JP2011123278A - ポリイミド系光硬化性樹脂組成物、パターン形成方法及び基板保護用皮膜 - Google Patents

ポリイミド系光硬化性樹脂組成物、パターン形成方法及び基板保護用皮膜 Download PDF

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Abstract

【課題】微細なパターン形成が可能で、フィルム特性や、保護膜としての信頼性に優れた皮膜を提供可能な光硬化性樹脂組成物及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】(A)成分として、一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーン、(B)成分として、ホルマリンまたはホルマリン−アルコールにより変性されたアミノ縮合物および1分子中に平均して2個以上のメチロール基またはアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物、(C)成分として、光酸発生剤を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリイミドシリコーンを含有する光硬化性樹脂組成物、並びにそのパターン形成方法、更にはこの組成物を用いた配線等の保護用皮膜に関するものである。特に、その優れた耐熱性や耐薬品性、絶縁性および可とう性から、半導体素子用保護絶縁膜、多層プリント基板用絶縁膜、半田保護膜、カバーレイフィルム、MEMS用途等に関する。
従来、感光性のポリイミド系材料としては、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を利用した材料、例えば、ポリアミック酸のカルボキシル基に感光基をエステル結合により導入したもの(特許文献1、特許文献2)、ポリアミック酸と感光基を有するアミン化合物とからなる材料(特許文献3)等が提案されている。しかし、これらの提案では、パターン化された皮膜を形成した後、目的とするポリイミド皮膜を得るために、300℃を超える高温でのイミド化処理が必須であり、この高温に耐えるため、下地基材が制約されたり、配線の銅を酸化させたりする問題を有していた。
この改善として、後硬化温度の低温化を目的にすでにイミド化された溶剤可溶の樹脂を用いた感光性のポリイミドが提案されている(特許文献4、特許文献5、特許文献6)。
一方、フェノール性水酸基を有するポリイミド骨格(特許文献7)やポリアミド骨格(特許文献8、特許文献9)とジアゾナフトキノンを組み合わせたポジ型での提案もなされている。
また、ポリイミドをベース樹脂に用い、微細なパターン形成に重点をおいて開発されたものとしては、閉環した溶剤可溶ポリイミドの側鎖アルコール基と、アルコキシ基含有メラミン化合物とが光酸発生剤により光架橋する組成物(特許文献10)が知られている。
特開昭49−115541号公報 特開昭55−45746号公報 特開昭54−145794号公報 特開平10−274850号公報 特開平10−265571号公報 特開平13−335619号公報 特開平3−209478号公報 特公平1−46862号公報 特開平11−65107号公報 特開2006−133757号公報
しかしながら、特許文献4〜特許文献6に記載の組成物は、、いずれも(メタ)アクリル基を利用して感光性を樹脂に付与しており、光硬化機構上、酸素障害を受け易く、現像時の膜減りが起こり易い等の理由から、解像力の向上が難しく、要求される特性をすべて満たす材料とはなり得ていなかった。
特許文献7〜9に記載の組成物は、20μmを超えるような厚膜を形成することが、その組成物の光透過性の観点から困難で、また、現像性を確保するために樹脂分子量が低分子であったり、感光剤であるジアゾナフトキノンの添加量が樹脂に対して多量となり、樹脂本来の硬化特性を得られ難い等の問題点があった。
特許文献10に記載の組成物は、環境負荷の少ないアルカリ水溶液での現像が出来ないといった問題点があった。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、20μmを超えるような厚膜で、微細なパターン形成を、環境負荷の少ないアルカリ水溶液での現像で行うことが容易に可能であり、かつ、このパターン形成後に、220℃以下の比較的低温の熱処理で、フィルム特性や、保護膜としての信頼性に優れた皮膜を提供可能な、ポリイミドシリコーンを含有した光硬化性樹脂組成物及びパターン形成方法を提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、樹脂分子中に1級のアルコールを有するポリイミドシリコーンを含む、後述する組成の光硬化性樹脂組成物が、酸素障害を受けず容易に薄膜を形成することができ、かつ、幅広い波長の光で露光できること、後述するパターン形成方法により微細なパターンを形成することが可能であり、更にこの光硬化性樹脂組成物及びパターン形成後加熱により得られる硬化皮膜は耐熱性、電気絶縁性に優れることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
すなわち本発明は以下に関する。
<1> (A)成分として、一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーン、
(B)成分として、ホルマリンまたはホルマリン−アルコールにより変性されたアミノ縮合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、あるいは、および1分子中に平均して2個以上のメチロール基またはアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物のいずれか1種あるいはその混合物、
(C)成分として、光酸発生剤を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物。
<2> (A)成分をが100質量部、(B)成分をが0.5〜50質量部、(C)成分をが0.05〜20質量部含むからなることを特徴とする<1>に記載の光硬化性樹脂組成物。
<3> (D)成分として、(A)〜(C)成分の合計量100質量部に対して50〜2000質量部の有機溶剤を含有することを特徴とする<1>または<2>に記載の光硬化性樹脂組成物。
<4> (A)成分が下記一般式(1)で表されるポリイミドシリコーンであることを特徴とする<1>〜<3>のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
Figure 2011123278
[式(1)中、
k及びmは正の整数であり、0.01≦k/(k+m)<1を満たす数である。
Xは下記一般式(2)で表される四価の有機基である。
Figure 2011123278
(式(2)中、Rは、互いに独立に、炭素数1から8の一価炭化水素基であり、Rは、互いに独立に、三価の有機基であり、nはその平均が1から120の数である。)
Yは二価の有機基であり、その少なくとも一部は一般式(3)で表される。
Figure 2011123278
(式(3)中、Aは、
Figure 2011123278
のいずれかより選ばれる二価の有機基であり相互に同一又は異なっていてもよく、B、Cは、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基または水素原子であり、相互に同一又は異なっていてもよく、aは0又は1であり、bは0又は1であり、cは0〜10の整数である。また、式(3)中Rは、フェノール性水酸基又はアルコール性水酸基含有有機基から選択される一価の基であり、Rの少なくとも1個は一級のアルコール性水酸基含有有機基である。)
Wは前記X以外の四価の有機基である。]
<5> 前記一般式(1)で表されるポリイミドシリコーンが、下記一般式(1−1)で表されるポリイミドシリコーンである、<4>に記載の光硬化性樹脂組成物。
Figure 2011123278
[式(1−1)中、X、Wは前出のとおりである。
は前記一般式(3)で表される二価の有機基であり、Yは前記一般式(3)で表される以外の二価の有機基である。
p及びrは正の整数であり、q及びsは0または正の整数であり、p+q=k、r+s=mを満たす数である(k及びmは前出のとおりである)。]
<6> 前記ポリイミドシリコーンの一般式(3)におけるRが−OH、−OCHCH(OH)CHOH、−OCH(CHOH)CHOH、から選択される一価の基であることを特徴とする<4>または<5>に記載の光硬化性樹脂組成物。
<7> 前記ポリイミドシリコーンの一般式(1)におけるWが下記式で表される少なくとも1種を含む四価の有機基であることを特徴とする<4>〜<6>のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
Figure 2011123278
<8> 前記ポリイミドシリコーンのOH価が20〜200KOHmg/gであることを特徴とする<4>〜<7>のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
<9> 前記ポリイミドシリコーンの一般式(1−1)におけるYが、下記一般式(4)で表される二価の有機基および下記一般式(5)で表される二価の有機基からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする<5>〜<8>のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
Figure 2011123278
(式(4)中、Dは、互いに独立に、下記の二価の有機基のいずれかであり、
Figure 2011123278
e、fは互いに独立に、0又は1であり、gは0又は1である。)
Figure 2011123278
(式(5)中、Rは、互いに独立に、炭素数1から8の一価炭化水素基であり、hは1から80までの整数である。)
<10> 前記ポリイミドシリコーンが、ポリイミドシリコーン重合体の末端にフェノール基、チオール基またはカルボキシル基を有することを特徴とする<4>〜<9>に記載の光硬化性樹脂組成物。
<11> (i)<1>〜<10>のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物の膜を基板上に形成する工程、(ii)フォトマスクを介して波長240〜500nmの波長の光で該膜を露光する工程、(iii)現像液にて現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
<12> 前記(ii)露光工程後、(iii)現像工程前に、加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする、<11>に記載のパターン形成方法。
<13> <11>または<12>記載の方法によりパターン形成された光硬化性樹脂組成物の膜を120℃から300℃の範囲の温度で後硬化して得られる保護用皮膜。
本発明の1級アルコール基を有するポリイミドシリコーンを含有した光硬化性樹脂組成物を使用することにより、幅広い波長の光で露光でき、且つ酸素障害を受けず容易に薄膜を形成することや、20μmを超える厚膜をも形成可能な光硬化性樹脂組成物を提供することができる。また、解像力に優れたパターンを形成することが可能であり、更にこの組成物から得られる硬化皮膜は基材との密着性、耐熱性、電気絶縁性に優れ、電気、電子部品、半導体素子等の保護膜として好適に用いられる。
合成例1のポリイミドシリコーンの1H−NMRチャートである。 合成例2のポリイミドシリコーンの1H−NMRチャートである。 合成例3のポリイミドシリコーンの1H−NMRチャートである。 合成例4のポリイミドシリコーンの1H−NMRチャートである。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
(A)成分
本発明の成分(A)である、ポリイミドシリコーンは1級のアルコール性水酸基を含有する。
上記ポリイミドシリコーンとしては、下記一般式(1)で示されるものが好ましい。
Figure 2011123278
さらに式(1)中のXが式(2)で示される構造を有することを特徴とする。該単位を含むことによって、ポリマー主鎖骨格に柔軟性が付与され、樹脂自体に可撓性が付与される。
Figure 2011123278
式(2)中、Rは、互いに独立に、炭素数1から8の一価炭化水素基であり、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、ヘキシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基を挙げることができる。原料の入手の容易さの観点からメチル基、エチル基、フェニル基、ビニル基が好ましい。
式(2)中、Rは、互いに独立に、三価の有機基であり、例えば、アルキルコハク酸無水物、例えばプロピルコハク酸無水物、ノルボニル酸無水物、プロピルナジック酸無水物、フタル酸無水物などから、カルボキシル基またはカルボキシル基無水物を取り除いた残基、が挙げられる。好ましくは、ノルボニル酸無水物、プロピルコハク酸無水物である。またnは、1〜120、好ましくは3〜80、さらに好ましくは5〜50の整数である。
Xとしては、下記の構造を挙げる事ができる。
Figure 2011123278
上記構造中、n及びnは、0または1以上の整数であり、n+n=nを満たす。
また、n及びnは、0または1以上の整数であり、n+n=nを満たす。
また、n及びnは、0または1以上の整数であり、n+n=nを満たす。
Xとしては、より具体的には、下記の構造を挙げることができる。
Figure 2011123278
上記Xは、不飽和基を有する上記の酸無水物、例えばコハク酸無水物、ノルボニル酸無水物、プロピルナジック酸無水物、又はフタル酸無水物などと、オルガノハイドロジェンポリシロキサンを反応させることによって得られる変性シリコーンから誘導することができる。該オルガノハイドロジェンポリシロキサン中のシロキサン単位数の分布に応じて、得られる酸無水物変性ポリシロキサンのシロキサン単位数も分布し、従って、式(2)のnはその平均値を表す。
一般式(1)中のYは、その少なくとも一部は、一般式(3)で示される一級のアルコール性水酸基を有する二価の有機基である。
Figure 2011123278
式(3)中Aは、互いに独立に、下記の2価の有機基のいずれかである。
Figure 2011123278
式(3)中aは0又は1であり、bは0又は1であり、cは0〜10の整数であり、cは1〜10の整数である。
式(3)中B、Cは、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基または水素原子であり、相互に同一又は異なっていてもよく、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基があげられ、中でもメチル基、水素原子が原料の入手の容易な点から好ましい。
上式(3)中Rは、フェノール性水酸基又はアルコール性水酸基含有有機基から選択される一価の基であり、Rの少なくとも1個は一級のアルコール性水酸基含有有機基である。具体的には−OH、−OCH2CH(OH)CH2OH、−OCH(CH2OH)CH2OHが挙げられる。
式(3)で表される基として、下記の基を挙げることができる。
Figure 2011123278
Yの他の一部は、一般式(3)で表される以外の二価の有機基であってもよい。すなわち、式(1)のポリイミドシリコーンは一般式(1−1)で表されるポリイミドシリコーンであることが好ましい。
Figure 2011123278
式(1−1)中、X、Wは前出のとおりである。
は前記一般式(3)で表される二価の有機基であり、Yは前記一般式(3)で表される以外の二価の有機基である。
p及びrは正の整数であり、q及びsは0または正の整数であり、p+q=k、r+s=mを満たす数である(k及びmは前出のとおりである)。
は、一般式(3)で表される以外の二価の有機基、すなわち一級のアルコール性水酸基を有しない二価の有機基である。具体的には、下記式(4)で表される二価の有機基および式(5)で表される二価の有機基からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
Figure 2011123278
上記式中、Dは互いに独立に、上記Aと同様の二価の有機基である。e、fは互いに独立に、0又は1であり、gは0又は1である。
式(4)としては、下記の基を挙げることができる。
Figure 2011123278
Figure 2011123278
Figure 2011123278
Figure 2011123278
式(5)中、Rは、互いに独立に、炭素数1から8の一価炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、等を挙げることができる。中でも、原料入手の観点から、メチル基、フェニル基が特に好ましい。
式(5)中、hは1〜80、好ましくは1〜20の整数である。
式(1)中、Wは、上記X以外の四価の有機基であれば公知の種々の基であってよく、下記の基が例示される。
Figure 2011123278
上記各構造を有する成分(A)のポリイミドシリコーン樹脂は、その分子量が、数平均分子量で5000〜200000、好ましくは8000〜100000である。分子量が前記下限値未満のポリイミド樹脂は、得られる被膜の強度が低い。一方、分子量が前記上限値超のポリイミド樹脂は、溶剤に対する相溶性が乏しく、取り扱いが困難である。
さらに、Xを含む繰り返し単位数kは正の整数であり、好ましくは1〜500、よりこのましくは3〜300である。Wを含む繰り返し単位数mは正の整数であり、好ましくは1〜500、より好ましくは3〜300である。
また、kの割合k/(k+m)が、0.01≦k/(k+m)<1を満たす。好ましくは0.1以上1未満、より好ましくは0.2以上0.95以下、特に好ましくは0.5以上0.9以下である。該割合が、0.01未満では、十分な可撓性を達成することが困難である。
(A)成分のポリイミドシリコーンは、JIS0070に基づくOH価が20〜200KOHmg/g、特に30〜150KOHmg/gとすることが好ましい。
(A)成分のポリイミドシリコーンを製造するには、まず、フェノール性水酸基を有するジアミン、酸無水物変性シリコーン、酸二無水物、必要に応じてフェノール性水酸基及びカルボキシル基を有しないジアミンを反応させ、ポリアミック酸を得る。
フェノール性水酸基を有するジアミンとしては、例えば、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、2,2’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、9,9−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2’―メチレンビス[6−(4−アミノ−3,5−ジメチルベンジル)―4−メチル]フェノール、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシ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)ヘキサフルオロプロパンなどのフェノール基を有するジアミンなどが挙げられる。
酸無水物変性シリコーンとしては、例えば、下記化合物が挙げられる。
Figure 2011123278
nは、1〜120、好ましくは3〜80、さらに好ましくは5〜50の整数である。
及びnは、0または1以上の整数であり、n+n=nを満たす。
ポリアミック酸の重合に用いられる酸二無水物としては、例えば、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’−ビフェニル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、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1,2−ジカルボン酸無水物、1,2,3,4−ブタ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、4,4’−ヘキサフルオロプロピリデンビスフタル酸二無水物、2,2−ビス(p−トリメリトキシフェニル)プロパン、1,3−テトラメチルジシロキサンビスフタル酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸二無水物が挙げられる。
フェノール性水酸基及びカルボキシル基を有しないジアミンとしては、例えば、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−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、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、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、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンなどが挙げられる。
ポリアミック酸の合成において酸二無水物成分に対するジアミン成分の割合は、ポリイミドの分子量の調整等に応じて適宜決められ、通常モル比で0.95〜1.05、好ましくは0.98〜1.02の範囲である。なお、ポリイミドシリコーン末端に反応性官能基を導入するためにアミノアルコール、アミノチオール、無水トリメリット酸等の官能の酸無水物およびアミン化合物を添加できる。この場合の添加量は酸二無水物成分またはジアミン成分に対して20モル%以下が好ましい。
ジアミンと酸二無水物の反応は通常、溶剤中で行われる。かかる溶剤としては、ポリイミドを溶解するものであればよい。溶剤の具体的な例としては、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル類;シクロヘキサノン、2−ブタノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、2−オクタノン、アセトフェノン等のケトン類;酢酸ブチル、安息香酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類;ブチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド類及びトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が挙げられ、好ましくはケトン類、エステル類及びセロソルブ類であり、特に好ましくはγ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、N,N−ジメチルアセトアミド、n−メチル−2−ピロリドンである。これらの溶剤は、1種単独でも2種以上組み合わせて用いてもよい。通常、1バッチあたりの収量、溶解粘度等を考慮して、ポリイミドの濃度が10〜40質量%となる範囲で調整される。
次に、上記得られたポリアミック酸の脱水閉環反応により一般式(6)で表されるフェノール性水酸基を有するポリイミドを得、その後グリシドールを反応させ、更には必要に応じて酸無水物を反応させることにより、一般式(1)で示されるポリイミドシリコーンを得る。
Figure 2011123278
式(6)中、X、W、k、mは前出のとおりである。
Y’はその少なくとも一部は下記一般式(7)で表される二価の有機基である。
Figure 2011123278
式(7)中A、B、C、a、b、cは前出のとおりであり、Rは−OH基である。
すなわち、ポリイミドの合成は、上記で得られたポリアミック酸溶液を、通常80〜200℃、好ましくは140〜180℃の温度範囲に昇温するか、またはポリアミック酸溶液に無水酢酸/ピリジン混合溶液を添加し、ついで得られた溶液を50℃前後に昇温することにより、ポリアミック酸の酸アミド部分に脱水閉環反応を進行させてポリイミドを得ることが出来る。
このようにして得られた上記一般式(6)で示される分子中にフェノール性水酸基を有するポリイミドの有機溶剤溶液に、グリシドールを必要当量添加し、加熱することにより、目的とする上記一般式(1)で示されるアルコール性水酸基を有するポリイミドを得ることができる。グリシドールの仕込量はアルコール性水酸基導入量に応じて適宜変える必要があるが、通常、フェノール性水酸基に対して0.3倍モルから3倍モルが好ましい。反応温度は40℃から180℃、好ましくは60℃から130℃である。反応時間は数分から12時間である。また反応を加速させる目的でトリエチルアミンなどの触媒を添加しても良い。
また、グリシドール反応後に必要に応じて反応させる酸無水物としては、無水フタル酸、ノルボルネン酸無水物、シクロヘキシル酸無水物、メチルシクロヘキシル酸無水物、コハク酸無水物などが挙げられる。
酸無水物の反応は必要当量添加し、加熱することにより目的とするカルボキシル基を有し、アルコール性水酸基も有するポリイミドシリコーンを得ることができる。
この際の反応温度は10〜120℃、好ましく20〜90℃であり反応時間は1h〜12hである。反応の加速を目的として触媒を添加させても良い。
(B)成分
本発明で使用される(B)成分は、上述した(A)成分と硬化反応を起こし、パターンの形成を容易になし得るための成分であるとともに、硬化物の強度を更に上げるものである。
そのような(B)成分は、ホルマリンまたはホルマリン−アルコールにより変性されたアミノ縮合物および1分子中に平均して2個以上のメチロール基またはアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物である。
(B)成分の化合物としては重量平均分子量が150〜10000、特に200〜3000のものが好ましい。重量平均分子量が150に満たないと充分な感光硬化性が得られない場合があり、10000を超えると組成物の硬化後の耐熱性を悪化させる場合がある。
上記(B)成分のホルマリン又はホルマリン−アルコールにより変性されたアミノ縮合物としては、例えばホルマリン又はホルマリン−アルコールにより変性されたメラミン縮合物、又はホルマリン又はホルマリン−アルコールより変性された尿素縮合物が挙げられる。
ホルマリン又はホルマリン−アルコールにより変性されたメラミン縮合物は、例えば先ず公知の方法に従ってメラミンモノマーをホルマリンでメチロール化して変性するか、又はこれを更にアルコールでアルコキシ化して変性して、下記式(8)で示される変性メラミンとすることにより調製できる。なお、上記アルコールとしては、低級アルコール、例えば炭素数1〜4のアルコールが好ましい。
Figure 2011123278
式中、Rは同一でも異なってもよく、メチロール基、炭素数1〜4のアルコキシ基を含むアルコキシメチル基又は水素原子であるが、少なくとも1つはメチロール基又は上記アルコキシメチル基である。
上記一般式(8)の変性メラミンとして、具体的にはトリメトキシメチルモノメチロールメラミン、ジメトキシメチルモノメチロールメラミン、トリメチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチロールメラミン等が挙げられる。
次いで、一般式(8)の変性メラミン又はこの多量体(例えば二量体、三量体等のオリゴマー体)を常法に従ってホルムアルデヒドと所望の分子量になるまで付加縮合重合させて、(B)成分のホルマリン又はホルマリン−アルコールにより変性されたメラミン縮合物が得られる。なお、一般式(8)の単量体およびその縮合体の1種以上の変性メラミン縮合物を(B)成分として使用することができる。
また、ホルマリン又はホルマリン−アルコールにより変性された尿素縮合物の調製は、例えば公知の方法に従って所望の分子量の尿素縮合物をホルマリンでメチロール化して変性し、又はこれを更にアルコールでアルコキシ化して変性することにより調製できる。
上記変性尿素縮合物の具体例としては、例えばメトキシメチル化尿素縮合物、エトキシメチル化尿素縮合物、プロポキシメチル化尿素縮合物等が挙げられる。なお、これら1種以上の変性尿素縮合物を(B)成分として使用することができる。
さらに、(B)成分の一分子中に平均して2個以上のメチロール基又はアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物としては、例えば(2−ヒドロキシ−5−メチル)−1,3−ベンゼンジメタノール、2,2’,6,6’−テトラメトキシメチルビスフェノールA等が挙げられる。
これら(B)成分のアミノ縮合物またはフェノール化合物は1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明の(B)成分であるアミノ縮合物やフェノール化合物の含有量は、上記(A)成分のポリイミドシリコーン樹脂100質量部に対して0.5〜50質量部が好ましく、特に1〜30質量部が好ましい。0.5質量部未満であると光照射時に充分な硬化性が得られない場合があり、逆に50質量部を超えると光硬化性樹脂組成物中のポリイミド結合の割合が低下し硬化物に十分な本発明効果を発現させることができないおそれがある。
(C)成分
(C)成分の光酸発生剤とは、240nm〜500nmの波長の光照射により酸を発生し、これが硬化触媒となるものが好ましい。本発明の樹脂組成物は光酸発生剤との相溶性が優れるため、幅広い酸発生剤を使用することができる。そのような光酸発生剤としては、例えばオニウム塩、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、β−ケトスルホン誘導体、ジスルホン誘導体、ニトロベンジルスルホネート誘導体、スルホン酸エステル誘導体、イミド−イル−スルホネート誘導体、オキシムスルホネート誘導体、イミノスルホネート誘導体、トリアジン誘導体等が挙げられる。
光酸発生剤のうち、上記オニウム塩としては、例えば下記一般式(9)で表わされる化合物が挙げられる。
(R (9)
式中、Rは置換基を有してもよい炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜12のアラルキル基を表わし、Mはヨードニウム又はスルホニウムを表わし、Lは非求核性対イオンを表わし、hは2又は3を表わす。
上記Rにおいて、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、シクロヘキシル基、2−オキソシクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。また、アリール基としては、例えば、o−、m−又はp−メトキシフェニル、エトキシフェニル、m−又はp−tert−ブトキシフェニル等のアルコキシフェニル基:2−、3−又は4−メチルフェニル、エチルフェニル、4−tert−ブチルフェニル、4−ブチルフェニル、ジメチルフェニル等のアルキルフェニル基等が挙げられる。また、アラルキル基としては、例えば、ベンジル、フェネチル等の各基が挙げられる。
の非求核性対イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン;トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート;トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート;メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート;ヘキサフルオロリン酸イオン、フッ素化アルキルフルオロリン酸イオン等が挙げられる。
光酸発生剤のうち、ジアゾメタン誘導体としては、下記一般式(10)で表わされる化合物が挙げられる。
Figure 2011123278
式中、Rは同一でも異なってもよく、炭素数1〜12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜12のアリール基若しくはハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を表わす。
上記Rにおいて、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プ口ピル基、ブチル基、アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。ハロゲン化アルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル、1,1,1−トリフルオロエチル、1,1,1−トリクロロエチル、ノナフルオロブチル等が挙げられる。
アリール基としては、例えば、フェニル;o−、m−又はp−メトキシフェニル、エトキシフェニル、m−又はp−tert−ブトキシフェニル等のアルコキシフェニル基;2−、3−又は4−メチルフェニル、エチルフェニル、4−tert−ブチルフェニル、4−ブチルフェニル、ジメチルフェニル等のアルキルフェニル基等が挙げられる。ハロゲン化アリール基としては、例えば、フルオロベンゼン、クロロベンゼン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼン等が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
光酸発生剤のうち、グリオキシム誘導体としては、下記一般式(11)で表わされる化合物が挙げられる。
Figure 2011123278
式中、R、Rは同一でも異なってもよく、炭素数1〜12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜12のアリール基若しくはハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を表わす。また、R同士は互いに結合して環状構造を形成していてもよく、環状構造を形成する場合はRは炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状アルキレン基を表わす。
上記R、Rのアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基及びアラルキル基としては、上記Rで例示したもの等が挙げられる。上記Rのアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等が挙げられる。
(C)成分の光酸発生剤として具体的には、例えばトリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル(4−チオフェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等のオニウム塩;
ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロへキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロへキシルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−アミルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体;
ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロへキシルグリオキシム、ビス−o−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−(p−トルエンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロへキシルグリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−o−(n−ブタンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−o−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(1,1,1−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(tert―ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(パーフルオロオクタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(シクロヘキサンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(p−tert−ブチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−o−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体;
2−シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−イソプロピルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン等のβ−ケトスルホン誘導体;
ジフェニルジスルホン、ジシクロへキシルジスルホン等のジスルホン誘導体;p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,4−ジニトロベンジル等のニトロベンジルスルホネート誘導体;
1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン等のスルホン酸エステル誘導体;
フタルイミド−イル−トリフレート、フタルイミド−イル−トシレート、5−ノルボルネン2,3−ジカルボキシイミド−イル−トリフレート、5−ノルボルネン2,3−ジカルボキシイミド−イル−トシレート、5−ノルボルネン2,3−ジカルボキシイミド−イル−n−ブチルスルホネート、n−トリフルオロメチルスルホニルオキシナフチルイミド等のイミド−イル−スルホネート誘導体;
α−(ベンゼンスルホニウムオキシイミノ)−4−メチルフェニルアセトニトリル等のオキシムスルホネート誘導体;
(5−(4−メチルフェニル)スルホニルオキシイミノー5H−チオフェンー2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−(4−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)フェニルスルホニルオキシイミノ)−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)−アセトニトリル等のイミノスルホネート誘導体;
2−(メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)―s−トリアジン、2−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(フラン−2−イル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のトリアジン誘導体;等が挙げられる。
これらの中でも、イミド−イルスルホネート類やイミノスルホネート類、オキシムスルホネート類等が好適に用いられる。
上記光酸発生剤(C)は、1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。光酸発生剤(C)の配合量は、(A)成分のポリイミドシリコーン100質量部に対して0.05〜20質量部が好ましく、特に0.2〜5質量部が好ましい。配合量が0.05質量部に満たないと充分な光硬化性が得られない場合があり、20質量部を超えると酸発生剤自身の光吸収により厚膜での硬化性が悪化する場合がある。
(D)成分
本発明の光硬化性樹脂組成物には、(D)成分として必要に応じ有機溶剤を配合してもよい。有機溶剤としては、上述した(A)成分のポリイミド樹脂、(B)成分のホルマリン又はホルマリン−アルコールにより変性されたアミノ縮合物、フェノール化合物、及び(C)成分の光酸発生剤等の成分が溶解可能な溶剤が好ましい。
そのような有機溶剤としては、例えばシクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類;3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;プロピ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メチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;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、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコール−モノ−tert−ブチルエーテルアセテート、γ―ブチロラクトン等のエステル類、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を併用して使用することができる。
これらの中でも特に、光酸発生剤の溶解性が最も優れている乳酸エチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド及びその混合溶剤が好ましい
上記有機溶剤の配合量は、(A)〜(C)成分の合計量(全固形分)100質量部に対して50〜2,000質量部が好ましく、特に100〜1,000質量部が好ましい。50質量部未満であると上記各成分(A)〜(C)の相溶性が不十分となる場合があり、逆に2,000重量部を超えても相溶性にはあまり変化が無く、また粘度が低くなり過ぎ樹脂の塗布に適さなくなるおそれがある。
その他の添加成分
その他、本発明の感光硬化性樹脂組成物には上記各成分以外に、更に添加成分を配合してもよい。
そのような添加成分として、例えば、パターニング後の加熱硬化にてベースポリマー(すなわち(A)成分)と架橋反応を行わせることで皮膜の信頼性、基板との密着性を高める目的で、エポキシ基を1分子中に2個以上含有する多官能エポキシ化合物を加えても良い。
エポキシ基の構造としては、フェノールのグリシジルエーテル型やシクロヘキセンオキサイド基を有する脂環式エポキシ化合物、ヒドロシリル基を含有するオルガノシロキサンに二重結合を有するエポキシ化合物をヒドロシリル化反応にて導入させたもの、などが好ましい。
前者のフェノール構造としては、ノボラック型、ビスフェノール型、ビフェニル型、フェノールアラルキル型、ジシクロペンタジエン型、ナフタレン型、アミノ基含有型が適用できる。
フェノールのグリシジルエーテル体としては、ビスフェノールA型、AD型、S型、F型のグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールAのグリシジルエーテル、エチレンオキサイド付加体ビスフェノールAのグリシジルエーテル、プロピレンオキサイド付加体ビスフェノールAのグリシジルエーテル、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ナフタレン樹脂のグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂のグリシジルエーテル、アミノフェノールの3官能エポキシ体などが使用できる。
シクロヘキセンオキサイド基を有する脂環式エポキシ化合物としては、ダイセル化学工業社製のセロキサイド3000、2021Pが使用できる。
ヒドロシリル基を含有するオルガノシロキサンに不飽和結合を有するエポキシ化合物をヒドロシリル化反応にて導入させたものとしては、ヒドロシリル基を含有するオルガノシロキサンに、不飽和結合を有するエポキシ化合物、例えばアリルグリシジルエーテル、ビニルシクロヘキシルエポキシド等を反応させる方法にて得られる、様々な多官能エポキシ化合物を用いることができる。
具体的な構造としては、以下の式(12)〜(14)に示す化合物が適用可能である。
即ち、エポキシ基含有オルガノポリシロキサン(12);
Figure 2011123278
式中、Rはエポキシ基を含有する有機基、R10は1価の炭化水素基、R11は水素原子またはアルキル基を表す。また、(m+p)≧1、n≧0、q≧0、(r+s)≧0、0.1≦(m+p)/(m+n+p+q)≦1.0、0≦ (r+s)/(m+n+p+q+r+s)≦0.05の範囲である。)具体的にはRがグリシドキシプロピル基、シクロヘキシルエポキシエチル基が好ましく、最も適するのはグリシドキシプロピル基である。
またエポキシ基含有環状シロキサン(13);
Figure 2011123278
式中、R、R10は同上、0.2≦t/(t+u)≦1の範囲である。
ビスシリル基置換化合物(14);
Figure 2011123278
式中、R12は2価の有機基、具体的にはエチレン、プロピレン、ヘキシレン基等の直鎖アルキレン基、2置換のシクロペンチレン基、シクロヘキシレン基等の2置換環状飽和炭化水素基、フェニレン基、ビフェニレン基等の2価の芳香族基、及びこれら」が複数連結した構造を含む。v、wは1〜3の整数である。
式(12)〜(14)に示す化合物としては、具体的には、下記の構造の化合物が特に適する。ここでxは1〜10の整数、yは1〜5の整数、zは1〜10の整数がよい。
Figure 2011123278
上記多官能エポキシ化合物は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。多官能エポキシ化合物の配合量は、(A)成分のポリイミド100質量部に対して、好ましくは0.05〜100質量部、より好ましくは0.1〜50質量部、さらに好ましくは1〜30質量部である。0.05質量部に満たないと基板との接着性が不十分となる場合があり、また100質量部より多いと硬化膜の靭性が失われ、脆くなりやすいため適さない。
その他の添加成分としては、例えば塗布性を向上させるために慣用されている界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、非イオン性のものが好ましく、例えばフッ素系界面活性剤、具体的にはパーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール、フッ素化アルキルエステル、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、含フッ素オルガノシロキサン系化合物等が挙げられる。
これらは、市販されているものを用いることができ、例えばフロラード「FC−4430」(いずれも住友スリーエム(株)製)、サーフロン「S−141」及び「S−145」(いずれも旭硝子(株)製)、ユニダイン「DS−401」、「DS−4031」及び「DS−451」(いずれもダイキン工業(株)製)、メガファック「F−8151」(大日本インキ工業(株)製)、「X−70−093」(いずれも信越化学工業(株)製)等が挙げられる。これらの中でも好ましくは、フロラード「FC−4430」(住友スリーエム(株)製)及び「X−70−093」(信越化学工業(株)製)である。
また、他の添加成分としては、光酸発生剤等の光吸収効率を向上させるために吸光剤を添加することもできる。そのような吸光剤としては、例えば、ジアリールスルホキシド、ジアリールスルホン、9,10−ジメチルアントラセン、9−フルオレノン等が挙げられる。その他、感度の調整用として塩基性化合物、具体的にはトリエタノールアミンのような3級アミン化合物やベンゾトリアゾール、ピリジン等の含窒素原子化合物を添加してよい。
さらには、密着性の向上剤としてシランカップリング剤、例えば、エポキシ系シランカップリング剤KBM−403、KBM−402、KBE−403、KBE−402、アミン系シランカップリング剤KBM−903、KBM−603、KBM−573(信越化学工業株式会社製)等を単独で添加することも可能である。また、これら加水分解性シランを適当量の水で加水分解縮合することでオリゴマー化したものを添加してよい。これらのシランカップリング剤の添加量としては、ベース樹脂100質量部に対し、0.1〜10質量部、より好ましくは0.2〜5質量部が好ましい。
本発明の光硬化性樹脂組成物をレジスト材料等に使用する場合は、レジスト材料等に通常使用されるその他の任意の添加成分を添加することができる。なお、上記添加成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
本発明の光硬化性樹脂組成物の調製は通常の方法で行われるが、上記各成分及び必要に応じ上記有機溶剤、添加剤等を攪拌混合し、その後必要に応じ固形分をフィルター等により濾過することにより、本発明の光硬化性樹脂組成物を調製することができる。
このようにして調製された本発明の光硬化性樹脂組成物は、例えば半導体素子の保護膜、配線の保護膜、カバーレイフィルム、ソルダーレジスト更には、微細加工用フォトレジスト等の材料として好適に用いられる。
上記光硬化性樹脂組成物を用いてパターンを形成するパターン形成方法としては、下記の工程を含むものである。
(i)上述した光硬化性樹脂組成物の膜を基板上に形成する工程、
(ii)フォトマスクを介して波長240nm〜500nmの波長の光で該膜を露光する工程、
さらに必要であれば、露光後加熱する工程(いわゆるPEB工程)、
(iii)現像液にて現像する工程。
以上の3工程により微細パターンを得ることができる。
本発明のパターン形成方法においては、先ず上記光硬化性組成物の膜を基板上に形成する。上記基板としては、例えばシリコン、ガラス、石英ウエハの他、プラスチックやセラミック製回路基板等があげられる。
膜の形成方法としては公知のリソグラフィー技術を採用して行なうことができる。例えば、ディップ法、スピンコート法、ロールコート法等の手法により塗布することができる。塗布量は目的に応じ適宜選択することができるが、膜厚0.1〜100μmとすることが好ましい。また、膜の形成方法としては、この光硬化性組成物を別途フィルム化し、これを基板に張り合わせる方法もとることができる。
ここで、光硬化反応を効率的に行うため必要に応じ予備加熱により溶剤等を予め揮発させておいてもよい。予備加熱は、例えば40〜140℃で1分〜1時間程度行うことができる。次いで、フォトマスクを介して波長240〜500nmの光で露光して、硬化させる。上記フォトマスクは、例えば所望のパターンをくり貫いたものであってもよい。なお、フォトマスクの材質は上記波長240〜500nmの光を遮蔽するものが好ましく、例えばクロム等が好適に用いられるがこれに限定されるものではない。
上記波長240〜500nmの光としては、例えば放射線発生装置により発生された種々の波長の光、例えば、g線、i線等の紫外線光、遠紫外線光(248nm)等が挙げられる。露光量は、例えば10〜5000mJ/cm2が好ましい。ここで、必要に応じ更に現像感度を高めるために、露光後に加熱処理してもよい。上記露光後加熱処理は、例えば40〜140℃で0.5〜10分間とすることができる。
上記露光後あるいは露光後加熱後、現像液にて現像する。現像液としては、溶剤として使用される有機溶剤系、例えばジメチルアセトアミドやシクロヘキサノン等、或いはアルカリ水溶液、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、炭酸ナトリウム等の水溶液が好ましい。現像は、通常の方法、例えばパターン形成物を浸漬すること等により行うことができる。その後、必要に応じ洗浄、リンス、乾燥等を行い、所望のパターンを有する組成物皮膜が得られる。なお、パターンの形成方法については上述した通りであるが、パターンを形成する必要のない場合、例えば単なる均一皮膜を形成したい場合は、上記フォトマスクを使用しない以外は上記パターン形成方法で述べたと同様の方法を行えばよい。
また、得られたパターンを更にオーブンやホットプレートを用いて120〜300℃で、10分〜10時間程度加熱することにより、架橋密度を上げ、残存する揮発成分を除去することができる。これにより、基材に対する密着力に優れ、耐熱性や強度、更に電気特性も良好な皮膜を形成することができる。
このようにして上記光硬化性樹脂組成物から得られる硬化皮膜は、基材との密着性、耐熱性、電気絶縁性に優れ、電気、電子部品、半導体素子等の保護膜として好適に用いられる上、微細なパターン形成が可能である上、形成された皮膜は、基材に対する接着性、電気特性、機械特性等に優れ、半導体素子の保護膜、配線保護膜、カバーレイフィルム、ソルダーレジスト等に好適に用いられる。
以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
[合成例1]
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、4,4’−オキシジフタル酸二無水物31.0g(0.15モル)、平均構造が下記式(15)で示される酸無水物変性シロキサン155.1g(0.15モル)およびN−メチル−2−ピロリドン600gを仕込んだ。ついで、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン91.5g(0.25モル)を反応系の温度が50℃を越えないように調節しながら、上記フラスコ内に加えた。その後、さらに室温で10時間撹拌した。つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、キシレン100gを加え、170℃に昇温してその温度を6時間保持したところ、褐色の溶液が得られた。
Figure 2011123278
こうして得られた褐色の溶液を室温(25℃)まで冷却した後、フェノール性水酸基を有するポリイミドシリコーン溶液を得た。ついでこのポリイミド溶液にグリシドール23gをフラスコに仕込み、120℃で3時間加熱した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール中に投入後、析出した沈殿を濾過し、乾燥後、目的とする一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーンA−1を得た。このポリマーの1H−NMR分析の結果、フェノール性水酸基に由来する10ppmのピークが減少し、4.6ppmと4.8ppmに一級および二級のアルコール性水酸基に由来するピークが観測されたことから下記式で示される繰り返し単位の構造を有するポリマーであることがわかった(図1)。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析の結果、このポリマーの数平均分子量は、39000であり、JIS K0070に基づくOH価は100KOHmg/gであった。
Figure 2011123278
[合成例2]
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、4,4’−ヘキサフルオロプロピリデンビスフタル酸二無水物55.5g(0.125モル)、平均構造が下式(16)で示される酸無水物変性シロキサン137.0g(0.125モル)およびγ−ブチロラクトン800gを仕込んだ。ついで、2,2−ビス(4−アミノ-−3-−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン91.5g(0.25モル)を反応系の温度が50℃を越えないように調節しながら、上記フラスコ内に加えた。その後、さらに室温で10時間撹拌した。つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、キシレン200gを加え、170℃に昇温してその温度を6時間保持したところ、褐色の溶液が得られた。
Figure 2011123278

こうして得られた褐色の溶液を室温(25℃)まで冷却した後、フェノール性水酸基を有するポリイミドシリコーン溶液を得た。ついでこのポリイミドシリコーン溶液にグリシドール18.3gをフラスコに仕込み、120℃で3時間加熱した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール中に投入後、析出した沈殿を濾過し、乾燥後、目的とする一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーンA−2を得た。このポリマーのH−NMR分析の結果、フェノール性水酸基に由来する10ppmのピークが減少し、4.6ppmと4.8ppmに一級および二級のアルコール性水酸基に由来するピークが観測されたことから下記式で示される繰り返し単位の構造を有するポリマーであることがわかった(図2)。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析の結果、このポリマーの数平均分子量は、32,000であり、JIS K0070に基づくOH価は100KOHmg/gであった。
Figure 2011123278
[合成例3]
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、4,4’−オキシジフタル酸二無水物31.0g(0.1モル)、平均構造が下式(17)で示される酸無水物変性シロキサン184.2g(0.1モル)およびγ―ブチロラクトン800gを仕込んだ。ついで、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン36.6g(0.1モル)および1,4−ジアミノフェノキシベンゼン23.4g(0.08モル)を反応系の温度が50℃を越えないように調節しながら、上記フラスコ内に加えた。その後、p−アミノフェノール4.4g(0.02モル)を加え、さらに室温で10時間撹拌した。つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、キシレン200gを加え、170℃に昇温してその温度を6時間保持したところ、褐色の溶液が得られた。
Figure 2011123278
こうして得られた褐色の溶液を室温(25℃)まで冷却した後、フェノール性水酸基を有するポリイミドシリコーン溶液を得た。ついでこのポリイミドシリコーン溶液にグリシドール16.5gをフラスコに仕込み、120℃で3時間加熱した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール中に投入後、析出した沈殿を濾過し、乾燥後、目的とする一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーンA−3を得た。このポリマーの1H―NMR分析の結果、フェノール性水酸基に由来する10ppmのピークが減少し、4.6ppmと4.8ppmに一級および二級のアルコール性水酸基に由来するピークが観測されたことから下記式で示される繰り返し単位の構造を有するポリマーであることがわかった(図3)。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析の結果、このポリマーの数平均分子量は、19,000であり、JIS K0070に基づくOH価は39KOHmg/gであった。
Figure 2011123278
[合成例4]
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、4,4’ーオキシジフタル酸二無水物31.0g(0.1モル)、平均構造が式(16)で示される合成例2で使用した酸無水物変性シロキサン164.4g(0.15モル)およびγ―ブチロラクトン800gを仕込んだ。ついで、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン45.2g(0.175モル)および1,4−ジアミノフェノキシベンゼン14.6g(0.05モル)を反応系の温度が50℃を越えないように調節しながら、上記フラスコ内に加えた。その後、p−アミノフェノール5.5g(0.025モル)を加え、さらに室温で10時間撹拌した。つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、キシレン200gを加え、170℃に昇温してその温度を6時間保持したところ、褐色の溶液が得られた。
こうして得られた褐色の溶液を室温(25℃)まで冷却した後、フェノール性水酸基を有するポリイミドシリコーン溶液を得た。ついでこのポリイミドシリコーン溶液にグリシドール10.9gをフラスコに仕込み、120℃で3時間加熱した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール中に投入後、析出した沈殿を濾過し、乾燥後、目的とする一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーンA−4を得た。このポリマーの1H―NMR分析の結果、フェノール性水酸基に由来する10ppmのピークが減少し、4.6ppmと4.8ppmに一級および二級のアルコール性水酸基に由来するピークが観測されたことから下記式で示される繰り返し単位の構造を有するポリマーであることがわかった(図4)。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析の結果、このポリマーの数平均分子量は、22,000であり、JIS K0070に基づくOH価は51KOHmg/gであった。
Figure 2011123278
[合成例5(比較例)]
合成例1において、グリシドールを反応させる前のポリイミドシリコーン溶液に、グリシドールを反応させなかった以外は、合成例1と同様の操作を行い、即ち沈殿採取して得たポリイミドシリコーンをA’−1とした。A’−1は、一級のアルコール性水酸基を有さないポリイミドシリコーンである。
[合成例6(比較例)]
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、4,4’−オキシジフタル酸二無水物77.5g(0.25モル)およびN,N−ジメチルアセトアミド500gを仕込んだ。ついで、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン51.6g(0.2モル)およびジアミノシロキサン(その残基が、一般式(5)で表され、該式においてhの平均が9のもの)42.0g(0.05モル)をN,N−ジメチルアセトアミド200gに溶解した溶液を反応系の温度が50℃を越えないように調節しながら、上記フラスコ内に滴下した。滴下終了後、さらに室温で10時間撹拌した。つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、トルエン150gを加え、150℃に昇温してその温度を6時間保持したところ、褐色の溶液が得られた。
こうして得られた褐色の溶液を室温(25℃)まで冷却した後、フェノール性水酸基を有するポリイミド溶液(樹脂固形分20.5%)を得た。ついでこのポリイミド溶液300gとグリシドール13.3gをフラスコに仕込み、120℃で5時間加熱した。反応終了後、室温まで冷却し、反応溶液をメタノール中に投入後、析出した沈殿を濾過し、乾燥して、ポリイミドA’−2を得た。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析の結果、このポリマーの数平均分子量は、63200であった。
Figure 2011123278
[実施例1〜6、比較例1〜2]
成分(A)として合成例1〜4にて合成したポリイミドシリコーンA−1〜4を用い、表1に記載した組成で架橋剤、光酸発生剤、その他添加物、溶剤等を配合して、その後、撹拌、混合、溶解した後、テフロン(登録商標)製0.2ミクロンフィルターで精密ろ過を行って、実施例1〜6までの本発明の光硬化性樹脂組成物を得た。なお比較として、合成例5および6で合成したA’−1〜2を用い、同様の実験を行った。
ヘキサメチルジシラザンでプライム処理された6インチシリコンウェハー2枚と、6インチシリコンウェハー全面に膜厚2ミクロンで電解銅メッキされた銅基板1枚とに、スピンコータを使用して、表中に記載の膜厚で各実施例の組成物をコートした。3枚準備したウエハのうち、シリコン基板の1枚につき、溶剤を除去するため90℃で2分間、ホットプレートにより加熱乾燥させた後、等間隔のラインとスペースを有する線幅1ミクロンから50ミクロンまでの石英製マスクを介して、表1中に記載の波長の光及び露光量で照射した。なお、ここで、NSR−1755i7Aは、ニコン製ステッパ型露光装置を表す。照射後、90℃で2分間加熱しその後冷却した。
その後、上記塗布基板をテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38%水溶液に8分間浸漬して、現像を行った。このとき解像した線幅を表1中に記載した。また、現像後の膜厚も合わせて記載した。
残ったシリコンウエハと銅基板に対しても同一の条件で、表1中に記載の各実施例の組成物をコートし、溶剤除去のためのプリベークを行った。さらに、石英製マスクを介さず、基板全面にスーズ社のマスクアライナーMA8を用い、光源波長はブロードバンドで光を照射したのち、露光後の加熱、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38%水溶液への浸漬も引き続き行った。この操作後に残った皮膜をさらに220℃のオーブンで1時間加熱して、硬化皮膜を得た。この硬化皮膜を利用して、それぞれの皮膜の絶縁性、接着性を、表2中に記載のとおり、測定した。密着性の評価は、飽和 気圧のプレッシャークッカー中に基板を24時間放置したのち、碁盤目剥離試験にて、その剥離数を測定した。絶縁破壊強さは、JISC2103に基づいて測定された。
Figure 2011123278
B−1:ヘキサメトキシメチロールメラミン
Figure 2011123278
B−2:テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル (ニカラックMX−270、三和ケミカル社製)
Figure 2011123278
C−1:(p−トリルスルホニウムオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル
Figure 2011123278
C−2:4−(チオフェノキシ)フェニル−ジフェニルスルホニウム ヘキサフルオロフォスフェート
Figure 2011123278
D−1:シクロペンタノン
E−1:エピコート828(ジャパンエポキシレジン社製)2官能エポキシ樹脂
E−2:EXA−850CRP(大日本インキ(株)製)2官能エポキシ樹脂
E−3:セロキサイド2021P(ダイセル化学工業社製) 2官能エポキシ樹脂
Figure 2011123278
以上の結果、実施例1〜6の組成物は、膜厚20μmを超えるような幅広い膜厚に対して、膜減りもなく、良好な解像力を示し、感光性材料として十分な特性を示すとともに、その硬化膜は、各種基材に良好な接着性や、絶縁破壊強さといった電気特性を有し、回路や電子部品の保護膜として有用であるという結果が得られた。

Claims (13)

  1. (A)成分として、一級のアルコール性水酸基を有するポリイミドシリコーン、
    (B)成分として、ホルマリンまたはホルマリン−アルコールにより変性されたアミノ縮合物および1分子中に平均して2個以上のメチロール基またはアルコキシメチロール基を有するフェノール化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物、
    (C)成分として、光酸発生剤を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物。
  2. (A)成分を100質量部、(B)成分を0.5〜50質量部、(C)成分を0.05〜20質量部含むことを特徴とする請求項1に記載の光硬化性樹脂組成物。
  3. (D)成分として、(A)〜(C)成分の合計量100質量部に対して50〜2000質量部の有機溶剤を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の光硬化性樹脂組成物。
  4. (A)成分が下記一般式(1)で表されるポリイミドシリコーンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
    Figure 2011123278
    [式(1)中、
    k及びmは正の整数であり、0.01≦k/(k+m)<1を満たす数である。
    Xは下記一般式(2)で表される四価の有機基である。
    Figure 2011123278
    (式(2)中、Rは、互いに独立に、炭素数1から8の一価炭化水素基であり、Rは、互いに独立に、三価の有機基であり、nはその平均が1から120の数である。)
    Yは二価の有機基であり、その少なくとも一部は一般式(3)で表される。
    Figure 2011123278
    (式(3)中、Aは、
    Figure 2011123278
    のいずれかより選ばれる二価の有機基であり相互に同一又は異なっていてもよく、B、Cは、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基または水素原子であり、相互に同一又は異なっていてもよく、aは0又は1であり、bは0又は1であり、cは0〜10の整数である。また、式(3)中Rは、フェノール性水酸基又はアルコール性水酸基含有有機基から選択される一価の基であり、Rの少なくとも1個は一級のアルコール性水酸基含有有機基である。)
    Wは前記X以外の四価の有機基である。]
  5. 前記一般式(1)で表されるポリイミドシリコーンが、下記一般式(1−1)で表されるポリイミドシリコーンである、請求項4に記載の光硬化性樹脂組成物。
    Figure 2011123278
    [式(1−1)中、X、Wは前出のとおりである。
    は前記一般式(3)で表される二価の有機基であり、Yは前記一般式(3)で表される以外の二価の有機基である。
    p及びrは正の整数であり、q及びsは0または正の整数であり、p+q=k、r+s=mを満たす数である(k及びmは前出のとおりである)。]
  6. 前記ポリイミドシリコーンの一般式(3)におけるRが−OH、−OCHCH(OH)CHOH、−OCH(CHOH)CHOH、から選択される一価の基であることを特徴とする請求項4または5に記載の光硬化性樹脂組成物。
  7. 前記ポリイミドシリコーンの一般式(1)におけるWが下記式で表される少なくとも1種を含む四価の有機基であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
    Figure 2011123278
  8. 前記ポリイミドシリコーンのOH価が20〜200KOHmg/gであることを特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
  9. 前記ポリイミドシリコーンの一般式(1−1)におけるYが、下記一般式(4)で表される二価の有機基および下記一般式(5)で表される二価の有機基からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
    Figure 2011123278
    (式(4)中、Dは、互いに独立に、下記の二価の有機基のいずれかであり、
    Figure 2011123278
    e、fは互いに独立に、0又は1であり、gは0又は1である。)
    Figure 2011123278
    (式(5)中、Rは、互いに独立に、炭素数1から8の一価炭化水素基であり、hは1から80までの整数である。)
  10. 前記ポリイミドシリコーンが、ポリイミドシリコーン重合体の末端にフェノール基、チオール基またはカルボキシル基を有することを特徴とする請求項4〜9に記載の光硬化性樹脂組成物。
  11. (i)請求項1〜10のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物の膜を基板上に形成する工程、(ii)フォトマスクを介して波長240〜500nmの波長の光で該膜を露光する工程、(iii)現像液にて現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  12. 前記(ii)露光工程後、(iii)現像工程前に、加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする、請求項11に記載のパターン形成方法。
  13. 請求項11または12記載の方法によりパターン形成された光硬化性樹脂組成物の膜を120℃から300℃の範囲の温度で後硬化して得られる保護用皮膜。
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