JPH09183849A - ポリ−o−ヒドロキシアミド及びポリ−o−メルカプトアミドの製造方法 - Google Patents

ポリ−o−ヒドロキシアミド及びポリ−o−メルカプトアミドの製造方法

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JPH09183849A
JPH09183849A JP8245523A JP24552396A JPH09183849A JP H09183849 A JPH09183849 A JP H09183849A JP 8245523 A JP8245523 A JP 8245523A JP 24552396 A JP24552396 A JP 24552396A JP H09183849 A JPH09183849 A JP H09183849A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属イオン不含の水性アルカリ現像剤に可溶
のポリ−o−ヒドロキシアミド及びポリ−o−メルカプ
トアミドを製造することのできる価格的に有利な方法を
提供する。 【解決手段】 ビス−o−アミノフェノール又はビス−
o−アミノチオフェノールを≦0℃の温度で構造式: E−SO2 −O−CO−R* −CO−O−SO2 −E [式中Eは場合によっては置換されたメチル−、フェニ
ル−又はナフチル基を表し、R* はジカルボン酸の基礎
物質である。]のジカルボン酸及びスルフォン酸からな
る混合二無水物と反応させてポリ−o−ヒドロキシアミ
ド及びポリ−o−メルカプトアミドを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリ−o−ヒドロ
キシアミド(ポリベンズオキサゾール前駆体)及びポリ
−o−メルカプトアミド(ポリベンゾチアゾール前駆
体)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロエレクトロニクス分野において
は耐高熱性のポリマーを特に保護層及び絶縁層又は誘電
体として必要とする(これに関しては例えば「エスエイ
エムピーイー・ジャーナル(SAMPE Journa
l)」第25巻(1989年)第6号、第18〜23頁
及び「マルチチップモジュールに関する1992年国際
会議議事録(Proceedings of the
1992 International Confer
ence of Multichip Module
s)」第394〜400頁参照)。使用されるポリマー
の幾つか、例えば芳香族ポリエーテルのホモ及びコポリ
マー並びにポリイミド(PI)及びポリベンズオキサゾ
ール(PBO)の前駆体は有機溶剤に良好に溶解し、良
好な箔形成特性を示し、遠心分離法により電子デバイス
に施すことができる(これに関しては例えば「高性能ポ
リマー(High Performance Poly
mer)」第4巻(1992年)第2号、第73〜80
頁及び「先端技術用ポリマー(Polymers fo
r Advanced Technologies)」
第4巻(1993年)第217〜233頁参照)。
【0003】上記形式のポリマー前駆体は熱処理により
環化され、即ち相応するポリマー(PI又はPBO)に
置換される。その際最終特性が生じる。即ち環化により
ポリ−o−ヒドロキシアミドの親水基、つまりNH−、
OH−及びCO基は消滅し、これらは誘電特性及び水吸
収性に否定的に作用する。これは例えば(1イミド単位
につき2個のCO基を有する)ポリイミド及び特に(1
イミド単位につき2個のCO基及び1個のOH基を有す
る)ヒドロキシポリイミドに対するポリベンズオキサゾ
ールの本質的利点である。更に環化は良好な誘電特性及
び最終生成物の低い水吸収性にとって重要であるばかり
でなく、その耐高熱性にとっても重要である。
【0004】PI及びPBO前駆体は、例えば適当な光
活性成分を添加して感光性により調整可能であり、それ
により直接、即ち補助レジストを使用せずにパターン化
可能である。従ってこの直接のパターン化は間接的パタ
ーン化に比べて著しい価格的利点を提供するため重要で
ある。
【0005】感光性のPBO前駆体は大抵の感光性PI
前駆体とは異なり、いわゆる“バイアホール(via
hole)”のパターン化の際ネガ作用の系と比べて面
のごく僅かな部分のみが露光されるにすぎないため欠陥
密度が小さいというようなポジ型のパターン化可能性の
利点を提供する。更にアルカリ可溶性のPBO前駆体を
使用した場合水性アルカリ現像剤の使用を可能にする。
更に光パターン化後この前駆体の環化は焼なましにより
行われる。
【0006】水性アルカリ性により現像可能のPBO前
駆体は既に公知である(これに関しては欧州特許第00
23662号、欧州特許出願公開第0264678号及
び欧州特許第0291779号明細所参照)。その際使
用されるフォトリソグラフィによるプロセスは環化を除
いて公知のノボラック及びキノンジアジドをベースとす
るポジ型レジストのパターン化の際と同様の世界的に多
数の生産ラインで使用されているプロセスである(これ
に関しては例えばソアネ(D.S.Soane)及びマ
ルチネンコ(Z.Martynenko)による「マイ
クロエレクトロニクスにおけるポリマーの基礎及び応用
(Polymers in Microelectro
nics−Fundamentals and App
lications)」エルセヴィール(Elsevi
er)、アムステルダム、1989年、第77〜124
頁参照)。
【0007】PBO前駆体のアルカリ可溶性は水性アル
カリ性により現像可能の感光性誘電体のベースポリマー
としてのその使用にとって重要な前提条件である。マイ
クロエレクトロニクス分野への使用にとってこの前駆体
は、この種の現像剤を光パターン化の際にも使用できる
ように金属イオン不含の現像剤に可溶でなければならな
い。即ち金属イオンを含む現像剤はデバイスの電気的機
能に悪影響を及ぼしかねない。
【0008】アルカリ可溶性のPBO前駆体、即ちポリ
−o−ヒドロキシアミドの製造に最もよく行われている
方法はジカルボン酸塩化物を適当なビス−o−アミノフ
ェノールと反応させるものである。反応の際に生じる塩
化水素を捕捉するために通常ピリジンのような可溶性塩
基を添加する(欧州特許出願公開第0264678号及
び欧州特許第0291779号明細書参照)。この方法
により確かに金属イオン不含の水性アルカリ現像剤に可
溶の前駆体を製造できるが、しかし塩素イオンがポリマ
ー中に残留することは欠点である。塩素イオンが腐食の
原因となり、デバイスの機能を著しく損傷しかねないた
め、この種のポリマーをマイクロエレクトロニクスデバ
イスの被覆材料として使用することはできない。従って
このポリマーをイオン交換体により精製する必要があ
る。しかしこの精製方法は経費を要し、高価なものにつ
く。即ちこの方法はイオン交換カラムの準備、ポリマー
の溶解、溶液のカラムを通しての貫流及び後洗浄並びに
新たな沈澱及び乾燥のような付加的処理工程を含むもの
である。
【0009】またポリ−o−ヒドロキシアミドの製造の
場合ジカルボン酸塩化物を主にビス−o−アミノフェノ
ールのアミノ基と(アミド形成下に)反応させるが、し
かし(エステル形成下に)そのヒドロキシル基とは反応
させない、即ちエステル形成に対してアミド形成の反応
選択度が高くなければならないという要件が満たされな
ければならない。エステル形成を排除又は強力に抑制で
きなければ、それがアルカリ可溶性の十分でないポリマ
ーを生じることになる。更に反応選択度が低ければポリ
マー溶液中にゲル形成を来し、その際製造されるポリ−
o−ヒドロキシアミドは濾過不能となり、使用すること
ができなくなる。
【0010】塩化物不含のポリ−o−ヒドロキシアミド
及び同様にポリ−o−メルカプトアミドの合成方法も既
に公知である。例えば欧州特許出願公開第015872
6号明細書からジヒドロキシ−又はジメルカプトジアミ
ノ化合物をカルボジイミドの存在下にジカルボン酸と反
応させることは公知である。しかしこの反応の場合尿素
の転位反応により残留する尿素基がしばしば問題を起こ
す。即ちそれらの尿素基はポリベンズオキサゾール又は
ポリベンゾチアゾールの耐熱性並びにそれらから形成さ
れる層の品質に悪影響を及ぼす。更にこの方法により製
造されるポリマーは金属イオン不含の水性アルカリ現像
剤に十分に溶解しない。
【0011】ポリ−o−ヒドロキシアミドの塩化物不含
の他の製造方法では、ジカルボン酸をビス−o−アミノ
フェノールと1−エトキシカルボニル−2−エトキシ−
1,2−ジヒドロキノリン及び1,1′−カルボニルジ
オキシ−ジ−1,2,3−ベンゾトリアゾールのような
凝縮反応試薬と反応させるものがある(欧州特許出願公
開第0391196号明細書参照)。しかしこの方法で
製造されるポリマーは同様に金属イオン不含の水性アル
カリ現像剤に不十分な可溶性を示すに過ぎない。
【0012】またアミドの形成を燐化合物により実施す
る方法も公知である(これに関しては欧州特許出願公開
第0481402号、米国特許第4331592号及び
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3716629号明細
書参照)。しかしポリ−o−ヒドロキシアミドの場合こ
の種の合成は環化された、即ちアルカリ不溶性の生成物
を生じるか又はポリマー中に一部化学的に結合された燐
含有基が残留し、そのため燐のドーピング特性によりこ
のポリマーはマイクロエレクトロニクス分野で使用する
ことができなくなる。即ちイオン不純物とは異なりこの
種の基は例えばイオン交換体により除去することができ
ない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、塩化
物不含の方法で金属イオン不含の水性アルカリ現像剤に
可溶性のポリ−o−ヒドロキシアミド及びポリ−o−メ
ルカプトアミドを製造することのできる価格的に有利な
方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための課題】この課題は本発明によ
り、ビス−o−アミノフェノール又はビス−o−アミノ
チオフェノールを≦0℃の温度で構造式: E−SO2 −O−CO−R* −CO−O−SO2 −E [式中Eは以下の構造式を有する:
【化9】 その際R1 =H、F、CH3 又はCF3 であり、R*
以下の意味を有する: − (CR2 m その際R=H、F、CH3 又はCF3 であり、m=1〜
10である;また
【化10】 その際A=(CH2 n 、(CF2 p 、C(CH3
2 、C(CF3 2 、C(CH3 )(C6 5 )、C
(CF3 )(C6 5 )、C(CF3 )(C6 5)、
C(C6 5 2 、CF2 −CF(CF3 )、CH=C
H、CF=CF、C≡C、O−C6 4 −O、O、S、
CO又はSO2 であり、n=0〜10及びp=1〜10
である;また
【化11】 その際X=CH又はNであり、R=H、F、CH3 又は
CF3 であり、n=0〜10である;また
【化12】 その際T=CH2 、CF2 、CO、O、S、NH又はN
(CH3 )である;また
【化13】
【化14】 その際(a)Z1 =CH2 又はCH(CH3 )及びZ2
=CH又はC(CH3 ) (b)Z1 =CH2 又はCH(CH3 )及びZ2 =N (c)Z1 =NH又はN(CH3 )及びZ2 =CH又は
C(CH3 ) (d)Z1 =NH又はN(CH3 )及びZ2 =Nであ
り、また
【化15】 その際(a)Z3 =CH又はC(CH3 ) (b)Z3 =Nである;また
【化16】 その際(a)Z4 =Oであり、(b)Z4 =Sである;
またその際全ての芳香族部分構造のそれぞれ全ての水素
原子(H)をフッ素原子(F)と置換可能である。]の
ジカルボン酸及びスルホン酸からなる混合された二無水
物と反応させることにより解決される。
【0015】本発明は上述の問題を、ジカルボン酸成分
として特殊な混合された二無水物、即ちジカルボン酸及
びスルホン酸からなる混合二無水物を使用することによ
り解決する。この場合驚くべきことにはアミド形成に十
分な選択度が生じる。本発明により製造されるポリマ
ー、即ちポリ−o−ヒドロキシアミド及びポリ−o−メ
ルカプトアミドは金属イオン不含の水性アルカリ現像剤
に可溶である。更に本発明方法はゲルを形成せずに経過
するので、上記ポリマーは有機溶剤に良好に溶解し、加
工可能である。更にこの方法の場合塩化物イオン、金属
イオン並びに燐化合物のような不純物を回避できる。
【0016】これらのポリマーの合成にはジカルボン酸
及びスルホン酸、特にトルオールスルフォン酸、有利に
はp−トルオールスルフォン酸からなる特殊な二無水物
が使用される。しかしメタン−及び三フッ化メタンスル
フォン酸、ベンゾールスルフォン酸、過フッ化ベンゾー
ルスルフォン酸及びナフタリンスルフォン酸のような他
のスルフォン酸も使用可能である。
【0017】これらの前駆体の合成には1,3−ベンゾ
ールジカルボン酸(イソフタル酸)及びジフェニルエー
テル−4,4′−ジカルボン酸(オキシジ安息香酸)の
ようなジカルボン酸と混合された二無水物酸を使用する
と有利である。しかし一般にこのようなジカルボン酸に
ついてはそれらが上記形式の前駆体の製造に使用される
場合に触れることにする。
【0018】特に適したビス−o−アミノフェノールは
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及び3,3′−ジヒドロ
キシ−4,4′−ジアミノジフェニルである。ポリ−o
−メルカプトアミドの合成には相応するビス−o−アミ
ノチオフェノールが使用される。しかし原則として通常
ポリベンズオキサゾール又はポリベンゾチアゾール前駆
体の製造に使用される全てのビス−o−アミノフェノー
ル及び−チオフェノールを使用することができる。
【0019】二無水物とビス(チオ)フェノールとの反
応は塩基性触媒(有利には第三アミン)の存在下に行わ
れると有利である。この種の触媒には特にピリジン、ト
リエチルアミン、ジアザビシクロオクタン及びポリビニ
ルピリジンがある。しかし他の塩基性触媒も使用可能で
あり、その際これらの前駆体を合成する際使用されるN
−メチルピロリドンのような溶剤又は水或は水/アルコ
ールとの混合物(沈澱剤)に良好に溶解するもの又は網
状化されたポリビニルピリジンのような全く不溶性のも
のが有利である。二無水物に関して(モルで)少なくと
も4倍量の塩基性触媒を使用すると有利であることが判
明している。
【0020】二無水物と(チオ)フェノールとの反応の
際の反応温度は≦0℃である。その際反応選択度には反
応温度が≦−5℃であると有利であることが判明してい
る。
【0021】従って本発明方法はジカルボン酸誘導体、
ビス−o−アミノフェノール又は−チオフェノール及び
塩基性触媒を室温で有機溶剤に溶かし、この溶液を約−
10℃に冷却するようにして行うと有利である。更にこ
の反応溶液に有機溶剤に溶かした二無水物の溶液を−5
℃を越えない温度で添加する。添加終了後反応溶液を少
なくとも3時間20〜25℃の温度に保持し、更に反応
生成物を適当な沈澱剤で沈澱させる。濾過及び乾燥後こ
の沈澱ポリマーは使用可能となる。従って本発明方法で
はポリマーをイオン交換体により精製するような煩雑な
精製工程を必要としない。
【0022】適当な溶剤としては他にN−メチルピロリ
ドン、テトラヒドロフラン及びN,N−ジメチルアセト
アミドがある。しかし原則として出発成分が良好に溶解
する全ての溶剤を使用することができる。沈澱剤として
は水及び水とエタノール及びイソプロパノールのような
アルコールとの混合物が特に適している。
【0023】本発明方法では、ビス−o−アミノフェノ
ール又は−チオフェノールが過剰の場合、製造されたポ
リ−o−ヒドロキシアミド又は−メルカプトアミドのア
ミノ末端基をポリマーの沈澱の前にジカルボン酸無水物
でマスキング、即ち遮断する。それには特にシス−5−
ノルボルネン−エンド−2,3−ジカルボン酸無水物が
適している。
【0024】米国特許第3637601号明細書から、
硫黄を含有するポリエステル及びポリアミドをジカルボ
ン酸及びスルホン酸の混合された二無水物とグリコール
及び/又はジアミンとを塩基の存在下に反応させること
により製造することは公知である。この反応は10〜1
50℃の温度で行われ、その際0.01〜8重量%の硫
黄を含有するポリマーが得られる。しかしポリマー鎖に
硫黄を含むこの種のポリマーは、一方では腐食を来し、
他方では半導体製造の際に存在する還元媒質に接触被膜
を生じ、従って電気的接触に対する確実性に悪影響を及
ぼしかねないため、マイクロエレクトロニクス分野の使
用には適したものではない。更にこの公知の方法はアル
カリ溶性の前駆体の製造に適していないことが判明して
いる。即ちアミド形成に十分な選択度を生じない(これ
に関しては後述する例2を参照のこと)。
【0025】
【実施例】本発明を実施例に基づき以下に詳述する。
【0026】例 1 PBO前駆体の製造を以下のようにして行う。4.64
gの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(12.7mモル)を
攪拌下にテトラヒドロフラン50mlに溶かし、更に
4.01gのピリジン(50.7mモル)を添加する。
その際得られた溶液を−10℃に冷却し、更にこの溶液
に攪拌しながらテトラヒドロフラン150mlに入れた
4.81gのイソフタル酸及びp−トルオールスルホン
酸の二無水物の溶液(10.1mモル)を反応溶液の温
度が−5℃を越えないようにして滴下する。添加終了後
この反応溶液を更に4時間20〜25℃の温度で攪拌す
る。
【0027】引続き末端基を遮断し、その際この反応溶
液に15分以内に10℃でシス−5−ノルボルネン−エ
ンド−2,3−ジカルボン酸無水物0.83gをテトラ
ヒドロフラン15mlに入れた溶液を滴下し、更に20
〜25℃の温度で20時間攪拌する。その際得られた反
応溶液を濾別し、生じたポリ−o−ヒドロキシアミドを
イソプロパノールと水(容量比1:3)からなる混合物
1600mlで沈澱させる。この沈澱物を濾別し、2回
それぞれ水400mlで洗浄し、真空棚で72時間50
℃で乾燥する。末端基のマスキングは重合に影響を及ぼ
さず、特に環化中のポリマーの熱形状安定性を網状化に
より改善するためだけに行われる。従ってマスキングは
行わなくてもよい。
【0028】ポリ−o−ヒドロキシアミドのIRスペク
トルはアミドのバンド(1654cm-1及び1539c
-1)のみを明らかに示し、エステルのバンドは示さな
い。ポリマーの元素分析は理論値、即ち炭素58.37
%、水素3.69%及び窒素4.75%であり、硫黄は
検出されない。
【0029】ポリ−o−ヒドロキシアミドは市販の水性
アルカリ性の金属イオン不含の現像剤(NSD−TD、
トーキョウオーカ(Tokyo−Ohka)社製)に明
澄に溶解(10ml中0.5g)する。箔の形成にはN
−メチルピロリドン7.5gにポリ−o−ヒドロキシア
ミド2.5gを溶かし、生じた溶液を更に1μmフィル
タを通して濾過し、遠心分離法によりシリコンウェハ上
に施す。ホットプレート上で115℃で乾燥後、ウェハ
上に均質な欠陥のない層厚1400nmのポリマー箔が
得られる。
【0030】例 2(比較実験) 4.64gの2,2−ビス−(3−アミノ−ヒドロキシ
フェニル)−ヘキサフルオロプロパン(12.7mモ
ル)及び1.63gのピリジン(20.6mモル)をテ
トラヒドロフラン50mlに入れた溶液に20〜25℃
の温度で4.81gのイソフタル酸及びp−トルオール
スルホン酸の二無水物の溶液(10.1mモル)をテト
ラヒドロフラン150mlに入れて滴下し、この反応溶
液を20〜25℃で4時間攪拌する。引続き例1のよう
にして末端基をマスキングし、更に反応溶液を相応する
方法で処理する。
【0031】その際得られたポリマーのIRスペクトル
はアミドのバンドの他に明らかに(1751cm-1の)
エステルのバンドも示す。例1によるポリマー箔の製造
の際このポリマーには欠陥があることを示し、従って使
用できないことが判明した。更に現像剤10mlに対し
0.2gのポリマーでも完全には溶解しない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローラント ゲステイツヒカイト ドイツ連邦共和国 90478 ニユルンベル ク ハルスデルフアーシユトラーセ 20 (72)発明者 クルト ガイベル ドイツ連邦共和国 91093 ヘスドルフ ローエシユトラーセ 32

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビス−o−アミノフェノール又はビス−
    o−アミノチオフェノールを≦0℃の温度で構造式: E−SO2 −O−CO−R* −CO−O−SO2 −E [式中Eは以下の構造式を有する: 【化1】 その際R1 =H、F、CH3 又はCF3 であり、R*
    以下の意味を有する: − (CR2 m その際R=H、F、CH3 又はCF3 であり、m=1〜
    10である;また 【化2】 その際A=(CH2 n 、(CF2 p 、C(CH3
    2 、C(CF3 2 、C(CH3 )(C6 5 )、C
    (CF3 )(C6 5 )、C(CF3 )(C6 5)、
    C(C6 5 2 、CF2 −CF(CF3 )、CH=C
    H、CF=CF、C≡C、O−C6 4 −O、O、S、
    CO又はSO2 であり、n=0〜10及びp=1〜10
    である;また 【化3】 その際X=CH又はNであり、R=H、F、CH3 又は
    CF3 であり、n=0〜10である;また 【化4】 その際T=CH2 、CF2 、CO、O、S、NH又はN
    (CH3 )である;また 【化5】 【化6】 その際Z1 =CH2 又はCH(CH3 )及びZ2 =CH
    又はC(CH3 ) Z1 =CH2 又はCH(CH3 )及びZ2 =N Z1 =NH又はN(CH3 )及びZ2 =CH又はC(C
    3 ) Z1 =NH又はN(CH3 )及びZ2 =Nである;また 【化7】 3 =CH、C(CH3 )又はNである;また 【化8】 4 =O又はSである;またその際全ての芳香族部分構
    造のそれぞれ全ての水素原子(H)をフッ素原子(F)
    と置換可能である。]のジカルボン酸及びスルフォン酸
    からなる混合された二無水物と反応させることを特徴と
    するポリ−o−ヒドロキシアミド及びポリ−o−メルカ
    プトアミドの製造方法。
  2. 【請求項2】 イソフタル酸及びp−トルオールスルフ
    ォン酸からなる二無水物を使用することを特徴とする請
    求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 反応を塩基性触媒の存在下に行うことを
    特徴とする請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 触媒が第三アミンであることを特徴とす
    る請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 触媒を二無水物に対して少なくとも40
    0モル%の量で使用することを特徴とする請求項3又は
    4記載の方法。
  6. 【請求項6】 反応を≦−5℃の温度で実施することを
    特徴とする請求項1乃至5の1つに記載の方法。
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