JP6686265B2 - ポジ型フォトレジスト組成物、これから製造されるパターン、及びパターンの製造方法 - Google Patents

ポジ型フォトレジスト組成物、これから製造されるパターン、及びパターンの製造方法 Download PDF

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Description

関連出願との相互引用
本出願は、2017年7月4日付韓国特許出願第10−2017−0085011号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、厚膜形成のためのポジ型フォトレジスト組成物、これから製造されるパターン及びパターンの製造方法に関する。
携帯電話、ノートパソコン、PDA、ICカードのような個人用及び携帯用電子製品の発達と共に電子製品業界においては製品の小型化、軽量化のために半導体パッケージのピッチサイズ(pitch size)を減す方法を模索し、その方法として従来のパッケージ工程のワイヤ(wire)方式でチップ(chip)と直接連結して用い得る半導体チップ内にバンプ(bump)という接続用端子を用い始めた。
これは、ウエハー(wafer)のアルミニウム(Pad)上に金(gold)またはソルダ(solder)などの素材であり、5〜10μmの大きさの外部接続端子を形成する次世代工程を言い、従来のワイヤボンディング方式とは異なってバンプが形成されたチップ(chip)をひっくり返してフリップ(flip)の表面が基板方向に向かうように実装する方式であり、半導体パッケージングのうち最も小さい形態を実現できる技術である。
バンプは、例えば支持体上に膜の厚さ約10〜100μmである厚膜フォトレジスト層を形成し、所定のマスクパターンにより露光し、現像してバンプを形成する部分が選択的に除去(剥離)されたレジストパターンを形成し、この除去された部分(非レジスト部)に銅などの導体をメッキにより埋めた後、その周囲のレジストパターンを除去することによって形成し得る。
厚膜用フォトレジストとしては、例えば、日本特開2008−258479号公報でのように、ポンプ形成用や配線形成用に用いられるキノンジアジド基含有化合物を有するポジ型感光性樹脂組成物が開示されている。一方、従来のキノンジアジド基含有化合物を有するポジ型感光性樹脂組成物より高感度の感光性樹脂組成物として、酸発生剤を含む化学増幅型フォトレジストが知られている。
化学増幅型フォトレジストの特徴は、放射線照射(露光)によって酸発生剤から酸が発生し、露光後の加熱処理によって酸の拡散が促進され、樹脂組成物中のベース樹脂などに対して酸触媒反応を起こし、そのアルカリ溶解性を変化させるものである。例えば日本特開2001−281862号公報及び日本特開2001−281863号公報などから分かるように、化学増幅型フォトレジストのうち、アルカリ不溶であったものがアルカリ可溶化するポジ型であるものとして、メッキ用化学増幅型フォトレジスト組成物が開示されている。
本発明は、保存安定性、感度、現像性、メッキ液耐性及び耐熱性に優れたポジ型フォトレジスト組成物を提供する。
また、本発明は、前記組成物から製造された厚膜のフォトレジストパターン及びパターンの製造方法を提供する。
本発明の一実施例によれば、下記の化学式1の繰り返し単位を含むアクリル樹脂;及び感光性酸発生化合物を含むポジ型フォトレジスト組成物が提供され得る。
[化学式1]
Figure 0006686265
前記化学式1において、
11及びR12は、それぞれ独立して水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
nは0〜3であり、
13はC〜Cの直鎖または分枝鎖のアルキレンであり、
14はビニル基若しくは(メタ)アクリレート基であり、
は直接結合;C〜C20のアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリーレン;またはN、O、S及びSiで構成される群より選ばれるいずれか一つ以上のヘテロ原子を含むC2−60ヘテロアリーレンである。
本発明の他の実現例によれば、前記ポジ型フォトレジスト組成物から製造されたフォトレジストパターンが提供され得る。
本発明のまた他の実現例によれば、前記ポジ型フォトレジスト組成物を用いてフォトレジストパターンを製造する方法が提供され得る。
以下、発明の具体的な実現例によるポジ型フォトレジスト組成物、前記組成物から製造されたフォトレジストパターン及び前記パターンの製造方法についてより詳細に説明する。
本明細書において、(メタ)アクリルまたは(メタ)アクリルは、アクリル(acryl)及びメタクリル(methacryl)を含む意味である。
厚膜用化学増幅型フォトレジスト組成物は、メッキ液に対する耐性に優れるだけでなく、フォトレジスト組成物自体の粘度が非常に高いため、溶液安定性などの物性にも優れる必要がある。
本発明者らは、下記の化学式1の繰り返し単位を含むアクリル樹脂及び感光性酸発生化合物を含む化学増幅型ポジ型フォトレジスト組成物は、保存安定性及び耐熱性に優れ、前記フォトレジスト組成物を用いてパターンを形成する場合、感度、現像性及びメッキ液に対する耐性に優れる点を実験により確認して発明を完成した。
具体的に、前記一実施例のポジ型フォトレジスト組成物は、下記の化学式1の繰り返し単位を含むアクリル樹脂及び感光性酸発生化合物を含み得る。
[化学式1]
Figure 0006686265
前記化学式1において、
11及びR12はそれぞれ独立して水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
nは0〜3であり、
13はC〜Cの直鎖または分枝鎖のアルキレンであり、
14はビニル基若しくは(メタ)アクリレート基であり、
は直接結合;C〜C20のアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリーレン;またはN、O、S及びSiで構成される群より選ばれるいずれか一つ以上のヘテロ原子を含むC2−60ヘテロアリーレンである。
前記化学式1の繰り返し単位は、1〜1000回繰り返され得る。
好ましくは、R13はC〜Cの分枝鎖のアルキレンであり得る。
好ましくは、R14はビニル基であり得る。
例えば、前記化学式1の繰り返し単位は、下記の化学式6においてあり得る。
[化学式6]
Figure 0006686265
前記化学式6において、R11、R12、n、Lは、化学式1と同一であり得る。
前記アクリル樹脂の総量において、前記化学式1で表される繰り返し単位の含有量は、10〜90重量%、15〜70重量%、20〜60重量%、または20〜50重量%であり得る。前記化学式1で表される繰り返し単位の含有量が10重量%未満であれば、現像液に対する現像速度が遅く感度が落ち、90重量%を超えれば、現像後非露光領域の残膜率が非常に低くメッキ液に対する耐性が低下し得る。
本発明の一実施例によるポジ型フォトレジスト組成物に含まれているアクリル樹脂は、下記の化学式2の繰り返し単位を含み得る。
[化学式2]
Figure 0006686265
前記化学式2において、
21及びR22はそれぞれ独立して水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
nは0〜3であり、
は直接結合;C〜C20のアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリーレン;またはN、O、S及びSiで構成される群より選ばれるいずれか一つ以上のヘテロ原子を含むC2−60ヘテロアリーレンであり、
23は置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC1−60カルボニル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロシクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり得る。
前記化学式2の繰り返し単位は、1〜1000回繰り返され得る。
前記アクリル樹脂の総量において、前記化学式2で表される繰り返し単位の含有量は、10〜40重量%、15〜30重量%、または15〜20重量%であり得る。前記化学式1で表される繰り返し単位の含有量が10重量%未満であれば、感度が低くなり、40重量%を超えれば、保存安定性が低下するか、メッキ液に対する耐性が低下し得る。
前記アクリル樹脂は、下記の化学式3の繰り返し単位をさらに含み得る。
[化学式3]
Figure 0006686265
前記化学式3において、
31は水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
Xは−OHであり得る。
前記化学式3の繰り返し単位は、1〜1000回繰り返され得る。
前記化学式3の繰り返し単位は、酸基(acid group)を有するものであって、本発明の一実施例によるフォトレジスト組成物に含まれているアクリル樹脂が前記化学式3の繰り返し単位を含むことによって、感度を向上させ、現像時の速度を容易に調節し得る。
前記化学式3の繰り返し単位は、例えば、メタクリル酸アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸及びメサコン酸からなる群より選ばれた一つ以上であり得る。
前記化学式3の繰り返し単位の含有量は、アクリル樹脂総量中の5〜20重量%、7〜15重量%、または10〜15重量%であり得る。アクリル樹脂の総量において前記化学式3の繰り返し単位の含有量が5重量%未満であれば、感度が低下し得、20重量%を超えれば、現像速度の制御が難しい場合もある。
前記アクリル樹脂は、下記の化学式4の繰り返し単位をさらに含み得る。
[化学式4]
Figure 0006686265
前記化学式4において、
41は水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
42は親水性基に置換されたC1−5アルキル;親水性基に置換若しくは非置換されたC1−5カルボニル、親水性基に置換若しくは非置換されたC13エーテル;親水性基に置換されたC3−6シクロアルキル;親水性基に置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−6ヘテロシクロアルキル;親水性基に置換されたベンゼン;または親水性基に置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−5ヘテロアリールであり得る。
前記化学式4の繰り返し単位は、1〜1000回繰り返され得る。
前記化学式4の繰り返し単位は、親水性を有するものであって、本発明の一実施例によるフォトレジスト組成物に含まれているアクリル樹脂が、前記化学式4の繰り返し単位を含むことによって、メッキ液または現像液に対する湿潤性(wettability)及び基板に対する接着性が向上し、フォトレジストパターンのクラックを防止する効果を有する。
前記化学式4の繰り返し単位は、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、(メタ)アクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート(2− methoxyethyl methacrylate)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(2−hydroxyethyl methacrylate)、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−hydroxypropyl methacrylate)、2−ヒドロキシブチルメタクリレート(2−hydroxybutyl methacrylate)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(methoxypolyethylene glycol methacrylate)、ポリエチレングリコールメタクリレート(polyethyelene glycol methacrylate)、及びポリプロピレングリコール(polypropylene glycol methacrylate)からなる群より選ばれた一つ以上であり得る。
前記化学式4の繰り返し単位の含有量は、アクリル樹脂総量中の10〜50重量%、15〜40重量%、または20〜25重量%であり得る。アクリル樹脂の総量において、前記化学式4の繰り返し単位の含有量が10重量%未満であれば、感度が低下し得、50重量%を超えれば、メッキ液に対する耐性が低下するか、現像速度の制御が難しい場合もある。
前記アクリル樹脂は、下記の化学式5の繰り返し単位をさらに含み得る。
[化学式5]
Figure 0006686265
前記化学式5において、
51は水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
52は置換若しくは非置換されたC20−60アルキル;C1−5アルキル基に置換若しくは非置換されたC5−60シクロアルキル;またはC1−5アルキル基に置換若しくは非置換されたC6−60アリールであり得る。
前記化学式5の繰り返し単位は、1〜1000回繰り返され得る。
前記化学式5の繰り返し単位は、疎水性を有するものであって、本発明の一実施例によるフォトレジスト組成物に含まれているアクリル樹脂が、前記化学式5の繰り返し単位を含むことによって、メッキ液に対する耐性を向上させてメッキ時にフォトレジストパターンに形成されるクラックまたは膨潤(swelling)現象を防止することができる。
前記化学式5の繰り返し単位は、例えば、
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘプチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロオクチル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロデシル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロドデシル(メタ)アクリレート、1−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−イソプロピルシクロヘプチル(メタ)アクリレート、2−5−ジメチル−1−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート(Dicyclopentanyl methacrylate)、ジシクロペンテニルメタクリレート(Dicyclopentenyl methacrylate)、イソボルニルメタクリレート(isobornyl methacrylate)、ベンジルメタクリレート(benzylmethacrylate)、及びフェノキシエチルメタクリレート(phenoxyethyl methacrylate)からなる群より選ばれた一つ以上であり得る。
前記化学式5の繰り返し単位の含有量は、アクリル樹脂総量中の10〜50重量%、15〜40重量%、または20〜25重量%であり得る。アクリル樹脂の総量において、前記化学式5の繰り返し単位の含有量が、10重量%未満であれば、メッキ液に対する耐性が低下し得、50重量%を超えれば、感度が落ちるか、現像速度の制御が難しい場合もある。
前記アクリル樹脂は、前記化学式1の繰り返し単位;及び前記化学式2〜5の繰り返し単位からなる群より選ばれた一つ以上を含み得る。また、この時、前記化学式1の繰り返し単位の含有量は、前記アクリル樹脂の総量において、10〜90重量%、15〜70重量%、20〜60重量%、または20〜50重量%であり得る。
本発明の一実施例によるポジ型フォトレジスト組成物に含まれる前記アクリル樹脂は、化学増幅型フォトレジスト組成の物総量中の10〜80重量%、20〜75重量%、30〜70重量%、または40〜65重量%で含まれ得る。前記アクリル樹脂の含有量が10重量%未満であれば、組成物の粘度が過度に低いため、基板との密着力が低下して厚膜フォトレジスト層が形成されにくく、80重量%を超えれば、組成物の粘度が必要以上に高まり、均一な厚さのコーティングを難しくし、なめらかな表現の実現が難しく、所望する厚さのレジスト層を形成することに問題がある。
前記特徴を有する本発明のアクリル樹脂は、重量平均分子量が、20,000〜400,000、50,000〜200,000、または80,000〜150,0000の範囲を有し得る。前記重量平均分子量が、10,000未満で過度に低いとフィルム特性が不良になる問題があり、300,000を超えて過度に高いと現像液への溶解度が落ちる問題が発生し得る。このような重量平均分子量を制御することによって、支持体との剥離性が低下することなく、厚膜フォトレジスト層の十分な強度を維持し得、ひいてはメッキ時のプロファイルの膨らみや、クラックの発生を防止することができる。
本発明の一実施例によるポジ型フォトレジスト組成物は、ポリヒドロキシスチレン(PHS)樹脂をさらに含み得る。前記ポリヒドロキシスチレン樹脂の含有量は、フォトレジスト組成の物総量に対して10〜30重量%、または15〜25重量%であることが好ましい。
本発明の一実施例によるポジ型フォトレジスト組成物は、前記感光性酸発生化合物を含み、前記感光性酸発生化合物は、例えば、トリアリールスルホニウム塩(triarylsulfonium salts)、ジアリールヨードニウム塩(diaryliodonium salts)、スルホン酸塩(sulfonate)化合物、トリフェニルスルフォニウムトリフレート(triphenylsulfonium triflate)、トリフェニルスルフォニウムアンチモネート(triphenylsulfonium antimonate)、ジフェニルヨードニウムトリフレート(diphenyliodonium triflate)、ジフェニルヨードニウムアンチモネート(diphenyliodonium antimonate)、メトキシジフェニルヨードニウムトリプルレート(methoxydiphenyliodonium triflate)、ジ−t−ブチルヨードニウムトリフレート(di−t−butyliodonium triflate)、2−6−ジニトロベンジルスルホネート(2−6−dinitrobenzyl sulfonate)、ピロガロールトリス(アルキルスルホン酸塩)(pyrogalloltris(alkylsulfonate))及びサクシニミジルトリフレート(succinimidyl triflate)からなるグループより選ばれる1種以上であり得る。
また、前記ポジ型フォトレジスト組成物は、酸拡散制御剤、腐食防止剤及び溶媒からなる群より選ばれた一つ以上をさらに含み得る。
前記酸拡散制御剤は、レジストパターン形状、露光後安定性などの向上のために追加されるものとして、例えば、トリエチルアミン(triethylamine)、トリプロピルアミン(tripropyl amine)、トリベンジルアミン(tribenzyl amine)、トリヒドロキシエチルアミン(trihydroxyethyl amine)、及びエチレンジアミン(ethylenedi amine)からなるグループより選ばれる1種以上であり得る。
前記フォトレジスト組成物の粘度を制御するために溶媒を含有することが好ましく、前記溶媒は、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル、モノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及びその誘導体;ジオキサンなどの環状エーテル類;ギ酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテートなどのエステル類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;などが挙げられる。これらは、単独または2種以上を混合して使用し得る。
本発明の他の実施例によるフォトレジストパターンは、前記ポジ型フォトレジスト組成物から製造される。前記パターンは厚さが、3〜150μm、10〜130μm、50〜100μm、または60〜80μmの厚膜であることが好ましい。前記パターンの厚さが、3μm未満であれば、適当な厚さのバンプ(bump)を形成しにくい場合もあり、150μmを超えれば、メッキ工程後に、フォトレジスト(PR)パターンをストリップ(strip)することは難しい場合もある。
本発明の他の実施例によるフォトレジストパターンの製造方法は、支持体上に前記フォトレジスト組成物からなる厚膜フォトレジスト層を積層する積層工程と、前記厚膜フォトレジスト層に電磁波または粒子線を含む放射線を照射する露光工程と、露光後の厚膜フォトレジスト層を現像して厚膜レジストパターンを得る現像工程と、を含む。
前記支持体としては、特に限定されず、従来の公示されたものを用いてもよい。例えば、電子部品用基板や、これに所定の配線パターンが形成されたものなどが挙げられる。この基板としては、シリコン、窒化シリコン、チタン、タンタル、パラジウム、チタンタングステン、銅、クロム、鉄、アルミニウムなどの金属製基板やガラス基板などであり得る。配線パターンの材料としては、銅、半田、クロム、アルミニウム、ニッケル、金などが用いられる。
まず、前記積層工程では、前記フォトレジスト組成物を支持体上に塗布し、加熱(プリベーク)によって溶媒を除去することで、厚膜フォトレジスト層を形成する。支持体上に対する塗布方法としては、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、アプリケーター法などの方法を採用し得る。
本発明の他の実施例のパターンの製造方法によれば、前記パターンの厚さが、3〜150μm、10〜130μm、50〜100μm、または60〜80μmの厚膜になるように積層することが好ましい。前記パターンの厚さが、3μm未満であれば、適当な厚さのバンプ(bump)を形成しにくく、150μmを超えれば、メッキ工程後にフォトレジスト(PR)パターンをストリップ(strip)することが難しい。
次に、前記露光工程では、得られた厚膜フォトレジスト層に、所定パターンのマスクを介して、電磁波または粒子線を含む放射線、例えば波長300〜500nmの紫外線または可視光線を選択的に照射(露光)する。
放射線の線源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アルゴンガスレーザなどを使用し得る。また、放射線には、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線、電子線、量子線、中性子線、イオン線などが含まれる。放射線照射量は、本発明に関するフォトレジスト組成物の組成や厚膜フォトレジスト層の膜の厚さなどによっても異なるが、例えば、超高圧水銀灯を使用する場合、100〜10000mJ/cmである。
露光後には、公知の方法により加熱することによって、酸の拡散を促進させて、露光の部分厚膜フォトレジスト層のアルカリ溶解性を変化させる。
次に、前記現像工程では、例えば、所定のアルカリ性水溶液を現像液として使用し、不要な一部分を溶解、除去して所定の厚膜レジストパターンを得る。
現像液としては、例えば、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、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、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、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン、1−5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノナンなどのアルカリ類の水溶液を使用し得る。また、前記アルカリ類の水溶液にメタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒や界面活性剤を適当量添加した水溶液を現像液として使用し得る。
現像時間は、本発明に関するフォトレジスト組成物の組成や厚膜フォトレジスト層の膜の厚さなどによっても異なるが、通常1〜30分間である。現像方法は、液盛り法、ディッピング法、パドル法、スプレー現像法などのいずれでもよい。
現像後には、流水洗浄を30〜90秒間行い、エアガンや、オーブンなどを用いて乾燥させる。
このようにして得られた厚膜レジストパターンの非レジスト部(現像液により除去された部分)にメッキなどによって金属などの導体を埋めることによって、バンプやメタルポストなどの接続端子を形成し得る。また、メッキ処理方法は、特に制限されず、従来から公知された各種方法を採用し得る。メッキ液としては、特に半田メッキ、銅メッキ、金メッキ、ニッケルメッキ液が好ましく使用される。残存する厚膜レジストパターンは、最後に定められた法により剥離液などを使用して除去する。
本発明によれば、保存安定性、感度、現像性、メッキ液に対する耐性及び耐熱性に優れたポジ型フォトレジスト組成物、これから製造された厚膜のフォトレジストパターン及びパターンの製造方法が提供され得る。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は、本発明を例示するだけであり、本発明の内容は下記の実施例によって限定されない。
合成例1
4−(2−メチルブテニルオキシ)フェニルメタクリレート(4−(2−methylbut−3−en−2−yloxy)phenyl methacrylate)40g、メタクリル酸(methacrylic acid)10g、2−メトキシエチルメタクリレート(2− methoxyethyl methacrylate)20g、及びシクロヘキシルメタクリレート(cyclohexyl methacrylate)30gをPGMEA(propylene glycol methyl ether acetate)150gと混合し、50℃で攪拌して均一な溶液とした。この溶液を30分間窒素ガスによってバブリングした後、AIBN 4gを添加し、窒素ガスによるバブリングを継続して行いながら、反応温度を70℃に維持して7時間重合した。重合終了後、反応溶液を多量のヘキサンと混合して生成された重合体を凝固させた。次に、重合体をテトラヒドロフランに再溶解した後、再度ヘキサンによって凝固させる操作を数回繰り返し行い未反応単量体を除去し、減圧下50℃で乾燥させて下記アクリル樹脂1を得た。
[アクリル樹脂1]
Figure 0006686265
合成例2
原料物質として、4−(2−メチルブテニルオキシ)フェニルメタクリレート(4−(2−methylbut−3−en−2−yloxy)phenyl methacrylate)20g、4−(テトラヒドロピラニルオキシ)フェニルメタクリレート(4−(tetrahydro−2H−pyran−2−yloxy)phenyl methacrylate)20g、メタクリル酸(methacrylic acid)10g、2−メトキシエチルメタクリレート(2− methoxyethyl methacrylate)20g、及びシクロヘキシルメタクリレート(cyclohexyl methacrylate)30gを使用することを除いては、前記合成例1と同様の方法により下記アクリル樹脂2を得た。
[アクリル樹脂2]
Figure 0006686265
合成例3
原料物質として、2−メチルブテニルメタクリレート(2−methylbut−3−en−2−yl methacrylate)40g、メタクリル酸(methacrylic acid)10g、2−メトキシエチルメタクリレート(2−methoxyethyl methacrylate)20g、及びシクロヘキシルメタクリレート(cyclohexyl methacrylate)30gを使用することを除いては、前記合成例1と同様の方法により下記アクリル樹脂3を得た。
[アクリル樹脂3]
Figure 0006686265
合成例4
原料物質として、4−(テトラヒドロピラニルオキシ)メタクリレート(4−(tetrahydro−2H−pyran−2−yloxy)methacrylate)40g、メタクリル酸(methacrylic acid)10g、2−メトキシエチルメタクリレート(2−methoxyethyl methacrylate)20g、及びシクロヘキシルメタクリレート(cyclohexyl methacrylate)30gを使用することを除いては、前記合成例1と同様の方法により下記アクリル樹脂4を得た。
[アクリル樹脂4]
Figure 0006686265
実施例1〜4及び比較例1〜4
下記表1に記載された成分及び含有量で実施例1〜4及び比較例1〜4のポジ型フォトレジスト組成物を製造した。この時、PHS樹脂は下記の化学式9で表される化合物であり、PAGは感光性酸発生化合物であり、Quencherは酸拡散抑制剤である。
[化学式9]
Figure 0006686265
Figure 0006686265
※前記表1に記載された成分の含有量は固形分基準であり、アクリル樹脂及びPHS樹脂の総和は100重量部であり、PAG及びQuencherの含有量は、前記アクリル樹脂及びPHS樹脂総和100重量部を基準にそれぞれ3重量部及び0.1重量部である。
評価
(1)保存安定性
実施例1〜4及び比較例1〜4で製造されたフォトレジスト組成物を60℃オーブンで一週間保管する加速化テストを行い、露光エネルギーを測定した後下記基準により保存安定性を評価した。その結果を表2に示した。
◎:露光エネルギー(EOP)変化率1%以内
○:EOP変化率1%超5%以内
△:EOP変化率5%超10%以内
X:EOP変化率10%超
(2)感度
ガラス基板上に実施例1〜4及び比較例1〜4で製造されたフォトレジスト組成物をスピンコーティングして120℃で2分間ホットプレートで乾燥した後、ステップマスクを用いて露光して100℃で2分間ホットプレートでさらに乾燥した後にTMAH(tetramethylammonium hydroxide)水溶液で現像した。ステップマスクパターンとフォトレジスト(PR)パターンのCDサイズが同じ露光量を感度に評価した。その結果を表2に示した。
(3)現像性
ガラス基板上に実施例1〜4及び比較例1〜4で製造されたフォトレジスト組成物をスピンコーティングして120℃で2分間ホットプレートで乾燥した後ステップマスクを用いて露光して100℃で2分間ホットプレートでさらに乾燥した後にTMAH(tetramethylammonium hydroxide)水溶液で現像した。厚膜レジストパターンの頂上部のホール直径から底部のホール直径を減らした値をフッティングの長さとして測定し、現像性の指標とした。現像性を下記基準に基づいて測定し、その結果を表2に示した。
◎:フッティングの長さ0nm超200nm以内
○:フッティングの長さ200nm超500nm以内
△:フッティングの長さ500nm超1μm以内
X:フッティングの長さ1μm超
(4)メッキ液耐性
実施例1〜4及び比較例1〜4で製造されたフォトレジスト組成物を基板上にスピンコーターを用いて塗布した後、プリベーク(prebake)及びポストベーク(postbake)などの工程とを経て形成されたレジスト防止するCuメッキ液に常温で2時間浸漬した後、レジスト膜の厚さの変化があるかを調べた。厚さの変化率を下記基準に基づいて測定し、その結果を表2に示した。
◎:厚さの変化率1%以内
○:厚さの変化率1%超5%以内
△:厚さの変化率5%超10%以内
X:厚さの変化率10%超
(5)耐熱性
ガラス基板上に実施例1〜4及び比較例1〜4で製造されたフォトレジスト組成物をスピンコーティングして120℃で2分間ホットプレートで乾燥した後、ステップマスクを用いて露光し、100℃で2分間ホットプレートでさらに乾燥する。その後、コーティングされたウエハー(wafer)を45°で20秒間傾けてからTMAH(tetramethylammonium hydroxide)水溶液で現像した。製造された厚膜レジストパターンが横にどれくらい傾くかを測定して(パターンslopeの垂直性)耐熱性を評価し、下記の基準に基づいて、その結果を表2に表した。
◎:傾きなし
○:0°超5°以内
△:5°超10°以内
X:10°超
Figure 0006686265
前記表2によれば、アクリル樹脂1または2を含む実施例1〜4が、アクリル樹脂3または4を含む比較例1〜4に比べて、保存安定性、感度、現像性、メッキ液に対する耐性、及び耐熱性が顕著に優れることを確認した。

Claims (20)

  1. 下記の化学式1の繰り返し単位を含むアクリル樹脂;及び感光性酸発生化合物を含むポジ型フォトレジスト組成物:
    [化学式1]
    Figure 0006686265
    前記化学式1において、
    11及びR12はそれぞれ独立して水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
    nは0〜3であり、
    13酸素原子に隣接する3級炭素を有するC 〜Cの直鎖または分枝鎖のアルキレンであり、前記3級炭素はR 14 と結合し、
    14ビニル基であり
    は直接結合;C〜C20のアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリーレン;またはN、O、S及びSiで構成される群より選ばれるいずれか一つ以上のヘテロ原子を含むC2−60ヘテロアリーレンである。
  2. 前記化学式1において、
    13酸素原子に隣接する3級炭素を有する〜Cの分枝鎖のアルキレンである請求項1に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  3. 前記化学式1の繰り返し単位は、アクリル樹脂総量中の10〜90重量%の含有量で含まれる請求項1または2に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  4. 前記アクリル樹脂は、下記の化学式2の繰り返し単位をさらに含む請求項1から3のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物:
    [化学式2]
    Figure 0006686265
    前記化学式2において、
    21及びR22はそれぞれ独立して水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
    nは0〜3であり、
    は直接結合;C〜C20のアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリーレン;またはN、O、S及びSiで構成される群より選ばれるいずれか一つ以上のヘテロ原子を含むC2−60ヘテロアリーレンであり、
    23は置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC1−60カルボニル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロシクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールである。
  5. 前記化学式2の繰り返し単位は、アクリル樹脂総量中の10〜40重量%の含有量で含まれる請求項4に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  6. 前記アクリル樹脂は、下記の化学式3の繰り返し単位をさらに含む請求項1から5のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物:
    [化学式3]
    Figure 0006686265
    前記化学式3において、
    31は水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
    Xは−OHである。
  7. 前記化学式3の繰り返し単位は、アクリル樹脂総量中の5〜20重量%の含有量で含まれる請求項6に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  8. 前記アクリル樹脂は、下記の化学式4の繰り返し単位をさらに含む請求項1から7のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物:
    [化学式4]
    Figure 0006686265
    前記化学式4において、
    41は水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
    42は親水性基に置換されたC1−5アルキル;親水性基に置換若しくは非置換されたC1−5カルボニル、親水性基に置換若しくは非置換されたC13エーテル;親水性基に置換されたC3−6シクロアルキル;親水性基に置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−6ヘテロシクロアルキル;親水性基に置換されたベンゼン;または親水性基に置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−5ヘテロアリールである。
  9. 前記化学式4の繰り返し単位は、アクリル樹脂総量中の10〜50重量%の含有量で含まれる請求項8に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  10. 前記アクリル樹脂は、下記の化学式5の繰り返し単位をさらに含む請求項1から9のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物:
    [化学式5]
    Figure 0006686265
    前記化学式5において、
    51は水素;置換若しくは非置換されたC1−60アルキル;置換若しくは非置換されたC3−60シクロアルキル;置換若しくは非置換されたC6−60アリール;または置換若しくは非置換されたN、O及びSで構成される群より選ばれるヘテロ原子を1個以上含むC2−60ヘテロアリールであり、
    52は置換若しくは非置換されたC20−60アルキル;C1−5アルキル基に置換若しくは非置換されたC5−60シクロアルキル;またはC1−5アルキル基に置換若しくは非置換されたC6−60アリールである。
  11. 前記化学式5の繰り返し単位は、アクリル樹脂総量中の10〜50重量%の含有量で含まれる請求項10に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  12. ポリヒドロキシスチレン(PHS)樹脂をさらに含む請求項1から11のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物:
  13. 前記アクリル樹脂は、化学増幅型フォトレジスト組成の物総量中の3〜60重量%に含まれる請求項1から12のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  14. 前記感光性酸発生化合物は、トリアリールスルホニウム塩(triarylsulfonium salts)、ジアリールヨードニウム塩(diaryliodonium salts)、スルホン酸塩(sulfonate)化合物、トリフェニルスルフォニウムトリフレート(triphenylsulfonium triflate)、トリフェニルスルフォニウムアンチモネート(triphenylsulfonium antimonate)、ジフェニルヨードニウムトリフレート(diphenyliodonium triflate)、ジフェニルヨードニウムアンチモネート(diphenyliodonium antimonate)、メトキシジフェニルヨードニウムトリフレート(methoxydiphenyliodonium triflate)、ジ−t−ブチルヨードニウムトリフレート(di−t−butyliodonium triflate)、2−6−ジニトロベンジルスルホネート(2−6−dinitrobenzyl sulfonate)、ピロガロールトリス(アルキルスルホン酸塩)(pyrogalloltris(alkylsulfonate))及びサクシニミジルトリフレート(succinimidyl triflate)からなるグループより選ばれる1種以上である請求項1から13のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  15. 酸拡散制御剤、腐食防止剤及び溶媒からなる群より選ばれた一つ以上をさらに含む請求項1から14のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  16. 前記酸拡散制御剤は、トリエチルアミン(triethylamine)、トリプロピルアミン(tripropyl amine)、トリベンジルアミン(tribenzyl amine)、トリヒドロキシエチルアミン(trihydroxyethyl amine)、及びエチレンジアミン(ethylenedi amine)からなるグループより選ばれる1種以上である請求項15に記載のポジ型フォトレジスト組成物。
  17. 請求項1から16のいずれか一項に記載のポジ型フォトレジスト組成物から製造されたフォトレジストパターン。
  18. 前記フォトレジストパターンは、膜の厚さが3〜150μmである請求項17に記載のフォトレジストパターン。
  19. 支持体上に、請求項1から16のいずれか一項に記載されたポジ型フォトレジスト組成物からなる厚膜フォトレジスト層を積層する積層工程と、
    前記厚膜フォトレジスト層に、電磁波または粒子線を含む放射線を照射する露光工程と、
    露光後の前記厚膜フォトレジスト層を現像して厚膜レジストパターンを得る現像工程と、を含むフォトレジストパターンの製造方法。
  20. 前記積層工程において、前記厚膜フォトレジスト層の厚さを3〜150μmで積層する請求項19に記載のフォトレジストパターンの製造方法。
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