WO2017002860A1 - ネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイス - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a negative photosensitive resin composition, a cured film, a method for producing a cured film, and a semiconductor device.
- the present invention relates to a negative photosensitive resin composition suitable for an interlayer insulating film for a rewiring layer.
- Thermosetting resins that are cured by cyclization are used for insulating layers of semiconductor devices because they are excellent in heat resistance and insulation.
- polyimide since polyimide has low solubility in a solvent, it is used in the state of a precursor (heterocycle-containing polymer precursor) before cyclization reaction, applied to a substrate, etc., and then heated to produce a heterocycle-containing polymer precursor. The body is cyclized to form a cured film.
- Patent Document 1 describes: (A) The following general formula (1): (In Formula (1), X 1 is a tetravalent organic group, Y 1 is a divalent organic group, n is an integer of 2 to 150, and R 1 and R 2 are respectively Independently, a hydrogen atom, the following general formula (2): (Wherein R 3 , R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom or an organic group having 1 to 3 carbon atoms, and m is an integer of 2 to 10). A valent organic group or a saturated aliphatic group having 1 to 4 carbon atoms. However, R 1 and R 2 are not simultaneously hydrogen atoms.
- Polyimide precursor having a structure represented by: 100 parts by mass, (B) Photopolymerization initiator: 1 to 20 parts by mass, and (C) a monocarboxylic acid compound having 2 to 30 carbon atoms having at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group, an ether group and an ester group: 0.01 to 10 parts by mass, A negative-type photosensitive resin composition containing the above is disclosed.
- Patent Document 2 includes (a) a polyimide resin having a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2), and (b) a positive type containing a quinonediazide compound. It is a photosensitive resin composition, and the imidation ratio of the polyimide resin having the structural unit represented by (a) the following general formula (1) and the structural unit represented by the following general formula (2) is 85%. The ratio of the structural unit represented by the following general formula (1) to the structural unit represented by the following general formula (2) is in the range of 30:70 to 90:10. A type photosensitive resin composition is disclosed.
- X 1 represents a tetracarboxylic acid residue having 1 to 4 aromatic rings
- Y 1 represents an aromatic diamine residue having 1 to 4 aromatic rings.
- X 2 represents a tetracarboxylic acid residue having 1 to 4 aromatic rings
- Y 2 represents a diamine residue having at least two alkylene glycol units in the main chain.
- the exposure latitude of the negative photosensitive resin composition can be broadened by adopting a polyimide precursor having a predetermined structure in the negative photosensitive resin composition. It has been found that it is possible to solve this problem. Specifically, the above problem has been solved by the following ⁇ 1>, preferably ⁇ 2> to ⁇ 15>.
- a negative photosensitive resin composition comprising a polyimide precursor having a repeating unit represented by the following general formula (1) and a radical photopolymerization initiator;
- General formula (1) A 1 and A 2 each independently represents an oxygen atom or —NH—, R 11 is a divalent linking group having a group represented by — (L—O—) n1 — in the main chain, L is an alkylene group or —Si (R) 2 —, and R is hydrogen An atom or a monovalent organic group, n1 is an integer of 2 or more, R 12 represents a tetravalent organic group, R 13 and R 14 each independently represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.
- R 11 is a structure represented by the following general formula (2), a structure represented by the following general formula (3), and a structure represented by the following general formula (4).
- R 21 and R 22 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and a plurality of R 21 may be the same or different; n2 Is an integer greater than or equal to 2; * represents the position linked to —NH— in the general formula (1);
- General formula (3) In General Formula (3), R 31 and R 32 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, L 31 represents a single bond or a divalent organic group, and L 32 and L 33 represent Each independently represents a divalent organic group, n3 is an integer of 2 or more; * represents a position linked to —NH— in the general formula (1);
- General formula (4) In the general formula (4), R 41 and R 42 each independently represent
- ⁇ 3> The negative photosensitive resin composition according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein at least one of R 13 and R 14 in the general formula (1) includes a radical polymerizable group.
- ⁇ 4> The negative photosensitive resin composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, further comprising a radical polymerizable compound.
- ⁇ 5> The negative photosensitive resin composition according to ⁇ 4>, wherein the radical polymerizable compound is a bifunctional or higher functional compound.
- ⁇ 6> The negative photosensitive resin composition according to ⁇ 4>, wherein the radical polymerizable compound is a bifunctional compound.
- ⁇ 7> The negative photosensitive resin composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein R 12 in the general formula (1) is a tetravalent organic group containing an aromatic ring.
- R 12 in the general formula (1) is a tetravalent organic group containing an aromatic ring.
- n1 in the general formula (1) is an integer of 2 to 200.
- ⁇ 11> The cured film according to ⁇ 10>, which is an interlayer insulating film for a rewiring layer.
- ⁇ 12> A method for producing a cured film, comprising using the negative photosensitive resin composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>.
- ⁇ 13> a step of applying the negative photosensitive resin composition to a substrate; A step of exposing the negative photosensitive resin composition applied to the substrate by irradiation with actinic rays or radiation, and The manufacturing method of the cured film as described in ⁇ 12> which has the process of developing with respect to the said exposed negative photosensitive resin composition.
- ⁇ 14> The method for producing a cured film according to ⁇ 13>, further comprising a step of heating the developed negative photosensitive resin composition at a temperature of 50 to 500 ° C. after the step of performing the development treatment.
- ⁇ 15> A semiconductor device having the cured film according to ⁇ 10> or ⁇ 11> or the cured film produced by the method according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 14>.
- the present invention makes it possible to provide a negative photosensitive resin composition having a wide exposure latitude, a cured film, a method for producing a cured film, and a semiconductor device.
- the description of the components in the present invention described below may be made based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
- the description which does not describe substitution and non-substitution includes what does not have a substituent and what has a substituent.
- the “alkyl group” includes not only an alkyl group having no substituent (unsubstituted alkyl group) but also an alkyl group having a substituent (substituted alkyl group).
- active light means, for example, an emission line spectrum of a mercury lamp, far ultraviolet rays represented by excimer laser, extreme ultraviolet rays (EUV light), X-rays, electron beams, and the like.
- light means actinic rays or radiation.
- exposure means not only exposure using far ultraviolet rays, X-rays, EUV light typified by mercury lamps and excimer lasers, but also particle beams such as electron beams and ion beams, unless otherwise specified. Include drawing in the exposure.
- a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- (meth) acrylate represents both and / or “acrylate” and “methacrylate”
- (meth) allyl means both “allyl” and “methallyl”
- (Meth) acryl” represents either “acryl” and “methacryl” or any one
- “(meth) acryloyl” represents both “acryloyl” and “methacryloyl”, or Represents either.
- the term “process” not only means an independent process, but also if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes, include.
- solid content concentration is the mass percentage of the mass of the other component except a solvent with respect to the gross mass of a composition.
- the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) are defined as polystyrene-converted values in gel permeation chromatography (GPC) measurement unless otherwise specified.
- the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) are, for example, HLC-8220 (manufactured by Tosoh Corporation), and guard columns HZ-L, TSKgel Super HZM-M, TSKgel.
- Negative photosensitive resin composition contains the polyimide precursor which has a repeating unit represented by following General formula (1), and radical photopolymerization initiator.
- General formula (1) In the general formula (1), A 1 and A 2 each independently represent an oxygen atom or —NH—, and R 11 has a group represented by — (L—O—) n1 — in the main chain.
- a valent linking group L is an alkylene group or —Si (R) 2 —, R is a hydrogen atom or a monovalent organic group, n1 is an integer of 2 or more, and R 12 is a tetravalent group.
- R 13 and R 14 each independently represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.
- the exposure latitude can be widened by incorporating a flexible structure in the portion of R 11 .
- the solubility could be improved by incorporating a flexible structure.
- the adhesion to the substrate can be improved while widening the exposure latitude. Furthermore, it is possible to maintain heat resistance while achieving these effects. Details of the present invention will be described below.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention includes a polyimide precursor having a repeating unit represented by the above general formula (1) (hereinafter sometimes referred to as “specific polyimide precursor”).
- the specific polyimide precursor may have only one type of repeating unit represented by the general formula (1), or may have two or more types.
- the negative photosensitive resin composition of this invention may contain only 1 type of specific polyimide precursors, and may contain 2 or more types.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain other repeating units that are imide precursors other than the repeating unit represented by the general formula (1).
- a 1 and A 2 each independently represents an oxygen atom or —NH—, preferably an oxygen atom.
- R 11 is a divalent linking group having a group represented by — (L—O—) n1 — in the main chain, L is an alkylene group or —Si (R) 2 —, and R is hydrogen It is an atom or a monovalent organic group, and n1 is an integer of 2 or more.
- L is an alkylene group
- the alkylene group may be a linear, branched or cyclic alkylene group, but a linear or branched alkylene group is preferred.
- the alkylene group preferably has 1 to 22 carbon atoms, more preferably 2 to 16, more preferably 2 to 8, and particularly preferably 2 to 4.
- R is a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a monovalent organic group, and examples of the monovalent organic group include an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group Group and an alkenyl group are preferable, and an alkyl group and an aryl group are more preferable.
- the alkyl group a linear alkyl group is preferable.
- the alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 and particularly preferably 1 to 3.
- aryl group a phenyl group is preferable.
- n1 is an integer of 2 or more, preferably an integer of 2 to 200, more preferably an integer of 4 to 200, and still more preferably an integer of 4 to 60.
- L may be included in one R 11 , or may be included in two or more.
- R 11 is, - (L-O-) n1 - with or made of group only represented, - (L-O-) n1 - is preferably made of a group and the alkylene group represented by. Examples of the alkylene group herein include linear or branched alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms.
- R 11 is preferably selected from a structure represented by general formula (2), a structure represented by general formula (3), and a structure represented by general formula (4). More preferably, the structure is represented by the general formula (2).
- General formula (2) In the general formula (2), R 21 and R 22 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and a plurality of R 21 may be the same or different; n2 Is an integer greater than or equal to 2; * represents a position linked to —NH— in the general formula (1).
- R 31 and R 32 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, L 31 represents a single bond or a divalent organic group, and L 32 and L 33 represent Each independently represents a divalent organic group, n3 is an integer of 2 or more; * represents a position connected to —NH— in formula (1).
- R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, L 41 represents a single bond or a divalent organic group, and L 42 and L 43 represent Each independently represents a divalent organic group, n4 is an integer of 2 or more; * represents a position linked to —NH— in formula (1).
- R 21 and R 22 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, Alternatively, a linear alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, and a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable.
- n2 is an integer of 2 or more, preferably an integer of 2 to 200, more preferably an integer of 4 to 200, and still more preferably an integer of 4 to 60.
- R 31 and R 32 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a monovalent organic group, more preferably an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, or an alkenyl group. Of these, an alkyl group and an aryl group are particularly preferable.
- the alkyl group a linear alkyl group is preferable.
- the alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 and particularly preferably 1 to 3.
- aryl group a phenyl group is preferable.
- L 31 represents a single bond or a divalent organic group, preferably a single bond or an alkylene group, and more preferably a single bond.
- alkylene group examples include linear or branched alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms.
- L 32 and L 33 each independently represent a divalent organic group, preferably an alkylene group, and more preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
- n3 is an integer of 2 or more, preferably an integer of 2 to 200, more preferably an integer of 4 to 200, and still more preferably an integer of 4 to 60.
- R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a monovalent organic group, more preferably an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group or an alkenyl group. Of these, an alkyl group and an aryl group are particularly preferable.
- a linear alkyl group is preferable.
- the alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 and particularly preferably 1 to 3.
- a phenyl group is preferable.
- a plurality of R 41 and R 42 contained in one molecule may be the same or different.
- L 41 represents a single bond or a divalent organic group, preferably a single bond or an alkylene group, and more preferably a single bond.
- the alkylene group include linear or branched alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms.
- L 42 and L 43 each independently represent a divalent organic group, preferably an alkylene group, and more preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
- n4 is an integer of 2 or more, preferably an integer of 2 to 200, more preferably an integer of 4 to 200, and still more preferably an integer of 4 to 60.
- x, y, z, n and m are arbitrary numbers, and indicate the molar ratio of each repeating unit.
- x is an integer from 2 to 200
- y is an integer from 2 to 200
- z is an integer from 2 to 200
- n is an integer from 2 to 200
- m is an integer from 2 to 200. It is.
- R 11 is also preferably a diamine residue remaining after removal of the amino group of a diamine containing two or more ethylene glycol chains or propylene glycol chains in one molecule, and more preferably an aromatic ring. Also included are diamine residues that do not contain.
- Examples include Jeffamine (registered trademark) KH-511, ED-600, ED-900, ED-2003, EDR-148, EDR-176, D-200, D-400, D-2000, D-4000 ( Trade names, manufactured by HUNTSMAN Co., Ltd.), 1- (2- (2- (2-aminopropoxy) ethoxy) propoxy) propan-2-amine, 1- (1- (1- (2-aminopropoxy) propane Examples include, but are not limited to, -2-yl) oxy) propan-2-amine and the like.
- x, y, and z are average values.
- R 11 is also preferably a diamine residue containing three or more divalent linking chains having silicon.
- the diamine residue containing three or more divalent linking chains having silicon include diamine residues of diamines represented by the following general formula (5).
- R 51 and R 52 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group
- L 51 represents a single bond or a divalent organic group
- L 52 and L 53 represent Each independently represents a divalent organic group
- n4 is an integer of 2 or more
- * represents a position linked to —NH— in formula (1).
- L 51 and R 52 a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a phenyl group and the like can be mentioned independently.
- L 51 is preferably a single bond from the viewpoint of raw material availability.
- Examples of L 52 and L 53 include a methylene group, an ethylene group, a butylene group, and a phenylene group, which may have a substituent.
- N4 is preferably an integer of 2 to 200, more preferably an integer of 4 to 100, and still more preferably an integer of 4 to 60.
- Examples include both-end amine-modified methyl silicone oil (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: KF-8010, X-22-161A, X-22-161B, KF-8012, KF-8008; Chisso Corporation: Cypralane FM-3311 , FM-3321, FM-3325), and both-end amine-modified phenyl silicone oils (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: X22-1660B-3, X-22-9409).
- R 12 represents a tetravalent organic group, preferably a tetravalent group containing an aromatic ring, represented by the following general formula (1-1) or general formula (1-2). More preferred are the groups
- R 112 represents a single bond or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, —O—, —CO—, —S—, —
- a group selected from SO 2 — and —NHCO—, and combinations thereof, is preferably a single bond or an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, —O More preferably, it is a divalent group selected from —, —CO—, —S— and —SO 2 —, and —CH 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, —C (CH 3 ) 2 More preferred is a divalent group selected from the group consisting of —, —O—, —CO—, —S— and —SO 2 —.
- R 12 is Examples thereof include a tetracarboxylic acid residue remaining after removal of an anhydride group from tetracarboxylic dianhydride. Specific examples include tetracarboxylic acid residues remaining after the removal of anhydride groups from the following tetracarboxylic dianhydrides.
- examples of R 12 include tetracarboxylic acid residues remaining after removal of anhydride groups from tetracarboxylic dianhydrides (DAA-1) to (DAA-5) shown below.
- R 12 preferably has an OH group. More specifically, preferred examples of R 12 include tetracarboxylic acid residues remaining after removal of anhydride groups from (DAA-1) to (DAA-5).
- R 13 and R 14 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group.
- a substituent that improves the solubility in a developer is preferably used.
- R 13 and R 14 are preferably a hydrogen atom or a monovalent organic group.
- the monovalent organic group include an aryl group and an aralkyl group having one, two or three, preferably one acidic group, bonded to the carbon atom of the aryl group.
- Specific examples include an aryl group having 6 to 20 carbon atoms having an acidic group and an aralkyl group having 7 to 25 carbon atoms having an acidic group. More specifically, a phenyl group having an acidic group and a benzyl group having an acidic group can be mentioned.
- the acidic group is preferably an OH group.
- R 13 and R 14 are preferably a hydrogen atom, 2-hydroxybenzyl, 3-hydroxybenzyl and 4-hydroxybenzyl from the viewpoint of solubility in an aqueous developer.
- R 13 and R 14 are preferably monovalent organic groups.
- the monovalent organic group preferably includes a linear or branched alkyl group, a cyclic alkyl group, and an aryl group, and more preferably an alkyl group substituted with an aryl group.
- the alkyl group preferably has 1 to 30 carbon atoms.
- the alkyl group may be linear, branched or cyclic.
- linear or branched alkyl group examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, a dodecyl group, a tetradecyl group, and an octadecyl group.
- the cyclic alkyl group may be a monocyclic cyclic alkyl group or a polycyclic cyclic alkyl group.
- Examples of the monocyclic alkyl group include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group.
- Examples of the polycyclic alkyl group include an adamantyl group, a norbornyl group, a bornyl group, a camphenyl group, a decahydronaphthyl group, a tricyclodecanyl group, a tetracyclodecanyl group, a camphoroyl group, a dicyclohexyl group, and a pinenyl group. Is mentioned. Among these, a cyclohexyl group is most preferable from the viewpoint of achieving high sensitivity. Moreover, as an alkyl group substituted by the aryl group, the linear alkyl group substituted by the aryl group mentioned later is preferable.
- aryl group examples include substituted or unsubstituted benzene ring, naphthalene ring, pentalene ring, indene ring, azulene ring, heptalene ring, indecene ring, perylene ring, pentacene ring, acenaphthene ring, phenanthrene ring, anthracene.
- Examples of the polymerizable group possessed by R 13 and R 14 include an epoxy group, an oxetanyl group, a group having an ethylenically unsaturated bond, a blocked isocyanate group, an alkoxymethyl group, a methylol group, and an amino group.
- an embodiment including a radical polymerizable group is exemplified, and a group having an ethylenically unsaturated bond is more preferable.
- Examples of the group having an ethylenically unsaturated bond include a vinyl group, a (meth) allyl group, a group represented by the following formula (III), and the like.
- R 200 represents hydrogen or methyl, and methyl is more preferable.
- R 201 represents an alkylene group having 2 to 12 carbon atoms, —CH 2 CH (OH) CH 2 — or a polyoxyalkylene group having 4 to 30 carbon atoms.
- suitable R 201 are ethylene, propylene, trimethylene, tetramethylene, 1,2-butanediyl, 1,3-butanediyl, pentamethylene, hexamethylene, octamethylene, dodecamethylene, —CH 2 CH (OH) CH 2 —, And ethylene, propylene, trimethylene, and —CH 2 CH (OH) CH 2 — are more preferable.
- R 200 is methyl and R 201 is ethylene.
- R 13 and R 14 in the general formula (1) contain a polymerizable group (preferably a radical polymerizable group)
- the molar ratio of polymerizable group: non-polymerizable group is preferably 100: 0 to 5 : 95, more preferably 100: 0 to 20:80, and still more preferably 100: 0 to 50:50.
- the counter amine salt may be formed with the tertiary amine compound.
- the tertiary amine compound having such a tyrenic unsaturated bond include N, N-dimethylaminopropyl methacrylate.
- the specific polyimide precursor preferably has a fluorine atom in the structural unit from the viewpoint of improving resolution.
- the fluorine atom imparts water repellency to the surface of the film during alkali development, and soaking in from the surface can be suppressed.
- the fluorine atom content in the specific polyimide precursor is preferably 10% by mass or more, and preferably 20% by mass or less from the viewpoint of solubility in an alkaline aqueous solution.
- the specific polyimide precursor may be copolymerized with an aliphatic group having a siloxane structure.
- the diamine component include bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane and bis (p-aminophenyl) octamethylpentasiloxane.
- the specific polyimide precursor is end-capped with a main chain terminal such as monoamine, acid anhydride, monocarboxylic acid, monoacid chloride compound, monoactive ester compound and the like. It is preferable to seal with a stopper. Of these, it is more preferable to use a monoamine.
- a monoamine include aniline, 2-ethynylaniline, 3-ethynylaniline, 4-ethynylaniline, 5-amino-8-hydroxyquinoline, 1-hydroxy-7-aminonaphthalene and 1-hydroxy-6-aminonaphthalene.
- the specific polyimide precursor may contain a repeating unit other than the repeating unit represented by the general formula (1) (hereinafter sometimes referred to as “other repeating unit”).
- other repeating units a divalent organic group other than a divalent linking group having R 11 in the main chain having a group represented by — (L—O—) n1 — in the general formula (1). (hereinafter, sometimes referred to R 111) repeating units is preferably. That is, in the general formula (1), a group in which R 11 is replaced with R 111 described below is preferable.
- Examples of the divalent organic group represented by R 111 include linear or branched aliphatic groups, cyclic aliphatic groups, and groups containing aryl groups, and linear or branched aliphatic groups having 2 to 20 carbon atoms. And a group consisting of a cyclic aliphatic group having 6 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a combination thereof, more preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. The following are mentioned as an example of an aryl group.
- specific polyimide precursor, the general formula R 11 (1) may contain a structure and another repeating unit, such as listed below.
- Examples of the divalent organic group that may be partially used at the position of R 11 include a diamine residue remaining after removal of the amino group of the diamine.
- Examples of the diamine include aliphatic, cycloaliphatic or aromatic diamines. Specific examples include diamine residues remaining after removal of the amino groups of the following diamines.
- 1,2-diaminoethane 1,2-diaminopropane, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane and 1,6-diaminohexane; 1,2- or 1,3-diaminocyclopentane, 1, 2-, 1,3- or 1,4-diaminocyclohexane, 1,2-, 1,3- or 1,4-bis (aminomethyl) cyclohexane, bis- (4-aminocyclohexyl) methane, bis- (3 -Aminocyclohexyl) methane, 4,4'-diamino-3,3'-dimethylcyclohexylmethane and isophoronediamine; m- and p-phenylenediamine, diaminotoluene, 4,4'- and 3,3'-diaminobiphenyl, 4,4'- and 3,3'-diaminodiphenyl ether
- R 111 also include diamine residues remaining after removal of the amino groups of diamines (DA-1) to (DA-18) shown below.
- R 111 is preferably a diamine residue remaining after removal of the amino group of the following diamine.
- R 111 is more preferably a diamine residue remaining after removal of the amino group of the following diamine.
- p-phenylenediamine, 4,4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminodiphenyl ether 2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-amino-4-) Hydroxyphenyl) hexafluoropropane, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, 4,4′-diamino-2,2′-bis (trifluoromethyl) Biphenyl; the above (DA-7), (DA-8), (DA-12), (DA-13); Jeffamine (registered trademark) KH-511, ED-600, ED-900, EDR-148, EDR-176, D-200, D-400, D-2000 (trade names, manufactured by HUNTSMAN Co., Ltd
- the other repeating units other than the repeating unit represented by the general formula (1) are A 1 and A 2 in the general formula (1) in the general formula (1) except for R 11 being R 111. , R 12 , R 13 and R 14 , and the preferred range is also the same. Note that in particular polyimide precursor, in the repeating unit represented by the general formula (1), A 1, A 2, R 12, R 13 and R 14 and A 1, A 2 in the other repeating units, R 12, R 13 and R 14 may be the same or different.
- the content of the other repeating units is preferably 1 to 60 mol%, and more preferably 5 to 50 mol%.
- the weight average molecular weight (Mw) of the specific polyimide precursor is preferably 20000 to 28000, more preferably 22000 to 27000, and further preferably 23000 to 25000.
- the dispersity (Mw / Mn) of the specific polyimide precursor is not particularly defined, but is preferably 1.0 or more, more preferably 2.5 or more, and 2.8 or more. Further preferred.
- the upper limit of the degree of dispersion of the specific polyimide precursor is not particularly defined, but is preferably 4.5 or less, for example, or 3.4 or less.
- the content of the specific polyimide precursor in the negative photosensitive resin composition of the present invention is preferably 20 to 100% by mass, more preferably 50 to 99% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition. 70 to 99% by mass is more preferable, and 80 to 99% by mass is particularly preferable.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a polyimide precursor other than the specific polyimide precursor.
- a polyimide precursor which does not contain the repeating unit represented by General formula (1), such as a polyimide precursor which consists only of said other repeating unit, is illustrated.
- it can also be set as the structure which does not contain another polyimide precursor substantially. “Substantially free” means, for example, that the content of the other polyimide precursor contained in the negative photosensitive resin composition of the present invention is 3% by mass or less of the content of the specific polyimide precursor. .
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain other resin components without departing from the spirit of the present invention.
- other resin components include polybenzoxazole precursors and polyimide resins.
- it can also be set as the structure which does not contain resin other than a polyimide precursor substantially. “Substantially free” means, for example, that the content of the resin other than the polyimide precursor contained in the negative photosensitive resin composition of the present invention is 3% by mass or less of the content of the polyimide precursor. .
- the negative photosensitive resin composition of the present invention contains a radical photopolymerization initiator.
- the photo-radical polymerization initiator can perform negative development by initiating polymerization of a radical polymerizable group that the repeating unit represented by the general formula (1) may have or a radical polymerizable compound described later. it can. More specifically, after applying a negative photosensitive resin composition to a semiconductor wafer or the like to form a layered composition layer, irradiation with light causes curing by radicals, and solubility in the light irradiation part. Can be reduced. For this reason, there exists an advantage that the area
- the radical photopolymerization initiator is not particularly limited as long as it has the ability to initiate a polymerization reaction (crosslinking reaction) of a radically polymerizable compound or the like, and can be appropriately selected from known radical photopolymerization initiators. For example, those having photosensitivity to light in the ultraviolet region to the visible region are preferable. Further, it may be an activator that generates some active radicals by generating some action with the photoexcited sensitizer.
- the radical photopolymerization initiator preferably contains at least one compound having a molecular extinction coefficient of at least about 50 within a range of about 300 to 800 nm (preferably 330 to 500 nm). The molecular extinction coefficient of the compound can be measured using a known method. For example, it is preferable to measure with an ultraviolet-visible spectrophotometer (Cary-5 spectrophotometer manufactured by Varian) using an ethyl acetate solvent at a concentration of 0.01 g / L.
- radical photopolymerization initiator known compounds can be used without limitation.
- halogenated hydrocarbon derivatives for example, those having a triazine skeleton, those having an oxadiazole skeleton, those having a trihalomethyl group
- Acylphosphine compounds such as acylphosphine oxide, oxime compounds such as hexaarylbiimidazole and oxime derivatives, organic peroxides, thio compounds, ketone compounds, aromatic onium salts, ketoxime ethers, aminoacetophenone compounds, hydroxyacetophenone, azo Compounds, azide compounds, metallocene compounds, organic boron compounds, iron arene complexes, and the like.
- halogenated hydrocarbon derivatives having a triazine skeleton examples include those described in Wakabayashi et al., Bull. Chem. Soc. Japan, 42, 2924 (1969), a compound described in British Patent 1388492, a compound described in JP-A-53-133428, a compound described in German Patent 3337024, F . C. J. Schaefer et al. Org. Chem. 29, 1527 (1964), compounds described in JP-A-62-258241, compounds described in JP-A-5-281728, compounds described in JP-A-5-34920, Examples thereof include compounds described in Japanese Patent No. 4221976.
- Examples of the compounds described in US Pat. No. 4,221,976 include compounds having an oxadiazole skeleton (for example, 2-trichloromethyl-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole, 2-trichloro Methyl-5- (4-chlorophenyl) -1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5- (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5 (2-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole, 2-tribromomethyl-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole, 2-tribromomethyl-5- (2-naphthyl)- 1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5-styryl-1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5- (4-chlorostyryl) 1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5-
- radical photopolymerization initiators other than the above, compounds described in paragraph No. 0086 of JP-A-2015-087611, JP-A-53-133428, JP-B-57-1819, JP-A-57-1 Examples thereof include compounds described in Japanese Patent No. 6096 and US Pat. No. 3,615,455, the contents of which are incorporated herein.
- Examples of the ketone compound include compounds described in paragraph No. 0087 of JP-A-2015-087611, the contents of which are incorporated herein.
- Kaya Cure DETX manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
- Nippon Kayaku Co., Ltd. is also preferably used.
- hydroxyacetophenone compounds As the photoradical polymerization initiator, hydroxyacetophenone compounds, aminoacetophenone compounds, and acylphosphine compounds can also be suitably used. More specifically, for example, aminoacetophenone initiators described in JP-A-10-291969 and acylphosphine oxide initiators described in Japanese Patent No. 4225898 can also be used.
- hydroxyacetophenone-based initiator IRGACURE-184, DAROCUR-1173, IRGACURE-500, IRGACURE-2959, IRGACURE-127 (trade names: all manufactured by BASF) can be used.
- aminoacetophenone initiator commercially available IRGACURE-907, IRGACURE-369, IRGACURE-784, and IRGACURE-379 (all trade names: manufactured by BASF) can be used. IRGACURE is a registered trademark.
- aminoacetophenone-based initiator compounds described in JP-A-2009-191179 whose absorption wavelength is matched with a light source of 365 nm or 405 nm can also be used.
- acylphosphine initiator commercially available products such as IRGACURE-819 and DAROCUR-TPO (trade names: both manufactured by BASF) can be used.
- an oxime compound is more preferable.
- the oxime compound compounds described in JP-A No. 2001-233842, compounds described in JP-A No. 2000-80068, and compounds described in JP-A No. 2006-342166 can be used.
- Preferred oxime compounds include, for example, 3-benzoyloxyiminobutan-2-one, 3-acetoxyiminobutan-2-one, 3-propionyloxyiminobutan-2-one, 2-acetoxyiminopentan-3-one, 2-acetoxyimino-1-phenylpropan-1-one, 2-benzoyloxyimino-1-phenylpropan-1-one, 3- (4-toluenesulfonyloxy) iminobutan-2-one, and 2-ethoxycarbonyloxy And imino-1-phenylpropan-1-one.
- Examples of oxime compounds include J.M. C. S. Perkin II (1979) pp. 1653-1660, J.A. C. S. Perkin II (1979) pp. 156-162, and Journal of Photopolymer Science and Technology (1995) pp. And the compounds described in JP-A 2000-66385, JP-A 2000-80068, JP-T 2004-534797, and JP-A 2006-342166.
- IRGACURE-OXE01 manufactured by BASF
- IRGACURE-OXE02 manufactured by BASF
- N-1919 manufactured by ADEKA
- JP-A-2007-231000 and JP-A-2007-322744 can also be suitably used.
- the cyclic oxime compounds fused to carbazole dyes described in JP 2010-32985 A and JP 2010-185072 A in particular have high light absorption and high sensitivity.
- a compound described in JP-A-2009-242469, which is a compound having an unsaturated bond at a specific site of the oxime compound can also be suitably used.
- an oxime compound having a fluorine atom It is also possible to use an oxime compound having a fluorine atom.
- an initiator include compounds described in JP 2010-262028 A, compounds 24, 36 to 40 described in paragraph No. 0345 of JP 2014-500852 A, JP Examples thereof include compound (C-3) described in paragraph No. 0101 of 2013-164471.
- Specific examples include the following compounds.
- As the most preferred oxime compounds there are oxime compounds having a specific substituent, as disclosed in JP 2007-267979 A, and oxime compounds having a thioaryl group, as disclosed in JP 2009-191061 A.
- the photo radical polymerization initiator is a trihalomethyltriazine compound, a benzyldimethyl ketal compound, an ⁇ -hydroxyketone compound, an ⁇ -aminoketone compound, an acylphosphine compound, a phosphine oxide compound, a metallocene compound, an oxime compound, Selected from the group consisting of allylimidazole dimer, onium compound, benzothiazole compound, benzophenone compound, acetophenone compound and derivatives thereof, cyclopentadiene-benzene-iron complex and salt thereof, halomethyloxadiazole compound, 3-aryl substituted coumarin compound Are preferred.
- trihalomethyltriazine compounds More preferred are trihalomethyltriazine compounds, ⁇ -aminoketone compounds, acylphosphine compounds, phosphine oxide compounds, oxime compounds, triarylimidazole dimers, onium compounds, benzophenone compounds, and acetophenone compounds, and more preferred are trihalomethyltriazine compounds. , ⁇ -aminoketone compounds, oxime compounds, triarylimidazole dimers, and benzophenone compounds, and most preferably oxime compounds.
- the content of the photo radical polymerization initiator is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.1 to 20% by mass, and still more preferably 0 to the total solid content of the negative photosensitive resin composition. 1 to 10% by mass.
- the radically polymerizable compound is preferably contained in an amount of 1 to 20 parts by mass, more preferably 3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the radically polymerizable compound.
- One type of radical photopolymerization initiator may be sufficient, and 2 or more types may be sufficient as it. When there are two or more radical photopolymerization initiators, the total is preferably in the above range.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a radical polymerizable compound other than the polyimide precursor.
- a radical polymerizable compound By containing a radically polymerizable compound, a cured film having better heat resistance can be formed. Furthermore, pattern formation can also be performed by photolithography.
- the radical polymerizable compound a compound having an ethylenically unsaturated bond is preferable, and a compound containing two or more ethylenically unsaturated groups is more preferable.
- the radically polymerizable compound may be in any of chemical forms such as monomers, prepolymers, oligomers and mixtures thereof, and multimers thereof.
- a monomer type radical polymerizable compound (hereinafter also referred to as a radical polymerizable monomer) is a compound different from a polymer compound.
- the radical polymerizable monomer is typically a low molecular compound, preferably a low molecular compound having a molecular weight of 2000 or less, more preferably a low molecular compound having a molecular weight of 1500 or less, and a low molecular compound having a molecular weight of 900 or less. More preferably, it is a compound.
- the molecular weight of the radical polymerizable monomer is usually 100 or more.
- the oligomer type radical polymerizable compound is typically a polymer having a relatively low molecular weight, and is preferably a polymer in which 10 to 100 radical polymerizable monomers are bonded.
- the molecular weight is preferably 2000 to 20000, more preferably 2000 to 15000, and still more preferably 2000 to 10000 in terms of polystyrene in gel permeation chromatography (GPC).
- the number of functional groups of the radical polymerizable compound means the number of radical polymerizable groups in one molecule.
- the radical polymerizable compound preferably contains at least one bifunctional or higher functional radical polymerizable compound containing two or more radical polymerizable groups, and preferably contains at least one bifunctional radical polymerizable compound. More preferably.
- ⁇ Compound having an ethylenically unsaturated bond As a group having an ethylenically unsaturated bond, a styryl group, a vinyl group, a (meth) acryloyl group and a (meth) allyl group are preferable, and a (meth) acryloyl group is more preferable.
- the compound having an ethylenically unsaturated bond include unsaturated carboxylic acids (for example, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, etc.) and esters thereof, amides, and these Preferred are an ester of an unsaturated carboxylic acid and a polyhydric alcohol compound, an amide of an unsaturated carboxylic acid and a polyvalent amine compound, and a multimer thereof.
- unsaturated carboxylic acids for example, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, etc.
- esters thereof esters thereof, amides
- these Preferred are an ester of an unsaturated carboxylic acid and a polyhydric alcohol compound, an amide of an unsaturated carboxylic acid and a polyvalent amine compound, and a multimer thereof.
- a dehydration condensation product with a polyfunctional carboxylic acid is preferably used.
- an addition reaction product of an unsaturated carboxylic acid ester or amide having an electrophilic substituent such as an isocyanate group or an epoxy group with a monofunctional or polyfunctional alcohol, amine, or thiol, and a halogen group A substitution reaction product of an unsaturated carboxylic acid ester or amide having a detachable substituent such as a tosyloxy group and a monofunctional or polyfunctional alcohol, amine or thiol is also suitable.
- esters of polyhydric alcohol compounds and unsaturated carboxylic acids include acrylic acid esters such as ethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, 1,3-butanediol diacrylate, and tetramethylene glycol diacrylate.
- Methacrylic acid esters include tetramethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolethane trimethacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, Hexanediol dimethacrylate, pentaerythritol dimethacrylate, pentaerythritol trimethacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, dipentaerythritol dimethacrylate, dipentaerythritol hexamethacrylate, sorbitol trimethacrylate, sorbitol tetramethacrylate, bis [p- (3-methacryloxy- 2-hydroxyp Epoxy) phenyl] dimethyl methane, bis - (methacryloxy
- Itaconic acid esters include ethylene glycol diitaconate, propylene glycol diitaconate, 1,3-butanediol diitaconate, 1,4-butanediol diitaconate, tetramethylene glycol diitaconate, pentaerythritol diitaconate And sorbitol tetritaconate.
- crotonic acid esters examples include ethylene glycol dicrotonate, tetramethylene glycol dicrotonate, pentaerythritol dicrotonate, and sorbitol tetradicrotonate.
- isocrotonic acid esters examples include ethylene glycol diisocrotonate, pentaerythritol diisocrotonate, and sorbitol tetraisocrotonate.
- maleic acid esters examples include ethylene glycol dimaleate, triethylene glycol dimaleate, pentaerythritol dimaleate, and sorbitol tetramaleate.
- esters examples include aliphatic alcohol esters described in JP-B-46-27926, JP-B-51-47334, JP-A-57-196231, and JP-A-59-5240.
- the compounds having an aromatic skeleton described in JP-A No. 59-5241, JP-A-2-226149, compounds containing an amino group described in JP-A 1-165613, and the like are also preferably used. It is done.
- amide monomers of polyvalent amine compounds and unsaturated carboxylic acids include methylene bis-acrylamide, methylene bis-methacrylamide, 1,6-hexamethylene bis-acrylamide, 1,6-hexamethylene bis-methacrylic.
- examples include amide, diethylenetriamine trisacrylamide, xylylene bisacrylamide, and xylylene bismethacrylamide.
- Examples of other preferable amide monomers include monomers having a cyclohexylene structure described in JP-B No. 54-21726.
- urethane-based addition-polymerizable monomers produced using an addition reaction of isocyanate and hydroxyl group are also suitable.
- Specific examples thereof include, for example, one molecule described in JP-B-48-41708.
- Examples thereof include a vinylurethane compound containing two or more polymerizable vinyl groups in one molecule obtained by adding a vinyl monomer containing a hydroxyl group to a polyisocyanate compound having two or more isocyanate groups.
- urethane acrylates as described in JP-A-51-37193, JP-B-2-32293, JP-B-2-16765, JP-B-58-49860, JP-B-56- Urethane compounds having an ethylene oxide skeleton described in Japanese Patent No. 17654, Japanese Patent Publication No. 62-39417, and Japanese Patent Publication No. 62-39418 are also suitable.
- the compounds described in paragraph numbers 0095 to 0108 of JP-A-2009-288705 can also be suitably used in the present invention.
- the compound which has an ethylenically unsaturated bond the compound which has a boiling point of 100 degreeC or more under a normal pressure is also preferable.
- monofunctional acrylates and methacrylates such as polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate; polyethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolethanetri ( (Meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, hexanediol ( (Meth) acrylate, trimethylolpropane
- n is an integer of 0 to 14, and m is an integer of 1 to 8.
- a plurality of R and T present in one molecule may be the same or different.
- Specific examples of the compound having an ethylenically unsaturated bond represented by the general formulas (MO-1) to (MO-5) are described in paragraph numbers 0248 to 0251 of JP-A-2007-267979. The compound can be suitably used in the present invention.
- JP-A-10-62986 compounds represented by general formulas (1) and (2) together with specific examples thereof, which are (meth) acrylated after addition of ethylene oxide or propylene oxide to a polyfunctional alcohol are also included. Can be used as a polymerizable compound.
- Examples of the compound having an ethylenically unsaturated bond include dipentaerythritol triacrylate (as a commercially available product, KAYARAD D-330; manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), dipentaerythritol tetraacrylate (as a commercially available product, KAYARAD D-320).
- the compound having an ethylenically unsaturated bond may be a polyfunctional monomer having an acid group such as a carboxy group, a sulfonic acid group, or a phosphoric acid group.
- the polyfunctional monomer having an acid group is preferably an ester of an aliphatic polyhydroxy compound and an unsaturated carboxylic acid, and a non-aromatic carboxylic acid anhydride is reacted with an unreacted hydroxyl group of the aliphatic polyhydroxy compound. More preferably, the ester is a polyfunctional monomer in which the aliphatic polyhydroxy compound is pentaerythritol and / or dipentaerythritol.
- Examples of commercially available products include M-510 and M-520, which are polybasic acid-modified acrylic oligomers manufactured by Toagosei Co., Ltd.
- the polyfunctional monomer having an acid group one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. Moreover, you may use together the polyfunctional monomer which does not have an acid group, and the polyfunctional monomer which has an acid group as needed.
- a preferable acid value of the polyfunctional monomer having an acid group is 0.1 to 40 mgKOH / g, and particularly preferably 5 to 30 mgKOH / g. When the acid value of the polyfunctional monomer is in the above range, the production and handling properties are excellent, and further, the developability is excellent. Moreover, radical polymerizability is favorable.
- a compound having a caprolactone structure can also be used.
- the compound having a caprolactone structure and an ethylenically unsaturated bond is not particularly limited as long as it has a caprolactone structure in the molecule.
- R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
- m represents a number of 1 or 2
- “*” represents a bond.
- R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and “*” represents a bond.
- the compounds having a caprolactone structure and an ethylenically unsaturated bond can be used alone or in admixture of two or more.
- the compound having an ethylenically unsaturated bond is also preferably at least one selected from the group of compounds represented by the following general formula (i) or (ii).
- each E independently represents — ((CH 2 ) y CH 2 O) — or — ((CH 2 ) y CH (CH 3 ) O) —
- Each y independently represents an integer of 0 to 10
- each X independently represents a (meth) acryloyl group, a hydrogen atom, or a carboxy group.
- the total number of (meth) acryloyl groups is 3 or 4
- each m independently represents an integer of 0 to 10
- the total of each m is an integer of 0 to 40.
- any one of X is a carboxy group.
- the total number of (meth) acryloyl groups is 5 or 6, each n independently represents an integer of 0 to 10, and the total of each n is an integer of 0 to 60. However, when the total of each n is 0, any one of X is a carboxy group.
- m is preferably an integer of 0 to 6, and more preferably an integer of 0 to 4.
- the total of each m is preferably an integer of 2 to 40, more preferably an integer of 2 to 16, and particularly preferably an integer of 4 to 8.
- n is preferably an integer of 0 to 6, more preferably an integer of 0 to 4.
- the total of each n is preferably an integer of 3 to 60, more preferably an integer of 3 to 24, and particularly preferably an integer of 6 to 12.
- bonds with is preferable.
- a form in which all six Xs are acryloyl groups is preferable.
- the compound represented by the general formula (i) or (ii) is a conventionally known process in which a ring-opening skeleton is bonded by a ring-opening addition reaction of ethylene oxide or propylene oxide with pentaerythritol or dipentaerythritol. And a step of introducing a (meth) acryloyl group by reacting, for example, (meth) acryloyl chloride with the terminal hydroxyl group of the ring-opening skeleton. Each step is a well-known step, and a person skilled in the art can easily synthesize a compound represented by the general formula (i) or (ii).
- pentaerythritol derivatives and dipentaerythritol derivatives are more preferable.
- Specific examples include compounds represented by the following formulas (a) to (f) (hereinafter also referred to as “exemplary compounds (a) to (f)”).
- exemplary compounds (a), (f) b), (e) and (f) are preferred.
- Examples of commercially available polymerizable compounds represented by general formulas (i) and (ii) include SR-494, a tetrafunctional acrylate having four ethyleneoxy chains manufactured by Sartomer, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. DPCA-60, which is a hexafunctional acrylate having six pentyleneoxy chains, and TPA-330, which is a trifunctional acrylate having three isobutyleneoxy chains.
- Examples of the compound having an ethylenically unsaturated bond include those described in JP-B-48-41708, JP-A-51-37193, JP-B-2-32293, and JP-B-2-16765.
- Urethane acrylates and urethane compounds having an ethylene oxide skeleton described in JP-B-58-49860, JP-B-56-17654, JP-B-62-39417, and JP-B-62-39418 are also suitable. It is.
- polymerizable compounds having an amino structure or a sulfide structure in the molecule described in JP-A-63-277653, JP-A-63-260909, and JP-A-1-105238 are described as polymerizable compounds. Monomers can also be used.
- urethane oligomer UAS-10 UAB-140 (manufactured by Sanyo Kokusaku Pulp Co., Ltd.), NK ester M-40G, NK ester 4G, NK ester M-9300, NK ester A -9300, UA-7200 (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), DPHA-40H (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), UA-306H, UA-306T, UA-306I, AH-600, T-600, AI-600 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), Bremer PME400 (manufactured by NOF Corporation) and the like can be mentioned.
- the compound having an ethylenically unsaturated bond preferably has a partial structure represented by the following formula from the viewpoint of heat resistance. However, * in the formula is a connecting hand.
- Specific examples of the compound having an ethylenically unsaturated bond having the above partial structure include, for example, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, isocyanuric acid ethylene oxide-modified di (meth) acrylate, and isocyanuric acid ethylene oxide-modified tri (meth).
- the content of the radical polymerizable compound is 1 to 50% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition from the viewpoint of good radical polymerizability and heat resistance. Is preferred.
- the lower limit is more preferably 5% by mass or more.
- the upper limit is more preferably 30% by mass or less, and further preferably 25% by mass or less.
- a radically polymerizable compound may be used alone or in combination of two or more.
- the mass ratio of the polyimide precursor to the compound having a radical polymerizable compound is preferably 98/2 to 10/90, more preferably 95/5 to 30/70, 90/10 to 50/50 is more preferable, and 90/10 to 70/30 is more preferable. If the mass ratio of a polyimide precursor and a radically polymerizable compound is the said range, the cured film excellent in sclerosis
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a photobase generator.
- a photobase generator generates a base upon exposure and does not exhibit activity under normal conditions of normal temperature and pressure. However, when an electromagnetic wave is irradiated and heated as an external stimulus, the base (basic substance) is generated. ) Is not particularly limited as long as it generates. Since the base generated by the exposure works as a catalyst for curing the polyimide precursor by heating, it can be suitably used in the negative type.
- the content of the photobase generator is not particularly limited as long as it can form a desired pattern, and can be a general content.
- the content of the photobase generator is preferably in the range of 0.05 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative photosensitive resin composition, and 0.1 to 25 parts by mass. More preferably, it is in the range of 0.2 parts by mass to 20 parts by mass.
- photobase generators can be used.
- M.M. Shirai, and M.M. Tsunooka Prog. Polym. Sci. , 21, 1 (1996); Masahiro Kadooka, polymer processing, 46, 2 (1997); Kutal, Coord. Chem. Rev. , 211, 353 (2001); Kaneko, A .; Sarker, and D.C. Neckers, Chem. Mater. 11, 170 (1999); Tachi, M .; Shirai, and M.M. Tsunooka, J. et al. Photopolym. Sci. Technol. , 13, 153 (2000); Winkle, and K.K. Graziano, J. et al. Photopolym.
- An ionic compound neutralized by forming a salt with a base component, or a nonionic compound in which the base component is made latent by a urethane bond or an oxime bond such as a carbamate derivative, an oxime ester derivative, or an acyl compound can be mentioned.
- the photobase generator that can be used in the present invention is not particularly limited and known ones can be used.
- the basic substance generated from the photobase generator is not particularly limited, and examples thereof include compounds having an amino group, particularly monoamines, polyamines such as diamines, and amidines.
- the generated basic substance is preferably a compound having an amino group having a higher basicity. This is because the catalytic action for the dehydration condensation reaction or the like in the imidization of the polyimide precursor is strong, and the catalytic effect in the dehydration condensation reaction or the like at a lower temperature can be expressed with a smaller amount of addition. That is, since the catalytic effect of the generated basic substance is large, the apparent sensitivity as a negative photosensitive resin composition is improved. From the viewpoint of the catalytic effect, an amidine and an aliphatic amine are preferable.
- the photobase generator is preferably a photobase generator that does not contain salt in the structure. Moreover, it is preferable that there is no electric charge on the nitrogen atom of the base part generated in the photobase generator.
- the generated base is preferably latentized using a covalent bond, and the base generation mechanism is such that the covalent bond between the nitrogen atom of the generated base moiety and the adjacent atom is cleaved. More preferably, the compound generates a base.
- the base generator does not contain a salt in the structure, the base generator can be neutralized, so that the solvent solubility is good and the pot life is improved.
- the amine generated from the photobase generator used in the present invention is preferably a primary amine or a secondary amine.
- the photobase generator preferably has a latent base generated using a covalent bond as described above, and the generated base uses an amide bond, carbamate bond, or oxime bond. It is more preferable that it is latent.
- the base generator according to the present invention include a base generator having a cinnamic acid amide structure as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-80452 and International Publication No. WO 2009/123122, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-189591.
- a base generator having a carbamate structure as disclosed in JP-A-2008-247747, an oxime structure and a carbamoyloxime structure as disclosed in JP-A-2007-249013 and 2008-003581 examples thereof include, but are not limited to, a base generator having a known structure.
- the photobase generator that can be used in the present invention will be described with specific examples.
- the ionic compound include those having the following structural formula.
- acyl compound examples include compounds represented by the following formula.
- examples of the photobase generator include compounds represented by the following general formula (PB-1).
- R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom or an organic group, and may be the same or different, provided that at least one of R 41 and R 42 is present.
- R 41 and R 42 may be bonded to each other to form a ring structure and may contain a heteroatom bond, and R 43 and R 44 are each an organic group.
- R 45, R 46, R 47 and R 48 are each independently a hydrogen atom, halogen atom , Hydroxyl group, mercapto group, sulfide group, silyl group, silanol group, nitro group, nitroso group, sulfino group, sulfo group, sulfonate group, phosphino group, phosphinyl group, phosphono group, phosphonate group, or an organic group, may be different even in the same .
- R 45, R 46, R 47 and R 48 are each independently a hydrogen atom, halogen atom , Hydroxyl group, mercapto group, sulfide group, silyl group, silanol group, nitro group, nitroso group, sulfino group, sulfo group, sulfonate group, phosphino group, phosphinyl group, phosphono group, phosphonato group, amino group, ammoni
- examples of the photobase generator include compounds described in paragraph numbers 0185 to 0188, 0199 to 0200 and 0202 of JP2012-93746A, compounds described in paragraph numbers 0022 to 0069 of JP2013-194205A. Examples thereof include compounds described in JP-A-2013-204019, paragraphs 0026 to 0074, and compounds described in paragraph No. 0052 of WO2010 / 064631.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a thermal base generator.
- the type of the thermal base generator is not particularly defined, but is selected from an acidic compound that generates a base when heated to 40 ° C. or higher, and an ammonium salt having an anion having an pKa1 of 0 to 4 and an ammonium cation. It is preferable to include a thermal base generator containing at least one kind.
- pKa1 represents a logarithmic representation ( ⁇ Log 10 Ka) of the dissociation constant (Ka) of the first proton of the polyvalent acid.
- the cyclization reaction of a polyimide precursor can be performed at low temperature, and it can be set as the negative photosensitive resin composition excellent in stability more. Moreover, since the base is not generated unless heated, the thermal base generator can suppress cyclization of the polyimide precursor during storage even if it coexists with the polyimide precursor, and is excellent in storage stability.
- the thermal base generator in the present invention is at least one selected from an acidic compound (A1) that generates a base when heated to 40 ° C. or higher, and an ammonium salt (A2) having an anion having a pKa1 of 0 to 4 and an ammonium cation. including. Since the acidic compound (A1) and the ammonium salt (A2) generate a base when heated, the base generated from these compounds can accelerate the cyclization reaction of the polyimide precursor, thereby cyclizing the polyimide precursor. Can be performed at low temperatures.
- the base generation temperature of the acidic compound (A1) and the ammonium salt (A2) is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 120 to 200 ° C.
- the upper limit of the base generation temperature is more preferably 190 ° C or lower, further preferably 180 ° C or lower, and further preferably 165 ° C or lower.
- the lower limit of the base generation temperature is more preferably 130 ° C or higher, and still more preferably 135 ° C or higher. If the base generation temperature of the acidic compound (A1) and the ammonium salt (A2) is 120 ° C. or higher, it is difficult to generate a base during storage. Therefore, it is possible to prepare a negative photosensitive resin composition having excellent stability. it can.
- the cyclization temperature of the polyimide precursor can be lowered.
- the base generation temperature is measured, for example, by using differential scanning calorimetry, heating the compound to 250 ° C. at 5 ° C./min in a pressure capsule, reading the peak temperature of the lowest exothermic peak, and measuring the peak temperature as the base generation temperature. can do.
- the base generated by the thermal base generator is preferably a secondary amine or a tertiary amine, more preferably a tertiary amine. Since tertiary amine has high basicity, the cyclization temperature of a polyimide precursor can be made lower. Further, the boiling point of the base generated by the thermal base generator is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and most preferably 140 ° C. or higher. The molecular weight of the generated base is preferably 80 to 2000. The lower limit is more preferably 100 or more. The upper limit is more preferably 500 or less. The molecular weight value is a theoretical value obtained from the structural formula.
- the acidic compound (A1) preferably contains one or more selected from an ammonium salt and a compound represented by the following general formula (1).
- the ammonium salt (A2) is preferably an acidic compound.
- the ammonium salt (A2) may be a compound containing an acidic compound that generates a base when heated to 40 ° C. or higher (preferably 120 to 200 ° C.), or 40 ° C. or higher (preferably 120 to 200 ° C.). ) May be a compound other than an acidic compound that generates a base when heated.
- the ammonium salt means a salt of an ammonium cation represented by the following general formula (1) or general formula (2) and an anion.
- the anion may be bonded to any part of the ammonium cation via a covalent bond, and may be outside the molecule of the ammonium cation, but is preferably outside the molecule of the ammonium cation.
- numerator of an ammonium cation means the case where an ammonium cation and an anion are not couple
- the anion outside the molecule of the cation moiety is also referred to as a counter anion.
- R 1 to R 6 each independently represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group
- R 7 represents a hydrocarbon group
- R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 5 and R 7 may be bonded to form a ring.
- the ammonium salt preferably has an anion having an pKa1 of 0 to 4 and an ammonium cation.
- the upper limit of the anion pKa1 is more preferably 3.5 or less, and even more preferably 3.2 or less.
- the lower limit is more preferably 0.5 or more, and further preferably 1.0 or more. If the pKa1 of the anion is in the above range, the polyimide precursor can be cyclized at a low temperature, and further, the stability of the negative photosensitive resin composition can be improved. If pKa1 is 4 or less, the stability of the thermal base generator is good, the generation of a base without heating can be suppressed, and the stability of the negative photosensitive resin composition is good.
- the kind of anion is preferably one selected from a carboxylate anion, a phenol anion, a phosphate anion, and a sulfate anion, and a carboxylate anion is more preferable because both the stability of the salt and the thermal decomposability can be achieved. That is, the ammonium salt is more preferably a salt of an ammonium cation and a carboxylate anion.
- the carboxylic acid anion is preferably a divalent or higher carboxylic acid anion having two or more carboxy groups, and more preferably a divalent carboxylic acid anion.
- the stability, curability and developability of the negative photosensitive resin composition can be further improved by using an anion of a divalent carboxylic acid.
- the carboxylic acid anion is preferably a carboxylic acid anion having a pKa1 of 4 or less.
- pKa1 is more preferably 3.5 or less, and even more preferably 3.2 or less.
- the stability of the negative photosensitive resin composition can be further improved.
- pKa1 represents the logarithm of the reciprocal of the first dissociation constant of the acid.
- the carboxylate anion is preferably represented by the following general formula (X1).
- EWG represents an electron-withdrawing group.
- the electron-withdrawing group means a group having a positive Hammett's substituent constant ⁇ m.
- ⁇ m is a review by Yugo Tono, Journal of Synthetic Organic Chemistry, Vol. 23, No. 8 (1965) P.I. 631-642.
- the electron-withdrawing group of the present invention is not limited to the substituents described in the above documents.
- Me represents a methyl group
- Ac represents an acetyl group
- Ph represents a phenyl group.
- EWG preferably represents a group represented by the following general formulas (EWG-1) to (EWG-6).
- R x1 to R x3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a hydroxyl group, or a carboxy group
- Ar represents an aryl group.
- the carboxylate anion is also preferably represented by the following general formula (X).
- L 10 represents a single bond or a divalent linking group selected from an alkylene group, an alkenylene group, an arylene group, —NR X —, and a combination thereof
- R X represents a hydrogen atom Represents an alkyl group, an alkenyl group or an aryl group.
- carboxylate anion examples include a maleate anion, a phthalate anion, an N-phenyliminodiacetic acid anion, and an oxalate anion. These can be preferably used.
- ammonium cation is preferably represented by any one of the following general formulas (Y1-1) to (Y1-6).
- R 101 represents an n-valent organic group
- R 102 to R 111 each independently represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group
- R 150 and R 151 each independently represent a hydrocarbon group
- R 104 and R 105 , R 104 and R 150 , R 107 and R 108 , and R 109 and R 110 may be bonded to each other to form a ring
- Ar 101 and Ar 102 each independently represent an aryl group
- n represents an integer of 1 or more
- m represents an integer of 0 to 5.
- the acidic compound is also preferably a compound represented by the following general formula (A1). Although this compound is acidic at room temperature, the carboxy group is lost by decarboxylation or dehydration cyclization by heating, so that the amine site that has been neutralized and inactivated becomes active, and thus the base is activated. It becomes sex.
- general formula (A1) is demonstrated.
- a 1 represents a p-valent organic group
- R 1 represents a monovalent organic group
- L 1 represents a (m + 1) -valent organic group
- m represents an integer of 1 or more
- P represents an integer of 1 or more.
- a 1 represents a p-valent organic group.
- the organic group include an aliphatic group and an aryl group, and an aryl group is preferable.
- the compound represented by the general formula (A1) is preferably a compound represented by the following general formula (1a).
- a 1 , L 1 , L 2 , m, n, and p in the general formula (1a) have the same meaning as the range described in the general formula (1), and the preferable range is also the same.
- the compound represented by the general formula (A1) is preferably N-aryliminodiacetic acid.
- a 1 in the general formula (A1) is an aryl group
- L 1 and L 2 are methylene groups
- m is 1
- n is 1
- p is 1.
- N-aryliminodiacetic acid tends to generate a tertiary amine having a high boiling point at 120 to 200 ° C.
- thermal base generator in the present invention is not limited to these. These can be used alone or in admixture of two or more. Me in the following formulas represents a methyl group.
- thermal base generator used in the present invention, compounds described in paragraph Nos. 0015 to 0055 of Japanese Patent Application No. 2015-034388 are also preferably used, the contents of which are incorporated herein.
- the content of the thermal base generator in the negative photosensitive resin composition is preferably 0.1 to 50% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition.
- the lower limit is more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more.
- the upper limit is more preferably 30% by mass or less, and further preferably 20% by mass or less.
- 1 type (s) or 2 or more types can be used for a thermal base generator. When using 2 or more types, it is preferable that a total amount is the said range.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a thermal radical polymerization initiator.
- a thermal radical polymerization initiator a known thermal radical polymerization initiator can be used.
- the thermal radical polymerization initiator is a compound that generates radicals by heat energy and initiates or accelerates the polymerization reaction of the polymerizable compound. By adding the thermal radical polymerization initiator, the polymerization reaction of the polymerizable compound can be advanced when the cyclization reaction of the polyimide precursor is advanced.
- Thermal radical polymerization initiators include aromatic ketones, onium salt compounds, peroxides, thio compounds, hexaarylbiimidazole compounds, ketoxime ester compounds, borate compounds, azinium compounds, metallocene compounds, active ester compounds, carbon halogens. Examples thereof include a compound having a bond and an azo compound. Among these, a peroxide or an azo compound is more preferable, and a peroxide is particularly preferable.
- the thermal radical polymerization initiator used in the present invention preferably has a 10-hour half-life temperature of 90 to 130 ° C, more preferably 100 to 120 ° C.
- Specific examples include compounds described in paragraph numbers 0074 to 0118 of JP-A-2008-63554.
- perbutyl Z and park mill D made by NOF Corporation can be used conveniently.
- the content of the thermal radical polymerization initiator is preferably 0.1 to 50% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition. 0.1 to 30% by mass is more preferable, and 0.1 to 20% by mass is particularly preferable. Further, the thermal radical polymerization initiator is preferably contained in an amount of 0.1 to 50 parts by mass, and more preferably 0.5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymerizable compound. According to this aspect, it is easy to form a cured film having more excellent heat resistance. Only one type of thermal radical polymerization initiator may be used, or two or more types may be used. When there are two or more thermal radical polymerization initiators, the total is preferably in the above range.
- a corrosion inhibitor to the negative photosensitive resin composition of the present invention.
- the corrosion inhibitor is added for the purpose of preventing the outflow of ions from the metal wiring.
- Examples of the compound include a rust inhibitor described in paragraph No. 0094 of JP2013-15701A, and JP2009-283711A.
- the compounds described in Paragraph Nos. 0073 to 0076, the compound described in Paragraph No. 0052 of JP 2011-59656 A, the compounds described in Paragraph Nos. 0114, 0116, and 0118 of JP 2012-194520 A are used. be able to.
- a compound having a triazole ring or a compound having a tetrazole ring can be preferably used.
- 1,2,4-triazole, 1,2,3-benzotriazole, 5-methyl-1H-benzotriazole, 1H-tetrazole 5-methyl-1H-tetrazole is more preferred, and 1H-tetrazole is most preferred.
- the corrosion inhibitor is added, the amount of the corrosion inhibitor is preferably in the range of 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.2 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyimide precursor. It is a range. Only one type of corrosion inhibitor may be used, or two or more types may be used. When there are two or more corrosion inhibitors, the total is preferably in the above range.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention preferably contains a metal adhesion improver for improving adhesion to a metal material used for electrodes, wirings and the like.
- metal adhesion improvers include sulfide compounds described in paragraph numbers 0046 to 0049 of JP-A-2014-186186 and paragraph numbers 0032 to 0043 of JP-A-2013-072935.
- the compounding amount of the metal adhesion improver is preferably in the range of 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.5 to 15 parts per 100 parts by mass of the polyimide precursor. It is the range of mass parts.
- membrane and metal after thermosetting becomes favorable, and the heat resistance of the film
- Only one type of metal adhesion improver may be used, or two or more types may be used.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention preferably contains a silane coupling agent in terms of improving the adhesion to the substrate.
- the silane coupling agent include compounds described in paragraphs 0062 to 0073 of JP2014-191002, compounds described in paragraphs 0063 to 0071 of WO2011 / 080992A1, and JP2014-191252A. And the compounds described in paragraph Nos. 0060 to 0061 of JP-A No. 2014-41264, the compounds described in paragraph Nos. 0045 to 0052 of JP 2014-41264 A, and the compounds described in paragraph No. 0055 of WO 2014/097594.
- the amount of the silane coupling agent is preferably in the range of 0.1 to 20 parts by mass, more preferably in the range of 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyimide precursor. It is. When it is 0.1 part by mass or more, sufficient adhesion to the substrate can be imparted, and when it is 20 parts by mass or less, problems such as an increase in viscosity during storage at room temperature can be further suppressed. Only one type of silane coupling agent may be used, or two or more types may be used. When using 2 or more types of silane coupling agents, it is preferable that the sum total is the said range.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a sensitizing dye.
- a sensitizing dye absorbs specific actinic radiation and enters an electronically excited state.
- the sensitizing dye in an electronically excited state is brought into contact with a thermal base generator, a thermal radical polymerization initiator, a photo radical polymerization initiator or the like, and causes actions such as electron transfer, energy transfer, and heat generation.
- a thermal base generator, a thermal radical polymerization initiator, and a photo radical polymerization initiator cause a chemical change and are decomposed to generate radicals, acids, or bases.
- preferable sensitizing dyes include those belonging to the following compounds and having an absorption wavelength in the range of 300 nm to 450 nm.
- polynuclear aromatics for example, phenanthrene, anthracene, pyrene, perylene, triphenylene, 9.10-dialkoxyanthracene
- xanthenes for example, fluorescein, eosin, erythrosine, rhodamine B, rose bengal
- thioxanthones for example, 2,4-diethylthioxanthone
- cyanines for example thiacarbocyanine, oxacarbocyanine
- merocyanines for example merocyanine, carbomerocyanine
- thiazines for example thionine, methylene blue, toluidine blue
- acridines Eg, acridine orange, chloroflavin, acriflavine
- anthrdines
- polynuclear aromatics for example, phenanthrene, anthracene, pyrene, perylene, triphenylene
- thioxanthones for example, phenanthrene, anthracene, pyrene, perylene, triphenylene
- thioxanthones for example, thioxanthones
- distyrylbenzenes for example, thioxanthones
- distyrylbenzenes for example, phenanthrene, anthracene, pyrene, perylene, triphenylene
- thioxanthones for example, phenanthrene, anthracene, pyrene, perylene, triphenylene
- thioxanthones for example, thioxanthones
- distyrylbenzenes for example, thioxanthones
- distyrylbenzenes for example, thioxanthones
- the content of the sensitizing dye is preferably 0.01 to 20% by mass, based on the total solid content of the negative photosensitive resin composition, 0.1 Is more preferably 15 to 15% by mass, and further preferably 0.5 to 10% by mass.
- a sensitizing dye may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention may contain a chain transfer agent.
- the chain transfer agent is defined, for example, in Polymer Dictionary 3rd Edition (edited by the Polymer Society, 2005) pages 683-684.
- As the chain transfer agent for example, a compound group having SH, PH, SiH, GeH in the molecule is used. These can donate hydrogen to low-activity radical species to generate radicals, or can be oxidized and then deprotonated to generate radicals.
- thiol compounds for example, 2-mercaptobenzimidazoles, 2-mercaptobenzthiazoles, 2-mercaptobenzoxazoles, 3-mercaptotriazoles, 5-mercaptotetrazoles, etc.
- 2-mercaptobenzimidazoles, 2-mercaptobenzthiazoles, 2-mercaptobenzoxazoles, 3-mercaptotriazoles, 5-mercaptotetrazoles, etc. can be preferably used.
- the content of the chain transfer agent is preferably 0.01 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of the negative photosensitive resin composition. More preferably, it is 1 to 10 parts by mass, and still more preferably 1 to 5 parts by mass. Only one type of chain transfer agent may be used, or two or more types may be used. When there are two or more chain transfer agents, the total is preferably in the above range.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention preferably contains a small amount of a polymerization inhibitor in order to prevent unnecessary thermal polymerization of the polyimide precursor and the radical polymerizable compound during production or storage.
- a polymerization inhibitor examples include hydroquinone, p-methoxyphenol, di-tert-butyl-p-cresol, pyrogallol, p-tert-butylcatechol, benzoquinone, 4,4′-thiobis (3-methyl-6-tert).
- the content of the polymerization inhibitor is preferably 0.01 to 5% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition. Only one polymerization inhibitor may be used, or two or more polymerization inhibitors may be used. When using 2 or more types of polymerization inhibitors, it is preferable that the sum total is the said range.
- Various surfactants may be added to the negative photosensitive resin composition of the present invention from the viewpoint of further improving coatability.
- the surfactant various surfactants such as a fluorine-based surfactant, a nonionic surfactant, a cationic surfactant, an anionic surfactant, and a silicone-based surfactant can be used.
- a fluorosurfactant liquid properties (particularly fluidity) when prepared as a coating liquid are further improved, so that the uniformity of coating thickness and liquid-saving properties can be further improved.
- the wettability to the coated surface is improved by reducing the interfacial tension between the coated surface and the coating liquid, and the coated surface The coating property of is improved. For this reason, even when a thin film of about several ⁇ m is formed with a small amount of liquid, it is effective in that it is possible to more suitably form a film having a uniform thickness with small thickness unevenness.
- the fluorine content of the fluorosurfactant is preferably 3 to 40% by mass, more preferably 5 to 30% by mass, and particularly preferably 7 to 25% by mass.
- a fluorine-based surfactant having a fluorine content within this range is effective in terms of uniformity of coating film thickness and liquid-saving properties, and has good solubility.
- fluorosurfactant examples include Megafac F171, F172, F173, F176, F176, F177, F141, F142, F143, F144, R30, F437, F475, F479, F482, F554, F780, F780, F781 (above DIC Corporation), Florard FC430, FC431, FC171 (above, Sumitomo 3M Limited), Surflon S-382, SC-101, Same SC-103, Same SC-104, Same SC-105, Same SC1068, Same SC-381, Same SC-383, Same S393, Same KH-40 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), PF636, PF656, PF6320 PF6520, PF7002 (manufactured by OMNOVA), and the like.
- a block polymer can also be used as the fluorosurfactant, and specific examples thereof include compounds described in JP-A-2011-89090.
- the following compounds are also exemplified as the fluorosurfactant used in the present invention.
- the weight average molecular weight of the above compound is, for example, 14,000.
- nonionic surfactant examples include glycerol, trimethylolpropane, trimethylolethane, and ethoxylates and propoxylates thereof (for example, glycerol propoxylate, glycerol ethoxylate, etc.), polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene Stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyethylene glycol dilaurate, polyethylene glycol distearate, sorbitan fatty acid ester (Pluronic L10, L31, L61, L62 manufactured by BASF, 10R5, 17R2, 25R2, Tetronic 304, 701, 704, 901, 904, 150R1) Solsperse 20000 (Lubrizol Japan Co., Ltd.), and the like.
- cationic surfactant examples include phthalocyanine derivatives (trade name: EFKA-745, manufactured by Morishita Sangyo Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), (meth) acrylic acid ( Co) polymer polyflow no. 75, no. 90, no. 95 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), W001 (manufactured by Yusho Co., Ltd.) and the like.
- phthalocyanine derivatives trade name: EFKA-745, manufactured by Morishita Sangyo Co., Ltd.
- organosiloxane polymer KP341 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
- (meth) acrylic acid ( Co) polymer polyflow no. 75, no. 90, no. 95 manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.
- W001 manufactured by Yusho Co., Ltd.
- anionic surfactants include W004, W005, W017 (manufactured by Yusho Co., Ltd.) and the like.
- silicone surfactant examples include “Toray Silicone DC3PA”, “Toray Silicone SH7PA”, “Tore Silicone DC11PA”, “Tore Silicone SH21PA”, “Tore Silicone SH28PA”, “Toray Silicone” manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.
- the content of the surfactant is preferably 0.001 to 2.0% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition. More preferably, the content is 0.005 to 1.0% by mass. Only one surfactant may be used, or two or more surfactants may be used. When two or more surfactants are contained, the total is preferably in the above range.
- a negative fatty acid derivative such as behenic acid or behenamide is added to the negative photosensitive resin composition of the present invention, and the negative photosensitive resin composition in the drying process after coating. It may be unevenly distributed on the surface of the photosensitive resin composition.
- the content of the higher fatty acid derivative or the like is preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the total solid content of the negative photosensitive resin composition. . Only one type of higher fatty acid derivative or the like may be used. When two or more higher fatty acid derivatives are contained, the total is preferably within the above range.
- ⁇ Solvent> When the negative photosensitive resin composition of the present invention is layered by coating, it is preferable to blend a solvent. If a negative photosensitive resin composition can be formed in a layer form, a well-known thing can be used for a solvent without a restriction
- the solvent used in the negative photosensitive resin composition of the present invention include esters such as ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, amyl formate, isoamyl acetate, butyl propionate, isopropyl butyrate, and ethyl butyrate.
- alkyl oxyacetate eg, methyl oxyacetate, ethyl oxyacetate, butyl oxyacetate (eg, methyl methoxyacetate, ethyl methoxyacetate, Butyl methoxyacetate, methyl ethoxyacetate, ethyl e
- the solvent is preferably in the form of a mixture of two or more types from the viewpoint of improving the coated surface.
- a mixed solution composed of two or more selected from dimethyl sulfoxide, ethyl carbitol acetate, butyl carbitol acetate, propylene glycol methyl ether, and propylene glycol methyl ether acetate is preferable.
- the combined use of dimethyl sulfoxide and ⁇ -butyrolactone is particularly preferred.
- the content of the solvent should be such that the total solid content concentration of the negative photosensitive resin composition is 5 to 80% by mass from the viewpoint of applicability. It is preferably 5 to 70% by mass, more preferably 10 to 60% by mass. One type of solvent may be sufficient and 2 or more types may be sufficient as it. When two or more solvents are contained, the total is preferably in the above range.
- the content of N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide is such that the negative photosensitive resin composition can be used from the viewpoint of film strength. It is preferably less than 5% by mass, more preferably less than 1% by mass, further preferably less than 0.5% by mass, and particularly preferably less than 0.1% by mass with respect to the total mass.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention is various additives, for example, inorganic particles, curing agents, curing catalysts, fillers, antioxidants, ultraviolet rays, as necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired.
- Absorbers, anti-aggregation agents and the like can be blended. When mix
- the water content of the negative photosensitive resin composition of the present invention is preferably less than 5% by mass, more preferably less than 1% by mass, and particularly preferably less than 0.6% by mass from the viewpoint of the coated surface.
- the metal content of the negative photosensitive resin composition of the present invention is preferably less than 5 ppm by mass, more preferably less than 1 ppm by mass, and particularly preferably less than 0.5 ppm by mass.
- the metal include sodium, potassium, magnesium, calcium, iron, chromium, nickel and the like. When a plurality of metals are included, the total of these metals is preferably in the above range.
- a negative photosensitive resin composition in which a raw material having a low metal content is selected as a raw material constituting the negative photosensitive resin composition. Filter the raw material constituting the conductive resin composition, and line the inside of the apparatus with polytetrafluoroethylene or the like, and perform distillation under the conditions that suppress contamination as much as possible. .
- the halogen atom content is preferably less than 500 ppm by mass, more preferably less than 300 ppm by mass, and even more preferably less than 200 ppm by mass from the viewpoint of wiring corrosion.
- a halogen ion is less than 5 mass ppm, more preferably less than 1 mass ppm, and especially less than 0.5 mass ppm.
- the halogen atom include a chlorine atom and a bromine atom. The total of chlorine atoms and bromine atoms, or chloride ions and bromide ions is preferably in the above range.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention can be prepared by mixing the above components.
- the mixing method is not particularly limited, and can be performed by a conventionally known method.
- the pore size of the filter is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less, and even more preferably 0.1 ⁇ m or less.
- the filter material is preferably a polytetrafluoroethylene, polyethylene, or nylon filter. A filter that has been washed in advance with an organic solvent may be used.
- a plurality of types of filters may be connected in series or in parallel.
- filters having different pore diameters and / or materials may be used in combination.
- various materials may be filtered a plurality of times, and the step of filtering a plurality of times may be a circulating filtration step.
- you may pressurize and filter and the pressure to pressurize is 0.05 MPa or more and 0.3 MPa or less.
- impurities may be removed using an adsorbent.
- the adsorbent a known adsorbent can be used.
- inorganic adsorbents such as silica gel and zeolite, and organic adsorbents such as activated carbon can be used.
- the negative photosensitive resin composition of the present invention can be cured and used as a cured film. Since the negative photosensitive resin composition of the present invention can form a cured film having excellent heat resistance and insulation, it can be preferably used for an insulating film of a semiconductor device, an interlayer insulating film for a rewiring layer, and the like. In particular, it can be preferably used for an interlayer insulating film for a rewiring layer in a three-dimensional mounting device. It can also be used as a photoresist for electronics (galvanic resist, galvanic resist, etching resist, solder top resist). It can also be used for the production of printing plates such as offset printing plates or screen printing plates, the etching of molded parts, the production of protective lacquers and dielectric layers in electronics, in particular microelectronics.
- the method for producing a cured film is not particularly defined as long as it is formed using the negative photosensitive resin composition of the present invention.
- the method for producing a cured film of the present invention preferably includes a step of applying the negative photosensitive resin composition of the present invention to a substrate and a step of curing the negative photosensitive resin composition applied to the substrate. .
- Step of applying negative photosensitive resin composition to substrate Examples of the method for applying the negative photosensitive resin composition to the substrate include spinning, dipping, doctor blade coating, suspension casting, coating, spraying, electrostatic spraying, reverse roll coating, and the like. Electrostatic spraying and reverse roll coating are preferred because they can be applied uniformly on the substrate.
- Examples of the substrate include inorganic substrates, resins, and resin composite materials.
- Examples of the inorganic substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a silicon nitride substrate, and a composite substrate obtained by depositing molybdenum, titanium, aluminum, copper, or the like on such a substrate.
- polystyrene polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, allyl diglycol carbonate, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, Fluorine resin such as polybenzazole, polyphenylene sulfide, polycycloolefin, norbornene resin, polychlorotrifluoroethylene, liquid crystal polymer, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, ionomer resin, cyanate resin, crosslinked fumaric acid diester, cyclic polyolefin, Groups consisting of synthetic resins such as aromatic ethers, maleimide-olefins, cellulose, episulfide compounds And the like.
- TFT thin film transistor
- the amount (layer thickness) and type of substrate (layer carrier) to which the negative photosensitive resin composition is applied depends on the field of application desired. It is particularly advantageous that the photosensitive resin composition can be used in layer thicknesses that can be varied over a wide range.
- the range of the layer thickness is preferably 0.5 to 100 ⁇ m.
- the cyclization reaction of the polyimide precursor proceeds and a cured film having excellent heat resistance can be formed.
- the heating temperature is preferably 50 to 300 ° C, more preferably 100 to 250 ° C. According to the present invention, since many isomers with a faster cyclization rate are contained, the cyclization reaction of the polyimide precursor can be performed at a lower temperature.
- the rate of temperature rise is preferably 3 to 5 ° C./min, with 20 to 150 ° C. being the heating start temperature.
- the heating temperature is 200 to 240 ° C.
- the heating time is preferably 180 minutes or more.
- the upper limit is preferably 240 minutes or less.
- the heating time is preferably 90 minutes or more.
- the upper limit is preferably 180 minutes or less.
- the heating temperature is 300 to 380, the heating time is preferably 60 minutes or more.
- the upper limit is preferably 120 minutes or less.
- the cooling rate is preferably 1 to 5 ° C./min. Heating may be performed in stages. For example, the temperature is raised from 20 ° C. to 150 ° C. at 5 ° C./minute, placed at 150 ° C. for 30 minutes, heated from 150 ° C. to 230 ° C. at 5 ° C./minute, and placed at 230 ° C. for 180 minutes A process is mentioned.
- the heating step is preferably performed in an atmosphere having a low oxygen concentration by flowing an inert gas such as nitrogen, helium, or argon from the viewpoint of preventing decomposition of a polyimide precursor such as polyimide.
- the oxygen concentration is preferably 50 ppm by volume or less, more preferably 20 ppm by volume or less.
- the pattern forming step can be performed by, for example, a photolithography method.
- a photolithography method For example, the method of performing through the process of exposing and the process of developing is mentioned.
- the pattern formation by the photolithography method is preferably performed using a photosensitive resin composition containing a polyimide precursor and a radical photopolymerization initiator.
- a photosensitive resin composition containing a polyimide precursor and a radical photopolymerization initiator.
- the negative photosensitive resin composition applied to the substrate is irradiated with a predetermined pattern of actinic rays or radiation.
- the wavelength of the actinic ray or radiation varies depending on the composition of the negative photosensitive resin composition, but is preferably 200 to 600 nm, and more preferably 300 to 450 nm.
- a light source a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, a chemical lamp, an LED light source, an excimer laser generator, or the like can be used.
- Actinic rays having a wavelength of 300 nm to 450 nm can be preferably used.
- irradiation light can also be adjusted through spectral filters, such as a long wavelength cut filter, a short wavelength cut filter, and a band pass filter, as needed.
- the exposure dose is preferably 1 to 1000 mJ / cm 2 , more preferably 200 to 800 mJ / cm 2 .
- the value of the present invention is high in that it can be developed with high developability in such a wide range.
- various types of exposure machines such as a mirror projection aligner, a stepper, a scanner, a proximity, a contact, a microlens array, a lens scanner, and a laser exposure can be used.
- the unexposed portion of the negative photosensitive resin composition is developed using a developer.
- a developer an aqueous alkaline developer, an organic solvent, or the like can be used.
- the alkali compound used in the aqueous alkaline developer include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium silicate, potassium silicate, sodium metasilicate, and metasilicic acid. Examples include potassium, ammonia, and amine.
- amines examples include ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, alkanolamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, quaternary ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide. (TMAH) or tetraethylammonium hydroxide.
- TMAH tetramethylammonium hydroxide
- alkali compounds containing no metal are preferred.
- Suitable aqueous alkaline developers are generally up to 0.5 N with respect to alkali, but may be diluted appropriately prior to use.
- an aqueous alkaline developer having a concentration of about 0.15 to 0.4 N, preferably 0.20 to 0.35 N is also suitable. Only one alkali compound may be used, or two or more alkali compounds may be used. When using 2 or more types of alkali compounds, it is preferable that the sum total is the said range.
- an organic solvent the thing similar to the solvent which can be used for the negative photosensitive resin composition mentioned above can be used. For example, preferred are n-butyl acetate, ⁇ -butyrolactone, cyclopentanone, and a mixture thereof. Further, it is preferable to include a step of heating the developed negative photosensitive resin composition at a temperature of 50 to 500 ° C. after the step of performing the development treatment. By passing through such a process, there exists a merit that heat resistance and adhesiveness with a board
- the method for producing a cured film of the present invention can be preferably used for an insulating film of a semiconductor device, an interlayer insulating film for a rewiring layer, and the like. Particularly, since the resolution is good, it can be preferably used for an interlayer insulating film for a rewiring layer in a three-dimensional mounting device. It can also be used as a photoresist for electronics (galvanic resist, galvanic resist, etching resist, solder top resist). Also. It can also be used for the production of printing plates such as offset printing plates or screen printing plates, etching of molded parts, the production of protective lacquers and dielectric layers in electronics, in particular microelectronics.
- a semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is a so-called three-dimensional mounting device, and a stacked body 101 in which a plurality of semiconductor elements (semiconductor chips) 101 a to 101 d are stacked is arranged on a wiring board 120.
- the case where the number of stacked semiconductor elements (semiconductor chips) is four will be mainly described.
- the number of stacked semiconductor elements (semiconductor chips) is not particularly limited. It may be a layer, 8 layers, 16 layers, 32 layers, or the like. Moreover, one layer may be sufficient.
- Each of the plurality of semiconductor elements 101a to 101d is made of a semiconductor wafer such as a silicon substrate.
- the uppermost semiconductor element 101a does not have a through electrode, and an electrode pad (not shown) is formed on one surface thereof.
- the semiconductor elements 101b to 101d have through electrodes 102b to 102d, and connection pads (not shown) provided integrally with the through electrodes are provided on both surfaces of each semiconductor element.
- the stacked body 101 has a structure in which a semiconductor element 101a having no through electrode and semiconductor elements 101b to 101d having through electrodes 102b to 102d are flip-chip connected. That is, the electrode pad of the semiconductor element 101a having no through electrode and the connection pad on the semiconductor element 101a side of the semiconductor element 101b having the adjacent through electrode 102b are connected by the metal bump 103a such as a solder bump, The connection pad on the other side of the semiconductor element 101b having the electrode 102b is connected to the connection pad on the semiconductor element 101b side of the semiconductor element 101c having the penetrating electrode 102c adjacent thereto by a metal bump 103b such as a solder bump.
- connection pad on the other side of the semiconductor element 101c having the through electrode 102c is connected to the connection pad on the semiconductor element 101c side of the semiconductor element 101d having the adjacent through electrode 102d by the metal bump 103c such as a solder bump. ing.
- An underfill layer 110 is formed in the gaps between the semiconductor elements 101a to 101d, and the semiconductor elements 101a to 101d are stacked via the underfill layer 110.
- the stacked body 101 is stacked on the wiring board 120.
- the wiring substrate 120 for example, a multilayer wiring substrate using an insulating substrate such as a resin substrate, a ceramic substrate, or a glass substrate as a base material is used.
- the wiring board 120 to which the resin board is applied include a multilayer copper-clad laminate (multilayer printed wiring board).
- a surface electrode 120 a is provided on one surface of the wiring board 120.
- An insulating layer 115 in which a rewiring layer 105 is formed is disposed between the wiring substrate 120 and the stacked body 101, and the wiring substrate 120 and the stacked body 101 are electrically connected via the rewiring layer 105. It is connected.
- the insulating layer 115 is formed by using the negative photosensitive resin composition of the present invention. That is, one end of the rewiring layer 105 is connected to an electrode pad formed on the surface of the semiconductor element 101d on the rewiring layer 105 side through a metal bump 103d such as a solder bump.
- the other end of the rewiring layer 105 is connected to the surface electrode 120a of the wiring board via a metal bump 103e such as a solder bump.
- An underfill layer 110 a is formed between the insulating layer 115 and the stacked body 101.
- an underfill layer 110 b is formed between the insulating layer 115 and the wiring substrate 120.
- reaction mixture was then cooled to ⁇ 10 ° C. and 16.12 g (135.5 mmol) of SOCl 2 was added over 10 minutes while maintaining the temperature at ⁇ 10 ⁇ 4 ° C. During the addition of SOCl 2 the viscosity increased. After dilution with 50 ml N-methylpyrrolidone, the reaction mixture was stirred at room temperature for 2 hours.
- the reaction mixture was then stirred overnight at room temperature. Then, it was poured into 5 liters of water to precipitate the polyimide precursor, and the water-polyimide precursor mixture was stirred for 15 minutes at a speed of 5000 rpm. The polyimide precursor was collected by filtration, poured into 4 liters of water again, stirred for another 30 minutes, and filtered again. Next, the obtained polyimide precursor was dried at 45 ° C. under reduced pressure for 3 days to obtain a polyimide precursor (A-3).
- Synthesis Example 4 Polyimide precursor (A-4) composed of pyromellitic dianhydride, poly (propylene glycol) bis (2-aminopropyl ether), 4,4′-oxydianiline, and 2-hydroxyethyl methacrylate )> 14.06 g (64.5 mmol) pyromellitic dianhydride (dried at 140 ° C. for 12 hours), 18.6 g (129 mmol) 2-hydroxyethyl methacrylate, 0.05 g hydroquinone, 10.7 g Of pyridine and 140 g of diglyme were mixed and stirred at a temperature of 60 ° C. for 18 hours to produce a diester of pyromellitic acid and 2-hydroxyethyl methacrylate.
- reaction mixture was then cooled to ⁇ 10 ° C. and 16.12 g (135.5 mmol) of SOCl 2 was added over 10 minutes while maintaining the temperature at ⁇ 10 ⁇ 4 ° C. During the addition of SOCl 2 the viscosity increased. After dilution with 50 ml N-methylpyrrolidone, the reaction mixture was stirred at room temperature for 2 hours.
- polyimide precursor was collected by filtration, poured into 4 liters of water again, stirred for another 30 minutes, and filtered again. Next, the obtained polyimide precursor was dried at 45 ° C. under reduced pressure for 3 days to obtain a polyimide precursor (A-4) having a repeating unit represented by the following formula.
- n (average) is 6.
- the molar ratio of the left repeating unit to the right repeating unit is 50:50.
- Polyimide precursor (A) composed of 3,3′4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, poly (propylene glycol) bis (2-aminopropyl ether), and 2-hydroxyethyl methacrylate -5)> Except changing 14.06 g (64.5 mmol) of pyromellitic dianhydride of Synthesis Example 1 to 20.00 g (64.5 mmol) of 3,3′4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride was synthesized by the same method as in Synthesis Example 1 to obtain a polyimide precursor (A-5) having a repeating unit represented by the following formula. In the above, n (average) is 6.
- reaction mixture was then cooled to ⁇ 10 ° C. and 16.12 g (135.5 mmol) of SOCl 2 was added over 10 minutes while maintaining the temperature at ⁇ 10 ⁇ 4 ° C. During the addition of SOCl 2 the viscosity increased. After dilution with 50 ml N-methylpyrrolidone, the reaction mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Next, a solution of 11.8 g (58.7 mmol) of 4,4′-oxydianiline dissolved in 100 ml of N-methylpyrrolidone was dropped into the reaction mixture at 20-23 ° C. over 20 minutes. The reaction mixture was then stirred overnight at room temperature.
- ⁇ Synthesis Example 7 Polyimide precursor comprising pyromellitic dianhydride, 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, and 2-hydroxyethyl methacrylate (RA-2 for comparative example) 11.8 g (58.7 mmol) of 4,4′-oxydianiline of Synthesis Example 6 was converted to 14.6 g (58.7 mmol) of 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane.
- a polyimide precursor (RA-2) having a repeating unit represented by the following formula was obtained by synthesis in the same manner as in Synthesis Example 6 except for changing.
- Each negative photosensitive resin composition was subjected to pressure filtration through a filter having a pore width of 0.8 ⁇ m and then applied to a silicon wafer by spinning (3500 rpm, 30 seconds).
- the silicon wafer to which the negative photosensitive resin composition was applied was dried on a hot plate at 100 ° C. for 5 minutes to form a uniform photosensitive resin composition layer having a thickness of 16 ⁇ m on the silicon wafer.
- the photosensitive resin composition layer on the silicon wafer was exposed using a stepper (Nikon NSR2005 i9C). The exposure is performed with i-line, and at a wavelength of 365 nm, using a line and space photomask in increments of 1 ⁇ m from 5 ⁇ m to 25 ⁇ m with each exposure energy of 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 mJ / cm 2. , Exposure was performed.
- the exposed photosensitive resin composition layer was developed with cyclopentanone for 60 seconds.
- the line width that was able to have good edge sharpness was evaluated according to the following criteria. The smaller the line width of the photosensitive resin composition layer, the greater the difference in solubility in the developer between the light-irradiated part and the light non-irradiated part, which is a preferable result. Further, if the change in the line width is small with respect to the change in exposure energy, it indicates that the exposure latitude is wide, which is a preferable result. The measurement limit is 5 ⁇ m. The results are shown in Table 5. A: 5 ⁇ m to 8 ⁇ m B: Over 8 ⁇ m to 10 ⁇ m or less C: Over 10 ⁇ m to 15 ⁇ m or less D: Over 15 ⁇ m to 20 ⁇ m or less E: Over 20 ⁇ m.
- Each negative photosensitive resin composition was subjected to pressure filtration through a filter having a pore width of 0.8 ⁇ m, and then applied to a silicon wafer by spinning (3500 rpm, 30 seconds). After a silicon wafer to which the negative photosensitive resin composition is applied is dried on a hot plate at 100 ° C. for 5 minutes, a uniform photosensitive resin composition layer having a thickness of 16 ⁇ m is formed on the 4-inch wafer on the silicon wafer. The entire surface was exposed with an exposure energy of 500 mJ / cm 2 using i-line, and further heated at 300 ° C. for 3 hours to prepare a sample for warpage measurement.
- the bow value was measured using a FLX-2320 manufactured by KLA-Tencor as a sample for warpage measurement. One inch is 2.54 cm.
- Each negative photosensitive resin composition was subjected to pressure filtration through a filter having a pore width of 0.8 ⁇ m, and then applied to a copper substrate by spinning (3500 rpm, 30 seconds).
- the copper substrate to which the negative photosensitive resin composition was applied was dried on a hot plate at 100 ° C. for 5 minutes to form a uniform photosensitive resin composition layer having a thickness of 16 ⁇ m on the 4-inch wafer on the copper substrate. Thereafter, the entire surface was exposed with an exposure energy of 500 mJ / cm 2 using i-line, and further heated at 300 ° C. for 3 hours.
- the adhesive properties with the copper substrate were evaluated based on the following criteria.
- Photosensitive resin composition layer adhered to the substrate is less than 50
- A Polyimide precursor Polyimide precursor used in the above synthesis example
- B Photoradical polymerization initiator
- B-1 Irgacure OXE-01 (manufactured by BASF)
- B-2 Irgacure 369 (BASF)
- B-3 Irgacure 784 (BASF)
- C-1 NK ester M-40G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd .; monofunctional methacrylate; structure shown below)
- C-2 NK ester 4G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd .; bifunctional metallate; structure shown below)
- C-3 NK ester A-9300 (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd .; trifunctional acrylate; structure shown below)
- C-4 NK ester A-BPE-4 (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd .; bifunctional acrylate; the following structure)
- C-5 NK ester A-HD-N (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd .; bifunctional acrylate; the following structure)
- Example 100 The negative photosensitive resin composition of Example 1 was subjected to pressure filtration through a filter having a pore width of 0.8 ⁇ m and then applied to a resin substrate on which a thin copper layer was formed by spinning (3500 rpm, 30 seconds). did.
- the negative photosensitive resin composition applied to the resin substrate was dried at 100 ° C. for 5 minutes and then exposed using an aligner (Karl-Suss MA150). Exposure was performed with a high-pressure mercury lamp, and exposure energy at a wavelength of 365 nm was measured. After exposure, the image was developed with cyclopentanone for 75 seconds. Subsequently, it heated at 180 degreeC for 20 minutes.
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Abstract
Description
このようなポリイミド前駆体を用いた感光性樹脂組成物として、特許文献1には、
(A)下記一般式(1):
(B)光重合開始剤:1~20質量部、並びに
(C)ヒドロキシル基、エーテル基およびエステル基からなる群より選ばれる官能基を1つ以上有する炭素数2~30のモノカルボン酸化合物:0.01~10質量部、
を含有する、ネガ型感光性樹脂組成物が開示されている。
本発明はかかる課題を解決することを目的としたものであって、露光ラチチュードが広いネガ型感光性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の製造方法および半導体デバイスを提供することを目的とする。
<1>下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む、ネガ型感光性樹脂組成物;
一般式(1)
R11は、-(L-O-)n1-で表される基を主鎖に有する2価の連結基であり、Lは、アルキレン基または-Si(R)2-であり、Rは水素原子または1価の有機基であり、n1は2以上の整数であり、
R12は4価の有機基を表し、
R13およびR14は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
<2>上記一般式(1)中、R11が、下記一般式(2)で表される構造、下記一般式(3)で表される構造および下記一般式(4)で表される構造から選択される、<1>に記載のネガ型感光性樹脂組成物;
一般式(2)
一般式(3)
一般式(4)
<3>上記一般式(1)における、R13およびR14の少なくとも一方が、ラジカル重合性基を含む、<1>または<2>に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<4>さらに、ラジカル重合性化合物を含む、<1>~<3>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<5>上記ラジカル重合性化合物が、2官能以上の化合物である、<4>に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<6>上記ラジカル重合性化合物が、2官能の化合物である、<4>に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<7>上記一般式(1)における、R12は、芳香環を含む4価の有機基である、<1>~<6>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<8>上記一般式(1)におけるn1は、2~200の整数である、<1>~<7>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<9>再配線層用層間絶縁膜用である、<1>~<8>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物。
<10><1>~<9>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物を硬化してなる、硬化膜。
<11>再配線層用層間絶縁膜である、<10>に記載の硬化膜。
<12><1>~<9>のいずれかに記載のネガ型感光性樹脂組成物を用いることを含む、硬化膜の製造方法。
<13>上記ネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、
上記基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、活性光線または放射線を照射して露光する工程と、
上記露光されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、現像処理を行う工程とを有する、<12>に記載の硬化膜の製造方法。
<14>上記現像処理を行う工程後に、現像されたネガ型感光性樹脂組成物を50~500℃の温度で加熱する工程をさらに含む、<13>に記載の硬化膜の製造方法。
<15><10>または<11>に記載の硬化膜、あるいは、<12>~<14>のいずれかに記載の方法で製造された硬化膜を有する、半導体デバイス。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において、「活性光線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線または放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光などを用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」および「メタクリレート」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アリル」は、「アリル」および「メタリル」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」および「メタクリル」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」および「メタクリロイル」の双方、または、いずれかを表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程を意味するだけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量の質量百分率である。また、固形分濃度は、特に述べない限り25℃における濃度をいう。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定でのポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000、TSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いることによって求めることができる。溶離液は特に述べない限り、THF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。また、検出は特に述べない限り、紫外線(UV)254nm検出器を使用したものとする。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む。
一般式(1)
また、本発明では、露光ラチチュードを広くしながら、反りを抑制することができる。本発明では、また、露光ラチチュードを広くしながら、基板との接着性を向上させることができる。さらに、これらの効果を達成しつつ、耐熱性を維持することも可能である。
以下、本発明の詳細について、説明する。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(以下、「特定ポリイミド前駆体」ということがある)を含む。特定ポリイミド前駆体は、一般式(1)で表される繰り返し単位を1種のみ有していてもよいし、2種以上有していてもよい。また、本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、特定ポリイミド前駆体を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。さらに、本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、一般式(1)で表される繰り返し単位以外のイミド前駆体である他の繰り返し単位を含んでいてもよい。
一般式(1)中、A1およびA2は、それぞれ独立に、酸素原子または-NH-を表し、酸素原子が好ましい。
Lがアルキレン基である場合、アルキレン基は、直鎖、分岐、環状のアルキレン基のいずれであってもよいが、直鎖または分岐アルキレン基が好ましい。アルキレン基の炭素数は、1~22が好ましく、2~16がより好ましく、2~8がさらに好ましく、2~4が特に好ましい。
Lが-Si(R)2-である場合、Rは、水素原子または1価の有機基であり、1価の有機基が好ましく、1価の有機基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アルケニル基が好ましく、アルキル基、アリール基がより好ましい。アルキル基としては、直鎖アルキル基が好ましい。アルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~5がさらに好ましく、1~3が特に好ましい。アリール基としては、フェニル基が好ましい。
n1は2以上の整数であり、2~200の整数が好ましく、4~200の整数がより好ましく、4~60の整数がさらに好ましい。
Lは、1つのR11中に、1種のみ含まれていても、2種以上含まれていてもよい。
R11は、-(L-O-)n1-で表される基のみからなるか、-(L-O-)n1-で表される基とアルキレン基とからなることが好ましい。ここでのアルキレン基としては、炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキレン基が挙げられる。
一般式(2)
一般式(3)
一般式(4)
n2は、2以上の整数であり、2~200の整数が好ましく、4~200の整数がより好ましく、4~60の整数がさらに好ましい。
L31は、単結合または2価の有機基を表し、単結合またはアルキレン基が好ましく、単結合がより好ましい。アルキレン基としては、炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキレン基が挙げられる。
L32およびL33は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、アルキレン基が好ましく、炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキレン基がより好ましい。
n3は、2以上の整数であり、2~200の整数が好ましく、4~200の整数がより好ましく、4~60の整数がさらに好ましい。
L41は、単結合または2価の有機基を表し、単結合またはアルキレン基が好ましく、単結合がより好ましい。アルキレン基としては、炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキレン基が挙げられる。
L42およびL43は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、アルキレン基が好ましく、炭素数1~10の直鎖または分岐のアルキレン基がより好ましい。
n4は、2以上の整数であり、2~200の整数が好ましく、4~200の整数がより好ましく、4~60の整数がさらに好ましい。
テトラカルボン酸二無水物から無水物基の除去後に残存するテトラカルボン酸残基などが挙げられる。
具体的には、以下のテトラカルボン酸二無水物から無水物基の除去後に残存しているテトラカルボン酸残基などが挙げられる。
ピロメリト酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸二無水物、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、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ベンゾフェノン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、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,3-ジフェニルヘキサフルオロプロパン-3,3,4,4-テトラカルボン酸二無水物、1,4,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,8,9,10-フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、および1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、並びに、これらの炭素数1~6のアルキルおよび炭素数1~6のアルコキシ誘導体から選ばれる少なくとも1種のテトラカルボン酸二無水物。
R13およびR14が表す1価の有機基としては、現像液への溶解度を向上させる置換基が好ましく用いられる。
R13およびR14が、水素原子、2-ヒドロキシベンジル、3-ヒドロキシベンジルおよび4-ヒドロキシベンジルであることが、水性現像液に対する溶解性の点で好ましい。
アルキル基の炭素数は1~30が好ましい。アルキル基は直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、オクダデシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、1-エチルペンチル基、および2-エチルヘキシル基が挙げられる。環状のアルキル基は、単環の環状のアルキル基であってもよく、多環の環状のアルキル基であってもよい。単環の環状のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基およびシクロオクチル基が挙げられる。多環の環状のアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ボルニル基、カンフェニル基、デカヒドロナフチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、カンホロイル基、ジシクロヘキシル基およびピネニル基が挙げられる。中でも、高感度化との両立の観点から、シクロヘキシル基が最も好ましい。また、アリール基で置換されたアルキル基としては、後述するアリール基で置換された直鎖アルキル基が好ましい。
アリール基としては、具体的には、置換または無置換の、ベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インデセン環、ペリレン環、ペンタセン環、アセナフテン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオレン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環またはフェナジン環である。ベンゼン環が最も好ましい。
本発明における、R13およびR14の好ましい実施形態として、ラジカル重合性基を含む態様が例示され、エチレン性不飽和結合を有する基がより好ましい。エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、下記式(III)で表される基などが挙げられる。
式(III)において、R201は、炭素数2~12のアルキレン基、-CH2CH(OH)CH2-または炭素数4~30のポリオキシアルキレン基を表す。
好適なR201の例は、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、1,2-ブタンジイル、1,3-ブタンジイル、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、ドデカメチレン、-CH2CH(OH)CH2-が挙げられ、エチレン、プロピレン、トリメチレン、-CH2CH(OH)CH2-がより好ましい。
特に好ましくは、R200がメチルで、R201がエチレンである。
特定ポリイミド前駆体は、一般式(1)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」ということがある)を含んでいてもよい。他の繰り返し単位としては、上記一般式(1)において、R11が、-(L-O-)n1-で表される基を主鎖に有する2価の連結基以外の2価の有機基(以下、R111ということがある)である繰り返し単位が好ましい。つまり、一般式(1)において、R11が次に述べるR111に置き換わった基が好ましい。
R111である2価の有機基としては、直鎖または分岐の脂肪族基、環状の脂肪族基およびアリール基を含む基が例示され、炭素数2~20の直鎖または分岐の脂肪族基、炭素数6~20の環状の脂肪族基、炭素数6~20のアリール基、または、これらの組み合わせからなる基が好ましく、炭素数6~20のアリール基がより好ましい。アリール基の例としては、下記が挙げられる。
R11の位置に一部使用してもよい2価の有機基としては、ジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基が挙げられる。ジアミンとしては、脂肪族、環式脂肪族または芳香族ジアミンなどが挙げられる。
具体的には、以下のジアミンのアミノ基の除去後に残存するジアミン残基などが挙げられる。
1,2-ジアミノエタン、1,2-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタンおよび1,6-ジアミノヘキサン;1,2-または1,3-ジアミノシクロペンタン、1,2-、1,3-または1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,2-、1,3-または1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス-(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス-(3-アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルシクロヘキシルメタンおよびイソホロンジアミン;m-およびp-フェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’-および3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-および3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)スルホン、4,4’-ジアミノパラテルフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)-10-ヒドロアントラセン、3,3’,4,4’-テトラアミノビフェニル、3,3’,4,4’-テトラアミノジフェニルエーテル、1,4-ジアミノアントラキノン、1,5-ジアミノアントラキノン、3,3-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、9,9’-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、4,4’-ジメチル-3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,4-および2,5-ジアミノクメン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、アセトグアナミン、2,3,5,6-テトラメチル-p-フェニレンジアミン、2,4,6-トリメチル-m-フェニレンジアミン、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,7-ジアミノフルオレン、2,5-ジアミノピリジン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、ジアミノベンズアニリド、ジアミノ安息香酸のエステル、1,5-ジアミノナフタレン、ジアミノベンゾトリフルオライド、、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)オクタフルオロブタン、1,5-ビス(4-アミノフェニル)デカフルオロペンタン、1,7-ビス(4-アミノフェニル)テトラデカフルオロヘプタン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(2-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ジメチルフェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、p-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,2’,5,5’,6,6’-ヘキサフルオロトリデンおよび4,4’’’-ジアミノクアテルフェニルから選ばれる少なくとも1種のジアミン。
1,2-ジアミノエタン、1,2-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタンおよび1,6-ジアミノヘキサン;1,2-または1,3-ジアミノシクロペンタン、1,2-、1,3-または1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,2-、1,3-または1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス-(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス-(3-アミノシクロヘキシル)メタン;m-およびp-フェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’-および3,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-および3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-および3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-ヒドロキシ-4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル;上記の(DA-7)、(DA-8)、(DA-12)、(DA-13);少なくとも2つ以上のアルキレングリコール単位を主鎖にもつジアミンから選ばれる少なくとも1種のジアミン。
p-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル;上記の(DA-7)、(DA-8)、(DA-12)、(DA-13);ジェファーミン(登録商標)KH-511、ED-600、ED-900、EDR-148、EDR-176、D-200、D-400、D-2000(以上商品名、HUNTSMAN(株)製);1-(2-(2-(2-アミノプロポキシ)エトキシ)プロポキシ)プロパン-2-アミン、1-(1-(1-(2-アミノプロポキシ)プロパン-2-イル)オキシ)プロパン-2-アミン、1-(2-(2-(2-アミノプロポキシ)エトキシ)プロポキシ)プロパン-2-アミンから選ばれる少なくとも1種のジアミン。
特定ポリイミド前駆体の分散度(Mw/Mn)は、特に定めるものではないが、1.0以上であることが好ましく、2.5以上であることがより好ましく、2.8以上であることがさらに好ましい。特定ポリイミド前駆体の分散度の上限値は特に定めるものではないが、例えば、4.5以下が好ましく、3.4以下とすることもできる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記特定ポリイミド前駆体以外の他のポリイミド前駆体を含んでいてもよい。他のポリイミド前駆体としては、上記他の繰り返し単位のみからなるポリイミド前駆体等の一般式(1)で表される繰り返し単位を含まないポリイミド前駆体が例示される。
また、本発明では、他のポリイミド前駆体を実質的に含まない構成とすることもできる。実質的に含まないとは、例えば、本発明のネガ型感光性樹脂組成物に含まれる他のポリイミド前駆体の含有量が、特定ポリイミド前駆体の含有量の3質量%以下であることをいう。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、他の樹脂成分を含んでいてもよい。他の樹脂成分としては、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリイミド樹脂が例示される。また、本発明では、ポリイミド前駆体以外の樹脂を実質的に含まない構成とすることもできる。実質的に含まないとは、例えば、本発明のネガ型感光性樹脂組成物に含まれるポリイミド前駆体以外の樹脂の含有量が、ポリイミド前駆体の含有量の3質量%以下であることをいう。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、光ラジカル重合開始剤を含む。光ラジカル重合開始剤が、一般式(1)で表される繰り返し単位が有し得るラジカル重合性基、または、後述するラジカル重合性化合物の重合を開始させることによって、ネガ型現像を行うことができる。より具体的には、ネガ型感光性樹脂組成物を半導体ウエハなどに適用して層状の組成物層を形成した後、光を照射することで、ラジカルによる硬化が起こり、光照射部における溶解性を低下させることができる。このため、例えば、電極部のみをマスクしたパターンを持つフォトマスクを介して上記組成物層を露光することで、電極のパターンにしたがって、溶解性の異なる領域を簡便に作製できるという利点がある。
光ラジカル重合開始剤は、約300~800nm(好ましくは330~500nm)の範囲内に少なくとも約50の分子吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。化合物の分子吸光係数は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary-5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
市販品では、カヤキュアーDETX(日本化薬(株)製)も好適に用いられる。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE-184、DAROCUR-1173、IRGACURE-500、IRGACURE-2959、IRGACURE-127(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE-907、IRGACURE-369、IRGACURE-784、および、IRGACURE-379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。IRGACUREは登録商標である。
アミノアセトフェノン系開始剤として、365nmまたは405nm等の光源に吸収波長がマッチングされた、特開2009-191179号公報に記載の化合物も用いることができる。
アシルホスフィン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE-819やDAROCUR-TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
好ましいオキシム化合物としては、例えば、3-ベンゾイルオキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、および2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられる。
市販品ではIRGACURE-OXE01(BASF社製)、IRGACURE-OXE02(BASF社製)、N-1919(ADEKA社製)も好適に用いられる。
また、特開2007-231000号公報、および、特開2007-322744号公報に記載される環状オキシム化合物も好適に用いることができる。環状オキシム化合物の中でも、特に特開2010-32985号公報、特開2010-185072号公報に記載される、カルバゾール色素に縮環した環状オキシム化合物は、高い光吸収性を有し高感度化の観点から好ましい。
また、オキシム化合物の特定部位に不飽和結合を有する化合物である、特開2009-242469号公報に記載の化合物も好適に使用することができる。
また、フッ素原子を有するオキシム化合物を用いることも可能である。そのような開始剤の具体例としては、特開2010-262028号公報に記載されている化合物、特表2014-500852号公報の段落番号0345に記載されている化合物24、36~40、特開2013-164471号公報の段落番号0101に記載されている化合物(C-3)などが挙げられる。具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
より好ましくは、トリハロメチルトリアジン化合物、α-アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、フォスフィンオキサイド化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物であり、さらに好ましくは、トリハロメチルトリアジン化合物、α-アミノケトン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、ベンゾフェノン化合物であり、最も好ましくは、オキシム化合物である。
光ラジカル重合開始剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。光ラジカル重合開始剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記ポリイミド前駆体以外のラジカル重合性化合物を含有していてもよい。ラジカル重合性化合物を含有させることにより、より耐熱性に優れた硬化膜を形成することができる。更には、フォトリソグラフィ法にてパターン形成を行うこともできる。
ラジカル重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する化合物が好ましく、エチレン性不飽和基を2個以上含む化合物であることがより好ましい。
ラジカル重合性化合物は、例えば、モノマー、プレポリマー、オリゴマーおよびそれらの混合物並びにそれらの多量体などの化学的形態のいずれであってもよい。
また、オリゴマータイプのラジカル重合性化合物は、典型的には比較的低い分子量の重合体であり、10個から100個のラジカル重合性モノマーが結合した重合体であることが好ましい。分子量としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法でのポリスチレン換算の重量平均分子量が、2000~20000であることが好ましく、2000~15000がより好ましく、2000~10000であることがさらに好ましい。
ラジカル重合性化合物は、解像性の観点から、ラジカル重合性基を2個以上含む2官能以上のラジカル重合性化合物を少なくとも1種含むことが好ましく、2官能のラジカル重合性化合物を少なくとも1種含むことがより好ましい。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、スチリル基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基および(メタ)アリル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
また、特開昭51-37193号公報、特公平2-32293号公報、特公平2-16765号公報に記載されているようなウレタンアクリレート類や、特公昭58-49860号公報、特公昭56-17654号公報、特公昭62-39417号公報、特公昭62-39418号公報に記載されたエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。
また、その他の好ましいエチレン性不飽和結合を有する化合物として、特開2010-160418号公報、特開2010-129825号公報、特許第4364216号公報等に記載される、フルオレン環を有し、エチレン性不飽和結合を有する基を2個以上有する化合物、カルド樹脂も使用することが可能である。
さらに、その他の例としては、特公昭46-43946号公報、特公平1-40337号公報、特公平1-40336号公報に記載の特定の不飽和化合物や、特開平2-25493号公報に記載のビニルホスホン酸系化合物等も挙げることができる。また、ある場合には、特開昭61-22048号公報に記載のペルフルオロアルキル基を含む構造が好適に使用される。さらに日本接着協会誌vol.20、No.7、300~308ページ(1984年)にラジカル重合性モノマーおよびオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
上記一般式(MO-1)~(MO-5)で表される重合性化合物の各々において、複数のRの内の少なくとも1つは、-OC(=O)CH=CH2、または、-OC(=O)C(CH3)=CH2で表される基を表す。
上記一般式(MO-1)~(MO-5)で表される、エチレン性不飽和結合を有する化合物の具体例としては、特開2007-269779号公報の段落番号0248~0251に記載されている化合物を本発明においても好適に用いることができる。
酸基を有する多官能モノマーは、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。また、必要に応じて酸基を有しない多官能モノマーと酸基を有する多官能モノマーを併用してもよい。
酸基を有する多官能モノマーの好ましい酸価としては、0.1~40mgKOH/gであり、特に好ましくは5~30mgKOH/gである。多官能モノマーの酸価が上記範囲であれば、製造や取扱性に優れ、さらには、現像性に優れる。また、ラジカル重合性が良好である。
カプロラクトン構造とエチレン性不飽和結合とを有する化合物としては、分子内にカプロラクトン構造を有する限り特に限定されるものではないが、例えば、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、グリセリン、ジグリセロール、トリメチロールメラミン等の多価アルコールと、(メタ)アクリル酸およびε-カプロラクトンをエステル化することにより得られる、ε-カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートを挙げることができる。なかでも下記一般式(C)で表されるカプロラクトン構造を有する重合性化合物が好ましい。
本発明において、カプロラクトン構造とエチレン性不飽和結合とを有する化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
一般式(i)中、(メタ)アクリロイル基の合計は3個または4個であり、mは各々独立に0~10の整数を表し、各mの合計は0~40の整数である。但し、各mの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシ基である。
一般式(ii)中、(メタ)アクリロイル基の合計は5個または6個であり、nは各々独立に0~10の整数を表し、各nの合計は0~60の整数である。但し、各nの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシ基である。
また、各mの合計は、2~40の整数が好ましく、2~16の整数がより好ましく、4~8の整数が特に好ましい。
一般式(ii)中、nは、0~6の整数が好ましく、0~4の整数がより好ましい。
また、各nの合計は、3~60の整数が好ましく、3~24の整数がより好ましく、6~12の整数が特に好ましい。
一般式(i)または一般式(ii)中の-((CH2)yCH2O)-または-((CH2)yCH(CH3)O)-は、酸素原子側の末端がXに結合する形態が好ましい。特に、一般式(ii)において、6個のX全てがアクリロイル基である形態が好ましい。
具体的には、下記式(a)~(f)で表される化合物(以下、「例示化合物(a)~(f)」ともいう。)が挙げられ、中でも、例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)が好ましい。
エチレン性不飽和結合を有する化合物の市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS-10、UAB-140(山陽国策パルプ社製)、NKエステルM-40G、NKエステル4G、NKエステルM-9300、NKエステルA-9300、UA-7200(新中村化学工業(株)製)、DPHA-40H(日本化薬(株)製)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600、AI-600(共栄社化学(株)製)、ブレンマーPME400(日油(株)製)などが挙げられる。
また、ポリイミド前駆体とラジカル重合性化合物を有する化合物との質量割合(ポリイミド前駆体/ラジカル重合性化合物)は、98/2~10/90が好ましく、95/5~30/70がより好ましく、90/10~50/50がさらに好ましく、90/10~70/30が一層好ましい。ポリイミド前駆体とラジカル重合性化合物との質量割合が上記範囲であれば、硬化性および耐熱性により優れた硬化膜を形成できる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、光塩基発生剤を含んでいてもよい。光塩基発生剤とは、露光により塩基を発生するものであり、常温常圧の通常の条件下では活性を示さないが、外部刺激として電磁波の照射と加熱が行なわれると、塩基(塩基性物質)を発生するものであれば特に限定されるものではない。露光により発生した塩基はポリイミド前駆体を加熱により硬化させる際の触媒として働くため、ネガ型において好適に用いることができる。
本発明に用いることができる光塩基発生剤は、特に限定されず公知のものを用いることができ、例えば、カルバメート誘導体、アミド誘導体、イミド誘導体、αコバルト錯体類、イミダゾール誘導体、桂皮酸アミド誘導体、オキシム誘導体等が挙げられる。
発生する塩基性物質は、より塩基性度の高いアミノ基を有する化合物が好ましい。ポリイミド前駆体のイミド化における脱水縮合反応等に対する触媒作用が強く、より少量の添加で、より低い温度での脱水縮合反応等における触媒効果の発現が可能となるからである。つまりは、発生した塩基性物質の触媒効果が大きい為、ネガ型感光性樹脂組成物としての見た目の感度が向上する。
上記触媒効果の観点からアミジン、脂肪族アミンであることが好ましい。
本発明に係る塩基発生剤としては、例えば、特開2009-80452号公報および国際公開WO2009/123122号公報に開示されたような桂皮酸アミド構造を有する塩基発生剤、特開2006-189591号公報および特開2008-247747号公報に開示されたようなカルバメート構造を有する塩基発生剤、特開2007-249013号公報および特開2008-003581号公報に開示されたようなオキシム構造、カルバモイルオキシム構造を有する塩基発生剤等が挙げられるが、これらに限定されず、その他にも公知の塩基発生剤の構造を用いることができる。
イオン性化合物としては、例えば下記構造式のものが挙げられる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、熱塩基発生剤を含んでいてもよい。
熱塩基発生剤は、その種類等は特に定めるものではないが、40℃以上に加熱すると塩基を発生する酸性化合物、および、pKa1が0~4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有するアンモニウム塩から選ばれる少なくとも一種を含む熱塩基発生剤を含むことが好ましい。ここで、pKa1とは、多価の酸の第一のプロトンの解離定数(Ka)の対数表示(-Log10Ka)を示す。
このような化合物を配合することにより、ポリイミド前駆体の環化反応を低温で行うことができ、また、より安定性に優れたネガ型感光性樹脂組成物とすることができる。また、熱塩基発生剤は、加熱しなければ塩基を発生しないので、ポリイミド前駆体と共存させても、保存中におけるポリイミド前駆体の環化を抑制でき、保存安定性に優れている。
上記酸性化合物(A1)および上記アンモニウム塩(A2)は、加熱すると塩基を発生するので、これらの化合物から発生した塩基により、ポリイミド前駆体の環化反応を促進でき、ポリイミド前駆体の環化を低温で行うことができる。また、これらの化合物は、塩基により環化して硬化するポリイミド前駆体と共存させても、加熱しなければポリイミド前駆体の環化が殆ど進行しないので、安定性に優れたネガ型感光性樹脂組成物を調製することができる。
なお、本明細書において、酸性化合物とは、化合物を容器に1g採取し、イオン交換水とテトラヒドロフランとの混合液(質量比は水/テトラヒドロフラン=1/4)を50ml加えて、室温で1時間攪拌し、得られた溶液をpH(potential hydrogen)を用いて、20℃にて測定した値が7未満である化合物を意味する。
酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度が120℃以上であれば、保存中に塩基が発生しにくいので、安定性に優れたネガ型感光性樹脂組成物を調製することができる。酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度が200℃以下であれば、ポリイミド前駆体の環化温度を低くすることができる。塩基発生温度は、例えば、示差走査熱量測定を用い、化合物を耐圧カプセル中5℃/分で250℃まで加熱し、最も温度が低い発熱ピークのピーク温度を読み取り、ピーク温度を塩基発生温度として測定することができる。
本発明において、アンモニウム塩とは、下記一般式(1)、または一般式(2)で表されるアンモニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンは、アンモニウムカチオンのいずれかの一部と共有結合を介して結合していてもよく、アンモニウムカチオンの分子外に有ってもよいが、アンモニウムカチオンの分子外に有ることが好ましい。なお、アニオンが、アンモニウムカチオンの分子外に有るとは、アンモニウムカチオンとアニオンが共有結合を介して結合していない場合をいう。以下、カチオン部の分子外のアニオンを対アニオンともいう。
アニオンの種類は、カルボン酸アニオン、フェノールアニオン、リン酸アニオンおよび硫酸アニオンから選ばれる1種が好ましく、塩の安定性と熱分解性を両立させられるという理由からカルボン酸アニオンがより好ましい。すなわち、アンモニウム塩は、アンモニウムカチオンとカルボン酸アニオンとの塩がより好ましい。
カルボン酸アニオンは、2個以上のカルボキシ基を持つ2価以上のカルボン酸のアニオンが好ましく、2価のカルボン酸のアニオンがより好ましい。この態様によれば、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性、硬化性および現像性をより向上できる熱塩基発生剤とすることができる。特に、2価のカルボン酸のアニオンを用いることで、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性、硬化性および現像性をさらに向上できる。
本発明において、カルボン酸アニオンは、pKa1が4以下のカルボン酸のアニオンであることが好ましい。pKa1は、3.5以下がより好ましく、3.2以下がさらに好ましい。この態様によれば、ネガ型感光性樹脂組成物の安定性をより向上できる。
ここでpKa1とは、酸の第一解離定数の逆数の対数を表し、Determination of Organic Structures by Physical Methods(著者:Brown, H. C., McDaniel, D. H., Hafliger, O., Nachod, F. C.; 編纂:Braude, E. A., Nachod, F. C.; Academic Press, New York, 1955)や、Data for Biochemical Research(著者:Dawson, R.M.C.et al; Oxford, Clarendon Press, 1959)に記載の値を参照することができる。これらの文献に記載の無い化合物については、ACD/pKa(ACD/Labs製)のソフトを用いて構造式より算出した値を用いることとする。
σmが正の値を示す置換基の例としては、例えば、CF3基(σm=0.43)、CF3CO基(σm=0.63)、HC≡C基(σm=0.21)、CH2=CH基(σm=0.06)、Ac基(σm=0.38)、MeOCO基(σm=0.37)、MeCOCH=CH基(σm=0.21)、PhCO基(σm=0.34)、H2NCOCH2基(σm=0.06)などが挙げられる。なお、Meはメチル基を表し、Acはアセチル基を表し、Phはフェニル基を表す。
R102~R111は、それぞれ独立に、水素原子、または、炭化水素基を表し、
R150およびR151は、それぞれ独立に、炭化水素基を表し、
R104とR105、R104とR150、R107とR108、および、R109とR110は、互いに結合して環を形成していてもよく、
Ar101およびAr102は、それぞれ独立に、アリール基を表し、
nは、1以上の整数を表し、
mは、0~5の整数を表す。
本発明において、酸性化合物は、下記一般式(A1)で表される化合物であることも好ましい。この化合物は、室温では酸性であるが、加熱により、カルボキシ基が脱炭酸または、脱水環化して失われることで、それまで中和され不活性化していたアミン部位が活性となることにより、塩基性となる。以下、一般式(A1)について説明する。
一般式(1a)
一般式(1a)のA1、L1、L2、m、nおよびpは、一般式(1)で説明した範囲と同義であり、好ましい範囲も同様である。
熱塩基発生剤は、1種または2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、熱ラジカル重合開始剤を含んでいてもよい。熱ラジカル重合開始剤としては、公知の熱ラジカル重合開始剤を用いることができる。
熱ラジカル重合開始剤は、熱のエネルギーによってラジカルを発生し、重合性化合物の重合反応を開始または促進させる化合物である。熱ラジカル重合開始剤を添加することによって、ポリイミド前駆体の環化反応を進行させる際に、重合性化合物の重合反応を進行させることができる。また、ポリイミド前駆体がエチレン性不飽和結合を含む場合は、ポリイミド前駆体の環化と共に、ポリイミド前駆体の重合反応を進行させることもできるので、より高耐熱化が達成できることとなる。
熱ラジカル重合開始剤としては、芳香族ケトン類、オニウム塩化合物、過酸化物、チオ化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、アゾ系化合物等が挙げられる。中でも、過酸化物またはアゾ系化合物がより好ましく、過酸化物が特に好ましい。
本発明で用いる熱ラジカル重合開始剤は、10時間半減期温度が90~130℃であることが好ましく、100~120℃であることがより好ましい。
具体的には、特開2008-63554号公報の段落番号0074~0118に記載されている化合物が挙げられる。
市販品では、パーブチルZおよびパークミルD(日油(株)製)を好適に用いることができる。
熱ラジカル重合開始剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。熱ラジカル重合開始剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、腐食防止剤を添加することが好ましい。腐食防止剤は、金属配線からのイオンの流出を防ぐ目的で添加し、化合物としては、例えば、特開2013-15701号公報の段落番号0094に記載の防錆剤、特開2009-283711号公報の段落番号0073~0076に記載の化合物、特開2011-59656号公報の段落番号0052に記載の化合物、特開2012-194520号公報の段落番号0114、0116および0118に記載の化合物などを使用することができる。中でも、トリアゾール環を有する化合物またはテトラゾール環を有する化合物を好ましく使用することができ、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-ベンゾトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、1H-テトラゾール、5-メチル-1H-テトラゾールがより好ましく、1H-テトラゾールが最も好ましい。
腐食防止剤を添加する場合、腐食防止剤の配合量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して好ましくは0.1~10質量部の範囲であり、より好ましくは0.2~5質量部の範囲である。
腐食防止剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。腐食防止剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、電極や配線などに用いられる金属材料との接着性を向上させるための金属接着性改良剤を含んでいることが好ましい。金属接着性改良剤例としては、特開2014-186186号公報の段落番号0046~0049や、特開2013-072935号公報の段落番号0032~0043に記載のスルフィド系化合物が挙げられる。金属接着性改良剤を用いる場合、金属接着性改良剤の配合量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して好ましくは0.1~30質量部の範囲であり、より好ましくは0.5~15質量部の範囲である。0.1質量部以上とすることで熱硬化後の膜と金属との接着性が良好となり、30質量部以下とすることで硬化後の膜の耐熱性、機械特性が良好となる。
金属接着性改良剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。金属接着性改良剤を2種以上用いる場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、基板との接着性を向上させられる点で、シランカップリング剤を含んでいることが好ましい。シランカップリング剤の例としては、特開2014-191002号公報の段落番号0062~0073に記載の化合物、WO2011/080992A1号公報の段落番号0063~0071に記載の化合物、特開2014-191252号公報の段落番号0060~0061に記載の化合物、特開2014-41264号公報の段落番号0045~0052に記載の化合物、WO2014/097594号公報の段落番号0055に記載の化合物が挙げられる。また、特開2011-128358号公報の段落番号0050~0058に記載されているように異なる2種以上のシランカップリング剤を用いることも好ましい。
シランカップリング剤を用いる場合、シランカップリング剤の配合量は、ポリイミド前駆体100質量部に対して好ましくは0.1~20質量部の範囲であり、より好ましくは1~10質量部の範囲である。0.1質量部以上であると、基板とのより充分な密着性を付与することができ、20質量部以下であると室温保存時において粘度上昇等の問題をより抑制できる。
シランカップリング剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。シランカップリング剤を2種以上用いる場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、増感色素を含んでも良い。増感色素は、特定の活性放射線を吸収して電子励起状態となる。電子励起状態となった増感色素は、熱塩基発生剤、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤などと接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用を引き起こす。これにより、熱塩基発生剤、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤は化学変化を起こして分解し、ラジカル、酸または塩基を生成する。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤は、例えば高分子辞典第三版(高分子学会編、2005年)683-684頁に定義されている。連鎖移動剤としては、例えば、分子内にSH、PH、SiH、GeHを有する化合物群が用いられる。これらは、低活性のラジカル種に水素供与して、ラジカルを生成するか、もしくは、酸化された後、脱プロトンすることによりラジカルを生成し得る。特に、チオール化合物(例えば、2-メルカプトベンズイミダゾール類、2-メルカプトベンズチアゾール類、2-メルカプトベンズオキサゾール類、3-メルカプトトリアゾール類、5-メルカプトテトラゾール類等)を好ましく用いることができる。
連鎖移動剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。連鎖移動剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、製造中または保存中においてポリイミド前駆体およびラジカル重合性化合物の不要な熱重合を防止するために、少量の重合禁止剤を含むことが好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、p-tert-ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩、フェノチアジン、N-ニトロソジフェニルアミン、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-スルフォプロピルアミノ)フェノール、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、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-tert-ブチル)フェニルメタンが好適に挙げられる。
ネガ型感光性樹脂組成物が重合禁止剤を有する場合、重合禁止剤の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.01~5質量%が好ましい。
重合禁止剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。重合禁止剤を2種以上使用する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種の界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。
特に、フッ素系界面活性剤を含むことで、塗布液として調製したときの液特性(特に、流動性)がより向上することから、塗布厚の均一性や省液性をより改善することができる。
フッ素系界面活性剤を含む塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行える点で有効である。
フッ素系界面活性剤としては、例えば、メガファックF171、同F172、同F173、同F176、同F177、同F141、同F142、同F143、同F144、同R30、同F437、同F475、同F479、同F482、同F554、同F780、同F781(以上、DIC(株)製)、フロラードFC430、同FC431、同FC171(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS-382、同SC-101、同SC-103、同SC-104、同SC-105、同SC1068、同SC-381、同SC-383、同S393、同KH-40(以上、旭硝子(株)製)、PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(OMNOVA社製)等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としてブロックポリマーを用いることもでき、具体例としては、例えば特開2011-89090号公報に記載された化合物が挙げられる。
また、下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。
界面活性剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。界面活性剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物には、酸素による重合阻害を防止するために、ベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体等を添加して、塗布後の乾燥の過程でネガ型感光性樹脂組成物の表面に偏在させてもよい。
ネガ型感光性樹脂組成物が高級脂肪酸誘導体等を含有する場合、高級脂肪酸誘導体等の含有量は、ネガ型感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1~10質量%が好ましい。
高級脂肪酸誘導体等は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。高級脂肪酸誘導体等を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物を塗布によって層状にする場合、溶剤を配合することが好ましい。溶剤は、ネガ型感光性樹脂組成物を層状に形成できれば、公知のものを制限なく使用できる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物に用いられる溶剤としては、エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸-n-ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトンδ-バレロラクトン、オキシ酢酸アルキル(例えば、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル(例えば、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル等))、3-オキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、3-オキシプロピオン酸メチル、3-オキシプロピオン酸エチル等(例えば、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等))、2-オキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、2-オキシプロピオン酸メチル、2-オキシプロピオン酸エチル、2-オキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-エトキシプロピオン酸メチル、2-エトキシプロピオン酸エチル))、2-オキシ-2-メチルプロピオン酸メチルおよび2-オキシ-2-メチルプロピオン酸エチル(例えば、2-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-エトキシ-2-メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸メチル、および2-オキソブタン酸エチル等、並びに、エーテル類として、例えば、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、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、およびプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等、並びに、ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、およびN-メチル-2-ピロリドン等、並びに、芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、およびリモネン等、並びに、スルホキシド類としてジメチルスルホキシドが好適に挙げられる。
溶剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。溶剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
また、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およびN,N-ジメチルホルムアミドの含有量は、膜強度の観点から、ネガ型感光性樹脂組成物の全質量に対して5質量%未満が好ましく、1質量%未満がより好ましく、0.5質量%未満がさらに好ましく、0.1質量%未満が特に好ましい。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種添加物、例えば、無機粒子、硬化剤、硬化触媒、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加剤を配合する場合、その合計配合量はネガ型感光性樹脂組成物の固形分の3質量%以下とすることが好ましい。
また、ネガ型感光性樹脂組成物に意図せずに含まれる金属不純物を低減する方法としては、ネガ型感光性樹脂組成物を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、ネガ型感光性樹脂組成物を構成する原料に対してフィルター濾過を行う、装置内をポリテトラフルオロエチレン等でライニングしてコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法を挙げることができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、上記各成分を混合して調製することができる。混合方法は特に限定はなく、従来公知の方法で行うことができる。
また、ネガ型感光性樹脂組成物中のゴミや微粒子等の異物を除去する目的で、フィルターを用いたろ過を行うことが好ましい。フィルターの孔径としては、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下がさらに好ましい。フィルターの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のフィルターが好ましい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルター濾過工程では、複数種類のフィルターを直列または並列に接続して用いてもよい。複数種類のフィルターを使用する場合は、孔径および/または材質が異なるフィルターを組み合わせて使用しても良い。また、各種材料を複数回濾過してもよく、複数回濾過する工程が循環濾過工程であっても良い。また、加圧してろ過を行ってもよく、加圧する圧力は0.05MPa以上0.3MPa以下が好ましい。
フィルターを用いたろ過の他、吸着材を用いて不純物の除去を行っても良い。また、不純物の除去は、フィルターろ過と吸着材を組み合わせても良い。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができる。例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの無機系吸着材、活性炭などの有機系吸着材を使用することができる。
本発明のネガ型感光性樹脂組成物は硬化して硬化膜として用いることができる。本発明のネガ型感光性樹脂組成物は、耐熱性および絶縁性に優れる硬化膜を形成できるので、半導体デバイスの絶縁膜、再配線層用層間絶縁膜などに好ましく用いることができる。特に、3次元実装デバイスにおける再配線層用層間絶縁膜などに好ましく用いることができる。
また、エレクトロニクス用のフォトレジスト(ガルバニック(電解)レジスト(galvanic resist)、エッチングレジスト、ソルダートップレジスト(solder top resist))などに用いることもできる。
また、オフセット版面またはスクリーン版面などの版面の製造、成形部品のエッチング、エレクトロニクス、特にマイクロエレクトロニクスにおける保護ラッカーおよび誘電層の製造などに用いることもできる。
次に、本発明の硬化膜の製造方法について説明する。硬化膜の製造方法は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成される限り、特に定めるものではない。本発明の硬化膜の製造方法は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物を硬化する工程とを有することが好ましい。
ネガ型感光性樹脂組成物の基板への適用方法としては、スピニング、浸漬、ドクターブレード塗布、懸濁キャスティング(suspended casting)、塗布、噴霧、静電噴霧、リバースロール塗布などが挙げられ、スピニング、静電噴霧およびリバースロール塗布が基板上に均一に適用できるという理由から好ましい。
無機基板としては、例えばガラス基板、石英基板、シリコン基板、シリコンナイトライド基板、および、それらのような基板上にモリブデン、チタン、アルミニウム、銅などを蒸着した複合基板が挙げられる。
樹脂基板としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミド-オレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂からなる基板が挙げられる。これらの基板は、上記の形態のまま用いられる場合は少なく、通常、最終製品の形態によって、例えば薄膜トランジスタ(TFT)素子のような多層積層構造が形成されている。
ネガ型感光性樹脂組成物を基板へ適用した後、乾燥することが好ましい。乾燥は、例えば、60~150℃で、10秒~2分行うことが好ましい。
基板に適用したネガ型感光性樹脂組成物を加熱することにより、ポリイミド前駆体の環化反応が進み、耐熱性に優れた硬化膜を形成できる。
加熱温度は、50~300℃が好ましく、100~250℃がより好ましい。
本発明によれば、より環化速度が速い異性体を多く含むため、ポリイミド前駆体の環化反応をより低温で行うこともできる。
昇温速度としては、20~150℃を加熱開始温度として、3~5℃/分であることが好ましい。
加熱温度が200~240℃である場合は、加熱時間は、180分以上が好ましい。上限は例えば、240分以下が好ましい。加熱温度が240~300℃である場合は、加熱時間は、90分以上が好ましい。上限は例えば、180分以下が好ましい。加熱温度が300~380である場合は、加熱時間は、60分以上が好ましい。上限は例えば、120分以下が好ましい。
冷却速度は、1~5℃/分であることが好ましい。
加熱は段階的に行ってもよい。例として、20℃から150℃まで5℃/分で昇温し、150℃にて30分置き、150℃から230℃まで5℃/分で昇温し、230℃にて180分置く、といった工程が挙げられる。
フォトリソグラフィ法でのパターン形成は、ポリイミド前駆体と、光ラジカル重合開始剤とを含む感光性樹脂組成物を用いて行うことが好ましい。
以下、フォトリソグラフィ法によりパターン形成する場合について説明する。
露光する工程では、基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、所定のパターンの活性光線または放射線を照射する。
活性光線または放射線の波長は、ネガ型感光性樹脂組成物の組成により異なるが、200~600nmが好ましく、300~450nmがより好ましい。
光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、LED光源、エキシマレーザー発生装置などを用いることができ、i線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)などの300nm以上450nm以下の波長を有する活性光線が好ましく使用できる。また、必要に応じて長波長カットフィルター、短波長カットフィルター、バンドパスフィルターのような分光フィルターを通して照射光を調整することもできる。露光量は好ましくは1~1000mJ/cm2であり、より好ましくは、200~800mJ/cm2である。このように広い範囲で、高い現像性で現像することができる点で本発明の価値は高い。
露光装置としては、ミラープロジェクションアライナー、ステッパー、スキャナー、プロキシミティ、コンタクト、マイクロレンズアレイ、レンズスキャナ、レーザー露光、など、各種方式の露光機を用いることができる。
なお、(メタ)アクリレートおよび類似のオレフィン不飽和化合物を使用する場合、それらの光重合は、公知のとおり、特に薄層中では空気中の酸素により防止される。この効果は、例えばポリビニルアルコールの一時的な被膜層導入や、不活性ガス中での前露光または前調整などの公知の従来法により緩和できる。
現像処理を行う工程では、ネガ型感光性樹脂組成物の未露光の部分を、現像液を用いて現像する。現像液としては、水性アルカリ現像液、有機溶剤などを用いることができる。
水性アルカリ現像液に使用するアルカリ化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、アンモニアまたはアミンなどが挙げられる。アミンとしては、例えば、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、アルカノールアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、四級アンモニウム水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)または水酸化テトラエチルアンモニウムなどが挙げられる。なかでも金属を含まないアルカリ化合物が好ましい。好適な水性アルカリ現像液は、一般的にアルカリに関して0.5規定までであるが、使用前に適当に希釈してもよい。例えば、約0.15~0.4規定、好ましくは0.20~0.35規定の水性アルカリ現像液も適切である。アルカリ化合物は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。アルカリ化合物を2種以上使用する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
有機溶剤としては、上述したネガ型感光性樹脂組成物に用いることができる溶剤と同様のものを用いることができる。例えば、酢酸-n-ブチル、γ-ブチロラクトン、シクロペンタノン、およびこれらの混合したものが好適に挙げられる。
さらに、現像処理を行う工程後に、現像されたネガ型感光性樹脂組成物を50~500℃の温度で加熱する工程を含むことも好ましい。このような工程を経ることにより、耐熱性や基板との接着性が向上するというメリットがある。
また、エレクトロニクス用のフォトレジスト(ガルバニック(電解)レジスト(galvanic resist)、エッチングレジスト、ソルダートップレジスト(solder top resist))などに用いることもできる。
また。オフセット版面またはスクリーン版面などの版面の製造、成形部品のエッチング、エレクトロニクス、特にマイクロエレクトロニクスにおける保護ラッカーおよび誘電層の製造などに用いることもできる。
次に、ネガ型感光性樹脂組成物を再配線層用層間絶縁膜に用いた半導体デバイスの一実施形態について説明する。
図1に示す半導体デバイス100は、いわゆる3次元実装デバイスであり、複数の半導体素子(半導体チップ)101a~101dが積層した積層体101が、配線基板120に配置されている。
なお、この実施形態では、半導体素子(半導体チップ)の積層数が4層である場合を中心に説明するが、半導体素子(半導体チップ)の積層数は特に限定されるものではなく、例えば、2層、8層、16層、32層等であってもよい。また、1層であってもよい。
最上段の半導体素子101aは、貫通電極を有さず、その一方の面に電極パッド(図示せず)が形成されている。
半導体素子101b~101dは、貫通電極102b~102dを有し、各半導体素子の両面には、貫通電極に一体に設けられた接続パッド(図示せず)が設けられている。
すなわち、貫通電極を有さない半導体素子101aの電極パッドと、これに隣接する貫通電極102bを有する半導体素子101bの半導体素子101a側の接続パッドが、半田バンプ等の金属バンプ103aで接続され、貫通電極102bを有する半導体素子101bの他側の接続パッドが、それに隣接する貫通電極102cを有する半導体素子101cの半導体素子101b側の接続パッドと、半田バンプ等の金属バンプ103bで接続されている。同様に、貫通電極102cを有する半導体素子101cの他側の接続パッドが、それに隣接する貫通電極102dを有する半導体素子101dの半導体素子101c側の接続パッドと、半田バンプ等の金属バンプ103cで接続されている。
配線基板120としては、例えば樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板等の絶縁基板を基材として用いた多層配線基板が使用される。樹脂基板を適用した配線基板120としては、多層銅張積層板(多層プリント配線板)等が挙げられる。
配線基板120と積層体101との間には、再配線層105が形成された絶縁層115が配置されており、配線基板120と積層体101とは、再配線層105を介して電気的に接続されている。絶縁層115は、本発明のネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成してなるものである。
すなわち、再配線層105の一端は、半田バンプ等の金属バンプ103dを介して、半導体素子101dの再配線層105側の面に形成された電極パッドに接続されている。また、再配線層105の他端は、配線基板の表面電極120aと、半田バンプ等の金属バンプ103eを介して接続している。
そして、絶縁層115と積層体101との間には、アンダーフィル層110aが形成されている。また、絶縁層115と配線基板120との間には、アンダーフィル層110bが形成されている。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)とを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。SOCl2を加えている間、粘度が増加した。50mlのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN-メチルピロリドンに、23.5g(58.7ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2-アミノプロピルエーテル)(Mn=400)を溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A-1)を得た。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、13.95g(129ミリモル)のベンジルアルコールと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸とベンジルアルコールとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。SOCl2を加えている間、粘度が増加した。50mlのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN-メチルピロリドンに、23.5g(58.7ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2-アミノプロピルエーテル)(Mn=400)を溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A-2)を得た。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。SOCl2を加えている間、粘度が増加した。50mlのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN-メチルピロリドンに、23.48(58.7ミリモル)のX-22-161A(信越化学社製、両末端アミノ変性シリコーン、官能基当量800g/mol)を溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、ポリイミド前駆体(A-3)を得た。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。SOCl2を加えている間、粘度が増加した。50mlのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN-メチルピロリドンに、12.3g(29.4ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2-アミノプロピルエーテル)(Mn=400)、および5.9(29.3ミリモル)の4,4’-オキシジアニリンを溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水に投入してさらに30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A-4)を得た。
合成例1の14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物を、20.00g(64.5ミリモル)の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に変える以外は、合成例1と同じ方法で合成し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(A-5)を得た。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。SOCl2を加えている間、粘度が増加した。50mlのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN-メチルピロリドンに、11.8g(58.7ミリモル)の4,4’-オキシジアニリンを溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に投入しポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、再度4リットルの水を投入し、さらに30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(RA-1)を得た。
合成例6の11.8g(58.7ミリモル)の4,4’-オキシジアニリンを、14.6g(58.7ミリモル)の1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンに変更する以外は、合成例6と同じ方法で合成し、下記式で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体(RA-2)を得た。
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリト酸二無水物(140℃で12時間乾燥)と、13.95g(129ミリモル)のベンジルアルコールと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのN-メチルピロリドンとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリト酸とベンジルアルコールとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。SOCl2を加えている間、粘度が増加した。50mlのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mlのN-メチルピロリドンに、23.5g(58.7ミリモル)のポリ(プロピレングリコール)ビス(2-アミノプロピルエーテル)(Mn=400)を溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴下した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、200℃に昇温して、12時間反応させた。反応終了後、室温まで冷却させて、5リットルの水に投入しポリイミドを沈殿させ、水-ポリイミド混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミドを濾取し、再度4リットルの水を投入し、さらに30分間撹拌し再び濾過した。次いで、得られたポリイミドを減圧下で、45℃で3日間乾燥し、下記式で表される構造を有するポリイミド前駆体(RA-3)を得た。
下記記載の成分を混合し、均一な溶液として、ネガ型感光性樹脂組成物の塗布液を調製した。
<<ネガ型感光性樹脂組成物の組成>>
(A)ポリイミド前駆体:表5記載の質量%
(B)光ラジカル重合開始剤:表5記載の質量%
(C)ラジカル重合性化合物:表5記載の質量%
溶剤(γ-ブチロラクトン):60.00質量%
[露光ラチチュード]
シリコンウエハ上の感光性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR2005 i9C)を用いて露光した。露光はi線で行い、波長365nmにおいて、200、300、400、500、600、700、800mJ/cm2の各露光エネルギーで、5μm~25μmまで1μm刻みのラインアンドスペースのフォトマスクを使用して、露光を行った。
A:5μm以上8μm以下
B:8μmを超えて10μm以下
C:10μmを超えて15μm以下
D:15μmを超えて20μm以下
E:20μmを超えた。
各ネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、シリコンウエハ上にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。ネガ型感光性樹脂組成物を適用したシリコンウエハをホットプレート上で100℃で5分間乾燥し、シリコンウエハ上に厚さ16μmの均一な感光性樹脂組成物層を4インチウエハ上に作製した後、i線を用いて500mJ/cm2の露光エネルギーで全面を露光し、さらに300℃で3時間加熱して、反り測定用サンプルを作製した。反り測定用サンプルをKLA-Tencor社製FLX-2320を用いて、Bow値を測定した。尚、1インチは、2.54cmである。
A:Bow値が40μm以下
B:Bow値が40μmを超え80μm未満
C:Bow値が80μm以上
各ネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、銅基板上にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。ネガ型感光性樹脂組成物を適用した銅基板をホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、銅基板上に厚さ16μmの均一な感光性樹脂組成物層を4インチウエハ上に作製した後、i線を用いて500mJ/cm2の露光エネルギーで全面を露光し、さらに300℃で3時間加熱した。さらに、JIS(日本工業規格)K5600-5-6規格のクロスカット法に準じて、銅基板との接着特性を以下の基準に基づき評価した。
A:基板に接着している感光性樹脂組成物層が100のもの
B:基板に接着している感光性樹脂組成物層が80~99のもの
C:基板に接着している感光性樹脂組成物層が50~79のもの
D:基板に接着している感光性樹脂組成物層が50未満のもの
表5に記載した略称は以下の通りである。
上記合成例で用いたポリイミド前駆体
(B)光ラジカル重合開始剤
B-1:Irgacure OXE-01(BASF社製)
B-2:Irgacure369(BASF製)
B-3:Irgacure784(BASF製)
C-1:NKエステル M-40G(新中村化学工業(株)製;単官能メタクリレート;下記構造)
実施例1のネガ型感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、銅薄層が形成された樹脂基板にスピニング(3500rpm、30秒)して適用した。樹脂基板に適用したネガ型感光性樹脂組成物を、100℃で5分間乾燥した後、アライナー(Karl-Suss MA150)を用いて露光した。露光は高圧水銀ランプで行い、波長365nmでの露光エネルギーを測定した。露光の後、シクロペンタノンで75秒間画像を現像した。
次いで、180℃で20分加熱した。このようにして、再配線層用層間絶縁膜を形成した。
この再配線層用層間絶縁膜は、絶縁性に優れていた。
また、この再配線層用層間絶縁膜を使用して半導体デバイスを製造したところ、問題なく動作することを確認した。
101a~101d:半導体素子
101:積層体
102b~102d:貫通電極
103a~103e:金属バンプ
105:再配線層
110、110a、110b:アンダーフィル層
115:絶縁層
120:配線基板
120a:表面電極
Claims (15)
- 前記一般式(1)中、R11が、下記一般式(2)で表される構造、下記一般式(3)で表される構造および下記一般式(4)で表される構造から選択される、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物;
一般式(2)
一般式(2)中、R21およびR22は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~20のアルキル基を表し、複数のR21は、同一であっても異なっていてもよく;n2は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の-NH-と連結する箇所を表す;
一般式(3)
一般式(3)中、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L31は、単結合または2価の有機基を表し、L32およびL33は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n3は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の-NH-と連結する箇所を表す;
一般式(4)
一般式(4)中、R41およびR42は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、L41は、単結合または2価の有機基を表し、L42およびL43は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、n4は2以上の整数であり;*は、一般式(1)の-NH-と連結する箇所を表す。 - 一般式(1)における、R13およびR14の少なくとも一方が、ラジカル重合性基を含む、請求項1または2に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- さらに、ラジカル重合性化合物を含む、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。
- 前記ラジカル重合性化合物が、2官能以上の化合物である、請求項4に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記ラジカル重合性化合物が、2官能の化合物である、請求項4に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 一般式(1)における、R12は、芳香環を含む4価の有機基である、請求項1~6のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 一般式(1)におけるn1は、2~200の整数である、請求項1~7のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 再配線層用層間絶縁膜用である、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。
- 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を硬化してなる、硬化膜。
- 再配線層用層間絶縁膜である、請求項10に記載の硬化膜。
- 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を用いることを含む、硬化膜の製造方法。
- 前記ネガ型感光性樹脂組成物を基板に適用する工程と、
前記基板に適用されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、活性光線または放射線を照射して露光する工程と、
前記露光されたネガ型感光性樹脂組成物に対して、現像処理を行う工程とを有する、請求項12に記載の硬化膜の製造方法。 - 前記現像処理を行う工程後に、現像されたネガ型感光性樹脂組成物を50~500℃の温度で加熱する工程をさらに含む、請求項13に記載の硬化膜の製造方法。
- 請求項10または11に記載の硬化膜、あるいは、請求項12~14のいずれか1項に記載の方法で製造された硬化膜を有する、半導体デバイス。
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