JP5163812B2 - ポジ型感光性樹脂組成物、硬化膜、保護膜、層間絶縁膜、およびそれを用いた半導体装置、表示素子 - Google Patents
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Description
更に最近では、安全性の面からアルカリ水溶液で現像ができるポジ型感光性樹脂組成物が開発されている。例えば、特許文献1にはベース樹脂であるポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂と感光剤であるジアゾキノン化合物より構成されるポジ型感光性樹脂組成物が開示されている。これは高い耐熱性、優れた電気特性、微細加工性を有し、ウェハーコート用のみならず層間絶縁用樹脂組成物としての可能性も有している。このポジ型感光性樹脂組成物の現像メカニズムは以下のようになっている。未露光部のジアゾキノン化合物は現像液であるアルカリ水溶液に不溶であり、ベース樹脂と相互作用することでこれに対し耐性を持つようになる。一方、露光することによりジアゾキノン化合物は化学変化を起こし、アルカリ水溶液に可溶となり、ベース樹脂の溶解を促進させる。この露光部と未露光部との溶解性の差を利用し、露光部を溶解除去することにより未露光部のみの塗膜パターンの作成が可能となるものである。
塗膜パターンを形成したポジ型感光性樹脂組成物中のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂は、最終的に300℃近い高温で硬化することにより脱水閉環し、耐熱性に富むポリベンゾオキサゾール樹脂となる。しかし、この硬化を行うとポリベンゾオキサゾール樹脂及びジアゾキノン化合物が酸化、分解し、膜が黒く変色するという問題がある。また、半導体の製造工程においては硬化後にも様々な熱処理が行われる。例えばLOC構造の場合はLOCテープ付きリードフレームを350〜450℃の高温でチップに圧着する。その際、チップにコートしたポリベンゾオキサゾール樹脂は更に黒く変色する。変色するとその後に行われるワイヤーボンディング時に認識不良が発生する。そこで硬化膜の色が淡く、且つ硬化後に高温で熱処理が行われても変色が少ないポジ型感光性樹脂組成物が望まれている。
また、これらのポジ型感光性樹脂組成物を実際に使用する場合、特に重要となるのはポジ型感光性樹脂組成物の感度である。低感度であると、露光時間が長くなりスループットが低下する。そこでポジ型感光性樹脂組成物の感度を向上させようとして、例えばベース樹脂の分子量を小さくすると、現像時に未露光部の膜減りが大きくなるために、必要とされる膜厚が得られなかったり、解像度が低下するといった問題が生じる。
そこで、特許文献2では、ポジ型感光性樹脂組成物に、特定構造を有するヒンダード系フェノール酸化防止剤を含有させることにより、硬化膜の色を淡く、且つ、硬化後熱処理プロセスにおいても変色を少なくしている。また、特許文献3では、ポジ型感光性樹脂組成物に、特定構造を有するフェノール化合物を含有させることにより、感度及び解像度を高くしている。
ところが、特許文献2では、硬化膜の色を薄く、且つ、硬化後熱処理プロセスにおいても変色を少なくすることができ、また、特許文献3では、高感度且つ高解像度にすることができるものの、これらの従来技術では、(i)感度及び解像度を高くし、(ii)硬化膜の色を淡く、硬化後熱処理プロセスにおいても変色を少なくし、(iii)基盤に対する硬化膜の密着性を高くすることを、同時に全て解決することは、非常に困難であった。
従って、本発明の課題は、感度及び解像度が高く、硬化後の膜の色が淡く、硬化後の熱処理においても変色が少なく、且つ、基盤に対する硬化膜の密着性が高いポジ型感光性樹脂組成物、保護膜、層間絶縁膜、およびそれを用いた半導体装置、表示素子を提供することにある。
[1]ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)と、
感光性ジアゾキノン化合物(B)と、
一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)と、
一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)と、
を含有することを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
一般式(1):
(式(1)中、R1は水素原子又は炭素数1〜4の有機基である。aは1〜3の整数である。bは1〜3の整数である。)
一般式(2):
(式(2)中、R2はメチレン又は単結合である。cは1〜3の整数である。dは1〜3の整数である。)
[2]前記ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)100質量部に対し、前記感光性ジアゾキノン化合物(B)1〜50質量部、前記一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)1〜20質量部、前記一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)1〜50質量部含有することを特徴とする[1]記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[3]前記一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)の含有量と前記一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)の含有量の比((D)/(C))が、1〜50であることを特徴とする[1]のポジ型感光性樹脂組成物。
[4]前記ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)が、式(3)の群より選ばれる少なくとも1種以上の構造単位を有することを特徴とする[1]記載のポジ型感光性樹脂組成物。
式(3):
(式(3)中、R3はアルキレン、置換アルキレン、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−、−C(CF3)2−及び単結合から選ばれる基である。R4はアルキル基、アルコキシ基、アシルオキシ基またはシクロアルキル基のいずれかであり、同一でも異なっても良い。R5は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アシルオキシ基またはシクロアルキル基のいずれかであり、同一でも異なっても良い。)
[5]前記フェノール化合物(D)として、式(4)の群より選ばれる少なくとも1種以上を含むことを特徴とする[1]記載のポジ型感光性樹脂組成物。
式(4):
[6]2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に対する前記ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の溶解速度が、10〜300nm/secであることを特徴とする[1]のポジ型感光性樹脂組成物。
[7][1]記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする硬化膜。
[8][7]記載の硬化膜で構成されていることを特徴とする保護膜。
[9][7]記載の硬化膜で構成されていることを特徴とする絶縁膜。
[10][7]記載の硬化膜を有していることを特徴とする半導体装置。
[11][7]記載の硬化膜を有していることを特徴とする表示体装置。
感光性ジアゾキノン化合物(B)と、
一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)と、
一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)と、
を含有することを特徴とする。
一般式(1):
一般式(2):
また、本発明の保護膜、層間絶縁膜は、上記ポジ型感光性樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする。更に本発明の半導体装置、表示素子は、上記保護膜、層間絶縁膜で構成されていることを特徴とする。
以下に本発明のポジ型感光性樹脂組成物の各成分について詳細に説明する。なお下記は例示であり、本発明は何ら下記に限定されるものではない。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に係るポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は、ビス(アミノフェノール)と、ジカルボン酸由来の構造を有する。つまり、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は、ジアミン成分と、カルボン酸成分との反応により得られるポリアミド樹脂であって、ジアミン成分の全部又は一部としてビス(アミノフェノール)を用いるポリアミド樹脂である。そのため、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は、樹脂の主鎖に、下記に示すベンゾオキサゾール前駆体骨格を有する。
ベンゾオキサゾール前駆体骨格:
このポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は、150〜380℃で加熱されると脱水閉環し、ベンゾオキサゾール骨格を有する耐熱性樹脂になる。
ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)としては、式(3−1)〜(3−6)で示される構造単位のうちの1種又は2種以上の構造単位を有するものが好ましい。式(3−1)〜(3−6)で示される構造単位は、ジアミン成分由来の構造単位であるので、これらの構造単位は、樹脂中で、ジカルボン酸成分由来の構造単位と、アミド結合により結合している。
式(3−1):
式(3−2):
式(3−3):
式(3−4):
式(3−5):
式(3−6):
式(3−5)中、R3はアルキレン、置換アルキレン、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NHCO−、−C(CF3)2−及び単結合から選ばれる基である。R4はアルキル基、アルコキシ基、アシルオキシ基またはシクロアルキル基のいずれかであり、同一でも異なっても良い。R5は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アシルオキシ基またはシクロアルキル基のいずれかであり、同一でも異なっても良い。
式(3−5)中のR3のアルキレン、置換アルキレンの具体的な例としては、−CH2−、−CH(CH3)−、−C(CH3)2−、−CH(CH2CH3)−、−C(CH3)(CH2CH3)−、−C(CH2CH3)(CH2CH3)−、−CH(CH2CH2CH3)−、−C(CH3)(CH2CH2CH3)−、−CH(CH(CH3)2)−、−C(CH3)(CH(CH3)2)−、−CH(CH2CH2CH2CH3)−、−C(CH3)(CH2CH2CH2CH3)−等が挙げられるが、その中でも−CH2−、−CH(CH3)−、−C(CH3)2−が、高感度だけでなく溶剤に対しても十分な溶解性を持つ、よりバランスに優れるポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂となる点で好ましい。
式(3−5)中のR4及びR5のアルキル基の具体的な例としては、例えば−CH3、−CH2CH3、−CH2CH2CH3、−CH(CH3)2、−CH2CH2CH2CH3、−CH2CH(CH3)2、−CH(CH3)(CH2CH3)、−C(CH3)3等が挙げられる。式(3−5)中のR4及びR5のアルコキシ基の具体的な例としては、例えば−OCH3、−OCH2CH3、−OCH2CH2CH3、−OCH(CH3)2、−OCH2CH2CH2CH3、−OCH2CH(CH3)2、−OCH(CH3)(CH2CH3)、−OC(CH3)3等が挙げられる。
式(3−5)で示される構造単位のうち、式(3−5−1)〜式(3−5−6)で示される構造単位が、特に好ましい。
式(3−5−1):
式(3−5−2):
式(3−5−3):
式(3−5−4):
式(3−5−5):
式(3−5−6):
また、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)としては、「ジアミン成分由来の構造単位として、一般式(5−1)及び一般式(5−2)と、カルボン酸成分由来の構造単位として、一般式(5−3)とが、アミド結合によりランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」(以下、一般式(5−1)及び一般式(5−2)と一般式(5−3)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂とも記載する。)が好ましい。
一般式(5−1):
一般式(5−2):
一般式(5−3):
そのうち、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)としては、「ジアミン成分由来の構造単位として、一般式(5−4)と、カルボン酸成分由来の構造単位として、一般式(5−5)とが、アミド結合によりランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」(以下、一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂とも記載する。)が特に好ましい。
一般式(5−4):
一般式(5−5):
なお、「一般式(5−1)及び一般式(5−2)と一般式(5−3)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」では、一般式(5−1)は1種単独でもあっても2種以上の組み合わせであってもよく、すなわち、一般式(5−1)に該当するジアミン成分が、Xが全て同じジアミン成分であってもよく、Xが異なるジアミン成分であってもよい。また、一般式(5−2)は1種単独でもあっても2種以上の組み合わせであってもよく、すなわち、一般式(5−2)に該当するジアミン成分が、Zが全て同じジアミン成分であってもよく、Zが異なるジアミン成分であってもよい。また、一般式(5−3)は1種単独でもあっても2種以上の組み合わせであってもよく、すなわち、一般式(5−3)に該当するカルボン酸成分が、R6、g及びYが全て同じカルボン酸成分であってもよく、R6、g及びYが異なるカルボン酸成分であってもよい。また、一般式(5−1)、一般式(5−2)及び一般式(5−3)では、e及びfは樹脂中の各構造単位の数を示しているのであって、各成分が連続していること示すものではない。同様に、「一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」では、一般式(5−4)は1種単独でもあっても2種以上の組み合わせであってもよく、すなわち、一般式(5−4)に該当するジアミン成分が、Xが全て同じジアミン成分であってもよく、Xが異なるジアミン成分であってもよい。また、一般式(5−5)は1種単独でもあっても2種以上の組み合わせであってもよく、すなわち、一般式(5−5)に該当するカルボン酸成分が、Yが全て同じカルボン酸成分であってもよく、Yが異なるカルボン酸成分であってもよい。また、一般式(5−4)及び一般式(5−5)では、hは樹脂中の各構造単位の数を示しているのであって、各成分が連続していること示すものではない。また、「一般式(5−1)及び式(5−2)と式(5−3)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」及び「一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」のいずれにおいても、ベンゾオキサゾール前駆体構造の一部が閉環して、ベンゾオキサゾール構造になったものも含まれる。
一般式(5−1)〜一般式(5−5)中、X、Y、Zは有機基である。一般式(5−1)〜一般式(5−5)中、e、f及びhは、樹脂中の各構造単位の数を示し、1以上の整数である。「一般式(5−1)及び一般式(5−2)と一般式(5−3)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」において、ジアミン成分中の一般式(5−1)のモルパーセント、すなわち、{e/(e+f)}×100(%)は30〜100%であり、ジアミン成分中の一般式(5−2)のモルパーセント、すなわち、{f/(e+f)}×100(%)は0〜70%である。R6は、水酸基、カルボキシル基、−O−R7及び−COO−R7のうちのいずれかであり、同一であっても、異なってもよい。gは、0〜4の整数である。R7は、炭素数1〜15の有機基である。R6のうち、−O−R7及び−COO−R7は、水酸基又はカルボキシル基のアルカリ水溶液に対する溶解性を調節する目的で、水酸基又はカルボキシル基が、炭素数1〜15の有機基であるR7で保護された基であり、必要により水酸基、カルボキシル基を保護しても良い。R7の例としては、ホルミル基、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基、ターシャリーブトキシカルボニル基、フェニル基、ベンジル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基等が挙げられる。
一般式(5−1)及び一般式(5−4)中、Xは有機基であり、式(6−1)〜(6−6)で示されるものが挙げられる。
式(6−1):
式(6−2):
式(6−3):
式(6−4):
式(6−5):
式(6−6):
式(6−1)〜式(6−6)中、*は、NH基に結合することを示す。※は、OHに結合することを示す。式(6−5)中のR3、R4及びR5は、前記と同様である。
式(6−5)のうち、特に、式(6−5−1)〜(6−5−6)で示されるものが好ましい。
式(6−5−1):
式(6−5−2):
式(6−5−3):
式(6−5−4):
式(6−5−5):
式(6−5−6):
式(6−5−1)〜式(6−5−6)中、*は、NH基に結合することを示す。※は、OHに結合することを示す。
式(5−2)中のZは有機基であり、例えばベンゼン環、ナフタレン環等の芳香族環、ビスフェノール骨格、ピロール骨格、フラン骨格等の複素環式骨格、シロキサン骨格等が挙げられ、より具体的には式(7)で示されるものが好ましく挙げられる。
式(7):
式(7)のうち、特に好ましいものとしては、式(8)及び式(9)で示されるものが挙げられる。
式(8):
(式(8)中、*はNH基に結合することを示す。R14は、アルキル基、アルキルエステル基及びハロゲン原子の内から選ばれた1つを表し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。s=0〜2の整数である。)
(8)
式(9):
(式(9)中、*はNH基に結合することを示す。)
(9)
式(5−3)及び式(5−5)中のYは有機基であり、例えばベンゼン環、ナフタレン環等の芳香族環、ビスフェノール骨格、ピロール骨格、ピリジン骨格、フラン骨格等の複素環式骨格、シロキサン骨格等が挙げられ、より具体的には下記式(10)で示されるものが好ましく挙げられる。
式(10):
(ここで、*はC=O基に結合することを示す。R17〜R20は有機基である。)
(10)
式(5−3)の場合、Yには、R6が0〜4個結合される(式(10)において、R6は省略)。
式(10)で示されるもののうち、特に好ましいものとしては、式(11)で示されるものが挙げられる。なお、式(11)中のテトラカルボン酸二無水物由来の構造については、C=O基に結合する位置が両方メタ位であるもの、両方パラ位であるものを挙げているが、メタ位とパラ位をそれぞれ含む構造でもよい。
式(11):
(ここで、*はC=O基に結合することを示す。R21は、アルキル基、アルキルエステル基、アルキルエーテル基、ベンジルエーテル基及びハロゲン原子の内から選ばれた1つを表し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。R22は、水素原子又は炭素数1〜15の有機基から選ばれた1つを示す。u=0〜2の整数である。)
(ここで、*はC=O基に結合することを示す。R22は、水素原子又は炭素数1〜15の有機基から選ばれた1つを示す。)
(11)
「一般式(5−1)及び式(5−2)と式(5−3)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」は、例えば、式(12−1)〜式(12−6)の群から選ばれる少なくとも1種以上のビス(アミノフェノール)、又は式(12−1)〜式(12−6)の群から選ばれる少なくとも1種以上のビス(アミノフェノール)及びZを有するジアミンと、Yを有するテトラカルボン酸二無水物、トリメリット酸無水物、ジカルボン酸、ジカルボン酸ジクロライド、ジカルボン酸誘導体、ヒドロキシジカルボン酸、ヒドロキシジカルボン酸誘導体等から選ばれる化合物と、を反応させて得られる。
「一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」は、例えば、式(12−1)〜(12−6)の群より選ばれる少なくとも1種以上のビス(アミノフェノール)と、Yを有するジカルボン酸、ジカルボン酸ジクロライド、ジカルボン酸誘導体等から選ばれる化合物と、を反応させて得られる。なお、ジカルボン酸の場合には反応収率等を高めるため、1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール等を予め反応させた活性エステル型のジカルボン酸誘導体を用いてもよい。
式(12−1)〜式(12−6):
(式(12−5)中、R3、R4及びR5は、前記と同様である。)
式(12−5)で示されるビス(アミノフェノール)としては、具体的には下記式(12−5−1)〜(12−5−6)で示されるものが挙げられるが、これらに制限されるものではない。これらは1種単独又は2種以上の組み合わせであってもよい。
式(12−5−1)〜式(12−5−6):
また、「一般式(5−1)及び式(5−2)と式(5−3)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」及び「一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂」は、樹脂の末端のアミノ基を、アルケニル基またはアルキニル基を少なくとも1個有する脂肪族基または環式化合物基を有する酸無水物を用いて、アミドとしてキャップされたものが好ましい。これにより、保存性を向上することができる。
このような、アミノ基と反応した後のアルケニル基またはアルキニル基を少なくとも1個有する脂肪族基または環式化合物基を有する酸無水物に起因する基としては、例えば式(13)及び式(14)で示される基等を挙げることができる。これらは1種単独でもよいし、2種類以上の組み合わせでも良い。
式(13):
式(14):
式(13)及び式(14)の中で特に好ましいものとしては、下記式(15)で示される基が挙げられる。これにより、特に保存性を向上することができる。
式(15):
またこの方法に限定される事はなく、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は、樹脂中に含まれる末端の酸をアルケニル基又はアルキニル基を少なくとも1個有する脂肪族基又は環式化合物基を有するアミン誘導体を用いて、アミドとしてキャップされたものであってもよい。
本発明のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は、前記ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の側鎖および他方の末端の少なくとも一方に窒素含有環状構造の基を有しても良い。これにより金属配線(特に銅配線)等との密着性を向上することが出来る。その理由としては、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の一方の末端が不飽和基を有する有機基の場合、樹脂が反応する為に硬化膜の引っ張り伸び率等の機械特性が優れ、側鎖および他方の末端の少なくとも一方に窒素含有環状構造の基を有する場合、その窒素含有環状構造の基が銅および銅合金の金属配線と反応する為に密着性が優れるからである。
前記窒素含有環状構造の基としては、例えば1−(5−1H−トリアゾイル)メチルアミノ基、3−(1H−ピラゾイル)アミノ基、4−(1H−ピラゾイル)アミノ基、5−(1H−ピラゾイル)アミノ基、1−(3−1H−ピラゾイル)メチルアミノ基、1−(4−1H−ピラゾイル)メチルアミノ基、1−(5−1H−ピラゾイル)メチルアミノ基、(1H−テトラゾル−5−イル)アミノ基、1−(1H−テトラゾル−5−イル)メチル−アミノ基、3−(1H−テトラゾル−5−イル)ベンズ−アミノ基等が挙げられる。
ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の数平均分子量(Mn)は、好ましくは5000〜40000、特に好ましくは6000〜20000である。なお、数平均分子量(Mn)は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いた分子量測定装置を使用し、ポリスチレン標準ポリマーで換算することにより測定される。
2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に対するポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の溶解速度は、10〜300nm/secである。溶解速度が10nm/sec以上だと現像液に対する溶解性が良好となり、現像後の露光部に樹脂残り(スカム)が発生し難い。また、溶解速度が300nm/sec以下だと、現像液に対し適度な溶解性を保持するため、基盤面内での現像後の膜厚均一性が良好となる。
本発明に係る感光性ジアゾキノン化合物(B)は、例えば1,2−ナフトキノン−2−ジアジド構造を有する化合物、1,2−ベンゾキノン−2−ジアジド構造を有する化合物が挙げられる。
感光性ジアゾキノン化合物(B)としては、例えばフェノール化合物と1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホン酸または1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−4−スルホン酸とのエステルが挙げられる。具体的には、式(16)〜式(19)に示すエステル化合物を挙げることができる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いても良い。
式(16):
式(17):
式(18):
式(19):
式(16)〜式(19)中Qは、水素原子、式(20)及び式(21)の群のいずれからから選ばれるものである。ここで式(16)〜式(19)で示される各化合物のQのうち、少なくとも1つは式(20)及び式(21)のうちのいずれかである。
式(20)、式(21):
本発明のポジ型感光性樹脂組成物中、感光性ジアゾキノン化合物(B)の含有量は、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)100質量部に対して1〜50質量部が好ましく、10〜40質量部が特に好ましい。下限値以上だと露光部のアルカリ水溶液に対する溶解性が上がる為パターニング性が良好になり、高解像度で感度も向上する。上限値以下だと、スカムのみならず、感光剤自身による膜中の透明性低下が適度に抑えられることにより高感度、高解像度になる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)を含有する。
一般式(1):
(式(1)中、R1は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。aは1〜3の整数である。bは1〜3の整数である。)
一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)の具体例としては、チオジメチレンビス〔3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジメチレンビス〔3−(3−メチル−5−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジメチレンビス〔3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジエチレンビス〔3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジエチレンビス〔3−(3−メチル−5−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジプロピレンビス〔3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジプロピレンビス〔3−(3−メチル−5−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジプロピレンビス〔3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕等が挙げられる。これらは、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物中、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)の含有量は、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)100質量部に対して0.1〜20質量部が好ましく、1〜10質量部が特に好ましい。下限値以上だと、硬化時又は硬化後の熱処理における耐変色の効果が高くなり、基盤に対する密着性向上効果も高くなり、また上限値以下だと感度が高くなる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、一般式(2)に示されるフェノール化合物(D)を含有する。
一般式(2):
(式(2)中、R2はメチレン又は単結合である。cは1〜3の整数である。dは1〜3の整数である。)
一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)としては、具体的には式(4−1)〜式(4−2)で示される化合物が挙げられる。
式(4−1)〜式(4−2):
本発明のポジ型感光性樹脂組成物中、一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)の含有量は、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)100質量部に対して1〜30質量部が好ましく、1〜20質量部が特に好ましい。下限値以上だと現像時における感度が高くなり、上限値以下だと、冷凍保存中の析出等が起こり難くなり保存性が向上する。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物中、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)の含有量に対する一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)の含有量の質量比((D)/(C))は、好ましくは1〜50、特に好ましくは1〜30、更に好ましくは1〜20である。一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)の含有量に対する一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)の含有量の質量比が上記範囲にあることにより、密着性が高くなる。
半導体で使用されるシリコンウェハー等の基盤表面には吸着水により水酸基が形成されていると考えられる。そして、アルコキシシラン構造を有するシランカップリング剤は、そのような基盤表面に形成されている水酸基と共有結合をすることにより密着性を発現すると考えられている。また、水酸基を有する物質は、そのような基盤表面に形成されている水酸基と水素結合により相互作用を起こすものと考えられる。
フェノール化合物(D)は、水素結合により基盤表面の水酸基と相互作用を起こすものと考えられる。しかし、最終的に硬化膜を得る際に加熱処理中に微量でも酸素が存在する場合、フェノール構造は酸化されてキノン構造になるため、その相互作用は減少すると考えられるが、ヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)が存在することにより、フェノール化合物(D)の酸化は防止され、基盤表面と相互作用するフェノール化合物(D)が増えることになる。
また、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)は、極性基であるエステル構造及び柔軟性があり、且つ自身が酸化され易く高極性のスルホキシド構造やスルホン構造となるチオエーテル構造を有しているので、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)との相溶性が良く、且つ、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)中の水酸基を効果的に酸化防止すると考えられる。
このように、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)が存在することにより、フェノール化合物(D)中の水酸基とポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)中の水酸基の酸化が防止される。
また、線状高分子は溶液中では糸まりのような形で存在しており、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)もワニス溶液中では同じような状態であると考えられる。そして、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は極性基である水酸基を有しているため、その一部は分子間のみならず分子内でも水素結合を形成していると考えられるが、低分子量のフェノール化合物(D)が存在する場合、このフェノール化合物(D)は、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の分子間及び分子内で水素結合に関わっている水酸基の一部と、水素結合を形成していると考えられる。
従って、酸化防止されたフェノール化合物(D)は、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)と基盤表面との間を水素結合による仲介役を果たし、その水素結合数が増える。ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)は硬化により水酸基が消滅して脱水閉環しポリベンゾオキサゾール樹脂となるが、硬化後も一部のオキサゾール前駆体構造は残り、上述の水素結合の一部も残ると考えられることにより、より強い密着性向上効果が発現されたものと考えられる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、必要によりレベリング剤、シランカップリング剤等の添加剤を含有することができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、その構成成分であるポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)、感光性ジアゾキノン化合物(B)、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)、一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)及びその他必要に応じて用いられる添加剤が、溶剤に溶解又は分散されたワニス状で用いられる。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、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、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、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が挙げられ、1種単独でも2種以上の組み合わせでも良い。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)及び一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)を併用することにより、基盤への硬化物の密着性を高くすることができる。また、加えて、一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)により、酸化防止効果が高くなり、硬化後の膜の色が淡く、また硬化後の熱処理においても変色が少なくなる。また、分子量が小さい上に芳香環上に少なくとも水酸基を1つ有するフェノール化合物である一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)の溶解促進効果により、露光部の溶解速度が速くなるだけでなく、電子密度が高いフェノール性水酸基のオルソ位、パラ位が空いており、感光性ジアゾキノン化合物(B)のアゾ基と効果的にカップリング反応が起こるため、未露光部では溶解阻止が働き、溶解性の差が大きくなることで結果的に感度、解像度が大きく向上し、また、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の分子量を小さくして感度を向上した場合に見られるような未露光部の膜減りも非常に小さくなる。
このようなことにより、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、(i)感度及び解像度を高くし、(ii)硬化後の膜の色を淡く、硬化後の熱処理においても変色を少なくし、且つ、(iii)硬化膜の基盤に対する密着性を高くするということを同時に解決することができる。
本発明のポジ型感光性樹脂組成物の使用方法は、まず該組成物を適当な支持体、例えば、シリコンウエハー、SiO2、Si3N4等のパッシベーション膜が付いたシリコンウェハー、セラミック基板、アルミ基板等に塗布する。塗布量は、半導体素子上に塗布する場合、硬化後の最終膜厚が0.1〜30μmになるよう塗布する。膜厚が下限値を下回ると、半導体素子の保護表面膜としての機能を十分に発揮することが困難となり、上限値を越えると、微細な加工パターンを得ることが困難となるばかりでなく、加工に時間がかかりスループットが低下する。塗布方法としては、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、ロールコーティング等がある。次に、60〜130℃でプリベークして塗膜を乾燥後、所望のパターン形状に化学線を照射する。化学線としては、X線、電子線、紫外線、可視光線等が使用できるが、200〜500nmの波長のものが好ましい。
次に照射部を現像液で溶解除去することによりレリーフパターンを得る。現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第1アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン等の第2アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第3アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第4級アンモニウム塩等のアルカリ類の水溶液、及びこれにメタノール、エタノールのごときアルコール類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が好適に使用される。現像方法としては、スプレー、パドル、浸漬、超音波等の方式が可能である。
次に、現像によって形成したレリーフパターンをリンスする。リンス液としては、蒸留水を使用する。次に加熱処理(硬化)を行い、オキサゾール環、又はオキサゾール環及びイミド環を形成し、耐熱性に富む最終パターンを得る。加熱処理は高温でも低温でも可能であり、高温での加熱処理温度は、280℃〜380℃が好ましく、より好ましくは290℃〜350℃である。低温での加熱処理温度は150℃〜280℃が好ましく、より好ましくは180℃〜260℃である。
本発明によるポジ型感光性樹脂組成物は、半導体用途のみならず、多層回路の層間絶縁や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や液晶配向膜、表示装置における素子の層間絶縁膜等としても有用である。
半導体装置用途の例としては、半導体素子上に上述のポジ型感光性樹脂組成物膜を形成することによるパッシベーション膜、また半導体素子上に形成されたパッシベーション膜上に上述のポジ型感光性樹脂組成物膜を形成することによるバッファコート膜、半導体素子上に形成された回路上に上述のポジ型感光性樹脂組成物膜を形成することによる層間絶縁膜などを挙げることができる。
表示装置用途としての例は、TFT用層間絶縁膜、TFT素子平坦化膜、カラーフィルター平坦化膜、MVA型液晶表示装置用突起、有機EL素子用陰極隔壁がある。その使用方法は、半導体用途に順じ、表示体素子やカラーフィルターを形成した基板上にパターン化されたポジ型感光性樹脂組成物層を、上記の方法で形成することによる。表示体装置用途、特に層間絶縁膜や平坦化膜には、高い透明性が要求されるが、このポジ型感光性樹脂組成物層の硬化前に、後露光工程を導入することにより、透明性に優れた樹脂層を得ることもでき、実用上更に好ましい。
<実施例1>
(ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂の合成)
ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸1モルと1−ヒドロキシベンゾトリアゾール2モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体443.2g(0.90モル)とヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン366.3g(1.00モル)とを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン3000gを加えて溶解させた。その後オイルバスを用いて75℃にて16時間反応させた。
次にN−メチル−2−ピロリドン100質量部に溶解させた5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物32.8g(0.20モル)を加え、更に3時間攪拌し反応を終了した。反応混合物をろ過した後、反応混合物を水/イソプロパノール=3/1の溶液に投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥し、一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂であり、数平均分子量が12000である目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)を得た。
(溶解速度の測定)
合成したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)4gを、N−メチル−2−ピロリドン14gに溶解した後、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂溶液を得た。
このポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂溶液を6インチのシリコンウェハー上にスピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて120℃で3分プリベークし、膜厚5μmの塗膜を得た。
次にこの塗布済みシリコンウェハーを23±0.2℃に温調した2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に浸漬させ、シリコンウェハー上のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂が完全に溶解した時間を測定した。この溶解時間で膜厚を除することにより溶解速度を求めた。その結果、88nm/secという値を得た。
(感光性ジアゾキノン化合物の合成)
式(E−1)で示されるフェノール化合物12.74g(0.030モル)と、トリエチルアミン7.59g(0.075モル)とを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れ、アセトン103gを加えて溶解させた。この反応溶液を10℃以下に冷却した後に、1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−5−スルホニルクロライド20.15g(0.075モル)をアセトン100gと共に10℃以上にならないように徐々に滴下した。その後10℃以下で5分攪拌した後、室温で5時間攪拌して反応を終了させた。反応混合物を濾過した後、反応混合物を水/メタノール=3/1(体積比)の溶液に投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥し、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物を得た。
(感光性ジアゾキノン化合物の合成)
式(E−2)で示されるフェノール化合物15.82g(0.025モル)と、トリエチルアミン7.59g(0.075モル)とを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れ、テトラヒドロフラン113gを加えて溶解させた。この反応溶液を10℃以下に冷却した後に、1,2−ナフトキノン−2−ジアジド−4−スルホニルクロライド20.15g(0.075モル)をテトラヒドロフラン100gと共に10℃以上にならないように徐々に滴下した。その後10℃以下で5分攪拌した後、室温で5時間攪拌して反応を終了させた。反応混合物を濾過した後、反応混合物を水/メタノール=3/1(体積比)の溶液に投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥し、式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物を得た。
(ポジ型感光性樹脂組成物の作製)
合成したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)100g、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物19g、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤4g、式(D−1)で示されるフェノール化合物10g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン8gをγ−ブチロラクトン200gに溶解した後、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、ポジ型感光性樹脂組成物を得た。
(加工性評価)
このポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウェハー上にスピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて120℃で4分プリベークし、膜厚約8μmの塗膜を得た。この塗膜に凸版印刷(株)製・マスク(テストチャートNo.1:幅0.88〜50μmの残しパターン及び抜きパターンが描かれている)を通して、i線ステッパー((株)ニコン製・4425i)を用いて、露光量を変化させて照射した。
次に2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、プリベーク後と現像後の未露光部の膜厚差が1μmになるように現像時間を調節してパドル現像を行った。その後、純水で10秒間リンスした。その結果、露光量280mJ/cm2で照射した部分よりスカムの無いパターンが成形されていることが確認できた(感度は280mJ/cm2)。解像度は4μmと非常に高い値を示した。
(着色性評価)
また、このポジ型感光性樹脂組成物を石英板にスピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて120℃で4分間、プリベークした。更にクリーンオーブンを用い、150℃/30分、320℃/30分の順で、100L/minの流量で窒素を流しながら、加熱、硬化させ硬化後10μm膜厚のフィルム付き石英板を得た。これを分光光度計により500nmでの透過率(T1)を測定すると、60.1%であった。次に、このフィルム付き石英板をホットプレートにより400℃/30秒で熱処理を行った後、もう一度分光光度計で500nmでの透過率(T2)を測定すると、39.9%と高い透明性を示した。100−[{(400℃/30秒処理後の透過率(T2))/(硬化後の透過率(T1))}×100]で減衰率を求めると33.6%となり、変色が少ないことが分かった。
(基盤密着性評価)
ポジ型感光性樹脂組成物をシリコンウエハー、SiO2膜付きシリコンウェハー、Si3N4膜付きシリコンウェハーにスピンコーターを用いてそれぞれ塗布した後、ホットプレートにて120℃で4分間プリベークし、膜厚約6μmの塗膜付きウェハーを得た。次にクリーンオーブンを用い、上記各ウェハーを150℃/30分、280℃/30分の順で、100L/minの流量で窒素を流しながら、加熱、硬化させ硬化後約5μm膜厚の硬化膜付きウェハーを得た。
その後はJIS D 0202に従い密着性評価を行った。具体的には、各ウェハー上の硬化膜に1mm×1mmの升目が10列×10行の計100個の碁盤目状になるようにカッターで切れ目を入れた後、温度125℃、湿度100%、圧力0.23MPaの条件下でプレッシャークッカー装置にて100時間処理を行った。その後、各ウェハー上の碁盤目パターンの全面を覆うようにスコッチテープ(登録商標)をしっかり貼り付けた後に素早く剥がし、100個中、剥がれた升目の数を測定した。
<実施例2>
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物19gの替わりに、式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物15gを用い、式(D−1)で示されるフェノール化合物10gの替わりに、式(D−2)で示されるフェノール化合物8gを用いた他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<実施例3>
実施例2におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(D−2)で示されるフェノール化合物8gの替わりに、式(D−1)で示されるフェノール化合物5g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物5gを用いた他は、実施例2と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<実施例4>
実施例1におけるポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂の合成において、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸1モルと1−ヒドロキシベンゾトリアゾール2モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体を423.52g(0.86モル)に変更し、更にヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパンのモル比を0.20モルに減らし、替わりに2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン206.66g(0.80モル)を用い、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物の添加量も45.96g(0.28モル)に変更した他は実施例1と同様にして反応し、一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂であり、数平均分子量が15600である目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−2)を合成した。
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)100gの替わりに、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−2)100gを用い、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物19gの替わりに、式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物17gを用い、式(D−1)で示されるフェノール化合物10gの替わりに、式(D−2)で示されるフェノール化合物10gを用い、N−メチル−2−ピロリドンとγ−ブチロラクトンの混合液(重量比15:85)200gに溶解した他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<実施例5>
実施例1におけるポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂の合成において、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸1モルと1−ヒドロキシベンゾトリアゾール2モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体を413.67g(0.84モル)に変更し、更にヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパンのモル比を0.85モルに減らし、替わりに3,3’−ジアミノ−ビフェニル−4,4’−ジオール32.44g(0.15モル)を用い、5−ノルボルネン−2、3−ジカルボン酸無水物の添加量も52.53g(0.32モル)に変更した他は実施例1と同様にして反応し、一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂であり、数平均分子量が12100である目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−3)を合成した。
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)100gの替わりに、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−3)100gを用い、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物を19gの替わりに、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物9g及び式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物11gを用い、式(D−1)で示されるフェノール化合物10gの替わりに、式(D−1)で示されるフェノール化合物3g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物8gを用い、N−メチル−2−ピロリドンとγ−ブチロラクトンの混合液(重量比20:80)200gに溶解した他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<実施例6>
イソフタル酸0.340モルとジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸0.510モルと1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール1.700モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体(活性エステル)387.16g(0.850モル)と、4,4′−メチレンビス(2−アミノ−3,6−ジメチルフェノール)を171.82g(0.600モル)、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタン92.11g(0.400モル)とを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン1600gを加えて溶解させた。その後オイルバスを用いて75℃にて16時間反応させた。
次にN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解させた4−エチニルフタル酸無水物51.64g(0.300モル)を加え、更に3時間攪拌して反応を終了した。反応混合物を濾過した後、反応混合物を水/イソプロパノール=3/1の溶液に投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥し、一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂であり、数平均分子量が9100である目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−4)を合成した。
実施例5におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−3)100gの替わりに、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−4)100gを用い、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物9g及び式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物11gの替わりに、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物5g及び式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物12gを用い、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤を4gから2gに減らし、式(D−1)で示されるフェノール化合物3g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物8gに替えて、式(D−2)で示されるフェノール化合物5gを用いた他は、実施例5と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<実施例7>
実施例6におけるポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂の合成において、イソフタル酸とジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸のモル比をそれぞれ0.168モル、0.672モルに変更し、更に4,4′−メチレンビス(2−アミノ−3,6−ジメチルフェノール)の替わりに4,4′−エチリデンビス(2−アミノ−3,6−ジメチルフェノール)150.20g(0.500モル)を用い、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタンを115.14g(0.500モル)に変更し、4−エチニルフタル酸無水物の添加量も55.08g(0.320モル)に変更して同様にして反応し、一般式(5−4)と一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂であり、数平均分子量が7400である目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−5)を合成した。
実施例5におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−3)100gの替わりに、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−5)100gを用い、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物9g及び式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物11gの替わりに、式(B−1)で示される感光性ジアゾキノン化合物5g及び式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物12gを用い、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤を4gから2gに減らし、式(D−1)で示されるフェノール化合物3g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物8gに替えて、式(D−1)で示されるフェノール化合物5g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物5gを用いた他は、実施例5と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<実施例8>
4,4′−ジアミノジフェニルメタン19.83g(0.100モル)とN−メチル−2−ピロリドン2900gを温度計、攪拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備えた4つ口のセパラブルフラスコに入れて溶解させた。その後、フラスコを水冷しながら4,4′−オキシジフタル酸無水物28.54g(0.0920モル)を徐々に添加した。室温で2時間反応させた後、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329.63g(0.900モル)をN−メチル−2−ピロリドン100gと共に添加し、更に室温で1時間反応させた。その後、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸0.828モルと1−ヒドロキシ−1,2,3−ベンゾトリアゾール1.656モルとを反応させて得られたジカルボン酸誘導体(活性エステル)407.76g(0.828モル)をN−メチル−2−ピロリドン100gと共に添加し、更にオイルバスを用いて60℃で14時間反応させた。次にN−メチル−2−ピロリドン100gに溶解させた5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物26.27g(0.160モル)を加え、更に3時間攪拌して反応を終了した。反応混合物を濾過した後、反応混合物を水/イソプロパノール=3/1の溶液に投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥し、一般式(5−1)及び一般式(5−2)とg=2でR6がカルボン酸である一般式(5−3)及び一般式(5−5)とがランダムに共重合したポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂であり、数平均分子量が12800である目的のポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−6)を合成した。
実施例3におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−1)100gの替わりに、ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A−6)100gを用い、式(B−2)で示される感光性ジアゾキノン化合物を15gから19gに変更し、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤を4gから1gに減らし、式(D−1)で示されるフェノール化合物5g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物5gの替わりに、式(D−1)で示されるフェノール化合物5g及び式(D−2)で示されるフェノール化合物9gを用いた他は、実施例3と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例1>
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤4gの替わりに、式(F−1)で示される酸化防止剤4gを用いた他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例2>
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤の添加量を4gから0gに、式(D−1)で示されるフェノール化合物の添加量を10gから0gに変更した他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例3>
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤の添加量を4gから0gに変更した他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例4>
実施例2におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤の添加量を4gから0gに変更した他は、実施例2と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例5>
実施例1におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(D−1)で示されるフェノール化合物の添加量を10gから0gに変更した他は、実施例1と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例6>
実施例2におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(D−2)で示されるフェノール化合物8gの替わりに、式(G−1)で示されるフェノール化合物8gを用いた他は、実施例2と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例7>
実施例4におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤の添加量を4gから0gに変更した他は、実施例4と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例8>
実施例5におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(C−1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤の添加量を4gから0gに変更した他は、実施例5と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
<比較例9>
実施例8におけるポジ型感光性樹脂組成物の作製において、式(D−1)で示されるフェノール化合物の添加量を5gから0gに、式(D−2)で示されるフェノール化合物の添加量を9gから0gに変更した他は、実施例8と同様にポジ型感光性樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
実施例1に対応する比較例は比較例1、2、3、5であり、実施例2に対応する比較例は比較例4、6であり、実施例4に対応する比較例は比較例7、実施例5に対応する比較例は比較例8、実施例8に対応する比較例は比較例9である。
各実施例および各比較例で得られたポジ型感光性樹脂組成物は、半導体素子上に塗布して実施例1と同様にしてパターンを形成し、オーブンを用いて硬化して保護膜を形成させ、半導体装置を得ることができる。
このようにして得られた半導体装置は正常に動作すると予想されるが、実施例1〜8のポジ型感光性樹脂組成物を用いた場合は、比較例よりも硬化後の熱処理においても変色が少なく、各種基盤に対し高密着であるため、より信頼性に優れた動作をするものと予想される。
式(E−1):
式(B−1):
式(E−2):
式(B−2):
式(C−1):
式(D−1):
式(D−2):
式(F−1):
式(G−1):
Claims (11)
- 前記ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)100質量部に対し、前記感光性ジアゾキノン化合物(B)1〜50質量部、前記一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)1〜20質量部、前記一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)1〜50質量部含有することを特徴とする請求項1記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記一般式(1)で示されるヒンダード系フェノール酸化防止剤(C)の含有量と前記一般式(2)で示されるフェノール化合物(D)の含有量の比((D)/(C))が、1〜50であることを特徴とする請求項1記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に対する前記ポリベンゾオキサゾール前駆体樹脂(A)の溶解速度が、10〜300nm/secであることを特徴とする請求項1記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 請求項1記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする硬化膜。
- 請求項7記載の硬化膜で構成されていることを特徴とする保護膜。
- 請求項7記載の硬化膜で構成されていることを特徴とする絶縁膜。
- 請求項7記載の硬化膜を有していることを特徴とする半導体装置。
- 請求項7記載の硬化膜を有していることを特徴とする表示体装置。
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