JP7556263B2 - Negative-type photosensitive resin composition, negative-type photosensitive polymer, and uses thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ネガ型感光性樹脂組成物、ネガ型感光性ポリマー及びその用途に関する。 The present invention relates to a negative-type photosensitive resin composition, a negative-type photosensitive polymer, and uses thereof.
ポリイミド樹脂は、高い機械的強度、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性を有しているため、液晶表示素子や半導体における保護材料、絶縁材料、カラーフィルタ等の電子材料用薄膜として広く用いられている。
特許文献1には、酸二無水物、ジアミン、及び1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンを含むポリイミド前駆体が開示されている。
特許文献2~4には、所定の構造を備えるポリイミド前駆体を含む感光性樹脂組成物が開示されている。
Polyimide resins have high mechanical strength, heat resistance, insulating properties, and solvent resistance, and are therefore widely used as protective materials in liquid crystal display elements and semiconductors, insulating materials, and thin films for electronic materials such as color filters.
Patent Document 1 discloses a polyimide precursor containing an acid dianhydride, a diamine, and 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene.
Patent Documents 2 to 4 disclose photosensitive resin compositions containing polyimide precursors having a specific structure.
特許文献5には、ポリマーと、フェノール性低分子化合物と、重合性基を有する低分子化合物と、光重合開始剤を含有することを特徴とするネガ型感光性樹脂前駆体組成物が開示されている。 Patent Document 5 discloses a negative-type photosensitive resin precursor composition that contains a polymer, a phenolic low-molecular-weight compound, a low-molecular-weight compound having a polymerizable group, and a photopolymerization initiator.
特許文献6には、所定の構造を備えるポリイミド樹脂を含有する樹脂組成物が開示されている。
特許文献7には、ポリイミドと、炭素-炭素二重結合を有するイソシアネート化合物とを反応させて得られる感光性ポリイミドが開示されている。
特許文献8には、所定の繰り返し単位を有するポリイミドと、光開始剤と、有機溶媒とを含有してなる感光性樹脂組成物が開示されている。
特許文献6~8の実施例には、アミンと、酸無水物として3,3',4,4'-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物と、修飾体として(メタ)アクリレート基を備える化合物とを用いた合成法が記載されている。
Patent Document 6 discloses a resin composition containing a polyimide resin having a specific structure.
Patent Document 7 discloses a photosensitive polyimide obtained by reacting a polyimide with an isocyanate compound having a carbon-carbon double bond.
Patent Document 8 discloses a photosensitive resin composition containing a polyimide having a specific repeating unit, a photoinitiator, and an organic solvent.
The examples of Patent Documents 6 to 8 describe synthesis methods using an amine, 3,3',4,4'-diphenylethertetracarboxylic dianhydride as an acid anhydride, and a compound having a (meth)acrylate group as a modifier.
しかしながら、特許文献1~8に記載の従来の技術においては、感光性樹脂組成物から得られたポリイミドを含むフィルム等の機械的強度に改善の余地があった。 However, in the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 8, there was room for improvement in the mechanical strength of films containing polyimide obtained from photosensitive resin compositions.
さらに、特許文献1~8に記載の従来の技術において、ポリイミド前駆体と有機溶剤とを含む感光性樹脂組成物を塗布し、得られた塗布膜を露光した後に硬化する場合、ポリイミド前駆体からポリイミドに変化する際の硬化収縮によりフィルムの寸法安定性に影響を与える。ポリイミドを有機溶剤に溶解した感光性樹脂組成物であれば、得られる樹脂の硬化収縮は抑制されるが、従来のポリイミドは有機溶剤への溶解性に改善の余地があった。 Furthermore, in the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 8, when a photosensitive resin composition containing a polyimide precursor and an organic solvent is applied and the resulting coating film is exposed to light and then cured, the dimensional stability of the film is affected by the cure shrinkage that occurs when the polyimide precursor changes to polyimide. If a photosensitive resin composition is used in which polyimide is dissolved in an organic solvent, the cure shrinkage of the resulting resin is suppressed, but conventional polyimides have room for improvement in terms of their solubility in organic solvents.
本発明者らは、特定の構造を備えるポリイミドであれば上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下に示すことができる。
The present inventors have found that the above problems can be solved by using a polyimide having a specific structure, and have completed the present invention.
That is, the present invention can be shown as follows.
本発明によれば、
(A)ポリイミドと、
(B)多官能(メタ)アクリレートを含む架橋剤と、
(C)光重合開始剤と、
を含み、
ポリイミド(A)は下記一般式(1-1)で表される構造単位(a)と下記一般式(1-2)で表される構造単位(b)とを有する化合物を含む、ネガ型感光性樹脂組成物が提供される。
Rは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。
m1およびm2は、それぞれ独立して1~3の整数を示す。
Xは単結合、-SO2-、-C(=O)-、炭素数1~5の直鎖または分岐のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖または分岐のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するXは同一でも異なっていてもよい。
一般式(1-2)中、Yは下記一般式(1a)、下記一般式(1b)および下記一般式(1c)で表される基から選択され、複数存在するYは同一でも異なっていてもよい。)
一般式(1b)中、R4およびR5は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR4同士、複数存在するR5同士は同一でも異なっていてもよい。*は結合手を示す。
一般式(1c)中、Zは炭素数1~5のアルキレン基、2価の芳香族基を示す。
*は結合手を示す。)
According to the present invention,
(A) a polyimide;
(B) a crosslinking agent containing a polyfunctional (meth)acrylate;
(C) a photopolymerization initiator;
Including,
A negative photosensitive resin composition is provided, in which polyimide (A) contains a compound having a structural unit (a) represented by the following general formula (1-1) and a structural unit (b) represented by the following general formula (1-2):
R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R's may be the same or different.
m1 and m2 each independently represent an integer of 1 to 3.
X represents a single bond, --SO 2 --, --C(.dbd.O)--, a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a linear or branched fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and multiple X's may be the same or different.
In the general formula (1-2), Y is selected from groups represented by the following general formulas (1a), (1b), and (1c), and a plurality of Y's may be the same or different.
In general formula (1b), R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R 4s and a plurality of R 5s may be the same or different. * represents a bond.
In formula (1c), Z represents an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a divalent aromatic group.
* indicates a bond.)
本発明によれば、
前記一般式(1-1)で表される構造単位(a)と前記一般式(1-2)で表される構造単位(b)とを有する化合物を含む、ネガ型感光性ポリマーが提供される。
According to the present invention,
There is provided a negative photosensitive polymer comprising a compound having a structural unit (a) represented by the general formula (1-1) and a structural unit (b) represented by the general formula (1-2).
本発明によれば、前記ネガ型感光性樹脂組成物の硬化物からなる硬化膜が提供される。 According to the present invention, a cured film is provided that is a cured product of the negative photosensitive resin composition.
本発明によれば、前記ネガ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む樹脂膜を備える半導体装置が提供される。 According to the present invention, a semiconductor device is provided that includes a resin film containing a cured product of the negative-type photosensitive resin composition.
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、機械的強度に優れるとともに、硬化収縮が抑制されており寸法安定性に優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。 The negative photosensitive resin composition of the present invention has excellent mechanical strength, and can produce cured products such as films with suppressed cure shrinkage and excellent dimensional stability.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、「~」は特に断りがなければ「以上」から「以下」を表す。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In all drawings, similar components are given similar reference symbols and descriptions are omitted where appropriate. In addition, "~" indicates "above" to "below" unless otherwise specified.
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、一般式(1-1)で表される構造単位(a)と一般式(1-2)で表される構造単位(b)とを有する化合物を含むポリイミド(A)と、多官能(メタ)アクリレートを含む架橋剤(B)と、光重合開始剤(C)と、を含む。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物から得られるフィルム等の硬化物は、硬化収縮が抑制されており寸法安定性に優れる。
The negative type photosensitive resin composition of the present embodiment includes a polyimide (A) containing a compound having a structural unit (a) represented by general formula (1-1) and a structural unit (b) represented by general formula (1-2), a crosslinking agent (B) containing a polyfunctional (meth)acrylate, and a photopolymerization initiator (C).
A cured product such as a film obtained from the negative photosensitive resin composition of this embodiment has excellent dimensional stability because the cure shrinkage is suppressed.
[ポリイミド(A)]
本実施形態のポリイミド(A)は、下記一般式(1-1)で表される構造単位(a)と下記一般式(1-2)で表される構造単位(b)とを有する化合物(ネガ型感光性ポリマー)を含む。
[Polyimide (A)]
The polyimide (A) of the present embodiment contains a compound (negative type photosensitive polymer) having a structural unit (a) represented by the following general formula (1-1) and a structural unit (b) represented by the following general formula (1-2).
一般式(1-1)中、Qは、2価~4価の炭素数1~10の有機基を示し、複数存在するQは同一でも異なっていてもよい。 In general formula (1-1), Q represents a divalent to tetravalent organic group having 1 to 10 carbon atoms, and multiple Qs may be the same or different.
2価~4価の炭素数1~10の有機基としては、エステル基、2価~4価の炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、2価~4価の炭素数3~10の脂環式炭化水素基等が挙げられ、これらの炭化水素基は、酸素、窒素、硫黄原子等のヘテロ原子を含んでいてもよく、エステル結合、チオエステル結合、ウレタン結合、チオウレタン結合等を構造中に有していてもよい。 Examples of divalent to tetravalent organic groups having 1 to 10 carbon atoms include ester groups, divalent to tetravalent aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms, and divalent to tetravalent alicyclic hydrocarbon groups having 3 to 10 carbon atoms. These hydrocarbon groups may contain heteroatoms such as oxygen, nitrogen, and sulfur atoms, and may have ester bonds, thioester bonds, urethane bonds, thiourethane bonds, etc. in their structures.
Rは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。Rとしては、水素原子、炭素数1~3のアルキル基が好ましい。
m1およびm2は、それぞれ独立して1~3の整数を示す。
R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R may be the same or different. R is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
m1 and m2 each independently represent an integer of 1 to 3.
Xは単結合、-SO2-、-C(=O)-、炭素数1~5の直鎖または分岐のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖または分岐のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するXは同一でも異なっていてもよい。
Xは、本発明の効果の観点から、炭素数1~5の直鎖または分岐のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖または分岐のフルオロアルキレン基であることが好ましい。
X represents a single bond, --SO 2 --, --C(.dbd.O)--, a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a linear or branched fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and multiple X's may be the same or different.
From the viewpoint of the effects of the present invention, X is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a linear or branched fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms.
一般式(1-2)中、Yは下記一般式(1a)、下記一般式(1b)および下記一般式(1c)で表される基から選択され、複数存在するYは同一でも異なっていてもよい。 In general formula (1-2), Y is selected from groups represented by the following general formulas (1a), (1b), and (1c), and multiple Ys may be the same or different.
一般式(1a)中、R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR1同士、複数存在するR2同士は同一でも異なっていてもよい。
R1およびR2は、本発明の効果の観点から、好ましくは水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましく水素原子である。
In general formula (1a), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R 1s and a plurality of R 2s may be the same or different.
From the viewpoint of the effects of the present invention, R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a hydrogen atom.
R3は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR3同士は同一でも異なっていてもよい。
R3は、本発明の効果の観点から、好ましくは水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましく水素原子である。
*は結合手を示す。
R3 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R3 's may be the same or different.
From the viewpoint of the effects of the present invention, R3 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a hydrogen atom.
* indicates a bond.
一般式(1b)中、R4およびR5は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR4同士、複数存在するR5同士は同一でも異なっていてもよい。
R4およびR5は、本発明の効果の観点から、好ましくは水素原子または炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくはR4の少なくとも1つおよびR5の少なくとも1つは炭素数1~3のアルキル基であり、さらに好ましくは3つのR4が炭素数1~3のアルキル基であり1つのR4が水素原子であり、かつ3つのR5が炭素数1~3のアルキル基であり1つのR5が水素原子であり、特に好ましくは3つのR4がメチル基であり1つのR4が水素原子であり、かつ3つのR5がメチル基であり1つのR5が水素原子である。
*は結合手を示す。
In general formula (1b), R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R 4s and a plurality of R 5s may be the same or different.
From the viewpoint of the effects of the present invention, R 4 and R 5 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably at least one of R 4 and at least one of R 5 are an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, even more preferably three R 4 are alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, one R 4 is a hydrogen atom, and three R 5 are alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and one R 5 is a hydrogen atom, particularly preferably three R 4 are methyl groups, one R 4 is a hydrogen atom, and three R 5 are methyl groups, and one R 5 is a hydrogen atom.
* indicates a bond.
一般式(1c)中、Zは炭素数1~5のアルキレン基、2価の芳香族基を示す。
*は結合手を示す。
In formula (1c), Z represents an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a divalent aromatic group.
* indicates a bond.
本実施形態のポリイミド(A)が、Yに前記一般式(1a)、前記一般式(1b)および前記一般式(1c)で表される基を主鎖に備える化合物(ポリマー)を含むことにより、ポリマー主鎖が変形に耐えることができ、さらにポリマー鎖間の滑りが改善されることから、伸びが顕著に改善され、機械的強度に優れるとともに、硬化収縮が抑制されており寸法安定性に優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。
このような効果が得られる理由は明らかでないが、ポリマー鎖間の強いパッキングにより、ポリマー鎖の滑りぬけによる破断が抑えられ、伸びが向上し、可とう性に優れるためと推察される。
In the polyimide (A) of the present embodiment, Y contains a compound (polymer) having a group represented by the general formula (1a), the general formula (1b), or the general formula (1c) in the main chain, and therefore the polymer main chain can withstand deformation, and furthermore, the slippage between polymer chains is improved, so that elongation is significantly improved and a cured product such as a film having excellent mechanical strength, suppressed cure shrinkage, and excellent dimensional stability can be obtained.
The reason why such an effect is obtained is unclear, but it is presumed that the strong packing between the polymer chains suppresses breakage due to the polymer chains slipping through each other, improving elongation and providing excellent flexibility.
本実施形態のポリイミド(A)は、側鎖に(メタ)アクリレート基を有することにより、露光工程において、これらの基と架橋剤(B)とが重合し溶剤に不溶となり、その後の硬化の際に閉環することがないので、硬化収縮が抑制されており寸法安定性に優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。 The polyimide (A) of this embodiment has (meth)acrylate groups in the side chains, and in the exposure step, these groups polymerize with the crosslinking agent (B) to become insoluble in a solvent, and the ring does not close during subsequent curing, so that curing shrinkage is suppressed and a cured product such as a film with excellent dimensional stability can be obtained.
本実施形態のポリイミド(A)は、一般式(1-1)で表される構造単位(a)と、下記一般式(1-2)で表される構造単位(b)と、さらに下記一般式(1-3)で表される構造単位(c)と、を有する化合物を含むことが好ましい。 The polyimide (A) of this embodiment preferably contains a compound having a structural unit (a) represented by general formula (1-1), a structural unit (b) represented by the following general formula (1-2), and further a structural unit (c) represented by the following general formula (1-3).
一般式(1-3)中、Z1およびZ2はそれぞれ独立して、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のフルオロアルキル基を示し、好ましくは炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のフルオロアルキル基であり、より好ましくは炭素数1~3のフルオロアルキル基である。 In general formula (1-3), Z1 and Z2 each independently represent an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
本実施形態のポリイミド(A)は、一般式(1-3)で表される構造単位(c)をさらに含むことにより、線膨張係数が低くウェハ等の反りがより抑制され、引張強度や伸び率が改善されることから機械的強度にさらに優れる樹脂フィルムを得ることができる。 The polyimide (A) of this embodiment further contains the structural unit (c) represented by the general formula (1-3), which reduces the linear expansion coefficient and further suppresses warping of wafers and the like, and improves the tensile strength and elongation, resulting in a resin film with even greater mechanical strength.
本実施形態のポリイミド(A)は、構造単位(a)と構造単位(b)とが結合した構造単位を有する化合物を含む。当該化合物は、構造単位(b)と構造単位(c)とが結合した構造単位をさらに有することができ、構造単位(a)に構造単位(a)と構造単位(c)とが結合した構造単位を有することもできる。 The polyimide (A) of this embodiment includes a compound having a structural unit in which structural unit (a) and structural unit (b) are bonded together. The compound may further have a structural unit in which structural unit (b) and structural unit (c) are bonded together, and may also have a structural unit in which structural unit (a) is bonded to structural unit (a) and structural unit (c).
本実施形態のポリイミド(A)は、具体的には、下記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物(ネガ型感光性ポリマー)を含むことができる。 Specifically, the polyimide (A) of this embodiment can include a compound (negative photosensitive polymer) having a structural unit represented by the following general formula (1):
一般式(1)中、Q、X、R、m1、およびm2は一般式(1-1)と同義であり、Yは一般式(1-2)と同義である。 In general formula (1), Q, X, R, m1, and m2 are the same as in general formula (1-1), and Y is the same as in general formula (1-2).
本実施形態のポリイミド(A)は、具体的には、上記一般式(1)で表される構造単位とともに、下記一般式(2)で表される構造単位を有する化合物(ネガ型感光性ポリマー)を含むことができる。 Specifically, the polyimide (A) of this embodiment can contain a compound (negative photosensitive polymer) having a structural unit represented by the following general formula (2) in addition to the structural unit represented by the above general formula (1).
一般式(2)中、Yは一般式(1-2)と同義であり、Z1およびZ2は一般式(1-3)と同義である。 In formula (2), Y has the same meaning as in formula (1-2), and Z1 and Z2 have the same meaning as in formula (1-3).
また、本実施形態のポリイミド(A)は、具体的には、下記一般式(3)で表される構造単位を有する化合物(ネガ型感光性ポリマー)を含むことができる。 In addition, the polyimide (A) of this embodiment can specifically contain a compound (negative-type photosensitive polymer) having a structural unit represented by the following general formula (3):
一般式(3)中、Q、X、R、m1、およびm2は一般式(1-1)と同義であり、Yは一般式(1-2)と同義であり、Z1およびZ2は一般式(1-3)と同義である。 In formula (3), Q, X, R, m1, and m2 are the same as those in formula (1-1), Y is the same as those in formula (1-2), and Z1 and Z2 are the same as those in formula (1-3).
本実施形態のポリイミド(A)は、前記構造単位を有する化合物を含み、当該化合物はさらに一部に以下の構造単位を有する化合物を含んでいてもよい。 The polyimide (A) of this embodiment includes a compound having the above structural unit, and the compound may further include a compound having the following structural unit in part:
本実施形態のポリイミド(A)の重量平均分子量は、10,000~300,000であり、好ましくは15,000~200,000である。 The weight average molecular weight of the polyimide (A) in this embodiment is 10,000 to 300,000, and preferably 15,000 to 200,000.
また、本実施形態のポリイミド(A)は、溶剤への溶解性に優れており前駆体の状態でワニスとする必要がないことから、ポリイミド(A)を含むワニスを調製することができ、当該ワニスから寸法安定性に優れたフィルム等の硬化物を得ることができる。 In addition, since the polyimide (A) of this embodiment has excellent solubility in solvents and does not need to be made into a varnish in the precursor state, a varnish containing the polyimide (A) can be prepared, and a cured product such as a film having excellent dimensional stability can be obtained from the varnish.
<ポリイミド(A)の製造方法>
ポリイミド(A)の製造方法を、第1または第2実施形態により説明する。
(第1実施形態)
本実施形態の一般式(1)で表される構造単位を有するポリイミド(A)(ネガ型感光性ポリマー)の製造方法は、
下記一般式(a)で表されるビスアミノフェノール(a)と、下記一般式(b)で表される酸無水物(b)とを、100℃以上250℃以下の温度下でイミド化する工程aと、
工程aで得られたポリヒドロキシイミドの水酸基に(メタ)アクリレート基を備える化合物を反応させて、(メタ)アクリレート基を含む基を導入する工程bと、
を含む。
本実施形態によれば、有機溶剤に対する溶解性に優れたポリイミド(A)を簡便な方法で合成することができる。
<Method for producing polyimide (A)>
The method for producing the polyimide (A) will be described with reference to a first or second embodiment.
First Embodiment
The method for producing a polyimide (A) (negative type photosensitive polymer) having a structural unit represented by general formula (1) of the present embodiment includes the following steps:
A step a of imidizing a bisaminophenol (a) represented by the following general formula (a) and an acid anhydride (b) represented by the following general formula (b) at a temperature of 100° C. or higher and 250° C. or lower;
a step b of reacting a compound having a (meth)acrylate group with the hydroxyl group of the polyhydroxyimide obtained in the step a to introduce a group containing a (meth)acrylate group;
Includes.
According to this embodiment, a polyimide (A) having excellent solubility in organic solvents can be synthesized by a simple method.
一般式(a)中、Xは一般式(1)と同義である。 In general formula (a), X has the same meaning as in general formula (1).
一般式(b)中、Yは下記一般式(1a)、(1b)または(1c)で表される基から選択される。 In general formula (b), Y is selected from the groups represented by the following general formulas (1a), (1b), and (1c).
一般式(1a)中、R1、R2およびR3は、一般式(1)のYにおける一般式(1a)のR1、R2およびR3と同義であり、一般式(1b)中、R4およびR5は、一般式(1)のYにおける一般式(1b)のR4およびR5と同義であり、一般式(1c)中、Zは、一般式(1)のYにおける一般式(1c)のZと同義である。*は結合手を示す。
得られるポリヒドロキシイミドの分子量を制御するために、エンドキャップ剤として少量の酸無水物(b)や芳香族アミンを添加して反応を行うことも可能である。
In general formula (1a), R1 , R2 and R3 have the same meanings as R1 , R2 and R3 in general formula (1a) for Y in general formula (1), in general formula (1b), R4 and R5 have the same meanings as R4 and R5 in general formula (1b) for Y in general formula (1), and in general formula (1c), Z has the same meaning as Z in general formula (1c) for Y in general formula (1). * indicates a bond.
In order to control the molecular weight of the resulting polyhydroxyimide, it is also possible to carry out the reaction by adding a small amount of an acid anhydride (b) or an aromatic amine as an end-capping agent.
エンドキャップ剤である酸無水物(b)としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸等が、芳香族アミンとしては、p-メチルアニリン、p-メトキシアニリン、p-フェノキシアニリン等が挙げられる。これらエンドキャップ剤である酸無水物(b)、又は芳香族アミンの添加量は5モル%以下であることが好ましい。5モル%を越えると、得られるポリヒドロキシイミドの分子量が著しく低下し、耐熱性や機械的特性に問題を生じる。 Examples of the acid anhydride (b) used as the end-capping agent include phthalic anhydride, maleic anhydride, and nadic anhydride, and examples of the aromatic amine include p-methylaniline, p-methoxyaniline, and p-phenoxyaniline. The amount of the acid anhydride (b) or aromatic amine used as the end-capping agent is preferably 5 mol% or less. If the amount exceeds 5 mol%, the molecular weight of the resulting polyhydroxyimide will decrease significantly, causing problems with heat resistance and mechanical properties.
工程aのイミド化反応における酸無水物(b)とビスアミノフェノール(a)の当量比は、得られるポリヒドロキシイミドの分子量を決定する重要な因子である。一般に、ポリマーの分子量と機械的性質の間に相関があることは良く知られており、分子量が大きいほど機械的性質が優れている。従って、実用的に優れた強度のポリヒドロキシイミドを得るためには、ある程度高分子量であることが必要である。本発明では、使用する酸無水物(b)とビスアミノフェノール(a)の当量比を特に制限はしないが、ビスアミノフェノール(a)に対する酸無水物(b)の当量比が0.90~1.06の範囲にあることが好ましい。0.90未満では、分子量が低くて脆くなるため機械的強度が弱くなる。また、1.06を越えると、未反応のカルボン酸が加熱時に脱炭酸してガス発生、発泡の原因となり好ましくないことがある。すなわち、当該当量比が上記範囲にあれば、機械的強度に優れ、製造安定性に優れる。 The equivalent ratio of the acid anhydride (b) and the bisaminophenol (a) in the imidization reaction in step a is an important factor that determines the molecular weight of the polyhydroxyimide obtained. It is generally well known that there is a correlation between the molecular weight and mechanical properties of a polymer, and the higher the molecular weight, the better the mechanical properties. Therefore, in order to obtain a polyhydroxyimide with practically excellent strength, it is necessary to have a relatively high molecular weight. In the present invention, there is no particular restriction on the equivalent ratio of the acid anhydride (b) and the bisaminophenol (a) used, but it is preferable that the equivalent ratio of the acid anhydride (b) to the bisaminophenol (a) is in the range of 0.90 to 1.06. If it is less than 0.90, the molecular weight is low and the polymer becomes brittle, resulting in weak mechanical strength. Also, if it exceeds 1.06, unreacted carboxylic acid may decarbonate during heating, causing gas generation and foaming, which is undesirable. In other words, if the equivalent ratio is in the above range, the polymer has excellent mechanical strength and excellent manufacturing stability.
なお、機械特性を改善する観点からは、ビスアミノフェノール(a)に対する酸無水物(b)の当量比が上記範囲を外れる場合であっても、樹脂を側鎖架橋させることで見かけの分子量を上げることもできる。
工程a(イミド化反応工程)は、有機溶媒中で、公知の方法で行うことができる。
From the viewpoint of improving mechanical properties, even if the equivalent ratio of the acid anhydride (b) to the bisaminophenol (a) is outside the above range, the apparent molecular weight can be increased by crosslinking the resin at its side chains.
The step a (imidization reaction step) can be carried out in an organic solvent by a known method.
有機溶媒としては、γ-ブチルラクトン(GBL)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、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、シクロヘキサノン、1,4-ジオキサン等の非プロトン性極性溶媒類が挙げられ、1種類又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。この時、上記非プロトン性極性溶媒と相溶性がある非極性溶媒を混合して使用しても良い。非極性溶媒としては、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ソルベントナフサ等の芳香族炭化水素類やシクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶剤等が挙げられる。混合溶媒における非極性溶媒の割合については、溶媒の溶解度が低下し、反応して得られるポリアミド酸樹脂が析出しない範囲であれば、攪拌装置能力や溶液粘度等の樹脂性状に応じて任意に設定することができる。
反応温度は、0℃以上100℃以下、好ましくは20℃以上80℃以下で30分~2時間程度反応させた後、100℃以上250℃以下、好ましくは120℃以上200℃以下で1~5時間程度反応させる。
Examples of the organic solvent include aprotic polar solvents such as γ-butyrolactone (GBL), N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, tetrahydrofuran, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, cyclohexanone, and 1,4-dioxane, and one or more of these may be used in combination. In this case, a nonpolar solvent that is compatible with the aprotic polar solvent may be mixed and used. Examples of the nonpolar solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene, ethylbenzene, xylene, mesitylene, and solvent naphtha, and ether solvents such as cyclopentyl methyl ether. The ratio of the nonpolar solvent in the mixed solvent can be arbitrarily set according to the resin properties such as the stirring device capacity and the solution viscosity, as long as the solubility of the solvent is reduced and the polyamic acid resin obtained by the reaction is not precipitated.
The reaction temperature is from 0° C. to 100° C., preferably from 20° C. to 80° C., for about 30 minutes to 2 hours, and then from 100° C. to 250° C., preferably from 120° C. to 200° C., for about 1 to 5 hours.
工程aにより、以下の構成単位を含むポリヒドロキシイミドを得ることができる。なお、工程aにおいては、ポリヒドロキシイミドを公知の方法で精製することができるが、重合での脱水効率を向上させ、得られたポリヒドロキシイミドを精製することなく工程aおよび工程bを連続的に行うことができる。 By step a, a polyhydroxyimide containing the following structural units can be obtained. In step a, the polyhydroxyimide can be purified by a known method, but by improving the dehydration efficiency in the polymerization, steps a and b can be carried out continuously without purifying the obtained polyhydroxyimide.
工程bは、工程aで得られたポリヒドロキシイミドの水酸基に(メタ)アクリレート基を備える化合物を反応させて、(メタ)アクリレート基を含む架橋基を導入する。
ポリイミド(A)に導入された架橋基が、露光工程において後述する架橋剤(B)と反応し、露光部が有機溶媒に不溶となる。
なお、工程bは、工程aで得られたポリヒドロキシイミドを精製
In the step b, a compound having a (meth)acrylate group is reacted with the hydroxyl group of the polyhydroxyimide obtained in the step a to introduce a crosslinking group containing a (meth)acrylate group.
The crosslinking groups introduced into the polyimide (A) react with the crosslinking agent (B) described below in the exposure step, making the exposed areas insoluble in organic solvents.
In addition, in step b, the polyhydroxyimide obtained in step a is purified.
(メタ)アクリレート基を備える化合物としては、2-イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、2-(2-(メタ)アクリロイルオキシエチルオキシ)エチルイソシアナート、1,1-(ビスアクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート、メタクリル酸グリシジル、4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル等を挙げることができる。 Examples of compounds containing a (meth)acrylate group include 2-isocyanatoethyl (meth)acrylate, 2-(2-(meth)acryloyloxyethyloxy)ethyl isocyanate, 1,1-(bisacryloyloxymethyl)ethyl isocyanate, glycidyl methacrylate, and 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether.
ポリヒドロキシイミドに(メタ)アクリレート基を含む架橋基を導入するには、有機溶媒中に、ポリヒドロキシイミドと、(メタ)アクリレート基を備える化合物とを混合しながら、60℃~150℃で2~10時間程度反応させる。反応は、特に限定されないが常圧で行うことができる。
(メタ)アクリレート基を備える化合物は、ポリヒドロキシイミドに対する架橋基の導入量に合わせて適宜選択することができるが、例えば、ポリヒドロキシイミドの水酸基モル量に対して0.8~3.0モル倍となるように添加することができ、等モルであることが好ましい。なお、ポリヒドロキシイミドが架橋基を導入することができる基を有している場合には、その基をモル量に加えることができる。
To introduce a crosslinking group containing a (meth)acrylate group into a polyhydroxyimide, the polyhydroxyimide and a compound containing a (meth)acrylate group are mixed in an organic solvent and reacted at 60° C. to 150° C. for about 2 to 10 hours. The reaction can be carried out at normal pressure, although there is no particular limitation.
The compound having a (meth)acrylate group can be appropriately selected according to the amount of crosslinking group to be introduced into the polyhydroxyimide, and can be added, for example, in an amount of 0.8 to 3.0 times the molar amount of the hydroxyl group of the polyhydroxyimide, preferably equimolar. If the polyhydroxyimide has a group capable of introducing a crosslinking group, the group can be added to the molar amount.
有機溶媒としては、γ-ブチルラクトン(GBL)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、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、シクロヘキサノン、1,4-ジオキサン等の非プロトン性極性溶媒類が挙げられ、1種類又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。この時、上記非プロトン性極性溶媒と相溶性がある非極性溶媒を混合して使用しても良い。非極性溶媒としては、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ソルベントナフサ等の芳香族炭化水素類、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶剤等が挙げられる。
反応に際しては、トリエチルアミン、1,1,3,3-テトラメチルグアニジンなどの塩基を加えることもできる。
Examples of the organic solvent include aprotic polar solvents such as γ-butyrolactone (GBL), N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, tetrahydrofuran, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, cyclohexanone, and 1,4-dioxane, and these may be used alone or in combination of two or more. In this case, a nonpolar solvent that is compatible with the above aprotic polar solvent may be mixed and used. Examples of the nonpolar solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene, ethylbenzene, xylene, mesitylene, and solvent naphtha, and ether solvents such as cyclopentyl methyl ether.
In the reaction, a base such as triethylamine or 1,1,3,3-tetramethylguanidine can be added.
工程bにおいては、工程aで得られたポリヒドロキシイミドを含む反応溶液を、再沈殿等により精製し、得られたポリヒドロキシイミドを用いることもできるが、工程aの反応溶液をそのまま工程bに用いることができる。 In step b, the reaction solution containing the polyhydroxyimide obtained in step a can be purified by reprecipitation or the like to obtain polyhydroxyimide, but the reaction solution in step a can be used as is in step b.
(第2実施形態)
本実施形態の一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位を有するポリイミド(A)(ネガ型感光性ポリマー)、または一般式(3)で表される構造単位を有するポリイミド(A)(ネガ型感光性ポリマー)の製造方法は、
前記一般式(a)で表されるビスアミノフェノール(a)と、前記一般式(b)で表される酸無水物(b)と、さらに下記一般式(c)で表されるジアミノビフェニル(c)を、100℃以上250℃以下の温度下でイミド化する工程1と、
工程1で得られた重合体の前記一般式(a)のビスアミノフェノール(a)由来の構造単位の水酸基に(メタ)アクリレート基を備える化合物を反応させて、(メタ)アクリレート基を含む基を導入する工程2と、
を含む。
Second Embodiment
The method for producing a polyimide (A) (negative type photosensitive polymer) having a structural unit represented by general formula (1) and a structural unit represented by general formula (2) or a polyimide (A) (negative type photosensitive polymer) having a structural unit represented by general formula (3) of the present embodiment includes the steps of:
A step 1 of imidizing a bisaminophenol (a) represented by the general formula (a), an acid anhydride (b) represented by the general formula (b), and a diaminobiphenyl (c) represented by the following general formula (c) at a temperature of 100° C. or higher and 250° C. or lower;
Step 2 of reacting a compound having a (meth)acrylate group with a hydroxyl group of a structural unit derived from the bisaminophenol (a) of the general formula (a) of the polymer obtained in Step 1 to introduce a group containing a (meth)acrylate group;
Includes.
一般式(c)中、Z1およびZ2は一般式(1-3)と同義である。 In formula (c), Z1 and Z2 have the same meanings as in formula (1-3).
工程1のイミド化反応におけるビスアミノフェノール(a)と酸無水物(b)とジアミノビフェニル(c)との当量比は、得られる重合体の分子量を決定する重要な因子である。一般に、ポリマーの分子量と機械的性質の間に相関があることは良く知られており、分子量が大きいほど機械的性質が優れている。従って、実用的に優れた強度の重合体を得るためには、ある程度高分子量であることが必要である。本発明では、使用するビスアミノフェノール(a)と酸無水物(b)とジアミノビフェニル(c)との当量比は特に制限されないが、ビスアミノフェノール(a)に対して、酸無水物(b)の当量比が1.00~10.00の範囲にあり、ジアミノビフェニル(c)の当量比が0.10~10.00の範囲にあることが好ましい。当該当量比が上記範囲内にあれば、機械的強度に優れ、製造安定性に優れる。 The equivalent ratio of bisaminophenol (a), acid anhydride (b), and diaminobiphenyl (c) in the imidization reaction in step 1 is an important factor that determines the molecular weight of the resulting polymer. It is generally well known that there is a correlation between the molecular weight and mechanical properties of a polymer, and the higher the molecular weight, the better the mechanical properties. Therefore, in order to obtain a polymer with practically excellent strength, a certain degree of high molecular weight is necessary. In the present invention, the equivalent ratio of bisaminophenol (a), acid anhydride (b), and diaminobiphenyl (c) used is not particularly limited, but it is preferable that the equivalent ratio of acid anhydride (b) to bisaminophenol (a) is in the range of 1.00 to 10.00, and the equivalent ratio of diaminobiphenyl (c) is in the range of 0.10 to 10.00. If the equivalent ratio is within the above range, the mechanical strength and production stability are excellent.
なお、機械特性を改善する観点からは、ビスアミノフェノール(a)に対する酸無水物(b)またはジアミノビフェニル(c)の当量比が上記範囲を外れる場合であっても、樹脂を側鎖架橋させることで見かけの分子量を上げることもできる。 From the viewpoint of improving mechanical properties, even if the equivalent ratio of the acid anhydride (b) or diaminobiphenyl (c) to the bisaminophenol (a) is outside the above range, the apparent molecular weight can be increased by crosslinking the resin at the side chains.
本実施形態の工程1および工程2の反応条件等は、第1実施形態の工程aおよび工程bと同様であるので説明を省略する。
本実施形態によれば、有機溶剤に対する溶解性に優れたポリイミド(A)を簡便な方法で合成することができる。
The reaction conditions in steps 1 and 2 of this embodiment are similar to those in steps a and b of the first embodiment, and therefore will not be described here.
According to this embodiment, a polyimide (A) having excellent solubility in organic solvents can be synthesized by a simple method.
以上の第1または第2実施形態の製造方法により、本実施形態のポリイミド(A)(ネガ型感光性ポリマー)を含む反応溶液を得ることができ、さらに必要に応じて有機溶媒等で希釈し、ポリマー溶液(塗布用ワニス)として使用することができる。有機溶剤としては、反応工程において例示したものを用いることができ、反応工程と同じ有機溶剤であってもよく、異なる有機溶剤であってもよい。 By using the manufacturing method of the first or second embodiment described above, a reaction solution containing the polyimide (A) (negative photosensitive polymer) of this embodiment can be obtained, which can be further diluted with an organic solvent or the like as necessary and used as a polymer solution (varnish for application). As the organic solvent, those exemplified in the reaction process can be used, and may be the same organic solvent as in the reaction process or a different organic solvent.
また、この反応溶液を貧溶媒中に投入してポリイミド(A)樹脂を再沈殿析出させて未反応モノマーを除去し、乾燥固化させたもの再び有機溶剤に溶解し精製品として用いることもできる。特に不純物や異物が問題になる用途では、再び有機溶剤に溶解して濾過精製ワニスとすることが好ましい。 Also, this reaction solution can be poured into a poor solvent to reprecipitate the polyimide (A) resin, remove unreacted monomers, and then dry and solidify it, which can then be dissolved in an organic solvent again and used as a refined product. In particular, for applications where impurities and foreign matter are a problem, it is preferable to dissolve it in an organic solvent again and filter it to make a refined varnish.
[架橋剤(B)]
本実施形態において、架橋剤(B)としては公知の架橋剤を用いることができる。
架橋剤(B)は、露光工程においてポリイミド(A)に導入された架橋基と反応してこれらを架橋することにより、露光部が有機溶媒に不溶となる。
[Crosslinking agent (B)]
In this embodiment, as the crosslinking agent (B), a known crosslinking agent can be used.
The crosslinking agent (B) reacts with the crosslinking groups introduced into the polyimide (A) in the exposure step to crosslink them, thereby making the exposed areas insoluble in organic solvents.
架橋剤(B)としては、例えば、(メタ)アクリル基を含む(メタ)アクリレートを用いることが好ましく、多官能(メタ)アクリレートであることがより好ましい。ここで、多官能(メタ)アクリレートとは、2以上の(メタ)アクリル基を有する化合物のことである。
なお、本実施形態において、(メタ)アクリル基とは、アクリル基、またはメタクリル基を示す。
As the crosslinking agent (B), for example, it is preferable to use a (meth)acrylate containing a (meth)acrylic group, and it is more preferable to use a polyfunctional (meth)acrylate. Here, the polyfunctional (meth)acrylate is a compound having two or more (meth)acrylic groups.
In this embodiment, the (meth)acrylic group refers to an acrylic group or a methacrylic group.
具体的な多官能アクリル化合物としては、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール#200ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール#400ジ(メタ)アクリレート等の二官能(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート等の三官能(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート等の四官能(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の六官能(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート等の八官能(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールデカ(メタ)アクリレート等の十官能(メタ)アクリレートが挙げられる。これらのうち、1種または2種以上を使用してもよい。
なお、本実施形態において、(メタ)アクリレート基とは、アクリレート基またはメタアクリレート基を示す。
Specific examples of polyfunctional acrylic compounds include difunctional (meth)acrylates such as diethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol #200 di(meth)acrylate, and polyethylene glycol #400 di(meth)acrylate, trifunctional (meth)acrylates such as trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, and ethoxylated isocyanuric acid triacrylate, tetrafunctional (meth)acrylates such as pentaerythritol tetra(meth)acrylate and ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, hexafunctional (meth)acrylates such as dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, octafunctional (meth)acrylates such as tripentaerythritol octa(meth)acrylate, and decafunctional (meth)acrylates such as tetrapentaerythritol deca(meth)acrylate. Of these, one or more may be used.
In this embodiment, the (meth)acrylate group refers to an acrylate group or a methacrylate group.
本実施形態における、架橋剤(B)の含有量の下限値は、ポリイミド(A)100質量部に対して、20質量部以上であってもよく、25質量部以上であるのが好ましく、30重量部以上とするのがさらに好ましい。これにより、耐熱性の向上、耐溶剤性の向上、及び、現像後における残膜率の向上を実現することができる。 In this embodiment, the lower limit of the content of the crosslinking agent (B) may be 20 parts by mass or more, preferably 25 parts by mass or more, and more preferably 30 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the polyimide (A). This makes it possible to achieve improved heat resistance, improved solvent resistance, and improved film remaining rate after development.
また、架橋剤(B)の含有量の上限値は、ポリイミド(A)100質量部に対して、80質量部以下であってもよく、75質量部以下であるのが好ましく、70質量部以下であることが更に好ましい。これにより、架橋剤(B)が過剰に架橋構造に寄与することを防ぐことができ、耐熱性の向上、耐溶剤性の向上、及び、現像後における残膜率の向上を実現することができる。 The upper limit of the content of the crosslinking agent (B) may be 80 parts by mass or less, preferably 75 parts by mass or less, and more preferably 70 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the polyimide (A). This prevents the crosslinking agent (B) from contributing excessively to the crosslinked structure, and improves the heat resistance, solvent resistance, and film remaining rate after development.
[光重合開始剤(C)]
光重合開始剤(C)としては、例えば光ラジカル発生剤を用いることができる。光ラジカル発生剤としては、紫外線等の活性光線の照射によりラジカルを発生して、上述したポリイミド(A)の光重合開始剤として機能する光ラジカル発生剤を含有する。
[Photopolymerization initiator (C)]
As the photopolymerization initiator (C), for example, a photoradical generator can be used. The photoradical generator contains a photoradical generator that generates radicals when irradiated with active light such as ultraviolet light and functions as a photopolymerization initiator for the polyimide (A) described above.
光ラジカル発生剤としては、アルキルフェノン型の開始剤、オキシムエステル型の開始剤、アシルフォスフィンオキサイド型の開始剤等が挙げられる。例えば、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モリフォリノプロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(O-ベンゾイルオキシム))、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(0-アセチルオキシム)、2-(ジメチルアミノ)-1-(4-(4-モルホリノ)フェニル)-2-(フェニルメチル)-1-ブタノン、Irgacure Oxe01(BASFジャパン株式会社)、Irgacure Oxe02(BASFジャパン株式会社)、Irgacure Oxe03(BASFジャパン株式会社)、Irgacure Oxe04(BASFジャパン株式会社)、N-1919T(株式会社ADEKA)、NCI-730(株式会社ADEKA)、NCI-831E(株式会社ADEKA)、NCI-930(株式会社ADEKA)等を挙げることができる。これらのうちいずれか1種以上を使用できる。
これらの中でも、より露光感度の優れた感光性樹脂組成物で構成される樹脂膜を作製する観点から、NCI-930が好ましい。
Examples of the photoradical generator include an alkylphenone type initiator, an oxime ester type initiator, and an acylphosphine oxide type initiator. For example, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 2-methyl-1[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, bis(2,4,6-trimethylphenyl)propan-1-one, and bis(2,4,6-trimethylphenyl)propan-1-one are listed below. 1-[4-(phenylthio)-, 2-(O-benzoyloxime)), ethanone, 1-[9-ethyl-6-(2-methylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-, 1-(O-acetyloxime), 2-(dimethylamino)-1-(4-(4-morpholino)phenyl)-2-(phenylmethyl)-1-butanone, Irgacure Examples of the compound include Oxe01 (BASF Japan Ltd.), Irgacure Oxe02 (BASF Japan Ltd.), Irgacure Oxe03 (BASF Japan Ltd.), Irgacure Oxe04 (BASF Japan Ltd.), N-1919T (ADEKA Corporation), NCI-730 (ADEKA Corporation), NCI-831E (ADEKA Corporation), NCI-930 (ADEKA Corporation), etc. Any one or more of these may be used.
Among these, NCI-930 is preferred from the viewpoint of producing a resin film made of a photosensitive resin composition having superior exposure sensitivity.
光重合開始剤(C)の添加量は、特に限定されないが、ネガ型感光性樹脂組成物の固形分全体の0.3~10質量%程度であるのが好ましく、0.5~7.5質量%程度であるのがより好ましく、1~5質量%程度であるのがさらに好ましい。光重合開始剤(C)の添加量を前記範囲内に設定することにより、ネガ型感光性樹脂組成物を含む感光性樹脂層のパターニング性を高めるとともに、ネガ型感光性樹脂組成物の長期保管性を向上させることができる。 The amount of photopolymerization initiator (C) added is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mass % of the total solid content of the negative photosensitive resin composition, more preferably about 0.5 to 7.5 mass %, and even more preferably about 1 to 5 mass %. By setting the amount of photopolymerization initiator (C) added within the above range, it is possible to improve the patterning properties of the photosensitive resin layer containing the negative photosensitive resin composition and to improve the long-term storage properties of the negative photosensitive resin composition.
(溶媒)
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、溶媒として、ウレア化合物、または、非環状構造のアミド化合物を含むことができる。溶媒としては、例えば、ウレア化合物を含むことが好ましい。これにより、ネガ型感光性樹脂組成物の硬化物と、Al、Cuといった金属との密着性をより向上できる。
(solvent)
The negative photosensitive resin composition according to the present embodiment may contain a urea compound or an amide compound having a non-cyclic structure as a solvent. For example, the solvent may preferably contain a urea compound. This can further improve the adhesion between the cured product of the negative photosensitive resin composition and metals such as Al and Cu.
なお、本明細書において、ウレア化合物とは、尿素結合、すなわち、ウレア結合を備える化合物を示す。また、アミド化合物とは、アミド結合を備える化合物、すなわちアミドを示す。なお、アミドとは、具体的には、1級アミド、2級アミド、3級アミドが挙げられる。 In this specification, a urea compound refers to a compound having a urea bond, i.e., a urea bond. An amide compound refers to a compound having an amide bond, i.e., an amide. Specific examples of amides include primary amides, secondary amides, and tertiary amides.
また、本実施形態において、非環状構造とは、化合物の構造中に炭素環、無機環、複素環などの環状構造を備えないことを意味する。環状構造を備えない化合物の構造としては、例えば、直鎖状構造、分岐鎖状構造などが挙げられる。 In this embodiment, a non-cyclic structure means that the compound does not have a cyclic structure such as a carbon ring, an inorganic ring, or a heterocyclic ring. Examples of compound structures that do not have a cyclic structure include a linear structure and a branched structure.
ウレア化合物、非環状構造のアミド化合物としては、分子構造中の窒素原子の数が多いものが好ましい。具体的には、分子構造中の窒素原子の数が2個以上であることが好ましい。これにより、孤立電子対の数を増やすことができる。したがって、Al、Cuといった金属との密着性を向上できる。 As for urea compounds and non-cyclic amide compounds, those with a large number of nitrogen atoms in the molecular structure are preferred. Specifically, it is preferred that the number of nitrogen atoms in the molecular structure is two or more. This allows the number of lone electron pairs to be increased, and therefore the adhesion to metals such as Al and Cu can be improved.
ウレア化合物の構造としては、具体的には、環状構造、非環状構造などが挙げられる。ウレア化合物の構造としては、上記具体例のうち、非環状構造であることが好ましい。これにより、ネガ型感光性樹脂組成物の硬化物と、Al、Cuといった金属との密着性を向上できる。この理由は以下のように推測される。非環状構造のウレア化合物は、環状構造のウレア化合物と比べて、配位結合を形成しやすいと推測される。これは非環状構造のウレア化合物は、環状構造のウレア化合物と比べて、分子運動の束縛が少なく、さらに、分子構造の変形の自由度が大きいためと考えられる。したがって、非環状構造のウレア化合物を用いた場合、強力な配位結合を形成でき、密着性を向上できる。 Specific examples of the structure of the urea compound include a cyclic structure and a non-cyclic structure. Of the above specific examples, the structure of the urea compound is preferably a non-cyclic structure. This improves the adhesion between the cured product of the negative photosensitive resin composition and metals such as Al and Cu. The reason for this is presumed to be as follows. It is presumed that a urea compound with a non-cyclic structure is more likely to form a coordinate bond than a urea compound with a cyclic structure. This is because a urea compound with a non-cyclic structure has less constraints on molecular movement and a greater degree of freedom in deformation of the molecular structure than a urea compound with a cyclic structure. Therefore, when a urea compound with a non-cyclic structure is used, a strong coordinate bond can be formed and adhesion can be improved.
ウレア化合物としては、具体的には、テトラメチル尿素(TMU)、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラブチル尿素、N,N'-ジメチルプロピレン尿素、1,3-ジメトキシ-1,3-ジメチル尿素、N,N'-ジイソプロピル-O-メチルイソ尿素、O,N,N'-トリイソプロピルイソ尿素、O-tert-ブチル-N,N'-ジイソプロピルイソ尿素、O-エチル-N,N'-ジイソプロピルイソ尿素、O-ベンジル-N,N'-ジイソプロピルイソ尿素などが挙げられる。ウレア化合物としては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。ウレア化合物としては、上記具体例のうち例えば、テトラメチル尿素(TMU)、テトラブチル尿素、1,3-ジメトキシ-1,3-ジメチル尿素、N,N'-ジイソプロピル-O-メチルイソ尿素、O,N,N'-トリイソプロピルイソ尿素、O-tert-ブチル-N,N'-ジイソプロピルイソ尿素、O-エチル-N,N'-ジイソプロピルイソ尿素及びO-ベンジル-N,N'-ジイソプロピルイソ尿素からなる群より選択される1種または2種以上を用いることが好ましく、テトラメチル尿素(TMU)を用いることがより好ましい。これにより、強力な配位結合を形成でき、密着性を向上できる。 Specific examples of urea compounds include tetramethylurea (TMU), 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N,N-dimethylacetamide, tetrabutylurea, N,N'-dimethylpropyleneurea, 1,3-dimethoxy-1,3-dimethylurea, N,N'-diisopropyl-O-methylisourea, O,N,N'-triisopropylisourea, O-tert-butyl-N,N'-diisopropylisourea, O-ethyl-N,N'-diisopropylisourea, and O-benzyl-N,N'-diisopropylisourea. The urea compounds may be used alone or in combination of two or more of the above specific examples. As the urea compound, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of tetramethylurea (TMU), tetrabutylurea, 1,3-dimethoxy-1,3-dimethylurea, N,N'-diisopropyl-O-methylisourea, O,N,N'-triisopropylisourea, O-tert-butyl-N,N'-diisopropylisourea, O-ethyl-N,N'-diisopropylisourea, and O-benzyl-N,N'-diisopropylisourea, among the above specific examples, and it is more preferable to use tetramethylurea (TMU). This allows for the formation of strong coordinate bonds and improved adhesion.
非環状構造のアミド化合物としては、具体的には、3-メトキシ-N、N-ジメチルプロパンアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、N,N-ジブチルホルムアミドなどが挙げられる。
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、溶媒として、ウレア化合物、非環状構造のアミド化合物のほかに、窒素原子を備えない溶媒を含んでもよい。
Specific examples of the amide compound having a non-cyclic structure include 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylpropionamide, N,N-diethylacetamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, and N,N-dibutylformamide.
The negative photosensitive resin composition according to this embodiment may contain, as a solvent, a solvent not having a nitrogen atom, in addition to the urea compound and the amide compound having a non-cyclic structure.
窒素原子を備えない溶媒としては、具体的には、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、ラクトン系溶媒、カーボネート系溶媒、スルホン系溶媒、エステル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。窒素原子を備えない溶媒としては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of solvents that do not have nitrogen atoms include ether solvents, acetate solvents, alcohol solvents, ketone solvents, lactone solvents, carbonate solvents, sulfone solvents, ester solvents, and aromatic hydrocarbon solvents. As solvents that do not have nitrogen atoms, one or a combination of two or more of the above specific examples can be used.
上記エーテル系溶媒としては、具体的には、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノエチルエーテル、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール、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ジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、1,3-ブチレングリコール-3-モノメチルエーテルなどが挙げられる。 Specific examples of the ether solvents include propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, and 1,3-butylene glycol-3-monomethyl ether.
上記アセテート系溶媒としては、具体的には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル-1,3-ブチレングリコールアセテートなどが挙げられる。 Specific examples of the acetate solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate, and methyl-1,3-butylene glycol acetate.
上記アルコール系溶媒としては、具体的には、テトラヒドロフルフリルアルコール、ベンジルアルコール、2-エチルヘキサノール、ブタンジオール、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。
上記ケトン系溶媒としては、具体的には、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、2-ヘプタノンなどが挙げられる。
上記ラクトン系溶媒としては、具体的には、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトンなどが挙げられる。
上記カーボネート系溶媒としては、具体的には、エチレンカルボナート、炭酸プロピレンなどが挙げられる。
上記スルホン系溶媒としては、具体的には、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホランなどが挙げられる。
上記エステル系溶媒としては、具体的には、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネートなどが挙げられる。
上記芳香族炭化水素系溶媒としては、具体的には、メシチレン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
Specific examples of the alcohol solvent include tetrahydrofurfuryl alcohol, benzyl alcohol, 2-ethylhexanol, butanediol, and isopropyl alcohol.
Specific examples of the ketone solvent include cyclopentanone, cyclohexanone, diacetone alcohol, and 2-heptanone.
Specific examples of the lactone solvent include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone.
Specific examples of the carbonate solvent include ethylene carbonate and propylene carbonate.
Specific examples of the sulfone-based solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO) and sulfolane.
Specific examples of the ester solvent include methyl pyruvate, ethyl pyruvate, and methyl-3-methoxypropionate.
Specific examples of the aromatic hydrocarbon solvent include mesitylene, toluene, and xylene.
溶媒中のウレア化合物及び非環状構造のアミド化合物の含有量の下限値としては、溶媒を100質量部としたとき、例えば、10質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましく、30質量部以上であることが更に好ましく、50質量部以上であることが一層好ましく、70質量部以上であることが殊更好ましい。これにより、ネガ型感光性樹脂組成物の硬化物と、Al、Cuといった金属との密着性をより向上できる。 The lower limit of the content of the urea compound and the amide compound having a non-cyclic structure in the solvent is, for example, preferably 10 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, even more preferably 30 parts by mass or more, even more preferably 50 parts by mass or more, and especially preferably 70 parts by mass or more, when the solvent is taken as 100 parts by mass. This can further improve the adhesion between the cured product of the negative photosensitive resin composition and metals such as Al and Cu.
また、溶媒中のウレア化合物及び非環状構造のアミド化合物の含有量の下限値としては、溶媒を100質量部としたとき、例えば、100質量部以下とすることができる。溶媒中には、ウレア化合物及び非環状構造のアミド化合物の含有量が多いことが、密着性向上の観点から好ましい。 The lower limit of the content of the urea compound and the amide compound having a non-cyclic structure in the solvent can be, for example, 100 parts by mass or less when the solvent is taken as 100 parts by mass. From the viewpoint of improving adhesion, it is preferable that the content of the urea compound and the amide compound having a non-cyclic structure in the solvent is high.
(界面活性剤)
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、界面活性剤をさらに含んでいてもよい。
界面活性剤としては、限定されず、具体的にはポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアリールエーテル類;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステル類などのノニオン系界面活性剤;エフトップEF301、エフトップEF303、エフトップEF352(新秋田化成社製)、メガファックF171、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF177、メガファックF444、メガファックF470、メガファックF471、メガファックF475、メガファックF482、メガファックF477(DIC社製)、フロラードFC-430、フロラードFC-431、ノベックFC4430、ノベックFC4432(スリーエムジャパン社製)、サーフロンS-381、サーフロンS-382、サーフロンS-383、サーフロンS-393、サーフロンSC-101、サーフロンSC-102、サーフロンSC-103、サーフロンSC-104、サーフロンSC-105、サーフロンSC-106、(AGCセイミケミカル社製)などの名称で市販されているフッ素系界面活性剤;オルガノシロキサン共重合体KP341(信越化学工業社製);(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、95(共栄社化学社製)などが挙げられる。
(Surfactant)
The negative photosensitive resin composition according to this embodiment may further contain a surfactant.
The surfactant is not limited, and specific examples thereof include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether; polyoxyethylene aryl ethers such as polyoxyethylene octylphenyl ether and polyoxyethylene nonylphenyl ether; nonionic surfactants such as polyoxyethylene dialkyl esters such as polyoxyethylene dilaurate and polyoxyethylene distearate; EFTOP EF301, EFTOP EF303, EFTOP EF352 (manufactured by Shin-Akita Kasei Co., Ltd.), Megafack F171, Megafack F172, Megafack F173, Megafack F177, and Megafack F444. , Megafac F470, Megafac F471, Megafac F475, Megafac F482, Megafac F477 (manufactured by DIC Corporation), Fluorad FC-430, Fluorad FC-431, Novec FC4430, Novec FC4432 (manufactured by 3M Japan Ltd.), Surflon S-381, Surflon S-382, Surflon S-383, Surflon S-393, Surflon SC-101, Surflon SC-102, Surflon SC-103, Surflon SC-104, Surflon SC-105, Surflon SC-106, (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.), and other commercially available fluorosurfactants under the names; organosiloxane copolymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.); (meth)acrylic acid copolymer Polyflow No. 57, 95 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), etc.
これらのなかでも、パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤を用いることが好ましい。パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤としては、上記具体例のうち、メガファックF171、メガファックF173、メガファックF444、メガファックF470、メガファックF471、メガファックF475、メガファックF482、メガファックF477(DIC社製)、サーフロンS-381、サーフロンS-383、サーフロンS-393(AGCセイミケミカル社製)、ノベックFC4430及びノベックFC4432(スリーエムジャパン社製)から選択される1種または2種以上を用いることが好ましい。 Among these, it is preferable to use a fluorosurfactant having a perfluoroalkyl group. As the fluorosurfactant having a perfluoroalkyl group, it is preferable to use one or more selected from the above specific examples: Megafac F171, Megafac F173, Megafac F444, Megafac F470, Megafac F471, Megafac F475, Megafac F482, Megafac F477 (manufactured by DIC Corporation), Surflon S-381, Surflon S-383, Surflon S-393 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.), Novec FC4430, and Novec FC4432 (manufactured by 3M Japan Ltd.).
また、界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤(例えばポリエーテル変性ジメチルシロキサンなど)も好ましく用いることができる。シリコーン系界面活性剤として具体的には、東レダウコーニング社のSHシリーズ、SDシリーズおよびSTシリーズ、ビックケミー・ジャパン社のBYKシリーズ、信越化学工業株式会社のKPシリーズ、日油株式会社のディスフォーム(登録商標)シリーズ、東芝シリコーン社のTSFシリーズなどを挙げることができる。 As the surfactant, silicone surfactants (such as polyether-modified dimethylsiloxane) can also be preferably used. Specific examples of silicone surfactants include the SH series, SD series, and ST series from Dow Corning Toray Co., Ltd., the BYK series from BYK Japan Co., Ltd., the KP series from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., the Disform (registered trademark) series from NOF Corporation, and the TSF series from Toshiba Silicones Co., Ltd.
ネガ型感光性樹脂組成物中の界面活性剤の含有量の上限値は、ネガ型感光性樹脂組成物の全体(溶媒を含む)に対して1質量%(10000ppm)以下であることが好ましく、0.5質量%(5000ppm)以下であることであることがより好ましく、0.1質量%(1000ppm)以下であることが更に好ましい。 The upper limit of the surfactant content in the negative photosensitive resin composition is preferably 1% by mass (10,000 ppm) or less, more preferably 0.5% by mass (5,000 ppm) or less, and even more preferably 0.1% by mass (1,000 ppm) or less, based on the total amount of the negative photosensitive resin composition (including the solvent).
また、ネガ型感光性樹脂組成物中の界面活性剤の含有量の下限値は、特には無いが、界面活性剤による効果を十分に得る観点からは、例えば、ネガ型感光性樹脂組成物の全体(溶媒を含む)に対して0.001質量%(10ppm)以上である。
界面活性剤の量を適当に調整することで、他の性能を維持しつつ、塗布性や塗膜の均一性などを向上させることができる。
There is no particular lower limit for the content of the surfactant in the negative photosensitive resin composition. From the viewpoint of obtaining a sufficient effect of the surfactant, the content is, for example, 0.001 mass % (10 ppm) or more with respect to the entire negative photosensitive resin composition (including the solvent).
By appropriately adjusting the amount of the surfactant, it is possible to improve the coatability and the uniformity of the coating film while maintaining other performance properties.
(酸化防止剤)
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、酸化防止剤をさらに含んでもよい。酸化防止剤としては、フェノ-ル系酸化防止剤、リン系酸化防止剤およびチオエ-テル系酸化防止剤から選択される1種以上を使用できる。酸化防止剤は、ネガ型感光性樹脂組成物により形成される樹脂膜の酸化を抑制できる。
(Antioxidants)
The negative photosensitive resin composition according to this embodiment may further contain an antioxidant. As the antioxidant, one or more selected from a phenol-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, and a thioether-based antioxidant can be used. The antioxidant can suppress oxidation of the resin film formed from the negative photosensitive resin composition.
フェノ-ル系酸化防止剤としては、ペンタエリスリチル-テトラキス〔3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、3,9-ビス{2-〔3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕-1,1-ジメチルエチル}2,4,8,10-テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカン、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,6-ヘキサンジオール-ビス〔3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-エチルフェノール、2,6-ジフェニル-4-オクタデシロキシフェノール、ステアリル(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、ジステアリル(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ホスホネート、チオジエチレングリコールビス〔(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、4,4'-チオビス(6-t-ブチル-m-クレゾール)、2-オクチルチオ-4,6-ジ(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェノキシ)-s-トリアジン、2,2'-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチル-6-ブチルフェノール)、2,-2'-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、ビス〔3,3-ビス(4-ヒドロキシ-3-t-ブチルフェニル)ブチリックアシッド〕グリコールエステル、4,4'-ブチリデンビス(6-t-ブチル-m-クレゾール)、2,2'-エチリデンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェノール)、2,2'-エチリデンビス(4-s-ブチル-6-t-ブチルフェノール)、1,1,3-トリス(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタン、ビス〔2-t-ブチル-4-メチル-6-(2-ヒドロキシ-3-t-ブチル-5-メチルベンジル)フェニル〕テレフタレート、1,3,5-トリス(2,6-ジメチル-3-ヒドロキシ-4-t-ブチルベンジル)イソシアヌレート、1,3,5-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-2,4,6-トリメチルベンゼン、1,3,5-トリス〔(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシエチル〕イソシアヌレート、テトラキス〔メチレン-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕メタン、2-t-ブチル-4-メチル-6-(2-アクリロイルオキシ-3-t-ブチル-5-メチルベンジル)フェノール、3,9-ビス(1,1-ジメチル-2-ヒドロキシエチル)-2,4-8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン-ビス〔β-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコ-ルビス〔β-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオネート〕、1,1'-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、2,2'-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2'-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2'-メチレンビス(6-(1-メチルシクロヘキシル)-4-メチルフェノール)、4,4'-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、3,9-ビス(2-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニルプロピオニロキシ)1,1-ジメチルエチル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン、4,4'-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4'-ビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)サルファイド、4,4'-チオビス(6-t-ブチル-2-メチルフェノール)、2,5-ジ-t-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-t-アミルヒドロキノン、2-t-ブチル-6-(3-t-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-メチルフェニルアクリレート、2,4-ジメチル-6-(1-メチルシクロヘキシル、スチレネイティッドフェノール、2,4-ビス((オクチルチオ)メチル)-5-メチルフェノール、などが挙げられる。 Phenol-based antioxidants include pentaerythrityl-tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], 3,9-bis{2-[3-(3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionyloxy]-1,1-dimethylethyl}2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecane, octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate, 1,6-hexanediol-bis[3-(3,5-di-t- butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene, 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, 2,6-di-t-butyl-4-ethylphenol, 2,6-diphenyl-4-octadecyloxyphenol, stearyl(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate, distearyl(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonate, thiodiethylene ethylene glycol bis[(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], 4,4'-thiobis(6-t-butyl-m-cresol), 2-octylthio-4,6-di(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenoxy)-s-triazine, 2,2'-methylenebis(4-methyl-6-t-butyl-6-butylphenol), 2,2'-methylenebis(4-ethyl-6-t-butylphenol), bis[3,3-bis(4-hydroxy-3-t-butylphenyl)butyric acid cid] glycol ester, 4,4'-butylidenebis(6-t-butyl-m-cresol), 2,2'-ethylidenebis(4,6-di-t-butylphenol), 2,2'-ethylidenebis(4-s-butyl-6-t-butylphenol), 1,1,3-tris(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)butane, bis[2-t-butyl-4-methyl-6-(2-hydroxy-3-t-butyl-5-methylbenzyl)phenyl]terephthalate, 1,3,5-tris(2,6-dimethyl- 3-hydroxy-4-t-butylbenzyl) isocyanurate, 1,3,5-tris(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)-2,4,6-trimethylbenzene, 1,3,5-tris[(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxyethyl]isocyanurate, tetrakis[methylene-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane, 2-t-butyl-4-methyl-6-(2-acryloyloxy-3-t-butyl-5-methyl 3,9-bis(1,1-dimethyl-2-hydroxyethyl)-2,4-8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecane-bis[β-(3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionate], triethylene glycol bis[β-(3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionate], 1,1'-bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexane, 2,2'-methylenebis(4-methyl-6-t-butylphenol), 2,2'-methyl 2,2'-methylenebis(4-ethyl-6-t-butylphenol), 2,2'-methylenebis(6-(1-methylcyclohexyl)-4-methylphenol), 4,4'-butylidenebis(3-methyl-6-t-butylphenol), 3,9-bis(2-(3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenylpropionyloxy)1,1-dimethylethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro(5,5)undecane, 4,4'-thiobis(3-methyl-6-t-butylphenol), 4,4'-bis(3,5- Di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) sulfide, 4,4'-thiobis(6-t-butyl-2-methylphenol), 2,5-di-t-butylhydroquinone, 2,5-di-t-amylhydroquinone, 2-t-butyl-6-(3-t-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl)-4-methylphenylacrylate, 2,4-dimethyl-6-(1-methylcyclohexyl, styrenated phenol, 2,4-bis((octylthio)methyl)-5-methylphenol, etc.
リン系酸化防止剤としては、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペ
ンタエリスリトールジホスファイト、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニルホスファイト)、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチル-5-メチルフェニル)-4,4'-ビフェニレンジホスホナイト、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスホネート-ジエチルエステル、ビス-(2,6-ジクミルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,2-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)オクチルホスファイト、トリス(ミックスドモノandジ-ノニルフェニルホスファイト)、ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メトキシカルボニルエチル-フェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-オクタデシルオキシカルボニルエチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトなどが挙げられる。
Examples of phosphorus-based antioxidants include bis(2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl)pentaerythritol diphosphite, tris(2,4-di-t-butylphenyl phosphite), tetrakis(2,4-di-t-butyl-5-methylphenyl)-4,4'-biphenylene diphosphonite, 3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzylphosphonate-diethyl ester, bis-(2,6-dicumylphenyl)pentaerythritol diphosphite, 2,2-methylene biphosphonate, and the like. bis(4,6-di-t-butylphenyl)octyl phosphite, tris(mixed mono- and di-nonylphenyl phosphite), bis(2,4-di-t-butylphenyl)pentaerythritol diphosphite, bis(2,6-di-t-butyl-4-methoxycarbonylethyl-phenyl)pentaerythritol diphosphite, bis(2,6-di-t-butyl-4-octadecyloxycarbonylethylphenyl)pentaerythritol diphosphite, and the like.
チオエ-テル系酸化防止剤としては、ジラウリル-3,3'-チオジプロピオネート、ビス(2-メチル-4-(3-n-ドデシル)チオプロピオニルオキシ)-5-t-ブチルフェニル)スルフィド、ジステアリル-3,3'-チオジプロピオネート、ペンタエリスリトール-テトラキス(3-ラウリル)チオプロピオネートなどが挙げられる。 Examples of thioether antioxidants include dilauryl-3,3'-thiodipropionate, bis(2-methyl-4-(3-n-dodecyl)thiopropionyloxy)-5-t-butylphenyl)sulfide, distearyl-3,3'-thiodipropionate, and pentaerythritol-tetrakis(3-lauryl)thiopropionate.
(フィラー)
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、フィラーを更に含んでいてもよい。フィラーとしては、ネガ型感光性樹脂組成物によってなる樹脂膜に求められる機械的特性、熱的特性に応じて適切な充填材を選択できる。
フィラーとしては、具体的には、無機フィラーまたは有機フィラーなどが挙げられる。
(Filler)
The negative photosensitive resin composition according to the present embodiment may further contain a filler. As the filler, an appropriate filling material can be selected depending on the mechanical and thermal properties required for the resin film made of the negative photosensitive resin composition.
Specific examples of the filler include inorganic fillers and organic fillers.
上記無機フィラーとしては、具体的には、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶性シリカ、2次凝集シリカ、微粉シリカなどのシリカ;アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタンホワイトなどの金属化合物;タルク;クレー;マイカ;ガラス繊維などが挙げられる。無機フィラーとしては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the inorganic filler include silica such as fused crushed silica, fused spherical silica, crystalline silica, secondary agglomerated silica, and finely powdered silica; metal compounds such as alumina, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, titanium oxide, silicon carbide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and titanium white; talc; clay; mica; and glass fiber. The inorganic filler may be one or a combination of two or more of the above specific examples.
上記有機フィラーとしては、具体的には、オルガノシリコーンパウダー、ポリエチレンパウダーなどが挙げられる。有機フィラーとしては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the organic filler include organosilicone powder and polyethylene powder. As the organic filler, one or a combination of two or more of the specific examples above can be used.
(ネガ型感光性樹脂組成物の調製)
本実施形態におけるネガ型感光性樹脂組成物を調製する方法は限定されず、ネガ型感光性樹脂組成物に含まれる成分に応じて、公知の方法を用いることができる。
例えば、上記各成分を、溶媒に混合して溶解することにより調製することができる。
(Preparation of negative photosensitive resin composition)
The method for preparing the negative photosensitive resin composition in this embodiment is not limited, and any known method can be used depending on the components contained in the negative photosensitive resin composition.
For example, the above components can be mixed and dissolved in a solvent to prepare the composition.
(ネガ型感光性樹脂組成物)
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、該ネガ型感光性樹脂組成物をAl、Cuといった金属を備える面に対して塗工し、次いで、プリベークすることで乾燥させ樹脂膜を形成し、次いで、露光及び現像することで所望の形状に樹脂膜をパターニングし、次いで、樹脂膜をポストベークすることで硬化させ硬化膜を形成することで使用される。
(Negative Photosensitive Resin Composition)
The negative type photosensitive resin composition according to this embodiment is used by applying the negative type photosensitive resin composition to a surface comprising a metal such as Al or Cu, then pre-baking to dry and form a resin film, then exposing and developing to pattern the resin film into a desired shape, and then post-baking the resin film to harden it and form a hardened film.
なお、上記永久膜を作製する場合、プリベークの条件としては、例えば、温度90℃以上130℃以下で、30秒間以上1時間以下の熱処理とすることができる。また、ポストベークの条件としては、例えば、温度150℃以上350℃以下で、30分間以上10時間以下の熱処理とすることができる。 When producing the permanent film, the pre-baking conditions can be, for example, a heat treatment at a temperature of 90°C to 130°C for 30 seconds to 1 hour. The post-baking conditions can be, for example, a heat treatment at a temperature of 150°C to 350°C for 30 minutes to 10 hours.
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物の粘度は、所望の樹脂膜の厚みに応じて適宜設定することができる。ネガ型感光性樹脂組成物の粘度の調整は、溶媒を添加することでできる。なお、調整の際、溶媒中のウレア化合物及び非環状構造のアミド化合物の含有量を一定に保つ必要がある。 The viscosity of the negative photosensitive resin composition according to this embodiment can be appropriately set according to the desired thickness of the resin film. The viscosity of the negative photosensitive resin composition can be adjusted by adding a solvent. During the adjustment, it is necessary to keep the content of the urea compound and the non-cyclic amide compound in the solvent constant.
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物の粘度の上限値は、例えば、2000mPa・s以下でもよく、1800mPa・s以下でもよく、1500mPa・s以下でもよい。また、本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物の粘度の下限値は、所望の樹脂膜の厚みに応じて、例えば、10mPa・s以上でもよく、50mPa・s以上でもよい。 The upper limit of the viscosity of the negative photosensitive resin composition according to this embodiment may be, for example, 2000 mPa·s or less, 1800 mPa·s or less, or 1500 mPa·s or less. The lower limit of the viscosity of the negative photosensitive resin composition according to this embodiment may be, for example, 10 mPa·s or more, or 50 mPa·s or more, depending on the desired thickness of the resin film.
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物から得られるフィルムは、テンシロン試験機による引張試験により測定された伸び率が、最大値2~200%、好ましくは5~150%であり、平均値1~150%、好ましくは2~120%である。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物から得られるフィルムは、引張強度が、30~300MPa、好ましくは50~200MPaとすることができる。
The film obtained from the negative type photosensitive resin composition of the present embodiment has a maximum elongation of 2 to 200%, preferably 5 to 150%, and an average elongation of 1 to 150%, preferably 2 to 120%, as measured by a tensile test using a Tensilon tester.
The film obtained from the negative photosensitive resin composition of this embodiment can have a tensile strength of 30 to 300 MPa, preferably 50 to 200 MPa.
このように、本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、機械的強度に優れたフィルム等の硬化物を提供することができる。この理由は明らかでないが、ポリマー鎖間の強いパッキングにより、ポリマー鎖の滑りぬけによる破断が抑えられ、伸びが向上し、可とう性に優れるためと推察される。 In this way, the negative photosensitive resin composition of this embodiment can provide a cured product such as a film that has excellent mechanical strength. The reason for this is unclear, but it is presumed that the strong packing between the polymer chains suppresses breakage due to the polymer chains slipping through, improving elongation and providing excellent flexibility.
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は硬化収縮が抑制されており、シリコンウェハ表面に乾燥後の膜厚が10μmになるようにスピンコートし、120℃3分間のプリベーク後、高圧水銀灯にて600mJ/cm2の露光を行い、その後、窒素雰囲気下で170℃120分間ポストベークを行ってフィルムを調製した場合において、前記プリベーク後のフィルム膜厚を膜厚A、前記ポストベーク後のフィルム膜厚を膜厚Bとし、下記式から算出される硬化収縮率を好ましくは12%以下、より好ましくは10%以下とすることができる。
式:硬化収縮率[%]={(膜厚A-膜厚B)/膜厚A}x100
The negative type photosensitive resin composition of the present embodiment is suppressed in curing shrinkage, and in the case where a film is prepared by spin-coating the composition on a silicon wafer surface so as to have a film thickness after drying of 10 μm, pre-baking at 120° C. for 3 minutes, exposing the film to light at 600 mJ/ cm2 using a high-pressure mercury lamp, and then post-baking at 170° C. for 120 minutes in a nitrogen atmosphere, the film thickness after the pre-baking is defined as film thickness A, and the film thickness after the post-baking is defined as film thickness B, the curing shrinkage calculated from the following formula can be preferably 12% or less, more preferably 10% or less.
Formula: Cure shrinkage rate [%] = {(film thickness A - film thickness B) / film thickness A} x 100
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は硬化収縮が抑制されており、得られるフィルムは、熱重量示差熱同時測定により測定した重量減少温度(Td5)が、200℃以上、好ましくは300℃以上とすることができる。 The negative photosensitive resin composition of this embodiment has suppressed cure shrinkage, and the resulting film can have a weight loss temperature (Td5) measured by simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis of 200°C or higher, preferably 300°C or higher.
本実施形態のポリヒドロキシイミドからなるフィルムは、硬化収縮が抑制されており、線熱膨張率(CTE)は200ppm以下、好ましくは100ppm以下とすることができる。 The polyhydroxyimide film of this embodiment has reduced cure shrinkage and a linear thermal expansion coefficient (CTE) of 200 ppm or less, preferably 100 ppm or less.
(用途)
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、永久膜、レジストなどの半導体装置用の樹脂膜を形成するために用いられる。これらの中でも、プリベーク後のネガ型感光性樹脂組成物及びAlパッドの密着性向上と、現像時のネガ型感光性樹脂組成物の残渣の発生の抑制とをバランスよく発現する観点、ポストベーク後のネガ型感光性樹脂組成物の硬化膜と、金属との密着性を向上する観点、加えて、ポストベーク後のネガ型感光性樹脂組成物の耐薬品性を向上する観点から、永久膜を用いる用途に用いられることが好ましい。
(Application)
The negative photosensitive resin composition of the present embodiment is used to form a resin film for semiconductor devices such as a permanent film, a resist, etc. Among these, from the viewpoint of achieving a good balance between improving the adhesion between the negative photosensitive resin composition and an Al pad after pre-baking and suppressing the generation of residues of the negative photosensitive resin composition during development, improving the adhesion between the cured film of the negative photosensitive resin composition after post-baking and a metal, and further improving the chemical resistance of the negative photosensitive resin composition after post-baking, it is preferable to use the composition in applications using a permanent film.
なお、本実施形態において、樹脂膜は、ネガ型感光性樹脂組成物の硬化膜を含む。すなわち、本実施形態にかかる樹脂膜とは、ネガ型感光性樹脂組成物を硬化させてなるものである。 In this embodiment, the resin film includes a cured film of a negative photosensitive resin composition. That is, the resin film according to this embodiment is formed by curing a negative photosensitive resin composition.
上記永久膜は、ネガ型感光性樹脂組成物に対してプリベーク、露光及び現像を行い、所望の形状にパターニングした後、ポストベークすることによって硬化させることにより得られた樹脂膜で構成される。永久膜は、半導体装置の保護膜、層間膜、ダム材などに用いることができる。 The permanent film is composed of a resin film obtained by pre-baking, exposing, and developing a negative photosensitive resin composition, patterning it into a desired shape, and then hardening it by post-baking. The permanent film can be used as a protective film, interlayer film, dam material, etc. for semiconductor devices.
上記レジストは、例えば、ネガ型感光性樹脂組成物をスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の方法で、レジストにとってマスクされる対象に塗工し、ネガ型感光性樹脂組成物から溶媒を除去することにより得られた樹脂膜で構成される。 The resist is composed of a resin film obtained by applying a negative photosensitive resin composition to an object to be masked by the resist by a method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc., and then removing the solvent from the negative photosensitive resin composition.
本実施形態に係る半導体装置の一例を図1に示す。
本実施形態に係る半導体装置100は、上記樹脂膜を備える半導体装置とすることができる。具体的には、半導体装置100のうち、パッシベーション膜32、絶縁層42および絶縁層44からなる群の1つ以上を、本実施形態の硬化物を含む樹脂膜とすることができる。ここで、樹脂膜は、上述した永久膜であることが好ましい。
An example of a semiconductor device according to this embodiment is shown in FIG.
The
半導体装置100は、たとえば半導体チップである。この場合、たとえば半導体装置100を、バンプ52を介して配線基板上に搭載することにより半導体パッケージが得られる。
The
半導体装置100は、トランジスタ等の半導体素子が設けられた半導体基板と、半導体基板上に設けられた多層配線層(図示せず。)と、を備えている。多層配線層のうち最上層には、層間絶縁膜30と、層間絶縁膜30上に設けられた最上層配線34が設けられている。最上層配線34は、たとえば、アルミニウムAlにより構成される。また、層間絶縁膜30上および最上層配線34上には、パッシベーション膜32が設けられている。パッシベーション膜32の一部には、最上層配線34が露出する開口が設けられている。
The
パッシベーション膜32上には、再配線層40が設けられている。再配線層40は、パッシベーション膜32上に設けられた絶縁層42と、絶縁層42上に設けられた再配線46と、絶縁層42上および再配線46上に設けられた絶縁層44と、を有する。絶縁層42には、最上層配線34に接続する開口が形成されている。再配線46は、絶縁層42上および絶縁層42に設けられた開口内に形成され、最上層配線34に接続されている。絶縁層44には、再配線46に接続する開口が設けられている。
A
絶縁層44に設けられた開口内には、たとえばUBM(Under Bump Metallurgy)層50を介してバンプ52が形成される。半導体装置100は、たとえばバンプ52を介して配線基板等に接続される。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の様々な構成を採用することができる。
In the openings provided in the insulating
Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples of the present invention, and various configurations other than those described above can be adopted as long as they do not impair the effects of the present invention.
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例においては以下の化合物を用いた。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
The following compounds were used in the examples.
下記式で示される、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン(以下、BAPとも示す) 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)propane (hereinafter referred to as BAP), represented by the following formula:
下記式で示される、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(以下、BAFAとも示す) 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane (hereinafter referred to as BAFA), represented by the following formula:
下記式で示される、4-{[4-(1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-イルカルボニロキシ)フェニル]シクロヘキシル}フェニル 1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-カルボキシレート(以下、BPZ-TMEとも示す) 4-{[4-(1,3-dioxoisobenzofuran-5-ylcarbonyloxy)phenyl]cyclohexyl}phenyl 1,3-dioxoisobenzofuran-5-carboxylate (hereinafter also referred to as BPZ-TME), represented by the following formula:
下記式で示される、4-[4-(1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-イルカルボニロキシ)-2,3,5-トリメチルフェニル]-2,3,6-トリメチルフェニル 1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-カルボキシレート(以下、TMPBP-TMEとも示す) 4-[4-(1,3-dioxoisobenzofuran-5-ylcarbonyloxy)-2,3,5-trimethylphenyl]-2,3,6-trimethylphenyl 1,3-dioxoisobenzofuran-5-carboxylate (hereinafter also referred to as TMPBP-TME), represented by the following formula:
下記式で示される、3,3',4,4'-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(以下、DSDAとも示す)
下記式で示される、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(以下、BTDAとも示す)
下記式で示される、3,3',4,4'-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(以下、ODPAとも示す)
下記式で示される、4,4'-ジアミノ-2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(以下、TFMBとも示す) 4,4'-diamino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl (hereinafter referred to as TFMB), represented by the following formula:
[参考合成例1]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAP 3.87g(15.0mmol)と、BPZ-TME 9.25g(15.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 30.62gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー8.17gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは45400、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.04であった。
[Reference Synthesis Example 1]
First, 3.87 g (15.0 mmol) of BAP and 9.25 g (15.0 mmol) of BPZ-TME were placed in a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and then 30.62 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution solution, and then the dilution solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 8.17 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 45,400 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 2.04.
[参考合成例2]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAP 3.87g(15.0mmol)と、TMPBP-TME 9.28g(15.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 30.69gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー10.15gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは142000、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.21であった。
[Reference Synthesis Example 2]
First, 3.87 g (15.0 mmol) of BAP and 9.28 g (15.0 mmol) of TMPBP-TME were placed in a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, followed by the addition of 30.69 g of GBL to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution solution, and then the dilution solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 10.15 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 142,000 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 2.21.
[参考合成例3]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAFA 27.47g(75.0mmol)と、TMPBP-TME 46.39g(75.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 295.46gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー66.62gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは87200、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は1.92であった。
[Reference Synthesis Example 3]
First, 27.47 g (75.0 mmol) of BAFA and 46.39 g (75.0 mmol) of TMPBP-TME were placed in a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, followed by the addition of 295.46 g of GBL to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a diluted solution, and then the diluted solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 66.62 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 87,200 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 1.92.
[参考合成例4]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAFA 10.99g(30.0mmol)と、DSDA 10.75g(30.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 50.72gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー15.44gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは63900、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は4.75であった。
[Reference Synthesis Example 4]
First, 10.99 g (30.0 mmol) of BAFA and 10.75 g (30.0 mmol) of DSDA were added to a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and then 50.72 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution, and then the dilution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 15.44 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 63,900 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 4.75.
[参考合成例5]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAP 19.37g(75.0mmol)と、DSDA 26.87g(75.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 107.91gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=1/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー37.58gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは36900、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.69であった。
[Reference Synthesis Example 5]
First, 19.37 g (75.0 mmol) of BAP and 26.87 g (75.0 mmol) of DSDA were added to a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and then 107.91 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a diluted solution, and then the diluted solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 1/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 37.58 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 36,900 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 2.69.
[参考合成例6]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAFA 14.65g(40.0mmol)と、BTDA 12.89g(40.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 64.27gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=1/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー24.13gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは70700、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は3.63であった。
[Reference Synthesis Example 6]
First, 14.65 g (40.0 mmol) of BAFA and 12.89 g (40.0 mmol) of BTDA were added to a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and then 64.27 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a diluted solution, and then the diluted solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 1/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 24.13 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 70,700 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 3.63.
[参考合成例7]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAP 10.33g(40.0mmol)と、BTDA 12.89g(40.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 54.18gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー21.74gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは62100、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は3.24であった。
[Reference Synthesis Example 7]
First, 10.33 g (40.0 mmol) of BAP and 12.89 g (40.0 mmol) of BTDA were added to a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and then 54.18 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution solution, and then the dilution solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 21.74 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 62,100 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 3.24.
[参考合成例8]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAFA 14.65g(40.0mmol)と、ODPA 12.41g(40.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL 63.14gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=1/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー24.19gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは58500、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は1.72であった。
[Reference Synthesis Example 8]
First, 14.65 g (40.0 mmol) of BAFA and 12.41 g (40.0 mmol) of ODPA were added to a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, and then 63.14 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution, and then the dilution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 1/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 24.19 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 58,500 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 1.72.
(フィルムの調製)
参考合成例1~8のポリマーの12質量%GBL溶液(ポリマー溶液)をシリコンウェハ表面にスピンコートし、120℃3分間のプリベーク後、170℃120分間、窒素下でのポストベークにより、フィルムを調製した。
(Film Preparation)
A 12% by mass GBL solution (polymer solution) of the polymer of Reference Synthesis Examples 1 to 8 was spin-coated on the surface of a silicon wafer, prebaked at 120° C. for 3 minutes, and then post-baked at 170° C. for 120 minutes under nitrogen to prepare a film.
<測定法>
(5%重量減少温度(Td5))
参考合成例1~7のポリマーから得られたフィルムを熱重量示差熱同時測定により測定した。測定条件は、30ml/分の窒素気流下、昇温速度10℃/分とした。初期から5%の重量が減少した温度を測定し、5%重量減少温度(Td5)とした。結果を表1に示す。
<Measurement method>
(5% weight loss temperature (Td5))
The films obtained from the polymers of Reference Synthesis Examples 1 to 7 were measured by thermogravimetry, differential scanning calorimetry, and simultaneous thermogravimetry. The measurement conditions were a nitrogen gas flow of 30 ml/min and a heating rate of 10°C/min. The temperature at which the weight had decreased by 5% from the initial value was measured and was taken as the 5% weight loss temperature (Td5). The results are shown in Table 1.
(線熱膨張率(CTE))
参考合成例1~7のポリマーから得られたフィルムから長さ13mm×幅5mmの短冊状試験片を切出した。チャック間距離10mmにて引張モードの熱機械測定を行い、熱膨張曲線から平均線熱膨張率(CTE、50℃~100℃)を求めた。結果を表1に示す。
Coefficient of Linear Thermal Expansion (CTE)
A rectangular test piece having a length of 13 mm and a width of 5 mm was cut out from the film obtained from the polymer of Reference Synthesis Examples 1 to 7. Thermomechanical measurement was performed in a tensile mode with a chuck distance of 10 mm, and the average linear thermal expansion coefficient (CTE, 50°C to 100°C) was obtained from the thermal expansion curve. The results are shown in Table 1.
(ガラス転移温度:Tg)
参考合成例1~7のポリマーから得られたフィルムから長さ50mm×幅5mmの短冊状試験片を切出した。チャック間距離20mmにて動的粘弾性測定を行い、得られた損失正接(tanδ)のピーク温度をガラス転移温度(Tg)とした。測定条件は30ml/分の窒素気流下、印加周波数1Hz、昇温速度5℃/分とした。結果を表1に示す。
(Glass transition temperature: Tg)
A rectangular test piece of 50 mm length x 5 mm width was cut out from the film obtained from the polymer of Reference Synthesis Examples 1 to 7. Dynamic viscoelasticity measurement was performed with a chuck distance of 20 mm, and the peak temperature of the obtained loss tangent (tan δ) was taken as the glass transition temperature (Tg). The measurement conditions were a nitrogen flow of 30 ml/min, an applied frequency of 1 Hz, and a heating rate of 5°C/min. The results are shown in Table 1.
(引張強度、伸び率及び弾性率)
参考合成例1~8のポリマーから得られたフィルムから切り出した試験片(6.5mm×60mm×10μm厚)に対して引張試験(延伸速度:5mm/分)を23℃雰囲気中で実施した。引張試験は、オリエンテック社製引張試験機(テンシロンRTC-1210A)を用いて行った。試験片5本を測定し、破断点の応力を平均化したものを強度とした。破断した距離と初期距離から引張伸び率を算出し、伸び率の最大値と平均値を求めた。得られた応力-歪曲線の初期の勾配からそれぞれ引張弾性率を算出し、平均化したものを弾性率とした。結果を表1に示す。
(Tensile strength, elongation and elastic modulus)
A tensile test (stretching speed: 5 mm/min) was carried out in an atmosphere at 23° C. on test pieces (6.5 mm×60 mm×10 μm thick) cut out from the films obtained from the polymers of Reference Synthesis Examples 1 to 8. The tensile test was carried out using a tensile tester (Tensilon RTC-1210A) manufactured by Orientec Co., Ltd. The strength was determined by measuring five test pieces and averaging the stresses at the break point. The tensile elongation was calculated from the break distance and the initial distance, and the maximum and average elongation values were obtained. The tensile modulus was calculated from the initial gradient of the obtained stress-strain curve, and the average was determined as the modulus of elasticity. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、本発明で用いられるポリイミドに含まれる一般式(1-2)のYを備えるポリマー(参考合成例1~3)は、当該Yを備えないポリマー(参考合成例4~8)に比べ、引張強度に優れ、引張伸び率およびその平均値が格段に優れていた。これらの特性はポリマーの主鎖に起因すると考えられることから、参考合成例1~8のポリマー鎖に架橋基が導入された場合であっても、同様の物性差が発現することが推察された。 From the results in Table 1, the polymers containing Y in general formula (1-2) contained in the polyimide used in the present invention (Reference Synthesis Examples 1 to 3) had superior tensile strength and significantly superior tensile elongation and average value compared to the polymers not containing Y (Reference Synthesis Examples 4 to 8). Since these characteristics are considered to be due to the main chain of the polymer, it was inferred that similar differences in physical properties would be expressed even if crosslinking groups were introduced into the polymer chains of Reference Synthesis Examples 1 to 8.
[合成例1]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、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(以下BAFAとも示す)45.78g(125.0mmol)と、4-[4-(1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-イルカルボニロキシ)-2,3,5-トリメチルフェニル]-2,3,6-トリメチルフェニル 1,3-ジオキソイソベンゾフラン-5-カルボキシレート(以下TMPBP-TMEとも示す)77.32g(125.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL492.43gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー116.95gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは94800、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.18であり、下記式で表されるポリマー(ポリヒドロキシイミド)のnは平均値で44であった。
ポリマーについて、IR測定を行ったところ、1480、1550、1670cm-1付近のアミド基由来のピークが消失しており、イミド化が完結していることを確認した。
また、1H-NMR測定を行ったところ、芳香族領域(6.9ppm~8.8ppm)にプロトン数に対応した面積比でピークを確認した。
[Synthesis Example 1]
First, 45.78 g (125.0 mmol) of 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane (hereinafter also referred to as BAFA) and 77.32 g (125.0 mmol) of 4-[4-(1,3-dioxoisobenzofuran-5-ylcarbonyloxy)-2,3,5-trimethylphenyl]-2,3,6-trimethylphenyl 1,3-dioxoisobenzofuran-5-carboxylate (hereinafter also referred to as TMPBP-TME) were placed in an appropriately sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser. Then, an additional 492.43 g of GBL was added to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution solution, and then the dilution solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 116.95 g of a polymer.
When the polymer was subjected to GPC measurement, the weight average molecular weight Mw was 94,800, the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 2.18, and the average value of n of the polymer (polyhydroxyimide) represented by the following formula was 44.
When the polymer was subjected to IR measurement, it was confirmed that the peaks derived from the amide group at around 1480, 1550 and 1670 cm −1 had disappeared, and thus the imidization was completed.
Furthermore, 1 H-NMR measurement confirmed a peak in the aromatic region (6.9 ppm to 8.8 ppm) with an area ratio corresponding to the number of protons.
[合成例2]
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、BAFA3.66g(10.0mmol)と、TFMB3.20g(10.0mmol)と、TMPBP-TME12.37g(20.0mmol)とを入れた。その後、反応容器に、さらにGBL76.95gを加えた。
窒素を10分間通気した後、撹拌しつつ温度60℃まで上げ、1.5時間反応させた。その後、さらに180℃で3時間反応させることで、ビスアミノフェノールと酸無水物を重合させ、重合溶液を作製した。
得られた重合溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=3/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度120℃で真空乾燥することにより、ポリマー17.31gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは62300、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は1.98であった。
ポリマーについて、IR測定を行ったところ、1480、1550、1670cm-1付近のアミド基由来のピークが消失しており、イミド化が完結していることを確認した。
また、1H-NMR測定を行ったところ、芳香族領域(6.9ppm~8.9ppm)にプロトン数に対応した面積比でピークを確認した。
[Synthesis Example 2]
First, 3.66 g (10.0 mmol) of BAFA, 3.20 g (10.0 mmol) of TFMB, and 12.37 g (20.0 mmol) of TMPBP-TME were placed in a suitable sized reaction vessel equipped with a stirrer and a condenser, followed by the addition of 76.95 g of GBL to the reaction vessel.
After nitrogen was passed through for 10 minutes, the temperature was raised to 60° C. with stirring, and the reaction was allowed to proceed for 1.5 hours. Thereafter, the reaction was allowed to proceed for an additional 3 hours at 180° C., whereby the bisaminophenol and the acid anhydride were polymerized to prepare a polymerization solution.
The obtained polymerization solution was diluted with acetone to prepare a dilution solution, and then the dilution solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 3/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 120 ° C. to obtain 17.31 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 62,300 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 1.98.
When the polymer was subjected to IR measurement, it was confirmed that the peaks derived from the amide group at around 1480, 1550 and 1670 cm −1 had disappeared, and the imidization was completed.
Furthermore, 1 H-NMR measurement confirmed a peak in the aromatic region (6.9 ppm to 8.9 ppm) with an area ratio corresponding to the number of protons.
[実施例1]
(架橋基の導入)
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、合成例1で得られたポリヒドロキシイミド73.86g(水酸基換算150.0mmol)と、2-イソシアナトエチルアクリレート(以下AOIとも示す、昭和電工社製)21.17g(150.0mmol)と、γ-ブチルラクトン(GBL)828.26gを入れた。その後、撹拌しつつ温度120℃まで上げ、6時間反応させた。
得られた反応溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=2/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度40℃で真空乾燥することにより、ポリマー70.98gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは102,900、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.29であった。
1H-NMRチャートを図2に示す。この結果から、ポリマーに架橋基が導入されたことを確認した。架橋基が導入されたポリマーは、その一部に以下の繰り返し単位が含まれていた。
また、ガスクロマトグラフィーの測定結果から、架橋基の導入率は25%であった。
[Example 1]
(Introduction of Crosslinking Group)
First, 73.86 g (150.0 mmol calculated as hydroxyl groups) of the polyhydroxyimide obtained in Synthesis Example 1, 21.17 g (150.0 mmol) of 2-isocyanatoethyl acrylate (hereinafter also referred to as AOI, manufactured by Showa Denko K.K.), and 828.26 g of γ-butyrolactone (GBL) were placed in a reaction vessel of appropriate size equipped with a stirrer and a cooling tube. Thereafter, the temperature was raised to 120° C. with stirring, and the mixture was allowed to react for 6 hours.
The obtained reaction solution was diluted with acetone to prepare a diluted solution, and then the diluted solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 2/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 40 ° C. to obtain 70.98 g of a polymer.
The polymer was subjected to GPC measurement, and the weight average molecular weight Mw was 102,900 and the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) was 2.29.
The 1 H-NMR chart is shown in Figure 2. From this result, it was confirmed that a crosslinking group had been introduced into the polymer. The polymer into which the crosslinking group had been introduced contained the following repeating unit in a part thereof.
Furthermore, the result of gas chromatography showed that the introduction rate of crosslinking groups was 25%.
(ネガ型感光性樹脂組成物の調製)
架橋基を導入したポリヒドロキシイミド(100質量部)と、架橋剤としてエトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート(A9300、新中村化学工業社製、50質量部)を、ラジカル発生剤としてアデカアークルズNCI-930(株式会社ADEKA社製、商品名、3質量部)を、界面活性剤としてFC4432(0.05質量部)をγ-ブチロラクトン(867質量部)中で混合し、感光性樹脂組成物を調製した。
(Preparation of negative photosensitive resin composition)
A photosensitive resin composition was prepared by mixing polyhydroxyimide having a crosslinking group (100 parts by mass), ethoxylated isocyanuric acid triacrylate (A9300, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., 50 parts by mass) as a crosslinking agent, ADEKA ARCLES NCI-930 (trade name, manufactured by ADEKA Corporation, 3 parts by mass) as a radical generator, and FC4432 (0.05 parts by mass) as a surfactant in γ-butyrolactone (867 parts by mass).
[実施例2~6]
実施例2~6においては架橋剤を表1に記載された以下の化合物に代えた以外は、実施例1と同様にして架橋基が導入されたポリマーおよびネガ型感光性樹脂組成物を調製した。
・NKエステル2G:ジエチレングリコールジメタクリレート、新中村化学工業社製
・NKエステル4G:ポリエチレングリコール#200ジメタクリレート、新中村化学工業社製
・NKエステル9G:ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート、新中村化学工業社製
・A-TMM-3LM-N:以下2種の化合物の混合物、ガスクロマトグラフ測定に基づく混合物中の左の化合物の量は約57%、新中村化学工業社製
[Examples 2 to 6]
In Examples 2 to 6, polymers having crosslinking groups introduced therein and negative-type photosensitive resin compositions were prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent was replaced with the following compounds shown in Table 1.
NK Ester 2G: Diethylene glycol dimethacrylate, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. NK Ester 4G: Polyethylene glycol #200 dimethacrylate, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. NK Ester 9G: Polyethylene glycol #400 dimethacrylate, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd. A-TMM-3LM-N: A mixture of the following two compounds. The amount of the compound on the left in the mixture based on gas chromatography measurement is about 57%, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.
・A-DPH:ジペンタエリスリトールへキサアクリレート、新中村化学工業社製 ・A-DPH: Dipentaerythritol hexaacrylate, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.
[実施例7]
(架橋基の導入)
はじめに、撹拌機および冷却管を備えた適切なサイズの反応容器に、合成例2で得られた重合体14.43g(水酸基換算15.0mmol)と、2-イソシアナトエチルアクリレート(以下AOIとも示す、昭和電工社製)2.12g(15.0mmol)と、γ-ブチルラクトン(GBL)163.80gを入れた。その後、撹拌しつつ温度120℃まで上げ、6時間反応させた。
得られた反応溶液を、アセトンで希釈して希釈液を作製し、次いで、希釈液を水/メタノール=2/1の混合溶液に滴下することで、白色固体を析出させた。得られた白色固体を回収し、温度40℃で真空乾燥することにより、ポリマー12.84gを得た。
ポリマーをGPC測定したところ、重量平均分子量Mwは84,400、多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は2.07であった。
1H-NMRチャートを図3に示す。この結果から、ポリマーに架橋基が導入されたことを確認した。架橋基が導入されたポリマーは、その一部に以下の繰り返し単位が含まれていた。
また、ガスクロマトグラフィーの測定結果から、架橋基の導入率は51%であった。
[Example 7]
(Introduction of Crosslinking Group)
First, 14.43 g (15.0 mmol calculated as hydroxyl groups) of the polymer obtained in Synthesis Example 2, 2.12 g (15.0 mmol) of 2-isocyanatoethyl acrylate (hereinafter also referred to as AOI, manufactured by Showa Denko K.K.), and 163.80 g of γ-butyrolactone (GBL) were placed in a reaction vessel of appropriate size equipped with a stirrer and a cooling tube. Thereafter, the temperature was raised to 120° C. with stirring, and the reaction was carried out for 6 hours.
The obtained reaction solution was diluted with acetone to prepare a diluted solution, and then the diluted solution was dropped into a mixed solution of water/methanol = 2/1 to precipitate a white solid. The obtained white solid was collected and vacuum dried at a temperature of 40 ° C. to obtain 12.84 g of a polymer.
The polymer was measured by GPC to find that it had a weight average molecular weight Mw of 84,400 and a polydispersity index (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn) of 2.07.
The 1 H-NMR chart is shown in Figure 3. From this result, it was confirmed that a crosslinking group had been introduced into the polymer. The polymer into which the crosslinking group had been introduced contained the following repeating unit in part.
Furthermore, the result of gas chromatography showed that the introduction rate of crosslinking groups was 51%.
(ネガ型感光性樹脂組成物の調製)
架橋基を導入した重合体(100質量部)と、架橋剤としてポリエチレングリコール#200ジメタクリレート(NKエステル4G、新中村化学工業社製、50質量部)を、ラジカル発生剤としてアデカアークルズNCI-930(株式会社ADEKA社製、商品名、3質量部)を、界面活性剤としてFC4432(0.05質量部)をγ-ブチロラクトン(867質量部)中で混合し、感光性樹脂組成物を調製した。
(Preparation of negative photosensitive resin composition)
A photosensitive resin composition was prepared by mixing the polymer into which a crosslinking group had been introduced (100 parts by mass), polyethylene glycol #200 dimethacrylate (NK Ester 4G, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., 50 parts by mass) as a crosslinking agent, ADEKA ARCLES NCI-930 (trade name, manufactured by ADEKA Corporation, 3 parts by mass) as a radical generator, and FC4432 (0.05 parts by mass) as a surfactant in γ-butyrolactone (867 parts by mass).
[実施例8]
実施例8においては架橋剤の量を表1に記載された量に代えた以外は、実施例7と同様にして架橋基が導入されたポリマーおよびネガ型感光性樹脂組成物を調製した。
[Example 8]
In Example 8, a polymer having a crosslinking group introduced therein and a negative photosensitive resin composition were prepared in the same manner as in Example 7, except that the amount of the crosslinking agent was changed to the amount shown in Table 1.
(フィルムの調製)
実施例1~8のネガ型感光性樹脂組成物を、シリコンウェハ表面に乾燥後の膜厚が10μmになるようにスピンコートし、120℃3分間のプリベーク後、高圧水銀灯にて600mJ/cm2の露光を行い、その後、窒素雰囲気下で170℃120分間ポストベークを行ってフィルムを調製した。
得られたフィルムについて、上記の測定法にて、5%重量減少温度(Td5))線熱膨張率(CTE)、ガラス転移温度(Tg)、引張強度、伸び率及び弾性率、を測定した。結果を表2に示す。
(Film Preparation)
The negative photosensitive resin compositions of Examples 1 to 8 were spin-coated onto the surface of a silicon wafer so that the film thickness after drying would be 10 μm. After pre-baking at 120° C. for 3 minutes, the wafer was exposed to light at 600 mJ/ cm2 using a high-pressure mercury lamp, and then post-baked at 170° C. for 120 minutes in a nitrogen atmosphere to prepare a film.
The 5% weight loss temperature (Td5), coefficient of linear thermal expansion (CTE), glass transition temperature (Tg), tensile strength, elongation and elastic modulus of the obtained film were measured by the above-mentioned measuring methods. The results are shown in Table 2.
(硬化収縮率)
実施例1~8で得られたフィルムのプリベーク後の膜厚を膜厚A、ポストベーク後の膜厚を膜厚Bとし、膜厚Aと膜厚Bを下記式に代入して、硬化収縮率を算出した。
硬化収縮率[%]={(膜厚A-膜厚B)/膜厚A}x100
(Cure shrinkage rate)
The film thickness after pre-baking of the films obtained in Examples 1 to 8 was defined as film thickness A, and the film thickness after post-baking was defined as film thickness B. The film thicknesses A and B were substituted into the following formula to calculate the cure shrinkage rate.
Cure shrinkage rate [%] = {(film thickness A - film thickness B) / film thickness A} x 100
表2の結果から、本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、溶剤への溶解性に優れたポリイミドを含むことから、寸法安定性に優れた樹脂フィルムを得ることができることが明らかとなった。さらに、本発明のネガ型感光性樹脂組成物によれば、機械的強度に優れた樹脂フィルムを得ることができることが明らかとなった。 The results in Table 2 reveal that the negative-type photosensitive resin composition of the present invention contains polyimide that has excellent solubility in solvents, and therefore a resin film with excellent dimensional stability can be obtained. Furthermore, it is clear that the negative-type photosensitive resin composition of the present invention can produce a resin film with excellent mechanical strength.
Claims (13)
(B)多官能(メタ)アクリレートを含む架橋剤と、
(C)光重合開始剤と、
を含み、
ポリイミド(A)は下記一般式(1-1)で表される構造単位(a)と下記一般式(1-2)で表される構造単位(b)とを有する化合物を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
Rは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。
m1およびm2は、それぞれ独立して1~3の整数を示す。
Xは単結合、-SO2-、-C(=O)-、炭素数1~5の直鎖または分岐のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖または分岐のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するXは同一でも異なっていてもよい。
一般式(1-2)中、Yは下記一般式(1a)および下記一般式(1b)で表される基から選択され、複数存在するYは同一でも異なっていてもよい。)
一般式(1b)中、R4およびR5は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR4同士、複数存在するR5同士は同一でも異なっていてもよい。*は結合手を示す。) (A) a polyimide;
(B) a crosslinking agent containing a polyfunctional (meth)acrylate;
(C) a photopolymerization initiator;
Including,
The polyimide (A) is a negative photosensitive resin composition containing a compound having a structural unit (a) represented by the following general formula (1-1) and a structural unit (b) represented by the following general formula (1-2):
R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R's may be the same or different.
m1 and m2 each independently represent an integer of 1 to 3.
X represents a single bond, --SO 2 --, --C(.dbd.O)--, a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a linear or branched fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and multiple X's may be the same or different.
In the general formula (1-2), Y is selected from groups represented by the following general formula (1a) and the following general formula (1b ) , and a plurality of Y's may be the same or different.
In general formula (1b), R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R 4s and a plurality of R 5s may be the same or different. * represents a bond .
Rは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。
m1およびm2は、それぞれ独立して1~3の整数を示す。
Xは単結合、-SO2-、-C(=O)-、炭素数1~5の直鎖または分岐のアルキレン基、または炭素数1~5の直鎖または分岐のフルオロアルキレン基を示し、複数存在するXは同一でも異なっていてもよい。
一般式(1-2)中、Yは下記一般式(1a)および下記一般式(1b)で表される基から選択され、複数存在するYは同一でも異なっていてもよい。)
一般式(1b)中、R4およびR5は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基を示し、複数存在するR4同士、複数存在するR5同士は同一でも異なっていてもよい。*は結合手を示す。) A negative-type photosensitive polymer containing a compound having a structural unit (a) represented by the following general formula (1-1) and a structural unit (b) represented by the following general formula (1-2) , and used in a negative-type photosensitive resin composition .
R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R's may be the same or different.
m1 and m2 each independently represent an integer of 1 to 3.
X represents a single bond, --SO 2 --, --C(.dbd.O)--, a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or a linear or branched fluoroalkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and multiple X's may be the same or different.
In the general formula (1-2), Y is selected from groups represented by the following general formula (1a) and the following general formula (1b ) , and a plurality of Y's may be the same or different.
In general formula (1b), R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and a plurality of R 4s and a plurality of R 5s may be the same or different. * represents a bond .
前記層間絶縁膜上に設けられた、請求項1~6のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む樹脂膜と、
前記樹脂膜中に埋設された再配線と、
を備えることを特徴とする、請求項12に記載の半導体装置。 An interlayer insulating film;
a resin film comprising a cured product of the negative type photosensitive resin composition according to any one of claims 1 to 6 provided on the interlayer insulating film;
a rewiring buried in the resin film;
The semiconductor device according to claim 12, comprising:
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