JP2002088066A - イミドフェノール化合物 - Google Patents
イミドフェノール化合物Info
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Abstract
間で現像が行え、かつ、高感度、高コントラストのパタ
ーニング性能を発現する材料を提供する。 【解決手段】 下記一般式(1)または(2) 【化1】 (式中Xは下記に示される中から選ばれる基または単結
合を示し、 【化2】 Yは2価の有機基を示す。)で表されるイミドフェノー
ル化合物を合成する。
Description
組成物の成分として好適なイミドフェノール化合物に関
するものである。
縁膜には、優れた耐熱性と電気特性、機械特性などを併
せ持つポリイミド樹脂が用いられている。このポリイミ
ド樹脂は、一般に感光性ポリイミド前駆体組成物の形で
供され、これを塗布、活性光線によるパターニング、現
像、熱イミド化処理等を施すことによって微細加工され
た耐熱性皮膜を容易に形成させることが出来、従来の非
感光性ポリイミドに比べて大幅な工程短縮を可能にする
という特徴を有している。
液としてN−メチル−2−ピロリドンなどの大量の有機
溶剤を用いる必要があり、安全性及び近年の環境問題の
高まりなどから、脱有機溶剤対策が求められてきてい
る。これを受け、最近になって、フォトレジストと同様
に、希薄アルカリ水溶液で現像可能な耐熱性感光性樹脂
材料の提案が各種なされている。中でもアルカリ水溶液
可溶性のポリヒドロキシアミド、例えば、ポリベンズオ
キサゾール(PBO)前駆体を、ナフトキノンジアジド
(NQD)などの光活性成分(PAC)と混合して用い
る方法が、近年注目されている(特公昭63−9616
2号公報など)。これらの方法によると、ポジ型パター
ンの形成が容易でかつ保存安定性も良好、またポリイミ
ドと同等の熱硬化膜特性が得られることから、有機溶剤
現像型ポリイミド前駆体の有望な代替材料として注目さ
れている。
入したポリマーとPACの組み合わせ(特開平11−1
06651号公報など)や、側鎖にフェノール性水酸基
を導入したポリマーとPACとの組み合わせ(特許公報
2890213号など)が提案されている。しかしなが
ら、これまで開示されている方法によって得られるパタ
ーニング性能には、未だ問題点も多い。
カリ可溶性ポリマーにNQDを添加することにより、組
成物のアルカリ溶解性を低下させる(溶解抑止)能力が
発現し未露光部の現像液耐性が生じる。一方、露光部
は、NQDがインデンカルボン酸に変換され、現像液に
溶解するようになる。この露光部、未露光部のアルカリ
溶解性の差を利用してパターニングを行うわけである
が、高感度でかつ高コントラスト(高残膜率)のパター
ニング性能を得るには、両者の溶解性の差を十分にとる
ことが必要である。
リ溶解性樹脂と強く相互作用するいわゆる溶解抑止能の
高いPACを添加することが有効であり、従来のフォト
レジストにおいて広く用いられてきたヒドロキシベンゾ
フェノン系やビスフェノール系化合物をNQD化したP
ACによる検討(特開昭64−6947号公報、特開平
3−20743号公報など)に加え、種々のPACが検
討されてきている(特開平8−123034号公報、特
開平11−258795号公報)。
く相互作用するため未露光部のみならず露光部のアルカ
リ溶解性をも低下させるので、高コントラストのパター
ンは得られるもののより高露光量が必要となり、すなわ
ち感度の低下が起こる。また、現像時間も長くなるため
作業性が悪くなるという課題があった。このほか現像プ
ロセスにより改良すべく、アルカリ現像液として従来広
く用いられている2.38%テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド(TMAH)を希釈して用いる方法もある
が、別途専用の現像液を準備する必要があり合理的とは
いえない。
解性を高める目的で組成物中に特定のフェノール化合物
を用いることが提案されている(特開平11−1020
69号公報、特開平11−65107号公報、特開平9
−302221号公報)。しかし、これらの化合物は露
光部の溶解速度を高める効果が低く、現像時間を十分短
縮することはできない。また、溶解速度を高め感度を向
上させるために、該フェノール化合物の添加量を増やす
ことも行われるが、その場合、同時に未露光部の溶解速
度も高くなるために膜減りが大きくなりコントラストが
低下するという問題がある。
感光性樹脂組成物に用いた場合に短時間で現像が行え、
かつ、高感度、高コントラストのパターニング性能を発
現する材料を開発すべく鋭意検討を行った。その結果、
特定の構造を有するイミドフェノール化合物を含む組成
物が前記特性を満足し得ることを見出し、本発明を完成
するに至った。すなわち、本発明は、下記一般式(1)
または(2)で表されるイミドフェノール化合物を提供
するものである。
基または単結合を示し、
ール化合物を得るためには、まず相当するビス−(o−
アミノフェノール)1当量と分子内環状酸無水物2当量
を適当な溶剤中で反応させアミドフェノールを生成させ
る。本発明で用いられるビス−(o−アミノフェノー
ル)としては、
基または単結合を示し、
合物が挙げられる。このうち、好ましい例としては
で用いられる分子内環状酸無水物の例としては、1,2
−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、4−メチルシク
ロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、3−メチル
シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−シ
クロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、1,2−
シクロペンタンジカルボン酸無水物、1,2−シクロブ
タンジカルボン酸無水物、1,2−シクロプロパンジカ
ルボン酸無水物、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボ
ン酸無水物、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水
物、2,3−ピリジンジカルボン酸無水物、1,1−シ
クロペンタン二酢酸無水物、無水シトラコン酸、無水ジ
フェン酸、無水3,6−エポキシ−1,2,3,6−テ
トラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、無水イタコン
酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水4−エチニル
フタル酸、無水こはく酸、無水1,2−ナフタル酸、無
水1,8−ナフタル酸、無水オレイン酸などが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。
合物をイミド化させることにより本発明のイミドフェノ
ールを得ることができる。イミド化の方法としては加熱
や脱水剤、脱水剤と塩基性触媒、塩基性触媒など種々の
公知の方法を用いることができる。このとき使う脱水剤
としては従来公知の脱水剤を使用することができ、例え
ば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水安息香酸、無水ト
リフルオロ酢酸、アセチルクロライド、トシルクロライ
ド、メシルクロライド、クロルギ酸エチル、トリフェニ
ルホスフィンとジベンゾイミダゾリルジスルフィド、ジ
シクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−カルボニル
ジイミダゾール、2−エトキシ−1−エトキシカルボニ
ル−1,2−ジヒドロキノリン、シュウ酸N,N’−ジ
スクシニミジルエステル、陽イオン交換樹脂など、塩基
性触媒を使う場合はピリジン、ピコリン、2,6−ルチ
ジン、コリジン、トリエチルアミン、N−メチルモルフ
ォリン、4−N,N’−ジメチルアミノピリジン、イソ
キノリン、トリエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ
〔2.2.2〕オクタン、1,8−ジアザビシクロ
〔5.4.0〕−7−ウンデセン、陰イオン交換樹脂な
どが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
−アミノフェノール)に末端縮合用の分子内環状酸無水
物とイミド化剤を同時に加えることによって中間体を経
由せずに本発明のイミドフェノール化合物を得ることが
できる。前記イミドフェノール化合物を合成する際に用
いられる溶剤としては、原料のビス−(o−アミノフェ
ノール)および分子内環状酸無水物を共に溶解するもの
が好ましく、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NM
P)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、
N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルス
ルホキシド(DMSO)、テトラメチル尿素(TM
U)、γ−ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフ
ラン(THF)、ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル(DMDG)などが挙げられる。
ール化合物は、必要により陽イオン交換樹脂で処理する
ことで塩基性化合物を除去できる。こうして処理された
溶液から減圧下で溶剤を留去、あるいは溶液を水中に滴
下することによって再沈殿させたあと、濾過、加熱乾燥
させることにより目的物を単離することができる。上記
方法により得られるイミドフェノール化合物において下
記で示される化合物が、特にアルカリ溶解促進効果が高
く好ましい。
カリ溶解性ポリマーおよびナフトキノンジアジド(NQ
D)化合物からなるポジ型感光性樹脂組成物の成分とし
て好適に用いられ、特に上記ポリマーがフェノール性水
酸基を有するポリアミド(ヒドロキシポリアミド)の場
合に有用である。このようなポリマーとしては、ポリイ
ミド前駆体のポリアミド酸エステルやポリベンズオキサ
ゾール前駆体のヒドロキシポリアミド等が挙げられ、ポ
リアミド酸エステルとしては下記構造で示されるもので
ある。
有機基、Eは1価の有機基を示す。ただし、A1,B
1,Eのうち少なくとも1つにフェノール性水酸基を含
む。) 上記ポリマー構造において、A1は従来公知の芳香族テ
トラカルボン酸残基の他に、フェノール性水酸基を含む
ものとして
1としては、従来公知の芳香族ジアミン残基の他に、フ
ェノール性水酸基を含むものとして先に示した本発明の
イミドフェノール原料であるビス−(o−アミノフェノ
ール)化合物残基を挙げることができる。Eは1価のア
ルコール残基であるが、3−ヒドロキシベンジル基、
3,5−ジヒドロキシベンジル基等のフェノール性水酸
基を含む基を挙げることができる。ポリベンズオキサゾ
ール前駆体のヒドロキシポリアミドとしては、次式で示
されるものである。
般式(3)、(4)で示されるビス−(o−アミノフェ
ノール)残基である。] 上記ポリマー構造において、A2として次式
しては、次式
性樹脂組成物中で用いられるNQDは、米国特許第2,
772,972号、同第2,797,213号、同第3,6
69,658号および特開平8−123034号公報、
特開平11−258795号公報等に記載の化合物が挙
げられ、このうち例えば下記のものを挙げることができ
る。
脂100重量部に対し1〜100重量部の範囲で用いら
れる。上記組成物中で本発明のイミドフェノール化合物
が用いられる量は、樹脂100重量部に対し1〜50重
量部であり、これより少ないと高感度化および現像時間
の短縮効果が得られない。また、50重量部より多いと
塗膜全体の溶解速度が高くなりコントラストの低下が起
こる。
含有する感光性樹脂組成物は、これらの成分を溶剤に溶
解したワニス上の形態をとる。ここで用いられる溶剤と
しては、NMP、GBL、DMAc、DMF、DMS
O、DMDG、ジエチレングリコールジエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレ
ングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコ
ールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメ
チルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳
酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテ
ート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエ
ーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル
−3−メトキシプロピオネート等が挙げられ、単独でも
混合して用いても良い。溶剤の使用量は、得られる膜厚
によって異なり、樹脂100重量部に対し、70から1
900重量部の範囲で用いられる。
る感光性樹脂組成物の使用方法は、まず該組成物を適当
な支持体、例えば、シリコンウェハー、セラミック、ア
ルミ基板などに塗布する。塗布方法は、スピンナーを用
いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸
漬、印刷、ロールコーティングなどで行う。次に、60
〜140℃でプリベークして塗膜を乾燥後、所望のパタ
ーン形状に化学線を照射する。化学線としては、X線、
電子線、紫外線、可視光線などが使用できるが、200
〜500nmの波長のものが好ましい。次に照射部を現
像液で溶解除去することによりレリーフパターンを得
る。
ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸
ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の
無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等
の第1アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルア
ミン等の第2アミン類、トリエチルアミン、メチルジエ
チルアミン等の第3アミン類、ジメチルエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルア
ンモニウムヒドロキシド等の第4級アンモニウム塩等の
アルカリ類の水溶液、及びこれにメタノール、エタノー
ル等のアルコール類や界面活性剤を適当量添加した水溶
液を好適に使用することができる。
漬、超音波等の方式が可能である。次に、現像によって
形成したレリーフパターンをリンスするが、リンス液と
しては蒸留水を使用する。次に加熱処理を行うことによ
り、イミド環もしくはオキサゾール環を形成し、耐熱性
に優れた最終パターンが得られる。本発明のイミドフェ
ノール化合物を含有する感光性樹脂組成物は、半導体用
途のみならず、多層回路の層間絶縁膜、フレキシブル銅
張板のカバーコート、ソルダーレジスト膜や液晶配向膜
などとしても有用である。
体的な実施形態の例を説明する。
2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)−ヘ
キサフルオロプロパン109.88g(0.3mo
l)、THF330g、ピリジン47.46g(0.6
mol)を入れ、これに室温下で5−ノルボルネン−
2,3−ジカルボン酸無水物98.50g(0.6mo
l)を粉体のまま加えた。そのまま室温で3日間撹拌反
応を行ったあと、高速液体クロマトグラフィー(HPL
C)にて反応を確認したところ、原料は全く検出され
ず、生成物が単一ピークとして純度99%で検出され
た。この反応液をそのまま1Lのイオン交換水中に撹拌
下で滴下し、生成物を析出させた。
00mLを加え撹拌溶解し、この均一溶液を陽イオン交
換樹脂:アンバーリスト15(オルガノ株式会社製)1
00gが充填されたガラスカラムを通し残存するピリジ
ンを除去した。次にこの溶液を3Lのイオン交換水中に
高速撹拌下で滴下することにより生成物を析出させ、こ
れを濾別した後、真空乾燥することにより下記構造のイ
ミドフェノール化合物(IF)を収率86%で得た。
ャートで1394および1774cm−1のイミド基の
特性吸収が現れたこと、およびNMRチャートでアミド
およびカルボン酸のプロトンのピークが存在しないこと
により確認した。以下に、樹脂組成物とする場合に用い
られるポリマーの製造例を示す。
ルフラスラスコ中で、THF396g、ピリジン9.4
9g(0.12mol)、2,2−ビス(3−アミノ−
4−ヒドロキシフェニル)−ヘキサフルオロプロパン1
31.85g(0.36mol)を室温(25℃)で混
合攪拌し、ジアミンを溶解させた。これに、別途THF
59.1g中に5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン
酸無水物19.70g(0.12mol)を溶解させた
ものを、滴下ロートより滴下した。滴下に要した時間は
80分、反応液温は最大で26℃であった。
陽イオン交換樹脂:アンバーリスト15(オルガノ株式
会社製)30gが充填されたガラスカラムを通しピリジ
ンを除去した。次にこの溶液からTHFを減圧留去して
から真空乾燥する事により下記構造の化合物と2,2−
ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)−ヘキサ
フルオロプロパンの1:2の混合物を収率95%で得
た。下記の化合物がイミド化していることはIRチャー
トで1650,1550cm−1付近のアミド基を示す
吸収がないこと、1384および1770cm−1のイ
ミド基の特性吸収が現れたことにより確認した。
で、この混合物74.76g、DMAc231g、ピリ
ジン23.73g(0.3mol)を室温(25℃)で
混合攪拌し、均一溶液とした。これに、別途DMDG1
33g中に4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸
ジクロライド44.27g(0.15mol)を溶解さ
せたものを、滴下ロートより滴下した。この際、セパラ
ブルフラスコは15〜20℃の水浴で冷却した。滴下に
要した時間は40分、反応液温は最大で30℃であっ
た。
の水に高速攪拌下で滴下し重合体を分散析出させ、これ
を回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、GP
C分子量9200(ポリスチレン換算)のヒドロキシポ
リアミド(P−1)を得た。得られたポリマーの末端が
イミド基になっていることはIRチャートで1385お
よび1772cm−1のイミド基の特性吸収が現れたこ
とにより確認した。また、更にポリマーの精製が必要な
場合、以下の方法にて実施することが可能である。即
ち、上記で得られたポリマーをDMDG400gに再溶
解したポリマー溶液を、イオン交換水で洗浄後、DMD
Gで置換された陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂
49g及び41gがそれぞれ充填されたガラスカラムに
流すことで処理を行った。このようにして精製されたポ
リマー溶液をイオン交換水5Lに滴下し、その際析出す
るポリマーを分離、洗浄した後真空乾燥を施すことによ
り精製されたポリマーを得ることができる。
ルフラスラスコ中で、2,2−ビス(3−アミノ−4−
ヒドロキシフェニル)−ヘキサフルオロプロパン62.
26g(0.17mol)、DMAc370g、ピリジ
ン13.45g(0.17mol)を室温(25℃)で
混合攪拌し、均一溶液とした。これに、別途DMDG1
33g中に4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸
ジクロライド44.27g(0.15mol)を溶解さ
せたものを、滴下ロートより滴下した。この際、セパラ
ブルフラスコは15〜20℃の水浴で冷却した。滴下に
要した時間は40分、反応液温は最大で30℃であっ
た。
ルホニルクロリド6.9g(0.06mol)、ピリジ
ン18.2g(0.23mol)を添加し、室温で15
時間撹拌放置し、ポリマー鎖の全アミン末端基の99%
をメタンスルホニル基で封止した。この際の反応率は投
入したメタンスルホニルクロライドの残量をHPLCで
追跡することにより容易に算出することができる。その
後上記反応液を2Lの水に高速攪拌下で滴下し重合体を
分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真
空乾燥を施し、GPC分子量9000(ポリスチレン換
算)のヒドロキシポリアミド(P−2)を得た。
パラブルフラスコに、ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物32.2g(0.1mol)と3,5−ジヒド
ロキシベンジルアルコール28.6gとDMAc100
mLを入れた。この混合液を室温で24時間撹拌した。
後、m−フェニレンジアミン10.3g(0.095m
ol)、ピリジン15.8g(0.2mol)およびD
MAc20mLを加えた。さらに、ジシクロヘキシルカ
ルボジイミド41.3g(0.2mol)をDMAc4
0mLに溶解させた溶液を前記フラスコに約30分かけ
て滴下した。その後室温まで戻しそのまま3時間反応さ
せ、生成した不溶物を濾別した後、得られた溶液をイオ
ン交換水中4L中に滴下することでポリマーを析出さ
せ、これを分取後真空乾燥する事により側鎖にフェノー
ル性水酸基を有するポリアミド酸エステル(P−3)を
得た。
部、下記構造式で示されるナフトキノンジアジド(Q−
1)15重量部、実施例で合成したイミドフェノール
(IF)10重量部をGBL150gに溶解し、感光性
樹脂組成物を調製した。
アミノプロピルトリエトキシシランのメタノール溶液を
用いて250℃、15分で処理したSiウェハー上にス
ピンコーターを用いてシリコンウェハー上に均一塗布
し、100℃ホットプレート上で240秒間プリベーク
した後の膜厚が10μmになるように塗膜を形成した。
次にこれを、テストパターン付きレチクルを通してi−
線ステッパー(ニコン製)で350mJ/cm2の露光
を行った。
AZ300MIF現像液[テトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド(TMAH)2.38%水溶液]を用いて露
光部を溶解除去したところ90秒という実用上申し分の
ない短時間で現像が完了した。その後純水で30秒間リ
ンスを行い、得られたパターンを光学顕微鏡で観察した
ところ、5μmのパターン(バイアホール、ラインアン
ドスペースなど)が残渣もなくきれいに解像されてい
た。また、このときの残膜率(現像後の膜厚/現像前の
膜厚)は92%であり、高いコントラストを示した。
は、参考例1と同様にして感光特性評価を行った。
は、参考例1と同様にして感光特性評価を行った。
に代えたこと以外は、参考例1と同様にして感光特性評
価を行った。
は、参考例1と同様にして感光特性評価を行った。その
結果、現像時間が250秒とイミドフェノールを使用し
ない場合に比べ3倍以上を要した。また、そのため未露
光部の残膜率は75%とかなり低くなり、満足のいくコ
ントラストが得られなかった。
ルFを使用すること以外は、参考例1と同様にして感光
特性評価を行った。
示されるフェノール(PH)を使用すること以外は、参
考例1と同様にして感光特性評価を行った。
結果を表に示す。
提供され、本発明のイミドフェノールを含むポジ型感光
性樹脂組成物を用いることにより、短時間で現像が行わ
れ、かつ高感度、高コントラストのパターン形成が可能
となる。
Claims (2)
- 【請求項1】 下記一般式(1)または(2) 【化1】 (式中Xは下記に示される中から選ばれる基または単結
合を示し、 【化2】 Yは2価の有機基を示す。)で表されるイミドフェノー
ル化合物。 - 【請求項2】 一般式(1)または(2)において、X
が下記に示される基であり、 【化3】 かつ、Yが下記に示される基であることを特徴とする請
求項1記載のイミドフェノール化合物。 【化4】
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