JPWO2017002860A1 - ネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイス - Google Patents

ネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイス Download PDF

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Abstract

露光ラチチュードが広いネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイスの提供。下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含むネガ型感光性樹脂組成物;一般式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に、酸素原子または−NH−を表し、R11は、−(L−O−)n1−で表される基を主鎖に有する2価の連結基であり、Lは、アルキレン基または−Si(R)−であり、Rは1価の有機基であり、n1は2以上の整数であり、R12は4価の有機基を表し、R13およびR14は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
一般式(1)

Description

本発明は、ネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイスに関する。特に、再配線層用層間絶縁膜に適したネガ型感光性樹脂組成物に関する。
ポリイミドなどの環化して硬化する熱硬化性樹脂は、耐熱性および絶縁性に優れるため、半導体デバイスの絶縁層などに用いられている。
また、ポリイミドは、溶媒への溶解性が低いため、環化反応前の前駆体(複素環含有ポリマー前駆体)の状態で使用し、基板などに適用した後、加熱して複素環含有ポリマー前駆体を環化して硬化膜を形成することが行われている。
このようなポリイミド前駆体を用いた感光性樹脂組成物として、特許文献1には、
(A)下記一般式(1):
Figure 2017002860
(式(1)中、Xは、4価の有機基であり、Yは、2価の有機基であり、nは、2〜150の整数であり、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、下記一般式(2):
Figure 2017002860
(式中、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜3の有機基であり、そしてmは、2〜10の整数である。)で表される1価の有機基、または炭素数1〜4の飽和脂肪族基である。但し、RおよびRの両者が同時に水素原子であることはない。)で表される構造を有するポリイミド前駆体:100質量部、
(B)光重合開始剤:1〜20質量部、並びに
(C)ヒドロキシル基、エーテル基およびエステル基からなる群より選ばれる官能基を1つ以上有する炭素数2〜30のモノカルボン酸化合物:0.01〜10質量部、
を含有する、ネガ型感光性樹脂組成物が開示されている。
特許文献2には、(a)下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を有するポリイミド樹脂、並びに(b)キノンジアジド化合物を含有するポジ型感光性樹脂組成物であって、上記の(a)下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を有するポリイミド樹脂のイミド化率が85%以上であり、かつ下記一般式(1)で表される構造単位と下記一般式(2)で表される構造単位の比が30:70〜90:10の範囲であることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物が開示されている。
Figure 2017002860
(一般式(1)中、Xは1〜4個の芳香環を有するテトラカルボン酸残基を、Yは1〜4個の芳香環を有する芳香族ジアミン残基を示す。)
Figure 2017002860
(一般式(2)中、Xは1〜4個の芳香環を有するテトラカルボン酸残基を、Yは少なくとも2つ以上のアルキレングリコール単位を主鎖に持つジアミン残基を示す。)
特開2011−191749号公報 国際公開WO2014/050558号公報
ここで、半導体の再配線層用層間絶縁膜に用いる場合など、ネガ型感光性樹脂組成物の解像性の適正露光範囲が広い、すなわち、露光ラチチュードが広いネガ型感光性樹脂組成物が求められている。しかしながら、上記特許文献1および特許文献2に記載の感光性樹脂組成物は、いずれも、露光ラチチュードが狭い。
本発明はかかる課題を解決することを目的としたものであって、露光ラチチュードが広いネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイスを提供することを目的とする。
上記課題のもと、発明者が検討を行った結果、ネガ型感光性樹脂組成物に、所定の構造を有するポリイミド前駆体を採用することにより、ネガ型感光性樹脂組成物の露光ラチチュードを広くすることが可能であることを見出し、上記課題を解決するに至った。具体的には、下記<1>により、好ましくは<2>〜<15>により、上記課題は解決された。
<1>下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む、ネガ型感光性樹脂組成物;
一般式(1)
Figure 2017002860
一般式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に、酸素原子または−NH−を表し、
11は、−(L−O−)n1−で表される基を主鎖に有する2価の連結基であり、Lは、アルキレン基または−Si(R)−であり、Rは水素原子または1価の有機基であり、n1は2以上の整数であり、
12は4価の有機基を表し、
13およびR14は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
<2>上記一般式(1)中、R11が、下記一般式(2)で表される構造、下記一般式(3)で表される構造および下記一般式(4)で表される構造から選択される、<1>に記載のネガ型感光性樹脂組成物;
一般式(2)
Figure 2017002860
一般式(2)中、R21およびR22は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し、複数のR21は、同一であっても異なっていてもよく;n2は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す;
一般式(3)
Figure 2017002860
一般式(3)中、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L31は、単結合または2価の有機基を表し、L32およびL33は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n3は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す;
一般式(4)
Figure 2017002860
一般式(4)中、R41およびR42は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L41は、単結合または2価の有機基を表し、L42およびL43は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n4は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す。
<3>上記一般式(1)における、R13およびR14の少なくとも一方が、ラジカル重合性基を含む、<1>または<2>に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<4>さらに、ラジカル重合性化合物を含む、<1>〜<3>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<5>上記ラジカル重合性化合物が、2官能以上の化合物である、<4>に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<6>上記ラジカル重合性化合物が、2官能の化合物である、<4>に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<7>上記一般式(1)における、R12は、芳香環を含む4価の有機基である、<1>〜<6>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<8>上記一般式(1)におけるn1は、2〜200の整数である、<1>〜<7>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<9>再配線層用層間絶縁膜用である、<1>〜<8>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<10><1>〜<9>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物を硬化してなる、硬化膜。
<11>再配線層用層間絶縁膜である、<10>に記載の硬化膜。
<12><1>〜<9>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物を用いることを含む、硬化膜の製造方法。
<13>上記ネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、
上記基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、活性光線または放射線を照射して露光する工程と、
上記露光されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、現像処理を行う工程とを有する、<12>に記載の硬化膜の製造方法。
<14>上記現像処理を行う工程後に、現像されたネガ型感光性樹脂組成物を50〜500℃の温度で加熱する工程をさらに含む、<13>に記載の硬化膜の製造方法。
<15><10>または<11>に記載の硬化膜、あるいは、<12>〜<14>のいずれかに記載の方法で製造された硬化膜を有する、半導体デバイス。
本発明により、露光ラチチュードの広いネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイスを提供可能になった。
半導体デバイスの一実施形態の構成を示す概略図である。
以下に記載する本発明における構成要素の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(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)をも包含するものである。
本明細書において、「活性光線」とは、例えば、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、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線または放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光など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描画も露光に含める。
本明細書において、「〜」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下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」および「メタクリレート」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アリル」は、「アリル」および「メタリル」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」および「メタクリル」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」および「メタクリロイル」の双方、または、いずれかを表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程を意味するだけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
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の質量百分率である。また、固形分濃度は、特に述べない限り25℃における濃度をいう。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定での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)および数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC−8220(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。溶離液は特に述べない限り、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、検出は特に述べない限り、紫外線(UV)254nm検出器を使用したものとする。
ネガ型感光性樹脂組成物
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む。
一般式(1)
Figure 2017002860
一般式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子または−NH−を表し、R11は、−(L−O−)n1−で表される基を主鎖に有する2価の連結基であり、Lは、アルキレン基または−Si(R)−であり、Rは水素原子または1価の有機基であり、n1は2以上の整数であり、R12は4価の有機基を表し、R13およびR14は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
本発明では、上記R11の部分に、柔軟な構造を組み込むことにより、露光ラチチュードを広げることができる。このメカニズムについては、定かではないが、柔軟な構造を組み込むことによって、溶解性を向上させることができたためと推定される。
また、本発明では、露光ラチチュードを広くしながら、反りを抑制することができる。本発明では、また、露光ラチチュードを広くしながら、基板との接着性を向上させることができる。さらに、これらの効果を達成しつつ、耐熱性を維持することも可能である。
以下、本発明の詳細について、説明する。
<ポリイミド前駆体>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(以下、「特定ポリイミド前駆体」ということがある)を含む。特定ポリイミド前駆体は、一般式(1)で表される繰り返し単位を1種のみ有していてもよいし、2種以上有していてもよい。また、本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、特定ポリイミド前駆体を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。さらに、本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、一般式(1)で表される繰り返し単位以外のイミド前駆体である他の繰り返し単位を含んでいてもよい。
<<一般式(1)で表される繰り返し単位>>
一般式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に、酸素原子または−NH−を表し、酸素原子が好ましい。
11は、−(L−O−)n1−で表される基を主鎖に有する2価の連結基であり、Lは、アルキレン基または−Si(R)−であり、Rは水素原子または1価の有機基であり、n1は2以上の整数である。
Lがアルキレン基である場合、アルキレン基は、直鎖、分岐、環状のアルキレン基のいずれであってもよいが、直鎖または分岐アルキレン基が好ましい。アルキレン基の炭素数は、1〜22が好ましく、2〜16がより好ましく、2〜8がさらに好ましく、2〜4が特に好ましい。
Lが−Si(R)−である場合、Rは、水素原子または1価の有機基であり、1価の有機基が好ましく、1価の有機基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アルケニル基が好ましく、アルキル基、アリール基がより好ましい。アルキル基としては、直鎖アルキル基が好ましい。アルキル基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜5がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい。アリール基としては、フェニル基が好ましい。
n1は2以上の整数であり、2〜200の整数が好ましく、4〜200の整数がより好ましく、4〜60の整数がさらに好ましい。
Lは、1つのR11中に、1種のみ含まれていても、2種以上含まれていてもよい。
11は、−(L−O−)n1−で表される基のみからなるか、−(L−O−)n1−で表される基とアルキレン基とからなることが好ましい。ここでのアルキレン基としては、炭素数1〜10の直鎖または分岐のアルキレン基が挙げられる。
一般式(1)中、R11は、一般式(2)で表される構造、一般式(3)で表される構造および一般式(4)で表される構造から選択されることが好ましく、一般式(2)で表される構造であることがさらに好ましい。
一般式(2)
Figure 2017002860
一般式(2)中、R21およびR22は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し、複数のR21は、同一であっても異なっていてもよく;n2は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す。
一般式(3)
Figure 2017002860
一般式(3)中、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L31は、単結合または2価の有機基を表し、L32およびL33は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n3は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表。
一般式(4)
Figure 2017002860
一般式(4)中、R41およびR42は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L41は、単結合または2価の有機基を表し、L42およびL43は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n4は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す。
一般式(2)中、R21およびR22は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し、水素原子または炭素数1〜10の直鎖アルキル基が好ましく、水素原子または炭素数1〜5の直鎖アルキル基がより好ましく、水素原子または炭素数1〜3の直鎖アルキル基がさらに好ましい。
n2は、2以上の整数であり、2〜200の整数が好ましく、4〜200の整数がより好ましく、4〜60の整数がさらに好ましい。
一般式(3)中、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、1価の有機基が好ましく、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アルケニル基がより好ましく、アルキル基、アリール基が特に好ましい。アルキル基としては、直鎖アルキル基が好ましい。アルキル基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜5がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい。アリール基としては、フェニル基が好ましい。
31は、単結合または2価の有機基を表し、単結合またはアルキレン基が好ましく、単結合がより好ましい。アルキレン基としては、炭素数1〜10の直鎖または分岐のアルキレン基が挙げられる。
32およびL33は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、アルキレン基が好ましく、炭素数1〜10の直鎖または分岐のアルキレン基がより好ましい。
n3は、2以上の整数であり、2〜200の整数が好ましく、4〜200の整数がより好ましく、4〜60の整数がさらに好ましい。
一般式(4)中、R41およびR42は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、1価の有機基が好ましく、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アルケニル基がより好ましく、アルキル基、アリール基が特に好ましい。アルキル基としては、直鎖アルキル基が好ましい。アルキル基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜5がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい。アリール基としては、フェニル基が好ましい。一分子中に含まれる複数個のR41およびR42は、それぞれ、同一であっても異なっていてもよい。
41は、単結合または2価の有機基を表し、単結合またはアルキレン基が好ましく、単結合がより好ましい。アルキレン基としては、炭素数1〜10の直鎖または分岐のアルキレン基が挙げられる。
42およびL43は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、アルキレン基が好ましく、炭素数1〜10の直鎖または分岐のアルキレン基がより好ましい。
n4は、2以上の整数であり、2〜200の整数が好ましく、4〜200の整数がより好ましく、4〜60の整数がさらに好ましい。
以下に一般式(2)で表される構造、一般式(3)で表される構造、および一般式(4)で表される構造の好ましい例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。
Figure 2017002860
上記において、x、y、z、n、mは任意の数であり、各繰り返し単位のモル比を示している。好ましくは、xは2〜200の整数であり、yは2〜200の整数であり、zは2〜200の整数であり、nは2〜200の整数であり、mは2〜200の整数である。
また、R11としては、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または両方を一分子中にあわせて2つ以上含むジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基も好ましく、より好ましくは芳香環を含まないジアミン残基も挙げられる。例としては、ジェファーミン(登録商標)KH−511、ED−600、ED−900、ED−2003、EDR−148、EDR−176、D−200、D−400、D−2000、D−4000(以上商品名、HUNTSMAN(株)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、これに限定されない。ジェファーミン(登録商標)KH−511、ED−600、ED−900、ED−2003、EDR−148、EDR−176の構造、およびプロピレングリコール鎖を分子中にあわせて2つ以上含むジアミンの具体例を以下に示す。
Figure 2017002860
上記において、x、y、zは平均値である。
また、R11としては、ケイ素を有する2価の連結鎖を3つ以上含むジアミン残基も好ましい。ケイ素を有する2価の連結鎖を3つ以上含むジアミン残基としては、以下の一般式(5)で表されるジアミンのジアミン残基が例示される。
Figure 2017002860
一般式(5)中、R51およびR52は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L51は、単結合または2価の有機基を表し、L52およびL53は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n4は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す。
51およびR52としては、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基などを挙げることができる。L51は原料入手性の観点から、単結合が好ましい。L52およびL53としては、置換基を有してもよい、メチレン基、エチレン基、ブチレン基、フェニレン基を挙げることができる。
n4は、2〜200の整数が好ましく、4〜100の整数がより好ましく、4〜60の整数がさらに好ましい。
例としては、両末端アミン変性メチルシリコーンオイル(信越化学社製:KF−8010、X−22−161A、X−22−161B、KF−8012、KF−8008;チッソ社製:サイプラレーンFM−3311、FM−3321、FM−3325)、および両末端アミン変性フェニルシリコーンオイル(信越化学社製:X22−1660B−3、X−22−9409)が挙げられる。
一般式(1)中、R12は4価の有機基を表し、芳香環を含む4価の基であることが好ましく、下記一般式(1−1)または一般式(1−2)で表される基がより好ましい。
一般式(1−1)
Figure 2017002860
一般式(1−1)中、R112は、単結合、または、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の炭化水素基、−O−、−CO−、−S−、−SO2−、および−NHCO−、並びに、これらの組み合わせから選択される基であることが好ましく、単結合、または、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−、−CO−、−S−および−SO−から選択される2価の基であることがより好ましく、−CH−、−C(CF−、−C(CH−、−O−、−CO−、−S−および−SO−からなる群から選択される2価の基がさらに好ましい。
一般式(1−2)
Figure 2017002860
12は、
テトラカルボン酸二無水物から無水物基の除去後に残存するテトラカルボン酸残基などが挙げられる。
具体的には、以下のテトラカルボン酸二無水物から無水物基の除去後に残存しているテトラカルボン酸残基などが挙げられる。
ピロメリト酸二無水物(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、および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のアルキルおよび炭素数1〜6のアルコキシ誘導体から選ばれる少なくとも1種のテトラカルボン酸二無水物。
また、下記に示すテトラカルボン酸二無水物(DAA−1)〜(DAA−5)から無水物基の除去後に残存しているテトラカルボン酸残基も、R12の例として挙げられる。
Figure 2017002860
アルカリ現像液への溶解度の観点からは、R12がOH基を有することが好ましい。より具体的には、R12として、上記(DAA−1)〜(DAA−5)から無水物基の除去後に残存しているテトラカルボン酸残基が好ましい例として挙げられる。
一般式(1)において、R13およびR14は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
13およびR14が表す1価の有機基としては、現像液への溶解度を向上させる置換基が好ましく用いられる。
水性現像液への溶解度の観点からは、R13およびR14は、水素原子または1価の有機基が好ましい。1価の有機基としては、アリール基の炭素原子に結合している1、2または3つの、好ましくは1つの酸性基を有する、アリール基およびアラルキル基などが挙げられる。具体的には、酸性基を有する炭素数6〜20のアリール基、酸性基を有する炭素数7〜25のアラルキル基が挙げられる。より具体的には、酸性基を有するフェニル基および酸性基を有するベンジル基が挙げられる。酸性基は、OH基が好ましい。
13およびR14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および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で好ましい。
有機溶剤への溶解度の観点からは、R13およびR14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、直鎖または分岐のアルキル基、環状のアルキル基、アリール基を含むことが好ましく、アリール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。アルキル基は直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。直鎖また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、オクダデシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、1−エチルペンチル基、および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、シクロヘプチル基およ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およびピネニル基が挙げられる。中でも、高感度化との両立の観点から、シクロヘキシル基が最も好ましい。また、アリール基で置換されたアルキル基としては、後述するアリール基で置換された直鎖アルキル基が好ましい。
アリール基としては、具体的には、置換または無置換の、ベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インデセン環、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、フルオレン環、ビフェニル環、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、フェノチアジン環またはフェナジン環である。ベンゼン環が最も好ましい。
13およびR14が有する重合性基としては、エポキシ基、オキセタニル基、エチレン性不飽和結合を有する基、ブロックイソシアネート基、アルコキシメチル基、メチロール基、アミノ基などが挙げられる。
本発明における、R13およびR14の好ましい実施形態として、ラジカル重合性基を含む態様が例示され、エチレン性不飽和結合を有する基がより好ましい。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、下記式(III)で表される基などが挙げられる。
Figure 2017002860
式(III)において、R200は、水素またはメチルを表し、メチルがより好ましい。
式(III)において、R201は、炭素数2〜12のアルキレン基、−CHCH(OH)CH−または炭素数4〜30のポリオキシアルキレン基を表す。
好適なR201の例は、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、1,2−ブタンジイル、1,3−ブタンジイル、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、ドデカメチレン、−CH2CH(OH)CH−が挙げられ、エチレン、プロピレン、トリメチレン、−CHCH(OH)CH−がより好ましい。
特に好ましくは、R200がメチルで、R201がエチレンである。
一般式(1)中のR13およびR14が、重合性基(好ましくは、ラジカル重合性基)を含む場合、重合性基:非重合性基のモル比は、好ましくは100:0〜5:95であり、より好ましくは100:0〜20:80であり、さらに好ましくは100:0〜50:50である。
一般式(1)において、Aが酸素原子であってR13が水素原子である場合、または/およびAが酸素原子であってR14が水素原子である場合、エチレン性不飽和結合を有する3級アミン化合物と対塩を形成していてもよい。このようなチレン性不飽和結合を有する3級アミン化合物の例としては、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリレートが挙げられる。
また、アルカリ現像の場合、解像性を向上させる点から、特定ポリイミド前駆体は、構造単位中にフッ素原子を有することが好ましい。フッ素原子により、アルカリ現像の際に膜の表面に撥水性が付与され、表面からのしみこみなどを抑えることができる。特定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、また、アルカリ水溶液に対する溶解性の点から20質量%以下が好ましい。
また、基板との密着性を向上させる目的で、特定ポリイミド前駆体は、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(p−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。
また、ネガ型感光性樹脂組成物の保存安定性を向上させるため、特定ポリイミド前駆体は主鎖末端をモノアミン、酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物、モノ活性エステル化合物などの末端封止剤で封止することが好ましい。これらのうち、モノアミンを用いることがより好ましい。モノアミンの好ましい化合物としては、アニリン、2−エチニルアニリン、3−エチニルアニリン、4−エチニルアニリン、5−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、1−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−カルボキシ−7−アミノナフタレン、1−カルボキシ−6−アミノナフタレン、1−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−カルボキシ−7−アミノナフタレン、2−カルボキシ−6−アミノナフタレン、2−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、6−アミノサリチル酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、2−アミノチオフェノール、3−アミノチオフェノール、4−アミノチオフェノールなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよく、複数の末端封止剤を反応させることにより、複数の異なる末端基を導入してもよい。
<<他の繰り返し単位>>
特定ポリイミド前駆体は、一般式(1)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」ということがある)を含んでいてもよい。他の繰り返し単位としては、上記一般式(1)において、R11が、−(L−O−)n1−で表される基を主鎖に有する2価の連結基以外の2価の有機基(以下、R111ということがある)である繰り返し単位が好ましい。つまり、一般式(1)において、R11が次に述べるR111に置き換わった基が好ましい。
111である2価の有機基としては、直鎖または分岐の脂肪族基、環状の脂肪族基およびアリール基を含む基が例示され、炭素数2〜20の直鎖または分岐の脂肪族基、炭素数6〜20の環状の脂肪族基、炭素数6〜20のアリール基、または、これらの組み合わせからなる基が好ましく、炭素数6〜20のアリール基がより好ましい。アリール基の例としては、下記が挙げられる。
Figure 2017002860
式中、Aは、単結合、または、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の炭化水素基、−O−、−C(=O)−、−S−、−S(=O)−、および−NHCO−、並びにこれらの組み合わせから選択される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−、−SO−から選択される基であることがより好ましく、−CH−、−O−、−S−、−SO−、−C(CF−、および、−C(CH−から選択される2価の基であることがさらに好ましい。
また、特定ポリイミド前駆体は、一般式(1)のR11を以下に挙げるような他の繰り返し単位とした構造を含んでいてもよい。
11の位置に一部使用してもよい2価の有機基としては、ジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基が挙げられる。ジアミンとしては、脂肪族、環式脂肪族または芳香族ジアミンなどが挙げられる。
具体的には、以下のジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基などが挙げられる。
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−ジアミノブタンおよび1,6−ジアミノヘキサン;1,2−または1,3−ジアミノシクロペンタン、1,2−、1,3−または1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−、1,3−または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およびイソホロンジアミン;m−およびp−フェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’−および3,3’−ジアミノビフェニル、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−および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、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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)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、2,4−および2,5−ジアミノクメン、2,5−ジメチル−p−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−p−フェニレンジアミン、2,4,6−トリメチル−m−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、p−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、3,3’−ジメトキシ−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デンおよび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。
また、下記に示すジアミン(DA−1)〜(DA−18)のアミノ基の除去後に残存するジアミン残基もR111の例として挙げられる。
Figure 2017002860
Figure 2017002860
111は、以下のジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基であることが好ましい。
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−ジアミノブタンおよび1,6−ジアミノヘキサン;1,2−または1,3−ジアミノシクロペンタン、1,2−、1,3−または1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−、1,3−または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;m−およびp−フェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’−および3,3’−ジアミノビフェニル、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−および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、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、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル;上記の(DA−7)、(DA−8)、(DA−12)、(DA−13);少なくとも2つ以上のアルキレングリコール単位を主鎖にもつジアミンから選ばれる少なくとも1種のジアミン。
111は、以下のジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基であることがより好ましい。
p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、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(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル;上記の(DA−7)、(DA−8)、(DA−12)、(DA−13);ジェファーミン(登録商標)KH−511、ED−600、ED−900、EDR−148、EDR−176、D−200、D−400、D−2000(以上商品名、HUNTSMAN(株)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、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−アミンから選ばれる少なくとも1種のジアミン。
一般式(1)で表される繰り返し単位以外の他の繰り返し単位は、一般式(1)において、R11がR111である以外の部分については、一般式(1)におけるA、A、R12、R13およびR14と同義であり、好ましい範囲も同様である。尚、特定ポリイミド前駆体において、一般式(1)で表される繰り返し単位における、A、A、R12、R13およびR14と他の繰り返し単位におけるA、A、R12、R13およびR14とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
特定ポリイミド前駆体が他の繰り返し単位を含む場合、他の繰り返し単位の含有量は、1〜60モル%であることが好ましく、5〜50モル%であることがより好ましい。
特定ポリイミド前駆体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは20000〜28000であり、より好ましくは22000〜27000であり、さらに好ましくは23000〜25000である。
特定ポリイミド前駆体の分散度(Mw/Mn)は、特に定めるものではないが、1.0以上であることが好ましく、2.5以上であることがより好ましく、2.8以上であることがさらに好ましい。特定ポリイミド前駆体の分散度の上限値は特に定めるものではないが、例えば、4.5以下が好ましく、3.4以下とすることもできる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物における、特定ポリイミド前駆体の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対し20〜100質量%が好ましく、50〜99質量%がより好ましく、70〜99質量%がさらに好ましく、80〜99質量%が特に好ましい。
<<他のポリイミド前駆体>>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記特定ポリイミド前駆体以外の他のポリイミド前駆体を含んでいてもよい。他のポリイミド前駆体としては、上記他の繰り返し単位のみからなるポリイミド前駆体等の一般式(1)で表される繰り返し単位を含まないポリイミド前駆体が例示される。
また、本発明では、他のポリイミド前駆体を実質的に含まない構成とすることもできる。実質的に含まないとは、例えば、本発明のネガ型感光性樹脂組成物に含まれる他のポリイミド前駆体の含有量が、特定ポリイミド前駆体の含有量の3質量%以下であることをいう。
<その他の樹脂成分>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、他の樹脂成分を含んでいてもよい。他の樹脂成分としては、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリイミド樹脂が例示される。また、本発明では、ポリイミド前駆体以外の樹脂を実質的に含まない構成とすることもできる。実質的に含まないとは、例えば、本発明のネガ型感光性樹脂組成物に含まれるポリイミド前駆体以外の樹脂の含有量が、ポリイミド前駆体の含有量の3質量%以下であることをいう。
<光ラジカル重合開始剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、光ラジカル重合開始剤を含む。光ラジカル重合開始剤が、一般式(1)で表される繰り返し単位が有し得るラジカル重合性基、または、後述するラジカル重合性化合物の重合を開始させることによって、ネガ型現像を行うことができる。より具体的には、ネガ型感光性樹脂組成物を半導体ウエハなどに適用して層状の組成物層を形成した後、光を照射することで、ラジカルによる硬化が起こり、光照射部における溶解性を低下させることができる。このため、例えば、電極部のみをマスクしたパターンを持つフォトマスクを介して上記組成物層を露光することで、電極のパターンにしたがって、溶解性の異なる領域を簡便に作製できるという利点がある。
光ラジカル重合開始剤としては、ラジカル重合性化合物等の重合反応(架橋反応)を開始する能力を有する限り、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ものが好ましい。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)の範囲内に少なくとも約50の分子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。化合物の分子吸光係数は、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、酢酸エチル溶媒を用い、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、公知の化合物を制限なく使用できるが、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もの、オキサジアゾール骨格を有するもの、トリハロメチル基を有するものなど)、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。
トリアジン骨格を有するハロゲン化炭化水素誘導体としては、例えば、若林ら著、Bull.Chem.Soc.Japan,42、2924(1969)に記載の化合物、英国特許1388492号に明細書記載の化合物、特開昭53−133428号公報に記載の化合物、独国特許3337024号明細書に記載の化合物、F.C.SchaeferなどによるJ.Org.Chem.;29、1527(1964)に記載の化合物、特開昭62−58241号公報に記載の化合物、特開平5−281728号公報に記載の化合物、特開平5−34920号公報に記載の化合物、米国特許第4212976号明細書に記載されている化合物などが挙げられる。
米国特許第4212976号明細書に記載されている化合物としては、例えば、オキサジアゾール骨格を有する化合物(例えば、2−トリクロロメチル−5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−クロロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(2−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリブロモメチル−5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリブロモメチル−5−(2−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−クロルスチリル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−メトキシスチリル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−n−ブトキシスチリル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリブロモメチル−5−スチリル−1,3,4−オキサジアゾールなど)などが挙げられる。
また、上記以外の光ラジカル重合開始剤として、特開2015−087611号公報の段落番号0086に記載の化合物、並びに、特開昭53−133428号公報、特公昭57−1819号公報、同57−6096号公報、および米国特許第3615455号明細書に記載された化合物などが例示され、これら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号公報の段落番号0087に記載の化合物が例示され、これら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。
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、および、アシルホスフィン化合物も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号公報に記載のアシルホスフィンオキシド系開始剤も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、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、IRGACURE−784、および、IRGACURE−379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。IRGACUREは登録商標である。
アミノアセトフェノン系開始剤として、365nmまたは405nm等の光源に吸収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、市販品であるIRGACURE−819やDAROCUR−TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
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2000−80068号記載の化合物、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、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、および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。
オキシム化合物としては、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.1653−1660、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.156−162、およびJournal of Photopolymer Science and Technology(1995年)pp.202−232に記載の化合物、並びに、特開2000−66385号、特開2000−80068号、特表2004−534797号、および特開2006−342166号の各公報に記載の化合物等が挙げられる。
市販品ではIRGACURE−OXE01(BASF社製)、IRGACURE−OXE02(BASF社製)、N−1919(ADEKA社製)も好適に用いられる。
また、カルバゾール環のN位にオキシムが連結した特表2009−519904号公報に記載の化合物、ベンゾフェノン部位にヘテロ置換基が導入された米国特許7626957号公報に記載の化合物、色素部位にニトロ基が導入された特開2010−15025号公報および米国特許公開2009−292039号公報に記載の化合物、国際公開WO2009/131189号公報に記載のケトオキシム系化合物、トリアジン骨格とオキシム骨格を同一分子内に含む米国特許7556910号公報に記載の化合物、405nmに吸収極大を有し、g線光源に対して良好な感度を有する、特開2009−221114号公報記載の化合物などを用いてもよい。
また、特開2007−231000号公報、および、特開2007−322744号公報に記載される環状オキシム化合物も好適に用いることができる。環状オキシム化合物の中でも、特に特開2010−32985号公報、特開2010−185072号公報に記載される、カルバゾール色素に縮環した環状オキシム化合物は、高い光吸収性を有し高感度化の観点から好ましい。
また、オキシム化合物の特定部位に不飽和結合を有する化合物である、特開2009−242469号公報に記載の化合物も好適に使用することができる。
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。そのような開始剤の具体例としては、特開2010−262028号公報に記載されている化合物、特表2014−500852号公報の段落番号0345に記載されている化合物24、36〜40、特開2013−164471号公報の段落番号0101に記載されている化合物(C−3)などが挙げられる。具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
Figure 2017002860
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、フォ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、トリアリルイミダゾールダイマー、オニウム化合物、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およびその誘導体、シクロペンタジエン−ベンゼン−鉄錯体およびその塩、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からなる群より選択される化合物が好ましい。
より好ましくは、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、フォスフィンオキサイド化合物、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、さらに好ましくは、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、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であり、最も好ましくは、オキシム化合物である。
光ラジカル重合開始剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対し0.1〜30質量%が好ましく、より好ましくは0.1〜20質量%であり、さらに好ましくは0.1〜10質量%である。また、ラジカル重合性化合物100質量部に対し、光ラジカル重合開始剤を1〜20質量部含むことが好ましく、3〜10質量部含むことがより好ましい。
光ラジカル重合開始剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。光ラジカル重合開始剤が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。
<ラジカル重合性化合物>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記ポリイミド前駆体以外のラジカル重合性化合物を含有していてもよい。ラジカル重合性化合物を含有させることにより、より耐熱性に優れた硬化膜を形成することができる。更には、フォトリソグラフィ法にてパターン形成を行うこともできる。
ラジカル重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する化合物が好ましく、エチレン性不飽和基を2個以上含む化合物であることがより好ましい。
ラジカル重合性化合物は、例えば、モノマー、プレポリマー、オリゴマーおよびそれらの混合物並びにそれらの多量体などの化学的形態のいずれであってもよい。
本発明において、モノマータイプのラジカル重合性化合物(以下、ラジカル重合性モノマーともいう)は、高分子化合物とは異なる化合物である。ラジカル重合性モノマーは、典型的には、低分子化合物であり、分子量2000以下の低分子化合物であることが好ましく、分子量1500以下の低分子化合物であることがより好ましく、分子量900以下の低分子化合物であることがさらに好ましい。なお、ラジカル重合性モノマーの分子量は、通常、100以上である。
また、オリゴマータイプのラジカル重合性化合物は、典型的には比較的低い分子量の重合体であり、10個から100個のラジカル重合性モノマーが結合した重合体であることが好ましい。分子量としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法でのポリスチレン換算の重量平均分子量が、2000〜20000であることが好ましく、2000〜15000がより好ましく、2000〜10000であることがさらに好ましい。
本発明におけるラジカル重合性化合物の官能基数は、1分子中におけるラジカル重合性基の数を意味する。
ラジカル重合性化合物は、解像性の観点から、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、2官能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。
<<エチレン性不飽和結合を有する化合物>>
エチレン性不飽和結合を有する基としては、スチリル基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基および(メタ)アリル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
エチレン性不飽和結合を有する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)およびそのエステル類、アミド類、並びにこれらの多量体が挙げられ、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、および不飽和カルボン酸と多価アミン化合物とのアミド類、並びにこれらの多量体である。また、ヒドロキシル基、アミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸のエステルまたはアミド類と、単官能若しくは多官能イソシアネート類またはエポキシ類との付加反応物、あるいは、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またはアミド類と、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、さらに、ハロゲン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またはアミド類と、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。
多価アルコール化合物と不飽和カルボン酸とのエステルのモノマーの具体例としては、アクリル酸エステルとして、エチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、テトラメチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリメチロールエタントリアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、イソシアヌル酸エチレンオキシド変性トリアクリレート、ポリエステルアクリレートオリゴマー等がある。
メタクリル酸エステルとしては、テトラメチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールジメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ソルビトールトリメタクリレート、ソルビトールテトラメタクリレート、ビス〔p−(3−メタクリルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル〕ジメチルメタン、ビス−〔パラ−(メタクリルオキシエトキシ)フェニル〕ジメチルメタン等がある。
イタコン酸エステルとしては、エチレングリコールジイタコネート、プロピレングリコールジイタコネート、1,3−ブタンジオールジイタコネート、1,4−ブタンジオールジイタコネート、テトラメチレングリコールジイタコネート、ペンタエリスリトールジイタコネート、ソルビトールテトライタコネート等がある。
クロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジクロトネート、テトラメチレングリコールジクロトネート、ペンタエリスリトールジクロトネート、ソルビトールテトラジクロトネート等がある。
イソクロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジイソクロトネート、ペンタエリスリトールジイソクロトネート、ソルビトールテトライソクロトネート等がある。
マレイン酸エステルとしては、エチレングリコールジマレート、トリエチレングリコールジマレート、ペンタエリスリトールジマレート、ソルビトールテトラマレート等がある。
その他のエステルの例として、例えば、特公昭46−27926号公報、特公昭51−47334号公報、特開昭57−196231号公報に記載の脂肪族アルコール系エステル類や、特開昭59−5240号公報、特開昭59−5241号公報、特開平2−226149号公報に記載の芳香族系骨格を有する化合物、特開平1−165613号公報に記載のアミノ基を含む化合物等も好適に用いられる。
また、多価アミン化合物と不飽和カルボン酸とのアミドのモノマーの具体例としては、メチレンビス−アクリルアミド、メチレンビス−メタクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−アクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−メタクリルアミド、ジエチレントリアミントリスアクリルアミド、キシリレンビスアクリルアミド、キシリレンビスメタクリルアミド等がある。
その他の好ましいアミド系モノマーの例としては、特公昭54−21726号公報に記載のシクロへキシレン構造を有するモノマーを挙げることができる。
また、イソシアネートと水酸基の付加反応を用いて製造されるウレタン系付加重合性モノマーも好適であり、そのような具体例としては、例えば、特公昭48−41708号公報に記載されている1分子に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物に、水酸基を含むビニルモノマーを付加させた1分子中に2個以上の重合性ビニル基を含むビニルウレタン化合物等が挙げられる。
また、特開昭51−37193号公報、特公平2−32293号公報、特公平2−16765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58−49860号公報、特公昭56−17654号公報、特公昭62−39417号公報、特公昭62−39418号公報に記載された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。
また、エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、特開2009−288705号公報の段落番号0095〜0108に記載されている化合物を、本発明においても好適に用いることができる。
また、エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、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、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等の、単官能のアクリレートおよびメタクリレート;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もの、特公昭48−41708号、特公昭50−6034号、特開昭51−37193号の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48−64183号、特公昭49−43191号、特公昭52−30490号の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およびメタクリレート、並びにこれらの混合物を挙げることができる。また、特開2008−292970号公報の段落番号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基を有する化合物を反応させ得られる多官能(メタ)アクリレートなども挙げることができる。
また、その他の好ましいエチレン性不飽和結合を有する化合物として、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、カルド樹脂も使用することが可能である。
さらに、その他の例としては、特公昭46−43946号公報、特公平1−40337号公報、特公平1−40336号公報に記載の特定の不飽和化合物や、特開平2−25493号公報に記載のビニルホスホン酸系化合物等も挙げることができる。また、ある場合には、特開昭61−22048号公報に記載のペルフルオロアルキル基を含む構造が好適に使用される。さらに日本接着協会誌vol.20、No.7、300〜308ページ(1984年)にラジカル重合性モノマーおよ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、下記一般式(MO−1)〜(MO−5)で表される、エチレン性不飽和結合を有する化合物も好適に用いることができる。なお、式中、Tがオキシアルキレン基の場合には、炭素原子側の末端がRに結合する。
Figure 2017002860
Figure 2017002860
一般式において、nは0〜14の整数であり、mは1〜8の整数である。一分子内に複数存在するR、T、は、各々同一であっても、異なっていてもよい。
上記一般式(MO−1)〜(MO−5)で表される重合性化合物の各々において、複数のRの内の少なくとも1つは、−OC(=O)CH=CH、または、−OC(=O)C(CH)=CHで表される基を表す。
上記一般式(MO−1)〜(MO−5)で表される、エチレン性不飽和結合を有する化合物の具体例としては、特開2007−269779号公報の段落番号0248〜0251に記載されている化合物を本発明においても好適に用いることができる。
また、特開平10−62986号公報において、一般式(1)および(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、重合性化合物として用いることができる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、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;日本化薬株式会社製)、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;日本化薬株式会社製)、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;日本化薬株式会社製)、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;日本化薬株式会社製)、およびこれらの(メタ)アクリロイル基がエチレングリコール、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。
エチレン性不飽和結合を有する化合物は、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基等の酸基を有する多官能モノマーであっても良い。酸基を有する多官能モノマーは、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ル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多官能モノマーがより好ましく、特に好ましくは、このエステルにおいて、脂肪族ポリヒドロキシ化合物がペンタエリスリトールおよび/またはジペンタエリスリトールであるものである。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である、M−510、M−520などが挙げられる。
酸基を有する多官能モノマーは、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。また、必要に応じて酸基を有しない多官能モノマーと酸基を有する多官能モノマーを併用してもよい。
酸基を有する多官能モノマーの好ましい酸価としては、0.1〜40mgKOH/gであり、特に好ましくは5〜30mgKOH/gである。多官能モノマーの酸価が上記範囲であれば、製造や取扱性に優れ、さらには、現像性に優れる。また、ラジカル重合性が良好である。
エチレン性不飽和結合を有する化合物は、カプロラクトン構造を有する化合物を用いることもできる。
カプロラクトン構造とエチレン性不飽和結合とを有する化合物としては、分子内にカプロラクトン構造を有する限り特に限定されるものではないが、例えば、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、グリセリン、ジグリセロール、トリメチロールメラミン等の多価アルコールと、(メタ)アクリル酸およびε−カプロラクトンをエステル化することにより得られる、ε−カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートを挙げることができる。なかでも下記一般式(C)で表されるカプロラクトン構造を有する重合性化合物が好ましい。
一般式(C)
Figure 2017002860
(式中、6個のRは全てが下記一般式(D)で表される基であるか、または6個のRのうち1〜5個が下記一般式(D)で表される基であり、残余が下記一般式(E)で表される基である。)
一般式(D)
Figure 2017002860
(式中、Rは水素原子またはメチル基を示し、mは1または2の数を示し、「*」は結合手であることを示す。)
一般式(E)
Figure 2017002860
(式中、Rは水素原子またはメチル基を示し、「*」は結合手であることを示す。)
このようなカプロラクトン構造を有する重合性化合物は、例えば、日本化薬(株)からKAYARAD DPCAシリーズとして市販されており、DPCA−20(上記一般式(C)〜(E)においてm=1、一般式(D)で表される基の数=2、Rが全て水素原子である化合物)、DPCA−30(同式、m=1、一般式(D)で表される基の数=3、Rが全て水素原子である化合物)、DPCA−60(同式、m=1、一般式(D)で表される基の数=6、Rが全て水素原子である化合物)、DPCA−120(同式においてm=2、一般式(D)で表される基の数=6、Rが全て水素原子である化合物)等を挙げることができる。
本発明において、カプロラクトン構造とエチレン性不飽和結合とを有する化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物は、下記一般式(i)または(ii)で表される化合物の群から選択される少なくとも1種であることも好ましい。
Figure 2017002860
一般式(i)および(ii)中、Eは、各々独立に、−((CHCHO)−、または−((CHCH(CH)O)−を表し、yは、各々独立に0〜10の整数を表し、Xは、各々独立に、(メタ)アクリロイル基、水素原子、またはカルボキシ基を表す。
一般式(i)中、(メタ)アクリロイル基の合計は3個または4個であり、mは各々独立に0〜10の整数を表し、各mの合計は0〜40の整数である。但し、各mの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシ基である。
一般式(ii)中、(メタ)アクリロイル基の合計は5個または6個であり、nは各々独立に0〜10の整数を表し、各nの合計は0〜60の整数である。但し、各nの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシ基である。
一般式(i)中、mは、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。
また、各mの合計は、2〜40の整数が好ましく、2〜16の整数がより好ましく、4〜8の整数が特に好ましい。
一般式(ii)中、nは、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。
また、各nの合計は、3〜60の整数が好ましく、3〜24の整数がより好ましく、6〜12の整数が特に好ましい。
一般式(i)または一般式(ii)中の−((CHCHO)−または−((CHCH(CH)O)−は、酸素原子側の末端がXに結合する形態が好ましい。特に、一般式(ii)において、6個のX全てがアクリロイル基である形態が好ましい。
一般式(i)または(ii)で表される化合物は、従来公知の工程である、ペンタエリスリトールまたはジペンタエリスリトールにエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドを開環付加反応させることにより、開環骨格を結合する工程と、開環骨格の末端水酸基に、例えば(メタ)アクリロイルクロライドを反応させて、(メタ)アクリロイル基を導入する工程とから合成することができる。各工程は良く知られた工程であり、当業者は容易に一般式(i)または(ii)で表される化合物を合成することができる。
一般式(i)および(ii)で表される化合物の中でも、ペンタエリスリトール誘導体およびジペンタエリスリトール誘導体がより好ましい。
具体的には、下記式(a)〜(f)で表される化合物(以下、「例示化合物(a)〜(f)」ともいう。)が挙げられ、中でも、例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)が好ましい。
Figure 2017002860
Figure 2017002860
一般式(i)、(ii)で表される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、日本化薬株式会社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などが挙げられる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、特公昭48−41708号公報、特開昭51−37193号公報、特公平2−32293号公報、特公平2−16765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58−49860号公報、特公昭56−17654号公報、特公昭62−39417号公報、特公昭62−39418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。さらに、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1−105238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付加重合性モノマー類を用いることもできる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物の市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ社製)、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(株)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(株)製)、ブレンマーPME400(日油(株)製)などが挙げられる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物は、耐熱性の観点から、下記式で表される部分構造を有することが好ましい。ただし、式中の*は連結手である。
Figure 2017002860
上記部分構造を有するエチレン性不飽和結合を有する化合物の具体例としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリ(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、ジメチロールプロパンテトラ(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、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレートなどが挙げられ、本発明においてはこれらの重合性化合物を特に好ましく用いることができる。
ネガ型感光性樹脂組成物において、ラジカル重合性化合物の含有量は、良好なラジカル重合性と耐熱性の観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対して、1〜50質量%が好ましい。下限は5質量%以上がより好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、25質量%以下がさらに好ましい。ラジカル重合性化合物は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。
また、ポリイミド前駆体とラジカル重合性化合物を有する化合物との質量割合(ポリイミド前駆体/ラジカル重合性化合物)は、98/2〜10/90が好ましく、95/5〜30/70がより好ましく、90/10〜50/50がさらに好ましく、90/10〜70/30が一層好ましい。ポリイミド前駆体とラジカル重合性化合物との質量割合が上記範囲であれば、硬化性および耐熱性により優れた硬化膜を形成できる。
<光塩基発生剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、光塩基発生剤を含んでいてもよい。光塩基発生剤とは、露光により塩基を発生するものであり、常温常圧の通常の条件下では活性を示さないが、外部刺激として電磁波の照射と加熱が行なわれると、塩基(塩基性物質)を発生するものであれば特に限定されるものではない。露光により発生した塩基はポリイミド前駆体を加熱により硬化させる際の触媒として働くため、ネガ型において好適に用いることができる。
光塩基発生剤の含有量は、所望のパターンを形成できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な含有量とすることができる。光塩基発生剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物100質量部に対して、0.05質量部以上30質量部未満の範囲内であることが好ましく、0.1質量部〜25質量部の範囲内であることがより好ましく、0.2質量部〜20質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
本発明においては、光塩基発生剤として公知のものを用いることが出来る。例えば、M.Shirai, and M.Tsunooka, Prog.Polym.Sci.,21,1(1996);角岡正弘,高分子加工,46,2(1997);C.Kutal,Coord.Chem.Rev.,211,353(2001);Y.Kaneko,A.Sarker, and D.Neckers,Chem.Mater.,11,170(1999);H.Tachi,M.Shirai, and M.Tsunooka,J.Photopolym.Sci.Technol.,13,153(2000);M.Winkle, and K.Graziano,J.Photopolym.Sci.Technol.,3,419(1990);M.Tsunooka,H.Tachi, and S.Yoshitaka,J.Photopolym.Sci.Technol.,9,13(1996);K.Suyama,H.Araki,M.Shirai,J.Photopolym.Sci.Technol.,19,81(2006)に記載されているように、遷移金属化合物錯体や、アンモニウム塩などの構造を有するものや、ジアミン部分がカルボン酸と塩を形成することで潜在化されたもののように、塩基成分が塩を形成することにより中和されたイオン性の化合物や、カルバメート誘導体、オキシムエステル誘導体、アシル化合物などのウレタン結合やオキシム結合などにより塩基成分が潜在化された非イオン性の化合物を挙げることができる。
本発明に用いることができる光塩基発生剤は、特に限定されず公知のものを用いることができ、例えば、カルバメート誘導体、アミド誘導体、イミド誘導体、αコバルト錯体類、イミダゾール誘導体、桂皮酸アミド誘導体、オキシム誘導体等が挙げられる。
光塩基発生剤から発生する塩基性物質は特に限定されないが、アミノ基を有する化合物、特にモノアミンや、ジアミンなどのポリアミン、また、アミジンなどが挙げられる。
発生する塩基性物質は、より塩基性度の高いアミノ基を有する化合物が好ましい。ポリイミド前駆体のイミド化における脱水縮合反応等に対する触媒作用が強く、より少量の添加で、より低い温度での脱水縮合反応等における触媒効果の発現が可能となるからである。つまりは、発生した塩基性物質の触媒効果が大きい為、ネガ型感光性樹脂組成物としての見た目の感度が向上する。
上記触媒効果の観点からアミジン、脂肪族アミンであることが好ましい。
光塩基発生剤は、構造中に塩を含まない光塩基発生剤であることが好ましい。また、光塩基発生剤において発生する塩基部分の窒素原子上に電荷がないことが好ましい。光塩基発生剤は、発生する塩基が共有結合を用いて潜在化されていることが好ましく、塩基の発生機構が、発生する塩基部分の窒素原子と隣接する原子との間の共有結合が切断されて塩基が発生する化合物であることがより好ましい。構造中に塩を含まない塩基発生剤であると、塩基発生剤を中性にすることができるため、溶剤溶解性が良好であり、ポットライフが向上する。このような理由から、本発明で用いられる光塩基発生剤から発生するアミンは、1級アミンまたは2級アミンが好ましい。
また、上記のような理由から光塩基発生剤は、前述のように発生する塩基が共有結合を用いて潜在化されていることが好ましく、発生する塩基がアミド結合、カルバメート結合、オキシム結合を用いて潜在化されていることがより好ましい。
本発明に係る塩基発生剤としては、例えば、特開2009−80452号公報および国際公開WO2009/123122号公報に開示されたような桂皮酸アミド構造を有する塩基発生剤、特開2006−189591号公報および特開2008−247747号公報に開示されたようなカルバメート構造を有する塩基発生剤、特開2007−249013号公報および特開2008−003581号公報に開示されたようなオキシム構造、カルバモイルオキシム構造を有する塩基発生剤等が挙げられるが、これらに限定されず、その他にも公知の塩基発生剤の構造を用いることができる。
以下、本発明に用いることができる光塩基発生剤について具体例を挙げて説明する。
イオン性化合物としては、例えば下記構造式のものが挙げられる。
Figure 2017002860
アシル化合物としては、例えば下記式に示すような化合物が挙げられる。
Figure 2017002860
また、光塩基発生剤として、例えば、下記一般式(PB−1)に示す化合物が挙げられる。
Figure 2017002860
(PB−1)
(一般式(PB−1)中、R41およびR42は、それぞれ独立に、水素原子または有機基であり、同一であっても異なっていても良い。但し、R41およびR42の少なくとも1つは有機基である。または、R41およびR42は、それらが結合して環構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。R43およびR44は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、または有機基であり、同一であっても異なっていても良い。R45、R46、R47およびR48は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基または有機基であり、同一であっても異なっていても良い。または、R45、R46、R47およびR48は、それらの2つ以上が結合して環構造を形成していても良く、ヘテロ原子の結合を含んでいても良い。R49は、水素原子、あるいは、加熱および/または電磁波の照射により脱保護可能な保護基である。)
一般式(PB−1)の具体例を以下に挙げるが、これに限定されるものではない。
Figure 2017002860
Figure 2017002860
Figure 2017002860
その他、光塩基発生剤としては、特開2012−93746号公報の段落番号0185〜0188、0199〜0200および0202に記載の化合物、特開2013−194205号公報の段落番号0022〜0069に記載の化合物、特開2013−204019号公報の段落番号0026〜0074に記載の化合物、並びにWO2010/064631号公報の段落番号0052に記載の化合物が例として挙げられる。
<熱塩基発生剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、熱塩基発生剤を含んでいてもよい。
熱塩基発生剤は、その種類等は特に定めるものではないが、40℃以上に加熱すると塩基を発生する酸性化合物、および、pKa1が0〜4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有するアンモニウム塩から選ばれる少なくとも一種を含む熱塩基発生剤を含むことが好ましい。ここで、pKa1とは、多価の酸の第一のプロトンの解離定数(Ka)の対数表示(−Log10Ka)を示す。
このような化合物を配合することにより、ポリイミド前駆体の環化反応を低温で行うことができ、また、より安定性に優れたネガ型感光性樹脂組成物とすることができる。また、熱塩基発生剤は、加熱しなければ塩基を発生しないので、ポリイミド前駆体と共存させても、保存中におけるポリイミド前駆体の環化を抑制でき、保存安定性に優れている。
本発明における熱塩基発生剤は、40℃以上に加熱すると塩基を発生する酸性化合物(A1)、および、pKa1が0〜4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有するアンモニウム塩(A2)から選ばれる少なくとも一種を含む。
上記酸性化合物(A1)および上記アンモニウム塩(A2)は、加熱すると塩基を発生するので、これらの化合物から発生した塩基により、ポリイミド前駆体の環化反応を促進でき、ポリイミド前駆体の環化を低温で行うことができる。また、これらの化合物は、塩基により環化して硬化するポリイミド前駆体と共存させても、加熱しなければポリイミド前駆体の環化が殆ど進行しないので、安定性に優れたネガ型感光性樹脂組成物を調製することができる。
なお、本明細書において、酸性化合物とは、化合物を容器に1g採取し、イオン交換水とテトラヒドロフランとの混合液(質量比は水/テトラヒドロフラン=1/4)を50ml加えて、室温で1時間攪拌し、得られた溶液をpH(potential hydrogen)を用いて、20℃にて測定した値が7未満である化合物を意味する。
本発明において、酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度は、40℃以上が好ましく、120〜200℃がより好ましい。塩基発生温度の上限は、190℃以下がより好ましく、180℃以下がさらに好ましく、165℃以下が一層好ましい。塩基発生温度の下限は、130℃以上がさらに好ましく、135℃以上が一層好ましい。
酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度が120℃以上であれば、保存中に塩基が発生しにくいので、安定性に優れたネガ型感光性樹脂組成物を調製することができる。酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度が200℃以下であれば、ポリイミド前駆体の環化温度を低くすることができる。塩基発生温度は、例えば、示差走査熱量測定を用い、化合物を耐圧カプセル中5℃/分で250℃まで加熱し、最も温度が低い発熱ピークのピーク温度を読み取り、ピーク温度を塩基発生温度として測定することができる。
本発明において、熱塩基発生剤により発生する塩基は、2級アミンまたは3級アミンが好ましく、3級アミンがより好ましい。3級アミンは、塩基性が高いので、ポリイミド前駆体の環化温度をより低くすることができる。また、熱塩基発生剤により発生する塩基の沸点は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、140℃以上であることが最も好ましい。また、発生する塩基の分子量は、80〜2000が好ましい。下限は100以上がより好ましい。上限は500以下がより好ましい。なお、分子量の値は、構造式から求めた理論値である。
本発明において、上記酸性化合物(A1)は、アンモニウム塩および後述する一般式(1)で表される化合物から選ばれる1種以上を含むことが好ましい。
本発明において、上記アンモニウム塩(A2)は、酸性化合物であることが好ましい。 なお、上記アンモニウム塩(A2)は、40℃以上(好ましくは120〜200℃)に加熱すると塩基を発生する酸性化合物を含む化合物であってもよいし、40℃以上(好ましくは120〜200℃)に加熱すると塩基を発生する酸性化合物以外の化合物であってもよい。
<<アンモニウム塩>>
本発明において、アンモニウム塩とは、下記一般式(1)、または一般式(2)で表されるアンモニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンは、アンモニウムカチオンのいずれかの一部と共有結合を介して結合していてもよく、アンモニウムカチオンの分子外に有ってもよいが、アンモニウムカチオンの分子外に有ることが好ましい。なお、アニオンが、アンモニウムカチオンの分子外に有るとは、アンモニウムカチオンとアニオンが共有結合を介して結合していない場合をいう。以下、カチオン部の分子外のアニオンを対アニオンともいう。
Figure 2017002860
上記一般式(1)、(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子または炭化水素基を表し、式Rは炭化水素基を表す。RとR、RとR、RとR、RとRはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
本発明において、アンモニウム塩は、pKa1が0〜4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有することが好ましい。アニオンのpKa1の上限は、3.5以下がより好ましく、3.2以下がさらに好ましい。下限は、0.5以上がより好ましく、1.0以上がさらに好ましい。アニオンのpKa1が上記範囲であれば、ポリイミド前駆体を低温で環化でき、さらには、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性を向上できる。pKa1が4以下であれば、熱塩基発生剤の安定性が良好で、加熱なしに塩基が発生することを抑制でき、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性が良好である。pKa1が0以上であれば、発生した塩基が中和されにくく、ポリイミド前駆体の環化効率が良好である。
アニオンの種類は、カルボン酸アニオン、フェノールアニオン、リン酸アニオンおよ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、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性、硬化性および現像性をより向上できる熱塩基発生剤とすることができる。特に、2価のカルボン酸のアニオンを用いることで、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性、硬化性および現像性をさらに向上できる。
本発明において、カルボン酸アニオンは、pKa1が4以下のカルボン酸のアニオンであることが好ましい。pKa1は、3.5以下がより好ましく、3.2以下がさらに好ましい。この態様によれば、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性をより向上できる。
ここでpKa1とは、酸の第一解離定数の逆数の対数を表し、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。
本発明において、カルボン酸アニオンは、下記一般式(X1)で表されることが好ましい。
Figure 2017002860
一般式(X1)において、EWGは、電子吸引性基を表す。
本発明において電子吸引性基とは、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、都野雄甫による総説、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、本発明の電子吸引性基は、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、例えば、CF基(σm=0.43)、CFCO基(σm=0.63)、HC≡C基(σm=0.21)、CH=CH基(σm=0.06)、Ac基(σm=0.38)、MeOCO基(σm=0.37)、MeCOCH=CH基(σm=0.21)、PhCO基(σm=0.34)、HNCOCH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。
本発明において、EWGは、下記一般式(EWG−1)〜(EWG−6)で表される基を表すことが好ましい。
Figure 2017002860
式中、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、ヒドロキシル基またはカルボキシ基を表し、Arはアリール基を表す。
本発明において、カルボン酸アニオンは、下記一般式(X)で表されるものも好ましい。
Figure 2017002860
一般式(X)において、L10は、単結合、または、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−NR−およびこれらの組み合わせから選ばれる2価の連結基を表し、Rは、水素原子、アルキル基、アルケニル基また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およびシュウ酸アニオンが挙げられる。これらを好ましく用いることができる。
アンモニウムカチオンは、下記一般式(Y1−1)〜(Y1−6)のいずれかで表されることが好ましい。
Figure 2017002860
上記一般式において、R101は、n価の有機基を表し、
102〜R111は、それぞれ独立に、水素原子、または、炭化水素基を表し、
150およびR151は、それぞれ独立に、炭化水素基を表し、
104とR105、R104とR150、R107とR108、および、R109とR110は、互いに結合して環を形成していてもよく、
Ar101およびAr102は、それぞれ独立に、アリール基を表し、
nは、1以上の整数を表し、
mは、0〜5の整数を表す。
<一般式(A1)で表される化合物>
本発明において、酸性化合物は、下記一般式(A1)で表される化合物であることも好ましい。この化合物は、室温では酸性であるが、加熱により、カルボキシ基が脱炭酸または、脱水環化して失われることで、それまで中和され不活性化していたアミン部位が活性となることにより、塩基性となる。以下、一般式(A1)について説明する。
一般式(A1)
Figure 2017002860
一般式(1)において、Aはp価の有機基を表し、Rは1価の有機基を表し、Lは(m+1)価の有機基を表し、mは1以上の整数を表し、pは1以上の整数を表す。
一般式(A1)中、Aはp価の有機基を表す。有機基としては、脂肪族基、アリール基などが挙げられ、アリール基が好ましい。
本発明において、一般式(A1)で表される化合物は、下記一般式(1a)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(1a)
Figure 2017002860
一般式(1a)中、Aはp価の有機基を表し、Lは(m+1)価の連結基を表し、Lは(n+1)価の連結基を表し、mは1以上の整数を表し、nは1以上の整数を表し、pは1以上の整数を表す。
一般式(1a)のA、L、L、m、nおよびpは、一般式(1)で説明した範囲と同義であり、好ましい範囲も同様である。
本発明において、一般式(A1)で表される化合物は、N−アリールイミノ二酢酸であることが好ましい。N−アリールイミノ二酢酸は、一般式(A1)におけるAがアリール基であり、LおよびLがメチレン基であり、mが1であり、nが1であり、pが1である化合物である。N−アリールイミノ二酢酸は、120〜200℃にて、沸点の高い3級アミンを発生しやすい。
以下に、本発明における熱塩基発生剤の具体例を記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。これらは、それぞれ単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。以下の式中におけるMeは、メチル基を表す。
Figure 2017002860
Figure 2017002860
Figure 2017002860
Figure 2017002860
本発明で用いる熱塩基発生剤としては、特願2015−034388号明細書の段落番号0015〜0055に記載の化合物も好ましく用いられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
熱塩基発生剤を用いる場合、ネガ型感光性樹脂組成物における熱塩基発生剤の含有量は、ネガ型感光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%以上がさらに好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
熱塩基発生剤は、1種または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。
<熱ラジカル重合開始剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、熱ラジカル重合開始剤を含んでいてもよい。熱ラジカル重合開始剤としては、公知の熱ラジカル重合開始剤を用いることができる。
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、重合性化合物の重合反応を開始また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、ポリイミド前駆体の環化反応を進行させる際に、重合性化合物の重合反応を進行させることができる。また、ポリイミド前駆体がエチレン性不飽和結合を含む場合は、ポリイミド前駆体の環化と共に、ポリイミド前駆体の重合反応を進行させることもできるので、より高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は、芳香族ケトン類、オニウム塩化合物、過酸化物、チオ化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、アゾ系化合物等が挙げられる。中でも、過酸化物またはアゾ系化合物がより好ましく、過酸化物が特に好ましい。
本発明で用いる熱ラジカル重合開始剤は、10時間半減期温度が90〜130℃であることが好ましく、100〜120℃であることがより好ましい。
具体的には、特開2008−63554号公報の段落番号0074〜0118に記載されている化合物が挙げられる。
市販品では、パーブチルZおよびパークミルD(日油(株)製)を好適に用いることができる。
ネガ型感光性樹脂組成物が熱ラジカル重合開始剤を含有する場合、熱ラジカル重合開始剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対し0.1〜50質量%が好ましく、0.1〜30質量%がより好ましく、0.1〜20質量%が特に好ましい。また、重合性化合物100質量部に対し、熱ラジカル重合開始剤を0.1〜50質量部含むことが好ましく、0.5〜30質量部含むことがより好ましい。この態様によれば、より耐熱性に優れた硬化膜を形成しやすい。
熱ラジカル重合開始剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。熱ラジカル重合開始剤が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。
<腐食防止剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、腐食防止剤を添加することが好ましい。腐食防止剤は、金属配線からのイオンの流出を防ぐ目的で添加し、化合物としては、例えば、特開2013−15701号公報の段落番号0094に記載の防錆剤、特開2009−283711号公報の段落番号0073〜0076に記載の化合物、特開2011−59656号公報の段落番号0052に記載の化合物、特開2012−194520号公報の段落番号0114、0116および0118に記載の化合物などを使用することができる。中でも、トリアゾール環を有する化合物またはテトラゾール環を有する化合物を好ましく使用することができ、1,2,4−トリアゾール、1,2,3−ベンゾトリアゾール、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾール、1H−テトラゾール、5−メチル−1H−テトラゾールがより好ましく、1H−テトラゾールが最も好ましい。
腐食防止剤を添加する場合、腐食防止剤の配合量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して好ましくは0.1〜10質量部の範囲であり、より好ましくは0.2〜5質量部の範囲である。
腐食防止剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。腐食防止剤が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>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、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んでいることが好ましい。金属接着性改良剤例としては、特開2014−186186号公報の段落番号0046〜0049や、特開2013−072935号公報の段落番号0032〜0043に記載のスルフィド系化合物が挙げられる。金属接着性改良剤を用いる場合、金属接着性改良剤の配合量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して好ましくは0.1〜30質量部の範囲であり、より好ましくは0.5〜15質量部の範囲である。0.1質量部以上とすることで熱硬化後の膜と金属との接着性が良好となり、30質量部以下とすることで硬化後の膜の耐熱性、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。金属接着性改良剤を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。
<シランカップリング剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、基板との接着性を向上させられる点で、シランカップリング剤を含んでいることが好ましい。シランカップリング剤の例としては、特開2014−191002号公報の段落番号0062〜0073に記載の化合物、WO2011/080992A1号公報の段落番号0063〜0071に記載の化合物、特開2014−191252号公報の段落番号0060〜0061に記載の化合物、特開2014−41264号公報の段落番号0045〜0052に記載の化合物、WO2014/097594号公報の段落番号0055に記載の化合物が挙げられる。また、特開2011−128358号公報の段落番号0050〜0058に記載されているように異なる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。
シランカップリング剤を用いる場合、シランカップリング剤の配合量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して好ましくは0.1〜20質量部の範囲であり、より好ましくは1〜10質量部の範囲である。0.1質量部以上であると、基板とのより充分な密着性を付与することができ、20質量部以下であると室温保存時において粘度上昇等の問題をより抑制できる。
シランカップリング剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。シランカップリング剤を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。
<増感色素>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、増感色素を含んでも良い。増感色素は、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色素は、熱塩基発生剤、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、発熱などの作用を引き起こす。これにより、熱塩基発生剤、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、酸または塩基を生成する。
好ましい増感色素の例としては、以下の化合物類に属しており、かつ300nmから450nm域に吸収波長を有するものを挙げることができる。例えば、多核芳香族類(例えば、フェナントレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、トリフェニレン、9.10−ジアルコキシアントラセン)、キサンテン類(例えば、フルオレッセイン、エオシン、エリスロシン、ローダミンB、ローズベンガル)、チオキサントン類(例えば、2,4−ジエチルチオキサントン)、シアニン類(例えばチアカルボシアニン、オキサカルボシアニン)、メロシアニン類(例えば、メロシアニン、カルボメロシアニン)、チアジン類(例えば、チオニン、メチレンブルー、トルイジンブルー)、アクリジン類(例えば、アクリジンオレンジ、クロロフラビン、アクリフラビン)、アントラキノン類(例えば、アントラキノン)、スクアリリウム類(例えば、スクアリリウム)、クマリン類(例えば、7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン)、スチリルベンゼン類、ジスチリルベンゼン類、カルバゾール類等が挙げられる。
中でも本発明においては、多核芳香族類(例えば、フェナントレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、トリフェニレン)、チオキサントン類、ジスチリルベンゼン類、スチリルベンゼン類を使用することが開始効率の観点で好ましく、アントラセン骨格を有する化合物を使用することがより好ましい。特に好ましい具体的な化合物としては、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジブトキシアントラセンなどが挙げられる。
ネガ型感光性樹脂組成物が増感色素を含む場合、増感色素の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対し、0.01〜20質量%が好ましく、0.1〜15質量%がより好ましく、0.5〜10質量%がさらに好ましい。増感色素は、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>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、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、GeHを有する化合物群が用いられる。これらは、低活性のラジカル種に水素供与して、ラジカルを生成するか、もしくは、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得る。特に、チオール化合物(例えば、2−メルカプトベンズイミダゾール類、2−メルカプトベンズチアゾール類、2−メルカプトベンズオキサゾール類、3−メルカプトトリアゾール類、5−メルカプトテトラゾール類等)を好ましく用いることができる。
ネガ型感光性樹脂組成物が連鎖移動剤を含有する場合、連鎖移動剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分100質量部に対し、好ましくは0.01〜20質量部、より好ましくは1〜10質量部、さらに好ましくは1〜5質量部である。
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。
<重合禁止剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、製造中または保存中においてポリイミド前駆体およびラジカル重合性化合物の不要な熱重合を防止するために、少量の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、ハイドロキノン、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、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ル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−p−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−スルフォプロピルアミノ)フェノール、N−ニトロソ−N−(1−ナフチル)ヒドロキシルアミンアンモニウム塩、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−tert−ブチル)フェニルメタンが好適に挙げられる。
ネガ型感光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、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.01〜5質量%が好ましい。
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。重合禁止剤を2種以上使用する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<界面活性剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、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界面活性剤を使用できる。
特に、フッ素系界面活性剤を含むことで、塗布液として調製したときの液特性(特に、流動性)がより向上することから、塗布厚の均一性や省液性をより改善することができる。
フッ素系界面活性剤を含む塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行える点で有効である。
フッ素系界面活性剤のフッ素含有率は、3〜40質量%が好適であり、より好ましくは5〜30質量%であり、特に好ましくは7〜25質量%である。フッ素含有率がこの範囲内であるフッ素系界面活性剤は、塗布膜の厚さの均一性や省液性の点で効果的であり、溶解性も良好である。
フッ素系界面活性剤としては、例えば、メガファックF171、同F172、同F173、同F176、同F177、同F141、同F142、同F143、同F144、同R30、同F437、同F475、同F479、同F482、同F554、同F780、同F781(以上、DIC(株)製)、フロラードFC430、同FC431、同FC171(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC1068、同SC−381、同SC−383、同S393、同KH−40(以上、旭硝子(株)製)、PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(OMNOVA社製)等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としてブロックポリマーを用いることもでき、具体例としては、例えば特開2011−89090号公報に記載された化合物が挙げられる。
また、下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。
Figure 2017002860
上記の化合物の重量平均分子量は、例えば、14,000である。
ノニオン系界面活性剤として具体的には、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン並びにそれらのエトキシレートおよびプロポキシレート(例えば、グリセロールプロポキシレート、グリセリンエトキシレート等)、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ソルビタン脂肪酸エステル(BASF社製のプルロニックL10、L31、L61、L62、10R5、17R2、25R2、テトロニック304、701、704、901、904、150R1)、ソルスパース20000(日本ルーブリゾール(株))等が挙げられる。また、竹本油脂(株)製のパイオニンD−6112−W、和光純薬工業社製の、NCW−101、NCW−1001、NCW−1002を使用することもできる。
カチオン系界面活性剤として具体的には、フタロシアニン誘導体(商品名:EFKA−745、森下産業(株)製)、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、(メタ)アクリル酸系(共)重合体ポリフローNo.75、No.90、No.95(共栄社化学(株)製)、W001(裕商(株)製)等が挙げられる。
アニオン系界面活性剤として具体的には、W004、W005、W017(裕商(株)製)等が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤としては、例えば、東レ・ダウコーニング(株)製「トーレシリコーンDC3PA」、「トーレシリコーンSH7PA」、「トーレシリコーンDC11PA」、「トーレシリコーンSH21PA」、「トーレシリコーンSH28PA」、「トーレシリコーンSH29PA」、「トーレシリコーンSH30PA」、「トーレシリコーンSH8400」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製「TSF−4440」、「TSF−4300」、「TSF−4445」、「TSF−4460」、「TSF−4452」、信越シリコーン株式会社製「KP341」、「KF6001」、「KF6002」、ビックケミー社製「BYK307」、「BYK323」、「BYK330」等が挙げられる。
ネガ型感光性樹脂組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.001〜2.0質量%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。
<高級脂肪酸誘導体等>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、酸素によ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等を添加して、塗布後の乾燥の過程でネガ型感光性樹脂組成物の表面に偏在させてもよい。
ネガ型感光性樹脂組成物が高級脂肪酸誘導体等を含有する場合、高級脂肪酸誘導体等の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1〜10質量%が好ましい。
高級脂肪酸誘導体等は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。高級脂肪酸誘導体等を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。
<溶剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物を塗布によって層状にする場合、溶剤を配合することが好ましい。溶剤は、ネガ型感光性樹脂組成物を層状に形成できれば、公知のものを制限なく使用できる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物に用いられる溶剤としては、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、オキシ酢酸アルキル(例えば、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、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−オキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、3−オキシプロピオン酸メチル、3−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−オキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−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−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチルおよび2−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、および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、および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、および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、およびリモネン等、並びに、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。
溶剤は、塗布面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。なかでも、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、プロピレングリコールメチルエーテル、およ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2種以上で構成される混合溶液が好ましい。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。
ネガ型感光性樹脂組成物が溶剤を含有する場合、溶剤の含有量は、塗布性の観点から、ネガ型感光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、5〜70質量%がより好ましく、10〜60質量%がさらに好ましい。
溶剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。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。
また、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およびN,N−ジメチルホルムアミドの含有量は、膜強度の観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の全質量に対して5質量%未満が好ましく、1質量%未満がより好ましく、0.5質量%未満がさらに好ましく、0.1質量%未満が特に好ましい。
<その他の添加剤>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種添加物、例えば、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、その合計配合量はネガ型感光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。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物の水分含有量は、塗布面状の観点から、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%未満が特に好ましい。
本発明のネガ型感光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未満が特に好ましい。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、ネガ型感光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、ネガ型感光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、ネガ型感光性樹脂組成物を構成する原料に対してフィルター濾過を行う、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。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、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未満がさらに好ましい。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未満が特に好ましい。ハロゲン原子としては、塩素原子および臭素原子が挙げられる。塩素原子および臭素原子、または、塩化物イオンおよび臭化物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。
<ネガ型感光性樹脂組成物の調製>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、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、ネガ型感光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。フィルターの孔径としては、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下がさらに好ましい。フィルターの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のフィルターが好ましい。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。フィルター濾過工程では、複数種類のフィルターを直列または並列に接続して用いてもよい。複数種類のフィルターを使用する場合は、孔径および/または材質が異なるフィルターを組み合わせて使用しても良い。また、各種材料を複数回濾過してもよく、複数回濾過する工程が循環濾過工程であっても良い。また、加圧してろ過を行ってもよく、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、吸着材を用いて不純物の除去を行っても良い。また、不純物の除去は、フィルターろ過と吸着材を組み合わせても良い。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を使用することができる。
<ネガ型感光性樹脂組成物の用途>
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は硬化して硬化膜として用いることができる。本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、耐熱性および絶縁性に優れる硬化膜を形成できるので、半導体デバイスの絶縁膜、再配線層用層間絶縁膜などに好ましく用いることができる。特に、3次元実装デバイスにおける再配線層用層間絶縁膜などに好ましく用いることができる。
また、エレクトロニクス用のフォトレジスト(ガルバニック(電解)レジスト(galvanic resist)、エッチングレジスト、ソルダートップレジスト(solder top resist))などに用いることもできる。
また、オフセット版面また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、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および誘電層の製造などに用いることもできる。
<硬化膜の製造方法>
次に、本発明の硬化膜の製造方法について説明する。硬化膜の製造方法は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成される限り、特に定めるものではない。本発明の硬化膜の製造方法は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物を硬化する工程とを有することが好ましい。
<<ネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程>>
ネガ型感光性樹脂組成物の基板への適用方法としては、スピニング、浸漬、ドクターブレード塗布、懸濁キャスティング(suspended casting)、塗布、噴霧、静電噴霧、リバースロール塗布などが挙げられ、スピニング、静電噴霧およびリバースロール塗布が基板上に均一に適用できるという理由から好ましい。
基板としては、無機基板、樹脂、樹脂複合材料などが挙げられる。
無機基板としては、例えばガラス基板、石英基板、シリコン基板、シリコンナイトライド基板、および、それらのような基板上にモリブデン、チタン、アルミニウム、銅などを蒸着した複合基板が挙げられる。
樹脂基板としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミド−オレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂からなる基板が挙げられる。これらの基板は、上記の形態のまま用いられる場合は少なく、通常、最終製品の形態によって、例えば薄膜トランジスタ(TFT)素子のような多層積層構造が形成されている。
ネガ型感光性樹脂組成物を適用する量(層の厚さ)および基板の種類(層の担体)は、望まれる用途の分野に依存する。感光性樹脂組成物が広範囲に変化可能な層の厚さで使用できることが特に有利である。層の厚さの範囲は、0.5〜100μmが好ましい。
ネガ型感光性樹脂組成物を基板へ適用した後、乾燥することが好ましい。乾燥は、例えば、60〜150℃で、10秒〜2分行うことが好ましい。
<<加熱する工程>>
基板に適用したネガ型感光性樹脂組成物を加熱することにより、ポリイミド前駆体の環化反応が進み、耐熱性に優れた硬化膜を形成できる。
加熱温度は、50〜300℃が好ましく、100〜250℃がより好ましい。
本発明によれば、より環化速度が速い異性体を多く含むため、ポリイミド前駆体の環化反応をより低温で行うこともできる。
加熱速度、加熱時間、および冷却速度から選ばれる少なくとも1種を調整することが、硬化膜の内部応力低減や反り抑制の観点から好ましい。
昇温速度としては、20〜150℃を加熱開始温度として、3〜5℃/分であることが好ましい。
加熱温度が200〜240℃である場合は、加熱時間は、180分以上が好ましい。上限は例えば、240分以下が好ましい。加熱温度が240〜300℃である場合は、加熱時間は、90分以上が好ましい。上限は例えば、180分以下が好ましい。加熱温度が300〜380である場合は、加熱時間は、60分以上が好ましい。上限は例えば、120分以下が好ましい。
冷却速度は、1〜5℃/分であることが好ましい。
加熱は段階的に行ってもよい。例として、20℃から150℃まで5℃/分で昇温し、150℃にて30分置き、150℃から230℃まで5℃/分で昇温し、230℃にて180分置く、といった工程が挙げられる。
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、ポリイミドなどのポリイミド前駆体の分解を防ぐ点で好ましい。酸素濃度は、50体積ppm以下が好ましく、20体積ppm以下が好ましい。
本発明では、上記ネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、上記加熱する工程との間に、パターン形成工程を行ってもよい。パターン形成工程は、例えば、フォトリソグラフィ法により行うことができる。例えば、露光する工程と現像処理を行う工程を経て行う方法が挙げられる。
フォトリソグラフィ法でのパターン形成は、ポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む感光性樹脂組成物を用いて行うことが好ましい。
以下、フォトリソグラフィ法によりパターン形成する場合について説明する。
<<露光する工程>>
露光する工程では、基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、所定のパターンの活性光線または放射線を照射する。
活性光線または放射線の波長は、ネガ型感光性樹脂組成物の組成により異なるが、200〜600nmが好ましく、300〜450nmがより好ましい。
光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、LED光源、エキシマレーザー発生装置などを用いることができ、i線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)などの300nm以上450nm以下の波長を有する活性光線が好ましく使用できる。また、必要に応じて長波長カットフィルター、短波長カットフィルター、バンドパスフィルターのような分光フィルターを通して照射光を調整することもできる。露光量は好ましくは1〜1000mJ/cmであり、より好ましくは、200〜800mJ/cmである。このように広い範囲で、高い現像性で現像することができる点で本発明の価値は高い。
露光装置としては、ミラープロジェクションアライナー、ステッパー、スキャナー、プロキシミティ、コンタクト、マイクロレンズアレイ、レンズスキャナ、レーザー露光、など、各種方式の露光機を用いることができる。
なお、(メタ)アクリレートおよび類似のオレフィン不飽和化合物を使用する場合、それらの光重合は、公知のとおり、特に薄層中では空気中の酸素により防止される。この効果は、例えばポリビニルアルコールの一時的な被膜層導入や、不活性ガス中での前露光または前調整などの公知の従来法により緩和できる。
<<現像処理を行う工程>>
現像処理を行う工程では、ネガ型感光性樹脂組成物の未露光の部分を、現像液を用いて現像する。現像液としては、水性アルカリ現像液、有機溶剤などを用いることができる。
水性アルカリ現像液に使用す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、アンモニアまた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)また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い。好適な水性アルカリ現像液は、一般的にアルカリに関して0.5規定までであるが、使用前に適当に希釈してもよい。例えば、約0.15〜0.4規定、好ましくは0.20〜0.35規定の水性アルカリ現像液も適切である。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。アルカリ化合物を2種以上使用する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
有機溶剤としては、上述したネガ型感光性樹脂組成物に用いることができる溶剤と同様のものを用いることができる。例えば、酢酸−n−ブチル、γ−ブチロラクトン、シクロペンタノン、およびこれらの混合したものが好適に挙げられる。
さらに、現像処理を行う工程後に、現像されたネガ型感光性樹脂組成物を50〜500℃の温度で加熱する工程を含むことも好ましい。このような工程を経ることにより、耐熱性や基板との接着性が向上するというメリットがある。
本発明の硬化膜の製造方法が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などに好ましく用いることができる。特に、解像性が良好であるため、3次元実装デバイスにおける再配線層用層間絶縁膜などに好ましく用いることができる。
また、エレクトロニクス用のフォトレジスト(ガルバニック(電解)レジスト(galvanic resist)、エッチングレジスト、ソルダートップレジスト(solder top resist))などに用いることもできる。
また。オフセット版面また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、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および誘電層の製造などに用いることもできる。
<半導体デバイス>
次に、ネガ型感光性樹脂組成物を再配線層用層間絶縁膜に用いた半導体デバイスの一実施形態について説明する。
図1に示す半導体デバイス100は、いわゆる3次元実装デバイスであり、複数の半導体素子(半導体チップ)101a〜101dが積層した積層体101が、配線基板120に配置されている。
なお、この実施形態では、半導体素子(半導体チップ)の積層数が4層である場合を中心に説明するが、半導体素子(半導体チップ)の積層数は特に限定されるものではなく、例えば、2層、8層、16層、32層等であってもよい。また、1層であってもよい。
複数の半導体素子101a〜101dは、いずれもシリコン基板等の半導体ウエハからなる。
最上段の半導体素子101aは、貫通電極を有さず、その一方の面に電極パッド(図示せず)が形成されている。
半導体素子101b〜101dは、貫通電極102b〜102dを有し、各半導体素子の両面には、貫通電極に一体に設けられた接続パッド(図示せず)が設けられている。
積層体101は、貫通電極を有さない半導体素子101aと、貫通電極102b〜102dを有する半導体素子101b〜101dとをフリップチップ接続した構造を有している。
すなわち、貫通電極を有さない半導体素子101aの電極パッドと、これに隣接する貫通電極102bを有する半導体素子101bの半導体素子101a側の接続パッドが、半田バンプ等の金属バンプ103aで接続され、貫通電極102bを有する半導体素子101bの他側の接続パッドが、それに隣接する貫通電極102cを有する半導体素子101cの半導体素子101b側の接続パッドと、半田バンプ等の金属バンプ103bで接続されている。同様に、貫通電極102cを有する半導体素子101cの他側の接続パッドが、それに隣接する貫通電極102dを有する半導体素子101dの半導体素子101c側の接続パッドと、半田バンプ等の金属バンプ103cで接続されている。
各半導体素子101a〜101dの間隙には、アンダーフィル層110が形成されており、各半導体素子101a〜101dは、アンダーフィル層110を介して積層している。
積層体101は、配線基板120に積層されている。
配線基板120としては、例えば樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板等の絶縁基板を基材として用いた多層配線基板が使用される。樹脂基板を適用した配線基板120としては、多層銅張積層板(多層プリント配線板)等が挙げられる。
配線基板120の一方の面には、表面電極120aが設けられている。
配線基板120と積層体101との間には、再配線層105が形成された絶縁層115が配置されており、配線基板120と積層体101とは、再配線層105を介して電気的に接続されている。絶縁層115は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成してなるものである。
すなわち、再配線層105の一端は、半田バンプ等の金属バンプ103dを介して、半導体素子101dの再配線層105側の面に形成された電極パッドに接続されている。また、再配線層105の他端は、配線基板の表面電極120aと、半田バンプ等の金属バンプ103eを介して接続している。
そして、絶縁層115と積層体101との間には、アンダーフィル層110aが形成されている。また、絶縁層115と配線基板120との間には、アンダーフィル層110bが形成されている。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」および「部」は質量基準である。NMRは、核磁気共鳴の略称である。
<合成例1:ピロメリト酸二無水物、ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)、および2−ヒドロキシエチルメタクリレートからなるポリイミド前駆体(A−1)>
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)とを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2−ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOClを10分かけて加えた。SOClを加えている間、粘度が増加した。50mlのN−メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN−メチルピロリドンに、23.5g(58.7ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)(Mn=400)を溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに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を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A−1)を得た。
Figure 2017002860
上記において、n(平均値)は6である。
<合成例2:ピロメリト酸二無水物、ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)、およびベンジルアルコールからなるポリイミド前駆体(A−2)>
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、13.95g(129ミリモル)のベンジルアルコールと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸とベンジルアルコールとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOClを10分かけて加えた。SOClを加えている間、粘度が増加した。50mlのN−メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN−メチルピロリドンに、23.5g(58.7ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)(Mn=400)を溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに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を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A−2)を得た。
Figure 2017002860
上記において、n(平均値)は6である。
<合成例3:ピロメリト酸二無水物、両末端アミノ変性シリコーン、およびメタクリル酸2−ヒドロキシエチルからなるポリイミド前駆体(A−3)>
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2−ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOClを10分かけて加えた。SOClを加えている間、粘度が増加した。50mlのN−メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN−メチルピロリドンに、23.48(58.7ミリモル)のX−22−161A(信越化学社製、両末端アミノ変性シリコーン、官能基当量800g/mol)を溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに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を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、ポリイミド前駆体(A−3)を得た。
<合成例4:ピロメリト酸二無水物、ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)、4,4’−オキシジアニリン、およびメタクリル酸2−ヒドロキシエチルからなるポリイミド前駆体(A−4)>
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2−ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOClを10分かけて加えた。SOClを加えている間、粘度が増加した。50mlのN−メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN−メチルピロリドンに、12.3g(29.4ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)(Mn=400)、および5.9(29.3ミリモル)の4,4’−オキシジアニリンを溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに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を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A−4)を得た。
Figure 2017002860
上記において、n(平均)は6である。また、左側の繰り返し単位と右側の繰り返し単位のモル比は、50:50である。
<合成例5:3,3’4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)、およびメタクリル酸2−ヒドロキシエチルからなるポリイミド前駆体(A−5)>
合成例1の14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物を、20.00g(64.5ミリモル)の3,3’4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物に変える以外は、合成例1と同じ方法で合成し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A−5)を得た。
Figure 2017002860
上記において、n(平均)は6である。
<合成例6:ピロメリト酸二無水物、4,4’−オキシジアニリン、およびメタクリル酸2−ヒドロキシエチルからなるポリイミド前駆体(比較例用RA−1)>
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2−ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOClを10分かけて加えた。SOClを加えている間、粘度が増加した。50mlのN−メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN−メチルピロリドンに、11.8g(58.7ミリモル)の4,4’−オキシジアニリンを溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水を投入し、さらに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を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(RA−1)を得た。
Figure 2017002860
<合成例7:ピロメリト酸二無水物、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、およびメタクリル酸2−ヒドロキシエチルからなるポリイミド前駆体(比較例用RA−2)
合成例6の11.8g(58.7ミリモル)の4,4’−オキシジアニリンを、14.6g(58.7ミリモル)の1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンに変更する以外は、合成例6と同じ方法で合成し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(RA−2)を得た。
Figure 2017002860
<合成例8:ピロメリト酸二無水物、およびポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)からなるポリイミド(比較例用RA−3)>
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、13.95g(129ミリモル)のベンジルアルコールと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのN−メチルピロリドンとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸とベンジルアルコールとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOClを10分かけて加えた。SOClを加えている間、粘度が増加した。50mlのN−メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN−メチルピロリドンに、23.5g(58.7ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)(Mn=400)を溶解させた溶液を、20〜23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、200℃に昇温して、12時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却させて、5リットルの水に投入しポリイミドを沈殿させ、水−ポリイミド混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミドを濾取し、再度4リットルの水を投入し、さらに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、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される構造を有するポリイミド前駆体(RA−3)を得た。
Figure 2017002860
上記において、n(平均)は6である。
<実施例および比較例>
下記記載の成分を混合し、均一な溶液として、ネガ型感光性樹脂組成物の塗布液を調製した。
<<ネガ型感光性樹脂組成物の組成>>
(A)ポリイミド前駆体:表5記載の質量%
(B)光ラジカル重合開始剤:表5記載の質量%
(C)ラジカル重合性化合物:表5記載の質量%
溶剤(γ−ブチロラクトン):60.00質量%
各ネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、シリコンウエハ上にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。ネガ型感光性樹脂組成物を適用したシリコンウエハをホットプレート上で100℃で5分間乾燥し、シリコンウエハ上に厚さ16μmの均一な感光性樹脂組成物層を形成した。
<評価>
[露光ラチチュード]
シリコンウエハ上の感光性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR2005 i9C)を用いて露光した。露光はi線で行い、波長365nmにおいて、200、300、400、500、600、700、800mJ/cmの各露光エネルギーで、5μm〜25μmまで1μm刻みのラインアンドスペースのフォトマスクを使用して、露光を行った。
露光した感光性樹脂組成物層を、シクロペンタノンで60秒間現像した。良好なエッジの鋭さを持つことができた線幅を以下の基準で評価した。感光性樹脂組成物層の線幅が小さければ小さいほど光照射部と光非照射部との現像液に対する溶解性の差が大きくなっていることを表し、好ましい結果となる。また、露光エネルギーの変化に対して、線幅の変化が小さければ、露光ラチチュードが広いことを表し、好ましい結果となる。測定限界は5μmである。結果を表5に示す。
A:5μm以上8μm以下
B:8μmを超えて10μm以下
C:10μmを超えて15μm以下
D:15μmを超えて20μm以下
E:20μmを超えた。
[反り]
各ネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、シリコンウエハ上にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。ネガ型感光性樹脂組成物を適用したシリコンウエハをホットプレート上で100℃で5分間乾燥し、シリコンウエハ上に厚さ16μmの均一な感光性樹脂組成物層を4インチウエハ上に作製した後、i線を用いて500mJ/cmの露光エネルギーで全面を露光し、さらに300℃で3時間加熱して、反り測定用サンプルを作製した。反り測定用サンプルをKLA−Tencor社製FLX−2320を用いて、Bow値を測定した。尚、1インチは、2.54cmである。
A:Bow値が40μm以下
B:Bow値が40μmを超え80μm未満
C:Bow値が80μm以上
[接着性]
各ネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、銅基板上にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。ネガ型感光性樹脂組成物を適用した銅基板をホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、銅基板上に厚さ16μmの均一な感光性樹脂組成物層を4インチウエハ上に作製した後、i線を用いて500mJ/cmの露光エネルギーで全面を露光し、さらに300℃で3時間加熱した。さらに、JIS(日本工業規格)K5600−5−6規格のクロスカット法に準じて、銅基板との接着特性を以下の基準に基づき評価した。
A:基板に接着している感光性樹脂組成物層が100のもの
B:基板に接着している感光性樹脂組成物層が80〜99のもの
C:基板に接着している感光性樹脂組成物層が50〜79のもの
D:基板に接着している感光性樹脂組成物層が50未満のもの
Figure 2017002860
上記表5における、露光ラチチュードの数値は露光エネルギー(単位:mJ/cm)を示す。
表5に記載した略称は以下の通りである。
(A)ポリイミド前駆体
上記合成例で用いたポリイミド前駆体
(B)光ラジカル重合開始剤
B−1:Irgacure OXE−01(BASF社製)
B−2:Irgacure369(BASF製)
B−3:Irgacure784(BASF製)
(C)ラジカル重合性化合物
C−1:NKエステル M−40G(新中村化学工業(株)製;単官能メタクリレート;下記構造)
Figure 2017002860
C−2:NKエステル 4G(新中村化学工業(株)製;2官能メタリレート;下記構造)
Figure 2017002860
C−3:NKエステル A−9300(新中村化学工業(株)製;3官能アクリレート;下記構造)
Figure 2017002860
C−4:NKエステル A−BPE−4(新中村化学工業(株)製;2官能アクリレート;下記構造)
Figure 2017002860
C−5:NKエステル A−HD−N(新中村化学工業(株)製;2官能アクリレート;下記構造)
Figure 2017002860
<実施例100>
実施例1のネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、銅薄層が形成された樹脂基板にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。樹脂基板に適用したネガ型感光性樹脂組成物を、100℃で5分間乾燥した後、アライナー(Karl−Suss MA150)を用いて露光した。露光は高圧水銀ランプで行い、波長365nmでの露光エネルギーを測定した。露光の後、シクロペンタノンで75秒間画像を現像した。
次いで、180℃で20分加熱した。このようにして、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、絶縁性に優れていた。
また、こ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、問題なく動作することを確認した。
100:半導体デバイス
101a〜101d:半導体素子
101:積層体
102b〜102d:貫通電極
103a〜103e:金属バンプ
105:再配線層
110、110a、110b:アンダーフィル層
115:絶縁層
120:配線基板
120a:表面電極

Claims (15)

  1. 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む、ネガ型感光性樹脂組成物;
    一般式(1)
    Figure 2017002860
    一般式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に、酸素原子または−NH−を表し、
    11は、−(L−O−)n1−で表される基を主鎖に有する2価の連結基であり、Lは、アルキレン基または−Si(R)−であり、Rは、水素原子または1価の有機基であり、n1は2以上の整数であり、
    12は4価の有機基を表し、
    13およびR14は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
  2. 前記一般式(1)中、R11が、下記一般式(2)で表される構造、下記一般式(3)で表される構造および下記一般式(4)で表される構造から選択される、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物;
    一般式(2)
    Figure 2017002860
    一般式(2)中、R21およびR22は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し、複数のR21は、同一であっても異なっていてもよく;n2は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す;
    一般式(3)
    Figure 2017002860
    一般式(3)中、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L31は、単結合または2価の有機基を表し、L32およびL33は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n3は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す;
    一般式(4)
    Figure 2017002860
    一般式(4)中、R41およびR42は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L41は、単結合または2価の有機基を表し、L42およびL43は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n4は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の−NH−と連結する箇所を表す。
  3. 一般式(1)における、R13およびR14の少なくとも一方が、ラジカル重合性基を含む、請求項1または2に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  4. さらに、ラジカル重合性化合物を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  5. 前記ラジカル重合性化合物が、2官能以上の化合物である、請求項4に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  6. 前記ラジカル重合性化合物が、2官能の化合物である、請求項4に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  7. 一般式(1)における、R12は、芳香環を含む4価の有機基である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  8. 一般式(1)におけるn1は、2〜200の整数である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  9. 再配線層用層間絶縁膜用である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を硬化してなる、硬化膜。
  11. 再配線層用層間絶縁膜である、請求項10に記載の硬化膜。
  12. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を用いることを含む、硬化膜の製造方法。
  13. 前記ネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、
    前記基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、活性光線または放射線を照射して露光する工程と、
    前記露光されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、現像処理を行う工程とを有する、請求項12に記載の硬化膜の製造方法。
  14. 前記現像処理を行う工程後に、現像されたネガ型感光性樹脂組成物を50〜500℃の温度で加熱する工程をさらに含む、請求項13に記載の硬化膜の製造方法。
  15. 請求項10または11に記載の硬化膜、あるいは、請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法で製造された硬化膜を有する、半導体デバイス。
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