JP7403268B2 - 感光性樹脂組成物、ドライフィルム、硬化物および電子部品 - Google Patents
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Description
Xは、4価の有機基であり、
Aは、単結合、Oおよび2価の有機基から選択され、
Bは、フルオロアルコール基であり、
Rは、置換または無置換のアルキル基であり、
n1は、それぞれ独立して、1以上の整数であり、
n2およびn3は、それぞれ独立して、0~4の整数であり、かつn2+n3は1以上であり、
n4は、それぞれ独立して、0~3の整数であり、
n5は、1~4の整数であり、
n6は、0~3の整数である。)
本発明の感光性樹脂組成物は、(A)下記一般式(1)および(2)で示される構造の少なくとも一方の構造を有するポリイミド前駆体と、(B)感光剤と、を含むことを特徴とする。
これにより、現像工程条件のコントロールが容易となり、微細パターンの形成が極めて容易となる。
なお、溶解速度の測定は、以下のようにして行う。
シリコン基板上に、感光性樹脂組成物を塗布乾燥し、厚さ2μmの乾燥塗膜を形成させ、この乾燥塗膜に、ブロード光を、パターンを有するフォトマスクを通して照射する。露光量は200mJ/cm2とする。
露光後の乾燥塗膜を、25℃の2.38%のTMAH水溶液を用いて現像し、現像速度測定装置(リソテックジャパン(株)製のRDA-790)を用いて、露光部における乾燥塗膜の溶解速度を測定する。
4価の有機基としては、以下のような構造を有する基を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
なお、構造中のaは、それぞれ独立して選択される、0~2の整数であり、溶剤溶解性という観点からは、0~1であることが好ましく、0であることが特に好ましい。また、構造中のbは、1~3の整数であり、溶剤溶解性および硬化物の透明性という観点からは、2~3であることが好ましく、3であることが特に好ましい。
2価の有機基は、炭素数が、1~10であることが好ましく、1~6であることがより好ましく、1~3であることがさらに好ましい。
2価の有機基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基およびアルキルエーテル基、ケトン基、エステル基等が挙げられる。
フルオロアルコール基の炭素数は、それぞれ独立して、1~10であることが好ましく、3~6であることがより好ましい。
フルオロアルコール基のフッ素数は、それぞれ独立して、1~10であることが好ましく、4~8であることがより好ましい。これにより、溶剤溶解性および硬化物の透明性を向上することができる。
フルオロアルコール基としては、具体的には、以下のような構造を有する基を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
アルキル基の炭素数は、1~10であることが好ましく、1~6であることがより好ましい。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、sec-ペンチル基、n-へキシル基、シクロへキシル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、クロロメチル基、ジクロロメチル基、トリクロロメチル基、ブロモメチル基、ジブロモメチル基、トリブロモメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、クロロエチル基、ジクロロエチル基、トリクロロエチル基、ブロモエチル基、ジブロモエチル基、トリブロモエチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシルプロピル基、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、n-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、sec-ペンチルオキシ基、n-へキシルオキシ基、シクロへキシルオキシ基、n-へプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、n-ノニルオキシ基、n-デシルオキシ基、トリフルオロメトキシ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、トリメチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基等が挙げられる。
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレニル基、フェナントレニル基、ビフェニル基等が挙げられる。
置換基としては、例えば、アルキル基、フルオロ基やクロロ基等のハロゲンを有するアルキル基、ハロゲン基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、シアノ基、カルボキシル基、スルホン酸基等が挙げられる。
上記一般式(1)において、n2およびn3は、それぞれ独立して、0~4の整数であり、好ましくは、1~2の整数である。なお、n2+n3は1以上である。
上記一般式(1)において、n4は、それぞれ独立して、0~3の整数であり、好ましくは、0~1の整数である。
上記一般式(2)において、n5は、1~4の整数であり、好ましくは、1~2の整数である。
上記一般式(2)において、n6は、0~3の整数であり、好ましくは、0~1の整数である。
また、ポリイミド前駆体の重量平均分子量(Mw)は、4,000~80,000であることが好ましく、10,000~30,000であることがより好ましい。これにより、硬化物におけるクラックの発生をより低減することができる。
さらに、Mw/Mnは、2.0~4.0であることが好ましく、2.3~3.0であることがより好ましい。これにより、現像時に発生する残渣や膨潤が低減される。
なお、本発明において、数平均分子量および重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定し、標準ポリスチレンで換算した数値である。
本発明において、Tgは、JIS K 7121に準拠して、示査走査熱量測定(DSC)により求める値である。
本発明の感光性樹脂組成物は、感光剤を含み、これにより、感光性樹脂組成物のアルカリ現像液への溶解性を調整することができる。感光剤としては、例えば、光酸発生剤および光塩基発生剤等が挙げられる。これらの中でも、溶解コントラストという観点から、光酸発生剤が好ましい。
この感光剤は、公知慣用の割合で配合することができ、例えば、光酸発生剤については、ポリイミド前駆体100質量部に対して、0.1~30質量部、好ましくは1~20質量部の割合で配合することが好ましい。
なお、感光性樹脂組成物は、感光剤を2種以上含んでいてもよい。
上記した中でも、溶解コントラストという観点から、ナフトキノンジアジド化合物が好ましい。
ナフトキノンジアジド化合物としては、具体的には、例えば、トリス(4-ヒドロキシフェニル)-1-エチル-4-イソプロピルベンゼンのナフトキノンジアジド付加物(例えば、三宝化学研究所社製のTS533、TS567、TS583、TS593)、テトラヒドロキシベンゾフェノンのナフトキノンジアジド付加物(例えば、三宝化学研究所社製のBS550、BS570、BS599)、および4-{4-[1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エチル]-α,α-ジメチルベンジル}フェノールのナフトキノンジアジド付加物(例えば、三宝化学研究所社製のTKF-428、TKF-528)等が挙げられる。
光塩基発生剤としては、イオン型光塩基発生剤でもよく、非イオン型光塩基発生剤でもよいが、感光性樹脂組成物の感度という観点からは、イオン型光塩基発生剤が好ましい。
イオン型光塩基発生剤としては、例えば、芳香族成分含有カルボン酸と3級アミンとの塩等が挙げられ、この市販品としては、和光純薬社製イオン型PBGのWPBG-082、WPBG-167、WPBG-168、WPBG-266およびWPBG-300等が挙げられる。
非イオン型の光塩基発生剤としては、例えば、α-アミノアセトフェノン化合物、オキシムエステル化合物や、N-ホルミル化芳香族アミノ基、N-アシル化芳香族アミノ基、ニトロベンジルカーバメイト基およびアルコオキシベンジルカーバメート基等の置換基を有する化合物等が挙げられる。
その他の光塩基発生剤として、和光純薬社製のWPBG-018(商品名:9-anthrylmethyl N,N’-diethylcarbamate)、WPBG-027(商品名:(E)-1-[3-(2-hydroxyphenyl)-2-propenoyl]piperidine)、WPBG-140(商品名:1-(anthraquinon-2-yl)ethyl imidazolecarboxylate)およびWPBG-165等が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は架橋剤を含有することができる。架橋剤を添加することで感光性樹脂組成物の硬化温度を低下することができる。架橋剤は、特に限定されず、公知慣用の架橋剤が挙げられる。
本明細書においてその架橋剤はポリイミド前駆体中のカルボキシル基と反応し架橋構造を形成し得る化合物であることが好ましい。
ポリイミド前駆体またはポリイミド中の水酸基と反応する化合物としては、エポキシ基等の環状エーテル基、エピスルフィド基等の環状チオエーテル基を有する架橋剤、メチロール基等の炭素数1~12のアルキレン基にヒドロキシル基が結合したアルコール性水酸基を有する架橋剤、アルコキシメチル基等のエーテル結合を有する化合物、トリアジン環構造を有する架橋剤、および尿素系架橋剤が挙げられる。
これらの中でも、環状エーテル基、特には、エポキシ基を有する架橋剤およびアルコール性水酸基、特には、ヒドロキシル基が結合したメチロール基を有する架橋剤が好ましい。
架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の感光性樹脂組成物における架橋剤の配合量は、ポリイミド前駆体の不揮発成分100質量部に対し、0.1~30質量部であることが好ましい。また、0.1~20質量部がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、架橋剤としてエポキシ基を有する架橋剤を含有することが好ましい。エポキシ基を有する架橋剤は、ポリイミド前駆体またはポリイミドの水酸基と熱反応し、架橋構造を形成する。エポキシ基を有する架橋剤の官能基数は、2~4であることが好ましい。感光性樹脂組成物が、エポキシ基を有する架橋剤を含有することにより、低温硬化性が得られ、形成される乾燥塗膜の溶解コントラストをより改善できる。
エポキシ基を有する架橋剤のなかでも、ナフタレン骨格を有する2官能以上のエポキシ化合物が好ましい。柔軟性および耐薬品性により優れた絶縁膜が得られるだけでなく、柔軟性と二律背反の関係にある低CTE化が可能となり、絶縁膜の反りやクラックの発生を抑制することができる。また、ビスフェノールA型エポキシ化合物も柔軟性の観点から好適に用いることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、架橋剤としてメチロール基を有する架橋剤を含有することが好ましい。メチロール基を有する架橋剤としては、メチロール基を2以上有することが好ましく、下記一般式(5)で表される化合物であることがさらに好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、可塑剤を含有することが好ましい。本発明においては、可塑剤の可塑作用、すなわち、ポリマー分子鎖間の凝集作用を削減し、分子鎖間の移動性、柔軟性が向上したことによって、ポリイミド前駆体の熱分子運動が向上し、環化反応が促進されることで低温硬化性が付与されると考えられる。可塑剤としては、可塑性を向上する化合物であれば特に限定されず、2官能(メタ)アクリル化合物、スルホンアミド化合物、フタル酸エステル化合物、マレイン酸エステル化合物、脂肪族二塩基酸エステル、リン酸エステル、クラウンエーテル等のエーテル化合物等が挙げられる。中でも、2官能(メタ)アクリル化合物であることが好ましい。2官能(メタ)アクリル化合物は、組成物中の他の成分と架橋構造を形成しない化合物であることが好ましい。また、2官能(メタ)アクリル化合物は、硬化物の内部応力をより緩和する観点から、自己重合により直鎖構造を形成する化合物であることが好ましい。本発明の感光性樹脂組成物における可塑剤の配合量としては、ポリイミド前駆体の不揮発成分100質量部に対し、3~40質量部であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、密着剤を含むことが好ましく、これにより、基材等との接着性を向上することができる。密着剤としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤およびアルミニウムカップリング剤を使用することができる。
シランカップリング剤としては、例えば、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、3―ウレイドプロピルトリアルコキシシランおよびフェニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
チタネートカップリング剤としては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2-ジアリルオキシメチル)ビス(ジ-トリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネートおよびビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート等が挙げられる。
アルミニウムカップリング剤としては、例えば、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる
上記した中でも、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシランが基材への密着性を向上させ現像速度への悪影響を及ぼさないという理由から好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、更にポリイミド前駆体の環化反応を促進するために公知の熱酸発生剤や、光感度を向上させるために公知の増感剤等を配合することもできる。更に、本発明の感光性樹脂組成物に加工特性や各種機能性を付与するために、その他に様々な有機または無機の低分子または高分子化合物を配合してもよい。例えば、界面活性剤、レベリング剤、微粒子等を用いることができる。微粒子には、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン等の有機微粒子、シリカ、カーボン、層状珪酸塩等の無機微粒子が含まれる。また、本発明の感光性樹脂組成物に各種着色剤および繊維等を配合してもよい。
本発明の感光性樹脂組成物は、溶剤を含んでいてもよい。本発明において、溶剤は、特に限定されるものではないが、パターン膜の加熱温度を低下させた場合の残留性を考慮すると、沸点200℃以下の溶剤が好ましい。
このような融点の溶剤としては、酢酸-2-メトキシ-1-メチルエチル(PGMEA)、4-メチル-2-ペンタノン、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、へキサメチルスルホキシド、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、2-エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル 、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート、エチルセロソルブアセテート、シクロへキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及び2-ヘプタノンが挙げられる。
なお、感光性樹脂組成物は、溶剤を2種以上含んでいてもよい。
本発明のドライフィルムは、フィルム(例えば支持(キャリア)フィルム)と、このフィルム上に、上記感光性樹脂組成物を用いて形成された樹脂層とを備える。また、ドライフィルムは、フィルム上に形成された樹脂層上に、さらに保護(カバー)するフィルム(いわゆる保護フィルム)を備えていてもよい。
フィルムは、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム、ポリプロピレンフィルム、ならびにポリスチレンフィルム等の熱可塑性樹脂からなるフィルムを使用することができる。
これらの中でも、耐熱性、機械的強度および取扱性等の観点から、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。また、これらフィルムの積層体をフィルムとして使用することもできる。
樹脂層は、上記感光性樹脂組成物を用いて形成されたものであり、その厚さは、特に限定されるものではなく、用途に応じ適宜変更することが好ましいが、例えば、1μm以上、150μm以下とすることができる。
また、他の実施形態においては、樹脂層は、保護フィルム上に、感光性樹脂組成物を塗布、乾燥させることにより形成することができる。
本発明においては、樹脂層の表面に塵が付着するのを防ぐ等の目的で、樹脂層の表面に剥離可能な保護フィルムを積層することが好ましい。
本発明の硬化物は、上記感光性樹脂組成物を用いて形成されたものであることを特徴とする。また、該硬化物は、パターンが形成されているものであってもよい。
以下、本発明の硬化物の製造方法を説明する。
本発明の硬化物の製造方法は、感光性樹脂組成物を、基材上に塗布し塗膜を形成し、これを乾燥することにより、または上記ドライフィルムから樹脂層を基材上に転写することにより、乾燥塗膜を形成させる工程を含む。
また、塗膜の乾燥は、感光性樹脂組成物中のポリイミド前駆体の閉環が起こらないような条件で行うことが望ましい。
具体的には、自然乾燥、送風乾燥、あるいは加熱乾燥を、70~140℃で1~30分の条件で行うことが好ましい。また、操作方法が簡便であるため、ホットプレートを用いて、1~20分乾燥を行うことが好ましい。
また、真空乾燥も可能であり、この場合は、室温で20分~1時間の条件で行うことができる。
次に、上記塗膜を、パターンを有するフォトマスクを通して選択的に、あるいはフォトマスクを通さず非選択的に、活性エネルギー線を照射し、露光する。
露光量は膜厚等によって異なるが、一般には10~1000mJ/cm2、好ましくは20~800mJ/cm2の範囲内とすることができる。
上記活性エネルギー線照射に用いられる露光機としては、高圧水銀灯ランプ、超高圧水銀灯ランプ、メタルハライドランプ、水銀ショートアークランプ等を搭載し、350~450nmの範囲で紫外線を照射する装置であればよく、さらに、直接描画装置(例えば、コンピューターからのCADデータにより直接レーザーで画像を描くレーザーダイレクトイメージング装置)も用いることができる。
該工程は、必要に応じ行われるものであり、塗膜を短時間加熱することにより、未露光部のポリイミド前駆体の一部を閉環してもよい。ここで、閉環率は、30%程度である。加熱時間および加熱温度は、ポリイミド前駆体の種類、塗布膜厚、(B)感光剤の種類によって適宜変更する。
次いで、上記露光後の塗膜を、現像液により処理し、塗膜中の露光部分を除去することにより、パターン膜を得ることができる。
該工程においては、従来より知られているフォトレジストの現像方法、例えば回転スプレー法、パドル法、超音波処理を伴う浸せき法等の中から任意の方法を選択することができる。
また、必要に応じて、これらにメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加してもよい。
リンス液としては、蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等を単独または組み合わせて用いることができる。また、現像液として上記溶剤を使用してもよい。
次いで、パターン膜を加熱して硬化塗膜(硬化物)を得る。
該加熱工程により、感光性樹脂組成物に含まれるポリイミド前駆体は、環化反応し、ポリイミドとなる。
加熱には、例えば、ホットプレート、オーブンおよび温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いることができる。
加熱雰囲気(気体)、空気下であってもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガス下であってもよい。
本発明の感光性樹脂組成物の用途は特に限定されず、例えば、塗料、印刷インキ、接着剤、表示装置、半導体素子、電子部品、光学部品および建築材料等の形成材料として好適に用いられる。
半導体素子の形成材料としては、レジスト材料およびバッファーコート膜、ウエハレベルパッケージ(WLP)の再配線層用絶縁膜等における、層形成材料が挙げられる。
電子部品の形成材料としては、プリント配線板、層間絶縁膜および配線被覆膜等における、封止材料および層形成材料が挙げられる。
また、光学部品の形成材料としては、ホログラム、光導波路、光回路、光回路部品および反射防止膜等における、光学材料や層形成材料が挙げられる。
さらに、建築材料としては、塗料、コーティング剤等に用いることができる。
撹拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中にN-メチルピロリドン53g仕込み、
3,3‘-ビス(1-ヒドロキシ-1-トリフルオロメチル-2,2,2-トリフルオロエチル)-4,4’-メチレンジアニリン13.95g(26.30mmol)を撹拌溶解した。
モノマーが完全に溶解したことを確認した後、5,5’-[1-メチル-1,1-エタンジイルビス(1,4-フェニレン)ビスオキシ]ビス(イソベンゾフラン-1,3-ジオール)(BPADA)13.95g(26.30mmol)を固体のまま5分間かけて加え、室温で1時間撹拌を続けた。
その後、攪拌溶液に5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物0.85g(5.19mmol)を固体のまま加え、室温で16時間攪拌した。撹拌した溶液を1Lのイオン交換水(比抵抗値18.2MΩ・cm)に投入し、析出物を回収した。
回収後、減圧乾燥してノルボルネン末端を有する、下記の繰り返し構造を有するポリイミド前駆体A-1を得た。ポリイミド前駆体A-1の数平均分子量(Mn)は6,800、重量平均分子量(Mw)は16,790、Mw/Mnは2.47であった。また、得られたポリイミド前駆体A-1のカルボキシル基濃度は525g/mol、フッ素濃度は88g/molであった。
撹拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中にN-メチルピロリドン53g仕込み、3,3‘-ビス(1-ヒドロキシ-1-トリフルオロメチル-2,2,2-トリフルオロエチル)-2,2’-ジメチルベンジジン14.40g(26.45mmol)を撹拌溶解した。
モノマーが完全に溶解したことを確認した後、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)10.46g(23.55mmol)を固体のまま10分間かけて加え、室温で1時間撹拌を続けた。
その後、攪拌溶液に5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物0.96g(5.82mmol)を固体のまま加え、室温で16時間攪拌した。
撹拌した溶液を1Lのイオン交換水(比抵抗値18.2MΩ・cm)に投入し、析出物を回収した。
回収後、減圧乾燥してノルボルネン末端を有する、下記の繰り返し構造を有するポリイミド前駆体A-2を得た。ポリイミド前駆体A-2の数平均分子量(Mn)は8,700、重量平均分子量(Mw)は22,100、Mw/Mnは2.54であった。また、得られたポリイミド前駆体A-2のカルボキシル基濃度は494g/mol、フッ素濃度は55g/molであった。
撹拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中にN-メチルピロリドン150g仕込み、3,3‘-ビス(1-ヒドロキシ-1-トリフルオロメチル-2,2,2-トリフルオロエチル)-4,4’-メチレンジアニリン8.43g(15.91mmol)を撹拌溶解した。
モノマーが完全に溶解したことを確認した後、6FDA1.88g(4.23mmol)とBPADA5.14g(9.87mmol)を固体のまま10分間かけて加え、室温で1時間撹拌を続けた。
その後、攪拌溶液に5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物0.59g(3.62mmol)を固体のまま加え、室温で16時間攪拌した。
撹拌した溶液を1Lのイオン交換水(比抵抗値18.2MΩ・cm)に投入し、析出物を回収した。
回収後、減圧乾燥してノルボルネン基末端を有する、下記の繰り返し構造を有するポリイミド前駆体A-3を得た。ポリイミド前駆体A-3の数平均分子量(Mn)は9,500、重量平均分子量(Mw)は24,800、Mw/Mnは2.61であった。また、得られたポリイミド前駆体A-3のカルボキシル基濃度は514g/mol、フッ素濃度は73g/molであった。
撹拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中にN-メチルピロリドン150g仕込み、
3,3‘-ビス(1-ヒドロキシ-1-トリフルオロメチル-2,2,2-トリフルオロエチル)-4,4’-メチレンジアニリン8.33g(15.71mmol)を撹拌溶解した。
モノマーが完全に溶解したことを確認した後、4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)1.33g(4.29mmol)とBPADA5.21g(10.01mmol)を固体のまま10分間かけて加え、室温で1時間撹拌を続けた。
その後、攪拌溶液に5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物0.46g(2.82mmol)を固体のまま加え、室温で16時間攪拌した。撹拌した溶液を1Lのイオン交換水(比抵抗値18.2MΩ・cm)に投入し、析出物を回収した。
回収後、減圧乾燥してノルボルネン末端を有する、下記の繰り返し構造を有するポリイミド前駆体A-4を得た。ポリイミド前駆体A-4の数平均分子量(Mn)は10,200、重量平均分子量(Mw)は24,680、Mw/Mnは2.42であった。また、得られたポリイミド前駆体A-1のカルボキシル基濃度は494g/mol、フッ素濃度は82g/molであった。
撹拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中にN-メチルピロリドン100g仕込み、ジアミノジフェニルエーテル5.16g(25.75mmol)を撹拌溶解した。
モノマーが完全に溶解したことを確認した後、ピロメリット酸無水物(PMDA)5.29g(24.25mmol)を固体のまま5分間かけて加え、室温で1時間撹拌を続けた。
その後、攪拌溶液に5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物0.49g(2.98mmol)を固体のまま加え、室温で16時間攪拌した。
撹拌した溶液を600mLのイオン交換水(比抵抗値18.2MΩ・cm)に投入し、析出物を回収した。回収後、減圧乾燥してノルボルネン末端を有する、下記の繰り返し構造を有するポリイミド前駆体A-5を得た。ポリイミド前駆体A-5の数平均分子量(Mn)は6,800、重量平均分子量(Mw)は17,000、Mw/Mnは2.51であった。また、得られたポリイミド前駆体A-1のカルボキシル基濃度は210g/molであった。
攪拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中に、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10.0g(27.3mmol)を、N-メチルピロリドン1500g中で撹拌溶解した。
その後、フラスコを氷浴に浸し、フラスコ内を0~5℃に保ちながら、4,4’-ジフェニルエーテルジカルボン酸クロリド8.78g(29.8mmol)を固体のまま10分間かけて加え、氷浴中で30分間撹拌した。
その後、室温で18時間撹拌を続けた。撹拌した溶液を700mLのイオン交換水(比抵抗値18.2MΩ・cm)に投入し、析出物を回収した。
その後、得られた固体をアセトン420mLに溶解させ、1Lのイオン交換水に投入した。
析出した個体を回収後、減圧乾燥してカルボキシル基末端のポリベンゾオキサゾール前駆体を得た。Mwは29,500、Mnは11,600、Mw/Mnは2.54であった。
上記参考例1において得られたポリイミド前駆体A-1を100質量部、ナフトキノンジアジド化合物(三宝化学研究所社製、TKF-528)を20質量部、密着剤(信越化学工業社製、KBM-573)を5質量部およびPGMEAを400質量部となるように、遮光容器に投入、攪拌し、感光性樹脂組成物を含むワニスを得た。
ポリイミド前駆体A-1を、表1に示すように、ポリイミド前駆体A-2~A-5、またはポリベンゾオキサゾール前駆体に変更した以外は、実施例1と同様にしてワニスを得た。
上記実施例および比較例において得られたワニスを目視により観察し、以下の評価基準に基づいて、溶解性を評価した。評価結果を表1にまとめた。
また、溶剤を、4-メチル-2-ペンタノンに変更し、上記同様溶解性の評価を行い、その結果を表1にまとめた。
(評価基準)
〇:溶け残り(沈殿物)が存在せず、またワニスの濁りが見られなかった。
△:溶け残りは存在しなかったが、ワニスの濁りが見られた。
×:溶け残りが存在した。
上記実施例において得られたワニス、およびPGMEAをγ-ブチロラクトンに変更した比較例1~2において得られたワニスを用意した。
このワニスを、スピンコーターを用いてシリコン基板に約2μmの膜厚で塗布した。
次いで、ホットプレートを用いて110℃で3分乾燥し、乾燥塗膜を得た。塗膜に高圧水銀ランプを用い、乾燥塗膜の半分に200mJ/cm2のi線を照射した。露光後2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液に浸し、溶解する時間を測定し、以下の式で溶解速度を算出し、露光部および未露光部の溶解速度を以下の評価基準に基づいて、評価した。評価結果を表1にまとめた。
また、求められた露光部の溶解速度および未露光部の溶解速度から、溶解コントラスト(未露光部の溶解速度/露光部の溶解速度)を求め、以下の評価基準に基づいて、評価した。評価結果を表1にまとめた。
溶解速度=初期膜厚(nm)/溶解時間(s)
(露光部溶解速度評価基準)
◎:溶解速度500nm/s以上、1000nm/s以下
○:溶解速度200nm/s以上、500nm/s未満
×:溶解速度200nm/s未満、または1000nm/s超
(未露光部溶解速度評価基準)
◎:溶解速度5nm/s未満、
○:溶解速度5nm/s以上、20nm/s未満
×:溶解速度20nm/s以上
(溶解コントラスト評価基準)
◎:溶解コントラストが200以上
○:溶解コントラストが100以上、200未満
×:溶解コントラストが100未満
上記溶解速度評価と同様に、上記実施例において得られたワニス、およびPGMEAをγ-ブチロラクトンに変更した比較例1~2において得られたワニスを用意した。
このワニスを、スピンコーターを用いてシリコン基板に約2μmの膜厚で塗布した。
次いで、ホットプレートを用いて110℃で3分乾燥し、乾燥塗膜を得た。塗膜に高圧水銀ランプを用い、パターンが刻まれたマスクを介して200mJ/cm2のブロード光を照射した。露光後2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液にて60秒現像し、水でリンスし、ポジ型パターン膜を得た。
マスクに刻まれたパターンのL/S(ライン/スペース)を、1μm/1μm~30μm/30μm(但し、L=Sであり、LおよびSは整数)まで変更していき、電子顕微鏡(SEM「JSM-6010」)により観察される
露光部をスカム(現像残渣)なくパターニングできるポリ型パターン膜を形成することのできる、最少L/Sを求め、以下の評価基準に基づいて、評価した。評価結果を表1にまとめた。
(評価基準)
◎:パターンのL/Sが2μm/2μmの場合であっても、露光部をスカム(現像残渣)なくパターニングできるポリ型パターン膜を形成することができた。
○:パターンのL/Sが2μm/2μmの場合には、露光部をスカム(現像残渣)なくパターニングできるポリ型パターン膜を形成することができなかったが、パターンのL/Sが3μm/3μmの場合には、できた。
△:パターンのL/Sが3μm/3μmの場合には、露光部をスカム(現像残渣)なくパターニングできるポリ型パターン膜を形成することができなかったが、パターンのL/Sが5μm/5μmの場合には、できた。
×:パターンのL/Sが5μm/5μmの場合に、露光部をスカム(現像残渣)なくパターニングできるポリ型パターン膜を形成することができなかった。
上記溶解速度評価と同様に、上記実施例において得られたワニス、およびPGMEAをγ-ブチロラクトンに変更した比較例1~2において得られたワニスを用意した。
このワニスを、スピンコーターを用いてシリコン基板に塗布した。次いで、ホットプレートで110℃3分乾燥し、その後、イナートガスオーブン(光洋サーモシステム(株)製CLH-21CD-S)中、窒素雰囲気下、110℃で10分加熱した後、150℃で30分間保持、320℃で60分加熱して膜厚約10μmの硬化膜を得た。得られた硬化膜を、基板から剥がし、TAインスツルメント社のDSCでTgを測定した。測定結果を表1にまとめた。
Claims (10)
- (A)下記一般式(1)および(2)で示される構造の少なくとも一方の構造を有するポリイミド前駆体と、
(B)感光剤と、
を含む感光性樹脂組成物であって、
前記感光性樹脂組成物をシリコン基板上に形成した厚さ2μmの乾燥塗膜を露光量200mJ/cm 2 のi線で照射してなる露光部の25℃の2.38%のTMAH水溶液への溶解速度(式:初期膜厚(nm)/溶解時間(s))が、200~1000nm/minであることを特徴とする、感光性樹脂組成物。
Xは、4価の有機基であり、
Aは、単結合、Oおよび2価の有機基から選択され、
Bは、フルオロアルコール基であり、
Rは、置換または無置換のアルキル基であり、
n1は、それぞれ独立して、1以上の整数であり、
n2およびn3は、それぞれ独立して、0~4の整数であり、かつn2+n3は1以上であり、
n4は、それぞれ独立して、0~3の整数であり、
n5は、1~4の整数であり、
n6は、0~3の整数である。) - 前記一般式(1)および(2)におけるXが、以下の構造を有する4価の有機基から選択される、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記一般式(1)および(2)におけるBで示されるフルオロアルコールの炭素数が、それぞれ独立して1~10であり、フッ素数が、それぞれ独立して1~10である、請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記ポリイミド前駆体におけるカルボキシル基濃度が、300~800g/molである、請求項1~3のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記ポリイミド前駆体におけるフッ素濃度が、20~200g/molである、請求項1~4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 密着剤をさらに含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記感光剤が、ナフトキノンジアジド化合物である、請求項1~6のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- フィルム上に、請求項1~7のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物により形成された樹脂層を備えることを特徴とする、ドライフィルム。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物または請求項8に記載のドライフィルムの樹脂層により形成されたものであることを特徴とする、硬化物。
- 請求項9に記載の硬化物を形成材料として有することを特徴とする、電子部品。
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