JP6699661B2 - 感光性樹脂成物 - Google Patents

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Description

本発明は、感光性樹脂組成物および感光性樹脂膜の製造方法に関する。さらに詳しくは、半導体素子の表面保護膜や再配線用絶縁膜、薄膜インダクタの層間絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス素子の絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた表示装置の駆動用薄膜トランジスタ基板の平坦化膜、回路基板の配線保護絶縁膜、固体撮像素子のオンチップマイクロレンズや各種ディスプレイ・固体撮像素子用平坦化膜などの用途に適した感光性樹脂組成物および感光性樹脂膜の製造方法に関する。
以下エレクトロルミネッセンスを「EL」、薄膜トランジスタを「TFT」と言う。
ポリイミドやポリベンゾオキサゾールなどの樹脂は、その優れた機械特性や耐熱性、電気絶縁性、耐薬品性などから、半導体素子などの表面保護膜、薄膜インダクタの層間絶縁膜、有機EL素子の絶縁層、およびTFT基板の平坦化膜などに用いられている。
近年、薄膜インダクタと呼ばれる電子部品が注目されている。この薄膜インダクタは、基板上にフォトリソグラフィやメッキなどの工程を繰り返して形成した渦巻き状の薄膜コイル構造を有している。これは、ウェアラブル機器、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラなどのモバイル機器のコモンモードフィルタ用途などに用いられている。
特に、スマートフォンに代表される電子機器の高機能・多機能化に伴って部品数が増加し、各部品あたりのスペースが小さくなって、部品の小型化・薄膜化が求められている。このような製品に、省スペース化が可能な薄膜インダクタが必要とされている。
従来、このような薄膜インダクタのコイルパターン形成には、セミアディティブ法が採用されている。まず、基板上に絶縁層として感光性樹脂をスピンコートし、これを露光・現像することによって、開口部及びスルーホール部を形成する。そして残った樹脂を熱硬化して絶縁層を形成する。続いて、蒸着法又はスパッタリング法により下地導電層を形成する。これを給電体としたメッキを行うことにより、絶縁層上にコイルパターンを形成する。このように絶縁層とコイルパターンを形成する工程を繰り返すことにより、積層コイル構造を形成することができる(例えば、特許文献1参照)。
絶縁層の材料としては、電気的絶縁性に優れ、パターン加工が容易な感光性樹脂が用いられる。感光性のタイプとしては、コイルパターン被覆のために厚膜の絶縁層となるように塗布した際、ポジ型感光性樹脂よりも露光部と未露光部の現像スピードのコントラストをつけやすいために厚膜パターン加工が容易なネガ型感光性樹脂が用いられる(例えば、特許文献2〜4参照)。中でも、コイルパターン形成に伴う薬液処理や加熱処理に耐え、かつ、信頼性試験において発生する各種応力に対して耐え得る高靭性の絶縁層を得られる感光性樹脂として、耐薬品性や耐熱性、機械特性、電気絶縁性に優れたポリイミド系の樹脂が用いられる(例えば、特許文献5参照)。
特開2014−192487号公報 特開2015−007762号公報 特開2013−174643公報 国際公開第2012/086370号 特開2013−200328号公報
絶縁層としてネガ型感光性ポリイミド樹脂を塗布し、露光し、そして現像によって非露光部を除去することによって開口部が得られる。しかしその断面形状は、一般的に露光部において膜の底部まで架橋反応が進まず、逆テーパーとなりやすいという課題がある。樹脂の開口部の断面形状が90°以上の逆テーパーであると、メッキ処理前の蒸着又はスパッタリングによるシード層形成が不完全となり、メッキの形成不良による電気的接続不良などの問題が発生する。そのため、断面形状は、少なくとも90°未満の順テーパーである必要がある。
したがって、本発明は、耐薬品性および電気絶縁性に優れ、かつ硬化後に90°未満の順テーパーの断面形状を有する硬化レリーフパターンが得られる感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の感光性樹脂組成物は下記の構成を有する。
[1]ポリイミドおよびその前駆体、ならびにポリベンゾオキサゾールおよびその前駆体から選択される1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂(A)、ならびに
(メタ)アクリル基含有化合物(B)を含有し、
前記(メタ)アクリル基含有化合物(B)が、
一般式(1)で表される構造と、一般式(2−1)、一般式(2−2)、および一般式(2−3)から選択される1種類以上の構造とを有する化合物の縮合物であって、
一般式(1)の構造を複数有する多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)を含み、
前記化合物(B1)の重量平均分子量が1,000〜20,000である、
感光性樹脂組成物。
Figure 0006699661
(一般式(1)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。mは1≦m≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
Figure 0006699661
(一般式(2−1)中、Rはメチル基またはエチル基を示す。nは1≦n≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
Figure 0006699661
(一般式(2−2)中、Rはメチル基またはエチル基を示す。nは1≦n≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
Figure 0006699661
(一般式(2−3)中、Rはメチル基またはエチル基を示す。nは1≦n≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
上記感光性樹脂組成物の好ましい態様として以下のものがある。
[2]前記(メタ)アクリル基含有化合物(B)が、さらに多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)を含む、上記感光性樹脂組成物。
[3]前記多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)が、一般式(3)で表される化合物および(4)で表される化合物から選択される1種類以上を含む、上記感光性樹脂組成物。
Figure 0006699661
(一般式(3)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
Figure 0006699661
(一般式(4)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
[4]前記多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)が、前記多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)の総量100質量部に対して、50〜300質量部である、前記いずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[5]前記アクリル基含有化合物(B)が、前記(A)アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、20〜70質量部である、前記いずれかの感光性樹脂組成物。
そして上記感光性樹脂組成物を用いて得られる物として以下のものがある。
[6]前記いずれかの感光性樹脂組成物から形成された樹脂シート。
[7]前記いずれかの感光性樹脂組成物、または前記樹脂シートを硬化したレリーフパターンであって、前記レリーフパターンの断面形状が、45°以上90°未満のテーパー形状である硬化レリーフパターン。
[8]前記のレリーフパターンの層を有する、層間絶縁膜または表面保護膜。
さらに層間絶縁膜または表面保護膜の製造方法として以下の態様がある。
[9]前記の感光性樹脂組成物を基材上に塗布する工程、または樹脂シートを基材上にラミネートする工程、基材上に感光性樹脂組成物または樹脂層を設ける工程、
紫外線を照射し、現像してパターンを形成する工程、
さらに、加熱して硬化レリーフパターンの層を形成する工程を含む、層間絶縁膜または表面保護膜の製造方法。
そして得られた層間絶縁膜または表面保護膜を利用したものとして以下の態様がある。
[10]前記、層間絶縁膜および表面保護膜から選ばれる膜の上に、シード層とメッキ層を有する、電子部品または半導体部品。
[11]前記層間絶縁膜が2〜10層繰り返し配置された、電子部品または半導体部品。
本発明の感光性樹脂組成物によれば、耐薬品性および電気絶縁性に優れる硬化膜を得ることができる。また、本発明の感光性樹脂組成物によれば、硬化後に90°未満の順テーパーの断面形状を有する硬化レリーフパターンを得ることができる。
電子部品における、絶縁層とコイル導体層とを交互に積層してなる多層構造部分を拡大した断面図である。 シリコンウェハーおよびその上に形成した硬化レリーフパターンを拡大した断面図である。
ここで「(メタ)アクリル」という用語を使用しているが、「メタクリル」および「アクリル」を総称したものである。「(メタ)アクリル」とは「メタクリル」でもよく「アクリル」でもよいということである。
本発明の感光性樹脂組成物は、ポリイミドおよびその前駆体、ならびにポリベンゾオキサゾールおよびその前駆体から選択される1種以上を含むアルカリ可溶性樹脂(A)を含有する。これらの樹脂は、加熱あるいは触媒により、イミド環、オキサゾール環、その他の環状構造を有するポリマーとなり得るものである。
ポリイミドおよびその前駆体、ならびにポリベンゾオキサゾールおよびその前駆体のうち、好ましくは、既閉環のポリイミド、ポリイミド前駆体のポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリベンゾオキサゾール前駆体のポリヒドロキシアミドなどが挙げられる。環状構造となることで、耐熱性、耐薬品性が飛躍的に向上する。
ここで、アルカリ可溶性樹脂としては、樹脂の繰り返し単位中にアルカリ可溶性基を有し、アルカリ性の溶液に対して溶解するものである。アルカリ可溶性基としてはカルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、チオール基等が挙げられる。
アルカリに対する溶解性としては、以下の特性をもつものがよい。樹脂の薄膜を23±1℃の2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に3分間浸漬し、150nm以上膜厚が減少するものが好ましい。具体的な測定方法としては、39質量%の溶液とし、γ−ブチロラクトンに溶解した溶液をシリコンウエハー上に塗布し、120℃で4分間プリベークを行って膜厚10μm±0.5μmの樹脂の膜を形成する。樹脂の薄膜を23±1℃の2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に3分間浸漬したのちの、樹脂の膜厚減少が150nm以上であるものが好ましい。この測定にあたっての樹脂への溶剤としては、γ−ブチロラクトンが好ましいが、他の溶剤でもよい。
ポリイミドは、テトラカルボン酸やそれに対応するテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドなどと、ジアミンやそれに対応するジイソシアネート化合物、トリメチルシリル化ジアミンなどを反応させることにより得ることができる。そしてテトラカルボン酸残基とジアミン残基を有する。例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させて得られるポリイミド前駆体の1つであるポリアミド酸を、加熱処理により脱水閉環することにより得ることができる。この加熱処理時には、m−キシレンなど、水と共沸する溶媒を加えることもできる。または、カルボン酸無水物やジシクロヘキシルカルボジイミドなどの脱水縮合剤やトリエチルアミンなどの塩基などを閉環触媒として加えて、化学熱処理により脱水閉環することにより得ることもできる。または、弱酸性のカルボン酸化合物を加えて、100℃以下の低温で加熱処理により脱水閉環することにより得ることもできる。ポリイミド前駆体については後述する。
ポリベンゾオキサゾールは、ビスアミノフェノール化合物と、ジカルボン酸や対応するジカルボン酸クロリド、ジカルボン酸活性エステルなどとを反応させて得ることができ、ジカルボン酸残基とビスアミノフェノール残基を有する。ポリベンゾオキサゾールの合成法の例として、ビスアミノフェノール化合物とジカルボン酸を反応させて得られるポリベンゾオキサゾール前駆体の1つであるポリヒドロキシアミドを、加熱処理により脱水閉環することによりポリベンゾオキサゾールとなる。他には、ポリヒドロキシアミドに無水リン酸、塩基、カルボジイミド化合物などを加えて、化学処理により脱水閉環することによりポリベンゾオキサゾールとなる。ポリベンゾオキサゾール前駆体については後述する。
本発明において、ポリイミドは、アルカリ水溶液に対する溶解性の観点から、テトラカルボン酸残基および/またはジアミン残基に−OR、−SO、−CONR、−COOR、−SONRなどで示される酸性基または酸性基誘導体を有することが好ましく、水酸基を有することがより好ましい。
ここで、RおよびRはそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。なお、酸性基とはRおよびRが全て水素原子となる場合を示し、酸性基誘導体とはRまたはRに炭素数1〜20の1価の有機基が含まれる場合を示す。有機基としては、アルキル基、アルコキシル基、エステル基などが挙げられる。
また、ポリベンゾオキサゾールは、ジカルボン酸残基および/またはビスアミノフェノール残基に−OR、−SO、−CONR、−COOR、−SONRなどで示される酸性基または酸性基誘導体を有することが好ましく、水酸基を有することがより好ましい。ここで、RおよびRはそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。なお、酸性基とはRおよびRが全て水素原子となる場合を示し、酸性基誘導体とはRまたはRに炭素数1〜20の1価の有機基が含まれる場合を示す。有機基としては、アルキル基、アルコキシル基、エステル基などが挙げられる。
本発明において、ポリイミドのテトラカルボン酸残基およびポリベンゾオキサゾールのジカルボン酸残基(以下、これらをあわせて酸残基という)の好ましい構造として、下記に示す構造や、これらの構造における水素原子の一部を炭素数1〜20のアルキル基、フルオロアルキル基、アルコキシル基、エステル基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子、または塩素原子により1〜4個置換した構造などが挙げられる。
Figure 0006699661
Figure 0006699661
Figure 0006699661
式中、Jは直接結合、−COO−、−CONH−、−CH−、−C−、−O−、−C−、−C−、−SO−、−S−、−Si(CH−、−OSi(CH−O−、−C−、−C−O−C−、−C−C−C−、および−C−C−C−のいずれかを示す。
本発明において、ポリイミドのジアミン残基およびポリベンゾオキサゾールのビスアミノフェノール残基(以下、これらをあわせてジアミン残基という)の好ましい構造として、下記に示す構造や、これらの構造における水素原子の一部を炭素数1〜20のアルキル基、フルオロアルキル基、アルコキシル基、エステル基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子、または塩素原子により1〜4個置換した構造などが挙げられる。
Figure 0006699661
Figure 0006699661
式中、Jはそれぞれ直接結合、−COO−、−CONH−、−CH−、−C−、−O−、−C−、−C−、−SO−、−S−、−Si(CH−、−O−Si(CH−O−、−C−、−C−O−C−、−C−C−C−、または−C−C−C−のいずれか示す。Rはそれぞれ水素原子または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。
本発明において、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体は、主鎖にアミド結合を有する樹脂であり、加熱処理や化学処理により脱水閉環し、前述のポリイミド、ポリベンゾオキサゾールとなる。構造単位の繰り返し数は10〜100,000が好ましい。ポリイミド前駆体としては、ポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリアミド酸アミド、ポリイソイミドなどを挙げることができ、ポリアミド酸、ポリアミド酸エステルが好ましい。ポリベンゾオキサゾール前駆体としては、ポリヒドロキシアミド、ポリアミノアミド、ポリアミド、ポリアミドイミドなどを挙げることができ、ポリヒドロキシアミドが好ましい。
ポリイミド前駆体およびポリベンゾオキサゾール前駆体は、アルカリ水溶液に対する溶解性の観点から、酸残基またはジアミン残基にOR、SO、CONR10、COOR、SONR10などで示される酸性基または酸性基誘導体を有することが好ましく、水酸基を有することがより好ましい。ここで、RおよびR10はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。ここで、酸性基とはRおよびR10が全て水素原子となる場合を示し、酸性基誘導体とはRまたはR10に炭素数1〜20の1価の有機基が含まれる場合を示す。有機基としては、アルキル基、アルコキシル基、エステル基などが挙げられる。
ポリイミド前駆体およびポリベンゾオキサゾール前駆体の酸残基を構成する酸成分としては以下のものが挙げられる。
ジカルボン酸の例として、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ビス(カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビフェニルジカルボン酸、ベンゾフェノンジカルボン酸、トリフェニルジカルボン酸など。
トリカルボン酸の例としてトリメリット酸、トリメシン酸、ジフェニルエーテルトリカルボン酸、ビフェニルトリカルボン酸など。
テトラカルボン酸のうち芳香族テトラカルボン酸の例として、ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸など。
テトラカルボン酸のうち脂肪族カルボン酸として、ブタンテトラカルボン酸、シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.1.]ヘプタンテトラカルボン酸、ビシクロ[3.3.1.]テトラカルボン酸、ビシクロ[3.1.1.]ヘプト−2−エンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2.]オクタンテトラカルボン酸、アダマタンテトラカルボン酸など。
また、上に例示したジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸の水素原子の一部を、−OR、―SO、−CONR10、−COOR、−SONR10などで示される酸性基または酸性基誘導体で置換することが好ましい。さらに水酸基やスルホン酸基、スルホン酸アミド基、スルホン酸エステル基などで1〜4個置換することがより好ましい。ここで、RおよびR10は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。
これらの酸は、そのまま、あるいは酸無水物や活性エステルとしてから、原料としても使用できる。また、これらを2種以上用いてもよい。
また、ジメチルシランジフタル酸、1,3−ビス(フタル酸)テトラメチルジシロキサンなどのシリコン原子含有テトラカルボン酸を用いることができる。この酸を使用することにより基板に対する接着性や、洗浄などに用いられる酸素プラズマ、UVオゾン処理に対する耐性を高めることができる。これらシリコン原子含有テトラカルボン酸は、全酸成分の1〜30モル%用いることが好ましく、1モル%以上では基板接着性やプラズマ処理に対する効果発現の点で好ましい。30モル%以下では、得られる樹脂のアルカリ水溶液への溶解性の点で好ましい。
ポリイミド前駆体およびポリベンゾオキサゾール前駆体のジアミン残基を構成するジアミン成分の例としては以下のものが挙げられる。
ヒドロキシル基含有ジアミンとして、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレンなど。
カルボキシル基含有ジアミンとして3,5−ジアミノ安息香酸、3−カルボキシ−4,4’−ジアミノジフェニルエーテルなど。
その他には、スルホン酸含有ジアミンとして、3−スルホン酸−4,4’−ジアミノジフェニルエーテルなど。ジチオヒドロキシフェニレンジアミン、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、3,4’−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スルホン、4,4’−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ヒド、4,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジエチル−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、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’,4,4’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジ(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル。
また、上述のジアミンのうち芳香環の水素原子の一部をアルキル基やF、Cl、Br、Iなどのハロゲン原子で置換した化合物。
また、シクロヘキシルジアミン、メチレンビスシクロヘキシルアミンなどの脂肪族ジアミン。
さらにこれらのジアミンは、水素原子の一部をメチル基、エチル基など炭素数1〜10のアルキル基、トリフルオロメチル基などの炭素数1〜10のフルオロアルキル基、F、Cl、Br、Iなどのハロゲン原子で置換してもよい。また、上に例示したジアミンは、−OR、−SO、−CONR10、−COOR、−SONR10で示される酸性基または酸性基誘導体を有することが好ましく、水酸基を有することがより好ましい。ここで、RおよびR10は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。
これらのジアミンは、そのまま原料として、またはジアミンと同じ骨格を有するジイソシアネート化合物を原料として使用できる。また、ジアミンのアミノ基をトリメチルシリル化した化合物をトリメチルシリル化ジアミンとして使用できる。また、これらを2種以上用いてもよい。耐熱性が要求される用途では、芳香族ジアミンをジアミン全体の50モル%以上使用することが好ましい。
また、ジアミン成分として、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アニリノ)テトラメチルジシロキサンなどのシリコン原子含有ジアミンを用いることにより、基板に対する接着性や、洗浄などに用いられる酸素プラズマ、UVオゾン処理に対する耐性を高めることができる。これらシリコン原子含有ジアミンは、ジアミンの全てに対し1〜30モル%の範囲で用いることが好ましく、1モル%以上では接着性向上やプラズマ処理に対する耐性を高めることができる点で好ましい。30モル%以下では、得られる樹脂のアルカリ水溶液への溶解性の点で好ましい。
また、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、それらの前駆体の末端を、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基またはチオール基を有するモノアミン、酸無水物、モノカルボン酸、酸クロリドなどの末端封止剤により封止することが好ましい。これらを2種以上用いてもよい。樹脂末端に前述の基を有することにより、樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解速度を好ましい範囲に容易に調整することができる。
モノアミンの好ましいものとしては、以下のものが例示される。
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、2−ヒドロキシ−3−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−4−tert−ブチルフェノール、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。
酸無水物、モノカルボン酸および酸クロリドの好ましい例としては、以下のものが挙げられる。
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、3−ヒドロキシフタル酸無水物などの酸無水物。
3−カルボキシフェノール、4−カルボキシフェノール、3−カルボキシチオフェノール、4−カルボキシチオフェノール、1−ヒドロキシ−7−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−6−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−5−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−7−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−6−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−5−カルボキシナフタレン、3−カルボキシベンゼンスルホン酸、4−カルボキシベンゼンスルホン酸などのモノカルボン酸。さらにこれらに示した化合物のカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物。
テレフタル酸、フタル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、1,7−ジカルボキシナフタレンおよび2,6−ジカルボキシナフタレンに例示されるジカルボン酸化合物の1つのカルボキシル基だけを酸クロリド化した化合物。
モノ酸クロリド化合物と、N−ヒドロキシベンゾトリアゾールやN−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドとの反応により得られる活性エステル化合物など。
末端封止剤としてモノアミンを添加する場合その含有量は、ジアミンモル数の0.1〜60モル%の範囲が好ましく、5〜50モル%がより好ましい。末端封止剤として、酸無水物、モノカルボン酸または酸クロリドを添加する場合の含有量は、その和が、ジカルボン酸酸のモル数の0.1〜60モル%の範囲が好ましく、5〜50モル%がより好ましい。このような範囲とすることで、感光性樹脂組成物を塗布する際の溶液の粘性が適度で、かつ優れた膜物性を有した感光性樹脂組成物を得ることができる。
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酸性溶液に溶解し、樹脂の構成単位であるジアミン成分と酸成分に分解する。生成物ガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することにより、末端封止剤を容易に検出することができる。これとは別に、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)や赤外スペクトルまたは13C−NMRスペクトル測定することにより検出することも可能である。
また、樹脂の末端に重合性官能基や架橋性官能基を有してもよい。重合性官能基の例としては、エチレン性不飽和結合、アセチレン基などが挙げられる。架橋性官能基としてはメチロール基、アルコキシメチル基などが挙げられる。
本発明において、アルカリ可溶性樹脂(A)の成分としてはポリイミド、ポリイミド前駆体またはポリベンゾオキサゾール前駆体が好ましく、より好ましくはポリイミドである。
また本発明の感光性樹脂組成物は、上述のアルカリ可溶性樹脂(A)の他に他種のアルカリ可溶性樹脂(A’)を含有してもよい。このようなアルカリ可溶性樹脂(A’)としては、具体的にはポリアクリル酸、フェノール−ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン、水酸基を有するポリシロキサンなどが挙げられる。
また、これら樹脂の酸性基を保護してアルカリ溶解性を調節してもよい。このような樹脂は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド以外に、コリン、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン、モノエタノールアミン、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、炭酸ナトリウムなどのアルカリ水溶液に溶解する。これらの樹脂を2種以上含有してもよいが、(A)の樹脂全体に占める割合は70質量%以下であることが、熱硬化後に優れた膜物性の樹脂膜を得られる点で好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、硬化後の断面形状を45°以上90°未満の順テーパー形状とすることができる。
ここで、硬化後のパターン断面におけるテーパー角の測定例について、図2を用いて説明する。図2は、シリコンウェハおよびその上に形成した硬化レリーフパターンの断面を拡大したものである。シリコンウェハ21の上に硬化レリーフパターン22が形成され、開口部23が存在する。テーパー角度24を測定することで、テーパー角の値を得ることができる。
硬化後のパターン断面におけるテーパー角は、45°以上90°未満が好ましく、60°以上90°未満がより好ましく、75°以上90°未満がさらに好ましい。
硬化膜における断面形状を90°未満の順テーパーとすることで、メッキ処理前の蒸着又はスパッタリングによるシード層とメッキ層が十分に形成され、電気的接続が良好なコイルパターンや金属配線を形成できる。このような効果が得られる理由は次のように推測される。
(メタ)アクリル基含有化合物(B)は、複数のアクリル基を有する化合物を含む。そのため、露光工程において発生したラジカルやカチオンなどの活性種の存在によって、架橋反応が起きる。この架橋反応は、露光部の表面から底部までいずれの部分も効率的に進行して高分子化し、アルカリ現像液に対して不溶となる。
また、(メタ)アクリル基含有化合物(B)は、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)を含有する。
上述の一般式(1)を有する構造と、一般式(2−1)、一般式(2−2)、および一般式(2−3)から選択される1種類以上の構造とが、化学式の「*」を通じて結合した化合物を中間原料とすることができる。これはアルコキシシリル基があり、加水分解、縮合して、複数の前記化合物がシロキサンを通じて結合していく。これは本発明の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)である。
多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)は、露光による架橋反応で不溶化した高分子の側鎖部分に、Si−(CH−の構造を有しているために不溶化部分の疎水性が向上し、アルカリ現像液に対する溶解速度が低減される。そして現像時の残膜率が向上すると同時に、現像時のパターン底部での過剰な溶解も抑制されて、順テーパー形状が形成されると考えられる。
多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)は、高分子量かつ耐熱性に優れるウレア結合またはウレタン結合を有する。そして露光時に形成された(メタ)アクリル基による架橋構造とケイ素に結合したアルコキシ基の加水分解反応によって生じるシロキサン構造とが複合した三次元網目構造を形成する。ウレア結合またはウレタン結合を有すること、ならびに三次元網目構造を有すことで、硬化物の熱分解温度が上がる。そのため、本発明の感光性樹脂組成物の熱硬化時における収縮とパターン形状の崩れが抑制されて、現像時に得られた順テーパー形状が熱硬化後も保持されると考えている。
アルカリ可溶性樹脂(A)に対して適切な量の(メタ)アクリル基含有化合物(B)が存在することにより、耐薬品性や電気絶縁性に優れ、硬化後の断面形状を順テーパーに形成することができる。
(メタ)アクリル基含有化合物(B)の含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、20質量部〜70質量部が好ましい。20質量部以上であると、順テーパー形成の点で好ましく、より好ましくは25質量部以上である。70質量部以下であると、アルカリ可溶性樹脂(A)本来の耐薬品性や電気絶縁性などの優れた膜特性が得られ、また、過度な光重合の進行によって光未照射部が硬化することなくアルカリ現像性が向上する点で好ましい。より好ましくは65質量部以下である。
多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)は、一般式(1)で表される構造と、一般式(2−1)、一般式(2−2)、および一般式(2−3)から選択される1種類以上の構造とを有する化合物の縮合物である。より好ましくは一般式(1)で表される構造と、一般式(2−1)の構造を有する化合物の縮合物である。多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)は、単独種類でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。
多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)の例として、分子内にイソシアネート基およびアクリル基を有する化合物と、アミノ基およびトリアルコキシシリル基とを有する化合物を反応させ、さらに加水分解と縮合反応させることで、一般式(1)で表される構造と、一般式(2−1)の構造とを有する縮合物が得られる。
分子内にイソシアネート基およびアクリル基を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、一般式(5)で表される構造であることが好ましい。
Figure 0006699661
(一般式(5)中、R11は水素原子またはメチル基を示す。rは1〜10の整数を表す。)
一般式(5)で表される化合物としては、2−イソシアナトエチルアクリレート、2−イソシアナトエチルメタクリレート、3−イソシアナトプロピルアクリレート、3−イソシアナトプロピルメタクリレート、4−イソシアナトブチルアクリレート、4−イソシアナトブチルメタクリレートなどが挙げられ、特に2−イソシアナトエチルアクリレート、2−イソシアナトエチルメタクリレートが好ましい。
分子内にアミノ基およびアルコキシシリル基を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、たとえば、一般式(6)で表される構造であることが好ましい。
Figure 0006699661
(一般式(6)中、R12はメチル基またはエチル基を示す。sは1〜10の整数を表す。)
分子内にアミノ基およびアルコキシシリル基を有する化合物としては、2−アミノエチルトリメトキシシラン、2−アミノエチルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、4−アミノブチルトリメトキシシラン、4−アミノブチルトリエトキシシランなどが挙げられる。特に3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシランが好ましい。
このようなイソシアネート基およびアクリル基を有する化合物と、アミノ基およびアルコキシシリル基を有する化合物を反応させ、さらに加水分解と縮合反応させることで、一般式(1)で表される構造および一般式(2−1)で表される構造を有する多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物が得られる。
多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)は、重量平均分子量1,000以上であると熱硬化時の収縮抑制とパターン崩れの抑制の点で好ましく、より好ましくは2,000以上である。一方、20,000以下であると、本発明の感光性樹脂組成物の有機溶媒への溶解性向上の点で好ましく、より好ましくは15,000以下である。
また、アクリル基含有シラン縮合物(B1)の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)や光散乱法、X線小角散乱法などで重量平均分子量(Mw)を測定することで容易に算出できる。本発明における重量平均分子量は、GPC測定を用いて標準ポリスチレン換算によって算出された値をいう。
多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)の含有比率は、(メタ)アクリル基含有化合物(B)の全量を100質量%として、25質量%以上100質量%以下であることが好ましい。25質量%以上であると、順テーパー形成の点で好ましく、より好ましくは30質量%以上である。
また、(メタ)アクリル基含有化合物(B)は、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)とは別に、多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)を含むことが、感度向上の点で好ましい。ここで、化学構造上、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)は、多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)の範囲に含まれるものであるが、本発明の定義では、多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)の範囲に含まれないものとする。
多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)としては以下のものが挙げられる。エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレートトリエチレングリコールジメタクリレートテトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、1,3−ジアクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパン、1,3−ジメタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパン、N,N−メチレンビスアクリルアミド、AH−600(商品名、共栄社化学(株)製)、AT−600(商品名、共栄社化学(株)製)、UA−306H(商品名、共栄社化学(株)製)、UA−306T(商品名、共栄社化学(株)製)、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート。多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)は単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用できる。
これらのうち、より好ましくは、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、N,N−メチレンビスアクリルアミド、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート、等が挙げられる。
さらに、特に好ましくは、下記一般式(3)および(4)で表される、ペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸エステルである。ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレートなどが挙げられる。
Figure 0006699661
(一般式(3)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
Figure 0006699661
(一般式(4)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。)。
(メタ)アクリル基含有化合物(B)は、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物アクリル基含有シラン縮合物(B1)のみでも硬化後の断面形状を順テーパーに形成することが可能である。ただ多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)および多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)の含有量を、後述するように適切な比率にすることで、露光時に光架橋反応が効率的に進行し、より高感度に硬化後の断面形状を順テーパーに形成することができる。
本発明における多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物アクリル基含有シラン縮合物(B1)と多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)の含有量の比率は、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)の総量100質量部に対して多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)が50質量部〜300質量部であることが好ましい。50質量部以上であると、多官能(メタ)アクリル基による露光部の表面から底部までの効率的な光架橋反応が進行する点で好ましく、300質量部以下であると、過剰な現像や熱硬化時のパターン形状の崩れを抑制できる点で好ましい。
多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)に含まれる一般式(3)および一般式(4)で表される化合物の割合について、多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)の全量を100質量%として、一般式(3)および一般式(4)で表される化合物の合計量の比率が50質量%以上100質量%以下であることが好ましい。50質量%以上であると、露光部の表面から底部まで効率的に架橋反応が進行する点で好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物には感光剤を含むことができる。そのようなものとしては、光重合開始剤(C)が挙げられる。
光重合開始剤(C)としては以下のものが挙げられる。
ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4,−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、3,3,4,4,−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類。
3,5−ビス(ジエチルアミノベンジリデン)−N−メチル−4−ピペリドン、3,5−ビス(ジエチルアミノベンジリデン)−N−エチル−4−ピペリドンなどのベンジリデン類。
7−ジエチルアミノ−3−テノニルクマリン、4,6−ジメチル−3−エチルアミノクマリン、3,3−カルボニルビス(7−ジエチルアミノクマリン)、7−ジエチルアミノ−3−(1−メチルベンゾイミダゾリル)クマリン、3−(2−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチルアミノクマリンなどのクマリン類。
2−t−ブチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、1,2−ベンズアントラキノンなどのアントラキノン類。
ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾイン類。
エチレングリコールジ(3−メルカプトプロピオネート)、2−メルカプトベンズチアゾール、2−メルカプトベンゾキサゾール、2−メルカプトベンズイミダゾールなどのメルカプト類。
N−フェニルグリシン、N−メチル−N−フェニルグリシン、N−エチル−N−(p−クロロフェニル)グリシン、N−(4−シアノフェニル)グリシンなどのグリシン類。
1−フェニル−1,2−ブタンジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o(メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ビス(A−イソニトロソプロピオフェノンオキシム)イソフタル、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(o−ベンゾイルオキシム)、OXE02(商品名、チバスペシャルティケミカルズ(株)製)、NCI−831(商品名、株式会社ADEKA製)などのオキシム類。
2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モリフォリノプロパン−1−オンなどのA−アミノアルキルフェノン類、2,2´−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールなど。
これらのうち上記オキシム類が好ましい。さらに好ましいものとしては、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ビス(A−イソニトロソプロピオフェノンオキシム)イソフタル、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(o−ベンゾイルオキシム)、OXE02、NCI−831である。これらは単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用される。下記式にOXE−02とNCI−831の構造を示す。
Figure 0006699661
Figure 0006699661
これらの中で、上記のベンゾフェノン類、グリシン類、メルカプト類、オキシム類、A−アミノルキルフェノン類、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールから選択される組み合わせが光反応の点から好適である。
光重合開始剤(C)の含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)の総量100質量部に対して、0.1〜60質量部が好ましく、より好ましくは0.2〜40質量部である。0.1質量部以上であると、光照射により十分なラジカルが発生し、感度が向上する点で好ましく、60質量部以下であると、過度なラジカルの発生によって光未照射部が硬化することなくアルカリ現像性が向上する。
本発明の感光性樹脂組成物は、熱架橋剤(D)を含有しても良い。熱処理により熱架橋剤(D)が(A)の樹脂間に架橋構造を形成するため、熱硬化後の膜特性や耐薬品性を向上させることができる。また、収縮率を低減することができる。熱架橋剤(D)としては、一般式(7)で表される熱架橋性基を有する化合物、およびベンゾオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 0006699661
(一般式(7)中、R13は水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基を表す。
熱架橋剤(D)としては、例えば、熱架橋性基を1つ有するものとしてML−26X、ML−24X、ML−236TMP、4−メチロール3M6C、ML−MC、ML−TBC(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、P−a型ベンゾオキサジン(商品名、四国化成工業(株)製)など、2つ有するものとしてDM−BI25X−F、46DMOC、46DMOIPP、46DMOEP(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)、DMLMBPC、DML−MBOC、DML−OCHP、DML−PC、DML−PCHP、DML−PTBP、DML−34X、DML−EP、DML−POP、DML−OC、ジメチロール−Bis−C、ジメチロール−BisOC−P、DML−BisOC−Z、DML−BisOCHP−Z、DML−PFP、DML−PSBP、DML−MB25、DML−MTrisPC、DML−Bis25X−34XL、DML−Bis25X−PCHP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、”ニカラック(登録商標)”MX−290(商品名、(株)三和ケミカル製)、B−a型ベンゾオキサジン、B−m型ベンゾオキサジン(以上、商品名、四国化成工業(株)製)、2,6−ジメトキシメチル−4−t−ブチルフェノール、2,6−ジメトキシメチル−p−クレゾール、2,6−ジアセトキシメチル−p−クレゾールなど、3つ有するものとしてTriML−P、TriML−35XL、TriML−TrisCR−HAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)など、4つ有するものとしてTM−BIP−A(商品名、旭有機材工業(株)製)、TML−BP、TML−HQ、TML−pp−BPF、TML−BPA、TMOM−BP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、“ニカラック”(登録商標)MX−280、“ニカラック”(登録商標)MX−270(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)など、6つ有するものとしてHML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、“ニカラック”(登録商標)MW−390、“ニカラック”(登録商標)MW−100LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)が挙げられる。
これらのうち、硬化膜の架橋密度が高くなり、耐薬品性がより向上する点で熱架橋性基を2つ以上有するものが好ましく、4つ以上含有するものがより好ましく、6つ以上含有するものがより好ましい。
これら熱架橋剤(D)のうち、例えば、メチロール基またはアルコール性水酸基の水素原子を置換したメチロール基を有する化合物は、これらの官能基がベンゼン環に直接付加する反応機構によって架橋する。
下記に本発明の感光性樹脂組成物に特に好ましく用いられる代表的な熱架橋剤(D)の構造を示す。
Figure 0006699661
Figure 0006699661
Figure 0006699661
これらの熱架橋剤(D)は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用できる。
熱架橋剤(D)の含有量は、(A)アルカリ可溶性樹脂(A)の総量100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、特に好ましくは5質量部以上であり、好ましくは150質量部以下、特に好ましくは130質量部以下である。(A)アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対する熱架橋剤(D)の含有量を150質量部以下にすることで、感光性樹脂組成物の膜の熱処理によって、得られ膜の耐熱性を低下させることがない。一方、0.5質量部以上とすることで、十分な架橋による分子量増大効果により、耐熱性樹脂組成物から得られる膜の耐熱性が向上する。
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに増感剤(E)を含有することができる。中でもチオキサントン化合物を用いることにより光重合開始剤(C)が効率的に増感され、感度がより向上する。
チオキサントン化合物としては、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−プロピルチオキサントン、4−メチルチオキサントン、4−エチルチオキサントン、4−プロピルチオキサントン、2−メチル−4−エチルチオキサントン、2−エチル−4−プロピルチオキサントン、2−エチル−4−メチルチオキサントン、2−エチル−4−プロピルチオキサントン、2−プロピル−4−メチルチオキサントン、2−プロピル−4−エチルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジプロピルチオキサントンなどが好ましい。
増感剤(E)の含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)の総量100質量部に対して、感度向上の点で、好ましくは0.01質量部以上、特に好ましくは0.05質量部以上である。また、過度な増感作用によって光未照射部が硬化することがなく、アルカリ現像性が向上する点で、好ましくは10質量部以下、特に好ましくは5質量部以下である。
その他、本発明の感光性樹脂組成物のアルカリ現像性を調整する目的で、フェノール性水酸基を有する化合物を含有することができる。
本発明で使用することができるフェノール性水酸基を有する化合物としては、例えば、Bis−Z、BisOC−Z、BisOPP−Z、BisP−CP、Bis26X−Z、BisOTBP−Z、BisOCHP−Z、BisOCR−CP、BisP−MZ、BisP−EZ、Bis26X−CP、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisCR−IPZ、BisOCP−IPZ、BisOIPP−CP、Bis26X−IPZ、BisOTBP−CP、TekP−4HBPA(テトラキスP−DO−BPA)、TrisP−HAP、TrisP−PA、BisOFP−Z、BisRS−2P、BisPG−26X、BisRS−3P、BisOC−OCHP、BisPC−OCHP、Bis25X−OCHP、Bis26X−OCHP、BisOCHP−OC、Bis236T−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、BisRS−OCHP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)が挙げられる。
下記に本発明の感光性樹脂組成物に好ましく用いられるフェノール性水酸基を有する化合物の構造を示す。
Figure 0006699661
感光性樹脂組成物がこのフェノール性水酸基を有する化合物を含有することで、得られる樹脂組成物は、未露光部はアルカリ現像液に容易に溶解し、露光部はアルカリ現像液に難溶になる。その結果、短時間での現像が可能であり、現像液による膜減りが少なくなる。
フェノール性水酸基を有する化合物の含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)の総量100質量部に対して、好ましくは1〜60質量部であり、さらに好ましくは3〜50質量部の範囲内である。
本発明の耐熱性樹脂組成物は、接着改良剤を含有してもよい。接着改良剤としては、アルコキシシラン含有化合物などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの化合物を含有することにより、焼成後または硬化後の膜と基材との接着性を向上させることができる。
アルコキシシラン含有化合物の具体例としては以下のものが挙げられる。
N−フェニルアミノエチルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノエチルトリエトキシシラン、N−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニルアミノブチルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノブチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(B−メトキシエトキシ)シランなど。
接着改良剤の総含有量は、アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、0.01〜15質量部が好ましい。0.01質量部以上では、焼成後または硬化後の膜と基材との接着性を向上させることができる点で好ましい。15質量部以下では、過剰な密着でアルカリ現像性が低下することなく、接着性が向上する点で好ましい。
本発明の耐熱性樹脂組成物は、界面活性剤を含有してもよく、これにより基板との濡れ性を向上させることができる。
界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。
“FLUORAD”(登録商標)(スリーエムジャパン(株)製)、“メガファック”(登録商標)(DIC(株)製)、“サーフロン”(登録商標)(旭硝子(株)製)などのフッ素系界面活性剤。
KP341(商品名、信越化学工業(株)製)、DBE(商品名、チッソ(株)製)、グラノール(商品名、共栄社化学(株)製)、“BYK”(登録商標)(ビック・ケミー(株)製)などの有機シロキサン界面活性剤。ポリフロー(商品名、共栄社化学(株)製)などのアクリル重合物界面活性剤など。
本発明の感光性樹脂組成物は有機溶剤に溶解または分散した状態で用いられる。有機溶剤は、大気圧下沸点が80℃〜250℃であるものが好ましく用いられる。
本発明に好ましく用いられる有機溶剤としては以下のものが挙げられる。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ル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、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、エチレングリコールジブチルエーテルなどのエーテル類。
エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどのアセテート類。
アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、2−ヘプタノンなどのケトン類。
ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類。
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素。
N−メチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−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−ブチロラクトン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルプロピレン尿素、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、デルタバレロラクトンなど。
これらは単独あるいは2種以上用いてもかまわない。
これらのうち、アルカリ可溶性樹脂(A)を溶解し、かつ大気圧下沸点が100℃〜210℃であるものが特に好ましい。沸点がこの範囲であれば、感光性樹脂組成物の溶液または分散液を塗布する時に有機溶媒が揮発しすぎて塗布できなくなることがなく、かつ組成物の熱処理温度を高くしなくてもよくなる。そのため下地基板の材質に制約が生じることがない。また、アルカリ可溶性樹脂(A)を溶解する有機溶媒を用いることによって、下地となる基板の上に均一性の良い塗膜を形成することができる。
このような沸点を有する特に好ましい有機溶媒として以下のものが挙げられる。シクロペンタノン、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、乳酸メチル、乳酸エチル、ジアセトンアルコール、3−メチル−3−メトキシブタノール、ガンマブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン。
また、本発明の感光性樹脂組成物に使用される有機溶媒は、アルカリ可溶性樹脂(A)の総量100質量部に対して、好ましくは20質量部以上、特に好ましくは30質量部以上であり、好ましくは800質量部以下、特に好ましくは500質量部以下である。
次に、本発明の感光性樹脂組成物の製造方法について説明する。例えば、前記(A)〜(C)成分と、必要により(D)成分および/または(E)成分、溶解調整剤、密着改良剤、接着改良剤、および界面活性剤などを有機溶媒に溶解させることにより、感光性樹脂組成物の溶液を得ることができる。溶解方法としては、撹拌や加熱が挙げられる。加熱する場合、加熱温度は感光性樹脂組成物の性能を損なわない範囲で設定することが好ましく、通常、室温から80℃である。また、各成分の溶解順序は特に限定されず、例えば、溶解性の低い化合物から順次溶解させる方法がある。また、界面活性剤や一部の密着改良剤など、撹拌溶解時に気泡を発生しやすい成分については、他の成分を溶解してから最後に添加することで、気泡の発生による他成分の溶解不良を防ぐことができる。
得られた感光性樹脂組成物の溶液は、濾過フィルターを用いて濾過し、ゴミや粒子を除去することが好ましい。フィルター孔径は、例えば0.5μm、0.2μm、0.1μm、0.07μm、0.05μm、0.03μm、0.02μm、0.01μm、0.005μmなどがあるが、これらに限定されない。濾過フィルターの材質には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチエレン(PTFE)などがあるが、ポリエチレンやナイロンが好ましい。
次に、本発明の感光性樹脂組成物の膜を製造する方法について、例を挙げて説明する。
まず、感光性樹脂組成物の溶液を基板の上に塗布する。基板としてはシリコンウェハ、セラミックス類、ガリウムヒ素などが利用できるが、これらに限定されない。シランカップリング剤、チタンキレート剤などの化合物で基板を前処理してもよい。例えば、前述のカップリング剤をイソプロパノール、エタノール、メタノール、水、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、アジピン酸ジエチルなどの溶媒に0.5〜20質量%溶解させた溶液をスピンコート、浸漬またはスプレー塗布した後、乾燥して表面処理をする。表面処理する化合物の上記を接触させて表面処理してもいい。場合によっては、その後50℃〜300℃までの温度をかけることで、基板と上記カップリング剤などとの反応を進行させることもできる。
感光性樹脂組成物の溶液の塗布方法としてはスピンナを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティングなどの方法がある。また、塗布膜厚は乾燥後の膜厚が、1〜50μmになるようにするのが普通である。
次に、感光性樹脂組成物の溶液を塗布した基板を加熱して、感光性樹脂組成物の膜を得る。この工程をプリベークとも言う。乾燥はオーブン、ホットプレート、赤外線などを使用し、70〜140℃の範囲で1分間〜数時間行うことが好ましい。ホットプレートを用いる場合、プレート上に直接、もしくは、プレート上に設置したプロキシミティピンなどの治具上に膜を保持して加熱する。プロキシミティピンの材質としては、アルミニウムやステンレスなどの金属材料、あるいはポリイミド樹脂や“テフロン(登録商標)”などの合成樹脂があり、耐熱性があればいずれの材質のプロキシミティピンを用いてもかまわない。プロキシミティピンの高さは、基板のサイズ、膜の種類、加熱の目的などにより様々であるが、0.1〜10mmが好ましい。
次に、この感光性樹脂組成物の膜上に所望のパターンを有するマスクを通して化学線を照射し、露光する。マスクを使用せず極めて細いビームを掃引して、感光性樹脂組成物の膜に露光してもいい。露光に用いられる化学線としては紫外線、可視光線、電子線、X線などがある。本発明では水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)を用いることが好ましい。
次に、必要に応じて露光後のベーク処理を行う。この温度としては50〜180℃の範囲が好ましく、特に60〜150℃の範囲がより好ましい。時間は特に制限はないが、その後の現像性の観点からは10秒〜数時間が好ましい。
露光後、感光性樹脂組成物の膜のパターンを形成するには、現像液を用いて非露光部を除去する。現像液は、テトラメチルアンモニウム、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、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などのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。
場合によっては、これらのアルカリ水溶液に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−ブチロラクトン、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、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、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などを1種類以上添加してもよい。
現像後は水でリンスをすることが一般的である。リンスには、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、3−メトキシメチルプロパネートなどのエステル類などを1種類以上水に添加してもよい。
現像によって膜のパターンが得られる。これを150〜500℃の温度範囲で加熱して感光性樹脂の膜を硬化させ、硬化レリーフパターンに変換する。この加熱処理は温度を選び、段階的に昇温するか、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら5分間〜5時間実施することが好ましい。例としては、130℃、200℃、350℃で各30分間ずつ熱処理する方法、室温より320℃まで2時間かけて直線的に昇温する方法などが挙げられる。
得られた硬化レリーフパターンは、半導体部品の表面保護膜、薄膜インダクタや高密度実装用多層配線の層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層などの用途に好適に用いられる。
次に、本発明の耐熱性樹脂組成物を用いたコイル導体を有する電子部品への応用例について図1を用いて説明する。図1は、本発明のコイル導体を有する電子部品における、絶縁層とコイル導体層とを交互に積層してなる多層構造部分を拡大した断面図である。基板1の上に本発明の耐熱性樹脂組成物による絶縁膜2aが形成され、この絶縁膜2aにコイル導体層3aが形成される。同様に絶縁膜2b〜2dに対応するコイル導体層3b〜3dが形成され、絶縁膜2eおよび2fが形成される。絶縁膜に求められる役割は、コイル導体パターン間の絶縁に加えて、スルーホール部4a、4bの断面形状が順テーパーとなることで、メッキ処理前のシード層とその後のメッキが良好に形成され、電気的接続不良の発生率を低減することであり、本発明の感光性樹脂組成物は本用途に好適に用いることができる。
以下実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。実施例中の感光性樹脂組成物の評価は以下の方法により行った。
<感光性樹脂塗布膜の作製>
8インチシリコンウエハー上に、感光性樹脂組成物の溶液(以下「ワニス」と呼ぶ)をプリベーク後の膜厚が12μmとなるように塗布する。ついでホットプレート(東京エレクトロン(株)製ACT−8)の上にウエハーを載置して、120℃で3分プリベークすることにより、感光性樹脂組成物の膜を得た。
<膜厚の測定方法>
大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースSTM−602Jを使用し、ポリイミドの屈折率1.63の値を用いて測定を行った。
<露光>
露光機(ニコン(株)社製i線ステッパーNSR−2005i9C)に、パターンを有するレチクルをセットし、プリベーク後の感光性樹脂の膜に対して、露光量500mJ/cmのパターン露光を行った。
<露光後ベーク>
露光した感光性樹脂の膜に対して、ホットプレート(東京エレクトロン(株)製ACT−8)を用いて、120℃で1分熱処理を行った。
<現像>
露光後ベークした感光性樹脂の膜に対して、東京エレクトロン(株)製ACT−8の現像装置を用い、膜がのった基板を50rpmで回転させながら、水酸化テトラメチルアンモニウムの2.38%水溶液を10秒間吐出した。この後、0rpmで30秒間静置した。その後500rpmで純水にてリンスし、3000rpmで10秒振り切り乾燥し、現像後の塗布膜を得た。
<熱硬化>
現像の膜を、イナートオーブンINH−21CD(光洋サーモシステム(株)社製)を用いて、窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、50℃から280℃の硬化温度まで60分間かけて上昇させ、280℃で60分間加熱処理を行った。その後、オーブン内が50℃以下になるまで徐冷し、硬化レリーフパターンを有するキュア膜を得た。
<硬化レリーフパターンの断面形状評価>
前記の方法で得られたシリコンウェハを、キュア膜と共にウエハー面に垂直に破断した。電界放出形走査電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製S−4800)を用いて、硬化レリーフパターンの10μm以上20μm以下の開口部の断面形状を観察して、テーパー角度を測定した。測定したテーパー角度は、図2におけるテーパー角度24に記載された部分である。ここで、パターン断面のテーパー角は45°以上90°未満が好ましく、75°以上90°未満がさらに好ましい。パターン断面形状評価は、75°以上90°未満の場合を4、60°以上75°未満の場合を3、45°以上〜60°未満の場合を2、45°未満あるいは90°より大きい場合を1として評価とした。
<耐薬品性の評価>
各実施例および比較例に記載のワニスについて、前記の方法でシリコンウェハ上に作製した硬化レリーフパターンを、東京応化工業(株)製、“剥離液106”」を用いて40℃で30分間浸漬処理を行った。処理前後の膜厚を測定し、膜厚変動率を求めた。さらに、クラックや剥離の有無を光学顕微鏡で確認した。ここで、膜厚変動率は3%未満が好ましく、1%未満がより好ましい。耐薬品性評価は、膜厚変動率が0〜1%未満の場合を3、1〜3%未満の場合を2、3%以上の場合を1として評価とした。クラックおよび剥離の評価は、クラックや剥離が認められない場合を良、クラックや剥離が認められる場合を不良とした。
<電気絶縁性の評価>
各実施例および比較例に記載のワニスについて、前記の方法でシリコンウェハ上に作製した感光性樹脂の膜に対して、レチクルを使用せずに全面を露光した後、現像せずに熱硬化して硬化膜を得た。これを、47%フッ化水素酸に室温で3分間浸した後、水道水で洗浄し、硬化膜をシリコンウェハから剥離した。このようにして剥離した硬化膜を、菊水電子工業(株)製耐電圧/絶縁抵抗試験器TOS9201を使用して、DCWで昇圧速度0.1kV/1秒で昇圧し、絶縁破壊が起こったときの電圧を測定した。得られた電圧を膜厚で割ることにより、単位膜厚あたりの絶縁破壊電圧を求めた。計算によって得られた、膜厚1mmあたりの絶縁破壊電圧が、400kV以上の場合を3、300kV以上400kV未満を2、300kV未満を1として評価した。
<重量平均分子量の測定>
(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)の重量平均分子量は、GPC装置HLC−8220(東ソー(株)製)を用い、カラムは、それぞれ東ソー(株)製のTSK−gel SuperHM−H 2本とTSK−gel SuperH2000 1本を直列に接続して使用し、展開溶媒をテトラヒドロフラン、流速0.4mL/min、測定温度40℃として測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量を計算した。
<原料の略称>
以下の例において、原料を略称しているところがある。略称は以下のとおりである。
PBO前駆体:合成例4のポリベンゾオキサザール前駆体
PET4A:ペンタエリスリトールテトラアクリレート
PET3A:ペンタエリスリトールトリアクリレート
DPHA:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
NCI−831:“アデカアークルズ”(登録商標)NCI−831(ADEKA社製)
MX‐270:“ニカラック”(登録商標)MX‐270、
KBM−403:3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、KBM−403、
PF77:ポリフローNo.77、
GBL:γ−ブチロラクトン
EL:乳酸エチル 。
<合成例の化合物の名称>
合成例5〜8の化合物の名称を以下のとおりと略称している。
P−AK:合成例5の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物の前駆体
AK:合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物
MK:合成例7の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物
NOV:合成例8のノボラック樹脂。
<合成例1> ポリイミドの合成
乾燥窒素気流下、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(セントラル硝子(株)製、BAHF)32.9g(0.09モル)をN−メチルピロリドン(以下、NMP)500gに溶解した。ここに3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(以下、ODPA)31.0g(0.1モル)をNMP50gとともに加えて、30℃で2時間撹拌した。その後、3−アミノフェノール(東京化成(株)製)2.18g(0.02モル)を加え、40℃で2時間撹拌した。さらにピリジン(東京化成(株)製)5gをトルエン(東京化成(株)製30g)で希釈して、溶液に加え、冷却管を付け系外に水をトルエンとともに共沸で除去しながら溶液の温度を120℃にして2時間、さらに180℃で2時間反応させた。この溶液の温度を室温まで低下させ、水3Lに溶液を投入し、白色の粉体を得た。この粉体を濾過で集め、さらに水で3回洗浄を行った。洗浄後、白色粉体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥させ、ポリイミドを得た。
<合成例2> ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(HFHA)の合成
2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(セントラル硝子(株)製、BAHF)18.3g(0.05モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド(東京化成(株)製)17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに3−ニトロベンゾイルクロリド(東京化成(株)製)20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間撹拌し、その後室温に戻した。析出した白色固体を濾別し、50℃で真空乾燥した。
得られた白色固体30gを300mLのステンレスオートクレーブに入れ、メチルセルソルブ250mLに分散させ、5%パラジウム−炭素(和光純薬(株)製)を2g加えた。ここに水素を風船で導入して、還元反応を室温で行った。約2時間後、風船がこれ以上しぼまないことを確認して反応を終了させた。反応終了後、濾過して触媒であるパラジウム化合物を除き、ロータリーエバポレーターで濃縮し、下記式で表されるヒドロキシル基含有ジアミン化合物(HFHA)を得た。
Figure 0006699661
<合成例3> ポリイミド前駆体の合成
乾燥窒素気流下、合成例1で得られたHFHA51.3g(0.085モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(SiDA、信越化学(株)製)1.24g(0.005モル)、3−アミノフェノール(東京化成(株)製)2.18g(0.02モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)200gに溶解した。ここに3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(ODPA、マナック(株)製)31.0g(0.1モル)を加え、40℃で2時間撹拌した。その後、ジメチルホルムアミドジメチルアセタール(三菱レーヨン(株)製、DFA)7.14g(0.06モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分間かけて滴下した。滴下後、40℃で2時間撹拌を続けた。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿を濾過で集めた。さらに水2Lで3回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し、ポリイミド前駆体を得た。
<合成例4> ポリベンゾオキサゾール前駆体の合成
乾燥窒素気流下、BAHF18.3g(0.05モル)をNMP50g、グリシジルメチルエーテル26.4g(0.3モル)に溶解させ、溶液の温度を−15℃まで冷却した。ここにジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロリド(日本農薬(株)製)7.4g(0.025モル)とイソフタル酸クロリド(東京化成(株)製)5.1g(0.025モル)をγ−ブチロラクトン25gに溶解させた溶液を内部の温度が0℃を越えないように滴下した。滴下終了後、−15℃で6時間撹拌を続けた。反応終了後、メタノールを10質量%含んだ水3Lに溶液を投入して白色の沈殿を集めた。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し、ポリベンゾオキサゾール前駆体を得た。
<合成例5> 多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物の前駆体P−AKの合成
攪拌機、温度計、滴下ロート、還流冷却管を備えた1L四つ口フラスコに、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製KBM−903)89.65g(0.50mol)を加え、氷浴にて2−イソシアナトエチルアクリラート(昭和電工社製“カレンズ”(登録商標)AOI)70.60g(0.50mol)を、滴下ロートを用いてゆっくり滴下し、その後40℃で8時間反応させた。赤外吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収が消失したことを確認して反応を終了した。室温まで冷却し、下記式で表される化合物を得た。分子量は320.41であった。
Figure 0006699661
<合成例6> 多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AKの合成
前記合成例5にて、さらに多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物の前駆体P−AKに対して、イソプロピルアルコールを641g加えて室温で30分攪拌した後に2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液80gを加え、室温で24時間攪拌し、加水分解縮合反応させた。その後、メチルイソブチルケトン500gを加えて水洗し、エバポレーターを用いて溶媒を除去した。得られた反応物の重量平均分子量は4,100であった。
<合成例7> 多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物MKの合成
攪拌機、温度計、滴下ロート、還流冷却管を備えた1L四つ口フラスコに、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製KBM−903)89.65g(0.50mol)を加え、氷浴にて2−イソシアナトエチルメタクリレート(昭和電工社製“カレンズ”MOI)77.58g(0.50mol)を、滴下ロートを用いてゆっくり滴下し、その後40℃で8時間反応させた。赤外吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収が消失したことを確認して反応を終了した。室温まで冷却し、下記式で表される化合物を得た。分子量は334.44であった。
Figure 0006699661
さらに、イソプロピルアルコールを641g加えて室温で30分攪拌した後に2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液80gを加え、室温で24時間攪拌し、加水分解縮合反応させた。その後、メチルイソブチルケトン500gを加えて水洗し、エバポレーターを用いて溶媒を除去した。得られた反応物の重量平均分子量は3,800であった。
<合成例8> ノボラック樹脂NOVの合成
乾燥窒素気流下、m−クレゾール70.2g(0.65モル)、p−クレゾール37.8g(0.35モル)、37重量%ホルムアルデヒド水溶液75.5g(ホルムアルデヒド0.93モル)、シュウ酸二水和物0.63g(0.005モル)、メチルイソブチルケトン264gを仕込んだ後、油浴中に浸し、反応液を還流させながら、4時間重縮合反応を行った。その後、油浴の温度を3時間かけて昇温し、その後に、フラスコ内の圧力を40〜67hPaまで減圧して揮発分を除去し、室温まで冷却してノボラック樹脂のポリマー固体を得た。GPCから重量平均分子量は3500であった。
[実施例1]
下記の物質をγ−ブチロラクトン10.50gと乳酸エチル7.00gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.20g、
ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)1.80g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例2]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80g、およびペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)2.70g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例3]
下記の物質を、γ−ブチロラクトン12.70gと乳酸エチル8.50gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK2.40gおよびペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)3.60g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例4]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
(メタ)アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例7の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物MK1.80gと、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)2.70g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例5]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80g、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PET3A)2.70g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例6]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
(メタ)アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)1.35g、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PET3A)1.35g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例7]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
(メタ)アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)0.90g、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PET3A)0.90gと、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)0.90g、
光重合開始剤(C)としてNCI−8310.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例8]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
(メタ)アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK2.70g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)1.80g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例9]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
(メタ)アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.35g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)3.15g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例10]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例3のポリイミド前駆体10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80gおよび(B1)でないペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)2.70g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例11]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例4のポリベンゾオキサゾール前駆体10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)2.70g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[実施例12]
下記の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK4.50g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[比較例1]
以下の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gに加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)4.50g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[比較例2]
以下の物質をγ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gに加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。
アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例1のポリイミド10.0g、
アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)ではあるが、分子量の小さい、合成例5の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物の前駆体P−AK1.80g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)2.70g、
光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、
熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、
接着改良剤としてKBM−403、0.15g、
界面活性剤としてポリフローNo.77、0.01g。
得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
[比較例3]
(A)アルカリ可溶性樹脂(A)として、合成例8のノボラック樹脂NOV10.0g、アクリル基含有化合物(B)として、多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)でもある合成例6の多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物AK1.80gとペンタエリスリトールテトラアクリレート(PET4A)2.70g、光重合開始剤(C)としてNCI−831、0.70g、(D)熱架橋剤熱架橋剤(D)としてニカラックMX‐270、0.50g、接着改良剤としてKBM−403、0.15g、界面活性剤として共栄化学社製ポリフローNo.77、0.01gを、γ−ブチロラクトン11.60gと乳酸エチル7.80gとの混合液に加えて攪拌し、感光性樹脂組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて、上記方法で、断面形状、耐薬品性、電気絶縁性の評価を実施した。
上記の組成および評価結果に関し、実施例1〜8は表1に、実施例9〜12および比較例1〜3は表2に示す。
Figure 0006699661
Figure 0006699661
なお表での「ポリイミド」とは合成例1のポリイミドであり、「ポリイミド前駆体」とは合成例3のポリイミドである。
1: 基板
2a、2b、2c、2d、2e、2f: 絶縁膜
3a、3b、3c、3d: コイル導体層
4a、4b; スルーホール部
21: 基板
22: 硬化レリーフパターン
23: 開口部
24: テーパー角度

Claims (11)

  1. ポリイミドおよびその前駆体、ならびにポリベンゾオキサゾールおよびその前駆体から選択される1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂(A)、ならびに
    (メタ)アクリル基含有化合物(B)を含有し、
    前記(メタ)アクリル基含有化合物(B)が、
    一般式(1)で表される構造と、一般式(2−1)、一般式(2−2)、および一般式(2−3)から選択される1種類以上の構造とを有する化合物の縮合物であって、
    一般式(1)の構造を複数有する多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)を含み、
    前記化合物(B1)の重量平均分子量が1,000〜20,000である、
    感光性樹脂組成物。
    Figure 0006699661
    (一般式(1)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。mは1≦m≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
    Figure 0006699661
    (一般式(2−1)中、Rはメチル基またはエチル基を示す。nは1≦n≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
    Figure 0006699661
    (一般式(2−2)中、Rはメチル基またはエチル基を示す。nは1≦n≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
    Figure 0006699661
    (一般式(2−3)中、Rはメチル基またはエチル基を示す。nは1≦n≦4の範囲内の整数を表す。*印は結合部を示す。)
  2. 前記(メタ)アクリル基含有化合物(B)が、さらに多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)を含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3. 前記多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)が、一般式(3)で表される化合物および(4)で表される化合物から選択される1種類以上を含む、請求項2に記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 0006699661
    (一般式(3)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
    Figure 0006699661
    (一般式(4)中、Rは水素原子またはメチル基を示す。)
  4. 前記多官能(メタ)アクリル基含有化合物(B2)が、前記多官能(メタ)アクリル基含有シラン縮合物(B1)の総量100質量部に対して、50〜300質量部である、請求項2または3に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 前記アクリル基含有化合物(B)が、前記(A)アルカリ可溶性樹脂(A)100質量部に対して、20〜70質量部である、請求項1〜4のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の感光性樹脂組成物から形成された樹脂シート。
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載の感光性樹脂組成物、または請求項6に記載の樹脂シートを硬化したレリーフパターンであって、前記レリーフパターンの断面形状が、45°以上90°未満のテーパー形状である硬化レリーフパターン。
  8. 請求項7に記載のレリーフパターンの層を有する、層間絶縁膜または表面保護膜。
  9. 請求項1〜5のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を基材上に塗布する工程、または請求項6に記載の樹脂シートを基材上にラミネートする工程により、基材上に感光性樹脂組成物または樹脂層を設ける工程、
    紫外線を照射し、現像してパターンを形成する工程、
    さらに、加熱して硬化レリーフパターンの層を形成する工程を含む、層間絶縁膜または表面保護膜の製造方法。
  10. 請求項8に記載の層間絶縁膜、および請求項8に記載の表面保護膜から選ばれる膜の上に、シード層とメッキ層を有する、電子部品または半導体部品。
  11. 請求項8に記載の層間絶縁膜が2〜10層繰り返し配置された、電子部品または半導体部品。
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