WO2000059987A1 - Resine de silicone et composition de resine photosensible contenant cette resine de silicone - Google Patents

Resine de silicone et composition de resine photosensible contenant cette resine de silicone Download PDF

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WO2000059987A1
WO2000059987A1 PCT/JP2000/001955 JP0001955W WO0059987A1 WO 2000059987 A1 WO2000059987 A1 WO 2000059987A1 JP 0001955 W JP0001955 W JP 0001955W WO 0059987 A1 WO0059987 A1 WO 0059987A1
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silicone resin
polyorganosilsesquioxane
acid
terminal
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PCT/JP2000/001955
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French (fr)
Inventor
Takeshi Fujiyama
Takero Teramoto
Original Assignee
Nippon Steel Chemical Co., Ltd.
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Publication date
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    • C08L83/14Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
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    • C08L83/04Polysiloxanes
    • C08L83/06Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups

Definitions

  • the present invention relates to a silicone resin useful as a resist material and the like, and a photosensitive resin composition containing the same.
  • PDPs plasma display panels
  • a high-aspect-ratio barrier with a large thickness relative to the width in order to increase the display discharge space and enable high-luminance light emission.
  • a method for miniaturizing a pattern there is a method of shortening the wavelength of light used in forming a pattern of a photo resist.
  • shortening the wavelength of light causes a problem that the depth of focus (DOF) is reduced and the sensitivity peak ratio is reduced.
  • a multilayer resist method has been proposed.
  • a material such as novolak resin or polyimide resin, which is easily dry-etched by oxygen plasma, is flat-coated on a substrate by spin coating, and then oxygen-resistant dry-etching is performed.
  • This is a method in which a pattern is formed by a resist having a pattern, and then the pattern is transferred to a lower layer by anisotropic etching using oxygen plasma.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-56354 and Japanese Patent Application Laid-Open No. No. 7 proposes a composition comprising both a ladder-type polysiloxane ester and a polysiloxane having an alkyl substituent containing an epoxy group, and a photosensitive compound which generates an acid upon exposure.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-27671 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-95385 disclose a photosensitive silicone resin in which a diazonaphthoquinsulfonyloxy group or an azide group is bonded to polysiloxane. Resistant compositions have been proposed.
  • a method of forming ribs using a base in which inorganic powder is blended with a photosensitive resin is used. This is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-62898.
  • the photosensitive resin used for this is acrylic acid or the like.
  • Polyorganosilsesquioxane is sometimes abbreviated as polysiloxane, and it is known that there are an an-type, a ladder-type, and a random type.
  • WO98 / 415566 Japanese Patent Laid-Open No. 50-139900, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-329687, Japanese Patent Laid-Open No. It is described in detail in Japanese Patent Publication No.
  • Such a method of introducing a functional group into the terminal of the polyorganosilsesquioxane is also described in detail in WO98 / 41566 and the like.
  • An object of the present invention is to provide a silicone photosensitive resin exhibiting excellent performance as a resist material for a multilayer resist method. I do.
  • the present invention provides a resist material which has excellent plasma resistance ( ⁇ 2-RIE resistance) and can obtain a high aspect ratio when a pattern is formed using the same. The purpose is to provide. Disclosure of the invention
  • the present invention is a silicone resin characterized in that a polyorganosilsesquioxane has a triorganosilyl group represented by the following general formula (1) bonded to all or a part of molecular chain terminals thereof.
  • the polyorganosilsesquioxane is represented by the following general formula (2)
  • the aforementioned silicone resin comprising a repeating unit and having an average number of repetitions of 2 to 500.
  • R 2 represents a phenyl group which may have a substituent
  • the present invention provides the polyorganosilsesquioxane, wherein the polyorganosilsesquioxane is one or a mixture of two or more selected from ladder type, anan type, and a mixed type of ⁇ type and ladder type.
  • the above silicone resin has a weight average molecular weight Mw in terms of polystyrene measured by GPC of 800 to 100,000.
  • the present invention provides a compound represented by the general formula 1, wherein R is -COO X or-Ri COO i -Si (CH 3 ) 2 -0- (where Ri is a divalent compound derived from a polycarboxylic acid or a derivative thereof). The residue Xi represents a divalent group).
  • the present invention is a photosensitive resin composition comprising the silicone resin described above and an acid generator that generates an acid upon exposure.
  • the present invention includes a polyorganosilsesquioxane O hexane, X - Si (R s) 2 - Y or X - Si (R 3) 2 OSi (R 3) 2 - Y (where, X and Y are carboxyl R 3 is a monovalent organic group that is capable of reacting with a group capable of binding to a group or a terminal OH group or a terminal M group (M is an alkali metal) generated at the terminal OH group or terminal of the polyorganosilsesquioxane To produce a terminally modified polyorganosilsesquioxane having X or Y at all or a part of the termini of the polyorganosilsesquioxane, and then t- This is a method for producing the above-mentioned silicone resin by reacting with BuOOC--COOH (where t-Bu represents a t-butyl group and 1 ⁇ represents a residue of a polyvalent carb
  • the silicone photosensitive resin of the present invention has a structure in which the triorganosilyl group represented by the general formula (1) is bonded to all or a part of the molecular chain terminals of the polyorganosilsesquioxane.
  • the main chain polyorganosilsesquioxane can be represented by the general formula (R 2 Si2 Si3) n, where n represents the number of repetitions, and is 2 or more.
  • Preferred polyorgano silsesquioki Sun has a repeating unit represented by the general formula (2), and has an average repeating power of 2 to 500, more preferably 5 to 500.
  • R 2 represents a monovalent organic group, and may be a hydrocarbon group such as an aryl group or an alkyl group, an alkoxy group, or the like, preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or It is a phenyl group which may have a substituent, and more preferably a phenyl group.
  • R is a divalent organic group, and as shown in the general formula (1), R includes a carboxylic acid residue. it can.
  • R ′ represents a divalent group or a direct bond.
  • the other is bonded to the terminal Si—O— of the polyorganosilsesquioxane.
  • the terminal t-butyl group of the triorganosilyl group is released when exposed to the acid generated from the acid generator by light irradiation, and a free carboxyl group is formed, thereby increasing the alkali solubility of the silicone resin. Therefore, puttering is performed using this characteristic.
  • carboxylic acid that provides the divalent group R examples include monocarboxylic acids such as benzoic acid and acetic acid and polycarboxylic acids, and polycarboxylic acids are preferred.
  • polyvalent carboxylic acids include pyromellitic acid, trimellitic acid, phthalic acid, biphenyldicanolevonic acid, biphenyltetranolevonic acid, biphenylhexacarboxylic acid, benzophenondicarboxylic acid, Benzophenonetracarboxylic acid, diphenyleneterdicarboxylic acid, diphenylenetertetracarboxylic acid, diphenylenosulfonedicarboxylic acid, diphenylsulfonate tracarboxylic acid, diphenylenoles / refiddica canolevonic acid, diphenylsnorefide tetracarbonate Acid, benzanilide dicarboxylic acid, benzarylide tricarboxylic acid
  • the polycarboxylic acid is a tricarboxylic acid or more
  • at least one carboxyl group remains, but even if the carboxyl group remains, it is in a neutral form such as an ester or salt. I'm sorry. If it is present in a neutral form, such as an ester, it will have poor alkali solubility.
  • the free carboxyl group is preferably in the form of an ester.
  • One preferred form is the form of t-butyl ester obtained by reacting butyl alcohol or a derivative thereof.
  • R may include not only a carboxylic acid residue but also a part of a residue of a terminal modifying agent for modifying the terminal of the polyorganosilsesquioxane as described above.
  • Suitable terminal modifiers can be represented by X—Si (CH 3 ) 2 —Y, ⁇ is a functional group capable of binding to the main chain polyorganosilsesquioxane, and X is a carboxyl group. It is a functional group that can bind to such a group.
  • X—S i (CH 3 ) 2-O-S i (CH 3 ) 2-Y (where Y is the terminal OH group of the main-chain polyorganosilsesquioxane or the OM group generated at the terminal (M is an alkali metal) Is reacted with a polyorganosilsesquioxane, which is a functional group such as an epoxy group capable of reacting with a polyorganosilsesquioxane.
  • the sesquioxane is obtained.
  • R containing one C H2 —CH (OH) — is generated.
  • X and Y may or may not be the same, and a group reactive with the terminal (including the terminal group generated during the reaction) of the polyorganosilsesquioxane and R Any group may be used as long as it is a group that is reactive with a group such as a carboxylic acid group or the derivative thereof on the other end side.
  • the main-chain polyorganosilsesquioxane and the triorganosilyl group represented by the general formula (1) do not need to be linked by a siloxane bond, but can be linked via any group. It can be.
  • the silicone photosensitive resin of the present invention can be produced using a known reaction.
  • the polyorganosilsesquioxane has a terminal silanol group
  • the terminal is modified by reacting it with a monohalide such as X—Si (CH 3 ) 2 —C 1.
  • a monohalide such as X—Si (CH 3 ) 2 —C 1.
  • One example of a preferred terminal modification method is a polyonolegano silsesquioxane, such as an an-type and a no- or ladder-type octapheninoresesquioxane having no silanol group, and the X-
  • a terminal modifying agent such as S i (R 3 ) 2-O-S i (R 3 ) 2—X
  • a terminal function such as X is obtained.
  • a polyorganosilsesquioxane having groups is obtained.
  • a method utilizing the property of easily exchanging S i of polyorganosilsesquioxane and S i of a terminal modifying agent such as X—S i (CH 3 ) —Y is also available. It is valid.
  • at least one of X and Y may be a group capable of reacting with the hydroxyl group. It is also possible to use the above-mentioned reaction and exchange reaction together as a group capable of reacting Y with the terminal of the polyorganosyl sesquioxane.
  • Preferred examples of the method for producing the silicone resin of the present invention from the polyorganosilsesquioxane modified with a terminal modifier include the above-mentioned terminal-modified polyorganosilsesquioxane and t-butyl.
  • the silicone resin of the present invention has a weight-average molecular weight in terms of polystyrene measured by GPC of 800 to: L000,000, preferably 5,000 to 500, It is preferably 0 0 0.
  • This silicone resin is a solid at room temperature and is soluble in many organic solvents such as esters and ethers.
  • Shi Li cone resin of the present invention the door re organosilyl group represented by the general formula (1), general formula (C 6 H 5 Si0 3/ 2) can be substituted for polyorgano siloxane represented by n It is preferred to have it in all or at least 10% of the terminals, for example, it is preferred that n is one per 4 to 20 and preferably n is one per 2 to 8.
  • the silicone resin of the present invention can be suitably used for a positive resist material and the like.
  • various additives can be compounded in addition to the acid generator, in order to increase the sensitivity, heat resistance, plasma resistance and the like.
  • the photosensitive resin composition of the present invention generates an acid by exposure as an essential additive.
  • the resulting acid generator is added.
  • acid generators include triphenylsulfonium triphenylenosolephonate, triphenylenolesulfonem triphenylemonomethanantimonate, triphenylenolesolelenobenzom benzosnorefone Cyclohexinolemethinole (2-oxocyclohexyl) sulfonium trifluorene tansulfonate, etc., sulfonium salt compounds, diphenyl ethanol, etc. N-hydroxysuccinimide trifluorometanesulfonate, but is not limited thereto.
  • the chemical formula and action of the acid generator are described in detail in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-193167 and “New Development of Practical Polymer Resist Materials” published by CMC, p57.
  • the amount of the acid generator is generally in the range of 0.2 to 25% by weight of the total solid content.
  • An organic solvent is often used to adjust the viscosity, and preferred solvents are methizolecet-solv acetate, propylenglycol mono-monomonoethylenoate acetate, methyl lactate, ethoxyxetil acetate, methyl pyruvate, and the like.
  • methizolecet-solv acetate propylenglycol mono-monomonoethylenoate acetate, methyl lactate, ethoxyxetil acetate, methyl pyruvate, and the like.
  • Methyl methoxypropionate N-methyl-pyrrolidinone, cyclohexanone, methylethylketone, dioxane, ethylene glycol monomethyle
  • the photosensitive resin composition of the present invention contains the photosensitive silicone resin and an acid generator as essential components, and often contains a solvent. Dyes, stabilizers, coating improvers, inorganic powders and the like can also be added.
  • the photosensitive silicone resin of the present invention and a resin composition containing the same can be used as a resist material, a barrier material for PDP, and the like. Used as a resist material Although there is no limitation on the form, it is suitable as a resist material used in the multilayer resist method.
  • a material which is easily dry-etched by oxygen plasma such as a novolak resin is spin-coated on a substrate, and the material of the present invention is coated thereon, and this is excimer-coated.
  • Exposure with a laser or the like generates acid from the acid generator to dissociate the silicone resin, develops it with an aqueous alkali solution, patterns it, and then etches the lower layer resist by oxygen plasma treatment. This is a method to obtain a pattern with a high aspect ratio.
  • a method of manufacturing a barrier material for a PDP As a method of manufacturing a barrier material for a PDP, a sand-plast method, an embedding method, a photo-paste method, and the like are known.
  • the material of the present invention can be used as this resist material.
  • the effect of the excellent plasma resistance of the material of the present invention can be fully utilized.
  • the daricidyl group-containing phenylsilsesquioxane was synthesized with reference to PCT / JP98 / 01098 (W098 / 41566) and Reference Examples 1 and 3 described in JP-A-10-251407.
  • the absorption attributed to Si-C 6 H 5 is the 1595Cm 1 and 1430Cm'i, absorption attributed to the antisymmetric stretching vibration of Si-O'Si
  • the absorption was observed at 1135 cm, and the absorption attributed to Si-OH was not observed at 3400 c ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the measurement of 29Si-MASNMR only one sharp signal of Si nucleus in chopstick-type octaphenylsilsesquioxane was observed at 77 ppm.
  • the number average molecular weight Mn in terms of polystyrene by GPC using 0-dichlorobenzene as a developing solution was 760.
  • the solution was cooled to room temperature, and the unreacted unreacted unreacted tetramethylammonium hydroxide was removed by filtration.
  • the solution was poured into an excess of 2000 g of methanol, and glycidoxy was added to the terminal. Phenylsilse having a group The squioxane was reprecipitated.
  • the viscous precipitation product is further washed with methanol, and the methanol and residual toluene are distilled off to remove a light yellow transparent viscous daricidyl group-containing phenyl.
  • 120 g of Nilsilsesquioxaneoligoma was obtained.
  • the epoxy equivalent was determined to be 945 g / eq by the hydrochloric acid-pyridine method.
  • the number average molecular weight Mn in terms of polystyrene measured by GPC was 20,000.
  • a positive resist film is formed by spin coating, exposed to a deep ultraviolet (193 nm) excimer laser, and developed with a 2% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to form a clear upper layer. Turning (line and space 0.1 / i) was possible. After that, the lower layer resist is etched by the 02-RIE process, and then the upper layer resist is removed by the CF4.RIE process. Ten clear cresol novolak-based puttanss were formed. Industrial applicability
  • the silicone resin of the present invention and a composition containing the same provide a resist excellent in plasma resistance, thereby enabling precise patterning of an electronic device. It is also excellent as a barrier material for PDP.
  • the silicone resin of the present invention and a composition containing the same exhibit excellent performance as a resist material for a multilayer resist method, a resist material for forming a PDP barrier, and have a plasma resistance (resistance to 0.22). — RIE) It is a resist material that has excellent properties and can obtain a high aspect ratio when a pattern is formed using this.

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Description

明細書 シリ コーン樹脂及びこれを含有する感光性樹脂組成物 技術分野
本発明は、 レジス ト材等と して有用なシリ コーン樹脂及びこれを含有す る感光性樹脂組成物に関する。 背景技術
微細加工を必要とする半導体デバイスを初めとする各種電子デバイス分 野では、 デバイ スの高密度、 高集積化の要求が高まっており 、 この要求を 満たすにはパターンの微細化が必須となってきている。 また、 プラズマデ イスプレイパネル ( P D P ) では、 表示放電空間を大き く して高輝度の発 光を可能とするため、 幅に対して厚みが大きい高ァスぺク ト比の障壁が要 求される。
パターンの微細化のための方法と して、 フォ ト レジス 卜のパターン形成 の際に使用する光の波長を短くする方法がある。 しかし、光の短波長化は、 焦点深度 (D O F ) を減少させ、 感度ゃァスぺク ト比が低下する という問 題を生じさせる。 このよ うな問題を解決するため、 多層レジス ト法が提案 されている。 この方法は、 酸素プラズマによ り容易に ドライエッチングさ れるノボラ ック樹脂ゃポリ イ ミ ド樹脂のよ うな材料を基板上にス ピンコ ー ト して平坦化し、 この上で耐酸素 ドライエツチング性を有する レジス 卜に よ りパターン形成を行ない、 その後酸素プラズマによる異方性ェツチング によ り下層にパターンを転写する方法である。 この方法では、 ァスぺク ト 比の高いパターンを得るこ とができるので、 耐酸素プラズマエッチング性 を有するレジス ト材の検討が盛んになされている。
シリ コ一ン樹脂を利用 したレジス ト材は、 耐酸素プラズマエツチング性 に優れることが知られており 、 例えば特開平 7— 5 6 3 5 4号公報ゃ特開 平 8 — 1 9 3 1 6 7号公報では、 ラダ一型のポリ シロキサンエステルゃェ ポキシ基を含むアルキル置換基を有するポリ シロキサンと露光によ り酸を 発生する感光性化合物の両者よ り なる組成物が提案されている。 また、 特 開平 6 — 2 7 6 7 1 号ゃ特開平 6— 9 5 3 8 5号公報では、 ポリ シロキサ ンにジァゾナフ トキンスルホニルォキシ基やアジ ド基が結合した感光性の シリ コーン樹脂含有レジス ト材組成物が提案されている。
また、 プラズマディスプレイパネル ( P D P) の障壁 (リ ブ) に関して は、 ァスぺク ト比を高めるために、 感光性樹脂に無機粉体を配合したベー ス トを使用してリブを構成する方法が特開平 1 0— 6 2 9 8 1号公報に記 載されている。 そして、 これに使用されている感光性樹脂はァク リ レー ト 等である。
と ころで、 ポ リ オルガノ シルセスキォキサンは、 ポリ シロ キサンと略称 されるこ とがあるが、 これには、 菴型、 ラダ一型及びランダム型があるこ とが知られており、 これらの構造、 製法については、 W0 9 8 / 4 1 5 6 6号公報、 特開昭 5 0— 1 3 9 9 0 0号公報、 特開平 6— 3 2 9 6 8 7号 公報、 特開平 6 — 2 4 8 0 8 2号公報等に詳しく記載されている。 このよ うなポリ オルガノ シルセスキォキサンの末端に官能基を導入する方法につ いても、 上記 WO 9 8 / 4 1 5 6 6号公報等に詳しく記載されている。 本発明は、 多層レジス ト法用のレジス ト材ゃ P D P障壁形成用レジス ト 材と して優れた性能を示すシリ コーン感光性樹脂を提供するこ とを目的と する。 また、 本発明は、 耐プラズマ性 (耐〇2— R I E ) 性に優れる と共に、 これを用いてパターンを形成したと き、 高いァスぺク ト比を得るこ とがで きる レジス ト材を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明は、 ポリオルガノ シルセスキォキサンの分子鎖末端の全部又は— 部に、 下記一般式 ( 1 ) で表わされる ト リオルガノシリル基が結合してい ることを特徴とするシリ コーン樹脂である。
CH3 CH3
H3C—— COOC R- -Si- -R'-
CH3 CH3
(但し、 式中 Rは 2価の有機基を示し、 R,は 2価の基又は直結合を示す) また、 本発明は、 ポリ オルガノシルセスキォキサンが下記一般式 ( 2 ) で表わされる繰り返し単位からなり 、 且つ、 平均の繰り返し数が 2 〜 5 0 0 0である前記のシリ コーン樹脂である。
Figure imgf000005_0001
( 2 )
(但し、 式中 R 2は置換基を有してもよいフエ二ル基を示す)
また、 本発明は、 ポリ オルガノ シルセスキォキサンが、 ラダー型、 菴形 及び箦形とラダー型の混在型から選ばれる 1種又は 2種以上の混合物であ り 、 G P Cによ り測定されるポ リ スチレン換算の重量平均分子量 M wが 8 0 0〜 1 0 0 , 0 0 0である前記のシリ コーン樹脂である。
また、 本発明は、 一般式 1 において、 Rが - COO Xに 又は - Ri COO i - Si(CH3)2 - 0 - (但し、 Ri は多価カルボン酸又はその誘導体から生じ る 2価の残基、 Xiは 2価の基を示す)である前記のシリ コーン樹脂である。。 更に、 本発明は前記のシ リ コーン樹脂に、 露光によ り酸を発生する酸発 生剤を配合したことを特徴とする感光性樹脂組成物である。
更にまた、 本発明は、 ポリ オルガノシルセスキォキサンと、 X - Si( R s)2 - Y又は X - Si( R 3)2OSi( R 3)2 - Y (但し、 X及び Yはカルボキシル基と結 合しう る基又は主鎖ポリ オルガノ シルセスキォキサンの末端 O H基又は末 端に生じる〇M基 (Mはアルカ リ金属) と反応可能な官能基、 R 3は 1価の 有機基を示す) とを反応させて、 ポリ オルガノシルセスキォキサンの末端 の全部又は一部に X又は Yを有する末端変性ポリオルガノシルセスキォキ サンを生成させ、 次にこの末端基に t - BuOOC - - COOH (但し、 t - Bu は t - ブチル基を、 1^は多価カルボン酸又はその誘導体の残基を示す) を 反応させて前記のシリ コ ン樹脂を製造する方法である。 ここで、 R 3はアル キル基、 ァリール基等の 1価の有機基であるが、 好ま しく はメチル基であ り、 また、 R 3は同一分子中に 1種類であっても、 2種類以上であってもよ レヽ
本発明のシリ コ一ン感光性樹脂は、 ポリ オルガノ シルセスキォキサンの 分子鎖末端の全部又は一部に、 前記一般式 ( 1 ) で示される ト リ オルガノ シリル基が結合している構造を有する。 主鎖のポリ オルガノシルセスキォ キサンは、 (R 2Si2〇3 ) n なる一般式で表わすことができ、 ここで、 nは 繰り返し数を示し、 2以上である。 好ま しいポリ オルガノ シルセスキォキ サンは、 前記一般式 (2 ) で表わされる繰り返し単位を有し、 その平均の繰 り返し数力、 2 〜 5 0 0 0、 よ り好ま しく は 5 〜 5 0 0であるものである。 また、 R 2は 1価の有機基を示し、 ァリ ール基、 アルキル基等の炭化水素基 やアルコキシ基等であることができるが、 好ま しく は炭素数 1 〜 6のアル キル基又は置換基を有してもよいフエニル基であ り、 よ り好ま しく はフエ ニル基である。
一般式 ( 1 ) で表わされる ト リ オルガノシリ ル基において、 Rは 2価の 有機基であり、 上記一般式 ( 1 ) で示されるよ う に R はカルボン酸の残基 を含むものという ことができる。 R 'は 2価の基又は直結合を示すが、 2価 の基の場合、 他方はポリ オルガノシルセスキォキサンの末端の S i — O— と結合している。 この ト リオルガノ シリル基の末端 t - プチル基は光照射 によ り酸発生剤よ り生成した酸に触れると脱離して、 遊離のカルボキシル 基が生成し、 シリ コーン樹脂のアルカ リ溶解性が高められるので、 この性 質を利用してパターユングが行われる。
2価の基 Rを与えるカルボン酸と しては、 安息香酸、 酢酸等のモノカル ボン酸や多価カルボン酸があるが、 多価カルボン酸が好ま しい。 多価カル ボン酸と しては、 ピロ メ リ ッ ト酸、 ト リ メ リ ッ ト酸、 フタル酸、 ビフエ二 ルジカノレボン酸、 ビフエニルテ トラ力ノレボン酸、 ビフエニルへキサカルボ ン酸、 ベンゾフエノ ンジカルボン酸、 ベンゾフエノ ンテ トラカルボン酸、 ジフエニノレエ一テルジカルボン酸、 ジフエ二ルェ一テルテ トラカルボン酸、 ジフエニノレスルホンジカルボン酸、 ジフエエルスルホンテ トラカルボン酸、 ジフエニノレス /レフィ ドジカノレボン酸、 ジフエニルスノレフィ ドテ トラカルボ ン酸、 ベンズァニリ ドジカルボン酸、 ベンズァユリ ド ト リ カルボン酸、 ベ ンズァユ リ ドテ トラカルボン酸、 ベンズァニリ ドペンタカルボン酸、 シク 口へキサンジカルボン酸、 シク ロへキセンジカルボン酸、 こはく酸、 アジ ピン酸、 マレイ ン酸、 フマル酸等が挙げられる。
多価カルボン酸の場合、 t 一ブチル基と結合しない他のカルボキシル基 は、 遊離のカルボキシル基 (-COOH) と して存在してもよく 、 また、 エス テル、 塩等を形成していてもよい。 特に、 カルボキシル基の一つは、 t 一 B u - O O C - Ri- C O O- X - S i (M e ) 2—のよ う にエステル結合と なって、 2価の基 Xを介し又は介さずして、 S i と結合していることが好 ましレ、。 こ こで、 一般式 ( 1 ) の Rは、 R 1— C O O— Xに対応し、 Xはァ ルキレン、 ァリーレン等の 2価の基又は直結合である。
多価カルボン酸が 3価カルボン酸以上の場合、 少なく と も 1つのカルボ キシル基が残るが、 これはカルボキシル基のままであっても、 エステルや 塩のよ うな中性の形となっていてもよレ、。 そして、 エステル等の中性の形 で存在すれば、 アルカ リ溶解性が乏しいものとなる。 光照射によ り酸発生 剤から生成した酸によ り t 一ブチル基との結合が外れて力ルボン酸が生成 し、 アルカ リ溶解性が高まる という現象を利用してパターンユングを行う 場合、 露光部分と未露光部分とのアルカ リ溶解性の差が大きいことが望ま しいため、 遊離のカルボキシル基はエステルの形と しておく ことが好ま し く 、 そのエステルの形と しては t 一ブチルアルコール又はその誘導体を反 応させて得られる t 一ブチルエステルの形が好ま しい形の一つである。
Rは、 カルボン酸残基を含むだけでなく 、 前記のよ うにポリ オルガノシ ルセスキォキサンの末端を変性する末端変性剤の残基の一部を含み得る。 好適な末端変性剤は、 X— S i ( C H3) 2— Yで表わすことができ、 Υは主 鎖であるポリ オルガノシルセスキォキサンと結合しう る官能基であり、 X はカルボキシル基のよ うな基と結合し う る官能基である。 例えば、 X— S i ( C H3) 2- O - S i (C H3) 2- Y (但し、 式中 Yは主鎖ポリオルガノ シルセスキォキサンの末端 O H基又は末端に生じる OM基 (Mはアル力 リ 金属) と反応可能なエポキシ基等の官能基である) で表わされる末端変性 剤と、 ポリ オルガノシルセスキォキサンと反応させる と、 片側の Yを介し て両者は結合し、 末端が Xのポリオルガノシルセスキォキサンが得られる。 これに前記多価カルボン酸又はその誘導体を反応させる と、 Xがエポキシ 基の場合は、 一 C H2— C H (OH) —を含む Rが生成する。 そして、 Xを 種々変化させればエステル基、 アミ ド基等の各種の基が生成する。 もちろ ん、 上記式において Xと Yとは同一であっても、 なく てもよく 、 ポリ オル ガノ シルセスキォキサンの末端 (反応中に生じる末端基を含む) と反応性 である基と Rの他端側のカルボン酸基等の基又はその誘導体と反応性であ る基であればよい。 なお、 上記から明らかなよ うに主鎖ポリ オルガノ シル セスキォキサンと一般式 ( 1 ) で表わされる ト リ オルガノシリ ル基は、 シ ロキサン結合で結合している必要はなく 、 任意の基を介して結合している ことができる。
本発明のシリ コーン感光性樹脂は、 公知の反応を利用して製造すること が可能である。 例えば、 末端の変性は、 ポリ オルガノシルセスキォキサン が末端シラノール基を有する場合は、 X— S i ( C H3) 2— C 1 のよ うなモ ノハライ ドとを反応させて末端を変性する方法がある。 好ま しい末端変性 法の 1例と しては、 シラノ ール基を有しない菴型及びノ又はラダー型のォ ク タ フエニノレセスキォキサンのよ う なポリ オノレガノ シルセスキォキサンと 前記 X— S i ( R3) 2- O - S i ( R3) 2— Xで表わされるよ うな末端変性 剤とを、 アルカ リ金属触媒の存在下で反応させると、 末端に Xのよ うな官 能基を有するポリオルガノシルセスキォキサンが得られる。 また、 ポ リ オルガノ シルセスキォキサンの S i と 、 X— S i ( C H 3) — Yのよ う な末端変性剤の S i とは、 交換反応を起こ しやすいという性質 を利用した方法も有効である。 この場合、 X及び Yの少なく と も一方は力 ルポキシル基と反応しう る基であればよい。 また、 Yをポリ オルガノシル セスキォキサンの末端と反応し得る基と して前記のよ うな反応と交換反応 を併用すること も可能である。
末端変性剤で変性されたポリ オルガノ シルセスキォキサンから、 本発明 のシリ コーン樹脂を製造する方法の好ま しい 1例と しては、 前記末端変性 ポ リ オルガノ シルセスキォキサンと、 t 一ブチルアルコールと多価カルボ ン酸又はその酸無水物等の誘導体を反応させて得られた酸性エステルとを 第 4級ア ンモニゥム塩触媒の存在下で反応させる方法がある。
本発明のシリ コ一ン樹脂は、 G P Cによ り測定されるポリ スチレン換算 の重量平均分子量が 8 0 0 〜 : L 0 0 , 0 0 0、 好ま しく は 5 , 0 0 0 〜 5 0 , 0 0 0であることがよい。 このシリ コーン樹脂は常温固体であり 、 ェ ステル類、 エーテル類等多く の有機溶媒に可溶である。 また、 本発明のシ リ コーン樹脂は、 一般式 (1 ) で表される ト リオルガノシリル基を、 一般式 (C6H5Si03/2) nで表されるポリオルガノ シロキサンの置換可能な末端の全部 又は 1 0 %以上に有することが好ま しく 、例えば nが 4 〜 2 0当たり 1つ、 好ましく は nが 2 〜 8当たり 1つ有することが好ましい。
本発明のシ リ コーン樹脂は、 ポジ型レジス ト材等に好適に使用できる。 このよ う な用途に使用する場合、 酸発生剤を配合する他、 その感度を高め たり 、 耐熱性、 耐プラズマ性等を高めるため、 各種添加剤を配合すること ができる。
本発明の感光性樹脂組成物には、 必須の添加剤と して露光によ り酸を発 生する酸発生剤が加えられる。 酸発生剤の例と しては、 ト リ フエニルス ル ホニゥム ト リ フノレオロ ス ノレホナ一 ト、 ト リ フエニノレスルホニゥム ト リ フノレ ォロメ タンアンチモナ一 ト、 ト リ フエニノレスノレホニゥムベンゾスノレホナ一 ト、 シク ロへキシノレメチノレ ( 2—ォキソシク ロへキシル) スルホ二ゥム ト リ フルォロメ タンス ルホナ一 ト等のスルホ二ゥム塩化合物、 ジフエニルョ 一ドニゥム ト リ フルォロメ タンスルホナ一 ト等のョ一 ドニゥム塩、 N—ヒ ドロキシスクシンィ ミ ド ト リ フルォロメ タンス ルホナ一 ト等が挙げられる が、 これらに限定されない。 なお、 酸発生剤の化学式や作用については、 前記特開平 8 - 1 9 3 1 6 7号公報や C M C社発行の 「実用高分子レジス ト材料の新展開」 p 5 7 などに詳しい。 酸発生剤の配合量は、 全固形分中 の 0 . 2〜 2 5重量%の範囲が一般的である。
粘度を調整するため有機溶剤を用いることがよ く 、 好ま しい溶剤と して はメチゾレセ口 ソルブアセテー ト、 プロ ビレングリ コ一ノレモノェチノレエーテ ルアセテー ト、 乳酸メチル、 酢酸エ トキシェチル、 ピルビン酸メチル、 メ トキシプロ ピオン酸メチル、 N—メチルーピロ リ ジノ ン、 シク ロへキサノ ン、 メチルェチルケ トン、 ジォキサン、 エチレングリ コールモノ メチルェ
—テルアセテー ト、 ジエチレンダリ コールモノェチルエーテル等が挙げら れるが、 これらに限定されない。
本発明の感光性樹脂組成物は、 必須成分と して感光性の前記シリ コーン 樹脂と酸発生剤を含み、 且つ溶剤を含むことが多いが、 この他に必要に応 じて界面活性剤、 色素、 安定剤、 塗布改良剤、 無機粉等を配合すること も できる。
本発明の感光性のシリ コーン樹脂及びこれを含む樹脂組成物は、 レジス ト材、 P D Pの障壁材等と して使用可能である。 レジス ト材と して使用す る形態には制限はないが、 多層レジス ト法に用いられる レジス ト材と して 好適である。
多層レジス ト法は、 基板上にノボラ ック樹脂等の酸素プラズマによ り容 易に ドライエッチングされる材料をス ビンコ一 ト し、 この上に本発明の材 料を塗布し、 これをエキシマ レーザ等で露光して、 酸発生剤から酸を生じ せしめてシ リ コーン樹脂を解離させ、 アルカ リ 水溶液で現像して、 パター ンユングし、 次いで酸素プラズマ処理によ り下層レジス トをエッチングし てァスぺク ト比の高いパターンを得る方法である。
また、 P D Pの障壁材の製造方法と しては、 サン ドプラス ト法、 埋めこ み法、 フォ トペース ト法等が知られているが、 いずれも感光性を付与した レジス ト材を使用するものであり 、 本発明の材料はこのレジス ト材と して 使用するこ とができる。 特に、 このレジス トが除去されることなく残るフ ォ トペース ト法等の方法に適用される場合、 本発明の材料が有する耐プラ ズマ性が優れるという効果を十分に生かすことができる。 発明の最良の実施の形態
実施例 1
ダリ シジル基含有フエ二ルシルセスキォキサンは、 PCT/JP98/01098 ( W098/41566) 及び特開平 10-251407 号公報記載の参考例 1 と実施例 3 を参考にして合成した。
合成例 1
[菴型ォク タフ ニルシルセスキォキサンの合成]
105 g のフエ二ノレ ト リ ク ロ ロシラ ン (0.5 モノレ) を トノレエン 500 c c に溶 解し、 水で加水分解が完了するまで振と うする。 加水分解生成物を水洗後、 市販の 30 %ベンジル ト リ メ チルアンモニゥムヒ ドロキシ ドのメ タ ノ ール溶 液を 16.6 c c (0.03モル) を加え、 この混合物 4時間還流温度に加熱した。 次いで、 全体を冷却し、 約 96時間放置した。 この時間経過後、 得られたス ラ リーを再び 24時間還流温度にて加熱し、 次いで冷却し、 濾過した。 かく して菴型ォクタフエ二ルシルセスキォキサン(C6H5Si03/2)8約 75gを得た。 赤外吸収スぺク トル分析を測定したと ころ、 Si-C6H5 に帰属される吸収が 1595cm 1及び 1430cm'iに、 Si-O'Siの逆対称伸縮振動に帰属される吸収が 1135 c m-iに観測され、 Si-OH に帰属される吸収は 3400 c πι·ιに観測され なかった。 29Si-MASNMR を測定したと ころ、 一 77 p p mに箸型ォクタフ ェニルシルセスキォキサン中の Si核のシャープなシグナルが 1本のみ観測 された。 また、 0 -ジク ロ ロベンゼンを展開液と した G P Cによるポリスチ レン換算数平均分子量 M nは 760であった。
合成例 2
[グリ シジル基含有フエ二ルシルセスキォキサンォリ ゴマ一の合成] 反応容器中に箠型ォクタフエ二ルシルセスキォキサン 100g と 1,3-ビス
(3-グリ シ ドキシプロ ピル) -1, 1 , 3, 3 —テ トラメチルジシロ キサン 70.3 g と トゾレエン 400 g とテ トラメチルアンモニゥムヒ ドロキシ ド 5 水和 物 4gを仕込み、 この混合物を還流温度にて強撹拌し 7時間加熱した。 仕込 み時の反応液は菴型ォクタフエ二ルシルセスキォキサンの白色粉末が トル ェンに溶解しないため白色の懸濁液を呈しているが、 反応が進むにつれて 徐々に溶解していき 7時間後には殆どすベて溶解し無色透明溶液となった。 この溶液を室温まで冷却し沈降している不溶な未反応のテ トラメチルアン モニゥムヒ ドロキシ ドを濾過によ り除去した後、 この溶液を過剰のメ タノ ール 2000 g中に注ぎ込み、 末端にグリ シ ドキシ基を有したフェニルシルセ スキォキサンを再沈せしめた。 この粘ちよ う な沈殿生成物をさ らにメ タノ —ルにて洗浄し、 メ タ ノ ールと残存 トルエンを留去して薄黄色透明な粘ち よ う物であるダリ シジル基含有フエ二ルシルセスキォキサンオリ ゴマ一 120 g を得た。 このエポキシ当量を塩酸-ピリ ジン法によ り測定したと ころ 945 g/eq であった。 G P C測定によるポリ スチレン換算数平均分子量 M n は 20,000であった。
合成例 3
[ t -ブ トキシエステル基含有カルボン酸化合物の合成]
1 リ ッ トル三つ口フラス コに無水マ レイ ン酸 62 g とナ ト リ ゥム t -ブチル アルコール 74 g 、 プロ ピ レング リ コールモノ メ チルエーテルアセテー ト 400 g を仕込み、 触媒と してナ ト リ ウムメ トキシ ド 0.44 gを添加後、 150°C で 2 時間加熱還流させる。 室温まで放冷した後、 濃塩酸を 0.85 g添加させ る。 得られる茶かつ色の反応溶液をナス型フラスコにいれ、 エバポレータ 一にて溶剤であるプロ ピレンダリ コールモノ メチルエーテルァセテ一 トを 留去する。 その後、 ジク ロロメタン 600 gに溶解させ、 500 gの蒸留水にて 3回水洗した。ジク ロ ロ メ タンを蒸発除去して茶褐色の粘ちよ うな液体であ る t ·ブチルエステル基を有したカルボン酸を収率 90 %で得た。
合成例 4
[ t -ブチルエステル基を有したフエ二ルシルセスキォキサンの合成] 合成例 2 で合成したグリ シジル基含有フエ二ルシルセスキォキサン 100 g と合成例 3で合成した t -ブチルエステル基含有カルボン酸化合物 14 g及 び反応溶剤と してプロ ピ レンダ リ コールモノ メ チルエーテルァセテ一 ト 100 g、 触媒と してテ トラェチルアンモニゥムブロ ミ ド 0.2 gを三つ口フラ スコに仕込み、 90°Cにて 2時間加熱撹拌し、 茶褐色の粘ちよ うな液体で t - ブチルエステル基を有したフエ二ルシルセスキォキサンを収率 80%で合成 した。
実施例 2
(1) 本樹脂を用いたパターニング実験
実施例 1で得られた t -ブチルエステル基を有したフエ二ルシルセスキォ キサンのプロ ピレンダリ コ一ルモノ メチルエーテルァセテ一 ト溶液 100 g に、 光酸発生剤である ト リ フエニルスルホニゥム ト リ フレー ト (Ph3S+OTf 一) 1 g を溶解した感光性樹脂溶液を用いてガラス基板にス ピンコー ト した 後 70°Cで 15分間乾燥することでに厚さ 0.3 μ mの膜を形成させた。 これに マスクを介して紫外線 (248nm) を照射し、 3%テ トラメチルァンモニゥム ヒ ドロキシ ド水溶液にて現像することで明瞭なパターニング (ラインアン ドスペース 0.3μ πι) を得ることができ、 本樹脂がポジ型の現像性を有する ことを確認した。
(2) 本樹脂を用いた 2層レジス トパターニング実験
シリ コンウェハ一上に厚さ 1 μ のク レゾールノボラ ック系の下層レジス ト膜と実施例 1 で合成した厚さ 0·1 μ の ΐ ·ブチルエステル基を有したフエ 二ルシルセスキォキサンの上層ポジ型レジス ト膜をスピンコ一 トによ り形 成させ、 遠紫外 (193nm)エキシマレーザーにて露光した後、 2%テ トラメチ ルアンモニゥムヒ ドロキシ ド水溶液にて現像するこ とで上層部に明瞭なパ ターニング(ライ ンアン ドスペース 0.1 /i )の形成が可能であった。その後、 02-RIE 処理によ り下層レジス トをエッチングし、 次いで CF4.RIE 処理に よ り上層レジス トを除去することでシ リ コ ンウェハ一上に幅 0.1 μ m でァ スぺク ト比 10のク レゾールノボラ ック系の明瞭なパターユングが形成でき た。 産業上の利用可能性
本発明のシリ コーン樹脂及びこれを含む組成物は耐ブラズマ性に優れた レジス トを与えるため電子デバイ スの精密パターニングを可能とする。 ま た、 P D Pの障壁材と しても優れる。 また、 本発明のシリ コーン樹脂及び これを含む組成物は、 多層レジス ト法用のレジス ト材ゃ P D P障壁形成用 レジス ト材と して優れた性能を示す他、 耐プラズマ性 (耐 0 2— R I E ) 性 に優れる と共に、 これを用いてパターンを形成したとき、 高いアスペク ト 比を得ることができるレジス ト材となる。

Claims

請求の範囲 ( 1 ) ポリ オルガノシルセスキォキサンの分子鎖末端の全部又は一部に、 下記一般式 ( 1 ) で表わされる ト リ オルガノ シ リル基が結合していること を特徴とするシリ コーン樹脂。 CH, CHつ H-,C COOC R Si R'-CH, CH
( 1 )
(但し、 式中 Rは 2価の有機基を示し、 R'は 2価の基又は直結合を示す) ( 2 ) ポリ オルガノシルセスキォキサンが下記一般式 ( 2 ) で表わされ る繰り返し単位からなり 、 且つ、 平均の繰り返し数が 2〜 5 0 0 0である 請求項 1記載のシリ コーン樹脂。
Figure imgf000017_0001
( 2 )
(但し、 式中 R 2は置換基を有してもよいフユ二ル基を示す)
( 3 ) ポリ オルガノシルセスキォキサンが、 ラダ一型、 菴形及び菴形と ラダー型の混在型から選ばれる 1種又は 2種以上の混合物であり、 G P C によ り測定されるポリ スチレン換算の重量平均分子量 Mwが 8 0 0〜 1 0 0, 0 0 0である請求項 1記載のシリ コーン樹脂。
( 4 ) 一般式 1において、 Rが - Hi COO Xに 又は - COO Xi - Si(CH3)2 - 0 - (但し、 Hiは多価カルボン酸又はその誘導体から生じる 2価の残基、 は 2価の基を示す) である請求項 1記載のシリ コ一ン樹脂。
( δ ) ポリ オルガノ シルセスキォキサンと、 X - Si(R3)2 - Y又は X - Si(R 3)2OSi(R3)2 - Y (但し、 X 及び Y はカルボキシル基と結合しう る基又は主 鎖ポリ オルガノ シルセスキォキサンの末端〇 H基又は末端に生じる〇M基
(Mはアルカ リ金属) と反応可能な官能基、 R.3は 1価の有機基を示す) と を反応させて、ポリオルガノシルセスキォキサンの末端の全部又は一部に X 又は Yを末端に有する末端変性ポリ オルガノ シルセスキォキサンを生成さ せ、 次にこれに t - ブチルアルコ一ルと多価カルボン酸若しく はその誘導体 と反応させて得られた酸性エステルと を反応させてポリ オルガノ シルセス キォキサンの分子鎖末端の全部又は一部に一般式 ( 1 ) で表わされる ト リ オルガノ シリ ル基が結合しているシリ コ ン樹脂とするこ とを特徴とする請 求項 1記載のシリ コン榭脂の製造方法。
( 6 ) 請求項 1 〜 4のいずれか一つに記載のシリ コーン樹脂に、 露光に よ り酸を発生する酸発生剤を配合したことを特徴とする感光性樹脂組成物,
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