JP6427547B2 - アリールシクロブテン - Google Patents

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Description

本発明は、概してポリマー材料の分野に関し、より具体的には、電子デバイスの製造において有用なアリールシクロブテン系ポリマーに関する。
アリールシクロブテン系ポリマーは、マイクロエレクトロニクス実装及び相互接続用途などの様々な電子用途において誘電材料として使用される。アリールシクロブテン系ポリマーは、これらの用途に対しての多くの望ましい特性を有する。しかしながら、これらのポリマーは、ある特定の電子用途におけるこれらのポリマーの使用を制限する、低破壊靱性、低伸度、及び乏しい引張強度などのある特定の機械的制限に悩まされている。
アリールシクロブテン系ポリマーの機械的特性の改良への1つの取り組みは、米国特許第6,420,093号に開示されている。この特許は、改善された靱性を有するベンゾシクロブテン系ポリマーを提供する組成物を開示し、この組成物は、a)アリールシクロブテンモノマー、アリールシクロブテンオリゴマー、及びそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つの前駆化合物と、b)エチレン性不飽和(つまり、炭素−炭素二重結合(複数可))を含む骨格及び末端アクリレート基またはメタクリレート基を有するポリマーまたはオリゴマーとを含む。この特許に開示されている強化添加剤は、ポリマー骨格においてかなりの量の炭素−炭素二重結合を有する。しかしながら、これらの組成物がある特定の光パターニング用途において使用される場合、ベンゾシクロブテンポリマーの改善された伸び靱性は、添加されたポリマーまたはオリゴマーの炭素−炭素二重結合を伴う競合反応によって失われる。加えて、添加されたポリマー骨格における残留炭素−炭素二重結合は、経時的な材料の黄変を引き起こし得、これはある特定の用途には有害であり得る。したがって、改善された機械的特性を有する、アリールシクロブテン系材料を提供することのできる代替の材料への必要性が未だ存在する。
公開された欧州特許出願第EP527272 A1号は、改善された可撓性、強度、及び亀裂防止特性などの改善された特性を有するベンゾシクロブテン(BCB)樹脂を開示する。この特許出願におけるBCB樹脂は、ビス−ベンゾシクロブテン(ビス−BCB)モノマーと、ビス−BCBモノマー内の不飽和と比較してより高い親ジエン活性を有する不飽和化合物(親ジエンモノマー)とを反応させることによって調製される。親ジエンモノマーは、エチレン性またはアセチレン性不飽和の単一サイトを有する。1つのかかる親ジエンモノマーは、無水マレイン酸である。親ジエンモノマーは、ビス−BCBモノマーと比較して比較的少ない量(0.001〜0.2モル/モルビス−BCB)で使用され、ビス−BCBモノマーの重合の度合いを制御するように機能する。基本的に、親ジエンモノマーは、その単一親ジエン部分によって、成長するポリマー鎖を終端させるように機能し、それによってポリマー鎖の分子量を低減する。これらのポリマーのある特定の特性が改善され得る一方、従来のBCB樹脂と比較して低下した耐薬品性を有することなどの他の特性が、この手法による問題を抱え得る。特に、これらの従来のポリマーが光誘電材料内で使用されるとき、より低い分子量のポリマーが露光された領域と未露光の領域との間の対比(または溶解率の差異)を低減し、不十分な分解能及び未露光の領域におけるフィルム厚の比較的大きな損失をもたらす。
本発明は、重合単位として、1つ以上のアリールシクロブテン第1モノマーと、2つ以上の親ジエン部分を有し、かつカルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の酸部分を有する1つ以上の第2モノマーとを含むポリマーを提供する。第2モノマーは、2つ以上の親ジエン部分ならびに上記の酸部分のうちの1つ以上を有する。
上述のポリマー及び1つ以上の有機溶媒を含む組成物もまた、本発明によって提供される。
さらに、本発明は、基材を提供することと、基材の表面上に上述の組成物の層をコーティングすることと、コーティングを硬化させることと、を含む、基材上にフィルムを形成する方法を提供する。
アリールシクロブテンポリマーの引張強度及び伸度のうちの1つ以上を改善させる方法であって、1つ以上のアリールシクロブテンモノマーを、2つ以上の親ジエン部分を有する1つ以上の親ジエンモノマーならびにカルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の酸部分と重合させることを含む、方法。
上述の組成物から形成される硬化したフィルムを含む基材が、本発明によって追加で提供される。
本明細書を通して使用される場合、以下の省略語は、文脈が別途明確に示さない限り、以下の意味を有する:℃=摂氏度、min.=分、hr.=時間、g=グラム、L=リットル、μm=ミクロン=マイクロメートル、nm=ナノメートル、mm=ミリメートル、mL=ミリリットル、MPa=メガパスカル、M=重量平均分子量、M=数平均分子量、及びAMU=原子質量単位。別途述べられない限り、「重量%」は参照される組成物の合計重量に基づく重量%を指す。
「アルキル」という用語は、直鎖、分岐鎖、及び環状アルキルを含む。同様に「アルケニル」は、直鎖、分岐鎖、及び環状アルケニルを指す。「アリール」は、芳香族炭素環及び芳香族ヘテロ環を指す。本明細書において使用する場合、「脂肪族」という用語は、アルキル、アルケニル、及びアルキニル部分などの開鎖炭素含有部分を指し、これは直鎖または分岐鎖であり得る。また、本明細書において使用する場合、「脂環式」という用語は、環状脂肪族部分、例えば、シクロアルキル及びシクロアルケニルを指す。かかる脂環式部分は、芳香族ではないが、1つ以上の炭素−炭素二重結合を含み得る。「ハロ」は、フルオロ、クロロ、ブロモ、及びヨードを指す。「(メタ)アクリレート」という用語は、メタクリレート及びアクリレートの両方を指し、同様に(メタ)アクリルアミドという用語は、メタクリルアミド及びアクリルアミドの両方を指す。文脈が別途明確に示さない限り、「置換」アルキル、アルケニル、またはアルキニルは、アルキル、アルケニル、またはアルキニル上の1つ以上の水素がハロ、ヒドロキシ、C1−10アルコキシ、アミノ、モノ−またはジ−C1−10ヒドロカルビル置換アミノ、C5−20アリール、及び置換C5−20アリールから選択される1つ以上の置換基で置換されることを意味する。文脈が別途明確に示さない限り、「置換」アリールは、アリール上の1つ以上の水素が、ハロ、ヒドロキシ、C1−10アルキル、C2−10アルケニル、C2−10アルキニル、C1−10アルコキシ、アミノ、モノ−またはジ−C1−10ヒドロカルビル置換アミノ、C5−20アリール、及び置換C5−20アリールから選択される1つ以上の置換基で置換されることを意味する。「アルキル」はアルカンラジカルを指し、アルカンジラジカル(アルキレン)及びより高次のラジカルを含む。同様に、「アルケニル」、「アルキニル」、及び「アリール」という用語は、それぞれアルケン、アルキン、及びアレーンの対応するモノ−、ジ−、またはより高次のラジカルを指す。
「硬化」という用語は、材料または組成物の分子量を増加させる、重合または縮合などの任意のプロセスを意味する。「硬化性」とは、ある特定の条件下で硬化されることが可能な任意の材料を指す。「ポリマー」という用語は、オリゴマーも含む。「オリゴマー」という用語は、さらなる硬化が可能である、Bステージ材料を含む、二量体、三量体、四量体、五量体、六量体などの比較的低い分子量材料を指す。本明細書において使用する場合、「芳香族有機残基」はフェニルなどの、芳香族の性質のみを有する有機残基、及び芳香族と脂肪族部分との組み合わせを含む有機残基を包含する。冠詞「a」、「an」、及び「the」は、単数形及び複数形を指す。別途述べられない限り、全ての量は重量パーセントであり、全ての比はモル比である。全ての数的範囲は、かかる数的範囲がやむを得ず合計100%になることが明らかである場合を除き、端点を含み、かつ任意の順序で組み合わせ可能である。
発明者は、重合単位として1つ以上の第1アリールシクロブテンモノマー及び1つ以上の第2モノマーを含み、この第2モノマーが、2つ以上の親ジエン部分と、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の酸部分とを有する、ある特定のアリールシクロブテンポリマーが、従来のアリールシクロブテン系ポリマーと比較して改善された引張強度及び伸度ならびに/または改善された水性塩基現像性を有することを発見した。好ましくは、本アリールシクロブテンポリマーはオリゴマーである。
本アリールシクロブテンポリマーの調製において有用であるアリールシクロブテン第1モノマーとしては、式(1)を有するものが挙げられるが、これらに限定されず、
Figure 0006427547
式中、B価の連結基であり、Arは多価アリール基であり、シクロブテン環の炭素原子がArの同じ芳香族環上の隣接する炭素原子と結合し、mは1以上の整数であり、nは1以上の整数であり、R及びRの各々が独立して、一価の基であり、2つのR部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得、2つのR部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得る。好ましくは、多価アリール基、Arは、1〜3つの芳香族炭素環またはヘテロ芳香族環で構成され得る。アリール基は、単一の芳香族環、より好ましくはフェニル環を含むことが望ましい。Arがフェニル環であるとき、モノマーはベンゾシクロブテン(BCB)モノマーである。アリール基は、C1−6アルキル、トリ−C1−6−アルキルシリル、C1−6アルコキシ、ハロ、及びカルボキシルから選択される1〜3個の基で、好ましくはC1−6アルキル、トリ−C1−3−アルキルシリル、C1−3アルコキシ、クロロ、ブロモ、フルオロ、及びカルボキシルのうちの1つ以上で、ならびにより好ましくはC1−3アルキル、トリ−C1−3−アルキルシリル、C1−3アルコキシ、及びカルボキシルのうちの1つ以上で、随意に置換される。アリール基は、非置換であるか、またはカルボキシルで置換されていることが望ましい。n=1または2であり、より好ましくはn=1であることが好ましい。m=1〜4であり、より好ましくはm=2〜4であり、さらにより好ましくはm=2であることが好ましい。好ましくは、各R及びRは独立して、H、C1−6アルキル、C1−6アルケニル、C1−6アルコキシ、カルボキシ、C2−6カルボキシ含有部分、C2−6ケト含有部分、C1−6アミド含有部分、C2−6アルコキシアルカノール、C2−6アルコキシエステル、及びハロから、ならびにより好ましくはH、C1−3アルキル、C1−3アルコキシ、及びハロから選択される。好適な単一の価のB基は、好ましくは式−[C(R−C(R×または−[C(R)=CR×を有し、式中、各R及びRは独立して、水素、C1−6アルキル、及びアリールから選択され、Zは、水素、C1−6アルキル、C6−10アリール、シロキサリール、−COから選択され、各Rは独立して、H、C1−6アルキル、C1−6ヒドロキシアルキル、C6−10アリール、C6−10ヒドロキシアリール、C7−20アラルキル、C7−20ヒドロキシアラルキル、及びC7−20アルカリールから選択され、x=1または2である。好ましくは、R及びRは独立して、H、C1−3アルキル、アリール、ならびにより好ましくはH及びC1−3アルキルから選択される。Rは、H、C1−3アルキル、C1−6ヒドロキシアルキル、C6−10アリール、C6−10ヒドロキシアリール、及びC7−20ヒドロキシアラルキルであることが好ましい。Zは、好ましくはシロキシルまたは−COである。好ましいシロキシル基は、式−[Si(R−O]−Si(R−を有し、式中、各Rは独立して、H、C1−6アルキル、アリール、アラルキル、及びアルカリールから選択され、pは1以上の整数である。Rは、C1−3アルキル、C6−10アリール、及びC7−20アラルキルから選択されることが好ましい。好適なアラルキル基としては、ベンジル、フェネチル、及びフェニルプロピルが挙げられる。好ましくは、Bは1つ以上の炭素−炭素二重結合(エチレン性不飽和)を含む。
好ましくは、アリールシクロブテンポリマーは、重合単位として、式(2)の1つ以上のビス−ベンゾシクロブテンモノマーを含み、
Figure 0006427547
式中、各R及びRは独立して、H、C1−6アルキル、C1−6アルケニル、C1−6アルコキシ、ハロ、カルボキシ、C2−6カルボキシ含有部分、C2−6ケト含有部分、C1−6アミド含有部分、C2−6アルコキシアルカノール、C2−6アルコキシエステル、−O−C1−20アルキル、−(C=O)−C1−20アルキル、−O−(C=O)−C1−20アルキル、−(C=O)−O−C1−20アルキル、−O−C6−20アリール、−(C=O)−C6−20アリール、−O−(C=O)−C6−20アリール、及び−(C=O)−O−C6−20アリールから、ならびに好ましくはH、C1−3アルキル、C1−3アルコキシ及びハロから選択され、2つのR部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得、2つのR部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得、各Rは独立して、C1−6アルキル、トリ−C1−6−アルキルシリル、C1−6アルコキシ、及びハロから選択され、各R10は独立して、飽和またはエチレン性不飽和であり得る二価の有機基であり、各R11は独立して、H、C1−6アルキル、C7−20アラルキル、及びフェニルから選択され、pは1以上の整数であり、qは0〜3の整数である。各R及びRは好ましくは独立して、H、C1−3アルキル、及びC1−3アルコキシから選択され、ならびにより好ましくは、各R及びRはHである。各Rは独立して、C1−6アルキル、トリ−C1−3−アルキルシリル、C1−3アルコキシ、及びクロロから、ならびにより好ましくはC1−3アルキル、トリ−C1−3−アルキルシリル、及びCアルコキシから選択されることが好ましい。好ましくは、各R10は独立して、C2−6アルキル、C2−6アルケニル、及びC2−6アルキニルから選択され、ならびにより好ましくは、各R10は独立して、−CHCH−、−CH=CH−、及び−C≡C−から選択される。各R11は、好ましくはC1−3アルキルから選択され、及びより好ましくは、各R11はメチルである。好ましくは、p=1〜5であり、より好ましくはp=1〜3であり、さらにより好ましくはp=1である。q=0であることが好ましい。式(2)の、特に好ましいアリールシクロブテンモノマーは、式(3)を有する、1,3−ビス(2−ビシクロ[4.2.0]オクタ−1,3,5−トリエン−3−イル−エテニル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(DVS−ビスBCB)である。
Figure 0006427547
本アリールシクロブテンポリマーは、好ましくは重合単位として、式(4)の1つ以上のベンゾシクロブテンモノマーを含み、
Figure 0006427547
式中、各R12及びR13は独立して、H、C1−6アルキル、C1−6アルケニル、C1−6アルコキシ、ハロ、カルボキシ、C2−6カルボキシ含有部分、C2−6ケト含有部分、C1−6アミド含有部分、C2−6アルコキシアルカノール、C2−6アルコキシエステル、−O−C1−20アルキル、−(C=O)−C1−20アルキル、−O−(C=O)−C1−20アルキル、−(C=O)−O−C1−20アルキル、−O−C6−20アリール、−(C=O)−C6−20アリール、−O−(C=O)−C6−20アリール、及び−(C=O)−O−C6−20アリールから、ならびに好ましくはH、C1−3アルキル、及びC1−3アルコキシから選択され、2つのR12部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得、2つのR13部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得、各R14は独立して、C1−6アルキル、トリ−C1−6−アルキルシリル、C1−6アルコキシ、及びハロから選択され、Yは−SO15または3〜15個の炭素原子を有し、少なくとも1つの−OH部分または保護カルボキシル部分を有する一価のラジカルであり、R15はHまたは1〜20個の炭素原子を有する一価のラジカルであり、fは0〜2の整数である。各R12及びR13は好ましくは独立して、H、C1−3アルキル、C1−3アルコキシ及びハロから選択され、ならびにより好ましくは、各R12及びR13はHである。好ましくは、各R14は独立して、C1−6アルキル、トリ−C1−3−アルキルシリル、C1−3アルコキシ、及びクロロから、ならびにより好ましくはCアルキル、トリ−C1−3−アルキルシリル、及びC1−3アルコキシから選択される。Yの一価のラジカルは、脂肪族及び/または芳香族であり得る。典型的に、Yは、1〜5つの−OH部分、好ましくは1〜3つ、より好ましくは1または2つ、さらにより好ましくは1つの−OH部分を有する。Yは、3〜15個の炭素原子を有し、少なくとも1つの−OH部分を有する、飽和または不飽和の一価のラジカルであり得、好ましくはエチレン性不飽和である。より好ましくは、Yの少なくとも1つの−OH部分は、−COHまたは−SOHである。R15はH、C1−10アルキル、C7−16アラルキル、またはC6−12アリールであることが好ましい。式(4)の好ましい化合物は、式中、Yが−CH=CHC(=O)OR16、−CH=CH−CHOH、−CH−CH=CHCOH、及び−CH=CHCHOHから選択され、式中、R16がH、C2−8ヒドロキシアルキル、及びカルボキシル部分の酸素に直接結合する1つ以上の第級炭素を有するC4−8アルキルから選択されるものである。より好ましいものは、式(4)の化合物が、式中、Yが−CH=CHC(=O)OR16、さらにより好ましくは−CH=CHC(=O)OHであるものである。f=0であることが好ましい。
本アリールシクロブテンポリマーは、重合単位として、1つのアリールシクロブテンモノマーまたは1つを超えるアリールシクロブテンモノマーを含み得る。好ましくは、本ポリマーは、重合単位として2つの異なるアリールシクロブテン第1モノマーを含む。本アリールシクロブテンポリマーが、重合単位として、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の部分を含む、1つ以上のアリールシクロブテン第1モノマーを含むことが好ましい。本アリールシクロブテンポリマーが、重合単位として、式(2)の1つ以上のビス−ベンゾシクロブテンモノマー及び式(4)の1つ以上のモノマー、ならびにより好ましくは、式(3)のモノマー及び式(4)の1つ以上のモノマーを含むことが、さらに好ましい。
本アリールシクロブテンポリマーの調製において有用である1つ以上の第2モノマーは、2つ以上の親ジエン部分と、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の酸部分とを有する任意のものである。親ジエン部分は、ディールスアルダー反応条件下でジエンと反応することが可能である任意のものである。好適な親ジエン部分は、エチレン性不飽和(二重結合)及び/またはアセチレン性不飽和(三重結合)を含み、ならびに好ましくは、親ジエン部分は1つ以上のエチレン性不飽和炭素−炭素結合(C=C)及び/またはアセチレン性不飽和炭素−炭素結合(C≡C)を含む。少なくとも1つの親ジエン部分がエチレン性不飽和であり、より好ましくは第2モノマー内の2つ以上の親ジエン部分がエチレン性不飽和であることが好ましい。好ましくは、第2モノマーは、2〜6、より好ましくは2〜5、及びなおより好ましくは2〜4の親ジエン部分を有する。好ましくは、本アリールシクロブテンポリマーは、重合単位として1つの第2モノマーを含む。代わりに、本アリールシクロブテンポリマーが、ポリマーの引張強度、伸度、及び水性塩基現像性などの所望の物理的特性に適合させるために、重合単位として2つ以上の異なる第2モノマーを含むことが好ましい。本発明において有用な第2モノマーは、好ましくはアリールシクロブテン部分を含まず、より好ましくはベンゾシクロブテン部分を含まない。好適な第2モノマーは、ディールスアルダー反応を促進または妨害するエチレン性及び/またはアセチレン性不飽和炭素(親ジエン炭素)と結合する1つ以上の部分を有し得ることが、当業者によって理解されるだろう。このようにして、例えば、ディールスアルダー促進部分を有する親ジエン炭素を有する1つ以上の親ジエン部分を有する第2モノマーは、かかる促進部分を欠くかかる第2モノマー内の第2親ジエン部分の前に、その親ジエン部分で、反応を起こし得る。したがって、かかる第2モノマーは、比較的高い反応性を有する親ジエン部分及び比較的低い反応性を有する親ジエン部分の両方を有し得、所望の特性を提供するために、アリールシクロブテンポリマーがさらに適合されることを可能にする。
好ましくは、1つ以上の第2モノマーが、式(5)の構造を有し、
(A)−Z−(E)(5)
式中、各Aは独立して、1〜20個の炭素原子と、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の部分とを有する有機残基であり、各Eは独立して、2〜20個の炭素原子と1つ以上の親ジエン部分とを有する有機残基であり、Zは、化学結合または1〜30個の炭素原子を有する有機残基であり、pは、1〜6の整数であり、qは、2〜6の整数である。好ましくは、pは1〜4の整数であり、より好ましくは1〜3、なおより好ましくは、pは1〜2であり、及びさらにより好ましくは、pは1である。qは2〜4の整数であり、より好ましくは2〜3であることが好ましい。
式(5)のAの有機残基は、1個以上のヘテロ原子を含み得る。Aの有機残基内の好適なヘテロ原子は、酸素、硫黄または窒素、好ましくは酸素または硫黄、及びより好ましくは酸素である。各Aは、好ましくは独立して、1〜10個の炭素原子と、酸素、硫黄、及び窒素から選択される0〜2個のヘテロ原子とを有する有機残基である。より好ましくは、各Aは独立して、1〜10個の炭素原子及び0〜2個の酸素原子を有する有機残基である。Aの有機残基は、環状脂肪族を含む脂肪族、または芳香族であり得る。Aの脂肪族有機残基は、アルケニルなどの飽和または不飽和であり得、直鎖、分岐鎖または環状であり得、好ましくは直鎖または分岐鎖であり得る。Aの芳香族有機残基は、フェニルなどの単一の芳香族環もしくは単一のヘテロ芳香族環を有し得るか、または少なくとも1つがナフチルもしくはテトラヒドロナフチルなどの芳香族である縮合環を有し得る。Aの芳香族有機残基が炭素環であることが好ましい。各Aは、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸、好ましくはカルボン酸及びスルホン酸、ならびにより好ましくはカルボン酸から選択される1つ以上の部分を有する。Aの好適な有機残基としては、C1−20アルキルカルボン酸、C3−20アルケニルカルボン酸、C7−20アリールカルボン酸、C8−20アリールアルキルカルボン酸、C9−20アリールアルケニルカルボン酸、C2−20アルキルジカルボン酸、C3−20アルキルトリカルボン酸、スルホン酸、C1−20アルキルスルホン酸、及びC2−20アルケニルスルホン酸が挙げられるが、これらに制限されない。C1−20アルキルカルボン酸、C3−20アルケニルカルボン酸、C7−20アリールカルボン酸、C8−20アリールアルキルカルボン酸、C9−20アリールアルケニルカルボン酸、C2−20アルキルジカルボン酸、及びAのC3−20アルキルトリカルボン酸残基の各々は、1個以上のヘテロ原子をさらに含み得、好ましくは1個以上の酸素原子を含み、ならびにより好ましくはカルボニル(−C(O)−)及びカルボニルオキシ(−C(O)−O−)部分のうちの1つ以上を含む。好ましくは、各Aは、ZまたはEのヒドロキシル部分と、無水コハク酸、無水メチルコハク酸、無水ジメチルコハク酸、無水マレイン酸、グルタル酸無水物、ジグリコール酸無水物、3−メチルグルタル酸無水物、3,3−ジメチルグルタル酸無水物、イタコン酸無水物、シトラコン酸無水物、無水フタル酸、ベンゼンテトラカルボン酸無水物、1,8−ナフチル系(naphthylic)無水物、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、プロパ−1−エン−1,3−スルトン、α−ヒドロキシ−オルト−トルエンスルトン、3−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、及び3,3,4,4−テトラフルオロ−1,4−スルトンなどの環状無水物または環状スルトンとの反応から形成される、有機残基である。
式(5)のAの保護カルボン酸(カルボキシル)基は、カルボキシル基を産するために、ある特定の条件下で切断可能である任意の基である。かかる保護カルボキシル基は、熱、酸、塩基またはこれらの組み合わせによって、好ましくは熱、酸、またはこれらの組み合わせによって、及びより好ましくは熱によって切断され得る。例示的な保護カルボキシル基としては、ベンジルエステル及びエステル基のアルコキシ酸素と直接結合した第級炭素を有するエステルなどのエステルが挙げられる。保護カルボキシル基が、エステル基のアルコキシ酸素と直接結合した第級炭素を有するエステルであり、より好ましくはエステルが、式Q−C(O)−O−CR’R’’R’’’を有し、式中Qは有機残基であり、R’、R’’、及びR’’’の各々が独立して、C20アルキルから選択されることが好ましい。好ましい保護カルボキシル基としては、tert−ブチルエステル、1−メチルシクロペンチルエステル及び1−エチルシクロペンチルエステルなどの1−アルキルシクロペンチルエステル、2,3−ジメチル−2−ブチルエステル、3−メチル−3−ペンチルエステル、2,3,3−トリメチル−3−ブチルエステル、1,2−ジメチルシクロペンチルエステル、2,3,4−トリメチル−3−ペンチルエステル、2,2,3,4,4−ペンタメチル−3−ペンチルエステル、ならびにヒドロキシアダマンチルエステル及びC1−12アルキルアダマンチルエステルなどのアダマンチルエステルが挙げられる。前述の保護カルボキシル基の各々は、熱、酸、または塩基のうちの1つ以上によって切断され得る。好ましくは、保護カルボキシル基は、熱、酸、または熱及び酸の組み合わせを使用して、ならびにより好ましくは熱によって切断される。例えば、これらの保護カルボキシル基は、パーフルオロアルキルスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、またはメタンスルホン酸などの、光生成または熱的に生成された強酸を使用して切断され得る。かかる保護カルボキシル基は、室温で切断され得るが、しかし典型的には約90〜110℃ 、及び好ましくは約100℃まで加熱される。代替として、保護カルボキシル基が、エステル基のアルコキシ酸素と直接結合した第級炭素を有するエステルであるとき、それは ≧125℃、好ましくは125〜250℃、及びより好ましくは150〜250℃などの好適な温度まで加熱することによって切断され得る。かかる保護カルボキシル基、及びそれらの使用条件は、エステル基のアルコキシ酸素と直接結合した第級炭素を有する様々なエステル基を開示する、米国特許第6,136,501号など、当業界で周知である。
式(5)のEの有機残基は、1個以上のヘテロ原子を含み得る。Eの有機残基内の好適なヘテロ原子は、酸素、硫黄または窒素、好ましくは酸素または硫黄、及びより好ましくは酸素である。各Eは、好ましくは独立して、2〜16個の炭素原子と、酸素、硫黄、及び窒素から選択される0〜2個のヘテロ原子とを有する有機残基である。より好ましくは、各Eは独立して、2〜16個の炭素原子及び0〜2個の酸素原子を有する有機残基である。Eの有機残基は、環状脂肪族を含む脂肪族、または芳香族であり得、好ましくは脂肪族である。Eの脂肪族有機残基は、アルケニルなどの飽和または不飽和であり得、直鎖、分岐鎖または環状であり得、好ましくは直鎖または分岐鎖であり得る。Eの芳香族有機残基は、フェニルなどの単一の芳香族環もしくは単一のヘテロ芳香族環を有し得るか、または少なくとも1つがナフチルもしくはテトラヒドロナフチルなどの芳香族である縮合環を有し得る。好ましくは、Eの芳香族有機残基は、炭素環である。Eの有機残基は、1つ以上のエチレン性不飽和部分及び/またはアセチレン性不飽和部分を含む。好ましくは、Eの有機残基は1つ以上のエチレン性不飽和部分を含む。E内のエチレン性及び/またはアセチレン性不飽和が、末端不飽和であることが、さらに好ましい。各Eが同一であることもまた好ましい。Eの好適な有機残基としては、C2−20アルケニル、C2−20アルキニル、C2−20アルケニルオキシ、C3−20アルケニルオキシアルキル、C8−20アルケニルアリール、C2−20アルキニルオキシが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、Eは、C2−20アルケニル、C3−20アルケニルオキシアルキル、C8−20アルケニルアリール、及びC2−20アルケニルオキシから選択される。好ましい第2モノマーは、式(5)の各Eが、C2−10アルケニルオキシ及びC2−10アルケニルから、ならびにより好ましくはアリルオキシ(HC=CH−CH−O−)及びC2−10アルケニルから選択されるものである。Eのアルケニル基は、好ましくは直鎖または分岐鎖である。
式(5)のZの有機残基は、酸素、硫黄、及び窒素などの、0〜6個のヘテロ原子を含有し得る。好ましくは、Zの有機残基は、0〜4個のヘテロ原子を含有する。酸素及び硫黄が、Zの有機残基内の好ましいヘテロ原子であり、酸素がより好ましい。Zの有機残基は、環状脂肪族を含む脂肪族、または芳香族であり得る。Zの有機残基は、化学結合、または1〜25個の炭素原子を有する有機残基、ならびに酸素、硫黄、及び窒素から選択される0〜6個のヘテロ原子であることが好ましい。より好ましくは、Zは化学結合または1〜25個の炭素原子及び0〜4個の酸素原子を有する有機残基である。Zは、好ましくは、2つ以上の無水物部分またはヒドロキシル置換基を有するC4−25ヒドロカルビル部分から形成される有機残基であり、より好ましくは、Zは2〜4つの無水物部分またはヒドロキシル置換基を有するC4−25ヒドロカルビル部分から形成される有機残基である。Zが、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ベンゼンテトラカルボン酸無水物、4,4’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−(ブト−3−エン−1−イル)フェノール)、ベンゼン−1,2,4−トリカルボン酸1,2−無水物4−塩化物、4,4’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−(ブト−3−エン−1−イル)フェノール)、及び4,4’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−(ブト−3−エン−1−イル)フェニレンアセテート)などの保護フェノールから形成される残基であることが好ましい。
好ましい第2モノマーは、式(6)〜(9)のものであり、
Figure 0006427547
式中、各R17は独立して、C3−10アルケニルから選択され、R18は、C1−10アルキル、C3−10アルケニル、及び−OR15から選択され、R19は、C2−10アルキル及びC2−10アルケニルから選択され、
Figure 0006427547
式中、各R20は独立して、C3−10アルケニル及びC1−10アルキル−(O−C3−10アルケニル)から選択され、x及びyは独立して、1または2であり、zは、1〜3の整数であるが、但し、R20がC3−10アルケニルであるとき、y=2であることを条件とし、
Figure 0006427547
式中、各R21は独立して、H及びC1−10アルキルから選択され、各R22は独立して、C2−20アルケニルであり、各R23は、C2−10アルキル及びC2−10アルケニルから選択される。R17がアリルであることが好ましい。好ましくは、R18は、C1−6アルキル、C3−6アルケニル、及び−OR17、ならびにより好ましくはC1−3アルキル、C3−6アルケニル、及び−O−CH−CH=CHから選択される。R19は、好ましくはC2−6アルキル及びC2−6アルケニルであり、より好ましくはエチレン(−CH−CH−)、プロピレン(−CH−CH−CH−)、エテニレン(−CH=CH−)、及びプロペニル(−CH−CH=CH−)から選択される。好ましくは、各R20は独立して、C3−10アルケニル及び−CHC(CH−O−CHCH=CH(R24)から選択される。z=2または3であることが好ましい。R24は好ましくはC1−10アルキル及び−CH−O−CHCH=CHから選択される。各R21は独立して、H及びC1−6アルキルから選択され、より好ましくは、各R21は独立して、メチルまたはエチルであることが好ましい。各R22は好ましくは独立して、C2−12アルケニルから選択され、より好ましくは、各R22はC2−6アルケニルであり、さらにより好ましくは、各R22は独立して、ビニル、アリル、n−ブテニル、イソ−ブテニル、n−ペンテニル、及びイソペンテニルから選択される。
本発明の1つ以上の第2モノマーは当業界で既知の様々な方法によって調製され得る。例えば、ベンゼンテトラカルボン酸無水物は、アリル臭化マグネシウムの2つの等価物と好適な溶媒中で反応し得、x及びyの各々が2であり、ならびにR20がアリルである、式(7)のモノマーを供給する。代替として、R17がアリルであり、R18が−O−CH−CH=CHであり、R19が−CHCH−である、式(6)の第2モノマーが、チメチロールプロパントリ−アリルエーテルと無水コハク酸の1つの等価物とを反応させることによって調製され得る。
本アリールシクロブテンポリマーは、随意に、重合単位として、1つ以上のジエンまたは親ジエン部分を含む1つ以上の第3モノマーを、さらに含み得る。かかる第3モノマーは、第1及び第2モノマーと異なる。1つの親ジエン部分を含む第3モノマーは、成長するアリールシクロブテンポリマー鎖をキャップするために使用され得、かかる第3モノマーの非存在下で調製されるアリールシクロブテンポリマーに対する分子量を効果的に低減する。2つ以上の親ジエン部分を含む第3モノマーは、アリールシクロブテンポリマーに他の性質を加えるために使用され得る。かかる第3モノマーの選択は、当業者の能力の範囲内である。
アリールシクロブテン第1モノマーの合計のモルと、本ポリマーを形成するために使用される第2モノマーの合計のモルとの比率は、99:1〜1:99、好ましくは99:1〜50:50、及びより好ましくは90:10〜60:40で変化し得る。随意の第3モノマーは、本アリールシクロブテンポリマーを形成するために使用されるモノマーの合計のモルに基づいて、0〜40モル%、好ましくは0〜30モル%、及びより好ましくは1〜20モル%の量で使用され得る。典型的に、本アリールシクロブテンポリマーは、ポリスチレン標準を使用したゲル浸透クロマトグラフィーによって決定されるように、1000〜50,000AMU、及び好ましくは1500〜35,000AMU、2,500〜25,000の重量平均分子量(M)を有する。
本発明のアリールシクロブテンポリマーは、米国特許第4,812,588号、同第5,136,069号、同第5,138,081号、及び国際特許出願第WO94/25903号に記載されるものなどの、任意の好適な手段によって調製され得る。一般的に、本ポリマーは、本アリールシクロブテン第1モノマー及び1つ以上の第2モノマー、ならびにあらゆる随意の第3モノマーのうちの1つ以上を、典型的には好適な溶媒中で、使用される特定のモノマー(複数可)の重合開始温度まで加熱することによって調製される。理論によって制約されることを望むものではないが、これらのモノマーはディールスアルダー付加環化によって重合すると考えられるため、重合を起こすために触媒開始剤または硬化剤が必要ではない。典型的に、これらのモノマーの重合は、≧150℃、好ましくは≧170℃の温度で開始するが、より低い温度またはより高い温度が、選択された特定のモノマー(複数可)に応じて使用され得る。本モノマーが重合を起こす温度は、シクロブテン環上の任意の置換基によって影響を受ける。一般的に、シクロブテン環が非置換であるときは、重合は≧170℃で開始する。シクロブテン環上の電子供与性置換基または電子求引性置換基は、一般的に重合開始温度を下げる。好適な重合溶媒は、1つ以上のモノマーを溶解し、モノマーの重合温度を超える沸騰点を有する任意の有機溶媒である。例示的な有機溶媒としては、アミド及びスルホンなどの極性非プロトン性溶媒が挙げられる。重合時間は、典型的に1〜60時間である。ある特定の用途について、オリゴマーの段階で重合を止めることが望ましい場合がある。本発明の1つ以上のモノマーで構成される、かかるオリゴマーは、二量体、トリマー、四量体等で主に構成され得、その後さらに重合されてもよい。本明細書において使用する場合、「本発明のモノマー」及び「本モノマー」という用語は、本明細書に記載される個別の化合物、ならびにその後さらに重合されるそれらの二量体、トリマー、及び四量体を含むことが意図される。本ポリマーは、そのままで使用され得るか、または水もしくはメタノールなどの非溶媒を添加して溶液からポリマーを沈殿させ、その後、有機溶媒を除去することにより単離され得る。
本ポリマーの組成物は、本発明の1つ以上のアリールシクロブテンポリマー及び1つ以上の有機溶媒を典型的に含む。好適な有機溶媒は、本ポリマーが可溶のものである。特に有用な有機溶媒は、アリールシクロブテンポリマーの製造または形成に有用な任意の溶媒である。例示的な有機溶媒としては、トルエン、キシレン、及びメシチレンなどの芳香族炭化水素;2−メチル−1−ブタノール、4−メチル−2−ペンタノール、及びメチルイソブチルカルビノールなどのアルコール;乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、メチル2−ヒドロキシイソブチレート、メチル3−メトキシプロピオネート、及び3−メトキシ−1−ブチルアセテートなどのエステル;ガンマ−ブチロラクトンなどのラクトン;N−メチルピロリジノンなどのラクタム;プロピレングリコールメチルエーテル及びジプロピレングリコールジメチルエーテル異性体(The Dow Chemical CompanyからPROGLYDE(商標)DMMとして市販されている)などのエーテル;シクロヘキサノン及びメチルシクロヘキサノンなどのケトン;ならびにこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
本組成物に有用な好適な随意の添加剤としては、硬化剤、界面活性剤、本モノマーとは異なる架橋剤、無機充填剤、有機充填剤、可塑剤、接着促進剤、金属不動態化材料等の各々のうちの1つ以上、及び前述のもののうちの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。好適な界面活性剤は、当業者に周知であり、非イオン界面活性剤が好ましい。かかる界面活性剤は、0〜10g/L、好ましくは0〜5g/Lの量で存在し得る。任意の好適な無機充填剤が、随意に本組成物に使用され得、当業者に周知である。例となる無機充填剤には、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア等、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。無機充填剤は、粉末、ロッド、球体の形態、または任意の他の好適な形状であり得る。かかる無機充填剤は、任意の好適な寸法を有し得る。無機充填剤は、組成物の合計重量に基づいて、0〜80重量%の量で使用され得る。本発明のモノマーとは異なる任意の架橋モノマーが架橋剤として使用され得るが、但し、これらが、本組成物を硬化させるのに使用される条件の下、組成物中のアリールシクロブテンポリマーと架橋することを条件とする。好適な架橋剤には、ポリアミン、ポリチオール、及び(メタ)アクリレート含有架橋剤が挙げられるが、これらに限定されない。かかる架橋剤の選択は、当業者の能力の範囲内である。かかる架橋剤は、組成物中の重合可能な構成成分の合計重量に基づいて、0〜20重量%、好ましくは0〜10重量%の量で典型的に使用される。1つ以上の非架橋モノマーもまた本組成物に添加され得、組成物中の重合可能な構成成分の合計重量に基づいて、0〜20重量%の量で典型的に存在する。かかる非架橋モノマーは、本組成物中のベンゾシクロブテン系構成成分と重合できる1つまたは2つの重合可能な部分を含有する。好ましくは、金属不動態化材料は、銅不動態化剤である。好適な銅不動態化剤は、当技術分野で周知であり、イミダゾール及びベンゾチアオールを含む。
様々な硬化剤が本組成物に使用され得る。好適な硬化剤は、ベンゾシクロブテン系材料の硬化を助け得、熱または光によって活性化され得る。例示的な硬化剤としては、熱生成開始剤及び光活性化合物(光生成開始剤)が挙げられるが、これらに限定されない。かかる硬化剤の選択は、当業者の能力の範囲内である。好ましい熱生成開始剤は、アゾビスイソブチロニトリル、ジベンゾイルペルオキシド、及びジクミルパーオキサイドなどのフリーラジカル開始剤であるが、これらに限定されない。好ましい光活性硬化剤は、Irgacureの銘柄でBASFから入手可なフリーラジカル光開始剤能及びDNQ化合物のスルホン酸エステルを含むジアゾナフトキノン(DNQ)化合物である。好適なDNQ化合物は、DNQスルホン酸エステル部分などのDNQ部分を有し、本組成物中で光活性化合物として機能する任意の化合物であり、つまりこれらは、適切な放射に露出されると溶解抑制剤として機能する。好適なDNQ化合物は、米国特許第7,198,878号及び同第8,143,360号に開示されている。光活性化合物の量は、アリールシクロブテンポリマーの合計重量に基づいて、0〜30重量%に変化する。存在するとき、光活性構成成分は、ベンゾシクロブテン系構成成分の合計重量に基づいて、5〜30重量%、好ましくは5〜25重量%、より好ましくは10〜25重量%の量で典型的に使用される。
任意の好適な接着促進剤が本組成物に使用され得、かかる接着促進剤の選択は、十分に当業者の能力の範囲内である。好ましい接着促進剤はシラン含有材料、及びより好ましくはトリアルコキシシラン含有材料である。例示的な接着促進剤は、ビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン等のビス(トリアルコキシシリルアルキル)ベンゼン;アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、及びフェニルアミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノアルキルトリアルコキシシラン;ならびに他のシランカップリング剤、さらには前述のものの混合物を含むが、これらに限定されない。特に好適な接着促進剤としては、Dow Electronic Materials(Marlborough,Massachusetts)から入手可能な、AP 3000、AP 8000、及びAP 9000Sが挙げられる。本架橋性組成物は、組成物の合計重量に基づいて、0〜15重量%、好ましくは0.5〜10重量%、より好ましくは1〜10重量%、さらにより好ましくは2〜10重量%の接着促進剤を典型的に含有する。
本組成物は、1つ以上の本ポリマーと、1つ以上のオリゴマーと、あらゆる随意の有機溶媒または追加の構成成分とを、任意の順序で合わせることによって調製される。本組成物が光活性化合物などの硬化剤を含有するとき、まず硬化剤を好適な有機溶媒に溶解し、次いで1つ以上の本ポリマーとあらゆる随意の界面活性剤と合わせ、次いであらゆる随意の接着促進剤と合わせることが好ましい。
本組成物のうちの任意のものは、基材上に、改善された引張強度、伸度、及び/または水性塩基現像性を有するアリールシクロブテンポリマーの層を形成する際に有用である。かかるアリールシクロブテンポリマー層は、誘電層、永久接合剤、応力緩衝層等として好適である。本組成物は、任意の好適な方法によって基材上にコーティングされ得る。本組成物を配置するための好適な方法としては、他の方法の中でも、スピンコーティング、カーテンコーティング、スプレーコーティング、ローラーコーティング、浸漬コーティング、蒸着、及び真空積層などの積層が挙げられるが、これらに限定されない。半導体製造産業では、スピンコーティングが、既存の器具及びプロセスを活用するために、好ましい方法である。スピンコーティングでは、組成物の固体分は回転速度と共に調整され得、それが適用される表面上の組成物の所望の厚さを達成する。典型的に、本組成物は400〜4000rpmの回転速度でスピンコーティングされる。ウエハまたは基材上に分配される本組成物の量は、組成物内の合計固体分、結果として得られる層の所望の厚さ、及び当業者に周知の他の要因に依存する。本組成物のフィルムまたは層がスピンコーティングなどによって流延されると、溶媒のほとんど(または全て)がフィルムの堆積中に蒸発する。好ましくは、組成物は、表面上に配置された後、加熱(ベーク)され、残りのいかなる溶媒をも除去する。典型的なベーク温度は90〜160℃であるが、他の温度が好適に使用され得る。残留溶媒を除去するためのかかるベークは、典型的に約2分間行われるが、より長いかまたはより短い時間が好適に使用され得る。アリールシクロブテンオリゴマーは、ある時間加熱することによって典型的に硬化される。好適な硬化温度は、180〜250℃以上の範囲である。典型的に、硬化時間は1〜600分間の範囲である。
代替の好ましい方法では、本組成物は、乾燥フィルムとして形成され得、積層により基材の表面上に配置される。真空積層技術を含む様々な好適な積層技術が使用され得、これらは当業者に周知である。乾燥フィルムを形成することにおいて、本組成物は、最初に、ポリエステルシート、好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)シート、またはKAPTON(商標)ポリイミドなどのポリイミドシートのような、好適なフィルム支持シートの前面に、スロットダイコーティング、グラビア印刷、または別の適切な方法を使用して、コーティングされるなどして配置される。組成物は、次いで好適な温度、例えば90〜140℃で、適切な時間、例えば1〜30分間ソフトベークされ、いかなる溶媒をも除去する。次いで、ポリエチレンなどのポリマーフィルム被覆シートが、室温で乾燥組成物上にロール積層され、保存及び操作中に組成物を保護する。最初に被覆シートが除去され、基材上に乾燥組成物を配置する。次いで、支持シート上の乾燥組成物は、ロール積層または真空積層を使用して、基材表面に積層される。積層温度は、20〜120℃の範囲であり得る。次いで、支持シートは除去(剥離)され、その表面上に乾燥組成物を残す。
幅広い様々な電子デバイス基材が、本発明において用いられ得る。電子デバイス基材は、任意の電子デバイスの製造における使用のための任意の基材である。例示的な電子デバイス基材としては、半導体ウエハ、ガラス、サファイア、ケイ酸材料、窒化ケイ素材料、炭化ケイ素材料、ディスプレイデバイス基材、エポキシ成形化合物ウエハ、回路基板基材、及び熱安定性ポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書において使用する場合、「半導体ウエハ」という用語は、半導体基材、半導体デバイス、及び単一チップウエハ、複数チップウエハ、様々なレベル用のパッケージ、発光ダイオード(LED)用の基材、またははんだ接続を必要とする他のアセンブリを含む、様々なレベルの相互接続用の様々なパッケージを包含することが意図される。ケイ素ウエハ、ガリウムヒ素ウエハ、及びケイ素ゲルマニウムウエハなどの半導体ウエハは、パターン化されてもパターン化されなくてもよい。本明細書において使用する場合、「半導体基材」という用語は、半導体デバイスの有効または動作可能部分を含む、1つ以上の半導体層または構造を有する、任意の基材を含む。「半導体基材」という用語は、半導体デバイスなどの、半導体材料を含む任意の構成を意味するように定義される。半導体デバイスは、少なくとも1つのマイクロエレクトロニクスデバイスが製作されたかまたはされている、半導体基材を指す。熱安定性ポリマーとしては、ポリイミド(例えば、DuPont,Wilmington,Delawareから入手可能なKAPTON(商標)ポリイミド)などの、アリールシクロブテン材料を硬化させるために使用される温度に安定性である任意のポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
接着促進剤を含有しない本発明の組成物が使用されるとき、本組成物でコーティングされる基材の表面は、随意に最初に好適な接着促進剤に接触させられ得るか、または蒸気処理され得る。かかる処理は、本アリールシクロブテンポリマーの基材表面への接着を改善させる。スピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、カーテンコーティング、ロールコーティング、蒸着などの任意の好適な方法が、基材表面を接着促進剤と接触させるために使用され得る。スピンコーティングは、基材表面を接着促進剤と接触させるための、好ましい方法である。任意の好適な接着促進剤が使用され得、かかる接着促進剤の選択は、十分に当業者の能力の範囲内である。好ましい接着促進剤はシラン含有材料、及びより好ましくはトリアルコキシシラン含有材料である。基材表面の前処理に有用な例示的な接着促進剤は、上述のものである。プラズマ処理などの、当業界で既知の様々な蒸気処理は、本発明のアリールシクロブテンポリマーの基材表面への接着を増加させるために使用され得る。ある特定の用途では、表面を本組成物でコーティングする前に、基材表面を処理するために接着促進剤を使用することが好ましい場合がある。
本アリールシクロブテン系ポリマーは、従来のベンゾシクロブテン系ポリマーから調製されたコーティングと比較して改善された引張強度、伸度及び/または水性塩基現像性を有するアリールシクロブテン系コーティングの形成する際に有用である。
実施例1:4−(2,2−ビス((アリルオキシ)メチル)ブトキシ)−4−オキソブタン酸(化合物6a)の合成。凝縮器、窒素導入口、隔壁、及び攪拌棒を装備した500mLの三つ口丸底フラスコを、トリメチロールプロパンジアリルエーテル(Neoallyl T−20、10.0g、46.9mmol)、無水コハク酸(11.7g、117mmol)、及びトルエン(120mL)で充填した。混合物を5分間撹拌し、p−トルエンスルホン酸(0.085g、0.45mmol)及びヒドロキノン(0.057g、0.49mmol)を撹拌した混合物に添加した。反応を18時間、70℃まで加熱し、次いで室温まで冷却した。混合物を濾過し、次いで有機層を分液漏斗に移した。次いで、有機層を等量の水で5回洗浄した。有機相をNaSO上で乾燥させ、低減した圧力下で溶媒を除去した。上記の手順を繰り返し、結合した粗生成物をシリカゲル上のクロマトグラフィーによって濾過し、エチルアセテート/ヘキサンで溶出させ、20.3g(49%)の所望の生成物、化合物6aを得た。H NMR(400MHz、CDCl)δ5.86(ddt、J=17.2、10.7、5.4Hz、2H)、5.29〜5.06(m、4H)、4.07(s、2H)、3.92(d、J=5.5Hz、4)、3.31(s、4H)、2.78〜2.52(m、4H)、1.43(q、J=7.6Hz、2H)、0.84(t、J=7.6Hz、3H)。13C NMR(101MHz、CDCl)δ178.08、171.80、134.95、116.36、77.30、76.99、76.67、72.22、70.22、65.39、42.28、28.92、28.89、22.89、7.49。
実施例2:4−(2,2−ビス((アリルオキシ)メチル)ブトキシ)−4−オキソブテン酸(化合物6b)の合成。凝縮器、窒素導入口、隔壁、及び攪拌棒を装備した500−mLの三つ口丸底フラスコを、トリメチロールプロパンジアリルエーテル(Neoallyl T−20、50.0g、233mmol)、無水マレイン酸(57.2g、583mmol)、及びトルエン(250mL)で充填した。混合物を5分間撹拌し、p−トルエンスルホン酸(0.480g、2.52mmol)及びヒドロキノン(0.240g、2.17mmol)を撹拌した混合物に添加した。反応を18時間、70℃まで加熱し、次いで室温まで冷却した。次いで混合物を濾過し、次いで有機層を分液漏斗に移した。次いで、有機層を等量の水で5回洗浄した。有機相をNaSO上で乾燥させ、低減した圧力下で溶媒を除去し、透明な粘性油として、58.3g(80%)の化合物6bを得た。H NMR(400MHz、CDCl)δ6.36(q、J=12.7Hz、2H)、5.82(ddt、J=17.1、10.6、5.4Hz、2H)、5.31〜5.09(m、4H)、4.24(s、2H)、3.90(dd、J=5.5、1.5Hz、4H)、3.31(s、4H)、1.45(q、J=7.6Hz、2H)、0.84(t、J=7.5Hz、3H)。13C NMR(101MHz、CDCl)δ167.31、165.15、135.26、134.69、129.50、116.63、72.24、70.04、67.62、42.31、22.91、7.47。
実施例3:(Z)−4−(3−(アリルオキシ)−2,2−ビス((アリルオキシ)メチル)−プロポキシ)−4−オキソブト−2−エン酸(化合物6c)の調製。凝縮器、窒素導入口、隔壁、及び攪拌棒を装備した1000mLの三つ口丸底フラスコを、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル(Neoallyl P−30、20.01g、78.06mmol)、無水マレイン酸(19.46g、198.4mmol)、及びトルエン(240mL)で充填した。混合物を5分間撹拌し、p−トルエンスルホン酸(0.146g、0.768mmol)及びヒドロキノン(0.103g、0.772mmol)を撹拌した混合物に添加した。反応を18時間、70℃まで加熱し、次いで室温まで冷却した。次いで混合物を濾過し、次いで有機層を分液漏斗に移した。次いで、有機層を等量の水で5回洗浄した。有機相をNaSO上で乾燥させ、低減した圧力下で溶媒を除去し、20.3g(49%)の化合物6cを得た。H NMR(400MHz、CDCl)δ6.53〜6.29(m、2H)、5.85(ddt、J=17.3、10.5、5.4Hz、3H)、5.36〜5.05(m、6H)、4.40(s、2H)、3.94(dt、J=5.4、1.5Hz、6H)、3.46(s、6H)。13C NMR(101MHz、CDCl)δ167.87、163.80、137.41、134.58、128.85、116.68、72.31、68.94、66.84、44.46。
実施例4:4−(3−(アリルオキシ)−2,2−ビス((アリルオキシ)メチル)プロポキシ)−4−オキソブタン酸(化合物6d)の調製。凝縮器、窒素導入口、隔壁、及びオーバーヘッド機械式撹拌機を装備し、底面除液管を有する500mLの三つ口丸底フラスコを、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル(Neoallyl P−30、50.0g、195mmol)、無水コハク酸(48.8g、487mmol)、及びトルエン(500mL)で充填した。混合物を5分間撹拌し、p−トルエンスルホン酸(0.371g、1.95mmol)及びヒドロキノン(0.214g、1.95mmol)を撹拌した混合物に添加した。反応を70℃まで加熱し、一晩撹拌した。翌日、反応混合物を室温まで冷却し、撹拌しながら水(250mL)を反応に添加した。20分間撹拌した後、撹拌を停止し、層を分離させた。次いで水層は、底面排水管を介して除去された。この水洗いを5回繰り返した。反応器にディーンスタークトレイを装備し、加熱還流させ、残留水を除去した。乾燥させた後、混合物を室温まで冷却し、低減した圧力下で溶媒を除去し、粘性油として66.5g(96%)の化合物6dを得た。H NMR(400MHz、CDCl)δ5.85(m、3H)、5.23(dq、J=17.3、1.8Hz、6H)、4.18(s、2H)、3.92(dt、J=5.4、1.6Hz、6H)、3.43(s、6H)、2.69〜2.58(m、4H)。13C NMR(101MHz、CDCl)δ178.05、171.71、134.89、116.36、72.26、68.97、64.31、44.45、28.92。
実施例5:アリールシクロブテンポリマー1(AP1)の調製。窒素パージした反応容器内で、3−メトキシブチルアセテート(42g)中の、ベンゾシクロブテンアクリル酸(BCB−AA)(12.02g、69.00mmol)と、DVS−ビスBCB(13.48g、34.50mmol)と、及び実施例1からの化合物6a(3.615g、11.50mmol)との混合物を、24時間、175℃まで加熱した。次いで、温度を165℃まで低下させ、少量の試料を周期的に除去し、ポリスチレン標準を使用したゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって結果として得られるポリマーのMを測定することによって分子量の構築を監視しながら反応させ続けた。観察したMが5000〜6500原子質量単位(AMU)になったとき、反応器を80℃まで冷却し、混合物を熱いまま、セライト層を重ねて積層した1μmのポリプロピレンフィルターを通して濾過した。本発明の結果として得られるポリマー(AP1)は、10モル%の化合物6aを含む。
実施例6:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(44g)中の、BCB−AA(10.02g、57.50mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例1からの化合物6a(7.23g、23.0mmol)とを、前の通りにBステージ化し、20モル%の化合物6aを含有する本発明のポリマーAP2を得た。
実施例7:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(47g)中の、BCB−AA(8.013g、46.00mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例1からの化合物6a(10.85g、34.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、30モル%の化合物6aを含有する本発明のポリマーAP3を得た。
実施例8:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(42g)中の、BCB−AA(12.02g、69.00mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例2からの化合物6b(3.592g、11.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、10モル%の化合物6bを含有する本発明のポリマーAP4を得た。
実施例8:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(44g)中の、BCB−AA(10.02g、57.5mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例2からの化合物6b(7.18g、23.0mmol)とを、前の通りにBステージ化し、20モル%の化合物6bを含有する本発明のポリマーAP5を得た。
実施例9:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(44g)中の、BCB−AA(8.01g、46.0mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例2からの化合物6b(10.78g、34.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、30モル%の化合物6bを含有する本発明のポリマーAP6を得た。
実施例8:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(42g)中の、BCB−AA(12.02g、69.00mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例3からの化合物6c(3.592g、11.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、10モル%の化合物6cを含有する本発明のポリマーAP7を得た。
実施例9:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(44g)中の、BCB−AA(10.02g、57.5mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例3からの化合物6c(7.18g、23.0mmol)とを、前の通りにBステージ化し、20モル%の化合物6cを含有する本発明のポリマーAP8を得た。
実施例10:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(46g)中の、BCB−AA(8.01g、46.00mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例3からの化合物6c(10.78g、34.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、30モル%の化合物6cを含有する本発明のポリマーAP9を得た。
実施例11:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(43g)中の、BCB−AA(12.02g、69.00mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例4からの化合物6d(4.099g、11.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、10モル%の化合物6dを含有する本発明のポリマーAP10を得た。
実施例12:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(46g)中の、BCB−AA(10.02g、57.5mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例4からの化合物6d(8.197g、23.0mmol)とを、前の通りにBステージ化し、20モル%の化合物6dを含有する本発明のポリマーAP11を得た。
実施例13:実施例5の手順を、モノマーの量が以下の通りであったことを除いて繰り返した:3−メトキシブチルアセテート(49g)中の、BCB−AA(8.013g、46.0mmol)と、第1モノマーとしてのDVS−ビスBCB(13.48g、34.5mmol)と、第2モノマーとしての実施例4からの化合物6d(12.30g、34.5mmol)とを、前の通りにBステージ化し、30モル%の化合物6dを含有する本発明のポリマーAP12を得た。
実施例14:コーティング組成物1の調製。瓶の中で、3.22gの、平均65モル%のエステル化フェノール(光活性化合物またはPACとして)を有する4,4’−((2−ヒドロキシフェニル)メチレン)−ビス(2,3,6−トリメチルフェノール)の、2,1,5ジアゾナフトキノンスルホン酸エステルと、2.93gのプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)と、1.60gの3−メトキシブチルアセテートと、1.76gのアニソールと、0.62gの、PGMEA溶媒中のDCT L−7604界面活性剤とを結合させた。次に、PGMEA中の、4.68gの50重量%溶液N−540エポキシ架橋剤溶液を、3−メトキシブチルアセテート中の、12.5gの実施例5からの41重量%AP1組成物と、0.288gの接着促進剤(PGMEA中の、トリエトキシシリルプロピルマレインアミド酸の50重量%溶液)と共に添加した。瓶を12時間回転させて、均質な溶液を形成した。消泡後、結果として得られたコーティング組成物1を、使用前に0.45μmナイロンフィルターを通して濾過した。
比較実施例1:従来のアリールシクロブテンポリマー(比較ポリマーCP1)を、実施例3の一般手順に従って、BCB−AA及びDVS−ビスBCBを70:30のモル比で使用して調製した。比較コーティング組成物を、比較ポリマーCP1を本発明のAP1のアリールシクロブテンポリマーの代わりに使用したことを除いて、実施例4の一般手順に従って調製した。
実施例15:実施例5の手順を、10モル%の化合物6aを使用して繰り返し、アリールシクロブテンポリマーAP2を得、手順を30モル%の化合物6aを使用して再度繰り返し、アリールシクロブテンポリマーAP3を得た。
実施例6の手順を、コーティング組成物2を調製するためにアリールシクロブテンポリマーAP2を使用したことを除いて、繰り返した。実施例6の手順を、コーティング組成物3を調製するために、アリールシクロブテンポリマーAP3をポリマーAP1の代わりに使用したことを除いて、再び繰り返した。
実施例16:実施例5の一般手順を、BCB−モノマー及び本発明の第2モノマーの量を変化させることを除いて繰り返す。モノマーの量を表1に報告し、それはポリマーAP13〜AP18が得られると予想される。化合物7a〜7dの構造を以下に示す。構造7dは、位置異性体の混合物である。
Figure 0006427547
Figure 0006427547
実施例17:コーティング組成物1〜3の各々及び比較実施例1の比較コーティング組成物を、Site Trac TT5−XPコーティング機を使用して、1735rpmで30秒間、200mm最高等級の銅コーティングされたケイ素ウエハ上にスパッタリングし、続いて90℃で90秒間ソフトベークして、溶媒をさらに除去した。各コーティングのフィルム厚は約5.5μmであった。次いで、コーティングされたウエハを、Blue M Ultra−Tempオーブン(IGF−6680F−4型)中で、窒素下250℃で60分間固く硬化させた。最終フィルム厚は約5μmであり、ウエハを10mm×90mmの試料に切断した。
各ウエハを、過硫酸アンモニウムの10%溶液に供して、ポリマーフィルムをウエハから剥離させた。フィルムを水で慎重にすすぎ、完全に乾かした。一旦乾燥したら、各試料を25.4mmのゲージ長を有する伸度テンプレート上に透明テープを使用して取り付けた。伸度測定を、Instron 33R4464モデルの計器上で、5mm/秒のクロスヘッド速度及びInstron Bluehill2ソフトウェアを使用して行った。引張強度値(MPa)を、破断点荷重を元の最小横断面積で除算することによって計算した。各試料の平均引張強度及び伸度%を表2に報告する。これらの結果から分かるように、本発明のアリールシクロブテンポリマーから形成したフィルムは、従来のアリールシクロブテンポリマーから形成したフィルムと比較して改善した伸度を有する。
Figure 0006427547

Claims (11)

  1. 重合単位として、1つ以上のアリールシクロブテン第1モノマーと、エチレン性不飽和及びアセチレン性不飽和炭素−炭素結合から選択される2つ以上の親ジエン部分、ならびにカルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の酸部分を有する1つ以上の第2モノマーとを含む、ポリマーであって、前記1つ以上の第2モノマーが、以下の式を有し、
    (A)−Z−(E)
    式中、各Aは独立して、1〜20個の炭素原子と、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の部分とを有する有機残基であり、各Eは独立して、2〜20個の炭素原子と、エチレン性不飽和及びアセチレン性不飽和炭素−炭素結合から選択される1つ以上の親ジエン部分とを有する有機残基であり、Zは、化学結合または1〜30個の炭素原子を有する有機残基であり、pは、1〜6の整数であり、qは、2〜6の整数であり、並びに、
    前記保護カルボン酸が、エステル基のアルコキシ酸素と直接結合した第級炭素を有するエステルである、ポリマー。
  2. 前記1つ以上のアリールシクロブテン第1モノマーが、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の部分をさらに含む、請求項1に記載のポリマー。
  3. 前記ポリマーが重合単位として2つの異なるアリールシクロブテン第1モノマーを含む、請求項1又は2に記載のポリマー。
  4. 重合単位として、1つ以上のジエンまたは、エチレン性不飽和及びアセチレン性不飽和炭素−炭素結合から選択される親ジエン部分を含む1つ以上の第3モノマーをさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリマー。
  5. 前記1つ以上のアリールシクロブテン第1モノマーが以下の式を有し、
    Figure 0006427547
    式中、Bはm価の連結基であり、Arは多価アリール基であり、シクロブテン環の炭素原子がArの同じ芳香族環上の隣接する炭素原子と結合し、mは1以上の整数であり、nは1以上の整数であり、R及びRの各々が独立して、一価の基であり、2つのR部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得、2つのR部分が、それらが結合する炭素と一緒になって、カルボニルまたはチオカルボニルを形成し得る、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリマー。
  6. pが1〜4の整数である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリマー。
  7. qが2〜4の整数である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリマー。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリマー及び1つ以上の有機溶媒を含む、組成物。
  9. 1つ以上の光活性化合物をさらに含む、請求項8に記載の組成物。
  10. 基材上にフィルムを形成する方法であって、基材を提供することと、前記基材の表面上に請求項8または9に記載の組成物の層をコーティングすることと、前記コーティングを硬化させることと、を含む、方法。
  11. アリールシクロブテンポリマーの引張強度及び伸度のうちの1つ以上を改善させる方法であって、1つ以上のアリールシクロブテンモノマーを、エチレン性不飽和及びアセチレン性不飽和炭素−炭素結合から選択される2つ以上の親ジエン部分、ならびにカルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の酸部分を有する1つ以上の親ジエンモノマーと重合させることを含み、
    前記1つ以上の親ジエンモノマーが、以下の式を有し、
    (A)−Z−(E)
    式中、各Aは独立して、1〜20個の炭素原子と、カルボン酸、保護カルボン酸、及びスルホン酸から選択される1つ以上の部分とを有する有機残基であり、各Eは独立して、2〜20個の炭素原子と、エチレン性不飽和及びアセチレン性不飽和炭素−炭素結合から選択される1つ以上の親ジエン部分とを有する有機残基であり、Zは、化学結合または1〜30個の炭素原子を有する有機残基であり、pは、1〜6の整数であり、qは、2〜6の整数であり、
    前記保護カルボン酸が、エステル基のアルコキシ酸素と直接結合した第級炭素を有するエステルである、方法。
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