JP2014186300A - 感光性組成物、硬化膜およびその製造方法ならびに電子部品 - Google Patents

感光性組成物、硬化膜およびその製造方法ならびに電子部品

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Abstract

【課題】本発明の課題は、電子部品等が有する表面保護膜および層間絶縁膜等の形成に好適に用いられる樹脂組成物および感光性組成物の硬化性の向上と、前記組成物を用いて基板上に硬化膜を形成した場合に当該基板に残留する内部応力の低減との両立を図ることにある。
【解決手段】(A)フェノール性水酸基を有する樹脂と、(B1)オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤と、(B2)−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤と、(C)感光性酸発生剤とを含有する感光性組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子部品等が有する表面保護膜および層間絶縁膜等の形成に好適に用いられる樹脂組成物および感光性組成物に関し、さらに、前記組成物から形成される硬化膜およびその製造方法、ならびに前記硬化膜を有する電子部品に関する。
従来、電子部品中の半導体素子に用いられる表面保護膜および層間絶縁膜等を形成する際に使用される材料として、様々な樹脂組成物または感光性組成物が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
特許文献1には、溶剤中に、主鎖にビフェニルジイル構造を有するフェノール樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、前記(B)から発生した酸,または熱により、前記(A)と反応しえる化合物(C)とを含有する、感光性樹脂組成物が記載されており、前記(C)としてヘキサメトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルグリコールウリルが記載されている。
特許文献2には、フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性樹脂(A)、光により酸を発生する化合物(B)、コアシェルポリマー(C)、溶剤(D)、および加熱により前記(A)を架橋する熱架橋剤(E)を含有するポジ型感光性樹脂組成物が記載されており、前記(E)としてヘキサメトキシメチルメラミン等が記載されている。
特許文献3には、芳香族ジアミンと多価カルボン酸とが脱水縮合した構造を有する重縮合物、オキサゾリン化合物、および感光性ジアゾキノン化合物を含むポジ型感光性樹脂組成物が記載されている。
特開2012−123378号公報 特開2009−237125号公報 特開2007−192936号公報
表面保護膜および層間絶縁膜等の形成に用いられる、従来の樹脂組成物および感光性組成物では、得られる硬化膜の耐薬品性を向上させるために硬化性に優れた架橋剤のみを使用すると、硬化膜が形成された基板に内部応力が残りやすくなるという問題がある。このように、従来技術では、前記組成物の硬化性の向上と、硬化膜が形成された基板に残留する内部応力の低減との両立を図ることは困難であった。
本発明の課題は、電子部品等が有する表面保護膜および層間絶縁膜等の形成に好適に用いられる樹脂組成物および感光性組成物の硬化性の向上と、前記組成物を用いて基板上に硬化膜を形成した場合に当該基板に残留する内部応力の低減との両立を図ることにある。
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、フェノール性水酸基を有する樹脂等とともに、特定の架橋剤を組み合わせて用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、例えば以下の[1]〜[12]である。
[1](A)フェノール性水酸基を有する樹脂と、(B1)オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤と、(B2)−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤と、(C)感光性酸発生剤とを含有する感光性組成物。
[2]前記架橋剤(B1)および前記架橋剤(B2)の含有割合(質量比、B1:B2)が、0.5:1〜5:1である、前記[1]の感光性組成物。
[3]前記架橋剤(B1)および前記架橋剤(B2)の含有量の合計が、組成物中に含まれる全架橋剤(B)100質量%に対して、50〜100質量%である、前記[1]または[2]の感光性組成物。
[4]前記架橋剤(B1)が、オキサゾリン基を2〜3つ有する、前記[1]〜[3]のいずれか1項の感光性組成物。
[5]前記架橋剤(B2)が、メラミン系架橋剤、グアナミン系架橋剤、メチロール基含有フェノール化合物、アルキルメチロール基含有フェノール化合物およびアセトキシメチル基含有フェノール化合物から選ばれる少なくとも1種を含む、前記[1]〜[4]のいずれか1項の感光性組成物。
[6]感光性酸発生剤(C)が、キノンジアジド基を有する化合物を含む、前記[1]〜[5]のいずれか1項の感光性組成物。
[7](A)フェノール性水酸基を有する樹脂と、(B1)オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤と、(B2)−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤とを含有する樹脂組成物。
[8]前記[1]〜[6]のいずれか1項の感光性組成物から得られる硬化膜。
[9]前記[1]〜[6]のいずれか1項の感光性組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程、前記樹脂塗膜を露光する工程、アルカリ性現像液により前記樹脂塗膜を現像してパターンを形成する工程、前記パターンを熱硬化させてパターン化硬化膜を形成する工程を有する、パターン化硬化膜の製造方法。
[10]前記[7]の樹脂組成物から得られる硬化膜。
[11]前記[7]の樹脂組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程、および前記樹脂塗膜を熱硬化させて硬化膜を形成する工程を有する、硬化膜の製造方法。
[12]前記[8]または[10]の硬化膜を有する電子部品。
本発明によれば、特定の架橋剤を併用することで、電子部品等が有する表面保護膜および層間絶縁膜等の形成に好適に用いられる樹脂組成物および感光性組成物の硬化性の向上と、前記組成物を用いて基板上に硬化膜を形成した場合に当該基板に残留する内部応力の低減との両立を図ることができる。
以下、本発明を実施するための形態について好適態様も含めて説明する。
〔樹脂組成物〕
本発明の樹脂組成物は、以下に説明するフェノール性水酸基を有する樹脂(A)と、架橋剤(B)とを含有する。本発明の樹脂組成物が感光性酸発生剤(C)も含有する場合、当該組成物を「感光性組成物」ともいう。
本発明の樹脂組成物は、後述するように、架橋剤(B)として、オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤(B1)と、−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤(B2)とを含有する。これらの架橋剤(B1),(B2)を併用することで、(i)樹脂組成物の硬化性が向上し、得られる硬化膜の耐薬品性が向上するとともに、(ii)硬化膜が形成された基板に残留する内部応力が低減され、基板の反りを抑制することができる。
〈樹脂(A)〉
本発明の樹脂組成物は、フェノール性水酸基を有する樹脂(A)を含有する。
樹脂(A)としては、例えば、ノボラック樹脂(a1)、フェノール性水酸基を有するラジカル重合性モノマー由来の構造単位を有する重合体(a2)、フェノール性水酸基を有するポリイミド、フェノール−キシリレングリコール縮合樹脂、クレゾール−キシリレングリコール縮合樹脂、フェノール−ジシクロペンタジエン縮合樹脂が挙げられる。これらの中でも、組成物の硬化性、および基板に残留する内部応力の低減の観点から、ノボラック樹脂(a1)、重合体(a2)が好ましく、重合体(a2)がより好ましい。
樹脂(A)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
《ノボラック樹脂(a1)》
ノボラック樹脂(a1)は、例えば、フェノール類とアルデヒド類とを酸触媒の存在下で縮合させることにより得ることができる。フェノール類としては、例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、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、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、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、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、カテコール、レゾルシノール、ピロガロール、α−ナフトール、β−ナフトールが挙げられる。アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドが挙げられる。
ノボラック樹脂(a1)の具体例としては、フェノール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、クレゾール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、クレゾール/サリチルアルデヒド縮合ノボラック樹脂、フェノール−ナフトール/ホルムアルデヒド縮合ノボラック樹脂、ノボラック樹脂をブタジエン系重合体などの重合性ビニル基を有するゴム状ポリマーで変性してなる樹脂(例えば、特開2010−015101号公報に記載の樹脂)が挙げられる。
《重合体(a2)》
重合体(a2)としては、例えば、フェノール性水酸基を有するラジカル重合性モノマーの単独または共重合体、フェノール性水酸基を有するラジカル重合性モノマーとその他のラジカル重合性モノマーとの共重合体が挙げられる。
フェノール性水酸基を有するラジカル重合性モノマーとしては、例えば、o−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、o−イソプロペニルフェノール、m−イソプロペニルフェノール、p−イソプロペニルフェノール等のヒドロキシスチレン系モノマー;ヒドロキシスチレン系モノマーの芳香環炭素に結合した1または2以上の水素原子をアルキル、アルコキシル、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロまたはシアノに置換してなるモノマー;ビニルヒドロキノン、5−ビニルピロガロール、6−ビニルピロガロールが挙げられる。また、前記モノマーのフェノール性水酸基をアルキル基やシリル基等で保護してなるモノマーを挙げることもできる。前記のフェノール性水酸基を保護してなるモノマーを用いる場合、重合体を形成後、当該保護を外すことでフェノール性水酸基を有する重合体(a2)とすることができる。前記モノマーは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
その他のラジカル重合性モノマーとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル等のスチレン系モノマー;スチレン系モノマーの芳香環炭素に結合した1または2以上の水素原子をアルキル、アルコキシル、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロまたはシアノに置換してなるモノマー;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン;不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸およびそのハーフエステル等の不飽和カルボン酸;o−ビニル安息香酸、m−ビニル安息香酸、p−ビニル安息香酸またはこれらのモノマーの芳香環炭素に結合した1もしくは2以上の水素原子をアルキル、アルコキシル、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロもしくはシアノに置換してなるモノマー;(メタ)アクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、アクロレイン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、弗化ビニル、弗化ビニリデン、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、酢酸ビニル、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−(メタ)アクリロイルフタルイミド、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレートが挙げられる。前記モノマーは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記ラジカル重合性モノマーの重合体において、フェノール性水酸基を有するラジカル重合性モノマー由来の構造単位の含有量は、フェノール性水酸基を有するラジカル重合性モノマー由来の構造単位とその他のラジカル重合性モノマー由来の構造単位との含有割合の合計100モル%に対して、好ましくは30モル%以上、より好ましくは40〜95モル%である。
上記ラジカル重合性モノマーの重合体としては、好ましくは、ポリp−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン/p−ヒドロキシスチレン共重合体、p−ヒドロキシスチレン/スチレン共重合体、p−ヒドロキシスチレン/p−ビニルベンジルグリシジルエーテル/スチレン共重合体、p−ヒドロキシスチレン/(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート共重合体、p−ヒドロキシスチレン/(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート/スチレン共重合体等のヒドロキシスチレン系重合体が挙げられる。
樹脂(A)のその他の具体例としては、特開2002−139835号公報、特開2004−240144号公報、特開2007−056108号公報、特開2010−102271号公報、特開2007−192936号公報、特開2009−237125号公報および特開2012−123378号公報に記載された樹脂が挙げられる。樹脂(A)の製造方法の詳細も、これらの文献に記載されている。
《樹脂(A)の構成》
樹脂(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定される重量平均分子量(Mw)は、感光性組成物の解像性、硬化膜の弾性率およびクラック耐性の観点から、ポリスチレン換算で、通常1,000〜200,000、好ましくは2,000〜100,000、さらに好ましくは5,000〜50,000である。Mwの測定方法の詳細は、実施例に記載したとおりである。
樹脂(A)は、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液(23℃)に、0.001mg/ml以上溶解する樹脂であることが好ましい。
樹脂(A)の含有量は、本発明の樹脂組成物から溶剤(E)を除いた全成分の合計100質量%に対して、通常30〜95質量%、好ましくは40〜90質量%、さらに好ましくは50〜90質量%である。樹脂(A)の含有量が前記範囲にあると、解像度に優れた硬化膜を形成可能な樹脂組成物が得られる傾向にある。
〈架橋剤(B)〉
本発明の樹脂組成物は、架橋剤(B)として、オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤(B1)と、−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤(B2)と、を必須成分として含有する。以下、前記(B1)を「オキサゾリン系架橋剤(B1)」または単に「架橋剤(B1)」ともいい、前記(B2)を「活性メチレン基含有架橋剤(B2)」または単に「架橋剤(B2)」ともいう。
オキサゾリン系架橋剤(B1)は、熱硬化性がやや低く、熱硬化時に樹脂(A)のフェノール性水酸基と反応し、他方、活性メチレン基含有架橋剤(B2)は、熱硬化性が高く、熱硬化時に樹脂(A)の芳香環と反応すると推測される。このように、オキサゾリン系架橋剤(B1)および活性メチレン基含有架橋剤(B2)は、それぞれ反応相手の反応箇所および硬化性に差があり、このことが、熱硬化時等において、内部応力の原因となる急速な架橋反応が進行することなく、架橋開始から終了まで略一定の速度で架橋反応が進行して硬化でき、この結果、本発明の優れた効果が発現したものと推測される。
架橋剤(B1)および架橋剤(B2)の含有量の合計は、組成物中に含まれる全架橋剤(B)100質量%に対して、好ましくは50〜100質量%、より好ましくは60〜100質量%、さらに好ましくは70〜100質量%である。これらの含量量の合計が前記範囲にあると、組成物の硬化性、および基板に残留する内部応力の低減に優れる。
架橋剤(B1)および架橋剤(B2)の含有割合(質量比、B1:B2)は、好ましくは0.5:1〜5:1、より好ましくは1:1〜4:1、さらに好ましくは1.5:1〜3:1である。これらの含有割合が前記範囲にあると、組成物の硬化性、および基板に残留する内部応力の低減に優れる。
本発明の樹脂組成物において、架橋剤(B)の全含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、通常1〜60質量部、好ましくは5〜50質量部、より好ましくは10〜40質量部である。架橋剤(B)の含有量が前記範囲にあると、解像度、および保存安定性に優れた硬化膜が形成される傾向にある。また、組成物の硬化性、および基板に残留する内部応力の低減に優れる。
《オキサゾリン系架橋剤(B1)》
オキサゾリン系架橋剤(B1)は、オキサゾリン基を少なくとも2つ有する化合物であり、オキサゾリン基を好ましくは2〜6つ有する化合物であり、より好ましくはオキサゾリン基を2つ有するビスオキサゾリン化合物、オキサゾリン基を3つ有するトリスオキサゾリン化合物である。
ビスオキサゾリン化合物としては、式(B1−1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014186300
1は、単結合または2価の有機基であり、2価の有機基としては、例えば、アルカンジイル基、シクロアルカンジイル基、アリーレン基、−CH2−O−CH2−で表される基、−C24−O−Ph−C(CH32−Ph−O−C24−で表される基(Phはフェニレン基)、ピリジンジイル基が挙げられる。R2は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはアリールアルキル基である。
アルカンジイル基の炭素数は、通常1〜10である。シクロアルカンジイル基の炭素数は、通常3〜12である。アリーレン基の炭素数は、通常6〜20である。アルキル基の炭素数は、通常1〜10である。シクロアルキル基の炭素数は、通常3〜12である。アリール基の炭素数は、通常6〜12である。アリールアルキル基の炭素数は、通常7〜12である。
ビスオキサゾリン化合物の具体例としては、
2,2'−ビス(2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−エチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(5−エチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4,4−ジエチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(5,5−ジメチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(5,5−ジエチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−プロピル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−ブチル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−ヘキシル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−シクロヘキシル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、
2,2'−ビス(4−ベンジル−2−オキサゾリン)、
1,2−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)エタン、
1,3−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)プロパン、
1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ブタン、
1,6−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ヘキサン、
1,8−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)オクタン、
1,10−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)デカン、
1,2−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)エタン、
1,2−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)エタン、
2,2−ビス(4−tert−ブチル−2−オキサゾリン)プロパン、
1,3−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)プロパン、
2,2−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)プロパン、
1,4−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)ブタン、
1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)シクロヘキサン、
1,4−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)シクロヘキサン、
1,2−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,3−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,2−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,2−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,3−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,3−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,4−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,4−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,3−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,4−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、
1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ナフタレン、
1,4−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)ナフタレン、
2,2'−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ビフェニル、
2,6−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ピリジン、
2,6−ビス(4−イソプロピル−2−オキサゾリン−2−イル)ピリジン、
2,6−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン−2−イル)ピリジン、
2,6−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)ピリジン、
2,2'−9,9'−ジフェノキシエタンビス(2−オキサゾリン)、
下記式で表される化合物
Figure 2014186300
が挙げられる。
トリスオキサゾリン化合物の具体例としては、
1,2,4−トリス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン
が挙げられる。
オキサゾリン基を4つ以上有するポリオキサゾリン化合物の具体例としては、ポリ(2−ビニル−2−オキサゾリン)、ポリ(2−イソプロペニル−2−オキサゾリン)、2−ビニル−2−オキサゾリン/スチレン共重合体、2−ビニル−2−オキサゾリン/(メタ)アクリル酸メチル共重合体等のオキサゾリン環含有ポリマーが挙げられる。
架橋剤(B1)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
《活性メチレン基含有架橋剤(B2)》
活性メチレン基含有架橋剤(B2)は、−CH2ORで表される基を少なくとも2つ有する架橋剤である。ここで、−CH2ORで表される基は活性メチレン基を有することから、熱、酸または塩基により活性メチレン基が樹脂(A)の芳香環と求核反応し、架橋反応が進行する。ここで「活性メチレン基」とは、2個の電子供与性基に挟まれたメチレン基を意味する。式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基であり、好ましくは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基である。
架橋剤(B2)としては、例えば、式(b2−1)で表される基を2つ以上有する化合物、式(b2−2)で表される基を2つ以上有する化合物、メチロール基含有フェノール化合物、アルキルメチロール基含有フェノール化合物、アセトキシメチル基含有フェノール化合物が挙げられる。
Figure 2014186300
式(b2−1)および(b2−2)中、mは1または2であり、nは0または1であり、m+nは2であり、Rは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基であり、好ましくは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基であり、*は結合手である。
架橋剤(B2)としては、例えば、ポリメチロール化メラミン、ポリメチロール化グリコールウリル、ポリメチロール化グアナミン、ポリメチロール化ウレア等の窒素化合物;前記窒素化合物中の活性メチロール基(N原子に結合したCH2OH基)の全部または一部がアルキルエーテル化またはアセトキシ化された化合物が挙げられる。ここで、アルキルエーテルを構成するアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられ、これらは互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、アルキルエーテル化またはアセトキシ化されていない活性メチロール基は、一分子内で自己縮合していてもよく、二分子間で縮合して、その結果、オリゴマー成分が形成されていてもよい。
架橋剤(B2)としては、例えば、特開平6−180501号公報、特開2006−178059号公報、および特開2012−226297号公報に記載の架橋剤が挙げられる。具体的には、ポリメチロール化メラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミン等のメラミン系架橋剤;ポリメチロール化グリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラブトキシメチルグリコールウリル等のグリコールウリル系架橋剤;3,9−ビス[2−(3,5−ジアミノ−2,4,6−トリアザフェニル)エチル]2,4,8,10−テトラオキソスピロ[5,5]ウンデカン、3,9−ビス[2−(3,5−ジアミノ−2,4,6−トリアザフェニル)プロピル]2,4,8,10−テトラオキソスピロ[5,5]ウンデカン等のグアナミンをメチロール化した化合物、および当該化合物中の活性メチロール基の全部または一部をアルキルエーテル化またはアセトキシ化した化合物等のグアナミン系架橋剤が挙げられる。これらの中でも、メラミン系架橋剤およびグアナミン系架橋剤が好ましい。
メチロール基含有フェノール化合物、アルキルメチロール基含有フェノール化合物およびアセトキシメチル基含有フェノール化合物としては、例えば、下記式で表される化合物、2,6−ジメトキシメチル−4−t−ブチルフェノール、2,6−ジメトキシメチル−p−クレゾール、2,6−ジアセトキシメチル−p−クレゾール
Figure 2014186300
が挙げられる。
架橋剤(B2)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
《他の架橋剤(B3)》
本発明の樹脂組成物は、架橋剤(B)として、さらに架橋剤(B1),(B2)以外の他の架橋剤(B3)を含有してもよい。他の架橋剤(B3)としては、例えば、オキシラン環含有化合物、オキセタン環含有化合物、イソシアネート基含有化合物(ブロック化されたものを含む。)、アルデヒド基含有フェノール化合物が挙げられる。ただし、オキシラン環含有化合物からは、後述のエポキシ基を有するシランカップリング剤は除外され、イソシアネート基含有化合物からは、後述のイソシアネート基を有するシランカップリング剤は除外される。
オキシラン環含有化合物としては、分子内にオキシラン環(オキシラニル基ともいう)が含有されていればよく、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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、テトラフェノール型エポキシ樹脂、フェノール−キシリレン型エポキシ樹脂、ナフトール−キシリレン型エポキシ樹脂、フェノール−ナフトール型エポキシ樹脂、フェノール−ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂が挙げられる。
オキシラン環含有化合物の具体例としては、例えば、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、エチレン/ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレン/ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルが挙げられる。
オキセタン環含有化合物としては、分子内にオキセタン環(オキセタニル基ともいう)が含有されていればよく、例えば、式(b3−1)〜(b3−3)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014186300
式(b3−1)〜(b3−3)中、Aは、直接結合、またはメチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルカンジイル基であり;Rは、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基であり;R1は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルカンジイル基であり;R2は、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等のアルキル基、フェニル基、キシリル基等のアリール基、下記式で表される基(式中、RおよびR1は、それぞれ式(b3−1)〜(b3−3)中のRおよびR1と同義である。)
Figure 2014186300
式(i)で表されるジメチルシロキサン残基、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルカンジイル基、フェニレン基、または式(ii)〜(vi)で表される基であり;iは、R2の価数に等しく、1〜4の整数である。なお、式(i)〜(vi)における「*」は、結合部位を示す。
Figure 2014186300
式(i)および(ii)中、xおよびyは、それぞれ独立に、0〜50の整数である。式(iii)中、Zは、直接結合、または−O−、−CH2−、−C(CH32−、−C(CF32−、−CO−もしくは−SO2−で表される2価の基である。
式(b3−1)〜(b3−3)で表される化合物の具体例としては、例えば、1,4−ビス{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}ベンゼン(商品名「OXT−121」、東亜合成社製)、3−エチル−3−{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}オキセタン(商品名「OXT−221」、東亜合成社製)、4,4'−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニル(宇部興産製、商品名「ETERNACOLL OXBP」)、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕エーテル、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕プロパン、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕スルホン、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕ケトン、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕ヘキサフロロプロパン、トリ〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、テトラ〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、式(b3−a)〜(b3−d)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014186300
また、これらの化合物以外に、高分子量の多価オキセタン環を有する化合物を用いることができる。例えば、オキセタンオリゴマー(商品名「Oligo−OXT」、東亞合成社製)、式(b3−e)〜(b3−g)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014186300
式(b3−e)〜(b3−g)中、p、qおよびsは、それぞれ独立に、0〜10000の整数であり、好ましくは1〜10の整数である。式(b3−f)中、Yは、エチレン基、プロピレン基等のアルカンジイル基、または−CH2−Ph−CH2−で表される基(式中、Phはフェニレン基を示す。)である。
架橋剤(B3)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
〈感光性酸発生剤(C)〉
本発明の感光性組成物は、感光性酸発生剤(C)を含有する。感光性酸発生剤(C)は、光照射により酸を発生する化合物である。本発明の感光性組成物から形成される樹脂塗膜に対する露光処理によって、感光性酸発生剤(C)に基づき露光部に酸が発生し、この酸の作用に基づき露光部のアルカリ水溶液への溶解性が変化する。
本発明の感光性組成物は、ポジ型またはネガ型のいずれであってもよい。感光性酸発生剤(C)の種類は、ポジ型の感光性組成物またはネガ型の感光性組成物に応じて、適宜選択することができる。
感光性酸発生剤(C)としては、例えば、キノンジアジド基を有する化合物、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物、スルホンイミド化合物、ジアゾメタン化合物が挙げられる。以下、キノンジアジド基を有する化合物を「キノンジアジド化合物(C1)」ともいい、これ以外の前記例示の感光性酸発生剤を「他の酸発生剤(C2)」ともいう。
キノンジアジド化合物(C1)は、光照射によりキノンジアジド基が分解してカルボキシル基を生じる化合物である。キノンジアジド化合物(C1)を含有する感光性組成物から得られる樹脂塗膜は、アルカリ性現像液に対して難溶な膜である。光照射により前記膜がアルカリ難溶の状態からアルカリ易溶の状態になることを利用することにより、ポジ型のパターンが形成される。
他の酸発生剤(C2)は、光照射により酸を形成する化合物である。他の酸発生剤(C2)を含有する感光性組成物から得られる樹脂塗膜は、光照射により発生する前記酸が樹脂(A)や架橋剤(B)等に作用することにより架橋構造が形成され、アルカリ難溶な膜となる。光照射により前記膜がアルカリ易溶の状態からアルカリ難溶の状態に変化することを利用することにより、ネガ型のパターンが形成される。
《キノンジアジド化合物(C1)》
キノンジアジド化合物(C1)としては、例えば、ナフトキノンジアジド化合物が挙げられ、具体的には、フェノール性水酸基を1つ以上有する化合物と、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸または1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸とのエステル化合物が挙げられる。
フェノール性水酸基を1つ以上有する化合物としては、例えば、式(C1−1)〜(C1−5)で表される化合物が挙げられる。これらの化合物は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2014186300
式(C1−1)中、X1〜X10はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基または水酸基である。X1〜X5の少なくとも1つは水酸基である。Aは直接結合、−O−、−S−、−CH2−、−C(CH32−、−C(CF32−、カルボニル基(−C(=O)−)またはスルホニル基(−S(=O)2−)である。
Figure 2014186300
式(C1−2)中、X11〜X24はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基または水酸基である。X11〜X15の少なくとも1つは水酸基である。Y1〜Y4はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である。
Figure 2014186300
式(C1−3)中、X25〜X39はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基または水酸基である。X25〜X29の少なくとも1つは水酸基であり、X30〜X34の少なくとも1つは水酸基である。Y5は水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である。
Figure 2014186300
式(C1−4)中、X40〜X58はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基または水酸基である。X40〜X44の少なくとも1つは水酸基であり、X45〜X49の少なくとも1つは水酸基であり、X50〜X54の少なくとも1つは水酸基である。Y6〜Y8はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である。
Figure 2014186300
式(C1−5)中、X59〜X72はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基または水酸基である。X59〜X62の少なくとも1つは水酸基であり、X63〜X67の少なくとも1つは水酸基である。
キノンジアジド化合物(C1)としては、例えば、4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4'−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,2',4'−ペンタヒドロキシベンゾフェノン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、1,3−ビス[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼン、1,4−ビス[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼン、4,6−ビス[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]−1,3−ジヒドロキシベンゼンおよび1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エタンから選ばれる化合物と、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸または1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸とのエステル化合物が挙げられる。
キノンジアジド化合物(C1)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の感光性組成物において、感光性酸発生剤(C)としてキノンジアジド化合物(C1)を用いる場合、キノンジアジド化合物(C1)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは5〜50質量部、より好ましくは10〜30質量部、さらに好ましくは15〜30質量部である。キノンジアジド化合物(C1)の含有量が前記下限値以上であると、未露光部の残膜率が向上し、マスクパターンに忠実な像が得られやすい。キノンジアジド化合物(C1)の含有量が前記上限値以下であると、パターン形状に優れた硬化膜が得られやすく、製膜時の発泡も防止できる傾向にある。
《他の酸発生剤(C2)》
他の酸発生剤(C2)は、例えば、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物、スルホンイミド化合物およびジアゾメタン化合物から選ばれる少なくとも一種である。
オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩が挙げられる。好ましいオニウム塩の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムp−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフリオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−t−ブチルフェニル・ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−t−ブチルフェニル・ジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、4,7−ジ−n−ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムトリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスファートが挙げられる。
ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物が挙げられる。好ましいハロゲン含有化合物の具体例としては、1,10−ジブロモ−n−デカン、1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン;フェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、スチリル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、ナフチル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル]−4,6−ビス−(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン等のs−トリアジン誘導体が挙げられる。
スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン化合物、β−スルホニルスルホン化合物およびこれらの化合物のα−ジアゾ化合物が挙げられる。好ましいスルホン化合物の具体例としては、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェナシルスルホニル)メタンが挙げられる。
スルホン酸化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル類、ハロアルキルスルホン酸エステル類、アリールスルホン酸エステル類、イミノスルホネート類が挙げられる。好ましいスルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールトリストリフルオロメタンスルホネート、o−ニトロベンジルトリフルオロメタンスルホネート、o−ニトロベンジルp−トルエンスルホネートが挙げられる。
スルホンイミド化合物としては、例えば、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフチルイミドが挙げられる。
ジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタンが挙げられる。
他の酸発生剤(C2)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の感光性組成物において、感光性酸発生剤(C)として他の酸発生剤(C2)を用いる場合、酸発生剤(C2)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜10質量部、より好ましくは0.3〜5質量部、さらに好ましくは0.5〜5質量部である。酸発生剤(C2)の含有量が前記下限値以上であると、露光部の硬化が充分となり、耐熱性が向上しやすい。酸発生剤(C2)の含有量が前記上限値以下であると、露光光に対する透明性が低下することなく、解像度が高いパターンが得られやすい。
〈密着助剤(D)〉
本発明の樹脂組成物には、硬化膜と基板との密着性を向上させるため、密着助剤(D)をさらに含有させることができる。密着助剤(D)としては、官能性シランカップリング剤が好ましく、例えばカルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基などの反応性置換基を有するシランカップリング剤が挙げられ、具体的にはトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、1,3,5−N−トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートが挙げられる。
本発明の樹脂組成物において、密着助剤(D)を用いる場合、密着助剤(D)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.5〜30質量部、より好ましくは0.5〜20質量部である。密着助剤(D)の含有量が前記範囲にあると、基板への硬化膜の密着性がより向上する。
〈溶剤(E)〉
本発明の樹脂組成物は、溶剤(E)を含有することが好ましい。溶剤(E)を用いることで、前記樹脂組成物の取扱い性を向上させたり、粘度や保存安定性を調節したりすることができる。
溶剤(E)としては、例えば、
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類;ブチルカルビトール等のカルビトール類;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル等の乳酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソブチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;
2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;γ-ブチロラクン等のラクトン類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
が挙げられる。
これらの中でも、乳酸エステル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類が好ましく;乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルがより好ましい。
溶剤(E)は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物において、溶剤(E)を用いる場合、溶剤(E)の含有量は、当該組成物中の溶剤(E)以外の成分の合計100質量部に対して、通常40〜900質量部、好ましくは60〜400質量部である。
〈その他添加剤〉
本発明の樹脂組成物には、その他、架橋微粒子、レベリング剤、界面活性剤、増感剤、無機フィラー、クエンチャー等の各種添加剤を、本発明の目的および特性を損なわない範囲で含有させることができる。
〈樹脂組成物の調製方法〉
本発明の樹脂組成物は、各成分を均一に混合することにより調製できる。また、ゴミを取り除くために、各成分を均一に混合した後、得られた混合物をフィルター等で濾過してもよい。
〔硬化膜〕
本発明の硬化膜は、例えば上述の樹脂組成物または感光性組成物から形成される。前記組成物を用いることにより、耐薬品性および耐クラック性が高い硬化膜を、また感光性組成物を用いることにより、解像度の高いパターン化硬化膜を製造することができる。また、硬化膜が形成された基板に残留する内部応力を低減することができる。
したがって、本発明の樹脂組成物は、回路基板(半導体素子)、半導体パッケージまたは表示素子等の電子部品が有する、表面保護膜、層間絶縁膜および平坦化膜等の形成材料や、高密度実装基板用絶縁膜材料として好適に用いることができる。
本発明の硬化膜の製造例を以下に示す。この製造例1は、本発明の樹脂組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程(塗布工程)、および前記樹脂塗膜を熱硬化させて硬化膜を形成する工程(硬化工程)を有する。
また、本発明の硬化膜において、パターン化硬化膜の製造例を以下に示す。この製造例2は、本発明の感光性組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程(塗布工程)、所望のマスクパターンを介して前記樹脂塗膜を露光する工程(露光工程)、アルカリ性現像液により前記樹脂塗膜を現像して、ポジ型の場合は露光部を、ネガ型の場合は非露光部を溶解・除去することにより、支持体上に所望のパターンを形成する工程(現像工程)、および前記パターンを熱硬化させてパターン化硬化膜を形成する工程(硬化工程)を有する。
[1]塗布工程
製造例1,2における塗布工程では、前記組成物を、最終的に得られる硬化膜の膜厚が例えば0.1〜100μmとなるように、支持体上に塗布する。これをオーブンやホットプレートを用いて、通常、50〜140℃で10〜360秒間加熱する。このようにして支持体上に樹脂塗膜を形成する。
支持体としては、例えば、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、金属薄膜付きウエハ、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板、アルミ基板、およびこれらの支持体の表面に半導体チップを有する基板が挙げられる。塗布方法としては、例えば、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、スピンコート法、カーテンコート法、グラビア印刷法、シルクスクリーン法、インクジェット法が挙げられる。
[2]露光工程
製造例2における露光工程では、所望のマスクパターンを介して、例えばコンタクトア
ライナー、ステッパーまたはスキャナーを用いて、上記樹脂塗膜に対して露光を行う。露光光としては、紫外線、可視光線などが挙げられ、通常、波長200〜500nmの光(例:i線(365nm))を用いる。活性光線の照射量は、感光性組成物中の各成分の種類、配合割合、樹脂塗膜の厚さなどによって異なるが、露光光にi線を使用する場合、露光量は通常100〜1500mJ/cm2である。
また、ネガ型の感光性組成物を用いる場合は、露光後に加熱処理を行うこともできる。以下、この処理を「PEB処理」ともいう。PEB条件は、感光性組成物の各成分の含有量および膜厚等によって異なるが、通常70〜150℃、好ましくは80〜120℃で、1〜60分間程度である。
[3]現像工程
製造例2における現像工程では、アルカリ性現像液により前記樹脂塗膜を現像して、ポジ型の場合は露光部を、ネガ型の場合は非露光部を溶解・除去することにより、支持体上に所望のパターンを形成する。現像方法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、浸漬現像法、パドル現像法等が挙げられる。現像条件は、通常、20〜40℃で1〜10分間程度である。
アルカリ性現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド、コリン等のアルカリ性化合物を、1〜10質量%濃度となるように水に溶解させたアルカリ性水溶液が挙げられる。前記アルカリ性水溶液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性の有機溶剤および界面活性剤などを適量添加することもできる。なお、アルカリ性現像液で樹脂塗膜を現像した後は、水で洗浄し、乾燥してもよい。
[4]硬化工程
製造例1,2において、例えば絶縁膜としての特性を充分に発現させるため、加熱により樹脂塗膜またはパターンを硬化させる。硬化条件は特に限定されないが、硬化膜の用途に応じて、例えば100〜250℃の温度で30分〜10時間程度加熱する。硬化を充分に進行させたり、パターン形状の変形を防止したりするため、多段階で加熱することもできる。
以上のようにして、硬化膜を得ることができる。
〔電子部品〕
本発明の樹脂組成物を用いれば、上述の硬化膜を有する電子部品、例えば表面保護膜、層間絶縁膜および平坦化膜から選択される1種以上の硬化膜を有する、回路基板(半導体素子)、半導体パッケージまたは表示素子等の電子部品を製造することができる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。以下の実施例等の記載において、特に言及しない限り、「部」は「質量部」の意味で用いる。
1.物性の測定方法
樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)の測定方法
下記条件下でゲルパーミエーションクロマトグラフィー法にてMwを測定した。
・カラム:東ソー社製カラムのTSK−MおよびTSK2500を直列に接続
・溶媒:テトラヒドロフラン
・温度:40℃
・検出方法:屈折率法
・標準物質:ポリスチレン
・GPC装置:東ソー製、装置名「HLC-8220-GPC」
樹脂(A)の構造単位の含有量の測定方法
構造単位の含有量は、2H−NMRおよび13C−NMR分析により測定した。
2.樹脂(A)の合成
[合成例1]共重合体(A1)の合成
p−t−ブトキシスチレン70部と、スチレン10部とを、プロピレングリコールモノメチルエーテル150部に溶解させ、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、アゾビスイソブチロニトリル4部を用いて10時間重合させた。その後、反応溶液に硫酸を加えて反応温度を90℃に保持して10時間反応させ、p−t−ブトキシスチレンを脱保護してp−ヒドロキシスチレンに変換した。得られた共重合体に酢酸エチルを加え、水洗を5回繰り返し、酢酸エチル層を分取し、溶剤を除去して、p−ヒドロキシスチレン/スチレン共重合体(A1)を得た。
共重合体(A1)の重量平均分子量(Mw)は10,000であった。また、共重合体(A1)はp−ヒドロキシスチレン単位を80モル%、スチレン単位を20モル%有する共重合体であった。
[合成例2]共重合体(A2)の合成
p−ヒドロキシスチレン85部、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル18部、スチレン21部およびアゾビスイソブチロニトリル4部を、プロピレングリコールジメチルエーテル150部に溶解させ、混合液を準備した。この混合液を70℃で10時間加熱した。加熱後の混合液を、トルエンおよびヘキサンからなる溶液に投入し、析出した沈殿物をヘキサンで洗浄し、p−ヒドロキシスチレン/p−ビニルベンジルグリシジルエーテル/スチレン共重合体(A2)を得た。
共重合体(A2)の重量平均分子量(Mw)は8,800であった。また、共重合体(A2)はp−ヒドロキシスチレン単位を70モル%、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル単位を10モル%、およびスチレン単位を20モル%有する共重合体であった。
[合成例3]共重合体(A3)の合成
p−ヒドロキシスチレン85部、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート19部、スチレン21部およびアゾビスイソブチロニトリル4部を、プロピレングリコールジメチルエーテル150部に溶解させ、混合液を準備した。この混合液を70℃で10時間加熱した。加熱後の混合液を、トルエンおよびヘキサンからなる溶液に投入し、析出した沈殿物をヘキサンで洗浄し、p−ヒドロキシスチレン/(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート/スチレン共重合体(A3)を得た。
共重合体(A3)の重量平均分子量(Mw)は8,900であった。また、共重合体(A3)はp−ヒドロキシスチレン単位を70モル%、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート単位を10モル%、およびスチレン単位を20モル%有する共重合体であった。
[合成例4]共重合体(A4)の合成
p−ヒドロキシスチレン85部、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート35部、およびアゾビスイソブチロニトリル4部を、プロピレングリコールジメチルエーテル150部に溶解させ、混合液を準備した。この混合液を70℃で10時間加熱した。加熱後の混合液を、トルエンおよびヘキサンからなる溶液に投入し、析出した沈殿物をヘキサンで洗浄し、p−ヒドロキシスチレン/(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート共重合体(A4)を得た。
共重合体(A4)の重量平均分子量(Mw)は9,200であった。また、共重合体(A4)はp−ヒドロキシスチレン単位を80モル%、および(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルメタクリレート単位を20モル%有する共重合体であった。
3.樹脂組成物または感光性組成物の調製
[実施例1]
樹脂(A)として合成例1の共重合体(A1)を100部、架橋剤(B1)として1,3−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼンを10部、架橋剤(B2)としてヘキサメトキシメチルメラミンを5部、感光性酸発生剤(C)として1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エタンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸との縮合物(モル比=1.0:2.0)を25部、溶剤(E)として乳酸エチルを180部の量で均一に混合し、メンブランフィルターで異物を除去し、感光性組成物を調製した。得られた感光性組成物を用いて、所定の評価を行った。
[実施例2〜12、比較例1〜5]
実施例1において、表1に示すとおりに配合成分の種類および量を変更したこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物または感光性組成物を調製した。得られた組成物を用いて、所定の評価を行った。
4.評価
樹脂組成物および感光性組成物の評価方法は以下のとおりである。
4−1.解像性
感光性組成物を6インチのシリコンウエハにスピンコートし、その後、ホットプレートを用いて110℃で5分間加熱し、厚さ20μmの均一な樹脂塗膜を作製した。次いで、アライナー(Suss Microtec社製、型式「MA−150」)を用い、高圧水銀灯からの紫外線を、パターンマスクを介して、波長350nmにおける露光量が8,000J/m2となるように樹脂塗膜に照射した。次いで、樹脂塗膜を、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液を用いて23℃で180秒間、浸漬現像した。次いで、現像後の樹脂塗膜を、超純水にて60秒間洗浄し、エアーにて風乾した後、顕微鏡(オリンパス(株)社製、MHL110)にて観察し、解像した最小パターンのパターン寸法を解像度とした。なお、実施例5,12の感光性組成物では、樹脂塗膜に紫外線を照射後、ホットプレートを用いて110℃で3分間加熱した。
4−2.耐薬品性
樹脂組成物または感光性組成物を4インチのシリコンウエハに塗布し、ホットプレートを用いて110℃で5分間加熱し、厚さ10μmの均一な樹脂塗膜を作製した。その後、対流式オーブンにて120℃で30分間、150℃で30分間さらに200℃で1時間加熱して硬化膜を得た。得られた硬化膜を40℃のジメチルスルホキシド溶液に10分浸漬し、硬化膜の膨潤率(%)((浸漬後の膜厚−浸漬前の膜厚)/浸漬前の膜厚×100(%))を測定した。
4−3.内部応力
樹脂組成物または感光性組成物を4インチのシリコンウエハにスピンコートし、その後、ホットプレートを用いて110℃で5分間加熱し、厚さ10μmの均一な樹脂塗膜を作製した。その後、対流式オーブンにて、120℃で30分間、150℃で30分間さらに200℃で1時間加熱して硬化膜を得た。硬化膜形成前後のシリコンウエハの応力差を応力測定装置(TOHOテクノロジー社製 FLX−2320−s)にて測定した。
Figure 2014186300
比較例5では、架橋剤(B)として他の架橋剤(B3)のみを使用しているため、硬化膜の耐薬品性が低かった。比較例1では、架橋剤(B)として硬化性の高い活性メチレン基含有架橋剤(B2)のみを使用しているため、硬化膜の耐薬品性は優れるものの、基板の内部応力が大きかった。比較例3では、架橋剤(B)として硬化性のやや低いオキサゾリン系架橋剤(B1)のみを使用しているため、基板の内部応力は小かったが、硬化膜の耐薬品性は低かった。比較例2では、活性メチレン基含有架橋剤(B2)とともに他の架橋剤(B3)を使用しているが、硬化膜の耐薬品性が低かった。比較例4では、オキサゾリン系架橋剤(B1)とともに他の架橋剤(B3)を使用しているが、硬化膜の耐薬品性が低かった。
一方、実施例では、架橋剤(B)としてオキサゾリン系架橋剤(B1)および活性メチレン基含有架橋剤(B2)を併用しているため、硬化膜の耐薬品性が優れるとともに、基板の内部応力も小さかった。
表1中の各成分の詳細は以下のとおりである。
・架橋剤(B1−1):1,3−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン
・架橋剤(B1−2):1,2,4−トリス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン
・架橋剤(B2−1):ヘキサメトキシメチルメラミン(下記化合物)
・架橋剤(B2−2):下記化合物
・架橋剤(B2−3):下記化合物
Figure 2014186300
・他の架橋剤(B3−1):トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル
Figure 2014186300
・キノンジアジド化合物(C1−1):1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エタンと1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸との縮合物(モル比=1.0:2.0)
・他の酸発生剤(C2−1):4,7−ジ−n−ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート
・密着助剤(D−1):γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
・密着助剤(D−2):1,3,5−N−トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート
・溶剤(E−1):乳酸エチル
[8]前記[1]〜[6]のいずれか1項の感光性組成物から得られる硬化膜。
[9]前記[1]〜[6]のいずれか1項の感光性組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程、前記樹脂塗膜を露光する工程、アルカリ性現像液により前記樹脂塗膜を現像してパターンを形成する工程、および前記パターンを熱硬化させてパターン化硬化膜を形成する工程を有する、パターン化硬化膜の製造方法。
架橋剤(B1)および架橋剤(B2)の含有量の合計は、組成物中に含まれる全架橋剤(B)100質量%に対して、好ましくは50〜100質量%、より好ましくは60〜100質量%、さらに好ましくは70〜100質量%である。これらの含量の合計が前記範囲にあると、組成物の硬化性、および基板に残留する内部応力の低減に優れる。
架橋剤(B2)としては、例えば、特開平6−180501号公報、特開2006−178059号公報、および特開2012−226297号公報に記載の架橋剤が挙げられる。具体的には、ポリメチロール化メラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミン等のメラミン系架橋剤;ポリメチロール化グリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラブトキシメチルグリコールウリル等のグリコールウリル系架橋剤;3,9−ビス[2−(3,5−ジアミノ−2,4,6−トリアザフェニル)エチル]2,4,8,10−テトラオキソスピロ[55]ウンデカン、3,9−ビス[2−(3,5−ジアミノ−2,4,6−トリアザフェニル)プロピル]2,4,8,10−テトラオキソスピロ[55]ウンデカン等のグアナミンをメチロール化した化合物、および当該化合物中の活性メチロール基の全部または一部をアルキルエーテル化またはアセトキシ化した化合物等のグアナミン系架橋剤が挙げられる。これらの中でも、メラミン系架橋剤およびグアナミン系架橋剤が好ましい。
式(b3−1)〜(b3−3)で表される化合物の具体例としては、例えば、1,4−ビス{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}ベンゼン(商品名「OXT−121」、東亜合成社製)、3−エチル−3−{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}オキセタン(商品名「OXT−221」、東亜合成社製)、4,4'−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニル(宇部興産製、商品名「ETERNACOLL OXBP」)、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕エーテル、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕プロパン、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕スルホン、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕ケトン、ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル−フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、トリ〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、テトラ〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、式(b3−a)〜(b3−d)で表される化合物が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩が挙げられる。好ましいオニウム塩の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムp−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−t−ブチルフェニル・ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−t−ブチルフェニル・ジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、4,7−ジ−n−ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムトリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートが挙げられる。
スルホン酸化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル類、ハロアルキルスルホン酸エステル類、アリールスルホン酸エステル類、イミノスルホネート類が挙げられる。好ましいスルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールトリストリフルオロメタンスルホネート、o−ニトロベンジルトリフルオロメタンスルホネート、o−ニトロベンジルp−トルエンスルホネートが挙げられる。
溶剤(E)としては、例えば、
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類;ブチルカルビトール等のカルビトール類;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル等の乳酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソブチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;
2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;γ-ブチロラクン等のラクトン類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
が挙げられる。
1.物性の測定方法
樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)の測定方法
下記条件下でゲルパーミエーションクロマトグラフィー法にてMwを測定した。
・カラム:東ソー社製カラムのTSK−MおよびTSK2500を直列に接続
溶剤:テトラヒドロフラン
・温度:40℃
・検出方法:屈折率法
・標準物質:ポリスチレン
・GPC装置:東ソー製、装置名「HLC-8220-GPC」
樹脂(A)の構造単位の含有量の測定方法
構造単位の含有量は、2H−NMRおよび13C−NMR分析により測定した。
4−2.耐薬品性
樹脂組成物または感光性組成物を4インチのシリコンウエハに塗布し、ホットプレートを用いて110℃で5分間加熱し、厚さ10μmの均一な樹脂塗膜を作製した。その後、対流式オーブンにて120℃で30分間、150℃で30分間さらに200℃で1時間加熱して硬化膜を得た。得られた硬化膜を40℃のジメチルスルホキシド溶液に10分浸漬し、硬化膜の膨潤率(%)(浸漬後の膜厚−浸漬前の膜厚)/浸漬前の膜厚×100(%)を測定した。

Claims (12)

  1. (A)フェノール性水酸基を有する樹脂と、
    (B1)オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤と、
    (B2)−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤と、
    (C)感光性酸発生剤と
    を含有する感光性組成物。
  2. 前記架橋剤(B1)および前記架橋剤(B2)の含有割合(質量比、B1:B2)が、0.5:1〜5:1である、請求項1の感光性組成物。
  3. 前記架橋剤(B1)および前記架橋剤(B2)の含有量の合計が、組成物中に含まれる全架橋剤(B)100質量%に対して、50〜100質量%である、請求項1または2の感光性組成物。
  4. 前記架橋剤(B1)が、オキサゾリン基を2〜3つ有する、請求項1〜3のいずれか1項の感光性組成物。
  5. 前記架橋剤(B2)が、メラミン系架橋剤、グアナミン系架橋剤、メチロール基含有フェノール化合物、アルキルメチロール基含有フェノール化合物およびアセトキシメチル基含有フェノール化合物から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1〜4のいずれか1項の感光性組成物。
  6. 感光性酸発生剤(C)が、キノンジアジド基を有する化合物を含む、請求項1〜5のいずれか1項の感光性組成物。
  7. (A)フェノール性水酸基を有する樹脂と、
    (B1)オキサゾリン基を少なくとも2つ有する架橋剤と、
    (B2)−CH2ORで表される基(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアセチル基である。)を少なくとも2つ有する架橋剤と
    を含有する樹脂組成物。
  8. 請求項1〜6のいずれか1項の感光性組成物から得られる硬化膜。
  9. 請求項1〜6のいずれか1項の感光性組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程、前記樹脂塗膜を露光する工程、アルカリ性現像液により前記樹脂塗膜を現像してパターンを形成する工程、前記パターンを熱硬化させてパターン化硬化膜を形成する工程を有する、パターン化硬化膜の製造方法。
  10. 請求項7の樹脂組成物から得られる硬化膜。
  11. 請求項7の樹脂組成物を支持体上に塗布して樹脂塗膜を形成する工程、および前記樹脂塗膜を熱硬化させて硬化膜を形成する工程を有する、硬化膜の製造方法。
  12. 請求項8または10の硬化膜を有する電子部品。
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