説明

ポジ型感光性樹脂前駆体組成物

【課題】高信頼性が要求される半導体装置でも十分使用できる高い伸度を有するポジ型感光性樹脂前駆体組成物を提供すること。
【解決手段】(a)加熱等により、イミド環、オキサゾール環その他の環状構造を形成しうるポリマーの両末端構造がXであるもの、(b)同じく両末端構造がYであるもの、(XおよびYは加熱により−X−Y−結合を形成しうる有機基)(c)キノンジアジド化合物、(d)溶剤を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂前駆体組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポジ型感光性樹脂前駆体組成物に関する。より詳しくは、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層などに適した、紫外線で露光した部分がアルカリ現像液に溶解するポジ型の感光性樹脂前駆体組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
露光した部分が現像により溶解するポジ型の耐熱性樹脂前駆体組成物としては、ポリアミド酸にキノンジアジドを添加したもの、水酸基を有した可溶性ポリイミドにキノンジアジドを添加したもの、水酸基を有したポリアミドにキノンジアジドを添加したものなどが知られていた。
【0003】
しかしながら、通常のポリアミド酸にキノンジアジドを添加したものはキノンジアジドのアルカリに対する溶解阻害効果よりポリアミド酸のカルボキシル基の溶解性が高いために、ほとんどの場合希望するパターンを得ることができないという問題点があった。また、主鎖に水酸基を有した可溶性ポリイミド樹脂を添加したものは、今述べたような問題点は少なくなったが、可溶性にするために構造が限定されること、得られるポリイミド樹脂の耐溶剤性が悪い点などが問題であった。水酸基を有したポリアミド樹脂にキノンジアジドを添加したものは、溶解性を出すために構造が限定されること、そのために熱処理後に得られる樹脂の耐溶剤性に劣ることなどが問題であった。
【0004】
そこで、ポリアミド酸のアルカリ溶解性をコントロールするために、ポリアミド酸のカルボキシル基をエステル基で保護したポリアミド酸誘導体が開発された。このポリアミド酸誘導体にナフトキノンジアジドを添加すると、所望のパターンが形成できるようになったが、ポリマーの分子量が大きいため、アルカリ現像液への溶解性が低く、低感度で実用には不向きであった。そこで、ポリマーの末端封止により分子量を制御してアルカリ現像液への溶解性を確保する技術が検討され、感度向上が図られた(例えば、特許文献1〜13参照)。
【0005】
一方で、これら末端基含有ポリマーを用いた耐熱性樹脂前駆体組成物は、その分子量の低さから、硬化後の機械特性が不十分であり、その用途が制限されていた。これらの状況から、ポリマー末端に熱反応性の置換基を導入し、熱硬化時に架橋させて膜特性の向上を図った例(例えば、特許文献14〜24参照)、鎖延長剤を添加する例(例えば、特許文献25参照)などが試みられ、実用範囲は広まったが、車載用半導体など高信頼性が要求される用途にはその機械特性、そのうち特に伸度が不十分であり、これらの用途には、高い伸度を有する非感光性の樹脂前駆体組成物が使われているのが実状である。
【特許文献1】特開平11−143070号公報
【特許文献2】特開平11−249306号公報
【特許文献3】特開2001−033963号公報
【特許文献4】特開2001−125263号公報
【特許文献5】特開2001−174996号公報
【特許文献6】特開2001−183835号公報
【特許文献7】特開2002−012665号公報
【特許文献8】特開2002−020484号公報
【特許文献9】特開2002−053664号公報
【特許文献10】特開2002−303977号公報
【特許文献11】特開2003−337415号公報
【特許文献12】特開2004−206032号公報
【特許文献13】特開2004−302430号公報
【特許文献14】国際公開第99/54787号パンフレット
【特許文献15】特開2001−235860号公報
【特許文献16】特開2001−329061号公報
【特許文献17】特開2002−221794号公報
【特許文献18】特開2002−284875号公報
【特許文献19】特開2003−241377号公報
【特許文献20】特開2003−248314号公報
【特許文献21】特開2004−157248号公報
【特許文献22】特開2004−077551号公報
【特許文献23】特開2004−132994号公報
【特許文献24】特開2004−212678号公報
【特許文献25】特開2003−330167号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記した従来の技術では、十分な伸度が確保できないため、高信頼性が要求される半導体装置に用いた場合、不具合が発生するという問題があった。本発明は、高信頼性が要求される半導体装置でも十分使用できる高い伸度を有するポジ型感光性樹脂前駆体組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
すなわち本発明は、(a)一般式(1)および/または(2)で表される構造を主成分とするポリマー、(b)一般式(3)および/または(4)で表される構造を主成分とするポリマー、(c)キノンジアジド化合物、(d)溶剤を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂前駆体組成物である。
【0008】
【化1】

【0009】
(式中、RおよびRは2個以上の炭素原子を有する2価〜8価の有機基、RおよびRはそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜20の有機基を示す。RおよびRは単結合または炭素数1〜20の有機基を示す。XおよびYは加熱により−X−Y−結合を形成しうる有機基を示す。nは10〜100000の範囲、lおよびmは0〜2の整数、pおよびqは0〜4の整数を示す。ただしp+q>0である。)
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、アルカリ水溶液で現像でき、解像度、感度に優れるだけでなく、特に硬化後の伸度に優れたポジ型の感光性樹脂前駆体組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物に用いられる(a)一般式(1)および/または(2)で表される構造を主成分とするポリマー、(b)一般式(3)および/または(4)で表される構造を主成分とするポリマーは、加熱あるいは適当な触媒により、イミド環、オキサゾール環、その他の環状構造を有するポリマーとなり得るものであり、好ましくはポリイミド前駆体のポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリベンゾオキサゾール前駆体のポリヒドロキシアミドが挙げられる。環状構造となることで、耐熱性、耐溶剤性が飛躍的に向上する。ここで、主成分とは、一般式(1)および/または(2)、もしくは一般式(3)および/または(4)で表される構造のうちのn個の構造単位を50モル%以上有することを意味する。好ましくは70モル%以上、さらには90モル%以上含有していることがより好ましい。
【0012】
【化2】

【0013】
上記一般式(1)〜(4)中、Rは2個以上の炭素原子を有する2価〜8価の有機基を示し、酸の構造成分を表している。Rが2価となる酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、ビス(カルボキシフェニル)プロパンなどの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸などの脂肪族ジカルボン酸などを挙げることができる。Rが3価となる酸としては、トリメリット酸、トリメシン酸などのトリカルボン酸、Rが4価となる酸としてはピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸などのテトラカルボン酸を挙げることができる。また、ヒドロキシフタル酸、ヒドロキシトリメリット酸などの水酸基を有する酸も用いることができる。またこれら酸成分は単独または2種以上混合しても構わないが、テトラカルボン酸を1〜40モル%共重合して用いることが好ましい。
【0014】
は、耐熱性の面から芳香族環を含有する2個以上の炭素原子を有する3価〜8価の有機基があることが好ましく、炭素数6〜30の3価または4価の有機基がさらに好ましい。具体的には、一般式(1)〜(4)のR(COOR(OH)が、一般式(7)で示されるような構造のものが好ましい。
【0015】
【化3】

【0016】
上記式中、RおよびRは同じでも異なっていてもよく、炭素数2〜20の2価〜4価の有機基を示し、Rは炭素数3〜20の3価〜6価の有機基を示し、R10およびR11は同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜20の有機基を示す。oおよびtは0〜2の整数、rは1〜4の整数を示す。ただし、o+t≦2である。
【0017】
およびRは、得られるポリマーの耐熱性の点から、芳香族環を含んだものがさらに好ましく、その中でも特に好ましい構造としてトリメリット酸、トリメシン酸、ナフタレントリカルボン酸残基などが挙げられる。
【0018】
また、Rは炭素数3〜20の3価〜6価の有機基を示している。さらに、r個の水酸基はアミド結合と隣り合った位置にあることが好ましい。このような例として、フッ素原子を含んだ、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3−ヒドロキシ−4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、フッ素原子を含まない、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−ヒドロキシ−4−アミノフェニル)プロパン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,4−ジアミノ−フェノール、2,5−ジアミノフェノール、1,4−ジアミノ−2,5−ジヒドロキシベンゼンのアミノ基が結合したものなどを挙げることができる。
【0019】
また、一般式(7)のR10およびR11は同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜20の有機基を示している。炭素数20を超えるとアルカリ現像液に対する溶解性が低下するため好ましくない。oおよびtは0〜2の整数を示しているが、好ましくは1〜2の整数から選ばれる。ただし、o+t≦2である。また、rは1〜4の整数を表している。rが5以上になると、得られる耐熱性樹脂膜の耐薬品性が低下するため好ましくない。
【0020】
一般式(7)で表される構造の中で、好ましい構造を例示すると下記に示したような構造が挙げられるが、これらに限定されない。
【0021】
【化4】

【0022】
また、一般式(1)〜(4)中、Rで示される酸の構造成分は、アルカリに対する溶解性、感光性能、耐熱性を損なわない範囲で、水酸基を有していないテトラカルボン酸、ジカルボン酸を用いて共重合することもできる。この例は、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸などの芳香族テトラカルボン酸やそのカルボキシル基2個をメチル基やエチル基にしたジエステル化合物、ブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸などの脂肪族のテトラカルボン酸やそのカルボキシル基2個をメチル基やエチル基にしたジエステル化合物、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、アジピン酸などの脂肪族ジカルボン酸などが挙げられる。これらは、酸成分の50モル%以下の共重合が好ましいが、さらに好ましくは30モル%以下である。50モル%より大きい量で共重合を行うと、水酸基を有していない成分が多くなり過ぎるため、アルカリに対する溶解性、感光性が損なわれる恐れがある。
【0023】
一般式(1)〜(4)中、Rは2個以上の炭素原子を有する2価〜8価の有機基を示しており、ジアミンの構造成分を表している。この中で、得られるポリマーの耐熱性の点より、芳香族を有するものが好ましい。ジアミンの具体的な例としてはフッ素原子を有した、ビス(アミノ−ヒドロキシ−フェニル)ヘキサフルオロプロパン、フッ素原子を有さない、ジアミノジヒドロキシピリミジン、ジアミノジヒドロキシピリジン、ヒドロキシ−ジアミノ−ピリミジン、ジアミノフェノール、ジヒドロキシベンチジン、ジアミノ安息香酸、ジアミノテレフタル酸などの化合物や、一般式(1)〜(4)のR(COOR(OH)が、一般式(8)〜(10)のいずれかで示される構造のものをあげることができる。
【0024】
【化5】

【0025】
一般式(8)のR12およびR14は同じでも異なっていてもよく、炭素数2〜20の3価〜4価の有機基を示し、R13は炭素数2〜30の2価の有機基を示す。uおよびvは1あるいは2を示す。一般式(9)のR15およびR17は同じでも異なっていてもよく、炭素数2〜20の2価の有機基を示し、R16は炭素数3〜20の3価〜6価の有機基を示す。wは1〜4の整数を示す。一般式(10)のR18は炭素数2〜20の2価の有機基を示し、R19は炭素数3〜20の3価〜6価の有機基を示す。xは1〜4の整数を示す。
【0026】
一般式(8)において、R12およびR14は炭素数2〜20の3価〜4価の有機基を示しており、得られるポリマーの耐熱性の点より芳香族環を有したものが好ましい。−R12(OH)−および−R14(OH)−の例として、具体的にはヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基、ヒドロキシビフェニル基、ジヒドロキシビフェニル基、ビス(ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン基、ビス(ヒドロキシフェニル)プロパン基、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホン基、ヒドロキシジフェニルエーテル基、ジヒドロキシジフェニルエーテル基などが挙げられる。また、ヒドロキシシクロヘキシル基、ジヒドロキシシクロヘキシル基などの脂肪族の基も使用することができる。R13は炭素数2〜30の2価の有機基を表している。得られるポリマーの耐熱性の点より芳香族を有した2価の基がよく、このような例としてはフェニル基、ビフェニル基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルヘキサフルオロプロパン基、ジフェニルプロパン基、ジフェニルスルホン基などがあげられるが、これ以外にも脂肪族のシクロヘキシル基なども使用することができる。
【0027】
一般式(9)において、R15およびR17は炭素数2〜20の2価の有機基を表している。得られるポリマーの耐熱性より芳香族環を有した2価の基がよく、このような例としてはフェニル基、ビフェニル基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルヘキサフルオロプロパン基、ジフェニルプロパン基、ジフェニルスルホン基などがあげられるが、これ以外にも脂肪族のシクロヘキシル基なども使用することができる。R16は炭素数3〜20の3価〜6価の有機基を示しており、得られるポリマーの耐熱性より芳香族環を有したものが好ましい。−R16(OH)−の例として、具体的にはヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基、ヒドロキシビフェニル基、ジヒドロキシビフェニル基、ビス(ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン基、ビス(ヒドロキシフェニル)プロパン基、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホン基、ヒドロキシジフェニルエーテル基、ジヒドロキシジフェニルエーテル基などが挙げられる。また、ヒドロキシシクロヘキシル基、ジヒドロキシシクロヘキシル基などの脂肪族の基も使用することができる。
【0028】
一般式(10)において、R18は炭素数2〜20の2価の有機基を表している。得られるポリマーの耐熱性から芳香族環を有した2価の基がよく、このような例としてはフェニル基、ビフェニル基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルヘキサフルオロプロパン基、ジフェニルプロパン基、ジフェニルスルホン基などをあげることができるが、これ以外にも脂肪族のシクロヘキシル基なども使用することができる。R19は炭素数3〜20の3価〜6価の有機基を示しており、得られるポリマーの耐熱性より芳香族環を有したものが好ましい。−R19(OH)−の例として、具体的にはヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基、ヒドロキシビフェニル基、ジヒドロキシビフェニル基、ビス(ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン基、ビス(ヒドロキシフェニル)プロパン基、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホン基、ヒドロキシジフェニルエーテル基、ジヒドロキシジフェニルエーテル基などがあげられる。また、ヒドロキシシクロヘキシル基、ジヒドロキシシクロヘキシル基などの脂肪族の基も使用することができる。
【0029】
また一般式(8)のuおよびvは1あるいは2を示し、一般式(9)のw、一般式(10)のxは1〜4の整数を示す。
【0030】
一般式(8)で表される構造の中で、好ましい構造を例示すると下記に示したような構造が挙げられるが、これらに限定されない。
【0031】
【化6】

【0032】
また、一般式(9)で表される構造の中で、好ましい構造を例示すると下記に示したような構造が挙げられるが、これらに限定されない。
【0033】
【化7】

【0034】
一般式(10)で表される構造の中で、好ましい構造を例示すると下記に示したような構造が挙げられるが、これらに限定されない。
【0035】
【化8】

【0036】
一般式(8)、(9)、(10)で表されるジアミンに対して、1〜40モル%の範囲で、他のジアミン成分を共重合することもできる。このような例として、フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル、アミノフェノキシベンゼン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ビス(トリフルオロメチル)ベンチジン、ビス(アミノフェノキシフェニル)プロパン、ビス(アミノフェノキシフェニル)スルホンあるいはこれらの芳香族環にアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、脂肪族のシクロヘキシルジアミン、メチレンビスシクロヘキシルアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。このような脂肪族のジアミン成分を40モル%を超えて共重合すると、得られるポリマーの耐熱性が低下するので注意を要する。
【0037】
一般式(1)〜(4)のRおよびRは同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜20の有機基を示している。得られる感光性樹脂前駆体溶液の溶液安定性の観点からは、RおよびRは有機基が好ましいが、アルカリ水溶液の溶解性の観点より水素が好ましい。本発明においては、水素原子と有機基を混在させることができる。このR、Rの水素と有機基の量を調整することで、アルカリ水溶液に対する溶解速度が変化するので、この調整により適度な溶解速度を有した感光性樹脂前駆体組成物を得ることができる。好ましい範囲は、R、Rの各々10%〜90%が水素原子である。R、Rの炭素数が20を越えるとアルカリ水溶液に溶解しなくなる。以上よりR、Rは、炭素数1〜16の炭化水素基を少なくとも1つ以上含有し、その他は水素原子であることが好ましい。
【0038】
また、一般式(1)〜(4)のlおよびmはカルボキシル基の数を示しており、0〜2の整数を示している。より好ましくは1または2である。一般式(1)〜(4)のpおよびqは0〜4の整数を示し、p+q>0である。一般式(1)〜(4)のnはポリマーの構造単位の繰り返し数を示しており、10〜100000の範囲である。nが10未満であると、ポリマーのアルカリ現像液への溶解性が大きくなり過ぎ、露光部と未露光部のコントラストが得られず所望のパターンが形成できない場合がある。また、加熱によりポリマー末端が−X−Y−結合を形成しても、分子量の増加が小さいため、本発明の効果である伸度の向上が得られにくい。一方、nが100000より大きいと、ポリマーのアルカリ現像液への溶解性が小さくなり過ぎ、露光部が溶解せず、所望のパターンが形成できない。このように、ポリマーのアルカリ現像液への溶解性の面、伸度向上の面から、nは10〜100000の範囲であるが、より好ましくは20〜1000の範囲、最も好ましくは20〜100の範囲である。
【0039】
一般式(1)〜(4)のnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)や光散乱法、X線小角散乱法などで重量平均分子量(Mw)を測定することで容易に算出できる。繰り返し単位の分子量をM、ポリマーの重量平均分子量をMwとすると、n=Mw/Mである。
【0040】
さらに、基板との接着性を向上させるために、耐熱性を低下させない範囲で一般式(1)〜(4)のR、Rにシロキサン構造を有する脂肪族の基を共重合してもよい。具体的には、ジアミン成分として、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(p−アミノ−フェニル)オクタメチルペンタシロキサンなどを1〜10モル%共重合したものなどがあげられる。
【0041】
一般式(1)、(2)のXおよび一般式(3)、(4)のYはポリマーの末端基を示し、加熱硬化により−X−Y−結合を形成しうる有機基を示す。末端にX基を有する(a)成分のポリマーと、末端にY基を有する(b)成分のポリマーとを含有することで、パターン形成時にはアルカリ現像液への溶解性に優れる一方、熱硬化によりこれら末端基が直接結合することによって分子鎖が伸張するため、本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物は熱硬化後に優れた機械特性を示す。架橋性基を有する化合物を含有する樹脂組成物(特許文献14〜24)の場合は、ポリマー鎖の不特定な部分と結合するため、分子鎖伸張が損なわれることがあるが、本発明に用いられる特定の末端基を有するポリマーの場合は、ポリマー末端同士が結合することで、効率よく分子鎖伸張が可能となり、機械特性が飛躍的に向上する。
【0042】
一般式(1)および/または(2)で表される(a)成分のポリマーと、一般式(3)および/または(4)で表される(b)成分のポリマーの含有量比(a):(b)は、20:80〜80:20(重量比)の範囲であることが好ましい。(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーをこの範囲で混合して用いることで、熱硬化後に生成する−X−Y−結合によって、十分な伸度向上効果を得ることができる。このような理由から、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの含有量比(a):(b)は30:70〜70:30(重量比)の範囲がより好ましく、40:60〜60:40の範囲がさらに好ましい。
【0043】
一般式(1)、(3)は末端にモノアミノ化合物を用いた場合を示し、一般式(2)、(4)は末端にモノ酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物、またはモノ活性エステル化合物を用いた場合を示す。末端のX、Y基が加熱により結合すれば効果が発現されるため、一般式(1)および/または(2)と、一般式(3)および/または(4)の組み合わせであればいずれの場合でも好ましく用いられる。
【0044】
一般式(1)〜(4)のRおよびRは単結合または炭素数1〜20の有機基を示しており、得られるポリマーの耐熱性の点より芳香族環を有したものが好ましい。具体的にはフェニル基、ジフェニル基、ナフチル基、ジフェニルヘキサフルオロプロパン基、ジフェニルプロパン基、ジフェニルスルホン基、ジフェニルエーテル基などが挙げられる。また、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などの脂肪族の基も使用することができる。
【0045】
一般式(1)または(2)のXおよび一般式(3)または(4)のYが加熱により形成する結合は、硬化後膜の耐熱性の点から、尿素結合、アミド結合またはスルホンアミド結合であることが好ましい。このような結合を形成する−Xの具体例としては、−NR2021、−Yの具体例としては、−NCO、−COOR22、−SO23で示される構造のものを挙げることができる。ここでR20、R21、R22、R23はそれぞれ独立に水素または炭素数1〜10の有機基を示す。
【0046】
一般式(1)における−NH−R−Xが−NH−R−NR2021で表される例としては、メチルヒドラジン、アセチルヒドラジン、メチルスルホニルヒドラジン、2−メチルアミノアニリン、3−メチルアミノアニリン、4−メチルアミノアニリン、2−ジメチルアミノアニリン、3−ジメチルアミノアニリン、4−ジメチルアミノアニリン、2−エチルアミノアニリン、3−エチルアミノアニリン、4−エチルアミノアニリン、2−ジエチルアミノアニリン、3−ジエチルアミノアニリン、4−ジエチルアミノアニリン、2−アミノアセトアニリド、3−アミノアセトアニリド、4−アミノアセトアニリド、2−アミノメチルスルホンアニリド、3−アミノメチルスルホンアニリド、4−アミノメチルスルホンアニリド、N−(2−アミノフェニル)−N’−メチルウレア、N−(3−アミノフェニル)−N’−メチルウレア、N−(4−アミノフェニル)−N’−メチルウレア、1−アミノ−2−メチルアミノナフタレン、1−アミノ−3−メチルアミノナフタレン、1−アミノ−4−メチルアミノナフタレン、1−アミノ−5−メチルアミノナフタレン、2−アミノ−6−メチルアミノナフタレン、1−アミノ−2−ジメチルアミノナフタレン、1−アミノ−3−ジメチルアミノナフタレン、1−アミノ−4−ジメチルアミノナフタレン、1−アミノ−5−ジメチルアミノナフタレン、2−アミノ−6−ジメチルアミノナフタレン、1−アミノ−2−アセトアミノナフタレン、1−アミノ−3−アセトアミノナフタレン、1−アミノ−4−アセトアミノナフタレン、1−アミノ−5−アセトアミノナフタレン、2−アミノ−6−アセトアミノナフタレン、1−アミノ−2−メチルスルホンアミノナフタレン、1−アミノ−3−メチルスルホンアミノナフタレン、1−アミノ−4−メチルスルホンアミノナフタレン、1−アミノ−5−メチルスルホンアミノナフタレン、2−アミノ−6−メチルスルホンアミノナフタレンなどが挙げられるが、これらに限定されない。このうち、溶液の安定性、アルカリ水溶液への溶解性の面から、2−アミノアセトアニリド、3−アミノアセトアニリド、4−アミノアセトアニリド、2−アミノメチルスルホンアニリド、3−アミノメチルスルホンアニリド、4−アミノメチルスルホンアニリドが好ましく用いられる。
【0047】
一般式(2)における−CO−R−Xが−CO−R−NR2021で表される例としては、2−アセチルアミノフタル酸無水物、3−アセチルアミノフタル酸無水物などのモノ酸無水物、2−アセチルアミノ安息香酸、3−アセチルアミノ安息香酸、4−アセチルアミノ安息香酸などのモノカルボン酸類およびこれらのカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0048】
一般式(3)における−NH−R−Yが−NH−R−NCO、−NH−R−COOR22、−NH−R−SO23で示される例として、2−アミノフェニルイソシアナート、3−アミノフェニルイソシアナート、4−アミノフェニルイソシアナート、1−カルボキシ−8−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、1−カルボキシ−4−アミノナフタレン、1−カルボキシ−3−アミノナフタレン、1−カルボキシ−2−アミノナフタレン、1−アミノ−7−カルボキシナフタレン、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−カルボキシ−4−アミノナフタレン、2−カルボキシ−3−アミノナフタレン、1−アミノ−2−カルボキシナフタレン、2−アミノニコチン酸、4−アミノニコチン酸、5−アミノニコチン酸、6−アミノニコチン酸、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、3−アミノ−O−トルイック酸、アメライド、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、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、2−アミノニコチン酸メチル、4−アミノニコチン酸メチル、5−アミノニコチン酸メチル、6−アミノニコチン酸メチル、4−アミノサリチル酸メチル、5−アミノサリチル酸メチル、6−アミノサリチル酸メチル、3−アミノ−O−トルイック酸メチル、2−アミノ安息香酸メチル、3−アミノ安息香酸メチル、4−アミノ安息香酸メチル、2−アミノベンゼンスルホン酸メチル、3−アミノベンゼンスルホン酸メチル、4−アミノベンゼンスルホン酸メチル等が挙げられるが、これらに限定されない。このうち、溶液の安定性、アルカリ水溶液への溶解性の面から、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、3−アミノ−O−トルイック酸、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、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、4−アミノサリチル酸メチル、5−アミノサリチル酸メチル、6−アミノサリチル酸メチル、3−アミノ−O−トルイック酸メチル、2−アミノ安息香酸メチル、3−アミノ安息香酸メチル、4−アミノ安息香酸メチル、2−アミノベンゼンスルホン酸メチル、3−アミノベンゼンスルホン酸メチル、4−アミノベンゼンスルホン酸メチルが好ましく用いられる。
【0049】
一般式(4)における−CO−R−Yが−CO−R−NCO、−CO−R−COOR22、−CO−R−SO23で示される例として、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3−ヒドロキシフタル酸無水物、無水トリメリット酸等の酸無水物、2−カルボキシベンゼンスルホン酸、3−カルボキシベンゼンスルホン酸、4−カルボキシベンゼンスルホン酸等のモノカルボン酸類およびこれらのカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、およびテレフタル酸、フタル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、3−ヒドロキシフタル酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、1,2−ジカルボキシナフタレン、1,3−ジカルボキシナフタレン、1,4−ジカルボキシナフタレン、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、1,7−ジカルボキシナフタレン、1,8−ジカルボキシナフタレン、2,3−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレン、2,7−ジカルボキシナフタレン等のジカルボン酸類のモノカルボキシル基だけが酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、モノ酸クロリド化合物とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールやN−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドとの反応により得られる活性エステル化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【0050】
末端封止剤に用いられるモノアミン化合物の導入割合は、全アミン成分に対して、0.1〜60モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜50モル%である。末端封止剤として用いられる酸無水物、モノカルボン酸、モノ酸クロリド化合物およびモノ活性エステル化合物から選ばれた化合物の導入割合は、ジアミン成分に対して、0.1〜100モル%の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜90モル%である。
【0051】
ポリマー中に導入された末端封止剤は、以下の方法で容易に検出できる。例えば、末端封止剤が導入されたポリマーを酸性溶液に溶解し、ポリマーの構成単位であるアミン成分と酸無水成分に分解し、これをガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することにより、末端封止剤を容易に検出できる。その他に、末端封止剤が導入されたポリマー成分を直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルおよび13CNMRスペクトル測定でも、容易に検出可能である。
【0052】
本発明において、(a)成分のポリマーは一般式(1)および/または(2)で表される構造のみからなるものであっても良いし、他のポリマーを含んでも良い。(b)成分のポリマーは一般式(3)および/または(4)で表される構造のみからなるものであっても良いし、他のポリマーを含んでも良い。
【0053】
一般式(1)または(3)で表される構造を主成分とするポリマーは次の方法により合成される。ポリアミド酸またはポリアミド酸エステルの場合、例えば、低温中でテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物、末端封止に用いるモノアミノ化合物を反応させる方法、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、その後ジアミン化合物、モノアミノ化合物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酸クロリド化し、ジアミン化合物、モノアミノ化合物と反応させる方法などがある。ポリアミド酸と類似の耐熱性高分子前駆体としてポリヒドロキシアミドをポリアミド酸の代わりに使用することもできる。ポリヒドロキシアミドの場合、ビスアミノフェノール化合物とジカルボン酸、モノアミノ化合物を縮合反応させる製造方法によって、得ることができる。具体的には、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)のような脱水縮合剤と酸を反応させ、ここにビスアミノフェノール化合物、モノアミノ化合物を加える方法やピリジンなどの3級アミンを加えたビスアミノフェノール化合物、モノアミノ化合物の溶液にジカルボン酸ジクロリドの溶液を滴下する方法などがある。
【0054】
一般式(2)または(4)で表される構造を主成分とするポリマーは次の方法により合成される。ポリアミド酸またはポリアミド酸エステルの場合、例えば、低温中でテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物、末端封止に用いるモノ酸無水物を反応させる方法、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、その後ジアミン化合物、モノカルボン酸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酸クロリド化し、ジアミン化合物、モノ酸クロリド化合物と反応させる方法などがある。ポリヒドロキシアミドの場合、ビスアミノフェノール化合物とジカルボン酸、末端封止に用いるモノカルボン酸またはジカルボン酸無水物を縮合反応させる製造方法によって、得ることができる。具体的には、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)のような脱水縮合剤と酸を反応させ、ここにビスアミノフェノール化合物を加える方法やピリジンなどの3級アミンを加えたビスアミノフェノール化合物の溶液にジカルボン酸ジクロリド、モノ酸クロリド化合物の溶液を滴下する方法などがある。
【0055】
一般式(1)〜(4)のいずれかで表される構造を主成分とするポリマーは、上記の方法で重合させた後、多量の水やメタノール/水の混合液などに投入し、沈殿させて濾別乾燥し、単離することが望ましい。この沈殿操作によって未反応のモノマーや、2量体や3量体などのオリゴマー成分が除去され、熱硬化後の膜特性が向上する。
【0056】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物は、(c)キノンジアジド化合物を含有する。該キノンジアジド化合物はポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステルで結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合および/またはスルホンアミド結合したものなどが挙げられる。これらポリヒドロキシ化合物やポリアミノ化合物の全ての官能基がキノンジアジドで置換されていなくても良いが、官能基全体の50モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。50モル%未満であるとアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり過ぎ、未露光部とのコントラストが得られず、所望のパターンを得られない可能性がある。このようなキノンジアジド化合物を用いることで、一般的な紫外線である水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)に感光するポジ型の感光性樹脂前駆体組成物を得ることができる。
【0057】
ポリヒドロキシ化合物は、Bis−Z、BisP−EZ、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、TrisP−SA、TrisOCR−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、DML−MBPC、DML−MBOC、DML−OCHP、DML−PCHP、DML−PC、DML−PTBP、DML−34X、DML−EP,DML−POP、ジメチロール−BisOC−P、DML−PFP、DML−PSBP、DML−MTrisPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−BP、TML−HQ、TML−pp−BPF、TML−BPA、TMOM−BP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A、46DMOC、46DMOEP、TM−BIP−A(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)、2,6−ジメトキシメチル−4−t−ブチルフェノール、2,6−ジメトキシメチル−p−クレゾール、2,6−ジアセトキシメチル−p−クレゾール、ナフトール、テトラヒドロキシベンゾフェノン、没食子酸メチルエステル、ビスフェノールA、ビスフェノールE、メチレンビスフェノール、BisP−AP(商品名、本州化学工業(株)製)などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0058】
ポリアミノ化合物は、1,4−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0059】
また、ポリヒドロキシポリアミノ化合物は、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、3,3’−ジヒドロキシベンジジン等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0060】
本発明において、キノンジアジドは5−ナフトキノンジアジドスルホニル基、4−ナフトキノンジアジドスルホニル基のいずれも好ましく用いられる。4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のi線領域に吸収を持っており、i線露光に適している。5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のg線領域まで吸収が伸びており、g線露光に適している。本発明においては、露光する波長によって4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物、5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を選択することが好ましい。また、同一分子中に4−ナフトキノンジアジドスルホニル基、5−ナフトキノンジアジドスルホニル基を併用した、ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を得ることもできるし、4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物と5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を混合して使用することもできる。
【0061】
また、キノンジアジド化合物の分子量は300〜1500が好ましい。分子量が1500以下であれば、パターン形成後の熱処理においてキノンジアジド化合物が十分に熱分解し、耐熱性、機械特性、接着性に優れた硬化膜を得ることができる。さらに好ましくは、350〜1200である。
【0062】
また、(c)キノンジアジド化合物の含有量は、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの合計100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部であり、さらに好ましくは3〜40重量部の範囲である。
【0063】
本発明で用いるキノンジアジド化合物は特定のフェノール化合物から、次の方法により合成される。例えば、5−ナフトキノンジアジドスルホニルクロライドとフェノール化合物をトリエチルアミン存在下で反応させる方法などがある。フェノール化合物の合成方法は、酸触媒下で、α−(ヒドロキシフェニル)スチレン誘導体を多価フェノール化合物と反応させる方法などがある。
【0064】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物は、(d)溶剤を含有する。溶剤は、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの極性の非プロトン性溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどのエステル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類などの溶剤を単独、または混合して使用することができる。本発明で用いられる溶剤の含有量は、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの合計100重量部に対して、50〜2000重量部が好ましく、特に100〜1500重量部が好ましい。
【0065】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物は、さらに(e)下記一般式(5)、または(6)で表される化合物、ビニルシラン化合物から選ばれる少なくとも1種のシラン化合物を含有することが好ましい。このようなシラン化合物は基板との密着改良成分となりうる。
【0066】
【化9】

【0067】
一般式(5)および(6)のArおよびArは6個以上の炭素原子を有する芳香族環、または2個以上の炭素原子を有する芳香族複素環構造を表す。具体例としてはフェニル基、ナフタレン基、ビフェニル基、トリアジン基、ピリジン基などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0068】
一般式(5)および(6)のR26、R27、R34、R35、R42、R43はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜4の有機基を表す。炭素数1〜4の有機基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基などの炭化水素、アセチル基などのカルボニル基などが挙げられる。炭素数5以上になると、キュア時の膜収縮が大きくなってしまうので注意を要する。R28、R36、R41はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、炭素数1〜6の有機基を表し、R29〜R33、R37〜R40はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、またはフェニル基を表す。さらに、R29〜R33およびR37〜R40のうち少なくとも1つが炭素数1〜6のアルコキシ基を有する。a、d、f、hは1以上の整数、b、c、e、gは0以上の整数を表す。ただし、1≦a+b≦4、1≦d+e≦4、1≦g+h≦4である。炭化水素基の具体例は、メチル基、エチル基、プロピル基などが挙げられるがこれらに限定されない。アルコキシ基の具体例はメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基などが挙げられるがこれらに限定されない。炭化水素基やアルコキシ基の炭素数が7以上になると、キュア時の膜収縮が大きくなってしまうので注意を要する。この化合物の好ましい具体例は下記の構造が挙げられるがこれらに限定されない。
【0069】
【化10】

【0070】
なかでも、より好ましくは下記に示された構造である。
【0071】
【化11】

【0072】
また、ビニルシラン化合物は、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン等が挙げられるが、この他にも、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等の炭素−炭素不飽和結合含有シラン化合物を用いることもできる。好ましくはビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランが挙げられる。
【0073】
上記の一般式(5)または(6)で表される化合物、ビニルシラン化合物はそれぞれ単独で用いても併用してもよく、いずれの場合でも各種基板に対して良好な密着性を発現する。
【0074】
上記の一般式(5)または(6)で表される化合物、ビニルシラン化合物は、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの合計100重量部に対してそれぞれ0.001〜30重量部含有することが好ましい。この範囲内であれば、組成物の耐熱性を保ったまま十分な接着改良効果を得ることができる。より好ましくは0.005〜20重量部、さらに好ましくは0.01〜15重量部である。
【0075】
また本発明において上記成分(e)を用いる場合、ポリマーの重合終了後の組成物に上記成分(e)を添加することが好ましい。ポリマー重合時に上記成分(e)に該当する化合物を添加すると、ポリマー中に共有結合によってポリマー主鎖中に取り込まれて、接着効果が低下するおそれがある。また、ポリマーを再沈する場合は、再沈時に上記化合物の未反応物等が除去されて接着効果が低下する、またアルコキシ基の縮合によってゲル化するなどの問題を防ぐため、再沈したポリマーを溶剤に再溶解させる際、あるいは再溶解させた後に上記成分(e)を加えるのが良い。
【0076】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物には、(f)スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩から選ばれる光酸発生剤を含有することもできる。該光酸発生剤を含有させることで、露光後放置による感度低下が低減できる。本発明の感光性樹脂前駆体組成物から得られる樹脂組成物は永久膜として使用するため、リン等が残存することは環境上好ましくなく、また膜の色調も考慮する必要があることから、これらの中ではスルホニウム塩が好ましく用いられる。スルホニウム塩のうち、特に好ましいものとして、一般式(11)で表されるトリアリールスルホニウム塩が挙げられる。
【0077】
【化12】

【0078】
式中、R24は各々同一であっても異なっていてもよく、水素または炭素数1〜20の有機基を示す。R25は炭素数1〜20の有機基を示す。α、β、γはそれぞれ0〜5の整数を示す。
【0079】
一般式(11)で表されるトリアリールスルホニウム塩の具体例を下記に示すが、これらに限定されない。
【0080】
【化13】

【0081】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物において、(f)成分として用いられる光酸発生剤の含有量は、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの合計100重量部に対して、好ましくは0.01〜50重量部である。さらに好ましくは0.05〜10重量部の範囲である。
【0082】
本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物は、さらに(g)アルコキシメチル基含有化合物を含有してもよい。該化合物を含有することで、キュア時の残膜率が向上し、良好なパターン形状が得られる。アルコキシメチル基含有化合物は、フェノール性水酸基を有する化合物および/または尿素系有機基を含有する化合物が好ましい。
【0083】
フェノール性水酸基を有するものとしては、以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【0084】
【化14】

【0085】
尿素系有機基を有するアルコキシメチル化合物としては、以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【0086】
【化15】

【0087】
これらの熱架橋性を奏する化合物を含有することで、得られる感光性樹脂前駆体組成物は、露光前はアルカリ現像液にほとんど溶解せず、露光すると容易にアルカリ現像液に溶解するために、現像による膜減りが少なく、かつ短時間で現像ができ、加えて、キュア後の収縮率が少なくなる。
【0088】
(g)アルコキシメチル基含有化合物の含有量は、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの合計100重量部に対して、好ましくは0.5〜50重量部であり、さらに好ましくは3〜40重量部の範囲である。
【0089】
また、必要に応じて上記、感光性樹脂前駆体組成物の感度を向上させる目的で、フェノール性水酸基を有する化合物を含有することができる。
【0090】
このフェノール性水酸基を有する化合物は、たとえば、Bis−Z、BisOC−Z、BisOPP−Z、BisP−CP、Bis26X−Z、BisOTBP−Z、BisOCHP−Z、BisOCR−CP、BisP−MZ、BisP−EZ、Bis26X−CP、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisCR−IPZ、BisOCP−IPZ、BisOIPP−CP、Bis26X−IPZ、BisOTBP−CP、TekP−4HBPA(テトラキスP−DO−BPA)、TrisP−HAP、TrisP−PA、TrisP−SA、TrisOCR−PA、BisOFP−Z、BisRS−2P、BisPG−26X、BisRS−3P、BisOC−OCHP、BisPC−OCHP、Bis25X−OCHP、Bis26X−OCHP、BisOCHP−OC、Bis236T−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、BisRS−OCHP、(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)が挙げられる。
【0091】
これらのうち、本発明に好ましく用いられるフェノール性水酸基を有する化合物は、たとえば、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、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−BIPC−F等が挙げられる。これらのうち、特に好ましいフェノール性水酸基を有する化合物は、たとえば、Bis−Z、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、BisRS−2P、BisRS−3P、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−BIPC−Fである。このフェノール性水酸基を有する化合物を含有することで、得られる樹脂前駆体組成物は、露光前はアルカリ現像液にほとんど溶解せず、露光すると容易にアルカリ現像液に溶解するために、現像による膜減りが少なく、かつ短時間で現像が容易になる。
【0092】
このようなフェノール性水酸基を有する化合物の含有量は、(a)成分のポリマーと(b)成分のポリマーの合計100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部であり、さらに好ましくは3〜40重量部の範囲である。
【0093】
また、必要に応じて上記、感光性前駆体組成物と基板との塗れ性を向上させる目的で界面活性剤、乳酸エチルやプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、エタノールなどのアルコール類、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエ−テル類を含有しても良い。また、二酸化ケイ素、二酸化チタンなどの無機粒子、あるいはポリイミドの粉末などを含有することもできる。
【0094】
さらにシリコンウエハーなどの下地基板との接着性を高めるために、下地基板を前記(e)成分で前処理したりすることもできる。この場合、(e)成分をイソプロパノール、エタノール、メタノール、水、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、アジピン酸ジエチルなどの溶媒に0.5〜20重量%溶解させた溶液をスピンコート、浸漬、スプレー塗布、蒸気処理などで表面処理をする。場合によっては、その後50℃〜300℃の温度をかけることで、基板と上記(e)成分との反応を進行させる。
【0095】
次に、本発明のポジ型感光性樹脂前駆体組成物を用いて耐熱性樹脂パターンを形成する方法について説明する。
【0096】
感光性樹脂前駆体組成物を基板上に塗布する。基板はシリコンウエハー、セラミックス類、ガリウムヒ素、金属、ガラス、金属酸化絶縁膜、窒化ケイ素、ITOなどが用いられるが、これらに限定されない。塗布方法はスピンナを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティング、スリットダイコーティングなどの方法がある。また、塗布膜厚は、塗布手法、組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが通常、乾燥後の膜厚が、0.1〜150μmになるように塗布される。
【0097】
次に、感光性樹脂前駆体組成物を塗布した基板を乾燥して、感光性樹脂前駆体組成物被膜を得る。乾燥はオーブン、ホットプレート、赤外線などを使用し、50℃〜150℃の範囲で1分〜数時間行うことが好ましい。
【0098】
次に、この感光性樹脂前駆体組成物被膜上に所望のパターンを有するマスクを通して化学線を照射し、露光する。露光に用いられる化学線としては紫外線、可視光線、電子線、X線などがあるが、本発明では水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)を用いることが好ましい。
【0099】
感光性樹脂前駆体組成物被膜から耐熱性樹脂のパタ−ンを形成するには、露光後、現像液を用いて露光部を除去すればよい。現像液は、テトラメチルアンモニウムの水溶液、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ水溶液にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを添加してもよい。現像後は水にてリンス処理をする。ここでもエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などを水に加えてリンス処理をしても良い。
【0100】
現像後、200℃〜500℃の温度を加えて耐熱性樹脂被膜に変換する。この加熱処理は温度を選び、段階的に昇温するか、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら5分〜5時間実施する。一例としては、130℃、200℃、350℃で各30分ずつ熱処理する。あるいは室温より400℃まで2時間かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。
【0101】
本発明のポジ型感光性耐熱性前駆体組成物により形成した耐熱性樹脂被膜は、半導体のパッシベーション膜、半導体素子の保護膜、高密度実装用多層配線の層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層などの用途に好適に用いられる。
【実施例】
【0102】
以下実施例等をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、実施例中の感光性樹脂前駆体組成物の評価は以下の方法で行った。
【0103】
(1)パターン加工性評価
感光性樹脂前駆体膜の作製
6インチシリコンウエハー上に、感光性樹脂前駆体組成物(以下ワニスと呼ぶ)をプリベーク後の膜厚が8μmとなるように塗布し、ついでホットプレート(東京エレクトロン(株)製の塗布現像装置Mark−7)を用いて、120℃で3分プリベークすることにより、感光性樹脂前駆体膜を得た。
【0104】
膜厚の測定方法
大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースSTM−602を使用し、プリベーク後および現像後の膜は、屈折率1.629で測定し、キュア膜は屈折率1.773で測定した。
【0105】
露光
露光機(GCA社製i線ステッパーDSW−8000)に、パターンの切られたレチクルをセットし、365nmの強度で露光時間を変化させて感光性樹脂前駆体膜をi線で露光した。
【0106】
現像
東京エレクトロン(株)製Mark−7の現像装置を用い、50回転で水酸化テトラメチルアンモニウムの2.38%水溶液を10秒間、露光後の膜に噴霧した。この後、0回転で70秒間静置し、400回転で水にてリンス処理、3000回転で10秒振り切り乾燥した。
【0107】
感度の算出
露光および現像後、50μmのライン・アンド・スペースパターン(1L/1S)が、1対1の幅に形成される露光時間(以下、これを最適露光時間という)を求めた。
【0108】
解像度の算出
最適露光時間における最小のパターン寸法を解像度とした。
【0109】
(2)機械特性評価
耐熱性樹脂被膜の作製
6インチシリコンウエハー上に、ワニスをプリベーク後の膜厚が10μmとなるように塗布し、ついでホットプレート(東京エレクトロン(株)製の塗布現像装置Mark−7)を用いて、120℃で3分プリベークすることにより、感光性樹脂前駆体膜を得た。その後前記の方法で現像し、作製された感光性樹脂前駆体膜を、光洋サーモシステム(株)製イナートオーブンINH−21CDを用いて、窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、140℃で30分、その後350℃まで1時間で昇温して350℃で1時間熱処理をし、耐熱性樹脂被膜(キュア膜)を作製した。
【0110】
測定サンプルの作製
シリコンウエハー上に作製した耐熱性樹脂被膜(キュア膜)を47%フッ化水素酸に室温で7分間浸積した後、水洗し、慎重にシリコンウエハーから剥離した。剥離したキュア膜を片刃で幅1cm、長さ約9cmの短冊状にカットし、測定サンプルとした。
【0111】
測定
オリエンテック製テンシロンRTM−100に、前記測定サンプルを初期試料長50mmにセットし、引っ張り速度50mm/分で引っ張り試験を行った。n=12で測定を行い、得られた最大応力、弾性率、伸度の上位5点の平均値を求めた。
【0112】
(3)重量平均分子量の測定
ウォーターズ(株)製GPCModel510を用いて下記の条件にてポリマーの分子量を測定し、標準ポリスチレンの校正曲線を用いて重量平均分子量(Mw)を算出した。
カラム:TSK−GELα2500、TSK−GELα40000(東ソー(株)製)
展開溶媒:N−メチルピロリドン(NMP)
LiCl 0.05mol/L、HPO 0.05mol/L
流速:0.4mL/分。
【0113】
(4)基板との密着性評価
キュア膜に2mm間隔で10行10列の碁盤目状の切り込みをいれ、100時間のプレッシャークッカーテスト(PCT)処理を行った後にセロテープ(登録商標)による引き剥がしテストを行った。引き剥がしテストで剥がれ個数が10未満を良好、10以上を不良とした。PCT処理は121℃、2気圧の飽和条件で行った。
【0114】
合成例1 ヒドロキシル基含有酸無水物(a)の合成
乾燥窒素気流下、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(BAHF)18.3g(0.05モル)とアリルグリシジルエーテル34.2g(0.3モル)をガンマブチロラクトン100gに溶解させ、−15℃に冷却した。ここにガンマブチロラクトン50gに溶解させた無水トリメリット酸クロリド22.1g(0.11モル)を反応液の温度が0℃を越えないように滴下した。滴下終了後、0℃で4時間反応させた。この溶液をロータリーエバポレーターで濃縮して、トルエン1Lに投入してヒドロキシル基含有酸無水物(a)を得た。
【0115】
【化16】

【0116】
合成例2 ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(b)の合成
BAHF18.3g(0.05モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに4−ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させ、その後室温に戻した。析出した白色固体をろ別し、50℃で真空乾燥した。
【0117】
固体30gを300mLのステンレスオートクレーブに入れ、メチルセルソルブ250mLに分散させ、5%パラジウム−炭素を2g加えた。ここに水素を風船で導入して、還元反応を室温で行った。約2時間後、風船がこれ以上しぼまないことを確認して反応を終了させた。反応終了後、ろ過して触媒であるパラジウム化合物を除き、ロータリーエバポレーターで濃縮し、ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(b)を得た。得られた固体をそのまま反応に使用した。
【0118】
【化17】

【0119】
合成例3 ヒドロキシル基含有ジアミン(c)の合成
2−アミノ−4−ニトロフェノール15.4g(0.1モル)をアセトン50mL、プロピレンオキシド30g(0.34モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここにイソフタル酸クロリド11.2g(0.055モル)をアセトン60mLに溶解させた溶液を徐々に滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させた。その後、室温に戻して生成している沈殿をろ過で集めた。
【0120】
この沈殿をGBL200mLに溶解させて、5%パラジウム−炭素3gを加えて、激しく攪拌した。ここに水素ガスを入れた風船を取り付け、室温で水素ガスの風船がこれ以上縮まない状態になるまで攪拌を続け、さらに2時間水素ガスの風船を取り付けた状態で攪拌した。攪拌終了後、ろ過でパラジウム化合物を除き、溶液をロータリーエバポレーターで半量になるまで濃縮した。ここにエタノールを加えて、再結晶を行い、ヒドロキシル基含有ジアミン(c)の結晶を得た。
【0121】
【化18】

【0122】
合成例4 ヒドロキシル基含有ジアミン(d)の合成
2−アミノ−4−ニトロフェノール15.4g(0.1モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに4−ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を徐々に滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させた。その後、室温に戻して生成している沈殿をろ過で集めた。この後、合成例2と同様にしてヒドロキシル基含有ジアミン(d)の結晶を得た。
【0123】
【化19】

【0124】
合成例5 キノンジアジド化合物(e)の合成
乾燥窒素気流下、BisP−RS(商品名、本州化学工業(株)製)16.10g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド26.86g(0.1モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン10.12gを系内が35℃以上にならないように滴下した。滴下後30℃で2時間攪拌した。トリエチルアミン塩を濾過し、ろ液を水に投入させた。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。この沈殿を真空乾燥機で乾燥させ、キノンジアジド化合物(e)を得た。
【0125】
【化20】

【0126】
合成例6 キノンジアジド化合物(f)の合成
乾燥窒素気流下、TrisP−HAP(商品名、本州化学工業(株)製)、15.31g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド40.28g(0.15モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン15.18gを用い、合成例5と同様にしてキノンジアジド化合物(f)を得た。
【0127】
【化21】

【0128】
合成例7 キノンジアジド化合物(g)の合成
乾燥窒素気流下、TrisP−PA(商品名、本州化学工業(株)製)、21.22g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド26.86g(0.10モル)、4−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド13.43g(0.05モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン12.65gを用い、合成例5と同様にしてキノンジアジド化合物(g)を得た。
【0129】
【化22】

【0130】
合成例8 キノンジアジド化合物(h)の合成
乾燥窒素気流下、11.41g(0.05モル)のビスフェノールAと4−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド26.86g(0.1モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン10.12gを用い、合成例5と同様にしてキノンジアジド化合物(h)を得た。
【0131】
【化23】

【0132】
合成例9 ポリマーAの合成
乾燥窒素気流下、4,4’−ジアミノフェニルエーテル(DAE)4.40g(0.022モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(SiDA)1.24g(0.005モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)50gに溶解させた。ここに合成例1で得られたヒドロキシル基含有酸無水物(a)21.4g(0.030モル)をNMP14gとともに加えて、20℃で1時間反応させ、次いで40℃で2時間反応させた。その後、末端封止剤として、4−アミノメチルスルホンアニリド1.12g(0.006モル)を加え、さらに40℃で2時間反応させた。その後、N、N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール7.14g(0.06モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で3時間攪拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥しポリマーAを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=35000であった。ポリマーAの繰り返し単位の分子量は約920であるため、繰り返し数nが約38のポリマーAが得られた。
【0133】
合成例10 ポリマーBの合成
合成例9の末端封止剤を4−アミノメチルスルホンアニリド1.12g(0.006モル)から3−アミノ安息香酸0.82g(0.006モル)に替えた他は合成例9と同様にしてポリマーB(Mw=31000,n=約34)を得た。
【0134】
合成例11 ポリマーCの合成
乾燥窒素気流下、合成例2で得られたヒドロキシル基含有ジアミン(b)13.6g(0.0225モル)をNMP50gに溶解させた。ここに合成例1で得られたヒドロキシル基含有酸無水物(a)17.5g(0.025モル)をピリジン30gとともに加えて、40℃で2時間反応させた。その後、末端封止剤として、4−アミノアセトアニリド0.75g(0.005モル)を加え、さらに40℃で2時間反応させた。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥しポリマーCを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=28000であった。ポリマーCの繰り返し単位の分子量は約1320であるため、繰り返し数nが約21のポリマーCが得られた。
【0135】
合成例12 ポリマーDの合成
合成例11の末端封止剤を4−アミノアセトアニリド0.75g(0.005モル)から4−アミノ安息香酸0.68g(0.005モル)に替えた他は合成例11と同様にしてポリマーD(Mw=30000,n=約23)を得た。
【0136】
合成例13 ポリマーEの合成
乾燥窒素気流下、合成例3で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物(c)13.2g(0.035モル)、SiDA1.24g(0.005モル)をNMP50gに溶解させた。ここに3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸無水物(ODPA)13.9g(0.045モル)をNMP21gとともに加えて、20℃で1時間反応させ、次いで50℃で2時間反応させた。その後、末端封止剤として、3−アミノアセトアニリド1.50g(0.010モル)を加え、さらに40℃で2時間反応させた後、N,N−ジメチルホルムアミドジエチルアセタール14.7g(0.1モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、50℃で3時間攪拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥しポリマーEを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=20000であった。ポリマーEの繰り返し単位の分子量は約690であるため、繰り返し数nが約29のポリマーEが得られた。
【0137】
合成例14 ポリマーFの合成
合成例13の末端封止剤を3−アミノアセトアニリド1.50g(0.010モル)から4−アミノサリチル酸メチル1.66g(0.010モル)に替えた他は合成例13と同様にしてポリマーF(Mw=17000,n=約25)を得た。
【0138】
合成例15 ポリマーGの合成
乾燥窒素気流下、合成例4で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物(d)6.08g(0.025モル)とDAE4.51g(0.0225モル)とSiDA0.62g(0.0025モル)をNMP70gに溶解させた。ここに合成例1で得られたヒドロキシル基含有酸無水物(a)24.99g(0.035モル)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)4.41g(0.010モル)を室温でNMP25gとともに加え、そのまま室温で1時間、その後50℃で2時間攪拌した。その後、末端封止剤として、3−アセチルアミノフタル酸無水物2.04g(0.010モル)を加え、さらに50℃で2時間反応させた。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥しポリマーGを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=23000であった。ポリマーGの繰り返し単位の分子量は約840であるため、繰り返し数nが約27のポリマーGが得られた。
【0139】
合成例16 ポリマーHの合成
合成例15の末端封止剤を3−アセチルアミノフタル酸無水物2.04g(0.010モル)から無水トリメリット酸1.92g(0.010モル)に替えた他は合成例15と同様にしてポリマーH(Mw=25000,n=約30)を得た。
【0140】
合成例17 ポリマーIの合成
乾燥窒素気流下、合成例2で得られたヒドロキシル基含有ジアミン(b)13.90g(0.023モル)、SiDA0.50g(0.002モル)をNMP50gに溶解させた。ここに合成例1で得られたヒドロキシル基含有酸無水物(a)12.86g(0.018モル)をNMP30gとともに加えて、60℃で2時間反応させた。次に、末端封止剤として、2−アセチルアミノフタル酸無水物2.87g(0.014モル)を加え、反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥し、ポリマーIを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=15000であった。ポリマーIの繰り返し単位の分子量は約840であるため、繰り返し数nが約18のポリマーIが得られた。
【0141】
合成例18 ポリマーJの合成
合成例17の末端封止剤を2−アセチルアミノフタル酸無水物2.87g(0.014モル)から無水トリメリット酸2.69g(0.014モル)に替えた他は合成例17と同様にしてポリマーJ(Mw=13000,n=約15)を得た。
【0142】
合成例19 ポリマーKの合成
乾燥窒素気流下、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸(DEDC)1モルと1−ヒドロキシベンゾトリアゾール2モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体19.70g(0.040モル)とBAHF18.31g(0.050モル)をNMP200gに溶解させ、75℃で12時間攪拌した。次に、末端封止剤として、NMP30gに溶解させた2−アセチルアミノフタル酸無水物4.08g(0.020モル)を加え、さらに75℃で12時間攪拌し、反応を終了した。反応終了後、溶液を水/メタノール=3/1の溶液3Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥し、ポリマーKを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=16000であった。ポリマーKの繰り返し単位の分子量は約620であるため、繰り返し数nが約26のポリマーKが得られた。
【0143】
合成例20 ポリマーLの合成
合成例19の末端封止剤を2−アセチルアミノフタル酸無水物4.08g(0.020モル)から無水トリメリット酸3.84g(0.020モル)に替えた他は合成例19と同様にしてポリマーL(Mw=13000,n=約21)を得た。
【0144】
合成例21 ポリマーMの合成
乾燥窒素気流下、テレフタル酸(TPA)0.8モル、イソフタル酸(IPA)0.2モルと1−ヒドロキシベンゾトリアゾール2モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体16.01g(0.040モル)とBAHF12.82g(0.035モル)をNMP200gに溶解させ、75℃で12時間攪拌した。次に、末端封止剤として、NMP20gに溶解させた3−アミノアセトアニリド1.50g(0.010モル)を加え、さらに75℃で12時間攪拌し、反応を終了した。反応終了後、溶液を水/メタノール=3/1の溶液3Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥し、ポリマーMを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=14000であった。ポリマーMの繰り返し単位の分子量は約530であるため、繰り返し数nが約26のポリマーMが得られた。
【0145】
合成例22 ポリマーNの合成
合成例21の末端封止剤を3−アミノアセトアニリド1.50g(0.010モル)から4−アミノサリチル酸メチル1.66g(0.010モル)に替えた他は合成例21と同様にしてポリマーN(Mw=15000,n=約28)を得た。
【0146】
合成例23 ポリマーOの合成
乾燥窒素気流下、DAE3.00g(0.015モル)をNMP50gに溶解させた。ここに合成例1で得られたヒドロキシル基含有酸無水物(a)21.4g(0.030モル)をNMP14gとともに加えて、20℃で1時間反応させ、次いで40℃で2時間反応させた。その後、末端封止剤として、4−アミノメチルスルホンアニリド5.58g(0.030モル)を加え、さらに40℃で2時間反応させた。その後、N、N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール7.14g(0.060モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で3時間攪拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を80℃の真空乾燥機で20時間乾燥しポリマーOを得た。前記のように重量平均分子量(Mw)を測定したところ、Mw=6000であった。ポリマーOの繰り返し単位の分子量は約920であるため、繰り返し数nが約6のポリマーOが得られた。
【0147】
合成例24 ポリマーPの合成
合成例23の末端封止剤を4−アミノメチルスルホンアニリド5.58g(0.030モル)から3−アミノ安息香酸4.10g(0.030モル)に替えた他は合成例23と同様にしてポリマーN(Mw=5000,n=約5)を得た。
【0148】
合成例25 ポリマーQの合成
合成例9の末端封止剤を4−アミノメチルスルホンアニリド1.12g(0.006モル)から4−エチニルアニリン0.70g(0.006モル)に替えた他は合成例9と同様にしてポリマーQ(Mw=34000,n=約37)を得た。
【0149】
合成例26 ポリマーRの合成
合成例11の末端封止剤を4−アミノアセトアニリド0.75g(0.005モル)から3−アミノフェノール0.54g(0.005モル)に替えた他は合成例11と同様にしてポリマーR(Mw=31000,n=約23)を得た。
【0150】
合成例27 ポリマーSの合成
合成例13の末端封止剤を3−アミノアセトアニリド1.50g(0.010モル)から4−アリルアニリン1.33g(0.010モル)に替えた他は合成例13と同様にしてポリマーS(Mw=21000,n=約30)を得た。
【0151】
合成例28 ポリマーTの合成
合成例15で末端封止剤を使用しない他は合成例15と同様にしてポリマーT(Mw=25000,n=約30)を得た。
【0152】
合成例29 ポリマーUの合成
合成例17の末端封止剤を2−アセチルアミノフタル酸無水物2.87g(0.014モル)から無水ナジック酸2.30g(0.014モル)に替えた他は合成例17と同様にしてポリマーL(Mw=15000,n=約18)を得た。
【0153】
合成例30 ポリマーVの合成
合成例19で末端封止剤を使用しない他は合成例19と同様にしてポリマーV(Mw=13000,n=約21)を得た。
【0154】
合成例9〜30のポリマー組成を表1に示す。
【0155】
【表1】

【0156】
各実施例、比較例に使用したフェノール性水酸基を有する化合物、光酸発生剤、熱架橋性化合物(アルコキシメチル基含有化合物)を下記に示した。
【0157】
【化24】

【0158】
実施例1
合成例9で得られたポリマーAの固体5gと合成例10で得られたポリマーBの固体5gを計り、合成例5で得られたキノンジアジド化合物(e)2gとビニルトリメトキシシラン0.1gをNMP30gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0159】
実施例2
合成例11で得られたポリマーCの固体5gと合成例12で得られたポリマーDの固体5gを計り、合成例6で得られたキノンジアジド化合物(f)2g、Bis−Z(商品名、本州化学工業(株)製)1.5g、m−アミノフェニルトリメトキシシラン0.2gとをGBL30gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0160】
実施例3
合成例13で得られたポリマーEの固体5gと合成例14で得られたポリマーFの固体5gを計り、合成例7で得られたキノンジアジド化合物(g)1.6gをNMP30gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0161】
実施例4
合成例15で得られたポリマーGの固体4gと合成例16で得られたポリマーHの固体6gを計り、合成例8で得られたキノンジアジド化合物(h)2.5g、WPAG−350(商品名、和光純薬工業(株)製)0.2g、熱架橋性化合物ニカラックMX−290(商品名、(株)三和ケミカル製)1.5g、m−アセチルアミノフェニルトリメトキシシラン0.5gをNMP30gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0162】
実施例5
合成例17で得られたポリマーIの固体6gと合成例18で得られたポリマーJの固体4gを計り、合成例5で得られたキノンジアジド化合物(e)2g、TrisP−PA(商品名、本州化学工業(株)製)1.5gと3,3’−ジアセチルアミノジフェニルテトラメトキシジシロキサン0.5gをGBL30gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0163】
実施例6
合成例19で得られたポリマーKの固体6gと合成例20で得られたポリマーLの固体4gを計り、合成例6で得られたキノンジアジド化合物(f)2gをGBL30gに溶解させて感光性ポリベンゾオキサゾール前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0164】
実施例7
合成例21で得られたポリマーMの固体5gと合成例22で得られたポリマーNの固体5gを計り、合成例7で得られたキノンジアジド化合物(g)2g、WPAG−567(商品名、和光純薬工業(株)製)0.01g、熱架橋性化合物DMOM−PC(商品名、本州化学工業(株)製)1g、p−アミノフェニルトリメトキシシラン0.5gをGBL30gに溶解させて感光性ポリベンゾオキサゾール前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0165】
実施例8
合成例9で得られたポリマーAの固体5gと合成例16で得られたポリマーHの固体5gを計り、合成例6で得られたキノンジアジド化合物(f)2g、TrisP−HAP(商品名、本州化学工業(株)製)1g、DMOM−PTBP(商品名、本州化学工業(株)製)3g、熱架橋性化合物ニカラックMX−270(商品名、(株)三和ケミカル製)1.5gをGBL20gと乳酸エチル10gと共に溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0166】
実施例9
ポリマーとして合成例14で得られたポリマーFの固体4gと合成例15で得られたポリマーGの固体6gを用い、3.3’−ジアミノジフェニルテトラメトキシジシロキサン0.5gを加えた他は実施例3と同様にして感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0167】
実施例10
ポリマーとして合成例9で得られたポリマーAの固体3g、合成例10で得られたポリマーBの固体3g、合成例15で得られたポリマーGの固体2g、合成例16で得られたポリマーHの固体2gを用いた他は実施例4と同様にして感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0168】
比較例1
ポリマーとして合成例23で得られたポリマーOの固体5gと合成例24で得られたポリマーPの固体5gを用い、ビニルトリメトキシシランを加えない他は実施例1と同様にしてワニスを得、前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0169】
比較例2
ポリマーとして合成例25で得られたポリマーQの固体10gを用い、ビニルトリメトキシシランを加えない他は実施例1と同様にしてワニスを得、前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0170】
比較例3
ポリマーとして合成例26で得られたポリマーRの固体10gを用い、m−アミノフェニルトリメトキシシランを加えない他は実施例2と同様にしてワニスを得、前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0171】
比較例4
ポリマーとして合成例27で得られたポリマーSの固体10gを用いた他は実施例3と同様にしてワニスを得、前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0172】
比較例5
ポリマーとして合成例28で得られたポリマーTの固体10gを計り、合成例8で得られたキノンジアジド化合物(h)2.5gをNMP30gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0173】
比較例6
ポリマーとして合成例29で得られたポリマーUの固体10gを用い、3,3’−ジアセチルアミノジフェニルテトラメトキシジシロキサンを用いない他は実施例5と同様にしてワニスを得、前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0174】
比較例7
ポリマーとして合成例30で得られたポリマーVの固体10gを用いた他は実施例6と同様にしてワニスを得、前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0175】
比較例8
合成例28で得られたポリマーT10gに、合成例7で得られたキノンジアジド化合物(g)1.6g、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル1モルとODPA2モルとを反応させて得られたアミド酸化合物0.5gをNMP10gに溶解させて感光性ポリイミド前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0176】
比較例9
合成例30で得られたポリマーV10gに、合成例7で得られたキノンジアジド化合物(g)2.0g、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル1モルとODPA2モルとを反応させて得られたアミド酸化合物0.5gをGBL10gに溶解させて感光性ポリベンゾオキサゾール前駆体組成物のワニスを得た。得られたワニスを用いて前記のように、パターン加工性評価、機械特性評価、基板との密着性評価を行った。
【0177】
実施例1〜10および比較例1〜9の組成、評価結果を表2〜3に示す。
【0178】
【表2】

【0179】
【表3】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)一般式(1)および/または(2)で表される構造を主成分とするポリマー、(b)一般式(3)および/または(4)で表される構造を主成分とするポリマー、(c)キノンジアジド化合物、(d)溶剤を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂前駆体組成物。
【化1】

(式中、RおよびRは2個以上の炭素原子を有する2価〜8価の有機基、RおよびRはそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜20の有機基を示す。RおよびRは単結合または炭素数1〜20の有機基を示す。XおよびYは加熱により−X−Y−結合を形成しうる有機基を示す。nは10〜100000の範囲、lおよびmは0〜2の整数、pおよびqは0〜4の整数を示す。ただしp+q>0である。)
【請求項2】
一般式(1)および(2)におけるXが−NR2021で表され、かつ、一般式(3)および(4)におけるYが−NCO、−COR22または−SO23で表されることを特徴とする請求項1記載のポジ型感光性樹脂前駆体組成物。(ただし、R20〜R23はそれぞれ独立に水素または炭素数1〜10の有機基を示す。)
【請求項3】
さらに(e)一般式(5)で表される化合物、一般式(6)で表される化合物、ビニルシラン化合物から選ばれる少なくとも1種のシラン化合物を含むことを特徴とする請求項1または2記載のポジ型感光性樹脂前駆体組成物。
【化2】

(式中、ArおよびArは6個以上の炭素原子を有する芳香族環、または2個以上の炭素原子を有する芳香族複素環構造を表す。R26、R27、R34、R35、R42、R43はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素または炭素数1〜4の有機基を表す。R28、R36、R41はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、炭素数1〜6の有機基を表す。R29〜R33、R37〜R40はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、またはフェニル基から選ばれ、R29〜R33およびR37〜R40の少なくとも1つは炭素数1〜6のアルコキシ基である。a、d、f、hは1以上の整数、b、c、e、gは0以上の整数を表す。ただし、1≦a+b≦4、1≦d+e≦4、1≦g+h≦4である。)

【公開番号】特開2007−212602(P2007−212602A)
【公開日】平成19年8月23日(2007.8.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−30558(P2006−30558)
【出願日】平成18年2月8日(2006.2.8)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】