JP7265627B2 - 硬化性樹脂組成物、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、半導体デバイス、及び、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体 - Google Patents

硬化性樹脂組成物、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、半導体デバイス、及び、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体 Download PDF

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Description

本発明は、硬化性樹脂組成物、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、半導体デバイス、及び、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体に関する。
ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂は、耐熱性及び絶縁性に優れるため、様々な用途に適用されている。上記用途としては特に限定されないが、実装用の半導体デバイスを例に挙げると、絶縁膜や封止材の材料、又は、保護膜としての利用が挙げられる。また、フレキシブル基板のベースフィルムやカバーレイなどとしても用いられている。
例えば上述した用途において、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂は、これらの樹脂を含む硬化性樹脂組成物の形態で用いられる場合もあれば、これらの樹脂の前駆体(ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体等)を含む硬化性樹脂組成物の形態で用いられる場合もある。上記前駆体は、例えば加熱等により、環化してポリイミド、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂となる。
これらの硬化性樹脂組成物は、公知の塗布方法等により基材等に適用可能であるため、例えば、適用される硬化性樹脂組成物の形状、大きさ、適用位置等の設計の自由度が高いなど、製造上の適応性に優れるといえる。
ポリイミド樹脂等がもつ高い性能に加え、このような製造上の適応性に優れる観点から、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂を含む硬化性樹脂組成物について、産業上の応用展開がますます期待されている。
例えば、特許文献1には、特定の重合性基を有する構造の硬化性ポリイミドが記載されている。
国際公開第2018/237377号
ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂を含む硬化性樹脂組成物において、得られる硬化物の破断伸びに優れる硬化性樹脂組成物の提供が望まれている。
本発明の一実施態様は、得られる硬化膜の破断伸びに優れる硬化性樹脂組成物、上記硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜、上記硬化膜を含む積層体、上記硬化膜の製造方法、及び、上記硬化膜又は上記積層体を含む半導体デバイスを提供することを目的とする。
また、本発明の別の一実施態様は、新規なポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体を提供することを目的とする。
以下、本発明の代表的な実施態様の例を記載する。
<1> ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、及び、ポリベンゾオキサゾール前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂、
重合開始剤、及び、
重合性化合物を含み、
上記樹脂が、下記式(1-1)で表される構造を含む、
硬化性樹脂組成物。
Figure 0007265627000001
式(1-1)中、Rは水素原子又は置換基を表し、Rが水素原子であるか、又は重合性基を含まない置換基である場合、上記樹脂は式(1-1)で表される構造以外の構造として、重合性基を有する構造を含む。
<2> 上記式(1-1)で表される構造が、下記式(1-2)で表される構造である、<1>に記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 0007265627000002
式(1-2)中、Xは単結合又はn+1価の連結基を表し、Zは重合性基を有する基を表し、nは1以上の整数を表す。
<3> 上記式(1-1)で表される構造を含む構造として、下記式(1-3)で表される構造を含む、<1>又は<2>に記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 0007265627000003
式(1-3)中、X31はそれぞれ独立に、単結合又はn31+1価の連結基を表し、Z31はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は、重合性基を有する基を表し、n31は1以上の整数を表し、X32はそれぞれ独立に、単結合又はn32+1価の連結基を表し、Z32はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は、重合性基を有する基を表し、n32は1以上の整数を表し、Lは2価の連結基を表し、Z31及びZ32の少なくとも一方は重合性基を有する基である。
<4> 上記樹脂が、上記式(1-1)で表される構造を含む繰返し単位として、下記式(1-4)で表される繰返し単位を含む、<1>~<3>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 0007265627000004
式(1-4)中、L、L及びLはそれぞれ独立に、2価の連結基を表し、X41は単結合又はn41+1価の連結基を表し、X42は単結合又はn42+1価の連結基を表し、Z41及びZ42はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は、重合性基を有する基を表し、Z41及びZ42の少なくとも一方は重合性基を有する基であり、n41及びn42はそれぞれ独立に、1以上の整数を表し、Lは下記式(L4-1)~式(L4-4)のいずれかで表される構造を表す。
Figure 0007265627000005
式(L4-1)~式(L4-4)中、R115は4価の有機基を表し、R122は4価の有機基を表し、A及びAはそれぞれ独立に、酸素原子又は-NH-を表し、R113及びR114は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R123及びR124は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
<5> 上記L、上記L及び上記Lがそれぞれ独立に、脂肪族環構造及び芳香族環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む、<4>に記載の硬化性樹脂組成物。
<6> 上記L、上記L及び上記Lがそれぞれ独立に、下記式(A-1)~下記式(A-5)のいずれかで表される構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を含む、<4>又は<5>に記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 0007265627000006
式(A-1)~(A-5)中、RA11~RA14、RA21~RA24、RA31~RA38、RA41~RA48及びRA51~RA58はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン化アルキル基、又は、ハロゲン原子を表し、LA31及びLA41はそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基、スルホニル基、2価の飽和炭化水素基、2価の不飽和炭化水素基、ヘテロ原子、ヘテロ環基、又は、ハロゲン化アルキレン基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
<7> 上記Z41及びZ42の少なくとも一方が、上記重合性基として、エチレン性不飽和基、環状エーテル基又はメチロール基を含む、<4>~<6>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<8> 上記式(1-4)で表される繰返し単位の含有量が、樹脂の全質量に対し、0.1~80質量%である、<4>~<7>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<9> 再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、<1>~<8>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<10> <1>~<9>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
<11> <10>に記載の硬化膜を2層以上有し、硬化膜の間に金属層を有する、積層体。
<12> <1>~<9>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物を基材に適用して膜を形成する膜形成工程を含む、硬化膜の製造方法。
<13> 上記膜を露光する露光工程及び上記膜を現像する現像工程を含む、<12>に記載の硬化膜の製造方法。
<14> 上記膜を50~450℃で加熱する工程を含む、<12>又は<13>に記載の硬化膜の製造方法。
<15> <10>に記載の硬化膜又は<11>に記載の積層体を含む、半導体デバイス。
<16> 下記式(1-2)で表される構造を含む、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体。
Figure 0007265627000007
式(1-2)中、Xは単結合又はn+1価の連結基を表し、Zは重合性基を有する基を表し、nは1以上の整数を表す。
本発明の一実施態様によれば、得られる硬化膜の破断伸びに優れる硬化性樹脂組成物、上記硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜、上記硬化膜を含む積層体、上記硬化膜の製造方法、及び、上記硬化膜又は上記積層体を含む半導体デバイスが提供される。
また、本発明の別の一実施態様によれば、新規なポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体が提供される。
以下、本発明の主要な実施形態について説明する。しかしながら、本発明は、明示した実施形態に限られるものではない。
本明細書において「~」という記号を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、その工程の所期の作用が達成できる限りにおいて、他の工程と明確に区別できない工程も含む意味である。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有しない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた露光も含む。また、露光に用いられる光としては、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線又は放射線が挙げられる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方、又は、いずれかを意味し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び「メタクリル」の両方、又は、いずれかを意味し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」及び「メタクリロイル」の両方、又は、いずれかを意味する。
本明細書において、構造式中のMeはメチル基を表し、Etはエチル基を表し、Buはブチル基を表し、Phはフェニル基を表す。
本明細書において、全固形分とは、組成物の全成分から溶剤を除いた成分の総質量をいう。また本明細書において、固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量百分率である。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC測定)に従い、ポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000、TSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いることによって求めることができる。それらの分子量は特に述べない限り、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。また、GPC測定における検出は特に述べない限り、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用したものとする。
本明細書において、積層体を構成する各層の位置関係について、「上」又は「下」と記載したときには、注目している複数の層のうち基準となる層の上側又は下側に他の層があればよい。すなわち、基準となる層と上記他の層の間に、更に第3の層や要素が介在していてもよく、基準となる層と上記他の層は接している必要はない。また、特に断らない限り、基材に対し層が積み重なっていく方向を「上」と称し、又は、感光層がある場合には、基材から感光層へ向かう方向を「上」と称し、その反対方向を「下」と称する。なお、このような上下方向の設定は、本明細書中における便宜のためであり、実際の態様においては、本明細書における「上」方向は、鉛直上向きと異なることもありうる。
本明細書において、特段の記載がない限り、組成物は、組成物に含まれる各成分として、その成分に該当する2種以上の化合物を含んでもよい。また、特段の記載がない限り、組成物における各成分の含有量とは、その成分に該当する全ての化合物の合計含有量を意味する。
本明細書において、特に述べない限り、温度は23℃、気圧は101,325Pa(1気圧)である。
本明細書において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
(硬化性樹脂組成物)
本発明の硬化性樹脂組成物(以下、単に、「本発明の組成物」ともいう。)は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、及び、ポリベンゾオキサゾール前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂(以下、「特定樹脂」ともいう。)、重合開始剤、及び、重合性化合物を含み、上記樹脂が、下記式(1-1)で表される構造を含む。
Figure 0007265627000008
式(1-1)中、Rは水素原子又は置換基を表し、Rが水素原子であるか、又は重合性基を含まない置換基である場合、上記樹脂は式(1-1)で表される構造以外の構造として、重合性基を有する構造を含む。
本発明の硬化性樹脂組成物は、得られる硬化膜の破断伸びに優れる。
上記効果が得られるメカニズムは定かではないが、特定樹脂が式(1-1)で表される構造を含有することにより、樹脂間に相互作用が働くため、破断伸びが向上すると推測される。
また、特定樹脂が式(1-1)で表される構造を含有することにより、特定樹脂の構造中にひずみが発生すると考えられる。上記ひずみにより、本発明の硬化性樹脂組成物、又は、本発明の硬化性樹脂組成物を基材に適用するなどにより形成される組成物膜は、例えば400nm付近の波長を有する紫外光の透過性に優れやすいと考えられる。そのため、例えば重合開始剤として光重合開始剤を用いた場合には、紫外光の透過性に優れ、硬化が進行しやすいため、得られる硬化膜の破断伸びに更に優れやすいと考えられる。
更に、上述の樹脂間の相互作用により、本発明の硬化性樹脂組成物は、耐薬品性に優れた硬化膜が得られやすいと考えられる。
また、これらの樹脂は、上記ひずみの発生等の理由により、溶剤への溶解性も向上しやすいと考えられる。
ここで、特許文献1には、式(1-1)で表される構造を含む樹脂については記載も示唆もない。また、特許文献1における硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜においては、破断伸びが低いという問題点があった。
<特定樹脂>
本発明の硬化性樹脂組成物は、特定樹脂を含む。
特定樹脂は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体又はポリベンゾオキサゾール前駆体であって、式(1-1)で表される構造を含む樹脂である。
〔式(1-1)で表される構造〕
特定樹脂は、式(1-1)で表される構造を、樹脂の主鎖に有していてもよいし、側鎖に有していてもよい。また、式(1-1)で表される構造を樹脂の側鎖に有する場合、式(1-1)で表される構造における2つの結合部位のうち一方が、樹脂の主鎖を構成する原子に直接結合していてもよい。
本明細書において、「主鎖」とは、樹脂を構成する高分子化合物の分子中で相対的に最も長い結合鎖をいい、「側鎖」とはそれ以外の結合鎖をいう。
特定樹脂は、式(1-1)で表される構造を複数含むことが好ましい。特定樹脂が式(1-1)で表される構造を複数含む場合、複数の式(1-1)で表される構造は同一であってもよいし異なっていてもよい。
-R
式(1-1)中、Rは水素原子又は置換基を表し、重合性基を含む置換基であることが好ましい。
に含まれる重合性基としては、エチレン性不飽和基、環状エーテル基又はメチロール基を含む基が好ましく、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、ビニルフェニル基、エポキシ基、オキセタニル基、又は、メチロール基がより好ましく、(メタ)アクリロキシ基、エポキシ基、又は、メチロール基がより好ましい。
が重合性基を含む置換基である場合、Rは下記式(R1-1)で表される基であることが好ましい。
Figure 0007265627000009
式(R1-1)中、X、Z及びnはそれぞれ、後述する式(1-2)におけるX、Z及びnと同義であり、好ましい態様も同様であり、*は式(1-1)中の窒素原子との結合部位を表す。
式(1-1)中、Rが重合性基を含まない場合、Rは水素原子、アルキル基又はアリール基であることが好ましく、水素原子であることが更に好ましい。
また、Rが水素原子であるか、又は重合性基を含まない置換基である場合、特定樹脂は式(1-1)で表される構造以外の構造として、重合性基を含む構造を有する。上記重合性基としては、エチレン性不飽和基、環状エーテル基又はメチロール基を含む基が好ましく、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、マレイミド基、ビニルフェニル基、エポキシ基、オキセタニル基、又は、メチロール基がより好ましく、(メタ)アクリロキシ基、エポキシ基、又は、メチロール基がより好ましい。
-式(1-1B)で表される構造-
また、特定樹脂は、式(1-1)で表される構造を分子鎖中に2価の基として含んでもよいし、下記式(1-1B)で表される1価の基として含んでもよい。
式(1-1B)で表される1価の基は、例えば、側鎖末端として特定樹脂に含まれる。
Figure 0007265627000010
式(1-1B)中、Rは式(1-1)中のRと同義であり、好ましい態様も同様である。
式(1-1B)中、Rは水素原子又は1価の有機基であり、水素原子、炭化水素基又は複素環基が好ましく、水素原子、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基がより好ましく、水素原子、フェニル基、又は、含窒素芳香族複素環基が更に好ましく、水素原子、フェニル基、又は、ピリジル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
〔式(1-2)で表される構造〕
上記式(1-1)で表される構造は、下記式(1-2)で表される構造であることが好ましい。
Figure 0007265627000011
式(1-2)中、Xは単結合又はn+1価の連結基を表し、Zは重合性基を有する基を表し、nは1以上の整数を表す。
-X
式(1-2)中、Xは単結合又はn+1価の連結基を表し、単結合又は炭化水素基、エーテル結合(-O-)、カルボニル基(-C(=O)-)、チオエーテル結合(-S-)、スルホニル基(-S(=O)-)、-NR-、若しくは、これらを2以上結合した基であることが好ましく、単結合又は炭化水素基、エーテル結合、カルボニル基、若しくは、これらを2以上結合した基であることがより好ましく、単結合であることが更に好ましい。上記Rは水素原子又は炭化水素基を表し、水素原子、アルキル基又はアリール基がより好ましく、水素原子又はアルキル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
また、溶剤溶解性の観点からは、Xは単結合又は総原子数2~40の基であることが好ましく、単結合又は総原子数2~30の基であることがより好ましく、単結合又は総原子数2~20の基であることが特に好ましい。
-Z
式(1-2)中、Zは重合性基として、エチレン性不飽和基、環状エーテル基又はメチロール基を含む基であることが好ましく、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、ビニルフェニル基、エポキシ基、オキセタニル基、又は、メチロール基を含む基であることが好ましく、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、グリシジル基、又はメチロール基であることがより好ましい。
また、Zにおける重合性基が、後述の重合性化合物における重合性基と重合する基である態様も好ましく挙げられる。
-n-
式(1-2)中、nは1~10の整数であることが好ましく、1~4の整数であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましく、1であることが特に好ましい。
特定樹脂は、上記式(1-1)で表される構造を含む構造として、下記式(1-3)で表される構造を含むことが好ましい。
また、溶剤溶解性の観点からは、特定樹脂は、式(1-3)で表される構造を、主鎖に有することが好ましい。
特定樹脂は、式(1-3)で表される構造を複数含むことが好ましい。特定樹脂が式(1-3)で表される構造を複数含む場合、複数の式(1-3)で表される構造は同一であってもよいし異なっていてもよい。
Figure 0007265627000012
式(1-3)中、X31はそれぞれ独立に、単結合又はn31+1価の連結基を表し、Z31はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は、重合性基を有する基を表し、n31は1以上の整数を表し、X32はそれぞれ独立に、単結合又はn32+1価の連結基を表し、Z32はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は重合性基を有する基を表し、n32は1以上の整数を表し、Lは2価の連結基を表し、Z31及びZ32の少なくとも一方は重合性基を有する基である。
-X31及びX32
式(1-3)中、X31及びX32はそれぞれ独立に、式(1-2)中のXと同義であり、好ましい態様も同様である。
-Z31及びZ32
31及びZ32は、少なくとも一方が重合性基を有する基であり、両方が重合性基を有する基であることが好ましい。
31又はZ32が重合性基を有する基である場合、Z31又はZ32は式(1-2)中のZと同義であり、好ましい態様も同様である。
-n31及びn32-
式(1-3)中、n31及びn32はそれぞれ独立に、式(1-2)中のnと同義であり、好ましい態様も同様である。
-L
式(1-3)中、溶剤溶解性の観点からは、Lは脂肪族環構造及び芳香環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種を含む基であることが好ましく、脂肪族炭化水素環構造又は芳香族炭化水素環構造を含む基であることがより好ましく、芳香族炭化水素環構造を含む基であることが更に好ましい。
また、Lは、下記式(A-1)~下記式(A-5)のいずれかで表される構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を含むことが好ましく、下記式(A-1)~下記式(A-5)のいずれかで表される構造であることがより好ましい。
Figure 0007265627000013
式(A-1)~(A-5)中、RA11~RA14、RA21~RA24、RA31~RA38、RA41~RA48及びRA51~RA58はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン化アルキル基、又は、ハロゲン原子を表し、LA31及びLA41はそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基、スルホニル基、2価の飽和炭化水素基、2価の不飽和炭化水素基、ヘテロ原子、ヘテロ環基、又は、ハロゲン化アルキレン基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
紫外光透過性の観点からは、これらの中でも、式(A-1)又は式(A-3)で表される構造であることが好ましい。
式(A-1)中、RA11~RA14はそれぞれ独立に、水素原子、カルボニル基、スルホニル基、炭素数1~6のアルキル基、炭素数3~12の環状アルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、炭素数1~3のハロゲン化アルキル基、又は、ハロゲン原子を表すことが好ましく、溶剤溶解性の観点からは、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は、炭素数1~3のハロゲン化アルキル基がより好ましく、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基がより好ましい。
上記RA11~RA14における上記ハロゲン化アルキル基におけるハロゲン原子、又は、上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、塩素原子又は臭素原子が好ましい。
また、式(1-3)におけるLにおいて、破断伸びの観点からは、RA11~RA14のうち、少なくとも2つが水素原子であることが好ましく、少なくとも3つが水素原子であることがより好ましい。
式(A-2)中、RA21~RA24は式(A-1)におけるRA11~RA14とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
式(A-3)中、RA31~RA38はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数3~12の環状アルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、炭素数1~3のハロゲン化アルキル基、又は、ハロゲン原子を表すことが好ましく、溶剤溶解性の観点からは、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、又は、炭素数1~3のハロゲン化アルキル基がより好ましく、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基がより好ましい。
上記RA31~RA38における上記ハロゲン化アルキル基におけるハロゲン原子、又は、上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、塩素原子又は臭素原子が好ましい。
また、式(1-3)におけるLにおいて、破断伸びの観点からは、RA31~RA34のうち、少なくとも2つが水素原子であることが好ましく、少なくとも3つが水素原子であることがより好ましく、4つともが水素原子であることが更に好ましい。
また、式(1-3)におけるLにおいて、破断伸びの観点からは、RA35~RA38のうち、少なくとも2つが水素原子であることが好ましく、少なくとも3つが水素原子であることがより好ましく、4つともが水素原子であることが更に好ましい。
式(A-3)中、LA31は、単結合、炭素数1~4の2価の飽和炭化水素基、炭素数5~24の2価の不飽和炭化水素基、-O-、-S-、-NR-、ヘテロ環基、又は、炭素数1~6のハロゲン化アルキレン基を表すことが好ましく、単結合、炭素数1~6の2価の飽和炭化水素基、-O-又はヘテロ環基を表すことが好ましく、単結合又は-O-を表すことが更に好ましい。
上記Rは水素原子又は炭化水素基を表し、水素原子、アルキル基又はアリール基がより好ましく、水素原子又はアルキル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
上記2価の不飽和炭化水素基は、2価の脂肪族不飽和炭化水素基であってもよいし、2価の芳香族炭化水素基であってもよいが、2価の芳香族炭化水素基であることが好ましい。
上記ヘテロ環基としては、例えば、脂肪族又は芳香族ヘテロ環から2つの水素原子を除いた基が好ましく、脂肪族又は芳香族ヘテロ環から2つの水素原子を除いた基が好ましく、ピロリジン環、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロチオフェン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、ピペリジン環、テトラヒドロピラン環、ピリジン環、モルホリン環等の環構造から2つの水素原子を除いた基がより好ましい。これらのヘテロ環は、更に他のヘテロ環又は炭化水素環と縮合環を有していてもよい。
上記ヘテロ環の環員数は、5~10であることが好ましく、5又は6であることがより好ましい。
また、上記ヘテロ環基におけるヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、又は、硫黄原子であることが好ましい。
上記ハロゲン化アルキレン基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、塩素原子又は臭素原子が好ましい。
式(A-4)中、RA41~RA48は式(A-3)におけるRA31~RA38とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
式(A-4)中、LA41は式(A-3)におけるLA31と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(A-5)中、RA51~RA58は式(A-1)におけるRA11~RA14とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
また、式(A-1)~式(A-5)中、*はそれぞれ独立に、樹脂における主鎖との結合部位であることが好ましい。
〔式(1-4)で表される繰返し単位〕
特定樹脂は、上記式(1-1)で表される構造を含む繰返し単位として、下記式(1-4)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
また、特定樹脂は、式(1-4)で表される繰返し単位を、主鎖に有することが好ましい。
Figure 0007265627000014
式(1-4)中、L、L及びLはそれぞれ独立に、2価の連結基を表し、X41は単結合又はn41+1価の連結基を表し、X42は単結合又はn42+1価の連結基を表し、Z41及びZ42はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は重合性基を有する基を表し、Z41及びZ42の少なくとも一方は重合性基を有する基であり、n41及びn42はそれぞれ独立に、1以上の整数を表し、Lは下記式(L4-1)~式(L4-4)のいずれかで表される構造を表す。
Figure 0007265627000015
式(L4-1)~式(L4-4)中、R115は4価の有機基を表し、R122は4価の有機基を表し、A及びAはそれぞれ独立に、酸素原子又は-NH-を表し、R113及びR114は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R123及びR124は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
-X41、X42、Z41、Z42、n41及びn42-
式(1-4)中、X41、X42、Z41、Z42、n41及びn42はそれぞれ、式(1-3)中のX31、X32、Z31、Z32、n31及びn32と同義であり、好ましい態様も同様である。
また、Z41及びZ42の少なくとも一方が、上記重合性基として、エチレン性不飽和基、環状エーテル基又はメチロール基を含むことが好ましく、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、ビニルフェニル基、エポキシ基、オキセタニル基、又は、メチロール基を含むことが好ましく、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、グリシジル基、又はメチロール基を含むことがより好ましい。
-L、L及びL
式(1-4)中、Lは式(1-3)中のLと同義であり、好ましい態様も同様である。
式(1-4)中、溶剤溶解性の観点からは、L及びLはそれぞれ独立に、脂肪族環構造及び芳香環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種を含む基であることが好ましく、脂肪族炭化水素環構造又は芳香族炭化水素環構造を含む基であることがより好ましく、芳香族炭化水素環構造を含む基であることが更に好ましい。
また、式(1-4)中、L及びLはそれぞれ独立に、上記式(A-1)~上記式(A-5)のいずれかで表される構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を含むことが好ましく、上記式(A-1)~上記式(A-5)のいずれかで表される構造であることがより好ましい。
すなわち、式(1-4)中、L、L及びLがそれぞれ独立に、脂肪族環構造及び芳香族環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含むことが好ましく、L、L及びLがそれぞれ独立に、上記式(A-1)~上記式(A-5)のいずれかで表される構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を含むことがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-1)中のRA11~RA14のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-2)中のRA21~RA24のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-3)中のRA31~RA34のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-3)中のRA35~RA38のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-4)中のRA41~RA44のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-4)中のRA45~RA48のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-5)中のRA51~RA54のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
式(1-4)におけるL及びLにおいて、溶剤溶解性の観点からは、式(A-5)中のRA55~RA58のうち、少なくとも2つがアルキル基であることが好ましく、少なくとも3つがアルキル基であることがより好ましい。
-L
<<式(L4-1)>>
式(L4-1)中、R115は、芳香環を含む4価の有機基が好ましく、下記式(5)又は式(6)で表される基がより好ましい。
Figure 0007265627000016
112は、2価の連結基であり、単結合、若しくは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-C(=O)-、-S-、-S(=O)-、-NHC(=O)-、又は、これらを2以上組み合わせた基であることが好ましく、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~3のアルキレン基、-O-、-C(=O)-、-S-及びS(=O)-から選択される基であることがより好ましく、-CH-、-O-、-S-、-S(=O)-、-C(CF-、及び、-C(CH-よりなる群から選択される2価の基であることが更に好ましい。*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
式(L4-1)におけるR115が表す4価の有機基は、具体的には、テトラカルボン酸二無水物から酸二無水物基を除去した後に残存するテトラカルボン酸残基などが挙げられる。テトラカルボン酸二無水物は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。テトラカルボン酸二無水物は、下記式(7)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007265627000017
115は、4価の有機基を表す。R115は式(L4-1)のR115と同義である。
テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、ピロメリット酸、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルフィド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、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,7-ナフタ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)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、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、1,3-ジフェニルヘキサフルオロプロパン-3,3,4,4-テトラカルボン酸二無水物、1,4,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ジフェニル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、1,2,4,5-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,8,9,10-フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、並びに、これらの炭素数1~6のアルキル誘導体及び炭素数1~6のアルコキシ誘導体から選ばれる少なくとも1種が例示される。
また、下記に示すテトラカルボン酸二無水物(DAA-1)~(DAA-5)も好ましい例として挙げられる。
Figure 0007265627000018
<<式(L4-2)>>
式(L4-2)中、R122は式(L4-1)におけるR115と同義であり、好ましい態様も同様である。式(L4-2)中、R122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、又は、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニルに由来することが好ましい。
<<式(L4-3)>>
式(L4-3)中、A及びAはそれぞれ独立に、酸素原子又は-NH-を表し、酸素原子であることが好ましい。
式(L4-3)中、R113及びR114は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R113及びR114の少なくとも一方が重合性基を含むことが好ましく、両方が重合性基を含むことがより好ましい。
113又はR114における重合性基としては、上述の式(1-1)中のRにおける重合性基と同様の基が挙げられる。
113又はR114は、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基、又は、下記式(III)で表される基であることも好ましい。
Figure 0007265627000019
式(III)中、R200は、水素原子又はメチル基を表し、メチル基が好ましい。
式(III)中、R201は、炭素数2~12のアルキレン基、-CHCH(OH)CH-又は炭素数4~30の(ポリ)アルキレンオキシ基(アルキレン基としては炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が特に好ましい;繰り返し数は1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が特に好ましい)を表す。なお、(ポリ)アルキレンオキシ基とは、アルキレンオキシ基又はポリアルキレンオキシ基を意味する。
好適なR201の例は、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、1,2-ブタンジイル基、1,3-ブタンジイル基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、ドデカメチレン基、-CHCH(OH)CH-が挙げられ、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、-CHCH(OH)CH-がより好ましい。
特に好ましくは、R200がメチル基で、R201がエチレン基である。
式(III)中、*は他の構造との結合部位を表す。
好ましい実施形態として、式(L4-3)におけるR113又はR114の1価の有機基として、1、2又は3つの、好ましくは1つの酸基を有する、脂肪族基、芳香族基及びアリールアルキル基などが挙げられる。具体的には、酸基を有する炭素数6~20の芳香族基、酸基を有する炭素数7~25のアリールアルキル基が挙げられる。より具体的には、酸基を有するフェニル基及び酸基を有するベンジル基が挙げられる。酸基は、ヒドロキシ基が好ましい。すなわち、R113又はR114はヒドロキシ基を有する基であることが好ましい。
113又はR114が表す1価の有機基としては、現像液の溶解度を向上させる置換基が好ましく用いられる。
113又はR114が、水素原子、2-ヒドロキシベンジル、3-ヒドロキシベンジル及び4-ヒドロキシベンジルであることが、水性現像液に対する溶解性の点からは、より好ましい。
有機溶剤への溶解度の観点からは、R113又はR114は、1価の有機基であることが好ましい。1価の有機基としては、直鎖又は分岐のアルキル基、環状アルキル基、芳香族基が好ましく、芳香族基で置換されたアルキル基がより好ましい。
アルキル基の炭素数は1~30が好ましい(環状の場合は3以上)。アルキル基は直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。直鎖又は分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、1-エチルペンチル基、及び2-エチルヘキシル基が挙げられる。環状のアルキル基は、単環の環状のアルキル基であってもよく、多環の環状のアルキル基であってもよい。単環の環状のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基及びシクロオクチル基が挙げられる。多環の環状のアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ボルニル基、カンフェニル基、デカヒドロナフチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、カンホロイル基、ジシクロヘキシル基及びピネニル基が挙げられる。また、芳香族基で置換されたアルキル基としては、次に述べる芳香族基で置換された直鎖アルキル基が好ましい。
芳香族基としては、具体的には、置換又は無置換の芳香族炭化水素基(基を構成する環状構造としては、ベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環、フルオレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インダセン環、ペリレン環、ペンタセン環、アセナフテン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、クリセン環、トリフェニレン環等が挙げられる)、又は、置換若しくは無置換の芳香族複素環基(基を構成する環状構造としては、フルオレン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環又はフェナジン環)である。
また、ポリイミド前駆体は、繰返し単位中にフッ素原子を有することも好ましい。ポリイミド前駆体中のフッ素原子含有量は10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。上限は特にないが50質量%以下が実際的である。
また、基材との密着性を向上させる目的で、シロキサン構造を有する脂肪族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(パラアミノフェニル)オクタメチルペンタシロキサンなどが挙げられる。
式(L4-3)中、R115は、式(L4-1)におけるR115と同義であり、好ましい態様も同様である。
<<式(L4-4)>>
式(L4-4)中、R122は、上述の式(L4-2)におけるR122と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(L4-4)中、R123及びR124は、上述の式(L4-3)におけるR113及びR114とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
-スルホンアミド基を有するジアミン化合物-
式(1-4)中、Lを除いた構造は、スルホンアミド基を有するジアミン化合物に由来する構造であることが好ましく、スルホンアミド基を有するジアミン化合物から2つのアミノ基を除いた構造であることがより好ましい。
スルホンアミド基を有するジアミン化合物としては、下記式(1-4-N)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007265627000020
式(1-4-N)中、L、L、L、X41、X42、Z41、Z42、n41及びn42はそれぞれ、式(1-4)中のL、L、L、X41、X42、Z41、Z42、n41及びn42と同義であり、好ましい態様も同様である。
また、スルホンアミド基を有するジアミン化合物においては、X41及びX42が単結合であり、かつ、Z41及びZ42が水素原子である態様も好ましい態様である。
このような化合物を用いて形成された樹脂に対し、メタクリル酸ハライド等の重合性基を有するカルボン酸ハライド化合物を反応させることにより、上述の式(1-4-N)におけるZ41又はZ42の位置に重合性基を導入することが可能である。例えば、上述のテトラカルボン酸二無水物と、下記構造の化合物との反応後に上記の方法により重合性基を導入することにより、特定樹脂を得ることができる。
スルホンアミド基を有するジアミン化合物の好ましい態様としては、下記構造の化合物が挙げられる。
Figure 0007265627000021
これらの、スルホンアミド基を有するジアミン化合物は、例えば、後述する実施例に記載の方法、又は、国際公開第2018/003405号に記載の方法により得られる。
-樹脂種-
式(1-4)中、Lが式(L4-1)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリイミドであることが好ましい。
式(1-4)中、Lが式(L4-2)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリベンゾオキサゾールであることが好ましい。
式(1-4)中、Lが式(L4-3)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリイミド前駆体であることが好ましい。
式(1-4)中、Lが式(L4-4)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリベンゾオキサゾール前駆体であることが好ましい。
-含有量-
特定樹脂が式(1-4)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-4)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、0.1~80質量%であることが好ましく、1~70質量%であることがより好ましく、20~70質量%であることが更に好ましい。
特定樹脂は、式(1-4)で表される繰返し単位を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
〔式(1-2B)で表される構造〕
また、特定樹脂が式(1-1B)で表される構造を含む場合、特定樹脂は、式(1-1B)で表される構造を含む構造として、式(1-2B)で表される構造を含むことが好ましい。
Figure 0007265627000022
式(1-2B)中、LB1は3価の連結基を表し、Rは水素原子又は置換基を表し、Rは水素原子又は1価の有機基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
式(1-2B)中、LB1は芳香族炭化水素環又は脂肪族炭化水素環を含む3価の連結基であることが好ましく、芳香族炭化水素環を含む3価の連結基であることがより好ましく、芳香族炭化水素環から水素原子を3つ除いた基であることが更に好ましく、ベンゼン環から水素原子を3つ除いた基であることが特に好ましい。
上記LB1における芳香族炭化水素環又は脂肪族炭化水素環は置換基を有していてもよく、置換基としては、アルキル基、アリール基、又は、ハロゲン原子が好ましく、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~12のアリール基、又は、ハロゲン原子がより好ましく、炭素数1~4のアルキル基が更に好ましい。
式(1-2B)中、R及びRは上述の式(1-1B)中のR及びRと同義であり、好ましい態様も同様である。
式(1-2B)中、*はいずれも特定樹脂の主鎖と結合することが好ましい。
〔式(1-3B)で表される構造〕
また、特定樹脂が式(1-1B)で表される構造を含む場合、特定樹脂は、式(1-1B)で表される構造を含む繰返し単位として、下記式(1-3B)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
Figure 0007265627000023
式(1-3B)中、LB1、R及びRはそれぞれ、式(1-2B)中のLB1、R及びRと同義であり、好ましい態様も同様である。
式(1-3B)中、Lは上述の式(1-4)におけるLと同義であり、好ましい態様も同様である。
-スルホンアミド基を有するジアミン化合物-
式(1-3B)中、Lを除いた構造は、スルホンアミド基を有するジアミン化合物に由来する構造であることが好ましく、スルホンアミド基を有するジアミン化合物から2つのアミノ基を除いた構造であることがより好ましい。
スルホンアミド基を有するジアミン化合物としては、下記式(1-3B-N)で表される化合物が好ましい。
Figure 0007265627000024
式(1-3B-N)中、LB1、R及びRはそれぞれ、式(1-3B)中のLB1、R及びRと同義であり、好ましい態様も同様である。
また、スルホンアミド基を有するジアミン化合物においては、Rが水素原子である態様も好ましい態様である。
このような化合物を用いて形成された樹脂に対し、メタクリル酸ハライド等の重合性基を有するカルボン酸ハライド化合物を反応させることにより、上述の式(1-3B-N)におけるRの位置に重合性基を導入することが可能である。例えば、上述のテトラカルボン酸二無水物と、下記構造の化合物との反応後に上記の方法により重合性基を導入することにより、特定樹脂を得ることができる。
スルホンアミド基を有するジアミン化合物の好ましい態様としては、下記構造の化合物が挙げられる。
Figure 0007265627000025
これらの、スルホンアミド基を有するジアミン化合物は、例えば、国際公開第2017/002407号に記載の方法により得られる。
-樹脂種-
式(1-3B)中、Lが式(L4-1)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリイミドであることが好ましい。
式(1-3B)中、Lが式(L4-2)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリベンゾオキサゾールであることが好ましい。
式(1-3B)中、Lが式(L4-3)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリイミド前駆体であることが好ましい。
式(1-3B)中、Lが式(L4-4)で表される基で表される構造である場合、特定樹脂はポリベンゾオキサゾール前駆体であることが好ましい。
-含有量-
特定樹脂が式(1-3B)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-3B)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、0.1~80質量%であることが好ましく、1~70質量%であることがより好ましく、5~50質量%であることが更に好ましい。
特定樹脂は、式(1-3B)で表される繰返し単位を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
〔他の繰り返し単位〕
-式(4)で表される繰返し単位-
特定樹脂は、下記式(4)で表される繰返し単位を更に含んでもよい。
特定樹脂が下記式(4)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂はポリイミドであることが好ましい。
特定樹脂が下記式(4)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂は下記式(4)で表される繰返し単位を主鎖に含むことが好ましい。
特定樹脂が下記式(4)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-4)で表される繰返し単位であって、式(1-4)中のLが式(L4-1)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PI-1」ともいう)、及び、式(1-3B)で表される繰返し単位であって、式(1-3B)中のLが式(L4-1)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PI-2」ともいう。)よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、下記式(4)で表される繰返し単位とを含むことが好ましい。
Figure 0007265627000026
式(4)中、R131は、2価の有機基を表し、R132は、4価の有機基を表す。
131が表す2価の有機基としては、後述する式(1)におけるR111と同様の基が例示され、好ましい範囲も同様である。R132が表す4価の有機基としては、上述の式(L4-1)におけるR115と同様の基が例示され、好ましい範囲も同様である。
特定樹脂における式(1-1)で表される構造におけるRが重合性基を含まない置換基である場合、R131及びR132の少なくとも一方が重合性基を含んでもよいし、ポリイミドの末端に重合性基を含む構造を有していてもよい。
特定樹脂が式(4)で表される繰返し単位を含有する場合(例えば、特定樹脂がポリイミドである場合)、特定樹脂は式(4)で表される繰返し単位を、特定樹脂の全質量に対し、10~70質量%含むことが好ましく、1~80質量%含むことがより好ましく、20~60質量%含むことが更に好ましい。
また、特定樹脂がポリイミドである場合、特定樹脂は、式(4)で表される繰返し単位を実質的に含有しない態様とすることもでき、このような態様においては、式(4)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
また、特定樹脂がポリイミドである場合、特定樹脂に含まれる、式(1-4)で表される繰返し単位と、式(1-3B)で表される繰返し単位と、式(4)で表される繰返し単位との合計含有量は、特定樹脂の全質量に対し、50~100質量%であることが好ましく、60~99質量%であることがより好ましく、70~95質量%であることが更に好ましい。
-式(X)で表される繰返し単位-
特定樹脂は、式(X)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
特定樹脂が式(X)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂はポリベンゾオキサゾールであることが好ましい。
特定樹脂が下記式(X)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂は下記式(X)で表される繰返し単位を主鎖に含むことが好ましい。
特定樹脂が式(X)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂は、式(1-4)で表される繰返し単位であって、式(1-4)中のLが式(L4-2)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PB-1」ともいう。)、及び、式(1-3B)で表される繰返し単位であって、式(1-3B)中のLが式(L4-2)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PB-2」ともいう。)よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、下記式(X)で表される繰返し単位とを含むことが好ましい。
Figure 0007265627000027
式(X)中、R133は、2価の有機基を表し、R134は、4価の有機基を表す。
133が表す2価の有機基としては、脂肪族又は芳香族基が挙げられる。具体的な例としては、後述する式(2)のR121で説明した基が挙げられ、好ましい範囲も同様である。R134が表す4価の有機基としては、上述の式(L4-2)におけるR122と同様の基が例示され、好ましい範囲も同様である。
特定樹脂が式(X)で表される繰返し単位を含有する場合(例えば、特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合)、特定樹脂は式(X)で表される繰返し単位を、特定樹脂の全質量に対し、1~80質量%含むことが好ましく、10~70質量%含むことがより好ましく、20~60質量%含むことが更に好ましい。
また、特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合、特定樹脂は、式(X)で表される繰返し単位を実質的に含有しない態様とすることもでき、このような態様においては、式(X)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
また、特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合、特定樹脂に含まれる、式(1-4)で表される繰返し単位と、式(1-3B)で表される繰返し単位と、式(4)で表される繰返し単位との合計含有量は、特定樹脂の全質量に対し、50~100質量%であることが好ましく、60~99質量%であることがより好ましく、70~95質量%であることが更に好ましい。
また、特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合、特定樹脂は、後述する式(SL)で表される繰返し単位を更に含んでもよい。
-式(1)で表される繰返し単位-
特定樹脂は、下記式(1)で表される繰返し単位を更に含んでもよい。
特定樹脂が下記式(1)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂はポリイミド前駆体であることが好ましい。
特定樹脂が下記式(1)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂は下記式(1)で表される繰返し単位を主鎖に含むことが好ましい。
特定樹脂が下記式(1)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-4)で表される繰返し単位であって、式(1-4)中のLが式(L4-3)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PIP-1」ともいう。)、及び、式(1-3B)で表される繰返し単位であって、式(1-3B)中のLが式(L4-3)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PIP-2」ともいう。)よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、下記式(1)で表される繰返し単位とを含むことが好ましい。
Figure 0007265627000028
及びAは、それぞれ独立に酸素原子又はNHを表し、R111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113及びR114は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
式(1)中、A、A、R113、R114及びR115はそれぞれ独立に、上述の式(L4-3)中のA、A、R113、R114及びR115とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
式(1)中、R111は2価の有機基を表す。2価の有機基としては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、及び芳香族基、複素芳香族基、又はこれらを2以上組み合わせた基が例示され、炭素数2~20の直鎖の脂肪族基、炭素数3~20の分岐の脂肪族基、炭素数3~20の環状の脂肪族基、炭素数6~20の芳香族基、又は、これらを2以上組み合わせた基が好ましく、炭素数6~20の芳香族基がより好ましい。
式(1)におけるR111は、ジアミンから誘導されることが好ましい。ポリイミド前駆体の製造に用いられるジアミンとしては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族、環状の脂肪族又は芳香族ジアミンなどが挙げられる。ジアミンは、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
具体的には、ジアミンは、炭素数2~20の直鎖脂肪族基、炭素数3~20の分岐鎖状又は環状の脂肪族基、炭素数6~20の芳香族基、又は、これらを2以上組み合わせた基を含むジアミンであることが好ましく、炭素数6~20の芳香族基を含むジアミンであることがより好ましい。芳香族基の例としては、下記が挙げられる。
Figure 0007265627000029
式中、Aは、単結合、若しくは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-C(=O)-、-S-、-S(=O)-、-NHC(=O)-、又は、これらを2以上組み合わせた基であることが好ましく、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~3のアルキレン基、-O-、-C(=O)-、-S-及びS(=O)-から選択される基であることがより好ましく、-CH-、-O-、-S-、-S(=O)-、-C(CF-、及び、-C(CH-よりなる群から選択される2価の基であることが更に好ましい。
ジアミンとしては、具体的には、1,2-ジアミノエタン、1,2-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,6-ジアミノヘキサン;1,2-又は1,3-ジアミノシクロペンタン、1,2-、1,3-又は1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,2-、1,3-又は1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス-(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス-(3-アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルシクロヘキシルメタン又はイソホロンジアミン;メタ又はパラフェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’-又は3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-又は3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニル)、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、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(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)スルホン、4,4’-ジアミノパラテルフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)-10-ヒドロアントラセン、3,3’,4,4’-テトラアミノビフェニル、3,3’,4,4’-テトラアミノジフェニルエーテル、1,4-ジアミノアントラキノン、1,5-ジアミノアントラキノン、3,3-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、9,9’-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、4,4’-ジメチル-3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2-(3’,5’-ジアミノベンゾイルオキシ)エチルメタクリレート、2,4-又は2,5-ジアミノクメン、2,5-ジメチル-パラフェニレンジアミン、アセトグアナミン、2,3,5,6-テトラメチル-パラフェニレンジアミン、2,4,6-トリメチル-メタフェニレンジアミン、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,7-ジアミノフルオレン、2,5-ジアミノピリジン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、ジアミノベンズアニリド、ジアミノ安息香酸のエステル、1,5-ジアミノナフタレン、ジアミノベンゾトリフルオライド、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)オクタフルオロブタン、1,5-ビス(4-アミノフェニル)デカフルオロペンタン、1,7-ビス(4-アミノフェニル)テトラデカフルオロヘプタン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ジメチルフェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、パラビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,2’,5,5’,6,6’-ヘキサフルオロトリジン及び4,4’-ジアミノクアテルフェニルから選ばれる少なくとも1種のジアミンが挙げられる。
また、下記に示すジアミン(DA-1)~(DA-18)も好ましい。
Figure 0007265627000030
Figure 0007265627000031
また、少なくとも2つのアルキレングリコール単位を主鎖にもつジアミンも好ましい例として挙げられる。好ましくは、エチレングリコール鎖、プロピレングリコール鎖のいずれか一方又は両方を一分子中にあわせて2つ以上含むジアミン、より好ましくは芳香環を含まないジアミンである。具体例としては、ジェファーミン(登録商標)KH-511、ジェファーミン(登録商標)ED-600、ジェファーミン(登録商標)ED-900、ジェファーミン(登録商標)ED-2003、ジェファーミン(登録商標)EDR-148、ジェファーミン(登録商標)EDR-176、D-200、D-400、D-2000、D-4000(以上商品名、HUNTSMAN社製)、1-(2-(2-(2-アミノプロポキシ)エトキシ)プロポキシ)プロパン-2-アミン、1-(1-(1-(2-アミノプロポキシ)プロパン-2-イル)オキシ)プロパン-2-アミンなどが挙げられるが、これらに限定されない。
ジェファーミン(登録商標)KH-511、ジェファーミン(登録商標)ED-600、ジェファーミン(登録商標)ED-900、ジェファーミン(登録商標)ED-2003、ジェファーミン(登録商標)EDR-148、ジェファーミン(登録商標)EDR-176の構造を以下に示す。
Figure 0007265627000032
上記において、x、y、zは算術平均値である。
式(1)におけるR111は、得られる硬化膜の柔軟性の観点から、-Ar-L-Ar-で表されることが好ましい。Arは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が特に好ましい)であり、フェニレン基が好ましい。Lは、単結合、若しくは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-C(=O)-、-S-、-S(=O)-、-NHCO-、又は、これらを2以上組み合わせた基を表す。Lの好ましい範囲は、上述のAと同義である。
式(1)におけるR111は、i線透過率の観点から下記式(51)又は式(61)で表される2価の有機基であることが好ましい。特に、i線透過率、入手のし易さの観点から式(61)で表される2価の有機基であることがより好ましい。
Figure 0007265627000033
式(51)中、R50~R57はそれぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又は1価の有機基であり、R50~R57の少なくとも1つはフッ素原子、メチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、又は、トリフルオロメチル基であり、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
50~R57の1価の有機基としては、炭素数1~10(好ましくは炭素数1~6)の無置換のアルキル基、炭素数1~10(好ましくは炭素数1~6)のフッ化アルキル基等が挙げられる。
Figure 0007265627000034
式(61)中、R58及びR59は、それぞれ独立にフッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、又は、トリフルオロメチル基である。
式(51)又は(61)の構造を与えるジアミン化合物としては、ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(フルオロ)-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル等が挙げられる。これらの1種を用いるか、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
特定樹脂が式(1)で表される繰返し単位を含有する場合(例えば、特定樹脂がポリイミド前駆体である場合)、特定樹脂は式(1)で表される繰返し単位を、特定樹脂の全質量に対し、0.1~80質量%含むことが好ましく、1~70質量%含むことがより好ましく、10~60質量%含むことが更に好ましい。
また、特定樹脂がポリイミド前駆体である場合、特定樹脂は、式(1)で表される繰返し単位を実質的に含有しない態様とすることもでき、このような態様においては、式(1)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
また、特定樹脂がポリイミド前駆体である場合、特定樹脂に含まれる、式(1-4)で表される繰返し単位と、式(1-3B)で表される繰返し単位と、式(1)で表される繰返し単位との合計含有量は、特定樹脂の全質量に対し、50~100質量%であることが好ましく、60~99質量%であることがより好ましく、70~95質量%であることが更に好ましい。
-式(2)で表される繰返し単位-
特定樹脂は、下記式(2)で表される繰返し単位を更に含んでもよい。
特定樹脂が下記式(2)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂はポリベンゾオキサゾール前駆体であることが好ましい。
特定樹脂が下記式(2)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂は下記式(2)で表される繰返し単位を主鎖に含むことが好ましい。
特定樹脂が下記式(2)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-4)で表される繰返し単位であって、式(1-4)中のLが式(L4-4)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PBP-1」ともいう。)、及び、式(1-3B)で表される繰返し単位であって、式(1-3B)中のLが式(L4-4)である繰返し単位(以下、「繰返し単位PBP-2」ともいう。)よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、下記式(2)で表される繰返し単位とを含むことが好ましい。
Figure 0007265627000035
式(2)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123及びR124は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
-R121
式(2)中、R121は、2価の有機基を表す。2価の有機基としては、脂肪族基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、1~6が特に好ましい)及び芳香族基(炭素数6~22が好ましく、6~14がより好ましく、6~12が特に好ましい)の少なくとも一方を含む基が好ましい。R121を構成する芳香族基としては、上記式(1)のR111の例が挙げられる。上記脂肪族基としては、直鎖の脂肪族基が好ましい。R121は、4,4’-オキシジベンゾイルクロリドに由来することが好ましい。
-R122
式(2)中、R122は、4価の有機基を表す。4価の有機基としては、上記式(1)におけるR115と同義であり、好ましい範囲も同様である。R122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に由来することが好ましい。
-R123及びR124
123及びR124は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、上記式(1)におけるR113及びR114と同義であり、好ましい範囲も同様である。
特定樹脂は上記の式(2)の繰返し単位のほかに、他の種類の繰返し単位も含んでよい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、閉環に伴う硬化膜の反りの発生を抑制できる点で、特定樹脂は、下記式(SL)で表されるジアミン残基を他の種類の繰返し単位として更に含むことが好ましい。
Figure 0007265627000036
Zは、a構造とb構造を有し、R1sは水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基(好ましくは炭素数1~6、より好ましくは炭素数1~3)であり、R2sは炭素数1~10の炭化水素基(好ましくは炭素数1~6、より好ましくは炭素数1~3)であり、R3s、R4s、R5s、R6sのうち少なくとも1つは芳香族基(好ましくは炭素数6~22、より好ましくは炭素数6~18、特に好ましくは炭素数6~10)で、残りは水素原子又は炭素数1~30(好ましくは炭素数1~18、より好ましくは炭素数1~12、特に好ましくは炭素数1~6)の有機基で、それぞれ同一でも異なっていてもよい。a構造及びb構造の重合は、ブロック重合でもランダム重合でもよい。Z部分において、好ましくは、a構造は5~95モル%、b構造は95~5モル%であり、a+bは100モル%である。
式(SL)中、好ましいZとしては、b構造中のR5s及びR6sがフェニル基であるものが挙げられる。また、式(SL)で示される構造の分子量は、400~4,000であることが好ましく、500~3,000がより好ましい。分子量は、一般的に用いられるゲル浸透クロマトグラフィによって求めることができる。上記分子量を上記範囲とすることで、ポリベンゾオキサゾール前駆体の脱水閉環後の弾性率を下げ、反りを抑制できる効果と溶解性を向上させる効果を両立することができる。
特定樹脂が、他の種類の繰返し単位として式(SL)で表されるジアミン残基を含む場合、硬化性樹脂組成物のアルカリ可溶性を向上させる点で、更に、テトラカルボン酸二無水物から酸二無水物基の除去後に残存するテトラカルボン酸残基を繰返し単位として含むことが好ましい。このようなテトラカルボン酸残基の例としては、式(1)中のR115の例が挙げられる。
〔式(P-1)で表される繰返し単位〕
特定樹脂は、式(P-1)で表される繰返し単位を更に含んでもよい。
特に、特定樹脂において、式(1-1)におけるRが水素原子であるか、又は、重合性基を含まない置換基である場合、重合性基を有する繰返し単位として、特定樹脂は式(P-1)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
特定樹脂が式(P-1)で表される繰返し単位を含む場合、特定樹脂は、式(P-1)で表される繰返し単位を主鎖に有することが好ましい。
Figure 0007265627000037
式(P-1)中、LP1はa+2価の連結基を表し、XP2はエステル結合、ウレタン結合、ウレア結合、アミド結合又はエーテル結合を表し、XP1は重合性基を含む基を表し、aは1以上の整数を表し、LP4は上述の式(1-4)における式(L4-1)~式(L4-4)で表される構造のいずれかを表し、aは1以上の整数を表し、XP2又はXP1が複数存在する場合、複数のXP2又はXP1は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
-LP1
式(P-1)中、LP1はa+2価の連結基を表し、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、又は、これらの基の少なくとも1つとエーテル結合、カルボニル基、チオエーテル結合、スルホニル基、及び-NR-の少なくとも1つとが結合した基であることが好ましい。上記Rは水素原子又は炭化水素基を表し、水素原子、アルキル基又はアリール基がより好ましく、水素原子又はアルキル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
上記脂肪族炭化水素基としては、炭素数2~30の脂肪族飽和炭化水素基が好ましく、炭素数2~10の脂肪族飽和炭化水素基がより好ましい。
また、上記脂肪族炭化水素基としては、環員数が6~20の飽和脂肪族炭化水素環基が好ましい。
上記芳香族炭化素基としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基が好ましく、炭素数6~12の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数6の芳香族炭化水素基がより好ましい。
これらの中でも、溶剤溶解性の観点からは、Lは脂肪族炭化水素環基又は芳香族炭化水素環基を含む基であることが好ましく、芳香族炭化水素環基を含む基であることがより好ましい。
また、LP1は、上述の式(A-1)~式(A-5)のいずれかで表される構造を含むことが好ましく、式(A-1)~式(A-5)のいずれかで表される構造であることがより好ましい。
式L21が式(A-1)~(A-5)で表される構造のいずれか1つを含む場合、式(A-1)~(A-5)の説明において、RA11~RA14、RA21~RA24、RA31~RA38、RA41~RA48及びRA51~RA58のうち、それぞれa個は式(P-1)中のXP2との結合部位である。
-XP2
P2はエステル結合、ウレタン結合、ウレア結合、アミド結合又はエーテル結合を表し、エステル結合又はエーテル結合であることが好ましい。
また、Xは合成方法等を考慮した上で決定すればよい。
P2がエステル結合である場合、エステル結合の炭素原子がLと結合してもよいし、酸素原子がLと結合してもよい。
P2がウレタン結合である場合、ウレタン結合の酸素原子がLと結合することが好ましい。
P2がアミド結合である場合、アミド結合の炭素原子がLと結合することが好ましい。
-XP1
P1は重合性基を含む基を表す。
P1は、上記重合性基として、エチレン性不飽和基、環状エーテル基、及び、メチロール基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の基を含むことが好ましく、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、マレイミド基、ビニルフェニル基、エポキシ基、オキセタニル基、又は、メチロール基を含むことがより好ましく、(メタ)アクリロキシ基、エポキシ基、又は、メチロール基を含むことがより好ましい。
またXP1は、下記式(X-1)で表される基が好ましい。
Figure 0007265627000038
式(X-1)中、Lは単結合又はnx+1価の連結基を表し、nxは1以上の整数を表し、Zは重合性基を表し、*は式P-1)中のXP2との結合部位を表す。
式(X-1)中、Lは単結合、又は、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル結合(-O-)、カルボニル基(-C(=O)-)、チオエーテル結合(-O-)、スルホニル基(-S(=O)-)、-NR-、-CHCH(OH)CH-、若しくは、これらが2以上結合した基が好ましく、単結合、脂肪族炭化水素基、又は、芳香族炭化水素基がより好ましい。上記Rは水素原子又は炭化水素基を表し、水素原子、アルキル基又はアリール基がより好ましく、水素原子又はアルキル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
上記脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~20の炭化水素基が好ましく、炭素数1~10の炭化水素基がより好ましい。また、上記脂肪族炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基がより好ましい。
上記芳香族炭化水素基としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基がより好ましく、炭素数6~12の芳香族炭化水素基がより好ましく、炭素数6の芳香族炭化水素基がより好ましい。
また、式(X-1)中、特定樹脂の溶剤溶解性を向上する観点からは、Lが(ポリ)アルキレンオキシ基を含む態様も好ましい態様の1つである。(ポリ)アルキレンオキシ基とは、アルキレンオキシ基又はポリアルキレンオキシ基を意味する。
ポリアルキレンオキシ基に含まれる複数のアルキレンオキシ基におけるアルキレン基は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
ポリアルキレンオキシ基が、アルキレン基が異なる複数種のアルキレンオキシ基を含む場合、ポリアルキレンオキシ基におけるアルキレンオキシ基の配列は、ランダムな配列であってもよいし、ブロックを有する配列であってもよいし、交互等のパターンを有する配列であってもよい。
ポリアルキレンオキシ基に含まれる複数のアルキレンオキシ基におけるアルキレン基は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
ポリアルキレンオキシ基が、アルキレン基が異なる複数種のアルキレンオキシ基を含む場合、ポリアルキレンオキシ基におけるアルキレンオキシ基の配列は、ランダムな配列であってもよいし、ブロックを有する配列であってもよいし、交互等のパターンを有する配列であってもよい。(ポリ)アルキレンオキシ基におけるアルキレン基の炭素数(アルキレン基が置換基を有する場合、置換基の炭素数を含む)は、2以上であることが好ましく、2~50であることがより好ましく、2~30であることがより好ましく、2~10であることが更に好ましく、2~6であることが一層好ましく、2~4であることが特に好ましく、2又は3であることが最も好ましい。
また、上記アルキレン基は、置換基を有していてもよい。好ましい置換基としては、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子等が挙げられる。
また、ポリアルキレンオキシ基に含まれるアルキレンオキシ基の数(ポリアルキレンオキシ基の繰り返し数)は、2~100が好ましく、2~50がより好ましく、2~30が更に好ましく、2~10が特に好ましく、3~10が最も好ましい。
ポリアルキレンオキシ基としては、溶剤溶解性及び耐薬品性の両立の観点からは、ポリエチレンオキシ基、ポリプロピレンオキシ基、ポリトリメチレンオキシ基、ポリテトラメチレンオキシ基、又は、複数のエチレンオキシ基と複数のプロピレンオキシ基とが結合した基が好ましく、ポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基がより好ましい。上記複数のエチレンオキシ基と複数のプロピレンオキシ基とが結合した基において、エチレンオキシ基とプロピレンオキシ基とはランダムに配列していてもよいし、ブロックを形成して配列していてもよいし、交互等のパターン状に配列していてもよい。これらの基におけるエチレンオキシ基等の繰り返し数の好ましい態様は上述の通りである。
式(X-1)中、nxは1~10の整数であることが好ましく、1~4の整数であることが好ましく、1又は2であることが更に好ましく、1であることが特に好ましい。
式(X-1)において、nxが1であり、かつ、Lが単結合、又は、アルキレン基、アリーレン基、エーテル結合(-O-)、カルボニル基(-C(=O)-)、チオエーテル結合(-O-)、スルホニル基(-S(=O)-)、-NR-、-CHCH(OH)CH-若しくは、これらが2以上結合した基でああることが好ましく、nzが1であり、かつ、Lが単結合、又は、炭素数1~10のアルキレン基、フェニレン基、エーテル結合(-O-)、カルボニル基(-C(=O)-)、チオエーテル結合(-O-)、スルホニル基(-S(=O)-)、-NR-、-CHCH(OH)CH-若しくは、これらが2以上結合した基でああることがより好ましい。
式(X-1)中、Zはビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロキシ基、マレイミド基、ビニルフェニル基、エポキシ基、オキセタニル基、又は、メチロール基がより好ましく、(メタ)アクリロキシ基、エポキシ基、又は、メチロール基がより好ましい。
-a-
aは1以上の整数を表し、1~10の整数であることが好ましく、1~4であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましく、1であることが特に好ましい。
-LP4
P4は上述の式(1-4)におけるL4と同義であり、好ましい態様も同様である。
-含有量-
特定樹脂が式(P-1)で表される繰返し単位を含む場合、式(P-1)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、0.1~80質量%であることが好ましく、1~70質量%であることがより好ましく、1~50質量%であることが更に好ましい。
特定樹脂は、式(P-4)で表される繰返し単位を1種のみ含んでもよいし、2種以上含んでもよい。
〔含有量〕
本発明の硬化性樹脂組成物における特定樹脂の含有量は、得られる硬化膜の破断伸びを向上する観点からは、硬化性樹脂組成物の全固形分に対し、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましい。
上記含有量の上限としては、硬化性樹脂組成物の解像性を向上する観点からは、99.5質量%以下であることが好ましく、99質量%以下であることがより好ましく、98質量%以下であることが更に好ましく、97質量%以下であることが一層好ましく、95質量%以下であることがより一層好ましい。
〔特定樹脂の物性〕
-分子量-
特定樹脂がポリイミド又はポリイミド前駆体である場合、特定樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2,000~500,000であることが好ましく、5,000~100,000であることがより好ましく、10,000~50,000であることが更に好ましい。
特定樹脂がポリイミド又はポリイミド前駆体である場合、特定樹脂の数平均分子量(Mn)は、800~250,000であることが好ましく、2,000~50,000であることがより好ましく、4,000~25,000であることが更に好ましい。
特定樹脂がポリイミド又はポリイミド前駆体である場合、特定樹脂の分子量の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
本明細書において、分子量の分散度とは、重量平均分子量を数平均分子量により除した値(重量平均分子量/数平均分子量)をいう。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール又はポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、特定樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2,000~500,000であることが好ましく、5,000~100,000であることがより好ましく、10,000~50,000であることが更に好ましい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール又はポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、特定樹脂の数平均分子量(Mn)は、800~250,000であることが好ましく、2,000~50,000であることがより好ましく、4,000~25,000であることが更に好ましい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール又はポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、特定樹脂の分子量の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
-酸価-
硬化性樹脂組成物を、後述する溶剤現像に用いる場合、特定樹脂の酸価は、1mmol/g以下であることが好ましく、0.5mmol/g以下であることがより好ましく、0.3mmol/gであることが更に好ましい。上記酸価の下限は特に限定されず、0mmol/g以上であればよい。
硬化性樹脂組成物を、後述するアルカリ現像に用いる場合、特定樹脂の酸価は、1.2~7mmol/gであることが好ましく、1.5~6mmol/gであることがより好ましく、2~5mmol/gであることが更に好ましい。
本発明において、酸価とは、特定樹脂1gに含まれる酸基の量(mmol)をいう。
上記酸基とは、pH12以上のアルカリ(例えば水酸化ナトリウム)により、中和される基をいう。また、上記酸基は、pKaが10以下である基であることが好ましい。
上記酸価は、公知の方法により測定され、例えば、JIS K 0070:1992に記載の方法により測定される。
〔特定樹脂の好ましい態様〕
特定樹脂は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、及び、ポリベンゾオキサゾール前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂である。
-ポリイミド-
特定樹脂がポリイミドである場合、特定樹脂は、繰返し単位PI-1及び繰返し単位PI-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位を含むことが好ましく、繰返し単位PI-1及び繰返し単位PI-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、式(4)で表される繰返し単位とを含むことがより好ましい。また、特定樹脂はその他の繰返し単位を更に含んでもよい。
また、特定樹脂は、上述の繰返し単位PIP-1及び繰返し単位PIP-2並びに式(1)で表される繰返し単位よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位を更に含んでもよい。
特定樹脂がポリイミドである場合、特定樹脂の閉環率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがより好ましい。
特定樹脂がポリイミドである場合の特定樹脂の閉環率は、下記式CR(PI)により表される値である。
式CR(PI):
特定樹脂の閉環率(%)=(特定樹脂におけるイミド環のモル量)/(特定樹脂におけるイミド環のモル量+特定樹脂における閉環してイミド環を形成可能な構造のモル量)×100
例えば、特定樹脂が、繰返し単位PI-1と、繰返し単位PIP-1と、式(4)で表される繰返し単位と、式(1)で表される繰返し単位からなる樹脂である場合、閉環率は、下記式CR(PI)1により表される値である。
式CR(PI)1:
特定樹脂の閉環率(%)=(繰返し単位PI-1のモル量+式(4)で表される繰返し単位のモル量)/(繰返し単位PI-1のモル量+繰返し単位PIP-1のモル量+式(4)で表される繰返し単位のモル量+式(1)で表される繰返し単位のモル量)
-ポリイミド前駆体-
特定樹脂がポリイミド前駆体である場合、特定樹脂は、繰返し単位PIP-1及び繰返し単位PIP-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位を含むことが好ましく、繰返し単位PIP-1及び繰返し単位PIP-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、式(1)で表される繰返し単位とを含むことがより好ましい。また、特定樹脂はその他の繰返し単位を更に含んでもよい。
-ポリベンゾオキサゾール-
特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合、特定樹脂は、繰返し単位PB-1及び繰返し単位PB-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位を含むことが好ましく、繰返し単位PB-1及び繰返し単位PB-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、式(X)で表される繰返し単位とを含むことがより好ましい。また、特定樹脂はその他の繰返し単位を更に含んでもよい。
また、特定樹脂は、上述の繰返し単位PBP-1及び繰返し単位PBP-2並びに式(2)で表される繰返し単位よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位を更に含んでもよい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合、特定樹脂の閉環率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがより好ましい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合の特定樹脂の閉環率は、下記式CR(PB)により表される値である。
式CR(PB):
特定樹脂の閉環率(%)=(特定樹脂におけるベンゾオキサゾール環のモル量)/(特定樹脂におけるベンゾオキサゾール環のモル量+特定樹脂における閉環してベンゾオキサゾール環を形成可能な構造のモル量)×100
例えば、特定樹脂が、繰返し単位PB-1と、繰返し単位PBP-1と、式(X)で表される繰返し単位と、式(2)で表される繰返し単位からなる樹脂である場合、閉環率は、下記式CR(PB)1により表される値である。
式CR(PB)1:
特定樹脂の閉環率(%)=(繰返し単位PB-1のモル量+式(X)で表される繰返し単位のモル量)/(繰返し単位PB-1のモル量+繰返し単位PBP-1のモル量+式(X)で表される繰返し単位のモル量+式(2)で表される繰返し単位のモル量)
-ポリベンゾオキサゾール前駆体-
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、特定樹脂は、繰返し単位PBP-1及び繰返し単位PBP-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位を含むことが好ましく、繰返し単位PBP-1及び繰返し単位PBP-2よりなる群から選ばれた少なくとも1種の繰返し単位と、式(2)で表される繰返し単位とを含むことがより好ましい。また、特定樹脂はその他の繰返し単位を更に含んでもよい。
〔具体例〕
特定樹脂の具体例としては、後述の実施例において使用された特定樹脂が挙げられる。
〔合成方法〕
特定樹脂は、例えば、後述の実施例における合成例に示した合成方法により合成される。
特定樹脂がポリイミドである場合の合成方法としては、例えば、スルホンアミド基含有ジアミンとジカルボン酸又はジカルボン酸誘導体とを反応させ、反応後に熱イミド化、化学イミド化(例えば、触媒を作用させることによる環化反応の促進)等の方法によりイミド環を形成し、ポリイミドを得る方法が挙げられる。
また、特定樹脂がポリイミドである場合、上記ポリイミドは、特定樹脂であるポリイミド前駆体を加熱等により環化することにより合成してもよい。
特定樹脂がポリイミド前駆体である場合の合成方法としては、例えば、スルホンアミド基含有ジアミンとジカルボン酸又はジカルボン酸誘導体とを反応させる方法が挙げられる。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合の合成方法としては、例えば、スルホンアミド基を有するジアミン化合物と、ベンゾオキサゾール構造を有するジカルボン酸ハライド化合物とを反応する方法が挙げられる。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合の合成方法としては、ヒドロキシ基を2以上有し、かつ、上記ヒドロキシ基の隣接位にアミノ基を有するベンゼン環を含む化合物と、スルホンアミド含有ジアミンと、ジカルボン酸ハライド化合物とを反応する方法が挙げられる。
また、上記方法により得られたポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール又はポリベンゾオキサゾール前駆体に対し、メタクリル酸ハライド等の重合性基を有するカルボン酸ハライド化合物等を反応させ、スルホンアミド基に含まれる水素原子に対して重合性基を付加してもよい。
<他の樹脂>
本発明の硬化性樹脂組成物は、上述した特定樹脂とは異なる、他の樹脂(以下、単に「他の樹脂」ともいう。)を含んでもよい。
他の樹脂としては、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体等が挙げられる。
特定樹脂がポリイミドである場合、他の樹脂はポリイミドであることが好ましい。
特定樹脂がポリイミド前駆体である場合、他の樹脂はポリイミド前駆体であることが好ましい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合、他の樹脂はポリベンゾオキサゾールであることが好ましい。
特定樹脂がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、他の樹脂はポリベンゾオキサゾール前駆体であることが好ましい。
〔ポリイミド(他の樹脂)〕
得られる硬化膜の膜強度の観点からは、他の樹脂であるポリイミドは、上述した式(4)で表される繰返し単位を有することが好ましい。
ポリイミドにおいて、式(4)で表される繰返し単位は1種であってもよいが、2種以上であってもよい。また、ポリイミドは、上記の式(4)の繰返し単位のほかに、他の種類の繰返し単位も含んでもよい。
本発明におけるポリイミドの一実施形態として、全繰返し単位の50モル%以上、更には70モル%以上、特には90モル%以上が式(4)で表される繰返し単位であるポリイミド前駆体が例示される。上限としては100モル%以下が実際的である。
ポリイミドの重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2,000~500,000であり、より好ましくは5,000~100,000であり、更に好ましくは10,000~50,000である。また、数平均分子量(Mn)は、好ましくは800~250,000であり、より好ましくは、2,000~50,000であり、更に好ましくは、4,000~25,000である。
ポリイミドの分子量の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
ポリイミドは、例えば、後述する他の樹脂であるポリイミド前駆体を、加熱等により環化することにより得られる。
〔ポリイミド前駆体(他の樹脂)〕
得られる硬化膜の膜強度の観点からは、ポリイミド前駆体は、上述した式(1)で表される繰返し単位を有することが好ましい。
ポリイミド前駆体において、式(1)で表される繰返し単位は1種であってもよいが、2種以上であってもよい。また、式(1)で表される繰返し単位の構造異性体を含んでいてもよい。また、ポリイミド前駆体は、上記の式(1)の繰返し単位のほかに、他の種類の繰返し単位も含んでもよい。
本発明におけるポリイミド前駆体の一実施形態として、全繰返し単位の50モル%以上、更には70モル%以上、特には90モル%以上が式(1)で表される繰返し単位であるポリイミド前駆体が例示される。上限としては100モル%以下が実際的である。
ポリイミド前駆体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2,000~500,000であり、より好ましくは5,000~100,000であり、更に好ましくは10,000~50,000である。また、数平均分子量(Mn)は、好ましくは800~250,000であり、より好ましくは、2,000~50,000であり、更に好ましくは、4,000~25,000である。
ポリイミド前駆体の分子量の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
ポリイミド前駆体は、ジカルボン酸又はジカルボン酸誘導体とジアミンとを反応させて得られる。好ましくは、ジカルボン酸又はジカルボン酸誘導体を、ハロゲン化剤を用いてハロゲン化させた後、ジアミンと反応させて得られる。
ポリイミド前駆体の製造方法では、反応に際し、有機溶剤を用いることが好ましい。有機溶剤は1種でもよいし、2種以上でもよい。
有機溶剤としては、原料に応じて適宜定めることができるが、ピリジン、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、N-メチルピロリドン及びN-エチルピロリドンが例示される。
ポリイミド前駆体の製造に際し、固体を析出する工程を含んでいることが好ましい。具体的には、反応液中のポリイミド前駆体を、水中に沈殿させ、テトラヒドロフラン等のポリイミド前駆体が可溶な溶剤に溶解させることによって、固体析出することができる。
〔ポリベンゾオキサゾール(他の樹脂)〕
ポリベンゾオキサゾールは、上述の式(X)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
また、ポリベンゾオキサゾールは上記の式(X)の繰返し単位のほかに、他の種類の繰返し単位も含んでよい。
閉環に伴う硬化膜の反りの発生を抑制できる点で、ポリベンゾオキサゾールは、上述の式(SL)で表されるジアミン残基を他の種類の繰返し単位として更に含むことが好ましい。
ポリベンゾオキサゾールが、他の種類の繰返し単位として式(SL)で表されるジアミン残基を含む場合、硬化性樹脂組成物のアルカリ可溶性を向上させる点で、更に、テトラカルボン酸二無水物から酸二無水物基の除去後に残存するテトラカルボン酸残基を繰返し単位として含むことが好ましい。このようなテトラカルボン酸残基の例としては、式(1)中のR115の例が挙げられる。
ポリベンゾオキサゾールの重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2,000~500,000であり、より好ましくは5,000~100,000であり、更に好ましくは10,000~50,000である。また、数平均分子量(Mn)は、好ましくは800~250,000であり、より好ましくは、2,000~50,000であり、更に好ましくは、4,000~25,000である。
ポリベンゾオキサゾールの分子量の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
〔ポリベンゾオキサゾール前駆体(他の樹脂)〕
ポリベンゾオキサゾール前駆体は、上述の式(2)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
また、ポリベンゾオキサゾール前駆体は上記の式(2)の繰返し単位のほかに、他の種類の繰返し単位も含んでよい。
閉環に伴う硬化膜の反りの発生を抑制できる点で、ポリベンゾオキサゾール前駆体は、上述の式(SL)で表されるジアミン残基を他の種類の繰返し単位として更に含むことが好ましい。
ポリベンゾオキサゾール前駆体が、他の種類の繰返し単位として式(SL)で表されるジアミン残基を含む場合、硬化性樹脂組成物のアルカリ可溶性を向上させる点で、更に、テトラカルボン酸二無水物から酸二無水物基の除去後に残存するテトラカルボン酸残基を繰返し単位として含むことが好ましい。このようなテトラカルボン酸残基の例としては、式(1)中のR115の例が挙げられる。
ポリベンゾオキサゾール前駆体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2,000~500,000であり、より好ましくは5,000~100,000であり、更に好ましくは10,000~50,000である。また、数平均分子量(Mn)は、好ましくは800~250,000であり、より好ましくは、2,000~50,000であり、更に好ましくは、4,000~25,000である。
ポリベンゾオキサゾール前駆体の分子量の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物が他の樹脂を含む場合、他の樹脂の含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形分に対し、0.01質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることが更に好ましく、2質量%以上であることが一層好ましく、5質量%以上であることがより一層好ましく、10質量%以上であることが更に一層好ましい。また、本発明の硬化性樹脂組成物における、他の樹脂の含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形分に対し、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましく、60質量%以下であることが一層好ましく、50質量%以下であることがより一層好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、他の樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<重合開始剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、重合開始剤を含む。
重合開始剤としては、光重合開始剤が好ましい。
〔光重合開始剤〕
本発明の硬化性樹脂組成物は、光重合開始剤を含むことが好ましい。
光重合開始剤は、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光ラジカル重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有する光ラジカル重合開始剤が好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよい。
光ラジカル重合開始剤は、約300~800nm(好ましくは330~500nm)の範囲内で少なくとも約50L・mol-1・cm-1のモル吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary-5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶剤を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
光ラジカル重合開始剤としては、公知の化合物を任意に使用できる。例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、オキサジアゾール骨格を有する化合物、トリハロメチル基を有する化合物など)、アシルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール、オキシム誘導体等のオキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、ケトオキシムエーテル、アミノアセトフェノン化合物、ヒドロキシアセトフェノン、アゾ系化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、有機ホウ素化合物、鉄アレーン錯体などが挙げられる。これらの詳細については、特開2016-027357号公報の段落0165~0182、国際公開第2015/199219号の段落0138~0151の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
ケトン化合物としては、例えば、特開2015-087611号公報の段落0087に記載の化合物が例示され、この内容は本明細書に組み込まれる。市販品では、カヤキュアーDETX(日本化薬(株)製)も好適に用いられる。
本発明の一実施態様において、光ラジカル重合開始剤としては、ヒドロキシアセトフェノン化合物、アミノアセトフェノン化合物、及び、アシルホスフィン化合物を好適に用いることができる。より具体的には、例えば、特開平10-291969号公報に記載のアミノアセトフェノン系開始剤、特許第4225898号に記載のアシルホスフィンオキシド系開始剤を用いることができる。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE 184(IRGACUREは登録商標)、DAROCUR 1173、IRGACURE 500、IRGACURE-2959、IRGACURE 127(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE 907、IRGACURE 369、及び、IRGACURE 379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤として、365nm又は405nm等の波長光源に吸収極大波長がマッチングされた特開2009-191179号公報に記載の化合物も用いることができる。
アシルホスフィン系開始剤としては、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイドなどが挙げられる。また、市販品であるIRGACURE-819やIRGACURE-TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
メタロセン化合物としては、IRGACURE-784(BASF社製)などが例示される。
光ラジカル重合開始剤として、より好ましくはオキシム化合物が挙げられる。オキシム化合物を用いることにより、露光ラチチュードをより効果的に向上させることが可能になる。オキシム化合物は、露光ラチチュード(露光マージン)が広く、かつ、光硬化促進剤としても働くため、特に好ましい。
オキシム化合物の具体例としては、特開2001-233842号公報に記載の化合物、特開2000-080068号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物を用いることができる。
好ましいオキシム化合物としては、例えば、下記の構造の化合物や、3-ベンゾイルオキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、及び2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられる。本発明の硬化性樹脂組成物においては、特に光ラジカル重合開始剤としてオキシム化合物(オキシム系の光重合開始剤)を用いることが好ましい。オキシム系の光重合開始剤は、分子内に >C=N-O-C(=O)- の連結基を有する。
Figure 0007265627000039
市販品ではIRGACURE OXE 01、IRGACURE OXE 02、IRGACURE OXE 03、IRGACURE OXE 04(以上、BASF社製)、アデカオプトマーN-1919((株)ADEKA製、特開2012-014052号公報に記載の光ラジカル重合開始剤2)も好適に用いられる。また、TR-PBG-304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI-831及びアデカアークルズNCI-930((株)ADEKA製)も用いることができる。また、DFI-091(ダイトーケミックス(株)製)を用いることができる。
また、フッ素原子を有するオキシム化合物を用いることも可能である。そのようなオキシム化合物の具体例としては、特開2010-262028号公報に記載されている化合物、特表2014-500852号公報の段落0345に記載されている化合物24、36~40、特開2013-164471号公報の段落0101に記載されている化合物(C-3)などが挙げられる。
最も好ましいオキシム化合物としては、特開2007-269779号公報に示される特定置換基を有するオキシム化合物や、特開2009-191061号公報に示されるチオアリール基を有するオキシム化合物などが挙げられる。
光ラジカル重合開始剤は、露光感度の観点から、トリハロメチルトリアジン化合物、ベンジルジメチルケタール化合物、α-ヒドロキシケトン化合物、α-アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、ホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム塩化合物、ベンゾチアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物及びその誘導体、シクロペンタジエン-ベンゼン-鉄錯体及びその塩、ハロメチルオキサジアゾール化合物、3-アリール置換クマリン化合物よりなる群から選択される化合物が好ましい。
更に好ましい光ラジカル重合開始剤は、トリハロメチルトリアジン化合物、α-アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、ホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム塩化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物であり、トリハロメチルトリアジン化合物、α-アミノケトン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、ベンゾフェノン化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が一層好ましく、メタロセン化合物又はオキシム化合物を用いるのがより一層好ましく、オキシム化合物が更に一層好ましい。
また、光ラジカル重合開始剤は、ベンゾフェノン、N,N’-テトラメチル-4,4’-ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)等のN,N’-テトラアルキル-4,4’-ジアミノベンゾフェノン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1,2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノ-プロパノン-1等の芳香族ケトン、アルキルアントラキノン等の芳香環と縮環したキノン類、ベンゾインアルキルエーテル等のベンゾインエーテル化合物、ベンゾイン、アルキルベンゾイン等のベンゾイン化合物、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体などを用いることもできる。また、下記式(I)で表される化合物を用いることもできる。
Figure 0007265627000040
式(I)中、RI00は、炭素数1~20のアルキル基、1個以上の酸素原子によって中断された炭素数2~20のアルキル基、炭素数1~12のアルコキシ基、フェニル基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~12のアルコキシ基、ハロゲン原子、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素数2~12のアルケニル基、1個以上の酸素原子によって中断された炭素数2~18のアルキル基及び炭素数1~4のアルキル基の少なくとも1つで置換されたフェニル基、又はビフェニルであり、RI01は、式(II)で表される基であるか、RI00と同じ基であり、RI02~RI04は各々独立に炭素数1~12のアルキル、炭素数1~12のアルコキシ基又はハロゲンである。
Figure 0007265627000041
式中、RI05~RI07は、上記式(I)のRI02~RI04と同じである。
また、光ラジカル重合開始剤は、国際公開第2015/125469号の段落0048~0055に記載の化合物を用いることもできる。
光重合開始剤を含む場合、その含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対し0.1~30質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量%であり、更に好ましくは0.5~15質量%であり、一層好ましくは1.0~10質量%である。光重合開始剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。光重合開始剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
〔熱重合開始剤〕
本発明の硬化性樹脂組成物は、重合開始剤として熱重合開始剤を含んでもよく、とくに熱ラジカル重合開始剤を含んでもよい。熱ラジカル重合開始剤は、熱のエネルギーによってラジカルを発生し、重合性を有する化合物の重合反応を開始又は促進させる化合物である。熱ラジカル重合開始剤を添加することによって、特定樹脂がポリイミド前駆体又はポリベンゾオキサゾール前駆体である場合には前駆体の環化と共に、特定樹脂及び重合性化合物の重合反応を進行させることもできるので、より高度な耐熱化が達成できることとなる。
熱ラジカル重合開始剤として、具体的には、特開2008-063554号公報の段落0074~0118に記載されている化合物が挙げられる。
熱重合開始剤を含む場合、その含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対し0.1~30質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量%であり、更に好ましくは5~15質量%である。熱重合開始剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。熱重合開始剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<重合性化合物>
〔ラジカル重合性化合物〕
本発明の硬化性樹脂組成物は重合性化合物を含む。
重合性化合物としては、ラジカル重合性化合物を用いることができる。ラジカル重合性化合物は、ラジカル重合性基を有する化合物である。ラジカル重合性基としては、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、(メタ)アクリロイル基などのエチレン性不飽和結合を有する基が挙げられる。ラジカル重合性基は、(メタ)アクリロイル基が好ましく、反応性の観点からは、(メタ)アクリロキシ基がより好ましい。
ラジカル重合性化合物が有するラジカル重合性基の数は、1個でもよく、2個以上でもよいが、ラジカル重合性化合物はラジカル重合性基を2個以上有することが好ましく、3個以上有することがより好ましい。上限は、15個以下が好ましく、10個以下がより好ましく、8個以下が更に好ましい。
ラジカル重合性化合物の分子量は、2,000以下が好ましく、1,500以下がより好ましく、900以下が更に好ましい。ラジカル重合性化合物の分子量の下限は、100以上が好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、現像性の観点から、ラジカル重合性基を2個以上含む2官能以上のラジカル重合性化合物を少なくとも1種含むことが好ましく、3官能以上のラジカル重合性化合物を少なくとも1種含むことがより好ましい。また、2官能のラジカル重合性化合物と3官能以上のラジカル重合性化合物との混合物であってもよい。例えば2官能以上の重合性モノマーの官能基数とは、1分子中におけるラジカル重合性基の数が2個以上であることを意味する。
ラジカル重合性化合物の具体例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸など)やそのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と多価アルコール化合物とのエステル、及び不飽和カルボン酸と多価アミン化合物とのアミド類である。また、ヒドロキシ基やアミノ基、スルファニル基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル又はアミド類と、単官能若しくは多官能イソシアネート類又はエポキシ類との付加反応物や、単官能若しくは多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアネート基やエポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル又はアミド類と、単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との付加反応物、更に、ハロゲノ基やトシルオキシ基等の脱離性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル又はアミド類と、単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン等のビニルベンゼン誘導体、ビニルエーテル、アリルエーテル等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。具体例としては、特開2016-027357号公報の段落0113~0122の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、ラジカル重合性化合物は、常圧下で100℃以上の沸点を持つ化合物も好ましい。その例としては、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、グリセリンやトリメチロールエタン等の多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後、(メタ)アクリレート化した化合物、特公昭48-041708号公報、特公昭50-006034号公報、特開昭51-037193号各公報に記載されているようなウレタン(メタ)アクリレート類、特開昭48-064183号、特公昭49-043191号、特公昭52-030490号各公報に記載されているポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸との反応生成物であるエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタクリレート及びこれらの混合物を挙げることができる。また、特開2008-292970号公報の段落0254~0257に記載の化合物も好適である。また、多官能カルボン酸にグリシジル(メタ)アクリレート等の環状エーテル基とエチレン性不飽和結合を有する化合物を反応させて得られる多官能(メタ)アクリレートなども挙げることができる。
また、上述以外の好ましいラジカル重合性化合物として、特開2010-160418号公報、特開2010-129825号公報、特許第4364216号公報等に記載される、フルオレン環を有し、エチレン性不飽和結合を有する基を2個以上有する化合物や、カルド樹脂も使用することが可能である。
更に、その他の例としては、特公昭46-043946号公報、特公平01-040337号公報、特公平01-040336号公報に記載の特定の不飽和化合物や、特開平02-025493号公報に記載のビニルホスホン酸系化合物等もあげることができる。また、特開昭61-022048号公報に記載のペルフルオロアルキル基を含む化合物を用いることもできる。更に日本接着協会誌 vol.20、No.7、300~308ページ(1984年)に光重合性モノマー及びオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
上記のほか、特開2015-034964号公報の段落0048~0051に記載の化合物、国際公開第2015/199219号の段落0087~0131に記載の化合物も好ましく用いることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、特開平10-062986号公報において式(1)及び式(2)としてその具体例と共に記載の、多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後に(メタ)アクリレート化した化合物も、ラジカル重合性化合物として用いることができる。
更に、特開2015-187211号公報の段落0104~0131に記載の化合物も他のラジカル重合性化合物として用いることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
ラジカル重合性化合物としては、ジペンタエリスリトールトリアクリレート(市販品としては KAYARAD D-330;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としては KAYARAD D-320;日本化薬(株)製、A-TMMT:新中村化学工業(株)製)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD D-310;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD DPHA;日本化薬(株)製、A-DPH;新中村化学工業社製)、及びこれらの(メタ)アクリロイル基がエチレングリコール残基又はプロピレングリコール残基を介して結合している構造が好ましい。これらのオリゴマータイプも使用できる。
ラジカル重合性化合物の市販品としては、例えばサートマー社製のエチレンオキシ鎖を4個有する4官能アクリレートであるSR-494、エチレンオキシ鎖を4個有する2官能メタクリレートであるサートマー社製のSR-209、231、239、日本化薬(株)製のペンチレンオキシ鎖を6個有する6官能アクリレートであるDPCA-60、イソブチレンオキシ鎖を3個有する3官能アクリレートであるTPA-330、ウレタンオリゴマーUAS-10、UAB-140(日本製紙社製)、NKエステルM-40G、NKエステル4G、NKエステルM-9300、NKエステルA-9300、UA-7200(新中村化学工業社製)、DPHA-40H(日本化薬(株)製)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600、AI-600(共栄社化学社製)、ブレンマーPME400(日油(株)製)などが挙げられる。
ラジカル重合性化合物としては、特公昭48-041708号公報、特開昭51-037193号公報、特公平02-032293号公報、特公平02-016765号公報に記載されているようなウレタンアクリレート類や、特公昭58-049860号公報、特公昭56-017654号公報、特公昭62-039417号公報、特公昭62-039418号公報に記載のエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。更に、ラジカル重合性化合物として、特開昭63-277653号公報、特開昭63-260909号公報、特開平01-105238号公報に記載される、分子内にアミノ構造やスルフィド構造を有する化合物を用いることもできる。
ラジカル重合性化合物は、カルボキシ基、リン酸基等の酸基を有するラジカル重合性化合物であってもよい。酸基を有するラジカル重合性化合物は、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルが好ましく、脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応のヒドロキシ基に非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせたラジカル重合性化合物がより好ましい。特に好ましくは、脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応のヒドロキシ基に非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせたラジカル重合性化合物において、脂肪族ポリヒドロキシ化合物がペンタエリスリトール又はジペンタエリスリトールである化合物である。市販品としては、例えば、東亞合成株式会社製の多塩基酸変性アクリルオリゴマーとして、M-510、M-520などが挙げられる。
酸基を有するラジカル重合性化合物の好ましい酸価は、0.1~40mgKOH/gであり、特に好ましくは5~30mgKOH/gである。ラジカル重合性化合物の酸価が上記範囲であれば、製造上の取扱性に優れ、更には、現像性に優れる。また、重合性が良好である。上記酸価は、JIS K 0070:1992の記載に準拠して測定される。
本発明の硬化性樹脂組成物は、硬化膜の弾性率制御に伴う反り抑制の観点から、ラジカル重合性化合物として、単官能ラジカル重合性化合物を好ましく用いることができる。単官能ラジカル重合性化合物としては、n-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、カルビトール(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸誘導体、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム等のN-ビニル化合物類、アリルグリシジルエーテル、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート等のアリル化合物類等が好ましく用いられる。単官能ラジカル重合性化合物としては、露光前の揮発を抑制するため、常圧下で100℃以上の沸点を持つ化合物も好ましい。
〔上述したラジカル重合性化合物以外の重合性化合物〕
本発明の硬化性樹脂組成物は、上述したラジカル重合性化合物以外の重合性化合物を更に含むことができる。上述したラジカル重合性化合物以外の重合性化合物としては、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を有する化合物;エポキシ化合物;オキセタン化合物;ベンゾオキサジン化合物が挙げられる。
-ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を有する化合物-
ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を有する化合物としては、下記式(AM1)、(AM4)又は(AM5)で示される化合物が好ましい。
Figure 0007265627000042
(式中、tは、1~20の整数を示し、R104は炭素数1~200のt価の有機基を示し、R105は、-OR106又は、-OCO-R107で示される基を示し、R106は、水素原子又は炭素数1~10の有機基を示し、R107は、炭素数1~10の有機基を示す。)
Figure 0007265627000043
(式中、R404は炭素数1~200の2価の有機基を示し、R405は、-OR406又は、-OCO-R407で示される基を示し、R406は、水素原子又は炭素数1~10の有機基を示し、R407は、炭素数1~10の有機基を示す。)
Figure 0007265627000044
(式中uは3~8の整数を示し、R504は炭素数1~200のu価の有機基を示し、R505は、-OR506又は、-OCO-R507で示される基を示し、R506は、水素原子又は炭素数1~10の有機基を示し、R507は、炭素数1~10の有機基を示す。)
式(AM4)で示される化合物の具体例としては、46DMOC、46DMOEP(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)、DML-MBPC、DML-MBOC、DML-OCHP、DML-PCHP、DML-PC、DML-PTBP、DML-34X、DML-EP、DML-POP、dimethylolBisOC-P、DML-PFP、DML-PSBP、DML-MTrisPC(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、NIKALAC MX-290(商品名、(株)三和ケミカル製)、2,6-dimethoxymethyl-4-t-butylphenol、2,6-dimethoxymethyl-p-cresol、2,6-diacetoxymethyl-p-cresolなどが挙げられる。
また、式(AM5)で示される化合物の具体例としては、TriML-P、TriML-35XL、TML-HQ、TML-BP、TML-pp-BPF、TML-BPA、TMOM-BP、HML-TPPHBA、HML-TPHAP、HMOM-TPPHBA、HMOM-TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、TM-BIP-A(商品名、旭有機材工業(株)製)、NIKALAC MX-280、NIKALAC MX-270、NIKALAC MW-100LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)が挙げられる。
-エポキシ化合物(エポキシ基を有する化合物)-
エポキシ化合物としては、一分子中にエポキシ基を2以上有する化合物であることが好ましい。エポキシ基は、200℃以下で架橋反応し、かつ、架橋に由来する脱水反応が起こらないため膜収縮が起きにくい。このため、エポキシ化合物を含有することは、硬化性樹脂組成物の低温硬化及び反りの抑制に効果的である。
エポキシ化合物は、ポリエチレンオキサイド基を含有することが好ましい。これにより、より弾性率が低下し、また反りを抑制することができる。ポリエチレンオキサイド基は、エチレンオキサイドの繰返し単位数が2以上のものを意味し、繰返し単位数が2~15であることが好ましい。
エポキシ化合物の例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;プロピレングリコールジグリシジルエーテル等のアルキレングリコール型エポキシ樹脂;ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等のポリアルキレングリコール型エポキシ樹脂;ポリメチル(グリシジロキシプロピル)シロキサン等のエポキシ基含有シリコーンなどを挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、エピクロン(登録商標)850-S、エピクロン(登録商標)HP-4032、エピクロン(登録商標)HP-7200、エピクロン(登録商標)HP-820、エピクロン(登録商標)HP-4700、エピクロン(登録商標)EXA-4710、エピクロン(登録商標)HP-4770、エピクロン(登録商標)EXA-859CRP、エピクロン(登録商標)EXA-1514、エピクロン(登録商標)EXA-4880、エピクロン(登録商標)EXA-4850-150、エピクロンEXA-4850-1000、エピクロン(登録商標)EXA-4816、エピクロン(登録商標)EXA-4822(以上商品名、DIC(株)製)、リカレジン(登録商標)BEO-60E(商品名、新日本理化(株))、EP-4003S、EP-4000S(以上商品名、(株)ADEKA製)などが挙げられる。この中でも、ポリエチレンオキサイド基を含有するエポキシ樹脂が、反りの抑制及び耐熱性に優れる点で好ましい。例えば、エピクロン(登録商標)EXA-4880、エピクロン(登録商標)EXA-4822、リカレジン(登録商標)BEO-60Eは、ポリエチレンオキサイド基を含有するので好ましい。
-オキセタン化合物(オキセタニル基を有する化合物)-
オキセタン化合物としては、一分子中にオキセタン環を2つ以上有する化合物、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシルメチル)オキセタン、1,4-ベンゼンジカルボン酸-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メチル]エステル等を挙げることができる。具体的な例としては、東亞合成株式会社製のアロンオキセタンシリーズ(例えば、OXT-121、OXT-221、OXT-191、OXT-223)が好適に使用することができ、これらは単独で、又は2種以上混合してもよい。
-ベンゾオキサジン化合物(ベンゾオキサゾリル基を有する化合物)-
ベンゾオキサジン化合物は、開環付加反応に由来する架橋反応のため、硬化時に脱ガスが発生せず、更に熱収縮を小さくして反りの発生が抑えられることから好ましい。
ベンゾオキサジン化合物の好ましい例としては、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、四国化成工業社製)、ポリヒドロキシスチレン樹脂のベンゾオキサジン付加物、フェノールノボラック型ジヒドロベンゾオキサジン化合物が挙げられる。これらは単独で用いるか、又は2種以上混合してもよい。
重合性化合物の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、0質量%超60質量%以下であることが好ましい。下限は5質量%以上がより好ましい。上限は、50質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましい。
重合性化合物は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。2種以上を併用する場合にはその合計量が上記の範囲となることが好ましい。
<熱酸発生剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、熱酸発生剤を含むことが好ましい。
熱酸発生剤は、加熱により酸を発生し、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を有する化合物、エポキシ化合物、オキセタン化合物及びベンゾオキサジン化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物、又は、特定樹脂に含まれるメチロール基の架橋反応を促進させる効果がある。
また、本発明の硬化性樹脂組成物が熱酸発生剤を含む場合、特定樹脂は重合性基としてメチロール基を含むことが好ましい。
熱酸発生剤の熱分解開始温度は、50℃~270℃が好ましく、50℃~250℃がより好ましい。また、硬化性樹脂組成物を基板に塗布した後の乾燥(プリベーク:約70~140℃)時には酸を発生せず、その後の露光、現像でパターニングした後の最終加熱(キュア:約100~400℃)時に酸を発生するものを熱酸発生剤として選択すると、現像時の感度低下を抑制できるため好ましい。
熱分解開始温度は、熱酸発生剤を耐圧カプセル中5℃/分で500℃まで加熱した場合に、最も温度が低い発熱ピークのピーク温度として求められる。
熱分解開始温度を測定する際に用いられる機器としては、Q2000(TAインスツルメント社製)等が挙げられる。
熱酸発生剤から発生する酸は強酸が好ましく、例えば、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などのアリールスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ブタンスルホン酸などのアルキルスルホン酸、あるいはトリフルオロメタンスルホン酸などのハロアルキルスルホン酸などが好ましい。このような熱酸発生剤の例としては、特開2013-072935号公報の段落0055に記載のものが挙げられる。
中でも、硬化膜中の残留が少なく硬化膜物性を低下させにくいという観点から、炭素数1~4のアルキルスルホン酸や炭素数1~4のハロアルキルスルホン酸を発生するものがより好ましく、メタンスルホン酸(4-ヒドロキシフェニル)ジメチルスルホニウム、メタンスルホン酸(4-((メトキシカルボニル)オキシ)フェニル)ジメチルスルホニウム、メタンスルホン酸ベンジル(4-ヒドロキシフェニル)メチルスルホニウム、メタンスルホン酸ベンジル(4-((メトキシカルボニル)オキシ)フェニル)メチルスルホニウム、メタンスルホン酸(4-ヒドロキシフェニル)メチル((2-メチルフェニル)メチル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(4-ヒドロキシフェニル)ジメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(4-((メトキシカルボニル)オキシ)フェニル)ジメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ベンジル(4-ヒドロキシフェニル)メチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ベンジル(4-((メトキシカルボニル)オキシ)フェニル)メチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(4-ヒドロキシフェニル)メチル((2-メチルフェニル)メチル)スルホニウム、3-(5-(((プロピルスルホニル)オキシ)イミノ)チオフェン-2(5H)-イリデン)-2-(o-トリル)プロパンニトリル、2,2-ビス(3-(メタンスルホニルアミノ)-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンが、熱酸発生剤として好ましい。
また、特開2013-167742号公報の段落0059に記載の化合物も熱酸発生剤として好ましい。
熱酸発生剤の含有量は、特定樹脂100質量部に対して0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましい。0.01質量部以上含有することで、架橋反応が促進されるため、硬化膜の機械特性及び耐薬品性をより向上させることができる。また、硬化膜の電気絶縁性の観点から、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が更に好ましい。
<オニウム塩>
本発明の硬化性樹脂組成物は、オニウム塩を含むことが好ましい。
特に、特定樹脂がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、硬化性樹脂組成物はオニウム塩を含むことが好ましい。
オニウム塩の種類等は特に定めるものではないが、アンモニウム塩、イミニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩又はホスホニウム塩が好ましく挙げられる。
これらの中でも、熱安定性が高い観点からはアンモニウム塩又はイミニウム塩が好ましく、ポリマーとの相溶性の観点からはスルホニウム塩、ヨードニウム塩又はホスホニウム塩が好ましい。
また、オニウム塩はオニウム構造を有するカチオンとアニオンとの塩であり、上記カチオンとアニオンとは、共有結合を介して結合していてもよいし、共有結合を介して結合していなくてもよい。
すなわち、オニウム塩は、同一の分子構造内に、カチオン部と、アニオン部と、を有する分子内塩であってもよいし、それぞれ別分子であるカチオン分子と、アニオン分子と、がイオン結合した分子間塩であってもよいが、分子間塩であることが好ましい。また、本発明の硬化性樹脂組成物において、上記カチオン部又はカチオン分子と、上記アニオン部又はアニオン分子と、はイオン結合により結合されていてもよいし、解離していてもよい。
オニウム塩におけるカチオンとしては、アンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン又はホスホニウムカチオンが好ましく、テトラアルキルアンモニウムカチオン、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンよりなる群から選択される少なくとも1種のカチオンがより好ましい。
本発明において用いられるオニウム塩は、熱塩基発生剤であってもよい。
熱塩基発生剤とは、加熱により塩基を発生する化合物をいい、例えば、40℃以上に加熱すると塩基を発生する酸性化合物等が挙げられる。
〔アンモニウム塩〕
本発明において、アンモニウム塩とは、アンモニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。
-アンモニウムカチオン-
アンモニウムカチオンとしては、第四級アンモニウムカチオンが好ましい。
また、アンモニウムカチオンとしては、下記式(101)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 0007265627000045
式(101)中、R~Rはそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基を表し、R~Rの少なくとも2つはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
式(101)中、R~Rはそれぞれ独立に、炭化水素基であることが好ましく、アルキル基又はアリール基であることがより好ましく、炭素数1~10のアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であることが更に好ましい。R~Rは置換基を有していてもよく、置換基の例としては、ヒドロキシ基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基等が挙げられる。
~Rの少なくとも2つはそれぞれ結合して環を形成する場合、上記環はヘテロ原子を含んでもよい。上記ヘテロ原子としては、窒素原子が挙げられる。
アンモニウムカチオンは、下記式(Y1-1)及び(Y1-2)のいずれかで表されることが好ましい。
Figure 0007265627000046
式(Y1-1)及び(Y1-2)において、R101は、n価の有機基を表し、Rは式(101)におけるRと同義であり、Ar101及びAr102はそれぞれ独立に、アリール基を表し、nは、1以上の整数を表す。
式(Y1-1)において、R101は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、又は、これらが結合した構造からn個の水素原子を除いた基であることが好ましく、炭素数2~30の飽和脂肪族炭化水素、ベンゼン又はナフタレンからn個の水素原子を除いた基であることがより好ましい。
式(Y1-1)において、nは1~4であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
式(Y1-2)において、Ar101及びAr102はそれぞれ独立に、フェニル基又はナフチル基であることが好ましく、フェニル基がより好ましい。
-アニオン-
アンモニウム塩におけるアニオンとしては、カルボン酸アニオン、フェノールアニオン、リン酸アニオン及び硫酸アニオンから選ばれる1種が好ましく、塩の安定性と熱分解性を両立させられるという理由からカルボン酸アニオンがより好ましい。すなわち、アンモニウム塩は、アンモニウムカチオンとカルボン酸アニオンとの塩がより好ましい。
カルボン酸アニオンは、2個以上のカルボキシ基を持つ2価以上のカルボン酸のアニオンが好ましく、2価のカルボン酸のアニオンがより好ましい。この態様によれば、硬化性樹脂組成物の安定性、硬化性及び現像性をより向上できる。特に、2価のカルボン酸のアニオンを用いることで、硬化性樹脂組成物の安定性、硬化性及び現像性を更に向上できる。
カルボン酸アニオンは、下記式(X1)で表されることが好ましい。
Figure 0007265627000047
式(X1)において、EWGは、電子求引性基を表す。
本実施形態において電子求引性基とは、ハメットの置換基定数σmが正の値を示すものを意味する。ここでσmは、都野雄甫総説、有機合成化学協会誌第23巻第8号(1965)p.631-642に詳しく説明されている。なお、本実施形態における電子求引性基は、上記文献に記載された置換基に限定されるものではない。
σmが正の値を示す置換基の例としては、CF基(σm=0.43)、CFC(=O)基(σm=0.63)、HC≡C基(σm=0.21)、CH=CH基(σm=0.06)、Ac基(σm=0.38)、MeOC(=O)基(σm=0.37)、MeC(=O)CH=CH基(σm=0.21)、PhC(=O)基(σm=0.34)、HNC(=O)CH基(σm=0.06)などが挙げられる。なお、Meはメチル基を表し、Acはアセチル基を表し、Phはフェニル基を表す(以下、同じ)。
EWGは、下記式(EWG-1)~(EWG-6)で表される基であることが好ましい。
Figure 0007265627000048
式(EWG-1)~(EWG-6)中、Rx1~Rx3は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を表し、Arは芳香族基を表す。
本発明において、カルボン酸アニオンは、下記式(XA)で表されることが好ましい。
Figure 0007265627000049
式(XA)において、L10は、単結合、又は、アルキレン基、アルケニレン基、芳香族基、-NR-及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる2価の連結基を表し、Rは、水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。
カルボン酸アニオンの具体例としては、マレイン酸アニオン、フタル酸アニオン、N-フェニルイミノ二酢酸アニオン及びシュウ酸アニオンが挙げられる。
特定樹脂の環化が低温で行われやすく、また、硬化性樹脂組成物の保存安定性が向上しやすい観点から、本発明におけるオニウム塩は、カチオンとしてアンモニウムカチオンを含み、上記オニウム塩がアニオンとして、共役酸のpKa(pKaH)が2.5以下であるアニオンを含むことが好ましく、1.8以下であるアニオンを含むことがより好ましい。
上記pKaの下限は特に限定されないが、発生する塩基が中和されにくく、特定樹脂などの環化効率を良好にするという観点からは、-3以上であることが好ましく、-2以上であることがより好ましい。
上記pKaとしては、Determination of Organic Structures by Physical Methods(著者:Brown, H. C., McDaniel, D. H., Hafliger, O., Nachod, F. C.; 編纂:Braude, E. A., Nachod, F. C.; Academic Press, New York, 1955)や、Data for Biochemical Research(著者:Dawson, R.M.C.et al; Oxford, Clarendon Press, 1959)に記載の値を参照することができる。これらの文献に記載の無い化合物については、ACD/pKa(ACD/Labs製)のソフトを用いて構造式より算出した値を用いることとする。
アンモニウム塩の具体例としては、以下の化合物を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 0007265627000050
〔イミニウム塩〕
本発明において、イミニウム塩とは、イミニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンとしては、上述のアンモニウム塩におけるアニオンと同様のものが例示され、好ましい態様も同様である。
-イミニウムカチオン-
イミニウムカチオンとしては、ピリジニウムカチオンが好ましい。
また、イミニウムカチオンとしては、下記式(102)で表されるカチオンも好ましい。
Figure 0007265627000051
式(102)中、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基を表し、Rは炭化水素基を表し、R~Rの少なくとも2つはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
式(102)中、R及びRは上述の式(101)におけるR~Rと同義であり、好ましい態様も同様である。
式(102)中、RはR及びRの少なくとも1つと結合して環を形成することが好ましい。上記環はヘテロ原子を含んでもよい。上記ヘテロ原子としては、窒素原子が挙げられる。また、上記環としてはピリジン環が好ましい。
イミニウムカチオンは、下記式(Y1-3)~(Y1-5)のいずれかで表されるものであることが好ましい。
Figure 0007265627000052
式(Y1-3)~(Y1-5)において、R101は、n価の有機基を表し、Rは式(102)におけるRと同義であり、Rは式(102)におけるRと同義であり、nは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表す。
式(Y1-3)において、R101は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、又は、これらが結合した構造からn個の水素原子を除いた基であることが好ましく、炭素数2~30の飽和脂肪族炭化水素、ベンゼン又はナフタレンからn個の水素原子を除いた基であることがより好ましい。
式(Y1-3)において、nは1~4であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
式(Y1-5)において、mは0~4であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
イミニウム塩の具体例としては、以下の化合物を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 0007265627000053
〔スルホニウム塩〕
本発明において、スルホニウム塩とは、スルホニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンとしては、上述のアンモニウム塩におけるアニオンと同様のものが例示され、好ましい態様も同様である。
-スルホニウムカチオン-
スルホニウムカチオンとしては、第三級スルホニウムカチオンが好ましく、トリアリールスルホニウムカチオンがより好ましい。
また、スルホニウムカチオンとしては、下記式(103)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 0007265627000054
式(103)中、R~R10はそれぞれ独立に炭化水素基を表す。
~R10はそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であることがより好ましく、炭素数6~12のアリール基であることが更に好ましく、フェニル基であることが更に好ましい。
~R10は置換基を有していてもよく、置換基の例としては、ヒドロキシ基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基等が挙げられる。これらの中でも、置換基として、アルキル基、又は、アルコキシ基を有することが好ましく、分岐アルキル基又はアルコキシ基を有することがより好ましく、炭素数3~10の分岐アルキル基、又は、炭素数1~10のアルコキシ基を有することが更に好ましい。
~R10は同一の基であっても、異なる基であってもよいが、合成適性上の観点からは、同一の基であることが好ましい。
〔ヨードニウム塩〕
本発明において、ヨードニウム塩とは、ヨードニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンとしては、上述のアンモニウム塩におけるアニオンと同様のものが例示され、好ましい態様も同様である。
-ヨードニウムカチオン-
ヨードニウムカチオンとしては、ジアリールヨードニウムカチオンが好ましい。
また、ヨードニウムカチオンとしては、下記式(104)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 0007265627000055
式(104)中、R11及びR12はそれぞれ独立に炭化水素基を表す。
11及びR12はそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であることがより好ましく、炭素数6~12のアリール基であることが更に好ましく、フェニル基であることが更に好ましい。
11及びR12は置換基を有していてもよく、置換基の例としては、ヒドロキシ基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基等が挙げられる。これらの中でも、置換基として、アルキル基、又はアルコキシ基を有することが好ましく、分岐アルキル基又はアルコキシ基を有することがより好ましく、炭素数3~10の分岐アルキル基、又は、炭素数1~10のアルコキシ基を有することが更に好ましい。
11及びR12は同一の基であっても、異なる基であってもよいが、合成適性上の観点からは、同一の基であることが好ましい。
〔ホスホニウム塩〕
本発明において、ホスホニウム塩とは、ホスホニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンとしては、上述のアンモニウム塩におけるアニオンと同様のものが例示され、好ましい態様も同様である。
-ホスホニウムカチオン-
ホスホニウムカチオンとしては、第四級ホスホニウムカチオンが好ましく、テトラアルキルホスホニウムカチオン、トリアリールモノアルキルホスホニウムカチオン等が挙げられる。
また、ホスホニウムカチオンとしては、下記式(105)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 0007265627000056
式(105)中、R13~R16はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素基を表す。
13~R16はそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であることがより好ましく、炭素数6~12のアリール基であることが更に好ましく、フェニル基であることが更に好ましい。
13~R16は置換基を有していてもよく、置換基の例としては、ヒドロキシ基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基等が挙げられる。これらの中でも、置換基として、アルキル基、又はアルコキシ基を有することが好ましく、分岐アルキル基又はアルコキシ基を有することがより好ましく、炭素数3~10の分岐アルキル基、又は、炭素数1~10のアルコキシ基を有することが更に好ましい。
13~R16は同一の基であっても、異なる基であってもよいが、合成適性上の観点からは、同一の基であることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物がオニウム塩を含む場合、オニウム塩の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対し、0.1~50質量%が好ましい。下限は、0.5質量%以上がより好ましく、0.85質量%以上が更に好ましく、1質量%以上が一層好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましく、10質量%以下が一層好ましく、5質量%以下であってもよく、4質量%以下であってもよい。
オニウム塩は、1種又は2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
<熱塩基発生剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、熱塩基発生剤を含んでもよい。
特に、特定樹脂がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合、硬化性樹脂組成物は熱塩基発生剤を含むことが好ましい。
熱塩基発生剤は、上述のオニウム塩に該当する化合物であってもよいし、上述のオニウム塩以外の他の熱塩基発生剤であってもよい。
他の熱塩基発生剤としては、ノニオン系熱塩基発生剤が挙げられる。
ノニオン系熱塩基発生剤としては、式(B1)又は式(B2)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007265627000057
式(B1)及び式(B2)中、Rb、Rb及びRbはそれぞれ独立に、第三級アミン構造を有しない有機基、ハロゲン原子又は水素原子である。ただし、Rb及びRbが同時に水素原子となることはない。また、Rb、Rb及びRbはいずれもカルボキシ基を有することはない。なお、本明細書で第三級アミン構造とは、3価の窒素原子の3つの結合手がいずれも炭化水素系の炭素原子と共有結合している構造を指す。したがって、結合した炭素原子がカルボニル基をなす炭素原子の場合、つまり窒素原子とともにアミド基を形成する場合はこの限りではない。
式(B1)、(B2)中、Rb、Rb及びRbは、これらのうち少なくとも1つが環状構造を含むことが好ましく、少なくとも2つが環状構造を含むことがより好ましい。環状構造としては、単環及び縮合環のいずれであってもよく、単環又は単環が2つ縮合した縮合環が好ましい。単環は、5員環又は6員環が好ましく、6員環が好ましい。単環は、シクロヘキサン環及びベンゼン環が好ましく、シクロヘキサン環がより好ましい。
より具体的にRb及びRbは、水素原子、アルキル基(炭素数1~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、又はアリールアルキル基(炭素数7~25が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)であることが好ましい。これらの基は、本発明の効果を奏する範囲で置換基を有していてもよい。RbとRbとは互いに結合して環を形成していてもよい。形成される環としては、4~7員の含窒素複素環が好ましい。Rb及びRbは特に、置換基を有してもよい直鎖、分岐、又は環状のアルキル基(炭素数1~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)であることが好ましく、置換基を有してもよいシクロアルキル基(炭素数3~24が好ましく、3~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)であることがより好ましく、置換基を有してもよいシクロヘキシル基が更に好ましい。
Rbとしては、アルキル基(炭素数1~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~24が好ましく、2~12がより好ましく、2~6が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)、アリールアルケニル基(炭素数8~24が好ましく、8~20がより好ましく、8~16が更に好ましい)、アルコキシル基(炭素数1~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アリールオキシ基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~12が更に好ましい)、又はアリールアルキルオキシ基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)が挙げられる。中でも、シクロアルキル基(炭素数3~24が好ましく、3~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アリールアルケニル基、アリールアルキルオキシ基が好ましい。Rbは更に本発明の効果を奏する範囲で置換基を有していてもよい。
式(B1)で表される化合物は、下記式(B1-1)又は下記式(B1-2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007265627000058
式中、Rb11及びRb12、並びに、Rb31及びRb32は、それぞれ、式(B1)におけるRb及びRbと同じである。
Rb13はアルキル基(炭素数1~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~12が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)であり、本発明の効果を奏する範囲で置換基を有していてもよい。中でも、Rb13はアリールアルキル基が好ましい。
Rb33及びRb34は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~8がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~8がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)であり、水素原子が好ましい。
Rb35は、アルキル基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、3~8が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~12がより好ましく、3~8が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~12が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)であり、アリール基が好ましい。
式(B1-1)で表される化合物は、式(B1-1a)で表される化合物もまた好ましい。
Figure 0007265627000059
Rb11及びRb12は式(B1-1)におけるRb11及びRb12と同義である。
Rb15及びRb16は水素原子、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)であり、水素原子又はメチル基が好ましい。
Rb17はアルキル基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、3~8が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~12がより好ましく、3~8が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~12が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)であり、中でもアリール基が好ましい。
ノニオン系熱塩基発生剤の分子量は、800以下であることが好ましく、600以下であることがより好ましく、500以下であることが更に好ましい。下限としては、100以上であることが好ましく、200以上であることがより好ましく、300以上であることが更に好ましい。
上述のオニウム塩のうち、熱塩基発生剤である化合物の具体例、又は、他の熱塩基発生剤の具体例としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 0007265627000060
Figure 0007265627000061
Figure 0007265627000062
熱塩基発生剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対し、0.1~50質量%が好ましい。下限は、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。熱塩基発生剤は、1種又は2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
<溶剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、溶剤を含有することが好ましい。溶剤は、公知の溶剤を任意に使用できる。溶剤は有機溶剤が好ましい。有機溶剤としては、エステル類、エーテル類、ケトン類、芳香族炭化水素類、スルホキシド類、アミド類などの化合物が挙げられる。
エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸-n-ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、アルキルオキシ酢酸アルキル(例えば、アルキルオキシ酢酸メチル、アルキルオキシ酢酸エチル、アルキルオキシ酢酸ブチル(例えば、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル等))、3-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、3-アルキルオキシプロピオン酸メチル、3-アルキルオキシプロピオン酸エチル等(例えば、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等))、2-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、2-アルキルオキシプロピオン酸メチル、2-アルキルオキシプロピオン酸エチル、2-アルキルオキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-エトキシプロピオン酸メチル、2-エトキシプロピオン酸エチル))、2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸メチル及び2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸エチル(例えば、2-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-エトキシ-2-メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸メチル、2-オキソブタン酸エチル等が好適なものとして挙げられる。
エーテル類として、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピ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プロピルエーテルアセテート等が好適なものとして挙げられる。
ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン等が好適なものとして挙げられる。
芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、リモネン等が好適なものとして挙げられる。
スルホキシド類として、例えば、ジメチルスルホキシドが好適なものとして挙げられる。
アミド類として、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド等が好適なものとして挙げられる。
溶剤は、塗布面性状の改良などの観点から、2種以上を混合する形態も好ましい。
本発明では、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、2-ヘプタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、γ-ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、N-メチル-2-ピロリドン、プロピレングリコールメチルエーテル、及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテートから選択される1種の溶剤、又は、2種以上で構成される混合溶剤が好ましい。ジメチルスルホキシドとγ-ブチロラクトンとの併用が特に好ましい。
溶剤の含有量は、塗布性の観点から、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分濃度が5~80質量%になる量とすることが好ましく、5~75質量%となる量にすることがより好ましく、10~70質量%となる量にすることが更に好ましく、40~70質量%となるようにすることが一層好ましい。溶剤含有量は、塗膜の所望の厚さと塗布方法に応じて調節すればよい。
溶剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。溶剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<マイグレーション抑制剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、更にマイグレーション抑制剤を含むことが好ましい。マイグレーション抑制剤を含むことにより、金属層(金属配線)由来の金属イオンが硬化性樹脂組成物層内へ移動することを効果的に抑制可能となる。
マイグレーション抑制剤としては、特に制限はないが、複素環(ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、テトラゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、2H-ピラン環及び6H-ピラン環、トリアジン環)を有する化合物、チオ尿素類及びスルファニル基を有する化合物、ヒンダードフェノール系化合物、サリチル酸誘導体系化合物、ヒドラジド誘導体系化合物が挙げられる。特に、1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール等のトリアゾール系化合物、1H-テトラゾール、5-フェニルテトラゾール等のテトラゾール系化合物が好ましく使用できる。
又はハロゲンイオンなどの陰イオンを捕捉するイオントラップ剤を使用することもできる。
その他のマイグレーション抑制剤としては、特開2013-015701号公報の段落0094に記載の防錆剤、特開2009-283711号公報の段落0073~0076に記載の化合物、特開2011-059656号公報の段落0052に記載の化合物、特開2012-194520号公報の段落0114、0116及び0118に記載の化合物、国際公開第2015/199219号の段落0166に記載の化合物などを使用することができる。
マイグレーション抑制剤の具体例としては、下記化合物を挙げることができる。
Figure 0007265627000063
硬化性樹脂組成物がマイグレーション抑制剤を有する場合、マイグレーション抑制剤の含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、0.01~5.0質量%であることが好ましく、0.05~2.0質量%であることがより好ましく、0.1~1.0質量%であることが更に好ましい。
マイグレーション抑制剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。マイグレーション抑制剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<重合禁止剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、重合禁止剤を含むことが好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、p-メトキシフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、p-tert-ブチルカテコール、1,4-ベンゾキノン、ジフェニル-p-ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシアミンアルミニウム塩、フェノチアジン、N-ニトロソジフェニルアミン、N-フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、5-ニトロソ-8-ヒドロキシキノリン、1-ニトロソ-2-ナフトール、2-ニトロソ-1-ナフトール、2-ニトロソ-5-(N-エチル-N-スルホプロピルアミノ)フェノール、N-ニトロソ-N-(1-ナフチル)ヒドロキシアミンアンモニウム塩、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-tert-ブチル)フェニルメタンなどが好適に用いられる。また、特開2015-127817号公報の段落0060に記載の重合禁止剤、及び、国際公開第2015/125469号の段落0031~0046に記載の化合物を用いることもできる。
また、下記化合物を用いることができる(Meはメチル基である)。
Figure 0007265627000064
本発明の硬化性樹脂組成物が重合禁止剤を有する場合、重合禁止剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、0.01~5質量%であることが好ましく、0.02~3質量%であることがより好ましく、0.05~2.5質量%であることが更に好ましい。
重合禁止剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。重合禁止剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<金属接着性改良剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、電極や配線などに用いられる金属材料との接着性を向上させるための金属接着性改良剤を含むことが好ましい。金属接着性改良剤としては、シランカップリング剤などが挙げられる。
シランカップリング剤の例としては、国際公開第2015/199219号の段落0167に記載の化合物、特開2014-191002号公報の段落0062~0073に記載の化合物、国際公開第2011/080992号の段落0063~0071に記載の化合物、特開2014-191252号公報の段落0060~0061に記載の化合物、特開2014-041264号公報の段落0045~0052に記載の化合物、国際公開第2014/097594号の段落0055に記載の化合物が挙げられる。また、特開2011-128358号公報の段落0050~0058に記載のように異なる2種以上のシランカップリング剤を用いることも好ましい。また、シランカップリング剤は、下記化合物を用いることも好ましい。以下の式中、Etはエチル基を表す。
Figure 0007265627000065
また、金属接着性改良剤としては、特開2014-186186号公報の段落0046~0049に記載の化合物、特開2013-072935号公報の段落0032~0043に記載のスルフィド系化合物を用いることもできる。
金属接着性改良剤の含有量は特定樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1~30質量部であり、より好ましくは0.5~15質量部の範囲であり、更に好ましくは0.5~5質量部の範囲である。上記下限値以上とすることで硬化工程後の硬化膜と金属層との接着性が良好となり、上記上限値以下とすることで硬化工程後の硬化膜の耐熱性、機械特性が良好となる。金属接着性改良剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。2種以上用いる場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<その他の添加剤>
本発明の硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、各種の添加物、例えば、N-フェニルジエタノールアミンなどの増感剤、連鎖移動剤、界面活性剤、高級脂肪酸誘導体、無機粒子、硬化剤、硬化触媒、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加剤を配合する場合、その合計配合量は硬化性樹脂組成物の固形分の3質量%以下とすることが好ましい。
〔増感剤〕
本発明の硬化性樹脂組成物は、増感剤を含んでいてもよい。増感剤は、特定の活性放射線を吸収して電子励起状態となる。電子励起状態となった増感剤は、熱硬化促進剤、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤などと接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用が生じる。これにより、熱硬化促進剤、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤は化学変化を起こして分解し、ラジカル、酸又は塩基を生成する。
増感剤としては、N-フェニルジエタノールアミン等の増感剤が挙げられる。
また、増感剤としては、増感色素を用いてもよい。
増感色素の詳細については、特開2016-027357号公報の段落0161~0163の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の硬化性樹脂組成物が増感剤を含む場合、増感剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対し、0.01~20質量%であることが好ましく、0.1~15質量%であることがより好ましく、0.5~10質量%であることが更に好ましい。増感剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
〔連鎖移動剤〕
本発明の硬化性樹脂組成物は、連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤は、例えば高分子辞典第三版(高分子学会編、2005年)683-684頁に定義されている。連鎖移動剤としては、例えば、分子内にSH、PH、SiH、及びGeHを有する化合物群が用いられる。これらは、低活性のラジカルに水素を供与して、ラジカルを生成するか、若しくは、酸化された後、脱プロトンすることによりラジカルを生成しうる。特に、チオール化合物を好ましく用いることができる。
また、連鎖移動剤は、国際公開第2015/199219号の段落0152~0153に記載の化合物を用いることもできる。
本発明の硬化性樹脂組成物が連鎖移動剤を有する場合、連鎖移動剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分100質量部に対し、0.01~20質量部が好ましく、1~10質量部がより好ましく、1~5質量部が更に好ましい。連鎖移動剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。連鎖移動剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
〔界面活性剤〕
本発明の硬化性樹脂組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種類の界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種類の界面活性剤を使用できる。また、下記界面活性剤も好ましい。下記式中、主鎖の繰返し単位を示す括弧は各繰返し単位の含有量(モル%)を、側鎖の繰返し単位を示す括弧は各繰返し単位の繰り返し数をそれぞれ表す。
Figure 0007265627000066
また、界面活性剤は、国際公開第2015/199219号の段落0159~0165に記載の化合物を用いることもできる。
本発明の硬化性樹脂組成物が界面活性剤を有する場合、界面活性剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、0.001~2.0質量%であることが好ましく、より好ましくは0.005~1.0質量%である。界面活性剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。界面活性剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
〔高級脂肪酸誘導体〕
本発明の硬化性樹脂組成物は、酸素に起因する重合阻害を防止するために、ベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体を添加して、塗布後の乾燥の過程で硬化性樹脂組成物の表面に偏在させてもよい。
また、高級脂肪酸誘導体は、国際公開第2015/199219号の段落0155に記載の化合物を用いることもできる。
本発明の硬化性樹脂組成物が高級脂肪酸誘導体を有する場合、高級脂肪酸誘導体の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1~10質量%であることが好ましい。高級脂肪酸誘導体は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。高級脂肪酸誘導体が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<その他の含有物質についての制限>
本発明の硬化性樹脂組成物の水分含有量は、塗布面性状の観点から、5質量%未満が好ましく、1質量%未満がより好ましく、0.6質量%未満が更に好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物の金属含有量は、絶縁性の観点から、5質量ppm(parts per million)未満が好ましく、1質量ppm未満がより好ましく、0.5質量ppm未満が更に好ましい。金属としては、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、鉄、クロム、ニッケルなどが挙げられる。金属を複数含む場合は、これらの金属の合計が上記範囲であることが好ましい。
また、本発明の硬化性樹脂組成物に意図せずに含まれる金属不純物を低減する方法としては、本発明の硬化性樹脂組成物を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、本発明の硬化性樹脂組成物を構成する原料に対してフィルターろ過を行う、装置内をポリテトラフルオロエチレン等でライニングしてコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法を挙げることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、半導体材料としての用途を考慮すると、ハロゲン原子の含有量が、配線腐食性の観点から、500質量ppm未満が好ましく、300質量ppm未満がより好ましく、200質量ppm未満が更に好ましい。中でも、ハロゲンイオンの状態で存在するものは、5質量ppm未満が好ましく、1質量ppm未満がより好ましく、0.5質量ppm未満が更に好ましい。ハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が挙げられる。塩素原子及び臭素原子、又は塩素イオン及び臭素イオンの合計がそれぞれ上記範囲であることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物の収容容器としては従来公知の収容容器を用いることができる。また、収容容器としては、原材料や硬化性樹脂組成物中への不純物混入を抑制することを目的に、容器内壁を6種6層の樹脂で構成された多層ボトルや、6種の樹脂を7層構造にしたボトルを使用することも好ましい。このような容器としては例えば特開2015-123351号公報に記載の容器が挙げられる。
<硬化性樹脂組成物の調製>
本発明の硬化性樹脂組成物は、上記各成分を混合して調製することができる。混合方法は特に限定はなく、従来公知の方法で行うことができる。
また、硬化性樹脂組成物中のゴミや微粒子等の異物を除去する目的で、フィルターを用いたろ過を行うことが好ましい。フィルター孔径は、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下が更に好ましい。フィルターの材質は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン又はナイロンが好ましい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルターろ過工程では、複数種のフィルターを直列又は並列に接続して用いてもよい。複数種のフィルターを使用する場合は、孔径又は材質が異なるフィルターを組み合わせて使用してもよい。また、各種材料を複数回ろ過してもよい。複数回ろ過する場合は、循環ろ過であってもよい。また、加圧してろ過を行ってもよい。加圧してろ過を行う場合、加圧する圧力は0.05MPa以上0.3MPa以下が好ましい。
フィルターを用いたろ過の他、吸着材を用いた不純物の除去処理を行ってもよい。フィルターろ過と吸着材を用いた不純物除去処理とを組み合わせてもよい。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができる。例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの無機系吸着材、活性炭などの有機系吸着材が挙げられる。
<硬化性樹脂組成物の用途>
本発明の硬化性樹脂組成物は、再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられることが好ましい。
また、その他、半導体デバイスの絶縁膜の形成、又は、ストレスバッファ膜の形成等にも用いることができる。
(硬化膜、積層体、半導体デバイス、及びそれらの製造方法)
次に、硬化膜、積層体、半導体デバイス、及びそれらの製造方法について説明する。
本発明の硬化膜は、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化してなる。本発明の硬化膜の膜厚は、例えば、0.5μm以上とすることができ、1μm以上とすることができる。また、上限値としては、100μm以下とすることができ、30μm以下とすることもできる。
本発明の硬化膜を2層以上、更には、3~7層積層して積層体としてもよい。本発明の積層体は、硬化膜を2層以上有し、硬化膜の間に金属層を有する積層体であることが好ましい。また、本発明の積層体は、硬化膜を2層以上含み、上記硬化膜同士のいずれかの間に金属層を含む態様が好ましい。例えば、第一の硬化膜、金属層、第二の硬化膜の3つの層がこの順に積層された層構造を少なくとも含む積層体が好ましく挙げられる。上記第一の硬化膜及び上記第二の硬化膜は、いずれも本発明の硬化膜であり、例えば、上記第一の硬化膜及び上記第二の硬化膜のいずれもが、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化してなる膜である態様が好ましく挙げられる。上記第一の硬化膜の形成に用いられる本発明の硬化性樹脂組成物と、上記第二の硬化膜の形成に用いられる本発明の硬化性樹脂組成物とは、組成が同一の組成物であってもよいし、組成が異なる組成物であってもよいが、製造適性上の観点からは、組成が同一の組成物であることが好ましい。このような金属層は、再配線層などの金属配線として好ましく用いられる。
本発明の硬化膜の適用可能な分野としては、半導体デバイスの絶縁膜、再配線層用層間絶縁膜、ストレスバッファ膜などが挙げられる。そのほか、封止フィルム、基板材料(フレキシブルプリント基板のベースフィルムやカバーレイ、層間絶縁膜)、又は上記のような実装用途の絶縁膜をエッチングでパターン形成することなどが挙げられる。これらの用途については、例えば、サイエンス&テクノロジー株式会社「ポリイミドの高機能化と応用技術」2008年4月、柿本雅明/監修、CMCテクニカルライブラリー「ポリイミド材料の基礎と開発」2011年11月発行、日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会/編「最新ポリイミド 基礎と応用」エヌ・ティー・エス,2010年8月等を参照することができる。
また、本発明における硬化膜は、オフセット版面又はスクリーン版面などの版面の製造、成形部品のエッチングへの使用、エレクトロニクス、特に、マイクロエレクトロニクスにおける保護ラッカー及び誘電層の製造などにも用いることもできる。
本発明の硬化膜の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」ともいう。)は、本発明の硬化性樹脂組成物を基材に適用して膜を形成する膜形成工程を含むことが好ましい。
更に、本発明の硬化膜の製造方法は、上記膜形成工程を含み、かつ、上記膜を露光する露光工程及び上記膜を現像する(上記膜に対して現像処理を行う)現像工程を更に含むことがより好ましい。
更に、本発明の硬化膜の製造方法は、上記膜形成工程(及び、必要に応じて上記現像工程)を含み、かつ、上記膜を50~450℃で加熱する加熱工程を更に含むことがより好ましい。
具体的には、以下の(a)~(d)の工程を含むことも好ましい。
(a)硬化性樹脂組成物を基材に適用して膜(硬化性樹脂組成物層)を形成する膜形成工程
(b)膜形成工程の後、膜を露光する露光工程
(c)露光された上記膜に対して現像処理を行う現像工程
(d)現像された上記膜を50~450℃で加熱する加熱工程
上記加熱工程において加熱することにより、露光で硬化した樹脂層を更に硬化させることができる。この加熱工程で、例えば上述の熱塩基発生剤が分解し、十分な硬化性が得られる。
本発明の好ましい実施形態に係る積層体の製造方法は、本発明の硬化膜の製造方法を含む。本実施形態の積層体の製造方法は、上記の硬化膜の製造方法に従って、硬化膜を形成後、更に、再度、(a)の工程、又は(a)~(c)の工程、又は(a)~(d)の工程を行う。特に、上記各工程を順に、複数回、例えば、2~5回(すなわち、合計で3~6回)行うことが好ましい。このように硬化膜を積層することにより、積層体とすることができる。本発明では特に硬化膜を設けた部分の上又は硬化膜の間、又はその両者に金属層を設けることが好ましい。なお、積層体の製造においては、(a)~(d)の工程をすべて繰り返す必要はなく、上記のとおり、少なくとも(a)、好ましくは(a)~(c)又は(a)~(d)の工程を複数回行うことで硬化膜の積層体を得ることができる。
<膜形成工程(層形成工程)>
本発明の好ましい実施形態に係る製造方法は、硬化性樹脂組成物を基材に適用して膜(層状)にする、膜形成工程(層形成工程)を含む。
基材の種類は、用途に応じて適宜定めることができるが、シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体作製基材、石英、ガラス、光学フィルム、セラミック材料、蒸着膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Feなどの金属基材、紙、SOG(Spin On Glass)、TFT(薄膜トランジスタ)アレイ基材、プラズマディスプレイパネル(PDP)の電極板など特に制約されない。本発明では、特に、半導体作製基材が好ましく、シリコン基材がより好ましい。
また、基材としては、例えば板状の基材(基板)が用いられる。
また、樹脂層の表面や金属層の表面に硬化性樹脂組成物層を形成する場合は、樹脂層や金属層が基材となる。
硬化性樹脂組成物を基材に適用する手段としては、塗布が好ましい。
具体的には、適用する手段としては、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スプレーコート法、スピンコート法、スリットコート法、及びインクジェット法などが例示される。硬化性樹脂組成物層の厚さの均一性の観点から、より好ましくはスピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、インクジェット法である。方法に応じて適切な固形分濃度や塗布条件を調整することで、所望の厚さの樹脂層を得ることができる。また、基材の形状によっても塗布方法を適宜選択でき、ウェハ等の円形基材であればスピンコート法やスプレーコート法、インクジェット法等が好ましく、矩形基材であればスリットコート法やスプレーコート法、インクジェット法等が好ましい。スピンコート法の場合は、例えば、500~2,000rpm(revolutions per minute)の回転数で、10秒~1分程度適用することができる。
また、あらかじめ仮支持体上に上記付与方法によって付与して形成した塗膜を、基材上に転写する方法を適用することもできる。
転写方法に関しては特開2006-023696号公報の段落0023、0036~0051や、特開2006-047592号公報の段落0096~0108に記載の作製方法を本発明においても好適に用いることができる。
<乾燥工程>
本発明の製造方法は、上記膜(硬化性樹脂組成物層)を形成後、膜形成工程(層形成工程)の後に、溶剤を除去するために乾燥する工程を含んでいてもよい。好ましい乾燥温度は50~150℃で、70℃~130℃がより好ましく、90℃~110℃が更に好ましい。乾燥時間としては、30秒~20分が例示され、1分~10分が好ましく、3分~7分がより好ましい。
<露光工程>
本発明の製造方法は、上記膜(硬化性樹脂組成物層)を露光する露光工程を含んでもよい。露光量は、硬化性樹脂組成物を硬化できる限り特に定めるものではないが、例えば、波長365nmでの露光エネルギー換算で100~10,000mJ/cm照射することが好ましく、200~8,000mJ/cm照射することがより好ましい。
露光波長は、190~1,000nmの範囲で適宜定めることができ、240~550nmが好ましい。
露光波長は、光源との関係でいうと、(1)半導体レーザー(波長 830nm、532nm、488nm、405nm etc.)、(2)メタルハライドランプ、(3)高圧水銀灯、g線(波長 436nm)、h線(波長 405nm)、i線(波長 365nm)、ブロード(g,h,i線の3波長)、(4)エキシマレーザー、KrFエキシマレーザー(波長 248nm)、ArFエキシマレーザー(波長 193nm)、F2エキシマレーザー(波長 157nm)、(5)極端紫外線;EUV(波長 13.6nm)、(6)電子線等が挙げられる。本発明の硬化性樹脂組成物については、特に高圧水銀灯による露光が好ましく、中でも、i線による露光が好ましい。これにより、特に高い露光感度が得られうる。
<現像工程>
本発明の製造方法は、露光された膜(硬化性樹脂組成物層)に対して、現像処理を行う現像工程を含んでもよい。現像を行うことにより、露光されていない部分(非露光部)が除去される。現像方法は、所望のパターンを形成できれば特に制限は無く、例えば、パドル、スプレー、浸漬、超音波等の現像方法が採用可能である。
現像は現像液を用いて行う。現像液は、露光されていない部分(非露光部)が除去されるのであれば、特に制限なく使用できる。
本発明において、現像液としてアルカリ現像液を用いる場合をアルカリ現像、現像液として有機溶剤を50質量%以上含む現像液を用いる場合を溶剤現像という。
アルカリ現像において、現像液は、有機溶剤の含有量が現像液の全質量に対して50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましく、有機溶剤を含まないことが特に好ましい。
アルカリ現像における現像液は、pHが10~14である水溶液がより好ましい。
アルカリ現像における現像液に含まれるアルカリ化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、アンモニア又はアミンなどが挙げられる。アミンとしては、例えば、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、アルカノールアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、四級アンモニウム水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)又は水酸化テトラエチルアンモニウムなどが挙げられる。なかでも金属を含まないアルカリ化合物が好ましく、アミンがより好ましい。
アルカリ化合物は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。アルカリ化合物が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
溶剤現像において、現像液は、有機溶剤を90%以上含むことがより好ましい。本発明では、現像液は、ClogP値が-1~5の有機溶剤を含むことが好ましく、ClogP値が0~3の有機溶剤を含むことがより好ましい。ClogP値は、ChemBioDrawにて構造式を入力して計算値として求めることができる。
有機溶剤は、エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸-n-ブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、アルキルオキシ酢酸アルキル(例:アルキルオキシ酢酸メチル、アルキルオキシ酢酸エチル、アルキルオキシ酢酸ブチル(例えば、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル等))、3-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例:3-アルキルオキシプロピオン酸メチル、3-アルキルオキシプロピオン酸エチル等(例えば、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等))、2-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例:2-アルキルオキシプロピオン酸メチル、2-アルキルオキシプロピオン酸エチル、2-アルキルオキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-エトキシプロピオン酸メチル、2-エトキシプロピオン酸エチル))、2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸メチル及び2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸エチル(例えば、2-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-エトキシ-2-メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸メチル、2-オキソブタン酸エチル等、並びに、エーテル類として、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピ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プロピルエーテルアセテート等、並びに、ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、N-メチル-2-ピロリドン等、並びに、芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、リモネン等、スルホキシド類としてジメチルスルホキシドが好適に挙げられる。
本発明では、特にシクロペンタノン、γ-ブチロラクトンが好ましく、シクロペンタノンがより好ましい。
現像時間としては、10秒~5分が好ましい。現像時の現像液の温度は、特に定めるものではないが、通常、20~40℃で行うことができる。
現像液を用いた処理の後、更に、リンスを行ってもよい。溶剤現像の場合、リンスは、現像液とは異なる有機溶剤で行うことが好ましい。アルカリ現像の場合、リンスは、純水を用いて行うことが好ましい。
リンス時間は、5秒~1分が好ましい。
<加熱工程>
本発明の製造方法は、現像された上記膜を50~450℃で加熱する工程(加熱工程)を含むことが好ましい。
加熱工程は、膜形成工程(層形成工程)、乾燥工程、及び現像工程の後に含まれることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は特定樹脂以外の重合性化合物を含むが、特定樹脂以外の未反応の重合性化合物の硬化反応、特定樹脂における未反応の重合性基の硬化反応などをこの工程で進行させることができる。
また、特定樹脂がポリイミド前駆体であり、かつ、硬化性樹脂組成物が熱塩基発生剤を含む場合、加熱工程では、例えば熱塩基発生剤が分解することにより塩基が発生し、ポリイミド前駆体の環化反応が進行する。
加熱工程における層の加熱温度(最高加熱温度)としては、50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましく、140℃以上であることが更に好ましく、150℃以上であることが特に好ましく、160℃以上であることが一層好ましく、170℃以上であることが最も好ましい。上限としては、450℃以下であることが好ましく、350℃以下であることがより好ましく、250℃以下であることが更に好ましく、220℃以下であることが特に好ましい。
加熱は、加熱開始時の温度から最高加熱温度まで1~12℃/分の昇温速度で行うことが好ましく、2~10℃/分がより好ましく、3~10℃/分が更に好ましい。昇温速度を1℃/分以上とすることにより、生産性を確保しつつ、アミンの過剰な揮発を防止することができ、昇温速度を12℃/分以下とすることにより、硬化膜の残存応力を緩和することができる。
加熱開始時の温度は、20℃~150℃が好ましく、20℃~130℃がより好ましく、25℃~120℃が更に好ましい。加熱開始時の温度は、最高加熱温度まで加熱する工程を開始する際の温度のことをいう。例えば、硬化性樹脂組成物を基材の上に適用した後、乾燥させる場合、この乾燥後の膜(層)の温度であり、例えば、硬化性樹脂組成物に含まれる溶剤の沸点よりも、30~200℃低い温度から徐々に昇温させることが好ましい。
加熱時間(最高加熱温度での加熱時間)は、10~360分であることが好ましく、20~300分であることがより好ましく、30~240分であることが更に好ましい。
特に多層の積層体を形成する場合、硬化膜の層間の密着性の観点から、加熱温度は180℃~320℃で加熱することが好ましく、180℃~260℃で加熱することがより好ましい。その理由は定かではないが、この温度とすることで、層間の特定樹脂における重合性基同士が架橋反応を進行するためと考えられる。
加熱は段階的に行ってもよい。例として、25℃から180℃まで3℃/分で昇温し、180℃にて60分保持し、180℃から200℃まで2℃/分で昇温し、200℃にて120分保持する、といった前処理工程を行ってもよい。前処理工程としての加熱温度は100~200℃が好ましく、110~190℃であることがより好ましく、120~185℃であることが更に好ましい。この前処理工程においては、米国特許9159547号明細書に記載のように紫外線を照射しながら処理することも好ましい。このような前処理工程により膜の特性を向上させることが可能である。前処理工程は10秒間~2時間程度の短い時間で行うとよく、15秒~30分間がより好ましい。前処理は2段階以上のステップとしてもよく、例えば100~150℃の範囲で前処理工程1を行い、その後に150~200℃の範囲で前処理工程2を行ってもよい。
更に、加熱後冷却してもよく、この場合の冷却速度としては、1~5℃/分であることが好ましい。
加熱工程は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを流す等により、低酸素濃度の雰囲気で行うことが特定樹脂の分解を防ぐ点で好ましい。酸素濃度は、50ppm(体積比)以下が好ましく、20ppm(体積比)以下がより好ましい。
<金属層形成工程>
本発明の製造方法は、現像処理後の膜(硬化性樹脂組成物層)の表面に金属層を形成する金属層形成工程を含むことが好ましい。
金属層としては、特に限定なく、既存の金属種を使用することができ、銅、アルミニウム、ニッケル、バナジウム、チタン、クロム、コバルト、金及びタングステンが例示され、銅及びアルミニウムがより好ましく、銅が更に好ましい。
金属層の形成方法は、特に限定なく、既存の方法を適用することができる。例えば、特開2007-157879号公報、特表2001-521288号公報、特開2004-214501号公報、特開2004-101850号公報に記載された方法を使用することができる。例えば、フォトリソグラフィ、リフトオフ、電解メッキ、無電解メッキ、エッチング、印刷、及びこれらを組み合わせた方法などが考えられる。より具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィ及びエッチングを組み合わせたパターニング方法、フォトリソグラフィと電解メッキを組み合わせたパターニング方法が挙げられる。
金属層の厚さとしては、最も厚肉の部分で、0.1~50μmが好ましく、1~10μmがより好ましい。
<積層工程>
本発明の製造方法は、更に、積層工程を含むことが好ましい。
積層工程とは、硬化膜(樹脂層)又は金属層の表面に、再度、(a)膜形成工程(層形成工程)、(b)露光工程、(c)現像工程、(d)加熱工程を、この順に行うことを含む一連の工程である。ただし、(a)の膜形成工程のみを繰り返す態様であってもよい。また、(d)加熱工程は積層の最後又は中間に一括して行う態様としてもよい。すなわち、(a)~(c)の工程を所定の回数繰り返し行い、その後に(d)の加熱をすることで、積層された硬化性樹脂組成物層を一括で硬化する態様としてもよい。また、(c)現像工程の後には(e)金属層形成工程を含んでもよく、このときにも都度(d)の加熱を行ってもよいし、所定回数積層させた後に一括して(d)の加熱を行ってもよい。積層工程には、更に、上記乾燥工程や加熱工程等を適宜含んでいてもよいことは言うまでもない。
積層工程後、更に積層工程を行う場合には、上記加熱工程後、上記露光工程後、又は、上記金属層形成工程後に、更に、表面活性化処理工程を行ってもよい。表面活性化処理としては、プラズマ処理が例示される。
上記積層工程は、2~5回行うことが好ましく、3~5回行うことがより好ましい。
例えば、樹脂層/金属層/樹脂層/金属層/樹脂層/金属層のような、樹脂層が3層以上7層以下の構成が好ましく、3層以上5層以下が更に好ましい。
本発明では特に、金属層を設けた後、更に、上記金属層を覆うように、上記硬化性樹脂組成物の硬化膜(樹脂層)を形成する態様が好ましい。具体的には、(a)膜形成工程、(b)露光工程、(c)現像工程、(e)金属層形成工程、(d)加熱工程の順序で繰り返す態様、又は、(a)膜形成工程、(b)露光工程、(c)現像工程、(e)金属層形成工程の順序で繰り返し、最後又は中間に一括して(d)加熱工程を設ける態様が挙げられる。硬化性樹脂組成物層(樹脂層)を積層する積層工程と、金属層形成工程を交互に行うことにより、硬化性樹脂組成物層(樹脂層)と金属層を交互に積層することができる。
本発明は、本発明の硬化膜又は積層体を含む半導体デバイスも開示する。本発明の硬化性樹脂組成物を再配線層用層間絶縁膜の形成に用いた半導体デバイスの具体例としては、特開2016-027357号公報の段落0213~0218の記載及び図1の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
(ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体)
本発明のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体は、下記式(1-2)で表される構造を含むことが好ましい。
Figure 0007265627000067
式(1-2)中、Xは単結合又はn+1価の連結基を表し、Zは重合性基を有する基を表し、nは1以上の整数を表す。
上記式(1-2)は、特定樹脂における式(1-2)と同義であり、好ましい態様も同様である。
本発明のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体は、上記式(1-2)で表される構造を必須とする以外は、上述の特定樹脂におけるポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体と同義であり、好ましい態様も同様である。
<用途>
本発明のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体は、硬化性樹脂組成物に含まれる樹脂として用いられることが好ましい。
また、例えば層間絶縁膜用の組成物など、従来のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体が用いられる組成物において、特に制限なく、従来のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体の一部又は全部を本発明のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体に置き換えて用いることができる。
本発明のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体は得られる硬化膜の破断伸びに優れるため、本発明のポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド前駆体、又は、ポリベンゾオキサゾール前駆体は、例えば、絶縁膜などの、硬化膜の強度が要求される部材の材料として、好適に用いられると考えられる。
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。以下、「部」、「%」は特に述べない限り、質量基準である。
また、実施例におけるSA-1~SA-9は、上述のスルホンアミド含有ジアミンの具体例におけるSA-1~SA-9と同一である。
(特定樹脂の合成)
<合成例1:スルホンアミド含有ジアミン(SA-1)の合成>
コンデンサー及び撹拌機を取り付けた3つ口フラスコに、クロロスルホン酸350.0gを秤取し、次いで、氷冷中、トルエン(富士フイルム和光純薬(株)製)46.1gを添加し、氷冷にて1時間撹拌した。反応液を60℃まで昇温し、3時間撹拌した。本反応液を撹拌しながら、室温まで冷却し、1Lの氷水と1Lのクロロホルム混合液に滴下し、30分撹拌した後、これを分液ロートに移し、有機層(クロロホルム層)を取り出した。本クロロホルム溶液を再度分液ロートに移し、飽和重層水にて洗浄した後、純水にて2回分液洗浄し、次いで、飽和食塩水にて分液洗浄した。有機層(クロロホルム層)を三角フラスコに移し、硫酸マグネシウム30gを添加し、撹拌し、固形物をろ過で取り除いた後、エバポレーターを用いてクロロホルムを留去し、室温で24時間真空乾燥し、目的物の前駆体S-1(4-メチルベンゼン-1,3-ジスルホン酸クロリド体)を70.0g得た。前駆体(S-1)であることはNMRスペクトルから確認した。前駆体S-1についてH-NMRによる分析を行った。その結果を以下に示す。
H-NMRデータ(重クロロホルム、400MHz、内部標準:テトラメチルシラン)
δ(ppm)=2.95(s、3H)、7.73-7.75(d、1H)、8.24-8.27(d、1H)、8.70(s、1H)
コンデンサー及び撹拌機を取り付けた3つ口フラスコに、1,4-フェニレンジアミン(東京化成工業(株)製)97.3g、アセトニトリル400gを秤量し、0~5℃に冷却しながら撹拌した。上記で得られた前駆体(S-1)43.4gをテトラヒドロフラン400gに溶解した後、滴下ロートに移し、撹拌中の上記三口フラスコ内に1時間かけて滴下し、次いで1時間撹拌した。本反応液を室温に戻し、2時間撹拌した後、1mol/L水酸化ナトリウム水溶液615g、純水500gを添加し、溶解した。本反応液を分液ロートに移し、酢酸エチル500mLで3回分液洗浄し、水層を回収した。ビーカーに塩化アンモニウム(関東化学(株)製)33.7gを秤量し、純水2Lに溶解し、室温にて撹拌した。上記水層をビーカーに滴下し、析出した結晶を濾収し、結晶を純水1Lでリスラリー洗浄後、結晶を濾収し、次いで結晶をクロロホルム500mLでリスラリー洗浄後、結晶を濾収し、40℃で24時間真空乾燥し、目的物(SA-1)56.5gを得た。目的物であることはNMRスペクトルから確認した。
目的物(SA-1)についてH-NMRによる分析を行った。その結果を以下に示す。
H-NMRデータ(重DMSO、400MHz、内部標準:テトラメチルシラン)
δ(ppm)=2.55(s、3H)、5.00(s、4H)、6.35-6.38(t、4H)、6.55-6.57(d、2H)、6.60-6.62(d、2H)、7.46-7.48(d、1H)、7.58-7.61(d、1H)、8.10(s-1H)、9.61(s-1H)、9.75(s-1H)
同様にして、SA-2~SA-4を合成することができる。
<合成例2:スルホンアミド含有ジアミン(SA-5)の合成>
国際公開第2017/002407号に記載の合成方法を参考に合成を行った。
具体的には、下記スキームに従い合成した。
Figure 0007265627000068
〔中間体Aの合成〕
ジアミノメシチレンスルホン酸(富士フイルム和光純薬(株)製)(60g)、アセトニトリル(富士フイルム和光純薬(株)製)(380g)、ピリジン(富士フイルム和光純薬(株)製)(23g)をフラスコに入れた。次いで、氷冷下、トリフルオロ酢酸無水物(富士フイルム和光純薬(株)製)(115g)を慎重に滴下した後、70℃で2時間反応させた。得られた溶液を室温(25℃)まで冷却後、メタノール(富士フイルム和光純薬(株)製)(30g)を加え、1時間撹拌した。得られた溶液を減圧濃縮後、塩酸を用いて精製し、中間体A(110g)を得た。
〔中間体Bの合成〕
アセトニトリル(富士フイルム和光純薬(株)製)(440mL)、中間体A(68g)をフラスコに入れた。次いで、塩化チオニル(富士フイルム和光純薬(株)製)(115g)、ジメチルホルムアミド(富士フイルム和光純薬(株)製)(0.9g)を慎重に加えた後、発熱、発泡に注意しながら内温を70℃まで上昇させ2時間撹拌した。得られた反応混合物を減圧留去後、反応混合物を氷にあけ、精製し中間体B(65g)を得た。
〔中間体Cの合成〕
アンモニア水(富士フイルム和光純薬(株)製)(90g)をフラスコに入れた。次いで、氷冷下、中間体B(43g)をテトラヒドロフラン(富士フイルム和光純薬(株)製)(130g)に懸濁させた液を慎重に加えた。得られた溶液を40℃で2時間撹拌した後、減圧濃縮し、精製して中間体C(30g)を得た。
〔SA-5の合成〕
中間体C(30g)、メタノール(富士フイルム和光純薬(株)製)(100g)をフラスコに入れた。次いで、メタンスルホン酸(富士フイルム和光純薬(株)製)(30g)を慎重に加え、発熱に注意しながら昇温し、120℃で30分撹拌した。得られた反応溶液を冷却した後、反応溶液を炭酸カリウム溶液にあけた後、精製してSA-5(11g)を得た。
同様にして、SA-6~SA-9を合成することができる。
<合成例3:ポリイミド(PI-1)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-1 10.81g(25ミリモル)、及び、2,4-ジアミノ-1,3,5-トリメチルベンゼン 3.75g(25ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)100.0gに溶解させた。続いて、オキシジフタル酸二無水物15.51g(50ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。続いて、トルエンを30mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、ピリジン5.93g(75ミリモル)、p-メトキシフェノール0.01gを加え、溶解した。この溶液に、メタクリル酸クロリド5.53g(55ミリモル)を滴下し、25℃で2時間撹拌した後、更に60℃で3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、1.5リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1リットルの水でかけ洗いした後、濾物を1.5リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-1を得た。PI-1の重量平均分子量(Mw)は28,900であり、数平均分子量(Mn)は12,300であった
PI-1の構造は下記式(PI-1)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000069
<合成例4:ポリイミド(PI-2)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-2 25.13g(50ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)160.0gに溶解させた。続いて、オキシジフタル酸二無水物15.51g(50ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。続いて、トルエンを40mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、ピリジン9.50g(120ミリモル)、p-メトキシフェノール0.01gを加え、溶解した。この溶液に、メタクリル酸クロリド10.98g(105ミリモル)を滴下し、25℃で2時間撹拌した後、更に60℃で3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、2リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1.5リットルの水でかけ洗いした後、濾物を2リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-2を得た。PI-2の重量平均分子量(Mw)は30,900であり、数平均分子量(Mn)は13,800であった。
PI-2の構造は下記式(PI-2)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000070
<合成例5:ポリイミド(PI-3)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-3 28.93g(50ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)160.0gに溶解させた。続いて、オキシジフタル酸二無水物15.51g(50ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。続いて、トルエンを40mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、ピリジン9.50g(120ミリモル)、p-メトキシフェノール0.01gを加え、溶解した。この溶液に、アクリル酸クロリド9.50g(105ミリモル)を滴下し、25℃で2時間撹拌した後、更に60℃で3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、2リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1.5リットルの水でかけ洗いした後、濾物を2リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-3を得た。PI-3の重量平均分子量(Mw)は29,500であり、数平均分子量(Mn)は12,900であった。
PI-3の構造は下記式(PI-3)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000071
<合成例6:ポリイミド(PI-4)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-5 3.44g(15ミリモル)、及び、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル 7.01g(35ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)90.0gに溶解させた。続いて、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物22.1g(50ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。続いて、トルエンを40mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、ピリジン1.58g(20ミリモル)、p-メトキシフェノール0.005gを加え、溶解した。この溶液に、メタクリル酸クロリド 1.82g(18ミリモル)を滴下し、25℃で2時間撹拌した後、更に60℃で3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、2リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1.5リットルの水でかけ洗いした後、濾物を2リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-4を得た。PI-4の重量平均分子量(Mw)は32,400であり、数平均分子量(Mn)は13,500であった。
PI-4の構造は下記式(PI-4)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000072
<合成例7:ポリイミド(PI-5)の合成>
上記PI-4の合成において、メタクリル酸クロリドの代わりに、下記式(Cl-A)で表される化合物を使用した以外は、PI-4の合成と同様の方法により、PI-5を合成した。PI-5の重量平均分子量(Mw)は33,500であり、数平均分子量(Mn)は14,800であった。
PI-5の構造は下記式(PI-5)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000073
Figure 0007265627000074
<合成例8:ポリイミド(PI-6)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-9 5.62g(30ミリモル)、及び、3,5-ジアミノ安息香酸10.65g(70ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)100.0gに溶解させた。続いて、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物44.2g(100ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。次いで、トルエンを50mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、グリジジルメタクリレート14.2g(100ミリモル)、テトラブチルアンモニウムブロミド1.61g(5ミリモル)、p-メトキシフェノール 0.10g、及び、N-メチルピロリドン 100.0gを添加し、溶解し、90℃に昇温し18時間撹拌した。次いで、室温まで冷却した後、2.5リットルの水の中でポリイミドを沈殿させ、水-ポリイミド混合物を2,000rpmの速度で30分間撹拌した。ポリイミド前駆体樹脂を濾過して除き、濾物を1.5リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-6を得た。PI-6の重量平均分子量(Mw)は33,500であり、数平均分子量(Mn)は14,800であった。
PI-6の構造は下記式(PI-6)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000075
<合成例9:ポリイミド(PI-7)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-5 9.17g(40ミリモル)及び3,5-ジアミノ安息香酸9.15g(60ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)120.0gに溶解させた。続いて、オキシジフタル酸二無水物 31.0g(100ミリモル)を添加し、40℃の温度で1時間撹拌した。次いで、トルエンを50mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル 3.90g(30ミリモル)、ブレンマーAP-400(日油(株)製) 12.8g(30ミリモル)、N,N’-ジメチルアミノピリジン 0.61g(5ミリモル)、p-メトキシフェノール 0.06g及びN-メチルピロリドン 100.0gを添加し、溶解させ、0℃に冷却した。次いで、ジイソプロピルカルボジイミド12.6g(100ミリモル)を添加し、10℃以下で5時間撹拌し、室温まで昇温した。次いで、2リットルの水の中でポリイミドを沈殿させ、水-ポリイミド混合物を2,000rpmの速度で30分間撹拌した。ポリイミド前駆体樹脂を濾過して除き、濾物を1.5リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-7を得た。PI-7の重量平均分子量(Mw)は24,300であり、数平均分子量(Mn)は10,800であった。
PI-7の構造は下記式(PI-7)により表される構造であると推測される。式(PI-7)中、*はRが結合する酸素原子との結合部位を表す。
Figure 0007265627000076
上記(PI-7)中、Cの記載には、1-メチルエチレン基(下記(P1))と2-メチルエチレン基(下記(P2))がランダムに含まれる。下記式(P1)及び式(P2)中、*は式(PI-7)におけるR中のアクリレート基側の構造と結合し、*は式(PI-7)におけるR中の*側の構造と結合する。
Figure 0007265627000077
<合成例10:ポリイミド(PI-8)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-5 0.45g(2ミリモル)及び3,5-ジアミノ安息香酸14.91g(98ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP)120.0gに溶解させた。続いて、オキシジフタル酸二無水物 18.6g(60ミリモル)、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物 17.7g(40ミリモル)を添加し、40℃の温度で1時間撹拌した。次いで、トルエンを50mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、ブレンマーPE-200(日油(株)製) 28.4g(100ミリモル)N,N’-ジメチルアミノピリジン 0.61g(5ミリモル)、p-メトキシフェノール 0.06g及びN-メチルピロリドン 100.0gを添加し、溶解させ、0℃に冷却した。次いで、ジイソプロピルカルボジイミド12.6g(100ミリモル)を添加し、10℃以下で5時間撹拌し、室温まで昇温した。次いで、2リットルの水の中でポリイミドを沈殿させ、水-ポリイミド混合物を2,000rpmの速度で30分間撹拌した。ポリイミド前駆体樹脂を濾過して除き、濾物を1.5リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-8を得た。PI-8の重量平均分子量(Mw)は32,300であり、数平均分子量(Mn)は12,800であった。
PI-8の構造は下記式(PI-8)により表される構造であると推測される。式(PI-8)中、*はRが結合する酸素原子との結合部位を表す。
Figure 0007265627000078
<合成例11:ポリイミド(PI-9)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-1 10.81g(25ミリモル)、及び、9,9-ビス(4-アミノ-3-メチルフェニル)フルオレン 9.41g(25ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP) 100.0gに溶解させた。続いて、オキシジフタル酸二無水物 15.51g(50ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。続いて、トルエンを30mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、4時間撹拌した。上記反応液を25℃まで冷却した後、ピリジン 5.93g(75ミリモル)、p-メトキシフェノール 0.01gを加え、溶解した。この溶液に、メタクリル酸クロリド 5.53g(55ミリモル)を滴下し、25℃で2時間撹拌した後、更に60℃で3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、1.5リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1リットルの水でかけ洗いした後、濾物を1.5リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PI-9を得た。PI-9の重量平均分子量(Mw)は27,600であり、数平均分子量(Mn)は10,300であった
PI-9の構造は下記式(PI-9)により表される構造であると推測される。
PI-9の構造は下記式(PI-9)により表される構造であると推測される。式(PI-9)中、*はRが結合する酸素原子との結合部位を表す。
Figure 0007265627000079
<合成例12:ポリイミド前駆体(PA-1)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、オキシジフタル酸二無水物 20.0g(64.5ミリモル)をジグリム 140mL中に懸濁させた。2-ヒドロキシエチルメタクリレート 16.8g(129ミリモル)、ヒドロキノン 0.05g及びピリジン 10.7g(135ミリモル)を続いて添加し、60℃の温度で18時間撹拌した。次いで、混合物を-20℃まで冷却した後、塩化チオニル 16.1g(135.5ミリモル)を90分かけて滴下した。ピリジニウムヒドロクロリドの白色沈澱が得られた。次いで、混合物を室温まで温め、2時間撹拌した後、ピリジン 9.7g(123ミリモル)及びN-メチルピロリドン(NMP) 25mLを添加し、透明溶液を得た。次いで、得られた透明溶液に、SA-6 3.27g(17.6ミリモル)、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル8.23g(41.1ミリモル)をNMP 100mL中に溶解させたものを、1時間かけて滴下により添加した。上記ジアミンを添加している間、粘度が増加した。次いで、メタノール 5.6g(17.5ミリモル)と3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシトルエン 0.05gを加え、混合物を2時間撹拌した。次いで、4リットルの水の中でポリイミド前駆体樹脂を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体樹脂混合物を500rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体樹脂を濾過して除き、4リットルの水の中で再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体樹脂を減圧下で、45℃で1日間乾燥した。このポリイミド前駆体PA-1の分子量は、Mw=30,100、Mn=13,100であった。
PA-1の構造は下記式(PA-1)により表される構造であると推測される。
Figure 0007265627000080
<合成例13:ポリイミド前駆体(PA-2)の合成>
PA-1の合成において、2-ヒドロキシエチルメタクリレート16.8g(129ミリモル)に代えて、2-ヒドロキシエチルメタクリレート 13.01g(100ミリモル)及びグリシドール 2.24g(30ミリモル)を用いた以外は、PA-1の合成と同様の方法によりPA-2を合成した
PA-2の重量平均分子量(Mw)は22,000であり、数平均分子量(Mn)は10,500であった。
PA-2の構造は下記式(PA-2)により表される構造であると推測される。式(PA-2)中、*はRが結合する酸素原子との結合部位を表す。
Figure 0007265627000081
<合成例14:ポリベンゾオキサゾール(PB-1)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-7 5.03g(25ミリモル)、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジアニリン 8.36g(25ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP) 75.8g中に溶解させた。次に、ABO-001(イハラニッケイ工業(株)製、下記構造の化合物) 15.4g(48ミリモル)をNMP 87.3gに溶解したものを、1時間かけて滴下し、25℃で2時間撹拌した。次いで、ピリジン7.91g(100ミリモル)、p-メトキシフェノール 0.01g、メタクリル酸クロリド 2.82g(27ミリモル)を順に添加し、60℃で、3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、2リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1.5リットルの水でかけ洗いした。得られた樹脂を減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PB-1を得た。PB-1の重量平均分子量(Mw)は23,500であり、数平均分子量(Mn)は10,900であった
PB-1の構造は下記式(PB-1)により表される構造であると推測される。式(PB-1)中、*はRが結合する窒素原子との結合部位を表す。
Figure 0007265627000082
Figure 0007265627000083
<合成例15:ポリベンゾオキサゾール前駆体(PBA-1)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、SA-1 8.65g(20ミリモル)、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル(和歌山精化(株)製) 6.49g(30ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP) 85.8g中に溶解させた。次に、イソフタル酸クロリド 9.74g(48ミリモル)をNMP 55.0gに溶解したものを、1時間かけて滴下し、25℃で2時間撹拌した。次いで、ピリジン 7.91g(100ミリモル)、p-メトキシフェノール 0.01g、メタクリル酸クロリド 2.09g(20ミリモル)を順に添加し、60℃で、3時間撹拌した。これを25℃に冷却し、2リットルの水/メタノール=75/25(体積比)中で沈殿させ、2,000rpmの速度で30分間撹拌した。析出したポリイミド樹脂を濾過して除き、1.5リットルの水でかけ洗いした。得られた樹脂を減圧下で、40℃で1日間乾燥し、PBA-1を得た。PBA-1の重量平均分子量(Mw)は24,600であり、数平均分子量(Mn)は11,000であった。
PBA-1の構造は下記式(PBA-1)により表される構造であると推測される。式(PBA-1)中、*はRが結合する酸素原子又は窒素原子との結合部位を表す。
Figure 0007265627000084
<合成例16:ポリベンゾオキサゾール前駆体(PBA-2)の合成>
PBA-1の合成において、SA-1をSA-6に、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニルを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に、イソフタル酸クロリドをテレフタル酸クロリドに、それぞれ変更した以外はPBA-1と同様の方法により、PBA-2を合成した。
PBA-2の重量平均分子量(Mw)は28,000であり、数平均分子量(Mn)は12,500であった。
PBA-1の構造は下記式(PBA-2)により表される構造であると推測される。式(PBA-2)中、*はRが結合する酸素原子又は窒素原子との結合部位を表す。
また、角括弧の添え字は各繰返し単位の含有比(モル比)を表す。
Figure 0007265627000085
<合成例17:比較例用ポリイミド(A-1)の合成>
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、1,3-フェニレンジアミン 20.0g(100ミリモル)をN-メチルピロリドン(NMP) 200.0gに溶解させた。続いて、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物 44.4g(100ミリモル)を添加し、40℃の温度で2時間撹拌した。次いで、トルエンを50mL添加した後、200ml/minの流量の窒素をフローしながら、温度を180℃に昇温し、6時間撹拌し、室温まで冷却した。次いで、N-メチルピロリドン 130.0gを添加し、希釈した後、2リットルの水の中でポリイミドを沈殿させ、水-ポリイミド混合物を2,000rpmの速度で30分間撹拌した。ポリイミド前駆体樹脂を濾過して除き、濾物を1.5リットルのメタノールに混合して再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミドを減圧下で、40℃で1日間乾燥し、A-1を得た。A-1重量平均分子量(Mw)は32,100であり、数平均分子量(Mn)は15,500であった。
比較例用ポリイミド(A-1)は式(1-1)で表される構造を含まず、特定樹脂には該当しない。
<合成例18:比較例用ポリイミド前駆体(A-2)の合成>
4,4’-オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gをセパラブルフラスコに入れ、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)134.0g及びγ-ブチロラクトン400mlを加えた。室温下で撹拌しながら、ピリジン79.1gを加えることにより、反応混合物を得た。反応による発熱の終了後、室温まで放冷し、更に16時間静置した。
次に、氷冷下において、反応混合物に、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)206.3gをγ-ブチロラクトン180mlに溶解した溶液を、撹拌しながら40分かけて加えた。続いて、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル93.0gをγ-ブチロラクトン350mlに懸濁した懸濁液を、撹拌しながら60分かけて加えた。更に室温で2時間撹拌した後、エチルアルコール30mlを加えて1時間撹拌した。その後、γ-ブチロラクトン400mlを加えた。反応混合物に生じた沈殿物を、ろ過により取り除き、反応液を得た。
得られた反応液を3リットルのエチルアルコールに加えて、粗ポリマーからなる沈殿物を生成した。生成した粗ポリマーを濾取し、テトラヒドロフラン1.5リットルに溶解して粗ポリマー溶液を得た。得られた粗ポリマー溶液を28リットルの水に滴下してポリマーを沈殿させ、得られた沈殿物を濾取した後に真空乾燥することにより、粉末状のポリマーA-2を得た。このポリマーA-2の重量平均分子量(Mw)を測定したところ、20,000であった。
<合成例19:比較例用ポリイミド前駆体(A-3)の合成>
合成例18において、4,4’-オキシジフタル酸二無水物155.1gに代えて、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物147.1gを用いた以外は、合成例18に記載の方法と同様にして反応を行うことにより、ポリマーA-3を得た。このポリマーA-3の重量平均分子量(Mw)を測定したところ、22,000であった。
<実施例及び比較例>
各実施例において、それぞれ、下記表1に記載の成分を混合し、各硬化性樹脂組成物を得た。また、各比較例において、それぞれ、下記表1に記載の成分を混合し、各比較用組成物を得た。得られた硬化性樹脂組成物及び比較用組成物を、細孔の幅が0.8μmのポリテトラフルオロエチレン製フィルターを通して加圧ろ過した。
表1中、「質量部」の欄の数値は各成分の含有量(質量部)を示している。
表1中、例えば、「種類」の欄の「PI-1/PI-2」、「質量部」の欄の「16/16」等の記載は、PI-1を16質量部、PI-2を16質量部それぞれ使用したことを示している。
また、表1中、「-」の記載は該当する成分を含有していないことを示している。
Figure 0007265627000086
表1に記載した各成分の詳細は下記の通りである。
〔特定樹脂又は比較用樹脂〕
・PI-1~PI-7:上記で合成したPI-1~PI-7
・PA-1~PA-2:上記で合成したPA-1~PA-2
・PB-1:上記で合成したPB-1
・PBA-1~PBA-2:上記で合成したPBA-1~PBA-2
・A-1~A-2:上記で合成したA-1~A-2
〔溶剤〕
・DMSO:ジメチルスルホキシド
・GBL:γ-ブチロラクトン
・乳酸エチル
・NMP:N-メチルピロリドン
表1中、DMSO/GBLの記載は、DMSOとGBLをDMSO:GBL=20:80(質量比)の割合で混合したことを示している。
表1中、NMP/乳酸エチルの記載は、NMPと乳酸エチルをNMP:乳酸エチル=80:20(質量比)の割合で混合したことを示している。
〔重合開始剤〕
・OXE-01:IRGACURE OXE 01(BASF社製)
・OXE-02:IRGACURE OXE 02(BASF社製)
〔重合性化合物〕
・SR-209:SR-209(サートマー社製)
・SR-231:SR-231(サートマー社製)
・SR-239:SR-239(サートマー社製)
・SR-268:SR-268(サートマー社製)
・A-DPH:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業社製)
〔重合禁止剤〕
・F-1:1,4-ベンゾキノン
・F-2:4-メトキシフェノール
・F-3:1,4-ジヒドロキシベンゼン
・F-4:2-ニトロソ-1-ナフト-ル(東京化成工業(株)製)
〔金属接着性改良剤〕
・G-1~G-4:下記構造の化合物。以下の構造式中、Etはエチル基を表す。
Figure 0007265627000087
〔マイグレーション抑制剤〕
・H-1:1H-テトラゾール
・H-2:1,2,4-トリアゾール
・H-3:5-フェニルテトラゾール
〔熱塩基発生剤〕
・I-1:下記構造の化合物
Figure 0007265627000088
〔添加剤〕
・J-1:N-フェニルジエタノールアミン(東京化成工業(株)製)
<評価>
各実施例及び比較例において、それぞれ、調製した硬化性樹脂組成物又は比較用組成物を用いて、膜強度(破断伸び)、及び、耐薬品性の評価を行った。
各評価における評価方法の詳細を以下に記載する。
〔膜強度(破断伸び)〕
各実施例及び比較例において調製した各硬化性樹脂組成物又は比較用組成物を、それぞれスピンコート法でシリコンウェハ上に適用して硬化性樹脂組成物層を形成した。
得られた硬化性樹脂組成物層を適用したシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に約15μmの厚さの均一な硬化性樹脂組成物層を得た。
シリコンウェハ上の硬化性樹脂組成物層の全面を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cmの露光エネルギーで露光した。露光後、得られた硬化性樹脂組成物層(樹脂層)を、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、表1の「硬化条件」の欄に記載の温度に達した後、この温度で3時間加熱した。
硬化後の樹脂層(硬化膜)を4.9質量%フッ化水素酸水溶液に浸漬し、シリコンウェハから硬化膜を剥離した。剥離した硬化膜を、打ち抜き機を用いて打ち抜いて幅3mm、試料長30mmの試験片を作製した。得られた試験片に対し、引張り試験機(テンシロン)を用いて、クロスヘッドスピード300mm/分、25℃、65%RH(相対湿度)の環境下にて、JIS-K6251に準拠してフィルムの長手方向におけるフィルムが破断した時の伸び率(破断伸び率)を測定した。評価は各実施例又は比較例において、5回ずつ実施し、5回の測定における破断伸び率の測定値の算術平均値を指標値とした。
上記指標値について、下記評価基準に従って評価を行い、評価結果を表1に記載した。
-評価基準-
A:上記指標値が60%以上であった。
B:上記指標値が55%以上60%未満であった。
C:上記指標値が50%以上55%未満であった。
D:上記指標値が50%未満であった。
〔耐薬品性の評価〕
各実施例及び比較例において調製した各硬化性樹脂組成物又は比較用組成物を、それぞれ、シリコンウェハ上にスピンコート法により適用し、硬化性樹脂組成物層を形成した。得られた硬化性樹脂組成物層を適用したシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に15μmの均一な厚さの硬化性樹脂組成物層を形成した。シリコンウェハ上の硬化性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cmの露光エネルギーで露光し、露光した硬化性樹脂組成物層(樹脂層)を、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、表1の「硬化条件」の欄に記載の温度で180分間加熱して、硬化性樹脂組成物層の硬化層(樹脂層)を得た。
得られた樹脂層について下記の薬液に下記の条件で浸漬し、溶解速度を算定した。
薬液:ジメチルスルホキシド(DMSO)と25質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液の90:10(質量比)の混合物
評価条件:薬液中で樹脂層を75℃で15分間浸漬して前後の膜厚を比較し、溶解速度(nm/分)を算出した。
評価は下記評価基準に従って行い、評価結果は表1に記載した。
-評価基準-
A 溶解速度が200nm/分未満であった。
B 溶解速度が200nm/分以上300nm/分未満であった。
C 溶解速度が300nm/分以上400nm/分未満であった。
D 溶解速度が400nm/分以上であった。
以上の結果から、本発明に係る、特定樹脂を含む硬化性樹脂組成物は、得られる硬化膜の膜強度(破断伸び)に優れることがわかる。
比較例1~2に係る比較用組成物は、特定樹脂を含有しない。この比較例1~2に係る比較用組成物は、膜強度(破断伸び)に劣ることが分かる。
<実施例101~121>
実施例1~21のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物を、それぞれ、表面に銅薄層が形成された樹脂基材の銅薄層側の表面に膜厚が20μmとなるようにスピニングして塗布した。樹脂基材に塗布した硬化性樹脂組成物を、100℃で2分間乾燥した後、ステッパー(ニコン製、NSR1505 i6)を用いて露光した。露光は正方形パターン(縦横各100μmの正方形パターン、繰り返し数10)のマスクを介して、波長365nmで400mJ/cmの露光量で行い正方形残しパターンを作成した。露光の後、表1の「現像方法」の欄に「溶剤」と記載されている例については、シクロペンタノンで30秒間現像し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)で20秒間リンスし、パターンを得た。表1の「現像方法」の欄に「アルカリ」と記載されている例については、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で30秒間現像し、水で20秒間リンスし、パターンを得た。
次いで、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、表1の「硬化条件」の欄に記載の温度に達した後、この温度で3時間加熱加熱し、再配線層用層間絶縁膜を形成した。この再配線層用層間絶縁膜は、いずれも絶縁性に優れていた。また、これらの再配線層用層間絶縁膜を使用して半導体デバイスを製造したところ、いずれも問題なく動作することを確認した。

Claims (16)

  1. ポリイミドである樹脂、
    重合開始剤、及び、
    重合性化合物を含み、
    前記重合開始剤が、光ラジカル重合開始剤又は熱ラジカル重合開始剤であり、
    前記重合性化合物が、エチレン性不飽和結合を有する化合物であり、
    前記樹脂が、下記式(1-4)で表される繰返し単位、又は、下記式(1-3B)で表される繰返し単位を含み、
    下記式(4)で表される繰返し単位を含有しないか、又は、下記式(4)で表される繰返し単位を含有し、
    樹脂に含まれる、前記式(1-4)で表される繰返し単位と、前記式(1-3B)で表される繰返し単位と、下記式(4)で表される繰返し単位との合計含有量が、樹脂の全質量に対し、50~100質量%である
    硬化性樹脂組成物。
    Figure 0007265627000089

    式(1-4)中、L 、L 及びL はそれぞれ独立に、2価の連結基を表し、X 41 は単結合又はn41+1価の連結基を表し、X 42 は単結合又はn42+1価の連結基を表し、Z 41 及びZ 42 はそれぞれ独立に、水素原子を表すか、又は、重合性基としてエチレン性不飽和基を含む基を表し、Z 41 及びZ 42 の少なくとも一方は重合性基としてエチレン性不飽和基を含む基であり、n41及びn42はそれぞれ独立に、1以上の整数を表し、L は下記式(L4-1)で表される構造を表す。
    Figure 0007265627000090
    式(L4-1)中、R 115 は下記式(5)又は式(6)で表される基である。
    Figure 0007265627000091
    112 は、単結合、若しくは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-C(=O)-、-S-、-S(=O) -、-NHC(=O)-、又は、これらを2以上組み合わせた基であり、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
    Figure 0007265627000092
    式(1-3B)中、L B1 は3価の連結基を表し、R は式(R1-1)で表される基であり、R は水素原子又は1価の有機基を表し、L は前記式(1-4)中の式(L4-1)で表される構造である。
    Figure 0007265627000093
    式(R1-1)中、X は単結合又はn+1価の連結基を表し、Z は重合性基としてエチレン性不飽和基を含む基を表し、nは1以上の整数を表し、*は式(1-3B)中の窒素原子との結合部位を表す。
    Figure 0007265627000094
    式(4)中、R 131 は、ジアミンから誘導される2価の有機基を表し、R 132 は、式(L4-1)中の式(5)又は式(6)で表される基を表し、前記ジアミンが1,2-ジアミノエタン、1,2-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,6-ジアミノヘキサン;1,2-又は1,3-ジアミノシクロペンタン、1,2-、1,3-又は1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,2-、1,3-又は1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス-(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス-(3-アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルシクロヘキシルメタン又はイソホロンジアミン;メタ又はパラフェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’-又は3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-又は3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニル)、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、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(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)スルホン、4,4’-ジアミノパラテルフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)-10-ヒドロアントラセン、3,3’,4,4’-テトラアミノビフェニル、3,3’,4,4’-テトラアミノジフェニルエーテル、1,4-ジアミノアントラキノン、1,5-ジアミノアントラキノン、3,3-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、9,9’-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、4,4’-ジメチル-3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2-(3’,5’-ジアミノベンゾイルオキシ)エチルメタクリレート、2,4-又は2,5-ジアミノクメン、2,5-ジメチル-パラフェニレンジアミン、アセトグアナミン、2,3,5,6-テトラメチル-パラフェニレンジアミン、2,4,6-トリメチル-メタフェニレンジアミン、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,7-ジアミノフルオレン、2,5-ジアミノピリジン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、ジアミノベンズアニリド、ジアミノ安息香酸のエステル、1,5-ジアミノナフタレン、ジアミノベンゾトリフルオライド、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)オクタフルオロブタン、1,5-ビス(4-アミノフェニル)デカフルオロペンタン、1,7-ビス(4-アミノフェニル)テトラデカフルオロヘプタン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ジメチルフェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、パラビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,2’,5,5’,6,6’-ヘキサフルオロトリジン及び4,4’-ジアミノクアテルフェニル、下記式(DA-1)~式(DA-18)のいずれかで表されるジアミン、又は、下記KH-511、下記ED-600、下記ED-900、下記ED-2003、下記EDR-148、又は下記EDR-176である。
    Figure 0007265627000095
    Figure 0007265627000096
    Figure 0007265627000097
  2. 前記L、前記L及び前記Lがそれぞれ独立に、脂肪族環構造及び芳香族環構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の環構造を含む、請求項に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記L、前記L及び前記Lがそれぞれ独立に、下記式(A-1)~下記式(A-5)のいずれかで表される構造よりなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を含む、請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 0007265627000098
    式(A-1)~(A-5)中、RA11~RA14、RA21~RA24、RA31~RA38、RA41~RA48及びRA51~RA58はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、環状アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン化アルキル基、又は、ハロゲン原子を表し、LA31及びLA41はそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基、スルホニル基、2価の飽和炭化水素基、2価の不飽和炭化水素基、ヘテロ原子、ヘテロ環基、又は、ハロゲン化アルキレン基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
  4. 前記式(1-4)で表される繰返し単位の含有量が、樹脂の全質量に対し、0.1~80質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 樹脂が式(1-4)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-4)で表される繰返し単位の含有量は、樹脂の全質量に対し、20~70質量%であり、樹脂が式(1-3B)で表される繰返し単位を含む場合、式(1-3B)で表される繰返し単位の含有量は、特定樹脂の全質量に対し、5~50質量%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、請求項1~のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  7. 請求項1~のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
  8. 請求項7に記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる再配線層用層間絶縁膜。
  9. 請求項に記載の硬化膜又は請求項8に記載の再配線層用層間絶縁膜を2層以上有し、硬化膜の間に金属層を有する、積層体。
  10. 請求項1~のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を基材に適用して膜を形成する膜形成工程を含む、硬化膜の製造方法。
  11. 請求項6に記載の硬化性樹脂組成物を基材に適用して膜を形成する膜形成工程を含む、再配線層用層間絶縁膜の製造方法。
  12. 前記膜を露光する露光工程及び前記膜を現像する現像工程を含む、請求項10に記載の硬化膜の製造方法。
  13. 上記膜を50~450℃で加熱する工程を含む、請求項10又は12に記載の硬化膜の製造方法。
  14. 請求項に記載の硬化膜又は請求項9に記載の積層体を含む、半導体デバイス。
  15. 下記式(1-4)で表される繰返し単位、又は、下記式(1-3B)で表される繰返し単位をみ、
    下記式(4)で表される繰返し単位を含有しないか、又は、下記式(4)で表される繰返し単位を含有し、
    ポリイミドに含まれる、前記式(1-4)で表される繰返し単位と、前記式(1-3B)で表される繰返し単位と、下記式(4)で表される繰返し単位との合計含有量が、ポリイミドの全質量に対し、50~100質量%である
    ポリイミド。
    Figure 0007265627000099

    式(1-4)中、L 、L 及びL はそれぞれ独立に、2価の連結基を表し、X 41 は単結合又はn41+1価の連結基を表し、X 42 は単結合又はn42+1価の連結基を表し、Z 41 は、水素原子を表すか、又は、X 41 が単結合である場合にはZ 41 は(メタ)アクリロイル基であり、X 41 がn+1価の連結基である場合にはZ 41 は(メタ)アクリロキシ基を含む基であり、Z 42 は、水素原子を表すか、又は、X 42 が単結合である場合にはZ 42 は(メタ)アクリロイル基であり、X 42 がn+1価の連結基である場合にはZ 42 は(メタ)アクリロキシ基を含む基であり、Z 41 及びZ 42 の少なくとも一方は前記(メタ)アクリロイル基又は前記(メタ)アクリロキシ基であり、n41及びn42はそれぞれ独立に、1以上の整数を表し、L は下記式(L4-1)で表される構造を表す。
    Figure 0007265627000100
    式(L4-1)中、R 115 は下記式(5)又は式(6)で表される基である。
    Figure 0007265627000101

    112 は、単結合、若しくは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-C(=O)-、-S-、-S(=O) -、-NHC(=O)-、又は、これらを2以上組み合わせた基であり、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
    Figure 0007265627000102

    式(1-3B)中、L B1 は3価の連結基を表し、R は式(R1-1)で表される基であり、R は水素原子又は1価の有機基を表し、L は前記式(1-4)中の式(L4-1)で表される構造である。
    Figure 0007265627000103

    式(R1-1)中、X は単結合又はn+1価の連結基を表し、X が単結合である場合にはZ は(メタ)アクリロイル基であり、X がn+1価の連結基である場合にはZ は(メタ)アクリロキシ基を含む基であり、*は式(1-3B)中の窒素原子との結合部位を表す。
    Figure 0007265627000104
    式(4)中、R 131 は、ジアミンから誘導される2価の有機基を表し、R 132 は、式(L4-1)中の式(5)又は式(6)で表される基を表し、前記ジアミンが1,2-ジアミノエタン、1,2-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,6-ジアミノヘキサン;1,2-又は1,3-ジアミノシクロペンタン、1,2-、1,3-又は1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,2-、1,3-又は1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス-(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス-(3-アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルシクロヘキシルメタン又はイソホロンジアミン;メタ又はパラフェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’-又は3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-又は3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-又は3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニル)、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、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(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)スルホン、4,4’-ジアミノパラテルフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)-10-ヒドロアントラセン、3,3’,4,4’-テトラアミノビフェニル、3,3’,4,4’-テトラアミノジフェニルエーテル、1,4-ジアミノアントラキノン、1,5-ジアミノアントラキノン、3,3-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、9,9’-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、4,4’-ジメチル-3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2-(3’,5’-ジアミノベンゾイルオキシ)エチルメタクリレート、2,4-又は2,5-ジアミノクメン、2,5-ジメチル-パラフェニレンジアミン、アセトグアナミン、2,3,5,6-テトラメチル-パラフェニレンジアミン、2,4,6-トリメチル-メタフェニレンジアミン、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,7-ジアミノフルオレン、2,5-ジアミノピリジン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、ジアミノベンズアニリド、ジアミノ安息香酸のエステル、1,5-ジアミノナフタレン、ジアミノベンゾトリフルオライド、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)オクタフルオロブタン、1,5-ビス(4-アミノフェニル)デカフルオロペンタン、1,7-ビス(4-アミノフェニル)テトラデカフルオロヘプタン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ジメチルフェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、パラビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,2’,5,5’,6,6’-ヘキサフルオロトリジン及び4,4’-ジアミノクアテルフェニル、下記式(DA-1)~式(DA-18)のいずれかで表されるジアミン、又は、下記KH-511、下記ED-600、下記ED-900、下記ED-2003、下記EDR-148、又は下記EDR-176である。
    Figure 0007265627000105
    Figure 0007265627000106
    Figure 0007265627000107
  16. 前記 41 及びX 42 は単結合又は炭化水素基、エーテル結合、カルボニル基、若しくは、これらを2以上結合した基である、請求項15に記載のポリイミド。
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