JP6813602B2 - 感光性樹脂組成物、複素環含有ポリマー前駆体、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイス - Google Patents

感光性樹脂組成物、複素環含有ポリマー前駆体、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイス Download PDF

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Description

本発明は、感光性樹脂組成物、複素環含有ポリマー前駆体、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイスに関する。
従来から、半導体素子の保護膜および層間絶縁膜には優れた耐熱性と電気特性、機械特性等を併せ持つポリイミド樹脂が用いられている。しかし、近年半導体素子の高集積化、大型化が進む中、封止樹脂パッケージの薄型化小型化の要求がありLOC(リード・オン・チップ)や半田リフロー法を用いた表面実装などの方式が取られてきている。
このような半導体素子の作製には、ポリイミド樹脂自身に感光性を付与した感光性ポリイミド樹脂組成物が用いられてきている。感光性ポリイミド樹脂組成物を用いることにより、パターン形成工程が簡略化できるためである。例えば、特許文献1には、所定の構造を有するポリイミド前駆体と、(b)活性光線照射によってラジカルを発生する化合物と、(c)下記一般式(4a)または(4b)で表される化合物と、(d)溶剤とを含む樹脂組成物が開示されている。
(一般式(4a)中、nは3以下の整数である。一般式(4b)中、R101およびR102は、各々独立に水素原子又は1価の基である。mは9以下の整数である。)
特開2014−201695号公報
しかしながら、上記特許文献1の実施例を再現しようとしたところ、ポリイミド前駆体の反応条件などが具体的に記載されておらず、反応条件によって、環化反応の進行が遅かったり、経時での保存安定性に劣る感光性樹脂組成物が得られることが分かった。
本発明は、上記課題を解決することを目的とするものであって、環化反応の進行が速く、かつ、経時での保存安定性に優れた感光性樹脂組成物、ならびに、上記感光性樹脂組成物を用いた、複素環含有ポリマー前駆体、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイスを提供することを目的とする。
上記課題のもと、本発明者が鋭意検討を行った結果、感光性樹脂組成物のアミン価を調整することにより、上記課題を解決しうることを見出した。具体的には、下記手段<1>により、好ましくは<2>〜<21>により、上記課題は解決された。
<1>ポリイミド前駆体およびポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される複素環含有ポリマー前駆体と溶剤を含む感光性樹脂組成物であって、上記感光性樹脂組成物の固形分のアミン価が0.0002〜0.0200mmol/gである、感光性樹脂組成物。
<2>上記複素環含有ポリマー前駆体のアミン価が0.0010〜0.0300mmol/gである、<1>に記載の感光性樹脂組成物。
<3>上記複素環含有ポリマー前駆体のアミン価が0.0030〜0.0200mmol/gである、<1>に記載の感光性樹脂組成物。
<4>上記複素環含有ポリマー前駆体が、下記式(1)で表される繰り返し単位または式(2)で表される繰り返し単位を含む、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物;
式(1)
式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す;
式(2)
式(2)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123およびR124は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
<5>上記複素環含有ポリマー前駆体が、式(1)で表される繰り返し単位を含む、<4>に記載の感光性樹脂組成物。
<6>上記R111は、−Ar−L−Ar−で表される、<5>に記載の感光性樹脂組成物;但し、Arは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素基であり、Lは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、−O−、−CO−、−S−、−SO−または−NHCO−、ならびに、上記の2つ以上の組み合わせからなる基である。
<7>上記R113およびR114の少なくとも一方が、ラジカル重合性基を含む、<5>または<6>に記載の感光性樹脂組成物。
<8>上記R115は、芳香環を含む4価の有機基である、<5>〜<7>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<9>さらに、ラジカル重合性化合物を含む、<1>〜<8>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<10>さらに、塩基発生剤を含む、<1>〜<9>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<11>さらに、光ラジカル重合開始剤を含む、<1>〜<10>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<12>ネガ型現像に用いられる、<1>〜<11>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<13>再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、<1>〜<12>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<14>式(1)で表される繰り返し単位または式(2)で表される繰り返し単位を含みかつ主鎖の末端基のいずれもが式(A)で表される基を含まない複素環含有ポリマー前駆体を80.0〜99.7モル%の割合で含み、かつ、
式(1)で表される繰り返し単位または式(2)で表される繰り返し単位を含み主鎖の末端基の少なくとも1つが式(A)で表される基を含む複素環含有ポリマー前駆体を合計で0.3〜20.0モル%の割合で含む、複素環含有ポリマー前駆体;
式(1)
式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す;
式(2)
式(2)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123およびR124は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す;
式(A)
式(A)中、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、直鎖または分岐のアルキル基、アリール基、あるいは、RとRが結合した環であって、窒素原子を含む1価の複素環基である。
<15>上記式(1)で表される繰り返し単位を含み主鎖の末端基の少なくとも1つが式(A)で表される基を含む複素環含有ポリマー前駆体が、式(B)で表される複素環含有ポリマー前駆体および式(C)で表される複素環含有ポリマー前駆体から選択される、<14>に記載の複素環含有ポリマー前駆体;
式(B)
式(B)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、nは正の整数を表し、Aは、NH基を含まない有機基である;
式(C)
式(C)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、nは正の整数を表す。
<16><1>〜<13>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
<17><16>に記載の硬化膜を2層以上有する、積層体。
<18>上記硬化膜の間に、金属層を有する、<17>に記載の積層体。
<19><1>〜<13>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物を用いることを含む、硬化膜の製造方法。
<20>上記感光性樹脂組成物を基板に適用して層状にする、感光性樹脂組成物層形成工程と、上記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程と、
上記露光された感光性樹脂組成物層に対して、現像処理を行う現像処理工程とを有する、<19>に記載の硬化膜の製造方法。
<21><16>に記載の硬化膜、あるいは、<17>または<18>に記載の積層体を有する半導体デバイス。
本発明により、環化反応の進行が速く、かつ、経時での保存安定性に優れた感光性樹脂組成物、ならびに、上記感光性樹脂組成物を用いた、複素環含有ポリマー前駆体、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイスを提供可能になった。
以下に記載する本発明における構成要素の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。
本明細書における基(原子団)の表記に於いて、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。また、露光に用いられる光としては、一般的に、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線または放射線が挙げられる。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」および「メタクリレート」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」および「メタクリル」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」および「メタクリロイル」の双方、または、いずれかを表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、固形分とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量百分率である。また、固形分濃度は、特に述べない限り25℃における濃度をいう。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC測定)に従い、ポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC−8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ−L、TSKgel Super HZM−M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000、TSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いることによって求めることができる。溶離液は特に述べない限り、THF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。また、検出は特に述べない限り、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用したものとする。
<感光性樹脂組成物>
本発明の感光性樹脂組成物は、ポリイミド前駆体およびポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される複素環含有ポリマー前駆体と溶剤を含む感光性樹脂組成物であって、上記感光性樹脂組成物の固形分のアミン価が0.0002〜0.0200mmol/gであることを特徴とする。このような構成とすることにより、環化速度が速く、かつ、経時での保存安定性に優れた感光性樹脂組成物が得られる。
本発明では、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価が0.0002mmol/g以上であり、0.0006mmol/g以上であることが好ましく、0.0009mmol/g以上であることがより好ましく、0.0020mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.0028mmol/g以上であることがより一層好ましい。上記感光性樹脂組成物の固形分のアミン価は、また、0.0200mmol/g以下であり、0.0150mmol/g以下であることが好ましく、0.0120mmol/g以下であることがより好ましく、0.0100mmol/g以下であることがさらに好ましい。
アミン価を0.0002mmol/g以上とすることにより、複素環含有ポリマー前駆体の硬化時の環化反応を進行しやすくすることができる。一方、アミン価を0.0200mmol/g以下とすることにより、経時による環化反応が進行しにくく、かつ、固体の析出もより効果的に抑制できる。環化速度と、経時での保存安定性は、トレードオフの関係にあるともいえ、本発明の効果は驚くべきものである。
本発明の感光性樹脂組成物の固形分のアミン価は、感光性樹脂組成物に含まれる成分によって上記範囲に調整され、より好ましくは、少なくとも、複素環含有ポリマー前駆体によって調整される。本発明では、本発明の感光性樹脂組成物の固形分のアミン価の90モル%以上(さらには95モル%以上、特には99モル%以上)が複素環含有ポリマー前駆体に由来するものであることが特に好ましい。
感光性樹脂組成物の固形分のアミン価は、後述する実施例に記載の方法で測定される。
複素環含有ポリマー前駆体は、これまで、合成後、不純物を除去するための効果的な精製が行われずに感光性樹脂組成物に配合して用いられることも多かった。しかしながら、このような複素環含有ポリマー前駆体を含む感光性樹脂組成物は、一般的に、固形分のアミン価が非常に高い。これは、複素環含有ポリマー前駆体を常法で合成すると、未反応のジアミンや反応物である塩基成分が残存することに起因する。そこで、合成後に複素環含有ポリマー前駆体を念入りに精製することが考えられる。しかしながら、複素環含有ポリマー前駆体を念入りに精製すると、今度は、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価が格段に低くなってしまう。これは、複素環含有ポリマー前駆体を常法で合成すると、カルボン酸またはカルボン酸無水物由来の繰り返し単位が前駆体の末端に存在することが極めて多いためである。そのため、これまで、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価の調整は容易ではなく、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価の影響については、全く検討されて来なかった。
そして、本発明では、複素環含有ポリマー前駆体の反応条件を調整して合成し、さらに得られた複素環含有ポリマー前駆体を、不純物を除去するための効果的な精製を行って、感光性樹脂組成物に配合することにより、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価を所定の範囲となるように調整することに成功したものである。そして、上記アミン価を満たす感光性樹脂組成物が、環化速度の向上や経時安定性に優れることを見出したものである。さらに、発明者が検討したところ、製造方法によらず、アミン価が所定の範囲の感光性樹脂組成物を用いることにより、環化速度が速く、かつ、経時安定性に優れた感光性樹脂組成物が得られることを見出したのである。
したがって、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価を調整する手段としては、上述のとおり、複素環含有ポリマー前駆体を精製すること、複素環含有ポリマー前駆体の合成に際し、反応溶剤の量、反応温度および反応時間を調整することなどが例示される。また、複素環含有ポリマー前駆体の末端にアミノ基を付加することも考えられる。本発明では、感光性樹脂組成物の固形分のアミン価が重要であり、どのような手段でアミン価を調整されたものであってもよい。
本発明の感光性樹脂組成物は、主鎖の末端基に、アミノ基(−NR、Rは水素原子または有機基、好ましくは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基、より好ましくは水素原子またはメチル基、さらに好ましくは水素原子)を含まない複素環含有ポリマーAを80.0〜99.7モル%の割合で含み、かつ、主鎖の末端基に、上記アミノ基を含む複素環含有ポリマー前駆体Bを合計で0.3〜20.0モル%の割合で含むことが好ましく、上記複素環含有ポリマー前駆体Aを85.0〜99.0モル%、上記複素環含有ポリマー前駆体Bを1.0〜15.0モル%含むことがより好ましい。
主鎖の末端基とは、ポリイミド鎖またはポリベンゾオキサゾール鎖である、主鎖骨格の末端に結合している基をいい、例えば、後述する式(1)で表される繰り返し単位や式(2)で表される繰り返し単位の末端に結合している基とは区別される。主鎖の末端基は、アミノ基のみからなっていてもよいし、アミノ基を含む基であってもよい。
<<複素環含有ポリマー前駆体>>
本発明の感光性樹脂組成物は、複素環含有ポリマー前駆体の少なくとも1種を含む。複素環含有ポリマー前駆体としては、ポリイミド前駆体またはポリベンゾオキサゾール前駆体を含むことが好ましく、ポリイミド前駆体を含むことがより好ましく、後述する式(1)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体であることがさらに好ましい。
本発明で用いる複素環含有ポリマー前駆体のアミン価は、下限値が、0.0010mmol/g以上であることが好ましく、0.0030mmol/g以上であることがより好ましく、0.0040mmol/g以上であることがさらに好ましい。複素環含有ポリマー前駆体のアミン価は、上限値が、0.0300mmol/g以下であることが好ましく、0.0200mmol/g以下であることがより好ましく、0.0150mmol/g以下であることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される傾向にある。
複素環含有ポリマー前駆体のアミン価は、後述する実施例に記載の方法で測定される。
<<<ポリイミド前駆体>>>
本発明で用いるポリイミド前駆体はその種類等特に定めるものではないが、下記式(1)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
式(1)
式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、R111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
式(1)におけるAおよびAは、酸素原子またはNHが好ましく、酸素原子がより好ましい。
式(1)におけるR111は、2価の有機基を表す。2価の有機基としては、直鎖または分岐の脂肪族基、環状の脂肪族基および芳香族基を含む基が例示され、炭素数2〜20の直鎖の脂肪族基、炭素数3〜20の分岐の脂肪族基、炭素数3〜20の環状の脂肪族基、炭素数6〜20の芳香族基、または、これらの組み合わせからなる基が好ましく、炭素数6〜20の芳香族基からなる基がより好ましい。
111は、ジアミンから誘導されることが好ましい。ポリイミド前駆体の製造に用いられるジアミンとしては、直鎖または分岐の脂肪族、環状の脂肪族または芳香族ジアミンなどが挙げられる。ジアミンは、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
具体的には、炭素数2〜20の直鎖脂肪族基、炭素数3〜20の分岐または環状の脂肪族基、炭素数6〜20の芳香族基、または、これらの組み合わせからなる基を含むジアミンであることが好ましく、炭素数6〜20の芳香族基からなる基を含むジアミンであることがより好ましい。芳香族基の例としては、下記が挙げられる。
式中、Aは、単結合、または、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、−O−、−C(=O)−、−S−、−S(=O)−、−NHCO−ならびに、これらの組み合わせから選択される基であることが好ましく、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜3のアルキレン基、−O−、−C(=O)−、−S−、−SO−から選択される基であることがより好ましく、−CH−、−O−、−S−、−SO−、−C(CF−、および、−C(CH−からなる群から選択される2価の基であることがさらに好ましい。
ジアミンとしては、具体的には、1,2−ジアミノエタン、1,2−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタンおよび1,6−ジアミノヘキサン;1,2−または1,3−ジアミノシクロペンタン、1,2−、1,3−または1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−、1,3−または1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス−(3−アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルシクロヘキシルメタンおよびイソホロンジアミン;メタおよびパラフェニレンジアミン、ジアミノトルエン、4,4’−および3,3’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−および3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−および3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−ヒドロキシ−4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−ヒドロキシ−4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、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、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)スルホン、4,4’−ジアミノパラテルフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(2−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノオクタフルオロビフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、3,3’,4,4’−テトラアミノビフェニル、3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルエーテル、1,4−ジアミノアントラキノン、1,5−ジアミノアントラキノン、3,3−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、9,9’−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ジメチル−3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,4−および2,5−ジアミノクメン、2,5−ジメチル−パラフェニレンジアミン、アセトグアナミン、2,3,5,6−テトラメチル−パラフェニレンジアミン、2,4,6−トリメチル−メタフェニレンジアミン、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、2,7−ジアミノフルオレン、2,5−ジアミノピリジン、1,2−ビス(4−アミノフェニル)エタン、ジアミノベンズアニリド、ジアミノ安息香酸のエステル、1,5−ジアミノナフタレン、ジアミノベンゾトリフルオライド、1,3−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(4−アミノフェニル)オクタフルオロブタン、1,5−ビス(4−アミノフェニル)デカフルオロペンタン、1,7−ビス(4−アミノフェニル)テトラデカフルオロヘプタン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(2−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−3,5−ジメチルフェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、パラビス(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノ−3−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’−ビス(3−アミノ−5−トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノ−3−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,2’,5,5’,6,6’−ヘキサフルオロトリジンおよび4,4’−ジアミノクアテルフェニルから選ばれる少なくとも1種のジアミンが挙げられる。
また、下記に示すジアミン(DA−1)〜(DA−18)も好ましい。
また、少なくとも2つ以上のアルキレングリコール単位を主鎖にもつジアミンも好ましい例として挙げられる。好ましくは、エチレングリコール鎖、プロピレングリコール鎖のいずれかまたは両方を一分子中にあわせて2つ以上含むジアミン、より好ましくは芳香環を含まないジアミンである。具体例としては、ジェファーミン(登録商標)KH−511、ジェファーミン(登録商標)ED−600、ジェファーミン(登録商標)ED−900、ジェファーミン(登録商標)ED−2003、ジェファーミン(登録商標)EDR−148、ジェファーミン(登録商標)EDR−176、D−200、D−400、D−2000、D−4000(以上商品名、HUNTSMAN製)、1−(2−(2−(2−アミノプロポキシ)エトキシ)プロポキシ)プロパン−2−アミン、1−(1−(1−(2−アミノプロポキシ)プロパン−2−イル)オキシ)プロパン−2−アミンなどが挙げられるが、これらに限定されない。
ジェファーミン(登録商標)KH−511、ジェファーミン(登録商標)ED−600、ジェファーミン(登録商標)ED−900、ジェファーミン(登録商標)ED−2003、ジェファーミン(登録商標)EDR−148、ジェファーミン(登録商標)EDR−176の構造を以下に示す。
上記において、x、y、zは平均値である。
111は、得られる硬化膜の柔軟性の観点から、−Ar−L−Ar−で表されることが好ましい。但し、Arは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素基であり、Lは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、−O−、−CO−、−S−、−SO−または−NHCO−、ならびに、上記の2つ以上の組み合わせからなる基である。Arは、フェニレン基が好ましく、Lは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1または2の脂肪族炭化水素基、−O−、−CO−、−S−または−SO−がさらに好ましい。ここでの脂肪族炭化水素基は、アルキレン基が好ましい。
111は、i線透過率の観点から下記式(51)または式(61)で表わされる2価の有機基であることが好ましい。特に、i線透過率、入手のし易さの観点から式(61)で表わされる2価の有機基であることがより好ましい。
式(51)
式(51)中、R10〜R17は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子または1価の有機基であり、R10〜R17の少なくとも1つはフッ素原子、メチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、または、トリフルオロメチル基である。
10〜R17の1価の有機基として、炭素数1〜10(好ましくは炭素数1〜6)の無置換のアルキル基、炭素数1〜10(好ましくは炭素数1〜6)のフッ化アルキル基等が挙げられる。
式(61)
式(61)中、R18およびR19は、それぞれ独立にフッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、または、トリフルオロメチル基である。
式(51)または(61)の構造を与えるジアミン化合物としては、ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(フルオロ)−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノオクタフルオロビフェニル等が挙げられる。これらの1種を用いるか、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
式(1)におけるR115は、4価の有機基を表す。4価の有機基としては、芳香環を含む4価の有機基が好ましく、下記式(5)または式(6)で表される基がより好ましい。
式(5)
式(5)中、R112は、単結合、または、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−NHCO−ならびに、これらの組み合わせから選択される基であることが好ましく、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜3のアルキレン基、−O−、−CO−、−S−および−SO−から選択される基であることがより好ましく、−CH−、−C(CF−、−C(CH−、−O−、−CO−、−S−および−SO−からなる群から選択される2価の基がさらに好ましい。
式(6)
式(1)におけるR115が表す4価の有機基は、具体的には、テトラカルボン酸二無水物から酸二無水物基を除去した後に残存するテトラカルボン酸残基などが挙げられる。テトラカルボン酸二無水物は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。テトラカルボン酸二無水物は、下記式(O)で表される化合物が好ましい。
式(O)
式(O)中、R115は、4価の有機基を表す。R115は式(1)のR115と同義である。
テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、ピロメリット酸、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルフィドテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,3−ジフェニルヘキサフルオロプロパン−3,3,4,4−テトラカルボン酸二無水物、1,4,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,8,9,10−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、ならびに、これらの炭素数1〜6のアルキル誘導体および/または炭素数1〜6のアルコキシ誘導体から選ばれる少なくとも1種が例示される。
また、下記に示すテトラカルボン酸二無水物(DAA−1)〜(DAA−5)も好ましい例として挙げられる。
113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、R113およびR114の少なくとも一方がラジカル重合性基を含むことが好ましく、両方がラジカル重合性基を含むことがより好ましい。ラジカル重合性基としては、ラジカルの作用により、架橋反応することが可能な基であって、好ましい例として、エチレン性不飽和結合を有する基が挙げられる。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、下記式(III)で表される基などが挙げられる。
式(III)において、R200は、水素原子またはメチル基を表し、メチル基がより好ましい。
式(III)において、R201は、炭素数2〜12のアルキレン基、−CHCH(OH)CH−または炭素数4〜30のポリオキシアルキレン基を表す。
好適なR201の例は、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、1,2−ブタンジイル基、1,3−ブタンジイル基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、ドデカメチレン基、−CHCH(OH)CH−が挙げられ、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、−CHCH(OH)CH−がより好ましい。
特に好ましくは、R200がメチル基で、R201がエチレン基である。
113またはR114が表す1価の有機基としては、現像液の溶解度を向上させる置換基が好ましく用いられる。
113またはR114が1価の有機基の場合、アリール基を構成する炭素に結合している1、2または3つの、好ましくは1つの酸性基を有する、芳香族基およびアラルキル基などが挙げられる。具体的には、酸性基を有する炭素数6〜20の芳香族基、酸性基を有する炭素数7〜25のアラルキル基が挙げられる。より具体的には、酸性基を有するフェニル基および酸性基を有するベンジル基が挙げられる。酸性基は、OH基が好ましい。
113またはR114が、水素原子、2−ヒドロキシベンジル、3−ヒドロキシベンジルおよび4−ヒドロキシベンジルであることが、水性現像液に対する溶解性の点からは、より好ましい。
有機溶剤への溶解度の観点からは、R113またはR114は、1価の有機基であることが好ましい。1価の有機基としては、直鎖または分岐のアルキル基、環状アルキル基、芳香族基を含むことが好ましく、芳香族基で置換されたアルキル基がより好ましい。
アルキル基の炭素数は1〜30が好ましい。アルキル基は直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、1−エチルペンチル基、および2−エチルヘキシル基が挙げられる。環状のアルキル基は、単環の環状のアルキル基であってもよく、多環の環状のアルキル基であってもよい。単環の環状のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基およびシクロオクチル基が挙げられる。多環の環状のアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ボルニル基、カンフェニル基、デカヒドロナフチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、カンホロイル基、ジシクロヘキシル基およびピネニル基が挙げられる。中でも、高感度化との両立の観点から、シクロヘキシル基が最も好ましい。また、芳香族基で置換されたアルキル基としては、後述する芳香族基で置換された直鎖アルキル基が好ましい。
芳香族基としては、具体的には、置換または無置換のベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インダセン環、ペリレン環、ペンタセン環、アセナフテン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオレン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環またはフェナジン環である。ベンゼン環が最も好ましい。
式(1)において、R113が水素原子である場合、または、R114が水素原子である場合、ポリイミド前駆体はエチレン性不飽和結合を有する3級アミン化合物と対塩を形成していてもよい。このようなエチレン性不飽和結合を有する3級アミン化合物の例としては、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリレートが挙げられる。
また、ポリイミド前駆体は、構造単位中にフッ素原子を有することも好ましい。ポリイミド前駆体中のフッ素原子含有量は10質量%以上が好ましく、20質量%以下が好ましい。
また、基板との密着性を向上させる目的で、シロキサン構造を有する脂肪族基を共重合してもよい。具体的には、ジアミン成分として、ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(パラアミノフェニル)オクタメチルペンタシロキサンなどが挙げられる。
式(1)で表される繰り返し単位は、式(1−A)で表される繰り返し単位であることが好ましい。すなわち、本発明で用いるポリイミド前駆体の少なくとも1種が、式(1−A)で表される繰り返し単位を有する前駆体であることが好ましい。このような構造とすることにより、露光ラチチュードの幅をより広げることが可能になる。
式(1−A)
式(1−A)中、AおよびAは、酸素原子を表し、R111およびR112は、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、R113およびR114の少なくとも一方は、重合性基を含む基であり、重合性基であることが好ましい。
、A、R111、R113およびR114は、それぞれ、独立に、式(1)におけるA、A、R111、R113およびR114と同義であり、好ましい範囲も同様である。
112は、式(5)におけるR112と同義であり、好ましい範囲も同様である。
ポリイミド前駆体において、式(1)で表される繰り返し構造単位は1種であってもよいが、2種以上であってもよい。また、式(1)で表される繰り返し単位の構造異性体を含んでいてもよい。また、ポリイミド前駆体は、上記の式(1)の繰り返し単位のほかに、他の種類の繰り返し構造単位も含んでもよい。
本発明におけるポリイミド前駆体の一実施形態として、全繰り返し単位の50モル%以上、さらには70モル%以上、特には90モル%以上が式(1)で表される繰り返し単位であるポリイミド前駆体が例示される。
本発明で用いられるポリイミド前駆体の第1の実施形態は、式(1)で表される繰り返し単位を含みかつ主鎖の末端基のいずれもが式(A)で表される基を含まない複素環含有ポリマー前駆体を80.0〜99.7モル%(好ましくは、85.0〜99.0モル%)の割合で含み、かつ、式(1)で表される繰り返し単位を含み主鎖の末端基の少なくとも1つが、式(A)で表される基を含む複素環含有ポリマー前駆体を合計で0.3〜20.0モル%(好ましくは、1.0〜15.0モル%)の割合で含む、複素環含有ポリマー前駆体である。
式(1)
式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す;
式(A)
式(A)中、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、直鎖または分岐のアルキル基、アリール基、あるいは、RとRが結合した環であって、窒素原子を含む1価の複素環基である。
およびRの少なくとも一方が、アルキル基の場合、置換または無置換の炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、置換または無置換の炭素数1〜5のアルキル基がより好ましく、無置換の炭素数1〜5のアルキル基がさらに好ましい。
およびRの少なくとも一方が、アリール基の場合、置換または無置換の炭素数6〜20のアリール基が好ましく、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基がより好ましく、無置換の炭素数6〜10のアリール基がさらに好ましい。
とRが結合した環であって、窒素原子を含む1価の複素環基である場合、イミダゾール環基、ピラゾール環基、ピリジン環基、ピラジン環基などが例示される。上記複素環基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよいが、有していることが好ましい。
およびRの少なくとも一方が置換基を有する場合、かかる置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等が例示される。
上記式(1)は、上述の式(1)と同義であり、好ましい範囲も同様である。
式(A)における、RおよびRは、それぞれ独立に、好ましくは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基であり、より好ましくは水素原子またはメチル基であり、さらに好ましくは水素原子である。
本発明で用いられるポリイミド前駆体の第2の実施形態は、第1の実施形態において、式(1)で表される繰り返し単位を含み主鎖の末端基の少なくとも1つが式(A)で表される基を含む複素環含有ポリマー前駆体が式(B)で表される複素環含有ポリマー前駆体および式(C)で表される複素環含有ポリマー前駆体から選択される、複素環含有ポリマー前駆体である。
式(B)
式(B)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、nは正の整数を表し、Aは、NH基を含まない有機基である;
式(C)
式(C)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、nは正の整数を表す。
式(B)における、A、A、R111、R115、R113およびR114は、それぞれ、式(1)におけるA、A、R111、R115、R113およびR114と同義であり、好ましい範囲も同様である。
nは正の整数を表し、1〜100が好ましく、5〜50がより好ましい。
Aは、NH基を含まない基である。通常は、NH基を含まない有機基であり、1モルあたりの、Aで表される基の式量は、300以下であることが好ましく、200以下であることがより好ましい。Aは、好ましくは、アルキル基およびアリール基の少なくとも一方を含む基であり、アルキル基がより好ましい。アルキル基の炭素数としては、1〜5が好ましい。アリール基の炭素数としては、6〜10が好ましい。
式(C)中、A、A、R111、R115、R113およびR114は、それぞれ、式(1)におけるA、A、R111、R115、R113およびR114と同義であり、好ましい範囲も同様である。
nは正の整数を表し、1〜100が好ましく、5〜50がより好ましい。
本発明で用いるポリイミド前駆体は、上記第一の実施形態、さらには第二の実施形態を満たし、かつ、上述の複素環含有ポリマー前駆体のアミン価を満たすことがより好ましい。
ポリイミド前駆体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2000〜500000であり、より好ましくは5000〜100000であり、さらに好ましくは10000〜50000である。また、数平均分子量(Mn)は、好ましくは800〜250000であり、より好ましくは、2000〜50000であり、さらに好ましくは、4000〜25000である。
ポリイミド前駆体の分散度は、1.5〜2.5が好ましい。
ポリイミド前駆体は、ジカルボン酸またはジカルボン酸誘導体とジアミンを反応させて得られる。好ましくは、ジカルボン酸またはジカルボン酸誘導体を、ハロゲン化剤を用いてハロゲン化させた後、ジアミンと反応させて得られる。
ポリイミド前駆体の製造方法では、反応に際し、有機溶剤を用いることが好ましい。有機溶剤は1種でもよいし、2種以上でもよい。
有機溶剤としては、原料に応じて適宜定めることができるが、ピリジン、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、N−メチルピロリドンおよびN−エチルピロリドンが例示される。
本発明では、また、上述のとおり、ジカルボン酸またはジカルボン酸誘導体とジアミンを反応させた後、主鎖の末端にアミノ基を付加して、複素環含有ポリマー前駆体のアミン価を調整することもできる。主鎖の末端の末端にアミノ基を付加する方法としては、ジカルボン酸またはジカルボン酸誘導体由来の繰り返し単位の末端に、アミノ基または水酸基を有するアミン化合物を付加する方法が好ましい。
水酸基を有するアミン化合物としては、5−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、1−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、2−アミノチオフェノール、3−アミノチオフェノール、4−アミノチオフェノールなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよく、複数の水酸基を有するアミン化合物を反応させもよい。
アミノ基を有するアミン化合物としては、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、1−(2−アミノエチル)ピペリジン、2−モルホリノエチルアミンが例示される。これらを2種以上用いてもよく、複数のアミノ基を有するアミン化合物を反応させもよい。
ポリイミド前駆体の製造に際し、固体を析出する工程を含んでいることが好ましい。具体的には、反応液中のポリイミド前駆体を、水中に沈殿させ、テトラヒドロフラン等のポリイミド前駆体が可溶な溶剤に溶解させることによって、固体析出することができる。
<<<ポリベンゾオキサゾール前駆体>>>
本発明で用いられるポリベンゾオキサゾール前駆体は、下記式(2)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
式(2)
式(2)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123およびR124は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
式(2)において、R121は、2価の有機基を表す。2価の有機基としては、脂肪族基および芳香族基の少なくとも一方を含む基が好ましい。脂肪族基としては、直鎖の脂肪族基が好ましい。R121は、4,4’−オキシジベンゾイルクロリド等に由来することが好ましい。
式(2)において、R122は、4価の有機基を表す。4価の有機基としては、上記式(1)におけるR115と同義であり、好ましい範囲も同様である。R122は、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等に由来することが好ましい。
ポリベンゾオキサゾール前駆体は上記の式(2)の繰り返し単位のほかに、他の種類の繰り返し構造単位も含んでよい。
閉環に伴う反りの発生を抑制できる点で、下記式(SL)で表されるジアミン残基を他の種類の繰り返し構造単位として含むことが好ましい。
式(SL)中、Zは、a構造とb構造を有し、R1sは水素原子または炭素数1〜10の炭化水素基であり、R2sは炭素数1〜10の炭化水素基であり、R3s、R4s、R5s、R6sのうち少なくとも1つは芳香族基で、残りは水素原子または炭素数1〜30の有機基で、それぞれ同一でも異なっていてもよい。a構造およびb構造の重合は、ブロック重合でもランダム重合でもよい。Z部分において、a構造は5〜95モル%、b構造は95〜5モル%であり、a+bは100モル%である。
式(SL)において、好ましいZとしては、b構造中のR5sおよびR6sがフェニル基であるものが挙げられる。また、式(SL)で示される構造の分子量は、400〜4,000であることが好ましく、500〜3,000がより好ましい。分子量は、一般的に用いられるゲル浸透クロマトグラフィによって求めることができる。上記分子量を上記範囲とすることで、ポリベンゾオキサゾール前駆体の脱水閉環後の弾性率を下げ、反りを抑制できる効果と溶解性を向上させる効果を両立することができる。
他の種類の繰り返し構造単位として式(SL)で表されるジアミン残基を含む場合、アルカリ可溶性を向上させる点で、さらに、テトラカルボン酸二無水物から酸二無水物基の除去後に残存するテトラカルボン酸残基を繰り返し構造単位として含むことが好ましい。このようなテトラカルボン酸残基の例としては、式(1)中のR115の例が挙げられる。
本発明で用いられるポリベンゾオキサゾール前駆体の第1の実施形態は式(2)で表される繰り返し単位を含みかつ主鎖の末端基のいずれもが式(A)で表される基を含まない複素環含有ポリマー前駆体を80.0〜99.7モル%の割合で含み、かつ、
式(2)で表される繰り返し単位を含み主鎖の末端基の少なくとも1つが式(A)で表される基を含む複素環含有ポリマー前駆体を合計で0.3〜20.0モル%の割合で含む、複素環含有ポリマー前駆体;
式(2)
式(2)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123およびR124は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す;
式(A)
式(A)中、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、直鎖または分岐のアルキル基、アリール基、あるいは、RとRが結合した環であって、窒素原子を含む1価の複素環基である。
上記式(A)は、上述のポリイミド前駆体の第1の実施形態のところで述べた式(A)と同義であり、好ましい範囲も同様である。
ポリベンゾオキサゾール前駆体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2000〜500000であり、より好ましくは5000〜100000であり、さらに好ましくは10000〜50000である。また、数平均分子量(Mn)は、好ましくは800〜250000であり、より好ましくは、2000〜50000であり、さらに好ましくは、4000〜25000である。
ポリベンゾオキサゾール前駆体の分散度は、1.5〜2.5が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物における、複素環含有ポリマー前駆体の含有量は、組成物の全固形分に対し20〜100質量%であることが好ましく、30〜99質量%であることがより好ましく、40〜98質量%であることがさらに好ましく、50〜95質量%であることが一層好ましく、60〜95質量%であることがより一層好ましく、70〜95質量%であることがさらに一層好ましい。
複素環含有ポリマー前駆体は1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<光ラジカル重合開始剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、光ラジカル重合開始剤を含有することが好ましい。
本発明で用いることができる光ラジカル重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光ラジカル重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有する光ラジカル重合開始剤が好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよい。
光ラジカル重合開始剤は、約300〜800nm(好ましくは330〜500nm)の範囲内で少なくとも約50のモル吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary−5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶剤を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物が光ラジカル重合開始剤を含むことにより、本発明の感光性樹脂組成物を半導体ウェハなどの基板に適用して感光性樹脂組成物層を形成した後、光を照射することで、ラジカルに起因する硬化が起こり、光照射部における溶解性を低下させることができる。このため、例えば、電極部のみをマスクするパターンを持つフォトマスクを介して感光性樹脂組成物層を露光することで、電極のパターンにしたがって、溶解性の異なる領域を簡便に作製できるという利点がある。
光ラジカル重合開始剤としては、公知の化合物を任意に使用できる。例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、オキサジアゾール骨格を有する化合物、トリハロメチル基を有する化合物など)、アシルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール、オキシム誘導体等のオキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、ケトオキシムエーテル、アミノアセトフェノン化合物、ヒドロキシアセトフェノン、アゾ系化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、有機ホウ素化合物、鉄アレーン錯体などが挙げられる。これらの詳細については、特開2016−027357号公報の段落0165〜0182の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
ケトン化合物としては、例えば、特開2015−087611号公報の段落0087に記載の化合物が例示され、この内容は本明細書に組み込まれる。市販品では、カヤキュアーDETX(日本化薬(株)製)も好適に用いられる。
光ラジカル重合開始剤としては、ヒドロキシアセトフェノン化合物、アミノアセトフェノン化合物、および、アシルホスフィン化合物も好適に用いることができる。より具体的には、例えば、特開平10−291969号公報に記載のアミノアセトフェノン系開始剤、特許第4225898号に記載のアシルホスフィンオキシド系開始剤も用いることができる。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE 184(IRGACUREは登録商標)、DAROCUR 1173、IRGACURE 500、IRGACURE−2959、IRGACURE 127(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE 907、IRGACURE 369、および、IRGACURE 379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤として、365nmまたは405nm等の波長光源に吸収極大波長がマッチングされた特開2009−191179号公報に記載の化合物も用いることができる。
アシルホスフィン系開始剤としては、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキサイドなどが挙げられる。また、市販品であるIRGACURE−819やIRGACURE−TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
メタロセン化合物としては、IRGACURE−784(BASF社製)などが例示される。
光ラジカル重合開始剤として、より好ましくはオキシム化合物が挙げられる。オキシム化合物を用いることにより、露光ラチチュードをより効果的に向上させることが可能になる。オキシム化合物は、露光ラチチュード(露光マージン)が広く、かつ、光塩基発生剤としても働くため、特に好ましい。
オキシム化合物の具体例としては、特開2001−233842号公報に記載の化合物、特開2000−80068号公報に記載の化合物、特開2006−342166号公報に記載の化合物を用いることができる。
好ましいオキシム化合物としては、例えば、下記の構造の化合物や、3−ベンゾオキシイミノブタン−2−オン、3−アセトキシイミノブタン−2−オン、3−プロピオニルオキシイミノブタン−2−オン、2−アセトキシイミノペンタン−3−オン、2−アセトキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ベンゾイルオキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン、3−(4−トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン−2−オン、および2−エトキシカルボニルオキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オンなどが挙げられる。
市販品ではIRGACURE OXE 01、IRGACURE OXE 02、IRGACURE OXE 03、IRGACURE OXE 04(以上、BASF社製)、アデカオプトマーN−1919((株)ADEKA製、特開2012−14052号公報に記載の光ラジカル重合開始剤2)も好適に用いられる。また、TR−PBG−304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI−831およびアデカアークルズNCI−930((株)ADEKA製)も用いることができる。また、DFI−091(ダイトーケミックス(株)製)を用いることができる。
さらに、また、フッ素原子を有するオキシム化合物を用いることも可能である。そのようなオキシム化合物の具体例としては、特開2010−262028号公報に記載されている化合物、特表2014−500852号公報の段落0345に記載されている化合物24、36〜40、特開2013−164471号公報の段落0101に記載されている化合物(C−3)などが挙げられる。
最も好ましいオキシム化合物としては、特開2007−269779号公報に示される特定置換基を有するオキシム化合物や、特開2009−191061号公報に示されるチオアリール基を有するオキシム化合物などが挙げられる。
光ラジカル重合開始剤は、露光感度の観点から、トリハロメチルトリアジン化合物、ベンジルジメチルケタール化合物、α−ヒドロキシケトン化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、ホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム塩化合物、ベンゾチアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物およびその誘導体、シクロペンタジエン−ベンゼン−鉄錯体およびその塩、ハロメチルオキサジアゾール化合物、3−アリール置換クマリン化合物からなる群より選択される化合物が好ましい。
さらに好ましい光ラジカル重合開始剤は、トリハロメチルトリアジン化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、ホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム塩化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物であり、トリハロメチルトリアジン化合物、α−アミノケトン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、ベンゾフェノン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が一層好ましく、メタロセン化合物またはオキシム化合物を用いるのがより一層好ましく、オキシム化合物がさらに一層好ましい。
また、光ラジカル重合開始剤は、ベンゾフェノン、N,N’−テトラメチル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)等のN,N’−テトラアルキル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン、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−1、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパノン−1等の芳香族ケトン、アルキルアントラキノン等の芳香環と縮環したキノン類、ベンゾインアルキルエーテル等のベンゾインエーテル化合物、ベンゾイン、アルキルベンゾイン等のベンゾイン化合物、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体などを用いることもできる。また、下記式(I)で表される化合物を用いることもできる。
式(I)中、R50は、炭素数1〜20のアルキル基、1個以上の酸素原子によって中断された炭素数2〜20のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、フェニル基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン原子、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素数2〜12のアルケニル基、1個以上の酸素原子によって中断された炭素数2〜18のアルキル基および炭素数1〜4のアルキル基の少なくとも1つで置換されたフェニル基、またはビフェニリルであり、R51は、式(II)で表される基であるか、R50と同じ基であり、R52〜R54は各々独立に炭素数1〜12のアルキル、炭素数1〜12のアルコキシまたはハロゲンである。
式中、R55〜R57は、上記式(I)のR52〜R54と同じである。
また、光ラジカル重合開始剤は、国際公開WO2015/125469号の段落0048〜0055に記載の化合物を用いることもできる。
光ラジカル重合開始剤の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対し0.1〜30質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜20質量%であり、さらに好ましくは0.5〜15質量%であり、一層好ましくは1.0〜10質量%である。光ラジカル重合開始剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。光ラジカル重合開始剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<熱ラジカル重合開始剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で熱ラジカル重合開始剤を含んでいてもよい。
熱ラジカル重合開始剤は、熱のエネルギーによってラジカルを発生し、重合性を有する化合物の重合反応を開始または促進させる化合物である。熱ラジカル重合開始剤を添加することによって、複素環含有ポリマー前駆体の環化と共に、複素環含有ポリマー前駆体の重合反応を進行させることもできるので、より高度な耐熱化が達成できることとなる。
熱ラジカル重合開始剤として、具体的には、特開2008−63554号公報の段落0074〜0118に記載されている化合物が挙げられる。
熱ラジカル重合開始剤を含む場合、その含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対し0.1〜30質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜20質量%であり、さらに好ましくは5〜15質量%である。熱ラジカル重合開始剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。熱ラジカル重合開始剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<溶剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、溶剤を含有する。溶剤は、公知の溶剤を任意に使用できる。溶剤は有機溶剤が好ましい。有機溶剤としては、エステル類、エーテル類、ケトン類、芳香族炭化水素類、スルホキシド類、アミド類などの化合物が挙げられる。
エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、アルキルオキシ酢酸アルキル(例えば、アルキルオキシ酢酸メチル、アルキルオキシ酢酸エチル、アルキルオキシ酢酸ブチル(例えば、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等))、3−アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、3−アルキルオキシプロピオン酸メチル、3−アルキルオキシプロピオン酸エチル等(例えば、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等))、2−アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、2−アルキルオキシプロピオン酸メチル、2−アルキルオキシプロピオン酸エチル、2−アルキルオキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メト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、2−エトキシプロピオン酸エチル))、2−アルキルオキシ−2−メチルプロピオン酸メチルおよび2−アルキルオキシ−2−メチルプロピオン酸エチル(例えば、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル等が好適なものとして挙げられる。
エーテル類として、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、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、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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等が好適なものとして挙げられる。
ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等が好適なものとして挙げられる。
芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、リモネン等が好適なものとして挙げられる。
スルホキシド類として、例えば、ジメチルスルホキシドが好適なものとして挙げられる。
アミド類として、N−メチル−2−ピロリドン、N −エチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等が好適なものとして挙げられる。
溶剤は、塗布面性状の改良などの観点から、2種以上を混合する形態も好ましい。
本発明では、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、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、N−メチル−2−ピロリドン、プロピレングリコールメチルエーテル、およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテートから選択される1種の溶剤、または、2種以上で構成される混合溶剤が好ましい。ジメチルスルホキシドとγ−ブチロラクトンとの併用が特に好ましい。
溶剤の含有量は、塗布性の観点から、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分濃度が5〜80質量%になる量とすることが好ましく、5〜70質量%となる量にすることがさらに好ましく、10〜60質量%となる量にすることが特に好ましい。溶剤含有量は、所望の厚さと塗布方法によって調節すればよい。
溶剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。溶剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<ラジカル重合性化合物>>
本発明の感光性樹脂組成物は、ラジカル重合性化合物(以下、「重合性モノマー」ともいう)を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、耐熱性に優れた硬化膜を形成することができる。
重合性モノマーは、ラジカル重合性基を有する化合物を用いることができる。ラジカル重合性基としては、スチリル基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基およびアリル基などのエチレン性不飽和結合を有する基が挙げられる。ラジカル重合性基は、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
重合性モノマーが有するラジカル重合性基の数は、1個でもよく、2個以上でもよいが、重合性モノマーはラジカル重合性基を2個以上有することが好ましく、3個以上有することがより好ましい。上限は、15個以下が好ましく、10個以下がより好ましく、8個以下がさらに好ましい。
重合性モノマーの分子量は、2000以下が好ましく、1500以下がより好ましく、900以下がさらに好ましい。重合性モノマーの分子量の下限は、100以上が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、現像性の観点から、重合性基を2個以上含む2官能以上の重合性モノマーを少なくとも1種含むことが好ましく、3官能以上の重合性モノマーを少なくとも1種含むことがより好ましい。また、2官能の重合性モノマーと3官能以上の重合性モノマーとの混合物であってもよい。なお、重合性モノマーの官能基数は、1分子中におけるラジカル重合性基の数を意味する。
重合性モノマーの具体例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸など)やそのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と多価アルコール化合物とのエステル、および不飽和カルボン酸と多価アミン化合物とのアミド類である。また、ヒドロキシル基やアミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と、単官能若しくは多官能イソシアネート類或いはエポキシ類との付加反応物や、単官能若しくは多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアネート基やエポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と、単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との付加反応物、さらに、ハロゲン基やトシルオキシ基等の脱離性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と、単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン等のビニルベンゼン誘導体、ビニルエーテル、アリルエーテル等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。具体例としては、特開2016−027357号公報の段落0113〜0122の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、重合性モノマーは、常圧下で100℃以上の沸点を持つ化合物も好ましい。その例としては、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、グリセリンやトリメチロールエタン等の多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後、(メタ)アクリレート化した化合物、特公昭48−41708号公報、特公昭50−6034号公報、特開昭51−37193号各公報に記載されているようなウレタン(メタ)アクリレート類、特開昭48−64183号、特公昭49−43191号、特公昭52−30490号各公報に記載されているポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸との反応生成物であるエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタクリレートおよびこれらの混合物を挙げることができる。また、特開2008−292970号公報の段落0254〜0257に記載の化合物も好適である。また、多官能カルボン酸にグリシジル(メタ)アクリレート等の環状エーテル基とエチレン性不飽和基を有する化合物を反応させて得られる多官能(メタ)アクリレートなども挙げることができる。
また、その他の好ましい重合性モノマーとして、特開2010−160418号公報、特開2010−129825号公報、特許第4364216号等に記載される、フルオレン環を有し、エチレン性不飽和結合を有する基を2個以上有する化合物や、カルド樹脂も使用することが可能である。
さらに、その他の例としては、特公昭46−43946号公報、特公平1−40337号公報、特公平1−40336号公報に記載の特定の不飽和化合物や、特開平2−25493号公報に記載のビニルホスホン酸系化合物等もあげることができる。また、特開昭61−22048号公報に記載のペルフルオロアルキル基を含む化合物を用いることもできる。さらに日本接着協会誌 vol.20、No.7、300〜308ページ(1984年)に光重合性モノマーおよびオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
上記のほか、特開2015−034964号公報の段落0048〜0051に記載の化合物も好ましく用いることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、特開平10−62986号公報において式(1)および式(2)としてその具体例と共に記載の、多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後に(メタ)アクリレート化した化合物も、重合性モノマーとして用いることができる。
さらに、特開2015−187211号公報の段落0104〜0131に記載の化合物も重合性モノマーとして用いることができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
重合性モノマーとしては、ジペンタエリスリトールトリアクリレート(市販品としては KAYARAD D−330;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としては KAYARAD D−320;日本化薬(株)製、A−TMMT:新中村化学工業社製)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD D−310;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(市販品としては KAYARAD DPHA;日本化薬(株)製、A−DPH;新中村化学工業社製)、およびこれらの(メタ)アクリロイル基がエチレングリコール、プロピレングリコール残基を介して結合している構造が好ましい。これらのオリゴマータイプも使用できる。
重合性モノマーの市販品としては、例えばサートマー社製のエチレンオキシ鎖を4個有する4官能アクリレートであるSR−494、エチレンオキシ鎖を4個有する2官能メタクリレートであるサートマー社製のSR−209、日本化薬(株)製のペンチレンオキシ鎖を6個有する6官能アクリレートであるDPCA−60、イソブチレンオキシ鎖を3個有する3官能アクリレートであるTPA−330、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(日本製紙社製)、NKエステルM−40G、NKエステル4G、NKエステルM−9300、NKエステルA−9300、UA−7200(新中村化学工業社製)、DPHA−40H(日本化薬(株)製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社化学社製)、ブレンマーPME400(日油(株)製)などが挙げられる。
重合性モノマーとしては、特公昭48−41708号公報、特開昭51−37193号公報、特公平2−32293号公報、特公平2−16765号公報に記載されているようなウレタンアクリレート類や、特公昭58−49860号公報、特公昭56−17654号公報、特公昭62−39417号公報、特公昭62−39418号公報に記載のエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。さらに、重合性モノマーとして、特開昭63−277653号公報、特開昭63−260909号公報、特開平1−105238号公報に記載される、分子内にアミノ構造やスルフィド構造を有する化合物を用いることもできる。
重合性モノマーは、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基等の酸基を有する重合性モノマーであってもよい。酸基を有する重合性モノマーは、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルが好ましく、脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応のヒドロキシル基に非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせた重合性モノマーがより好ましい。特に好ましくは、脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応のヒドロキシル基に非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせた重合性モノマーにおいて、脂肪族ポリヒドロキシ化合物がペンタエリスリトールおよび/またはジペンタエリスリトールである化合物である。市販品としては、例えば、東亞合成株式会社製の多塩基酸変性アクリルオリゴマーとして、M−510、M−520などが挙げられる。
酸基を有する重合性モノマーは、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。また、必要に応じて酸基を有しない重合性モノマーと酸基を有する重合性モノマーを併用してもよい。
酸基を有する重合性モノマーの好ましい酸価は、0.1〜40mgKOH/gであり、特に好ましくは5〜30mgKOH/gである。重合性モノマーの酸価が上記範囲であれば、製造や取扱性に優れ、さらには、現像性に優れる。また、重合性が良好である。
重合性モノマーの含有量は、良好な重合性と耐熱性の観点から、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、1〜60質量%であることが好ましい。下限は5質量%以上がより好ましい。上限は、50質量%であることがより好ましく、30質量%以下であることがさらに好ましい。重合性モノマーは1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。
また、複素環含有ポリマー前駆体と重合性モノマーとの質量割合(複素環含有ポリマー前駆体/重合性モノマー)は、98/2〜10/90であることが好ましく、95/5〜30/70であることがより好ましく、90/10〜50/50であることがさらに好ましく、90/10〜75/25であることが一層好ましい。複素環含有ポリマー前駆体と重合性モノマーとの質量割合が上記範囲であれば、重合性および耐熱性により優れた硬化膜を形成できる。
本発明の感光性樹脂組成物は、硬化膜の弾性率制御に伴う反り抑制の観点から、単官能重合性モノマーを好ましく用いることができる。単官能重合性モノマーとしては、n−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、カルビトール(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸誘導体、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム等のN−ビニル化合物類、アリルグリシジルエーテル、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート等のアリル化合物類等が好ましく用いられる。単官能重合性モノマーとしては、露光前の揮発を抑制するため、常圧下で100℃以上の沸点を持つ化合物も好ましい。
<<他の重合性化合物>>
本発明の感光性樹脂組成物は、上述した複素環含有ポリマー前駆体およびラジカル重合性化合物以外の他の重合性化合物をさらに含むことができる。他の重合性化合物としては、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基またはアシルオキシメチル基を有する化合物;エポキシ化合物;オキセタン化合物;ベンゾオキサジン化合物が挙げられる。
(ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基またはアシルオキシメチル基を有する化合物)
ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基またはアシルオキシメチル基を有する化合物としては、下記式(AM1)で示される化合物が好ましい。
(式中、tは、1〜20の整数を示し、Rは炭素数1〜200のt価の有機基を示し、Rは、−ORまたは、−OCO−Rで示される基を示し、Rは、水素原子または炭素数1〜10の有機基を示し、Rは、炭素数1〜10の有機基を示す。)
複素環含有ポリマー前駆体100質量部に対して、式(AM1)で示される化合物の含有量は、5〜40質量部であることが好ましい。さらに好ましくは、10〜35質量部である。また、他の重合性化合物の全量中に、下記式(AM4)で表される化合物を10〜90質量%含有し、下記式(AM5)で表される化合物を10〜90質量%含有することも好ましい。
(式中、Rは炭素数1〜200の2価の有機基を示し、Rは、−ORまたは、−OCO−Rで示される基を示し、Rは、水素原子または炭素数1〜10の有機基を示し、Rは、炭素数1〜10の有機基を示す。)
(式中、uは3〜8の整数を示し、Rは炭素数1〜200のu価の有機基を示し、Rは、−ORまたは、−OCO−Rで示される基を示し、Rは、水素原子または炭素数1〜10の有機基を示し、Rは、炭素数1〜10の有機基を示す。)
上述のヒドロキシメチル基等を有する化合物を用いることで、凹凸のある基板上に本発明の感光性樹脂組成物を適用した際に、クラックの発生をより効果的に抑制できる。また、パターン加工性に優れ、5%質量減少温度が350℃以上、より好ましくは380℃以上となる高い耐熱性を有する硬化膜を形成することができる。式(AM4)で示される化合物の具体例としては、46DMOC、46DMOEP(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)、DML−MBPC、DML−MBOC、DML−OCHP、DML−PCHP、DML−PC、DML−PTBP、DML−34X、DML−EP、DML−POP、dimethylolBisOC−P、DML−PFP、DML−PSBP、DML−MTrisPC(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、NIKALAC MX−290(商品名、(株)三和ケミカル製)、2,6−dimethoxymethyl−4−t−buthylphenol、2,6−dimethoxymethyl−p−cresol、2,6−diacethoxymethyl−p−cresolなどが挙げられる。
また、式(AM5)で示される化合物の具体例としては、TriML−P、TriML−35XL、TML−HQ、TML−BP、TML−pp−BPF、TML−BPA、TMOM−BP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、TM−BIP−A(商品名、旭有機材工業(株)製)、NIKALAC MX−280、NIKALAC MX−270、NIKALAC MW−100LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)が挙げられる。
(エポキシ化合物(エポキシ基を有する化合物))
エポキシ化合物としては、一分子中にエポキシ基を2以上有する化合物であることが好ましい。エポキシ基は、200℃以下で架橋反応し、かつ、架橋に由来する脱水反応が起こらないため膜収縮が起きにくい。このため、エポキシ化合物を含有することは、組成物の低温硬化および反りの抑制に効果的である。
エポキシ化合物は、ポリエチレンオキサイド基を含有することが好ましい。これにより、より弾性率が低下し、また反りを抑制することができる。ポリエチレンオキサイド基は、エチレンオキサイドの繰り返し単位数が2以上のものを意味し、繰り返し単位数が2〜15であることが好ましい。
エポキシ化合物の例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;プロピレングリコールジグリシジルエーテル等のアルキレングリコール型エポキシ樹脂;ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等のポリアルキレングリコール型エポキシ樹脂;ポリメチル(グリシジロキシプロピル)シロキサン等のエポキシ基含有シリコーンなどを挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、エピクロン(登録商標)850−S、エピクロン(登録商標)HP−4032、エピクロン(登録商標)HP−7200、エピクロン(登録商標)HP−820、エピクロン(登録商標)HP−4700、エピクロン(登録商標)EXA−4710、エピクロン(登録商標)HP−4770、エピクロン(登録商標)EXA−859CRP、エピクロン(登録商標)EXA−1514、エピクロン(登録商標)EXA−4880、エピクロン(登録商標)EXA−4850−150、エピクロンEXA−4850−1000、エピクロン(登録商標)EXA−4816、エピクロン(登録商標)EXA−4822(以上商品名、大日本インキ化学工業(株)製)、リカレジン(登録商標)BEO−60E(商品名、新日本理化(株)製)、EP−4003S、EP−4000S(以上商品名、(株)ADEKA製)などが挙げられる。この中でも、ポリエチレンオキサイド基を含有するエポキシ樹脂が、反りの抑制および耐熱性に優れる点で好ましい。例えば、エピクロン(登録商標)EXA−4880、エピクロン(登録商標)EXA−4822、リカレジン(登録商標)BEO−60Eは、ポリエチレンオキサイド基を含有するので好ましい。
エポキシ化合物の含有量は、複素環含有ポリマー前駆体100質量部に対し、5〜50質量部が好ましく、10〜50質量部がより好ましく、10〜40質量部がさらに好ましい。エポキシ化合物の含有量が5質量部以上であれば、得られる硬化膜の反りをより抑制でき、50質量部以下であれば、硬化時のリフローを原因とするパターン埋まりをより抑制できる。
(オキセタン化合物(オキセタニル基を有する化合物))
オキセタン化合物としては、一分子中にオキセタン環を2つ以上有する化合物、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,4−ビス{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、3−エチル−3−(2−エチルヘキシルメチル)オキセタン、1,4−ベンゼンジカルボン酸−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メチル]エステル等を挙げることができる。具体的な例としては、東亞合成株式会社製のアロンオキセタンシリーズ(例えば、OXT−121、OXT−221、OXT−191、OXT−223)が好適に使用することができ、これらは単独で、あるいは2種以上混合してもよい。
オキセタン化合物の含有量は、複素環含有ポリマー前駆体100質量部に対し、5〜50質量部が好ましく、10〜50質量部がより好ましく、10〜40質量部がさらに好ましい。
(ベンゾオキサジン化合物(ベンゾオキサゾリル基を有する化合物))
ベンゾオキサジン化合物は、開環付加反応に由来する架橋反応のため、硬化時に脱ガスが発生せず、さらに熱収縮を小さくして反りの発生が抑えられることから好ましい。
ベンゾオキサジン化合物の好ましい例としては、B−a型ベンゾオキサジン、B−m型ベンゾオキサジン(以上、商品名、四国化成工業社製)、ポリヒドロキシスチレン樹脂のベンゾオキサジン付加物、フェノールノボラック型ジヒドロベンゾオキサジン化合物が挙げられる。これらは単独で用いるか、あるいは2種以上混合してもよい。
ベンゾオキサジン化合物の含有量は、複素環含有ポリマー前駆体100質量部に対し、5〜50質量部が好ましく、10〜50質量部がより好ましく、10〜40質量部がさらに好ましい。
<<マイグレーション抑制剤>>
感光性樹脂組成物は、さらにマイグレーション抑制剤を含むことが好ましい。マイグレーション抑制剤を含むことにより、金属層(金属配線)由来の金属イオンが感光性樹脂組成物層内へ移動することを効果的に抑制可能となる。
マイグレーション抑制剤としては、特に制限はないが、複素環(ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、テトラゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、2H−ピラン環および6H−ピラン環、トリアジン環)を有する化合物、チオ尿素類およびメルカプト基を有する化合物、ヒンダードフェノール系化合物、サリチル酸誘導体系化合物、ヒドラジド誘導体系化合物が挙げられる。特に、1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾール等のトリアゾール系化合物、1H−テトラゾール、ベンゾテトラゾール等のテトラゾール系化合物が好ましく使用できる。
また、ハロゲンイオンなどの陰イオンを捕捉するイオントラップ剤を使用することもできる。
その他のマイグレーション抑制剤としては、特開2013−15701号公報の段落0094に記載の防錆剤、特開2009−283711号公報の段落0073〜0076に記載の化合物、特開2011−59656号公報の段落0052に記載の化合物、特開2012−194520号公報の段落0114、0116および0118に記載の化合物などを使用することができる。
マイグレーション抑制剤の具体例としては、下記化合物を挙げることができる。
感光性樹脂組成物がマイグレーション抑制剤を有する場合、マイグレーション抑制剤の含有量は、感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.01〜5.0質量%であることが好ましく、0.05〜2.0質量%がより好ましく、0.1〜1.0質量%がさらに好ましい。
マイグレーション抑制剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。マイグレーション抑制剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<重合禁止剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、重合禁止剤を含むことが好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、1,4−メトキシフェノール、ジ−tert−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、p−tert−ブチルカテコール、1,4−ベンゾキノン、ジフェニル−p−ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシアミンアルミニウム塩、フェノチアジン、N−ニトロソジフェニルアミン、N−フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、5−ニトロソ−8−ヒドロキシキノリン、1−ニトロソ−2−ナフトール、2−ニトロソ−1−ナフトール、2−ニトロソ−5−(N−エチル−N−スルホプロピルアミノ)フェノール、N−ニトロソ−N−(1−ナフチル)ヒドロキシアミンアンモニウム塩、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−tert−ブチル)フェニルメタンなどが好適に用いられる。また、特開2015−127817号公報の段落0060に記載の重合禁止剤、および、国際公開WO2015/125469号の段落0031〜0046に記載の化合物を用いることもできる。
また、下記化合物を用いることができる(Meはメチル基である)。
本発明の感光性樹脂組成物が重合禁止剤を有する場合、重合禁止剤の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.01〜5質量%であることが好ましい。
重合禁止剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。重合禁止剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<金属接着性改良剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、電極や配線などに用いられる金属材料との接着性を向上させるための金属接着性改良剤を含んでいることが好ましい。金属接着性改良剤としては、シランカップリング剤などが挙げられる。
シランカップリング剤の例としては、特開2014−191002号公報の段落0062〜0073に記載の化合物、国際公開WO2011/080992A1号の段落0063〜0071に記載の化合物、特開2014−191252号公報の段落0060〜0061に記載の化合物、特開2014−41264号公報の段落0045〜0052に記載の化合物、国際公開WO2014/097594号の段落0055に記載の化合物が挙げられる。また、特開2011−128358号公報の段落0050〜0058に記載のように異なる2種以上のシランカップリング剤を用いることも好ましい。また、シランカップリング剤は、下記化合物を用いることも好ましい。以下の式中、Etはエチル基を表す。
また、金属接着性改良剤は、特開2014−186186号公報の段落0046〜0049に記載の化合物、特開2013−072935号公報の段落0032〜0043に記載のスルフィド系化合物を用いることもできる。
金属接着性改良剤の含有量は複素環含有ポリマー前駆体100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部であり、より好ましくは0.5〜15質量部の範囲である。0.1質量部以上とすることで硬化工程後の硬化膜と金属層との接着性が良好となり、30質量部以下とすることで硬化工程後の硬化膜の耐熱性、機械特性が良好となる。金属接着性改良剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。2種以上用いる場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<塩基発生剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、塩基発生剤を含んでいてもよい。塩基発生剤は、熱塩基発生剤でも光塩基発生剤でもよく、光塩基発生剤を少なくとも含むことが好ましい。
<<<熱塩基発生剤>>>
熱塩基発生剤としては、その種類等は特に定めるものではないが、40℃以上に加熱すると塩基を発生する酸性化合物、および、pKa1が0〜4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有するアンモニウム塩から選ばれる少なくとも一種を含む熱塩基発生剤を含むことが好ましい。ここで、pKa1とは、多価の酸の第一のプロトンの解離定数(Ka)の対数表示(−Log10Ka)を示す。
このような化合物を配合することにより、複素環含有ポリマー前駆体の環化反応を低温で行うことができ、また、より安定性に優れた組成物とすることができる。また、熱塩基発生剤は、加熱しなければ塩基を発生しないので、複素環含有ポリマー前駆体と共存させても、保存中における複素環含有ポリマー前駆体の環化を抑制でき、保存安定性に優れている。
本発明における熱塩基発生剤は、40℃以上に加熱すると塩基を発生する酸性化合物(A1)、および、pKa1が0〜4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有するアンモニウム塩(A2)から選ばれる少なくとも一種を含む。
上記酸性化合物(A1)および上記アンモニウム塩(A2)は、加熱すると塩基を発生するので、これらの化合物から発生した塩基により、複素環含有ポリマー前駆体の環化反応を促進でき、複素環含有ポリマー前駆体の環化を低温で行うことができる。また、これらの化合物は、塩基により環化して硬化する複素環含有ポリマー前駆体と共存させても、加熱しなければ複素環含有ポリマー前駆体の環化が殆ど進行しないので、安定性に優れた複素環含有ポリマー前駆体を調製することができる。
なお、本明細書において、酸性化合物とは、化合物を容器に1g採取し、イオン交換水とテトラヒドロフランとの混合液(質量比は水/テトラヒドロフラン=1/4)を50mL加えて、室温で1時間撹拌する。その溶液をpHメーターを用いて、20℃にて測定した値が7未満である化合物を意味する。
本発明において、酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度は、40℃以上が好ましく、120〜200℃がより好ましい。塩基発生温度の上限は、190℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましく、165℃以下がさらに好ましい。塩基発生温度の下限は、130℃以上が好ましく、135℃以上がより好ましい。
酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度が120℃以上であれば、保存中に塩基が発生しにくいので、安定性に優れた複素環含有ポリマー前駆体を調製することができる。酸性化合物(A1)およびアンモニウム塩(A2)の塩基発生温度が200℃以下であれば、複素環含有ポリマー前駆体の環化温度を低下できる。塩基発生温度は、例えば、示差走査熱量測定を用い、化合物を耐圧カプセル中5℃/分で250℃まで加熱し、最も温度が低い発熱ピークのピーク温度を読み取り、ピーク温度を塩基発生温度として測定することができる。
本発明において、熱塩基発生剤により発生する塩基は、2級アミンまたは3級アミンが好ましく、3級アミンがより好ましい。3級アミンは、塩基性が高いので、複素環含有ポリマー前駆体の環化温度をより低下できる。また、熱塩基発生剤により発生する塩基の沸点は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、140℃以上であることがさらに好ましい。また、発生する塩基の分子量は、80〜2000が好ましい。下限は100以上がより好ましい。上限は500以下がより好ましい。なお、分子量の値は、構造式から求めた理論値である。
本発明において、上記酸性化合物(A1)は、アンモニウム塩および後述する式(101)または(102)で表される化合物から選ばれる1種以上を含むことが好ましい。
本発明において、上記アンモニウム塩(A2)は、酸性化合物であることが好ましい。なお、上記アンモニウム塩(A2)は、40℃以上(好ましくは120〜200℃)に加熱すると塩基を発生する酸性化合物を含む化合物であってもよいし、40℃以上(好ましくは120〜200℃)に加熱すると塩基を発生する酸性化合物を除く化合物であってもよい。
<<<<アンモニウム塩>>>>
本発明において、アンモニウム塩とは、下記式(101)または式(102)で表されるアンモニウムカチオンと、アニオンとの塩を意味する。アニオンは、アンモニウムカチオンのいずれかの一部と共有結合を介して結合していてもよく、アンモニウムカチオンの分子外に有していてもよいが、アンモニウムカチオンの分子外に有していることが好ましい。なお、アニオンが、アンモニウムカチオンの分子外に有するとは、アンモニウムカチオンとアニオンが共有結合を介して結合していない場合をいう。以下、カチオン部の分子外のアニオンを対アニオンともいう。
式(101) 式(102)
式中R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子または炭化水素基を表し、Rは炭化水素基を表す。RとR、RとR、RとR、RとRはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
アンモニウムカチオンは、下記式(Y1−1)〜(Y1−5)のいずれかで表されることが好ましい。
式(Y1−1)〜(Y1−5)において、R101は、n価の有機基を表し、RおよびRは、式(101)または式(102)におけるRおよびRと同義である。
式(Y1−1)〜(Y1−4)において、Ar101およびAr102は、それぞれ独立に、アリール基を表し、nは、1以上の整数を表し、mは、0〜5の整数を表す。
本実施形態において、アンモニウム塩は、pKa1が0〜4のアニオンとアンモニウムカチオンとを有することが好ましい。アニオンのpKa1の上限は、3.5以下がより好ましく、3.2以下が一層好ましい。下限は、0.5以上が好ましく、1.0以上がより好ましい。アニオンのpKa1が上記範囲であれば、複素環含有ポリマー前駆体をより低温で環化でき、さらには、組成物の安定性を向上できる。pKa1が4以下であれば、熱塩基発生剤の安定性が良好で、加熱なしに塩基が発生することを抑制でき、組成物の安定性が良好である。pKa1が0以上であれば、発生した塩基が中和されにくく、複素環含有ポリマー前駆体などの環化効率が良好である。
アニオンの種類は、カルボン酸アニオン、フェノールアニオン、リン酸アニオンおよび硫酸アニオンから選ばれる1種が好ましく、塩の安定性と熱分解性を両立させられるという理由からカルボン酸アニオンがより好ましい。すなわち、アンモニウム塩は、アンモニウムカチオンとカルボン酸アニオンとの塩がより好ましい。
カルボン酸アニオンは、2個以上のカルボキシル基を持つ2価以上のカルボン酸のアニオンが好ましく、2価のカルボン酸のアニオンがより好ましい。この態様によれば、組成物の安定性、硬化性および現像性をより向上できる熱塩基発生剤とすることができる。特に、2価のカルボン酸のアニオンを用いることで、組成物の安定性、硬化性および現像性をさらに向上できる。
本実施形態において、カルボン酸アニオンは、pKa1が4以下のカルボン酸のアニオンであることが好ましい。pKa1は、3.5以下がより好ましく、3.2以下が一層好ましい。この態様によれば、組成物の安定性をより向上できる。
ここでpKa1とは、酸の第一のプロトンの解離定数の逆数の対数を表し、Determination of Organic Structures by Physical Methods(著者:Brown, H. C., McDaniel, D. H., Hafliger, O., Nachod, F. C.; 編纂:Braude, E. A., Nachod, F. C.; Academic Press, New York, 1955)や、Data for Biochemical Research(著者:Dawson, R.M.C.et al; Oxford, Clarendon Press, 1959)に記載の値を参照することができる。これらの文献に記載の無い化合物については、ACD/pKa(ACD/Labs製)のソフトを用いて構造式より算出した値を用いることとする。
カルボン酸アニオンは、下記式(X1)で表されることが好ましい。
式(X1)において、EWGは、電子求引性基を表す。
本実施形態において電子求引性基とは、ハメットの置換基定数σmが正の値を示すものを意味する。ここでσmは、都野雄甫総説、有機合成化学協会誌第23巻第8号(1965)p.631−642に詳しく説明されている。なお、本実施形態における電子求引性基は、上記文献に記載された置換基に限定されるものではない。
σmが正の値を示す置換基の例としては例えば、CF基(σm=0.43)、CFCO基(σm=0.63)、HC≡C基(σm=0.21)、CH=CH基(σm=0.06)、Ac基(σm=0.38)、MeOCO基(σm=0.37)、MeCOCH=CH基(σm=0.21)、PhCO基(σm=0.34)、HNCOCH基(σm=0.06)などが挙げられる。なお、Meはメチル基を表し、Acはアセチル基を表し、Phはフェニル基を表す(以下、同じ)。
EWGは、下記式(EWG−1)〜(EWG−6)で表される基であることが好ましい。
式(EWG−1)〜(EWG−6)中、Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヒドロキシル基またはカルボキシル基を表し、Arは芳香族基を表す。
本実施形態において、カルボン酸アニオンは、下記式(XA)で表されることが好ましい。
式(XA)
式(XA)において、L10は、単結合、または、アルキレン基、アルケニレン基、芳香族基、−NR−およびこれらの組み合わせから選ばれる2価の連結基を表し、Rは、水素原子、アルキル基、アルケニル基またはアリール基を表す。
カルボン酸アニオンの具体例としては、マレイン酸アニオン、フタル酸アニオン、N−フェニルイミノ二酢酸アニオンおよびシュウ酸アニオンが挙げられる。
熱塩基発生剤の詳細は、特開2016−027357号公報の段落0021〜0077の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
熱塩基発生剤としては、以下の化合物が例示される。
熱塩基発生剤を用いる場合、組成物における熱塩基発生剤の含有量は、組成物の全固形分に対し、0.1〜50質量%であることが好ましい。下限は、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
熱塩基発生剤は、1種または2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
<<<光塩基発生剤>>>
本発明で用いる感光性樹脂組成物は、光塩基発生剤を含んでいてもよい。光塩基発生剤とは、露光により塩基を発生するものであり、常温常圧の通常の条件下では活性を示さないが、外部刺激として電磁波の照射と加熱が行なわれると、塩基(塩基性物質)を発生するものであれば特に限定されるものではない。露光により発生した塩基は複素環含有ポリマー前駆体を加熱により硬化させる際の触媒として働くため、ネガ型の現像処理を行う場合に好適に用いることができる。
本発明においては、光塩基発生剤として公知のものを用いることができる。例えば、M.Shirai, and M.Tsunooka, Prog.Polym.Sci.,21,1(1996);角岡正弘,高分子加工,46,2(1997);C.Kutal,Coord.Chem.Rev.,211,353(2001);Y.Kaneko,A.Sarker, and D.Neckers,Chem.Mater.,11,170(1999);H.Tachi,M.Shirai, and M.Tsunooka,J.Photopolym.Sci.Technol.,13,153(2000);M.Winkle, and K.Graziano,J.Photopolym.Sci.Technol.,3,419(1990);M.Tsunooka,H.Tachi, and S.Yoshitaka,J.Photopolym.Sci.Technol.,9,13(1996);K.Suyama,H.Araki,M.Shirai,J.Photopolym.Sci.Technol.,19,81(2006)に記載されているように、遷移金属化合物錯体や、アンモニウム塩などの構造を有するものや、アミジン部分がカルボン酸と塩を形成することで潜在化されたもののように、塩基成分が塩を形成することにより中和されたイオン性の化合物や、カルバメート誘導体、オキシムエステル誘導体、アシル化合物などのウレタン結合やオキシム結合などにより塩基成分が潜在化された非イオン性の化合物を挙げることができる。
光塩基発生剤から発生される塩基性物質としては特に限定されないが、アミノ基を有する化合物、特にモノアミンや、ジアミンなどのポリアミン、また、アミジンなどが挙げられる。
発生する塩基性物質は、より塩基性度の高いアミノ基を有する化合物が好ましい。複素環含有ポリマー前駆体のイミド化における脱水縮合反応等に対する触媒作用が強く、より少量の添加で、より低い温度での脱水縮合反応等における触媒効果の発現が可能となるからである。つまりは、発生した塩基性物質の触媒効果が大きいため、ネガ型感光性樹脂組成物としての見た目の感度は向上する。
上記触媒効果の観点からアミジン、脂肪族アミンであることが好ましい。
本発明で用いる光塩基発生剤としては、芳香環を含み、発生する塩基性物質が、アミノ基を有する化合物であることが好ましい。
本発明に係る光塩基発生剤としては、例えば、特開2009−80452号公報および国際公開第2009/123122号パンフレットで開示されたような桂皮酸アミド構造を有する光塩基発生剤、特開2006−189591号公報および特開2008−247747号公報で開示されたようなカルバメート構造を有する光塩基発生剤、特開2007−249013号公報および特開2008−003581号公報で開示されたようなオキシム構造、カルバモイルオキシム構造を有する光塩基発生剤等が挙げられるが、これらに限定されず、その他にも公知の光塩基発生剤の構造を用いることができる。
その他、光塩基発生剤としては、特開2012−93746号公報の段落0185〜0188、0199〜0200および0202に記載の化合物、特開2013−194205号公報の段落0022〜0069に記載の化合物、特開2013−204019号公報の段落0026〜0074に記載の化合物、ならびに国際公開WO2010/064631号公報の段落0052に記載の化合物が例として挙げられる。
光塩基発生剤の市販品としては、WPBG−266、WPBG−300、WPGB−345、WPGB−140、WPBG−165、WPBG−027、PBG−018、WPGB−015、WPBG−041、WPGB−172、WPGB−174、WPBG−166、WPGB−158、WPGB−025、WPGB−168、WPGB−167およびWPBG−082(和光純薬工業(株)製)を用いることもできる。
また、光塩基発生剤としては、下記化合物が例示される。
光塩基発生剤を用いる場合、組成物における光塩基発生剤の含有量は、組成物の全固形分に対し、0.1〜50質量%であることが好ましい。下限は、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
光塩基発生剤は、1種または2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
<<その他の添加剤>>
本発明の感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種の添加物、例えば、熱酸発生剤、増感色素、連鎖移動剤、界面活性剤、高級脂肪酸誘導体、無機粒子、硬化剤、硬化触媒、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加剤を配合する場合、その合計配合量は組成物の固形分の3質量%以下とすることが好ましい。
<<<熱酸発生剤>>>
本発明の感光性樹脂組成物は、熱酸発生剤を含んでいてもよい。熱酸発生剤は、加熱により酸を発生し、複素環含有ポリマー前駆体の環化を促進し硬化膜の機械特性をより向上させる。熱酸発生剤は、特開2013−167742号公報の段落0059に記載の化合物などが挙げられる。
熱酸発生剤の含有量は、複素環含有ポリマー前駆体100質量部に対して0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましい。熱酸発生剤を0.01質量部以上含有することで、架橋反応および複素環含有ポリマー前駆体の環化が促進されるため、硬化膜の機械特性および耐薬品性をより向上させることができる。また、熱酸発生剤の含有量は、硬化膜の電気絶縁性の観点から、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が特に好ましい。
熱酸発生剤は、1種のみ用いても、2種以上用いてもよい。2種以上用いる場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<<増感色素>>>
本発明の感光性樹脂組成物は、増感色素を含んでいてもよい。増感色素は、特定の活性放射線を吸収して電子励起状態となる。電子励起状態となった増感色素は、熱塩基発生剤、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤などと接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用が生じる。これにより、熱塩基発生剤、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤は化学変化を起こして分解し、ラジカル、酸或いは塩基を生成する。増感色素の詳細については、特開2016−027357号公報の段落0161〜0163の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の感光性樹脂組成物が増感色素を含む場合、増感色素の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対し、0.01〜20質量%であることが好ましく、0.1〜15質量%がより好ましく、0.5〜10質量%がさらに好ましい。増感色素は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<<<連鎖移動剤>>>
本発明の感光性樹脂組成物は、連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤は、例えば高分子辞典第三版(高分子学会編、2005年)683−684頁に定義されている。連鎖移動剤としては、例えば、分子内にSH、PH、SiH、GeHを有する化合物群が用いられる。これらは、低活性のラジカルに水素を供与して、ラジカルを生成するか、もしくは、酸化された後、脱プロトンすることによりラジカルを生成しうる。特に、チオール化合物(例えば、2−メルカプトベンズイミダゾール類、2−メルカプトベンズチアゾール類、2−メルカプトベンズオキサゾール類、3−メルカプトトリアゾール類、5−メルカプトテトラゾール類等)を好ましく用いることができる。
本発明の感光性樹脂組成物が連鎖移動剤を有する場合、連鎖移動剤の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分100質量部に対し、0.01〜20質量部が好ましく、1〜10質量部がより好ましく、1〜5質量部がさらに好ましい。連鎖移動剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。連鎖移動剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<<界面活性剤>>>
本発明の感光性樹脂組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種類の界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種類の界面活性剤を使用できる。また、下記界面活性剤も好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物が界面活性剤を有する場合、界面活性剤の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.001〜2.0質量%であることが好ましく、より好ましくは0.005〜1.0質量%である。界面活性剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。界面活性剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<<高級脂肪酸誘導体>>>
本発明の感光性樹脂組成物は、酸素に起因する重合阻害を防止するために、ベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体を添加して、塗布後の乾燥の過程で組成物の表面に偏在させてもよい。
本発明の感光性樹脂組成物が高級脂肪酸誘導体を有する場合、高級脂肪酸誘導体の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1〜10質量%であることが好ましい。高級脂肪酸誘導体は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。高級脂肪酸誘導体が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
<<その他の含有物質についての制限>>
本発明の感光性樹脂組成物の水分含有量は、塗布面性状の観点から、5質量%未満が好ましく、1質量%未満がさらに好ましく、0.6質量%未満が特に好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物の金属含有量は、絶縁性の観点から、5質量ppm(parts per million)未満が好ましく、1質量ppm未満がさらに好ましく、0.5質量ppm未満が特に好ましい。金属としては、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、鉄、クロム、ニッケルなどが挙げられる。金属を複数含む場合は、これらの金属の合計が上記範囲であることが好ましい。
また、本発明の感光性樹脂組成物に意図せずに含まれる金属不純物を低減する方法としては、本発明の感光性樹脂組成物を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、本発明の感光性樹脂組成物を構成する原料に対してフィルターろ過を行う、装置内をポリテトラフロロエチレン等でライニングしてコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法を挙げることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、ハロゲン原子の含有量が、配線腐食性の観点から、500質量ppm未満が好ましく、300質量ppm未満がより好ましく、200質量ppm未満が特に好ましい。中でも、ハロゲンイオンの状態で存在するものは、5質量ppm未満が好ましく、1質量ppm未満がより好ましく、0.5質量ppm未満がさらに好ましい。ハロゲン原子としては、塩素原子および臭素原子が挙げられる。塩素原子および臭素原子、あるいは塩素イオンおよび臭素イオンの合計がそれぞれ上記範囲であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物の収納容器としては従来公知の収納容器を用いることができる。また、収納容器としては、原材料や組成物中への不純物混入を抑制することを目的に、容器内壁を6種6層の樹脂で構成された多層ボトルや、6種の樹脂を7層構造にしたボトルを使用することも好ましい。このような容器としては例えば特開2015−123351号公報に記載の容器が挙げられる。
<<組成物の調製>>
本発明の感光性樹脂組成物は、上記各成分を混合して調製することができる。混合方法は特に限定はなく、従来公知の方法で行うことができる。
また、組成物中のゴミや微粒子等の異物を除去する目的で、フィルターを用いたろ過を行うことが好ましい。フィルター孔径は、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下がさらに好ましい。フィルターの材質は、ポリテトラフロロエチレン、ポリエチレンまたはナイロンが好ましい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルターろ過工程では、複数種のフィルターを直列または並列に接続して用いてもよい。複数種のフィルターを使用する場合は、孔径および/または材質が異なるフィルターを組み合わせて使用してもよい。また、各種材料を複数回ろ過してもよい。複数回ろ過する場合は、循環ろ過であってもよい。また、加圧してろ過を行ってもよい。加圧してろ過を行う場合、加圧する圧力は0.05MPa以上0.3MPa以下が好ましい。
フィルターを用いたろ過の他、吸着材を用いた不純物の除去処理を行ってもよい。フィルターろ過と吸着材を用いた不純物除去処理とを組み合わせてもよい。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができる。例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの無機系吸着材、活性炭などの有機系吸着材が挙げられる。
<硬化膜、半導体デバイス、硬化膜の製造方法、積層体の製造方法および半導体デバイスの製造方法>
次に、本発明の硬化膜、半導体デバイス、硬化膜の製造方法、積層体の製造方法および半導体デバイスの製造方法について説明する。
本発明の硬化膜は、本発明の感光性樹脂組成物を硬化してなる。本発明の硬化膜の膜厚は、例えば、0.5μm以上とすることができ、1μm以上とすることができる。また、上限値としては、100μm以下とすることができ、30μm以下とすることもできる。
本発明の硬化膜を2層以上積層して積層体としてもよい。本発明の硬化膜を2層以上有する積層体は、硬化膜の間に金属層を有する態様が好ましい。このような金属層は、再配線層などの金属配線として好ましく用いられる。
本発明の硬化膜の適用可能な分野としては、半導体デバイスの絶縁膜、再配線層用層間絶縁膜などが挙げられる。特に、解像性が良好であるため、3次元実装デバイスにおける再配線層用層間絶縁膜などに好ましく用いることができる。
また、本発明における硬化膜は、エレクトロニクス用のフォトレジスト、ガルバニック(電解)レジスト(galvanic resist)、エッチングレジスト、ソルダートップレジスト(solder top resist)などに用いることもできる。
また、本発明における硬化膜は、オフセット版面またはスクリーン版面などの版面の製造、成形部品のエッチングへの使用、エレクトロニクス、特に、マイクロエレクトロニクスにおける保護ラッカーおよび誘電層の製造などにも用いることもできる。
本発明の硬化膜の製造方法は、本発明の感光性樹脂組成物を用いることを含む。好ましくは、本発明の感光性樹脂組成物を基板に適用して層状にする、感光性樹脂組成物層形成工程と、上記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程と、上記露光された感光性樹脂組成物層(樹脂層)に対して、現像処理を行う現像処理工程とを有する、硬化膜の製造方法が挙げられる。本発明の感光性樹脂組成物は、ネガ型現像を行う場合に好ましく用いられる。
本発明の積層体の製造方法は、本発明の硬化膜の製造方法を含む。本発明の積層体の製造方法は、本発明の硬化膜の製造方法に従って、硬化膜を形成後、さらに、再度、感光性樹脂組成物層形成工程、露光工程、および、現像処理工程を、上記順に再度行うことが好ましい。特に、感光性樹脂組成物層形成工程、露光工程、および、現像処理工程を、さらに、上記順に2〜5回(すなわち、合計で3〜6回)行うことが好ましい。このように硬化膜を積層することにより、積層体とすることができる。本発明では特に、硬化膜を設けて現像した後、現像除去された部分に金属層を設けることが好ましい。
以下これらの詳細を説明する。
<<感光性樹脂組成物層形成工程>>
本発明の積層体の製造方法は、感光性樹脂組成物を基板に適用して層状にする、感光性樹脂組成物層形成工程を含む。
基板の種類は、用途に応じて適宜定めることができるが、シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体作製基板、石英、ガラス、光学フィルム、セラミック材料、蒸着膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Feなどの金属基板、紙、SOG(Spin On Glass)、TFT(薄膜トランジスタ)アレイ基板、プラズマディスプレイパネル(PDP)の電極板など特に制約されない。本発明では、特に、半導体作製基板が好ましく、シリコン基板がより好ましい。
また、樹脂層の表面や金属層の表面に感光性樹脂組成物層を形成する場合は、樹脂層や金属層が基板となる。
感光性樹脂組成物を基板に適用する手段としては、塗布が好ましい。
具体的には、適用する手段としては、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スプレーコート法、スピンコート法、スリットコート法、およびインクジェット法などが例示される。感光性樹脂組成物層の厚さの均一性の観点から、より好ましくはスピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、インクジェット法である。方法に応じて適切な固形分濃度や塗布条件を調整することで、所望の厚さの樹脂層を得ることができる。また、基板の形状によっても塗布方法を適宜選択でき、ウェハ等の円形基板であればスピンコート法やスプレーコート法、インクジェット法等が好ましく、矩形基板であればスリットコート法やスプレーコート法、インクジェット法等が好ましい。スピンコート法の場合は、例えば、500〜2000rpmの回転数で、10秒〜1分程度適用することができる。
<<乾燥工程>>
本発明の積層体の製造方法は、感光性樹脂組成物層を形成後、溶剤を除去するために乾燥する工程を含んでいてもよい。好ましい乾燥温度は50〜150℃で、70℃〜130℃がより好ましく、90℃〜110℃がさらに好ましい。乾燥時間としては、30秒〜20分が例示され、1分〜10分が好ましく、3分〜7分がより好ましい。
<<露光工程>>
本発明の積層体の製造方法は、上記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程を含む。露光量は、感光性樹脂組成物を硬化できる限り特に定めるものではないが、例えば、波長365nmでの露光エネルギー換算で100〜10000mJ/cm照射することが好ましく、200〜8000mJ/cm照射することがより好ましい。
露光波長は、190〜1000nmの範囲で適宜定めることができ、240〜550nmが好ましい。
<<現像処理工程>>
本発明の積層体の製造方法は、露光された感光性樹脂組成物層に対して、ネガ型現像処理を行う現像処理工程を含む。ネガ型現像を行うことにより、露光されていない部分(非露光部)が除去される。現像方法は、所望のパターンを形成できれば特に制限は無く、例えば、パドル、スプレー、浸漬、超音波等の現像方法が採用可能である。
現像は現像液を用いて行う。現像液は、露光されていない部分(非露光部)が除去されるのであれば、特に制限なく使用できる。現像液は、有機溶剤を含むことが好ましい。有機溶剤は、エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、アルキルオキシ酢酸アルキル(例:アルキルオキシ酢酸メチル、アルキルオキシ酢酸エチル、アルキルオキシ酢酸ブチル(例えば、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等))、3−アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例:3−アルキルオキシプロピオン酸メチル、3−アルキルオキシプロピオン酸エチル等(例えば、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等))、2−アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例:2−アルキルオキシプロピオン酸メチル、2−アルキルオキシプロピオン酸エチル、2−アルキルオキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メト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、2−エトキシプロピオン酸エチル))、2−アルキルオキシ−2−メチルプロピオン酸メチルおよび2−アルキルオキシ−2−メチルプロピオン酸エチル(例えば、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル等、並びに、エーテル類として、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、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、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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等、並びに、ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、N−メチル−2−ピロリドン等、並びに、芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、リモネン等、スルホキシド類としてジメチルスルホキシドが好適に挙げられる。
本発明では、特にシクロペンタノン、γ−ブチロラクトンが好ましく、シクロペンタノンがより好ましい。
現像時間としては、10秒〜5分が好ましい。現像時の温度は、特に定めるものではないが、通常、20〜40℃で行うことができる。
現像液を用いた処理の後、さらに、リンスを行ってもよい。リンスは、現像液とは異なる溶剤で行うことが好ましい。例えば、感光性樹脂組成物に含まれる溶剤を用いてリンスすることができる。リンス時間は、5秒〜1分が好ましい。
<<加熱工程>>
本発明の積層体の製造方法は、加熱工程を含むことが好ましい。加熱工程では、複素環含有ポリマー前駆体の環化反応が進行する。また、本発明の感光性樹脂組成物がラジカル重合性化合物を含む場合、未反応のラジカル重合性化合物の硬化なども進行する。加熱温度(最高加熱温度)としては、50〜450℃が好ましく、140〜400℃がより好ましく、160〜350℃がさらに好ましい。
加熱は、加熱開始時の温度から最高加熱温度まで1〜12℃/分の昇温速度で行うことが好ましく、2〜10℃/分がより好ましく、3〜10℃/分がさらに好ましい。昇温速度を2℃/分以上とすることにより、生産性を確保しつつ、アミンの過剰な揮発を防止することができ、昇温速度を12℃/分以下とすることにより、硬化膜の残存応力を緩和することができる。
加熱開始時の温度は、20℃〜150℃が好ましく、20℃〜130℃がより好ましく、25℃〜120℃がさらに好ましい。加熱開始時の温度は、最高加熱温度まで加熱する工程を開始する際の温度のことをいう。例えば、感光性樹脂組成物を基板の上に適用した後、乾燥させる場合、この乾燥後の温度であり、例えば、感光性樹脂組成物に含まれる溶剤の沸点よりも、30〜200℃低い温度から徐々に昇温させることが好ましい。
加熱時間(最高加熱温度での加熱時間)は、10〜360分であることが好ましく、20〜300分であることがさらに好ましく、30〜240分であることが特に好ましい。
特に多層の積層体を形成する場合、硬化膜の層間の密着性の観点から、加熱温度は180℃〜320℃で加熱することが好ましく、180℃〜260℃で加熱することがより好ましい。その理由は定かではないが、この温度とすることで、層間の複素環含有ポリマー前駆体のエチニル基同士が架橋反応を進行しているためと考えられる。
加熱は段階的に行ってもよい。例として、25℃から180℃まで3℃/分で昇温し、180℃にて60分保持し、180℃から200℃まで2℃/分で昇温し、200℃にて120分保持する、といった前処理工程を行ってもよい。前処理工程としての加熱温度は100〜200℃が好ましく、110〜190℃であることがより好ましく、120〜185℃であることがさらに好ましい。この前処理工程においては、米国US9159547号公報に記載のように紫外線を照射しながら処理することも好ましい。このような前処理工程により膜の特性を向上させることが可能である。前処理工程は10秒間〜2時間程度の短い時間で行うとよく、15秒〜30分間がより好ましい。前処理は2段階以上のステップとしてもよく、例えば100〜150℃の範囲で前処理工程1を行い、その後に150〜200℃の範囲で前処理工程2を行ってもよい。
さらに、加熱後冷却してもよく、この場合の冷却速度としては、1〜5℃/分であることが好ましい。
加熱工程は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを流す等により、低酸素濃度の雰囲気で行うことが複素環含有ポリマー前駆体の分解を防ぐ点で好ましい。酸素濃度は、50ppm(体積比)以下が好ましく、20ppm(体積比)以下がより好ましい。
<<金属層形成工程>>
本発明の積層体の製造方法は、現像処理後の感光性樹脂組成物層の表面に金属層を形成する金属層形成工程を含んでいることが好ましい。
金属層としては、特に限定なく、既存の金属種を使用することができ、銅、アルミニウム、ニッケル、バナジウム、チタン、クロム、コバルト、金およびタングステンが例示され、銅およびアルミニウムがより好ましく、銅がさらに好ましい。
金属層の形成方法は、特に限定なく、既存の方法を適用することができる。例えば、特開2007−157879号公報、特表2001−521288号公報、特開2004−214501号公報、特開2004−101850号公報に記載された方法を使用することができる。例えば、フォトリソグラフィ、リフトオフ、電解メッキ、無電解メッキ、エッチング、印刷、およびこれらを組み合わせた方法などが考えられる。より具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせたパターニング方法、フォトリソグラフィと電解メッキを組み合わせたパターニング方法が挙げられる。
金属層の厚さとしては、最も厚肉部で、0.1〜50μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
<<積層工程>>
本発明の製造方法は、さらに、積層工程を含むことが好ましい。
積層工程とは、再度、上記感光性樹脂組成物層形成工程、上記露光工程、および、上記現像処理工程を、上記順に行うことを含む一連の工程である。積層工程には、さらに、上記乾燥工程や加熱工程等を含んでいてもよいことは言うまでもない。
積層工程後、さらに積層工程を行う場合には、上記露光工程後、または、上記金属層形成工程後に、さらに、表面活性化処理工程を行ってもよい。表面活性化処理としては、プラズマ処理が例示される。
上記積層工程は、2〜5回行うことが好ましく、3〜5回行うことがより好ましい。
例えば、樹脂層/金属層/樹脂層/金属層/樹脂層/金属層のような、樹脂層が3層以上7層以下の構成が好ましく、3層以上5層以下がさらに好ましい。
すなわち、本発明では特に、金属層を設けた後、さらに、上記金属層を覆うように、上記感光性樹脂組成物層形成工程、上記露光工程、および、上記現像処理工程を、上記順に行うことが好ましい。感光性樹脂組成物層(樹脂)を積層する積層工程と、金属層形成工程を交互に行うことにより、感光性樹脂組成物層(樹脂層)と金属層を交互に積層することができる。
本発明は、本発明の硬化膜または積層体を有する半導体デバイスも開示する。本発明の感光性樹脂組成物を再配線層用層間絶縁膜の形成に用いた半導体デバイスの具体例としては、特開2016−027357号公報の段落0213〜0218の記載および図1の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。「部」、「%」は特に述べない限り、質量基準である。
<複素環含有ポリマー前駆体組成物(感光性樹脂組成物)の合成>
(合成例1)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび下記に示すジアミン(a)からのポリイミド前駆体A−1の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)とを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、4,4’−オキシジフタル酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら17.0gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに38.0gの下記に示すヒドロキシル基含有ジアミン(a)を溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間撹拌した後、20mLのエチルアルコールを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を濾過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液を6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。
ポリイミド前駆体の固体を再び濾過して減圧下で、45℃で3日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量31000、数平均分子量10200、アミン価0.0052mmol/gであった。
ジアミン(a)
(合成例2)
[ピロメリット酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4'−ジアミノ−2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルからのポリイミド前駆体A−2の合成]
29.8gのピロメリット酸二無水物と、36.4gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、22.07gのピリジンと、100mLのテトラヒドロフランを混合し、60℃の温度で4時間撹拌した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、80mLのγ−ブチロラクトンに34.35gのジシクロヘキシルカルボジイミドを溶解させた溶液を−10℃で60分かけて反応混合物に滴下して、混合物を30分撹拌した。続いて、200mLのγ−ブチロラクトンに40.2gの4,4'−ジアミノ−2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を1時間撹拌した後、20mLのエチルアルコールと200mLのγ−ブチロラクトンを加えた。反応混合物に生じた沈殿物をろ過により取り除き、反応液を得た。得られた反応液に14Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させて、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体をろ過し、減圧下45℃で2日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量24900、数平均分子量8300、アミン価0.0071mmol/gであった。
(合成例3)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−3の合成]
42.4gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、36.4gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、22.07gのピリジンと、100mLのテトラヒドロフランを混合し、60℃の温度で4時間撹拌した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、80mLのγ−ブチロラクトンに34.35gのジイソプロピルカルボジイミドを溶解させた溶液を−10℃で60分かけて反応混合物に滴下して、混合物を30分撹拌した。続いて、200mLのγ−ブチロラクトンに25.1gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を1時間撹拌した後、20mLのエチルアルコールと200mLのγ−ブチロラクトンを加えた。反応混合物に生じた沈殿物をろ過により取り除き、反応液を得た。得られた反応液に14Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させて、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体をろ過し、減圧下45℃で2日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量26400、数平均分子量8800、アミン価0.0064mmol/gであった。
(合成例4)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4'−ジアミノ−2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルからのポリイミド前駆体A−4の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムを混合し、60℃の温度で4時間撹拌した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら17.0gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに20.1gの4,4'−ジアミノ−2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を1時間撹拌した後、エチルアルコール20mLを加えた。得られた反応液に6Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させ、固体をろ過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液に6Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を再びろ過して減圧下で、45℃で2日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量25400、数平均分子量8600、アミン価0.0019mmol/gであった。
(合成例5)
[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および4,4’−オキシジベンゾイルクロリドからのからのポリベンゾオキサゾール前駆体組成物A−5の合成]
28.0gの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を200mLのN−メチルピロリドンに撹拌溶解した。続いて、温度を0℃に保ちながら、25.0gの4,4’−オキシジベンゾイルクロリドを30分で滴下した後、60分間撹拌を続けた。得られた反応液に6Lの水を投入してポリベンゾオキサゾール前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体をろ過して減圧下で、45℃で2日間乾燥した。得られた粉末状のポリベンゾオキサゾール前駆体は、重量平均分子量28500、数平均分子量9800、アミン価0.0252mmol/gであった。
(合成例6)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−6の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムとを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、4,4’−オキシジフタル酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら16.5gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに12.6gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間攪拌した後、エチルアルコール20mLを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を濾過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液を6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を再び濾過して減圧下で、45℃で3日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量25200、数平均分子量8000、アミン価0.0050mmol/gであった。
(合成例7)
[3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−7の合成]
20.1gの3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムとを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら16.5gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンに12.6gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間攪拌した後、エチルアルコール20mLを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を濾過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液を6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を再び濾過して減圧下で、45℃で3日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量22100、数平均分子量7800、アミン価0.0219mmol/gであった。
(合成例8)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび1,4−ジアミノベンゼン(パラフェニレンジアミン)からのポリイミド前駆体A−8の合成]
42.4gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、36.4gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、22.07gのピリジンと、100mLのテトラヒドロフランを混合し、60℃の温度で4時間撹拌した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、80mLのγ−ブチロラクトンに34.35gのジイソプロピルカルボジイミドを溶解させた溶液を−10℃で60分かけて反応混合物に滴下して、混合物を30分撹拌した。続いて、400mLのγ−ブチロラクトンに13.6gの1,4−ジアミノベンゼンを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を1時間撹拌した後、20mLのエチルアルコールと200mLのγ−ブチロラクトンを加えた。反応混合物に生じた沈殿物をろ過により取り除き、反応液を得た。得られた反応液に14Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体をろ過し、減圧下45℃で2日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量21400、数平均分子量7800、アミン価0.0023mmol/gであった。
(合成例9)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−9の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムとを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、4,4’−オキシジフタル酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら16.5gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに12.6gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間攪拌した後、2−(ジメチルアミノ)エタノール0.2gとエチルアルコール20mLを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を濾過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液を6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を再び濾過して減圧下で、45℃で3日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量21200、数平均分子量7600、アミン価0.0118mmol/gであった。
(合成例10)
[ピロメリット酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4'−ジアミノ−2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルからのポリイミド前駆体A−10の合成]
29.8gのピロメリット酸二無水物と、36.4gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、22.07gのピリジンと、100mLのテトラヒドロフランを混合し、60℃の温度で4時間撹拌した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、80mLのγ−ブチロラクトンに34.35gのジシクロヘキシルカルボジイミドを溶解させた溶液を−10℃で60分かけて反応混合物に滴下して、混合物を30分撹拌した。続いて、200mLのγ−ブチロラクトンに40.2gの4,4'−ジアミノ−2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルを溶解させた溶液を0℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を1時間撹拌した後、20mLのエチルアルコールと200mLのγ−ブチロラクトンを加えた。反応混合物に生じた沈殿物をろ過により取り除き、反応液を得た。得られた反応液に14Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させてろ過し、減圧下45℃で2日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量26900、数平均分子量8500、アミン価0.0505mmol/gであった。
(合成例11)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−11の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムとを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、4,4’−オキシジフタル酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら16.5gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに12.6gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−10℃で120分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間攪拌した後、エチルアルコール20mLを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を濾過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液を6リットルの水の中に入れ、ポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を再び濾過して減圧下で、45℃で3日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量25200、数平均分子量8000、アミン価0.0005mmol/gであった。
(合成例12)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−12の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムとを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、4,4’−オキシジフタル酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら16.5gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに12.6gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間攪拌し後、エチルアルコール20mLを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させろ過し、減圧下45℃で2日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量22300、数平均分子量7500、アミン価0.0421mmol/gであった。
(合成例13)
[4,4’−オキシジフタル酸二無水物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミド前駆体A−13の合成]
21.2gの4,4’−オキシジフタル酸二無水物と、18.0gの2−ヒドロキシエチルメタクリレートと、23.9gのピリジンと、250mLのジグリムとを混合し、60℃の温度で4時間撹拌して、4,4’−オキシジフタル酸二無水物と2−ヒドロキシエチルメタクリレートのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を−10℃に冷却し、温度を−10℃に保ちながら16.5gのSOClを60分かけて加えた。50mLのN−メチルピロリドンで希釈した後、100mLのN−メチルピロリドンに12.6gの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを溶解させた溶液を−5℃で30分かけて反応混合物に滴下して、混合物を2時間攪拌した後、N,N−ジメチルエチレンジアミン0.2gとエチルアルコール20mLを加えた。次いで、6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で激しく60分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を濾過してテトラヒドロフラン380gに溶解させた。得られた溶液を6リットルの水の中でポリイミド前駆体を沈殿させ、水−ポリイミド前駆体混合物を500rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体の固体を再び濾過して減圧下で、45℃で3日間乾燥した。このポリイミド前駆体は、重量平均分子量23200、数平均分子量8500、アミン価0.0082mmol/gであった。
<重量平均分子量および数平均分子量の測定>
複素環含有ポリマー前駆体の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定によるポリスチレン換算値であり、以下の方法により測定した。
測定装置としてHLC−8220(東ソー(株)製)を使用、カラムとしてガードカラムHZ−L、TSKgel Super HZM−M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000、TSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)を用いた。また溶離液はTHF(テトラヒドロフラン)を用い、40℃で流速0.35mL/分の流速にて測定を行った。検出は紫外線(UV)254nm検出器を使用した。また測定サンプルは複素環含有ポリマー前駆体をTHFで0.1質量%に希釈調整したサンプルを使用した。
<複素環含有ポリマー前駆体のアミン価の測定方法>
複素環含有ポリマー前駆体中のアミン価は、以下の方法に従って測定した。
上記合成例で得られた複素環含有ポリマー前駆体(固体)0.3gをジグリム50mLと酢酸10mLに溶解させ、0.001Nの過塩素酸酢酸溶液で滴定を行い、アミン価を算出した。複素環含有ポリマー前駆体1gに対するアミンの量(mmol/g)をアミン価として表1に示した。表1において、(A)成分なしとは、複素環含有ポリマー前駆体の全量における、上記式(A)で表される基を末端に含まない複素環含有ポリマー前駆体の割合をいい、(A)成分ありとは、複素環含有ポリマー前駆体の全量における、上記式(A)で表される基を末端に含む複素環含有ポリマー前駆体の割合をいう。
<感光性樹脂組成物の調製>
下記表2または表3に記載の各成分を混合し、均一な溶液として、感光性樹脂組成物を調製した。得られた感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して圧力0.3MPaにて、加圧ろ過した。
<感光性樹脂組成物の固形分のアミン価の測定方法>
感光性樹脂組成物中の固形分のアミン価は、以下の方法に従って測定した。
感光性樹脂組成物0.3gをジグリム50mLと酢酸10mLに溶解させ、0.001Nの過塩素酸酢酸溶液で滴定を行い、アミン価を算出した。感光性樹脂組成物の固形分1gに対するアミンの量(mmol/g)をアミン価として示した。
<環化時間>
上記で得られた感光性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピニング(1200rpm、30秒)して適用した。感光性樹脂組成物を適用したシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に厚さ10μmの均一な膜を形成した。次に、シリコンウェハ上に塗布された膜を、アライナー(Karl−Suss MA150)を用いて露光した。露光は高圧水銀ランプで行い、波長365nmでの露光エネルギー換算で500mJ/cm照射した。露光の後、感光性樹脂組成物を掻きとり、窒素雰囲気中、5℃/分の速度で180℃まで昇温し、180℃に維持した状態での熱重量分析(TGA測定)を行い、環化時間を評価した。
複素環含有ポリマー前駆体は、環化反応の進行にともない、質量減少が起こるが、この質量減少が発生しなくなるまでの時間を以下の基準で評価した。時間が短ければ短いほど環化速度が速くなっていることを表し、好ましい結果となる。
A:0分を超えて30分以下
B:30分を超えて60分以下
C:60分を超えて120分以下
D:120分を超えた。
<保存安定性>
上記感光性樹脂組成物10gを容器(容器の材質:遮光ガラス、容量:100mL)に密閉し、25℃、相対湿度65%の環境下に静置した。感光性樹脂組成物から固体が析出するまでの時間で安定性を評価した。析出するまでの時間が長ければ長いほど、感光性樹脂組成物の安定性が高く、好ましい結果となる。固体の析出は、1種類の感光性樹脂組成物について、容器に保存したサンプルを3本作製し、30日、60日、120日を超えたタイミングで、1本のサンプルの容器を開封し、内容物である感光性樹脂組成物全量を孔径0.8μmのメッシュで加圧ろ過し、メッシュ上の異物の有無を目視で観察し、析出物の有無を以下の通り判定した。
A:120日を超えても固体の析出が見られなかった。
B:60日を超えて、120日以内に固体が析出した。
C:30日を超えて、60日以内に固体が析出した。
D:30日以内に固体が析出した。
(A)複素環含有ポリマー前駆体組成物
A−1〜A−12:合成例1〜12で製造した複素環含有ポリマー前駆体
(B)ラジカル重合性化合物
B−1:NKエステル M−40G(新中村化学工業社製)
B−2:SR−209(サートマー社製)
B−3:NKエステル A−9300(新中村化学工業社製)
B−4:A−TMMT(新中村化学工業社製)
(C)光ラジカル重合開始剤
C−1:IRGACURE OXE 01(BASF社製)
C−2:IRGACURE OXE 02(BASF社製)
C−3:IRGACURE OXE 04(BASF社製)
C−4:IRGACURE−784(BASF社製)
C−5:NCI−831((株)ADEKA製)
(D)熱塩基発生剤
D−1:下記化合物
D−2:下記化合物
D−3:下記化合物
(E)重合禁止剤
E−1:1,4−ベンゾキノン
E−2:1,4−メトキシフェノール
(F)マイグレーション抑制剤
F−1:1,2,4−トリアゾール
F−2:1H−テトラゾール
(G)金属接着性改良剤
G−1:下記化合物
G−2:下記化合物
G−3:下記化合物
(H)溶剤
H−1:γ−ブチロラクトン
H−2:ジメチルスルホキシド
H−3:N−メチル−2−ピロリドン
H−4:乳酸エチル
尚、表2または表3における溶剤について、例えば、種類の欄が「H−1/H−2」、質量部の欄が「48+12」となっている場合、H−1を48質量部、H−2を12質量部含んでいることを意味する。
上記結果から明らかなとおり、本発明の感光性樹脂組成物は、環化反応の進行が速く、かつ、経時での保存安定性に優れていた。
<実施例100>
実施例1の感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、シリコンウェハ上にスピンコート法により感光性樹脂組成物を塗布した。感光性樹脂組成物層が塗布されたシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に15μmの厚さの均一な感光性樹脂組成物層を形成した。シリコンウェハ上の感光性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cmの露光エネルギーで露光し、露光した感光性樹脂組成物層(樹脂層)を、シクロペンタノンで60秒間現像して、直径10μmのホールを形成した。次いで、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、250℃に達した後、3時間加熱した。室温まで冷却後、上記ホール部分を覆うように、感光性樹脂組成物層の表面の一部に、蒸着法により厚さ2μmの銅薄層(金属層)を形成した。さらに、金属層および感光性樹脂組成物層の表面に、再度、同じ種類の感光性樹脂組成物を用いて、上記と同様に感光性樹脂組成物の濾過から、パターン化した膜の3時間加熱までの手順を再度実施して、樹脂層/金属層/樹脂層からなる積層体を作製した。
この再配線層用層間絶縁膜は、絶縁性に優れていた。
また、この再配線層用層間絶縁膜を使用して半導体デバイスを製造したところ、問題なく動作することを確認した。

Claims (19)

  1. ポリイミド前駆体およびポリベンゾオキサゾール前駆体から選択される複素環含有ポリマー前駆体と溶剤を含む感光性樹脂組成物であって、
    前記複素環含有ポリマー前駆体がポリイミド前駆体である場合は、前記感光性樹脂組成物の溶剤を除く成分のアミン価が0.0006〜0.0200mmol/gであり、
    前記複素環含有ポリマー前駆体がポリベンゾオキサゾール前駆体である場合は、前記感光性樹脂組成物の溶剤を除く成分のアミン価が0.0121〜0.0200mmol/gであり、
    前記感光性樹脂組成物の溶剤を除く成分のアミン価の90モル%以上が前記複素環含有ポリマー前駆体に由来するものであり、
    前記感光性樹脂組成物の溶剤を除く成分のアミン価は、感光性樹脂組成物0.3gをジグリム50mLと酢酸10mLに溶解させ、0.001Nの過塩素酸酢酸溶液で滴定を行った場合に、感光性樹脂組成物の固形分1gに対するアミンの量(mmol/g)として算出される値である
    感光性樹脂組成物。
  2. 前記ポリイミド前駆体のアミン価が0.0010〜0.0300mmol/gである、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3. 前記ポリイミド前駆体のアミン価が0.0030〜0.0200mmol/gである、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  4. 前記複素環含有ポリマー前駆体が、下記式(1)で表される繰り返し単位または式(2)で表される繰り返し単位を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物;
    式(1)
    式(1)中、AおよびAは、それぞれ独立に酸素原子またはNHを表し、
    111は、2価の有機基を表し、R115は、4価の有機基を表し、R113およびR114は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す;
    式(2)
    式(2)中、R121は、2価の有機基を表し、R122は、4価の有機基を表し、R123およびR124は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表す。
  5. 前記複素環含有ポリマー前駆体が、式(1)で表される繰り返し単位を含む、請求項4に記載の感光性樹脂組成物。
  6. 前記R111は、−Ar−L−Ar−で表される、請求項5に記載の感光性樹脂組成物;但し、Arは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素基であり、Lは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、−O−、−CO−、−S−、−SO−または−NHCO−、ならびに、前記の2つ以上の組み合わせからなる基である。
  7. 前記R113およびR114の少なくとも一方が、ラジカル重合性基を含む、請求項5または6に記載の感光性樹脂組成物。
  8. 前記R115は、芳香環を含む4価の有機基である、請求項5〜7のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  9. さらに、ラジカル重合性化合物を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  10. さらに、塩基発生剤を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  11. さらに、光ラジカル重合開始剤を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  12. ネガ型現像に用いられる、請求項1〜11のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  13. 再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、請求項1〜12のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
  15. 請求項14に記載の硬化膜を2層以上有する、積層体。
  16. 前記硬化膜の間に、金属層を有する、請求項15に記載の積層体。
  17. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を用いることを含む、硬化膜の製造方法。
  18. 前記感光性樹脂組成物を基板に適用して層状にする、感光性樹脂組成物層形成工程と、
    前記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程と、
    前記露光された感光性樹脂組成物層に対して、現像処理を行う現像処理工程とを有する、請求項17に記載の硬化膜の製造方法。
  19. 請求項14に記載の硬化膜、あるいは、請求項15または16に記載の積層体を有する半導体デバイス。
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