JP6540510B2 - 感光性樹脂組成物、感光性エレメント、半導体装置及びレジストパターンの形成方法 - Google Patents
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Description
本実施形態の感光性樹脂組成物は、(A)フェノール性水酸基を有する樹脂、(B)メチロール基又はアルコキシアルキル基を有する化合物、(C)成分:アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、グリシジルオキシ基及び水酸基から選択される1種以上の官能基を、2つ以上有する脂肪族化合物、ならびに(D)成分:光感応性酸発生剤を含有する。また、本実施形態の感光性樹脂組成物は、必要に応じて、(E)成分:溶剤、(F)成分:無機フィラー、(G)成分:シランカップリング剤、(H)成分:増感剤、(I)成分:アミン、(J)成分:有機過酸化物、(K)成分:レベリング剤等を含有することもできる。
(A)成分であるフェノール性水酸基を有する樹脂としては、特に限定されないが、アルカリ水溶液に可溶な樹脂であることが好ましく、ノボラック樹脂が特に好ましい。このようなノボラック樹脂はフェノール類とアルデヒド類とを触媒の存在下で、縮合させることにより得られる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、(B)成分として、メチロール基又はアルコキシアルキル基を有する化合物を含有する。(B)成分は、芳香環、複素環及び脂環からなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに有する化合物であることが好ましい。ここで、芳香環とは、芳香族性を有する炭化水素基(例えば、炭素原子数が6〜10の炭化水素基)を意味し、例えば、ベンゼン環及びナフタレン環が挙げられる。複素環とは、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を少なくとも1つ有する環状基(例えば、炭素原子数が3〜10の環状基)を意味し、例えば、ピリジン環、イミダゾール環、ピロリジノン環、オキサゾリジノン環、イミダゾリジノン環及びピリミジノン環が挙げられる。また、脂環とは、芳香族性を有しない環状炭化水素基(例えば、炭素原子数が3〜10の環状炭化水素基)を意味し、例えば、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環及びシクロヘキサン環が挙げられる。アルコキシアルキル基とは、アルキル基が酸素原子を介してアルキル基に結合した基を意味する。また、2つのアルキル基は互いに異なってもよく、例えば、炭素原子数が1〜10であるアルキル基である。
(C)成分:アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、グリシジルオキシ基及び水酸基から選択される1種以上の官能基を、2つ以上有する脂肪族化合物は、感光性樹脂組成物と支持体との粘着性、すなわちタック性を良好にする。さらに、アルカリ水溶液で現像する際の未露光部の溶解速度を増加させ、解像性を向上させることができる。タック性、アルカリ水溶液に対する溶解性の観点から、(C)成分の分子量はバランスを考慮して、重量平均分子量で92〜2000であることが好ましく、106〜1500であることがより好ましく、134〜1300であることが特に好ましい。なお、「脂肪族化合物」とは、主骨格が脂肪族骨格であり、芳香環又は複素環を含まないものをいう。
(D)成分である光感応性酸発生剤は、活性光線等の照射によって酸を発生する化合物である。また、上記発生した酸により(B)成分同士が反応するだけではなく、(B)成分が(A)成分又は(C)成分とも反応し、現像液に対する感光性樹脂組成物の溶解性を低下させることで、ネガ型のパターンを形成することができる。なお、(C)成分がアクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を有する化合物の場合は、活性光線等の照射によってアクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基のラジカル重合も進行する。
オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩及びピリジニウム塩が挙げられる。オニウム塩化合物の好ましい具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムp−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート等のジアリールヨードニウム塩;トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等のトリアリールスルホニウム塩;4−t−ブチルフェニル−ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート;4−t−ブチルフェニル−ジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート;4,7−ジ−n−ブトキシナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネートなどが挙げられる。
スルホンイミド化合物の具体例としては、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフタルイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキシ)−1,8−ナフタルイミド及びN−(10−カンファースルホニルオキシ)−1,8−ナフタルイミドが挙げられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物には、感光性樹脂組成物の取り扱い性を向上させたり、粘度及び保存安定性を調節したりするために、(E)成分として溶剤をさらに含有させることができる。(E)成分は、有機溶剤であることが好ましい。このような有機溶剤の種類は、上記性能を発揮できるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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プロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;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エチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ、ブチルカルビトール等のカルビトール;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル等の乳酸エステル;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソブチル等の脂肪族カルボン酸エステル;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;2−ブタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド;γ−ブチロラクトン等のラクトンが挙げられる。これらの有機溶剤は、1種単独又は2種以上を混合して使用することができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、(F)成分として無機フィラーを含有させることにより、(F)成分の含有量に応じて、パターン形成後の感光層を加熱して得られた硬化膜の熱膨張係数を低減できる。(F)成分は1種単独又は2種以上を混合して使用することができる。いずれの無機フィラーも樹脂組成物中に分散させた際に最大粒子径が2μm以下に分散させていることが好ましい。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、(G)成分としてシランカップリング剤を含有していてもよい。(G)成分を含有することにより、樹脂パターン形成後の感光層と基材との密着強度を向上させることができる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、(H)成分として増感剤を含有していてもよい。増感剤としては、例えば、9,10−ジブトキシアントラセンが挙げられる。また、(H)成分は1種単独又は2種以上を混合して使用することができる。(H)成分を含有することにより、感光性樹脂組成物の光感度を向上させることができる。
次に、本実施形態の感光性エレメントについて説明する。
次に、本実施形態のレジストパターンの形成方法を説明する。
本実施形態の感光性樹脂組成物を含む硬化物は、例えば、多層プリント配線板におけるソルダーレジスト及び/又は層間絶縁膜として好適に用いることができる。図1は、本実施形態の感光性樹脂組成物の硬化物をソルダーレジスト及び/又は層間絶縁材料として含む多層プリント配線板の製造方法を示す図である。図1(f)に示す多層プリント配線板100Aは表面及び内部に配線パターンを有する。多層プリント配線板100Aは、銅張積層体、層間絶縁材料及び金属箔等を積層するとともにエッチング法又はセミアディティブ法によって配線パターンを適宜形成することによって得られる。以下、多層プリント配線板100Aの製造方法を図1に基づいて簡単に説明する。
ノボラック樹脂(A−1〜A−2)100質量部に対し、2つ以上のメチロール基又はアルコキシアルキル基を有する化合物(B−1〜B−3)、エポキシ樹脂、アクリロイル化合物及びメタクリロイル化合物(C−1〜C−8、C’−9〜C’−10)、光感応性酸発生剤(D−1)、溶剤(E−1)及び無機フィラー(F−1)を表1に示した所定量にて配合し、感光性樹脂組成物を得た。
上記感光性樹脂組成物を、ポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、製品名:ピューレックスA53)(支持体)上に感光性樹脂組成物の厚さが均一になるように塗布し、90℃の熱風対流式乾燥機で10分間乾燥して、乾燥後の感光層の厚さが25μm又は40μmである感光層を形成した。この感光層上に保護層としてポリエチレンフィルム(タマポリ(株)製、製品名:NF−15)を貼り合わせ、上記支持体と、感光層と保護層とが順に積層された感光性エレメントをそれぞれ得た。
上記感光性エレメントの感光層と保護層との間を目視で観察し、両者が密着しているものを「○」、剥離が生じているものを「×」とし、タック性を外観にて評価した。
上記感光層の厚さが25μmである感光性エレメントの保護層を剥離しながら、感光層がシリコン表面に接するように、6インチのシリコンウエハーに上記感光性エレメントをラミネートした。次に支持体を剥離して、シリコン上に厚さが25μmの均一な感光層をそれぞれ得た。なお、ラミネートは、120℃のヒートロールを用いて、0.4MPaの圧着圧力、1.0m/分のロール速度で行なった。
作製した塗膜に、i線ステッパー(キヤノン(株)製、商品名:FPA−3000iW)を用いてi線(365nm)で、マスクを介して、縮小投影露光を行った。マスクとしては、露光部及び未露光部の幅が1:1となるようなパターンを、2μm:2μm〜30μm:30μmまで1μm刻みで有するものを用いた。また、露光量は、100〜3000mJ/cm2の範囲で、100mJ/cm2ずつ変化させながら縮小投影露光を行った。
上記感光層の厚さが40μmである感光性エレメントの保護層を剥離し、次いで高圧水銀灯を有する露光機((株)オーク製作所製、商品名:EXM−1201)を用いて、照射エネルギー量が3000mJ/cm2となるように感光層を露光した。露光された感光層をホットプレート上にて65℃で2分間、次いで95℃で8分間加熱し、熱風対流式乾燥機にて180℃で60分間加熱処理をし、支持体を剥離して硬化膜を得た。熱機械的分析装置(セイコーインスツルメンツ社製、商品名:TMA/SS6000)を用いて、昇温速度5℃/分で温度を上昇させたときの該硬化膜の熱膨張量を測定し、その曲線から得られる変曲点をガラス転移温度Tgとして求めた。また、熱膨張係数は、引張り荷重5gfにおける40℃〜150℃までの熱膨張量から算出した。
A−2:クレゾールノボラック樹脂(旭有機材工業(株)製、商品名:TR4080G)
B−1:1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル((株)三和ケミカル製、商品名:MX−270)
B−2:メチル化尿素樹脂((株)三和ケミカル製、商品名:MX−280)
B−3:4,4’−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス[2,6−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール](本州化学工業(株)製、商品名:TML−BPAF)
C−1:トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(新日鉄住金化学(株)製、商品名:ZX−1542、下記式(14)参照)
C−3:ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテック製、商品名:EX−411)
C−4:トリメチロールプロパン(和光純薬工業(株)製)
C−5:トリメチロールプロパントリアクリレート(日本化薬(株)製、商品名:TMPTA)
C−6:ペンタエリスリトールトリアクリレート(日本化薬(株)製、商品名:PET−30)
C−7:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(共栄社化学(株)製、商品名:ライトアクリレートDPE−6A)
C−8:EO変性トリメチロールプロパントリメタクリレート(日立化成(株)製、商品名:FA−137M)
C’−9:EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(日立化成(株)製、商品名:FA−324M)
C’−10:EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(日立化成(株)製、商品名:FA−320M)
D−1:トリアリールスルホニウム塩(サンアプロ(株)製、商品名:CPI−310B)
E−1:メチルエチルケトン(和光純薬工業(株)製、商品名:2−ブタノン)
G−1:3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランでカップリング処理した平均一次粒子径が15nmであるシリカ。
ノボラック樹脂(A−3、A−4)100質量部に対し、架橋剤(B−1、B−3)、エポキシ化合物(C−1、C’−11)、光感応性酸発生剤(D−2)、溶剤(E−1)及び増感剤(H−1)を表2に示した所定量にて配合し、感光性樹脂組成物を得た。
上記感光性樹脂組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、商品名:ピューレックスA53)(支持体)上に、感光性樹脂組成物の厚さが均一になるように塗布し、90℃の熱風対流式乾燥機で10分間乾燥して、乾燥後の感光層の厚さが25μmである感光性エレメントを作製した。
上記感光性樹脂組成物を6インチのシリコンウエハーにスピンコートし、ホットプレート上にて65℃で2分間、次いで95℃で8分間加熱し、厚さが25μmの均一な塗膜を作製した。作製した塗膜をシャーレ中、23℃で2.38質量%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て、溶解性を以下の基準にしたがって評価した。評価結果を表2に示す。
(評価基準)
○:均一に溶解
△:白濁して溶解
×:不溶
上記感光性エレメントを6インチのシリコンウエハーに、100℃のヒートロールを用いて、0.4MPaの圧着圧力、1.0m/分のロール速度でラミネートを行った。作製した塗膜に、i線ステッパー(キヤノン(株)製、商品名:FPA−3000iW)を用いてi線(365nm)で、マスクを介して、縮小投影露光を行った。マスクとしては、露光部及び未露光部の幅が1:1となるようなパターンを、2μm:2μm〜30μm:30μmまで1μm刻みで有するものを用いた。また、露光量は、100〜3000mJ/cm2の範囲で、100mJ/cm2ずつ変化させながら縮小投影露光を行った。
実施例16〜18及び比較例4、5の感光性樹脂組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、商品名:ピューレックスA53)(支持体)上に、感光性樹脂組成物の厚さが均一になるように塗布し、90℃の熱風対流式乾燥機で10分間乾燥して、乾燥後の感光層の厚さが40μmである感光性エレメントを作製した。次いで、高圧水銀灯を有する露光機((株)オーク製作所製、商品名:EXM−1201)を用いて、照射エネルギー量が3000mJ/cm2となるように感光層を露光した。露光された感光層をホットプレート上にて65℃で2分間、次いで95℃で8分間加熱し、熱風対流式乾燥機にて180℃で60分間加熱処理をして、硬化膜を得た。熱機械的分析装置(セイコーインスツルメンツ(株)製、商品名:TMA/SS6000)を用いて、昇温速度5℃/分で温度を上昇させたときの該硬化膜の熱膨張率を測定し、その曲線から得られる変曲点をガラス転移温度Tgとして求めた。評価結果を表2に示す。
A−4:クレゾールノボラック樹脂(旭有機材工業(株)製、商品名:EP4020G)
B−1:1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル((株)三和ケミカル製、商品名:MX−270)
B−3:4,4’−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス[2,6−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール](本州化学工業(株)製、商品名:TML−BPAF)
C−1:トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(新日鉄住金化学(株)製、商品名:ZX−1542、式(14)参照)
C’−11:トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテル(アルドリッチ社製、商品名)
D−2:トリアリールスルホニウム塩(サンアプロ(株)製、商品名:CPI−101A)
E−1:メチルエチルケトン(和光純薬工業(株)製、商品名:2−ブタノン)
H−1:9,10−ジブトキシアントラセン(川崎化成工業(株)製、商品名:DBA)
Claims (9)
- (A)成分:フェノール性水酸基を有する樹脂、
(B)成分:メチロール基又はアルコキシアルキル基を有する化合物、
(C)成分:アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、グリシジルオキシ基及び水酸基から選択される1種以上の官能基を、2つ以上有する脂肪族化合物、及び
(D)成分:光感応性酸発生剤、を含有し、
前記(A)成分は、ノボラック樹脂を含み、
前記(D)成分は、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、スルホン化合物、スルホンイミド化合物、ジアゾメタン化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む、感光性樹脂組成物(但し、下記式(1)で表される化合物を含有する樹脂組成物を除く。)。
[式中、Rは各々独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、−R 1 OH、−R 2 OR 3 又は−R 4 OR 5 OR 6 を示し、nは1又は2であり、Xは各々独立にハロゲン原子を示し、R 1 はメチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基を示し、R 2 はメチレン基又は炭素数2〜4のアルキレン基を示し、R 3 は炭素数1〜6のアルキル基を示し、R 4 はメチレン基又は炭素数2〜4のアルキレン基を示し、R 5 はメチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基を示し、R 6 は炭素数1〜6のアルキル基を示す。] - 前記(B)成分が、芳香環、複素環及び脂環からなる群から選ばれる少なくとも1種を有し、かつ、メチロール基又はアルコキシアルキル基を有する化合物を含む、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(A)成分100質量部に対して、前記(C)成分を20〜70質量部含有する、請求項1又は2に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記(C)成分が、前記官能基を3つ以上有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 支持体と、該支持体上に形成される感光層とを備え、
前記感光層は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物を含む、感光性エレメント。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の硬化物。
- 請求項6に記載の感光性樹脂組成物の硬化物を、表面保護膜又は層間絶縁膜として備える半導体装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、前記感光性樹脂組成物を乾燥して感光層を形成する工程と、
前記感光層を所定のパターンに露光し、露光後加熱処理を行う工程と、
加熱処理後の感光層を現像し、得られた樹脂パターンを加熱処理する工程と、を含む、レジストパターンの形成方法。 - 基板上に、請求項5に記載の感光性エレメントの感光層を形成する工程と、
前記感光層を所定のパターンに露光し、露光後加熱処理を行う工程と、
加熱処理後の感光層を現像し、得られた樹脂パターンを加熱処理する工程と、を含む、レジストパターンの形成方法。
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