JP5171628B2 - ポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
中でも、本発明の組成物においては、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ことが好ましい。また、(C)カルボン酸化合物が、ソルビン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、2−メチル−4−ペンテン酸、4−メチル−2−ペンテン酸、2−メチル−2−ペンテン酸、2−メチル−n−吉草酸、3−メチル−n−吉草酸、4−メチル−n−吉草酸、2−エチル酪酸、ヘプタン酸、オクタン酸、n−ノナン酸、イソノナン酸、デカン酸、DL−ロイシン酸、N−アセチル−DL−メチオニン、2−ヘプテン酸、2−オクテン酸、2−ノネン酸、2−デセン酸、9−デセン酸、2−ドデセン酸、10−ウンデセン酸、3−シクロヘキセン−1−カルボン酸、1−シクロヘキセン−3−カルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロペンチル酢酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキシルプロピオン酸、4−シクロヘキサン酪酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、m−アニス酸、m−トルイル酸、m−トリル酢酸、o−アニス酸、o−トルイル酸、o−トリル酢酸、p−アニス酸、p−トルイル酸、p−トリル酢酸、安息香酸からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であることが好ましい。また、(D)アルコールが下記一般式(4)で表される化合物であることが好ましい。
また、本発明の第二は、(1)上述のポジ型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し、(2)マスクを介して化学線で露光するか、光線、電子線またはイオン線を直接照射し、(3)露光部または照射部を溶出除去し、(4)得られたレリーフパターンを加熱処理することを特徴とする、硬化レリーフパターンの製造方法である。
本発明のポジ型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。
(A)ヒドロキシポリアミド
本発明のポジ型感光性樹脂組成物のベースポリマーであるヒドロキシポリアミドは、下記一般式(1)のジヒドロキシジアミド単位m個を有する。該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(NH2)2(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ものであり、該ヒドロキシポリアミドは約280〜400℃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。mは2〜1000の範囲が好ましく、3〜50の範囲がより好ましく、3〜30の範囲であることが最も好ましい。
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、Y3(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。
X2(NH2)2の構造を有するジアミンとしては、芳香族ジアミン、シリコンジアミンなどが挙げられる。
また、上記のY1(COOH)2及びY2(COOH)2構造を有するジカルボン酸の一部または全部に、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、プロピオリック酸クロリド、テトロリック酸クロリド、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。
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もしくはジアミンを反応させて、生成するカルボン酸残基を、モノアルコールまたはモノアミンにより、エステル化またはアミド化することもできる。
ヒドロキシポリアミドを合成するための、前記ジカルボン酸とビスアミノフェノール(ジアミン)の重縮合の方法としては、ジカルボン酸と塩化チオニルを使用してジ酸クロライドとしたのちにビスアミノフェノール(ジアミン)を作用させる方法、またはジカルボン酸とビスアミノフェノール(ジアミン)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。
(B)光酸発生剤
本発明のポジ型感光性樹脂組成物に含まれる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、などを用いることができるが、ナフトキノンジアジド構造を有する化合物が好ましい。
(C)カルボン酸化合物
本発明で用いるカルボン酸化合物とは下記一般式(2)で表される炭素原子数6〜18のカルボン酸化合物である。
具体的には、ソルビン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、2−メチル−4−ペンテン酸、4−メチル−2−ペンテン酸、2−メチル−2−ペンテン酸、2−メチル−n−吉草酸、3−メチル−n−吉草酸、4−メチル−n−吉草酸、2−エチル酪酸、ヘプタン酸、オクタン酸、n−ノナン酸、イソノナン酸、デカン酸、DL−ロイシン酸、N−アセチル−DL−メチオニン、2−ヘプテン酸、2−オクテン酸、2−ノネン酸、2−デセン酸、9−デセン酸、2−ドデセン酸、10−ウンデセン酸、3−シクロヘキセン−1−カルボン酸、1−シクロヘキセン−3−カルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロペンチル酢酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキシルプロピオン酸、4−シクロヘキサン酪酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、m−アニス酸、m−トルイル酸、m−トリル酢酸、o−アニス酸、o−トルイル酸、o−トリル酢酸、p−アニス酸、p−トルイル酸、p−トリル酢酸、安息香酸が挙げられる。
中でも、R1が枝分かれ構造、環構造、または不飽和二重結合を有する1価の有機基であるカルボン酸化合物ことが好ましい。
具体的には、2−ノネン酸、イソノナン酸、10−ウンデセン酸、3−シクロヘキセン−1−カルボン酸、m−アニス酸、m−トルイル酸、m−トリル酢酸が挙げられる。
添加するカルボン酸化合物はソフトベーク後、膜中に一定量残存することで、その効果が発揮される。従って、炭素数5以下のカルボン酸化合物については、ソフトベーク後の膜中にほとんど残存しない恐れがあるため、好ましくない。一方、炭素数19以上のカルボン酸化合物は組成物中に均一に溶解し難いため、好ましくない。
これらのカルボン酸化合物は単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。
上記のカルボン酸化合物のヒドロキシポリアミドに対する配合量は、該ヒドロキシポリアミド100質量部に対し、5〜20質量部が好ましい。カルボン酸化合物の配合量が5質量部以上だと露光部の現像残渣が少なくなり、シリコン基板との密着性も良好である。20質量部以下だと硬化後の膜の引っ張り伸び率が良好である。
(D)アルコール
本発明で用いるアルコールとは、下記一般式(3)で表される炭素数4〜14のアルコールである。
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、ブチロイン、ジメトキシベンジルアルコールが挙げられる。
添加するアルコールはソフトベーク後、膜中に一定量残存することで、その効果が発揮される。炭素数3以下のアルコールは、ソフトベーク後の膜中にほとんど残存しない恐れがあるため、好ましくない。一方、炭素数が15以上のアルコールは、組成物中に均一に溶解し難いため、好ましくない。中でも、1価のアルコールでは炭素数が6〜14であることがより好ましい。これらのアルコールは単独で使用しても2つ以上混合して使用してもよい。
(E)その他の添加剤
本発明のポジ型感光性樹脂組成物には、必要に応じて、ポジ型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、またはシリコンウエハーとの密着性を高めるための接着助剤を添加することも可能である。
<硬化レリーフパターン、及び半導体装置の製造方法>
次に、本発明の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。
〔参考例1〕
<ヒドロキシポリアミドの合成>
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。
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2〕
<光酸発生剤の合成>
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(以下、「THF」ともいう。)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、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、真空乾燥した。
<ポジ型感光性樹脂組成物の調製>
[実施例1〜60、比較例1〜25]
上記参考例1にて得られたヒドロキシポリアミド(P−1)100質量部に対して、上記参考例2にて得られた光酸発生剤(Q−1)、及び下記C−1からC−21のカルボン酸化合物、及び下記D−1からD−13のアルコールの所定の質量部を、GBL170質量部に溶解した後、0.2μmのフィルターで濾過して、表1及び表2に記載した、実施例1〜60及び比較例1〜25のポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
(C−1)ソルビン酸
(C−2)2-ヘプテン酸
(C−3)2-オクテン酸
(C−4)イソノナン酸
(C−5)2-ノネン酸
(C−6)ラウリン酸
(C−7)10-ウンデセン酸
(C−8)2-ドデセン酸
(C−9)3-シクロヘキセン-1-カルボン酸
(C−10)デカン酸
(C−11)m−アニス酸
(C−12)m−トルイル酸
(C−13)m−トリル酢酸
(C−14)安息香酸
(C−15)オレイン酸
(C−16)酢酸
(C−17)エルカ酸
(C−18)N-オレオイルサルコリン
(C−19)4,5-ジカルボキシ-γ-ペンタデカノラクトン
(C−20)2,2-ビフェニルジカルボン酸
(C−21)ジフェニルエーテルジカルボン酸
(D−1)1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール
(D−2)2,3,4−トリメチル−3−ペンタノール
(D−3)2,3−ジメチル−2−ヘキサノール
(D−4)シクロヘキサンメタノール
(D−5)cis−2−ブテン−1,4−ジオール
(D−6)cis−2−ヘキセン−1−オール
(D−7)2,4,7,9-テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール
(D−8)ヘキサノール
(D−9)4-エチル-1-オクチン-3-オール
(D−10)シクロプロピルカルビノール
(D−11)エタノール
(D−12)1−ヘキサデカノール
(D−13)オレイルアルコール
<ポジ型感光性樹脂組成物の評価>
(1)パターニング特性評価
上記実施例、及び比較例のポジ型感光性樹脂組成物をスピンコーター(大日本スクリーン製造社製Dspin636)にて、6インチシリコンウエハーにスピン塗布し、ホットプレートにて120℃、180秒間プリベークを行い、膜厚11.5μmの塗膜を形成した。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。
[感度(mJ/cm2 )]
上記現像時間において、塗膜の露光部を完全に溶解除去しうる最小露光量。
[解像度(μm)]
上記露光量での最小解像パターン寸法。
[密着性(μm)]
上記露光量でのパターンの溶解または剥れの寸法。
[現像時間]
現像後膜厚が9.8μmとなるために必要な現像時間。
[備考]
特記事項について記載。
Claims (4)
- (A)下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するヒドロキシポリアミド100質量部に対して、(B)光酸発生剤1〜50質量部、(C)下記一般式(2)で表される炭素原子数6〜18のカルボン酸化合物5〜20質量部、及び(D)下記一般式(3)で表される炭素数4〜14のアルコール0.01〜70質量部を含み、
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り、
前記(C)カルボン酸化合物が、ソルビン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、2−メチル−4−ペンテン酸、4−メチル−2−ペンテン酸、2−メチル−2−ペンテン酸、2−メチル−n−吉草酸、3−メチル−n−吉草酸、4−メチル−n−吉草酸、2−エチル酪酸、ヘプタン酸、オクタン酸、n−ノナン酸、イソノナン酸、デカン酸、DL−ロイシン酸、N−アセチル−DL−メチオニン、2−ヘプテン酸、2−オクテン酸、2−ノネン酸、2−デセン酸、9−デセン酸、2−ドデセン酸、10−ウンデセン酸、3−シクロヘキセン−1−カルボン酸、1−シクロヘキセン−3−カルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロペンチル酢酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキシルプロピオン酸、4−シクロヘキサン酪酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、m−アニス酸、m−トルイル酸、m−トリル酢酸、o−アニス酸、o−トルイル酸、o−トリル酢酸、p−アニス酸、p−トルイル酸、p−トリル酢酸、安息香酸からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
- (1)請求項1または2に記載のポジ型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し、(2)マスクを介して化学線で露光するか、光線、電子線またはイオン線を直接照射し、(3)露光部または照射部を溶出除去し、(4)得られたレリーフパターンを加熱処理することを特徴とする、硬化レリーフパターンの製造方法。
- 請求項3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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