JP2018022171A - 感光性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】現像残膜率が高く高感度であり、現像後の表面が均一な感光性樹脂組成物を提供する。【解決手段】(a)下記一般式(1):(で表される構造単位を主成分とするポリマーと、(b)キノンジアジド化合物と、(c)特定構造のフェノール樹脂と、を含有する、ポジ型感光性樹脂組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、例えば、電子部品の絶縁材料、並びに半導体装置におけるパッシベーション膜、バッファーコート膜及び層間絶縁膜等のレリーフパターンの形成等に用いられる感光性樹脂組成物に関するものである。
従来から、半導体装置に用いられる表面保護膜、及び層間絶縁膜には、優れた耐熱性、電気特性、機械特性等を併せ持つポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等が広く用いられている。これらの樹脂は、各種溶剤への溶解性が低いため、一般に前駆体の形態で溶剤へ溶解させた組成物として提供されることが多い。
ところで、近年の環境問題の高まり等から、脱有機溶剤対策が求められており、フォトレジストと同様に、アルカリ性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、加熱硬化後に耐熱性樹脂となるアルカリ性水溶液可溶性のヒドロキシポリアミド樹脂を、ナフトキノンジアジド化合物等の光酸発生剤と混合した感光性樹脂組成物として用いる方法が各種提案されている。
この感光性樹脂組成物の現像メカニズムは、未露光部のナフトキノンジアジド化合物(すなわち感光性ジアゾキノン化合物)及びポリベンゾオキサゾール(PBO)前駆体がアルカリ性水溶液への溶解速度が小さいのに対し、露光することにより該感光性ジアゾキノン化合物がインデンカルボン酸化合物に化学変化して露光部のアルカリ性水溶液への溶解速度が大きくなることを利用したものである。この露光部と未露光部の間の現像液に対する溶解速度の差を利用し、未露光部からなるレリーフパターンの作製が可能となる。
上述の組成物は、露光及びアルカリ性水溶液による現像でポジ型レリーフパターンを形成可能である。さらに加熱により熱硬化膜特性を有するようになる。
ところで、半導体等の製造工程において、現在では微細加工が進行しており、パターンとパターンの間隔が短くなってきている。そのため現像時の膜減りを大きくした場合、開口した露光部に隣接する未露光部では、未露光部の溶解速度が小さいとはいえ現像時に膜の上部からだけでなく側面からも現像液と接触するため、パターン形状が細くなり過ぎ、半導体装置の製造工程において、半導体パッケージの信頼性を低下させてしまう。
そこで、未露光部をほとんど溶解させずに(この現象を現像残膜率が高いと言い、本開示では現像残膜率95〜100%を現像残膜率が高いと定義する)現像することが必要となる。
しかしながら、現像残膜率を高くする場合には、露光部の現像に高い露光量が必要となる(これは低感度であると言う)。
現像時の高残膜化、高感度化の手法として、耐熱性樹脂前駆体にフェノール樹脂を添加した系が開示されている。具体的には、ポリアミック酸シリルエステルと、ジアゾナフトキノンスルホン酸エステルとフェノールノボラック樹脂を含有する感光性樹脂組成物(特許文献1)や、ヒドロキシポリアミド樹脂と、感光性ジアゾナフトキノン化合物と特定のフェノール樹脂を含む感光性樹脂組成物(特許文献2)、特定の構造のヒドロキシポリアミド樹脂とキノンジアジド化合物とノボラック樹脂及び/又はポリヒドロキシスチレンを含む感光性樹脂組成物(特許文献3)等が挙げられる。
さらに、フェノール性水酸基を有するポリアミド樹脂にフェノール樹脂、感光性ジアゾキノン化合物、多官能メチロール化合物、溶剤を含む感光性樹脂組成物(特許文献4)が提案されている。
また、ポリマー主骨格内にエステル又はチオエステル構造を少なくとも一つ有するヒドロキシポリアミドを用いた感光性樹脂組成物(特許文献5)が、高残膜化、高感度化の手法として記載されている。
特許第3369344号公報 特許第3966667号公報 特許第4548001号公報 特開2005−250160号公報 国際公開第2011/135887号パンフレット
しかしながら、特許文献1〜5に記載のフェノール樹脂では、樹脂組成物をコートした後の膜表面は均一であるものの、ヒドロキシポリアミド樹脂との相溶性が低いために、現像後の膜表面が白化する現象や表面荒れが発生してしまうという課題があった。
したがって、本発明の課題は、現像残膜率が高く高感度であり、現像後の表面が均一な感光性樹脂組成物を提供することである。
本発明者は、上記した従来技術の問題に鑑みて、鋭意検討し実験を重ねた結果、ヒドロキシポリアミド誘導体と特定の構造のフェノール樹脂とを組合せて用いることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を為すに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
(a)下記一般式(1):
Figure 2018022171
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、炭素数2〜60の2価から8価の有機基を示し、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基を示し、d及びeは、それぞれ独立に、0〜2の整数であって同時に0になることはなく、f及びgは、それぞれ独立に、0〜4の整数であり、そしてnは正の整数である。)
で表される構造単位を主成分とするポリマーと、
(b)キノンジアジド化合物と、
(c)フェノール樹脂と、を含有し、
該(c)フェノール樹脂が、下記一般式(2),(3),及び(4)、並びに一般式群(5):
Figure 2018022171
(式中、R7及びR8は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、h及びjは、それぞれ独立に、1〜3の整数であり、i及びkは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、1≦(h+i)≦4、1≦(j+k)≦4を満たし、m1は0又は正の整数であり、そしてm2は正の整数である。)
Figure 2018022171
(式中、R9及びR10は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、lは2又は3であり、pは1〜3の整数であり、o及びqは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、2≦(l+o)≦4、1≦(p+q)≦4を満たし、m3は正の整数であり、そしてm4は0又は正の整数である。)
Figure 2018022171
(式中、R11及びR12は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、r及びuは、それぞれ独立に、1〜3の整数であり、s及びvは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、1≦(r+s)≦4、1≦(u+v)≦4を満たし、m5は0又は正の整数であり、そしてm6は正の整数であり、m11は正の整数であり、P1は、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基で置換されていてもよい炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。)
Figure 2018022171
{式中、R13は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、wは1〜3の整数であり、xは0〜2の整数であり、1≦(w+x)≦4を満たし、m7は正の整数であり、そしてm8は0又は正の整数であり、Yは、下記式群(5’):
Figure 2018022171
(P4,及びP5は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のフッ素で置換されていてもよい1価の脂肪族基、又は炭素数6〜20の置換若しくは非置換の1価の芳香族基である。)
から成る群から選ばれる2価の有機基である。}
から成る群から選択される少なくとも1つで表される構造を有する、ポジ型感光性樹脂組成物。
[2]
前記フェノール樹脂が、下記一般式(4’)
Figure 2018022171
(式中、R11及びR12は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、r、t及びuは、それぞれ独立に、1〜3の整数であり、s及びvは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、1≦(r+s)≦4、1≦(u+v)≦4を満たし、m5は0又は正の整数であり、そしてm6は正の整数である。)
で表される構造を有する、上記[1]に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[3]
前記フェノール樹脂が、前記一般式群(5)から成る群から選択される少なくとも1つで表される構造であって前記Yが下記一般式(5’’):
Figure 2018022171
(P4,及びP5は、それぞれ前記式群(5’)において定義したのと同じである。)
で表される構造を有する、上記[1]に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[4]
前記一般式(1)のR1若しくはR2又はこれらの両者がエステル結合を有する構造である、上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[5]
前記一般式(1)のR1又はR2が、下記一般式(6):
Figure 2018022171
(式中、R18、R19及びR20は、それぞれ独立に、炭素数2〜60の2価の有機基を示し、R18、R19及びR20のうち少なくとも1つは、脂環式構造又は脂肪族構造を有し、そしてmは、0又は1である。)
で表される構造を有する、上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[6]
前記一般式(1)のR3又はR4が、下記一般式(7):
Figure 2018022171
(式中、R21は炭素数1〜19の1価の有機基を示す。)
で表される構造を有する、上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[7]
(A)上記[1]〜[6]のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物で構成される感光性樹脂層を基板上に形成する工程、
(B)該感光性樹脂層を露光する工程、
(C)現像液により露光部を除去して、レリーフパターンを得る工程、及び
(D)該レリーフパターンを加熱する工程、
[8]
上記[7]に記載の方法により製造された、硬化レリーフパターン。
[9]
半導体素子と、該半導体素子の上部に設けられた硬化膜とを備える半導体装置であって、該硬化膜は、上記[8]に記載の硬化レリーフパターンである、半導体装置。
[10]
表示体素子と、該表示体素子の上部に設けられた硬化膜とを備える表示体装置であって、該硬化膜は、上記[8]に記載の硬化レリーフパターンである、表示体装置。
[11]
ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールから成る群から選択される少なくとも1種の樹脂とフェノール樹脂とを含有する硬化膜であって、
該硬化膜が、下記条件下、
プラズマ種:マイクロ波
処理ガス:O2
処理時間:60秒
のドライエッチング処理後に原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定したときに、算術平均表面粗さ:0.5〜5.0nmを有する、硬化膜。
[12]
空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理したときの重量減少変化率が0.1〜3.0%である、上記[11]に記載の硬化膜。
[13]
前記ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールから成る群から選択される少なくとも1種の樹脂:100質量部に対し、前記フェノール樹脂:20〜200質量部を含有する、上記[11]又は[12]に記載の硬化膜。
本発明により、現像残膜率が高く高感度であり、現像後の白化が防止でき表面が均一な感光性樹脂組成物を提供することができる。
合成例6で得たヒドロキシポリアミド樹脂(P−2)の13C−NMR結果を示す図である。 合成例8で得たフェノール樹脂(N−1)の1H−NMR結果を示す図である。
以下、本発明を実施するための例示の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
<感光性樹脂組成物>
本実施の形態では、感光性樹脂組成物は、(a)一般式(1):
Figure 2018022171
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、炭素数2〜60の2価から8価の有機基を示し、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基を示し、d及びeは、それぞれ独立に、0〜2の整数であって同時に0になることはなく、f及びgは、それぞれ独立に、0〜4の整数であり、そしてnは正の整数である。)
で表される構造単位を主成分とするポリマー(以下、ポリマー(a)ともいう)と、(b)キノンジアジド化合物(以下、キノンジアジド化合物(b)ともいう)と、(c)フェノール樹脂(以下、フェノール樹脂(c)ともいう)とを含有する。ここで主成分とは、50質量%超を意味する。以下これらの構造及びその他の成分について詳細に説明する。なお、本明細書では、特に明記しない限り、一般式において同一符号で表されている構造は、分子中に複数存在する場合に、互いに同一であるか、又は異なっていてもよい。また2種以上の繰り返し単位が示される場合の繰り返し配列は特記がない限り限定されず、ランダム、ブロック及び交互のいずれでもよい。
本発明におけるポリマー(a)は、一般式(1)における繰り返し数nの構造単位(本開示で、一般式(1)で表される構造単位ともいう)を主成分とするポリマーであり、加熱あるいは適当な触媒により、イミド環、オキサゾール環等を有するポリマーとなり得るものである。ポリマー(a)としては、好ましくは、ポリイミド前駆体のポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、及びポリベンゾオキサゾール前駆体のポリヒドロキシアミドが挙げられる。ポリマー(a)が環構造を有するポリマーとなることで、耐熱性及び耐溶剤性が飛躍的に向上する。ポリマー(a)中、一般式(1)で表される構造単位は1種でも2種以上でもよい。また2種以上の構造単位が存在する場合、構造単位の配列はブロックでもランダムでもよく、繰り返し数nは、該2種以上の構造単位の合計繰り返し数である。
一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマーは、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸及びその誘導体とビス(アミノフェノール)とから製造され、アミド結合のオルト位にフェノール基を有するポリベンゾオキサゾール(以下PBOとも言う)前駆体であるポリアミド構造を有するか、又はジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸及びその誘導体とジアミノフェノールとから製造され、フェノール基を有するポリアミド構造を有することが好ましい。
一般式(1)で表される繰り返し単位は、例えばR1(OR3d(COOR5f(COOH)2の構造を有するジカルボン酸と、R2(NH22(OR4e(COOR6g構造を有するジアミンとを重縮合させることにより得ることができる。
一般式(1)中、nは正の整数であれば限定されないが、現像性の観点から1〜1000の範囲が好ましく、3〜50の範囲がより好ましく、3〜30の範囲であることが最も好ましい。
2(NH22(OR4e(COOR6g構造を有するジアミンについて説明する。
例えばR4が水素原子であり、eが2である、ビスアミノフェノール化合物としては、例えば、3,3’−ジヒドロキシベンジジン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシビフェニル、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、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、2,2−ビス−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、1,4−ジアミノ−2,5−ジヒドロキシベンゼン、1,3−ジアミノ−2,4−ジヒドロキシベンゼン、及び1,3−ジアミノ−4,6−ジヒドロキシベンゼン、並びに、R2が下記式群:
Figure 2018022171
から選ばれる4価の有機基であるビスアミノフェノール化合物等が挙げられる。
これらのビスアミノフェノール化合物のうち、アルカリ現像液に対する溶解性及び耐熱性の観点から特に好ましいものは、R2が上記式群から選ばれる4価の有機基である化合物である。
ビス(アミノフェノール)(例えば、R2(NH22(OR4e(COOR6g構造におけるR2が上記式群から選ばれるもの)においては、ベンゼン環同士を結合している結合に対して、メタ位がアミノ基、パラ位がヒドロキシル基、又はメタ位がヒドロキシル基、パラ位がアミノ基のいずれでも構わないが、溶剤への溶解性の観点からは、メタ位がアミノ基、パラ位がヒドロキシル基の方が好ましい。
また、R2(NH22(OR4e(COOR6g構造を有するジアミンとして、下記構造:
Figure 2018022171
(式中、X3は炭素数2〜60の4価の有機基である。)
で表される分子内に2組の互いにオルト位にあるアミド結合とフェノール性水酸基とを有するジアミン(以下、「分子内にPBO前駆体構造を有するジアミン」という。)を使用することもできる。
3は炭素原子数2〜60の4価の有機基であれば限定されないが、アルカリ現像液に対する溶解性及び耐熱性の観点から、前述したR2で表される好ましい有機基として例示された構造であることが好ましい。
分子内にPBO前駆体構造を有するジアミンの好ましい構造としては、より具体的には、下記構造が挙げられる。
Figure 2018022171
上記構造で表される化合物の製造方法としては、上述したビスアミノフェノールに2分子のニトロ安息香酸を反応させ、続いてニトロ基をアミノ基に還元する方法を例示できる。
また、R2(NH22(OR4e(COOR6g構造を有するジアミンとしては、下記構造:
Figure 2018022171
(式中、Y3は炭素数2〜60の2価の有機基を示す。)
を有する化合物を使用することができる。
上記構造におけるY3は炭素数2〜60の2価の有機基であれば限定されないが、アルカリ現像液に対する溶解性及び耐熱性の観点から、R1で表される有機基の例として後述で列挙される少なくとも1つの有機基であることが好ましい。
このような化合物の好ましい例としては、具体的には下記構造が挙げられる。
Figure 2018022171
上記化合物は、例えば、ジカルボン酸ジクロリド化合物に2分子のニトロアミノフェノールを反応させ、ニトロ基をアミノ基に還元することによって得ることができる。
また、R2(NH22(OR4e(COOR6g構造を有するジアミンとして、分子内に2組のポリイミド前駆体構造を持つ化合物(以下、「分子内にPI前駆体構造を有するビスアミノフェノール」という。)を使用することもできる。このような化合物の例としては、下記構造:
Figure 2018022171
(式中、Y4は炭素数4〜60の4価の有機基を示し、そしてR6は炭素数1〜20の1価の炭化水素基を示す。)
を有する化合物が挙げられる。
このような化合物のより具体的な例としては、下記構造が挙げられる。
Figure 2018022171
(R6は水素又は炭素数1〜20の1価の炭化水素基を示す。)
分子内にPI前駆体構造を有するビスアミノフェノールの製造方法としては、例えば、テトラカルボン酸二無水物にモノアルコール、又はモノアミン等で開環したジカルボン酸と、互いにオルトの位置にヒドロキシル基とニトロ基とを有するアニリンを2分子縮合させた後、ニトロ基を還元する方法を例示できる。
次に、原料のR2(NH22(OR4e(COOR6g構造を有するジアミンとして、eとgとが共に0であるジアミンについて説明する。このようなジアミンは、アルカリ現像液に対する溶解性の調整の場合に有利である。これらのジアミン化合物としては、芳香族ジアミン等が挙げられる。芳香族ジアミンは耐熱性の観点から有利である。
芳香族ジアミンとしては、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,4−トリレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルケトン、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、3,4’−ジアミノジフェニルケトン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4−メチル−2,4−ビス(4−アミノフェニル)−1−ペンテン、4−メチル−2,4−ビス(4−アミノフェニル)−2−ペンテン、1,4−ビス(α,α−ジメチル−4−アミノベンジル)ベンゼン、イミノ−ジ−p−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナフタレン、4−メチル−2,4−ビス(4−アミノフェニル)ペンタン、5(又は6)−アミノ−1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、ビス(p−アミノフェニル)ホスフィンオキシド、4,4’−ジアミノアゾベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニル尿素、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ベンゾフェノン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’−ビス[4−(α,α−ジメチル−4−アミノベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(α,α―ジメチル−4−アミノベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、フェニルインダンジアミン、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、o−トルイジンスルホン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルフィド、1,4−(4−アミノフェノキシフェニル)ベンゼン、1,3−(4−アミノフェノキシフェニル)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ジ−(3−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、及び4,4’−ジアミノベンズアニリド等が挙げられる。
また、上記芳香族ジアミンの芳香核の水素原子が、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、メチル基、メトキシ基、シアノ基、フェニル基等によって置換されていても良い。
ジアミンの一部又は全部として、シリコンジアミンを選択することもできる。シリコンジアミンの例としては、ビス(4−アミノフェニル)ジメチルシラン、ビス(4−アミノフェニル)テトラメチルシロキサン、ビス(4−アミノフェニル)テトラメチルジシロキサン、ビス(γ−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,4−ビス(γ−アミノプロピルジメチルシリル)ベンゼン、ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、ビス(γ−アミノプロピル)テトラフェニルジシロキサン等が挙げられる。
次に、R1(OR3d(COOR5f(COOH)2の構造を有するジカルボン酸について説明する。
1(OR3d(COOR5f(COOH)2においては、d=f=0であってもよい。このようなジカルボン酸はアルカリ現像液に対する溶解性の調整の場合に有利である。d=f=0である場合のR1としては、下記構造が挙げられる。
Figure 2018022171
(式中、A1は、−CH2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−、−C(CF32−、及び単結合からなる群より選ばれる2価の基を示し、環炭素と結合しているk個のL1は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アミド基、ウレア基、イミド基、及びウレタン基からなる群より選ばれる基を示し、そしてk=4である。)、
Figure 2018022171
(式中、n10は、1〜12の整数である。)、及び
Figure 2018022171
(式中、L2、L3及びL4は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、そしてL5は、水素原子、メチル基又は水酸基を示す。)。
上記のうち、トリシクロデカン骨格を有するジカルボン酸として代表的な化合物としては、ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンが挙げられる。該化合物の製造例としては、国際公開第2009/081950号パンフレットの合成例を例示できる。
さらには、R1(OR3d(COOR5f(COOH)2においてd=0、かつf=2である場合のジカルボン酸として、テトラカルボン酸二無水物をモノアルコール、又はモノアミン等で開環したジカルボン酸を使用することもできる。ここでモノアルコールの例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、t−ブタノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。モノアミンの例としては、ブチルアミン、アニリン等が挙げられる。上記のテトラカルボン酸二無水物の例としては、下記の化学式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018022171
(式中、Bは、−CH2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−、−C(CF32−、及び−COO−からなる群から選択される2価の基を示す。)
又は別法としてテトラカルボン酸二無水物とビスアミノフェノール若しくはジアミンを反応させて、生成するカルボン酸残基を、モノアルコール又はモノアミンにより、エステル化又はアミド化することもできる。
また、R1(OR3d(COOR5f(COOH)2において、R3が水素で、d=1又は2、かつf=2の場合のジカルボン酸として、分子内に2組の互いにオルト位にあるアミド結合とフェノール性水酸基とを有するジカルボン酸を使用することもできる。そのようなジカルボン酸として例えば下記式で表される化合物を例示できる。
Figure 2018022171
(式中、X5は、少なくとも2個の炭素原子を有する3価又は4価の有機基を示し、R5は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基を示し、そして、n11は、1又は2の整数である。)
上記式で表される化合物の製造方法としては、例えば、上記のR2(NH22(OH)2の構造を有するビス(アミノフェノール)又はR2(NH22(OH)の構造を有するジアミノフェノールに2分子のトリメリット酸クロリドを反応させて、更に酸無水物とアルコールとを反応させる方法を例示できる。
ポリヒドロキシアミドを合成するための前記ジカルボン酸とビスアミノフェノール化合物(ジアミン)との重縮合の方法としては、ジカルボン酸と塩化チオニルとを使用してジ酸クロライドを得たのち、これにビスアミノフェノール(ジアミン)を作用させる方法、又はジカルボン酸とビスアミノフェノール(ジアミン)とをジシクロヘキシルカルボジイミドにより重縮合させる方法等が挙げられる。ジシクロヘキシルカルボジイミドを使用する方法においては同時にヒドロキシベンズトリアゾールを作用させることもできる。
本実施の形態では、一般式(1)におけるR1及び/又はR2がエステル結合を有する構造であることが好ましい。本実施の形態に係る一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマーのR1及び/又はR2がエステル構造を有することで、後述するフェノール樹脂(c)との相溶性が良く、現像後の表面状態が特に良好になるという特異的な効果を奏する。この理由は定かではないが、本発明者は以下のような理由を推定している。一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマーはアミド結合を有しており、アミドの極性からアミド−アミド間の結合が強く、ポリマー間で会合しやすく、フェノール樹脂とは相溶性が高くなりにくい。それに対し、エステルとフェノール樹脂とは極性が近く、また、相対的にアミド結合割合が減少し、ポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との間の相溶性が高くなる。
上記エステル構造の態様としては、後述の一般式(6)で表される構造、及び、下記構造:
Figure 2018022171
(式中、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に芳香族基を示す)
が挙げられる。
リソグラフィー上の観点から、一般式(1)中におけるR1又はR2が下記一般式(6)で表される構造を有することがさらに好ましい。
Figure 2018022171
(式中、R18、R19及びR20は、それぞれ独立に、炭素数2〜60の2価の有機基を示し、R18、R19及びR20のうち少なくとも1つは、脂環式構造又は脂肪族構造を有し、そしてmは、0又は1である。)
上記一般式(6)で表される構造は、例えば、(α)一般式(6)中のR18の構造を有するヒドロキシル基含有化合物と、(β)一般式(6)中のR19及びR20の構造を有する多価カルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸化合物とを反応させて得ることができる。
以下、(α)R18の構造を有するヒドロキシル基含有化合物について説明する。
18は、2価のフェノール化合物又はアルコール化合物に由来する残基である。R18の構造を有するヒドロキシル基含有化合物としては、フェノール化合物及びアルコール化合物を挙げることができる。2価のフェノール化合物の具体例としては、ヒドロキノン、レゾルシノール、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、2,2’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4’−メチレンビス(2−メチルフェノール)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジメチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−エチルフェノール)、4,4’−エチリデンビスフェノール、4,4’−ジヒドロキシジフェニルプロパン、TM124(デグサジャパン:商品名)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、4,4’−(1,3−ジメチルブチリデン)ジフェノール、4,4’−(2−エチルヘキシリデン)ジフェノール、ヘキセストロール、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−イソプロピルフェニル)プロパン、1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン、2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロヘキサン、4,4’−ブチリデンビス(6−tert−ブチル−m−クレゾール)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4’−(α−メチルベンジリデン)ビスフェノール、1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、4,4’−ジヒドロキシテトラフェニルメタン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、1,3−ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ジフェノール酸等が挙げられる。
また、フェノール化合物として、官能基を含有するフェノール化合物を用いることもできる。その官能基の例としては、アミド基、イミド基、ウレア基、ウレタン基、エーテル基等が挙げられる。
2価のアルコール化合物の具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,2−ヘプタンジオール、1,2−オクタンジオール、1,2−ノナンジオール、1,2−デカンジオール、1,2−ドデカンジオール、2,5−ヘキサンジオール、cis−2ブテン−1,4−ジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、trans−p−メンタン−3,8−ジオール、2,4−ジメトキシベンジルアルコール、ブチロイン等が挙げられる。
アルコール化合物としては、上記フェノール化合物と同様に、官能基を含有するアルコール化合物を用いることもできる。その官能基の例としては、アミド基、イミド基、ウレア基、ウレタン基、エーテル基等が挙げられる。
次に、(β)R19及びR20の構造を有する多価カルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸化合物について説明する。
19及びR20の構造を有する多価カルボン酸は、2価のカルボン酸であることができ、具体的には、前述のd=f=0である場合のR1の例として列挙した構造と同じ構造の残基を有するカルボン酸を用いることができる。
上記一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマーにおいて、R1及び/又はR2がエステル結合を有する場合、より好ましくはR1又はR2が上記一般式(6)で表される構造を有する場合、i線透過性の観点からも有利である。
一般式(6)においては、特にi線透過性及び高感度化の観点から、R18、R19及びR20のうち少なくとも1つは、脂環式構造又は脂肪族構造を有する。なお本開示で、「脂肪族」とは、特記がない限り鎖状脂肪族を意味する。特に、一般式(6)中のR18が、芳香族であり、かつ、R19及びR20が、両者とも脂環式構造又は脂肪族構造である(すなわちR19及びR20が芳香族構造を有さない)ことが好ましい。この場合、更なるi線透過性及び高感度化の観点から有利である。
溶剤への溶解性の観点から、R18の炭素原子数は2〜30であることが好ましく、そしてR19及びR20の炭素原子数はそれぞれ2〜15であることが好ましい。R18、R19及びR20は、炭化水素基、エーテル基、アミド基、イミド基、ウレア基、ウレタン基、スルホニル基、及び含フッ素基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を含むことが好ましい。
更なるi線透過性及びリソグラフィー性能向上の観点からは、一般式(6)中のR18は、下記一般式(8)で表される構造から選択されることがより好ましく、R19及びR20は、それぞれ下記一般式(9)で表される構造から選択されることがより好ましい。
Figure 2018022171
(式中、R16は炭素数1〜18の2価の炭化水素基を示し、そしてR17は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜17の1価の有機基を示す。)
Figure 2018022171
(式中、A1は、−CH2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−、−C(CF32−、及び単結合からなる群より選ばれる2価の基を示し、L1は、水素原子又は炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示し、k=4であり、複数存在するL1は同一でも異なっていてもよく、そして、L2〜L4は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示し、L5は、水素原子、メチル基又は水酸基を示し、n10は、1〜12の整数である。)
一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー中の一般式(6)で表されるエステル基含有構造の割合は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の機械物性が良好である点で、5〜80mol%であることが好ましい。
一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー中のR3及び/又はR4は、下記一般式(7):
Figure 2018022171
(式中、R21は炭素原子数1〜19の1価の有機基を示す。)
で表される構造を有することが好ましい。
21の構造は、特に限定されるものではないが、好ましくは、炭素数1〜10の、脂肪族、脂環式又は芳香族の炭化水素基であり、これらの水素原子が、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、メトキシ基、シアノ基、及びフェニル基から選択される1種以上によって置換されていても良い。硬化時の収縮を抑える観点から、R21の炭素数は1〜19であり、1〜10であることがより好ましく、1〜6であることが更に好ましく、R21としては、より具体的にはメチル基、エチル基、及びフェニル基が挙げられる。
一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー中のR3及びR4の数のうち、一般式(7)で表される基の数の割合は、アルカリ現像液への溶解性が良好である点で、0.1〜10mol%であることが好ましい。
一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマーのR3及び/又はR4として、一般式(7)で表される基を導入することは、ポリマー(a)と、後述するフェノール樹脂(c)との相溶性が特に良好になり、現像後の表面状態が特に良好になるという特異的な効果を奏する。この理由は定かではないが、本発明者は以下のような理由を推定している。一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマーはアミド結合を有しており、アミドの極性からアミド−アミド間の結合が強く、ポリマー間で会合しやすく、フェノール樹脂とは相溶性が高くなりにくい。それに対し、一般式(7)の構造によりエステル構造が導入される場合、エステルはフェノール樹脂との極性が近く、また、相対的にアミド結合割合が減少するため、ポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との間の相溶性が高くなる。
前述の一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)は、その末端基が有機基(以下、「封止基」という)で封止されていてもよい。
ヒドロキシポリアミドの重縮合において、ジカルボン酸成分を、ビスアミノフェノール成分とジアミン成分との和に比べて過剰のモル数で使用する場合には、封止基として、アミノ基、又は水酸基を有する化合物を用いるのが好ましい。該化合物の例としては、アニリン、エチニルアニリン、ノルボルネンアミン、ブチルアミン、プロパルギルアミン、エタノール、プロパルギルアルコール、ベンジルアルコール、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びヒドロキシエチルアクリレート等が挙げられる。
逆にビスアミノフェノール成分とジアミン成分との和をジカルボン酸成分に比べて過剰のモル数で使用する場合には、封止基を有する化合物としては、酸無水物、カルボン酸、酸クロリド、イソシアネート基等を有する化合物、等を用いるのが好ましい。該化合物の例としては、ベンゾイルクロリド、ノルボルネンジカルボン酸無水物、ノルボルネンカルボン酸、エチニルフタル酸無水物、グルタル酸無水物、無水マレイン酸、無水フタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロへキセンジカルボン酸無水物、メタクリロイルオキシエチルメタクリレート、フェニルイソシアネート、メシルクロリド、及びトシルクロリド等が挙げられる。
一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記一般式(1)で表される構造単位以外の追加の構造単位を含んでもよい。追加の構造単位の例としては、ポリヒドロキシイミド構造、ポリエステル構造、ヒドロキシル基を含まないポリアミド構造等が挙げられる。ポリマー(a)中、一般式(1)で表される構造単位の割合は、50質量%超であり、現像残膜率が高く、高感度であり、現像後の表面が均一で、硬化レリーフパターンの形状が良好であり、かつフッ素系化合物ガスによるエッチング後に金属の腐食が起こりにくい感光性樹脂組成物を得るという観点から、好ましくは75〜100質量%、より好ましくは90〜100質量%である。
上記一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下「GPC」ともいう。)によるポリスチレン換算重量平均分子量は、3,000〜70,000であることが好ましく、6,000〜50,000であることがより好ましい。重量平均分子量は、硬化レリーフパターンの物性の観点から3,000以上が好ましく、一方、解像性の観点から、70,000以下が好ましい。GPCの展開溶媒としては、テトラヒドロフラン(以下「THF」ともいう。)、及びN−メチル−2−ピロリドン(以下「NMP」ともいう。)が推奨される。また分子量は、標準単分散ポリスチレンを用いて作成した検量線から求める。標準単分散ポリスチレンとしては昭和電工社製有機溶媒系標準試料STANDARD SM−105から選ぶことが推奨される。
(b)キノンジアジド化合物
キノンジアジド化合物(b)としては、光酸発生剤として作用する種々の化合物を使用できるが、中でもナフトキノンジアジド化合物(NQD化合物)が好ましく、中でも、1,2−ナフトキノンジアジド構造を有する化合物が好ましい。1,2−ナフトキノンジアジド構造を有する化合物としては、以下に詳述する特定構造を有するポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、及び該ポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステルから成る群から選択される少なくとも1種のNQD化合物が好ましい。
該NQD化合物は、常法に従って、ナフトキノンジアジドスルホン酸化合物を、クロルスルホン酸又は塩化チオニルでスルホニルクロライドとし、得られたナフトキノンジアジドスルホニルクロライドと、ポリヒドロキシ化合物とを縮合反応させることにより得ることができる。例えば、ポリヒドロキシ化合物と、所定量の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド又は1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリドとを、ジオキサン、アセトン、テトラヒドロフラン等の溶媒中において、トリエチルアミン等の塩基性触媒の存在下で反応させてエステル化を行い、得られた生成物を水洗、乾燥することによりNQD化合物を得ることができる。
好ましいNQD化合物の例としては、例えば、下記一般式群で表されるものが挙げられる。
Figure 2018022171
(式中、Qは、水素原子、又は下記式群:
Figure 2018022171
のいずれかで表されるナフトキノンジアジドスルホン酸エステル基であるが、すべてのQが同時に水素原子であることはない。)
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及び5−ナフトキノンジアジドスルホニル基を含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用いることもできるし、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とを混合して使用することもできる。
キノンジアジド化合物(b)のアルカリ可溶性樹脂全体に対する配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との全量100質量部に対し、1〜50質量部が好ましく、5〜30質量部がより好ましい。キノンジアジド化合物(b)の該配合量が1質量部以上であると樹脂のパターニング性が良好であり、50質量部以下であると硬化後の膜の引張り伸び率が良好であり、かつ露光部の現像残渣(スカム)が少ない。
(c)フェノール樹脂
本実施形態におけるフェノール樹脂(c)は、下記一般式(2)、(3)及び(4)、並びに一般式群(5)から成る群から選択される少なくとも1つで表される構造を有する。
Figure 2018022171
(式中、R7及びR8は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、h及びjは、それぞれ独立に、1〜3の整数であり、i及びkは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、1≦(h+i)≦4、1≦(j+k)≦4を満たし、m1は0又は正の整数であり、そしてm2は正の整数である。)
Figure 2018022171
(式中、R9及びR10は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、lは2又は3であり、pは1〜3の整数であり、o及びqは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、2≦(l+o)≦4、1≦(p+q)≦4を満たし、m3は正の整数であり、そしてm4は0又は正の整数である。)
Figure 2018022171
(式中、R11及びR12は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、r及びuは、それぞれ独立に、1〜3の整数であり、s及びvは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、1≦(r+s)≦4、1≦(u+v)≦4を満たし、m5は0又は正の整数であり、そしてm6は正の整数であり、m11は正の整数であり、P1は、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基で置換されていてもよい炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。)
Figure 2018022171
{式中、R13は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、wは1〜3の整数であり、xは0〜2の整数であり、1≦(w+x)≦4を満たし、m7は正の整数であり、そしてm8は0又は正の整数であり、Yは、下記式群(5’):
Figure 2018022171
(P4,及びP5は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のフッ素で置換されていてもよい1価の脂肪族基、又は炭素数6〜20の置換若しくは非置換の1価の芳香族基である。)
から成る群から選ばれる2価の有機基である。}
フェノール樹脂(c)はキノンジアジド化合物(b)に対して、未露光部は溶解阻止効果を有する一方、露光部は溶解促進作用をすることによりコントラストを発生させ、パターンを形成することが出来る。しかしながら、一般的なフェノール樹脂、例えば、クレゾール/ホルムアルデヒドノボラック樹脂やフェノール/ホルムアルデヒドノボラック樹脂は、ポリマー(a)との相溶性が悪いため、感光性樹脂組成物をコートして得られる膜は均一であっても、現像後の膜では表面が白化する現象が発生するという問題があった。
これに対し、一般式(2),(3),及び(4)並びに一般式群(5)のうち少なくとも1つで表される構造を有するフェノール樹脂は、ポリマー(a)との相溶性が高い。従って、本実施形態の感光性樹脂組成物によれば、現像後に白化が発生せず、均一な表面の膜を形成できる。現像後の白化は、ポリマー(a)とフェノール樹脂との相溶性が悪い場合に膜中で相分離が起こり、ポリマー(a)とフェノール樹脂のアルカリ現像液に対する溶解性の違いから現像後の膜表面に凸凹が生じることにより生じると考えられる。本実施形態によれば、ポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との組合せにより、これらの白化及び表面荒れが防止され、均一な表面の膜を形成できる。この理由は定かではないが、本発明者は以下のような理由を推定している。一般的に物質は極性が近いほど混ざりやすいとされ、本発明で用いるフェノール樹脂(c)の極性がポリマー(a)と近いこと、あるいはフェノール樹脂(c)と該ポリマー(a)とが混ざりやすいコンフォメーションとなっているためであると考えられる。
本実施形態におけるフェノール樹脂(c)の含有量は、ポリマー(a)100質量部に対して、20〜200質量部の範囲内が好ましい。該含有量は、感度の観点から20質量部以上が好ましく、耐熱性の観点から200質量部以下が好ましい。該含有量は、耐熱性の観点で、50〜150質量部がより好ましく、50〜100質量部が更に好ましい。
一般式(2)において、感度の観点から、i及びkはそれぞれ0又は1であることが好ましく、R7及びR8はそれぞれメチル基又はエチル基であることが好ましい。硬化後のパターン形状の観点から、h及びjはそれぞれ1又は2であることが好ましい。m1及びm2の合計数は、耐熱性の観点から、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは20以上であり、リソ性の観点から、好ましくは300以下、より好ましくは250以下、更に好ましくは200以下である。また、m2に対するm1の比(m1/m2)は、アルカリ溶解性の観点から、好ましくは1/99以上、より好ましくは10/90以上、更に好ましくは20/80以上であり、伸度の観点から、好ましくは90/10以下、より好ましくは80/20以下、更に好ましくは70/30以下である。
一般式(2)で表される構造は、特に下記式で表される構造であることがより好ましい。
Figure 2018022171
(式中、m9及びm10はそれぞれ独立に0又は正の整数であり、m9及びm10が同時に0になることはなく、m9とm10との合計は一般式(2)中のm1に等しく、そしてm2は一般式(2)で定義した通りである。)
一般式(3)において、感度の観点から、o及びqはそれぞれ0又は1であることが好ましく、R9及びR10はそれぞれメチル基又はエチル基であることが好ましい。硬化後のパターン形状の観点から、lは2であることが好ましく、pは1又は2であることが好ましい。繰り返し数m4で表される構造単位におけるp及びqがそれぞれ1であるときR10はフェノール性水酸基に対してメタ位もしくはパラ位にあることが好ましい。m3及びm4の合計数は、耐熱性の観点から、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは20以上であり、リソ性の観点から、好ましくは300以下、より好ましくは250以下、更に好ましくは200以下である。また、lが2又は3で、かつpが1であるとき、m4に対するm3の比(m3/m4)は、アルカリ溶解性の観点から、好ましくは10/90以上、より好ましくは20/80以上、更に好ましくは30/70以上であり、耐熱性の観点から、好ましくは99/1以下、より好ましくは90/10以下、更に好ましくは80/20以下である。lが3で、かつpが2であるとき、m3/m4比は、アルカリ溶解性の観点から、好ましくは10/90以上、より好ましくは20/80以上、更に好ましくは30/70以上であり、耐熱性の観点から、好ましくは80/20以下、より好ましくは70/30以下、更に好ましくは60/40以下である。
一般式(3)で表される構造は、特に下記式で表される構造であることがより好ましい。
Figure 2018022171
(式中、m3及びm4は一般式(3)で定義した通りである。)
一般式(4)において、感度の観点から、s及びvは0又は1であることが好ましく、R11及びR12はそれぞれメチル基又はエチル基であることが好ましい。硬化後のパターン形状の観点から、r及びuはそれぞれ1又は2であることが好ましい。m5及びm6の合計数は、耐熱性の観点から、好ましくは5以上、より好ましくは7以上、更に好ましくは10以上であり、リソ性の観点から、好ましくは300以下、より好ましくは250以下、更に好ましくは200以下である。また、m6に対するm5の比(m5/m6)は、膜応力の観点から、好ましくは1/99以上、より好ましくは10/90以上、更に好ましくは20/80以上であり、耐熱性の観点から、好ましくは90/10以下、より好ましくは80/20以下、更に好ましくは70/30以下である。P1は、現像後の表面状態、及び、硬化膜とダイアタッチフィルムの接着強度の観点から、ヒドロキシフェニル基であることが好ましい。m11は、組成物のアルカリ溶解性の観点から、1〜3であることが好ましい。
前記一般式(4)で表される構造は、組成物の感度及び、硬化後のパターン形状の観点から特に下記一般式(4’)で表される構造であることがより好ましい。
Figure 2018022171
(式中、R11及びR12は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の1価の有機基を示し、r、t及びuは、それぞれ独立に、1〜3の整数であり、s及びvは、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、1≦(r+s)≦4、1≦(u+v)≦4を満たし、m5は0又は正の整数であり、そしてm6は正の整数である。)
一般式(4’)において、s及びvは0又は1であることが好ましく、R11及びR12はそれぞれメチル基又はエチル基であることが好ましい。硬化後のパターン形状の観点から、r、t及びuはそれぞれ1又は2であることが好ましい。m5及びm6の合計数は、耐熱性の観点から、好ましくは5以上、より好ましくは7以上、更に好ましくは10以上であり、リソ性の観点から、好ましくは300以下、より好ましくは250以下、更に好ましくは200以下である。また、m6に対するm5の比(m5/m6)は、膜応力の観点から、好ましくは1/99以上、より好ましくは10/90以上、更に好ましくは20/80以上であり、耐熱性の観点から、好ましくは90/10以下、より好ましくは80/20以下、更に好ましくは70/30以下である。
一般式(4’)で表される構造は、特に下記式で表される構造であることがより好ましい。
Figure 2018022171
(式中、m5及びm6は一般式(4’)で定義した通りである。)
一般式(5)において、感度の観点から、xは0又は1であることが好ましく、R13はメチル基又はエチル基であることが好ましい。硬化後のパターン形状の観点から、wは1又は2であることが好ましい。m7及びm8の合計数は、耐熱性の観点から、好ましくは3以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは10以上であり、リソ性の観点から、好ましくは300以下、より好ましくは250以下、更に好ましくは200以下である。また、m8に対するm7の比(m7/m8)は、耐熱性の観点から、好ましくは10/90以上、より好ましくは20/80以上、更に好ましくは30/70以上であり、アルカリ溶解性の観点から、好ましくは99/1以下である。
一般式(5)において、Yは、組成物の感度及び、硬化後のパターン形状の観点から、下記一般式(5’’)で表される構造であることがより好ましい。
Figure 2018022171
(P4,及びP5は、それぞれ上記式群(5’)において定義したのと同じである。)
4,及びP5は、それぞれ、コストの観点から、メチル基、水素原子であることが好ましい。
中でも、一般式群(5)で表される構造は、特に下記式で表される構造であることがより好ましい。
Figure 2018022171
(式中、m7は一般式群(5)で定義した通りである。)
フェノール樹脂(c)の合成方法としては、種々のフェノール化合物の単独あるいはそれらの複数種の混合物をホルマリン等のアルデヒド類で公知の方法で重縮合する方法や、フェノール化合物と、重合成分とを、重合反応させることによって合成する方法、また、これらの組み合わせによって合成する方法が挙げられる。
ここで、重合成分とは、具体的には、メチロール基を分子内に2個有する化合物、アルコキシメチル基を分子内に2個有する化合物、及びハロアルキル基を分子内に2個有する化合物等が挙げられる。
フェノール化合物としては、例えばフェノール、p−クレゾール、m−クレゾール、o−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、メチレンビスフェノール、メチレンビスp−クレゾール、ビスフェノールA、レゾルシン、カテコール、2−メチルレゾルシン、4−メチルレゾルシン、m−メトキシフェノール、p−メトキシフェノール、p−ブトキシフェノール、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、2,3−ジエチルフェノール、2,5−ジエチルフェノール、p−イソプロピルフェノール、等が挙げられ、これらは単独で、又は複数の混合物として用いることができる。
また、アルデヒド類としては、ホルマリンの他、トリオキサン、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、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロロアセトアルデヒド等が挙げられ、これらは単独で又は複数の混合物として用いることができる。
上記メチロール基を分子内に2個有する化合物としては、例えば、ビス(ヒドロキシメチル)クレゾール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−エチルフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−プロピルフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−n−ブチルフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−t−ブチルフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−メトキシフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−エトキシフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−プロポキシフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−n−ブトキシフェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−t−ブトキシフェノール、ビス(ヒドロキシメチル)ビフェニル等が挙げられる。
上記アルコキシメチル基を分子内に2個有する化合物としては、例えば、ビス(メトキシメチル)クレゾール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−エチルフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−プロピルフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−n−ブチルフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−t−ブチルフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−メトキシフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−エトキシフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−プロポキシフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−n−ブトキシフェノール、2,6−ビス(メトキシメチル)−4−t−ブトキシフェノール、ビス(メトキシメチル)ビフェニル等が挙げられる。アルコキシメチル基の炭素数は、反応活性の観点から、1〜10であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることが最も好ましい。
上記ハロアルキル基を分子内に2個有する化合物としては、例えば、ビスクロロメチルビフェニル等が挙げられる。
フェノール樹脂(c)の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜50,000であり、より好ましくは2,000〜20,000である。重量平均分子量は、伸度の観点から、1,000以上であることが好ましく、アルカリ溶解性の観点から、50,000以下であることが好ましい。上記重量平均分子量は、GPCを用いて、標準ポリスチレン換算で得られる値である。
その他の成分
本発明においては、前記した各種成分を有機溶媒に溶解してワニス状にし、感光性樹脂組成物の溶液として使用することが好ましい。このような有機溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン(以下、「GBL」ともいう。)、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロン、N,N−ジメチルアセトアミド(以下、「DMAc」ともいう。)、ジメチルイミダゾリノン、テトラメチルウレア、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル(以下、「DMDG」ともいう。)、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、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジ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、ジイソブチルケトン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、5−メチル−3−ヘプタノン、2−メチル−3−ヘプタノン、6−メチル−2−ヘプタノン、2−メチル−4−ヘプタノン、3−メチル−4−ヘプタノン、2−オクタノン、3−オクタノン、4−オクタノン、5−メチル―2−オクタノン、2−ノナノン、3−ノナノン、4−ノナノン、5−ノナノン、2−ヘキシルシクロペンタノン等を単独又は混合して使用できる。
これらの溶媒のうち、非アミド系溶媒がフォトレジスト等への影響が少ない点から好ましい。具体的なより好ましい例としてはγ−ブチロラクトン、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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メチルエーテルアセテート、テトラヒドロフルフリルアルコール、2−ヘプタノン、2−オクタノン、2−ノナノン等を挙げることができる。これらの有機溶剤は単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。
有機溶媒を配合する場合の添加量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、好ましくは100〜2,000質量部である。有機溶媒の添加量を変化させることで、感光性樹脂組成物溶液の粘度をコントロールできる。上記添加量は、より好ましくは100〜1,000質量部である。有機溶媒の添加量を調整することにより、塗布装置、及び塗布厚みに適した粘度となり、硬化レリーフパターンの製造を容易にすることができる。
本発明に係る感光性樹脂組成物は、必要に応じて、熱硬化後の膜(感光性樹脂層)の耐薬品性を高める目的で、架橋剤を含有することができる。架橋剤としては、メチロール基及び/又はアルコキシメチル基を有する芳香族化合物、N位がメチロール基及び/又はアルコキシメチル基で置換された化合物、エポキシ化合物、オキセタン化合物、及びアリル化合物、からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物等が利用できる。
これらの架橋剤の中でも、メチロール基及び/又はアルコキシメチル基を有する芳香族化合物、並びにN位がメチロール基及び/又はアルコキシメチル基で置換された化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が、熱硬化後の耐薬品性の観点から好ましい。
架橋剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができ、配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対して1〜100質量部であることが好ましく、より好ましくは3〜50質量部である。該配合量が1質量部以上である場合、架橋が良好に進行してパターニング性が良好となり、該配合量が100質量部以下である場合、キュア後の機械物性が良好に保たれる。
本発明においては、溶解促進剤を好ましく利用することができる。溶解促進剤としては、カルボン酸化合物やフェノール性化合物が挙げられる。
カルボン酸化合物の例としては、3−フェニル乳酸、4−ヒドロキシフェニル乳酸、4−ヒドロキシマンデル酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸、2−メトキシ−2−(1−ナフチル)プロピオン酸、マンデル酸、アトロラクチン酸、アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸、3−フェニル乳酸、4−ヒドロキシフェニル乳酸、4−ヒドロキシマンデル酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸、2−メトキシ−2−(1−ナフチル)プロピオン酸、マンデル酸、アトロラクチン酸、O−アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸、4−ヒドロキシマンデル酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸、マンデル酸、アトロラクチン酸、O−アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸、O−アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸、ジヒドロキシベンゼンカルボン酸ヘキシル、ジヒドロキシベンゼンカルボン酸オクチル、ジヒドロキシベンゼンカルボン酸ドデシル、トリヒドロキシベンゼンカルボン酸ヘキシルである没食子酸ヘキシル及びフロログルシノールカルボン酸ヘキシル、トリヒドロキシベンゼンカルボン酸オクチルである没食子酸オクチル及びフロログルシノールカルボン酸オクチル、トリヒドロキシベンゼンカルボン酸ドデシルである没食子酸ドデシル及びフロログルシノールカルボン酸ドデシル、トリヒドロキシベンゼンカルボン酸ヘキサデシルである没食子酸ヘキサデシル及びフロログルシノールカルボン酸ヘキサデシル等を挙げることができる。
フェノール化合物としては、前記感光性ジアゾキノン化合物に使用しているバラスト剤、並びにパラクミルフェノール、ビスフェノール類、レゾルシノール類、あるいはMtrisPC、MtetraPC等の直鎖状フェノール化合物(本州化学工業社製:商品名)、TrisP−HAP、TrisP−PHBA、TrisP−PA等の非直鎖状フェノール化合物(本州化学工業社製:商品名)、ジフェニルメタンのフェニル基の水素原子2〜5個を水酸基に置換した化合物、2,2−ジフェニルプロパンのフェニル基の水素原子1〜5個を水酸基に置換した化合物、等が挙げられる。該フェノール化合物の添加により、現像時のレリーフパターンの密着性を向上させ残渣の発生をおさえることができる。なお、バラスト剤とは、フェノール性水素原子の一部がナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化されたフェノール化合物である前述の感光性ジアゾキノン化合物に原料として使用されているフェノール化合物をいう。
溶解促進剤の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、0〜50質量部が好ましく、1〜30質量部が好ましい。配合量が50質量部以下であれば、熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。また配合量が1質量部以上である場合、露光部の現像液への溶解促進効果が良好である。
本発明に係る感光性樹脂組成物は、必要に応じて、アルコール、染料、香料、塗布膜の面内均一性を向上させるための界面活性剤、またシリコン基板や銅基板との接着性を高めるための接着助剤等の添加剤を含有することも可能である。
上記添加剤について更に具体的に述べると、アルコールは、炭素原子数が4〜14であることが好ましく、具体的には、シクロプロピルカルビノール、2−シクロヘキセン−1−オール、シクロヘキサンメタノール、4−メチル−1−シクロヘキサンメタノール、3,4−ジメチルシクロヘキサノール、4−エチルシクロヘキサノール、4−t−ブチロシクロヘキサノール、シクロヘキサンエタノール、3−シクロヘキシル−1−プロパノール、1−シクロヘキシル−1−ペンタノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ノルボルナン−2−メタノール、シクロオクタノール、2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール、2,4−ヘキサジエン−1−オール、cis−2−ヘキセン−1−オール、trans−2−ヘプテン−1−オール、cis−4−ヘプテン−1−オール、cis−3−オクテン−1−オール、4−エチル−1−オクチン−3−オール、2,7−オクタジエノール、3,6−ジメチル−1−ヘプチン−3−オール、3−エチル−2−メチル−3−ペンタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ヘキサノール、2,5−ジメチル−2−ヘキサノール、trans,cis−2,6−ノナジエン−1−オール、1−ノネン−3−オール、cis−2−ブテン−1,4−ジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、trans−p−メンタン−3,8−ジオール、2,4−ジメトキシベンジルアルコール、ブチロイン等が挙げられる。
これらの中でも、塗布後の面内均一性の観点から、2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール、2,4−ヘキサジエン−1−オール、cis−2−ヘキセン−1−オール、trans−2−ヘプテン−1−オール、cis−4−ヘプテン−1−オール、cis−3−オクテン−1−オール、trans,cis−2,6−ノナジエン−1−オール、cis−2−ブテン−1,4−ジオール、1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール等の、不飽和結合や枝分かれ構造を有するヒドロキシル基含有化合物が好ましく、基板との密着性の観点から、ジオールよりモノアルコールが好ましく、その中でも2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール、3−エチル−2−メチル−3−ペンタノール、及びグリセロール−α,α’−ジアリルエーテルが特に好ましい。
これらのヒドロキシル基含有化合物は単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。
上記のアルコールを配合する場合の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、0.01〜70質量部が好ましく、0.1〜50質量部がより好ましく、1〜40質量部がさらに好ましく、5〜25質量部が特に好ましい。アルコールの配合量が0.01質量部以上だと露光部の現像残渣が少なくなり、70質量部以下だと硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好である。
染料としては、例えば、メチルバイオレット、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン等が挙げられる。染料を配合する場合の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、0.1〜10質量部が好ましい。配合量が0.1質量部以上であれば可視化効果が良好に得られ、10質量部以下であれば、熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。
香料としては、テルペン類化合物が挙げられ、溶剤への溶解性の観点からモノテルペン化合物、セスキテルペン化合物が好ましい。
具体的には、リナロール、イソフィトール、ジヒドロリナロール、酢酸リナリール、リナロールオキシド、ゲラニルリナロール、ラバンジュロール、テトラヒドロラバンジュロール、酢酸ラバンジュロール、ネロール、酢酸ネロール、ゲラニオール、シトラール、酢酸ゲラニル、ゲラニルアセトン、ゲラニウム酸、シトラルジメチルアセタル、シトロネロール、シトロネラール、ヒドロキシシトロネラール、ジメチルオクタナール、シトロネリル酸、酢酸シトロネリル、タゲトン、アルテミシアケトン、プレゴール、イソプレゴール、メントール、酢酸メントール、イソメントール、ネオメントール、メンタノール、メンタントリオール、メンタンテトラオール、カルボメントール、メントキシ酢酸、ペリリルアルコール、ペリラアルデヒド、カルベオール、ピペリトール、テルペン−4−オール、テルピネオール、テルピネノール、ジヒドロテルピネオール、ソブレオール、チモール、ボルネオール、酢酸ボルニル、イソボルネオール、酢酸イソボルニル、シネオール、ピノール、ピノカルベオール、ミルテノール、ミルテナール、ベルベノール、ピノカンフェオール、カンファースルホン酸、ネロリドール、テルピネン、イオノン、ピネン、カンフェン、カンホレンアルデヒド、カンホロン酸、イソカンホロン酸、ショウノウ酸、アビチエン酸、グリシルレチン酸等が挙げられる。これらのテルペン化合物は単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。
香料を配合する場合の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、0.1〜70質量部が好ましく、1〜50質量部がより好ましい。配合量が0.1質量部であれば香料の効果が良好に得られ、70質量部以下であれば、熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。
界面活性剤としては、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリグリコール類、それらの誘導体からなる非イオン系界面活性剤が挙げられる。また、フロラード(住友3M社製:商品名)、メガファック(大日本インキ化学工業社製:商品名)、ルミフロン(旭硝子社製:商品名)等のフッ素系界面活性剤が挙げられる。さらに、KP341(信越化学工業社製:商品名)、DBE(チッソ社製:商品名)、グラノール(共栄社化学社製:商品名)等の有機シロキサン界面活性剤が挙げられる。該界面活性剤の添加により、塗布時のウエハーエッジでの塗膜のハジキをより発生し難くすることができる。
界面活性剤の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、0〜10質量部が好ましく、0.01〜1質量部がより好ましい。配合量が10質量部以下であれば、熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。また配合量が0.01質量部以上である場合、上記の塗膜のハジキを防止する効果が良好である。
硬化レジストパターンとシリコン基板や銅基板との密着性を向上させる接着助剤としては、アルキルイミダゾリン、ポリヒドロキシスチレン、ポリビニルメチルエーテル、t−ブチルノボラック、エポキシポリマー、有機ケイ素化合物、及び、トリアゾール、テトラゾール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール等の複素環構造化合物が挙げられる。
有機ケイ素化合物とは、1官能以上のアルコキシル基、及びシラノール基を含有した化合物であり、シリコンウエハーとの接着性を高めるための接着助剤となる。該有機ケイ素化合物の炭素原子数は、溶剤への溶解性の観点から、4〜30であることが好ましく、4〜18であることがより好ましい。
具体的な化合物としては、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製:商品名KBM803、チッソ株式会社製:商品名サイラエースS810)、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SIM6475.0)、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学工業株式会社製:商品名LS1375、アズマックス株式会社製:商品名SIM6474.0)、メルカプトメチルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SIM6473.5C)、メルカプトメチルメチルジメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SIM6473.0)、3−メルカプトプロピルジエトキシメトキシシラン、3−メルカプトプロピルエトキシジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルジエトキシプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルエトキシジプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルジメトキシプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルメトキシジプロポキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルジエトキシメトキシシラン、2−メルカプトエチルエトキシジメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリプロポキシシラン、2−メルカプトエチルトリプロポキシシラン、2−メルカプトエチルエトキシジプロポキシシラン、2−メルカプトエチルジメトキシプロポキシシラン、2−メルカプトエチルメトキシジプロポキシシラン、4−メルカプトブチルトリメトキシシラン、4−メルカプトブチルトリエトキシシラン、4−メルカプトブチルトリプロポキシシラン、N−(3−トリエトキシシリルプロピル)ウレア(信越化学工業株式会社製:商品名LS3610、アズマックス株式会社製:商品名SIU9055.0)、N−(3−トリメトキシシリルプロピル)ウレア(アズマックス株式会社製:商品名SIU9058.0)、N−(3−ジエトキシメトキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−エトキシジメトキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−ジエトキシプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−エトキシジプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−ジメトキシプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−メトキシジプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−トリメトキシシリルエチル)ウレア、N−(3−エトキシジメトキシシリルエチル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−エトキシジプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−ジメトキシプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−メトキシジプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−トリメトキシシリルブチル)ウレア、N−(3−トリエトキシシリルブチル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルブチル)ウレア、3−(m−アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SLA0598.0)、m−アミノフェニルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SLA0599.0)、p−アミノフェニルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SLA0599.1)アミノフェニルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名SLA0599.2)、2−(トリメトキシシリルエチル)ピリジン(アズマックス株式会社製:商品名SIT8396.0)、2−(トリエトキシシリルエチル)ピリジン、2−(ジメトキシシリルメチルエチル)ピリジン、2−(ジエトキシシリルメチルエチル)ピリジン、(3−トリエトキシシリルプロピル)−t−ブチルカルバメート、(3−グリシドキシプロピル)トリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−i−ブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシラン、テトラキス(メトキシエトキシシラン)、テトラキス(メトキシ−n−プロポキシシラン)、テトラキス(エトキシエトキシシラン)、テトラキス(メトキシエトキシエトキシシラン)、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エチレン、ビス(トリエトキシシリル)オクタン、ビス(トリエトキシシリル)オクタジエン、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラスルフィド、ジ−t−ブトキシジアセトキシシラン、ジ−i−ブトキシアルミノキシトリエトキシシラン、ビス(ペンタジオネート)チタン−O,O’−ビス(オキシエチル)−アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルシラントリオール、メチルフェニルシランジオール、エチルフェニルシランジオール、n−プロピルフェニルシランジオール、イソプロピルフェニルシランジオール、n−ブチルジフェニルシランジオール、イソブチルフェニルシランジオール、tert−ブチルフェニルシランジオール、ジフェニルシランジオール、ジメトキシジフェニルシラン、ジエトキシジフェニルシラン、ジメトキシジ− p−トリルシラン、エチルメチルフェニルシラノール、n−プロピルメチルフェニルシラノール、イソプロピルメチルフェニルシラノール、n−ブチルメチルフェニルシラノール、イソブチルメチルフェニルシラノール、tert−ブチルメチルフェニルシラノール、エチルn−プロピルフェニルシラノール、エチルイソプロピルフェニルシラノール、n−ブチルエチルフェニルシラノール、イソブチルエチルフェニルシラノール、tert−ブチルエチルフェニルシラノール、メチルジフェニルシラノール、エチルジフェニルシラノール、n−プロピルジフェニルシラノール、イソプロピルジフェニルシラノール、n−ブチルジフェニルシラノール、イソブチルジフェニルシラノール、tert−ブチルジフェニルシラノール、トリフェニルシラノール等が挙げられるが、これらに限定されない。これらは単独でも複数組み合わせて用いてもよい。
有機ケイ素化合物としては、前記した有機ケイ素化合物の中でも、保存安定性の観点から、フェニルシラントリオール、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシ(p−トリル)シラン、ジフェニルシランジオール、ジメトキシジフェニルシラン、ジエトキシジフェニルシラン、ジメトキシジ−p−トリルシラン、トリフェニルシラノール、及び下記構造で表されるシランカップリング剤が好ましい。
Figure 2018022171
有機ケイ素化合物は、単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。有機ケイ素化合物を配合する場合の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、1〜40質量部であることが好ましく、2〜30質量部がより好ましく、4〜20質量部がさらに好ましい。該化合物の配合量が1質量部以上であれば露光部の現像残渣が良好に低減されて、シリコン基板との密着性が良好であり、一方、40質量部以下であれば硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好であり、良好な密着性とリソグラフィー性能を示す。
複素環構造化合物の具体的な化合物としては、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンズチアゾール、1,3−ジメチル−5−ピラゾロン、3,5−ジメチルピラゾール、5,5−ジメチルヒダントイン、3−メチル−5−ピラゾロン、3−メチル−1−フェニル−5−ピラゾロン、2−メチルイミダゾール、1,10−フェナントロリン、フェノチアジン、フェノキサジン、フェノキサチン、メルカプトベンゾチアゾール、メルカプトベンズオキサゾール、メチルチオベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジスルフィド、メチルチオベンズイミダゾール、ベンズイミダゾール、フェニルメルカプトチアゾリン、メルカプトフェニルテトラゾール、及びメルカプトメチルテトラゾール等が挙げられる。また、ベンゾトリアゾール類の例としては、下記一般式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018022171
(式中、Z7は、水素原子、炭素原子数1〜5の1価の炭化水素基、及びカルボキシル基からなる群から選ばれる基であり、Z8は、水素原子、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜5の1価の炭化水素基、及びアミノアルキル基からなる群から選ばれる基である。)
該複素環構造化合物の中でも、銅基板上における感度の観点から、5−メルカプト−1−フェニルテトラゾール、1,2,3−ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンズイミダゾール、及び2−メルカプトベンゾオキサゾールからなる群から選ばれる化合物がより好ましい。
これらの複素環構造化合物は単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。
複素環構造化合物を配合する場合の配合量は、一般式(1)で表される構造単位を主成分とするポリマー(a)とフェノール樹脂(c)との総量100質量部に対し、0.1〜30質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。複素環構造化合物の配合量が0.1質量部以上だと熱硬化後の膜の銅基板に対する接着性が良好になり、30質量部以下だと組成物の安定性が良好である。
<硬化レリーフパターンの製造方法、並びに半導体装置及び表示体装置>
本発明はまた、硬化レリーフパターンの製造方法であって、
(A)本発明の感光性樹脂組成物から成る感光性樹脂層を基板上に形成する工程、
(B)該感光性樹脂層を露光する工程、
(C)現像液により露光部を除去して、レリーフパターンを得る工程、及び
(D)該レリーフパターンを加熱する工程、
を含む方法を提供する。本発明はまた、上記方法により製造された硬化レリーフパターンを提供する。以下具体的に説明する。
(A)感光性樹脂層を基板上に形成する工程
この工程では、本発明の感光性樹脂組成物を、例えばシリコンウエハー、セラミック基板、アルミ基板等の基板に、スピンコーターを用いた回転塗布、又はダイコーター、若しくはロールコーター等のコータ−により塗布する。これをオーブンやホットプレートを用いて50〜140℃で乾燥して溶媒を除去して、感光性樹脂層を形成する。膜厚の均一な塗布膜を得るという観点からスピンコーターを用いた回転塗布法が最も好ましい。
(B)該感光性樹脂層を露光する工程
次に、上記で得られた基板に対し、マスクを介して、コンタクトアライナーやステッパーを用いて化学線による露光を行うか、光線、電子線又はイオン線を直接照射する。
(C)現像液により露光部を除去して、レリーフパターンを得る工程
次に現像を、浸漬法、パドル法、回転スプレー法等の方法から選択して行うことができる。現像により、感光性樹脂層から、露光部を溶出除去し、レリーフパターンを得ることができる。現像液としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、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、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等の有機アミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウム塩類等の水溶液、及び必要に応じてメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒又は界面活性剤を適当量添加した水溶液を使用することができる。これらの中で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が好ましく、該テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの濃度は、好ましくは、0.5〜10質量%であり、さらに好ましくは、1〜5質量%である。
(D)該レリーフパターンを加熱する工程
続いて、得られたレリーフパターンを加熱することでキュアし、イミド環、オキサゾール環等を有する樹脂(例えばポリベンズオキサゾール構造を有する樹脂)を含む耐熱性硬化レリーフパターンを形成する。加熱装置としては、オーブン炉、ホットプレート、縦型炉、ベルトコンベアー炉、圧力オーブン等を使用することができ、加熱方法としては、熱風、赤外線、電磁誘導による加熱等が推奨される。温度は200〜450℃が好ましく、250〜400℃がより好ましい。加熱時間は15分〜8時間が好ましく、15分〜4時間がより好ましい。雰囲気としては、窒素、アルゴン等の不活性ガス中が好ましい。
本発明はまた、半導体素子と、該半導体素子の上部に設けられた硬化膜とを備える半導体装置であって、該硬化膜が本発明の硬化レリーフパターンである、半導体装置を提供する。
本発明はまた、表示体素子と、該表示体素子の上部に設けられた硬化膜とを備える表示体装置であって、該硬化膜が本発明の硬化レリーフパターンである、表示体装置を提供する。
半導体装置用途の例としては、半導体素子の上部に設けられた硬化膜を備えるものであって、その硬化膜が上述の感光性樹脂組成物の硬化膜からなる硬化レリーフパターンであるものが挙げられる。該硬化膜としては、半導体素子上のパッシベーション膜、パッシベーション膜上に上述の感光性樹脂組成物の硬化膜を形成してなるバッファーコート膜等の保護膜、また、半導体素子上に形成された回路上に上述の感光性樹脂組成物の硬化膜を形成してなる層間絶縁膜等の絶縁膜、また、α線遮断膜、平坦化膜、突起(樹脂ポスト)、隔壁等を挙げることができる。
表示体装置用途の例としては、表示体素子上に上述の感光性樹脂組成物の硬化膜を形成して成る保護膜、TFT素子若しくはカラーフィルター用等の絶縁膜又は平坦化膜、MVA型液晶表示装置用等の突起、有機EL素子陰極用等の隔壁等を挙げることができる。その使用方法は、半導体装置用途に準じ、表示体素子又はカラーフィルターを形成した基板上にパターン化された感光性樹脂組成物の硬化膜を、上記の方法で形成することによるものである。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、多層回路の層間絶縁、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、表示体装置の液晶配向膜等の用途、発光素子の用途にも有用である。
<硬化膜>
本発明の別の実施の形態は、ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールから成る群から選択される少なくとも1種の樹脂とフェノール樹脂を含有する硬化膜であって、
該硬化膜が、下記条件下、
プラズマ種:マイクロ波
処理ガス:O2
処理時間:60秒
のドライエッチング処理後の原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した算術平均表面粗さ(以下、単に表面粗さということもある。):0.5〜5.0nmを有する、硬化膜を提供する。上記表面粗さは、より具体的には、本開示の実施例の項に記載される方法又はこれと同等であることが当業者に理解される方法で測定される。
該硬化膜は、ポジ型感光性樹脂組成物で構成される感光性樹脂層を基板に塗布すること、次いで露光、現像及び硬化を行うことによって得られる。該ポジ型感光性樹脂組成物は、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体から成る群から選択される少なくとも1種の樹脂、キノンジアジド化合物、フェノール樹脂、並びに溶剤を含有することができる。
上記表面粗さの範囲とすることで、硬化膜の白化を改善することができる。理論に拘束されることを望まないが、上記表面粗さは、ポジ型感光性樹脂組成物における成分間の相溶性、特に、ポリイミド前駆体及び/又はポリベンゾオキサザオール前駆体と、フェノール樹脂との相溶性に左右されると推測される。
ポリイミド前駆体及び/又はポリベンゾオキサザオール前駆体と、フェノール樹脂とを含むポジ型感光性樹脂組成物の硬化時の感度を向上させるためには、フェノール樹脂量を増やすことが有効である。しかしフェノール樹脂量を増加させると、硬化膜が白化しやすくなる。この白化は、ポリイミド前駆体及び/又はポリベンゾオキサザオール前駆体と、フェノール樹脂との相溶性が低いことに起因すると推測される。
感度と白化防止とを両立するためには、フェノール樹脂の種類及び量を適切に制御することが有効である。
ポリイミド前駆体及び/又はポリベンゾオキサザオール前駆体と、フェノール樹脂との相溶性は、ポリイミド前駆体及び/又はポリベンゾオキサザオール前駆体の骨格構造(水酸基、エステル基等)、及びフェノールの骨格構造(水酸基濃度、水酸基距離等)に影響を受ける。従って例えば、特定構造のフェノール樹脂を比較的多量に用いることが有利である場合がある。
上記観点から有利な各成分の例として、上記ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサザオール前駆体の例としては、<感光性樹脂組成物>の項でポリマー(a)として前述したものを例示できる。また上記フェノール樹脂の例としては、<感光性樹脂組成物>の項でフェノール樹脂(c)として前述したものを例示できる。また上記溶剤の例としては、<感光性樹脂組成物>の項で有機溶媒として前述したものを例示できる。
上記条件でドライエッチング処理した後の硬化膜の表面粗さが5.0nm以下であることは、ドライエッチング処理後の硬化膜の白化が防止されて、半導体プロセスの歩留りを向上することができることを示す。上記表面粗さは低い方が有利であるが、硬化膜とモールド樹脂との接着性の観点から0.5nm以上であってよい。上記表面粗さは、より好ましくは、0.5nm〜4.5nmであり、0.5nm〜4.0nmが特に好ましい。
上記表面粗さを上記範囲内に制御する観点において、ポジ型感光性樹脂組成物は、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体から成る群から選択される少なくとも1種の樹脂:100質量部に対し、フェノール樹脂:20〜200質量部を含有することが好ましく、フェノール樹脂:50〜150質量部を含有することが特に好ましい。フェノール樹脂の含有量が20質量部以上であることは、硬化時の感度の観点から有利であり、200質量部以下であることは、耐熱性の観点、及び更には硬化膜の白化を防止する観点から有利である。
上記硬化膜を、空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理したときの重量減少変化率(以下、単に重量減少変化率ともいう。)は、0.1〜3.0%であることが好ましい。本開示で、空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理したときの重量減少変化率は、下記式に従って算出される値である。
重量減少変化率(%)={熱処理中の最大重量(g)−熱処理中の最小重量(g)}/熱処理前の重量(g)*100
なお、上記重量変化率は、より具体的には、本開示の実施例の項に記載される方法又はこれと同等であることが当業者に理解される方法で測定される。
また、本発明の別の実施の形態では、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される少なくとも1種の樹脂、キノンジアジド化合物、フェノール樹脂及び溶剤を含むポジ型感光性樹脂組成物で構成される感光性樹脂層を基板に塗布し、次いで露光、現像、及び硬化を行うことで得られる硬化膜であって、空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理した時の重量減少変化率が0.1〜3.0%である硬化膜を提供する。
上記重量減少変化率は、感光性樹脂層が硬化する際の感度の指標であり、ポリイミド前駆体及び/又はポリベンゾオキサザオール前駆体、並びにフェノール樹脂の構造(特にエステル構造等)によって左右される。硬化膜を、空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理した時の硬化膜の重量減少変化率が3.0%以下であることは、感光性樹脂層から硬化膜が形成される際、すなわち硬化時の感度が良好であったことを意味し、硬化膜付チップを、ダイアタッチフィルムを介して複数層積層するスタックドCSPのような半導体プロセスにおいても、チップ積層時に、硬化膜から発生するガスが原因と考えられるダイアタッチフィルム剥離を防ぐことができることを示す。上記重量減少変化率は低い方が好ましいが、例えば0.1%以上であってよい。上記重量減少変化率は、より好ましくは、0.1〜2.75%であり、0.1〜2.5%が特に好ましい。
空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理した時の硬化膜の重量減少変化率を上記範囲に制御する観点において、ポジ型感光性樹脂組成物は、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体から成る群から選択される少なくとも1種の樹脂:100質量部に対し、フェノール樹脂:20〜200質量部を含有することが好ましく、フェノール樹脂:50〜150質量部を含有することが特に好ましい。フェノール樹脂の含有量が20質量部以上であることは、感度の観点から有利であり、200質量部以下であることは、硬化膜とダイアタッチフィルムとの接着強度の観点から有利である。
キノンジアジド化合物の使用は、感度向上の観点から望ましい。上記キノンジアジド化合物の具体的な例としては、<感光性樹脂組成物>の項で前述したものを例示できる。キノンジアジド化合物の含有量は、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体から成る群から選択される少なくとも1種の樹脂と、フェノール樹脂との合計100質量部に対して、好ましくは1〜50質量部、より好ましくは5〜30質量部である。上記含有量が1質量部以上であると感度が良好であり、50質量部以下であると硬化膜とダイアタッチフィルムとの接着強度が良好である。
本開示の硬化膜の厚みは、典型的には、好ましくは1〜50μm、より好ましくは2〜30μm、更に好ましくは3〜20μmであることができる。上記厚みが1μm以上であることは、保護膜、絶縁膜としての機能の発揮の観点から有利であり、50μm以下であることは不要なコスト増大を回避する観点から有利である。
以下、合成例、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、実施例中の測定条件は以下に示すとおりである。
<重量平均分子量(Mw)>
GPCにより、標準ポリスチレン(昭和電工社製 有機溶媒系標準試料 STANDARD SM−105)換算で算出した。使用したGPC装置及び測定条件は以下の通りである:
ポンプ:JASCO PU−980
検出器:JASCO RI−930
カラムオーブン:JASCO CO−965 40℃
カラム:Shodex KD−806M 直列に2本
移動相:0.1mol/l EtBr/N−メチルピロリドン
流速:1.0ml/min.
<パターニング特性評価(感度、現像残膜率)>
・プリベーク膜の作製、及び膜厚測定
感光性樹脂組成物をスピンコーター(東京エレクトロン社製クリーントラックMark8)で6インチ・シリコンウエハーにスピン塗布し、ホットプレート上125℃で180秒間プリベークして評価用膜を得た。各組成物の初期膜厚は、320℃で30分キュアした時の硬化後樹脂膜厚で、5μmとなるように調整した。膜厚は膜厚測定装置(大日本スクリーン製造社製ラムダエース)にて測定した。
・露光
この塗膜に、テストパターン付きレチクルを通してi線(365nm)の露光波長を有するステッパー(ニコン社製NSR2005i8A)を用いて露光量を150mJ/cm2〜800mJ/cm2へと段階的に変化させて露光した。
・現像
現像機(D−SPIN)にて23℃で2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液AZ−300MIF(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用いて80秒間現像し、純水でリンスし、レリーフパターンを形成した。
[感度(mJ/cm2)]
上記条件で作製した塗膜において、露光部の100μm正方形レリーフパターンが完全に溶解除去しうる最小露光量を感度として評価した。
[現像残膜率(%)]
{(現像後の膜厚)/(初期の膜厚)}×100により求めた。
<現像後の表面状態評価>
現像後の膜を目視で観察し、表面が白化しているものを「−2」とし、光学顕微鏡を用い、倍率500倍で暗視野で膜を観察し、表面に凹凸があり、膜を手で触った時に接触痕が残るものを「−1」、倍率500倍で暗視野で膜を観察し、表面に凹凸があるが、膜を手で触った時に接触痕が残らないものを「+1」、倍率500倍で暗視野で膜を観察し、表面に凸凹がなく均一な膜になっているものを「+2」とした。
この現像後の白化は、ポリマー(a)とフェノール樹脂との相溶性が悪い場合に膜中で相分離が起こり、ポリマー(a)とフェノール樹脂のアルカリ現像液に対する溶解性の違いから現像後の膜表面が凸凹し、可視光波長域以上(数百nm以上)の周期の凹凸がある場合に起こる現象である。また、現像後の接触痕は、相分離により現像後可視光波長域以下(数十nm〜数百nm)の周期の凹凸が表面に形成され、膜を手で触った際に、表面の凸部分が崩れることで膜に傷がつくことで起こる。相分離の周期が数十nm以下の状態では、現像後の膜表面を触っても、接触痕は発生せず、均一な膜となっている。
<硬化膜ドライエッチング処理後の表面状態評価>
[ドライエッチング後表面粗さ]
6インチシリコンウエハー上に、実施例及び比較例で得られた感光性樹脂組成物を、硬化後の膜厚が約10μmとなるように回転塗布し、120℃で180秒間ホットプレートにてプリベークを行い、塗膜を形成した。膜厚は大日本スクリーン製造社製膜厚測定装置(ラムダエース)にて測定した。この塗膜を窒素雰囲気下320℃、30分間加熱し、膜厚10μmの硬化膜を得た。
次に、得られた硬化膜付きウエハーを、高密度プラズマ装置(装置名:SWP、神港精機社製)を用いてドライエッチング処理した。処理条件は下記の通りである。
プラズマ種:マイクロ波
処理ガス:O2
ステージ温度:200℃
処理時間:60秒
続いて、ドライエッチング処理した硬化膜表面の表面粗さ測定、及び白化評価を行った。
表面粗さ測定は、原子間力顕微鏡(AFM)(装置名:Nanopics 1000、セイコーインスツルメンツ製)を用いて、5μm角の測定範囲に対する算術平均粗さRa(単位nm)を測定した。カンチレバーはNPX1CTP004を使用して、測定条件はDamping Mode、スキャン速度:50sec/FRAMEとした。測定結果を表4に示す。
[ドライエッチング後白化評価]
白化評価は、ドライエッチング処理した硬化膜の表面を、光学顕微鏡(製品名:ECLIPSE L200、ニコン製)で観察することにより行った。白化は以下の基準で評価した。評価結果を表4に示す。
良:異常なし。
やや不良:硬化膜の一部に白化が認められる。
不良:硬化膜の多くの箇所に白化が認められる。
<ダイアタッチフィルム接着強度評価>
[ダイアタッチフィルム接着強度評価]
6インチシリコンウエハー上に、実施例及び比較例で得られた感光性樹脂組成物を、硬化後の膜厚が約10μmとなるように回転塗布し、120℃で180秒間ホットプレートにてプリベークを行い、塗膜を形成した。膜厚は大日本スクリーン製造社製膜厚測定装置(ラムダエース)にて測定した。この塗膜を窒素雰囲気下320℃にて30分間加熱し、膜厚10μmの硬化膜を得た。次にこの硬化膜付ウエハーを、ダイシングソー(装置名:DAD3350、ディスコ製)を用いてダイシングし、サイズ8.0mm×8.0mm×0.3mm厚の硬化膜付チップを得た。
続いてシリコンウエハーに、ダイボンドフィルム(製品名:DF−375、日立化成工業製)を貼り付け、上記で得た硬化膜チップ{サイズ8.0mm×8.0mm×0.3mm厚(面積64mm2)}をピッチ80μmで縦に4個、横に6個、計24個配置し、該シリコンウエハーに貼りつけたダイボンドフィルムを、圧着温度240℃、荷重1.96N、圧着時間10秒の条件で圧着(シリコンウエハー/ダイボンドフィルム/硬化膜付チップの順)し、さらに180℃で1時間ベークを行った。
ここでスタックドCSPのようなチップを積層した半導体の場合、上記熱圧着、ベークが繰り返し行われることになる。そのような場合を想定して、圧着温度240℃、荷重1.96N、圧着時間10秒の条件の熱圧着及び、180℃で1時間ベークを、全部で10回繰り返した。
次に、シリコンウエハー/ダイボンドフィルム/硬化膜付チップからなるサンプルの接着強度を測定した。接着強度は、卓上型強度試験機(製品名:万能型ボンドテスターシリーズ4000、DAGE社製)を用いて、サンプルを260℃に加熱した条件で測定した。各実施例及び比較例について24個のサンプルを測定し、接着強度はその平均値を用いた。以下の基準で接着強度を評価した。評価結果を表5に示す。
良:接着強度の平均値が1Nより大きい
不良:接着強度の平均値が1N以下
接着強度の平均値が1N以下のサンプルについては、熱圧着及び、ベークを繰り返す間に硬化膜からガス等が発生し、接着強度が低下したと推定される。
[240℃、10時間熱処理後の重量変化]
本測定用サンプルを以下の方法で作製した。最表面にアルミ蒸着層を設けた6インチシリコンウエハー基板に、実施例及び比較例で得られた感光性樹脂組成物を、硬化後の膜厚が約10μmとなるように回転塗布し、120℃で180秒間ホットプレートにてプリベークを行い、塗膜を形成した。膜厚は大日本スクリーン製造社製膜厚測定装置(ラムダエース)にて測定した。この塗膜を窒素雰囲気下320℃にて30分間加熱し、膜厚10μmの硬化膜を得た。得られた硬化膜を、ダイシングソーで3mm幅にカットした後に、希塩酸水溶液によりウエハーから剥離し、膜厚約10μm、幅3mmの硬化膜片を得た。この硬化膜片を、熱分析装置(島津製作所製、型式名DTG−60)を用いて240℃にて10時間加熱したときの重量変化率を測定した。測定条件は以下の通りであった。
試料長:10mm
定荷重:200g/mm2
測定温度範囲:240℃
昇温速度:0℃/分(一定)
測定雰囲気:空気
重量変化率は、熱処理前及び熱処理中に測定される硬化膜の重量に基づき、下記式から求めた。測定結果を表5に示す。
重量変化率(%)=
{熱処理中の最大重量(g)−熱処理中の最小重量(g)}/熱処理前の重量(g)×100
[合成例1]
<ジアミン化合物の合成>
乾燥窒素気流下、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(以下「6FAP」ともいう。)18.3g(0.05モル)をアセトン100mL 、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに4−ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させ、その後室温に戻した。析出した白色固体をろ別し、50℃で真空乾燥した。
固体30gをGBL300mLのステンレスオートクレーブに入れ、メチルセルソルブ250mLに分散させ、5%パラジウム−炭素を2g加えた。ここに水素を風船で導入して、還元反応を室温で行った。約2時間後、風船がこれ以上しぼまないことを確認して反応を終了させた。反応終了後、ろ過して触媒であるパラジウム化合物を除き、ロータリーエバポレーターで濃縮し、下記構造のジアミン(1)を得た。得られた固体をそのまま反応に使用した。
Figure 2018022171
[合成例2]
<ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンの製造>
テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた、ガラス製のセパラブル3つ口フラスコに、トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンジメタノール(東京化成工業社製)71.9g(0.366mol)をアセトニトリル1Lに溶解したもの、イオン交換水1.4Lにりん酸水素二ナトリウム256.7g(1.808mol)、りん酸二水素ナトリウム217.1g(1.809mol)を溶解したものを入れた。これに、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(東京化成工業社製以下、「TEMPO」ともいう。)2.8g(0.0179モル)を添加し、攪拌して溶解させた。80%亜塩素酸ナトリウム143.2g(1.267mol)をイオン交換水850mLで希釈し、これを反応液に滴下した。次いで、5質量%ジ亜塩素酸ナトリウム水溶液3.7mLをイオン交換水7mLで希釈したものを、反応液に滴下した。この反応液を、恒温層により35〜38℃に保ち、20時間攪拌して反応させた。
反応後、反応液を12℃に冷却し、イオン交換水300mLに亜硫酸ナトリウム75gを溶解させた水溶液を反応液に滴下し、過剰の亜塩素酸ナトリウムを失活させた後、500mLの酢酸エチルで洗浄した。その後、10%塩酸115mLを滴下して反応液のpHを3〜4に調整し、デカンテーションにより沈殿物を回収した。この沈殿物をテトラヒドロフラン200mLに溶解した。また、水層を500mLの酢酸エチルで2回抽出した後、食塩水で洗浄し、析出物を同じくテトラヒドロフランの溶液に溶解した。これらのテトラヒドロフラン溶液を混ぜて、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。この溶液をエバポレーターで濃縮、乾燥させることで、ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカン58.4g(収率71.1%)の白い結晶物を得た。
[合成例3]
<ビス(クロロカルボニル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンの製造>
合成例2で得たビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカン62.5g(278mmol)、塩化チオニル97mL(1.33mol)、ピリジン0.4mL(5.0mmol)を反応容器に仕込み、25〜50℃で18時間攪拌し、反応させた。反応終了後、トルエンを加え、減圧下で、過剰の塩化チオニルをトルエンと共沸させることで除去することで濃縮し、オイル状のビス(クロロカルボニル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンを73.3g(収率100%)得た。
[合成例4]
容量1Lのセパラブルフラスコに、ポリヒドロキシ化合物として4,4’−(1−(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール(本州化学工業社製、商品名:Tris−PA)化合物30g(0.0707mol)を入れ、これに、該化合物のOH基の83.3モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロライド47.49g(0.177mol)をアセトン300gに撹拌溶解したものを添加した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン18gにトリエチルアミン17.9gを溶解したものを滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌を行い反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。得られた濾液を、純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、キノンジアジド化合物(Q−1)を得た。
[合成例5]
<(a)ヒドロキシポリアミド樹脂(P−1)の合成>
乾燥窒素気流下、合成例1で得られたジアミン(1)13.6g(0.0225モル)、末端封止剤として、4−エチニルアニリン(商品名:P−APAC、富士写真フイルム(株)製)0.29g(0.0025モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)50gに溶解させた。ここに3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物7.75g(0.025モル)をピリジン30gとともに加えて、60℃で6時間反応させた。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。ポリマー固体を50℃の真空乾燥機で60時間乾燥し、下記式:
Figure 2018022171
の構造を有するヒドロキシポリアミド樹脂(P−1)を得た。
このようにして合成されたヒドロキシポリアミド樹脂(P−1)のGPCによる重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算で15,700の単一のシャープな曲線であり、単一組成物であることを確認した。
[合成例6]
<(a)ヒドロキシポリアミド樹脂(P−2)の合成>
テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた、容量500mLの三口フラスコに4,4−ビフェノール(東京化成工業社製)3.72g(0.02mol)、合成例3で製造したビス(クロロカルボニル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンを47.0g(0.175mol)及びGBL66.9gを室温(20〜25℃前後)で混合攪拌した溶液に、別途GBL142.3g中にピリジン9.49g(0.12mol)を混合させたものを、滴下ロートより滴下した。滴下に要した時間は25分、反応液温は最大で40℃であった。
滴下後、1時間攪拌した反応溶液を、別途テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた容量2Lのセパラブルフラスコ中で、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(以下、「6FAP」ともいう。)65.9g(0.18mol)、ピリジン14.8g(0.19mol)、GBL217g及びDMAc72.5gを入れ室温で混合攪拌し溶解させ、その反応容器をアイスバスに浸して−15℃に冷却した溶液に、滴下ロートを用いて滴下した。反応系中は−15〜0℃に保って1時間を要して反応容器に滴下した。
滴下終了後、アイスバスを外し、0〜10℃に保って1時間攪拌し、さらにピリジン4.74g(0.06mol)を添加した。その後、反応液を室温に戻し、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物(東京化成工業社製)24.6g(0.15mol)とピリジン11.8g(0.15mol)を加え、50℃の湯浴に浸して、反応液を24時間攪拌した。
上記反応液にエタノールを加えていき、重合体を析出させた後、回収し、GBL646gに溶解させた。次いで、陽イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバーリストA21)62.1g、陰イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバーリスト15)59.6gでイオン交換した。この溶液をイオン交換水12Lに高速攪拌下で滴下し、重合体を分散析出させ、回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥し、下記式:
Figure 2018022171
(モル比率 n/m = 80/ 10)
の構造を有するヒドロキシポリアミド(P−2)の粉体を得た。
このようにして合成されたヒドロキシポリアミド樹脂のGPCによる重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算で12,700の単一のシャープな曲線であり、単一組成物であることを確認した。
図1に、得られたヒドロキシポリアミド樹脂(P−2)の13C−NMR結果を示す。138ppm付近及び150ppm付近にビフェニル骨格に由来するカーボンピークが観測され、更に174−176ppm付近にエステル基由来のピークが観測された。
[合成例7]
<(a)ヒドロキシポリアミド樹脂(P−3)の合成>
テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた容量1Lのセパラブルフラスコ中で、合成例6で製造したP−2を59g(0.1mol)、トリエチルアミン(東京化成工業社製)0.94g(0.0093mol)、GBL240gを入れ室温で混合攪拌し溶解させた溶液に、ベンゾイルクロリド(東京化成工業社製)1.3g(0.0093mol)にGBL5gで溶解した溶液を滴下ロートより滴下し、24時間撹拌した。
上記反応液を陽イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバーリストA21)3.0g、陰イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバーリスト15)3.0gでイオン交換した。この溶液をイオン交換水6Lに高速攪拌下で滴下し、重合体を分散析出させ、回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥し、下記式:
Figure 2018022171
(モル比率 n/m = 80/ 10)
の構造を有するヒドロキシポリアミド樹脂(P−3)の粉体を得た。
このようにして合成されたヒドロキシポリアミド樹脂(P−3)のGPCによる重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算で12,800の単一のシャープな曲線であり、単一組成物であることを確認した。
[合成例8]
始めに容量1.0Lのディーン・スターク装置付きセパラブルフラスコを窒素置換し、その後、該セパラブルフラスコ中で、レゾルシン81.3g(0.738mol)、4,4’−ビス(メトキシメチル)ビフェニル(BMMB)84.8g(0.35mol)、p−トルエンスルホン酸3.81g(0.02mol)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)116gを50℃で混合攪拌し、固形物を溶解させた。溶解させた混合溶液をオイルバスにより120℃に加温し、反応液よりメタノールの発生を確認した。そのまま120℃で反応液を3時間攪拌した。
次に、別途容器で2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール24.9g(0.150mol)、PGME499gを混合撹拌し、均一溶解させた溶液を、滴下漏斗を用いて、該セパラブルフラスコに1時間で滴下し、滴下後更に2時間撹拌した。反応終了後、反応容器を大気中で冷却し、これに別途PGME50gを加えて攪拌した。上記反応希釈液を8Lの水に高速攪拌下で滴下し樹脂を分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、下記式:
Figure 2018022171
(モル比率 m9/m10/m2=30/30/70)
の構造を有するフェノール樹脂(N−1)を得た。合成された樹脂のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で9,900であった。
図2に、得られたフェノール樹脂(N−1)の1H−NMR結果を示す。
[合成例9]
始めに容量1.0Lのディーン・スターク装置付きセパラブルフラスコを窒素置換し、その後、該セパラブルフラスコ中で、レゾルシン99.1g(0.9mol)、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール116.4g(0.7mol)、p−トルエンスルホン酸3.81g(0.02mol)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)116gを50℃で混合攪拌し、固形物を溶解させた。溶解させた混合溶液をオイルバスにより120℃に加温し、反応液よりメタノールの発生を確認した。そのまま120℃で反応液を3時間攪拌した。
反応終了後、反応容器を大気中で冷却し、これに別途PGME50gを加えて攪拌した。上記反応希釈液を8Lの水に高速攪拌下で滴下し樹脂を分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、下記式:
Figure 2018022171
(モル比率 m3/m4=50/50)
の構造を有するフェノール樹脂(N−2)を得た。合成された樹脂のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で9,400であった。
[合成例10]
始めに容量1.0Lのディーン・スターク装置付きセパラブルフラスコを窒素置換し、その後、該セパラブルフラスコ中で、m−クレゾール51.85g(0.48mol)、p−クレゾール34.6g(0.32mol)、サリチルアルデヒド86.2g(0.71mol)、p−トルエンスルホン酸2.69g(0.014mol)を混合攪拌した。溶解させた混合溶液をオイルバスにより100℃に加温し2時間撹拌した後、適宜、ジプロピレングリコールジメチルエーテルを加えながら150℃で8時間攪拌した。反応終了後、反応容器を大気中で冷却し、これに別途PGME100gを加えて攪拌した。上記反応希釈液を8Lの水に高速攪拌下で滴下し樹脂を分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、下記式:
Figure 2018022171
(モル比率 m5/m6 = 60/40)
の構造を有するフェノール樹脂(N−3)を得た。合成された樹脂のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で10,600であった。
[合成例11]
始めに容量1.0Lのディーン・スターク装置付きセパラブルフラスコを窒素置換し、その後、該セパラブルフラスコ中で、2,3,5−トリメチルフェノール109.0g(0.8mol)、サリチルアルデヒド42.73g(0.35mol)、p−トルエンスルホン酸2.69g(0.014mol)を混合攪拌した。溶解させた混合溶液をオイルバスにより100℃に加温し2時間撹拌した後、適宜、ジプロピレングリコールジメチルエーテルを加えながら150℃で8時間攪拌した後、液温を80℃まで冷却した。
次に、37%ホルマリン28.4gを、滴下漏斗を用いて、該セパラブルフラスコに1時間で滴下し、滴下後更に2時間撹拌した。
反応終了後、反応容器を大気中で冷却し、これに別途PGME100gを加えて攪拌した。上記反応希釈液を8Lの水に高速攪拌下で滴下し樹脂を分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、下記式:
Figure 2018022171
(モル比率 M/N = 50/50)
の構造を有するフェノール樹脂(N−4)を得た。合成された樹脂のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で9,200であった。
[合成例12]
容量0.5リットルのディーン・スターク装置付きセパラブルフラスラスコ中で、フロログルシノール100.9g(0.8mol)、4,4’−ビス(メトキシメチル)ビフェニル(BMMB)121.2g(0.5mol)、ジエチル硫酸3.9g(0.025mol)、及びジエチレングリコールジメチルエーテル140gを70℃で混合攪拌し、固形物を溶解させて、混合溶液を得た。
得られた混合溶液をオイルバスにより140℃に加温し、反応液よりメタノールの発生を確認した。そのまま140℃で反応液を2時間攪拌した。
次に反応容器を大気中で冷却し、これに別途100gのテトラヒドロフランを加えて攪拌して反応希釈液を得た。この反応希釈液を4Lの水に高速攪拌下で滴下し樹脂を分散析出させ、この析出物を回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、フロログルシノール/BMMBからなる、下記式:
Figure 2018022171
の構造を有するフェノール樹脂(N−5)を得た。合成された樹脂のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で15,000であった。
<ポジ型感光性樹脂組成物の調製>
[実施例1]
合成例5で製造したP−1を10gと合成例8で製造したN−1を2g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、1.68gとともにGBL、20gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例2]
合成例5で製造したP−1を10gと合成例8で製造したN−1を5g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、2.1gとともにGBL、25gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例3]
合成例5で製造したP−1を10gと合成例8で製造したN−1を10g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、2.8gとともにGBL、33.3gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例4]
合成例5で製造したP−1を10gと合成例8で製造したN−1を20g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、4.2gとともにGBL、50gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例5]
実施例1で用いたN−1の代わりに合成例9で製造したN−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例6]
実施例2で用いたN−1の代わりに合成例9で製造したN−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例7]
実施例3で用いたN−1の代わりに合成例9で製造したN−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例8]
実施例4で用いたN−1の代わりに合成例9で製造したN−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例9]
実施例1で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG018(商品名、フェノール成分:ビスフェノールA、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例10]
実施例2で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG018(商品名、フェノール成分:ビスフェノールA、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例11]
実施例3で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG018(商品名、フェノール成分:ビスフェノールA、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例12]
実施例4で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG018(商品名、フェノール成分:ビスフェノールA、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例13]
実施例1で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG024(商品名、フェノール成分:m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド/サリチルアルデヒド比=70/30、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例14]
実施例2で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG024(商品名、フェノール成分:m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド/サリチルアルデヒド比=70/30、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例15]
実施例3で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG024(商品名、フェノール成分:m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド/サリチルアルデヒド比=70/30、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例16]
実施例4で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂AEG024(商品名、フェノール成分:m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド/サリチルアルデヒド比=70/30、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例17]
実施例1で用いたN−1の代わりに合成例10で製造したN−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例18]
実施例2で用いたN−1の代わりに合成例10で製造したN−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例19]
実施例3で用いたN−1の代わりに合成例10で製造したN−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例20]
実施例4で用いたN−1の代わりに合成例10で製造したN−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例21]
実施例1で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例22]
実施例2で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例23]
実施例3で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例24]
実施例4で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例25]
実施例5で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例26]
実施例6で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例27]
実施例7で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例28]
実施例8で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例29]
実施例9で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例30]
実施例10で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例31]
実施例11で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例32]
実施例12で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例33]
実施例13で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例34]
実施例14で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例35]
実施例15で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例36]
実施例16で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例37]
実施例17で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例38]
実施例18で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例39]
実施例19で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例40]
実施例20で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例41]
実施例1で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例42]
実施例2で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例43]
実施例3で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例44]
実施例4で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例45]
実施例5で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例46]
実施例6で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例47]
実施例7で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例48]
実施例8で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例49]
実施例9で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例50]
実施例10で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例51]
実施例11で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例52]
実施例12で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例53]
実施例13で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例54]
実施例14で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例55]
実施例15で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例56]
実施例16で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例57]
実施例17で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例58]
実施例18で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例59]
実施例19で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例60]
実施例20で用いたP−1の代わりに合成例7で製造したP−3を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例1]
合成例5で製造したP−1を10g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、1.4gとともにGBL、16.7gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例2]
合成例5で製造したP−1を10gとフェノール樹脂EP4000B(商品名、m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、旭有機材工業(株)製)を2g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、1.68gとともにGBL、20gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例3]
合成例5で製造したP−1を10gとフェノール樹脂EP4000B(商品名、m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、旭有機材工業(株)製)を5g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、2.1gとともにGBL、25gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例4]
合成例5で製造したP−1を10gとフェノール樹脂EP4000B(商品名、m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、旭有機材工業(株)製)を10g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、2.8gとともにGBL、33.3gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例5]
合成例5で製造したP−1を10gとフェノール樹脂EP4000B(商品名、m−クレゾール/p−クレゾール比=60/40、旭有機材工業(株)製)を20g計り、合成例4で製造したキノンジアジド化合物Q−1、4.2gとともにGBL、50gに溶解させた後、1μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例6]
比較例2で用いたフェノール樹脂の代わりにフェノール樹脂MXP5560BF(商品名、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾール比=50/30/20)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例7]
比較例3で用いたフェノール樹脂の代わりにフェノール樹脂MXP5560BF(商品名、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾール比=50/30/20)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例8]
比較例4で用いたフェノール樹脂の代わりにフェノール樹脂MXP5560BF(商品名、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾール比=50/30/20)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例9]
比較例5で用いたフェノール樹脂の代わりにフェノール樹脂MXP5560BF(商品名、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾール比=50/30/20)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例10]
比較例2で用いたフェノール樹脂の代わりに合成例11で製造したN−4を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例11]
比較例3で用いたフェノール樹脂の代わりに合成例11で製造したN−4を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例12]
比較例4で用いたフェノール樹脂の代わりに合成例11で製造したN−4を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例13]
比較例5で用いたフェノール樹脂の代わりに合成例11で製造したN−4を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例14]
比較例6で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例15]
比較例7で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例16]
比較例8で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例17]
比較例9で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例17]
比較例9で用いたP−1の代わりに合成例6で製造したP−2を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例61〜64]
実施例1〜4で用いたN−1の代わりに合成例12で製造したフェノール樹脂N−5を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例65〜68]
実施例1〜4で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂N−6(フェノール成分:ビスフェノールS、アルデヒド成分:ホルムアルデヒド、小西化学工業(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例69〜72]
実施例1〜4で用いたN−1の代わりにフェノール樹脂MEH−7600−4H(商品名、群栄化学(株)製)を用いて、同様にポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
前述したフェノール樹脂の構造を以下に示す。
Figure 2018022171
調製した実施例1〜60、比較例1〜17、及び実施例61〜72のポジ型感光性樹脂組成物のパターニング特性の評価、及び、現像後の表面状態の評価を行った。結果を表1、表2及び表3に示す。
Figure 2018022171
Figure 2018022171
Figure 2018022171
[実施例73〜92、比較例18〜29]
前述の実施例及び比較例にて作製したポジ型感光性樹脂組成物から得られた硬化膜の、ドライエッチング処理後表面評価(実施例73〜82、比較例18〜23)、ダイアタッチフィルム接着強度評価(実施例83〜92、比較例24〜29)を行った。結果を表4、及び表5に示す。
Figure 2018022171
Figure 2018022171
表1、表2及び表3に示した結果から、実施例1〜60は、感度及び現像残膜率に優れ、現像後の表面状態が良好であることを示す。また、実施例21〜40ではポリマー骨格にエステル構造を導入したポリマーを用いることで、実施例1〜20と比較して現像時の残膜率が向上し、現像後の表面状態がより良好になっていることを示す。さらに、実施例41〜60では、ポリマーの側鎖にエステル構造を導入したポリマーを用いることで、実施例21〜40と比較して現像時の残膜率が向上し、更に現像後の表面状態が良好となっていることを示す。
そして表4、及び表5に示した結果から、ポリイミド前駆体及びポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される少なくとも1種の樹脂、キノンジアジド化合物、フェノール樹脂及び溶剤を含むポジ型感光性樹脂組成物から成る感光性樹脂層を基板に塗布し、露光し、現像し、そして硬化させて得られる硬化膜は、ドライエッチング処理後表面状態が良好であり、ダイアタッチフィルム接着強度が良好であることを示す。
本発明の感光性樹脂組成物は、半導体装置、表示体装置及び発光装置の表面保護膜、層間絶縁膜、再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、バンプ構造を有する装置の保護膜、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、並びに液晶配向膜等として好適に利用できる。

Claims (3)

  1. ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールから成る群から選択される少なくとも1種の樹脂とフェノール樹脂とを含有する硬化膜であって、
    該硬化膜が、下記条件下、
    プラズマ種:マイクロ波
    処理ガス:O2
    処理時間:60秒
    のドライエッチング処理後に原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定したときに、算術平均表面粗さ:0.5〜5.0nmを有する、硬化膜。
  2. 空気雰囲気下、240℃にて10時間熱処理したときの重量減少変化率が0.1〜3.0%である、請求項に記載の硬化膜。
  3. 前記ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールから成る群から選択される少なくとも1種の樹脂:100質量部に対し、前記フェノール樹脂:20〜200質量部を含有する、請求項又はに記載の硬化膜。
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