JP2025024080A - ネガ型感光性樹脂組成物、並びにこれを用いたポリイミド及び硬化レリーフパターンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)一般式(1):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体、(B)ウレタン結合及び/又はウレア結合を含む化合物、(C)光重合開始剤、並びに(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマーを含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
[1]
(A)下記一般式(1):
で表される1価の有機基である。}
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体、
(B)ウレタン結合、及びウレア結合から成る群から選択される少なくとも1種を含む化合物、
(C)光重合開始剤、並びに
(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマー
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
[2]
前記(B)化合物は、ウレア結合を有する化合物である、項目1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[3]
前記(B)化合物は、下記一般式(3)又は(4):
で表される化合物である、項目1又は2に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[4]
前記(B)化合物は、(メタ)アクリル基、水酸基、及びアミノ基から成る群から選択される少なくとも1種の官能基を含む、項目1~3のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[5]
前記(D)重合性不飽和モノマーの重合性官能基は、(メタ)アクリル基である、項目1~4のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[6]
前記(D)重合性不飽和モノマーの官能基当量(g/mol)は、50~300である、項目1~5のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[7]
前記(A)ポリイミド前駆体の一般式(1)におけるY1は、下記一般式(5):
で表される構造である、項目1~6のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[8]
(E)防錆剤を更に含む、項目1~7のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[9]
前記(E)防錆剤は、含窒素複素環化合物を含む、項目8に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[10]
前記含窒素複素環化合物は、アゾール化合物である、項目9に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[11]
前記含窒素複素環化合物は、プリン、又はプリン誘導体である、項目10に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[12]
(F)シランカップリング剤を更に含む、項目1~11のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[13]
前記(A)ポリイミド前駆体の一般式(1)におけるX1は、下記一般式(20a)、(20b)、及び(20c):
から成る群から選択される少なくとも1種を含む構造である、項目1~12のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[14]
前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)化合物と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として1~50質量部の前記(D)重合性不飽和モノマーと
を含む、項目1~13のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[15]
項目1~14のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物に含まれる前記(A)ポリイミド前駆体をポリイミドに変換する工程を含む、ポリイミドの製造方法。
[16]
(1)項目1~14のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記基板上に形成する工程と、
(2)前記感光性樹脂層を露光する工程と、
(3)露光後の前記感光性樹脂層を現像して、レリーフパターンを形成する工程と、
(4)前記レリーフパターンを加熱処理して、硬化レリーフパターンを形成する工程と
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、(A)ポリイミド前駆体;(B)ウレタン結合、及びウレア結合から成る群から選択される少なくとも1種を含む化合物;(C)光重合開始剤、並びに(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマーを含む。なお、本明細書では、「ネガ型」とは、現像時に、未露光部が溶け、かつ露光部が残る感光性樹脂組成物をいう。
本実施形態における(A)ポリイミド前駆体は、ネガ型感光性樹脂組成物に含まれる樹脂成分であり、加熱環化処理を施すことによってポリイミドに変換される。ポリイミド前駆体は下記一般式(1)で表される構造単位を有するポリアミドである。
で表される1価の有機基である。}
一般式(20a)~(20c)のR6は、それぞれ、後述する一般式(21)のR6と同じであってもよく、又は異なってもよい。
これらの中で、硬化膜のガラス転移温度(Tg)又はヤング率の観点から、R14及びR15の少なくとも一方又は両方は、メチル基又はトリフルオロメチル基であることが好ましい。
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体であることが好ましい。
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体であることが好ましい。
(A)ポリイミド前駆体は、まず前述の4価の有機基X1を含むテトラカルボン酸二無水物と、光重合性の不飽和二重結合を有するアルコール類及び任意に不飽和二重結合を有さないアルコール類とを反応させて、部分的にエステル化したテトラカルボン酸(以下、アシッド/エステル体ともいう)を調製した後、これと、前述の2価の有機基Y1を含むジアミン類とをアミド重縮合させることにより得られる。
本実施形態で、(A)ポリイミド前駆体を調製するために好適に用いられる、4価の有機基X1を含むテトラカルボン酸二無水物としては、上記一般式(20)に示されるテトラカルボン酸二無水物をはじめ、例えば、無水ピロメリット酸(PMDA)、ジフェニルエーテル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸二無水物(ODPA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルメタン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-無水フタル酸)プロパン、2,2-ビス(3,4-無水フタル酸)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン等が挙げられる。好ましくは、無水ピロメリット酸(PMDA)、ジフェニルエーテル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸二無水物(ODPA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。また、これらは単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。
上記アシッド/エステル体(典型的には後述する溶剤中の溶液)に、氷冷下、適当な脱水縮合剤、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1-エトキシカルボニル-2-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリン、1,1-カルボニルジオキシ-ジ-1,2,3-ベンゾトリアゾール、N,N’-ジスクシンイミジルカーボネート等を投入混合してアシッド/エステル体をポリ酸無水物とした後、これに、本実施形態で好適に用いられる2価の有機基Y1を含むジアミン類を別途溶媒に溶解又は分散させたものを滴下投入し、アミド重縮合させることにより、目的のポリイミド前駆体を得ることができる。代替的には、上記アシッド/エステル体を、塩化チオニル等を用いてアシッド部分を酸クロライド化した後に、ピリジン等の塩基存在下に、ジアミン化合物と反応させることにより、目的のポリイミド前駆体を得ることができる。
本実施形態に用いられる(B)化合物は、分子構造中にウレタン結合、及びウレア結合から成る群から選択される少なくとも1種を含む(以下、本実施形態において、「ウレタン/ウレア化合物」ともいう。)。この(B)化合物の中で、Cu表面ボイド抑制又は耐薬品性の観点から、ウレア結合を有する化合物が好ましい。
したがって、本実施形態に係るポリイミドの製造、又は硬化レリーフパターンの製造においては、低温での加熱硬化であるにも関わらず、ポリイミドへの変換がほぼ完結しているため、それ以上の環化反応が進行しないために、収縮応力の発生がなく、密着性が高い状態を保つことができる。
また、ポリイミドへの変換がほぼ完結しているため、1層目のポリイミド膜に対して2層目を形成するために感光性樹脂組成物をコート、プリベークする際に、1層目が十分に耐溶媒性を有しているために、面内均一性が十分に発現すると考えている。
光重合開始剤は、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、及びフルオレノン等のベンゾフェノン誘導体;2,2’-ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、及び1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のアセトフェノン誘導体;チオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン等のチオキサントン誘導体、ベンジル、ベンジルジメチルケタール、及びベンジル-β-メトキシエチルアセタール等のベンジル誘導体;ベンゾイン、及びベンゾインメチルエーテル等のベンゾイン誘導体;1-フェニル-1,2-ブタンジオン-2-(o-メトキシカルボニル)オキシム、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(o-メトキシカルボニル)オキシム、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(o-ベンゾイル)オキシム、1,3-ジフェニルプロパントリオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、及び1-フェニル-3-エトキシプロパントリオン-2-(o-ベンゾイル)オキシム等のオキシム類;N-フェニルグリシン等のN-アリールグリシン類;ベンゾイルパークロライド等の過酸化物類;芳香族ビイミダゾール類;チタノセン類;並びにα-(n-オクタンスルフォニルオキシイミノ)-4-メトキシベンジルシアニド等の光酸発生剤類等が挙げられる。上記の光重合開始剤の中では、特に光感度の観点から、オキシム類がより好ましい。
本実施形態では、感光性樹脂組成物が、(D)成分として、分子構造中に3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマーを含有する。感光性樹脂組成物は、(D)重合性不飽和モノマーを含むことにより、保存安定性、及び耐薬品性を良好とすることができる。
なお、本実施形態にかかる官能基当量(g/mol)は、分子量を官能基数で除した値である。
本実施形態にかかる溶媒は、上記(A)ポリイミド前駆体、(B)ウレタン結合、又はウレア結合を有する化合物、(C)光重合開始剤、(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマーを均一に溶解または懸濁させ得る溶媒であればよい。これらの溶媒としては、アミド類、スルホキシド類、ウレア類(ただし、上記(B)ウレア結合を含む化合物を除く。)、ケトン類、エステル類、ラクトン類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類、及びアルコール類等が挙げられる。より具体的には、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、γ-ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ベンジルアルコール、フェニルグリコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、モルフォリン、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、1,4-ジクロロブタン、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン、アニソール、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等を使用することができる。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、防錆剤を更に含むことができる。防錆剤としては、金属を防錆できればよく、含窒素複素環化合物を挙げることができる。含窒素複素環化合物としては、アゾール化合物、及びプリン、又はプリン誘導体等が挙げられる。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、シランカップリング剤を更に含むことができる。シランカップリング剤としては、γ-アミノプロピルジメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメトキシメチル-3-ピペリジノプロピルシラン、ジエトキシ-3-グリシドキシプロピルメチルシラン、N-(3-ジエトキシメチルシリルプロピル)スクシンイミド、N-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]フタルアミド酸、ベンゾフェノン-3,3’-ビス(N-[3-トリエトキシシリル]プロピルアミド)-4,4’-ジカルボン酸、ベンゼン-1,4-ビス(N-[3-トリエトキシシリル]プロピルアミド)-2,5-ジカルボン酸、3-(トリエトキシシリル)プロピルスクシニックアンハイドライド、N-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、及び3-(トリアルコキシシリル)プロピルスクシン酸無水物等のシランカップリング剤を挙げることができる。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、上記(A)~(F)成分以外の成分を更に含有していてもよい。(A)~(F)成分以外の成分としては、ヒンダードフェノール化合物、有機チタン化合物、増感剤、上記(D)成分以外の重合性不飽和モノマー(例えば、その他の光重合性不飽和モノマー)、熱重合禁止剤等が挙げられる。
銅表面上の変色を抑制するために、ネガ型感光性樹脂組成物は、例えば、ヒンダードフェノール化合物を任意に含んでもよい。ヒンダードフェノール化合物としては、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2,5-ジ-t-ブチル-ハイドロキノン、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-ト、イソオクチル-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、4、4’-メチレンビス(2、6-ジ-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオ-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、トリエチレングリコール-ビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-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]、2,2-チオ-ジエチレンビス[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]、N,N’-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマミド)、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)、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]、トリス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-イソシアヌレイト、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)ベンゼン等が挙げられる。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、有機チタン化合物を含有してもよい。有機チタン化合物を含有することにより、低温で硬化した場合であっても耐薬品性に優れる感光性樹脂層を形成できる。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、光感度を向上させるために、増感剤を任意に含んでもよい。増感剤としては、例えば、ミヒラーズケトン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2,5-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)シクロペンタン、2,6-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)シクロヘキサノン、2,6-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)-4-メチルシクロヘキサノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)カルコン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)カルコン、p-ジメチルアミノシンナミリデンインダノン、p-ジメチルアミノベンジリデンインダノン、2-(p-ジメチルアミノフェニルビフェニレン)-ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノフェニルビニレン)ベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノフェニルビニレン)イソナフトチアゾール、1,3-ビス(4’-ジメチルアミノベンザル)アセトン、1,3-ビス(4’-ジエチルアミノベンザル)アセトン、3,3’-カルボニル-ビス(7-ジエチルアミノクマリン)、3-アセチル-7-ジメチルアミノクマリン、3-エトキシカルボニル-7-ジメチルアミノクマリン、3-ベンジロキシカルボニル-7-ジメチルアミノクマリン、3-メトキシカルボニル-7-ジエチルアミノクマリン、3-エトキシカルボニル-7-ジエチルアミノクマリン、N-フェニル-N’-エチルエタノールアミン、N-フェニルジエタノールアミン、N-p-トリルジエタノールアミン、N-フェニルエタノールアミン、4-モルホリノベンゾフェノン、ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、ジエチルアミノ安息香酸イソアミル、2-メルカプトベンズイミダゾール、1-フェニル-5-メルカプトテトラゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、及び2-(p-ジメチルアミノスチリル)ナフト(1,2-d)チアゾール、2-(p-ジメチルアミノベンゾイル)スチレン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、又は複数を組み合わせて、例えば2~5種類を組み合わせて用いることができる。
本実施形態にかかるその他の光重合性不飽和モノマーとして、分子構造中に重合性官能基を1つ又は2つ有する不飽和モノマーを含むことができる。
このような化合物として、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート等の、エチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノ又はジアクリレート及びメタクリレート、プロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノ又はジアクリレート、シクロヘキサンジアクリレート及びジメタクリレート、1,4-ブタンジオールのジアクリレート及びジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールのジアクリレート及びジメタクリレート、ネオペンチルグリコールのジアクリレート及びジメタクリレート、ビスフェノールAのモノ又はジアクリレート及びメタクリレート、イソボルニルアクリレート及びメタクリレート、アクリルアミド及びその誘導体、メタクリルアミド及びその誘導体、並びにこれら化合物のエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド付加物等の化合物を挙げることができる。
感光性樹脂組成物がその他の光重合性不飽和モノマーを含有する場合、その配合量は、上記(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマーの配合量より多くてもよく、少なくてもよく、同一でもよい。
本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物は、特に溶剤を含む溶液の状態での保存時のネガ型感光性樹脂組成物の粘度及び光感度の安定性を向上させるために、熱重合禁止剤を任意に含んでもよい。熱重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、N-ニトロソジフェニルアミン、p-tert-ブチルカテコール、フェノチアジン、N-フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6-ジ-tert-ブチル-p-メチルフェノール、5-ニトロソ-8-ヒドロキシキノリン、1-ニトロソ-2-ナフトール、2-ニトロソ-1-ナフトール、2-ニトロソ-5-(N-エチル-N-スルホプロピルアミノ)フェノール、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム塩、及びN-ニトロソ-N(1-ナフチル)ヒドロキシルアミンアンモニウム塩等が用いられる。
本実施形態の硬化レリーフパターンの製造方法は、以下の工程:
(1)上述した本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を上記基板上に形成する工程と、
(2)上記感光性樹脂層を露光する工程と、
(3)露光後の上記感光性樹脂層を現像してレリーフパターンを形成する工程と、
(4)上記レリーフパターンを加熱処理して、硬化レリーフパターンを形成する工程とを含む。
本工程では、本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、必要に応じてその後乾燥させて感光性樹脂層を形成する。塗布方法としては、従来から感光性樹脂組成物の塗布に用いられていた方法、例えば、スピンコーター、バーコーター、ブレードコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷機等で塗布する方法、及びスプレーコーターで噴霧塗布する方法等を用いることができる。
本工程では、上記で形成した感光性樹脂層を、紫外線光源等により露光する。露光方法としては、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパー等の露光装置を用いることができる。露光は、パターンを有するフォトマスク又はレチクルを介して又は直接に行うことができる。
本工程では、露光後の感光性樹脂層のうち未露光部を基板上から現像除去することにより、基板上にレリーフパターンを残す。露光(照射)後の感光性樹脂層を現像する現像方法としては、従来知られているフォトレジストの現像方法、例えば、回転スプレー法、パドル法、超音波処理を伴う浸漬法等の中から任意の方法を選択して使用することができる。また、現像の後、レリーフパターンの形状を調整する等の目的で、必要に応じて、任意の温度及び時間の組合せによる現像後ベークを施してもよい。
本工程では、上記現像により得られたレリーフパターンを加熱して感光成分を希散させるとともに、(A)ポリイミド前駆体をイミド化させることによって、ポリイミドから成る硬化レリーフパターンに変換する。加熱硬化の方法としては、例えば、ホットプレートによるもの、オーブンを用いるもの、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いるもの等種々の方法を選ぶことができる。加熱は、例えば、170℃~400℃で、好ましくは170℃~300℃で、より好ましくは170℃~250℃で、さらに好ましくは170℃~200℃で、例えば30分~5時間の条件で行うことができる。加熱硬化時の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。
上記ポリイミド前駆体組成物から形成される硬化レリーフパターンに含まれるポリイミドの構造は、下記一般式(10)で表される。
本実施形態では、上述した硬化レリーフパターンの製造方法により得られる硬化レリーフパターンを有する、半導体装置も提供される。従って、半導体素子である基材と、上述した硬化レリーフパターン製造方法により該基材上に形成されたポリイミドの硬化レリーフパターンとを有する半導体装置が提供されることができる。また、本実施形態は、基材として半導体素子を用い、上述した硬化レリーフパターンの製造方法を工程の一部として含む半導体装置の製造方法にも適用できる。本実施形態の半導体装置は、上記硬化レリーフパターン製造方法で形成される硬化レリーフパターンを、表面保護膜、層間絶縁膜、再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、又はバンプ構造を有する半導体装置の保護膜等として形成し、既知の半導体装置の製造方法と組合せることで製造することができる。
本実施形態では、表示体素子と該表示体素子の上部に設けられた硬化膜とを備える表示体装置であって、該硬化膜は上述の硬化レリーフパターンである表示体装置が提供される。ここで、当該硬化レリーフパターンは、当該表示体素子に直接接して積層されていてもよく、別の層を間に挟んで積層されていてもよい。例えば、該硬化膜として、TFT液晶表示素子及びカラーフィルター素子の表面保護膜、絶縁膜、及び平坦化膜、MVA型液晶表示装置用の突起、並びに有機EL素子陰極用の隔壁を挙げることができる。
(1)重量平均分子量
各樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(標準ポリスチレン換算)を用いて以下の条件下で測定した。
ポンプ:JASCO PU-980
検出器:JASCO RI-930
カラムオーブン:JASCO CO-965 40℃
カラム:昭和電工(株)製Shodex KD-806M 直列に2本、又は
昭和電工(株)製Shodex 805M/806M直列
標準単分散ポリスチレン:昭和電工(株)製Shodex STANDARD SM-105
移動相:0.1mol/L LiBr/N-メチル-2-ピロリドン(NMP)
流速:1mL/min
6インチシリコンウエハー(フジミ電子工業株式会社製、厚み625±25μm)上に、スパッタ装置(L-440S-FHL型、キヤノンアネルバ社製)を用いて200nm厚のTi、400nm厚のCuをこの順にスパッタした。続いて、このウエハー上に、後述の方法により調製したネガ型感光性樹脂組成物をコーターデベロッパー(D-Spin60A型、SOKUDO社製)を用いて回転塗布し、110℃で180秒間ホットプレートにてプリベークを行い、約7μm厚の塗膜を形成した。この塗膜に、テストパターン付マスクを用いて、プリズマGHI(ウルトラテック社製)により100~500mJ/cm2のエネルギーを照射した。次いで、この塗膜を、現像液としてシクロペンタノンを用いてコーターデベロッパー(D-Spin60A型、SOKUDO社製)でスプレー現像し、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートで、リンスすることにより、Cu上のレリーフパターンを得た。Cu上に該レリーフパターンを形成したウエハーを、昇温プログラム式キュア炉(VF-2000型、光洋リンドバーグ社製)を用いて、窒素雰囲気下、表1に記載の硬化温度において2時間加熱処理することにより、Cu上に約4~5μm厚の樹脂から成る硬化レリーフパターンを得た。
続いて、加熱処理後のレリーフパターンに、再度同じ条件にてコート、露光、及び硬化を行った。硬化後のポリイミド膜について、クラックが1ウエハー当たり4個以上発生したものを×(不良)、1ウエハー当たりクラック数が1~3個のものを△(許容)、クラックが発生していないものを〇(良好)、とした。
エポキシ系封止材として、長瀬ケムテックス社製のR4000シリーズを用意した。アルミスパッタしたシリコーンウエハー上に、封止材を厚みが約150μmになるようにスピンコートし、130℃で熱硬化させてエポキシ系封止材を硬化させた。上記エポキシ系硬化膜上に、各実施例、及び各比較例で作製した感光性樹脂組成物を最終膜厚が10μmになるように塗布した。塗布した感光性樹脂組成物を、アライナ(PLA-501F、キャノン社製)を用いて露光量600mJ/cm2のghi線で全面を露光した。その後、露光した感光性樹脂組成物を180℃、及び2時間にて熱硬化させて、厚み10μmの1層目の硬化膜を作製した。
評価:接着強度70MPa以上・・・密着力A
接着強度50MPa以上~70MPa未満・・・密着力B
接着強度30MPa以上~50MPa未満・・・密着力C
接着強度30MPa未満・・・密着力D
下記実施例で作製した感光性樹脂組成物を、調合した直後と、23℃で1か月間静置した後と、の粘度をそれぞれ測定し、変化率を算出した。
変化率(%)=23℃で1か月間静置した後の粘度×100/調合した直後
なお、粘度は下記の方法にて測定した。
E型粘度計(RE-80H、東機産業株式会社製)を用い、測定温度23℃、回転数1~10rpm、測定時間5分間、の条件で、感光性樹脂組成物の粘度測定を行った。なお、粘度計校正用標準液として、JS2000(日本グリース社製)を用いた。
変化率が、10%以下のものをA、10%を超えて20%以下であるものをB、20%を超えるものをCとして、評価した。
4,4’-オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gを2L容量のセパラブルフラスコに入れ、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)131.2gとγ-ブチロラクトン400mLを入れて室温下で攪拌し、攪拌しながらピリジン81.5gを加えて反応混合物を得た。反応による発熱の終了後に反応混合物を室温まで放冷し、16時間放置した。次に、氷冷下において、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)206.3gをγ-ブチロラクトン180mLに溶解した溶液を攪拌しながら40分掛けて反応混合物に加え、続いて4,4’-オキシジアニリン(ODA)93.0gをγ-ブチロラクトン350mLに懸濁したものを攪拌しながら60分掛けて加えた。更に室温で2時間攪拌した後、エチルアルコール30mLを加えて1時間攪拌し、次に、γ-ブチロラクトン400mLを加えた。反応混合物に生じた沈殿物をろ過により取り除き、反応液を得た。得られた反応液を3Lのエチルアルコールに加えて粗ポリマーから成る沈殿物を生成した。生成した粗ポリマーを濾別し、テトラヒドロフラン1.5Lに溶解して粗ポリマー溶液を得た。得られた粗ポリマー溶液を28Lの水に滴下してポリマーを沈殿させ、得られた沈殿物を濾別した後、真空乾燥して粉末状のポリマー(ポリマーA-1)を得た。ポリマー(A-1)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は20,000であった。
製造例1の4,4’-オキシジアニリン(ODA)93.0gに代えて、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン(m-TB)98.6gを用いた以外は、前述の製造例1に記載の方法と同様にして反応を行い、ポリマー(A-2)を得た。ポリマー(A-2)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は21,000であった。
ジエチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル55.1g(0.25mol)を500mL容量のセパラブルフラスコに入れ、テトラヒドロフラン150mLを入れて室温下で攪拌した。次に、氷冷下において、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社品、製品名:カレンズMOI)77.6g(0.50mol)にテトラヒドロフラン150mLを加えた溶液を30分掛けて上記フラスコ内に滴下し、室温で5時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いてテトラヒドロフランを留去し、化合物B-1を得た。
上記製造例4において、ジエチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル55.1gを2-(2-アミノエトキシ)エタノール26.3g(0.25mol)に代え、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社品、製品名:カレンズMOI)77.6gを38.8g(0.25mol)に代えた以外は実施例1と同様の方法で合成を行い、化合物B-7を得た。
上記製造例4において、ジエチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル55.1gをジ-n-オクチルアミン60.4g(0.25mol)に代え、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社品、製品名:カレンズMOI)77.6gを38.8g(0.25mol)に代えた以外は実施例1と同様の方法で合成を行い、化合物B-8を得た。
ジエタノールアミン2.10g(0.020mol)を100mL容量の三口フラスコに入れ、テトラヒドロフラン5.6gを入れて室温下で攪拌した。次に、氷冷下において、ヘキシルイソシアネート2.67g(0.021mol)にテトラヒドロフラン5.6gを加えた溶液を15分掛けて上記フラスコ内に滴下し、室温で4時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターを用いてテトラヒドロフランを留去し、化合物B-11を得た。
後述される化合物B-12のとおりの化合物を用意した。
ポリマーA-1を用いて以下の方法でネガ型感光性樹脂組成物を調製し、調製した組成物の評価を行った。(A)ポリイミド前駆体としてポリマーA-1:100g、(B)化合物として実施例1の化合物B-1:8g、(C)光重合開始剤としてエタノン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-(O-アセチルオキシム)(OXE-02、光重合開始剤C-1に該当):3g、(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマーとしてD-1化合物:8gを、γ-ブチロラクトン:120gとジメチルスルホキシド:30gの混合物に溶解した。得られた溶液の粘度を、少量のγ-ブチロラクトンを更に加えることによって、約30ポイズに調整し、ネガ型感光性樹脂組成物とした。該組成物を、前述の方法に従って評価した。結果を表1に示す。
表1に示すとおりの配合比で調製したこと以外は、実施例1と同様のネガ型感光性樹脂組成物を調製し、前述の方法に従って評価した。その結果を表1に示す。
D-1:ペンタエリスリトールテトラアクリレート(共栄社化学社製、アクリル当量:88g/mol)
D-2:トリメチロールプロパントリアクリレート(共栄社化学社製、アクリル当量:99g/mol)
Claims (13)
- (A)下記一般式(1):
{式中、X1は、4価の有機基であり、Y1は、2価の有機基であり、n1は、2~150の整数であり、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基であり、そしてR1及びR2の少なくとも一方は、下記一般式(2):
(式中、L1、L2及びL3は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~3の有機基であり、そしてm1は、2~10の整数である。)
で表される1価の有機基である。}
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体、
(B)ウレア結合を有する化合物、
(C)光重合開始剤、並びに
(D)3つ以上の重合性官能基を有する重合性不飽和モノマー
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物であって、
前記(B)化合物は、下記一般式(3)又は(4):
{式中、R7及びR8は、それぞれ独立に、酸素原子又は窒素原子を含んでよい炭素数1~20の1価の有機基(ただし電荷を持つ官能基を除く)であり、そしてR9及びR10は、それぞれ独立に、水素原子、又は酸素原子又は窒素原子を含んでよい炭素数1~20の1価の有機基(ただし電荷を持つ官能基を除く)である。}
{式中、R11及びR12は、それぞれ独立に、酸素原子又は窒素原子を含んでよい炭素数1~20の1価の有機基(ただし電荷を持つ官能基を除く)であり、そしてR13は、酸素原子又は窒素原子を含んでよい炭素数1~20の2価の有機基(ただし電荷を持つ官能基を除く)である。}
で表される化合物である、ネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記(D)重合性不飽和モノマーの重合性官能基は、(メタ)アクリル基である、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記(D)重合性不飽和モノマーの官能基当量(g/mol)は、50~300である、請求項1又は2に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の一般式(1)におけるY1は、下記一般式(5):
{式中、R14及びR15はそれぞれ独立に、水素原子、又はハロゲン原子を含んでよい炭素数1~10の1価の有機基である。}
で表される構造である、請求項1~3のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - (E)防錆剤を更に含む、請求項1~4のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記(E)防錆剤は、含窒素複素環化合物を含む、請求項5に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記含窒素複素環化合物は、アゾール化合物である、請求項6に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記含窒素複素環化合物は、プリン、又はプリン誘導体である、請求項7に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- (F)シランカップリング剤を更に含む、請求項1~8のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記(A)ポリイミド前駆体の一般式(1)におけるX1は、下記一般式(20a)、(20b)、及び(20c):
{式中、R6は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、及び炭素数1~10の含フッ素炭化水素基から成る群から選択される少なくとも1つであり、そしてlは、0~2から選択される整数である。}
{式中、R6は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、及び炭素数1~10の含フッ素炭化水素基から成る群から選択される少なくとも1つであり、そしてmは、それぞれ独立に、0~3から選択される整数である。}
{式中、R6は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、及び炭素数1~10の含フッ素炭化水素基から成る群から選択される少なくとも1つであり、そしてmは、それぞれ独立に、0~3から選択される整数である。}
から成る群から選択される少なくとも1種を含む構造である、請求項1~9のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)化合物と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として1~50質量部の前記(D)重合性不飽和モノマーと
を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 請求項1~11のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物に含まれる前記(A)ポリイミド前駆体をポリイミドに変換する工程を含む、ポリイミドの製造方法。
- (1)請求項1~11のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記基板上に形成する工程と、
(2)前記感光性樹脂層を露光する工程と、
(3)露光後の前記感光性樹脂層を現像して、レリーフパターンを形成する工程と、
(4)前記レリーフパターンを加熱処理して、硬化レリーフパターンを形成する工程と
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
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