JP4742995B2 - Photosensitive resin composition, pattern manufacturing method, and electronic component - Google Patents
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Description
本発明は、感光性を有するポリベンゾオキサゾール前駆体を含有する耐熱性感光性樹脂組成物、この耐熱性感光性樹脂組成物を用いたパターンの製造方法及び電子部品に関するものである。 The present invention relates to a heat-resistant photosensitive resin composition containing a polybenzoxazole precursor having photosensitivity, a pattern production method using the heat-resistant photosensitive resin composition, and an electronic component.
従来、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜には優れた耐熱性と電気特性、機械特性等を併せ持つポリイミド樹脂が用いられている。しかし、近年半導体素子の高集積化、大型化が進む中、封止樹脂パッケージの薄型化小型化の要求がありLOC(リード・オン・チップ)や半田リフローによる表面実装などの方式が取られてきており、これまで以上に機械特性、耐熱性等に優れたポリイミド樹脂が必要とされるようになってきた。 Conventionally, polyimide resins having excellent heat resistance, electrical characteristics, mechanical characteristics, and the like have been used for surface protection films and interlayer insulating films of semiconductor elements. However, in recent years, as semiconductor devices have been highly integrated and increased in size, there has been a demand for thinner and smaller sealing resin packages, and LOC (lead-on-chip) and surface mounting methods such as solder reflow have been adopted. Therefore, a polyimide resin excellent in mechanical properties, heat resistance and the like has been required more than ever.
一方、ポリイミド樹脂自身に感光特性を付与した感光性ポリイミドが用いられてきているが、これを用いるとパターン作成工程が簡略化でき、煩雑な製造工程の短縮が行えるという特徴を有する。従来の感光性ポリイミド又はその前駆体を用いてなる耐熱性フォトレジストや、その用途については良く知られている。ネガ型の感光性ポリイミドでは、ポリイミド前駆体にエステル結合又はイオン結合を介してメタクリロイル基を導入する方法(例えば、特許文献1〜4参照)、光重合性オレフィンを有する可溶性ポリイミド(例えば、特許文献5〜10参照)、ベンゾフェノン骨格を有し、かつ窒素原子が結合する芳香環のオルソ位にアルキル基を有する自己増感型ポリイミド(例えば、特許文献11、12参照)などがある。
On the other hand, photosensitive polyimide having a photosensitive property imparted to the polyimide resin itself has been used. However, when this is used, the pattern creation process can be simplified and complicated manufacturing processes can be shortened. A heat-resistant photoresist using a conventional photosensitive polyimide or its precursor and its application are well known. For negative photosensitive polyimide, a method of introducing a methacryloyl group into a polyimide precursor via an ester bond or an ionic bond (for example, see
上記のネガ型の感光性ポリイミドでは、現像の際にN−メチルピロリドン等の有機溶剤を必要とするため、最近では、アルカリ水溶液で現像ができるポジ型の感光性樹脂の提案がなされている。ポジ型の感光性樹脂では、ポリイミド前駆体にエステル結合を介してo−ニトロベンジル基を導入する方法(例えば、非特許文献1参照)、可溶性ヒドロキシルイミド又はポリオキサゾール前駆体にナフトキノンジアジド化合物を混合する方法(例えば、特許文献13、14参照)、可溶性ポリイミドにエステル結合を介してナフトキノンジアジドを導入する方法(例えば、非特許文献2参照)、ポリイミド前駆体にナフトキノンジアジドを混合するもの(例えば、特許文献15参照)などがある。
Since the above negative photosensitive polyimide requires an organic solvent such as N-methylpyrrolidone for development, recently, a positive photosensitive resin that can be developed with an alkaline aqueous solution has been proposed. For positive photosensitive resins, a method of introducing an o-nitrobenzyl group into a polyimide precursor via an ester bond (see Non-Patent
しかしながら、上記のネガ型の感光性ポリイミドではその機能上、解像度に問題があったり、用途によっては製造時の歩留まり低下を招いたりするなどの問題がある。また、用いるポリマーの構造が限定されるために、最終的に得られる被膜の物性が限定されてしまい多目的用途には不向きなものである。一方、ポジ型の感光性樹脂においても、上記のように感光剤の吸収波長に伴う問題から感度や解像度が低かったり、構造が限定されたりして、同様の問題を有する。 However, the above-mentioned negative photosensitive polyimide has a problem in terms of function and resolution, and may cause a decrease in manufacturing yield depending on the application. Further, since the structure of the polymer to be used is limited, the physical properties of the finally obtained film are limited, which is unsuitable for multipurpose use. On the other hand, the positive type photosensitive resin also has the same problems because the sensitivity and resolution are low and the structure is limited due to the problem with the absorption wavelength of the photosensitive agent as described above.
また、ポリベンゾオキサゾール前駆体にジアゾナフトキノン化合物を混合したもの(例えば、特許文献16参照)や、ポリアミド酸にエステル結合を介してフェノール部位を導入したもの(例えば、特許文献17参照)などカルボン酸の代わりにフェノール性水酸基を導入したものがあるが、これらのものは現像性が不十分であり未露光部の膜減りや樹脂の基材からの剥離が起こる。 Also, carboxylic acids such as polybenzoxazole precursor mixed with a diazonaphthoquinone compound (see, for example, Patent Document 16), or polyamic acid having a phenol moiety introduced via an ester bond (for example, see Patent Document 17). Instead of these, phenolic hydroxyl groups have been introduced, but these have insufficient developability, resulting in film loss at unexposed areas and peeling of the resin from the substrate.
また、こうした現像性や接着の改良を目的に、シロキサン部位をポリマー骨格中に有するポリアミド酸を混合したもの(例えば、特許文献18、19参照)が提案されているが、前述のごとくポリアミド酸を用いるため保存安定性が悪化する。加えて保存安定性や接着の改良を目的に、アミン末端基を重合性基で封止したもの(例えば、特許文献20〜22参照)も提案されているが、これらのものは、酸発生剤として芳香環を多数含むジアゾキノン化合物を用いるため、感度が低く、ジアゾキノン化合物の添加量を増やす必要から、熱硬化後の機械物性を著しく低下させると言う問題があり、実用レベルの材料とは言い難いものである。 For the purpose of improving developability and adhesion, a mixture of polyamic acids having a siloxane moiety in the polymer skeleton has been proposed (for example, see Patent Documents 18 and 19). Storage stability deteriorates due to use. In addition, for the purpose of improving storage stability and adhesion, amine end groups sealed with a polymerizable group (see, for example, Patent Documents 20 to 22) have also been proposed. Since a diazoquinone compound containing a large number of aromatic rings is used as a low-sensitivity, it is necessary to increase the addition amount of the diazoquinone compound, and there is a problem that the mechanical properties after thermosetting are remarkably lowered, and it is difficult to say that the material is at a practical level. Is.
前記ジアゾキノン化合物の問題点の改良を目的に種々の化学増幅システムを適用したものも提案されている。化学増幅型のポリイミド(例えば、特許文献23参照)、化学増幅型のポリイミドあるいはポリベンゾオキサゾール前駆体(例えば、特許文献24〜30参照)が挙げられるが、これらのうち高感度のものは低分子量が招く膜特性の低下が、膜特性に優れるものは高分子量が招く溶解性不十分による感度の低下が見られ、いずれも実用レベルの材料とは言い難いものである。従って、いずれも未だ実用化レベルで充分なものはないのが実状である。 In order to improve the problems of the diazoquinone compound, those using various chemical amplification systems have been proposed. Chemically amplified polyimides (for example, see Patent Document 23), chemically amplified polyimides or polybenzoxazole precursors (for example, see Patent Documents 24 to 30), among which high-sensitivity ones have a low molecular weight However, those having excellent film characteristics exhibit a decrease in sensitivity due to insufficient solubility due to the high molecular weight, and it is difficult to say that these are materials of practical level. Therefore, in reality, none of them is sufficient for practical use.
感光性ポリイミドあるいは感光性ポリベンゾオキサゾールは、パターン形成後に、通常、350℃前後の高温で硬化を行う。これに対して、最近、登場してきた次世代メモリーとして有望なMRAM(Magnet Resistive RAM)は、高温プロセスに弱く、低温プロセスが望まれている。従って、バッファーコート(表面保護膜)材でも、従来の350℃前後というような高温ではなく、約280℃の以下の低温で硬化ができ、さらには硬化後の膜の物性が、高温で硬化したものと遜色ない性能が得られるバッファーコート材が不可欠となってきた。しかしながら、このような低温で硬化でき、しかも高温で硬化したものと遜色ない性能が得られるバッファーコート材は、未だ得られていないという問題点があった。 Photosensitive polyimide or photosensitive polybenzoxazole is usually cured at a high temperature around 350 ° C. after pattern formation. On the other hand, MRAM (Magnet Resistive RAM), which has recently appeared as a promising next-generation memory, is vulnerable to high-temperature processes, and low-temperature processes are desired. Therefore, even a buffer coat (surface protective film) material can be cured at a low temperature of about 280 ° C. or lower, not at a conventional high temperature of around 350 ° C., and the physical properties of the cured film are cured at a high temperature. Buffer coating materials that can provide incomparable performance have become essential. However, there has been a problem that a buffer coating material that can be cured at such a low temperature and that has performance comparable to that cured at a high temperature has not yet been obtained.
本発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたものであって、280℃以下でも高い脱水閉環率を有する特定の構造単位を持つポリベンゾオキサゾール感光性樹脂膜をベース樹脂とすることにより、硬化後の膜の物性が、高温で硬化したものと遜色ない性能が得られる感光性樹脂組成物、パターンの製造方法及び電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and a polybenzoxazole photosensitive resin film having a specific structural unit having a high dehydration ring closure rate even at 280 ° C. or lower is used as a base resin. Thus, an object of the present invention is to provide a photosensitive resin composition, a pattern manufacturing method, and an electronic component in which the physical properties of a cured film are inferior to those cured at a high temperature.
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、耐熱性、耐薬品性、耐水接着性を兼ね備えたアルカリ現像対応の約280℃の以下で硬化可能なバッファコート材を見出した。すなわち、詳細な検討の結果、以下に示す一般式(I)のA構造単位を脱水閉環率が高い特定の骨格とすることにより、低温での硬化プロセスによっても高温での硬化膜の物性と差がないような耐熱性に富んだ感光性樹脂組成物を提供するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, a buffer coating material that can be cured at a temperature of about 280 ° C. or less that is compatible with alkali development and has heat resistance, chemical resistance, and water-resistant adhesion. I found it. That is, as a result of detailed studies, the structural unit A of the general formula (I) shown below has a specific skeleton with a high dehydration ring closure rate, so that the physical properties of the cured film at high temperatures are different from those of the cured film even at low temperatures. The present invention provides a photosensitive resin composition rich in heat resistance such that there is no ink.
また、本発明は、前記感光性樹脂組成物の使用により、アルカリ水溶液で現像可能であり、感度、解像度に優れ、280℃以下の低温硬化プロセスによって耐熱性に優れた、良好な形状のパターンが得られるパターンの製造方法を提供するものである。
さらに、本発明は、良好な形状と特性のパターンを有し、さらには低温プロセスで硬化できることにより、デバイスへのダメージが避けられ、信頼性の高い電子部品を歩留まり良く提供するものである。
In addition, the present invention provides a pattern with a good shape that can be developed with an aqueous alkaline solution by using the photosensitive resin composition, has excellent sensitivity and resolution, and has excellent heat resistance by a low-temperature curing process at 280 ° C. or lower. The manufacturing method of the pattern obtained is provided.
Furthermore, the present invention provides a highly reliable electronic component with a high yield by avoiding damage to the device by having a pattern having a good shape and characteristics and being cured by a low temperature process.
すなわち、本発明による感光性樹脂組成物は、(a)一般式(I)で示されるA構造単位とB構造単位とを有してなるポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体と、(b)感光剤と、及び(c)溶剤とを含有してなることを特徴とする。
(UV1):炭素数6〜20の脂環構造を含む基、
(UV2):
(UV2):
(UV3):
(UV4):
(UV5):
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、(a)成分が、一般式(I)で示されるA構造単位とB構造単位とからなるポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体であり、一般式(I)におけるj及びkはそれぞれA構造単位及びB構造単位のモル分率を示し、j及びkの和は100モル%であり、jが1〜99モル%、kが1〜99モル%の範囲であることを特徴とする。 In the photosensitive resin composition according to the present invention, the component (a) is a copolymer of a polybenzoxazole precursor composed of an A structural unit and a B structural unit represented by the general formula (I). In the general formula (I), j and k represent the mole fractions of the A structural unit and the B structural unit, respectively, and the sum of j and k is 100 mol%, j is 1 to 99 mol%, k is 1 to 1 It is characterized by being in the range of 99 mol%.
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、U及びVの少なくとも一方が、以下の一般式(II)、(III)、(IV)又は(V)で表される、炭素数6〜20の脂環構造を含む2価の有機基であることを特徴とする。 In the photosensitive resin composition according to the present invention, in the general formula (I) of the component (a), at least one of U and V is represented by the following general formulas (II), (III), (IV ) Or (V), which is a divalent organic group containing an alicyclic structure having 6 to 20 carbon atoms.
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、U及びVの少なくとも一方が、脂環構造として、アダマンタン構造を有することを特徴とする。 In the photosensitive resin composition according to the present invention, at least one of U and V in the general formula (I) of the component (a) has an adamantane structure as an alicyclic structure. .
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、U及びVの少なくとも一方が、以下に示す一般式(VI)又は(VII)で表されることを特徴とする。 In the photosensitive resin composition according to the present invention, at least one of U and V in the general formula (I) of the component (a) is represented by the following general formula (VI) or (VII). It is characterized by being.
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、Vが下記一般式(VIII)で表されることを特徴とする。
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、Vが以下に示す一般式(IX)又は(X)で表されることを特徴とする。
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、Uが下記一般式(XI)で表されることを特徴とする。
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)成分の一般式(I)中、Vが下記一般式(XII)で表されることを特徴とする。
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(a)一般式(I)中、j及びkの和が100モル%であり、jが5〜85モル%、kが15〜95モル%の範囲であることを特徴とする。 Moreover, in the photosensitive resin composition by this invention, the sum of j and k is 100 mol% in said (a) general formula (I), j is 5-85 mol%, k is 15- It is characterized by being in the range of 95 mol%.
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、前記(b)成分が、光により酸又はラジカルを発生する感光剤であることを特徴とする。 Moreover, in the photosensitive resin composition by this invention, the said (b) component is a photosensitive agent which generate | occur | produces an acid or a radical by light.
また、本発明による感光性樹脂組成物にあっては、さらに前記(d)成分として加熱により酸を発生する熱酸発生剤を含むことを特徴とする。 The photosensitive resin composition according to the present invention further includes a thermal acid generator that generates an acid by heating as the component (d).
また、本発明によるポリベンゾオキサゾール膜にあっては、前記感光性樹脂組成物を用い、そのポリベンゾオキサゾール前駆体を脱水閉環して形成されることを特徴とする。 In addition, the polybenzoxazole film according to the present invention is formed by using the photosensitive resin composition and dehydrating and closing the polybenzoxazole precursor.
また、本発明によるパターンの製造方法にあっては、前記感光性樹脂組成物を支持基板上に塗布し乾燥する工程と、前記乾燥により得られた感光性樹脂膜を所定のパターンに露光する工程と、前記露光後の感光性樹脂膜をアルカリ水溶液を用いて現像する工程と、前記現像後の感光性樹脂膜を加熱処理する工程とを含むことを特徴とする。 Moreover, in the method for producing a pattern according to the present invention, a step of applying the photosensitive resin composition on a supporting substrate and drying, and a step of exposing the photosensitive resin film obtained by the drying to a predetermined pattern And a step of developing the photosensitive resin film after the exposure using an alkaline aqueous solution, and a step of heat-treating the photosensitive resin film after the development.
また、本発明によるパターンの製造方法にあっては、前記現像後の感光性樹脂膜を加熱処理する工程において、その加熱工程が周波数を変化させながらパルス状にマイクロ波を照射することを特徴とする。 Further, in the method for producing a pattern according to the present invention, in the step of heat-treating the photosensitive resin film after development, the heating step irradiates a pulsed microwave while changing the frequency. To do.
また、本発明によるパターンの製造方法にあっては、前記現像後の感光性樹脂膜を加熱処理する工程において、その加熱処理温度が280℃以下であることを特徴とする。 In the pattern manufacturing method according to the present invention, the heat treatment temperature is 280 ° C. or lower in the step of heat-treating the photosensitive resin film after development.
また、本発明による電子部品にあっては、前記パターンの製造方法により得られるパターンの層を、層間絶縁膜層及び/又は表面保護膜層として有することを特徴とする。 The electronic component according to the present invention is characterized in that a layer of a pattern obtained by the pattern manufacturing method is provided as an interlayer insulating film layer and / or a surface protective film layer.
また、本発明による電子部品にあっては、前記電子部品が、磁気抵抗メモリ(MRAM(Magnet Resistive Random Access Memory))であることを特徴とする。 In the electronic component according to the present invention, the electronic component is a magnetoresistive random access memory (MRAM).
従来、感光性樹脂組成物のベース樹脂として用いられているポリベンゾオキサゾール前駆体はパターン形成後に脱水閉環するために350℃前後の高温で硬化を行うが、本発明の感光性樹脂組成物は、280℃以下でも高い脱水閉環率を有する特定の構造単位を含む複数の構造単位を有するポリベンゾオキサゾール感光性樹脂膜をベース樹脂とすることにより、硬化後の膜の物性が高温で硬化したものと遜色ない性能が得られる。従って、より低温で効率的に環化反応や硬化反応が起きる。また、本発明の感光性樹脂組成物は、露光部と未露光部の現像液に対する溶解速度差(溶解コントラスト)が大きく、所望のパターンを形成できる。 Conventionally, the polybenzoxazole precursor used as the base resin of the photosensitive resin composition is cured at a high temperature of about 350 ° C. in order to perform dehydration and ring closure after pattern formation, but the photosensitive resin composition of the present invention is By using a polybenzoxazole photosensitive resin film having a plurality of structural units including a specific structural unit having a high dehydration ring closure rate even at 280 ° C. or lower as a base resin, the physical properties of the cured film are cured at a high temperature. Inferior performance is obtained. Therefore, the cyclization reaction and the curing reaction occur efficiently at a lower temperature. In addition, the photosensitive resin composition of the present invention has a large difference in dissolution rate (dissolution contrast) with respect to the developer between the exposed area and the unexposed area, and can form a desired pattern.
また、本発明のパターンの製造方法によれば、前記組成物の使用により、感度、解像度、接着性に優れ、さらに低温硬化プロセスでも耐熱性に優れ、吸水率の低い、良好な形状のパターンが得られる。
さらに、本発明の電子部品は、良好な形状と接着性、耐熱性に優れたパターンを有し、さらには低温プロセスで硬化できることにより、デバイスへのダメージが避けられ、信頼性の高いものである。またデバイスへのダメージが少ないことから、歩留まりも高いという効果を奏する。
In addition, according to the method for producing a pattern of the present invention, the use of the composition makes it possible to obtain a pattern having a good shape with excellent sensitivity, resolution and adhesiveness, excellent heat resistance even in a low temperature curing process, and low water absorption. can get.
Furthermore, the electronic component of the present invention has a good shape, a pattern excellent in adhesiveness and heat resistance, and can be cured by a low-temperature process, thereby avoiding damage to the device and having high reliability. . In addition, since the damage to the device is small, the yield is high.
以下に、本発明による感光性樹脂組成物、パターンの製造方法及び電子部品の一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, photosensitive resin composition by this invention, the manufacturing method of a pattern, and one Embodiment of an electronic component are described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited by the following embodiment.
[感光性樹脂組成物]
まず、本発明による感光性樹脂組成物について説明する。本発明による感光性樹脂組成物は、(a)一般式(I)で示されるA構造単位とB構造単位とを有してなるポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体と、(b)感光剤と、及び(c)溶剤とを含有する。なお、(a)ポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体、(b)感光剤及び(c)溶剤を、場合によりそれぞれ単に(a)成分、(b)成分及び(c)成分とする。
[Photosensitive resin composition]
First, the photosensitive resin composition according to the present invention will be described. The photosensitive resin composition according to the present invention comprises (a) a copolymer of a polybenzoxazole precursor having an A structural unit and a B structural unit represented by the general formula (I), and (b) a photosensitive agent. And (c) a solvent. In some cases, the copolymer of (a) polybenzoxazole precursor, (b) photosensitizer and (c) solvent are simply referred to as component (a), component (b) and component (c), respectively.
(UV1):炭素数6〜20の脂環構造を含む基、
(UV2)
(UV2)
(UV3):
(UV4):
(UV5):
以下、本発明による感光性樹脂組成物の各成分について説明する。
(UV5):
Hereinafter, each component of the photosensitive resin composition by this invention is demonstrated.
((a)成分:ポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体)
ポリベンゾオキサゾール前駆体は、通常、アルカリ水溶液で現像するので、アルカリ水溶液可溶性であることが好ましい。本発明においては、例えば、前記一般式(I)以外のポリベンゾオキサゾール前駆体の構造、ポリベンゾオキサゾール前駆体ではないポリアミドの構造、ポリベンゾオキサゾールの構造、ポリイミドやポリイミド前駆体(ポリアミド酸やポリアミド酸エステル)の構造を、前記一般式(I)のポリオキサゾール前駆体の構造と共に有していても良い。
((A) component: copolymer of polybenzoxazole precursor)
Since the polybenzoxazole precursor is usually developed with an aqueous alkali solution, it is preferably soluble in the aqueous alkali solution. In the present invention, for example, the structure of a polybenzoxazole precursor other than the general formula (I), the structure of a polyamide that is not a polybenzoxazole precursor, the structure of a polybenzoxazole, a polyimide or a polyimide precursor (polyamide acid or polyamide) Acid ester) structure together with the structure of the polyoxazole precursor of the general formula (I).
なお、アルカリ水溶液とは、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、金属水酸化物水溶液、有機アミン水溶液等のアルカリ性の溶液である。ポリオキサゾール前駆体の構造、即ち、一般式(I)で表されるヒドロキシ基を含有するアミドユニットは、最終的には硬化時の脱水閉環により、耐熱性、機械特性、電気特性に優れるオキサゾール体に変換される。 In addition, alkaline aqueous solution is alkaline solutions, such as tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, metal hydroxide aqueous solution, and organic amine aqueous solution. The structure of the polyoxazole precursor, that is, the amide unit containing the hydroxy group represented by the general formula (I) is finally excellent in heat resistance, mechanical properties, and electrical properties due to dehydration and ring closure at the time of curing. Is converted to
本発明に用いる一般式(I)で表されるA構造単位とB構造単位を含むポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体において、一般式(I)中、U, V, W, Xは2価の有機基を示し、UとWが異なる基であるかVとXが異なる基であるか又はこれらのUとW及びVとXの双方とも異なる基である。また、j及びkはそれぞれA構造単位及びB構造単位のモル分率を示し、j及びkの和は100モル%であり、jが1〜99モル%、kが1〜99モル%であることが好ましい。また、jとkとのモル分率は、j=5〜85モル%、k=15〜95モル%であることが、パターン性、機械特性、耐熱性、耐薬品性の点でより好ましい。 In the copolymer of polybenzoxazole precursor containing A structural unit and B structural unit represented by general formula (I) used in the present invention, U, V, W, and X are divalent in general formula (I). Wherein U and W are different groups, V and X are different groups, or both U and W and V and X are different groups. Moreover, j and k show the mole fraction of A structural unit and B structural unit, respectively, and the sum of j and k is 100 mol%, j is 1-99 mol%, k is 1-99 mol%. It is preferable. The molar fraction of j and k is more preferably j = 5 to 85 mol% and k = 15 to 95 mol% in terms of patternability, mechanical properties, heat resistance, and chemical resistance.
(a)成分のポリベンゾオキサゾール前駆体の脱水閉環率は、その塗膜を120℃で3分間乾燥して得た膜、200℃で1時間又は350℃で1時間加熱して得た膜の加熱硬化時の赤外吸収スペクトルを測定し、1540cm-1付近のC−N伸縮振動に起因するピークの吸光度から算出したものである。280℃以下の低温硬化プロセスにおいて、一般式(I)で示されるA構造単位及びB構造単位からなるポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体におけるA構造単位ポリベンゾオキサゾール前駆体の脱水閉環率は、30%以上であることが感光性樹脂組成物の耐熱性、低吸水性の点で好ましい。 The dehydration ring closure rate of the polybenzoxazole precursor of component (a) is as follows: a film obtained by drying the coating film at 120 ° C. for 3 minutes, a film obtained by heating at 200 ° C. for 1 hour or 350 ° C. for 1 hour. The infrared absorption spectrum at the time of heat curing was measured and calculated from the absorbance of the peak due to the CN stretching vibration in the vicinity of 1540 cm −1 . In the low-temperature curing process at 280 ° C. or lower, the dehydration cyclization rate of the A structural unit polybenzoxazole precursor in the copolymer of the polybenzoxazole precursor composed of the A structural unit and the B structural unit represented by the general formula (I) is: It is preferably 30% or more from the viewpoint of heat resistance and low water absorption of the photosensitive resin composition.
本発明で用いるポリベンゾオキサゾール前駆体は、前記一般式(I)で表される、二つの構造単位を有するが、そのアルカリ水溶液に対する可溶性は、U及びWに結合するベンゼン環に結合するOH基(一般にはフェノール性水酸基)に由来するため、前記OH基を含有するアミドユニットが、ある割合以上含まれていることが好ましい。 The polybenzoxazole precursor used in the present invention has two structural units represented by the above general formula (I), but its solubility in an aqueous alkali solution is an OH group bonded to a benzene ring bonded to U and W. Since it is derived from (generally a phenolic hydroxyl group), the amide unit containing the OH group is preferably contained in a certain proportion or more.
例えば、下記一般式(XIII)で表されるポリイミド前駆体であることが好ましい。
この一般式(XIII)中、U, V, W, X, Y, Zは2価の有機基を示す。j、k及びlは、それぞれの繰り返し単位のモル分率を示し、jとkとlの和は100モル%であり、jとkの和は60〜100モル%、lが40〜0モル%であることが好ましい。さらに、jとkとlのモル分率は、j+k=80〜100モル%、l=20〜0モル%であることがより好ましい。この場合も、j及びkについては一般式(I)の場合と同様に、j及びkの和を100モル%と計算して、jが1〜99モル%、kが1〜99モル%であることが好ましく、j=5〜85モル%、k=15〜95モル%であることがより好ましい。 In this general formula (XIII), U, V, W, X, Y, Z represent a divalent organic group. j, k and l represent the mole fraction of each repeating unit, the sum of j, k and l is 100 mol%, the sum of j and k is 60 to 100 mol%, and l is 40 to 0 mol. % Is preferred. Further, the molar fraction of j, k, and l is more preferably j + k = 80 to 100 mol%, and l = 20 to 0 mol%. In this case, as in the case of the general formula (I) for j and k, the sum of j and k is calculated as 100 mol%, j is 1 to 99 mol%, k is 1 to 99 mol%. It is preferable that j = 5 to 85 mol%, and k = 15 to 95 mol% is more preferable.
(a)成分の分子量は、重量平均分子量で3,000〜200,000が好ましく、5,000〜100,000がより好ましい。ここで分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定し、標準ポリスチレン検量線より換算して得た値である。 The molecular weight of the component (a) is preferably 3,000 to 200,000, more preferably 5,000 to 100,000 in terms of weight average molecular weight. Here, the molecular weight is a value obtained by measuring by a gel permeation chromatography method and converting from a standard polystyrene calibration curve.
本発明におけるポリベンゾオキサゾール前駆体の製造方法に特に制限はなく、例えば上記一般式(I)で表される繰り返し単位を有するポリベンゾオキサゾール前駆体は、一般的にジカルボン酸誘導体とヒドロキシ基含有ジアミン類とから合成できる。具体的には、ジカルボン酸誘導体をジハライド誘導体に変換後、前記ジアミン類との反応を行うことにより合成できる。ジハライド誘導体としては、ジクロリド誘導体が好ましい。 There is no particular limitation on the method for producing the polybenzoxazole precursor in the present invention. For example, the polybenzoxazole precursor having a repeating unit represented by the general formula (I) is generally a dicarboxylic acid derivative and a hydroxy group-containing diamine. Can be synthesized. Specifically, it can be synthesized by converting a dicarboxylic acid derivative into a dihalide derivative and then reacting with the diamines. As the dihalide derivative, a dichloride derivative is preferable.
ジクロリド誘導体は、ジカルボン酸誘導体にハロゲン化剤を作用させて合成することができる。ハロゲン化剤としては通常のカルボン酸の酸クロリド化反応に使用される、塩化チオニル、塩化ホスホリル、オキシ塩化リン、五塩化リン等が使用できる。 The dichloride derivative can be synthesized by reacting a dicarboxylic acid derivative with a halogenating agent. As the halogenating agent, thionyl chloride, phosphoryl chloride, phosphorus oxychloride, phosphorus pentachloride, etc., which are used in the usual acid chlorideation reaction of carboxylic acid can be used.
ジクロリド誘導体を合成する方法としては、ジカルボン酸誘導体と上記ハロゲン化剤を溶媒中で反応させるか、過剰のハロゲン化剤中で反応を行った後、過剰分を留去する方法で合成できる。反応溶媒としは、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチル−2−ピリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、トルエン、ベンゼン等が使用できる。 As a method of synthesizing the dichloride derivative, it can be synthesized by reacting the dicarboxylic acid derivative and the halogenating agent in a solvent, or reacting in an excess halogenating agent and then distilling off the excess. As the reaction solvent, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyridone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, toluene, benzene and the like can be used.
これらのハロゲン化剤の使用量は、溶媒中で反応させる場合は、ジカルボン酸誘導体1モルに対して、1.5〜3.0モルが好ましく、1.7〜2.5モルがより好ましく、ハロゲン化剤中で反応させる場合は、4.0〜50モルが好ましく、5.0〜20モルがより好ましい。反応温度は、−10〜70℃が好ましく、0〜20℃がより好ましい。 The amount of these halogenating agents used is preferably 1.5 to 3.0 mol, more preferably 1.7 to 2.5 mol, relative to 1 mol of the dicarboxylic acid derivative when reacted in a solvent. When making it react in a halogenating agent, 4.0-50 mol is preferable and 5.0-20 mol is more preferable. The reaction temperature is preferably -10 to 70 ° C, more preferably 0 to 20 ° C.
ジクロリド誘導体とジアミン類との反応は、脱ハロゲン化水素剤の存在下に、有機溶媒中で行うことが好ましい。脱ハロゲン化水素剤としては、通常、ピリジン、トリエチルアミン等の有機塩基が使用される。また、有機溶媒としは、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチル−2−ピリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等が使用できる。反応温度は、−10〜30℃が好ましく、0〜20℃がより好ましい。 The reaction between the dichloride derivative and the diamine is preferably performed in an organic solvent in the presence of a dehydrohalogenating agent. As the dehydrohalogenating agent, organic bases such as pyridine and triethylamine are usually used. As the organic solvent, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyridone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide and the like can be used. The reaction temperature is preferably −10 to 30 ° C., more preferably 0 to 20 ° C.
以下、一般式(I)についてさらに詳述する。
まず、一般式(I)中、Uとして好ましい基について説明する。一般式(I)中、U及びVの少なくとも一方は、上記一般式(UV1)〜(UV5)で表される構造を含む基のいずれかである。(UV1):炭素数6〜20の脂環構造を含む基は、一般式(I)において、UとしてもU,Vの代わりにV1, V2として存在していても良い。
Hereinafter, the general formula (I) will be further described in detail.
First, a preferable group as U in general formula (I) will be described. In general formula (I), at least one of U and V is any of the groups including the structures represented by general formulas (UV1) to (UV5). (UV1): The group containing an alicyclic structure having 6 to 20 carbon atoms may be present as V 1 or V 2 in place of U or V in U.
また、一般式(I)中、U及びVの少なくとも一方が、以下の一般式(II)、(III)、(IV)又は(V)で表される、炭素数6〜20の脂環構造を含む2価の有機基であることが好ましい。 In addition, in general formula (I), at least one of U and V is represented by the following general formula (II), (III), (IV) or (V). A divalent organic group containing is preferable.
脂環構造の骨格を含む基として、上記一般式(II)、(III)、(IV)又は(V)で表される脂環式構造やアダマンタン構造を含む基であると、耐熱性、紫外及び可視光量域での透明性を有し、280℃の以下での脱水閉環率が高い点で優れるので好ましい。
アダマンタン構造を含む基としては、下記の一般式(VI)又は(VII)で表される基が好ましい。
As a group containing an alicyclic structure skeleton, a group containing an alicyclic structure or an adamantane structure represented by the above general formula (II), (III), (IV) or (V), heat resistance, ultraviolet In addition, it has transparency in the visible light amount range, and is preferable because it is excellent in terms of a high dehydration ring closure rate at 280 ° C. or lower.
The group containing an adamantane structure is preferably a group represented by the following general formula (VI) or (VII).
また、(UV4)として記載した基(好ましくは下記の一般式(XI)で表される基、例えばアルキレン基やアルキリデン基)も、Uの構造として有すると、耐熱性、紫外及び可視光量域での透明性を有し、280℃の以下での脱水閉環率が高い点で優れる。 In addition, when a group described as (UV4) (preferably a group represented by the following general formula (XI), for example, an alkylene group or an alkylidene group) is included as a structure of U, in the heat resistance, ultraviolet, and visible light range. It is excellent in that it has a high degree of dehydration ring closure at 280 ° C. or less.
上記一般式(I)で表される繰り返し単位を有するポリベンゾオキサゾール前駆体を合成する際に使用するジアミン類としては、例えば下記の一般式(XIV)に示す化合物が挙げられる。 Examples of diamines used when synthesizing a polybenzoxazole precursor having a repeating unit represented by the general formula (I) include compounds represented by the following general formula (XIV).
次に、上記一般式(I)のB構造単位において、2価の有機基であるWを含むジアミン類としては、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、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−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)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン等芳香族系のジアミン類が好ましいものとして挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのジアミン類は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Next, as the diamine containing W which is a divalent organic group in the B structural unit of the general formula (I), 3,3′-diamino-4,4′-dihydroxybiphenyl, 4,4′- Diamino-3,3′-dihydroxybiphenyl, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) sulfone, 2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) ) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 2,2-bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, etc. Aromatic diamines are preferred, but are not limited thereto. These diamines can be used alone or in combination of two or more.
一方、一般式(I)においてVで表される2価の有機基とは、一般に、ジアミンと反応してポリアミド構造を形成する、ジカルボン酸の残基である。
本発明においてVとしては、上記(UV1)炭素数6〜20の脂環の骨格を含む基が挙げられ、具体的には、上記一般式(II)、(III)、(IV)又は(V)で表される脂環式構造、上記一般式(VI)又は(VII)で表されるアダマンタン構造が挙げられる。
On the other hand, the divalent organic group represented by V in the general formula (I) is generally a dicarboxylic acid residue that reacts with a diamine to form a polyamide structure.
In the present invention, examples of V include a group containing the above (UV1) alicyclic skeleton having 6 to 20 carbon atoms, and specifically, the general formula (II), (III), (IV) or (V And an adamantane structure represented by the above general formula (VI) or (VII).
また、上記(UV2)、(UV3)、(UV5)として記載した基もVとして有効である。
具体的には、以下に示す一般式(VIII)、(IX)又は(X)で表される構造の化合物が、耐熱性、紫外及び可視光量域での高い透明性を有し、280℃以下での脱水閉環率が高い点で優れる。
The groups described as (UV2), (UV3) and (UV5) are also effective as V.
Specifically, a compound having a structure represented by the following general formula (VIII), (IX) or (X) has heat resistance, high transparency in the ultraviolet and visible light range, and 280 ° C. or less. It is excellent in that the dehydration ring closure rate is high.
このようなジカルボン類として、一般式(II)又は(III)又は(IV)又は(V)で表される脂環式構造、一般式(VI)又は(VII)で表されるアダマンタン構造を有するものとしては、次の一般式(XV)に示す化合物が掲げられる。 Such dicarboxylic acids have an alicyclic structure represented by general formula (II) or (III) or (IV) or (V), and an adamantane structure represented by general formula (VI) or (VII). Examples thereof include compounds represented by the following general formula (XV).
その他の脂環構造を有するジカルボン酸としては、次の一般式(XVI)に示す化合物等も好ましいものとして挙げられる。 As other dicarboxylic acids having an alicyclic structure, compounds represented by the following general formula (XVI) are also preferred.
また、一般式(VIII)、(IX)又は(X)で表される構造を有するジカルボン酸類としては、次の一般式(XVII)に示す化合物等が好ましいものとして挙げられる。 Further, preferred examples of the dicarboxylic acids having a structure represented by the general formula (VIII), (IX) or (X) include compounds represented by the following general formula (XVII).
上記一般式(XVII)中、Xは次の一般式(XVIII)に示す化合物等が好ましいものとして挙げられる。 In the general formula (XVII), X is preferably a compound represented by the following general formula (XVIII).
上記一般式(I)においてVで表される2価の有機基としては、上記(UV5)のもの、具体的には、次の一般式(XII)で表される構造は、耐熱性、i線透過性、低残存応力を示し好ましい。 The divalent organic group represented by V in the general formula (I) is the one of the above (UV5), specifically, the structure represented by the following general formula (XII) is heat resistant, i It is preferable since it exhibits line permeability and low residual stress.
R38,R43の二価の有機基、R39〜R42の一価の有機基としては、炭素数1〜10の炭化水素基(アルキル基、アルキレン基など)、アルキルエーテル基、フルオロアルキル基、フルオロアルキルエーテル基及びフェニル基等が好ましいものとして挙げられる。繰返し単位数mとしては、1〜100が好ましい。 Examples of the divalent organic group of R 38 and R 43 and the monovalent organic group of R 39 to R 42 include hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms (alkyl group, alkylene group, etc.), alkyl ether groups, and fluoroalkyl groups. Group, fluoroalkyl ether group, phenyl group and the like are preferable. The number m of repeating units is preferably 1 to 100.
B構造単位におけるXのジカルボン酸類としては、イソフタル酸、テレフタル酸、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、4,4'−ジカルボキシビフェニル、4,4'−ジカルボキシジフェニルエーテル、4,4'−ジカルボキシテトラフェニルシラン、ビス(4−カルボキシフェニル)スルホン、2,2−ビス(p−カルボキシフェニル)プロパン、5−tert−ブチルイソフタル酸、5−ブロモイソフタル酸、5−フルオロイソフタル酸、5−クロロイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族系ジカルボン酸が好ましいものとして挙げられる。また、一般式(XIII)におけるZのジカルボン酸としても、これらの例示のものを使用することができる。これらの化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the dicarboxylic acid of X in the B structural unit include isophthalic acid, terephthalic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 4,4′- Dicarboxybiphenyl, 4,4′-dicarboxydiphenyl ether, 4,4′-dicarboxytetraphenylsilane, bis (4-carboxyphenyl) sulfone, 2,2-bis (p-carboxyphenyl) propane, 5-tert- Aromatic dicarboxylic acids such as butylisophthalic acid, 5-bromoisophthalic acid, 5-fluoroisophthalic acid, 5-chloroisophthalic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid are preferred. In addition, as the dicarboxylic acid of Z in the general formula (XIII), those exemplified above can be used. These compounds can be used alone or in combination of two or more.
また、上記一般式(XIII)で示されるポリベンゾオキサゾール前駆体の場合、Yで表される2価の有機基とは、一般に、ジカルボン酸と反応してポリアミド構造を形成する、ジアミン由来(但し上記Uを形成するジヒドロキシジアミン以外)の残基である。Yとしては2価の芳香族基又は脂肪族基が好ましく、炭素原子数としては4〜40のものが好ましく、炭素原子数4〜40の2価の芳香族基がより好ましい。 In the case of the polybenzoxazole precursor represented by the general formula (XIII), the divalent organic group represented by Y is generally derived from a diamine that reacts with a dicarboxylic acid to form a polyamide structure (however, It is a residue other than dihydroxydiamine that forms U. Y is preferably a divalent aromatic group or an aliphatic group. The number of carbon atoms is preferably 4 to 40, and more preferably a divalent aromatic group having 4 to 40 carbon atoms.
このようなジアミン類としては、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、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スルフィド、ベンジシン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−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)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン等の芳香族ジアミン化合物、この他にもシリコーン基の入ったジアミンとして、LP−7100、X−22−161AS、X−22−161A、X−22−161B、X−22−161C及びX−22−161E(いずれも信越化学工業株式会社製、商品名)等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いる。 Examples of such diamines include 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, benzidine, m-phenylenediamine, p. -Phenylenediamine, 1,5-naphthalenediamine, 2,6-naphthalenediamine, bis (4-aminophenoxyphenyl) sulfone, bis (3-aminophenoxyphenyl) sulfone, bis (4-aminophenoxy) biphenyl, bis [4 Examples of aromatic diamine compounds such as-(4-aminophenoxy) phenyl] ether and 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, and other diamines containing a silicone group include LP-7100, X-22 161AS, X-22-161A, X-22-16 1B, X-22-161C, and X-22-161E (all are trade names manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and the like, but are not limited thereto. These compounds are used alone or in combination of two or more.
((b)成分:感光剤)
本発明の感光性樹脂組成物は、上記ポリベンゾオキサゾール前駆体とともに(b)成分である感光剤を含む。感光剤とは、光に反応して、その組成物から形成された膜の現像液に対する機能を有するものである。感光剤に特に制限はないが、光により酸又はラジカルを発生するものであることが好ましい。
((B) component: photosensitive agent)
The photosensitive resin composition of this invention contains the photosensitive agent which is (b) component with the said polybenzoxazole precursor. The photosensitive agent has a function for a developer of a film formed from the composition in response to light. Although there is no restriction | limiting in particular in a photosensitive agent, It is preferable that it generates an acid or a radical by light.
ポジ型の場合は、光により酸を発生するもの(光酸発生剤)であることがより好ましい。光酸発生剤は、ポジ型においては、光の照射により酸を発生し、光の照射部のアルカリ水溶液への可溶性を増大させる機能を有するものである。そのような光酸発生剤としては、o−キノンジアジド化合物、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩などが挙げられる。 In the case of a positive type, it is more preferable that the acid is generated by light (photoacid generator). In the positive type, the photoacid generator has a function of generating an acid by light irradiation and increasing the solubility of the light irradiation portion in an alkaline aqueous solution. Examples of such photoacid generators include o-quinonediazide compounds, aryldiazonium salts, diaryliodonium salts, and triarylsulfonium salts.
また、上記一般式(I)のU,V,X,Yの構造においてアクリロイル基、メタクリロイル基のような光架橋性基を有する基がある場合は、(b)成分としてラジカルを発生するもの、即ち光重合開始剤を用いることで、ネガ型感光性樹脂組成物として用いることができる。これは光の照射による架橋反応によって光の照射部のアルカリ水溶液への可溶性を低下させる機能を有するためである。 In addition, when there is a group having a photocrosslinkable group such as acryloyl group or methacryloyl group in the structure of U, V, X, Y in the above general formula (I), (b) a component that generates a radical, That is, it can be used as a negative photosensitive resin composition by using a photopolymerization initiator. This is because it has a function of reducing the solubility of the light irradiated portion in the alkaline aqueous solution by a crosslinking reaction by light irradiation.
本発明の感光性樹脂組成物において、(b)成分の配合量は、露光部と未露光部の溶解速度差と、感度の許容幅の点から、(a)成分100重量部に対して5〜100重量部が好ましく、8〜40重量部がより好ましい。 In the photosensitive resin composition of the present invention, the blending amount of the component (b) is 5 with respect to 100 parts by weight of the component (a) from the viewpoint of the difference in dissolution rate between the exposed part and the unexposed part and the allowable range of sensitivity. -100 weight part is preferable, and 8-40 weight part is more preferable.
((c)成分:溶剤)
本発明に使用される(c)成分である溶剤としては、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アセテート、酢酸ベンジル、n−ブチルアセテート、エトキシエチルプロピオネート、3−メチルメトキシプロピオネート、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリルアミド、テトラメチレンスルホン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジエチルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン等が挙げられる。
これらの溶剤は単独で又は2種以上併用して用いることができる。また、使用する溶剤の量は特に制限はないが、一般に組成物中溶剤の割合が20〜90重量%となるように調整されることが好ましい。
((C) component: solvent)
Examples of the solvent (c) used in the present invention include γ-butyrolactone, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, benzyl acetate, n-butyl acetate, ethoxyethyl propionate, and 3-methylmethoxypropionate. N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphorylamide, tetramethylene sulfone, cyclohexanone, cyclopentanone, diethyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone Etc.
These solvents can be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent to be used is not particularly limited, but generally it is preferably adjusted so that the ratio of the solvent in the composition is 20 to 90% by weight.
((d)成分:熱酸発生剤)
本発明において、(d)成分として加熱により酸を発生する熱酸発生剤(熱潜在酸発生剤)を使用することができる。熱酸発生剤を使用すると、ポリベンゾオキサゾール前駆体のフェノール性水酸基含有ポリアミド構造が脱水反応を起こして環化する際の触媒として効率的に働くので好ましい。また、本発明の約280℃の以下での脱水閉環率が高い特定の樹脂と熱酸発生剤とを併用することにより、脱水環化反応をさらに低温化できるので、低温での硬化でも硬化後の膜の物性が、高温で硬化したものと遜色ない性能が得られる。
((D) component: thermal acid generator)
In the present invention, a thermal acid generator (thermal latent acid generator) that generates an acid by heating can be used as the component (d). The use of a thermal acid generator is preferable because the polybenzoxazole precursor, which is a phenolic hydroxyl group-containing polyamide structure, efficiently functions as a catalyst for causing a dehydration reaction and cyclization. In addition, since the dehydration cyclization reaction can be further lowered by using a specific resin having a high dehydration ring closure rate of about 280 ° C. or less and a thermal acid generator according to the present invention, it can be cured even at low temperature. The physical properties of this film are comparable to those cured at high temperatures.
上記熱酸発生剤から発生する酸としては、強酸が好ましく、具体的には、例えば、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸のようなアリールスルホン酸、カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸のようなパーフルオロアルキルスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ブタンスルホン酸のようなアルキルスルホン酸等が好ましい。これらの酸は、ポリベンゾオキサゾール前駆体のフェノール性水酸基含有ポリアミド構造が脱水反応を起こして環化する際の触媒として効率的に働く。これに対して、塩酸、臭素酸、ヨウ素酸や硝酸が出るような酸発生剤では、発生した酸の酸性度が弱く、さらに加熱で揮発し易いこともあって、ポリベンゾオキサゾール前駆体の環化脱水反応には殆ど関与しないと考えられ、本発明の十分な効果が得られにくい。 The acid generated from the thermal acid generator is preferably a strong acid. Specifically, for example, p-toluenesulfonic acid, arylsulfonic acid such as benzenesulfonic acid, camphorsulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, nonafluoro Perfluoroalkylsulfonic acid such as butanesulfonic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, alkylsulfonic acid such as butanesulfonic acid, and the like are preferable. These acids efficiently act as a catalyst when the polybenzoxazole precursor phenolic hydroxyl group-containing polyamide structure undergoes a dehydration reaction and cyclizes. In contrast, acid generators that generate hydrochloric acid, bromic acid, iodic acid, or nitric acid have weak acidity and are likely to volatilize when heated. It is considered that it is hardly involved in the dehydration reaction, and it is difficult to obtain a sufficient effect of the present invention.
これらの酸は、熱酸発生剤として、オニウム塩としての塩の形やイミドスルホナートのような共有結合の形で本発明の感光性樹脂組成物に添加される。
上記オニウム塩としては、例えば、ジフェニルヨードニウム塩のようなジアリールヨードニウム塩、ジ(t−ブチルフェニル)ヨードニウム塩のようなジ(アルキルアリール)ヨードニウム塩、トリメチルスルホニウム塩のようなトリアルキルスルホニウム塩、ジメチルフェニルスルホニウム塩のようなジアルキルモノアリールスルホニウム塩、ジフェニルメチルスルホニウム塩のようなジアリールモノアルキルヨードニウム塩等が好ましい。これらは、分解開始温度が150〜250℃の範囲にあり、280℃以下でのポリベンゾオキサゾール前駆体の環化脱水反応に際して効率的に分解するためである。これに対してトリフェニルスルホニウム塩は、本発明の熱酸発生剤としては望ましくない。トリフェニルスルホニウム塩は熱安定性が高く、一般に分解温度が300℃を超えているため、280℃以下でのポリベンゾオキサゾール前駆体の環化脱水反応に際しては分解が起きず、環化脱水の触媒としては十分に働かないと考えられるためである。
These acids are added to the photosensitive resin composition of the present invention as a thermal acid generator in the form of a salt as an onium salt or in the form of a covalent bond such as imide sulfonate.
Examples of the onium salt include diaryliodonium salts such as diphenyliodonium salt, di (alkylaryl) iodonium salts such as di (t-butylphenyl) iodonium salt, trialkylsulfonium salts such as trimethylsulfonium salt, dimethyl A dialkyl monoarylsulfonium salt such as a phenylsulfonium salt, a diarylmonoalkyliodonium salt such as a diphenylmethylsulfonium salt, and the like are preferable. This is because the decomposition start temperature is in the range of 150 to 250 ° C., and the polybenzoxazole precursor is efficiently decomposed during the cyclization dehydration reaction at 280 ° C. or less. On the other hand, triphenylsulfonium salt is not desirable as the thermal acid generator of the present invention. Since triphenylsulfonium salt has high thermal stability and generally has a decomposition temperature exceeding 300 ° C., no decomposition occurs during the cyclization dehydration reaction of the polybenzoxazole precursor at 280 ° C. or less, and a catalyst for cyclization dehydration. It is because it is thought that it does not work enough.
以上の点から、オニウム塩としての熱酸発生剤としては、例えば、アリールスルホン酸、カンファースルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸又はアルキルスルホン酸のジアリールヨードニウム塩、ジ(アルキルアリール)ヨードニウム塩、トリアルキルスルホニウム塩、ジアルキルモノアリールスルホニウム塩又はジアリールモノアルキルヨードニウム塩が保存安定性、現像性の点から好ましい。さらに具体的には、パラトルエンスルホン酸のジ(t−ブチルフェニル)ヨードニウム塩(1%重量減少温度180℃、5%重量減少温度185℃)、トリフルオロメタンスルホン酸のジ(t−ブチルフェニル)ヨードニウム塩(1%重量減少温度151℃、5%重量減少温度173℃)、トリフルオロメタンスルホン酸のトリメチルスルホニウム塩(1%重量減少温度255℃、5%重量減少温度278℃)、トリフルオロメタンスルホン酸のジメチルフェニルスルホニウム塩(1%重量減少温度186℃、5%重量減少温度214℃)、トリフルオロメタンスルホン酸のジフェニルメチルスルホニウム塩(1%重量減少温度154℃、5%重量減少温度179℃)、ノナフルオロブタンスルホン酸のジ(t−ブチルフェニル)ヨードニウム塩、カンファースルホン酸のジフェニルヨードニウム塩、エタンスルホン酸のジフェニルヨードニウム塩、ベンゼンスルホン酸のジメチルフェニルスルホニウム塩、トルエンスルホン酸のジフェニルメチルスルホニウム塩等を好ましいものとして挙げることができる。 In view of the above, the thermal acid generator as the onium salt includes, for example, arylsulfonic acid, camphorsulfonic acid, perfluoroalkylsulfonic acid or diaryliodonium salt of alkylsulfonic acid, di (alkylaryl) iodonium salt, trialkyl A sulfonium salt, a dialkyl monoaryl sulfonium salt or a diaryl monoalkyl iodonium salt is preferred from the viewpoint of storage stability and developability. More specifically, di (t-butylphenyl) iodonium salt of paratoluenesulfonic acid (1% weight reduction temperature 180 ° C., 5% weight reduction temperature 185 ° C.), di (t-butylphenyl) trifluoromethanesulfonic acid Iodonium salt (1% weight loss temperature 151 ° C, 5% weight loss temperature 173 ° C), trimethylsulfonium salt of trifluoromethanesulfonic acid (1% weight loss temperature 255 ° C, 5% weight loss temperature 278 ° C), trifluoromethanesulfonic acid Dimethylphenylsulfonium salt (1% weight loss temperature 186 ° C., 5% weight loss temperature 214 ° C.), diphenylmethylsulfonium salt of trifluoromethanesulfonic acid (1% weight loss temperature 154 ° C., 5% weight loss temperature 179 ° C.), Nonafluorobutanesulfonic acid di (t-butylphenyl) iodoni Can be mentioned salts, diphenyliodonium salts of camphorsulfonic acid, diphenyliodonium salt of ethanesulfonic acid, dimethylphenyl sulfonium salt of benzenesulfonic acid, as preferred diphenyl methyl sulfonium salts of toluenesulfonic acid and the like.
また、イミドスルホナートとしては、ナフトイルイミドスルホナートが望ましい。これに対して、フタルイミドスルホナートは、熱安定性が悪いために、硬化反応よりも前に酸が出て、保存安定性等を劣化させるので望ましくない。ナフトイルイミドスルホナートの具体例としては、例えば、1,8−ナフトイルイミドトリフルオロメチルスルホナート(1%重量減少温度189℃、5%重量減少温度227℃)、2,3−ナフトイルイミドトリフルオロメチルスルホナート(1%重量減少温度185℃、5%重量減少温度216℃)などを好ましいものとして挙げることができる。 As the imide sulfonate, naphthoyl imide sulfonate is desirable. On the other hand, phthalimide sulfonate is not desirable because it has poor thermal stability, so that an acid is generated before the curing reaction and deteriorates storage stability. Specific examples of naphthoylimide sulfonate include 1,8-naphthoylimide trifluoromethylsulfonate (1% weight loss temperature 189 ° C., 5% weight loss temperature 227 ° C.), 2,3-naphthoylimide Trifluoromethylsulfonate (1% weight loss temperature 185 ° C., 5% weight loss temperature 216 ° C.) and the like can be mentioned as preferable examples.
また、上記(d)成分として、下記の化学式(XIX)に示すように、R1R2C=N−O−SO2−Rの構造を持つ化合物(1%重量減少温度204℃、5%重量減少温度235℃)を用いることもできる。ここで、Rとしては、例えば、p−メチルフェニル基、フェニル基等のアリール基、メチル基、エチル基、イソプロピル基等のアルキル基、トリフルオロメチル基、ノナフルオロブチル基等のパーフルオロアルキル基などが挙げられる。また、R1としてはシアノ基、R2としては例えばメトキシフェニル基、フェニル基等が挙げられる。 As the component (d), as shown in the following chemical formula (XIX), a compound having a structure of R 1 R 2 C═N—O—SO 2 —R (1% weight loss temperature 204 ° C., 5% A weight reduction temperature of 235 ° C.) can also be used. Here, as R, for example, an aryl group such as a p-methylphenyl group and a phenyl group, an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group and an isopropyl group, a perfluoroalkyl group such as a trifluoromethyl group and a nonafluorobutyl group Etc. R 1 may be a cyano group, and R 2 may be, for example, a methoxyphenyl group or a phenyl group.
また、本発明で用いる(d)成分としては、オニウム塩以外の強酸と塩基から形成された塩を用いることもできる。このような強酸としては、例えば、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸のようなアリールスルホン酸、カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸のようなパーフルオロアルキルスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ブタンスルホン酸のようなアルキルスルホン酸が好ましい。塩基としては、例えば、ピリジン、2,4,6−トリメチルピリジンのようなアルキルピリジン、2−クロロ−N−メチルピリジンのようなN−アルキルピリジン、ハロゲン化−N−アルキルピリジン等が好ましい。 In addition, as the component (d) used in the present invention, a salt formed from a strong acid other than an onium salt and a base can also be used. Examples of such strong acids include arylsulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid and benzenesulfonic acid, perfluoroalkylsulfonic acids such as camphorsulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and nonafluorobutanesulfonic acid, and methanesulfone. Alkyl sulfonic acids such as acids, ethane sulfonic acids, butane sulfonic acids are preferred. As the base, for example, pyridine, alkylpyridine such as 2,4,6-trimethylpyridine, N-alkylpyridine such as 2-chloro-N-methylpyridine, halogenated-N-alkylpyridine and the like are preferable.
さらに具体的には、p−トルエンスルホン酸のピリジン塩(1%重量減少温度147℃、5%重量減少温度190℃)、p−トルエンスルホン酸のL−アスパラギン酸ジベンジルエステル塩(1%重量減少温度202℃、5%重量減少温度218℃)、p−トルエンスルホン酸の2,4,6−トリメチルピリジン塩、p−トルエンスルホン酸の1,4−ジメチルピリジン塩などが保存安定性、現像性の点から好ましいものとして挙げられる。これらも280℃以下でのポリベンゾオキサゾール前駆体の環化脱水反応に際して分解し、触媒として働くことができる。 More specifically, p-toluenesulfonic acid pyridine salt (1% weight loss temperature 147 ° C., 5% weight reduction temperature 190 ° C.), p-toluenesulfonic acid L-aspartic acid dibenzyl ester salt (1% weight) Decrease temperature 202 ° C, 5% weight loss temperature 218 ° C), 2,4,6-trimethylpyridine salt of p-toluenesulfonic acid, 1,4-dimethylpyridine salt of p-toluenesulfonic acid, etc., storage stability, development It is mentioned as a preferable thing from the point of property. These are also decomposed during the cyclization dehydration reaction of the polybenzoxazole precursor at 280 ° C. or less, and can act as a catalyst.
(d)成分の配合量は、(a)成分100重量部に対して0.1〜30重量部が好ましく、0.2〜20重量部がより好ましく、0.5〜10重量部がさらに好ましい。 Component (d) is preferably blended in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 0.2 to 20 parts by weight, and even more preferably 0.5 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of component (a). .
[その他の成分]
本発明による感光性樹脂組成物において、上記(a)〜(d)成分に加えて、(1)溶解促進剤、(2)溶解阻害剤、(3)密着性付与剤、(4)界面活性剤又はレベリング剤などの成分を配合しても良い。
[Other ingredients]
In the photosensitive resin composition according to the present invention, in addition to the components (a) to (d), (1) a dissolution accelerator, (2) a dissolution inhibitor, (3) an adhesion promoter, and (4) a surface activity. You may mix | blend components, such as an agent or a leveling agent.
((1)溶解促進剤)
本発明においては、さらに(a)成分のアルカリ水溶液に対する溶解性を促進させる溶解促進剤、例えばフェノール性水酸基を有する化合物を含有させることができる。フェノール性水酸基を有する化合物は、これを加えることでアルカリ水溶液を用いて現像する際に露光部の溶解速度が増加し感度が上がり、また、パターン形成後の膜の硬化時に、膜の溶融を防ぐことができる。
((1) dissolution promoter)
In the present invention, a solubility promoter that promotes the solubility of the component (a) in an alkaline aqueous solution, for example, a compound having a phenolic hydroxyl group can be contained. When a compound having a phenolic hydroxyl group is added, the dissolution rate of the exposed area increases when developing with an aqueous alkaline solution, and the sensitivity increases, and the film is prevented from melting when the film is cured after pattern formation. be able to.
本発明に使用することのできるフェノール性水酸基を有する化合物に特に制限はないが、分子量が大きくなると露光部の溶解促進効果が小さくなるので、一般に分子量が1,500以下の化合物が好ましい。例えば下記の一般式(XXI)に挙げられるものが、露光部の溶解促進効果と膜の硬化時の溶融を防止する効果のバランスに優れ特に好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the compound which has a phenolic hydroxyl group which can be used for this invention, Since the melt | dissolution promotion effect of an exposure part will become small when molecular weight becomes large, a compound with a molecular weight of 1,500 or less is generally preferable. For example, the compounds represented by the following general formula (XXI) are particularly preferable because they are excellent in the balance between the effect of promoting the dissolution of the exposed portion and the effect of preventing the melting of the film during curing.
フェノール性水酸基を有する化合物の成分の配合量は、現像時間と、未露光部残膜率の許容幅の点から、(a)成分100重量部に対して1〜30重量部が好ましく、3〜25重量部がより好ましい。 The compounding amount of the compound having a phenolic hydroxyl group is preferably 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the component (a) from the viewpoint of development time and the allowable width of the unexposed part remaining film ratio. More preferred is 25 parts by weight.
((2)溶解阻害剤)
本発明においては、さらに(a)成分のアルカリ水溶液に対する溶解性を阻害する化合物である溶解阻害剤を含有させることができる。具体的には、ジフェニルヨードニウムニトラート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムニトラート、ジフェニルヨードニウムブロマイド、ジフェニルヨードニウムクロリド、ジフェニルヨードニウムヨーダイト等である。
((2) dissolution inhibitor)
In the present invention, a dissolution inhibitor that is a compound that inhibits the solubility of the component (a) in an alkaline aqueous solution can be further contained. Specific examples include diphenyliodonium nitrate, bis (p-tert-butylphenyl) iodonium nitrate, diphenyliodonium bromide, diphenyliodonium chloride, and diphenyliodonium iodide.
これらは、発生する酸が揮発し易いこともあり、ポリベンゾオキサゾール前駆体の環化脱水反応には関与しない。しかし、効果的に溶解阻害を起こし、残膜厚や現像時間をコントロールするのに役立つ。溶解阻害剤の配合量は、感度と現像時間の許容幅の点から、(a)成分100重量部に対して0.01〜50重量部が好ましく、0.01〜30重量部がより好ましく、0.1〜20重量部がさらに好ましい。 These may not easily participate in the cyclization dehydration reaction of the polybenzoxazole precursor because the generated acid is likely to volatilize. However, it effectively inhibits dissolution and helps to control the remaining film thickness and development time. The blending amount of the dissolution inhibitor is preferably 0.01 to 50 parts by weight, more preferably 0.01 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the component (a), from the viewpoint of sensitivity and an allowable range of development time. 0.1-20 weight part is further more preferable.
((3)密着性付与剤)
本発明による感光性樹脂組成物は、硬化膜の基板との接着性を高めるために、有機シラン化合物、アルミキレート化合物等の密着性付与剤を含むことができる。
有機シラン化合物としては、例えば、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、尿素プロピルトリエトキシシラン、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、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、フェニルシラントリオール、1,4−ビス(トリヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(メチルジヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(エチルジヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(プロピルジヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(ブチルジヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(ジメチルヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(ジエチルヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(ジプロピルヒドロキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(ジブチルヒドロキシシリル)ベンゼン等が挙げられる。アルミキレート化合物としては、例えば、トリス(アセチルアセトネート)アルミニウム、アセチルアセテートアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。
((3) Adhesion imparting agent)
The photosensitive resin composition according to the present invention can contain an adhesion-imparting agent such as an organic silane compound or an aluminum chelate compound in order to enhance the adhesion of the cured film to the substrate.
Examples of the organic silane compound include vinyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, urea propyltriethoxysilane, methylphenylsilanediol, ethylphenylsilanediol, n- Propylphenylsilanediol, isopropylphenylsilanediol, n-butylphenylsilanediol, isobutylphenylsilanediol, tert-butylphenylsilanediol, diphenylsilanediol, ethylmethylphenylsilanol, n-propylmethylphenylsilanol, isopropylmethylphenylsilanol, n-butylmethylphenylsilanol, isobutylmethylphenylsilanol, tert-butylmethylphenylsilanol Ethyl n-propylphenylsilanol, ethylisopropylphenylsilanol, n-butylethylphenylsilanol, isobutylethylphenylsilanol, tert-butylethylphenylsilanol, methyldiphenylsilanol, ethyldiphenylsilanol, n-propyldiphenylsilanol, isopropyldiphenylsilanol, n-butyldiphenylsilanol, isobutyldiphenylsilanol, tert-butyldiphenylsilanol, phenylsilanetriol, 1,4-bis (trihydroxysilyl) benzene, 1,4-bis (methyldihydroxysilyl) benzene, 1,4-bis ( Ethyldihydroxysilyl) benzene, 1,4-bis (propyldihydroxysilyl) benzene, 1,4-bis (butyldihi Loxysilyl) benzene, 1,4-bis (dimethylhydroxysilyl) benzene, 1,4-bis (diethylhydroxysilyl) benzene, 1,4-bis (dipropylhydroxysilyl) benzene, 1,4-bis (dibutylhydroxysilyl) ) Benzene and the like. Examples of the aluminum chelate compound include tris (acetylacetonate) aluminum, acetylacetate aluminum diisopropylate, and the like.
これらの密着性付与剤を用いる場合、その配合量は、(a)成分100重量部に対して、0.1〜30重量部が好ましく、0.5〜20重量部がより好ましい。 When using these adhesiveness imparting agents, the blending amount is preferably 0.1 to 30 parts by weight, and more preferably 0.5 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of component (a).
((4)界面活性剤又はレベリング剤)
また、本発明による感光性樹脂組成物は、塗布性、例えばストリエーション(膜厚のムラ)を防いだり、現像性を向上させたりするために、適当な界面活性剤又はレベリング剤を添加することができる。
このような界面活性剤又はレベリング剤としては、例えば、ポリオキシエチレンウラリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル等があり、市販品としては、メガファックスF171、F173、R−08(大日本インキ化学工業株式会社製商品名)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム株式会社製商品名)、オルガノシロキサンポリマーKP341、KBM303、KBM403、KBM803(信越化学工業株式会社製商品名)等が挙げられる。
((4) Surfactant or leveling agent)
Further, the photosensitive resin composition according to the present invention may be added with an appropriate surfactant or leveling agent in order to prevent coatability, for example, striation (film thickness unevenness) or improve developability. Can do.
Examples of such surfactants or leveling agents include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, and the like, and Megafax F171 is a commercially available product. F173, R-08 (trade name, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), Florard FC430, FC431 (trade name, manufactured by Sumitomo 3M), organosiloxane polymers KP341, KBM303, KBM403, KBM803 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) Product name).
[パターンの製造方法]
次に、本発明によるパターンの製造方法について説明する。本発明のパターンの製造方法は、上述した感光性樹脂組成物を支持基板上に塗布し乾燥する工程と、前記乾燥工程により得られた感光性樹脂膜を所定のパターンに露光する工程と、前記露光後の感光性樹脂膜を現像する工程と、及び前記現像後の感光性樹脂膜を加熱処理する工程とを経て、ポリベンゾオキサゾールのパターンとすることができる。以下、各工程について説明する。
[Pattern manufacturing method]
Next, a pattern manufacturing method according to the present invention will be described. The method for producing a pattern of the present invention includes a step of applying the above-described photosensitive resin composition on a support substrate and drying, a step of exposing the photosensitive resin film obtained by the drying step to a predetermined pattern, A polybenzoxazole pattern can be obtained through a step of developing the exposed photosensitive resin film and a step of heat-treating the developed photosensitive resin film. Hereinafter, each step will be described.
(塗布・乾燥(成膜)工程)
まず、感光性樹脂組成物を支持基板上に塗布し乾燥する工程では、ガラス基板、半導体、金属酸化物絶縁体(例えばTiO2、SiO2等)、窒化ケイ素などの支持基板上に、上述した感光性樹脂組成物をスピンナーなどを用いて回転塗布後、ホットプレート、オーブンなどを用いて乾燥する。これにより、感光性樹脂組成物の被膜である感光性樹脂膜が得られる。
(Coating / drying (film formation) process)
First, in the step of applying and drying the photosensitive resin composition on a support substrate, the above-described process is performed on a support substrate such as a glass substrate, a semiconductor, a metal oxide insulator (for example, TiO 2 , SiO 2 ), or silicon nitride. The photosensitive resin composition is spin-coated using a spinner or the like and then dried using a hot plate, an oven, or the like. Thereby, the photosensitive resin film which is a film of the photosensitive resin composition is obtained.
(露光工程)
次に、露光工程では、支持基板上で被膜となった感光性樹脂膜に、マスクを介して紫外線、可視光線、放射線などの活性光線を照射することにより露光を行う。
(Exposure process)
Next, in the exposure step, exposure is performed by irradiating the photosensitive resin film formed on the support substrate with an actinic ray such as an ultraviolet ray, visible ray, or radiation via a mask.
(現像工程)
現像工程では、活性光線が露光した感光性樹脂膜の露光部を現像液で除去することによりパターンが得られる。現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドなどのアルカリ水溶液が好ましいものとして挙げられる。これらの水溶液の塩基濃度は、0.1〜10重量%とすることが好ましい。さらに、上記現像液にアルコール類や界面活性剤を添加して使用することもできる。これらはそれぞれ、現像液100重量部に対して、好ましくは0.01〜10重量部、より好ましくは0.1〜5重量部の範囲で配合することができる。
(Development process)
In the development step, a pattern is obtained by removing the exposed portion of the photosensitive resin film exposed to actinic rays with a developer. Preferred examples of the developer include aqueous alkali solutions such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium silicate, ammonia, ethylamine, diethylamine, triethylamine, triethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. The base concentration of these aqueous solutions is preferably 0.1 to 10% by weight. Furthermore, alcohols and surfactants can be added to the developer and used. Each of these can be blended in the range of preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the developer.
(加熱処理工程)
次いで、加熱処理工程では、現像後得られたパターンを好ましくは120〜300℃の温度で加熱処理をすることにより、オキサゾール環や他の官能基を有する耐熱性のポリオキサゾールのパターンになる。加熱処理工程は、より望ましくは、160〜250℃の温度で加熱を行う。また加熱処理は、窒素下で行う方が感光性樹脂膜の酸化を防ぐことができるので望ましい。この温度範囲では、環化脱水反応が効率的に起き、さらには基板やデバイスへのダメージが小さい。したがって、本発明のパターン製造方法を用いることによって、デバイスが歩留り良くできる。また、プロセスの省エネルギー化につながる。
(Heat treatment process)
Next, in the heat treatment step, the pattern obtained after development is preferably subjected to heat treatment at a temperature of 120 to 300 ° C., thereby forming a heat-resistant polyoxazole pattern having an oxazole ring or other functional group. More preferably, the heat treatment step is performed at a temperature of 160 to 250 ° C. The heat treatment is preferably performed under nitrogen because the oxidation of the photosensitive resin film can be prevented. In this temperature range, cyclization dehydration occurs efficiently, and damage to the substrate and device is small. Therefore, by using the pattern manufacturing method of the present invention, the device can be obtained with high yield. It also leads to energy savings in the process.
また、本発明の加熱処理としては、通常の窒素置換されたオーブンを用いる以外に、マイクロ波硬化装置や周波数可変マイクロ波硬化装置を用いることもできる。これらを用いることにより、基板やデバイスの温度は例えば220℃以下に保ったままで、感光性樹脂組成物膜のみを効果的に加熱することが可能である。 Further, as the heat treatment of the present invention, a microwave curing device or a variable frequency microwave curing device can be used in addition to using an ordinary nitrogen-substituted oven. By using these, it is possible to effectively heat only the photosensitive resin composition film while keeping the temperature of the substrate or device at, for example, 220 ° C. or lower.
例えば、特許第2587148号明細書及び特許第3031434号明細書では、マイクロ波を用いたポリイミド前駆体の脱水閉環が検討されている。また、米国特許第5738915号明細書では、マイクロ波を用いてポリイミド前駆体薄膜を脱水閉環する際に、周波数を短い周期で変化させて照射することにより、ポリイミド薄膜や基材のダメージを避ける方法が提案されている。 For example, in Japanese Patent Nos. 2587148 and 3031434, dehydration and ring closure of a polyimide precursor using microwaves are studied. Further, in US Pat. No. 5,739,915, when a polyimide precursor thin film is dehydrated and closed using microwaves, a method of avoiding damage to the polyimide thin film or the base material by irradiating with a frequency changed in a short period. Has been proposed.
周波数を変化させながらマイクロ波をパルス状に照射した場合は定在波を防ぐことができ、基板面を均一に加熱することができる点で好ましい。さらに、基板として電子部品のように金属配線を含む場合は、周波数を変化させながらマイクロ波をパルス状に照射すると金属からの放電等の発生を防ぐことができ、電子部品を破壊から守ることができる点で好ましい。 When microwaves are irradiated in pulses while changing the frequency, standing waves can be prevented and the substrate surface can be heated uniformly. Furthermore, if the substrate includes metal wiring, such as an electronic component, irradiating microwaves in a pulsed manner while changing the frequency can prevent discharge from the metal and protect the electronic component from destruction. It is preferable in that it can be performed.
本発明の感光性樹脂組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体を脱水閉環させる際に照射するマイクロ波の周波数は0.5〜20GHzの範囲であるが、実用的には1〜10GHzの範囲が好ましく、さらに2〜9GHzの範囲がより好ましい。 The frequency of the microwaves irradiated when the polybenzoxazole precursor in the photosensitive resin composition of the present invention is dehydrated and cyclized is in the range of 0.5 to 20 GHz, but is practically preferably in the range of 1 to 10 GHz. Furthermore, the range of 2-9 GHz is more preferable.
照射するマイクロ波の周波数は連続的に変化させることが望ましいが、実際は周波数を階段状に変化させて照射する。その際、単一周波数のマイクロ波を照射する時間はできるだけ短い方が定在波や金属からの放電等が生じにくく、その時間は1ミリ秒以下が好ましく、100マイクロ秒以下が特に好ましい。 Although it is desirable to continuously change the frequency of the microwave to be irradiated, the irradiation is actually performed by changing the frequency stepwise. At that time, the shorter the time for irradiating a single-frequency microwave, the less likely it is that standing waves or metal discharges occur, and the time is preferably 1 millisecond or less, particularly preferably 100 microseconds or less.
照射するマイクロ波の出力は、装置の大きさや被加熱体の量によっても異なるが、概ね10〜2000Wの範囲であり、実用上は100〜1000Wがより好ましく、100〜700Wがさらに好ましく、100〜500Wが最も好ましい。出力が10W以下では被加熱体を短時間で加熱することが難しく、2000W以上では急激な温度上昇が起こりやすいので好ましくない。 The output of the microwave to be irradiated varies depending on the size of the apparatus and the amount of the object to be heated, but is generally in the range of 10 to 2000 W, practically preferably 100 to 1000 W, more preferably 100 to 700 W, further preferably 100 to 700 W. 500 W is most preferred. If the output is 10 W or less, it is difficult to heat the object to be heated in a short time.
本発明の感光性樹脂組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体をマイクロ波により脱水閉環する温度は、先に述べたとおり、脱水閉環後のポリベンゾオキサゾール薄膜や基材へのダメージを避けるためにも低い方が好ましい。本発明において脱水閉環する温度は、280℃以下が好ましく、250℃以下がさらに好ましく、220℃以下がより好ましく、220℃以下が最も好ましい。なお、基材の温度は赤外線やGaAsなどの熱電対といった公知の方法で測定する。 As described above, the temperature at which the polybenzoxazole precursor in the photosensitive resin composition of the present invention is subjected to dehydration and ring closure by microwaves is also used to avoid damage to the polybenzoxazole thin film and the substrate after dehydration and ring closure. The lower one is preferable. In the present invention, the temperature for dehydration and ring closure is preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower, more preferably 220 ° C. or lower, and most preferably 220 ° C. or lower. The substrate temperature is measured by a known method such as infrared or GaAs thermocouples.
本発明の感光性樹脂組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体を脱水閉環させる際に照射するマイクロ波は、パルス状に入/切させることが好ましい。マイクロ波をパルス状に照射することにより、設定した加熱温度を保持することができ、また、ポリベンゾオキサゾール薄膜や基材へのダメージを避けることができる点で好ましい。パルス状のマイクロ波を1回に照射する時間は条件によって異なるが、概ね10秒以下が好ましい。 The microwave irradiated when the polybenzoxazole precursor in the photosensitive resin composition of the present invention is dehydrated and cyclized is preferably turned on and off in pulses. By irradiating the microwaves in a pulsed manner, the set heating temperature can be maintained, and damage to the polybenzoxazole thin film and the substrate can be avoided. Although the time for irradiating the pulsed microwave at one time varies depending on the conditions, it is preferably about 10 seconds or less.
本発明の感光性樹脂組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体を脱水閉環させる時間は、脱水閉環反応が十分進行するまでの時間であるが、作業効率との兼ね合いから概ね5時間以下である。また、脱水閉環の雰囲気は大気中、又は窒素等の不活性雰囲気中いずれを選択することができる。 The time for dehydrating and ring-closing the polybenzoxazole precursor in the photosensitive resin composition of the present invention is the time until the dehydrating and ring-closing reaction sufficiently proceeds, but is generally about 5 hours or less in view of work efficiency. The atmosphere of dehydration ring closure can be selected from the air or an inert atmosphere such as nitrogen.
このようにして、本発明の感光性樹脂組成物を層として有する基材に、前述の条件でマイクロ波を照射して本発明の感光性樹脂組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体を脱水閉環すれば、マイクロ波による低温での脱水閉環プロセスによっても熱拡散炉を用いた高温での脱水閉環膜の物性と差がないポリオキサゾールが得られる。 In this way, the substrate having the photosensitive resin composition of the present invention as a layer is irradiated with microwaves under the above-described conditions to dehydrate and cyclize the polybenzoxazole precursor in the photosensitive resin composition of the present invention. For example, a polyoxazole having no difference from the physical properties of a dehydration ring closure film at a high temperature using a thermal diffusion furnace can be obtained even by a dehydration ring closure process at a low temperature using microwaves.
[半導体装置の製造工程]
次に、本発明によるパターンの製造方法の一例として、半導体装置の製造工程を図面に基づいて説明する。図1〜図5は、多層配線構造を有する半導体装置の製造工程を説明する概略断面図であり、第1の工程から第5の工程へと一連の工程を表している。
[Semiconductor device manufacturing process]
Next, as an example of a pattern manufacturing method according to the present invention, a semiconductor device manufacturing process will be described with reference to the drawings. 1 to 5 are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor device having a multilayer wiring structure, and represent a series of processes from a first process to a fifth process.
これらの図において、回路素子(図示しない)を有するSi基板等の半導体基板1は、回路素子の所定部分を除いてシリコン酸化膜等の保護膜2で被覆され、露出した回路素子上に第1導体層3が形成されている。前記半導体基板上にスピンコート法等で層間絶縁膜層4としてのポリイミド樹脂等の膜が形成される(第1の工程、図1)。
In these drawings, a
次に、塩化ゴム系、フェノールノボラック系等の感光性樹脂層5が、マスクとして前記層間絶縁膜層4上にスピンコート法で形成され、公知の写真食刻技術によって所定部分の層間絶縁膜層4が露出するように窓6Aが設けられる(第2の工程、図2)。この窓6Aの層間絶縁膜層4は、酸素、四フッ化炭素等のガスを用いるドライエッチング手段によって選択的にエッチングされ、窓6Bが空けられている。次いで、窓6Bから露出した第1導体層3を腐食することなく、感光樹脂層5のみを腐食するようなエッチング溶液を用いて感光樹脂層5が完全に除去される(第3の工程、図3)。
Next, a photosensitive resin layer 5 such as chlorinated rubber or phenol novolac is formed on the interlayer insulating film layer 4 as a mask by a spin coating method, and a predetermined portion of the interlayer insulating film layer is formed by a known photolithography technique. A
さらに、公知の写真食刻技術を用いて、第2導体層7を形成させ、第1導体層3との電気的接続が完全に行われる(第4の工程、図4)。3層以上の多層配線構造を形成する場合は、上記の工程を繰り返して行い各層を形成することができる。 Further, the second conductor layer 7 is formed by using a known photolithography technique, and the electrical connection with the first conductor layer 3 is completely performed (fourth step, FIG. 4). When a multilayer wiring structure having three or more layers is formed, each layer can be formed by repeating the above steps.
次に、表面保護膜8を形成する。図1〜図5の例では、この表面保護膜を次のようにして形成する。すなわち、前記感光性樹脂組成物をスピンコート法にて塗布、乾燥し、所定部分に窓6Cを形成するパターンを描いたマスク上から光を照射した後、アルカリ水溶液にて現像してパターンを形成する。その後、加熱して表面保護膜層8としてのポリベンゾオキサゾール膜とする(第5の工程、図5)。この表面保護膜層(ポリベンゾオキサゾール膜)8は、導体層を外部からの応力、α線などから保護するものであり、得られる半導体装置は信頼性に優れる。
Next, the surface
本発明では、従来は300℃以上を必要としていた上記ポリベンゾオキサゾール膜を形成する加熱工程において、280℃以下の低温の加熱を用いて硬化が可能である。280℃以下の硬化においても、本発明の感光性樹脂組成物は環化脱水反応が十分に起きることから、その膜物性(伸び、吸水率、重量減少温度、アウトガス等)が300℃以上で硬化したときに比べて物性変化は小さいものとなる。したがって、プロセスが低温化できることから、デバイスの熱による欠陥を低減でき、信頼性に優れた半導体装置を高収率で得ることができる。
なお、上記例において、層間絶縁膜を本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成することも可能である。
In the present invention, in the heating step for forming the polybenzoxazole film, which conventionally required 300 ° C. or higher, curing can be performed using low temperature heating of 280 ° C. or lower. Even at 280 ° C or lower, the photosensitive resin composition of the present invention undergoes sufficient cyclization dehydration reaction, so that its film properties (elongation, water absorption, weight loss temperature, outgas, etc.) are cured at 300 ° C or higher. The change in physical properties is small as compared with the case of the above. Therefore, since the process can be performed at a low temperature, defects due to heat of the device can be reduced, and a highly reliable semiconductor device can be obtained with high yield.
In the above example, the interlayer insulating film can be formed using the photosensitive resin composition of the present invention.
[電子部品]
次に、本発明による電子部品について説明する。本発明による電子部品は、上述した感光性樹脂組成物を用いて上記パターンの製造方法によって形成されるパターンを有する。ここで、電子部品としては、半導体装置や多層配線板、各種電子デバイス等を含む。特に、耐熱性の低いMRAM(磁気抵抗メモリ:Magnet Resistive Random Access Memory)が好ましいものとして挙げられる。
[Electronic parts]
Next, the electronic component according to the present invention will be described. The electronic component by this invention has the pattern formed by the manufacturing method of the said pattern using the photosensitive resin composition mentioned above. Here, the electronic component includes a semiconductor device, a multilayer wiring board, various electronic devices, and the like. In particular, MRAM (Magnet Resistive Random Access Memory) having low heat resistance is preferable.
また、上記パターンは、具体的には、半導体装置等電子部品の表面保護膜や層間絶縁膜、多層配線板の層間絶縁膜等の形成に使用することができる。本発明による電子部品は、前記感光性樹脂組成物を用いて形成される表面保護膜や層間絶縁膜を有すること以外は特に制限されず、様々な構造をとることができる。例えば、本発明の感光性樹脂組成物は、MRAMの表面保護膜用として好適である。 Further, the pattern can be used specifically for forming a surface protective film or an interlayer insulating film of an electronic component such as a semiconductor device, an interlayer insulating film of a multilayer wiring board, or the like. The electronic component according to the present invention is not particularly limited except that it has a surface protective film and an interlayer insulating film formed using the photosensitive resin composition, and can have various structures. For example, the photosensitive resin composition of the present invention is suitable for an MRAM surface protective film.
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明についてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, based on an Example and a comparative example, it demonstrates further more concretely about this invention. In addition, this invention is not limited to the following Example.
(合成例1) ポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体の合成
攪拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中に、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸19.28g、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸23.61g、及びN−メチルピロリドン133gを仕込み、フラスコを5℃に冷却した後、塩化チオニル45.68gを滴下し、30分間反応させて、酸クロリドの溶液を得た。次いで、攪拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中に、N−メチルピロリドン187gを仕込み、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64.46gを添加し、攪拌溶解した後、ピリジン30.37gを添加し、温度を5〜15℃に保ちながら、酸クロリドの溶液を30分間で滴下した後、60分間攪拌を続けた。溶液を3リットルの水に投入し、析出物を回収、純水で3回洗浄した後、減圧してポリヒドロキシアミド(ポリベンゾオキサゾール前駆体)を得た(以下、ポリマーIとする)。ポリマーIのGPC法標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は34,400、分散度は2.3であった。
Synthesis Example 1 Synthesis of Copolymer of Polybenzoxazole Precursor In a 0.5 liter flask equipped with a stirrer and a thermometer, 19.28 g of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid After charging 23.61 g of acid and 133 g of N-methylpyrrolidone and cooling the flask to 5 ° C., 45.68 g of thionyl chloride was added dropwise and reacted for 30 minutes to obtain a solution of acid chloride. Next, 187 g of N-methylpyrrolidone was charged into a 0.5 liter flask equipped with a stirrer and a thermometer, and 64.46 g of 2,2′-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane was added. After stirring and dissolving, 30.37 g of pyridine was added, and the acid chloride solution was added dropwise over 30 minutes while maintaining the temperature at 5 to 15 ° C., and then stirring was continued for 60 minutes. The solution was poured into 3 liters of water, and the precipitate was collected, washed with pure water three times, and then decompressed to obtain polyhydroxyamide (polybenzoxazole precursor) (hereinafter referred to as polymer I). The polymer I had a weight average molecular weight of 34,400 and a dispersity of 2.3 determined by GPC standard polystyrene conversion.
(合成例2)
合成例1で使用した1,4−シクロヘキサンジカルボン酸を1,3−フェニレン二酢酸に置き換えた以外は、合成例1と同様の条件にて合成を行った。得られたポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーIIとする)の標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は28,000、分散度は1.4であった。
(Synthesis Example 2)
The synthesis was performed under the same conditions as in Synthesis Example 1 except that 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid used in Synthesis Example 1 was replaced with 1,3-phenylenediacetic acid. The obtained polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer II) had a weight average molecular weight of 28,000 and a dispersity of 1.4 determined by standard polystyrene conversion.
(合成例3)
合成例1で使用した1,4−シクロヘキサンジカルボン酸を1,3−ビス(カルボキシプロピル)テトラメチルジシロキサンに置き換えた以外は、合成例1と同様の条件にて合成を行った。得られたポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーIIIとする)の標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は28,000、分散度は1.4であった。
(Synthesis Example 3)
The synthesis was performed under the same conditions as in Synthesis Example 1, except that 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid used in Synthesis Example 1 was replaced with 1,3-bis (carboxypropyl) tetramethyldisiloxane. The obtained polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer III) had a weight average molecular weight of 28,000 and a dispersity of 1.4 determined by standard polystyrene conversion.
(合成例4)
合成例1の1,4−シクロヘキサンジカルボン酸と4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸のモル比を5:1に変更した以外は、合成例1と同様の条件にて合成を行った。得られたポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーIVとする)の標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は33,600、分散度は1.8であった。
(Synthesis Example 4)
The synthesis was performed under the same conditions as in Synthesis Example 1 except that the molar ratio of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid and 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid in Synthesis Example 1 was changed to 5: 1. The obtained polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer IV) had a weight average molecular weight of 33,600 and a dispersity of 1.8 determined by standard polystyrene conversion.
(合成例5)
合成例1の1,4−シクロヘキサンジカルボン酸と4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸のモル比を1:5に変更した以外は、合成例1と同様の条件にて合成を行った。得られたポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーVとする)の標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は39,000、分散度は1.9であった
(Synthesis Example 5)
The synthesis was performed under the same conditions as in Synthesis Example 1 except that the molar ratio of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid and 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid in Synthesis Example 1 was changed to 1: 5. The obtained polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer V) had a weight average molecular weight of 39,000 and a dispersity of 1.9, as determined by standard polystyrene conversion.
(合成例6)
攪拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中に、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸15.48g、N−メチルピロリドン90gを仕込み、フラスコを5℃に冷却した後、塩化チオニル12.64gを滴下し、30分間反応させて、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸クロリドの溶液を得た。次いで、攪拌機、温度計を備えた0.5リットルのフラスコ中に、N−メチルピロリドン87.5gを仕込み、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18.31gを添加し、攪拌溶解した後、ピリジン8.53gを添加し、温度を0〜5℃に保ちながら、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸クロリドの溶液を30分間で滴下した後、30分間攪拌を続けた。溶液を3リットルの水に投入し、析出物を回収、純水で3回洗浄した後、減圧してポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーVIとする)を得た。標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は17,900、分散度は1.5であった。
(Synthesis Example 6)
In a 0.5 liter flask equipped with a stirrer and a thermometer, 15.48 g of 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid and 90 g of N-methylpyrrolidone were charged, the flask was cooled to 5 ° C., and then 12.64 g of thionyl chloride. Was added dropwise and reacted for 30 minutes to obtain a solution of 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid chloride. Next, 87.5 g of N-methylpyrrolidone was charged into a 0.5 liter flask equipped with a stirrer and a thermometer, and 18.31 g of 2,2′-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane. After stirring and dissolving, 8.53 g of pyridine was added, and while maintaining the temperature at 0 to 5 ° C., a solution of 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid chloride was added dropwise over 30 minutes, followed by stirring for 30 minutes. Continued. The solution was poured into 3 liters of water, and the precipitate was collected, washed three times with pure water, and then decompressed to obtain polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer VI). The weight average molecular weight calculated | required by standard polystyrene conversion was 17,900, and dispersion degree was 1.5.
(合成例7)
合成例6で使用した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を同モル量の2,2'−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンに置き換えた以外は、合成例1と同様の条件にて合成を行った。得られたポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーVIIとする)の標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は21,600、分散度は1.6であった。
(Synthesis Example 7)
The 2,2′-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane used in Synthesis Example 6 was replaced with the same molar amount of 2,2′-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone. Except for the above, synthesis was performed under the same conditions as in Synthesis Example 1. The obtained polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer VII) had a weight average molecular weight of 21,600 and a dispersity of 1.6 determined by standard polystyrene conversion.
(合成例8)
合成例6で使用した4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸を同モル量のイソフタル酸に置き換えた以外は、合成例1と同様の条件にて合成を行った。得られたポリヒドロキシアミド(以下、ポリマーVIIIとする)の標準ポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は13,700、分散度は1.5であった。
(Synthesis Example 8)
The synthesis was carried out under the same conditions as in Synthesis Example 1 except that 4,4′-diphenyl ether dicarboxylic acid used in Synthesis Example 6 was replaced with the same molar amount of isophthalic acid. The resulting polyhydroxyamide (hereinafter referred to as polymer VIII) had a weight average molecular weight of 13,700 and a dispersity of 1.5 determined by standard polystyrene conversion.
(GPC法による重量平均分子量の測定条件)
測定装置:検出器 株式会社日立製作所社製L4000 UV
ポンプ:株式会社日立製作所社製L6000
株式会社島津製作所社製C−R4A Chromatopac
測定条件:カラム Gelpack GL−S300MDT−5 x2本
溶離液:THF/DMF=1/1(容積比)
LiBr(0.03mol/l)、H3PO4(0.06mol/l)
流速:1.0ml/min、検出器:UV270nm
ポリマー0.5mgに対して溶媒[THF/DMF=1/1(容積比)]1mlの溶液を用いて測定した。
(Measurement conditions of weight average molecular weight by GPC method)
Measuring device: Detector L4000 UV manufactured by Hitachi, Ltd.
Pump: Hitachi Ltd. L6000
C-R4A Chromatopac manufactured by Shimadzu Corporation
Measurement conditions: Column Gelpack GL-S300MDT-5
LiBr (0.03 mol / l), H 3 PO 4 (0.06 mol / l)
Flow rate: 1.0 ml / min, detector: UV 270 nm
The measurement was performed using a solution of 1 ml of a solvent [THF / DMF = 1/1 (volume ratio)] with respect to 0.5 mg of the polymer.
実施例1〜5及び比較例1〜3
合成例1〜8で得られたポリベンゾオキサゾール前駆体10.0gをN−メチルピロリドン15gに溶解した樹脂溶液をシリコンウエハ上にスピンコートして、120℃で3分間乾燥し、膜厚12μmの塗膜(A)を得た。この塗膜をイナートガスオーブン中、窒素雰囲気下、150℃で30分加熱した後、さらに200℃で1時間又は350℃で1時間加熱して硬化膜(200℃で加熱した硬化膜(B)、350℃で加熱した硬化膜(C))を得た。これらの塗膜(A)及び硬化膜(B)、(C)の赤外吸収スペクトルを測定し、1540cm-1付近のC−N伸縮振動に起因するピークの吸光度を求めた。赤外吸収スペクトルの測定は、測定装置としてFTIR−8300(株式会社島津製作所製)を使用した。塗膜(A)の脱水閉環率を0%、硬化膜(C)の脱水閉環率を100%として、次の式から硬化膜(B)の脱水閉環率を算出した。
Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3
A resin solution prepared by dissolving 10.0 g of the polybenzoxazole precursor obtained in Synthesis Examples 1 to 8 in 15 g of N-methylpyrrolidone was spin-coated on a silicon wafer, dried at 120 ° C. for 3 minutes, and a film thickness of 12 μm. A coating film (A) was obtained. This coating film was heated in an inert gas oven in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes, and further heated at 200 ° C. for 1 hour or 350 ° C. for 1 hour to obtain a cured film (cured film (B) heated at 200 ° C., A cured film (C) heated at 350 ° C. was obtained. The infrared absorption spectra of these coating films (A), cured films (B), and (C) were measured, and the absorbance at the peak due to CN stretching vibration near 1540 cm −1 was determined. For the measurement of the infrared absorption spectrum, FTIR-8300 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used as a measuring device. The dehydration ring closure rate of the cured film (B) was calculated from the following formula, assuming that the dehydration ring closure rate of the coating film (A) was 0% and the dehydration ring closure rate of the cured film (C) was 100%.
また、ポリベンゾオキサゾール前駆体の共重合体における本発明に特定の骨格を持つ構造単位、すなわち、ポリベンゾオキサゾール前駆体の単独(一般式(I)のA構造単位)の脱水閉環率も実施例1〜5について同様に求めた。
上記のようにして得られたポリマーの脱水閉環率を表1に示した。
In addition, the dehydration ring closure rate of the structural unit having a specific skeleton in the present invention in the polybenzoxazole precursor copolymer, that is, the polybenzoxazole precursor alone (A structural unit of the general formula (I)) is also shown in the examples. It calculated | required similarly about 1-5.
Table 1 shows the dehydration ring closure rate of the polymers obtained as described above.
以上の結果から、実施例1〜5のポリマーでは、200℃での脱水閉環率が30%を超えて60%近くに達し、比較例1〜3における20%から26%に比べて高かった。 From the above results, in the polymers of Examples 1 to 5, the dehydration ring closure rate at 200 ° C. exceeded 30% and reached nearly 60%, which was higher than 20% to 26% in Comparative Examples 1 to 3.
実施例6〜10及び比較例4、5
(感光特性評価)
前記(a)成分であるポリベンゾオキサゾール前駆体100重量部に対し、(b)、(c)成分及びその他の添加成分を表2に示した所定量にて配合し、感光性樹脂組成物の溶液を得た。
Examples 6 to 10 and Comparative Examples 4 and 5
(Photosensitive characteristic evaluation)
With respect to 100 parts by weight of the polybenzoxazole precursor as the component (a), the components (b) and (c) and other additive components are blended in the predetermined amounts shown in Table 2, and the photosensitive resin composition A solution was obtained.
表2中、NMPはN−メチルピロリドンを表す。()内はポリマー100重量部に対する添加量を重量部で示した。表2中、B1、D1〜D3は、それぞれ下記の化学式(XXII)、(XXIII)に示す化合物である。 In Table 2, NMP represents N-methylpyrrolidone. The amount in parentheses indicates the amount added relative to 100 parts by weight of the polymer in parts by weight. In Table 2, B1, D1 to D3 are compounds represented by the following chemical formulas (XXII) and (XXIII), respectively.
得られた感光性樹脂組成物の溶液をシリコンウエハ上にスピンコートして、乾燥膜厚3〜10μmの塗膜を形成し、その後、干渉フィルターを介して、超高圧水銀灯を用いてi線(365nm)露光を行った。露光後、120℃で3分間加熱し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38重量%水溶液にて露光部のシリコンウエハが露出するまで現像した後、水でリンスしパターン形成に必要な最小露光量と解像度を求めた。その結果を表3に示した。 The obtained photosensitive resin composition solution is spin-coated on a silicon wafer to form a coating film having a dry film thickness of 3 to 10 μm, and then i-line (using an ultrahigh pressure mercury lamp through an interference filter) 365 nm) exposure. After exposure, heat at 120 ° C. for 3 minutes, develop with a 2.38 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide until the exposed silicon wafer is exposed, then rinse with water and the minimum exposure required for pattern formation And asked for resolution. The results are shown in Table 3.
さらに、前記感光性樹脂組成物の溶液をシリコンウエハ上にスピンコートして、120℃で3分間加熱し、膜厚15μmの塗膜を形成した。その後、前記塗膜をイナートガスオーブン中、窒素雰囲気下、150℃で30分加熱した後、さらに320℃で1時間又は200℃で1時間加熱して硬化膜を得た。次にフッ酸水溶液を用いて、この硬化膜を剥離し、水洗、乾燥した後、ガラス転移点(Tg)、伸び(引っ張り試験機で測定)、5%重量減少温度といった膜物性を調べた。また、前記と同様の方法で脱水閉環率を測定した。これらの測定結果を表4に示した。 Further, the solution of the photosensitive resin composition was spin coated on a silicon wafer and heated at 120 ° C. for 3 minutes to form a coating film having a thickness of 15 μm. Thereafter, the coating film was heated in an inert gas oven at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and further heated at 320 ° C. for 1 hour or 200 ° C. for 1 hour to obtain a cured film. Next, this cured film was peeled off using an aqueous hydrofluoric acid solution, washed with water, dried, and then examined for film properties such as glass transition point (Tg), elongation (measured with a tensile tester), and 5% weight loss temperature. Further, the dehydration ring closure rate was measured by the same method as described above. These measurement results are shown in Table 4.
以上のように、本発明の感光性樹脂組成物は高感度であり、高解像度でパターン形成が可能であった。また、表4に示したように、Tg、伸び、200℃での硬化においても、320℃で硬化した時と遜色ない膜物性が得られた。
5%重量減少温度に関しては、320℃で硬化したときよりも200℃で硬化したときの方が、若干低い値となったが、比較例に比べて300℃以上と高い値であった。
As described above, the photosensitive resin composition of the present invention has high sensitivity and can form a pattern with high resolution. Further, as shown in Table 4, even in the case of Tg, elongation, and curing at 200 ° C., film properties comparable to those when cured at 320 ° C. were obtained.
The 5% weight loss temperature was slightly lower when cured at 200 ° C. than when cured at 320 ° C., but was higher than 300 ° C. compared to the comparative example.
脱水閉環率に関して、実施例では200℃で硬化した時、既に90%以上と高かった。一方、比較例の200℃の硬化では、脱水閉環率が50%前後の場合も含まれ、結果にばらつきがあり環化脱水反応の進行が不十分であった。
以上のように、本発明の感光性樹脂組成物は、感度、解像度、接着性に優れ、さらに低温硬化プロセスで用いても耐熱性に優れ、良好な形状のパターンが得られるため、電子部品、特に低温硬化が要求されるMRAMなどの製造に適している。
Regarding the dehydration ring closure rate, when cured at 200 ° C. in the examples, it was already as high as 90% or more. On the other hand, in the case of curing at 200 ° C. in the comparative example, the case where the dehydration cyclization rate was around 50% was included, the results varied and the progress of the cyclization dehydration reaction was insufficient.
As described above, the photosensitive resin composition of the present invention is excellent in sensitivity, resolution, and adhesiveness, and also has excellent heat resistance even when used in a low-temperature curing process. It is particularly suitable for the manufacture of MRAM and the like that require low temperature curing.
次に、実施例6〜10で調製した感光性樹脂組成物の溶液に、さらに(d)成分として熱酸発生剤を表5に示したように配合した。表5中、(d)成分のd1〜d4は、下記の化学式(XXIV)に示す化合物を使用した。以下、実施例1と同様にして200℃、及び180℃にて1時間熱硬化したときの脱水閉環率を測定した。その結果も併せて表5に示した。 Next, a thermal acid generator as a component (d) was further blended in the solutions of the photosensitive resin compositions prepared in Examples 6 to 10 as shown in Table 5. In Table 5, the compounds represented by the following chemical formula (XXIV) were used for d1 to d4 of the component (d). Then, the dehydration ring closure rate when thermosetting at 200 ° C. and 180 ° C. for 1 hour was measured in the same manner as in Example 1. The results are also shown in Table 5.
表5から明らかなように、熱酸発生剤を併用することで、180℃硬化時でも脱水閉環率は無添加時に比べて大きく上昇し、さらに、より低温でも高い環化率を得ることができた。 As is clear from Table 5, by using a thermal acid generator in combination, the dehydration cyclization rate is greatly increased even when cured at 180 ° C. compared to the case where no addition is made, and a high cyclization rate can be obtained even at a lower temperature. It was.
以上のように、本発明による感光性樹脂組成物は、低温でも高い脱水閉環率を有する特定の構造単位を持つポリベンゾオキサゾール感光性樹脂膜をベース樹脂とすることにより、硬化後の膜の物性が高温で硬化したものと遜色ない性能が得られる。また、本発明のパターンの製造方法によれば、前記組成物の使用により、感度、解像度、接着性に優れ、さらに低温硬化プロセスでも耐熱性に優れ、吸水率の低い、良好な形状のパターンが得られる。良好な形状と接着性、耐熱性に優れたパターンを有し、さらには低温プロセスで硬化できることにより、デバイスへのダメージが避けられ、信頼性の高い電子部品が得られる。従って、電子デバイス等の電子部品に有用であり、特に、磁気抵抗メモリに適している。 As described above, the photosensitive resin composition according to the present invention uses a polybenzoxazole photosensitive resin film having a specific structural unit having a high dehydration ring closure rate even at a low temperature as a base resin, so that physical properties of the film after curing are obtained. Performance comparable to that cured at high temperatures. In addition, according to the method for producing a pattern of the present invention, the use of the composition makes it possible to obtain a pattern having a good shape with excellent sensitivity, resolution and adhesiveness, excellent heat resistance even in a low temperature curing process, and low water absorption. can get. Since it has a good shape, a pattern excellent in adhesiveness, and heat resistance, and can be cured by a low-temperature process, damage to the device can be avoided and a highly reliable electronic component can be obtained. Therefore, it is useful for electronic components such as electronic devices, and is particularly suitable for magnetoresistive memories.
1 半導体基板
2 保護膜
3 第1導体層
4 層間絶縁膜層
5 感光樹脂層
6A、6B、6C 窓
7 第2導体層
8 表面保護膜層
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