JP7056662B2 - 重合体、樹脂組成物、樹脂膜、パターン化樹脂膜の製造方法、および電子部品 - Google Patents

重合体、樹脂組成物、樹脂膜、パターン化樹脂膜の製造方法、および電子部品 Download PDF

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Description

本発明は、重合体、樹脂組成物、樹脂膜、パターン化樹脂膜の製造方法、および電子部品に関する。
機械的強度に優れたポリアリーレンエーテルを使用したフォトレジスト材料として、従来、様々な感光性組成物が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
特許文献1には、フェノール性水酸基を有するポリフェニレンオキシド(A)と、光により酸を発生する化合物(B)とを含有するポジ型感光性樹脂組成物が開示されている。
特許文献2には、多価フェノール化合物とビニルエーテル化合物とを重付加して得られる重合体(a)、および放射線の照射によって酸を発生する酸発生剤(b)を含有するポジ型感放射線性組成物が開示されている。
特開2000-275842号公報 特開2005-266049号公報
近年、半導体集積回路等を製造する分野において、大容量化、高集積化を実現するために実装技術の更なる高度化が求められており、リフロー耐性等に優れた高耐熱化が求められている。
本発明の課題は、耐熱性に優れた樹脂膜を形成可能な樹脂組成物、当該樹脂組成物の含有成分として有用な重合体、耐熱性に優れた樹脂膜、パターン化樹脂膜の製造方法、および前記樹脂膜を有する電子部品を提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、以下の特定構造を有する重合体を用いることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、例えば以下の[1]~[22]である。
[1](A)同一のまたは異なる分子中に、下記式(i)で表される部分構造を有する構造単位(以下「構造単位(i)」ともいう)と、下記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位、およびフェノール性水酸基を有する構造単位から選択される一以上の水酸基含有構造単位(以下「構造単位(ii)」ともいう)とを含む重合体、ならびに(E)溶媒を含有する樹脂組成物。
Figure 0007056662000001
[式(i)中、R1およびR2は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR-、-NRSO2-、-NRCO-、-NR-および-CONR-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、R1およびR2は、相互に結合してOR1およびOR2が結合するホウ素原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよい。前記Rは、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、*は結合手を示す。]
Figure 0007056662000002
[式(ii-1)中、R3およびR4は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、または電子求引性基であり、但し、上記R3およびR4のうち、少なくともいずれかは電子求引性基であり、*は結合手を示す。]
[2]重合体(A)が、下記式(iii)で表される部分構造を有する構造単位(以下「構造単位(iii)」ともいう)をさらに含む、上記[1]に記載の樹脂組成物。
Figure 0007056662000003
[式(iii)中、R5は、炭素数1~20の有機基であり;R6は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、nは0~3の整数であり、*は結合手を示す。]
[3]重合体(A)が、下記式(iv)で表される部分構造を有する構造単位(以下「構造単位(iv)」ともいう)をさらに含む、上記[1]~[2]のいずれかに記載の樹脂組成物。
Figure 0007056662000004
[式(iv)中、R7およびR8は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR105-、-NR105SO2-、-NR105CO-、-NR105-および-CONR105-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、R7およびR8は、相互に結合してOR7およびOR8が結合するリン原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよく、前記R105は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、*は結合手を示す。]
[4]重合体(A)が、エポキシ基を有する構造単位(以下「構造単位(v)」ともいう)をさらに含む、上記[1]~[3]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[5]上記水酸基含有構造単位が、上記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[6]上記フェノール性水酸基を有する構造単位が、加熱により環化してフェノール性水酸基が消失するフェノール性水酸基含有不飽和化合物由来の構造単位である、上記[1]~[5]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[7]上記式(i)で表される部分構造を有する構造単位が下記式(1)で表される、上記[1]~[6]のいずれかに記載の樹脂組成物。
Figure 0007056662000005
[式(1)中、R1およびR2は、それぞれ式(i)中の同一記号と同義であり;R11は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L1は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X1-で表される基であり、X1は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R12は、炭素数1~20の(a+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR101-、-NR101SO2-、-NR101CO-、-NR101-および-CONR101-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R101は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;aは1~3の整数である。]
[8]上記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位が下記式(2)で表される、上記[1]~[7]のいずれかに記載の樹脂組成物。
Figure 0007056662000006
[式(2)中、R3およびR4は、それぞれ式(ii-1)中の同一記号と同義であり;R13は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L2は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X2-で表される基であり、X2は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R14は、炭素数1~20の(b+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR102-、-NR102SO2-、-NR102CO-、-NR102-および-CONR102-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R102は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;bは1~3の整数である。]
[9]上記式(iii)で表される部分構造を有する構造単位が下記式(3)で表される、上記[2]に記載の樹脂組成物。
Figure 0007056662000007
[式(3)中、R5、R6およびnは、それぞれ式(iii)中の同一記号と同義であり;R15は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L3は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X3-で表される基であり、X3は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R16は、炭素数1~20の(c+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR104-、-NR104SO2-、-NR104CO-、-NR104-および-CONR104-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R104は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;cは1~3の整数である。]
[10]重合体(A)が、上記式(i)で表される部分構造を有する構造単位を、全構造単位中、5~60モル%含む、上記[1]~[9]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[11]重合体(A)が、上記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位、およびフェノール性水酸基を有する構造単位から選択される一以上の水酸基含有構造単位を、全構造単位中、5~90モル%含む、上記[1]~[10]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[12]重合体(A)が、上記式(iii)で表される部分構造を有する構造単位を、全構造単位中、5~50モル%含む、上記[2]または[9]に記載の樹脂組成物。
[13]重合体(A)が、前記エポキシ基を有する構造単位を、全構造単位中、5~45モル%含む、上記[4]に記載の樹脂組成物。
[14]感光性酸発生剤(B)または光重合開始剤(D)をさらに含有する、上記[1]~[13]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[15]架橋剤(C)をさらに含有する、上記[1]~[14]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[16]上記式(i)で表される部分構造を有する構造単位と、上記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位、およびフェノール性水酸基を有する構造単位から選択される一以上の水酸基含有構造単位とを含む重合体。
[17]上記式(iii)で表される部分構造を有する構造単位をさらに含む、上記[16]に記載の重合体。
[18]上記式(iv)で表される部分構造を有する構造単位をさらに含む、上記[16]~[17]のいずれかに記載の重合体。
[19]エポキシ基を有する構造単位をさらに含む、上記[16]~[18]のいずれかに記載の重合体。
[20]上記[1]~[15]のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂膜。
[21]上記[14]に記載の樹脂組成物を支持体上に塗布して塗布膜を形成する工程、前記塗布膜を選択的に露光して選択露光膜を得る工程、アルカリ性現像液により前記選択露光膜を現像してパターン化した塗布膜を得る工程、および前記パターン化した塗布膜を硬化させてパターン化樹脂膜を得る工程を有する、パターン化樹脂膜の製造方法。
[22]上記[20]に記載の樹脂膜を有する電子部品。
本発明によれば、耐熱性に優れた樹脂膜を形成可能な樹脂組成物を提供することができる。また、本発明によれば、前記樹脂組成物の含有成分として有用な重合体、耐熱性に優れた樹脂膜、パターン化樹脂膜の製造方法、および前記樹脂膜を有する電子部品を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について好適態様も含めて説明する。
本明細書で例示する各成分、例えば樹脂組成物中の各成分は、特に言及しない限り、それぞれ1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本明細書において、以下の通り各用語を定義する。
「炭化水素基」とは、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基および芳香族炭化水素基を包含する。「炭化水素基」は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。
「鎖状炭化水素基」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基を意味し、直鎖状炭化水素基および分岐状炭化水素基の両方を包含する。
「脂環式炭化水素基」とは、環状構造としては脂環式炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味し、単環の脂環式炭化水素基および多環の脂環式炭化水素基の両方を包含する。但し、「脂環式炭化水素基」は、脂環式炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。
「芳香族炭化水素基」とは、環状構造として芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。但し、「芳香族炭化水素基」は、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状炭化水素の構造および/または脂環式炭化水素の構造を含んでいてもよい。
「パターン化樹脂膜」とは、パターン化した樹脂膜をいう。なお、「樹脂膜」という用語は、パターン化した樹脂膜を包含する意味で用いる。
〔樹脂組成物〕
本発明の樹脂組成物は、以下に説明する重合体(A)と溶媒(E)を含有する。以下では、前記樹脂組成物の含有成分として好適に用いられる、本発明の重合体(A)もあわせて説明する。
本発明の樹脂組成物は、感光性酸発生剤(B)または光重合開始剤(D)をさらに含有することができる。前記(B)または(D)を含有する本発明の樹脂組成物を「感光性組成物」ともいう。なお、本明細書において、感光性および光重合の用語は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線に対応する、感放射線性および感放射線重合の意味で用いる。
〈重合体(A)〉
重合体(A)は、同一のまたは異なる分子中に、下記式(i)で表される部分構造を有する構造単位と、下記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位、およびフェノール性水酸基を有する構造単位から選択される一以上の水酸基含有構造単位とを含む。
Figure 0007056662000008
上記式の説明は後述する。
重合体(A)は、例えば、1種の重合体からなってもよく、2種以上の重合体からなってもよい。2種以上の重合体からなる場合(ブレンド物)は、例えばNMR分析により、ブレンド物全体が構造単位(i)および構造単位(ii)を有していることを確認できれば、ブレンド物中に構造単位(i)または(ii)を有していない重合体が含まれていてもよい。「同一のまたは異なる分子中」(ここでの分子とは、重合体分子を意味する)とは、このような意味で用いる。前記ブレンド物は、例えば、構造単位(i)を含む重合体と、構造単位(ii)を含む重合体との混合物である。重合体(A)は、同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii)とを含むことが好ましい。
《構造単位(i)》
重合体(A)は、1種または2種以上の構造単位(i)を含む。構造単位(i)は、樹脂組成物の保存安定性および塗布性、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の機械的強度および耐熱性に寄与する。
なお、重合体(A)にアルカリ溶解性を付与することにより、本発明のパターン化樹脂膜の製造方法において、アルカリ性現像液により露光後の塗膜を現像することができる。
Figure 0007056662000009
式(i)中の記号の意味は以下のとおりである。
1およびR2は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR-、-NRSO2-、-NRCO-、-NR-および-CONR-から選ばれる少なくとも一種を有する基(以下「置換炭化水素基1」ともいう)、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基(以下「置換炭化水素基2」ともいう)を示し、R1およびR2は、相互に結合してOR1およびOR2が結合するホウ素原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよい。前記Rは、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、*は結合手を示す。
上記R1、R2およびRで列挙される炭素数1~20の炭化水素基としては、炭素数1~20の鎖状炭化水素基、および炭素数3~20の脂環式炭化水素基が好ましい。このようにR1、R2およびRで列挙される炭素数1~20の炭化水素基を炭素数1~20の鎖状炭化水素基、または炭素数3~20の脂環式炭化水素基とすることで、耐熱性、ならびに溶媒およびアルカリ性現像液への溶解性に優れ、低誘電率の重合体を得ることができる。
上記炭素数1~20の鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、i-プロピル基、n-プロピル基、i-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-デシル基等の鎖状飽和炭化水素基;エテニル基、プロピニル基、エチニル基等の鎖状不飽和炭化水素基が挙げられる。これらのうち、鎖状飽和炭化水素基がより好ましい。
上記炭素数3~20の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロオクチル基、アダマンチル基等の脂環式飽和炭化水素基;シクロブテニル基、シクロペンテニル基等の脂環式不飽和炭化水素基が挙げられる。これらのうち、脂環式飽和炭化水素基が好ましい。
上記置換炭化水素基1としては、例えば、メチルエステルメチル基、エチルエステルメチル基、プロピルエステルメチル基等のアルキルエステルアルキル基、メチルエーテルメチル基、エチルエーテルメチル基、プロピルエーテルメチル基等のアルキルエーテルアルキル基が挙げられる。
上記置換炭化水素基2において水素原子の一部を置換する置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、ハロゲン化アルキル基が挙げられる。
1およびR2は、相互に結合してOR1およびOR2が結合するホウ素原子と共に環員数3~20、好ましくは環員数3~15の環状構造を形成してもよい。前記環状構造を形成する式(i)で表される部分構造としては、例えば、下記式(10)および(11)で表される部分構造が挙げられる。
Figure 0007056662000010
上記式(10)および(11)中、Rrは、炭素数2~20の2価の炭化水素基、前記炭素数2~20の2価の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間にNR100基を有する基(前記R100は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基である)、または前記炭素数2~20の2価の炭化水素基中の水素原子の一部が、ハロゲン原子、アルコキシ基およびアルコキシカルボニル基から選ばれる少なくとも1種で置換された基であり、前記NR100基はホウ素原子の空軌道に配位結合していてもよい。*は結合手を示す。Rrにおける前記2価の炭化水素基は、好ましくは2価の鎖状飽和炭化水素基または脂環式飽和炭化水素基であり、より好ましくは炭素数2~10の2価の鎖状飽和炭化水素基または炭素数4~10の2価の脂環式飽和炭化水素基である。R100における前記炭素数1~20の炭化水素基は、前述した置換炭化水素基1中のRにおける炭化水素基と同様である。
1およびR2は、耐熱性の観点から、水素原子が好ましい。
構造単位(i)としては、例えば、下記式(1)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007056662000011
式(1)中の記号の意味は以下のとおりである。
1およびR2は、それぞれ式(i)中の同一記号と同義である。
11は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基である。L1は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X1-で表される基であり、X1は、酸素原子、硫黄原子またはNH基である。R12は、炭素数1~20の(a+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR101-、-NR101SO2-、-NR101CO-、-NR101-および-CONR101-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R101は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基である。水素原子の一部を置換する置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、ハロゲン化アルキル基が挙げられる。aは1~3の整数であり、好ましくは1である。
上記R11の炭素数1~10の炭化水素基としては、例えば、炭素数1~10の鎖状炭化水素基、炭素数3~10の脂環式炭化水素基が挙げられ、鎖状炭化水素基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。
上記R11の炭素数1~10のフッ素化炭化水素基としては、例えば、炭素数1~10のフッ素化鎖状炭化水素基、炭素数3~10のフッ素化脂環式炭化水素基が挙げられ、フッ素化鎖状炭化水素基が好ましく、トリフルオロメチル基がより好ましい。
上記R11としては、水素原子が好ましい。
上記R12の炭素数1~20の(a+1)価の炭化水素基としては、例えば、メチレン基、およびエチレン基等のアルカンジイル基等の鎖状飽和炭化水素基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、テトラシクロドデカンジイル基等のシクロアルカンジイル基、およびフェニレン基等のアリーレン基が挙げられる。
構造単位(i)としては、例えば、下記式(12)~(22)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007056662000012
《構造単位(ii)》
重合体(A)は、下記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位(ii-1)、およびフェノール性水酸基を有する構造単位(ii-2)から選択される一以上の構造単位(ii)を含む。
まず、構造単位(ii-1)について説明する。
重合体(A)は、構造単位(i)を含む分子と同一のまたは異なる分子中に、下記式(ii-1)で表される部分構造を有する構造単位(ii-1)をさらに含むことができる。これらの中でも重合体(A)は同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii-1)とを含むことが好ましい。
Figure 0007056662000013
式(ii-1)中の記号の意味は以下のとおりである。
3およびR4は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、または電子求引性基であり、但し、上記R3およびR4のうち、少なくともいずれかは電子求引性基であり、いずれも電子求引性基が好ましく、*は結合手を示す。
上記炭素数1~20の炭化水素基としては、式(i)中のR1およびR2の炭素数1~20の炭化水素基と同様である。
上記R3およびR4のうち、少なくともいずれかが電子求引性基であることにより、樹脂組成物の保存安定性、重合体(A)のアルカリ溶解性が向上するため好ましい。上記電子求引性基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;シアノ基;フッ素化アルキル基等のフッ素化炭化水素基が挙げられる。
上記フッ素化炭化水素基は、炭化水素基中の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された基である。フッ素化炭化水素基としては、炭素数1~20のフッ素化炭化水素基が好ましく、炭素数1~20のフッ素化アルキル基がより好ましく、炭素数1~10のフッ素化アルキル基がより好ましい。
電子求引性基としては、これらの中で、フッ素原子、シアノ基、フッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基がより好ましい。
重合体(A)は、1種または2種以上の構造単位(ii-1)を含むことができる。
構造単位(ii-1)は、樹脂組成物の保存安定性、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の疎水性および低誘電率性に寄与する。
構造単位(ii-1)としては、例えば、下記式(2)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007056662000014
式(2)中の記号の意味は以下のとおりである。
3およびR4は、それぞれ式(ii-1)中の同一記号と同義である。R13は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基である。L2は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X2-で表される基であり、X2は、酸素原子、硫黄原子またはNH基である。R14は、炭素数1~20の(b+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR102-、-NR102SO2-、-NR102CO-、-NR102-および-CONR102-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R102は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基である。bは1~3の整数であり、好ましくは1である。R13およびR14の具体例、好適例および好適理由は、それぞれ式(1)中のR11およびR12と同様である。
構造単位(ii-1)としては、例えば、下記式で表される構造単位(23)~(28)が挙げられる。
Figure 0007056662000015
上記式中のR13は、それぞれ式(2)中の同一記号と同義である。
次に、構造単位(ii-2)について説明する。
重合体(A)は、構造単位(i)を含む分子と同一のまたは異なる分子中に、フェノール性水酸基を有する構造単位(ii-2)をさらに含むことができる。これらの中でも重合体(A)は同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii-2)とを含むことが好ましい。
重合体(A)は、1種または2種以上の構造単位(ii-2)を含むことができる。
構造単位(ii-2)は、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂組成物の保存安定性および相溶性、樹脂膜の密着性および機械的強度に寄与する。また、構造単位(ii-2)を有する重合体(A)を用いた場合には、耐溶剤性および熱溶融性に優れる樹脂膜を得ることができる。
フェノール性水酸基を有する構造単位(ii-2)としては、具体的には、フェノール性水酸基含有不飽和化合物由来の構造単位が挙げられる。
フェノール性水酸基含有不飽和化合物としては、例えば、2-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリルアミド等の加熱により環化してフェノール性水酸基が消失するフェノール性水酸基含有不飽和化合物;3-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、2,6-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリルアミド、4-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリルアミド、2,6-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリルアミド、2-ヒドロキシスチレン、3-ヒドロキシスチレン、4-ヒドロキシスチレン、2,6-ジメチル-4-ヒドロキシスチレン等のその他フェノール性水酸基含有不飽和化合物が挙げられる。これらの中では、加熱により環化してフェノール性水酸基が消失し吸湿性がなくなり、如いては低誘電な樹脂膜が得られること、ならびに共重合反応性および樹脂膜の耐溶剤性、誘電特性の観点から、2-ヒドロキシフェニルアクリルアミドまたは2-ヒドロキシフェニルアクリレート等の加熱により環化してフェノール性水酸基が消失するフェノール性水酸基含有不飽和化合物が好ましい。
《構造単位(iii)》
重合体(A)は、構造単位(i)および(ii)から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む分子と同一のまたは異なる分子中に、下記式(iii)で表される部分構造を有する構造単位(iii)をさらに含むことができる。これらの中でも重合体(A)は同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii)と構造単位(iii)とを含むことが好ましい。重合体(A)は、1種または2種以上の構造単位(iii)を含むことができる。構造単位(iii)は、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の密着性、機械的強度および耐熱性に寄与する。
Figure 0007056662000016
式(iii)中、R5は、炭素数1~20の有機基(ただし、OR6に該当する基を除く)である。R6は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、nは0~3の整数であり、好ましくは0である。*は結合手を示す。
「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
5における炭素数1~20の有機基としては、例えば、炭素数1~20の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基等の炭素数1~20の炭化水素基;前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR103-、-NR103SO2-、-NR103CO-、-NR103-および-CONR103-から選ばれる少なくとも一種を有する基;またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基が挙げられる。各基の具体例、好適例および好適理由は、式(i)中のR1およびR2で説明した炭素数1~20の炭化水素基、置換炭化水素基1および置換炭化水素基2と同様である。
上記R6の炭素数1~20の炭化水素基としては、炭素数1~20の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基、炭素数6~20の芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記R6の炭素数1~20の鎖状炭化水素基および炭素数3~20の脂環式炭化水素基の具体例、好適例および好適理由は、式(i)中のR1およびR2として説明した鎖状炭化水素基および脂環式炭化水素基と同様である。
上記R6の炭素数6~20の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基が挙げられる。
構造単位(iii)としては、例えば、下記式(3)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007056662000017
式(3)中の記号の意味は以下のとおりである。
5、R6およびnは、それぞれ式(iii)中の同一記号と同義である。R15は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基である。L3は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X3-で表される基であり、X3は、酸素原子、硫黄原子またはNH基である。R16は、炭素数1~20の(c+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR104-、-NR104SO2-、-NR104CO-、-NR104-および-CONR104-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R104は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基である。cは1~3の整数であり、好ましくは1である。R15およびR16各基の具体例、好適例および好適理由は、それぞれ式(1)中のR11およびR12と同様である。
構造単位(iii)としては、例えば、下記式で表される構造単位(29)~(34)が挙げられる。
Figure 0007056662000018
上記式中のR15は、それぞれ式(3)中の同一記号と同義である。
《構造単位(iv)》
重合体(A)は、構造単位(i)および(ii)から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む分子と同一のまたは異なる分子中に、下記式(iv)で表される部分構造を有する構造単位(iv)をさらに含むことができる。これらの中でも重合体(A)は同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii)と構造単位(iv)とを含むことが好ましく、重合体(A)が構造単位(iii)を含む場合は、同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii)と構造単位(iii)と構造単位(iv)とを含むことが好ましい。重合体(A)は、1種または2種以上の構造単位(iv)を含むことができる。構造単位(iv)は、樹脂組成物の保存安定性および相溶性、樹脂膜の密着性、耐熱透明性および老化防止性に寄与する。
Figure 0007056662000019
式(iv)中の記号の意味は以下のとおりである。
7およびR8は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR105-、-NR105SO2-、-NR105CO-、-NR105-および-CONR105-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、R7およびR8は、相互に結合してOR7およびOR8が結合するリン原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよい。前記R105は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基である。R7およびR8の各基の具体例は、それぞれ式(i)中のR1およびR2と同様である。*は結合手を示す。
7およびR8は、相互に結合してOR7およびOR8が結合するリン原子と共に環員数3~20、好ましくは環員数3~15の環状構造を形成してもよい。前記環状構造を有する式(iv)で表される部分構造としては、例えば、下記式(35)~(36)で表される部分構造が挙げられる。
Figure 0007056662000020
上記式(35)および(36)中、Rr1は、炭素数2~20の2価の炭化水素基、または前記炭素数2~20の2価の炭化水素基中の水素原子の一部が、ハロゲン原子、アルコキシ基およびアルコキシカルボニル基から選ばれる少なくとも1種で置換された基である。*は結合手を示す。Rr1における前記2価の炭化水素基は、好ましくは2価の鎖状飽和炭化水素基または脂環式飽和炭化水素基であり、より好ましくは炭素数2~10の2価の鎖状飽和炭化水素基または炭素数4~10の2価の脂環式飽和炭化水素基である。
7およびR8は、耐熱性、保存安定性の観点から、各々独立に、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基が好ましく、水素原子または炭素数1~20の鎖状炭化水素基がより好ましく、水素原子、メチル基、エチル基、i-プロピル基がさらに好ましい。
構造単位(iv)としては、例えば、下記式(4)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007056662000021
式(4)中の記号の意味は以下のとおりである。
7およびR8は、それぞれ式(iv)中の同一記号と同義である。R17は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基である。L4は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X4-で表される基であり、X4は、酸素原子、硫黄原子またはNH基である。R18は、炭素数1~20の(d+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO2-、-SO3-、-OSO2NR106-、-NR106SO2-、-NR106CO-、-NR106-および-CONR106-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R106は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基である。dは1~3の整数であり、好ましくは1である。R17およびR18の各基の具体例、好適例および好適理由は、それぞれ式(1)中のR11およびR12と同様である。
構造単位(iv)としては、例えば、下記式(37)~(45)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007056662000022
上記式中のR17は、それぞれ式(4)中の同一記号と同義である。
《構造単位(v)》
重合体(A)は、構造単位(i)および(ii)から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む分子と同一のまたは異なる分子中に、エポキシ基を有する構造単位(v)をさらに含むことができる。これらの中でも重合体(A)は同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii)と構造単位(v)とを含むことが好ましく、重合体(A)が構造単位(iii)及び/又は(iv)を含む場合は、同一分子中に構造単位(i)と構造単位(ii)と構造単位(iii)及び/又は(iv)と構造単位(v)とを含むことが好ましい。重合体(A)は、1種または2種以上の構造単位(v)を含むことができる。構造単位(v)は、樹脂組成物の保存安定性、樹脂膜の密着性および機械的強度に寄与する。
エポキシ基としては、例えば、オキシラニル基(1,2-エポキシ構造)、オキセタニル基(1,3-エポキシ構造)が挙げられる。エポキシ基を有する構造単位(v)としては、具体的には、オキシラニル基含有不飽和化合物やオキセタニル基含有不飽和化合物等のエポキシ基含有不飽和化合物由来の構造単位が挙げられる。
オキシラニル基含有不飽和化合物としては、例えば、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2-メチルグリシジル、α-エチルアクリル酸グリシジル、α-n-プロピルアクリル酸グリシジル、α-n-ブチルアクリル酸グリシジル、アクリル酸3,4-エポキシブチル、メタクリル酸3,4-エポキシブチル、アクリル酸6,7-エポキシヘプチル、メタクリル酸6,7-エポキシヘプチル、α-エチルアクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、o-ビニルベンジルグリシジルエーテル、m-ビニルベンジルグリシジルエーテル、p-ビニルベンジルグリシジルエーテル、メタクリル酸3,4-エポキシシクロへキシルメチルが挙げられる。
これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2-メチルグリシジル、メタクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、o-ビニルベンジルグリシジルエーテル、m-ビニルベンジルグリシジルエーテル、p-ビニルベンジルグリシジルエーテル、メタクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルが、共重合反応性および層間絶縁膜の耐溶剤性等の向上の観点から好ましい。
オキセタニル基含有不飽和化合物としては、例えば、
3-(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-メチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-3-エチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-エチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-3-エチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-フェニルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン等のアクリル酸エステル;
3-(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-メチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-3-エチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-エチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-3-エチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-フェニルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン等のメタクリル酸エステル;が挙げられる。
これらのうち、3-(アクリロイルオキシメチル)-3-エチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-3-エチルオキセタンが、共重合反応性、樹脂組成物の相溶性、および樹脂膜の耐溶剤性等の向上の観点から望ましい。
《重合体(A)の構成》
重合体(A)において、式(i)で表される部分構造を自己縮合させることにより、樹脂組成物を硬化させることができ、耐熱性向上に寄与すると推察される。式(ii-1)で表される部分構造は、保存時に式(i)で表される部分構造の自己縮合を抑制し、樹脂組成物の保存安定性向上に寄与すると推察される。構造単位(ii-2)は、重合体(A)のアルカリ溶解性の向上および樹脂膜の耐溶剤性などの架橋物性の向上に寄与すると推察される。式(iii)で表される部分構造を自己縮合させることにより、樹脂組成物を硬化させることができ、耐熱性向上に寄与すると推察される。式(iv)で表される部分構造を自己縮合させることにより、樹脂組成物を硬化させることができ、耐熱性向上に寄与すると推察される。
重合体(A)において、構造単位(i)の含有割合は、通常は5~60モル%、好ましくは5~40モル%、さらに好ましくは5~20モル%である。構造単位(i)の含有割合が前記範囲にあると、樹脂組成物の保存安定性および塗布性、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の機械的強度および耐熱性が向上する傾向にある。
重合体(A)において、構造単位(ii)の含有割合は、通常は5~90モル%である。
また、重合体(A)が構造単位(ii-1)を含む場合には、構造単位(ii-1)の含有割合は、通常は5~90モル%、好ましくは10~80モル%、さらに好ましくは20~70モル%である。構造単位(ii-1)の含有割合が前記範囲にあると、樹脂組成物の保存安定性、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の疎水性および低誘電率性が向上する傾向にある。
また、重合体(A)が構造単位(ii-2)を含む場合には、構造単位(ii-2)の含有割合は、通常は5~70モル%、好ましくは10~40モル%、さらに好ましくは15~30モル%である。構造単位(ii-2)の含有割合が前記範囲にあると、樹脂組成物の相溶性、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の低誘電率性が向上する傾向にある。
また、重合体(A)が構造単位(iii)を含む場合には、構造単位(iii)の含有割合は、通常は5~50モル%、好ましくは5~40モル%、さらに好ましくは5~30モル%である。構造単位(iii)の含有割合が前記範囲にあると、重合体(A)のアルカリ溶解性、樹脂膜の密着性、機械的強度および耐熱性が向上する傾向にある。
また、重合体(A)が構造単位(iv)を含む場合には、構造単位(iv)の含有割合は、通常は5~30モル%、好ましくは5~25モル%、さらに好ましくは10~20モル%である。構造単位(iv)の含有割合が前記範囲にあると、樹脂組成物の保存安定性および相溶性、樹脂膜の密着性、耐熱透明性および老化防止性が向上する傾向にある。
また、重合体(A)が構造単位(v)を含む場合には、構造単位(v)の含有割合は、通常は5~45モル%である。重合体(A)が構造単位(ii-1)及び構造単位(v)を含む場合には、構造単位(v)の含有割合は、通常は5~40モル%、好ましくは5~35モル%、さらに好ましくは10~30モル%であり、重合体(A)が構造単位(ii-2)及び構造単位(v)を含む場合には、構造単位(v)の含有割合は、通常は5~45モル%、好ましくは10~45モル%、さらに好ましくは15~45モル%である。構造単位(v)の含有割合が前記範囲にあると、樹脂組成物の塗布性および相溶性、樹脂膜の密着性および機械的強度が向上する傾向にある。
重合体(A)の各構造単位の含有割合は、重合体(A)を構成する全構造単位中の値であり、13C-NMRにより測定することができる。
重合体(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定される重量平均分子量(Mw)は、樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂膜の弾性率、クラック耐性、感光性組成物の解像性の観点から、ポリスチレン換算で、通常は1,000~200,000、好ましくは2,000~100,000、さらに好ましくは5,000~50,000である。重合体(A)の分子量分布(Mw/Mn;Mnは数平均分子量)は、通常は1.0~10.0、好ましくは1.0~5.0、より好ましくは1.0~3.0である。MwおよびMnの測定方法の詳細は、実施例に記載したとおりである。
重合体(A)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合体(A)の含有割合は、本発明の樹脂組成物から溶媒(E)を除いた全成分の合計100質量%に対して、通常は30質量%以上、好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上である。重合体(A)の含有割合が前記範囲にあると、耐熱性に優れた樹脂膜を形成可能な樹脂組成物が得られる傾向にある。
重合体(A)の含有割合は、本発明の感光性組成物から溶剤(E)を除いた全成分の合計100質量%に対して、通常は30~99質量%、好ましくは40~98質量%、さらに好ましくは50~95質量%である。重合体(A)の含有割合が前記範囲にあると、耐熱性に優れ、解像度が高いパターン化樹脂膜を形成可能な感光性組成物が得られる傾向にある。
《重合体(A)の合成方法》
重合体(A)は、例えば、重合開始剤や連鎖移動剤の存在下、重合溶媒中で、各構造単位を導く所定の単量体をラジカル重合等の重合をさせることによって合成することができる。例えば、反応容器内に単量体、重合開始剤および重合溶媒を仕込み、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で、反応温度40~120℃程度に加熱し、0.1~10時間反応させる。
上記重合開始剤としては、例えば、アゾ化合物、過酸化物化合物が挙げられる。上記重合開始剤は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記重合溶媒としては、例えば、
メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類;
テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類;
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、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコール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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールのアルキルエーテル類;
エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、ジアセトンアルコール等のケトン類;
酢酸エチル、酢酸ブチル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、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エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル等のエステル類が挙げられる。
これらのうち、環状エーテル類、多価アルコールのアルキルエーテル類、多価アルコールのアルキルエーテルアセテート類、ケトン類またはエステル類が好ましい。
上記重合溶媒は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
〈感光性酸発生剤(B)〉
本発明の樹脂組成物は、感光性酸発生剤(B)を含有することができ、感光性酸発生剤(B)を含有することで感光性組成物となる。
感光性酸発生剤(B)は、光により酸を発生する化合物である。本発明の感光性組成物から形成された塗布膜に対する露光処理を含む処理によって、感光性酸発生剤(B)に基づき露光部に酸が発生し、この酸の作用に基づき露光部のアルカリ性現像液への溶解性が変化する。
前記感光性組成物は、ネガ型またはポジ型のいずれであってもよい。感光性酸発生剤(B)の種類は、ネガ型の組成物またはポジ型の組成物に応じて、適宜選択することができる。
感光性酸発生剤(B)としては、例えば、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物、スルホンイミド化合物、ジアゾメタン化合物、キノンジアジド基を有する化合物が挙げられる。以下、キノンジアジド基を有する化合物を「キノンジアジド化合物(b1)」ともいい、これ以外の前記例示の感光性酸発生剤を「酸発生剤(b2)」ともいう。
《キノンジアジド化合物(b1)》
キノンジアジド化合物(b1)は、光照射および水との接触処理により、キノンジアジド基が分解してカルボキシ基を生じる化合物である。キノンジアジド化合物(b1)を含有する組成物から形成された塗布膜は、アルカリ性現像液に対して難溶な膜である。光照射および水との接触処理により前記膜がアルカリ難溶の状態からアルカリ易溶の状態になることを利用することにより、ポジ型のパターンが形成される。
キノンジアジド化合物(b1)としては、例えば、ナフトキノンジアジド化合物が挙げられ、具体的には、フェノール性水酸基を1つ以上有する化合物と、1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸、1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸、1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸クロリドまたは1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリドとのエステル化合物が挙げられる。フェノール性水酸基を1つ以上有する化合物の具体例としては、例えば、特開2014-186300号公報の段落[0065]~[0070]に記載された化合物が挙げられ、これらは本明細書に記載されているものとする。
キノンジアジド化合物(b1)としては、例えば、4,4'-ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4'-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,2',4'-ペンタヒドロキシベンゾフェノン、トリス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、トリス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、1,3-ビス[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]ベンゼン、1,4-ビス[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]ベンゼン、4,6-ビス[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]-1,3-ジヒドロキシベンゼンおよび1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-[4-[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]フェニル]エタン(別名:4,4'-[1-[4-[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール)から選ばれる化合物と、1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸、1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸、1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸クロリドまたは1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリドとのエステル化合物が挙げられる。
キノンジアジド化合物(b1)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の感光性組成物において、感光性酸発生剤(B)としてキノンジアジド化合物(b1)を用いる場合、キノンジアジド化合物(b1)の含有量は、重合体(A)100質量部に対して、好ましくは1~50質量部、より好ましくは3~30質量部、さらに好ましくは5~30質量部である。キノンジアジド化合物(b1)の含有量が前記下限値以上であると、未露光部の残膜率が向上し、マスクパターンに忠実な像が得られやすい。キノンジアジド化合物(b1)の含有量が前記上限値以下であると、パターン形状に優れた樹脂膜が得られやすく、製膜時の発泡も防止できる傾向にある。
《キノンジアジド化合物(b1)以外の酸発生剤(b2)》
酸発生剤(b2)は、光照射により、酸を形成する化合物であってキノンジアジド化合物(b1)以外の化合物である。酸発生剤(b2)を含有する組成物から形成された塗布膜に対して光照射することで、発生する前記酸が重合体(A)、後述する架橋剤(C)等に作用して架橋構造が形成され、アルカリ難溶な膜となる。光照射により前記膜がアルカリ易溶の状態からアルカリ難溶の状態に変化することを利用することにより、ネガ型のパターンが形成される。
酸発生剤(b2)は、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物;ハロアルキル基含有複素環式化合物、ハロアルキル基含有炭化水素化合物等のハロゲン含有化合物;β-ケトスルホン化合物、β-スルホニルスルホン化合物およびこれらの化合物のα-ジアゾ化合物等のスルホン化合物;アルキルスルホン酸エステル類、ハロアルキルスルホン酸エステル類、アリールスルホン酸エステル類、イミノスルホネート類等のスルホン酸化合物;スルホンイミド化合物;ジアゾメタン化合物が挙げられる。これらの化合物の具体例としては、例えば、特開2014-186300号公報の段落[0074]~[0079]に記載された化合物が挙げられ、これらは本明細書に記載されているものとする。
オニウム塩の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムp-トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフリオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp-トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-t-ブチルフェニル・ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4-t-ブチルフェニル・ジフェニルスルホニウムp-トルエンスルホネート、4,7-ジ-n-ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4-(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムトリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、4-(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスファートが挙げられる。
酸発生剤(b2)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物において、感光性酸発生剤(B)として酸発生剤(b2)を用いる場合、酸発生剤(b2)の含有量は、重合体(A)100質量部に対して、好ましくは0.1~30質量部、より好ましくは0.3~20質量部、さらに好ましくは0.5~15質量部である。酸発生剤(b2)の含有量が前記下限値以上であると、露光部の硬化が充分となり、耐熱性が向上しやすい。酸発生剤(b2)の含有量が前記上限値以下であると、露光光に対する透明性が低下することなく、解像度が高いパターン化樹脂膜が得られやすい。
〈架橋剤(C)〉
本発明の樹脂組成物は、樹脂膜の硬化性を向上させるため、架橋剤(C)をさらに含有することができる。架橋剤(C)は、2個以上の重合可能な基又は反応可能な基を有する化合物である。架橋剤(C)は、重合体(A)と、または架橋剤同士で反応する架橋成分(硬化成分)として作用する。重合可能な基又は反応可能な基としては、例えば、エチレン性不飽和基、オキシラニル基、オキセタニル基、オキサゾリニル基、イソシアネート基、N-アルコキシアルキルアミノ基、メチロール基、アルキルメチロール基が挙げられる。
架橋剤(C)としては、例えば、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、2個以上のN-アルコキシアルキルアミノ基を有する化合物、メチロール基含有フェノール化合物、アルキルメチロール基含有フェノール化合物、オキシラン環含有化合物、オキセタン環含有化合物、オキサゾリン環含有化合物、イソシアネート基含有化合物(ブロック化されたものを含む)、アルデヒド基含有フェノール化合物が挙げられ、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、および2個以上のN-アルコキシアルキルアミノ基を有する化合物が好ましい。
2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、例えば、2官能(メタ)アクリル酸エステルや、3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル等の多官能(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
2官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(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、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、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(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートとジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートとの混合物、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリ(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)フォスフェート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートの他、直鎖アルキレン基及び脂環式構造を有し、かつ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上のヒドロキシ基を有し、かつ3個、4個又は5個の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物とを反応させて得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート系化合物が挙げられる。
2個以上のN-アルコキシアルキルアミノ基を有する化合物としては、アルキルエーテル化されたアミノ基を2つ以上有する化合物(以下「アミノ基含有化合物」ともいう)が挙げられ、アルキルエーテル化されたアミノ基は、例えば、下記式で表される基である。
Figure 0007056662000023
上記式中、RC1はメチレン基またはアルキレン基であり、好ましくはメチレン基または炭素数2~10のアルキレン基であり、RC2はアルキル基であり、好ましくは炭素数1~10のアルキル基である。
アミノ基含有化合物としては、例えば、(ポリ)メチロール化メラミン、(ポリ)メチロール化グリコールウリル、(ポリ)メチロール化ベンゾグアナミン、(ポリ)メチロール化ウレア等の窒素化合物中の活性メチロール基(CH2OH基)の全部または一部(少なくとも2個)がアルキルエーテル化された化合物が挙げられる。ここで、アルキルエーテルを構成するアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基が挙げられ、これらは互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、アルキルエーテル化されていないメチロール基は、一分子内で自己縮合していてもよく、二分子間で縮合して、その結果、オリゴマー成分が形成されていてもよい。具体的には、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラブトキシメチルグリコールウリル等を用いることができる。
架橋剤(C)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物において、架橋剤(C)の含有量は、重合体(A)100質量部に対して、通常は1~300質量部、好ましくは5~200質量部、より好ましくは10~100質量部である。架橋剤(C)の含有量が前記範囲にあると、解像度、伸び物性および耐熱性に優れた樹脂膜が形成される傾向にある。
〈光重合開始剤(D)〉
本発明の樹脂組成物は、光重合開始剤(D)を含有することができる。架橋剤(C)としてエチレン性不飽和基、特に(メタ)アクリロイル基を有する化合物を用いる場合、光重合開始剤(D)を用いることで、本発明の樹脂組成物はネガ型の感光性組成物となる。
光重合開始剤(D)は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線の露光により、重合性化合物の重合を開始しうる活性種を発生する化合物である。前記感光性組成物から形成された塗布膜に対する露光処理によって、光重合開始剤(D)に基づき露光部に重合を開始しうる活性種が発生し、この活性種により2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物が重合し露光部のアルカリ性現像液への溶解性が変化する。
光重合開始剤(D)としては、例えば、チオキサントン系化合物、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、O-アシルオキシム系化合物、アシルホスフィンオキサイド系化合物、オニウム塩系化合物、ベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、α-ジケトン系化合物、多核キノン系化合物、ジアゾ系化合物、イミドスルホナート系化合物が挙げられる。これらのうち、チオキサントン系化合物、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、O-アシルオキシム系化合物およびアシルホスフィンオキサイド系化合物から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
チオキサントン系化合物の具体例としては、チオキサントン、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、4-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントンが挙げられる。
アセトフェノン系化合物の具体例としては、2-メチル-1-〔4-(メチルチオ)フェニル〕-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)ブタン-1-オン、2-(4-メチルベンジル)-2-(ジメチルアミノ)-1-(4-モルフォリノフェニル)ブタン-1-オンが挙げられる。
ビイミダゾール系化合物の具体例としては、2,2'-ビス(2-クロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール、2,2'-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾール、2,2'-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル-1,2'-ビイミダゾールが挙げられる。
トリアジン化合物の具体例としては、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-メチル-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、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-(4-ジエチルアミノ-2-メチルフェニル)エテニル〕-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-〔2-(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-(4-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-(4-エトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-n-ブトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン等のハロメチル基を有するトリアジン化合物が挙げられる。
O-アシルオキシム系化合物の具体例としては、1,2-オクタンジオン,1-〔4-(フェニルチオ)フェニル〕-,2-(O-ベンゾイルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-〔9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-〔9-エチル-6-{2-メチル-4-(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}-9H-カルバゾール-3-イル〕-,1-(O-アセチルオキシム)が挙げられる。O-アシルオキシム系化合物の市販品としては、NCI-831、NCI-930(以上、株式会社ADEKA社製))、OXE-03、OXE-04(以上、BASF社製)等を使用することもできる。
アシルホスフィンオキサイド系化合物の具体例としては、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチル-ホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニル-ホスフィンオキサイドが挙げられる。
本発明において、アセトフェノン系化合物等の、ビイミダゾール系化合物以外の光重合開始剤を用いる場合には、増感剤を併用することもできる。このような増感剤としては、例えば、4,4'-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4'-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4-ジエチルアミノアセトフェノン、4-ジメチルアミノプロピオフェノン、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシル、2,5-ビス(4-ジエチルアミノベンザル)シクロヘキサノン、7-ジエチルアミノ-3-(4-ジエチルアミノベンゾイル)クマリン、4-(ジエチルアミノ)カルコンが挙げられる。
光重合開始剤(D)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物において、光重合開始剤(D)の含有量は、前記エチレン性不飽和基を有する化合物100質量部に対して、好ましくは0.01~120質量部、より好ましくは1~100質量部、さらに好ましくは5~80質量部である。光重合開始剤(D)の含有量が前記下限値以上であると、露光部の硬化が充分となり、耐熱性が向上しやすい。光重合開始剤(D)の含有量が前記上限値以下であると、露光光に対する透明性が低下することなく、解像度が高いパターンが得られやすい。
〈溶媒(E)〉
本発明の樹脂組成物は、溶媒(E)を含有する。溶媒(E)を用いることで、本発明の樹脂組成物の取扱い性を向上させたり、粘度を調節したり、保存安定性を向上させたりすることができる。
溶媒(E)としては、例えば、
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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エチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;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、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、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類;ブチルカルビトール等のカルビトール類;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-プロピル、乳酸イソプロピル等の乳酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n-アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n-ブチル、プロピオン酸イソブチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;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、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;
メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール類;
2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;γ-ブチロラクトン等のラクトン類;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
が挙げられる。
これらの中でも、乳酸エステル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、アルコール類、ラクトン類が好ましく;乳酸エチル、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メチルエーテル、テトラヒドロフルフリルアルコール、γ-ブチロラクトンがより好ましい。
溶媒(E)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物において、溶媒(E)の含有量は、当該組成物中の溶媒(E)以外の成分の合計100質量部に対して、通常は40~900質量部、好ましくは60~400質量部である。
〈その他添加剤(F)〉
本発明の樹脂組成物には、その他、重合体(A)以外のアルカリ可溶性重合体、密着助剤、架橋微粒子、レベリング剤、界面活性剤、増感剤、無機フィラー、クエンチャー等の各種添加剤を、本発明の目的および特性を損わない範囲で含有させることができる。
〈樹脂組成物の調製方法〉
本発明の樹脂組成物は、各成分を均一に混合することにより調製できる。また、異物を取り除くために、各成分を均一に混合した後、得られた混合物をフィルター等で濾過してもよい。前記樹脂組成物は、保存安定性に優れている。
〔樹脂膜〕
本発明の樹脂膜は、具体的には、本発明の樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂膜(硬化膜)である。本発明の樹脂組成物に含まれる重合体(A)は耐熱性に優れることから、本発明の樹脂組成物を用いて得られる樹脂膜も耐熱性に優れる。
さらに、本発明の樹脂膜は、機械的強度が高く、熱膨張性(線膨張率)が小さく、誘電率が低く、また伸び物性に優れ、衝撃を受けてもクラックが発生しづらい。
したがって、本発明の樹脂膜は、回路基板(半導体素子)、半導体パッケージまたは表示素子等の電子部品が有する、表面保護膜、層間絶縁膜および平坦化膜として、また、高密度実装基板用絶縁膜材料、感光性接着剤および感圧接着剤として好適に用いることができる。
本発明の樹脂膜は、例えば、少なくとも、本発明の樹脂組成物を支持体上に塗布して塗布膜を形成する工程、および前記塗布膜を硬化させて樹脂膜を得る工程を行うことにより製造することができる。
〔パターン化樹脂膜の製造方法〕
本発明のパターン化樹脂膜の製造方法は、感光性酸発生剤(B)または光重合開始剤(D)を含有する本発明の樹脂組成物を支持体上に塗布して塗布膜を形成する工程(以下「塗布工程」ともいう)、前記塗布膜を選択的に露光して選択露光膜を得る工程(以下「露光工程」ともいう)、アルカリ性現像液により前記選択露光膜を現像してパターン化した塗布膜を得る工程(以下「現像工程」ともいう)、および前記パターン化した塗布膜を硬化させてパターン化樹脂膜を得る工程(以下「硬化工程」ともいう)を有する。
[1]塗布工程
塗布工程では、感光性酸発生剤(B)または光重合開始剤(D)を含有する本発明の樹脂組成物を、支持体上に塗布し、必要に応じて乾燥して溶媒(E)を除去する。前記乾燥の条件は、例えば、オーブンやホットプレートを用いて、通常は50~140℃で10~1000秒間加熱する。このようにして支持体上に塗布膜を形成する。塗布膜の膜厚は、最終的に得られるパターン化樹脂膜の膜厚に応じて、適宜、調整すればよい。
支持体としては、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、金属薄膜付きウエハ、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板、アルミ基板、SUS基板、およびこれらの支持体の表面に半導体チップを有する基板、その他、樹脂製シートが挙げられる。塗布方法としては、例えば、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、スピンコート法、カーテンコート法、グラビア印刷法、シルクスクリーン法、インクジェット法が挙げられる。
[2]露光工程
露光工程では、例えばレチクルを介して、例えばコンタクトアライナー、ステッパーまたはスキャナーを用いて、上記塗布膜を選択的に露光し、選択露光膜を得る。露光光としては、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線が挙げられ、好ましくは、波長200~500nmの光(例:i線(365nm))を用いる。露光光の照射量は、感光性組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜の厚さ等によって異なるが、露光光にi線を使用する場合、露光量は通常は100~1500mJ/cm2である。
その後、前記選択塗布膜に対して加熱処理を行うこともできる。以下、この処理を「PEB処理」ともいう。前記PEB条件は、樹脂組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜の厚さ等によって異なるが、通常は70~150℃、好ましくは80~120℃で、1~60分間程度である。
[3]現像工程
現像工程では、例えば、アルカリ性現像液により前記選択露光膜を現像して、支持体上にパターン化した塗布膜を形成する。現像方法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、浸漬現像法、パドル現像法等が挙げられる。前記現像方法の条件としては、通常は20~40℃で1~10分間程度である。
前記アルカリ性現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド、コリン等のアルカリ性化合物を、1~10質量%濃度となるように水に溶解させたアルカリ性水溶液が挙げられる。前記アルカリ性水溶液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性の有機溶媒および界面活性剤などを適量添加することもできる。なお、アルカリ性現像液で上記選択露光膜を現像した後は、水で洗浄し、乾燥してもよい。
[4]硬化工程
現像工程後、例えば、加熱により上記パターン化した塗布膜を硬化させる。硬化条件としては、オーブンやホットプレートを用いて、例えば100~250℃の温度で1分間~10時間程度加熱する。
〔電子部品〕
本発明の電子部品は、本発明の樹脂膜を有する。前記電子部品としては、例えば、回路基板(半導体素子)、半導体パッケージまたは表示素子が挙げられる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。以下の実施例等の記載において、特に言及しない限り、「部」は「質量部」の意味で用いる。
1.物性の測定方法
重合体(A)その他の重合体の平均分子量(Mw、Mn)の測定方法
下記条件下でゲルパーミエーションクロマトグラフィー法にて重量平均分子量(Mw)、および数平均分子量(Mn)を測定した。
・カラム:東ソー社製カラムのTSK-MおよびTSK2500を直列に接続
・溶媒:N,N-ジメチルホルムアミド
・温度:40℃
・検出方法:屈折率法
・標準物質:ポリスチレン
2.重合体の合成
重合体の合成に用いた化合物(M-1)~(M-8)を以下に示す。
Figure 0007056662000024
[参考例1-1](重合体(A-1)の合成)
300mLの三口フラスコに化合物(M-1)5.9g(50モル%)および化合物(M-2)10.8g(50モル%)をプロピレングリコールモノメチルエーテル45gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.918g(全単量体に対して7モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで15分窒素バブリングを行った後、攪拌しながら80℃に加熱した。溶液が75℃となった時点を重合反応の開始時間として、重合反応を4時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却し、メタノール60gを加え、溶液と等量のノルマルヘキサンで5回液液抽出洗浄を行った。抽出洗浄後の重合体を含むメタノール溶液に等量のプロピレングリコールモノメチルエーテルを加えて、40℃の水浴を備えたロータリーエバポレーターでメタノールを留去した上、さらに30%程度まで濃縮し目的の重合体溶液と得た。重合体(A-1)のMwは21,000であり、Mw/Mnは2.15であった。
[参考例1-2~1-6、実施例1-7、参考例1-8~1-10](重合体(A-2)~(A-10)の合成)
参考例1-2~1-6、実施例1-7、参考例1-8~1-10では、表2に示す種類および量の単量体を用いたこと以外は参考例1-1と同様にして、重合体(A-2)~(A-10)を得た。
Figure 0007056662000025
3.樹脂組成物の調製
参考例2-1]
重合体(A-1)100部を溶媒(E-1)250部に25℃で溶解させ、樹脂組成物(J-1)を調製した。得られた樹脂組成物を用いて、所定の評価を行った。
溶媒(E-1)は、プロピレングリコールモノメチルエーテルである。
[参考例2-2~2-6、実施例2-7、参考例2-8~2-10、比較例2-1]
参考例2-2~2-6、実施例2-7、参考例2-8~2-10では、表3に示す種類および量の重合体を用いたこと以外は参考例2-1と同様にして、樹脂組成物(J-2)~(J-10)を調製し、得られた樹脂組成物を用いて、所定の評価を行った。また、比較例2-1では、重合体(CA-1)として表3に示す量のヒドロキシスチレン-スチレン共重合体(製品名スチレンマルカリンカーCST、丸善石油化学株式会社製)を用いたこと以外は参考例2-1と同様にして、樹脂組成物(CJ-1)を調製し、得られた樹脂組成物を用いて、所定の評価を行った。
4.評価
樹脂組成物の評価方法は以下のとおりである。
4-1.耐熱性
樹脂組成物(J-1)~(J-10)、(CJ-1)を200℃、1時間で加熱硬化させて樹脂膜を得た後、熱重量分析法(TGA)により、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分にて測定し、5質量%熱重量減少温度(Td5)で評価した。5質量%熱重量減少温度が350℃以上の場合を「A」、300℃以上350℃未満の場合を「B」、300℃未満の場合を「C」とした。
4-2.保存安定性
樹脂組成物(J-1)~(J-10)、(CJ-1)を5℃で1ヶ月間保存した後の粘度を測定した。粘度は、E型粘度計(東機産業社の「VISCONIC ELD.R」)を用いて25℃で測定した。5℃1ヶ月間保存後の粘度上昇率が5%未満の場合を「A」、5%以上10%未満の場合を「B」、10%以上15%未満の場合を「C」、15%以上の場合を「D」とした。「-」は未測定を意味する。
4-3.アルカリ溶解性
樹脂組成物(J-1)~(J-10)、(CJ-1)をシリコンウエハ上に、膜厚5μmとなるように塗布し、80℃のホットプレートで3分間乾燥して樹脂組成物の塗布膜を得た。次いで、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液に前記塗布膜を23℃で120秒間浸漬した。前記塗布膜が完全に溶解した場合を「A」、少し残渣が見られた場合を「B」、溶け残った場合を「C」とした。
4-4.機械的強度
樹脂組成物(J-1)~(J-10)、(CJ-1)をテフロン(登録商標)シート上に均一に塗布し、80℃のオーブンで10分間乾燥して樹脂組成物の塗布膜を形成した。次いで、前記塗布膜に対して200℃のオーブンで1時間加熱処理をした後、テフロンシートから剥離して厚さ約30μmとなる硬化膜(樹脂膜)を得た。剥離した硬化膜の機械的強度を引張試験機で測定した。測定の際、試料の幅は5mm、チャック間は20mmとし、引っ張り速度は5mm/分で、測定温度は室温(20~25℃)程度とした。同一条件で得た硬化膜から得た5本以上の試験片の測定値の平均が70MPa以上の場合を「A」、50MPa以上70MPa未満の場合を「B」、30MPa以上50MPa未満の場合を「C」、30MPa未満の場合を「D」とした。
4-5.線膨張係数(平均線膨張率)
上述の「4-4」において得た硬化膜(樹脂膜)の線膨張係数を熱機械的分析装置で測定した。試料の幅は3mm、チャック間は10mmとした。荷重は9.8mNで、昇温速度は5℃/分であった。100~150℃の平均線膨張率が100ppm未満の場合を「A」、100ppm以上140ppm未満の場合を「B」、140ppm以上180ppm未満の場合を「C」、180ppm以上の場合を「D」とした。
4-6.誘電率
樹脂組成物(J-1)~(J-10)、(CJ-1)をSUS基板上に、膜厚5μmとなるように塗布し、80℃のホットプレートで3分間乾燥した後、200℃のオーブンで1時間加熱硬化させた。得られた硬化膜(樹脂膜)の1MHzでの誘電率を測定し、4.0未満の場合を「A」、4.0以上4.5未満の場合を「B」、4.5以上の場合を「C」とした。
Figure 0007056662000026
5.感光性組成物の調製
感光性組成物の調製に用いた各成分を以下に示す。
感光性酸発生剤(B-1):4,4'-[1-[4-[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノールと1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルホン酸クロリドの縮合物
感光性酸発生剤(B-2):4,7-ジ-n-ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート
架橋剤(C-1):ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとの混合物
光重合開始剤(D-1):2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド
溶媒(E-1):プロピレングリコールモノメチルエーテル
溶剤(E-2):テトラヒドロフルフリルアルコール
溶剤(E-3):γ―ブチロラクトン
界面活性剤(F-1):FTX-218((株)ネオス製)
[参考例3-1]
重合体(A-1)100部、架橋剤(C-1)80部、光重合開始剤(D-1)30部、界面活性剤(F-1)0.1部を溶媒(E-1)490部に25℃で溶解させ、感光性組成物(PR-1)を調製した。得られた感光性組成物を用いて、所定の評価を行った。
[参考例3-2~3-6、実施例3-7、参考例3-8~3-10、比較例3-1]
参考例3-2~3-6、実施例3-7、参考例3-8~3-10、比較例3-1では、表4に示すとおりに配合成分の種類および量を変更したこと以外は参考例3-1と同様にして、感光性組成物(PR-2)~(PR-10)、(CPR-1)を調製した。得られた感光性組成物を用いて、所定の評価を行った。
6-1.フォトリソグラフィー評価
感光性組成物の評価方法は以下のとおりである。
解像度および残膜率
6インチのシリコンウエハに感光性組成物をスピンコートし、その後、ホットプレートを用いて110℃で3分間加熱し、厚さ10μmの均一な塗布膜を作製した。次いで、アライナー(Suss Microtec社製、型式「MA-150」)を用い、高圧水銀灯からの紫外線を、パターンマスクを介して、波長350nmにおける露光量が500mJ/cm2となるように前記塗布膜に照射した。次いで、露光後の前記塗布膜を、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液を用いて23℃で120秒間、浸漬現像した。次いで、現像後の前記塗布膜を、超純水にて30秒間洗浄し、エアーにて風乾した後、顕微鏡(オリンパス(株)社製、MHL110)にて観察し、解像した最小パターンのパターン寸法を解像度(単位:μm)とした。また、KLA-Tencor社製触針式膜厚計P-16を用いて膜厚を測定し、現像前後の膜厚差から残膜率(100%×(現像後の膜厚/現像前の膜厚))を算出し、下記評価基準にて評価した。なお、実施例3-2~3-6の場合、露光後にホットプレートを用いて110℃で3分間加熱した。
A:残膜率90%以上
B:残膜率80%以上90%未満
C:残膜率80%未満
6-2.耐溶剤性
感光性組成物(PR-1)~(PR-10)、(CPR-1)をテフロンシート上に置いた厚さ1mmの金枠内に入れ、内温50℃の真空オーブンで2時間処理した後に0.5tの重圧をかけて200℃×2時間プレスし、テフロンシートから剥離し厚さ約0.5mmの硬化膜を得た。この硬化膜を試験用に1cm角にカットし、重量を測定した後、5mlのNMP(N-メチルピロリドン)に室温3日間浸漬し、硬化膜形状の変化(目視での形状変化、重量変化)を評価した。NMP浸漬後の硬化膜の重量は、NMP浸漬後の硬化膜を内温80℃の真空オーブンで3日間乾燥した後に測定した。NMP浸漬前後の硬化膜の各重量は、ザルトリウス製精密天秤BP311Dにて測定した。目視での形状の変化がなく、かつ重量減少が3%未満の場合を「A」、目視形状の変化にかかわらず、重量減少が3%以上10%未満の場合を「B」、10%以上の場合を「C」とした。
6-3.熱溶融性
感光性組成物(PR-1)~(PR-10)、(CPR-1)について上記「6-2」と同様の手法で得た1cm角の硬化膜試験片2枚を重ね、厚さ1ミリの5cm角ステンレス基板で上下を挟んで0.5tの重圧をかけて200℃×1時間プレスし、形状の変化を熱溶融性として評価した。2枚の硬化膜試験片が溶融変形し一体化している場合を「m1」、2枚の硬化膜試験片は溶融変形するが一体化はしていない場合を「m2」、硬化膜試験片が溶融変形せず一体化もしてしない場合を「m3」とした。
Figure 0007056662000027

Claims (11)

  1. (A)同一のまたは異なる分子中に、
    下記式(1)で表される構造単位と、
    下記式(2)で表される構造単位と、
    下記式(3)で表される構造単位と、
    下記式(4)で表される構造単位と、
    エポキシ基を有する構造単位と
    を含む重合体、ならびに
    (E)溶媒
    を含有する樹脂組成物。
    Figure 0007056662000028
    [式(1)中、R 1 およびR 2 は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR-、-NRSO 2 -、-NRCO-、-NR-および-CONR-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、前記Rは、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、R 1 およびR 2 は、相互に結合してOR 1 およびOR 2 が結合するホウ素原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよく;R 11 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 1 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 1 -で表される基であり、X 1 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 12 は、炭素数1~20の(a+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 101 -、-NR 101 SO 2 -、-NR 101 CO-、-NR 101 -および-CONR 101 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 101 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;aは1~3の整数である。]
    Figure 0007056662000029
    [式(2)中、R 3 およびR 4 は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、または電子求引性基であり、但し、上記R 3 およびR 4 のうち、少なくともいずれかは電子求引性基であり;R 13 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 2 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 2 -で表される基であり、X 2 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 14 は、炭素数1~20の(b+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 102 -、-NR 102 SO 2 -、-NR 102 CO-、-NR 102 -および-CONR 102 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 102 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;bは1~3の整数である。]
    Figure 0007056662000030
    [式(3)中、R 5 は、炭素数1~20の有機基であり;R 6 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、nは0~3の整数であり;R 15 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 3 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 3 -で表される基であり、X 3 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 16 は、炭素数1~20の(c+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 104 -、-NR 104 SO 2 -、-NR 104 CO-、-NR 104 -および-CONR 104 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 104 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;cは1~3の整数である。]
    Figure 0007056662000031
    [式(4)中、R 7 およびR 8 は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 105 -、-NR 105 SO 2 -、-NR 105 CO-、-NR 105 -および-CONR 105 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、前記R 105 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、R 7 およびR 8 は、相互に結合してOR 7 およびOR 8 が結合するリン原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよく;R 17 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 4 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 4 -で表される基であり;X 4 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 18 は、炭素数1~20の(d+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 106 -、-NR 106 SO 2 -、-NR 106 CO-、-NR 106 -および-CONR 106 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 106 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;dは1~3の整数である。]
  2. 重合体(A)が、上記式(1)で表される構造単位を、全構造単位中、5~60モル%含む、請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 重合体(A)が、上記式(2)で表される構造単位を、全構造単位中、5~90モル%含む、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
  4. 重合体(A)が、上記式(3)で表される構造単位を、全構造単位中、5~50モル%含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  5. 重合体(A)が、前記エポキシ基を有する構造単位を、全構造単位中、5~45モル%含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  6. 感光性酸発生剤(B)または光重合開始剤(D)をさらに含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  7. 架橋剤(C)をさらに含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  8. 下記式(1)で表される構造単位と、
    下記式(2)で表される構造単位と、
    下記式(3)で表される構造単位と、
    下記式(4)で表される構造単位と、
    エポキシ基を有する構造単位と
    を含む重合体。
    Figure 0007056662000032
    [式(1)中、R 1 およびR 2 は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR-、-NRSO 2 -、-NRCO-、-NR-および-CONR-から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、前記Rは、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、R 1 およびR 2 は、相互に結合してOR 1 およびOR 2 が結合するホウ素原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよく;R 11 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 1 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 1 -で表される基であり、X 1 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 12 は、炭素数1~20の(a+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 101 -、-NR 101 SO 2 -、-NR 101 CO-、-NR 101 -および-CONR 101 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 101 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;aは1~3の整数である。]
    Figure 0007056662000033
    [式(2)中、R 3 およびR 4 は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、または電子求引性基であり、但し、上記R 3 およびR 4 のうち、少なくともいずれかは電子求引性基であり;R 13 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 2 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 2 -で表される基であり、X 2 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 14 は、炭素数1~20の(b+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 102 -、-NR 102 SO 2 -、-NR 102 CO-、-NR 102 -および-CONR 102 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 102 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;bは1~3の整数である。]
    Figure 0007056662000034
    [式(3)中、R 5 は、炭素数1~20の有機基であり;R 6 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、nは0~3の整数であり;R 15 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 3 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 3 -で表される基であり、X 3 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 16 は、炭素数1~20の(c+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 104 -、-NR 104 SO 2 -、-NR 104 CO-、-NR 104 -および-CONR 104 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 104 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;cは1~3の整数である。]
    Figure 0007056662000035
    [式(4)中、R 7 およびR 8 は、各々独立に、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、前記炭素数1~20の炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 105 -、-NR 105 SO 2 -、-NR 105 CO-、-NR 105 -および-CONR 105 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基を示し、前記R 105 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、R 7 およびR 8 は、相互に結合してOR 7 およびOR 8 が結合するリン原子と共に環員数3~20の環状構造を形成してもよく;R 17 は、水素原子、フッ素原子、炭素数1~10の炭化水素基、または炭素数1~10のフッ素化炭化水素基であり;L 4 は、単結合、酸素原子、硫黄原子、または-C(=O)-X 4 -で表される基であり;X 4 は、酸素原子、硫黄原子またはNH基であり;R 18 は、炭素数1~20の(d+1)価の炭化水素基、前記炭化水素基中の少なくとも1つの炭素-炭素結合間に、-O-、-COO-、-OCO-、-OSO 2 -、-SO 3 -、-OSO 2 NR 106 -、-NR 106 SO 2 -、-NR 106 CO-、-NR 106 -および-CONR 106 -から選ばれる少なくとも一種を有する基、またはこれらの基中の水素原子の一部が置換された基であり、前記R 106 は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり;dは1~3の整数である。]
  9. 請求項1~のいずれか1項に記載の樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂膜。
  10. 請求項に記載の樹脂組成物を支持体上に塗布して塗布膜を形成する工程、前記塗布膜を選択的に露光して選択露光膜を得る工程、アルカリ性現像液により前記選択露光膜を現像してパターン化した塗布膜を得る工程、および前記パターン化した塗布膜を硬化させてパターン化樹脂膜を得る工程を有する、パターン化樹脂膜の製造方法。
  11. 請求項に記載の樹脂膜を有する電子部品。
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