JPH11184088A - 感光性ポリイミド前駆体組成物、およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

感光性ポリイミド前駆体組成物、およびそれを用いたパターン形成方法

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JPH11184088A
JPH11184088A JP9352662A JP35266297A JPH11184088A JP H11184088 A JPH11184088 A JP H11184088A JP 9352662 A JP9352662 A JP 9352662A JP 35266297 A JP35266297 A JP 35266297A JP H11184088 A JPH11184088 A JP H11184088A
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Shunichiro Uchimura
俊一郎 内村
Makoto Kaji
誠 鍛治
Minoru Sugiura
実 杉浦
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】水溶液により短時間で高解像度に現像できる高
感度のネガ型感光材料。 【解決手段】塩基性水溶液に可溶であり、露光により硬
化して該塩基性水溶液に不溶化する、一般式(1)で表
される繰返し単位を10モル%以上含む感光性ポリイミ
ド前駆体を用いる。ただし、式中、R1は4個以上の炭
素を含む4価の有機基、R2は芳香族環を含む3価また
は4価の有機基、R3は下記一般式(2)で示される1
価の有機基、Aは酸性を示す1価の基、nは1または2
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の表面
コート膜等の保護膜や薄膜多層配線基板の層間絶縁膜等
に好適な感光材料に係り、特に、耐熱性ポリイミドと、
その前駆体および該前駆体を含む感光性ポリイミド前駆
体組成物と、塩基性水溶液で現像できるネガ型感光材料
と、樹脂パターンの形成方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、耐熱性高分子を得るための感光性
耐熱材料としては、特公平5−67026号に記載され
ている、芳香族テトラカルボン酸二無水物をオレフィン
不飽和アルコールと反応させてオレフィン芳香族テトラ
カルボン酸ジエステルを合成し、この化合物とジアミン
とをカルボジイミドを用いた脱水縮合反応により重合さ
せ、共有結合で感光基を導入したもの、および、特公昭
63−31939号公報に記載されている、芳香族テト
ラカルボン酸二無水物を芳香族ジアミンと反応させて得
られるポリアミド酸に、感光基を有するアミン化合物を
反応させ、イオン結合で感光基を導入したものが知られ
ている。
【0003】これらの従来技術はいずれも、適当な有機
溶剤に溶解したワニス状態で基板に塗布し、乾燥して被
膜とした後に、適当なフォトマスクを介して紫外線を照
射して露光部を光硬化させ、有機溶媒を用いて現像およ
びリンスすることにより、ネガ型のレリーフ・パターン
を得ている。
【0004】しかしながら、パターン形成時に現像液と
して有機溶媒を使用すると、現像時に露光部の膨潤が起
こり易く、高解像度のパターンを得ることが困難であ
る。また、有機溶媒を用いると、作業者の健康に悪影響
があることや、廃液処理に手間がかかるといった問題点
があった。
【0005】そこで、上記の問題点を解決するために、
水性の液により現像可能な材料として、例えば、ポリア
ミド酸のカルボキシル基に、ナフトキノンジアジドスル
ホニルアミド基を導入したポジ型のポリマが提案されて
いる(特開平6−258835号)。このポリマは、光
照射によりナフトキノンジアジドスルホニルアミド基が
カルボキシル基に変化するため、露光部が塩基性水溶液
に可溶化する特徴を有しており、ポジ型感光材料として
用いられる。
【0006】しかし、上述のポジ型感光材料は、現像に
長時間を必要としたり、膜厚が厚い(10μm以上)場
合感度が充分でないという問題点があった。
【0007】そこで、本発明者は、上記の問題点を無く
し、水溶液による短時間の現像が可能な、現像時に露光
部の膨潤が起こりにくい、高解像度の感光材料と、該感
光材料に用いられるポリイミド前駆体と、該感光材料を
用いた樹脂パターン形成方法を開発した(特開平8−1
55324号)。この材料は、下記一般式(化1)によ
り表される繰返し単位を有し、重量平均分子量は1万〜
20万、望ましくは2万〜6万のポリイミド前駆体であ
る。
【0008】(化1)(ただし、式中、R1は4個以上
の炭素を含む4価の有機基、R2は芳香族環を含む3価
または4価の有機基、R3は1価の有機基、Aは酸性を
示す1価の基、nは1または2である。) このポリイミド前駆体は、ポリマの構造単位中に酸性の
基Aを有するため、硬化前のポリイミド前駆体は、塩基
性水溶液に良く溶解する。従って、このようなポリイミ
ド前駆体は、塩基性水溶液により容易に現像することが
でき、有機溶媒を現像液として用いることに伴う上述の
ような種々の弊害を克服できる。
【0009】また、R3を感光基とすれば、このポリイ
ミド前駆体を、露光により硬化するネガ型の感光性ポリ
イミド前駆体とすることができる。R3が感光基の場
合、この感光基はエステル結合により導入されるため、
厚い膜(10μm以上)でも露光部の硬化性が優れてい
る。従って、上記一般式(化1)のポリイミド前駆体の
うち、R3を感光基としたものは、塩基性水溶液に溶解
し、露光により硬化して該塩基性水溶液に不溶化すると
いう特性を備え、このポリイミド前駆体を用いれば、短
い現象時間でネガ型のパターンを形成できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このポ
リイミド前駆体は、露光時の感度が低く、特に膜厚が厚
い(10μm以上)場合長時間露光を行わなければ光硬
化せず、半導体素子の表面コート膜等の保護膜に用いた
場合、枚葉式自動装置のスループットに適合しなかっ
た。
【0011】本発明の目的は、上記の問題点を無くし、
水溶液による短時間の現像が可能な、現像時に露光部の
膨潤が起こりにくい、高感度,高解像度の感光材料と、
該感光材料に用いられる感光性ポリイミド前駆体と、該
感光材料を用いた樹脂パターン形成方法とを提供するこ
とを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、下記一般式(化1)で表される繰返し
単位を有し、重量平均分子量が1万〜20万、望ましく
は2万〜6万である感光性ポリイミド前駆体が提供され
る。
【0013】(化1)(ただし、式中、R1は4個以上
の炭素を含む4価の有機基、R2は芳香族環を含む3価
または4価の有機基、R3は(化5)で示される1価の
有機基、Aは酸性を示す1価の基、nは1または2であ
る。) (化5)この感光性ポリイミド前駆体は、ポリマの構造
単位中に酸性の基Aを有するため、硬化前の感光性ポリ
イミド前駆体は、塩基性水溶液に良く溶解する。従っ
て、このような感光性ポリイミド前駆体は、塩基性水溶
液により容易に現像することができる。
【0014】また、R3にエステル結合で多官能の感光
基が導入されるため、感光基数が多く、厚い膜(10μ
m以上)でも露光部の硬化性が優れ、感度が高い。従っ
て、未露光時は塩基性水溶液に溶解し、露光により硬化
して該塩基性水溶液に不溶化するという特性を備え、本
発明の感光材料に特に適している。そこで、本発明で
は、塩基性水溶液に可溶であり、露光により高感度で硬
化して該塩基性水溶液に不溶化する感光性ポリイミド前
駆体を含むことを特徴とするネガ型感光材料が提供され
る。
【0015】なお、この感光性ポリイミド前駆体は、す
べての繰返し単位に酸性基Aを備えていなくてもよく、
10モル%以上の繰返し単位に酸性基Aがあればよい。
すなわち、上記一般式(化1)で表される繰返し単位に
加えて、さらに、下記一般式(化20)で表される繰返
し単位を有し、一分子中の、上記一般式(化1)で表さ
れる繰返し単位の数と、上記一般式(化2)で表される
繰返し単位の数との合計を100とするとき、上記一般
式(化1)で表される繰返し単位の数が10以上100
以下、上記一般式(化2)で表される繰返し単位の数が
0以上90以下である感光性ポリイミド前駆体も、本発
明の感光性ポリイミド前駆体として用いることができ
る。
【0016】
【化20】
【0017】(ただし、式中、R1は4個以上の炭素を
含む4価の有機基、R3は(化21)で示される1価の
有機基、R4は芳香族環またはケイ素を含む2価の有機
基である。)
【0018】
【化21】
【0019】本発明の感光性ポリイミド前駆体は、例え
ば、下記一般式(化22)により表される酸クロライド
と、下記一般式(化23)により表されるジアミンとを
溶媒中で反応させることにより得られる。
【0020】
【化22】
【0021】
【化23】
【0022】なお、ジアミン成分のうち、上記(化2
3)は10モル%以上であればよく、全ジアミン成分の
90モル%以下の下記一般式(化24)で表されるジア
ミンと、10モル%以上の上記(化10)のジアミンと
の混合物を、上記一般式(化22)の酸クロライドと共
重合させても、本発明の感光性ポリイミド前駆体が得ら
れる。
【0023】
【化24】
【0024】また、本発明では、本発明の感光性ポリイ
ミド前駆体を含む感光材料が提供される。さらに、本発
明では、本発明の感光性ポリイミド前駆体100重量部
と、増感剤0.1〜50重量部と、光重合助剤0.1〜
50重量部とを含む感光性ポリイミド前駆体組成物が提
供される。
【0025】さらに、本発明では、この感光性ポリイミ
ド前駆体を用いた樹脂パターンの形成方法として、上述
の感光性ポリイミド前駆体組成物からなる被膜に、所定
のパターンのマスクを介して光を照射した後、該被膜を
塩基性水溶液を用いて現像する工程を備える樹脂パター
ンの形成方法が提供される。
【0026】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明の感光性ポ
リイミド前駆体は、分子中に酸性基Aを備えることによ
り、塩基性水溶液に対する溶解性が付与されている。こ
の酸性基Aは、下記置換基群(化15)のうちのいずれ
かとすることが望ましいが、これら以外の酸性基を用い
てもよい。また、分子中のすべてのAが同じであっても
よく、異なる基Aが分子中に混在していてもよい。な
お、この(化25)に挙げられた酸性基のうち、カルボ
キシル基および水酸基は、合成が容易なため、特に好ま
しい。
【0027】
【化25】
【0028】この酸性基Aの結合しているジアミン残基
R2は、硬化して得られるポリイミド膜の機械特性,耐
熱性、および接着性の観点から、芳香族環を含む3価ま
たは4価の有機基である。その好ましい例を、下記構造
式群(化26)に挙げる。なお、分子中のすべてのR2
が同じであってもよく、異なる基R2が分子中に混在し
ていてもよい。
【0029】
【化26】
【0030】また、酸性基Aが存在しない繰返し単位
(化2)のジアミン残基R4は、硬化して得られるポリ
イミド膜の機械特性,耐熱性、および接着性の観点か
ら、芳香族環および/またはケイ素を含む2価の有機基
である。その好ましい例を、下記構造式群(化27),
(化28)、および(化29)に挙げる。なお、分子中
のすべてのR4が同じであってもよく、異なる基R4が
分子中に混在していてもよい。
【0031】
【化27】
【0032】
【化28】
【0033】
【化29】
【0034】本発明の感光性ポリイミド前駆体の一般式
(化1)および(化2)において、硬化して得られるポ
リイミド膜の機械特性,耐熱性、および接着性の観点か
ら、R1は炭素数4以上の4価の有機基である。その好
ましい例を、下記構造式群(化30)に挙げる。なお、
分子中のすべてのR1が同じであってもよく、異なる基
R1が分子中に混在していてもよい。これらの中で、特
にビフェニル骨格のもの、及びジフェニルスルホン骨格
のものが、感光性を付与したポリイミド前駆体に用いて
パターンを形成した場合、パターンの形状が良好である
ため望ましい。
【0035】
【化30】
【0036】本発明の感光性ポリイミド前駆体の一般式
(化1)および(化2)において、R3は多官能の感光
基で(化31)で示される1価の有機基である。分子中
のすべてのR3が同じであってもよく、異なる基R3が
分子中に混在していてもよい。
【0037】
【化31】
【0038】上述したように、本発明の感光性ポリイミ
ド前駆体は、露光部分が硬化するネガ型感光性材料の原
料として用いられる。本発明の感光性ポリイミド前駆体
を含む感光性ポリイミド前駆体組成物の、感光性ポリイ
ミド前駆体以外の成分について、つぎに説明する。
【0039】本発明の感光性ポリイミド前駆体組成物
は、実用に供しうる感光感度を達成するため、増感剤を
含むことが望ましい。増感剤の好ましい例としては、ミ
ヒラケトン、ビス−4,4’−ジエチルアミノベンゾフ
ェノン、ベンゾフェノン、3,5−ビス(ジエチルアミ
ノベンジリデン)−N−メチル−4−ピペリドン、3,
5−ビス(ジメチルアミノベンジリデン)−N−メチル
−4−ピペリドン、3,5−ビス(ジエチルアミノベン
ジリデン)−N−エチル−4−ピペリドン、3,3’−
カルボニルビス(7−ジエチルアミノ)クマリン、リボ
フラビンテトラブチレート、2−メチル−1−[4−
(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン
−1−オン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4
−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチ
オキサントン、3,5−ジメチルチオキサントン、3,
5−ジイソプロピルチオキサントン、1−フェニル−2
−(エトキシカルボニル)オキシイミノプロパン−1−
オン、ベンゾインエーテル、ベンゾインイソプロピルエ
ーテル、ベンズアントロン、5−ニトロアセナフテン、
2−ニトロフルオレン、アントロン、1,2−ベンズア
ントラキノン、1−フェニル−5−メルカプト−1H−
テトラゾール、チオキサンテン−9−オン、10−チオ
キサンテノン、3−アセチルインドール、2,6−ジ
(p−ジメチルアミノベンザル)−4−カルボキシシク
ロヘキサノン、2,6−ジ(p−ジメチルアミノベンザ
ル)−4−ヒドロキシシクロヘキサノン、2,6−ジ
(p−ジエチルアミノベンザル)−4−カルボキシシク
ロヘキサノン、2,6−ジ(p−ジエチルアミノベンザ
ル)−4−ヒドロキシシクロヘキサノン、4,6−ジメ
チル−7−エチルアミノクマリン、7−ジエチルアミノ
−4−メチルクマリン、7−ジエチルアミノ−3−(1
−メチルベンゾイミダゾリル)クマリン、3−(2−ベ
ンゾイミダゾリル)−7−ジエチルアミノクマリン、3
−(2−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチルアミノクマ
リン、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンゾオキ
サゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)キノリ
ン、4−(p−ジメチルアミノスチリル)キノリン、2
−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンゾチアゾール、
2−(p−ジメチルアミノスチリル)−3,3−ジメチ
ル−3H−インドール等が挙げられるが、これらに限定
されない。
【0040】増感剤は、本発明の感光性ポリイミド前駆
体100重量部に対し、0.1〜50重量部配合するこ
とが好ましく、0.3〜20重量部とすることが、さら
に好ましい。0.1〜50重量部の範囲を逸脱すると、
増感効果が得られなかったり、現像性に好ましくない影
響を及ぼすことがある。なお、増感剤として、1種類の
化合物を用いても良いし、数種を混合して用いてもよ
い。
【0041】また、本発明の感光性ポリイミド前駆体組
成物は、実用に供しうる感光感度を達成するため、光重
合助剤を含むことが望ましい。光重合助剤としては、例
えば、4−ジエチルアミノエチルベンゾエート、4−ジ
メチルアミノエチルベンゾエート、4−ジエチルアミノ
プロピルベンゾエート、4−ジメチルアミノプロピルベ
ンゾエート、4−ジメチルアミノイソアミルベンゾエー
ト、N−フェニルグリシン、N−メチル−N−フェニル
グリシン、N−(4−シアノフェニル)グリシン、4−
ジメチルアミノベンゾニトリル、エチレングリコールジ
チオグリコレート、エチレングリコールジ(3−メトカ
プトプロピオネート)、トリメチロールプロパンチオグ
リコレート、トリメチロールプロパントリ(3−メルカ
プトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラチ
オグリコレート、ペンタエリスリトールテトラ(3−メ
ルカプトプロピオネート)、トリメチロールエタントリ
チオグリコレート、トリメチロールプロパントリチオグ
リコレート、トリメチロールエタントリ(3−メルカプ
トプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサ
(3−メルカプトプロピオネート)、チオグリコール
酸、α−メルカプトプロピオン酸、t−ブチルペルオキ
シベンゾエート、t−ブチルペルオキシメトキシベンゾ
エート、t−ブチルペルオキシニトロベンゾエート、t
−ブチルペルオキシエチルベンゾエート、フェニルイソ
プロピルペルオキシベンゾエート、ジt−ブチルジペル
オキシイソフタレート、トリt−ブチルトリペルオキシ
トリメリテート、トリt−ブチルトリペルオキシトリメ
シテート、テトラt−ブチルテトラペルオキシピロメリ
テート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルペ
ルオキシ)ヘキサン、3,3’,4,4’−テトラ(t
−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,
3’,4,4’−テトラ(t−アミルペルオキシカルボ
ニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ
(t−ヘキシルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノ
ン、2,6−ジ(p−アジドベンザル)−4−ヒドロキ
シシクロヘキサノン、2,6−ジ(p−アジドベンザ
ル)−4−カルボキシシクロヘキサノン、2,6−ジ
(p−アジドベンザル)−4−メトキシシクロヘキサノ
ン、2,6−ジ(p−アジドベンザル)−4−ヒドロキ
シメチルシクロヘキサノン、3,5−ジ(p−アジドベ
ンザル)−1−メチル−4−ピペリドン、3,5−ジ
(p−アジドベンザル)−4−ピペリドン、3,5−ジ
(p−アジドベンザル)−N−アセチル−4−ピペリド
ン、3,5−ジ(p−アジドベンザル)−N−メトキシ
カルボニル−4−ピペリドン、2,6−ジ(p−アジド
ベンザル)−4−ヒドロキシシクロヘキサノン、2,6
−ジ(m−アジドベンザル)−4−カルボキシシクロヘ
キサノン、2,6−ジ(m−アジドベンザル)−4−メ
トキシシクロヘキサノン、2,6−ジ(m−アジドベン
ザル)−4−ヒドロキシメチルシクロヘキサノン、3,
5−ジ(m−アジドベンザル)−N−メチル−4−ピペ
リドン、3,5−ジ(m−アジドベンザル)−4−ピペ
リドン、3,5−ジ(m−アジドベンザル)−N−アセ
チル−4−ピペリドン、3,5−ジ(m−アジドベンザ
ル)−N−メトキシカルボニル−4−ピペリドン、2,
6ジ(p−アジドシンナミリデン)−4−ヒドロキシシ
クロヘキサノン、2,6−ジ(p−アジドシンナミリデ
ン)−4−カルボキシシクロヘキサノン、2,6ジ(p
−アジドシンナミリデン)−4−ヒドロキシメチルシク
ロヘキサノン、3,5ジ(p−アジドシンナミリデン)
−N−メチル−4−ピペリドン、4,4’−ジアジドカ
ルコン、3,3’−ジアジドカルコン、3,4’−ジア
ジドカルコン、4,3’−ジアジドカルコン、1,3−
ジフェニル−1,2,3−プロパントリオン−2−(o
−アセチル)オキシム、1,3−ジフェニル−1,2,
3−プロパントリオン−2−(o−n−プロピルカルボ
ニル)オキシム、1,3−ジフェニル−1,2,3−プ
ロパントリオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキ
シム、1,3−ジフェニル−1,2,3−プロパントリ
オン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1,
3−ジフェニル−1,2,3−プロパントリオン−2−
(o−ベンゾイル)オキシム、1,3−ジフェニル−
1,2,3−プロパントリオン−2−(o−フェニルオ
キシカルボニル)オキシム、1,3−ビス(p−メチル
フェニル)−1,2,3−プロパントリオン−2−(o
−ベンゾイル)オキシム、1,3−ビス(p−メトキシ
フェニル)−1,2,3−プロパントリオン−2−(o
−エトキシカルボニル)オキシム、1−(p−メトキシ
フェニル)−3−(p−ニトロフェニル)−1,2,3
−プロパントリオン−2−(o−フェニルオキシカルボ
ニル)オキシム等を用いることができるが、これらに限
定されない。
【0042】光重合助剤は、本発明の感光性ポリイミド
前駆体100重量部に対し、0.1〜50重量部配合さ
れることが好ましく、0.3〜20重量部の範囲がさら
に好ましい。0.1〜50重量部の範囲を逸脱すると、
目的とする増感効果が得られなかったり、現像性に好ま
しくない影響をおよぼすことがある。なお、光重合助剤
として、1種類の化合物を用いても良いし、数種を混合
して用いてもよい。
【0043】また、本発明の感光性ポリイミド前駆体組
成物は、実用に供しうる感光感度を達成するため、上述
の増感剤および光重合助剤に加えて、さらに、共重合モ
ノマーを含んでもよい。共重合モノマーは、炭素−炭素
二重結合を有する化合物であり光重合反応を容易にす
る。共重合モノマーとしては、1,6−ヘキサンジオー
ルジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクレー
ト、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリス
リトールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ
アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレー
ト、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、テト
ラメチロールプロパンテトラアクリレート、テトラエチ
レングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオ
ールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタ
クリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ペ
ンタエリスリトールジメタクリレート、トリメチロール
プロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールト
リメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタ
クリレート、テトラメチロールプロパンテトラメタクリ
レート、テトラエチレングリコールジメタクリレート等
が好ましいが、これらに限定されない。
【0044】この共重合モノマーは、本発明の感光性ポ
リイミド前駆体100重量部に対し、1〜100重量部
配合すること好ましく、3〜50重量部の範囲がさらに
好ましい。1〜100重量部の範囲を逸脱すると、目的
とする効果が得られなかったり、現像性に好ましくない
影響をおよぼすことがある。なお、共重合モノマーとし
て、1種類の化合物を用いても良いし、数種を混合して
用いてもよい。
【0045】本発明の感光性ポリイミド前駆体組成物
は、適当な有機溶媒を含んでいてもよい。適当な有機溶
媒に溶解した状態であれば、溶液(ワニス)状態で使用
に供することができ、成膜する際便利である。この場合
に用いる溶媒としては、溶解性の観点から非プロトン性
極性溶媒が望ましく、具体的には、N−メチル−2−ピ
ロリドン、N−アセチル−2−ピロリドン、N−ベンジ
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、ヘキサメチルホスホルトリアミド、N−アセチル−
ε−カプロラクタム、ジメチルイミダゾリジノン、ジエ
チレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリ
コールジメチルエーテル、γ−ブチロラクトンなどが好
適な例としてあげられる。これらは単独で用いても良い
し、混合系として用いることも可能である。また、塗布
性を改善するために、トルエン,キシレン,ジエチルケ
トン,メトキシベンゼン,シクロペンタノン等の溶媒を
ポリマーの溶解性に悪影響を及ぼさない範囲で混合して
も差し支えない。
【0046】本発明の樹脂パターン形成方法は、本発明
の感光性ポリイミド前駆体組成物を用いて、フォトリソ
グラフィ技術により該組成物の硬化物からなるポリイミ
ド膜を形成するものである。
【0047】本発明の樹脂パターン形成方法では、ま
ず、支持基板表面に本発明の感光性ポリイミド前駆体組
成物からなる被膜が形成される。なお、本発明の樹脂パ
ターン形成方法では、被膜または加熱硬化後のポリイミ
ド被膜と支持基板との接着性を向上させるため、あらか
じめ支持基板表面を接着助剤で処理しておいてもよい。
また、接着助剤をワニスに添加しておいてもよい。
【0048】感光性ポリイミド前駆体組成物からなる被
膜は、例えば、感光性ポリイミド前駆体組成物のワニス
の膜を形成した後、これを乾燥させることにより形成さ
れる。ワニスの膜の形成は、ワニスの粘度などに応じ
て、スピンナーを用いた回転塗布,浸漬,噴霧印刷,ス
クリーン印刷などの手段から適宜選択された手段により
行う。なお、被膜の膜厚は、塗布条件,本組成物の固形
分濃度等によって調節できる。また、あらかじめ支持体
上に形成した被膜を支持体から剥離して感光性ポリイミ
ド前駆体組成物からなるシートを形成しておき、このシ
ートを上記支持基板の表面に貼り付けることにより、上
述の被膜を形成してもよい。
【0049】つぎに、この被膜に、所定のパターンのフ
ォトマスクを介して光(通常は紫外線を用いる)を照射
した後、塩基性水溶液により未露光部を溶解除去して、
所望のレリーフ・パターンを得る。この現像工程は、通
常のポジ型フォトレジスト現像装置を用いて行ってもよ
い。
【0050】本発明の樹脂パターン形成方法では、現像
液として、塩基性水溶液を用いる。なお、現像液は、塩
基性を呈する水溶液であれば、一つの化合物の水溶液で
もよく、2つ以上の化合物の水溶液でもよい。塩基性水
溶液は、通常、塩基性化合物を水に溶解した溶液であ
る。塩基性化合物の濃度は、通常0.1〜50重量/重
量%とするが、支持基板等への影響などから、0.1〜
30重量/重量%とすることが好ましい。なお、現像液
は、感光性ポリイミド前駆体の溶解性を改善するため、
メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピル
アルコール、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等
の水溶性有機溶媒を、さらに含有していてもよい。
【0051】上記塩基性化合物としては、例えば、アル
カリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムイオン
の、水酸化物または炭酸塩や、アミン化合物などが挙げ
られ、具体的には、2−ジメチルアミノエタノール、3
−ジメチルアミノ−1−プロパノール、4−ジメチルア
ミノ−1−ブタノール、5−ジメチルアミノ−1−ペン
タノール、6−ジメチルアミノ−1−ヘキサノール、2
−ジメチルアミノ−2−メチル−1−プロパノール、3
−ジメチルアミノ−2,2−ジメチル−1−プロパノー
ル、2−ジエチルアミノエタノール、3−ジエチルアミ
ノ−1−プロパノール、2−ジイソプロピルアミノエタ
ノール、2−ジ−n−ブチルアミノエタノール、N,N
−ジベンジル−2−アミノエタノール、2−(2−ジメ
チルアミノエトキシ)エタノール、2−(2−ジエチル
アミノエトキシ)エタノール、1−ジメチルアミノ−2
−プロパノール、1−ジエチルアミノ−2−プロパノー
ル、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタ
ノールアミン、N−n−ブチルジエタノールアミン、N
−t−ブチルジエタノールアミン、N−ラウリルジエタ
ノールアミン、3−ジエチルアミノ−1,2−プロパン
ジオール、トリエタノールアミン、トリイソプロパノー
ルアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエ
タノールアミン、N−n−ブチルエタノールアミン、N
−t−ブチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、
ジイソプロパノールアミン、2−アミノエタノール、3
−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノ
ール、6−アミノ−1−ヘキサノール、1−アミノ−2
−プロパノール、2−アミノ−2,2−ジメチル−1−
プロパノール、1−アミノブタノール、2−アミノ−1
−ブタノール、N−(2−アミノエチル)エタノールア
ミン、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオ
ール、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオ
ール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−ア
ミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオー
ル、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモ
ニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニ
ウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水
素アンモニウム、テトラメチルアンモニムウヒドロキシ
ド、テトラエチルアンモニムウヒドロキシド、テトラプ
ロピルアンモニムウヒドロキシド、テトライソプロピル
アンモニムウヒドロキシド、アミノメタノール、2−ア
ミノエタノール、3−アミノプロパノール、2−アミノ
プロパノール、メチルアミン、エチルアミン、プロピル
アミン、イソプロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチ
ルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、
トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルア
ミン、トリイソプロピルアミンなどを用いることが好ま
しいが、水に可溶であり、水溶液が塩基性を呈するもの
であれば、これら以外の化合物を用いても構わない。
【0052】現像によって形成したレリーフ・パターン
は、次いでリンス液により洗浄して、現像溶剤を除去す
る。リンス液には、現像液との混和性の良いメタノー
ル,エタノール,イソプロピルアルコール,水などが好
適な例としてあげられる。
【0053】上述の処理によって得られたレリーフ・パ
ターンを、150℃から450℃までの範囲から選ばれ
た温度で加熱処理することにより、本発明の感光性ポリ
イミドからなる樹脂パターンが高解像度で得られる。こ
の樹脂パターンは、耐熱性が高く、機械特性に優れる。
【0054】(実施例1) A.感光性ポリイミド前駆体の合成 (1)酸クロライドの合成 200mlの四つ口フラスコに、3,3’,4,4’−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)9.
42g(0.032モル)、ペンタエリスリトールトリ
アクリレート19.09g(0.064モル)、ピリジ
ン5.06g(0.064モル)、t−ブチルカテコー
ル0.03g、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
70mlを入れ60℃で撹拌すると、2時間で透明な溶
液になった。この溶液を室温でその後7時間撹拌した
後、フラスコを氷で冷却し、塩化チオニル9.88g
(0.083モル)を10分で滴下した。その後室温で
1時間撹拌し、酸クロライドを含む溶液を得た。
【0055】(2)感光性ポリイミド前駆体の合成 別の200mlの四つ口フラスコに、3,5−ジアミノ
安息香酸4.72g(0.031モル)、ピリジン5.0
6g(0.064モル)、t−ブチルカテコール0.0
3g、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)50ml
入れフラスコを氷で冷却し撹拌しながら(10℃以下を
保って)、上記(1)で得た酸クロライド溶液を1時間
でゆっくりと滴下した。その後室温で1時間撹拌し、1
リットルの水へ投入して、析出したポリマを濾取して水
で2度洗い、真空乾燥し26gのポリマを得た。このポ
リマの重量平均分子量をGPC(ゲル・パーミエーショ
ン・クロマトグラフィー)で測定したところ、ポリスチ
レン換算で38000であった。
【0056】B.感光性ポリイミド前駆体組成物の調製 得られたポリマ10gをγ−ブチロラクトン15.0g
に溶解し、3,5−ビス(4−ジエチルアミノベンジリ
デン)−1−メチル−4−アザシクロヘキサノン100
mgと4−ジエチルアミノエチルベンゾエート200m
gを加えて溶解後、5μm孔のフィルタを用いて加圧濾
過して、溶液状の感光性ポリイミド前駆体組成物を得
た。
【0057】C.ポリイミド膜の評価 得られた溶液をスピンナでシリコンウエハ上に回転塗布
し、次いで90℃で3分間ホットプレートで乾燥して1
5μm厚の塗膜を得た。この塗膜を500Wの高圧水銀
灯を用いて100mJ/cm2(365nmの紫外線強
度)の強度で露光させた後、20℃の2.38重量%テ
トラメチルアンモニムウヒドロキシド水溶液(現像液)
に1分間浸漬して現像し、ついで水でリンスして、半硬
化状態のポリイミド前駆体膜を得た。
【0058】この膜を200℃で30分間、続いて40
0℃で60分間加熱して加熱硬化させ、厚さ10μmの
膜を得た。
【0059】このポリイミド膜をシリコンウエハから剥
離し、膜の伸び特性を測定したところ、伸びは8%と良
好であった。また、現像後膜厚の露光量依存性を測定
し、現像後膜厚が塗布膜厚の半分になる露光量を感度と
して、感度10mJ/cm2を得た。
【0060】また、2〜3μmの厚さのポリイミド膜を
形成し、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、17
80cm~1にイミド基の吸収があり、2800〜360
0cm~1にカルボキシル基の吸収が見られた。
【0061】D.樹脂パターンの形成 さらに、工程Bで調製した感光性ポリイミド前駆体組成
物を用い、上述のポリイミド膜の形成と同様にして、塗
膜,露光,現像,リンスした。ただし、露光の際に、塗
膜を10μm幅の縞模様のパターンを有するフォトマス
クで密着被覆した。これにより、半硬化状態のポリイミ
ド前駆体からなる、シャープな端面を持つ10μm幅の
レリーフパータンが得られた。このパターンを、上述の
ポリイミド膜の形成と同様に加熱処理し、ポリイミドか
らなる樹脂パターンを得た。
【0062】(実施例2) A.感光性ポリイミド前駆体の合成 (1)酸クロライドの合成 200mlの四つ口フラスコに、4,4’−オキシジフ
タル酸二無水物(ODPA)10.00g(0.032
モル)、ペンタエリスリトールトリアクリレート19.
09g(0.064モル)、ピリジン5.06g(0.
064モル)、t−ブチルカテコール0.03g、N−
メチル−2−ピロリドン(NMP)70mlを入れ60
℃で撹拌すると、30分で透明な溶液になった。この溶
液を室温でその後6時間撹拌した後、フラスコを氷で冷
却し、塩化チオニル9.88g(0.083モル:1.3
等量)を10分で滴下した。その後室温で1時間撹拌
し、酸クロライド溶液を得た。
【0063】(2)感光性ポリイミド前駆体の合成 別の200mlの四つ口フラスコに、3,5−ジアミノ
安息香酸4.72g(0.031モル)、ピリジン5.0
6g(0.064モル)、t−ブチルカテコール0.0
3g、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)50ml
入れフラスコを氷で冷却し撹拌しながら(10℃以下を
保って)、上記(1)により得た酸クロライド溶液を1
時間でゆっくりと滴下した。その後室温で1時間撹拌
し、1リットルの水へ投入し、析出したポリマを濾取し
て水で2度洗い、真空乾燥し27gのポリマを得た。こ
のポリマの重量平均分子量をGPC(ゲル・パーミエー
ション・クロマトグラフィー)で測定したところ、ポリ
スチレン換算で39000であった。
【0064】B.感光性ポリイミド前駆体組成物の調製 得られたポリマ10gを、γ−ブチロラクトン15.0
gに溶解し、ミヒラケトン100mgと1,3−ジフェ
ニル−1,2,3−プロパントリオン−2−(o−エト
キシカルボニル)オキシム200mgを加えて溶解後、
5μm孔のフィルタを用いて加圧濾過して、溶液状の感
光性ポリイミド前駆体組成物を得た。
【0065】C.ポリイミド膜の評価 得られた溶液をスピンナでシリコンウエハ上に回転塗布
し、次いで90℃のホットプレートで3分間乾燥して1
5μm厚の塗膜を得た。この塗膜を、500Wの高圧水
銀灯を用いて100mJ/cm2(365nmの紫外線
強度)の強さで露光させた。露光後、20℃の2.38
重量%テトラメチルアンモニムウヒドロキシド水溶液
(現像液)に1分間浸漬して現像し、ついで水でリンス
して、半硬化状態の感光性ポリイミド前駆体膜を得た。
【0066】この膜を200℃で30分間、続いて40
0℃で60分間加熱して加熱硬化させ、厚さ10μmの
膜を得た。
【0067】このポリイミド膜をシリコンウエハから剥
離し、膜の伸び特性を測定したところ、伸びは10%と
良好であった。また、現像後膜厚の露光量依存性を測定
し、現像後膜厚が塗布膜厚の半分になる露光量を感度と
して、感度10mJ/cm2を得た。
【0068】また、2〜3μmの厚さのポリイミド膜を
形成し、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、17
85cm~1にイミド基の吸収があり、2800〜360
0cm~1にカルボキシル基の吸収が見られた。
【0069】D.樹脂パターンの形成 さらに、工程Bで調製した感光性ポリイミド前駆体組成
物を用い、本実施例における工程Cのポリイミド膜の形
成と同様にして、塗膜,露光,現像,リンスした。ただ
し、露光の際に、塗膜を10μm幅の縞模様のパターン
を有するフォトマスクで密着被覆した。これにより、半
硬化状態の感光性ポリイミド前駆体からなる、シャープ
な端面を持つ10μm幅のレリーフパータンが得られ
た。このパターンを、上述のポリイミド膜の形成と同様
に加熱処理し、ポリイミドからなる樹脂パターンを得
た。
【0070】(実施例3〜12)表1および表2に示し
た酸二無水物およびアルコールを用いて、実施例1と同
様にしてテトラカルボン酸ジエステルの酸クロライドを
合成し、さらに表1および2に示すジアミンを実施例1
と同様の反応条件で反応させて感光性ポリイミド前駆体
を合成した。得られた感光性ポリイミド前駆体の重量平
均分子量は、1万〜4万であった。
【0071】
【表1】
【0072】
【表2】
【0073】得られた感光性ポリイミド前駆体を実施例
1と同様にして溶媒に溶解し、増感剤,光重合助剤およ
び、共重合モノマを添加して感光性ポリイミド前駆体組
成物を調製し、実施例1と同様にして成膜し、感度,解
像度,現像時間,膜の伸びを検討した結果を、表3およ
び表4に示す。なお、表3および表4では、感光性ポリ
イミド前駆体100重量部当たりの各添加物の添加量を
( )内に示した。
【0074】
【表3】
【0075】
【表4】
【0076】なお、成膜,評価条件は実施例1と同様と
し、膜厚は10〜20μmに設定した。感度は、現像後
膜厚が塗布膜厚の半分になる露光量として、20mJ/
cm 2以下を良好とし、解像度は、10μmのスルーホ
ールを解像したものを良好とした。また、現像時間は、
テトラメチルアンモニムウヒドロキシド2.38重量%
水溶液から成る現像液で1分以下で現像可能なものを良
好とした。さらに、最終ポリイミド膜の伸びは8%以上
を良好とした。
【0077】(比較例)特開平8−155324号公報
の実施例1と同様にして感光性ポリイミド前駆体を合成
し、この前駆体を用いて、本願の実施例1と同様にし
て、感光性ポリイミド前駆体組成物を調製し、塗膜を成
膜し、フォトマスクを介して本願実施例1と同じ露光量
で露光させた後、現像を行ったところ、感度が低く露光
部、未露光部とも現像液に全て溶解し、パターンを形成
することができなかった。
【0078】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明の感光性
ポリイミド前駆体は、塩基性水溶液に可溶であり、有機
溶媒ではなく、水系溶液である塩基性水溶液を用いて現
像することができる。従って、本発明の感光性ポリイミ
ド前駆体を含む感光材料/感光性ポリイミド前駆体組成
物を用いて樹脂パターンを形成すれば、現像時の露光部
の膨潤や、作業者の健康への悪影響、廃液処理の手間な
ど、有機溶媒の使用に伴う種々の問題を回避することが
できる。さらに、多官能性の感光基を導入しているた
め、感度が高く、現像時間が短いため、半導体素子の表
面コート膜等の保護膜や薄膜多層配線基板の層間絶縁膜
等に用いた場合、実際の生産プロセス適合性が良好であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/312 H01L 21/30 502R 575 (72)発明者 竹元 一成 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 内村 俊一郎 茨城県日立市東町四丁目13番1号日立化成 工業株式会社山崎工場内 (72)発明者 鍛治 誠 茨城県日立市東町四丁目13番1号日立化成 工業株式会社茨城研究所内 (72)発明者 杉浦 実 茨城県日立市東町四丁目13番1号日立化成 工業株式会社茨城研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(化1)で表される繰返し単位
    を有し、重量平均分子量が1万〜20万であることを特
    徴とする感光性ポリイミド前駆体組成物。 【化1】 (ただし、式中、R1は4個以上の炭素を含む4価の有
    機基、R2は芳香族環を含む3価または4価の有機基、
    R3は(下記化5)で示される1価の有機基、Aは酸性
    を示す1価の基、nは1または2である。)
  2. 【請求項2】請求項1において、下記一般式(化2)で
    表される繰返し単位を、さらに有し、 【化2】 (ただし、式中、R1は4個以上の炭素を含む4価の有
    機基、R2は芳香族環を含む3価または4価の有機基、
    R3は(下記化5)で示される1価の有機基、R4は芳
    香族環またはケイ素を含む2価の有機基である。) 【化5】 一分子中の、上記一般式(化1)で表される繰返し単位
    の数と、上記一般式(化2)で表される繰返し単位の数
    との合計を100とするとき、上記一般式(化1)で表
    される繰返し単位の数は10〜100、上記一般式(化
    2)で表される繰返し単位の数は0〜90であることを
    特徴とする感光性ポリイミド前駆体組成物。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、上記Aは、ス
    ルホン酸基,スルフィン酸基,カルボキシル基、および
    水酸基のうちから選ばれる、少なくともいずれかの基で
    あることを特徴とする感光性ポリイミド前駆体組成物。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、上記R1は、
    下記構造式群(化3)に示されるいずれかの構造式によ
    り表される有機基のうちの、少なくともいずれかである
    ことを特徴とする感光性ポリイミド前駆体組成物。 【化3】
  5. 【請求項5】請求項1または2において、上記R2は、
    下記構造式群(化4)に示されるいずれかの構造式によ
    り表される有機基のうちの、少なくともいずれかである
    ことを特徴とする感光性ポリイミド前駆体組成物。 【化4】
  6. 【請求項6】請求項2において、上記R4は、下記構造
    式群(化6),(化7)、および(化8)に示されるい
    ずれかの構造式により表される有機基のうちの、少なく
    ともいずれかであることを特徴とする感光性ポリイミド
    前駆体組成物。 【化6】 【化7】 【化8】
  7. 【請求項7】感光性ポリイミド前駆体100重量部と、
    増感剤0.1〜50重量部と、光重合助剤0.1〜50
    重量部とを含む感光性ポリイミド前駆体組成物におい
    て、上記感光性ポリイミド前駆体は、下記一般式(化
    9)で表される繰返し単位を有することを特徴とする感
    光性ポリイミド前駆体組成物。 【化9】 (ただし、式中、R1は4個以上の炭素を含む4価の有
    機基、R2は芳香族環を含む3価または4価の有機基、
    R3は(化10)で示される1価の有機基、Aは酸性を
    示す1価の基、nは1または2である。) 【化10】
  8. 【請求項8】請求項7において、上記感光性ポリイミド
    前駆体は、下記一般式(化11)で表される繰返し単位
    を、さらに有し、 【化11】 (ただし、式中、R1は4個以上の炭素を含む4価の有
    機基、R2は芳香族環を含む3価または4価の有機基、
    R3は(化12)で示される1価の有機基、R4は芳香
    族環またはケイ素を含む2価の有機基である。) 【化12】 一分子中の、上記一般式(化1)で表される繰返し単位
    の数と、上記一般式(化11)で表される繰返し単位の
    数との合計を100とするとき、上記一般式(化9)で
    表される繰返し単位の数は10〜100、上記一般式
    (化11)で表される繰返し単位の数は0〜90である
    ことを特徴とする感光性ポリイミド前駆体組成物。
  9. 【請求項9】請求項7または8記載の感光性ポリイミド
    前駆体組成物からなる被膜に、所定のパターンのマスク
    を介して光を照射した後、該被膜を塩基性水溶液を用い
    て現像する工程を含むことを特徴とする樹脂パターンの
    形成方法。
  10. 【請求項10】塩基性水溶液に可溶であり、露光により
    該塩基性水溶液に不溶化する感光性ポリイミド前駆体を
    含むことを特徴とするネガ型感光材料で、感光性ポリイ
    ミド前駆体が、下記一般式(化13)で表される繰返し
    単位を有することを特徴とするネガ型感光材料。 【化13】 (ただし、式中、R1は4個以上の炭素を含む4価の有
    機基、R2は芳香族環を含む3価または4価の有機基、
    R3は(化14)で示される1価の有機基、Aは酸性を
    示す1価の基、nは1または2である。) 【化14】
  11. 【請求項11】請求項10において、上記感光性ポリイ
    ミド前駆体は、下記一般式(化15)で表される繰返し
    単位を、さらに有し、 【化15】 (ただし、式中、R1は4個以上の炭素を含む4価の有
    機基、R2は芳香族環を含む3価または4価の有機基、
    R3は(化16)で示される1価の有機基、R4は芳香
    族環またはケイ素を含む2価の有機基である。) 【化16】 【化17】 【化18】 【化19】 一分子中の、上記一般式(化17)で表される繰返し単
    位の数と、上記一般式(化15)で表される繰返し単位
    の数との合計を100とするとき、上記一般式(化1
    8)で表される繰返し単位の数は10〜100、上記一
    般式(化19)で表される繰返し単位の数は0〜90で
    あることを特徴とするネガ型感光材料。
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