TW201835226A - 積層體的製造方法、半導體元件的製造方法及積層體 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離之積層體的製造方法、半導體元件的製造方法及半導體元件。一種積層體的製造方法,其包括依序進行之如下製程:感光性樹脂組成物層形成製程,將感光性樹脂組成物應用於基板而形成為層狀;曝光製程,對應用於基板之感光性樹脂組成物層進行曝光;顯影處理製程,對所曝光之感光性樹脂組成物層進行顯影處理;硬化製程,對顯影後的感光性樹脂組成物層進行硬化;及金屬層形成製程,藉由氣相成膜於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的表面形成金屬層,形成金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度低於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度。
Description
本發明是有關於一種積層體的製造方法、半導體元件的製造方法及積層體。
聚醯亞胺樹脂或聚苯并噁唑樹脂等樹脂的耐熱性及絶縁性優異,因此使用於半導體元件的絕緣層等中。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:國際公開WO2011/034092號公報
正在進行如下,亦即作為半導體元件的再配線層用層間絶縁膜使用聚醯亞胺樹脂或聚苯并噁唑樹脂等耐熱性及絶縁性優異之樹脂的硬化膜,且積層該硬化膜和金屬層而製造半導體元件的再配線層。 本發明人等對積層聚醯亞胺樹脂或聚苯并噁唑樹脂等耐熱性及絶縁性優異之樹脂的硬化膜和金屬層之情況進行研究之結果,得知硬化膜與金屬層的黏附性不夠充分,且於硬化膜與金屬層之間產生層間剝離。
於此,通常於使用於半導體元件的製作中之成膜方法中,於基板與包括銅(Cu)等之配線層之間設置阻擋金屬膜,藉此可防止構成配線層之材料擴散於基板而引起之配線的劣化(參閱專利文獻1)。 專利文獻1中記載有阻擋金屬膜的形成方法,其中準備於表面形成有微細的孔或槽之基板,於將基板的溫度設為150℃以上且500℃以下的範圍之狀態下,於基板上形成包括鈦或鈦化合物之阻擋金屬膜。依專利文獻1中,記載有如下,亦即藉由使用上述結構的阻擋金屬膜的形成方法,相對於高縱橫比的圖案等,能夠減少於開口部產生懸垂(開口部的直徑變得比底部小之情況)。 然而,專利文獻1中,只關注了作為基板而於矽晶圓的表面形成有矽氧化物膜之情況。亦即,專利文獻1中,只關注了積層有聚醯亞胺樹脂或聚苯并噁唑樹脂等耐熱性及絶縁性優異之樹脂的硬化膜和金屬層之情況下的層間剝離。
本發明欲解決之課題在於提供一種能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離之積層體的製造方法。又,本發明欲解決之課題在於提供一種包括積層體的製造方法之半導體元件的製造方法。又,本發明欲解決之課題在於提供一種能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離之積層體。
本發明人對上述課題進行研究之結果,發現於低於聚醯亞胺樹脂或聚苯并噁唑樹脂等耐熱性及絶縁性優異之樹脂的硬化膜的玻璃化轉變溫度下,使用濺射法等氣相成膜而形成金屬層,藉此可解決上述課題。 作為用於解決上述課題之方法之本發明及本發明的優選態樣如下。 [1]一種積層體的製造方法,其包括依序進行之如下製程: 感光性樹脂組成物層形成製程,將感光性樹脂組成物應用於基板而形成為層狀; 曝光製程,對應用於基板之感光性樹脂組成物層進行曝光; 顯影處理製程,對所曝光之感光性樹脂組成物層進行顯影處理; 硬化製程,對顯影後的感光性樹脂組成物層進行硬化;以及 金屬層形成製程,藉由氣相成膜於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的表面形成金屬層;並且 形成前述金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度低於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度。 [2]如[1]所述之積層體的製造方法,其還包括再次依序進行之感光性樹脂組成物層形成製程、曝光製程、顯影處理製程、硬化製程及金屬層形成製程。 [3]如[1]或[2]所述之積層體的製造方法,感光性樹脂組成物藉由曝光構建交聯結構而針對有機溶劑的溶解度降低。 [4]如[1]~[3]中任一項所述之積層體的製造方法,感光性樹脂組成物包括選自聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚苯并噁唑前驅物及聚苯并噁唑中之至少一種樹脂。 [5]如[1]~[4]中任一項所述之積層體的製造方法,其還包括第2金屬層形成製程,於金屬層的表面形成第2金屬層。 [6]如[5]中所述之積層體的製造方法,第2金屬層包括銅。 [7]如[1]~[6]中任一項所述之積層體的製造方法,金屬層包含如下化合物中的至少一種,該化合物包含鈦、鉭及銅以及它們中的至少一種。 [8]如[1]~[7]中任一項所述之積層體的製造方法,於金屬層形成製程中形成之金屬層的厚度為50~2000nm。 [9]如[1]~[8]中任一項所述之積層體的製造方法,依照雷射測量法測定之硬化製程後的感光性樹脂組成物的殘留應力小於35MPa。 [10]如[1]~[9]中任一項所述之積層體的製造方法,感光性樹脂組成物為負型顯影用感光性樹脂組成物。 [11]如[1]~[10]中任一項所述之積層體的製造方法,硬化製程包括對感光性樹脂組成物層進行升溫之升溫製程和以與升溫製程的最終到達溫度相等之保持溫度進行保持之保持製程, 保持製程中的保持溫度為250℃以下。 [12]如[1]~[11]中任一項所述之積層體的製造方法,形成金屬層時的感光性樹脂組成物層的溫度比感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度低30℃以上。 [13]一種半導體元件的製造方法,其包括[1]~[12]中任一項所述之積層體的製造方法。 [14]一種積層體,其具有基板、圖案硬化膜及位於前述圖案硬化膜的表面之金屬層, 圖案硬化膜包含聚醯亞胺或聚苯并噁唑, 構成位於圖案硬化膜的表面之金屬層之金屬針對圖案硬化膜的侵入長度距離圖案硬化膜的表面為130nm以下。
[15]一種積層體,藉由[1]~[12]中任一項所述之積層體的製造方法而製造。 [16]一種半導體元件,藉由[13]所述之半導體元件的製造方法而製作。 [發明效果]
依本發明,能夠提供一種能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離之積層體的製造方法。又,依本發明,能夠提供一種包括本發明的積層體的製造方法之半導體元件的製造方法。又,依本發明,能夠提供一種能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離之積層體。 【圖示簡單說明】
圖1是表示半導體元件的一實施方式的結構之示意圖。 圖2是表示藉由本發明的積層體的製造方法而得到之積層體的一實施方式的結構之示意圖。
以下所記載之本發明中的構成要件的說明有時基於本發明的代表性實施方式而進行,但本發明並不限定於該種實施方式。 關於本說明書中的基團(原子團)的標記,未記錄經取代及未經取代之標記是同時包括不具有取代基者和具有取代基者。例如,「烷基」不僅包含不具有取代基之烷基(未經取代的烷基),還包含具有取代基之烷基(取代烷基)。 本說明書中「曝光」只要無特別限定,除了利用光的曝光以外,利用電子束、離子束等粒子束之描繪亦包含於曝光中。又,作為使用於曝光之光,通常可列舉以水銀燈的明線光譜、準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X射線、電子束等活性光線或放射線。 本說明書中,利用「~」表示之數值範圍是指將記載於「~」前後之數值作為下限值及上限值而包含之範圍。 本說明書中,「(甲基)丙烯酸酯」表示「丙烯酸酯」及「甲基丙烯酸酯」這兩者或任一個,「(甲基)烯丙基」表示「烯丙基」及「甲基烯丙基」這兩者或任一個,「(甲基)丙烯酸」表示「丙烯酸」及「甲基丙烯酸」這兩者或任一個,「(甲基)丙烯醯基」表示「丙烯醯基」及「甲基丙烯醯基」這兩者或任一個。 本說明書中,「製程」這一術語,不僅是獨立的製程,而且即使於能夠與其他製程明確區分之情況下,若可實現對該製程所期待之作用,則亦包含於本術語中。 本說明書中,固體成分濃度是相對於組成物的總質量中除了溶劑以外的成分的質量百分率。又,只要沒有特別記載,則固體成分濃度是指25℃下的濃度。 本說明書中,只要沒有特別記載,則重量平均分子量(Mw)及數量平均分子量(Mn)基於凝膠滲透層析法(GPC測定)之苯乙烯換算值而定義。本說明書中,重量平均分子量(Mw)及數量平均分子量(Mn)例如能夠利用HLC-8220(TOSOH CORPORATION製),並作為柱而使用保護柱HZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000、TSKgel Super HZ2000(TOSOH CORPORATION製)而求出。只要沒有特別記載,則將洗提液設為利用THF(四氫呋喃)測定者。又,只要沒有特別記載,則將檢測設為使用UV線(紫外線)的波長254nm檢測器者。
本發明的積層體的製造方法包括依序進行之如下製程: 感光性樹脂組成物層形成製程,將感光性樹脂組成物應用於基板而形成為層狀; 曝光製程,對應用於基板之感光性樹脂組成物層進行曝光; 顯影處理製程,對所曝光之感光性樹脂組成物層進行顯影處理; 硬化製程,對顯影後的感光性樹脂組成物層進行硬化;及 金屬層形成製程,藉由氣相成膜於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的表面形成金屬層, 形成前述金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度低於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度。 藉由上述結構,能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離。 藉由濺射法等的氣相成膜於基板上的硬化膜(硬化膜是指硬化製程後的感光性樹脂組成物層)的表面形成金屬層時,通常為了控制金屬層的膜質而對基板(及硬化膜)進行加熱。以往,若於較高的溫度下使用濺射法而形成金屬層,則能夠將金屬原子打入硬化膜,作為其結果推定能夠抑制產生層間剝離。 實際上,本發明人等利用透射型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope;TEM)等對使用濺射法於硬化膜的表面形成有金屬層之積層體的截面進行分析之結果,得知若於較高的溫度下使用濺射法形成金屬層,則產生金屬滲透硬化膜的表面之現象(penetration)。然而,得知若於較高的溫度下使用濺射法而形成金屬層,則產生積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離。 另一方面,得知藉由以將硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度(硬化膜的表面的溫度)抑制為低於玻璃化轉變溫度的方式藉由濺射法等氣相成膜而形成金屬層,無金屬滲透硬化膜的表面之現象(penetration),進而還未產生積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離。以下,將玻璃化轉變溫度稱為Tg(glass transition temperature)。 以下,對本發明的較佳的態樣進行詳細說明。
<過濾製程> 本發明的積層體的製造方法可以包括於將感光性樹脂組成物應用於基板之前,對感光性樹脂組成物進行過濾之製程。過濾使用濾波器進行為較佳。作為濾波器的孔徑,1μm以下為較佳,0.5μm以下為更佳,0.1μm以下為進一步較佳。作為濾波器的材質,聚四氟乙烯製、聚乙烯製、尼龍製濾波器為較佳。濾波器可以使用以有機溶劑預先清洗者。濾波器過濾製程中,可以將複數種濾波器串聯或並聯而使用。當使用複數種濾波器時,可以組合使用孔徑和/或材質不同之濾波器。又,可以使用各種材料而進行複數次過濾,且進行複數次過濾之製程可以是循環過濾製程。又,可以進行加壓過濾,加壓過濾時的施加之壓力是0.05MPa以上且0.3MPa以下為較佳。 除了使用濾波器進行過濾以外,亦可以使用吸附材料來進行過濾而去除雜質,亦可以組合使用濾波器過濾和吸附材料而進行過濾。作為吸附材料,能夠使用公知的吸附材料,例如能夠使用矽膠、沸石等無機系吸附材料、活性碳等有機系吸附材料。
<<感光性樹脂組成物層形成製程>> 本發明的積層體的製造方法包括將感光性樹脂組成物應用於基板而形成為層狀之感光性樹脂組成物層形成製程。 作為應用於基板之方法,塗佈為較佳。 具體而言,作為應用方法,可例示浸塗法、氣刀塗佈法、簾式塗佈法、線棒塗佈法、凹版塗佈法、擠壓塗佈法、噴塗法、旋塗法、狹縫塗佈法及噴墨法等。從感光性樹脂組成物層的厚度的均勻性的觀點考慮,旋塗法、狹縫塗佈法、噴塗法、噴墨法為更佳。依應用方法調整適當的固體成分濃度或塗佈條件,藉此能夠得到所希望的感光性樹脂組成物層。又,能夠依基板的形狀適當選擇塗佈方法,只要為晶圓等圓形基板,則旋塗法或噴塗法、噴墨法等為較佳,且只要為矩形基板,則狹縫塗佈法或噴塗法、噴墨法等為較佳。利用旋塗法時,例如,能夠以500~2000rpm(每分鐘轉數(revolutions per minute)轉速應用10秒鐘~1分鐘左右。 關於感光性樹脂組成物層(硬化製程後的硬化膜)的厚度,於曝光後,以成為0.1~100μm之方式進行塗佈為較佳,以成為1~50μm之方式進行塗佈為更佳。又,如圖2所示,所形成之感光性樹脂組成物層的厚度無需一定均勻。尤其,於凹凸的表面上設置感光性樹脂組成物層時,如圖2所示,應可得到厚度不同之硬化膜。尤其將硬化膜積層複數層時,作為凹部,還可形成深度較深的凹部,但本發明相對於該種結構,於能夠更加有效地抑制層間的剝離的方面技術價值較高。當積層體具有厚度不同之硬化膜時,最薄部分的硬化膜的厚度為上述厚度為較佳。
<<基板>> 基板的種類能夠依用途適當設定,矽、氮化矽、聚矽、氧化矽、非晶矽等半導體製造用基板、石英、玻璃、光學膜、陶瓷材料、氣相沉積膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Fe等金屬基板、紙、SOG(Spin On Glass)、TFT(thin film transistor;薄膜電晶體)陣列基板、等離子顯示面板(PDP)的電極板等並無特別限制。本發明中,尤其半導體製造用基板為較佳,矽為更佳。 又,當於硬化膜的表面或金屬層的表面形成感光性樹脂組成物層時,可以將硬化膜或金屬層用作基板。
<<感光性樹脂組成物>> 以下,對本發明中所使用之感光性樹脂組成物進行詳細說明。 本發明的積層體的製造方法中,感光性樹脂組成物包含藉由曝光而形成交聯結構之化合物為較佳,是負型顯影用為更佳,藉由曝光而構建交聯結構來降低針對有機溶劑的溶解度為特佳,用有機溶劑進行顯影之負型感光性樹脂為最佳。 首先,對本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以含有之成分進行說明。感光性樹脂組成物可以包含該些以外的成分,但並不將該些成分作為必要成分。
<<<樹脂>>> 本發明中所使用之感光性樹脂組成物包含樹脂。 本發明中所使用之感光性樹脂組成物中,樹脂並無特別限制,能夠使用公知的樹脂。樹脂是高耐熱性樹脂為較佳。
本發明中所使用之感光性樹脂組成物包含選自聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚苯并噁唑前驅物及聚苯并噁唑中之至少一種樹脂為較佳。本發明的積層體的製造方法中,感光性樹脂組成物包含聚醯亞胺前驅物或聚苯并噁唑前驅物為更佳,包含聚醯亞胺前驅物為進一步較佳。
本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以僅包含選自聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚苯并噁唑前驅物及聚苯并噁唑中之一種,亦可以包含兩種以上。又,可以包含兩種等聚醯亞胺前驅物,亦即可以包含種類相同,且結構不同之兩種以上的樹脂。 本發明中所使用之感光性樹脂組成物中的樹脂的含量是感光性樹脂組成物的總固體成分的10~99質量%為較佳,50~98質量%為更佳,70~96質量%為進一步較佳。
進而,樹脂包含聚合性基為較佳。 又,感光性樹脂組成物包含聚合性化合物為較佳。藉由這種結構,於曝光部形成三維網絡而成為牢固的交聯膜,感光性樹脂組成物層(硬化膜)不會因後述的表面活化處理而受到損傷,且藉由表面活化處理,硬化膜與金屬層的黏附性或硬化膜彼此的黏附性更有效地提高。 此外,樹脂包含由-Ar-L-Ar-表示之部分結構為較佳。其中,Ar分別獨立地為芳香族基,L是可以由氟原子取代之碳數1~10的脂肪族烴基、-O-、-CO-、-S-、-SO2
-或-NHCO-及包括上述中的兩個以上的組合之基團。藉由這種結構,感光性樹脂組成物層(硬化膜)成為柔軟的結構,並更有效地發揮抑制層間剝離的產生之效果。Ar是伸苯基為較佳,L是可以由氟原子取代之碳數1或2的脂肪族烴基、-O-、-CO-、-S-或-SO2
-為進一步較佳。其中,脂肪族烴基是伸烷基為較佳。
(聚醯亞胺前驅物) 聚醯亞胺前驅物中,其種類等並無特別限定,包含由下述式(2)表示之重複單元為較佳。 式(2) [化學式1]式(2)中,A1
及A2
分別獨立地表示氧原子或NH,R111
表示2價有機基,R115
表示4價有機基,R113
及R114
分別獨立地表示氫原子或1價有機基。
式(2)中的A1
及A2
是氧原子或NH為較佳,氧原子為更佳。 式(2)中的R111
表示2價有機基。作為2價有機基,例示包含直鏈或分支脂肪族基、環狀脂肪族基及芳香族基之基團,碳數2~20的直鏈或分支脂肪族基、碳數6~20的環狀脂肪族基、碳數6~20的芳香族基或包括它們的組合之基團為較佳,包括碳數6~20的芳香族基之基團為更佳。作為特佳的實施方式,可例示式(2)中的R111
是由-Ar-L-Ar-表示之基團。但是,Ar分別獨立地為芳香族基,L是可以由氟原子取代之碳數1~10的脂肪族烴基、-O-、-CO-、-S-、-SO2
-或-NHCO-及包括上述中的兩個以上的組合之基團。這些較佳的範圍與上述相同。
式(2)中的R111
由二胺衍生為較佳。作為在聚醯亞胺前驅物的製造中所使用之二胺,可列舉直鏈或分支脂肪族、環狀脂肪族或芳香族二胺等。二胺可以僅使用一種,亦可以使用兩種以上。 具體而言,是含有碳數2~20的直鏈或分支脂肪族基、碳數6~20的環狀脂肪族基、碳數6~20的芳香族基或包括它們的組合之基團之二胺為較佳,含有由碳數6~20的芳香族基構成之基團之二胺為更佳。作為芳香族基的例,可列舉下述芳香族基。
[化學式2]上述芳香族基中,A是選自單鍵或可以由氟原子取代之碳數1~10的脂肪族烴基、-O-、-C(=O)-、-S-、-S(=O)2
-、-NHCO-及它們的組合之基團為較佳,是選自單鍵、可以由氟原子取代之碳數1~3的伸烷基、-O-、-C(=O)-、-S-、-SO2
-之基團為更佳,選自包括-CH2
-、-O-、-S-、-SO2
-、-C(CF3
)2
-及-C(CH3
)2
-之組中之2價基團為進一步較佳。
作為二胺,具體而言可列舉選自1,2-二胺基乙烷、1,2-二胺基丙烷、1,3-二胺基丙烷、1,4-二胺基丁烷及1,6-二胺基己烷;1,2-二胺基環戊烷或1,3-二胺基環戊烷、1,2-二胺基環己烷、1,3-二胺基環己烷或1,4-二胺基環己烷、1,2-雙(胺基甲基)環己烷、1,3-雙(胺基甲基)環己烷或1,4-雙(胺基甲基)環己烷、雙-(4-胺基環己基)甲烷、雙-(3-胺基環己基)甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二甲基環己基甲烷及異佛爾酮二胺;間苯二胺及對苯二胺、二胺基甲苯、4,4’-二胺基聯苯及3,3’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基二苯醚及3,3’-二胺基二苯醚、4,4’-二胺基二苯基甲烷及3,3’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基碸及3,3’-二胺基二苯基碸、4,4’-二胺基二苯硫醚及3,3’-二胺基二苯硫醚、4,4’-二胺基二苯甲酮及3,3’-二胺基二苯甲酮、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基聯苯、2,2-雙(4-胺基苯基)丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-雙(3-羥基-4-胺基苯基)丙烷、2,2-雙(3-羥基-4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-雙(3-胺基-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3-胺基-4-羥基苯基)六氟丙烷、雙(3-胺基-4-羥基苯基)碸、雙(4-胺基-3-羥基苯基)碸、4,4’-二胺基對聯三苯、4,4’-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]碸、雙[4-(3-胺基苯氧基)苯基]碸、雙[4-(2-胺基苯氧基)苯基]碸、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、9,10-雙(4-胺基苯基)蒽、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基二苯基碸、1,3-雙(4-胺基苯氧基)苯、1,3-雙(3-胺基苯氧基)苯、1,3-雙(4-胺基苯基)苯、3,3’-二乙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基八氟聯苯、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、9,9-雙(4-胺基苯基)-10-氫蒽、3,3’,4,4’-四胺基聯苯、3,3’,4,4’-四胺基二苯醚、1,4-二胺基蒽醌、1,5-二胺基蒽醌、3,3-二羥基-4,4’-二胺基聯苯、9,9’-雙(4-胺基苯基)茀、4,4’-二甲基-3,3’-二胺基二苯基碸、3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、2,4-二胺基枯烯及2,5-二胺基枯烯、2,5-二甲基-對苯二胺、乙醯胍胺、2,3,5,6-四甲基-對苯二胺、2,4,6-三甲基-間苯二胺、雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷、2,7-二胺基茀、2,5-二胺基吡啶、1,2-雙(4-胺基苯基)乙烷、二胺基苯甲醯苯胺、二胺基苯甲酸的酯、1,5-二胺基萘、二胺基三氟甲苯、二胺基蒽醌、1,3-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、1,4-雙(4-胺基苯基)八氟丁烷、1,5-雙(4-胺基苯基)十氟戊烷、1,7-雙(4-胺基苯基)十四氟庚烷、2,2-雙[4-(3-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙[4-(2-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)-3,5-二甲基苯基]六氟丙烷、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)-3,5-雙(三氟甲基)苯基]六氟丙烷、對雙(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯、4,4’-雙(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)聯苯、4,4’-雙(4-胺基-3-三氟甲基苯氧基)聯苯、4,4’-雙(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)二苯基碸、4,4’-雙(3-胺基-5-三氟甲基苯氧基)二苯基碸、2,2-雙[4-(4-胺基-3-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基-2,2’-雙(三氟甲基)聯苯、2,2’,5,5’,6,6’-六氟聯甲苯胺及4,4’’’-二胺基四聯苯中之至少一種二胺。
又,以下所示之二胺(DA-1)~(DA-18)亦為較佳。
[化學式3]
[化學式4]
又,作為較佳的例,亦可列舉於主鏈具有至少兩個以上的伸烷基二醇單元之二胺。較佳為於一分子中組合乙二醇鏈、丙二醇鏈中的任一個或兩者而包含之二胺,更佳為不包含芳香環之二胺。作為具體例,可列舉JEFFAMINE(註冊商標)KH-511、JEFFAMINE(註冊商標)ED-600、JEFFAMINE(註冊商標)ED-900、JEFFAMINE(註冊商標)ED-2003、JEFFAMINE(註冊商標)EDR-148、JEFFAMINE(註冊商標)EDR-176、D-200、D-400、D-2000、D-4000(以上為產品名,HUNTSMAN製)、1-(2-(2-(2-胺基丙氧基)乙氧基)丙氧基)丙烷-2-胺、1-(1-(1-(2-胺基丙氧基)丙烷-2-基)氧基)丙烷-2-胺等,但並不限定於這些。 以下示出JEFFAMINE(註冊商標)KH-511、JEFFAMINE(註冊商標)ED-600、JEFFAMINE(註冊商標)ED-900、JEFFAMINE(註冊商標)ED-2003、JEFFAMINE(註冊商標)EDR-148、JEFFAMINE(註冊商標)EDR-176的結構。
[化學式5]
上述中,x、y、z為平均值。
從所得到之硬化膜的柔軟性的觀點考慮,式(2)中的R111
由-Ar-L-Ar-表示為較佳。其中,Ar分別獨立地為芳香族基,L包括可以由氟原子取代之碳數1~10的脂肪族烴基、-O-、-CO-、-S-、-SO2
-或-NHCO-及上述中的兩個以上的組合之基團。Ar是伸苯基為較佳,L是可以由氟原子取代之碳數1或2的脂肪族烴基、-O-、-CO-、-S-或-SO2
-為進一步較佳。其中,脂肪族烴基是伸烷基為較佳。
從i射線透過率的觀點考慮,式(2)中的R111
是由下述式(51)或式(61)表示之2價有機基為較佳。尤其,從i射線透過率、易獲得的觀點考慮,由式(61)表示之2價有機基為更佳。 式(51) [化學式6]式(51)中,R10
~R17
分別獨立地為氫原子、氟原子或1價有機基,R10
~R17
中的至少一個是氟原子、甲基或三氟甲基。 作為R10
~R17
的1價有機基,可列舉碳數1~10(較佳為碳數1~6)的未經取代的烷基、碳數1~10(較佳為碳數1~6)的氟化烷基等。 式(61) [化學式7]式(61)中,R18
及R19
分別獨立地為氟原子或三氟甲基。 作為賦予式(51)或(61)的結構之二胺化合物,可列舉2,2’-二甲基聯苯胺、2,2’-雙(三氟甲基)-4,4’-二胺基聯苯、2,2’-雙(氟)-4,4’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基八氟聯苯等。該些可以使用一種或組合使用兩種以上。
式(2)中的R115
表示4價有機基。作為4價有機基,包含芳香環之4價有機基為較佳,由下述式(5)或式(6)表示之基團為更佳。 式(5) [化學式8]式(5)中,R112
是選自單鍵或可以由氟原子取代之碳數1~10的脂肪族烴基、-O-、-CO-、-S-、-SO2
-、-NHCO-以及包括它們的組合之基團為較佳,是選自單鍵、可以由氟原子取代之碳數1~3的伸烷基、-O-、-CO-、-S-及-SO2
-之基團為更佳,選自包括-CH2
-、-C(CF3
)2
-、-C(CH3
)2
-、-O-、-CO-、-S-及-SO2
-之組中之2價基團為進一步較佳。
式(6) [化學式9]
關於式(2)中的R115
,具體而言可列舉從四羧酸二酐去除酐基之後殘存之四羧酸殘基等。四羧酸二酐可以僅使用一種,亦可以使用兩種以上。 四羧酸二酐由下述式(O)表示為較佳。 式(O) [化學式10]式(O)中,R115
表示4價有機基。R115
的較佳範圍與式(2)中的R115
的定義相同,較佳範圍亦相同。
作為四羧酸二酐的具體例,可例示選自均苯四甲酸二酐(Pyromellitic dianhydride,PMDA)、3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯硫醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基碸四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基甲烷四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯基甲烷四羧酸二酐、2,3,3’,4’-聯苯四羧酸二酐、2,3,3’,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4’氧基二鄰苯二甲酸的二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,7-萘四羧酸二酐、2,2-雙(3,4-二羧基苯基)丙烷二酐、2,2-雙(2,3-二羧基苯基)丙烷二酐、2,2-雙(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、1,3-二苯基六氟丙烷-3,3,4,4-四羧酸二酐、1,4,5,6-萘四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯基四羧酸二酐、3,4,9,10-苝四羧酸二酐、1,2,4,5-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、1,8,9,10-菲四羧酸二酐、1,1-雙(2,3-二羧基苯基)乙烷二酐、1,1-雙(3,4-二羧基苯基)乙烷二酐、1,2,3,4-苯四羧酸二酐及它們的碳數1~6的烷基和/或碳數1~6的烷氧基衍生物中之至少一種。
又,作為較佳例還可列舉下述中所示出之四羧酸二酐(DAA-1)~(DAA-5)。 [化學式11]
式(2)中的R111
和R115
中的至少一方具有羥基亦為較佳。更具體而言,作為R111
,可列舉二胺基苯酚衍生物的殘基。
式(2)中的R113
及R114
分別獨立地表示氫原子或1價有機基。 式(2)中的R113
及R114
中的至少一方包含聚合性基為較佳,兩者均包含聚合性基為較佳。聚合性基為藉由熱、自由基等的作用能夠進行交聯反應之基團。作為聚合性基,光自由基聚合性基為較佳。作為聚合性基的具體例,可列舉具有乙烯性不飽和鍵之基團、烷氧甲基、羥甲基、醯氧甲基、環氧基、氧雜環丁基、苯并噁唑基、嵌段異氰酸酯基、羥甲基、胺基。作為具有聚醯亞胺前驅物之自由基聚合性基,具有乙烯性不飽和鍵之基團為較佳。 作為具有乙烯性不飽和鍵之基團,可列舉乙烯基、(甲基)烯丙基、由下述式(III)表示之基團等。
[化學式12]
式(III)中,R200
表示氫原子或甲基,甲基為更佳。 式(III)中,R201
表示碳數2~12的伸烷基、-CH2
CH(OH)CH2
-或碳數4~30的聚氧伸烷基。 較佳的R201
的例中,可列舉伸乙基、伸丙基、三亞甲基、四亞甲基、1,2-丁二基、1,3-丁二基、五亞甲基、六亞甲基、八亞甲基、十二亞甲基、-CH2
CH(OH)CH2
-,伸乙基、伸丙基、三亞甲基、-CH2
CH(OH)CH2
-為更佳。 特佳為R200
是甲基,R201
是伸乙基。
式(2)中的R113
或R114
可以是除了聚合性基以外的1價有機基。 從針對有機溶劑的溶解度的觀點考慮,式(2)中的R113
或R114
是1價有機基為較佳。作為1價有機基,包含直鏈或分支烷基、環狀烷基或芳香族基為較佳。作為1價有機基,具有鍵結在構成芳基之碳原子之1、2或3個(較佳為1個)酸性基團之芳香族基及具有構成芳基之碳原子之1、2或3個(較佳為1個)酸性基團之芳烷基為特佳。具體而言,可列舉具有酸性基團之碳數6~20的芳香族基、具有酸性基團之碳數7~25的芳烷基。更具體而言,可列舉具有酸性基團之苯基及具有酸性基團之苄基。酸性基團是羥基為較佳。 R113
或R114
是氫原子、2-羥基苄基、3-羥基苄基及4-羥基苄基為進一步特佳。
式(2)中的R113
或R114
所表示之烷基的碳數是1~30為較佳。作為直鏈或分支烷基,例如,可列舉甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基,十八烷基、異丙基、異丁基、第二丁基、第三丁基、1-乙基戊基及2-乙基己基。 式(2)中的R113
或R114
所表示之環狀的烷基可以是單環環狀的烷基,亦可以是多環環狀的烷基。作為單環環狀的烷基,例如,可列舉環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基及環辛基。作為多環環狀的烷基,例如,可列舉金剛烷基、降冰片基、冰片基、莰烯基(camphenyl)、十氫萘基、三環癸烷基、四環癸烷基、莰二醯基、二環己基及蒎烯基(pinenyl)。其中,從兼顧高感度化的觀點考慮,環己基為最佳。又,作為被芳香族基取代之烷基,被後述之芳香族基取代之直鏈烷基為較佳。 作為由式(2)中的R113
或R114
表示之芳香族基,具體而言,經取代或未經取代的苯環、萘環、戊搭烯環、茚環、薁環、庚搭烯環、二環戊二烯並苯環、苝環、稠五苯環、苊烯環、菲環、蒽環、稠四苯環、䓛環、三伸苯環、茀環、聯苯環、吡咯環、呋喃環、噻吩環、咪唑環、噁唑環、噻唑環、吡啶環、吡嗪環、嘧啶環、噠嗪環、吲哚嗪環、吲哚環、苯并呋喃環、苯并噻吩環、異苯并呋喃環、喹嗪環、喹啉環、酞嗪環、萘啶環、喹噁啉環、喹噁唑啉環、異喹啉環、咔唑環、啡啶環、吖啶環、啡啉環、噻蒽環、色烯環、二苯并哌喃環、啡噁噻環、啡噻嗪環或啡嗪環。苯環為最佳。
當式(2)中的R113
是氫原子時,或者當式(2)中的R114
是氫原子時,聚醯亞胺前驅物可以與具有乙烯性不飽和鍵之3級胺化合物形成共軛鹼。作為具有該種乙烯性不飽和鍵之3級胺化合物的例,可列舉N,N-二甲基胺基甲基丙烯酸丙酯。
又,聚醯亞胺前驅物中,於結構單元中具有氟原子亦為較佳。聚醯亞胺前驅物中的氟原子含量是10質量%以上為較佳,又,20質量%以下為較佳。
又,以提高與基板的黏附性為目的,可以對聚醯亞胺前驅物共聚具有矽氧烷結構之脂肪族基。具體而言,作為用於導入矽氧烷結構之脂肪族基之二胺成分,可列舉雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷、雙(對胺基苯基)八甲基五矽氧烷等。
由式(2)表示之重複單元是由下述式(2-A)表示之重複單元為較佳。亦即,聚醯亞胺前驅物的至少一種是具有由式(2-A)表示之重複單元之前驅物為較佳。藉由該種結構,能夠進一步增加曝光寬容度的寬度。 式(2-A) [化學式13]式(2-A)中,A1
及A2
表示氧原子,R111
及R112
分別獨立地表示2價有機基,R113
及R114
分別獨立地表示氫原子或1價有機基,R113
及R114
中的至少一個是包含聚合性基之基團,是聚合性基為較佳。
式(2-A)中的A1
、A2
、R111
、R113
及R114
分別獨立地與式(2)中的A1
、A2
、R111
、R113
及R114
定義相同,較佳範圍亦相同。 式(2-A)中的R112
與式(5)中的R112
定義相同,較佳範圍亦相同。
聚醯亞胺前驅物中,由式(2)表示之重複單元可以是一種,亦可以是兩種以上。又,聚醯亞胺前驅物可以包含由式(2)表示之重複單元的結構異構體。又,除了由上述式(2)表示之重複單元以外,聚醯亞胺前驅物還可以包含另一種重複單元。
作為本發明中的聚醯亞胺前驅物的一實施方式,可例示總重複單元的50莫耳%以上,進而為70莫耳%以上,尤其90莫耳%以上是由式(2)表示之重複單元之聚醯亞胺前驅物。
聚醯亞胺前驅物藉由使二羧酸或二羧酸衍生物與二胺反應而得到為較佳。由利用鹵化劑將二羧酸或二羧酸衍生物鹵化之後,使其與二胺反應而得到為更佳。聚醯亞胺前驅物可利用如下方法來得到,例如,於低溫中使四羧酸二酐與二胺化合物(由作為單胺之封端劑取代一部分)反應之方法、於低溫中使四羧酸二酐(由作為酸酐或單酸氯化物或單活性酯化合物之封端劑取代一部分)與二胺化合物反應之方法、由四羧酸二酐和醇得到二酯之後,於縮合劑的存在下使其與二胺(由作為單胺之封端劑取代一部分)反應之方法、由四羧酸二酐和醇得到二酯之後,將殘留之羧酸酸氯化而使其與二胺(由作為單胺之封端劑取代一部分)反應之方法等方法。 聚醯亞胺前驅物的製造方法中,進行反應時,使用有機溶劑為較佳。有機溶劑可以是一種,亦可以是兩種以上。 作為有機溶劑,能夠依原料適當設定,可例示吡啶、二乙二醇二甲醚(二甘二甲醚)、N-甲基吡咯烷酮及N-乙基吡咯烷酮。
製造聚醯亞胺前驅物時,為了進一步提高保存穩定性,用酸酐、單羧酸、單酸氯化物、單活性酯化合物等封端劑進行密封為較佳。該些中,使用單胺為更佳,作為單胺的較佳的化合物,可列舉苯胺、2-乙炔基苯胺、3-乙炔基苯胺、4-乙炔基苯胺、5-胺基-8-羥基喹啉、1-羥基-7-胺基萘、1-羥基-6-胺基萘、1-羥基-5-胺基萘、1-羥基-4-胺基萘、2-羥基-7-胺基萘、2-羥基-6-胺基萘、2-羥基-5-胺基萘、1-羧基-7-胺基萘、1-羧基-6-胺基萘、1-羧基-5-胺基萘、2-羧基-7-胺基萘、2-羧基-6-胺基萘、2-羧基-5-胺基萘、2-胺基苯甲酸、3-胺基苯甲酸、4-胺基苯甲酸、4-胺基水楊酸、5-胺基水楊酸、6-胺基水楊酸、2-胺基苯磺酸、3-胺基苯磺酸、4-胺基苯磺酸、3-胺基-4,6-二羥基嘧啶、2-胺基苯酚、3-胺基苯酚、4-胺基苯酚、2-胺基硫苯酚、3-胺基硫苯酚、4-胺基硫苯酚等。可以將該些使用兩種以上,亦可以藉由使複數個封端劑反應而導入複數個不同的末端基。
製造聚醯亞胺前驅物時,可以包含使析出固體之製程。具體而言,使反應液中的聚醯亞胺前驅物沉澱於水中,使四氫呋喃等聚醯亞胺前驅物溶解於可溶性溶劑,藉此能夠進行固體析出。 然後,對聚醯亞胺前驅物進行乾燥而能夠得到粉末狀聚醯亞胺前驅物。
聚醯亞胺前驅物的重量平均分子量(Mw)較佳為18000~30000,更佳為20000~27000,進一步較佳為22000~25000。又,數量平均分子量(Mn)較佳為7200~14000,更佳為8000~12000,進一步較佳為9200~11200。 上述聚醯亞胺前驅物的分散度是2.5以上為較佳,2.7以上為更佳,2.8以上為進一步較佳。聚醯亞胺前驅物的分散度的上限值並無特別限定,例如,4.5以下為較佳,4.0以下為更佳,3.8以下為進一步較佳,3.2以下為進一步較佳,3.1以下為更進一步較佳,3.0以下為更進一步較佳,2.95以下為尤其進一步較佳。
(聚醯亞胺) 作為聚醯亞胺,只要是具有醯亞胺環之高分子化合物,則並無特別限定。聚醯亞胺是由下述式(4)表示之化合物為較佳,是由式(4)表示之化合物,且具有聚合性基之化合物為更佳。 式(4) [化學式14]式(4)中,R131
表示2價有機基,R132
表示4價有機基。 當具有聚合性基時,R131
及R132
中的至少一方可以具有聚合性基,如下述式(4-1)或式(4-2)所示那樣可以於聚醯亞胺的末端具有聚合性基。
式(4-1) [化學式15]式(4-1)中,R133
是聚合性基,其他基團與式(4)的定義相同。
式(4-2) [化學式16]式(4-2)中,R134
及R135
中的至少一個是聚合性基,另一個是有機基,其他基團與式(4)的定義相同。
關於由聚醯亞胺具有為較佳之聚合性基,與作為於上述聚醯亞胺前驅物中式(2)中的R113
及R114
可以含有之聚合性基而列舉之聚合性基相同。
式(4)中的R131
表示2價有機基。作為2價有機基,例示與式(2)中的R111
相同的2價有機基,較佳範圍亦相同。 又,作為R131
,可列舉去除二胺的胺基之後殘留之二胺殘基。作為二胺,可列舉脂肪族、環式脂肪族或芳香族二胺等。作為具體例,可列舉聚醯亞胺前驅物的式(2)中的R111
的例。
從更加有效地抑制燒成時產生翹曲之方面考慮,式(4)中的R131
是於主鏈具有至少兩個以上的伸烷基二醇單元之二胺殘基為較佳。更佳為於一分子中組合乙二醇鏈、丙二醇鏈中的任一個或兩個而包含兩個以上之二胺殘基,進一步較佳為不包含芳香環之二胺殘基。
作為於一分子中組合乙二醇鏈、丙二醇鏈中的任一個或兩個而包含兩個以上之二胺,可列舉與能夠衍生式(2)中的R111
之二胺相同的具體例等,但並不限定於此。
式(4)中的R132
表示4價有機基。作為由R132
表示之4價有機基,例示與式(2)中的R115
相同者,較佳範圍亦相同。 例如,作為式(2)中的R115
而例示之下述結構的4價有機基的4個鍵結子與上述式(4)中的4個-C(=O)-的一部分鍵結而形成縮合環。 [化學式17]
作為式(4)中的R132
的例,可列舉從四羧酸二酐去除酐基之後殘存之四羧酸殘基等。作為具體例,可列舉聚醯亞胺前驅物的式(2)中的R115
的例。從硬化膜的強度的觀點考慮,R132
是具有1~4個芳香環之芳香族二胺殘基為較佳。
式(4)中的R131
和R132
中的至少一個具有羥基亦為較佳。更具體而言,作為式(4)中的R131
,以2,2-雙(3-羥基-4-胺基苯基)丙烷、2,2-雙(3-羥基-4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-雙-(3-胺基-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3-胺基-4-羥基苯基)六氟丙烷、上述(DA-1)~(DA-18)作為較佳例而例舉。作為式(4)中的R132
,以上述(DAA-1)~(DAA-5)作為較佳例而例舉。
又,聚醯亞胺於結構單元中具有氟原子亦為較佳。聚醯亞胺中的氟原子含量是10質量%以上為較佳,進而20質量%以下為較佳。
又,以提高與基板的黏附性為目的,可以對聚醯亞胺共聚具有矽氧烷結構之脂肪族基。具體而言,作為用於導入具有矽氧烷結構之脂肪族基之二胺成分,可列舉雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷、雙(對胺基苯基)八甲基五矽氧烷等。
又,為了提高感光性樹脂組成物的保存穩定性,用單胺、酸酐、單羧酸、單酸氯化物、單活性酯化合物等封端劑密封聚醯亞胺的主鏈末端為較佳。該些中,使用單胺為更佳。作為單胺的較佳的例,可列舉苯胺、2-乙炔基苯胺、3-乙炔基苯胺、4-乙炔基苯胺、5-胺基-8-羥基喹啉、1-羥基-7-胺基萘、1-羥基-6-胺基萘、1-羥基-5-胺基萘、1-羥基-4-胺基萘、2-羥基-7-胺基萘、2-羥基-6-胺基萘、2-羥基-5-胺基萘、1-羧基-7-胺基萘、1-羧基-6-胺基萘、1-羧基-5-胺基萘、2-羧基-7-胺基萘、2-羧基-6-胺基萘、2-羧基-5-胺基萘、2-胺基苯甲酸、3-胺基苯甲酸、4-胺基苯甲酸、4-胺基水楊酸、5-胺基水楊酸、6-胺基水楊酸、2-胺基苯磺酸、3-胺基苯磺酸、4-胺基苯磺酸、3-胺基-4,6-二羥基嘧啶、2-胺基苯酚、3-胺基苯酚、4-胺基苯酚、2-胺基硫苯酚、3-胺基硫苯酚、4-胺基硫苯酚等。可以將該些使用兩種以上,亦可以藉由使複數個封端劑反應而導入複數個不同的末端基。
聚醯亞胺的醯亞胺化率是85%以上為較佳,90%以上為更佳。醯亞胺化率是85%以上,藉此因加熱而被醯亞胺化時產生的閉環所引起之膜收縮變小,能夠抑制產生基板翹曲。
聚醯亞胺不僅包含全部是一種R131
或R132
之由上述式(4)表示之重複單元,還可以包含兩個以上的不同種類的R131
或R132
的重複單元。又,除了由上述式(4)表示之重複單元以外,聚苯并噁唑還可以包含其他種類的重複單元。
關於聚醯亞胺,可以與對聚醯亞胺前驅物進行合成之後,加熱而使其環化來製造,亦可以直接對聚醯亞胺進行合成。 聚醯亞胺能夠利用如下方法來合成,亦即得到聚醯亞胺前驅物,並利用已知醯亞胺反應法使其完全醯亞胺化之方法或於途中停止醯亞胺化反應,並導入一部分醯亞胺結構之方法、進而將完全醯亞胺化之聚合物和該聚醯亞胺前驅物進行粉碎,藉此導入一部分醯亞胺結構之方法。
作為聚醯亞胺的市售品,例示Durimide(註冊商標)284(Fujifilm Corporation製)、Matrimide5218(HUNTSMAN製)。
聚醯亞胺的重量平均分子量(Mw)是5,000~70,000為較佳,8,000~50,000為更佳,10,000~30,000為特佳。藉由將重量平均分子量設為5,000以上,能夠提高硬化後的膜的耐彎折性。為了得到機械特性優異之硬化膜,重量平均分子量是20,000以上為更佳。又,當含有兩種以上的聚醯亞胺時,至少一種聚醯亞胺的重量平均分子量是上述範圍為較佳。
(聚苯并噁唑前驅物) 聚苯并噁唑前驅物中,其種類等並無特別限定,包含由下述式(3)表示之重複單元為較佳。 式(3) [化學式18]式(3)中,R121
表示2價有機基,R122
表示4價有機基,R123
及R124
分別獨立地表示氫原子或1價有機基。
式(3)中的R123
及R124
分別與式(2)中的R113
的定義相同,較佳範圍亦相同。亦即,式(3)中的R123
及R124
中的至少一個是聚合性基為較佳。
式(3)中的R121
表示2價有機基。作為由R121
表示之2價有機基,包含脂肪族基及芳香族基中的至少一個基為較佳。作為脂肪族基,直鏈脂肪族基為較佳。R121
是二羧酸殘基為較佳。二羧酸殘基可以僅使用一種,亦可以使用兩種以上。
作為二羧酸,包含脂肪族基之二羧酸及包含芳香族基之二羧酸為較佳,包含芳香族基之二羧酸為更佳。 作為包含脂肪族基之二羧酸,包含直鏈或分支(較佳為直鏈)脂肪族基之二羧酸為較佳,包括直鏈或分支(較佳為直鏈)脂肪族基和兩個COOH之二羧酸為更佳。直鏈或分支(較佳為直鏈)脂肪族基的碳數是2~30為較佳,2~25為更佳,3~20為進一步較佳,4~15為特佳,5~10為進一步較佳。直鏈脂肪族基是伸烷基為較佳。 作為包含直鏈脂肪族基之二羧酸,可列舉丙二酸、二甲基丙二酸、乙基丙二酸、異丙基丙二酸、二-正丁基丙二酸、丁二酸、四氟丁二酸、甲基丁二酸、2,2-二甲基丁二酸、2,3-二甲基丁二酸、二甲基甲基丁二酸、戊二酸、六氟戊二酸、2-甲基戊二酸、3-甲基戊二酸、2,2-二甲基戊二酸、3,3-二甲基戊二酸、3-乙基-3-甲基戊二酸、己二酸、八氟己二酸、3-甲基己二酸、庚二酸、2,2,6,6-四甲基庚二酸、辛二酸、十二氟辛二酸、壬二酸、癸二酸、十六氟癸二酸、1,9-壬二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸、十七烷二酸、十八烷二酸、十九烷二酸、二十烷二酸、二十一烷二酸、二十二烷二酸、二十三烷二酸、二十四烷二酸、二十五烷二酸、二十六烷二酸、二十七烷二酸、二十八烷二酸、二十九烷二酸、三十烷二酸、三十一烷二酸、三十二烷二酸、二甘醇酸及由下述式表示之二羧酸等。
[化學式19](式中,Z是碳數1~6的烴基,n是1~6的整數。)
作為包含芳香族基之二羧酸,具有以下的芳香族基之二羧酸為較佳,僅包含以下芳香族基和兩個COOH之二羧酸為更佳。
[化學式20]上述芳香族基中,A表示選自包括-CH2
-、-O-、-S-、-SO2
-、-CO-、-NHCO-、-C(CF3
)2
-及-C(CH3
)2
-之組中之2價基團。
作為包含芳香族基之二羧酸的具體例,4,4’-羰基二苯甲酸、4,4’-二羧基二苯基醚及對苯二酸為較佳。
式(3)中的R122
表示4價有機基。作為由R122
表示之4價有機基,例示與上述式(2)中的R115
相同者,較佳範圍亦相同。 式(3)中的R122
進而是源自二胺基酚衍生物之基團為較佳。作為源自二胺基酚衍生物之基團,例如,可列舉3,3’-二胺基-4,4’-二羥基聯苯、4,4’-二胺基-3,3’-二羥基聯苯、3,3’-二胺基-4,4’-二羥基二苯基碸、4,4’-二胺基-3,3’-二羥基二苯基碸、雙-(3-胺基-4-羥基苯基)甲烷、2,2-雙-(3-胺基-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙-(3-胺基-4-羥基苯基)六氟丙烷、2,2-雙-(4-胺基-3-羥基苯基)六氟丙烷、雙-(4-胺基-3-羥基苯基)甲烷、2,2-雙-(4-胺基-3-羥基苯基)丙烷、4,4’-二胺基-3,3’-二羥基二苯甲酮、3,3’-二胺基-4,4’-二羥基二苯甲酮、4,4’-二胺基-3,3’-二羥基二苯醚、3,3’-二胺基-4,4’-二羥基二苯醚、1,4-二胺基-2,5-二羥基苯、1,3-二胺基-2,4-二羥基苯、1,3-二胺基-4,6-二羥基苯等。該些雙胺基苯酚可單獨使用或混合使用。
二胺基苯酚衍生物中,具有下述芳香族基之二胺基苯酚衍生物為較佳。
[化學式21]上述式中,X1
表示-O-、-S-、-C(CF3
)2
-、-CH2
-、-SO2
-、-NHCO-。
式(A-s) [化學式22]
式(A-s)中,R1
是選自氫原子、伸烷基、經取代伸烷基、-O-、-S-、-SO2
-、-CO-、-NHCO-、單鍵或下述式(A-sc)的組中之有機基。 式(A-s)中,R2
是氫原子、烷基、烷氧基、醯氧基、環狀烷基中的任一個,可以相同亦可以不同。 式(A-s)中,R3
是氫原子、直鏈或分支烷基、烷氧基、醯氧基、環狀烷基中的任一個,可以相同亦可以不同。
式(A-sc) [化學式23](式(A-sc)中,*表示與由上述式(A-s)表示之二胺基苯酚衍生物的胺基苯酚的芳香環鍵結之情況。)
上述式(A-s)中,酚性羥基的鄰位,亦即,認為於R3
亦具有取代基,可使醯胺鍵的羰基碳與羥基的距離更接近,並從進一步提高於低溫下硬化時成為高環化率之效果的方面考慮,為特佳。
又,上述式(A-s)中,R2
是烷基,且R3
是烷基時,能夠維持針對i射線的高透明性和於低溫下硬化時成為高環化率之效果,因此為較佳。
又,上述式(A-s)中,R1
是伸烷基或經取代伸烷基為進一步較佳。作為由R1
表示之伸烷基及經取代伸烷基的具體例,可列舉-CH2
-、-CH(CH3
)-、-C(CH3
)2
-、-CH(CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH3
)-、-C(CH2
CH3
)(CH2
CH3
)-、-CH(CH2
CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH2
CH3
)-、-CH(CH(CH3
)2
)-、-C(CH3
)(CH(CH3
)2
)-、-CH(CH2
CH2
CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH2
CH2
CH3
)-、-CH(CH2
CH(CH3
)2
)-、-C(CH3
)(CH2
CH(CH3
)2
)-、-CH(CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
)-、-CH(CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
)-等,其中-CH2
-、-CH(CH3
)-、-C(CH3
)2
-亦可維持針對i射線的高透明性和於低溫下硬化時成為高環化率之效果的同時能夠得到相對於溶劑具有充分的溶解性,且平衡優異之聚苯并噁唑前驅物,因此為更佳。
作為由上述式(A-s)表示之二胺基酚衍生物的製造方法,例如,能夠參閱日本特開2013-256506號公報的0085~0094段及實施例1(0189~0190段),並將該些內容編入本說明書中。
作為由上述式(A-s)表示之二胺基酚衍生物的結構的具體例,可列舉日本特開2013-256506號公報的0070~0080段中所記載者,並將該些內容編入本說明書中。當然,並不限定於該些。
除了由上述式(3)表示之重複單元以外,聚苯并噁唑前驅物還可以包含另一種重複單元。 從能夠抑制伴隨聚苯并噁唑前驅物的閉環之基板的翹曲的方面考慮,聚苯并噁唑前驅物包含由下述式(SL)表示之二胺殘基來作為另一種重複單元為較佳。
[化學式24]式(SL)中,Z具有a結構和b結構,R1s
是氫原子或碳數1~10的烴基,R2s
是碳數1~10的烴基,R3s
、R4s
、R5s
、R6s
中的至少一個是芳香族基,剩餘是氫原子或碳數1~30的有機基,該些可以分別相同或不同。a結構及b結構的聚合可以是嵌段聚合或隨機聚合。關於Z部分的莫耳%,a結構是5~95莫耳%,b結構是95~5莫耳%,a結構及b結構之和是100莫耳%。
式(SL)中,作為較佳的Z,可列舉b結構中的R5s
及R6s
是苯基者。 又,由式(SL)表示之二胺殘基的分子量是400~4,000為較佳,500~3,000為更佳。將由式(SL)表示之二胺殘基的分子量設定在上述範圍,藉此能夠更加有效地降低聚苯并噁唑前驅物的脫水閉環後的彈性率,並能夠兼顧能夠抑制基板的翹曲之效果和提高溶劑溶解性之效果。
作為另一種類的重複單元包含由式(SL)表示之二胺殘基時,作為重複單元包含從四羧酸二酐去除酐基之後殘存之四羧酸殘基亦為較佳。作為該種四羧酸殘基的例,可列舉式(2)中的R115
的例。
聚苯并噁唑前驅物的重量平均分子量(Mw)中,例如使用後述組成物時,較佳為18000~30000,更佳為20000~29000,進一步較佳為22000~28000。又,數量平均分子量(Mn)較佳為7200~14000,更佳為8000~12000,進一步較佳為9200~11200。 上述聚苯并噁唑前驅物的分散度是1.4以上為較佳,1.5以上為更佳,1.6以上為進一步較佳。聚苯并噁唑前驅物的分散度的上限值並無特別限定,例如,2.6以下為較佳,2.5以下為更佳,2.4以下為進一步較佳,2.3以下為進一步較佳,2.2以下為更進一步較佳。
(聚苯并噁唑) 作為聚苯并噁唑,只要是具有苯并噁唑環之高分子化合物,則並無特別限定。聚苯并噁唑是由下述式(X)表示之化合物為較佳,由下述式(X)表示之化合物,且具有聚合性基之化合物為更佳。 [化學式25]式(X)中,R133
表示2價有機基,R134
表示4價有機基。 當具有聚合性基時,R133
及R134
中的至少一個可以具有聚合性基,如由下述式(X-1)或式(X-2)表示那樣可以於聚苯并噁唑的末端具有聚合性基。
式(X-1) [化學式26]式(X-1)中,R135
及R136
中的至少一個是聚合性基,另一個是有機基,另一基團與式(X)的定義相同。
式(X-2) [化學式27]式(X-2)中,R137
是聚合性基,其他為取代基,其他基團與式(X)的定義相同。
由聚苯并噁唑具有為較佳之聚合性基與以由上述聚醯亞胺前驅物具有之聚合性基進行說明之聚合性基的定義相同。
R133
表示2價有機基。作為2價有機基,可列舉脂肪族基或芳香族基。作為具體例,可列舉聚苯并噁唑前驅物的式(3)中的R121
的例。又,該較佳的例與R121
的定義相同。
R134
表示4價有機基。作為4價有機基,可列舉聚苯并噁唑前驅物的式(3)中的R122
的例。又,該較佳的例與R122
的定義相同。 例如,作為R122
例示之4價有機基的4個鍵結子與上述式(X)中的氮原子、氧原子鍵結而形成縮合環。例如,當R134
是下述有機基時,形成下述結構。 [化學式28]
聚苯并噁唑的噁唑化率是85%以上為較佳,90%以上為更佳。藉由噁唑化率是85%以上,因加熱而噁唑化時產生之閉環引起之膜收縮變小,能夠有效地抑制產生翹曲。
聚苯并噁唑不僅包含全部基於一種R133
或R134
之由上述式(X)表示之重複單元,還可以包含包括兩個以上的不同種類的R133
或R134
基團之由上述式(X)表示之重複單元。又,除了由上述式(X)表示之重複單元以外,聚苯并噁唑還可以包含另一種重複單元。
聚苯并噁唑例如藉由使二胺基酚衍生物與選自包含R133
之二羧酸及上述二羧酸的二羧酸二氯化物及二羧酸衍生物等中之化合物反應而得到聚苯并噁唑前驅物,並利用已知噁唑化反應法使其噁唑化而得到。 此外,當為二羧酸時,為了提高反應收率等,可以使用使1-羥基-1,2,3-苯并三唑等預先反應之活性酯型二羧酸衍生物。
聚苯并噁唑的重量平均分子量(Mw)是5,000~70,000為較佳,8,000~50,000為更佳,10,000~30,000為特佳。藉由將重量平均分子量設為5,000以上,能夠提高硬化後的膜的耐彎折性。為了得到機械特性優異之硬化膜,重量平均分子量是20,000以上為更佳。又,當含有兩種以上的聚苯并噁唑時,至少一種聚苯并噁唑的重量平均分子量是上述範圍為較佳。
(其他感光性樹脂) 即使是上述以外的感光性樹脂,還能能應用本發明。作為其他感光性樹脂,能夠使用環氧樹脂、苯酚樹脂、苯并環丁烷系樹脂。
<<<聚合性化合物>>> 樹脂具有聚合性基,或者感光性樹脂組成物包含聚合性化合物為較佳。藉由該種結構,能夠形成耐熱性更加優異之硬化膜。 聚合性化合物是具有聚合性基之化合物,其能夠使用藉由自由基、酸、鹼性基團等能夠交聯反應之公知的化合物。作為聚合性基,例示以上述聚醯亞胺前驅物進行說明之聚合性基等。聚合性化合物可以僅包含一種,亦可以包含兩種以上。 關於聚合性化合物,例如是單體、預聚物、寡聚物或它們的混合物及它們的多聚體等等化學形態中的任一種。
本發明中,單體類型的聚合性化合物(以下,稱為聚合性單體)是與高分子化合物不同之化合物。聚合性單體典型地是低分子化合物,是分子量2000以下的低分子化合物為較佳,是1500以下的低分子化合物為更佳,是分子量900以下的低分子化合物為進一步較佳。此外,聚合性單體的分子量通常是100以上。 又,寡聚物類型的聚合性化合物典型地是分子量相對較低之聚合物,是鍵結有10個~100個聚合性單體之聚合物為較佳。寡聚物類型的聚合性化合物的重量平均分子量是2000~20000為較佳,2000~15000為更佳,2000~10000為最佳。
聚合性化合物的官能基數是指1分子中的聚合性基的數量。 從顯影性的觀點考慮,感光性樹脂組成物包含至少一種包括兩個以上的聚合性基之2官能以上的聚合性化合物為較佳,至少包含一種3官能以上的聚合性化合物為更佳。 從形成三維交聯結構而能夠提高耐熱性之方面考慮,感光性樹脂組成物包含至少一種3官能以上的聚合性化合物為較佳。又,可以是2官能以下的聚合性化合物與3官能以上的聚合性化合物的混合物。
作為聚合性化合物,包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物;具有羥甲基、烷氧甲基或醯氧甲基之化合物;環氧化合物;氧雜環丁烷化合物;苯并噁嗪化合物為較佳。
(包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物) 作為具有乙烯性不飽和鍵之基團,苯乙烯基、乙烯基、(甲基)丙烯醯基及(甲基)烯丙基為較佳,(甲基)丙烯醯基為更佳。
作為包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物的具體例,可列舉不飽和羧酸(例如,丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、馬來酸等)或其酯類、醯胺類及它們的多聚體,較佳為不飽和羧酸與多元醇的酯及不飽和羧酸與多元胺化合物的醯胺類、以及它們的多聚體。又,還可較佳地使用羥基或胺基、巰基等具有親和性取代基之不飽和羧酸酯或醯胺類與單官能或多官能異氰酸酯類或環氧類的加成反應物、與單官能或多官能的羧酸的脫水縮合反應物等。又,具有異氰酸酯基或環氧基等親電子性取代基之不飽和羧酸酯或醯胺類與單官能或多官能醇類、胺類、硫醇類的加成反應物及具有鹵素基或甲苯磺醯氧基等具有脫離性取代基之不飽和羧酸酯或醯胺類與單官能或多官能醇類、胺類、硫醇類的取代反應物亦為較佳。又,作為另一例,替代上述不飽和羧酸,能夠使用被不飽和膦酸、苯乙烯等乙烯基苯衍生物、乙烯醚、烯丙醚等取代之化合物組。
作為多元醇與不飽和羧酸的酯的單體的具體例,作為丙烯酸酯,有乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、四亞甲基二醇二丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(丙烯醯氧基丙基)醚、三羥甲基乙烷三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、1,4-環己二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇二丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、山梨糖醇三丙烯酸酯、山梨糖醇四丙烯酸酯、山梨糖醇五丙烯酸酯、山梨糖醇六丙烯酸酯、三(丙烯醯氧基乙基)異三聚氰酸酯、異三聚氰酸環氧乙烷改質三丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯寡聚物等。
作為甲基丙烯酸酯,有四亞甲基二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羥甲基乙烷三甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、二季戊四醇二甲基丙烯酸酯、二季戊四醇六甲基丙烯酸酯、山梨糖醇三甲基丙烯酸酯、山梨糖醇四甲基丙烯酸酯、雙〔對(3-甲基丙烯醯氧基-2-羥基丙氧基)苯基〕二甲基甲烷、雙-〔對(甲基丙烯醯氧基乙氧基)苯基〕二甲基甲烷等。
作為衣康酸酯,有乙二醇二衣康酸酯、丙二醇二衣康酸酯、1,3-丁二醇二衣康酸酯、1,4-丁二醇二衣康酸酯、四亞甲基二醇二衣康酸酯、季戊四醇二衣康酸酯、山梨糖醇四衣康酸酯等。
作為巴豆酸酯,有乙二醇二巴豆酸酯、四亞甲基二醇二巴豆酸酯、季戊四醇二巴豆酸酯、山梨糖醇四-二巴豆酸酯等。
作為異巴豆酸酯,有乙二醇二異巴豆酸酯、季戊四醇二異巴豆酸酯、山梨糖醇四異巴豆酸酯等。
作為馬來酸酯,有乙二醇二馬來酸酯、三乙二醇二馬來酸酯、季戊四醇二馬來酸酯、山梨糖醇四馬來酸酯等。
作為其他酯的例子,例如還能夠較佳地使用日本特公昭46-27926號公報、日本特公昭51-47334號公報、日本特開昭57-196231號公報中所記載之脂肪族醇系酯類,或日本特開昭59-5240號公報、日本特開昭59-5241號公報、日本特開平2-226149號公報中所記載之具有芳香族系骨架者、日本特開平1-165613號公報中所記載之含有胺基者等。
又,作為多元胺化合物與不飽和羧酸的醯胺的單體的具體例,有亞甲基雙-丙烯醯胺、亞甲基雙-甲基丙烯醯胺、1,6-六亞甲基雙-丙烯醯胺、1,6-六亞甲基雙-甲基丙烯醯胺、二乙三胺三丙烯醯胺、伸二甲苯基雙丙烯醯胺、伸二甲苯基雙甲基丙烯醯胺等。
作為其他較佳的醯胺系單體的例,可列舉日本特公昭54-21726號公報中所記載之具有伸環己基結構者。
又,利用異氰酸酯與羥基的加成反應所製造的胺基甲酸酯系加成聚合性單體亦適宜,作為此種具體例,例如可列舉:日本特公昭48-41708號公報中所記載之於1分子中具有2個以上的異氰酸酯基的聚異氰酸酯化合物中對由下述式表示的含有羥基的乙烯基單體進行加成而成的1分子中含有2個以上的聚合性乙烯基的乙烯基胺基甲酸酯化合物等。 CH2
=C(R4
)COOCH2
CH(R5
)OH (其中,R4
及R5
表示H或CH3
。) 又,如日本特開昭51-37193號公報、日本特公平2-32293號公報、日本特公平2-16765號公報中所記載之丙烯酸胺基甲酸酯類,或日本特公昭58-49860號公報、日本特公昭56-17654號公報、日本特公昭62-39417號公報、日本特公昭62-39418號公報中所記載之具有環氧乙烷系骨架的胺基甲酸酯化合物類亦為較佳。
又,於本發明中,作為包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物,還能夠較佳地使用日本特開2009-288705號公報的0095~0108段中所記載之化合物。
又,作為包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物,於常壓下具有100℃以上的沸點的化合物亦較佳。作為其例,可列舉:聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯等單官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯;聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、己二醇(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(丙烯醯氧基丙基)醚、三(丙烯醯氧基乙基)異三聚氰酸酯、甘油或三羥甲基乙烷等在多官能醇中加成環氧乙烷或環氧丙烷後進行(甲基)丙烯酸酯化而成者,如日本特公昭48-41708號公報、日本特公昭50-6034號公報、日本特開昭51-37193號公報中所記載之(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯類,日本特開昭48-64183號公報、日本特公昭49-43191號公報、日本特公昭52-30490號公報中所記載之聚酯丙烯酸酯類,作為環氧樹脂與(甲基)丙烯酸的反應產物的環氧丙烯酸酯類等多官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、以及該些的混合物。另外,日本特開2008-292970號公報的0254~0257段中所記載之化合物亦適宜。又,還能夠列舉使多官能羧酸與(甲基)丙烯酸縮水甘油酯等具有環狀醚基及乙烯性不飽和基的化合物進行反應而獲得的多官能(甲基)丙烯酸酯等。 又,作為其他較佳的包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之聚合性化合物,還能夠使用日本特開2010-160418號公報、日本特開2010-129825號公報、日本專利第4364216號等中所記載之具有茀環,且具有2個以上的含有乙烯性不飽和鍵的基團的化合物或卡多(cardo)樹脂。 進而,作為其他例,還能夠列舉日本特公昭46-43946號公報、日本特公平1-40337號公報、日本特公平1-40336號公報中所記載之特定的不飽和化合物、或日本特開平2-25493號公報中所記載之乙烯基膦酸系化合物等。又,於某種情況下,適宜地使用日本特開昭61-22048號公報中所記載之含有全氟烷基的結構。進而,還能夠使用「Journal of the Adhesion Society of Japan」vol.20、No.7、300頁~308頁(1984年)中作為光硬化性單體及寡聚物所介紹者。
除上述以外,還能夠較佳地使用由下述(MO-1)~式(MO-5)表示之聚合性化合物。此外,式中,當T為氧基伸烷基時,碳原子側的末端與R鍵結。
[化學式29]
[化學式30]
於上述的各式中,n為0~14的整數,m為1~8的整數。於分子內存在複數個的R、T可以相同亦可以不同。 由上述式(MO-1)~(MO-5)表示之聚合性化合物的每一個中,複數個R內的至少一個表示由-OC(=O)CH=CH2
或、-OC(=O)C(CH3
)=CH2
表示之基團。 於本發明中,作為由上述式(MO-1)~(MO-5)表示之包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物的具體例,能夠較佳地使用日本特開2007-269779號公報的0248~0251段中所記載之化合物。
又,於日本特開平10-62986號公報中作為式(1)及(2)且與其具體例一同記載之如下化合物還能能用作聚合性化合物,該化合物是於多官能醇中加成環氧乙烷或環氧丙烷後進行(甲基)丙烯酸酯化而成的化合物。
進而,還能夠採用日本特開2015-187211號公報的0104~0131段中所記載之化合物,並將該些內容編入本說明書中。尤其,作為較佳方式,例示所述公報的0128~0130段中所記載之化合物。
作為包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物,二季戊四醇三丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-330;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、二季戊四醇四丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-320;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-310;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD DPHA;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)及該些的(甲基)丙烯醯基經由乙二醇殘基、丙二醇殘基鍵結之結構為較佳。還能夠使用它們的寡聚物類型。 又,作為較佳的例,還可列舉上述式(MO-1)、式(MO-2)的季戊四醇衍生物和/或二季戊四醇衍生物。
作為聚合性化合物的市售品,例如可列舉Sartomer Company, Inc製的作為具有4個伸乙氧基鏈之4官能丙烯酸酯之SR-494、作為具有4個伸乙氧基鏈之2官能丙烯酸甲酯之Sartomer Company, Inc製SR-209、Nippon Kayaku Co.,Ltd.製的作為具有6個伸戊氧基鏈之6官能丙烯酸酯之DPCA-60、作為具有3個異伸丁氧基鏈之3官能丙烯酸酯之TPA-330、胺基甲酸酯寡聚物UAS-10、UAB-140(Sanyo Kokusaku Pulp Co.,Ltd製)、NK酯M-40G、NK酯4G、NK酯M-9300、NK酯A-9300、UA-7200(Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd製)、DPHA-40H(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600、AI-600(Kyoeisha chemical Co.,Ltd.製)、BLEMMER PME400(NOF CORPORATION.製)等。
作為包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物,如日本特公昭48-41708號公報、日本特開昭51-37193號公報、日本特公平2-32293號公報、日本特公平2-16765號公報中所記載之那樣的胺基甲酸酯丙烯酸酯類、日本特公昭58-49860號公報、日本特公昭56-17654號公報、日本特公昭62-39417號公報、日本特公昭62-39418號公報中所記載之具有環氧乙烷系骨架之胺基甲酸酯合物類亦為較佳。進而,作為聚合性化合物,還能夠使用日本特開昭63-277653號公報、日本特開昭63-260909號公報、日本特開平1-105238號公報中所記載之於分子內具有胺基結構或硫化物結構之加成聚合性單體類。
包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物可以是具有羧基、磺酸基、磷酸基等酸基之多官能單體。具有酸基之多官能單體中,脂肪族多羥基化合物與不飽和羧酸的酯為較佳,使脂肪族多羥基化合物的未反應的羥基與非芳香族羧酸酐反應而具有酸基之多官能單體為更佳。特佳為使脂肪族多羥基化合物的未反應的羥基與非芳香族羧酸酐反應而具有酸基之多官能單體中,脂肪族多羥基化合物是季戊四醇和/或二季戊四醇。作為市售品,例如,作為TOAGOSEI CO., LTD.製多元酸改性的丙烯酸類寡聚物,可列舉M-510、M-520等。 具有酸基之多官能單體可以單獨使用一種,亦可以混合使用兩種以上。又,依需要,可組合使用不具有酸基之多官能單體和具有酸基之多官能單體。 作為具有酸基之多官能單體的較佳的酸值是0.1~40mgKOH/g,特佳為5~30mgKOH/g。多官能單體的酸值只要在上述範圍內,則製造或操作性優異,進而顯影性優異。又,聚合性亦良好。
從良好的聚合性和耐熱性的觀點考慮,包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分是1~50質量%為較佳。下限是5質量%以上為更佳。上限是30質量%以下為更佳。包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物可以單獨使用一種,亦可以混合使用兩種以上。 又,樹脂與包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物的質量比例(樹脂/聚合性化合物)是98/2~10/90為較佳,95/5~30/70為更佳,90/10~50/50為最佳。樹脂與包含具有乙烯性不飽和鍵之基團之化合物的質量比例只要在上述範圍內,則能夠形成聚合性及耐熱性更加優異之硬化膜。
(具有羥甲基、烷氧甲基或醯氧甲基之化合物) 作為具有羥甲基、烷氧甲基或醯氧甲基之化合物,由下述式(AM1)表示之化合物為較佳。
式(AM1) [化學式31](式中,t表示1~20的整數,R4
表示碳數1~200的t價有機基團,R5
表示由下述式(AM2)或下述式(AM3)表示之基團。)
式(AM2)式(AM3) [化學式32](式中,R6
表示羥基或碳數1~10的有機基團。)
相對於樹脂100質量份,由式(AM1)表示之化合物是5質量份以上且40質量份以下為較佳。進一步較佳為10質量份以上且35質量份以下。又,所有聚合性化合物中含有10質量%以上且90質量%以下的由下述式(AM4)表示之化合物,所有熱交聯劑中含有10質量%以上且90質量%以下的由下述式(AM5)表示之化合物亦為較佳。
式(AM4) [化學式33](式中,R4
表示碳數1~200的2價有機基團,R5
表示由下述式(AM2)或下述式(AM3)表示之基團。)
式(AM5) [化學式34](式中,u表示3~8的整數,R4
表示碳數1~200的u價有機基團,R5
表示由下述式(AM2)或下述式(AM3)表示之基團。)
式(AM2)式(AM3) [化學式35](式中,R6
表示羥基或碳數1~10的有機基團。)
藉由設為該範圍,在凹凸的基板上形成感光性樹脂組成物層時,產生龜裂之情況進一步減少。又,能夠具有圖案加工性優異,5%質量減少溫度成為350℃以上,更佳為成為380℃以上的較高的耐熱性。作為由式(AM4)表示之化合物的具體例,可列舉46DMOC、46DMOEP(以上為產品名,ASAHI YUKIZAI CORPORATION製)、DML-MBPC、DML-MBOC、DML-OCHP、DML-PCHP、DML-PC、DML-PTBP、DML-34X、DML-EP、DML-POP、dimethylolBisOC-P、DML-PFP、DML-PSBP、DML-MTrisPC(以上為產品名,Honshu Chemical Industry Co., Ltd.製)、NIKALAC MX-290(以上為產品名,Sanwa Chemical Co., Ltd.製)、2,6-二甲氧基甲基-4-第三丁基苯酚(2,6-dimethoxymethyl-4-t-buthylphenol)、2,6-二甲氧基甲基-對甲酚(2,6-dimethoxymethyl-p-cresol)、2,6乙醯氧基甲基-對甲酚(2,6-diacethoxymethyl-p-cresol)等。
又,作為由式(AM5)表示之化合物的具體例,可列舉TriML-P、TriML-35XL、TML-HQ、TML-BP、TML-pp-BPF、TML-BPA、TMOM-BP、HML-TPPHBA、HML-TPHAP、HMOM-TPPHBA、HMOM-TPHAP(以上為產品名,Honshu Chemical Industry Co., Ltd.製)、TM-BIP-A(商品名,ASAHI YUKIZAI CORPORATION製)、NIKALAC MX-280、NIKALAC MX-270、NIKALAC MW-100LM(以上為產品名,Sanwa Chemical Co., Ltd.製)。
<<<光聚合起始劑>>> 感光性樹脂組成物亦可以含有光聚合起始劑。尤其,藉由感光性樹脂組成物包含光自由基聚合起始劑,將感光性樹脂組成物應用於半導體晶圓等基板而形成感光性樹脂組成物層之後,照射光,藉此發生因自由基引起之硬化,並能夠降低光照射部中的溶解性。因此,例如具有如下優點,亦即經由具有僅遮蔽電極部之圖案之光遮罩對感光性樹脂組成物層進行曝光,藉此能夠依照電極圖案來輕鬆地製作溶解性不同之區域。
作為光聚合起始劑,只要具有開始進行聚合性化合物的聚合反應(交聯反應)之能力,則並無特別限制,能夠從公知的光聚合起始劑中適當選擇。例如,從紫外線區域相對於可見區域的光線具有感光性者為較佳。又,可以是與光激發之增感劑產生一些作用,並生成活性自由基之活性劑。 光聚合起始劑至少含有一種於約300~800nm(較佳為330~500nm)的範圍內至少具有約50莫耳吸光係數之化合物為較佳。化合物的莫耳吸光係數能夠利用公知的方法來測定。具體而言,例如,藉由紫外可見分光光度計(Varian公司製Cary-5 spectrophotometer),並利用乙酸乙酯溶劑而於0.01g/L的濃度下進行測定為較佳。
作為光聚合起始劑,能夠無限制地使用公知的化合物,例如,可列舉鹵化烴衍生物(例如具有三嗪骨架者、具有噁二唑骨架者、具有三鹵甲基者等)、醯基氧化膦等醯基膦化合物、六芳基聯咪唑、肟衍生物等肟化合物、有機過氧化物、硫化合物、酮化合物、芳香族鎓鹽、酮肟醚、胺基苯乙酮化合物、羥基苯乙酮、偶氮系化合物、疊氮基化合物、茂金屬化合物、有機硼化合物、鐵芳烴錯合物等。
作為具有三嗪骨架的鹵化烴化合物,例如可列舉:若林等著,「日本化學學會通報(Bull. Chem. Soc. Japan)」,42、2924(1969)中所記載之化合物,英國專利1388492號說明書中所記載之化合物,日本特開昭53-133428號公報中所記載之化合物,德國專利3337024號說明書中所記載之化合物,F.C.謝弗(F. C. Schaefer)等的「有機化學期刊(J. Org. Chem.)」,29、1527(1964)中所記載之化合物,日本特開昭62-58241號公報中所記載之化合物,日本特開平5-281728號公報中所記載之化合物,日本特開平5-34920號公報中所記載之化合物,美國專利第4212976號說明書中所記載之化合物等。
作為美國專利第4212976號說明書中所記載之化合物,例如可列舉:具有噁二唑骨架的化合物(例如2-三氯甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(4-氯苯基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(1-萘基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(2-萘基)-1,3,4-噁二唑、2-三溴甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑、2-三溴甲基-5-(2-萘基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-苯乙烯基-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(4-氯苯乙烯基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯基)-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(4-正丁氧基苯乙烯基)-1,3,4-噁二唑、2-三溴甲基-5-苯乙烯基-1,3,4-噁二唑等)等。
又,作為上述以外的光聚合起始劑,例示日本特開2015-087611號公報的0086段中所記載之化合物、日本特開昭53-133428號公報、日本特公昭57-1819號公報、日本特公昭57-6096號公報及美國專利第3615455號說明書中所記載之化合物等,並將該些內容編入本說明書中。
作為酮化合物,例如,例示日本特開2015-087611號公報的0087段中所記載之化合物,並將該內容編入本說明書中。 市售品中亦可較佳地使用KAYACUREDETX(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製)。
作為光聚合起始劑,還能夠較佳地使用羥基苯乙酮化合物、胺基苯乙酮化合物及醯基膦化合物。更具體而言,例如,還能夠使用日本特開平10-291969號公報中所記載之胺基苯乙酮系起始劑、日本專利第4225898號中所記載之醯基氧化膦系起始劑。 作為羥基苯乙酮系起始劑,能夠使用IRGACURE-184(IRGACURE為註冊商標)、DAROCUR-1173、IRGACURE-500、IRGACURE-2959、IRGACURE-127(產品名:均為BASF公司製)。 作為胺基苯乙酮系起始劑,能夠使用作為市售品之IRGACURE-907、IRGACURE-369及IRGACURE-379(產品名:均為BASF公司製)。 作為胺基苯乙酮系起始劑,還能夠使用極大吸收波長與365nm或405nm等波長匹配之日本特開2009-191179號公報中所記載之化合物。 作為醯基膦系起始劑,可列舉2,4,6-三甲基苯甲醯基-二苯基-膦氧化物等。又,能夠使用作為市售品之IRGACURE-819或IRGACURE-TPO(產品名:均為BASF公司製)。 作為茂金屬化合物,例示IRGACURE-784(BASF公司製)等。
作為光聚合起始劑,更佳為列舉肟化合物。藉由使用肟化合物,能夠進一步有效地提高曝光寬容度。肟酯系化合物中,曝光寬容度(曝光餘量)較廣,且還作為熱鹼產生劑而發揮功能,因此為特佳。 作為肟化合物的具體例,能夠使用日本特開2001-233842號公報中所記載之化合物、日本特開2000-80068號公報中所記載之化合物、日本特開2006-342166號公報中所記載之化合物。 作為較佳的肟化合物,例如可列舉下述化合物、3-苯甲醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、3-乙醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、3-丙醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、2-乙醯氧基亞胺基戊烷-3-酮、2-乙醯氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮、2-苯甲醯氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮、3-(4-甲苯磺醯氧基)亞胺基丁烷-2-酮、以及2-乙氧基羰氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮等。 [化學式36]
作為肟化合物,可列舉J.C.S.Perkin II(1979年)pp.1653-1660、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.156-162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年)pp.202-232的各文獻中所記載之化合物、日本特開2000-66385號公報中所記載之化合物、日本特開2000-80068號公報、日本特表2004-534797號公報、日本特開2006-342166號公報、國際公開WO2015/036910號公報的各公報中所記載之化合物等。 市售品中,還可較佳地使用IRGACURE OXE 01、IRGACURE OXE 02、IRGACURE OXE 03、IRGACURE OXE 04(以上為BASF公司製)、ADEKA OPTOMERN-1919(ADEKA CORPORATION製、日本特開2012-14052號公報中所記載之光聚合起始劑2)。又,能夠使用TR-PBG-304(常州強力電子新材料有限公司製)、ADEKAARKLS NCI-831及ADEKAARKLS NCI-930(ADEKACorporation製)。又,還能夠使用DFI-091(DAITO CHEMIX Co., Ltd.製)。
又,可以使用於咔唑環的N位連結有肟之日本特表2009-519904號公報中所記載之化合物、於二苯甲酮部位導入有雜取代基之美國專利7626957號公報中所記載之化合物、於色素部位導入有硝基之日本特開2010-15025號公報及美國專利公開2009-292039號公報中所記載之化合物、國際公開WO2009-131189號中所記載之酮肟化合物、於分子內包含三嗪骨架和肟骨架之美國專利7556910號公報中所記載之化合物、於405nm具有最大吸收且相對於g射線光源具有良好的感度之日本特開2009-221114號公報中所記載之化合物等。 又,亦以能夠較佳地使用日本特開2007-231000號公報及日本特開2007-322744號公報中所記載之環狀肟化合物。從具有較高的光吸收性且高感度化的觀點考慮,於環狀肟化合物中,尤其日本特開2010-32985號公報、日本特開2010-185072號公報中所記載之縮合於咔唑色素之環狀肟化合物亦為較佳。 又,還能夠較佳地使用作為於肟化合物的特定部位具有不飽和鍵之化合物之日本特開2009-242469號公報中所記載之化合物。 進而,又,還能夠使用具有氟原子之肟化合物。作為該種肟化合物的具體例,可列舉日本特開2010-262028號公報中所記載之化合物、日本特表2014-500852號公報的0345段中所記載之化合物24、36~40、日本特開2013-164471號公報的0101段中所記載之化合物(C-3)等。作為具體例,可列舉以下化合物。 [化學式37]關於最佳之肟化合物,可列舉日本特開2007-269779號公報中所示出之具有特定取代基之肟化合物、日本特開2009-191061號公報中所示出之具有硫芳基之肟化合物等。
從曝光感度的觀點考慮,光聚合起始劑是選自包括由三鹵甲基三嗪化合物、苄基二甲基縮酮化合物、α-羥基酮化合物、α-胺基酮化合物、醯基膦化合物、氧化膦化合物、茂金屬化合物、肟化合物、三烯丙基咪唑二聚體、鎓鹽化合物、苯并噻唑化合物、二苯甲酮化合物、苯乙酮化合物及其衍生物、環戊二烯-苯-鐵錯合物及其鹽、鹵甲基噁二唑化合物、3-芳基取代香豆素化合物之組中之化合物。 更佳的光聚合起始劑是選自包括三鹵甲基三嗪化合物、α-胺基酮化合物、醯基膦化合物、氧化膦化合物、茂金屬化合物、肟化合物、三芳基咪唑二聚體、鎓鹽化合物、二苯甲酮化合物、苯乙酮化合物,特佳為選自由三鹵甲基三嗪化合物、α-胺基酮化合物、肟化合物、三芳基咪唑二聚體、二苯甲酮化合物之組中之至少一種化合物為進一步較佳,使用茂金屬化合物或肟化合物為進一步較佳,肟化合物為進一步特佳。 又,光聚合起始劑還能夠使用二苯甲酮、N,N’-四甲基-4,4’-二胺基二苯甲酮(米氏酮)等N,N’-四烷基-4,4’-二胺基二苯甲酮,2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-嗎啉基苯基)-丁酮-1、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉基-丙酮-1等芳香族酮、烷基蒽醌等與芳香環進行縮環而成的醌類、安息香烷基醚等安息香醚化合物、安息香、烷基安息香等安息香化合物、苄基二甲基縮酮等苄基衍生物等。 又,還能夠使用由下述式(I)表示之化合物。 [化學式38]式(I)中,R50
是碳數1~20的烷基;因1個以上的氧原子而中斷之碳數2~20的烷基;碳數1~12的烷氧基;苯基;由碳數1~20的烷基、碳數1~12的烷氧基、鹵素原子、環戊基、環己基、碳數1~12的烯基、因1個以上的氧原子而中斷之碳數2~18的烷基及碳數1~4的烷基中的至少一個取代之苯基或聯苯基,R51
是由式(II)表示之基團,或者是與R50
相同的基團,R52
~R54
各自獨立地是碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基或鹵素。 [化學式39]式中,R55
~R57
與上述式(I)的R52
~R54
相同。
又,光聚合起始劑還能夠使用國際公開WO2015/125469號的0048~0055段中所記載之化合物。
當感光性樹脂組成物包含光聚合起始劑時,光聚合起始劑的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分是0.1~30質量%為較佳,更佳為0.1~20質量%,進一步較佳為0.1~10質量%。 光聚合起始劑可以僅使用一種,亦可以使用兩種以上。當光聚合起始劑是兩種以上時,其合計為上述範圍為較佳。
<<<遷移抑制劑>>> 感光性樹脂組成物還包含遷移抑制劑為較佳。藉由包含遷移抑制劑,能夠有效地抑制源自金屬層(金屬配線)之金屬離子轉移到感光性樹脂組成物層內。 作為遷移抑制劑,並無特別限制,可列舉具有雜環(吡咯環、呋喃環、噻吩環、咪唑環、噁唑環、噻唑環、吡唑環、異噁唑環、異噻唑環、四唑環、吡啶環、噠嗪環、嘧啶環、吡嗪環、哌啶環、哌嗪環、嗎啉環、2H-吡喃環及6H-吡喃環、三嗪環等。)之化合物、具有硫脲類及巰基之化合物、受阻酚系化合物、水楊酸衍生物系化合物、醯肼基衍生物系化合物。尤其,能夠較佳地使用三唑、苯并三唑等三唑系化合物、四唑、苯并四唑等四唑系化合物。
又,亦能夠使用捕捉鹵素離子等陰離子之離子捕捉劑。
作為其他遷移抑制劑,能夠使用日本特開2013-15701號公報的0094段中所記載之防錆劑、日本特開2009-283711號公報的0073~0076段中所記載之化合物、日本特開2011-59656號公報的0052段中所記載之化合物、日本特開2012-194520號公報的0114、0116段及0118段中所記載之化合物等。
作為遷移抑制劑的具體例,能夠列舉1H-1,2,3-三唑、1H-1,2,4-三唑、1H-四唑。
當感光性樹脂組成物具有遷移抑制劑時,遷移抑制劑的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,是0.01~5.0質量%為較佳,0.05~2.0質量%為更佳,0.1~1.0質量%為進一步較佳。 遷移抑制劑可以僅為一種,亦可以為兩種以上。當遷移抑制劑為兩種以上時,其合計為上述範圍為較佳。
<<<聚合抑制劑>>> 本發明中所使用之感光性樹脂組成物包含聚合抑制劑為較佳。 作為聚合抑制劑,例如可較佳地使用對苯二酚、對甲氧基苯酚、二-第三丁基-對甲酚、鄰苯三酚、對-第三丁基鄰苯二酚、對苯醌、二苯基-對苯醌、4,4’-硫代雙(3-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,2’-亞甲基雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)、N-亞硝基-N-苯基羥基胺鋁鹽、吩噻嗪、N-亞苯基二苯胺、N-苯基萘胺、伸乙基二胺四乙酸、1,2-環己二胺四乙酸、乙二醇醚二胺四乙酸、2,6-二-第三丁基-4-甲基苯酚、5-亞硝基-8-羥基喹啉、1-亞硝基-2-萘酚、2-亞硝基-1-萘酚、2-亞硝基-5-(N-乙基-N-磺基丙基胺)苯酚、N-亞硝基-N-(1-萘基)羥胺銨鹽、雙(4-羥基-3,5-第三丁基)苯基甲烷等。又,亦能夠使用日本特開2015-127817號公報的0060段中所記載之聚合抑制劑及國際公開WO2015/125469號的0031~0046段中所記載之化合物。 當組成物具有聚合抑制劑時,聚合抑制劑的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分是0.01~5質量%為較佳。 聚合抑制劑可以僅為一種,亦可以為兩種以上。當聚合抑制劑為兩種以上時,其合計為上述範圍為較佳。
<<<熱鹼產生劑>>> 本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以包含熱鹼產生劑。 作為熱鹼產生劑,其種類等並無特別限定,包含熱鹼產生劑為較佳,該熱鹼產生劑包含選自產生加熱至40℃以上之鹼之酸性化合物及具有pKa1為0~4的陰離子和銨陽離子之銨鹽中之至少一種。其中,pKa1表示酸的第一質子的解離常數(Ka)的對數(-Log10
Ka),詳細內容將後述。 藉由對該種化合物進行配合,能夠於低溫下進行聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化反應,並且能夠得到穩定性更加優異之組成物。又,關於熱鹼產生劑,只要不加熱則不產生鹼,因此即使與聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等同時存在,亦能夠抑制保存中的聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化,從而保存穩定性更加優異。
熱鹼產生劑包含選自加熱至40℃以上時產生鹼之酸性化合物(A1)及具有pKa1為0~4的陰離子和銨陽離子之銨鹽(A2)之至少一種為較佳。 關於上述酸性化合物(A1)及上述銨鹽(A2),若加熱則產生鹼,因此藉由由該些化合物產生之鹼,能夠促進聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化反應,並能夠與低溫下進行聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化。又,關於該些化合物,即使與藉由鹼而環化並硬化之聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等同時存在,只要不加熱則幾乎不進行聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化,因此能夠製備包含穩定性優異之聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物。 此外,本說明書中,酸性化合物是指利用pH(power of hydrogen)計將如下溶液於20℃下進行測定而得到之值小於7之化合物,該溶液是將1g化合物提取到容器,添加50ml的離子交換水與四氫呋喃的混合液(質量比為水/四氫呋喃=1/4),於室溫下攪拌1小時而得到。
本發明中,酸性化合物(A1)及銨鹽(A2)的鹼產生溫度是40℃以上為較佳,120~200℃為更佳。鹼產生溫度的上限是190℃以下為較佳,180℃以下為更佳,165℃以下為進一步較佳。鹼產生溫度的下限是130℃以上為較佳,135℃以上為更佳。 酸性化合物(A1)及銨鹽(A2)的鹼產生溫度只要是120℃以上,則於保存中不易產生鹼,因此能夠製備包含穩定性優異之聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物。酸性化合物(A1)及銨鹽(A2)的鹼產生溫度只要是200℃以下,則能夠降低聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化溫度。關於鹼產生溫度,例如,能夠利用差示掃描量熱測定,將化合物於耐壓膠囊中以5℃/分鐘加熱至250℃,讀取溫度最低的發熱峰值的峰值溫度,並將峰值溫度作為鹼產生溫度來進行測定。
本發明中,藉由熱鹼產生劑產生之鹼是2級胺或3級胺為較佳,3級胺為更佳。3級胺的鹼性較高,因此能夠進一步降低聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化溫度。又,藉由熱鹼產生劑產生之鹼的沸點是80℃以上為較佳,100℃以上為更佳,140℃以上為最佳。 又,所產生之鹼之分子量是80~2000為較佳。下限是100以上為更佳。上限是500以下為更佳。此外,分子量的值是由結構式求出之理論值。
本發明中,上述酸性化合物(A1)包含選自銨鹽及後述之由式(101)或(102)表示之化合物中之一種以上為較佳。
本發明中,上述銨鹽(A2)是酸性化合物為較佳。此外,上述銨鹽(A2)可以是包含加熱至40℃以上(較佳為120~200℃)時產生鹼之酸性化合物之化合物,亦可以是除了加熱至40℃以上(較佳為120~200℃)時產生鹼之酸性化合物以外的化合物。
本發明中,銨鹽是指由下述式(101)或式(102)表示之銨陽離子與陰離子的鹽。陰離子可以藉由共價鍵與銨陽離子的任意一部分鍵結,亦可以於銨陽離子的分子外具有,但於銨陽離子的分子外具有為較佳。此外,陰離子於銨陽離子的分子外具有是指銨陽離子與陰離子並不藉由共價鍵而鍵結之情況。以下,還將陽離子部的分子外的陰離子稱為陰離子。 式(101)式(102) [化學式40]式(101)及式(102)中,R1
~R6
分別獨立地表示氫原子或烴基,R7
表示烴基。式(101)及式(102)中的R1
與R2
、R3
與R4
、R5
與R6
、R5
與R7
可以分別鍵結而形成環。
銨陽離子由下述式(Y1-1)~(Y1-5)中的任一個表示為較佳。 [化學式41]
式(Y1-1)~(Y1-5)中,R101
表示n價有機基團,R1
及R7
與式(101)或式(102)的定義相同。 式(Y1-1)~(Y1-5)中,Ar101
及Ar102
分別獨立地表示芳基,n表示1以上的整數,m表示0~5的整數。
本發明中,銨鹽具有pKa1為0~4的陰離子和銨陽離子為較佳。陰離子的pKa1的上限是3.5以下為更佳,3.2以下為進一步較佳。下限是0.5以上為較佳,1.0以上為更佳。陰離子的pKa1只要是上述範圍,則能夠於低溫下將聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等環化,進而,能夠提高包含聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物的穩定性。pKa1只要是4以下,則熱鹼產生劑的穩定性良好,且於不進行加熱之情況下抑制產生鹼,且包含聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物的穩定性為良好。pKa1只要是0以上,則所產生之鹼不易被中和,聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等的環化效率為良好。 陰離子的種類是選自羧酸陰離子、苯酚陰離子、磷酸陰離子及硫酸陰離子中之一種為較佳,從可兼顧鹽的穩定性和熱分解性的原因考慮,羧酸陰離子為更佳。亦即,銨鹽是銨陽離子與羧酸陰離子的鹽為更佳。 羧酸陰離子是具有2個以上的羧基之2價以上的羧酸的陰離子為較佳,2價羧酸的陰離子為更佳。依該態樣,能夠設為能夠進一步提高包含聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物的穩定性、硬化性及顯影性之熱鹼產生劑。尤其,藉由使用2價羧酸的陰離子,能夠進一步提高包含聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物的穩定性、硬化性及顯影性。 本發明中,羧酸陰離子是pKa1為4以下的羧酸的陰離子為較佳。pKa1是3.5以下為更佳,3.2以下為進一步較佳。依該態樣,能夠進一步提高包含聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物等之感光性樹脂組成物的穩定性。 於此,pKa1表示酸的第一質子的解離常數的倒數的對數,並能夠參閱Determination of Organic Structures by Physical Methods(作者:Brown, H. C., McDaniel, D. H., Hafliger, O., Nachod, F. C.;編纂:Braude, E. A., Nachod, F. C.; Academic Press, New York, 1955)、Data for Biochemical Research(作者:Dawson, R.M.C.et al; Oxford, Clarendon Press, 1959)中所記載之值。關於未記載於該些文獻中之化合物,使用利用ACD/pKa(ACD/Labs製)的軟體並藉由結構式計算出之值。
羧酸陰離子由下述式(X1)表示為較佳。 [化學式42]式(X1)中,EWG表示吸電子基。
本發明中,吸電子基是指哈米特取代基常數σm表示正的值者。其中,σm於都野雄總說、Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan第23巻第8號(1965)p.631-642中進行詳細說明。此外,本發明中的吸電子基並不限定於上述文獻中所記載之取代基。 作為σm表示正的值之取代基的例,例如可列舉CF3
基(σm=0.43)、CF3
CO基(σm=0.63)、HC≡C基(σm=0.21)、CH2
=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)、H2
NCOCH2
基(σm=0.06)等。此外,Me表示甲基,Ac表示乙醯基,Ph表示苯基。
EWG是由下述式(EWG-1)~(EWG-6)表示之基團為較佳。 [化學式43]式(EWG-1)~(EWG-6)中,Rx1
~Rx3
分別獨立地表示氫原子、烷基、烯基、芳基、羥基或羧基,Ar表示芳香族基。
本發明中,羧酸陰離子由下述式(XA)表示為較佳。 式(XA) [化學式44]式(XA)中,L10
表示選自單鍵或伸烷基、伸烯基、芳香族基團、-NRX
-及它們的組合中之2價連接基,RX
表示氫原子、烷基、烯基或芳基。
作為羧酸陰離子的具體例,可列舉馬來酸陰離子、鄰苯二甲酸陰離子、N-苯基亞胺基二乙酸陰離子及草酸陰離子。能夠較佳地使用該些。
作為熱鹼產生劑的具體例,能夠列舉以下化合物。 [化學式45][化學式46]
[化學式47]
當使用熱鹼產生劑時,感光性樹脂組成物中的熱鹼產生劑的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,是0.1~50質量%為較佳。下限是0.5質量%以上為更佳,1質量%以上為進一步較佳。上限是30質量%以下為更佳,20質量%以下為進一步較佳。 熱鹼產生劑能夠使用一種或兩種以上。當使用兩種以上時,合計量是上述範圍為較佳。
<<<金屬黏附性改良劑>>> 本發明中所使用之感光性樹脂組成物包含用於提高與使用於電極或配線等之金屬材料的黏附性之金屬黏附性改良劑為較佳。作為金屬黏附性改良劑的例,可列舉日本特開2014-186186號公報的0046~0049段、日本特開2013-072935號公報的0032~0043段中所記載之硫化物。作為金屬黏附性改良劑,還例示下述化合物(N-[3-(三乙氧基矽基)丙基]馬來酸單醯胺等)。 [化學式48]金屬黏附性改良劑相對於樹脂100質量份較佳為0.1~30質量份,更佳為0.5~15質量份的範圍。藉由設為0.1質量份以上,硬化製程後的硬化膜與金屬層的黏附性變良好,藉由設為30質量份以下,硬化製程後的硬化膜的耐熱性、機械特性變良好。 金屬黏附性改良劑可以僅為一種,亦可以可兩種以上。當使用兩種以上時,其合計為上述範圍為較佳。
<<<溶劑>>> 當將本發明中所使用之感光性樹脂組成物藉由塗佈而形成為層狀時,對溶劑進行配合為較佳。關於溶劑,只要能夠將感光性樹脂組成物形成為層狀,則能夠無限制地使用公知者。作為溶劑,可列舉酯類、醚類、酮類、芳香族烴類、亞碸類等化合物。 作為酯類,例如可較佳地列舉乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、甲酸戊酯、乙酸異戊酯、丙酸丁酯、丁酸異丙酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、γ-丁內酯、ε-己內酯、δ-戊內酯、烷氧基乙酸烷基酯(例:烷氧基乙酸甲酯、烷氧基乙酸乙酯、烷氧基乙酸丁酯(例如,甲氧基乙酸甲酯、甲氧基乙酸乙酯、甲氧基丁酯、乙氧基乙酸甲酯、乙氧基乙酸乙酯等))、3-烷氧基丙酸烷基酯類(例:3-烷氧基丙酸甲酯、3-烷氧基丙酸乙酯等(例如,3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯等))、2-烷氧基丙酸烷基酯類(例:2-烷氧基丙酸甲酯、2-烷氧基丙酸乙酯、2-烷氧基丙酸丙酯等(例如,2-甲氧基丙酸甲酯、2-甲氧基丙酸乙酯、2-甲氧基丙酸丙酯、2-乙氧基丙酸甲酯、2-乙氧基丙酸乙酯))、2-烷氧基-2-甲基丙酸甲酯及2-烷氧基-2-甲基丙酸乙酯(例如,2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯、2-乙氧基-2-甲基丙酸乙酯等)、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、2-氧代丁酸甲酯、2-氧代丁酸乙酯等。 作為醚類,例如可較佳地列舉二甘醇二甲基醚、四氫呋喃、乙二醇一甲基醚、乙二醇單乙基醚、甲基賽路蘇乙酸酯、乙基賽路蘇乙酸酯、二甘醇一甲基醚、二甘醇一乙基醚、二甘醇一丁基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇單乙基醚乙酸酯、丙二醇單丙基醚乙酸酯等。 作為酮類,例如可較佳地列舉甲基乙基酮、環己酮、環戊酮,2-庚酮、3-庚酮、N-甲基-2-吡咯烷酮等。 作為芳香族烴類,例如可較佳地列舉甲苯、二甲苯、苯甲醚、檸檬烯等。 作為亞碸類,可較佳地列舉二甲基亞碸。
關於溶劑,從塗佈面狀的改良等的觀點考慮,混合兩種以上之形態亦為較佳。其中,由選自3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙基賽路蘇乙酸酯、乳酸乙酯、二甘醇二甲基醚、乙酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、2-庚酮、環己酮、環戊酮、γ-丁內酯、二甲基亞碸、乙基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、丙二醇甲基醚及丙二醇甲基醚乙酸酯中之兩種以上構成之混合溶液為較佳。同時使用二甲基亞碸和γ-丁內酯為特佳。
當感光性樹脂組成物具有溶劑時,關於溶劑的含量,從塗佈性的觀點考慮,將感光性樹脂組成物的總固體成分濃度設為成為5~80質量%之量為較佳,5~70質量%為進一步較佳,10~60質量%為特佳。溶劑的含量依所希望的厚度並藉由塗佈方法來進行調節即可。例如,塗佈方法只要是旋塗法或狹縫塗佈法,則成為上述範圍的固體成分濃度之溶劑的含量為較佳。只要是噴塗法,則設為成為0.1質量%~50質量%之量為較佳,設為1.0質量%~25質量%為較佳。依塗佈方法調節溶劑的含量,藉此能夠均勻形成所希望的厚度的感光性樹脂組成物層。 溶劑可以僅為一種,亦可以是兩種以上。當溶劑是兩種以上時,其合計為上述範圍為較佳。 又,從膜強度的觀點考慮,N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺及N,N-二甲基甲醯胺的含量相對於感光性樹脂組成物的總質量小於5質量%為較佳,小於1質量%為更佳,小於0.5質量%為特佳,小於0.1質量%為進一步特佳。
<<<其他添加劑>>> 本發明中所使用之感光性樹脂組成物在不損害本發明的效果之範圍內,能夠依需要對各種添加物,例如,光鹼產生劑、熱聚合起始劑、熱酸產生劑、矽烷偶聯劑、增感色素、鏈轉移劑、界面活性劑、高級脂肪酸衍生物、無機粒子、硬化劑、硬化催化劑、填充劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、凝聚抑制劑等進行配合。對該些添加劑進行配合時,將其合計配合量設為組成物的固體成分的3質量%以下為較佳。
(光鹼產生劑) 本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以包含光鹼產生劑。光鹼產生劑為藉由曝光產生鹼者,於常溫常壓的條件下不顯示活性,但作為外部刺激而進行電磁波的照射和加熱,則只要是產生鹼(鹼性物質)者就並無特別限定。藉由曝光而產生之鹼作為藉由加熱使聚醯亞胺前驅物及苯并噁唑前驅物等硬化時的催化劑而發揮功能,因此能夠較佳地使用於負型。
作為光鹼產生劑的含量,只要能夠形成所希望的圖案就並無特別限定,能夠設為通常的含量。光鹼產生劑相對於樹脂100質量份是0.01質量份以上且小於30質量份的範圍內為較佳,是0.05質量份~25質量份的範圍內為更佳,是0.1質量份~20質量份的範圍內為進一步較佳。 光鹼產生劑可以僅為一種,亦可以是兩種以上。當光鹼產生劑為兩種以上時,其合計範圍是上述範圍為較佳。
本發明中,能夠使用作為光鹼產生劑而公知者。例如,如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)中所記載,能夠列舉遷移金屬化合物錯合物、具有銨鹽等的結構者、如脒基部分藉由形成羧酸和鹽而被潛在化者那樣,鹼成分藉由形成鹽而被中和之離子性化合物、胺甲酸酯衍生物、肟酯衍生物、醯基化合物等胺基甲酸酯鍵或肟鍵等而鹼成分被潛在化之非離子性化合物。 能夠使用於本發明之光鹼產生劑無特別限定而能夠使用公知者,例如,可列舉胺甲酸酯衍生物、醯胺衍生物、醯亞胺衍生物、α鈷錯合物類、咪唑衍生物、肉桂酸醯胺衍生物、肟衍生物等。 作為光鹼產生劑,例如,可列舉如於日本特開2009-80452號公報及國際公開WO2009/123122號中公開那樣具有肉桂酸醯胺結構之光鹼產生劑、如於日本特開2006-189591號公報及日本特開2008-247747號公報中公開那樣具有胺甲酸酯結構之光鹼產生劑、如於日本特開2007-249013號公報及日本特開2008-003581號公報中公開那樣具有肟結構、胺甲醯肟結構之光鹼產生劑等,但並不限定於此,還能夠使用除此以外的公知的光鹼產生劑。 此外,作為光鹼產生劑,作為例可列舉日本特開2012-93746號公報的0185~0188段、0199~0200段及0202段中所記載之化合物、日本特開2013-194205號公報的0022~0069段中所記載之化合物、日本特開2013-204019號公報的0026~0074段中所記載之化合物及國際公開WO2010/064631號的0052段中所記載之化合物。
(熱聚合起始劑) 本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以包含熱聚合起始劑(較佳為熱自由基聚合起始劑)。作為熱自由基聚合起始劑,能夠使用公知的熱自由基聚合起始劑。 熱自由基聚合起始劑是藉由熱的能量而產生自由基,並開始或促進聚合性化合物的聚合反應之化合物。藉由添加熱自由基聚合起始劑,於進行聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物的環化反應時,能夠進行聚合性化合物的聚合反應。又,當聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物包含乙烯性不飽和鍵時,能夠同時進行聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物的環化和聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物的聚合反應,因此能夠實現更高度的耐熱化。 作為熱自由基聚合起始劑,具體而言,可列舉日本特開2008-63554號公報的0074~0118段中所記載之化合物。
當感光性樹脂組成物具有熱自由基聚合起始劑時,熱自由基聚合起始劑的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分是0.1~50質量%為較佳,0.1~30質量%為更佳,0.1~20質量%為特佳。又,相對於聚合性化合物100質量份,包含0.1~50質量份的熱自由基聚合起始劑為較佳,包含0.5~30質量份為更佳。依該態樣,可輕鬆地形成耐熱性更加優異之硬化膜。 熱自由基聚合起始劑可以僅為一種,亦可以是兩種以上。當熱自由基聚合起始劑為兩種以上時,其合計範圍是上述範圍為較佳。
(熱酸產生劑) 本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以包含熱酸產生劑。熱酸產生劑藉由加熱而產生酸,促進聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物的環化而提高硬化膜的機械特性。進而熱酸產生劑具有促進選自具有羥甲基、烷氧甲基或醯氧甲基之化合物、環氧化合物、氧雜環丁烷化合物及苯并噁嗪化合物中之至少一種化合物的交聯反應之效果。
作為熱酸產生劑的例,可列舉日本特開2013-072935號公報的0055段中所記載者。
又,作為熱酸產生劑,日本特開2013-167742號公報的0059段中所記載之化合物亦為較佳。
熱酸產生劑的含量相對於聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物100質量份是0.01質量份以上為較佳,0.1質量份以上為更佳。由於含有0.01質量份以上而促進交聯反應及聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物的環化,因此能夠進一步提高硬化膜的機械特性及耐藥品性。又,從硬化膜的電氣絕緣性的觀點考慮,是20質量份以下為較佳,15質量份以下為更佳,10質量份以下為特佳。 熱酸產生劑可以僅使用一種,亦可以使用兩種以上。當使用兩種以上時,合計量成為上述範圍為較佳。
(矽烷偶聯劑) 本發明中所使用之感光性樹脂組成物中,為了提高與基板的黏附性而可以包含矽烷偶聯劑。 作為矽烷偶聯劑的例,可列舉日本特開2014-191002號公報的0062~0073段中所記載之化合物、國際公開WO2011/080992A1號的0063~0071段中所記載之化合物、日本特開2014-191252號公報的0060~0061段中所記載之化合物、日本特開2014-41264號公報的0045~0052段中所記載之化合物、國際公開WO2014/097594號的0055段中所記載之化合物。又,如日本特開2011-128358號公報的0050~0058段中所記載那樣使用不同的兩種以上的矽烷偶聯劑亦為較佳。 矽烷偶聯劑相對於樹脂100質量份較佳為0.1~20質量份,更佳為1~10質量份的範圍。若為0.1質量份以上,則能夠賦予與基板的更加充分的黏附性,若為20質量份以下,則於室溫保存時能夠進一步抑制黏度上升等的問題。 矽烷偶聯劑可以僅使用一種,亦可以使用兩種以上。當使用兩種以上時,合計量成為上述範圍為較佳。
(增感色素) 本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以包含增感色素。增感色素吸收特定的活性放射線而成為電子激發狀態。成為電子激發狀態之增感色素與胺產生劑、熱自由基聚合起始劑、光聚合起始劑等接觸,而產生電子轉移、能量轉移、發熱等作用。藉此,胺產生劑、熱自由基聚合起始劑、光聚合起始劑引起化學變化而分解,並生成自由基、酸或鹼。
作為較佳的增感色素的例,能夠列舉屬於以下化合物類,並且於300nm至450nm區域具有吸收波長者。例如,多核芳香族類(例如,菲、蒽、芘、苝、三伸苯、9.10-二烷氧基蒽)、呫噸類(例如,螢光素、曙紅、赤蘚紅、玫瑰紅B、孟加拉玫瑰紅)、硫雜蒽酮類(例如,2,4-二乙基硫雜蒽酮)、花青類(例如,硫雜羰花青、氧雜羰花青)、部花青類(例如部花青、羰部花青)、噻嗪類(例如噻嚀、亞甲藍、甲苯胺藍)、吖啶類(例如吖啶橙、氯黃素、吖啶黃素)、蒽醌類(例如蒽醌)、方酸內鎓鹽類(例如方酸內鎓鹽)、香豆素(coumarin)類(例如7-二乙基胺基-4-甲基香豆素)、苯乙烯基苯類、二苯乙烯基苯類、咔唑類等。
當感光性樹脂組成物包含增感色素時,增感色素的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分是0.01~20質量%為較佳,0.1~15質量%為更佳,0.5~10質量%為進一步較佳。增感色素可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
(鏈轉移劑) 本發明中所使用之感光性樹脂組成物可以含有鏈轉移劑。鏈轉移劑例如於高分子辭典第三版(高分子學會編、2005年)683-684頁中被定義。作為鏈轉移劑,例如使用於分子內具有SH、PH、SiH、GeH之化合物組。該些向低活性自由基供給氫而生成自由基,或者氧化之後,藉由去質子而可生成自由基。尤其,能夠較佳地使用硫醇化合物(例如,2-巰基苯并咪唑類、2-巰基苯并噻唑類、2-巰基苯并噁唑類、3-巰基三唑類、5-巰基四唑類等)。
當感光性樹脂組成物具有鏈轉移劑時,鏈轉移劑的較佳的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分100質量份,較佳為0.01~20質量份,更佳為1~10質量份,特佳為1~5質量份。 鏈轉移劑可以僅為一種,亦可以是兩種以上。當鏈轉移劑為兩種以上時,其合計範圍是上述範圍為較佳。
(界面活性劑) 從提高塗佈性的觀點考慮,本發明中所使用之感光性樹脂組成物中,可以添加各種界面活性劑。作為界面活性劑,能夠使用氟系界面活性劑、非離子系界面活性劑、陽離子系界面活性劑、陰離子系界面活性劑、矽系界面活性劑等各種界面活性劑。
當感光性樹脂組成物具有界面活性劑時,界面活性劑的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,是0.001~2.0質量%為較佳,更佳為0.005~1.0質量%。 界面活性劑可以僅為一種,亦可以是兩種以上。當界面活性劑為兩種以上時,其合計範圍是上述範圍為較佳。
(高級脂肪酸衍生物) 為了防止因氧引起之聚合抑制,本發明中所使用之感光性樹脂組成物中,可以添加如山嵛酸或山嵛酸醯胺那樣的高級脂肪酸衍生物而於塗佈後的乾燥過程中局部存在於組成物的表面。 當感光性樹脂組成物具有高級脂肪酸衍生物時,高級脂肪酸衍生物的含量相對於感光性樹脂組成物的總固體成分,是0.1~10質量%為較佳。 高級脂肪酸衍生物可以僅為一種,亦可以是兩種以上。當高級脂肪酸衍生物為兩種以上時,其合計範圍是上述範圍為較佳。
<<<感光性樹脂組成物的特性>>> 接著,對本發明中所使用之感光性樹脂組成物的特性進行說明。 本發明中所使用之感光性樹脂組成物藉由曝光而構建交聯結構來降低針對有機溶劑的溶解度為較佳。藉由具有交聯結構,積層有感光性樹脂組成物層時,能夠提高層間的黏附力。又,藉由曝光而降低感光性樹脂組成物層針對有機溶劑的溶解度,藉此於增加積層數量之情況下設置較深的槽或較深的孔時有利。 從塗佈面性狀的觀點考慮,本發明中所使用之感光性樹脂組成物的水分含量小於5質量%為較佳,小於1質量%為更佳,小於0.6質量%為特佳。
從絕緣性的觀點考慮,本發明中所使用之感光性樹脂組成物的金屬含量小於5質量ppm(parts per million)為較佳,小於1質量ppm為更佳,小於0.5質量ppm為特佳。作為金屬,可列舉鈉、鉀、鎂、鈣、鐵、鉻、鎳等。當包含複數個金屬時,該些金屬的合計為上述範圍為較佳。 又,作為減少意外包含於感光性樹脂組成物之金屬雜質之方法,能夠列舉作為構成感光性樹脂組成物之原料而選擇金屬含量較少的原料,對構成感光性樹脂組成物之原料進行濾波器過濾,用聚四氟乙烯對裝置內進行內襯而於盡可能抑制了污染之條件下進行蒸餾等方法。
從配線腐蝕性的觀點考慮,本發明中所使用之感光性樹脂組成物中,鹵素原子的含量小於500質量ppm為較佳,小於300質量ppm為更佳,小於200質量ppm為特佳。其中,以鹵素離子的狀態存在者是小於5質量ppm為較佳,小於1質量ppm為更佳,小於0.5質量ppm為特佳。作為鹵素原子,可列舉氯原子及溴原子。氯原子及溴原子或氯化物離子及溴化物離子的合計分別為上述範圍為較佳。
<<乾燥製程>> 本發明的積層體的製造方法中,可以包括於形成感光性樹脂組成物之後,對溶劑進行乾燥之製程。較佳的乾燥溫度是50~150℃,70~130℃為更佳,90~110℃為進一步較佳。作為乾燥時間,30秒鐘~20分鐘為較佳,1分鐘~10分鐘為更佳,3分鐘~7分鐘為進一步較佳。
<曝光製程> 本發明的積層體的製造方法中,包括對感光性樹脂組成物層進行曝光之曝光製程。曝光的條件並無特別限定,使相對於感光性樹脂組成物的曝光部的顯影液之溶解度改變為較佳,能夠對感光性樹脂組成物的曝光部進行硬化為更佳。例如,關於曝光,相對於感光性樹脂組成物層,照射以於波長365nm下的曝光能量換算為100~10000mJ/cm2
為較佳,照射200~8000mJ/cm2
為更佳。 關於曝光波長,於190~1000nm的範圍內能夠適當設定,240~550nm為較佳。
可以利用圖案曝光來進行曝光,亦可以利用全面均勻照射而進行曝光。
<顯影處理製程> 本發明的積層體的製造方法中,包括對所曝光之感光性樹脂組成物層進行顯影處理之顯影處理製程。 顯影處理製程是負型顯影處理製程為較佳。藉由進行負型顯影處理製程,未曝光之部分(非曝光部)被去除。顯影方法並無特別限制,能夠形成所希望的圖案為較佳,例如能夠採用攪拌、噴塗、浸漬、超音波等顯影方法。 本發明中,於利用全面均勻照射而進行曝光時亦進行顯影處理製程為較佳。 顯影使用顯影液進行為較佳。顯影液只要是去除了未曝光之部分(非曝光部)者,則能夠無特別限制地使用。基於有機溶劑之顯影為較佳,作為酯類,例如可列舉乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、甲酸戊酯、乙酸異戊酯、丙酸丁酯、丁酸異丙酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、γ-丁內酯、ε-己內酯,δ-戊內酯、烷氧基乙酸烷基酯(例:烷氧基乙酸甲酯、烷氧基乙酸乙酯、烷氧基乙酸丁酯(例如,甲氧基乙酸甲酯、甲氧基乙酸乙酯、甲氧基乙酸丁酯、乙氧基乙酸甲酯、乙氧基乙酸乙酯等))、3-烷氧基丙酸烷基酯類(例:3-烷氧基丙酸甲酯、3-烷氧基丙酸乙酯等(例如,3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯等))、2-烷氧基丙酸烷基酯類(例:2-烷氧基丙酸甲酯、2-烷氧基丙酸乙酯、2-烷氧基丙酸丙酯等(例如,2-甲氧基丙酸甲酯、2-甲氧基丙酸乙酯、2-甲氧基丙酸丙酯、2-乙氧基丙酸甲酯、2-乙氧基丙酸乙酯))、2-烷氧基-2-甲基丙酸甲酯及2-烷氧基-2-甲基丙酸乙酯(例如,2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯、2-乙氧基-2-甲基丙酸乙酯等)、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、2-氧代丁酸甲酯、2-氧代丁酸乙酯等,以及作為醚類,例如可列舉二乙二醇二甲醚、四氫呋喃、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、甲基溶纖劑乙酸酯、乙基溶纖劑乙酸酯、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單丙醚乙酸酯等。 作為酮類,例如可列舉甲基乙基酮、環己酮、環戊酮、2-庚酮、3-庚酮、N-甲基-2-吡咯啶酮等。 作為芳香族烴類,例如可列舉甲苯、二甲苯、大茴香醚、檸檬烯等。 作為亞碸類,可較佳地列舉二甲基亞碸。 其中,3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙基溶纖劑乙酸酯、乳酸乙酯、二乙二醇二甲醚、乙酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、2-庚酮、環己酮、環戊酮、γ-丁內酯、二甲基亞碸、乙基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、丙二醇甲醚及丙二醇甲醚乙酸酯為較佳,環戊酮、γ-丁內酯為更佳。 顯影時間是10秒鐘~5分鐘為較佳。 顯影時的溫度並無特別限定,通常能夠於20~40℃下進行。 於使用了顯影液之處理之後,進而可以進行沖洗。沖洗以與顯影液不同之溶劑進行為較佳。例如,能夠使用感光性樹脂組成物中所含有之溶劑進行沖洗。沖洗時間是5秒鐘~1分鐘為較佳。
<硬化製程> 本發明的積層體的製造方法包括對顯影處理後的感光性樹脂組成物層進行硬化之硬化製程。 硬化製程包括對感光性樹脂組成物層進行升溫之升溫製程和於升溫製程後對感光性樹脂組成物層進行冷卻之冷卻製程為較佳。
關於硬化製程(尤其升溫製程及保持製程),從防止樹脂的分解的方面考慮,藉由使氮、氦、氬等惰性氣體流過等,於低氧濃度的環境下進行為較佳。氧濃度是50體積ppm以下為較佳,20體積ppm以下為較佳。
<<升溫製程>> 升溫製程是將感光性樹脂組成物層升溫至玻璃化轉變溫度以上的溫度之製程。 升溫製程中,使感光性樹脂組成物層中所含有之樹脂(較佳為聚醯亞胺前驅物及聚苯并噁唑前驅物)進行環化反應為較佳。例如,聚醯亞胺或聚苯并噁唑中,與交聯劑一同加熱時,能夠形成3維網結構。又,還能夠進行未反應之自由基聚合性化合物的硬化等。 升溫製程的最終到達溫度是感光性樹脂組成物層中所含有之樹脂的醯亞胺化溫度為較佳。 升溫製程的最終到達溫度是最高加熱溫度為較佳。作為最高加熱溫度,100~500℃為較佳,150~450℃為更佳,160~350℃為進一步較佳。從應力緩和的觀點考慮,本發明的積層體的製造方法中,升溫製程的最終到達溫度是250℃以下為特佳。
關於升溫,從20~150℃的溫度至最高加熱溫度以1~12℃/分鐘的升溫速度進行為較佳,2~11℃/分鐘為更佳,3~10℃/分鐘為進一步較佳。藉由將升溫速度設為1℃/分鐘以上,能夠確保生產性的同時防止胺的過度揮發,藉由將升溫速度設為12℃/分鐘以下,能夠緩和硬化膜的殘留應力。 加熱開始時的溫度是20~150℃為較佳,20℃~130℃為更佳,25℃~120℃為進一步較佳。加熱開始時的溫度是指開始直至最高加熱溫度進行加熱之製程時的加熱溫度。例如,將感光性樹脂組成物應用於基板上之後,使其乾燥時,為該乾燥後的溫度,例如,從感光性樹脂組成物中所含有之溶劑的沸點-(30~200)℃逐漸升溫為較佳。
加熱可以分階段進行。作為例,可以進行如下前處理製程,亦即直至25℃~180℃以3℃/分鐘進行升溫,於180℃下放置60分鐘,且直至180~200℃以2℃/分鐘進行升溫,於200℃下放置120分鐘。作為前處理製程的加熱的溫度是100~200℃為較佳,110~190℃為更佳,120~185℃為最佳。於該前處理製程中,如美國專利9159547號中所記載那樣照射UV的同時進行處理亦為較佳。藉由這種前處理製程,能夠提高硬化膜的特性。前處理製程於10秒鐘~2小時左右的較短的時間內進行為較佳,15秒鐘~30分鐘為更佳。前處理製程可以是兩個階段以上的步驟,例如於100~150℃的範圍進行前處理製程1,之後於150~200℃的範圍進行前處理製程2。
升溫製程是20~200分鐘為較佳,20~100分鐘為更佳,20~60分鐘為特佳。
<<保持製程>> 本發明的積層體的製造方法中,於升溫製程後,冷卻製程前包括以與升溫製程的最終到達溫度相等的保持溫度進行保持之保持製程為較佳。 達到升溫製程的最終到達溫度之後,以與升溫製程的最終到達溫度相等的保持溫度進行30~360分鐘的加熱為較佳,進行30~300分鐘的加熱為更佳,進行30~240分鐘的加熱為特佳,進行60~240分鐘的加熱為進一步特佳。 將保持製程中所需要之時間稱為保持時間。 保持製程中的保持溫度是150~450℃為較佳,160~350℃為進一步較佳。從應力緩和的觀點考慮,本發明的積層體的製造方法中,保持製程中的保持溫度是250℃以下為特佳。
<<冷卻製程>> 冷卻製程是於升溫製程後以2℃/分鐘以下的降溫速度對感光性樹脂組成物層進行冷卻之製程。 冷卻製程的降溫速度是2℃/分鐘以下為較佳,1℃/分鐘以下為更佳。從應力緩和的觀點考慮,冷卻製程的降溫速度是0.1℃/分鐘以上為較佳。 從應力緩和的觀點考慮,冷卻製程的降溫速度比升溫製程的升溫速度慢為較佳。
冷卻製程是30~600分鐘為較佳,60~600分鐘為更佳,120~600分鐘為特佳。 從應力緩和的觀點考慮,本發明的積層體的製造方法中,冷卻製程的時間比升溫製程的時間長為較佳。
冷卻製程的最終到達溫度比硬化製程後的感光性樹脂組成物層(硬化膜)的玻璃化轉變溫度(Tg)低30℃以上為較佳。若直至冷卻製程的最終到達溫度比感光性樹脂組成物層的Tg低30℃以上的溫度進行降溫,則聚醯亞胺充分硬化,且容易抑制產生層間剝離。 冷卻製程的最終到達溫度比硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度低160~250℃為更佳,低180~230℃為特佳。
<<設為室溫之製程>> 包括感光性樹脂組成物層達到冷卻製程的最終到達溫度之後,以任意降溫速度對感光性樹脂組成物層進行冷卻而設為室溫之製程為較佳。 設為室溫之製程的降溫速度並無特別限制,比冷卻製程的降溫速度快為較佳。設為室溫之製程的降溫速度例如能夠設為5~10℃/分鐘。
<金屬層形成製程> 本發明的積層體的製造方法包括藉由氣相成膜於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的表面形成金屬層之金屬層形成製程, 形成金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度低於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度。
本發明的積層體的製造方法中,形成金屬層時的感光性樹脂組成物層的溫度比感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度低30℃以上為較佳,低30~200℃ 為更佳,低100~200℃為特佳。 當於金屬層形成製程中形成之金屬層是2層以上時,至少形成與硬化製程後的感光性樹脂組成物層直接接觸之金屬層(較佳為阻擋金屬膜)時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度是上述範圍為較佳。當於金屬層形成製程中形成之金屬層是2層以上時,形成第2層金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度並無特別限制。但是,即使為第2層金屬層,若存在直接設置於感光性樹脂組成物層上之部分時,形成第2層金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度亦是上述範圍為較佳。 尤其使用氣相成膜來形成第2層金屬層時,形成第2層金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度亦是上述範圍為較佳。此外,使用非氣相成膜(電鍍等)形成第2層金屬層時,通常形成第2層金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度成為低於感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度之溫度。
作為於金屬層形成製程中形成之金屬層,並無特別限定,能夠使用已有的金屬。作為於金屬層形成製程中形成之金屬層所包含之金屬,例示銅、鋁、鎳、釩、鈦、鉭、鉻、鈷、金及鎢以及包括它們中的至少一種之化合物(包括合金)。本發明的積層體的製造方法中,於金屬層形成製程中形成之金屬層包含鈦、鉭及銅以及包括它們中的至少一種之化合物中的至少一種為更佳,包含鈦及銅以及包括它們中的至少一種之化合物中的至少一種為特佳,包含銅為進一步特佳。作為金屬層包含鈦、鉭及銅以及包括它們中的至少一種之化合物中的至少一種時的具體例,可列舉包括鈦、鉭、銅、TiN、TaN或TiW之金屬層,是包括鈦、鉭、銅、TiN或TiW之金屬層為較佳。於金屬層形成製程中形成之金屬層所包含之金屬可以是一種,亦可以是兩種以上。
本發明的積層體的製造方法中,於金屬層形成製程中形成之金屬層的厚度是50~2000nm為較佳,50~1000nm為更佳,100~300nm為特佳。 本發明的積層體的製造方法中,於金屬層形成製程中形成之金屬層可以是1層,亦可以是2層以上。 當於金屬層形成製程中形成之金屬層是1層時,將金屬層用作阻擋金屬膜為較佳。 當於金屬層形成製程中形成之金屬層是2層以上時,於金屬層形成製程中形成之金屬層整體的厚度是上述範圍為較佳。當於金屬層形成製程中形成之金屬層是2層以上時,於金屬層形成製程中形成之金屬層是阻擋金屬膜和種子層的積層體為較佳。 阻擋金屬膜是能夠縮短金屬針對硬化膜的侵入長度之層為較佳。關於阻擋金屬膜的金屬的種類,作為於金屬層形成製程中形成之金屬層所包含之金屬而是上述之金屬為較佳。阻擋金屬膜的厚度是50~2000nm為較佳,50~1000nm為更佳,100~300nm為特佳。 種子層是用於輕鬆地形成於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層的圖案之層為較佳。種子層的金屬的種類是與於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層相同種類的金屬為較佳。種子層的厚度是50~2000nm為較佳,50~1000nm為更佳,100~300nm為特佳。
金屬層的形成方法並無特別限定,能夠應用已有的氣相成膜的方法。例如,可考慮濺射法、化學氣相沉積法(chemical vapor deposition;CVD)、等離子法及將它們組合之方法等。該些中,從控制膜厚的觀點考慮,金屬層的形成方法是濺射法為較佳。
<第2金屬層形成製程> 本發明的積層體的製造方法還包括於金屬層的表面形成第2金屬層之第2金屬層形成製程。
作為於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層,並無特別限定,能夠使用已有的金屬。作為於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層所包含之金屬,例示銅、鋁、鎳、釩、鈦、鉭、鉻、鈷、金及鎢。從作為半導體元件的再配線層而使用本發明的積層體的觀點考慮,本發明的積層體的製造方法中,第2金屬層包含銅為較佳。
積層體的製造方法中,於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層的厚度例如是3~50μm,3~10μm為較佳,5~10μm為更佳,5~7μm為特佳。當製造功率半導體用途的積層體時,於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層的厚度是35~50μm為較佳。
第2金屬層的形成方法並無特別限定,能夠應用已有的方法。例如,能夠使用日本特開2007-157879號公報、日本特表2001-521288號公報、日本特開2004-214501號公報、日本特開2004-101850號公報中所記載之方法。例如,可考慮光微影法、剝離法、化學氣相沉積法(chemical vapor deposition;CVD)、電解電鍍、無電解電鍍、蝕刻、印刷及將它們組合之方法等。更具體而言,可列舉組合光微影法及蝕刻而成之圖案化方法、組合光微影法和電解電鍍而成之圖案化方法、組合光微影法、電解電鍍及蝕刻而成之圖案化方法。 作為組合光微影法及電解電鍍而成之圖案化方法,使用濺射法形成於金屬層形成製程中形成之金屬層的種子層之後,使用光微影法形成種子層的圖案,並對形成有圖案之種子層上實施電解電鍍而形成第2金屬層之方法為較佳。然後,可以進一步進行蝕刻而去除未形成有第2金屬層之區域的種子層。
<表面活性化處理製程> 積層體的製造方法可以包括對上述金屬層及感光性樹脂組成物層的至少一部分進行表面活性化處理之表面活性化處理製程。 表面活性化處理製程通常於金屬層形成製程後進行為較佳。可以於上述硬化製程後,對感光性樹脂組成物層進行表面活性化處理製程之後形成金屬層。 表面活性化處理可以僅對金屬層的至少一部分進行,亦可以僅對硬化製程後的感光性樹脂組成物層的至少一部分進行,關於金屬層及硬化製程後的感光性樹脂組成物層這兩者,可以分別對至少一部分進行。表面活性化處理對金屬層的至少一部分進行為較佳,對金屬層中進一步於其上形成感光性樹脂組成物層之區域的一部分或全部進行表面活性化處理為更佳。如此,藉由對金屬層的表面進行表面活性化處理,能夠提高與設置於該表面之硬化膜的黏附性。 又,表面活性化處理還對硬化製程後的感光性樹脂組成物層(硬化膜)的一部分或全部進行為較佳。如此,藉由對感光性樹脂組成物層的表面進行表面活性化處理,能夠提高與設置於已進行表面活性化處理之表面之金屬層或硬化膜的黏附性。當進行負型顯影時,曝光部會被進行表面處理,且藉由硬化等而膜的強度得到提高,因此感光性樹脂組成物層(硬化膜)不會受到損傷。 作為表面活性化處理,具體而言,選自各種原料氣體(氧、氫、氬、氮、氮及氫混合氣體以及氬及氧混合氣體等)的等離子處理;電暈放電處理;使用CF4
及O2
混合氣體、NF3
及O2
混合氣體、SF6
、NF3
以及NF3
及O2
混合氣體之蝕刻處理;使用紫外線(ultraviolet;UV)臭氧法之表面處理;浸漬於鹽酸水溶液而去除氧化皮膜之後,對包含具有胺基和硫醇基中的至少一種之化合物之有機表面處理劑進行浸漬的浸漬處理;使用刷子進行之機械性粗面化處理中為較佳。等離子處理為更佳,對原料氣體使用了氧之氧等離子處理為特佳。當為電暈放電處理時,能量是500~200000J/m2
為較佳,1000~100000J/m2
為更佳,10000~50000J/m2
為進一步較佳。
<積層製程> 本發明的積層體的製造方法中,於金屬層形成製程後,進一步再次依序進行之感光性樹脂組成物層形成製程、曝光製程、顯影處理製程、硬化製程及金屬層形成製程為較佳。該情況下,反覆進行金屬層形成製程,因此尤其能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離之效果較大。 本說明書中,將於金屬層形成製程後,進一步再次依序進行之感光性樹脂組成物層形成製程、曝光製程、顯影處理製程、硬化製程及金屬層形成製程之製程稱為積層製程。積層製程是依序進行之感光性樹脂組成物層形成製程、曝光製程、顯影處理製程、硬化製程、金屬層形成製程及第2金屬層形成製程之製程為更佳。
於積層製程後,進一步進行積層製程時,於上述曝光製程後或上述金屬層形成製程後,能夠進一步進行上述表面活性化處理製程。 上述積層製程進行3~7次為較佳,進行3~5次為更佳。 例如,如硬化膜/金屬層/硬化膜/金屬層/硬化膜/金屬層那樣,硬化膜是3層以上且7層以下的結構為較佳,3層以上且5層以下為進一步較佳。越設為多層結構,感光性樹脂組成物層越反覆進行顯影液或金屬蝕刻處理、硬化製程中的高溫處理,因此起到能夠抑制因本發明的積層體的製造方法引起之金屬層/硬化膜界面或硬化膜/硬化膜界面中產生層間剝離的效果。 藉由設為該種結構,能夠將感光性樹脂組成物層(硬化膜)和金屬層交替積層,並能夠用作再配線層等半導體元件的多層配線結構。 關於感光性樹脂組成物層(硬化膜),越往上積層其厚度越變厚為較佳。
[積層體] 本發明的積層體具有基板、圖案硬化膜及位於圖案硬化膜的表面之金屬層, 圖案硬化膜包含聚醯亞胺或聚苯并噁唑, 構成位於圖案硬化膜的表面之金屬層之金屬針對圖案硬化膜的侵入距離圖案硬化膜的表面為130nm以下。
<圖案硬化膜> 本發明的積層體中的圖案硬化膜是本發明的積層體的製造方法中的硬化製程後的感光性樹脂組成物層為較佳。
<<Tg>> 圖案硬化膜(硬化製程後的感光性樹脂組成物層)的玻璃化轉變溫度是150~300℃為較佳,160~250℃為更佳,180~230℃為特佳。
<<殘留應力>> 按照雷射測量法測量之圖案硬化膜(硬化製程後的感光性樹脂組成物層。較佳為金屬層形成製程後的感光性樹脂組成物層。更佳為金屬層形成製程及第2金屬層形成製程後的感光性樹脂組成物層)的殘留應力小於35MPa為較佳,小於25MPa為更佳,小於15MPa為特佳。
<金屬層> 本發明的積層體中的金屬層是於本發明的積層體的製造方法中的金屬層形成製程中形成之金屬層為較佳。 又,本發明的積層體中的金屬層可以是於本發明的積層體的製造方法中的金屬層形成製程中形成之金屬層和於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層的積層體。該情況下,於本發明的積層體的製造方法中的金屬層形成製程中形成之金屬層和於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層被一體化而可以成為本發明的積層體中的金屬層。 又,於本發明的積層體的製造方法中的金屬層形成製程中形成之金屬層例如是阻擋金屬膜和種子層這2層,當於第2金屬層形成製程中形成之第2金屬層是與種子層相同種類的金屬時,可以是僅種子層和第2金屬層被一體化。該情況下,可以是僅種子層和第2金屬層被一體化之層與阻擋金屬膜的積層體成為本發明的積層體中的金屬層。 作為本發明的積層體中的金屬層的厚度,於壁厚最厚的部分是0.1~50μm為較佳,1~10μm為更佳。 從使金屬層的膜質穩定的觀點考慮,本發明的積層體中的金屬層是平坦的金屬層為較佳。藉由使用濺射法來形成金屬層,能夠形成平坦的金屬層。進而,藉由於形成金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度低於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度的條件下使用濺射法來形成金屬層,能夠形成更加平坦的金屬層。
<金屬針對圖案硬化膜的侵入長度> 構成位於圖案硬化膜的表面之金屬層之金屬針對圖案硬化膜的侵入長度距離圖案硬化膜的表面為130nm以下,50nm以下為較佳,30nm以下為更佳。
[半導體元件的製造方法] 本發明的半導體元件的製造方法包括本發明的積層體的製造方法。 藉由上述構成,本發明的半導體元件的製造方法提供積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離得到抑制之半導體元件。
以下,對藉由本發明的半導體元件的製造方法而得到之半導體元件的一實施方式進行說明。 圖1是表示半導體元件的一實施方式的結構之示意圖。圖1所示之半導體元件100是所謂的3維安裝裝置,且積層有複數個半導體晶片101a~101d之半導體晶片101配置於配線基板120上。 此外,該實施方式中,主要對半導體晶片的積層數為4層的情況進行說明,但半導體晶片的積層數並無特別限定,例如可以是2層、8層、16層、32層等。又,可以是1層。
複數個半導體晶片101a~101d均包括矽基板等半導體晶圓。 最上段的半導體晶片101a不具有貫通電極,且於其一方的面形成有電極焊盤(未圖示)。 半導體晶片101b~101d具有貫通電極102b~102d,且於各半導體晶片的兩面設置有一體設置於貫通電極之連接焊盤(未圖示)。
半導體晶片101具有將不具有貫通電極之半導體晶片101a和具有貫通電極102b~102d之半導體晶片101b~101d倒裝晶片接合之結構。 亦即,不具有貫通電極之半導體晶片101a的電極焊盤和具有與其相鄰之貫通電極102b之半導體晶片101b的半導體晶片101a側的連結焊盤藉由焊料凸塊等金屬凸塊103a而連接。具有貫通電極102b之半導體晶片101b的另一側的連接焊盤和具有與其相鄰之貫通電極102c之半導體晶片101c的半導體晶片101b側的連接焊盤藉由焊料凸塊等金屬凸塊103b而連接。同樣地,具有貫通電極102c之半導體晶片101c的另一側的連接焊盤和具有與其相鄰之貫通電極102d之半導體晶片101d的半導體晶片101c側的連接焊盤藉由焊料凸塊等金屬凸塊103c而連接。
於各半導體晶片101a~101d的間隙中形成有底部填充層110,各半導體晶片101a~101d經由底部填充層110而積層。
半導體晶片101配置於配線基板120上。 作為配線基板120,例如使用將樹脂基板、陶瓷基板、剝離基板等絶縁基板用作基材之多層配線基板。作為應用樹脂基板之配線基板120,可列舉多層銅張積層板(多層印刷配線板)等。
於配線基板120的一方的面中設置有表面電極120a。 於配線基板120與半導體晶片101之間配置有形成有再配線層105之絕緣層115,配線基板120與半導體晶片101經由再配線層105而電連接。作為絕緣層115,能夠使用本發明中的硬化製程後的感光性樹脂組成物層(硬化膜)。作為形成有再配線層105之絕緣層115,能夠使用藉由本發明的積層體的製造方法而得到之積層體。 再配線層105的一端經由焊料凸塊等金屬凸塊103d與形成於半導體晶片101d的再配線層105側的面之電極焊盤連接。又,再配線層105的另一端經由焊料凸塊等金屬凸塊103e與配線基板的表面電極120a連接。 進而,於絕緣層115與半導體晶片101之間形成有底部填充層110a。又,於絕緣層115與配線基板120之間形成有底部填充層110b。
圖2是表示藉由本發明的積層體的製造方法而得到之積層體的一實施方式的結構之示意圖。具體而言,圖2是表示將藉由本發明的積層體的製造方法而得到之積層體用作再配線層之一例者。圖2中,200表示藉由本發明的方法得到之積層體,201表示感光性樹脂組成物層(硬化膜),203表示金屬層。圖2中,金屬層203是用斜線表示之層。感光性樹脂組成物層201藉由負型顯影而由所希望的圖案形成。金屬層203以覆蓋上述圖案的表面的一部分的方式形成,於上述金屬層203的表面還積層有感光性樹脂組成物層(硬化膜)201。進而,感光性樹脂組成物層(硬化膜)作為絕緣層而發揮作用,金屬層作為再配線層而發揮作用,且作為再配線層而安裝於如上述那樣的半導體元件。 [實施例]
以下列舉實施例對本發明進行更加具體的說明。以下實施例中所示出之材料、使用量、比例、處理內容、處理流程等於不脫離本發明的宗旨之範圍內,能夠適當進行變更。因此,本發明的範圍並不限定於以下所示之具體例。「份」、「%」於無特別說明之範圍內,是質量基準。
[實施例1] <聚醯亞胺前驅物的合成> <<源自4,4’-氧代二鄰苯二甲酸二酐、4,4’-二氨基二苯醚及2-甲基丙烯酸羥乙酯之聚醯亞胺前驅物Aa-1(具有自由基聚合性基之聚醯亞胺前驅物)的合成>> 將20.0g(64.5毫莫耳)的4,4’-氧代二鄰苯二甲酸二酐(將4,4’-氧代二鄰苯二甲酸於140℃下乾燥12小時而得到者)、18.6g(129毫莫耳)的2-甲基丙烯酸羥乙酯、0.05g的對苯二酚、10.7g的吡啶及140g的二甘醇二甲醚(二乙二醇二甲醚)進行混合。將混合物於60℃的溫度下攪拌18小時而製造了4,4’-氧代二鄰苯二甲酸和2-甲基丙烯酸羥乙酯的二酯。接著,將反應混合物冷卻至-10℃,將溫度保持在-10±4℃的同時經10分鐘添加了16.12g(135.5毫莫耳)的SOCl2
。用50mL的N-甲基吡咯烷酮對反應混合物進行稀釋之後,將反應混合物於室溫下攪拌了2小時。接著,將於100mL的N-甲基吡咯烷酮中溶解有11.08g(58.7毫莫耳)的4,4’-氧代二苯胺之溶液於20~23℃下經20分鐘滴加於反應混合物中。接著,將反應混合物於室溫下攪拌了1晩。接著,向5升水中添加反應混合物而使聚醯亞胺前驅物沉澱。將水及聚醯亞胺前驅物的混合物以5000rpm的速度攪拌了15分鐘。對水及聚醯亞胺前驅物的混合物進行過濾而去除濾液,向4升水中添加了包含聚醯亞胺前驅物之殘渣。將水及聚醯亞胺前驅物的混合物再次攪拌30分鐘,並再次進行過濾而作為殘渣得到了聚醯亞胺前驅物。接著,將所得到之聚醯亞胺前驅物於減壓下,於45℃下乾燥3天而得到了聚醯亞胺前驅物Aa-1。 以下示出聚醯亞胺前驅物Aa-1的結構。 [化學式49] Aa-1
<感光性樹脂組成物的製備> 將下述成分進行混合,並作為均勻地溶液而製備了感光性樹脂組成物。
<<感光性樹脂組成物A-1的組成>> 樹脂:聚醯亞胺前驅物(Aa-1) 32質量份 聚合性化合物B-1 6.9質量份 光聚合起始劑C-1 1.0質量份 聚合抑制劑:對苯醌(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製) 0.08質量份 遷移抑制劑:1H-四唑(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製) 0.12質量份 金屬黏附性改良劑:N-[3-(三乙氧基矽基)丙基]馬來酸單醯胺 0.70質量份 溶劑:γ-丁內酯 48.00質量份 溶劑:二甲基亞碸 12.00質量份
<<感光性樹脂組成物A-2的組成>> 樹脂:聚醯亞胺前驅物(Aa-1) 32質量份 聚合性化合物B-1 6.9質量份 光聚合起始劑C-1 1.0質量份 聚合抑制劑:2,6-二-第三丁基-4-甲基苯酚(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製) 0.1質量份 遷移抑制劑:1H-1,2,4-三唑(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製) 0.1質量份 溶劑:γ-丁內酯 48.00質量份 溶劑:二甲基亞碸 12.00質量份
各添加劑的詳細內容如下。 B-1:NK酯A-9300(Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.製、3官能丙烯酸酯、下述結構) [化學式50]
(C)光聚合起始劑 C-1:日本特表2014-500852號公報的0345段中所記載之化合物24 [化學式51]
<過濾製程> 使各感光性樹脂組成物通過細孔的寬度為0.8μm的濾波器而對其進行了加壓過濾。
<感光性樹脂組成物層形成製程> 然後,藉由旋轉塗佈法將各感光性樹脂組成物應用於矽晶圓上而形成為層狀,從而形成了感光性樹脂組成物層。
<乾燥製程> 於加熱板上,於100℃下對具有所得到之感光性樹脂組成物層之矽晶圓進行5分鐘的乾燥,從而於矽晶圓上得到了厚度20μm的均勻的感光性樹脂組成物層。
<曝光製程> 接著,使用步進機(Nikon NSR 2005 i9C),以365nm(i射線)的曝光波長,並用500mJ/cm2
的曝光能量對矽晶圓上的感光性樹脂組成物層進行了曝光(全面均勻照射)。 本實施例中,為了輕鬆地測定應力而於全面均勻照射下進行曝光,浸漬於顯影液,並經過硬化製程而形成硬化膜。但是,亦可以進行圖案曝光,並浸漬於顯影液而去除未曝光部,且經過硬化製程而形成已形成有圖案之硬化膜。 與未被圖案化之情況相比,於感光性樹脂組成物層被圖案化之情況下產生更多的界面,並於積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間產生接觸面積較少之部位。該情況下,層間剝離變得更容易產生,且更明顯地得到本發明的效果。
<顯影處理製程> 將已全面曝光之感光性樹脂組成物層於環戊酮中浸漬60秒鐘而進行了顯影處理。
<硬化製程> 接著,使用以下(1)~(4)的方法對顯影處理後的感光性樹脂組成物層進行了硬化。
<<(1)升溫製程>> 首先,於氧濃度20體積ppm以下的氮環境下,將具有顯影處理後的感光性樹脂組成物層之基板置於能夠調整溫度之板上,從室溫(20℃)以10℃/分鐘的升溫速度進行升溫,並經21分鐘加熱至最終到達溫度230℃。
<<(2)保持製程>> 然後,將感光性樹脂組成物層於升溫製程的最終到達溫度(保持溫度)的230℃下維持了3小時。
<<(3)冷卻製程>> 將於保持製程中加熱3小時後的感光性樹脂組成物層從230℃以2℃/分鐘的降溫速度經30分鐘緩慢冷卻至冷卻製程的最終到達溫度170℃。
<<(4)設為室溫之製程>> 感光性樹脂組成物層達到冷卻製程的最終到達溫度170℃之後,以5~10℃/分鐘的降溫速度對感光性樹脂組成物層進行冷卻而設為室溫,從而得到了硬化膜。
<金屬層形成製程> 接著,於濺射裝置(AMAT製、產品名Endura)中,於硬化製程後的感光性樹脂組成物層上形成第1層金屬層,該第1層金屬層使用濺射法於感光性樹脂組成物層的溫度成為150℃的條件下對Ti進行100nm成膜而用作阻擋金屬膜,並連續對Cu進行300nm成膜而形成了用作種子層之第2層金屬層。 將於使用濺射法之金屬層形成製程中形成之金屬層整體的厚度設為400nm。 於濺射裝置中,關於感光性樹脂組成物層的溫度,藉由依溫度而變色之密封件(熱標籤、NiGK Corporation)貼合於表面而觀察顏色的變化而測定並求出感光性樹脂組成物層的表面的溫度。
<第2金屬層形成製程> 接著,利用輥式層壓對種子層上貼合乾膜抗蝕劑(Hitachi Chemical Co., Ltd.製、產品名 Photec RY-3525)而使形成有圖案之覆膜機黏結,並使用ORC MANUFACTURING CO.,LTD.製EXM-1201型曝光機,以100mJ/cm2
的能量進行了曝光。接著,用30℃的1質量%碳酸鈉水溶液進行90秒鐘的噴射顯影而使乾膜抗蝕劑開口。接著,使用電解銅電鍍法,於乾膜抗蝕劑上及乾膜抗蝕劑所開口之部分的種子層上形成了厚度7μm的銅電鍍層。接著,使用剝離液剝離了乾膜抗蝕劑。接著使用蝕刻液去除乾膜抗蝕劑被剝離之部分的種子層(300nm的Cu層)而於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的表面形成了被圖案化之金屬層。
<硬化膜的特性> <<玻璃化轉變溫度的測定>> 關於硬化製程後的感光性樹脂組成物層(硬化膜),使用以下方法進行了玻璃化轉變溫度的測定。 安裝動態黏彈性測定裝置,利用拉伸法,以頻率1Hz,並以升溫速度10℃/分鐘從0℃升溫至350℃而依tanδ的峰值溫度求出了Tg。 將所得到之結果記載於下述表1。
<<應力的測定>> 關於金屬層形成製程及第2金屬層形成製程後的感光性樹脂組成物層(硬化膜),使用以下方法進行了應力測定。 關於感光性樹脂組成物層的塗佈前的矽晶圓,對薄膜應力測定裝置安裝晶圓,於室溫下進行雷射掃描而求出了空白數值。 於薄膜應力測定裝置安裝形成有金屬層形成製程及第2金屬層形成製程後的感光性樹脂組成物層(硬化膜)之晶圓,於室溫下進行雷射掃描後,與感光性樹脂組成物層的塗佈前的空白數值進行比較而依膜厚及曲率半徑而測定了應力。 將所得到之結果記載於下述表1。
<積層製程> 進而,對因金屬層和硬化製程後的感光性樹脂組成物層而形成有凹凸之面,再次使用相同的感光性樹脂組成物並以與上述相同的方式再次實施感光性樹脂組成物的過濾製程至硬化製程的流程而形成了具有2層硬化製程後的感光性樹脂組成物層之積層體。 進而,對具有2層硬化製程後的感光性樹脂組成物層之積層體,以與上述相同的方式再次實施金屬層形成製程及第2金屬層形成製程而形成了積層體。
<積層體的評價> <<金屬針對硬化膜的侵入長度的測定>> 關於金屬層形成製程及第2金屬層形成製程後的積層體,使用以下方法對使用濺射法的金屬層形成製程後的金屬針對硬化膜的侵入長度進行了測定。 藉由聚焦離子束(Focused Ion Beam;FIB)和透射型電子顯微鏡(TEM)對剖面圖進行直接觀察而測定其長度,並同時使用高角度散射暗場掃描透射電子顯微鏡(high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy;HAADF-STEM)和電子能量損失能譜(Electron Energy Loss Spectroscopy;EELS)進行了元素分析。 將所得到之結果記載於下述表1。
<<循環試驗後的剝離試驗>> 使用以下方法對積層製程後的積層體進行了循環試驗後的剝離試驗。 將於氮中-55℃下對各積層體進行30分鐘的冷卻之後,以於125℃下加熱30分鐘的循環進行了500循環。然後,將各積層體以相對於硬化膜的面呈垂直的方向成為寬度5mm的方式切取,並且分別切取硬化膜與金屬層相接的部分及金屬層與第2金屬層相接的部分,觀察其截面,並用光學顯微鏡確認了一個切片於硬化膜與金屬層之間及金屬層與第2金屬層之間有無剝離。「無剝離」為較佳。 將所得到之結果記載於下述表1。
[實施例2~6及比較例1~3] 變更為下述表中所示之條件,除此以外,以與實施例1相同的方式製造了實施例2~6及比較例1~3的積層體。 以與實施例1相同的方式進行了硬化膜的特性的測定及積層體的評價。
[表1]
藉由上述表1,得知形成金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度低於硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度時,硬化膜的殘留應力較小,能夠提供使用濺射法之金屬層形成製程後的金屬的侵入長度較短之積層體。得知於硬化膜的殘留應力較小,金屬的侵入長度較短之本發明的積層體中,能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離。 另一方面,藉由比較例1~3,形成金屬層時的硬化製程後的感光性樹脂組成物層的溫度是硬化製程後的感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度以上時,硬化膜的殘留應力較大,得到了使用濺射法之金屬層形成製程後的金屬的侵入長度較長之積層體。得知硬化膜的殘留應力較大,且金屬的侵入長度較長之比較例1~3的積層體中,於積層有基板、硬化膜及金屬層時產生層間剝離。
實施例1中,將金屬層(銅薄膜)變更為鋁薄膜,除此以外,以與其他方式相同的方式進行,其結果得到了與實施例1相同的良好的結果。 實施例1中,不改變感光性樹脂組成物1的固體成分濃度的組成比而設為1/10,使用噴槍(澳大利亞EV Group, ALL製「NanoSpray」)進行了噴塗,除此以外,以與實施例1相同的方式形成了積層體。得到了與實施例1相同的優異的效果。 實施例1的積層體的製造中,於230℃下進行3小時的加熱之前,於100℃下加熱(前處理)10分鐘,除此以外,以與實施例1相同的方式製造積層體,並對其特性進行了評價。得到了與實施例1相同的優異的效果。 實施例1的積層體的製造中,於230℃下進行3小時的加熱之前,於150℃下加熱(前處理)10分鐘,除此以外,以與實施例1相同的方式製造積層體,並對其特性進行了評價。得到了與實施例1相同的優異的效果。 實施例1的積層體的製造中,於230℃下加熱3小時之前照射UV光的同時於180℃下加熱(前處理)10分鐘,除此以外,以與實施例1相同的方式製造積層體,並對其特性進行了評價。得到了與實施例1相同的優異的效果。 [產業上的可利用性]
本發明的積層體的製造方法中所製造之積層體中,能夠抑制積層有基板、硬化膜及金屬層時的層間剝離。進而藉由本發明的積層體的製造方法而製造之積層體中,即使積層有兩組以上的基板、硬化膜及金屬層的積層體之情況下,亦能夠抑制層間剝離。該種積層體能夠用作製造半導體元件的再配線層用層間絕緣層,並能夠提供層間剝離得到抑制之再配線層用層間絕緣層。又,該種積層體能夠用作製造功率半導體用途的層間絕緣層、三維IC(Three-Dimensional Integrated Circuit)用銅柱中膜或單層絕緣層及面板用途的層間絕緣層。
100‧‧‧半導體元件
101、101a~101d‧‧‧半導體晶片
102b、102c、102d‧‧‧貫通電極
103a~103e‧‧‧金屬凸塊
105‧‧‧再配線層
110、110a、110b‧‧‧底部填充層
115‧‧‧絕緣層
120‧‧‧配線基板
120a‧‧‧表面電極
200‧‧‧積層體
201‧‧‧感光性樹脂組成物層(硬化膜)
203‧‧‧金屬層
Claims (14)
- 一種積層體的製造方法,其包括依序進行之如下製程: 感光性樹脂組成物層形成製程,將感光性樹脂組成物應用於基板而形成為層狀; 曝光製程,對應用於前述基板之感光性樹脂組成物層進行曝光; 顯影處理製程,對所曝光之前述感光性樹脂組成物層進行顯影處理; 硬化製程,對顯影後的前述感光性樹脂組成物層進行硬化;以及 金屬層形成製程,藉由氣相成膜於前述硬化製程後的前述感光性樹脂組成物層的表面形成金屬層;並且 形成前述金屬層時的前述硬化製程後的前述感光性樹脂組成物層的溫度低於前述硬化製程後的前述感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之積層體的製造方法,其還包括再次依序進行之前述感光性樹脂組成物層形成製程、前述曝光製程、前述顯影處理製程、前述硬化製程及前述金屬層形成製程。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 前述感光性樹脂組成物藉由曝光構建交聯結構而針對有機溶劑的溶解度降低。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 前述感光性樹脂組成物包括選自聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚苯并噁唑前驅物及聚苯并噁唑中之至少一種樹脂。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其還包括第2金屬層形成製程,於前述金屬層的表面形成第2金屬層。
- 如申請專利範圍第5項所述之積層體的製造方法,其中 前述第2金屬層包括銅。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 前述金屬層包含如下化合物中的至少一種,該化合物包含鈦、鉭及銅以及它們中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 於前述金屬層形成製程中形成之前述金屬層的厚度為50~2000nm。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 依照雷射測量法測定之前述硬化製程後的前述感光性樹脂組成物的殘留應力小於35MPa。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 前述感光性樹脂組成物為負型顯影用感光性樹脂組成物。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 前述硬化製程包括對前述感光性樹脂組成物層進行升溫之升溫製程和以與前述升溫製程的最終到達溫度相等之保持溫度進行保持之保持製程, 前述保持製程中的前述保持溫度為250℃以下。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之積層體的製造方法,其中 形成前述金屬層時的前述感光性樹脂組成物層的溫度比前述感光性樹脂組成物層的玻璃化轉變溫度低30℃以上。
- 一種半導體元件的製造方法,其包括如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之積層體的製造方法。
- 一種積層體,其具有基板、圖案硬化膜及位於前述圖案硬化膜的表面之金屬層, 前述圖案硬化膜包含聚醯亞胺或聚苯并噁唑, 構成位於前述圖案硬化膜的表面之前述金屬層之金屬針對前述圖案硬化膜的侵入長度距離前述圖案硬化膜的表面為130nm以下。
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