JP6982786B2 - 感光性フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、感光性フィルムに関する。より詳しくは、半導体素子表面の表面保護膜、層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層に適した感光性フィルムに関する。
ポリイミドやポリベンゾオキサゾールに代表される樹脂は、優れた耐熱性、電気絶縁性を有することから、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層などに用いられている。近年、半導体素子の微細化に伴い、表面保護膜や層間絶縁膜などにも数μmレベルの解像度が要求されている。このため、このような用途において、微細加工可能なポジ型感光性ポリイミド樹脂組成物やポジ型感光性ポリベンゾオキサゾール樹脂組成物が多く用いられている。
一般的な半導体装置の製造プロセスは、基板上に半導体素子が形成され、これにSiやSiNに代表されるパッシベーション膜に感光層が形成され、その後ホットプレートなどを用いて加熱乾燥され、露光・現像を通してパターンが形成される。パターンが形成された後に、高温による熱処理が行われ、硬化させることで絶縁層が形成される。
従来、半導体素子の形成には円形の基板が用いられていたが、近年、基板の大型化にともない角型の基板が用いられるようになった。
基板に感光層を形成する方法としては、樹脂組成物をスピンコート法によって塗布する方法や、感光性フィルムを基板に熱をかけて圧着しラミネートする方法がある。大型の角型基板に絶縁層を形成する場合、形成後の膜厚均一性を高めるために、感光性フィルムを用いてラミネートする方法が一般的である。
樹脂組成物や感光性フィルムに用いられるポジ型感光性ポリイミドとしてはポリイミドをベースとしたもの(例えば特許文献1)、ポリヒドロキシスチレンをベースとしたもの(例えば特許文献2)、およびポリイミドとポリヒドロキシスチレンを混合したもの(例えば特許文献3)が知られている。
また、感光性フィルムとしてフェノール樹脂を使用する技術(例えば特許文献4)や、ガラス転移点の低いポリイミドを用いる技術(例えば特許文献5)が提案されている。
特開2014−71374号公報 特開2006−154779号公報 特開2014−137523号公報 特開2015−19006号公報 国際公開2011/059089号
前述のとおり、角型基板に絶縁層を形成する場合、形成後の膜厚均一性を高くするために、感光性フィルムを用いてラミネートする方法が一般的である。感光性フィルムには、硬化膜における高伸度性、耐熱性等の機械特性を付与できることが求められるほか、良好なパターン加工性(高感度性)を有することに加えて、基板に対する良好な密着性、すなわちラミネート性が求められる。
しかしながら、特許文献1〜3に開示されているようなポリイミドによる樹脂組成物を用いたフィルムには柔軟性が不足しており、基板に熱をかけてフィルムを圧着してラミネートする際にクラックが発生する場合があるなど、ラミネート性が十分ではなかった。また特許文献4には流動性を高める目的でフェノール樹脂を使用する技術が開示されているが、硬化後の膜の耐熱性が低いという問題があった。また特許文献5には軟化点の低いポリイミドを用いる技術が開示されているが、高耐熱性が得られないという問題があった。
そこで本発明は、耐熱性の高い硬化膜を得られ、良好なパターン加工性(高感度性)を有し、かつ基板に対する良好な密着性、すなわちラミネート性を有する感光性フィルムを提供する。
上記課題を解決するため、本発明の感光性フィルムは下記の構成を有する。すなわち、(A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂であって、かつ、一般式(4)および(5)で表される構造単位のうち少なくともいずれかを有し、かつ、前記一般式(4)および(5)におけるR が、ポリエーテル構造を有しかつ炭素数20〜100である有機基を一般式(4)および(5)における繰り返し単位の総量100モル%に対して10〜80モル%含有するアルカリ可溶性樹脂、(A2)ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂、(B)光酸発生剤、ならびに
(C)一般式(12)で表される構造単位を有する熱架橋剤を含有する感光性フィルムである。
Figure 0006982786
(一般式(1)中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、aは0〜4、bは1〜3の範囲内の整数を表し、Rは水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基のいずれかである。)
Figure 0006982786
(一般式(4)中、Rは炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは炭素数20〜100の2価の有機基を示す。nは10〜100,000の範囲内の整数を示す。)
Figure 0006982786
(一般式(5)中、Rは炭素数4〜40の2〜4価の有機基を示す。Rは炭素数20〜100の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の有機基を示す。nは10〜100,000の範囲内の整数を示し、pおよびqは0≦p+q≦2を満たす整数を示す。)
Figure 0006982786
(一般式(12)中、R69およびR70は、各々独立に、水素原子またはメチル基を示す。R68は炭素数2以上のアルキレン基を有する2価の有機基であり、直鎖状、分岐状、および環状のいずれでも良い。)
本発明によれば、良好なパターン加工性(高感度性)を有し、かつ基板に対する良好な密着性、すなわちラミネート性を有する感光性フィルムを得ることができる。また、本発明の感光性フィルムによれば、高伸度で耐熱性の高い硬化膜を得ることができる。
本発明の感光性フィルムを用いた半導体装置の概略断面図の一例である。 本発明の感光性フィルムを用いたインダクタ装置のコイル部分の断面図の一例である。 本発明の感光性フィルムを用いた弾性波装置の中空部の断面図の一例である。 本発明の感光性フィルムを用いた、基板に段差を有する半導体装置の断面図の一例である。
本発明は前記(A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂、(A2)ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂、(B)光酸発生剤、ならびに(C)熱架橋剤を含有する感光性フィルムである。以下、それぞれ(A1)樹脂、(A2)樹脂、(B)成分、(C)成分と省略する場合がある。
本発明の感光性フィルムは、前記(A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂を含む。前記一般式(1)におけるRは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、aは0〜4、bは1〜3の範囲内の整数を表し、Rは水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基のいずれかを表す。(A1)樹脂を含有することで感光性フィルムの感度を向上させることができる。
前記一般式(1)で表される構造単位は、例えば、p−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、o−ヒドロキシスチレン、p−イソプロペニルフェノール、m−イソプロペニルフェノール、o−イソプロペニルフェノールなどのフェノール性水酸基を有する芳香族ビニル化合物、および、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物を、単独または2種類以上を公知の方法で重合することで得られた重合体の一部に、公知の方法(例えば特許第5659259号公報に記載の方法)を用いてアルコキシ基を付加反応させることで得られる。
フェノール性水酸基を有する芳香族ビニル化合物は、p−ヒドロキシスチレン、および/または、m−ヒドロキシスチレンが好ましく用いられ、芳香族ビニル化合物は、スチレンが好ましく用いられる。
前記(A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂は、感度をより向上させ、アルカリ現像液への溶解性を調整できる利便性の面から、さらに一般式(2)および一般式(3)で表される構造単位のうち少なくともいずれかを有することが好ましい。さらに、アルカリ現像液への溶解性の点から、一般式(3)の構造単位は、50モル%以下であることが好ましい。
Figure 0006982786
(一般式(2)中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、eは1〜5の範囲内の整数を表す。)
Figure 0006982786
(一般式(3)中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
前記(A1)樹脂におけるアルコキシアルキル(CHOR)基の導入率は硬化後の耐熱性の観点からヒドロキシスチレン1モルあたり10モル%以上の導入率であることが好ましく、20モル%以上であることがより好ましい。解像度を向上させる観点から70モル%以下が好ましく、50モル%以下がより好ましい。
前記(A1)樹脂のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、未露光部のパターンを溶出させることなく形成するという観点から3,000以上が好ましい。また、露光部の残渣を低減できるアルカリ溶解性を維持する観点から60,000以下が好ましく、25,000以下がより好ましい。
前記ポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)はポリスチレン換算によるGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定を用いて算出する値をいう。
本発明の感光性フィルムは、(A2)ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂を含有する。
前記(A2)樹脂は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体、およびそれらの共重合体のいずれかを2種以上含んでもよいし、これらの2種以上の繰り返し単位を有する共重合体を含んでもよい。また(A2)樹脂は、前記(A1)樹脂のアルコキシアルキル基と反応する置換基を有することが好ましい。(A1)のアルコキシアルキル基とは、特にアルコキシメチル基を指す。(A2)樹脂の構造は、アルコキシアルキル基に反応する置換基を有していれば特に限定されないが、主鎖または末端にカルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、およびチオール基から選ばれる基を一つ以上有することが好ましい。
(A1)樹脂のアルコキシアルキル基と(A2)樹脂とが熱硬化時に反応することにより、耐熱性と機械特性を十分に維持することができるため、(A1)樹脂の持つ良好なパターン加工性と(A2)樹脂の持つ高い耐熱性と機械特性を両立させることができる。(A2)樹脂の含有量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、パターン加工性の観点から5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましい。また、耐熱性と機械特性の観点から90質量部以下が好ましく、70質量部以下がより好ましい。
前記(A2)樹脂は、一般式(4)および(5)で表される構造単位のうち少なくともいずれかを有することが好ましい。
Figure 0006982786
(一般式(4)中、Rは炭素数4〜40の2〜4価の有機基を示す。Rは炭素数20〜100の2価の有機基を示す。nは10〜100,000の範囲内の整数を示す。)
Figure 0006982786
(一般式(5)中、Rは炭素数4〜40の2〜4価の有機基を示す。Rは炭素数20〜100の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の有機基を示す。nは10〜100,000の範囲内の整数を示し、p、qは0≦p+q≦2を満たす整数を示す。)
また、一般式(4)および(5)中、Rは単環式または縮合多環式の脂環構造を有する、炭素数4〜40の2〜4価の有機基を示す。Rにおいて単環式または縮合多環式の脂環構造としては下記一般式(6)〜(9)から選ばれた1つ以上の有機基を含有することが好ましい。
Figure 0006982786
(一般式(6)〜(9)中、R〜R53は各々独立に水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜3の1価の有機基を示す。炭素数1〜3の1価の有機基は、その有機基に含まれる水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい。)
また、一般式(4)および(5)中のRは樹脂の原料として用いられる酸二無水物に由来する有機基である。
本発明に使用される単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数4〜40の2〜4価の有機基を含む酸二無水物としては、具体的には、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物の様な化合物を挙げることができる。
一般式(4)および(5)中、Rにおいて1〜4個の芳香族環を有する、炭素数4〜40の2〜4価の有機基の好ましい構造として、ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、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、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸などの芳香族テトラカルボン酸からカルボキシル基を除いた構造や、これらの水素原子の一部を炭素数1〜20のアルキル基、フルオロアルキル基、アルコキシル基、エステル基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子により1〜4個置換した構造などが挙げられる。
における単環式または縮合多環式の脂環構造は、一般式(4)および(5)におけるRを100モル%とした場合、高伸度化、フィルムの基板に対するラミネート性を向上させる観点から10モル%以上であれば好ましく、30モル%以上であればより好ましい。現像液に対する適切な溶解速度が得られるという観点から80モル%以下が好ましく60モル%以下がより好ましい。
例えば、一般式(4)および(5)における繰り返し単位の総量100モル%に対してRが単環式または縮合多環式の脂環構造を70モル%有し、芳香族環を有する4価の有機基を30モル%有するとき、単環式または縮合多環式の脂環構造は70モル%あると計算される。このとき、Rに2つ以上の単環式または縮合多環式の脂環構造がある場合、70モル%として計算される。
また、一般式(4)および(5)中のRは、下記一般式(10)で表されるポリエーテル構造を有する有機基をもつことが好ましい。
Figure 0006982786
(式中、R54〜R57はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキレン基を表す。R58〜R65はそれぞれ独立に水素、フッ素、または炭素数1〜6のアルキル基を表す。但し、繰り返し単位xの括弧内に表される構造と繰り返し単位yの括弧内に表される構造は異なる。また、繰り返し単位zの括弧内に表される構造と繰り返し単位yの括弧内に表される構造はそれぞれ異なる。x、y、zはそれぞれ独立に0〜35の整数を表す。) また、一般式(4)および(5)中のRは樹脂の原料として用いられるジアミンに由来する有機基である。
本発明に使用されるポリエーテル構造を有する有機基を含むジアミンとしては、具体的には“ジェファーミン”(登録商標)HK−511、ED−600、ED−900、ED−2003、EDR−148、EDR−176、D−200、D−400、D−2000、D−4000、“エラスタミン”(登録商標)RP−409、RP−2009、RT−1000、HT−1100、HE−1000、HT−1700(以上商品名、HUNTSMAN(株)製) などの脂肪族ジアミンを挙げることができる。ポリエーテル構造を有することで親水性と高温での溶融性が付与されるため基板へのラミネート性が向上し、柔軟性が付与されるため伸度が向上し、また弾性率が低下することでウエハの反りが抑制されるため好ましい。これらの特性は、多層や厚膜において有効な特性である。一般式(10)で表されるポリエーテル構造は、一般式(4)および(5)におけるRを100モル%とした場合、10モル%以上であれば樹脂に柔軟性、低ストレス性、基板へのラミネート性が得られるため好ましい。また、80モル%以下であれば現像液に対する適切な溶解速度が得られるという点で好ましい。20モル%〜50モル%含有することがより好ましい。
例えば、一般式(4)および(5)における繰り返し単位の総量100モル%に対してRがポリエーテル構造を有する有機基を含むジアミンに由来する有機基を70モル%有し、芳香族環を有する2価の有機基を30モル%有するとき、ポリエーテル構造を有する有機基を含むジアミンに由来する有機基が70モル%あると計算される。このとき、Rに2つ以上のポリエーテル構造を有する有機基を含むジアミンに由来する有機基がある場合、70モル%として計算される。
また、一般式(4)および(5)のRとして、さらにフッ素原子を有する有機基を含有することで、樹脂に撥水性が付与され、アルカリ現像の際に膜の表面からのしみこみを抑えることができるため好ましい。膜の表面からのしみこみを抑えることで、未露光部のタックや加工パターンに現像残渣のない、高残膜率の樹脂膜を得ることができる。これらの特性は厚膜加工を実現する上では、重要な特性である。フッ素原子を有する有機基はRの総量を100モル%とした場合、20モル%以上であれば、界面のしみこみ防止効果が得られ、90モル%以下であれば現像液に対する適切な溶解速度が得られるという点で好ましく、40モル%〜60モル%含有することがより好ましい。
フッ素原子を有する化合物として具体的には、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あるいはこれらの芳香族環をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、およびアミド基を有する酸二無水物などの芳香族酸二無水物などを挙げることができる。(A2)樹脂は、これらの化合物に由来する構造を含む樹脂であることが好ましい。
前述の炭素数が4〜40の脂環構造を有する酸二無水物と、炭素数20〜100のポリエーテル構造を有するジアミンと、フッ素原子を有する化合物を上記の範囲において用いることで、高伸度かつ低ストレスでありながら、現像時において、タックや現像残渣のない高残膜率であり、高感度の感光性フィルムが得られる。
これらの特性は金属配線間の層間絶縁膜として何層にも積層させて使用する半導体装置の再配線用途やインダクタ装置のノイズフィルタ用途などにおいて特に有用である。また、本発明の感光性フィルムは、前述の特性を低下させない範囲で、前述の酸二無水物、ジアミンに加えて他の酸二無水物、ジアミンに由来する構造を含有してもよい。
他の酸二無水物としては具体的には、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニル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、2,2’,3,3’−ビフェニル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、2,2’,3,3’−ベンゾフェノ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、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジン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、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物あるいはこれらの化合物の水素原子をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物や、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシ−2−シクロペンタン酢酸二無水物、ビシクロ[2.2.2] オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−ノルボルナン酢酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物の様な脂環式、半脂環式テトラカルボン酸二無水物あるいはこれらの化合物の水素原子をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、およびアミド基を有する酸二無水物などを挙げることができる。これらは炭素数が4〜40の脂環構造を含有する酸二無水物と2種以上組み合わせて使用することができる。
他のジアミンとしては具体的には、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(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレンなどのヒドロキシル基含有ジアミン、3−スルホン酸−4,4’−ジアミノジフェニルエーテルなどのスルホン酸含有ジアミン、ジメルカプトフェニレンジアミンなどのチオール基含有ジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、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}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’,4,4’−テトラメチル−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などの芳香族ジアミンや、これらの芳香族環の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物、シクロヘキシルジアミン、メチレンビスシクロヘキシルアミンなどの脂環式ジアミンなどを挙げることができる。これらのジアミンは、そのまま、あるいは対応するジイソシアネート化合物、トリメチルシリル化ジアミンとして使用できる。また、これら2種以上のジアミン成分を組み合わせて用いてもよい。
これらのうち、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、4,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、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}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、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、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(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あるいはこれらの芳香族環をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、およびアミド基を有するジアミンなどが好ましいものとして挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて使用される。
また、耐熱性を低下させない範囲で、シロキサン構造を有する脂肪族の基を導入してもよく、基板との接着性を向上させることができる。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(p−アミノフェニル)オクタメチルペンタシロキサンなどを一般式(4)および(5)におけるRを100モル%に対して、1〜15モル%共重合したものなどが挙げられる。
耐熱性が要求される用途では、芳香族ジアミンをジアミン全体の50モル%以上使用することが好ましい。
また、(A2)樹脂は、フェノール性水酸基成分を有することが好ましい。一般式(4)および(5)中において、R、Rの少なくとも一方が、フェノール性水酸基を有する有機基であることが好ましい。フェノール性水酸基の存在により、アルカリ現像液への適度な溶解性が得られ、また感光剤と相互作用し未露光部の溶解性を抑制するため、残膜率の向上、高感度化が可能になる。また、フェノール性水酸基は、架橋剤との反応にも寄与するため、高機械特性、耐薬品性が得られる点でも好ましい。
フェノール性水酸基を有する化合物として具体的には、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あるいはこれらの芳香族環をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物、およびアミド基を有する酸二無水物などの芳香族酸二無水物や、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(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレンなどのヒドロキシル基含有ジアミンや、これらの芳香族環の水素原子の一部を、炭素数1〜10のアルキル基やフルオロアルキル基、ハロゲン原子などで置換した化合物、などを挙げることができる。(A2)樹脂は、これらの化合物に由来する構造を含む樹脂であることが好ましい。
一般式(4)および(5)において、nおよびnは重合度を表す。一般式(4)および(5)の単位あたりの分子量をM、アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量をMwとすると、重合度nはn=Mw/Mの式で求められる。アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量は実施例に記載のようにGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって求められる。nおよびnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)や光散乱法、X線小角散乱法などで重量平均分子量(Mw)を測定することで容易に算出できる。繰り返し単位の分子量をM、ポリマーの重量平均分子量をMwとすると、n=Mw/Mである。本発明における繰り返し数nは、最も簡便なポリスチレン換算によるGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定を用いて算出する値をいう。
(A2)樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算で3,000〜80,000の範囲内であることが好ましく、8,000〜50,000の範囲内であることがより好ましい。この範囲であれば、厚膜を容易に形成することができる。
また、(A2)樹脂は、モノアミン、酸無水物、酸クロリド、モノカルボン酸などの末端封止剤により末端を封止してもよい。樹脂の末端を水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、チオール基、ビニル基、エチニル基またはアリル基を有する末端封止剤により封止することで、樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解速度を好ましい範囲に容易に調整することができる。末端封止剤は、樹脂の全アミン成分に対して0.1〜60モル%使用することが好ましく、より好ましくは5〜50モル%である。
末端封止剤として具体的には、3−アミノフェニルアセチレン、4−アミノフェニルアセチレン、3,5−ジエチニルアニリンなどのモノアミン、3−エチニル安息香酸、4−エチニル安息香酸、3,4−ジエチニル安息香酸、3,5−ジエチニル安息香酸などのモノカルボン酸、無水マレイン酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物などの酸無水物、前記モノカルボン酸のカルボキシル基を酸クロリド化した化合物やマレイン酸などのジカルボン酸類のカルボキシル基1つを酸クロリド化した化合物、モノ酸クロリド化合物とN−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドとの反応により得られる活性エステル化合物などの不飽和結合をもつ末端封止剤の他、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、1−カルボキシ−7−アミノナフタレン、1−カルボキシ−6−アミノナフタレン、1−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−カルボキシ−7−アミノナフタレン、2−カルボキシ−6−アミノナフタレン、2−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、6−アミノサリチル酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4,6−ジヒドロキシピリミジン、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のモノアミン、無水フタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3−ヒドロキシフタル酸無水物などの酸無水物、3−カルボキシフェノール、4−カルボキシフェノール、3−カルボキシチオフェノール、4−カルボキシチオフェノール、1−ヒドロキシ−7−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−6−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−5−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−7−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−6−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−5−カルボキシナフタレン、3−カルボキシベンゼンスルホン酸、4−カルボキシベンゼンスルホン酸などのモノカルボン酸類およびこれらのカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、テレフタル酸、フタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、1,7−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレンなどのジカルボン酸類の1つのカルボキシル基だけが酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、モノ酸クロリド化合物とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールとの反応により得られる活性エステル化合物などの不飽和結合をもたない末端封止剤が挙げられる。また、これら不飽和結合をもたない末端封止剤の水素結合をビニル基で置換することで不飽和結合をもつ末端封止剤として用いることができる。
一般式(4)および(5)で表される構造単位のうち少なくともいずれかを有する樹脂は、公知のポリイミドおよびポリイミド前駆体の製造方法に準じて製造することができる。例えば、(I)R基を有するテトラカルボン酸二無水物とR基を有するジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミノ化合物を、低温条件下で反応させる方法、(II)R基を有するテトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得、その後R基を有するジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミノ化合物と縮合剤の存在下で反応させる方法、(III)R基を有するテトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得、その後残りの2つのカルボキシル基を酸クロリド化し、R基を有するジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミノ化合物と反応させる方法などを挙げることができる。
上記の方法で重合させた樹脂は、多量の水やメタノール/水の混合液などに投入し、沈殿させてろ別乾燥し、単離することが望ましい。この沈殿操作によって未反応のモノマーや、2量体や3量体などのオリゴマー成分が除去され、熱硬化後の膜特性が向上する。また、ポリイミド前駆体のイミド化をすすめ、閉環したポリイミドは、上記のポリイミド前駆体を得た後に、公知のイミド化反応させる方法を利用して合成することができる。
以下、(I)の好ましい例として、ポリイミド前駆体の製造方法の例について述べる。まず、R基を有するジアミン化合物を重合溶媒中に溶解する。この溶液に、実質的にジアミン化合物と等モル量の、R基を有するテトラカルボン酸二無水物を徐々に添加する。メカニカルスターラーを用い、−20〜100℃、好ましくは10〜50℃で0.5〜100時間、より好ましくは2〜24時間撹拌する。末端封止剤を用いる場合には、テトラカルボン酸二無水物を添加後、−20〜100℃、好ましくは10〜50℃で0.1〜24時間撹拌した後、末端封止剤を徐々に添加してもよいし、一度に加えて、反応させてもよい。
重合溶媒は、原料モノマーであるテトラカルボン酸二無水物類とジアミン類を溶解できればよく、その種類は特に限定されない。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンのアミド類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンなどの環状エステル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート類、トリエチレングリコールなどのグリコール類、m−クレゾール、p−クレゾールなどのフェノール類、アセトフェノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。
重合溶媒は、重合反応に用いたテトラカルボン酸二無水物、ジアミン化合物、末端封止剤であるモノアミノ化合物の合計100質量部に対して100質量部以上であれば、原料や樹脂の析出なく反応を行うことができ、1900質量部以下であれば速やかに反応が進行するため好ましく、150〜950質量部がより好ましい。
次に、本発明の感光性フィルムについて説明する。本発明の感光性フィルムは、(B)光酸発生剤を含有することで感光性を有する。すなわち、(B)光酸発生剤は光照射されることにより酸が発生し、光照射部のアルカリ水溶液に対する溶解性が増大する特性を持つ。(B)光酸発生剤としてはキノンジアジド化合物、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩などがある。これらの中では、(A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂、(A2)ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂と併用することで優れた溶解抑止効果を発現するという点から、キノンジアジド化合物が好ましく用いられる。
キノンジアジド化合物は、ポリヒドロキシ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステルで結合したもの、ポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合またはスルホンアミド結合したもの、ポリヒドロキシポリアミノ化合物にキノンジアジドのスルホン酸がエステル結合およびスルホンアミド結合したものなどが挙げられる。
これらポリヒドロキシ化合物やポリアミノ化合物の全ての官能基がキノンジアジドで置換されていなくても良いが、官能基全体の50モル%以上がキノンジアジドで置換されていることが好ましい。前記キノンジアジドによる置換が50モル%以上の場合、アルカリ現像液に対する溶解性が高くなり過ぎず、未露光部とのコントラストが得られ、所望のパターンを得ることができる。このようなキノンジアジド化合物を用いることで、一般的な紫外線である水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)に感光するポジ型の感光性フィルムを得ることができる。このような化合物は単独で使用しても良いし、2種以上を混合して使用してもかまわない。また、光酸発生剤は2種類用いることで、より露光部と未露光部の溶解速度の比を大きく取ることができ、この結果、高感度な感光性フィルムを得ることができる。
ポリヒドロキシ化合物は、Bis−Z、BisP−EZ、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、TrisP−SA、TrisOCR−PA、BisOCHP−Z、BisP−MZ、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisOCP−IPZ、BisP−CP、BisRS−2P、BisRS−3P、BisP−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、DML−MBPC、DML−MBOC、DML−OCHP、DML−PCHP、DML−PC、DML−PTBP、DML−34X、DML−EP,DML−POP、ジメチロール−BisOC−P、DML−PFP、DML−PSBP、DML−MTrisPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−B P、TML−HQ、TML−pp−BPF、TML−BPA、TMOM−BP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A、46DMOC、46DMOEP、TM−BIP−A(以上、商品名、旭有機材工業(株)製)、2,6−ジメトキシメチル−4−t−ブチルフェノール、2,6−ジメトキシメチル−p−クレゾール、2,6−ジアセトキシメチル−p−クレゾール、ナフトール、テトラヒドロキシベンゾフェノン、没食子酸メチルエステル、ビスフェノールA 、ビスフェノールE、メチレンビスフェノール、BisP−AP(商品名、本州化学工業(株)製)などが挙げられるが、これらに限定されない。
ポリアミノ化合物は、1,4−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルヒド等が挙げられるが、これらに限定されない。
また、ポリヒドロキシポリアミノ化合物は、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、3,3’−ジヒドロキシベンジジン等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明においてキノンジアジドは5−ナフトキノンジアジドスルホニル基、4−ナフトキノンジアジドスルホニル基のいずれも好ましく用いられる。4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のi線領域に吸収を持っており、i線露光に適している。5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物は水銀灯のg線領域まで吸収が伸びており、g線露光に適している。
本発明においては、露光する波長によって4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物、5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を選択することが好ましい。また、同一分子中に4−ナフトキノンジアジドスルホニル基および5−ナフトキノンジアジドスルホニル基を併用した、ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物を得ることもできるし、4−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物と5−ナフトキノンジアジドスルホニルエステル化合物とを混合して使用することもできる。
本発明のキノンジアジド化合物の分子量は300〜3,000の範囲内であることが好ましい。キノンジアジド化合物の分子量が5,000より大きくなると、その後の熱処理においてキノンジアジド化合物が十分に熱分解しないために、得られる膜の耐熱性が低下する、機械特性が低下する、接着性が低下するなどの問題が生じる可能性がある。
本発明に用いられるキノンジアジド化合物は、特定のフェノール化合物から、次の方法により合成される。例えば5−ナフトキノンジアジドスルホニルクロライドとフェノール化合物をトリエチルアミン存在下で反応させる方法が挙げられる。フェノール化合物の合成方法は、酸触媒下でα−(ヒドロキシフェニル)スチレン誘導体を多価フェノール化合物と反応させる方法などが挙げられる。
本発明に用いる(B)光酸発生剤のうち、露光によって発生させた酸成分を適度に安定化させるものとしては、スルホニウム塩、ホスホニウム塩またはジアゾニウム塩であることが好ましい。本発明の感光性フィルムは永久膜として使用されるため、リン等が残存することは環境上好ましくなく、また膜の色調も考慮する必要があることから、これらの中ではスルホニウム塩が好ましく用いられる。特に好ましいものとして、トリアリールスルホニウム塩が挙げられ、膜の色調の変化を抑えることができる。
(B)光酸発生剤の含有量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、好ましくは0.01〜50質量部である。このうち、キノンジアジド化合物は3〜40質量部の範囲が好ましい。また、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩から選ばれる化合物は全体で0.05〜40質量部の範囲が好ましく、0.1〜30質量部の範囲がより好ましい。(B)光酸発生剤の含有量をこの範囲とすることにより、高感度化を図ることができる。さらに増感剤などを必要に応じて含有してもよい。
本発明の感光性フィルムは、(C)熱架橋剤を含有する。(C)熱架橋剤としては、アルコキシメチル基を有する化合物が好ましく、特に一般式(11)で表される化合物が好ましい。
Figure 0006982786
(一般式(11)中、R66は1〜10価の有機基を示す。複数のR67はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、炭素数1〜4のアルキル基を示す。rは1〜5の整数を示す。sは1〜10の整数を示す。)
アルコキシメチル基は160℃以上で熱架橋反応を生じる。そのため、感光性フィルムを熱硬化させる工程において架橋反応を生じ、良好なパターン形状を得ることができる。
また、アルコキシメチル基の数量は、架橋密度が向上するため2個以上有することが好ましく、さらに、耐薬品性が向上するため4個以上有することがより好ましい。また、熱硬化後のパターンの寸法ばらつきを低減するため、(C)熱架橋剤としてアルコキシメチル基を6個以上有する化合物を少なくとも1種類有することが好ましい。
一般式(11)で表される化合物は、熱架橋反応を生じる160℃未満においては、熱可塑剤として機能する。ラミネートは150℃以下の温度で好ましく行われるが、この際、感光層が加熱溶融され、基板との接触面積が増大するため、両者の密着性が向上するものと推定される。
(C)熱架橋剤の具体例としては以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらを2種以上含有してもよい。
Figure 0006982786
Figure 0006982786
(C)熱架橋剤の含有量は、得られる硬化膜における架橋密度、耐薬品性、および基板に対する密着性を向上させるため、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましい。また、機械特性を向上させるため、70質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましい。
(C)熱架橋剤の重量平均分子量(Mw)は、熱処理後の硬化膜の機械特性を向上させるため、100以上であることが好ましく、300以上であることがより好ましい。また、ラミネート性を向上させるため、2,500以下であることが好ましく、2,000以下であることがより好ましい。
本発明の感光性フィルムは、下記一般式(12)で表される構造単位を有する熱架橋剤を含有することが好ましい。前記架橋剤を含有することで、耐熱性とラミネート性を維持しつつさらに伸度向上が可能である。
Figure 0006982786
(一般式(12)中、R69およびR70は、各々独立に、水素原子またはメチル基を示す。R68は炭素数2以上のアルキレン基を有する2価の有機基であり、直鎖状、分岐状、および環状のいずれでも良い。R68としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、アルキルシリル基、アルコキシシリル基、アリール基、アリールエーテル基、カルボキシル基、カルボニル基、アリル基、ビニル基、複素環基、それらを組み合わせたものなど挙げられ、さらに置換基を有していてもよい。)
熱架橋剤自体に、柔軟なアルキレン基と剛直な芳香族基を有するため、耐熱性とラミネート性を有しながら、伸度向上が可能である。架橋基としては、アクリル基やメチロール基、アルコキシメチル基、エポキシ基が上げられるがこれに限定されない。この中でも、(A1)樹脂と(A2)樹脂のフェノール性水酸基と反応し、硬化膜の耐熱性を向上することができる点と、脱水せずに反応することができる点から、エポキシ基が好ましい。
一般式(12)で表される化合物は、例えば、例としては以下のものが挙げられるが、下記構造に限らない。
Figure 0006982786
(式中nは1〜5の整数、mは1〜20である。)
上記構造の中でも、耐熱性と伸度向上を両立する点から、nは1〜2、mは3〜7であることが好ましい。
また、一般式(12)で表される化合物の添加量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、2〜35質量部が好ましく、5〜25質量部がより好ましい。添加量が2質量部以上にすることにより、伸度向上の効果が十分に得ら、また35質量部以下とすることにより、硬化前の感光性フィルムの感度低下を抑制できる。
本発明の感光性フィルムは必要に応じて(D)アクリレート化合物を含有しても良い。本発明において、(D)アクリレート化合物とは、アクリロイル基またはメタクリロイル基を有する化合物をいう。(D)アクリレート化合物は、単官能のアクリレートおよび多官能のアクリレートがある。単官能アクリレートとは、アクリロイル基およびメタクリロイル基の少なくともいずれかを1つ有する化合物をいう。例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリルアミド、およびメタクリルアミド等を挙げることができる。また、多官能のアクリレート系化合物とは、アクリロイル基およびメタクリロイル基の少なくともいずれかを2以上有する化合物をいう。
本発明の感光性フィルムは、パターン加工後に熱処理を行う。ポジ型の感光性フィルムとして用いる場合はこのときアクリレート化合物がアクリレート化合物同士で熱重合またはアルカリ可溶性樹脂と反応し、架橋することにより、硬化膜の伸度が向上する。ネガ型の感光性樹脂フィルムとして用いる場合は、パターン加工時の露光によってアクリレート同士が光重合することにより、アルカリ可溶性樹脂と網目構造を形成する。
単官能のアクリレート化合物の場合、架橋反応による膜の硬化が十分には進行せず、伸度の向上効果が低いため、多官能のアクリレートであることが好ましい。
(D)アクリレート化合物の好ましい例としては、新中村化学工業(株)製NKエステルシリーズ 1G、2G、3G、4G、9G、14G、23G、BG、HD、NPG、9PG、701、BPE−100、BPE−200、BPE−500、BPE―1300、A−200、A−400、A−600、A−HD、A−NPG、APG−200、APG−400、APG−700、A−BPE−4、701A、TMPT、A−TMPT、A−TMM−3、A−TMM−3L、A−TMMT、A−9300、ATM−4E、ATM−35E、ATM−4P、AD−TMP、AD−TMP−L、A−DPH等が挙げられる。また、共栄社化学(株)製ライトエステルシリーズ P−1M、P−2M、EG、2EG、3EG、4EG、9EG、14EG、1.4BG、NP、1.6HX、1.9ND、1.10DC、G−101P、G−201P、DCP−M、BP−2EM、BP−4EM、BP−6EM、TMP等が挙げられる。また、共栄社化学(株)製“ライトアクリレート”(登録商標)シリーズ 3EG−A、4EG−A、9EG−A、14EG−A、TMGA−250、NP−A、MPD−A、1.6HX−A、BEPG−A、1.9ND−A、MOD−A、DCP−A、BP−4EA、BP−4PA、BA−134、BP−10EA、HPP−A、TMP−A、TMP−3EO−A、TMP−6EO−3A、PE−3A、PE−4A、DPE−6A等が挙げられる。また、共栄社化学(株)製エポキシエステルシリーズ40EM、70PA、200PA、80MFA、3002M、3002A、3000M、3000A等が挙げられる。また、東亜合成(株)製“アロニックス”(登録商標)シリーズ M−203、M−208、M−210、M−211B、M−215、M−220、M−225、M−240、M−243、M−245、M−260、M−270、M−305、M−309、M−310、M−313、M−315、M−320、M−325、M−350、M−360、M−402、M−408、M−450等が挙げられる。また、日本化薬(株)製“KAYARAD”(登録商標)シリーズ R−526、NPGDA、PEG400DA、MANDA、R−167、HX−220、HX−620、R−551、R−712、R−604、R−684、GPO−303、TMPTA、THE−330、TPA−320、TPA−330、PET−30、T−1420(T)、RP−1040等が挙げられる。また、日本油脂(株)製“ブレンマー”(登録商標)シリーズ GMR−H、GAM、PDE−50、PDE−100、PDE−150、PDE−200、PDE−400、PDE−600、PDE−1000、ADE−200、ADE−400、PDP−400、ADP−200、ADP−400、PDT−650、ADT−250、PDBE−200、PDBE−250、PDBE−450、PDBE−1300、ADBE−200、ADBE−250、ADBE−450等が挙げられる。また、MRCユニテック(株)製 MBAA等が挙げられる。これらの化合物を2種以上含有してもよい。
上記(D)アクリレート化合物のうち、分子量が、100以上2,000以下であるアクリレート化合物が好ましい。分子量が100以上であることで高伸度の硬化膜を得ることができ、2,000以下であることで適度なアルカリ溶解性、アルカリ可溶性樹脂との高い相溶性を持つ樹脂組成物を得ることができる。
また、本発明において、(A2)樹脂に加えて、加熱処理によって得られる硬化膜の耐熱性を損なわない範囲で他のアルカリ可溶性樹脂を含有してもよい。具体的には、アクリル酸を共重合したアクリルポリマー、シロキサン樹脂や、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂などのフェノール樹脂、またそれらにメチロール基、アルコキシメチル基やエポキシ基などの架橋基を導入した樹脂、それらの共重合ポリマーなどが挙げられる。このような樹脂は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン、モノエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリの水溶液に溶解するものである。これらのアルカリ可溶性樹脂を含有することにより、耐熱性樹脂被膜の密着性や優れた感度を保ちながら、各アルカリ可溶性樹脂の特性を付与することができる。
他のアルカリ可溶性樹脂として、感度の観点からフェノール樹脂であることが好ましい。フェノール樹脂はフェノール類とアルデヒド類とを公知の方法で重縮合することによって得られる。2種以上のフェノール性水酸基を有する樹脂を組み合わせて含有してもよい。
上記フェノール類の好ましい例としては、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−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、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール等を挙げることができる。特に、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノールまたは2,3,5−トリメチルフェノールが好ましい。これらのフェノール類を2種以上組み合わせて用いてもよい。アルカリ現像液に対する溶解性の観点から、m−クレゾールが好ましく、m−クレゾールおよびp−クレゾールの組み合わせもまた好ましい。すなわち、フェノール性水酸基を有する樹脂として、m−クレゾール残基、または、m−クレゾール残基とp−クレゾール残基を含むクレゾールノボラック樹脂を含むことが好ましい。このとき、クレゾールノボラック樹脂中のm−クレゾール残基とp−クレゾール残基のモル比(m−クレゾール残基/p−クレゾール残基、m/p)は1.8以上が好ましい。この範囲であればアルカリ現像液への適度な溶解性を示し、良好な感度が得られる。より好ましくは4以上である。
また、上記アルデヒド類の好ましい例としては、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロロアセトアルデヒド、サリチルアルデヒド等を挙げることができる。これらのうち、ホルマリンが特に好ましい。これらのアルデヒド類を2種以上組み合わせて用いてもよい。このアルデヒド類の使用量は、フェノール類1モルに対し、0.6モル以上が好ましく、0.7モル以上がより好ましい。また、3モル以下が好ましく、1.5モル以下がより好ましい。
フェノール類とアルデヒド類との重縮合の反応には、通常、酸性触媒が使用される。この酸性触媒としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、p−トルエンスルホン酸等を挙げることができる。これらの酸性触媒の使用量は、通常、フェノール類1モルに対し、1×10−5〜5×10−1モルである。重縮合の反応においては、通常、反応媒質として水が使用されるが、反応初期から不均一系になる場合は、反応媒質として親水性溶媒または親油性溶媒が用いられる。親水性溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類が挙げられる。親油性溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン等のケトン類が挙げられる。これらの反応媒質の使用量は、通常、反応原料100質量部当り20〜1,000質量部である。
重縮合の反応温度は、原料の反応性に応じて適宜調整することができるが、通常10〜200℃である。重縮合の反応方法としては、フェノール類、アルデヒド類、酸性触媒等を一括して仕込み、反応させる方法、または酸性触媒の存在下にフェノール類、アルデヒド類等を反応の進行とともに加えていく方法等を適宜採用することができる。重縮合の反応終了後、系内に存在する未反応原料、酸性触媒、反応媒質等を除去するために、一般的には、反応温度を130〜230℃に上昇させ、減圧下で揮発分を除去し、フェノール性水酸基を有する樹脂を回収する。
本発明において、フェノール樹脂のポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、1,000以上が好ましく、2,000以上がより好ましい。また、20,000以下が好ましく、10,000以下がより好ましい。この範囲であれば、本発明のポジ型感光性樹脂組成物を基材へ塗布する際の作業性、感度に優れる。
他のアルカリ可溶性樹脂の含有量は(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、感度の観点から1質量部以上であることが好ましく5質量部以上がより好ましい。機械特性、耐熱性の観点から70質量部以下であることが好ましく、50質量部以下がより好ましい。
本発明の感光性フィルムに含まれる樹脂のうち、一般式(4)および(5)で表される構造を含有する樹脂が30質量%以上であることが好ましい。
また、感光性フィルムの感度を向上させる目的で、必要に応じて、キュア後の収縮率を小さくしない範囲で(E)フェノール性水酸基を有する化合物を含有してもよい。
(E)フェノール性水酸基を有する化合物は、たとえば、Bis−Z、BisOC−Z、BisOPP−Z、BisP−CP、Bis26X−Z、BisOTBP−Z、BisOCHP−Z、BisOCR−CP、BisP−MZ、BisP−EZ、Bis26X−CP、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisCR−IPZ、BisOCP−IPZ、BisOIPP−CP、Bis26X−IPZ、BisOTBP−CP、TekP−4HBPA(テトラキスP−DO−BPA)、TrisP−HAP、TrisP−PA 、TrisP−SA、TrisOCR−PA、BisOFP−Z、BisRS−2P、BisPG−26X、BisRS−3P、BisOC−OCHP、BisPC−OCHP、Bis25X−OCHP、Bis26X−OCHP、BisOCHP−OC、Bis236T−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、BisRS−OCHP、(以上、商品名、本州化学工業(株) 製) 、BIR−OC、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−PCHP、BIP−BIOC−F、4PC、BIR−BIPC−F、TEP−BIP−A(以上、商品名、旭有機材工業(株)製) が挙げられる。
好ましい(E)フェノール性水酸基を有する化合物は、Bis−Z、BisP−EZ、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、BisOCHP−Z、BisP−MZ、BisP−PZ、BisP−IPZ、BisOCP−IPZ、BisP−CP、BisRS−2P、BisRS−3P、BisP−OCHP、メチレントリス−FR−CR、BisRS−26X、BIP−PC、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−BIPC−F等が挙げられる。
特に好ましい(E)フェノール性水酸基を有する化合物は、Bis−Z、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、BisRS−2P、BisRS−3P、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−BIPC−Fである。(E)フェノール性水酸基を有する化合物を含有することで、露光前はアルカリ現像液に難溶でありながら、露光時にはアルカリ現像液に容易に溶解するため、現像による膜減りが少なく、かつ短時間の現像が可能な感光性フィルムを得ることができる。(E)フェノール性水酸基を有する化合物の含有量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、好ましくは1〜50質量部であり、さらに好ましくは3〜40質量部の範囲内である。
本発明の感光性フィルムは、(F)溶剤を含有しても良い。(F)溶剤としては、γ− ブチロラクトンなどの極性の非プロトン性溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、などのエーテル類、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、などのジアルキレングリコールジアルキルエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのケトン類、3−メトキシブチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのアセテート類、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルなどのエステル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類などを単独、または混合して使用することができる。(F)溶剤の含有量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、0.0001質量部以上が好ましく、50質量部以下が好ましい。
本発明の感光性フィルムは、(G)シラン化合物を含有することができ、下地基板との接着性を向上させる接着助剤として用いることができる。(G)シラン化合物の具体例としては、N−フェニルアミノエチルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノエチルトリエトキシシラン、N−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニルアミノブチルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノブチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランや、以下に示す構造を有するシラン化合物を挙げることができるが、これらに限定されない。これらを2種以上含有してもよい。
Figure 0006982786
(G)シラン化合物の含有量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対して、0.01質量部以上15質量部以下が好ましい。この範囲内であれば、ポジ型感光性フィルムの耐熱性を保ったまま、接着助剤として十分な効果を得ることができる。
また、感光性フィルムと基板との濡れ性を向上させる目的で、乳酸エチルやプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、エタノールなどのアルコール類、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類を含有してもよい。また、二酸化ケイ素、二酸化チタンなどの無機粒子、あるいはポリイミドの粉末などを含有することもできる。
本発明の感光性フィルムは、(H)下記一般式(13)で表される化合物(以下、(H)成分と記載)を含有することが好ましい。(H)成分を含有することで、ラミネート後の膜と金属材料、とりわけ銅との密着性を著しく向上させる。これは、一般式(13)で表される化合物のS原子やN原子が金属表面と相互作用することに由来しており、さらに金属面と相互作用しやすい立体構造となっていることに起因する。これらの効果により、樹脂組成物に感光性を付与し、添加剤を有する組成においても金属材料との接着性に優れた樹脂硬化膜を得ることができる。一般式(13)中、R71〜R73は、O原子またはS原子、N原子のいずれかを示し、R71〜R73のうち少なくとも1つはS原子を示す。lは0もしくは1を示し、R71は、lが0の場合は酸素原子または硫黄原子を示し、lが1の場合は窒素原子を示す。m、nは1または2を示す。R74〜R76は、各々独立に、水素原子または炭素数1〜20の有機基を示す。R74〜R76としては、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、アルキルシリル基、アルコキシシリル基、アリール基、アリールエーテル基、カルボキシル基、カルボニル基、アリル基、ビニル基、複素環基、それらを組み合わせたものなど挙げられ、さらに置換基を有していてもよい。
Figure 0006982786
また、(H)成分の添加量は、(A1)樹脂と(A2)樹脂の総量100質量部に対し、0.1〜10質量部が好ましい。添加量が0.1質量部以上とすることで、金属材料に対するラミネート後の密着性向上の効果を十分に得られ、また10質量部以下とすることで、本発明に用いられる感光性フィルムがポジ型の場合には、感光剤との相互作用による感光性フィルムの感度低下を抑制できるため好ましい。
本発明に用いられる一般式(13)で表される化合物は、R71〜R73は、O原子またはS原子、N原子のいずれかを示し、R71〜R73のうち少なくとも1つはS原子であることが好ましい。一般にN原子を含有する化合物を添加する場合、感光剤とN原子含有化合物の相互作用により感度を損なう可能性があるが、S原子を含有することにより相互作用効果が適正に保たれ、感度を低下させることなく密着性向上の効果を得ることができる。また、シリコンなど金属以外の基板へのラミネート後の密着性の観点から、トリアルコキシメチル基を有することがより好ましい。
一般式(13)で表される化合物は、例としては以下のものが挙げられるが、下記構造に限らない。
Figure 0006982786
Figure 0006982786
Figure 0006982786
Figure 0006982786
Figure 0006982786
本発明の感光性フィルムの製造方法を例示する。例えば、(A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂と、(A2)前記(A1)アルカリ可溶性樹脂と反応する置換基を有する、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体およびそれらの共重合体から選ばれる1種類以上を有するアルカリ可溶性樹脂と、(B)光酸発生剤と、(C)熱架橋剤、(F)溶剤、および必要によりその他成分をガラス製のフラスコやステンレス製の容器に入れてメカニカルスターラーなどによって撹拌溶解させる方法、超音波で溶解させる方法、遊星式撹拌脱泡装置で撹拌溶解させる方法などが挙げられる。(A1)樹脂、(A2)樹脂、(B)光酸発生剤、(C)熱架橋剤、(F)溶剤等を含む組成物の粘度は200〜10,000mPa・sであることが好ましい。また、異物を除去するために0.1μm〜5μmのポアサイズのフィルターで濾過してもよい。
本発明の感光性フィルムは支持フィルムを有することが好ましい。(A1)樹脂、(A2)樹脂、(B)光酸発生剤、(C)熱架橋剤、(F)溶剤等を含む組成物を支持フィルム上に塗布し、次いでこれを乾燥することにより支持フィルム上に感光層を有する感光性フィルムを得ることができる。
支持フィルムは特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリイミドフィルムなど、通常市販されている各種のフィルムが使用可能である。支持フィルムと感光性フィルムとの接合面には、密着性と剥離性を向上させるために、シリコーン、シランカップリング剤、アルミキレート剤、ポリ尿素などの表面処理を施してもよい。また、支持フィルムの厚みは特に限定されないが、作業性の観点から、10〜100μmの範囲であることが好ましい。
また、本発明の感光性フィルムは、表面を保護するために、膜上に保護フィルムを有してもよい。これにより、大気中のゴミやチリ等の汚染物質から感光性フィルム表面を保護することができる。
保護フィルムとしては、ポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム等が挙げられる。保護フィルムは、感光性フィルムとの接着力が小さいものが好ましい。
(A1)樹脂、(A2)樹脂、(B)光酸発生剤、(C)熱架橋剤、(F)溶剤等を含む組成物を支持フィルムに塗布し、感光層を形成する方法としては、スプレー塗布、ロールコーティング、スクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーター、カレンダーコーター、メニスカスコーター、バーコーター、ロールコーター、コンマロールコーター、グラビアコーター、スクリーンコーター、スリットダイコーターなどによる方法が挙げられる。また、塗布膜厚は、塗布手法、組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、通常、乾燥後に得られる感光層の膜厚が、0.5μm以上100μm以下であることが好ましい。また3μm以上40μm以下であることがより好ましい。
乾燥には、オーブン、ホットプレート、赤外線などを使用することができる。乾燥温度及び乾燥時間は、溶剤を揮発させることが可能な範囲であればよく、半導体用樹脂フィルム材料が未硬化または半硬化状態となるような範囲を適宜設定することが好ましい。具体的には、40℃から120℃の範囲で1分から数十分行うことが好ましい。また、これらの温度を組み合わせて段階的に昇温してもよく、例えば、50℃、60℃、70℃で各1分ずつ熱処理してもよい。
次に、感光性フィルムを用いて半導体装置を製造する方法について述べる。感光性フィルムが保護フィルムを有する場合にはまずこれを剥離する。感光性フィルムと基板を対向させ、加熱圧着により貼り合わせて、感光性フィルムを基板に転写し、ラミネートを行う。次いで支持フィルムを剥離して感光性被膜を得る。加熱圧着は、熱プレス処理、熱ラミネート処理、熱真空ラミネート処理等によって行うことができる。加熱圧着しラミネートする温度は、基板への密着性、埋め込み性の点から40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。また、加熱圧着時に感光性フィルムが硬化し、露光・現像工程におけるパターン形成の解像度が悪くなることを防ぐために、加熱圧着の温度は150℃以下であることが好ましく、120℃以下であることがより好ましい。また熱圧着時に、気泡を除去する目的で、減圧下で行ってもよい。
また、基板に感光性フィルムをラミネートした後、感光性フィルムからの支持フィルムの剥離を0℃以上100℃以下の温度範囲にて行う。
用いる基板は、シリコンウエハ、セラミックス類、ガリウムヒ素、有機系回路基板、無機系回路基板、およびこれらの基板に回路の構成材料が配置されたものなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
有機系回路基板の例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板などのガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板などのコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板などの耐熱・熱可塑性基板、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板などのフレキシブル基板が挙げられる。また、無機系回路基板の例は、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板などのセラミック基板、アルミニウムベース基板、鉄ベース基板などの金属系基板が挙げられる。回路の構成材料の例は、金、銀、銅などの金属を含有する導体、無機系酸化物などを含有する抵抗体、ガラス系材料、樹脂などを含有する低誘電体、樹脂や高誘電率無機粒子などを含有する高誘電体、ガラス系材料などを含有する絶縁体などが挙げられる。
次に、上記方法によって形成された感光性被膜上に、所望のパターンを有するマスクを通して化学線を照射し、露光する。露光に用いられる化学線としては紫外線、可視光線、電子線、X線などがあるが、本発明では水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)を用いることが好ましい。感光性フィルムにおいて、支持フィルムがこれらの光線に対して透明な材質である場合は、感光性フィルムから支持フィルムを剥離してから露光を行ってもよく、剥離せずに露光を行ってもよい。剥離をせずに露光を行った場合は、露光後、現像処理を行う前に支持フィルムを剥離する。
パターンを形成するには、露光後、現像液を用いて未露光部を除去する。現像液としては、テトラメチルアンモニウムの水溶液、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ水溶液にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを含有してもよい。
現像は上記の現像液を感光性被膜のある面にスプレーする、現像液中に浸漬する、浸漬しながら超音波をかける、または基板を回転させながら現像液をスプレーするなどの方法によって行うことができる。現像時間や現像ステップ現像液の温度といった、現像時の条件は、未露光部が除去される条件であればよく、微細なパターンを加工し、パターン間の残渣を除去するために、未露光部が除去されてからさらに現像を行うことが好ましい。
現像後は水にてリンス処理をしてもよい。ここでもエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などを水に加えてリンス処理をしても良い。現像時のパターンの解像度が向上し、現像条件の許容幅が増大する場合には、現像前にベーク処理をする工程を取り入れても差し支えない。この温度としては50〜180℃の範囲が好ましく、特に60〜120℃の範囲がより好ましい。時間は5秒〜数時間が好ましい。
パターンを形成したのち、120℃から400℃の温度をかけて硬化膜を得る。この加熱処理は温度を選び、段階的に昇温するか、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら5分から5時間実施する。一例としては、130℃、200℃で各30分ずつ熱処理する。あるいは室温より250℃まで2時間かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。この際、加熱温度は150℃以上、300℃以下の温度が好ましく、180℃以上、250℃以下であることがさらに好ましい。
硬化膜の膜厚は、絶縁性を向上させるため、0.5μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。また、残留応力による基板の反りを低減する観点から、100μmが好ましく、40μm以下がより好ましい。
本発明の感光性フィルムを硬化した硬化膜は、半導体のパッシベーション膜、半導体保護膜、高密度実装用多層配線の層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層などの用途に好適に用いられる。また本発明の感光性フィルムを硬化した硬化膜は、該硬化膜のレリーフパターン層を形成させた状態にて、半導体装置に用いることができる。
また硬化膜を上記の通り2〜40μmの膜厚にて基板上に配置し、その上に銅の配線を配置した後、銅配線間の絶縁膜としてさらに硬化膜を2〜40μmの膜厚にて形成し、半導体装置を作製することもできる。
本発明の感光性フィルムを硬化した硬化膜が配置された半導体装置の好適な構造の例を以下図1に示す。半導体素子1上にパッシベーション膜2が形成されている。パッシベーション膜2上に本発明による感光性フィルムを加熱圧着にてラミネートし、ホットプレートなどを用いて加熱乾燥し、露光・現像を通して感光性被膜のパターンを形成する。感光性被膜のパターン形成後に、キュアによる高温処理プロセスを行い、硬化膜3を形成する。硬化膜3上にスパッタ、蒸着、無電解めっき、電解めっきなどの手法で金属配線を形成する。さらに、金属配線を保護するために本発明による感光性フィルムを加熱圧着にてラミネートし、ホットプレートなどを用いて加熱乾燥し、露光・現像を通してパターン形成する。感光性被膜のパターン形成後に、キュアによる高温処理プロセスを行い、硬化膜5を形成する。上記の手法にて硬化膜を形成することにより、硬化膜同士の高い密着性および硬化膜と金属配線の高い密着性を有する、平坦性の高い半導体装置を提供することができる。
次に、本発明の感光性フィルムを硬化した硬化膜が配置された、インダクタ装置のコイル部品への応用例について図面を用いて説明する。図2は本発明の硬化膜を有するコイル部品の断面図である。図2に示すように、基板6には絶縁膜7、その上にパターンとして硬化膜8が形成される。基板6としてはフェライト等が用いられる。本発明の感光性フィルムは硬化膜7と硬化膜8のどちらに使用してもよい。このパターンの開口部に金属膜9(Cr、Ti等)が形成され、この上に金属配線10(Ag、Cu等)がめっき形成される。金属配線10(Ag、Cu等)はスパイラル上に形成されている。7〜10の工程を複数回繰り返し、積層させることでコイルとしての機能を持たせることができる。最後に金属配線10(Ag、Cu等)は金属配線11(Ag、Cu等)によって電極12に接続され、封止樹脂13により封止される。
次に、本発明の感光性フィルムを硬化した硬化膜が配置された、中空部を有する電子部品または半導体装置の応用例について図面を用いて説明する。図3は本発明の感光性フィルムを用いた弾性波装置の中空部の断面図の一例である。図3に示すように、基板14にはそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極により構成されたIDT(Inter Digital Transducer)電極15と、電気的導通をとるためのボンディングパッド16が形成される。ここで基板14は、例えばニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、水晶、ランガサイト、ZnO、PZT、4ホウ酸リチウムなどが挙げられる。電極15およびボンディングパッドの材質としては、例えばAl、Pt、Cu、Au、Ti、Ni、Cr、W、Pd、Co、Mnなどの金属が挙げられる。さらに圧電基板14には中空部17を確保するために支持材18として感光性樹脂組成物の硬化膜のレリーフパターン層が形成される。感光性樹脂組成物としては、例えばポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂などが挙げられる。被覆材19は電極15を覆うように、支持材17を介して基板15に設けられる。ここで、被覆材19には本発明の感光性フィルムが用いられるが、支持材17に用いられても良い。被覆材19の厚みは、例えば20μmである。保護部材20は基板14、支持材18および被覆材19を覆うように設けられる。例えば被覆材19上にある保護部材20の厚みは、例えば30μmである。保護部材は絶縁材料であり、例えば、ばエポキシ系樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、シリコン系樹脂、SOG(Spin On Grass)などが挙げられる。支持材17および被覆材19の内部には、厚み方向に貫通するようにビア導体21が設けられても良い。ビア導体21上にはんだバンプ22が接続形成される。
次に、本発明の感光性フィルムを用いた、段差を有する基板からなる半導体装置への応用例について図面を用いて説明する。図4は、本発明の硬化膜を有する半導体装置のパット部分の拡大断面図であり、ファンアウトウエハレベルパッケージ(ファンアウトWLP)とよばれる構造である。Alパッド24、パッシベーション膜25が形成されたシリコンウエハ23はダイシングされチップごとに切り分けられた後、樹脂26で封止される。封止される際に加熱処理がされ、樹脂26の収縮により、チップ23と樹脂26の間に(T−1)段差が生じる。このとき、チップ23表面の(S−1)上段部と樹脂26表面の(S−2)下段部からなる(T−1)段差は2〜40μmである。(S−1)上段部と(S−2)下段部のそれぞれの上にわたって、本発明の感光性フィルムによるパターンとして硬化膜27が形成され、(S−1)上段部の上に配置された硬化膜と、前記(S−2)下段部の上に配置された硬化膜との(T−2)段差が5μm以下となる。
更に、金属(Cr、Ti等)膜28、金属配線29が形成される。その後、チップ外の封止樹脂上に形成された絶縁膜30の開口部にバリアメタル31とはんだバンプ32が形成される。ファンアウトWLPは、半導体チップの周辺にエポキシ樹脂等の封止樹脂を用いて拡張部分を設け、半導体チップ上の電極から該拡張部分まで再配線を施し、拡張部分にもはんだボールを搭載することで必要な端子数を確保した半導体パッケージである。ファンアウトWLPにおいては、半導体チップの主面と封止樹脂の主面とが形成する境界線を跨ぐように配線が設置される。すなわち、金属配線が施された半導体チップおよび封止樹脂という2種以上の材料からなる基材の上に層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜の上に配線が形成される。これ以外にも、半導体チップをガラスエポキシ樹脂基板に形成された凹部に埋め込んだタイプの半導体パッケージでは、半導体チップの主面とプリント基板の主面との境界線を跨ぐように配線が設置される。この態様においても、2種以上の材料からなる基材の上に層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜の上に配線が形成される。本発明の感光性フィルムを硬化してなる硬化膜は、2種類以上の材料からなる基板上に配置された場合に、基板にある段差を低減させ、硬化膜の平坦性を維持することができるため、2種以上の材料からなる基材の上に設ける層間絶縁膜として好適に用いられる。
以下、実施例と比較例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。合成したキノンジアジド化合物のエステル化率の評価、感光性フィルムの評価は以下の方法で行った。
<膜厚の測定方法>
大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースSTM−602を使用し、プリベーク後および現像後の膜は、ポリイミドを基準として屈折率1.629で測定した。
<ポリイミドのイミド化率の測定>
(A2)アルカリ可溶性樹脂のイミド化率は、6インチのシリコンウエハ上に、ポリイミド樹脂の固形分濃度50質量%のN−メチルピロリドン(以下、NMP)溶液をスピンコート法で塗布し、次いで120℃のホットプレート(大日本スクリーン製造(株)製SKW−636)で3分間ベークし、厚さ10μm±1μmのプリベーク膜を作製した。この膜を半分に割り、片方をイナートオーブン(光洋サーモシステム製INH−21CD)に投入し、350℃の硬化温度まで30分間かけて上昇させ、350℃で60分間加熱処理を行った。その後、オーブン内が50℃以下になるまで徐冷し、硬化膜を得た。得られた硬化膜(A)と硬化前の膜(B)について、フーリエ変換赤外分光光度計FT−720(堀場製作所製)を用いて赤外吸収スペクトルを測定した。イミド環のC−N伸縮振動による1377cm−1付近のピーク強度を求め、「硬化前の膜(B)のピーク強度/硬化膜(A)のピーク強度」の値をイミド化率とした。
<ラミネート性の評価>
後述する各実施例および比較例で作製した感光性フィルムの保護フィルムを剥離した。次いで剥離面を、シリコンウエハ上または銅基板上にラミネートした。銅基板はシリコンウエハ上にチタン、銅を100nmスパッタリングし、その後電解めっきにて銅めっき膜を2μmの厚みで形成された金属材料層を表面に有する基板(銅めっき基板)を用いた。ラミネートは、ラミネート装置((株)タカトリ製、VTM−200M)を用い、ステージ温度80℃、ロール温度80℃、真空度150Pa、貼付速度5mm/秒、貼付圧力0.2Mpaの条件で行なった。ラミネート後、基板上の膜の中央に、カッターガイドを用いて2mm×2mmの間隔で100個の正方形ができるように碁盤目状に感光性被膜に切れ目を入れた。碁盤目状の部分にセロハンテープをはりつけた後、基板に対して90°の角度方向に引っ張り、剥がした。剥がした際に100個のうちで剥離された感光性被膜の数を数えた。剥離する数が少ないと密着性が高いことを示しており、多いと密着性が低いことを示している。50以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましく、10以下であればさらに好ましい。ラミネート性の評価をシリコンウエハ上で行ったものを条件1、銅基板上で行ったものを条件2とした。
<パターン加工性(高感度性)の評価>
各実施例および比較例で作製した感光性フィルムの保護フィルムを剥離し、該剥離面を、8インチシリコンウエハ上にラミネート装置((株)タカトリ製、VTM−200M)を用いて、ステージ温度80℃、ロール温度120℃、真空度150Pa、貼付速度5mm/秒、貼付圧力0.2Mpaの条件でラミネートした。次いで、120℃のホットプレート(ACT−8使用)で3分間ベークし、厚さ10μmのプリベーク膜を作製した。この膜を、i線ステッパー(NIKON NSR i9)を用いて0〜1000mJ/cmの露光量にて10mJ/cmステップで露光した。露光後、2.38質量%のテトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液(三菱ガス化学(株)製、ELM−D)で90秒間現像し、ついで純水でリンスして、5μmの孤立スペースを有する現像膜Aを得た。
現像膜Aにて、露光および現像後、5μmの孤立スペースの露光部分が完全に溶出してなくなった露光量(最小露光量Ethという)を感度とした。Ethが400mJ/cm以下であれば高感度であると判断できる。300mJ/cm以下がより好ましく、250mJ/cm以下がさらに好ましい。
<高伸度性の評価>
各実施例および比較例で作製した感光性フィルムの保護フィルムを剥離し、シリコンウエハ上に、ラミネート装置((株)タカトリ製、VTM−200M)を用いて、ステージ温度80℃、ロール温度120℃、真空度150Pa、貼付速度5mm/秒、貼付圧力0.2Mpaの条件で、膜厚T1=11μmとなるようにラミネートした。ラミネートした基板をホットプレートで120℃、3分間プリベークした後、イナートオーブンCLH−21CD−S(光洋サーモシステム(株)製)を用いて、窒素気流下において酸素濃度20ppm以下で毎分3.5℃の昇温速度で220℃まで昇温し、220℃で1時間加熱処理を行なった。46質量%フッ酸水溶液にて剥離し、硬化膜(耐熱性樹脂膜)を得た。この方法で得た硬化膜を7×1cmになるように片刃で切り出し、これをテンシロン万能試験機(オリエンテック社製、RTM−100)にて50mm/分で引っ張った。このときの伸び量をサンプル長で割った値を求めた。この測定を10個のサンプルについて行い、その最大値を伸度とした。伸度は10%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましく40%以上であるとさらに好ましい。
<5%重量減少温度測定(耐熱性の評価)>
前記<高伸度性の評価>と同一の方法により得た硬化膜を、熱重量減少測定機(島津製作所製 TGA50)を用いて窒素気流下80mL/min条件下において、10℃/minの速度で昇温し測定した。5%重量減少温度が260℃以上であることが好ましく、300℃以上であることがより好ましく、340℃以上であるとさらに好ましい。
各実施例および比較例に用いた化合物の略記号とその名称は下記の通りである。
PMDA−HH:1S,2S,4R,5R−シクロへキサンテトラカルボン酸二無水物
TDA−100: 3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物
CBDA:シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
6FDA:4,4’−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物
ODPA:3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物
SiDA:1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ビス(3−アミノプロピル)ジシロキサン
BAHF: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
DAE:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
ED−600:ジェファーミンED−600(商品名、HUNTSMAN(株)製)
MAP:メタアミノフェノール
NA:5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物
KBM−403:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(シラン化合物(a))。
各実施例、比較例に使用した(C)熱架橋剤、(H)化合物を下記に示す。
Figure 0006982786
Figure 0006982786
合成例1 キノンジアジド化合物(a)の合成
乾燥窒素気流下、TrisP−PA(商品名、本州化学工業(株)製)21.22g(0.05モル)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド26.86g(0.10モル)、4−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド13.43g(0.05モル)を1,4−ジオキサン50gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン15.18gを、系内が35℃以上にならないように確認しながら滴下した。滴下後30℃で2時間撹拌した。トリエチルアミン塩を濾過し、濾液を水に投入した。その後、析出した沈殿を濾過で集めた。この沈殿を真空乾燥機で乾燥させ、下記式で表されるキノンジアジド化合物(a)を得た。
Figure 0006982786
合成例2 ポリヒドロキシスチレン樹脂(a0−1)の合成
テトラヒドロフラン500ml、開始剤としてsec−ブチルリチウム0.01モルを加えた混合溶液に、p−t−ブトキシスチレンとスチレンをモル比3:1の割合で合計20gを添加し、3時間撹拌しながら重合させた。重合停止反応は反応溶液にメタノール0.1モルを添加して行った。次にポリマーを精製するために反応混合物をメタノール中に注ぎ、沈降した重合体を乾燥させたところ白色重合体が得られた。更に、アセトン400mlに溶解し、60℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、p−t−ブトキシスチレンを脱保護してヒドロキシスチレンに変換し、洗浄乾燥したところ、精製されたp−ヒドロキシスチレンとスチレンの共重合体(以下(a0−1))が得られた。また、GPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が3500(GPCポリスチレン換算)、分散度は(Mw/Mn)2.80であった。
合成例3 ポリヒドロキシスチレン樹脂(a0−2)の合成
前記合成例2のp−t−ブトキシスチレンの代わりに、m−t−ブトキシスチレンを使用する以外は同様に行った。得られたm−ヒドロキシスチレンとスチレンの共重合体(以下(a0−2))は、GPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が5000(GPCポリスチレン換算)、分散度は(Mw/Mn)3.20であった。
合成例4 ポリヒドロキシスチレン樹脂(a0−3)の合成
前記合成例2のスチレンを加えない以外は同様に行った。得られたp−ヒドロキシスチレン樹脂(以下(a0−3))は、GPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が3000(GPCポリスチレン換算)、分散度は(Mw/Mn)1.60であった。
合成例5 アルカリ可溶性樹脂(a1−1)の合成
ポリヒドロキシスチレン樹脂(a0−1)を、水酸化ナトリウム80g(2.0モル)を純水800gに溶解させた溶液に溶解させた。完全に溶解させた後、20〜25℃で36〜38質量%のホルマリン水溶液686gを2時間かけて滴下した。その後20〜25℃で17時間撹拌した。これに硫酸98gと水552gを加えて中和を行い、そのまま2日間放置した。放置後に溶液に生じた白色固体を水100mLで洗浄した。この白色固体を50℃で48時間真空乾燥した。
次に、このようにして得た白色個体をメタノール300mLに溶解させ、硫酸2gを加えて室温で24時間撹拌した。この溶液にアニオン型イオン交換樹脂(Rohmand Haas社製、アンバーリストIRA96SB)15gを加え1時間撹拌し、濾過によりイオン交換樹脂を除いた。その後、GBL500mLを加え、ロータリーエバポレーターでメタノールを除き、GBL溶液にした。これを13C−NMR(日本電子(株)製、GX−270)により分析し、一部がアルコキシ化したポリヒドロキシスチレン樹脂であるアルカリ可溶性樹脂(以下(a1−1))が得られていることを確認した。GPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が8000(GPCポリスチレン換算)であり、アルコキシ化したヒドロキシスチレンは、ヒドロキシスチレン1モルあたり35モル%の導入率であった。
合成例6 アルカリ可溶性樹脂(a1−2)の合成
前記合成例5の(a0−1)の代わりに(a0−2)を用いる以外は同様の製法において合成を行った。得られたアルコキシ化したポリヒドロキシスチレン樹脂であるアルカリ可溶性樹脂(以下(a1−2))は、GPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が7500(GPCポリスチレン換算)であり、アルコキシ基の導入率は、ヒドロキシスチレン1モルあたり55モル%であった。
合成例7 アルカリ可溶性樹脂(a1−3)の合成
前記合成例5の(a0−1)の代わりに(a0−3)を用いる以外は同様の製法において合成を行った。得られたアルコキシ化したポリヒドロキシスチレン樹脂であるアルカリ可溶性樹脂(以下(a1−3))は、GPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が3500(GPCポリスチレン換算)であり、アルコキシ基の導入率は、ヒドロキシスチレン1モルあたり69モル%であった。
合成例8 ノボラック樹脂(e)の合成
乾燥窒素気流下、m−クレゾール70.2g(0.65モル)、p−クレゾール37.8g(0.35モル)、37質量%ホルムアルデヒド水溶液75.5g(ホルムアルデヒド0.93モル)、シュウ酸二水和物0.63g(0.005モル)、メチルイソブチルケトン264gを仕込んだ後、油浴中に浸し、反応液を還流させながら4時間重縮合反応を行った。その後、油浴の温度を3時間かけて昇温し、その後に、フラスコ内の圧力を40〜67hPaまで減圧し、揮発分を除去し、溶解している樹脂を室温まで冷却して、アルカリ可溶性のノボラック樹脂(e)のポリマー固体を得た。GPCによる分析により、重量平均分子量(Mw)が3,500であることを確認した。得られたノボラック樹脂(e)にγ−ブチロラクトン(GBL)を加え、固形分濃度43質量%のノボラック樹脂(e)溶液を得た。
合成例9 既閉環ポリイミド樹脂(A)の合成
乾燥窒素気流下、PMDA−HH4.48g(0.020モル)、6FDA11.11g(0.025モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED−600を6.00g(0.010モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(A)の粉末を得た。
合成例10 既閉環ポリイミド樹脂(B)の合成
乾燥窒素気流下、PMDA−HH1.12g(0.005モル)、6FDA11.11g(0.025モル)、ODPA4.65g(0.015モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 6.00g(0.010モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(B)の粉末を得た。
合成例11 既閉環ポリイミド樹脂(C)の合成
乾燥窒素気流下、CBDA3.92g(0.020モル)、6FDA11.11g(0.025モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 6.00g(0.010モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(C)の粉末を得た。
合成例12 既閉環ポリイミド樹脂(D)の合成
乾燥窒素気流下、CBDA0.98g(0.005モル)、6FDA11.11g(0.025モル)、ODPA4.65g(0.015モル)をNMP100gに溶解させた。ここにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE0.50g(0.003モル)、ED600 7.50g(0.013モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した後、末端封止剤として、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物1.64g(0.010モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(D)の粉末を得た。
合成例13 既閉環ポリイミド樹脂(E)の合成
乾燥窒素気流下、CBDA0.98g(0.005モル)、6FDA11.11g(0.025モル)、TDA−100 4.50g(0.015モル)をNMP100gに溶解させた。ここにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE0.50g(0.003モル)、ED600 7.50g(0.013モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した後、末端封止剤として、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物1.64g(0.010モル)をNMP10gとともに加えて、60℃で1時間反応させた。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(E)の粉末を得た。
合成例14 既閉環ポリイミド樹脂(F)の合成
乾燥窒素気流下、PMDA−HH10.09g(0.045モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF15.57g(0.043モル)、DAE1.00g(0.005モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(F)の粉末を得た。
合成例15 既閉環ポリイミド樹脂(G)の合成
乾燥窒素気流下、CBDA8.82g(0.045モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF15.57g(0.043モル)、DAE1.00g(0.005モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(G)の粉末を得た。
合成例16 既閉環ポリイミド樹脂(H)の合成
乾燥窒素気流下、ODPA13.96g(0.045モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 6.0g(0.010モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(H)の粉末を得た。
合成例17 既閉環ポリイミド樹脂(I)の合成
乾燥窒素気流下、TDA−100 6.01g(0.020モル)、6FDA11.11g(0.025モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 6.0g(0.010モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(I)の粉末を得た。
合成例18 既閉環ポリイミド樹脂(J)の合成
乾燥窒素気流下、6FDA19.99g(0.045モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF11.90g(0.033モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 6.0g(0.010モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(J)の粉末を得た。
合成例19 ポリベンゾオキサゾール前駆体(K)の合成
乾燥窒素気流下、BAHF18.3g(0.05モル)をNMP50g、グリシジルメチルエーテル26.4g(0.3モル)に溶解させ、溶液の温度を−15℃まで冷却した。ここにジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロリド14.7g(日本農薬(株)製、0.050モル)をGBL25gに溶解させた溶液を、内部の温度が0℃を越えないように滴下した。滴下終了後、6時間−15℃で撹拌を続けた。反応終了後、溶液をメタノールを10質量%含んだ水3Lに投入して白色の沈殿を析出させた。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し、アルカリ可溶性のポリベンゾオキサゾール前駆体(K)を得た。
合成例20 ポリイミド前駆体樹脂(L)の合成
乾燥窒素気流下、4,4’−ジアミノフェニルエーテル(以下、DAE)7.51g(0.038モル)、SiDA1.86g(0.007モル)、3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP100gに溶解させた。ここにODPA13.96g(0.045モル)をNMP20gとともに加えて、20℃で1時間反応させ、次いで50℃で4時間反応させた。その後、N,N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール9.25g(0.08モル)をNMP5gで希釈した溶液を10分かけて滴下し、50℃で3時間反応させた。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿を濾過で集めた。さらに水2Lで2回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で20時間乾燥し、ポリイミド樹脂(K)を得た。
合成例21 ポリイミド樹脂(M)の合成
乾燥窒素気流下、DAE8.11g(0.04モル)、3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP100gに溶解させた。ここにODPA13.96g(0.045モル)をNMP20gとともに加えて、20℃で1時間反応させ、次いで50℃で4時間反応させた。さらにその後、180℃で5時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で20時間乾燥し、ポリイミド樹脂(M)を得た。
合成例22 既閉環ポリイミド樹脂(N)の合成
乾燥窒素気流下、CBDA3.92g(0.020モル)、6FDA11.11g(0.025モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF10.07g(0.028モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 10.50g(0.018モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(N)の粉末を得た。
合成例23 既閉環ポリイミド樹脂(O)の合成
乾燥窒素気流下、CBDA3.92g(0.020モル)、6FDA11.11g(0.025モル)をNMP100gに溶解させた。ここに3−アミノフェノール1.09g(0.010モル)をNMP20gとともに加えた。さらにBAHF7.33g(0.020モル)、DAE1.00g(0.005モル)、ED600 15.00g(0.025モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP20gとともに加えて、60℃で1時間反応させ、次いで180℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して白色沈殿を得た。この沈殿を濾過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し既閉環ポリイミド樹脂(O)の粉末を得た。
合成例24 ノボラック樹脂(f)の合成
窒素置換した三口フラスコ1000ml中にm−クレゾール108.0g、メタノール108.0g、水酸化ナトリウム40.0gを仕込み、攪拌しながら、67℃まで昇温後、30分間還流反応を行なった。その後、反応液を40℃まで冷却し、92質量%パラホルムアルデヒド65.2gを仕込み、再び67℃まで昇温後、5時間還流反応を行なった。反応終了後、反応液を30℃以下にまで冷却し、30質量%硫酸140.0gを反応液が35℃以上にならない様に30分かけて滴下した。得られた反応液のpHは4.9であった。さらに反応液中にイオン交換水540.0gを添加し、20分攪拌して20分静置後、分離した水層を除去した。水層除去後、ジオキサン108.0gを添加し、40℃、圧力を0.08MPaにて残留水分を3質量%未満まで除去した。反応液にメタノール432.0g、96質量%硫酸2.0gを加えた。得られた反応液のpHは0.8であった。反応液を60℃まで昇温し、60℃にて3時間アルコキシ化反応を行なった。反応終了後、反応液を30℃以下まで冷却し、10質量%水酸化ナトリウム水溶液を、反応液の温度が35℃以上にならない様に30分かけて反応液のpHが9.0になるまで滴下した。反応液に洗浄用分離溶剤であるメチルイソブチルケトン(MIBK)216.0g、イオン交換水324.0gを加え、30℃で20分攪拌し、20分静置し、分離した水層を除去した。更にイオン交換水324.0gを加え、除去水の電気伝導度が100μScm以下になるまでイオン交換水で洗浄操作を繰り返した。洗浄終了後、γ―ブチロラクトン300gを加え、70℃、圧力を0.08MPaにてイオン交換水及びMIBKの留去を行い、固形分50質量%のノボラック樹脂溶液(f)を得た。
得られたノボラック樹脂溶液(f)はGPCによる分析により重量平均分子量(Mw)が7000(GPAポリスチレン換算)、分散度(Mw/Mn)は7.5であった。13CNMRによるフェノール骨格1モル当たりのアルコキシアルキル基のモル数は57モル%、アルコキシ化率は100モル%であった。
実施例1
アルカリ可溶性樹脂(a1−1)10.5g、合成例9で得られた樹脂(A)10.5g、合成例1で得られたキノンジアジド化合物(a)3.0g、架橋剤MX−270 7.2g、KBM−403 1.0gをGBL 25gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスAを得た。
得られたワニスを、コンマロールコーターを用いて、厚さ38μmのPETフィルム上に塗布し、80℃で8分間乾燥を行った後、保護フィルムとして、厚さ10μmのPPフィルムをラミネートし、感光性フィルムを得た。感光性フィルムの膜厚は10μmとなるように調整した。
得られた感光性フィルムを用いて、シリコン基板へのラミネート性、高伸度性、5%重量減少温度(耐熱性)、およびパターン加工性の各評価を行った。
実施例2〜33、比較例1〜8
(A1)アルカリ可溶性樹脂、(A2)アルカリ可溶性樹脂、その他添加剤、(B)光酸発生剤および(C)架橋剤の添加量を表1、表2−1、および表2−2のように変更する以外は実施例1と同様の方法でワニスを作製した。得られた感光性フィルムを用いて、シリコン基板へのラミネート性、高伸度性、5%重量減少温度(耐熱性)、およびパターン加工性の各評価を行った。
(A2)アルカリ可溶性樹脂の成分のモル比を表1に示す。
Figure 0006982786
Figure 0006982786
Figure 0006982786
評価結果を表3−1および表3−2に示す。
Figure 0006982786
Figure 0006982786
1 半導体素子
2 パッシベーション膜
3 硬化膜
4 金属配線
5 硬化膜
6 基板
7 硬化膜
8 硬化膜
9 金属膜
10 金属配線
11 金属配線
12 電極
13 封止樹脂
14 基板
15 IDT電極
16 ボンディングパッド
17 中空部
18 支持材
19 被覆材
20 保護部材
21 ビア導体
22 はんだバンプ
23 シリコンウエハ
24 Alパッド
25 パッシベーション膜
26 樹脂
27 硬化膜
28 金属膜
29 金属配線
30 絶縁膜
31 バリアメタル
32 はんだバンプ

Claims (17)

  1. (A1)一般式(1)で表される構造単位を有するアルカリ可溶性樹脂、
    (A2)ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミドイミド、それらの前駆体、およびそれらの共重合体、から選ばれる1種類以上を含むアルカリ可溶性樹脂であって、かつ、一般式(4)および(5)で表される構造単位のうち少なくともいずれかを有し、かつ、前記一般式(4)および(5)におけるRが、ポリエーテル構造を有しかつ炭素数20〜100である有機基を一般式(4)および(5)における繰り返し単位の総量100モル%に対して10〜80モル%含有するアルカリ可溶性樹脂、
    (B)光酸発生剤、ならびに
    (C)一般式(12)で表される構造単位を有する熱架橋剤を含有する感光性フィルム。
    Figure 0006982786
    (一般式(1)中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、aは0〜4、bは1〜3の範囲内の整数を表し、Rは水素原子、メチル基、エチル基、またはプロピル基である。)
    Figure 0006982786
    (一般式(4)中、Rは炭素数4〜40の4価の有機基を示す。Rは炭素数20〜100の2価の有機基を示す。nは10〜100,000の範囲内の整数を示す。)
    Figure 0006982786
    (一般式(5)中、Rは炭素数4〜40の2〜4価の有機基を示す。Rは炭素数20〜100の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の有機基を示す。nは10〜100,000の範囲内の整数を示し、pおよびqは0≦p+q≦2を満たす整数を示す。)
    Figure 0006982786
    (一般式(12)中、R69およびR70は、各々独立に、水素原子またはメチル基を示す。R68は炭素数2以上のアルキレン基を有する2価の有機基であり、直鎖状、分岐状、および環状のいずれでも良い。)
  2. 前記(A1)アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)が、3,000〜60,000の範囲内である、請求項1に記載の感光性フィルム。
  3. 前記(A1)アルカリ可溶性樹脂が、さらに一般式(2)および一般式(3)で表される構造単位のうち少なくともいずれかを有する、請求項1または2に記載の感光性フィルム。
    Figure 0006982786
    (一般式(2)中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、eは1〜5の範囲内の整数を表す。)
    Figure 0006982786
    (一般式(3)中、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
  4. 前記(C)熱架橋剤の重量平均分子量(Mw)が、100〜2,500である、請求項1〜3のいずれかに記載の感光性フィルム。
  5. 前記(A2)アルカリ可溶性樹脂が、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、またはチオール基から選ばれる1種類以上の置換基を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の感光性フィルム。
  6. 前記ポリエーテル構造を有しかつ炭素数20〜100である有機基が、一般式(10)で表される有機基である、請求項に記載の感光性フィルム。
    Figure 0006982786
    (式中、R54〜R57はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキレン基を表す。R58〜R65はそれぞれ独立に水素、フッ素、または炭素数1〜6のアルキル基を表す。但し、繰り返し単位xの括弧内に表される構造と繰り返し単位yの括弧内に表される構造は異なる。また、繰り返し単位zの括弧内に表される構造と繰り返し単位yの括弧内に表される構造はそれぞれ異なる。x、y、zはそれぞれ独立に0〜35の整数を表す。)
  7. 前記一般式(4)および(5)におけるRが、脂環構造を有しかつ炭素数4〜40である有機基を一般式(4)および(5)における繰り返し単位の総量100モル%に対して10〜80モル%含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の感光性フィルム。
  8. さらに、(H)一般式(13)で表される化合物を含有する、請求項1〜のいずれかに記載の感光性フィルム。
    Figure 0006982786
    (一般式(13)中、R71〜R73は、O原子またはS原子、N原子のいずれかを示し、R71〜R73のうち少なくとも1つはS原子を示す。lは0もしくは1を示し、R71は、lが0の場合は酸素原子または硫黄原子を示し、lが1の場合は窒素原子を示す。m、nは1または2を示す。R74〜R76は、各々独立に、水素原子または炭素数1〜20の有機基を示す。)
  9. 膜厚が3〜45μmである感光層を有する、請求項1〜のいずれかに記載の感光性フィルム。
  10. 前記感光層の上に保護フィルムを有し、前記感光層の下に支持フィルムを有する、請求項に記載の感光性フィルム。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の感光性フィルムを硬化した硬化膜。
  12. 請求項11に記載の硬化膜が配置された、層間絶縁膜または半導体保護膜。
  13. 請求項11に記載の硬化膜のレリーフパターン層を有する、電子部品または半導体装置。
  14. 請求項11に記載の硬化膜を2〜40μmの膜厚にて基板上に有し、その上に銅の配線を有し、銅配線間の絶縁膜としてさらに請求項11に記載の硬化膜を2〜40μmの膜厚にて有する、電子部品または半導体装置。
  15. 支持材として感光性樹脂組成物の硬化膜のレリーフパターン層を基板上に有し、さらに、被覆材として該支持材上に請求項11に記載の硬化膜を有し、該支持材のレリーフパターン層の開口部に該被覆材が配置され、支持材と被覆材と基板に囲われた中空部を有する、電子部品または半導体装置。
  16. (T−1)段差が2〜40μmである(S−1)上段部と(S−2)下段部を基板上に有し、
    前記(S−1)上段部と(S−2)下段部のそれぞれの上に、請求項11に記載の硬化膜が配置されてなり、
    前記(S−1)上段部の上に配置された請求項11に記載の硬化膜と、前記(S−2)下段部の上に配置された請求項11に記載の硬化膜との(T−2)段差が5μm以下である、
    電子部品または半導体装置。
  17. 請求項1〜10に記載の感光性フィルムを用いて半導体装置を製造する方法であって、前記感光性フィルムを基板上に40〜150℃の温度で加熱圧着することにより感光性被膜を形成する工程、露光マスクを介して前記感光性被膜を露光する工程、前記感光性被膜の露光部をアルカリ現像液で除去して現像する工程を含む、電子部品または半導体装置の製造方法。
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