JPWO2018173840A1 - 感光性樹脂組成物、感光性樹脂組成物フィルム、絶縁膜および電子部品 - Google Patents

感光性樹脂組成物、感光性樹脂組成物フィルム、絶縁膜および電子部品 Download PDF

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Abstract

本発明の一態様である感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性ポリイミド(a)、不飽和結合含有化合物(b)、熱架橋性化合物(c)および下記一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)を含有する。この感光性樹脂組成物およびこれからなる感光性樹脂組成物フィルムは、絶縁膜、電子部品に用いられる。【化1】(一般式(1)中、R1〜R3は、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR13R14、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。Aは、COまたは直接結合を示す。)

Description

本発明は、感光性樹脂組成物、感光性樹脂組成物フィルム、絶縁膜および電子部品に関する。
ポリイミドは、電気特性、機械特性および耐熱性に優れることから、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁膜などの用途に有用である。さらに近年では、工程の削減が可能なことから、感光性を付与した感光性ポリイミド樹脂組成物がこれらの用途に利用されている。
これまでに、感光性ポリイミド樹脂組成物として、炭素−炭素不飽和二重結合を有するポリイミドまたはポリイミド前駆体と、活性光線放射によってラジカルを発生する化合物とを含有する感光性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、ポリイミド前駆体を閉環させるためには、300℃を超える高い温度における熱処理が必要であることから、銅回路を酸化させ易く、それ故、電子部品の電気的性質や信頼性に課題があった。
そこで、既閉環ポリイミドを用いた感光性樹脂組成物として、主鎖末端に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有するポリイミド、不飽和結合含有重合性化合物、イミダゾールシランおよび光重合開始剤を含有する感光性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献2参照)。かかる技術により、高温における熱処理を必要とすることなく、ポリイミド樹脂組成物をフォトパターニングすることが可能である。
特開2016−8992号公報 特開2011−17897号公報
しかしながら、特許文献2に記載される感光性樹脂組成物を厚膜で加工する場合、既閉環ポリイミドの光吸収が大きいため、フォトパターニングの露光工程において感光性樹脂組成物の厚膜の深部まで十分に光硬化することが困難である。この場合、感光性樹脂組成物に形成されるパターンは、断面形状が逆テーパ形状(例えば上部から底部に向かって細る形状)や括れた形状のパターンになり易く、矩形のパターンを得ることが困難であるという課題があった。逆テーパ形状や括れた形状のパターンを半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁膜などに用いる場合、導体となる金属の埋まり込みが不十分となり、導通不良が生じ易いことから、矩形のパターンを形成することが求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高温における熱処理を必要とすることなく、厚膜加工であっても、パターン形状を矩形に加工することができる感光性樹脂組成物、これを用いた感光性樹脂組成物フィルム、絶縁膜および電子部品を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性ポリイミド(a)、不飽和結合含有化合物(b)、熱架橋性化合物(c)および下記一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)を含有する、ことを特徴とする。
Figure 2018173840
(一般式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、前記炭化水素基、前記アシル基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。Aは、COまたは直接結合を表す。)
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記光重合開始剤(d)は、下記一般式(1−1)で表される構造を有する、ことを特徴とする。
Figure 2018173840
(一般式(1−1)中、R〜Rは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、前記炭化水素基、前記アシル基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。)
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記光重合開始剤(d)は、下記一般式(1−2)で表される構造を有する、ことを特徴とする。
Figure 2018173840
(一般式(1−2)中、R1−1は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R1−1におけるR13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、R1−1における前記炭化水素基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。R1−1における前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。RおよびRは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。RおよびRにおけるR13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、RおよびRにおける前記炭化水素基、前記アシル基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。RおよびRにおける前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。)
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、波長405nmにおける露光前の吸光度をAbs(0)とし、波長405nmにおける露光後の吸光度をAbs(1)としたとき、Abs(1)/Abs(0)<1.25を満たす、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、主鎖末端に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有する、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、側鎖に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有する、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、側鎖に、フェノール性水酸基を有する、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、シロキサンジアミンの残基を有するポリイミドである、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、前記シロキサンジアミンの残基が全ジアミン残基中に1モル%以上10モル%以下含まれるポリイミドである、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物は、上記の発明において、前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)のイミド化率は70%以上である、ことを特徴とする。
また、本発明に係る感光性樹脂組成物フィルムは、上記の発明のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物からなる、ことを特徴とする。
また、本発明に係る絶縁膜は、上記の発明のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる、ことを特徴とする。
また、本発明に係る電子部品は、上記の発明に記載の絶縁膜を備える、ことを特徴とする。
また、本発明に係る電子部品は、上記の発明において、前記絶縁膜からなる屋根部分を有する中空構造体を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、高温における熱処理を必要とすることなく、厚膜加工であっても、パターン形状を矩形に加工することができるという効果を奏する。
以下、本発明に係る感光性樹脂組成物、感光性樹脂組成物フィルム、絶縁膜および電子部品の好適な実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。
<感光性樹脂組成物>
本発明の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性ポリイミド(a)、不飽和結合含有化合物(b)、熱架橋性化合物(c)および光重合開始剤(d)を含有する。本実施形態において、アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、アルカリに可溶性の既閉環ポリイミドである。不飽和結合含有化合物(b)は、不飽和結合を含有する化合物である。熱架橋性化合物(c)は、熱架橋性を有する化合物である。光重合開始剤(d)は、後述の一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤である。
本発明の感光性樹脂組成物は、既閉環のアルカリ可溶性ポリイミド(a)を含有することにより、ポリイミド前駆体を含有する樹脂組成物と異なり、高温における熱処理によりポリイミド前駆体を閉環させてポリイミドに転換する必要がない。そのため、本発明の感光性樹脂組成物は、高温における熱処理を必要とすることがなく、さらに、イミド閉環反応による硬化収縮起因のストレスを低減することができる。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性ポリイミド(a)、不飽和結合含有化合物(b)および光重合開始剤(d)を含有することにより、露光前にはアルカリ現像液に容易に溶解するが、露光後にはアルカリ現像液に不溶になるネガ型のパターンを形成することが可能な樹脂組成物となる。光重合開始剤(d)は、下記一般式(1)で表される構造を有するものであるから、露光によりN−O結合の開裂を起こす。これにより、イミニルラジカルおよびアセチロキシラジカルが生成する。続いて、これらのイミニルラジカルおよびアセチロキシラジカルは、熱分解により、さらに開裂する。この開裂により光重合開始剤(d)の共役系が切れ、退色により光重合開始剤(d)の光の吸収が小さくなる。このため、本発明の感光性樹脂組成物における光重合開始剤として、下記一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)を選択することにより、感光性樹脂組成物の深部まで十分に光硬化することが可能である。したがって、たとえ光の吸収の大きい既閉環のアルカリ可溶性ポリイミド(a)を含有する感光性樹脂組成物を厚膜加工する場合であっても、この感光性樹脂組成物の厚膜のパターン形状を矩形に加工することができる。また、この感光性樹脂組成物の厚膜では、アセチロキシラジカルが開裂することにより反応性の高い炭素数1〜5のアルキルラジカルが生成されるため、表面硬化性に優れ、残膜率の高い厚膜のパターンを得ることが可能である。
Figure 2018173840
一般式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、上記した炭化水素基、アシル基およびアルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。上記した炭化水素基中およびアルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。Aは、COまたは直接結合を表す。
本発明の感光性樹脂組成物において、アルカリ可溶性ポリイミド(a)とは、2.38質量%のテトラメチルアンモニウム水溶液への溶解度が、温度23℃において0.1g/100g以上であるポリイミドを指す。
また、本実施形態において、例えば、「炭素数1〜20の1価の炭化水素基」とは、炭素数が1〜20である1価の炭化水素基を意味する。炭素数を規定している他の基およびラジカルについても、これと同様である。
(アルカリ可溶性ポリイミド)
アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、主鎖末端に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有することが好ましい。何故ならば、この構成により、アルカリ可溶性ポリイミド(a)のアルカリ可溶性を向上させることができるからである。半導体業界で一般的に用いられるアルカリ現像液に対する実用性を考慮すると、アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、主鎖末端に、フェノール性水酸基またはチオール基を有することが好ましい。なお、主鎖末端へのカルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基またはチオール基の導入は、これらの基を有する末端封止剤を用いることにより行うことができる。この主鎖末端を封止することにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の繰り返し単位数が適度に小さくなる。このため、アルカリ可溶性ポリイミド(a)を含有する感光性樹脂組成物の微細パターンの加工性を向上させることができる。
主鎖末端に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有するアルカリ可溶性ポリイミド(a)としては、例えば、下記一般式(2)または下記一般式(3)で表される構造を有するものが好ましい。
Figure 2018173840
一般式(2)、(3)中、Xは、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有する1価の有機基を表す。Yは、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有する2価の有機基を表す。XおよびYは、フェノール性水酸基またはチオール基を有することが好ましく、フェノール性水酸基を有することが特に好ましい。
また、Rは4〜14価の有機基を表し、Rは2〜12価の有機基を表す。RおよびRは、それぞれ独立にカルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基またはチオール基を表す。RおよびRは、フェノール性水酸基またはチオール基であることが好ましく、フェノール性水酸基であることが特に好ましい。
また、αおよびβは、それぞれ独立に0〜10の範囲の整数を表す。このようなαおよびβにおいて、α+βが1以上であることが好ましい。nは、ポリマーの構造単位の繰り返し数を表す。このnの範囲は、3〜200である。nが3以上であれば、感光性樹脂組成物の厚膜加工性をより向上させることができる。この厚膜加工性の向上という観点から、nは5以上であることが好ましい。一方、nが200以下であれば、アルカリ現像液に対するアルカリ可溶性ポリイミド(a)の溶解性を向上させることができる。この溶解性の向上という観点から、nは100以下であることが好ましい。なお、各ポリマー鎖において、nは整数となるが、アルカリ可溶性ポリイミド(a)から分析によって求められるnは整数にならない場合がある。
上記一般式(2)、(3)において、Rは、テトラカルボン酸二無水物由来の構造を有する4〜14価の有機基である。このようなRは、芳香族基または環状脂肪族基を含有する炭素数5〜40の有機基であることが好ましい。
テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂肪族のテトラカルボン酸二無水物などを挙げることができる。芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン酸二無水物、9,9−ビス{4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル}フルオレン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物などが挙げられる。脂肪族のテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。
また、テトラカルボン酸二無水物としては、下記に示す構造を有する酸二無水物を挙げることができる。本実施形態では、テトラカルボン酸二無水物として、上述した芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂肪族のテトラカルボン酸二無水物、および下記に示す構造を有する酸二無水物のうちの2種類以上を用いてもよい。
Figure 2018173840
上記構造の酸二無水物を表す一般式において、Rは、酸素原子、C(CF、C(CHまたはSOを表す。RおよびR10は、それぞれ独立に、水酸基またはチオール基を表す。
また、上記一般式(2)、(3)において、Rは、ジアミン由来の構造を有する2〜12価の有機基である。このようなRは、芳香族基または環状脂肪族基を含有する炭素数5〜40の有機基であることが好ましい。
ジアミンとしては、例えば、ヒドロキシル基含有ジアミン、チオール基含有ジアミン、芳香族ジアミン、これらの芳香族環の水素原子のうち少なくとも一部をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、脂肪族ジアミンなどが挙げられる。
ヒドロキシル基含有ジアミンとしては、例えば、ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレンなどが挙げられる。チオール基含有ジアミンとしては、例えば、ジメルカプトフェニレンジアミンなどが挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、例えば、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、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、ベンジジン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’,4,4’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジ(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンなどが挙げられる。脂肪族ジアミンとしては、例えば、シクロヘキシルジアミン、メチレンビスシクロヘキシルアミンなどが挙げられる。
また、ジアミンとしては、例えば、下記に示す構造を有するジアミンが挙げられる。本実施形態では、ジアミンとして、上述したヒドロキシル基含有ジアミン、チオール基含有ジアミン、芳香族ジアミン、これらの芳香族環の水素原子のうち少なくとも一部をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、脂肪族ジアミン、および下記に示す構造を有するジアミンのうちの2種類以上を用いてもよい。
Figure 2018173840
上記構造のジアミンを表す一般式において、Rは、酸素原子、C(CF、C(CHまたはSOを表す。R〜R12は、それぞれ独立に、水酸基またはチオール基を表す。
上述したジアミンのうち、ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンおよび下記に示す構造を有するジアミンが好ましい。
Figure 2018173840
また、上記一般式(2)、(3)において、RおよびRは、上述したように、それぞれ独立にカルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基またはチオール基を表す。これらのRおよびRのアルカリ可溶性基の量を調整することにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)のアルカリ水溶液に対する溶解速度が変化するため、所望の溶解速度を有する感光性樹脂組成物を得ることができる。
さらに、上記一般式(2)、(3)で表される構造を有するアルカリ可溶性ポリイミド(a)においては、耐熱性を低下させない範囲でRにシロキサン構造を有する脂肪族化合物を共重合してもよい。シロキサン構造を有する脂肪族化合物を共重合することにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の透明性を向上させること、アルカリ可溶性ポリイミド(a)と基板との接着性を向上させること、アルカリ可溶性ポリイミド(a)を感光性樹脂組成物フィルムで使用した場合にラミネートを容易することができる。シロキサン構造を有する脂肪族化合物としては、例えば、ジアミンの場合、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(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。これらをアルカリ可溶性ポリイミド(a)の全ジアミン中に1〜10モル%共重合することが好ましい。
また、一般式(2)において、Xは、末端封止剤である1級モノアミンに由来する。この末端封止剤である1級モノアミンとしては、例えば、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好ましい。このような末端封止材としては、これらの1級アミンのうちの2種以上を用いてもよい。
また、一般式(3)において、Yは、末端封止剤であるジカルボン酸無水物に由来する。この末端封止剤であるジカルボン酸酸無水物としては、例えば、4−カルボキシフタル酸無水物、3−ヒドロキシフタル酸無水物、シス−アコニット酸無水物などが好ましい。このような末端封止材としては、これらのジカルボン酸無水物のうちの2種以上を用いてもよい。
本発明におけるアルカリ可溶性ポリイミド(a)は、一般式(2)または一般式(3)で表される構造を有するもの以外のアルカリ可溶性ポリイミドを含有してもよい。この場合、一般式(2)または一般式(3)で表される構造を有するアルカリ可溶性ポリイミドを、アルカリ可溶性ポリイミド(a)全体の質量に対して30質量%以上含有することが好ましく、60質量%以上含有することがより好ましい。一般式(2)または(3)で表されるアルカリ可溶性ポリイミドを30質量%以上含有することにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の熱硬化時の収縮を抑えることができ、感光性樹脂組成物の厚膜加工にとってより好適である。一般式(2)または一般式(3)で表される構造以外の構造を有するアルカリ可溶性ポリイミドの種類およびアルカリ可溶性ポリイミド(a)中の含有量は、最終加熱処理によって得られるアルカリ可溶性ポリイミド(a)の耐熱性およびアルカリ現像液に対する溶解性を損なわない範囲で選択することが好ましい。
アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、ジアミンの一部を末端封止剤であるモノアミンに置き換えて、または、テトラカルボン酸二無水物を、末端封止剤であるジカルボン酸無水物に置き換えて、任意の方法を利用して合成することができる。例えば、低温中でテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とモノアミンとを反応させる第1の方法、低温中でテトラカルボン酸二無水物とジカルボン酸無水物とジアミン化合物とを反応させる第2の方法、テトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得て、その後、このジエステルとジアミンとモノアミンとを縮合剤の存在下で反応させるなどの方法を利用して、ポリイミド前駆体を得た後、得られたポリイミド前駆体を、任意のイミド化反応法を用いて完全イミド化させる第3の方法などにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)を合成することができる。
本発明において、アルカリ可溶性ポリイミド(a)のイミド化率は、ポリイミドの電気特性、機械特性、耐熱性、耐湿性および残膜率をより向上させるという観点から、70%以上であることが好ましい。より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。アルカリ可溶性ポリイミド(a)のイミド化率を上記範囲にする方法としては、例えば、イミド化反応を、乾燥窒素気流下において、反応温度160℃以上、反応時間2時間以上とする方法などが挙げられる。
ここで、本発明におけるアルカリ可溶性ポリイミド(a)のイミド化率は、以下の方法により求めることができる。まず、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の赤外吸収スペクトルを測定し、イミド構造由来の吸収ピークである1377cm−1付近のピーク強度P1を求める。次に、そのアルカリ可溶性ポリイミド(a)を350℃で1時間熱処理した後、再度、赤外吸収スペクトルを測定し、1377cm−1付近のピーク強度P2を求める。得られたピーク強度P1、P2を用い、下記式に基づいて、アルカリ可溶性ポリイミド(a)のイミド化率を求めることができる。

イミド化率[%]=(ピーク強度P1÷ピーク強度P2)×100
また、本発明におけるアルカリ可溶性ポリイミド(a)は、側鎖に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有していてもよい。中でも、アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、側鎖に、フェノール性水酸基を有することが好ましい。
また、本発明におけるアルカリ可溶性ポリイミド(a)は、シロキサンジアミンの残基を有するポリイミドであってもよい。この場合、シロキサンジアミンの残基は、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の全ジアミン残基中に1モル%以上10モル%以下含まれることが好ましい。
一方、アルカリ可溶性ポリイミド(a)に導入された末端封止剤は、以下の方法により検出できる。例えば、末端封止剤が導入されたアルカリ可溶性ポリイミド(a)を、酸性溶液に溶解して、ポリイミドの構成単位であるアミン成分とカルボン酸無水物成分とに分解する。続いて、これらのアミン成分およびカルボン酸無水物成分をガスクロマトグラフィー(GC)やNMRによって分析することにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の末端封止剤を検出することができる。また、末端封止剤が導入されたアルカリ可溶性ポリイミド(a)を直接、熱分解ガスクロマトグラフィー(PGC)や赤外スペクトルおよび13CNMRスペクトルを用いて分析することによっても、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の末端封止剤を検出することができる。
(不飽和結合含有化合物)
本発明の感光性樹脂組成物は、不飽和結合含有化合物(b)を含有する。不飽和結合含有化合物(b)における不飽和結合含有基としては、例えば、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などの不飽和二重結合含有基、プロパギル基などの不飽和三重結合含有基などが挙げられる。不飽和結合含有化合物(b)は、これらの不飽和結合含有基を2種以上含有してもよい。これらの中でも、共役型のビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が、重合性の面で好ましい。また、重合反応による過剰な架橋点に起因するパターンのクラックを抑制するという観点から、不飽和結合含有化合物(b)の不飽和結合の数は、1〜6が好ましい。
不飽和結合含有化合物(b)としては、例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、1,2−ジヒドロナフタレン、1,3−ジイソプロペニルベンゼン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−ビニルナフタレン、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、1,3−ジアクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパン、1,3−ジメタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパン、メチレンビスアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、 2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAメタクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタムなどが挙げられる。不飽和結合含有化合物(b)は、これらを2種以上含有してもよい。
これらのうち、不飽和結合含有化合物(b)としては、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAメタクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタムが好ましい。中でも、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAメタクリレートがさらに好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物における不飽和結合含有化合物(b)の含有量は、現像後の残膜率を向上させるという観点から、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の100質量部に対して、40質量部以上であることが好ましく、50質量部以上であることがより好ましい。一方、不飽和結合含有化合物(b)の含有量は、硬化膜の耐熱性を向上させるという観点から、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の100質量部に対して、150質量部以下であることが好ましく、100質量部以下であることがより好ましい。
(熱架橋性化合物)
本発明の感光性樹脂組成物は、熱架橋性化合物(c)を含有する。熱架橋性化合物(c)としては、例えば、アルコキシメチル基、メチロール基およびエポキシ基のうち少なくとも1つを含有する化合物が好ましく、アルコキシメチル基、メチロール基およびエポキシ基のうち少なくとも2つを有する化合物がより好ましい。熱架橋性化合物(c)は、これらの基のうち少なくとも2つを有することにより、アルカリ可溶性ポリイミド(a)と熱架橋性化合物(c)との反応や、熱架橋性化合物(c)同士の反応によって架橋構造体を形成する。このため、熱架橋性化合物(c)を加熱処理した後の硬化膜の機械特性や耐薬品性を向上させることができる。
熱架橋性化合物(c)のうち、アルコキシメチル基またはメチロール基を有する化合物としては、例えば、46DMOC、46DMOEP(以上、商品名、旭有機材工業社製)、DML−PC、DML−PEP、DML−OC、DML−OEP、DML−34X、DML−PTBP、DML−PCHP、DML−OCHP、DML−PFP、DML−PSBP、DML−POP、DML−MBOC、DML−MBPC、DML−MTrisPC、DML−BisOC−Z、DML−BisOCHP−Z、DML−BPC、DMLBisOC−P、DMOM−PC、DMOM−PTBP、DMOM−MBPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−HQ、TML−BP、TML−pp−BPF、TML−BPE、TML−BPA、TML−BPAF、TML−BPAP、TMOM−BP、TMOM−BPE、TMOM−BPA、TMOM−BPAF、TMOM−BPAP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業社製)、“NIKALAC”(登録商標)MX−290、“NIKALAC”MX−280、“NIKALAC”MX−270、“NIKALAC”MX−279、“NIKALAC”MW−100LM、“NIKALAC”MX−750LM(以上、商品名、三和ケミカル社製)などが挙げられる。熱架橋性化合物(c)は、これらを2種以上含有してもよい。
熱架橋性化合物(c)のうち、エポキシ基を有する化合物としては、例えば、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、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリメチル(グリシジロキシプロピル)、エポキシ基含有シリコーンなどが挙げられる。具体的には、“エピクロン”(登録商標)850−S、“エピクロン”HP−4032、“エピクロン”HP−7200、“エピクロン”HP−820、“エピクロン”HP−4700、“エピクロン”EXA−4710、“エピクロン”HP−4770、“エピクロン”EXA−859CRP、“エピクロン”EXA−1514、“エピクロン”EXA−4880、“エピクロン”EXA−4850−150、“エピクロン”EXA−4850−1000、“エピクロン”EXA−4816、“エピクロン”EXA−4822(以上、商品名、大日本インキ化学工業社製)、“リカレジン”(登録商標)BEO−60E、“リカレジン”BPO−20E、“リカレジン”HBE−100、“リカレジン”DME−100(以上、商品名、新日本理化社製)、EP−4003S、EP−4000S(以上、商品名、ADEKA社製)、PG−100、CG−500、EG−200(以上、商品名、大阪ガスケミカル社製)、NC−3000、NC−6000(以上、商品名、日本化薬社製)、“EPOX”(登録商標)−MK R508、“EPOX”−MK R540、“EPOX”−MK R710、“EPOX”−MK R1710、VG3101L、VG3101M80(以上、商品名、プリンテック社製)、“セロキサイド”(登録商標)2021P、“セロキサイド”2081、“セロキサイド”2083、“セロキサイド”2085(以上、商品名、ダイセル化学工業社製)などが挙げられる。熱架橋性化合物(c)は、これらを2種以上含有してもよい。
本発明の感光性樹脂組成物における熱架橋性化合物(c)の含有量は、硬化膜の耐熱性を向上させるという観点から、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましい。一方、熱架橋性化合物(c)の含有量は、現像後の残膜率を向上させるという観点から、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の100質量部に対して、70質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましい。
(光重合開始剤)
本発明の感光性樹脂組成物は、下記一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)を含有する。
Figure 2018173840
一般式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、上記した炭化水素基、アシル基およびアルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。上記した炭化水素基中、アシル基中およびアルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。これらの中でも、Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜10の1価の炭化水素基であることがより好ましい。Rは、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜10のアシル基または炭素数1〜10のアルコキシ基であることがより好ましい。また、アシル基は、芳香族環およびエーテル結合のうち少なくとも1つを有することが好ましい。アルコキシ基は、水素原子の一部がヒドロキシル基で置換されているものであることが好ましい。
一般式(1)中、aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。aは「1」であることが好ましく、bは「0」であることが好ましい。
また、本実施形態において、上記一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)は、下記一般式(1−1)または下記一般式(1−2)で表される構造を有することが好ましい。
Figure 2018173840
一般式(1−1)中、R〜R、R15、aおよびbは、上記一般式(1)と同じである。
Figure 2018173840
一般式(1−2)中、R、R、R15、aおよびbは、上記一般式(1)と同じである。R1−1は、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R1−1におけるR13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、R1−1における前記炭化水素基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。R1−1における前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。
一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)としては、例えば、NCI−930(商品名、ADEKA社製)、国際公開第2015/036910号に記載のいくつかの化合物などが挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物における光重合開始剤(d)の含有量は、露光時の不飽和結合含有化合物(b)の光硬化反応を効果的に進めるという観点から、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、3質量部以上であることがより好ましく、4質量部以上であることがさらに好ましく、7質量部以上であることが最も好ましい。一方、光重合開始剤(d)の含有量は、感光性樹脂組成物の透過率をより向上させ、厚膜における矩形パターンの形成をより容易にするという観点および過度な重合反応を抑制するという観点から、アルカリ可溶性ポリイミド(a)の100質量部に対して、30質量部以下であることが好ましく、20質量部以下であることがより好ましく、15質量部以下であることがさらに好ましく、10質量部以下であることが最も好ましい。
(その他の含有物)
本発明の感光性樹脂組成物は、必要に応じて、熱架橋性化合物(c)以外の架橋剤、光重合開始剤(d)以外の光重合開始剤、重合禁止剤、着色剤、界面活性剤、シランカップリング剤、チタンキレート剤、架橋促進剤、増感剤、溶解調整剤、安定剤、消泡剤、フィラーなどの添加剤、有機溶剤をさらに含有してもよい。
光重合開始剤(d)以外の光重合開始剤としては、例えば、オキシム類、ベンゾフェノン類、ベンジリデン類、クマリン類、アントラキノン類、ベンゾイン類、チオキサントン類、メルカプト類、グリシン類オキシム類、ベンジルジメチルケタール類、α−ヒドロキシアルキルフェノン類、α−アミノアルキルフェノン類、アシルフォスフィンオキサイド類、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールなどが挙げられる。本発明の感光性樹脂組成物は、光重合開始剤(d)以外の光重合開始剤として、これらを2種以上含有してもよい。
これらの中でも、オキシム類、アシルフォスフィンオキサイド類が好ましい。オキシム類としては、例えば、1−フェニル−1,2−ブタンジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ビス(α−イソニトロソプロピオフェノンオキシム)イソフタル、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)フェニル−,2−(O−ベンゾイルオキシム)、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム)などが挙げられる。アシルフォスフィンオキサイド類としては、例えば、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニル−フォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイドなどが挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに重合禁止剤を含有することにより、励起子の濃度が調節されるため、過度な光応答性を抑制し、露光マージンを広くすることができる。また、本発明の感光性樹脂組成物は、着色剤を含有することにより、有機電界発光素子の絶縁層に用いた場合には発光エリアからの迷光を抑制する作用を奏し、回路基板用のソルダーレジストに用いた場合には回路基板上の回路配線を隠す目隠しの作用を奏する。着色剤としては、例えば、染料や顔料などが挙げられる。染料としては、熱発色性染料などが挙げられる。顔料としては、無機顔料、有機顔料などが挙げられる。このような着色剤としては、アルカリ可溶性ポリイミド(a)を溶解する有機溶剤に可溶であってアルカリ可溶性ポリイミド(a)と相溶するものが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、界面活性剤、シランカップリング剤、チタンキレート剤などを含有することにより、基板との密着性を向上させることができる。本発明における有機溶剤としては、感光性樹脂組成物を溶解するものが好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、エーテル類、アセテート類、ケトン類、芳香族炭化水素類、N−メチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。本発明の感光性樹脂組成物は、有機溶剤として、これらを2種以上含有してもよい。
エーテル類としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエール、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテルなどが挙げられる。アセテート類としては、例えば、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどが挙げられる。ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、2−ヘプタノンなどが挙げられる。芳香族炭化水素類としては、例えば、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
<感光性樹脂組成物の作製方法>
本発明の感光性樹脂組成物は、例えば、アルカリ可溶性ポリイミド(a)、不飽和結合含有化合物(b)、熱架橋性化合物(c)、光重合開始剤(d)および必要に応じてその他の添加物を混合し、溶解させることにより得ることができる。また、本発明の感光性樹脂組成物は、必要に応じて、これらを有機溶剤に溶解させ、固形分濃度が20〜70質量%程度である溶液にすることができる。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、濾紙やフィルターを用いて濾過してもよい。この感光性樹脂組成物の濾過方法は、特に限定されないが、保留粒子径0.4μm〜10μmのフィルターを用いて加圧濾過により濾過する方法が好ましい。
<感光性樹脂組成物の形態>
本発明の感光性樹脂組成物の形態は、特に限定されず、フィルム状、棒状、球状、ペレット状など、用途に合わせて選択することができる。ここでいう「フィルム」には、膜、シート、板なども含まれる。本発明においては、感光性樹脂組成物の形態として、フィルム状の形態が好ましい。すなわち、本発明の感光性樹脂組成物をフィルム状に形成した感光性樹脂組成物フィルムが好ましい。本発明の感光性樹脂組成物フィルムは、例えば、本発明の感光性樹脂組成物を支持体上に塗布し、次いで、これを必要に応じて乾燥することにより得ることができる。
支持体としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリイミドフィルムなどが挙げられる。支持体と感光性樹脂組成物フィルムとの接合面には、これらの密着性および剥離性を向上させるために、シリコーン、シランカップリング剤、アルミキレート剤、ポリ尿素などによる表面処理を施してもよい。また、支持体の厚みは、特に限定されないが、作業性の観点から、10〜100μmであることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物フィルムは、感光性樹脂組成物フィルムを保護するための保護フィルムを有してもよい。この保護フィルムにより、大気中のゴミやチリなどの汚染物質から感光性樹脂組成物フィルムの表面を保護することができる。
本発明における保護フィルムとしては、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレン(PP)フィルム、ポリエステルフィルム、ポリビニルアルコールフィルムなどが挙げられる。この保護フィルムは、感光性樹脂組成物フィルムと保護フィルムとが容易に剥離しない程度の剥離力を有することが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物フィルムを作製すべく感光性樹脂組成物を支持体に塗布する方法としては、例えば、スピンナーを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティング、スクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーター、カレンダーコーター、メニスカスコーター、バーコーター、ロールコーター、コンマロールコーター、グラビアコーター、スクリーンコーター、スリットダイコーターなどの方法が挙げられる。また、感光性樹脂組成物の塗布膜厚は、塗布手法、塗布する感光性樹脂組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、感光性樹脂組成物の乾燥後の膜厚が0.5μm以上100μm以下となるように調整されることが好ましい。
塗布した感光性樹脂組成物を乾燥するための乾燥装置としては、例えば、オーブン、ホットプレート、赤外線などが挙げられる。乾燥温度および乾燥時間は、有機溶媒を揮発させることが可能な範囲であればよく、感光性樹脂組成物フィルムが未硬化または半硬化状態となるような範囲を適宜設定することが好ましい。具体的には、乾燥温度は40℃〜120℃の範囲内であることが好ましく、乾燥時間は1分間〜数十分間の範囲内であることが好ましい。また、乾燥温度は、この範囲内の温度を組み合わせて段階的に昇温してもよい。例えば、感光性樹脂組成物の乾燥する際、50℃、60℃、70℃で各1分間ずつ感光性樹脂組成物を加熱してもよい。
<感光性樹脂組成物の硬化物>
本発明の感光性樹脂組成物を加熱硬化することにより、この感光性樹脂組成物の硬化物を得ることができる。感光性樹脂組成物の加熱硬化において、加熱硬化温度は、120℃〜400℃の範囲内であることが好ましい。感光性樹脂組成物の硬化物の形態は、特に限定されず、フィルム状、棒状、球状、ペレット状など、用途に合わせて選択することができる。本発明において、この硬化物は、フィルム状であることが好ましい。また、感光性樹脂組成物のパターン加工によって、壁面への保護膜の形成、導通のためのビアホール形成、インピーダンスや静電容量あるいは内部応力の調整、放熱機能付与など、用途にあわせて、この硬化物の形状を選択することもできる。この硬化物(硬化物からなる膜)の膜厚は、0.5μm以上150μm以下であることが好ましい。本発明の絶縁膜は、本発明の感光性樹脂組成物の硬化物からなるものである。
<感光性樹脂組成物フィルムの加工例>
次に、本発明の感光性樹脂組成物フィルムをパターン加工し、永久レジストを形成する方法について、例を挙げて説明する。
まず、感光性樹脂組成物フィルムが保護フィルムを有する場合にはこれを剥離し、感光性樹脂組成物フィルムと基板とを、互いに対向するように配置して熱圧着により貼り合わせる。この熱圧着方法としては、例えば、熱プレス処理、熱ラミネート処理、熱真空ラミネート処理などが挙げられる。熱圧着温度は、感光性樹脂組成物フィルムの基板への密着性、埋め込み性を向上させるという観点から、40℃以上であることが好ましい。一方、熱圧着時の感光性樹脂組成物フィルムの過度の硬化を抑制するという観点から、熱圧着温度は、150℃以下であることが好ましい。
基板としては、例えば、シリコンウェハ、セラミックス類、ガリウムヒ素、有機系回路基板、無機系回路基板、これらの基板に回路の構成材料が配置されたものなどが挙げられる。有機系回路基板の例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板などのガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板などのコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板などの耐熱・熱可塑性基板、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板などのフレキシブル基板が挙げられる。無機系回路基板の例としては、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板などのセラミック基板、アルミニウムベース基板、鉄ベース基板などの金属系基板が挙げられる。回路の構成材料の例としては、銀、金、銅などの金属を含有する導体、無機系酸化物などを含有する抵抗体、ガラス系材料および樹脂のうち少なくとも1つの材料などを含有する低誘電体、樹脂や高誘電率無機粒子などを含有する高誘電体、ガラス系材料などを含有する絶縁体などが挙げられる。
次に、上記方法によって基板に形成された感光性樹脂組成物フィルム上に、所望のパターンを有するマスクを形成し、このマスクを通して感光性樹脂組成物フィルムに化学線を照射し、この感光性樹脂組成物フィルムをパターン状に露光する。露光に用いられる化学線としては、紫外線、可視光線、電子線、X線などが挙げられる。本発明においては、水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)を用いることが好ましい。感光性樹脂組成物フィルムにおいて、支持体がこれらの光線に対して透明な材質である場合は、感光性樹脂組成物フィルムから支持体を剥離せずに露光を行ってもよい。
上記感光性樹脂組成物フィルムの露光後、現像液を用いて上記感光性樹脂組成物フィルムの未露光部を除去し、上記感光性樹脂組成物フィルムにパターンを形成する。この現像液としては、テトラメチルアンモニウムの水溶液、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。必要に応じて、これらのアルカリ水溶液に、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などを添加してもよい。
感光性樹脂組成物フィルムの現像方法としては、例えば、上記の現像液を被膜面にスプレーする方法、現像液中に被膜面を浸漬する方法、現像液中に被膜面を浸漬しながら超音波をかける方法、基板を回転させながら現像液をスプレーする方法などが挙げられる。ここでいう「被膜面」は、基板面のうちパターン状の感光性樹脂組成物フィルムによって被覆された基板部分の面である。現像時間や現像液の温度などの条件は、感光性樹脂組成物フィルムの未露光部が除去される範囲で設定することができる。感光性樹脂組成物フィルムに微細なパターンを加工するためや、パターン間の残渣を除去するために、未露光部が除去されてからもさらに感光性樹脂組成物フィルムの現像を行ってもよい。
感光性樹脂組成物フィルムの現像後、基板に対してリンス処理を行ってもよい。このリンス処理に用いられるリンス液としては、水が好ましい。必要に応じて、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などをリンス液(水)に添加してもよい。
現像時のパターンの解像度が向上するなど、現像条件の許容幅が増大する場合には、感光性樹脂組成物フィルムを現像前にベーク処理する工程を取り入れても差し支えない。このベーク処理において、ベーク温度は、50℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。一方、ベーク温度は、180℃以下であることが好ましく、120℃以下であることがより好ましい。ベーク時間は、5秒〜数時間であることが好ましい。
感光性樹脂組成物フィルムの現像後、基板上の感光性樹脂組成物フィルムを120℃〜400℃の温度条件で加熱処理して硬化膜にする。この加熱処理(キュア)は、温度を選び、段階的に昇温してもよいし、ある温度範囲を選び連続的に昇温してもよい。この加熱処理において、加熱温度は、150℃以上であることがより好ましく、180℃以上であることがさらに好ましい。一方、加熱温度は、300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましい。加熱処理時間は、5分間〜5時間であることが好ましい。この加熱処理の一例としては、130℃、200℃で各30分間ずつ加熱処理する方法や、室温から250℃まで2時間かけて直線的に昇温する方法などが挙げられる。
上述した加熱処理によって得られる硬化膜は、耐熱性の観点から、ガラス転移温度が高いものであることが好ましい。本発明において、硬化膜のガラス転移温度は、180℃以上であることが好ましく、220℃以上であることがより好ましく、250℃以上であることがさらに好ましい。
感光性樹脂組成物フィルムからなる矩形状の厚膜のパターンを得るためには、光が基板上の感光性樹脂組成物フィルムの底部にまで届くように、黄変化が少ないことが好ましい。黄変化の度合いは、下記の式より算出することができる。

黄変化の度合い=Abs(1)/Abs(0)

Abs(0)は、波長405nmにおける露光前の感光性樹脂組成物の吸光度を表す。Abs(1)は、波長405nmにおける露光後の感光性樹脂組成物の吸光度を表す。黄変化の度合いは、1.25未満であることが好ましく、1.20未満であることがより好ましい。
また、上述した厚膜のパターンを得るためには、キュア後の残膜率が高いことが好ましい。残膜率は、70%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。ここで、残膜率は、感光性樹脂組成物の露光現像前の膜厚に対する加熱処理後の膜厚の百分率を指し、下記の式より算出することができる。

残膜率[%]=(キュア後の膜厚÷露光現像前の膜厚)×100

上述した硬化膜の材料として本発明の感光性樹脂組成物を用いることにより、残膜率を上記範囲にすることができる。
<絶縁膜、電子部品>
本発明の感光性樹脂組成物、感光性樹脂組成物フィルム、硬化物および絶縁膜は、その用途が特に限定されるものではない。例えば、本発明の硬化物は、上述したように、本発明の感光性樹脂組成物または感光性樹脂組成物フィルムの硬化などによって形成される。このような感光性樹脂組成物または感光性樹脂組成物フィルムの硬化物からなる本発明の絶縁膜(硬化膜)は、レジスト(保護膜)多種の電子部品、装置への適用が可能である。本発明の絶縁膜が適用されるレジストの例としては、実装基板やウェハレベルパッケージなどの半導体を用いるシステム用の基板やパッケージに内蔵する表面保護膜、層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁膜などが挙げられる。
また、本発明の絶縁膜は、その優れた耐熱性から、特に永久レジスト、すなわち、パターン形成された層間絶縁膜や、パターン形成後の基板、ガラス、半導体素子などと被着体とを熱圧着する接着剤用途に好適に用いることができる。
一方、本発明の電子部品は、上述した感光性樹脂組成物または感光性樹脂組成物フィルムの硬化物からなる絶縁膜(本発明の絶縁膜)を備えるものである。特に、本発明の絶縁膜は、厚膜のパターンが形成できることから、中空構造を有する中空構造体の屋根部分に好適に用いるができる。本発明の電子部品は、このような絶縁膜からなる屋根部分を有する中空構造体を備えることが好ましい。このように中空構造体の屋根部分を絶縁膜で厚膜化することにより、中空構造体の屋根の落ち込みを防ぐことができる。この結果、本発明の電子部品における中空構造の保持性を向上させることが可能である。
以下に、実施例および比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明が下記の各実施例に限定されるものではないことはもとよりである。下記の各実施例および各比較例で用いたアルカリ可溶性ポリイミド(a)および光重合開始剤(d)は、以下の方法により合成した。
(合成例1)
本発明における合成例1のアルカリ可溶性ポリイミド(a)であるポリイミドA1の合成方法について説明する。ポリイミドA1の合成方法では、乾燥窒素気流下、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(32.78g(0.0895モル))と、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(1.24g(0.005モル))とを、N−メチル−2−ピロリドン(100g)に溶解させた。以下、「N−メチル−2−ピロリドン」は、「NMP」と称する。この溶液に、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(31.02g(0.10モル))をNMP(30g)とともに加えて、20℃で1時間撹拌し、次いで50℃で4時間撹拌した。この攪拌後の溶液に、3−アミノフェノール(1.09g(0.01モル))を加え、50℃で2時間撹拌した後、180℃で5時間撹拌して樹脂溶液を得た。次に、この樹脂溶液を水(3L)に投入して、白色沈殿を生成させた。この白色沈殿を、濾過で集めて水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で5時間乾燥した。この結果、一般式(2)で表される構造を有するアルカリ可溶性ポリイミド(ポリイミドA1)の粉末が得られた。
得られたポリイミドA1のイミド化率は、94%であった。また、23℃のテトラメチルアンモニウム水溶液(2.38質量%)に対するポリイミドA1の溶解度は、0.5g/100g以上であった。
(合成例2)
本発明における合成例2のアルカリ可溶性ポリイミド(a)であるポリイミドA2の合成方法について説明する。ポリイミドA2の合成方法では、3−アミノフェノールを加えた後の加熱撹拌条件を、50℃で2時間および180℃で5時間から、50℃で2時間および160℃で5時間に変更したこと以外は、合成例1と同様とした。この結果、一般式(2)で表される構造を有するアルカリ可溶性ポリイミド(ポリイミドA2)の粉末が得られた。得られたポリイミドA2のイミド化率は、76%あった。また、23℃のテトラメチルアンモニウム水溶液(2.38質量%)に対するポリイミドA2の溶解度は、0.5g/100g以上であった。
(合成例3)
本発明における合成例3のアルカリ可溶性ポリイミド(a)であるポリイミドA3の合成方法について説明する。ポリイミドA3の合成方法では、乾燥窒素気流下、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(18.0g(0.09モル))をNMP(100g)に溶解させた。この溶液に、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(31.02g(0.10モル))をNMP(30g)とともに加えて、20℃で1時間撹拌し、次いで50℃で4時間撹拌した。この攪拌後の溶液を、さらに180℃で5時間撹拌して樹脂溶液を得た。次に、この樹脂溶液を水(3L)に投入して、白色沈殿を生成させた。この白色沈殿を、濾過で集めて水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で5時間乾燥した。この結果、一般式(2)または一般式(3)で表される構造およびシロキサン構造を有しないアルカリ可溶性ポリイミド(ポリイミドA3)の粉末が得られた。
得られたポリイミドA3のイミド化率は、95%であった。また、23℃のテトラメチルアンモニウム水溶液(2.38質量%)に対するポリイミドA3の溶解度は、0.5g/100g以上であった。
(合成例4)
本発明における合成例4のアルカリ可溶性ポリイミド(a)であるポリイミドA4の合成方法について説明する。ポリイミドA4の合成方法では、乾燥窒素気流下、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(32.96g(0.09モル))をNMP(100g)に溶解させた。この溶液に、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(31.02g(0.10モル))をNMP(30g)とともに加えて、20℃で1時間撹拌し、次いで50℃で4時間撹拌した。この攪拌後の溶液に、3−アミノフェノール(1.09g(0.01モル))を加え、50℃で2時間撹拌した後、180℃で5時間撹拌して樹脂溶液を得た。次に、この樹脂溶液を水(3L)に投入して、白色沈殿を生成させた。この白色沈殿を、濾過で集めて水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で5時間乾燥した。この結果、一般式(2)で表される構造を有し且つシロキサン構造を持たないアルカリ可溶性ポリイミド(ポリイミドA4)の粉末が得られた。
得られたポリイミドA4のイミド化率は、95%であった。また、23℃のテトラメチルアンモニウム水溶液(2.38質量%)に対するポリイミドA4の溶解度は、0.5g/100g以上であった。
(合成例5)
本発明における合成例5のアルカリ可溶性ポリイミド(a)であるポリイミドA5の合成方法について説明する。ポリイミドA5の合成方法では、乾燥窒素気流下、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(32.41g(0.0885モル))と、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(3.72g(0.015モル))とをNMP(100g)に溶解させた。この溶液に、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(31.02g(0.10モル))をNMP(30g)とともに加えて、20℃で1時間撹拌し、次いで50℃で4時間撹拌した。この攪拌後の溶液に、3−アミノフェノール(1.09g(0.01モル))を加え、50℃で2時間撹拌した後、180℃で5時間撹拌して樹脂溶液を得た。次に、この樹脂溶液を水(3L)に投入して白色沈殿を生成させた。この白色沈殿を、濾過で集めて水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で5時間乾燥した。この結果、一般式(2)で表される構造を有するアルカリ可溶性ポリイミド(ポリイミドA5)の粉末が得られた。
得られたポリイミドA5のイミド化率は、95%であった。また、23℃のテトラメチルアンモニウム水溶液(2.38質量%)に対するポリイミドA5の溶解度は、0.5g/100g以上であった。
(合成例6)
本発明における合成例6の光重合開始剤(d)である光重合開始剤B1の合成方法について説明する。光重合開始剤B1の合成方法では、0℃に冷却したジフェニルスルフィド溶液(9.31g)を、ジクロロメタン(50mL)中の塩化アルミニウム(7.36g)に加えた。そして、これに0℃でクロロアセチルクロライド(5.56g)を加え、2時間室温で撹拌した。得られた反応混合物に、塩化アルミニウム(7.33g)とn−ブチリルクロライド(5.59g)とを0℃で加え、この混合物を一晩撹拌した。この反応後混合物を氷水に注ぎ、有機層をジクロロメタンで抽出した。この抽出液を、硫化マグネシウムで乾燥し、濃縮し、カラムクロマトグラフィーで残渣を精製した。この結果、下記の構造を有する中間体化合物Q1を10.35g得た。
Figure 2018173840
この中間体化合物Q1(1.0g)をアセトン(30mL)に溶かし、これに炭酸カリウム(1.11g)とサリチルアルデヒド(0.73g)とを加え、3時間加熱還流し撹拌した。この反応混合物を、室温まで冷やし、水を加えた後に塩酸を加えることで酸性にした。これによって生成した析出物を、フィルターで濾過して乾燥した。この結果、下記の構造を有する中間体化合物Q2を1.0g得た。
Figure 2018173840
この中間体化合物Q2(1.0g)を酢酸エチル(10mL)に溶かし、これにヒドロキシアンモニウムクロライド(0.35g)とピリジン(5mL)とを加え、得られた混合物を3時間加熱還流し撹拌した。この反応混合物を室温まで冷却して水に注ぎ、有機層を、酢酸エチルで抽出した後に硫酸マグネシウムで乾燥した。この乾燥後の有機層を濃縮した後、その残渣をカラムクロマトグラフィーで精製した。この結果、下記の構造を有する中間体化合物Q3を283mg得た。
Figure 2018173840
この中間体化合物Q3(283mg)を酢酸エチル(14mL)に溶かし、これにアセチルクロライド(78.5mg)とトリエチルアミン(111mg)とを加え、得られた混合物を3時間室温で撹拌した。この反応混合物を水に注ぎ、有機層を酢酸エチルで抽出した。抽出した有機層を濃縮した後、その残渣をカラムクロマトグラフィーで精製した。この結果、一般式(1−2)に含まれる下記構造を有する光重合開始剤B1(226mg)が得られた。
Figure 2018173840
(合成例7)
本発明における合成例7の光重合開始剤(d)である光重合開始剤B2の合成方法について説明する。光重合開始剤B2の合成方法では、n−ブチリルクロライドの代わりに、4−メチルペンタン酸クロライドを加えること以外は、光重合開始剤B1(合成例6)と同様とした。この結果、下記の構造を有する光重合開始剤B2が得られた。
Figure 2018173840
(その他の材料)
一方、下記の各実施例および各比較例で用いたその他の各材料は、以下に示す通りである。
不飽和結合含有化合物(b)としては、DPE−6A(商品名、共栄社化学社製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)、BP−6EM(商品名、共栄社化学社製、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート)が用いられている。
熱架橋性化合物(c)としては、HMOM−TPHAP(商品名、本州化学工業社製、4,4’,4”−Ethylidynetris[2,6−bis(methoxymethyl)phenol])が用いられている。
光重合開始剤(d)としては、NCI−930(商品名、ADEKA社製)が用いられている。光重合開始剤(d)以外の光重合開始剤、すなわち、他の光重合開始剤(d’)としては、N−1919(商品名、ADEKA社製)、NCI−831(商品名、ADEKA社製)、“IRGACURE”(登録商標)OXE01(商品名、BASF社製、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)フェニル−,2−(O−ベンゾイルオキシム))、“IRGACURE”OXE02(商品名、BASF社製、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム))、“IRGACURE”819(商品名、BASF社製、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)が用いられている。
また、下記の各実施例および各比較例において、その他の添加剤(e)は、重合禁止剤、シランカップリング剤とする。重合禁止剤としては、QS−30(商品名、川崎化成工業社製、4−メトキシ−1−ナフトール)が用いられている。シランカップリング剤としては、IM−1000(商品名、JX日鉱日石金属社製)が用いられている。
また、下記の各実施例および各比較例における評価方法は、以下に示す通りである。
<解像度>
各実施例および各比較例により得られた感光性樹脂組成物フィルムの保護フィルムを剥離し、ラミネート装置(タカトリ社製、VTM−200M)を用いて、ステージ温度80℃、ロール温度80℃、真空度150Pa、貼付速度5mm/秒、貼付圧力0.3MPaの条件で、感光性樹脂組成物フィルムの剥離面を4インチのシリコンウェハ上にラミネートした。実施例1〜13および比較例1〜5については、この方法によりシリコンウェハ上に40μmの感光性樹脂組成物層を形成した。実施例14、15および比較例6、7については、シリコンウェハ上の感光性樹脂組成物フィルムの支持体フィルムを剥離し、さらに準備した1枚の感光性樹脂組成物フィルムの保護フィルムを剥離し、シリコンウェハ上の感光性樹脂組成物フィルムの剥離面(支持体フィルムが剥離された面)に、この準備した感光性樹脂組成物フィルムを上記と同条件でラミネートした。これにより、シリコンウェハ上に合計80μmの感光性樹脂組成物層を形成した。
感光性樹脂組成物層の支持体フィルムを剥離した後、露光装置(清和光学製作所社製、SME−150GA−TRJ)に、ライン(L)/スペース(S)=5/5、10/10、15/15、20/20、25/25、30/30、35/35、40/40、45/45、50/50、60/60、70/70、80/80、90/90、100/100μmのパターンを有するフォトマスクを、露光ギャップが10μmになるようにセットし、超高圧水銀灯のLU0385フィルター透過光を感光性樹脂組成物層に露光した。この透過光の露光量は、実施例1〜13および比較例1〜5では800mJ/cm(h線換算)とし、実施例14、15および比較例6、7では1600mJ/cm(h線換算)とした。
露光後、感光性樹脂組成物層を100℃のホットプレートで5分間加熱した。次に、水酸化テトラメチルアンモニウムの2.38質量%水溶液を用いてパドル現像を行い、これにより、感光性樹脂組成物層の未露光部を除去した。このパドル現像の実行時間は、実施例1〜13および比較例1〜5では180秒間とし、実施例14、15および比較例6、7では360秒間とした。
続いて、水によりリンス処理を60秒間行った。その後、スピン乾燥を行い、感光性樹脂組成物層にパターンが得られた。イナートオーブンを用いて、窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、60℃から200℃まで1時間で昇温し、200℃で1時間、この感光性樹脂組成物層のキュアを行った。キュア後の感光性樹脂組成物層の温度が50℃以下になったところでシリコンウェハをイナートオーブンから取り出し、このシリコンウェハ上の感光性樹脂組成物層に形成されたパターンを顕微鏡で観察した。実施例および比較例における解像度の評価では、観察したパターンおいて開口している最小寸法のラインアンドスペースが40μm以下である場合を優良「◎」と評価し、上記ラインアンドスペースが45μm以上100μm以下である場合を良好「○」と評価し、開口していない場合を不良「×」と評価した。
<パターン形状>
上述した解像度の評価の場合と同様の方法によって得られたラインアンドスペースパターンについて、ラインパターンに対して垂直になるようにシリコンウェハをカットし、パターン断面を露出させた。光学顕微鏡を用いて、倍率200倍で、L/S=100/100μmのパターン断面を観察し、パターンの断面形状の評価を行った。実施例および比較例におけるパターン形状の評価では、シリコンウェハの表面(基板表面)とパターン側面とのなすテーパ角を測定し、テーパ角が90°以下85°以上である場合を優良「◎」と評価し、テーパ角が85°未満80°以上である場合を良好「○」と評価し、テーパ角が80°未満である場合を許容可能「△」と評価した。また、パターン形状の評価では、パターンの断面形状が90°を超えるテーパ角をなす逆テーパ形状である場合を第1不良「×」と評価し、パターンの断面形状が括れた形状である場合を第2不良「××」と評価した。
<厚膜加工性(残膜率)>
上述した解像度の評価の場合と同様の方法によって得られたラミネート後の感光性樹脂組成物フィルムの膜厚を測定し、この測定値を「露光現像前の膜厚」とした。また、上述した解像度の評価の場合と同様の方法によって得られたラインアンドスペースパターンのキュア後のサンプルについて、L/S=100/100μmのラインパターンの膜厚を測定し、この測定値を「キュア後の膜厚」とした。実施例および比較例における厚膜加工性の評価では、下記の式により残膜率を算出し、得られた残膜率に基づいて感光性樹脂組成物フィルムの厚膜加工性を評価した。

残膜率[%]=(キュア後の膜厚÷露光現像前の膜厚)×100

具体的には、残膜率が85%以上である場合を優良「◎」と評価し、残膜率が85%未満70%以上である場合を良好「○」と評価し、残膜率が70%未満である場合を不良「×」と評価した。
<耐湿性、接着性>
フォトマスクを使用せず、感光性樹脂組成物を全面露光し、これ以外は上述した解像度の評価の場合と同様の方法に沿って処理を行い、これにより、感光性樹脂組成物の硬化膜を作製した。得られた硬化膜について、カッターを使用して1mm間隔で10行10列の碁盤目状の切り込みをいれた。これにより、この硬化膜に合計100個の区画部(以下、マスと称する)が形成された。次に、プレッシャークッカーテスト(PCT)装置を用いて121℃、2気圧の飽和条件で200時間、この硬化膜に対してPCT処理を行った後、この硬化膜における100マスのうち、“セロテープ”(登録商標)による引き剥がしによってシリコンウェハから剥がれたマスを計数し、この計数結果に基づいて、感光性樹脂組成物の耐湿性、接着性の評価を行った。実施例および比較例における耐湿性、接着性の評価では、シリコンウェハに残ったマスの数(残数)が100マス中100である場合を優良「◎」と評価し、この残数が99〜80である場合を良好「○」と評価し、この残数が79〜0である場合を不良「×」と評価した。
<耐熱性(5%熱重量減少温度測定)>
フォトマスクを使用せず、感光性樹脂組成物を全面露光し、これ以外は上述した解像度の評価の場合と同様の方法に沿って処理を行い、これにより、感光性樹脂組成物の硬化膜を作製した。得られた硬化膜について、シリコンウェハから剥離し、単膜を作製した。作製した硬化膜の単膜のガラス転移温度を動的粘弾性測定装置(日立ハイテクサイエンス社製、DMS6100)により測定した。なお、この測定は、試験モード:引張り、試験温度:室温(25℃)〜350℃、昇温速度:5℃/min、試験周波数:1Hz、チャック間距離:10mm、サンプル幅:5mmの条件にて実施した。実施例および比較例における耐熱性は、このように測定した単膜(硬化膜)のガラス転移温度に基づいて評価し、得られたガラス転移温度[℃]を評価結果とした。
<黄変化の度合い>
各実施例および各比較例により得られた感光性樹脂組成物フィルムの保護フィルムを剥離し、ベースフィルムをリファレンスにして、分光光度計(日立ハイテクサイエンス社製、U−3900)により、この感光性樹脂組成物フィルムの波長405nmにおける露光前の吸光度Abs(0)を測定した。次に、新たに準備した感光性樹脂組成物フィルムの保護フィルムを剥離し、その後、この感光性樹脂組成物フィルムに対して超高圧水銀灯のLU0385フィルター透過光を800mJ/cm2(h線換算)の露光量で露光した。そして、ベースフィルムをリファレンスにして、分光光度計(日立ハイテクサイエンス社製、U−3900)により、この感光性樹脂組成物フィルムの波長405nmにおける露光後の吸光度Abs(1)を測定した。上記のようにして得られたAbs(0)およびAbs(1)を下記の式に代入し、この算出結果に基づいて、実施例および比較例における黄変化度合いを評価した。

黄変化の度合い=Abs(1)/Abs(0)

実施例14、15、比較例6、7については、同組成の実施例2、3、比較例2、3の値をそれぞれ採用した。
<実施例1>
本発明の実施例1では、アルカリ可溶性ポリイミド(a)として合成例1のポリイミドA1を用い、不飽和結合含有化合物(b)としてDPE−6AおよびBP−6EMを用い、熱架橋性化合物(c)としてHMOM−TPHAPを用い、光重合開始剤(d)としてNCI−930を用いた。また、重合禁止剤としてQS−30を用い、シランカップリング剤としてIM−1000を用いた。
具体的には、ポリイミドA1(35g)と、DPE−6A(2g)と、BP−6EM(18g)と、HMOM−TPHAP(6g)と、NCI−930(1g)と、QS−30(0.015g)と、IM−1000(1g)とをジアセトンアルコール/乳酸エチル=40/60(質量比)である混合溶媒に溶解した。この混合溶媒の添加量は、溶媒以外の添加物を固形分とし、固形分濃度が45質量%となるように調整した。得られた溶液を、保留粒子径2μmのフィルターを用いて加圧濾過し、これにより、感光性樹脂組成物を得た。
得られた感光性樹脂組成物を、コンマロールコーターを用いて、支持体フィルム(厚さ50μmのPETフィルム)上に塗布し、85℃で13分間乾燥を行った後、保護フィルムとして、厚さ50μmのPPフィルムをラミネートした。この結果、厚みが40μmの感光性樹脂組成物フィルムを得た。得られた感光性樹脂組成物フィルムを用いて、前述の方法により解像度、パターン形状、厚膜加工性および耐湿性を評価した。実施例1の評価結果は、後述の表1−1に示した。
<実施例2〜15、比較例1〜7>
本発明の実施例2〜15および本発明に対する比較例1〜7では、上述した実施例1における組成を表1−1、1−2に示す組成に変更したこと以外は実施例1と同様の方法に沿って処理を行い、これにより、感光性樹脂組成物フィルムを作製した。得られた感光性樹脂組成物フィルムを用いて、前述の方法により解像度、パターン形状、厚膜加工性および耐湿性を評価した。実施例2〜15の評価結果は表1−1に示し、比較例1〜7の評価結果は表1−2に示した。
Figure 2018173840
Figure 2018173840
表1−1に示すように、上述した一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)を用いた実施例1〜15では、パターン形状および厚膜加工性の各評価結果が良好以上(優良または良好)であった。一方、表1−2に示すように、他の光重合開始剤(d’)を用いた比較例1〜7では、パターン形状または厚膜加工性が実施例1〜15に比べて劣る結果となった。
<参考例>
この参考例では、実施例1の感光性樹脂組成物を、ポリイミド前駆体樹脂組成物である“フォトニース”(登録商標)UR−5100FX(商品名、東レ社製)とγ−ブチロラクトンとの混合物(具体的にはUR−5100FX(200g)とγ−ブチロラクトン(100g)との混合物)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、感光性樹脂組成物フィルムを得た。
得られた感光性樹脂組成物フィルムを用いて、実施例1と同様に解像度、パターン形状、厚膜加工性、耐湿性を評価した。この結果、参考例では、解像度は良好「○」であり、パターン形状は許容可能「△」であり、厚膜加工性は不良「×」であり、耐湿性、接着性は優良「◎」であった。ただし、この参考例において、現像液はDV−605(商品名、東レ社製)を使用し、現像時間は360秒とし、キュアは140℃で1時間処理した後、さらに350℃で1時間処理をした。
本発明に係る感光性樹脂組成物および感光性樹脂組成物フィルムは、高温における熱処理を必要とすることなく、厚膜加工であっても、パターン形状を矩形に加工することができる感光性樹脂組成物および感光性樹脂組成物フィルムに適している。本発明の感光性樹脂組成物または感光性樹脂組成物フィルムから得られる絶縁膜は、電気特性、機械特性および耐熱性に優れることから、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁膜などの用途に有用である。特に、本発明に係る絶縁膜は、厚膜のパターンが形成できることから、中空構造を有する電子部品の中空構造体の屋根部分に好適に用いるができる。

Claims (14)

  1. アルカリ可溶性ポリイミド(a)、不飽和結合含有化合物(b)、熱架橋性化合物(c)および下記一般式(1)で表される構造を有する光重合開始剤(d)を含有する、
    ことを特徴とする感光性樹脂組成物。
    Figure 2018173840
    (一般式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、前記炭化水素基、前記アシル基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。Aは、COまたは直接結合を表す。)
  2. 前記光重合開始剤(d)は、下記一般式(1−1)で表される構造を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2018173840
    (一般式(1−1)中、R〜Rは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、前記炭化水素基、前記アシル基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。)
  3. 前記光重合開始剤(d)は、下記一般式(1−2)で表される構造を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2018173840
    (一般式(1−2)中、R1−1は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。R1−1におけるR13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、R1−1における前記炭化水素基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。R1−1における前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。RおよびRは、それぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、−NR1314、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、炭素数1〜20のアシル基または炭素数1〜20のアルコキシ基を表す。RおよびRにおけるR13およびR14は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。ただし、RおよびRにおける前記炭化水素基、前記アシル基および前記アルコキシ基の水素原子のうち少なくとも一部は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基または−NR1314によって置換されていてもよい。RおよびRにおける前記炭化水素基中および前記アルコキシ基中の炭化水素基は、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合またはウレタン結合により中断されていてもよい。R15は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。aは0〜5の整数を表し、bは0〜4の整数を表す。)
  4. 波長405nmにおける露光前の吸光度をAbs(0)とし、波長405nmにおける露光後の吸光度をAbs(1)としたとき、Abs(1)/Abs(0)<1.25を満たす、
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物。
  5. 前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、主鎖末端に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物。
  6. 前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、側鎖に、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基およびチオール基のうち少なくとも一つを有する、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物。
  7. 前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、側鎖に、フェノール性水酸基を有する、ことを特徴とする請求項6に記載の感光性樹脂組成物。
  8. 前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、シロキサンジアミンの残基を有するポリイミドである、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物。
  9. 前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)は、前記シロキサンジアミンの残基が全ジアミン残基中に1モル%以上10モル%以下含まれるポリイミドである、ことを特徴とする請求項8に記載の感光性樹脂組成物。
  10. 前記アルカリ可溶性ポリイミド(a)のイミド化率は70%以上である、ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物からなる、
    ことを特徴とする感光性樹脂組成物フィルム。
  12. 請求項1〜10のいずれか一つに記載の感光性樹脂組成物の硬化物からなる、
    ことを特徴とする絶縁膜。
  13. 請求項12に記載の絶縁膜を備える、
    ことを特徴とする電子部品。
  14. 前記絶縁膜からなる屋根部分を有する中空構造体を備える、
    ことを特徴とする請求項13に記載の電子部品。
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