JP2020533419A - 誘電フィルム形成用組成物 - Google Patents

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Abstract

本開示は、少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;少なくとも1種の無機フィラー;少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート化合物;及び少なくとも1種の触媒を含有する誘電フィルム形成用組成物に関する。このような組成物により形成された誘電フィルムは、比較的低い熱膨張率(CTE)及び比較的高い光学的透明度を有することができる。

Description

<関連出願の相互参照>
本出願は、2017年11月6日に出願された米国仮特許出願第62/581,895号、及び2017年9月11日に出願された米国仮特許出願第62/556,723号に基づく優先権を主張するものである。上記の先行出願は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
モバイルコンピューティング用途が拡大を続けていることに伴い、高まり続ける演算能力をより小さいデバイスフットプリントに格納することが要求されている。半導体デバイスの設計者は、種々の新しいチップアーキテクチャ(chip architectures)の使用に頼ることにより、デバイスに対する新たな要求を満たしている。これらの新しいアーキテクチャは、新しい集積回路の設計者に対してだけでなく、これらのデバイスに用いられるパッケージング材料の設計者に対しても大きな課題を課している。
新しい先進デバイスがウェハレベルパッケージング及びパネルレベルパッケージング(WLP及びPLP)並びに3D集積に大きく依存していることから、パッケージング用途のための誘電材料に対する要求は高まり続けている。先進のパッケージング設計用の誘電フィルムにおける重要な要件の1つは、低い熱膨張率(CTE、coefficient of thermal expansion)である。近年、得られるフィルムの熱膨張率を低下させるために、シリカ粒子などのフィラーがフィルム形成用組成物に用いられてきた。この手法の欠点は、フィラーの量が増加するにつれて、フィルムの透明度が低下し、このような誘電フィルムを化学線を用いてパターニングすることが難しくなることである。さらに、このような誘電フィルムの機械的特性が、フィラーの量の増加により悪影響を受ける。本開示は、驚くべきことに、形成される誘電フィルムの熱膨張率の量を低下させつつフィルムの透明度を維持する、新規な組成物に関する。さらに、形成されるフィルムは、破断時伸び及びヤング率などの機械的特性を維持する。
ある態様では、本開示は:
a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;
b)少なくとも1種の無機フィラー;
c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート化合物;及び
d)少なくとも1種の、重合反応を引き起こすことが可能な触媒、
を含有する、誘電フィルム形成用組成物を特に開示する。
別の態様では、本開示は、本明細書に記載の組成物により形成される誘電フィルム(例:自立フィルム)を特に開示する。ある実施形態では、誘電フィルムは(例:架橋前に)、a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート(例:未架橋の金属含有(メタ)アクリレート);及びd)少なくとも1種の、重合反応を引き起こすことが可能な触媒を含んでいてもよい。ある実施形態では、誘電フィルムは(例:架橋後に)、a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;及びc)少なくとも1種の架橋された金属含有(メタ)アクリレートを含んでいてもよい。
別の態様では、本開示は、キャリア基板;及びキャリア基板により支持された本明細書に記載の誘電フィルムを有する、ドライフィルムを特に開示する。
別の態様では、本開示は、パターニングされた誘電フィルムを作製するための方法を特に開示し、この方法は:
a)本明細書に記載の誘電フィルム形成用組成物を基板上に塗布して(例:スピンコーティングによる)、誘電フィルムを形成する工程;及び
b)レーザーアブレーションプロセス(laser ablation process)又はリソグラフィプロセス(lithography process)によりフィルムをパターニングして、パターニングされた誘電フィルムを形成する工程、
を含む。
別の態様では、本開示は、ドライフィルム構造体を作製するための方法を特に開示する。この方法は:
(A)本明細書に記載の誘電フィルム形成用組成物を、少なくとも1種のプラスチックフィルムを含むキャリア基板に塗布すること;
(B)塗布された組成物を乾燥して、誘電フィルムを形成すること;及び
(C)所望により、誘電フィルムに保護層を付与すること、
を含む。
本明細書に記載の「完全イミド化」との用語は、本開示のポリイミドポリマーが、約90%以上(例:約95%以上、約98%以上、約99%以上、又は約100%)イミド化されていることを意味する。本明細書に記載の金属含有(メタ)アクリレート(MCA、metal−containing (meth)acrylate)とは、金属及び(メタ)アクリレートリガンドを含有する化合物を意味する。MCAの(メタ)アクリレートリガンドは、MCA含有フィルムにおいてフリーラジカルにより引き起こされる架橋にMCAを関与可能とするのに充分な反応性を有する。本明細書に記載の「(メタ)アクリレート」との用語は、アクリレート及びメタクリレートの両方を含む。本明細書に記載の触媒(例:開始剤)は、熱及び/又は放射線源に曝露された場合に、重合反応又は架橋反応を引き起こすことが可能な化合物である。本明細書に記載の架橋剤は、触媒の存在下で架橋反応又は重合反応を引き起こすことが可能な2つ以上のアルケニル又はアルキニル基を有する化合物である。
ある実施形態では、本開示は、
a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;
b)少なくとも1種の無機フィラー;
c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート化合物;及び
d)少なくとも1種の、重合反応を引き起こすことが可能な触媒、
を含有する、誘電フィルム形成用組成物を特に開示する。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物の少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、少なくとも1種のジアミンと少なくとも1種のジカルボン酸二無水物との反応により調製される。好適なジアミンとしては、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン(別名称としては、4,4’−[1,4−フェニレン−ビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリンが挙げられる)、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−2H−インデン−5−アミン、1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−アミン、[1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル−インダン−5−イル]アミン、1−(4−アミノフェニル)−2,3−ジヒドロ−1,3,3−トリメチル−1H−インデン−5−アミン、5−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、4−アミノ−6−メチル−1−(3’−アミノ−4’−メチルフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、4,7−ジアミノ−1,1−ジメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,4−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1,6−トリメチルインダン、5,7−ジアミノ−1,1−ジメチル−4−エチルインダン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、3−メチル−1,2−ベンゼン−ジアミン、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−シクロヘキサンビス(メチルアミン)、5−アミノ−1,3,3−トリメチルシクロヘキサンメタナミン、2,5−ジアミノベンゾトリフルオリド、3,5−ジアミノベンゾトリフルオリド、1,3−ジアミノ−2,4,5,6−テトラフルオロベンゼン、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、3,3’−オキシジアニリン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−イソプロピリデンジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、4,4’ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4−アミノフェニル−3−アミノベンゾエート、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、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、1,4−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1−(4−アミノフェノキシ)−3−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’−ビス−(4−フェノキシアニリン)イソプロピリデン、ビス(p−ベータ−アミノ−t−ブチルフェニル)エーテル、p−ビス−2−(2−メチル−4−アミノペンチル)ベンゼン、p−ビス(1,1−ジメチル−5−アミノペンチル)ベンゼン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3’−ジクロロベンジジン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスアニリン、4,4’−[1,4−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスアニリン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(3−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(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、及び9H−フルオレン−2,6−ジアミンが挙げられるが、これらに限定されない。これらのジアミンはいずれも、得られるポリイミドポリマーが本開示の要件を満たす限り、単独で用いられてもよく、いかなる比率で組み合わせて用いられてもよい。
テトラカルボン酸二無水物モノマーとしては、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5,6−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−6,7−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−3−メチルインダン−5,6−ジカルボン酸二無水物、1−(3’,4’−ジカルボキシフェニル)−3−メチルインダン−6,7−ジカルボン酸二無水物、ピラジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、チオフェン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ−7−エン−3,4,8,9−テトラカルボン酸二無水物、テトラシクロ[4.4.1.02,5.07,10]ウンデカン−1,2,3,4−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’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、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、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテル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)]ヘキサフルオロプロパン二無水物、エチレングリコールビス(無水トリメリテート)、及び5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物が挙げられるが、これらに限定されない。より好ましいテトラカルボン酸二無水物モノマーとしては、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、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’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、及び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が挙げられる。これらのテトラカルボン酸二無水物はいずれも、得られるポリイミドポリマーが本開示の要件を満たす限り、単独で用いられてもよく、いかなる比率で組み合わせて用いられてもよい。
一般的に、こうして形成されたポリイミドポリマーは、有機溶媒に可溶性であってもよい。ある実施形態では、ポリイミドポリマーは、25℃での有機溶媒に対する溶解度が約50mg/mL以上(例:約100mg/mL以上又は約200mg/mL以上)であってもよい。有機溶媒としては:ガンマ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン、及びσ−バレロラクトンなどのラクトン;シクロペンタノン及びシクロヘキサノンなどのシクロケトン;メチルエチルケトン(MEK)などの直鎖状ケトン;n−ブチルアセテートなどのエステル;エチルラクテートなどのエステルアルコール;テトラヒドロフルフリルアルコールなどのエーテルアルコール;プロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどのグリコールエステル;並びにn−メチルピロリドンなどのピロリドンが挙げられるが、これらに限定されない。
ある実施形態では、完全イミド化ポリイミド(PI、polyimide)ポリマーを合成するために、まずポリイミド前駆体ポリマーが調製される。ある実施形態では、PI前駆体ポリマーは、ポリアミック酸(PAA、polyamic acid)ポリマーである。ある実施形態では、PI前駆体は、ポリアミックエステル(PAE、polyamic ester)ポリマーである。ある実施形態では、少なくとも1種(例:2種、3種、又は4種以上)の重合溶媒中、1種又は複数種のジアミンを1種又は複数種のテトラカルボン酸二無水物と反応させて、ポリアミック酸(PAA)ポリマーが形成される。ある実施形態では、形成されたPAAポリマーが化学的又は熱的にイミド化されて、PIポリマーが形成される。ある実施形態では、PAAポリマーは、ポリマー合成の過程で又は後で、適切な試薬を用いることにより末端が封止される。ある実施形態では、形成されたPAAポリマーがエステル化されて、ポリアミックエステル(PAE)ポリマーが形成される。ある実施形態では、PAEポリマーが、少なくとも1種の重合溶媒中、テトラカルボン酸ハーフエステル(tetracarboxylic half ester)を1又は複数のジアミンと反応させることにより形成される。ある実施形態では、PAEポリマーは、適切な試薬を用いることにより末端が封止される。ある実施形態では、末端が封止されたPIポリマーは、末端封止基を有するPAAポリマー又はPAEポリマーから合成される。ある実施形態では、そのようなPIポリマーは、イミド化後に末端が封止される。
ある実施形態では、化学的イミド化剤(例:脱水剤)がPAAポリマーに添加され、化学的イミド化剤はポリアミック酸基の閉環脱水プロセスを触媒して、これによりイミド官能基が形成され、これによりPIポリマーが形成される。好適な脱水剤としては、トリフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、エタンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、無水酢酸、無水プロピオン酸、及び無水酪酸が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、塩基性触媒をさらに添加することにより上記脱水プロセスを触媒してもよい。好適な塩基性触媒としては、ピリジン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、2,6−ルチジン、3,5−ルチジン、ピコリン、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)などが挙げられるが、これらに限定されない。
末端が封止された及び末端が封止されていない、PI前駆体ポリマーを合成するための方法は、当業者に公知である。そのような方法としては、例えば、その内容が参照により本明細書に取り込まれる:米国特許第2,731,447号、米国特許第3,435,002号、米国特許第3,856,752号、米国特許第3,983,092号、米国特許第4,026,876号、米国特許第4,040,831号、米国特許第4,579,809号、米国特許第4,629,777号、米国特許第4,656,116号、米国特許第4,960,860号、米国特許第4,985,529号、米国特許第5,006,611号、米国特許第5,122,436号、米国特許第5,252,534号、米国特許第5,4789,15号、米国特許第5,773,559号、米国特許第5,783,656号、米国特許第5,969,055号、及び米国特許第9,617,386号;並びに米国特許出願公開第20040265731号、米国特許出願公開第20040235992号、及び米国特許出願公開第2007083016に開示されている。
PIポリマー又はこの前駆体を調製するための重合溶媒は、一般的に、1種の極性非プロトン性溶媒、又は2種以上の極性非プロトン性溶媒の組み合わせである。好適な極性非プロトン性溶媒としては、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセタミド(DMAc)、N−ホルミルモルホリン(NFM)、N−メチルピロリジノン(NMP)、N−エチルピロリジノン(NEP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPT)、テトラヒドロフラン(THF)、メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
ある実施形態では、本明細書に記載のポリイミドポリマーの重量平均分子量(Mw)は、約5,000ダルトン以上(例:約10,000ダルトン以上、約20,000ダルトン以上、約25,000ダルトン以上、約30,000ダルトン以上、約35,000ダルトン以上、約40,000ダルトン以上、又は約45,000ダルトン以上)及び/又は約100,000ダルトン以下(例:約90,000ダルトン以下、約80,000ダルトン以下、約70,000ダルトン以下、約65,000ダルトン以下、約60,000ダルトン以下、約55,000ダルトン以下、又は約50,000ダルトン以下)である。ある実施形態では、完全イミド化ポリイミドポリマーの重量平均分子量(Mw)は、約20,000ダルトン〜約70,000ダルトン、又は約30,000ダルトン〜約80,000ダルトンである。重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ法により得ることができ、ポリスチレン標準を用いて算出することができる。
ある実施形態では、ポリイミド(A)の量は、誘電フィルム形成用組成物の総重量に対して、約3重量%以上(例:約6重量%以上、約9重量%以上、約12重量%以上、又は約15重量%以上)及び/又は約40重量%以下(例:約35重量%以下、約30重量%以下、約25重量%以下、又は約20重量%以下)である。ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中のポリイミド(A)の量は、組成物中の固形分の量に対して、約10重量%以上(例:約12.5重量%以上、約15重量%以上、約20重量%以上、又は約25重量%以上)及び/又は約60重量%以下(例:約55重量%以下、約50重量%以下、約45重量%以下、約40重量%以下、約35重量%以下、又は約30重量%以下)である。組成物中の固形分の量とは、組成物の総重量から組成物中の溶媒の量を差し引いたもの(即ち、組成物により形成された固形誘電フィルムの総重量)を意味する。
ある実施形態では、本明細書に記載の誘電フィルム形成用組成物中の無機フィラーは、無機粒子を含んでいてもよい。ある実施形態では、無機粒子は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ハフニウム、CdSe、CdS、CdTe、CuO、酸化亜鉛、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、及びニオブ酸カリウムからなる群より選択される。好ましくは、無機フィラーは、約0.1〜2.0ミクロンの平均サイズの顆粒である。ある実施形態では、フィラーは、強磁性体材料を含有する無機粒子である。好適な強磁性体材料としては、元素金属(鉄、ニッケル、及びコバルトなど)又はそれらの酸化物、硫化物、及びオキシ水酸化物、並びにアワルアイト(awaruite)(NiFe)、ワイラウアイト(wairauite)(CoFe)、Co17Sm、及びNdFe14Bなどの金属間化合物が挙げられる。
無機粒子は、シリカである場合、親水性であってもよいし、疎水性であってよい。疎水性シリカフィラーは、親水性ヒュームドシリカを表面修飾することにより作製されてもよいし、表面修飾シリカフィラーを直接形成することにより作製されてもよい。表面修飾シリカフィラーの直接形成は、通常、官能性シランの加水分解縮合により達成される。本開示において有用な表面修飾シリカフィラーは、その表面上に反応性基及び/又は非反応性基を有していてもよい。本開示において有用なフィラー(例:シリカフィラー)は、約2ミクロン以下(例:約1.5ミクロン以下、約1ミクロン以下、約0.75ミクロン以下、約0.5ミクロン以下、約0.25ミクロン以下、又は約0.2ミクロン以下)及び/又は約0.1ミクロン以上(例:約0.2ミクロン以上、約0.3ミクロン以上、約0.5ミクロン以上、又は約1ミクロン以上)の粒子サイズ(例:平均粒子サイズ)を有する。フィラーサイズ分布は、狭くてもよいし(例:本質的に単分散)、広くてもよい。所望のフィラーサイズ及び分布は、当業者に公知の数多くの技術のうちいかなるものにより実現されてもよく、この技術としては、ミリング、グラインディング、及びろ過が挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態では、シリカフィラーは有機溶媒中に分散される。溶媒中における分散は、当業者に公知の様々な方法により達成されてもよく、この方法としては、メディアミリング及び高せん断混合が挙げられるが、これらに限定されない。シリカフィラーの分散に有用な溶媒は、特に限定されない。好ましい溶媒としては、エステル、エーテル、ラクトン、ケトン、アミド、及びアルコールが挙げられる。より好ましい溶媒としては、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、エチルラクテート、及びn−ブタノールが挙げられる。
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物中のフィラー(例:シリカフィラー)の量は、組成物の総重量に対して、約2重量%以上(例:約4重量%以上、約6重量%以上、約8重量%以上、又は約10重量%以上)及び/又は約20重量%以下(例:約18重量%以下、約15重量%以下、又は約12重量%以下)である。ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物中のフィラー(例:シリカフィラー)の量は、組成物中の固形分の量に対して、約5重量%以上(例:約10重量%以上、約14重量%以上、約17重量%以上、又は約20重量%以上)及び/又は約40重量%以下(例:約35重量%以下、約30重量%以下、又は約25重量%以下)である。理論に拘束されるものではないが、フィラー(例:シリカフィラー)の存在により誘電フィルム形成用組成物の熱膨張率を低下させることができるものと考えられる。
本開示において有用な金属含有(メタ)アクリレート(MCA)は、一般的に、誘電フィルム形成用組成物中の他の成分との充分な混和性を有しており、混合後、組成物中に容易に分散又は溶解されるものである。MCAは、固体として又は溶液として誘電フィルム形成用組成物中に混入していてもよい。一般的に、MCA含有組成物は、25℃で24時間以上した静置後に、相が分離しない(即ち、見た目が不均一となる)。さらに、MCA含有組成物から形成された誘電フィルムは、典型的には、見た目が透明及び均一である。
本開示のMCAのために有用な好適な金属原子としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及びゲルマニウムが挙げられる。ある実施形態では、MCAは、少なくとも1つの金属原子及び少なくとも1つ(例:1つ、2つ、3つ、又は4つ)の(メタ)アクリレート基を含む。MCAは、各金属原子と結合した3つ又は4つの(メタ)アクリレート基を有していることが好ましい。好適なMCAとしては、チタンテトラ(メタ)アクリレート、ジルコニウムテトラ(メタ)アクリレート、ハフニウムテトラ(メタ)アクリレート、チタンブトキシドトリ(メタ)アクリレート、チタンジブトキシドジ(メタ)アクリレート、チタントリブトキシド(メタ)アクリレート、ジルコニウムブトキシドトリ(メタ)アクリレート、ジルコニウムジブトキシドジ(メタ)アクリレート、ジルコニウムトリブトキシド(メタ)アクリレート、ハフニウムブトキシドトリ(メタ)アクリレート、ハフニウムジブトキシドジ(メタ)アクリレート、ハフニウムトリブトキシド(メタ)アクリレート、チタンテトラ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムテトラ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、又はハフニウムテトラ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、チタンブトキシドトリ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、チタンジブトキシドジ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、チタントリブトキシド(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムブトキシドトリ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムジブトキシドジ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムトリブトキシド(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ハフニウムブトキシドトリ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ハフニウムジブトキシドジ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、又はハフニウムトリブトキシド(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)が挙げられるが、これらに限定されない。一般的に、MCAの(メタ)アクリレート基は、誘電フィルム形成用組成物中に存在する1種又は複数種の触媒により発生し得るフリーラジカルにより引き起こされるMCA含有フィルムの架橋又は重合にMCAを関与可能とするのに充分に反応性である。架橋又は重合は、誘電フィルム形成用組成物中、少なくとも2つのMCA間で、又は少なくとも1つのMCAと少なくとも1つの非MCA架橋剤との間で起こり得る。ある実施形態では、MCAは架橋剤である(例:MCAが2つ以上の(メタ)アクリレート基を含む場合)。ある実施形態では、MCAは、重合に適したモノマーであるか、又は連鎖停止剤として機能する(例:MCAが(メタ)アクリレート基を1つだけ含む場合)。ある実施形態では、MCAは、本明細書に記載の組成物により形成される架橋された誘電フィルム中で架橋されていない(例:MCAが(メタ)アクリレート基を1つだけ含む場合)。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中のMCAの量は、組成物の総重量に対して、約0.5重量%以上(例:約1重量%以上、約2重量%以上、約3重量%以上、約4重量%以上、又は約5重量%以上)及び/又は約20重量%以下(例:約18重量%以下、約16重量%以下、約14重量%以下、約12重量%以下、又は約10重量%以下)である。ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中のMCAの量は、組成物中の固形分の量に対して、約1重量%以上(例:約2重量%以上、約4重量%以上、約6重量%以上、約8重量%以上、又は約10重量%以上)及び/又は約25重量%以下(例:約20重量%以下、約18重量%以下、約16重量%以下、約14重量%以下、又は約12重量%以下)である。
驚くべきことに、少なくとも1種のMCA及び少なくとも1種の無機フィラーが誘電フィルム形成用組成物中に存在することにより、得られるフィルムの光学的透明度及び靭性を維持しつつ、熱膨張率を大きく低下させることができることが観察された。
ある実施形態では、MCA及び無機フィラーの合計量は、誘電フィルム形成用組成物中の固形分の量に対して、約20重量%以上(例:約25重量%以上、約30重量%以上、約35重量%以上)及び/又は約50重量%以下(例:約45重量%以下、約40重量%以下、約35重量%以下、又は約30重量%以下)である。理論に拘束されるものではないが、MCA及び無機フィラーの合計量が上記範囲内である場合、形成される誘電フィルムにおいて、比較的低い熱膨張率及び比較的高い光学的透明度の両方を効果的に実現することができるものと考えられる。理論に拘束されるものではないが、MCA及び無機フィラーの合計量が組成物中の固形分の量に対して20%未満である場合、得られる誘電フィルムは望ましい熱膨張率(例:50ppm/℃未満の熱膨張率)を有さない可能性があるものと考えられる。さらに、理論に拘束されるものではないが、MCA及び無機フィラーの合計量が組成物中の固形分の量に対して50%超である場合、得られる誘電フィルムは脆くなる可能性がある。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の無機フィラーとMCAとの重量比は、約1:1以上(例:約1.5:1以上、約2:1以上、約2.5:1以上)及び/又は約5:1以下(例:約4.5:1以下、約4:1以下、約3.5:1以下、又は約3:1以下)である。理論に拘束されるものではないが、無機フィラーとMCAとの重量比が上記範囲内である場合、形成される誘電フィルムにおいて、比較的低い熱膨張率及び比較的高い光学的透明度の両方を効果的に実現することができるものと考えられる。
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物は、少なくとも1種の触媒(例:開始剤)を含んでいてもよい。触媒により、熱及び/又は放射線源に曝露された場合に、架橋反応又は重合反応を引き起こすことが可能である。
ある実施形態では、用いられる触媒は光開始剤であり、光開始剤は、高エネルギー放射線に露光された場合にフリーラジカルを発生させることが可能な化合物である。高エネルギー放射線としては、電子ビーム、紫外光、及びX線が挙げられるが、これらに限定されない。理論に拘束されるものではないが、光開始剤により、MCA化合物の(メタ)アクリレート基及び/又は組成物中に存在する架橋反応若しくは重合反応を引き起こすことが可能な他の要素が関与する、架橋反応又は重合反応が引き起こされるものと考えられる。上記要素としては、架橋剤(例:非MCA架橋剤)、並びにアルケニル及びアルキニル官能基を有するポリイミドが挙げられる。
光開始剤の具体例としては、1,8−オクタンジオン、1,8−ビス[9−(2−エチルヘキシル)−6−ニトロ−9H−カルバゾール−3−イル]−1,8−ビス(O−アセチルオキシム)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF製Irgacure184)、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとベンゾフェノンとのブレンド(BASF製Irgacure500)、2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド(BASF製Irgacure1800、1850、及び1700)、2,2−ジメトキシル−2−アセトフェノン(BASF製Irgacure651)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(BASF製Irgacure819)、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン(BASF製Irgacure907)、(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキシド(BASF製Lucerin TPO)、2−(ベンゾイルオキシイミノ)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1−オクタノン(BASF製Irgacure OXE−01)、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン1−(O−アセチルオキシム)(BASF製Irgacure OXE−2)、エトキシ(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(BASF製Lucerin TPO−L)、ホスフィンオキシドとヒドロキシケトンとベンゾフェノン誘導体とのブレンド(Arkema製ESACURE KTO46)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(Merck製Darocur1173)、2−(ベンゾイルオキシイミノ)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1−オクタノン(BASF製OXE−01)、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン(BASF製OXE−02)、NCI−831(株式会社ADEKA)、NCI−930(株式会社ADEKA)、N−1919(株式会社ADEKA)、ベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ベンゾジメチルケタール、1,1,1−トリクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、m−クロロアセトフェノン、プロピオフェノン、アントラキノン、ジベンゾスベロンなどが挙げられるが、これらに限定されない。
非イオン性の光開始剤の具体例としては、(5−トルイ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(BASF製Irgacure121)、フェナシルp−メチルベンゼンスルホネート、ベンゾインp−トルエンスルホネート、(p−トルエン−スルホニルオキシ)メチルベンゾイン、3−(p−トルエンスルホニルオキシ)−2−ヒドロキシ−2−フェニル−1−フェニルプロピルエーテル、N−(p−ドデシルベンゼンスルホニルオキシ)−1,8−ナフタルイミド、N−(フェニル−スルホニルオキシ)−1,8−ナフタルイミド、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、1−p−トルエンスルホニル−1−シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、2−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2,6−ジニトロベンジルp−トルエンスルホネート、及び2,4−ジニトロベンジルp−トリフルオロメチルベンゼンスルホネートなどが挙げられる。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中に光増感剤が用いられてもよく、光増感剤は、193〜405nmの波長範囲内の光を吸収することが可能である。光増感剤としては、9−メチルアントラセン、アントラセンメタノール、アセナフチレン、チオキサントン、メチル−2−ナフチルケトン、4−アセチルビフェニル、及び1,2−ベンゾフルオレンが挙げられるが、これらに限定されない。
架橋反応又は重合反応が熱により開始される実施形態では、用いられる触媒は熱開始剤であり、熱開始剤は、約70℃〜約250℃の温度に曝された場合にフリーラジカルを発生させることが可能な化合物である。理論に拘束されるものではないが、熱開始剤により、MCA化合物の(メタ)アクリレート基及び/又は組成物中に存在する架橋反応若しくは重合反応を起こすことが可能な他の要素が関与する、架橋反応又は重合反応が引き起こされるものと考えられる。上記要素としては、架橋剤(例:非MCA架橋剤)、並びにアルケニル及びアルキニル官能基を有するポリイミドが挙げられる。
熱開始剤の具体例としては、ベンゾイルペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert−アミルペルオキシベンゾエート、tert−ブチルヒドロペルオキシド、ジ(tert−ブチル)ペルオキシド、ジクミルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、コハク酸ペルオキシド、ジ(n−プロピル)ペルオキシジカーボネート、2,2−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2−アゾビスイソブチレート、4,4−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)などが挙げられるが、これらに限定されない。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物において、2種以上の触媒が組み合わせて用いられてもよい。触媒の組み合わせとしては、すべて熱開始剤、すべて光開始剤、又は少なくとも1種の熱開始剤と少なくとも1種の光開始剤との組み合わせであってもよい。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の触媒の量は、組成物の総重量に対して、約0.25重量%以上(例:約0.5重量%以上、約0.75重量%以上、約1.0重量%以上、又は約1.5重量%以上)及び/又は約4.0重量%以下(例:約3.5重量%以下、約3.0重量%以下、約2.5重量%以下、又は約2.0重量%以下)である。ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の触媒の量は、組成物中の固形分の量に対して、約0.5重量%以上(例:約1.0重量%以上、約1.5重量%以上、約2.0重量%以上、又は約2.5重量%以上)及び/又は約5.0重量%以下(例:約4.5重量%以下、約4.0重量%以下、約3.5重量%以下、又は約3.0重量%以下)である。
本開示の誘電フィルム形成用組成物は、所望により、少なくとも1種の有機溶媒を含有していてもよい。ある実施形態では、有機溶媒は、環境にやさしく、電子パッケージングの製造に用いるのに実用的なものである。ある実施形態では、ドライフィルム形成後の残留溶媒を5%未満とし、フィルムの乾燥速度を約2フィート毎分超(例:約3フィート毎分超、約4フィート毎分超、約5フィート毎分超、又は約6フィート毎分超)とするために、有機溶媒は約210℃以下(例:約200℃以下、約190℃以下、約180℃以下、約170℃以下、約160℃以下、又は約150℃以下)の沸点を有していてもよい。ある実施形態では、フィルム形成用組成物に用いられる無機粒子は、有機溶媒中に容易に分散されて、均一なフィルムが形成され得る。ある実施形態では、均一なフィルムは、無機粒子が全く凝集せず、曇りがない。ある実施形態では、ポリイミドポリマーは、25℃での有機溶媒に対する溶解度が約50mg/mL以上(例:約100mg/mL以上又は約200mg/mL以上)であってもよい。有機溶媒としては、ガンマ−ブチロラクトンなどのラクトン、シクロペンタノン及びシクロヘキサノンなどのシクロケトン、メチルエチルケトン(MEK)などの直鎖状ケトン、n−ブチルアセテートなどのエステル、エチルラクテートなどのエステルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコールなどのエーテルアルコール、N,N−ジメチルアセタミドなどのアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)などのスルホキシド、テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル、n−メチルピロリドンなどのピロリドン、並びにプロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどのグリコールエステルが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい溶媒としては、ガンマ−ブチロラクトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、又はこれらの混合物が挙げられる。ある実施形態では、有機溶媒は、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、メシチレン、及びアニソールなどの芳香族溶媒を含んでいてもよい。上記有機溶媒は、組成物中の不溶性フィラー以外のすべての成分を完全に溶解し、良好なフィルムがキャストされ、化学反応が妨げられない限り、単独で用いられてもよく、組み合わせて用いられてもよい。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の有機溶媒の量は、誘電フィルム形成用組成物の総重量に対して、約35重量%以上(例:約40重量%以上、約45重量%以上、約50重量%以上、約55重量%以上、約60重量%以上、又は約65重量%以上)及び/又は約98重量%以下(例:約95重量%以下、約90重量%以下、約85重量%以下、約80重量%以下、約75重量%以下、又は約70重量%以下)である。
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物は、少なくとも1種の架橋剤(例:非MCA架橋剤)をさらに含んでいてもよい。ある実施形態では、架橋剤は、2つ以上のアルケニル又はアルキニル基を有する。一般的に、架橋剤により、触媒の存在下において架橋反応又は重合反応を引き起こすことが可能である。
ある実施形態では、少なくとも1種の架橋剤は、少なくとも1種のウレタンアクレートオリゴマーである。「ウレタンアクリレートオリゴマー」との用語は、ウレタン結合を有し、(メタ)アクリレート(例:アクレート又はメタクリレート)官能基を有するウレタン(メタ)アクリレート化合物類を意味し、ウレタン多官能(メタ)アクリレート(urethane multi(meth)acrylate)、多官能ウレタン(メタ)アクリレート(multiurethane (meth)acrylate)、及び多官能ウレタン多官能(メタ)アクリレート(multiurethane multi(meth)acrylate)などである。ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーの種類は、例えば、その内容が参照により本明細書に取り込まれるCoady et al.るによる米国特許第4,608,409号及びChisholm et al.による米国特許第6,844,950号に記載されている。本開示において有用なウレタンアクリレートオリゴマーの具体例としては、CN9165US、CN9167US、CN972、CN9782、CN9783、及びCN992が挙げられるが、これらに限定されない。これらのウレタンアクリレートオリゴマー及び他のウレタンアクリレートオリゴマーは、Arkema(Sartomer)から市販されている。
ある実施形態では、架橋剤は、少なくとも2つの(メタ)アクリレート基を有する。ある実施形態では、架橋剤は、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,12−ドデカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロポキシル化(3)グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、エトキシル化ビスフェノール−A−ジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ−/ヘキサ−(メタ)アクリレート、イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)−イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールトリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリレート変性尿素−ホルムアルデヒド樹脂、(メタ)アクリレート変性メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、及び(メタ)アクリレート変性セルロースからなる群より選択される。
ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の架橋剤の量は、組成物の総重量に対して、約2.5重量%以上(例:約5重量%以上、約7.5重量%以上、約10重量%以上、約12.5重量%以上、又は約15重量%以上)及び/又は約30重量%以下(例:約27.5重量%以下、約25重量%以下、約22.5重量%以下、約20重量%以下、又は約17.5重量%以下)である。ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の架橋剤の量は、組成物中の固形分の量に対して、約5重量%以上(例:約10重量%以上、約15重量%以上、約20重量%以上、約25重量%以上、又は約30重量%以上)及び/又は約60重量%以下(例:約55重量%以下、約50重量%以下、約45重量%以下、約40重量%以下、又は約35重量%以下)である。理論に拘束されるものではないが、架橋剤により、本明細書に記載の組成物により形成される誘電フィルムの機械的特性及び耐化学薬品性が改善され得るものと考えられる。
本開示の誘電フィルム形成用組成物は、所望により、接着促進剤、フィラー、界面活性剤、可塑剤、着色剤、及び色素などの1種又は複数種の他の成分を含んでいてもよい。
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物は、1種又は複数種の接着促進剤をさらに含む。好適な接着促進剤は、“Silane Coupling Agent”Edwin P.Plueddemann,1982 Plenum Press,New Yorkに記載されている。接着促進剤としては、メルカプトアルコキシシラン、アミノアルコキシシラン、エポキシアルコキシシラン、グリシジルオキシアルコキシシラン、メルカプトシラン、シアナートシラン、及びイミダゾールシランが挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態では、接着促進剤は、アルコキシシリル基と、置換又は無置換のアルケニル基及び置換又は無置換のアルキニル基から選択される炭素−炭素多重結合を有する官能基と、の両方を有する。
誘電フィルム形成用組成物中に所望により存在していてもよい接着促進剤が用いられる場合、接着促進剤の量は、組成物の総重量に対して、約0.3重量%以上(例:約0.5重量%以上、約0.7重量%以上、又は約1重量%以上)及び/又は約4重量%以下(例:約3重量%以下、約2重量%以下、又は約1.5重量%以下)である。ある実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の所望により存在していてもよい接着促進剤の量は、組成物中の固形分の量に対して、約0.5重量%以上(例:約1重量%以上、約2重量%以上、又は約2.5重量%以上)及び/又は約8重量%以下(例:約6重量%以下、約5重量%以下、約4重量%以下、又は約3重量%以下)である。
本開示の誘電フィルム形成用組成物は、所望により、1種又は複数種の界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤が用いられる場合、界面活性剤の量は、組成物の総重量に対して、約0.001重量%以上(例:約0.01重量%以上又は約0.1重量%以上)及び/又は約2重量%以下(例:約1重量%以下又は約0.5重量%以下)である。ある実施形態では、界面活性剤の量は、組成物中の固形分の量に対して、約0.002重量%以上(例:約0.02重量%以上又は約0.2重量%以上)及び/又は約4重量%以下(例:約1重量%以下又は約0.5重量%以下)である。好適な界面活性剤としては、特開昭62−36663号、特開昭61−226746号、特開昭61−226745号、特開昭62−170950号、特開昭63−34540号、特開平7−230165号、特開平8−62834号、特開平9−54432号、及び特開平9−5988号に記載の界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されない。
本開示の誘電フィルム形成用組成物は、所望により、1種又は複数種の可塑剤を含有していてもよい。所望により存在していてもよい可塑剤が用いられる場合、可塑剤の量は、組成物の総重量に対して、約1重量%以上(例:約2重量%以上又は約3重量%以上)及び/又は約10重量%以下(例:約7.5重量%以下又は約5重量%以下)である。ある実施形態では、所望により存在していてもよい可塑剤の量は、組成物中の固形分の量に対して、約2重量%以上(例:約4重量%以上又は約6重量%以上)及び/又は約20重量%以下(例:約14重量%以下又は約10重量%以下)である。
本開示の誘電フィルム形成用組成物は、所望により、1種又は複数種の銅不動態化剤を含有していてもよい。銅不動態化剤としては、トリアゾール化合物、イミダゾール化合物、及びテトラゾール化合物が挙げられる。トリアゾール化合物としては、トリアゾール、ベンゾトリアゾール、置換トリアゾール、及び置換ベンゾトリアゾールを挙げることができる。置換基としては、C−Cアルキル基、アミノ基、チオール基、メルカプト基、イミノ基、カルボキシ基、及びニトロ基が挙げられる。トリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、1,2,4−トリアゾール、1,2,3−トリアゾール、トリルトリアゾール、5−メチル−1,2,4−トリアゾール、5−フェニル−ベンゾトリアゾール、5−ニトロ−ベンゾトリアゾール、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、1−アミノ−1,2,4−トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、2−(5−アミノ−ペンチル)−ベンゾトリアゾール、1−アミノ−1,2,3−トリアゾール、1−アミノ−5−メチル−1,2,3−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、3−イソプロピル−1,2,4−トリアゾール、5−フェニルチオール−ベンゾトリアゾール、ハロ−ベンゾトリアゾール(ハロ=F、Cl、Br、又はI)、ナフトトリアゾールなどが挙げられる。イミダゾール化合物としては、2−アルキル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−アルキルイミダゾール、2−メチル−4(5)−ニトロイミダゾール、5−メチル−4−ニトロイミダゾール、4−イミダゾールメタノールヒドロクロリド、2−メルカプト−1−メチルイミダゾールが挙げられるが、これらに限定されない。テトラゾール化合物としては、1−H−テトラゾール、5−メチル−1H−テトラゾール、5−フェニル−1H−テトラゾール、5−アミノ−1H−テトラゾール、1−フェニル−5−メルカプト−1H−テトラゾール、5,5’−ビス−1H−テトラゾール、1−メチル−5−エチルテトラゾール、1−メチル−5−メルカプトテトラゾール、1−カルボキシメチル−5−メルカプトテトラゾールなどが挙げられるが、これらに限定されない。
ある実施形態では、所望により存在していてもよい銅不動態化剤が用いられる場合、銅不動態化剤の量は、誘電フィルム形成用組成物の総重量に対して、約0.01重量%以上(例:約0.05重量%以上、約0.1重量%以上、又は約0.5重量%以上)及び/又は約2重量%以下(例:約1.5重量%以下又は約1重量%以下)である。ある実施形態では、所望により存在していてもよい銅不動態化剤の量は、組成物中の固形分の量に対して、約0.02重量%以上(例:約0.1重量%以上、約0.2重量%以上、又は約1重量%以上)及び/又は約4重量%以下(例:約3重量%以下又は約2重量%以下)である。
ある実施形態では、ポリイミドは、構造(1)のシロキサンジアミンではないジアミンから調製されてもよく、
ここで:R及びRは、各々独立して、二価の脂肪族又は二価の芳香族基(例:C1−6二価脂肪族基又はC6−12二価芳香族基)であり;R、R、R、及びRは、各々独立して、一価の脂肪族又は一価の芳香族基(例:C1−6一価脂肪族基又はC6−12一価芳香族基)であり;mは、1〜100の整数である。
構造(III)のシロキサンジアミンのモノマーとしては以下のものが挙げられるが、これに限定されない:
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物は、以下の溶媒のうちの1種又は複数種を特に不含有であってもよく、以下の溶媒のうち2種以上を不含有である場合は任意の組み合わせを不含有であってもよい。そのような溶媒は、メチルエチルケトン(MEK)などの直鎖状ケトン、エチルアセテートなどのエステル、エチルラクテートなどのエステルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコールなどのエーテルアルコール、及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)などのグリコールエステルからなる群より選択され得る。
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物は、以下の接着促進剤のうちの1種又は複数種を特に不含有であってもよく、以下の接着促進剤のうち2種以上を不含有である場合は任意の組み合わせを不含有であってもよい。そのような接着促進剤は、一級アミン含有接着促進剤(3−アミノプロピルトリエトキシシラン及びm−アミノフェニルトリエトキシシランなど)、二級アミン含有接着促進剤(N−シクロヘキシルアミノトリメトキシシランなど)、三級アミン含有接着促進剤(ジエチルアミノエチルトリエトキシシランなど)、尿素含有接着促進剤(ウレイドプロピルトリメトキシシランなど)、無水物含有接着促進剤(3−(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物など)、エポキシ含有接着促進剤(2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシランなど)、イソシアナート含有接着促進剤(3−イソシアナートプロピルトリエトキシシランなど)、及び硫黄含有接着促進剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなど)からなる群より選択され得る。
ある実施形態では、本開示の誘電フィルム形成用組成物は、添加剤成分のうちの1種又は複数種を特に不含有であってもよく、添加剤成分のうち2種以上を不含有である場合は任意の組み合わせを不含有であってもよい。そのような成分は、非ポリイミドポリマー、非架橋非ポリイミドポリマー、界面活性剤、可塑剤、着色剤、色素、水、酸素捕捉剤、四級アンモニウムヒドロキシド、アミン、アルカリ金属塩基及びアルカリ土類塩基(NaOH、KOH、LiOH、水酸化マグネシウム、及び水酸化カルシウムなど)、フッ化物含有モノマー化合物、酸化剤(例:過酸化物、過酸化水素、硝酸鉄(III)、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、硝酸、亜塩素酸アンモニウム、塩素酸アンモニウム、ヨウ素酸アンモニウム、過ホウ酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過ヨウ素酸アンモニウム、過硫酸アンモニウム、亜塩素酸テトラメチルアンモニウム、塩素酸テトラメチルアンモニウム、ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム、過ホウ酸テトラメチルアンモニウム、過塩素酸テトラメチルアンモニウム、過ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム、過硫酸テトラメチルアンモニウム、過酸化水素尿素、及び過酢酸)、研磨剤、シリケート、腐食防止剤(例:非アゾール腐食防止剤)、グアニジン、グアニジン塩、無機酸(例:スルホン酸、硫酸、亜硫酸、亜硝酸、硝酸、亜リン酸、及びリン酸)、有機酸(例:ヒドロキシカルボン酸、並びにカルボン酸及びポリカルボン酸)、ピロリドン、ポリビニルピロリドン、並びにハロゲン化金属からなる群より選択され得る。
ある実施形態では、本開示は、本明細書に記載の誘電フィルム形成用組成物により形成された誘電フィルムを特に開示する。ある実施形態では、誘電フィルムにおいて放射線源又は熱に曝露することによる架橋がまだ行われていない場合、誘電フィルムは、a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート;及びd)少なくとも1種の触媒を含んでいてもよい。ある実施形態では、誘電フィルムは、少なくとも1種の架橋剤(誘電フィルム形成用組成物に関して既に記載したものなど)をさらに含んでいてもよい。
ある実施形態では、誘電フィルムが放射線源又は熱への曝露により架橋された場合、誘電フィルムは、a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;及びc)少なくとも1種の架橋された金属含有(メタ)アクリレートを含んでいてもよい。ある実施形態では、架橋された誘電フィルム中の少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、未架橋であってもよい。ある実施形態では、架橋された誘電フィルム中の少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、例えばそれ同士で又は金属含有(メタ)アクリレートと架橋されていてもよい。そのような実施形態では、誘電フィルム形成用組成物中の少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、1つ若しくは2つ以上の二重結合又は三重結合(例:末端封止基)を有していてもよい。
ある実施形態では、本開示は、ドライフィルム構造体を作製する方法を特に開示する。この方法は:
(A)本明細書に記載の誘電フィルム形成用組成物(例:a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート;d)少なくとも1種の触媒;e)所望により、少なくとも1種の溶媒、及びf)所望により、少なくとも1種の架橋剤、を含有する組成物)を、キャリア基板(例:少なくとも1種のプラスチックフィルムを含む基板)に塗布して、塗布された組成物を形成すること;
(B)塗布された組成物を乾燥して、誘電フィルムを形成すること;並びに
(C)所望により、誘電フィルムに保護層を付与すること、
を含む。
ある実施形態では、キャリア基板は、1種又は複数種のポリマー(例:ポリエチレンテレフタレート)を含んでいてもよい単一層又は複数層のプラスチックフィルムである。ある実施形態では、キャリア基板は、優れた光学的透明度を有し、ポリマー層にレリーフパターンを形成するために用いられる化学線に対して実質的に透明である。キャリア基板の厚さは、好ましくは、約10μm以上(例:約15μm以上、約20μm以上、約30μm以上、約40μm以上、約50μm以上、又は約60μm以上)〜約150μm以下(例:約140μm以下、約120μm以下、約100μm以下、約90μm以下、約80μm以下、又は約70μm以下)の範囲内である。
ある実施形態では、保護層基板は、1種又は複数種のポリマー(例:ポリエチレン又はポリプロピレン)を含んでいてもよい単一層又は複数層のフィルムである。キャリア基板及び保護層の例は、例えば、その内容が参照により本明細書に取り込まれる米国特許出願公開第2016/0313642号に記載されている。ある実施形態では、ドライフィルム構造体中の誘電フィルムは、例えば架橋されたフィルムを形成するための放射線源又は熱にはまだ曝露されていない。
ある実施形態では、ドライフィルムの誘電フィルムは、自立誘電フィルムとしてキャリア層から剥離されてもよい。自立誘電フィルムは、キャリア層などのいかなる支持層を用いることなく、その物理的完全性を維持することが可能なフィルムである。ある実施形態では、自立誘電フィルムは(例:架橋前において):a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート(例:未架橋の金属含有(メタ)アクリレート);及びd)少なくとも1種の、重合反応を引き起こすことが可能な触媒を含んでいてもよい。ある実施形態では、自立誘電フィルムは放射線源又は熱に曝露されて、架橋された自立誘電フィルムが形成されてもよい。ある実施形態では、架橋自立誘電フィルムは:a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;b)少なくとも1種の無機フィラー;及びc)少なくとも1種の架橋された金属含有(メタ)アクリレートを含んでいてもよい。ある実施形態では、平面圧縮法又は熱ロール圧縮法により誘電フィルムを予備付与した後、真空ラミネータを用いて約50℃〜約140℃で自立誘電フィルム(架橋又は未架橋のいずれか)を基板(例:半導体基板)にラミネート(laminate)してもよい。
ある実施形態では、平面圧縮法又は熱ロール圧縮法によりドライフィルム構造体の誘電フィルムを予備付与した後、真空ラミネータを用いて約50℃〜約140℃でドライフィルム構造体の誘電フィルムを基板(例:半導体基板)にラミネートしてもよい。熱ロールラミネートを用いる場合:ドライフィルム構造体を熱ロールラミネータに配置してもよく;所望により存在していてもよい保護層を誘電フィルム/キャリア基板から剥がしてもよく;熱及び圧力をかけながらローラーを用いて誘電フィルムを基板に接触及びラミネートして、基板と誘電フィルムとキャリア基板とを有する物品を形成してもよい。次に、誘電フィルムを放射線源又は熱に曝露させて(例:キャリア基板を通して)、架橋されたフィルムを形成してもよい。ある実施形態では、誘電フィルムを放射線源又は熱に曝露する前に、キャリア基板を除去してもよい。
ある実施形態では、架橋された誘電フィルムは:
a)本明細書に記載の誘電フィルム形成用組成物を基板(例:半導体基板)上に塗布して誘電フィルムを形成する工程;
b)所望により、フィルムを、約50℃〜約150℃の温度で、約20秒間〜約240秒間ベーキングする工程;及び
c)誘電フィルムを放射線源又は熱に曝露する工程、
を含む方法により、本開示の誘電フィルム形成用組成物から作製される。
誘電フィルムの作製のための塗布法としては、スピンコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、ロッドコーティング、回転コーティング、スリットコーティング、圧縮コーティング、カーテンコーティング、ダイコーティング、ワイヤバーコーティング、ナイフコーティング、及びドライフィルムのラミネートが挙げられるが、これらに限定されない。半導体基板は、ウェハなどの円形状であってもよいし、パネルであってもよい。ある実施形態では、半導体基板は、シリコン基板、銅基板、アルミニウム基板、酸化ケイ素基板、窒化ケイ素基板、ガラス基板、有機基板、銅クラッドラミネート体、又は誘電材料基板であってもよい。
本開示の誘電フィルムのフィルム厚さは、特に限定されない。ある実施形態では、誘電フィルムは、約3ミクロン以上(例:約4ミクロン以上、約5ミクロン以上、約7ミクロン以上、約10ミクロン以上、約15ミクロン以上、約20ミクロン以上、又は約25ミクロン以上)及び/又は約100ミクロン以下(例:約80ミクロン以下、約60ミクロン以下、約50ミクロン以下、約40ミクロン以下、又は約30ミクロン以下)のフィルム厚さを有する。
ある実施形態では、誘電フィルムは、比較的小さいフィルム厚さを有していてもよい(例:約5ミクロン以下、約4ミクロン以下、又は約3ミクロン以下)。
次に、例えば架橋されたフィルムを形成するために、誘電フィルムを放射線源又は熱に曝露してもよい。放射線露光のために用いられる放射線としては、電子ビーム、紫外光、及びX線が挙げられ、紫外光が好ましいが、これらに限定されない。典型的には、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、又はハロゲンランプを放射線源として用いてもよい。露光線量は、特に限定されず、当業者であれば、適切な量を容易に決定することができる。ある実施形態では、露光線量は、約100mJ/cm以上(例:約250mJ/cm以上又は約500mJ/cm以上)及び約2000mJ/cm以下(例:約1500mJ/cm以下又は約1000mJ/cm以下)である。ある実施形態では、露光線量は、250mJ/cm〜1000mJ/cmである。
誘電フィルムを熱に曝露する場合、加熱温度は、約70℃以上(例:約100℃以上、約130℃以上、又は約150℃以上)及び/又は約250℃以下(例:約220℃以下、約200℃以下、又は約180℃以下)である。加熱時間は、約10分以上(例:約20分以上、約30分以上、約40分以上、又は約50分以上)及び/又は約5時間以下(例:約4時間以下、約3時間以下、約2時間以下、又は約1時間以下)である。ある実施形態では、加熱温度は、30分〜3時間で150℃〜250℃である。
本開示の誘電フィルムの優れた特徴は、その驚くほど高い光学的透明度及び低い熱膨張率である。ある実施形態では、本開示の誘電フィルムは、光学的透明度が約50%以上(例:約55%以上、約60%以上、約65%以上、約70%以上、約75%以上、約80%以上、約85%以上、約88%以上、約90%以上、約92%以上、又は約94%以上)である。光学的透明度は、450nm〜700nmの波長で測定される。ある実施形態では、本開示の誘電フィルムは、熱膨張率が約50ppm/℃以下(例:約45ppm/℃以下、約40ppm/℃以下、約35ppm/℃以下、又は約30ppm/℃以下)及び/又は約10ppm/℃以上(例:約15ppm/℃以上、約20ppm/℃以上、又は約25ppm/℃以上)である。熱膨張率は、50〜150℃の範囲内の温度で測定される。
ある実施形態では、本開示は:
a)本開示の誘電フィルム形成用組成物を基板上に塗布して、誘電フィルムを形成する工程;
b)誘電フィルムを放射線源又は熱に曝露する工程;及び
c)フィルムをパターニングして、開口部を有するパターニングされた誘電フィルムを形成する工程、
を含む、パターニングされた誘電フィルムを作製するための方法を特に開示する。
工程a)及びb)は、先に考察した工程と同様なものであってもよい。
ある実施形態では、パターニングされた誘電フィルムを作製するための上記方法は、誘電フィルムをリソグラフィプロセスにより、パターニングされた誘電フィルムに変換することを含む。このような場合、上記変換は、パターニングされたマスクを用いて誘電フィルムを高エネルギー放射線(上記で述べたものなど)に露光することを含んでいてもよい。上記方法は、誘電フィルムを高エネルギー放射線に露光した後、露光された誘電フィルムを現像してパターニングされた誘電フィルムを形成することをさらに含んでいてもよい。
露光の後、約50℃以上(例:約55℃以上、約60℃以上、又は約65℃以上)〜約100℃以下(例:約95℃以下、又は約90℃以下、約85℃以下、約80℃以下、約75℃以下、又は約70℃以下)で、約60秒以上(例:約65秒以上又は約70秒以上)〜約240秒以下(例:約180秒以下、約120秒以下、又は約90秒以下)、誘電フィルムを熱処理してもよい。この熱処理は、通常、ホットプレート又はオーブンを用いることにより行われる。
露光及び熱処理の後、現像剤を用いることにより、誘電フィルムを現像して未露光部分を除去してもよい。現像は、例えば浸漬法又はスプレー法により行ってもよい。現像後、ラミネートされた基板上の誘電フィルム中にマイクロホール及び微細ラインを作製してもよい。
ある実施形態では、有機現像剤を用いることにより誘電フィルムを現像してもよい。そのような現像剤の例としては、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジエチルアセタミド、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、2−ヘプタノン、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、n−ブチルアセテート(nBA)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)、エチルラクテート(EL)、プロピルラクテート、3−メチル−3−メトキシブタノール、テトラリン、イソホロン、エチレングリコールモノブチルエーテル、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エチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、メチル3−メトキシプロピオネート、エチル3−エトキシプロピオネート、ジエチルマロネート、エチレングリコール、1,4:3,6−ジアンヒドロソルビトール、イソソルビドジメチルエーテル、1,4:3,6−ジアンヒドロソルビトール2,5−ジエチルエーテル(2,5−ジエチルイソソルビド)、及びこれらの混合物が挙げられ得るが、これらに限定されない。好ましい現像剤は、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン(CP)、シクロヘキサノン、エチルラクテート(EL)、n−ブチルアセテート(nBA)、及びジメチルスルホキシド(DMSO)である。より好ましい現像剤は、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、シクロペンタノン(CP)、及びシクロヘキサノンである。これらの現像剤は、ある組成物及びリソグラフィプロセスにおいてイメージの質を最適化するために、単独で又は2種以上を組み合わせて用いられてもよい。
ある実施形態では、水性現像剤を用いることにより誘電フィルムを現像してもよい。現像剤は、水溶液である場合、好ましくは1種又は複数種の水性塩基を含有する。好適な塩基としては、無機アルカリ(例:水酸化カリウム、水酸化ナトリウム)、一級アミン(例:エチルアミン、n−プロピルアミン)、二級アミン(例:ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン)、三級アミン(例:トリエチルアミン)、アルコールアミン(例:トリエタノールアミン)、水酸化四級アンモニウム(例:水酸化テトラメチルアンモニウム又は水酸化テトラエチルアンモニウム)、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。用いる塩基の濃度は、例えば用いるポリマーの塩基溶解度に応じて変わる。最も好ましい水性現像剤は、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を含有するものである。TMAHの好適な濃度は、約1%〜約5%の範囲内である。
ある実施形態では、有機現像剤による現像の後、所望により、有機リンス溶媒を用いてリンス処理を行ってもよい。当業者であれば、所与の用途に対してどのリンス方法が適切であるかを認識しているであろう。有機リンス溶媒の好適な例としては、イソプロピルアルコール、メチルイソブチルカルビノール(MIBC)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、アミルアルコールなどのアルコール、n−ブチルアセテート(nBA)、エチルラクテート(EL)、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)などのエステル、メチルエチルケトンなどのケトン、並びにこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。リンス溶媒を用いてリンス処理を実施して、残渣を除去することができる。
ある実施形態では、現像工程の後又は所望により行われるリンス処理工程の後、所望によりベーキング工程(例:現像後ベーキング)を約120℃以上(例:約130℃以上、約140℃以上、約150℃以上、約160℃以上、約170℃以上、又は約180℃以上)〜約250℃以下(例:約240℃以下、約230℃以下、約220℃以下、約210℃以下、約200℃以下、又は約190℃以下)の範囲内の温度で行ってもよい。ベーキング時間は、約5分以上(例:約10分以上、約20分以上、約30分以上、約40分以上、約50分以上、又は約60分以上)及び/又は約5時間以下(例:約4時間以下、約3時間以下、約2時間以下、又は約1.5時間以下)である。このベーキング工程により、残った誘電フィルムから残留溶媒を除去することができ、残った誘電フィルムをさらに架橋することができる。現像後ベーキングは、大気中で行ってもよく、好ましくは窒素ブランケット下で行ってもよく、適切ないかなる加熱手段により行ってもよい。
ある実施形態では、パターニングされた誘電フィルムを作製するための上記方法は、誘電フィルムをレーザーアブレーション技術により、パターニングされた誘電フィルムに変換することを含む。エキシマレーザービーム(excimer laser beam)を用いる直接レーザーアブレーションプロセスは、一般的に、誘電フィルム中に開口部(又はパターン)を形成するための乾式の単工程材料除去である。ある実施形態では、レーザーの波長は、351nm以下(例:351nm、308nm、248nm、又は193nm)である。好適なレーザーアブレーションプロセスとしては、その内容が参照により本明細書に取り込まれる米国特許第7,598,167号、米国特許第6,667,551号、及び米国特許第6,114,240号に記載されているプロセスが挙げられるが、これらに限定されない。従来の誘電フィルムを用いたレーザーアブレーションプロセスでは、大量のデブリが発生する。このアブレーションデブリの除去には、多くの場合、化学処理及び/又はプラズマ処理による更なる洗浄プロセス工程が必要とされ、プロセスの複雑性及びコストが高まる。本開示の誘電フィルムの利点は、誘電フィルムがレーザーアブレーションプロセスによりパターニングされた場合、ほとんど又はまったくデブリが形成しないことであり、この結果、プロセスの複雑性が減少し、コストが低下する。
ある実施形態では、パターニングされた誘電フィルムの最小フィーチャのアスペクト比(即ち、幅に対する高さの比)は、約3/1以下(例:約2/1以下、約1/1以下、約1/2以下、又は約1/3以下)及び/又は約1/25以上(例:約1/20以上、約1/15以上、約1/10以上、及び約1/5以上)である。
ある実施形態では、パターニングされた誘電フィルムの最小フィーチャのアスペクト比は、約1/2以上(例:約1/1以上、約2/1以上、又は約3/1以上)である。
一般的に、上記で述べたプロセスは、半導体デバイスに用いられる物品を形成するために用いられ得る。そのような物品としては、半導体基板、エレクトロニクス用フレキシブルフィルム、ワイヤアイソレーション(wire isolation)、ワイヤコーティング、ワイヤエナメル、又はインク付着基板(inked substrate)が挙げられる。このような物品から作製され得る半導体デバイスとしては、集積回路、発光ダイオード、太陽電池、及びトランジスタが挙げられる。
ある実施形態では、本開示は、本明細書に記載の方法により形成された少なくとも1種のパターニングされたフィルムを有する三次元物体を特に開示する。ある実施形態では、三次元物体は、少なくとも2つのスタック(例:少なくとも3つのスタック)にパターニングされたフィルムを含んでいてもよい。
ある実施形態では、上記のプロセスの結果、電子基板とこの電子基板上にラミネートされたパターニングされた誘電フィルム層(例:レリーフパターンを有する)とを有する物品が得られ、ここで、上記パターニングされた誘電フィルム層は少なくとも1種のポリイミドポリマーを含む。初期誘電フィルム厚さが5ミクロン以下である実施形態では、形成されたパターニングされた誘電フィルム層が約5ミクロン以下(例:約4ミクロン以下又は約3ミクロン以下)のフィルム厚さを有していてもよく、且つ、約3ミクロン以下(例:約2ミクロン以下)のフィーチャサイズ(例:幅)を有する少なくとも1つの要素を含んでいてもよい。
本明細書において引用されるすべての刊行物(例:特許、特許出願公開、及び論文)の内容は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本開示の原理及び実例を、以下の実施例を参照してより詳細に説明するが、これらは本開示の範囲を限定するものではないと解釈するべきである。
<合成例1(P−1)>
[6FDA/DAPIポリイミドの作製]
固体の4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(無水フタル酸)(6FDA)(2.370kg、5.33モル)を、NMP(9.86kg)中の1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン−5−アミン(4,4’−[1,4−フェニレン−ビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリン(DAPI)とも称される)(1.473kg、5.51モル)の溶液に、25℃で投入した。反応温度を40℃に上昇させ、この混合物を6時間反応させた。次に、無水酢酸(1.125kg)及びピリジン(0.219kg)を添加し、反応温度を100℃に上昇させ、12時間反応させた。
反応混合物を、室温まで冷却し、メカニカルスターラーを備えたより大きい容器に移した。この反応溶液を、酢酸エチルで希釈し、水で1時間洗浄した。撹拌を停止した後、混合物を静置させた。相分離が発生した後、水相を除去した。有機相を、酢酸エチルとアセトンとの混合物で希釈し、水で2回洗浄した。洗浄に用いたすべての有機溶媒(酢酸エチル及びアセトン)及び水の量を、表1に示す。
シクロペンタノン(10.5kg)を上記の洗浄した有機相に添加し、この溶液を真空蒸留により濃縮して、ポリマー溶液P−1を得た。最終ポリマーの固形分%は、32.96%であり、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)は、49200ダルトンであった。
<調合例1〜8及び比較調合例1〜2>
調合例1〜8及び比較調合例1〜2(FE−1〜FE−8及びCFE−1〜CFE−2)を、表2に従って作製した。調合成分はメカニカルスターラーで16〜24時間撹拌した。
<プロセス例1〜8及び比較プロセス例1〜2>
ポリエチレンテレフタレート(PET)基板上に各組成物をロッドコーティングし、90℃で10分間乾燥することにより、FE−1〜FE−8及びCFE−1〜CFE−2に基づく自立ドライフィルム(SSDF)を作製した。これらのフィルムを、i線露光を用いて500mJ/cmで露光した。公称フィルム厚さ20ミクロンのドライフィルムが得られた。得られたフィルムをPETから剥離して、自立ドライフィルムを形成した。これらの自立ドライフィルムをKaptonシート上に配置し、真空下、170℃で2時間ベーキングした。Q400TMA熱機械分析装置(TMA)を用いて自立ドライフィルムの熱膨張率値を測定した:ここで、Q400TMA熱機械分析装置は、プローブ上に載せた自立ドライフィルムがプログラムされた温度範囲にわたって加熱されるにつれて、その寸法の小さい変化を正確に測定するように設計されている。フィルムの長さ方向の熱膨張率は、引張モードで測定した。JDCプレシジョンサンプルカッター(JDC precision sample cutter)を用いて、幅3mmの自立ドライフィルムサンプルを作製した。このサンプルを、長さ16mmのサンプルホルダーを用いて装着し、TMAフィルム膨張プローブ上に載せた。自立ドライフィルムを加熱し、TAソフトウェアを用いることにより熱膨張率を算出した。表3に、自立ドライフィルムの組成及び測定した熱膨張率値を示す。
比較プロセス例1は、プロセス例1〜6と比較すると(表3)、自立フィルムの熱膨張率を低下させるためにMCAを用いることが重要であることを示している。具体的には、表3は、シリカが28重量%であってもフィルム中にMCAが存在しない場合、50℃〜150℃の範囲内で測定した比較プロセス例1の自立ドライフィルムの熱膨張率が155ppm/℃という高さであったことを示している。驚くべきことに、プロセス例1〜6の自立ドライフィルムでは、MCAが存在することにより、熱膨張率が51ppm/℃以下に低下した。
プロセス例7は、プロセス例1〜6と比較すると(表3)、自立ドライフィルムの熱膨張率の低下に対するシリカ及びMCAの合計量の効果を示している。プロセス例7のフィルムは、シリカ及びMCAを合計量で18重量%を含んでいた(即ち、10重量%シリカ及び8重量%MCA)。試験結果には、このフィルムの50℃〜150℃の範囲内での熱膨張率が62ppm/℃であったことが示されている。一方で、プロセス例1〜6のフィルムは、シリカ及びMCAを合計量21〜40重量%の範囲内で含んでいた。試験結果には、これらのフィルムの熱膨張率が51ppm/℃以下であったことが示されている。
比較プロセス例2は、プロセス例1〜6と比較すると(表3)、自立ドライフィルムの熱膨張率を低下させるためにMCAと組み合わせてシリカを用いることが重要であることを示している。具体的には、表3は、15重量%のMCAであってもフィルム中にシリカが存在しない場合、50℃〜150℃の範囲内で測定した比較プロセス例2の自立ドライフィルムの熱膨張率が83ppm/℃であったことを示している。驚くべきことに、プロセス例1〜6の自立フィルムでは、シリカ及びMCAの両方が存在することにより、熱膨張率が51ppm/℃以下に低下した。
プロセス例8は、フィラー(例:シリカ)及びMCAの合計量が自立フィルムの総重量の50重量%を超えると、得られるフィルムが半透明及び脆弱になったことを示している。このため、フィルムの熱膨張率を測定することができなかった。したがって、上記で述べたプロセス例1〜6における低い熱膨張率は、フィラー(例:シリカ)の量を増加させるだけでは実現することができず、フィラー(例:シリカ)及びMCAの適切な量の組み合わせが、低熱膨張率で透明であり靭性が高い自立ドライフィルムを得るのに不可欠であるものと考えられる。
<誘電率測定例1>
ポリエチレンテレフタレート(PET)基板上に組成物FE−1をロッドコーティングし、90℃で10分間乾燥することにより自立ドライフィルムを作製した。フィルム厚さ25ミクロンのドライフィルムを得た。得られたドライフィルムを、ドライチャンバー中、105℃で2時間ベーキングした。スプリットシリンダー共振器法(IPC−TM−650、試験番号2−5−5−13)を用いて、ドライフィルムの2つのスタックの誘電率及び誘電正接を表4に示すように測定した。
表4において、Udkは、誘電率測定の不確実性であり、Udfは、誘電正接測定の不確実性である。表4の結果から、FE−1から作製されたドライフィルムは、半導体パッケージング用途において許容される誘電特性を示したことが分かる。
<調合例9>
13.00gのポリマー(ポリ−1)、27.36gのシクロペンタノン、31.20gのシクロヘキサノン、1.73gのn−ブタノール、0.65gのメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、0.39gのNCI−831、2.60gのチタンカルボキシエチルアクリレート、7.80gの表面処理シリカ、13gのテトラエチレングリコールジアクリレート(SR268)、1.46gのトリメチロールプロパントリアクリレート(SR351LV)、0.78gのシクロペンタノン中0.05%Polyfox6320溶液、及び0.03gのp−ベンゾキノンを用いることにより、調合例9(FE−9)を作製した。メカニカルスターラーで24時間撹拌した後、調合物を以下の試験に用いた。
<リソグラフィプロセス例1>
感光性FE−9をシリコンウェハ上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて70℃で180秒間ベーキングして、約15ミクロンの厚さを有するコーティングを形成した。感光性ポリイミドフィルムを、広帯域UV露光ツール
により、所望の露光パターンを有するマスクを通して露光した。露光後、露光したフィルムを50℃で3分間加熱した。
露光後ベーキングの後、現像剤としてシクロペンタノンを用いることにより未露光部分を除去し(2×75秒間の現像)、続いて、この現像したフィルムをPGMEAで15秒間リンスすることによりパターンを形成した。250mJ/cmの感度(photospeed)で20ミクロンの解像度が実現された。フィルムにおけるパターニングされたフィーチャは、15/20又は0.75のアスペクト比を示した。
<レーザーアブレーションプロセス例1>
FE−6(表2)をシリコンウェハ上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて95℃で10分間ベーキングして、約10.50ミクロンの厚さを有するコーティングを形成した。次に、フィルムを、広帯域UV露光ツール
により500mJ/cmで全面露光した。波長308nm、周波数100HzでXeClレーザーを用いることにより、フィルムにレーザーアブレーションを施した(laser ablated)。900mJ/cmで、8ミクロンの解像度が実現され、エッチレートは1.258nm/パルスであった。フィルムにおけるパターニングされたフィーチャは、10/8又は1.25のアスペクト比を示した。
<光学的透明度測定例1>
FE−6(表2)を、透明の4インチのガラスウェハ上に3.0umの厚さでスピンコーティングし、95℃で180秒間のソフトベーキングを行った。この自立ドライフィルムの450nm〜700nmの波長範囲内における吸光度を、CARY 400Conc UV−可視分光光度計を用いることにより測定した。このフィルムの透明度は、700nmで98.8%であり、600nmで98.1%であり、500nmで92.3%であり、400nmで89.4%であった。言い換えると、FE−6により形成されたフィルムは、可視スペクトル全体にわたって非常に優れた透明度を示した。
<光学的吸光度測定例2>
FE−6(表2)を、透明の4インチのガラスウェハ上に3.0umの厚さでスピンコーティングし、95℃で180秒間のソフトベーキングを行った。この自立ドライフィルムの300〜405nmの波長範囲内における吸光度を、CARY 400Conc UV−可視分光光度計を用いることにより測定した。このフィルムの吸光度は、308nmで0.248μm−1であり、355nmで0.094μm−1であり、365nmで0.094μm−1であり、405nmで0.048μm−1であった。言い換えると、FE−6により形成されたフィルムは、試験したUVスペクトル全体にわたって比較的低い吸光度を示した。
<ドライフィルム例DF−1>
Fujifilm USA(グリーンウッド、サウスカロライナ州)製のリバースマイクロバーコーターを用いて、キャリア基板として用いた幅16.2インチ及び厚さ35ミクロンのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(TA30、Toray Plastics America,Inc.製)上に、2フィート/分(毎分61cm)のライン速度、60ミクロンのマイクロバークリアランス(microbar clearance)でFE−1の感光性溶液(表2)を塗布し、194°Fで乾燥して、およそ37.0ミクロンの厚さを有する感光性ポリマー層を得た。このポリマー層上に、幅16インチ及び厚さ30ミクロンを有する二軸延伸ポリプロピレンフィルム(BOPP、ヒューストン、テキサス州、Impex Global製)をロール圧縮により積層し、保護層として作用させた。こうして形成されたドライフィルム(DF−1)は、キャリア基板、ポリマー層、及び保護層を有していた。
<ドライフィルムの積層(例L1)>
保護層を剥離により除去した後、4インチのWafernet銅コーティングウェハ上に、ドライフィルム構造体DF−1(6インチ×6インチ)の感光性ポリマー層を配置した。20秒間の真空積層(0.2〜0.4torr)により、このポリマー層をCuコーティングウェハ上に良好に積層し、続いて、180秒間、40psiの圧力及び0.2〜0.4torrの真空の両方をかけた。積層温度は90℃であった。積層プロセスは、ニュージャージー州のOPTEK製DPL−24A差圧ラミネータを用いて行った。
<調合例10>
26.00gのポリマー(ポリ−1)、46.88gのシクロペンタノン、80.00gのシクロヘキサノン、0.78gの3−(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、1.30gの1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン(OXE−02、BASF製)、6.20gのジルコニウムカルボキシエチルアクリレート、10.50gの0.5ミクロンの中サイズを有するアルミナ、13gのテトラエチレングリコールジメタクリレート(SR209、Sartomer製)、16.99gのCN992(Sartomer製)、0.78gのシクロペンタノン中0.05%Polyfox6320溶液、及び0.06gのp−ベンゾキノンを用いることにより、調合例10(FE−10)を作製する。メカニカルスターラーで24時間撹拌した後、調合物をろ過することなく用いる。
<プロセス例9>
ポリエチレンテレフタレート(PET)基板上にロッドコーティングし、95℃で8分間乾燥することにより、FE−10に基づく自立ドライフィルム(SSDF)を作製する。フィルムを、i線露光を用いて500mJ/cmで露光する。ドライフィルムが得られる。得られたフィルムをPETから剥離して、自立ドライフィルムを形成する。
<調合例11>
26.00gのポリマー(ポリ−1)、46.88gのシクロペンタノン、80.00gのシクロヘキサノン、0.78gのガンマ−グリドキシプロピルトリメトキシシラン(gamma−glydoxypropyltrimethoxy silane)、1.30gの2−(ベンゾイルオキシイミノ)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1−オクタノン(OXE−01、BASF製)、7.00gのハフニウムテトラ(メタ)アクリレート、10.50gの0.4ミクロンの中サイズを有するチタニア、15gのトリエチレングリコールジメタクリレート(SR205、Sartomer製)、18.00gのジペンタエリスリトールペンタアクリレート CN992、0.78gのシクロペンタノン中0.05%Polyfox6320溶液、及び0.06gのp−ベンゾキノンを用いることにより、調合例11(FE−11)を作製する。メカニカルスターラーで36時間撹拌した後、調合物をろ過することなく用いる。
<プロセス例10>
ポリエチレンテレフタレート(PET)基板上にロッドコーティングし、85℃で12分間乾燥することにより、FE−11に基づく自立ドライフィルム(SSDF)を作製する。フィルムを、i線露光を用いて600mJ/cmで露光する。ドライフィルムが得られる。得られたフィルムをPETから剥離して、自立ドライフィルムを形成する。
<調合例12>
13.00gのポリマー(ポリ−1)、23.44gのシクロペンタノン、39.00gのシクロヘキサノン、0.39gのメタクリロキシメチルトリエトキシシラン、0.8gの過酸化ベンゾイル、4.00gのチタニウムブトキシドトリ(メタ)アクリレート、5.00gの0.6ミクロンの中サイズを有する酸化ニオブ、7.0gのトリエチレングリコールジアクリレート、8.00gのペンタエリスリトールジアクリレート、0.4gのシクロペンタノン中0.05%Polyfox6320溶液、及び0.03gのp−ベンゾキノンを用いることにより、調合例12(FE−12)を作製する。メカニカルスターラーで30時間撹拌した後、調合物をろ過することなく用いる。
<プロセス例11>
ポリエチレンテレフタレート(PET)基板上にロッドコーティングし、90℃で12分間乾燥することにより、FE−12に基づく自立ドライフィルム(SSDF)を作製する。フィルムを、i線露光を用いて550mJ/cmで露光する。ドライフィルムが得られる。得られたフィルムをPETから剥離して、自立ドライフィルムを形成する。

Claims (36)

  1. a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;
    b)少なくとも1種の無機フィラー;
    c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート;及び
    d)少なくとも1種の、重合反応を引き起こすことが可能な触媒、
    を含む、誘電フィルム形成用組成物。
  2. 前記少なくとも1種の無機フィラーは、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ハフニウム、CdSe、CdS、CdTe、CuO、酸化亜鉛、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、及びニオブ酸カリウムからなる群より選択される無機粒子を含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記無機粒子は、約0.1ミクロン〜約2ミクロンの粒子サイズを有する、請求項2に記載の組成物。
  4. 前記少なくとも1種の無機フィラーは、前記組成物に対して約2重量%〜約20重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  5. 前記少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレートの金属原子は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及びゲルマニウムからなる群より選択される、請求項1に記載の組成物。
  6. 前記少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレートは、少なくとも1つの金属原子及び少なくとも1つの(メタ)アクリレート基を含む、請求項1に記載の組成物。
  7. 前記少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレートは、チタンテトラ(メタ)アクリレート、ジルコニウムテトラ(メタ)アクリレート、ハフニウムテトラ(メタ)アクリレート、チタンブトキシドトリ(メタ)アクリレート、チタンジブトキシドジ(メタ)アクリレート、チタントリブトキシド(メタ)アクリレート、ジルコニウムブトキシドトリ(メタ)アクリレート、ジルコニウムジブトキシドジ(メタ)アクリレート、ジルコニウムトリブトキシド(メタ)アクリレート、ハフニウムブトキシドトリ(メタ)アクリレート、ハフニウムジブトキシドジ(メタ)アクリレート、ハフニウムトリブトキシド(メタ)アクリレート、チタンテトラ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムテトラ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ハフニウムテトラ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、チタンブトキシドトリ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、チタンジブトキシドジ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、チタントリブトキシド(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムブトキシドトリ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムジブトキシドジ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ジルコニウムトリブトキシド(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ハフニウムブトキシドトリ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、ハフニウムジブトキシドジ(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)、又はハフニウムトリブトキシド(カルボキシエチル(メタ)アクリレート)を含む、請求項1に記載の組成物。
  8. 前記少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレートは、前記組成物の約0.5重量%〜約20重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  9. 前記少なくとも1種の無機フィラーと前記少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレートとの重量比が、約1:1〜約5:1である、請求項1に記載の組成物。
  10. 前記少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマーは、前記組成物の約3重量%〜約40重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  11. 前記少なくとも1種の触媒は、光開始剤又は熱開始剤を含む、請求項1に記載の組成物。
  12. 前記少なくとも1種の触媒は、前記組成物の約0.25重量%〜約4重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  13. 少なくとも1種の溶媒をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  14. 前記少なくとも1種の溶媒は、前記組成物に対して約35重量%〜約98重量%の量で存在する、請求項13に記載の組成物。
  15. 少なくとも1種の架橋剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  16. 前記架橋剤は、2つ以上のアルケニル又はアルキニル基を含む、請求項15に記載の組成物。
  17. 前記架橋剤は、ウレタン(メタ)アクリレートである、請求項15に記載の組成物。
  18. 前記架橋剤は、前記組成物に対して約2.5重量%〜約30重量%の量で存在する、請求項15に記載の組成物。
  19. 請求項1に記載の組成物により形成された誘電フィルム。
  20. キャリア基板;及び
    前記キャリア基板により支持された請求項19に記載の誘電フィルム、
    を有する、ドライフィルム。
  21. a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;
    b)少なくとも1種の無機フィラー;及び
    c)少なくとも1種の架橋された金属含有(メタ)アクリレート、
    を含む、誘電フィルム。
  22. 前記少なくとも1種の無機フィラー及び前記少なくとも1種の架橋された金属含有(メタ)アクリレートの合計量が、前記フィルムに対して約20重量%以上である、請求項21に記載の誘電フィルム。
  23. 前記少なくとも1種の無機フィラー及び前記少なくとも1種の架橋された金属含有(メタ)アクリレートの合計量は、前記フィルムに対して約50重量%以下である、請求項22に記載の誘電フィルム。
  24. 熱膨張率(CTE)が約50ppm以下である、請求項21に記載の誘電フィルム。
  25. 光学的透明度が50%以上である、請求項21に記載の誘電フィルム。
  26. 熱膨張率が約50ppm以下であり、光学的透明度が50%以上である、請求項21に記載の誘電フィルム。
  27. パターニングされたフィルムである、請求項21に記載の誘電フィルム。
  28. 自立誘電フィルムである、請求項21に記載の誘電フィルム。
  29. 請求項21に記載の誘電フィルムを備える三次元物体。
  30. 請求項29に記載の三次元物体を備える半導体デバイス。
  31. 集積回路、発光ダイオード、太陽電池、又はトランジスタである、請求項30に記載の半導体デバイス。
  32. a)請求項1に記載の誘電フィルム形成用組成物を塗布して、誘電フィルムを形成する工程;及び
    b)レーザーアブレーションプロセス又はリソグラフィプロセスにより前記誘電フィルムをパターニングして、パターニングされた誘電フィルムを形成する工程、
    を含む、パターニングされた誘電フィルムを作製するための方法。
  33. 請求項32に記載の方法により形成された三次元物体。
  34. 請求項33に記載の三次元物体を備える半導体デバイス。
  35. 集積回路、発光ダイオード、太陽電池、又はトランジスタである、請求項34に記載の半導体デバイス。
  36. a)少なくとも1種の完全イミド化ポリイミドポリマー;
    b)少なくとも1種の無機フィラー;
    c)少なくとも1種の金属含有(メタ)アクリレート;及び
    d)少なくとも1種の、重合反応を引き起こすことが可能な触媒、
    を含む、自立誘電フィルム。
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