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特許7602145ノボラック樹脂、エポキシ樹脂、感光性樹脂組成物、硬化性樹脂組成物、硬化物、電子デバイス、ノボラック樹脂の製造方法、エポキシ樹脂の製造方法および活性エステル樹脂の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-10
(45)【発行日】2024-12-18
(54)【発明の名称】ノボラック樹脂、エポキシ樹脂、感光性樹脂組成物、硬化性樹脂組成物、硬化物、電子デバイス、ノボラック樹脂の製造方法、エポキシ樹脂の製造方法および活性エステル樹脂の製造方法
(51)【国際特許分類】
   C08G 8/04 20060101AFI20241211BHJP
   C08G 59/08 20060101ALI20241211BHJP
   G03F 7/023 20060101ALI20241211BHJP
【FI】
C08G8/04
C08G59/08
G03F7/023
【請求項の数】 35
(21)【出願番号】P 2022510703
(86)(22)【出願日】2021-03-25
(86)【国際出願番号】 JP2021012741
(87)【国際公開番号】W WO2021193878
(87)【国際公開日】2021-09-30
【審査請求日】2024-01-05
(31)【優先権主張番号】P 2020057369
(32)【優先日】2020-03-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2020078271
(32)【優先日】2020-04-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2020164681
(32)【優先日】2020-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002200
【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】廣瀧 謙亮
(72)【発明者】
【氏名】原 由香里
(72)【発明者】
【氏名】青木 貴志
(72)【発明者】
【氏名】名倉 裕力
(72)【発明者】
【氏名】細井 健史
【審査官】▲高▼橋 理絵
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-102420(JP,A)
【文献】特開昭64-045423(JP,A)
【文献】特開2002-198283(JP,A)
【文献】特開昭61-111319(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 4/00-16/06
C08G 59/00-59/72
G03C 3/00
G03F 7/00-7/04;7/06;7/075-7/115;7/16-7/18
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
―C(CF)H―で表される部分構造を有し、
以下一般式(1)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化1】
一般式(1)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、R が複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は1価の置換基を表し、R が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
nは0~2であり、
pは1以上であり、qは0以上であり、ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
【請求項2】
請求項に記載のノボラック樹脂であって、
n=0であるノボラック樹脂。
【請求項3】
請求項1に記載のノボラック樹脂であって、
以下一般式(8)~(11)からなる群より選択される少なくとも1種の構造単位を有するノボラック樹脂。
【化2】
【化3】
【化4】
【化5】
一般式(8)~(11)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
lおよびmはそれぞれ独立に0~3であり、
は水素原子、アルキル基、アルケニル基、またはアリール基を表し、これらの基は、さらに、フッ素原子で置換されていてもよく、Rが連結して、飽和または不飽和の、単環または多環の、炭素数3~10の環式基を形成してもよく、
が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよい。
【請求項4】
請求項のいずれか1項に記載のノボラック樹脂であって、
前記Rが重合性炭素―炭素二重結合を含むノボラック樹脂。
【請求項5】
請求項1~のいずれか1項に記載のノボラック樹脂であって、
以下一般式(12)で表される部分構造を有するノボラック樹脂。
【化6】
一般式(12)中、
は水素原子または一価の有機基を表し、
は水素原子、メチル基、またはフッ素原子を表す。
【請求項6】
請求項に記載のノボラック樹脂であって、
が末端にカルボキシ基を有する基を表すノボラック樹脂。
【請求項7】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(2)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化7】
【請求項8】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(3)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化8】
【請求項9】
請求項1に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(4)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化9】
【請求項10】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(5)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化10】
【請求項11】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(6)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化11】
【請求項12】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(22)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化12】
【請求項13】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(23)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化13】
【請求項14】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(24)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化14】
【請求項15】
請求項1または2に記載のノボラック樹脂であって、
以下式(25)で表される構造単位を有するノボラック樹脂。
【化15】
一般式(25)中、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
qは0~3である。
【請求項16】
請求項1~のいずれか1項に記載のノボラック樹脂であって、
以下一般式(13)~(15)からなる群より選択される少なくとも1種の構造単位を有するノボラック樹脂。
【化16】
【化17】
【化18】
一般式(13)~(15)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は水素原子、アルキル基、アルケニル基、またはアリール基を表し、これらの基は、さらに、フッ素原子で置換されていてもよく、Rが連結して、飽和または不飽和の、単環または多環の、炭素数3~10の環式基を形成してもよく、
が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
は水素原子または一価の有機基を表し、
は水素原子、メチル基、またはフッ素原子を表す。
【請求項17】
請求項1~16のいずれか1項に記載のノボラック樹脂であって、
重量平均分子量が300~200,000であるノボラック樹脂。
【請求項18】
請求項1~17のいずれか1項に記載のノボラック樹脂と、感光剤と、を含む感光性樹脂組成物。
【請求項19】
請求項18に記載の感光性樹脂組成物であって、
フォトレジスト組成物、ソルダーレジスト組成物またはインプリント組成物である感光性樹脂組成物。
【請求項20】
―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂。
【請求項21】
請求項20に記載のエポキシ樹脂であって、
以下一般式(A)で表される構造単位を有するエポキシ樹脂。
【化19】
一般式(A)中、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
nは0~2であり、
pは1以上であり、qは0以上であり、ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
【請求項22】
請求項21に記載のエポキシ樹脂であって、
が、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アリールオキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、シリル基およびハロゲノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種であるエポキシ樹脂。
【請求項23】
請求項20に記載のエポキシ樹脂であって、
以下一般式(8)~(11)からなる群より選択される少なくとも1種の構造単位を有するエポキシ樹脂。
【化20】
【化21】
【化22】
【化23】
一般式(8)~(11)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、 のうち少なくとも1つはグリシジル基であり、R が複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は1価の置換基を表し、R が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
lおよびmはそれぞれ独立に0~3であり、
は水素原子、アルキル基、アルケニル基、またはアリール基を表し、これらの基は、さらに、フッ素原子で置換されていてもよく、R が連結して、飽和または不飽和の、単環または多環の、炭素数3~10の環式基を形成してもよく、
が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよい。
【請求項24】
請求項20または21に記載のエポキシ樹脂であって、
以下式(B)で表される構造単位を有するエポキシ樹脂。
【化24】
【請求項25】
請求項20または21に記載のエポキシ樹脂であって、
以下式(C)で表される構造単位を有するエポキシ樹脂。
【化25】
【請求項26】
請求項20または21に記載のエポキシ樹脂であって、
以下式(D)で表される構造単位を有するエポキシ樹脂。
【化26】
【請求項27】
請求項2026のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂であって、
全塩素量が0~4000ppmであるエポキシ樹脂。
【請求項28】
請求項1~17のいずれか1項に記載のノボラック樹脂を含む、硬化剤。
【請求項29】
請求項1~17のいずれか1項に記載のノボラック樹脂または請求項2027のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂の少なくとも1つを含む硬化性樹脂組成物。
【請求項30】
請求項29に記載の硬化性樹脂組成物であって、
ソルダーレジスト組成物またはインプリント組成物である硬化性樹脂組成物。
【請求項31】
請求項29または30に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させた硬化物。
【請求項32】
請求項31に記載の硬化物を含む電子デバイス。
【請求項33】
芳香族化合物と、フルオラールとを、酸触媒の存在下で反応させることにより、―C(CF)H―で表される部分構造を有し、以下一般式(1)で表される構造単位を有するノボラック樹脂を製造する、ノボラック樹脂の製造方法。
【化27】
一般式(1)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、R が複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は1価の置換基を表し、R が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
nは0~2であり、
pは1以上であり、qは0以上であり、ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
【請求項34】
―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂を、エピハロヒドリンと塩基の存在下で反応させるエポキシ化工程を含むエポキシ樹脂の製造方法。
【請求項35】
芳香族化合物と、フルオラールとを、酸触媒の存在下で反応させることにより、―C(CF )H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂を合成する合成工程と、少なくとも前記ノボラック樹脂と、芳香族カルボン酸またはその酸ハロゲン化物とを反応させる反応工程を含む、活性エステル樹脂の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂、感光性樹脂組成物、硬化性樹脂組成物、硬化物、電子デバイス、ノボラック樹脂の製造方法およびエポキシ樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子デバイスの製造のために、フッ素系樹脂が使用される場合がある。
一例として、特許文献1には、フッ素含有樹脂を含むリソグラフィー用レジスト上層膜形成組成物が記載されている。
別の例として、特許文献2には、フッ素原子を有する重合体を含む回路基板用樹脂基板が記載されている。
更に別の例として、特許文献3には、含フッ素ノボラック樹脂を含有するレジスト下層膜材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第6319582号公報
【文献】特許第6206445号公報
【文献】特許第6502885号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明者らは、電子デバイスの製造に好ましく用いることができるフッ素含有樹脂を提供することを目的の1つとして、検討を行った。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、検討の結果、以下の第1発明および第2発明を完成させた。
【0006】
第1発明は、以下である。
【0007】
―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂。
【0008】
また、本発明によれば、
上記のノボラック樹脂と、感光剤と、を含む感光性樹脂組成物
が提供される。
【0009】
第2発明は、以下である。
【0010】
―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂。
【0011】
また、本発明によれば、
第1発明のノボラック樹脂または第2発明のエポキシ樹脂の少なくとも1つを含む硬化性樹脂組成物
が提供される。
【0012】
また、本発明によれば、
上記の硬化性樹脂組成物を硬化させた硬化物
が提供される。
【0013】
また、本発明によれば、
上記の硬化物を含む電子デバイス
が提供される。
【0014】
また、本発明によれば、
芳香族化合物と、フルオラールとを、酸触媒の存在下で反応させることにより、―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂を製造する、ノボラック樹脂の製造方法
が提供される。
【0015】
また、本発明によれば、
―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂を、エピハロヒドリンと塩基の存在下で反応させるエポキシ化工程を含むエポキシ樹脂の製造方法が提供される。
【0016】
本発明によれば、電子デバイスの製造に好ましく用いることができるフッ素含有樹脂が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【0018】
本明細書中、数値範囲の説明における「X~Y」との表記は、特に断らない限り、X以上Y以下のことを表す。例えば、「1~5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」を意味する。
【0019】
本明細書における基(原子団)の表記において、置換か無置換かを記していない表記は、置換基を有しないものと置換基を有するものの両方を包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書における「(メタ)アクリル」との表記は、アクリルとメタクリルの両方を包含する概念を表す。「(メタ)アクリレート」等の類似の表記についても同様である。
本明細書における「有機基」の語は、特に断りが無い限り、有機化合物から1つ以上の水素原子を除いた原子団のことを意味する。例えば、「1価の有機基」とは、任意の有機化合物から1つの水素原子を除いた原子団のことを表す。
本明細書中の化学式において、「Me」の表記は、メチル基(CH)を表す。
本明細書中、「フルオラール」の語は、トリフルオロアセトアルデヒドを意味する。
本明細書における「ノボラック樹脂」は、フェノールやクレゾールなどの単環の芳香環にヒドロキシ基が置換したフェノール系化合物を原料とするものだけでなく、例えばヒドロキシナフタレンなど、多環の芳香環にヒドロキシ基が置換したフェノール系化合物を原料とするものも包含する。また、本明細書におけるノボラック樹脂は、フェノール系化合物とホルムアルデヒドが反応したものだけでなく、フェノール系化合物と各種アルデヒド(具体的にはフルオラール等)が反応したものも包含する。また、本明細書において、ノボラック樹脂中のフェノール性水酸基の水素原子の一部または全部は、水素原子以外の基で置換されていてもよい。すなわち、本明細書において、ノボラック樹脂は、フェノール性水酸基を有さないものを含みうる。
本明細書中の「電子デバイス」の語は、半導体チップ、半導体素子、プリント配線基板、電気回路、ディスプレイ装置、情報通信端末、発光ダイオード、物理電池、化学電池など、電子工学の技術が適用された素子、デバイス、最終製品等を包含する意味で用いられる。
【0020】
本明細書において、第1発明の実施形態を第1実施形態と、第2発明の実施形態を第2実施形態と記載することがある。
【0021】
第1発明のノボラック樹脂および第2発明のエポキシ樹脂は、芳香環―C(CF)H―芳香環で表される部分構造を有する点で共通性がある。このような部分構造を有することにより、電子デバイス製造でしばしば用いられる光(g線、i線、h線など)の透過性およびアルカリ現像液に対する溶解性が良好となる。
【0022】
<<第1実施形態>>
<ノボラック樹脂>
第1実施形態のノボラック樹脂は、―C(CF)H―で表される部分構造を有する。
【0023】
第1実施形態のノボラック樹脂は、一例として、電子デバイス製造でしばしば用いられる光(g線、i線、h線など)の透過性が良好である。これは、第1実施形態のノボラック樹脂は電子求引性であるフッ素原子を含有しているためと考えられる(C-F結合がC-H結合に比べてg線、i線、h線などの光を吸収しにくいためと考えられる)。
【0024】
また、第1実施形態のノボラック樹脂は、別の例として、一般に疎水性を示すフッ素原子を含むにもかかわらず、電子デバイス製造でしばしば用いられるアルカリ現像液に対する溶解性が良好である(以下、アルカリ現像液に対する溶解性のことを、単に「アルカリ溶解性」とも表記する)。メカニズムは定かではないが、第1実施形態のノボラック樹脂は、-C(CF)H-という非対称構造を持つため、フッ素原子が持つ高い電子求引性の性質と、屈曲したポリマー構造による寄与が大きいと考えられる。このことが、良好なアルカリ溶解性に関係しているものと推測される。
【0025】
また、構造単位内にフッ素原子を持つことは、インプリント用途においても利点をもたらす。一般的なインプリント用樹脂に求められる性質として、金属金型との密着性が低いことが期待される。第1実施形態において構造単位内にフッ素原子を持つことで、金型との密着性を低下させることができる。
【0026】
以下、第1実施形態のノボラック樹脂に関する説明を続ける。
【0027】
第1実施形態のノボラック樹脂は、好ましくは、以下一般式(1)で表される構造単位を有する。特に、一般式(1)においてn=0である場合に前述の光透過性が良好である。
【0028】
【化1】
【0029】
一般式(1)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
nは0~2であり、
pは1以上であり、qは0以上であり、ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
【0030】
(一般式(1)の説明)
が1価の有機基である場合、その1価の有機基の例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、シアノ基などを挙げることができる。これら基の任意の炭素上に、例えばハロゲン原子、アルコキシ基、ハロアルコキシ基などの置換基が、任意の数かつ任意の組み合わせで置換されていてもよい。
が1価の有機基である場合、その1価の有機基の炭素数は、例えば1~20、好ましくは1~10である。
は、好ましくは水素原子またはアルキル基であり、より好ましくは水素原子である。アルキル基としては、炭素数1~6の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましく、中でもn-ブチル基、s-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、エチル基及びメチル基が好ましく、特にエチル基とメチル基が好ましい。
アルカリ溶解性の観点からは、Rは水素原子であることが好ましい(pが2以上である場合、少なくとも1つのRは水素原子であることが好ましい)。
【0031】
の1価の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アリールオキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、シリル基、およびハロゲノ基(例えば、フルオロ基)等が挙げられる。これらの基は、さらに、フッ素原子やカルボキシル基などの置換基を有していてもよい。
としては、アルキル基、アルコキシ基、フッ素化アルキル基(例えばトリフルオロメチル基)、ハロゲノ基(例えば、フルオロ基)およびニトロ基が好ましい。なかでも、Rとしてはアルキル基が好ましい。アルキル基の具体例としては、Rにおけるアルキル基として挙げたものと同様のものを挙げることができる。
【0032】
nは、0~2であればよいが、好ましくはn=0である。例えば電子デバイス製造でしばしば用いられる光(g線、i線、h線など)の透過性の観点から、n=0~1が好ましい。広い意味での電子デバイスで考えた場合、例えば下層膜などでは耐熱性の観点などからn=1が良い場合もある。
【0033】
pは1以上であり、qは0以上である。ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
前述のように、nは、好ましくは0である。
原料の準備の容易性やコストの観点から、pは好ましくは1である。
原料の準備の容易性やコストの観点から、qは好ましくは0~2、より好ましくは0~1、さらに好ましくは0である。
【0034】
―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂の構造単位の好ましい態様として、以下一般式(8)~(11)で表される構造単位を挙げることができる。
【0035】
【化2】
【0036】
【化3】
【0037】
【化4】
【0038】
【化5】
【0039】
上記一般式(8)~(11)中、
は、水素原子または1価の有機基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でも異なっていてもよく、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
およびRの例としては、一般式(1)におけるRおよびRの例と同様であり、
lおよびmはそれぞれ独立に0~3であり、
は水素原子、アルキル基、アルケニル基、またはアリール基を表し、これらの基は、さらに、フッ素原子で置換されていてもよく、Rが連結して、飽和または不飽和の、単環または多環の、炭素数3~10の環式基を形成してもよく、
が複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよい。
【0040】
また、上記Rは、重合性炭素―炭素二重結合を含むことが好ましい。これは、重合性炭素―炭素二重結合同士がラジカル重合によって結合することによって、分子鎖の間で架橋構造が形成され、光もしくは熱による硬化性が増すためである。
【0041】
また、上記Rは、以下一般式(12)で示される部分構造であることがより好ましい。
【0042】
【化6】
上記一般式(12)中、
は水素原子または一価の有機基を表し、
は水素原子、メチル基、またはフッ素原子を表す。
この部分構造を持つことは合成上の観点から好ましい。
【0043】
また、上記Rは、上記一般式(12)で示される部分構造中のRが末端にカルボキシ基を有する基であることがさらに好ましい。末端にカルボキシ基が存在することによって、現像性が増す効果が得られる。
【0044】
上記のような―C(CF)H―で表される部分構造の好ましい態様として、以下一般式(13)~(15)で表される構造単位や、その他列挙された構造単位を挙げることができる。列挙された構造単位中、R~Rの定義は一般式(8)~(12)のそれらと同様である。
念のため述べておくと、第1実施形態のノボラック樹脂は、互いに構造が異なる2以上の部分構造を有していてもよい。例えば、第1実施形態のノボラック樹脂は、以下に示される一般式(13)~(15)の構造単位やその他列挙された構造単位のうち2以上の構造単位を有していてもよい。もちろん、第1実施形態のノボラック樹脂は、1のみの構造単位から構成されていてもよい。
また、第1実施形態のノボラック樹脂は、―C(CF)H―で表される部分構造と、―C(CF)H―で表されない部分構造とを含んでいてもよい。
【0045】
【化7】
【0046】
【化8】
【0047】
【化9】
【0048】
一般式(1)で表される構造単位の好ましい態様として、以下式(2)~(6)で表される構造単位や、その他列挙された構造単位を挙げることができる。列挙された構造単位中、pおよびqの定義は一般式(1)のそれらと同様である。
念のため述べておくと、第1実施形態のノボラック樹脂は、一般式(1)に当てはまるが、互いに構造が異なる2以上の構造単位を有していてもよい。例えば、第1実施形態のノボラック樹脂は、以下に示される式(2)~(6)の構造単位やその他列挙された構造単位のうち2以上の構造単位を有していてもよい。もちろん、第1実施形態のノボラック樹脂は、1のみの構造単位から構成されていてもよい。
また、第1実施形態のノボラック樹脂は、一般式(1)に当てはまる構造単位と、一般式(1)に当てはまらない構造単位とを含んでいてもよい。
【0049】
【化10】
【0050】
【化11】
【0051】
【化12】
【0052】
【化13】
【0053】
【化14】
【0054】
【化15】
【0055】
【化16】
【0056】
【化17】
【0057】
【化18】
【0058】
【化19】
【0059】
(分子量、分散度)
第1実施形態のノボラック樹脂の重量平均分子量は、好ましくは300~200,000、より好ましくは300~150,000、さらに好ましくは300~100,000である。重量平均分子量を調整することにより、アルカリ溶解性、溶剤溶解性、膜としたときの物性などを調整可能である。すなわち、重量平均分子量を調整することにより、第1実施形態のノボラック樹脂の電子デバイス製造への適用性を一層高めることができる。
第1実施形態のノボラック樹脂の多分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は、好ましくは1~20、より好ましくは1~10である。多分散度を適当な数値範囲内とすることで、例えば、均一な膜を得やすくなったり、膜としたときの機械物性が良化したりする。また、アルカリ現像液を用いたパターニング性能の向上も期待できる。
重量平均分子量や多分散度は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC) により、ポリスチレンを標準物質として求めることができる。
【0060】
<ノボラック樹脂の製造方法(合成方法)>
第1実施形態のノボラック樹脂は、典型的には、フェノール系化合物と、フルオラールとを、酸触媒の存在下で反応させることで製造(合成)することができる。
以下、原材料や反応条件などについて説明する。
【0061】
(フェノール系化合物)
フェノール系化合物としては、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール等のクレゾール類、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール等のキシレノール類、o-エチルフェノール、m-エチルフェノール、p-エチルフェノール等のエチルフェノール類、o-イソプロピルフェノール、m-イソプロピルフェノール、p-イソプロピルフェノール等のイソプロピルフェノール類、o-ブチルフェノール、m-ブチルフェノール、p-ブチルフェノール、p-イソブチルフェノール、p-tert-ブチルフェノール等のブチルフェノール類、p-tert-アミルフェノール、p-オクチルフェノール、p-ノニルフェノール、p-クミルフェノール等のアルキルフェノール類、フルオロフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、ヨードフェノール等のハロゲン化フェノール類、p-フェニルフェノール、アミノフェノール、ニトロフェノール、ジニトロフェノール、トリニトロフェノール等の1価フェノール置換体を挙げることができる。
また、1-ナフトール、2-ナフトール、2-ヒドロキシアントラセン等の多環フェノール類、ハイドロキノン、レゾルシノール、カテコールなどのジヒドロキシベンゼン類も挙げることができる。
さらに、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールE、ビスフェノールS、ビスフェノールAF、水添ビスフェノールA、ビスフェノールM、ビスフェノールP、ビスフェノールZ等のビスフェノール類も挙げることができる。
【0062】
(フルオラール)
フルオラールの調製は、それの等価体として市販品(東京化成工業株式会社品)の水和物やフルオラールのヘミアセタールが利用可能である。また、特開平5-97757号公報等の文献に記載の方法でフルオラールの水和物やフルオラールのヘミアセタール体を調製できる。
【0063】
また、特開平3-184933号公報に記載の方法のとおり、安価なクロラール(トリクロロエタナール)の触媒気相フッ素化反応により、クロラールをほぼ定量的にフルオラールへ変換させることが可能である。これを利用することで、無水フルオラールを調製することもできる。後述の実施例ではこのようにしてフルオラールを得ている。
【0064】
フルオラールは低沸点化合物であり、一般的に自己反応性が高く、取り扱いが困難な化合物である。しかし、本発明者らの知見によれば、フルオラールはフッ化水素溶液中で非常に安定に取り扱える。フルオラールをフッ化水素中で取り扱った場合、下記スキームで表す通り、フルオラールとフッ化水素からなる付加体である、1,2,2,2-テトラフルオロエタノールが生成する。
【0065】
【化20】
【0066】
このように、1,2,2,2-テトラフルオロエタノールは、フルオラールとフッ化水素との間で平衡状態の関係となる。系内にフッ化水素が過剰に存在する場合には、平衡が1,2,2,2-テトラフルオロエタノール側に寄り、その結果、フルオラールの分解が抑制されるものと推測される。本発明者らの知見によれば、フッ化水素中のフルオラールは、化合物の安定性の向上だけではなく、沸点の上昇も確認されており、室温付近でも低沸点化合物であるフルオラールを、フッ化水素の付加体として容易に取り扱える。
【0067】
調製したフルオラールをフッ化水素との混合物として取り扱う場合、用いるフッ化水素の添加量は、調製されたフルオラール1molに対し、通常0.1~100mol、好ましくは1~75mol、更に好ましくは2~50molである。フッ化水素の添加量は、十分な安定化効果と、コスト面から決定される。
また、フルオラール/フッ化水素の混合物には、過剰量のフッ化水素が含まれる場合もある。しかし、フッ化水素自身は酸性物質としての機能を有するため、フッ化水素は酸触媒や脱水剤として作用したり、反応を促進させる添加剤として作用したりする場合もある。これらの点で、フルオラールを、フッ化水素の混合物として取り扱う利点はあると言える。
【0068】
(ノボラック樹脂の合成条件)
合成は、ノボラック樹脂の合成の常法を参考としつつ、酸触媒を用いるなどして行えばよい。合成は、例えば-20~150℃で2~30時間の条件で行うことができる。
合成の際の圧力は、絶対圧で0.1~10MPaの条件で行うことができる。圧力は、好ましくは0.1~5MPa、より好ましくは0.1~1MPaである。高い圧力で反応する際には高圧反応容器が必要となり設備コストがかかってしまうため、できるだけ低い圧力で実施することが好ましい。
合成においては、溶媒を使用してもよい。溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、エタノ-ル、ブタノ-ルなどのアルコ-ル類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどエステル類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、tert-ブチルメチルエーテルなどのエーテル類、エトキシエチルアルコ-ルなどのエ-テルアルコ-ル類、プロピレングリコ-ルモノメチルエ-テルアセテートなどのエ-テルエステル類、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルイミダゾリジノンなどのアミド類、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、スルホランなどの環状スルホン類、ニトロメタン、ニトロエタンなどのニトロ系炭化水素類、ニトロベンゼンなどのニトロ系芳香族炭化水素類などを挙げることができる。また、特に第1実施形態のようにフルオラールを用いる場合、1,2-ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、トリクロロエタン等のハロゲン系溶媒も好ましく使用される。
【0069】
合成の際のフェノール系化合物:フルオラールの混合比は、好ましくは2:1~1:1であり、より好ましくは1.8:1であり、さらに好ましくは1.5:1である。混合比が上記範囲内であることにより、フッ素原子がノボラック樹脂中に効率よく導入され、アルカリ溶解性やインプリント用途に用いた際の金型との密着性をより好適なものとすることができる。
【0070】
合成で用いることができる触媒としては、塩酸、硫酸、過塩素酸及び燐酸のような無機酸、蟻酸、酢酸、蓚酸、トリクロロ酢酸及びp-トルエンスルホン酸のような有機酸、酢酸亜鉛、塩化亜鉛及び酢酸マグネシウムのような二価金属塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2以上を組合せて用いてもよい。ちなみに、前述のように、フルオラール/フッ化水素の混合物を用いる場合、フッ化水素が酸触媒として働くと考えられる。
【0071】
合成の際に酸触媒を用いる場合、酸触媒の量としては、フルオラール1モルに対して好ましくは0.01~100モルであり、より好ましくは0.1~30モルであり、さらに好ましくは0.5~25モルである。酸触媒の量を上記範囲内にすることにより、フッ素原子がノボラック樹脂中に効率よく導入され、アルカリ溶解性やインプリント用途に用いた際の金型との密着性をより好適なものとすることができる。
【0072】
(その他補足)
得られたノボラック樹脂については、貧溶媒(典型的には水)に投入することによる析出処理、水や重曹水での洗浄処理、分液操作などを組み合わせることにより、未反応物や不純物を除去することが好ましい。これら処理の具体的方法は、ポリマー合成における公知の方法を適宜参照することができる。
また、得られたノボラック樹脂にエピクロルヒドリンを反応させること等によりエポキシ樹脂として利用することができる。また、得られたエポキシ樹脂に(メタ)アクリル酸などのカルボン酸を反応させ、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂として利用することが可能である。さらに、得られたエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、酸無水物などと反応させ、酸変性エポキシ(メタ)アクリレート樹脂として利用することもできる。この際、反応させる酸無水物としては、重合性炭素―炭素結合を持つ化合物であってもよい。
【0073】
本実施形態のノボラック樹脂は、粉体状であっても良い。また、上記粉体を任意の溶媒に溶かしてノボラック樹脂溶液として用いることもできる。
【0074】
<<第2実施形態>>
<エポキシ樹脂>
第2実施形態のエポキシ樹脂は、―C(CF)H―で表される部分構造を有する。
【0075】
第2実施形態のエポキシ樹脂は、例えば、良好な光透過性を有する。特に、可視光や近紫外線の透過性が良好である。これは、エポキシ樹脂の構造中に電気陰性度の大きなフッ素原子が含まれることにより、通常のフッ素不含エポキシ樹脂と比べて、吸収波長がシフトしたためと考えられる。
可視光の透過性が良好であるということは、第2実施形態のエポキシ樹脂は、例えば、高度の透明性が要求される光学部材の原材料として好ましく適用されることを意味する。
近紫外線の透過性が良好であるということは、例えば、第2実施形態のエポキシ樹脂を、電子デバイスの製造に用いられる感光性樹脂組成物に好ましく適用可能なことを意味する。電子デバイスの製造においては、しばしば、近紫外線を感光性樹脂組成物に照射することで感光性樹脂組成物を硬化させたりパターニングしたりするためである。
【0076】
また、第2実施形態のエポキシ樹脂は、フッ素原子を含むにもかかわらず、樹脂の過度な剛直化が抑えられていると言うことができる。
一般に、樹脂にフッ素を導入すると、樹脂は剛直となりがちである。樹脂の剛直化は、例えば耐熱性向上の点では好ましいが、過度な剛直化は、樹脂や硬化膜の機械特性の低下(脆くなりがち)など、他の特性の低下をもたらしかねない。
しかし、第2実施形態のエポキシ樹脂は、おそらくは、特許文献1に記載のCF基を2つ有する構造(-C(CF-)ではなく、CF基を1つのみ有する構造(-C(CF)H-)を有することに起因し、フッ素原子導入による効果(良好な透明性など)を得つつ、樹脂の過度な剛直化が抑えられるものと推測される。
ちなみに、樹脂の剛直化の程度は、例えば、樹脂の硬化物のガラス転移温度を指標とすることができる。
【0077】
また、第2実施形態のエポキシ樹脂は、種々の溶媒(有機溶媒)に対する溶解性が良好な傾向を有する。この理由は必ずしも明らかではないが、おそらくは、樹脂中にフッ素原子が含まれることにより、種々の有機溶媒との親和性が良好となっていると推測される。かつ/または、上述のように、樹脂の過度な剛直化が抑えられていることにより、樹脂が運動しやすくなっており、その結果として溶媒溶解性が良好となっているとも推測される。
【0078】
また、第2実施形態のエポキシ樹脂は、以下一般式(A)で表される構造単位を有することが好ましい。上記構造単位を有することにより、前述の光透過性、樹脂の過度な剛直化の抑制および溶解性をより好適なものとすることができる。
【0079】
【化21】
【0080】
一般式(A)中、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
nは0~2であり、
pは1以上であり、qは0以上であり、ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
【0081】
第2実施形態のエポキシ樹脂に関する説明を続ける。
【0082】
(一般式(A)の説明)
の1価の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アリールオキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、シリル基およびハロゲノ基(例えば、フルオロ基)等が挙げられる。これらの基は、さらに、フッ素原子やカルボキシル基などの置換基を有していてもよい。
としては、アルキル基、アルコキシ基、フッ素化アルキル基(例えばトリフルオロメチル基)、ハロゲノ基(例えば、フルオロ基)およびニトロ基が好ましい。なかでも、Rとしてはアルキル基が好ましい。アルキル基の具体例としては、アルキル基としては、炭素数1~6の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましく、中でもn-ブチル基、s-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、エチル基及びメチル基が好ましく、特にエチル基とメチル基が好ましい。
【0083】
nは、0~2であればよいが、好ましくはn=0である。光学部材としての可視光の透過性や、電子デバイス製造でしばしば用いられる光(g線、i線、h線など)の透過性の観点から、n=0~1が好ましい。広い意味での電子デバイスで考えた場合、例えば下層膜では耐熱性の観点などからn=1が良い場合もある。
【0084】
pは1以上であり、qは0以上である。ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
前述のように、nは、好ましくは0である。
原料の準備の容易性やコストの観点から、pは好ましくは1である。
原料の準備の容易性やコストの観点から、qは好ましくは0~2、より好ましくは0~1、さらに好ましくは0である。
【0085】
一般式(A)で表される構造単位の好ましい態様として、以下一般式(B)~(D)で表される構造単位や、その他列挙された構造単位を挙げることができる。列挙された構造単位中、pおよびqの定義は一般式(A)のそれらと同様である。
念のため述べておくと、第2実施形態のエポキシ樹脂は、一般式(A)に当てはまるが、互いに構造が異なる2以上の構造単位を有していてもよい。例えば、第2実施形態のエポキシ樹脂は、以下に示される式(B)~(D)の構造単位やその他列挙された構造単位のうち2以上の構造単位を有していてもよい。もちろん、第2実施形態のエポキシ樹脂は、1のみの構造単位から構成されていてもよい。
また、第2実施形態のエポキシ樹脂は、一般式(A)に当てはまる構造単位と、一般式(A)に当てはまらない構造単位とを含んでいてもよい。
【0086】
【化22】
【0087】
【化23】
【0088】
【化24】
【0089】
【化25】
【0090】
(分子量、分散度)
第2実施形態のエポキシ樹脂の重量平均分子量は、好ましくは300~200,000、より好ましくは300~150,000、さらに好ましくは300~100,000である。重量平均分子量を調整することにより、溶剤溶解性や膜としたときの物性などを調整可能である。すなわち、重量平均分子量を調整することにより、第2実施形態のエポキシ樹脂の、光学材料や電子デバイス製造への適用性を一層高めることができる。
第2実施形態のエポキシ樹脂の多分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は、好ましくは1~20、より好ましくは1~10である。多分散度を適当な数値範囲内とすることで、例えば、均一な膜を得やすくなったり、膜としたときの機械物性が良化したりする傾向がある。
重量平均分子量や多分散度は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC) により、ポリスチレンを標準物質として求めることができる。
【0091】
(全塩素量)
第2実施形態のエポキシ樹脂の全塩素量は、好ましくは0~4,000ppm、より好ましくは0~2,000ppmである。全塩素量が大きすぎないことにより、例えば、エポキシ樹脂を種々の用途に適用する際の腐食の問題を低減することができる。
「全塩素量」は、JIS K 7243-3:2005に基づき測定することができる。
【0092】
(エポキシ当量)
第2実施形態のエポキシ樹脂のエポキシ当量は、好ましくは150~100,000g/eq、より好ましくは150~10,000g/eq、さらに好ましくは150~2,000g/eqである。エポキシ当量が好ましい数値範囲内にあることで、適度な硬化性を発現しうる。
【0093】
<エポキシ樹脂の製造方法(合成方法)>
第2実施形態のエポキシ樹脂は、典型的には、―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂を、エピハロヒドリンと塩基の存在下で反応させる工程(エポキシ化工程)を経ることで製造することができる。
―C(CF)H―で表される部分構造を有するノボラック樹脂としては、例えば以下一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂が挙げられる。
【0094】
【化26】
【0095】
一般式(E)中、
は1価の置換基を表し、Rが複数存在する場合は、それらは同一でもよく異なっていてもよく、
nは0~2であり、
pは1以上であり、qは0以上であり、ただし、nが0のときp+q≦4、nが1のときp+q≦6、nが2のときp+q≦8である。
【0096】
以下では、まず、(i)一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂の原料/製造法について説明する。その次に、(ii)ノボラック樹脂のエポキシ化工程について説明する。
【0097】
(i)一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂の原料/製造法
一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂は、<<第1実施形態>>における<ノボラック樹脂の製造方法(合成方法)>にて上述した方法と同様の方法によって調製することができ、典型的には、フェノール系化合物と、フルオラールとを、酸触媒の存在下で反応させることで製造(合成)することができる。
【0098】
得られたノボラック樹脂については、貧溶媒(典型的には水)に投入することによる析出処理、水や重曹水での洗浄処理、分液操作などを組み合わせることにより、未反応物や不純物を除去することが好ましい。これら処理の具体的方法は、ポリマー合成における公知の方法を適宜参照することができる。
【0099】
(ii)ノボラック樹脂のエポキシ化工程
ノボラック樹脂のエポキシ化工程においては、一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂を、エピハロヒドリンと塩基の存在下で反応させる。これにより、一般式(E)中のフェノール性ヒドロキシ基の水素原子をグリシジル基に変換して、一般式(A)で表される構造単位を有するエポキシ樹脂を得る。
【0100】
反応に用いられるエピハロヒドリン(典型的にはエピクロロヒドリンまたはエピブロモヒドリン)の量は、一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂のヒドロキシ基1molに対し、好ましくは0.1~100mol、より好ましくは1.0~50molである。
【0101】
反応に用いる塩基としては、通常、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド、アルカリ金属の炭酸塩などが挙げられる。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、リチウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、リチウムエトキシド、ナトリウムブトキシド、カリウムブトキシド、リチウムブトキシド、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等を挙げることができる。これら塩基のうち1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
【0102】
反応における好ましい態様としては、通常、塩基としての水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物を、固体または水溶液の状態で反応系に加えることで、反応系を「アルカリ条件」とする。
塩基の添加量は、一般式(E)で表される構造単位を有するノボラック樹脂のヒドロキシ基1molに対し、好ましくは0.1~50mol、より好ましくは1~10molである。
【0103】
反応は常圧下(0.1MPa;絶対圧)、または減圧下で行うことができる。反応温度は、通常、常圧下の反応の場合は20~150℃であり、減圧下の反応の場合は30~80℃である。
反応においては、必要に応じて所定の温度を保持しながら反応液を共沸させ、揮発する蒸気を冷却して得られた凝縮液を油/水分離し、水分を除いた油分を反応系へ戻す方法により脱水する。
アルカリ金属水酸化物の添加については、急激な反応を抑えるために、通常、0.1~10時間かけて少量ずつ断続的もしくは連続的に反応系にアルカリ金属水酸化物を添加する。
全反応時間は、通常、1~15時間である。反応については、核磁気共鳴装置(NMR)や液体クロマトグラフィー(LC)等の分析機器を使用し、反応変換率が所定の値に達したのを確認した時点で反応の終点とするのが好ましい。
【0104】
反応終了後、不溶性の副生塩を、濾別して除くか、水洗により除去することが好ましい。その後、好ましくは未反応のエピハロヒドリンを減圧留去して除く。このようにして、目的のエポキシ樹脂が得られる。
【0105】
反応においては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミドなどの第四級アンモニウム塩;ベンジルジメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールなどの第三級アミン;2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾールなどのイミダゾール類;エチルトリフェニルホスホニウムアイオダイドなどのホスホニウム塩;トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類などの触媒を用いてもよい。
【0106】
反応においては、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;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;ジオキサン、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;メトキシプロパノールなどのグリコールエーテル類;ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの非プロトン性極性溶媒などの不活性な有機溶媒を使用してもよい。これらの有機溶媒は1種類のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
【0107】
得られたエポキシ樹脂の可鹸化ハロゲン量が多すぎる場合は、再処理して十分に可鹸化ハロゲン量が低下した精製エポキシ樹脂を得ればよい。具体的な手順としては、(i)粗製エポキシ樹脂を、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、ジオキサン、メトキシプロパノール、ジメチルスルホキシドなどの不活性な有機溶媒に再溶解して溶液とし、(ii)その溶液にアルカリ金属水酸化物を固体又は水溶液で加え、(iii)その後、約20~120℃の温度で0.5~8時間再閉環反応を行い、(iv)その後、水洗などの方法で過剰のアルカリ金属水酸化物や副生塩を除去し、更に有機溶媒を減圧留去して除く。このようにすることで、一般式(A)で表される構造単位を有する、精製されたエポキシ樹脂を得ることができる。
【0108】
<<樹脂組成物>>
第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂は、第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂とは異なる各成分と混合することにより、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂を含む樹脂組成物として利用することができる。
【0109】
<感光性樹脂組成物>
第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂の応用先として、感光性樹脂組成物を好ましく挙げることができる。具体的には、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂と、少なくとも感光剤とを混合することで、感光性樹脂組成物を調製することができる。
既に述べたように、第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂の、特定の光の透過性、および/または、アルカリ溶解性は良好な傾向がある。このような良好な特性を有する第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂を用いることで、良好な性能を有する感光性樹脂組成物を調製することができる。特に、本明細書における感光性樹脂組成物は、フォトレジスト組成物、すなわち、フォトマスクを用いた露光とその後の現像によりパターニング可能であり、電子デバイス製造におけるエッチングなどの処理から基板表面を選択的に保護することが可能な組成物として有用である。これは、第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂の、特定の光の透過性、アルカリ溶解性、および、第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂が含む芳香環の耐エッチング性による。
【0110】
また、上述の感光性樹脂組成物は、ソルダーレジスト組成物や、インプリント用組成物、すなわち、光によりパターニング可能であり、電子デバイス製造におけるエッチングなどの処理から基板表面を選択的に保護することが可能な組成物としても有用である。これは、上述の特定の光の透過性、および、第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂が含む芳香環の耐エッチング性による。
【0111】
第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂の量は、感光性樹脂組成物の全不揮発成分中、例えば20~99質量%、好ましくは50~98質量%である。
【0112】
感光性樹脂組成物に第1実施形態のノボラック樹脂を用いる場合、感光剤としては、典型的にはキノンジアジド化合物が用いられる。キノンジアジド化合物は、特に、ポジ型の感光性樹脂組成物を調製する際に好ましく用いられる。使用可能なキノンジアジド化合物に特に制限はない。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。
【0113】
キノンジアジドの構造単位としては、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g線領域まで吸収が伸びており、g線露光に適している。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有する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、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の両方を含有してもよい。
【0114】
キノンジアジド化合物は、例えば東京化成社から購入することができる。
【0115】
また、感光剤としては光重合開始剤を用いてもよい。重合開始剤は、特に、上述のノボラック樹脂が重合性炭素-炭素二重結合を含む場合に、ネガ型の感光性樹脂組成物を調製するために好ましく用いられる。
【0116】
光重合開始剤としては、紫外線などの高エネルギー光の照射により、ラジカルなどの活性種を発生し、重合性炭素-炭素二重結合を重合させることができるものである限り、特に限定されない。具体的には光ラジカル重合開始剤などが挙げられる。
【0117】
光ラジカル重合開始剤には、分子内の結合が開裂してラジカルを生成する分子内開裂型と、3級アミンやエーテル等の水素供与体を併用することでラジカルを生成する水素引き抜き型がある。第1実施形態においてはいずれも使用することができる。例えば、分子内開裂型である2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オンは、光の照射によって炭素-炭素結合が開裂することでラジカルを生成する。また、水素引き抜き型としては、ベンゾフェノンやオルソベンゾイン安息香酸メチル、4-ベンゾイル-4'-メチルジフェニルサルファイド等がある。
【0118】
光ラジカル重合発生剤は、光を吸収することでラジカルを発生する化合物であれば特に限定されず、市販の光ラジカル重合開始剤を用いることができる。光ラジカル重合開始剤は、例えば、BASF社から購入可能である。
【0119】
感光剤の量は、感光性樹脂組成物中の全不揮発成分中、典型的には1~90質量%、好ましくは1~50質量%である。
特に、感光剤が光重合開始剤である場合、その割合は、感光性樹脂組成物の不揮発成分の全質量を基準として、0.1~7質量%の範囲内であることが好ましい。
【0120】
感光性樹脂組成物は、好ましくは溶剤を含む。別の言い方として、感光性樹脂組成物は、好ましくは、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂や感光剤などの成分が、溶剤中に溶解または分散したものである。
溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶媒、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などのエーテル類、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などのケトン類、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、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられる。溶剤は単独溶剤であっても混合溶剤であってもよい。
【0121】
溶剤の使用量は、感光性樹脂組成物を用いて形成する膜の厚みなどに応じて適宜調整すればよい。典型的には、溶剤の使用量は、感光性樹脂組成物の不揮発成分濃度が1~95質量%となる量である。
【0122】
感光性樹脂組成物は、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂、感光剤および溶剤のほか、性能の調整のために任意成分を含んでもよい。任意成分としては、界面活性剤、酸化防止剤、増感剤、第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂とは異なる樹脂、充填剤(フィラー)、着色剤、硬化性モノマー、オリゴマーなどを挙げることができる。
【0123】
感光性樹脂組成物を、例えば以下手順のように用いることで、良好なパターンを形成することができる。
(1)感光性樹脂組成物を基材上に塗布して感光膜を形成する膜形成工程
(2)感光性膜を露光する露光工程
(3)露光後の感光性膜を現像して、パターンを形成する現像工程
【0124】
以下、上記の各工程において説明を加える。
【0125】
・膜形成工程
感光性樹脂組成物を塗布する基材は特に限定されない。シリコンウエハ、金属、ガラス、セラミック、プラスチック製の基材を挙げることができる。また、あらかじめ他のポリマーが塗布されている基材上に感光性樹脂組成物を塗布してもよい。
塗布方法としては、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、バーコート、アプリケーター、インクジェット、ロールコーター等、公知の塗布方法を特に制限無く適用できる。
【0126】
感光性樹脂組成物を塗布した基材を、例えば80~120℃で、30秒~30分程度加熱して溶剤を乾燥させる。こうすることで感光性膜を得ることができる。
【0127】
・露光工程
膜形成工程で得られた感光性膜に対し、通常は、目的のパターンを形成するためのフォトマスクを介して光を照射する。
露光には、公知の方法・装置を用いることができる。光源としては、光源波長が100~600nmの範囲のものを用いることができる。具体的に例示すると、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、KrFエキシマレーザー(波長248nm)などを用いることができる。露光量は、通常1~10,000mJ/cm程度、好ましくは10~5,000mJ/cm程度である。
【0128】
露光後、必要に応じて現像工程の前後に露光後加熱を行うこともできる。露光後加熱の温度は60~180℃、露光後加熱の時間は通常0.1~60分、好ましくは0.5~10分間である。
【0129】
・現像工程
露光工程で得られた露光後の感光性膜を現像することで、パターン形状を有する膜を作製する。アルカリ性の水溶液を現像液として用いることで、露光部が溶解し、パターンが形成される。
【0130】
現像液としては、露光部の感光性膜を除去できるものであれば特に限定されない。具体的には、無機アルカリ、1級アミン、2級アミン、3級アミン、アルコールアミン、4級アンモニウム塩、これらの混合物等が溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。
より具体的には、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(略称:TMAH)などのアルカリ水溶液が挙げられる。中でも、TMAH水溶液を用いることが好ましく、特に、0.1~5質量%のTMAH水溶液を用いることが好ましい。
【0131】
現像法としては、浸漬法、パドル法、スプレー法等の公知の方法を用いることができる。現像時間は、通常0.1~120分、好ましくは0.5~60分である。その後、必要に応じて洗浄、リンス、乾燥などを行う。このようにして、基板上にパターンを形成することができる。
【0132】
<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>
感光性樹脂組成物とは別の、第1実施形態のノボラック樹脂の応用先として、硬化性樹脂組成物を挙げることができる。
例えば、第1実施形態のノボラック樹脂をエポキシ樹脂と組み合わせて用いることで、硬化性樹脂組成物を製造することができる(この場合、第1実施形態のノボラック樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として働く)。
第1実施形態のノボラック樹脂は、フッ素原子を含む。よって、第1実施形態のノボラック樹脂を含む硬化性樹脂組成物により形成された硬化物は、電子デバイス製造に好適な誘電率および/または誘電正接を有することが期待される。
【0133】
特に、第1実施形態のノボラック樹脂を含む硬化性樹脂組成物は、ソルダーレジスト組成物や、インプリント用組成物、すなわち、スクリーン印刷法をはじめとする公知の方法によるパターン印刷と熱等による硬化が可能であり、電子デバイス製造におけるエッチングなどの処理から基板表面を選択的に保護することが可能な組成物としても有用である。これは、ノボラック樹脂が含む芳香環の耐エッチング性による。
【0134】
(エポキシ樹脂)
第1実施形態のノボラック樹脂と組み合わせるエポキシ樹脂は特に制限されない。後述する第2実施形態のエポキシ樹脂を用いてもよいし、その他の公知のエポキシ樹脂を用いてもよい。公知のエポキシ樹脂としては、2官能型エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA-アルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、チオジフェノール型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、テルペンジフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、メチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂などを挙げることができる。
【0135】
また、多官能型エポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAFノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂、石油系重質油又はピッチ類とホルムアルデヒド重合物とフェノール類とを酸触媒の存在下に重縮合させた変性フェノール樹脂等の各種のフェノール化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、などを挙げることができる。
【0136】
さらに、ジアミノジフェニルメタン、アミノフェノール、キシレンジアミン等の種々のアミン化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロキシフタル酸、ダイマー酸等の種々のカルボン酸類と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、脂肪族アルコールのグリシジルエーテル等のエポキシ樹脂用希釈剤、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートに代表される脂環式エポキシ樹脂、なども併用エポキシ樹脂として挙げられる。
【0137】
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、1のみの併用エポキシ樹脂を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の併用エポキシ樹脂を含んでもよい。
【0138】
第1実施形態のノボラック樹脂とエポキシ樹脂の量比については、エポキシ樹脂のエポキシ当量などを踏まえて、適切に設計すればよい。典型的には、質量比において、第1実施形態のノボラック樹脂:エポキシ樹脂=1:10~10:1程度である。
【0139】
(硬化剤)
第1実施形態における硬化性樹脂組成物は、第1実施形態のノボラック樹脂以外の硬化剤を含んでも良い。第1実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、硬化剤の種類は特に限定されない。硬化剤としては、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤などを挙げることができる。
【0140】
アミン系硬化剤としてより具体的には、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、N-アミノエチルピペラジン、イソホロンジアミン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、m-キシリレンジアミン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラスピロ[5,5]ウンデカン等の脂肪族及び脂環族アミン類、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族アミン類、ベンジルジメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノ-ル、1,8-ジアザビシクロ-(5,4,0)-ウンデセン-7、1,5-ジアザビシクロ-(4,3,0)-ノネン-7等の3級アミン類及びその塩類、などを挙げることができる。
【0141】
酸無水物系硬化剤としてより具体的には、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の芳香族酸無水物類、無水テトラヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水トリアルキルテトラヒドロフタル酸等の脂環式酸無水物類、などを挙げることができる。
【0142】
フェノール系硬化剤としてより具体的には、カテコ-ル、レゾルシン、ハイドロキノン、ビスフェノ-ルF、ビスフェノ-ルA、ビスフェノールAF、ビスフェノ-ルS、ビフェノ-ル等の2価フェノール類、フェノ-ルノボラック類、クレゾ-ルノボラック類、ビスフェノ-ルAノボラック類、ビスフェノ-ルAFノボラック類、トリスヒドロキシフェニルメタン類、アラルキルポリフェノ-ル類、などを挙げることができる。
ジシクロペンタジエンポリフェノ-ル類等の多価フェノール類も、フェノール系硬化剤として挙げることができる。
【0143】
その他、硬化剤としては、イミダゾール系化合物及びその塩類、アミンのBF錯体化合物、脂肪族スルホニウム塩、芳香族スルホニウム塩、ヨードニウム塩及びホスホニウム塩等のブレンステッド酸塩類、ジシアンジアミド、アジピン酸ジヒドラジッド及びフタル酸ジヒドラジッド等の有機酸ヒドラジッド類、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、トリメリット酸及びカルボキシル基含有ポリエステル等のポリカルボン酸類、なども挙げられる。
【0144】
第1実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、1のみの硬化剤を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の硬化剤を含んでもよい。
第1実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、その量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量などを踏まえて適宜調整すればよい。典型的には、硬化剤を用いる場合、その量は、エポキシ樹脂100質量部に対して0.1~1,000質量部程度である。
【0145】
(硬化促進剤)
硬化速度を速めたり、かつ/または、硬化をより完全にしたりする観点から、第1実施形態における硬化性樹脂組成物は、硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤としては、3級アミン類、イミダゾール類、有機ホスフィン化合物類又はこれらの塩類、オクチル酸亜鉛、オクチル酸スズ等の金属石鹸類といった、一般のエポキシ樹脂向けの硬化促進剤を用いることができる。
【0146】
第1実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、1のみの硬化促進剤を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の硬化促進剤を含んでもよい。
第1実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、その量は適宜調整すればよい。典型的には、硬化促進剤を用いる場合、その量は、エポキシ樹脂100質量部に対して0.001~10質量部程度である。
【0147】
(その他成分)
第1実施形態における硬化性樹脂組成物は、上記成分のほか、任意の成分を1または2以上含むことができる。任意の成分としては、酸化防止剤、充填剤(フィラー)、着色剤、ノボラック樹脂以外の樹脂、硬化性モノマー、オリゴマー、有機溶剤などが挙げられる。
【0148】
酸化防止剤としては、フェノール系、硫黄系、リン系酸化防止剤などが挙げられる。酸化防止剤を用いる場合、その量は、ノボラック樹脂100質量部に対して通常0.005~5質量部、好ましくは0.01~1質量部である。
【0149】
充填剤(フィラー)としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の金属酸化物、微粉末シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ等のケイ素化合物、ガラスビーズ、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、金、銀、銅、アルミニウム等の金属類、ポリテトラフルオロエチレン粒子等のフッ素樹脂粉末、カーボン、ゴム類、カオリン、マイカ、石英粉末、グラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素等を挙げることができる。
充填剤(フィラー)を用いる場合、その量は、ノボラック樹脂100質量部に対して、例えば1,500質量部以下、好ましくは0.1~1,500質量部である。
【0150】
着色剤としては、二酸化チタン、モリブデン赤、紺青、群青、カドミウム黄、カドミウム赤などの無機顔料、有機顔料、カーボンブラック、蛍光体等を挙げることができる。
着色剤を用いる場合、その量は、ノボラック樹脂100質量部に対して、通常0.01~30質量部である。
【0151】
難燃剤としては、三酸化アンチモン、ブロム化合物、リン化合物等を挙げることができる。難燃剤を用いる場合、その量は、ノボラック樹脂100質量部に対して、通常0.01~30質量部である。
【0152】
第1実施形態における硬化性樹脂組成物の性状は特に限定されない。第1実施形態における硬化性樹脂組成物は、固形状(粉体状、顆粒状、タブレット状など)であってもよいし、溶剤を含む液状であってもよい。溶剤の具体例としては、感光性樹脂組成物の欄で例示したものを挙げることができる。
【0153】
<第2実施形態における硬化性樹脂組成物>
第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、少なくとも、―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂を含む。
一例として、第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤とを含む。この場合、エポキシ樹脂と硬化剤とが反応することで、組成物は硬化する。
別の例として、第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、必ずしも硬化剤を含まない。この場合、エポキシ基のカチオン重合反応によりエポキシ樹脂が高分子量化して、組成物が硬化する。
【0154】
以下、―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂以外の、第2実施形態における硬化性樹脂組成物が好ましく含む成分について説明する。
【0155】
(硬化剤)
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、硬化剤の種類は特に限定されない。硬化剤としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような硬化剤を用いることができる。
【0156】
また、硬化剤としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような硬化剤の他にも、活性エステル系硬化剤を用いることができる。活性エステル系硬化剤としてより具体的には、カテコ-ル、レゾルシン、ハイドロキノン、ビスフェノ-ルF、ビスフェノ-ルA、ビスフェノールAF、ビスフェノ-ルS、ビフェノ-ル等の2価フェノール類、フェノ-ルノボラック類、クレゾ-ルノボラック類、ビスフェノ-ルAノボラック類、ビスフェノ-ルAFノボラック類、トリスヒドロキシフェニルメタン類、アラルキルポリフェノ-ル類などの活性エステル体を挙げることができる。また、第1実施形態のノボラック樹脂の活性エステル体も使用することができる。
【0157】
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、1のみの硬化剤を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の硬化剤を含んでもよい。
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、その量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量などを踏まえて適宜調整すればよい。典型的には、硬化剤を用いる場合、その量は、エポキシ樹脂100質量部に対して0.1~1,000質量部程度である。
【0158】
(硬化促進剤)
第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、硬化促進剤を含むことができる。この場合、第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、硬化剤を含んでもよいし、含まなくてもよい。前者の場合は、主としてエポキシ樹脂と硬化剤との間で結合形成反応が進行して組成物が硬化すると考えられる。後者の場合は、主としてエポキシ樹脂同士が反応して(エポキシ基がカチオン重合して)組成物が硬化すると考えられる。
【0159】
硬化促進剤としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような硬化促進剤を用いることができる。
【0160】
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、1のみの硬化促進剤を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の硬化促進剤を含んでもよい。
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、その量は適宜調整すればよい。典型的には、硬化促進剤を用いる場合、その量は、エポキシ樹脂100質量部に対して0.001~10質量部程度である。
【0161】
(併用エポキシ樹脂)
第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂(併用エポキシ樹脂)を含んでもよい。
【0162】
併用エポキシ樹脂としては、2官能型エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA-アルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、チオジフェノール型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、テルペンジフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、メチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂などを挙げることができる。
【0163】
また、多官能型エポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAFノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂、石油系重質油又はピッチ類とホルムアルデヒド重合物とフェノール類とを酸触媒の存在下に重縮合させた変性フェノール樹脂等の各種のフェノール化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、などを挙げることができる。
【0164】
さらに、ジアミノジフェニルメタン、アミノフェノール、キシレンジアミン等の種々のアミン化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロキシフタル酸、ダイマー酸等の種々のカルボン酸類と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、脂肪族アルコールのグリシジルエーテル等のエポキシ樹脂用希釈剤、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートに代表される脂環式エポキシ樹脂、なども併用エポキシ樹脂として挙げられる。
【0165】
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、1のみの併用エポキシ樹脂を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の併用エポキシ樹脂を含んでもよい。
第2実施形態における硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、その量は、―C(CF)H―で表される部分構造を有するエポキシ樹脂100質量部に対し、例えば1~80質量部、好ましくは3~50質量部である。
【0166】
(その他成分)
第2実施形態における硬化性樹脂組成物は、上記成分のほか、任意の成分を1または2以上含むことができる。任意の成分としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような酸化防止剤、充填剤(フィラー)、着色剤、エポキシ樹脂以外の樹脂、硬化性モノマー、オリゴマー、有機溶剤などを用いることができる。
【0167】
第2実施形態における硬化性樹脂組成物の性状は特に限定されず、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような性状をとることができる。
【0168】
<エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物>
第1実施形態のノボラック樹脂および第2実施形態のエポキシ樹脂は、上記一般式(13)~(15)に示したようにエポキシ(メタ)アクリレート体にすることができる。さらに、他の成分を含むことにより、硬化性樹脂組成物とすることができる。
一例として、エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物は、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂のエポキシ(メタ)アクリレート体と、光重合開始剤とを含む。この場合、(メタ)アクリレート基と光重合開始剤が反応することで、組成物は硬化する。
【0169】
光重合開始剤としては、紫外線などの高エネルギー光の照射により、ラジカルなどの活性種を発生し、重合性炭素-炭素二重結合を重合させることができるものである限り、特に限定されない。具体的には光ラジカル重合開始剤などが挙げられる。
【0170】
光ラジカル重合開始剤には、分子内の結合が開裂してラジカルを生成する分子内開裂型と、3級アミンやエーテル等の水素供与体を併用することでラジカルを生成する水素引き抜き型がある。第1実施形態においてはいずれも使用することができる。例えば、分子内開裂型である2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オンは、光の照射によって炭素-炭素結合が開裂することでラジカルを生成する。また、水素引き抜き型としては、ベンゾフェノンやオルソベンゾイン安息香酸メチル、4-ベンゾイル-4'-メチルジフェニルサルファイド等がある。
【0171】
光ラジカル重合発生剤は、光を吸収することでラジカルを発生する化合物であれば特に限定されず、市販の光ラジカル重合開始剤を用いることができる。光ラジカル重合開始剤は、例えば、BASF社から購入可能である。
【0172】
光重合開始剤の量は、エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物中の全不揮発成分中、典型的には0.1~10質量%が好ましく、より好ましくは0.1~7質量%、さらに好ましくは0.1~5質量%である。
【0173】
以下、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂のエポキシ(メタ)アクリレート体および光重合開始剤以外の、第2実施形態における硬化性樹脂組成物が好ましく含む成分について説明する。
【0174】
(併用エポキシ(メタ)アクリレート体)
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物は、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂のエポキシ(メタ)アクリレート体以外のエポキシ(メタ)アクリレート体(併用エポキシ(メタ)アクリレート体)を含んでもよい。
【0175】
併用エポキシ(メタ)アクリレート体としては、2官能型エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA-アルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、チオジフェノール型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、テルペンジフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、メチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂などのエポキシ(メタ)アクリレート体を挙げることができる。
【0176】
また、多官能型エポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAFノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂、石油系重質油又はピッチ類とホルムアルデヒド重合物とフェノール類とを酸触媒の存在下に重縮合させた変性フェノール樹脂等の各種のフェノール化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、などのエポキシ(メタ)アクリレート体を挙げることができる。
【0177】
さらに、ジアミノジフェニルメタン、アミノフェノール、キシレンジアミン等の種々のアミン化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロキシフタル酸、ダイマー酸等の種々のカルボン酸類と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、脂肪族アルコールのグリシジルエーテル等のエポキシ樹脂用希釈剤、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートに代表される脂環式エポキシ樹脂、などのエポキシ(メタ)アクリレート体も併用エポキシ(メタ)アクリレート体として挙げられる。
【0178】
上記併用エポキシ(メタ)アクリレート体は、変性されていなくても、酸で変性されていてもよい。
【0179】
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が併用エポキシ(メタ)アクリレート体を含む場合、1のみの併用エポキシ(メタ)アクリレート体を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の併用エポキシ(メタ)アクリレート体を含んでもよい。
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が併用エポキシ(メタ)アクリレート体を含む場合、その量は、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂のエポキシ(メタ)アクリレート体100質量部に対し、例えば1~80質量部、好ましくは3~50質量部である。
【0180】
(併用エポキシ樹脂)
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物は、併用エポキシ樹脂として、第1実施形態のノボラック樹脂のエポキシ体および/または第2実施形態のエポキシ樹脂を含んでもよく、第1実施形態のノボラック樹脂のエポキシ体および/または第2実施形態のエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を含んでもよい。
【0181】
併用エポキシ樹脂としては、2官能型エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA-アルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、チオジフェノール型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、テルペンジフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、メチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂などを挙げることができる。
【0182】
また、多官能型エポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAFノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂、石油系重質油又はピッチ類とホルムアルデヒド重合物とフェノール類とを酸触媒の存在下に重縮合させた変性フェノール樹脂等の各種のフェノール化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、などを挙げることができる。
【0183】
さらに、ジアミノジフェニルメタン、アミノフェノール、キシレンジアミン等の種々のアミン化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロキシフタル酸、ダイマー酸等の種々のカルボン酸類と、エピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂、脂肪族アルコールのグリシジルエーテル等のエポキシ樹脂用希釈剤、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートに代表される脂環式エポキシ樹脂、なども併用エポキシ樹脂として挙げられる。
【0184】
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、1のみの併用エポキシ樹脂を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の併用エポキシ樹脂を含んでもよい。
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、その量は、第1実施形態のノボラック樹脂および/または第2実施形態のエポキシ樹脂のエポキシ(メタ)アクリレート体100質量部に対し、例えば1~80質量部、好ましくは3~50質量部である。
【0185】
(硬化剤)
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、硬化剤を含んでもよく、その場合の硬化剤の種類は特に限定されない。硬化剤としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような硬化剤を用いることができる。
【0186】
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、1のみの硬化剤を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の硬化剤を含んでもよい。
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が硬化剤を含む場合、その量は、併用エポキシ樹脂100質量部に対して0.1~1,000質量部程度である。
【0187】
(硬化促進剤)
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が併用エポキシ樹脂を含む場合、硬化促進剤を含むことができる。この場合、エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物は、硬化剤を含んでもよいし、含まなくてもよい。
【0188】
硬化促進剤としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような硬化促進剤を用いることができる。
【0189】
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、1のみの硬化促進剤を含んでもよいし、2以上の異なる化学構造の硬化促進剤を含んでもよい。
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、その量は適宜調整すればよい。典型的には、硬化促進剤を用いる場合、その量は、併用エポキシ樹脂100質量部に対して0.001~10質量部程度である。
【0190】
(その他成分)
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物は、上記成分のほか、任意の成分を1または2以上含むことができる。任意の成分としては、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような酸化防止剤、充填剤(フィラー)、着色剤、エポキシ樹脂以外の樹脂、硬化性モノマー、オリゴマー、有機溶剤などを用いることができる。
【0191】
エポキシ(メタ)アクリレート体の硬化性樹脂組成物の性状は特に限定されず、上述の<第1実施形態における硬化性樹脂組成物>で例示したような性状をとることができる。
【0192】
<硬化物、光学部材および電子デバイス>
上記硬化性樹脂組成物を硬化させることで、硬化物を得ることができる。硬化は、光および/または熱により行うことができる。
より具体的には、硬化性樹脂組成物を、通常、100~200℃で0.1~20分間加熱する。これにより硬化物を得ることができる。硬化性能の向上を図るために、70~200℃で0.1~10時間の範囲で「後硬化」を行ってもよい。
硬化物の形態は、成形体、注型物、何らかの基材の片面または両面に硬化膜が形成された積層体、フィルム、生体材料用ベース樹脂等であることができる。
【0193】
上記硬化性樹脂組成物を硬化させた硬化物は良好な透明性を有する。この透明性の観点で、上記硬化性樹脂組成物を用いて光学部材を製造すること(上記硬化性樹脂組成物の硬化物を備える光学部材を製造すること)が好ましい。
例えば、光センサー、撮像素子などの光学素子を封止するための透明材料として、上記硬化性樹脂組成物を用いることができる。また、マイクロレンズの製造用途や、光学用接着剤としても上記硬化性樹脂組成物を用いることができる。
【0194】
上記硬化性樹脂組成物を用いて、電子デバイスを製造してもよい。すなわち、上記硬化物を備える電子デバイスを製造してもよい。上記硬化物は、フッ素原子を含むことにより、透明性のみならず誘電特性が良好(低誘電率・低誘電正接となる傾向がある)と考えられる。良好な誘電特性は、電子デバイスへの適用に好ましい特性である。
【0195】
一例として、電子部品の封止用材料として上記の硬化性樹脂組成物を用いることができる。すなわち、硬化性樹脂組成物を加熱して溶融物としたものにより電子部品を封止することで、電子部品が上記硬化物で封止された電子デバイスを製造することができる。
別の例として、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、紙等の基材(好ましくは繊維基材)に、硬化性樹脂組成物を塗布する、かつ/または、含浸させる等により、積層用硬化性材料を製造することができる。この積層用硬化性材料は、多層電気積層板や、ビルドアップ積層板、フレキシブル積層板等のプリント配線板の製造に好適に使用できる。
さらに別の例として、ワニス状の硬化性樹脂組成物を、回路が形成された基板に塗布して樹脂膜を形成し、硬化させることで、絶縁膜を設けることができる。
【0196】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【実施例
【0197】
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。念のため述べておくと、本発明は実施例のみに限定されない。
【0198】
以下において、重量平均分子量Mwおよび数平均分子量Mnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、東ソー株式会社製HLC-8320)を用いて測定した。
移動相はテトラヒドロフラン(THF)、カラムはTSKgel SuperHZ(3000×1+2000×2)/(6.0mmI.D.×15cm×3本)を用いた。
エポキシ当量は、JIS K 7236:2009に基づき測定した。
水酸基当量は、JIS K 0070:1992に基づき水酸基価を測定して、水酸基当量を算出した。
固形分酸価は、JIS K 0070:1992に基づき溶液の酸価を測定して、固形分濃度から固形分酸価を算出した。
固形分濃度は、溶媒を除く反応基質の質量を、溶媒を含む溶液全体質量で割って算出した。
【0199】
[フルオラール合成のための触媒の調製例]
896gの特級試薬CrCl・6HOを純水に溶かして3.0Lの溶液とした。この溶液に粒状アルミナ400gを浸漬し、一昼夜放置した。放置後の溶液を濾過してアルミナを取り出し、そのアルミナを熱風循環式乾燥器中で100℃に保ち、さらに一昼夜乾燥した。このようにしてクロム担持アルミナを得た。
得られたクロム担持アルミナを、電気炉を備えた円筒形SUS316L製反応管(直径4.2cm、長さ60cm)に充填した。この反応管に窒素ガスを約20mL/分の流量で流しながら、クロム担持アルミナを300℃まで昇温した。反応管から水の流出が見られなくなった時点で、窒素ガスにフッ化水素を同伴させ、その濃度を徐々に高めた。充填されたクロム担持アルミナのフッ素化によるホットスポットが反応管出口端に達したタイミングで反応器温度を350℃に上げ、その状態を5時間保った。このようにして、フルオラール合成のための触媒を得た。以下では、この触媒を「触媒A」と表記する。
【0200】
[フルオラールの調製例]
電気炉を備えた円筒形反応管を有する気相反応装置(SUS316L製、直径2.5cm、長さ40cm)に、触媒Aを125mL充填した。
気相反応装置に約100mL/分の流量で空気を流しながら、反応管の温度を280℃に上げ、フッ化水素を約0.32g/分の速度で1時間にわたり導入した。
次いで、クロラール(トリクロロエタナール)を約0.38g/分(接触時間15秒)の速度で反応管へ供給開始した。反応開始1時間後には反応は安定した。反応安定後、反応器から流出するガスを、-15℃の冷媒で冷却した吹き込み管付きSUS304製シリンダーへ18時間かけて捕集した。
ここで得たフルオラール含有の484.8gの捕集液について、滴定により、フッ化水素含量、塩化水素含量、そして有機物含量を算出した。算出の結果、フッ化水素40質量%、塩化水素11質量%、そして有機物含有量49質量%であり、有機物の回収率は88%(供給原料クロラールモル数基準)であった。また、回収した有機物の一部を樹脂製のNMRチューブに採取し、19F-NMRにてフッ素化度を確認すると、低次フッ素化物はほぼ未検出であり、定量的にフッ素化が進行していることを確認した。
次に、捕集したフルオラール含有の混合物の一部、150g(フッ化水素:40質量%、塩化水素:11質量%、有機物:49質量%)を-15℃の冷媒を通液させた冷却管と温度計と攪拌機を備え付けた500mlのSUS製反応器に仕込み、反応器を25℃になるように加温した。常圧下、冷却管にてフッ化水素を還流させながら、冷却管の頂塔からすり抜ける塩化水素を、水に吸収させて除去した。5時間の還流後、反応器からサンプリングを行い、得られたサンプルを滴定することにより、フッ化水素含量、塩化水素含量、そして有機物含量を算出した。算出の結果、フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%であった。このサンプル(混合物)中には、1,2,2,2-テトラフルオロエタノールと、フッ化水素と、フルオラールとが、平衡状態で共存している。
[物性データ]
1,2,2,2-テトラフルオロエタノール:
19F-NMR(400MHz,CFCl)δ(ppm):-85.82(3F,s),-137.95(1F,d,J=54.9Hz)
フッ化水素:
19F-NMR(400MHz,CFCl)δ(ppm):-193.37(1F,s)
【0201】
<ノボラック樹脂の合成>
(合成例1:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0202】
【化27】
【0203】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を29.6g(フルオラール:0.167mol、フッ化水素:0.651mol)と、フッ化水素20.3g(1.02mol)、フェノール15.7g(0.167mol)、1,2-ジクロロエタン39.2gを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。
その後、反応液を200gの氷水へ注ぎ込み、酢酸エチル200gで有機物を抽出した。抽出操作で回収した有機層を水200gで2回洗浄し、さらに飽和重曹水50gで洗浄した。さらにその後、分液操作で有機層を回収した。有機層をエバポレーターで濃縮し、粗ノボラック樹脂を31.0g得た。得られた粗ノボラック樹脂をメタノール30gに溶解して、強攪拌した水300gの入った大型ビーカー内に徐々に注ぎ込み、ノボラック樹脂を析出させた。濾過で固体を回収し、真空乾燥器内で減圧下80℃で5時間乾燥させた。以上により目的のノボラック樹脂26.3gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1184、重量平均分子量(Mw)=3182、多分散度(Mw/Mn)=2.688
【0204】
(合成例2:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0205】
【化28】
【0206】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を24.8g(フルオラール:0.139mol、フッ化水素:0.55mol)と、フッ化水素16.9g(0.85mol)、2-クレゾール15.0g(0.139mol)、1,2-ジクロロエタン37.6gを入れた。そして、ウォーターバスを用いて内温80℃に加熱して、絶対圧0.4MPaで1時間反応させた。その後の反応停止や精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂24.1gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=2882、重量平均分子量(Mw)=9304、多分散度(Mw/Mn)=3.228。
【0207】
(合成例3:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0208】
【化29】
【0209】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を29.8g(フルオラール:0.167mol、フッ化水素:0.656mol)と、フッ化水素53.6g(26.8mol)、2-クレゾール18.0g(0.167mol)を入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで3時間反応させた。反応生成物を酢酸エチル300gで溶解させて、200gの氷水へ注ぎ込んだ。その後の精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂25.2gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=729、重量平均分子量(Mw)=2252、多分散度(Mw/Mn)=3.091。
【0210】
(合成例4:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0211】
【化30】
【0212】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を23.8g(フルオラール:0.133mol、フッ化水素:0.524mol)と、フッ化水素16.2g(0.81mol)、2-ナフトール19.2g(0.133mol)、1,2-ジクロロエタン38.4gを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。その後の反応停止や精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂22.4gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=598、重量平均分子量(Mw)=1182、多分散度(Mw/Mn)=1.975。
【0213】
(合成例5:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0214】
【化31】
【0215】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を29.6g(フルオラール:0.166mol、フッ化水素:0.65mol)と、フッ化水素20.0g(1.0mol)、アニソール18.0g(0.166mol)、1,2-ジクロロエタン39.2gを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで5時間反応させた。その後の反応停止や精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂30.0gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1326、重量平均分子量(Mw)=3627、多分散度(Mw/Mn)=2.735。
【0216】
(合成例6:以下の構造単位(2種)を有するノボラック樹脂の合成)
【0217】
【化32】
【0218】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1重質量%、有機物:55質量%)を29.6g(フルオラール:0.166mol、フッ化水素:0.65mol)と、フッ化水素20.0g(1.0mol)、フェノール7.8g(83mmol)、2-クレゾール9.0g(83mmol)、1,2-ジクロロエタン39.2gを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで18時間反応させた。その後の反応停止や精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂29.2gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1600、重量平均分子量(Mw)=4380、多分散度(Mw/Mn)=2.737
【0219】
(合成例G:以下構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0220】
【化33】
【0221】
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物37.1g(フルオラール:0.205mol、フッ化水素:0.816mol)と、フッ化水素33.0g(1.69mol)と、2-フルオロフェノール30.6g(0.273mol)とを入れた。そして、ウォーターバスで内温60℃とし、絶対圧0.3MPaで20時間反応させた。反応終了後、反応液を200gの氷水へ注ぎ込み、ジイソプロピルエーテル200gで有機物を抽出した。抽出操作で回収した有機層を水200gで洗浄し、さらに水200gと炭酸水素カリウムを加えて中和、洗浄した。さらにその後、水200gで洗浄し、そして分液操作で有機層を回収した。有機層をエバポレーターで濃縮し、ノボラック樹脂42.8gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=960、重量平均分子量(Mw)=1254、多分散度(Mw/Mn)=1.3
【0222】
(合成例H:以下構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0223】
【化34】
【0224】
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物38.5g(フルオラール:0.216mol、フッ化水素:0.847mol)と、フッ化水素35.1g(1.76mol)と、3―ヒドロキシベンゾトリフルオリド39.0g(0.241mol)とを入れた。そして、ウォーターバスで内温60℃とし、絶対圧0.4MPaで20時間反応させた。反応終了後、反応液を200gの氷水へ注ぎ込み、ジイソプロピルエーテル200gで有機物を抽出した。抽出操作で回収した有機層を水200gで洗浄し、さらに水200gと炭酸水素カリウムを加えて中和、洗浄した。さらにその後、水200gで洗浄し、そして分液操作で有機層を回収した。有機層をエバポレーターで濃縮し、ノボラック樹脂44.8gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=702、重量平均分子量(Mw)=951、多分散度(Mw/Mn)=1.3
【0225】
(合成例I:以下構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0226】
【化35】
【0227】
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物30.4g(フルオラール:0.170mol、フッ化水素:0.668mol)と、フッ化水素17.2g(0.862mol)と、ヒドロキノン25.0g(0.227mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。反応終了後、反応液を200gの氷水へ注ぎ込み、メチルイソブチルケトン200gで有機物を抽出した。抽出操作で回収した有機層を水200gで洗浄し、さらに水200gと炭酸水素カリウムを加えて中和、洗浄した。さらにその後、水200gで洗浄し、そして分液操作で有機層を回収した。有機層をエバポレーターで濃縮し、ノボラック樹脂37.5gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=850、重量平均分子量(Mw)=983、多分散度(Mw/Mn)=1.2
【0228】
(比較合成例1:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0229】
【化36】
【0230】
攪拌機、還流装置、減圧蒸留装置、及び温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、3-クレゾール32.4g(0.30mol)、4-クレゾール21.6g(0.20mol)、シュウ酸0.13g(1.4mmol)、パラホルムアルデヒド(純度90%)11.5g(0.38mol)、水14.3gを仕込んだ。そして、ウォーターバスで内温100℃に加熱して2時間反応させた。
反応終了後の反応溶液を、常圧下オイルバスで内温200℃に加熱して2時間水を留去して脱水した。その後、230℃に加熱して、絶対圧0.1kPaで6時間、減圧蒸留を行って低沸点成分を除去した。冷却後、目的のノボラック樹脂40.0gを得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1681、重量平均分子量(Mw)=8310、多分散度(Mw/Mn)=4.943。
【0231】
(合成例11:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0232】
【化37】
【0233】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を24.8g(フルオラール:0.139mol、フッ化水素:0.55mol)と、フッ化水素16.9g(0.85mol)、4、4´-ジヒドロキシフェニルメタン(ビスフェノールF)40.9g(0.204mol)を入れた。そして、内温25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。その後の反応停止や精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂41.2gを得た。このノボラック樹脂の水酸基当量は161g/当量であった。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=819、重量平均分子量(Mw)=1612、多分散度(Mw/Mn)=1.969
【0234】
(合成例12:以下の構造単位を有するノボラック樹脂の合成)
【0235】
【化38】
【0236】
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物(フッ化水素:44質量%、塩化水素:1質量%、有機物:55質量%)を24.8g(フルオラール:0.139mol、フッ化水素:0.55mol)と、フッ化水素16.9g(0.85mol)、2、2―ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)53.8g(0.160mol)を入れた。そして、内温60℃、絶対圧0.4MPaで4時間反応させた。その後の反応停止や精製については合成例1と同様の操作を行った。以上により、目的のノボラック樹脂57.2gを得た。このノボラック樹脂の水酸基当量は253g/当量であった。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=954、重量平均分子量(Mw)=2093、多分散度(Mw/Mn)=2.194
【0237】
<エポキシ樹脂の合成>
(合成例A:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の製造)
【0238】
【化39】
【0239】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物38.5g(フルオラール:0.216mol、フッ化水素:0.847mol)と、フッ化水素35.1g(1.76mol)と、フェノール27.0g(0.287mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。
反応終了後、反応液を500gの氷水へ注ぎ込み、酢酸エチル500gで有機物を抽出した。抽出操作で回収した有機層を水500gで洗浄し、さらに水500gと炭酸水素カリウム20gを加えて中和、洗浄した。さらにその後、水500gで洗浄し、そして分液操作で有機層を回収した。有機層をエバポレーターで濃縮し、ノボラック樹脂42.1gを得た。このノボラック樹脂の水酸基当量は170g/当量であった。
【0240】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記で得られたノボラック樹脂35g(水酸基当量170g/当量)と、エピクロルヒドリン189.7g(2.05mol)と、1-ブタノール19gとを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液45.1g(0.226mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。さらにその後、フラスコ内を50℃に保ちながら1時間保持し反応を完了させた。
反応完了後、分液操作で有機層を回収し、水100gで3回洗浄した。そして、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮して粗エポキシ樹脂を得た。
攪拌機と温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記の粗エポキシ樹脂、メチルイソブチルケトン150g、1-ブタノール25g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液38gを仕込み、ウォーターバスで内温80℃に加熱して2時間アルカリ処理した。その後、分液操作で有機層を回収し、水100gで3回洗浄した。そして、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮し、目的のエポキシ樹脂を49.5g得た。エポキシ当量は310g/当量であった。
【0241】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=809、重量平均分子量(Mw)=1308、多分散度(Mw/Mn)=1.62
【0242】
(合成例B:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の製造)
【0243】
【化40】
【0244】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得たフルオラール含有の混合物36.9g(フルオラール:0.207mol、フッ化水素:0.812mol)と、フッ化水素33.68g(1.68mol)と、2-クレゾール29.7g(0.275mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。反応終了後は合成例Aと同様の操作を行い、ノボラック樹脂42.1gを得た。水酸基当量は183g/当量であった。
【0245】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記で得られたノボラック樹脂35g(水酸基当量183g/当量)と、エピクロルヒドリン177.0g(1.91mol)と、1-ブタノール17.7gとを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液42.1g(0.211mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後は合成例Aと同様の操作を行い、目的のエポキシ樹脂を46.8g得た。エポキシ当量は391g/当量であった。
【0246】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=849、重量平均分子量(Mw)=1090、多分散度(Mw/Mn)=1.28
【0247】
(合成例C:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の製造)
【0248】
【化41】
【0249】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得たフルオラール含有の混合物37.8g(フルオラール:0.212mol、フッ化水素:0.65mol)と、フッ化水素34.2g(1.7mol)と、フェノール13.3g(0.141mol)と、2-クレゾール15.2g(0.141mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで18時間反応させた。反応終了後は合成例Aと同様の操作を行い、目的のノボラック樹脂40.2gを得た。水酸基当量は169g/当量であった。
【0250】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、得られたノボラック樹脂30g(水酸基当量169g/当量)と、エピクロルヒドリン164.7g(1.78mol)と、1-ブタノール16.5gとを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液39.2g(0.196mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後は合成例Aと同様の操作を行い、目的のエポキシ樹脂を40.8g得た。エポキシ当量は326g/当量であった。
【0251】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=891、重量平均分子量(Mw)=1238、多分散度(Mw/Mn)=1.39
【0252】
(合成例D:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の製造)
【0253】
【化42】
【0254】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得たフルオラール含有の混合物34.0g(フルオラール:0.191mol、フッ化水素:0.748mol)と、フッ化水素30.7g(1.54mol)と、1-ナフトール36.5g(0.253mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。反応終了後は合成例Aと同様の操作を行い、ノボラック樹脂51.1gを得た。その後さらに、得られたノボラック樹脂を酢酸エチル50gに溶解させて強攪拌した1.5kgのヘプタンへ滴下して固体を析出させた。固体を濾過してエバポレーターで溶媒留去して、目的のノボラック樹脂28.4gを得た。水酸基当量は329g/当量であった。
【0255】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、得られたノボラック樹脂24g(水酸基当量329g/当量)と、エピクロルヒドリン67.5g(0.730mol)と、1-ブタノール6.7gとを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液16.0g(80mmol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後は合成例Aと同様の操作を行い、目的のエポキシ樹脂を27.9g得た。エポキシ当量は803g/当量であった。
【0256】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=951、重量平均分子量(Mw)=1412、多分散度(Mw/Mn)=1.49
【0257】
(合成例E:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の製造)
【0258】
【化43】
【0259】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得たフルオラール含有の混合物36.9g(フルオラール:0.207mol、フッ化水素:0.812mol)と、フッ化水素33.68g(1.68mol)と、3-クレゾール29.7g(0.275mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。反応終了後は合成例Aと同様の操作を行い、ノボラック樹脂42.1gを得た。水酸基当量は180g/当量であった。
【0260】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記で得られたノボラック樹脂35g(水酸基当量180g/当量)と、エピクロルヒドリン177.0g(1.91mol)と、1-ブタノール17.7gとを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液42.1g(0.211mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後は合成例Aと同様の操作を行い、目的のエポキシ樹脂を45.8g得た。エポキシ当量は390g/当量であった。
【0261】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=860、重量平均分子量(Mw)=1100、多分散度(Mw/Mn)=1.30
【0262】
(合成例F:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の製造)
【0263】
【化44】
【0264】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた100mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、上記[フルオラールの調製例]で得たフルオラール含有の混合物36.9g(フルオラール:0.207mol、フッ化水素:0.812mol)と、フッ化水素33.68g(1.68mol)と、4-クレゾール29.7g(0.275mol)とを入れた。そして、25℃、絶対圧0.2MPaで24時間反応させた。反応終了後は合成例Aと同様の操作を行い、ノボラック樹脂40.1gを得た。水酸基当量は185g/当量であった。
【0265】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記で得られたノボラック樹脂35g(水酸基当量185g/当量)と、エピクロルヒドリン177.0g(1.91mol)と、1-ブタノール17.7gとを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液42.1g(0.211mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後は合成例Aと同様の操作を行い、目的のエポキシ樹脂を47.1g得た。エポキシ当量は395g/当量であった。
【0266】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=844、重量平均分子量(Mw)=1095、多分散度(Mw/Mn)=1.28
【0267】
(合成例J:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の合成)
【0268】
【化45】
【0269】
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例11で得られたノボラック樹脂20g(水酸基当量161g/当量)と、エピクロルヒドリン68.8g(0.74mol)と、1-ブタノール6.9gを仕込み、ウォーターバスを用いて内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液27.3g(0.136mol)を2時間かけてフラスコ内に滴下した。さらにその後、フラスコ内を50℃で1時間保持し反応を完了させた。反応完了後、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮して粗エポキシ樹脂を得た。
攪拌機と温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、上記の粗エポキシ樹脂、メチルイソブチルケトン40.0g、1-ブタノール7g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液9.9gを仕込み、ウォーターバスで内温80℃に加熱して3時間アルカリ処理した。その後、メチルイソブチルケトン82gと水160gを加え、分液操作で有機層を回収し、水160gで3回洗浄した。そして、回収した有機層はエバポレーターで濃縮し、目的のエポキシ樹脂を40.0g得た。エポキシ当量は209g/当量であった。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=773、重量平均分子量(Mw)=6367、多分散度(Mw/Mn)=8.2
【0270】
(合成例K:以下構造単位を有するエポキシ樹脂の合成)
【0271】
【化46】
【0272】
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例12で得られたノボラック樹脂20g(水酸基当量253g/当量)と、エピクロルヒドリン43.9g(0.47mol)と、1-ブタノール4.4gを仕込み、ウォーターバスを用いて内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液17.4g(87mmol)を2時間かけてフラスコ内に滴下した。さらにその後、フラスコ内を50℃1時間保持し反応を完了させた。反応完了後、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮して粗エポキシ樹脂を得た。
攪拌機と温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記の粗エポキシ樹脂、メチルイソブチルケトン40.0g、1-ブタノール7g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液12.5gを仕込み、ウォーターバスで内温80℃に加熱して4時間アルカリ処理した。その後、メチルイソブチルケトン82gと水160gを加え、分液操作で有機層を回収し、水160gで3回洗浄した。そして、回収した有機層はエバポレーターで濃縮し、目的のエポキシ樹脂を49.5g得た。エポキシ当量は300g/当量であった。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1091、重量平均分子量(Mw)=4624、多分散度(Mw/Mn)=4.2
【0273】
(比較用エポキシ樹脂の準備)
ALDRICH社製の、以下構造単位を有するノボラックエポキシ樹脂を準備した。エポキシ当量は225であった。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1014、重量平均分子量(Mw)=1967、多分散度(Mw/Mn)=2.824
【0274】
【化47】
【0275】
<エポキシアクリレートの合成>
(合成例7:以下構造単位を有するエポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0276】
【化48】
【0277】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管、そして攪拌モーターを備えた500mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、フッ化水素162g(8.08mol)と、フェノール125.2g(1.33mol)とを入れた。そして、10℃のウォーターバスで冷却しながら、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物178.2g(フルオラール:1.00mol、フッ化水素:3.92mol)を、内温10~13℃で33分かけて導入した。その後、25℃に昇温して、絶対圧0.2MPaで27時間反応させた。反応終了後、反応液を1.2kgの氷水へ注ぎ込み、ジイソプロピルエーテル820gで有機物を抽出した。抽出操作で回収した有機層を水1.4kgで2回洗浄し、さらに水600gと48質量%水酸化カリウム水溶液4gを加えて中和、洗浄した。さらにその後、水600gで2回洗浄して、分液操作で有機層を回収した。有機層をエバポレーターで濃縮し、ノボラック樹脂178.2gを得た。このノボラック樹脂の水酸基当量は187g/当量であった。
【0278】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記で得られたノボラック樹脂50g(水酸基当量187g/当量)と、エピクロルヒドリン148.2g(1.60mol)と、1-ブタノール15gを仕込み、ウォーターバスで内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液58.7g(0.291mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。さらにその後、フラスコ内を50℃に保ちながら3時間保持し反応させた。反応完了後、分液操作で有機層を回収し、水148gで洗浄した。そして、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮して粗エポキシ樹脂を得た。
攪拌機と温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記の粗エポキシ樹脂、メチルイソブチルケトン104g、1-ブタノール17g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液25gを仕込み、ウォーターバスで内温80℃に加熱して5時間アルカリ処理した。その後、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮して1-ブタノールを除去したのち、メチルイソブチルケトン350gを加えて、水200gで3回洗浄した。そして、分液操作で有機層を回収し、エバポレーターで濃縮してエポキシ樹脂を56.1g得た。エポキシ当量は254g/当量であった。
【0279】
・エポキシアクリレート樹脂溶液合成
攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、上記で得られたエポキシ樹脂38.8g(エポキシ当量254g/当量)と、アクリル酸11.0g(0.153mol)、ハイドロキノン60mg、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート22.8gを仕込み、オイルバスを用いて内温100℃に加熱攪拌し、均一溶解させた。次いで、トリフェニルホスフィン170mgを仕込み、乾燥空気を導入しながら、内温110℃に昇温して2時間反応後、内温120℃に昇温してさらに12時間反応させて反応を完結させた。冷却後、目的のエポキシアクリレート樹脂溶液(I)を得た。
【0280】
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=2076、重量平均分子量(Mw)=5768、多分散度(Mw/Mn)=2.779、固形分濃度68.7質量%
【0281】
(合成例8:以下構造単位を有する酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0282】
【化49】
【0283】
攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、エポキシアクリレート樹脂溶液(I)54.6gと、オルトキシレン10.3gと、1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸無水物10.5g(69.0mmol)を入れた。そして、乾燥空気を導入しながら、オイルバスを用いて内温110℃に加熱して5時間反応ささせた。冷却後、目的の酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=2528、重量平均分子量(Mw)=7298、多分散度(Mw/Mn)=2.887、固形分酸価=82mgKOH/g、固形分濃度63.7質量%
【0284】
(合成例9:以下構造単位を有するエポキシアクリレート樹脂溶液(II)の合成)
【0285】
【化50】
【0286】
・ノボラック樹脂合成
圧力計、温度計保護管、挿入管および攪拌モーターを備えた300mLステンレス鋼製オートクレーブ反応器内に、フッ化水素119.3g(5.97mol)と、2-クレゾール89.7g(0.829mol)を入れた。そして、2℃のウォーターバスで冷却しながら、上記[フルオラールの調製例]で得られたフルオラール含有の混合物69.0g(フルオラール:0.623mol、フッ化水素:1.52mol)を内温2~18℃で23分かけて導入した。その後25℃に昇温して、絶対圧0.2MPaで30時間反応させた。その後は合成例7と同様の操作を行い、ノボラック樹脂120.4gを得た。このノボラック樹脂の水酸基当量は174g/当量であった。
【0287】
・エポキシ樹脂合成
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた300mLガラス製フラスコに、上記で得られたノボラック樹脂50g(水酸基当量174g/当量)と、エピクロルヒドリン159.5g(1.72mol)と、1-ブタノール16gを仕込み、ウォーターバスを用いて内温50℃に加熱した。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液63.2g(0.318mol)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後は合成例7と同様の操作を行い、エポキシ樹脂を58.9g得た。エポキシ当量は262g/当量であった。
【0288】
・エポキシアクリレート樹脂合成
攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、上記で得られたエポキシ樹脂38.8g(エポキシ当量は262g/当量)と、アクリル酸10.7g(0.148mol)と、ハイドロキノン60mgと、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート22.6gを仕込み、オイルバスを用いて内温100℃に加熱攪拌し、均一溶解させた。次いで、トリフェニルホスフィン170mgを仕込み、乾燥空気を導入しながら、内温110℃に昇温して2時間反応後、内温120℃に昇温してさらに12時間反応させて反応を完結させた。冷却後、目的のエポキシアクリレート樹脂溶液(II)を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1185、重量平均分子量(Mw)=2075、多分散度(Mw/Mn)=1.750
【0289】
(合成例10:以下構造単位を有する酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0290】
【化51】
【0291】
・酸変性エポキシアクリレート樹脂合成
攪拌機、還流器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、エポキシアクリレート樹脂溶液(II)56.0gと、オルトキシレン10.3gと、1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸無水物10.4g(68.4mmol)を入れた。そして、乾燥空気を導入しながら、オイルバスを用いて内温110℃に加熱して5時間反応ささせた。冷却して、目的の酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1393、重量平均分子量(Mw)=2586、多分散度(Mw/Mn)=1.856、固形分酸価84mgKOH/g、固形分濃度63.7質量%
【0292】
(比較合成例2:以下構造を有する酸変性エポキシアクリレート溶液の合成)
【0293】
【化52】
ノボラック樹脂にフェノールノボラック(明和化成製HF-1M)50gを用いた以外は合成例7および合成例8と同様の操作により、上記構造を有する化合物の樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=2187、重量平均分子量(Mw)=10158、多分散度(Mw/Mn)=4.645、固形分酸価=91mgKOH/g、固形分濃度63.8質量%
【0294】
(比較合成例3:以下構造を有する酸変性エポキシアクリレート溶液の合成)
【0295】
【化53】
ノボラック樹脂にクレゾールノボラック(DIC製Phenolite KA-1160)50gを用いた以外は合成例9および合成例10と同様の操作により、上記構造を有する化合物の樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1385、重量平均分子量(Mw)=2559、多分散度(Mw/Mn)=1.848、固形分酸価=85mgKOH/g、固形分濃度63.7質量%
【0296】
(合成例L:以下構造単位を有するエポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0297】
【化54】
【0298】
攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例Jで得られたエポキシ樹脂4.0g(エポキシ当量209g/当量)と、アクリル酸1.4g(19mmol)と、ハイドロキノン20mgと、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート2.4gを仕込み、オイルバスを用いて内温110℃に加熱攪拌し、均一溶解させた。次いで、トリフェニルホスフィン21mgを仕込み、乾燥空気を導入しながら2時間攪拌し、その後内温120℃に昇温してさらに8時間攪拌して反応を完結させた。冷却後、目的のエポキシアクリレート樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1040、重量平均分子量(Mw)=6192、多分散度(Mw/Mn)=6.0、固形分濃度69.1質量%
【0299】
(合成例M:以下構造単位を有する酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0300】
【化55】
【0301】
攪拌機、還流器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例Lで得られたエポキシアクリレート樹脂溶液10.0gと、オルトキシレン1.5gと、1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸無水物1.5g(12mmol)を入れた。そして、乾燥空気を導入しながら、オイルバスを用いて内温110℃に加熱して5時間反応させた。冷却して、目的の酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1629、重量平均分子量(Mw)=6273、多分散度(Mw/Mn)=3.9、固形分酸価82mgKOH/g、固形分濃度63.2質量%
【0302】
(合成例N:以下構造単位を有するエポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0303】
【化56】
【0304】
攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例Kで得られたエポキシ樹脂5.0g(エポキシ当量300g/当量)と、アクリル酸1.2g(17mmol)と、ハイドロキノン31mgと、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート3.8gを仕込み、オイルバスを用いて内温110℃に加熱攪拌し、均一溶解させた。次いで、トリフェニルホスフィン22mgを仕込み、乾燥空気を導入しながら2時間攪拌し、その後内温120℃に昇温してさらに8時間攪拌して反応を完結させた。冷却後、目的のエポキシアクリレート樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1650、重量平均分子量(Mw)=13263、多分散度(Mw/Mn)=8.0、固形分濃度62.2質量%
【0305】
(合成例O:以下構造単位を有する酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液の合成)
【0306】
【化57】
【0307】
攪拌機、還流器および温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例Nで得られたエポキシアクリレート樹脂溶液10.0gと、オルトキシレン1.5gと、1,2,3,6-テトラヒドロフタル酸無水物1.5g(10mmol)を入れた。そして、乾燥空気を導入しながら、オイルバスを用いて内温110℃に加熱して8時間反応させた。冷却して、目的の酸変性エポキシアクリレート樹脂溶液を得た。
[物性データ]
数平均分子量(Mn)=1725、重量平均分子量(Mw)=24333、多分散度(Mw/Mn)=14.1、固形分酸価67mgKOH/g、固形分濃度59.3質量%
【0308】
<活性エステル樹脂の調製>
(合成例P:以下構造単位を有する活性エステル樹脂の合成)
【0309】
【化58】
【0310】
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例7で得られたノボラック樹脂10.0g(水酸基当量187g/当量)と、ベンゾイルクロリド7.6g(54.1mmol)と、メチルイソブチルケトン40.0gと、テトラブチルアンモニウムブロミド13mgとを仕込み、ウォーターバスで内温20℃とした。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液11.3g(56.5mmol)を20分かけてフラスコ内に滴下した。さらにその後、フラスコ内を20℃で1時間保持し反応を完了させた。
反応完了後、メチルイソブチルケトン80gと水80gを加えて、分液操作で有機層を回収し、水80gで2回洗浄した。そして、回収した有機層はエバポレーターで濃縮して活性エステル樹脂15.5gを得た。活性エステル当量は291g/当量であった。
【0311】
(合成例Q:以下構造単位を有する活性エステル樹脂の合成)
【0312】
【化59】
【0313】
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた100mLガラス製フラスコに、合成例9で得られたノボラック樹脂10.0g(水酸基当量174g/当量)と、ベンゾイルクロリド8.3g(59.0mmol)と、メチルイソブチルケトン40.0gと、テトラブチルアンモニウムブロミド14mgとを仕込み、ウォーターバスで内温20℃とした。その後、20質量%水酸化ナトリウム水溶液11.9g(59.5mmol)を20分かけてフラスコ内に滴下した。さらにその後、フラスコ内を20℃で1時間保持し反応を完了させた。
反応完了後、メチルイソブチルケトンを80gと水80gを加えて、分液操作で有機層を回収し、水80gで2回洗浄した。そして、回収した有機層はエバポレーターで濃縮して活性エステル樹脂15.9gを得た。活性エステル当量は278g/当量であった。
【0314】
<吸光度の評価>
株式会社島津製作所製、紫外可視近赤外分光光度計(UV-VIS-NIR SPECTROMETER 機種名 UV-3150)を用いて測定した。具体的には、各ノボラック樹脂の16質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を光路長1cmのセルに導入して、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、i線(波長365nm)の吸光度を測定した。測定結果を下表に示す。
【0315】
【表1】
【0316】
上表より、特に、一般式(1)においてn=0である場合に該当するノボラック樹脂は、g線、h線およびi線に対して小さな吸光度を示す(これら光を良く透過する)ことが示された。すなわち、第1実施形態のノボラック樹脂は、フォトレジストなどの感光性樹脂組成物に好ましく適用可能であるといえる。
【0317】
<アルカリ溶解性の評価>
以下手順で行った。
(1)合成例2で得られたノボラック樹脂を、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)に溶解し、その後、ポアサイズ0.2μmのフィルターで濾過した。こうすることで、ノボラック樹脂のPGMEA溶液を得た。ノボラック樹脂およびPGMEAの量は、溶液中のノボラック樹脂の比率が20質量%となるように調整した。
(2)HMDS処理がされたシリコンウエハの表面に、上記PGMEA溶液をスピンコートにより塗布し、ホットプレートを用いてPGMEAを乾燥させた。このようにして、シリコンウエハの表面に樹脂膜を形成した。スピンコートや乾燥の条件の詳細は以下の通りである。
・スピンコート条件:スロープ50s、1,000rpm、60s
・乾燥条件:110℃、60s
・乾燥膜厚:1μm
(3)上記(2)で形成した樹脂膜を、シリコンウエハごと、アルカリ水溶液(2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)に浸漬した。そして、浸漬時間と膜厚との関係から、合成例2で得られたノボラック樹脂で形成された樹脂膜のアルカリ溶解速度を算出した。
(4)合成例2で得られたノボラック樹脂の代わりに比較合成例1で得られたノボラック樹脂を用いたこと以外は、上記(1)~(3)と同様の手順を実施した。これにより、比較合成例1で得られたノボラック樹脂で形成された樹脂膜のアルカリ溶解速度を算出した。
【0318】
上記評価の結果、合成例2で得られたノボラック樹脂で形成された樹脂膜のアルカリ溶解速度は、0.95μm/sであった。
一方、比較合成例1で得られたノボラック樹脂で形成された樹脂膜のアルカリ溶解速度は、0.02μm/sであった。
上記2つの結果の対比より、第1実施形態のノボラック樹脂のアルカリ溶解性は良好であることが理解される。
【0319】
<感光性樹脂組成物(フォトレジスト組成物)の調製と評価>
以下手順で、感光性樹脂組成物(フォトレジスト組成物)を調製し、そして評価した。
(1)合成例2で得られたノボラック樹脂75質量部と、キノンジアジド系感光剤(東洋合成社製、NT200)25質量部とを、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)500質量部に溶解し、その後、ポアサイズ0.2μmのフィルターで濾過した。こうすることで、感光性樹脂組成物(フォトレジスト組成物)を調製した。
(2)HMDS処理したシリコンウエハの表面に、感光性樹脂組成物(フォトレジスト組成物)をスピンコートにより塗布し、ホットプレートを用いてPGMEAを乾燥させた。このようにして、シリコンウエハの表面に感光性樹脂膜(フォトレジスト膜)を形成した。
・スピンコート条件:スロープ50s、1,000rpm、60s
・乾燥条件:110℃、60s
・乾燥膜厚:1μm
(3)上記(2)で形成された感光性樹脂膜(フォトレジスト膜)の上に、様々な幅のライン/スペースパターンを有するフォトマスクを載せ、g・h・i線ランプ(g、h、i線が同時に出る装置)で200mJ/cmの光を照射した。
(4)光照射された感光性樹脂膜(フォトレジスト膜)を、シリコンウエハごと、現像液(1.19質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)に60秒間浸漬して現像処理した。浸漬後、取り出したシリコンウエハ上の樹脂膜に窒素ガスを吹き付けることで、乾燥させた。このようにして、シリコンウエハ上に「パターン」を得た。
【0320】
上記「パターン」を、マイクロスコープで観察した。観察の結果、ライン/スペース=5μm/5μmのパターンが解像できていることを確認した。この結果より、第1実施形態のノボラック樹脂は、フォトレジスト等の、電子デバイス製造の際に用いられる感光性樹脂組成物に好ましく適用されることが理解される。
【0321】
<ノボラック樹脂の「硬化剤」としての評価>
まず、以下成分を混合することで、硬化性樹脂組成物を調製した。
・合成例1で合成したノボラック樹脂 100質量部
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東京化成社製、エポキシ当量189g/eq)
・硬化促進剤:1,2-ジメチルイミダゾール 0.096質量部
【0322】
上記硬化性樹脂組成物3gを、51mmφのアルミカップ容器に入れて、ホットプレート上に置いた。そして、180℃で10分、その後さらに200℃で1.5時間加熱した。このようにすることで、硬化物を得ることができた。つまり、第1実施形態のノボラック樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤としても使用可能であることが確認された。
【0323】
<透過率(溶液)の測定>
株式会社島津製作所製、紫外可視近赤外分光光度計(UV-VIS-NIR SPECTROMETER、機種名:UV-3150)を用い、合成例Aのエポキシ樹脂の20質量%メチルエチルケトン溶液を、光路長1cmのセルに導入して、波長400nmの光(可視光)と波長365nmの光(近紫外線)の透過率を測定した。合成例Bのエポキシ樹脂と、比較用エポキシ樹脂についても同様にして透過率(溶液)を測定した。
結果をまとめて下表に示す。
【0324】
【表2】
【0325】
上表に示されるとおり、第2実施形態のエポキシ樹脂の、可視光や近紫外線の透過性は良好であった。
【0326】
<全塩素量の測定>
合成例Aのエポキシ樹脂について、全塩素量を、JIS K 7243-3:2005確認済に基づき測定した。測定結果は533ppmであった。すなわち、第2実施形態のエポキシ樹脂の全塩素量は十分に小さかった。
【0327】
<硬化性樹脂組成物の調製、硬化物の作製と評価>
合成例Aのエポキシ樹脂、合成例Bのエポキシ樹脂、および比較用エポキシ樹脂を用いて、下表の組成の硬化性樹脂組成物を調製した。
下表において、数値の単位は質量部である。
下表において、硬化剤は無水メチルヘキサヒドロフタル酸(酸無水物当量165g/質量、常温で液体)、硬化促進剤はトリブチル(エチル)ホスホニウムジエチルホスファート(常温で液体)である。各成分を加熱しながら混合して得られた硬化性樹脂組成物は、液状(無溶媒ワニス)であった。
【0328】
【表3】
【0329】
調製した硬化性樹脂組成物3gを、51mmφのアルミカップ容器に入れ、100℃で3分程度撹拌して均一にした。その後、ホットプレートを用いて、100℃で3時間加熱し、その後さらに140℃で3時間加熱した。以上により評価用の厚み1mmの硬化物を得た。
【0330】
・ガラス転移温度の測定
示差走査熱量計により、各硬化物のガラス転移温度を測定した。ガラス転移温度は、示差走査熱量計(株式会社日立ハイテクサイエンス社製、機種名DSC7000)を使用し、昇温速度10℃/分の条件で測定した。
【0331】
・透過率(硬化物)の測定
株式会社島津製作所製、紫外可視近赤外分光光度計(UV-VIS-NIR SPECTROMETER、機種名:UV-3150)を用い、硬化物の、波長400nmの光(可視光)と波長365nmの光(近紫外線)の透過率を測定した。
【0332】
結果をまとめて下表に示す。
【0333】
【表4】
【0334】
上表より、―C(CF)H―で表される部分構造を有するフッ素含有エポキシ樹脂を用いて作製した実施例1および2の硬化物のガラス転移温度は、フッ素不含有である比較用エポキシ樹脂を用いて作製した比較例1の硬化物のガラス転移温度と同程度であった。この結果より、第2実施形態のエポキシ樹脂は、フッ素原子を含むにもかかわらず、過度な剛直化が抑えられているといえる。
また、樹脂溶液ではなく硬化物においても、可視光および近紫外線の良好な透明性が確認された。
【0335】
<エポキシ樹脂の溶媒溶解性比較>
合成例13で得られたエポキシ樹脂と比較用エポキシ樹脂について、それぞれ、下表に記載の溶媒を用いて30質量%溶液を調製した。そして、溶液を室温で1日放置した。
1日放置後の溶液の様子を目視し、均一溶液であったものを溶解性良好(〇)とし、沈殿や分離が生じていたものを溶解性不良(×)と評価した。
【0336】
【表5】
【0337】
上表に示されるとおり、合成例Bのエポキシ樹脂は、様々な有機溶媒への良好な溶解性を示した。一方、比較用エポキシ樹脂を用いた評価では、メタノールやブチルセロソルブなどのアルコール系溶媒への溶解性が悪い結果が得られた。
【0338】
<感光性樹脂組成物>
上記合成例8、10、比較合成例2、3の樹脂溶液を用いて、下記表6に示す割合で各成分を配合した後、均一になるまで攪拌混合し、ソルダーレジスト用感光性樹脂組成物を調製した。各組成物およびその硬化物の物性を表7に示す。
【0339】
【表6】
エポキシ樹脂:EOCN-1020-55(日本化薬製)
光重合開始剤:イルガキュアOXE02(BASFジャパン製)
【0340】
【表7】
【0341】
上記表7の性能試験におけるサンプル作製および試験方法は以下の通りである。
【0342】
<感光性樹脂膜の作製>
表面を1分間オゾン処理したガラス基板上に、バーコーターを用いてそれぞれ上記実施例3、4、比較例2、3の感光性樹脂組成物を塗布し、ホットプレートを用いて80℃で30分乾燥させた後、室温まで放冷して作製した。
【0343】
<パターニングの評価>
上記の感光性樹脂膜に対し、露光機(SUSS MicroTec製)を用い、フォトマスクを介して露光量2J/cmの条件でi線露光した後、1%NaCO水溶液に45分浸漬した。その後、超純水で洗浄し、Nブローで乾燥させ、ホットプレートを用いて150℃で1時間加熱し、評価サンプルを得た。得られたサンプルは光学顕微鏡を用いて観察し、パターニングの崩れを評価した。
評価基準は以下の通りである。
○:パターンの崩れが観測されない
△:部分的なパターンの崩れが観測される
?:全体的なパターンの崩れが観測される
【0344】
<感光性樹脂硬化物の作製>
上記の感光性樹脂膜に対し、LED露光機(HOYA製H-20AH4-FS1)を用いて露光量2J/cmの条件で露光した後、ホットプレートを用いて150℃で1時間加熱した。得られた硬化物をガラス基板から剥離後、所定のサイズに切り出し、ガラス転移温度、線熱膨張係数、機械強度の評価に用いた。
【0345】
<ガラス転移温度の測定>
示差走査熱量計(日立ハイテクサイエンス製DSC7000)を用いて、サンプル量約10mg、昇温速度5℃/分、窒素雰囲気の条件で測定した。
【0346】
<線熱膨張係数の測定>
硬化物を20mm×5mmに切り出したサンプルを使用した。熱機械分析装置(Rigaku製TMA8310)を用い、引張荷重法により、荷重98mN、昇温速度10℃/分の条件で連続して2回測定した。2回目の測定における50~150℃までの平均線熱膨張係数を算出した。
【0347】
<機械強度の測定>
硬化物を60mm×5mmに切り出したサンプルを使用した。JIS K7127に準拠し、伸び率、引張弾性率、引張応力を測定した。
【0348】
表7に示す結果から、実施例3の感光性樹脂組成物は、比較例2の感光性樹脂組成物よりパターニングが良好である。そして、実施例3の感光性樹脂組成物の硬化物は、比較例2の感光性樹脂組成物の硬化物より線熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れると考えられる。また、実施例3と実施例4の感光性樹脂組成物の硬化物は、それぞれ比較例2と比較例3の感光性樹脂組成物の硬化物より高いガラス転移点を有し、伸び率が大きく、弾性率が低くなっていることから、耐熱性、耐クラック性に優れると考えられ、ソルダーレジスト用途またはインプリント用途に好適であると理解される。
【0349】
<活性エステル樹脂を用いた硬化性樹脂組成物の調製と評価>
まず、表8に示される組成の硬化性樹脂組成物を調製した。
【0350】
【表8】
【0351】
上表において、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、硬化促進剤および溶剤は以下である。
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂:東京化成品、エポキシ当量189g/当量
・硬化促進剤:4-ジメチルアミノピリジン
・溶剤:メチルエチルケトン
【0352】
調製した硬化性樹脂組成物1gを、51mmφのアルミカップに入れ、ホットプレートを用いて、120℃で1時間加熱して溶剤を蒸発させ、その後、200℃で2時間加熱した。以上により硬化物を得た。
【0353】
示差走査熱量計により、硬化物のガラス転移温度を測定した。示差走査熱量計は株式会社日立ハイテクサイエンス社製DSC7000を使用し、昇温速度10℃/分の条件で測定した。実施例5の硬化物のガラス転移温度は85℃であった。
【0354】
この出願は、2020年3月27日に出願された日本出願特願2020-057369号、2020年4月27日に出願された日本出願特願2020-078271号および2020年9月30日に出願された日本出願特願2020-164681号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。