JP7612698B2 - 硬化性樹脂組成物、硬化物、積層体、硬化物の製造方法、及び、半導体デバイス、並びに、光塩基発生剤 - Google Patents
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Description
このような硬化性樹脂組成物を、例えば塗布等により基材に適用して樹脂膜を形成し、その後、必要に応じて露光、現像、加熱等を行うことにより、硬化物を基材上に形成することができる。
上記ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体又はポリアミドイミド前駆体は、例えば塩基、加熱の作用により環化され、硬化物中でそれぞれポリイミド、ポリベンゾオキサゾール又はポリアミドイミドとなる。
硬化性樹脂組成物は、公知の塗布方法等により適用可能であるため、例えば、適用される硬化性樹脂組成物の適用時の形状、大きさ、適用位置等の設計の自由度が高いなど、製造上の適応性に優れるといえる。ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミドが有する高い性能に加え、このような製造上の適応性に優れる観点から、上述の硬化性樹脂組成物の産業上の応用展開がますます期待されている。
特許文献2には、(A)特定構造のポリイミド前駆体(B)光重合開始剤:0.1質量部~20質量部を含む、ネガ型感光性樹脂組成物が記載されている。
また、本発明は新規な光塩基発生剤を提供することを目的とする。
<1> ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体及びポリアイミドイミド前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂、及び、
アルコキシシリル基を有する光塩基発生剤を含む、
硬化性樹脂組成物。
<2> 上記光塩基発生剤が波長100~600nmの光の作用で塩基を発生する化合物である、<1>に記載の硬化性樹脂組成物。
<3> 上記光塩基発生剤が下記式(1-1)~式(1-3)のいずれかにより表される化合物である、<1>又は<2>に記載の硬化性樹脂組成物;
式(1-1)中、X1は、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を有するアリール基を表し、R1、R2は、水素原子または、炭素数1~12の炭化水素基を表し、R1及びR2は、結合して環構造を形成してもよく、Y1は2価の連結基を表し、Z1はアルコキシシリル基を表す;
式(1-2)中、X2は置換または無置換のアントラセン構造、又は、ニトロ基を有するアリール基を表し、R3及びR4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、R3及びR4は結合して環構造を形成してもよく、Y2は2価の連結基を表し、Z2はアルコキシシリル基を表す;
式(1-3)中、X3及びX4はそれぞれ独立に、置換または無置換のアリール基を表し、R5は1価の有機基を表し、R6~R9はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~12の炭化水素基又はアルコキシシリル基を有する基を表し、R6~R9の少なくとも2つが結合して環構造を形成してもよく、R6~R9の少なくとも1つは、アルコキシシリル基を有する基である。
<4> 上記光塩基発生剤が、分子量2,000以下の化合物である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<5> アルコキシシリル基を有し、光塩基発生能を有しない化合物を更に含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<6> アルコキシシリル基を有しない光塩基発生剤を更に含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<7> 重合性基及びアゾール基を有する化合物である化合物Bを含む、<1>~<6>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<8> 重合性基を有さずアゾール基を有する化合物である化合物Cを含む、<1>~<7>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<9> 化合物Cが、式(C-1)または、式(C-2)で表される、<8>に記載の硬化性樹脂組成物。
式(C-1)中、Z1~Z4はそれぞれ独立に、=CR7-または窒素原子を表し、R1は水素原子又は1価の有機基を表し、R7は水素原子又は1価の有機基を表し、式(C-1)で表される構造中に重合性基は含まない;
式(C-2)中、Z5~Z6はそれぞれ独立に、=CR8-または窒素原子を表し、R2~R6はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R8は水素原子又は1価の有機基を表し、式(C-2)で表される構造中に重合性基は含まない。
<10> 再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、<1>~<9>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物。
<11> <1>~<10>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
<12> <11>に記載の硬化物からなる層を2層以上含み、上記硬化物からなる層同士のいずれかの間に金属層を含む積層体。
<13> <1>~<10>のいずれか1つに記載の硬化性樹脂組成物を基板に適用して膜を形成する膜形成工程を含む、硬化物の製造方法。
<14> 上記膜を選択的に露光する露光工程及び上記膜を現像液を用いて現像してパターンを形成する現像工程を含む、<13>に記載の硬化物の製造方法。
<15> 上記現像工程の後に、上記現像により得られたパターンを露光する現像後露光工程を更に含む、<14>に記載の硬化物の製造方法。
<16> 上記膜を、50~450℃で加熱する加熱工程を含む、<13>~<15>のいずれか1つに記載の硬化物の製造方法。
<17> <11>に記載の硬化物又は<12>に記載の積層体を含む、半導体デバイス。
<18> 下記式(1-1)~式(1-3)のいずれかにより表される光塩基発生剤。
式(1-1)中、X1は、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を有するアリール基を表し、R1及びR2は、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、R1及びR2は、結合して環構造を形成してもよく、Y1は2価の連結基を表し、Z1はアルコキシシリル基を表す;
式(1-2)中、X2は置換または無置換のアントラセン構造、又は、ニトロ基を有するアリール基を表し、R3及びR4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、R3及びR4は結合して環構造を形成してもよく、Y2は2価の連結基を表し、Z2はアルコキシシリル基を表す;
式(1-3)中、X3及びX4はそれぞれ独立に、置換または無置換のアリール基を表し、R5は1価の有機基を表し、R6~R9はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~12の炭化水素基又はアルコキシシリル基を有する基を表し、R6~R9は、結合して環構造を形成してもよく、R6~R9の少なくとも1つは、アルコキシシリル基を有する基である。
また、本発明によれば、新規な光塩基発生剤が提供される。
本明細書において「~」という記号を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、その工程の所期の作用が達成できる限りにおいて、他の工程と明確に区別できない工程も含む意味である。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有しない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた露光も含む。また、露光に用いられる光としては、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線又は放射線が挙げられる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方、又は、いずれかを意味し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び「メタクリル」の両方、又は、いずれかを意味し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」及び「メタクリロイル」の両方、又は、いずれかを意味する。
本明細書において、構造式中のMeはメチル基を表し、Etはエチル基を表し、Buはブチル基を表し、Phはフェニル基を表す。
本明細書において、全固形分とは、組成物の全成分から溶剤を除いた成分の総質量をいう。また本明細書において、固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量百分率である。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)法を用いて測定した値であり、ポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000、及び、TSKgel Super HZ2000(以上、東ソー(株)製)を直列に連結して用いることによって求めることができる。それらの分子量は特に述べない限り、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。ただし、溶解性が低い場合など、溶離液としてTHFが適していない場合にはNMP(N-メチル-2-ピロリドン)を用いることもできる。また、GPC測定における検出は特に述べない限り、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用したものとする。
本明細書において、積層体を構成する各層の位置関係について、「上」又は「下」と記載したときには、注目している複数の層のうち基準となる層の上側又は下側に他の層があればよい。すなわち、基準となる層と上記他の層の間に、更に第3の層や要素が介在していてもよく、基準となる層と上記他の層は接している必要はない。また、特に断らない限り、基材に対し層が積み重なっていく方向を「上」と称し、又は、樹脂組成物層がある場合には、基材から樹脂組成物層へ向かう方向を「上」と称し、その反対方向を「下」と称する。なお、このような上下方向の設定は、本明細書中における便宜のためであり、実際の態様においては、本明細書における「上」方向は、鉛直上向きと異なることもありうる。
本明細書において、特段の記載がない限り、組成物は、組成物に含まれる各成分として、その成分に該当する2種以上の化合物を含んでもよい。また、特段の記載がない限り、組成物における各成分の含有量とは、その成分に該当する全ての化合物の合計含有量を意味する。
本明細書において、特に述べない限り、温度は23℃、気圧は101,325Pa(1気圧)、相対湿度は50%RHである。
本明細書において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体及びポリアミドイミド前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂(以下、「特定樹脂」ともいう。)、及び、アルコキシシリル基を有する光塩基発生剤(以下、「特定光塩基発生剤」ともいう。)を含む。
ネガ型の硬化性樹脂組成物とは、硬化性樹脂組成物から形成された層を露光した場合に、露光されていない部分(非露光部)が現像液により除去される組成物をいう。
ポジ型の硬化性樹脂組成物とは、硬化性樹脂組成物から形成された層を露光した場合に、露光された部分(露光部)が現像液により除去される組成物をいう。
上記効果が得られるメカニズムは不明であるが、下記のように推測される。
このような硬化性樹脂組成物からなる膜を露光した場合、膜の深部において塩基が発生しやすいため、塩基の揮発が抑制されやすく、効率的に特定樹脂の環化が進行すると推測される。
そのため、硬化物における深部の硬化性が向上し、密着性に優れると推測される。
また、硬化後の樹脂における環化が十分に進行するため、破断伸びも向上すると推測される。
本発明の硬化性樹脂組成物は、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体及びポリアミドイミド前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂(特定樹脂)を含む。
本発明の硬化性樹脂組成物は、特定樹脂として、ポリイミド前駆体を含むことが好ましい。
特定樹脂における重合性基としては、ラジカル重合性基、エポキシ基、オキセタニル基、メチロール基、アルコキシメチル基等の公知の重合性基が挙げられる。
上記ラジカル重合性基としては、エチレン性不飽和結合を有する基が好ましい。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基等の芳香環に直接結合した、置換されていてもよいビニル基を有する基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロイルオキシ基等が挙げられ、(メタ)アクリロイルオキシ基が好ましい。
特定樹脂は、重合性基として、後述する化合物Bにおける重合性基と重合可能な重合性基を有することが好ましい。
重合可能な重合性基の組み合わせとしては、特定樹脂がラジカル重合性基を有し、かつ、化合物Bがラジカル重合性基を有する、又は、特定樹脂がエポキシ基を有し、かつ、化合物Bがエポキシ基を有する等の組み合わせが挙げられる。
上記態様によれば、硬化物中で特定樹脂における重合性基と、化合物Bにおける重合性基とが重合し、特定樹脂と化合物Bとの間の結合が強固となり、得られる硬化物の金属との密着性が向上すると考えられる。
特定樹脂がラジカル重合性基を有する場合、硬化性樹脂組成物は、重合開始剤として後述の光ラジカル重合開始剤を含むことが好ましく、重合開始剤として後述の光ラジカル重合開始剤を含み、かつ、後述のラジカル重合性化合物を含むことがより好ましく、重合開始剤として後述の光ラジカル重合開始剤を含み、後述のラジカル重合性化合物を含み、かつ、後述の増感剤を含むことが更に好ましい。このような硬化性樹脂組成物からは、例えば、ネガ型感光層が形成される。
また、特定樹脂は、酸分解性基等の極性変換基を有していてもよい。
特定樹脂が酸分解性基を有する場合、硬化性樹脂組成物は、感光剤として後述の光酸発生剤を含むことが好ましい。このような硬化性樹脂組成物からは、例えば、化学増幅型であるポジ型感光層又はネガ型感光層が形成される。
本発明で用いるポリイミド前駆体は、その種類等特に定めるものではないが、下記式(2)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
式(2)中、A1及びA2は、それぞれ独立に、酸素原子又は-NH-を表し、R111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113及びR114は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
式(2)におけるR111は、2価の有機基を表す。2価の有機基としては、直鎖又は分岐の脂肪族基、環状の脂肪族基及び芳香族基を含む基が例示され、炭素数2~20の直鎖又は分岐の脂肪族基、炭素数3~20の環状の脂肪族基、炭素数3~20の芳香族基、又は、これらの組み合わせからなる基が好ましく、炭素数6~20の芳香族基を含む基がより好ましい。上記直鎖又は分岐の脂肪族基は鎖中の炭化水素基がヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、上記環状の脂肪族基および芳香族基は環員の炭化水素基がヘテロ原子を含む基で置換されていてもよい。本発明の好ましい実施形態として、-Ar-および-Ar-L-Ar-で表される基であることが例示され、特に好ましくは-Ar-L-Ar-で表される基である。但し、Arは、それぞれ独立に、芳香族基であり、Lは、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-CO-、-S-、-SO2-又は-NHCO-、あるいは、上記の2つ以上の組み合わせからなる基である。これらの好ましい範囲は、上述のとおりである。
具体的には、炭素数2~20の直鎖又は分岐の脂肪族基、炭素数3~20の環状の脂肪族基、炭素数3~20の芳香族基、又は、これらの組み合わせからなる基を含むジアミンであることが好ましく、炭素数6~20の芳香族基を含むジアミンであることがより好ましい。上記直鎖又は分岐の脂肪族基は鎖中の炭化水素基がヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく上記環状の脂肪族基および芳香族基は環員の炭化水素基がヘテロ原子を含む基で置換されていてもよい。芳香族基を含む基の例としては、下記が挙げられる。
式中、Aは単結合又は2価の連結基を表し、単結合、又は、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-C(=O)-、-S-、-SO2-、-NHCO-、又は、これらの組み合わせから選択される基であることが好ましく、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~3のアルキレン基、-O-、-C(=O)-、-S-、又は、-SO2-から選択される基であることがより好ましく、-CH2-、-O-、-S-、-SO2-、-C(CF3)2-、又は、-C(CH3)2-であることが更に好ましい。
式中、*は他の構造との結合部位を表す。
式(51)
式(51)中、R50~R57は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又は1価の有機基であり、R50~R57の少なくとも1つは、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基であり、*はそれぞれ独立に、式(2)中の窒素原子との結合部位を表す。
R50~R57の1価の有機基としては、炭素数1~10(好ましくは炭素数1~6)の無置換のアルキル基、炭素数1~10(好ましくは炭素数1~6)のフッ化アルキル基等が挙げられる。
式(61)中、R58及びR59は、それぞれ独立に、フッ素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基であり、*はそれぞれ独立に、式(2)中の窒素原子との結合部位を表す。
式(51)又は(61)の構造を与えるジアミンとしては、2,2’-ジメチルベンジジン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(フルオロ)-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル等が挙げられる。これらは1種で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
式(5)又は式(6)中、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
式(5)中、R112は単結合又は2価の連結基であり、単結合、又は、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、及び-NHCO-、ならびに、これらの組み合わせから選択される基であることが好ましく、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~3のアルキレン基、-O-、-CO-、-S-及び-SO2-から選択される基であることがより好ましく、-CH2-、-C(CF3)2-、-C(CH3)2-、-O-、-CO-、-S-及び-SO2-からなる群から選択される2価の基であることが更に好ましい。
テトラカルボン酸二無水物は、下記式(O)で表されることが好ましい。
式(O)中、R115は、4価の有機基を表す。R115の好ましい範囲は式(2)におけるR115と同義であり、好ましい範囲も同様である。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、アリル基、イソアリル基、2-メチルアリル基、ビニル基と直接結合した芳香環を有する基(例えば、ビニルフェニル基など)、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロイルオキシ基、下記式(III)で表される基などが挙げられ、下記式(III)で表される基が好ましい。
式(III)において、*は他の構造との結合部位を表す。
式(III)において、R201は、炭素数2~12のアルキレン基、-CH2CH(OH)CH2-、シクロアルキレン基又はポリアルキレンオキシ基を表す。
好適なR201の例は、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、ドデカメチレン基等のアルキレン基、1,2-ブタンジイル基、1,3-ブタンジイル基、-CH2CH(OH)CH2-、ポリアルキレンオキシ基が挙げられ、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基、-CH2CH(OH)CH2-、シクロヘキシル基、ポリアルキレンオキシ基がより好ましく、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基、又はポリアルキレンオキシ基が更に好ましい。
本発明において、ポリアルキレンオキシ基とは、アルキレンオキシ基が2以上直接結合した基をいう。ポリアルキレンオキシ基に含まれる複数のアルキレンオキシ基におけるアルキレン基は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
ポリアルキレンオキシ基が、アルキレン基が異なる複数種のアルキレンオキシ基を含む場合、ポリアルキレンオキシ基におけるアルキレンオキシ基の配列は、ランダムな配列であってもよいし、ブロックを有する配列であってもよいし、交互等のパターンを有する配列であってもよい。
上記アルキレン基の炭素数(アルキレン基が置換基を有する場合、置換基の炭素数を含む)は、2以上であることが好ましく、2~10であることがより好ましく、2~6であることがより好ましく、2~5であることが更に好ましく、2~4であることが一層好ましく、2又は3であることが特に好ましく、2であることが最も好ましい。
また、上記アルキレン基は、置換基を有していてもよい。好ましい置換基としては、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子等が挙げられる。
また、ポリアルキレンオキシ基に含まれるアルキレンオキシ基の数(ポリアルキレンオキシ基の繰返し数)は、2~20が好ましく、2~10がより好ましく、2~6が更に好ましい。
ポリアルキレンオキシ基としては、溶剤溶解性及び耐溶剤性の観点からは、ポリエチレンオキシ基、ポリプロピレンオキシ基、ポリトリメチレンオキシ基、ポリテトラメチレンオキシ基、又は、複数のエチレンオキシ基と複数のプロピレンオキシ基とが結合した基が好ましく、ポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基がより好ましく、ポリエチレンオキシ基が更に好ましい。上記複数のエチレンオキシ基と複数のプロピレンオキシ基とが結合した基において、エチレンオキシ基とプロピレンオキシ基とはランダムに配列していてもよいし、ブロックを形成して配列していてもよいし、交互等のパターン状に配列していてもよい。これらの基におけるエチレンオキシ基等の繰返し数の好ましい態様は上述の通りである。
酸分解性基の具体例としては、tert-ブトキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、エトキシエチル基、メトキシエチル基、エトキシメチル基、トリメチルシリル基、tert-ブトキシカルボニルメチル基、トリメチルシリルエーテル基などが挙げられる。露光感度の観点からは、エトキシエチル基、又は、テトラヒドロフラニル基が好ましい。
式(2-A)
式(2-A)中、A1及びA2は、酸素原子を表し、R111及びR112は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、R113及びR114は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R113及びR114の少なくとも一方は、重合性基を含む基であり、両方が重合性基を含む基であることが好ましい。
R112は、式(5)におけるR112と同義であり、好ましい範囲も同様である。
上記ポリイミド前駆体の分子量の分散度は、1.5以上が好ましく、1.8以上がより好ましく、2.0以上であることが更に好ましい。ポリイミド前駆体の分子量の分散度の上限値は特に定めるものではないが、例えば、7.0以下が好ましく、6.5以下がより好ましく、6.0以下が更に好ましい。
本明細書において、分子量の分散度とは、重量平均分子量/数平均分子量により算出される値である。
また、樹脂組成物が特定樹脂として複数種のポリイミド前駆体を含む場合、少なくとも1種のポリイミド前駆体の重量平均分子量、数平均分子量、及び、分散度が上記範囲であることが好ましい。また、上記複数種のポリイミド前駆体を1つの樹脂として算出した重量平均分子量、数平均分子量、及び、分散度が、それぞれ、上記範囲内であることも好ましい。
本発明で用いるポリベンゾオキサゾール前駆体は、その構造等について特に定めるものではないが、好ましくは下記式(3)で表される繰返し単位を含む。
式(3)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123及びR124は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
式(3)において、R121は、2価の有機基を表す。2価の有機基としては、脂肪族基及び芳香族基の少なくとも一方を含む基が好ましい。脂肪族基としては、直鎖の脂肪族基が好ましい。R121は、ジカルボン酸残基が好ましい。ジカルボン酸残基は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
脂肪族基を含むジカルボン酸としては、直鎖又は分岐(好ましくは直鎖)の脂肪族基を含むジカルボン酸が好ましく、直鎖又は分岐(好ましくは直鎖)の脂肪族基と2つの-COOHからなるジカルボン酸がより好ましい。直鎖又は分岐(好ましくは直鎖)の脂肪族基の炭素数は、2~30であることが好ましく、2~25であることがより好ましく、3~20であることが更に好ましく、4~15であることが一層好ましく、5~10であることが特に好ましい。直鎖の脂肪族基はアルキレン基であることが好ましい。
直鎖の脂肪族基を含むジカルボン酸としては、マロン酸、ジメチルマロン酸、エチルマロン酸、イソプロピルマロン酸、ジ-n-ブチルマロン酸、スクシン酸、テトラフルオロスクシン酸、メチルスクシン酸、2,2-ジメチルスクシン酸、2,3-ジメチルスクシン酸、ジメチルメチルスクシン酸、グルタル酸、ヘキサフルオログルタル酸、2-メチルグルタル酸、3-メチルグルタル酸、2,2-ジメチルグルタル酸、3,3-ジメチルグルタル酸、3-エチル-3-メチルグルタル酸、アジピン酸、オクタフルオロアジピン酸、3-メチルアジピン酸、ピメリン酸、2,2,6,6-テトラメチルピメリン酸、スベリン酸、ドデカフルオロスベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘキサデカフルオロセバシン酸、1,9-ノナン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、ヘキサデカン二酸、ヘプタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、ヘンエイコサン二酸、ドコサン二酸、トリコサン二酸、テトラコサン二酸、ペンタコサン二酸、ヘキサコサン二酸、ヘプタコサン二酸、オクタコサン二酸、ノナコサン二酸、トリアコンタン二酸、ヘントリアコンタン二酸、ドトリアコンタン二酸、ジグリコール酸、更に下記式で表されるジカルボン酸等が挙げられる。
(式中、Zは炭素数1~6の炭化水素基であり、nは1~6の整数である。)
式中、Aは-CH2-、-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-NHCO-、-C(CF3)2-、及び、-C(CH3)2-からなる群から選択される2価の基を表し、*はそれぞれ独立に、他の構造との結合部位を表す。
R122は、また、ビスアミノフェノール誘導体由来の基であることが好ましく、ビスアミノフェノール誘導体由来の基としては、例えば、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジヒドロキシビフェニル、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス-(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス-(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス-(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス-(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス-(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)プロパン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジヒドロキシジフェニルエーテル、1,4-ジアミノ-2,5-ジヒドロキシベンゼン、1,3-ジアミノ-2,4-ジヒドロキシベンゼン、1,3-ジアミノ-4,6-ジヒドロキシベンゼンなどが挙げられる。これらのビスアミノフェノールは、単独にて、あるいは混合して使用してもよい。
式中、X1は、-O-、-S-、-C(CF3)2-、-CH2-、-SO2-、-NHCO-を表し、*及び#はそれぞれ、他の構造との結合部位を表す。Rは水素原子又は1価の置換基を表し、水素原子又は炭化水素基が好ましく、水素原子又はアルキル基がより好ましい。また、R122は、上記式により表される構造であることも好ましい。R122が、上記式により表される構造である場合、計4つの*及び#のうち、いずれか2つが式(3)中のR122が結合する窒素原子との結合部位であり、かつ、別の2つが式(3)中のR122が結合する酸素原子との結合部位であることが好ましく、2つの*が式(3)中のR122が結合する酸素原子との結合部位であり、かつ、2つの#が式(3)中のR122が結合する窒素原子との結合部位であるか、又は、2つの*が式(3)中のR122が結合する窒素原子との結合部位であり、かつ、2つの#が式(3)中のR122が結合する酸素原子との結合部位であることがより好ましく、2つの*が式(3)中のR122が結合する酸素原子との結合部位であり、かつ、2つの#が式(3)中のR122が結合する窒素原子との結合部位であることが更に好ましい。
ポリベンゾオキサゾール前駆体は、閉環に伴う反りの発生を抑制できる点で、下記式(SL)で表されるジアミン残基を他の種類の繰返し単位として含むことが好ましい。
式(SL)中、Zは、a構造とb構造を有し、R1sは、水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基であり、R2sは炭素数1~10の炭化水素基であり、R3s、R4s、R5s、R6sのうち少なくとも1つは芳香族基で、残りは水素原子又は炭素数1~30の有機基で、それぞれ同一でも異なっていてもよい。a構造及びb構造の重合は、ブロック重合でもランダム重合でもよい。Z部分のモル%は、a構造は5~95モル%、b構造は95~5モル%であり、a+bは100モル%である。
上記ポリベンゾオキサゾール前駆体の分子量の分散度は、1.4以上であることが好ましく、1.5以上がより好ましく、1.6以上であることが更に好ましい。ポリベンゾオキサゾール前駆体の分子量の分散度の上限値は特に定めるものではないが、例えば、2.6以下が好ましく、2.5以下がより好ましく、2.4以下が更に好ましく、2.3以下が一層好ましく、2.2以下がより一層好ましい。
また、樹脂組成物が特定樹脂として複数種のポリベンゾオキサゾール前駆体を含む場合、少なくとも1種のポリベンゾオキサゾール前駆体の重量平均分子量、数平均分子量、及び、分散度が上記範囲であることが好ましい。また、上記複数種のポリベンゾオキサゾール前駆体を1つの樹脂として算出した重量平均分子量、数平均分子量、及び、分散度が、それぞれ、上記範囲内であることも好ましい。
ポリアミドイミド前駆体は、下記式(PAI-2)で表される繰返し単位を含むことが好ましい。
式(PAI-2)中、R117は3価の有機基を表し、R111は2価の有機基を表し、A2は酸素原子又は-NH-を表し、R113は水素原子又は1価の有機基を表す。
上記連結基としては、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、又はこれらを2以上結合した連結基が好ましく、-O-、-S-、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、又はこれらを2以上結合した連結基がより好ましい。
上記アルキレン基としては、炭素数1~20のアルキレン基が好ましく、炭素数1~10のアルキレン基がより好ましく、炭素数1~4のアルキレン基が更に好ましい。
上記ハロゲン化アルキレン基としては、炭素数1~20のハロゲン化アルキレン基が好ましく、炭素数1~10のハロゲン化アルキレン基がより好ましく、炭素数1~4のハロゲン化アルキレン基がより好ましい。また、上記ハロゲン化アルキレン基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。上記ハロゲン化アルキレン基は、水素原子を有していても、水素原子の全てがハロゲン原子で置換されていてもよいが、水素原子の全てがハロゲン原子で置換されていることが好ましい。好ましいハロゲン化アルキレン基の例としては、(ジトリフルオロメチル)メチレン基等が挙げられる。
上記アリーレン基としては、フェニレン基又はナフチレン基が好ましく、フェニレン基がより好ましく、1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基が更に好ましい。
本発明において、カルボキシ基を3つ有する化合物をトリカルボン酸化合物という。
上記トリカルボン酸化合物の3つのカルボキシ基のうち2つのカルボキシ基は酸無水物化されていてもよい。
ポリアミドイミド前駆体の製造に用いられるハロゲン化されていてもよいトリカルボン酸化合物としては、分岐鎖状の脂肪族、環状の脂肪族又は芳香族のトリカルボン酸化合物などが挙げられる。
これらのトリカルボン酸化合物は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
これらの化合物は、2つのカルボキシ基が無水物化した化合物(例えば、トリメリット酸無水物)であってもよいし、少なくとも1つのカルボキシ基がハロゲン化した化合物(例えば、無水トリメリット酸クロリド)であってもよい。
他の繰返し単位としては、上述の式(2)で表される繰返し単位、下記式(PAI-1)で表される繰返し単位等が挙げられる。
式(PAI-1)中、R116は、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、及び芳香族基、複素芳香族基、又は単結合若しくは連結基によりこれらを2以上連結した基が例示され、炭素数2~20の直鎖の脂肪族基、炭素数3~20の分岐の脂肪族基、炭素数3~20の環状の脂肪族基、炭素数6~20の芳香族基、又は、単結合若しくは連結基によりこれらを2以上組み合わせた基が好ましく、炭素数6~20の芳香族基、又は、単結合若しくは連結基により炭素数6~20の芳香族基を2以上組み合わせた基がより好ましい。
上記連結基としては、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、又はこれらを2以上結合した連結基が好ましく、-O-、-S-、アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、又はこれらを2以上結合した連結基がより好ましい。
上記アルキレン基としては、炭素数1~20のアルキレン基が好ましく、炭素数1~10のアルキレン基がより好ましく、炭素数1~4のアルキレン基が更に好ましい。
上記ハロゲン化アルキレン基としては、炭素数1~20のハロゲン化アルキレン基が好ましく、炭素数1~10のハロゲン化アルキレン基がより好ましく、炭素数1~4のハロゲン化アルキレン基がより好ましい。また、上記ハロゲン化アルキレン基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。上記ハロゲン化アルキレン基は、水素原子を有していても、水素原子の全てがハロゲン原子で置換されていてもよいが、水素原子の全てがハロゲン原子で置換されていることが好ましい。好ましいハロゲン化アルキレン基の例としては、(ジトリフルオロメチル)メチレン基等が挙げられる。
上記アリーレン基としては、フェニレン基又はナフチレン基が好ましく、フェニレン基がより好ましく、1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基が更に好ましい。
本発明において、カルボキシ基を2つ有する化合物をジカルボン酸化合物、ハロゲン化されたカルボキシ基を2つ有する化合物をジカルボン酸ジハライド化合物という。
ジカルボン酸ジハライド化合物におけるカルボキシ基は、ハロゲン化されていればよいが、例えば、塩素化されていることが好ましい。すなわち、ジカルボン酸ジハライド化合物は、ジカルボン酸ジクロリド化合物であることが好ましい。
ポリアミドイミド前駆体の製造に用いられるハロゲン化されていてもよいジカルボン酸化合物又はジカルボン酸ジハライド化合物としては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族、環状の脂肪族又は芳香族ジカルボン酸化合物又はジカルボン酸ジハライド化合物などが挙げられる。
これらのジカルボン酸化合物又はジカルボン酸ジハライド化合物は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
ジカルボン酸ジハライド化合物の具体例としては、上記ジカルボン酸化合物の具体例における2つのカルボキシ基をハロゲン化した構造の化合物が挙げられる。
また、本発明におけるポリアミドイミド前駆体の別の一実施形態として、式(PAI-2)で表される繰返し単位、及び、式(PAI-1)で表される繰返し単位の合計含有量が、全繰返し単位の50モル%以上である態様が挙げられる。上記合計含有量は、70モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることが更に好ましく、90モル%超であることが特に好ましい。上記合計含有量の上限は、特に限定されず、末端を除くポリアミドイミド前駆体における全ての繰返し単位が、式(PAI-2)で表される繰返し単位、又は、式(PAI-1)で表される繰返し単位のいずれかであってもよい。
ポリアミドイミド前駆体の分子量の分散度は、1.5以上が好ましく、1.8以上がより好ましく、2.0以上であることが更に好ましい。ポリアミドイミド前駆体の分子量の分散度の上限値は特に定めるものではないが、例えば、7.0以下が好ましく、6.5以下がより好ましく、6.0以下が更に好ましい。また、樹脂組成物が特定樹脂として複数種のポリアミドイミド前駆体を含む場合、少なくとも1種のポリアミドイミド前駆体の重量平均分子量、数平均分子量、及び、分散度が上記範囲であることが好ましい。また、上記複数種のポリアミドイミド前駆体を1つの樹脂として算出した重量平均分子量、数平均分子量、及び、分散度が、それぞれ、上記範囲内であることも好ましい。
ポリイミド前駆体等は、例えば、低温中でテトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させる方法、低温中でテトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させてポリアミック酸を得、縮合剤又はアルキル化剤を用いてエステル化する方法、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、その後ジアミンと縮合剤の存在下で反応させる方法、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、その後残りのジカルボン酸をハロゲン化剤を用いて酸ハロゲン化し、ジアミンと反応させる方法、などの方法を利用して得ることができる。上記製造方法のうち、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、その後残りのジカルボン酸をハロゲン化剤を用いて酸ハロゲン化し、ジアミンと反応させる方法がより好ましい。
上記縮合剤としては、例えばジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、1-エトキシカルボニル-2-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリン、1,1-カルボニルジオキシ-ジ-1,2,3-ベンゾトリアゾール、N,N’-ジスクシンイミジルカーボネート、無水トリフルオロ酢酸等が挙げられる。
上記アルキル化剤としては、N,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジエチルアセタール、N,N-ジアルキルホルムアミドジアルキルアセタール、オルトギ酸トリメチル、オルトギ酸トリエチル等が挙げられる。
上記ハロゲン化剤としては、塩化チオニル、塩化オキサリル、オキシ塩化リン等が挙げられる。
ポリイミド前駆体等の製造方法では、反応に際し、有機溶剤を用いることが好ましい。有機溶剤は1種でもよいし、2種以上でもよい。
有機溶剤としては、原料に応じて適宜定めることができるが、ピリジン、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン、プロピオン酸エチル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、γ-ブチロラクトン等が例示される。
ポリイミド前駆体等の製造方法では、反応に際し、塩基性化合物を添加することが好ましい。塩基性化合物は1種でもよいし、2種以上でもよい。
塩基性化合物は、原料に応じて適宜定めることができるが、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン等が例示される。
ポリイミド前駆体等の製造方法に際し、保存安定性をより向上させるため、ポリイミド前駆体等の樹脂末端に残存するカルボン酸無水物、酸無水物誘導体、或いは、アミノ基を封止することが好ましい。樹脂末端に残存するカルボン酸無水物、及び酸無水物誘導体を封止する際、末端封止剤としては、モノアルコール、フェノール、チオール、チオフェノール、モノアミン等が挙げられ、反応性、膜の安定性から、モノアルコール、フェノール類やモノアミンを用いることがより好ましい。モノアルコールの好ましい化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、ドデシノール、ベンジルアルコール、2-フェニルエタノール、2-メトキシエタノール、2-クロロメタノール、フルフリルアルコール等の1級アルコール、イソプロパノール、2-ブタノール、シクロヘキシルアルコール、シクロペンタノール、1-メトキシ-2-プロパノール等の2級アルコール、t-ブチルアルコール、アダマンタンアルコール等の3級アルコールが挙げられる。フェノール類の好ましい化合物としては、フェノール、メトキシフェノール、メチルフェノール、ナフタレン-1-オール、ナフタレン-2-オール、ヒドロキシスチレン等のフェノール類などが挙げられる。また、モノアミンの好ましい化合物としては、アニリン、2-エチニルアニリン、3-エチニルアニリン、4-エチニルアニリン、5-アミノ-8-ヒドロキシキノリン、1-ヒドロキシ-7-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-6-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-5-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-4-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-7-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-6-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-5-アミノナフタレン、1-カルボキシ-7-アミノナフタレン、1-カルボキシ-6-アミノナフタレン、1-カルボキシ-5-アミノナフタレン、2-カルボキシ-7-アミノナフタレン、2-カルボキシ-6-アミノナフタレン、2-カルボキシ-5-アミノナフタレン、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノベンゼンスルホン酸、3-アミノベンゼンスルホン酸、4-アミノベンゼンスルホン酸、3-アミノ-4,6-ジヒドロキシピリミジン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノフェノール、2-アミノチオフェノール、3-アミノチオフェノール、4-アミノチオフェノールなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよく、複数の末端封止剤を反応させることにより、複数の異なる末端基を導入してもよい。
また、樹脂末端のアミノ基を封止する際、アミノ基と反応可能な官能基を有する化合物で封止することが可能である。アミノ基に対する好ましい封止剤は、カルボン酸無水物、カルボン酸クロリド、カルボン酸ブロミド、スルホン酸クロリド、無水スルホン酸、スルホン酸カルボン酸無水物などが好ましく、カルボン酸無水物、カルボン酸クロリドがより好ましい。カルボン酸無水物の好ましい化合物としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水安息香酸、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物などが挙げられる。また、カルボン酸クロリドの好ましい化合物としては、塩化アセチル、アクリル酸クロリド、プロピオニルクロリド、メタクリル酸クロリド、ピバロイルクロリド、シクロヘキサンカルボニルクロリド、2-エチルヘキサノイルクロリド、シンナモイルクロリド、1-アダマンタンカルボニルクロリド、ヘプタフルオロブチリルクロリド、ステアリン酸クロリド、ベンゾイルクロリド、などが挙げられる。
ポリイミド前駆体等の製造に際し、固体を析出する工程を含んでいてもよい。具体的には、反応液中に共存している脱水縮合剤の吸水副生物を必要に応じて濾別した後、水、脂肪族低級アルコール、又はその混合液等の貧溶媒に、得られた重合体成分を投入し、重合体成分を析出させることで、固体として析出させ、乾燥させることでポリイミド前駆体等を得ることができる。精製度を向上させるために、ポリイミド前駆体等を再溶解、再沈析出、乾燥等の操作を繰返してもよい。さらに、イオン交換樹脂を用いてイオン性不純物を除去する工程を含んでいてもよい。
本発明の樹脂組成物における特定樹脂の含有量は、樹脂組成物の全固形分に対し20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以上であることが一層好ましい。また、本発明の樹脂組成物における樹脂の含有量は、樹脂組成物の全固形分に対し、99.5質量%以下であることが好ましく、99質量%以下であることがより好ましく、98質量%以下であることが更に好ましく、97質量%以下であることが一層好ましく、95質量%以下であることがより一層好ましい。
本発明の樹脂組成物は、特定樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
具体的には、本発明の樹脂組成物は、特定樹脂と、後述する他の樹脂とを合計で2種以上含んでもよいし、特定樹脂を2種以上含んでいてもよいが、特定樹脂を2種以上含むことが好ましい。
本発明の樹脂組成物が特定樹脂を2種以上含む場合、例えば、ポリイミド前駆体であって、二無水物由来の構造(上述の式(2)でいうR115)が異なる2種以上のポリイミド前駆体を含むことが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、上述した特定樹脂と、特定樹脂とは異なる他の樹脂(以下、単に「他の樹脂」ともいう)とを含んでもよい。
他の樹脂としては、フェノール樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリシロキサン、シロキサン構造を含む樹脂、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、ウレタン樹脂、ブチラール樹脂、スチリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
例えば、(メタ)アクリル樹脂を更に加えることにより、塗布性に優れた樹脂組成物が得られ、また、耐溶剤性に優れたパターン(硬化物)が得られる。
例えば、後述する重合性化合物に代えて、又は、後述する重合性化合物に加えて、重量平均分子量が20,000以下の重合性基価の高い(例えば、樹脂1gにおける重合性基の含有モル量が1×10-3モル/g以上である)(メタ)アクリル樹脂を樹脂組成物に添加することにより、樹脂組成物の塗布性、パターン(硬化物)の耐溶剤性等を向上させることができる。
また、本発明の樹脂組成物における、他の樹脂の含有量は、樹脂組成物の全固形分に対し、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましく、60質量%以下であることが一層好ましく、50質量%以下であることがより一層好ましい。
また、本発明の樹脂組成物の好ましい一態様として、他の樹脂の含有量が低含有量である態様とすることもできる。上記態様において、他の樹脂の含有量は、樹脂組成物の全固形分に対し、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましく、5質量%以下であることが一層好ましく、1質量%以下であることがより一層好ましい。上記含有量の下限は特に限定されず、0質量%以上であればよい。
本発明の樹脂組成物は、他の樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、アルコキシシリル基を有する光塩基発生剤(特定光塩基発生剤)を含む。
アルコキシシリル基を有する光塩基発生剤は、アルコキシシリル基由来のケイ素原子と塩基性部位をともに有する塩基を発生する構造が好ましい。
上記アルコキシシリル基としては、モノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基のいずれであってもよいが、トリアルコキシシリル基が好ましい。
上記アルコキシシリル基におけるアルコキシ基としては、炭素数1~4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基又はエトキシ基がより好ましく、エトキシ基が更に好ましい。
特定光塩基発生剤におけるアルコキシシリル基の数は、特に限定されないが、1~4であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
pKaとは、酸の第一解離定数の逆数の対数を表し、Determination of Organic Structures by Physical Methods(著者:Brown, H. C., McDaniel, D. H., Hafliger, O., Nachod, F. C.; 編纂:Braude, E. A., Nachod, F. C.; Academic Press, New York, 1955)や、Data for Biochemical Research(著者:Dawson, R.M.C.et al; Oxford, Clarendon Press, 1959)に記載の値を参照することができる。これらの文献に記載の無い化合物については、ACD/pKa(ACD/Labs製)のソフトを用いて構造式より算出した値をpKaとして用いることとする。
特定塩基発生剤が構造中に塩構造を含まないものである場合、発生する塩基が共有結合を用いて潜在化されていることが好ましく、発生する塩基がアミド結合、カルバメート結合、又は、オキシム結合を用いて潜在化されていることが好ましい。
特定塩基発生剤が構造中に塩構造を含むものである場合、塩構造としてはアミン塩構造又は第四級アンモニウム塩構造であることが好ましい。
これらの中でも、保存安定性及び絶縁性の観点からは式(1-1)で表される化合物が好ましい。
保存安定及び耐薬品性の観点からは式(1-2)で表される化合物が好ましい。
破断伸びの観点からは式(1-3)で表される化合物が好ましい。
式(1-2)中、X2は置換または無置換のアントラセン構造、又は、ニトロ基を有するアリール基を表し、R3及びR4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、R3及びR4は結合して環構造を形成してもよく、Y2は2価の連結基を表し、Z2はアルコキシシリル基を表す;
式(1-3)中、X3及びX4はそれぞれ独立に、置換または無置換のアリール基を表し、R5は1価の有機基を表し、R6~R9はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~12の炭化水素基又はアルコキシシリル基を有する基を表し、R6~R9の少なくとも2つが結合して環構造を形成してもよく、R6~R9の少なくとも1つは、アルコキシシリル基を有する基である。
本発明において、隣接位とは、環構造においてある結合部位を有する環員と別の結合部位を有する環員とが隣接する環員であることをいい、アリール基がフェニル基であれば、オルト位をいう。
式(1-1)中、R1及びR2は、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、水素原子、炭素数1~12の飽和脂肪族炭化水素基、又は、炭素数6~12の芳香族炭化水素基がより好ましく、水素原子又は炭素数1~12の飽和脂肪族炭化水素基がより好ましい。
R1及びR2は、結合して環構造を形成してもよく、形成される環構造としては、5員環構造又は6員環構造が好ましく、6員環構造がより好ましい。形成される環構造の例としては、ピペリジン環構造が挙げられる。
式(1-1)中、Y1は2価の連結基を表し、炭化水素基、又は、炭化水素基、エーテル結合、カルボニル基、チオエーテル結合、スルホニル基、及び、-NRN-よりなる群から選ばれた2以上の構造が結合した基が好ましく、炭化水素基がより好ましい。
上記炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基であってもよいし、芳香族炭化水素基であってもよいが、脂肪族炭化水素基が好ましく、飽和脂肪族炭化水素基がより好ましい。
上記炭化水素基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6がより好ましい。
上記RNは水素原子又は炭化水素基を表し、水素原子、アルキル基又はアリール基がより好ましく、水素原子又はアルキル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
式(1-1)中、Z1はアルコキシシリル基を表し、アルコキシシリル基の好ましい態様は上述の通りである。
上記ニトロ基を有するアリール基におけるニトロ基は、2以上であってもよいが、1つであることが好ましい。
式(1-2)に記載のX2が結合する炭素原子との結合部位と、上記ニトロ基のうち少なくとも1つとの結合部位とは、上記アリール基における隣接位であることが好ましい。
式(1-2)中、R3、R4、Y2及びZ2はそれぞれ、式(1-1)中のR1、R2、Y1及びZ1と同義であり、好ましい態様も同様である。
特に、X3がフェニル基であり、X4がフェニレン基であることが好ましい。
X3及びX4における置換基としては、特に限定されず、本発明の効果が得られる範囲内において公知の置換基を有することができる。
式(1-3)中、R5は1価の有機基を表し、炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。R5における炭化水素基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましく、1が特に好ましい。これらの中でも、R5はメチル基であることが特に好ましい。
式(1-3)中、R6~R9はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~12の炭化水素基又はアルコキシシリル基を有する基を表す。
R6~R9の少なくとも1つは、アルコキシシリル基を有する基である。
R6~R9におけるアルコキシシリル基を有する基としては、下記式(AS-1)で表される基が挙げられる。
式(AS-1)中、L1は2価の連結基を表し、Z3はアルコキシシリル基を表す。
L1は炭化水素基、又は、炭化水素基、エーテル結合、カルボニル基、チオエーテル結合、スルホニル基、及び、-NRN-よりなる群から選ばれた2以上の構造が結合した基が好ましく、炭化水素基がより好ましい。
上記炭化水素基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6がより好ましい。
上記RNは上述の通りである。
Z3の好ましい態様は、上述のアルコキシシリル基の好ましい態様の通りである。
R6~R9における、アルコキシシリル基を有する基とは異なる基としては、水素原子、又は、炭素数1~12の炭化水素基であり、水素原子又は炭素数1~12の飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、水素原子又は炭素数1~4の飽和脂肪族炭化水素基がより好ましい。
特定光塩基発生剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。特定光塩基発生剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、重合性基及びアゾール基を有する化合物である化合物Bを含むことが好ましい。
化合物Bにおける重合性基としては、ラジカル重合性基、アルコキシシリル基、エポキシ基、オキセタニル基、メチロール基、アルコキシメチル基、(ブロック)イソシアネート基等の公知の重合性基が挙げられる。
これらの中でも、硬化物の金属との密着性の観点から、化合物Bは重合性基として、ラジカル重合性基、及び、アルコキシシリル基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の基を含むことが好ましい。
上記アルコキシシリル基におけるアルコキシ基としては、炭素数1~4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基又はエトキシ基がより好ましく、エトキシ基が更に好ましい。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基等の芳香環に直接結合した、置換されていてもよいビニル基を有する基、(メタ)アクリルアミド基、(メタ)アクリロイルオキシ基等が挙げられ、(メタ)アクリロイルオキシ基が好ましい。
化合物Bは、重合性基を1個のみ有していてもよいし、2個以上有していてもよい。
また、化合物Bは、重合性基を1種のみ有していてもよいし、2種以上有していてもよい。例えば、ラジカル重合性基と、アルコキシシリル基とを有していてもよい。
化合物Bにおけるアゾール基としては、環員として窒素原子を1つ以上含む複素5員環化合物であって、置換基又は縮合環構造を有していてもよい複素5員環化合物から水素原子を1つ以上除いた構造を有する基であればよいが、環員として1以上の窒素原子及び1又は複数の炭素原子のみを含む複素5員環化合物であって、置換基を有していてもよい複素5員環化合物から水素原子を1つ以上除いた構造を有する基であることが好ましい。
硬化物の金属との密着性の観点から、アゾール基としては、ピロール環、ピラゾール環、インダゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、1,2,3-トリアゾール環、1,2,4-トリアゾール環、ベンゾトリアゾール環、又は、テトラゾール環から水素原子を1つ以上除いた構造を有する基であることが好ましく、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、1,2,4-トリアゾール環、又は、ベンゾトリアゾール環から水素原子を1つ以上除いた構造を有する基であることがより好ましい。
式(B-1)中、RB1は重合性基を有する構造との結合部位、水素原子又は重合性基を有しない1価の有機基を表し、ZB1~ZB4はそれぞれ独立に、=CRB7-又は窒素原子を表し、RB7は重合性基を有する構造との結合部位、水素原子又は重合性基を有しない1価の有機基を表し、式(B-1)に含まれるRB1及びRB7のうち、少なくとも1つは重合性基を有する構造との結合部位を表す;
式(B-2)中、RB2~RB6はそれぞれ独立に、重合性基を有する構造との結合部位、水素原子又は重合性基を有しない1価の有機基を表し、ZB5及びZB6はそれぞれ独立に、=CRB8-または窒素原子を表し、RB8は重合性基を有する構造との結合部位、水素原子、又は、重合性基を有しない1価の有機基を表し、式(B-2)に含まれるRB2~RB6及びRB8のうち、少なくとも1つは重合性基を有する構造との結合部位を表す。
上記RB1における1価の有機基としては、特に限定されず、本発明の効果が得られる限りにおいて公知の有機基を使用することが可能であるが、炭化水素基又はアミノ基であることが好ましく、アルキル基又はアミノ基であることがより好ましい。上記炭化水素基又はアルキル基の炭素数は特に限定されないが、1~10であることが好ましく、1~4であることがより好ましい。
上記アミノ基は、置換アミノ基であってもよいし、無置換アミノ基であってもよい。
中でも、ZB1~ZB4のうち2つが窒素原子であり、2つが=CRB7-である態様、ZB1~ZB4のうち1つが窒素原子であり、3つが=CRB7-である態様、又は、ZB1~ZB4のうち3つが窒素原子であり、1つが=CRB7-である態様が好ましい。
また、これらの中でも、ZB1及びZB3が窒素原子であり、ZB2及びZB4が=CRB7-である態様、ZB1及びZB2が窒素原子であり、ZB3及びZB4が=CRB7-である態様、ZB2が窒素原子であり、ZB1、ZB3及びZB4が=CRB7-である態様、又は、ZB1、ZB2及びZB3が窒素原子であり、ZB4が=CRB7-である態様が好ましく、ZB1及びZB3が窒素原子であり、ZB2及びZB4が=CRB7-である態様がより好ましい。
上記RB7は水素原子又は1価の有機基であることが好ましい。
また、ZB1、ZB2及びZB3が窒素原子であり、ZB4が=CRB7-である場合、RB7は重合性基を有する構造との結合部位であることが好ましい。
RB7における1価の有機基の好ましい態様は、上述のRB1における1価の有機基の好ましい態様と同様である。
中でも、ZB5及びZB6がいずれも窒素原子を表す態様、又は、ZB5が窒素原子を、ZB6が=CRB8-をそれぞれ表す態様が好ましい。
式(B-2)において、ZB5及びZB6がいずれも窒素原子を表す場合、RB6が重合性基を有する構造との結合部位を表すことが好ましい。また、式(B-2)において、ZB5及びZB6がいずれも窒素原子を表し、かつ、RB6のみが重合性基を有する構造との結合部位を表す態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
式(B-2)において、ZB5が窒素原子を、ZB6が=CRB8-をそれぞれ表す場合、RB8が重合性基を有する構造との結合部位を表すことが好ましい。また、式(B-2)において、ZB5が窒素原子を、ZB6が=CRB8-をそれぞれ表し、かつ、RB8のみが重合性基を有する構造との結合部位を表す態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
式(B-2)中、ZB5が窒素原子を、ZB6が=CRB8-をそれぞれ表す場合、RB6は水素原子又は重合性基を有しない1価の有機基を表すことが好ましい。RB6における1価の有機基の好ましい態様は、上述のRB1における1価の有機基の好ましい態様と同様である。
他の場合には、RB6は重合性基を有する構造との結合部位を表すことが好ましい。特に、ZB5が窒素原子を、ZB6が=CRB8-をそれぞれ表す場合、RB8が重合性基を有する構造との結合部位を表すことが好ましい。
式(B-2)中、RB8は重合性基を有する構造との結合部位を表すことが好ましい。
ZB5及びZB6がいずれも=CRB8-を表す場合、一方のRB8が重合性基を有する構造との結合部位を表し、他方が水素原子又は1価の有機基を表すことが好ましい。RB8における1価の有機基の好ましい態様は、上述のRB1における1価の有機基の好ましい態様と同様である。
式(B-3)~式(B-6)中、RB9~RB20における1価の有機基の好ましい態様は、上述のRB1における1価の有機基の好ましい態様と同様である。
化合物Bがアミド基、ウレタン基及びウレア基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の基を有することにより、化合物Bと特定樹脂との相互作用が促進され、硬化物と金属との密着性が向上すると推測される。
上記アミド基、ウレタン基及びウレア基は、アゾール基と直接結合していてもよいし、連結基を介して結合していてもよい。
上記連結基としては、炭化水素基、又は、炭化水素基と、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-及び-NRN-よりなる群から選ばれた少なくとも1つの基との結合により表される基が好ましく、炭化水素基がより好ましい。
上記RNは水素原子又は炭化水素基を表し、水素原子、アルキル基又はアリール基がより好ましく、水素原子又はアルキル基が更に好ましく、水素原子が特に好ましい。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
化合物Bがアミド基、ウレタン基又はウレア基を有する場合、化合物Bは、上記アゾール基と、アミド基、ウレタン基又はウレア基とを含む構造として、下記式(B-7)、(B-8)又は式(B-9)で表される構造を有することが好ましい。
式(B-7)中、X1はアゾール基を表し、L1は単結合又は2価の連結基を表し、RB21は水素原子又は1価の有機基を表し、*は重合性基を有する構造との結合部位を表す。
式(B-8)中、X2はアゾール基を表し、L2は単結合又は2価の連結基を表し、RB22は水素原子又は1価の有機基を表し、*は重合性基を有する構造との結合部位を表す。
式(B-9)中、X3はアゾール基を表し、L3は単結合又は2価の連結基を表し、RB23及びRB24はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、*は重合性基を有する構造との結合部位を表す。
式(B-7)中、X1におけるアゾール基の好ましい態様は上述のとおりである。上述のアゾール基における重合性基を有する構造との結合部位が、式(B-7)中のL1との結合部位に該当する。
式(B-7)中、L1における2価の連結基としては、炭化水素基、又は、炭化水素基と、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-及び-NRN-よりなる群から選ばれた少なくとも1つの基との結合により表される基が好ましく、炭化水素基がより好ましい。
上記RNは上述のとおりである。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
式(B-7)中、RB21は水素原子又は1価の有機基を表し、水素原子が好ましい。RB21における1価の有機基の好ましい態様は、上述のRB1と同様である。
式(B-8)中、X2は式(B-7)中のX1と、L2は式(B-7)中のL1と、RB22は式(B-7)中のRB21とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
式(B-9)中、X3は式(B-7)中のX1と、L3は式(B-7)中のL1と、RB23及びRB24はそれぞれ独立に、式(B-7)中のRB21とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同様である。
また、硬化物の金属との密着性の観点からは、硬化性樹脂組成物は、低分子化合物Bと、樹脂Bとの両方を含むことも好ましい。
低分子化合物Bの分子量は、2,000未満であり、1,500以下であることが好ましく、1,000以下であることがより好ましい。
低分子化合物Bにおける重合性基の数は、特に限定されないが、1~10であることが好ましく、1~4であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましい。
低分子化合物Bにおけるアゾール基の数は、特に限定されないが、1~10であることが好ましく、1~4であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましく、1であることが更に好ましい。
式(BL-1)中、XLAにおけるアゾール基の好ましい態様は、上述のとおりである。
式(BL-1)中、LLAは単結合、炭化水素基、又は、炭化水素基と、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-及び-NRN-よりなる群から選ばれた少なくとも1つの基との結合により表される基が好ましい。
上記RNは上述のとおりである。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
また、式(BL-1)中、LLAが下記式(L-1)又は式(L-2)で表される基である態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
式(L-1)中、L1は単結合又は2価の連結基を表し、RB21は水素原子又は1価の有機基を表し、L3はn1+1価の連結基を表し、n1は1以上の整数を表し、#はアゾール基との結合部位を表し、*は重合性基との結合部位を表す。
式(L-2)中、L2は単結合又は2価の連結基を表し、RB22及びRB23はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、L4はn2+1価の連結基を表し、n2は1以上の整数を表し、#はアゾール基との結合部位を表し、*は重合性基との結合部位を表す。
式(L-1)中、L1及びRB21はそれぞれ、式(B-7)中のL1及びRB21と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(L-1)中、L3は炭化水素基、又は、炭化水素基と、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-及び-NRN-よりなる群から選ばれた少なくとも1つの基との結合により表される基が好ましい。
上記RNは上述のとおりである。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
式(L-1)中、n1は1~10の整数であることが好ましく、1~4の整数がより好ましく、1又は2が更に好ましく、1が特に好ましい。
式(L-2)中、L2、RB22及びRB23はそれぞれ、式(B-8)中のL2、RB22及びRB23と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(L-2)中、L4は式(L-1)中のL3と同義であり、好ましい態様も同様である。
式(L-2)中、n2は1~10の整数であることが好ましく、1~4の整数がより好ましく、1又は2が更に好ましく、1が特に好ましい。
式(BL-1)中、XLBにおける重合性基の好ましい態様は、上述のとおりである。
式(BL-1)中、nは1~10の整数であることが好ましく、1~4の整数がより好ましく、1又は2が更に好ましく、1が特に好ましい。
nが2以上である場合、式(BL-1)に複数含まれるLLA及びXLBは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
式(BL-1)中、mは1~10の整数であることが好ましく、1~4の整数がより好ましく、1又は2が更に好ましく、1が特に好ましい。
mが2以上である場合、式(BL-1)に複数含まれるXLBは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
樹脂Bは、アゾール基を含む繰り返し単位と、重合性基を含む繰り返し単位とを有する樹脂であるか、又は、アゾール基及び重合性基を含む繰り返し単位を有する樹脂であることが好ましく、アゾール基を含む繰り返し単位と、重合性基を含む繰り返し単位とを有する樹脂であることがより好ましい。
樹脂Bの重量平均分子量は、2,000~100,000であることが好ましく、3,000~70,000であることがより好ましく、5,000~50,000であることが更に好ましい。
また、樹脂Bは、アクリル樹脂であることが好ましい。
式(BA-1)中、L3は単結合又は2価の連結基を表し、X3はアゾール基を表し、Rは水素原子又はメチル基を表す。
式(BA-1)中、L3は単結合又は2価の連結基を表す。
上記2価の連結基としては、炭化水素基、又は、炭化水素基と、-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)2-及び-NRN-よりなる群から選ばれた少なくとも1つの基との結合により表される基が好ましく、炭化水素基がより好ましい。
上記RNは上述のとおりである。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
これらの中でも、L3は単結合、下記式(BA-1-1)で表される基又は下記式(BA-1-2)で表される基が好ましい。
式(BA-1-1)又は式(BA-1-2)中、L4は2価の連結基を表し、L5は単結合又は2価の連結基を表し、L6は2価の連結基を表し、L7は単結合又は2価の連結基を表し、*は式(BA-1)中のカルボニル基との結合部位を表し、A1及びA2は-O-又はーNRN-を表し、#は(BA-1)中のX3との結合部位を表す。
上記RNは上述のとおりである。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
式(BA-2)中、A3は-O-又は-NRN-を表し、LP1は2価の連結基を表し、XP1は重合性基を表し、Rは水素原子又はメチル基を表す。
上記RNは上述のとおりである。
上記炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキレン基の炭素数は、2~20が好ましく、2~10がより好ましい。
特に、樹脂Bが、重合性基が異なる複数種の式(BA-2)で表される繰り返し単位を含むことも本発明の好ましい態様の一つである。上記態様において、樹脂Bは、重合性基としてアルコキシシリル基を含む式(BA-2)で表される繰り返し単位と、重合性基としてアルコキシシリル基とは異なる基を含む式(BA-2)で表される繰り返し単位とを含むことが好ましい。
化合物Bの具体例としては、実施例で使用された化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
化合物Bの含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して0.05~10質量%であることが好ましく、0.10~5質量%であることがより好ましく、0.15~2質量%であることが更に好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、化合物Bを1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。化合物Bを2種以上含有する場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
得られる硬化物の金属との密着性の観点からは、本発明の硬化性樹脂組成物は、重合性基を有さずアゾール基を有する化合物である化合物Cを更に含むことが好ましい。
化合物Cにおけるアゾール基の好ましい態様は、上述の化合物Bにおけるアゾール基の好ましい態様と同様である。
また、化合物Cは重合性基を有しない化合物であるが、重合性基の詳細は、上述の化合物Bにおける重合性基と同義である。
式(C-1)中、Z1~Z4はそれぞれ独立に、=CR7-または窒素原子を表し、R1は水素原子又は1価の有機基を表し、R7は水素原子又は1価の有機基を表し、式(C-1)で表される構造中に重合性基は含まない;
式(C-2)中、Z5~Z6はそれぞれ独立に、=CR8-または窒素原子を表し、R2~R6はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R8は水素原子又は1価の有機基を表し、式(C-2)で表される構造中に重合性基は含まない。
中でも、Z1~Z4のうち1つが窒素原子であり、3つが=CR7-である態様、Z1~Z4のうち2つが窒素原子であり、2つが=CR7-である態様、又は、Z1~Z4のうち3つが窒素原子であり、1つが=CR7-である態様が好ましい。
また、これらの中でも、Z1及びZ3が窒素原子であり、Z2及びZ4が=CR7-である態様、Z1及びZ2が窒素原子であり、Z3及びZ4が=CR7-である態様、又は、Z1、Z2及びZ3が窒素原子であり、Z4が=CR7-である態様が好ましく、Z1及びZ3が窒素原子であり、Z2及びZ4が=CRB7-である態様、又は、Z1、Z2及びZ3が窒素原子であり、Z4が=CR7-である態様がより好ましい。
上記炭化水素基又はアルキル基の炭素数は、1~20であることが好ましく、1~10であることがより好ましく、1~4であることが更に好ましい。
中でも、Z5及びZ6がいずれも窒素原子を表す態様、又は、Z5が窒素原子を、Z6が=CR8-をそれぞれ表す態様が好ましい。
化合物Cの分子量は、67~500であることが好ましく、68~300であることがより好ましい。
化合物Cの具体例としては、実施例で使用された化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
化合物Cの含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して0.05~10質量%であることが好ましく、0.10~5質量%であることがより好ましく、0.15~2質量%であることが更に好ましい。
硬化性樹脂組成物は化合物Cを1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。化合物Cを2種以上含有する場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、上記アルコキシシリル基を有する光塩基発生剤とは異なるシランカップリング剤であって、アゾール基を有しないシランカップリング剤(「他のシランカップリング剤」ともいう。)を含むことが好ましい。
上記シランカップリング剤としては、アルコキシシリル基とは異なる重合性基を有し、アゾール基を有しないシランカップリング剤である化合物D、又は、アルコキシシリル基とは異なる重合性基及びアゾール基をいずれも有しないシランカップリング剤である化合物Eが挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、アルコキシシリル基とは異なる重合性基を有し、アゾール基を有しないシランカップリング剤である化合物Dを更に含んでもよい。
化合物Dにおけるアルコキシシリル基の好ましい態様は、上述の化合物Bにおけるアルコキシシリル基の好ましい態様と同様である。
また、化合物Dはアゾール基を有しない化合物であるが、アゾール基の詳細は、上述の化合物Bにおけるアゾール基と同義である。
化合物Dにおけるラジカル重合性基の好ましい態様は、上述の化合物Bにおけるラジカル重合性基の好ましい態様と同様である。
式(DA-1)中、RD1~RD3はそれぞれ独立に、アルキル基を表し、LD1は2価の連結基を表し、XD1は重合性基を表す。
上記RNは上述のとおりである。
また、LD1中にアミド基及びウレア基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の基を有する態様も、本発明の好ましい態様の1つである。
また、硬化物の金属との密着性の観点からは、硬化性樹脂組成物は、低分子化合物Dと、樹脂Dとの両方を含むことも好ましい。
低分子化合物Dの分子量は、2,000未満であり、1,500以下であることが好ましく、1,000以下であることがより好ましい。
低分子化合物Dにおけるアルコキシシリル基とは異なる重合性基の数は、特に限定されないが、1~10であることが好ましく、1~4であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましい。
低分子化合物Dは、上述の式(DA-1)で表される化合物であって、分子量が上述の範囲内である化合物であることが好ましい。
樹脂Dは、アルコキシシリル基を含む繰り返し単位と、アルコキシシリル基とは異なる重合性基を含む繰り返し単位とを有する樹脂であるか、又は、アルコキシシリル基及びアルコキシシリル基とは異なる重合性基を含む繰り返し単位を有する樹脂であることが好ましく、アルコキシシリル基を含む繰り返し単位と、アルコキシシリル基とは異なる重合性基を含む繰り返し単位とを有する樹脂であることがより好ましい。
樹脂Dの重量平均分子量は、2,000~100,000であることが好ましく、3,000~70,000であることがより好ましく、5,000~50,000であることが更に好ましい。
また、樹脂Dは、アクリル樹脂であることが好ましい。
化合物Dの具体例としては、実施例で使用された化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
化合物Dの含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して0.05~10質量%であることが好ましく、0.10~5質量%であることがより好ましく、0.15~2質量%であることが更に好ましい。
硬化性樹脂組成物は化合物Dを1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。化合物Dを2種以上含有する場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、アルコキシシリル基とは異なる重合性基及びアゾール基をいずれも有しないシランカップリング剤である化合物Eを更に含むことが好ましい。
化合物Eとしては、アルコキシシリル基を有し、かつ、アルコキシシリル基とは異なる重合性基及びアゾール基を有しない化合物が好ましい。
化合物Eはアルコキシシリル基とは異なる重合性基を有しない化合物であるが、アルコキシシリル基とは異なる重合性基の詳細は、上述の化合物Dにおけるアルコキシシリル基とは異なる重合性基重合性基と同義である。
化合物Eはアゾール基を有しない化合物であるが、アゾール基の詳細は、上述の化合物Bにおけるアゾール基と同義である。
化合物Eの含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物の全固形分に対して0.05~10質量%であることが好ましく、0.10~5質量%であることがより好ましく、0.15~2質量%であることが更に好ましい。
硬化性樹脂組成物は化合物Eを1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。化合物Eを2種以上含有する場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、アルコキシシリル基を有しない塩基発生剤を含んでもよい。ここで、塩基発生剤とは、物理的または化学的な作用によって塩基を発生することができる化合物である。本発明の樹脂組成物にとって好ましい塩基発生剤としては、熱塩基発生剤および光塩基発生剤が挙げられる。
特に、樹脂組成物が環化樹脂の前駆体を含む場合、樹脂組成物は塩基発生剤を含むことが好ましい。樹脂組成物が熱塩基発生剤を含有することによって、例えば加熱により前駆体の環化反応を促進でき、硬化物の機械特性や耐薬品性が良好なものとなり、例えば半導体パッケージ中に含まれる再配線層用層間絶縁膜としての性能が良好となる。
塩基発生剤としては、イオン型塩基発生剤でもよく、非イオン型塩基発生剤でもよい。塩基発生剤から発生する塩基としては、例えば、2級アミン、3級アミンが挙げられる。
本発明に係る塩基発生剤について特に制限はなく、公知の塩基発生剤を用いることができる。公知の塩基発生剤としては、例えば、カルバモイルオキシム化合物、カルバモイルヒドロキシルアミン化合物、カルバミン酸化合物、ホルムアミド化合物、アセトアミド化合物、カルバメート化合物、ベンジルカルバメート化合物、ニトロベンジルカルバメート化合物、スルホンアミド化合物、イミダゾール誘導体化合物、アミンイミド化合物、ピリジン誘導体化合物、α-アミノアセトフェノン誘導体化合物、4級アンモニウム塩誘導体化合物、ピリジニウム塩、α-ラクトン環誘導体化合物、アミンイミド化合物、フタルイミド誘導体化合物、アシルオキシイミノ化合物、などを用いることができる。
非イオン型塩基発生剤の具体的な化合物としては、式(B1)、式(B2)、又は式(B3)で表される化合物が挙げられる。
Rb13はアルキル基(炭素数1~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~24が好ましく、2~18がより好ましく、3~12が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~12が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)であり、本発明の効果を奏する範囲で置換基を有していてもよい。中でも、Rb13はアリールアルキル基が好ましい。
Rb15及びRb16は水素原子、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11が更に好ましい)であり、水素原子又はメチル基が好ましい。
Rb17はアルキル基(炭素数1~24が好ましく、1~12がより好ましく、3~8が更に好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~10がより好ましく、3~8が更に好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~12が更に好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~12が更に好ましい)であり、中でもアリール基が好ましい。
環状アルキル基は、炭素数3~12のものが好ましく、3~6がより好ましい。環状アルキル基は、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。
鎖状アルキル基と環状アルキル基の組合せに係る基は、炭素数4~24のものが好ましく、4~18がより好ましく、4~12がさらに好ましい。鎖状アルキル基と環状アルキル基の組合せに係る基は、例えば、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルプロピル基、メチルシクロヘキシルメチル基、エチルシクロヘキシルエチル基等が挙げられる。
酸素原子を鎖中に有するアルキル基は、炭素数2~12のものが好ましく、2~6がより好ましく、2~4がさらに好ましい。酸素原子を鎖中に有するアルキル基は、鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよい。
なかでも、後述する分解生成塩基の沸点を高める観点で、RN1およびRN2は炭素数5~12のアルキル基が好ましい。ただし、金属(例えば銅)の層と積層する際の密着性を重視する処方においては、環状のアルキル基を有する基や炭素数1~8のアルキル基であることが好ましい。
2価の炭化水素連結基は、炭素数1~24のものが好ましく、2~12がより好ましく、2~6がさらに好ましい。2価の脂肪族炭化水素基は、炭素数1~12のものが好ましく、2~6がより好ましく、2~4がさらに好ましい。2価の芳香族炭化水素基は、炭素数6~22のものが好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい。2価の脂肪族炭化水素基と2価の芳香族炭化水素基の組み合わせに係る基(例えば、アリーレンアルキル基)は、炭素数7~22のものが好ましく、7~18がより好ましく、7~10がさらに好ましい。
直鎖または分岐の鎖状アルキレン基は、炭素数1~12のものが好ましく、2~6がより好ましく、2~4がさらに好ましい。
環状アルキレン基は、炭素数3~12のものが好ましく、3~6がより好ましい。
鎖状アルキレン基と環状アルキレン基の組み合わせに係る基は、炭素数4~24のものが好ましく、4~12がより好ましく、4~6がさらに好ましい。
酸素原子を鎖中に有するアルキレン基は、鎖状でも環状でもよく、直鎖でも分岐でもよい。酸素原子を鎖中に有するアルキレン基は、炭素数1~12のものが好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい。
環状のアルケニレン基は、炭素数3~12のものが好ましく、3~6がより好ましい。環状のアルケニレン基は、C=C結合の数は1~6が好ましく、1~4がより好ましく、1~2がさらに好ましい。
アリーレン基は、炭素数6~22のものが好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい。
アリーレンアルキレン基は、炭素数7~23のものが好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい。
中でも、鎖状アルキレン基、環状アルキレン基、酸素原子を鎖中に有するアルキレン基、鎖状のアルケニレン基、アリーレン基、アリーレンアルキレン基が好ましく、1,2-エチレン基、プロパンジイル基(特に1,3-プロパンジイル基)、シクロヘキサンジイル基(特に1,2-シクロヘキサンジイル基)、ビニレン基(特にシスビニレン基)、フェニレン基(1,2-フェニレン基)、フェニレンメチレン基(特に1,2-フェニレンメチレン基)、エチレンオキシエチレン基(特に1,2-エチレンオキシ-1,2-エチレン基)がより好ましい。
塩基発生剤は、1種又は2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、溶剤を含むことが好ましい。
溶剤は、公知の溶剤を任意に使用できる。溶剤は有機溶剤が好ましい。有機溶剤としては、エステル類、エーテル類、ケトン類、環状炭化水素類、スルホキシド類、アミド類、ウレア類、アルコール類などの化合物が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、光及び/又は熱により重合を開始させることができる重合開始剤を含むことが好ましい。特に光重合開始剤を含むことが好ましい。
光重合開始剤は、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光ラジカル重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有する光ラジカル重合開始剤が好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよい。
式中、RX1は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アシルオキシ基、アミノ基、ホスフィノイル基、カルバモイル基またはスルファモイル基を表し、
RX2は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシルオキシ基またはアミノ基を表し、
RX3~RX14は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す。
ただし、RX10~RX14のうち少なくとも一つは、電子求引性基である。
なお、光重合開始剤は熱重合開始剤としても機能する場合があるため、オーブンやホットプレート等の加熱によって光重合開始剤による架橋を更に進行させられる場合がある。
樹脂組成物は、増感剤を含んでいてもよい。増感剤は、特定の活性放射線を吸収して電子励起状態となる。電子励起状態となった増感剤は、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤などと接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用が生じる。これにより、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤は化学変化を起こして分解し、ラジカル、酸又は塩基を生成する。
使用可能な増感剤として、ベンゾフェノン系、ミヒラーズケトン系、クマリン系、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、アントラセン系、アントラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、フタロシアニン系、ペンゾピラン系、インジゴ系等の化合物を使用することができる。
増感剤としては、例えば、ミヒラーズケトン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2,5-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)シクロペンタン、2,6-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)シクロヘキサノン、2,6-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)-4-メチルシクロヘキサノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)カルコン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)カルコン、p-ジメチルアミノシンナミリデンインダノン、p-ジメチルアミノベンジリデンインダノン、2-(p-ジメチルアミノフェニルビフェニレン)-ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノフェニルビニレン)ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノフェニルビニレン)イソナフトチアゾール、1,3-ビス(4’-ジメチルアミノベンザル)アセトン、1,3-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)アセトン、3,3’-カルボニル-ビス(7-ジエチルアミノクマリン)、3-アセチル-7-ジメチルアミノクマリン、3-エトキシカルボニル-7-ジメチルアミノクマリン、3-ベンジロキシカルボニル-7-ジメチルアミノクマリン、3-メトキシカルボニル-7-ジエチルアミノクマリン、3-エトキシカルボニル-7-ジエチルアミノクマリン(7-(ジエチルアミノ)クマリン-3-カルボン酸エチル)、N-フェニル-N’-エチルエタノールアミン、N-フェニルジエタノールアミン、N-p-トリルジエタノールアミン、N-フェニルエタノールアミン、4-モルホリノベンゾフェノン、ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、ジエチルアミノ安息香酸イソアミル、2-メルカプトベンズイミダゾール、1-フェニル-5-メルカプトテトラゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ナフト(1,2-d)チアゾール、2-(p-ジメチルアミノベンゾイル)スチレン、ジフェニルアセトアミド、ベンズアニリド、N-メチルアセトアニリド、3‘,4’-ジメチルアセトアニリド等が挙げられる。
また、他の増感色素を用いてもよい。
増感色素の詳細については、特開2016-027357号公報の段落0161~0163の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の樹脂組成物は、連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤は、例えば高分子辞典第三版(高分子学会編、2005年)683-684頁に定義されている。連鎖移動剤としては、例えば、分子内に-S-S-、-SO2-S-、-N-O-、SH、PH、SiH、及びGeHを有する化合物群、RAFT(Reversible Addition Fragmentation chain Transfer)重合に用いられるチオカルボニルチオ基を有するジチオベンゾアート、トリチオカルボナート、ジチオカルバマート、キサンタート化合物等が用いられる。これらは、低活性のラジカルに水素を供与して、ラジカルを生成するか、若しくは、酸化された後、脱プロトンすることによりラジカルを生成しうる。特に、チオール化合物を好ましく用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、光酸発生剤を含むことが好ましい。
光酸発生剤とは、200nm~900nmの光照射により、ブレンステッド酸、及び、ルイス酸の少なくとも一方を発生させる化合物を表す。照射される光は、好ましくは波長300nm~450nmの光であり、より好ましくは330nm~420nmの光である。光酸発生剤単独または増感剤との併用において、感光して酸を発生させることが可能な光酸発生剤であることが好ましい。
発生する酸の例としては、ハロゲン化水素、カルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸、チオスルフィン酸、リン酸、リン酸モノエステル、リン酸ジエステル、ホウ素誘導体、リン誘導体、アンチモン誘導体、過酸化ハロゲン、スルホンアミド等が好ましく挙げられる。
感度、保存安定性の観点から、有機ハロゲン化合物、オキシムスルホネート化合物、オニウム塩化合物が好ましく、形成する膜の機械特性等から、オキシムエステルが好ましい。
オキシムスルホネート化合物は、オキシムスルホネート基を有していれば特に制限はないが、下記式(OS-1)、後述する式(OS-103)、式(OS-104)、又は、式(OS-105)で表されるオキシムスルホネート化合物であることが好ましい。
式(OS-1)中、m3は、0~3の整数を表し、0又は1が好ましい。m3が2又は3であるとき、複数のX3は同一でも異なっていてもよい。
式(OS-1)中、R34は、アルキル基又はアリール基を表し、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基、炭素数1~5のハロゲン化アルコキシ基、Wで置換されていてもよいフェニル基、Wで置換されていてもよいナフチル基又はWで置換されていてもよいアントラニル基であることが好ましい。Wは、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルコキシ基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のハロゲン化アリール基を表す。
式(OS-103)~式(OS-105)中、Rs1で表されるアルキル基(炭素数1~30が好ましい)、アリール基(炭素数6~30が好ましい)又はヘテロアリール基(炭素数4~30が好ましい)は、本発明の効果が得られる範囲で公知の置換基を有していてもよい。
式(OS-103)、式(OS-104)、又は、式(OS-105)中、XsはO又はSを表し、Oであることが好ましい。上記式(OS-103)~(OS-105)において、Xsを環員として含む環は、5員環又は6員環である。
式(OS-103)~式(OS-105)中、Rs6で表されるアルキル基(炭素数1~30が好ましい)及びアルキルオキシ基(炭素数1~30が好ましい)は、置換基を有していてもよい。
式(OS-103)~式(OS-105)中、msは0~6の整数を表し、0~2の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましく、0であることが特に好ましい。
式(OS-106)~式(OS-111)中、Rt7は、水素原子又は臭素原子を表し、水素原子であることが好ましい。
Rt2は、水素原子又はメチル基を表し、水素原子であることが好ましい。
また、上記オキシムスルホネート化合物において、オキシムの立体構造(E,Z)については、いずれか一方であっても、混合物であってもよい。
上記式(OS-103)~式(OS-105)で表されるオキシムスルホネート化合物の具体例としては、特開2011-209692号公報の段落番号0088~0095、特開2015-194674号公報の段落番号0168~0194に記載の化合物が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
式(OS-101)又は式(OS-102)中、Ru2aは、アルキル基又はアリール基を表す。
式(OS-101)又は式(OS-102)中、Xuは、-O-、-S-、-NH-、-NRu5-、-CH2-、-CRu6H-又はCRu6Ru7-を表し、Ru5~Ru7はそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を表す。
また、上記オキシムスルホネート化合物において、オキシムやベンゾチアゾール環の立体構造(E,Z等)についてはそれぞれ、いずれか一方であっても、混合物であってもよい。
式(OS-101)で表される化合物の具体例としては、特開2011-209692号公報の段落番号0102~0106、特開2015-194674号公報の段落番号0195~0207に記載の化合物が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
上記化合物の中でも、下記b-9、b-16、b-31、b-33が好ましい。
市販品としては、WPAG-336(富士フイルム和光純薬(株)製)、WPAG-443(富士フイルム和光純薬(株)製)、MBZ-101(みどり化学(株)製)等を挙げることができる。
より好適には、少なくとも一つのモノ、ジ、又はトリハロゲン置換メチル基がs-トリアジン環に結合したs-トリアジン誘導体、具体的には、例えば、2,4,6-トリス(モノクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(ジクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-メチル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2―n-プロピル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(α,α,β-トリクロロエチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3,4-エポキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-クロロフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-〔1-(p-メトキシフェニル)-2,4-ブタジエニル〕-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-スチリル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-i-プロピルオキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-ナトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-フェニルチオ-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ベンジルチオ-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(ジブロモメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(トリブロモメチル)-s-トリアジン、2-メチル-4,6-ビス(トリブロモメチル)-s-トリアジン、2-メトキシ-4,6-ビス(トリブロモメチル)-s-トリアジン等が挙げられる。
式(RI-I)中、Ar11は置換基を1~6有していても良い炭素数20以下のアリール基を表し、好ましい置換基としては炭素数1~12のアルキル基、炭素数2~12のアルケニル基、炭素数2~12のアルキニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数1~12のアルコキシ基、炭素数1~12のアリーロキシ基、ハロゲン原子、炭素数1~12のアルキルアミノ基、炭素数2~12のジアルキルアミノ基、アルキル基の炭素数が1~12のアルキルアミド基又はアリール基の炭素数が6~20のアリールアミド基、カルボニル基、カルボキシ基、シアノ基、スルホニル基、炭素数1~12のチオアルキル基、炭素数1~12のチオアリール基が挙げられる。Z11 -は1価の陰イオンを表し、ハロゲンイオン、過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、チオスルホン酸イオン、硫酸イオンであり、安定性の面から過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオンが好ましい。式(RI-II)中、Ar21、Ar22は各々独立に置換基を1~6有していてもよい炭素数1~20のアリール基を表し、好ましい置換基としては炭素数1~12のアルキル基、炭素数2~12のアルケニル基、炭素数2~12のアルキニル基、炭素数1~12のアリール基、炭素数1~12のアルコキシ基、炭素数1~12のアリーロキシ基、ハロゲン原子、炭素数1~12のモノアルキルアミノ基、アルキル基の炭素数がそれぞれ独立に1~12のジアルキルアミノ基、アルキル基の炭素数が炭素数1~12のアルキルアミド基又はアリールアミド基、カルボニル基、カルボキシ基、シアノ基、スルホニル基、炭素数1~12のチオアルキル基、炭素数1~12のチオアリール基が挙げられる。Z21-は1価の陰イオンを表し、ハロゲンイオン、過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、チオスルホン酸イオン、硫酸イオンであり、安定性、反応性の面から過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、カルボン酸イオンが好ましい。式(RI-III)中、R31、R32、R33は各々独立に置換基を1~6有していても良い炭素数6~20のアリール基又はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基を表し、好ましくは反応性、安定性の面から、アリール基であることが望ましい。好ましい置換基としては炭素数1~12のアルキル基、炭素数2~12のアルケニル基、炭素数2~12のアルキニル基、炭素数1~12のアリール基、炭素数1~12のアルコキシ基、炭素数1~12のアリーロキシ基、ハロゲン原子、炭素数1~12のモノアルキルアミノ基、アルキル基の炭素数がそれぞれ独立に炭素数1~12のジアルキルアミノ基、アルキル基の炭素数が炭素数1~12のアルキルアミド基又はアリールアミド基、カルボニル基、カルボキシ基、シアノ基、スルホニル基、炭素数1~12のチオアルキル基、炭素数1~12のチオアリール基が挙げられる。Z31 -は1価の陰イオンを表し、ハロゲンイオン、過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、チオスルホン酸イオン、硫酸イオンであり、安定性、反応性の面から過塩素酸イオン、ヘキサフルオロホスフェートイオン、テトラフルオロボレートイオン、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、カルボン酸イオンが好ましい。
光酸発生剤は、1種単独で使用されても、複数種の組み合わせで使用されてもよい。複数種の組み合わせの場合には、それらの合計量が上記範囲にあることが好ましい。
また、所望の光源に対して、感光性を付与する為、増感剤と併用することも好ましい。
本発明の組成物は、熱酸発生剤を含んでもよい。
熱酸発生剤は、加熱により酸を発生し、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を有する化合物、エポキシ化合物、オキセタン化合物及びベンゾオキサジン化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物の重合反応を促進させる効果がある。
熱分解開始温度は、熱酸発生剤を耐圧カプセル中5℃/分で500℃まで加熱した場合に、最も温度が低い発熱ピークのピーク温度として求められる。
熱分解開始温度を測定する際に用いられる機器としては、Q2000(TAインスツルメント社製)等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、重合性化合物を含むことが好ましい。
重合性化合物としては、ラジカル架橋剤、又は、他の架橋剤が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、ラジカル架橋剤を含むことが好ましい。
ラジカル架橋剤は、ラジカル重合性基を有する化合物である。ラジカル重合性基としては、エチレン性不飽和結合を含む基が好ましい。上記エチレン性不飽和結合を含む基としては、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、(メタ)アクリロイル基、マレイミド基、(メタ)アクリルアミド基などのエチレン性不飽和結合を有する基が挙げられる。
これらの中でも、上記エチレン性不飽和結合を含む基としては、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルフェニル基が好ましく、反応性の観点からは、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
上記エチレン性不飽和結合を2個以上有する化合物としては、エチレン性不飽和結合を2~15個有する化合物が好ましく、エチレン性不飽和結合を2~10個有する化合物がより好ましく、2~6個有する化合物が更に好ましい。
また、得られるパターン(硬化物)の膜強度の観点からは、本発明の樹脂組成物は、エチレン性不飽和結合を2個有する化合物と、上記エチレン性不飽和結合を3個以上有する化合物とを含むことも好ましい。
具体的な化合物としては、トリ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、テトラエチレングリコールジアクリレート、PEG(ポリエチレングリコール)200ジアクリレート、PEG200ジメタクリレート、PEG600ジアクリレート、PEG600ジメタクリレート、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、ポリテトラエチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジアクリレート、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、ジメチロール-トリシクロデカンジアクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジメタクリレート、ビスフェノールAのEO(エチレンオキシド)付加物ジアクリレート、ビスフェノールAのEO付加物ジメタリレート、ビスフェノールAのPO(プロピレンオキシド)付加物ジアクリレート、ビスフェノールAのEO付加物ジメタリレート、2-ヒドロキシー3-アクリロイロキシプロピルメタクリレート、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート、イソシアヌル酸変性ジメタクリレート、その他ウレタン結合を有する2官能アクリレート、ウレタン結合を有する2官能メタクリレートを使用することができる。これらは必要に応じ、2種以上を混合し使用することができる。
なお、例えばPEG200ジアクリレートとは、ポリエチレングリコールジアクリレートであって、ポリエチレングリコール鎖の式量が200程度のものをいう。
本発明の樹脂組成物は、パターン(硬化物)の弾性率制御に伴う反り抑制の観点から、ラジカル架橋剤として、単官能ラジカル架橋剤を好ましく用いることができる。単官能ラジカル架橋剤としては、n-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、カルビトール(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸誘導体、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム等のN-ビニル化合物類、アリルグリシジルエーテル等が好ましく用いられる。単官能ラジカル架橋剤としては、露光前の揮発を抑制するため、常圧下で100℃以上の沸点を持つ化合物も好ましい。
その他、2官能以上のラジカル架橋剤としては、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート等のアリル化合物類が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、上述したラジカル架橋剤とは異なる、他の架橋剤を含むことも好ましい。
本発明において、他の架橋剤とは、上述したラジカル架橋剤以外の架橋剤をいい、上述の光酸発生剤、又は、光塩基発生剤の感光により、組成物中の他の化合物又はその反応生成物との間で共有結合を形成する反応が促進される基を分子内に複数個有する化合物であることが好ましく、組成物中の他の化合物又はその反応生成物との間で共有結合を形成する反応が酸又は塩基の作用によって促進される基を分子内に複数個有する化合物が好ましい。
上記酸又は塩基は、露光工程において、光酸発生剤又は光塩基発生剤から発生する酸又は塩基であることが好ましい。
他の架橋剤としては、アシルオキシメチル基、メチロール基及びアルコキシメチル基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の基を有する化合物が好ましく、アシルオキシメチル基、メチロール基及びアルコキシメチル基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の基が窒素原子に直接結合した構造を有する化合物がより好ましい。
他の架橋剤としては、例えば、メラミン、グリコールウリル、尿素、アルキレン尿素、ベンゾグアナミンなどのアミノ基含有化合物にホルムアルデヒド又はホルムアルデヒドとアルコールを反応させ、上記アミノ基の水素原子をアシルオキシメチル基、メチロール基又はアルコキシメチル基で置換した構造を有する化合物が挙げられる。これらの化合物の製造方法は特に限定されず、上記方法により製造された化合物と同様の構造を有する化合物であればよい。また、これらの化合物のメチロール基同士が自己縮合してなるオリゴマーであってもよい。
上記のアミノ基含有化合物として、メラミンを用いた架橋剤をメラミン系架橋剤、グリコールウリル、尿素又はアルキレン尿素を用いた架橋剤を尿素系架橋剤、アルキレン尿素を用いた架橋剤をアルキレン尿素系架橋剤、ベンゾグアナミンを用いた架橋剤をベンゾグアナミン系架橋剤という。
これらの中でも、本発明の樹脂組成物は、尿素系架橋剤及びメラミン系架橋剤よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物を含むことが好ましく、後述するグリコールウリル系架橋剤及びメラミン系架橋剤よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物を含むことがより好ましい。
上記化合物が有するアルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基は、炭素数2~5が好ましく、炭素数2又は3が好ましく、炭素数2がより好ましい。
上記化合物が有するアルコキシメチル基及びアシルオキシメチル基の総数は1~10が好ましく、より好ましくは2~8、特に好ましくは3~6である。
上記化合物の分子量は好ましくは1500以下であり、180~1200が好ましい。
R101及びR102は、それぞれ独立に、一価の有機基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。
R105は各々独立にアルキル基又はアルケニル基を示し、a、b及びcは各々独立に1~3であり、dは0~4であり、eは0~3であり、fは0~3であり、a+dは5以下であり、b+eは4以下であり、c+fは4以下である。
酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基を生じる基、酸の作用により脱離する基、-C(R4)2COOR5で表される基におけるR5については、例えば、-C(R36)(R37)(R38)、-C(R36)(R37)(OR39)、-C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36~R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
上記アルキル基としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましく、炭素数1~5のアルキル基がより好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状のいずれであってもよい。
上記シクロアルキル基としては、炭素数3~12のシクロアルキル基が好ましく、炭素数3~8のシクロアルキル基がより好ましい。
上記シクロアルキル基は単環構造であってもよいし、縮合環等の多環構造であってもよい。
上記アリール基は炭素数6~30の芳香族炭化水素基であることが好ましく、フェニル基であることがより好ましい。
上記アラルキル基としては、炭素数7~20のアラルキル基が好ましく、炭素数7~16のアラルキル基がより好ましい。
上記アラルキル基はアルキル基により置換されたアリール基を意図しており、これらのアルキル基及びアリール基の好ましい態様は、上述のアルキル基及びアリール基の好ましい態様と同様である。
上記アルケニル基は炭素数3~20のアルケニル基が好ましく、炭素数3~16のアルケニル基がより好ましい。
また、これらの基は本発明の効果が得られる範囲内で、公知の置換基を更に有していてもよい。
耐熱性の観点で、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基が、直接芳香環やトリアジン環上に置換した化合物が好ましい。
ビスメトキシメチル尿素、ビスエトキシメチル尿素、ビスプロポキシメチル尿素、ビスブトキシメチル尿素等の尿素系架橋剤、
モノヒドロキシメチル化エチレン尿素又はジヒドロキシメチル化エチレン尿素、モノメトキシメチル化エチレン尿素、ジメトキシメチル化エチレン尿素、モノエトキシメチル化エチレン尿素、ジエトキシメチル化エチレン尿素、モノプロポキシメチル化エチレン尿素、ジプロポキシメチル化エチレン尿素、モノブトキシメチル化エチレン尿素、又は、ジブトキシメチル化エチレン尿素などのエチレン尿素系架橋剤、
モノヒドロキシメチル化プロピレン尿素、ジヒドロキシメチル化プロピレン尿素、モノメトキシメチル化プロピレン尿素、ジメトキシメチル化プロピレン尿素、モノジエトキシメチル化プロピレン尿素、ジエトキシメチル化プロピレン尿素、モノプロポキシメチル化プロピレン尿素、ジプロポキシメチル化プロピレン尿素、モノブトキシメチル化プロピレン尿素、又は、ジブトキシメチル化プロピレン尿素などのプロピレン尿素系架橋剤、
1,3-ジ(メトキシメチル)4,5-ジヒドロキシ-2-イミダゾリジノン、1,3-ジ(メトキシメチル)-4,5-ジメトキシ-2-イミダゾリジノンなどが挙げられる。
このような化合物の具体例としては、ベンゼンジメタノール、ビス(ヒドロキシメチル)クレゾール、ビス(ヒドロキシメチル)ジメトキシベンゼン、ビス(ヒドロキシメチル)ジフェニルエーテル、ビス(ヒドロキシメチル)ベンゾフェノン、ヒドロキシメチル安息香酸ヒドロキシメチルフェニル、ビス(ヒドロキシメチル)ビフェニル、ジメチルビス(ヒドロキシメチル)ビフェニル、ビス(メトキシメチル)ベンゼン、ビス(メトキシメチル)クレゾール、ビス(メトキシメチル)ジメトキシベンゼン、ビス(メトキシメチル)ジフェニルエーテル、ビス(メトキシメチル)ベンゾフェノン、メトキシメチル安息香酸メトキシメチルフェニル、ビス(メトキシメチル)ビフェニル、ジメチルビス(メトキシメチル)ビフェニル、4,4’,4’’-エチリデントリス[2,6-ビス(メトキシメチル)フェノール]、5,5’-[2,2,2‐トリフルオロ‐1‐(トリフルオロメチル)エチリデン]ビス[2‐ヒドロキシ‐1,3‐ベンゼンジメタノール]、3,3’,5,5’-テトラキス(メトキシメチル)-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジオール等が挙げられる。
エポキシ化合物としては、一分子中にエポキシ基を2以上有する化合物であることが好ましい。エポキシ基は、200℃以下で架橋反応し、かつ、架橋に由来する脱水反応が起こらないため膜収縮が起きにくい。このため、エポキシ化合物を含有することは、本発明の樹脂組成物の低温硬化及び反りの抑制に効果的である。
オキセタン化合物としては、一分子中にオキセタン環を2つ以上有する化合物、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシルメチル)オキセタン、1,4-ベンゼンジカルボン酸-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メチル]エステル等を挙げることができる。具体的な例としては、東亞合成(株)製のアロンオキセタンシリーズ(例えば、OXT-121、OXT-221)が好適に使用することができ、これらは単独で、又は2種以上混合してもよい。
ベンゾオキサジン化合物は、開環付加反応に由来する架橋反応のため、硬化時に脱ガスが発生せず、更に熱収縮を小さくして反りの発生が抑えられることから好ましい。
本発明の樹脂組成物は、重合禁止剤を含むことが好ましい。重合禁止剤としてはフェノール系化合物、キノン系化合物、アミノ系化合物、N-オキシルフリーラジカル化合物系化合物、ニトロ系化合物、ニトロソ系化合物、ヘテロ芳香環系化合物、金属化合物などが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、電極や配線などに用いられる金属材料との接着性を向上させるための金属接着性改良剤を含んでいることが好ましい。金属接着性改良剤としては、アルミニウム系接着助剤、チタン系接着助剤、スルホンアミド構造を有する化合物及びチオウレア構造を有する化合物、リン酸誘導体化合物、βケトエステル化合物、アミノ化合物等が挙げられる。
アルミニウム系接着助剤としては、例えば、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート等を挙げることができる。
本発明の樹脂組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、酸捕捉剤を含有することが好ましい。ここで酸捕捉剤とは、系中に存在することで発生酸を捕捉することができる化合物を指し、酸性度が低くpKaの高い化合物であることが好ましい。酸捕捉剤としては、アミノ基を有する化合物が好ましく、1級アミン、2級アミン、3級アミン、アンモニウム塩、3級アミドなどが好ましく、1級アミン、2級アミン、3級アミン、アンモニウム塩が好ましく、2級アミン、3級アミン、アンモニウム塩がより好ましい。
酸捕捉剤としては、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウム構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を好ましく挙げることができる。オニウム構造を有する場合、酸捕捉剤はアンモニウム、ジアゾニウム、ヨードニウム、スルホニウム、ホスホニウム、ピリジニウムなどから選択されるカチオンと、酸発生剤が発生する酸より酸性度の低い酸のアニオンとを有する塩であることが好ましい。
本発明に係る組成物は、酸捕捉剤を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、酸捕捉剤の含有量は、組成物の全固形分を基準として、通常は0.001~10質量%であり、好ましくは0.01~5質量%である。
本発明の樹脂組成物は、本発明の効果が得られる範囲で、必要に応じて、各種の添加物、例えば、界面活性剤、高級脂肪酸誘導体、熱重合開始剤、無機粒子、紫外線吸収剤、有機チタン化合物、酸化防止剤、凝集防止剤、フェノール系化合物、他の高分子化合物、可塑剤及びその他の助剤類(例えば、消泡剤、難燃剤など)等を配合することができる。これらの成分を適宜含有させることにより、膜物性などの性質を調整することができる。これらの成分は、例えば、特開2012-003225号公報の段落番号0183以降(対応する米国特許出願公開第2013/0034812号明細書の段落番号0237)の記載、特開2008-250074号公報の段落番号0101~0104、0107~0109等の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。これらの添加剤を配合する場合、その合計配合量は本発明の樹脂組成物の固形分の3質量%以下とすることが好ましい。
界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、炭化水素系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。界面活性剤はノニオン型界面活性剤であってもよく、カチオン型界面活性剤であってもよく、アニオン型界面活性剤であってもよい。
フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、アルキレンオキシ基(好ましくはエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基)を2以上(好ましくは5以上)有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、を含む含フッ素高分子化合物も好ましく用いることができ、下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。
フッ素系界面活性剤は、エチレン性不飽和基を側鎖に有する含フッ素重合体をフッ素系界面活性剤として用いることもできる。具体例としては、特開2010-164965号公報の段落0050~0090および段落0289~0295に記載された化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。また、市販品としては、例えばDIC(株)製のメガファックRS-101、RS-102、RS-718K等が挙げられる。
界面活性剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.001~2.0質量%が好ましく、0.005~1.0質量%がより好ましい。
本発明の樹脂組成物は、酸素に起因する重合阻害を防止するために、ベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体を添加して、塗布後の乾燥の過程で本発明の樹脂組成物の表面に偏在させてもよい。
本発明の樹脂組成物は、熱重合開始剤を含んでもよく、特に熱ラジカル重合開始剤を含んでもよい。熱ラジカル重合開始剤は、熱のエネルギーによってラジカルを発生し、重合性を有する化合物の重合反応を開始又は促進させる化合物である。熱ラジカル重合開始剤を添加することによって樹脂及び重合性化合物の重合反応を進行させることもできるので、より耐溶剤性を向上できる。また、上述した光重合開始剤も熱により重合を開始する機能を有する場合があり、熱重合開始剤として添加することができる場合がある。
本発明の樹脂組成物は、無機粒子を含んでもよい。無機粒子として、具体的には、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、シリカ、カオリン、タルク、二酸化チタン、アルミナ、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、ゼオライト、硫化モリブデン、ガラス等を含むことができる。
無機粒子の上記平均粒子径は、一次粒子径であり、また体積平均粒子径である。体積平均粒子径は、Nanotrac WAVE II EX-150(日機装社製)による動的光散乱法で測定できる。
上記測定が困難である場合は、遠心沈降光透過法、X線透過法、レーザー回折・散乱法で測定することもできる。
本発明の組成物は、紫外線吸収剤を含んでいてもよい。紫外線吸収剤としては、サリシレート系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、置換アクリロニトリル系、トリアジン系などの紫外線吸収剤を使用することができる。
サリシレート系紫外線吸収剤の例としては、フェニルサリシレート、p-オクチルフェニルサリシレート、p-t-ブチルフェニルサリシレートなどが挙げられ、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の例としては、2,2’-ジヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクトキシベンゾフェノンなどが挙げられる。また、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の例としては、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-tert-ブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-tert-アミル-5’-イソブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-イソブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-イソブチル-5’-プロピルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2’-ヒドロキシ-5’-(1,1,3,3-テトラメチル)フェニル]ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。
本発明の組成物は、紫外線吸収剤を含んでも含まなくてもよいが、含む場合、紫外線吸収剤の含有量は、本発明の組成物の全固形分質量に対して、0.001質量%以上1質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上0.1質量%以下であることがより好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、有機チタン化合物を含有してもよい。樹脂組成物が有機チタン化合物を含有することにより、低温で硬化した場合であっても耐薬品性に優れる樹脂層を形成できる。
有機チタン化合物の具体例を、以下のI)~VII)に示す:
I)チタンキレート化合物:中でも、樹脂組成物の保存安定性がよく、良好な硬化パターンが得られることから、アルコキシ基を2個以上有するチタンキレート化合物がより好ましい。具体的な例は、チタニウムビス(トリエタノールアミン)ジイソプロポキサイド、チタニウムジ(n-ブトキサイド)ビス(2,4-ペンタンジオネート)、チタニウムジイソプロポキサイドビス(2,4-ペンタンジオネート)、チタニウムジイソプロポキサイドビス(テトラメチルヘプタンジオネート)、チタニウムジイソプロポキサイドビス(エチルアセトアセテート)等である。
II)テトラアルコキシチタン化合物:例えば、チタニウムテトラ(n-ブトキサイド)、チタニウムテトラエトキサイド、チタニウムテトラ(2-エチルヘキソキサイド)、チタニウムテトライソブトキサイド、チタニウムテトライソプロポキサイド、チタニウムテトラメトキサイド、チタニウムテトラメトキシプロポキサイド、チタニウムテトラメチルフェノキサイド、チタニウムテトラ(n-ノニロキサイド)、チタニウムテトラ(n-プロポキサイド)、チタニウムテトラステアリロキサイド、チタニウムテトラキス[ビス{2,2-(アリロキシメチル)ブトキサイド}]等である。
III)チタノセン化合物:例えば、ペンタメチルシクロペンタジエニルチタニウムトリメトキサイド、ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)ビス(2,6-ジフルオロフェニル)チタニウム、ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)フェニル)チタニウム等である。
IV)モノアルコキシチタン化合物:例えば、チタニウムトリス(ジオクチルホスフェート)イソプロポキサイド、チタニウムトリス(ドデシルベンゼンスルホネート)イソプロポキサイド等である。
V)チタニウムオキサイド化合物:例えば、チタニウムオキサイドビス(ペンタンジオネート)、チタニウムオキサイドビス(テトラメチルヘプタンジオネート)、フタロシアニンチタニウムオキサイド等である。
VI)チタニウムテトラアセチルアセトネート化合物:例えば、チタニウムテトラアセチルアセトネート等である。
VII)チタネートカップリング剤:例えば、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート等である。
本発明の組成物は、酸化防止剤を含んでいてもよい。添加剤として酸化防止剤を含有することで、硬化後の膜の伸度特性や、金属材料との密着性を向上させることができる。酸化防止剤としては、フェノール化合物、亜リン酸エステル化合物、チオエーテル化合物などが挙げられる。フェノール化合物としては、フェノール系酸化防止剤として知られる任意のフェノール化合物を使用することができる。好ましいフェノール化合物としては、ヒンダードフェノール化合物が挙げられる。フェノール性ヒドロキシ基に隣接する部位(オルト位)に置換基を有する化合物が好ましい。上述の置換基としては炭素数1~22の置換又は無置換のアルキル基が好ましい。また、酸化防止剤は、同一分子内にフェノール基と亜リン酸エステル基を有する化合物も好ましい。また、酸化防止剤は、リン系酸化防止剤も好適に使用することができる。リン系酸化防止剤としてはトリス[2-[[2,4,8,10-テトラキス(1,1-ジメチルエチル)ジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン-6-イル]オキシ]エチル]アミン、トリス[2-[(4,6,9,11-テトラ-tert-ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン-2-イル)オキシ]エチル]アミン、亜リン酸エチルビス(2,4-ジ-tert-ブチル-6-メチルフェニル)などが挙げられる。酸化防止剤の市販品としては、例えば、アデカスタブ AO-20、アデカスタブ AO-30、アデカスタブ AO-40、アデカスタブ AO-50、アデカスタブ AO-50F、アデカスタブ AO-60、アデカスタブ AO-60G、アデカスタブ AO-80、アデカスタブ AO-330(以上、(株)ADEKA製)などが挙げられる。また、酸化防止剤は、特許第6268967号公報の段落番号0023~0048に記載された化合物を使用することもでき、この内容は本明細書に組み込まれる。また、本発明の組成物は、必要に応じて、潜在酸化防止剤を含有してもよい。潜在酸化防止剤としては、酸化防止剤として機能する部位が保護基で保護された化合物であって、100~250℃で加熱するか、又は酸/塩基触媒存在下で80~200℃で加熱することにより保護基が脱離して酸化防止剤として機能する化合物が挙げられる。潜在酸化防止剤としては、国際公開第2014/021023号、国際公開第2017/030005号、特開2017-008219号公報に記載された化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。潜在酸化防止剤の市販品としては、アデカアークルズGPA-5001((株)ADEKA製)等が挙げられる。
好ましい酸化防止剤の例としては、2,2-チオビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,6-ジ-t-ブチルフェノールおよび式(3)で表される化合物が挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物は、必要に応じて凝集防止剤を含有してもよい。凝集防止剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。
本発明の組成物は、凝集防止剤を含んでも含まなくてもよいが、含む場合、凝集防止剤の含有量は、本発明の組成物の全固形分質量に対して、0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.02質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、必要に応じてフェノール系化合物を含有してもよい。フェノール系化合物としては、Bis-Z、BisP-EZ、TekP-4HBPA、TrisP-HAP、TrisP-PA、BisOCHP-Z、BisP-MZ、BisP-PZ、BisP-IPZ、BisOCP-IPZ、BisP-CP、BisRS-2P、BisRS-3P、BisP-OCHP、メチレントリス-FR-CR、BisRS-26X(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、BIP-PC、BIR-PC、BIR-PTBP、BIR-BIPC-F(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)等が挙げられる。
本発明の組成物は、フェノール系化合物を含んでも含まなくてもよいが、含む場合、フェノール系化合物の含有量は、本発明の組成物の全固形分質量に対して、0.01質量%以上30質量%以下であることが好ましく、0.02質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。
他の高分子化合物としては、シロキサン樹脂、(メタ)アクリル酸を共重合した(メタ)アクリルポリマー、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂およびそれらの共重合体などが挙げられる。他の高分子化合物はメチロール基、アルコキシメチル基、エポキシ基などの架橋基が導入された変性体であってもよい。
本発明の組成物は、他の高分子化合物を含んでも含まなくてもよいが、含む場合、他の高分子化合物の含有量は、本発明の組成物の全固形分質量に対して、0.01質量%以上30質量%以下であることが好ましく、0.02質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。
本発明の樹脂組成物の粘度は、樹脂組成物の固形分濃度により調整できる。塗布膜厚の観点から、1,000mm2/s~12,000mm2/sが好ましく、2,000mm2/s~10,000mm2/sがより好ましく、3,000mm2/s~8,000mm2/sが更に好ましい。上記範囲であれば、均一性の高い塗布膜を得ることが容易になる。1,000mm2/s以下では、例えば再配線用絶縁膜として必要とされる膜厚で塗布することが困難であり、12,000mm2/s以上では、塗布面状が悪化する可能性がある。
本発明の樹脂組成物の含水率は、2.0質量%未満であることが好ましく、1.5質量%未満であることがより好ましく、1.0質量%未満であることが更に好ましい。2.0%以上では、樹脂組成物の保存安定性が損なわれる可能性がある。
水分の含有量を維持する方法としては、保管条件における湿度の調整、保管時の収容容器の空隙率低減などが挙げられる。
ハロゲン原子の含有量を調節する方法としては、イオン交換処理などが好ましく挙げられる。
本発明の樹脂組成物を硬化することにより、この樹脂組成物の硬化物を得ることができる。
本発明の硬化物は、本発明の樹脂組成物を硬化してなる硬化物である。
樹脂組成物の硬化は加熱によるものであることが好ましく、加熱温度が120℃~400℃の範囲内であることがより好ましく、140℃~380℃の範囲内にあることが更に好ましく、170℃~350℃の範囲内にあることが特に好ましい。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、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。
本発明の樹脂組成物を硬化した際の収縮率は、50%以下が好ましく、45%以下がより好ましく、40%以下が更に好ましい。ここで、収縮率は、樹脂組成物の硬化前後の体積変化の百分率を指し、下記の式より算出することができる。
収縮率[%]=100-(硬化後の体積÷硬化前の体積)×100
本発明の樹脂組成物の硬化物のイミド化反応率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、90%以上が更に好ましい。70%未満では硬化物の機械特性が劣る可能性がある。
本発明の樹脂組成物の硬化物の破断伸びは、30%以上が好ましく、40%以上がより好ましく、50%以上が更に好ましい。
本発明の樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度(Tg)は、180℃以上であることが好ましく、210℃以上であることがより好ましく、230℃以上であることがさらに好ましい。
本発明の樹脂組成物は、上記各成分を混合して調製することができる。混合方法は特に限定はなく、従来公知の方法で行うことができる。
混合は撹拌羽による混合、ボールミルによる混合、タンク自身を回転させる混合などを採用することができる。
混合中の温度は10~30℃が好ましく、15~25℃がより好ましい。
フィルターを用いたろ過の他、吸着材を用いた不純物の除去処理を行ってもよい。フィルターろ過と吸着材を用いた不純物除去処理とを組み合わせてもよい。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができる。例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの無機系吸着材、活性炭などの有機系吸着材が挙げられる。
更にフィルターを用いたろ過後、ボトルに充填した樹脂組成物を減圧下に置き、脱気する工程を施しても良い。
本発明の硬化物の製造方法は、樹脂組成物を基材上に適用して膜を形成する膜形成工程を含むことが好ましい。
また、本発明の硬化物の製造方法は、上記膜形成工程、膜形成工程により形成された膜を選択的に露光する露光工程、及び、露光工程により露光された膜を現像液を用いて現像してパターンを形成する現像工程を含むことがより好ましい。
また、本発明の硬化物の製造方法は、上記現像工程を含み、上記現像工程の後に、上記現像により得られたパターンを露光する現像後露光工程を更に含むことが好ましい。
本発明の硬化物の製造方法は、上記膜形成工程、上記露光工程、上記現像工程、並びに、現像工程により得られたパターンを加熱する加熱工程及び現像工程により得られたパターンを露光する現像後露光工程の少なくとも一方を含むことが特に好ましい。
本発明の硬化物の製造方法が上記現像後露光工程及び上記加熱工程の両方を含む場合、現像後露光工程における露光と、加熱工程における加熱とは、同時に行ってもよいし、一方を先に開始してもよいし、一方を先に終了してもよく、行う順序及び重複する時間については特に限定されない。また、加熱工程を含まずに、現像後露光工程を含む態様とすることもできる。
また、本発明の製造方法は、上記膜形成工程、及び、上記膜を加熱する工程を含むことも好ましい。
以下、各工程の詳細について説明する。
本発明の樹脂組成物は、基材上に適用して膜を形成する膜形成工程に用いることができる。
本発明の硬化物の製造方法は、樹脂組成物を基材上に適用して膜を形成する膜形成工程を含むことが好ましい。
基材の種類は、用途に応じて適宜定めることができるが、シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体作製基材、石英、ガラス、光学フィルム、セラミック材料、蒸着膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Feなどの金属基材(例えば、金属から形成された基材、及び、金属層が例えばめっきや蒸着等により形成された基材のいずれであってもよい)、紙、SOG(Spin On Glass)、TFT(薄膜トランジスタ)アレイ基材、モールド基材、プラズマディスプレイパネル(PDP)の電極板などが挙げられ、特に制約されない。本発明では、特に、半導体作製基材が好ましく、シリコン基材、Cu基材およびモールド基材がより好ましい。
また、これらの基材にはヘキサメチルジシラザン(HMDS)等による密着層や酸化層などの層が表面に設けられていてもよい。
また、基材の形状は特に限定されず、円形状であってもよく、矩形状であってもよい。
基材のサイズとしては、円形状であれば、例えば直径が100~450mmであり、好ましくは200~450mmである。矩形状であれば、例えば短辺の長さが100~1000mmであり、好ましくは200~700mmである。
また、基材としては、例えば板状、好ましくはパネル状の基材(基板)が用いられる。
また、あらかじめ仮支持体上に上記付与方法によって付与して形成した塗膜を、基材上に転写する方法を適用することもできる。
転写方法に関しては特開2006-023696号公報の段落0023、0036~0051や、特開2006-047592号公報の段落0096~0108に記載の作製方法を本発明においても好適に用いることができる。
また、基材の端部において余分な膜の除去を行なう工程を行なってもよい。このような工程の例には、エッジビードリンス(EBR)、バックリンスなどが挙げられる。
また樹脂組成物を基材に塗布する前に基材を種々の溶剤を塗布し、基材の濡れ性を向上させた後に樹脂組成物を塗布するプリウェット工程を採用しても良い。
上記膜は、膜形成工程(層形成工程)の後に、溶剤を除去するために形成された膜(層)を乾燥する工程(乾燥工程)に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、膜形成工程により形成された膜を乾燥する乾燥工程を含んでもよい。
また、上記乾燥工程は膜形成工程の後、露光工程の前に行われることが好ましい。
乾燥工程における膜の乾燥温度は50~150℃であることが好ましく、70℃~130℃がより好ましく、90℃~110℃が更に好ましい。また、減圧により乾燥を行っても良い。乾燥時間としては、30秒~20分が例示され、1分~10分が好ましく、2分~7分がより好ましい。
上記膜は、膜を選択的に露光する露光工程に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、膜形成工程により形成された膜を選択的に露光する露光工程を含んでもよい。
選択的に露光するとは、膜の一部を露光することを意味している。また、選択的に露光することにより、膜には露光された領域(露光部)と露光されていない領域(非露光部)が形成される。
露光量は、本発明の樹脂組成物を硬化できる限り特に定めるものではないが、例えば、波長365nmでの露光エネルギー換算で50~10,000mJ/cm2が好ましく、200~8,000mJ/cm2がより好ましい。
また、露光の方式は特に限定されず、本発明の樹脂組成物からなる膜の少なくとも一部が露光される方式であればよいが、フォトマスクを使用した露光、レーザーダイレクトイメージング法による露光等が挙げられる。
上記膜は、露光後に加熱する工程(露光後加熱工程)に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、露光工程により露光された膜を加熱する露光後加熱工程を含んでもよい。
露光後加熱工程は、露光工程後、現像工程前に行うことができる。
露光後加熱工程における加熱温度は、50℃~140℃であることが好ましく、60℃~120℃であることがより好ましい。
露光後加熱工程における加熱時間は、30秒間~300分間が好ましく、1分間~10分間がより好ましい。
露光後加熱工程における昇温速度は、加熱開始時の温度から最高加熱温度まで1~12℃/分が好ましく、2~10℃/分がより好ましく、3~10℃/分が更に好ましい。
また、昇温速度は加熱途中で適宜変更してもよい。
露光後加熱工程における加熱手段としては、特に限定されず、公知のホットプレート、オーブン、赤外線ヒーター等を用いることができる。
また、加熱に際し、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを流す等により、低酸素濃度の雰囲気で行うことも好ましい。
露光後の上記膜は、現像液を用いて現像してパターンを形成する現像工程に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、露光工程により露光された膜を現像液を用いて現像してパターンを形成する現像工程を含んでもよい。現像を行うことにより、膜の露光部及び非露光部のうち一方が除去され、パターンが形成される。
ここで、膜の非露光部が現像工程により除去される現像をネガ型現像といい、膜の露光部が現像工程により除去される現像をポジ型現像という。
現像工程において用いられる現像液としては、アルカリ水溶液、又は、有機溶剤を含む現像液が挙げられる。
他の成分としては、例えば、公知の界面活性剤や公知の消泡剤等が挙げられる。
現像液の供給方法は、所望のパターンを形成できれば特に制限は無く、膜が形成された基材を現像液に浸漬する方法、基材上に形成された膜にノズルを用いて現像液を供給するパドル現像、または、現像液を連続供給する方法がある。ノズルの種類は特に制限は無く、ストレートノズル、シャワーノズル、スプレーノズル等が挙げられる。
現像液の浸透性、非画像部の除去性、製造上の効率の観点から、現像液をストレートノズルで供給する方法、又はスプレーノズルにて連続供給する方法が好ましく、画像部への現像液の浸透性の観点からは、スプレーノズルで供給する方法がより好ましい。
また、現像液をストレートノズルにて連続供給後、基材をスピンし現像液を基材上から除去し、スピン乾燥後に再度ストレートノズルにて連続供給後、基材をスピンし現像液を基材上から除去する工程を採用してもよく、この工程を複数回繰り返しても良い。
また現像工程における現像液の供給方法としては、現像液が連続的に基材に供給され続ける工程、基材上で現像液が略静止状態で保たれる工程、基材上で現像液を超音波等で振動させる工程及びそれらを組み合わせた工程などが採用可能である。
現像液がアルカリ水溶液である場合、リンス液としては、例えば水を用いることができる。現像液が有機溶剤を含む現像液である場合、リンス液としては、例えば、現像液に含まれる溶剤とは異なる溶剤(例えば、水、現像液に含まれる有機溶剤とは異なる有機溶剤)を用いることができる。
他の成分としては、例えば、公知の界面活性剤や公知の消泡剤等が挙げられる。
リンス液の供給方法は、所望のパターンを形成できれば特に制限は無く、基材をリンス液に浸漬する方法、基材に液盛りによりリンス液を供給する方法、基材にリンス液をシャワーで供給する方法、基材上にストレートノズル等の手段によりリンス液を連続供給する方法がある。
リンス液の浸透性、非画像部の除去性、製造上の効率の観点から、リンス液をシャワーノズル、ストレートノズル、スプレーノズルなどで供給する方法があり、スプレーノズルにて連続供給する方法が好ましく、画像部へのリンス液の浸透性の観点からは、スプレーノズルで供給する方法がより好ましい。ノズルの種類は特に制限は無く、ストレートノズル、シャワーノズル、スプレーノズル等が挙げられる。
すなわち、リンス工程は、リンス液を上記露光後の膜に対してストレートノズルにより供給、又は、連続供給する工程であることが好ましく、リンス液をスプレーノズルにより供給する工程であることがより好ましい。
またリンス工程におけるリンス液の供給方法としては、リンス液が連続的に基材に供給され続ける工程、基材上でリンス液が略静止状態で保たれる工程、基材上でリンス液を超音波等で振動させる工程及びそれらを組み合わせた工程などが採用可能である。
現像工程により得られたパターン(リンス工程を行う場合は、リンス後のパターン)は、上記現像により得られたパターンを加熱する加熱工程に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、現像工程により得られたパターンを加熱する加熱工程を含んでもよい。
また、本発明の硬化物の製造方法は、現像工程を行わずに他の方法で得られたパターン、又は、膜形成工程により得られた膜を加熱する加熱工程を含んでもよい。
加熱工程において、ポリイミド前駆体等の樹脂は環化してポリイミド等の樹脂となる。
また、特定樹脂、又は特定樹脂以外の架橋剤における未反応の架橋性基の架橋なども進行する。
加熱工程における加熱温度(最高加熱温度)としては、50~450℃が好ましく、150~350℃がより好ましく、150~250℃が更に好ましく、160~250℃が一層好ましく、160~230℃が特に好ましい。
加えて、急速加熱可能なオーブンの場合、加熱開始時の温度から最高加熱温度まで1~8℃/秒の昇温速度で行うことが好ましく、2~7℃/秒がより好ましく、3~6℃/秒が更に好ましい。
上記加熱温度の上限は、350℃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く、240℃以下であることが更に好ましい。
更に、加熱後冷却してもよく、この場合の冷却速度としては、1~5℃/分であることが好ましい。
加熱工程における加熱手段としては、特に限定されないが、例えばホットプレート、赤外炉、電熱式オーブン、熱風式オーブン、赤外線オーブンなどが挙げられる。
現像工程により得られた(リンス工程を行う場合は、リンス後のパターン)は、上記加熱工程に代えて、又は、上記加熱工程に加えて、現像工程後のパターンを露光する現像後露光工程に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、現像工程により得られたパターンを露光する現像後露光工程を含んでもよい。本発明の硬化物の製造方法は、加熱工程及び現像後露光工程を含んでもよいし、加熱工程及び現像後露光工程の一方のみを含んでもよい。
現像後露光工程においては、例えば、光塩基発生剤の感光によってポリイミド前駆体等の環化が進行する反応や、光酸発生剤の感光によって酸分解性基の脱離が進行する反応などを促進することができる。
現像後露光工程においては、現像工程において得られたパターンの少なくとも一部が露光されればよいが、上記パターンの全部が露光されることが好ましい。
現像後露光工程における露光量は、感光性化合物が感度を有する波長における露光エネルギー換算で、50~20,000mJ/cm2であることが好ましく、100~15,000mJ/cm2であることがより好ましい。
現像後露光工程は、例えば、上述の露光工程における光源を用いて行うことができ、ブロードバンド光を用いることが好ましい。
現像工程により得られたパターン(加熱工程及び現像後露光工程の少なくとも一方に供されたものが好ましい)は、パターン上に金属層を形成する金属層形成工程に供されてもよい。
すなわち、本発明の硬化物の製造方法は、現像工程により得られたパターン(加熱工程及び現像後露光工程少なくとも一方に供されたものが好ましい)上に金属層を形成する金属層形成工程を含むことが好ましい。
本発明の硬化物の製造方法、又は、本発明の硬化物の適用可能な分野としては、電子デバイスの絶縁膜、再配線層用層間絶縁膜、ストレスバッファ膜などが挙げられる。そのほか、封止フィルム、基板材料(フレキシブルプリント基板のベースフィルムやカバーレイ、層間絶縁膜)、又は上記のような実装用途の絶縁膜をエッチングでパターン形成することなどが挙げられる。これらの用途については、例えば、サイエンス&テクノロジー(株)「ポリイミドの高機能化と応用技術」2008年4月、柿本雅明/監修、CMCテクニカルライブラリー「ポリイミド材料の基礎と開発」2011年11月発行、日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会/編「最新ポリイミド 基礎と応用」エヌ・ティー・エス,2010年8月等を参照することができる。
本発明の積層体とは、本発明の硬化物からなる層を複数層有する構造体をいう。
本発明の積層体は、硬化物からなる層を2層以上含む積層体であり、3層以上積層した積層体としてもよい。
上記積層体に含まれる2層以上の上記硬化物からなる層のうち、少なくとも1つが本発明の硬化物からなる層であり、硬化物の収縮、又は、上記収縮に伴う硬化物の変形等を抑制する観点からは、上記積層体に含まれる全ての硬化物からなる層が本発明の硬化物からなる層であることも好ましい。
すなわち、本発明の積層体の製造方法は、複数回行われる硬化物の製造方法の間に、硬化物からなる層上に金属層を形成する金属層形成工程を更に含むことが好ましい。金属層形成工程の好ましい態様は上述の通りである。
上記積層体としては、例えば、第一の硬化物からなる層、金属層、第二の硬化物からなる層の3つの層がこの順に積層された層構造を少なくとも含む積層体が好ましいものとして挙げられる。
上記第一の硬化物からなる層及び上記第二の硬化物からなる層は、いずれも本発明の硬化物からなる層であることが好ましい。上記第一の硬化物からなる層の形成に用いられる本発明の樹脂組成物と、上記第二の硬化物からなる層の形成に用いられる本発明の樹脂組成物とは、組成が同一の組成物であってもよいし、組成が異なる組成物であってもよい。本発明の積層体における金属層は、再配線層などの金属配線として好ましく用いられる。
本発明の積層体の製造方法は、積層工程を含むことが好ましい。
積層工程とは、パターン(樹脂層)又は金属層の表面に、再度、(a)膜形成工程(層形成工程)、(b)露光工程、(c)現像工程、(d)加熱工程及び現像後露光工程の少なくとも一方を、この順に行うことを含む一連の工程である。ただし、(a)の膜形成工程および(d)加熱工程及び現像後露光工程の少なくとも一方を繰り返す態様であってもよい。また、(d)加熱工程及び現像後露光工程の少なくとも一方の後には(e)金属層形成工程を含んでもよい。積層工程には、更に、上記乾燥工程等を適宜含んでいてもよいことは言うまでもない。
例えば、樹脂層/金属層/樹脂層/金属層/樹脂層/金属層のように、樹脂層を2層以上20層以下とする構成が好ましく、2層以上9層以下とする構成が更に好ましい。
上記各層はそれぞれ、組成、形状、膜厚等が同一であってもよいし、異なっていてもよい。
本発明の積層体の製造方法は、上記金属層および樹脂組成物層の少なくとも一部を表面活性化処理する、表面活性化処理工程を含むことが好ましい。
表面活性化処理工程は、通常、金属層形成工程の後に行うが、上記現像工程の後、樹脂組成物層に表面活性化処理工程を行ってから、金属層形成工程を行ってもよい。
表面活性化処理は、金属層の少なくとも一部のみに行ってもよいし、露光後の樹脂組成物層の少なくとも一部のみに行ってもよいし、金属層および露光後の樹脂組成物層の両方について、それぞれ、少なくとも一部に行ってもよい。表面活性化処理は、金属層の少なくとも一部について行うことが好ましく、金属層のうち、表面に樹脂組成物層を形成する領域の一部または全部に表面活性化処理を行うことが好ましい。このように、金属層の表面に表面活性化処理を行うことにより、その表面に設けられる樹脂組成物層(膜)との密着性を向上させることができる。
また、表面活性化処理は、露光後の樹脂組成物層(樹脂層)の一部または全部についても行うことが好ましい。このように、樹脂組成物層の表面に表面活性化処理を行うことにより、表面活性化処理した表面に設けられる金属層や樹脂層との密着性を向上させることができる。特にネガ型現像を行う場合など、樹脂組成物層が硬化されている場合には、表面処理によるダメージを受けにくく、密着性が向上しやすい。
表面活性化処理としては、具体的には、各種原料ガス(酸素、水素、アルゴン、窒素、窒素/水素混合ガス、アルゴン/酸素混合ガスなど)のプラズマ処理、コロナ放電処理、CF4/O2、NF3/O2、SF6、NF3、NF3/O2によるエッチング処理、紫外線(UV)オゾン法による表面処理、塩酸水溶液に浸漬して酸化皮膜を除去した後にアミノ基とチオール基を少なくとも一種有する化合物を含む有機表面処理剤への浸漬処理、ブラシを用いた機械的な粗面化処理から選択され、プラズマ処理が好ましく、特に原料ガスに酸素を用いた酸素プラズマ処理が好ましい。コロナ放電処理の場合、エネルギーは、500~200,000J/m2が好ましく、1000~100,000J/m2がより好ましく、10,000~50,000J/m2が最も好ましい。
また、本発明は、本発明の硬化物、又は、本発明の積層体を含む半導体デバイスも開示する。
また、本発明は、本発明の硬化物の製造方法、又は、本発明の積層体の製造方法を含む半導体デバイスの製造方法も開示する。本発明の樹脂組成物を再配線層用層間絶縁膜の形成に用いた半導体デバイスの具体例としては、特開2016-027357号公報の段落0213~0218の記載及び図1の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の光塩基発生剤は、上記式(1-1)~式(1-3)のいずれかにより表される光塩基発生剤であることが好ましい。
本発明の光塩基発生剤は、上記式(1-1)~式(1-3)のいずれかにより表されること以外は、上述の特定光塩基発生剤と同様であり、好ましい態様も同様である。
撹拌機、コンデンサーを取りつけたフラスコ中で、trans-2-ヒドロキシ桂皮酸(東京化成工業(株)製)16.4g(100ミリモル)をテトラヒドロフラン100mLに溶解し、0℃に冷却した。次いで、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸(東京化成工業(株)製)20.1g(105ミリモル)を添加した。続いて、4-(2-ヒドロキエチル)ピペリジン(東京化成工業(株)製)13.5g(105ミリモル)をテトラヒドロフラン(東京化成工業(株)製)50mLに溶解し、0℃で1時間かけて滴下した。続いて、25℃に昇温し、2時間攪拌した後、800mLの酢酸エチルに溶解し、分液ロートに移した。次いで、これを100mLの水で2回、0.1mmol/Lの希塩酸100mLで2回、150mLの飽和食塩水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これをろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、中間体BS-1Aを19g得た。
撹拌機、コンデンサーを取りつけたフラスコに、イソシアン酸3-(トリエトキシシリル)プロピル(東京化成工業(株)製)12.3g(50ミリモル)、ネオスタンU-600(日東化成(株)製)0.01g、をテトラヒドロフラン(東京化成工業(株)製)60mLに溶解し、25℃で攪拌した。次いで、上記で合成した中間体BS-1Aを13.7g(50ミリモル)を25℃で、テトラヒドロフラン100mLに溶解し、
1時間かけて滴下し、その後、40℃で2時間攪拌し、1000mLの酢酸エチルに溶解し、分液ロートに移した。次いで、これを100mLの水で2回、150mLの飽和食塩水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これをろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、BS-1を18g得た。BS-1の構造は下記構造であると推定される。
撹拌機、コンデンサーを取りつけたフラスコに、イソシアン酸3-(トリエトキシシリル)プロピル(東京化成工業(株)製)12.3g(50ミリモル)、ネオスタンU-600(日東化成(株)製)0.01g、をテトラヒドロフラン(東京化成工業(株)製)150mLに溶解し、25℃で攪拌した。次いで、9-(ヒドロキシメチル)アントラセン(東京化成工業(株)製)10.4gを添加し、40℃で3時間攪拌した。続いて、これを1000mLの酢酸エチルに溶解し、分液ロートに移し、100mLの水で2回150mLの飽和食塩水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これをろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、BS-3を20g得た。BS-3の構造は下記構造であると推定される。
BS-1の合成と同様の方法により、BS-4~BS-6を合成した。
BS-4~BS-6の構造は、それぞれ下記構造であると推測される。
攪拌機、コンデンサーを取り付けたフラスコに、2-(3-ベンゾイルフェニル)プロピオン酸(東京化成工業(株)製)12.7g(50ミリモル)をテトラヒドロフラン(東京化成工業(株)製)130mLに溶解し、25℃で撹拌した。次に、ビス[3-(トリメトキシシリル)プロピル]アミン(東京化成工業(株)製)17.2gをテトラヒドロフラン60mLに溶解し、これを1時間かけて滴下し、25℃で30分撹拌した。この反応液をろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、BS-8を39g得た。BS-8の構造は、下記構造であると推測される。
BS-9は、同様の方法で合成した。
BS-8~BS-9の構造は、それぞれ下記構造であると推測される。
コンデンサー及び撹拌機を取り付けたフラスコ中で、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(富士フイルム和光純薬(株)製)26.0g(0.2モル)、脱水ピリジン(富士フイルム和光純薬(株)製)17.4g(0.22モル)を78gの酢酸エチルに溶解し、5℃以下に冷却した。次いで、3,5-ジニトロベンゾイルクロリド(東京化成工業(株)製)48.4g(0.21モル)を145gの酢酸エチルに溶解し、この溶液を滴下ロートを使い、1時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、10℃以下で30分撹拌し、25℃に昇温し、3時間撹拌した。次いで、反応液を酢酸エチル(CH3COOEt)600mLで希釈し、分液ロートに移し、水300mL、飽和重曹水300mL、希塩酸300mL、飽和食塩水300mLで順に洗浄した。分液洗浄後、硫酸マグネシウム30gで乾燥後、エバポレーターを用いて濃縮、真空乾燥し、ジニトロ体(A-1)を61.0g得た。
コンデンサー及び撹拌機を取り付けたフラスコに、還元鉄(富士フイルム和光純薬(株)製)27.9g(500ミリモル)、塩化アンモニウム(富士フイルム和光純薬(株)製)5.9g(110ミリモル)、酢酸(富士フイルム和光純薬(株)製)3.0g(50ミリモル)、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシル フリーラジカル(東京化成工業(株)製)0.03gを秤り取り、イソプロピルアルコール(IPA)200mL、純水30mLを添加し、撹拌した。
次いで、ジニトロ体(A-1)16.2gを少量ずつ1時間かけて添加し、30分撹拌した。次に、外温を85℃に昇温し、2時間撹拌し、25℃以下に冷却した後、セライト(登録商標)を使用してろ過した。ろ液をロータリーエバポレーターで濃縮し、酢酸エチル800mLに溶解した。これを分液ロートに移し、飽和重曹水300mLで2回洗浄し、水300mL、飽和食塩水300mLで順に洗浄した。分液洗浄後、硫酸マグネシウム30gで乾燥後、エバポレーターを用いて濃縮、真空乾燥し、ジアミン(AA-1)を11.0g得た。上記合成スキームの概略を以下に示す。
〔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、4,4’-オキシジベンゾイルクロリドからのポリベンゾオキサゾール前駆体(A-1)の合成〕
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28.0g(76.4ミリモル)をN-メチルピロリドン200gに撹拌溶解した。続いて、ピリジン12.1g(153ミリモル)を加え、温度を-10~0℃に保ちながら、N-メチルピロリドン75gに4,4’-オキシジベンゾイルクロリド20.7g(70.1ミリモル)を溶解させた溶液を1時間かけて滴下した。30分間撹拌した後、塩化アセチル1.00g(12.7ミリモル)を加え、さらに60分間撹拌した。次いで、6リットルの水の中でポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂を沈殿させ、水-ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂混合物を500rpmの速度で15分間撹拌した。ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂を濾過して取得し、6リットルの水の中で再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、ポリベンゾオキサゾール前駆体(A-1)を得た。このポリベンゾオキサゾール前駆体の分子量は、Mw=21500、Mn=9500であった。
A-1の構造は下記式(A-1)により表される構造であると推測される。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリット酸二無水物(140℃で12時間乾燥した)と、16.8g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、20.4g(258ミリモル)のピリジンと、100gのダイグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)を混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリット酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、得られたジエステルをSOCl2により塩素化した後、合成例A-5と同様の方法で4,4’-ジアミノジフェニルエーテルでポリイミド前駆体に変換し、合成例A-5と同様の方法でポリイミド前駆体(A-2)を得た。このポリイミド前駆体の重量平均分子量は、21,000であった。
A-2の構造は下記式(A-2)により表される構造であると推測される。
〔4,4’-オキシジフタル酸二無水物、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル及び2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-3:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成〕
20.0g(64.5ミリモル)の4,4’-オキシジフタル酸二無水物(140℃で12時間乾燥した)と、16.8g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、20.4g(258ミリモル)のピリジンと、100gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、4,4’-オキシジフタル酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、得られたジエステルをSOCl2により塩素化した後、合成例A-5と同様の方法で4,4’-ジアミノジフェニルエーテルでポリイミド前駆体に変換し、合成例A-5と同様の方法でポリイミド前駆体(A-3)を得た。このポリイミド前駆体の重量平均分子量は、19,600であった。
A-3の構造は下記式(A-3)により表される構造であると推測される。
〔4,4’-オキシジフタル酸二無水物、4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニル(オルトトリジン)及び2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-4:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成〕
20.0g(64.5ミリモル)の4,4’-オキシジフタル酸二無水物(140℃で12時間乾燥した)と、16.8g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、20.4g(258ミリモル)のピリジンと、100gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、4,4’-オキシジフタル酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、得られたジエステルをSOCl2により塩素化した後、合成例A-5と同様の方法で4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニルでポリイミド前駆体に変換し、合成例A-5と同様の方法でポリイミド前駆体(A-4)を得た。このポリイミド前駆体の重量平均分子量は、23,500であった。
A-4の構造は下記式(A-4)により表される構造であると推測される。
〔A-5:オキシジフタル酸二無水物、4,4’-ビフタル酸無水物、2-ヒドロキシエチルメタクリレート及び4,4’-ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体樹脂A-5の合成〕
撹拌機、コンデンサー及び内部温度計を取りつけた平底ジョイントを備えた乾燥反応器中で水分を除去しながら、4,4’-ビフタル酸無水物 9.49g(32.25ミリモル)、オキシジフタル酸二無水物 10.0g(32.25ミリモル)をジグリム 140mL中に懸濁させた。2-ヒドロキシエチルメタクリレート 16.8g(129ミリモル)、ヒドロキノン 0.05g、純水 0.05g及びピリジン 10.7g(135ミリモル)を続いて添加し、60℃の温度で18時間撹拌した。次いで、混合物を-20℃まで冷却した後、塩化チオニル 16.1g(135.5ミリモル)を90分かけて滴下した。ピリジニウムヒドロクロリドの白色沈澱が得られた。次いで、混合物を室温まで温め、2時間撹拌した後、ピリジン 9.7g(123ミリモル)及びN-メチルピロリドン(NMP) 25mLを添加し、透明溶液を得た。次いで、得られた透明溶液に、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル 11.8g(58.7ミリモル)をNMP 100mL中に溶解させたものを、1時間かけて滴下により添加した。次いで、メタノール 5.6g(17.5ミリモル)と3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシトルエン 0.05gを加え、混合物を2時間撹拌した。次いで、4リットルの水の中でポリイミド前駆体樹脂を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体樹脂混合物を500rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体樹脂を濾過して取得し、4リットルの水の中で再度30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体樹脂を減圧下、45℃で3日間乾燥しポリイミド前駆体(A-5)を得た。得られたポリイミド前駆体A-5の重量平均分子量は23,800、数平均分子量は10,400であった。
〔A-6:4,4’-オキシジフタル二酸無水物、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、及び2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-6:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成〕
4,4’-オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gをセパラブルフラスコに入れ、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)134.0g及びγ-ブチロラクトン400mlを加えた。室温下で撹拌しながら、ピリジン79.1gを加えることにより、反応混合物を得た。反応による発熱の終了後、室温まで放冷し、更に16時間静置した。
次に、氷冷下において、反応混合物に、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)206.3gをγ-ブチロラクトン180mlに溶解した溶液を、撹拌しながら40分かけて加えた。続いて、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル93.0gをγ-ブチロラクトン350mlに懸濁した懸濁液を、撹拌しながら60分かけて加えた。更に室温で2時間撹拌した後、エチルアルコール30mlを加えて1時間撹拌した。その後、γ-ブチロラクトン400mlを加えた。反応混合物に生じた沈殿物を、ろ過により取得し、反応液を得た。
得られた反応液を3リットルのエチルアルコールに加えて、粗ポリマーからなる沈殿物を生成した。生成した粗ポリマーを濾取し、テトラヒドロフラン1.5リットルに溶解して粗ポリマー溶液を得た。得られた粗ポリマー溶液を28リットルの水に滴下してポリマーを沈殿させ、得られた沈殿物を濾取した後に真空乾燥することにより、粉末状のポリマーA-6を得た。このポリマーA-6の重量平均分子量(Mw)を測定したところ、24,000であった。
〔3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、及び2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-7:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成〕
合成例6において、4,4’-オキシジフタル酸二無水物155.1gに代えて、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物147.1gを用いた以外は、合成例A-6に記載の方法と同様にして反応を行うことにより、ポリマーA-7を得た。このポリマーA-7の重量平均分子量(Mw)を測定したところ、22,900であった。
撹拌機、コンデンサーを取りつけたフラスコ中で、1,2,4-トリアゾール(東京化成工業(株)製)7.25g(105ミリモル)、カレンズMOI(昭和電工(株)製)15.52g(100ミリモル)、ネオスタンU-600(日東化成(株)製)0.01g、をテトラヒドロフラン(東京化成工業(株)製)70mLに溶解し、25℃で1時間攪拌した。次いで、45℃で2時間攪拌した後、600mLの酢酸エチルに溶解し、分液ロートに移した。次いで、これを100mLの水で2回、150mLの飽和食塩水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これをろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、M-1を18g得た。得られたM-1の構造は下記構造であると推測される。
撹拌機、コンデンサーを取りつけたフラスコ中で、トリアゾール15.2g(0.22モル)を塩化メチレン150mLと混合し、10℃以下になるまで冷却した。続いて、メタクリル酸クロリド10.5g(0.1モル)を1時間かけて滴下し、20~25℃に昇温した。20~25℃で3時間撹拌した後、塩化メチレンを200mL加え、発生した塩をろ紙でろ過し、ろ液を回収した。ろ液を分液ロートに移し、水50mLで2回、150mLの飽和食塩水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これをろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、M-2を20g得た。得られたM-2の構造は下記構造であると推測される。
M-1~M-2と同様の方法で、下記M-3~M-5を合成した。得られたM-3~M-5の構造は、それぞれ下記構造であると推測される。
撹拌機、コンデンサーを取りつけたフラスコに、1,2,4-トリアゾール(東京化成工業(株)製)7.25g(105ミリモル)、イソシアン酸3-(トリエトキシシリル)プロピル(東京化成工業(株)製)24.7g(100ミリモル)、ネオスタンU-600(日東化成(株)製)0.02g、をテトラヒドロフラン(東京化成工業(株)製)100mLに溶解し、25℃で1時間攪拌した。次いで、45℃で2時間攪拌した後、800mLの酢酸エチルに溶解し、分液ロートに移した。次いで、これを100mLの水で2回、150mLの飽和食塩水で2回洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これをろ紙でろ過しながら1口フラスコに移し、エバポレーターで溶媒を除去し、DS-1を26g得た。DS-1である事は、1H-NMRスペクトルから確認した。得られたDS-1の構造は下記構造であると推測される。
DS-1と同様の方法により、DS-2を合成した。
得られたDS-2の構造は下記構造であると推測される。
フラスコ1に、プロピレングリコールモノメチルエーテルを15g添加し、窒素を流しながら、80℃に昇温し、攪拌した。
次いで、三角フラスコ(フラスコ2)に、メタクリル酸3-(トリエトキシシリル)プロピル(東京化成工業(株)製)14.52g(50ミリモル)、M-3を6.16g(50ミリモル)、プロピレングリコールモノメチルエーテルを50g、重合開始剤V-601(富士フイルム和光(株)製)0.46gを添加し、溶解させ、3時間かけて、フラスコ1に滴下した。次いで、85℃に昇温し、3時間攪拌した後、室温まで冷却し、AP-1溶液を得た。AP-1溶液の固形分濃度(固形分量/溶液の全質量×100)は24.1質量%であり、AP-1の重量平均分子量(Mw)は12,500であった。得られたAP-1の構造は、下記構造であると推測される。
合成例AP-1と同様の方法により、化合物AP-2~AP-4を合成した。
AP-2~AP-4の推定される構造を、それぞれ、下記式(AP-2)~式(AP-4)に示す。各構造中、括弧の添え字は各繰り返し単位のモル比を表す。
AP-2のMwは15,800、AP-3のMwは25,000、AP-4のMwは8,500であった。
各実施例において、それぞれ、下記表に記載の成分を混合し、各硬化性樹脂組成物を得た。また、各比較例において、それぞれ、下記表に記載の成分を混合し、各比較用組成物を得た。
具体的には、表に記載の溶剤以外の成分の含有量は、表の各「添加量」の欄に記載の量(質量部)とした。
なお、AP-1~AP-4については、溶液中の固形分量が表の各「添加量」に記載の量(質量部)となるように添加した。
得られた硬化性樹脂組成物及び比較用組成物を、細孔の幅が0.8μmのポリテトラフルオロエチレン製フィルターを通して加圧ろ過した。
また、表中、「-」の記載は該当する成分を組成物が含有していないことを示している。
・A-1~A-7:上述の合成例で合成したA-1~A-7
・BS-1~BS-9:上述の合成例で合成したBS-1~BS-9
・C-1~C-2:下記構造の化合物
・AP-1~AP-4:上述の合成例で合成したAP-1~AP-4
・DS-1~DS-2:上述の合成例で合成したDS-1~DS-2
・M-1~M-5:上述の合成例で合成したM-1~M-5
・D-1~D-3:下記構造の化合物
・D-4:WPBG-27 (富士フイルム和光純薬(株))
・E-1~E-6:下記構造の化合物
・OXE-01:IRGACURE OXE 01(BASF社製)
・OXE-02:IRGACURE OXE 02(BASF社製)
・SR-209:SR-209(サートマー社製)
・SR-231:SR-231(サートマー社製)
・SR-239:SR-239(サートマー社製)
・A-DPH:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学)
・I-1:1,4-ベンゾキノン
・I-2:4-メトキシフェノール
・I-3:1,4-ジヒドロキシベンゼン
・I-4:下記化合物
・Jー1:N-フェニルジエタノールアミン(東京化成工業(株)製)
・DMSO:ジメチルスルホキシド
・GBL:γ-ブチロラクトン
・NMP:N-メチルピロリドン
表中、「DMSO/GBL」の記載はDMSOとGBLを80:20の混合比(質量比)で混合したものを用いたことを示している。
〔破断伸びの評価〕
各実施例及び比較例において、それぞれ、硬化性樹脂組成物又は比較用組成物をスピンコート法でシリコンウェハ上に適用して硬化性樹脂組成物層を形成した。得られた硬化性樹脂組成物層を適用したシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に約15μmの厚さの均一な硬化性樹脂組成物層を得た。
「硬化方法」の欄に「A」と記載された例においては、得られた硬化性樹脂組成物層の全面に対して、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーでi線露光した。上記露光後の硬化性樹脂組成物層(樹脂層)を、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、表の「硬化温度(℃)」の欄に記載の温度に達した後、3時間加熱した。
「硬化方法」の欄に「B」と記載された例においては、上記露光後の硬化性樹脂組成物層の全面に対して、500mJ/cm2の露光エネルギーでi線露光しながら、上記「A」と記載された例と同様の方法により加熱した。
硬化後の樹脂層(硬化物)を4.9質量%フッ化水素酸水溶液に浸漬し、シリコンウェハから硬化物を剥離した。剥離した硬化物を、打ち抜き機を用いて打ち抜いて、試料幅3mm、試料長30mmの試験片を作製した。得られた試験片を、引張り試験機(テンシロン)を用いて、クロスヘッドスピード300mm/分で、25℃、65%RH(相対湿度)の環境下にて、JIS-K6251に準拠してフィルムの長手方向の破断伸び率を測定した。評価は各5回ずつ実施し、フィルムが破断した時の伸び率(破断伸び率)について、その算術平均値を指標値として用いた。
上記指標値を下記評価基準に従って評価し、評価結果は表の「破断伸び」の欄に記載した。上記指標値が大きいほど、得られる硬化物の膜強度(破断伸び)に優れるといえる。
-評価基準-
A:上記指標値が60%以上であった。
B:上記指標値が55%以上60%未満であった。
C:上記指標値が50%以上55%未満であった。
D:上記指標値が50%未満であった。
上記ろ過後の各硬化性樹脂組成物又は比較用組成物を、銅基板上にスピンコート法により層状に適用して、硬化性樹脂組成物層を形成した。得られた硬化性樹脂組成物層を適用した銅基板をホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、銅基板上に20μmの厚さの均一な硬化性樹脂組成物層とした。銅基板上の硬化性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーで100μm四方の正方形状の非マスク部が形成されたフォトマスクを使用して露光し、その後シクロペンタノンで60秒間現像して、100μm四方形の樹脂層を得た。
「硬化方法」の欄に「A」と記載された例においては、さらに、光源としてi線(365nm)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーで露光した後に、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、表中の「硬化温度(℃)」の欄に記載の温度に達した後、この温度を3時間維持し樹脂膜2を得た。
「硬化方法」の欄に「B」と記載された例においては、光源としてi線(365nm)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーで露光しながら、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、表中の「硬化温度(℃)」の欄に記載の温度に達した後、この温度を3時間維持し樹脂膜2を得た。
銅基板上の100μm四方形の樹脂膜2に対して、25℃、65%相対湿度(RH)の環境下にて、ボンドテスター(XYZTEC社製、CondorSigma)を用いて、せん断力を測定した。せん断力が大きければ大きいほど密着力が大きく、金属と硬化物との密着性に優れるといえ、好ましい結果となる。
評価は下記評価基準に従って行い、評価結果は表中の「銅密着性」の欄に記載した。
―評価基準―
A:せん断力が40gfを超えた
B:せん断力が35gfを超えて40gf以下
C:せん断力が30gfを超えて35gf以下
D:せん断力が25gfを超えて30gf以下
E:せん断力が25gf以下
1gfは9.80665×10-3Nである。
比較例1~2に係る比較用組成物は、特定光塩基発生剤を含まない。
このような比較用組成物からなる硬化物は、金属との密着性に劣ることがわかる。
実施例1において使用した硬化性樹脂組成物を、表面に銅薄層が形成された樹脂基材の銅薄層の表面にスピンコート法により層状に適用して、100℃で4分間乾燥し、膜厚20μmの硬化性樹脂組成物層を形成した後、ステッパー((株)ニコン製、NSR1505 i6)を用いて露光した。露光はマスク(パターンが1:1ラインアンドスペースであり、線幅が10μmであるバイナリマスク)を介して、波長365nmで行った。露光後、100℃で4分間加熱した。上記加熱後、シクロヘキサノンで2分間現像し、PGMEAで30秒間リンスし、層のパターンを得た。
次いで、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、230℃に達した後、230℃で3時間維持して、再配線層用層間絶縁膜を形成した。この再配線層用層間絶縁膜は、絶縁性に優れていた。
また、これらの再配線層用層間絶縁膜を使用して半導体デバイスを製造したところ、問題なく動作することを確認した。
Claims (15)
- ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体及びポリアミドイミド前駆体よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂、及び、
アルコキシシリル基を有する光塩基発生剤を含み、
前記光塩基発生剤が波長200~450nmの光の作用で塩基を発生する化合物であり、
前記光塩基発生剤が下記式(1-1)~式(1-3)のいずれかにより表される化合物である
硬化性樹脂組成物。
式(1-1)中、X 1 は、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を有するアリール基を表し、R 1 、R 2 は、水素原子または、炭素数1~12の炭化水素基を表し、R 1 及びR 2 は、結合して環構造を形成してもよく、Y 1 は2価の連結基を表し、Z 1 はアルコキシシリル基を表す;
式(1-2)中、X 2 は置換または無置換のアントラセン構造、又は、ニトロ基を有するアリール基を表し、R 3 及びR 4 はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、R 3 及びR 4 は結合して環構造を形成してもよく、Y 2 は2価の連結基を表し、Z 2 はアルコキシシリル基を表す;
式(1-3)中、X 3 及びX 4 はそれぞれ独立に、置換または無置換のアリール基を表し、R 5 は1価の有機基を表し、R 6 ~R 9 はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~12の炭化水素基又はアルコキシシリル基を有する基を表し、R 6 ~R 9 の少なくとも2つが結合して環構造を形成してもよく、R 6 ~R 9 の少なくとも1つは、アルコキシシリル基を有する基である。 - 前記光塩基発生剤が、分子量2,000以下の化合物である、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- アルコキシシリル基を有し、光塩基発生能を有しない化合物を更に含む、請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
- アルコキシシリル基を有しない光塩基発生剤を更に含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 重合性基及びアゾール基を有する化合物である化合物Bを含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 重合性基を有さずアゾール基を有する化合物である化合物Cを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 化合物Cが、式(C-1)または、式(C-2)で表される、請求項6に記載の硬化性樹脂組成物。
式(C-1)中、Z1~Z4はそれぞれ独立に、=CR7-または窒素原子を表し、R1は水素原子又は1価の有機基を表し、R7は水素原子又は1価の有機基を表し、式(C-1)で表される構造中に重合性基は含まない;
式(C-2)中、Z5~Z6はそれぞれ独立に、=CR8-または窒素原子を表し、R2~R6はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、R8は水素原子又は1価の有機基を表し、式(C-2)で表される構造中に重合性基は含まない。 - 再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、請求項1~7のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
- 請求項9に記載の硬化物からなる層を2層以上含み、前記硬化物からなる層同士のいずれかの間に金属層を含む積層体。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を基板に適用して膜を形成する膜形成工程を含む、硬化物の製造方法。
- 前記膜を選択的に露光する露光工程及び前記膜を現像液を用いて現像してパターンを形成する現像工程を含む、請求項11に記載の硬化物の製造方法。
- 前記現像工程の後に、前記現像により得られたパターンを露光する現像後露光工程を更に含む、請求項12に記載の硬化物の製造方法。
- 前記膜を、50~450℃で加熱する加熱工程を含む、請求項11~13のいずれか1項に記載の硬化物の製造方法。
- 請求項9に記載の硬化物又は請求項10に記載の積層体を含む、半導体デバイス。
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