JP6810754B2 - レーザーアブレーション用ネガティブワーキングフォトレジスト組成物及びその使用 - Google Patents

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Description

基材上にコーティングされたフィルムが広帯域UV放射線に対して感応性のあるフェノールネガ型架橋レジストであり、この広帯域放射線に暴露された領域においても、222nm〜308nmの間の波長で放射するエキシマレーザーによる低温レーザーアブレーションによってパターン形成可能であり、また厚いフィルムとしてコーティングすることも可能である新規組成物を開示する。
また、広帯域露光によって予め架橋させた、基材上にコーティングされた上記新規組成物のフィルムを、222nm〜308nmの間の波長で照射するエキシマレーザーを用いて低温レーザーアブレーションすることによって、この組成物からコーティングされたフィルムを画像化することによりレリーフ画像を作製する新規な方法も開示する。
また、マスクを介して広帯域UV露光による暴露及び水性塩基による現像によって基材上の新規組成物のフィルムに予め画像化されたトポグラフィー画像を、222nm〜308nmの間の波長で放射するエキシマレーザーを用いて低温レーザーアブレーションする、新規な組成物による別の画像化方法も開示される。
これらの新規の組成物及び方法により作製されたレリーフ画像は、電子内層相互接続に有用な金属バンプ及びポストの形成に使用できる。また、これらのものは、金属配線パターンの電気化学的堆積のためのテンプレートとしても使用できる。これらの光加工法は、チップスケールパッケージング、マイクロ電子機械システム、高密度相互接続、液晶デバイス、有機トランジスタ、発光ダイオード、ディスプレイなどの用途に有用であることが分かった。
多くの電子部品の製造は、厚膜感光性フォトレジスト材料、組成物及び方法を使用することによってのみ容易に達成できる場合が多い。このプロセスは、所望の基板に感光性フォトレジスト組成物をコーティングし、乾燥させた後、ライントレース、バンプホール及び他の構造の所望のパターンを含むフォトマスクを介してフォトレジストを化学線に暴露することを伴う。ネガ型フォトレジストの場合、露光された領域を硬化させると共に、マスクを介して露光されたときに、未露光領域を好適な現像液(一般に水性塩基)によって除去する。多くの光造形プロセスでは、塗布されかつ乾燥されたフォトレジストの厚さは30ミクロンであることが必要であると共に、ライントレース、バンプホール及び他の構造は少なくとも15ミクロンとすることができる寸法を有する。ライントレース、バンプ及び他の構造を作製したら、フォトレジストを、典型的には、水性塩基の溶液を使用して再び剥離プロセスで除去する。
低温レーザーアブレーションは、レーザー励起により直接的な結合切断が生じるときに達成される。具体的には、これは、系の温度が変化しない光化学プロセスである。これは、典型的には、222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーを用いて行われる。
本願所定の配合物は、ネガ型レジストであって、基材上にコーティングされたときに広帯域UV線に対して感応性があり、この波長での画像形成が広帯域放射によって誘導される架橋反応により作用するが、222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーによる低温レーザーアブレーションに対しても感応性であるネガ型レジストから構成される。
これらの新規組成物は次のものを含有する:
(1)組成物を基材上に厚いフィルムとしてコーティングし、基材上のこれらのコーティングにネガティブトーンである特性を付与し、広帯域放射に対して感応性である塩基現像性レジストコーティングを架橋することを可能にする成分、及び
(2)広帯域露光後に、コーティングされ広帯域放射線に露光されたフィルムを低温レーザーアブレーションに対して感応性である少なくとも1種の追加の増感剤成分。
ネガ型広帯域感応性を付与するための成分は、水性塩基に溶解するようにフェノール部分、カルボン酸部分又は両方の種類の部分の組み合わせからなる塩基可溶性樹脂、新規組成物の全ての成分を溶解することができかつ該組成物を基材上に厚いフィルムをコーティングするのに好適にする有機溶媒;少なくとも1種の架橋剤;広帯域放射線に対して感応性の少なくとも1種の光開始剤である。
222nm〜308nmの間のエキシマレーザーによる低温レーザーアブレーションでコーティング組成物を増感させる添加剤は、約222nmから約310nmまでの紫外線を強く吸収する共役アリール化合物から構成される。
これらの新規な組成物では、架橋剤は広帯域照射によってフェノール組成物の塗膜中において架橋反応を受けるように誘導される。広帯域照射によって誘導されるこの架橋は、フェノール樹脂及び架橋剤が広帯域UV照射に対して感応性のある光開始剤系によって生成されるラジカル、陰イオン、酸又はこれらの部分の組合せによって架橋を生じるように誘発される機構によって生じる。
この組成物中の広帯域光開始剤系は、光酸発生剤添加剤、光ラジカル発生剤添加剤又は両方のタイプの光開始剤の組み合わせから構成される。これらの光開始剤は、広帯域照射に対して本質的に影響を受けやすくてよく、あるいは適切な広帯域増感剤添加剤によって広帯域照射に対して増感される。
基材上にコーティングされた組成物の、広帯域放射線に曝されていない領域は、水性塩基への溶解度を維持すると共に、曝された領域は架橋され、水性塩基現像時にネガ型画像を生成する。
この新規な組成物は、レーザーアブレーション添加物も含むため、広帯域UV露光後のこの材料の塗膜は、222nm〜308nmの間のUV放射線を発するエキシマレーザーによる低温レーザーアブレーションに対して非常に影響を受けやすくなる。
また、本発明は、このような新規なコーティング配合物の、2つの画像化手法における新規な使用に関するものでもある。
第1の手法では、基材上に流延された新規組成物のフィルムを広帯域放射線によるブランケットフラッド露光することによって架橋フィルムを製造し;その後、架橋フィルムの選択領域において、エキシマレーザーによるアブレーションによって画像を生成する。
第2の画像化手法では、基材上に流延された新規組成物のフィルムを広帯域放射線にマスクを介して従来通り露光し、その後に水性塩基現像し、非露光領域を除去して第1トポグラフィー画像を生成する;ただし、この第1トポグラフィー画像は、その後、第1画像の選択されたトポグラフィー領域を除去するコールドエキシマレーザーアブレーションによって修正できる。
両方の種類のプロセスでは、深い接触穴、ビア及び他のトポグラフィー特徴などの特徴は、従来のレーザーアブレーション配合物よりも少ないエキシマレーザーパルスでステッパプロファイル、すなわちより滑らかな側壁を有するように、低温レーザーアブレーションによって形成される。
従来の非画像形成性非架橋性ポリマー樹脂のエキシマ低温レーザーアブレーションには、次のようないくつかの欠点がある:
単独重合体は、硬化工程を加えて配合物を熱硬化性にしない限り、熱流を受けやすい。また、この重合体は、MEMのセンサー及び他のマイクロエレクトロニクス部品を製造する際に基材へのパターン転写のために後で使用されるエッチングプロセスに対して耐化学性となるように設計する必要もある。さらに、このような重合体は、環境に優しいスピンキャスティング溶媒に可溶ではない場合がある。
本発明の新規レーザーアブレーション組成物の成分として好適なネガ型広帯域レジストは、本発明の新規低温レーザーアブレーション配合物中の成分としての使用に適した、次のいくつかの特性を有していなければならない:
(1)広帯域露光により画像化可能でなければならない。
(2)水性塩基で現像可能である。
(3)酸、ラジカル又は両方の作用により架橋可能な少なくとも1種の架橋添加剤の作用により広帯域露光で画像化される。
(4)広帯域に対して本質的に影響を受けやすい又は広帯域増感剤と組み合わせたときに広帯域に対して感応性のある、光酸発生剤、光ラジカル発生剤を含む。
(5)環境に優しいスピンキャスティング溶媒。
本発明の新規組成物の他の成分は、222nm〜308nmの間のUV放射線を放出するエキシマレーザーを用いた低温レーザーアブレーションに対して官能性を付与する添加剤である。これらの添加剤は、これらのエキシマレーザーによる高いアブレーションレートを上記のネガレジストに付与しなければならない。また、これらのものは、環境に優しいスピンキャスティング溶媒に可溶でなければならない。
本発明の新規な組成物及び方法は、低温アブレーションにより5〜100μmの厚膜の精密特徴を形成するという課題を解決し、ここで、この特徴は、アスペクト比が高く、また、壁角度が高く、側壁粗さが低いと同時に、222nm〜308nmの間の波長で放射するエキシマレーザーによる高いアブレーション速度を有する。このような特徴を形成することができることは、MEMS、センサー及び他のマイクロエレクトロニクス部品の製造に有用である。
広帯域照射にさらされた領域において、222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーによる後の低温レーザーアブレーションに対しても感応性であるネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト組成物であって、該組成物が次の成分(a)及び(b):
(a)(i)水性塩基に溶解するように、フェノール部分、カルボン酸部分又は両方の種類の部分の組み合わせを含有する樹脂;(ii)少なくとも1種の架橋剤;(iii)広帯域照射に対して感応性のある少なくとも1種の光開始剤から構成される、ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための成分;及び
(b)約220nm〜約310nmの範囲の紫外線を強く吸収する少なくとも1種の共役アリール添加剤から構成される低温レーザーアブレーションエキシマレーザー増感剤成分系
を含む。
本発明は、工程(a)、(b)及び(c)を含む方法も包含する:
(a)請求項1に記載の組成物を基材上にコーティングし;
(b)広帯域UVを露光照射することによってコーティング全体を架橋し;
(c)222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーを用いて低温レーザーアブレーションすることによって架橋コーティングにパターンを形成すること。
最後に、本発明は、次のものを包含する。
また、本発明は、次の工程(a’)、(b’)、(c’)及び(d’)を含む方法も包含する:
(a’)請求項1に記載の組成物を基材上にコーティングし;
(b’)コーティングの一部を、マスクを介して広帯域UV露光照射することによって架橋し;
(c’)コーティングを水性塩基で現像し、コーティングの非露光領域を除去し、それにより第1パターンを形成し;
(d’)222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーを用いた第1パターンの低温レーザーアブレーションによって第1パターンに第2パターンを形成すること。
図1は、比較検討トップダウンSEM写真を示す:比較配合例1及び配合例1。
詳細な説明
本明細書を通して、特に断らない限り、使用する用語を以下に説明する。
ここで使用するときに、接続詞「及び」は包括的であることを意図しており、接続詞「又は」は、特に示さない限り排他的であることを意図するものではない。例えば、「又はその代わりに」という語句は排他的であることを意図する。
ここで使用するときに、用語「光硬化」及び「光重合」は区別なく使用され、フリーラジカル開始硬化又は重合をいう。
ここで使用するときに、用語「乾燥された(乾燥後)」とは、乾燥プロセス後に残留する溶媒が5%未満のフィルムをいう。
ここで使用するときに、用語「厚膜」とは、5〜100ミクロンの厚さのフィルムをいう。
ここで使用するときに、用語「フェノール」とは、少なくとも1個のヒドロキシル基が芳香族環に結合したアリール部分をいう。
上記定義において及び本明細書を通して、他に記載がない限り、使用される用語を以下に説明する。
アルキルとは、所望の数の炭素原子及び原子価を有する直鎖又は分岐アルキルを意味する。アルキル基は、一般に脂肪族であるが、環式又は非環式(すなわち、非環状)であってもよい。好適な非環式基は、メチル、エチル、n−プロピル又はイソプロピル、n−ブチル、イソブチル又はt−ブチル、直鎖又は分岐ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラデシル及びヘキサデシルとすることができる。特に明記しない限り、アルキルとは、1〜10個の炭素原子部分をいう。環状アルキル基は、単環式でも多環式でもよい。単環式アルキル基の好適な例としては、置換シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチル基が挙げられる。置換基は、本明細書に記載された非環式アルキル基のうち任意のものとすることができる。
好適な二環式アルキル基としては、置換ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、ビシクロ[3.2.1]オクタン、ビシクロ[3.2.2]ノナン及びビシクロ[3.3.2]デカンなどが挙げられる。三環式アルキル基の例としては、トリシクロ[5.4.0.0.2,9]ウンデカン、トリシクロ[4.2.1.2.7,9]ウンデカン、トリシクロ[5.3.2.0.4,9]ドデカン、及びトリシクロ[5.2.1.0.2,6]デカンが挙げられる。ここで言及するときに、環式アルキル基は、置換基として非環式アルキル基のうち任意のものを有することができる。
アルキレン基は、上記のアルキル基のうち任意のものから誘導される二価アルキル基である。アルキレン基に言及するときに、これらのものは、アルキレン基の主炭素鎖に(C〜C)アルキル基で置換されたアルキレン鎖を有する。また、アルキレン基は、アルキレン部分に1個以上のアルキン基を有することができ、ここで、アルキンとは三重結合をいう。本質的に、アルキレンは、主鎖としての二価炭化水素基である。したがって、二価の非環式基は、メチレン、1,1−エチレン又は1,2−エチレン、1,1−プロピレン、1,2−プロピレン又は1,3−プロピレン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキセン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサ−3−インなどが挙げられる。同様に、二価の環状アルキル基は、1,2−シクロペンチレン又は1,3−シクロペンチレン、1,2−シクロへキシレン、1,3−シクロへキシレン又は1,4−シクロヘキシレンなどであることができる。二価のトリシクロアルキル基は、上記三環式アルキル基のうち任意のものとすることができる。本発明において特に有用な三環式アルキル基は、4,8−ビス(メチレン)−トリシクロ[5.2.1.0.2,6]デカンである。
アリール基は6〜24個の炭素原子を含み、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル、アントラシル、ビフェニル、ビスフェニル、トリスフェニルなどが挙げられる。これらのアリール基は、適切な置換基、例えば、アルキル、アルコキシ、アシル又はアリール基のうち任意のものでさらに置換されていてもよい。同様に、本発明では、必要に応じて適当な多価アリール基を使用することができる。二価のアリール基の代表例としては、フェニレン、キシレン、ナフチレン、ビフェニレンなどが挙げられる。
アルコキシとは、1〜10個の炭素原子を有する直鎖又は分岐アルコキシを意味し、例えば、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、イソブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノナニルオキシ、デカニルオキシ、4−メチルヘキシルオキシ、2−プロピルヘプチルオキシ及び2−エチルオクチルオキシが挙げられる。
アラルキルとは、置換基が結合したアリール基を意味する。置換基は、アルキル、アルコキシ、アシルなどの任意のものとすることができる。7〜24個の炭素原子を有する一価アラルキルの例としては、フェニルメチル、フェニルエチル、ジフェニルメチル、1,1−ジフェニルエチル又は1,2−ジフェニルエチル、1,1−ジフェニルプロピル、1,2−ジフェニルプロピル、2,2−ジフェニルプロピル又は1,3−ジフェニルプロピルなどが挙げられる。所望の原子価を有する本明細書に記載の置換アラルキル基の適切な組合せを多価アラルキル基として使用することができる。
用語(メタ)アクリレートとは、メタクリレート又はアクリレートをいい、同様に、(メタ)アクリル(酸)は、メタクリル(酸)又はアクリル(酸)をいう。
用語「酸開裂性基」とは、酸分解や加水分解などの酸開始触媒プロセスによって開裂することができるアルコール、フェノール又はカルボン酸官能基をマスクする保護基をいい、ここで、触媒プロセスの鎖長は、長い触媒鎖を維持するために十分に安定な炭素陽イオン中間体である。このような部分の例は、次のとおりである:
隣接する炭素原子上に、酸を再生するように引き抜くことができる少なくとも1個のプロトンを有する第三級、第二級ベンジル、第二級アリル(又は炭素陽イオンを安定化する置換基を有する他の活性化第二級炭素陽イオン);
正電荷を含む炭素に2個の酸素原子が結合し、例えばアセタール及びケタールの加水分解で形成される炭素陽イオン;
トリアルキルシリルエーテル又はエステル、トリアリールシリルエーテル又はエステル、及びジアリールアルキルシリルエーテル又はエステルなどの部分の加水分解で形成される、3個の炭素原子が結合したシリル陽イオン。用語「酸開裂性結合」とは、上記酸開裂性基などにおいて酸触媒開裂を受ける結合をいう。
このような酸開裂性基は、酸が光酸発生剤(PAG)に由来し、触媒プロセスが酸の光発生のために量子収率を増幅する化学増幅レジストプロセスで一般に使用される。また、これらの基は、熱酸発生剤(TAG)から熱的に生じる酸によって開裂できる。一次炭素陽イオン又は不活性化二次炭素陽イオンを介してヒドロキシル化を受ける物質などの、効果的でない加水分解を受ける物質は、酸開裂性基であるとみなされず、三次又は二次炭素陽イオンを介して効果的でない加水分解を受ける物質である。これらのものは、上記酸分解プロセスで酸を再形成するための引き抜き可能な水素を有しないからである。
さらに、ここで使用するときに、用語「置換」とは、有機化合物の全ての許容可能な置換基を含むことが意図される。広範な態様において、許容可能な置換基としては、有機化合物の非環式及び環式、分岐及び非分岐、炭素環式及び複素環式、芳香族及び非芳香族置換基が挙げられる。例示的な置換基としては、例えば、上記のものが挙げられる。許容可能な置換基は、適切な有機化合物について、1個以上でありかつ同一又は異なるものとすることができる。本発明の目的上、窒素などのヘテロ原子は、ヘテロ原子の原子価を満たす本明細書に記載の有機化合物の水素置換基及び/又は任意の許容可能な置換基を有することができる。本発明は、有機化合物の許容可能な置換基によって限定されるものではない。
組成物
本発明の一態様は、広帯域照射に曝された領域において、222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーによる後の低温レーザーアブレーションに対しても感応性のある、ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト用組成物であって、次の成分(a)及び(b)から構成される組成物である:
(a)ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための成分:
(i)水性塩基に溶解するように、フェノール部分、カルボン酸部分又は両方の種類の部分の組み合わせを含有する樹脂;
(ii)少なくとも1種の架橋剤;
(iii)広帯域照射に対して感応性のある少なくとも1種の光開始剤;及び
(b)約220nm〜約310nmの範囲の紫外線を強く吸収する少なくとも1種の共役アリール添加剤から構成される低温レーザーアブレーションエキシマレーザー増感剤成分系。
この新規組成物の別の態様では、(b)中における約222nm〜約310nmまで強く吸収する共役アリール添加剤は、次式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)、(VI)及び(VII)から選択される:
Figure 0006810754
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式中、R、R、R、R、R及びRは、独立して、水素、アルキル基、アルキレンフルオロアルキル基、アルキレンアリール基及びアルキレンオキシアルキル基から選択され;Rは、アルキル基、アルキレンフルオロアルキル基、アルキレンアリール基及びアルキレンオキシアルキル基から選択され;R置換基は、独立して、水素、アルキル基、アルキレンフルオロアルキル基、アルキレンアリール基、アルキレンオキシアルキル基、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキレン基及びアルコキシ基から選択され;Xは、Cl、Br又はIから選択されるハロゲンであり;さらに、n、na、nb、m、ma及びmbは、独立して、1〜4の整数から選択され;mcは1〜9の整数から選択され、mdは1〜10の整数から選択される。
本発明の別の態様では、広帯域照射によりネガ型水性塩基現像性を付与する(a)成分は、次の特許文献:米国特許第89065095号、米国特許第7601482号及び米国特許第6576394号に記載されているような広帯域UV感応性を付与する組成物から選択できる。上記の各文献は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書において援用される。
本発明のこの態様において、広帯域照射によりネガ型水性塩基現像性を付与する(a)成分は、成分群(VIII)、(VIV)又は(X)から選択される、(a)ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を与えるための(a)成分から選択できる。
群(VIII)
(VIII)群の第1実施態様では、次のものからなる:
(a)環結合ヒドロキシ基を有するフェノールフィルム形成性高分子バインダー樹脂;
(b)放射線に曝されると酸を形成する、フィルム形成性バインダー樹脂の架橋を開始するのに十分な量の光酸発生剤;
(c)放射線への露光により生成された(b)の酸にさらされた際にカルボニウムイオンを形成する、エーテル化アミノプラスポリマー又はオリゴマーを含む架橋剤;
(d)放射線への露光によって生成された(b)の酸にさらされた際にカルボニウムイオンを形成する、ジヒドロキシアルキルテトラフェノールを含む第2架橋剤、ここで、(c)及び(d)の量は有効な架橋量である;及び
(e)フォトレジスト溶媒
群(VIII)の別の実施形態は、次のものから構成される:
(a)環結合ヒドロキシル基を有するフェノールフィルム形成性高分子バインダー樹脂;
(b)放射線への露光により酸を形成する、フィルム形成性バインダー樹脂の架橋を開始させるのに十分な量の光酸発生剤;
(c)放射線への露光によって生成された工程(b)からの酸にさらされることによりカルボニウムイオンを形成する、エーテル化アミノプラストポリマー又はオリゴマーを含む架橋剤;
(d)放射線への露光によって生成された工程b)からの酸にさらされることによりカルボニウムイオンを形成する、(1)ヒドロキシ置換C〜C12アルキルフェノール又は(2)ヒドロキシC〜Cアルキル置換C〜C12アルキルを含む第2架橋剤、ここで、工程(c)及び(d)からの架橋剤の総量は有効架橋量である;及び
(e)フォトレジスト溶媒。
(a)群(VIII)樹脂バインダー
群(VIII)の別の実施形態では、上記実施形態で利用されるフィルム形成性フェノール高分子バインダー樹脂は、好ましくは、アルカリ性媒体、例えばアルカリ性現像液に可溶であるが水には不溶であるヒドロキシ芳香族ポリマーである。これらのバインダー樹脂は、架橋剤の存在下で架橋することができる。バインダー樹脂は、本発明のフォトレジスト組成物が架橋前にアルカリ性媒体、例えば水性アルカリ現像剤に可溶であるように選択される。しかし、これらの組成物は、架橋後にこのようなアルカリ性媒体に不溶になる。
VIII型成分中の好ましいバインダー樹脂は、ホルムアルデヒドなどのアルデヒドと共に縮合した、好ましくはオルトクレゾール;メタクレゾール;パラクレゾール;2,4−キシレノール;2,5−キシレノール;3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、チモール及びこれらの混合物などの置換フェノールから誘導されるノボラックを含むことができる。また、バインダー樹脂は、ポリ(ビニルフェノール)、例えば、ポリ(パラヒドロキシスチレン);ポリ(パラヒドロキシ−α−メチルスチレン);パラヒドロキシスチレン又はパラヒドロキシ−α−メチルスチレンとスチレン、アセトキシスチレン又はアクリル酸及び/又はメタクリル酸とのコポリマー;ヒドロキシフェニルアルキルカルビノールホモポリマー;又はノボラック/ポリ(ビニルフェノール)コポリマーを含むこともできる。
(b)群(VIII)光酸発生剤
光酸発生剤は、広帯域放射線にさらされることにより、フォトレジスト組成物中の高分子バインダー樹脂の架橋を触媒するのに必要な量の酸を生成する。これにより、基材上のフォトレジストフィルムの露光領域と非露光領域との間における溶解度の最終な差異が生じる。好ましい光酸発生剤は、米国特許第4,540,598号及び同第5,627,011号に開示されているような広帯域放射線に対して感応性のある放射線感応性オキシムスルホネートである。本発明の低温レーザーアブレーション用組成物の成分としてのVIII型のフォトレジストが広帯域放射に露光されると、オキシムスルホネートPAGは酸を発生させ、それによって露光後の焼成プロセス中に架橋が生じ、その際に、フォトレジスト組成物の露光領域は、水性アルカリ現像液などの通常のアルカリ性媒体に不溶となる。
光酸発生剤は、様々な化学組成を有することができる。例えば、限定されないが、好適な光酸発生剤は、オニウム塩、ジカルボキシイミジルスルホネートエステル、オキシムスルホネートエステル、ジアゾ(スルホニルメチル)化合物、ジスルホニルメチレンヒドラジン化合物、ニトロベンジルスルホネートエステル、ビイミダゾール化合物、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、β−ケトスルホン誘導体、ジスルホン誘導体、ニトロベンジルスルホネート誘導体、スルホン酸エステル誘導体、イミドイルスルホネート誘導体、ハロゲン化トリアジン化合物、それらの均等物又はそれらの組み合わせとすることができる。
オニウム塩光酸発生剤は、限定されないが、アルキルスルホン酸陰イオン、置換及び非置換アリールスルホン酸陰イオン、フルオロアルキルスルホン酸陰イオン、フルオロアリールアルキルスルホン酸陰イオン、フッ素化アリールアルキルスルホン酸陰イオン、ヘキサフルオロリン酸陰イオン、ヘキサフルオロ砒酸陰イオン、ヘキサフルオロアンチモン酸陰イオン、テトラフルオロホウ酸陰イオン、これらの均等物又はそれらの組み合わせを含むことができる。具体的には、特に限定されないが、好適な光酸発生剤としては、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ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート及びトリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシ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−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニ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−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、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ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)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、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)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、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)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、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートN−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ペルフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド、N−[2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ]ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド、N−[2−(テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン−3−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホニルオキシ]ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド、1,3−ジオキソイソインドリン−2−イルトリフルオロメタンスルホネート、1,3−ジオキソイソインドリン−2−イルノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,3−ジオキソイソインドリン−2−イルペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、3−ジオキソイソインドリン−2−イル2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、3−ジオキソイソインドリン−2−イルN−[2−(テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン−3−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、1,3−ジオキソ−1H−ベンゾ[デ]イソキノリン−2(3H)−イルトリフルオロメタンスルホネート、1,3−ジオキソ−1H−ベンゾ[デ]イソキノリン−2(3H)−イルノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,3−ジオキソ−1H−ベンゾ[デ]イソキノリン−2(3H)−イルペルフルオロ−n−オクタンスルホネート、1,3−ジオキソ−1H−ベンゾ[デ]イソキノリン−2(3H)−イル2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、又は1,3−ジオキソ−1H−ベンゾ[デ]イソキノリン−2(3H)−イルN−[2−(テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン−3−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、(E)−2−(4−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(フラン−2−イル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、それらの均等物又はそれらの組み合わせが挙げられる。また、好適な光酸発生剤としては、上に示されていない組み合わせの陰イオン及び陽イオンを含むオニウム塩も挙げられる。
(c)群(VIII)架橋剤アミノプラスト
エーテル化アミノプラスト架橋剤は、カルボニウムイオンを与え、かつ、放射線、好ましくは画像化用放射線により生成された酸の存在下でフィルム形成性バインダー樹脂を架橋するように作用する有機オリゴマー又はポリマーを含む。これにより、バインダー樹脂は、露光領域において、アルカリ性媒体に不溶になる。このような架橋剤は、様々なアミノプラストから、複数のヒドロキシル基、カルボキシル基、アミド基又はイミド基を有する化合物又は低分子量ポリマーと組み合わせて製造できる。好ましいアミノオリゴマー又はポリマーは、アミン、例えば尿素、メラミン又はグリコールウレアとアルデヒド、例えばホルムアルデヒドとの反応によって得られるアミノプラストである。このような好適なアミノプラストとしては、尿素−ホルムアルデヒド、メラミン−ホルムアルデヒド、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド、及びグリコールウリル−ホルムアルデヒド樹脂、及びこれらの2種以上の組み合わせが挙げられる。特に好ましいアミノプラストは、ヘキサ(メトキシメチル)メラミンオリゴマーである。
(d)群(VIII)架橋剤ヒドロキシ置換アルキルフェノール
ヒドロキシ置換アルキルフェノール架橋剤は、カルボニウムイオンを与え、また放射線によって生成された酸の存在下でフィルム形成性バインダー樹脂を架橋するように作用する有機ポリマーを含む。これにより、バインダー樹脂は、露光領域において、アルカリ性媒体に不溶になる。このような架橋剤としては、モノヒドロキシ置換フェノール及びジヒドロキシ置換フェノール、例えばジアルキルクレゾール、例えばジアルキロール(例えば、ジメチロール)p−クレゾールが挙げられる。好ましいジアルキロールクレゾールは、モノ又はジヒドロキシC1〜C4アルキル置換(モノ、ジ、トリ又はテトラC〜C12アルキル)フェノール、例えばジヒドロキシアルキル(テトラアルキル)フェノールが挙げられる。特に好ましい架橋剤は、2,6−ジヒドロキシメチル−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノールなどの2,6−ジヒドロキシアルキル−4−(テトラアルキル)フェノールである。
(e)群(VIII)の溶媒
VIII型成分及び約222nm〜約310nmの紫外線を強く吸収する共役アリール添加剤に好適な溶媒としては、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキル(例えば、メチル)エーテルアセテート、2−ヘプタノン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、酢酸ブチル、アニソール、キシレン、ジグリム、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルアセテート、メチルエチルケトン、2−ヘプタノン又はモノオキシモノカルボン酸エステル、例えば、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、プロピオン酸エトキシエチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチル、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、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル(乳酸エチル)、3−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、又は2−メトキシプロピオン酸プロピル、又はこれらの1種以上の混合物が挙げられる。フォトレジスト溶媒は、フォトレジスト組成物全体において、該組成物中の固形分の95質量%までの量で存在することができる。溶媒は、勿論、基材上にフォトレジスト溶液をコーティングし、その後の乾燥させた後に実質的に除去される。
非限定的な例として、成分VIIIを含む新規レーザーアブレーション組成物中において、フィルム形成性フェノール高分子バインダー樹脂の濃度は、溶液の全固形分を基準にして約30質量%から固形分の約50〜80質量%の範囲とすることができ、光酸発生剤は、固形分を基準にして約1質量%〜約8質量%の範囲とすることができ、架橋剤アミノプラストの濃度は、固形分を基準にして約10質量%〜約40質量%の範囲とすることができ、架橋剤ヒドロキシ置換アルキルフェノールの濃度は、固形分を基準にして約1質量%〜約6質量%の範囲とすることができ、約222nm〜約310nmの放射線を強く吸収する共役アリール添加剤の濃度は、約0.1〜10質量%の範囲である。もちろん、溶媒は、基材上に新規レーザーアブレーション溶液を塗布し、その後乾燥させた後に、実質的に除去される。
群(VIV)
本発明の低温エキシマレーザーアブレーションが可能な新規組成物においてネガ型レジスト挙動を付与するために必要な(VIV)型成分の一実施形態では、この成分は次のものから構成される:
(a−1)少なくとも1種のアルカリ可溶性ポリマーであって、該ポリマーが構造(VIVa)の少なくとも1単位を含むもの:
Figure 0006810754
ここで、R’はヒドロキシ(C〜C)アルキル、塩素、臭素から独立して選択され、m’は1〜4の整数である;
(b−1)構造VIVbの少なくとも1種の架橋剤モノマー:
Figure 0006810754
ここで、Wは多価連結基であり、R1a〜R6aは、独立して、水素、ヒドロキシ、(C〜C20)アルキル及び塩素から選択され、X及びXは独立して酸素であり、n’は1以上の整数である;
(c−1)少なくとも1種の光開始剤、さらにここで、構造4のモノマーは酸開裂性基を有し、アルカリ可溶性ポリマーは、少なくとも1個の酸開裂性基をさらに有する;
(d−1)フォトレジスト溶媒。
群(VIV)成分の別の実施形態では、次のものから構成される:
a−1)ヒドロキシスチレンモノマーから誘導される、フェノール基を有する単位として本願で言及される構造1の少なくとも1個の単位を含むアルカリ可溶性ポリマー:
Figure 0006810754
ここで、R’は、独立して、水素、(C〜C)アルキル、塩素、臭素から選択され、mは1〜4の整数である。本発明のネガ型フォトレジストのアルカリ可溶性ポリマーは、少なくとも1種の置換又は非置換ヒドロキシスチレンモノマーから合成できる。ヒドロキシスチレンモノマーは、3−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシスチレンとすることができる。また、ヒドロキシスチレンモノマーは、3−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシスチレン、又は3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシスチレンから選択できる。ポリマーは、構造VIVaの単位を含むホモポリマー、又は構造VIVaの単位と、不飽和結合を含有する少なくとも1個の他のモノマー単位から誘導される単位とを含むコポリマーとすることができる。2種類以上のモノマー単位を含むポリマー、例えばターポリマー又はテトラポリマーを本発明で使用することができる。コモノマー単位は、構造(VIVc)のものとすることができる:
Figure 0006810754
ここで、R”は水素、(C〜C)アルキルから独立に選択され、R3cは置換又は非置換芳香族基、水素、置換又は非置換脂環式基、1〜20個の炭素原子を有する直鎖又は分岐脂肪族基である。Rは、アルコール、エーテル、エステル、アミン、アミド、ペンダントハロゲン化物基又はウレタンなどの基を形成するために、酸素、窒素及びハロゲン(例えばフッ素、塩素及び臭素)原子から選択されるヘテロ原子をさらに含むことができる。Rとしては、置換及び非置換フェニル;エステル;アラルキル;アルキルエーテル;メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシルなどの直鎖及び分岐アルキル;シクロヘキシル、シクロヘプチルなどのシクロアルキル;ビシクロヘキシル基などのビシクロアルキル基;アダマンチル又はシアノ、アミド、アセテート、プロピオネート、ピロリドン、カルバゾール及びハロゲン化物(フッ化物、塩化物及び臭化物)などの基を例示することができる。
ポリマー中のモノマー単位は、構造(VIVid)によってさらに記載できる:
Figure 0006810754
R”は、独立して、水素及び(C〜C)アルキルから選択される。Rは置換又は非置換芳香族基、置換又は非置換脂環式基、1〜20個の炭素原子及び水素を有する直鎖又は分岐脂肪族基である。Rは、アルコール、エーテル、エステル、アミン、アミド又はウレタンなどの基を形成するように酸素、窒素及びハロゲン原子から選択されるものなどのヘテロ原子をさらに含むことができる。Rとしては、置換及び非置換フェニル;エステル;アラルキル;アルキルエーテル;メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシルなどの直鎖及び分枝鎖アルキル;シクロヘキシル、シクロヘプチルなどのシクロアルキル;ビシクロアルキル基、例えばビシクロヘキシル基;アダマンチルなどの基を例示することができる。
アルカリ可溶性ポリマーは、酸の存在下でポリマーを水性アルカリ現像剤又は剥離剤にさらに容易に可溶にする酸開裂性(不安定)結合を含むことができる。酸は、熱的及び/又は光化学的に生成できる。酸開裂性結合は、好ましくは、酸開裂性C(O)OC、C−O−C又はC−O−Si結合を含む。ここで使用可能な酸開裂性基の例としては、アルキル又はシクロアルキルビニルエーテルから形成されるアセタール又はケタール基、好適なトリメチルシリル又はt−ブチル(ジメチル)シリル前駆体から形成されるシリルエーテル、及び酢酸t−ブチル、酢酸アミル、酢酸1−アルキルシクロアルキル又は酢酸1−アルキルアダマンチル前駆体から形成されるカルボキシレートが挙げられる。また、(t−ブトキシカルボニル)メチル及びその(C〜C)アルキルアナログなどの基も有用である。酸不安定基は、ポリマー骨格からのペンダント基であってもよいし、ポリマー骨格に結合した基からのペンダント基であってもよい。酸開裂性基は、ヒドロキシスチレンモノマー単位を、酸開裂性基を含む化合物で部分的にキャッピングすることによって、及び/又はコモノマーに取り込まれることによって形成できる。
コモノマーは、ポリマー中の構造(VIVa)の単位を形成するヒドロキシスチレンモノマーと重合することのできるものであり、コモノマー、例えば、スチレン、ビニルナフタレン、3−又は4−アセトキシスチレン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸1−メチルシクロペンチル、(メタ)アクリル酸1−メチルシクロヘキシル、2−メチルアダマンチル−2−(メタ)アクリレート、2−エチルアダマンチル−2−(メタ)アクリレート、2−ブチルアダマンチル−2−(メタ)アクリレート、酸開裂性基を有する置換又は非置換ヒドロキシスチレン、酸開裂性基を有するエチレン性コモノマー、及び酸開裂性基を有するノルボルネン誘導体が例示できる。
ポリマーは、エチレン性不飽和基を反応させる任意の好適な従来型重合プロセスによって、対応するモノマーから製造できる。このようなプロセスとしては、フリーラジカル重合又はイオン重合が挙げられる、これらに限定されない。このような方法は、典型的には、触媒又は開始剤を用いて溶媒又は溶媒混合物中で行われる。開始剤は、重合に使用される温度に基づいて選択できる。好適なフリーラジカル開始剤の例は、過酸化ベンゾイル、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル及び過酸化ラウロイルである。必要に応じて、1−ドデカンチオールなどの連鎖移動剤を含めることができる。
構造VIVaのモノマー単位は、一実施形態では約10モル%〜約100モル%の範囲、別の実施形態では約30モル%〜約80モル%の範囲、別の実施形態では約40モル%〜約70モル%の範囲にあることができる。
本発明のアルカリ可溶性ポリマーは、約2,000〜約100,000、好ましくは約3,000〜約50,000、より好ましくは約5,000〜約30,000の範囲の重量平均分子量を有する。このポリマーは、配合物中において、フォトレジストの全固形分を基準として約5〜約75質量%、好ましくは約10〜約70質量%の範囲の濃度で存在する。
b−1)群(VIV)光重合性架橋剤モノマー
また、本発明の成分として有用なVIV型のネガ型フォトレジスト組成物は、光開始剤の存在下で重合することができ、かつ、少なくとも2つのエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーも含む。光重合性モノマーは(メタ)アクリレートであり、構造VIVbによって例示できる:
Figure 0006810754
ここで、Wは多価連結基であり、R1a〜R6aは、水素、ヒドロキシ、(C〜C20)アルキル及び塩素から独立して選択され、X及びXは、独立して、酸素又はN−R7aであり、ここでR7aは水素又は(C〜C20)アルキルであり、nは1以上の整数である。一実施形態では、R7aは水素又は(C〜C)アルキルである。一実施形態では、X及びXは酸素である。Wは多価連結基であり、Wは小分子部分又はポリマーとすることができる。多価Wの例は、二価、三価、四価、五価、六価及び七価の部分であり、nは1〜約7の範囲とすることができる。また、モノマーは、ペンダントビニル基を有するポリマー、例えばWがポリマーである構造VIVb中のアクリレート基などのポリマーであってもよい。Wは、さらに、1〜20個の炭素原子を含む直鎖又は分岐アルキレン基とすることができ;アルキレン基は、1個以上のペンダントヒドロキシ基、アルキン結合、エステル基、エーテル基、アミド基その他の許容可能な有機基をさらに含むことができる。Wは、(C〜C)アルコキシル化(C〜C20)アルキレンとすることができる。一実施形態では、Wは、炭素原子及び水素原子のみを含む炭化水素部分である。
上記重合性モノマーは、アクリル酸アルキル、アクリル酸ヒドロキシアルキル、メタクリル酸アルキル、メタクリル酸ヒドロキシアルキルといった、分子内に少なくとも2個のエチレン性不飽和二重結合を有する重合性化合物である。重合性化合物は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル酸エステルなどのアクリル酸誘導体及びメタクリル酸エステルなどのメタクリル酸誘導体が挙げられる。重合性モノマーは、低分子量(モノマー性)又は高分子量(オリゴマー性又はポリマー性)を有することができる。
2つ以上の二重結合を含む重合性モノマーの例としては、構造VIVbに示されるような不飽和エステルが挙げられる。重合性モノマーは、不飽和カルボン酸又は不飽和酸塩化物と、エポキシ基、3個以上のヒドロキシ基(ポリオール)、2個以上のアミノ基(ポリアミン)、ヒドロキシルとアミノの混合物(アミノアルコール)又はこれらの基の混合物との反応から誘導できる。不飽和カルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、桂皮酸、リノール酸、オレイン酸などの不飽和脂肪酸が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸及びメタクリル酸が好ましい。また、上記不飽和カルボン酸と同等の酸塩化物を使用してもよい。好適なポリオールは、芳香族、特に脂肪族及び脂環式ポリオールである。脂肪族ポリオール及び脂環式ポリオールとしては、好ましくは2〜12個の炭素原子を有するアルキレンジオール、例えば、エチレングリコール、1,2−又は1,3−プロペンジオール、1,2−、1,3−又は1,4−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、オクタンジオール、ドデカンジオール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール;200〜1500の分子量を有するポリエチレングリコール、1,3−シクロペンタンジオール、1,2−、1,3−又は1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−ジヒドロキシメチルシクロヘキサン、グリセロール、トリス(β−ヒドロキシエチル)アミン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール及びソルビトールが挙げられる。芳香族ポリオールは、ビスフェノールA又はそのアナログとすることができる。
アミンの例は、アルキレンアミンであり、1,2−エチレンジアミン、1,2−又は1,3−プロピレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、1,3−シクロヘキサンビスメチルアミン、2,2−エチレンジオキシビスエチルアミンなどが挙げられる。アミノアルコールの例としては、3−アミノ−1−プロパノールなどが挙げられる。エポキシ化合物の例としては、1,2,7,8−ジエポキシエタンなどが挙げられる。
比較的高分子量の多官能性不飽和化合物(オリゴマー/ポリマー特性)の例としては、一般にマレイン酸、フタル酸及び1種以上のジオールから製造され、かつ、約500〜3,000の分子量を有する不飽和ポリエステル樹脂が挙げられる。
ポリオールは、1種類のカルボン酸又は異なる種類の不飽和カルボン酸で部分的に又は完全にエステル化でき、部分エステル化化合物では、遊離ヒドロキシルが変性されていてよく、例えば他のカルボン酸でエステル化されてよい。
重合性モノマーとしては、特に限定されないが、次のものが挙げられる:4,4’−ビス(2−アクリロイルオキシエトキシ)ジフェニルプロパン、ビニルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、テトラメチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリトリトールジアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ジペンタエリトリトールジアクリレート、ジペンタエリトリトールトリアクリレート、ジペンタエリトリトールテトラアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート、ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート、トリペンタエリトリトールオクタアクリレート、ペンタエリトリトールジメタクリレート、ペンタエリトリトールトリメタクリレート、ジペンタエリトリトールジメタクリレート、ジペンタエリトリトールテトラメタクリレート、トリペンタエリトリトールオクタメタクリレート、ペンタエリトリトールジイタコネート、ジペンタエリトリトールトリシタコネート、ジペンタエリトリトールペンタイタコネート、ジペンタエリトリトールヘキサイタコネート、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジイタコネート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ペンタエリトリトール変性トリアクリレート、ソルビトールテトラメタクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、アクリル酸及びメタクリル酸のオリゴエステル、グリセロールジアクリレート及びトリアクリレート、1,4−シクロヘキサンジアクリレート、200〜1500の分子量を有するポリエチレングリコールのビスアクリレート及びビスメタクリレート及びそれらの混合物。
重合性モノマーのさらなる例としては、1,2−エタンジオールジアクリレート、1,2−プロパンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、ヘキサン−1,6−ジオールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、エトキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルジアクリレート、エトキシル化ビスフェノールAジグリシジルエーテルジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシル化グリセリントリアクリレート、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、エトキシル化エリトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、エトキシル化ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、ジ(ペンタエリトリトール)ペンタアクリレート、ジ(ペンタエリトリトール)ヘキサアクリレート、並びにアクリル酸によるポリエポキシドの転化(エポキシアクリレート)、又はアクリル酸又はアクリル酸アルキルモノマーによるポリエステルポリオールの転化(ポリエステルアクリレート)、又は2−ヒドロキシエチルアクリレートによるイソシアネートプレポリマーの転化(ポリウレアアクリレート)によって得られるアクリレート基含有オリゴマー及びポリマー、並びにアクリル化大豆油及びアクリル化シリコーン油が挙げられる。
また、光重合性モノマーは、酸の存在下で開裂して本発明のコーティングの水性アルカリ可溶性を増加させる化合物を形成する酸開裂性基を有することもできる。このような酸開裂性基は、モノマー内にあるC(O)−OC、C−O−C又はC−O−Si基とすることができる。一般に知られている酸開裂性基を使用することができる。一実施形態では、酸開裂性基は、構造4のモノマーの酸素原子又は窒素原子(X及び/又はX)に隣接する第三級炭素原子を含み、第三級炭素原子は、この炭素原子に結合した(C〜C)アルキル基を有し、すなわち、このモノマーは第三級アルキルエステルを含む。したがって、Wは、アクリレート末端基に結合する鎖の末端に第三級炭素原子を有する(C〜C20)アルキレン鎖であり、ここで、2,5−ジメチル−2−5−ヘキセンが結合基Wの一例である。したがって、Wは、C(R1011)−(C〜C20)アルキレン−C(R1213)とすることができ、ここで、R10、R11、R12及びR13は、(C〜C)アルキル基から独立して選択される。Wは、その部分内にC(O)−OC、C−O−C又はC−O−Si基などの酸開裂性基をさらに有することができる。酸は、熱酸発生剤及び/又は光酸発生剤を使用して熱的に及び/又は光化学的に生成できる。
c−1)群(VIV)光開始剤
成分(VIV)の光重合性組成物において、この組成物は、光源に暴露されるとラジカルを生成することのできる少なくとも1種の広帯域光開始剤又は広帯域光ラジカル発生剤を含有する。放射線にさらされるとラジカルを生成することのできる任意の光開始剤を使用することができる。1種以上の光開始剤は、本発明の組成物に含まれる重合性化合物の重合を開始することができ、かつ、上記光開始剤として使用されるものから選択できる。
上記広帯域光開始剤の例としては、ベンゾフェノン、カンファーキノン、4,4−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4−メトキシ−4’−ジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4−ジメチルアミノベンゾフェノン、4−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンジルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、2−メチルアントラキノン、キサントン、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、フルオレン、アクリドン、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシドなどのビスアシルホスフィンオキシド、α−ヒドロキシ又はα−アミノアセトフェノン、α−ヒドロキシシクロアルキルフェニルケトン、ジアルコキシアセトフェノンなどの芳香族ケトン類;ベンゾイン及びベンゾインエーテル、例えば、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル;2,4,6−トリアリールイミダゾールダイマー、例えば、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾールダイマー、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(m−メトキシフェニル)イミダゾールダイマー、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾールダイマー、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾールダイマー、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾールダイマー;及び米国特許第4,254,453号、同第3,784,557号、同第4,252,887号、同第4,311,783号、同第4,459,349号、同第4,410,621号、同第4,622,286号に記載されたロフィンダイマー化合物;ポリハロゲン化合物、例えば、テトラブロモカーボン、フェニルトリブロモメチルスルホン、フェニルトリクロロメチルケトンなど;米国特許第3,615,455号に記載された化合物;トリハロゲン置換メチル基を有するS−トリアジン誘導体(トリハロメチル化合物)、例えば2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−S−トリアジン、2−メトキシ−4,6−ビス(トリクロロメチル)−S−トリアジン、2−アミノ−4,6−ビス(トリクロロメチル)−S−トリアジン、2−(P−メトキシスチリル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−S−トリアジンなど;有機過酸化物、例えば、メチルエチルケトンペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノンペルオキシド、過酸化ベンゾイル、ジ−t−ブチルペルオキシイソフタレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルペルオキシ)ヘキサン、t−ブチルペルオキシベンゾエート、a,a’−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルペルオキシド、3,3’,4,4’−テトラ−(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノンなど;アジニウム化合物;有機ホウ素化合物;フェニルグリオキサール酸エステル、例えば、フェニルグリオキサールメチルエステル;チタノセン、例えばビス(η−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)フェニル)チタンなど;オニウム塩化合物、例えば、ジフェニルヨードニウム、4,4’−ジクロロジフェニルヨードニウム、4,4’−ジメトキシジフェニルヨードニウム、4,4’−ジ−t−ブチルジフェニルヨードニウム、4−メチル−4’−イソプロピルジフェニルヨードニウム又は3,3’−ジニトロジフェニルヨードニウムと、塩化物、臭化物、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート又はトリフルオロメタンスルホン酸とを併用することによって得られたジアリールヨードニウム塩及びトリアリールスルホニウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。
レジスト(VIV)型用の好ましい広帯域光開始剤は、米国ニュージャージー州タリータウンのチバスペシャルティケミカル社(Ciba Specialty Chemical Corp.)からIRGACURE及びDAROCURの商品名で入手可能なものであり、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(IRGACURE184)、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(IRGACURE651)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(IRGACURE819)、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン(IRGACURE2959)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタノン(IRGACURE369)、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン(IRGACURE907)、及び2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(DAROCUR1173)が挙げられる。特に好ましい光開始剤は、IRGACURE819、369及び907である。
また、上記広帯域光開始剤としては、上記例示化合物を2種以上併用してもよい。その例としては、アクリルホスフィンオキシド、α−ヒドロキシケトン及びα−アミノケトンの任意の組合せが挙げられる。
一実施形態では、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン(Irgacure907)及びビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(Irgacure819)が使用される。
本発明の光重合性組成物は、ある特定の波長で放射線を吸収し、異なる波長で感光性化合物にエネルギーを移動させるイソプロピルチオキサントン及び3−ケトクマリンなどの広帯域増感剤をさらに含むことができる。
(d−1)群(VIV)追加成分
(d−1a)群(VIV)促進剤
さらに、上記の(VIV)型の光重合性組成物は、成分(a−1)、(b−1)、(c−1)の他に、いわゆる促進剤、例えば、トリブチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピペリジン、モルホリン、ピペラジン、及び、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートとエタノールアミントリブチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピペリジン、モルホリン、ピペラジンとから得られるアクリル化アミン、及び1,6−ヘキサンジオールジアクリレートとエタノールアミンとから得られるアクリル化アミンを含むこともできる。
(d−1b)群(VIV)界面活性剤、染料、可塑剤、第2ポリマー
本発明の低温レーザーアブレーションにおいて可能な成分の一つであるVIV型成分は、添加剤、界面活性剤、染料、可塑剤、及び他の第2ポリマーなどの他の成分を含有することができる。界面活性剤は、典型的には、良好な均一フォトレジストコーティングを形成するのに役立つことができるフッ素又はケイ素化合物を含有する化合物/ポリマーである。望ましくない光を吸収させるために所定の種類の染料を使用することができる。特に厚膜の場合には、可塑剤、例えば硫黄又は酸素を含むものを使用してフィルムの流動特性を補助することができる。可塑剤の例は、アジペート、セバケート及びフタレートである。界面活性剤及び/又は可塑剤は、フォトレジスト組成物中の固形分の総質量を基準として約0.1〜約10質量%の範囲の濃度で添加できる。第2ポリマーを本発明の組成物に添加することができる。これらの第2ポリマーは、スカムフリー現像を与えるなど、フォトレジスト組成物の物理的特性及びリソグラフィー特性を向上させる特性を提供する。親水基を含むポリマーが好ましい。第2ポリマーの例は、非置換又は置換(メタ)アクリル酸含有ポリマー又はコポリマー、非置換又は置換(メタ)アクリレート含有ポリマー又はコポリマー、非置換又は置換ビニルエステル含有ポリマー又はコポリマー、非置換又は置換ビニル芳香族含有ポリマー又はコポリマー、(メタ)アクリル酸・スチレンコポリマー及びノボラックポリマーである。ノボラックポリマーは、フェノール、クレゾール、ジメチル及びトリメチル置換フェノール、ポリヒドロキシベンゼン、ナフトール、ポリヒドロキシナフトール及び他のアルキル置換ポリヒドロキシフェノールとホルムアルデヒド、アセトアルデヒド又はベンズアルデヒドとの重合により製造できる。第2ポリマーは、フォトレジストの全固形分の約0%〜約70%、好ましくは約10%〜約40%の範囲のレベルで添加できる。
酸素による重合の阻害を防止するために、ポリオレフィンなどのワックス状化合物を組成物に添加することができる。混合物中におけるそれらの適切な溶解度の結果として、重合の開始時に混合物上に浮遊し、大気中の酸素と重合混合物との間に薄い保護層を形成すると考えられる。さらに、場合によっては酸素による重合の阻害を防止するアリルエーテルのような自己酸化化合物を添加することができる。
(e−1)群(VIV)溶媒
本発明のエキシマアブレーション用の新規組成物に好適な溶媒は、約222nm〜約310nmまでの紫外線を強く吸収する共役アリール添加剤を含み、この種の成分としては、例えば、グリコールエーテル誘導体、例えば、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチ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ジメチルエーテル、プロピレングリコールn−プロピルエーテル、又はジエチレングリコールジメチルエーテル;グリコールエーテルエステル誘導体、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート;カルボキシレート、例えば酢酸エチル、酢酸n−ブチル及び酢酸アミル;二塩基酸のカルボキシレート、例えば、ジエチルオキシレート及びジエチルマロネート;グリコールのジカルボキシレート、例えば、エチレングリコールジアセテート及びプロピレングリコールジアセテート;ヒドロキシカルボキシレート、例えば、乳酸メチル、乳酸エチル、エチルグリコレート、及びエチル−3−ヒドロキシプロピオネート;ケトンエステル、例えば、ピルビン酸メチル又はピルビン酸エチル;アルコキシカルボン酸エステル、例えば、3−メ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、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル又はエトキシプロピオン酸メチル;ケトン誘導体、例えば、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン又は2−ヘプタノン;ケトンエーテル誘導体、例えば、ジアセトンアルコールメチルエーテル;ケトンアルコール誘導体、例えば、アセトール又はジアセトンアルコール;ラクトン、例えばブチロラクトン;アミド誘導体、例えば、ジメチルアセトアミドジメチルホルムアミド、アニソール、及びそれらの混合物が挙げられる。VIV型成分を溶解させることに加えて、これらの溶媒は、約222nm〜約310nmまでの紫外線を強く吸収する共役アリール添加剤を溶解しなければならない。
非限定的な例として、成分VIVを含む新規レーザーアブレーション組成物中において、ポリマーの濃度は、レーザーアブレーション用組成物の全固形分を基準にして約10質量%〜約50(80)質量%、モノマーの濃度は、固形分を基準にして約10質量%〜約50質量%又は約80質量%の範囲であり、光開始剤の濃度は、固形分を基準にして約0.5質量%〜約20質量%の範囲であり、約222nm〜約310nmの紫外線を強く吸収する共役アリール添加剤の濃度は、約0.1〜10質量%の範囲である。もちろん、溶媒は、基材上に新規レーザーアブレーション溶液を塗布し、その後乾燥させた後に、実質的に除去される。
群(X)
本発明の低温エキシマレーザーアブレーションが可能な新規な組成物において広帯域ネガ型レジスト挙動を付与するために必要な(X)型成分の一実施形態では、この成分は次のものから構成される:
本発明の低温エキシマレーザーアブレーションが可能な新規組成物において広帯域ネガ型レジスト挙動を付与するために必要な(X)型成分の別の実施形態では、この成分は、成分(a−2)〜(d−2)から構成される。ここで、
(a−2)は、次式(Xa)の構造を含む少なくとも1種のポリマーである:
Figure 0006810754
式中、R1b〜R5bは独立してH、F又はCHであり、Rは置換アリール、非置換アリール、置換ヘテロアリール基及び非置換ヘテロアリール基よりなる群から選択され、R7bは置換又は非置換ベンジル基であり、R8bは直鎖又は分岐C〜C10ヒドロキシアルキル基又はC〜C10ヒドロキシアルキルアクリレートであり、Rは酸開裂性基であり、v=10〜40モル%、w=0〜35モル%、x=0〜60モル%、y=10〜60モル%、z=0〜45モル%である。
(b−2)広帯域放射線によって活性化される1種以上のフリーラジカル開始剤である。
(c−2)フリーラジカル架橋することができる1種以上の架橋性アクリル化モノマーであり、アクリレート官能価は1よりも大きい。
(d−2)溶媒。
上記実施形態の別の実施形態では、X型組成物は、アクリレートモノマーを架橋する前に、水性アルカリ性現像剤に可溶化できる。
上記の実施形態の別の実施形態では、上記実施形態のX型組成物は、スチレンと少なくとも1種の酸含有モノマー又は無水マレイン酸との反応生成物を含む少なくとも1種のポリマーをさらに含み、該無水物反応生成物はアルコールでさらに部分的にエステル化されている。
上記実施形態の別の実施形態において、上記実施形態のX型組成物は、フリーラジカル架橋することが可能な1種以上の架橋性アクリル化シロキサン又はアクリル化シルセスキオキサン系モノマーをさらに含み、ここで、アクリレート官能価は1よりも大きい。
(a−2)式(Xa)の構造を含むポリマーの他の実施形態
(X)型の組成物の一実施形態において、構造(Xa)を含むポリマーは、R1b〜R5bが独立してメチル基、水素又はフッ化物であるものである。R1b〜R5bは、ポリマーの所望の特性に応じて同一でも異なっていてもよい。ポリマーの成分の1つは、適切なアクリル酸モノマーから生成されたカルボン酸を含み、その際、R1bは、メチル、水素原子、又はフッ化物原子である。R6bは、C〜C24アルキル基又はアルケニル基その他の官能基で置換された、例えば、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル、アントラシル、ビフェニル、トリフェニルなどの置換又は非置換のアリール基、並びに5、6及び7員複素環式芳香族基、例えば、アゾール、チアゾール、オキサゾール、ピリジン、ピリダジンなどである。R7bは、置換ベンジル基又は例えばC〜C24アルキル基又はアルケニル基その他の官能基で置換されていてもよい非置換ベンジル基である。R8bは、直鎖又は分岐C〜C10ヒドロキシアルキル基又はC〜C10ヒドロキシアルキルアクリレートであり、例えば、このヒドロキシ基は、鎖中の第2炭素に結合しており、例えば、−OH、−CH−CH(OH)−CH、又はCH−CH(OH)−CH−CHであり、並びに、該ヒドロキシ基は、鎖中の第3炭素又は他の炭素に結合している。ヒドロキシアルキルアクリレートは、メタクリル化グリセロールアクリレート、−CH−CH(OH)−CHOC(O)C(=CH)CHであってもよい。
別の実施形態では、構造(Xa)を含むポリマーは、他の共単量体単位、例えばアクリル酸シクロペンタジエニル及びアクリル酸カンホリルから誘導されるものをさらに含むことができる。これらの追加の共単量体単位は、0〜30モル%で存在することができる。
酸不安定基R9bの例は、例えば、t−ブチル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、テトラヒドロフラン−2−イル基、4−メトキシテトラヒドロピラン−4−イル基、1−エトキシエチル基、1−ブトキシエチル基、1−プロポキシエチル基、3−オキソシクロヘキシル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.0,2,6]デシル基、1,2,7,7−テトラメチル−2−ノルボルニル基、2−アセトキシエチル基、2−ヒドロキシメチル基、1−メチル−1−シクロヘキシルエチル基、4−メチル−2−オキソテトラヒドロ−2H−ピラン−4−イル基、2,3−ジメチルブタン−2−イル基、2,3,3−トリメチルブタン−2−イル基、1−メチルシクロペンチル基、1−エチルシクロペンチル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基、1,2,3,3−テトラメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル基、2−エチル−1,3,3−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル基、2,6,6−トリメチルビシクロ[3.1.1]ヘプタン−2−イル基、2,3−ジメチルペンタン−3−イル基若しくは3−エチル−2−メチルペンタン−3−イル基又は酸にさらされたときに開裂してカルボン酸基を残す他の基が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の一実施形態では、構造(Xa)におけるvは約10〜約40モル%であり、wは約0〜約35モル%であり、xは約0〜60モル%であり、yは約10〜60モル%であり、zは約0〜45モル%である。上記の一般式(Xa)は、ポリマーの成分の部分の正確な配置を示すことを意味しないため、これらの部分は共にランダムに存在していてよく、同様に、同じ成分部分の2個以上がポリマー中に並んで存在していてもよい。
上記実施形態によれば、(Xa)に関して、vの典型的なモルパーセント範囲は、10〜30モル%とすることができる。vのさらなる例示モルパーセント範囲は、15〜25モル%とすることができる。wの典型的なモルパーセント範囲は、0〜25モル%とすることができる。wのさらなる例示モルパーセント範囲は、0〜20モル%とすることができる。xの典型的なモルパーセント範囲は、0〜50モル%とすることができる。存在する場合には、xのさらなる例示モルパーセント範囲は、30〜55モル%とすることができる。yの典型的なモルパーセント範囲は、20〜45モル%とすることができる。yのさらなる例示モルパーセント範囲は、25〜40モル%とすることができる。zの典型的なモルパーセント範囲は、0〜35モル%とすることができる。存在する場合には、zのさらなる例示モルパーセント範囲は、25〜40モル%とすることができる。モル比は合計100%にならなければならない点で独立しない。
(a−2a)他のポリマー成分
また、この組成物は、適切なアクリル酸モノマー(R1bがメチル、水素原子又はフッ化物原子である)から生成されたカルボン酸が、無水マレイン酸と他の選択されたモノマーとを重合させてポリマーを生成させ、次いでこの無水物とアルコールとを反応させてカルボン酸及びエステルを生成させることによって生成されたコハク酸半エステルで置換された1種以上のポリマーを含むこともできる。
本発明の組成物のポリマーは、ポリアクリレートを製造するための既知の方法のうち任意のものによって製造できる。
(b−2)広帯域放射線によって活性化されるフリーラジカル開始剤
成分Xは、広帯域放射線によって活性化される1種以上のフリーラジカル開始剤又は開始剤系をさらに含むことができる。単一の光開始剤又は複数の成分を含有する光開始剤系を使用してもよい。光開始剤は、ハロゲン化2,5−シクロヘキサジエノン、ベンゾフェノン、アルキルアリールケトン又はジケトン型、又はそれらの混合物などの特定のタイプのものとすることができる。様々なフリーラジカル発生光開始剤のうち任意のものを本発明で使用することができる。ベンゾフェノン、ビス−4,4’−ジメチルアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、ビス−4,4’−ジエチルアミノベンゾフェノン(エチルミヒラーケトン)、他のアルキルアミノ基、クロロ、メトキシなどで1回又は複数回置換されたベンゾフェノンなどのベンゾフェノン誘導体が好適である。また、置換されたキサントン、チオキサントン、アントロン及びフルオレノンのみならず、アルキル、クロロ及びアルコキシ置換チオキサントンも有用な開始剤である。また、4位にアルキル及びトリクロロメチル置換基の両方を有するような置換シクロヘキサジエノンも使用することができる。有用なアルキルアリールケトン誘導体としては、ケタルドニルアルコール、例えば、ベンゾイン、ピバロイン及びアシロインエーテル、例えば、ベンゾインアルキルエーテル、ベンゾインアリールエーテル、α炭化水素置換芳香族アシロイン、ベンゾインジアルキルケタール、ベンジル、ベンゾインエステル、O−アシル化オキシミノケトン及びα−アミノケトン、例えばα−アミノラクトフェノン誘導体が挙げられる。9,10−アントロキノン、1,4−ナフトキノン及びフェナントレンキノンなどの置換又は非置換多核キノンも可能な開始剤である。電子及び/又は水素供与体として好適な第三級アミンを、置換N,N−ジアルキルアミノベンゼン誘導体及びエチル−4−(ジメチルアミノ)ベンゾエートなどの開始系の一部として使用することもできる。有用なジケトンとしては、ビアセチル、2,3−ジベンゾイル−2−ノルボルネン、塩化ベンゾイルベンザル、2,2−ジブロモ−2(フェニルスルホニル)プロパンジオン、α−ナフチル、2,3−プロパンジオン、フェニルピルビン酸及び2,4−ペンタンジオンが挙げられる。代表的なキノンとしては、4−ベンゾキノン、2−ベンゾキノンジアジド、アントラキノン、2−メチルアントラキノン、2,6−ジメトキシアントラキノン、2,4,8−トリクロロアントラキノン、アミノアントラキノン、1,4−ナフトキノン誘導体及びフェナントレンキノンを使用することができる。連鎖移動剤又は水素供与体と組み合わせた2,4,5−トリフェニルイミダゾリルダイマーも光開始剤として有用である。
(c−2)アクリレート官能価が1よりも大きい、フリーラジカル架橋することができる架橋性アクリル化モノマー
成分Xは、フリーラジカル架橋することができる1種以上の架橋性アクリル化モノマーをさらに含むことができ、ここで、アクリレート官能価は1よりも大きい。好適なモノマーとしては、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ヘキサメチレングリコールジアクリレート、1,3−プロパンジオールジアクリレート、デカメチレングリコールジアクリレート、デカメチレングリコールジメタクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、2,2−ジメチロールプロパンジアクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリプロポキシル化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及び同様の化合物、2,2−ジ(p−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、2,2−ジ(p−ヒドロキシフェニル)プロパンジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリオキシエチル−2,2−ジ(p−ヒドロキシフェニル)プロパンジメタクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAのジ−(3−メタクリルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、ビスフェノールAのジ−2−メタクリロキシエチルエーテル、ビスフェノールAのジ−(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、ビスフェノールAのジ−2−アクリロキシエチルエーテル、テトラクロロビスフェノールAのジ−(3−メタクリルオキシ−2,5−ヒドロキシプロピル)エーテル、テトラクロロビスフェノールAのジ−2−メタクリロキシエチルエーテル、テトラブロモビスフェノールAのジ−(3−メタクリルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、テトラブロモビスフェノールAのジ−2−メタクリロキシエチルエーテル、1,4−ブタンジオールのジ−(3−メタクリルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、1,3−プロパンジオールジメタクリレート、1,2,4−ブタントリオールトリメタクリレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジメタクリレート、1,2,4−ブタントリオールトリメタクリレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール−1,5−ジメタクリレート、ペンタエリトリトールトリメタクリレート、1−フェニルエチレン−1,2−ジメタクリレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、1,5−ペンタンジオールジメタクリレート、1,4−ベンゼンジオールジメタクリレート、1,3,5−トリイソプロペニルベンゼン及びポリカプロラクトンジアクリレートが挙げられる。
(d−2)溶媒
成分Xを含む本発明のレーザーアブレーション組成物の実施形態において有用な溶媒は、C〜Cアルコール、C〜Cエーテル、C〜Cケトン、C〜Cエステル及びそれらの混合物よりなる群から選択される。C〜Cアルコールの例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール及び2−プロパノールが挙げられる。C〜Cエーテルの例としては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル及びテトラヒドロフランが挙げられる。C〜Cケトンの例としては、アセトン、メチルエチルケトン及びシクロヘキサノンが挙げられる。C〜Cエステルの例としては、酢酸メチル、酢酸エチル及び酢酸n−ブチルが挙げられる。
好適な有機溶媒の例としては、ケトン、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、メチルアミルケトンなど、多価アルコール及びその誘導体、例えば、エチレングリコールのモノメチル、モノエチル、モノプロピル、モノブチル及びモノフェニルエーテル、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又はジプロピレングリコールモノアセテートなど、環状エーテル、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフランなど、エステル、例えば、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなど、並びに芳香族基を有する溶媒、例えば、アニソール、エチルベンゼン、キシレン、クロロベンゼン、トルエンなどが挙げられる。例は、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メチルエーテル及び乳酸エチルである。
ヒドロキシル、エーテル、アミド、エステル、ケトン、及びカーボネート、例えば、同一であっても異なっていてもよい2個の官能基、例えば2個のヒドロキシル基又は1個のヒドロキシル基と1個のエーテル基などの1個以上の極性官能基を有する溶媒、例えば、ポリオール、グリコールエーテル、ジアセトンアルコール、2−ピロリジノン、N−メチルピロリジノン、乳酸エチル、プロピレンカーボネート、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジンジオン、アルキルエステル及びこれらの任意の組み合わせを使用することができる。
例えば、ポリオール、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ(エチレン−コ−プロピレングリコール)、ポリビニルアルコール、トリメチロールプロパン、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ビス−2−ヒドロキシエチルエーテル、1,4−ブタンジオール、1,2−ブテンジオール、1,4−ブテンジオール、1,3−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,4−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、1,2−ビス(ヒドロキシエチル)シクロヘキサン、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタエリトリトール、ソルビトール、マンニトール、及びそれらの任意の組み合わせ、例えば、ポリエチレングリコール、トリメチロールプロパン、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリプロピレングリコール、及びそれらの任意の組合せを使用することができる。
例えば、グリコールエーテル、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ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、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチ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n−プロピルエーテル、プロピレングリコールt−ブチルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールn−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールt−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−プロピルエーテル、トリプロピレングリコールt−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリプロピレングリコールモノメチルエーテル、メトキシトリグリコール、エトキシトリグリコール、ブトキシトリグリコール、1−ブトキシエトキシ−2−プロパノール、及びこれらの任意の組み合わせ、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ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、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、及びそれらの任意の組み合わせを使用することができる。
これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、必要に応じて混合して使用してもよい。
基材上にフィルムとしてコーティングされたときに成分VIII、VIV又はXから構成される新規レーザーアブレーション組成物は、広帯域放射線に曝される前に水性塩基現像液に本質的に可溶であり、又は熱酸発生剤に由来する酸によって誘導される焼成工程中における酸不安定保護基の開裂のため、焼成工程後に非露光領域において可溶になる。いずれの場合も、広帯域放射線に暴露されると、フィルムの露光領域は、架橋により水性塩基に不溶となる。典型的な水性アルカリ現像剤は、水酸化物、例えば水酸化テトラ(C〜Cアルキル)アンモニウム、水酸化コリン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム、炭酸塩、重炭酸塩、アミン及び他の塩基性物質を含む。場合によっては、いくつかの用途では、当該技術分野において周知の溶媒現像剤を使用することができる。
VIII、VIV及びXを含有する本発明の新規レーザーアブレーション組成物は、それらの特定の特性に有用なポリマーをさらに含むことができる。例えば、スチレン−コ−無水マレイン酸−半エステル(ここで、このエステル基は組成物に特定の特性を付与することができる)などの酸価の高いポリマーを、現像段階並びに剥離段階を促進するために追加のポリマー成分として添加することができる。
成分Xを含有する本発明の新規レーザーアブレーション組成物は、光発生フリーラジカルと反応することができるケイ素系材料を追加成分として含有することができる。これらの材料としては、組成物及び最終レリーフ画像に改善された靱性、熱安定性及び他の望ましい特性を付与するために含めることができる、例えばシルセスキオキサンの完全又は部分ケージ材料並びにラダー材料が挙げられる。硬化性を付与するために、アクリレート、メタクリレート及びビニル基をケイ素系材料に結合させることができる。一例は、オクタアクリロシルセスキオキサン型の材料である。
上記新規組成物の別の実施形態は、成分(b)中の共役アリール添加剤が構造(I)を有し、さらにR及びRが独立して水素又はアルキル基から選択される実施形態である。
上記新規組成物の別の実施形態は、成分(b)中の共役アリール添加剤が構造(II)を有し、さらにRがアルキル基であり、XがClである実施形態である。
上記新規組成物の別の実施形態は、成分(b)中の共役アリール添加剤が構造(V)を有し、少なくとも1個のRがアルコキシ基、ヒドロキシアルキレン又はヒドロキシ基から独立に選択される実施形態である。
上記新規組成物の別の実施形態は、共役アリール添加剤が構造(VI)を有し、少なくとも1個のRがアルコキシ基、ヒドロキシアルキレン又はヒドロキシ基から独立に選択される実施形態である。
この新規な組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIII)、(VIV)又は(V)から選択され、さらに成分(a)中の共役アリール添加剤が(I)、(II)から選択される。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIII)、(VIV)又は(V)から選択され、成分(b)において共役アリール添加剤が(I)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIII)、(VIV)又は(V)から選択され、さらに成分(b)において共役アリール添加剤が(II)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIII)から選択され、成分(b)において共役アリール添加剤が(I)又は(II)から選択される。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIII)から選択され、さらに成分(b)において共役アリール添加剤が(I)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIII)から選択され、さらに成分(b)において共役アリール添加剤が(II)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIV)から選択され、さらに成分(b)において共役アリール添加剤が(I)又は(II)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIV)から選択され、成分(b)において共役アリール添加剤が(I)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(VIV)から選択され、さらに成分(b)において共役アリール添加剤が(II)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)が(X)から選択され、さらに成分(b)において共役アリール添加剤が(I)又は(II)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(X)から選択され、成分(b)において共役アリール添加剤が(I)である。
この新規組成物の別の態様は、成分(a)群が(X)から選択され、さらに成分b)において共役アリール添加剤が(II)である。
上記の実施形態のいずれかにおける新規組成物の別の実施形態は、約220nm〜310nmの間の紫外線を強く吸収する共役アリール添加剤が約10〜1000m/molの間のモル吸光係数を有する。本発明のこの態様の別の実施形態では、モル吸光係数は100〜1000m/モルである。さらに別の実施形態では、200〜1000m/molである。
上記の実施形態のいずれかにおける新規組成物の別の実施形態は、共役アリール添加剤が248nmで10〜1000m/molのモル吸光係数を有する。本発明のこの態様の別の実施形態では、モル吸光係数は100〜1000m/モルである。さらに別の実施形態では、200〜1000m/molである。
上記の実施形態のいずれかにおける新規組成物の別の実施形態は、共役アリール添加剤が308nmで10〜1000m/モルのモル吸光係数を有する。本発明のこの態様の別の実施形態では、モル吸光係数は100〜1000m/モルである。さらに別の実施形態では、200〜1000m/molである。
広帯域放射線により画像を形成する方法
本願は、広帯域放射線への曝露後に全ての実施形態でネガ型レリーフ画像を形成する方法をさらに開示する。本発明の組成物を、選択された基材上にコーティングし、乾燥させる。このようにして作製されたフィルムを、出力がフリーラジカルを生成するのに適した波長(350〜450nm)を含む広帯域放射線を使用してネガマスクを介して像様に露光する。放射線にさらされたパターンは硬化する。次に水性塩基現像液をフィルムに塗布し、放射線に暴露されなかった領域を可溶化し、基材から除去する。
コーティングは、例えば、回転塗布、スロットコーティング、浸漬塗工、カーテン塗工、ローラー塗り、ワイヤコーティングその他の既知の方法といった多くのコーティング方法のうち任意のものによって達成できる。このように適用されたコーティングを、それらの溶媒を5%未満の溶媒にまで乾燥させる。乾燥は、ホットプレート加熱、対流、赤外線又はコーティングされたフィルムから溶媒を除去するための他の既知の方法によって行うことができる。多くの厚膜用途では、300nmよりも長い波長、例えば365nm、405nm、436nm及び広帯域、例えば350nm〜450nmの間で1000mW未満の像様露光エネルギーが必要である。露光後、適切な現像剤、例えば0.25Nのテトラブチルアンモニウムヒドロキシドをフィルムに塗布する。現像剤は、回転塗布、浸漬、噴霧又は浸漬によって塗布することができ、非露光フォトレジストのみならず露光フォトレジストの現像液への溶解度に応じて、ほぼ室温であってもよいし、加熱してもよい。厚膜フォトレジストの典型的な用途では、3/1のアスペクト比が必要であり、その際、30〜60ミクロンの厚さのフォトレジストは15〜70ミクロンの幅の穴及びトレンチを形成する。
広帯域放射線によりブランケット露光されかつ架橋されたコーティングフィルム、又はマスクを通して広帯域放射線に露光されて形成されたトポグラフィカルネガ型画像のいずれかを使用し、その後水性塩基により現像を行って、ブランケット露光フィルム又はネガ画像の残存ネガフィルムを、222nm〜308nmの間で放射するエキシマレーザーを用いた低温レーザーアブレーションによってさらにパターン形成することができる。
非露光領域を除去した後に、例えば、金属を緩衝部位に電気めっきし、金属線、バンプ、トレンチ及び他の構造を作製するなどの追加処理が可能な基材の表面と共にフィルムにパターンが形成される。ここで露光された表面は、基材上の材料のエッチングを受ける場合がある。エッチング、電気めっきその他の処理後に、ネガ型フォトレジストを除去し又は剥離するが、これは、ネガ型フォトレジストが永久誘電体などの永久的な材料であるように設計されている場合に想定される。電気めっきプロセス及びエッチングプロセスの両方は、当該技術分野において周知である。剥離溶液は一般に強アルカリ溶液であり、一般に100°F以上に加熱される。フォトレジストは、フォトレジストが剥離溶液には溶解しないが膨潤するまで硬化され、ゲルとして除去される。
本発明の一実施形態は、以下の工程(a)、(b)及び(c)を含む方法である:
(a)請求項1に記載の組成物を基材上にコーティングし;
(b)広帯域UVを照射露光することによってコーティング全体を架橋し;
(c)222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーを用いて低温レーザーアブレーションすることにより架橋コーティングにパターンを形成すること。
本発明の方法の別の実施形態では、広帯域UV露光は350〜450nmである。
本発明の方法の別の実施形態では、広帯域UV露光は350〜450nmであり、エキシマレーザーは248nmで放射する。
本発明の方法の別の実施形態では、エキシマレーザーは308nmで放射する。
本発明の別の実施形態は、以下の工程(a)、(b)、(c)及び(d)を含む方法である:
(a)請求項1に記載の組成物を基材上にコーティングし;
(b)広帯域UV露光照射によってコーティングの一部を架橋し;
(c)水性塩基を用いてコーティングを現像し、コーティングの未露光領域を除去し、それによって第1パターンを形成し;
(d)222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーによる低温レーザーアブレーションによって第1パターンに第2パターンを形成すること。
この方法の別の実施形態では、エキシマレーザーは248nmで放射する。
この方法のさらなる実施形態では、エキシマレーザーは308nmで放射する。

次の特定の例は、本発明の組成物を製造及び利用する方法の詳細な説明を提供するものである。しかしながら、これらの例は、本発明の範囲を限定又は制限することを意図するものではなく、本発明を実施するために排他的に利用されなければならない条件、パラメーター又は値を与えるものと解釈すべきではない。
他に断りのない限り、全ての化学物質はSigma Aldrich社(米国ミズーリ州セントルイス)から得た。
ポリマー合成例1:
6.49gのアクリル酸、8.85gのスチレン、21.62gのメタクリル酸ヒドロキシプロピル及び24.89gのメタクリル酸t−ブチルを117.9gのPGME溶媒に混合した。重合反応は、1.64gのAIBNの存在下で、90℃、窒素下で18時間攪拌しながら進行した。室温に冷却した後、反応混合物を脱イオン水中に沈殿させた。白色ポリマー固形物を洗浄し、50℃で真空乾燥して、61.0g(収率98%)を得た。重量平均分子量は15496であった。
配合例1
上記例1から調製したポリマー35.34gを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(Sartomer社製、米国ペンシルベニア州エクストン)14.14g及びDHDMA(Sartomer 社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製の2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製のビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gの2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン(MPTT)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚みは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1及び図1)。
配合例2
上記例1から調製したポリマー35.34gを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(Sartomer社製)14.14g、及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(ドイツ国LudwigshafenのBASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gのメトキシナフタレン(MN)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。この組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例3
上記例1から調製したポリマー35.34gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(Sartomer社製)14.14g、及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gの1,5−ジヒドロキシナフタレン(DHN)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例4
上記例1から調製したポリマー35.34gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(Sartomer社製)14.14g、及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BSAF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gの9−フルオレノン(9−FN)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例5
上記例1から調製したポリマー35.34gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(Sartomer社製)14.14g、及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gの9−アントラセンメタノール(9−AM)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例6
上記例1から調製したポリマー35.34gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(米国ペンシルベニア州エクストンのSartomer社製)14.14g、及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gの9−フェナントロール(9−Ph)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例7
上記例1から調製したポリマー35.34gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(米国ペンシルベニア州エクストンのSartomer社製)14.14g及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gのピレン、0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例8
36.66gのポリGK65(デュポン社製)を21.66gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、14.14gのSR268(Sartomer社製)、及び21.21gの2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジメタクリレート(DMHMA)(ENF社製)と混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)、2.00gの2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン(MPTT)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを2000mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした(表1)。
配合例9
36.1gのクレゾールノボラック樹脂(AZ Electronic Materials社製)及び架橋剤としての5.3gのCymel 301(AZ Electronic Materials社製)を56.3gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートと混合した。一晩回転させた後、1.1gのNIT PAG(Heraeus−Daychem社製)と0.02gのAPS437(DH Litter社製)と2.00gの2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン(MPTT)とを混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で3分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。レジストコーティングを1200mJ/cmで露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションした。
比較配合例1
上記例1から調製したポリマー35.34gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート21.66g、SR268(米国ペンシルベニア州エクストンのSartomer社製)14.14g及びDHDMA(Sartomer社製)21.21gと混合した。一晩回転させた後、3.54gのIrgacure(登録商標)907(BASF社製2−メチル−1−((4−メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン)及び1.76gのIrgacure(登録商標)819(BASF社製ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド)を混合した。0.01gのメガファックR08(DIC株式会社製)及び0.25gのCGL1198禁止剤を混合し、この混合物を2日間回転させた。組成物を濾過し、シリコンウェハ上に回転塗布し、ホットプレート上で5分間にわたって140℃で乾燥させた。乾燥したコーティングの厚さは50ミクロンであった。異なるレジストコーティングを300mJ/cm(25%硬化)又は1200mJ/cm(100%硬化)で露光した。得られたフィルムをレーザーアブレーションしたが、全てのコーティングはレーザーアブレーションを経てコンタクトホールを形成する有効な能力を有さなかった(図1)。
広帯域及びレーザーアブレーション(308nm)処理結果:
レーザーアブレーションの比較
レーザーアブレーションの結果を表1にまとめる。これらの結果は、配合例1〜9及び比較例1を使用したシリコンウェハ上のコーティングから得られた。これらのコーティングは、ウェハ上に配合物を1000rpm〜2400rpmの回転速度で回転塗布し、次いでSuss ACS300プラストラックを使用して140℃の温度で5分間にわたってコーティングを焼成し、50ミクロンの厚さを有するコーティングを得ることによって得られた。次に、Suss MA−200マスク・アライナーを使用して、広帯域放射露光(350〜450nm)により、コーティングウェハを「硬化」させた。配合例1〜7及び9で調製した硬化コーティングを1200mJ/cm(100%硬化)に露光し、配合例8で調整したコーティングを2000mJ/cm(100%硬化)に露光したのに対し、比較例1から調製したコーティングを1200mJ/cm(100%硬化)又は300mJ/cm(25%硬化)に露光した。硬化したウェハを、Sussエキシマレーザーステッパー:型式M410、エキシマレーザー(XeCl、308nm及びKrF、248nm)を使用してアブレーションした。これらのレーザーアブレーションツールは、さまざまな微細加工、マイクロマシニング、表面改質用途で日常的に使用されている。エキシマレーザーは、短いパルス持続時間及び高いピークパワーのため、ポリマーアブレーションにおいて非常に有効である。フルエンスは200〜1000mJ/cmの範囲であり、周波数は100Hzであった。アブレーションされたビアを、トップダウン走査型電子顕微鏡(SEM)によって特性分析した。表1にまとめたように、例1〜9で調製した全てのコーティングは、良好なレーザーアブレーションを与え、これを使用して、少なくとも78°という良好な壁角度を有する40〜200ミクロンサイズのビアコンタクトホールを生成した。
Figure 0006810754
図1は、レーザーアブレーション添加剤MPTTを含有する又は含有しない配合物から調製されたコーティングにおいて、308nmレーザーを使用するレーザーアブレーションによるビアホールの形成の試みを示すトップダウンSEM写真の比較を示す。具体的には、レーザーアブレーション添加剤MPTTを含有しない「比較配合例1」で調製したコーティングは、コンタクトホールを形成するために効果的なアブレーションを生じない。これは、308nmレーザーを用いたレーザーアブレーションの前に、25%又は100%でUV硬化されたフィルムについても同様である。これに対し、2質量%のMPTTを有する例1は、1.49μm/パルスのアブレーションレートを示し、78.1°の側壁角度を有するビアホールが得られた。

Claims (15)

  1. 次の工程a)、b)及びc):
    a)組成物を基材上にコーティングし;
    ここで、前記組成物が広帯域照射にさらされた領域において、222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーによる後の低温レーザーアブレーションに対しても感応性であるネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジストのための組成物であって、
    該組成物が次のタイプa1)及びb1)の成分:
    a1)
    i)樹脂が水性塩基に溶解するように、フェノール部分、カルボン酸部分又は両方の種類の部分の組み合わせを含有する樹脂;
    ii)少なくとも1種の架橋剤;及び
    iii)広帯域照射に対して感応性のある少なくとも1種の光開始剤を含む、ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための成分;
    並びに、
    b1)220nm〜310nmの範囲の紫外線を強く吸収する少なくとも1種の共役アリール添加剤を含む低温レーザーアブレーションエキシマレーザー増感剤成分系、
    を含み、
    b)広帯域UV露光を用いてブランケット照射することによってコーティング全体を架橋し;及び
    c)222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーを用いて低温レーザーアブレーションすることにより前記架橋コーティングにパターンを形成すること
    を含む方法。
  2. 次の工程a)、b)、c)及びd):
    a)組成物を基材上にコーティングし;
    ここで、前記組成物が広帯域照射にさらされた領域において、222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーによる後の低温レーザーアブレーションに対しても感応性であるネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジストのための組成物であって、
    該組成物が次のタイプa1)及びb1)の成分:
    a1)
    i)樹脂が水性塩基に溶解するように、フェノール部分、カルボン酸部分又は両方の種類の部分の組み合わせを含有する樹脂;
    ii)少なくとも1種の架橋剤;及び
    iii)広帯域照射に対して感応性のある少なくとも1種の光開始剤を含む、ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための成分;
    並びに、
    b1)220nm〜310nmの範囲の紫外線を強く吸収する少なくとも1種の共役アリール添加剤を含む低温レーザーアブレーションエキシマレーザー増感剤成分系、
    を含み、
    b)マスクを介した広帯域UV露光を用いた照射によってコーティングの一部を架橋し;c)水性塩基を用いてこのコーティングを現像し、このコーティングの未露光領域を除去し、それによって第1パターンを形成し;
    d)222nm〜308nmの間で放射するUVエキシマレーザーを用いて前記第1パターンを低温レーザーアブレーションすることによって前記第1パターンに第2パターンを形成すること
    を含む方法。
  3. b1)における222nm〜310nmの紫外線を強く吸収する前記共役アリール添加剤が、(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)、(VI)及び(VII)から成る群から選択される、請求項1または2に記載の方法:
    Figure 0006810754
    Figure 0006810754
    Figure 0006810754
    Figure 0006810754
    Figure 0006810754
    Figure 0006810754
    Figure 0006810754
    式中、R、R、R、R、R及びRは、独立して、それぞれ水素、アルキル基、アルキレンフルオロアルキル基、アルキレンアリール基及びアルキレンオキシアルキル基から成る群から選択され;Rは、アルキル基、アルキレンフルオロアルキル基、アルキレンアリール基及びアルキレンオキシアルキル基から成る群から選択され;各Rは、独立して、水素、アルキル基、アルキレンフルオロアルキル基、アルキレンアリール基、アルキレンオキシアルキル基、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキレン基及びアルコキシ基から成る群から選択され;Xは、Cl、Br又はIよりなる群から選択され;それぞれのn、na、nb、m、ma及びmbは、独立して、それぞれ1〜4の整数から選択され;mcは1〜9の整数から選択され、mdは1〜10の整数から選択される。
  4. ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための前記成分が次の(VIII)、(VIV)及び(X)よりなる群から選択される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法:
    (VIII)は、
    a)環結合ヒドロキシ基を有するフェノールフィルム形成性高分子バインダー樹脂;
    b)フィルム形成性高分子バインダー樹脂の架橋を開始するのに十分な量の、放射線に曝されると酸を形成する光酸発生剤;
    c)前記光酸発生剤によって形成された酸に曝された際にカルボニウムイオンを形成する、エーテル化アミノプラスポリマー又はオリゴマーを含む第1架橋剤;
    d)前記光酸発生剤によって形成された酸に曝された際にカルボニウムイオンを形成する、ジヒドロキシアルキル−(テトラ)−フェノールを含む第2架橋剤、ここで、該第1架橋剤及び該第2架橋剤の合計量は有効架橋量である;及び
    e)フォトレジスト溶媒、
    を含み、
    (VIV)は、
    a−1)少なくとも1種のアルカリ可溶性ポリマー、ここで該アルカリ可溶性ポリマーは構造(IV)の少なくとも1つの単位を含む:
    Figure 0006810754
    (式中、各R’はヒドロキシル、(C〜C)アルキル、塩素及び臭素から成る群から独立して選択され、m’は1〜4の整数から選択される。);
    b−1)構造4の少なくとも1種のモノマー:
    Figure 0006810754
    (式中、Wは多価連結基であり、R1a〜R6aは、独立して、水素、ヒドロキシ、(C〜C20)アルキル及び塩素から成る群から選択され、X及びXはそれぞれ酸素であり;n’は1以上の整数である。);
    c−1)少なくとも1種の光開始剤;及び
    d−1)フォトレジスト溶媒、
    を含み、該構造4のモノマーは酸開裂性基をさらに含み、該アルカリ可溶性ポリマーは少なくとも一つの酸開裂性基をさらに有し;
    (X)は、
    a−2)次式の構造を含む少なくとも1種のポリマー:
    Figure 0006810754
    (式中、R1b〜R5bは独立してそれぞれH、F及びCHから成る群から選択され、R6bは置換アリール、非置換アリール、置換ヘテロアリール及び非置換ヘテロアリール基よりなる群から選択され、R7bは置換又は非置換ベンジル基であり、R8bは直鎖又は分岐C〜C10ヒドロキシアルキル基及びC〜C10ヒドロキシアルキルアクリレートよりなる群から選択され、R9bは酸開裂性基であり、v=10〜40モル%、w=0〜35モル%、x=0〜60モル%、y=10〜60モル%、z=0〜45モル%である。)、
    b−2)化学線によって活性化される1種以上のフリーラジカル開始剤、
    c−2)フリーラジカル架橋することができる1種以上の架橋性アクリル化モノマーであって、アクリレート官能価が1よりも大きいもの、及び
    d−2)フォトレジスト溶媒、
    を含む。
  5. b1)における前記共役アリール添加剤が(I)及び(II)よりなる群から選択される、請求項3又は4に記載の方法。
  6. ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための前記成分a1)が(VIV)である、請求項3に記載の方法。
  7. ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための前記成分a1)が(X)である、請求項3に記載の方法。
  8. ネガ型水性塩基現像性広帯域UVレジスト挙動を付与するための前記成分a1)が(VIII)である、請求項3に記載の方法。
  9. b1)における前記共役アリール添加剤が220nm〜310nmの波長において10〜1000m/molの間のモル吸光係数を有し、さらに、前記共役アリール添加剤が248nmで10〜1000m/molのモル吸光係数を有するか、または、前記共役アリール添加剤が308nmで10〜1000m/モルのモル吸光係数を有する、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. b1)における前記共役アリール添加剤が(I)であり、さらにR及びRが独立して水素及びアルキル基から成る群から選択される、請求項3に記載の方法。
  11. b1)における前記共役アリール添加剤が(II)であり、Rがアルキル基であり、XがClである、請求項3に記載の方法。
  12. b1)における前記共役アリール添加剤が(V)であり、少なくとも一つのRがアルコキシ基、ヒドロキシアルキレン及びヒドロキシ基から成る群から独立に選択される、請求項3に記載の方法。
  13. b1)における前記共役アリール添加剤が(VI)であり、少なくとも一つのRがアルコキシ基、ヒドロキシアルキレン及びヒドロキシ基から成る群から独立に選択される、請求項3に記載の方法。
  14. 前記広帯域UV露光が350〜450nmの間である、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
  15. 前記エキシマレーザーが248nmまたは308nmで放射する、請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
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