JPWO2015159911A1 - レジスト樹脂及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明のポリアミック酸は、以下の一般式(1)で表される:
[式中、
R1及びR2は、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数2〜5のアルケニレン基、又は、炭素数6〜10のアリーレン基を表し;
R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は、ハロゲン原子を表し;
nは、0〜20の整数を表し;
Yは、ジカルボン酸のカルボキシル基又はジカルボン酸無水物の酸無水物基を除いた残基を表し;並びに
Zは、テトラカルボン酸のカルボキシル基又はテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基を除いた残基を表す]。
[化1]
Description
[1]以下の一般式(1)で表されるポリアミック酸:
R1及びR2は、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数2〜5のアルケニレン基、又は、炭素数6〜10のアリーレン基を表し;
R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は、ハロゲン原子を表し;
nは、0〜20の整数を表し;
Yは、ジカルボン酸のカルボキシル基又はジカルボン酸無水物の酸無水物基を除いた残基を表し;並びに
Zは、テトラカルボン酸のカルボキシル基又はテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基を除いた残基を表す];
R1及びR2は、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数2〜5のアルケニレン基、又は、炭素数6〜10のアリーレン基を表し;
R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は、ハロゲン原子を表し;
nは、0〜20の整数を表し;
Yは、ジカルボン酸のカルボキシル基又はジカルボン酸無水物の酸無水物基を除いた残基を表し;並びに
Zは、テトラカルボン酸のカルボキシル基又はテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基を除いた残基を表す];
まず、本発明のポリアミック酸について説明する。
本発明のポリアミック酸は、以下の一般式(1)で表されることを特徴とする:
ジカルボン酸又はジカルボン酸無水物としては、例えば、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、クロレンド酸、メチルテトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、グルタル酸やこれらの酸無水物等が挙げられる。好ましくは、フタル酸、テトラヒドロフタル酸及びヘキサヒドロフタル酸やこれらの酸無水物である。
テトラカルボン酸又はテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、オキシジフタル酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、エチレングリコールビストリメリテート等の芳香族多価カルボン酸、ブタンテトラカルボン酸等の脂肪族多価カルボン酸やこれらの酸二無水物等が挙げられる。好ましくは、ビフェニルテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸及びエチレングリコールビストリメリテートやこれらの酸二無水物である。
重量平均分子量が上記範囲を外れた場合、レジスト樹脂組成物とした際、他の材料(成分)との相溶性が低下することがある。
本発明において、重量平均分子量はゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって測定した値を示す。
次に、本発明のポリイミドについて説明する。
本発明のポリイミドは、上述の一般式(1)で表されるポリアミック酸を閉環(イミド化)することで得られ、以下の一般式(2)で表されることを特徴とする:
一般式(2)におけるジカルボン酸又はジカルボン酸無水物としては、一般式(1)についての上述のものが挙げられる。
一般式(2)におけるテトラカルボン酸又はテトラカルボン酸二無水物としては、一般式(1)についての上述のものが挙げられる。
重量平均分子量が上記範囲を外れた場合、レジスト樹脂組成物とした際、他の材料(成分)との相溶性が低下することがある。
(3−1)ポリアミック酸の製造方法
本発明のポリアミック酸の製造方法は、フルオレン骨格を含有するジアミンを、ジカルボン酸又はその酸無水物及びテトラカルボン酸又はその酸二無水物と反応させる工程を含むことを特徴とする。
フルオレン骨格を含有するジアミンとしては、例えば、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−アミノ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン等が挙げられる。好ましくは、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンである。
ジカルボン酸又はその酸無水物及びテトラカルボン酸又はその酸二無水物は、それぞれ、1種のみを使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ここで、ジアミン(フルオレン骨格を含有するジアミンと他のジアミンの合計)におけるアミノ基と、テトラカルボン酸又はその酸二無水物、並びに、ジカルボン酸又はその酸無水物における酸無水物基とは、実質的に等モルとなるように使用すればよい。ここで、テトラカルボン酸又はジカルボン酸のカルボキシル基2つが1つの酸無水物基に相当すると定義される。
縮合剤としては、特に限定されないが、例えば、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明のポリイミドの製造方法は、上述の製造方法によりポリアミック酸を得た後で、閉環する工程を含む。本発明のポリアミック酸を閉環することで本発明のポリイミドを得ることができ、閉環は、加熱下又は脱水剤の存在下で実施することができる。
加熱下で閉環を行う場合、上述の温度で、例えば、12〜48時間加熱することで本発明のポリイミドを得ることができる。
脱水剤の存在下で閉環を行う場合の温度及び時間は、上述と同様である。
閉環後に、必要に応じて、使用した脱水剤及び/又は触媒を除去してもよい。
本発明の樹脂組成物は、本発明のポリアミック酸及び/又はポリイミドを含む点に特徴を有する。
このような樹脂組成物から溶媒を除去することで成形品を製造することができる。基材上にフィルムを形成する場合を例に説明すると、上述の樹脂組成物を基材上に塗布し、その後、溶媒を加熱下又は減圧下にて除去することにより、基材上にフィルム(成形品)を形成することができる。
ポリアミック酸を含む樹脂組成物の場合、塗布後に閉環(イミド化)を進行させて、ポリイミドからなる成形品を得るために、基材上の樹脂組成物を、適当な加熱下に置くことが好ましい。上述のとおり、本発明のポリアミック酸は従来と比べ比較的低温の条件下でも閉環可能なため、低温作業性に優れる。閉環のための加熱は、溶媒を除去するために加熱を行う場合、これと同時に行ってもよいし、溶媒を除去するための加熱と別に加熱を行ってもよい。
一方で、ポリイミドを含む樹脂組成物の場合、基材に塗布後、溶媒が揮発するのに必要な温度下に置くだけで、基材上にフィルムを形成することができる。そのため、より低温での成形が可能となり、基材及び周辺部材として、耐熱性の高いものを使用する必要がないという利点がある。
300mL容量のセパラブルフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン240.0gを仕込み、撹拌しつつ9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン32.1gを除々に加え、窒素雰囲気下、室温で1時間撹拌した。その後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物6.8gを除々に加え、40℃で7時間撹拌した。さらに、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸21.1gを除々に加え、40℃で16時間撹拌する事で、ポリアミック酸1を得た。得られた樹脂の固形分は20.8%、酸価は35.1mgKOH/g、分子量は1,500であった。
合成例1で得られたポリアミック酸1に対して、さらに溶液内温150℃にて加熱撹拌を行うことで、ポリイミド1を得た。得られた樹脂の固形分は23.9%、分子量は1,500、イミド化率は87%であった。
300mL容量のセパラブルフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン240.0gを仕込み、撹拌しつつ9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン33.1gを除々に加え、窒素雰囲気下、室温で1時間撹拌した。その後、無水ピロメリット酸5.2gを除々に加え、40℃で7時間撹拌した。さらに、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸21.7gを除々に加え、40℃で16時間撹拌する事で、ポリアミック酸2を得た。得られた樹脂の固形分は20.1%、酸価は35.3mgKOH/g、分子量は1,400であった。
合成例3で得られたポリアミック酸2に対して、さらに溶液内温150℃にて加熱撹拌を行うことで、ポリイミド2を得た。得られた樹脂の固形分は20.3%、分子量は1,400、イミド化率は82%であった。
300mL容量のセパラブルフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン240.0gを仕込み、撹拌しつつ9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン33.4gを除々に加え、窒素雰囲気下、室温で1時間撹拌した。その後、無水ピロメリット酸5.2gを除々に加え、40℃で7時間撹拌した。さらに、無水フタル酸21.3gを除々に加え、40℃で16時間撹拌する事で、ポリアミック酸3を得た。得られた樹脂の固形分は21.5%、酸価は36.0mgKOH/g、分子量は1,400であった。
合成例5で得られたポリアミック酸3に対して、さらに溶液内温150℃にて加熱撹拌を行うことで、ポリイミド3を得た。得られた樹脂の固形分は22.0%、分子量は1,400、イミド化率は81%であった。
300mL容量のセパラブルフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン240.0gを仕込み、撹拌しつつ9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン31.9gを除々に加え、窒素雰囲気下、室温で1時間撹拌した。その後、オキシジフタル酸二無水物7.1gを除々に加え、40℃で7時間撹拌した。さらに、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸20.9gを除々に加え、40℃で16時間撹拌する事で、ポリアミック酸4を得た。得られた樹脂の固形分は20.9%、酸価は34.3mgKOH/g、分子量は1,600であった。
合成例7で得られたポリアミック酸4に対して、さらに溶液内温150℃にて加熱撹拌を行うことで、ポリイミド4を得た。得られた樹脂の固形分は21.5%、分子量は1,600、イミド化率は80%であった。
300mL容量のセパラブルフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン240.0gを仕込み、撹拌しつつ4,4’−ジアミノジフェニルメタン23.8gを除々に加え、窒素雰囲気下、室温で1時間撹拌した。その後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物8.8gを除々に加え、40℃で7時間撹拌した。さらに、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸27.4gを除々に加え、40℃で16時間撹拌する事で、ポリアミック酸5を得た。得られた樹脂の固形分は23.0%、酸価は45.0mgKOH/g、分子量は1,100であった。
比較合成例1で得られたポリアミック酸5に対して、さらに溶液内温150℃にて加熱撹拌を行うことで、ポリイミド5を得た。得られた樹脂の固形分は23.5%、分子量は1,100、イミド化率は51%であった。
貧溶媒としてヘキサンを使用し、再沈殿により固体として回収したポリイミドについて、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチルウレアのそれぞれに対する溶解性(ポリイミド20重量%、常温下で攪拌)を目視で確認することにより、溶剤溶解性を下記2段階で評価した。
○:溶剤に可溶なもの(沈殿物が観察されない)
×:溶剤に不溶なもの(沈殿物が観察される)
貧溶媒としてヘキサンを使用し、再沈殿により固体として回収したポリイミドについて、JISK−7120に基づき、セイコーインスツル社TG/DTA6200により、窒素を毎分100mlで流しながら、毎分10℃の速度で100℃から500℃まで昇温し、初期重量から5%減量した時の温度を測定した。
Claims (10)
- Yが、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、クロレンド酸、メチルテトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、及び、グルタル酸からなる群より選択されるジカルボン酸のカルボキシル基又はこれらの酸無水物の酸無水物基を除いた残基である、請求項1に記載のポリアミック酸。
- Zが、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、オキシジフタル酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、エチレングリコールビストリメリテート、及び、ブタンテトラカルボン酸からなる群より選択されるテトラカルボン酸のカルボキシル基又はこれらの酸二無水物の酸無水物基を除いた残基である、請求項1又は2に記載のポリアミック酸。
- 請求項1に記載のポリアミック酸を閉環することで得られる、以下の一般式(2)で表されるポリイミド:
R1及びR2は、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜5のアルキレン基、炭素数2〜5のアルケニレン基、又は、炭素数6〜10のアリーレン基を表し;
R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は、ハロゲン原子を表し;
nは、0〜20の整数を表し;
Yは、ジカルボン酸のカルボキシル基又はジカルボン酸無水物の酸無水物基を除いた残基を表し;並びに
Zは、テトラカルボン酸のカルボキシル基又はテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基を除いた残基を表す]。 - Yが、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、クロレンド酸、メチルテトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、及び、グルタル酸からなる群より選択されるジカルボン酸のカルボキシル基又はこれらの酸無水物の酸無水物基を除いた残基である、請求項4に記載のポリイミド。
- Zが、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、オキシジフタル酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、エチレングリコールビストリメリテート、及び、ブタンテトラカルボン酸からなる群より選択されるテトラカルボン酸のカルボキシル基又はこれらの酸二無水物の酸無水物基を除いた残基である、請求項4又は5に記載のポリイミド。
- フルオレン骨格を含有するジアミンを、ジカルボン酸又はその酸無水物、並びに、テトラカルボン酸又はその酸二無水物と反応させる工程を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリアミック酸の製造方法。
- ジカルボン酸又はその酸無水物とテトラカルボン酸又はその酸二無水物とが1:99〜90:10のモル比である、請求項7に記載の製造方法。
- 請求項7又は8に記載の製造方法によりポリアミック酸を得た後で、さらに閉環する工程を含む、ポリイミドの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリアミック酸、及び/又は、請求項4〜6のいずれか1項に記載のポリイミドを含むレジスト樹脂組成物。
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