JPWO2016035593A1 - 樹脂および感光性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

高感度・高残膜率を有する感光性樹脂組成物を製造可能な樹脂を提供することを目的とする。本発明は、炭素数6〜40の脂環構造もしくは炭素数6〜40の半脂環構造を有する酸もしくはその無水物が、酸もしくはその無水物の総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有するポリアミド構造、ポリイミド前駆体構造、またはポリイミド構造を有する樹脂を提供する。

Description

本発明は、特定の構造を含有する樹脂に関する。より詳しくは、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適した樹脂、およびそれを用いた感光性樹脂組成物に関する。
ポリイミド樹脂は優れた耐熱性や電気絶縁性、機械特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広く用いられている。
ポリイミドを表面保護膜または層間絶縁膜として使用する場合、スルーホール等の形成方法の1つは、ポジ型のフォトレジストを用いるエッチングである。しかし、この方法では工程にはフォトレジストの塗布や剥離が含まれ、煩雑であるという問題がある。そこで作業工程の合理化を目的に感光性を兼ね備えた耐熱性材料の検討がなされてきた。
また、近年、素子の微細化、パッケージの高密度化、高速大容量化により、多層配線に適応可能な層間絶縁膜に対する需要が高まっていることから、従来よりも厚膜加工が可能な高感度、高残膜率の感光性樹脂組成物が求められている。
例えば、アルカリ水溶液で現像できるポジ型感光性耐熱性組成物については、フェノール性水酸基を含むポリアミド酸エステルとo−キノンジアジド化合物を含む組成物(特許文献1)や溶剤に可溶な閉環させたポリイミドとナフトキノンジアジド化合物を含む組成物、また、ポリベンゾオキサゾール前駆体とナフトキノンジアジド化合物を含む組成物(特許文献2)が報告されている。しかし、これらの組成物において、透明性の低いポリイミドを用いた場合は、露光部での感光剤の光反応効率が悪くなり、特に厚膜での感度が低くなるという問題点がある。
このような要求を満たすため、これまでに、脂環式構造をもつテトラカルボン酸無水物を使用した高透明性のポリイミドにより、高感度を達成する感光性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献3〜4参照)。
また、ヘキサフルオロプロピル基と脂環式構造をもつテトラカルボン酸無水物を用いたポリイミド樹脂が提案されている(例えば、特許文献5参照)。
特開平4−204945号公報 特開平1−46862号公報 国際公開第00/73853号 特開2010−196041号公報 特開2007−183388号公報
しかしながら、これまでの脂環式構造を持つテトラカルボン酸無水物を用いたポリイミド樹脂は、アルカリ現像液への溶解性が高すぎるため、厚膜構造の形成を達成することは困難であった。また、ヘキサフルオロプロピル基と脂環式構造を持つテトラカルボン酸無水物を用いたポリイミド樹脂は、残膜率が非常に悪く、高感度な厚膜構造の形成を達成することは困難であった。
そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、感光性樹脂組成物に用いた場合に高い感度および残膜率を有する樹脂を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、本発明を見出すに至った。
すなわち、本発明は以下の構成を有する。
(1) 炭素数6〜40の脂環構造もしくは炭素数6〜40の脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する酸もしくはその無水物が、酸もしくはその無水物の総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有するポリアミド構造、ポリイミド前駆体構造、またはポリイミド構造を有する樹脂。
(2) 一般式(1)で表される構造を有する樹脂。
Figure 2016035593
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。)
(3) 一般式(1)で表される構造にフッ素成分を有することを特徴とする(2)に記載の樹脂。
(4) 一般式(1)で表される構造にフェノール性水酸基を有することを特徴とする(2)または(3)に記載の樹脂。
(5) 一般式(1)中のRが、下記一般式(2)〜(7)から選ばれた1以上の有機基を含有することを特徴とする(2)〜(4)のいずれかに記載の樹脂。
Figure 2016035593
Figure 2016035593
(一般式(2)〜(7)中、R〜R81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。一般式(3)中、Xは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基もしくは炭素数1〜3の2価の有機基またはそれらが2以上連結してなる2価の架橋構造である。一般式(6)中、Xは直接結合、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、炭素数1〜3の2価の有機基もしくはアリーレン基から選ばれた2以上の有機基が連結してなる2価の架橋構造である。)
(6) 一般式(1)中、RとRをあわせた総量を100モル%とした場合、フッ素原子を含有する有機基を30モル%以上有することを特徴とする(2)〜(5)のいずれかに記載の樹脂。
(7) 一般式(1)中、Rがそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合25〜80モル%含有する(2)〜(6)のいずれかに記載の樹脂。
(8) 一般式(1)中、Rがそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合40〜70モル%含有する(2)〜(6)のいずれかに記載の樹脂。
(9) (1)〜(8)のいずれかに記載の樹脂を含有する感光性樹脂組成物。
(10) (a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂、(b)光酸発生剤、および(c)溶剤を含有し、ポジ型の感光性を有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
Figure 2016035593
(一般式(8)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。ただし、一般式(8)で表される構造は、フッ素成分とフェノール性水酸基を有することを必須とする。)
(11) 一般式(1)または(8)中のRが、さらに、脂肪族の有機基を含有する(9)または(10)に記載の感光性樹脂組成物。
(12) 前記脂肪族の有機基が、脂肪族のアルキル基を含有する有機基である(11)に記載の感光性樹脂組成物。
(13) (9)〜(12)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を用いる耐熱性樹脂被膜の製造方法であって、前記感光性樹脂組成物を支持基板上に塗布、乾燥し、感光性樹脂膜を得る工程、該工程により得られた感光性樹脂膜を露光する工程、該露光後の感光性樹脂膜をアルカリ水溶液を用いて現像する工程、および該現像後の感光性樹脂膜を加熱処理する工程を含む耐熱性樹脂被膜の製造方法。
(14) (13)に記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる層間絶縁膜。
(15) (13)に記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる、総膜厚10μm以上50μm以下である多層配線構造用層間絶縁膜。
(16) (13)に記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる表面保護膜。
(17) (14)に記載の層間絶縁膜または(16)に記載の表面保護膜を有する電子部品。
(18) (13)記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる有機電界発光素子の絶縁層。
本発明によれば、感光性樹脂組成物に用いた場合に高い感度・残膜率を有する樹脂を得ることができる。
本発明の実施例を示す半導体装置のパッド部の断面図である。 本発明の実施例を示す半導体装置の製造工程断面図である。
本発明は、炭素数6〜40の脂環構造もしくは炭素数6〜40の脂環構造と芳香環とを両方有する半脂環構造を有する酸もしくはその無水物が、酸もしくはその無水物の総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有するポリアミド構造、ポリイミド前駆体構造、またはポリイミド構造を有する樹脂である。
また、本発明の樹脂は、下記一般式(1)で表される構造を有する。一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、加熱により閉環し、耐熱性および耐溶剤性に優れたポリイミドとなるポリイミド前駆体であるか、加熱により閉環したポリイミドであるか、樹脂の一部が加熱により閉環しイミド化したポリイミド前駆体である。
また、本発明は、一般式(1)で表される構造を有する樹脂を含む感光性樹脂組成物である。
Figure 2016035593
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環とを両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40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。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。)
一般式(1)で表される構造は、m=0の時はポリイミドを、n=0の時はポリイミド前駆体を示している。またm>0およびn>0の時は一部が加熱により閉環しイミド化したポリイミド前駆体を示している。
また、本発明の、一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、前記一般式(1)で表される構造と一般式(1)で表される構造以外の構造を有する樹脂との共重合体であってもよい。
一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環とを両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1種以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40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。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。単環式、縮合多環式、または半脂環構造を含有することで、樹脂が低吸光度化するので、厚膜であっても高感度な感光性樹脂組成物を得ることができる。
しかしながら、Rのすべてが脂環式構造であるポリイミド系樹脂は、アルカリ現像液への溶解性が高すぎるため現像膜が溶出し残膜率が悪くなったり、アルカリ現像液を取り込みやすいためタック性や残渣が発生する。また、炭素数6未満の脂環式構造や炭素数41以上の脂環式構造を含むポリイミド樹脂は、アルカリ現像液への溶解性が不十分であるため、感度が不十分であり現像時のパターンに残渣が発生する問題があった。
また、一般式(1)で表される構造にフッ素成分を含有すると、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、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ため好ましい。
また、一般式(1)で表される構造にフェノール性水酸基を含有すると、アルカリ現像液への適度な溶解性が得られ、感光剤との相互作用に寄与するため、残膜率の向上、高感度化が可能な樹脂膜を得ることができるため好ましい。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。
さらに、一般式(1)中のRが、下記一般式(2)〜(7)から選ばれた1以上であることが好ましい。
Figure 2016035593
Figure 2016035593
一般式(2)〜(7)中、R〜R81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。一般式(3)中、Xは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基もしくは炭素数1〜3の2価の有機基またはそれらが2以上連結してなる2価の架橋構造である。炭素数1〜3の2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。一般式(6)中、Xは直接結合、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、炭素数1〜3の2価の有機基もしくはアリーレン基から選ばれた2以上が連結してなる2価の架橋構造である。炭素数1〜3の2価の有機基およびアリーレン基は、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。
一般式(1)中、Rは、酸二無水物に由来する構造である。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6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環とを両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の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−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、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、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の様な脂環式テトラカルボン酸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、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオンの様な半脂環式テトラカルボン酸二無水物あるいはこれらの芳香族環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を挙げることができる。
これらの酸二無水物が、一般式(1)で表される構造におけるRを100モル%とした場合、5モル%〜95モル%含有することで、樹脂が低吸光度化することにより、厚膜であっても高感度な感光性樹脂組成物が得られる。
また、本発明で感光性樹脂組成物から得られるパターンは高解像度であることが好ましい。解像度とは、感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成する際に得られる最小の寸法を意味し、細かいパターンが形成できるほど、高解像度である。
吸光度の非常に低い樹脂を用いた感光性樹脂組成物は、集光率が高くなりすぎ、狙い寸法以上のパターン幅となりやすい。その結果得られるパターンの解像度は低下する。このため、一般式(1)で表される構造におけるRを100モル%とした場合の酸二無水物の含有量は、パターン加工時に狙い寸法のパターン幅を得られる点で、25モル%以上とすることがより好ましく、40モル%以上とすることがさらに好ましい。
また、脂環式構造の含有量が少ない場合、集光率が低く、小パターンの開口を得られないため、得られるパターンの解像度が低下する。このため、一般式(1)で表される構造におけるRを100モル%とした場合の酸二無水物の含有量は、集光率を高め、小パターンの開口を得られる点で、80モル%以下とすることがより好ましく、70モル%以下とすることがさらに好ましい。
酸二無水物の含有量を以上の範囲とすることで、高解像度のパターンを得ることができる。
一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、フッ素成分を有することが好ましい。一般式(1)中において、R、Rの少なくとも一方が、フッ素原子を有する有機基であることが好ましい。フッ素原子を含有することにより、アルカリ現像の際に膜の表面に撥水性が付与され、表面からのしみこみなどを抑えることができるため、未露光部のタックや加工パターンに現像残渣のない、高残膜率の感光性樹脂膜が得られる。一般式(1)において、界面のしみこみ防止効果や適切な溶解速度を得るために、フッ素原子を有する有機基はRおよびRの総量を100モル%とした場合、30モル%以上が好ましい。このような構造は、RおよびRを導入する単量体成分のうち、フッ素原子を含有する単量体を30モル%以上用いることにより導入される。また、基板への密着性を得るためには、フッ素原子を含有する単量体は90モル%以下であることが好ましい。
フッ素原子を有する化合物としては、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、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、などを挙げることができる。一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、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。
また、一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、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(1)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は、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は、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。一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、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6〜40の脂環構造、または半脂環構造を含有する酸二無水物と、フェノール性水酸基を有する化合物とフッ素原子を有する化合物を適切な量用いることで、現像時において、タックや現像残渣のない高残膜率・高感度の感光性樹脂組成物が得られる。
前記一般式(1)におけるRは、前述の酸二無水物に加えて他の酸二無水物に由来する構造を有してもよい。
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などの芳香族テトラカルボン酸二無水物や、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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あるいはこれらの化合物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を挙げることができる。これらは炭素数が6〜40の脂環構造、または半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。
また、本発明の一般式(1)におけるRは、前述のジアミンに加えて他のジアミンに由来する構造を有してもよい。
脂肪族ジアミンとしては芳香族環を有さないジアミンを意味し、ポリアルキル基や、ポリエチレンエーテル基、ポリオキシプロピレン基、テトラメチレンエーテル基などのアルキレンエーテル基を含む脂肪族アルキルジアミン、脂環式ジアミン、シロキサン構造を有する脂肪族ジアミンを挙げることができる。
具体的には、脂肪族アルキルジアミンとしては、ポリアルキルジアミンのテトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、ポリエチレンエーテル基を含有するジアミンのジェファーミンKH−511、ジェファーミンED−600、ジェファーミンED−900、ジェファーミンED−2003、ジェファーミンEDR−148、ジェファーミンEDR−176、ポリオキシプロピレンジアミンのD−200、D−400、D−2000、D−4000、RP−409,RP−2009、テトラメチレンエーテル基を含有するジアミンのRT−1000、HT−1100、アミノ基含有アルキルエーテルジアミンのHT−1000、HE−1000(以上商品名、HUNTSMAN(株)製) などが挙げられ、脂環式ジアミンとしては、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が挙げられ、シロキサン構造を有する脂肪族ジアミンとしては、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挙げることができる。中でも、脂肪族アルキルジアミンを用いた場合は、柔軟性が付与されるため破断点伸度が向上し、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。導入する際は、全ジアミン残基中脂肪族アルキルジアミンに由来する残基が10モル%以上であることが好ましく、耐熱性の観点からは50モル%以下であることが好ましい。
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共重合した場合、基板との接着性を向上させることができる。1〜15モル%共重合したものが好ましい。
また、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。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。
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、および下記に示した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。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。
また、本発明の一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、スルホン酸基、チオール基などを含むことができる。スルホン酸基、チオール基を適度に有する樹脂を用いることで、適度なアルカリ可溶性を有するポジ型感光性樹脂組成物となる。
一般式(1)中、m、nは樹脂の構造単位の繰り返し数を表し、0〜100,000の範囲を示すが、m+n>2である。得られる樹脂の伸度向上の観点から、m+nは10以上が好ましい。一方、得られる樹脂を含む感光性樹脂組成物のアルカリ現像液に対する溶解性の観点から、m+nは200,000以下であり、1,000以下が好ましく、100以下がより好ましい。
一般式(1)で表される構造を有する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が好ましく、より好ましくは、8,000〜50,000である。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、一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、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。
一般式(1)で表される構造を有する樹脂は、公知の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、所要温度、所要時間で撹拌した後、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、得られる樹脂100重量部に対して100〜1900重量部使用することが好ましく、150〜950重量部がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、一般式(1)で表される構造を有する樹脂以外の他のアルカリ可溶性樹脂を含有してもよい。具体的には、アルカリ可溶性ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリアミド、アクリル酸を共重合したアクリルポリマー、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、シロキサン樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、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。本発明の感光性樹脂組成物に含まれる樹脂のうち、一般式(1)で表される構造を含有する樹脂が30重量%以上であることが好ましい。
次に、本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物について説明するが、本発明の範囲はこれに限定されない。現像により露光部が反応するネガ型の感光性を有する感光性樹脂組成物についても、透明性の低いポリイミドを用いた場合は、露光部での感光剤の光反応効率が悪くなることで残膜率が低くなり、厚膜構造を得ることは困難になる。そのため、高感度の感光性樹脂組成物については、ポジ型と同様、高透明性のポリイミドを開発することが必要となる。
本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物は、(a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂、(b)光酸発生剤および(c)溶剤を含有する。ここで、主成分とは、一般式(8)で表される構造を有する樹脂において、一般式(8)で表される構造が50モル%以上であることを示し、好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上である。
Figure 2016035593
(一般式(8)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。ただし、一般式(8)で表される構造は、フッ素成分とフェノール性水酸基を有することを必須とする。)
本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物は、先に説明した本発明の感光性樹脂組成物に好ましく使用される樹脂を含有することが好ましく、これらを2種以上含有してもよい。
本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物は、一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂以外に他のアルカリ可溶性樹脂を含有してもよい。具体的には、アルカリ可溶性ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリアミド、アクリル酸を共重合したアクリルポリマー、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、シロキサン樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、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。
本発明の(b)成分である光酸発生剤は、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与える化合物であり、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。
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および/ または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。50モル%未満であるとアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり過ぎ、未露光部とのコントラストが得られず、所望のパターンを得られない可能性がある。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樹脂組成物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、高感度な感光性樹脂組成物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。
また、キノンジアジド化合物の分子量が5000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。このような観点から、好ましいキノンジアジド化合物の分子量は300〜3000である。さらに好ましくは、350〜1500である。
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。
本発明の(b)成分として用いる光酸発生剤のうち、露光によって発生させた酸成分を適度に安定化させる光酸発生剤としては、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。本発明の感光性樹脂組成物から得られる樹脂組成物は永久膜として使用するため、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る。
本発明の感光性樹脂組成物は、(b)光酸発生剤を含有すると、光線照射部に酸が発生し、光照射部のアルカリ水溶液に対する溶解性が増大することで、光照射部が溶解するポジ型のパターンを得ることができる。
本発明で(b)成分として用いられる光酸発生剤の含有量は、各々(a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂100重量部に対して、好ましくは0.01〜50重量部である。このうち、キノンジアジド化合物は3〜40重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重量部の範囲が好ましく、さらに0.1〜30重量部の範囲が好ましい。(b)光酸発生剤の含有量をこの範囲とすることにより、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。
また、感光性樹脂組成物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フェノール性水酸基を有する化合物を含有してもよい。
この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。
これらのうち、本発明で用いる好ましいフェノール性水酸基を有する化合物は、たとえば、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。これらのうち特に好ましいフェノール性水酸基を有する化合物は、たとえば、Bis−Z、TekP−4HBPA、TrisP−HAP、TrisP−PA、BisRS−2P、BisRS−3P、BIR−PC、BIR−PTBP、BIR−BIPC−Fである。このフェノール性水酸基を有する化合物を含有することで、得られる樹脂組成物は、露光前はアルカリ現像液にほとんど溶解せず、露光すると容易にアルカリ現像液に溶解するために、現像による膜減りが少なく、かつ短時間で現像が容易になる。
このようなフェノール性水酸基を有する化合物の含有量は、(a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部であり、さらに好ましくは3〜40重量部の範囲である。
本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物は、(c)溶剤を含有する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、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、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などのケトン類、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、3−メトキシメチルプロパネート、3−エトキシエチルプロパネート、酢酸エチル、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が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。(c)溶剤の含有量は、(a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂100重量部に対して、好ましくは100重量部以上1500重量部以下である。
本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物は、前記(a)〜(c)以外の成分を含有してもよく、アルコキシメチル基、メチロール基、またはエポキシ基を有する化合物を含有することが好ましい。メチロール基、アルコキシメチル基は100℃以上の温度領域で架橋反応を生じるため、熱処理により架橋し、優れた機械特性を有する耐熱性樹脂被膜を得ることができる。
アルコキシメチル基またはメチロール基を有する例としては、例えば、DML−PC、DML−PEP、DML−OC、DML−OEP、DML−34X、DML−PTBP、DML−PCHP、DML−OCHP、DML−PFP、DML−PSBP、DML−POP、DML−MBOC、DML−MBPC、DML−MTrisPC、DML−BisOC−Z、DML−BisOCHP−Z、DML−BPC、DML−BisOC−P、DMOM−PC、DMOM−PTBP、DMOM−MBPC、TriML−P、TriML−35XL、TML−HQ、TML−BP、TML−pp−BPF、TML−BPE、TML−BPA、TML−BPAF、TML−BPAP、TMOM−BP、TMOM−BPE、TMOM−BPA、TMOM−BPAF、TMOM−BPAP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、NIKALAC(登録商標)MX−290、NIKALAC MX−280、NIKALAC MX−270、NIKALAC MX−279、NIKALAC MW−100LM、NIKALAC MX−750LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)が挙げられる。この中でも、アルコキシメチル基を多数含有するHMOM−TPHAP、MW−100LMを添加した場合、架橋効率がよいため好ましい。
また、エポキシ基は、200℃以下でポリマーと熱架橋し、架橋による脱水反応が起こらないため膜収縮が起きにくく、このため、機械特性に加えて低温硬化、低反り化に効果的である。エポキシ基を有する化合物しては、例えば、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、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、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、本発明は何らこれらに限定されない。具体的には、エピクロン850−S、エピクロンHP−4032、エピクロンHP−7200、エピクロンHP−820、エピクロンHP−4700、エピクロンEXA−4710、エピクロンHP−4770、エピクロンEXA−859CRP、エピクロンEXA−1514、エピクロンEXA−4880、エピクロンEXA−4850−150、エピクロンEXA−4850−1000、エピクロンEXA−4816、エピクロンEXA−4822(以上商品名、大日本インキ化学工業(株)製)、リカレジンBEO−60E(以下商品名、新日本理化株式会社)、EP−4003S、EP−4000S((株)アデカ)などが挙げられる。
これらアルコキシメチル基、メチロール基、またはエポキシ基を有する化合物は2種以上含有してもよい。
アルコキシメチル基、メチロール基、またはエポキシ基を有する化合物の含有量は、前記一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂100重量部に対し、10 〜50重量部であり、10〜40 重量部であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、さらにシラン化合物を含有することができる。シラン化合物を含有することにより、耐熱性樹脂被膜の密着性が向上する。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などを挙げることができる。シラン化合物の含有量は、(a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂100重量部に対して、好ましくは0.01重量部以上15重量部以下である。
また、本発明のポジ型の感光性を有する感光性樹脂組成物は、必要に応じて、基材との塗れ性を向上させる目的で界面活性剤、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、熱膨張係数の抑制や高誘電率化、低誘電率化のなどの目的で、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してもよい。
次に、本発明の感光性樹脂組成物の製造方法を例示する。上記(a)〜(c)の各成分、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。ポジ型感光性樹脂組成物の粘度は、1〜10,000mPa・sが好ましい。また、異物を除去するために感光性樹脂組成物を0.1μm〜5μmのポアサイズのフィルターで濾過してもよい。
次に、本発明の感光性樹脂組成物を用いて耐熱性樹脂被膜のパターンを形成する方法について説明する。
本発明の感光性樹脂体組成物は、支持基板上に塗布し乾燥する工程、露光する工程、現像する工程および加熱処理する工程を経て、ポリイミドのパターンとすることができる。
まず、感光性樹脂組成物を基板上に塗布する。基板はシリコンウエハー、セラミックス類、ガリウムヒ素、金属、ガラス、金属酸化絶縁膜、窒化ケイ素、ITOなどが用いられるが、これらに限定されない。塗布方法はスピンナを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティング、スリットダイコーティングなどの方法が挙げられる。塗布膜厚は、塗布手法、ポジ型感光性樹脂組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、乾燥後の膜厚が0.1〜150μmになるように塗布することが一般的である。
次に、感光性樹脂組成物を塗布した基板を乾燥して、感光性樹脂膜を得る。乾燥はオーブン、ホットプレート、赤外線などを使用し、50℃〜150℃の範囲で1分間〜数時間行うことが好ましい。
次に、この感光性樹脂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線などが挙げられるが、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。
感光性樹脂膜からパターンを形成するには、露光後、現像液を用いて露光部を除去すればよい。現像液は、テトラメチルアンモニウム、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。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1種以上添加してもよい。現像後は水にてリンス処理をすることが一般的である。リンス処理には、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、3−メトキシメチルプロパネートなどのエステル類などを1種以上水に添加してもよい。
現像後、150℃〜500℃の温度を加えて耐熱性樹脂被膜に変換する。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分間〜5時間実施することが好ましい。一例としては、130℃、200℃、350℃で各30分間ずつ熱処理する方法、室温より320℃まで2時間かけて直線的に昇温する方法などが挙げられる。また、高温の加熱やその繰り返しにより、素子の電気特性が変化する恐れや、基板の反りが大きくなる恐れがあるため、加熱処理は250℃以下で行われることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物により形成した耐熱性樹脂被膜は、半導体装置や多層配線板等の電子部品に使用することができる。具体的には、半導体のパッシベーション膜、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、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が、これに制限されず、様々な構造をとることができる。
次に、本発明の感光性樹脂組成物を用いた、バンプを有す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1は、本発明のバンプを有する半導体装置のパット部分の拡大断面図である。図1に示すように、シリコンウエハ1には入出力用のAlパッド2上にパッシベーション膜3が形成され、そのパッシベーション膜3にビアホールが形成されている。更に、この上に本発明の感光性樹脂組成物によるパターン(絶縁膜)4が形成され、更に、金属(Cr、Ti等)膜5がAlパッド2と接続されるように形成され、その金属膜5はハンダバンプ10の周辺をエッチングして、各パッド間を絶縁する。絶縁されたパッドにはバリアメタル8 とハンダバンプ10が形成されている。感光性樹脂組成物に柔軟成分を導入した場合は、ウエハの反りが小さいため、露光やウエハの運搬を高精度に行うことができる。また、ポリイミド樹脂は機械特性にも優れるため、実装時も封止樹脂からの応力を緩和することできるため、low−k層のダメージを防ぎ、高信頼性の半導体装置を提供できる。
次に、半導体装置の詳細な作成方法について記す。図2の2cに示すように、金属配線6をメッキ法で成膜する。次に、図2 2d’に示すように、本発明の感光性樹脂組成物を塗布し、フォトリソ工程を経て図2 2dに示すようなパターン(絶縁膜7)を形成する。この際に、絶縁膜7の感光性樹脂組成物はスクライブライン9において、厚膜加工を行うことになる。3層以上の多層配線構造を形成する場合は、上記の工程を繰り返して行い各層を形成することができる。このように多層配線構造は、絶縁膜の形成を繰り返すため、層間絶縁膜の総膜厚は10μm以上になり、チップの反り等への影響から50μm以下が好ましい。多層配線構造になるほどスクライブラインの厚膜加工が必要となるため、感光性樹脂組成物は、膜厚10μm以上のパターン加工可能な耐熱性樹脂被膜を得られることが好ましい。また、高密度な多層配線構造を形成するためには、高解像度な耐熱性樹脂被膜が得られることも好ましい。次いで、図2 2eおよび2fに示すように、バリアメタル8、半田バンプ10を形成する。そして、最後のスクライブライン9に沿ってダイシングしてチップ毎に切り分ける。絶縁膜7がスクライブライン9においてパターンが形成されていない場合または残渣が残っていた場合は、ダイシングの際クラック等が発生しチップの信頼性評価に影響する。このため、本発明のように、厚膜加工に優れたパターン加工を提供できることは、半導体装置の高信頼性を得るために非常に好ましい。
以下、実施例等をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、実施例中の樹脂および感光性樹脂組成物の評価は以下の方法により行った。
(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、現像後、キュア後の膜厚を、屈折率1.629として測定した。
(現像膜Aの作製)
8インチシリコンウエハ上にワニスを回転塗布し、次いで、120℃のホットプレート(東京エレクトロン(株)製の塗布現像装置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重量%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、10μmの孤立パターンを有する現像膜Aを得た。
(1)感度評価
現像膜Aにて、露光および現像後、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以下がより好ましい。
(2)残膜率評価
プリベーク膜に対する現像膜の膜厚の割合を残膜率とし(残膜率=(現像膜の膜厚)/(プリベーク膜の膜厚)×100)、80%以上を合格とした。
(3)現像膜のパターン評価
現像により形成された感光性樹脂組成物被膜については、未露光部のタック性・露光部の残渣について、目視にて表面観察を行った。現像膜のパターンに問題がないものを良好(○)、未露光部にタック性や露光部に残渣が発生するものを不良(×)と判定した。
(耐熱性樹脂被膜Bの作製)
8インチシリコンウエハ上にワニスを回転塗布し、次いで、120℃のホットプレート(東京エレクトロン(株)製の塗布現像装置Act−8使用)で3分間ベークし、異なる膜厚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1000mJ/cmの露光量にて露光した。露光後、2.38重量%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現像膜を得た。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、現像膜を酸素濃度20ppm以下で5℃/分で250℃まで昇温し、250℃で1時間加熱処理を行なった。温度が50℃以下になったところでシリコンウェハーを取り出し、シリコンウェハー上の耐熱性樹脂被膜の膜厚を測定した。
(4)厚膜形成評価
耐熱性樹脂被膜について、露光部分が完全に溶出してなくなり、パターンが形成される(パターン加工可能という)時の最大の膜厚を評価した。膜厚が15μm以上のパターン加工した耐熱性樹脂被膜が得られるものを良好(◎)、10μm以上15μm未満のパターン加工した耐熱性樹脂被膜が得られるものをやや良好(○)、10μm未満のパターン加工した耐熱性樹脂被膜が得られるものを不良(×)とした。
(5)解像度評価
膜厚が10μmの耐熱樹脂皮膜について、最小の開口パターン寸法を測定し、解像度とした。解像度が3μm未満のものを極めて良好(◎)、3μm以上7μm未満のものを良好(○)、7μm以上10μm未満のものをやや良好(△)、10μm以上のものや、膜厚が10μmの耐熱樹脂皮膜が得られなかったものを不良(×)とした。
以下の実施例、比較例に示す酸二無水物、ジアミンの略記号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
TDA100: 1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン
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
APBS:ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン
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)
KBM−403:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン。
各実施例、比較例に使用した熱架橋性化合物を下記に示した。
Figure 2016035593
合成例1 ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(a)の合成
BAHF18.3g(0.05モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに3−ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させ、その後室温に戻した。析出した白色固体をろ別し、50℃で真空乾燥した。
得られた白色固体30gを300mLのステンレスオートクレーブに入れ、メチルセロソルブ250mLに分散させ、5%パラジウム−炭素を2g加えた。ここに水素を風船で導入して、還元反応を室温で行った。約2時間後、風船がこれ以上しぼまないことを確認して反応を終了させた。反応終了後、ろ過して触媒であるパラジウム化合物を除き、ロータリーエバポレーターで濃縮し、下記式で表されるヒドロキシル基含有ジアミン化合物(a)を得た。得られた固体をそのまま反応に使用した。
Figure 2016035593
合成例2 キノンジアジド化合物(b)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、ろ液を水に投入した。その後、析出した沈殿をろ過で集めた。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(b)を得た。
Figure 2016035593
合成例3 キノンジアジド化合物(c)の合成
乾燥窒素気流下、TrisP−HAP(商品名、本州化学工業(株)製)15.31g(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40.28g(0.15モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。1,4−ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン15.18gを用い、合成例2と同様にして下記式で表されるキノンジアジド化合物(c)を得た。
Figure 2016035593
合成例4 キノンジアジド化合物(d)の合成
乾燥窒素気流下、TekP−4HBPA(商品名、本州化学工業(株)製)28.83g(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13.43g(0.125モル)を1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。1,4−ジオキサン50gと混合したトリエチルアミン20.24gを用い、合成例2と同様にして下記式で表されるキノンジアジド化合物(d)を得た。
Figure 2016035593
合成例5 アクリル樹脂(e)の合成
500mlのフラスコに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を5g、t−ドデカンチオールを5g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEAと略する)を150g仕込んだ。その後、メタクリル酸を30g、ベンジルメタクリレートを35g、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルメタクリレートを35g仕込み、室温でしばらく撹拌し、フラスコ内を窒素置換した後、70℃で5時間加熱撹拌した。次に、得られた溶液にメタクリル酸グリシジルを15g、ジメチルベンジルアミンを1g、p−メトキシフェノールを0.2g添加し、90℃で4時間加熱撹拌し、アルカリ可溶性のアクリル樹脂(e)溶液を得た。アクリル樹脂溶液(e)の固形分濃度は43重量%であった。
合成例6 ノボラック樹脂(f)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重量%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(f)のポリマー固体を得た。GPCからMwは3,500であった。得られたノボラック樹脂(f)にγ−ブチロラクトン(GBL)を加え、固形分濃度43重量%のノボラック樹脂(f)溶液を得た。
合成例7 ポリベンゾオキサゾール前駆体(g)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重量%含んだ水3Lに投入して白色の沈殿を析出させた。この沈殿をろ過で集めて、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(g)を得た。得られたポリベンゾオキサゾール前駆体(g)にGBLを加え、固形分濃度43重量%のポリベンゾオキサゾール前駆体(g)溶液を得た。
合成例8 ポリヒドロキシスチレン(h)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(h)が得られた。
実施例1
乾燥窒素気流下、BAHF15.57g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH1.12g(0.005モル)、6FDA19.99g(0.045モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(A)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50g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Aを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成性評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例2
乾燥窒素気流下、BAHF11.90g(0.03モル)、DAE 2.0g(0.01モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH 10.09g(0.045モル)、6FDA2.22g(0.005モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(B)17.5g、合成例3で得られたキノンジアジド化合物(c)2.3g、合成例6で得られたノボラック樹脂(f)16g、架橋剤MX270 3.0g、KBM403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスBを得た。得られたワニスBを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例3
乾燥窒素気流下、合成例1で得られた化合物(a)25.68g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH 4.48g(0.02モル)、ODPA9.31g(0.03モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1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13.10g(0.11モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で1時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。樹脂固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリイミド前駆体の樹脂(C)を得た。
得られた樹脂(C)17.5g、合成例4で得られたキノンジアジド化合物(d)2.3g、合成例7で得られたポリベンゾオキサゾール樹脂(g)16g、架橋剤HMOM−TPHAP 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスCを得た。得られたワニスCを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例4
乾燥窒素気流下、APBS11.91g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH 4.48g(0.02モル)、6FDA13.33g(0.03モル)をNMP10g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(D)の粉末を得た。
得られた樹脂(D)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例8で得られたポリヒドロキシスチレン樹脂(h)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスDを得た。得られたワニスDを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5
乾燥窒素気流下、APBS11.91g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTDA−100 6.01g(0.02モル)、6FDA13.33g(0.03モル)をNMP10g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(E)の粉末を得た。
得られた樹脂(E)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤HMOM−TPHAP 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスEを得た。得られたワニスEを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例6
乾燥窒素気流下、BAHF9.16g(0.03モル)、DAE2.0(0.01モル)、ED600 4.5g(0.008モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTDA−100 6.01g(0.02モル)、6FDA13.33g(0.03モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1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13.10g(0.11モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で1時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。樹脂固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリイミド前駆体の樹脂(F)を得た。
得られた樹脂(F)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例8で得られたポリヒドキシスチレン樹脂(h)16g、架橋剤HMOM−TPHAP 3.0g、KBM403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスFを得た。得られたワニスFを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例7
乾燥窒素気流下、BAHF9.16g(0.03モル)、DAE2.0(0.01モル)、ED600 4.5g(0.008モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTDA−100 6.01g(0.02モル)、ODPA9.31g(0.03モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(G)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例6で得られたノボラック樹脂(f)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスGを得た。得られたワニスGを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例8
乾燥窒素気流下、BAHF15.57g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTDA−100 6.01g(0.02モル)、6FDA13。33g(0.03モル)をNMP10g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(M)の粉末を得た。
得られた樹脂(M)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例7で得られたポリベンゾオキサゾール樹脂(g)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスMを得た。得られたワニスMを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例9
乾燥窒素気流下、BAHF9.16g(0.03モル)、ED6002.0(0.01モル)、ED600 9.0g(0.015モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTDA−100 6.01g(0.02モル)、6FDA13.33g(0.03モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(N)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例8で得られたポリヒドキシスチレン樹脂(h)16g、架橋剤HMOM−TPHAP 3.0g、KBM403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスNを得た。得られたワニスFを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例10
乾燥窒素気流下、BAHF9.16g(0.03モル)、、ED600 9.0g(0.015モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH 8.97g(0.05モル)、6FDA4.44g(0.01モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(O)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤HMOM−TPHAP 3.0g、KBM403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスOを得た。得られたワニスOを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例11
乾燥窒素気流下、BAHF9.16g(0.03モル)、ED6009.0(0.015モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH 2.80g(0.013モル)、6FDA16.66g(0.037モル)をNMP10g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(P)の粉末を得た。
得られた樹脂(P)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例6で得られたノボラック樹脂(f)16g、、架橋剤HMOM−TPHAP 3.0g、KBM403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスNを得た。得られたワニスNを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
比較例1
乾燥窒素気流下、BAHF15.57g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここに6FDA22.21g(0.05モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(H)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスHを得た。得られたワニスHを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
比較例2
乾燥窒素気流下、BAHF15.57g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにCBDA9.81g(0.05モル)をNMP10g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。
得られた樹脂(I)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスIを得た。得られたワニスIを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
比較例3
乾燥窒素気流下、DAE8.5g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH11.21g(0.05モル)をNMP10gとともに加えて、40℃で1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13.10g(0.11モル)をNMP15gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、40℃で1時間撹拌した。反応終了後、溶液を水2Lに投入して、固体の沈殿をろ過で集めた。樹脂固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥しポリイミド前駆体の樹脂(J)を得た
得られた樹脂(J)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスJを得た。得られたワニスJを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行った。評価結果を表2に示す。
比較例4
乾燥窒素気流下、BAHF15.57g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにPMDA−HH11.21g(0.05モル)をNMP10g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(K)の粉末を得た。
得られた樹脂(K)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスKを得た。得られたワニスKを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行ったが、現像膜がすべて溶出したため、感度評価・パターン評価は不可能だった。結果を表2に示す。
比較例5
乾燥窒素気流下、APBS11.91g(0.04モル)、SiDA0.62g(0.003モル)をNMP 100gに溶解させた。ここにTDA−100 15.01g(0.05モル)をNMP10g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(L)の粉末を得た。
得られた樹脂(L)17.5g、合成例2で得られたキノンジアジド化合物(b)2.3g、合成例5で得られたアクリル樹脂(e)16g、架橋剤MX−270 3.0g、KBM−403 1.0gをGBL 50gに加えてポジ型感光性樹脂組成物のワニスLを得た。得られたワニスLを用いて前記のように、感度評価、残膜率評価、現像膜のパターン評価、厚膜形成評価、および解像度評価を行ったが、現像膜がすべて溶出したため、感度評価・パターン評価は不可能だった。結果を表2に示す。
Figure 2016035593
Figure 2016035593
本発明によれば、感光性樹脂組成物に用いた場合に高い感度・残膜率を有する樹脂を得ることができる。
1 シリコンウエハー
2 Alパッド
3 パッシベーション膜
4 絶縁膜
5 金属(Cr、Ti等)膜
6 配線(Al、Cu等)
7 絶縁膜
8 バリアメタル
9 スクライブライン
10 半田バンプ

Claims (18)

  1. 炭素数6〜40の脂環構造もしくは炭素数6〜40の脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する酸もしくはその無水物が、酸もしくはその無水物の総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有するポリアミド構造、ポリイミド前駆体構造、またはポリイミド構造を有する樹脂。
  2. 一般式(1)で表される構造を有する樹脂。
    Figure 2016035593
    (一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。)
  3. 一般式(1)で表される構造にフッ素成分を有することを特徴とする請求項2に記載の樹脂。
  4. 一般式(1)で表される構造にフェノール性水酸基を有することを特徴とする請求項2または3に記載の樹脂。
  5. 一般式(1)中のRが、下記一般式(2)〜(7)から選ばれた1以上の有機基を含有することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の樹脂。
    Figure 2016035593
    Figure 2016035593
    (一般式(2)〜(7)中、R〜R81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。一般式(3)中、Xは、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基もしくは炭素数1〜3の2価の有機基またはそれらが2以上連結してなる2価の架橋構造である。一般式(6)中、Xは直接結合、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、炭素数1〜3の2価の有機基もしくはアリーレン基から選ばれた2以上の有機基が連結してなる2価の架橋構造である。)
  6. 一般式(1)中、RとRをあわせた総量を100モル%とした場合、フッ素原子を含有する有機基を30モル%以上有することを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の樹脂。
  7. 一般式(1)中、Rがそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合25〜80モル%含有する請求項2〜6のいずれかに記載の樹脂。
  8. 一般式(1)中、Rがそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合40〜70モル%含有する請求項2〜6のいずれかに記載の樹脂。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の樹脂を含有する感光性樹脂組成物。
  10. (a)一般式(8)で表される構造を主成分とする樹脂、(b)光酸発生剤、および(c)溶剤を含有し、ポジ型の感光性を有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
    Figure 2016035593
    (一般式(8)中、Rはそれぞれ独立に単環式または縮合多環式の脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基、単環式の脂環構造を有する有機基が直接または架橋構造を介して相互に連結された炭素数6〜40の4価の有機基、および脂環構造と芳香環を両方有する半脂環構造を有する炭素数6〜40の4価の有機基から選択される1以上の有機基を、Rの総量を100モル%とした場合5〜95モル%含有する。Rはそれぞれ独立に炭素数2〜40の2価の有機基を示す。Rは水素または炭素数1〜20の1価の有機基を示す。m、nはそれぞれ0〜100,000の範囲を示し、m+n>2である。ただし、一般式(8)で表される構造は、フッ素成分とフェノール性水酸基を有することを必須とする。)
  11. 一般式(1)または(8)中のRが、さらに、脂肪族の有機基を含有する請求項9または10に記載の感光性樹脂組成物。
  12. 前記脂肪族の有機基が、脂肪族のアルキル基を含有する有機基である請求項11に記載の感光性樹脂組成物。
  13. 請求項9〜12のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を用いる耐熱性樹脂被膜の製造方法であって、前記感光性樹脂組成物を支持基板上に塗布、乾燥し、感光性樹脂膜を得る工程、該工程により得られた感光性樹脂膜を露光する工程、該露光後の感光性樹脂膜をアルカリ水溶液を用いて現像する工程、および該現像後の感光性樹脂膜を加熱処理する工程を含む耐熱性樹脂被膜の製造方法。
  14. 請求項13に記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる層間絶縁膜。
  15. 請求項13に記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる、総膜厚10μm以上50μm以下である多層配線構造用層間絶縁膜。
  16. 請求項13に記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる表面保護膜。
  17. 請求項14に記載の層間絶縁膜または請求項16に記載の表面保護膜を有する電子部品。
  18. 請求項13記載の耐熱性樹脂被膜の製造方法により得られる有機電界発光素子の絶縁層。
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