JP5079089B2 - 感光性樹脂組成物、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置 - Google Patents

感光性樹脂組成物、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の表面保護膜及び層間絶縁膜として使用できる耐熱性樹脂の前駆体である感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いた耐熱性を有する硬化レリーフパターンの製造方法、並びに該硬化レリーフパターンを有してなる半導体装置に関する。
半導体装置の表面保護膜及び層間絶縁膜には、優れた耐熱性、電気特性、及び機械特性等を併せ持つポリイミド樹脂が広く用いられている。このポリイミド樹脂は、現在は一般に感光性ポリイミド前駆体組成物の形で提供されることが多い。半導体装置を製造する過程において、該前駆体組成物をシリコンウエハー等の基板に塗布して前駆体層を形成し、活性光線を用いて該前駆体層をパターニングし、該前駆体層を現像し、そして該前駆体層を熱イミド化処理することによって、ポリイミド樹脂膜を該半導体装置の一部分である表面保護膜、層間絶縁膜等として容易に形成させることが出来る。従って、感光性ポリイミド前駆体組成物を使用した半導体装置の製造プロセスは、表面保護膜等を形成した後にリソグラフィー法によってこれらをパターニングする必要があった従来の非感光性ポリイミド前駆体組成物を使用した製造プロセスに比べて、大幅な工程短縮が可能となるという特徴を有している。
ところで、この感光性ポリイミド前駆体組成物の現像工程においては現像液としてN−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いる必要がある。よって近年の環境問題の高まり等の理由で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、アルカリ性水溶液で現像可能な耐熱性感光性樹脂材料の提案が各種なされている。
中でも、硬化後に耐熱性樹脂となるアルカリ性水溶液可溶性のヒドロキシポリアミド、例えばポリベンズオキサゾール(以下、「PBO」ともいう。)前駆体を、ナフトキノンジアジド化合物等の光酸発生剤と混合して形成したPBO前駆体組成物を感光性樹脂組成物として用いる方法が、特許文献1及び2に開示され、近年注目を集めている。
PBO前駆体組成物であるこの感光性樹脂組成物の現像メカニズムは、未露光部のナフトキノンジアジド化合物及びPBO前駆体のアルカリ性水溶液への溶解速度が小さいのに対し、露光により該ナフトキノンジアジド化合物(すなわち感光性ジアゾキノン化合物)がインデンカルボン酸化合物に化学変化して露光部のアルカリ性水溶液への溶解速度が大きくなることを利用したものである。この露光部と未露光部との間の現像液に対する溶解速度の差を利用し、未露光部からなるレリーフパターンの作製が可能となる。
上述のPBO前駆体組成物を露光し、およびアルカリ性水溶液によって現像することにより、ポジ型レリーフパターンの形成が可能である。さらにPBO前駆体組成物を加熱するとオキサゾール環が生成し、硬化後のPBO膜はポリイミド膜と同等の熱硬化膜特性を有するようになるため、PBO前駆体組成物は、有機溶剤現像型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。
特許文献3では、フェノール性水酸基含有溶剤可溶性ポリイミド(以下、「可溶性PI」ともいう。)とナフトキノンジアジド化合物とからなる感光性樹脂組成物が提案されている。
特許文献4では、PBO前駆体又はPI前駆体にナフトキノンジアジド化合物と特定の有機酸とを添加することによってネガ型パターニングが可能な組成物が提案されている。
特許文献5では、PBO前駆体にm−トルイル酸やm−アニス酸等の有機酸とアルコール成分とを必須成分として組み合わせることで得られる高感度な感光性樹脂組成物が提案されている。
特公平01−046862号公報 特開昭63−096162号公報 国際公開第07/029614号パンフレット 特開平04−186247号公報 国際公開第08/020573号パンフレット
しかし、上記で挙げられた特許文献において提案されるPBO前駆体組成物及び可溶性PI組成物は、感光性ポリイミド前駆体組成物に比較して感度が低いという問題があり、より高感度な組成物に対する要求がある。
特許文献4が提案するネガ型の感光性システムではポジ型の特徴である高解像度を出すことが困難である。また、特許文献5の技術では、PBO前駆体が環化樹脂形成時に揮発するため、環化樹脂形成の際の更なる硬化時残膜率向上が求められていた。
本発明は、環化樹脂形成の際の硬化時残膜率が高く、高感度なポジ型のリソグラフィー性能を有する感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いた硬化レリーフパターンの製造方法、並びに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、特定の構造を有する耐熱性アルカリ水溶液可溶性重合体に、光酸発生剤、及び特定のモノカルボン酸を組み合わせることで、上記の課題を解決し、環化樹脂形成の際の硬化時残膜率が高く、高感度なポジ型のリソグラフィー性能を有する感光性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち本発明は以下の通りである。
[1](A)下記一般式(1):
Figure 0005079089
(式中、X1及びY1は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1及びR2は、各々独立に、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1、n2、n3及びn4は、各々独立に、0〜2の整数であり、n1+n2+n3+n4>0であり、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
で表される構造及び下記一般式(2):
Figure 0005079089
(式中、X2及びY2は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する4価の有機基を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を有するアルカリ水溶液可溶性重合体(以下、「(A)アルカリ水溶液可溶性重合体」ともいう)100質量部、
(B)光酸発生剤1〜50質量部、並びに
(C)カルボキシル基のα位にヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する炭素原子数8以上のモノカルボン酸化合物(以下、「(C)モノカルボン酸化合物」ともいう)5〜20質量部、
を含む、感光性樹脂組成物。
[2]上記(B)光酸発生剤が、ナフトキノンジアジド構造を有する化合物である、上記[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[3]上記(C)モノカルボン酸化合物が、下記一般式(3):
Figure 0005079089
(式中、R1は、有機基を表し、R2は、水素原子及びアルキル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、そしてZ1は、ヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する基を表す。)
で表されかつ炭素原子数8〜30である化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、上記[1]又は[2]に記載の感光性樹脂組成物。
[4]上記(C)モノカルボン酸化合物が、下記一般式(4):
Figure 0005079089
(式中、R3は、水素原子及びアルキル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、R4は、水素原子、アルキル基及びカルボニル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、Z2は、水酸基又は有機基を表し、n5は0〜5の整数であり、そしてZ2は、複数存在する場合には互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表されかつ炭素原子数8〜30である化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[5]上記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体における上記一般式(1)で表される構造が、下記一般式(5):
Figure 0005079089
(式中、X1は、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1は、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1及びn3は、各々独立に、0〜2の整数であり、n1+n3>0であり、m1は、1〜1000の整数であり、L1、L2及びL3は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、そしてL4は、水素原子、メチル基又は水酸基を表す。)
で表される構造を有する、上記[1]〜[4]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[6]上記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体における上記一般式(1)で表される構造が、下記一般式(6):
Figure 0005079089
(式中、X3は、単結合及び下記式(7):
Figure 0005079089
で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表し、L1、L2及びL3は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、L4は、水素原子、メチル基又は水酸基を表し、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
で表される構造を有する、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[7]上記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体における上記一般式(2)で表される構造が、下記一般式(8)で表される構造及び下記一般式(9)で表される構造:
Figure 0005079089
(式中、X4は、単結合及び下記式(7):
Figure 0005079089
で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
からなる群より選ばれる少なくとも1種のポリイミド構造を分子内に有する、上記[1]〜[6]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[8]上記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体の末端が、下記一般式(10):
Figure 0005079089
(式中、L5は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、そしてL6は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜6のアルケニル基を表す。)
で表される末端基からなる群より選ばれる少なくとも1種の末端基を含む、上記[1]〜[7]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[9](D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物を、上記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対して1〜40質量部の量で更に含む、上記[1]〜[8]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
[10]上記(D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物が、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメリット酸トリアリル、及び下記一般式(11):
Figure 0005079089
(式中、D1は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基及び炭素原子数1〜6のアルケニル基、並びに架橋し得る有機基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、M1は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、Z3は、2価の有機基を表し、n6は、0〜4の整数であり、そしてD1は、複数存在する場合には互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、上記[9]に記載の感光性樹脂組成物。
[11]上記(D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物が、下記式(12):
Figure 0005079089
で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、上記[9]又は[10]に記載の感光性樹脂組成物。
[12](1)上記[1]〜[11]のいずれかに記載の感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を基板上に形成する工程、
(2)マスクを介した化学線で感光性樹脂層を露光して露光部を形成するか、又は光線、電子線若しくはイオン線を感光性樹脂層の一部に直接照射して照射部を形成する工程、
(3)感光性樹脂層の該露光部又は該照射部を溶出させて除去することによってレリーフパターンを形成する現像工程、並びに
(4)得られたレリーフパターンを加熱処理して硬化レリーフパターンを形成する加熱工程
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
[13]上記[12]に記載の製造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。
本発明によれば、高感度であり、環化樹脂形成の際の硬化時残膜率の高いポジ型のリソグラフィー性能を有する感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いた硬化レリーフパターンの製造方法、並びに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>
本発明に係る感光性樹脂組成物は、
(A)下記一般式(1):
Figure 0005079089
(式中、X1及びY1は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1及びR2は、各々独立に、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1、n2、n3及びn4は、各々独立に、0〜2の整数であり、n1+n2+n3+n4>0であり、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
で表される構造及び下記一般式(2):
Figure 0005079089
(式中、X2及びY2は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する4価の有機基を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を有するアルカリ水溶液可溶性重合体(以下、「(A)アルカリ水溶液可溶性重合体」ともいう)100質量部、
(B)光酸発生剤1〜50質量部、並びに
(C)カルボキシル基のα位にヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する炭素原子数8以上のモノカルボン酸化合物(以下、「(C)モノカルボン酸化合物」ともいう)5〜20質量部、
を含む。本発明の感光性樹脂組成物を構成する各成分について、以下具体的に説明する。なお本明細書を通じ、各一般式中で同一符号を用いて表されている構造は、分子中に複数存在する場合には特記がない限り互いに同一であっても異なっていてもよい。
(A)アルカリ水溶液可溶性重合体
本発明の感光性樹脂組成物のベースポリマーである(A)アルカリ水溶液可溶性重合体は、下記一般式(1):
Figure 0005079089
(式中、X1及びY1は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1及びR2は、各々独立に、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1、n2、n3及びn4は、各々独立に、0〜2の整数であり、n1+n2+n3+n4>0であり、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
で表される構造及び下記一般式(2):
Figure 0005079089
(式中、X2及びY2は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する4価の有機基を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を有する。
(A)アルカリ水溶液可溶性重合体としては、PBO前駆体であるアルカリ水溶液可溶性重合体、フェノール性水酸基を有するアルカリ水溶液可溶性のポリイミド、テトラカルボン酸とジアミンとから誘導され、アミド結合のオルト位にカルボキシル基を有するポリイミド前駆体であるポリアミド酸、及び該カルボキシル基の一部を封止したポリアミド酸エステルが挙げられる。
(A)アルカリ水溶液可溶性重合体は、上記一般式(1)及び/又は(2)で表される構造からなるものでもよいが、樹脂のアルカリ溶解性を制御するために、上記一般式(1)又は(2)で表される繰り返し単位構造の一部を置換した繰り返し単位構造を含んでもよい。
具体的には、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体は、上記一般式(1)に関連する構造として、下記一般式(13):
Figure 0005079089
(式中、X1及びY1は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1及びR2は、各々独立に、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1、n2、n3及びn4は、各々独立に、0〜2の整数であり、n1+n2+n3+n4>0であり、X5及びY3は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する2価の有機基を表し、m1は、1〜1000の整数であり、m3は、1〜500の整数であり、m1/(m1+m3)>0.5であり、そして、X1及びY1を含むm1個の単位、並びにX5及びY3を含むm3個の単位の配列順序は問わない。)
で表される構造を有してもよい。一般式(13)で表される構造を有する重合体としては、X1(NH22(OH)2(例えばビスアミノフェノール)に由来する構造と、X5(NH22の構造を有するジアミンに由来する構造とを有する重合体が挙げられる。
また、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体は、上記一般式(2)に関連する構造として、下記一般式(14):
Figure 0005079089
(式中、X2、Y2及びY4は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する4価の有機基を表し、X6は、少なくとも2個の炭素原子を有する2価又3価の有機基を表し、n7は、0又は1であり、m2は、1〜1000の整数であり、m4は、1〜500の整数であり、そして、X2及びY2を含むm2個の単位、並びにX6及びY4を含むm4個の単位の配列順序は問わない)
で表される構造を有してもよい。一般式(14)で表される構造を有する重合体としては、X2(NH22(OH)2(例えばビスアミノフェノール)に由来する構造と、X6(NH22(OH)(例えばアミノフェノール)又はX6(NH22の構造を有するジアミンに由来する構造とを有する重合体が挙げられる。
1は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の耐熱性が良好である点で、2個以上30個以下の炭素原子を有する4価の有機基であることが好ましい。Y1は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の耐熱性が良好である点で、2個以上30個以下の炭素原子を有する2価の有機基であることが好ましい。m1は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の機械物性が良好である点で、1〜1000の整数であり、2〜200の整数であることがより好ましく、2〜100の整数であることが更に好ましく、3〜60の整数であることが最も好ましい。
(A)アルカリ水溶液可溶性重合体が必要に応じて有する、上記一般式(13)におけるm3個のジアミド単位は、X5(NH22の構造を有するジアミン及びY3(COOH)2の構造を有するジカルボン酸を重縮合させた構造を有する。X5は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の耐熱性が良好である点で、2個以上30個以下の炭素原子を有する2価の有機基であることが好ましい。Y3は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の耐熱性が良好である点で、2個以上30個以下の炭素原子を有する2価の有機基であることが好ましい。m3は、アルカリ現像液への溶解性及び得られる樹脂膜の機械物性が良好である点で、1〜500の整数であり、1〜10の整数であることがより好ましい。
上記一般式(13)で表される構造中、X1及びY1を含む単位(例えばジヒドロキシジアミド単位)の割合が高いほど現像液として使用するアルカリ性水溶液への(A)アルカリ水溶液可溶性重合体の溶解性が向上するので、m1/(m1+m2)の値は0.5超であり、0.7以上であることがより好ましく、0.8以上であることが最も好ましい。
上記一般式(1)及び上記一般式(13)で表される構造中、X1及びY1を含む単位がジヒドロキシジアミド単位である場合(すなわち(A)アルカリ水溶液可溶性重合体がPBO前駆体を含む場合)について説明する。
PBO前駆体において、ジヒドロキシジアミド単位は、Y1(COOH)2の構造を有するジカルボン酸およびX1(NH22(OH)2の構造を有するビスアミノフェノールを重縮合させた構造を有する。該ビスアミノフェノールの2組のアミノ基とヒドロキシ基はそれぞれ互いにオルト位にある。ジヒドロキシジアミド(ヒドロキシポリアミド)は約250〜400℃に加熱されることによって閉環して、耐熱性樹脂であるポリベンズオキサゾールに変化する。
1(NH22(OH)2の構造を有する上記ビスアミノフェノールとしては、例えば、3,3’−ジヒドロキシベンジジン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシビフェニル、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス−(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス−(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、1,4−ジアミノ−2,5−ジヒドロキシベンゼン、1,3−ジアミノ−2,4−ジヒドロキシベンゼン、及び1,3−ジアミノ−4,6−ジヒドロキシベンゼン等が挙げられる。これらのビスアミノフェノールは単独あるいは2種以上混合して使用できる。
これらのX1(NH22(OH)2の構造を有するビスアミノフェノールのうち特に好ましいものは、X1が下記から選ばれる芳香族基であるビスアミノフェノールである。
Figure 0005079089
また、X1(NH22(OH)2の構造の化合物として、分子内に2組の互いにオルト位にあるアミド結合とフェノール性水酸基とを有するジアミン(以下、「分子内にPBO前駆体構造を有するジアミン」という。)を使用することもできる。例えば、上記のX1(NH22(OH)2の構造を有するビスアミノフェノールに2分子のニトロ安息香酸を反応させて還元することにより得られる、下記一般式で示されるジアミンが挙げられる。
Figure 0005079089
(式中、X7は、少なくとも2個の炭素原子を有する4価の有機基を表す。)
7は、X1で表される有機基の好ましいものとして前述した有機基からなる群より選ばれる少なくとも1種の有機基であることが好ましい。
分子内にPBO前駆体構造を有するジアミンを得るための別法としては、Y5(COCl)2の構造を有するジカルボン酸ジクロリドに2分子のニトロアミノフェノールを反応させて還元し、下記一般式で示されるジアミンを得る方法もある。
Figure 0005079089
(式中、Y5は、少なくとも2個の炭素原子を有する2価の有機基である。)
5は、Y1で表される有機基の好ましいものとして後述する有機基からなる群より選ばれる少なくとも1種の有機基であることが好ましい。
5(NH22の構造を有するジアミンとしては、芳香族ジアミン、シリコンジアミン等が挙げられる。
このうち芳香族ジアミンとしては、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,4−トリレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルケトン、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、3,4’−ジアミノジフェニルケトン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4−メチル−2,4−ビス(4−アミノフェニル)−1−ペンテン、4−メチル−2,4−ビス(4−アミノフェニル)−2−ペンテン、1,4−ビス(α,α−ジメチル−4−アミノベンジル)ベンゼン、イミノ−ジ−p−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナフタレン、4−メチル−2,4−ビス(4−アミノフェニル)ペンタン、5(又は6)−アミノ−1−(4−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、ビス(p−アミノフェニル)ホスフィンオキシド、4,4’−ジアミノアゾベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニル尿素、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ベンゾフェノン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’−ビス[4−(α,α−ジメチル−4−アミノベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(α,α―ジメチル−4−アミノベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、フェニルインダンジアミン、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、o−トルイジンスルホン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルフィド、1,4−(4−アミノフェノキシフェニル)ベンゼン、1,3−(4−アミノフェノキシフェニル)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ジ−(3−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、及び4,4’−ジアミノベンズアニリド等、並びにこれら芳香族ジアミンの芳香核の水素原子が、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、メチル基、メトキシ基、シアノ基、及びフェニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基又は原子によって置換された化合物が挙げられる。
また、本発明の感光性樹脂組成物と基材との接着性を高めるために、X5(NH22の構造を有するジアミンの一部または全部としてシリコンジアミンを選択することができる。シリコンジアミンの例としては、ビス(4−アミノフェニル)ジメチルシラン、ビス(4−アミノフェニル)テトラメチルシロキサン、ビス(4−アミノフェニル)テトラメチルジシロキサン、ビス(γ−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,4−ビス(γ−アミノプロピルジメチルシリル)ベンゼン、ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、ビス(γ−アミノプロピル)テトラフェニルジシロキサン等が挙げられる。
1(COOH)2及びY3(COOH)2構造を有するジカルボン酸としては、Y1及びY3が、それぞれ下記の:
Figure 0005079089
(式中、A1は、−CH2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−、−C(CF32−、及び単結合からなる群より選ばれる2価の基を表し、L7は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基又は不飽和基を表し、kは、0〜4の整数である。)
並びに
Figure 0005079089
(式中、L8、L9及びL10は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、L11は、水素原子、メチル基又は水酸基を表す。)
からなる群より選ばれる芳香族基又は脂肪族基であるジカルボン酸が挙げられる。得られる樹脂膜の機械物性が良好である点で、上記L8、L9、L10及びL11は水素原子であることが最も好ましい。
上記一般式(1)で表される構造、並びに上記一般式(13)で表される構造中のX1及びY1を含む単位の構造は、i線領域での透明性、露光部のアルカリ現像液への溶解性の観点から、上記脂環式構造を有する、下記一般式(5):
Figure 0005079089
(式中、X1は、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1は、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、L1、L2及びL3は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、L4は、水素原子、メチル基又は水酸基を表し、n1及びn3は、各々独立に、0〜2の整数であり、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
で表される構造を含むことが好ましい。
上記一般式(1)で表される構造、並びに上記一般式(13)で表される構造中のX1及びY1を含む単位の構造は、i線領域での透明性、露光部のアルカリ現像液への溶解性の観点から、上記脂環式構造を有する、下記一般式(6):
Figure 0005079089
(式中、X3は、単結合及び下記式(7):
Figure 0005079089
で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表し、L1、L2及びL3は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、L4は、水素原子、メチル基又は水酸基を表し、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
で表される構造を含むことが好ましい。
さらに上記一般式(6)の構造中のトリシクロデカン部位は、さらに下記式(15):
Figure 0005079089
で表される構造群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。その中でも、特に下記式(16):
Figure 0005079089
で表される構造が好ましい。
トリシクロデカン骨格を有するジカルボン酸として代表的な化合物としては、ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンが挙げられる。該化合物は、特開昭58−110538号公報の製造例Aによる合成方法や、特表2002−504891号公報の実施例1による合成方法や、特開平09−15846号公報の合成例2による合成方法に従って得ることができる。しかしながら、これらの方法では、酸化剤として重金属を使用するため、下記の製法が重金属を使用しない点でより望ましい。すなわち、トリシクロ(5,2,1,0)デカンジメタノール(東京化成工業製 カタログNo.T0850)をアセトニトリル等に溶解し、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン−1-オキシル(以下、「TEMPO」ともいう)等の触媒を加え、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム等を使用してpHを調整しながら、亜塩素酸ナトリウム、ジ亜塩素酸ナトリウムを加えて酸化し、精製することで、目的の化合物であるビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンを製造することができる。
また、上述した化合物以外の、上記式(15)の構造群で表される構造を有するジカルボン酸化合物は例えば以下の方法で得ることができる。すなわち、メチルシクロペンタジエンダイマー(東京化成工業製 カタログNo.M0920)、1−メチルジシクロペンタジエン(東京化成工業製 カタログNo.M0910)又は1−ヒドロキシジシクロペンタジエン(東京化成工業製 カタログNo.H0684)を原料として、J.Org.Chem.,45,3527(1980)で知られている方法により、上記原料の不飽和結合部位に臭化水素又は塩化水素を付加させた後、J.Am.Chem.Soc.,95,249(1973)で知られている方法に従い、さらに一酸化炭素及び水を付加させることでトリシクロ[5,2,1,02,6]デカンの骨格にヒドロキシメチル基を2個導入することができる。ジヒドロキシメチル体を合成する方法としては、他には、J.Am.Chem.Soc.,91,2150(1969)で知られている方法により、上記原料の不飽和結合部位に9−ボラビシクロ(3,3,1)ノナンを付加させて中間体を形成した後、さらに一酸化炭素を反応させ、LiAlH(OCH33で還元することでもジヒドロキシメチル体を製造することができる。このようにして得られたジヒドロキシメチル体のジヒドロキシメチル基を、ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンを得る際に説明した方法に従って同様に酸化することで、目的のジカルボン酸を得ることが出来る。
また、上記のY1(COOH)2及びY3(COOH)2構造を有するジカルボン酸の一部または全部として、5−アミノイソフタル酸の誘導体を用いることもできる。該誘導体を得るために5−アミノイソフタル酸に対して反応させる具体的な化合物としては、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、エキソ−3,6−エポキシ−1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物、3−エチニル−1,2−フタル酸無水物、4−エチニル−1,2−フタル酸無水物、シス−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、1−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、マレイン酸無水物、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、アリルスクシン酸無水物、イソシアナートエチルメタクリレート、3−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート、3−シクロヘキセン−1−カルボン酸クロライド、2−フランカルボン酸クロリド、クロトン酸クロリド、ケイ皮酸クロリド、メタクリル酸クロリド、アクリル酸クロリド、プロピオン酸クロリド、テトロール酸クロリド、チオフェン2−アセチルクロリド、p−スチレンスルフォニルクロリド、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、クロロぎ酸メチルエステル、クロロぎ酸エチルエステル、クロロぎ酸n−プロピルエステル、クロロぎ酸イソプロピルエステル、クロロぎ酸イソブチルエステル、クロロぎ酸2−エトキシエステル、クロロぎ酸−sec−ブチルエステル、クロロぎ酸ベンジルエステル、クロロぎ酸2−エチルヘキシルエステル、クロロぎ酸アリルエステル、クロロぎ酸フェニルエステル、クロロぎ酸2,2,2−トリクロロエチルエステル、クロロぎ酸−2−ブトキシエチルエステル、クロロぎ酸−p−ニトロベンジルエステル、クロロぎ酸−p−メトキシベンジルエステル、クロロぎ酸イソボルニルベンジルエステル、クロロぎ酸−p−ビフェニルイソプロピルベンジルエステル、2−t−ブチルオキシカルボニル−オキシイミノ−2−フェニルアセトニトリル、S−t−ブチルオキシカルボニル−4,6−ジメチル−チオピリミジン、ジ−t−ブチル−ジカルボナート、N−エトキシカルボニルフタルイミド、エチルジチオカルボニルクロリド、ぎ酸クロリド、ベンゾイルクロリド、p−トルエンスルホン酸クロリド、メタンスルホン酸クロリド、アセチルクロリド、塩化トリチル、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド、(N,N−ジメチルアミノ)トリメチルシラン、(ジメチルアミノ)トリメチルシラン、トリメチルシリルジフェニル尿素、ビス(トリメチルシリル)尿素、イソシアン酸フェニル、イソシアン酸n−ブチル、イソシアン酸n−オクタデシル、イソシアン酸o−トリル、1,2−フタル酸無水物、及びシス−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、及びグルタル酸無水物が挙げられる。
さらには、Y1(COOH)2及びY3(COOH)2構造を有するジカルボン酸として、テトラカルボン酸二無水物を例えばモノアルコール又はモノアミンで開環して得られるジカルボン酸を使用することもできる。ここでモノアルコールの例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、t−ブタノール、ベンジルアルコール等が挙げられ、モノアミンの例としては、ブチルアミン、アニリン等が挙げられる。上記のテトラカルボン酸二無水物の例としては、下記の化学式:
Figure 0005079089
(式中、A2は、−CH2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−及び−C(CF32−からなる群より選ばれる2価の基を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
または別法として、テトラカルボン酸二無水物とビスアミノフェノール又はジアミンとを反応させて、生成するカルボン酸残基をモノアルコール又はモノアミンによりエステル化又はアミド化することもできる。
また、ビスアミノフェノールに対してトリメリット酸クロリドを反応させてテトラカルボン酸二無水物を生成し、これを上記のテトラカルボン酸二無水物と同様の方法で開環して得られるジカルボン酸を使用することもできる。ここで得られるテトラカルボン酸二無水物としては下記一般式:
Figure 0005079089
(式中、X8は、X1(OH)2(NH−)2で表される2価の有機基を表し、X1は上記一般式(1)におけるものと同義である。)
で表される化合物が挙げられる。
ヒドロキシポリアミドであるジヒドロキシジアミドを合成するための、前述のジカルボン酸とビスアミノフェノール(ジアミン)との重縮合の方法としては、ジカルボン酸と塩化チオニルとを使用してジ酸クロライドを得た後、これにビスアミノフェノール(ジアミン)を作用させる方法、ジカルボン酸とビスアミノフェノール(ジアミン)とをジシクロヘキシルカルボジイミドにより重縮合させる方法等が挙げられる。ジシクロヘキシルカルボジイミドを使用する方法においては同時にヒドロキシベンズトリアゾールを作用させることもできる。
前述の一般式(1)及び一般式(13)で表される繰り返し単位を有する前駆体(例えばPBO前駆体)は、その末端基を有機基(以下、「封止基」ともいう)で封止して使用することも好ましい。例えば、ヒドロキシポリアミドの重縮合において、ジカルボン酸成分をビスアミノフェノール成分とジアミン成分との和に比べて過剰のモル数で使用する場合には、封止基としてアミノ基又は水酸基を有する化合物を用いるのが好ましい。該化合物の例としては、アニリン、エチニルアニリン、ノルボルネンアミン、ブチルアミン、プロパルギルアミン、エタノール、プロパルギルアルコール、ベンジルアルコール、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びヒドロキシエチルアクリレート等が挙げられる。
逆にビスアミノフェノール成分とジアミン成分との和をジカルボン酸成分に比べて過剰のモル数として使用する場合には、封止基を有する化合物として、酸無水物、カルボン酸、酸クロリド、又はイソシアネート基等を有する化合物を用いるのが好ましい。該化合物の例としては、ベンゾイルクロリド、ノルボルネンジカルボン酸無水物、ノルボルネンカルボン酸、エチニルフタル酸無水物、グルタル酸無水物、無水マレイン酸、無水フタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロへキセンジカルボン酸無水物、メタクリロイルオキシエチルメタクリレート、フェニルイソシアネート、メシルクロリド、及びトシル酸クロリド等が挙げられる。この中でも好ましい末端基としては、下記一般式(10):
Figure 0005079089
(式中、L5は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、L6は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜6のアルケニル基を表す。)
で表される基が挙げられる。
次に、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体が上記一般式(2)又は上記一般式(14)で表される構造を有する場合について説明する。一般式(2)及び(14)における、X2及びY2を含む単位によって、可溶性PI構造が形成される。
上記一般式(2)及び上記一般式(14)でそれぞれ表される構造を有する可溶性PIを合成する際には、テトラカルボン酸二無水物、具体的にはY2、又はY2及びY4の4価の有機基を含むテトラカルボン酸二無水物を用いる。中でも、溶剤に対する溶解性及びアルカリ水溶液に対する溶解性の点で、炭素原子数が8〜36の芳香族テトラカルボン酸二無水物、及び炭素原子数が6〜34の脂環式テトラカルボン酸二無水物から選択される化合物が好ましい。具体的には、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、ピロメリト酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3”,4,4”−ターフェニル(ter-phenyl)テトラカルボン酸二無水物、3,3’’’,4,4’’’−クアテルフェニル(quater-phenyl)テトラカルボン酸二無水物、3,3’’’’,4,4’’’’−キンクフェニル(quinque-phenyl)テトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、メチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,1−エチリデン−4,4’−ジフタル酸二無水物、2,2−プロピリデン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,2−エチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,3−トリメチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,4−テトラメチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,5−ペンタメチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、チオ−4,4’−ジフタル酸二無水物、スルホニル−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ベンゼン二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,3−ビス[2−(3,4−ジカルボキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン二無水物、1,4−ビス[2−(3,4−ジカルボキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン二無水物、ビス[3−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]メタン二無水物、ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]メタン二無水物、2,2−ビス[3−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジメチルシラン二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、エチレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、カルボニル−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、メチレン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、1,2−エチレン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、1,1−エチリデン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、2,2−プロピリデン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、オキシ−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、チオ−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、スルホニル−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)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、rel−[1S,5R,6R]−3−オキサビシクロ[3,2,1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1,2−ジカルボン酸無水物、エチレングリコール−ビス(3,4−ジカルボン酸無水物フェニル)エーテル等が挙げられるが、その中でも、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−シクロヘキセン−1,2ジカルボン酸無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)が好ましく、更にその中でも5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フリル)−3−メチル−シクロヘキセン−1,2ジカルボン酸無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物が、水銀ランプのi線に対する透明性、アルカリ水溶液に対する溶解性及び光感度の点で好ましい。
従って、上記一般式(2)及び上記一般式(14)でそれぞれ表される可溶性PI構造は、i線領域の透明性及び露光部のアルカリ現像液への溶解性の観点から、下記一般式(8)で表される構造並びに下記一般式(9)で表される構造:
Figure 0005079089
(式中、X4は、単結合及び下記式(7):
Figure 0005079089
からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
からなる群より選ばれる少なくとも1種のポリイミド構造を分子内に有することが好ましい。
一般式(2)及び(14)でそれぞれ表される構造としてフェノール性水酸基を有するイミドユニットを合成する場合に使用できる、X2の有機基を含むフェノール性水酸基を有するジアミンとしては、上述したフェノール性ジアミンの群の中から選ばれるものが好ましく、その中でも2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパンが、樹脂組成物の光感度が高い観点からより好ましく、X6の有機基を含むジアミンとしては、非フェノール性ジアミン(n1=0のとき)及び2,4−ジアミノフェノール(n1=1のとき)が挙げられる。
フェノール性水酸基を有するイミドユニットを合成する際の脱水縮合反応は、例えば国際公開第01/034679号パンフレット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触媒又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。γ−バレロラクトンとピリジンとを使用してもよい。塩基触媒としては、ピリジン、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,3,5,7−テトラアザトリシクロ(3,3,1,1,3,7)デカン、トリエチレンジアミン等を用いてもよい。
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でもよい。
上記脱水縮合反応においては、反応溶媒として、水を共沸させるための溶媒であるトルエンに加え、アルカリ水溶液に可溶なアルカリ水溶液可溶性重合体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、スルホラン等が用いられる。
なお、2成分以上のテトラカルボン酸二無水物若しくは2成分以上のフェノール性ジアミン又は非フェノール性ジアミンを用いる場合、逐次反応を利用してブロック共重縮合体を形成してもよい。また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よい。
可溶性PIの末端は例えば下記化合物で修飾してもよい。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、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−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−メチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−アミノスチレン、4−エチニルアニリン、3−エチニルアニリン等を可溶性PIの合成時に適量添加する方法が挙げられる。また、ジカルボン酸を末端として残してもよい。
可溶性PIの末端基は、感度の観点から、下記一般式(10):
Figure 0005079089
(式中、L5は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、そしてL6は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜6のアルケニル基を表す。)
で表される末端基からなる群より選ばれる少なくとも1種の末端基であることが好ましい。
(A)アルカリ水溶液可溶性重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」ともいう。)によるポリスチレン換算重量平均分子量は、3,000〜70,000であることが好ましく、6,000〜50,000であることがより好ましい。該重量平均分子量は、硬化レリーフパターンの物性の観点から3,000以上が好ましい。また、解像性の観点から、70,000以下が好ましい。GPCの展開溶媒としては、テトラヒドロフラン(以下、「THF」ともいう。)及びN−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」ともいう。)が推奨される。また分子量は標準単分散ポリスチレンを用いて作成した検量線から求める。標準単分散ポリスチレンとしては昭和電工社製 有機溶媒系標準試料 STANDARD SM−105から選ぶ事が推奨される。
(A)アルカリ水溶液可溶性重合体が、上記一般式(1)及び上記一般式(13)で表される構造、並びに上記一般式(2)及び上記一般式(14)で表される構造の両者を有していてもよい。
該両者の構造は、例えば、一般式(2)又は(14)で表される構造としての、テトラカルボン酸二無水物とフェノール性水酸基を有する芳香族ジアミンとを環化縮合させることにより得られる、フェノール性水酸基を持つポリイミド骨格を、一般式(1)又は(13)で表される構造の形成において前述した重合成分と共重合させることによって得ることができる。共重合の際の共重合比率は任意に選ばれるが、[一般式(1)又は(13)で表される構造]:[一般式(2)又は(14)で表される構造]の比率,例えばヒドロキシポリアミド:可溶性PIの比率が、10:90〜100:0の範囲であることが、光感度の観点から好ましい。
(B)光酸発生剤
(B)光酸発生剤としては、ナフトキノンジアジド構造を有する化合物、オニウム塩、ハロゲン含有化合物等を用いることができるが、溶剤溶解性及び保存安定性の観点から、ナフトキノンジアジド構造を有する化合物(以下、「ナフトキノンジアジド化合物」ともいう。)が好ましい。
上記オニウム塩としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、アンモニウム塩、ジアゾニウム塩等が挙げられ、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、及びトリアルキルスルホニウム塩からなる群より選ばれるオニウム塩が好ましい。
上記ハロゲン含有化合物としては、ハロアルキル基含有炭化水素化合物等が挙げられ、トリクロロメチルトリアジンが好ましい。
上記ナフトキノンジアジド化合物は、典型的には、1,2−ベンゾキノンジアジド構造又は1,2−ナフトキノンジアジド構造を有する化合物であり、米国特許第2,772,972号明細書、米国特許第2,797,213号明細書、及び米国特許第3,669,658号明細書等により公知の物質である。ナフトキノンジアジド化合物は、典型的には、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より選ばれる少なくとも1種の化合物(以下、「NQD化合物」ともいう。)である。
該NQD化合物は、常法に従って、ナフトキノンジアジドスルホン酸化合物をクロルスルホン酸又は塩化チオニルでスルホニルクロライドとし、得られたナフトキノンジアジドスルホニルクロライドと、ポリヒドロキシ化合物とを縮合反応させることにより得られる。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又は1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリドとの所定量をジオキサン、アセトン、テトラヒドロフラン等の溶媒中において、トリエチルアミン等の塩基性触媒の存在下反応させてエステル化を行い、得られた生成物を水洗及び乾燥することにより、NQD化合物を得ることができる。
該NQD化合物としては、以下に列挙するものが好ましく用いられる。
下記一般式(17):
Figure 0005079089
{式中、n8、n9、n10及びn11は、各々独立に1又は2であり、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13及びR14は、各々独立に、水素原子若しくはハロゲン原子、又はアルキル基、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より選ばれる少なくとも1種の1価の基を表し、Y6、Y7及びY8は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−CO−、−CO2−、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、フェニレン、及び下記一般式群:
Figure 0005079089
(式中、R15及びR16は、各々独立に、水素原子、又はアルキル基、アルケニル基、アリル基及び置換アリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の1価の基を表す。)
Figure 0005079089
(式中、R17、R18、R19及びR20は、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、そしてm5は、1〜5の整数である。)
Figure 0005079089
(式中、R21、R22、R23及びR24は、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。)
で表される有機基からなる群より選ばれる少なくとも1種の2価の基を表す。}
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な化合物としては、特開2001−109149号公報の(化18)〜(化32)に記載されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物が挙げられる。
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。
Figure 0005079089
下記一般式(18):
Figure 0005079089
(式中、X9は、下記化学式:
Figure 0005079089
で表される有機基から選ばれる少なくとも1種の4価の基を表し、R25、R26、R27及びR28は、各々独立に1価の有機基を表し、lは0又は1であり、m6、m7、m8及びm9は、各々独立に0〜3の整数であり、そしてn12、n13、n14及びn15は、各々独立に0〜2の整数である。)
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な化合物としては、特開2001−092138号公報の(化23)〜(化28)に記載される化合物が挙げられる。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。
Figure 0005079089
Figure 0005079089
Figure 0005079089
Figure 0005079089
下記一般式(19):
Figure 0005079089
(式中、L12及びL13は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、L14は、1個以上の炭素原子を有する1価の有機基を表し、jは1〜5の整数であり、そしてm10は3〜8の整数である。)
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な好ましい例としては、特開2004−347902号公報の(化24)及び(化25)に記載される化合物が挙げられる。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。
Figure 0005079089
(式中、pは0〜9の整数である。)
下記一般式(20):
Figure 0005079089
(式中、M2は、脂肪族の3級又は4級の炭素を含む2価の有機基を表し、そしてA3は、下記の化学式:
Figure 0005079089
で表される基より選ばれる少なくとも1種の2価の基を表す。)
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な化合物としては、特開2003−131368号公報の(化22)〜(化28)に記載される化合物が挙げられる。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。
Figure 0005079089
Figure 0005079089
(式中、L15は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、そしてL16は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜6のアルケニル基を表す。)
Figure 0005079089
(式中、L17は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、そしてL18は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜6のアルケニル基を表す。)
下記一般式(21):
Figure 0005079089
{式中、R29、R30及びR31は、各々独立に、下記一般式:
Figure 0005079089
(式中、R32は、水素原子、又はアルキル基及びシクロアルキル基から選ばれる少なくとも1種の1価の有機基を表し、そしてm14は、0〜2の整数である。)
で表される1価の有機基を表し、そしてm11、m12及びm13は、各々独立に0〜2の整数である。}
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な化合物としては、特開2004−109849号公報の(化17)〜(化22)に記載されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物が挙げられる。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。
Figure 0005079089
Figure 0005079089
Figure 0005079089
下記一般式(22):
Figure 0005079089
(式中、R33は、水素原子、又はアルキル基、アルコキシ基及びシクロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の1価の有機基を表す。)
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な化合物としては、特開2001−356475号公報の(化18)〜(化22)に記載される化合物が挙げられる。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。
Figure 0005079089
下記一般式(23):
Figure 0005079089
{式中、R34は、下記の一般式:
Figure 0005079089
(式中、R38は、水素原子、又はアルキル基及びシクロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の1価の有機基を表し、そしてm18は、0〜2の整数である。)
で表される1価の有機基を表し、R35、R36及びR37は、各々独立に、水素原子、又はアルキル基及びシクロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の1価の基を表し、そして、m15、m16及びm17は、各々独立に0〜2の整数である。}
で表されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物。
具体的な化合物としては、特開2005−008626号公報の(化15)及び(化16)に記載されるポリヒドロキシ化合物のNQD化物が挙げられる。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。
Figure 0005079089
Figure 0005079089
その他の構造としては具体的に下記が好ましい。
Figure 0005079089
NQD化合物におけるナフトキノンジアジドスルホニル基としては、5−ナフトキノンジアジドスルホニル基及び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い。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、露光に用いる波長によって4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物又は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及び5−ナフトキノンジアジドスルホニル基の両者を有するナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を使用することもできるし、4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物と5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物とを混合して使用することもできる。
本発明の感光性樹脂組成物において、(B)光酸発生剤の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、1〜50質量部であり、5〜30質量部が好ましい。(B)光酸発生剤の配合量が1質量部以上であれば樹脂のパターニング性が良好であり、50質量部以下であれば硬化後の膜の引張り伸び率が良好で、かつ露光部の現像残さ(スカム)が少ない。
(C)モノカルボン酸化合物
(C)モノカルボン酸化合物は、カルボキシル基のα位にヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する炭素原子数8以上のモノカルボン酸化合物である。
(C)モノカルボン酸化合物としては、例えば、3−フェニル乳酸、4−ヒドロキシフェニル乳酸、4−ヒドロキシマンデル酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸、2−メトキシ−2−(1−ナフチル)プロピオン酸、マンデル酸、アトロラクチン酸、アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸が挙げられる。
中でも、下記一般式(3):
Figure 0005079089
(式中、R1は、有機基を表し、R2は、水素原子及びアルキル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、そしてZ1は、ヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する基を表す。)
で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が、硬化時残膜率向上の観点から好ましい。上記一般式(3)で表される化合物の炭素原子数は8〜30であることが好ましい。
一般式(3)で表される化合物としては、具体的には、3−フェニル乳酸、4−ヒドロキシフェニル乳酸、4−ヒドロキシマンデル酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸、2−メトキシ−2−(1−ナフチル)プロピオン酸、マンデル酸、アトロラクチン酸、O−アセチルマンデル酸及びα−メトキシフェニル酢酸が挙げられる。
さらに、下記一般式(4):
Figure 0005079089
(式中、R3は、水素原子及びアルキル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、R4は、水素原子、アルキル基及びカルボニル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、Z2は、水酸基又は有機基を表し、n5は0〜5の整数であり、そしてZ2は、複数存在する場合には互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が、更なる硬化時残膜率向上の観点からより好ましい。上記一般式(4)で表される化合物の炭素原子数は8〜30であることが好ましい。また、Z2が有機基である場合、Z2は好ましくは炭素原子数1〜6の有機基である。
一般式(4)で表される化合物としては、具体的には、4−ヒドロキシマンデル酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸、マンデル酸、アトロラクチン酸、O−アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸等が挙げられる。
中でも、R4は、アルキル基及びカルボニル基からなる群より選ばれる構造を置換基として少なくとも1つ有する基であることがより好ましい。このような化合物として、具体的には、O−アセチルマンデル酸、α−メトキシフェニル酢酸等が挙げられる。
(C)モノカルボン酸化合物は、硬化時残膜率向上の観点から炭素原子数8以上である。また、溶剤への溶解性の観点から、該炭素原子数は30以下であることが好ましい。更に、経時後の析出が小さいという観点から、上記炭素原子数は20以下であることがより好ましく、15以下であることがさらに好ましい。また、本発明の感光性樹脂組成物を用いて形成される膜中にカルボン酸を効率よく残存させる手段として、(C)モノカルボン酸化合物は、カルボキシル基のα位にヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する。特に、エーテル基及びエステル基は該膜と基板との密着性が良いという観点から好ましい。また感度の観点から、感光性樹脂組成物から硬化樹脂膜を形成する際に、プリベーク後に残存したカルボン酸化合物が樹脂組成物を揮発させないよう、上記官能基の部位がメチロール基、アルコキシメチル基等の架橋基となっていることが最も好ましい。
(C)モノカルボン酸化合物は単独で使用しても2種以上混合して使用してもよい。(C)モノカルボン酸化合物を添加する場合の効果は、ポリマーへの反応性の違いから、可溶性PIよりPBO前駆体の方が高い。
上記(C)モノカルボン酸化合物のアルカリ水溶液可溶性重合体に対する配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、5〜20質量部であり、5〜10質量部が好ましい。(C)カルボン酸化合物の配合量が5質量部以上であれば露光部の現像残渣が少なくなり、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜とシリコン基板との密着性が良好である。また上記配合量が20質量部以下であれば、硬化時の膜減りが少なく、硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好である。
(D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物
本発明の感光性樹脂組成物が(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物を含有することは、更なる硬化時残膜率向上及び加熱処理後の樹脂のガラス転移温度向上の観点から好ましい。特に、前述の(C)モノカルボン酸化合物と(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物とを組み合わせることにより、感光性樹脂組成物のキュア時の熱架橋性が向上する。
(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物は、炭素原子数が16〜40である化合物であることが好ましい。
(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物が有する、架橋し得る有機基とは、架橋反応性を有することが当業者に知られている有機基全般を包含し、例えば、(メタ)アクリル基、アルケニル基、アセチレン基、チオール基、ジスルフィド基、イソシアネート基、シアネート基、メチロール基、アルコキシメチル基、N−メチロール基、N−アルコキシメチル基、シラノール基、及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基が挙げられる。これらの中で、架橋性能の観点から、(メタ)アクリル基、アルケニル基、メチロール基、アルコキシメチル基、N−メチロール基及びN−アルコキシメチル基が好ましく、架橋基の低温での反応性が良好であるという観点から、(メタ)アクリル基及びアルケニル基が好ましい。
(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物としては、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸トリアリル、トリメリット酸トリアリル、ピロメリット酸テトラアリルエステル、ペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、並びに下記一般式(11):
Figure 0005079089
(式中、D1は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基及び炭素原子数1〜6のアルケニル基、並びに架橋し得る有機基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、M1は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、Z3は、2価の有機基を表し、n6は、0〜4の整数であり、そしてD1は、複数存在する場合には互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物が挙げられる。その中でも感度の観点から、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメリット酸トリアリル、及び上記一般式(11)で表される化合物が好ましい。上記一般式(11)で表される化合物の具体例として、下記式(12):
Figure 0005079089
で表される化合物が挙げられるが、これら化合物の中でもキュア形状と感度の観点から、メタ−キシリレンジアミン構造からなるBANI−X(丸善石油化学株式会社製:商品名)が最も好ましい。
(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物は、単独で使用しても2種以上混合して使用してもよい。
(D)架橋し得る有機基を3つ以上有する化合物を含有する場合の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、1〜40質量部であることが好ましく、2〜30質量部であることが更に好ましく、4〜20質量部であることが特に好ましい。上記配合量が1質量部以上である場合、硬化時残膜率が向上し、硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好であり、40質量部以下である場合、露光部の現像残渣がなく、良好なリソグラフィー性能を示す。
(E)その他の添加剤
本発明の感光性樹脂組成物には、必要に応じて、ヒドロキシル基含有化合物、感光性樹脂組成物の添加剤として知られているフェノール化合物、染料、界面活性剤、安定剤、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜とシリコンウエハーとの接着性を高めるための接着助剤等を1種又は2種以上配合することも可能である。以下、配合できる添加剤のより詳細な例について具体的に述べる。
上記ヒドロキシル基含有化合物としては、炭素原子数4〜14の化合物が好ましい。本発明の感光性樹脂組成物にヒドロキシル基含有化合物を添加することは、感度及び解像度の観点から好ましい。ヒドロキシル基含有化合物としては、具体的には、シクロプロピルカルビノール、2−シクロヘキセン−1−オール、シクロヘキサンメタノール、4−メチル−1−シクロヘキサンメタノール、3,4−ジメチルシクロヘキサノール、4−エチルシクロヘキサノール、4−t−ブチロシクロヘキサノール、シクロヘキサンエタノール、3−シクロヘキシル−1−プロパノール、1−シクロヘキシル−1−ペンタノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ノルボルナン−2−メタノール、シクロオクタノール、2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール、2,4−ヘキサジエン−1−オール、cis−2−ヘキセン−1−オール、trans−2−ヘプテン−1−オール、cis−4−ヘプテン−1−オール、cis−3−オクテン−1−オール、4−エチル−1−オクチン−3−オール、2,7−オクタジエノール、3,6−ジメチル−1−ヘプチン−3−オール、3−エチル−2−メチル−3−ペンタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ヘキサノール、2,5−ジメチル−2−ヘキサノール、trans,cis−2,6−ノナジエン−1−オール、1−ノネン−3−オール、cis−2−ブテン−1,4−ジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、trans−p−メンタン−3,8−ジオール、2,4−ジメトキシベンジルアルコール、ブチロイン等が挙げられる。
これらの中でも、2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール、2,4−ヘキサジエン−1−オール、cis−2−ヘキセン−1−オール、trans−2−ヘプテン−1−オール、cis−4−ヘプテン−1−オール、cis−3−オクテン−1−オール、trans,cis−2,6−ノナジエン−1−オール、cis−2−ブテン−1,4−ジオール、1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール等の、不飽和結合及び/又は枝分かれ構造を有するヒドロキシル基含有化合物が好ましく、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜と基板との密着性の観点から、ジオールよりモノアルコールがより好ましい。中でも2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール、3−エチル−2−メチル−3−ペンタノール、グリセロール−α,α’−ジアリルエーテルが特に好ましい。
これらのヒドロキシル基含有化合物は単独で使用しても2種以上混合して使用してもよい。
上記ヒドロキシル基含有化合物を配合する場合の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、70質量部以下が好ましく、0.01〜70質量部がより好ましく、0.1〜50質量部がさらに好ましく、1〜40質量部がさらに好ましく、5〜25質量部が特に好ましい。ヒドロキシル基含有化合物の上記配合量が0.01質量部以上である場合露光部の現像残渣が少なくなり、70質量部以下である場合硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好である。
上記フェノール化合物としては、前述のナフトキノンジアジド化合物に使用しているバラスト剤、並びにパラクミルフェノール、ビスフェノール類、レゾルシノール類、及びMtrisPC、MtetraPC等の直鎖状フェノール化合物(本州化学工業社製:商品名)、さらに、TrisP−HAP、TrisP−PHBA、TrisP−PA等の非直鎖状フェノール化合物(本州化学工業社製:商品名)、ジフェニルメタンのフェニル基の水素原子2〜5個を水酸基に置換した化合物、2,2−ジフェニルプロパンのフェニル基の水素原子1〜5個を水酸基に置換した化合物、等が挙げられる。該フェノール化合物の添加により、現像時のレリーフパターンと基材との密着性を向上させ残渣の発生をおさえることができる。なお、バラスト剤とは、フェノール性水素原子の一部がナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化されたフェノール化合物である前述のナフトキノンジアジド化合物(感光性ジアゾキノン化合物)の原料として使用されているフェノール化合物をいう。
上記フェノール化合物を配合する場合の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、50質量部以下が好ましく、1〜30質量部がより好ましい。該配合量が50質量部以下である場合、熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。
上記染料としては、例えば、メチルバイオレット、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン等が挙げられる。染料を配合する場合の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、0.1〜10質量部が好ましい。該配合量が0.1質量部以上である場合着色効果が良好であり、10質量部以下である場合熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。
上記界面活性剤としては、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリグリコール類及びその誘導体からなる非イオン系界面活性剤が挙げられる。また、フロラード(登録商標)(住友3M社製:商品名)、メガファック(登録商標)(大日本インキ化学工業社製:商品名)、又はルミフロン(登録商標)(旭硝子社製:商品名)等のフッ素系界面活性剤が挙げられる。さらに、KP341(信越化学工業社製:商品名)、DBE(チッソ社製:商品名)、及びグラノール(共栄社化学社製:商品名)等の有機シロキサン界面活性剤が挙げられる。該界面活性剤の配合により、感光性樹脂組成物の塗布時のウエハーエッジでの塗膜のハジキをより発生しにくくすることができる。
上記界面活性剤を配合する場合の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、10質量部以下が好ましく、0.01〜1質量部がより好ましい。該配合量が10質量部以下である場合、熱硬化後の膜の耐熱性が良好である。
上記接着助剤としては、アルキルイミダゾリン、酪酸、アルキル酸、ポリヒドロキシスチレン、ポリビニルメチルエーテル、t−ブチルノボラック、エポキシポリマー、及びエポキシシラン等の各種シランカップリング剤が挙げられる。
シランカップリング剤の具体的な好ましい例としては、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製:商品名 KBM803、チッソ株式会社製:商品名 サイラエースS810)、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SIM6475.0)、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学工業株式会社製:商品名 LS1375、アズマックス株式会社製:商品名 SIM6474.0)、メルカプトメチルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SIM6473.5C)、メルカプトメチルメチルジメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SIM6473.0)、3−メルカプトプロピルジエトキシメトキシシラン、3−メルカプトプロピルエトキシジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルジエトキシプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルエトキシジプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルジメトキシプロポキシシラン、3−メルカプトプロピルメトキシジプロポキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルジエトキシメトキシシラン、2−メルカプトエチルエトキシジメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリプロポキシシラン、2−メルカプトエチルトリプロポキシシラン、2−メルカプトエチルエトキシジプロポキシシラン、2−メルカプトエチルジメトキシプロポキシシラン、2−メルカプトエチルメトキシジプロポキシシラン、4−メルカプトブチルトリメトキシシラン、4−メルカプトブチルトリエトキシシラン、4−メルカプトブチルトリプロポキシシラン、N−(3−トリエトキシシリルプロピル)ウレア(信越化学工業株式会社製:商品名 LS3610、アズマックス株式会社製:商品名 SIU9055.0)、N−(3−トリメトキシシリルプロピル)ウレア(アズマックス株式会社製:商品名 SIU9058.0)、N−(3−ジエトキシメトキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−エトキシジメトキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−ジエトキシプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−エトキシジプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−ジメトキシプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−メトキシジプロポキシシリルプロピル)ウレア、N−(3−トリメトキシシリルエチル)ウレア、N−(3−エトキシジメトキシシリルエチル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−エトキシジプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−ジメトキシプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−メトキシジプロポキシシリルエチル)ウレア、N−(3−トリメトキシシリルブチル)ウレア、N−(3−トリエトキシシリルブチル)ウレア、N−(3−トリプロポキシシリルブチル)ウレア、3−(m−アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SLA0598.0)、m−アミノフェニルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SLA0599.0)、p−アミノフェニルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SLA0599.1)アミノフェニルトリメトキシシラン(アズマックス株式会社製:商品名 SLA0599.2)、2−(トリメトキシシリルエチル)ピリジン(アズマックス株式会社製:商品名 SIT8396.0)、2−(トリエトキシシリルエチル)ピリジン、2−(ジメトキシシリルメチルエチル)ピリジン、2−(ジエトキシシリルメチルエチル)ピリジン、(3−トリエトキシシリルプロピル)−t−ブチルカルバメート、(3−グリシドキシプロピル)トリエトキシシランなどが挙げられる。また、特に好ましいものとして、下記構造が挙げられるが、これに限らない。
Figure 0005079089
上記接着助剤を配合する場合の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、20質量部以下が好ましく、0.01〜20質量部以下がより好ましく、0.05〜10質量部がさらに好ましく、0.1〜8質量部がさらに好ましく、1〜6質量部が特に好ましい。接着助剤(特にシリコン系カップリング剤)の上記配合量が0.01質量部以上である場合、露光部の現像残渣がなく、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜とシリコン基板との密着性が良好であり、20質量部以下である場合、該密着性における経時安定性が良好である。
また、添加剤として更に下記化合物を使用してもよい。具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−i−ブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシラン、テトラキス(メトキシエトキシシラン)、テトラキス(メトキシ−n−プロポキシシラン)、テトラキス(エトキシエトキシシラン)、テトラキス(メトキシエトキシエトキシシラン)、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エチレン、ビス(トリエトキシシリル)オクタン、ビス(トリエトキシシリル)オクタジエン、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラスルフィド、ジ−t−ブトキシジアセトキシシラン、ジ−i−ブトキシアルミノキシトリエトキシシラン、ビス(ペンタジオネート)チタン−O,O’−ビス(オキシエチル)−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。中でも、テトラメトキシシラン及びテトラエトキシシランが特に好ましい。上記化合物の配合量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、0〜10質量部が好ましく、0.1〜6質量部がより好ましく、1〜4質量部が特に好ましい。上記配合量が0.1質量部以上である場合、露光部の現像残渣がなく、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜とシリコン基板との密着性が良好であり、10質量部以下である場合、該密着性における経時安定性が良好である。
(F)溶媒
本発明の感光性樹脂組成物は、溶媒に溶解してワニス状にし、感光性樹脂組成物溶液として使用することが好ましい。このような溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン(以下、「GBL」ともいう。)、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロン、N,N−ジメチルアセトアミド(以下、「DMAc」ともいう。)、ジメチルイミダゾリノン、テトラメチルウレア、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル(以下、「DMDG」ともいう。)、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート等を単独で又は2種以上混合して使用できる。これらの溶媒のうち、非アミド系溶媒がフォトレジスト等への影響が少ない点から好ましい。具体的なより好ましい例としてはγ−ブチロラクトン、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラヒドロフルフリルアルコール等を挙げることができる。これらの有機溶剤は単独で使用しても2種以上混合して使用してもよい。
(F)溶媒の添加量は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対し、100〜2000質量部であることが好ましく、100〜1000質量部であることがより好ましい。該溶媒の添加量を変化させることで、粘度をコントロールできる。溶媒の添加量は、上記の範囲内で塗布装置及び塗布厚みに適した粘度となるように設定することが、硬化レリーフパターンの製造を容易にできる点で好ましい。
<硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置>
本発明は、上述した本発明の感光性樹脂組成物を用いる硬化レリーフパターンの製造方法も提供し、該製造方法は、
(1)上述した本発明の感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を基板上に形成する工程、
(2)マスクを介した化学線で感光性樹脂層を露光して露光部を形成するか、又は光線、電子線若しくはイオン線を感光性樹脂層の一部に直接照射して照射部を形成する工程、
(3)感光性樹脂層の該露光部又は該照射部を溶出させて除去することによってレリーフパターンを形成する現像工程、並びに
(4)得られたレリーフパターンを加熱処理して硬化レリーフパターンを形成する加熱工程
を含む。本発明に係る硬化レリーフパターンの製造方法について、以下具体的に説明する。
(1)上述した本発明の感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を基板上に形成する工程(第一の工程)。
この工程では、感光性樹脂組成物を、典型的には感光性樹脂組成物溶液の形態で、例えばシリコンウエハー、セラミック基板、アルミ基板等の基板に、スピンコーターを用いた回転塗布、又はダイコーター若しくはロールコーター等のコータ−により塗布する。又は、インクジェットノズル若しくはディスペンサーを用いて、感光性樹脂組成物溶液を所定の場所に塗布することも可能である。このようにして感光性樹脂組成物溶液が塗布された基板を、オーブン又はホットプレートを用いて50〜140℃、好ましくは100〜140℃に加熱して溶媒を乾燥除去し(以下、「ソフトベーク」又は「プリベーク」ともいう。)、基板上に感光性樹脂層を形成する。
(2)マスクを介した化学線で感光性樹脂層を露光して露光部を形成するか、又は光線、電子線若しくはイオン線を感光性樹脂層の一部に直接照射して照射部を形成する工程(第二の工程)。
続いて、マスクを介した化学線で感光性樹脂層を露光して露光部を形成するか、又は光線、電子線若しくはイオン線を感光性樹脂層の一部に直接照射して照射部を形成する。具体的には、コンタクトアライナー又はステッパーを用いて化学線による露光を行うか、又は、光線、電子線若しくはイオン線を感光性樹脂層の所定部分に直接照射する。活性光線である化学線としては、例えばg線、h線、i線及びKrFレーザーを使用できる。
(3)感光性樹脂層の露光部又は照射部を溶出させて除去することによってレリーフパターンを形成する現像工程(第三の工程)。
続いて、感光性樹脂層の露光部又は照射部を現像液で溶出(溶解)除去し、好ましくは、引き続きリンス液によるリンスを行うことで所望のレリーフパターンを得る。現像方法としてはスプレー、パドル、ディップ、超音波等の方式が可能である。リンス液としては蒸留水、脱イオン水等が使用できる。
感光性樹脂層を現像するために用いられる現像液は、(A)アルカリ水溶液可溶性重合体を溶解除去するものであり、アルカリ化合物を溶解させたアルカリ性水溶液であることが必要である。現像液中に溶解されるアルカリ化合物は、無機アルカリ化合物又は有機アルカリ化合物のいずれであってもよい。
該無機アルカリ化合物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二ナトリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ホウ酸リチウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、及びアンモニア等が挙げられる。
また、該有機アルカリ化合物としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシド、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、エタノールアミン、及びトリエタノールアミン等が挙げられる。
さらに、必要に応じて、上記アルカリ性水溶液に、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等の水溶性有機溶媒、界面活性剤、保存安定剤、及び樹脂の溶解抑止剤等を適量添加することができる。
(4)得られたレリーフパターンを加熱処理して硬化レリーフパターンを形成する加熱工程(第四の工程)。
最後に、得られたレリーフパターンを加熱処理する(以下、この工程を「キュア」という。)。キュアによって、例えば(A)アルカリ水溶液可溶性重合体がPBO前駆体構造を有する場合には、ポリベンゾオキサゾール構造を有する樹脂からなる耐熱性硬化レリーフパターンを形成することができる。加熱装置としては、オーブン炉、ホットプレート、縦型炉、ベルトコンベアー炉、圧力オーブン等を使用する事ができ、加熱方法としては、熱風、赤外線、電磁誘導等による加熱が推奨される。加熱温度は200〜450℃が好ましく、250〜400℃がさらに好ましい。また加熱時間は15分〜8時間が好ましく、1時間〜4時間がさらに好ましい。また加熱時の雰囲気は窒素、アルゴン等の不活性ガス中が好ましい。
以上のような方法により硬化レリーフパターンを形成することができる。
本発明は、上述した本発明の製造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も提供する。本発明に係る半導体装置は、上述の硬化レリーフパターンを、表面保護膜、層間絶縁膜、再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、及びバンプ構造を有する装置の保護膜の少なくともいずれかとして形成し、公知の半導体装置の製造方法を組み合わせることで製造することができる。
本発明を参考例及び実施例に基づいて更に説明する。
<ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンの製造>
〔参考例1〕
テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた、ガラス製のセパラブル3つ口フラスコに、トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンジメタノール(東京化成工業社製)71.9g(0.366mol)をアセトニトリル1Lに溶解させたものを加え、さらに、イオン交換水1.4Lにりん酸水素二ナトリウム256.7g(1.808mol)及びりん酸二水素ナトリウム217.1g(1.809mol)を溶解させたものを加えた。これに、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(東京化成工業社製、以下、「TEMPO」ともいう。)2.8g(0.0179モル)を添加し、攪拌して溶解させた。
上記で得た溶液に、80%亜塩素酸ナトリウム143.2g(1.267mol)をイオン交換水850mLで希釈したものを滴下した。次いで、5%ジ亜塩素酸ナトリウム水溶液3.7ミリリットルをイオン交換水7mLで希釈して該溶液中に滴下した。この溶液を、恒温槽により35〜38℃に保ち、20時間攪拌して反応させた。
反応後、得られた反応液を12℃に冷却し、イオン交換水300mLに亜硫酸ナトリウム75gを溶解させた水溶液を該反応液に滴下し、過剰の亜塩素酸ナトリウムを失活させた後、500mLの酢酸エチルで反応液を洗浄した。その後、10%塩酸115mLを滴下して反応液のpHを3−4に調整し、デカンテーションにより沈殿物を回収した。この沈殿物をテトラヒドロフラン200mLに溶解させた。また、水層を500mLの酢酸エチルで2回抽出した後、食塩水で洗浄し、析出物を同じくテトラヒドロフランに溶解させた。上記のテトラヒドロフラン溶液を混ぜ、これを無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、さらにエバポレーターで濃縮及び乾燥させることで、ビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカン58.4g(収率71.1%)の白い結晶物を得た。
<ビス(クロロカルボニル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンの製造>
〔参考例2〕
参考例1で得たビス(カルボキシ)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカン62.5g(278mmol)、塩化チオニル97mL(1.33モル)、及びピリジン0.4mL(5.0mmol)を反応容器に仕込み、25〜50℃で18時間攪拌し、反応させた。反応終了後、反応生成物にトルエンを加え、減圧下で、過剰の塩化チオニルをトルエンと共沸させることで反応生成物を濃縮し、オイル状のビス(クロロカルボニル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカンを73.3g(収率100%)得た。
<(A)アルカリ水溶液可溶性重合体の合成>
〔参考例3〕
容量2Lのセパラブルフラスコ中で、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)−ヘキサフルオロプロパン197.8g(0.54mol)、ピリジン75.9g(0.96mol)、DMAc692gを室温(25℃)で混合攪拌し溶解させた。これに、別途DMDG88g中に5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物(東京化成工業社製)19.7g(0.12mol)を溶解させたものを滴下ロートより滴下した。滴下に要した時間は40分、反応液温は最大で28℃であった。
滴下終了後、湯浴により反応液を50℃に加温し18時間撹拌したのち反応液のIRスペクトルの測定を行い1385cm-1および1772cm-1のイミド基の特性吸収が現れたことを確認した。
次にこれを水浴により8℃に冷却し、これに別途DMDG398g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142.3g(0.48mol)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、得られた反応液を12リットル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、適宜水洗及び脱水の後に真空乾燥を施し、アルカリ水溶液可溶性重合体(P−1)としてPBO前駆体を得た。このようにして合成されたアルカリ水溶液可溶性重合体のGPC(高速液体クロマトグラフィー)による重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算で14000の単一のシャープな曲線であり、単一組成物が得られたことを確認した。GPCの分析条件を以下に記す。
カラム:昭和電工社製 商標名 Shodex 805/804/803直列
容離液:テトラヒドロフラン 40℃
流速:1.0ml/分
検出器:昭和電工製 商標名 Shodex RI SE−61
〔参考例4〕
テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた、ガラス製のセパラブル3つ口フラスコに、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン(クラリアントジャパン社製)(以下、「BAP」ともいう。)69.17g(268mmol)、NMP276g、ピリジン12.7g(160mmol)を加え、窒素導入管を取り付け、窒素ガスを流した状態で攪拌してBAPを溶解させた。BAPが溶解した後、反応容器を、メタノールにドライアイスを加えた容器に浸して冷却した。参考例2で製造したビス(クロロカルボニル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デカン69.99g(268mmol)をγ−ブチロラクトン280gに溶解させ、−10〜−19℃に保って30分を要して反応容器に滴下した。滴下終了後、反応容器を氷浴に浸し、0〜10℃に保って2時間攪拌した。さらにピリジン29.65g(375mmol)を反応容器に加えた。
上記で得た反応液にエタノールを加えていき、重合体を析出させた後これを回収し、NMP350mLに溶解させた。得られた溶液を、次いで、陽イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバーリストA21)78g、陰イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバーリスト15)75gでイオン交換した。この溶液をイオン交換水3Lに高速攪拌下で滴下し、重合体を分散析出させて回収し、適宜水洗及び脱水の後に真空乾燥を施し、PBO前駆体ユニットからなるアルカリ水溶液可溶性重合体(P−2)としてPBO前駆体を得た。このようにして合成されたアルカリ水溶液可溶性重合体のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で36800の単一のシャープな曲線であり、単一組成物が得られたことを確認した。GPCの分析条件を以下に記す。
カラム:昭和電工社製 商標名 Shodex 805M/806M直列
容離液:N−メチルピロリドン 40℃
流速 :1.0ml/分
検出器:日本分光社製 商標名 RI−930
〔参考例5〕
テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた、ガラス製のセパラブル4つ口フラスコに、ディーンスタークトラップ付き冷却管を取り付けた。5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2ジカルボン酸無水物(東京化成工業株式会社製)35.14g(133ミリモル)、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物41.26g(133ミリモル)、BAP72.28g(280ミリモル)、γ−ブチロラクトン254.6g、トルエン60gを加えて、室温で100rpmで4時間攪拌後、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物4.6g(28ミリモル)を加えて、窒素ガスを通じながらシリコン浴温度50℃で、100rpmで8時間加熱攪拌した。その後、シリコン浴温度180℃に加温し、100rpmで2時間加熱攪拌した。反応中トルエン及び水の留出分を除去した。イミド化反応終了後、室温に戻した。
上記で得た反応液を3l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、適宜水洗及び脱水の後に真空乾燥を施しアルカリ水溶液可溶性重合体(P−3)として可溶性PIを得た。このようにして合成されたアルカリ水溶液可溶性重合体のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で23000の単一のシャープな曲線であった。GPCの分析条件を以下に記す。
カラム:昭和電工社製 商標名 Shodex 805M/806M直列
容離液:N−メチルピロリドン 40℃
流速 :1.0ml/分
検出器:日本分光社製 商標名 RI−930
〔参考例6〕
容量2lのセパラブルフラスコ中で、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2ジカルボン酸無水物105.7g(0.4mol)、イソブチルアルコール59.3g(0.8mol)及びGBL320gを室温(25℃)で混合攪拌し溶解させ、氷冷下で攪拌しながらピリジン63.3g(0.8mol)を加え、発熱終了後室温まで放冷し、16時間放置した。
これに、ジシクロヘキシルカルボジイミド165g(0.8mol)をGBL120gに溶解した溶液を氷冷下で攪拌しながら40分間で加え、続いて4,4’−ジアミノジフェニルエーテル74.5g(0.37mol)をGBL150gに懸濁したものを同様に氷冷下で攪拌しながら60分間で加えた。室温で2時間攪拌後、エチルアルコール30mlを加えて、1時間攪拌し、更にDMAc250mlとTHF400mlを加えた後、沈殿を吸引濾過により除去して得られた反応液を15lのエチルアルコールに加え、生成した沈殿を濾別した後、真空乾燥してポリアミド酸エステル(P−4)としてPI前駆体を得た。このようにして合成されたアルカリ水溶液可溶性重合体のGPCによる重量平均分子量は、ポリスチレン換算で33000の単一のシャープな曲線であった。GPCの分析条件を以下に記す。
カラム:昭和電工社製 商標名 Shodex 805M/806M直列
容離液:N−メチルピロリドン 40℃
流速 :1.0ml/分
検出器:日本分光社製 商標名 RI−930
<(B)ナフトキノンジアジド化合物の合成>
〔参考例7〕
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あと、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、析出物を濾別した後、該析出物にTHF500mlを加え撹拌溶解し、得られた均一溶液を陽イオン交換樹脂:アンバーリスト15(オルガノ社製)100gが充填されたガラスカラムに通し、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、真空乾燥した。
生成物がイミド化していることは、IRスペクトルで1394cm-1及び1774cm-1のイミド基の特性吸収が現れ1540cm-1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、並びにNMRスペクトルでアミド及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、該生成物65.9g(0.1mol)、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロライド53.7g(0.2mol)、アセトン560gを反応容器に加え、20℃で撹拌溶解した。これに、トリエチルアミン21.2g(0.21mol)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、反応液は氷水浴等を用いて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質量%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、洗浄及び濾別回収し、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24時間真空乾燥し、感光性ジアゾキノン化合物(ナフトキノンジアジド化合物)(Q−1)を得た。
〔参考例8〕
容量1Lのセパラブルフラスコに、ポリヒドロキシ化合物として4,4’−(1−(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール(本州化学工業社製、商品名:Tris−PA)の化合物30g(0.0707mol)を添加し、このOH基の83.3mol%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(0.177mol)をアセトン300gに撹拌溶解したものを添加した後、フラスコを恒温槽にて30℃に調整した。次にアセトン18gにトリエチルアミン17.9gを溶解し、滴下ロートに仕込んだ後、これを30分かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後更に30分間撹拌を続け、その後塩酸を滴下し、更に30分間撹拌を行い反応を終了させた。その後濾過し、トリエチルアミン塩酸塩を除去した。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。この析出物を水洗及び濾過した後、40℃減圧下で48時間乾燥させ、感光性ジアゾキノン化合物(ナフトキノンジアジド化合物)(Q−2)を得た。
〔参考例9〕
<接着助剤の調製>
反応容器としては、テフロン(登録商標)製の碇型攪拌器を取り付けた、ガラス製のセパラブル3つ口フラスコを用いた。反応容器に、二炭酸ジ−t−ブチル131.0gとγ−ブチロラクトン780gを入れ、室温下で3−アミノプロピルトリエトキシシラン132.8gとγ−ブチロラクトン270gを混合させた溶液をゆっくり室温下で滴下した。滴下するに従い、反応液は約40℃まで発熱した。また、反応に伴い、炭酸ガスの発生が確認された。滴下終了後、室温で2時間攪拌した後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて反応液を確認したところ、原料は全く検出されず、生成物の(3−トリエトキシシリルプロピル)−t−ブチルカルバメートが単一ピークとして純度98%で検出された。この様にして、接着助剤溶液を得た。
<感光性樹脂組成物の製造>
[実施例1〜21、比較例1〜11]
表1に記載する実施例1〜21、及び比較例1〜11の感光性樹脂組成物は、上記参考例3から6にて得られた耐熱性の(A)アルカリ水溶液可溶性重合体(P−1〜P−4)100質量部に対して、表1に示す量の、上記参考例7及び8にて得られた(B)ナフトキノンジアジド化合物(Q−1及びQ−2)、下記C−1からC−11の(C)モノカルボン酸化合物、及び下記D−1からD−3の(D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物を適宜GBL170〜220質量部に溶解させた後、参考例9で得られた接着助剤を30質量部加え、0.2μmのフィルターで濾過して調製した。
(C−1)3−フェニル乳酸
(C−2)ヒドロキシマンデル酸
(C−3)4−ヒドロキシ−3−メトキシマンデル酸
(C−4)マンデル酸
(C−5)アトロラクチン酸
(C−6)O−アセチルマンデル酸
(C−7)α−メトキシフェニル酢酸
(C−8)2−フェニル酪酸
(C−9)3−(4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸
(C−10)トロパ酸
(C−11)m−トルイル酸
(D−1)BANI−X(丸善石油化学:商品名)
(D−2)トリメチロールプロパントリメタクリレート
(D−3)トリメリット酸トリアリル
<感光性樹脂組成物の評価>
(1)パターニング特性評価
・プリベーク膜の作製及び膜厚測定
上記実施例及び比較例の感光性樹脂組成物をスピンコーター(東京エレクトロン社製 クリーントラックMark8)にて、6インチシリコンウエハーにスピン塗布し、ホットプレート上125℃及び180秒間でプリベークして評価用膜を得た。各組成物の初期膜厚は、320℃で1時間キュアした時の硬化後樹脂膜厚で、P−1及びP−2は7μm、P−3は5μmとなるように調整した。膜厚は膜厚測定装置(大日本スクリーン製造社製ラムダエース)にて測定した。
・露光
この評価用膜を、テストパターン付きレチクルを通してi線(365nm)の露光波長を有するステッパー(ニコン社製NSR2005i8A)を用いて露光量を段階的に変化させて露光した。
・現像
露光後の膜を、アルカリ現像液(AZエレクトロニックマテリアルズ社製AZ300MIFデベロッパー、2.38質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)を用い、23℃の条件下で現像後膜厚が初期膜厚の85%となるように現像時間を調整して現像し、純水にてリンスを行い、ポジ型のレリーフパターンを形成した。
・キュア膜の作製
次いで、現像後の膜を昇温式オーブン(光洋サーモシステム社製 VF200B)を用いて320℃で1時間キュアし、硬化レリーフパターンを有するキュア膜を作製した。
なお、感光性樹脂組成物の感度及び硬化時残膜率を次のようにして評価した。結果を以下の表2に示す。
[感度(mJ/cm2)]
感度(mJ/cm2)は、規定現像後膜厚において、塗膜の露光部を完全に溶解除去しうる最小露光量と規定した。
[硬化時残膜率(%)]
硬化時残膜率(%)は、(キュア後の硬化レリーフパターンの膜厚)/(現像後のレリーフパターンの膜厚)×100と規定した。
Figure 0005079089
Figure 0005079089
本発明の感光性樹脂組成物は、半導体装置の表面保護膜、層間絶縁膜、再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、バンプ構造を有する装置の保護膜、多層回路の層間絶縁膜、フレキシブル銅張板のカバーコート、ソルダーレジスト膜、及び液晶配向膜等として好適に利用できる。

Claims (13)

  1. (A)下記一般式(1):
    Figure 0005079089
    (式中、X1及びY1は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1及びR2は、各々独立に、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1、n2、n3及びn4は、各々独立に、0〜2の整数であり、n1+n2+n3+n4>0であり、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
    で表される構造及び下記一般式(2):
    Figure 0005079089
    (式中、X2及びY2は、各々独立に、少なくとも2個の炭素原子を有する4価の有機基を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
    で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を有するアルカリ水溶液可溶性重合体100質量部、
    (B)光酸発生剤1〜50質量部、並びに
    (C)カルボキシル基のα位にヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する炭素原子数8以上のモノカルボン酸化合物5〜20質量部、
    を含む、感光性樹脂組成物。
  2. 前記(B)光酸発生剤が、ナフトキノンジアジド構造を有する化合物である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3. 前記(C)モノカルボン酸化合物が、下記一般式(3):
    Figure 0005079089
    (式中、R1は、有機基を表し、R2は、水素原子及びアルキル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、そしてZ1は、ヒドロキシル基、エーテル基及びエステル基からなる群より選ばれる官能基を少なくとも1つ有する基を表す。)
    で表されかつ炭素原子数8〜30である化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  4. 前記(C)モノカルボン酸化合物が、下記一般式(4):
    Figure 0005079089
    (式中、R3は、水素原子及びアルキル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、R4は、水素原子、アルキル基及びカルボニル基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、Z2は、水酸基又は有機基を表し、n5は0〜5の整数であり、そしてZ2は、複数存在する場合には互いに同一であっても異なっていてもよい。)
    で表されかつ炭素原子数8〜30である化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 前記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体における前記一般式(1)で表される構造が、下記一般式(5):
    Figure 0005079089
    (式中、X1は、少なくとも2個の炭素原子を有する2〜4価の有機基を表し、R1は、水素原子又は炭素原子数1〜10の炭化水素基を表し、n1及びn3は、各々独立に、0〜2の整数であり、m1は、1〜1000の整数であり、L1、L2及びL3は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、そしてL4は、水素原子、メチル基又は水酸基を表す。)
    で表される構造を有する、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  6. 前記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体における前記一般式(1)で表される構造が、下記一般式(6):
    Figure 0005079089
    (式中、X3は、単結合及び下記式(7):
    Figure 0005079089
    で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表し、L1、L2及びL3は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表し、L4は、水素原子、メチル基又は水酸基を表し、そしてm1は、1〜1000の整数である。)
    で表される構造を有する、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  7. 前記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体における前記一般式(2)で表される構造が、下記一般式(8)で表される構造及び下記一般式(9)で表される構造:
    Figure 0005079089
    (式中、X4は、単結合及び下記式(7):
    Figure 0005079089
    で表される構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表し、そしてm2は、1〜1000の整数である。)
    からなる群より選ばれる少なくとも1種のポリイミド構造を分子内に有する、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  8. 前記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体の末端が、下記一般式(10):
    Figure 0005079089
    (式中、L5は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、そしてL6は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜6のアルケニル基を表す。)
    で表される末端基からなる群より選ばれる少なくとも1種の末端基を含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  9. (D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物を、前記(A)アルカリ水溶液可溶性重合体100質量部に対して1〜40質量部の量で更に含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  10. 前記(D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物が、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメリット酸トリアリル、及び下記一般式(11):
    Figure 0005079089
    (式中、D1、炭素原子数1〜6のアルキル基及び炭素原子数1〜6のアルケニル基、並びに架橋し得る有機基からなる群より選ばれる構造を少なくとも1つ有する基を表し、M1は、−CH2−、−O−又は−S−を表し、Z3は、2価の有機基を表し、n6は、0〜4の整数であり、そしてD1は、複数存在する場合には互いに同一であっても異なっていてもよい。)
    で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項9に記載の感光性樹脂組成物。
  11. 前記(D)架橋し得る有機基を分子内に3つ以上有する化合物が、下記式(12):
    Figure 0005079089
    で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項9に記載の感光性樹脂組成物。
  12. (1)請求項1〜11のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物からなる感光性樹脂層を基板上に形成する工程、
    (2)マスクを介した化学線で感光性樹脂層を露光して露光部を形成するか、又は光線、電子線若しくはイオン線を感光性樹脂層の一部に直接照射して照射部を形成する工程、
    (3)感光性樹脂層の該露光部又は該照射部を溶出させて除去することによってレリーフパターンを形成する現像工程、並びに
    (4)得られたレリーフパターンを加熱処理して硬化レリーフパターンを形成する加熱工程
    を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
  13. 請求項12に記載の製造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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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5644476B2 (ja) * 2010-12-22 2014-12-24 東レ株式会社 感光性樹脂組成物、それを用いた硬化膜、半導体装置の製造方法および半導体装置
JP5715440B2 (ja) * 2011-02-24 2015-05-07 旭化成イーマテリアルズ株式会社 アルカリ可溶性重合体、それを含む感光性樹脂組成物、及びその用途
WO2014003092A1 (ja) * 2012-06-29 2014-01-03 日産化学工業株式会社 芳香族ポリアミドおよびそれを含む膜形成用組成物
JP6947519B2 (ja) * 2016-04-14 2021-10-13 旭化成株式会社 感光性樹脂組成物、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置
KR102337564B1 (ko) * 2018-09-28 2021-12-13 삼성에스디아이 주식회사 감광성 수지 조성물, 이를 이용한 감광성 수지막 및 전자 소자
TW202219161A (zh) * 2020-09-25 2022-05-16 日商富士軟片股份有限公司 樹脂組成物、硬化物、積層體、硬化物的製造方法及半導體元件
CN114721223A (zh) * 2020-12-22 2022-07-08 华为技术有限公司 感光性树脂、感光性树脂组合物、固化物、图案形成方法以及集成电路器件

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08176095A (ja) * 1994-12-20 1996-07-09 Mitsubishi Chem Corp ナフトキノンジアジド化合物及び感光性組成物
JPH08272089A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Toppan Printing Co Ltd ポジ型フォトレジスト組成物及びその溶解速度調整方法
JPH09124533A (ja) * 1995-11-02 1997-05-13 Shin Etsu Chem Co Ltd 新規ヨ−ドニウム塩及び化学増幅ポジ型レジスト材料
JP2002189290A (ja) * 2000-09-29 2002-07-05 Nippon Zeon Co Ltd 絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物及び有機エレクトロルミネッセンス素子用絶縁膜
JP2006096962A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Sanei Kagaku Kk 感光性熱硬化性樹脂組成物、並びにレジスト被覆プリント配線板及びその製造法
WO2008020573A1 (fr) * 2006-08-15 2008-02-21 Asahi Kasei Emd Corporation Composition de résine photosensible positive
WO2009081950A1 (ja) * 2007-12-26 2009-07-02 Asahi Kasei E-Materials Corporation 耐熱性樹脂前駆体及びそれを用いた感光性樹脂組成物

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW594395B (en) * 2000-09-29 2004-06-21 Nippon Zeon Co Photoresist composition for insulating film, insulating film for organic electroluminescent element, and process for producing the same
JP4895034B2 (ja) * 2006-05-24 2012-03-14 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物、スペーサーおよびその形成方法
KR100885616B1 (ko) * 2006-06-26 2009-02-24 씨제이제일제당 (주) 글리세롤을 이용한 아미노산의 생산 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08176095A (ja) * 1994-12-20 1996-07-09 Mitsubishi Chem Corp ナフトキノンジアジド化合物及び感光性組成物
JPH08272089A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Toppan Printing Co Ltd ポジ型フォトレジスト組成物及びその溶解速度調整方法
JPH09124533A (ja) * 1995-11-02 1997-05-13 Shin Etsu Chem Co Ltd 新規ヨ−ドニウム塩及び化学増幅ポジ型レジスト材料
JP2002189290A (ja) * 2000-09-29 2002-07-05 Nippon Zeon Co Ltd 絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物及び有機エレクトロルミネッセンス素子用絶縁膜
JP2006096962A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Sanei Kagaku Kk 感光性熱硬化性樹脂組成物、並びにレジスト被覆プリント配線板及びその製造法
WO2008020573A1 (fr) * 2006-08-15 2008-02-21 Asahi Kasei Emd Corporation Composition de résine photosensible positive
WO2009081950A1 (ja) * 2007-12-26 2009-07-02 Asahi Kasei E-Materials Corporation 耐熱性樹脂前駆体及びそれを用いた感光性樹脂組成物

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