JPH0659460A - 感光性ポリイミドのパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、（ａ）感光性ポリイミド前駆体溶液
を基板に塗布し、乾燥した後、選択的に露光し、ついで
現像を行う工程、（ｂ）上記のパターン形成された基板
を、上記感光性ポリイミド前駆体中の感光成分を溶解可
能な抽出溶液に浸漬する工程、（ｃ）上記のパターン形
成された基板に熱処理をすることにより、イミド化を行
う工程、を含むことを特徴とする感光性ポリイミドのパ
ターン形成方法。 【効果】本発明によれば、熱膨脹率が小さく、低ストレ
スな感光性ポリイミドのパターンを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光性ポリイミドのパ
ターン形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子をはじめとする電子デバイス
においては、近年、高速化の要求が高まり、その保護膜
や多層配線の層間を絶縁する層間絶縁膜として従来の無
機材料にかわり、誘電率の小さいポリイミド系の樹脂が
用いられるようになった。

【０００３】しかし、半導体チップの面積が大きくなる
につれて、封止樹脂と半導体チップの間に生じる熱膨張
率の差による熱ストレスによる配線のスライド、パッシ
ベーションクラックが問題となってきた。

【０００４】このような問題の解決のためには、熱膨張
率が、半導体チップのシリコンと等しい材料を使用する
ことが好ましく、熱膨張率が非常に小さくシリコン並で
あるポリイミドの構造も知られている（例えば、「最新
・耐熱性高分子」、総合技術センター出版（１９８７
年）、ｐ１６０）。しかし、これらの低熱膨脹率ポリイ
ミドに感光性を付与すると、感光性を付与する前の状態
よりも熱ストレスが大きくなるという問題が生じた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らはこのよう
な事情に鑑み、感光性ポリイミドについて多くの現像実
験を試み、熱ストレスを増大させる原因を探求した。

【０００６】その結果、感光成分を現像終了後に除くこ
とで上記の問題が解決できることを見出だし、本発明に
至った。

【０００７】したがって、本発明の目的は、熱膨脹率が
小さく、低ストレスな感光性ポリイミドのパターンを得
るための感光性ポリイミドのパターン形成方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
以下の構成をとることにより達成される。

【０００９】（１）（ａ）感光性ポリイミド前駆体溶液
を基板に塗布し、乾燥した後、選択的に露光し、ついで
現像を行う工程、（ｂ）上記のパターン形成された基板
を、上記感光性ポリイミド前駆体中の感光成分を溶解可
能な抽出溶液に浸漬する工程、（ｃ）上記のパターン形
成された基板に熱処理をすることにより、イミド化を行
う工程、を含むことを特徴とする感光性ポリイミドのパ
ターン形成方法。

【００１０】（２）抽出溶液が、２０dyne/cm 以上の表
面張力を有し、上記感光性ポリイミド前駆体が溶解しな
い溶液であることを特徴とする前記（１）記載の感光性
ポリイミドのパターン形成方法。

【００１１】（３）抽出溶液が、アルカリを１〜１００
重量％含有することを特徴とする前記（１）または
（２）記載の感光性ポリイミドのパターン形成方法。

【００１２】（４）抽出溶液が、酸を１〜１００重量％
含有することを特徴とする前記（１）または（２）記載
の感光性ポリイミドのパターン形成方法。

【００１３】（５）抽出溶液が、ハロゲン化アルキルを
１〜１００重量％含有することを特徴とする前記（１）
または（２）記載の感光性ポリイミドのパターン形成方
法。

【００１４】（６）抽出溶液が、エーテル系溶媒を１〜
１００重量％含有することを特徴とする前記（１）また
は（２）記載の感光性ポリイミドのパターン形成方法。 （７）抽出溶液が、ケトン系溶媒を１〜１００重量％含
有することを特徴とする前記（１）または（２）記載の
感光性ポリイミドのパターン形成方法。

【００１５】（８）抽出溶液が、炭化水素系溶媒を１〜
１００重量％含有することを特徴とする前記（１）また
は（２）記載の感光性ポリイミドのパターン形成方法。 （９）感光性ポリイミド前駆体が、イオン結合型感光性
ポリイミド前駆体であることを特徴とする前記（１）〜
（８）記載のいずれかである感光性ポリイミドのパター
ン形成方法。

【００１６】以下、本発明の各工程について説明する。

【００１７】まず、基板上に感光性ポリイミド前駆体の
溶液を塗布する。塗布方法としては、スピンコート法、
スプレー噴霧法など公知の方法を挙げることができる。
塗布膜厚としては、乾燥後に、１〜１００μｍの範囲に
あることが好ましい。

【００１８】本発明における基板としては、シリコンウ
エハーなどの半導体基板、セラミックス基板、ガラス基
板などの絶縁体基板、鉄板、銅板などの金属基板などが
挙げられる。

【００１９】本発明における感光性ポリイミド前駆体と
しては、特に限定されず、公知のものを使用することが
できる。具体的には、旭化成（株）製“パイメル”、デ
ュポン（株）製“パイラリン”、チバガイギー（株）製
“プロブイミド”、日立化成（株）製“フォトパル”、
東レ（株）製“フォトニース”など市販されているもの
が使用できるが、これらの中で、“フォトニース”など
のイオン結合型感光性ポリイミド前駆体が特に好ましく
使用される。

【００２０】これらのシリーズの中で、低ストレスタイ
プの感光性ポリイミド前駆体を使用することで本発明の
効果をさらに高めることができる。このような低ストレ
スタイプの感光性ポリイミド前駆体としては、“フォト
ニース”ＵＲ−５１００、“パイメル”ＴＬタイプなど
がある。

【００２１】感光性ポリイミド前駆体溶液を塗布後、溶
媒を除去するための乾燥（以下、「プリベーク」とい
う。）をオーブン、ホットプレートなどを用いる公知の
手段により行う。プリベークの温度としては、溶媒等に
より異なり、特に限定されないが、通常、５０〜１２０
℃の範囲である。プリベークの時間としては、ホットプ
レートの場合は１〜２０分、オーブンの場合は５分〜３
時間の範囲にあることが好ましい。

【００２２】プリベーク終了後、パターン形成のための
露光を行う。露光は使用する感光性ポリイミドの特性に
合わせてアライナー、ステッパーなどの装置を用いて行
われる。露光する光線としては、紫外線が好ましい。

【００２３】露光終了後、必要に応じて露光後ベークな
どの処理を行うことができる。ベークすることにより、
現像特性をさらに高めることができる。ベークの温度と
しては、ポリイミドの膜厚等により異なるが、通常５０
〜１２０℃の範囲で行われる。また、時間としては、１
〜３０分の範囲にあることが好ましい。

【００２４】つづいて、現像を行うことにより、必要な
ポリイミド前駆体のパターンを得ることができる。現像
は、該基板を現像液中に浸漬する、スプレー噴霧するな
ど公知の方法により行うことができる。現像液として
は、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトア
ミドなどのポリイミド前駆体の溶剤に、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系溶剤、
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、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系溶剤、
水などを数種混合したものが好ましく用いられる。具体
的には東レ（株）製ＤＶ−１４５、ＤＶ−５０５、ＤＶ
−６０５、旭化成（株）製Ａ−１４５などを挙げること
ができる。

【００２５】現像終了後、パターン形成された基板を、
前記感光性ポリイミド前駆体被膜中の感光成分を溶解可
能な抽出溶液に浸漬する。抽出溶液に浸漬することによ
り、ポリイミド前駆体被膜全体の感光成分を除くことが
でき、膜内に欠陥のないポリイミドを得ることができ
る。

【００２６】ここで感光性ポリイミド前駆体被膜中の感
光成分としては、前記感光性ポリイミド前駆体溶液中の
感光特性を有する成分を主体とするものであるが、増感
剤、アクリル基、メタクリル基などの光で重合可能な基
を有した低分子化合物、ポリイミド前駆体と錯体を形成
して感光性能を向上させる増感助剤などの他の成分があ
るときは、それらを含むものとする。

【００２７】本発明における抽出溶液としては、２０dy
ne/cm 以上の表面張力を有し、感光性ポリイミド前駆体
が溶解しない溶液を好ましく用いることができるが、水
溶液は抽出処理後に膜が不透明になるなどの問題がある
ため、好ましくない。また、表面張力は２５dyne/cm 以
上であれば、より好ましい。抽出溶液に浸漬するときの
温度としては、室温付近が好ましく、時間としては、特
に限定されないが、３０秒以上が好ましく、より好まし
くは、１〜６０分である。

【００２８】抽出溶液の具体例としては、例えば、トリ
エチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシドなどのアルカリを含有するも
の、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、リン酸などの酸を
含有するもの、クロロホルム、塩化メチレン、よう化メ
チルなどのハロゲン化アルキルを含有するもの、テトラ
ヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジエチ
ルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル
などのエーテル系溶媒を含有するもの、アセトン、メチ
ルエチルケトン、ジイソブチルケトン、メチルイソブチ
ルケトン、フラールアルデヒドなどのケトン系溶媒を含
有するもの、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、キ
シレンなどの炭化水素系溶媒を含有するものなどが挙げ
られる。これらの含有量としては、抽出溶液中、１重量
％〜１００重量％であることが好ましいが、より好まし
くは５重量％以上含有したものであり、さらに好ましく
は１０重量％以上含有したものである。これらの溶液は
単独であるいは二種以上混合して用いることもできる
が、アルカリと酸の混合はそれらにより反応が生じるた
めに好ましくない。また、これら以外の成分として、メ
タノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−
プロピルアルコール、アミルアルコール、エチレングリ
コール、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、エチレングリコー
ルモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチ
ルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのア
ルコールを含有することもできる。

【００２９】これらの中で特に好ましいのは、トリエチ
ルアミン、トリエタノールアミン、酢酸などである。

【００３０】つづいて、オーブン、炉などを用いて、公
知の手段により熱処理を行いイミド化を行う。ポリイミ
ド前駆体をポリイミドに変換することによって、完全な
ポリイミドのパターンを得ることができる。この熱処理
の温度としては、２００〜５００℃、時間としては、３
０分〜２０時間の範囲にあることが好ましい。

【００３１】本発明にかかる感光性ポリイミドのパター
ン形成方法は、半導体、実装基板、ラインセンサー、カ
ラーフィルターの保護膜、絶縁膜などの公知の用途に使
用することができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明
する。

【００３３】＜膜ストレスの測定＞４インチシリコンウ
エハー上に感光性ポリイミド前駆体の溶液を大日本スク
リーン（株）製のＤＳＷ−６３６のスピンコーターを使
用してスピン塗布し、８０℃のオーブン中で１時間乾燥
を行なった試料を作成した。このときの膜厚は、１０μ
ｍであった。露光はキヤノン（株）製コンタクトアライ
ナーＰＬＡ−５０１を用いて、全面に１００ｍＪ／ｃｍ
² （３６５ｎｍ）〜４００ｍＪ／ｃｍ² の露光を行っ
た。露光後、現像液に２分間浸漬して現像を行った。浸
漬処理の後、感光成分を溶解するための抽出溶液に２分
間浸漬した。

【００３４】この試料を用いてフレクサス製ストレス測
定装置内のホットプレートを使用して室温から４００℃
まで３℃／分の昇温速度で温度を上昇してポリイミドに
変換し、この時の基板の反りを測定することで膜のスト
レスを測定した。

【００３５】実施例１ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、トリエチルアミンに浸漬した。この時
の、ストレスは１５ＭＰａと小さな値であった。

【００３６】実施例２ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、酢酸に浸漬した。この時の、ストレスは
１５ＭＰａと小さな値であった。

【００３７】実施例３ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、トリエタノールアミンに浸漬した。この
時の、ストレスは１５ＭＰａと小さな値であった。

【００３８】実施例４ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、クロロホルムに浸漬した。この時の、ス
トレスは２５ＭＰａと小さな値であった。

【００３９】実施例５ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、テトラヒドロフランに浸漬した。この時
の、ストレスは２４ＭＰａと小さな値であった。

【００４０】実施例６ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、メチルイソブチルケトンに浸漬した。こ
の時の、ストレスは２６ＭＰａと小さな値であった。

【００４１】実施例７ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、トルエンに浸漬した。この時の、ストレ
スは２５ＭＰａと小さな値であった。

【００４２】実施例８ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテ
ルに浸漬した。この時の、ストレスは２４ＭＰａと小さ
な値であった。

【００４３】比較例１ 東レ（株）製“フォトニース”ＵＲ−５１００を用い
て、露光量２００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を
行い、東レ（株）製ＤＶ−６０５に浸漬して、現像を行
った。この時の、ストレスは３３ＭＰａであった。

【００４４】実施例９ デュポン（株）製“パイラリン”２７０１Ｄを用いて、
露光量３００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を行
い、現像液としてガンマブチロラクトンとキシレンが体
積比で１：１の溶液を用い現像処理をした。その後、ト
リエチルアミンに浸漬した。この時の、ストレスは４０
ＭＰａであった。

【００４５】比較例２ デュポン（株）製“パイラリン”２７０１Ｄを用いて、
露光量３００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の露光を行
い、現像液としてガンマブチロラクトンとキシレンが体
積比で１：１の溶液を用い現像処理をした。この時の、
ストレスは５２ＭＰａであった。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、熱膨脹率が小さく、低
ストレスな感光性ポリイミドのパターンを得ることがで
きる。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）感光性ポリイミド前駆体溶液を基板
   に塗布し、乾燥した後、選択的に露光し、ついで現像を
   行う工程、（ｂ）上記のパターン形成された基板を、上
   記感光性ポリイミド前駆体中の感光成分を溶解可能な抽
   出溶液に浸漬する工程、（ｃ）上記のパターン形成され
   た基板に熱処理をすることにより、イミド化を行う工
   程、を含むことを特徴とする感光性ポリイミドのパター
   ン形成方法。
2. 【請求項２】抽出溶液が、２０dyne/cm 以上の表面張力
   を有し、上記感光性ポリイミド前駆体が溶解しない溶液
   であることを特徴とする請求項１記載の感光性ポリイミ
   ドのパターン形成方法。
3. 【請求項３】抽出溶液が、アルカリを１〜１００重量％
   含有することを特徴とする請求項１または２記載の感光
   性ポリイミドのパターン形成方法。
4. 【請求項４】抽出溶液が、酸を１〜１００重量％含有す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の感光性ポリ
   イミドのパターン形成方法。
5. 【請求項５】抽出溶液が、ハロゲン化アルキルを１〜１
   ００重量％含有することを特徴とする請求項１または２
   記載の感光性ポリイミドのパターン形成方法。
6. 【請求項６】抽出溶液が、エーテル系溶媒を１〜１００
   重量％含有することを特徴とする請求項１または２記載
   の感光性ポリイミドのパターン形成方法。
7. 【請求項７】抽出溶液が、ケトン系溶媒を１〜１００重
   量％含有することを特徴とする請求項１または２記載の
   感光性ポリイミドのパターン形成方法。
8. 【請求項８】抽出溶液が、炭化水素系溶媒を１〜１００
   重量％含有することを特徴とする請求項１または２記載
   の感光性ポリイミドのパターン形成方法。
9. 【請求項９】感光性ポリイミド前駆体が、イオン結合型
   感光性ポリイミド前駆体であることを特徴とする請求項
   １〜８記載のいずれかである感光性ポリイミドのパター
   ン形成方法。