説明

ポリヒドロキシウレア樹脂含有ポジ型感光性樹脂組成物

【課題】半導体素子及び電子・電気回路に悪影響を及ぼす塩化物や低分子化合物等を含有せず、安価に製造でき、それより得られる膜は電気絶縁性、耐熱性、機械的強度等に優れ、且つ高解像度のパターンが形成可能であり、特に半導体又はプリント基板等の回路基板の保護膜又は絶縁膜として有用な硬化膜を形成し得る、ポリヒドロキシウレア樹脂組成物を提供する。
【解決手段】(A)下記式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000である少なくとも1種ポリヒドロキシウレア樹脂と、(B)光により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。


(式中、Xは2価の脂肪族基、脂環式基又は芳香族基を表し、Yは少なくとも1つのヒドロキシ基で置換された芳香族基を含む2価の有機基を表し、Ra〜Rdは夫々独立して水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はジイソシアナートとジアミンより合成されるポリヒドロキシウレア樹脂と光酸発生剤を含有するポジ型感光性樹脂組成物に関する。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、電気・電子デバイス、特に半導体装置やディスプレイ装置などの表面保護膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、電極保護層などに好適な感光性材料として好適である。
【0002】
卓越した機械特性、高い耐熱性を有する感光性ポリイミド樹脂に代表される感光性樹脂から作製された感光性樹脂絶縁膜は、その用途が拡大し、半導体分野のみならずディスプレイ分野にまで普及し始めており、これまでになかった絶縁膜に対する信頼性が要求されるようになってきた。
現在、使用されているポジ型感光性樹脂組成物の多くは、基材ポリマーに感光性溶解抑止剤(DNQ:ジアゾナフトキノン)を添加することで作製されている。この樹脂組成物から塗布膜を作製後、マスクを介して露光し、代表的な水溶性アルカリ現像液であるテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)に露光部を溶解させることで、ポジ型パターンが得られる。
従来使用されてきた代表的なポリイミド系ポジ型感光性樹脂組成物は、TMAHに対する溶解性が高すぎたことから、最近ではトリエチルアミン等の塩基性有機化合物を用いてポリアミド酸の酸性度を減少させ、アルカリ現像液への溶解速度を抑制したポリイミド系ポジ型観光性樹脂組成物が提案されている(特許文献1)。
【0003】
一方、ポリヒドロキシアミド樹脂は、TMAHに適度な溶解性を有しているため、ポジ型感光性樹脂組成物として好適に利用できるとする報告がなされている(例えば、特許文献2)。
ポリヒドロキシアミド樹脂を用いたポジ型感光性樹脂組成物に要求される特性は、ポリイミド系ポジ型感光性樹脂組成物同様、電気絶縁性、耐熱性、機械的強度等の点で優れた膜物性を有すること、高解像回路パターン形成が可能なこと等が挙げられる。近年、これらポジ型感光性樹脂組成物に要求される特性は、益々厳しくなってきている。
【0004】
通常、ポリヒドロキシアミド樹脂は、ジカルボン酸塩化物とジヒドロキシアミンを用いて塩基性条件下で合成される(非特許文献1)。しかし、上記方法では、反応溶液に塩化物イオン等の無機イオンが存在するため、反応終了後にポリマーを単離精製しなければならない。また該ポリマーを用いて得られるポジ型感光性樹脂組成物に微量の無機イオンが混在する虞があり、電子材料分野で使用する場合には腐食の原因となる場合がある。
こうした問題を解決するため、1−ヒドロキシベンゾトリアゾールとジカルボン酸の反応から得られるカルボン酸誘導体を用いてポリヒドロキシアミドを合成する手法が報告されている(特許文献3)。
【0005】
一方、ポリウレア樹脂は、ジイソシアナートとジアミンから容易に合成され、これまで制振性樹脂組成物などに使用されている(特許文献4)。
【特許文献1】米国特許第4880722号明細書
【特許文献2】特開平9−183846号公報
【特許文献3】特開2003−302761号公報
【特許文献4】特開2004−143324号公報
【非特許文献1】Polymer Letter., Vol.2,pp655−659(1964)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1において提案されたポリヒドロキシアミド樹脂を用いたポジ型感光性樹脂組成物は、微量の不純物(無機イオン)を含むことなどから、組成物を素子等の硬化膜の材料として使用するには、電気特性を始めとする諸性能に課題を残すものであった。
また上記問題を解決した特許文献2にあっても、カルボン酸誘導体の合成時に縮合剤を用いるため、副生成物の除去工程が必要になり、高純度のポリヒドロキシアミドを得ることは困難とされていた。
さらに、ポリウレア樹脂はTMAHに溶解できないため、感光特性を付与することは困難とされていた。
【0007】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、半導体素子及び電子・電気回路に悪影響を及ぼす塩化物や低分子化合物等を含有せず、安価に製造でき、またそれより得られる膜は電気絶縁性、機械的強度等に優れ、且つ高解像度のパターンが形成可能であり、特に半導体又はプリント基板等の回路基板の保護膜又は絶縁膜として有用な硬化膜を形成し得る、ポリヒドロキシウレア樹脂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】
【0008】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ジイソシアナートとジアミンから製造されるポリヒドロキシウレア樹脂を含有するポジ型感光性樹脂組成物を用いることにより、電気絶縁性、機械的強度等の点で優れた膜物性を示し、さらに微細なパターン形成を可能にすることを見出し、本発明を完成した。
【0009】
すなわち、第1観点として、(A)成分として、下記式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000である少なくとも1種のポリヒドロキシウレア樹脂と、(B)成分として、光により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物に関する。
【0010】
【化1】

【0011】
(式中、Xは2価の脂肪族基、脂環式基又は芳香族基を表し、
Yは少なくとも1つのヒドロキシ基で置換された芳香族基を含む2価の有機基を表し、
Ra、Rb、Rc及びRdは夫々独立して水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
第2観点として、前記Xが、炭素原子数1乃至13の脂肪族基、炭素原子数3乃至20の脂環式基又は炭素原子数4乃至20の芳香族基を表す、第1観点に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
第3観点として、前記Yが、下記式(2)で表される構造を有する、第1観点又は第2に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
【0012】
【化2】

【0013】
(式(2)中、
1乃至R6は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基、スルホ基、W1で置換されていてもよいフェニル基、W1で置換されていてもよいナフチル基、W1で置換されていてもよいチエニル基又はW1で置換されていてもよいフリル基を表し、W1は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、
炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基又はスルホ基を表し、
1は、単結合、W2で置換されていてもよい炭素原子数1乃至10のアルキレン基、−C(O)O−、−C(O)NH−、−O−、−S−、−S(O)2−又は−C(O)−を表
し、そして
2は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基又
は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を表す。)
第4観点として、前記(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂が、更に下記式(3)で表される少なくとも1種の構造単位を含む、第1観点乃至第3観点のうち何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
【0014】
【化3】

【0015】
(式中、X、Ra、Rb、Rc及びRdは前記式(1)における定義と同じ意味を表し、Qは2価の有機基を表す。)
第5観点として、前記Qが、下記式(4)乃至式(7)で表される構造を有する、第4観点記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
【0016】
【化4】

【0017】
(式(4)〜式(7)中、
7乃至R46は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭
素原子数1乃至10のハロアルキル基、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基、スルホ基、W3で置換されていてもよいフェニル基、W3で置換されていてもよいナフチル基、W3で置換されていてもよいチエニル基又はW3で置換されていてもよいフリル基を表し、
3は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、
炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基又はスルホ基を表し、
2〜Z10は、それぞれ独立して、単結合、W4で置換されていてもよい炭素原子数1乃至10のアルキレン基、−C(O)O−、−C(O)NH−、−O−、−S−、−S(O)2−又は−C(O)−を表し、
4は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基又
は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を表す。)
第6観点として、前記(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂が、上記式(1)で表される構造単位と式(3)で表される構造単位とを、モル比で上記式(1)で表される構造単位:式(3)で表される構造単位=70:30〜99:1の割合で含む、第4観点又は第5観点に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
第7観点として、前記(B)成分がナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物である、第1観点乃至第6観点のうちの何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
第8観点として、前記(A)成分の100質量部に基づいて0.01乃至100質量部の(B)成分を含有する、第1観点乃至第7観点のうちの何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
第9観点として、更に(C)成分として架橋性化合物を含有する、第1観点乃至第8観点のうちの何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
第10観点として、前記(A)成分の100質量部に基づいて5乃至100質量部の(C)成分を含有する、第9観点に記載のポジ型感光性樹脂組成物に関する。
第11観点として、第1観点乃至第10観点のうち何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物が、少なくとも1種の溶剤に溶解していることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物含有ワニスに関する。
第12観点として、第1観点乃至第10観点のうち何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物を用いて作製される硬化膜に関する。
第13観点として、第11観点に記載のポジ型感光性樹脂組成物含有ワニスを用いて作製される硬化膜に関する。
第14観点として、基板上に、第12観点又は第13観点に記載の硬化膜からなる層を少なくとも一層備える構造体に関する。
第15観点として第1観点に記載の式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000であるポリヒドロキシウレア化合物に関する。
【発明の効果】
【0018】
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、現像時に問題となるほどの未露光部の膜減りが生ずることが無く、解像度に優れた微細なパターンを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
[ポジ型感光性樹脂組成物]
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係るポジ型感光性樹脂組成物は、(A)成分として前記式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000である少なくとも1種のポリヒドロキシウレア樹脂と、(B)成分として光により酸を発生する化合物とを含有するものである。
【0020】
<(A)成分:ポリヒドロキシウレア樹脂>
本発明に用いる(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂は、下記式(1)で表される構造単位を含む。
該ポリヒドロキシウレア樹脂の重量平均分子量は3,000乃至200,000であり、現像時間とパターン特性の形状と残渣の観点から好ましくは5,000乃至150,000である。
なお本発明は、下記式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000であるポリヒドロキシウレア化合物も含む。
【0021】
【化5】

【0022】
上記式(1)中、式中、Xは2価の脂肪族基、脂環式基又は芳香族基を表し、Yは少な
くとも1つのヒドロキシ基で置換された芳香族基を含む2価の有機基を表し、Ra、Rb、Rc及びRdは夫々独立して水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。
【0023】
前記式(1)中、Xは炭素原子数1乃至13の脂肪族基、炭素原子数3乃至20の脂環式基又は炭素原子数4乃至20の芳香族基であることが望ましい。
【0024】
炭素原子数1乃至13の脂肪族基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、ヘプチニル、オクチニル、ノニニル、デシニル、ドデシニル、メトキシメチル、エトキシメチル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペンチルオキシメチル、ヘキシルオキシメチル、ヘプチルオキシメチル、オクチルオキシメチル、ノニルオキシメチル、デシルオキシメチル、メトキシエチル、エトキシエチル、プロポキシエチル、ブトキシエチル、ペンチルオキシエチル、ヘキシルオキシエチル、ヘプチルオキシエチル、オクチルオキシエチル、ノニルオキシエチル、デシルオキシエチル、メトキシプロピル、エトキシプロピル、プロポキシプロピル、ブトキシプロピル、ペンチルオキシプロピル、ヘキシルオキシプロピル、ヘプチルオキシプロピル、オクチルオキシプロピル、ノニルオキシプロピル、デシルオキシプロピル、メトキシブチル、エトキシブチル、プロポキシブチル、ブトキシブチル、ペンチルオキシブチル、ヘキシルオキシブチル、ヘプチルオキシブチル、オクチルオキシブチル、ノニルオキシブチル、デシルオキシブチル、メトキシペンチル、エトキシペンチル、プロポキシペンチル、ブトキシペンチル、ペンチルオキシペンチル、ヘキシルオキシペンチル、ヘプチルオキシペンチル、オクチルオキシペンチル、ノニルオキシペンチル、デシルオキシペンチル、2−メチルプロピル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、3−メチルペンチルなどが挙げられる。
また炭素原子数3乃至20の脂環式基の具体例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル、4−エチルシクロヘキシル、4−プロピルシクロヘキシル、4−ブチルシクロヘキシル、4−ペンチルシクロヘキシル、4−ヘキシルシクロヘキシル、4−ヘプチルシクロヘキシル、4−オクチルシクロヘキシル、4−ノニルシクロヘキシル、4−デシルシクロヘキシル、4−プロピルシクロヘキセニル、3,5,5−トリメチルシクロヘキシルなどが挙げられる。
炭素原子数4乃至20の芳香族基の具体例としては、フェニル、ナフチル、ビフェニル、アントラセニル、チオフェニル、アニリル、4,4’−ベンゾフェニル、4,4’−エーテルフェニル、4,4’−カルボキシフェニル、4,4’−スルホニルフェニルなどが挙げられる。
【0025】
前記式(1)中、Yは例えば下記式(2)で表される構造であることが好ましい。
【0026】
【化6】

【0027】
上記式(2)中、R1乃至R6は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基、スルホ基、W1で置換されていてもよいフェニル基、W1で置換されていて
もよいナフチル基、W1で置換されていてもよいチエニル基又はW1で置換されていてもよいフリル基を表す。
1は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基
、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基又はスルホ基を表す。
1は、単結合、W2で置換されていてもよい炭素原子数1乃至10のアルキレン基、−C(O)O−、−C(O)NH−、−O−、−S−、−S(O)2−又は−C(O)−を
表す。
また、W2は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアル
キル基又は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を表す。
【0028】
上記式(2)中、前記Z1が、単結合、−CH2−、−C(CH32−、−C(CF32−、−C(O)NH−、−O−、−S(O)2−又は−C(O)−であることが望ましい

【0029】
また(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂は、上記式(1)で表される構造単位に加え、更に下記式(3)で表される少なくとも1種の構造単位を含んでいてもよい。
なお、下記式(3)で表される少なくとも1種の構造単位を含む場合、前記式(1)で表される構造単位と下記式(3)で表される少なくとも1種の構造単位のモル比は前記式(1)で表される構造単位:下記式(3)で表される少なくとも1種の構造単位=70:30〜99:1のモル比の範囲であり、感光特性の観点から、より好ましくは80:20〜95:5の範囲であることが望ましい。
【0030】
【化7】

【0031】
式(3)中、X、Ra、Rb、Rc及びRdは前記式(1)で定義されたものと同じ意味を表し、Qは2価の有機基を表す。
【0032】
式(3)中、Qは下記式(4)乃至式(7)で表される構造を有することが望ましい。
【0033】
【化8】

【0034】
式(4)〜式(7)中、R7乃至R46は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1
乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基、スルホ基、W3で置換されていてもよいフェニル基、W3で置換されていてもよいナフチル基、W3で置換されていてもよいチエニル基又はW3で置換されていてもよいフリル基を表す。
3は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基
、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基又はスルホ基を表す。
2〜Z10は、それぞれ独立して、単結合、W4で置換されていてもよい炭素原子数1乃至10のアルキレン基、−C(O)O−、−C(O)NH−、−O−、−S−、−S(O)2−又は−C(O)−を表す。
4は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基
又は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を表す。
【0035】
上記式(4)〜(6)中、前記Z2乃至Z7が、単結合、−CH2−、−C(CH32
、−C(CF32−、−C(O)NH−、−O−、−S(O)2−又は−C(O)−であ
ることが望ましい。
また上記式(7)中、R43乃至R46がメチル基を表し、Z9が−O−を表し、Z8及びZ10がプロピレン基を表すことが好ましい。
【0036】
[ポリヒドロキシウレアの製造方法]
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に用いる(A)成分のポリヒドロキシウレアは、ジイソシアナート成分と、ジアミン成分とを重合して得られるポリヒドロキシウレアである。
【0037】
《ジイソシアナート成分》
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に用いるポリヒドロキシウレアを構成する単量体の一成分であるジイソシアナート成分は、特に限定されず、芳香族ジイソシアナート、脂肪族ジイソシアナート、脂環式イソシアナート、またはこれらの混合物を使用できる。好ましくは脂肪族ジイソシアナート又は脂環式ジイソシネートを用いることが望ましい。
【0038】
脂肪族ジイソシアナートとしては、1,4−テトラメチレンジイソシアナート、1,5−ペンタメチレンジイソシアナート、2−メチル−1,5−ペンタメチレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート、デカメチレンジイソシアナート、リジンジイソシアナートなどが挙げられるがこれらに限定されない。
また脂環式ジイソシアナートとしては、イソホロンジイソシアナート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアナート、ノルボルナンジイソシアナートメチル、ビス(4−イソシアナートシクロヘキシル)メタン、1,3−ビス(イソシアナートメチル)シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアナート等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0039】
《ジアミン成分》
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に用いるポリヒドロキシウレアを構成する単量体の一成分であるジアミン成分は、下記一般式(8)で表される構造を有する化合物であり、式中、Yは少なくとも1つのヒドロキシ基で置換された芳香族基を含む2価の有機基を表し、望ましくは少なくとも1つのヒドロキシ基で置換されたベンゼン環を2つ以上含む2価の有機基である。これらの構造は少なくとも1つのOH基で置換された芳香族基を含む2価の有機基であれば特に限定されない。
また、本発明に用いるポリヒドロキシウレア樹脂の製造において、ジアミンは、下記式で表される構造を有する化合物を1種類使用しても、複数種を使用してもよい。
【0040】
【化9】

【0041】
上記式(8)で表される少なくとも1つのOH基で置換された芳香族基を有するジアミンの具体例としては、2,4−ジアミノフェノール、3,5−ジアミノフェノール、2,5−ジアミノフェノール、4,6−ジアミノレゾルシノール、2,5−ジアミノハイドロキノン、3,3’−ジヒドロキシベンジジン(3BP)、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル(4BP)、3,3’−ジアミノ−2,2’−ジヒドロキシビフェニル(2BP)、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メタン(BAPF)、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3,5−ジ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(BAPA)、2,2’−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−アミノ−3,5−ジ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(BAHF)、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、2,2−ビス(4−アミノ−3,5−ジ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−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、(3−アミノ−4−ヒドロキシ)フェニル(3−アミノ4−ヒドロキシ)アニリド(AHPA)、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル(AHPE)、ビス
(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルフィド(BSDA)、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3,5−ジヒドロキシフェニル)スルホン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(AHPK)、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシ−5,5'−ジメチルビフェニル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシ−5,5'−ジメトキシビフェニル、1,4−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)フェニル]プロパン、2−アミノ−4−(3−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)フェノキシ)フェノール、5,5’−(1,3−フェニレンビス(オキシ))ビス(2−アミノフェノール)、5,5’−(1,4−フェニレンビス(オキシ))ビス(2−アミノフェノール)、2−アミノ−4−(4−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)フェノキシ)フェノール、2−アミノ−4−(3−(3−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)フェノキ
シ)フェノキシ)フェノール、5,5’−(3,3’−オキシビス(3,1−フェニレン
)ビス(オキシ))ビス(2−アミノフェノール)、4,4’−(4,1’−オキシビス(4,1−フェニレン)ビス(オキシ))ビス(2−アミノフェノール)、2−アミノ−4−(4−(4−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)フェノキシ)フェノキシ)フェノールなどが挙げられるが、これらに限定されることは無い。
特に、得られるポリマーの溶解性と感光特性の観点から、より好適な化合物として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)が挙げられる。
【0042】
また、ジアミン成分として、上述の少なくとも1つのOH基で置換された芳香族基を含むジアミンに加えて、その他のジアミンも使用することができる。
その他のジアミン成分としては特に限定されないが、好ましくは芳香族基を含むジアミン、特にベンゼン環を1つ以上含むジアミン又はシロキサン含有ジアミンであることが望ましい。
上記その他のジアミン成分を使用する場合、前記少なくとも1つのOH基で置換された芳香族基を含むジアミン成分:その他のジアミン成分は、70:30〜99:1のモル比の範囲であり、感光特性の観点から、より好ましくは80:20〜95:5の範囲で使用することが好ましい。
【0043】
上記芳香族基を含むジアミンとしては、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アニリノ)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アニリノ)ヘキサフルオロプロパンまたは2,2−ビス(3−アミノ−4−トルイル)ヘキサフルオロプロパン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,4,6−トリメチル−1,3−フェニレンジアミン、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4−メチレン-
ビス(2−メチルアニリン)、4,4'−メチレン-ビス(2,6−ジメチルアニリン)、4,4−メチレン-ビス(2,6−ジエチルアニリン)、4,4'−メチレン-ビス(2−
イソプロピル−6−メチルアニリン)4,4'−メチレン-ビス(2,6−ジイソプロピル
アニリン)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、o−トリジン、m−トリジン、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン、2,4−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、3,5−ジアミノ安息香酸、4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジカルボン酸、2,5−ジアミノ−1,4−ベンゼンジカルボン酸、ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3,5−ジカルボキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3,5−ジカルボキシフェニル)スルホン、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジカルボキシビフェニル、4,4'−ジアミノ−3
,3'−ジカルボキシ−5,5'−ジメチルビフェニル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジカルボキシ−5,5'−ジメトキシビフェニル、1,4−ビス(4−アミノ−3−カルボ
キシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル]プロパンなどの化合物が挙げられるが、これに限定されることは無い。また、得られるポリマーの溶解性と感光特性の観点から、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’−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が望ましい。
【0044】
またシロキサン含有ジアミンは、ポリヒドロキシウレア樹脂からなる塗膜の基板への密着性を向上させることができるためその他のジアミンとしての使用に適する。
このようなシロキサン含有ジアミンとしては、例えばビス(3−アミノアルキル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンが望ましく、基板との密着性と溶解性の観点から、ビス(3−アミノプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(APDS)がより好ましい。
【0045】
《ポリヒドロキシウレアの製造法》
本発明の(A)成分のポリヒドロキシウレアは、前記ジイソシアナート成分と前記ジアミン成分とを−78〜150℃、好ましくは−5〜100℃において1〜24時間反応させることによって製造できる。
また、製造時に使用するジイソシアナート成分とジアミン成分のモル比は、ジアミン成分が多くなりすぎると分子量が上がらず、また少なすぎるとゲル化が起こって不溶化し易くなるので、ジイソシアナート成分:ジアミン成分=1:0.5〜3.0(モル比)であることが好ましく、より好ましくはジイソシアナート成分:ジアミン成分=1:0.8〜2.0(モル比)であり、ジイソシアナート成分:ジアミン成分=1:1.0〜1.2(モル比)で使用することが最も好ましい。
【0046】
上記ポリヒドロキシウレアの製造時に使用する溶媒については特に限定されないが、生成したポリマーの溶解性が高いことから、例えばN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、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、およびγ−ブチロラクトン等が好ましい。
また、重合時に単量体成分の濃度が高すぎると取扱い性が悪くなり、低すぎると生成するポリマーの分子量が上がらない場合があるので、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜40質量%、とりわけ好ましくは8〜30質量%の単量体成分(合計)の濃度で製造する。
【0047】
またポリマーが溶解する範囲内でその他の溶媒、例えばブチルセルソルブやトルエン、メタノールなどの貧溶媒を加えてもよい。
さらにポリマーの分子量を適当なものとするため、反応系内を窒素雰囲気下としたり、反応系中の溶媒に窒素をバブリングしながら反応を行うなどしてもよい。
【0048】
<(B)成分:光酸発生剤>
(B)成分の光により酸を発生する化合物(光酸発生剤)は、露光等に使用される光の照射によって直接又は関節的に酸を発生し、光照射部分のアルカリ現像液への溶解性を高める機能を有するものであれば特にその種類及び構造などは限定されない。また光酸発生剤は1種又は2種以上を組み合わせて使うこともできる。
【0049】
上記(B)成分の光酸発生剤としては、従来公知の光酸発生剤のいずれも適用することができ、その具体例としてはo−キノンジアジド化合物、アリルジアゾニウム塩、ジアリルヨードニウム塩、トリアリルスルホニウム塩、o−ニトロベンジルエステル、p−ニトロベンジルエステル、トリハロメチル基置換s−トリアジン誘導体、又はイミドスルホネート誘導体等を挙げることができる。
【0050】
また必要に応じて、(B)成分の光酸発生剤と共に増感剤を併用することができる。そのような増感剤として、例えばペリレン、アントラセン、チオキサントン、ミヒラーケトン、ベンゾフェノン又はフルオレンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0051】
(B)成分の光酸発生剤の中でも、ポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる塗膜において高感度と高い解像度が得られる点から、o−キノンジアジド化合物が望ましい。
o−キノンジアジド化合物は、通常、o−キノンジアジドスルホニルクロリドと、ヒドロキシ基及びアミノ基から選ばれる少なくとも一方の基を有する化合物とを、塩基性触媒の存在下で縮合反応させることにより、o−キノンジアジドスルホン酸エステルもしくはo−キノンジアジドスルホンアミドとして得られる。
【0052】
上記のo−キノンジアジドスルホニルクロリドを構成するo−キノンジアジドスルホン酸成分としては、例えば、1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−4−スルホン酸、1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸、1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−6−スルホン酸などを挙げることができる。
【0053】
上記ヒドロキシ基を有する化合物の具体例としては、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール、o−メトキシフェノール、4,4−イソプロピリデンジフェノール、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4’−ジヒドロキシフェニルスルホン、4,4−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフェノール、4,4’,4’’−トリヒドロキシトリフェニルメタン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4’− [1
−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸メチル、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸プロピル、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸イソアミルエステル、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸−2−エチルブチルエステル、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4−トリヒドロ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、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,2’,4’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン等のフェノール化合物、エタノール、2−プロパノール、4−ブタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−メトキシプロパノール、2−ブトキシプロパノール、乳酸エチル、乳酸ブチルなどの脂肪族アルコール類が挙げられる。
【0054】
また、上記アミノ基を有する化合物としては、アニリン、o−トルイジン、m−トルイジン、p−トルイジン、4−アミノジフェニルメタン、4−アミノジフェニル、o−フェ
ニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、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エーテルなどのアニリン類、アミノシクロヘキサン等を挙げることができる。
【0055】
更に、ヒドロキシ基とアミノ基の両方を有する化合物の具体例としては、o−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、4−アミノレゾルシノール、2,3−ジアミノフェノール、2,4−ジアミノフェノール、4,4’−ジアミノ−4’’−ヒドロキシトリフェニルメタン、4−アミノ−4’,4’’−ジヒドロキシトリフェニルメタン、ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,2−ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−カルボキシ−5−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンなどのアミノフェノール類、2−アミノエタノール、3−アミノプロパノール、4−アミノシクロヘキサノールなどのアルカノールアミン類を挙げることができる。
【0056】
o−キノンジアジドスルホニルクロリドと、ヒドロキシ基及びアミノ基から選ばれる少なくとも一方を有する化合物とを縮合反応させると、その化合物のヒドロキシ基又はアミノ基の一部又は全部がo−キノンジアジドスルホニルクロリドのo−キノンジアジドスルホニル基で置換された2置換体、3置換体、4置換体又は5置換体のo−キノンジアジド化合物が得られる。斯かるo−キノンジアジド化合物をポジ型感光性樹脂組成物の一成分として用いる場合、上記の多置換体のo−キノンジアジド化合物を単独で、又は上記の多置換体から選ばれる2種以上の多置換体の混合物として用いるのが一般的である。
【0057】
上述のo−キノンジアジド化合物の中でも、ポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる塗膜において露光部と未露光部の現像溶解度差のバランスが良好であり、且つ現像時におけるパターン底部の現像残渣(パターンエッジ部の残渣)が無いという観点から、p−クレゾールのo−キノンジアジドスルホン酸エステル、4,4’−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノールのo−キノンジアジドスルホン酸エステル、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸メチルのo−キノンジアジドスルホン酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンのo−キノンジアジドスルホン酸エステル、又は2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンのo−キノンジアジドスルホン酸エステルなどが望ましく、これら化合物をそれぞれ単独で用いても、又、これら化合物から任意に選ばれる二種以上のものを混合して用いてもよい。
【0058】
本発明に用いる(B)成分の光酸発生剤の含有量は、(A)成分の100質量部に基づいて0.01乃至100質量部である。本発明のポジ型感光性樹脂組成物から得られる塗膜において、露光部と未露光部の現像液溶解度差のバランスが良好となる点、さらには、該塗膜の感度並びに該塗膜から得られる硬化膜の機械特性の観点から、(B)成分の光酸発生剤の含有量は特に50質量部以下が望ましく、30質量部以下であることがより望ましい。
【0059】
<(C)成分:架橋性化合物>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、(C)成分として架橋性化合物を含有することができる。(C)成分の架橋性化合物は、本発明のポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる塗膜を硬化膜に転換する工程(以下、最終硬化時という。)において、(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂に含有される有機基と反応し得る基を有する化合物であり、また該ポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる塗膜の現像工程において、アルカリ現像液に可溶な化合物であれば、特に限定されない。
【0060】
このような架橋性化合物(C)としては、特にマレイミド化合物を挙げることができる。上記マレイミド化合物としては、マレイミド部位が芳香環に直結し、隣接する芳香族炭素に水素原子が直結していれば、構造は特に限定されない。
上述の、マレイミド部位が芳香環に直結し、隣接する芳香族炭素に水素原子が直結している構造を有するマレイミド化合物としては、下記式(9)で表される化合物を挙げることができる。
【0061】
【化10】

【0062】
上記式(9)中、R47は2価の基を表し、R48乃至R57は、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1乃至12の有機基を表す。
【0063】
中でも、前記式(9)中、R47が下記式(10)で表される構造を有するマレイミド化合物が望ましい。
【0064】
【化11】

【0065】
上記式(10)中、hとiはそれぞれ独立して0又は1を表し、R58乃至R60はそれぞれ独立して、炭素原子数1乃至12の有機基、酸素原子、硫黄原子、又は窒素原子を有する二価の基を表す。
特に、前記式(10)中、hとiが1であり、R58とR60が酸素原子であり、R59がジメチルメチレン基を表すことが望ましい。
【0066】
上記式(9)で表されるマレイミド化合物の具体例として、2,2−ビス(3−アミノ−4−マレイミド)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジマレイミドジフェニルエーテル、3,4’−ジマレイミドジフェニルエーテル、3,3’−ジマレイミドジフェニルエーテル、4,4’−ジマレイミドジフェニルスルフィド、4,4’−ジマレイミドジフェニルメタン、3,4’−ジマレイミドジフェニルメタン、3,3’−ジマレイミドジフェニルメタン、4,4−メチレン−ビス(2−メチルマレイミド)、4,4’−ジマレイミドジフェニルスルホン、3,3’−ジマレイミドジフェニルスルホン、1,4’−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3’−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3’−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[3−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[
3−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2’−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンなどの化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
なお、上記化合物の中でも、入手が容易である点から4,4’−ジマレイミドジフェニルメタン及び2,2’−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパンが望ましく、さらに感光特性の観点から、2,2’−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパンであることがより好ましい。
【0067】
本発明における架橋性化合物(C)のマレイミド化合物は、1種単独で、又は2種以上のものを組み合わせて使用することができる。
また、本発明のポジ型感光性樹脂組成物における架橋性化合物(C)の含有量は、特に限定されないが、(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂100質量部に基づいて5乃至100質量部であり、好ましくは5乃至20質量部であることがより望ましい。
【0068】
<その他添加剤>
更に、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、界面活性剤、レオロジー調整剤、有機シラン化合物やアルミニウムキレート化合物等の接着補助剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、又は多価フェノール、多価カルボン酸等の溶解促進剤等を含有することができる。
【0069】
<接着補助剤(密着性を高めるための化合物)>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、それを用いて得られる塗膜及び硬化膜と基板との接着性を高めるために、有機シラン化合物又はアルミニウムキレート化合物を含有することができる。斯かる有機シラン化合物及びアルミニウムキレート化合物としては、例えば、GE東芝シリコーン(株)製、信越化学工業(株)製等の市販品を用いることもでき、これらは容易に入手できるので、より好ましい。
有機シラン化合物としては、例えば、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジエトキシエチルシラン、3−グリシドキシプロピルエトキシジエチルシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−グリシドキシプロピルメトキシジメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメトキシジメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジメトキシメチルシラン、3−アミノプロピルメトキシジメチルシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルジエトキシエチルシラン、3−アミノプロピルエトキシジエチルシランなどが挙げられる。
アルミニウムキレート化合物としては、例えば、トリス(アセチルアセトネート)アルミニウム、アセチルアセテートアルミニウムジイソプロピレートなどが挙げられる。
本発明においては、有機シラン化合物及びアルミニウムキレート化合物から選ばれる1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシランがより好ましい。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物における、有機シラン化合物及びアルミニウムキレート化合物から選ばれる化合物の含有量は、特に限定されないが、該ポジ型感光性樹脂組成物を用いて得られる塗膜及び硬化膜と基板との密着性を十分高めることができる点より、ポリヒドロキシウレア樹脂(A)100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上である。また、有機シラン化合物及びアルミニウムキレート化合物から選ばれる化合物の含有量が30質量部以下である場合は、ポジ型感光性樹脂組成物の保存安定性が良好であり且つ該組成物を用いて得られるパターン底部の残渣が無いので、好ましく、該含有量が20質量部以下である場合がより好ましい。
【0070】
<界面活性剤>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物その塗布性の向上や、塗布された塗膜表面の均一性を高めるために、更に界面活性剤を含有することができる。この目的で使用される界面活性剤としては特に限定されず、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などが使用され得る。この種の界面活性剤としては、例えば、住友スリーエム(株)製、大日本インキ化学工業(株)製或いは旭硝子(株)製等の市販品をが容易に入手することができるので、好都合である。
中でも、フッ素系界面活性剤は、塗布性の改善効果が高いので好ましい。より好ましい具体的な例としては、エフトップEF301、EF303、EF352((株)ジェムコ製)、メガファックF171、F173、R−30(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)、FTX−206D、FTX−212D、FTX−218、FTX−220D、FTX−230D、FTX−240D、FTX−212P、FTX−220P、FTX−228P、FTX−240G等のフタージェントシリーズ((株)ネオス製)等のフッ素系界面活性剤が挙げられる。
上記界面活性剤は、一種単独で、又は二種以上の組合せで使用することができる。
また界面活性剤が使用される場合、その含有量は、ポジ型感光性樹脂組成物100質量%中に通常0.2質量%以下であり、好ましくは0.1質量%以下である。界面活性剤の使用量が0.2質量%を超える量に設定されても、上記塗布性の改良効果は鈍くなり、経済的でなくなる。
【0071】
<有機溶媒>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、通常、溶剤である有機溶媒に溶解しワニスの形態にて用いられる。本発明のポジ型感光性樹脂組成物含有ワニスに用いる有機溶媒としては、(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂及び(B)成分の光により酸を発生する化合物、並びに場合により配合される(C)成分の架橋化合物、さらにその他添加剤(接着剤補助剤又は界面活性剤など)を均一に溶解することができ、且つ、これら成分が互いに相溶しうるものであれば、特に限定されない。
【0072】
上記有機溶媒の具体例としては、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、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メチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチ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モノアセテートモノメチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、N,N−ジメ
チルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エ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、3−エトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライムなどが挙げられる。
【0073】
これらの有機溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上のものを適宜組み合わせて用いてもよい。
中でも、ポジ型感光性樹脂組成物において取扱いが容易である点などから、有機溶媒としては、メチルエチルケトン、ブチルセロソルブ、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メチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N−ジメチルアセトアミド、N−2−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、乳酸エチル及び乳酸ブチルから選ばれる一種又は二種以上の混合物が好ましい。
【0074】
<ポジ型感光性樹脂組成物>
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂、(B)成分の光酸発生剤を含有し、所望により(C)成分の架橋性化合物及び界面活性剤などのその他添加剤のうち一種以上を更に含有することができる組成物である。
【0075】
中でも、本発明のポジ型感光性樹脂組成物の好ましい例は、以下のとおりである。
[1]:(A)成分100質量部に基づいて、0.01乃至100質量部の(B)成分を含有するポジ型感光性樹脂組成物。
[2]:上記[1]の組成物に、更に(C)成分を(A)成分100質量部に基づいて5乃至100質量部含有するポジ型感光性樹脂組成物。
【0076】
本発明のポジ型感光性樹脂組成物を得る方法は特に限定されない。この種の組成物は、通常、ワニスの形態にて使用されるので、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は一般に(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂及び(B)成分の光により酸を発生する化合物、並びに所望により(C)成分の架橋化合物などその他の成分を上記有機溶媒に溶解することにより調製される。
【0077】
また、本発明のポジ型感光性樹脂組成物の調製にあたっては、(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂の製造時、すなわち、ジイソシアナート成分とジアミン成分とを有機溶媒中で重合反応させ、得られた反応溶液をそのまま用いることもできる。なおこのとき使用する有機溶媒としては、上記の有機溶媒が挙げられる。そしてこの場合、この(A)成分の反応溶液に、前記と同様に(B)成分などを入れて均一なワニスとする際、濃度調製を目的としてさらに上記有機溶媒を追加投入してもよく、このとき、(A)成分の製造時に用いた有機溶媒と、濃度調整のために用いられる有機溶媒とは同一であってもよいし、異なっていても良い。
また、複数種の有機溶媒を用いる場合は、初めに複数種の有機溶媒を混合して用いるだけではなく、複数種の有機溶媒を任意に分けて添加することもできる。
而して、調製されたポジ型感光性樹脂組成物の溶液は、孔径が0.2μm程度のフィルタなどを用いて濾過した後、使用することが好ましい。
【0078】
本発明のポジ型感光性樹脂組成物の固形分濃度は、各成分が均一に溶解している限りは
特に限定されない。一般に、固形分濃度1乃至50質量%の範囲から任意に選択された固形分濃度を有するポジ型感光性樹脂組成物の溶液を使用するとき、容易に塗膜を形成することができる。ここで、固形分とは、ポジ型感光性樹脂組成物の全成分から、有機溶剤を除いたものをいう。
【0079】
<塗膜及び硬化膜>
一般に、スピンコート、浸漬、印刷等の公知の方法により、例えば、本発明のポジ型感光性樹脂組成物をITO基板、シリコンウェハー、ガラス板、セラミックス基板、或いは酸化膜又は窒化膜などを有する基材上に塗布し、その後、温度60℃乃至160℃、望ましくは70℃乃至130℃で予備乾燥することにより、本発明のポジ型感光性樹脂組成物からなる塗膜を形成することができる。
【0080】
塗膜の形成後、例えば紫外線等により、所定のパターンを有するマスクを用いて塗膜を露光し、アルカリ現像液で現像することにより、露光部が洗浄除去され、これにより端面がシャープ(鮮明)なレリーフパターンが基板上に形成される。
【0081】
ここで用いられるアルカリ現像液としては、アルカリ性水溶液であれば特に限定されず、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどの水酸化四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミンなどのアミン水溶液などが挙げられる。
上記のアルカリ現像液の濃度は一般に10質量%以下であり、工業的には0.1乃至3.0質量%のアルカリ性水溶液が使用される。また、アルカリ現像液は、アルコール類又は界面活性剤などを含有することもでき、これらはそれぞれ、0.05乃至10質量%程度含有することが望ましい。
【0082】
現像工程においては、アルカリ現像液の温度を任意に選択することができるが、本発明のポジ型感光性樹脂組成物を用いる場合は、露光部の溶解性が高いため、室温で容易にアルカリ現像液による現像を行うことができる。
【0083】
かくして得られたレリーフパターンを有する基板を温度180℃乃至400℃で熱処理(焼成)することにより、吸水性が低く、故に電気特性に優れ、且つ耐熱性及び耐薬品性も良好である、レリーフパターンを有する硬化膜を得ることができる。
【0084】
本発明のポジ型感光性樹脂組成物から得られる硬化膜は、斯かる優れた効果を有しているため、電気・電子デバイス、半導体装置及びディスプレイ装置等に用いることができる。特に、本発明のポジ型感光性樹脂組成物から得られる硬化膜は、有機EL素子(LED(Light−Emitting Diode)素子の一種)の信頼性が高いという特徴的な効果を有するので、発光素子の損傷が大きな問題となっている有機EL素子の絶縁膜及び隔壁材として、或いは、半導体パッケージにおいて銅配線のイオンマイグレーションが絶縁膜の吸水性により大きく影響されるところのバッファーコートにおいて、大変有用である。
【実施例】
【0085】
以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0086】
[実施例で用いる略記号]
以下の実施例で用いる略記号の意味は、次のとおりである。
<ジアミン成分>
BAHF: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
APDS:ビス(3−アミノプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン
<ジイソシアナート成分>
HMDI:ヘキサメチレンジイソシアナート
IPDI:イソホロンジイソシアナート
BIMB:1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン
BIMCH:1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン
PDI:1,4−フェニレンジイソシアナート
MDDI:メチレンジフェニルジイソシアナート
<有機溶媒>
GBL:γ−ブチロラクトン
NMP:N−2−メチルピロリドン
<光酸発生剤>
P200:東洋合成工業(株)製 P−200(商品名)4,4’−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール1モルと1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロリド2モルとの縮合反応によって合成される感光剤
<界面活性剤>
メガファックR−30:大日本インキ化学工業(株)製
【0087】
[数平均分子量及び重量平均分子量の測定]
以下の合成例に従い、ポリマーの重量平均分子量(以下Mwと略す)と分子量分布は、日本分光(株)製GPC装置(Shodex(登録商標)カラムKF803L及びKF805L)を用い、溶出溶媒としてジメチルホルムアミドを流量1ml/分でカラム中に(カラム温度:50℃)流して溶離させるという条件で測定した。なお、Mwはポリスチレン換算値にて表される。
【0088】
[塗布膜成分分析の測定]
塗布膜の成分分析は、日本電子(株)製GC-MS(JMS−700T(登録商標)カ
ラムTC−WAX)を用いた。各種塗布膜から試料として10mg量り取り、初期温度と最終温度をそれぞれ60℃と220℃(昇温10/分)とし、得られる成分を検出した。
【0089】
[製造例]
<製造例1:ポリヒドロキシウレア(P1)の製造>
BAHF 13.0g(0.0358モル)とADPS 0.98g(0.0039モル)をGBL 70gに溶解し、ここにHMDI 5.98g(0.0395モル)を溶解させたGBL 10gを添加し、23℃で24時間反応させた。
得られたポリマーのMwは49,800、分子量分布は2.25であった。
なお固形分は、各成分の仕込み比より算出した。
【0090】
<製造例2乃至7:各種ポリヒドロキシウレア(P2−P7)の製造>
各種ジアミンとジイソシアナートを各種溶媒中で、製造例1と同様の方法を用いてポリマーを製造した。このとき用いたジアミン、ジイソシアナート、溶媒の種類と使用量、得られたポリマーのMwと分子量分布、および得られたポリマー溶液の固形分を表1に示した。
なお固形分は、各成分の仕込み比より算出した。
【0091】
【表1】

【0092】
<比較製造例1:ポリヒドロキシウレア(H1)の製造>
BAHF 13.9g(0.0380モル)をNMP 80gに溶解し、ここにPDI
6.08g(0.0380モル)を添加し、23℃で24時間反応させた。しかし、PDIが反応せず、目的のポリマーは得られなかった。
次に、この溶液を90℃で24時間反応させたが、PDIが反応せず、目的とするポリマーは得られなかった。
【0093】
<比較製造例2:ポリヒドロキシウレア(H2)の製造>
BAHF 11.9g(0.0324モル)をNMP 80gに溶解し、ここにMDDI 8.11g(0.0324モル)を添加し、23℃で反応させた。反応開始10分後には溶液はゲル化し、目的とするポリマーは得られなかった。
【0094】
[実施例1乃至7:ポジ型感光性樹脂組成物の調製]
上述の製造例1乃至7において得られたポリマー溶液を用いて、表2に示す組成に従い、(A)成分の溶液(ポリマー溶液)、(B)成分(光酸発生剤)、添加溶媒及びフッ素系界面活性剤(メガファックR−30)0.0002gを所定の割合で混合し、室温で3時間以上攪拌して均一な溶液とすることにより、各実施例のポジ型感光性樹組成物(ワニス)を調製した。
【0095】
【表2】

【0096】
[感光性特性評価:実施例1乃至7]
得られた実施例1乃至7の各ポジ型感光性樹脂組成物について、感光性特性を次の手法で評価した。得られた結果を表3に示す。
【0097】
<1.現像前膜厚>
ポジ型感光性樹脂組成物を段差50mm×50mmのITO基板(山容真空工業(株)製)上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度130℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、塗膜を形成した。なお膜厚は接触式膜厚測定器((株)ULVAC製Dektak 3ST)を用いて測定した。
【0098】
<2.現像時間、現像後膜厚、解像度(線幅)>
得られた塗膜に1/1(μm)から100/100(μm)のライン/スペースのマスクを通してキヤノン(株)製紫外線照射装置PLA−600により、紫外光を16秒間(100mJ/cm2)照射した。露光後、23℃の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶
液(2.38質量%)に表3に示す現像時間の間、浸漬して現像を行い、その後20秒間純粋で洗浄した後、現像後の膜厚を測定した。
また、現像後の塗膜を光学顕微鏡で観察し、パターン剥離なくライン/スペースが形成された最小の線幅を解像度とした。
【0099】
【表3】

【0100】
表3に示すとおり、実施例1乃至7のポジ型感光性樹脂組成物から得られる硬化膜は、未露光部の膜減りが小さく、また、20μm以下の解像度でポジ型パターンが得られた。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)成分として、下記式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000である少なくとも1種のポリヒドロキシウレア樹脂と、(B)成分として、光により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
【化1】

(式中、Xは2価の脂肪族基、脂環式基又は芳香族基を表し、
Yは少なくとも1つのヒドロキシ基で置換された芳香族基を含む2価の有機基を表し、
Ra、Rb、Rc及びRdは夫々独立して水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
【請求項2】
前記Xが、炭素原子数1乃至13の脂肪族基、炭素原子数3乃至20の脂環式基又は炭素原子数4乃至20の芳香族基を表す、請求項1に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【請求項3】
前記Yが、下記式(2)で表される構造を有する、請求項1又は請求項2に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【化2】

(式(2)中、
1乃至R6は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基、スルホ基、W1で置換されていてもよいフェニル基、W1で置換されていてもよいナフチル基、W1で置換されていてもよいチエニル基又はW1で置換されていてもよいフリル基を表し、W1は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、
炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基又はスルホ基を表し、
1は、単結合、W2で置換されていてもよい炭素原子数1乃至10のアルキレン基、−C(O)O−、−C(O)NH−、−O−、−S−、−S(O)2−又は−C(O)−を表
し、そして
2は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基又
は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を表す。)
【請求項4】
前記(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂が、更に下記式(3)で表される少なくとも1種の構造単位を含む、請求項1乃至請求項3のうち何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【化3】

(式中、X、Ra、Rb、Rc及びRdは前記式(1)における定義と同じ意味を表し、Qは2価の有機基を表す。)
【請求項5】
前記Qが、下記式(4)乃至式(7)で表される構造を有する、請求項4記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【化4】

(式(4)〜式(7)中、
7乃至R46は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭
素原子数1乃至10のハロアルキル基、炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基、スルホ基、W3で置換されていてもよいフェニル基、W3で置換されていてもよいナフチル基、W3で置換されていてもよいチエニル基又はW3で置換されていてもよいフリル基を表し、
3は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基、
炭素原子数1乃至10のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、ホルミル基、シアノ基、カルボキシル基、ホスホ基又はスルホ基を表し、
2〜Z10は、それぞれ独立して、単結合、W4で置換されていてもよい炭素原子数1乃至10のアルキレン基、−C(O)O−、−C(O)NH−、−O−、−S−、−S(O)2−又は−C(O)−を表し、
4は、炭素原子数1乃至10のアルキル基、炭素原子数1乃至10のハロアルキル基又
は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を表す。)
【請求項6】
前記(A)成分のポリヒドロキシウレア樹脂が、上記式(1)で表される構造単位と式(3)で表される構造単位とを、モル比で上記式(1)で表される構造単位:式(3)で表される構造単位=70:30〜99:1の割合で含む、請求項4又は請求項5に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【請求項7】
前記(B)成分がナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物である、請求項1乃至請求項6のうちの何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【請求項8】
前記(A)成分の100質量部に基づいて0.01乃至100質量部の(B)成分を含有する、請求項1乃至請求項7のうちの何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【請求項9】
更に(C)成分として架橋性化合物を含有する、請求項1乃至請求項8のうちの何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【請求項10】
前記(A)成分の100質量部に基づいて5乃至100質量部の(C)成分を含有する、請求項9に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
【請求項11】
請求項1乃至請求項10のうち何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物が、少なくとも1種の溶剤に溶解していることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物含有ワニス。
【請求項12】
請求項1乃至請求項10のうち何れか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物を用いて作製される硬化膜。
【請求項13】
請求項11に記載のポジ型感光性樹脂組成物含有ワニスを用いて作製される硬化膜。
【請求項14】
基板上に、請求項12又は請求項13に記載の硬化膜からなる層を少なくとも一層備える構造体。
【請求項15】
請求項1に記載の式(1)で表される構造単位を含み、重量平均分子量が3,000乃至200,000であるポリヒドロキシウレア化合物。

【公開番号】特開2010−139860(P2010−139860A)
【公開日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−317085(P2008−317085)
【出願日】平成20年12月12日(2008.12.12)
【出願人】(000003986)日産化学工業株式会社 (510)
【Fターム(参考)】