用絶縁膜及び多層配線板用絶縁膜を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のＰＡＥは、下記式１、式２及び式３からなる群から選ばれる式で示されるジオキシン構造の繰り返し単位の少なくとも１つを含有する。ここで、Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ4はそれぞれ独立に４官能性の芳香族基を、Ａｒ3、Ａｒ5及びＡｒ6はそれぞれ独立に３官能性の芳香族基を、表す。Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ4は同じであってもよく、異なっていてもよい。また、Ａｒ3、Ａｒ5及びＡｒ6は同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００１６】
【化８】
【００１７】
【化９】
【００１８】
【化１０】
【００１９】
本明細書において、ジオキシン構造とは、下記式５で表されるジベンゾ−ｐ−ジオキシンに基づく構造をいう。ジオキシン構造には、置換基を有してもよい。
【００２０】
【化１１】
【００２１】
前記３官能性及び４官能性の芳香族基としては、単環構造、多環構造、縮合環構造等の芳香族基が挙げられる。また、芳香族基は置換基を有してもよい。置換基としては、低誘電率を維持する観点よりフッ素原子、フッ素置換アルキル基、フッ素置換フェニル基、フェニル基、アリール基、アルキル基、フェノキシ基、アルコキシ基等が好ましい。その具体例としては、下記の芳香族基等が挙げられる。
【００２２】
【化１２】
【００２３】
ここで、Ａは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＳＯ2−、−Ｃ（ＣＨ3）2−、−Ｃ2Ｈ4−、−Ｃ（ＣＦ3）2−、−Ｃ2Ｆ4−、−Ｃ4Ｆ8−、−Ｃ6Ｆ12−、−Ｃ8Ｆ16−、−Ｃ6Ｈ4−、−Ｃ6Ｆ4−等の２価有機基を表す。
【００２４】
本発明のＰＡＥの製造法において、芳香族基の炭素原子に３個以上のハロゲン原子が結合し、該ハロゲン原子の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ１）と芳香族基の炭素原子に３個又は４個の水酸基が結合し、該水酸基の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ２）とを用い、触媒存在下に、前記オルト位置関係の２個のハロゲン原子とオルト位置関係の２個の水酸基とを縮合重合させてジオキシン構造の繰り返し単位を形成する。
【００２５】
モノマーＭ１とモノマーＭ２との縮合重合例を下記の式６、式７及び式８に示す。ここで、Ａｒ1（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）（Ｗ）、Ａｒ3（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）及びＡｒ5（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）がモノマーＭ１を、Ａｒ2（ＯＨ）4、Ａｒ4（ＯＨ）4及びＡｒ6（ＯＨ）3がモノマーＭ２を、示す。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗはフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子を表し、Ａｒ1、Ａｒ2、Ａｒ3、Ａｒ4、Ａｒ5及びＡｒ6は前記と同じである。Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗは同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２６】
式６のＡｒ1（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）（Ｗ）とＡｒ2（ＯＨ）4の縮合重合では、式１で示されるジオキシン構造が繰り返されたＰＡＥが形成される。この場合、式１で示されるジオキシン構造間の結合構造もジオキシン構造となる。式８のＡｒ5（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）とＡｒ6（ＯＨ）3の縮合重合では、式３で示されるジオキシン構造とエーテル結合とを有するＰＡＥが形成される。式７のＡｒ3（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）とＡｒ4（ＯＨ）4の縮合重合では、エーテル結合による分岐を有するＰＡＥが形成される。
【００２７】
【化１３】
【００２８】
【化１４】
【００２９】
【化１５】
【００３０】
モノマーＭ１が５個以上のハロゲン原子を有する場合には、３個又は４個のハロゲン原子は縮合重合に供されるが、残りのハロゲン原子は縮合重合に供されず、生成するＰＡＥ中に残存する。したがって、例えば５個以上のフッ素原子を置換基として有するモノマーＭ１を使用すると前記芳香族基にフッ素原子を含有するＰＡＥが生成する。
【００３１】
モノマーＭ１としては、芳香族基の炭素原子にフッ素原子が結合したモノマー（以下、モノマーＭ１１という。）、芳香族基の炭素原子にフッ素以外のハロゲン原子が結合したモノマー（以下、モノマーＭ１２という。）等が挙げられる。
【００３２】
モノマーＭ１１としては、下記のモノマーが好ましい。ここで、Ｒｆは炭素数１〜８の含フッ素アルキル基を表す。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３３】
【化１６】
【００３４】
モノマーＭ１２としては、臭素原子を含むモノマーが好ましく、下記のモノマーが例示される。Ｒｆは前記と同じである。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３５】
【化１７】
【００３６】
特に、低誘電率のＰＡＥを得るためには、モノマーＭ１としては、モノマーＭ１１がより好ましく、ペルフルオロビフェニルが最も好ましい。ただし、電子デバイスの配線金属と芳香族基の炭素原子に結合したフッ素原子が反応する場合には、モノマーＭ１２が好ましい。
【００３７】
モノマーＭ２としては、下記の、水酸基を３個又は４個有する芳香族基が挙げられる。ここで、Ａは前記と同じである。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
【化１８】
【００３９】
本発明のＰＡＥの製造方法において、モノマーＭ１１とモノマーＭ２との縮合重合は、塩基性触媒存在下、極性溶媒中で実施することが好ましい。
【００４０】
塩基性触媒としては、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩又は水酸化物が好ましい。具体例としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。塩基性触媒の添加量はモノマーＭ２の水酸基量に対して当量倍以上である必要があり、１．１〜３当量倍が好ましい。
【００４１】
極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等の非プロトン性の極性溶媒を含有する溶媒が好ましい。極性溶媒には、生成するＰＡＥの溶解性を低下せず、縮合重合に悪影響を及ぼさない範囲で、トルエン、キシレン、ベンゼン、ベンゾトリフルオライド、キシレンヘキサフルオライド等が含有されてもよい。
【００４２】
縮合重合条件としては、１０〜２００℃で１〜８０時間が好ましい。より好ましくは６０〜１８０℃で２〜６０時間、最も好ましくは８０〜１６０℃で３〜２４時間である。
【００４３】
本発明のＰＡＥの製造方法において、モノマーＭ１２とモノマーＭ２の縮合重合は、いわゆるウルマン反応により実施することが好ましい。触媒として第一銅塩又は第一銅錯体を用いて、モノマーＭ１２とモノマーＭ２のアルカリ金属塩とを反応させることがより好ましい。
【００４４】
第一銅塩としては、塩化第一銅、臭化第一銅等のハロゲン化第一銅が好ましい。また、第一銅錯体としては、第一銅塩等とピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等との反応で得られる第一銅錯体等が好ましい。触媒の使用量は、モノマーに対して０．１〜１０質量％が好ましく、０．５〜５質量％がより好ましい。
【００４５】
モノマーＭ２のアルカリ金属塩は、モノマーＭ２と水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を反応させて合成される。
【００４６】
モノマーＭ１２とモノマーＭ２の縮合重合は、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ベンゾフェノン、ジフェニルエーテル等の溶媒中で実施することが好ましい。高分子量のＰＡＥを合成するには、実質的に無水の条件下、酸素のない雰囲気下で縮合重合することが好ましい。縮合重合条件としては、１００℃以上の温度で１〜８０時間が好ましく、１５０〜２５０℃で５〜２４時間がより好ましい。
【００４７】
本発明のＰＡＥの分子量は、５００〜１，０００，０００である。この範囲にあると、その塗布特性を損なわない。好ましくは、１，０００〜５００，０００である。ＰＡＥの分子量は、縮合重合時のモノマーＭ１とモノマーＭ２の仕込み比率を変化させることによって制御できる。
【００４８】
本発明におけるモノマーＭ２とモノマーＭ１との縮合重合において、モノマーＭ２は反応部位である水酸基を３個又は４個有するので、これらがすべて別々のモノマーＭ１と縮合反応するとＰＡＥ鎖間にエーテル結合による架橋が起こり、容易にゲル化するため、絶縁膜として適用時に必要な溶媒への溶解性が確保されない。水酸基の中で、２個以上が互いにオルト位置関係にあるのでＰＡＥ鎖間の架橋ではなく、前記２個のハロゲン原子と前記２個の水酸基が縮合してジオキシン構造が形成され、架橋による網目状のＰＡＥは実質的に生成しない。
【００４９】
このようなジオキシン構造の連鎖（以下、ラダー構造という。）により主鎖が剛直化し、ＰＡＥ分子間に架橋がなくてもガラス転移温度の高いＰＡＥが得られると考えられる。また、イミド基のような極性基を含有しないため低い誘電率を有するＰＡＥが得られると考えられる。
【００５０】
本発明において、前記モノマーＭ１とモノマーＭ２のみから得たＰＡＥが溶解性不充分であったり、ＰＡＥの塗膜が脆性を有する場合には、溶解性向上及び／又は塗膜への可とう性付与の目的で水酸基を２個有する芳香族化合物（以下、モノマーＭ３という。）を共縮合重合することが好ましい。モノマーＭ３としては、誘電率を増大させるような官能基を含まない、公知のモノマーを使用できる。
【００５１】
モノマーＭ３の例としては、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシビフェニル、ジヒドロキシターフェニル、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシアントラセン、ジヒドロキシフェナントレン、ジヒドロキシ−９，９−ジフェニルフルオレン、ジヒドロキシジベンゾフラン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、ジヒドロキシ−２，２−ジフェニルプロパン、ジヒドロキシ−２，２−ジフェニルヘキサフルオロプロパン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。Ｍ３を用いる場合には、その使用量はモノマーＭ１とＭ２の合計に対して１〜８０質量％が好ましく、１０〜７０質量％がより好ましい。モノマーＭ３が多すぎるとＰＡＥの耐熱性が低くなり、少なすぎると可とう性や溶解性の向上効果が不充分である。
【００５２】
本発明のＰＡＥに対しては、さらに耐熱性を高めたり、耐溶剤性を付与する等の目的でＰＡＥ分子間の架橋又はＰＡＥ分子鎖の鎖延長反応を実施してもよい。架橋又は鎖延長反応の方法としては、加熱、光照射、電子線照射等の公知の方法が適用できる。電子デバイス又は多層配線板の製造工程での適用性に優れる加熱がより好ましい。加熱による架橋又は鎖延長性を促進するためにＰＡＥ分子に種々の官能基の導入したり、添加剤を配合することがより好ましい。
【００５３】
ＰＡＥ分子に導入される官能基としては、誘電率を上昇させる極性基を含まないものが好ましい。官能基の具体例としては、エチニル基、シクロペンタジエノン基、ニトリル基、アルコキシシリル基、ジアリールヒドロキシメチル基、ヒドロキシフルオレニル基等が挙げられる。耐熱性の観点より、エチニル基、ジアリールヒドロキシメチル基又はヒドロキシフルオレニル基がより好ましい。
【００５４】
エチニル基をＰＡＥ鎖中に導入する方法としては、３−エチニルフェノール、４−フェニルエチニルフェノール、４−（４−フルオロフェニル）エチニルフェノール等のエチニルフェノール類を反応させることによりＰＡＥ分子鎖末端に導入する方法、２，２’−ビス（フェニルエチニル）−５，５’−ジヒドロキシビフェニル、２，２’−ビス（フェニルエチニル）−４，４’−ジヒドロキシビフェニル等のビス（フェニルエチニル）ジヒドロキシビフェニル類、４，４’−ジヒドロキシトラン、３，３’−ジヒドロキシトラン等のジヒドロキシジフェニルアセチレン類、４−フェニルエチニルペンタフルオロベンゼン、４−フェニルエチニルノナフルオロビフェニル等の含フッ素ジアリールアセチレン類を共縮合重合させてＰＡＥ分子の主鎖中又は側鎖に導入する方法等、が挙げられる。
【００５５】
ジアリールヒドロキシメチル基又はヒドロキシフルオレニル基をＰＡＥ分子鎖に導入する方法としては、ＰＡＥをブチルリチウム等の金属化試薬で処理した後に対応するケトンと反応させ主鎖にグラフトさせる方法等が挙げられる。
【００５６】
ＰＡＥ中の官能基の含有量は、ＰＡＥの全重合単位に対して０．１〜５０モル％が好ましく、１〜３０モル％がより好ましい。
【００５７】
本発明において、添加剤としては、ビストリアゼン化合物のようなラジカル発生剤、ビスシクロペンタジエノン誘導体等が挙げられる。添加剤の含有量はＰＡＥの重合単位に対して０．０１〜５０モル％が好ましく、０．１〜３０モル％がより好ましい。
【００５８】
ＰＡＥがエチニル基を含有する場合には、添加剤としてビスシクロペンタジエノン誘導体の使用が好ましい。エチニル基とシクロペンタジエノン基は熱によりディールスアルダー反応し、ついで脱一酸化炭素反応して芳香族基を形成するので、ビスシクロペンタジエノン誘導体を使用すると芳香族基が結合部位である架橋又は鎖延長ができる。ビスシクロペンタジエノン誘導体としては特に制限はないが、例えば、３，３−（１，４−フェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３−（４，４−ビフェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３’−（オキシジ−１，４−フェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３’−（チオジ−１，４−フェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３−（１，４−フェニレン）ビス（２，５−ジ−（４−フルオロフェニル）−４−フェニルシクロペンタジエノン、ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエニル−３−フェニル）−１，２−エチレン、ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエニル−３−フェニル）−１，３−プロパン等を挙げることができる。これらのビスシクロペンタジエノン誘導体のうち、耐熱性の観点から、全芳香族系のビスシクロペンタジエノン誘導体が好ましい。これらは単独でもよく、２種以上を併用してもよい。ビスシクロペンタジエノン誘導体の添加量はＰＡＥのエチニル基１モルに対して０．１〜０．５モルがより好ましく、０．１５〜０．５モルが最も好ましい。
【００５９】
本発明のＰＡＥは、縮合重合、官能基導入反応後、中和、抽出、再沈殿、ろ過等の方法で精製される。電子デバイス用絶縁膜及び多層配線板用絶縁膜としての用途において、縮合重合触媒であるカリウム、ナトリウム、銅等の金属及び遊離したハロゲン原子はトランジスタの動作不良や配線の腐食等を引き起こす原因物質と成りうるので充分に精製することが好ましい。
【００６０】
本発明のＰＡＥは、通常、溶媒に溶解した溶液として実用に供される。溶媒としては、ＰＡＥ及び前記の添加剤類を有効に溶かし、所望の方法で所望の塗膜が得られれば特に制限はないが、例えば、芳香族炭化水素類、双極子非プロトン系溶媒類、ケトン類、エステル類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類を挙げられる。
【００６１】
芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、キュメン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン等を挙げられる。
【００６２】
双極子非プロトン系溶媒類としては、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【００６３】
ケトン類としては、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクオヘプタノン、シクロオクタノン、メチルアミルケトン等が挙げられる。
【００６４】
エーテル類としては、テトラヒドロフラン、ピラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジフェニルエーテル、アニソール、フェネトール、ジグライム、トリグライム等が挙げられる。
【００６５】
エステル類としては、乳酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート、プロピ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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピ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モノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００６６】
ハロゲン化炭化水素類としては、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等を挙げることができる。
【００６７】
ＰＡＥの濃度は、１〜５０質量％が好ましく、５〜３０質量％がより好ましい。
【００６８】
本発明のＰＡＥの塗膜形成方法としては、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、ダイコート、バーコート、ドクターコート、押し出しコート、スキャンコート、はけ塗り、ポッティング等の公知のコーティング方法が挙げられる。電子デバイスの絶縁膜として用いる場合には、膜厚の均一性の観点からスピンコート又はスキャンコートが好ましい。塗布後、溶媒を揮発させたり、架橋や鎖延長反応を完結させるために加熱（ベーク）を行う。ベーク条件は通常２００〜４５０℃で１〜１２０分が好ましく、３００〜４２５℃で２〜６０分がより好ましい。塗膜の厚さは０．０１〜５０μｍが好ましく、０．１〜３０μｍがより好ましい。塗膜の表面平滑性を確保したり、塗膜の微細スペース埋込性を向上させるために、５０〜２５０℃程度のプリベーク工程を追加したり、ベーク工程を何段階かに分けて実施することもできる
また、基材との接着性を向上させるために接着促進剤を使用できる。接着促進剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられ、エポキシシラン類、アミノシラン類などのシラン系カップリング剤がより好ましい。アミノシラン類としては、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどの脂肪族アミノシラン類、アミノフェニルトリメトキシシラン、アミノフェニルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどの含芳香族基アミノシラン類が例示される。
【００６９】
接着促進剤の適用方法としては、ＰＡＥ溶液塗布前に基材を接着促進剤で処理する方法、ＰＡＥ溶液中に接着促進剤を添加する方法等が使用できる。基材を接着促進剤で処理する方法の例としては、アミノシラン類の場合、０．０１〜１質量％のアルコール系溶液として基材にスピンコートする方法が挙げられる。接着促進剤をＰＡＥ溶液中に添加する場合、添加量は含有されるＰＡＥに対して０．０５〜１０質量％が好ましく、０．１〜５質量％がより好ましい。接着促進剤の添加量が少ないと接着性向上効果が充分でなく、多すぎると電気特性、耐熱性が低下する。
【００７０】
本発明のＰＡＥの用途としては、保護膜、燃料電池、各種電池用膜材料、フォトレジスト、光導波材料、電子用部材、封止剤、オーバーコート剤、透明フィルム材、接着剤、繊維材、耐候性塗料等が挙げられる。特に、電子デバイス用絶縁膜又は多層配線板用絶縁膜の用途が好ましい。
【００７１】
本発明において、電子デバイスとしては、ダイオード、トランジスタ、化合物半導体、サーミスタ、バリスタ、サイリスタ等の個別半導体、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）、ＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）、ＥＰＲＯＭ（イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリー・メモリ）、マスクＲＯＭ（マスク・リード・オンリー・メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（エレクトリカル・イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリー・メモリ）、フラッシュメモリなどの記憶素子、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣなどの理論回路素子、ＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロウェーブ集積回路）に代表される化合物半導体などの集積回路素子、混成集積回路（ハイブリッドＩＣ）、発光ダイオード、電荷結合素子などの光電変換素子等が挙げられる。
【００７２】
多層配線板としては、電子デバイス等を実装するための各種基板であり、プリント配線板、ビルドアップ配線板、ＭＣＭなどの高密度配線板等が挙げられる。
【００７３】
本発明において、絶縁膜としては、バッファコート膜、パッシベーション膜、層間絶縁膜、アルファ線遮蔽膜等が挙げられる。
【００７４】
本発明において、ＰＡＥ塗膜を用いる電子デバイス用絶縁膜又は多層配線板用絶縁膜の用途において、低い誘電率の絶縁膜を得る目的で、ＰＡＥ絶縁膜中に空孔を含有することも好ましい。空孔の導入方法としては、下記の（１）、（２）等が挙げられる。
（１）本発明のＰＡＥに相溶又は分散する物質を添加し、該物質を絶縁膜形成過程又は絶縁膜形成後に除去する方法。
（２）熱分解温度の低いポリマーと本発明のＰＡＥとをブロック化又はグラフト化し、熱分解温度の低いポリマー部分を絶縁膜形成過程又は絶縁膜形成後に除去する方法。
【００７５】
ＰＡＥに相溶又は分散する物質としては、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、アクリル系重合体等のオリゴマー又はポリマー、及びシリカ、金属等の微粒子が挙げられる。前記オリゴマー又はポリマーは熱分解温度が低いことを利用して絶縁膜形成中の加熱により分解除去でき、前記微粒子は耐薬品性の差を利用して製膜後に酸等で処理することにより溶解除去できる。いずれも除去された跡が空孔となり膜中へ空孔が導入される。
【００７６】
ＰＡＥとブロック又はグラフト化可能な、熱分解温度の低いポリマーとしては、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、アクリル系重合体等が挙げられる。ブロック化及びグラフト化方法は公知のものが適用できるが、ＰＡＥの末端基を利用してブロックポリマーを合成する方法、ＰＡＥを金属化試薬等で処理して主鎖に導入した官能基を利用してグラフトポリマーを合成する方法等が例示できる。
【００７７】
ブロック又はグラフト化されたＰＡＥは、絶縁膜形成時にＰＡＥ部分とブロック又はグラフト部分がミクロ相分離し、熱分解温度の低いブロック又はグラフト部分がその後の加熱により選択的に分解されるため、空孔を絶縁膜中に導入されると考えられる。
【００７８】
本発明におけるＰＡＥの塗膜は、他の膜と複合化させて使用できる。例えば、半導体素子パッシベーション膜又は半導体素子用層間絶縁膜として適用する場合、本発明のＰＡＥの塗膜の下層及び／又は上層に無機膜を形成することも好ましい。
【００７９】
無機膜としては、常圧、減圧又はプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法や塗布法で形成される膜であり、例えばシリコン酸化膜に必要に応じてリン及び／又はホウ素をドープしたいわゆるＰＳＧ膜又はＢＰＳＧ膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、ＳｉＯＣ膜、スピン−オン−グラス（ＳＯＧ）膜等が挙げられる。
【００８０】
ＰＡＥ塗膜と金属配線との間に無機膜を形成することによって、金属配線の剥がれを防止したり、いわゆるダマシン形状等のエッチング加工が容易にできる。
ＰＡＥ塗膜上層への無機膜の形成は、ＰＡＥ塗膜のエッチバック法又はＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）法により部分的に削除した後に実施してもよい。
【００８１】
ＰＡＥ塗膜上層に無機膜を形成する時に、ＰＡＥ塗膜と無機膜の密着性が充分でない又は無機膜形成時に膜減りする等の場合には、次の方法の適用が好ましい。
【００８２】
多層無機膜を形成する方法：シリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、用いるガス組成によっては膜減りが発生する場合に、まずシリコン窒化膜又は常圧ＣＶＤ−シリコン酸化膜などの膜減りを生起しない無機膜の薄膜を形成する。ついでこの薄膜をバリア層としてシリコン酸化膜を形成する。
【００８３】
ＰＡＥ塗膜をエネルギー線で処理する方法：エネルギー線による処理がＰＡＥ塗膜と無機膜との界面の密着性を向上させる効果を有する場合がある。エネルギー線処理としては、光を含む広義の意味での電磁波、すなわちＵＶ光照射、レーザ光照射、マイクロ波照射等、又は電子線を利用する処理、すなわち電子線照射、グロー放電処理、コロナ放電処理、プラズマ処理などの処理が例示される。
【００８４】
これらのうち半導体素子の量産工程に好適な処理方法としては、ＵＶ光照射、レーザ光照射、コロナ放電処理、プラズマ処理が挙げられる。
【００８５】
プラズマ処理は半導体素子に与えるダメージが小さくより好ましい。プラズマ処理を行う装置としては装置内に所望のガスを導入でき、電場を印加できるものであれば特に限定されず、市販のバレル型、平行平板型のプラズマ発生装置が適宜使用できる。プラズマ装置へ導入するガスとしては、表面を有効に活性化するものであれば特に限定されず、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、これらの混合ガス等が挙げられる。また、ＰＡＥ塗膜の表面を活性化させ、膜減りもほとんどないガスとしては、窒素と酸素の混合ガス及び窒素ガスが挙げられる。
【００８６】
【実施例】
次に、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。例１が参考例、例２〜６及び例９〜１１が実施例、例７〜８が比較例、である。例１はジオキシン構造形成の確認、例２〜８はＰＡＥの合成と基本特性の評価結果、例９が塗膜特性、例１０が空孔含有塗膜の作成、例１１が絶縁膜特性の評価、である。なお、分子量、Ｔｇ、比誘電率は下記の方法により測定した。
【００８７】
［分子量］テトラヒドロフランを溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ）によりポリスチレン換算の数平均分子量を求めた。
【００８８】
［Ｔｇ（ガラス転移温度）］窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件でＤＳＣ測定した。４０℃から４５０℃までのスキャンを一度行った後に４０℃まで冷却し、さらにもう一度４５０℃までのスキャンを行った。
【００８９】
［比誘電率］シリコンウェハ上に４００〜７００ｎｍの塗膜を形成し、水銀プローバーによるＣＶ測定を行うことにより１ＭＨｚの比誘電率を求めた。塗膜厚さは分光エリプソメータによって求めた値を使用した。塗膜形成条件は下記とした。
１）ＰＡＥ溶液の調整
ＰＡＥをシクロヘキサノンに溶解させて１５％溶液を調整し、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過し、ＰＡＥ溶液を作成した。
２）コーティング
４インチシリコンウェハ上にＰＡＥ溶液をスピンコートして塗膜を形成した。スピン条件は２０００ｒｐｍ×３０秒とし、ホットプレートによる１００℃×９０秒、２００℃×９０秒のプリベークの後、縦型炉で４２５℃×１時間、窒素雰囲気下にファイナルベークを行った。
【００９０】
［参考例１（参考例）］低分子量体（３量体）の合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた１００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの６．６８ｇ（２０ミリモル）、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンの３．４０ｇ（１０ミリモル）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃという。）の６０ｇ、ベンゼンの５ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの６．２１ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃に加熱した。４時間後、反応液を室温まで冷却し、激しく撹拌した、酢酸の８．１ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の３００ｍＬに徐々に投入すると白色粉状物が沈殿した。この白色粉状物をろ過し、さらに純水で５回洗浄した後に、８０℃で１５時間真空乾燥を行って８．２８ｇの白灰色粉末を得た。
【００９１】
得られた粉末はＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶であった。ＧＰＣ測定の結果、分子量１２００程度の鋭い大きなピーク及びより高分子量側にブロードで小さなピークが観測された。ＮＭＲ測定より下記式８のジオキシン構造を有する３量体が主成分であると確認された。
【００９２】
【化１９】
【００９３】
［例２］ジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０２ｇ、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンの６．８１ｇ、ＤＭＡｃの１４０ｇ、ベンゼンの１０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１６．６ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃に加熱した。４時間後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸２２ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の８００ｍＬに徐々に投入すると白色粉状物が沈殿した。この白色粉状物をろ過し、さらに純水で５回洗浄した後に、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１３．２１ｇの白灰色粉末状のＰＡＥを得た。
【００９４】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約２５００、比誘電率は２．５、であった。ＤＳＣ測定において２回のスキャンとも転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることがわかった。
【００９５】
［例３］末端に架橋基を含むジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた１００ｃｃガラスフラスコに、例２で得られたＰＡＥの３．３１ｇ、４−（４−フルオロフェニルエチニル）フェノールの１．３７ｇ、ＤＭＡｃの２８ｇ、トルエンの６ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１．３５ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃に加熱した。３時間後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸３ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の２００ｃｃに徐々に投入して白灰色沈殿を得た。この白灰色沈殿をろ過し、さらに純水で５回洗浄した後に８０℃で１３時間真空乾燥を行って４．１２ｇの白灰色粉末状のＰＡＥを得た。
【００９６】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約２７００、比誘電率は２．５、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで３７０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行が示唆された。２回目のスキャンでは転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることがわかった。
【００９７】
［例４］末端に架橋基を含むジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０１ｇ、１，２，４−トリヒドロキシベンゼンの２．５２ｇ、ＤＭＡｃ１５０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１６．６ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃、４時間加熱した後に、４−（４−フルオロフェニルエチニル）フェノールの４．６６ｇを添加し、さらに２時間１２０℃で加熱した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の２２ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の８００ｃｃに徐々に投入して淡褐色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１２時間真空乾燥を行って１２．９５ｇの淡褐色粉末状のＰＡＥを得た。
【００９８】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約１２０００、比誘電率は２．４、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで３６０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行を示唆した。２回目のスキャンでは転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることが分かった。
【００９９】
［例５］ジヒドロキシモノマーを共縮合重合した、ジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの９．９８ｇ、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンの６．７９ｇ、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンの１．７５ｇ、ＤＭＡｃの１４０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１８．６ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃、５時間加熱した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の２４ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の１Ｌに徐々に投入して黄褐色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１２時間真空乾燥を行って１４．８３ｇの淡褐色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１００】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約２５０００、であった。ＤＳＣ測定において２回のスキャンとも転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることがわかった。
【０１０１】
［例６］架橋基を含有するジヒドロキシモノマーを共縮合重合した、ジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０１ｇ、１，２，４−トリヒドロキシベンゼンの２．５２ｇ、４，４’−ジヒドロキシトランの１．０５ｇ、ＤＭＡｃの１３０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、オイルバス上で加温し、液温が１２０℃となった時点で炭酸カリウムの１４．５ｇを添加し、１２０℃で２０時間保持した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の１９ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／２）混合液の８００ｃｃに徐々に投入して淡褐色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、さらにメタノールによるソックスレー抽出を２日間行った後に、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１０．１８ｇの淡褐色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１０２】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン及びシクロヘキサノン、クロロホルムに可溶で、分子量は３２０００、比誘電率は２．５、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで３２０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行を示唆した。２回目のスキャンでは転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることが分かった。
【０１０３】
［例７（比較例）］公知のＰＡＥの合成
米国特許５１１５０８２号明細書の記載に準拠して以下の合成を行った。
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの９．９８ｇ、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンの１０．１５ｇ、ＤＭＡｃ１２０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１０．０ｇを添加し、オイルバスで７５℃、１６時間加熱した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の１３ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の５００ｍＬに徐々に投入して白色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１５．４０ｇの白色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１０４】
得られたＰＡＥは、分子量は２８０００、比誘電率は２．７、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンでＴｇとして２６２℃、２回目のスキャンでＴｇとして２５８℃が観測された。
【０１０５】
［例８（比較例）］公知の架橋基を含有するＰＡＥの合成
米国特許５９５９１５７号明細書の記載に準拠して以下の合成を行った。
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０２ｇ、２，２’−ビス（フェニルエチニル）−５，５’−ジヒドロキシ−ビフェニルの７．７２ｇ、ＤＭＡｃの１６０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、オイルバス上で１１０℃に加温した後に、炭酸カリウムの１０．２ｇを添加し、加熱を継続した。４時間後１，５−ジヒドロキシナフタレンの１．６０ｇを添加し、さらに２０時間１１０℃に加熱した後に反応液を室温まで冷却し、激しく撹拌した、酢酸の１３ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の５００ｍＬに徐々に投入して白色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１４．１９ｇの白色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１０６】
得られたＰＡＥは、分子量が１７０００、比誘電率が２．８、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで２３０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行を示唆した。２回目のスキャンではＴｇとして３６２℃が観測された。
【０１０７】
［例９］ＰＡＥ塗膜と基材との接着性及びＰＡＥ塗膜の耐溶剤性
１）ＰＡＥ溶液の調整
例２及び例６で得られたＰＡＥを各々シクロヘキサノンに溶解させて１５％溶液（以下、それぞれ溶液２−１、溶液６−１と記載する。）を調整した。溶液２−１の一部を分取し、アミノフェニルトリメトキシシランをＰＡＥに対して３質量％添加して溶液２−２を調整した。溶液６−１から同様にして溶液６−２を調整した。それぞれの溶液は、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過した。
【０１０８】
２）コーティング
ｐ−ＳｉＮ（膜厚２００ｎｍ）、ｐ−ＳｉＯ（膜厚３００ｎｍ）、Ａｌ（膜厚５００ｎｍ）、ＴｉＮ（膜厚５０ｎｍ）をそれぞれ形成した４インチシリコンウェハ上に上記４種の液をスピンコートすることにより塗膜を形成した。スピン回転数は塗膜厚が５００ｎｍとなるように調整し、ホットプレート上で１００℃×９０秒、２００℃×９０秒のプリベークの後、縦型炉で４２５℃×１時間、窒素雰囲気のファイナルベークを行った。
【０１０９】
３）接着性評価
ＪＩＳ Ｄ０２０２に記載の、ゴバン目テープ剥離テストによりＰＡＥ塗膜と基材との接着性を評価した。
溶液２−１より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ上の塗膜に剥離は見られなかったが、ＴｉＮ上の塗膜に剥離が見られた。（全ゴバン目のうち６０％が剥離）
溶液２−２より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ、ＴｉＮ上いずれの塗膜においても剥離は見られなかった。
溶液６−１より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ、ＴｉＮ上いずれの塗膜においても剥離は見られなかった。
溶液６−２より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ、ＴｉＮ上いずれの塗膜においても剥離は見られなかった。
【０１１０】
４）耐溶媒性評価
ｐ−ＳｉＯ上に形成した塗膜上にシクロヘキサノンを徐々に滴下し、ソルベントストレスクラックの生起の有無を目視及び顕微鏡により評価した。
溶液２−１より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックが有った。
溶液２−２より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックが有った。
溶液６−１より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックがなかった。
溶液６−２より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックがなかった。
【０１１１】
本例によりアミノシランのごとき接着促進剤がＰＡＥの接着性向上に効果があること及び架橋構造の導入により塗膜の耐溶剤性が向上することが明らかとなった。
【０１１２】
［例１０］空孔を含有するＰＡＥ塗膜の作成
例９で調整した溶液６−２に数平均分子量１２００のメチルメタクリレートのオリゴマーをＰＡＥに対して２５質量％添加し、溶解させた後、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過して均一透明な溶液（以下、溶液６−３と記載する。）を調整した。溶液６−３を４インチシリコンウェハ上にスピンコート、続いてベークを行って塗膜を形成した。スピン条件は２５００ｒｐｍ×３０秒とし、例９と同様にプリベーク、ファイナルベークした。得られた塗膜の断面をＳＥＭ観察した結果、ナノメートルオーダーの微小な空孔の存在が確認された。塗膜の比誘電率は１．８であった。また、ゴバン目テープ剥離テストによる剥離や膜の破壊は見られなかった。
【０１１３】
［例１１］層間絶縁膜としての評価
例８で得られたＰＡＥをシクロヘキサノンに溶解させて１５％溶液を調整し、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過を行い溶液（以下、溶液８−１と記載する。）を得た。溶液２−２、６−１、６−２、６−３及び８−１を用いて、以下の方法でシリコンウェハ／ｐ−ＳｉＯ（３００ｎｍ）／ＰＡＥ塗膜（５００ｎｍ）／ｐ−ＳｉＮ（５０ｎｍ）／ｐ−ＳｉＯ（５００ｎｍ）の積層構造を作成した。
【０１１４】
ｐ−ＳｉＯ膜（膜厚３００ｎｍ）を形成した４インチシリコンウェハ上に溶液をスピンコートして膜厚５００ｎｍのＰＡＥ塗膜を例９と同様にして形成した。ついで、モノシラン、アンモニア及び窒素混合ガスによりシリコン窒化膜を５０ｎｍ形成し、その後モノシランと二窒化酸素混合ガスにより５００ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形成した。
【０１１５】
得られた積層体を水素雰囲気下４２５℃で６０分ベークを行い、熱ストレスによるクラック耐性を金属顕微鏡にて調べた。結果を以下に示す。
溶液２−２より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
溶液６−１より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
【０１１６】
溶液６−２より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
溶液６−３より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
溶液８−１より形成された積層体は、０．５μｍ程度の幅のクラックが全面に発生し、かつ一部にＰＡＥ／ｐ−ＳｉＮ間の剥離が見られた。
本実施例より本発明のジオキシン構造を含有するＰＡＥは公知のＰＡＥよりも無機膜の積層が容易であり、層間絶縁膜としての適合性に優れることが判明した。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明の重合単位中にジオキシン構造を含有するＰＡＥは耐熱性に優れ、特にガラス転移温度Ｔｇが高く、誘電率が低い。該ＰＡＥは、電子デバイス用絶縁膜及び多層配線板用絶縁膜としての適用性に優れる。また、該絶縁膜は、誘電率が低く、素子の信号伝搬遅延時間の低減等の高性能化を達成でき、かつ高温域における優れた機械物性による高信頼性化を図れる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規ポリアリーレンエーテル、その製造方法及びその用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアリーレンエーテル（以下、ＰＡＥという。）は、その優れた耐熱性、低い誘電率等の電気特性から特に電子デバイス用絶縁膜として検討されている。ＰＡＥの基本骨格は下記式４で表される。ここで、Ａｒ7及びＡｒ8は独立に芳香族基を表す。
【０００３】
【化４】
例えば、米国特許第３０６４０１１号明細書、米国特許第５１１５０８２号明細書、米国特許第５９５９１５７号明細書、特開平１１−３１５１３９号公報、特開平９−２０２８２３号公報、特開平９−２０２８２４号公報等に種々の構造のＰＡＥが記載されている。これらのＰＡＥは、嵩高い骨格構造及び／又は熱架橋性官能基を導入したＰＡＥであるが、電子デバイス用絶縁膜として要求される、好ましい熱分解温度及びガラス転移温度（以下、Ｔｇという。）が４２５℃以上という高い耐熱性を満足しない。ほとんどの場合Ｔｇは高々３５０℃程度であり、４００℃以上のＴｇを有するＰＡＥを得るためには熱架橋性官能基密度を非常に高くしたり、空気中で加熱する必要がある。しかし、熱架橋性官能基密度を高くするとＰＡＥの含有量が低下して誘電率が上昇したり、未反応官能基が残存して耐熱性が低下したりする。また、空気中での加熱はＰＡＥ自体の酸化分解及び電子デバイスの金属配線の酸化を促進するので、実用上問題となる。
【０００５】
特開平１０−２４７６４６号公報、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ，Ｊａｐａｎ Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．９（１９９６）等には、耐熱性を向上したＰＡＥとして、多官能性モノマーを用いて製造した分岐構造を有するＰＡＥが開示されている。製造中のゲル化を抑制する必要があり、架橋密度及び分子量を充分に高くできないので、ＰＡＥのＴｇは３１０℃程度である。
【０００６】
欧州特許第３９８２５０号明細書、Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍ．Ｐｏｌｍ．１９９４，６（２），１５５等には、主鎖にジオキシン構造を有するポリイミドが記載されている。このポリイミドは極性を有するイミド基の存在により誘電率が充分に低くならない、また、イミド基の分極がデバイス性能に悪影響を及ぼすために電子デバイス及び多層配線板用絶縁膜への応用は困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガラス転移温度Ｔｇが高く、耐熱性に優れ、低い誘電率を有する新規ＰＡＥ、その製造方法及びその用途を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記式１、式２及び式３からなる群から選ばれる式で示されるジオキシン構造の繰り返し単位の少なくとも１つを含有する、質量平均分子量が５００〜１，０００，０００であるＰＡＥを提供する。
【０００９】
【化５】
【化６】
【化７】
ここで、Ａｒ1、Ａｒ2、Ａｒ4はそれぞれ独立に４官能性の芳香族基、Ａｒ3、Ａｒ5、Ａｒ6はそれぞれ独立に３官能性の芳香族基、を表す。
【００１３】
また、本発明は、芳香族基の炭素原子に３個以上のハロゲン原子が結合し、該ハロゲン原子の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ１）と芳香族基の炭素原子に３個又は４個の水酸基が結合し、該水酸基の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ２）とを用い、触媒存在下に、前記オルト位置関係の２個のハロゲン原子とオルト位置関係の２個の水酸基とを縮合重合させてジオキシン構造の繰り返し単位を形成することを特徴とするＰＡＥの製造方法を提供する。該モノマーＭ１は、芳香族基の炭素原子にフッ素原子が結合したモノマーであることが好ましい。該ＰＡＥの質量平均分子量は５００〜１，０００，０００であることが好ましい。
また、本発明は、上述の製造方法でＰＡＥを得て、次に、該ＰＡＥと溶媒とを混合する、溶液の製造方法を提供する。該溶媒は、芳香族炭化水素類、双極子非プロトン系溶媒類、ケトン類、エステル類、エーテル類、またはハロゲン化炭化水素類である。該溶液は、さらにシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、およびアルミニウム系カップリング剤からなる群より選ばれる１種以上を含んでもよい。
また、本発明は、上述の製造方法で溶液を得て、次に、該溶液を基材にスピンコート、ディップコート、スプレーコート、ダイコート、バーコート、ドクターコート、押し出しコート、スキャンコート、はけ塗り、またはポッティングによりコーティングし、加熱して、塗膜を形成する方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、該ＰＡＥからなる電子デバイス用絶縁膜及び多層配線板用絶縁膜を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のＰＡＥは、下記式１、式２及び式３からなる群から選ばれる式で示されるジオキシン構造の繰り返し単位の少なくとも１つを含有する。ここで、Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ4はそれぞれ独立に４官能性の芳香族基を、Ａｒ3、Ａｒ5及びＡｒ6はそれぞれ独立に３官能性の芳香族基を、表す。Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ4は同じであってもよく、異なっていてもよい。また、Ａｒ3、Ａｒ5及びＡｒ6は同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００１６】
【化８】
【化９】
【化１０】
本明細書において、ジオキシン構造とは、下記式５で表されるジベンゾ−ｐ−ジオキシンに基づく構造をいう。ジオキシン構造には、置換基を有してもよい。
【００２０】
【化１１】
前記３官能性及び４官能性の芳香族基としては、単環構造、多環構造、縮合環構造等の芳香族基が挙げられる。また、芳香族基は置換基を有してもよい。置換基としては、低誘電率を維持する観点よりフッ素原子、フッ素置換アルキル基、フッ素置換フェニル基、フェニル基、アリール基、アルキル基、フェノキシ基、アルコキシ基等が好ましい。その具体例としては、下記の芳香族基等が挙げられる。
【００２２】
【化１２】
ここで、Ａは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＳＯ2−、−Ｃ（ＣＨ3）2−、−Ｃ2Ｈ4−、−Ｃ（ＣＦ3）2−、−Ｃ2Ｆ4−、−Ｃ4Ｆ8−、−Ｃ6Ｆ12−、−Ｃ8Ｆ16−、−Ｃ6Ｈ4−、−Ｃ6Ｆ4−等の２価有機基を表す。
【００２４】
本発明のＰＡＥの製造法において、芳香族基の炭素原子に３個以上のハロゲン原子が結合し、該ハロゲン原子の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ１）と芳香族基の炭素原子に３個又は４個の水酸基が結合し、該水酸基の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ２）とを用い、触媒存在下に、前記オルト位置関係の２個のハロゲン原子とオルト位置関係の２個の水酸基とを縮合重合させてジオキシン構造の繰り返し単位を形成する。
【００２５】
モノマーＭ１とモノマーＭ２との縮合重合例を下記の式６、式７及び式８に示す。ここで、Ａｒ1（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）（Ｗ）、Ａｒ3（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）及びＡｒ5（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）がモノマーＭ１を、Ａｒ2（ＯＨ）4、Ａｒ4（ＯＨ）4及びＡｒ6（ＯＨ）3がモノマーＭ２を、示す。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗはフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子を表し、Ａｒ1、Ａｒ2、Ａｒ3、Ａｒ4、Ａｒ5及びＡｒ6は前記と同じである。Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗは同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２６】
式６のＡｒ1（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）（Ｗ）とＡｒ2（ＯＨ）4の縮合重合では、式１で示されるジオキシン構造が繰り返されたＰＡＥが形成される。この場合、式１で示されるジオキシン構造間の結合構造もジオキシン構造となる。式８のＡｒ5（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）とＡｒ6（ＯＨ）3の縮合重合では、式３で示されるジオキシン構造とエーテル結合とを有するＰＡＥが形成される。式７のＡｒ3（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）とＡｒ4（ＯＨ）4の縮合重合では、エーテル結合による分岐を有するＰＡＥが形成される。
【００２７】
【化１３】
【化１４】
【化１５】
モノマーＭ１が５個以上のハロゲン原子を有する場合には、３個又は４個のハロゲン原子は縮合重合に供されるが、残りのハロゲン原子は縮合重合に供されず、生成するＰＡＥ中に残存する。したがって、例えば５個以上のフッ素原子を置換基として有するモノマーＭ１を使用すると前記芳香族基にフッ素原子を含有するＰＡＥが生成する。
【００３１】
モノマーＭ１としては、芳香族基の炭素原子にフッ素原子が結合したモノマー（以下、モノマーＭ１１という。）、芳香族基の炭素原子にフッ素以外のハロゲン原子が結合したモノマー（以下、モノマーＭ１２という。）等が挙げられる。
【００３２】
モノマーＭ１１としては、下記のモノマーが好ましい。ここで、Ｒｆは炭素数１〜８の含フッ素アルキル基を表す。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３３】
【化１６】
モノマーＭ１２としては、臭素原子を含むモノマーが好ましく、下記のモノマーが例示される。Ｒｆは前記と同じである。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３５】
【化１７】
特に、低誘電率のＰＡＥを得るためには、モノマーＭ１としては、モノマーＭ１１がより好ましく、ペルフルオロビフェニルが最も好ましい。ただし、電子デバイスの配線金属と芳香族基の炭素原子に結合したフッ素原子が反応する場合には、モノマーＭ１２が好ましい。
【００３７】
モノマーＭ２としては、下記の、水酸基を３個又は４個有する芳香族基が挙げられる。ここで、Ａは前記と同じである。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
【化１８】
本発明のＰＡＥの製造方法において、モノマーＭ１１とモノマーＭ２との縮合重合は、塩基性触媒存在下、極性溶媒中で実施することが好ましい。
【００４０】
塩基性触媒としては、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩又は水酸化物が好ましい。具体例としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。塩基性触媒の添加量はモノマーＭ２の水酸基量に対して当量倍以上である必要があり、１．１〜３当量倍が好ましい。
【００４１】
極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等の非プロトン性の極性溶媒を含有する溶媒が好ましい。極性溶媒には、生成するＰＡＥの溶解性を低下せず、縮合重合に悪影響を及ぼさない範囲で、トルエン、キシレン、ベンゼン、ベンゾトリフルオライド、キシレンヘキサフルオライド等が含有されてもよい。
【００４２】
縮合重合条件としては、１０〜２００℃で１〜８０時間が好ましい。より好ましくは６０〜１８０℃で２〜６０時間、最も好ましくは８０〜１６０℃で３〜２４時間である。
【００４３】
本発明のＰＡＥの製造方法において、モノマーＭ１２とモノマーＭ２の縮合重合は、いわゆるウルマン反応により実施することが好ましい。触媒として第一銅塩又は第一銅錯体を用いて、モノマーＭ１２とモノマーＭ２のアルカリ金属塩とを反応させることがより好ましい。
【００４４】
第一銅塩としては、塩化第一銅、臭化第一銅等のハロゲン化第一銅が好ましい。また、第一銅錯体としては、第一銅塩等とピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等との反応で得られる第一銅錯体等が好ましい。触媒の使用量は、モノマーに対して０．１〜１０質量％が好ましく、０．５〜５質量％がより好ましい。
【００４５】
モノマーＭ２のアルカリ金属塩は、モノマーＭ２と水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を反応させて合成される。
【００４６】
モノマーＭ１２とモノマーＭ２の縮合重合は、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ベンゾフェノン、ジフェニルエーテル等の溶媒中で実施することが好ましい。高分子量のＰＡＥを合成するには、実質的に無水の条件下、酸素のない雰囲気下で縮合重合することが好ましい。縮合重合条件としては、１００℃以上の温度で１〜８０時間が好ましく、１５０〜２５０℃で５〜２４時間がより好ましい。
【００４７】
本発明のＰＡＥの分子量は、５００〜１，０００，０００である。この範囲にあると、その塗布特性を損なわない。好ましくは、１，０００〜５００，０００である。ＰＡＥの分子量は、縮合重合時のモノマーＭ１とモノマーＭ２の仕込み比率を変化させることによって制御できる。
【００４８】
本発明におけるモノマーＭ２とモノマーＭ１との縮合重合において、モノマーＭ２は反応部位である水酸基を３個又は４個有するので、これらがすべて別々のモノマーＭ１と縮合反応するとＰＡＥ鎖間にエーテル結合による架橋が起こり、容易にゲル化するため、絶縁膜として適用時に必要な溶媒への溶解性が確保されない。水酸基の中で、２個以上が互いにオルト位置関係にあるのでＰＡＥ鎖間の架橋ではなく、前記２個のハロゲン原子と前記２個の水酸基が縮合してジオキシン構造が形成され、架橋による網目状のＰＡＥは実質的に生成しない。
【００４９】
このようなジオキシン構造の連鎖（以下、ラダー構造という。）により主鎖が剛直化し、ＰＡＥ分子間に架橋がなくてもガラス転移温度の高いＰＡＥが得られると考えられる。また、イミド基のような極性基を含有しないため低い誘電率を有するＰＡＥが得られると考えられる。
【００５０】
本発明において、前記モノマーＭ１とモノマーＭ２のみから得たＰＡＥが溶解性不充分であったり、ＰＡＥの塗膜が脆性を有する場合には、溶解性向上及び／又は塗膜への可とう性付与の目的で水酸基を２個有する芳香族化合物（以下、モノマーＭ３という。）を共縮合重合することが好ましい。モノマーＭ３としては、誘電率を増大させるような官能基を含まない、公知のモノマーを使用できる。
【００５１】
モノマーＭ３の例としては、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシビフェニル、ジヒドロキシターフェニル、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシアントラセン、ジヒドロキシフェナントレン、ジヒドロキシ−９，９−ジフェニルフルオレン、ジヒドロキシジベンゾフラン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、ジヒドロキシ−２，２−ジフェニルプロパン、ジヒドロキシ−２，２−ジフェニルヘキサフルオロプロパン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。Ｍ３を用いる場合には、その使用量はモノマーＭ１とＭ２の合計に対して１〜８０質量％が好ましく、１０〜７０質量％がより好ましい。モノマーＭ３が多すぎるとＰＡＥの耐熱性が低くなり、少なすぎると可とう性や溶解性の向上効果が不充分である。
【００５２】
本発明のＰＡＥに対しては、さらに耐熱性を高めたり、耐溶剤性を付与する等の目的でＰＡＥ分子間の架橋又はＰＡＥ分子鎖の鎖延長反応を実施してもよい。架橋又は鎖延長反応の方法としては、加熱、光照射、電子線照射等の公知の方法が適用できる。電子デバイス又は多層配線板の製造工程での適用性に優れる加熱がより好ましい。加熱による架橋又は鎖延長性を促進するためにＰＡＥ分子に種々の官能基の導入したり、添加剤を配合することがより好ましい。
【００５３】
ＰＡＥ分子に導入される官能基としては、誘電率を上昇させる極性基を含まないものが好ましい。官能基の具体例としては、エチニル基、シクロペンタジエノン基、ニトリル基、アルコキシシリル基、ジアリールヒドロキシメチル基、ヒドロキシフルオレニル基等が挙げられる。耐熱性の観点より、エチニル基、ジアリールヒドロキシメチル基又はヒドロキシフルオレニル基がより好ましい。
【００５４】
エチニル基をＰＡＥ鎖中に導入する方法としては、３−エチニルフェノール、４−フェニルエチニルフェノール、４−（４−フルオロフェニル）エチニルフェノール等のエチニルフェノール類を反応させることによりＰＡＥ分子鎖末端に導入する方法、２，２’−ビス（フェニルエチニル）−５，５’−ジヒドロキシビフェニル、２，２’−ビス（フェニルエチニル）−４，４’−ジヒドロキシビフェニル等のビス（フェニルエチニル）ジヒドロキシビフェニル類、４，４’−ジヒドロキシトラン、３，３’−ジヒドロキシトラン等のジヒドロキシジフェニルアセチレン類、４−フェニルエチニルペンタフルオロベンゼン、４−フェニルエチニルノナフルオロビフェニル等の含フッ素ジアリールアセチレン類を共縮合重合させてＰＡＥ分子の主鎖中又は側鎖に導入する方法等、が挙げられる。
【００５５】
ジアリールヒドロキシメチル基又はヒドロキシフルオレニル基をＰＡＥ分子鎖に導入する方法としては、ＰＡＥをブチルリチウム等の金属化試薬で処理した後に対応するケトンと反応させ主鎖にグラフトさせる方法等が挙げられる。
【００５６】
ＰＡＥ中の官能基の含有量は、ＰＡＥの全重合単位に対して０．１〜５０モル％が好ましく、１〜３０モル％がより好ましい。
【００５７】
本発明において、添加剤としては、ビストリアゼン化合物のようなラジカル発生剤、ビスシクロペンタジエノン誘導体等が挙げられる。添加剤の含有量はＰＡＥの重合単位に対して０．０１〜５０モル％が好ましく、０．１〜３０モル％がより好ましい。
【００５８】
ＰＡＥがエチニル基を含有する場合には、添加剤としてビスシクロペンタジエノン誘導体の使用が好ましい。エチニル基とシクロペンタジエノン基は熱によりディールスアルダー反応し、ついで脱一酸化炭素反応して芳香族基を形成するので、ビスシクロペンタジエノン誘導体を使用すると芳香族基が結合部位である架橋又は鎖延長ができる。ビスシクロペンタジエノン誘導体としては特に制限はないが、例えば、３，３−（１，４−フェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３−（４，４−ビフェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３’−（オキシジ−１，４−フェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３’−（チオジ−１，４−フェニレン）−ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエノン）、３，３−（１，４−フェニレン）ビス（２，５−ジ−（４−フルオロフェニル）−４−フェニルシクロペンタジエノン、ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエニル−３−フェニル）−１，２−エチレン、ビス（２，４，５−トリフェニルペンタジエニル−３−フェニル）−１，３−プロパン等を挙げることができる。これらのビスシクロペンタジエノン誘導体のうち、耐熱性の観点から、全芳香族系のビスシクロペンタジエノン誘導体が好ましい。これらは単独でもよく、２種以上を併用してもよい。ビスシクロペンタジエノン誘導体の添加量はＰＡＥのエチニル基１モルに対して０．１〜０．５モルがより好ましく、０．１５〜０．５モルが最も好ましい。
【００５９】
本発明のＰＡＥは、縮合重合、官能基導入反応後、中和、抽出、再沈殿、ろ過等の方法で精製される。電子デバイス用絶縁膜及び多層配線板用絶縁膜としての用途において、縮合重合触媒であるカリウム、ナトリウム、銅等の金属及び遊離したハロゲン原子はトランジスタの動作不良や配線の腐食等を引き起こす原因物質と成りうるので充分に精製することが好ましい。
【００６０】
本発明のＰＡＥは、通常、溶媒に溶解した溶液として実用に供される。溶媒としては、ＰＡＥ及び前記の添加剤類を有効に溶かし、所望の方法で所望の塗膜が得られれば特に制限はないが、例えば、芳香族炭化水素類、双極子非プロトン系溶媒類、ケトン類、エステル類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類を挙げられる。
【００６１】
芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、キュメン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン等を挙げられる。
【００６２】
双極子非プロトン系溶媒類としては、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【００６３】
ケトン類としては、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクオヘプタノン、シクロオクタノン、メチルアミルケトン等が挙げられる。
【００６４】
エーテル類としては、テトラヒドロフラン、ピラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジフェニルエーテル、アニソール、フェネトール、ジグライム、トリグライム等が挙げられる。
【００６５】
エステル類としては、乳酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート、プロピ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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピ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モノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００６６】
ハロゲン化炭化水素類としては、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等を挙げることができる。
【００６７】
ＰＡＥの濃度は、１〜５０質量％が好ましく、５〜３０質量％がより好ましい。
【００６８】
本発明のＰＡＥの塗膜形成方法としては、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、ダイコート、バーコート、ドクターコート、押し出しコート、スキャンコート、はけ塗り、ポッティング等の公知のコーティング方法が挙げられる。電子デバイスの絶縁膜として用いる場合には、膜厚の均一性の観点からスピンコート又はスキャンコートが好ましい。塗布後、溶媒を揮発させたり、架橋や鎖延長反応を完結させるために加熱（ベーク）を行う。ベーク条件は通常２００〜４５０℃で１〜１２０分が好ましく、３００〜４２５℃で２〜６０分がより好ましい。塗膜の厚さは０．０１〜５０μｍが好ましく、０．１〜３０μｍがより好ましい。塗膜の表面平滑性を確保したり、塗膜の微細スペース埋込性を向上させるために、５０〜２５０℃程度のプリベーク工程を追加したり、ベーク工程を何段階かに分けて実施することもできる
また、基材との接着性を向上させるために接着促進剤を使用できる。接着促進剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられ、エポキシシラン類、アミノシラン類などのシラン系カップリング剤がより好ましい。アミノシラン類としては、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどの脂肪族アミノシラン類、アミノフェニルトリメトキシシラン、アミノフェニルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどの含芳香族基アミノシラン類が例示される。
【００６９】
接着促進剤の適用方法としては、ＰＡＥ溶液塗布前に基材を接着促進剤で処理する方法、ＰＡＥ溶液中に接着促進剤を添加する方法等が使用できる。基材を接着促進剤で処理する方法の例としては、アミノシラン類の場合、０．０１〜１質量％のアルコール系溶液として基材にスピンコートする方法が挙げられる。接着促進剤をＰＡＥ溶液中に添加する場合、添加量は含有されるＰＡＥに対して０．０５〜１０質量％が好ましく、０．１〜５質量％がより好ましい。接着促進剤の添加量が少ないと接着性向上効果が充分でなく、多すぎると電気特性、耐熱性が低下する。
【００７０】
本発明のＰＡＥの用途としては、保護膜、燃料電池、各種電池用膜材料、フォトレジスト、光導波材料、電子用部材、封止剤、オーバーコート剤、透明フィルム材、接着剤、繊維材、耐候性塗料等が挙げられる。特に、電子デバイス用絶縁膜又は多層配線板用絶縁膜の用途が好ましい。
【００７１】
本発明において、電子デバイスとしては、ダイオード、トランジスタ、化合物半導体、サーミスタ、バリスタ、サイリスタ等の個別半導体、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）、ＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）、ＥＰＲＯＭ（イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリー・メモリ）、マスクＲＯＭ（マスク・リード・オンリー・メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（エレクトリカル・イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリー・メモリ）、フラッシュメモリなどの記憶素子、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣなどの理論回路素子、ＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロウェーブ集積回路）に代表される化合物半導体などの集積回路素子、混成集積回路（ハイブリッドＩＣ）、発光ダイオード、電荷結合素子などの光電変換素子等が挙げられる。
【００７２】
多層配線板としては、電子デバイス等を実装するための各種基板であり、プリント配線板、ビルドアップ配線板、ＭＣＭなどの高密度配線板等が挙げられる。
【００７３】
本発明において、絶縁膜としては、バッファコート膜、パッシベーション膜、層間絶縁膜、アルファ線遮蔽膜等が挙げられる。
【００７４】
本発明において、ＰＡＥ塗膜を用いる電子デバイス用絶縁膜又は多層配線板用絶縁膜の用途において、低い誘電率の絶縁膜を得る目的で、ＰＡＥ絶縁膜中に空孔を含有することも好ましい。空孔の導入方法としては、下記の（１）、（２）等が挙げられる。
（１）本発明のＰＡＥに相溶又は分散する物質を添加し、該物質を絶縁膜形成過程又は絶縁膜形成後に除去する方法。
（２）熱分解温度の低いポリマーと本発明のＰＡＥとをブロック化又はグラフト化し、熱分解温度の低いポリマー部分を絶縁膜形成過程又は絶縁膜形成後に除去する方法。
【００７５】
ＰＡＥに相溶又は分散する物質としては、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、アクリル系重合体等のオリゴマー又はポリマー、及びシリカ、金属等の微粒子が挙げられる。前記オリゴマー又はポリマーは熱分解温度が低いことを利用して絶縁膜形成中の加熱により分解除去でき、前記微粒子は耐薬品性の差を利用して製膜後に酸等で処理することにより溶解除去できる。いずれも除去された跡が空孔となり膜中へ空孔が導入される。
【００７６】
ＰＡＥとブロック又はグラフト化可能な、熱分解温度の低いポリマーとしては、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、アクリル系重合体等が挙げられる。ブロック化及びグラフト化方法は公知のものが適用できるが、ＰＡＥの末端基を利用してブロックポリマーを合成する方法、ＰＡＥを金属化試薬等で処理して主鎖に導入した官能基を利用してグラフトポリマーを合成する方法等が例示できる。
【００７７】
ブロック又はグラフト化されたＰＡＥは、絶縁膜形成時にＰＡＥ部分とブロック又はグラフト部分がミクロ相分離し、熱分解温度の低いブロック又はグラフト部分がその後の加熱により選択的に分解されるため、空孔を絶縁膜中に導入されると考えられる。
【００７８】
本発明におけるＰＡＥの塗膜は、他の膜と複合化させて使用できる。例えば、半導体素子パッシベーション膜又は半導体素子用層間絶縁膜として適用する場合、本発明のＰＡＥの塗膜の下層及び／又は上層に無機膜を形成することも好ましい。
【００７９】
無機膜としては、常圧、減圧又はプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法や塗布法で形成される膜であり、例えばシリコン酸化膜に必要に応じてリン及び／又はホウ素をドープしたいわゆるＰＳＧ膜又はＢＰＳＧ膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、ＳｉＯＣ膜、スピン−オン−グラス（ＳＯＧ）膜等が挙げられる。
【００８０】
ＰＡＥ塗膜と金属配線との間に無機膜を形成することによって、金属配線の剥がれを防止したり、いわゆるダマシン形状等のエッチング加工が容易にできる。
ＰＡＥ塗膜上層への無機膜の形成は、ＰＡＥ塗膜のエッチバック法又はＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）法により部分的に削除した後に実施してもよい。
【００８１】
ＰＡＥ塗膜上層に無機膜を形成する時に、ＰＡＥ塗膜と無機膜の密着性が充分でない又は無機膜形成時に膜減りする等の場合には、次の方法の適用が好ましい。
【００８２】
多層無機膜を形成する方法：シリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、用いるガス組成によっては膜減りが発生する場合に、まずシリコン窒化膜又は常圧ＣＶＤ−シリコン酸化膜などの膜減りを生起しない無機膜の薄膜を形成する。ついでこの薄膜をバリア層としてシリコン酸化膜を形成する。
【００８３】
ＰＡＥ塗膜をエネルギー線で処理する方法：エネルギー線による処理がＰＡＥ塗膜と無機膜との界面の密着性を向上させる効果を有する場合がある。エネルギー線処理としては、光を含む広義の意味での電磁波、すなわちＵＶ光照射、レーザ光照射、マイクロ波照射等、又は電子線を利用する処理、すなわち電子線照射、グロー放電処理、コロナ放電処理、プラズマ処理などの処理が例示される。
【００８４】
これらのうち半導体素子の量産工程に好適な処理方法としては、ＵＶ光照射、レーザ光照射、コロナ放電処理、プラズマ処理が挙げられる。
【００８５】
プラズマ処理は半導体素子に与えるダメージが小さくより好ましい。プラズマ処理を行う装置としては装置内に所望のガスを導入でき、電場を印加できるものであれば特に限定されず、市販のバレル型、平行平板型のプラズマ発生装置が適宜使用できる。プラズマ装置へ導入するガスとしては、表面を有効に活性化するものであれば特に限定されず、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、これらの混合ガス等が挙げられる。また、ＰＡＥ塗膜の表面を活性化させ、膜減りもほとんどないガスとしては、窒素と酸素の混合ガス及び窒素ガスが挙げられる。
【００８６】
【実施例】
次に、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。例１が参考例、例２〜６及び例９〜１１が実施例、例７〜８が比較例、である。例１はジオキシン構造形成の確認、例２〜８はＰＡＥの合成と基本特性の評価結果、例９が塗膜特性、例１０が空孔含有塗膜の作成、例１１が絶縁膜特性の評価、である。なお、分子量、Ｔｇ、比誘電率は下記の方法により測定した。
【００８７】
［分子量］テトラヒドロフランを溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ）によりポリスチレン換算の数平均分子量を求めた。
【００８８】
［Ｔｇ（ガラス転移温度）］窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件でＤＳＣ測定した。４０℃から４５０℃までのスキャンを一度行った後に４０℃まで冷却し、さらにもう一度４５０℃までのスキャンを行った。
【００８９】
［比誘電率］シリコンウェハ上に４００〜７００ｎｍの塗膜を形成し、水銀プローバーによるＣＶ測定を行うことにより１ＭＨｚの比誘電率を求めた。塗膜厚さは分光エリプソメータによって求めた値を使用した。塗膜形成条件は下記とした。
１）ＰＡＥ溶液の調整
ＰＡＥをシクロヘキサノンに溶解させて１５％溶液を調整し、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過し、ＰＡＥ溶液を作成した。
２）コーティング
４インチシリコンウェハ上にＰＡＥ溶液をスピンコートして塗膜を形成した。スピン条件は２０００ｒｐｍ×３０秒とし、ホットプレートによる１００℃×９０秒、２００℃×９０秒のプリベークの後、縦型炉で４２５℃×１時間、窒素雰囲気下にファイナルベークを行った。
【００９０】
［参考例１（参考例）］低分子量体（３量体）の合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた１００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの６．６８ｇ（２０ミリモル）、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンの３．４０ｇ（１０ミリモル）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃという。）の６０ｇ、ベンゼンの５ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの６．２１ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃に加熱した。４時間後、反応液を室温まで冷却し、激しく撹拌した、酢酸の８．１ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の３００ｍＬに徐々に投入すると白色粉状物が沈殿した。この白色粉状物をろ過し、さらに純水で５回洗浄した後に、８０℃で１５時間真空乾燥を行って８．２８ｇの白灰色粉末を得た。
【００９１】
得られた粉末はＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶であった。ＧＰＣ測定の結果、分子量１２００程度の鋭い大きなピーク及びより高分子量側にブロードで小さなピークが観測された。ＮＭＲ測定より下記式８のジオキシン構造を有する３量体が主成分であると確認された。
【００９２】
【化１９】
［例２］ジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０２ｇ、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンの６．８１ｇ、ＤＭＡｃの１４０ｇ、ベンゼンの１０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１６．６ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃に加熱した。４時間後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸２２ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の８００ｍＬに徐々に投入すると白色粉状物が沈殿した。この白色粉状物をろ過し、さらに純水で５回洗浄した後に、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１３．２１ｇの白灰色粉末状のＰＡＥを得た。
【００９４】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約２５００、比誘電率は２．５、であった。ＤＳＣ測定において２回のスキャンとも転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることがわかった。
【００９５】
［例３］末端に架橋基を含むジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた１００ｃｃガラスフラスコに、例２で得られたＰＡＥの３．３１ｇ、４−（４−フルオロフェニルエチニル）フェノールの１．３７ｇ、ＤＭＡｃの２８ｇ、トルエンの６ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１．３５ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃に加熱した。３時間後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸３ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の２００ｃｃに徐々に投入して白灰色沈殿を得た。この白灰色沈殿をろ過し、さらに純水で５回洗浄した後に８０℃で１３時間真空乾燥を行って４．１２ｇの白灰色粉末状のＰＡＥを得た。
【００９６】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約２７００、比誘電率は２．５、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで３７０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行が示唆された。２回目のスキャンでは転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることがわかった。
【００９７】
［例４］末端に架橋基を含むジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０１ｇ、１，２，４−トリヒドロキシベンゼンの２．５２ｇ、ＤＭＡｃ１５０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１６．６ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃、４時間加熱した後に、４−（４−フルオロフェニルエチニル）フェノールの４．６６ｇを添加し、さらに２時間１２０℃で加熱した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の２２ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の８００ｃｃに徐々に投入して淡褐色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１２時間真空乾燥を行って１２．９５ｇの淡褐色粉末状のＰＡＥを得た。
【００９８】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約１２０００、比誘電率は２．４、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで３６０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行を示唆した。２回目のスキャンでは転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることが分かった。
【００９９】
［例５］ジヒドロキシモノマーを共縮合重合した、ジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの９．９８ｇ、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンの６．７９ｇ、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンの１．７５ｇ、ＤＭＡｃの１４０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１８．６ｇを添加し、オイルバス上で１２０℃、５時間加熱した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の２４ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の１Ｌに徐々に投入して黄褐色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１２時間真空乾燥を行って１４．８３ｇの淡褐色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１００】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン、シクロヘキサノン及びクロロホルムに可溶で、分子量は約２５０００、であった。ＤＳＣ測定において２回のスキャンとも転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることがわかった。
【０１０１】
［例６］架橋基を含有するジヒドロキシモノマーを共縮合重合した、ジオキシン構造を含有するＰＡＥの合成
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０１ｇ、１，２，４−トリヒドロキシベンゼンの２．５２ｇ、４，４’−ジヒドロキシトランの１．０５ｇ、ＤＭＡｃの１３０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、オイルバス上で加温し、液温が１２０℃となった時点で炭酸カリウムの１４．５ｇを添加し、１２０℃で２０時間保持した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の１９ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／２）混合液の８００ｃｃに徐々に投入して淡褐色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、さらにメタノールによるソックスレー抽出を２日間行った後に、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１０．１８ｇの淡褐色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１０２】
得られたＰＡＥはＴＨＦ、アセトン及びシクロヘキサノン、クロロホルムに可溶で、分子量は３２０００、比誘電率は２．５、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで３２０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行を示唆した。２回目のスキャンでは転移点や発／吸熱ピークは観測されず、Ｔｇは４５０℃以上であることが分かった。
【０１０３】
［例７（比較例）］公知のＰＡＥの合成
米国特許５１１５０８２号明細書の記載に準拠して以下の合成を行った。
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの９．９８ｇ、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンの１０．１５ｇ、ＤＭＡｃ１２０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、炭酸カリウムの１０．０ｇを添加し、オイルバスで７５℃、１６時間加熱した。反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した、酢酸の１３ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の５００ｍＬに徐々に投入して白色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１５．４０ｇの白色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１０４】
得られたＰＡＥは、分子量は２８０００、比誘電率は２．７、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンでＴｇとして２６２℃、２回目のスキャンでＴｇとして２５８℃が観測された。
【０１０５】
［例８（比較例）］公知の架橋基を含有するＰＡＥの合成
米国特許５９５９１５７号明細書の記載に準拠して以下の合成を行った。
温度計、ジムロート冷却器、メカニカル撹拌器のついた２００ｃｃガラスフラスコに、ペルフルオロビフェニルの１０．０２ｇ、２，２’−ビス（フェニルエチニル）−５，５’−ジヒドロキシ−ビフェニルの７．７２ｇ、ＤＭＡｃの１６０ｇを仕込み、撹拌して均一溶液とした。ついで、オイルバス上で１１０℃に加温した後に、炭酸カリウムの１０．２ｇを添加し、加熱を継続した。４時間後１，５−ジヒドロキシナフタレンの１．６０ｇを添加し、さらに２０時間１１０℃に加熱した後に反応液を室温まで冷却し、激しく撹拌した、酢酸の１３ｇを含む純水／メタノール（容積比約１／１）混合液の５００ｍＬに徐々に投入して白色沈殿を得た。ろ過した後に純水で５回洗浄し、８０℃で１５時間真空乾燥を行って１４．１９ｇの白色粉末状のＰＡＥを得た。
【０１０６】
得られたＰＡＥは、分子量が１７０００、比誘電率が２．８、であった。ＤＳＣ測定において１回目のスキャンで２３０℃付近にピークを有するブロードな発熱が観測され、エチニル基の架橋反応の進行を示唆した。２回目のスキャンではＴｇとして３６２℃が観測された。
【０１０７】
［例９］ＰＡＥ塗膜と基材との接着性及びＰＡＥ塗膜の耐溶剤性
１）ＰＡＥ溶液の調整
例２及び例６で得られたＰＡＥを各々シクロヘキサノンに溶解させて１５％溶液（以下、それぞれ溶液２−１、溶液６−１と記載する。）を調整した。溶液２−１の一部を分取し、アミノフェニルトリメトキシシランをＰＡＥに対して３質量％添加して溶液２−２を調整した。溶液６−１から同様にして溶液６−２を調整した。それぞれの溶液は、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過した。
【０１０８】
２）コーティング
ｐ−ＳｉＮ（膜厚２００ｎｍ）、ｐ−ＳｉＯ（膜厚３００ｎｍ）、Ａｌ（膜厚５００ｎｍ）、ＴｉＮ（膜厚５０ｎｍ）をそれぞれ形成した４インチシリコンウェハ上に上記４種の液をスピンコートすることにより塗膜を形成した。スピン回転数は塗膜厚が５００ｎｍとなるように調整し、ホットプレート上で１００℃×９０秒、２００℃×９０秒のプリベークの後、縦型炉で４２５℃×１時間、窒素雰囲気のファイナルベークを行った。
【０１０９】
３）接着性評価
ＪＩＳ Ｄ０２０２に記載の、ゴバン目テープ剥離テストによりＰＡＥ塗膜と基材との接着性を評価した。
溶液２−１より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ上の塗膜に剥離は見られなかったが、ＴｉＮ上の塗膜に剥離が見られた。（全ゴバン目のうち６０％が剥離）
溶液２−２より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ、ＴｉＮ上いずれの塗膜においても剥離は見られなかった。
溶液６−１より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ、ＴｉＮ上いずれの塗膜においても剥離は見られなかった。
溶液６−２より得られた塗膜は、ｐ−ＳｉＮ、ｐ−ＳｉＯ、Ａｌ、ＴｉＮ上いずれの塗膜においても剥離は見られなかった。
【０１１０】
４）耐溶媒性評価
ｐ−ＳｉＯ上に形成した塗膜上にシクロヘキサノンを徐々に滴下し、ソルベントストレスクラックの生起の有無を目視及び顕微鏡により評価した。
溶液２−１より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックが有った。
溶液２−２より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックが有った。
溶液６−１より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックがなかった。
溶液６−２より得られた塗膜は、ソルベントストレスクラックがなかった。
【０１１１】
本例によりアミノシランのごとき接着促進剤がＰＡＥの接着性向上に効果があること及び架橋構造の導入により塗膜の耐溶剤性が向上することが明らかとなった。
【０１１２】
［例１０］空孔を含有するＰＡＥ塗膜の作成
例９で調整した溶液６−２に数平均分子量１２００のメチルメタクリレートのオリゴマーをＰＡＥに対して２５質量％添加し、溶解させた後、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過して均一透明な溶液（以下、溶液６−３と記載する。）を調整した。溶液６−３を４インチシリコンウェハ上にスピンコート、続いてベークを行って塗膜を形成した。スピン条件は２５００ｒｐｍ×３０秒とし、例９と同様にプリベーク、ファイナルベークした。得られた塗膜の断面をＳＥＭ観察した結果、ナノメートルオーダーの微小な空孔の存在が確認された。塗膜の比誘電率は１．８であった。また、ゴバン目テープ剥離テストによる剥離や膜の破壊は見られなかった。
【０１１３】
［例１１］層間絶縁膜としての評価
例８で得られたＰＡＥをシクロヘキサノンに溶解させて１５％溶液を調整し、ＰＴＦＥ製フィルター（ポア径０．２μｍ）でろ過を行い溶液（以下、溶液８−１と記載する。）を得た。溶液２−２、６−１、６−２、６−３及び８−１を用いて、以下の方法でシリコンウェハ／ｐ−ＳｉＯ（３００ｎｍ）／ＰＡＥ塗膜（５００ｎｍ）／ｐ−ＳｉＮ（５０ｎｍ）／ｐ−ＳｉＯ（５００ｎｍ）の積層構造を作成した。
【０１１４】
ｐ−ＳｉＯ膜（膜厚３００ｎｍ）を形成した４インチシリコンウェハ上に溶液をスピンコートして膜厚５００ｎｍのＰＡＥ塗膜を例９と同様にして形成した。ついで、モノシラン、アンモニア及び窒素混合ガスによりシリコン窒化膜を５０ｎｍ形成し、その後モノシランと二窒化酸素混合ガスにより５００ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形成した。
【０１１５】
得られた積層体を水素雰囲気下４２５℃で６０分ベークを行い、熱ストレスによるクラック耐性を金属顕微鏡にて調べた。結果を以下に示す。
溶液２−２より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
溶液６−１より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
【０１１６】
溶液６−２より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
溶液６−３より形成された積層体は、クラックの発生及びその他の欠陥はなかった。
溶液８−１より形成された積層体は、０．５μｍ程度の幅のクラックが全面に発生し、かつ一部にＰＡＥ／ｐ−ＳｉＮ間の剥離が見られた。
本実施例より本発明のジオキシン構造を含有するＰＡＥは公知のＰＡＥよりも無機膜の積層が容易であり、層間絶縁膜としての適合性に優れることが判明した。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明の重合単位中にジオキシン構造を含有するＰＡＥは耐熱性に優れ、特にガラス転移温度Ｔｇが高く、誘電率が低い。該ＰＡＥは、電子デバイス用絶縁膜及び多層配線板用絶縁膜としての適用性に優れる。また、該絶縁膜は、誘電率が低く、素子の信号伝搬遅延時間の低減等の高性能化を達成でき、かつ高温域における優れた機械物性による高信頼性化を図れる。
Claims (10)
- 芳香族基の炭素原子に３個以上のハロゲン原子が結合し、該ハロゲン原子の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ１）と芳香族基の炭素原子に３個又は４個の水酸基が結合し、該水酸基の２個以上がオルト位置関係にある芳香族モノマー（モノマーＭ２）とを用い、触媒存在下に、前記オルト位置関係の２個のハロゲン原子とオルト位置関係の２個の水酸基とを縮合重合させてジオキシン構造の繰り返し単位を形成することを特徴とするポリアリーレンエーテルの製造方法。
- 前記モノマーＭ１が、芳香族基の炭素原子にフッ素原子が結合したモノマーである、請求項１に記載のポリアリーレンエーテルの製造方法。
- 前記ポリアリーレンエーテルの質量平均分子量が５００〜１，０００，０００である、請求項１または２に記載のポリアリーレンエーテルの製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法でポリアリーレンエーテルを得て、次に、該ポリアリーレンエーテルと溶媒とを混合することを特徴とする、溶液の製造方法。
- 前記溶媒が、芳香族炭化水素類、双極子非プロトン系溶媒類、ケトン類、エステル類、エーテル類、またはハロゲン化炭化水素類である、請求項４に記載の溶液の製造方法。
- さらにシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、およびアルミニウム系カップリング剤からなる群より選ばれる１種以上を含ませる、請求項４または５に記載の溶液の製造方法。
- 請求項４〜６のいずれか一項に記載の製造方法で溶液を得て、次に、該溶液を基材にスピンコート、ディップコート、スプレーコート、ダイコート、バーコート、ドクターコート、押し出しコート、スキャンコート、はけ塗り、またはポッティングによりコーティングし、加熱して、塗膜を形成する方法。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法で得られたポリアリーレンエーテルからなる電子デバイス用絶縁膜。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法で得られたポリアリーレンエーテルからなる多層配線板用絶縁膜。
- 絶縁膜中に空孔を含有する請求項８又は９に記載の絶縁膜。
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