JPS6046421B2 - 耐熱性感光材料 - Google Patents

耐熱性感光材料

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JPS6046421B2
JPS6046421B2 JP2203578A JP2203578A JPS6046421B2 JP S6046421 B2 JPS6046421 B2 JP S6046421B2 JP 2203578 A JP2203578 A JP 2203578A JP 2203578 A JP2203578 A JP 2203578A JP S6046421 B2 JPS6046421 B2 JP S6046421B2
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叔 平本
益市 江口
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  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)
  • Polyamides (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐熱性物種を与える新規な感光材料に関するも
のである。
本発明の耐熱性物質を与える新規な感光材料はとくに半
導体工業における固体素子の絶縁層やパッシベーション
層として有用である。
半導体工業に於いて固体素子の絶縁層或いはパッシベー
ション層としては一般に無機物質が用いられている。
これらの無機物質からなる層は熱的に安定であり、化学
的にも不活性であるので、半導体素子の製造時及ひ使用
時に要求される条件を満しているが、こわれやすいとい
う欠点がある。例えば、これらの層と素子を構成する他
の部品と・の熱膨張係数が異なると、応力原因によるひ
び割れが生ずる。近年、無機物質の代わりに、有機物質
の使用が試みられており、一部の分野て成功している。
当該用途では加工工程の制約から、耐熱性の有・機物質
の使用が必須であり、耐熱性の評価の高いポリイミドの
適用が広く検討されている。通常、ポリイミドの前駆体
(ポリアミド酸)を塗布し、ついで熱処理により環化反
応を起こさせ、不溶性のポリイミドをえている。これら
の用途では、通常、上下の導体層の導通或いは外部リー
ドとの導通のため、絶縁膜に穴をあける必要がある。
つまり、ポリイミドの如き耐熱性の有機物質の均一な膜
の状態そ使用されるのではなく、穴のあいたレリーフ構
造体として用いらる。たとえば、EpifanOとJO
rdan(ドイツ公開公報1764977)は可溶性ポ
リイミド前駆体(ポリアミド酸)から成る層の上にポジ
型レジストを形成し、通常の光化学的手法によつてパタ
ーンを作つたあと、レジストがなくなつた部分のポリイ
ミド前駆体の熱処理を行なつて、ポリイミドのレリーフ
・パターンをえている。
又、JOnes(J.POlyrnerSci.Par
tC,,22.773、1969)とAgnihOtr
i(PrOc.SPEReginalTech.COn
f.74、1976)はポリイミド層の上にフォトレジ
スト・パターンを形成し、各々ヒドラジン、エチレンジ
アンをエッチング剤として用い、ポリイミドのレリーフ
・パターンをえている。レリーフ・パターンを間接的に
作るこれらの方法はフォトレジスト膜の形成とその剥離
という二つの余分な工程を必要とするため、方法として
は複雑になる。
又、これらの方法に於いてはポリイミド層あるいはポリ
イミド前駆体層は各々全体と−してエッチング液に対し
て同じ溶解性を有するので、溶解部と残存部の境界が不
明確になりやすい。これらの欠点は耐熱性フォトレジス
トを用いて直接、耐熱性の有機物質からなるレリーフ・
パターンを形成する方法で容易に解決できるが、公知の
一般のフォトレジストは耐熱性の面で限界がある。
耐熱性フォトレジストとして、KevwinとGOld
rick(POIymerEng.&Sci.几、42
6、1971)はポリイミド前駆体と重クロム酸塩から
なる糸を見い出している。
この糸は感光性を有するので、通常の光化学的手法を用
いて直接的にレリーフ・パターンを形成するポリイミド
前駆体自体がパターン露光により、可溶部と不溶部を生
ずるため、溶解部と残存部の境界が明確になる。しかし
ながら、この糸は安定性が著しく悪く、ポリイミド前駆
体と重クロム酸塩の混合後ただちに使用する必要があり
、工業的な応用には大きな制約となつている。また、こ
の糸では、架橋された層中に無機イオンが存在するため
に、無機イオンの存在が信頼性に悪影響を及ぼす半導体
用途には不適である。耐熱性フォトレジストの他の例と
して、 Kleebergら(■SP39575l2、VSP4
O4O83l)の公表した、で例示されるような構造の
エステル基で感光性基を導入したポリイミド前駆体があ
る。
これらのボ.リマは、主として感光性基と2酸塩化物基
を有する化合物とジアミンとを反応させることによつて
えられている。これらの系では脱塩酸により生じた塩素
イオンがそのままレジスト中に残り、半導体用途では信
頼性に悪影響を及ぼす可能性があ・り、好ましくない。
本発明は新規な耐熱性フォトレジスト作成用材料に関す
るものであり、該材料より作成されるフォトレジストは
優れた耐熱性:工業的な応用可能な保存安定性を有して
いる。
又、半導体の信頼性に悪影響を及ぼす無機塩を含有しな
いものでもあり、とくにこの用途に有用である。以下、
本発明について詳細に説明する。本発明は、 (ただし、R1、R2は芳香族環状基を、又R3、R4
は各々二つのカルボニル基の一方とオルトの関係にあり
、水素又は加熱により隣接アミド基と反応して閉環構造
をとりうる基を表わす。
R5は−COR6或いは−SO2R7で、R6、R7は
各々化学線で2量化又は重合可能な二重結合を有する基
を表わす。
nは1又は2を表わす。)なる構造単位〔1〕を含有す
るポリマからなる耐熱性感光材料に関するものである。
本発明の耐熱性感光材料は上述の構造単位〔1〕を含有
するポリマを基本成分とするが、このポリマは上述の構
造単位〔1〕の単独ポリマであつてもよいし、又感光性
を有しない耐熱ポリマを与える成分との共重合体であつ
てもよい。
共重合に使用される感光性を有しない耐熱ポリマを与え
る成分は公知のものが使用できる。それらの例は原「耐
熱性高分子の現状及び最近の動向」(石油学会誌Hll
lO〜120、1974)に示されている。これらの成
分は共重合によつて構造単位〔1〕中の感光性基の感光
性に悪影響を及ぼさず、かつポリマの溶解性を著しく損
なわないものを選択すべきである。構造単位〔1〕と感
光性を有しない単位との比率は用いるモノマによソー概
に規定できない。
ポリマ自体は感光性を有し、かつ未露光部の溶解性の差
があつて耐熱ポリマのレリーフがえられるものであれば
どのような共重合比でもよい。しかし構造単位〔1〕が
多い程感光性が良くなり、通常、全構造単位中の5%以
上、さらに好ましくは30%以上が望ましい。R1は芳
香族環であつて、構造単位〔1〕で示したR3と2つの
カルボニル基の一つ、R4と他の一つのカルボニル基の
各々の組合せが環状核のオルト関係になりうるものであ
る。
同様な結合をしうる芳香族性複素環であつてもよい。フ
ェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニル基、
ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、2●2
−ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基などが典型
的な例として挙げられるが、これらに限定されない。と
くに望ましいのはフェニル基及びベンゾフェノン基であ
る。R2は芳香族環又は芳香族性複素環である。
ジフェニルエーテル基、ジフェニルメタン基、ジフェニ
ルスルホン基などが典型的な例として挙げられるが、こ
れらには限定されない。とくに望ましく用いられるのは
ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基である。
R3、R4は水素又は加熱により隣接のアミド基と反応
して閉環構造をとりうる基を表わす。
隣接アミドと反応して閉環構造をとりうる基としてカル
ボキシル基、アミド基、エステル基、シアノ基が例とし
て挙げられる。とくにカルボキシル基が望ましく用いら
れ、この場合、加熱により隣接のアミド基と反応してイ
ミド環を形成する。R3、R4双方が水素の場合は骨核
は芳香族ポリアミドになソー方が水素で、他方が例えば
カルボキシル基の場合はポリアミドイミド前駆体となる
。双方とも例えばカルボキシル基の場合は骨核はポリイ
ミド前駆体となる。R5は−COR6、−SO2R7で
、R6、R7は化学線照射により2量化又は重合可能な
二重結合を有する基である。
R6、R7の典型的な例として次のものが挙げられる。
JR8:水素又はフェニル基R9:水素、アルキル基又
はシアノ基 RlO:アルキル基又は置換アルキル基 とくに などが好ましく用いられる。
構造単位〔1〕を含有するポリマの一つの典型的な例と
して次のものが挙げられる。
この場合 である。
該ポリマはたとえば次のような方法でえられる。
ピロメリット酸2無水物100モル、4・4″ージアミ
ノジフェニルエーテル50モル、3◆4●4″一トリア
ミノジフェニルエーテル50モルをポリマの溶媒中で重
合し、側鎖にアミノ基を有する耐熱ポリマ前駆体をうる
。ついで脱塩酸剤の存在下に該耐熱ポリマ前駆体とケイ
皮酸クロライドを反応させ、目的とする感光性を有する
耐熱ポリマ前駆体をえる。酸クロライドとアミノ基の反
応の脱塩酸剤として一般的にはアミンが用いられるが、
本発明のポリマを製造する場合には次の理由からアミン
の使用は好ましくない。
(1)ポリマの溶液がゲル化しやすい。
(2)発生した塩酸と塩を形成し、半導体に悪影響を及
ぼす可能性のあるイオンを生ずる。
前述の方法により本発明のポリマを製造する場合、脱塩
酸剤としてエポキシ基(6W日5る2)ノを有する化合
物を用いるのが好ましい。
この場合、ポリマ溶液は安定で、発生した塩酸もエポキ
シ基と反応してクロルヒドリンとなるため、半導体に悪
影響を及ぼすイオンは生じない。脱塩酸剤及び発生塩酸
と反応して生じたクロルヒドリンは・耐熱性感光材料の
塗布あるいは熱処理の工程で揮散する。エポキシ基を有
する化合物としてプロピレンオキシド、スチレンオキシ
ド、グリシジルクロライドなどが好ましく用いられる。
反応溶媒および感光材料として使用する時の溶”媒はポ
リマの溶解性の面から主として極性溶媒が用いられる。
極性溶媒の例としてジメチルスルホキシド、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリ
ドン、ヘキサメチルホスホロアミドなどが好ましく用い
られる。本発明の感光材料は通常溶液の形で実用に供せ
られる。
この溶液は構造単位〔1〕を含有するポリマの他に、光
開始剤、増感剤、共重合モノマあるいは基板との接着剤
改良剤などを含んでいてもよい。増感剤、光開始剤はJ
.KOsar[LiglltSensitiveSys
tems」(JOhnWiley&SOrlslInc
.NewYOrkl965)のPl43〜15臥Pl6
O〜188に記載されているものから適宜選択できる。
増惑剤および開始剤として、ミヒラ・ケトン、ベンゾイ
ンエーテル、2−t−ブチルー9・10−アントラキノ
ン、1●2−ベンゾー9◆10−アントラキノン、4・
4″−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどが好
例として用いられる。本発明の新規な耐熱性感光材料は
通常のフォトレジスト技術でパターン加工できる。
基板への塗布は、たとえば、高速回転塗布機(スピンナ
ー)で行なうことが出来る。この塗布膜にネガマスクを
置き、化学線を照射する。化学線としてはX線、電子線
、紫外線、可視光線なとが例として挙げられるが、紫外
線がとくに望ましい。ついで未露光部を現像剤で溶解除
去することによりレリーフ・パターンをうる。現像剤は
ポリマの構造に合せて適当なものを選択する必要がある
。現像剤は通常、ジメチルスルホキシド、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリド
ン、ヘキサメチルスルホロアミドなどの感光材料の溶媒
とメタノール、エタノール、その他の感光材料の非溶媒
の混合系が好ましく用いられる。現像後えられたパター
ンを熱処理することにより、耐熱性のレリーフ・パター
ンに変換しうる。現像により形成されたレリーフ・パタ
ーンのポリマは耐熱ポリマの前駆体の形であり、熱処理
によりイミド環やその他の環状構造を有する耐熱ポリマ
となる。本発明の感光材料を用いることにより耐熱性に
すぐれ、かつシャープの端面のパターンをうることが出
来る。
又、半導体に悪影響を及ぼす無機イオンを有していない
パターンもえられる。さらに又、通常用いられているフ
ォトレジストに比較して、すぐれた耐薬品性、絶縁特性
、機械特性を有している。本発明の感光材料の種々の基
板への接着性を向上させるために、接着助剤を用いるこ
とも可能である。
接着助剤として、ビニルトリエトキシシラン、ビニルト
リメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリ
メキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−
アミノプロピルトリエトキシシランなど有機ケイ素化合
物;アルミニウムアセチルアセトネートなどのアルミニ
ウム・キレート化合物が例として挙げられる。本発明の
感光材料の塗膜を形成させた後、不要部を除去したい場
合は適当な剥離剤によることが可能である。熱処理前の
塗膜の場合は露光部、未露光部にもかかわらず、ジメチ
ルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセ
トアミド、N−メチルピロリドンのような極性溶媒、ア
ルカリ水溶液などが剥離剤として用いられる。
熱処理をしてイミド閉環をした場合はヒドラジン・ヒド
ラート、ヒドラジン・ヒドラートとエチレンジアミンの
場合溶媒、強アルカリ水溶液、その他の公知のポリイミ
ドエッチング剤が用いられる。いずれも通常、温度が高
い程剥離速度が速い。本発明の感光材料は、半導体のパ
ッシベーション膜、集積回路の多層配線の絶縁膜、集積
回路のイオン注入の保護膜、半田付けの境界を画する半
田ダム、集積回路のアイソレーシヨン用溝を埋める極脂
、集積回路のファイン・パターン形成時に用いられるリ
フト・オフ法用のリフト・オフ材あるいはプリント回路
の半田付保護膜などの形成に適用される。
さらに、高熱耐性のフォトレジストとして金属付着やド
ライ・エツナング・プロセスへの応用も可能である。さ
らに又、耐薬品性などの特長を生かして一般のフォトレ
ジストの分野への応用も可能である。実施例1 4・4″−ジアミノジフェニルエーテル0.801kg
(4モル)および3・4・4″一トリアミノジフェニル
エーテル0.862k9(4モル)をN−メチルピロリ
ドン4.6k9に溶解し、アミン溶液を調合する。
ピロメリット酸2無水物1.74kg(8モル)をジメ
チルアセトアミド5.5kgに分散させ、ついでN−メ
チルピロリドン3.0k9を加えて60℃で溶解させ、
酸溶液を調合する。酸溶液をアミン溶液に滴下し、25
〜30℃で反応を進める。酸溶液滴下後25〜30℃で
3時間反応を継続し、ポリマ溶液をえた。ポリマ溶液の
濃度は8%、粘度は50センチポ・アズ(30℃)であ
つた。このポリマ溶液を濃縮し、濃度17.3%のポリ
マ溶液Aをえた。ポリマ溶液A2OOV(ポリマ側鎖の
アミノ基4.06×10−2モル)にジメチルアセトア
ミド90y1プロピレンオキシド4.7y(8.12×
10−2モル)をノ加えて混合し、均一な溶液とした。
アイスバスで冷却しながら、この溶液にトルエン230
yに溶解したケイ皮酸クロライド6.789(4.06
X10−2モル)を添加し、10〜13℃で3時間反応
を行なうことにより感光性を有する耐熱ポリマの前駆体
溶液をえた。この溶液は100C×1ケ月保存でもゲル
化しなかつた。えられた溶液とミヒラー・ケトン4.1
yを混合・沖過し、ついでスピンナーで銅箔の上に塗布
した。
溶媒蒸発後の塗膜の厚さは3μであつた。塗膜は強靭で
、基板に充分密着していた。塗膜の上に縞模様のマスク
を密着させ、23cmの距離から500W高圧水銀灯で
15分露光後、ジメチルホルムアミド(1部)とメタノ
ール(2部)の混合溶媒で現像し、端面のシャープなレ
リーフ・パターンをえた。このレリーフ・パターンを2
00℃×10分+350℃×拓分熱処理して、耐熱性の
レリーフ・パターンをえた。このレリーフ●パターンは
良好な耐薬品性、耐熱特性、機械特性を有している。比
較実施例1実施例1のポリマ溶液200q(ポリマ側鎖
のアミノ基4.06×10−2モル)にジメチルアセト
アミド90y1トリエチルアミン8.2y(8.12×
10−2モル)を加えて混倉し、均一な溶液とした。
アイスバスで冷却しながら、この溶液にトルエン230
yに溶解したケイ皮酸クロライド6.78q(4.06
モル×10−2モル)を添加し、10〜13℃で3時間
反応を行なうことにより感光性を有する耐熱ポリマの前
駆体溶液をえた。この溶液は10℃×2峙間放置でゲル
化しており、保存安定性は著しく悪かつた。実施例23
●4・4″一トリアミノジフェニルエーテル108y(
0.502モル)をN−メチルピロリドン4.12k9
に溶解し、0゜Cに冷却攪拌しながら、ピロメリット酸
2無水物101y(0.463モル)を3紛かけて一加
えた。
さらに3時間攪拌を継続して、2.5ボアズ(30′C
)のポリマ溶液をえた。該ポリマ溶液200y(ポリマ
側鎖のアミノ基2.3×10−2モル)にプロピオンオ
キシド2.6q(4.6×10−2モル)を加えて混合
し均一な溶液とした。
ア.イスバスで冷却しながら、この溶液にトルエン50
yに溶解したケイ皮酸クロライド3.8y(2.3×1
0−2モル)を添加し、10〜13℃で3時間反応を行
なうことにより感光性を有する耐熱ポリマの前駆体の溶
液をえた。えられた溶液とミヒラー・ケトン1.3qを
混合・沖過し、ついでスピンナーで銅箔の上に塗布した
溶媒蒸発後の塗膜の厚さは3μであつた。塗膜は強靭で
、基板に密着していた。塗膜の上に縞模様のマスクを密
着させ、23cmの距離から500Wの高圧水銀灯で1
0分間照射した。照射後、ジメチルホルムアミド(1部
)とメタノール(2部)の混合溶媒で現像し、端面なシ
ャープなレリーフ●パターンをえた。このレリーフ・パ
ターンを200゜CX1紛+300゜CX1紛熱処理し
て耐熱性のレリーフ●パターンをえた。このレリーフ●
パターンは良好な耐熱性を有しており400′C×1時
間加熱してもパターン形状を完全に保つている。ノ実施
例34・4″−ジアミノジフェニルエーテル140y(
4).7モル)および3・4・4″一トリアミノジフェ
ニルエーテル64.5y(0.3モル)をN−メチルピ
ロリドン2.12kgに溶解し、アミン溶液を調合す・
る。
ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物322q(1
モル)をジメチルアセトアミド2.42k9に分散させ
、ついでN−メチルピロリドン1.51k9を加えて6
0℃で溶解させ、酸溶液を調合する。反応系が250C
〜30℃になるように調整しながら、酸・溶液をアミン
溶液に滴下した。酸溶液滴下後25〜30℃で3時間反
応を継続し、8%の濃度のポリマ溶液を得た。該ポリマ
溶液200y(ポリマ側鎖のアミノ基9泪×10−3モ
ル)にプロピレンオキシド1.06ダ(1.82×10
−2モル)を加えて混合し均一な溶液とした。
アイスバスで冷却しながら、この溶液にトルエン50y
に溶解したケイ皮酸クロライド1.52y(9泪×10
−3モル)を添加し、10〜13℃で3時間反応を行な
うことにより感光性を有する耐熱ポリマの前駆体の溶液
をえた。えられた溶液とミヒラ・ケトン1・8yを混合
沖過し、ついで銅箔の上に塗布した。
溶媒蒸発後の塗膜の厚さは4μであつた。実施例1と同
一条件で露光・現像、熱処理を行ない、耐熱性のレリー
フ・パターンをえた。実施例4 4・4″−ジアミノジフェニルエーテル190y(イ)
.95モル)および3・4・4″一トリアミノジフェニ
ルエーテル10.8y(0.05モル)をN−メチルピ
ロリドン1.69k9に溶解し、アミン溶液を調合する
ピロメリット酸2無水物、218g(1モル)をジメチ
ルアセトアミド1.93k9に分散させ、ついでN−メ
チルピロリドン1.20k9を加えて60℃で溶解させ
酸溶液を調合する。反応系が25〜30℃になるように
調整しながら、酸溶液をアミン溶液に滴下した。酸溶液
滴下後25〜30℃で3時間反応を継続し、8%の濃度
のポリマ溶液をえた。該ポリマ溶液200y(ポリマ側
鎖のアミノ基1.91×10−3モル)にプロピレンオ
キシド0.222y(3.82×10−3モル)を加え
て混合し、均一な溶液とした。
アイスバスで冷却しながら、この溶液にトルエン50y
に溶解したケイ皮酸クロライド0.319y(1.91
×10−3モル)を添加し、10〜13゜Cで3時間反
応を行なうことにより、感光性を有する耐熱ポリマの前
駆体の溶液をえた。えられた溶液とミヒラ・ケトン1.
6qを混合・沖過し、ついで銅箔の上に塗布した。
溶媒蒸発後の塗膜の厚さは1μてあつた。塗膜の上に縞
模様のマスクを密着させ、23cmの距離から500W
の高圧水銀灯で6吟照射した。照射後ジメチルホムアミ
ド(1部)とメタノール(2部)の混合溶液で現像し、
端面のシャープなレリーフパターンをえた。実施例5 γ−アミノプロピルトリメトキシシラン処理をした酸化
ケイ素皮膜付シリコーン・ウェーハ上に実施例1と同様
な方法によりパターンを形成した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ▲数式、化学式、表等があります▼〔 I 〕(ただし、
    R_1、R_2は芳香族環状基を、又R_3、R_4は
    各々二つのカルボニル基の一方とオルトの関係にあり、
    水素又は加熱により隣接アミド基と反応して閉環構造を
    とりうる基を表わす。 R_5は−COR_6或いは−SO_2R_7で、R_
    6、R_7は各々化学線で2量化又は重合可能な二重結
    合を有する基を表わす。nは1又は2である。)なる構
    造単位〔1〕を含有するポリマからなる耐熱性感光材料
    。 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ただし、R_1、R_2は芳香族環状基を、又R_3
    、R_4は各々二つのカルボニル基の一方とオルトの関
    係にあり、水素又は加熱により隣接アミド基と反応して
    閉環構造をとりうる基を表わす。 )なる構造単位を含有するポリマとR_5Cl(R_5
    は−COR_6、−SO_2R_7で、R_6、R_7
    は各々化学線で2量化又は重合可能な二重結合を有する
    基を表わす。 )を▲数式、化学式、表等があります▼(R_8、R_
    9は水素、アルキル基又は置換アルキル基を表わす。)
    の存在下に反応して得られるポリマからなる特許請求の
    範囲1記載の耐熱性感光材料。
JP2203578A 1978-03-01 1978-03-01 耐熱性感光材料 Expired JPS6046421B2 (ja)

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