TWI289729B - Aqueous developable, photosensitive benzocyclobutene-based oligomers and polymers with high moisture resistance - Google Patents
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Description
1289729 玫、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本發明係有關以苯並環丁烯為主的水顯影式光敏性樹 5脂,及其等於微電子設備製造方面之用途。 I:先前技術3 發明背景 在微電子裝置之製造中,施用電絕緣材料以隔離與保 護各種導電性與半導體組件。通常,所欲者係自電絕緣材 10料形成-圖案或影像,藉此界定電絕緣材料巾的導電路徑。 依應用而定,曾使用不同的材料作為電絕緣材料。依 所選擇的絕緣材料類型而定,可採用多種方式形成該圖案 或影像。 ^ 已知自含有苯並環丁烯的單體(亦稱作苯環丁烯 15 (cycl0_butarene))所製得的熱固性聚合物與募聚物,適於作 為電子裝置中之電絕緣材料。以1,3_雙(2_雙環[4 2 〇]八 1,3,5-二烯-3-基乙烯基)-i,i,3,3-四甲基矽氧烷(在此稱作 DVS-雙BCB)卓體為主的該等材料之商品實例,可自道氏 (Dow)化學公司以商標名CyCl〇TENEtm取得。典型地,藉 20由標準塗覆技術(如旋塗作用),而將該等材料施用至一基材 上。其等藉由加熱作用而固化或交聯,及藉由姓刻作用而 形成圖案。對於毋需標準微影蝕刻作用中所用的附加塗覆 步驟之樹脂的有利性之認知,導致發展出CYCLOTENE 4000樹脂,其為負光度光敏性組成物,其中在顯影期間藉 1289729 由溶劑移除未曝光於活化輻射的材料部份。在圖案形成之 後,將遺留的樹脂固化。 第6,361,926號美國專利教導可藉由在寡聚物中納入酸 官能度,而使得以笨並環丁烯為主的寡聚物與聚合物溶於 該等鹼性水溶液中。該專利案教導可藉由將笨並環丁烯寡 聚物與一光引發劑(以提供負光度系統)或溶解抑制劑/光活 化劑(以提供正光度系統)混合,而製造光敏性組成物。 【^-明内容】 發明概要 10 本發明發現未用過、未被移除或未被中和的酸官能度 之存在,亦可導致最終的寡聚物或聚合物薄膜之水份吸收 作用。該水分不利於含有該聚合物的電子裝置之性能。因 此一移除系統係為所欲的。 本發明製造一種以笨並環丁烯為主之增進的光敏性聚 15 合物’其在保留水顯影性之際,避免了顯著吸收水份之問 題。 因此,如本發明的第一實施例係一種可熱固化性(亦即 可交聯性或熱固性)募聚物或聚合物,其包括一聚合性主 鏈、笨並環丁烯反應基及可光控開關式側基。該側基鍵結 20至該聚合性主鏈,及其特徵在於存在一個曝光於活化輻射 波長時轉變為羧酸之部份。當後續加熱寡聚物或聚合物以 造成該募聚物或聚合物的固化作用時,釋出二氧化峻及該 基形成一個實質上非極性部份。聚合性主鏈係指由2或多 個,較佳3或多個及更佳4或多個依序連接的單體單元所組 1289729 成之一鏈 如第二實施例,本發明係有關製造該一寡聚物或聚合 物之一種較佳方法,其步驟包括形成一反應混合物,其包 括具有至少一個苯並環丁烯基之一個第一單體及具有一羥 5 基與一芳基之一個第二單體; 將反應混合物曝光於用以形成具有羥基側基的一募聚 物或低分子量聚合物之條件;及 將一個可光控開關式基之先質與具有羥基側基的該寡 聚物或低分子量聚合物偶合,其係藉由該先質與羥基之反 10 應,以形成具有苯並環丁烯基與可光控開關式側基之募聚 物或聚合物。 如第三實施例,本發明係有關形成具圖案薄膜之一種 方法,其包括: (a) 在一基材上形成具有一個可光控開關式側基的該募 15 聚物或聚合物之一層; (b) 以成影像之方式,將該層暴露於活化輻射作用; (c) 藉由以一驗性水溶液清洗而移除該層的曝光部份, 以形成一個遺留的具圖案層; 及較佳(d)將所遺留的層暴露於活化輕射作用;及(e)加 20 熱所遺留的曝光層,以固化募聚物或聚合物及除去殘餘的 魏酸基。 I:實施方式3 發明之詳細描述 本發明的寡聚物或聚合物之特徵,在於其等具有溶液 ^89729 處理性、可固化性、光敏性及可使用一驗性水性笑 力口以顯影。 後、、聚物或聚合物具有可固化性,因為其等含有可藉由 5 %加熱作用而交聯聚合物之苯並環丁烯基。存在當暴露 於幸田射時形成一幾酸基之可光控開關式基,使得經曝光的 可固化性聚合物或募聚物可溶於驗性水溶液中。羧酸基之 有效移除及光敏性基在聚合物的固化步驟期間變成實質上 养極性之事貫’使得固化後的聚合物較不易吸收與保留水 分,相較於習知以BCB為主的水顯影性聚合物而言。不需 1〇要附加的低分子量光敏劑,此係與習知技藝中之以苯並環 丁烯基為主的光敏性寡聚物不同。 必需在聚合物或募聚物中存在充分的可光控開關式 基,藉此該聚合物在暴露於輻射作用之後可溶於含水的鹼 中。寡聚物或聚合物的特徵,較佳在於每莫耳的可光控開 15關式基之當量至少為250克,更佳至少3〇〇克,最佳至少350 克;及每莫耳的可光控開關式基較佳少於800克,更佳少於 600克,最佳少於550克。 藉由氣體滲透層析法(GPC)所測得之可固化性產品的 重量平均分子量(Mw)至少約為1〇〇〇克/莫耳,更佳至少約為 2〇丨5〇〇克/莫耳;及較佳少於約50,000克/莫耳,較佳少於約 25,0〇〇克/莫耳,及最佳少於約15,000克/莫耳。若分子量過 高,玎能難以在含水的鹼中顯影。 依據一實施例,該募聚物包括具化學式I之單元: 8 1289729
及選自下列化學式II之單元:
其中X在各情況下獨立地為一鍵結或一個二價連接基; 5 R!係一個光敏性部份,當其曝光於活化輻射波長時形 成具有羧酸側基之一部份,之後當其被加熱釋出二氧化碳 時轉化為一個實質上非極性部份; 在各情況下獨立地為氫、脂肪族烴基、芳基芳烷基 或環脂肪族烴基;R2較佳為氫; 10 Y為一鍵結或一個二價連接基,Y較佳為-(Y’-Ar)P-Ο-, 其中Y’為氧硫或一個被惰性取代或未被取代的脂肪族烴 基;p為0、1或2,及較佳為0 ;
Ar在各情況下獨立地為一個C6SC1G芳香族部份,其選 擇性地被氫以外之在各情況下獨立地選自下列群中之至多 1289729 烷醯基、 :個基所取代:烷基、芳基、芳烷基、烷芳基 芳i基、絲基或芳氧基;Al•較佳為一笨環; z為烧基、芳基或南代基;及 m為0、1、2或 3。 可藉由在此併入本案以為參考資料之第5,349 11H虎美 =中所Γ的方法,11由製糖麵代的寡聚物或 1物,而製造上述實施财的寡聚物或聚合物。 10 15 或偶合 地,可藉由將-賴化合物、酮及—種_基取代 的苯並環丁烯化合物(其中該羥基係該化合物中的一芳香 族環之一取代基)反應’而製造該等聚合物或寡聚物::: 成-種紐基取代的聚合物之後,該聚合物與可光控開關 式基Ri偶合。為在降低聚合物的水分吸收方面择致旧 能效益,所欲者為一顯著比例的經基,較佳為大邙、、, 基’及最佳為實質上所有的經基與可光控開關式基r】反應 心較佳為一個重氮苯醌基,較佳為重氮萘醌,及最佳 為1,2-萘醌-2-二疊氮基(DNQ)。在水的存在下,當暴露於輕 射作用時,DNQ轉化為一個茚羧酸基。當該物種被加熱時, 該茚羧酸轉化為一個茚基及失去二氧化碳。 20 X較佳包括亞烴基(如亞烷基、亞芳基、芳基亞院基、 亞烯基等),但較佳為具有附加的含雜原子(如氧、硫、氮、 矽等)基之烴基。該等含雜原子基的實例包括-o(so2)_、 -NH-(S〇2)-。該連接基較佳為來自一種經羥基取代的烴基部 份與一種經鹵素取代的重氮苯醌諸如重氮苯醌磺醯氣之反 10 1289729 應之殘基。 依據一個任擇的實施例,可固化性寡聚物或聚合物的 特徵在於存在一個下列單元或一或多個下列單元之一組合 物: 5 化學式III:
化學式IV :
化學式V :
其中X在各情況下獨立地為一鍵結或一個二價連接基;及 R!係一個光敏性部份,當其暴露於活化輻射波長時形 成具有羧酸側基之一部份,之後當其被加熱釋出二氧化碳 時轉化為一個實質上非極性部份; 11 1289729
Rl較佳為一個重氮苯醌基,較佳為重氮萘醌,及最佳 為1,2-萘親-2-二疊氮基(DNq)。在水的存在下,當暴露於輻 射作用時’DNQ轉化為一個茚羧酸基。當該物種被加熱時, 該茚羧酸轉化為一個茚基及失去二氧化碳。 5 X較佳包括亞烴基(如亞烷基、亞芳基、芳基亞烷基、 亞稀基專)’但較佳為具有附加的含雜原子(如氧、硫、氮、 矽等)基之烴基。該等含雜原子基的實例包括-〇(s〇2>、 -NH-(S〇2)-。該連接基較佳為來自一種經羥基取代的烴基部 份與一種經函素取代的重氮笨醌諸如重氮笨醌磺醯氣之反 10 應之殘基。 除了包含光敏性側基部份K之上述單元m至V之外,該 任擇實施例中之募聚物或聚合物可包含附加的單元與物 種,其等為起初的苯並環丁稀單體之反應產物及為來自該 等反應之殘基。該等重複性單體之非限制性實例包括:
在該任擇的實施例中,該募聚物或聚合物亦可含有位 於聚合物或絲物主鏈關面或嵌於其巾之未反應的反應
與交聯個。料反應基—括苯並環讀基與乙烯 m的實質上非反應性部 該等實質上非反應性部 20 基。募聚物或聚合物亦可含有附加 份,其等係來自起始單體之殘基。☆ 12 1289729 份之非限制性實例,包括烷基、烯基、芳基、亞芳基、矽 氧院基等。 可藉由將第一苯並環丁烯單體與具有一個含羥基取代 基之第二苯並環丁烯單體反應,而製造該任擇實施例之募 5 聚物或聚合物。第一或第二單體類型中之至少一者具有至 少二個反應基(不包括羥基),藉此獲得一分支結構及可進行 後續的交聯作用。反應基較佳為苯並環丁烯基或乙烯基。 第一苯並環丁烯單體可具有下列化學式:
10 其中 B1為η價有機連接基,較佳包括乙烯不飽和度;或B1 不存在。適宜的單價Β1基較佳具有化學式-CR8=CR9Z,其 中R8與R9獨立地選自氫、具有1至6個及最佳1至3個碳原子 的烷基、芳基;及Z係選自氫、具有1至6個碳原子的烷基、 15 芳基、-C02R7,其中R7為較佳具有至多6個碳原子的烷基、 芳基、芳烷基或烷芳基。Z最佳為-C02R7,其中R7為較佳具 有至多6個碳原子的烷基、芳基、芳烷基或烷芳基。適宜的 二價B1基包括-(CR8=CR9)o-(Z’)o-l,其中R8與R9係如上所界 定,〇為1或2,及Z’為一個具有1至6個碳原子的烷基、一個 20 芳香族基或一個矽氧烷基。〇最佳為2,及Z’為一個矽氧烷 基。 13 1289729
Ar1為一個多價芳香族或雜芳香族基,及環丁烷環的碳 原子係與Ar1的同一芳香族環上的鄰接碳原子鍵結,Ar1較 佳為一個單一芳香族環; m為1或1以上之一整數,較佳為1 ; 5 η為1或1以上之一整數,較佳為2至4,較佳為2 ;及 Υ1為一個單價基,較佳為氫、具有至多6個碳原子的低 級烷基。為獲致一個可交聯性系統,該單體應具有至少三 個反應基。在該單體中的反應基為芳基苯環丁烯本身及/或 乙稀基。 10 該等苯環丁烯的合成作用與性質以及用於說明其等的 辭彙,例如可見於第4,540,763號、第4,724,260號、第 4,783,514號、第 4,812,588號、第 4,999,499號、第 5,136,069 號、第5,185,391號、第5,243,068號美國專利,其等皆在此 併入本案以為參考資料。 15 依據一個特佳的實施例,該單體具有下列化學式:
各R3獨立地為具有1至6個碳原子的烷基、三甲基曱矽 烷基、曱氧基或氯代基;R3較佳為氫; 20 各R4獨立地為一個二價的乙烯不飽和有機基,較佳為 具有1至6個碳原子的烯烴基,最佳為-CH2=CH2-; 14 1289729 各R5獨立地為氫、具有1至6個碳原子的烷基、環烷基、 芳烷基或苯基;R5較佳為曱基; 各R6獨立地為氫、具有1至6個碳原子的烷基、氯代基 或氰基,較佳為氫; 5 η為1或1以上之一整數;及 各q為0至3之一整數。 較佳的經有機矽氧烷橋交的雙苯並環丁烯單體,例如 可藉由第4,812,588號、第5,136,069號與第5,138,081號美國 專利及W0 94/25903所揭露的方法製備之。該第一單體最佳 10 為 DVS-雙BCB。 第二笨並環丁烯單體係一個羥基官能性苯並環丁烯單 體,及具有下列化學式: 、「C(y2)2 j
Ip 其中 15 B2為一個具有羥基官能度的單價有機基,較佳亦含有 乙稀不飽和度;
Ar2為一個多價芳香族或雜芳香族基,及環丁烷環的碳 原子係與Ar2的同一芳香族環上的鄰接碳原子鍵結,Ar2較 佳為一個單一芳香族環; 20 P為1或1以上之一整數,較佳為1 ; Y2為一個單價基,較佳為氫、具有至多6個碳原子的低 級烧基。 15 1289729 第二單體的非限制性實例包括
丨 第一與第二單體較佳在溶劑中反應,但選擇性地在無 水溶劑中反應,以形成一寡聚物或預聚合物,然後可用於 拳 5藉由含水的鹼所顯影之成像系統中,諸如濕式蝕刻與光敏 * 性系統。聚合作用較佳在介於约125至3000°C範圍之一溫度 ’ 進行,更佳約130至2000°C。聚合作用所進行的時間,經測 定可提供一種部份聚合的樹脂,其則提供最終固化膜的所 欲性質。第一單體與第二單體的莫耳比例,較佳大於約10 : 10 90 ’更佳大於約20 : 8〇。第一單體與第二單體的莫耳比例, 較佳小於約70 : 30,更佳小於約50 : 50,甚至更佳小於約 40 · 60。適宜的溶劑包括在相關處理溫度溶解反應性單體 _ 之忒等浴劑。溶劑較佳亦溶解部份聚合的樹脂。該等溶劑 -
甲基%已@同;N—甲基吡咯烷酮;丁内酯;雙丙二醇
16 1289729 能度,及包括與羥基或胺基反應以將R!與該寡聚物偶合之 一部份。該化合物較佳為鹵化重氮萘醌。該化合物最佳為 重氮萘醌磺醯氯。例如,該寡聚物與重氮萘醌磺醯氯可溶 於一適宜的溶劑,諸如丙酮。可添加少量之三乙基胺與丙 5 酮的一混合物,及該反應在室溫左右發生。藉由以烯酸溶 液諸如稀的氫氯酸驟冷,而將反應產物分離。為在降低聚 合物的水分吸收方面獲致最大可能效益,所欲者為一顯著 比例的羥基,較佳為大部分的羥基,及最佳為實質上所有 的羥基與可光控開關式基心反應或偶合。 10 本發明的寡聚物與聚合物係規劃用於製造電子裝置。 在該用途中,寡聚物或聚合物係施用於一基材上。該基材 可為已知適用於微電子產業中之任一基材,諸如石夕、玻璃、 銅、氧化鋁陶瓷、FR4(玻璃強化型環氧樹脂)、聚醯亞胺、 雙二嗉及氮化石夕。所規劃的多種施用方法包括:旋塗作用、 15幕塗作用、幸昆塗作用、喷塗作用、浸塗作用、擠壓塗覆作 用、彎月面塗覆作用。若使用溶劑塗覆作用,有利地藉由 蒸發作用除去該溶劑,較佳藉由一輕微的加熱步驟,例如 在一熱板上以加速乾燥作用。依此方式所施用的薄膜厚度 將依所預定的用途而異,但一般預期〇.5至5〇微米的厚度。 20 亦可依所欲者使用附加的添加劑,諸如增黏劑、填料、 抗氧化劑、附加的光活化劑、抑制劑或增溶劑。 為形成一個具圖案的薄膜,該薄膜以成影像之方式暴 露於活化輻射波長。發現適宜的波長為250至500 111^。該薄 膜較佳在水存在下,暴露於輻射作用。水可藉由已知方法 17 1289729 施用’諸如科於薄膜上;或者在所欲程度較低的情況下, 該曝光作用可在濕度大於6〇%的一環境中進行。若方便, 可使使用親水性溶劑諸如N_甲基·燒_、丙綱右乳酸乙 醋及〇〇咖〇1 PMA(道氏(D〇w)化學公司的商標),以取代 5水。使用親水性溶劑,可容許在一般室溫與滿、度之情況下 使用該樹脂。事實上,若以一親水性溶劑塗覆該寡聚物, 則毋需在塗層中添加附加的水或溶劑,前提在於在曝光作 用之前並未自塗層中完全除去溶劑。例如可藉由透過一光 罩層之曝光作用,或以成影像之方式藉由雷射直接照射, 10 而進行曝光作用。 在曝光完成之後,藉由一鹼性水溶液清洗除去經曝光 的區域,而將影像顯影。溶液的?11值較佳大於10,更佳大 於12。該等溶液的實例包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化 四甲基銨(TMAH)溶液。 15 在顯影步驟之後,所遺留的薄膜暴露於活化輻射。該 曝光作用將重氮苯醌轉化成一個含羧酸基。適用於該曝光 作用的條件,除了不需要成影像方式的曝光作用之外,係 與用於起初曝光作用的條件實質上相同。事實上,較佳為 活化輻射的泛光曝光作用。 2〇 然後藉由加熱作用固化該薄膜。較佳的固化溫度係介 於190至300°C之範圍,較佳為200至250°C。固化時間依所 選擇的固化溫度而定。然而,發現適宜的固化時間係介於 30分鐘與5小時之間。因此,所得的固化成像薄膜在該裝置 之後續使用期間,對於自環境中吸收水分之作用具有相當 18 1289729 的抗力。 可進行附加的製程步驟(如金屬化作用等),以建構一種 可運作的微電子裝置。 實例 5 第1例一化合物la與lb之合成作用 在一個配備有機械攪拌機制、一個迴流冷凝器及一個 氮氣入口配接器之3公升三頸圓底燒瓶中,添加溴化苯並環 丁烯單體(如見第4,822,930號美國專利中之該單體的一合 成方法,350克,1.91莫耳)、2-丙烯酚(256克,毫莫耳)、三 10 -鄰-曱苯基膦(10克,毫莫耳)、乙酸鈀(11)(2.28克,毫莫耳)、 乙酸鉀(144克固體,402克之位於水中的60重量%溶液,總 莫耳數為3.93)、水(131毫升)及DMF(585毫升)。在該内容物 中通入氮氣30分鐘,然後在93°C加熱過夜。在冷卻至室溫 之際,添加水(1升)與曱苯(800毫升)。將有機層分離,以水 15 (4x1升)加以清洗,及以硫酸鎂乾燥之。粗製物質以短路徑 蒸餾裝置(150°C,3毫托)蒸餾二次,而得一淡色油(220克, 0.93莫耳,49%)。特徵分析顯示其為1-(雙環[4.2.0]八1,3,5-二細-3 -基)-3-(2-輕基苯基)-丙細與1-(2-妓基苯基)-3-(雙壞 [4.2.0]八1,3,5-三烯-3-基)-丙烯之一混合物。產量為220克 20 (0.93莫耳,49%)。 第2例一化合物2之合成作用 在一個配備有機械攪拌機制、一個迴流冷凝器及一個 氮氣入口配接器之3公升三頸圓底燒瓶中,添加溴化苯並環 丁烯單體(350克,1.91莫耳)、2-羥基乙基丙烯酸酯(226克, 1289729 1.95毫莫耳)、三-鄰-甲苯基膦(12.45克,毫莫耳)、乙酸鈀(π) (2.29克,毫莫耳)、乙酸鉀(385克,莫耳)、水(292毫升)及 DMF(585毫升)。在該内容物中通入氮氣4〇分鐘,然後在% 它加熱過夜。在冷卻至室溫之際,添加水(1升)與甲苯(8〇〇 5宅升)。將有機層分離,以水(4χ1升)加以清洗,及以硫酸錢 乾燥之。粗製物質以短路徑蒸餾裝置(15TC,4毫托)蒸德二 次’而得一淡色油(330克,1.51莫耳,79%)。特徵分析顯 示其為2-羥基乙基1-(雙環[4.2.0]八1,3,5-三烯-3-基)_丙烯酸 酉旨。 10第3例一化合物1與DVS-雙BCB之75莫耳相對於25莫耳的混 合物之B階作用 將第1例所製得的化合物1(45.07克,0.19莫耳)與DVS-雙BCB(24.6克,0.063莫耳)置於一個配備有磁性攪拌棒、一 個氮氣入口配接器及一個冷凝器及之500毫升三頸燒瓶 15 中。攪拌該混合物,及在氮氣下,以170°C的油浴加熱25.5 小時。GPC顯示重量平均分子量(Mw)為989克/莫耳。 第4例一來自第3例之具有側苯酚的BCB寡聚物與DNQ續醯 氣之偶合反應 在一個配備有磁性攪拌棒、一個迴流冷凝器及一個氮 2〇 氣入口配接器之1公升三頸圓底燒瓶中,裝入來自第3例之 具有側苯酚的BCB寡聚物(49.1克,134毫莫耳的苯氧基官能 度)、2-重氮基_1,2_萘醌_5·磺醯氯[DNQ-磺醯氣](36.7克,137 宅莫耳)及丙酮(300毫升)。該内容物於一冰/水浴中冷卻至 15°C,及以10分鐘的時間逐滴添加三乙基胺(14.5克,143 20 1289729 耄莫耳)於丙酮(5〇毫升)中之一溶液。將冰/水浴移除,繼續 攪拌及同時避免光照20小時。將反應混合物倒入裝有1%氫 氯酸水溶液(1200毫升)之一燒瓶中。聚合物沈澱成為一黏性 物貝。以二氯曱烧(5〇〇毫升)溶解該聚合物物質。將各層分 5離,以1%氫氯酸水溶液(300毫升)清洗含有所欲聚合物的二 氣甲燒層。以硫酸鈉乾燥有機溶液,及加以過濾。在真空 中’在旋轉式蒸發器上除去溶劑,而得經溶劑稍微潤濕的 粗製產物(58克)。藉由置於具有氮氣流的通風櫥中以去除剩 餘的溶劑,而乾燥該產物。 10 第5例一BCB-苯氧基-DNQ之微影作用 將來自第4例的寡聚物(3克)溶於6·1克的環己酮中。將 來自道氏(Dow)化學公司的ΑΡ3000增黏劑,以5〇〇 rpm旋轉5 秒及以2000 rpm旋轉30秒而旋塗於一個4英吋的試驗石夕晶 圓上。BCB-苯氧基-DNQ依序以500 rpm旋轉1〇秒及以2〇〇〇 15 rpm旋轉30秒而旋塗於該增黏劑的頂部。晶圓在75°C的熱板 上烘烤40秒。將頂部喷有細微水霧的晶圓,以波長365 nm 之一卡爾薩斯(Karl Suss)曝光工具透過一光罩而加以曝 光。光罩與薄膜之間的間隙為30微米。曝光劑量為3〇〇 mJ/ 平方公分。將曝光後的晶圓浸於14% TMAH浴中2分鐘。開 20 啟20微米的導電區。將頂部噴有300毫升/平方公分的細微 水霧之具圖案的晶圓,進行泛光曝光作用,接著在經氮氣 沖洗的250°C烘箱中固化1小時。 第6例一藉由IR光譜監測官能基的變化 將類似於第5例之BCB-笨氧基-DNQ於環己中之一 21 1289729 溶液,旋塗於一 FTIR晶圓上,接著在75°C烘烤40秒。頂部 噴有細微水霧的晶圓,係透過一石英光罩而曝光於波長365 nm波長的輻射。讯光譜顯示DNq(自2160公分-1至2120公分J 之尖峰消失)轉化為羧酸(在約3000公分-1附近出現寬廣的 5吸光及在1680公分-1出現強烈尖峰)。該晶圓在經氮氣沖洗 的250 C烘箱中固化1小時。晶圓的ir光譜顯示已移除羧酸 (位於1680公分-1之尖峰消失)。 第7例一化合物1與DVS-雙BCB之90莫耳相對於1〇莫耳的混 合物之B階作用 10 將化合物丨(45克,〇·19莫耳)與DVS-雙BCB(7.37克, 0.0019莫耳)置於一個配備有磁性攪拌棒、一個氮氣入口及 一個冷凝器及之500毫升三頸燒瓶中。攪拌該混合物,及在 氮氣下,以170°C的油浴加熱24小時。GPC顯示重量平均分 子量(Mw)為2910克/莫耳。 15第8例一來自第7例的產物與DNQ磺醯氯之偶合反應 在一個配備有磁性攪拌棒、一個迴流冷凝器及一個氮 氣入口配接裔之1公升三頸圓底燒甑中,裝入來自第7例的 產物(39.32克,143毫莫耳的苯氧基官能度)、DNq_磺醯氯 (39.2克,146毫莫耳)及丙酮(325毫升)。以1〇分鐘的時間逐 20滴添加三乙基胺(15·4克,152毫莫耳)。繼續攪拌及同時避 免光照20小時。將反應混合物倒入裝有1N氫氯酸(3〇〇毫升) 與二氯甲烷(500¾升)之一燒瓶中。將各層分離,以另外的 二氯甲烷(100¾升)萃取水層。以1N氫氯酸水溶液(1〇〇毫升) 清洗混合後的二氣曱烷層。以硫酸鈉乾燥有機溶液,及加 22 1289729 以過濾。在真空中,在旋轉式蒸發器上除去溶劑,而得經 溶劑稍微_的粗製產物(75克)。藉由置於具有氮氣流的通 風櫥中以去除剩餘的溶劑,而乾燥該產物。 第9例一化合物2與1)¥8_雙3〇3之75莫耳相對於以莫耳的混 5 合物之B階作用 將化合物2(25.4克,0.117莫耳)與DVS__雙BCB(15 2克, , 0.039莫耳)置於_個配備有磁性攪拌棒、_個氮氣人口及― 個冷凝器及之500毫升三頸燒瓶中。攪拌該混合物,及在氮 氣下,以170°C的油浴加熱19小時。gPC顯示重量平均分子 · 10 量(Mw)為848克/莫耳。’ · 第1〇例一化合物2與DNQ磺醯氯之偶合反應 在一個250毫升的琥珀色瓶中,添加化合物2(3.20克, 14.7宅莫耳)、DNQ一石黃醯氯(4 〇1克,14·9毫莫耳)及丙嗣㈣ 毫升)。在正進行攪拌的該溶液中,以2分鐘的時間添加三 I5乙基胺(2·5〇克’ 24.7宅莫耳及位於5克丙g同中)。該反應混合 物於黑暗及室溫中攪拌過夜,在該期間形成顯著量的固體 物。之後,將混合物緩慢地倒入裝有位於水中的ι%氫氯酸 _ (250¾升)之1公升燒杯中。在添加期間將水加以攪拌。過濾 - 所產生的黃色固體物,以水(6x25毫升)清洗,及在真空中乾 ” 汕燥。IR光譜顯示,在約216〇公分」與212〇公分一]出現歸因於 - DNQ基之強烈吸光,而在服公分」、11?5公分」及顧至 770公分J出現歸因於石黃酸鹽基之強烈吸光。該化合物的質 子NMR光譜,與羥基轉化為DNQ石黃酸鹽之轉化作用相符。 第11例一來自第9例的產物與DNQ磺醯氯之偶合反應 23 1289729 將來自第9例的產物(12·0克,34·5毫莫耳的經基)、DNQ-克’ 44·7毫莫耳)、三乙基胺(7·2()克,71毫莫耳) 及225克的丙_ ’置人_個具有螺紋蓋之5_升的破拍色 开瓦中。以ίο分鐘的時間逐滴添加三乙基胺(15·4克,152毫莫 5耳)。该混合物在室溫中攪拌過夜。在該期間形成大量的固 體物。將混合物倒入裝有4〇〇毫升的1%氫氯酸中。形成黏 性的紅色固體物。將頂層傾析,以冰水清洗固體物數次。 將固體物溶於丙S同中,轉移至一圓底燒瓶中,及藉由在旋轉 式瘵發器上瘵發至乾而除去溶劑。產物的產量為17.84克。 10第12例一來自第11例所製備的募聚物之具圖案薄膜 將來自道氏(Dow)化學公司的ΑΡ3000增黏劑,以500 rpm旋轉5秒及以2000 rpm旋轉30秒而旋塗於一個4英叶的 试驗石夕晶圓上。將如第11例之一寡聚物溶液(位於環己酮中 之40重量%溶液)以500 rpm旋轉5秒及以2000 rpm旋轉30秒 15 而旋塗於該增黏劑的頂部。晶圓在75°C烘烤45秒,讓其冷 卻至室溫’ 1撒細微水霧,及透過一光罩而加以曝光(晶圓 與光罩之間的間隙為100微米及在365 nm所測得的劑量為 300 mJ/平方公分)。晶圓以1.4% TMAH顯影15秒。在光學 顯微鏡下’對應於光罩圖案之一像清楚可見。該晶圓然 20 後進行泛光曝光作用,接著在250°C固化1小時。該影像的 截面顯示高度差異為1.6微米。 第13例一來自第11例所製備的寡聚物之具圖案薄膜 自第12例的3.01克募聚物、4.0克環己酮及1.〇克丨·甲基 -2-吡咯烷酮(NMP)所製備之一溶液,以500 rpm旋轉5秒及 24 1289729 以150 rpm旋轉30秒而旋塗於_個4英吋的試驗矽晶圓上。 晶圓在75C烘烤45秒,讓其冷卻至室溫,及透過一光罩而 加以曝光(晶圓與光罩之間的間隙為100微米及在365 nmm 測得的劑量為300 mJ/平方公分)。晶圓以14% TMAH顯影 5 15秒。形成對應於光罩之一個具圖案的薄膜。 第14例 將來自第4例的养聚物溶於〇 71克的66·5% NMp與 33.5%丙酮溶液中。將該配方物以26。〇的溫度及48%的濕度 控制’而在一MTI旋塗為上旋塗。方走塗製程包括一個5〇啊 10的動態分配作用,其中將2毫升的配方物分配於一個4英吋 矽晶圓的中央部份。將旋轉速度增加至5〇〇卬]^達5秒鐘以 散布該物質,而最終薄膜厚度的旋轉時間為3〇秒。在Μτι 履帶式塗覆器中的恆定溫度與濕度,使用6〇秒的停留時 間。在卡爾薩斯(Karl Suss)光罩對準器型號]^八15〇上,進行 15經DNQ偶合的BCB薄膜之曝光作用。所用的石英光罩係道 氏(Dow)化學公司的之一試驗光罩,具有自1〇〇微米至3微米 之導電區開口尺寸及同時具有圓形與正方形開口。使用 mJ/平方公为的曝光劑置及1 〇微米的間隙。將曝光後的晶圓 浸於2.4% TMAH浴中1.5分鐘。在0.75微米的薄膜中開啟1〇 20 微米的導電區。 【圖式簡單說明】 (無) 【圖式之主要元件代表符號表】 (無) 25
Claims (1)
1289729 第92127439號專利申請案巾請專利範圍修正本%年4月 拾、申請專利範圍: 1. -種可ϋ化性絲物或聚合物,其包括—聚合性主鍵、 苯並環丁騎應基及-個可光控開關式侧基,其中該侧 基的特徵在於存在-個曝光於活化輕射波長時轉變為 5 ㈣基團之部份,該側基的特徵進-步在於在形成㈣ 酸基團之後’當該寡聚物或聚合物藉由加熱作用而固化 ^釋出一氧化奴及5亥基團形成一個實質上非極性部 份,而且其中該寡聚物或聚合物係含苯並環丁烯單體之 部份聚合的反應產物。 10 2·如申請專利範圍第1項之寡聚物或聚合物,其中輻射曝 光作用係在水存在下或在一高濕度環境中發生。 3·如申請專利範圍第1項之寡聚物或聚合物,其中該側基 包括一重氮苯醌。 4.如申請專利範圍第!項之寡聚物或聚合物,其中該側基 15 包括一重氮萘醌。 5·如申請專利範圍第1項之寡聚物或聚合物,其中該側基 係以每莫耳側基250至800克之一當量存在。 6.如申請專利範圍第丨項之募聚物絲合物,其係為一苯 紛、一_—轉—種雜基取代的苯並環τ烯之反應 20 產物。 〜 7·如申請專利範圍第1項之寡聚物或聚合物,其特徵在於 存在一種下列單元或—❹種下列單元之-組合物:、 26 1289729
其中x在各情況下獨立地為一鍵結或一個二價連接基; 5 及 I係一個光敏性部份,當其曝露於活化輻射波長時 形成具有羧酸側基之一部份,且之後當其被加熱釋出二 氧化碳時轉化為一個實質上非極性部份,及包括未反應 的苯並環丁烯基。 10 8.如申請專利範圍第7項之寡聚物或聚合物,其中&為一 重氮苯醌基。 9. 如申請專利範圍第7項之寡聚物或聚合物,其中心為一 重氮萘醌。 10. 如申請專利範圍第7項之寡聚物或聚合物,其中X為一亞 27 1289729 烴基或為一個含有一或多個雜原子之亞烴基。 11. 如申請專利範圍第7項之寡聚物或聚合物,其進一步包 括未反應的乙烯基。 12. 如申請專利範圍第7項之寡聚物或聚合物,其進一步包 5 括一或多個具下列化學式的單元:
13.如申請專利範圍第7項之寡聚物或聚合物,其包括具一 或多個下列化學式的單元:
10 其中X在各情況下獨立地為一鍵結或一個二價連接 基; Ri係一個光敏性部份,當其曝露於活化輻射波長時 形成具有羧酸側基之一部份,且之後當其被加熱釋出二 氧化碳時轉化為一個實質上非極性部份; R2在各情況下獨立地為氫、脂肪族烴基、芳基芳烷 基或環脂肪族烴基; 28 15 1289729 Y為一鍵結或一個二價連接基; 5 10 15 Ar在各情況下獨立地為一個q至Cig芳香族部份, 其選擇性地被氫以外之在各情況下獨立地選自下列群 中之至多二個基所取代:烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、 烷醯基、芳醯基、烷氧基或芳氧基; Z為燒基、芳基或_代基;及 m為0、1、2或3,前提在於至少部份的單元包括苯 並環丁烯部份。 14. 一種用於製造一光敏性、水顯影性、可固化性聚合物之 方法,其包括: 將一種第一多官能性苯並環丁烯單體與一種經羥 基或胺基取代的第二苯並環丁烯單體在125至3〇〇(^範 圍之溫度下進行部份聚合反應,其中該第一單體對第二 單體的莫耳比例為10:90至70:30 ; 將一種包含一光敏性基之經自素取代的化合物與 該羥基取代基偶合; 其中該第一單體具有下列化學式: 一
\ /m L -I η 其中 Β1為η價有機連接基,或βι不存在; Ar1為一個多價芳香族或雜芳香族基,及所示與Ari 29 20 1289729 鍵結的碳原子係與相同之芳香族環A r!
上的鄰接碳原子 具有至多6個碳原子 的低級絲,前提在於該單社括在各情況下獨立地選 自下列群組中之至少三個官能性反應基:芳基並環丁稀 與乙烯基; 且该第一早體具有下列化學式:
其中 B2為一個具有羥基或胺基官能性之單價有機基; Ar2為一個多價芳香族或雜芳香族基,及所示與Ar2 鍵結的碳原子係與同一芳香族環Ar2上的鄰接碳原子鍵 結,以形成一芳基並環丁烯; p為1或1以上之一整數; Y2為一個單價基; 且該經鹵素取代的化合物係鹵化重氮萘醌。 15·如申請專利範圍第14項之方法,其中該偶合反應發生在 該部份聚合反應之後。 W·如申請專利範圍第14項之方法,其中該第一單體具有下 列化學式: 30 1289729
R5 Ο —Si R5
各R3獨立地為具有1至6個碳原子的烷基、三甲基矽 烧基、甲氧基或氯代基; 5 各R4獨立地為一個二價的乙烯不飽和有機基; 各R5獨立地為氫、具有1至6個碳原子的烷基、環烷 基、芳烧基或苯基; 各R6獨立地為氫、具有1至6個碳原子的烷基、氯代 基或氰基; 10 η為1或1以上之一整數;及 各q為0至3之一整數。 17. 如申請專利範圍第14項之方法,其中經鹵素取代的化合 物為磺醯氣重氮萘醌。 18. 如申請專利範圍第17項之方法,其中經鹵素取代的化合 15 物為1,2-秦酿i-2-二豐氣基-5-績酿氣。 19. 一種用於製造一光敏性、水顯影性、可固化性聚合物之 方法,其包括: 將苯酚、一醛或一酮與一種經羥基取代的苯並環丁 烯反應;及 20 將一種包含一光敏性基之經鹵素取代的化合物與 該羥基取代基偶合。 31 1289729 20· 一種用於形成一種經圖案化之低介電常數薄膜之方 法’其包括: 形成一寡聚物或聚合物層,該寡聚物或聚合物具有 曝露於輻射時形成一羧酸基之可光控開關式側基; 5 以成像之方式,將該層曝露於活化輻射;及 藉由以一鹼性水溶液清洗而移除該層的曝光部 份’以形成一個遺留的具圖案層; 其中,形成該層之步驟可藉由包括下列之塗覆方法 而執行:旋塗作用、幕塗作用、輥塗作用、喷塗作用、 10 浸塗作用、擠壓塗覆作用、彎月面塗覆作用;且 其中,該層係被曝露於具有波長為250nm至500 nm 之輻射。 21·如申請專利範圍第20項之方法,其進一步包括將所遺留 的層曝露於活化輻射;及 15 加熱所遺留之曝光層,以固化寡聚物或聚合物及除 去殘餘的竣酸基。 22·如申請專利範圍第21項之方法,其中該曝光步驟係在水 存在下或在一高濕度環境中發生。 23.如申請專利範圍第20項之方法,其中該側基包括重氮萘 20 醌。 24·如申請專利範圍第21項之方法,其中該輻射的波長介於 250至500 nm之範圍。 25·如申請專利範圍第21項之方法,其中該加熱步驟包括加 熱至介於190至300°C範圍之一溫度。 32
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