以下、本発明を詳細に説明する。
<一般式(1)で表される、ジアミン化合物>
本発明は上記一般式(1)で表されるジアミン化合物である。一般式(1)で表されるジアミン化合物において、R1、R2は、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、脂肪族基、芳香族基、アセチル基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、イミド基、ウレア基、ウレタン基のいずれかを有する有機基を表す。p、qは0〜3の範囲内の整数である。Aは、2価の脂肪族基、脂環式基、芳香族基、芳香族基が−O−、−CO−、−SO2−、−CH2−、−C(CH3)2−、もしくは−C(CF3)2−:(ここでFはフッ素)で結合された2価の有機基、複数ある芳香族基が単結合で結合された2価の有機基、または複数ある芳香族基が−O−、−CO−、−SO2−、−CH2−、−C(CH3)2−、もしくは−C(CF3)2−:(ここでFはフッ素)で結合された2価の有機基である場合、を示す。
一般式(1)は、Aに脂肪族基を有することで、ジアミン化合物自身が、200℃以下で脱水閉環し、オキサゾール構造を有することができるため、低温硬化時にも高耐薬品性を得ることができ、また、脂肪族基のもつ柔軟性により、高伸度の硬化膜が得られる。
前記一般式(1)におけるAが一般式(2)または一般式(3)で表される2価の脂肪族基であることが好ましい。一般式(2)または一般式(3)で表される2価の脂肪族基は、高い柔軟性を有するため伸度向上の効果が高いため好ましい。
(一般式(2)中、R3〜R6はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を示し、a、b、およびcはそれぞれ、1≦a≦20、0≦b≦20、0≦c≦20の範囲内の整数を表し、繰り返し単位の配列はブロック的でもランダム的でもよい。但し、括弧内に表される構造はそれぞれ異なる。また、*は化学結合を示す。)
(一般式(3)中、R7、R8はそれぞれ独立に水素、フッ素または炭素数1〜6のアルキル基であり、n1は1〜20の整数を示す。また、*は化学結合を示す。)
n1は伸縮性の点から3以上が好ましく、得られる化合物の耐熱性から12以下が好ましい。
<一般式(1)で表されるジアミン化合物の製造方法>
一般式(1)で表されるジアミン化合物は、公知のジアミン化合物の製造方法に従って製造することができる。特に限定はされないが、下記方法をとることができる。
第一工程として、アミノニトロフェノール化合物とカルボン酸ジクロリド化合物を反応させることにより、ジニトロ化合物を得ることができる。
第二工程として、第一工程で得られたジニトロ化合物を還元することで、一般式(1)で表されるジアミンを得ることができる。この還元方法としては、パラジウム/炭素、ラネーニッケルなどの金属触媒の存在下に水素ガスを作用させる方法、パラジウム/炭素、ラネーニッケルなどの金属触媒の存在下にギ酸アンモニウムを作用させる方法、塩化第一スズと塩酸による方法、鉄と塩酸による方法、ヒドラジンを使用する方法などを用いることができる。
<本発明の耐熱性樹脂>
本発明の耐熱性樹脂は、上記した本発明のジアミン化合物に由来する構造を有する耐熱性樹脂であることが好ましい。
また、本発明の耐熱性樹脂は、一般式(4)、一般式(5)、および一般式(6)から選択される1種類以上の構造単位を有する耐熱性樹脂であることが好ましい。
(一般式(4)〜(6)中、Bは一般式(7)で表される有機基である。X1は2〜6価の有機基を示し、X2およびX3はそれぞれ独立に4〜10価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の有機基を示す。p,q,rはそれぞれ独立には0〜4の整数である。)
(一般式(7)中、R9、R10は1価の脂肪族基を示す。Cは2価の脂肪族基、脂環式基、芳香族基、複数ある芳香族基が単結合で結合された2価の有機基、または複数ある芳香族基が−O−、−S−、−CO−、−SO2−、−CH2−、−C(CH3)2−、もしくは−C(CF3)2−:(ここでFはフッ素)で結合された2価の有機基である場合、を示す。s、tは0〜3の範囲内の整数である。また、*は化学結合を示す。)
一般式(7)で表される有機基が、本発明のジアミン化合物に由来する構造を表している。
本発明の耐熱性樹脂は、ポリイミド、ポリアミド、ポリベンゾオキサゾール、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上の樹脂を含むことが好ましい。
そして、ポリイミド、ポリアミド、ポリベンゾオキサゾール、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上の樹脂に、一般式(4)、一般式(5)、および一般式(6)から選択される1種類以上の構造単位を有することが好ましい。
限定されるものではないが、前記ポリアミドが一般式(8)で表される構造であって、前記ポリイミド前駆体が一般式(9)で表される構造であって、ポリイミドが一般式(10)で表される構造であって、前記ポリベンゾオキサゾールが一般式(11)で表される構造であることが好ましい。
(一般式(8)〜(11)中、Y1〜Y3はそれぞれ独立に4〜6価の有機基を示し、Y4は6〜8価の有機基を示す。X4は2〜6価の有機基を示し、X5およびX6はそれぞれ独立に4〜10価の有機基を示し、X7は2〜6価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の有機基を示す。v、x、z、mはそれぞれ独立には2〜4の整数である、u、w、y、kはそれぞれ独立には0〜4の整数である。)
上記一般式(8)および(11)中、X4、X7は炭素数2以上の2価〜6価の有機基を示し、酸の構造成分を表している。X4、X7は、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、ナフタレンジカルボン酸、ビス(カルボキシフェニル)プロパンなどの芳香族ジカルボン酸、シクロブタンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、ジメチルマロン酸、エチルマロン酸、イソプロピルマロン酸、ジ−n−ブチルマロン酸、スクシン酸、テトラフルオロスクシン酸、メチルスクシン酸、2,2−ジメチルスクシン酸、2,3−ジメチルスクシン酸、ジメチルメチルスクシン酸、グルタル酸、ヘキサフルオログルタル酸、2−メチルグルタル酸、3−メチルグルタル酸、2,2−ジメチルグルタル酸、3,3−ジメチルグルタル酸、3−エチル−3−メチルグルタル酸、アジピン酸、オクタフルオロアジピン酸、3−メチルアジピン酸、オクタフルオロアジピン酸、ピメリン酸、2,2,6,6−テトラメチルピメリン酸、スベリン酸、ドデカフルオロスベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘキサデカフルオロセバシン酸、1,9−ノナン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、ヘキサデカン二酸、ヘプタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、ヘンエイコサン二酸、ドコサン二酸、トリコサン二酸、テトラコサン二酸、ペンタコサン二酸、ヘキサコサン二酸、ヘプタコサン二酸、オクタコサン二酸、ノナコサン二酸、トリアコンタン二酸、ヘントリアコンタン二酸、ドトリアコンタン二酸、ジグリコール酸などの脂肪族ジカルボン酸や、さらに、トリメリット酸、トリメシン酸などのトリカルボン酸、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換されているものや、―S―、―SO―、―SO2―、―NH―、―NCH3―、―N(CH2CH3)―、―N(CH2CH2CH3)―、―N(CH(CH3)2)―、―COO―、―CONH―、―OCONH―、または―NHCONH―などの結合を含んでいるものを由来とする構造である。
この中でも、X4、X7が、芳香族を有するジカルボン酸を由来とする構造は、熱硬化時に閉環が起こりにくいため、膜収縮による応力上昇を抑え、密着性を高められるため好ましい。
本発明の耐熱性樹脂を製造するにあたり、重縮合を行う際には、たとえばX1、X4のカルボン酸基を下記一般式(12)に示すような活性カルボン酸基で置換した化合物が用いられる。
一般式(12)中、D及びEは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、トリフルオロメチル基、ハロゲン基、フェノキシ基、ニトロ基などが挙げられるが、これらに限定されない。
この中でも、クロライド化合物以外の活性カルボン酸基を用いることが好ましい。クロライド化合物以外の活性カルボン酸基を用いることで、得られる樹脂中の塩素イオンを低減し、塩素イオンの存在に起因する金属基板からの剥離を防ぐことができる。また、活性カルボン酸基としては、ジイミダゾリド化合物を用いることがさらに好ましい。ジイミダゾリド化合物の脱離基は、水溶性のイミダゾールとなることから、得られた樹脂の再沈殿や洗浄を水で行うことができる。さらには、脱離したイミダゾールは塩基性であることから、重合時にポリイミド前駆体構造の閉環促進剤として作用し、ポリアミド樹脂を製造した段階で、イミド化の閉環率を高くすることが可能である。その結果、熱処理により硬化膜を作製するときの閉環率を低くすることができる。
一般式(8)〜(10)中のY1〜Y3は4価〜6価の有機基を示し、Y4は6〜8価の有機基を示し、ジアミン由来の有機基を表している。
耐熱性樹脂は、一般式(1)で表されるジアミン化合物に由来する構造を有するため、一般式(8)〜(11)中のY1〜Y4は、フェノール性水酸基を含有する。フェノール性水酸基を有するジアミン残基を含有させることで、樹脂のアルカリ現像液への適度な溶解性が得られるため、露光部と未露光部の高いコントラストが得られ、所望のパターンが形成できる。
本発明に用いられる耐熱性樹脂は、一般式(1)で表されるジアミン化合物以外のフェノール性水酸基を有するジアミン化合物に由来する構造を有しても良い。
具体的な例としては、例えば、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、2,2’−ジトリフルオロメチル−5,5’−ジヒドロキシル−4,4’−ジアミノビフェニル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−5,5’−ジヒドロキシベンジジンなどの芳香族ジアミンや、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物、また、下記に示す構造を有するジアミンなどを挙げることができるが、これらに限定されない。共重合させる他のジアミンは、そのまま、あるいは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として用いることができる。また、これら2種以上のジアミン成分を組み合わせて用いてもよい。
本発明の耐熱性樹脂は、フェノール性水酸基を有するジアミン以外のジアミン残基を含んでもよい。これらを共重合することで、耐熱性が向上できる。
芳香族を有するジアミン残基の具体的な例としては、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フィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジン、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’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニルなどの芳香族ジアミンや、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物などを挙げることができるが、これらに限定されない。共重合させる他のジアミンは、そのまま、あるいは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として用いることができる。また、これら2種以上のジアミン成分を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の耐熱性樹脂は、一般式(1)で表されるジアミン化合物以外にも、脂肪族基を有するジアミン残基を含むことが好ましい。脂肪族基を有するジアミン残基は、金属と親和性が高いため、金属密着性が高い樹脂とすることができる。また、脂肪族ジアミンは塩基性が高いことから、重合時に閉環促進剤として作用することで、ポリアミド樹脂を製造した段階で、イミド骨格の閉環率を高くすることが可能である。その結果、熱硬化時の閉環率を下げることができ、硬化膜の収縮とそれによって生じる硬化膜の応力の上昇を抑えることが可能となる。これより、応力起因の密着力低下が抑制できる。さらに、柔軟な脂肪族ジアミン残基がポリアミドの高伸度化に寄与することから、金属との密着性を高め、低応力性、高伸度性を有する硬化膜を得ることができる。
本発明の耐熱性樹脂に用いられる脂肪族基を有するジアミンは、アルキレン基およびアルキルエーテル基の少なくともいずれかの有機基を有することが好ましい。具体的には、アルキレン基、シクロアルキル基、アルキルエーテル基、シクロアルキルエーテル基の少なくともひとつから選ばれるジアミンであって、これらの炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換されていてもよく、―S―、―SO―、―SO2―、―NH―、―NCH3―、―N(CH2CH3)―、―N(CH2CH2CH3)―、―N(CH(CH3)2)―、―COO―、―CONH―、―OCONH―、または―NHCONH―などの結合を含んでいてもよく、またこれらの有機基は不飽和結合や脂環構造を有していてもよい。
脂肪族基を有するジアミンの具体的な化合物としては、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、2−メチル−1,3−プロパンジアミン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、2−メチル−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、1,2−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,2−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン、KH−511、ED−600、ED−900、ED−2003、EDR−148、EDR−176、D−200、D−400、D−2000、THF−100、THF−140、THF−170、RE−600、RE−900、RE−2000、RP−405、RP−409、RP−2005、RP−2009、RT−1000、HE−1000、HT−1100、HT−1700、(以上商品名、HUNTSMAN(株)製)、さらに、以下の化合物が挙げられ、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキレン基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換されていてもよく、―S―、―SO―、―SO2―、―NH―、―NCH3―、―N(CH2CH3)―、―N(CH2CH2CH3)―、―N(CH(CH3)2)―、―COO―、―CONH―、―OCONH―、または―NHCONH―などの結合を含んでいてもよい。
本発明において、肪族基を有するジアミンは、アルキレン基、およびアルキルエーテル基から選ばれる少なくともひとつを有する有機基であって、これらは、主鎖が直鎖となっている非環化構造である方が、柔軟性および伸縮性が得られ、硬化膜としたときに低応力化、高伸度化を達成できるため好ましい
アルキルエーテルの中でも、テトラメチレンエーテル基は耐熱性に優れ、信頼性評価後の金属密着性を付与できるため好ましい。例としては、RT−1000、HE−1000、HT−1100、HT−1700、(以上商品名、HUNTSMAN(株)製)などが上げられるが、これに限定されない。
このような脂肪族基を有するジアミンを用いることで、アルカリ溶液への溶解性を維持しながら、得られる硬化膜に、低応力性、高伸度性、および高金属密着性を付与することができる。
本発明において、脂肪族基を有するジアミン残基の含有量は、全ジアミン残基中5〜40モル%であることが好ましい。5モル%以上含有することで脂肪族基を有するジアミン残基による高金属密着の効果が得られ、また、40モル%以下含有することで、樹脂の吸湿性が低くなるため、金属基板からの剥離を防ぎ、高い信頼性をもつ硬化膜を得ることができるため好ましい。
脂肪族基を有するジアミン残基の繰り返し単位の配列は、ブロック的でもランダム的でもよいが、ポリアミド構造に高金属密着性と低応力化を付与できることに加えて、伸度が向上するため、ポリアミド構造に含まれることが好ましい。
さらに、シリコン基板との密着性を向上させるために、本発明の耐熱性樹脂は、シロキサン構造を有する脂肪族の基を共重合してもよい。具体的には、ジアミン成分として、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(p−アミノ−フェニル)オクタメチルペンタシロキサンなどを0.1〜10モル%共重合したものなどが挙げられる。
また、ポリイミド前駆体構造である上記一般式(9)やポリイミド構造である一般式(10)中、X5、X6は酸二無水物の残基を表しており、4価〜10価の有機基である。
前記酸二無水物として具体的には、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,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、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、2,2−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、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、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(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、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)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン酸二無水物、9,9−ビス{4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル}フルオレン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレン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)ヘキサフルオロプロパン二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシ−2−シクロペンタン酢酸二無水物、ビシクロ[2.2.2] オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−ノルボルナン酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオンおよび下記式に示した構造の酸二無水物や、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物などを挙げることができるが、これらに限定されない。
R11は酸素原子、硫黄原子、―C(CF3)2―、―C(CH3)2―または―SO2―を、R12およびR13は水素原子、水酸基またはチオール基を表す。
これらのうち、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、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、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、2,2−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、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、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(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、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)スルホン二無水物、ビス(3,4−
ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン酸二無水物、9,9−ビス{4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル}フルオレン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオンが好ましい。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて使用される。
一般式(9)のRは、水素または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。アルカリ現像液に対する溶解性と、得られる感光性樹脂組成物の溶液安定性の点から、Rの10モル%〜90モル%が水素であることが好ましい。さらに、Rが炭素数1〜16の1価の炭化水素基を少なくとも1つ以上含有し、その他は水素原子であることがより好ましい。
本発明における一般式(8)〜(11)で表される構造のモル比は、重合する際に用いるモノマーのモル比から算出する方法や、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて、得られた樹脂、感光性樹脂組成物、硬化膜におけるポリアミド構造やイミド前駆体構造、イミド構造のピークを検出する方法において確認できる。
本発明の耐熱性樹脂は、重量平均分子量で3,000〜200,000の範囲内であることが好ましい。この範囲では、アルカリ現像液への適度な溶解性が得られるため、露光部と未露光部の高いコントラストが得られ、所望のパターンが形成できる。アルカリ現像液への溶解性の面から、100,000以下がより好ましく、50,000以下がより好ましい。また、伸度向上の面から、10,000以上が好ましい。
ここで分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により測定し、標準ポリスチレン検量線より換算して得ることができる。
本発明の樹脂組成物の保存安定性を向上させるため、耐熱性樹脂は、は主鎖末端をモノアミン、モノカルボン酸、酸無水物、モノ活性エステル化合物などの他の末端封止剤で封止してもよい。
末端封止剤の導入割合は、本発明の耐熱性樹脂の重量平均分子量が高くなりアルカリ溶液への溶解性が低下することを抑制するため、全アミン成分に対して好ましくは0.1モル%以上、より好ましくは5モル%以上である。また、ポリアミド樹脂の重量平均分子量が低くなることで得られる硬化膜の機械特性が低下することを抑制するため、好ましくは60モル%以下、より好ましくは50モル%以下である。また、複数の末端封止剤を反応させ、複数の異なる末端基を導入してもよい。
末端封止剤としてのモノアミンとして具体的には、M−600,M−1000,M−2005,M−2070(以上商品名、HUNTSMAN(株)製)、アニリン、2−エチニルアニリン、3−エチニルアニリン、4−エチニルアニリン、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を用いることができる。これらを2種以上用いてもよい。
末端封止剤としてのモノカルボン酸、モノ活性エステル化合物は、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類およびこれらのカルボキシル基がエステル化した活性エステル化合物、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、ジカルボン酸であるフタル酸、マレイン酸、ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸、3−ヒドロキシフタル酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸や、トリカルボン酸である、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、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、2,6−ジカルボキシナフタレンなどのジカルボン酸類の一方のカルボキシル基とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールやイミダゾール、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、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物などを用いることができる。これらを2種以上用いてもよい。
また、本発明における耐熱性樹脂の樹脂末端や樹脂側鎖はアミド酸またはアミド酸エステルなどのイミド前駆体やイミドで封止された構造が好ましい。樹脂末端は、樹脂の主鎖よりも他成分や基板に接する部位が多いため、密着性を高め、樹脂組成物の保存安定性を向上させることができる。このため、イミド前駆体構造やイミド前駆体構造を有することが好ましく、ポリイミド前駆体構造である上記一般式(9)やポリイミド構造である一般式(10)が、耐熱性樹脂の末端付近に存在することがより好ましい。これにより、密着性を高め、アルカリ可溶性樹脂の保存安定性をさらに高めることができる。このためには、前記ポリアミド構造を重合後、ポリイミド前駆体構造およびポリイミド構造の少なくともいずれかの構造と共重合することが好ましい。
本発明の耐熱性樹脂の樹脂末端や樹脂側鎖がアミド酸またはアミド酸エステルなどのイミド前駆体やイミドで封止された構造は、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、ジカルボン酸であるフタル酸、マレイン酸、ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸、3−ヒドロキシフタル酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸や、トリカルボン酸である、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、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、2,6−ジカルボキシナフタレンなどのジカルボン酸類の一方のカルボキシル基とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールやイミダゾール、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、これらの芳香族環や炭化水素の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物などから得られるが、これらに限定されない。
本発明で用いることのできる末端封止剤は、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アルカリ可溶性樹脂を、酸性溶液に溶解し、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により、本発明に使用された末端封止剤を容易に検出できる。これとは別に、末端封止剤が導入されたアルカリ可溶性樹脂成分を直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルおよび13C−NMRスペクトルで測定することによっても、容易に検出できる。
本発明の耐熱性樹脂は、たとえば、次の方法により合成されるがこれに限定はされない。
まず、ジカルボン酸を活性カルボン酸基で置換した化合物、または酸二無水物、一般式(1)で表される、ジアミン化合物、他の共重合成分を室温で、場合によっては高めた温度で、有機溶剤中に溶解し、次いで加熱して重合させる。反応時の溶液の安定性の観点から、溶解させる順番は溶解性の高いジアミン化合物を先に行うことが好ましい。その後、場合によっては他の共重合成分を加え、末端封止剤となる酸、または酸無水物を加えて重合させる。
一般式(1)で表される、ジアミン化合物以外の脂肪族基を有するジアミンを導入する際、反応は−20〜200℃で行うことが好ましい。
ポリイミド前駆体構造は、上記重合法において、酸無水物に由来する構造であり、アミド酸エステルの場合は、上記の重合後、カルボン酸をエステル化剤で反応させることなどによって得られる。
本発明の耐熱性樹脂は、ポリイミドを含むことが好ましく、該ポリイミドは、例えば、一般式(9)で表される構造を作製する方法を利用してイミド前駆体を得て、これを−20〜200℃で重合する方法、公知のイミド化反応法を用いてイミド前駆体のイミド環を全て閉環させる方法、また、途中でイミド化反応を停止し、イミド構造を一部導入する方法、さらには、イミド前駆体のイミド環を全て閉環させた既閉環のイミドポリマーと前記ポリイミド前駆体を混合することによってイミド構造を一部導入する方法、を利用して合成することができる。
本発明に用いられるベンゾオキサゾールは、例えば、ポリベンゾオキサゾール前駆体を得て、これを150〜350℃で加熱閉環する方法、酸性触媒を加えて閉環させる方法、を利用して合成することができる。樹脂の重合に用いる有機溶剤としては、例えば、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−メチル−2−ピロリドン、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、N,N−ジメチルイソ酪酸アミド、メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミドのアミド類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンなどの環状エステル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート類、トリエチレングリコールなどのグリコール類、m−クレゾール、p−クレゾールなどのフェノール類、アセトフェノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどが挙げられるがこれらに限定されない。
本発明の耐熱性樹脂は、上記の方法で重合させた後、多量の水またはメタノールおよび水の混合液などに投入し、沈殿させて濾別乾燥し、単離することが好ましい。乾燥温度は40〜100℃が好ましく、より好ましくは50〜80℃である。この操作によって未反応のモノマーや、2量体や3量体などのオリゴマー成分が除去され、熱硬化後の膜特性を向上させることができる。
本発明における、イミド化率は、例えば以下の方法で容易に求めることができる。まず、ポリマーの赤外吸収スペクトルを測定し、ポリイミドに起因するイミド構造の吸収ピーク(1780cm−1付近、1380cm−1付近)の存在を確認する。次に、そのポリマーを350℃で1時間熱処理したもののイミド化率を100%のサンプルとして赤外吸収スペクトルを測定し、熱処理前後の樹脂の1380cm−1付近のピーク強度を比較することによって、熱処理前樹脂中のイミド基の含量を算出し、イミド化率を求める。熱硬化時の閉環率の変化を抑制し、低応力化の効果が得られるため、イミド化率は50%以上が好ましく、80%以上がさらに好ましい。
本発明における、オキサゾール化率は、例えば以下の方法で容易に求めることができる。まず、ポリマーの赤外吸収スペクトルを測定し、ポリイミドに起因するイミド構造の吸収ピーク(1570cm−1付近、1050cm−1付近)の存在を確認する。次に、そのポリマーを350℃で1時間熱処理したもののオキサゾール化率を100%のサンプルとして赤外吸収スペクトルを測定し、熱処理前後の樹脂の1570cm−1付近のピーク強度を比較することによって、熱処理前樹脂中のオキサゾール基の含有量を算出し、オキサゾール化率を求める。熱硬化時の閉環率の変化を抑制し、低応力化の効果が得られるため、オキサゾール化率は50%以上が好ましく、80%以上がさらに好ましい。
本発明の耐熱性樹脂は、樹脂組成物として用いることができる。
本発明の耐熱性樹脂と、(b)感光性化合物、(c)溶剤を含有する樹脂組成物用いることが好ましい。
このうち、(b)感光性化合物として光酸発生剤を用いた樹脂組成物は、ポジ型感光性樹脂組成物(ポジ型感光性ワニス)として使用することができる。
また、(b)感光性化合物として光重合性化合物を用いた樹脂組成物は、ネガ型感光性樹脂組成物(ネガ型感光性ワニス)として使用することができる。
両タイプの感光性化合物は用途に応じて使用される。
ポジ型感光性組成物は、ネガ型感光性組成物に比べて一般に高解像度が得られるため、微細な加工パターンを形成する用途には好適に用いられる。
ポジ型感光性樹脂組成物の光酸発生剤としては、キノンジアジド化合物が好ましく用いられる。
キノンジアジド化合物としては、ポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合および/またはスルホンアミド結合したものなどが挙げられる。これらポリヒドロキシ化合物、ポリアミノ化合物、ポリヒドロキシポリアミノ化合物の全ての官能基がキノンジアジドで置換されていなくてもよいが、平均して官能基全体の40モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。このようなキノンジアジド化合物を用いることで、一般的な紫外線である水銀灯のi線(波長365nm)、h線(波長405nm)、g線(波長436nm)に感光するポジ型の感光性樹脂組成物を得ることができる。
ポリヒドロキシ化合物として具体的には、Bis−Z、BisP−EZ、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、TrisP−SA、TrisOCR−PA、BisOCHP−Z、BisP−MZ、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisOCP−IPZ、BisP−CP、BisRS−2P、BisRS−3P、BisP−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、DML−MBPC、DML−MBOC、DML−OCHP、DML−PCHP、DML−PC、DML−PTBP、DML−34X、DML−EP、DML−POP、ジメチロール−BisOC−P、DML−PFP、DML−PSBP、DML−MTrisPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−BP、TML−HQ、TML−pp−BPF、TML−BPA、TMOM−BP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業製)、BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A、46DMOC、46DMOEP、TM−BIP−A(以上、商品名、旭有機材工業製)、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、ナフトール、テトラヒドロキシベンゾフェノン、没食子酸メチルエステル、ビスフェノールA、ビスフェノールE、メチレンビスフェノール、BisP−AP(商品名、本州化学工業製)、ノボラック樹脂などを挙げることができるが、これらに限定されない。
ポリアミノ化合物として具体的には、1,4−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−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フィドなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
また、ポリヒドロキシポリアミノ化合物として具体的には、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、3,3’−ジヒドロキシベンジジンなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
これらの中でも、キノンジアジド化合物が、フェノール化合物および4−ナフトキノンジアジドスルホニル基とのエステルを含むことが好ましい。これによりi線露光で高い感度と、より高い解像度を得ることができる。
本発明の感光性樹脂組成物に用いるキノンジアジド化合物の含有量は、樹脂100質量部に対して、1〜50質量部が好ましく、10〜40質量部がより好ましい。キノンジアジド化合物の含有量をこの範囲とすることにより、露光部と未露光部のコントラストが得られることでより高感度化を図ることができ、含有量が多い際に発生する残渣がみられないため好ましい。さらに増感剤などを必要に応じて添加してもよい。
本発明の樹脂組成物における光重合性化合物の含有量は、耐熱性樹脂100質量部に対して、5〜200質量部とすることが好ましく、相溶性の点から5〜150質量部とすることがより好ましい。光重合性化合物の含有量を5質量部以上とすることで、現像時の露光部の溶出を防ぎ、現像後の残膜率の高い樹脂組成物を得ることができる。また、光重合性化合物の含有量を200質量部以下とすることで、膜形成時の膜の白化を抑えることができる。
また、本発明の樹脂組成物は、下記一般式(13)で表される化合物を含有することが好ましい。
一般式(13)で表される化合物を含有することで、信頼性評価後の硬化後の膜の伸度特性や、金属材料との密着性を向上させることができる。
一般式(13)で表される化合物は、酸化防止剤として作用することで、耐熱性樹脂の脂肪族基やフェノール性水酸基の酸化劣化を抑制する。また、金属材料への防錆作用により、金属酸化を抑制することができる。
一般式(13)中、R16は水素原子または炭素数2以上のアルキル基を表し、R18は炭素数2以上の有機基を表す。R17は、炭素数2以上のアルキレン基、O原子、およびN原子のうち少なくともいずれかを含む1〜4価の有機基を示す。kは1〜4の整数を示し、耐熱性樹脂のと金属材料に同時に作用できることができるため、kは2〜4の整数がより好ましい。R18としては、アルキル基、アルキレン基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、アルキルシリル基、アルコキシシリル基、アリール基、アリールエーテル基、カルボキシル基、カルボニル基、アリル基、ビニル基、複素環基、―O―、―NH―、―NHNH―、それらを組み合わせたものなど挙げられ、さらに置換基を有していてもよい。この中でも、現像液への溶解性や金属密着性の点から、アルキルエーテル、−NH−を有することが好ましく、耐熱性樹脂のとの相互作用と金属錯形成による金属密着性の点から―NH―がより好ましい。
一般式(13)で表される化合物は、例としては以下のものが挙げられるが、下記構造に限らない。
また、一般式(13)で表される化合物の添加量は、耐熱性樹脂に対し、0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜5質量部がより好ましい。添加量が0.1質量部より少ない場合は、信頼性後の伸度特性や金属材料に対する密着性向上の効果が得られにくく、また10質量部より多い場合は、感光剤との相互作用により、樹脂組成物の感度低下を招く恐れがある。
本発明の樹脂組成物は、さらに、(d)アルコキシメチル基およびメチロール基のうち少なくともいずれか1つの基を2つ以上有する化合物を含有することが好ましい。
(d)アルコキシメチル基およびメチロール基のうち少なくともいずれか1つの基を2つ以上有する化合物(以下、(d)化合物と省略する場合がある)は、熱架橋剤として働く化合物である。
これらの基を少なくとも2つ有することで、樹脂および同種分子と縮合反応して架橋構造体とすることができる。光酸発生剤、または光重合開始剤と併用することで、感度や硬化膜の機械特性の向上のためにより幅広い設計が可能になる。
このような化合物の好ましい例としては、例えば、DML−PC、DML−PEP、DML−OC、DML−OEP、DML−34X、DML−PTBP、DML−PCHP、DML−OCHP、DML−PFP、DML−PSBP、DML−POP、DML−MBOC、DML−MBPC、DML−MTrisPC、DML−BisOC−Z、DMLBisOCHP−Z、DML−BPC、DML−BisOC−P、DMOM−PC、DMOM−PTBP、DMOM−MBPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−HQ、TML−BP、TML−pp−BPF、TML−BPE、TML−BPA、TML−BPAF、TML−BPAP、TMOM−BP、TMOM−BPE、TMOM−BPA、TMOM−BPAF、TMOM−BPAP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、NIKALAC(登録商標) MX−290、NIKALAC MX−280、NIKALAC MX−270、NIKALAC MX−279、NIKALAC MW−100LM、NIKALAC MX−750LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。この中でも、HMOM−TPHAP、MW−100LMを添加した場合、キュア時のリフローが起こりにくくなり、パターンが高矩形になるためより好ましい。
(d)アルコキシメチル基またはメチロール基を少なくとも2つ有する化合物の添加量は耐熱性樹脂に対し、10〜60質量部が好ましく、20〜40質量部がより好ましい。添加量が10質量部より多い場合は、熱架橋剤による架橋密度が高いため、硬化膜の耐薬品性の向上が得られ、また60質量部より少ない場合は、充分な柔軟性を得られるため高い伸度が得られるため好ましい。
本発明の樹脂組成物は、下記一般式(14)で表される構造単位を有する熱架橋剤を含有することで、さらに伸度向上と低応力化が可能である。
一般式(14)中、R20およびR21は、各々独立に、水素原子またはメチル基を示す。R19は炭素数2以上のアルキレン基を有する2価の有機基であり、直鎖状、分岐状、および環状のいずれでも良い。
R19は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、アルキルシリル基、アルコキシシリル基、アリール基、アリールエーテル基、カルボキシル基、カルボニル基、アリル基、ビニル基、複素環基、それらを組み合わせたものなど挙げられ、さらに置換基を有していてもよい。
熱架橋剤自体に、柔軟なアルキレン基と剛直な芳香族基を有するため、耐熱性を有しながら、伸度向上と低応力化が可能である。架橋基としては、アクリル基やメチロール基、アルコキシメチル基、エポキシ基が上げられるがこれに限定されない。この中でも、耐熱性樹脂のフェノール性水酸基と反応し、硬化膜の耐熱性を向上することができる点と、脱水せずに反応することができる点から、エポキシ基が好ましい。
一般式(14)で表される化合物は、例えば、例としては以下のものが挙げられるが、下記構造に限らない。
(式中n2は1〜5の整数、n3は1〜20の整数である。)
上記構造の中でも、耐熱性と伸度向上を両立する点から、n2は1〜2、n3は3〜7であることが好ましい。
また、必要に応じて、キュア後の収縮残膜率を小さくしない範囲でフェノール性水酸基を有する低分子化合物を含有してもよい。これにより、現像時間を短縮することができる。
これらの化合物としては、例えば、Bis−Z、BisP−EZ、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、BisOCHP−Z、BisP−MZ、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisOCP−IPZ、BisP−CP、BisRS−2P、BisRS−3P、BisP−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−BIPC−F(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)等が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
フェノール性水酸基を有する低分子化合物の含有量は、耐熱性樹脂100質量部に対して、1〜40質量部含有することが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、(c)溶剤を含有することが好ましい。
(c)溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、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、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、N,N−ジメチルイソ酪酸アミド、メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミドなどの極性の非プロトン性溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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などのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、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−メチル−3−メトキシブチルアセテートなどのエステル類、乳酸エチル、乳酸メチル、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類等が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
(c)溶剤の含有量は(耐熱性樹脂100質量部に対して、組成物を溶解させるため、100質量部以上含有することが好ましく、膜厚1μm以上の塗膜を形成させるため、1,500質量部以下含有することが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、基板との濡れ性を向上させる目的で、界面活性剤、乳酸エチルや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、エタノールなどのアルコール類、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエ−テル類を含有してもよい。
また、基板との接着性を高めるために、保存安定性を損なわない範囲で本発明の樹脂組成物にシリコン成分として、トリメトキシアミノプロピルシラン、トリメトキシエポキシシラン、トリメトキシビニルシラン、トリメトキシチオールプロピルシランなどのシランカップリング剤を含有してもよい。シランカップリング剤の好ましい含有量は、耐熱性樹脂100質量部に対して0.01〜5質量部である。
本発明の樹脂組成物は、本発明の耐熱性樹脂の以外に、他のアルカリ可溶性樹脂を有することが好ましい。具体的には、シロキサン樹脂、アクリル酸を共重合したアクリルポリマー、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、またそれらにメチロール基、アルコキシメチル基やエポキシ基などの架橋基を導入した変性体、それらの共重合ポリマーなどが挙げられる。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、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の溶液に溶解するものである。これらのアルカリ可溶性樹脂を含有することにより、硬化膜の密着性や優れた感度を保ちながら、各アルカリ可溶性樹脂の特性を付与することができる。
この中でも、感度を向上させる点に加えて、硬化前後の収縮変化率が低いことから低応力化が可能であるため、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、またそれらにメチロール基、アルコキシメチル基やエポキシ基などの架橋基を導入した変性体などのフェノール樹脂が好ましい。
これらの樹脂の好ましい含有量としては、本発明の耐熱性樹脂100質量部に対して、5〜200質量部より好ましくは15〜150質量部である。
さらに、本発明の樹脂組成物には、キュア後の収縮率を大きくしない範囲で溶解調整剤を含有してもよい。溶解調整剤としては、ポリヒドロキシ化合物、スルホンアミド化合物、ウレア化合物など、一般にポジ型レジストに溶解調整剤として用いられる化合物であれば、いずれの化合物でも好ましく用いることができる。特に、キノンジアジド化合物を合成する際の原料であるポリヒドロキシ化合物が好ましく用いられる。
また本発明の樹脂組成物は、光重合性化合物が配合される場合は、光によって不可溶化するネガ型である。光重合性化合物は、重合性不飽和官能基を含有するものである。重合性不飽和官能基としては例えば、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基等の不飽和二重結合官能基やプロパルギル等の不飽和三重結合官能基が挙げられる。これらの中でも共役型のビニル基、アクリロイル基およびメタクリロイル基から選ばれた基が重合性の面で好ましい。
またその官能基が含有される数としては安定性の点から1〜4であることが好ましく、それぞれの基は同一でなくとも構わない。また、光重合性化合物は、数平均分子量が30〜800のものが好ましい。数平均分子量が30〜800の範囲であれば、ポリアミドとの相溶性がよく、樹脂組成物溶液の安定性がよい。
好ましい光重合性化合物としては、例えば、ジ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アクリレート、テトラ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メタクリレート、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、スチレン、α−メチルスチレン、1,2−ジヒドロナフタレン、1,3−ジイソプロペニルベンゼン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−ビニルナフタレン、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、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テトラアクリレート、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、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、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、メチレンビスアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、 2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、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、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム等が挙げられる。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。
これらのうち、特に好ましく使用できるものとして、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、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、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テトラアクリレート、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、メチレンビスアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、 2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、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、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物の粘度は、2〜5,000mPa・sが好ましい。粘度は、E型回転粘度計(例えば製品名「VISCOMETER TV−22」、TOKI SANGYO社製)を用いて測定することができる。粘度が2mPa・s以上となるように固形分濃度を調整することにより、所望の膜厚を得ることが容易になる。一方、粘度が5,000mPa・s以下であれば、均一性の高い塗布膜を得ることが容易になる。このような粘度を有する樹脂組成物は、例えば固形分濃度を5〜60質量%にすることで容易に得ることができる。
次に、本発明の樹脂組成物から樹脂シートを形成する方法、樹脂組成物または樹脂シートを硬化してなる硬化膜を形成する方法、硬化膜のレリーフパターンを形成する方法について述べる。
まず、本発明の樹脂組成物を基板に塗布する。基板としては、シリコンウエハ、セラミックス類、ガリウムヒ素、有機系回路基板、無機系回路基板、シリコンウエハとエポキシ樹脂などの封止樹脂の複合基板、およびこれらの基板に回路の構成材料が配置されたものなどが挙げられるが、これらに限定されない。有機系回路基板の例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板などのガラス基板銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板などのコンポジット銅張積層板、仮張りキャリア基板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板などの耐熱・熱可塑性基板、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板などのフレキシブル基板が挙げられる。また、無機系回路基板の例は、ガラス基板、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板などのセラミック基板、アルミニウムベース基板、鉄ベース基板などの金属系基板が挙げられる。回路の構成材料の例は、銀、金、銅などの金属を含有する導体、無機系酸化物などを含有する抵抗体、ガラス系材料および/または樹脂などを含有する低誘電体、樹脂や高誘電率無機粒子などを含有する高誘電体、ガラス系材料などを含有する絶縁体などが挙げられる。塗布方法としてはスピナーを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティング、スクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーター、カレンダーコーター、メニスカスコーター、バーコーター、ロールコーター、コンマロールコーター、グラビアコーター、スクリーンコーター、スリットダイコーターなどの方法が挙げられる。また、塗布膜厚は、塗布手法、組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、通常、乾燥後の膜厚が0.1〜150μmになるように塗布される。
樹脂シート、感光性を有する樹脂シートとする場合は、その後乾燥させて剥離することで形成できる。
シリコンウエハなどの基板と性樹脂組成物との接着性を高めるために、基板を前述のシランカップリング剤で前処理することもできる。例えば、シラン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、スプレー塗布、蒸気処理などにより表面処理をする。場合によっては、その後50℃〜300℃までの熱処理を行い、基板とシランカップリング剤との反応を進行させる。
次に樹脂組成物または樹脂シートを基板上に塗布またはラミネートした基板を乾燥して、樹脂膜を得る。乾燥はオーブン、ホットプレート、赤外線などを使用し、50℃〜150℃の範囲で1分間〜数時間行うことが好ましい。
次に、この樹脂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。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線などがあるが、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。
パターンを形成するには、露光後、現像液を用いて、ポジ型の場合は露光部を、ネガ型の場合は未露光部を除去する。
現像液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、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溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ溶液に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単独あるいは数種を組み合わせたものを添加してもよい。現像は上記の現像液を被膜面にスプレーする、現像液中に浸漬する、あるいは浸漬しながら超音波をかける、基板を回転させながら現像液をスプレーするなどの方法によって行うことができる。現像後は水にてリンス処理をすることが好ましい。ここでもエタノール、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リンス処理をしてもよい。
現像後、150℃〜500℃の温度を加えて熱架橋反応を進行させる。架橋により、耐熱性および耐薬品性を向上することができる。この加熱処理の方法は、温度を選び、段階的に昇温する方法や、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら5分間〜5時間実施する方法を選択できる。前者の一例として、130℃、200℃で各30分ずつ熱処理する方法が挙げられる。後者の一例として室温より400℃まで2時間かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。
本発明においてのキュア条件としては150℃以上350℃以下が好ましいが、本発明は特に低温硬化性において優れた硬化膜を提供するものであるため、160℃以上250℃以下がより好ましく、半導体装置への影響から160℃以上200℃以下がさらに好ましい。
本発明の樹脂組成物または樹脂シートを、硬化してなる硬化膜や硬化膜のレリーフパターンは、次のように用いることができる。
すなわち、駆動回路上の平坦化層および第1電極上の少なくともいずれかに配置された、有機EL表示装置として用いることができる。
また、再配線間の層間絶縁膜として配置された、半導体電子部品または半導体装置として用いることができる。
また、シリコンチップが配置された封止樹脂基板上に、再配線間の層間絶縁膜として配置された、半導体電子部品または半導体装置として用いることができる。
さらには、2種以上の材質で構成される隣接する基板の層間絶縁膜として配置された、半導体電子部品または半導体装置として用いることができる。
本発明の樹脂組成物または樹脂シートを、硬化してなる硬化膜や硬化膜のレリーフパターンを半導体電子部品または半導体装置に用いるにおいて、具体的には、半導体のパッシベーション膜、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、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。無論これに制限されず、様々な構造をとることができる。
次に、本発明の樹脂組成物または樹脂シートを用いた、バンプを有する半導体装置への応用例について図面を用いて説明する(応用例1)。
図1は、本発明のバンプを有する半導体装置のパット部分の拡大断面図である。図1に示すように、シリコンウエハ1には入出力用のアルミニウム(以下、Al)パッド2上にパッシベーション膜3が形成され、そのパッシベーション膜3にビアホールが形成されている。更に、この上に本発明の樹脂組成物によるパターンとして絶縁膜4が形成され、更に、金属(Cr、Ti等)膜5がAlパッド2と接続されるように形成され、電解めっき等で金属配線(Al、Cu等)6が形成されている。金属膜5はハンダバンプ10の周辺をエッチングして、各パッド間を絶縁する。絶縁されたパッドにはバリアメタル8とハンダバンプ10が形成されている。絶縁膜7の樹脂組成物はスクライブライン9において、厚膜加工を行うことができる。樹脂組成物に柔軟成分を導入した場合は、ウエハの反りが小さいため、露光やウエハの運搬を高精度に行うことができる。また、本発明の樹脂は高伸度性にも優れるため、樹脂自体が変形することで、実装時も封止樹脂からの応力を緩和することできるため、バンプや配線、low−k層のダメージを防ぎ、高信頼性の半導体装置を提供できる。
次に、半導体装置の詳細な作製方法について図2に記す。図2の2aに示すように、シリコンウエハ1に入出力用のAlパッド2、さらにパッシベーション膜3を形成させ、本発明の樹脂組成物によるパターンとして絶縁膜4を形成させる。続いて、図2の2bに示すように、金属(Cr、Ti等)膜5をAlパッド2と接続されるように形成させ、図2の2cに示すように、金属配線6をメッキ法で成膜する。次に、図2の2d’に示すように、本発明の樹脂組成物を塗布し、フォトリソ工程を経て図2の2dに示すようなパターンとして絶縁膜7を形成する。絶縁膜7の上にさらに配線(いわゆる再配線)を形成することができる。2層以上の多層配線構造を形成する場合は、上記の工程を繰り返して行うことにより、2層以上の再配線が、本発明の樹脂組成物から得られた層間絶縁膜により分離された多層配線構造を形成することができる。この際、形成された絶縁膜は複数回にわたり各種薬液と接触することになるが、本発明の樹脂組成物から得られた絶縁膜は密着性と耐薬品性に優れているために、良好な多層配線構造を形成することができる。多層配線構造の層数には上限はないが、10層以下のものが多く用いられる。
次いで、図2の2eおよび2fに示すように、バリアメタル8、ハンダバンプ10を形成する。そして、最後のスクライブライン9に沿ってダイシングしてチップ毎に切り分ける。
次に、本発明の樹脂組成物を用いた、バンプを有する半導体装置への応用例2について図面を用いて説明する。
図3は本発明の絶縁膜を有する半導体装置のパット部分の拡大断面図であり、ファンアウトウエハレベルパッケージ(ファンアウトWLP)とよばれる構造を示している。上記の応用例1と同様にAlパッド2、パッシベーション膜3が形成されたシリコンウエハ1はダイシングされチップごとに切り分けられた後、樹脂11で封止される。この封止樹脂11とチップ上に渡り、本発明の樹脂組成物によるパターンとして絶縁膜4が形成され、更に、金属(Cr、Ti等)膜5、金属配線6が形成される。その後、チップ外の封止樹脂上に形成された絶縁膜7の開口部にバリアメタル8とハンダバンプ10が形成される。ファンアウトWLPは、半導体チップの周辺にエポキシ樹脂等の封止樹脂を用いて拡張部分を設け、半導体チップ上の電極から該拡張部分まで再配線を施し、拡張部分にもはんだボールを搭載することで必要な端子数を確保した半導体パッケージである。ファンアウトWLPにおいては、半導体チップの主面と封止樹脂の主面とが形成する境界線を跨ぐように配線が設置される。すなわち、金属配線が施された半導体チップおよび封止樹脂という2種以上の材料からなる基材の上に層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜の上に配線が形成される。
また、ファンアウトWLPは、仮貼り材料が配置された支持基板上に再配線間の層間絶縁膜として配置し、その上にシリコンチップと封止樹脂を配置後、仮貼り材料が配置された支持基板と再配線を剥離する工程で作成されるタイプのパッケージが存在する。このタイプのパッケージでは、支持基板として、シリコンウエハよりも反りやすいガラス基板などが使用されることが多いため、絶縁膜が低応力であることが好ましい。
これ以外にも、半導体チップをガラスエポキシ樹脂基板に形成された凹部に埋め込んだタイプの半導体パッケージでは、半導体チップの主面とプリント基板の主面との境界線を跨ぐように配線が設置される。この態様においても、2種以上の材料からなる基材の上に層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜の上に配線が形成される。本発明の樹脂組成物を硬化してなる硬化膜は、高伸度と、金属配線が施された半導体チップに高い密着力を有するとともに、エポキシ樹脂等へ封止樹脂にも高い密着力を有するため、2種以上の材料からなる基材の上に設ける層間絶縁膜として好適に用いられる。
また、ファンアウトWLPにおいては、再配線の微細化が進んでいる。本発明の樹脂組成物の硬化膜は、金属配線の幅と隣り合う配線同士の間隔が5μm以下の配線にも高い金属密着性を有するため、微細な再配線にも好適に用いられる。 次に、本発明の樹脂組成物を用いた、インダクタ装置のコイル部品への応用例3について図面を用いて説明する。図4本発明の絶縁膜を有するコイル部品の断面図である。図3に示すように、基板12には絶縁膜13、その上にパターンとして絶縁膜14が形成される。基板12としてはフェライト等が用いられる。本発明の樹脂組成物は絶縁膜13と絶縁膜14のどちらに使用してもよい。このパターンの開口部に金属(Cr、Ti等)膜15が形成され、この上に金属配線(Ag、Cu等)16がめっき形成される。金属配線16(Ag、Cu等)はスパイラル上に形成されている。13〜16の工程を複数回繰り返し、積層させることでコイルとしての機能を持たせることができる。最後に金属配線16(Ag、Cu等)は金属配線17(Ag、Cu等)によって電極18に接続され、封止樹脂19により封止される。
以下、実施例を挙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。まず、各実施例および比較例における評価方法について説明する。評価には、あらかじめ1μmのポリテトラフルオロエチレン製のフィルター(住友電気工業(株)製)でろ過した樹脂組成物(以下ワニスと呼ぶ)を用いた。
(1)重量平均分子量測定
耐熱性樹脂の分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)装置Waters2690−996(日本ウォーターズ(株)製)を用い、展開溶媒をN−メチル−2−ピロリドン(以降NMPと呼ぶ)として測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量(Mw)を計算した。
(2)ポリヒドロキシアミドの閉環率、ポリイミド化率
本実施例における閉環率の算出は、ワニスをシリコンウエハ上にスピンコートして、120℃で3分間乾燥し、膜厚5μmの塗布膜を得た。さらにこの塗布膜を180℃で10分、または300〜350℃で10分加熱して硬化膜(180℃で加熱した硬化膜(A)、300〜350℃で加熱した硬化膜(B))を得た。これらの硬化膜(A)、および硬化膜(B)の赤外吸収スペクトルを測定し、1570cm−1付近のオキサゾール環伸縮振動に起因するピークの吸光度を求めた。硬化膜(B)のポリヒドロキシアミドの閉環率を100%として、硬化膜(A)の閉環率を算出した。
熱硬化時の溶解性を抑制し、高耐薬品性の効果が得られるため、ポリヒドロキシアミドの閉環率は50%以上が好ましい。
また、イミド化率については、ポリイミドに起因するイミド構造の吸収ピーク(1377cm−1)付近のC−N伸縮振動に起因するピークの吸光度を求めた。硬化膜(B)のイミド化率を100%として、硬化膜(A)のイミド化率を算出した。
熱硬化時の溶解性を抑制し、高耐薬品性の効果が得られるため、イミド化率は50%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
(3)耐薬品性の評価
ワニスを6インチのシリコンウエハ上に塗布した。塗布現像装置Mark−7を用い、120℃で3分間プリベークした後の膜厚が11μmとなるようにした。塗布方法はスピンコート法を用いた。プリベークした後、イナートオーブンCLH−21CD−S(光洋サーモシステム(株)製)を用いて、酸素濃度20ppm以下で3.5℃/分で180℃まで昇温し、180℃で1時間加熱処理を行なった。温度が50℃以下になったところでウエハを取り出し、膜厚を測定後、60℃でレジスト剥離液ST−120(東京応化工業製)の溶剤にそれぞれウエハを30分浸漬した。溶剤から取り出したウエハを純水で洗浄した後、再度膜厚を測定し、その変化率の絶対値が20%を超えるものや硬化膜が剥離したものを不十分(C)、20%以内であって10%を超えるものを可(B)、10%以内であるものを良好(A)とした。
(4)伸度評価(高伸度性)
ワニスを8インチのシリコンウエハ上に、120℃で3分間のプリベーク後の膜厚が11μmとなるように塗布現像装置ACT−8を用いてスピンコート法で塗布およびプリベークした後、イナートオーブンCLH−21CD−S(光洋サーモシステム(株)製)を用いて、酸素濃度20ppm以下で3.5℃/分で180℃まで昇温し、180℃で1時間加熱処理を行なった。温度が50℃以下になったところでウエハを取り出し、45質量%のフッ化水素酸に5分間浸漬することで、ウエハより樹脂組成物の膜を剥がした。この膜を幅1cm、長さ9cmの短冊状に切断し、テンシロンRTM−100((株)オリエンテック製)を用いて、室温23.0℃、湿度45.0%RH下で引張速度50mm/分で引っ張り、破断点伸度の測定を行なった。測定は1検体につき10枚の短冊について行ない、結果から上位5点の平均値を求めた。破断点伸度の値が、90%以上のものを非常に良好(A)、70%以上90%未満のものを良好(B)、40%以上70%未満のものを可(C)、40%未満のものを不十分(D)とした。
<合成例1 一般式(1)で表される、ジアミン化合物(A−1)の合成>
窒素気流下、500mlナスフラスコ中に塩化リチウム(5.31g、0.125モル)、2−アミノ−4−ニトロフェノール(16.21g、0.105モル)を加え、脱水NMP300mLに室温で撹拌溶解させた。これをドライアイス−イソプロパノールバスで冷やしながら、ドデカン二酸ジクロリド(13.3g、0.050モル)を滴下しながら加えた。滴下後、室温にて反応溶液をさらに1時間撹拌し、1.5Lの水に投入した。得られた沈殿物を濾過回収の後、さらに1.5Lの水で合計3回洗浄した。得られた固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥した後、ジニトロ化合物を得た(24.9g、98%)。
続いて、得られたジニトロ化合物10.0gをテトラヒドロフラン/N,N−ジメチルホルムアミド(9/1 v/v)混合溶液100mlに溶解させて、5%パラジウム−炭素を2g加え、水素下で8時間撹拌した。反応終了後、触媒をろ過し、2Lの水に投入した。得られた沈殿物をろ過し、さらに2Lの水で洗浄後、得られた固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥し、目的のジアミン(A−1)を得た(8.3g、94%)。
FT−IR(KBr)、ν(cm−1):3363、3244、2914、2850、1647、1603,1545、1508、1460、1284、1223、1201、1184、1107。1H−NMR(270MHz、DMSO、δ、ppm、40℃):9.13(s、2H)、8.52(s、2H)、6.88(s、2H)、6.56(d、2H)、6.24(d、2H)、4.51(br、4H)、2.35(t、4H)、1.58−1.28(m、16H)。
<合成例2 一般式(1)で表される、ジアミン化合物(A−2)の合成>
窒素気流下、500mlナスフラスコ中に塩化リチウム(5.31g、0.125モル)、2−アミノ−5−ニトロフェノール(16.21g、0.105モル)を加え、脱水NMP300mLに室温で撹拌溶解させた。これをドライアイス−イソプロパノールバスで冷やしながら、ドデカン二酸ジクロリド(13.3g、0.050モル)を滴下しながら加えた。滴下後、室温にて反応溶液をさらに1時間撹拌し、1.5Lの水に投入した。得られた沈殿物を濾過回収の後、さらに1.5Lの水で合計3回洗浄した。得られた固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥した後、ジニトロ化合物を得た(24.8g、98%)。
続いて、得られたジニトロ化合物10.0gをテトラヒドロフラン/N,N−ジメチルホルムアミド(9/1 v/v)混合溶液100mlに溶解させて、5%パラジウム−炭素を2g加え、水素下で8時間撹拌した。反応終了後、触媒をろ過し、2Lの水に投入した。得られた沈殿物をろ過し、さらに2Lの水で洗浄後、得られた固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥し、目的のジアミン(A−2)を得た(8.2g、94%)。
FT−IR(KBr)、ν(cm−1):3373、3288、2935、2850、1647、1616、1539、1516、1471、1448、1412、1381、1329、1292、1223、1174、1119。1H−NMR(270MHz、DMSO、δ、ppm、40℃):9.29(s、2H)、9.12(s、2H)、6.98(d、2H)、6.10(s、2H)、6.01(d、2H)、4.77(br、4H)、2.30(t、4H)、1.57−1.28(m、16H)。
<合成例3 一般式(1)で表される、ジアミン化合物(A−3)の合成>
窒素気流下、500mlナスフラスコ中に塩化リチウム(5.31g、0.125モル)、2−アミノ−5−ニトロフェノール(16.21g、0.105モル)を加え、脱水NMP300mLに室温で撹拌溶解させた。これをドライアイス−イソプロパノールバスで冷やしながら、セバシン酸ジクロリド(12.0g、0.050モル)を滴下しながら加えた。滴下後、室温にて反応溶液をさらに1時間撹拌し、1.5Lの水に投入した。得られた沈殿物を濾過回収の後、さらに1.5Lの水で合計3回洗浄した。得られた固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥した後、ジニトロ化合物を得た(23.2g、98%)。
続いて、得られたジニトロ化合物10.0gをテトラヒドロフラン/N,N−ジメチルホルムアミド(9/1 v/v)混合溶液100mlに溶解させて、5%パラジウム−炭素を2g加え、水素下で8時間撹拌した。反応終了後、触媒をろ過し、2Lの水に投入した。得られた沈殿物をろ過し、さらに2Lの水で洗浄後、得られた固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥し、目的のジアミン(A−2)を得た(8.3g、95%)。
FT−IR(KBr)、ν(cm−1):3373、3288、2935、2850、1647、1616、1539、1516、1471、1448、1412、1381、1329、1292、1223、1174、1119。1H−NMR(270MHz、DMSO、δ、ppm、40℃):9.29(s、2H)、9.12(s、2H)、6.98(d、2H)、6.10(s、2H)、6.01(d、2H)、4.77(br、4H)、2.30(t、4H)、1.57−1.28(m、12H)。
<合成例4 ポリイミド前駆体(I)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例1で得られた(A−1)22.1g(0.050モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)80gに溶解させた。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と省略する場合がある。)14.0g(0.045モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤として、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物(以下、NAと省略する場合がある。)1.64(0.010モル)を加え、さらに40℃で1時間反応させた。その後、N,N’−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール12.5g(0.110モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で2時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を50℃の真空乾燥機で3日間乾燥しポリイミド前駆体の(I)を得た。重量平均分子量は32,100であった。
<合成例5 ポリイミド前駆体(II)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例2で得られた(A−2)22.1g(0.050モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)80gに溶解させた。ここにODPA14.0g(0.045モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤として、NA1.64(0.010モル)を加え、さらに40℃で1時間反応させた。その後、N,N’−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール12.5g(0.110モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で2時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を50℃の真空乾燥機で3日間乾燥しポリイミド前駆体の(II)を得た。重量平均分子量は35,400であった。
<合成例6 ポリイミド前駆体(III)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例3で得られた(A−3)20.7g(0.050モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)80gに溶解させた。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)14.0g(0.045モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤として、NA1.64(0.010モル)を加え、さらに40℃で1時間反応させた。その後、N,N’−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール12.5g(0.110モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で2時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を50℃の真空乾燥機で3日間乾燥しポリイミド前駆体の(III)を得た。重量平均分子量は29,100であった。
<合成例7 ポリヒドロキシアミド(IV)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例2で得られた(A−2)22.1g(0.050モル)、をNMP100gに溶解させた。ここに、酸A(13.5g、0.045モル)、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物1.64(0.010モル)をNMP25gとともに加えて、85℃で3時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却し、酢酸(13.2g、0.250モル)をNMP25gとともに加えて、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水1.5Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の通風乾燥機で3日間乾燥し、ポリヒドロキシアミドの(IV)を得た。重量平均分子量は37,100であった。
<合成例8 ポリヒドロキシアミド−ポリイミド共重合体(V)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例2で得られた(A−2)22.1g(0.050モル)、をNMP100gに溶解させた。ここに、酸A(6.76g、0.023モル)、ODPA6.98g(0.023モル)、NA1.64(0.010モル)をNMP25gとともに加えて、85℃で3時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却し、酢酸(13.20g、0.250モル)をNMP25gとともに加えて、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水1.5Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の通風乾燥機で3日間乾燥し、ポリヒドロキシアミド−ポリイミド共重合体(V)を得た。重量平均分子量は35,300であった。
<合成例9 ポリヒドロキシアミド−ポリイミド共重合体(VI)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例2で得られた(A−2)11.1g(0.025モル)、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(以下、BAHFと省略する場合がある。)9.16g(0.025モル)をNMP100gに溶解させた。ここに、酸A(6.76g、0.023モル)、ODPA6.98g(0.023モル)、NA1.64(0.010モル)をNMP25gとともに加えて、85℃で3時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却し、酢酸(13.20g、0.250モル)をNMP25gとともに加えて、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水1.5Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の通風乾燥機で3日間乾燥し、ポリヒドロキシアミド−ポリイミド共重合体(VI)を得た。重量平均分子量は38,200、PDIは.1.9であった。
<合成例10 ポリヒドロキシアミド−ポリイミド共重合体(VII)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例2で得られた(A−2)11.1g(0.025モル)、BAHF7.33g(0.020モル)、RT−1000(5.0g、0.005モル)をNMP100gに溶解させた。ここに、酸A(6.76g、0.023モル)、ODPA6.98g(0.023モル)、NA1.64(0.010モル)をNMP25gとともに加えて、85℃で3時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却し、酢酸(13.2g、0.250モル)をNMP25gとともに加えて、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水1.5Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の通風乾燥機で3日間乾燥し、ポリヒドロキシアミド−ポリイミド共重合体(VII)を得た。重量平均分子量は38,200であった。
<合成例11 ポリイミド前駆体(VIII)の合成>
乾燥窒素気流下、BAHF18.3g(0.050モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)80gに溶解させた。ここにODPA14.0g(0.045モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤として、NA1.64(0.010モル)を加え、さらに40℃で1時間反応させた。その後、N,N’−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール12.5g(0.110モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で2時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を50℃の真空乾燥機で3日間乾燥しポリイミド前駆体(VIII)を得た。重量平均分子量は29,900であった。
<合成例12 ポリイミド前駆体(IX)の合成>
乾燥窒素気流下、2,2−ビス[3−(3−アミノベンズアミド)−4−ヒドロキシフェニル]ヘキサフルオロプロパン(以下、HFHAと省略する場合がある。)30.2g(0.050モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)80gに溶解させた。ここにODPA14.0g(0.045モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1時間反応させた。その後、末端封止剤として、NA1.64(0.010モル)を加え、さらに40℃で1時間反応させた。その後、N,N’−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール12.5g(0.11モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で2時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を50℃の真空乾燥機で3日間乾燥しポリイミド前駆体(IX)を得た。重量平均分子量は29,200であった。
<合成例13 ポリヒドロキシアミド(X)の合成>
乾燥窒素気流下、BAHF18.31g(0.050モル)をNMP100gに溶解させた。ここに、酸A(16.11g、0.045モル)をNMP25gとともに加えて、85℃で3時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却し、酢酸(13.20g、0.25モル)をNMP25gとともに加えて、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水1.5Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の通風乾燥機で3日間乾燥し、ポリヒドロキシアミド(X)を得た。重量平均分子量は35,400であった。
<合成例14 ポリヒドロキシアミド(XI)の合成>
乾燥窒素気流下、N−メチルピロリドン100gを仕込み、BAHF18.3g(0.050モル)を添加し、室温で撹拌溶解した後、反応溶液の温度を−10〜0℃に保ちながら、酸B(12.0g、0.045モル)を10分間で滴下した後、室温で3時間撹拌を続けた。反応溶液を1.5リットルの水に投入し、析出物を回収、純水で3回洗浄した後、50℃の通風乾燥機で3日間乾燥し、ポリヒドロキシアミド(XI)を得た。重量平均分子量は32,400であった。
合成例で使用したジアミン(A−1)、(A−2)、(A−3)、BAHF、HFHA、酸A、酸Bは以下のとおりである。
[実施例1〜7、比較例1〜4]
上記樹脂(I)〜(XI)10gに対し、(b)感光性化合物2.0g、熱架橋剤である(d)化合物を3.0g、(c)溶剤としてγ−ブチロラクトンを20g加えてワニスを作製した。
実施例で使用した(b)感光性化合物、(d)化合物は以下のとおりである。
作製したワニスを用いて、上述した方法に従い、特性評価を行った。表1に用いた樹脂の組成を、表2に結果を示す。