JP4464396B2 - 新規な感光性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は感光性樹脂組成物に関する。より詳しくは本発明はマイクロエレクトロニクス分野の応用に適したネガ型の、化学増幅された、水性塩基で現像できる感光性ポリベンゾオキサゾール(PBO)前駆体組成物に関する。
マイクロエレクトロニクスへの応用において耐熱性ポリマーは一般によく知られている。そのようなポリマーの前駆体、例えばポリイミド前駆体ポリマー及びポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーは適切な添加剤により光活性にすることができる。そのような前駆体は例えば高温に曝露するような既知の技術により所望のポリマーに転換される。ポリマー前駆体は保護層、絶縁層及び高度に耐熱性のポリマーのレリーフ構造を製造するために使用される。
耐熱性ポリマーを含有するネガ型感光性組成物は例えばDE−A−2,308,830;DE−A−2,437,348;EP−A−0 119,162またはEP−A−0 624,826、US 5,486,447、US 5,856,065及びUS 6,010,825に開示されてきた。ペンダントオレフィン基を含有するこれらに開示されたポリアミドレジスト樹脂はそのオレフィン基が適切な波長の照射の作用に際して架橋することができ、そのようにしてネガ型パターンを形成する。これらの系は良好な画像形成特性(高感度、高コントラスト、低未露光フィルムロス)を有している一方、これら開示のいくつか(DE−A−2,308,830;DE−A−2,437,348;EP−A−0 119,162またはEP−A−0 624,826)はデバイス製造時に環境懸念を引き起こす現像液としての有機溶媒を使用している。
更に、耐熱性ポリマーを含有する先駆技術の感光性組成物は溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を使用していた。NMPは化学増幅された248及び193nmフォトレジスト(U. S. 6,277, 546 B1;“Influence of Polymer Properties On Airborne Chemical Contamination of Chemically Amplified Resists”, W. D, Hinsberg, S. A. MacDonald, N. J. Clecak, C. D. Snyder, および H. Ito, SPIE vol. 1925, pp. 43-52, 1993)の性能に有害な効果を有していることが確立されてきたため、NMP−含有組成物の使用はそのような化学増幅レジストが使用される多くの半導体組み立て装置において禁止されている。
NMPを含有せず且つアルカリ性現像液で現像可能な高度に耐熱性のポリマー前駆体ポジ型感光性処方物の文献(US 4,339,521, US 5,449,584, US 6,127,086, US 6,177,225 B1, US 6,214,516 B1)の例はある。これらの発明は環境懸念に対応しているが、それらはしばしば低コントラスト及びいくらかの高ダークエロージョン(dark erosion)のような劣悪な画像特性示す。
本発明の目的は良好な画像特性を有し、NMPを含有せず、そして現像液として環境に許容される塩基性水溶液を使用し、勝れた画像特性を有する耐熱性パターンを製造するに適したネガ型感光性組成物を提供することである。
本発明は耐熱性ネガ型感光性組成物に関し、その組成物は
(a)1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー(I);
Figure 0004464396
(ここで、xは約10〜約1000の整数であり、yは0〜約900の整数であり、そして(x+y)は約1000未満であり;Ar1は4価の芳香族基、4価の複素環式基またはそれらの混在するものであり;Ar2は珪素を含んでもよい、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基、2価の脂肪族基またはこれらの混在するものであり;Ar3は2価の芳香族基、2価の脂肪族基、2価の複素環式基またはこれらの混在するものであり;Ar4はAr1(OH)2またはAr2であることができ;GはHまたはポリマーの末端NHに直接結合したカルボニル、カルボニルオキシまたはスルホニル基を有する有機基Jである)
(b)照射に際して酸を遊離する1つまたはそれ以上の光活性化合物(PAG);
(c)その各々が少なくとも2つの〜N−(CH2OR)n単位(ここで、n=1または2であり、そしてRは線状または分枝状のC1〜C8のアルキル基である)を含有する1つまたはそれ以上の潜在的架橋剤;
(d)少なくとも1つの溶媒;そして
(e)少なくとも1つの溶解速度調整剤(ただし、潜在的架橋剤が高度に反応性である場合、溶解速度調整剤はカルボン酸基を含有しない)
を含有する。
更に、本発明はそのような組成物を使用するための方法及び該組成物の組合せによって得られる製造物品、特に電子部品並びに本発明に基く使用の方法を含む。本発明は基板上にパターン化された画像を形成するための方法を含み、その方法はネガ調のレリーフパターンを形成するためのものである。その方法は
(a)基板を用意し、
(b)該基板上に構造(I)
Figure 0004464396
(ここで、Ar1、Ar2、Ar3及びGは上述の通りである)を有する1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体、照射に際して酸を遊離する1つまたはそれ以上の光活性化合物、その各々が少なくとも2つの〜N−(CH2OR)n単位(n=1または2であり、Rは線状または分枝状のC1〜C8アルキル基である)を含有する1つまたはそれ以上の潜在的架橋剤、少なくとも1つの溶媒及び少なくとも1つの溶解速度調整剤(全て上述の通りである)、(ただし、潜在的架橋剤が高度に反応性である場合には、溶解速度調整剤がカルボン酸基を含有しない)、を含むネガ型感光性組成物をコーティングし、それによってコーティングした基板を形成し、
(c)コーティングした基板を化学線に曝露し、
(d)コーティングした基板を高められた温度で曝露後ベークを行い、
(e)コーティングした基板を水性現像液で現像を行うことによりレリーフ画像を形成し、
(f)基板を高められた温度でベークすることによりレリーフ画像を硬化させる、
を含む。
本発明は耐熱性ネガ型感光性組成物に関し、その組成物は
(a)1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー(I);
Figure 0004464396
(ここで、xは約10〜約1000の整数であり、yは0〜約900の整数であり、そして(x+y)は約1000未満であり;Ar1は4価の芳香族基、4価の複素環式基またはそれらの混在するものであり;Ar2は珪素を含んでもよい、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基、2価の脂肪族基またはこれらの混在するものであり;Ar3は2価の芳香族基、2価の脂肪族基、2価の複素環式基またはこれらの混在するもので
あり;Ar4はAr1(OH)2またはAr2であることができ;GはHまたはポリマーの末端NHに直接結合したカルボニル、カルボニルオキシまたはスルホニル基を有する有機基Jである)
(b)照射に際して酸を遊離する1つまたはそれ以上の光活性化合物(PAG);
(c)その各々が少なくとも2つの〜N−(CH2OR)n単位(ここで、n=1または2であり、そしてRは線状または分枝状のC1〜C8のアルキル基である)を含有する1つまたはそれ以上の潜在的架橋剤;
(d)少なくとも1つの溶媒;そして
(e)少なくとも1つの溶解速度調整剤(ただし、潜在的架橋剤が高度に反応性である場合、溶解速度調整剤はカルボン酸基を含有しない)
を含むものである。
ネガ型感光性組成物は、xが約10〜約1000の整数であり、yが0〜約900の整数であり、また(x+y)が大体1000未満である(I)に示す構造を含む1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体を有する。xに関する好ましい範囲は約10〜約100でありまたyに関しては約0〜約100である。xに関する最も好ましい範囲は約10〜約50でありまたyに関しては約0〜約5である。
構造Iで、Ar1は4価の芳香族基もしくは4価の複素環式基、またはこれらの混在するものである。Ar1の例には以下の構造:
Figure 0004464396
(式中、X1は−O−、−S−、−C(CF32−、−CH2−、−SO2−、−NHCO−または−SiR1 2−でありそして各々のR1は独立にC1〜C7の線状もしくは分枝状のアルキル基またはC5〜C8のシクロアルキル基である)
があるが、これらに限定されない。R1の例には、−CH3−、−C25−、n−C37、i−C37、n−C49、t−C49、およびシクロヘキシルがあるが、これらに限定されない。2つまたはそれ以上のAr1基の混在するものが使用されてよい。
構造Iで、Ar2は珪素を含んでよい、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基または2価の脂肪族基である。Ar2の例には
Figure 0004464396
(式中、X1は前に規定したとおりであり、X2は−O−、−S−、−C(CF32−、−CH2−、−SO2−、または−NHCO−であり、ZはHであるかまたはC1〜C8の線状、分枝状または環状のアルキルでありpは1〜6の整数である)
があるが、これらに限定されない。好適なZ基の例には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−オクチル、シクロペンチル、シクロヘキシルまたはシクロオクチルがあるが、これらに限定されない。2つまたはそれ以上のAr2基の混在するものが使用されてよい。
Ar3は2価の芳香族基、2価の脂環式基または2価の複素環式基である。Ar3の例には
Figure 0004464396
(式中、X2は前に規定したとおりである)
があるが、これらに限定されない。
構造Iで、Ar4はAr1(OH)2またはAr2である。
GはHまたはポリマーの末端NHに直接結合したカルボニル、カルボニルオキシまたはスルホニル基を有する有機基Jであり、これらはビニル、カルボニル、エーテル、エステルまたはカルボン酸のような他の官能基でさらに置換されてよい。J基の例には以下の構造:
Figure 0004464396
があるが、これらに限定されない。
1段階または2段階の合成。第1の段階では、構造V(構造I、G=H)を有するポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマーを合成するために構造(II)、(III)および(IV)を有するモノマーを塩基の存在下で反応させる。
Figure 0004464396
(式中、Ar1、Ar2、Ar3、x、およびyは前に規定したとおりであり、またWはC(O)Cl、COOHまたはCOOR2であり、ここでR2はC1〜C7の線状もしくは分枝状のアルキル基またはC5〜C8のシクロアルキル基である)
2の例には−CH3、−C25、n−C37、i−C37、n−C49、t−C49、およびシクロヘキシルがあるが、これらに限定されない。第2の合成段階において、ポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマーの末端アミノ基を、Jが前に記載したとおりでありそしてMが反応性基である化合物J−Mと反応させ、GがJである構造Iを有するポリマーを生成する。
Ar1を含む構造(II)を有するモノマーの例には、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、3,3'−ジヒドロキシ−4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、3,3'−ジヒドロキシベンジジン、4,6−ジアミノレゾルシノールおよび2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパンがあるが、これらに限定されない。構造IIのモノマー中の2つのヒドロキシ基および2つのアミノ基の置換パターンは任意の可能な置換パターンであってよいが、ただし各々のアミノ基は、ベンゾオキサゾール環を生成できるようにヒドロキシル基に対してオルトの関係をもつ。さらにまた、ポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマーは構造IIによって表される2つまたはそれ以上のモノマーの混合物を用いて合成されてよい。
Ar2を含む構造(III)を有するモノマーの例には、5(6)−ジアミノ−1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン(DAPI)、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノ−1,1'−ビフェニル、3,4'−ジアミノジフェニルエーテル、3,3'−ジアミノジフェニルエーテル、2,4−トリレンジアミン、3,3'−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、4,4'−ジアミノジフェニルスルホン、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、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ケトン、3,3'−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、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−フェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(γ−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,3,5,6−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、メチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2,5−ジメチルヘキサメチレンジアミン、3−メトキシヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、2,5−ジメチルヘプタメチレンジアミン、3−メチルヘプタメチレンジアミン、4,4−ジメチルヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、2,5−ジメチルノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、2,2−ジメチルプロピレンジアミン、1,10−ジアミノ−1,10−ジメチルデカン、2,11−ジアミノドデカン、1,12−ジアミノオクタデカン、2,17−ジアミノエイコサン、3,3'−ジメチル−4,4'−ジアミノジフェニルメタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、3,3'−ジアミノジフェニルエタン、4,4'−ジアミノジフェニルエタン、4,4'−ジアミノジフェニルサルファイド、2,6−ジアミノピリジン、2,5−ジアミノピリジン、2,6−ジアミノ−4−トリフルオロメチルピリジン、2,5−ジアミノ−1,3,4−オキサジアゾール、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4'−メチレンジアニリン、4,4'−メチレン−ビス(o−クロロアニリン)、4,4'−メチレン−ビス(3−メチルアニリン)、4,4'−メチレン−ビス(2−エチルアニリン)、4,4'−メチレン−ビス(2−メトキシアニリン)、4,4'−オキシ−ジアニリン、4,4'−オキシ−ビス−(2−メトキシアニリン)、4,4'−オキシ−ビス−(2−クロロアニリン)、4,4'−チオ−ジアニリン、4,4'−チオ−ビス−(2−メチルアニリン)、4,4'−チオ−ビス−(2−メトキシアニリン)、4,4'−チオ−ビス−(2−クロロアニリン)があるが、これらに限定されない。さらにまたポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマーは構造IIIによって表される2つまたはそれ以上のモノマーの混合物を使用して合成されてよい。
構造IVを有するモノマーは、二酸、二酸ジクロライドおよびジエステルである。好適なジカルボン酸(W=COOH)の例には、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸およびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。好適な二酸クロライド(W=COCl)の例には、イソフタロイルジクロライド、フタロイルジクロライド、ターフタロイルジクロライド、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロライド、およびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。好適なジカルボン酸エステル(W=CO22)の例には、ジメチルイソフタレート、ジメチルフタレート、ジメチルターフタレート、ジエチルイソフタレート、ジエチルフタレート、ジエチルターフタレートおよびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。
第1の合成段階で構造(II)および(III)および(IV)を有するモノマーはポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマー(V)を生成するように反応させることができる。ジカルボン酸またはそのジクロライドもしくはジエステルを少なくとも1つの芳香族および/または複素環式のジヒドロキシジアミンと、そして場合によっては少なくとも1つのジアミンと反応させるために慣用の任意の方法が用いられてよい。一般に二酸(W=C(O)Cl)のための反応は、大体化学量論的な量のアミン塩基の存在で約−10〜約30℃で約6〜約48時間実施される。好適なアミン塩基の例には、ピリジン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン(DBN)、ジメチルピリジン、およびジメチルアニリンがあるが、これらに限定されない。ポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマーVは水中への沈殿によって単離され、濾過によって回収されそして乾燥される。ジエステルまたは二酸を用いる好適な合成に関する記載は参照によって本記載に加入されている米国特許第4,395,482号、第4,622,285号および第5,096,999号中に見いだすことができる。
好ましい反応溶媒はN−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセタミド(DMAc)、ジメチル−2−ピペリドン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン、およびジグリムである。最も好ましい溶媒はN−メチル−2−ピロリドン(NMP)およびガンマ−ブチロラクトン(GBL)である。
構造II、IIIおよびIVを有するモノマーは、[(II)+(III)]/(IV)の比が一般に約1〜約1.2であるように用いられる。[(II)+(III)]/(IV)の比は一般に約1から約1.1であるのが好ましい。構造(II)を有するモノマーは[(II)+(III)]の約10〜約100モル%が用いられそして構造(III)を有するモノマーは[(II)+(III)]の約0〜約90モル%が用いられる。ポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマー(構造IおよびV中で角カッコ内に閉じられている)中の構造IIおよびIIIを有するモノマーに由来するポリマー単位の分布はランダムであってもその中でブロックをなしてもよい。
構造IおよびVにおいて、xは約10〜約1000の整数であり、そしてyは約0〜約900の整数でありそして(x+y)は約1000より小さい。xについての好ましい範囲は約10〜約300であり、またyについての好ましい範囲は約0〜約250である。xについての一層好ましい範囲は約10〜約100であり、またyについての一層好ましい範囲は約0〜約100である。xについての最も好ましい範囲は約10〜約50であり、またyについての最も好ましい範囲は約0〜約5である。
(x+y)の量は構造Iのポリマーの数平均分子量を反復単位の平均分子量によって除することにより算出することができる。Mnの値は例えばJan Rabek, Experimental Methods in Polymer Chemistry, John Wiley Sons, New York, 1983中に記載されているように膜浸透圧法またはゲルパーミエイションクロマトグラフィーのような標準的な方法によって測定することができる。
ポリマーの分子量および固有粘度、従って一定の化学量論下でのxおよびyは、溶媒の純度、湿度、窒素またはアルゴンガス遮蔽の有無、反応温度、反応時間、および他の変数のような反応条件に応じて大きな幅をもつ可能性があることに留意すべきである。
第2の合成段階において、ポリベンゾオキサゾールベースポリマー(V)を、Jが前記したとおりでありそしてMが反応性の脱離基であるとしてJ−Mと反応させ、ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー(I)を生成させる。M基の例には、Cl、Br、メシレート、トリフレート、置換されたカルボニルオキシ基、および置換されたカーボネート基があるが、これらに限定されない。好適な部類のJ−M化合物の例には、炭素およびスルホン酸クロライド、炭素およびスルホン酸ブロマイド、線状および環状の炭素およびスルホン酸無水物、ならびにアルコキシまたはアリールオキシ置換された酸クロライドがあるが、これらに限定されない。好適なJ−M化合物の例には、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水酢酸、プロピオン酸無水物、ノルボルネン無水物、無水フタル酸、カンファースルホン酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物、メタンスルホン酸無水物、p−トルエンスルホン酸無水物、エタンスルホン酸無水物、ブタンスルホン酸無水物、パーフルオロブタンスルホン酸無水物、アセチルクロライド、メタンスルホニルクロライド、トリフルオロメタンスルホニルクロライド、ベンゾイルクロライド、ノルボルネンカルボン酸クロライド、ジ−t−ブチルジカーボネート、ジメチルジカーボネート、ジエチルジカーボネート、ジブチルジカーボネート、t−ブチルクロロホーメート、エチルクロロホーメート、n−ブチルクロロホーメート、およびメチルクロロホーメートがある。さらなる例には以下に示す構造を有する化合物がある。
Figure 0004464396
反応は、J−Mをポリベンゾオキサゾール前駆体ベースポリマーの乾燥溶液に添加することにより、約−25〜約40℃の温度で好適な溶媒中で実施することができる。一層好ましい温度は約0〜約25℃である。最も好ましい温度は約5〜約10℃である。反応時間は約1〜約24時間である。使用するJMのモル量は、構造IIおよびIIIのモノマーのモル量の合計から構造IVのモノマーのモル量を差し引いたものの僅かなモル過剰(3〜6%)である。有機塩基または無機塩基の添加もまた採用されてよい。好適な有機アミン塩基の例には、ピリジン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン(DBN)、ジメチルピリジン、およびジメチルアニリンがあるが、これらに限定されない。他の好適な塩基の例には水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、および珪酸ナトリウムがある。
好ましい反応溶媒はプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセタミド(DMAc)、ジメチル−2−ピペリドン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、スルホラン、およびジグリムである。最も好ましい溶媒はジグリムおよびPGMEAである。
本発明のネガ型感光性組成物では照射に際して酸を遊離する光活性化合物が使用される。このような物質は光−酸発生剤(PAG)と普通称される。本発明で使用されるPAGは約300〜約460nmの間の放射線に対して活性があるのが好ましい。PAGは感光性組成物中で均一な溶液を生成しそして照射に際して強酸を生成せねばならない。このような酸の例にはハロゲン化水素またはスルホン酸がある。このようなPAGの部類にはオキシムスルホネート、トリアジド、ジアゾキノンスルホネート、またはスルホン酸のスルホニウムもしくはヨードニウム塩があるが、これらに限定されない。好適なPAGの例には、
Figure 0004464396
(式中、R3およびR4はそれぞれ独立に炭素原子1〜20個を含む線状、分枝状または環状のアルキルもしくはアリール基であり、そしてX-はR10SO3 -(R10は置換されたまたは非置換の線状、分枝状もしくは環状のC1〜C25のアルキル基、または炭素を全体で6〜25個有するも単核もしくは多核のアリール基である)であり;R5、R6、R7およびR8は独立に線状、分枝状もしくは環状のアルキル基でありそしてR9は線状または分枝状のC1〜C8のアルキル、C5〜C8のシクロアルキル、カンフォロイルまたはトルイル基である)
があるが、これらに限定されない。
一方、酸はPAG及び増感剤との組み合わせによって生成することができる。このような系では照射エネルギーは増感剤によって吸収されそしてなんらかの仕方でPAGに伝達される。伝達されたエネルギーはPAGの分解および光酸の発生を惹起する。任意の好適な光酸発生剤化合物が使用されてよい。スルホン酸を発生する好適な部類の光酸発生剤には、スルホニウムまたはヨードニウム塩、オキシイミドスルホネート、ビススルホニルジアゾメタン化合物、およびニトロベンジルスルホネートエステルがあるが、これらに限
定されない。好適な光酸発生剤化合物は例えば米国特許第5,558,978号および第5,468,589号に記載されており、これらは参照によって本明細書に加入される。他の好適な光酸発生剤は米国特許第5,554,664号に記載のようにパーフルオロアルキルスルホニルメチドおよびパーフルオロアルキルスルホニルイミドである。
光酸発生剤のさらに別な好適な例は、トリフェニルスルホニウムブロマイド、トリフェニルスルホニウムクロライド、トリフェニルスルホニウムヨーダイド、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアーセネート、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、ジフェニルエチルスルホニウムクロライド、フェナシルジメチルスルホニウムクロライド、フェナシルテトラヒドロチオフェニウムクロライド、4−ニトロフェナシルテトラヒドロチオフェニウムクロライド、および4−ヒドロキシ−2−メチルフェニルヘキサヒドロチオピリリウムクロライドである。
本発明で使用するのに好適な光酸発生剤の追加の例には、トリフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロブタンスルホネート、メチルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、4−n−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロブタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロブタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムベンゼンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウム4−ドデシルベンゼンスルホン酸、トリス(−t−ブチルフェニル)スルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、トリス(−t−ブチルフェニル)スルホニウムパーフルオロブタンスルホネート、トリス(−t−ブチルフェニル)スルホニウム2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トリス(−t−ブチルフェニル)スルホニウムベンゼンスルホネート、およびフェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネートがある。
本発明で使用するための好適なヨードニウム塩の例には、ジフェニルヨードニウムパーフルオロブタンスルホネート、ビス−(t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロブタンスルホネート、ビス−(t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロオクタンスルホネート、ビス−(t−ブチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス−(t−ブチルフェニル)ヨードニウム2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、およびジフェニルヨードニウム4−メトキシベンゼンスルホネートがあるが、これらに限定されない。
本発明で使用するための好適な光酸発生剤のさらなる例は、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニルp−トルエンスルホニルジアゾメタン、1−シクロ−ヘキシルスルホニル−1−(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1−メチルエチルスルホニル)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、1−p−トルエンスルホニル−1−シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、2−メチル−2−(p−トルエンスルホニル)プロピオフェノン、2−メタンスルホニル−2−メチル−(4−メチルチオプロピオフェノン、2,4−メチル−2−(p−トルエンスルホニル)ペンタ−3−オン、1−ジアゾ−1−メチルスルホニル−4−フェニル−2−ブタノン、2−(シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、1−シクロヘキシルスルホニル−1シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、1−ジアゾ−1−シクロヘキシルスルホニル−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−(1,1−ジメチルエチルスルホニル)−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−アセチル−1−(1−メチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、1−ジアゾ−1−(p−トルエンスルホニル)−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−ベンゼンスルホニル−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−(p−トルエンスルホニル)−3−メチル−2−ブタノン、シクロヘキシル2−ジアゾ−2−(p−トルエンスルホニル)アセテート、tert−ブチル2−ジアゾ−2−ベンゼンスルホニルアセテート、イソプロピル−2−ジアゾ−2−メタンスルホニルアセテート、シクロヘキシル2−ジアゾ−2−ベンゼンスルホニルアセテート、tert−ブチル2ジアゾ−2−(p−トルエンスルホニル)アセテート、2−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2,6−ジニトロベンジルp−トルエンスルホネート、および2,4−ジニトロベンジルp−トリフルオロメチルベンゼンスルホネートである。
増感剤の例には、9−メチルアントラセン、アントラセンメタノール、アセナフタレン、チオキサントン、メチル−2−ナフチルケトン、4−アセチルビフェニル、1,2−ベンゾフルオレンがあるが、これらに限定されない。
本発明の潜在的な架橋剤は少なくとも2つの−N−(CH2−OR)n単位(n=1または2)を含むべきである。このような構造がPAGの照射後に生成される酸と相互作用するとき、カルボカチオンが形成されると考えられる(米国特許第5,512,422号):
Figure 0004464396
架橋剤から形成されるカルボカチオンはつぎにポリマー鎖中でOH基と反応することができまたは芳香族環とのFriedel Crafts反応を行うことができる。架橋剤の2つまたはそれ以上のこのような箇所と2つまたはそれ以上のポリマー鎖との反応の結果、R=Meに関する以下のスキームに示すように架橋が行われる。架橋は現像液へのポリマーの溶解度をより低くし、そして画像の形成に必要な未露光領域との溶解度の差異を生じさせる。十分な架橋剤はそれを不溶性にする。
Figure 0004464396
本発明の潜在的な架橋剤は、それぞれが少なくとも2つの−N−(CH2−OR)n基を含む単一の化合物、オリゴマー、ポリマー、またはこれらの混合物であってよい。このような架橋剤は様々なポリアミノ化合物をホルムアルデヒドとメタノールまたはブタノールのようなアルコールの存在下で、または他の溶媒の中で反応させ次いでエーテル化の段階を経ることにより製造することができる。好適なポリアミノ化合物には、米国特許第5,545,702号に記載されているように尿素、メラミン、ベンゾグァナミン、グリコールウリル、ジグァナミン、そしてグァニジンがある。
このような潜在的な架橋剤の好適な部類の例には、アルコキシメチルメラミン、アルコキシメチルグリコールウリル、アルコキシメチルベンゾグァナミン、米国特許第5,545,702号中に記載されているようにジグァナミンから誘導されるアルコキシメチルジグァナミン、および米国特許第6,524,708号に記載されているようなメラミンまたはベンゾグァナミンポリマーがあるが、これらに限定されない。複数の−N−(CH2−OR)n単位を有する化合物の特定の例には、以下があるが、これらに限定されない:
Figure 0004464396
−N−(CH2−OR)n単位を有する物質はCytec Industries、およびSolutiaからCymel、Powderlink、およびResimeneシリーズの製品の形で市販品として得られる。
潜在的な架橋剤が高度に反応性であるとき、溶解速度調整剤はカルボン酸基を含んではならない。カルボン酸基は溶媒を除去するための最初のベークの間に望ましくない架橋を触媒作用することを助長する。この結果、後のリソグラフィー処理において、露光されていない領域での溶解速度の低下が生じそしてより劣る画像形成特性が得られる。この関係から高度に反応性である架橋剤は、ホットプレート上で100℃で60秒ベークするとき、その最初のベークに際して溶解速度を<1ミクロン/分に低下させるのに十分に架橋するものであると定義される。いくつかの種類のメラミン架橋剤、例えばCymel303は高度に反応性である架橋剤の典型例である。
本発明の他の態様では、反応性が低い架橋剤が使用されてよい。劣悪なフォトスピードおよびリソグラフィー特性を避けるために、より高いベーク温度が好ましい。しかしながら当業者なら、PAGの熱分解からの酸発生によって惹起されるリソグラフィー特性の悪化を避けるように適切な熱安定性をもつPAGを選定すべきことを認識するであろう。好ましい態様では、低反応性の架橋剤を用いる感光性組成物には、カルボン酸を含有する溶解速度調整剤もまた用いられる。この脈絡から低反応性架橋剤の例にはグリオウラシル例えばPowderlinkがある。
未露光領域での溶解速度を増加し、架橋を促進しそして処方物の全体的性能を向上させるために溶解調整剤が添加される。溶解調整剤の例には、ポリオール、少なくとも2つのヒドロキシル基をもつフェノール化合物およびカルボン酸を含む化合物があるが、これらに限定されない。
ポリオールはヒドロキシ基を1つより多く有する線状、環状または脂環式脂肪族の物質である。このような物質に加えて酸素または窒素のような異種原子も含み得る。ポリオールの例には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセロール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ソルビトール、シクロヘキサンジオール、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)−トリシクロ(5.2.1.0/2.6)デカンおよび2−エチル−2(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オイキセパノン−コポリマーがある。
ヒドロキシル基を少なくとも2つもつフェノール化合物は同一のまたは異なる芳香環に結合した少なくとも2つのヒドロキシル基を含む物質である。芳香環は縮合し、直接に繋がりまたは1つもしくはいくつかの炭素原子を通して繋がってよい。ヒドロキシル基に加えてこれらの芳香環はアルキル、エーテルまたはエステル基のような他の置換基を有してよい。これらの物質の分子量は約100〜30,000の範囲にあってよい。このような物質の例にはヒドロキノン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、アントラロビン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、4,4−ビフェノール、3−メトキシカテコール、ポリ(ヒドロキシスチレン)、ノボラック、およびカリキサレンがあるが、これらに限定されない。
溶解速度調整剤はカルボン酸基を含む化合物を含有してよい。このような化合物は本性上モノマーまたはポリマーでありそして芳香族部分または脂肪族部分をふくんでよい。このような化合物の例には以下の構造
Figure 0004464396
のものがあるが、これらに限定されない。
本発明で好ましい部類のカルボン酸はポリアミド酸である。好ましいポリアミド酸は構造(VII)
Figure 0004464396
(式中、nは約5〜約200の整数であり、またAr5およびAr6は独立に芳香族または
脂肪族であり、そしてAr6は珪素を含んでよい、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基、2価の脂肪族基またはこれらの混在するものであるのが好ましく、そしてAr5は4価の芳香族基、4価の複素環式基、4価の環状脂肪族基または4価の脂環式基であるが、各々の原子価はそれに対してオルトである他の原子価を少なくとも1つ有するものとする)
を有する。nに関する好ましい範囲は約25〜約175である。nに関する最も好ましい範囲は約50〜約150である。ポリマーVIIはネガ型感光性組成物の他の成分との相溶性をもちそして水性現像液中に可溶でなければならない。
構造VIIを有するポリマーの例は、モノマーVIIIおよびIX
Figure 0004464396
(式中、Ar5およびAr6は独立に異種原子をもつまたはもたない芳香族または脂肪族の部分構造であってよく、またAr6は珪素を含んでよい、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基、2価の脂肪族基、またはこれらの混在するものであるのが好ましく、またAr5は4価の芳香族基、4価の複素環式基、4価の環状脂肪族基、または4価の脂環式基であるが、ただし各々の原子価はそれに対してオルトである他の原子価の少なくとも1つを有するものとする)
を反応させることにより製造される。VIIIは1つの種類の二酸無水物またはいくつかの二酸無水物の混合物であってよいが、ただし最終的なポリマーは感光性組成物の溶媒中に可溶であるものとする。VIIIの例には、以下の二酸無水物:3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ジフェニルサルファイドテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、オキシジフタール酸の二無水物、特に3,3',4,4'−ジフェニルオキサイドテトラカルボン酸二無水物(4,4'−オキシジフタール酸二無水物)、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,3−ジフェニルヘキサフルオロプロパン−3,3,4,4−テトラカルボン酸二無水物、1,4,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,8,9,10−フェナンスレンテトラカルボン酸二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物があるが、これらに限定されない。ここに挙げたもののような二酸無水物の混合物もまた使用されてよい。
好ましい態様で二酸無水物(VIII)は構造(X〜XII)
Figure 0004464396
(式中、Zは−O−、−S−、−C(CF32−、−CH2−、−SO2−、−NHCO−または−Si(R112−(R11は炭素原子8個までを有する線状、分枝状または環状のアルキル基である)である)
の1つを有する少なくとも1つの物質を含む。他の好ましい態様でZは−O−である。
一層好ましい態様では、式VIIIの二酸無水物の全量の少なくとも80%は、Zは−O−である構造X〜XIIによって表される酸無水物を含む。最も好ましい態様では、VIIIの二酸無水物は3,3',4,4'−ジフェニルオキサイドテトラカルボン酸二無水物(4,4'−オキシジフタール酸二無水物、ODPA)またはODPA95〜85%と1,2,4,5ベンゼンテトラカルボン酸二無水物(PMDA)5〜15%との混合物である。
構造IXのジアミンモノマーは、最終的なポリマーが感光性組成物溶媒中に可溶であるかぎり、単一のジアミンまたは2つまたはそれ以上のジアミンの混合物であってよい。IXの例には、個別的にまたは混合物の一部分として使用できる以下のジアミン:5(6)−ジアミノ−1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン(DAPI)、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノ−1,1'−ビフェニル、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エーテル、2,4−トリレンジアミン、3,3'−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、4,4'−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ケトン、3,3'−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、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(γ−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,3,5,6−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、メチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2,5−ジメチルヘキサメチレンジアミン、3−メトキシヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、2,5−ジメチルヘプタメチレンジアミン、3−メチルヘプタメチレンジアミン、4,4−ジメチルヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、2,5−ジメチルノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、2,2−ジメチルプロピレンジアミン、1,10−ジアミノ−1,10−ジメチルデカン、2,11−ジアミノドデカン、1,12−ジアミノオクタデカン、2,17−ジアミノエイコサン、3,3'−ジメチル−4,4'ジアミノジフェニルメタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3−アミノノルボニル)メタン、3,3'−ジアミノジフェニルエタン、4,4'−ジアミノジフェニルエタン、4,4'−ジアミノジフェニルサルファイド、2,6−ジアミノピリジン、2,5−ジアミノピリジン、2,6−ジアミノ−4−トリフルオロメチルピリジン、2,5−ジアミノ−1,3,4−オキサジアゾール、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ピペラジン、4,4'−メチレンジアニリン、4,4'−メチレン−ビス−(o−クロロアニリン)、4,4'−メチレン−ビス−(3−メチルアニリン)、4,4'−メチレン−ビス−(2−エチルアニリン)、4,4'−メチレン−ビス−(2−メトキシアニリン)、4,4'−オキシ−ジアニリン、4,4'−オキシ−ビス−(2−メトキシアニリン)、4,4'−オキシ−ビス−(2−クロロアニリン)、4,4'−チオ−ジアニリン、4,4'−チオ−ビス(2−メチルアニリン)、4,4'−チオ−ビス(2−メトキシアニリン)、4,4'−チオ−ビス(2−クロロアニリン)、3,3'スルホニル−ジアニリン、およびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。
一層好ましい態様でジアミン(IX)は構造(XIII)
Figure 0004464396
(式中、Eは−O−、−S−、−C(CF32−、−CH2−、−SO2−、−NHCO−または−Si(R112−(R11は炭素原子8個までを有する線状、分枝状または環状のアルキル基である)である)
をもつ少なくとも1つの化合物を含む。
Eが−O−である構造XIIIによって表されるジアミンが好ましいジアミンである。一層好ましい態様でこのジアミンはジアミンIXの全量の80%より多くを占める。最も好ましいジアミンIXは、4,4'−ジアミノジフェニルエーテルである。
構造VIIの好ましいポリアミド酸ポリマーは、構造X,XIまたはXIIの1つまたはそれ以上の二酸無水物および構造IXの1つまたはそれ以上のジアミンから合成されるポリマーを含む。一層好ましいポリアミド酸ポリマーは、Zが−O−である構造X,XIまたはXIIの1つまたはそれ以上の二酸無水物およびEが−O−である構造IXの1つまたはそれ以上のジアミンから合成されるポリマーからなる。本発明の好ましいポリマーの例は、4,4'−ジアミノジフェニルエーテルおよび3,3',4,4'−ジフェニルオキサイドテトラカルボン酸二無水物(4,4'−オキシジフタール酸二無水物、ODPA)から合成されるポリアミド酸ポリマーならびに4,4'−ジアミノジフェニルエーテルおよびODPA95〜85%と1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物(PMDA)5〜15%との混合物から合成されるポリアミド酸ポリマーである。
構造VIIを有するポリマーは、モノマーVIIIおよびIXを反応させることにより製造される。IX/VIIIの比は約0.90〜約1であってよい。IX/VIIIの好ましい比は約0.92〜約0.99である。IX/VIIIの一層好ましい比は約0.95〜約0.98である。反応時間は約1〜48時間である。好ましい反応時間は約2〜24時間である。一層好ましい反応時間は6〜20時間である。反応温度は約−20〜約60℃である。好ましい反応温度は約−10〜約50℃である。一層好ましい反応温度は約0〜約45℃である。ポリアミド酸はその場で製造することができそしてその溶液が組成物に添加されまたはそれが非溶媒中への沈殿によってまず単離されてよい。好適な非溶媒の例には、脱イオン水または脱イオン水とメタノールまたはイソプロピルアルコールのようなアルコールとの混合物がある。アルコールに対する脱イオン水の比は約99/1〜約10/90と変化してよい。アルコールに対する脱イオン水の比は約90/10〜約25/75である。一層好ましい比は約75/25〜約25/75である。
1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー、1つまたはそれ以上の光活性剤、1つまたはそれ以上の架橋剤、および1つまたはそれ以上の溶解速度調整剤が、1つまたはそれ以上の溶媒中に溶解され本発明のネガ型感光性組成物が製造される。溶媒はPAGからの光酸の発生を妨げてはならずあるいは酸で触媒される架橋反応を妨げてはならず、すべての成分を溶解すべきであり、また良好なフィルムをキャスチングすべきである。好適な溶媒には、極性有機溶媒例えばガンマ−ブチロラクトン(GBL)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、メトキシエチルエーテルおよびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。好ましい溶媒はガンマ−ブチロラクトンである。
本発明の感光性組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー(I)の量は、全処方物の約10〜約50重量%の範囲にあってよい。好ましい態様で、(I)の含有率は約25〜約40重量%である。一層好ましい態様で、(I)の含有率は全処方物の約25〜約35重量%である。
本発明の感光性組成物中のPAGの量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約0.5〜約20重量%の範囲にある。PAGの好ましい濃度範囲はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2〜約15重量%である。PAGの一層好ましい濃度範囲はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2.5〜約10重量%である。PAGの最も好ましい濃度範囲はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約3〜約7重量%である。場合による増感剤の量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約0.1〜約5重量%であってよい。
本発明の感光性組成物中の潜在的な架橋剤の量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2〜約35重量%であってよい。架橋剤の好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約25重量%であってよい。架橋剤の一層好ましい濃度範囲はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約20重量%である。架橋剤の最も好ましい濃度範囲はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約15重量%である。
溶解速度調整剤の量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約1〜約20重量%であってよい。ポリオール化合物が使用されるなら、好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約15重量%である。ポリオール化合物の一層好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約15重量%である。ポリオール化合物の最も好ましい量は約ポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約8〜約12重量%である。フェノール化合物が使用されるなら、好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約20重量%である。フェノール化合物の一層好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約5〜約15重量%である。フェノール化合物の最も好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約8〜約12重量%である。カルボン酸基を含む化合物が使用されるときは、好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2〜約15重量%である。カルボン酸化合物の一層好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2〜約10%である。カルボン酸化合物の最も好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2〜約5%である。
本発明の感光性組成物の処方中の溶媒の量は全重量の約45〜約87重量%であってよい。好ましい量は約50〜約65重量%である。
本発明のネガ型感光性組成物は他の添加剤もまた含有することができる。好適な添加剤の例には染料、界面活性剤および接着促進剤があるが、これらに限定されない。
使用するとき、接着促進剤の量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約0.1〜約5重量%の範囲にあるであろう。接着促進剤の好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約1〜約5重量%である。接着促進剤の一層好ましい量はポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマーの量に基づき約2〜約4重量%である。好適な接着促進剤には、例えばアミノシラン、およびその混合物または誘導体がある。本発明で使用できる好適な接着促進剤の例は構造XIV
Figure 0004464396
(式中、各R11は独立にC1〜C4のアルキル基またはC5〜C7のシクロアルキル基であり、そして各R12は独立にC1〜C4のアルキル基、C1〜C4のアルコキシ基、C5〜C7のシクロアルキル基またはC5〜C7のシクロアルコキシ基であり;dは0から3の整数でありまたnは1〜約6の整数である)
によって表わすことができる。
13は以下の部分構造:
Figure 0004464396
(式中、各R14およびR15は独立に置換されたまたは置換されていないC1〜C4のアルキル基またはC5〜C7のシクロアルキル基であり、そしてR16はC1〜C4のアルキル基およびC5〜C7のシクロアルキル基である)
の1つである。
好ましい接着促進剤はR13
Figure 0004464396
であるものである。一層好ましい接着促進剤は、
Figure 0004464396
からなる群から選択されるものである。
加えて本発明には、ネガ調子レリーフパターンを作成する方法も含まれる。この方法は、
(a)基板を用意し、
(b)この基板上に構造(I)
Figure 0004464396
(式中、Ar1、Ar2、Ar3、およびGは上記に規定したとおりである)
を有する1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体;照射に際して酸を遊離する1つまたはそれ以上の光活性化合物、nが1または2でありそしてRが線状、または分枝状のC1〜C8のアルキル基である少なくとも2つの〜N−(CH2OR)n単位をそれぞれが含む1つまたはそれ以上の潜在的な架橋剤、少なくとも1つの溶媒および少なくとも1つの溶解速度調整剤(すべて上記に述べたもの)を含み、ただし潜在的架橋剤が高度に反応性であるとき、溶解速度調整剤はカルボン酸基を含まないとした、ネガ型感光性組成物をコーティングすることにより、コーティングされた基板を形成し;
(c)コーティングされた基板を化学線に暴露し;
(d)コーティングされた基板を高められた温度で暴露後ベークし;
(e)コーティングされた基板を水性現像液によって現像することによりレリーフ画像を作成し;そして
(f)基板を高められた温度でベークすることによりレリーフ画像を硬化する
段階を包含する。
好適な基板の例には、シリコンウェーファ、化合物半導体(III〜V)または(II〜VI)ウェーファ、ガラス、石英またはセラミック基板などがあるが、これらに限定されない。コーティング方法にはスプレーコーティング、スピンコーティング、オフセット印刷、ローラーコーティング、スクリーン印刷、押し出しコーティング、メニスカスコーティング、カーテンコーティング、および浸漬コーティングがあるが、これらに限定されない。
感光性組成物の基板への適切な接着を確保するために、第1のコーティング段階に先立って、基板は、場合によってはコーティングの前に(外部的な)接着促進剤で処理されてよくまたは感光性組成物に内部的な接着促進剤が使用されてよい。当業者に知られた接着促進剤による基板の任意の好適な処理方法が用いられてよい。例には、接着促進剤の蒸気、溶液または濃度100%のものでの基板の処理がある。処理の時間および温度は、特定の基板、接着促進剤、および高められた温度が採用されるであろう方法に依存するであろう。任意の好適な外部的接着促進剤が使用されてよい。好適な外部的接着促進剤の部類には、ビニルアルコキシシラン、メタクリルオキシアルコキシシラン、メルカプトアルコキシシラン、アミノアルコキシシラン、エポキシアルコキシシランおよびグリシドキシアルコキシシランがあるが、これらに限定されない。アミノシランおよびグリシドキシシランが一層好ましい。第1級アミノアルコキシシランが一層好ましい。好適な外部的接着促進剤の例には、ガンマ−アミノプロピルトリメトキシ−シラン、ガンマ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、ガンマ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、ガンマ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、および3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランがあるが、これらに限定されない。ガンマ−アミノプロピルトリメトキシシランが一層好ましい。追加的な好適な接着促進剤は“Silane Coupling Agent”Edwin P. Plueddemann, 1982 Plenum Press, New York中に記載されている。
得られるフィルムは場合によっては、高められた温度でプリベークされる。ベークは約70〜約150℃のベーク温度にある1つまたはそれ以上の温度で、方法によっては数分〜30分にわたって残留する溶媒を蒸発するように完了されてよい。任意の好適なベーク手段が用いられてよい。好適なベーク手段の例にはホットプレートおよび対流オーブンがあるが、これらに限定されない。
続いて、得られるフィルムはマスクを通して好ましいパターンで化学線に暴露される。X線、電子ビーム、紫外線、可視光線などが化学線として使用することができる。最も好ましい放射線は波長436nm(g線)および365nm(i線)である。
化学放射線への暴露に続いて、暴露されそしてコートされた基板は約70〜約150℃の温度に加熱される。暴露されそしてコートされた基板はこの温度範囲で短い時間、典型的には数秒〜数分加熱され、これは任意の好適な加熱手段を用いて実施されてよい。好ましい手段にはホットプレート上または対流オーブン内でのベークがある。このプロセス段階は、暴露後ベークと普通称される。
次いでフィルムはアルカリ水性現像液を使用して現像され、そしてレリーフパターンができる。水性現像液は水性塩基を含有する。好適な塩基の例には、無機アルカリ(例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水)、第1級アミン(例えばエチルアミン、n−プロピルアミン)、第2級アミン(例えばジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン)、第3級アミン(例えばトリエチルアミン)、アルコール−アミン(例えばトリエタノールアミン)、第4級アンモニウム塩(例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド)、およびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。使用される塩基の濃度は、使用されるポリマーの塩基溶解性及び使用される特定の塩基に依存する。最も好ましい現像液はテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)を含むものである。TMAHの好適な濃度は約1〜約5%である。加えて、現像液に適切な量の界面活性剤を添加することができる。現像は浸漬、噴霧、パディング、または他の類似の現像方法によって約10〜40℃の温度で約30秒〜約5分にわたって実施できる。現像の後、レリーフパターンは場合によっては脱イオン水によってリンスされそして回転、ホットプレート上またはオーブン内でのベークまたは他の好適な手段によって乾燥される。
次に、高耐熱性ポリマーの最終的なパターンを得るために硬化されていないレリーフパターンを硬化することによりベンゾオキサゾール環が形成される。硬化は、現像された未硬化のパターンを感光性組成物のガラス転移温度Tgでまたはそれ以上でベークして、高耐熱性を与えるベンゾオキサゾール環を得るために実施される。典型的に約200℃を上まわる温度が用いられる。約250〜約400℃の温度を用いるのが好ましい。硬化時間は採用する特定の加熱方法に応じて約15分〜約24時間である。硬化時間に関する一層好ましい範囲は20分〜約5時間でありそして最も好ましい硬化時間の範囲は約30分〜約3時間である。硬化は空気中でまたは好ましくは窒素遮蔽下で行うことができそして任意の好適な加熱手段によって実施されてよい。好ましい手段にはホットプレート上または対流オーブン中でのベークがある。
Figure 0004464396
上記のポリベンゾオキサゾールレリーフ画像の半導体産業での応用には、パッケージされた半導体のための応力除去コーティング、アルファ粒子障壁フィルム、層間絶縁膜、絶縁フィルムおよびパターン化されたエンジニアリングプラスチック層があるが、これらに限定されい。本発明には商業的物品が含まれる。開示された処方物および方法を用いて製造される商業物品の例には、メモリーデバイス例えばDRAM、ロジックデバイス例えばマイクロプロセッサーまたはマイクロコントローラ、プレーティングステンシルなどがあるが、これらに限定されない。
本発明を例証するため、以下の実施例を用意した。本発明は記述された実施例に限定されないことを理解すべきである。
合成例1
アミノ末端基を有するPBO前駆体ポリマー(Va)の調製
Figure 0004464396
メカニカルスターラー、窒素導入口及び滴下漏斗を装備した2Lの3つ口丸底フラスコにヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン155.9g(426.0ミリモル)、ピリジン64.3g(794.9ミリモル)及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)637.9gを添加した。その溶液を全ての固体が溶解するまで室温で攪拌し、その後、0〜5℃の氷水浴中で冷却した。この溶液にイソフタリルクロライド39.3g(194ミリモル)及びNMP427.5gに溶解した1,4−オキシジベンゾイルクロライド56.9g(194ミリモル)を滴下した。滴下が完了した後、得られた混合物を室温で18時間攪拌した。その粘稠な溶液を脱イオン水10L中で激しく攪拌して沈殿を形成させた。ポリマーを濾過により収集し、脱イオン水及び水/メタノール(50/50)混合物で洗浄した。ポリマーを真空下に105℃で24時間乾燥した。収量はほぼ定量的であった。
ポリマーの固有粘度(IV)はNMP中、25℃、濃度0.5g/dLで測定して0.20dL/gであった。数平均分子量(Mn)は溶離剤としてTHFを用い、104A、500A、100A及び50Aのポアサイズを有する4つのPhenogel 10カラムを使用したゲルパーミエイションクロマトグラフィーにより測定した。キャリブレーションとしてポリスチレン標準を使用した。上記手順により調製したポリマーの典型的なMnは5800であった。繰り返し単位の平均分子量は約540であり、その結果、重合度(x+y、y=0)は約11であると測定された。
合成例2
モノマー比を変えた構造VaのPBO前駆体ポリマー(Vb)の調製
メカニカルスターラー、窒素導入口及び滴下漏斗を装備した100mLの3つ口丸底フラスコにヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン3.66g(10ミリモル)、ピリジン1.70g(21ミリモル)及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)15gを添加した。その溶液を全ての固体が溶解するまで室温で攪拌し、その後、0〜5℃の氷水浴中で冷却した。この溶液にイソフタロイルクロライド1.01g(5ミリモル)及びNMP10gに溶解した1,4−オキシジベンゾイルクロライド1.477g(5ミリモル)を滴下した。滴下が完了した後、得られた混合物を室温で18時間攪拌した。その粘りけのある溶液を脱イオン水800mL中で激しく攪拌して沈殿を形成させた。ポリマーを濾過により収集し、脱イオン水及び水/メタノール(50/50)混合物で洗浄した。ポリマーを真空下に105℃で24時間乾燥した。収量はほぼ定量的であった。ポリマーの固有粘度はNMP中、25℃、濃度0.5g/dLで測定して0.36dL/gであった。
合成例3
G=アセチルであるPBO前駆体ポリマー(Ia)の調製
Figure 0004464396
合成例2で得たPBOポリマー(100g)をジグライム1000gに溶解した。残存水はロータリーエバポレーターを使用して65℃(10〜12トール)でジグライムと共沸混合物として除去した。溶媒約500gを共沸蒸留の間に除去した。反応溶液をN2遮蔽下、マグネチックスターラー装備下に置き、氷浴を使用して〜5℃まで冷却した。アセチルクロライド(3.3mL、3.6g)を注射器により添加した。反応物を氷浴上に約10分保持した。その後、氷浴を除去し、反応物を約1時間にわたって放置して温めた。その後、混合物を再び氷浴上で5℃に冷却した。ピリジン(3.7mL、3.6g)を1時間かけて注射器で添加した。反応物を氷浴上に〜10分間保持し、続いてピリジンを添加し、その後、1時間放置して温まるにまかせた。
反応混合物を攪拌しながら水6L中に添加して沈殿を形成させた。沈殿したポリマーは濾過により収集し、一夜風乾した。その後、ポリマーをアセトン500〜600gに溶解させ、水/メタノール(70/30)中で沈殿を形成させた。ポリマーを再び濾過により収集し、数時間風乾した。まだ湿ったポリマーケーキをTHF700g及び水70mLの混合物に溶解した。ロームアンドハ−ス社から市販されているイオン交換樹脂UP604(40g)を添加し、溶液を1時間回転させた。最終生成物を水7L中に沈殿させ、濾過し、一夜風乾し、続いて、真空オーブン中で90℃、24時間乾燥した。収量:100g
合成例4
4,4’−オキシジフタル酸無水物(ODPA)/オキシジアニリン(ODA)ポリアミド酸(VIIa)の調製
Figure 0004464396
メカニカルスターラー、温度コントローラー及び窒素導入口を備えた500mLの3つ口丸底フラスコにガンマ−ブチロラクトン270gを添加し、続いて、4,4’−オキシジフタル酸無水物(ODPA)31.022g(100ミリモル)を添加した。ODPA投入漏斗をガンマ−ブチロラクトン15gでリンスした。反応混合物を15分間室温で攪拌し、その後、4,4’−オキシジフタル酸無水物が完全に溶解するまで73〜75℃で攪拌した。透明で青黄色の反応溶液を15℃に冷却した。4,4’−オキシジフタル酸無水物は一部沈殿した。オキシジアニリン19.62g(98ミリモル)を1時間かけて小分けして添加した。オキシジアニリン容器をガンマ−ブチロラクトン13.3gでリンスし、それを一度に反応液に添加した。反応温度を15℃で更に15分間保持し、その後、ゆっくり40℃に昇温させた。反応混合物をこの温度で24時間攪拌を続けた。反応は溶液のIRスペクトルから酸無水物のピーク(1800cm-1)が存在しないことを証拠として完了した。最終生成物の粘度は1384cStであった。
合成例5
4,4’−オキシジフタル酸無水物(ODPA)/オキシジアニリン(ODA)/パラ−アミノフェノールポリアミド酸(VIIb)の調製
Figure 0004464396
メカニカルスターラー、温度コントローラー及び窒素導入口を備えた1000mLの3つ口丸底フラスコにガンマ−ブチロラクトン531.8gを添加し、続いて、4,4’−オキシジフタル酸無水物(ODPA)62.05g(100ミリモル)を添加した。反応混合物を15分間室温で攪拌し、その後、4,4’−オキシジフタル酸無水物が完全に溶解するまで73〜75℃で攪拌した。パラ−アミノフェノール(0.437g)をフラスコに添加し、25℃で6時間攪拌した。その後、オキシジアニリン19.62g(98ミリモル)を1時間かけて小分けして添加した。反応温度を15℃で更に15分間保持し、その後、ゆっくり40℃に昇温させた。反応混合物をこの温度で24時間攪拌を続けた。反応は溶液のIRスペクトルから酸無水物のピーク(1800cm-1)が存在しないことを証拠として完了した。最終生成物の粘度は1083cStであった。
合成例6
ナジック酸無水物でエンドキャップされたPBOポリマーの調製
Figure 0004464396
合成例2と同様な方法で調製したPBOポリマー(200g)をジグライム600g及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)300gの混合物に溶解させた。残存水をロータリーエバポレーターを用いて65℃(10〜12トール)でPGMEA及びジグライムとの共沸混合物として除去した。溶媒約550gを共沸蒸留の間に除去した。反応液をN2遮蔽下に置き、マグネチックスターラーを装着した。ナジック酸無水物(7g)を添加し、続いて、ピリジン10gを添加した。反応物を50℃で一夜攪拌した。その後、反応混合物をテトラヒドロフラン(THF)500gで希釈し、50:50メタノール:水混合物8L中で沈殿を形成させた。ポリマーを濾過により収集し、80℃で真空乾燥した。収量はほぼ定量的であった。
合成例7
4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)−ビス−(フタル酸無水物)(6−FDA)/オキシジアニリン(ODA)ポリアミド酸(VIIc)の調製
Figure 0004464396
メカニカルスターラー、温度コントローラー及び窒素導入口を備えた500mLの3つ口丸底フラスコにガンマ−ブチロラクトン256gを添加し、続いて、1,1−ビス[4−(1,2−ジカルボキシフェニル)]−1−フェニル−2,2,2−トリフルオロエタン(6−FDA)44.42g(100ミリモル)を添加した。反応混合物を15分間室温で攪拌し、その後、6−FDAが完全に溶解するまで60℃で攪拌した。透明で青黄色の反応液を15℃に冷却した。オキシジアニリン19.62g(98ミリモル)を1時間かけて小分けして添加した。反応温度を15℃で更に15分間保持し、その後、ゆっくり40℃に昇温させた。反応混合物をこの温度で24時間攪拌を続けた。最終生成物の粘度は4480cStであった。溶液をGBL75gで希釈し、動粘度が1029cStであるGBL中の6−FDA/ODAポリアミド酸溶液を生成させた。
リソグラフィー例1
様々な溶解調整剤を含むPBOポリマー(I)のDRMスタディ
感光性処方物(A)を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル(Chiba Speciality chemicalsから入手可能)5重量部、合成例4で調製したODPA/ODAポリマー31.25重量部及び活性成分としてテトラメチルメトキシグリコールウリルを含有し、Cytec Industriesから入手可能な架橋剤であるPowderlink 1174 10重量部を混合することにより調製した。
感光性処方物(B)を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー(ただし、IV=0.28dL/g)100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、ジエチレングリコール10重量部及び活性成分としてヘキサメチルメトキシメラミンを含有し、Cytec Industriesから入手可能な架橋剤であるCymel303 5重量部を混合することにより調製した。
感光性処方物(C)を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー(ただし、IV=0.28dL/g)100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、Aldrich Chemicalsから入手可能である1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン10重量部、及びCymel 303 5重量部を混合することにより調製した。
比較処方物(D)を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、及びCymel303 5重量部を混合することにより調製した。
比較処方物(E)を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー(ただし、IV=0.28dL/g)100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、及びCymel 303 5重量部を混合することにより調製した。
これら組成物の各フィルムは、シリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上120℃、3分間ベークすることにより、厚さ約12μmのフィルムを得ることにより調製した。通常の加工中における曝露後ベークの後にフィルムの状態や溶解速度をシミュレートするために、ウエハーを再び120℃、3分間ベークした。溶解速度はレジストフィルムを0.262N TMAH水溶液に溶解させるに要した時間を測定することにより決定し、表1にまとめた。
Figure 0004464396
この実施例は溶解速度調整剤の添加が未露光感光性組成物の溶解速度を増大させていることを示す。
リソグラフィー比較例1
溶解速度調整剤を含まないPBO前駆体ポリマー(Va)のリソグラフィー評価
比較感光性処方物1を、合成例1と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL160重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、Powderlink 1174 10重量部を混合することにより調製した。処方物は1μmフィルターを通して濾過した。
比較感光性組成物1をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上で110℃、3分間ベークすることにより厚さ約10μmのフィルムを得た。その後、各ウエハーの半分を可変透過マスクを使用して、Karl Suss ブロードバンド露光機上でフラッド露光した(flood exposed)。露光し、コーティングしたウエハーは再び120℃で3分間ベークした。その後、ウエハーを0.262N TMAH水溶液に浸した。溶解速度はフィルム厚さをウエハーの露光部または未露光部がきれいになるまでにかかる時間で除することにより決定した。ウエハーの露光部及び未露光部において溶解速度の差はなかった。両方の場合において、溶解速度は約8u/分であった。このことはこの曝露後ベーク温度では露光に関連する架橋は起こらなかったことを示していた。
リソグラフィー比較例2
溶解速度調整剤を含まないPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
比較感光性処方物2を、IV=0.2dL/gであること以外は合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL160重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、Powderlink 1174 10重量部を混合することにより調製した。処方物は1μmフィルターを通して濾過した。
比較感光性組成物2をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上で110℃、3分間ベークすることにより厚さ約10μmのフィルムを得た。その後、各ウエハーの半分を可変透過マスクを使用して、Karl Suss ブロードバンド露光機上でフラッド露光した(flood exposed)。露光した、コーティングしたウエハーは再び120℃で3分間ベークした。その後、ウエハーを0.262N TMAH水溶液に浸した。溶解速度はフィルム厚さをウエハーの露光部または未露光部が溶解するまでにかかる時間で除することにより決定した。ウエハーの露光部及び未露光部において溶解速度の差はなかった。両方の場合において、溶解速度は約8μ/分であった。このことはこの曝露後ベーク温度では露光に関連する架橋は起こらなかったことを示していた。
リソグラフィー例2
ODPA/ODAポリアミド酸を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で調製したODPA/ODAポリマー31.25重量部及びPowderlink 1174 10重量部を混合することにより調製した。その後、この組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上で120℃、3分間ベークすることにより厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N TMAH水溶液の連続したスプレーのもと95秒間現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、10μmのフィーチャーが解像された。
カルボン酸含有溶解速度調整剤を添加することは未露光領域の溶解速度を増大させるのみならず、低温での架橋を触媒する。このように高温ベークで分解するPAGを使用することができる。
リソグラフィー例3
ODPA/ODA/PAPポリアミド酸を含むPBO前駆体ポリマ―(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例5で調製したポリアミド酸溶液31.25重量部及びPowderlink 1174 10重量部を混合することにより調製した。
この組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、120℃3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N TMAH水溶液の連続したスプレーのもと95秒間現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量50mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、10μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例4
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Vb)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例2と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル(Ciba Specialty Chemicalsより入手可能)5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液31.3重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー(商品名Poly−T 305でArch Chemicalsより入手可能)10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート(接着促進剤)3重量部を混合することにより調製した。
この感光性組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、110℃3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、30μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例5
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液31.3重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性処方物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、110℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、7μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例6
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液31.3重量部、Powderlink 1174 10重量部、トリプロピレングリコール(Aldrich Chemicalsより入手可能)10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、120℃3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは115℃、3分間ベークし、0.262N TMAH現像液を用い、各25秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量150mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの65%は保持され、4μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例7
溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ib)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例6のPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、120℃3分間ベークして厚さ約10μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは115℃、3分間ベークし、0.262N 水性TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの95%は保持され、15μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例8
6−FDA/ODAポリアミド酸を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、乳酸エチル250重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例7で調製した6−FDA/ODAポリマー31.25重量部、Powderlink 10重量部、トリプロピレングリコール10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、120℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N TMAH水溶液により95秒間連続スプレーにより現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量150mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの50%は保持され、2μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例9
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、ジアセトンアルコール250重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例7で調製した6−FDA/ODAポリマー31.25重量部、Powderlink 10重量部、トリプロピレングリコール10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性処方物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、120℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N TMAH水溶液により95秒間連続スプレーにより現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量150mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの60%は保持され、3μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例10
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3のPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液63.6重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性処方物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、110℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N 水性TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、7μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例11
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBOポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液15.62重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー10重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性処方物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、110℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N 水性TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、7μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例12
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBOポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液31.3重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー5重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この処方物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、110℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N 水性TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、7μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例13
2つの溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBOポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−トリルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、合成例4で得たポリアミド酸溶液31.3重量部、Powderlink 1174 10重量部、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー15重量部及び(トリエトキシシリル)プロピルエチルカーバメート3重量部を混合することにより調製した。
この感光性処方物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレート上、110℃、3分間ベークして厚さ約12μmのフィルムを得た。このフィルムをキャノン3000i4露光機上で露光量50mJ/cm2で開始し、露光量50mJ/cm2ずつ増加させることによる増分露光を用いて分割露光した。その後、コーティングし、露光したウエハーは120℃、3分間ベークし、0.262N 水性TMAH現像液を用い、各30秒間からなる2つのパドル現像により現像し、脱イオン水でリンスしてレリーフパターンを用意した。露光量100mJ/cm2のもとで露光部においてフィルムの97%は保持され、7μmのフィーチャーが解像された。
リソグラフィー例14
溶解速度調整剤を含むPBO前駆体ポリマー(Ia)のリソグラフィー評価
感光性処方物を、合成例3と同様にして調製したPBO前駆体ポリマー100重量部、GBL200重量部、(5−プロピルスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−2−メチルフェニル−アセトニトリル5重量部、Cymel 303 10重量部及び2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンポリマー10重量部を混合することにより調製した。
この感光性処方物をシリコンウエハー上にスピンコートした。コーティングしたウエハーを120℃、4分間ベークした。このようにして得たフィルムの厚さは約10.3μmであった。コーティングしたシリコンウエハーを強度5.5MW/cm2、54.5秒間、400nmプローブで測定したブロードバンド照射により、300mJ/cm2の露光エネルギーを得ることができ、パターン状に露光した。ウエハーを120℃、180秒間ベークし、0.262N TMAH水溶液を用い、多段浸漬現像により現像した。最初の浸漬は100秒間、2回目の浸漬は250秒間行い、現像の間及び後は脱イオン水でリンスした。現像が完了したあとの残存フィルムの厚さは9.6μmであった。200μmのバイアス(正方形の穴)が解像された。
リソグラフィー例15
接着試験
リソグラフィー例4及び6で調製した処方物をシリコンウエハー上にスピンコートした。コーティングしたウエハーを120℃、3分間ベークした。このようにして得られたフィルムの厚さは7〜8μmであった。その後、ウエハーにKarl Suss MA−56 ブロードバンド露光機を用いて、ブロードバンド水銀ランプ光を使用して108.2秒間(ランプ出力は露光時間中@400nmで1000mJ/cm2であった)パターン状に露光した。このようにして2mm正方形の10/10グリッドを作った。その後、120℃、2分間ベークし、各25秒間の2つパドルのパドル現像を使用して、0.262Nテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中で現像した。パターン化されたフィルムをN2雰囲気下、350℃、1時間硬化させた。その後、ウエハーをプレッシャークッカーポット中に置き、121℃、100時間飽和水蒸気に曝露した。その後、ウエハーに対するフィルムの接着性をASTM D−3359−83に記載されているように3Mテープ#720を使用して、テープ剥離試験を行った。グリッドの正方形が剥離しなかったら、その処方物はその試験に合格したことになる。1000時間の試験の結果、両方のフィルムとも、接着損失はなかった。
本発明が、その特定の具体例に関して本明細書で述べられてきたが、変更、修正、改変を、本明細書に記載された発明概念の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができるということを理解すべきである。従って、本発明は付記する請求の範囲の精神及び範囲に収まる全てのそのような変更、修正、改変を包含することを意図するものである。

Claims (18)

  1. (a)1つまたはそれ以上のポリベンゾオキサゾール前駆体ポリマー(I):
    Figure 0004464396
    [ここで、xは10〜1000の整数であり、yは0〜900の整数であり、(x+y)は1000未満であり;Ar1は、4価の芳香族基、4価の複素環式基またはそれらの混在するものであり;Ar2は、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基または珪素を含んでもよい2価の脂肪族基からなる群から選択され;Ar3は2価の芳香族基、2価の脂肪族基、2価の複素環式基及びそれらの混在するものからなる群から選択され;Ar4はAr1(OH)2及びAr2からなる群から選択され;Gはポリマーの末端NHに直接結合する基を含有する有機基Jであり、ここで、ポリマーの末端NHに直接結合する該基はカルボニル、カルボニルオキシ及びスルホニル基からなる基から選択される];
    (b)照射に際し、酸を遊離する1つまたはそれ以上の光活性化合物(PAG);
    (c)その各々がn=1または2であり、Rが線状または分枝状のC1〜C8のアルキル基である少なくとも2つの〜N−(CH2OR)n単位を含有する1つまたはそれ以上の潜在的架橋剤;
    (d)少なくとも1つの溶媒;及び
    (e)未露光領域での溶解速度を増加させる少なくとも1つの溶解速度調整剤、
    (ただし、潜在的架橋剤がメラミン架橋剤である場合、溶解速度調整剤はカルボン酸基を含有しないものとする);
    を含む耐熱性ネガ型感光性組成物。
  2. 溶解速度調整剤がポリオール、少なくとも2個のヒドロキシ基を有するフェノール性化合物及びカルボン酸基を含有する化合物からなる群から選択される請求項1に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  3. 溶解速度調整剤がエチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセロール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ソルビトール、シクロヘキサンジオール、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)−トリシクロ(5.2.1.0/2,6)デカン、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールとの2−オキセパノンコポリマー、ハイドロキノン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、アントラロビン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、4,4−ビフェノール、3−メトキシカテコール、ポリ(ヒドロキシスチレン)、ノボラック、カリキサレン、及び下記式:
    Figure 0004464396
    から選択されるカルボン酸基を含有する化合物からなる群から選択される請求項1に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  4. 溶解速度調整剤が、構造(VII)
    Figure 0004464396
    (ここで、nは5〜200の整数であり、Ar6は珪素を含んでもよい、2価の芳香族基、2価の複素環式基、2価の脂環式基、2価の脂肪族基またはこれらの混在するものからなる群から選択され、Ar5は、4価の芳香族基、4価の複素環式基、4価の環状脂肪族基または4価の脂環式基からなる群から選択され、ただし、Ar 5 の各結合手はそのオルト位に少なくとも1つの他の結合手を有する)のポリアミド酸である請求項1に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  5. 1つまたはそれ以上の潜在的架橋剤がアルコキシメチルメラミン、アルコキシメチルグリコールウリル、アルコキシメチルベンゾグアナミン、ジグアナミンから誘導されるアルコキシメチルジグアナミン及びメラミンまたはベンゾグアナミンポリマーからなる群から選択される請求項1〜4のいずれか1項に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  6. 1つまたはそれ以上の潜在的架橋剤が、下記式:
    Figure 0004464396
    の化合物からなる群から選択される請求項1〜4のいずれか1項に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  7. 追加的に接着促進剤を含有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  8. 接着促進剤がアミノアルコキシシランである請求項7に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  9. 接着促進剤が、構造XIV:
    Figure 0004464396
    [ここで、各R11は独立にC1〜C4のアルキル基及びC5〜C7のシクロアルキル基からなる群から選択され、R12は独立にC1〜C4のアルキル基、C1〜C4のアルコキシ基、C5〜C7シクロアルキル基及びC5〜C7のシクロアルコキシ基からなる群から選択され、dは0〜3の整数であり、nは1〜6の整数であり、そしてR13は下記:
    Figure 0004464396
    (ここで、各R14及びR15は独立に置換されたもしくは置換されていないC1〜C4のアルキル基またはC5〜C7のシクロアルキル基であり、そしてR16はC1〜C4のアルキル基またはC5〜C7のシクロアルキル基である)からなる群から選択される部分構造の一つである]の化合物である請求項7に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  10. 接着促進剤が、下記:
    Figure 0004464396
    からなる群から選択される請求項9に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  11. 溶解速度調整剤がカルボン酸基を含有する化合物であり、架橋剤がグリコールウリルで
    ある請求項1〜5および7〜10のいずれか1項に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  12. 溶解速度調整剤がポリオール化合物であり、架橋剤がメラミンである請求項1〜3、5および7〜10のいずれか1項に記載の耐熱性ネガ型感光性組成物。
  13. 基板上にパターン化された画像を作成する方法であって、
    (a)基板を用意し、
    (b)該基板上に請求項1〜12のいずれか1項に記載のネガ型感光性組成物をコーティングし、
    (c)コーティングした基板を化学線に曝露し、
    (d)コーティングした基板を高められた温度で曝露後ベークし、
    (e)コーティングした基板を水性現像液で現像することによりレリーフ画像を形成し、
    (f)基板を高められた温度でベークすることによりレリーフ画像を硬化させる
    各段階を含む上記作成方法。
  14. 段階(a)の基板がコーティング段階(b)の前に接着促進剤で処理されている請求項13に記載の基板上にパターン化されたイメージ画像を作成する方法。
  15. 基板がビニルアルコキシシラン、メタクリルオキシアルコキシシラン、メルカプトアルコキシシラン、アミノアルコキシシラン、エポキシアルコキシシラン及びグリシドキシアルコキシシランからなる群から選択された接着促進剤で処理されている請求項14に記載されたパターン化された基板を作成する方法。
  16. 基板がガンマ−アミノプロピルトリメトキシシラン、ガンマ−グリシドオキシプロピルメチルジメトキシシラン、ガンマ−グリシドオキシプロピルメチルジエトキシシラン、ガンマ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルジメトキシメチルシラン及び3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランからなる群から選択される請求項15に記載されたパターン化された基板を作成するための方法。
  17. 請求項13〜16のいずれか1項に記載された作成方法により作成されたパターン化された画像を有する基板。
  18. 請求項17のパターン化された画像がその中に入っている商業物品。
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