WO2009116258A1 - 感光性樹脂組成物、感光性樹脂スペーサ用フィルムおよび半導体装置 - Google Patents

感光性樹脂組成物、感光性樹脂スペーサ用フィルムおよび半導体装置 Download PDF

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WO2009116258A1
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resin
resin composition
photosensitive
film
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白石史広
高橋豊誠
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住友ベークライト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a photosensitive resin composition, a film for photosensitive resin spacer, and a semiconductor device.
  • this resin composition for spacers is required to be able to maintain a shape as a spacer.
  • bonding a semiconductor wafer and a transparent substrate it is necessary to recognize the alignment mark of a semiconductor wafer or a transparent substrate through a photosensitive film, Therefore The transparency is calculated
  • An object of the present invention is to provide a photosensitive resin composition excellent in shape retaining function as a photosensitive resin spacer, having little photosensitive resin composition residue after exposure / development, and excellent in tackiness, and the use thereof. Another object of the present invention is to provide a photosensitive resin spacer film. Another object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device in which a semiconductor element and a substrate are bonded via a photosensitive resin spacer composed of a cured product of the photosensitive resin composition. is there.
  • a photosensitive resin composition used as a resin spacer for forming a gap between a substrate and a semiconductor element (A) an alkali-soluble resin; (B) a photopolymerizable resin; (C) a filler; (D) a photosensitive agent; A photosensitive resin, wherein the filler has an average particle size of 5 nm to 25 nm, and the content of the filler is 1 wt% to 15 wt% of the entire photosensitive resin composition Composition.
  • the content of the (A) alkali-soluble resin is 50% to 95% by weight of the entire photosensitive resin composition, and the content of the (B) photopolymerizable resin is the entire photosensitive resin composition.
  • the content of the (A) alkali-soluble resin is 50% to 95% by weight of the entire photosensitive resin composition, and the content of the (B) photopolymerizable resin is the entire photosensitive resin composition.
  • the photosensitive property according to [3], wherein the content of the photosensitive agent (D) is from 0.1% by weight to 10% by weight of the entire photosensitive resin composition.
  • a photosensitive resin composition that has an excellent shape-retaining function as a photosensitive resin spacer, that has little photosensitive resin composition residue after exposure / development, and that is also excellent in tackiness.
  • the resin spacer film can be provided.
  • the photosensitive resin composition of the present invention is a photosensitive resin composition used as a resin spacer for forming a gap between a substrate and a semiconductor element, (A) an alkali-soluble resin, (B) a photopolymerizable resin, (C) a filler, and (D) a photosensitizer, and the average particle diameter of the (C) filler is 5 nm to 25 nm.
  • the content of the filler is 1 to 15% by weight of the entire photosensitive resin composition (hereinafter, “to” includes an upper limit value and a lower limit value unless otherwise specified).
  • the semiconductor device of the present invention is characterized in that the substrate and the semiconductor element are bonded via a photosensitive resin spacer formed of a cured product of the photosensitive resin composition.
  • the photosensitive resin composition of the present invention is for use as a photosensitive resin spacer 4 for forming a gap 3 between a substrate 1 and a semiconductor element 2 of a semiconductor device 100 as shown in FIG. is there.
  • This photosensitive resin composition includes (A) an alkali-soluble resin, (B) a photopolymerizable resin, (C) a filler, and (D) a photosensitive agent, and the average particle diameter of the filler is 5 nm. It is ⁇ 25 nm, and the content of the filler is 1 to 15% by weight of the whole photosensitive resin composition. Thereby, the shape retaining function of the photosensitive resin spacer is excellent, the photosensitive resin composition residue after exposure and development is small, and the tackiness is also excellent.
  • the photosensitive resin composition contains (A) an alkali-soluble resin.
  • an alkali-soluble resin examples include, for example, cresol type, phenol type, bisphenol A type, bisphenol F type, catechol type, resorcinol type, pyrogallol type phenol novolak resin, phenol aralkyl resin, hydroxystyrene resin, methacrylic acid, etc.
  • Resins acrylic resins such as methacrylic ester resins, cyclic olefin resins containing hydroxyl groups, carboxyl groups, etc., polyamide resins (specifically, having at least one of a polybenzoxazole structure and a polyimide structure and having a main chain Or a resin having a hydroxyl group, a carboxyl group, an ether group or an ester group in the side chain, a resin having a polybenzoxazole precursor structure, a resin having a polyimide precursor structure, a resin having a polyamic acid ester structure, etc.) It is.
  • polyamide resins specifically, having at least one of a polybenzoxazole structure and a polyimide structure and having a main chain Or a resin having a hydroxyl group, a carboxyl group, an ether group or an ester group in the side chain, a resin having a polybenzoxazole precursor structure, a resin having a polyimide precursor structure, a
  • the (A) alkali-soluble resin is more preferably a resin having an alkali-soluble group and a double bond.
  • a resin having an alkali-soluble group and a double bond By applying a resin having an alkali-soluble group and a double bond, the shape maintaining function of the photosensitive resin spacer is excellent, and furthermore, developability during development can be achieved.
  • the content of the (A) alkali-soluble resin is not particularly limited, but is preferably 50 to 95% by weight, and particularly preferably 55 to 90% by weight, based on the entire photosensitive resin composition. In particular, it may be 10 to 90% by weight, preferably 15 to 80% by weight, of the resin components (all components except the filler) of the photosensitive resin composition.
  • the content of the alkali-soluble resin is less than the lower limit, the effect of improving the compatibility with the photocurable resin and the thermosetting resin may be reduced, and the semiconductor element and the substrate may be bonded by thermocompression bonding. In some cases, the shape retaining property of the photosensitive resin spacer at the time of bonding is lowered.
  • the presence of an alkali-soluble group in the (A) alkali-soluble resin makes it possible to develop with an alkaline aqueous solution that has a low environmental impact during development. Further, the presence of a double bond in the (A) alkali-soluble resin crosslinks the (A) alkali-soluble resin at the time of exposure, so that the shape retaining property of the photosensitive resin spacer is excellent. Further, the unreacted double bond at the time of exposure is further cross-linked by the heat history after development and bonding of the substrate and the semiconductor element, so that the heat resistance of the photosensitive resin spacer can be improved.
  • the alkali-soluble group is not particularly limited, and examples thereof include a hydroxyl group and a carboxyl group. This alkali-soluble group can also contribute to the thermosetting reaction.
  • the double bond is not particularly limited, and examples thereof include a (meth) acryloyl group, a vinyl group, and an allyl group.
  • the resin having an alkali-soluble group and a double bond may have a thermally reactive group such as an epoxy group, an amino group, or a cyanate group.
  • the resin having an alkali-soluble group and a double bond include (meth) acryloyl-modified phenol resin, (meth) acryloyl group-containing acrylic polymer, carboxyl group-containing epoxy (meth) acrylate, and the like.
  • a (meth) acryloyl-modified phenol resin which is excellent in the shape maintaining function as the photosensitive resin spacer and has less photosensitive resin composition residue after exposure and development is preferable.
  • the resin having an alkali-soluble group and a double bond is not particularly limited.
  • it can be obtained by introducing a compound having a double bond into a resin having a hydroxyl group or a carboxyl group.
  • a reaction of a hydroxyl group and / or a carboxyl group of a resin having a hydroxyl group and / or a carboxyl group with a compound having an epoxy group and a (meth) acryl group a carboxyl of a resin having a carboxyl group
  • It can be obtained by reaction of a group with a compound having a hydroxyl group and a (meth) acryl group. More specifically, it can be obtained by a reaction between a phenol resin and glycidyl (meth) acrylate, or a reaction between a carboxyl group-containing resin and hydroxyalkyl (meth) acrylate.
  • the resin having an alkali-soluble group and a double bond is not particularly limited.
  • it can be obtained by introducing a compound having a hydroxyl group or a carboxyl group into a resin having a double bond.
  • the modification rate of the hydroxyl group and the carboxyl group is not particularly limited. 80% is preferable, and 30 to 70% is particularly preferable.
  • a compound having a hydroxyl group or a carboxyl group when introduced into a resin having a double bond, it is preferably 20 to 80%, particularly preferably 30 to 70% of the total reactive group.
  • the weight average molecular weight of the resin having an alkali-soluble group and a double bond is not particularly limited, but is preferably 30,000 or less, particularly preferably 5,000 to 15,000. When the weight average molecular weight is within the above range, the film forming property of the photosensitive resin spacer film is particularly excellent.
  • the weight average molecular weight is, for example, G.M. P. C.
  • the weight average molecular weight can be calculated from a calibration curve prepared in advance using a styrene standard substance. In addition, tetrahydrofuran (THF) was used as a measurement solvent, and measurement was performed under a temperature condition of 40 ° C.
  • THF tetrahydrofuran
  • the photosensitive resin composition contains (B) a photopolymerizable resin.
  • (B) a photopolymerizable resin examples include acrylic compounds such as (meth) acrylic monomers and oligomers having at least one unsaturated polyester, acryloyl group or methacryloyl group in one molecule, and styrene.
  • acrylic compounds such as (meth) acrylic monomers and oligomers having at least one unsaturated polyester, acryloyl group or methacryloyl group in one molecule, and styrene.
  • a vinyl compound etc. are mentioned, These can also be used independently and can also be used in mixture of 2 or more types.
  • the photopolymerizable resin (B) containing an acrylic compound as a main component is preferable. This is because the acrylic compound has a high curing rate when irradiated with light, and thus the photosensitive resin composition can be patterned with a relatively small exposure amount.
  • acrylic compound examples include, but are not limited to, 1,6-hexanediol such as polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, and polybutylene glycol di (meth) acrylate.
  • (Meth) acrylic acid adducts of bifunctional polyalkylene glycols such as di (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, 1,10 decanediol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, penta
  • bifunctional polyalkylene glycols such as di (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, 1,10 decanediol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, penta
  • polyfunctional (meth) acrylates such as erythritol tri (meth) acrylate and dipentaerythritol hexa (meth) acrylate.
  • (meth) acrylic acid adducts of polyalkylene glycol are preferable, and among them, polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) having excellent photoreactivity and improving the sensitivity of the photosensitive resin composition.
  • (meth) acrylic acid adducts of polyalkylene glycol are preferable, and among them, polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) having excellent photoreactivity and improving the sensitivity of the photosensitive resin composition.
  • Acrylate and 1,6-hexanediol di (meth) acrylate are particularly preferred.
  • the (B) photopolymerizable resin is not particularly limited, but is preferably liquid at room temperature. Thereby, the curing reactivity by light irradiation (for example, ultraviolet rays) can be improved. Moreover, the mixing operation
  • the photopolymerizable resin that is liquid at room temperature include the photopolymerizable resins mainly composed of the acrylic compounds described above.
  • the weight average molecular weight of the (B) photopolymerizable resin is not particularly limited, but is preferably 5,000 or less, particularly preferably 150 to 3,000. When the weight average molecular weight is within the above range, the sensitivity of the photosensitive resin spacer film is particularly excellent. Furthermore, the resolution of the resin spacer film is also excellent.
  • the weight average molecular weight is, for example, G.M. P. C.
  • the weight average molecular weight can be calculated from a calibration curve prepared in advance using a styrene standard substance. In addition, tetrahydrofuran (THF) was used as a measurement solvent, and measurement was performed under a temperature condition of 40 ° C.
  • the content of the photopolymerizable resin (B) is not particularly limited, but is preferably 5 to 45% by weight, more preferably 7 to 40% by weight, based on the entire photosensitive resin composition.
  • the resin components (all components excluding the filler) of the photosensitive resin composition it is preferably 10% by weight or more, preferably 15% by weight or more.
  • the content of the (B) photopolymerizable resin exceeds the upper limit, the heat resistance of the photosensitive resin composition may be impaired.
  • the content of the (B) photopolymerizable resin is less than the lower limit, flexibility may be impaired, and patterning of the photosensitive resin composition by light irradiation may not be sufficiently performed. May occur.
  • the balance between the two is excellent, for example, without losing the balance of heat resistance and flexibility.
  • the photosensitive resin composition with favorable peelability with respect to the protective film etc. when applied can be provided.
  • the photosensitive resin composition includes a particulate (C) filler, the average particle diameter of the (C) filler is 5 to 25 nm, and the content of the (C) filler is 1 to It is characterized by being 15% by weight.
  • the shape retaining function as a photosensitive resin spacer is excellent, the variation in the height of the photosensitive resin spacer is small, the flowability of the photosensitive resin composition is good, and the photosensitive resin composition residue after exposure and development is reduced.
  • the alignment mark recognizability of semiconductor elements and substrates is excellent, and the tackiness of the photosensitive resin spacer film is also good.
  • the average particle diameter of the (C) filler was measured by dispersing the (C) filler in water using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-7000). In the measurement, the ultrasonic treatment was performed for 1 minute, and then the measurement was started.
  • SALD-7000 laser diffraction particle size distribution analyzer
  • the average particle diameter of the (C) filler is smaller than 5 nm, the shape maintaining function of the photosensitive resin spacer can be secured with a small content, but the (C) filler is aggregated in the photosensitive resin composition. Therefore, when the photosensitive resin spacer is formed, the photosensitive resin spacer may vary in height, and the substrate and the semiconductor element may not be joined. Further, if the average particle size is larger than 25 nm, it is necessary to make the additive amount of (C) filler more than 15% by weight in order to develop the shape retaining property of the photosensitive resin spacer. When the fluidity of the photosensitive resin composition decreases when bonding, causing poor bonding, and when a large amount of photosensitive resin composition residue remains after development, the alignment mark recognizability of the semiconductor element and the substrate further decreases. There is a case.
  • the lower limit of the average particle diameter of the (C) filler is 5 nm or more, preferably 7 nm or more, more preferably 9 nm or more.
  • the upper limit of the average particle diameter of the (C) filler is 25 nm or less, preferably 23 nm or less, more preferably 20 nm or less.
  • the lower limit of the content of the (C) filler is 1% by weight or more, preferably 2% by weight or more, and more preferably 3% by weight or more.
  • the upper limit of the content of the (C) filler is 15% by weight or less, preferably 14% by weight or less, more preferably 12% by weight or less.
  • the resin spacer shape retention, the resin spacer height variation, the resin composition fluidity, the resin composition residue after development, and the alignment mark recognizability of semiconductor elements and substrates can be improved. A better balance can be ensured.
  • both developability and shape retention can be realized.
  • Examples of such (C) filler include organic fillers such as phenol resin, acrylic resin, polyamide, polysulfone, polystyrene, and fluororesin, and inorganic filler as described later.
  • organic fillers such as phenol resin, acrylic resin, polyamide, polysulfone, polystyrene, and fluororesin
  • inorganic fillers are preferable. Thereby, heat resistance, dimensional stability, moisture resistance, etc. can be improved. Moreover, the peelability with respect to a protective film at the time of using as a film for photosensitive resin spacers can be improved.
  • examples of the inorganic filler include silica powders such as talc, baked clay, unfired clay, mica, glass, etc., titanium oxide, alumina, fused silica (fused spherical silica, fused crushed silica), crystalline silica, etc.
  • examples thereof include salts, borates such as zinc borate, barium metaborate, aluminum borate, calcium borate, and sodium borate, and nitrides such as aluminum nitride, boron nitride, and silicon nitride.
  • These inorganic fillers may be used alone or in combination.
  • silica powders such as fused silica and crystalline silica are preferable, and spherical fused silica is particularly preferable.
  • the present invention is characterized by containing (D) a photosensitizing agent, and by containing the photosensitizing agent (D), a function capable of efficiently patterning a photosensitive resin spacer film by photopolymerization can be provided.
  • the (D) photosensitive agent is not particularly limited as long as it can cure the (B) photopolymerizable resin by irradiating the photosensitive resin composition or the photosensitive resin spacer film with light.
  • Examples of such (D) photosensitizer include benzophenone, acetophenone, benzoin, benzoin isobutyl ether, methyl benzoin benzoate, benzoin benzoic acid, benzoin methyl ether, benzylfinyl sulfide, benzyl, dibenzyl, diacetyl and the like. .
  • the content of the (D) photosensitive agent is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10% by weight, and particularly preferably 0.5 to 8% by weight, based on the entire photosensitive resin composition.
  • the content of the photosensitive agent is less than the lower limit, the effect of initiating photopolymerization may be reduced, and if it exceeds the upper limit, the reactivity becomes too high, and the photosensitive resin composition before use. In some cases, the storage stability of the film and the resolution after patterning described above may deteriorate. Therefore, the photosensitive resin composition excellent in both balance can be provided by making (D) a photosensitive agent into said range.
  • the said photosensitive resin composition is not specifically limited, (E) Thermosetting other than (A) alkali-soluble resin, (B) photopolymerizable resin, (C) filler, and (D) photosensitive agent mentioned above. It preferably contains a resin.
  • thermosetting resin thermosetting resin having a different resin structure from the alkali-soluble resin
  • thermosetting resin can provide a function of improving the heat resistance of a film for a photosensitive resin spacer, for example.
  • thermosetting resin include phenol novolac resins, cresol novolac resins, novolac type phenol resins such as bisphenol A novolac resins, phenol resins such as resol phenol resins, bisphenol A epoxy resins, bisphenol F epoxy resins, and the like.
  • Bisphenol type epoxy resin novolak epoxy resin, novolak type epoxy resin such as cresol novolak epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, triphenolmethane type epoxy resin, alkyl-modified triphenolmethane type epoxy resin, triazine nucleus Epoxy resin, epoxy resin such as dicyclopentadiene-modified phenol type epoxy resin, resin having triazine ring such as urea (urea) resin, melamine resin Unsaturated polyester resins, bismaleimide resins, polyurethane resins, diallyl phthalate resins, silicone resins, resins having a benzoxazine ring, cyanate ester resins, etc., and these may be used singly or in admixture. Among these, an epoxy resin is particularly preferable. Thereby, heat resistance and adhesiveness can be improved more.
  • a silicone-modified epoxy resin as the epoxy resin.
  • an epoxy resin that is solid at room temperature particularly a bisphenol type epoxy resin
  • an epoxy resin that is liquid at room temperature particularly a silicone that is liquid at room temperature.
  • a modified epoxy resin is preferably used in combination. Thereby, it can be set as the photosensitive resin composition excellent in both flexibility and resolution, maintaining heat resistance.
  • the content of the (E) thermosetting resin is not particularly limited, but is preferably 5 to 30% by weight, particularly preferably 10 to 25% by weight, based on the entire photosensitive resin composition. If the content is less than the lower limit, the effect of improving heat resistance may be reduced, and if the content exceeds the upper limit, the effect of improving the toughness of the photosensitive resin composition may be reduced.
  • the photosensitive resin composition is not particularly limited, but may further contain additives such as an ultraviolet absorber and a leveling agent for the purpose of improving various properties.
  • Such a photosensitive resin composition is mixed in an appropriate organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone, anisole, methyl ethyl ketone, toluene, ethyl acetate, etc.), and applied to a support film, for example, and dried.
  • an appropriate organic solvent for example, N-methyl-2-pyrrolidone, anisole, methyl ethyl ketone, toluene, ethyl acetate, etc.
  • the support film is not particularly limited as long as it is a film support substrate having excellent breaking strength, flexibility, and the like, and examples thereof include polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), and polyethylene (PE). Of these, polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET), which are excellent in the balance between flexibility and breaking strength, are preferred.
  • the thickness of the photosensitive resin spacer film is almost the same as the required thickness of the resin spacer, and is not particularly limited, but is preferably 20 to 150 ⁇ m, and more preferably 30 to 80 ⁇ m.
  • the photosensitive resin spacer film when measured under the following conditions (1) and (2), has a transmittance at a light wavelength of 400 nm of 40% or more, a transmittance at a light wavelength of 550 nm of 65% or more, and a light wavelength.
  • the transmittance at 750 nm is preferably 73% or more, particularly the transmittance at a light wavelength of 400 nm is 50% or more, the transmittance at a light wavelength of 550 nm is 70% or more, and the transmittance at a light wavelength of 750 nm is 85% or more. It is preferable.
  • the transmittance can be evaluated by, for example, a UV-visible spectrometer UV-160A (model number) (manufactured by Shimadzu).
  • the transmittance is preferably evaluated at a light wavelength of 400 nm, 550 nm, and 750 nm.
  • the adhesive for the photosensitive resin spacer constituted by the photosensitive resin composition of the present invention is used.
  • the film was affixed to a semiconductor element or substrate, and it was found that it has excellent recognition when recognizing the alignment mark of the semiconductor element or substrate through an adhesive film for photosensitive resin spacers with various visible rays (wavelength: 400 to 770 nm). .
  • the tack force at 40 ° C. of the photosensitive resin spacer film as measured under the following conditions (1) to (5) is preferably 40 gf or less, and particularly preferably 35 gf or less.
  • the apparatus for transporting the photosensitive resin spacer film is not contaminated, and a cover film is laminated on the photosensitive resin spacer film. In this case, the effect of excellent peelability of the cover film can be obtained.
  • the photosensitive resin spacer is used to attach the photosensitive resin spacer film composed of the photosensitive resin composition of the present invention to a semiconductor element or a substrate. It has been found that when transporting a film for use, the apparatus is not adhered to the apparatus and is not contaminated, and that when the cover film is laminated on the photosensitive resin spacer film, the cover film is excellent in peelability.
  • the reason why the atmospheric temperature for tack force measurement is 40 ° C. is that it is easy to confirm the difference between samples.
  • the elastic modulus at 260 ° C. of the photosensitive resin spacer film as measured under the following conditions (1) to (3) is preferably 20 MPa or more, and particularly preferably 30 MPa or more.
  • the elastic modulus at 260 ° C. is equal to or greater than the lower limit, a semiconductor device including a semiconductor element, a substrate, and a photosensitive resin spacer composed of the adhesive film for the photosensitive resin spacer is soldered to a substrate such as a motherboard. Therefore, it is possible to obtain an effect that the shape retaining property of the photosensitive resin spacer is excellent when the solder reflow process is performed.
  • the elastic modulus at 260 ° C. is not particularly limited, but is preferably 1000 MPa or less, and particularly preferably 500 MPa or less. If the upper limit of the elastic modulus at 260 ° C. is not less than the above range, the stress at the time of joining the semiconductor element and the substrate is not relaxed, and the reliability of the semiconductor device may be lowered.
  • Photosensitive resin spacer film thickness 100 ⁇ m
  • Measurement value 260 ° C.
  • the elastic modulus can be evaluated by, for example, a dynamic viscoelasticity measuring device Rheo Stress RS150 (manufactured by HAAKE).
  • the gap between the cone plates on which the sample was set was set to 100 ⁇ m (three resin layers described above were stacked and pressed between the plates to be 100 ⁇ m).
  • the measurement conditions were a frequency of 1 Hz, a temperature increase rate of 10 ° C./min, and a temperature range of room temperature to 300 ° C.
  • the elastic modulus at 260 ° C. is the elastic modulus at the temperature at which the solder reflow treatment is performed. With the recent lead-free soldering, the solder reflow temperature has become 260 ° C. Thus, it has been found that the shape retention property of the photosensitive resin spacer is excellent by setting the elastic modulus at 260 ° C. within the above range.
  • the reason why the thickness of the film for the photosensitive resin spacer is 100 ⁇ m is preferably evaluated by the same thickness as that of the resin spacer that is originally used. Since the dispersion of the modulus measurement results was large, the elastic modulus was evaluated by unifying to 100 ⁇ m.
  • the elastic modulus obtained by the actual thickness of the resin spacer (photosensitive resin spacer film) and the elastic modulus of the photosensitive resin spacer film having the thickness of 100 ⁇ m described above are substantially the same. Moreover, the reason for irradiating ultraviolet rays at 700 (mJ / cm 2 ) is to sufficiently photo-cure the photosensitive resin spacer film. In addition, when the thickness of the film for photosensitive resin spacers changes, exposure amount is adjusted suitably.
  • the above-described photosensitive resin spacer film 4 ′ is bonded to one surface side (on the upper surface in FIG. 2 a) of the interposer 5 on which the semiconductor element 2 having the light receiving portion 21 is mounted.
  • a mask 6 is provided in addition to the portion that becomes the resin spacer 4, and the ultraviolet ray 7 is irradiated (FIG. 2b).
  • the part (part which becomes the resin spacer 4) irradiated with the ultraviolet rays 7 is photocured.
  • a development process is performed to remove a portion that is not irradiated with the ultraviolet rays 7.
  • the resin spacer 4 (gap part 3) is formed (FIG. 2c).
  • the semiconductor element 2 having the light receiving portion 21 is mounted in the gap portion 3 (FIG. 2d).
  • the functional surface of the semiconductor element 2 and the terminal of the interposer 5 are connected by the bonding wire 22 (FIG. 2d).
  • the substrate 1 can be thermocompression bonded to the upper end portion (the upper side in FIG. 2D) of the resin spacer 4 to obtain the semiconductor device 100 shown in FIG.
  • the thermocompression bonding is usually performed within a temperature range of usually 80 to 180 ° C.
  • the semiconductor device 100 of the present invention uses the photosensitive resin spacer film 4 ′ as described above, patterning properties and developability during production of the semiconductor device 100 (photosensitive resin composition residue is suppressed). ) And shape retention when the substrate 1 is thermocompression bonded. That is, both developability and shape retention are achieved. Further, the semiconductor device 100 is excellent in the thickness accuracy of the resin spacer 4 because the gap 3 is formed by the resin spacer 4 described above. In addition, since the resin spacer 4 has excellent shape retention, the reliability of the semiconductor device 100 is excellent. As another embodiment of the semiconductor device, a semiconductor device 100 as shown in FIG. 3 can be obtained. In the semiconductor device 100 shown in FIG.
  • the same resin spacer 4 is disposed on the outer periphery of the light receiving portion 21 on the semiconductor element 2.
  • the substrate 1 is thermocompression bonded to the upper part (the upper side in FIG. 3) of the resin spacer 4.
  • the substrate 1 is disposed so as to cover the light receiving portion 21 instead of covering the entire semiconductor element 2.
  • a bonding wire 22 is disposed at an end on the semiconductor element 2 (portion outside the resin spacer 4), and is electrically connected to the interposer 5.
  • the semiconductor device 100 shown in FIG. 3 the semiconductor device can be further downsized. Furthermore, the level of cleanliness in the post-process can be reduced by covering the light receiving unit 21 with the substrate 1 to form a hollow structure. Furthermore, in the semiconductor device 100 shown in FIG. 3, the thickness of the resin spacer 4 can be reduced, thereby improving the reliability.
  • Example 1 Alkali-soluble resin (synthesis of resin having alkali-soluble group and double bond (methacryl-modified bisphenol A phenol novolac resin: MPN)) 500 g of a solid content 60% MEK solution of bisphenol A novolak resin (Phenolite LF-4871, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) was put into a 2 L flask, and 1.5 g of tributylamine as a catalyst and polymerization were added thereto. Hydroquinone 0.15g was added as an inhibitor and heated to 100 ° C.
  • bisphenol A novolak resin Phenolite LF-4871, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.
  • Transmittance of photosensitive resin spacer film The transmittances of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm were 67.3%, 87.5%, and 91.1%, respectively.
  • the transmittance was evaluated by UV-160A, which is a UV-visible spectrometer, manufactured by Shimadzu.
  • the thickness of the photosensitive resin spacer film was 25 ⁇ m, the measurement wavelength was 200 to 1000 nm, and the transmittance at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm was determined.
  • Tacking force of the photosensitive resin spacer film at 40 ° C. The tacking force of the photosensitive resin spacer film at 40 ° C. was 30.5 gf.
  • the tack force at 40 ° C. was evaluated by a tack tester TAC-II, which is a tack force measuring device, manufactured by Resuka Co., Ltd.
  • the thickness of the photosensitive resin spacer film is 25 ⁇ m
  • the stamping speed is 30 mm / min
  • the stamping time is 1 sec
  • the pulling speed is 600 mm / min
  • the load is 80 gf
  • the probe the stage temperature is 40 ° C.
  • the tack force at 40 ° C. is obtained. It was.
  • Elastic modulus at 260 ° C. of photosensitive resin spacer film The elastic modulus at 260 ° C. after exposure (exposure amount: 700 mJ / cm 2 ) of this resin spacer film was 22.5 MPa.
  • the elastic modulus is a dynamic viscoelasticity measuring device Rheo Stress RS150 (manufactured by HAAKE Corporation, measurement frequency: 1 Hz, gap interval: 100 ⁇ m) by superposing three sheets of resin spacer films irradiated with light having a wavelength of 365 nm at 700 mJ / cm 2. Measurement temperature range: room temperature to 300 ° C., heating rate 10 ° C./min), and an elastic modulus of 260 ° C. was determined.
  • Example 2 Example 1 was repeated except that the following materials were used as the filler.
  • Silica manufactured by Tokuyama Corporation, QS-30, average particle size: 10 nm, maximum particle size: 50 nm
  • the transmittance of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm are 66.8%, 87.4%, and 90.5%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 31.3 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 23.1 MPa.
  • Example 3 Example 1 was repeated except that the following materials were used as the filler.
  • Silica manufactured by Tokuyama Corporation, QS-09, average particle size: 25 nm, maximum particle size: 50 nm
  • the transmittance of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm are 64.3%, 85.1%, and 88.8%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 30.8 gf. Further, the elastic modulus at 260 ° C. was 22.5 MPa.
  • Example 4 Methacryl-modified bisphenol A phenol novolac resin (MPN) is changed from 65% to 69% by weight as an alkali-soluble resin, and silica (manufactured by Tokuyama, CP-102, average particle size: 20 nm, maximum particle size: 50 nm) as a filler.
  • the procedure was the same as Example 1 except that the amount was changed from 6% by weight to 2% by weight.
  • the transmittances of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm are 68.1%, 89.5%, and 91.1%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 38.6 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 20.2 MPa.
  • Example 5 Methacryl-modified bisphenol A phenol novolac resin (MPN) is changed from 65% to 57% by weight as an alkali-soluble resin, and silica (manufactured by Tokuyama, CP-102, average particle size: 20 nm, maximum particle size: 50 nm) as a filler.
  • Example 1 was repeated except that the amount was changed from 6% by weight to 14% by weight.
  • the transmittance of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm is 62.3%, 83.4%, and 86.1%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 25.5 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 30.3 MPa.
  • Example 6 Instead of 65% by weight of methacryl-modified bisphenol A phenol novolak resin (MPN) as the alkali-soluble resin, 65% by weight of propylene glycol monomethyl ether solution having a solid content of 50% (Daicel Chemical Industries, Cyclomer P ACA200M) as the alkali-soluble resin % (In terms of solid content) was used, and the same procedure as in Example 1 was performed.
  • the transmittances of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm are 67.2%, 86.9%, and 90.3%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 30.5 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 21.8 MPa.
  • Example 7 Polyethylene glycol dimethacrylate (Shin Nakamura Chemical Co., Ltd.), an acrylic resin monomer, instead of 15% by weight of polypropylene glycol diacrylate (Aronix M-225, manufactured by Toagosei Co., Ltd.), which is a liquid acrylic resin monomer at room temperature as a photopolymerizable resin
  • NK Ester 3G 15% by weight of NK Ester 3G
  • the transmittances of the photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm are 67.3%, 86.7%, and 90.1%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 31.2 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 23.5 MPa.
  • Example 1 Example 1 was repeated except that the following materials were used as the filler.
  • silica silica (manufactured by Tokuyama Corporation, NSS-5N, average particle size: 70 nm, maximum particle size: 350 nm) was used.
  • the transmittance of this photosensitive resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm is 11.3%, 48.5%, and 72.1%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 46.7 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 15.5 MPa.
  • Example 3 Methacryl-modified bisphenol A phenol novolac resin (MPN) as an alkali-soluble resin is changed from 65 wt% to 55 wt%, and silica (manufactured by Tokuyama, CP-102, average particle size: 20 nm, maximum particle size: 50 nm) as a filler.
  • Example 1 was repeated except that the amount was changed from 6% by weight to 16% by weight.
  • the transmittance at the resin spacer film wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm are 60.2%, 80.1%, and 82.6%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 23.2 gf.
  • the elastic modulus at 2 ° C. was 28.5 MPa.
  • Example 4 Methacryl-modified bisphenol A phenol novolak resin (MPN) from 65% to 80% by weight as an alkali-soluble resin, and polypropylene glycol diacrylate (Aronix M, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.), which is a liquid acrylic resin monomer at room temperature as a photopolymerizable resin. ⁇ 225) was the same as Example 1 except that 15% by weight was changed to 0% by weight.
  • the transmittance of the resin spacer film at wavelengths of 400 nm, 550 nm, and 750 nm is 67.3%, 86.6%, and 90.3%, respectively, and the tack force at 40 ° C. is 31.0 gf.
  • the elastic modulus at 260 ° C. was 24.2 MPa.
  • Alignment A film for photosensitive resin spacer is laminated on a semiconductor wafer (temperature 60 ° C, speed 0.3 m / min), and the pattern on the surface of the semiconductor wafer is laminated using an exposure machine PLA-600FA (manufactured by Canon Inc.). It was evaluated whether it was visible from above the film for resin spacer.
  • Each code is as follows. A: The pattern shape was clearly visible up to the boundary. ⁇ : Although the pattern shape can be understood, the boundary portion looks somewhat unclear. ⁇ : Although the pattern was slightly visible, the shape was not known. X: The pattern was not visible at all.
  • a photosensitive resin spacer film is laminated on a semiconductor wafer (temperature 60 ° C., speed 0.3 m / min) and exposed using a pattern mask so that the photosensitive resin spacers remain in a lattice shape (exposure amount: 700 mJ). / Cm 2 ) and developed using 3% TMAH (developer pressure: 0.2 MPa, development time: 150 seconds). The obtained lattice pattern portion was observed with an electron microscope (x5,000 times), and the presence or absence of a residue was evaluated.
  • Each code is as follows.
  • Patterning property A photosensitive resin spacer film is laminated on a semiconductor wafer (temperature 60 ° C., speed 0.3 m / min), and exposed using a pattern mask so that the resin spacer remains in a lattice shape (exposure amount 700 mJ / cm 2). Then, development was performed using 3% TMAH (developer pressure: 0.2 MPa, development time: 150 seconds), patterning was performed, and the state of the patterning portion was visually observed. Each code is as follows. A: There was no pattern peeling. (Triangle
  • Shape retention property The semiconductor element which has a frame-shaped resin spacer was produced by dicing the center part of the resin spacer formed in the grid
  • Each code is as follows. A: There was no change in the dimensions of the resin spacer before and after thermocompression bonding. ⁇ : Although the resin spacer after thermocompression flowed somewhat and the dimensions changed slightly, the shape did not change significantly. (Triangle
  • Examples 1 to 4, 6, and 7 were excellent in alignment. Examples 1 to 4 and 7 were excellent in developability. In addition, Examples 1 to 7 were excellent in patterning property. In Examples 1 to 3, and 5 to 7, the shape retention of the resin spacer was excellent.
  • the (C) filler has an average particle diameter of 5 to 25 nm and the (C) filler content is 1 to 15% by weight.
  • Comparative Example 2 when the filler content is smaller than the range of the present invention (the filler content is 0.5% by weight ( ⁇ 1% by weight), and the average particle size of the filler is 20 nm), The developability is improved, but the shape retention is deteriorated.
  • Comparative Example 3 when the content of the filler is larger than the range of the present invention (the content of the filler is 16% by weight (> 15% by weight) and the average particle size of the filler is 20 nm), Shape retention is improved, but developability is poor.
  • Comparative Examples 2 and 3 it can be seen that the relationship between developability and shape retention is such that when one is better, the other is worse.
  • Comparative Example 1 when the average particle size of the filler is larger than the range of the present invention (the average particle size of the filler is 70 nm (> 25 nm) and the content of the filler is 6% by weight), development is performed. The shape becomes better, but the shape retention becomes worse. Although not in the comparative example, when the average particle diameter of the filler becomes smaller than the range of the present invention, the shape retention is improved, but the developability is predicted to be deteriorated.

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Abstract

 本発明の感光性樹脂組成物は、基板と、半導体素子との間に空隙部を形成するための感光性樹脂スペーサとして用いるための感光性樹脂組成物であって、前記感光性樹脂組成物は、(A)アルカリ可溶性樹脂と、(B)光重合性樹脂と、(C)充填材と、(D)感光剤とを含み、前記充填材の平均粒径が5~25nmであり、前記充填材の含有量が1~15重量%である。また、本発明の感光性樹脂スペーサ用フィルムは、上記に記載の感光性樹脂組成物で構成されている。

Description

感光性樹脂組成物、感光性樹脂スペーサ用フィルムおよび半導体装置
 本発明は、感光性樹脂組成物、感光性樹脂スペーサ用フィルムおよび半導体装置に関する。
 近年、半導体ウエハ等に感光性フィルムを接着し、露光、現像によりパターンを形成した後、ガラス等の透明基板と圧着できるような感光性フィルムの要求がある(例えば、特許文献1参照)。このような感光性フィルムを用いた場合、パターンニング後の感光性フィルムは半導体ウエハと透明基板との間のスペーサの作用を有することになる。
 このスペーサ用の樹脂組成物には、フォトリソグラフィ法によりパターニングできることに加え、スペーサとして形状保持が可能であることが求められている。
 また、半導体ウエハと透明基板をアライメントして圧着する際に、半導体ウエハまたは透明基板のアライメントマークを感光性フィルムを通して認識する必要があるため、感光性フィルムには透明性が求められている。
特開2006-323089号公報
 本発明の目的は、感光性樹脂スペーサとしての形状保持機能に優れ、また、露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣が少なく、さらに、タック性にも優れる感光性樹脂組成物およびそれを用いた感光性樹脂スペーサ用フィルムを提供することにある。
 また、本発明の目的は、半導体素子と、基板とが上記感光性樹脂組成物の硬化物で構成される感光性樹脂スペーサを介して接合されている信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
 このような目的は、下記[1]~[21]に記載の本発明により達成される。
[1]
 基板と、半導体素子との間に空隙部を形成するための樹脂スペーサとして用いられる感光性樹脂組成物であって、
(A)アルカリ可溶性樹脂と、
(B)光重合性樹脂と、
(C)充填材と、
(D)感光剤と、
を、含み、前記充填材の平均粒径が5nm~25nmであり、前記充填材の含有量が前記感光性樹脂組成物全体の1重量%~15重量%であることを特徴とする感光性樹脂組成物。
[2]
 前記充填材が、シリカを含むものである[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[3]
 前記感光性樹脂組成物が、さらに前記アルカリ可溶性樹脂とは異なる(E)熱硬化性樹脂を含むものである、[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[4]
 前記充填材が、シリカを含むものである[3]に記載の感光性樹脂組成物。
[5]
 前記アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂である[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[6]
 前記アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂である[3]に記載の感光性樹脂組成物。
[7]
 前記(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の50重量%~95重量%であり、前記(B)光重合性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の5重量%~45重量%であり、および前記(D)感光剤の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の0.1重量%~10重量%である[1]に記載の感光性樹脂組成物。
[8]
 前記(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の50重量%~95重量%であり、前記(B)光重合性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の5重量%~45重量%であり、および前記(D)感光剤の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の0.1重量%~10重量%である[3]に記載の感光性樹脂組成物。
[9]
 前記(E)熱硬化性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の5重量%~30重量%である[3]に記載の感光性樹脂組成物。
[10]
 [1]に記載の感光性樹脂組成物で構成されていることを特徴とする感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[11]
 [3]に記載の感光性樹脂組成物で構成されていることを特徴とする感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[12]
 光線波長400nmでの透過率が40%以上、光線波長550nmでの透過率が65%以上、光線波長750nmでの透過率が73%以上である、[10]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[13]
 光線波長400nmでの透過率が40%以上、光線波長550nmでの透過率が65%以上、光線波長750nmでの透過率が73%以上である、[11]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[14]
 前記樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力が40gf以下である、[10]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[15]
 前記樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力が40gf以下である、[11]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[16]
 前記樹脂スペーサ用フィルムの260℃における弾性率が20MPa以上である、[10]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[17]
 前記樹脂スペーサ用フィルムの260℃における弾性率が20MPa以上である、[11]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[18]
 前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さは、20μm~150μmである[10]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[19]
 前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さは、20μm~150μmである[11]に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
[20]
 基板と、半導体素子とが、[1]に記載の感光性樹脂組成物の硬化物で構成される樹脂スペーサを介して、接合されていることを特徴とする半導体装置。
[21]
 基板と、半導体素子とが、[3]に記載の感光性樹脂組成物の硬化物で構成される樹脂スペーサを介して、接合されていることを特徴とする半導体装置。
 本発明によれば、感光性樹脂スペーサとしての形状保持機能に優れ、また、露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣が少なく、さらに、タック性にも優れる感光性樹脂組成物およびそれを用いた樹脂スペーサ用フィルムを提供することができる。
 また、本発明によれば、半導体素子と、基板とが上記感光性樹脂組成物の硬化物で構成される感光性樹脂スペーサを介して接合されている信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
 上述した目的、および、その他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、および、それに付随する以下の図面によって、さらに明らかになる。
半導体装置の一例を示す断面図である。 半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。 他の半導体装置の一例を示す断面図である。
 以下、本発明の感光性樹脂組成物、感光性樹脂スペーサ用フィルムおよび半導体装置について詳細に説明する。
 本発明の感光性樹脂組成物は、基板と、半導体素子との間に空隙部を形成するための樹脂スペーサとして用いられる感光性樹脂組成物であって、
(A)アルカリ可溶性樹脂と、(B)光重合性樹脂と、(C)充填材と、(D)感光剤とを、含み、前記(C)充填材の平均粒径が5nm~25nmであり、前記充填材の含有量が前記感光性樹脂組成物全体の1~15重量%であることを特徴とする(以下、「~」は、特に明示しない限り、上限値と下限値を含むことを表す)。
 また、本発明の半導体装置は、基板と、半導体素子とが、上記感光性樹脂組成物の硬化物で構成される感光性樹脂スペーサを介して、接合されていることを特徴とする。
1.感光性樹脂組成物および感光性樹脂スペーサ用フィルム
 まず、感光性樹脂組成物および感光性樹脂スペーサ用フィルムについて説明する。
 本発明の感光性樹脂組成物は、図1に示すような半導体装置100の基板1と、半導体素子2との間に空隙部3を形成するための感光性樹脂スペーサ4として用いるためのものである。
 この感光性樹脂組成物は、(A)アルカリ可溶性樹脂と、(B)光重合性樹脂と、(C)充填材と、(D)感光剤とを含み、前記充填材の平均粒径が5nm~25nmであり、前記充填材の含有量が前記感光性樹脂組成物全体の1~15重量%であることを特徴とする。これにより、感光性樹脂スペーサの形状保持機能に優れ、また、露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣が少なく、さらに、タック性にも優れる。
 前記感光性樹脂組成物は、(A)アルカリ可溶性樹脂を含む。これにより、アルカリ現像が可能となる。前記(A)アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、クレゾール型、フェノール型、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、カテコール型、レゾルシノール型、ピロガロール型等のフェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ヒドロキシスチレン樹脂、メタクリル酸樹脂、メタクリル酸エステル樹脂等のアクリル系樹脂、水酸基、カルボキシル基等を含む環状オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂(具体的には、ポリベンゾオキサゾール構造およびポリイミド構造の少なくとも一方を有し、かつ主鎖または側鎖に水酸基、カルボキシル基、エーテル基またはエステル基を有する樹脂、ポリベンゾオキサゾール前駆体構造を有する樹脂、ポリイミド前駆体構造を有する樹脂、ポリアミド酸エステル構造を有する樹脂等)等が挙げられる。
 また、前記(A)アルカリ可溶性樹脂としては、より好ましくはアルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂が挙げられる。アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂を適用することにより、感光性樹脂スペーサの形状保持機能に優れ、さらに、現像時の現像性を両立することができる。
 ここで、(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、特に限定されないが、前記感光性樹脂組成物全体の50~95重量%が好ましく、特に55~90重量%が好ましい。特に、感光性樹脂組成物の樹脂成分(充填材を除く全部の成分)のうち、10~90重量%、好ましくは15~80重量%であってもよい。(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量が前記下限値未満であると光硬化性樹脂および熱硬化性樹脂との相溶性を向上させる効果が低下する場合があり、半導体素子と基板とを熱圧着により接着する際の感光性樹脂スペーサの形状保持性が低下する場合がある。また、前記上限値を超えると現像性またはフォトリソグラフィ技術による接着層のパターニングの解像性が低下する場合がある。(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量または感光性樹脂組成物中の液状成分量を上記の範囲とすることで、フォトリソグラフィ法により樹脂をパターニングしたあと、熱圧着できるという機能を有することができる。
 前記(A)アルカリ可溶性樹脂中にアルカリ可溶性基が存在することにより、現像時に環境に対する負荷の少ないアルカリ水溶液で現像することが可能となる。また、前記(A)アルカリ可溶性樹脂中に二重結合が存在することにより、露光時に(A)アルカリ可溶性樹脂が架橋するため、感光性樹脂スペーサーの形状保持性に優れている。さらに、露光時に未反応の二重結合は、現像、基板と半導体素子の貼り合わせ後の熱履歴により、さらに架橋するため、感光性樹脂スペーサの耐熱性を向上させることができる。
 前記アルカリ可溶性基としては、特に限定されるものではないが、例えば、水酸基、カルボキシル基等が挙げられる。このアルカリ可溶性基は熱硬化反応に寄与することもできる。
 また、二重結合としては、特に限定されるわけではないが、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基等が挙げられる。
 さらに、アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂は、エポキシ基、アミノ基、シアネート基等の熱反応基を有していてもよい。具体的に前記アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂としては、(メタ)アクリロイル変性フェノール樹脂、(メタ)アクリロイル基含有アクリル酸重合体、カルボキシル基含有エポキシ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 これらの中でも、感光性樹脂スペーサとしての形状保持機能により優れ、また、露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣がより少ない(メタ)アクリロイル変性フェノール樹脂が好ましい。
 アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂は、特に限定されるわけではないが、例えば、水酸基、カルボキシル基を有する樹脂に二重結合を有する化合物を導入することにより得ることができる。
 具体的には、水酸基および/またはカルボキシル基を有する樹脂の一部の水酸基および/またはカルボキシル基とエポキシ基および(メタ)アクリル基を有する化合物との反応、カルボキシル基を有する樹脂の一部のカルボキシル基と、水酸基および(メタ)アクリル基を有する化合物との反応により得ることができる。より具体的には、フェノール樹脂とグリシジル(メタ)アクリレートとの反応、カルボキシル基含有樹脂とヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとの反応により得ることができる。
 また、アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂は、特に限定されるわけではないが、例えば、二重結合を有する樹脂に水酸基、カルボキシル基を有する化合物を導入することにより得ることもできる。
 ここで、水酸基、カルボキシル基を有する樹脂に二重結合を有する化合物を導入する場合、水酸基、カルボキシル基の変性率は、特に限定されるわけではないが、水酸基および/またはカルボキシル基全体の20~80%が好ましく、30~70%が特に好ましい。前記変性率を上記範囲とすることで、特に、感光性樹脂スペーサとしての形状保持機能と露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣を抑制することが両立できる。
 また、二重結合を有する樹脂に水酸基、カルボキシル基を有する化合物を導入する場合、反応基全体の20~80%が好ましく、30~70%が特に好ましい。水酸基、カルボキシル基を有する化合物の変性量を上記範囲とすることで、特に、樹脂スペーサとしての形状保持機能と露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣を抑制することを両立することができる。
 前記アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、30,000以下であることが好ましく、特に5,000~15,000が好ましい。重量平均分子量が前記範囲内であると、感光性樹脂スペーサ用フィルムの製膜性に特に優れる。
 ここで、重量平均分子量は、例えばG.P.C.を用いて評価でき、予め、スチレン標準物質を用いて作成された検量線により重量平均分子量を算出することができる。なお、測定溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、40℃の温度条件下で測定した。
 前記感光性樹脂組成物は、(B)光重合性樹脂を含む。これにより、前述した(A)アルカリ可溶性樹脂と共にパターニング性および半導体素子と基板とを熱圧着により接着する際の樹脂スペーサの形状保持機能をより向上することができる。
 前記(B)光重合性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、アクリロイル基またはメタクリロイル基を、一分子中に少なくとも1個以上有する(メタ)アクリル系モノマーやオリゴマー等のアクリル系化合物、スチレン等のビニル系化合物等が挙げられ、これらは単独で用いることも可能であり、また、2種類以上を混合して用いることもできる。
 これらの中でもアクリル系化合物を主成分とする(B)光重合性樹脂が好ましい。アクリル系化合物は光を照射した際の硬化速度が速く、これにより、比較的少量の露光量で感光性樹脂組成物をパターニングすることができるからである。
 前記アクリル系化合物としては、限定されるものではないが、例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、1,10デカンジオールジ(メタ)アクリレート等の2官能のポリアルキレングリコールの(メタ)アクリル酸付加物、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
 これらの中でも、ポリアルキレングリコールの(メタ)アクリル酸付加物が好ましく、その中でも、光反応性に優れ、感光性樹脂組成物の感度が向上するポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートが特に好ましい。
 また、前記(B)光重合性樹脂は、特に限定されないが、常温で液状であることが好ましい。これにより、光照射(例えば紫外線)による硬化反応性を向上することができる。また、他の配合成分(例えば、アルカリ可溶性樹脂)との混合作業を容易にすることができる。常温で液状の光重合性樹脂としては、前述したアクリル系化合物を主成分とする光重合性樹脂等が挙げられる。
 前記(B)光重合性樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、5,000以下であることが好ましく、特に150~3,000が好ましい。重量平均分子量が前記範囲内であると、感光性樹脂スペーサ用フィルムの感度に特に優れる。さらに、樹脂スペーサ用フィルムの解像性にも優れる。
 ここで、重量平均分子量は、例えばG.P.C.を用いて評価でき、予め、スチレン標準物質を用いて作成された検量線により重量平均分子量を算出することができる。なお、測定溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、40℃の温度条件下で測定した。
 ここで、前記(B)光重合性樹脂の含有量は、特に限定されないが、前記感光性樹脂組成物全体の5~45重量%が好ましく、特に7~40重量%が好ましい。特に、感光性樹脂組成物の樹脂成分(充填材を除く全部の成分)のうち、10重量%以上、好ましくは15重量%以上であることが好ましい。
 前記(B)光重合性樹脂の含有量が前記上限値を超えると感光性樹脂組成物の耐熱性が損なわれる場合がある。また、前記(B)光重合性樹脂の含有量が前記下限値未満であると可撓性が損なわれる場合があり、また、光照射による感光性樹脂組成物のパターニングを十分に行えない場合が生じるおそれがある。したがって、前記(B)光重合性樹脂の含有量を上記の範囲にすることで、両者のバランスに優れ、例えば耐熱性、可撓性のバランスを損なわないで、特に感光性樹脂スペーサ用フィルムに適用したときの保護フィルムなどに対する剥離性が良好な感光性樹脂組成物を提供することができる。
 前記感光性樹脂組成物は、粒子状の(C)充填材を含み、前記(C)充填材の平均粒径が5~25nmであり、かつ、前記(C)充填材の含有量が1~15重量%であることを特徴とする。これにより、感光性樹脂スペーサとしての形状保持機能に優れ、感光性樹脂スペーサ高さのバラツキが小さく、感光性樹脂組成物の流動性が良好で、露光・現像後の感光性樹脂組成物残渣が少なく、また、半導体素子や基板のアライメントマーク認識性に優れ、さらに、感光性樹脂スペーサ用フィルムのタック性も良好となる。
 ここで、(C)充填材の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD-7000)を用い、水中に(C)充填材を分散させ、測定を行った。測定の際には、超音波処理を1分間実施した後で、測定を開始した。
 前記(C)充填材の平均粒径が5nmより小さいと、少ない含有量で感光性樹脂スペーサの形状保持機能を確保することはできるが、(C)充填材が感光性樹脂組成物中で凝集してしまい、感光性樹脂スペーサを形成した際に、感光性樹脂スペーサに高さのバラツキが生じ、基板と半導体素子の接合ができない場合がある。また、平均粒径が25nmより大きいと、感光性樹脂スペーサの形状保持性を発現させるために、(C)充填材の添加量を15重量%より大きくする必要が生じるため、基板と半導体素子とを接合する際の感光性樹脂組成物の流動性が低下し接合不良を引き起こす場合、また、現像後の感光性樹脂組成物残渣が多く残る場合、さらに半導体素子および基板のアライメントマーク認識性が低下する場合がある。
 前記(C)充填材の平均粒径の下限は、5nm以上、好ましくは7nm以上、より好ましいくは9nm以上である。また、前記(C)充填材の平均粒径の上限は、25nm以下、好ましくは23nm以下、より好ましくは20nm以下である。また、前記(C)充填材の含有量の下限は、1重量%以上、好ましくは2重量%以上、より好ましいくは3重量%以上である。また、前記(C)充填材の含有量の上限は、15重量%以下、好ましくは14重量%以下、より好ましくは12重量%以下である。
 上記範囲とすることで、樹脂スペーサの形状保持性、樹脂スペーサ高さバラツキの低減、樹脂組成物の流動性、現像後の樹脂組成物残渣の低減、さらに半導体素子や基板のアライメントマーク認識性をよりバランスよく確保することができる。特に、上記範囲とすることで、現像性と、形状保持性との両立を実現することができる。
 このような(C)充填材としては、例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリスルホン、ポリスチレン、フッ素樹脂等の有機充填材、後述するような無機充填材が挙げられる。これらの中でも無機充填材が好ましい。これにより、耐熱性、寸法安定性、耐湿性等を向上させることができる。また、感光性樹脂スペーサ用フィルムとして用いた場合の保護フィルムに対する剥離性を向上させることができる。
 前記無機充填材としては、例えば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラス等のケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、溶融シリカ(溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ)、結晶シリカ等のシリカ粉末等の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等の窒化物等を挙げることができる。これら無機充填材は、単独でも混合して使用しても良い。これらの中でも溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ粉末が好ましく、特に球状溶融シリカが好ましい。
 本発明は、(D)感光剤を含むことを特徴とし、前記(D)感光剤を含むことにより、光重合により感光性樹脂スペーサ用フィルムを効率良くパターニングできる機能を付与することができる。
 前記(D)感光剤としては、感光性樹脂組成物や感光性樹脂スペーサ用フィルムに光線を照射することにより、前記(B)光重合性樹脂を硬化させるものであれば特に限定されない。
 このような(D)感光剤としては、例えば、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン安息香酸メチル、ベンゾイン安息香酸、ベンゾインメチルエーテル、ベンジルフィニルサルファイド、ベンジル、ジベンジル、ジアセチルなどが挙げられる。
 前記(D)感光剤の含有量は、特に限定されないが、前記感光性樹脂組成物全体の0.1~10重量%が好ましく、特に0.5~8重量%が好ましい。(D)感光剤の含有量が前記下限値未満であると光重合を開始する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えると反応性が高くなりすぎ、使用前における感光性樹脂組成物の保存性や上記のパターニング後の解像性が低下する場合がある。したがって、(D)感光剤を上記の範囲とすることで、両者のバランスに優れた感光性樹脂組成物を提供することができる。
 前記感光性樹脂組成物は、特に限定されないが、上述した(A)アルカリ可溶性樹脂、(B)光重合性樹脂、(C)充填材および(D)感光剤以外に、(E)熱硬化性樹脂を含んでいることが好ましい。
 前記(E)熱硬化性樹脂(前記アルカリ可溶性樹脂とは、樹脂構造が異なる熱硬化性樹脂)は、例えば感光性樹脂スペーサ用フィルムの耐熱性を向上する機能を付与することができる。
 前記(E)熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、レゾールフェノール樹脂等のフェノール樹脂、ビスフェノールAエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。これらの中でもエポキシ樹脂が特に好ましい。これにより、耐熱性および密着性をより向上することができる。
 また、さらに前記エポキシ樹脂として、シリコーン変性エポキシ樹脂を使用することが好ましく、なかでも、室温で固形のエポキシ樹脂(特にビスフェノール型エポキシ樹脂)と、室温で液状のエポキシ樹脂(特に室温で液状のシリコーン変性エポキシ樹脂)とを併用することが好ましい。これにより、耐熱性を維持しつつ、可撓性と解像性との両方に優れる感光性樹脂組成物とすることができる。
 前記(E)熱硬化性樹脂の含有量は、特に限定されないが、前記感光性樹脂組成物全体の5~30重量%が好ましく、特に10~25重量%が好ましい。含有量が前記下限値未満であると耐熱性を向上する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えると感光性樹脂組成物の靭性を向上する効果が低下する場合がある。
 前記感光性樹脂組成物は、特に限定されないが、諸特性を改善する目的のために、さらに紫外線吸収剤、レベリング剤等の添加剤を含んでいてもよい。
 このような感光性樹脂組成物を、適当な有機溶剤(例えばN-メチル-2-ピロリドン、アニソール、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル等)の中で混合して、例えば支持フィルム等に塗布・乾燥して感光性樹脂スペーサ用フィルムを得ることができる。
 前記支持フィルムは、破断強度、可撓性などに優れるフィルム支持基材であれば、特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等が挙げられるが、これらのうち、可撓性と破断強度のバランスに優れる、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。
 前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さは、要求される樹脂スペーサの厚さとほぼ同じであり、特に限定されないが、20~150μmであることが好ましく、特に30~80μmであることが好ましい。厚さを前記範囲内とすることにより、受光部を有する半導体装置に樹脂スペーサを適用した場合に、受光部と基板との距離を離すことができる。それによって、焦点をずらすことができるので、基板上にほこり等が付着した場合の影響を小さくすることができる。
 また、このような感光性樹脂スペーサ用フィルムは、次の要件を満足することが好ましい。すなわち、下記条件(1)、(2)で測定したときの前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの光線波長400nmでの透過率が40%以上、光線波長550nmでの透過率が65%以上、光線波長750nmでの透過率が73%以上が好ましく、特に光線波長400nmでの透過率が50%以上、光線波長550nmでの透過率が70%以上、光線波長750nmでの透過率が85%以上であることが好ましい。
 (1)感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さ:25μm
 (2)測定波長:200~1000nm
 ここで、前記透過率は、例えばUV可視分光器 UV-160A(型番)(島津製)で評価することができる。
 ここで、前記透過率は、光線波長400nm、550nm、750nmで評価することが好ましく、透過率が前記範囲内であると、本発明の感光性樹脂組成物で構成される感光性樹脂スペーサ用接着フィルムを半導体素子や基板に貼り付け、様々な可視光線(波長:400~770nm)で感光性樹脂スペーサ用接着フィルムを通して半導体素子や基板のアライメントマークを認識する際の認識性に優れることを見出した。
 さらに、このような感光性樹脂スペーサ用フィルムは、次の要件を満足することが好ましい。すなわち、下記条件(1)~(5)で測定したときの前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力が40gf以下であることが好ましく、特に35gf以下であることが好ましい。前記40℃におけるタック力が前記上限値以下であると、感光性樹脂スペーサ用フィルムを搬送する際の装置を汚染することがなく、さらに、感光性樹脂スペーサ用フィルムにカバーフィルムが積層されている場合のカバーフィルム剥離性に優れるという効果が得られる。前記40℃におけるタック力の下限は、特に限定されないが、10gf以上であることが好ましく、特に15gf以上であることが好ましい。40℃におけるタック力の下限が前記範囲以下であるとカバーフィルムとの密着性が低下し作業性が低下する場合がある。
 (1)感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さ:25μm
 (2)押印速度:30mm/min
 (3)押印時間:1sec
 (3)引張り速度:600mm/min
 (4)荷重:80gf
 (5)プローブ、ステージ温度:40℃
 本発明では、前記40℃におけるタック力が前記範囲内であると、本発明の感光性樹脂組成物で構成される感光性樹脂スペーサ用フィルムを半導体素子や基板に貼り付けるために感光性樹脂スペーサ用フィルムを搬送する際に、装置に貼りつくことがなく装置を汚染しないこと、さらに、感光性樹脂スペーサ用フィルムにカバーフィルムが積層されている場合、カバーフィルム剥離性に優れることを見出した。
 また、タック力測定の雰囲気温度を40℃とした理由は、サンプル間の差異が確認しやすいためである。
 さらに、このような感光性樹脂スペーサ用フィルムは、次の要件を満足することが好ましい。すなわち、下記条件(1)~(3)で測定したときの前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの260℃における弾性率が20MPa以上であることが好ましく、特に30MPa以上であることが好ましい。前記260℃における弾性率が前記下限値以上であると、半導体素子、基板、および前記感光性樹脂スペーサ用接着フィルムで構成される感光性樹脂スペーサからなる半導体装置を、マザーボード等の基板に半田付けするために半田リフロー処理をした際の前記感光性樹脂スペーサの形状保持性に優れるという効果が得られる。前記260℃における弾性率の上限は、特に限定されないが、1000MPa以下であることが好ましく、特に500MPa以下であることが好ましい。260℃における弾性率の上限が前記範囲以上であると半導体素子と基板を接合した際の応力が緩和されず、半導体装置の信頼性が低下する場合がある。
 (1)感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さ:100μm
 (2)700(mj/cm)で紫外線を照射後の樹脂スペーサ用フィルム
 (3)測定値:260℃
 ここで弾性率は、例えば動的粘弾性測定装置Rheo Stress RS150(HAAKE社製)で評価することができる。具体的には、250mm×200mmサイズのポリエステルフィルム上に膜厚50μmの樹脂層(前述の感光性樹脂組成物で構成される樹脂層)を形成した後、30mm×30mmサイズに切断したサンプルを3枚用意する。前記各サンプルに、水銀ランプを用いて光照射して、樹脂層を光硬化する。露光量は、波長365nmの光で700mJ/cmとする。次に、ポリエステルフィルムから樹脂層を剥離して、3枚重ねて上述の動的粘弾性測定装置にセットする。ここで、サンプルをセットするコーンプレート間の間隙を100μmとした(上述の樹脂層を3枚重ねて、プレート間を押圧して100μmとした)。測定条件は、周波数1Hz、昇温速度10℃/分にて、温度範囲を室温~300℃とした。
 ここで、前記260℃おける弾性率は、半田リフロー処理する温度での弾性率であり、最近の鉛フリー半田化に伴い、半田リフロー温度は260℃になってきている。そこで、260℃における弾性率を前記範囲内とすることにより、感光性樹脂スペーサの形状保持性に優れることを見出した。
 また、感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さを100μmとした理由は、本来であれば用いられる樹脂スペーサの厚さと同じ厚さで評価することが好ましいが、樹脂スペーサの厚さが薄い場合、弾性率測定結果のばらつきが大きいため、100μmに統一して弾性率を評価した。
 なお、実際の樹脂スペーサ(感光性樹脂スペーサ用フィルム)の厚さで得られる弾性率と、上述の100μmの厚さとした感光性樹脂スペーサ用フィルムの弾性率とは、実質的に同じになる。
 また、700(mJ/cm)で紫外線を照射する理由は、感光性樹脂スペーサ用フィルムを十分に光硬化させるためである。なお、感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さが変わる場合には、適宜露光量を調整する。
2.半導体装置
 次に、半導体装置について、好適な実施形態に基づいて説明する。
 上述の感光性樹脂スペーサ用フィルム4'を、受光部21を有する半導体素子2を搭載しているインターポーザ5の一方面側(図2a中の上側面に)に接合する。
 次に、半導体素子2が搭載される部分に空隙を形成するために、樹脂スペーサ4となる部分以外にマスク6を設けて、紫外線7を照射する(図2b)。これにより、紫外線7が照射された部分(樹脂スペーサ4となる部分)は、光硬化する。
 次に、現像処理を行って、紫外線7が照射されていない部分を除去する。これにより、樹脂スペーサ4(空隙部3)を形成する(図2c)。
 次に、空隙部3に受光部21を有する半導体素子2を搭載する(図2d)。
 次に、半導体素子2の機能面と、インターポーザ5の端子とをボンディングワイヤ22で接続する(図2d)。
 次に、樹脂スペーサ4の上端部(図2d中の上側)に、基板1を熱圧着して、図1に示す半導体装置100を得ることができる。ここで、熱圧着は、通常80~180℃の温度範囲内で行われることが多い。
 本発明の半導体装置100は、上述したような感光性樹脂スペーサ用フィルム4'を用いているので、半導体装置100を製造時のパターニング性および現像性(感光性樹脂組成物残渣が抑制されている)にも優れており、かつ基板1を熱圧着する際の形状保持性にも優れているものである。すなわち、現像性と、形状保持性との両立が図られているものである。
 また、半導体装置100は、上述の樹脂スペーサ4で空隙部3が形成されているので、樹脂スペーサ4の厚さ精度に優れている。また、樹脂スペーサ4の形状保持性に優れているので、半導体装置100の信頼性に優れている。
 また、他の半導体装置の実施形態として、図3に示すような半導体装置100を得ることもできる。図3に示す半導体装置100では、半導体素子2上の受光部21の外周部に前記と同様の樹脂スペーサ4が配置されている。樹脂スペーサ4の上部(図3中の上側)には、基板1が熱圧着されている。このように、半導体素子2全体を覆うのではなく、受光部21を覆うようにして基板1が配置されている。半導体素子2上の端部(樹脂スペーサ4より外側の部位)には、ボンディングワイヤ22が配置されており、インターポーザ5と電気的な接続を行っている。このような図3に示す半導体装置100によれば、半導体装置をより小型化することができる。さらに、受光部21を基板1で覆って中空構造とすることで、後工程のクリーン度のレベルを低減することができる。さらに、図3に示す半導体装置100であると、樹脂スペーサ4の厚さを薄くすることができ、それによって信頼性を向上することもできる。
 以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
1.アルカリ可溶性樹脂(アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂(メタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂:MPN)の合成)
 ビスフェノールAノボラック樹脂(フェノライトLF-4871、大日本インキ化学工業(株)製)の固形分60%MEK溶液500gを、2Lフラスコ中に投入し、これに触媒としてトリブチルアミン1.5g、および重合禁止剤としてハイドロキノン0.15gを添加し、100℃に加温した。その中へ、グリシジルメタクリレート180.9gを30分間で滴下し、100℃で5時間攪拌反応させることにより、不揮発分74%のメタクリル変性ビスフェノールAノボラック樹脂(メタクリル変性率50%)を得た。
2.樹脂ワニスの調製
 アルカリ可溶性樹脂として上記の合成したメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)65重量%と、光重合性樹脂として室温で液状のアクリル樹脂モノマーであるポリプロピレングリコールジアクリレート(東亜合成社製、アロニックスM-225)15重量%と、熱硬化性樹脂としてビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業社製、エピクロンN-865)3重量%、シリコーンエポキシ樹脂(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、BY16-115)5重量%、フェノールノボラック樹脂(住友ベークライト社製、PR-53647)4重量%、充填材としてシリカ(トクヤマ社製、CP-102、平均粒子径:20nm、最大粒径:50nm)6重量%とを秤量し、さらにメチルエチルケトン(MEK、大伸化学社製)を添加し、樹脂成分濃度が71%となるように調製した。そして、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂(N-865)が溶解するまで攪拌した。
 次に、ビーズミル(ビーズ直径400μm、処理速度6g/s、5パス)を用いて、シリカを分散させた。
 そして、さらに、硬化剤(感光剤)(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、イルガキュア651)2重量%を添加し、攪拌羽根(450rpm)にて、1時間攪拌することにより樹脂ワニスを得た。
3.感光性樹脂スペーサ用フィルムの製造
 上述の樹脂ワニスを、ポリエステルフィルム(厚さ25μm)上に塗布し、80℃で15分間乾燥させることにより、感光性樹脂スペーサ用フィルムを得た。
4.感光性樹脂スペーサ用フィルムの透過率
 この感光性樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ67.3%、87.5%、91.1%であった。なお、透過率は、UV可視分光器であるUV-160A、島津製で評価した。なお、感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚みは25μm、測定波長は200~1000nmで測定し、波長400nm、550nm、750nmにおける透過率を求めた。
5.感光性樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力
 この感光性樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力は、30.5gfであった。なお、40℃におけるタック力は、タック力測定装置であるタッキング試験機 TAC-II、(株)レスカ製で評価した。なお、感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚みは25μm、押印速度は30mm/min、押印時間1sec、引張り速度600mm/min、荷重80gf、プローブ、ステージ温度40℃で測定し、40℃におけるタック力を求めた。
6.感光性樹脂スペーサ用フィルムの260℃における弾性率
 この樹脂スペーサ用フィルムの露光後(露光量700mJ/cm)の260℃の弾性率は、22.5MPaであった。なお、弾性率は、波長365nmの光を700mJ/cm照射した樹脂スペーサ用フィルムを3枚重ねて、動的粘弾性測定装置Rheo Stress RS150(HAAKE社製、測定周波数:1Hz、ギャップ間隔:100μm、測定温度範囲:室温~300℃、昇温速度10℃/分)で測定し、260℃の弾性率を求めた。
7.半導体装置の製造
 上述の感光性樹脂スペーサ用フィルムを半導体ウエハ上にラミネートし、露光、現像し、樹脂スペーサ(空隙部)を形成し、樹脂スペーサの上端部にガラス基板を120℃で熱圧着した。次に、半導体ウエハをダイシング(個片化)して、半導体装置を得た。
(実施例2)
 充填材として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にした。
 シリカとして、シリカ(トクヤマ社製、QS-30、平均粒子径:10nm、最大粒径:50nm)を用いた。この感光性樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ66.8%、87.4%、90.5%であり、40℃におけるタック力は、31.3gfであり、また、260℃における弾性率は23.1MPaであった。
(実施例3)
 充填材として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にした。
 シリカとして、シリカ(トクヤマ社製、QS-09、平均粒子径:25nm、最大粒径:50nm)を用いた。この感光性樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ64.3%、85.1%、88.8%であり、40℃におけるタック力は、30.8gfであり、また、260℃における弾性率は22.5MPaであった。
(実施例4)
 アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)を65重量%から69重量%へ、充填材としてシリカ(トクヤマ社製、CP-102、平均粒子径:20nm、最大粒径:50nm)を6重量%から2重量%へ変更した以外は、実施例1と同様にした。
 この感光性樹脂スペーサ用フィルム波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ68.1%、89.5%、91.1%であり、40℃におけるタック力は、38.6gfであり、また、260℃における弾性率は20.2MPaであった。
(実施例5)
 アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)を65重量%から57重量%へ、充填材としてシリカ(トクヤマ社製、CP-102、平均粒子径:20nm、最大粒径:50nm)を6重量%から14重量%へ変更した以外は、実施例1と同様にした。
 この感光性樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ62.3%、83.4%、86.1%であり、40℃におけるタック力は、25.5gfであり、また、260℃における弾性率は30.3MPaであった。
(実施例6)
 アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)65重量%の代わりに、アルカリ可溶性樹脂として、固形分50%のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(ダイセル化学工業社製、サイクロマーP ACA200M)65重量%(固形分換算)を用いた以外は、実施例1と同様にした。
 この感光性樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ67.2%、86.9%、90.3%であり、40℃におけるタック力は、30.5gfであり、また、260℃における弾性率は21.8MPaであった。
(実施例7)
 光重合性樹脂として室温で液状のアクリル樹脂モノマーであるポリプロピレングリコールジアクリレート(東亜合成社製、アロニックスM-225)15重量%の代わりに、アクリル樹脂モノマーであるポリエチレングリコールジメタクリレート(新中村化学工業社製、NKエステル 3G)を15重量%用いた以外は、実施例1と同様にした。
 この感光性樹脂スペーサ用フィルム波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ67.3%、86.7%、90.1%であり、40℃におけるタック力は、31.2gfであり、また、260℃における弾性率は23.5MPaであった。
(比較例1)
 充填材として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にした。
 シリカとして、シリカ(トクヤマ社製、NSS-5N、平均粒子径:70nm、最大粒径:350nm)を用いた。この感光性樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ11.3%、48.5%、72.1%であり、40℃におけるタック力は、46.7gfであり、また、260℃における弾性率は15.5MPaであった。
(比較例2)
 アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)を65重量%から70.5重量%へ、充填材としてシリカ(トクヤマ社製、CP-102、平均粒子径:20nm、最大粒径:50nm)を6重量%から0.5重量%へ変更した以外は、実施例1と同様にした。
 この樹脂スペーサ用フィルム波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ68.3%、89.1%、91.1%であり、40℃におけるタック力は、40.3gfであり、また、260℃における弾性率は16.5MPaであった。
(比較例3)
 アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)を65重量%から55重量%へ、充填材としてシリカ(トクヤマ社製、CP-102、平均粒子径:20nm、最大粒径:50nm)を6重量%から16重量%へ変更した以外は、実施例1と同様にした。
 この樹脂スペーサ用フィルム波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ60.2%、80.1%、82.6%であり、40℃におけるタック力は、23.2gfであり、また、260℃における弾性率は28.5MPaであった。
(比較例4)
 アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル変性ビスフェノールAフェノールノボラック樹脂(MPN)を65重量%から80重量%へ、光重合性樹脂として室温で液状のアクリル樹脂モノマーであるポリプロピレングリコールジアクリレート(東亜合成社製、アロニックスM-225)を15重量%から0重量%へ変更した以外は、実施例1と同様にした。
 この樹脂スペーサ用フィルムの波長400nm、550nm、750nmにおける透過率は、それぞれ67.3%、86.6%、90.3%であり、40℃におけるタック力は、31.0gfであり、また、260℃における弾性率は24.2MPaであった。
 各実施例および比較例で得られた感光性樹脂スペーサ用フィルムおよび半導体装置について以下の評価を行った。評価項目を内容と共に示す。得られた結果を表1に示す。
1.アライメント性
 半導体ウエハ上に感光性樹脂スペーサ用フィルムを、ラミネート(温度60℃、速度0.3m/分)し、露光機PLA-600FA(キャノン社製)を用いて、半導体ウエハ表面のパターンがラミネートした樹脂スペーサ用フィルム上からも視認できるか評価した。各符号は、以下の通りである。
 ◎:パターン形状が境界部分まで、鮮明に見えた。
 ○:パターン形状はわかるものの、境界部分が多少不鮮明に見えた。
 △:パターンはうっすら見えるものの、形状はわからなかった。
 ×:パターンがまったく見えなかった。
2.現像性
 半導体ウエハ上に感光性樹脂スペーサ用フィルムをラミネート(温度60℃、速度0.3m/分)し、パターンマスクを用いて格子状に感光性樹脂スペーサが残るように露光(露光量:700mJ/cm)し、3%TMAHを用いて現像(現像液圧力:0.2MPa、現像時間:150秒間)した。得られた格子パターン部分を電子顕微鏡(×5,000倍)で観察し、残渣の有無を評価した。各符号は、以下の通りである。
 ◎:残渣なし
 ○:残渣がわずかに確認できるが、実用上問題なし
 ×:残渣有り
 なお、パターンマスクは、樹脂幅1.2mm、間隔5mmの格子状とした。
3.パターニング性
 半導体ウエハ上に感光性樹脂スペーサ用フィルムをラミネート(温度60℃、速度0.3m/分)し、パターンマスクを用いて格子状に樹脂スペーサが残るように露光(露光量700mJ/cm)し、3%TMAHを用いて現像(現像液圧力:0.2MPa、現像時間:150秒間)して、パターニングし、パターニング部の状態を目視した。各符号は、以下の通りである。
 ◎:パターン剥離が無かった。
 △:パターンが部分的に剥離していたが、ごく一部残っていない部分があった。
 ×:パターンが全面剥離していた。
 なお、パターンマスクは、樹脂幅1.2mm、間隔5mmの格子状とした。
4.形状保持性
 上記現像性を評価した半導体ウエハの格子状に形成された樹脂スペーサの中央部をダイシングすることにより、フレーム状の樹脂スペーサを有する半導体素子を作製した。形状保持性は、120℃で、この樹脂スペーサ上にガラス基板を熱圧着した際の樹脂スペーサのフロー(つぶれ度合い)を目視で評価した。各符号は、以下の通りである。
 ◎:熱圧着前後の樹脂スペーサの寸法に変化が無かった。
 ○:熱圧着後の樹脂スペーサが多少フローし、その寸法が多少変化しているものの、形状に大きな変化は無かった。
 △:熱圧着後の樹脂スペーサがフローし、寸法変化が発生した。
 ×:熱圧着後の樹脂スペーサが非常に大きくフローし、寸法、形状とも大きく変化していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1から明らかなように、実施例1~4、6、7はアライメント性に優れていた。また、実施例1~4、7は現像性に優れていた。また、実施例1~7はパターニング性に優れていた。また、実施例1~3、5~7は樹脂スペーサの形状保持性に優れていた。
 また、本発明の実施例においては、(C)充填材の平均粒径が5~25nmであり、かつ、前記(C)充填材の含有量が1~15重量%であるという構成を採用することにより、現像性と、形状保持性との両立が実現することが分かる。
 以下、本発明の実施例と比較しつつ、市販されている製品(トクヤマ社製:NSS-5Nトクヤマ社製:CP-102)の評価を詳述する。
 比較例2においては、充填材の含有量が本発明の範囲より小さくなると(充填材の含有量が0.5重量%(<1重量%)、かつ、充填材の平均粒径が20nm)、現像性は良くなるが、形状保持性は悪くなる。他方、比較例3においては、充填材の含有量が本発明の範囲より大きくなると(充填材の含有量が16重量%(>15重量%)、かつ、充填材の平均粒径が20nm)、形状保持性は良くなるが、現像性は悪くなる。このように、比較例2、3においては、現像性と形状保持性との関係は、一方が良くなると他方が悪くなる関係となっていることが分かる。
 なお、比較例1においては、充填材の平均粒径が本発明の範囲より大きくなると(充填材の平均粒径が70nm(>25nm)、かつ、充填材の含有量が6重量%)、現像性は良くなるが、形状保持性は悪くなる。比較例にはないが、充填材の平均粒径が本発明の範囲より小さくなると、形状保持性は良くなるが、現像性は悪くなることが予測される。
 これに対して、本発明においては、実施例1~7に示すように、充填材の平均粒径および含有量を上記範囲内することにより、この関係を改善して、現像性および形状保持性の両方を良好にすることができる。

Claims (21)

  1.  基板と、半導体素子との間に空隙部を形成するための樹脂スペーサとして用いられる感光性樹脂組成物であって、
    (A)アルカリ可溶性樹脂と、
    (B)光重合性樹脂と、
    (C)充填材と、
    (D)感光剤と、
    を、含み、前記充填材の平均粒径が5nm~25nmであり、前記充填材の含有量が前記感光性樹脂組成物全体の1重量%~15重量%であることを特徴とする感光性樹脂組成物。
  2.  前記充填材が、シリカを含むものである請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3.  前記感光性樹脂組成物が、さらに前記アルカリ可溶性樹脂とは異なる(E)熱硬化性樹脂を含むものである、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  4.  前記充填材が、シリカを含むものである請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
  5.  前記アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂である請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  6.  前記アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性基および二重結合を有する樹脂である請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
  7.  前記(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の50重量%~95重量%であり、前記(B)光重合性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の5重量%~45重量%であり、および前記(D)感光剤の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の0.1重量%~10重量%である請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  8.  前記(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の50重量%~95重量%であり、前記(B)光重合性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の5重量%~45重量%であり、および前記(D)感光剤の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の0.1重量%~10重量%である請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
  9.  前記(E)熱硬化性樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物全体の5重量%~30重量%である請求項3に記載の感光性樹脂組成物。
  10.  請求項1に記載の感光性樹脂組成物で構成されていることを特徴とする感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  11.  請求項3に記載の感光性樹脂組成物で構成されていることを特徴とする感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  12.  光線波長400nmでの透過率が40%以上、光線波長550nmでの透過率が65%以上、光線波長750nmでの透過率が73%以上である、請求項10に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  13.  光線波長400nmでの透過率が40%以上、光線波長550nmでの透過率が65%以上、光線波長750nmでの透過率が73%以上である、請求項11に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  14.  前記樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力が40gf以下である、請求項10に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  15.  前記樹脂スペーサ用フィルムの40℃におけるタック力が40gf以下である、請求項11に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  16.  前記樹脂スペーサ用フィルムの260℃における弾性率が20MPa以上である、請求項10に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  17.  前記樹脂スペーサ用フィルムの260℃における弾性率が20MPa以上である、請求項11に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  18.  前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さは、20μm~150μmである請求10に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  19.  前記感光性樹脂スペーサ用フィルムの厚さは、20μm~150μmである請求11に記載の感光性樹脂スペーサ用フィルム。
  20.  基板と、半導体素子とが、請求項1に記載の感光性樹脂組成物の硬化物で構成される樹脂スペーサを介して、接合されていることを特徴とする半導体装置。
  21.  基板と、半導体素子とが、請求項3に記載の感光性樹脂組成物の硬化物で構成される樹脂スペーサを介して、接合されていることを特徴とする半導体装置。
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