JP6152883B2 - 感光性樹脂組成物、パターン形成用材料及びパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、感光性樹脂組成物、パターン形成材料、パターン形成方法及び当該感光性樹脂組成物又はその硬化物により少なくとも一部が形成されている物品に関する。
近年、半導体装置の高集積化、高信頼性化等に伴って、回路配線等の層間絶縁膜、表面保護膜、マルチチップモジュール等として用いられる材料として、無機材料に代わり高耐熱性樹脂が脚光を浴びている。高耐熱性樹脂の中でもポリイミド樹脂は、耐熱性、機械特性、低誘電率や高絶縁性等の電気特性、平坦化能、加工性等に優れるため広く使用され、さかんに研究開発が行われている。
ポリイミドは、ジアミンと酸二無水物から合成される高分子である。ジアミンと酸二無水物を溶液中で反応させることで、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸(ポリアミック酸)となり、その後、脱水閉環反応を経てポリイミドとなる。一般に、ポリイミドは溶媒への溶解性に乏しく加工が困難なため、ポリイミド材料にパターン形成を施す場合には、ポリイミド塗膜上にフォトレジストのパターンを形成し、次いでエッチング処理を行う必要がある。従って、工程の複雑化は避けられない。そこで、ポリイミド材料自身にパターン形成能を備えた感光性ポリイミド組成物が使われている例が多い。
感光性ポリイミド組成物としては、ポリイミド前駆体および重クロム酸塩からなる系が最初に提案された(特許文献1)。しかしながら、この材料は、実用的な光感度を有するとともに膜形成能が高いなどの長所を有する反面、保存安定性に欠け、また硬化後のポリイミド樹脂中にクロムイオンが残存することなどの欠点があり、実用には至らなかった。
別の感光性ポリイミド材料としては、ポリアミド酸アルキルエステルと光塩基発生剤を用いて直接パターンを形成する方法(特許文献2)、ポリアミド酸と光塩基発生剤を用いて直接パターンを形成する方法(特許文献3)が提案されている。この手法は、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などのポリイミド前駆体と光塩基発生剤を混合するだけで簡便に感光性ポリイミドを調製できるという特徴があり、アミンなどの塩基性物質が、ポリアミド酸のイミド化反応を促進する触媒として作用することを利用しており、光塩基発生剤によって潜在化されている塩基性物質を露光により、位置選択的に発生させることによりパターン形成を行うものである。
特許文献2及び特許文献3に開示された技術は、感光性樹脂組成物を基材上に塗布して塗膜を形成し、フォトマスクを介して光塩基発生剤の活性光線を照射する。これによって、露光部のみに塩基を発生させる。次に、塗膜を熱処理(PEB:Post Exposure Bake)すると、塩基の存在する露光部は、未露光部に比べて塩基の触媒作用によりイミド化が促進され、露光部と未露光部のイミド化率の違いが生じる。イミド化率が異なると現像液への溶解速度も異なるため、ここで生じた現像液への溶解速度の差を利用して、絶縁樹脂層のパターンを得るというものである。一般に、イミド化率が大きいほど、有機溶媒や塩基性水溶液などへの溶解性が小さくなるため、これらの手法の場合は、露光部のイミド化率が未露光部に比べ大きくなることから未露光部が現像液に溶解し、露光部がパターンとして残存するネガ型の感光性材料として機能する。
特許文献2の手法の場合、ポリアミド酸アルキルエステルが水溶液に対して不溶であるため有機溶媒を現像液として用いる。またポリアミド酸アルキルエステルは保存安定性に優れるという特徴がある。
一方で、特許文献3の手法の場合、ポリアミド酸が、骨格内にカルボキシル基を有しているためアルカリ水溶液に可溶であり、現像液に塩基性水溶液を利用でき環境負荷が少ないこと、イミド化の過程でカルボキシル基が消失していくため、塩基性水溶液に対する溶解性の低下率が大きく露光部と未露光部との現像液に対する溶解性の差を、より大きく出来るという特徴がある。近年、環境への関心が高まっていることや、廃液処理費用負担を低減できることなどから塩基性水溶液による現像が可能な、ポリアミド酸を利用する手法の検討が盛んである。
特公昭49−17374号公報 特開平5−197148号公報 特開平8−227154号公報
上記のようなパターン形成方法において、露光部の残膜率(現像後のパターン膜厚/現像前の塗膜の膜厚:現像液に溶解せずにパターンとして残存した膜厚の初期膜厚に対する割合)を大きくしようとする場合、露光部のイミド化率をより大きくするため、露光後加熱の温度を高くする必要がある。その際に、未露光部のイミド化も同様に進んでしまうため、未露光部の現像液に対する溶解性が低下し、より強力な高濃度の現像液を利用する必要が生じたり、安全性の高い希薄な塩基性水溶液を利用できる場合でも現像時間が長くなってしまうという課題がある。
光塩基発生剤を利用した感光性ポリイミドの場合は、他のメカニズムによりパターン形成を行う感光性ポリイミドと異なり、現像の際には、未露光部が、本発明の感光性樹脂組成物を塗布した直後の状態から変化している(イミド化が進行する)ため、未露光部の現像性改善というのが、特に重要な課題として注目されている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、パターン形成の際、現像時間を短くすることができ、かつ得られたパターン形状が良好となる、感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために研究を重ねた結果、末端部分の構造を特定の骨格とすることによって向上させたポリイミド前駆体を用いることにより、感光性樹脂組成物の未露光部の溶解速度を向上させ、現像時間を短くすることができ、かつ、未露光部と露光部の溶解速度の比を大きくすることにより、良好なパターン形状が得られるとの知見を得、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の感光性樹脂組成物は、少なくとも、下記式(1)で表わされる構造を含み、重量平均分子量が3,000〜1,000,000のポリイミド前駆体と、下記式(7)で表わされる光塩基発生剤を含有することを特徴とする。
(式(1)中、Rは4価の有機基、Rは2価の有機基、Rは水素原子又はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及び、アルキル基にエーテル結合を含有した構造、Rは水素原子又は下記式(2)〜(5)で表わされる有機基よりなる群から選択される少なくとも1種の有機基であり、Rのうち70%以上が前記式(2)〜(5)で表される有機基である。複数あるR、R、R、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
(式(2)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。)
(式(3)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。複数あるRは同一でも異なっていてもよい。)
(式(4)中、Rは4価の有機基、R10 水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基、R 11 は水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。複数あるR10は同一でも異なっていてもよい。)
(式(5)中、XはC、P又はS原子、YはS又はO原子、Zは−R12又は−OR13であり、R12及びR13アミノ基を有しない1価の有機基である。)
(式(7)中、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素原子又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R41及びR42は、それらが結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。但し、R41及びR42の少なくとも1つは有機基である。R43及びR44はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47及びR48は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47及びR48は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。R49は、水素原子、或いは、シリル基、シラノール基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、又はホスホノ基から選択される加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能な保護基である。)
前記式(5)におけるXが炭素原子であり、かつ、前記式(5)におけるYが酸素原子であることが、このような末端を形成する末端封止剤の入手が容易であり、かつ、取扱いが容易である点から好ましい。
更に前記式(5)が下記式(6)で表わされる有機基であるであることが、当該ポリイミド前駆体のイミド化反応の際、末端部位もイミド化されるためポリイミドとなった際に吸湿性が低く、かつ、耐熱性が高くなるため好ましい。
(式(6)中、R14は下記式(6−1)〜(6−5)で表わされる有機基よりなる群から選択される有機基、R15は水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。)
(式(6−1)〜(6−5)中、Aは、それぞれ独立に、水素原子又はアミノ基を有しない有機基であり、同一であっても異なっていても良い。Aは、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。−COORは式(6)中の−COOR15に対応する。)
更に本発明は、上記本発明の感光性樹脂組成物からなるパターン形成用材料を提供する。
また本発明は、上記本発明の感光性樹脂組成物を用いて塗膜又は成形体を形成し、当該塗膜又は成形体を、所定パターン状に電磁波を照射し、照射後又は照射と同時に加熱し、前記照射部位の溶解性を変化させた後、現像することを特徴とするネガ型パターン形成方法を提供する。
更に、本発明の感光性樹脂組成物又はその硬化物により少なくとも一部分が形成されている、印刷物、塗料、シール剤、接着剤、表示装置、半導体装置、電子部品、微小電気機械システム、光造形物、光学部材又は建築材料等の物品をも提供する。
本発明によれば、現像時間が短く、良好なパターン形状が得られる、感光性樹脂組成物を提供することができる。
更に本発明によれば、良好なパターン形状を有する物品を提供することができる。
末端がアミンとなっているポリイミド前駆体の模式図である。 末端がアミンとなっているポリイミド前駆体の分子間相互作用の一例を示す模式図である。
以下、本発明を詳しく説明する。
なお、本発明において、電磁波とは、波長を特定した場合を除き、可視及び非可視領域の波長の電磁波だけでなく、電子線のような粒子線、及び、電磁波と粒子線を総称する放射線又は電離放射線が含まれる。本明細書では、電磁波の照射を露光ともいう。なお、波長365nm、405nm、436nmの電磁波をそれぞれ、i線、h線、g線とも表記することがある。
また、本発明において、有機基とは、少なくとも1つの炭素原子を含む官能基の総称を表す。
1.感光性樹脂組成物
本発明の感光性樹脂組成物は、少なくとも、下記式(1)で表わされる構造を含むポリイミド前駆体と、光塩基発生剤を含有することを特徴とする。
(式(1)中、Rは4価の有機基、Rは2価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基、Rは水素原子又は下記式(2)〜(5)で表わされる有機基よりなる群から選択される少なくとも1種の有機基であり、Rのうち少なくとも一部は有機基である。複数あるR、R、R、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
(式(2)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基である。)
(式(3)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基である。複数あるRは同一でも異なっていてもよい。)
(式(4)中、Rは4価の有機基、R10及びR11は水素原子又は1価の有機基である。複数あるR10は同一でも異なっていてもよい。)
(式(5)中、XはC、P又はS原子、YはS又はO原子、Zは−R12又は−OR13であり、R12及びR13は1価の有機基である。)
本発明の感光性樹脂組成物は、露光後加熱が必要なネガ型感光性樹脂組成物である。このような感光性樹脂組成物は、露光部において、露光により発生する化学種を用いて熱反応により硬化を促進し不溶化するものである。
本発明の感光性樹脂組成物は、露光により触媒として作用する化学種を発生させる光塩基発生剤と、当該化学種の存在下での加熱によってイミド化反応が促進されるポリイミド前駆体が少なくとも含まれている。
本発明のポリイミド前駆体は、イミド化により塩基性水溶液などの現像液への溶解速度が低下する。露光部では、光塩基発生剤から塩基が発生し、これがポリイミド前駆体のイミド化を促進する触媒となり、露光部と未露光部のポリイミド前駆体のイミド化率に差が生じる。
ポリイミド前駆体のイミド化率の差によって、露光部の現像液に対する溶解速度が未露光部の溶解速度よりも小さくなり、現像工程によってパターンが形成される。
本発明において、上記式(1)で表される構造を含むポリイミド前駆体として、末端の少なくとも一部が有機基であるものを用いることにより、現像時間が短縮できるという効果を発揮する作用としては、未解明であるが以下のように推測される。
図1に示されたポリイミド前駆体の模式図のように、ポリイミド前駆体分子中には、複数のカルボキシル基が存在する。上記式(1)のRが水素原子である場合、末端はアミノ基となる。乾燥後の塗膜中では、図2において模式的に示されるように、当該カルボキシル基と末端のアミノ基の多くは、互いに相互作用し塩を形成していると考えられる。そのため、ポリイミド前駆体の分子鎖の両末端にアミノ基を有する場合、そのアミノ基が異なる分子鎖のカルボキシル基と相互作用すると、分子鎖を擬似的に架橋するように機能する。その結果、擬似的に分子量が無限大となりポリイミド前駆体がゲル(架橋体)のように振る舞い、現像液への溶解速度が遅くなるものと考えられる。
一方、上記式(1)のRの少なくとも一部が有機基である場合、上記弱い結合状態にあるポリイミド前駆体の数は減少する。その結果、現像液への溶解性が向上するため、現像時間を短縮することができる。ポリイミド前駆体の末端のアミノ基の数が減れば減るほど、見かけの分子量が減少し現像液への溶解速度が速くなる。特に、少なくとも分子鎖の片側の末端が全てアミノ基ではなくなった場合には、2本の異なる分子鎖間を他の分子が架橋することがなくなるので、現像速度が速くなる。
以下、本発明の感光性樹脂組成物を構成する成分について説明する。
1−1.ポリイミド前駆体
本発明に用いられるポリイミド前駆体は、下記式(1)で表される構造を有する。
(式(1)中、Rは4価の有機基、Rは2価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基、Rは水素原子又は下記式(2)〜(5)で表わされる有機基よりなる群から選択される少なくとも1種の有機基であり、Rのうち少なくとも一部は有機基である。複数あるR、R、R、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
(式(2)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基である。)
(式(3)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基である。複数あるRは同一でも異なっていてもよい。)
(式(4)中、Rは4価の有機基、R10及びR11は水素原子又は1価の有機基である。複数あるR10は同一でも異なっていてもよい。)
(式(5)中、XはC、P又はS原子、YはS又はO原子、Zは−R12又は−OR13であり、R12及びR13は1価の有機基である。)
が1価の有機基である場合としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及び、これらにエーテル結合を含有したC2nOC2m+1などで表される構造等を挙げることができる。
ポリイミド前駆体としては、少なくともひとつはカルボキシル基を有することが、アルカリ現像液に対する溶解性が高まる点から好ましい。中でも、式(1)においてRのうち、30モル%以上が水素原子であることが好ましく、50モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることがさらに好ましく、実質的にRのすべてが水素原子であるようなポリアミック酸が、アルカリ現像性の点からもっとも好適に用いられる。また、Rが有機基の場合、ポリアミド酸に比べ、一般にイミド化に要する温度が高くなる傾向にあることから、露光後加熱の温度を低く出来ることからプロセスへの負荷を低減できることからも好ましい。
上記式(1)において、一般に、Rはテトラカルボン酸、またはテトラカルボン酸二無水物由来の構造であり、Rはジアミン由来の構造である。
本発明に用いられるポリイミド前駆体を製造する方法としては、従来公知の手法を適用することができ、特に限定されず、例えば、酸二無水物とジアミンからポリアミック酸を合成する手法がある。この方法において、酸二無水物とジアミンはおおよそ等モル量で反応するが、分子量や粘度を制御する観点から、酸二無水物又はジアミンのいずれかを過剰に加える。酸二無水物を過剰に加えた場合、末端は酸無水物となる(例えば、上記式(2)の構造)。一方ジアミンを過剰に加えた場合、末端はアミンとなる(例えば−NH)。
本発明において上記ポリイミド前駆体に適用可能なテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、メチルシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などの脂肪族テトラカルボン酸二無水物;ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3’,3,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3’,3,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,6,6’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,3−ビス〔(3,4−ジカルボキシ)ベンゾイル〕ベンゼン二無水物、1,4−ビス〔(3,4−ジカルボキシ)ベンゾイル〕ベンゼン二無水物、2,2−ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}プロパン二無水物、2,2−ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}プロパン二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、4,4’−ビス〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕ビフェニル二無水物、4,4’−ビス〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕ビフェニル二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルホン二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルホン二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルフィド二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルフィド二無水物、2,2−ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(2,3−又は3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、ピリジンテトラカルボン酸二無水物、スルホニルジフタル酸無水物、m−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、p−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス−(トリフルオロメチル)キサンテンテトラカルボン酸二無水物、9−フェニル−9−(トリフルオロメチル)キサンテンテトラカルボン酸二無水物、12,14−ジフェニル−12,14−ビス(トリフルオロメチル)−12H,14H−5,7−ジオキサペンタセン−2,3,9,10−テトラカルボン酸二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン二無水物、1,4−ビス(トリフルオロメチル)−2,3,5,6−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、1−(トリフルオロメチル)−2,3,5,6−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物,p−フェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物、p−ビフェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらは単独あるいは2種以上混合して用いられる。
一方、上記ポリイミド前駆体に適用可能なジアミン成分も、1種類のジアミン単独で、または2種類以上のジアミンを併用して用いることができる。用いられるジアミン成分は、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ジ(3−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1−ジ(3−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1,1−ジ(4−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1−(3−アミノフェニル)−1−(4−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、2,6−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゾニトリル、2,6−ビス(3−アミノフェノキシ)ピリジン、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、4,4’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ]ジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、6,6’−ビス(3−アミノフェノキシ)−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、6,6’−ビス(4−アミノフェノキシ)−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダンのような芳香族アミン;1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノブチル)ポリジメチルシロキサン、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2−アミノエチル)エーテル、ビス(3−アミノプロピル)エーテル、ビス(2−アミノメトキシ)エチル]エーテル、ビス[2−(2−アミノエトキシ)エチル]エーテル、ビス[2−(3−アミノプロトキシ)エチル]エーテル、1,2−ビス(アミノメトキシ)エタン、1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン、1,2−ビス[2−(アミノメトキシ)エトキシ]エタン、1,2−ビス[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタン、エチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカンのような脂肪族アミン;1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、1,3−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、1,4−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロへキシル)メタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンのような脂環式ジアミンなどが挙げられる。グアナミン類としては、アセトグアナミン、ベンゾグアナミンなどを挙げることができ、また、上記ジアミンの芳香環上水素原子の一部若しくは全てをフルオロ基、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基から選ばれた置換基で置換したジアミンも使用することができる。
さらに目的に応じ、架橋点となるエチニル基、ベンゾシクロブテン−4’−イル基、ビニル基、アリル基、シアノ基、イソシアネート基、及びイソプロペニル基のいずれか1種又は2種以上を、上記ジアミンの芳香環上水素原子の一部若しくは全てに置換基として導入しても使用することができる。
耐熱性や薄膜での絶縁性に優れ、また、5%重量減少温度が高くなり、アウトガスが低減される点から、ポリイミド前駆体としては、酸二無水物由来の部分もジアミン由来の部分も芳香族構造を含むことが望ましい。特に、酸二無水物由来の部分およびジアミン由来の部分のすべてが芳香族構造を含む全芳香族ポリイミドもしくは全芳香族ポリイミド前駆体であることが好ましい。
ここで、全芳香族ポリイミド前駆体とは、芳香族酸成分と芳香族アミン成分の共重合、又は、芳香族酸/アミノ成分の重合により得られるポリイミド前駆体及びその誘導体である。また、芳香族酸成分とは、ポリイミド骨格を形成する4つの酸基が全て芳香族環上に置換している化合物であり、芳香族アミン成分とは、ポリイミド骨格を形成する2つのアミノ基が両方とも芳香族環上に置換している化合物であり、芳香族酸/アミノ成分とはポリイミド骨格を形成する酸基とアミノ基がいずれも芳香族環上に置換している化合物である。ただし、前述した原料の芳香族酸二無水物および芳香族ジアミンの具体例から明らかなように、全ての酸基又はアミノ基が同じ芳香環上に存在する必要はない。
以上の理由から、ポリイミド前駆体は、最終的に得られるポリイミド樹脂に耐熱性及び寸法安定性を求める場合には、芳香族酸成分及び/又は芳香族アミン成分の共重合割合ができるだけ大きいことが好ましい。具体的には、イミド構造の繰り返し単位を構成する酸成分に占める芳香族酸成分の割合が50モル%以上、特に70モル%以上であることが好ましく、イミド構造の繰り返し単位を構成するアミン成分に占める芳香族アミン成分の割合が40モル%以上、特に60モル%以上であることが好ましく、全芳香族ポリイミドもしくは全芳香族ポリイミド前駆体であることが好ましい。
本発明においては、上記式(1)で表される構造を有するポリイミド前駆体におけるRのうち33モル%以上が、下記式(10)で表わされるいずれかの構造であることが好ましい。この場合、耐熱性に優れ、低線熱膨張係数を示すポリイミド樹脂となる。下記式で表わされる構造の含有量は上記式(1)中のRのうち100モル%に近ければ近いほど好ましいが、中でも、上記式で表わされる構造の含有量は上記式(1)中のRのうち50モル%以上であることが好ましく、さらに70モル%以上であることが好ましい。
(式(10)中、aは0または1以上の自然数、Aは単結合(ビフェニル構造)、酸素原子(エーテル結合)、エステル結合のいずれかであり、全てが同じであっても、各々異なっていてもよい。結合基は、芳香環の結合部位から見て、芳香環の2,3位もしくは3,4位に結合する。)
上記式(1)中のRを上記式(10)で表されるいずれかの構造とするために用いられる酸二無水物としては、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、p−フェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物、p−ビフェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物などが挙げられる。これらは、吸湿膨張係数を低減させる観点ならびに、ジアミンの選択性を広げる観点から好ましい。
併用するテトラカルボン酸二無水物として、フッ素原子を有するテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。フッ素が導入されたテトラカルボン酸二無水物を用いると、最終的に得られるポリイミド樹脂の吸湿膨張係数が低下する。少なくとも1つのフッ素原子を有するテトラカルボン酸二無水物としては、中でも、フルオロ基、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロメトキシ基を有することが好ましい。具体的には、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物などが挙げられる。しかしながら、ポリイミド前駆体がフッ素を含んだ骨格を有する場合、ポリイミド前駆体が、塩基性水溶液に溶解しづらい傾向にあるため、パターニングを行う際には、アルコール等の有機溶媒と塩基性水溶液との混合溶液によって現像を行う必要がある場合がある。後述のジアミン成分としてフッ素を含んだ骨格を含む場合も同様である。
また、上記ポリイミド前駆体において上記式(1)中のRのうち33モル%以上が下記式(11)で表わされるいずれかの構造であることが好ましい。この場合、耐熱性に優れ、低線熱膨張および低吸湿膨張を示すポリイミド樹脂となる。下記式(11)で表わされる構造の含有量は上記式(1)中のRのうち100モル%に近ければ近いほど好ましいが、中でも、上記式で表わされる構造の含有量は上記式(1)中のRのうち50モル%以上であることが好ましく、さらに70モル%以上であることが好ましい。
(式(11)中、R27は2価の有機基、酸素原子、硫黄原子、またはスルホン基である。また、芳香環上の水素原子の一部若しくは全てをハロゲン原子、アルキル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロメトキシ基から選ばれた置換基で置換されていてもよい。)
上記式(1)中のRを上記式(11)で表されるいずれかの構造とするために用いられるジアミンとしては、具体的には、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、1,4−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、2、6−ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノナフタレン、1,4−ジアミノアントラセン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル等が挙げられる。
2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニルのように、芳香環の置換基としてフッ素を導入すると、上記ポリイミド樹脂の吸湿膨張係数を低減させることができ、好ましい。
本発明に用いられるポリイミド前駆体は、上記感光性ポリイミド樹脂組成物とした際の感度を高め、マスクパターンを正確に再現するパターン形状を得るために、1μmの膜厚のときに、露光波長に対して少なくとも5%以上の透過率を示すことが好ましく、15%以上の透過率を示すことが更に好ましい。
また、一般的な露光光源である高圧水銀灯を用いて露光を行う場合には、少なくとも436nm、405nm、365nmの波長の電磁波のうち1つの波長の電磁波に対する透過率が、厚み1μmのフィルムに成膜した時で好ましくは5%以上、更に好ましくは15%、より更に好ましくは50%以上である。
露光波長に対してポリイミド前駆体の透過率が高いということは、それだけ、光のロスが少ないということであり、高感度の感光性ポリイミド樹脂組成物を得ることができる。
ポリイミド前駆体として、透過率を上げるためには、上述したような、フッ素が導入された酸二無水物やジアミンを用いることが、耐熱性を維持しつつ、吸湿膨張も低減することが可能である点から好ましい。透過率を上げるために脂環骨格を有する酸二無水物やジアミンを用いても良いが、耐熱性が低下する恐れがある。
一方、ジアミンや酸二無水物として、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンなどのシロキサン骨格を有するジアミンや酸二無水物を用いると、基板との密着性を改善したり、上記ポリイミド樹脂の弾性率が低下し、ガラス転移温度を低下させたりすることができる。
次に、本発明に用いられるポリイミド前駆体の末端について説明する。
本発明に用いられるポリイミド前駆体の末端のうち少なくとも一部は下記式(2)〜(5)で表わされる有機基である。中でも、下記式(5)で表わされる末端有機基の場合、露光後加熱の際に、アミノ基が生成し未露光部の現像速度が低下するため、150℃より低い温度の加熱によって封止基が分解しアミノ基に変化しないものが好ましい。なお、加熱によって封止基が分解するかどうかは、以下の方法で確認することができる。例えば、封止基が導入された樹脂を、150℃で加熱後、当該樹脂を直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルあるいはH−NMRスペクトル、13C−NMRスペクトル測定することによって、封止基が分解しているかどうかを確認することができる。その他に、封止基が導入された樹脂を酸性溶液に溶解し、樹脂の構成単位であるアミン成分と酸無水物成分に分解し、これをガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することによっても、封止基が分解しているかどうかを確認することができる。
(式(2)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基である。)
(式(3)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又は1価の有機基である。複数あるRは同一でも異なっていてもよい。)
(式(4)中、Rは4価の有機基、R10及びR11は水素原子又は1価の有機基である。複数あるR10は同一でも異なっていてもよい。)
(式(5)中、XはC、P又はS原子、YはS又はO原子、Zは−R12又は−OR13であり、R12及びR13は1価の有機基である。)
、R及びRは、4価の有機基であり、通常は前記Rと同様のテトラカルボン酸またはテトラカルボン酸二無水物由来の構造である。テトラカルボン酸二無水物としては、上記ポリイミド前駆体に適用可能なテトラカルボン酸二無水物として挙げられたものと同様のものとすることができる。テトラカルボン酸としては、上記ポリイミド前駆体に適用可能なテトラカルボン酸二無水物として挙げられたテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基を加水分解しカルボキシル基としたものが挙げられる。
、R及びR10は、水素原子又は1価の有機基であり、1価の有機基としては、例えば前記Rとして挙げられたものと同様のものとすることができる。
塩基性水溶液に対する溶解性が高まる点から、R、R及びR10は水素原子であることが好ましい。
11は水素原子又は1価の有機基であり、1価の有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及び、これらにエーテル結合を含有したC2nOC2m+1などで表される構造等を挙げることができる。
上記式(5)中、XはC、P又はS原子、YはS又はO原子であり、XとYの原子の組み合わせとしては、−C(=O)−、−C(=S)−、−P(=O)−、−S(=O)−等が挙げられる。中でもXを炭素原子、Yを酸素原子とする組み合わせが末端封止剤の入手が容易であり、かつ、取扱いが容易である点から好ましい。
12及びR13は1価の有機基であり、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及び、これらにエーテル結合を含有したC2nOC2m+1などで表される構造等を挙げることができる。
上記式(5)は、中でも、下記式(6)で表わされる有機基であることが、ポリイミド前駆体のイミド化時に、封止基も同時にイミド化されることから、最終的にポリイミドとなった場合に、耐熱性が高く、吸湿性が低くなる点から好ましい。
(式(6)中、R14は下記式(6−1)〜(6−5)で表わされる有機基よりなる群から選択される有機基、R15は水素原子又は1価の有機基である。)
(式(6−1)〜(6−5)中、Aは、それぞれ独立に、水素原子又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。Aは、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。−COORは式(6)中の−COOR15に対応する。)
上記式(6)の末端を形成する化合物としては好ましくは、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、ナジック酸無水物、シクロヘキサンジカルボン酸無水物のような隣接した2つの炭素骨格を持つ2価の有機基由来のものが挙げられる。
14及びR15の更に有してもよい置換基としては特に限定されないが、例えば炭素数1〜5の炭化水素基、ハロゲン原子、水酸基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられ、2重結合、3重結合を有していてもよい。
本発明に用いられるポリイミド前駆体の末端の形成方法は特に限定されず公知の方法を用いることができる。例えば前記酸二無水物とジアミンから合成する手法において、酸二無水物をジアミンに対して過剰に加えた場合、すなわちジアミン100モルに対し酸二無水物を100〜125モル、好ましくは100.01〜120モル、より好ましくは100.1〜115モル加えた場合、本発明に好適な特性を示す酸無水物末端ポリイミド前駆体となる。そのポリイミド前駆体の末端は、70%以上が上記式(2)又は上記式(3)で表わされる基となれば好ましいが、90%以上であればより好ましい。さらに、当該末端を公知の方法によりモノアミンで封止することにより末端は上記式(4)で表わされる基となる。ポリイミドとした際の耐熱性向上、及び吸湿性低減の観点から末端は上記式(4)で表わされる基であることが好ましい。
末端封止剤として用いられるモノアミンとしては、5−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、1−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−カルボキシ−7−アミノナフタレン、1−カルボキシ−6−アミノナフタレン、1−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−カルボキシ−7−アミノナフタレン、2−カルボキシ−6−アミノナフタレン、2−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、6−アミノサリチル酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、2−アミノチオフェノール、3−アミノチオフェノール、4−アミノチオフェノールなどが好ましい。これらを2種以上混合し用いてもよい。
一方、前記酸二無水物とジアミンから合成する手法において、ジアミンを酸二無水物に対して過剰に加えた場合、すなわち酸二無水物100モルに対しジアミンを100〜125モル、好ましくは100.01〜120モル、より好ましくは100.1〜115モル加えた場合、本発明に好適な特性を示すアミン末端ポリイミド前駆体となる。そのポリイミド前駆体の末端は、70%以上がアミノ基となれば好ましいが、90%以上であればより好ましい。
当該アミン末端を末端封止剤で封止することにより、末端は上記式(5)で表わされる基となる。
前記末端封止剤としては例えば、酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物、モノ活性エステル化合物が挙げられる。特に酸無水物とした場合、末端は上記式(6)で表わされる基となる点で好ましい。
末端封止剤として好適に用いられる酸無水物の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
前記アミン末端は少なくとも一部が封止されていればよく、すなわち前記式(1)中のRの少なくとも一部が有機基であれば疑似的な架橋が減少し現像液への溶解性が向上する。中でもRのうち、50%以上が、有機基であることが、現像時間をさらに短縮できる点から好ましく、70%以上であることがより好ましい。さらにRのうち、50%以上が前記式(6)で表わされる有機基であることが、露光部と未露光部の溶解速度比をさらに大きくできる点からより好ましく、70%以上であることがより好ましい。Rのうち、50%以上が有機基である場合には、ポリイミド前駆体の2つの末端が共にアミノ基であるものの割合が著しく減少するものと考えられる。その結果、図2に示されるような、2つのポリイミド前駆体を架橋するようにカルボキシル基と相互作用するポリイミド前駆体分子が減少するため、現像液への溶解性が向上し、現像速度が速くなるものと推測される。
末端封止の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、特開昭60−215024号公報に記載の方法が挙げられる。この方法は、まずジアミンの一部を末端封止剤であるモノアミンに置き換えて、または、酸二無水物の一部を末端封止剤である酸無水物などに置き換えて、末端が封止されたポリイミド前駆体を作ることができる。前者の場合末端は式(4)のようになり、後者の場合末端は式(5)のようになる。
また、酸二無水物をジアミンに対して過剰に加えて反応させた後、末端封止剤(モノアミン)を反応液中に直接添加、または酸二無水物とジアミンの共重合体を一旦反応液から精製や、乾燥した後、再び有機溶媒に溶解して末端封止剤(モノアミン)を添加することにより、酸無水物末端を封止することができる。この場合末端は式(4)のようになる。
このほか、ジアミンを酸二無水物に対して過剰に加えて反応させ、末端封止剤(酸無水物など)を反応液中に直接添加、または酸二無水物とジアミンの共重合体を一旦反応液から精製、乾燥した後、再び有機溶媒に溶解して末端封止剤(酸無水物など)を添加することにより、アミン末端を封止することができる。この場合末端は式(5)のようになる。
末端封止剤に用いられるモノアミンの導入割合は、全アミン成分に対して、0.01〜25モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは0.1〜20モル%であり、0.1〜15モル%が更に好ましい。末端封止剤として用いられる酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物およびモノ活性エステル化合物から選ばれた化合物の導入割合は、ジアミン成分に対して、0.1〜100モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは50モル%〜100モル%であり、より好ましくは70モル%〜100モル%である。複数の末端封止剤を反応させることにより、複数の異なる末端基を導入しても良い。
樹脂中に導入された末端封止剤は、以下の方法で容易に検出できる。例えば、末端封止剤が導入された樹脂を直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルあるいはH−NMRスペクトル、13C−NMRスペクトル測定することによって検出可能である。その他に、末端封止剤が導入された樹脂を酸性溶液に溶解し、樹脂の構成単位であるアミン成分と酸無水物成分に分解し、これをガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することによっても、末端封止剤を検出できる。
本発明に用いられるポリイミド前駆体の重量平均分子量は、その用途にもよるが、3,000〜1,000,000の範囲であることが好ましく、5,000〜500,000の範囲であることがさらに好ましく、6,000〜250,000の範囲であることがさらに好ましい。重量平均分子量が3,000未満であると、塗膜又はフィルムとした場合に十分な強度が得られにくい。また、加熱処理等を施しポリイミド樹脂などの高分子とした際の膜の強度も低くなる。一方、重量平均分子量が1,000,000を超えると粘度が上昇し、溶解性も落ちてくるため、表面が平滑で膜厚が均一な塗膜又はフィルムが得られにくい。
ここで用いている重量平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の値のことをいい、ポリイミド前駆体そのものを測定した分子量でも良いし、無水酢酸等で化学的イミド化処理を行った後測定したものでも良い。
また、重量平均分子量の測定が困難な場合は、数平均分子量を代用することも可能である。この場合の数平均分子量は、末端封止剤が導入された樹脂を直接H−NMRスペクトル、13C−NMRスペクトルなどを測定し、分子鎖の末端を定量することなどの手法によって算出可能である。また、ポリイミド前駆体を合成する際の、酸二無水物由来成分とジアミン由来成分の添加量や末端封止成分の添加量などから、概算値として得ることもできる。
本発明においては、重量平均分子量と数平均分子量のいずれかが、上記の範囲に入っていれば、感光性ポリイミド樹脂組成物として良好な特性を得ることが出来る。
本発明に用いられるポリイミド前駆体の含有量としては、得られるパターンの膜物性、
特に膜強度や耐熱性の点から、上記ネガ型感光性ポリイミド樹脂組成物の固形分全体に対し、50重量%以上であることが好ましく、なかでも、70重量%以上であることが好ましい。
なお、固形分とは溶剤以外の全成分であり、液状のモノマー成分も固形分に含まれる。
1−2.光塩基発生剤
本発明における光塩基発生剤とは、露光により塩基を発生するものであり、該塩基は上記ポリイミド前駆体を加熱により硬化させる際の触媒としてはたらく。
ネガ型感光性ポリイミド樹脂組成物に含まれる感光性成分は、上記ポリイミド前駆体を露光後、露光部のみ硬化させるために含まれるものであり、本発明においては光塩基発生剤が用いられる。
本発明に用いられる感光性成分の含有量としては、所望のパターンを形成できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な含有量とすることができる。
本発明においては、上記感光性成分が、上記ポリイミド前駆体100重量部に対して、0.1重量部以上30重量部未満の範囲内であることが好ましく、なかでも、0.5重量部〜25重量部の範囲内であることが好ましく、特に、0.5重量部〜20重量部の範囲内であることが好ましい。
本発明にかかる、ポリイミド前駆体に光塩基発生剤を添加し光照射において発生する塩基によりイミド化反応を触媒的に促進し、露光部を選択的に不溶化する系では、光塩基発生剤のみの添加でパターニングが可能であり、架橋成分や分解性の置換基を導入する必要がないため、添加剤量をさらに削減することが可能である。一般的な感光性ポリイミド樹脂組成物に含まれる感光性成分の含有量が、上記ポリイミド前駆体100重量部に対して30重量部以上のものが多いのに対して、光塩基発生剤は、上述のように発生化学種が触媒的に働くため、含有量を上述した範囲内とした場合であっても十分に硬化可能な露光感度を有する。また、光塩基発生剤は、ポリイミド前駆体に比べて耐熱性が低く、硬化膜となった後のアウトガスの主成分となり得ることから、上記含有量を上述した範囲内のように低減することにより、硬化膜となった後のアウトガス発生量が十分に少ないものとすることができる。
本発明において、感光性成分は光塩基発生剤を主成分とするものである。発生化学種である塩基は、イミド化の触媒作用がほとんどなく金属を腐食しやすい酸と比べて、酸発生剤を用いるよりも好ましいからである。
なお、主成分とするとは、感光性成分中の光塩基発生剤の含有量が、50質量%以上であることをいうものである。
本発明に用いられる光塩基発生剤としては、常温常圧の通常の条件下では活性を示さないが、外部刺激として電磁波の照射と加熱が行なわれると、塩基(塩基性物質)を発生するものであれば特に限定されるものではない。
本発明においては、光塩基発生剤として公知のものを用いることが出来る。例えば、M.Shirai, and M.Tsunooka, Prog.Polym.Sci.,21,1(1996);角岡正弘,高分子加工,46,2(1997);C.Kutal,Coord.Chem.Rev.,211,353(2001);Y.Kaneko,A.Sarker, and D.Neckers,Chem.Mater.,11,170(1999);H.Tachi,M.Shirai, and M.Tsunooka,J.Photopolym.Sci.Technol.,13,153(2000);M.Winkle, and K.Graziano,J.Photopolym.Sci.Technol.,3,419(1990);M.Tsunooka,H.Tachi, and S.Yoshitaka,J.Photopolym.Sci.Technol.,9,13(1996);K.Suyama,H.Araki,M.Shirai,J.Photopolym.Sci.Technol.,19,81(2006)に記載されているように、遷移金属化合物錯体や、アンモニウム塩などの構造を有するものや、アミジン部分がカルボン酸と塩形成することで潜在化されたもののように、塩基成分が塩を形成することにより中和されたイオン性の化合物や、カルバマート誘導体、オキシムエステル誘導体、アシル化合物などのウレタン結合やオキシム結合などにより塩基成分が潜在化された非イオン性の化合物を挙げることができる。
本発明に用いられる光塩基発生剤は、特に限定されず公知のものを用いることができ、例えば、カルバメート誘導体、アミド誘導体、イミド誘導体、αコバルト錯体類、イミダゾール誘導体、桂皮酸アミド誘導体、オキシム誘導体等が挙げられる。
本発明に用いられる光塩基発生剤から発生される塩基性物質としては特に限定されないが、アミノ基を有する化合物、特にモノアミンや、ジアミンなどのポリアミン、また、アミジンなどが挙げられる。
発生される塩基性物質は、より塩基性度の高いアミノ基を有する化合物が好ましい。ポリイミド前駆体のイミド化における脱水縮合反応等に対する触媒作用が強く、より少量の添加で、より低い温度での脱水縮合反応等における触媒効果の発現が可能となるからである。つまりは、発生した塩基性物質の触媒効果が大きい為、感光性樹脂組成物としての見た目の感度は向上する。
上記触媒効果の観点からアミジン、脂肪族アミンであることが好ましい。
本発明に係る光塩基発生剤としては、構造中に塩を含まない光塩基発生剤であることが好ましく、光塩基発生剤において発生する塩基部分の窒素原子上に電荷がないことが好ましい。本発明に係る光塩基発生剤としては、発生する塩基が共有結合を用いて潜在化されていることが好ましく、塩基の発生機構が、発生する塩基部分の窒素原子と隣接する原子との間の共有結合が切断されて塩基が発生するものであることが好ましい。構造中に塩を含まない塩基発生剤であると、塩基発生剤を中性にすることができるため、溶剤溶解性が良好であり、ポットライフが向上する。このような理由から、本発明で用いられる光塩基発生剤から発生するアミンは、1級アミン又は2級アミンが好ましい。
また、前記のような理由から光塩基発生剤としては、前述のように発生する塩基が共有結合を用いて潜在化されていることが好ましく、発生する塩基がアミド結合、カルバメート結合、オキシム結合を用いて潜在化されていることが好ましい。
本発明に係る塩基発生剤としては、例えば、特開2009−80452号公報及び国際公開第2009/123122号パンフレットで開示されたような桂皮酸アミド構造を有する塩基発生剤、特開2006−189591号公報及び特開2008−247747号公報で開示されたようなカルバメート構造を有する塩基発生剤、特開2007−249013号公報及び特開2008−003581号公報で開示されたようなオキシム構造、カルバモイルオキシム構造を有する塩基発生剤等が挙げられるが、これらに限定されず、その他にも公知の塩基発生剤の構造を用いることができる。
以下、本発明に用いられる光塩基発生剤について具体例を挙げて説明する。
イオン性化合物としては、例えば下記構造式のものが挙げられる。
アシル化合物としては、例えば下記式に示すような化合物が挙げられる。
また、本発明で用いられる光塩基発生剤としては、例えば、下記一般式(7)に示す化合物が挙げられる。
(式(7)中、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素原子又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R41及びR42は、それらが結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。但し、R41及びR42の少なくとも1つは有機基である。R43及びR44はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47及びR48は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47及びR48は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。R49は、水素原子、或いは、加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能な保護基である。)
上記化学式(7)で表される塩基発生剤は、電磁波が照射されることにより、下記式で示されるように、式(7)で中の(−CR44=CR43−C(=O)−)部分がトランス体からシス体へと異性化する。さらに加熱及び/又は電磁波の照射によって、R49が保護基である場合は保護基R49が脱保護されると共に環化し、塩基(NHR4142)を生成する。上記化学式(7)で表される塩基発生剤においては、炭素−炭素二重結合のオルト位の水酸基は塩基発生のための分子内環化に用いられる。そのため、当該オルト位の水酸基が保護基により保護された構造以外に、本発明のブロック化共有結合形成基を有するようにする。
上記化学式(7)において、R41及びR42は、それぞれ、独立に水素原子又は有機基であるが、R及びRのうち少なくとも1つは有機基である。また、NHR4142は、塩基であるが、R41及びR42は、それぞれ、アミノ基を含まない有機基であることが好ましい。R41及びR42に、アミノ基が含まれてしまうと、塩基発生剤自体が塩基性物質となり、高分子前駆体の反応を促進してしまい、露光部と未露光部での溶解性コントラストの差が小さくなってしまう恐れがある。但し、例えば、R41及びR42の有機基中に存在する芳香環にアミノ基が結合している場合のように、電磁波の照射と加熱後に発生する塩基との塩基性と差が生じる場合には、R41及びR42の有機基にアミノ基を含まれていても用いることができる場合もある。
有機基としては、例えば、飽和又は不飽和アルキル基、飽和又は不飽和シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び飽和又は不飽和ハロゲン化アルキル基等が挙げられる。これらの有機基は、当該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでよく、これらは、直鎖状でも分岐状でも環状でも良い。
有機基としては、置換基を含んで良く、不飽和結合を含んで良く、ヘテロ原子の結合を含んで良い、直鎖、分岐又は環状の炭化水素基が好ましい。
41及びR42における有機基は、通常、1価の有機基であるが、後述する環状構造を形成する場合や、生成するNHR4142がジアミン等のアミド結合を形成可能なNH基を2つ以上有する塩基性物質の場合等には、2価以上の有機基となり得る。
また、R41及びR42は、それらが結合して環状構造になっていても良い。
環状構造は、飽和又は不飽和の脂環式炭化水素、複素環、及び縮合環、並びに当該脂環式炭化水素、複素環、及び縮合環よりなる群から選ばれる2種以上が組み合されてなる構造であっても良い。
前記R41及びR42の有機基中の炭化水素基以外の結合としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に限定されず、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−、ここでRは水素原子又は有機基)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合、アゾ結合等が挙げられる。耐熱性の点から、有機基中の炭化水素基以外の結合としては、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−:ここでRは水素原子又は有機基)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合が好ましい。
前記R41及びR42の有機基中の炭化水素基以外の置換基、すなわち、有機基に包含される置換基において炭化水素基とは異なる置換基、及び炭化水素基に置換されていても良い置換基としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に限定されず、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、シリル基、シラノール基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、ニトロ基、ニトロソ基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、ヒドロキシイミノ基、飽和又は不飽和アルキルエーテル基、飽和又は不飽和アルキルチオエーテル基、アリールエーテル基、及びアリールチオエーテル基、アミノ基(−NH2, −NHR, −NRR’:ここで、R及びR’はそれぞれ独立に炭化水素基)等が挙げられる。上記置換基に含まれる水素原子は、炭化水素基によって置換されていても良い。また、上記置換基に含まれる炭化水素基は、直鎖、分岐、及び環状のいずれでも良い。
前記R41及びR42の有機基中の炭化水素基以外の置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、シリル基、シラノール基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、ニトロ基、ニトロソ基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、ヒドロキシイミノ基、飽和又は不飽和アルキルエーテル基、飽和又は不飽和アルキルチオエーテル基、アリールエーテル基、及びアリールチオエーテル基が好ましい。
生成する塩基性物質はNHR4142であるため、1級アミン、2級アミン、又は複素環式化合物が挙げられる。またアミンには、それぞれ、脂肪族アミン及び芳香族アミンがある。なお、ここでの複素環式化合物は、NHR4142が環状構造を有し且つ芳香族性を有しているものをいう。芳香族複素環式化合物ではない、非芳香族複素環式化合物は、ここでは脂環式アミンとして脂肪族アミンに含まれる。
更に、生成するNHR4142は、アミド結合を形成可能なNH基を1つだけ有するモノアミン等の塩基性物質だけでなく、ジアミン、トリアミン、テトラアミン等のアミド結合を形成可能なNH基を2つ以上有する塩基性物質であってもよい。生成するNHR4142がNH基を2つ以上有する塩基性物質の場合、前記式(8)又は式(9)のR41及び/又はR42の1つ以上の末端に、アミド結合を形成可能なNH基を有する塩基を電磁波の照射と加熱により発生するような光潜在性部位が更に結合している構造が挙げられる。上記光潜在性部位としては、前記式(8)又は式(9)のR41及び/又はR42の1つ以上の末端に、前記式(8)又は式(9)のR41及び/又はR42を除いた残基が更に結合している構造が挙げられる。
脂肪族1級アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、イソアミルアミン、tert−ペンチルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、シクロヘプタンアミン、オクチルアミン、2−オクタンアミン、2,4,4−トリメチルペンタン−2−アミン、シクロオクチルアミン等が挙げられる。
芳香族1級アミンとしては、アニリン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、及び4−アミノフェノール等が挙げられる。
脂肪族2級アミンとしては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、エチルメチルアミン、アジリジン、アゼチジン、ピロリジン、ピペリジン、アゼパン、アゾカン、メチルアジリジン、ジメチルアジリジン、メチルアゼチジン、ジメチルアゼチジン、トリメチルアゼチジン、メチルピロリジン、ジメチルピロリジン、トリメチルピロリジン、テトラメチルピロリジン、メチルピペリジン、ジメチルピペリジン、トリメチルピペリジン、テトラメチルピペリジン、ペンタメチルピペリジン等が挙げられ、中でも脂環式アミンが好ましい。
芳香族2級アミンとしては、メチルアニリン、ジフェニルアミン、及びN−フェニル−1−ナフチルアミンが挙げられる。また、アミド結合を形成可能なNH基を有する芳香族複素環式化合物としては、塩基性の点から分子内にイミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−、ここでRは水素原子又は有機基)を有することが好ましく、イミダゾール、プリン、トリアゾール、及びこれらの誘導体等が挙げられる。
ジアミン以上のアミンとしてはエチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、1,7−ヘプタンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,10−デカンジアミン等の直鎖状脂肪族アルキレンジアミン;1−ブチル−1,2−エタンジアミン、1,1−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、1−エチル−1,4−ブタンジアミン、1,2−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、1,3−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、1,4−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、2,3−ジメチル−1,4−ブタンジアミン等の分岐状脂肪族アルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等の一般式NH(CHCHNH)Hで示されるポリエチレンアミン類;シクロヘキサンジアミン、メチルシクロヘキサンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジメチルアミン、トリシクロデカンジメチルアミン、メンセンジアミン等の脂環式ジアミン;p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−キシリレンジアミン、m−キシリレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族ジアミン;ベンゼントリアミン、メラミン、2,4,6−トリアミノピリミジン等のトリアミン;2,4,5,6−テトラアミノピリミジン等のテトラアミンを挙げることができる。
41及びR42の位置に導入される置換基によって、生成する塩基性物質の熱物性や塩基性度が異なる。
高分子前駆体から最終生成物への反応に対する反応開始温度を低下させる等の触媒作用は、塩基性の大きい塩基性物質の方が触媒としての効果が大きく、より少量の添加で、より低い温度での最終生成物への反応が可能となる。一般に1級アミンよりは2級アミンの方が塩基性は高く、その触媒効果が大きい。
また、芳香族アミンよりも脂肪族アミンの方が、塩基性が強いため好ましい。
また、本発明で発生する塩基が、2級アミン及び/又は複素環式化合物である場合には、塩基発生剤としての感度が高くなる点から好ましい。これは、2級アミンや複素環式化合物を用いることで、アミド結合部位の活性水素がなくなり、このことにより、電子密度が変化し、異性化の感度が向上するからではないかと推定される。
また、脱離する塩基の熱物性、及び塩基性度の点から、R41及びR42の有機基は、それぞれ独立に炭素数1〜20が好ましく、更に炭素数1〜12が好ましく、特に炭素数1〜8であることが好ましい。
また、化学式(7)において、R43及びR44は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R43及びR44は、ブロック化共有結合形成基を有していても良い。
43及びR44としては、高感度を達成しやすい点から、いずれも水素原子であることが好ましい。
本発明において、特に化学式(8)中のR43及びR44のうち少なくとも1つが、水素原子ではなく、上記特定の官能基である場合には、R43及びR44の両方共が水素原子の場合と比べて、本発明の塩基発生剤は、有機溶剤に対する溶解性を更に向上させたり、高分子前駆体との親和性を向上させることが可能である。例えば、R43及びR44のうち少なくとも1つが、アルキル基やアリール基等の有機基である場合、有機溶剤に対する溶解性が向上する。また、例えばR43及びR44のうち少なくとも1つがフッ素等のハロゲン原子である場合、フッ素等のハロゲン原子を含有する高分子前駆体との親和性が向上する。また、例えばR43及びR44のうち少なくとも1つがシリル基やシラノール基を有する場合、ポリシロキサン前駆体との親和性が向上する。このように、R43及び/又はR44を所望の有機溶剤や高分子前駆体に合わせて適宜置換基を導入することにより、所望の有機溶剤に対する溶解性や、所望の高分子前駆体との親和性を向上することが可能である。
ハロゲン原子、有機基としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に制限がなく、後述するR45〜R48に挙げたものと同様のものを用いることができる。
43及びR44における有機基は、通常、1価の有機基である。
43及びR44が、置換基を有する場合には少なくとも一方が、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜20のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数4〜23のシクロアルキル基;シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の炭素数4〜23のシクロアルケニル基;フェノキシメチル基、2−フェノキシエチル基、4−フェノキシブチル基等の炭素数7〜26のアリールオキシアルキル基(−ROAr基);ベンジル基、3−フェニルプロピル基等の炭素数7〜20のアラルキル基;シアノメチル基、β−シアノエチル基等のシアノ基をもつ炭素数2〜21のアルキル基;ヒドロキシメチル基等の水酸基をもつ炭素数1〜20のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜20のアルコキシ基、アセトアミド基、ベンゼンスルホナミド基(CSONH−)等の炭素数2〜21のアミド基、メチルチオ基、エチルチオ基等の炭素数1〜20のアルキルチオ基(−SR基)、アセチル基、ベンゾイル基等の炭素数1〜20のアシル基、メトキシカルボニル基、アセトキシ基等の炭素数2〜21のエステル基(−COOR基及び−OCOR基)、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、トリル基等の炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基、及びメチルチオ基(−SCH)であることが好ましい。また、上記のアルキル部分は直鎖でも分岐状でも環状でも良い。
また、上記化学式(7)のR45〜R48は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45〜R48は、それぞれ、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。
上記化学式(7)のR45〜R48には、置換基を1つ以上導入することが好ましい。特に上記化学式(7)で表される塩基発生剤の場合、カルボニル結合のα位およびβ位に位置するα炭素−β炭素間の二重結合がトランス体からシス体への異性化反応を効率よく進める要因としてはいくつかあり、例えば上記炭素−炭素二重結合周囲の立体障害の大きさ、上記炭素−炭素二重結合周囲に広がる共役鎖の電子状態等が挙げられるが、置換基R45〜R48に、上記のような置換基を少なくとも1つ導入することにより、上記炭素−炭素二重結合周囲の共役鎖が拡張し、塩基発生の感度を向上することができる。また、R45〜R48において、上記のような置換基を少なくとも1つ導入することにより、吸収する光の波長を調整することが可能であり、置換基を導入することで所望の波長を吸収させるようにすることもできる。芳香族環の共役鎖を伸ばすような置換基を導入することにより、吸収波長を長波長にシフトすることができる。また、溶解性や組み合わせる高分子前駆体との相溶性が向上するようにすることもできる。これにより、組み合わせる高分子前駆体の吸収波長も考慮しながら、感光性樹脂組成物の感度を向上させることが可能である。
所望の波長に対して吸収波長をシフトさせる為に、どのような置換基を導入したら良いかという指針として、Interpretation of the Ultraviolet Spectra of Natural Products(A.I.Scott 1964)や、有機化合物のスペクトルによる同定法第5版(R.M.Silverstein 1993)に記載の表を参考にすることができる。これらを参考とすることで、化合物の極大吸収波長がどの程度長波長化するかの目安を知ることができる。
45〜R48において、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素などが挙げられる。
45〜R48において、有機基としては、例えば、飽和又は不飽和アルキル基、飽和又は不飽和シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び飽和又は不飽和ハロゲン化アルキル基等が挙げられる。これらの有機基は、当該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでよく、これらは、直鎖状でも分岐状でも環状でも良い。R45〜R48の有機基中の炭化水素基以外の結合としては、前記R41及びR42の炭化水素基以外の結合と同様のものを用いることができる。また、R45〜R48の有機基は、炭化水素基以外の結合を介してベンゼン環に結合してもよい。また、R45〜R48の有機基において炭化水素基以外の置換基(有機基に包含される置換基において炭化水素基とは異なる置換基、及び炭化水素基に置換されていても良い置換基)としては、前記R41及びR42の炭化水素基以外の置換基と同様のものを用いることができる。
有機基としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に制限がなく、飽和又は不飽和アルキル基、飽和又は不飽和シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び飽和又は不飽和ハロゲン化アルキル基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、ヒドロキシイミノ基、飽和又は不飽和アルキルエーテル基、飽和又は不飽和アルキルチオエーテル基、アリールエーテル基、及びアリールチオエーテル基等が挙げられる。
45〜R48における有機基は、通常、1価の有機基であるが、後述する環状構造を形成する場合等には、2価以上の有機基となり得る。
また、R45〜R48は、それらのうち2つ以上が結合して環状構造になっていても良い。
環状構造は、飽和又は不飽和の脂環式炭化水素、複素環、及び縮合環、並びに当該脂環式炭化水素、複素環、及び縮合環よりなる群から選ばれる2種以上が組み合されてなる構造であっても良い。例えば、R45〜R48のそれぞれは、それらの2つ以上が結合して、R45〜R48のそれぞれが結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成していても良い。
45〜R48としては、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜20のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数4〜23のシクロアルキル基;シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の炭素数4〜23のシクロアルケニル基;フェノキシメチル基、2−フェノキシエチル基、4−フェノキシブチル基等の炭素数7〜26のアリールオキシアルキル基(−ROAr基);ベンジル基、3−フェニルプロピル基等の炭素数7〜20のアラルキル基;シアノメチル基、β−シアノエチル基等のシアノ基をもつ炭素数2〜21のアルキル基;ヒドロキシメチル基等の水酸基をもつ炭素数1〜20のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ベンジルオキシ基等の炭素数1〜20のアリール基で置換されていても良いアルキルエーテル基;フェノキシ基、ナフチルオキシ基等のアリールエーテル基、;メチルチオ基、エチルチオ基等の炭素数1〜20のアルキルチオ基(−SR基);ベンジルチオ基、ナフチルチオ基等のアリールチオエーテル基;アセトアミド基、ベンゼンスルホナミド基(CSONH−)等の炭素数2〜21のアミド基;アセチル基、ベンゾイル基等の炭素数1〜20のアシル基;チオアシル基;アセチルチオ基、ベンゾイルチオ基等のアシルチオ基;メトキシカルボニル基、アセトキシ基、ベンジルオキシカルボニル基等の炭素数2〜21のエステル基(−COOR基及び−OCOR基)、及び、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基;カルバモイル基;カルバモイルオキシ基;シアノオキシ基(シアナト基);シアノチオ基(チオシアナト基);ホルミル基であることが好ましい。また、上記のアルキル部分は直鎖でも分岐状でも環状でも良い。
また、R45〜R48としては、それらの2つ以上が結合して、R45〜R48が結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成している場合も、吸収波長が長波長化する点から好ましい。
また、式(7)においてR49は、水素原子、或いは、加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能な保護基である。ここで、“脱保護可能な”とは、−OR49から−OHに変化する可能性があることを表す。R49が水素原子の場合には、本発明に係る塩基発生剤は、環化することで、フェノール性水酸基を消失し、溶解性が変化し、塩基性水溶液等の場合には溶解性が低下する。これにより、後述する本発明に係る感光性樹脂組成物に含まれる高分子前駆体がポリイミド前駆体やポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、当該前駆体の最終生成物への反応による溶解性の低下を更に補助する機能を有し、露光部と未露光部の溶解性コントラストを大きくすることが可能となる。
また、R49が加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能な保護基である場合、加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護されて、水酸基を生成する。加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能な保護基でフェノール性水酸基を保護することにより、当該保護基を適宜選択することによって、組み合わせる化合物、例えば高分子前駆体との相溶性が向上し、組み合わせ可能な化合物の範囲が増える。例えば、フェノール性水酸基と共存することが好ましくない高分子前駆体に対しても、樹脂組成物中に共存させて用いることが可能になる。R49は、本発明で用いられる塩基発生剤において式(7)中に存在するアミド基が分解しない条件下で、加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能なフェノール性水酸基の保護基であれば、特に限定されず用いることができる。例えば、アミド結合は、三臭化ホウ素や三塩化アルミニウム等の強ルイス酸や硫酸、塩酸、硝酸等の強酸等が存在する強酸性下における加熱や、水酸化ナトリウム等の強塩基が存在する強塩基性下における加熱により分解する。従って、このような強酸性又は強塩基性条件下での加熱でしか脱保護されない保護基は、本発明の塩基発生剤に用いられる保護基としては不適切である。R49は、溶解性や相溶性の向上或いは合成時の反応性の変化などを目的として、当該塩基発生剤と組み合わせて用いられる化合物の種類や、塩基発生剤の適用方法や合成方法により適宜選択されるものである。
49としては、シリル基、シラノール基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、又は有機基から選択することができる。R49における有機基は、通常、1価の有機基である。
式(7)の具体例を以下に挙げるが、これに限定されるものではない。
また、本発明で用いられる光塩基発生剤としては、例えば、下記一般式(8)に示す化合物が挙げられる。
(式(8)中、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素原子又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R41及びR42は、それらが結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。但し、R41及びR42の少なくとも1つは有機基である。R50及びR50’はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、ニトロ基、シリル基、シラノール基、又は有機基である。R51、R52、R53、R54及びR55は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R51、R52、R53、R54及びR55は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。)
上記化学式(8)で表される塩基発生剤は、電磁波を照射するとカルバメート結合の光脱炭酸反応によって結合が開裂し、塩基(NHR)を発生させる。
化学式(8)において、R41及びR42は、前記化学式(7)において説明したものと同様のものとすることができる。
また、化学式(8)において、R50及びR50’はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、ニトロ基、シリル基、シラノール基、又は有機基であるが、当該有機基としては、後述するR51〜R55に挙げたものと同様のものを用いることができる。
上記化学式(8)のR51〜R55は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R51〜R55は、それぞれ、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。
上記化学式(8)のR51〜R55には、置換基を1つ以上導入することが好ましい。R51〜R55において、上記のような置換基を少なくとも1つ導入することにより、吸収する光の波長を調整することが可能であり、置換基を導入することで所望の波長を吸収させるようにすることもできる。芳香族環の共役鎖を伸ばすような置換基を導入することにより、吸収波長を長波長にシフトすることができる。また、溶解性や組み合わせる高分子前駆体との相溶性が向上するようにすることもできる。これにより、組み合わせる高分子前駆体の吸収波長も考慮しながら、感光性樹脂組成物の感度を向上させることが可能である。
上記化学式(8)のR51は、ニトロ基であることが、上記化学式(8)で表される塩基発生剤の感度が向上する点から好ましい。
51〜R55において、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素などが挙げられる。
51〜R55において、有機基としては、例えば、飽和又は不飽和アルキル基、飽和又は不飽和シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び飽和又は不飽和ハロゲン化アルキル基等が挙げられる。これらの有機基は、当該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでよく、これらは、直鎖状でも分岐状でも環状でも良い。R51〜R55の有機基中の炭化水素基以外の結合としては、前記R41及びR42の炭化水素基以外の結合と同様のものを用いることができる。また、R51〜R55の有機基は、炭化水素基以外の結合を介してベンゼン環に結合してもよい。また、R51〜R55の有機基において炭化水素基以外の置換基(有機基に包含される置換基において炭化水素基とは異なる置換基、及び炭化水素基に置換されていても良い置換基)としては、前記R41及びR42の炭化水素基以外の置換基と同様のものを用いることができる。
有機基としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に制限がなく、飽和又は不飽和アルキル基、飽和又は不飽和シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び飽和又は不飽和ハロゲン化アルキル基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、ヒドロキシイミノ基、飽和又は不飽和アルキルエーテル基、飽和又は不飽和アルキルチオエーテル基、アリールエーテル基、及びアリールチオエーテル基等が挙げられる。
51〜R55における有機基は、通常、1価の有機基であるが、後述する環状構造を形成する場合等には、2価以上の有機基となり得る。
また、R51〜R55は、それらのうち2つ以上が結合して環状構造になっていても良い。
環状構造は、飽和又は不飽和の脂環式炭化水素、複素環、及び縮合環、並びに当該脂環式炭化水素、複素環、及び縮合環よりなる群から選ばれる2種以上が組み合されてなる構造であっても良い。例えば、R51〜R55のそれぞれは、それらの2つ以上が結合して、R51〜R55のそれぞれが結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成していても良い。
51〜R55としては、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜20のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数4〜23のシクロアルキル基;シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の炭素数4〜23のシクロアルケニル基;フェノキシメチル基、2−フェノキシエチル基、4−フェノキシブチル基等の炭素数7〜26のアリールオキシアルキル基(−ROAr基);ベンジル基、3−フェニルプロピル基等の炭素数7〜20のアラルキル基;シアノメチル基、β−シアノエチル基等のシアノ基をもつ炭素数2〜21のアルキル基;ヒドロキシメチル基等の水酸基をもつ炭素数1〜20のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ベンジルオキシ基、等の炭素数1〜20のアリール基で置換されていても良いアルキルエーテル基;フェノキシ基、ナフチルオキシ基等のアリールエーテル基、;メチルチオ基、エチルチオ基等の炭素数1〜20のアルキルチオ基(−SR基);ベンジルチオ基、ナフチルチオ基等のアリールチオエーテル基;アセトアミド基、ベンゼンスルホナミド基(CSONH−)等の炭素数2〜21のアミド基;アセチル基、ベンゾイル基等の炭素数1〜20のアシル基;チオアシル基;アセチルチオ基、ベンゾイルチオ基等のアシルチオ基;メトキシカルボニル基、アセトキシ基、ベンジルオキシカルボニル基等の炭素数2〜21のエステル基(−COOR基及び−OCOR基)、及び、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基;カルバモイル基;カルバモイルオキシ基;シアノオキシ基(シアナト基);シアノチオ基(チオシアナト基);ホルミル基であることが好ましい。また、上記のアルキル部分は直鎖でも分岐状でも環状でも良い。
また、R51〜R55としては、それらの2つ以上が結合して、R51〜R55が結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成している場合も、吸収波長が長波長化する点から好ましい。
式(8)の具体例を以下に挙げるが、これに限定されるものではない。
また、本発明で用いられる光塩基発生剤としては、例えば、下記一般式(9)に示す化合物が挙げられる。
(式(9)中、R57は、有機基で置換されたアミノ基又は有機基、R58及びR59は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良いが、R58及びR59の少なくとも1つはヘテロ原子を有していても良い芳香族化合物である。R57、R58及びR59は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。)
上記化学式(9)で表される塩基発生剤は、オキシムエステル誘導体であって、下記反応式に従って、電磁波の吸収により分子内解裂反応を起こし、アミンまたはヒドラジンを発生させる。
上記化学式(9)中、R57は、有機基で置換されたアミノ基又は有機基である。上記化学式(9)のR57が、有機基で置換されたアミノ基である場合、下記式(9’)で表されるカルバモイルオキシム構造を有し、上述のように、アミン及びヒドラジンを発生し得る。
(式(9’)中、R58及びR59は、化学式(9)と同じであり、R71及びR72は、上記化学式(7)のR41及びR42と同じである。R58、R59、R71及びR72は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。)
上記化学式(9)及び式(9’)中、R58及びR59の少なくとも1つはヘテロ原子を有していても良い芳香族化合物であることが特徴的である。R58及びR59の少なくとも1つに芳香族化合物が置換している状態とは、R58及びR59が結合している炭素に芳香族化合物が直接共有結合で結合している状態のことを言う。なお、ここでの芳香族化合物は、環状不飽和有機化合物いい、芳香族炭化水素と芳香族複素環式化合物が含まれる。芳香族化合物としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレン基、アントラニル基、フェナントレニル基、ピレニル基等の芳香族炭化水素基の他、フラニル基、チオフェニル基、ピロリル基、(チオ)キサンテニル基、(チオ)キサントニル基、クマリル基、アントラキノリル基等の複素芳香族化合物等が挙げられるが特に限定されない。これらが有していても良い置換基としては、上述したR45〜R48と同様であって良い。R58及びR59の一方が、芳香族化合物以外の有機基である場合も、上述したR45〜R48と同様であって良い。
上記化学式(9)及び式(9’)中、R58、R59、R71及びR72は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。R58及びR59が結合して環状構造を形成している場合としては、例えば、R58及びR59が結合している炭素と共に、フルオレン環を形成している態様が挙げられる。また、R58及びR57やR58及びR71が結合して環状構造を形成している場合としては、例えば、R58及びR57やR58及びR71が脂肪族炭化水素基で連結されている態様が挙げられる。
式(9)の具体例としては、例えば、下記式で示される化合物を挙げることができる。
式(9’)の具体例としては、例えば、下記式で示される化合物を挙げることができる。
本発明に用いられる光塩基発生剤としては、式7、式8、式9、に記載の光塩基発生剤が、耐熱性、感度の点から好ましく、特に感度の観点から式7に記載の光塩基発生剤が好ましい。
次に、光塩基発生剤から発生するアミンについて説明する。
本発明に用いられる光塩基発生剤は、前述のポリイミド前駆体と組み合わせて用いられる。ポリイミド前駆体は、350nm未満の波長領域に強い吸収を有するため、光塩基発生剤は、350nm以上の波長領域に感度を有することが望ましい。上記ポリイミド成分が最終生成物となるための塩基発生の機能を十分に発揮させるために、露光波長の少なくとも一部に対して吸収を有する必要がある。一般的な露光光源である高圧水銀灯の波長としては、365nm、405nm、436nmがある。このため、本発明における塩基発生剤は、少なくとも365nm、405nm、436nmの波長の電磁波のうち少なくとも1つの波長の電磁波に対して吸収を有することが好ましい。このような場合、適用可能なポリイミド成分の種類がさらに増える点から好ましい。
本発明に用いられる光塩基発生剤において発生する塩基性物質としては、下記式(A)で表されるアミンや下記式(B)で表されるアミジンが挙げられる。
(Rは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基であり、同一であっても異なっていても良い。Rは、それらが結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。但し、Rの少なくとも1つは1価の有機基である。また、Rは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基であり、同一であっても異なっていても良い。Rは、それらが結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。)
なお、上記式(A)のRにおいて、式(B)に含まれるようなアミジン構造を有していている場合は、発生塩基としては上記式(A)のアミンではなく、上記式(B)のアミジンに属することとする。
上記のような触媒効果等の、発生した塩基性物質が与える効果が大きい点から、発生する塩基性物質が脂肪族アミンもしくはアミジンであることが、塩基性の高いアミンである点から好ましい。その中でも、塩基性の観点からは、2級や3級の脂肪族アミンもしくはアミジンが好ましい。しかしながら脂肪族1級アミンを用いた場合でも、芳香族アミンを用いた場合に比べて、十分な触媒効果を得ることができる。そのため、脂肪族アミンの中でも、更に、5%重量減少温度や50%重量減少温度、熱分解温度といった熱物性や、溶解性といった他の物性面や、合成の簡便性やコストといった観点から、アミンやアミジンを適宜選択することが望ましい。
本発明においては、上記脂肪族アミンを発生させ、高感度を達成し、さらには、露光部未露光部の溶解性コントラストを大きくする観点から、式(A)中のRの窒素原子と直接結合している全ての原子が、水素原子もしくはSP3軌道を有する炭素原子である(但し、Rの全てが水素原子である場合を除く。)ことが好ましい。
このような窒素原子と直接結合している原子がSP3軌道を有する炭素原子となるような置換基としては、直鎖脂肪族炭化水素基、分岐脂肪族炭化水素基、及び、環状脂肪族炭化水素基、又はこれらの組み合わせからなる脂肪族炭化水素基が挙げられる。なお、当該脂肪族炭化水素基は、芳香族基等の置換基を有していても良く、或いは、炭化水素鎖中にヘテロ原子等の炭化水素以外の結合を含んでいても良い。好適なものとして、炭素数1〜20の直鎖又は分岐の飽和又は不飽和アルキル基、炭素数4〜13のシクロアルキル基、炭素数7〜26のフェノキシアルキル基、炭素数7〜26のアリールアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基が挙げられる。
ここでRが上記環状脂肪族炭化水素基又は上記シクロアルキル基を有する場合には、Rの2つが連結して環状になって、Rが結合している窒素原子を含む複素環構造を形成している場合を含む。
上記脂肪族炭化水素基としては、具体的には、メチル基、エチル基、エチニル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基、イソボルニル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、ベンジル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、Rの2つが連結して環状になって、Rが結合している窒素原子を含む複素環構造を形成している場合の複素環構造としては、例えば、アジリジン(3員環)、アゼチジン(4員環)、ピロリジン(5員環)、ピペリジン(6員環)、アゼパン(7員環)、アゾカン(8員環)等が挙げられる。これら複素環構造には直鎖又は分岐のアルキル基等の置換基を有していても良く、例えば、アルキル置換体として、メチルアジリジンなどのモノアルキルアジリジン、ジメチルアジリジンなどのジアルキルアジリジン、メチルアゼチジンなどのモノアルキルアゼチジン、ジメチルアゼチジンなどのジアルキルアゼチジン、トリメチルアゼチジンなどのトリアルキルアゼチジン、メチルピロリジンなどのモノアルキルピロリジン、ジメチルピロリジンなどのジアルキルピロリジン、トリメチルピロリジンなどのトリアルキルピロリジン、テトラメチルピロリジンなどのテトラアルキルピロリジン、メチルピペリジンなどのモノアルキルピペリジン、ジメチルピペリジンなどのジアルキルピペリジン、トリメチルピペリジンなどのトリアルキルピペリジン、テトラメチルピペリジンなどのテトラアルキルピペリジン、ペンタメチルピペリジンなどのペンタアルキルピペリジン等が挙げられる。
本発明において、上記Rの有機基中の炭化水素原子基以外の結合としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に限定されず、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−、ここでRは水素原子又は1価の有機基)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合、アゾ結合等が挙げられる。耐熱性の点から、有機基中の炭化水素原子基以外の結合としては、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−:ここでRは水素原子又は1価の有機基)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合が好ましい。
本発明において、上記Rの有機基中の炭化水素原子基以外の置換基としては、本発明の効果が損なわれない限り、特に限定されず、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、シリル基、シラノール基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、ニトロ基、ニトロソ基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、ヒドロキシイミノ基、飽和又は不飽和アルキルエーテル基、飽和又は不飽和アルキルチオエーテル基、アリールエーテル基、及びアリールチオエーテル基、アミノ基(−NH2, −NHR, −NRR’:ここで、R及びR’はそれぞれ独立に炭化水素原子基)等が挙げられる。上記置換基に含まれる水素原子は、炭化水素原子基によって置換されていても良い。また、上記置換基に含まれる炭化水素原子基は、直鎖、分岐、及び環状のいずれでも良い。
本発明に係る光塩基発生剤の分解時に発生するアミンとしては、具体的には、n−ブチルアミン、アミルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、ベンジルアミンなどの第1級アミン類、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、などの直鎖状2級アミン類、アジリジン、アゼチジン、ピロリジン、ピペリジン、アゼパン、アゾカンなどの環状2級アミンおよびこれらのアルキル置換体のような第2級アミン類、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、キヌクリジンおよび、3−キヌクリジノールのような脂肪族第3級アミン、ジメチルアニリンなどの芳香族第3級アミン、およびイソキノリン、ピリジン、コリジン、ベータピコリンなどの複素環第3級アミンなどが挙げられる。
本発明に用いられる光塩基発生剤の分解時に発生するアミジンとしては、具体的には、イミダゾール、プリン、トリアゾール、グアニジンなどの2級アミジン及びこれらの誘導体、ピリミジン、トリアジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)及び1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン(DBN)などの3級アミジンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。
本発明においては、上述の光塩基発生剤のなかでも、上記式(7)で表わされるものであることが好ましい。
本発明の塩基発生剤は、複数の従来公知の合成ルートで合成することができる。上記化学式(7)で表される塩基発生剤は、例えば、特願2010−176384号公報を参考に合成することができる。上記化学式(7)で表される塩基発生剤において、フェノール性水酸基における保護基(R49)の導入は、合成途中で導入していても良いし、合成の最後に導入しても良い。また、上記化学式(8)で表される塩基発生剤は、例えば、特開2006−189591号公報及び特開2008−247747号公報を参考に合成することができる。また、上記化学式(9)で表される塩基発生剤は、例えば、特開2007−249013号公報及び特開2008−003581号公報を参考に合成することができる。
1−3.溶媒
本発明に用いられる溶媒としては、上記ポリイミド成分や感光性成分を均一に分散または溶解することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールモノエーテル類(いわゆるセロソルブ類);メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、前記グリコールモノエーテル類の酢酸エステル(例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート)、メトキシプロピルアセテート、エトキシプロピルアセテート、蓚酸ジメチル、乳酸メチル、乳酸エチル等のエステル類;エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;塩化メチレン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン、1−クロロプロパン、1−クロロブタン、1−クロロペンタン、クロロベンゼン、ブロムベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドンなどのピロリドン類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、その他の有機極性溶媒類等が挙げられ、更には、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、及び、その他の有機非極性溶媒類等も挙げられる。これらの溶媒は単独若しくは2種以上組み合わせて用いられる。
中でも、N−メチル−2−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、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルフォスホアミド、N−アセチル−2−ピロリドン、ピリジン、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン等の極性溶媒が好適なものとして挙げられる。
1−4.その他の成分
本発明における感光性樹脂組成物は、少なくとも上記ポリイミド前駆体と、光塩基発生剤を含むものであるが、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。
このような他の成分としては、熱硬化性成分、ポリイミド前駆体以外の非重合性バインダー樹脂、その他の添加剤を配合して、低アウトガス感光性ポリイミド樹脂組成物を調製してもよい。
本発明においては、感光性樹脂組成物に加工特性や各種機能性を付与するために、その他に様々な有機又は無機の低分子又は高分子化合物を配合してもよい。例えば、染料、界面活性剤、レベリング剤、可塑剤、微粒子等を用いることができる。微粒子には、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン等の有機微粒子、コロイダルシリカ、カーボン、層状珪酸塩等の無機微粒子等が含まれ、それらは多孔質や中空構造であってもよい。また、その機能又は形態としては顔料、フィラー、繊維等がある。
また、本発明における他の任意成分の配合割合は、上記感光性樹脂組成物の固形分全体に対し、0.1重量%〜20重量%の範囲が好ましい。0.1重量%未満だと、添加物を添加した効果が発揮されにくく、20重量%を超えると、最終的に得られる樹脂硬化物の特性が最終生成物に反映されにくいからである。
2.レリーフパターンの形成方法
本発明に係る感光性樹脂組成物はパターン形成用材料として好適に用いられる。
本発明のレリーフパターンの形成方法は、少なくとも、
(1)ネガ型感光性樹脂組成物を用いて塗膜又は成形体を形成する工程、
(2)当該塗膜又は成形体に所定パターン状に電磁波を照射する工程、
(3)電磁波を照射後又は照射と同時に、当該塗膜又は成形体を加熱する工程、及び
(4)現像する工程
とを有し、必要に応じて更に別の工程を有していても良いものである。
以下各工程を順に説明する。
(1)感光性樹脂組成物を用いて塗膜又は成形体を形成する工程
本発明に係るネガ型感光性樹脂組成物を何らかの基材上に塗布するなどして塗膜を形成したり、適した成形方法で成形体を形成する。
塗布する方法としては特に限定されず、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ディップコート法、バーコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷、インクジェット法など公知の印刷技術を用いた方法を用いることができる。
成形方法としては、射出成形(インジェクション成形)、ブロー成形、シート成形(真空成形・圧空成型)、チューブ成形(押出成形)等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
また、塗膜を形成する際の基材としては、特に限定されないが、シリコンウエハ、金属基板、セラミック基板、ガラス基板、樹脂製基板等を挙げることができる。
ネガ型感光性樹脂組成物を塗布又は成形した後は、乾燥、すなわち加熱して溶剤の大部分を除くことにより、基材表面に粘着性のない塗膜ないし、成形体を与えることができる。塗膜の厚みには特に制限はないが、乾燥後の膜厚が0.5〜50μmであることが好ましく、感度および現像速度面から1.0〜20μmであることがより望ましい。塗布した塗膜の乾燥条件としては、当該組成物の成分、使用割合、有機溶剤の種類等により適宜決めればよく、通常、30〜250℃、好ましくは50〜200℃、さらに好ましくは70〜150℃である。また、プリベーク時間は、通常、30秒〜60分程度である。加熱方法としては、ホットプレート、オーブン、赤外線加熱炉、搬送式熱風炉などが挙げられるが、特に限定されない。
(2)当該塗膜又は成形体に所定パターン状に電磁波を照射する工程
得られた塗膜又は成形体に、所定のパターンを有するマスクを通して、電磁波を照射しパターン状に電磁波を照射する。
電磁波を照射する露光工程に用いられる露光方法や露光装置は特に限定されることなく、密着露光でも間接露光でも良く、g線ステッパ、i線ステッパ、超高圧水銀灯を用いるコンタクト/プロキシミティ露光機、ミラープロジェクション露光機、又はその他の紫外線、可視光線、X線、電子線などを照射可能な投影機や線源を使用することができる。
(3)電磁波を照射後又は照射と同時に、当該塗膜又は成形体を加熱する工程
電磁波を照射後又は勝者と同時に前記塗膜又は成形体を加熱すると、露光部には、塩基性物質が発生し、その部分の熱硬化温度が選択的に低下する。露光後又は露光と同時に、露光部は熱硬化するが未露光部は熱硬化しない処理温度で加熱し、露光部のみ硬化させる。塩基性物質を発生させる加熱工程と、露光部のみ硬化させる反応を行うための加熱工程(露光後ベイク)は、同一の工程としても良いし、別の工程にしても良い。加熱方法としては、ホットプレート、オーブン、赤外線加熱炉、搬送式熱風炉などが上げられるが、特に限定されない。
加熱温度としては、ネガ型感光性樹脂組成物中の硬化性成分により適宜選択されればよいが、80℃〜300℃、好ましくは120℃〜250℃であり、より好ましくは135℃〜200℃である。熱処理温度が80℃より低いと、硬化反応の効率が悪く、露光部、未露光部の硬化反応率の差を生ずることが難しくなる。一方、熱処理温度が350℃を超えると、未露光部でも硬化反応が進行する恐れがあり、露光部と未露光部の溶解性の差を生じ難い恐れがある。
加熱時間としては、膜厚やネガ型感光性樹脂組成物中の硬化性成分により適宜選択されればよいが、通常、30秒〜1時間、好ましくは1分〜30分である。
(4)現像する工程
現像工程に用いられる現像液としては、前記電磁波照射部位の溶解性が変化する溶剤を現像液として用いれば、特に限定されず、塩基性水溶液、有機溶剤など、用いられる高分子前駆体に合わせて適宜選択することが可能である。
塩基性水溶液としては、特に限定されないが、例えば、濃度が、0.01重量%〜10重量%、好ましくは、0.05重量%〜5重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液の他、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、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、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、テトラメチルアンモニウムなどの水溶液等が挙げられ、中でも、0.05重量%〜5重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が、安定してパターンを形成できるため特に好ましい。
溶質は、1種類でも2種類以上でも良く、全体の重量の50%以上、さらに好ましくは70%以上、水が含まれていれば有機溶媒等を含んでいても良い。
また、有機溶剤としては、特に限定されないが、N−メチル−2−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、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクロン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、その他テトラヒドロフラン、クロロホルム、アセトニトリルなどを、単独であるいは2種類以上を組み合わせて添加してもよい。現像後は水または貧溶媒にて洗浄を行う。この場合においてもエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などを水に加えても良い。
現像方法としては、スプレー法、液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法等が挙げられる。
(5)その他の工程
現像後は必要に応じて水または貧溶媒でリンスを行い、80〜100℃で乾燥しパターンを安定なものとしてよい。
また、パターンを、更に必要に応じ加熱して熱硬化を完結させることが好ましい。本発明の感光性樹脂組成物の場合には、レリーフパターンを、耐熱性のあるものとするために180〜500℃、好ましくは200〜350℃の温度で数十分から数時間加熱することが好ましい。
本発明に係る感光性樹脂組成物又はその硬化物は、印刷インキ、塗料、シール剤、接着剤、電子材料、光回路部品、成形材料、レジスト材料、建築材料、光造形、光学部材等、樹脂材料が用いられる公知の全ての分野、製品に利用できる。塗料、シール剤、接着剤のように、全面露光して用いる用途にも、永久膜や剥離膜などパターンを形成する用途にも、いずれにも好適に用いることができる。
本発明に係る感光性樹脂組成物は、耐熱性、寸法安定性、絶縁性等の特性が有効とされる広範な分野、製品、例えば、塗料、印刷インキ、シール剤、又は接着剤、或いは、表示装置、半導体装置、電子部品、微小電気機械システム(Micro Electro Mechanical System(MEMS))、光学部材又は建築材料の形成材料として好適に用いられる。例えば具体的には、電子部品の形成材料としては、封止材料、層形成材料として、プリント配線基板、層間絶縁膜、配線被覆膜等に用いることができる。また、表示装置の形成材料としては、層形成材料や画像形成材料として、カラーフィルター、フレキシブルディスプレイ用フィルム、レジスト材料、配向膜等に用いることができる。また、半導体装置の形成材料としては、レジスト材料、バッファーコート膜のような層形成材料等に用いることができる。また、光学部品の形成材料としては、光学材料や層形成材料として、ホログラム、光導波路、光回路、光回路部品、反射防止膜等に用いることができる。また、建築材料としては、塗料、コーティング剤等に用いることができる。また、光造形物の材料としても用いることができる。印刷物、塗料、シール剤、接着剤、表示装置、半導体装置、電子部品、微小電気機械システム、光造形物、光学部材又は建築材料、いずれかの物品が提供される。
上記の様な特徴を有することから、本発明に係る感光性樹脂組成物は、パターン形成用材料としても用いることが可能である。本発明に係る感光性樹脂組成物をパターン形成用材料(レジスト)として用いた場合、それによって形成されたパターンは、ポリイミドからなる永久膜として耐熱性や絶縁性を付与する成分として機能し、例えば、カラーフィルター、フレキシブルディスプレイ用フィルム、電子部品、半導体装置、層間絶縁膜、配線被覆膜、光回路、光回路部品、反射防止膜、その他の光学部材又は電子部材を形成するのに適している。
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。
[製造例1]
ポリイミド前駆体1溶液の調製(フタル酸末端封止ポリイミド前駆体合成)
窒素気流下2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(TFMB)181.73g(0.568mol)と2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル(mTBHG)120.47g(0.568mol)とを5000mlのセパラブルフラスコに投入し、2999gの脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させ、窒素気流下、マントルヒーターによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。それらが完全に溶解したことを確認した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)324.15g(全ジアミンに対して97mol%)を添加し50℃で5時間撹拌しポリイミド前駆体Aを得た。この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥してポリイミド前駆体Aを溶液から取り出した。このポリイミド前駆体Aの末端基量をH−NMRスペクトルの積分比より重合度を求めて算出した。末端基量とは添加した全ジアミン中の末端基に存在するジアミンの割合(mol%)である。結果、末端基量は、反応に用いたジアミンの量に対して6.07mol%(0.069mol)であった。その後、フタル酸無水物を10.22g(0.069mol)添加し、50℃で1時間撹拌し末端封止した。その後室温まで冷却し、末端がフタル酸無水物から誘導される置換基で封止されたポリイミド前駆体1溶液を得た。H−NMRから求めたポリイミド前駆体1の数平均分子量は18500であり、末端封止率[フタル酸無水物と反応した末端のアミノ基の数×100/(フタル酸無水物と反応した末端のアミノ基の数+未反応の末端のアミノ基の数)]は、95%以上であった。
[製造例2]
ポリイミド前駆体2溶液の調製(酸無水物末端ポリイミド前駆体合成)
3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)334.23g(1.136mol)と2999gの脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を5000mlのセパラブルフラスコに投入し窒素気流下、マントルヒーターによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。その後、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(TFMB)176.29g(0.551mol)と2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル(mTBHG)116.86g(0.551mol)とを混合した粉末を徐々に添加し50℃で5時間撹拌した。その後室温まで冷却し、酸無水物末端のポリイミド前駆体2溶液を得た。この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥してポリイミド前駆体2を溶液から取り出し、H−NMRスペクトルの積分比より重合度を求めて数平均分子量を算出した。H−NMRから求めた数平均分子量は18800であった。
[製造例3]
ポリイミド前駆体3溶液の調製(フタル酸末端封止ポリイミド前駆体合成)
窒素気流下2000mlのセパラブルフラスコに脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を1238g投入し、オイルバスによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)106.327g(0.5310mol)を投入した。それらが完全に溶解したことを確認した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)152.679g(全ジアミンに対して98mol%)を添加し50℃で5時間撹拌しポリイミド前駆体Bを得た。この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥してポリイミド前駆体Bを溶液から取り出した。このポリイミド前駆体Bの末端基量をH−NMRスペクトルの積分比より前記製造例1と同様に算出した。結果、末端基量は、反応に用いたジアミンの量に対して3.43mol%(0.0182mol)であった。その後、フタル酸無水物を2.664g(0.0182mol)添加し、50℃で1時間撹拌し末端封止した。その後室温まで冷却し、末端がフタル酸無水物から誘導される置換基で封止されたポリイミド前駆体3溶液を得た。H−NMRから求めたポリイミド前駆体3の数平均分子量は27900であり、末端封止率は、85.3%であった。
[製造例4]
ポリイミド前駆体4溶液の調製(フタル酸末端封止ポリイミド前駆体合成)
窒素気流下1000mlのセパラブルフラスコに投入に脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)85.54gを投入し、オイルバスによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)13.000g(0.0435mol)を投入し、その後、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン5.144g(0.0207mol)を投入。60分後に溶解を確認後、脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)401.68gを投入し、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)37.305g(0.1863mol)を溶解させた。
それらが完全に溶解したことを確認した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)46.660g(先に投入したBPDAと合わせて全ジアミンに対して98mol%)を添加し50℃で5時間撹拌しポリイミド前駆体Cを得た。この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥してポリイミド前駆体Cを溶液から取り出した。このポリイミド前駆体Cの末端基量をH−NMRスペクトルの積分比より前記製造例1と同様に算出した。結果、末端基量は、反応に用いたジアミンの量に対して3.27mol%(0.00609mol)であった。その後、フタル酸無水物を0.9938g(0.0182mol)添加し、50℃で1時間撹拌し末端封止した。その後室温まで冷却し、末端がフタル酸無水物から誘導される置換基で封止されたポリイミド前駆体4溶液を得た。H−NMRから求めたポリイミド前駆体3の数平均分子量は29100であり、末端封止率は、85.5%であった。
[比較製造例1]
比較ポリイミド前駆体1溶液の調製(アミン末端ポリイミド前駆体合成)
窒素気流下2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(TFMB)181.73g(0.568mol)と2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル(mTBHG)120.47g(0.568mol)とを5000mlのセパラブルフラスコに投入し、2999gの脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させ、窒素気流下、マントルヒーターによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。それらが完全に溶解したことを確認した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)324.15g(全ジアミンに対して97mol%)を添加し50℃で5時間撹拌した。その後室温まで冷却し、アミノ基末端の比較ポリイミド前駆体1溶液を得た。この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥して比較ポリイミド前駆体1を溶液から取り出し、H−NMRスペクトルの積分比より重合度を求めて数平均分子量を算出した。H−NMRから求めた比較ポリイミド前駆体1の数平均分子量は18100であった。
[比較製造例2]
比較ポリイミド前駆体2溶液の調製(アミン末端ポリイミド前駆体合成)
窒素気流下2000mlのセパラブルフラスコに脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を1238g投入し、オイルバスによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)106.327g(0.5310mol)を投入した。それらが完全に溶解したことを確認した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)152.679g(全ジアミンに対して98mol%)を添加し50℃で5時間撹拌した。その後室温まで冷却し、アミノ基末端の比較ポリイミド前駆体2溶液を得た。
この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥してポリイミド前駆体を溶液から取り出し、H−NMRスペクトルの積分比より重合度を求めて数平均分子量を算出した。H−NMRから求めた比較ポリイミド前駆体2の数平均分子量は27900であった。
[比較製造例3]
比較ポリイミド前駆体3溶液の調製(アミン末端ポリイミド前駆体合成)
窒素気流下1000mlのセパラブルフラスコに投入に脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)85.54gを投入し、オイルバスによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)13.000g(0.0435mol)を投入し、その後、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン5.144g(0.0207mol)を投入。60分後に溶解を確認後、脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)401.68gを投入し、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)37.305g(0.1863mol)を溶解させた。
それらが完全に溶解したことを確認した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)46.660g(先に投入したBPDAと合わせて全ジアミンに対して98mol%)を添加し50℃で5時間撹拌した。その後室温まで冷却し、アミノ基末端の比較ポリイミド前駆体3溶液を得た。
この溶液から少量サンプリングしアセトンにて再沈殿し、減圧乾燥してポリイミド前駆体を溶液から取り出し、H−NMRスペクトルの積分比より重合度を求めて数平均分子量を算出した。H−NMRから求めた比較ポリイミド前駆体3の数平均分子量は29100であった。
<溶解速度評価1>
製造例1、2で得られたポリイミド前駆体1、2の各溶液、及び比較製造例1で得られた比較ポリイミド前駆体1溶液をそれぞれ、クロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に乾燥後膜厚14μmになるようにスピンコートし、100℃のホットプレート上で15分間乾燥させて、試験例1、2及び比較試験例1の塗膜を作製した。その後各塗膜を170℃のホットプレート上で10分加熱し、溶解速度評価サンプルを得た。
得られた溶解速度評価サンプルについてそれぞれ、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.5重量%、イソプロパノール20重量%を混合した水溶液を用いて現像処理を行った際の、塗膜の溶解速度を測定した。その結果を下記に示す。
なお、溶解速度とは、膜減り量を現像処理した時間で割った値である。膜減り量とは、上記のように現像液を用いて一定時間現像処理し、蒸留水でリンスした後、乾燥させてから測定した膜厚と、現像性評価サンプルの初期膜厚との差である。
各サンプルの溶解速度
ポリイミド前駆体1(試験例1):61.6nm/sec
ポリイミド前駆体2(試験例2):67.2nm/sec
比較ポリイミド前駆体1(比較試験例1):18.7nm/sec
試験例1及び2のポリイミド前駆体1及び2は比較試験例1の比較ポリイミド前駆体1に比べてアルカリ現像液に対する溶解速度が約3倍向上した。
<溶解速度評価2>
製造例3で得られたポリイミド前駆体溶液3溶液、及び比較製造例2で得られた比較ポリイミド前駆体溶液2溶液をそれぞれ、クロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に乾燥後膜厚2μmになるようにスピンコートし、120℃のホットプレート上で15分間乾燥させて、それぞれ試験例3、及び比較試験例2の塗膜を作製した。その後各塗膜を150℃のホットプレート上で10分加熱し、溶解速度評価サンプルを得た。
得られた溶解速度評価サンプルについてそれぞれ、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38重量%水溶液を用いて現像処理を行った際の、塗膜の溶解速度を測定した。その結果を下記に示す。
なお、溶解速度とは、膜減り量を現像処理した時間で割った値である。膜減り量とは、上記のように現像液を用いて一定時間現像処理し、蒸留水でリンスした後、乾燥させてから測定した膜厚と、現像性評価サンプルの初期膜厚との差である。
各サンプルの溶解速度
ポリイミド前駆体3(試験例3):200nm/sec以上
比較ポリイミド前駆体2(比較試験例2):55.2nm/sec
試験例3のポリイミド前駆体3は溶解速度が速すぎて正確な値を算出することができなかったが、少なくとも10秒以内に2μmの塗膜が溶解したので、溶解速度を200nm/sec以上と表記した。
試験例3のポリイミド前駆体3は比較試験例2の比較ポリイミド前駆体2に比べてアルカリ現像液に対する溶解速度が向上した。
<溶解速度評価3>
製造例4で得られたポリイミド前駆体溶液4溶液、及び比較製造例3で得られた比較ポリイミド前駆体溶液3溶液をそれぞれ、クロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に乾燥後膜厚2μmになるようにスピンコートし、120℃のホットプレート上で15分間乾燥させて、それぞれ試験例3、及び比較試験例2の塗膜を作製した。その後各塗膜を160℃のホットプレート上で2分加熱し、溶解速度評価サンプルを得た。
得られた溶解速度評価サンプルについてそれぞれ、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38重量%水溶液を用いて現像処理を行った際の、塗膜の溶解速度を測定した。その結果を下記に示す。
各サンプルの溶解速度
ポリイミド前駆体4(試験例4):200nm/sec以上
比較ポリイミド前駆体3(比較試験例3):111nm/sec
試験例4のポリイミド前駆体4は溶解速度が速すぎて正確な値を算出することができなかったが、少なくとも10秒以内に2μmの塗膜が溶解したので、溶解速度を200nm/sec以上と表記した。
試験例4のポリイミド前駆体4は比較試験例3の比較ポリイミド前駆体3に比べてアルカリ現像液に対する溶解速度が向上した。
[合成例1:光塩基発生剤1の合成]
100mLフラスコ中、炭酸カリウム2.00gをメタノール15mLに加えた。50mLフラスコ中、エトキシカルボニルメチル(トリフェニル)ホスホニウムブロミド2.67g(6.2mmol)、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンズアルデヒド945mg(6.2mmol)をメタノール10mLに溶解し、よく撹拌した炭酸カリウム溶液にゆっくり滴下した。3時間撹拌した後、TLCにより反応の終了を確認したうえでろ過を行い炭酸カリウムを除き、減圧濃縮した。濃縮後、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を50mL加え1時間撹拌した。反応終了後、ろ過によりトリフェニルホスフィンオキシドを除いた後、濃塩酸を滴下し反応液を酸性にした。沈殿物をろ過により集め、少量のクロロホルムにより洗浄することで2−ヒドロキシ−4−メトキシ桂皮酸を1.00g得た。続いて、100mL三口フラスコ中、2−ヒドロキシ−4−メトキシ桂皮酸500mg(3.0mmol)を脱水テトラヒドロキシフラン40mLに溶解し、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩0.586g(3.0mmol)を加えた。30分後、ピペリジン0.3ml(3.0mmol)を加えた。反応終了後、反応溶液を濃縮し、水に溶解した。ジエチルエーテルで抽出した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、1N塩酸、飽和食塩水で洗浄した。その後、シリカゲルカラムクマトグラフィー(展開溶媒:クロロホルム/メタノール100/1〜10/1)により精製することにより、下記式で表される光塩基発生剤1を64mg得た。
[合成例2:光塩基発生剤2の合成]
窒素雰囲気下、ディーン・スターク装置を装着した200mL三口フラスコ中、4,5−ジメトキシ−2−ニトロベンズアルデヒド8.2g(39mmol)を脱水2−プロパノール100mLに溶解し、アルミニウムイソプロポキシド2.0g(10mmol,0.25eq.)を加え105℃で7時間加熱攪拌を行った。途中溶媒の蒸発減少に伴い、2−プロパノール40mLを4回追加した。0.2N塩酸150mLにて反応を停止した後、クロロホルムにより抽出を行い、溶媒を減圧留去することにより6−ニトロベラトリルアルコール7.2gを得た。
窒素雰囲気下、200mL三口フラスコ中、6−ニトロベラトリルアルコール5.3g(25mmol)を脱水ジメチルアセトアミド100mLに溶解しトリエチルアミン7.0mL(50mmol,2.0eq)を加えた。氷浴下で、p−ニトロフェニルクロロフォルメイト5.5g(27mmol,1.1eq)を加えた後、室温で16時間攪拌した。反応液を水2Lに注ぎ込み、生じた沈殿をろ過した後、シリカゲルカラムクマトグラフィーにより精製することにより、4,5−ジメトキシ−2−ニトロベンジル−p−ニトロフェニルカルボネートを6.4gを得た。
窒素雰囲気下、100mL三口フラスコ中、4,5−ジメトキシ−2−ニトロベンジル−p−ニトロフェニルカルボネート3.6g(9.5mmol)を脱水ジメチルアセトアミド50mLに溶解し、2,6−ジメチルピペリジン5 mL(37mmol,3.9eq)、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール0.36g(0.3eq)を加え90℃で18時間加熱攪拌した。反応溶液を1%炭酸水素ナトリウム水溶液1Lに注ぎ込み、生じた沈殿をろ過した後、水にて洗浄することにより、下記式で表される光塩基発生剤1N−{[(4,5−ジメトキシ−2−ニトロベンジル)オキシ]カルボニル}−2,6−ジメチルピペリジン2.7gを得た。
[実施例1:感光性樹脂組成物Aの調製]
製造例1で得られたポリイミド前駆体1溶液に対し、光塩基発生剤1を溶液の固形分の15重量%添加し、実施例1の感光性樹脂組成物Aとした。
参考例2:感光性樹脂組成物Bの調製]
製造例1で得られたポリイミド前駆体1溶液に対し、光塩基発生剤2を溶液の固形分の15重量%添加し、参考例2の感光性樹脂組成物Bとした。
[実施例3:感光性樹脂組成物Cの調製]
製造例3で得られたポリイミド前駆体3溶液に対し、光塩基発生剤1を溶液の固形分の15重量%添加し、実施例3の感光性樹脂組成物Cとした。
[実施例4:感光性樹脂組成物Dの調製]
製造例4で得られたポリイミド前駆体4溶液に対し、光塩基発生剤1を溶液の固形分の15重量%添加し、実施例4の感光性樹脂組成物Dとした。
[比較例1:比較感光性樹脂組成物Aの調製]
比較製造例1で得られた比較ポリイミド前駆体1溶液に対し、光塩基発生剤1を溶液の固形分の15重量%添加し、比較例1の比較感光性樹脂組成物Aとした。
[比較例2:比較感光性樹脂組成物Bの調製]
比較製造例1で得られた比較ポリイミド前駆体1溶液に対し、光塩基発生剤2を溶液の固形分の15重量%添加し、比較例2の比較感光性樹脂組成物Bとした。
[比較例3:比較感光性樹脂組成物Cの調製]
比較製造例2で得られた比較ポリイミド前駆体2溶液に対し、光塩基発生剤1を溶液の固形分の15重量%添加し、比較例3の比較感光性樹脂組成物Cとした。
[比較例4:比較感光性樹脂組成物Dの調製]
比較製造例3で得られた比較ポリイミド前駆体3溶液に対し、光塩基発生剤1を溶液の固形分の15重量%添加し、比較例3の比較感光性樹脂組成物Dとした。
<現像性評価1>
実施例1〜2で得られた感光性樹脂組成物A〜B、及び比較例1〜2で得られた比較感光性樹脂組成物A〜Bをそれぞれクロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に、乾燥後14μmとなるようそれぞれスピンコートし、100℃のホットプレート上で15分乾燥させて感光性樹脂組成物の塗膜をそれぞれ2つずつ作製した。この塗膜のうち1つを、露光部の評価を行う塗膜とし、手動露光機を用いて高圧水銀灯により、5J/cm露光を行った。残りの一つは未露光部の評価を行う塗膜として、露光を行わなかった。その後、各塗膜を搬送型加熱炉を用い170℃のゾーンに入っている時間が5分になるように加熱し、現像性評価サンプルを得た。各現像性評価サンプルは、露光部の評価を行う塗膜1枚と未露光部の評価を行う塗膜1枚の2枚をセットにして評価に用いた。
実施例1〜2、及び比較例1〜2の塗膜の上記セットについて、それぞれ50℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.5重量%、イソプロパノール20重量%を混合した水溶液を用いて現像処理を行い、塗膜の溶解速度を測定した。
各塗膜の露光部と未露光部の膜減り量から溶解速度を算出し、比較を行った。未露光部の塗膜の溶解速度に対する露光部の塗膜の溶解速度の比(溶解性コントラスト)の値が大きいほど、残膜率が高くなると評価できる。
なお、膜減り量は、上記のように現像液を用いて一定時間現像処理し、蒸留水でリンスした後、乾燥させてから測定した膜厚と、現像性評価サンプルの初期膜厚との差であり、溶解速度とは、当該膜減り量を、現像処理した時間で割った値である。
各溶解速度の測定結果を表1及び表2に示す。
評価の結果、アミン末端を封止した感光性ポリイミド樹脂組成物(実施例1)はアミン末端を封止してないもの(比較例1)に比べて、光塩基発生剤1を用いたときは未露光部の溶解速度が約5.5倍向上し、現像に要する時間を短縮できた。また、露光部と未露光部の溶解性コントラストは約3倍向上した。
また、参考例2と比較例2の結果から、光塩基発生剤2を用いたときは未露光部の溶解速度が約1.3倍向上し、露光部と未露光部の溶解性コントラストは約2倍向上することがわかった。
<現像性評価2>
実施例3で得られた感光性樹脂組成物C、及び比較例3で得られた比較感光性樹脂組成物Cをそれぞれクロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に、乾燥後2μmとなるようそれぞれスピンコートし、120℃のホットプレート上で15分乾燥させて感光性ポリイミド樹脂組成物の塗膜をそれぞれ2つずつ作製した。この塗膜のうち1つを、露光部の評価を行う塗膜とし、手動露光機を用いて高圧水銀灯により、500mJ/cm露光を行った。残りの1つは未露光部の評価を行う塗膜として、露光を行わなかった。その後、各塗膜を150℃のホットプレート上で10分加熱し、現像性評価サンプルを得た。各現像性評価サンプルにおいては、露光部の評価を行う塗膜1枚と未露光部の評価を行う塗膜1枚を1セットとして評価に用いた。
実施例3及び比較例3の塗膜の上記セットについて、それぞれテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38重量%水溶液を用いて現像処理を行い、塗膜の溶解速度を測定した。
各塗膜の露光部と未露光部の膜減り量から溶解速度を算出し、比較を行った。未露光部の塗膜の溶解速度に対する露光部の塗膜の溶解速度の比(溶解性コントラスト)の値が大きいほど、残膜率が高くなると評価できる。
各溶解速度の測定結果を表3に示す。
評価の結果、アミン末端を封止した感光性ポリイミド樹脂組成物(実施例3)は封止してないもの(比較例3)に比べて、光塩基発生剤1を用いたときは未露光部の溶解速度が約2倍向上し、現像に要する時間を短縮できた。また、露光部と未露光部の溶解性コントラストは約2倍向上した。
<現像性評価3>
実施例3で得られた感光性樹脂組成物C、及び比較例3で得られた比較感光性樹脂組成物Cをそれぞれクロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に、乾燥後2μmとなるようそれぞれスピンコートし、120℃のホットプレート上で15分乾燥させて感光性ポリイミド樹脂組成物の塗膜をそれぞれ2つずつ作製した。この塗膜のうち1つを、露光部の評価を行う塗膜とし、手動露光機を用いて高圧水銀灯により、500mJ/cm露光を行った。残りの1つは未露光部の評価を行う塗膜として、露光を行わなかった。その後、各塗膜を160℃のホットプレート上で2分加熱し、現像性評価サンプルを得た。各現像性評価サンプルにおいては、露光部の評価を行う塗膜1枚と未露光部の評価を行う塗膜1枚を1セットとして評価に用いた。
実施例3及び比較例3の塗膜の上記セットについて、それぞれテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38重量%水溶液を用いて現像処理を行い、塗膜の溶解速度を測定した。
各塗膜の露光部と未露光部の膜減り量から溶解速度を算出し、比較を行った。未露光部の塗膜の溶解速度に対する露光部の塗膜の溶解速度の比(溶解性コントラスト)の値が大きいほど、残膜率が高くなると評価できる。
各溶解速度の測定結果を表4に示す。
評価の結果、露光後加熱処理(PEB)の条件を変えても、アミン末端を封止した感光性ポリイミド樹脂組成物(実施例3)は封止してないもの(比較例3)に比べて、光塩基発生剤1を用いたときは未露光部の溶解速度が約2倍向上し、現像に要する時間を短縮できた。また、露光部と未露光部の溶解性コントラストは約2倍向上した。
<現像性評価4>
実施例4で得られた感光性樹脂組成物D、及び比較例4で得られた比較感光性樹脂組成物Dをそれぞれクロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に、乾燥後2μmとなるようそれぞれスピンコートし、120℃のホットプレート上で15分乾燥させて感光性ポリイミド樹脂組成物の塗膜をそれぞれ2つずつ作製した。この塗膜のうち1つを、露光部の評価を行う塗膜とし、手動露光機を用いて高圧水銀灯により、500mJ/cm露光を行った。残りの1つは未露光部の評価を行う塗膜として、露光を行わなかった。その後、各塗膜を160℃のホットプレート上で2分加熱し、現像性評価サンプルを得た。各現像性評価サンプルにおいては、露光部の評価を行う塗膜1枚と未露光部の評価を行う塗膜1枚を1セットとして評価に用いた。
実施例4及び比較例4の塗膜の上記セットについて、それぞれテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38重量%水溶液を用いて現像処理を行い、塗膜の溶解速度を測定した。
各塗膜の露光部と未露光部の膜減り量から溶解速度を算出し、比較を行った。未露光部の塗膜の溶解速度に対する露光部の塗膜の溶解速度の比(溶解性コントラスト)の値が大きいほど、残膜率が高くなると評価できる。
各溶解速度の測定結果を表5に示す。
評価の結果、アミン末端を封止した感光性ポリイミド樹脂組成物(実施例4)は封止してないもの(比較例4)に比べて、未露光部の溶解速度が約4倍向上し、現像に要する時間を短縮できた。また、露光部と未露光部の溶解性コントラストは約3倍向上した。
溶解性コントラスト評価の結果、アミン末端を封止したポリイミド前駆体を用いた実施例1〜4は、アミン末端を有する比較ポリイミド前駆体を用いた比較例1〜4に比べて、溶解性コントラストが高く、パターン形成材料として好適であることが明らかとなった。
<パターン形成評価1>
実施例1の感光性樹脂組成物A、及び比較例1の比較感光性樹脂組成物Aをそれぞれ、クロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に、乾燥後19μmとなるようスピンコートし、100℃のホットプレート上で15分乾燥させて感光性樹脂組成物の塗膜を作製した。この塗膜に対し、手動露光機を用いて高圧水銀灯により細線評価用フォトマスクを介して、200mJ/cm露光を行った。その後、塗膜を搬送型加熱炉を用い170℃のゾーンに入っている時間が2.5分になるように加熱した。その際の膜厚は、実施例1、比較例1ともに、13.9μmであった。続いて50℃に加熱したテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.5重量%、イソプロパノール20重量%を混合した水溶液を用いて現像処理を行い、ラインアンドスペース(L/S)パターンを得た。
パターンを得るために要した現像時間と、解像度(形成可能なL/Sパターンの最小値)、現像後膜厚、及び残膜率を表6に示す。
<パターン形成評価2>
実施例3で得られた感光性樹脂組成物C、及び比較例3で得られた比較感光性樹脂組成物Cをそれぞれクロムめっきされたガラス(50mm×50mm)上に、乾燥後2μmとなるようそれぞれスピンコートし、120℃のホットプレート上で15分乾燥させて感光性樹脂組成物の塗膜をそれぞれ作製した。この塗膜に対し、手動露光機を用いて高圧水銀灯により細線評価用フォトマスクを介して、125mJ/cm露光を行った。その後、塗膜を160℃のホットプレート上で2分加熱した。その際の膜厚は実施例3、比較例3ともに1.7μmであった。続いてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド2.38重量%水溶液を用いて現像処理を行った。
その結果、実施例3の感光性樹脂組成物は現像時間120秒で解像度(形成可能なL/Sパターンの最小値)6μm/6μm、現像後膜厚1.28μm、残膜率75%のパターンが得られた。
一方、比較例3の感光性樹脂組成物は現像時間120秒では未露光部の残膜が0.18μm残っており、所望のパターンを得られなかった。
以上のことから、本発明の感光性樹脂組成物は、現像時間が短縮できることからプロセスコストの削減が可能であり、しかも、残膜率が高く、良好なパターンを得ることができる。

Claims (7)

  1. 少なくとも、下記式(1)で表わされる構造を含み、重量平均分子量が3,000〜1,000,000のポリイミド前駆体と、下記式(7)で表わされる光塩基発生剤を含有する感光性樹脂組成物。
    (式(1)中、Rは4価の有機基、Rは2価の有機基、Rは水素原子又はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及び、アルキル基にエーテル結合を含有した構造、Rは水素原子又は下記式(2)〜(5)で表わされる有機基よりなる群から選択される少なくとも1種の有機基であり、Rのうち70%以上が前記式(2)〜(5)で表される有機基である。複数あるR、R、R、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
    (式(2)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。)
    (式(3)中、Rは4価の有機基、Rは水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。複数あるRは同一でも異なっていてもよい。)
    (式(4)中、Rは4価の有機基、R10は水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基、R11は水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。複数あるR10は同一でも異なっていてもよい。)
    (式(5)中、XはC、P又はS原子、YはS又はO原子、Zは−R12又は−OR13であり、R12及びR13はアミノ基を有しない1価の有機基である。)
    (式(7)中、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素原子又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R41及びR42は、それらが結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。但し、R41及びR42の少なくとも1つは有機基である。R43及びR44はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47及びR48は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基又は有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47及びR48は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。R49は、水素原子、或いは、シリル基、シラノール基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、又はホスホノ基から選択される加熱及び/又は電磁波の照射により脱保護可能な保護基である。)
  2. 前記式(5)におけるXが炭素原子であり、かつ、前記式(5)におけるYが酸素原子
    である請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3. 更に前記式(5)が下記式(6)で表わされる有機基である、請求項2に記載の感光性
    樹脂組成物。
    (式(6)中、R14は下記式(6−1)〜(6−5)で表わされる有機基よりなる群から選択される有機基、R15は水素原子又はアミノ基を有しない1価の有機基である。)
    (式(6−1)〜(6−5)中、Aは、それぞれ独立に、水素原子又はアミノ基を有しない有機基であり、同一であっても異なっていても良い。Aは、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。−COORは式(6)中の−COOR15に対応する。)
  4. 前記光塩基発生剤が、塩基として脂肪族アミンを発生する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 前記請求項1乃至4のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物からなるパターン形成用材料。
  6. 前記請求項1乃至4のいずれかに1項に記載の感光性樹脂組成物を用いて塗膜又は成形体を形成し、当該塗膜又は成形体を、所定パターン状に電磁波を照射し、照射後又は照射と同時に加熱し、前記照射部位の溶解性を変化させた後、現像することを特徴とするネガ型パターン形成方法。
  7. 前記請求項1乃至4のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物又はその硬化物により少なくとも一部分が形成されている、印刷物、塗料、シール剤、接着剤、表示装置、半導体装置、電子部品、微小電気機械システム、光造形物、光学部材又は建築材料のいずれかの物品。
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