(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明にかかる樹脂組成物の第1の態様は、(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂と、
【化6】
化学式(1)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。nは正の整数を示す。R
1およびR
2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のアルキルシリル基、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンまたはピリジニウムイオンを示す。*は他の原子と結合していることを示す。
【0020】
【化7】
化学式(2)中、αは炭素数2以上の1価の炭化水素基を示し、βおよびγはそれぞれ独立して酸素原子または硫黄原子を示す。*は化学式(1)中のZの結合点を示す。
(b)溶剤を含む樹脂組成物であって、該樹脂組成物に含まれる化学式(3)で表される化合物の量が0.1質量ppm以上40質量ppm以下である樹脂組成物である。
【0021】
【化8】
化学式(3)中、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。
【0022】
本発明に係る樹脂組成物の第2の形態は、(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂と、(b)溶剤と、を含む樹脂組成物であって、前記樹脂が下記(A)および(B)からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を含む樹脂組成物である。
(A)分子内に化学式(5)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A−1)と、分子内に化学式(6)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A−2)と、を含む樹脂混合物
(B)分子内に化学式(5)で表される部分構造と化学式(6)で表される部分構造をそれぞれ1つ以上含む樹脂
【0023】
【化9】
化学式(4)〜(6)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。化学式(5)中、Wは化学式(7)で表される構造を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。R
3およびR
4はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の炭化水素基または炭素数1〜10のアルキルシリル基、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンまたはピリジニウムイオンを示す。化学式(5)および(6)中の*は他の原子と結合していることを示す。
【0024】
【化10】
化学式(7)中のδおよび化学式(2)中のαは、それぞれ独立して炭素数2以上の1価の炭化水素基を示す。化学式(7)中のεならびに化学式(2)中のβおよびγは、それぞれ独立して酸素原子または硫黄原子を示す。化学式(7)中の*は化学式(5)中のWの結合点を示す。化学式(2)中の*は化学式(6)中のZの結合点を示す。
【0025】
まず、本発明に係る樹脂組成物の第1の形態について説明する。
【0026】
(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂
化学式(1)はポリアミド酸の構造を示す。ポリアミド酸は、後述の通り、テトラカルボン酸とジアミン化合物を反応させることで得られる。さらにポリアミド酸は、加熱や化学処理を行うことにより、耐熱性樹脂であるポリイミドに変換することができる。
化学式(1)中、Xは炭素数2〜80の4価の炭化水素基であることが好ましい。またXは、水素原子および炭素原子を必須成分とし、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、ケイ素およびハロゲンからなる群より選ばれる1種以上の原子を含む炭素数2〜80の4価の有機基であってもよい。ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、ケイ素およびハロゲンの各原子は、それぞれ独立に20以下の範囲であるものが好ましく、10以下の範囲であるものがより好ましい。
【0027】
Xを与えるテトラカルボン酸の例として、以下のものを挙げることができる。
芳香族テトラカルボン酸としては、単環芳香族テトラカルボン酸化合物、例えば、ピロメリット酸、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸など、ビフェニルテトラカルボン酸の各種異性体、例えば、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸など;
【0028】
ビス(ジカルボキシフェニル)化合物、例えば、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、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテルなど;
【0029】
ビス(ジカルボキシフェノキシフェニル)化合物、例えば、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(2,3−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(2,3−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]エーテルなど;
【0030】
ナフタレンまたは縮合多環芳香族テトラカルボン酸の各種異性体、例えば1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸など;
【0031】
ビス(トリメリット酸モノエステル)化合物、例えばp−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル)、p−ビフェニレンビス(トリメリット酸モノエステル)、エチレンビス(トリメリット酸モノエステル)、ビスフェノールAビス(トリメリット酸モノエステル)など;
が挙げられる。
【0032】
脂肪族テトラカルボン酸としては、鎖状脂肪族テトラカルボン酸化合物、例えばブタンテトラカルボン酸など;
脂環式テトラカルボン酸化合物、例えばシクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.1.]ヘプタンテトラカルボン酸、ビシクロ[3.3.1.]テトラカルボン酸、ビシクロ[3.1.1.]ヘプト−2−エンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2.]オクタンテトラカルボン酸、アダマタンテトラカルボン酸など;
が挙げられる。
【0033】
これらのテトラカルボン酸は、そのまま、あるいは酸無水物、活性エステル、活性アミドの状態でも使用できる。これらのうち、酸無水物は、重合時に副生成物が生じないため好ましく用いられる。また、これらを2種以上用いてもよい。
【0034】
後述の通り、化学式(1)で表される構造を有する樹脂を硬化させて得られる樹脂膜の耐熱性の観点から、芳香族テトラカルボン酸をテトラカルボン酸全体の50モル%以上使用することが好ましい。中でも、Xが化学式(11)または(12)で表される4価のテトラカルボン酸残基を主成分とすることが好ましい。
【0037】
化学式(11)および(12)中の*は、化学式(1)におけるXの結合点を示す。
すなわち、ピロメリット酸または3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸を主成分として用いることが好ましい。ここでいう主成分とは、テトラカルボン酸全体の50モル%以上を占めることである。より好ましくは80モル%以上を占めることである。これらのテトラカルボン酸を主成分として用いられた樹脂であれば、硬化させて得られる樹脂膜の熱線膨張係数が小さく、ディスプレイ用の基板として使用することができる。
【0038】
また、支持体に対する塗布性や、洗浄などに用いられる酸素プラズマ、UVオゾン処理に対する耐性を高めるため、ジメチルシランジフタル酸、1,3−ビス(フタル酸)テトラメチルジシロキサンなどのケイ素含有テトラカルボン酸を用いてもよい。これらケイ素含有テトラカルボン酸を用いる場合、テトラカルボン酸全体の1〜30モル%用いることが好ましい。
【0039】
上で例示したテトラカルボン酸は、テトラカルボン酸の残基に含まれる水素原子の一部がメチル基、エチル基などの炭素数1〜10の炭化水素基、トリフルオロメチル基などの炭素数1〜10のフルオロアルキル基、F、Cl、Br、Iなどの基で置換されていてもよい。さらにはOH、COOH、SO
3H、CONH
2、SO
2NH
2などの酸性基で置換されていると、樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性が向上することから、後述の感光性樹脂組成物として用いる場合に好ましい。
【0040】
化学式(1)中、Yは炭素数2〜80の2価の炭化水素基であることが好ましい。またYは、水素原子および炭素原子を必須成分とし、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、ケイ素およびハロゲンからなる群より選ばれる1種以上の原子を含む炭素数2〜80の2価の有機基であってもよい。ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、ケイ素およびハロゲンの各原子は、それぞれ独立に20以下の範囲であるものが好ましく、10以下の範囲であるものがより好ましい。
【0041】
Yを与えるジアミンの例としては、以下のものを挙げることができる。
芳香族環を含むジアミン化合物として、単環芳香族ジアミン化合物、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,5−ジアミノ安息香酸など;
ナフタレンまたは縮合多環芳香族ジアミン化合物、例えば、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、9,10−アントラセンジアミン、2,7−ジアミノフルオレンなど;
【0042】
ビス(ジアミノフェニル)化合物またはそれらの各種誘導体、例えば、4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3−カルボキシ−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3−スルホン酸−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−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、3,4’−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フィド、4−アミノ安息香酸4−アミノフェニルエステル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、1,3−ビス(4−アニリノ)テトラメチルジシロキサンなど;
【0043】
4,4’−ジアミノビフェニルまたはその各種誘導体、例えば、4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジエチル−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、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジ(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニルなど;
【0044】
ビス(アミノフェノキシ)化合物、例えば、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンなど;
【0045】
ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)化合物、例えば、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ)ビフェニル、9,9−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレンなど;
【0046】
ビス(アミノベンゾイル)化合物、例えば、2,2’−ビス[N−(3−アミノベンゾイル)−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、2,2’−ビス[N−(4−アミノベンゾイル)−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、2,2’−ビス[N−(3−アミノベンゾイル)−3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル]プロパン、2,2’−ビス[N−(4−アミノベンゾイル)−3−アミノー4−ヒドロキシフェニル]プロパン、ビス[N−(3−アミノベンゾイル)−3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル]スルホン、ビス[N−(4−アミノベンゾイル)−3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル]スルホン、9,9−ビス[N−(3−アミノベンゾイル)−3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル]フルオレン、9,9−ビス[N−(4−アミノベンゾイル)−3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル]フルオレン、N、N’−ビス(3−アミノベンゾイル)−2,5−ジアミノ−1,4−ジヒドロキシベンゼン、N、N’−ビス(4−アミノベンゾイル)−2,5−ジアミノ−1,4−ジヒドロキシベンゼン、N、N’−ビス(3−アミノベンゾイル)−4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシビフェニル、N、N’−ビス(4−アミノベンゾイル)−4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシビフェニル、N、N’−ビス(3−アミノベンゾイル)−3,3’−ジアミノ−4,4−ジヒドロキシビフェニル、N、N’−ビス(4−アミノベンゾイル)−3,3’−ジアミノ−4,4−ジヒドロキシビフェニルなど;
【0047】
複素環含有ジアミン化合物、例えば、2−(4−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾール、2−(3−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾール、2−(4−アミノフェニル)−6−アミノベンゾオキサゾール、2−(3−アミノフェニル)−6−アミノベンゾオキサゾール、1,4−ビス(5−アミノ−2−ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、1,4−ビス(6−アミノ−2−ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、1,3−ビス(5−アミノ−2−ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、1,3−ビス(6−アミノ−2−ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、2,6−ビス(4−アミノフェニル)ベンゾビスオキサゾール、2,6−ビス(3−アミノフェニル)ベンゾビスオキサゾール、2,2’−ビス[(3−アミノフェニル)−5−ベンゾオキサゾリル]ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス[(4−アミノフェニル)−5−ベンゾオキサゾリル]ヘキサフルオロプロパン、ビス[(3−アミノフェニル)−5−ベンゾオキサゾリル]、ビス[(4−アミノフェニル)−5−ベンゾオキサゾリル]、ビス[(3−アミノフェニル)−6−ベンゾオキサゾリル]、ビス[(4−アミノフェニル)−6−ベンゾオキサゾリル]など;
【0048】
あるいはこれらのジアミン化合物に含まれる芳香族環に結合する水素原子の一部を炭化水素基やハロゲンで置換した化合物など;
が挙げられる。
【0049】
脂肪族ジアミン化合物としては、直鎖状ジアミン化合物、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブタンジアミン、ペンタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、ノナンジアミン、デカンジアミン、ウンデカンジアミン、ドデカンジアミン、テトラメチルヘキサンジアミン、1,12−(4,9−ジオキサ)ドデカンジアミン、1,8−(3,6−ジオキサ)オクタンジアミン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンなど;
【0050】
脂環式ジアミン化合物、例えば、シクロヘキサンジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、イソホロンジアミンなど;
ジェファーミン(商品名、Huntsman Corporation製)として知られるポリオキシエチレンアミン、ポリオキシプロピレンアミン、およびそれらの共重合化合物など;
が挙げられる。
【0051】
これらのジアミンは、そのまま、あるいは対応するトリメチルシリル化ジアミンの状態でも使用できる。また、これらを2種以上用いてもよい。
【0052】
後述の通り、化学式(1)で表される構造を有する樹脂を硬化させて得られる樹脂膜の耐熱性の観点から、芳香族ジアミン化合物をジアミン化合物全体の50モル%以上使用することが好ましい。中でも、Yが化学式(13)で表される2価のジアミン残基を主成分とすることが好ましい。
【0053】
【化13】
化学式(13)中の*は、化学式(1)におけるYの結合点を示す。
すなわち、p−フェニレンジアミンを主成分として用いることが好ましい。ここでいう主成分とは、ジアミン化合物全体の50モル%以上を占めることである。より好ましくは80モル%以上を占めることである。p−フェニレンジアミンを主成分として用いられた樹脂膜であれば、硬化させて得られる樹脂膜の熱線膨張係数が小さく、ディスプレイ用の基板として使用することができる。
【0054】
特に好ましいのは、化学式(1)中のXが化学式(11)または(12)で表される4価のテトラカルボン酸残基を主成分とし、Yが化学式(13)で表される2価のジアミン残基を主成分とすることである。
【0055】
また、支持体に対する塗布性や、洗浄などに用いられる酸素プラズマ、UVオゾン処理に対する耐性を高めるために、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アニリノ)テトラメチルジシロキサンなどのケイ素含有ジアミンを用いてもよい。これらケイ素含有ジアミン化合物を用いる場合、ジアミン化合物全体の1〜30モル%用いることが好ましい。
【0056】
上で例示したジアミン化合物は、ジアミン化合物に含まれる水素原子の一部がメチル基、エチル基などの炭素数1〜10の炭化水素基、トリフルオロメチル基などの炭素数1〜10のフルオロアルキル基、F、Cl、Br、Iなどの基で置換されていてもよい。さらにはOH、COOH、SO
3H、CONH
2、SO
2NH
2などの酸性基で置換されていると、樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性が向上することから、後述の感光性樹脂組成物として用いる場合に好ましい。
【0057】
化学式(1)中、Zは樹脂の末端構造を表し、化学式(2)で表される構造を示す。化学式(2)中、αは炭素数2〜10の1価の炭化水素基が好ましい。好ましくは脂肪族炭化水素基であり、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。
このような炭化水素基としては、例えば、エチル基、n−プロピル基、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−ノニル基、n−デシル基などの直鎖状炭化水素基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、イソヘキシル基、sec− ヘキシル基などの分岐鎖状炭化水素基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの環状炭化水素基が挙げられる。
【0058】
これらの炭化水素基のうち、炭素数2〜10の1価の分岐鎖状炭化水素基および環状炭化水素基が好ましく、イソプロピル基、シクロヘキシル基、tert−ブチル基、tert−ペンチル基がより好ましく、tert−ブチル基が最も好ましい。
【0059】
化学式(2)中、βおよびγはそれぞれ独立して、酸素原子または硫黄原子を示し、好ましくは酸素原子である。
【0060】
化学式(1)で表される構造を有する樹脂を加熱すると、Zが熱分解して樹脂の末端にアミノ基が発生する。末端に発生したアミノ基は、テトラカルボン酸を末端に有する他の樹脂と反応することができる。このため、化学式(1)で表される構造を有する樹脂を加熱すると、高い重合度のポリイミド樹脂が得られる。
【0061】
樹脂組成物中の化学式(1)で表される構造を有する樹脂の濃度は、樹脂組成物100質量%に対し、3質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。また40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。樹脂の濃度が3質量%以上であれば樹脂膜の厚膜化が容易となり、40質量%以下であれば樹脂が樹脂組成物中で十分に溶解するため均質な樹脂膜が得られやすい。
【0062】
化学式(1)で表される構造を有する樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用い、ポリスチレン換算で好ましくは200,000以下、より好ましくは150,000以下、さらに好ましくは100,000以下であることが好ましい。この範囲であれば、高濃度の樹脂組成物であっても粘度が増大するのをより抑制することができる。また、重量平均分子量は好ましくは2,000以上、より好ましくは3,000以上、さらに好ましくは5,000以上である。重量平均分子量が2,000以上であれば、樹脂組成物としたときの粘度が低下しすぎることがなく、より良好な塗布性を保つことができる。
【0063】
化学式(1)中、nは樹脂の構成単位の繰り返し数を表し、上述の重量平均分子量を満たす範囲であればよい。nは好ましくは5以上であり、より好ましくは10以上である。また、好ましく1000以下であり、より好ましくは500以下である。
【0064】
(化学式(3)で表される化合物)
化学式(3)で表される化合物は、ジアミン化合物に含まれる2つのアミノ基の両方について、1つの水素原子が、Zすなわち化学式(2)で表される構造に置換された化合物である。
【0065】
後述の通り、化学式(3)で表される化合物は、化学式(1)で表される構造を有する樹脂を製造する過程で副生成物として生じる。そして、化学式(3)で表される化合物は溶剤への溶解性が低く、時間が経つと樹脂組成物中で析出し、パーティクルとなることが、本発明者の検討によりわかった。発生したパーティクルは、樹脂組成物から得られる耐熱性樹脂膜にも残留し、耐熱性樹脂膜の引張り伸度および引張り最大応力を低下させる。また、パーティクルによって耐熱性樹脂膜の表面に凹凸が生じるため、耐熱性樹脂膜の上に電子デバイスを形成すると性能が低下するおそれがある。
【0066】
そこで、樹脂組成物中の化学式(3)で表される化合物の含有量を減少させることで、パーティクルの発生が少なく、焼成後に高い機械特性の耐熱性樹脂膜が得られる。さらに、表面の滑らかな耐熱性樹脂膜が得られるため、その上に電子デバイスを形成すると高い性能が得られる。
【0067】
具体的には、樹脂組成物に含まれる化学式(3)で表される化合物の量は40質量ppm以下であり、20質量ppm以下がより好ましく、10質量ppm以下がさらに好ましい。40質量ppmを上回ると、先に述べたパーティクルの発生が見られる。
【0068】
また、樹脂組成物に含まれる化学式(3)で表される化合物の量は0.1質量ppm以上が好ましく、0.5質量ppm以上がより好ましく、1質量ppm以上がさらに好ましい。0.1質量ppm以上であれば、樹脂組成物を製造する上で作業性が低下しない。
【0069】
また、化学式(2)で表される構造は、酸によって分解する。このため、本発明の樹脂組成物の製造過程において環境から混入する酸によって、化学式(2)が分解することがある。つまり、化学式(1)中のZが分解して樹脂組成物の粘度が変化する。一方、化学式(3)で表される化合物が樹脂組成物中に存在することで、これが酸をトラップする役割を果たす。よって、樹脂組成物に含まれる化学式(3)で表される化合物の量が4質量ppm以上であれば、保管中のポリアミド酸の安定性が高くなる。
【0070】
化学式(3)で表される化合物の含有量は、液体クロマトグラフ質量分析計によって測定できる。化学式(3)におけるYおよびZは、化学式(1)におけるYおよびZと同じである。
【0071】
本発明の第1の形態に係る樹脂組成物に含まれる(b)溶剤については、後述する。
【0072】
次に本発明に係る樹脂組成物の第2の形態である(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂であって、(A)および(B)からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂について説明する。
【0073】
(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂
化学式(4)はポリアミド酸の繰り返し単位を示す。ポリアミド酸は、後述の通り、テトラカルボン酸とジアミン化合物を反応させることで得られる。さらにポリアミド酸は、加熱や化学処理を行うことにより、耐熱性樹脂であるポリイミドに変換することができる。
化学式(4)中、Xは炭素数2〜80の4価の炭化水素基であることが好ましい。またXは、水素原子および炭素原子を必須成分とし、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、ケイ素およびハロゲンからなる群より選ばれる1種以上の原子を含む炭素数2〜80の4価の有機基であってもよい。ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、ケイ素およびハロゲンの各原子は、それぞれ独立に20以下の範囲であるものが好ましく、10以下の範囲であるものがより好ましい。
【0074】
Xを与えるテトラカルボン酸の例としては、本発明の第1の形態の(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂のテトラカルボン酸の例と同様のものを挙げることができる。
【0075】
Yを与えるジアミンの例としては、本発明の第1の形態の(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂のジアミンの例と同様のものを挙げることができる。
【0076】
化学式(5)で表される部分構造および化学式(6)で表される部分構造は、化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂の主鎖末端の部分構造である。化学式(5)および(6)中のX、Y、R
3およびR
4はそれぞれ化学式(4)におけるものと同じである。
【0077】
化学式(5)中のWおよび化学式(6)中のZは、樹脂の末端構造を表し、それぞれ化学式(7)および(2)で表される構造を示す。
【0078】
化学式(7)中のδおよび化学式(2)のαは、それぞれ独立して炭素数2以上の1価の炭化水素基を示す。好ましくは、炭素数2〜10の1価の炭化水素基である。より好ましくは脂肪族炭化水素基であり、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。
【0079】
このような炭化水素基としては、例えば、エチル基、n−プロピル基、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−ノニル基、n−デシル基などの直鎖状炭化水素基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、イソヘキシル基、sec− ヘキシル基などの分岐鎖状炭化水素基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの環状炭化水素基が挙げられる。
【0080】
これらの炭化水素基のうち、炭素数2〜10の1価の分岐鎖状炭化水素基および環状炭化水素基が好ましく、イソプロピル基、シクロヘキシル基、tert−ブチル基、tert−ペンチル基がより好ましく、tert−ブチル基が最も好ましい。
【0081】
化学式(7)中のεならびに化学式(2)中のβおよびγは、それぞれ独立して、酸素原子または硫黄原子を示し、好ましくは酸素原子である。
【0082】
化学式(5)で表される部分構造を含む樹脂を加熱すると、Wが外れて樹脂の末端に酸無水物基が発生する。また、化学式(6)で表される部分構造を含む樹脂を加熱すると、Zが外れて樹脂の末端にアミノ基が発生する。
【0083】
ここで、下記(A)および(B)からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を含む樹脂組成物を加熱すると高い重合度のポリイミド樹脂が得られることを説明する。
(A)分子内に化学式(5)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A−1)と、分子内に化学式(6)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A−2)と、を含む樹脂混合物;
(B)分子内に化学式(5)で表される部分構造と化学式(6)で表される部分構造をそれぞれ1つ以上含む樹脂。
【0084】
樹脂(A)は、加熱によって2つ以上の末端に酸無水物基を発生させる樹脂(A−1)と、加熱によって2つ以上の末端にアミノ基を発生させる樹脂(A−2)の混合物である。よって、加熱により末端に発生した酸無水物基とアミノ基が反応するため、樹脂(A−1)と樹脂(A−2)が交互に結合することにより、高い重合度のポリイミド樹脂を与える。
【0085】
また、樹脂(B)は、加熱により分子内で酸無水物基とアミノ基が互いに異なる末端に発生するため、樹脂(B)同士で結合し、高い重合度のポリイミド樹脂を与える。
【0086】
もし、樹脂(A)が、樹脂(A−1)または樹脂(A−2)いずれかのみを含む場合、加熱しても酸無水物基またはアミノ基のいずれかしか発生しないため、高い重合度のポリイミド樹脂は得られない。また、樹脂(B)が分子内に化学式(5)で表される部分構造または化学式(6)で表される部分構造のいずれかのみを含む場合も、加熱しても酸無水物基またはアミノ基のいずれかしか発生しないため、高い重合度のポリイミド樹脂は得られない。
【0087】
さらに、(A)および(B)からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を含む樹脂組成物は、樹脂の末端に、保護されていない酸無水物基やアミノ基が存在しないか、存在してもその量が少ない。そのため、本発明のポリアミド酸を含む樹脂組成物は、ワニスとしての保管中の粘度の安定性が高い。保護されていない酸無水物基は樹脂組成物中の水分と、保護されていないアミノ基は雰囲気中の酸素と、それぞれ反応しうるが、本発明の樹脂組成物ではそれらが抑制されるからである。
【0088】
化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用い、ポリスチレン換算で好ましくは200,000以下、より好ましくは150,000以下、さらに好ましくは100,000以下であることが好ましい。この範囲であれば、高濃度の樹脂組成物であっても粘度が増大するのをより抑制することができる。また、重量平均分子量は好ましくは2,000以上、より好ましくは3,000以上、さらに好ましくは5,000以上である。重量平均分子量が2,000以上であれば、樹脂組成物としたときの粘度が低下しすぎることがなく、より良好な塗布性を保つことができる。
【0089】
化学式(4)の繰り返し数は、上述の重量平均分子量を満たす範囲であればよい。好ましくは5以上であり、より好ましくは10以上である。また、好ましく1000以下であり、より好ましくは500以下である。
【0090】
次に、本発明の第1の形態および第2の形態で使用する(b)溶剤について説明する。
(b)溶剤
本発明における樹脂組成物は、(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂に加えて(b)溶剤を含むため、ワニスとして使用することができる。かかるワニスを様々な支持体上に塗布することで、化学式(1)で表される構造を有する樹脂を含む塗膜を支持体上に形成できる。さらに、得られた塗膜を加熱処理して硬化させることにより、耐熱性樹脂膜として使用できる。
【0091】
溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、N−メチル−2−ジメチルプロパンアミド、N−エチル−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−メチル−2−メチルブタンアミド、N,N−ジメチルイソブチルアミド、N,N−ジメチル−2−メチルブタンアミド、N,N−ジメチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−エチル−N−メチル−2−メチルプロパンアミド、N,N−ジメチル−2−メチルペンタンアミド、N,N−ジメチル−2,3−ジメチルブタンアミド、N,N−ジメチル−2−エチルブタンアミド、N,N−ジエチル−2−メチルプロパンアミド、N,N−ジメチル−2,2−ジメチルブタンアミド、N−エチル−N−メチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−メチル−N−プロピル−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−N−(1−メチルエチル)−2−メチルプロパンアミド、N,N−ジエチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N,N−ジメチル−2,2−ジメチルペンタンアミド、N−エチル−N−(1−メチルエチル)−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−N−(2−メチルプロピル)−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−N−(1−メチルエチル)−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−メチル−N−(1−メチルプロピル)−2−メチルプロパンアミドなどのアミド類、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどのエステル類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N’−ジメチルプロピレンウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレアなどのウレア類、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシドなどのスルホキシド類、ジメチルスルホン、スルホランなどのスルホン類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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、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エチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、および水などを単独、または2種以上使用することができる。
【0092】
溶剤の好ましい含有量は、化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対して、好ましくは50質量部以上、より好ましくは100質量部以上であり、好ましくは2000質量部以下、より好ましくは1500質量部以下である。かかる条件を満たす範囲であれば、塗布に適した粘度となり、塗布後の膜厚を容易に調節することができる。
【0093】
本発明における樹脂組成物の粘度は20〜10,000mPa・sが好ましく、50〜8,000mPa・sがより好ましい。粘度が20mPa・s未満であると十分な膜厚の樹脂膜が得られなくなり、10,000mPa・sより大きいと樹脂組成物の塗布が困難となる。
【0094】
次に、本発明の第1の形態および第2の形態で使用する添加剤について説明する。
【0095】
(添加剤)
本発明の樹脂組成物は、(c)熱酸発生剤、(d)光酸発生剤、(e)熱架橋剤、(f)フェノール性水酸基を含む化合物、(g)密着改良剤、(h)無機粒子および(i)界面活性剤から選ばれる少なくとも一つの添加剤を含んでもよい。このうち、(c)熱酸発生剤を含むと好ましい。
【0096】
(c)熱酸発生剤は、熱で分解して酸を発生させる化合物である。本発明の樹脂組成物は、熱酸発生剤を含むことが好ましい。
【0097】
(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂を加熱すると、末端構造Zおよび/または末端構造Wが熱分解する。末端構造Zおよび/または末端構造Wの熱分解は、220℃以上の温度で進行する。よって、(a)化学式(1)で表される構造の樹脂、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂から高い重合度のポリイミド樹脂を得るためには、通常、220℃以上の温度が必要である。
【0098】
しかし、酸の存在下では、酸が触媒となって末端構造Zおよび/または末端構造Wの熱分解が促進されるため、220℃未満の温度で加熱しても高い重合度のポリイミド樹脂が得られる。一方、酸の存在下ではポリアミド酸の加水分解が促進されて、分子量が低下する。すなわち、(a)化学式(1)で表される構造の樹脂、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂と、酸を同時に含む樹脂組成物は、保管安定性が低い。
【0099】
本発明の樹脂組成物は、(c)熱酸発生剤を含むことで、ポリアミド酸を加熱イミド化させる工程でのみ酸を発生させることができる。これにより、樹脂組成物が保管安定性に優れるだけでなく、焼成温度が低くても引っ張り最大応力や伸度などの機械特性の高いポリイミド膜を得ることができる。
【0100】
このような(c)熱酸発生剤としては、熱分解開始温度が100℃以上220℃未満の範囲にあるものが好ましい。より好ましい熱分解開始温度の下限は110℃以上、さらに好ましくは120℃以上である。また、より好ましい熱分解開始温度の上限は200℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。
【0101】
(c)熱酸発生剤の熱分解開始温度が100℃以上であれば、通常の室温環境下で(c)熱酸発生剤が熱分解することがないため、ワニスとしたときの保存安定性が向上する。
【0102】
また、(c)熱酸発生剤の熱分解開始温度が220℃未満であれば、本発明の樹脂組成物からより高い機械強度を有するポリイミド膜が得られる。特に、(c)熱酸発生剤の熱分解開始温度が好ましくは200℃以下、より好ましくは150度以下であれば、ポリイミド膜の機械特性がさらに向上する。
【0103】
(c)熱酸発生剤の熱分解開始温度は、示差走査熱量測定(DSC)によって測定できる。一般的に熱分解反応は吸熱反応である。このため、熱酸発生剤が熱分解すると、DSCで吸熱ピークとして観測される。熱分解開始温度は、そのピークトップの温度で定義することができる。
【0104】
加熱により(c)熱酸発生剤から発生する酸としては、スルホン酸、カルボン酸、ジスルホニルイミド、トリスルホニルメタンなどの低求核性の酸が挙げられる。
【0105】
pKaが2以下の酸を発生させる(c)熱酸発生剤が好ましい。具体的には、スルホン酸、電子求引性基の置換したアルキルカルボン酸またはアリールカルボン酸、電子求引性基の置換したジスルホニルイミド、トリスルホニルメタンなどの酸を発生させるものが好ましい。電子求引性基としてはフッ素原子などのハロゲン原子、トリフルオロメチル基などのハロアルキル基、ニトロ基、シアノ基を挙げることができる。
【0106】
本発明に用いられる(c)熱酸発生剤としては、熱だけでなく、光によっても分解して酸を発生させるものであってもよい。しかしながら、本発明の樹脂組成物の取り扱いを容易にするために、(c)熱酸発生剤は、光によって分解しないものが好ましい。遮光された環境で扱う必要がなく、非感光性の樹脂組成物として取り扱うことが可能となる。
【0107】
光によって分解しない(c)熱酸発生剤としては、以下に述べるようなスルホニウム塩、スルホン酸エステルなどが挙げられる。
【0108】
好ましいスルホニウム塩として化学式(21)で表される化合物を挙げることができる。
【化14】
化学式(21)において、R
21はアリール基、R
22およびR
23はアルキル基を表す。
X
−は非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンなどが挙げられる。
【0109】
以下に、化学式(21)で表されるスルホニウム塩の具体例を挙げるがこれらに限定されるものではない。
【化15】
【0110】
本発明の(c)熱酸発生剤として用いることのできるスルホン酸エステルは、例えば、化学式(22)で表されるスルホン酸エステルを挙げることができる。
R’−SO
2−O−R” (22)
上記式において、R’及びR”はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い炭素数1〜10の直鎖又は分岐又は環状のアルキル基又は置換基を有していても良い炭素数6〜20のアリール基を示す。置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、シアノ基、ビニル基、アセチレン基炭素数1〜10の直鎖又は環状のアルキル基が挙げられる。
【0111】
化学式(22)で表されるスルホン酸エステルの好ましい具体例として以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【化16】
【0112】
スルホン酸エステルの分子量は、230〜1000であることが好ましく、230〜800であることがより好ましい。
スルホン酸エステルとして、化学式(23)で表される化合物が、耐熱性の点で更に好ましい。
【0113】
【化17】
Aは、h価の連結基を表す。R
0は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、又は環状アルキル基を表す。R
0’は、水素原子、アルキル基、又はアラルキル基を表す。hは、2〜8の整数を表す。
【0114】
Aは、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、エーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、及びこれらの基を組み合わせたh価の基を挙げることができる。
【0115】
アルキレン基としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。
シクロアルキレン基としてはシクロへキシレン基、シクロペンチレン基等が挙げられる。
アリーレン基としては1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
【0116】
Aの炭素数は一般的に1〜15であり、1〜10であることが好ましく、1〜6であることが更に好ましい。
Aは、更に置換基を有していてもよく、置換基としては、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基を挙げることができる。
【0117】
Aの置換基であるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等が挙げられる。
Aの置換基であるアラルキル基としては、ベンジル基、トルイルメチル基、メシチルメチル基、フェネチル基等が挙げられる。
【0118】
Aの置換基であるアリール基としては、フェニル基、トルイル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基等が挙げられる。
Aの置換基であるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
【0119】
Aの置換基であるアリールオキシ基としては、フェノキシ基、トルイルオキシ基、1−ナフトキシ基等が挙げられる。
Aの置換基であるアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、直鎖又は分岐プロピルチオ基、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基が挙げられる。
【0120】
Aの置換基であるアリールチオ基としては、フェニルチオ基、トルイルチオ基、1−ナフチルチオ基等が挙げられる。アシルオキシ基としてはアセトキシ基、プロパノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
Aの置換基であるアルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、直鎖又は分岐プロポキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
【0121】
R
0及びR
0’のアルキル基としては、一般的には炭素数1〜20のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜15のアルキル基、更に好ましくは炭素数1〜8のアルキル基である。具体的にはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル等を挙げることができる。
【0122】
R
0及びR
0’のアラルキル基としては、一般的には炭素数7〜25のアラルキル基であり、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基、更に好ましくは炭素数7〜15のアラルキル基である。具体的にはベンジル、トルイルメチル、メシチルメチル、フェネチル等を挙げることができる。
【0123】
R
0の環状アルキル基としては、一般的には炭素数3〜20の環状アルキル基であり、好ましくは炭素数4〜20の環状アルキル基、更に好ましくは炭素数5〜15の環状アルキル基である。具体的にはシクロペンチル、シクロヘキシル、ノルボルニル、樟脳基等を挙げることができる。
【0124】
化学式(23)において、R
0はアルキル基及びアリール基が好ましい。R
0’は水素原子及び炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、水素原子、メチル基及びエチル基が好ましく、水素原子が最も好ましい。
【0125】
hは2が好ましい。h個のR
0及びR
0’はそれぞれ同じでも異なっていてもよい。
【0126】
化学式(23)で表されるスルホン酸エステルの好ましい具体例として以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【化18】
【0127】
スルホン酸エステルは、市販のものを用いてもよいし、公知の方法で合成したものを用いてもよい。本発明のスルホン酸エステルは、例えば、塩基性条件下、スルホニルクロリドまたはスルホン酸無水物を対応する多価アルコールと反応させることにより合成することができる。
【0128】
本発明において、(c)熱酸発生剤の好ましい含有量は、化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上であり、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下である。0.1質量部以上であれば、樹脂組成物から、加熱後に高い機械強度を有するポリイミド膜が得られる。また、20質量部以下であれば、得られるポリイミド膜中に、熱酸発生剤の熱分解物が残りにくく、ポリイミド膜からのアウトガスを抑制できる。
【0129】
(d)光酸発生剤
本発明の樹脂組成物は、(d)光酸発生剤を含有することで感光性樹脂組成物とすることができる。(d)光酸発生剤を含有することで、光照射部に酸が発生して光照射部のアルカリ水溶液に対する溶解性が増大し、光照射部が溶解するポジ型のレリーフパターンを得ることができる。また、本発明の樹脂組成物は、(d)光酸発生剤とエポキシ化合物または後述する(e)熱架橋剤を含有することで、光照射部に発生した酸がエポキシ化合物や(e)熱架橋剤の架橋反応を促進し、光照射部が不溶化するネガ型のレリーフパターンを得ることができる。
【0130】
(d)光酸発生剤としては、キノンジアジド化合物、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよく、高感度な感光性樹脂組成物を得ることができる。
【0131】
キノンジアジド化合物としては、ポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステルで結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合および/またはスルホンアミド結合したものなどが挙げられる。これらポリヒドロキシ化合物やポリアミノ化合物の官能基全体の50モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。
【0132】
本発明において、キノンジアジドは5−ナフトキノンジアジドスルホニル基、4−ナフトキノンジアジドスルホニル基のいずれも好ましく用いられる。4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のi線領域に吸収を持っており、i線露光に適している。5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のg線領域まで吸収が伸びており、g線露光に適している。本発明においては、露光する波長によって4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物、5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を選択することが好ましい。また、同一分子中に4−ナフトキノンジアジドスルホニル基、5−ナフトキノンジアジドスルホニル基を含むナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を含有してもよいし、同一の樹脂組成物中に4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物と5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を含有してもよい。
【0133】
(d)光酸発生剤のうち、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩は、露光によって発生した酸成分を適度に安定化させるため好ましい。中でもスルホニウム塩が好ましい。さらに増感剤などを必要に応じて含有することもできる。
【0134】
本発明において、(d)光酸発生剤の含有量は、高感度化の観点から、化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対して0.01〜50質量部が好ましい。このうち、キノンジアジド化合物は3〜40質量部が好ましい。また、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩の総量は0.5〜20質量部が好ましい。
【0135】
(e)熱架橋剤
本発明における樹脂組成物は、下記化学式(31)で表される熱架橋剤(e−1)または下記化学式(32)で表される構造を含む熱架橋剤(e−2)(以下、あわせて(e)熱架橋剤という)を含有してもよい。これらの熱架橋剤は、耐熱性樹脂またはその前駆体、その他添加成分を架橋し、得られる耐熱性樹脂膜の耐薬品性および硬度を高めることができる。
【0136】
熱架橋剤(e−1)は下記化学式(31)で表される構造を含む。
【化19】
上記化学式(31)中、R
31は2〜4価の連結基を示す。R
32は炭素数1〜20の1価の炭化水素基、Cl、Br、IまたはFを示す。R
33およびR
34は、それぞれ独立してCH
2OR
36(R
36は水素または炭素数1〜6の1価の炭化水素基)を示す。R
35は水素原子、メチル基またはエチル基を示す。sは0〜2の整数、tは2〜4の整数を示す。R
32が複数存在する場合、複数のR
32はそれぞれ同じでも異なってもよい。R
33およびR
34が複数存在する場合、複数のR
33およびR
34はそれぞれ同じでも異なってもよい。R
35が複数存在する場合、複数のR
35はそれぞれ同じでも異なってもよい。連結基R
31の例を下に示す。
【0138】
上記化学式中、R
41〜R
60は水素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基またはこれらの炭化水素基の一部の水素原子がCl、Br、IもしくはFで置換された炭化水素基を示す。*は化学式(31)におけるR
31の結合点を示す。
【0139】
上記化学式(31)中、R
33およびR
34は、熱架橋性基であるCH
2OR
36を表している。上記化学式(31)の熱架橋剤に適度な反応性を残し、保存安定性に優れることから、R
36は炭素数1〜4の1価の炭化水素基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。
【0140】
化学式(31)で表される構造を含む熱架橋剤の好ましい例を下記に示す。
【化21】
【0141】
熱架橋剤(e−2)は下記化学式(32)で表される構造を含む。
【化22】
【0142】
上記化学式(32)中、R
37は水素原子または炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示す。uは1または2、vは0または1を示す。ただし、u+vは1または2である。*は、化学式(32)中の窒素原子が他の原子と結合していることを示す。
【0143】
化学式(32)中、R
37は炭素数1〜4の1価の炭化水素基が好ましい。また、化合物の安定性や感光性樹脂組成物における保存安定性の観点から、R
37はメチル基またはエチル基が好ましく、化合物中に含まれる(CH
2OR
37)基の数が8以下であることが好ましい。
【0144】
化学式(32)で表される基を含む熱架橋剤の好ましい例を下記に示す。
【化23】
【0145】
(e)熱架橋剤の含有量は、(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対して10質量部以上100質量部以下が好ましい。(e)熱架橋剤の含有量が10質量部以上100質量部以下であれば、得られる耐熱性樹脂膜の強度が高く、樹脂組成物の保存安定性にも優れる。
【0146】
(f)フェノール性水酸基を含む化合物
必要に応じて、感光性樹脂組成物のアルカリ現像性を補う目的で、フェノール性水酸基を含む化合物を含有してもよい。フェノール性水酸基を含む化合物としては、例えば、本州化学工業(株)製の以下の商品名のもの(Bis−Z、BisOC−Z、BisOPP−Z、BisP−CP、Bis26X−Z、BisOTBP−Z、BisOCHP−Z、BisOCR−CP、BisP−MZ、BisP−EZ、Bis26X−CP、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisCR−IPZ、BisOCP−IPZ、BisOIPP−CP、Bis26X−IPZ、BisOTBP−CP、TekP−4HBPA(テトラキスP−DO−BPA)、TrisP−HAP、TrisP−PA、TrisP−PHBA、TrisP−SA、TrisOCR−PA、BisOFP−Z、BisRS−2P、BisPG−26X、BisRS−3P、BisOC−OCHP、BisPC−OCHP、Bis25X−OCHP、Bis26X−OCHP、BisOCHP−OC、Bis236T−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、BisRS−OCHP)、旭有機材工業(株)製の以下の商品名のもの(BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A)、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、2,4−ジヒドロキシキノリン、2,6−ジヒドロキシキノリン、2,3−ジヒドロキシキノキサリン、アントラセン−1,2,10−トリオール、アントラセン−1,8,9−トリオール、8−キノリノールなどが挙げられる。これらのフェノール性水酸基を含む化合物を含有することで、得られる感光性樹脂組成物は、露光前はアルカリ現像液にほとんど溶解せず、露光すると容易にアルカリ現像液に溶解するために、現像による膜減りが少なく、かつ短時間で、容易に現像が行えるようになる。そのため、感度が向上しやすくなる。
【0147】
このようなフェノール性水酸基を含む化合物の含有量は、化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対して、好ましくは3質量部以上40質量部以下である。
【0148】
(g)密着改良剤
本発明にかかる樹脂組成物は、(g)密着改良剤を含有してもよい。(g)密着改良剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、チタンキレート剤、アルミキレート剤などが挙げられる。これらの他に下記に示すようなアルコキシシラン含有芳香族アミン化合物、アルコキシシラン含有芳香族アミド化合物などが挙げられる。
【0150】
また、芳香族アミン化合物とアルコキシ基含有ケイ素化合物を反応させて得られる化合物を用いることもできる。そのような化合物として、例えば、芳香族アミン化合物と、エポキシ基、クロロメチル基などのアミノ基と反応する基を含むアルコキシシラン化合物を反応させて得られる化合物などが挙げられる。以上に挙げた密着改良剤を2種以上含有してもよい。これらの密着改良剤を含有することにより、感光性樹脂膜を現像する場合などに、シリコンウェハ、ITO、SiO
2、窒化ケイ素などの下地基材との密着性を高めることができる。また、耐熱性樹脂膜と下地の基材との密着性を高めることにより洗浄などに用いられる酸素プラズマやUVオゾン処理に対する耐性を高めることもできる。密着改良剤の含有量は、化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対して、0.01〜10質量部が好ましい。
【0151】
(h)無機粒子
本発明の樹脂組成物は、耐熱性向上を目的として無機粒子を含有することができる。かかる目的に用いられる無機粒子としては、白金、金、パラジウム、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、鉄、コバルト、ロジウム、ルテニウム、スズ、鉛、ビスマス、タングステンなどの金属無機粒子や、酸化ケイ素(シリカ)、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属酸化物無機粒子などが挙げられる。無機粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円形状、偏平状、ロット状、繊維状などが挙げられる。また、無機粒子を含有した耐熱性樹脂膜の表面粗さが増大するのを抑制するため、無機粒子の平均粒径は1nm以上100nm以下であることが好ましく、1nm以上50nm以下であればより好ましく、1nm以上30nm以下であればさらに好ましい。
【0152】
無機粒子の含有量は、(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対し、3質量部以上が好ましく、より好ましくは5質量部以上、さらに好ましくは10質量部以上であり、100質量部以下が好ましく、より好ましくは80質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下である。無機粒子の含有量が3質量部以上であれば耐熱性が十分向上し、100質量部以下であれば耐熱性樹脂膜の靭性が低下しにくくなる。
【0153】
(i)界面活性剤
本発明の樹脂組成物は、塗布性を向上させるために(i)界面活性剤を含有することが好ましい。(i)界面活性剤としては、住友3M(株)製の“フロラード”(登録商標)、DIC(株)製の“メガファック”(登録商標)、旭硝子(株)製の“スルフロン”(登録商標)などのフッ素系界面活性剤、信越化学工業(株)製のKP341、チッソ(株)製のDBE、共栄社化学(株)製の“ポリフロー”(登録商標)、“グラノール”(登録商標)、ビック・ケミー(株)製のBYKなどの有機シロキサン界面活性剤、共栄社化学(株)製のポリフローなどのアクリル重合物界面活性剤が挙げられる。界面活性剤は、化学式(1)で表される構造を有する樹脂100質量部、または(a’)化学式(4)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂100質量部に対し、0.01〜10質量部含有することが好ましい。
【0154】
(樹脂組成物の製造方法)
次に、本発明の第1の形態にかかる樹脂組成物を製造する方法について説明する。
【0155】
例えば、(a)化学式(1)で表される構造を有する樹脂、必要により(c)熱酸発生剤、(d)光酸発生剤、(e)熱架橋剤、(f)フェノール性水酸基を含む化合物、(g)密着改良剤、(h)無機粒子および(i)界面活性剤などを(b)溶剤に溶解させることにより、本発明の樹脂組成物の実施形態の一つであるワニスを得ることができる。溶解方法としては、撹拌や加熱が挙げられる。(d)光酸発生剤を含む場合、加熱温度は感光性樹脂組成物としての性能を損なわない範囲で設定することが好ましく、通常、室温〜80℃である。また、各成分の溶解順序は特に限定されず、例えば、溶解性の低い化合物から順次溶解させる方法がある。また、(i)界面活性剤などの撹拌溶解時に気泡を発生しやすい成分については、他の成分を溶解してから最後に添加することで、気泡の発生による他成分の溶解不良を防ぐことができる。
【0156】
化学式(1)で表される構造を有する樹脂は、以下に説明する2つの方法によって製造される。
【0157】
第1の製造方法は、
(A)ジアミン化合物のアミノ基と反応する末端アミノ基封止剤を反応溶媒に20質量%以下で溶解した溶液を、ジアミン化合物に10分以上の時間をかけて徐々に加えて、化学式(41)で表される化合物を生成させる工程と、
【0158】
【化25】
化学式(41)中、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。
【0159】
【化26】
化学式(2)中、αは炭素数2以上の1価の炭化水素基を示し、βおよびγはそれぞれ独立して酸素原子または硫黄原子を示す。*は化学式(41)中のZの結合点を示す。
(B)化学式(41)で表される化合物、テトラカルボン酸、および(A)工程で末端アミノ基封止剤と反応せずに残存するジアミン化合物を反応させる工程と、を含む。
【0160】
【化27】
化学式(1)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。nは正の整数を示す。R
1およびR
2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のアルキルシリル基、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンまたはピリジニウムイオンを示す。*は他の原子と結合していることを示す。
【0161】
第1の製造方法では、1段階目の(A)工程において、ジアミン化合物の有する2つのアミノ基のうち、1つのアミノ基だけに末端アミノ基封止剤を反応させる。このため、1段階目の(A)工程においては以下に挙げる3つの操作を行うことが好ましい。
【0162】
1つめの操作は、ジアミン化合物のモル数を、末端アミノ基封止剤のモル数と同等かそれ以上とすることである。好ましいジアミン化合物のモル数は、末端アミノ基封止剤のモル数の2倍以上であり、5倍以上のモル数がより好ましく、さらに好ましくは10倍以上である。なお、末端アミノ基封止剤に対して過剰のジアミン化合物は、1段階目の(A)工程で未反応のまま残留し、2段階目の(B)工程でテトラカルボン酸と反応する。
【0163】
2つ目の操作は、適切な反応溶媒にジアミン化合物を溶解させた状態で、末端アミノ基封止剤を10分以上の時間をかけて徐々に加えることである。20分以上がより好ましく、30分以上がさらに好ましい。なお、加える方法は、連続的であっても断続的であってもよい。すなわち、滴下ロートなどを用いて一定の速度で反応系に加える方法でも、適切な間隔で分割して加える方法でも好ましく用いられる。
【0164】
3つ目の操作は、2つ目の操作において、末端アミノ基封止剤をあらかじめ反応溶媒に溶解して使用することである。溶解させたときの末端アミノ基封止剤の濃度は、5〜20質量%である。より好ましくは15質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下である。
【0165】
樹脂の製造に際し、以上の操作を行うことによって、本発明の樹脂組成物中の化学式(3)で表される化合物の含有量を本発明の範囲に収めることができる。
【0166】
第2の製造方法は、
(C)ジアミン化合物とテトラカルボン酸を反応させて化学式(42)で表される構造を有する樹脂を生成させる工程と、
【0167】
【化28】
化学式(42)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。nは正の整数を示す。R
1およびR
2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のアルキルシリル基、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンまたはピリジニウムイオンを示す。*は他の原子と結合していることを示す。
【0168】
(D)化学式(42)で表される構造を有する樹脂と、化学式(42)で表される構造を有する樹脂の末端アミノ基と反応する末端アミノ基封止剤とを反応させて、化学式(1)で表される構造を有する樹脂を生成させる工程と、を含む。
【0169】
【化29】
化学式(1)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。nは正の整数を示す。R
1およびR
2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のアルキルシリル基、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンまたはピリジニウムイオンを示す。*は他の原子と結合していることを示す。
【0170】
【化30】
化学式(2)中、αは炭素数2以上の1価の炭化水素基を示し、βおよびγはそれぞれ独立して酸素原子または硫黄原子を示す。*は化学式(1)中のZの結合点を示す。
【0171】
第2の製造方法では、ジアミン化合物と末端アミノ基封止剤が直接反応することがないため、化合物(3)で表される化合物の生成を抑制できる。
【0172】
1段階目の(C)工程において、化学式(42)で表される構造を有する樹脂を生成させるためには、ジアミン化合物のモル数を、テトラカルボン酸のモル数の1.01以上とすることが好ましく、1.05倍以上がより好ましく、1.1倍以上のモル数がより好ましく、1.2倍以上がさらに好ましい。1.01倍よりも小さいと、ジアミン化合物が樹脂の末端に位置する確率が減少するため、化学式(42)で表される構造を有する樹脂が得られにくい。
【0173】
また、ジアミン化合物のモル数は、テトラカルボン酸のモル数の2.0倍以下が好ましく、1.8倍以下がより好ましく、1.5倍以下がさらに好ましい。2.0倍よりも大きいと、1段階目の反応終了後に未反応のジアミン化合物が残留し、2段階目の(C)工程において化学式(3)で表される化合物が生成するおそれがある。
【0174】
2段階目の(D)工程では、末端アミノ基封止剤を加える操作として、第1の製造方法で記載した方法を用いてもよい。すなわち、時間をかけて末端アミノ基封止剤を加えてもよく、また末端アミノ基封止剤を適切な反応溶媒に溶解させて加えてもよい。1段階目の反応でジアミン化合物が残留している場合には、これらの方法によって、樹脂組成物中の化合物(3)で表される化合物の含有量を本発明の範囲に収めることができる。
【0175】
なお、後述の通り、使用するジアミン化合物のモル数とテトラカルボン酸のモル数は等しいことが好ましい。よって、2段階目の(D)工程後に、テトラカルボン酸を加えて、ジアミン化合物のモル数とテトラカルボン酸のモル数を等しくすることが好ましい。
【0176】
さらに、化学式(1)で表される構造を有する樹脂は第1の製造方法および第2の製造方法を併用して製造されたものであってもよい。
【0177】
前記の末端アミノ基封止剤としては、二炭酸エステルや二チオ炭酸エステルなどが好ましく用いられる。これらのうち、二炭酸ジアルキルエステルや、二チオ炭酸ジアルキルエステルが好ましい。より好ましくは二炭酸ジアルキルエステルである。具体的には、二炭酸ジエチル、二炭酸ジイソプロピル、二炭酸ジシクロヘキシル、二炭酸ジtert−ブチル、二炭酸ジtert−ペンチルなどであり、これらのうち二炭酸ジtert−ブチルが最も好ましい。
【0178】
なお、前記の第1の製造方法および第2の製造方法において、テトラカルボン酸として、対応する酸二無水物、活性エステル、活性アミドなども使用することもできる。また、ジアミン化合物は、対応するトリメチルシリル化ジアミンなども使用することもできる。また、得られる樹脂のカルボキシ基はアルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンと塩を形成したものでも、炭素数1〜10の炭化水素基または炭素数1〜10のアルキルシリル基でエステル化されたものであってもよい。
【0179】
また、前記の第1の製造方法および第2の製造方法において、使用するジアミン化合物のモル数とテトラカルボン酸のモル数は等しいことが好ましい。等しければ、樹脂組成物から高い機械特性の樹脂膜が得られやすい。
【0180】
前記の第1の製造方法および第2の製造方法において、反応溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、N−メチル−2−ジメチルプロパンアミド、N−エチル−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−メチル−2−メチルブタンアミド、N,N−ジメチルイソブチルアミド、N,N−ジメチル−2−メチルブタンアミド、N,N−ジメチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−エチル−N−メチル−2−メチルプロパンアミド、N,N−ジメチル−2−メチルペンタンアミド、N,N−ジメチル−2,3−ジメチルブタンアミド、N,N−ジメチル−2−エチルブタンアミド、N,N−ジエチル−2−メチルプロパンアミド、N,N−ジメチル−2,2−ジメチルブタンアミド、N−エチル−N−メチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−メチル−N−プロピル−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−N−(1−メチルエチル)−2−メチルプロパンアミド、N,N−ジエチル−2,2−ジメチルプロパンアミド、N,N−ジメチル−2,2−ジメチルペンタンアミド、N−エチル−N−(1−メチルエチル)−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−N−(2−メチルプロピル)−2−メチルプロパンアミド、N−メチル−N−(1−メチルエチル)−2,2−ジメチルプロパンアミド、N−メチル−N−(1−メチルプロピル)−2−メチルプロパンアミドなどのアミド類、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどのエステル類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N’−ジメチルプロピレンウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレアなどのウレア類、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシドなどのスルホキシド類、ジメチルスルホン、スルホランなどのスルホン類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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、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エチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、および水などを単独、または2種以上使用することができる。
【0181】
また、反応溶媒に樹脂組成物として使用する(b)溶剤と同じものを用いたり、反応終了後に(b)溶剤を添加したりすることで、樹脂を単離することなく目的の樹脂組成物を得ることができる。
【0182】
得られた樹脂組成物は、濾過フィルターを用いて濾過し、パーティクルを除去することが好ましい。フィルター孔径は、例えば10μm、3μm、1μm、0.5μm、0.2μm、0.1μm、0.07μm、0.05μmなどがあるが、これらに限定されない。濾過フィルターの材質には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン(NY)、ポリテトラフルオロエチエレン(PTFE)などがあるが、ポリエチレンやナイロンが好ましい。樹脂組成物中のパーティクル(粒径1μm以上)の個数は、100個/mL以下が好ましい。100個/mLよりも多いと、樹脂組成物から得られる耐熱性樹脂膜の機械特性が低下する。
【0183】
次に、本発明の第2の形態にかかる樹脂組成物を製造する方法について説明する。
【0184】
例えば、(a’)化学式(4A)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂を含む樹脂組成物樹脂、必要により(c)熱酸発生剤、(d)光酸発生剤、(e)熱架橋剤、(f)フェノール性水酸基を含む化合物、(g)密着改良剤、(h)無機粒子および(i)界面活性剤などを(b)溶剤に溶解させることにより、本発明の樹脂組成物の実施形態の一つであるワニスを得ることができる。溶解方法としては、撹拌や加熱が挙げられる。(d)光酸発生剤を含む場合、加熱温度は感光性樹脂組成物としての性能を損なわない範囲で設定することが好ましく、通常、室温〜80℃である。また、各成分の溶解順序は特に限定されず、例えば、溶解性の低い化合物から順次溶解させる方法がある。また、(i)界面活性剤など撹拌溶解時に気泡を発生しやすい成分については、他の成分を溶解してから最後に添加することで、気泡の発生による他成分の溶解不良を防ぐことができる。
【0185】
化学式(4A)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂は、以下に説明する2つの方法によって製造される。
【0186】
第1の製造方法は、
(E)ジアミン化合物と、ジアミン化合物のアミノ基と反応する末端アミノ基封止剤とを反応させて化学式(41)で表される化合物を生成させる工程と、
【0187】
【化31】
化学式(41)中、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。
【0188】
【化32】
化学式(2)中、αは炭素数2以上の1価の炭化水素基を示し、βおよびγはそれぞれ独立して酸素原子または硫黄原子を示す。*は化学式(41)中のZの結合点を示す。
【0189】
(F)化学式(41)で表される化合物、テトラカルボン酸二無水物および(E)工程で末端アミノ基封止剤と反応せずに残存するジアミン化合物を反応させて下記(A’)および(B’)からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を生成させる工程と、
(A’)分子内に化学式(52)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A’−1)と、分子内に化学式(6A)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A’−2)と、を含む樹脂混合物
(B’)分子内に化学式(52)で表される部分構造と、化学式(6A)で表される部分構造をそれぞれ1つ以上含む樹脂
【0190】
【化33】
化学式(52)および(6A)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは上記化学式(2)で表される構造を示す。化学式(52)および(6A)中、*は他の原子と結合していることを示す。
【0191】
(G)化学式(52)で表される部分構造と反応する末端カルボニル基封止剤とを反応させて、化学式(5A)で表される構造を有する樹脂を生成させる工程と、を含む。
【0192】
【化34】
化学式(4A)および(5A)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。化学式(5A)中、Wは化学式(7)で表される構造を示す。化学式(5A)中、*は他の原子と結合していることを示す。化学式(7)中のδは、炭素数2以上の1価の炭化水素基を示す。化学式(7)中のεは、酸素原子または硫黄原子を示す。化学式(7)中の*は化学式(5A)中のWの結合点を示す。
【0193】
第1の製造方法では、1段階目の(E)工程において、ジアミン化合物の有する2つのアミノ基のうち、1つのアミノ基だけに末端アミノ基封止剤を反応させる。このため、1段階目の(E)工程においてはジアミン化合物のモル数を、末端アミノ基封止剤のモル数と同等かそれ以上とすることが好ましい。好ましいジアミン化合物のモル数は、末端アミノ基封止剤のモル数の2倍以上であり、5倍以上のモル数がより好ましく、10倍以上のモル数がさらに好ましい。
【0194】
なお、末端アミノ基封止剤に対して過剰のジアミン化合物は、1段階目の(E)工程で未反応のまま残留し、2段階目の(F)工程でテトラカルボン酸と反応する。
【0195】
3段階目の(G)工程において、末端カルボニル基封止剤のモル数は、1段階目の(E)工程で使用する末端アミノ基封止剤のモル数の1〜2倍が好ましい。1倍以上であれば、樹脂の末端に保護されていない酸無水物基が生成しにくい。2倍以下であれば、未反応の末端カルボニル基封止剤が増加するのを防ぐことができる。
【0196】
第2の製造方法は
(H)テトラカルボン酸二無水物と、末端カルボニル基封止剤とを反応させて化学式(53)で表される化合物を生成させる工程と、
【0197】
【化35】
化学式(53)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を示す。Wは化学式(7)で表される構造を示す。
【0198】
【化36】
化学式(7)中のδは、炭素数2以上の1価の炭化水素基を示し、εは、酸素原子または硫黄原子を示す。化学式(7)中の*は化学式(53)中のWの結合点を示す。
【0199】
(I)化学式(53)で表される化合物、ジアミン化合物および(H)工程で末端カルボニル基封止剤と反応せずに残存するテトラカルボン酸二無水物を反応させて下記(A’’)および(B’’)からなる群より選ばれる一つ以上の樹脂を生成させる工程と、
(A’’)分子内に化学式(54)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A’’−1)と、分子内に化学式(5A)で表される部分構造を2つ以上含む樹脂(A’’−2)と、を含む樹脂混合物
(B’’)分子内に化学式(54)で表される部分構造と化学式(5A)で表される部分構造をそれぞれ1つ以上含む樹脂
【0200】
【化37】
化学式(54)および(5A)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Wは上記化学式(7)で表される構造を示す。化学式(54)および(5A)中、*は他の原子と結合していることを示す。
【0201】
(J)化学式(54)で表される部分構造と末端アミノ基封止剤とを反応させて、化学式(6A)で表される構造を有する樹脂を生成させる工程と、を含む。
【0202】
【化38】
化学式(4A)および(6A)中、Xは炭素数2以上の4価のテトラカルボン酸残基を、Yは炭素数2以上の2価のジアミン残基を示す。Zは化学式(2)で表される構造を示す。化学式(2)中のαは、炭素数2以上の1価の炭化水素基を示す。化学式(2)中のβおよびγは、それぞれ独立して酸素原子または硫黄原子を示す。化学式(2)中の*は化学式(6A)中のZの結合点を示す。
【0203】
第2の製造方法では、1段階目の(H)工程において、テトラカルボン酸二無水物の有する2つの酸無水物基のうち、1つの酸無水物基だけに末端カルボニル基封止剤を反応させる。このため、1段階目の(H)工程においてはテトラカルボン酸二無水物のモル数を、末端カルボニル基封止剤のモル数と同等かそれ以上とすることが好ましい。好ましいテトラカルボン酸二無水物のモル数は、末端カルボニル基封止剤のモル数の2倍以上であり、5倍以上のモル数がより好ましく、10倍以上のモル数がさらに好ましい。
【0204】
なお、末端カルボニル基封止剤に対して過剰のテトラカルボン酸二無水物は、1段階目の(H)工程で未反応のまま残留し、2段階目の(I)工程でジアミン化合物と反応する。
【0205】
3段階目の(J)工程において、末端アミノ基封止剤のモル数は、1段階目の(H)工程で使用する末端カルボニル基封止剤のモル数の1〜2倍が好ましい。1倍以上であれば、樹脂の末端に保護されていないアミノ基が生成しにくい。2倍以下であれば、未反応の末端アミノ基封止剤が増加するのを防ぐことができる。
【0206】
なお、化学式(4A)で表される繰り返し単位を主成分とする樹脂の第1の製造方法1および第2の製造方法において、使用するジアミン化合物のモル数とテトラカルボン酸のモル数が等しいことが好ましい。等しければ、この方法によって得られる樹脂は、化学式(5A)で表される部分構造と化学式(6A)で表される部分構造をほぼ等モルで含む。この樹脂を加熱すると、末端に発生する酸無水物基のモル数とアミノ基のモル数が等しくなりやすい。その結果、得られるポリイミド樹脂の重合度が向上しやすい。
【0207】
前記の末端アミノ基封止剤としては、化学式(1)で表される構造を有する樹脂の製造方法において使用する末端アミノ基封止剤を使用することができる。
【0208】
前記の末端カルボニル基封止剤としては、炭素数2〜10のアルコールまたはチオールなどが好ましく用いられる。これらのうち、アルコールが好ましい。具体的には、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、n−ペンチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−ノニルアルコール、n−デシルアルコール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソペンチルアルコール、sec−ペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、イソヘキシルアルコール、sec− ヘキシルアルコール、シクロプロピルアルコール、シクロブチルアルコール、シクロペンチルアルコール、シクロヘキシルアルコール、シクロヘプチルアルコール、シクロオクチルアルコール、ノルボルニルアルコール、アダマンチルアルコールなどが挙げられる。これらのアルコールのうち、イソプロピルアルコール、シクロヘキシルアルコール、tert−ブチルアルコール、tert−ペンチルアルコールなどであり、これらのうち、イソプロピルアルコール、シクロヘキシルアルコール、tert−ブチルアルコール、tert−ペンチルアルコールがより好ましく、tert−ブチルアルコールが最も好ましい。
【0209】
また、アルコールまたはチオールの反応を促進させるため、触媒を添加して行うことが好ましい。触媒を添加すれば、過剰にアルコールまたはチオール使用する必要がない。このような触媒としては、イミダゾール類、ピリジン類が挙げられる。これらの触媒のうち、1−メチルイミダゾール、N,N−ジメチル−4−アミノピリジンが好ましい。
【0210】
なお、得られる樹脂のカルボキシ基はアルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオンと塩を形成したものでも、炭素数1〜10の炭化水素基または炭素数1〜10のアルキルシリル基でエステル化されたものであってもよい。
【0211】
反応溶媒としては、化学式(1)で表される構造を有する樹脂の製造方法において使用する反応溶媒を使用することができる。
【0212】
上記の製造方法により得られた第2の形態にかかる樹脂組成物は、濾過フィルターを用いて濾過し、ゴミなどの異物を除去することが好ましい。フィルター孔径や材質は、第1の形態に係る樹脂組成物と同様のものを使用することができる。
【0213】
(耐熱性樹脂膜の製造方法)
次に、本発明の樹脂組成物を用いて耐熱性樹脂膜を製造する方法について説明する。その方法は、本発明の樹脂組成物を塗布する工程、および得られた塗布膜を220℃以上の温度で加熱する工程を含む。
【0214】
まず、本発明の樹脂組成物の実施形態の一つであるワニスを支持体上に塗布する。支持体としては、シリコン、ガリウムヒ素などのウェハ基板、サファイアガラス、ソーダ石灰硝子、無アルカリ硝子などのガラス基板、ステンレス、銅などの金属基板あるいは金属箔、セラミックス基板などが挙げられるがこれらに限定されない。
【0215】
ワニスの塗布方法としては、スピン塗布法、スリット塗布法、ディップ塗布法、スプレー塗布法、印刷法などが挙げられ、これらを組み合わせてもよい。耐熱性樹脂膜を電子デバイス用基板として用いる場合には、大型サイズのガラス基板上に塗布する必要があるため、特にスリット塗布法が好ましく用いられる。
【0216】
スリット塗布を行う場合、樹脂組成物の粘度が変化すると塗布性が変化するため、スリット塗布装置のチューニングをやり直す必要がある。よって、樹脂組成物の粘度変化は極力小さいことが好ましい。好ましい粘度変化の範囲は±10%以下である。より好ましくは±5%以下であり、さらに好ましくは±3%以下である。粘度変化の範囲が10%以下であれば、得られる耐熱性樹脂膜の膜厚の均一性を5%以下に抑えることができる。
【0217】
塗布に先立ち、支持体を予め前処理してもよい。例えば、前処理剤をイソプロパノール、エタノール、メタノール、水、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、アジピン酸ジエチルなどの溶媒に0.5〜20質量%溶解させた溶液を用いて、スピンコート、スリットダイコート、バーコート、ディップコート、スプレーコート、蒸気処理などの方法で支持体表面を処理する方法が挙げられる。必要に応じて、減圧乾燥処理を施し、その後50℃〜300℃の熱処理により支持体と前処理剤との反応を進行させることができる。
【0218】
塗布後は、樹脂組成物の塗膜を乾燥させることが一般的である。乾燥方法としては、減圧乾燥や加熱乾燥、あるいはこれらを組み合わせて用いることができる。減圧乾燥の方法としては、例えば、真空チャンバー内に塗膜を形成した支持体を置き、真空チャンバー内を減圧することで行う。また、加熱乾燥はホットプレート、オーブン、赤外線などを使用して行なう。ホットプレートを用いる場合、プレート上に直接、もしくは、プレート上に設置したプロキシピン等の治具上に塗膜を保持して加熱乾燥する。
【0219】
プロキシピンの材質としては、アルミニウムやステンレス等の金属材料、あるいはポリイミド樹脂や“テフロン(登録商標)”等の合成樹脂があり、耐熱性があればいずれの材質のプロキシピンを用いてもかまわない。プロキシピンの高さは、支持体のサイズ、樹脂組成物に用いられる(b)溶剤の種類、乾燥方法等により様々選択可能であるが、0.1〜10mm程度が好ましい。加熱温度は樹脂組成物に用いられる(b)溶剤の種類や目的により様々であり、室温から180℃の範囲で1分間〜数時間行うことが好ましい。ただし、樹脂組成物が(c)熱酸発生剤を含む場合には、室温から150℃の範囲で1分間〜数時間行うことが好ましい。150℃よりも高い温度で加熱すると、(c)熱酸発生剤が分解して酸が発生し、得られる塗布膜の保管安定性が低下する。
【0220】
本発明の樹脂組成物に(d)光酸発生剤を含む場合、次に説明する方法により、乾燥後の塗膜からパターンを形成することができる。塗膜上に所望のパターンを有するマスクを通して化学線を照射し、露光する。露光に用いられる化学線としては紫外線、可視光線、電子線、X線などがあるが、本発明では水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)を用いることが好ましい。ポジ型の感光性を有する場合、露光部が現像液に溶解する。ネガ型の感光性を有する場合、露光部が硬化し、現像液に不溶化する。
露光後、現像液を用いてポジ型の場合は露光部を、またネガ型の場合は非露光部を除去することによって所望のパターンを形成する。現像液としては、ポジ型・ネガ型いずれの場合もテトラメチルアンモニウム、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ水溶液にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルイソブチルアミドなどのアミド類、γ−ブチロラクトン、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などのエステル類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを添加してもよい。またネガ型においては、アルカリ水溶液を含まない上記アミド類、エステル類、スルホキシド類、ケトン類、アルコール類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを用いることもできる。現像後は水にてリンス処理をすることが一般的である。ここでも乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類などを水に加えてリンス処理をしてもよい。
【0221】
最後に180℃以上600℃以下の範囲で加熱処理し、塗膜を焼成することにより耐熱性樹脂膜を製造することができる。本発明においては、化学式(1)または化学式(6)中のZ、すなわち化学式(2)で表される構造の熱分解を促進するため、220℃以上の温度で加熱することがより好ましい。また、樹脂組成物が(c)熱酸発生剤を含む場合には、加熱する温度は、(c)熱酸発生剤の熱分解開始温度以上であることがより好ましい。熱酸発生剤の熱分解開始温度以上で加熱すると、前述の通り、(c)熱酸発生剤から発生した酸によって、化学式(1)または化学式(6)中の末端構造Zの熱分解が促進される。このため、引張り伸度および引張り最大応力に優れるポリイミド膜が得られる。
【0222】
得られた耐熱性樹脂膜は、半導体素子の表面保護膜や層間絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の絶縁層やスペーサー層、薄膜トランジスタ基板の平坦化膜、有機トランジスタの絶縁層、リチウムイオン二次電池の電極用バインダー、半導体用接着剤などに好適に用いられる。
【0223】
また、本発明の耐熱性樹脂膜はフレキシブルプリント基板、フレキシブルディスプレイ用基板、フレキシブル電子ペーパー用基板、フレキシブル太陽電池用基板、フレキシブルカラーフィルタ用基板などの電子デバイス用基板として好適に用いられる。これらの用途において、耐熱性樹脂膜の好ましい引張り伸度および引っ張り最大応力は、それぞれ15%以上、150MPa以上である。
【0224】
本発明における耐熱性樹脂膜の膜厚は特に限定されるものではないが、例えば電子デバイス用基板として用いられる場合、膜厚は5μm以上が好ましい。より好ましくは7μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。膜厚が5μm以上であれば、フレキシブルディスプレイ用基板として十分な機械特性が得られる。
【0225】
耐熱性樹脂膜を電子デバイス用基板として用いる場合、耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性は、5%以下が好ましい。より好ましくは4%以下であり、さらに好ましくは3%以下である。耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性は、5%以下であれば、耐熱性樹脂膜上に形成する電子デバイスの信頼性が向上する。
【0226】
以下では本発明の製造方法によって得られた耐熱性樹脂膜を電子デバイスの基板として用いる方法を説明する。その方法は、上述の方法で樹脂膜を形成する工程、およびその樹脂膜の上に電子デバイスを形成する工程を含む。
【0227】
まず、本発明の製造方法によって耐熱性樹脂膜をガラス基板などの支持体の上に製造する。
【0228】
つづいて耐熱性樹脂膜の上に駆動素子や電極を形成する等により、電子デバイスを形成する。例えば、電子デバイスが画像表示装置の場合は、画素駆動素子または着色画素を形成する等により、電子デバイスを形成する。画像表示装置が有機ELディスプレイの場合、画像駆動素子であるTFT、第一電極、有機EL発光素子、第二電極、封止膜を順に形成する。カラーフィルタの場合、必要に応じてブラックマトリックスを形成した後、赤、緑、青などの着色画素を形成する。
【0229】
必要に応じて耐熱性樹脂膜と画素駆動素子または着色画素の間に、ガスバリア膜を設けてもよい。ガスバリア膜を設けることで、画像表示装置の外部から水分や酸素が耐熱性樹脂膜を通過して画素駆動素子や着色画素の劣化を引き起こすのを防ぐことができる。ガスバリア膜としては、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒素膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)などの無機膜を単膜、あるいは複数の種類の無機膜を積層したものが用いられる。これらのガスバリア膜の成膜方法は、化学気相成長法(CVD)や物理気相成長法(PVD)などの方法を用いて行われる。さらには、ガスバリア膜としては、これらの無機膜とポリビニルアルコールなどの有機膜とを交互に積層したものなども用いることができる。
【0230】
最後に支持体から耐熱性樹脂膜を剥離し、耐熱性樹脂膜を含む電子デバイスを得る。支持体と耐熱性樹脂膜の界面で剥離する方法には、レーザーを用いる方法、機械的な剥離方法、支持体をエッチングする方法などが挙げられる。レーザーを用いる方法では、ガラス基板などの支持体に対し、画像表示素子が形成されていない側からレーザーを照射することで、画像表示素子にダメージを与えることなく、剥離を行うことができる。また、剥離しやすくするためのプライマー層を、支持体と耐熱性樹脂膜の間に設けても構わない。
【実施例】
【0231】
以下実施例等をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【0232】
(1)ポリイミドフィルム(耐熱性樹脂膜)の作製
塗布装置Mark−7(東京エレクトロン株式会社製)を用いて、8インチのガラス基板上にワニスをスピンコートし、110℃で8分間、乾燥した。つづいて、イナートオーブン(光洋サーモシステム株式会社製 INH−21CD)を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度20ppm以下)、50℃から4℃/minで昇温し、350度で30分加熱した。冷却後、ガラス基板をフッ酸に4分間浸漬してポリイミドフィルムをガラス基板から剥離し、風乾した。
【0233】
(2)耐熱性樹脂膜の引張り伸度、引張り最大応力、ヤング率の測定
テンシロン万能材料試験機(株式会社オリエンテック製 RTM−100)を用い、日本工業規格(JIS K 7127:1999)に従って測定を行った。
測定条件は、試験片の幅10mm、チャック間隔50mm、試験速度50mm/min、側定数n=10とした。
【0234】
(3)液中パーティクルの測定
液中パーティクルカウンター(リオン株式会社製 XP−65)を用いて、ワニス中のパーティクル(粒径1μm以上)の個数を測定した。
【0235】
(4)化学式
(3)で表される化合物の含有量測定
液体クロマトグラフ質量分析計(液体クロマトグラフ:株式会社島津製作所製 LC−20A、質量分析計:株式会社エービーサイエックス製 API4000)を用いて、合成例AおよびBで得られた標準試料から検量線を作成した。つづいて、同じ装置を用いてワニス中の化学式
(3)で表される化合物の含有量を測定した。
【0236】
(5)
1H−NMRスペクトル測定
核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製 EX−270)を用い、重溶媒に重ジメチルスルホキシドを用いて
1H−NMRスペクトルを測定した。
【0237】
(6)粘度
粘度計(東機産業株式会社製、TVE−22H)を用い、25℃にてワニスの粘度測定を行った。
【0238】
(7)ワニスの保管
各合成例で得られたワニスを、クリーンボトル(株式会社アイセロ製)の中で、23℃、または30℃で30日、または60日間放置した。保管後のワニスを用いて、(6)の方法で粘度を測定し、保管後のワニスにより(1)の方法で作製したポリイミドフィルムについて、(2)および(3)と同様にして引張り伸度、引張り最大応力、ヤング率、液中パーティクルの測定を行った。粘度の変化率は下式に従って求めた。
粘度の変化率(%)=(保管後の粘度−保管前の粘度)/保管前の粘度×100
【0239】
(8)耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性の測定
(1)と同様にしてガラス基板上にポリイミドフィルムを作製し、ガラス基板の端から10mmを除外したエリアの部分を、膜厚測定装置(RE−8000 スクリーン株式会社製)を用いて、10mmおきに耐熱性樹脂膜の膜厚を測定した。測定した膜厚から、下式に従って膜厚の面内均一性を求めた。
膜厚の面内均一性(%)=(膜厚の最大値−膜厚の最小値)/(膜厚の平均値×2)×100
【0240】
(9)熱分解開始温度の測定
示差走査熱量測定(株式会社島津製作所 DSC−50)を用いた。アルミ製のセルに試料((c)熱酸発生剤)を入れて、室温から400℃まで10℃/minで昇温して測定した。観測された吸熱ピークのピークトップ温度を熱分解開始温度とした。
【0241】
以下、下記の合成例等で使用する化合物の略称を記載する。
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
PDA:p−フェニレンジアミン
DAE:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
DIBOC:二炭酸ジ−tert−ブチル
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
THF:テトラヒドロフラン。
【0242】
TAG−1(熱分解開始温度:213℃):
【化39】
【0243】
TAG−2(熱分解開始温度:203℃):
【化40】
【0244】
TAG−3(熱分解開始温度:167℃):
【化41】
【0245】
TAG−4(熱分解開始温度:160℃):
【化42】
【0246】
TAG−5(熱分解開始温度:149℃):
【化43】
【0247】
TAG−6(熱分解開始温度:145℃):
【化44】
【0248】
TAG−7(熱分解開始温度:129℃):
【化45】
【0249】
合成例A
200mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、THF30gを投入し、0℃に冷却した。撹拌しながらPDA5.407g(50.00mmol)を入れて、THF10gで洗いこんだ。つづいて、DIBOC22.92g(105.0mmol)をTHF40gで希釈したものを1時間かけて滴下させながら加えた。滴下終了後、室温に昇温した。しばらくして、反応溶液中に析出物が現れた。12時間後、反応溶液を濾過して析出物を回収し、50℃で乾燥した。析出物の
1H−NMRスペクトル測定を行い、化学式(51)で表される化合物であることを確認し、標準試料とした。
【0250】
【化46】
【0251】
合成例B
200mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、THF30gを投入し、0℃に冷却した。撹拌しながらDAE10.01g(50.00mmol)を入れて、THF10gで洗いこんだ。つづいて、DIBOC22.92g(105.0mmol)をTHF40gで希釈したものを1時間かけて滴下させながら加えた。滴下終了後、室温に昇温した。しばらくして、反応溶液中に析出物が現れた。12時間後、反応溶液を濾過して析出物を回収し、50℃で乾燥した。析出物の
1H−NMRスペクトル測定を行い、化学式(52)で表される化合物であることを確認し、標準試料とした。
【0252】
【化47】
【0253】
合成例1:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、BPDA26.48g(90.00mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、DIBOC3.274g(15.00mmol)を加えて、NMP10gで洗いこんだ。さらに1時間後、BPDA2.942g(10.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0254】
合成例2:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを10分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0255】
合成例3:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを20分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0256】
合成例4:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを30分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0257】
合成例5:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを60分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0258】
合成例6:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを120分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0259】
合成例7:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP80gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらDAE20.02g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。DAEが溶解したことを確認し、PMDA19.63g(90.00mmol)を投入し、NMP10gで洗いこんだ。2時間後、DIBOC3.274g(15.00mmol)を加えて、NMP10gで洗いこんだ。さらに1時間後、PMDA2.181g(10.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0260】
合成例8:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらDAE20.02g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。DAEが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを20分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、PMDA21.81g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0261】
合成例9:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)を30分かけて滴下させながら加え、NMP20gで洗いこんだ。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0262】
合成例10:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)を1分かけて加え、NMP20gで洗いこんだ。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0263】
合成例11:
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらDAE20.02g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。DAEが溶解したことを確認し、DIBOC3.274g(15.00mmol)をNMP20gで希釈したものを1分かけて加えた。1時間後、PMDA21.81g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後、冷却した。反応溶液をフィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0264】
実施例1
A:合成例1で得られたワニスを用いて、液中パーティクルを測定するとともに、上記の(1)の方法でポリイミドフィルムを作製し、引張り伸度、引張り最大応力、ヤング率、の測定を行った。
B:合成例1で得られたワニスを、クリーンボトル(株式会社アイセロ製)の中で、23℃で30日間保管した。その後、保管後のワニスの液中パーティクルを測定するとともに、ポリイミドフィルムを作製し、引張り伸度、引張り最大応力、ヤング率、の測定を行った。
【0265】
実施例2〜8、比較例1〜3
表1〜2に記載のとおり、合成例2〜11で得られたワニスを用いて、実施例1と同様の評価を行った。
実施例1〜8および比較例1〜3の評価結果を表1〜2に示す。
【0266】
【表1】
【0267】
【表2】
【0268】
実施例11
C:合成例1で得られたワニスを用いて、粘度の測定を行った。同じワニスを用いて、スリット塗布装置(東レエンジニアリング株式会社製)のチューニングを行った。つづいて、同じスリット塗布装置で、縦350mm×横300mm×厚さ0.5mmの無アルカリガラス基板(AN−100、旭硝子株式会社製)上に、塗布を行った。つづいて、VCDおよびホットプレートで乾燥後、ガスオーブン(INH−21CD 光洋サーモシステム株式会社製)を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度20ppm以下)、500℃で30分加熱して、ガラス基板上に耐熱性樹脂膜を形成した。形成した耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性を測定した。
【0269】
D:合成例1で得られたワニスを、クリーンボトル(株式会社アイセロ製)の中で、23℃で30日間保管した。その後、保管後のワニスの粘度の測定を行った。同じワニスを用いて、Cでチューニング済みのスリット塗布装置で、Cと同様にガラス基板上に塗布を行った。つづいて、Cと同様に、ガラス基板上に耐熱性樹脂膜を形成し、形成した耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性を測定した。
【0270】
実施例12〜16
表3に記載のとおり、合成例2〜6で得られたワニスを用いて、実施例11と同様の評価を行った。
実施例11〜16の評価結果を表3に示す。
【0271】
【表3】
【0272】
実施例21
実施例1のBで得られた耐熱性樹脂膜の上にCVDによりSiO
2、Si
3N
4の積層から成るガスバリア膜を成膜した。つづいてTFTを形成し、このTFTを覆う状態でSi
3N
4から成る絶縁膜を形成した。次に、この絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、このコンタクトホールを介してTFTに接続される配線を形成した。
さらに、配線の形成による凹凸を平坦化するために、平坦化膜を形成した。次に、得られた平坦化膜上に、ITOからなる第一電極を配線に接続させて形成した。その後、レジストを塗布、プリベークし、所望のパターンのマスクを介して露光し、現像した。このレジストパターンをマスクとして、ITOエッチャントを用いたウエットエッチングによりパターン加工を行った。その後、レジスト剥離液(モノエタノールアミンとジエチレングリコールモノブチルエーテルの混合液)を用いて該レジストパターンを剥離した。剥離後の基板を水洗し、加熱脱水して平坦化膜付き電極基板を得た。次に、第一電極の周縁を覆う形状の絶縁膜を形成した。
【0273】
さらに、真空蒸着装置内で所望のパターンマスクを介して、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層を順次蒸着して設けた。次いで、基板上方の全面にAl/Mgから成る第二電極を形成した。さらにCVDによりSiO
2、Si
3N
4の積層から成る封止膜を形成した。最後にガラス基板に対し、耐熱性樹脂膜が成膜されていない側からレーザー(波長:308nm)を照射し、耐熱性樹脂膜との界面で剥離を行った。
以上のようにして、耐熱性樹脂膜上に形成された有機EL表示装置が得られた。駆動回路を介して電圧を印加したところ、良好な発光を示した。
【0274】
比較例22
比較例1のBで得られた耐熱性樹脂膜の上に、実施例21と同様にして有機EL表示装置を形成した。しかし、駆動回路を介して電圧を印加したところ、ワニス中のパーティクルに由来する耐熱性樹脂膜表面の凹凸によって、ダークスポットが発生し、発光特性は不良であった。
【0275】
合成例101
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC2.183g(10.00mmol)をNMP20gで希釈したものを30分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後エタノール0.4607g(10.00mmol)を加えてNMP10gで洗いこんだ。1時間後、冷却した。反応溶液の粘度が約2000cPになるようにNMPで希釈し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0276】
合成例102
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC2.183g(10.00mmol)をNMP20gで希釈したものを30分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後エタノール0.4607g(10.00mmol)および1−メチルイミダゾール8.210mg(0.1000mmol)を加えてNMP10gで洗いこんだ。1時間後、冷却した。反応溶液の粘度が約2000cPになるようにNMPで希釈し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0277】
合成例103
エタノールの代わりに、イソプロピルアルコール0.6010g(10.00mmol)を用いた以外は、合成例102と同様にワニスを作製した。
【0278】
合成例104
エタノールの代わりに、tert−ブチルアルコール0.7412g(10.00mmol)を用いた以外は、合成例101と同様にワニスを作製した。
【0279】
合成例105:
エタノールの代わりに、tert−ブチルアルコール0.7412g(10.00mmol)を用いた以外は、合成例102と同様にワニスを作製した。
【0280】
合成例106
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらDAE20.02g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。DAEが溶解したことを確認し、DIBOC2.183g(10.00mmol)をNMP20gで希釈したものを30分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、PMDA21.81g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後エタノール0.4607g(10.00mmol)および1−メチルイミダゾール8.210mg(0.1000mmol)を加えてNMP10gで洗いこんだ。1時間後、冷却した。反応溶液の粘度が約2000cPになるようにNMPで希釈し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0281】
合成例107
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらPDA10.81g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。PDAが溶解したことを確認し、DIBOC2.183g(10.00mmol)をNMP20gで希釈したものを30分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、BPDA29.42g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液の粘度が約2000cPになるようにNMPで希釈し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0282】
合成例108
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらBPDA29.42g(100.00mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。つづいて、tert−ブチルアルコール0.7412g(10.00mmol)を加えて、NMP10gで洗いこんだ。1時間後、PDA10.81g(100.0mmol)を加えて、NMP10gで洗いこんだ。4時間後、冷却した。反応溶液の粘度が約2000cPになるようにNMPで希釈し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0283】
合成例109
300mL4つ口フラスコに、温度計、撹拌羽根付き撹拌棒をセットした。次に、乾燥窒素気流下、NMP90gを投入し、40℃に昇温した。昇温後、撹拌しながらDAE20.02g(100.0mmol)を入れて、NMP10gで洗いこんだ。DAEが溶解したことを確認し、DIBOC2.183g(10.00mmol)をNMP20gで希釈したものを30分かけて滴下させながら加えた。滴下が完了してから、1時間後、PMDA21.81g(100.00mmol)加えて、NMP10gで洗いこんだ。2時間後、冷却した。反応溶液の粘度が約2000cPになるようにNMPで希釈し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過してワニスとした。
【0284】
実施例101
E:合成例101で得られたワニスを用いて、実施例11と同様にして、粘度および耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性を測定した。
F:合成例101で得られたワニスを、クリーンボトル(株式会社アイセロ製)の中で、30℃で60日間保管したものについても実施例11と同様に、粘度および耐熱性樹脂膜の膜厚の面内均一性を測定した。
【0285】
実施例102〜106、参考例101、比較例102、参考例103
表4および5に記載のとおり、合成例102〜109で得られたワニスを用いて、実施例11と同様の評価を行った。ただし、実施例10
6および比較例103において、ガスオーブンの加熱温度は400℃とした。
実施例101〜106および参考例101、比較例102、参考例103の評価結果を表4および5に示す。
【0286】
【表4】
【0287】
【表5】
【0288】
実施例107
実施例101のFで得られた耐熱性樹脂膜の上に、実施例21と同様にして有機EL表示装置を形成した。
形成した有機EL表示装置に駆動回路を介して電圧を印加したところ、良好な発光を示した。
【0289】
参考例104
参考例101のFで得られた耐熱性樹脂膜の上に、実施例107と同様にして有機EL表示装置を形成した。しかし、駆動回路を介して電圧を印加したところ、発光にムラが生じ不良であった。
【0290】
実施例201:
合成例1で得られたワニス50gに、0.50g(1.6mmol)のTAG−1をNMP1gに溶解したものを添加し、フィルター孔径0.2μmのフィルターで濾過した。濾過後のワニスを用い、ポリイミドフィルムを作製した。ただし、イナートオーブンの加熱条件は表6に記載の通りとした。得られたポリイミドフィルの引張り伸度、引張り最大応力、ヤング率を測定した。
【0291】
実施例202〜209:
表6に従って、樹脂の種類、熱酸発生剤の種類、イナートオーブンの加熱条件を適宜変更した以外は、実施例201と同様に評価を行った。
【0292】
参考例201〜203
熱酸発生剤を添加しない以外は、表6に従って、樹脂の種類、イナートオーブンの加熱条件を適宜変更した以外は実施例201と同様に評価を行った。
実施例201〜209、参考例201〜203の評価結果を表6に示す。
【0293】
【表6】
【0294】
実施例210
実施例201で得られた耐熱性樹脂膜の上に、実施例21と同様にして有機EL表示装置を形成した。形成した有機EL表示装置に駆動回路を介して電圧を印加したところ、良好な発光を示した。
【0295】
参考例204:
参考例201で得られた耐熱性樹脂膜の上に、実施例21と同様にして有機EL素子を形成した。しかし、ガラス基板から剥離する工程で、耐熱性樹脂膜の機械強度が低く、破断したため、以降の評価に進めることができなかった。