JP4994238B2 - ポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品や表示素子の絶縁材料、並びに半導体装置におけるパッシベーション膜、バッファーコート膜、及び層間絶縁膜などに用いられる耐熱性樹脂材料のレリーフパターンを形成するために用いられるポジ型感光性樹脂組成物に関するものである。
半導体装置の表面保護膜、または層間絶縁膜の用途には、優れた耐熱性、電気特性、及び機械特性を併せ持つポリイミド樹脂が好適であることは広く知られている。この用途に使用されるポリイミド樹脂は、一般に感光性ポリイミド前駆体組成物の形で供され、これをシリコンウエハ等の基板に塗布し、活性光線によるパターニング露光、現像、及び熱イミド化処理を順次施すことにより、微細なレリーフパターンを有する耐熱性樹脂皮膜を該基板上に容易に形成させることができる。
ところが、上記感光性ポリイミド前駆体組成物を使用する場合、その現像工程においては、現像液として多量の有機溶剤を用いる必要があり、コストの観点、安全性、および近年の環境問題への関心の高まりから、脱有機溶剤対策が求められてきている。これを受け、最近になってフォトレジストと同様に、希薄アルカリ水溶液で現像可能な耐熱性感光性樹脂材料の提案が各種なされている。中でも、希薄アルカリ水溶液に可溶性を有するポリヒドロキシアミドである、ポリベンゾオキサゾール(以下、「PBO」ともいう。)前駆体と感光性ジアゾナフトキノン化合物(以下、「NQD」ともいう。)などの光活性成分(以下、「PAC」ともいう。)からなる感光性樹脂組成物が最近注目されている。感光性PBO前駆体組成物は、レリーフパターンの形成が容易でかつ保存安定性も良好であり、またポリイミドと同等の熱硬化膜特性が得られることから、感光性ポリイミド前駆体組成物の有望な代替材料として注目されている。この他にも、フェノール性水酸基を主鎖に導入したポリマーとPACとの組み合わせ、側鎖にフェノール性水酸基を導入したポリマーとPACとの組み合わせ、及び骨格にトリメリット酸を利用しポリイミド前駆体ユニットとPBO前駆体ユニットが交互に連なるポリイミド−PBO前駆体ポリマーとPACとの組み合わせ等多数のものが、希薄アルカリ水溶液で現像可能な耐熱性感光性樹脂組成物として提案されている。
上述した耐熱性感光性樹脂組成物において使用されるポリマーは、全てポリイミド、またはPBOの前駆体である。これらの前駆体は、露光及び現像によりレリーフパターンを形成した後、熱的及び機械的に優れる硬化レリーフパターンを得るために、熱処理を行い脱水環化反応の後、耐熱性樹脂であるポリイミド、またはPBOへ変換させることが必要である。この時、必要な温度は一般に300℃を越える高温が必要とされている。
しかしながら、近年登場したMRAM等の半導体装置においては、上記のような高温での熱処理を行うことができないものもある。低温で上記の熱処理を行った場合は、ポリイミド、またはPBOへの脱水環化反応が不十分となり、得られる硬化レリーフパターンは機械的特性が低下したものとなるのが通常である。従って、低温での熱処理を行った場合は、用途によっては膜にクラックが発生したり、剥がれが発生したりして、信頼性が得られないという問題が生じることがある。
そこで、300℃以下の低温での熱処理によって、耐熱性樹脂であるポリイミド、またはPBOへの変換が十分に進み、機械的特性を十分に発現することができる耐熱性感光性樹脂組成物が強く望まれている。その一例としては、PBO前駆体ポリマーの末端に熱架橋性基であるエチニル基を導入する試み等が提案されているが、250℃以下等のさらに低温の熱処理ではオキサゾールへの脱水環化反応自体が最後まで完結しない可能性がある。
そこで、本発明者らは、イミド化またはオキサゾール化等の熱処理による脱水環化反応が不要な感光性樹脂組成物であり、有機溶剤に可溶であり、かつアルカリ水溶液で現像が可能である組成物を使用することによって、レリーフパターンから残留する溶媒を除去するだけの低温での熱処理が可能になると考えた。このような組成物としては、フェノール性水酸基を有するポリイミドとPACからなる組成物(例えば、特許文献1〜4参照)、及びフェノール性水酸基を有するイミドとカルボン酸基を有するベンゾオキサゾールのコポリマーとPACからなる組成物(特許文献5〜6参照)が知られている。
特許文献1には、芳香族テトラカルボン酸成分、及び少なくとも1つのヒドロキシ置換基を有する芳香族ジアミン成分が重縮合したポリイミド、並びにPACからなる組成物が記載されている。しかしながら、半導体装置の製造工程で使用されるi線に対して、該PACの感光効率が十分ではなかった。
特許文献2には、テトラカルボン酸成分と、少なくとも1つのフェノール性水酸基、カルボキシル基、チオフェノール基、スルホン酸基からなる群より選ばれた基を有するジアミン成分とが脱水縮合した単位、及びテトラカルボン酸成分と、フェノール性水酸基、カルボキシル基、チオフェノール基、スルホン酸基を有さないジアミン成分とが脱水縮合した単位からなるコポリイミド、並びにPACからなる組成物が記載されている。該組成物は、ジアミン成分がフェノール性水酸基またはチオフェノール基を有する場合はテトラカルボン酸成分を特定の化合物とすることで該コポリイミドの光透過性を改良したものであるが、該PACの感光効率が十分ではなかった。
特許文献3には、フェノール性水酸基を有する溶剤可溶性のポリイミドとシリコーン結合を分子内に有するポリアミド酸、並びにPACからなる組成物が記載されており、シリコーン結合を分子内に有するポリアミド酸を添加することで支持基板との接着性を向上している。しかしながら、記載されているフェノール性水酸基を有する溶剤可溶性のポリイミドとPACの組み合わせでは、感光効率が十分でなかった。また、シリコーン結合を分子内に有するポリアミド酸成分を含むことで、得られる硬化膜の熱膨張係数が高かった。
特許文献4には、環式テトラカルボン酸成分、及び2つのヒドロキシ置換基を有する環式ジアミン成分が重縮合したポリイミド、並びにPACからなる組成物が記載されている。しかしながら、良好な特性が得られた具体的な例としては、該環式ジアミン酸成分としてヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、該環式テトラカルボン酸成分として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を50モル%以上使用した場合に限られ、それ以外のテトラカルボン酸成分やジアミン成分を使用した場合は、比較例とされている旨の記載がある。
特許文献5には、溶剤可溶の重縮合物とPACからなる組成物を銅箔上で光照射によってパターン硬化させ50%アミノエタノール水溶液で現像した実施例が記載されている。しかしながら、該組成物の感光効率が十分ではなかった。
特許文献6には、溶剤可溶の重縮合物とPACからなる組成物をシリコンウエハ上に塗布し光照射によってパターンを硬化させ5%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像した実施例が記載されている。具体的には、実施例2−2〜2−8において、テトラカルボン酸二無水物と互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を有する芳香族ジアミンの重縮合物を含む、テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンの比が1:1、重量平均分子量が33000〜55200のポジ型感光性組成物が記載されている。しかしながら、本発明者が追試したところ、該組成物はアルカリ水溶液への溶解性が十分でなく、得られるパターンの解像度が低かった。また、実施例で記載されているPACと組み合わせた該組成物の感光効率が十分ではなかった。
また、半導体装置の製造時の露光工程ではステッパと呼ばれる縮小投影露光機が主に用いられている。このステッパは非常に高価な機械であるので、感光性樹脂組成物が低感度であるとレリーフパターンを形成するために要する露光時間が長くなり、必要となるステッパの台数が増えて露光プロセスの高コスト化に繋がる。そこで感光性樹脂組成物の光感度を向上させる必要がある。
なお、下記の特許文献7〜12は、PBO前駆体と好適なPACの組合せを記載した先行技術であり、後述する発明を実施するための最良の形態で引用する。
特開昭64−60630号公報 特開平3−209478号公報 特開平11−84653号公報 特開2001−249454号公報 国際公開第01/034679号パンフレット 国際公開第03/060010号パンフレット 特開2001−109149号公報 特開2001−92138号公報 特開2004−347902号公報 特開2003−131368号公報 特開2004−109849号公報 特開2001−356475号公報
本発明は、高感度で良好なレリーフパターンが得られ、低温での熱処理によって硬化レリーフパターンを得ることができる感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。また、本発明は該組成物によって低温の熱処理で基板上に硬化レリーフパターンを形成する方法を提供すること、及び該硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明者は、前記特許文献6の課題を解決するため、1又は2以上のテトラカルボン酸二無水物と、互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を少なくとも2組有する1又は2以上の芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する溶剤可溶のテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンの比が1:1の重縮合物を、重縮合物を得る際の反応時間を短くすることで分子量を下げたが、ポリマーの保存安定性が不十分であった。しかし、重縮合物のテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンの比を変えて分子量を低下させることで保存安定性とポリマー溶解性が改善され、高解像度で良好なレリーフパターンが得られた。以上により上記特性を満足することを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下の通りのものである。
1.1又は2以上のテトラカルボン酸二無水物と、互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を有する1又は2以上の芳香族ジアミンを含む芳香族ジアミンとが、脱水縮合した構造を有する(A)重縮合物100質量部に対して、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物1〜100質量部を含み、(A)重縮合物は全テトラカルボン酸二無水物のモル数と全芳香族ジアミンのモル数の比が1:0.75〜0.87または0.75〜0.87:1の範囲で反応させたものであり、(A)重縮合物の重量平均分子量が3000〜17000であり、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物が、下記一般式(1)〜(6)のいずれかで表されるポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、及び該ポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステルからなる群から選択される少なくとも一種の化合物である、感光性樹脂組成物。
(式(1)中、k、l、m、及びnは、それぞれ独立に1または2を示す。また、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコ
キシ基、アリル基、及びアシル基からなる群から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。また、Y〜Yは、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CO−、−CO−、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、フェニレン、及び下記化学式で示される有機基からなる群から選択される少なくとも1つの2価の基を示す。)
(式中、R11及びR12は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリル基、及び置換アリル基からなる群から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。また、R13乃至R16は、水素原子またはアルキル基を示し、それぞれ同一でも相異なっていてもよく、wは1〜5の整数を示す。また、R17乃至R20は、水素原子またはアルキル基を示し、それぞれ同一でも相異なっていてもよい。)
(式(2)中、Zは下記化学式で表される有機基から選択される少なくとも1つの4価の基を示す。R21、R22、R23、及びR24はそれぞれ独立に1価の有機基を示し、bは0または1を示し、a、c、d、及びeはそれぞれ独立に0〜3の整数を示し、f、g、h、及びiはそれぞれ独立に0〜2の整数を示す。)
(式(3)中、kは3〜8の整数を示し、kXj個のLはそれぞれ独立に1個以上の炭素原子を有する1価の有機基を示し、jは1〜5の整数を示し、k個のT、及びk個のSはそれぞれ独立に水素原子および1価の有機基からなる群から選択される1価の基を示す。)
(式(4)中、Aは脂肪族の3級あるいは4級炭素を含む2価の有機基を示し、Mは下記化学式で表される基から選択される少なくとも1つの2価の基を示す。)
(式(5)中、R25は下記化学式で表される1価の有機基を示し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。また、qはそれぞれ独立に0〜2の整数である。)
(式中、R26は、それぞれ独立に、アルキル基、及びシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの1価の有機基を示す。また、rはそれぞれ独立に0〜2の整数である。)
(式(6)中、R27は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、及びシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。)
2.(A)重縮合物が、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−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)ヘキサフルオロプロパン二無水物、及びビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物からなる群より選択される少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−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)ヘキサフルオロプロパン、および3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニルからなる群より選択される少なくとも1つを含む芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する重縮合物である、1.に記載の感光性樹脂組成物。
3.(A)重縮合物が、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンを含む芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する重縮合物である、2.に記載の感光性樹脂組成物。
4.(A)重縮合物が、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンを含む芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する重縮
合物であって、全テトラカルボン酸二無水物と全芳香族ジアミンとを合わせた全原料モノマーの中でビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが20モル%〜40モル%の範囲にあり、全テトラカルボン酸二無水物のモル数と全芳香族ジアミンのモル数の比が1:0.75〜0.87または0.75〜0.87:1の範囲で反応させたものであり、かつ(A)重縮合物の重量平均分子量が5000〜17000の範囲にある、3.に記載の感光性樹脂組成物。
5.1.〜4.のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を層またはフィルムの形で基板上に形成する塗布工程、該層またはフィルムをマスクを介して化学線で露光するか、または光線、電子線、もしくはイオン線を直接照射する露光工程、該露光部または該照射部を現像液で溶出または除去する現像工程、及び得られたレリーフパターンを加熱する加熱工程を含む、硬化レリーフパターンの形成方法。
6.5.に記載の形成方法により得られる硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置。
本発明の組成物は、高感度かつ半導体装置の製造工程で通常使用される現像液(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)での現像工程で膨潤することがない良好なレリーフパターンであって、300℃以下での熱処理によって硬化レリーフパターンを得ることができる感光性樹脂組成物である。また、該組成物によって低温の熱処理で基板上に硬化レリーフパターンを形成する方法、及び該硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置を提供することができる。
<感光性樹脂組成物>
本発明の感光性樹脂組成物(以下、「本組成物」ともいう。)を構成する成分について、以下説明する。
(A)重縮合物
本組成物に用いられる(A)重縮合物は、1又は2以上のテトラカルボン酸二無水物と、互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を有する1又は2以上の芳香族ジアミンとが、脱水縮合した構造を有する重縮合物(以下、単に「重縮合物A」ともいう。)である。
上述のテトラカルボン酸二無水物としては、炭素数が10〜36の芳香族テトラカルボン酸二無水物、及び炭素数が8〜34の脂環式テトラカルボン酸二無水物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物であることが好ましい。
具体的には、3,4,3’,4’−ビフェニル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、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−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、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、及び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を挙げることができる。これらのテトラカルボン酸二無水物は、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。上記、テトラカルボン酸二無水物の中で、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、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物が、重縮合物Aの有機溶剤に対する溶解性、及び露光光源として通常使用されるi線に対する透明性が高いために特に好ましい。
前述の互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を有する芳香族ジアミン(以下、「フェノール性ジアミン」ともいう。)、すなわち、ここで用いるフェノール性ジアミンは、芳香環上に1つの水酸基(すなわち、フェノール性水酸基)と、該フェノール性水酸基とオルトの位置に1つのアミノ基を有し、さらに別の位置にもう1つのアミノ基を有するものである。好ましくは互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を少なくとも2組有する炭素数が6〜30の芳香族ジアミンである。
具体的には、3,5−ジアミノー1−ヒドロキシベンゼン、4,6−ジアミノ−1,3−ジヒドロキシベンゼン、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジアミノビフェニル、3,4−ジヒドロキシ−3’, 4’−ジアミノビフェニル、2,2−ビス(4−アミノー3−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2−(3ヒドロキシ−4−アミノフェニル)−2−(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、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)スルホンを挙げることができる。これらのフェノール性ジアミンは、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。上記、フェノール性ジアミンの中で、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、及びビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが、重縮合物Aのアルカリ現像液に対する溶解性が高いために特に好ましい。
本組成物に用いられる重縮合物Aとしては、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−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)ヘキサフルオロプロパン二無水物、及びビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物からなる群より選択される少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−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)ヘキサフルオロプロパン、および3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニルからなる群より選択される少なくとも1つを含む芳香族ジアミン(フェノール性ジアミン)の組み合わせが特に好ましい。
さらに、テトラカルボン酸二無水物がビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物であり、フェノール性ジアミンが、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンである重縮合構造を有する重縮合物が、有機溶剤に対する溶解性、露光光源に対する透明性が高く、キュア後のフィルムの熱膨張係数が低く、また、アルカリ現像液に対する溶解性が高く、レリーフパターンの解像性能が良い点から最も好ましい。
脱水縮合反応は、例えば特許文献5に記載されている方法に従って、上記テトラカルボン酸二無水物と上記フェノール性ジアミンとを酸もしくは塩基触媒の存在下、30℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃に加熱することにより行うことができる。酸触媒としては、ポリイミドの製造に通常用いられている硫酸のような無機酸やp−トルエンスルホン酸のような有機酸を用いることが可能である。しかし、これらの酸触媒は反応終了後も重縮合物溶液中に残存するため、本発明の組成物の劣化要因となる。従って、重縮合物を沈殿、再溶解してこれらの触媒を除去する必要がある。
このため、重縮合物Aを製造するにあたっては、酸触媒として、ラクトン−塩基触媒の存在下に上記脱水縮合を行うことによりその場で生成される酸基が好ましく用いられる。すなわち、酸触媒として、ラクトンと塩基と水の次の平衡反応を利用した触媒系を用いることが好ましい。
{ラクトン}+{塩基}+{水} = {酸基}{塩基}
この{酸基}{塩基}系を触媒として、脱水縮合を行うことができる。生成する水は、トルエンと共沸させて反応系外へ除く。反応系のイミド化が終了した時点で、{酸基}{塩基}はラクトンと塩基になり、触媒作用を失うと同時にトルエンと共に反応系外へ除かれる。この方法により製造される重縮合物Aの溶液は、上記触媒物質が、反応後のポリイミド溶液に含まれないため高純度の重縮合物溶液として、そのまま工業的に使用可能となる。
ここで用いられるラクトンとしてはγ−バレロラクトンが好ましく、塩基としてはピリジン及びメチルモルフォリンの少なくとも片方を使用することが好ましい。
さらに、特に重縮合触媒等を加えずに、反応液の温度をイミド化反応が生ずる温度以上で保持し、脱水反応により生ずる水をトルエン等の水との共沸溶媒を利用して反応系外へ除き、イミド化脱水縮合反応を完結させる方法がより好ましい。この方法により製造される重縮合物Aの溶液も、触媒物質が反応後のポリイミド溶液に含まれないため高純度の重縮合物溶液として、そのまま工業的に使用可能となる。
脱水縮合反応を行う反応溶媒としては、水を共沸させるための溶媒であるトルエンに加え、重縮合物Aを溶解させるための極性の有機溶媒を使用することが好ましい。これらの極性溶媒としては、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、又はスルホラン等が用いられる。
なお、上記ラクトン−塩基触媒を用いる場合、反応開始時における反応混合物全体中のテトラカルボン酸二無水物の濃度は4〜25重量%程度が好ましく、ラクトンの濃度は0〜0.6重量%程度が好ましく、塩基の濃度は0〜0.9重量%程度が好ましい。
重縮合物Aにおいては、テトラカルボン酸二無水物、並びに前述のフェノール性ジアミン、及びフェノール性水酸基を有さないジアミン(以下、「非フェノール性ジアミン」という。)を共重縮させた重縮合物とすることにより、物性をより自由にコントロールすることができる。非フェノール性ジアミンは、フェノール性水酸基を有さない炭素数が6〜30の芳香族ジアミン、及びジアミノポリシロキサンである。
非フェノール性ジアミンの具体例としては、4,4’−(又は3,4’−、3,3’−、2,4’−)ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−(又は3,3’−)ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−(又は3,3’−)ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ベンゾフェノンジアミン、3,3’−ベンゾフェノンジアミン、4,4’−ジ(4−アミノフェノキシ)フェニルスルフォン、4,4’−ジ(3−アミノフェノキシ)フェニルスルフォン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}プロパン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−トリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,6,6’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,6,6’−テトラトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、ビス{(4−アミノフェニル)−2−プロピル}1,4−ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)フルオレン、3,3’−ジメチルベンチジン、3,3’−ジメトキシベンチジン、3,5−ジアミノ安息香酸等の芳香族ジアミン、2,6−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリジン、ビス(4−アミノフェニル−2−プロピル)−1,4−ベンゼン、及びジアミノポリシロキサン化合物等のジアミンが挙げられる。非フェノール性ジアミンは、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。
一般に、高弾性率を有するポリイミド樹脂は、直鎖状の剛直なポリマーであって溶媒に対する溶解性が小さく、i線に対する透明性も低いものが多い。従って、溶媒に対する溶解性と高弾性率の相反する要求特性に合致する分子配列のポリマー設計が重要である。そのために、重縮合物Aは、フェノール性ジアミンとテトラカルボン酸二無水物が重縮合したブロックと非フェノール性ジアミンとテトラカルボン酸二無水物が重縮合したブロックからなる分子配列の規定されたブロック共重縮合体とすることが好ましい。
ブロック共重縮合体とする場合、非フェノール性ジアミンとテトラカルボン酸二無水物が重縮合したブロックにおいて、芳香族テトラカルボン酸は、高弾性のポリマーを得る観点から好ましい。一方、脂肪族テトラカルボン酸は、溶媒に対する溶解性とi線に対する透明性の観点から好ましく、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。非フェノール性ジアミンは、芳香族ジアミンが高弾性率のポリマーを得る観点から好ましい。
また、フェノール性ジアミンとテトラカルボン酸二無水物が重縮合したブロックとしては、テトラカルボン酸二無水物が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、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物と、フェノール性ジアミンが、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’−ジアミノビフェニル、及びビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンからなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が重縮合した構造を有するブロックが、アルカリ水溶液に対する溶解性、i線に対する透明性、溶媒に対する溶解性の観点から好ましい。その中でもビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物とビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが脱水縮合した構造を有する重縮合物であって、全原料モノマーの中でビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが20モル%〜60モル%の範囲にある重縮合物が、有機溶媒に対する溶解性、i線に対する透明性、半導体装置の製造工程で通常使用される現像液である2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を使用しての現像性が高く、レリーフパターンの解像性能が高く、また、キュア後のフィルムの熱膨張係数が低いため好ましい。
重縮合物Aをブロック共重縮合体とすることは、前述した縮合反応において、テトラカルボン酸二無水物を過剰にしてフェノール系ジアミンと反応させたブロックを得、ついで非フェノール系ジアミンを(フェノール系ジアミン及び非フェノール系ジアミンの和とテトラカルボン酸二無水物のモル比が1:1.5〜0.7となるように)加えて2段階重縮合する方法により達成することができる。この場合、非フェノール性ジアミンとフェノール性ジアミンを添加する順番を変更してもよい。この手法は下記実施例に種々具体的に記載されている。なお、4成分系以上の共重縮合体とする場合には、各モノマーを逐次添加する回数をその分増やしていけばよい。
なお、2以上のテトラカルボン酸二無水物又は2以上のフェノール性ジアミンとを用いてブロック共重縮合体とすることも可能なことはいうまでもない。また、本発明は、逐次反応を利用したブロック共重縮合体に限定されず、3成分以上の原料を仕込む場合に、反応系に同時に原料を仕込み、ランダム共重縮合体としてもなんらかまわない。
重縮合物Aの末端を不飽和結合を有する有機基で修飾してもよい。重縮合物Aの末端を修飾する方法としては、マレイン酸無水物、コハク酸無水物、けい皮酸無水物、ノルボルネン酸無水物、4−エチニルフタル酸無水物、フェニルエチニルフタル酸無水物、4−アミノスチレン、4−エチニルアニリン、または3−エチニルアニリン等を重縮合物Aの合成時に適量添加すればよい。
重縮合物Aの重量平均分子量と現像液について、ポリスチレン換算での重量平均分子量が3000〜70000であり、エタノールアミン水溶液、5%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、または2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像可能な重縮合物が好ましい。ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物とビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが脱水縮合した構造を有する重縮合物であって、全原料モノマーの中でビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが20モル%〜60モル%の範囲にある重縮合物の場合は、ポリスチレン換算での重量平均分子量が5000〜17000がより好ましい。分子量が5000以上で機械物性が向上し、17000以下で2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液への分散性がよくなり、レリーフパターンの解像性能が向上する。重量平均分子量を制御するには、全テトラカルボン酸二無水物とフェノール系ジアミン及び非フェノール系ジアミンの和のモル比を1:0.75〜0.87または、0.75〜0.87:1の比で反応させることが好ましく、中でも1:0.75〜0.87の比で反応させることがより好ましい。前述のように、1:1で仕込み、反応時間を短くすることで分子量を制御することも可能であるが、この場合は、組成物の室温時の保存安定性が良くない。
上記方法により製造した重縮合物Aは有機溶剤の溶液の形態(以下、「重縮合物溶液」あるいは「ポリマー溶液」ともいう。)で得られるので、これに後述の(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物を添加することで本発明の組成物とすることもできる。
重縮合物溶液中の重縮合物Aの濃度は5重量%〜50重量%が好ましい。所望により、該溶液を後述する(C)有機溶剤により、さらに希釈することができる。
また、製造された重縮合物溶液をそのままで使用せずに、精製工程を経て重縮合物を単離し、再度上記(C)有機溶剤に再溶解させてから使用してもよい。具体的な精製工程としては、まず、上記製法により得られた重縮合物溶液にメタノール、エタノール、イソプロパノール、または水といった貧溶媒を加えて重縮合物を析出させる。次にγ−ブチロラクトンやN−メチルピロリドン等の良溶媒に再度溶解させ、その溶解液をイオン交換樹脂を充填したカラムに通すことでイオン性の不純物を取り除く。最後に、その溶解液を純水に落として析出物を濾別し、真空乾燥をおこなうといった精製工程である。これにより、低分子量成分やイオン性の不純物等を取り除くこともできる。
(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物
本組成物に用いられる(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物は、以降に詳述する特定構造を有するポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、及び該ポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステルからなる群から選択される少なくとも一種の化合物(以下、「NQD化合物B」ともいう。)である。
該NQD化合物Bは、常法に従って、ナフトキノンジアジドスルホン酸化合物をクロルスルホン酸、または塩化チオニルでスルホニルクロライドとし、得られたナフトキノンジアジドスルホニルクロライドと、ポリヒドロキシ化合物とを縮合反応させることにより得られる。例えば、ポリヒドロキシ化合物と1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリドまたは1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリドの所定量をジオキサン、アセトン、またはテトラヒドロフラン等の溶媒中において、トリエチルアミン等の塩基性触媒の存在下反応させてエステル化を行い、得られた生成物を水洗、乾燥することにより得ることができる。
以下に本組成物において、重縮合物Aと組み合わせることにより、高感度を発現しかつアルカリ現像液で膨潤することのない良好なレリーフパターンが得られるNQD化合物Bを示す。
(1)下記一般式(1)で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物

(式(1)中、k、l、m、及びnは、それぞれ独立に1または2を示す。また、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリル基、及びアシル基からなる群から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。また、Y〜Yは、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CO−、−CO−、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、フェニレン、及び下記化学式で示される有機基からなる群から選択される少なくとも1つの2価の基を示す。)



(式中、R11及びR12は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリル基、及び置換アリル基からなる群から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。また、R13乃至R16は、水素原子またはアルキル基を示し、それぞれ同一でも相異なっていてもよく、wは1〜5の整数を示す。また、R17乃至R20は、水素原子またはアルキル基を示し、それぞれ同一でも相異なっていてもよい。)
具体的な化合物としては、特許文献7に記載してあるポリヒドロキシ化合物のNQD化物である。その中でも、以下のポリヒドロキシ化合物のNQD化物が、感度が高く、感光性樹脂組成物中での析出性が低いことから好ましい。
(2)下記一般式(2)で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物

(式(2)中、Zは下記化学式で表される有機基から選ばれる少なくとも1つの4価の基を示す。R21、R22、R23、及びR24はそれぞれ独立に1価の有機基を示し、bは0または1を示し、a、c、d、及びeはそれぞれ独立に0〜3の整数を示し、f、g、h、及びiはそれぞれ独立に0〜2の整数を示す。)

具体的な化合物としては、特許文献8に記載してある。その中でも、以下のポリヒドロキシ化合物のNQD化物が、感度が高く、感光性樹脂組成物中での析出性が低いことから好ましい。



(3)下記一般式(3)で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物

(式(3)中、kは3〜8の整数を示し、k×j個のLはそれぞれ独立に1個以上の炭素原子を有する1価の有機基を示し、jは1〜5の整数を示し、k個のT、及びk個のSはそれぞれ独立に水素原子および1価の有機基からなる群から選択される1価の基を示す。)
具体的な好ましい例としては、特許文献9に記載してある。その中でも、以下の化合物のNQD化物が、感度が高く、感光性樹脂組成物中での析出性が低いことから好ましい。

(式中、pは、0から9の整数である。)
(4)下記一般式(4)で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物

(式(4)中、Aは脂肪族の3級あるいは4級炭素を含む2価の有機基を示し、Mは下記の化学式で表される基から選ばれる少なくとも1つの2価の基を示す。)

具体的な化合物は、特許文献10に記載してある。その中でも、以下の化合物のNQD化物が、感度が高く、感光性樹脂組成物中での析出性が低いことから好ましい。
(5)下記一般式(5)で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物

(式(5)中、R25は下記の化学式で表される1価の有機基を示し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。また、qはそれぞれ独立に0〜2の整数である。)

(式中、R26は、それぞれ独立に、アルキル基、及びシクロアルキル基から選ばれた少なくとも1つの1価の有機基を示す。また、rはそれぞれ独立に0〜2の整数である。)
具体的な化合物としては、特許文献11に記載してあるポリヒドロキシ化合物のNQD化物である。その中でも、以下の化合物のNQD化物が、感度が高く、感光性樹脂組成物中での析出性が低いことから好ましい。


(6)下記一般式(6)で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物

(式(6)中、R27は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、及びシクロアルキル基から選ばれた少なくとも1つの1価の有機基を示す。)
具体的な化合物としては、特許文献12に記載してある。その中でも、以下の化合物のNQD化物が、感度が高く、感光性樹脂組成物中での析出性が低いことから好ましい。
本組成物において、NQD化合物Bにおけるナフトキノンジアジドスルホニル基は、5−ナフトキノンジアジドスルホニル基、4−ナフトキノンジアジドスルホニル基のいずれも好ましく用いられる。4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のi線領域に吸収を持っており、i線露光に適している。5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のg線領域まで吸収が伸びており、g線露光に適している。本発明においては、露光する波長によって4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物、5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を選択することが好ましい。また、同一分子中に4−ナフトキノンジアジドスルホニル基、5−ナフトキノンジアジドスルホニル基を併用した、ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を得ることができる。また、4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物と5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を混合して使用することもできる。
本組成物において、NQD化合物Bの添加量は、重縮合物A100質量部に対して1〜100質量部であり、好ましくは3〜40質量部であり、さらに好ましくは10〜30質量部の範囲である。
(C)有機溶剤
本組成物に用いられる(C)有機溶剤としては、極性溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、及びγ−ブチロラクトン、モルフォリン等が挙げられる。その他、この極性溶媒以外に、一般的有機溶媒であるケトン類、エステル類、ラクトン類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類を混合してもよい。例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ベンジルアルコール、フェニルグリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、アニソール、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等も使用することができる。
本組成物において、(C)有機溶剤の添加量は、重縮合物A100質量部に対して100〜1000質量部であり、好ましくは120〜700質量部であり、さらに好ましくは150〜500質量部の範囲である。
(D)その他の成分
本発明の感光性樹脂組成物には、必要に応じて染料、界面活性剤、安定剤を添加することも可能である。上記添加剤について更に具体的に述べる。染料としては、例えば、メチルバイオレット、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン等が挙げられる。界面活性剤としては、例えば、ポリプロピレングリコールまたはポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリグリコール類あるいはその誘導体からなる非イオン系界面活性剤、例えばフロラード(商品名、住友3M社製)、メガファック(商品名、大日本インキ化学工業社製)あるいはスルフロン(商品名、旭硝子社製)等のフッ素系界面活性剤、例えばKP341(商品名、信越化学工業社製)、DBE(商品名、チッソ社製)、グラノール(商品名、共栄社化学社製)等の有機シロキサン界面活性剤が挙げられる。
<硬化レリーフパターンの形成方法>
本組成物を用いて基板上に硬化レリーフパターンを形成する方法(以下、「本方法」ともいう。)の一例を以下に示す。
まず、本組成物を層またはフィルムの形で基板上に形成する塗布工程を行う。該基板としては、例えばシリコンウェハー、セラミック基板、またはアルミ基板などに塗布する。この時、形成するレリーフパターンと基板との接着性を向上させるため、あらかじめ該基板にシランカップリング剤などの接着助剤を塗布しておいてもよい。該組成物の塗布方法は、スピンナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、またはロールコーティング等で行う。
次に、80〜140℃でプリベークして塗膜を乾燥後、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパー等の露光装置を用いて、該層またはフィルムをマスクを介して化学線で露光してよい。または光線、電子線、もしくはイオン線を直接照射する露光工程を行ってよい。該化学線としては、X線、電子線、紫外線、または可視光線などが使用できるが、200〜500nmの波長のものが好ましい。パターンの解像度及び取扱い性の点で、その光源波長は水銀ランプのg線、h線もしくはi線が好ましく、単独でも混合していてもよい。露光装置としてはコンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパが特に好ましい。
次に、該露光部または該照射部を現像液で溶出または除去する現像工程を行う。現像方法は、浸漬法、パドル法、及び回転スプレー法等の方法から選択して行うことが出来る。現像液としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウム塩類等の水溶液、および必要に応じメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加した水溶液を使用することが出来る。この中で、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が好ましく、その濃度は0.5%〜10%であり、さらに好ましくは1.0%〜5%である。現像後、リンス液により洗浄を行い現像液を除去することにより、基板上に形成されたレリーフパターンを得ることができる。リンス液としては、蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール等を単独または組み合わせて用いることができる。
最後に、このようにして得られた重縮合物のレリーフパターンを加熱する加熱工程を行う。加熱温度は150℃〜400℃が好ましく、感光性ジアゾナフトキノン化合物と希釈溶媒とを揮散させることで硬化レリーフパターンを得ることができる。一般的に使われているポリイミドまたはポリベンゾオキサゾール前駆体組成物を用いた硬化レリーフパターンの形成方法においては、300℃〜400℃に加熱して脱水環化反応を進行させることにより、ポリイミドあるいはポリベンズオキサゾール等に変換する必要がある。しかし、本方法においてはその必要性はないので、熱に弱い半導体装置等にも好適に使用することが出来る。もちろん、本方法において300〜400℃に加熱処理をしてもよい。このような加熱処理装置としては、ホットプレート、オーブン、または温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いることにより行うことが出来る。加熱処理を行う際の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。また、より低温にて熱処理を行う必要が有る際には、真空ポンプ等を利用して減圧下にて加熱を行ってもよい。
上述の硬化レリーフパターンの形成方法を、半導体装置のバッファーコート膜または層間絶縁膜の形成方法として公知の半導体装置製造方法と組み合わせることで、半導体装置を製造することが可能となる。特に250℃以上の熱処理ができない半導体装置の製造に好適に使用できる。
以下、参考例、並びに実施例及び比較例により、本発明の実施形態の例を詳細に説明する。
(ポリマー溶液の製造)
<参考例1>
ステンレススチール製の碇型攪拌器を取り付けたガラス製のセパラブル4つ口フラスコに、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備え、窒素ガスを通じながら、上記フラスコをシリコンオイル浴につけて加熱攪拌した。
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(以後「6FDA」という)を26.66g(60ミリモル)、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル(以後「HO−AB」という)を10.8g(50ミリモル)、γーバレロラクトンを0.6g(6ミリモル)、ピリジン1.8g(18ミリモル)、N−メチルピロリドン(以後「NMP」という。)を150g、トルエン30gを加え、窒素ガスを通じながらシリコンオイル浴温度180℃で、180rpmで1時間40分間加熱攪拌する。反応中トルエン、水の留出分(トルエン25g、水3g)を除去した。この溶液の一部をNMPに希釈してゲルパーミエーションクロマトグラフィ法(東ソー製 TSK gel SuperH−RC、TSK gel SuperHM−M、展開溶媒 NMP 40℃)で重縮合物の分子量を測定した。ポリスチレン換算の分子量は重量平均分子量(Mw)25000の単一のシャープな曲線であり、単一組成物である。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、重合体を分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、重縮合物(以下、単に「ポリマー」ともいう。)を回収した。このポリマーにNMPを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−1)。
<参考例2>
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(アルドリッチ製、分子量:248.19、以下「BCD」という)14.89g(60ミリモル)、(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン(小西化学工業製、分子量:280.3、以下「SO2−HOAB」という) 8.41g(30ミリモル)を仕込んだ。触媒として、γーバレロラクトン0.9g及びピリジン1.44g、溶媒としてGBLを50g、トルエン30gを系に加えた。まず、室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸し留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから1時間後、油浴を下げ、加熱を止め、180rpmで攪拌を続けた。室温で30分間攪拌した後、2段階目の仕込みをスタートし、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山精化製、分子量:200.00、以下「m−ODA」という)6.01g(30ミリモル)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山精化製、分子量:200.00、以下「p−ODA」という)6.01g(30ミリモル)、さらに3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(宇部興産製、分子量:294.33、以下「BPDA」という)8.83g(30ミリモル)及びBCD2.98g(12ミリモル)を系に加えた。さらにGBLとトルエンをそれぞれ72gと30gを加えた。30分間室温において180rpmで攪拌した後、再び180℃の油浴につけて加熱を始めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は21500であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−2)。
<参考例3>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCD14.89g(60ミリモル)、SO2−HOAB8.41g(30ミリモル)を仕込んだ。さらに、触媒として、γ−バレロラクトン0.9g及びピリジン1.44g、溶媒としてGBL50g、トルエン30gを系に加えた。室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから1時間後、油浴を下げ、加熱を止め、180rpmで攪拌を続けた。室温で30分間攪拌した後、2段階目の仕込みをスタートし、m−ODA6.01g(30ミリモル)、p−ODA6.01g(30ミリモル)、さらにBPDA 8.83g(30ミリモル)及びBCD 5.96g(24ミリモル)を系に加えた。さらにGBLとトルエンをそれぞれ72gと30gを加えた。30分間室温において180rpmで攪拌した後、再び180℃の油浴につけて加熱を始めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は9800であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−3)。
<参考例4>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCDを17.37g(70ミリモル)、SO2−HOABを6.41g(30ミリモル)、γーバレロラクトンを0.9g(9ミリモル)、ピリジン1.2g(15ミリモル)、N−メチルピロリドン78g、トルエン20gを加え、シリコンオイル浴温度180℃で、180rpmで60分間加熱攪拌した。反応中トルエン、水の留出分を除去した。30分間室温で180rpmで攪拌し、BPDAを8.83g(30ミリモル)、4,4’−ジ(3−アミノフェノキシ)フェニルスルフォン(以下、「BAPS」という。)を12.98g(30ミリモル)、p−ODA6.01g(30ミリモル)、GBL100g、トルエン20gを加えて、室温で1時間攪拌した。ついで、180℃、180rpmで3時間加熱攪拌し、還流液を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は22700であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−4)。
<参考例5>
参考例1と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに6FDAを26.66g(60ミリモル)、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(以下、「6FAP」という。)20.14g(55ミリモル)、γーバレロラクトンを0.6g(6ミリモル)、ピリジン1.8g(18ミリモル)、NMPを150g、トルエン30gを加え、窒素ガスを通じながらシリコンオイル浴温度180℃で、180rpmで1時間40分間加熱攪拌する。反応中トルエン、水の留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子は24600である。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−5)。
<参考例6>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCDを22.34g(90ミリモル)、6FAPを25.64g(70ミリモル)、γーバレロラクトンを0.9g(9ミリモル)、ピリジン1.5g(18ミリモル)、GBL150g、トルエン50gを加え、室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸し留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから1時間後、油浴を下げ、加熱を止め、180rpmで攪拌を続けた。室温で30分間攪拌した後、2段階目の仕込みをスタートしm−ODA2.00g(10ミリモル)、p−ODA2.01g(10ミリモル)、さらにBPDA2.94g(10ミリモル)及びBCD2.48g(10ミリモル)を系に加えた。さらにGBLとトルエンをそれぞれ30gと10gを加えた。30分間室温において180rpmで攪拌した後、再び180℃の油浴につけて加熱を始めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は10700であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−6)。
<参考例7>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。但し、本参考例、並びに以下の参考例8〜12、14、15においては、触媒としてのγ−バレロラクトン及びピリジンを用いなかった。その結果、ポリマーの末端は、酸無水物構造であった。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCD14.89g(60ミリモル)、p−ODA6.01g(30ミリモル)を仕込んだ。さらに、溶媒としてGBL95.5g、トルエン30gを系に加えた。室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから2時間後、2段階目の仕込みをスタートし、SO2−HOAB 16.82g(60ミリモル)を加え1時間攪拌を行った。続いてビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物以下、「ODPA」という。)15.34g(49.5ミリモル)を系に加えた。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は12000であった。こうして35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を得た(P−7)。
<参考例8>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCD14.89g(60ミリモル)、m−ODA6.01g(30ミリモル)を仕込んだ。さらに、溶媒としてGBL95.5g、トルエン30gを系に加えた。室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから2時間後、2段階目の仕込みをスタートし、SO2−HOAB 16.82g(60ミリモル)を加え1時間攪拌を行った。続いてODPA15.34g(49.5ミリモル)を系に加えた。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は12000であった。こうして35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を得た(P−8)。
<参考例9>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCD14.89g(60ミリモル)、p−ODA6.01g(30ミリモル)を仕込んだ。さらに、溶媒としてGBL103.1g、トルエン30gを系に加えた。室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから2時間後、2段階目の仕込みをスタートし、SO2−HOAB 16.82g(60ミリモル)を加え1時間攪拌を行った。続いて6FDAを19.32g(43.5ミリモル)を系に加えた。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は17000であった。こうして35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を得た(P−9)。
<参考例10>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにODPA18.61g(60ミリモル)、4,4’−ジ(3−アミノフェノキシ)フェニルスルフォン(以下、「BAPS」という。)12.97g(30ミリモル)を仕込んだ。さらに、溶媒としてNMP109.7g、トルエン30gを系に加えた。室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから2時間後、2段階目の仕込みをスタートし、SO2−HOAB 16.82g(60ミリモル)を加え1時間攪拌を行った。続いてBCDを12.29g(49.5ミリモル)を系に加えた。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は11000であった。こうして35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を得た(P−10)。
<参考例11>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに6FDA26.65g(60ミリモル)、p−ODA6.01g(30ミリモル)を仕込んだ。さらに、溶媒としてGBL109.7g、トルエン30gを系に加えた。室温において窒素雰囲気下で100rpmで20分攪拌した後、180℃の油浴につけて加熱を始め、液全体を180rpmで攪拌した。反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。加熱してから2時間後、2段階目の仕込みをスタートし、6FAP10.99g(30ミリモル)を加え1時間攪拌を行った。続いてODPAを13.49g(43.5ミリモル)を系に加えた。180℃、180rpmで3時間加熱攪拌後、油浴を下げ、加熱を止めた。反応中、反応の副生成物である水とトルエンの留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算重量平均分子量は11000であった。こうして35重量%樹脂濃度のポリマー溶液を得た(P−11)。
<参考例12>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、玉付きディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物 11.76g(60ミリモル)、6FAP16.50g(45ミリモル)、BAPS 4.33g(10ミリモル)を加え、GBL 100g、トルエン20gを加えて室温で1時間攪拌した。ついで、180℃、180rpmで3時間加熱攪拌し、還流液を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量は20300であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−12)。
<参考例13>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、ディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにBCDを24.82g(100ミリモル)、SO2−HOAB26.91g(96ミリモル)、触媒として、γーバレロラクトンを1.0g(10ミリモル)、ピリジン2.4g(30ミリモル)、溶媒としてγーブチロラクトン(以下「GBL」という)171g、トルエン30gを加え、シリコンオイル浴温度180℃で、180rpmで65分間加熱攪拌し、ついで100rpm35分間加熱攪拌する。反応中トルエン、水の留出分を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量は74000であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、25重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−13)。
<参考例14>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、玉付きディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、6FAP 21.98g(60ミリモル)、4,4−ジアミノジフェニルスルホン9.94g(30ミリモル)を加え、NMP 196g、トルエン40gを加えて室温で攪拌した。ついで、3,3,4,4−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物35.82g(100ミリモル)を添加し、室温で2時間攪拌した。ついで、180℃、180rpmで3時間加熱攪拌し、反応中、副生成物である水がトルエンと共沸して留出し、30分毎に還流管の底に溜まっている水を抜いた。このようにして製造されたポリイミドポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量は26800であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−14)。
<参考例15>
参考例2と同様に操作して、ポリマー溶液を作成した。
攪拌棒、玉付きディーンスターク型トラップ、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、SO2−HOAB 14.02g(50ミリモル)、4,4−ジアミノジフェニルスルホン12.42g(50ミリモル)を加え、NMP 164g、トルエン40gを加え、ついで、3,3,4,4−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物27.92g(90ミリモル)を添加し、室温で2時間攪拌した。ついで、180℃、180rpmで3時間加熱攪拌し、還流液を除去した。このようにして製造されたポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量は29200であった。この反応液を5Lの水に高速攪拌下で滴下し、ポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ポリマーを回収した。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−15)。
<参考例16>
容量2Lのセパラブルフラスコ中で、6FAP183.2g(0.50mol)、ピリジン71.2g(0.9mol)、ジメチルアセトアミド(以下、DMAcという。)692gを室温(25℃)で混合攪拌し、ジアミンを溶解させた。
次にこれを水浴により8℃に冷却し、これに別途ジエチレングリコールジメチルエーテル(以下、DMDGという。)398g中に4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロライド135.8g(0.46mol)を溶解させたものを、滴下ロートより滴下した。滴下に要した時間は80分、反応液温は最大で12℃であった。
滴下終了から3時間後に上記反応液を12Lの水に高速攪拌下で滴下しポリマーを分散析出させ、これを回収し、適宜水洗、脱水の後に真空乾燥を施し、ヒドロキシポリアミドを得た。このようにして合成された該ヒドロキシポリアミドのポリスチレン換算の重量平均分子量は23700であった。このポリマーにGBLを加えて、30重量%樹脂濃度のポリマー溶液を調整した(P−16)。
(13C−NMR測定)
参考例5、7〜11で合成したポリマー溶液(P−6〜P−11)の13C−NMRを測定し、その結果を図1〜6に示した。13C−NMRの測定条件を下記に記す。
装置: ブルカー・バイオスピン株式会社製 Avance600 スペクトロメーター
溶媒: 試料であるポリマー溶液をガンマブチロラクトンに1:1の比で溶解
NMR試料管: 2重管(内管:ロック溶媒としてDMSO−d6、外管:試料溶液)
測定法: 完全プロトンデカップリング法
積算回数: 3000回
測定温度: 室温(約25℃)
(感光性ナフトキノンジアジド化合物の作製)
<参考例17>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として3,3’−ビス(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4,4’−ジヒドロキシ−2,2’,5,5’−テトラメチルジフェニルメタン(旭有機材工業社製 商品名 BIPC−BI25X−F)の化合物30gと、このOH基の50モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライドとをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン12gにトリエチルアミン12gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過しトリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸22gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−1)を得た。
<参考例18>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として下記の化合物(旭有機材工業社製 商品名 BIPC−BI25X−TPA)の化合物30g(0.0565モル)と、このOH基の80モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド48.6g(0.181モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン18gにトリエチルアミン18.3gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸22gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−2)を得た。
<参考例19>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として下記化合物(本州化学工業社製 商品名 Tekoc−4HBPA)の化合物30g(0.0474モル)と、このOH基の80モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド40.76g(0.152モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン15gにトリエチルアミン15.4gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸22gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−3)を得た。
<参考例20>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として3,3’,5,5’−テトラキス(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4,4’−ジヒドロキシ−ジフェニルプロパン(旭有機材工業社製 商品名 TEPC−BIP−A)の化合物30g(0.0423モル)と、このOH基の80モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド36.39g(0.135モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン14gにトリエチルアミン13.7gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸22gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−4)を得た。
<参考例21>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として下記の化合物(旭有機材工業社製 商品名 BIPC−PDAB)の化合物30g(0.0482モル)と、このOH基の62.5モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド64.75g(0.241モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン24gにトリエチルアミン24.4gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−5)を得た。
<参考例22>
レゾルシノール102.4g(0.92mol)、ヘキサナール92.0g(0.92mol)をエタノール920ml中に溶解した。これを0℃に冷やし12N塩酸を148ml滴下、攪拌した。次にこの混合物を窒素雰囲気下70℃で10時間攪拌した。室温にしたのち濾過によって沈殿物を除去した。濾液を80℃の水で洗浄後乾燥し得られた固体をメタノール及びヘキサン、アセトン混合溶媒で再結晶を行った。その後真空乾燥を行い、下記のレゾルシン環状4量体を収率50%で得た。

(pは4である。)
次に先に合成したレゾルシン環状4量体を76.9g(0.1mol)、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライドを134.3g(0.5mol、ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化率62.5%相当)、テトラヒドロフラン1057gを加え、20℃で撹拌溶解した。これに、トリエチルアミン53.14g(0.525mol)をテトラヒドロフラン266gで希釈したものを、30分かけて一定速度で滴下した。この際、反応液は氷水浴を用いて20〜30℃の範囲で温度制御した。滴下終了後、更に30分間、20℃で撹拌放置した後、36質量%濃度の塩酸水溶液6.83gを一気に投入し、次いで反応液を氷水浴で冷却し、析出した固形分を吸引濾別した。この際得られた濾液を、0.5質量%濃度の塩酸水溶液10リットルに、その撹拌下で1時間かけて滴下し、目的物を析出させ、吸引濾別して回収した。得られたケーク状回収物を、再度イオン交換水5リットルに分散させ、撹拌、洗浄、濾別回収し、この水洗操作を3回繰り返した。最後に得られたケーク状物を、40℃で48時間真空乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−6)を得た。
<参考例23>
容量1Lのセパラブルフラスコに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109.9g(0.3mol)、テトラヒドロフラン(THF)330g、ピリジン47.5g(0.6mol)を入れ、これに室温下で5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物98.5g(0.6mol)を粉体のまま加えた。そのまま室温で3日間撹拌反応を行った後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて反応を確認したところ、原料は全く検出されず、生成物が単一ピークとして純度99%で検出された。この反応液をそのまま1Lのイオン交換水中に撹拌下で滴下し、生成物を析出させた。
次に析出物を濾別した後、これにTHF500mLを加え撹拌溶解し、この均一溶液を陽イオン交換樹脂:アンバーリスト15(オルガノ株式会社製)100gが充填されたガラスカラムを通し残存するピリジンを除去した。次にこの溶液を3Lのイオン交換水中に高速撹拌下で滴下することにより生成物を析出させ、これを濾別した後、真空乾燥することにより下記構造のイミドフェノール化合物(NI)を収率86%で得た。
生成物がイミド化していることは、IRチャートで1394および1774cm−1のイミド基の特性吸収が現れ1540および1650cm−1付近のアミド基の特性吸収が存在しないこと、およびNMRチャートでアミドおよびカルボン酸のプロトンのピークが存在しないことにより確認した。次に、上記イミドフェノール化合物(NI)65.9g(0.1モル)、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライドを53.7g(0.2モル)、アセトン560g加え、20℃で撹拌溶解した。これに、トリエチルアミン21.2g(0.21モル)をアセトン106.2gで希釈したものを、30分かけて一定速度で滴下した。この際、反応液は氷水浴などを用いて20〜30℃の範囲で温度制御した。
滴下終了後、更に30分間、20℃で撹拌放置した後、36重量%濃度の塩酸水溶液5.6gを一気に投入し、次いで反応液を氷水浴で冷却し、析出した固形分を吸引濾別した。この際得られた濾液を、0.5重量%濃度の塩酸水溶液5Lに、その撹拌下で1時間かけて滴下し、目的物を析出させ、吸引濾別して回収した。得られたケーク状回収物を、再度イオン交換水5Lに分散させ、撹拌、洗浄、濾別回収し、この水洗操作を3回繰り返した。最後に得られたケーク状物を、40℃で48時間真空乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−7)を得た。
<参考例24>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として4,4’−(1−(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール(本州化学工業社製 商品名 Tris−PA)の化合物30g(0.0707モル)と、このOH基の83.3モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド47.49g(0.177モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン18gにトリエチルアミン17.9gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−8)を得た。
<参考例25>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として下記化合物(本州化学工業社製 商品名 TPPA1100−2C)の化合物30g(0.0269モル)と、このOH基の80モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド51.98g(0.193モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン20gにトリエチルアミン19.5gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−9)を得た。
<参考例26>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として4,6−ビス((4−ヒドロキシフェニル)エチル)ベンゼン−1,3−ジオール(本州化学工業社製 商品名 BisHPMC−RS)の化合物30g(0.0857モル)と、このOH基の80モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド73.7g(0.274モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン28gにトリエチルアミン27.7gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−10)を得た。
<参考例27>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン30g(0.13モル)と、このOH基の67モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド69.9g(0.26モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン26gにトリエチルアミン26.3gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、感光剤(PAC−11)を得た。
<参考例28>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン30g(0.13モル)と、このOH基の67モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルフォン酸クロライド69.9g(0.26モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン26gにトリエチルアミン26.3gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−12)を得た。
<参考例29>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として1,3,5−トリヒドロキシベンゼン30g(0.238モル)と、このOH基の60モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド115.1g(0.43モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン43gにトリエチルアミン43.5gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−13)を得た。
<参考例30>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物として4−メチルフェノール30g(0.277モル)と、このOH基の100モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸クロライド74.54g(0.277モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン28gにトリエチルアミン28gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−14)を得た。
<参考例31>
撹拌機、滴下ロート及び温度計を付した1Lセパラブルフラスコ中で、ポリヒドロキシ化合物としてトリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン26.99g(0.092モル)と、このOH基の100モル%に相当する量の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルフォン酸クロライド74.54g(0.277モル)とをアセトン300gに撹拌溶解した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン28gにトリエチルアミン28gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌をおこない反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。ここで得られた濾液を純水1640gと塩酸30gを混合撹拌した3Lビーカーに撹拌しながら滴下し、析出物を得た。この析出物を水洗、濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥し、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−15)を得た。
次に、本発明における実施例及び比較例を示す。
(感光性樹脂組成物の調製と硬化レリーフパターンの形成)
参考実施例1〜2、実施例3、参考実施例4〜5、実施例6〜10、参考実施例11〜12、実施例13〜21、比較例1〜20>
下記表1の組合せで、上記各参考例1〜16にて得られた(A)成分のポリマー溶液(P−1〜P−16)に対して上記参考例17〜31にて得られた(B)成分の感光性ジアゾナフトキノン化合物(PAC−1〜PAC−15)を、ポリマー純分100質量部に対して20質量部の量で溶解した後、0.5μmのフィルターで濾過し、感光性樹脂組成物を得た。
5インチシリコンウェハー上に3−アミノプロピルトリエトキシシラン1重量%メタノール溶液を塗布し、250℃で10分間加熱処理を行い、接着助剤処理を行った。上記感光性樹脂組成物を接着助剤処理を行った5インチシリコンウェハー上にスピンコーター(東京エレクトロン社製 クリーントラックMark7)により塗布し、125℃で270秒間乾燥し、4.5μmの膜厚の塗膜を得た。この塗膜に、i線ステッパー露光機NSR2005i8A(ニコン社製)により、レチクルを通して露光量を段階的に変化させて露光した。このシリコンウェハーに対して、参考実施例1、2、実施例3、参考実施例4及び比較例1、2、3、4は、NMP40g、アミノエタノール40g、水40gの水溶液(以下、現像液Aともいう(表1参照))により35℃の条件下で;参考実施例5、実施例6〜10、参考実施例12、実施例13〜21及び比較例5〜10、12〜19は、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(以下、2.38%TMAHともいう(表1参照))(クラリアントジャパン社製 AZ300MIF)により23℃の条件下で;参考実施例11及び比較例11は、5%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(以下、5%TMAHともいう(表1参照))(東京応化社製 NMD−3)により23℃の条件下で;現像後膜厚が3.83μmとなるように現像時間を調整して現像を行い、純水で15秒間リンスし、ポジ型のパターンを得た。
これらのパターンを顕微鏡にて観察し、露光部の40μmの正方形パターンが溶解除去しうる最小露光量を感度(mJ/cm)と定義し、その結果を表2に示した。さらに、顕微鏡で観察した場合に、その時のパターンが現像液の未露光部への染み込みにより膨潤しているかどうかを表2に示した。膨潤してパターンが湾曲している場合を×、していない場合を○とした。
本発明の感光性樹脂組成物を用い、上記方法によってレリーフパターンを作製したところ、比較例の組成物と比較して少ない露光量を照射することでパターンが形成され、顕微鏡等の観察により評価すると、現像後において膨潤することなくシャープなパターンが観察された。また、最小露光量のパターンにおいて、正方形パターンの半分以上の面積が解像されている最小サイズのパターンを解像度(μm)と定義し、表2に示した。また、実施例7〜10及び13〜21では特に良好なレリーフパターンの解像性が得ることができた。
上記のレリーフパターン付きシリコンウェハーを昇温式オーブンであるVF200B(光洋サーモシステム社製)を用いて窒素雰囲気下、250℃、1時間加熱し、膜厚が3μmの硬化レリーフパターンを得た。
さらに、参考実施例1、2、実施例3、参考実施例4、5、実施例6〜10、参考実施例11と比較例18〜20の感光性樹脂組成物を5インチシリコンウェハー上にスピンコーター(東京エレクトロン社製 クリーントラックMark7)により塗布し、昇温式オーブンであるVF200B(光洋サーモシステム社製)を用いて窒素雰囲気下、250℃で1時間加熱し、膜厚が10μmの耐熱性フィルムを作製した。このウェハー上のフィルムサンプルのガラス転移温度(Tg(℃))及び50℃〜150℃での熱膨張係数を、熱機械分析装置(島津製作所製、形式名TMA−50)を用いて測定した。測定条件は、試料長10mm、定荷重200g/mm、測定温度範囲25℃〜450℃、昇温速度10℃/min、窒素雰囲気とした。測定結果を表3に示した。
参考実施例1、2、実施例3、参考実施例4、5、実施例6〜10、参考実施例11は、完全にポリベンゾオキサゾールに変換した重縮合物となっていない比較例20と比べて、250℃以上という良好なガラス転移温度を示し、熱膨張係数の点では、BCDとSO2−HOABを重縮合した構造をもつ実施例2〜4及び7〜10では40ppm以下で低い熱膨張係数であった。

本発明の感光性樹脂組成物は、半導体用の保護膜、層間絶縁膜、液晶配向膜等の分野で、好適に使用することができる。
参考例5で合成したポリマーの13C−NMRスペクトル測定結果である。 参考例7で合成したポリマーの13C−NMRスペクトル測定結果である。 参考例8で合成したポリマーの13C−NMRスペクトル測定結果である。 参考例9で合成したポリマーの13C−NMRスペクトル測定結果である。 参考例10で合成したポリマーの13C−NMRスペクトル測定結果である。 参考例11で合成したポリマーの13C−NMRスペクトル測定結果である。

Claims (6)

  1. 1又は2以上のテトラカルボン酸二無水物と、互いにオルト位にあるアミノ基及びフェノール性水酸基を有する1又は2以上の芳香族ジアミンを含む芳香族ジアミンとが、脱水縮合した構造を有する(A)重縮合物100質量部に対して、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物1〜100質量部を含み、(A)重縮合物は全テトラカルボン酸二無水物のモル数と全芳香族ジアミンのモル数の比が1:0.75〜0.87または0.75〜0.87:1の範囲で反応させたものであり、(A)重縮合物の重量平均分子量が3000〜17000であり、(B)感光性ジアゾナフトキノン化合物が、下記一般式(1)〜(6)のいずれかで表されるポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、及び該ポリヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステルからなる群から選択される少なくとも一種の化合物である、感光性樹脂組成物。
    (式(1)中、k、l、m、及びnは、それぞれ独立に1または2を示す。また、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリル基、及びアシル基からなる群から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。また、Y〜Yは、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CO−、−CO−、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、フェニレン、及び下記化学式で示される有機基からなる群から選択される少なくとも1つの2価の基を示す。)
    (式中、R11及びR12は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリル基、及び置換アリル基からなる群から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。また、R13乃至R16は、水素原子またはアルキル基を示し、それぞれ同一でも相異なっていてもよく、wは1〜5の整数を示す。また、R17乃至R20は、水素原子またはアルキル基を示し、それぞれ同一でも相異なっていてもよい。)
    (式(2)中、Zは下記化学式で表される有機基から選択される少なくとも1つの4価の基を示す。R21、R22、R23、及びR24はそれぞれ独立に1価の有機基を示し、bは0または1を示し、a、c、d、及びeはそれぞれ独立に0〜3の整数を示し、f、g、h、及びiはそれぞれ独立に0〜2の整数を示す。)
    (式(3)中、kは3〜8の整数を示し、kXj個のLはそれぞれ独立に1個以上の炭素原子を有する1価の有機基を示し、jは1〜5の整数を示し、k個のT、及びk個のSはそれぞれ独立に水素原子および1価の有機基からなる群から選択される1価の基を示す。)
    (式(4)中、Aは脂肪族の3級あるいは4級炭素を含む2価の有機基を示し、Mは下記化学式で表される基から選択される少なくとも1つの2価の基を示す。)
    (式(5)中、R25は下記化学式で表される1価の有機基を示し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。また、qはそれぞれ独立に0〜2の整数である。)
    (式中、R26は、それぞれ独立に、アルキル基、及びシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの1価の有機基を示す。また、rはそれぞれ独立に0〜2の整数である。)
    (式(6)中、R27は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、及びシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの1価の基を示す。)
  2. (A)重縮合物が、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−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)ヘキサフルオロプロパン二無水物、及びビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物からなる群より選択される少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−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)ヘキサフルオロプロパン、および3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニルからなる群より選択される少なくとも1つを含む芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する重縮合物である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3. (A)重縮合物が、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンを含む芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する重縮合物である、請求項2に記載の感光性樹脂組成物。
  4. (A)重縮合物が、ビシクロ(2,2,2)−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物と、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンを含む芳香族ジアミンとが脱水縮合した構造を有する重縮合物であって、全テトラカルボン酸二無水物と全芳香族ジアミンとを合わせた全原料モノマーの中でビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホンが20モル%〜40モル%の範囲にあり、全テトラカルボン酸二無水物のモル数と全芳香族ジアミンのモル数の比が1:0.75〜0.87または0.75〜0.87:1の範囲で反応させたものであり、かつ(A)重縮合物の重量平均分子量が5000〜17000の範囲にある、請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を層またはフィルムの形で基板上に形成する塗布工程、該層またはフィルムをマスクを介して化学線で露光するか、または光線、電子線、もしくはイオン線を直接照射する露光工程、該露光部または該照射部を現像液で溶出または除去する現像工程、及び得られたレリーフパターンを加熱する加熱工程を含む、硬化レリーフパターンの形成方法。
  6. 請求項に記載の形成方法により得られる硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置。
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