WO2010134513A1 - レジスト組成物 - Google Patents

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WO2010134513A1
WO2010134513A1 PCT/JP2010/058337 JP2010058337W WO2010134513A1 WO 2010134513 A1 WO2010134513 A1 WO 2010134513A1 JP 2010058337 W JP2010058337 W JP 2010058337W WO 2010134513 A1 WO2010134513 A1 WO 2010134513A1
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WO
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resist composition
compound
cyclic ether
epoxy compound
alkali
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PCT/JP2010/058337
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English (en)
French (fr)
Inventor
那央 本田
禎之 小野
Original Assignee
日本化薬株式会社
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Publication date
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
    • G03F7/0385Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable using epoxidised novolak resin
    • GPHYSICS
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    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0045Photosensitive materials with organic non-macromolecular light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. dissolution inhibitors

Definitions

  • the present invention relates to a chemically amplified negative thick film resist.
  • precision processing such as bump formation, metal post formation, wiring formation, etc., which are performed when manufacturing MEMS parts, micromachine parts, ⁇ -TAS (micro total analysis system) parts, microreactor parts, electronic parts, etc., MEMS hollow
  • the present invention relates to an alkali developable resist composition suitable for package materials, semiconductor hollow package materials, adhesives and the like.
  • MEMS microelectromechanical system
  • micromachine microelectromechanical system
  • these devices are small parts based on semiconductor manufacturing technology, they are generic names for devices that function in a complex and sophisticated manner. Microdevices such as various sensors, printer heads, disk heads, optical switches for communication, biochips, etc. It is an important part that holds the key to the system. In this field, unlike normal semiconductor manufacturing, there is a need for a resist that can be patterned with a high aspect ratio (the aspect ratio means “the ratio of the height to the width of the structure”).
  • LIGA process As a method for producing a structure having a high aspect ratio, a pattern forming method by X-ray lithography of a photosensitive resin composition called “LIGA process” is known.
  • LIGA process also has drawbacks such as requiring a long time for X-ray irradiation, such as resource saving, energy saving, workability improvement and productivity improvement. Due to demands, the application of an inexpensive and highly productive UV (ultraviolet) lithography system has attracted attention.
  • the conventional positive resist based on the dinaphthoquinone-novolak reaction in the UV lithography system is not suitable for applications requiring a thick film of 50 ⁇ m or more.
  • Thickening with conventional positive resists is limited because dinaphthoquinone type (DNQ) photoreactants are relatively high in the near-ultraviolet region wavelength (350 to 450 nm) generally used for resist exposure By having light absorption ability.
  • DNQ dinaphthoquinone type
  • the sidewall shape when using the DNQ type photoresist is not a straight shape but rather a slope shape.
  • the irradiation intensity gradually decreases from the top to the bottom of the resist layer due to light absorption of the photoreactant, but if the light absorption is too high, the bottom of the resist is underexposed compared to the top. It becomes a slope shape or a distorted shape.
  • a negative-type chemically amplified thick film resist composition comprising a polyfunctional bisphenol A novolac type epoxy resin and an aromatic sulfonium hexafluoroantimonate as a photoacid generator is capable of producing light in a wavelength range of 350 to 450 nm. It is known that the absorption capacity is very low.
  • the solvent is volatilized by baking to form a solid photoresist layer having a thickness of 100 ⁇ m or more on the substrate.
  • photolithography is performed by irradiating the solid resist layer with near ultraviolet light through a photomask.
  • a negative image of a high-resolution photomask can be formed on the substrate by immersing the substrate having a solid resist layer in a developing solution to dissolve the non-exposed region.
  • An application such as a dry film resist in which the resist composition is coated on a substrate such as a polyester film is also disclosed (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 An organic solvent is used for development of the resist composition described in Patent Document 1, and development of an alkali-developable resist composition capable of forming a high aspect ratio structure due to environmental influences has been made. It is desired.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose resist compositions that can be developed with an alkaline aqueous solution as a chemically amplified thick film resist. These resist compositions can form a high aspect ratio structure and are heat resistant. Can provide a cured product having excellent properties and plating resistance.
  • these resist compositions are mainly composed of oligomers, there is a problem that chipping occurs when a dry film is cut or slitted.
  • Cutting here refers to cutting in the width direction of the film in order to adjust the length of the long film, such as a roll shape.
  • Slitting means cutting in the length direction in order to adjust the width of the dry film.
  • the term “chipping” means that minute broken pieces that can be visually confirmed at the time of cutting or slitting are generated. When chipping occurs, the apparatus and workpiece are contaminated, which is a very big problem in the device manufacturing process.
  • a conventional resist composition containing a specific epoxy resin and a specific photoacid generator can form a structure with a high aspect ratio and provide a cured product having excellent heat resistance and plating resistance.
  • Patent Documents 2 and 3 describe resin compositions containing an alkali-soluble epoxy compound, a cationic photopolymerization initiator, and a cyclic ether compound that is liquid at room temperature, but the addition of the cyclic ether compound in the examples of these documents The amount is smaller than the specific range of the present invention, and there is no suggestion that the inclusion of these cyclic ether compounds is effective in preventing the occurrence of chipping.
  • the present inventors have developed a resist composition containing a specific epoxy compound, a photoacid generator, and a specific amount of a cyclic ether compound having a viscosity of 10 to 20000 mPa ⁇ s at 25 ° C.
  • the present invention has found that the above problems can be solved, and has completed the present invention.
  • a resist composition comprising an alkali-soluble epoxy compound (A), a photoacid generator (B) and a cyclic ether compound (C), wherein the viscosity of the cyclic ether compound (C) at 25 ° C. is from 10 to 20000 mPa ⁇ and the content of the cyclic ether compound (C) is 16 to 47% by mass with respect to the total of the alkali-soluble epoxy compound (A), the photoacid generator (B) and the cyclic ether compound (C).
  • a resist composition (2) The resist composition according to item (1), wherein the alkali-soluble epoxy compound (A) is an epoxy compound having one or more carboxyl groups, (3) The alkali-soluble epoxy compound (A) is an epoxy compound (a) having two or more epoxy groups in one molecule and a compound having one or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups in one molecule ( The resist composition according to item (2), which is obtained by reacting polybasic acid anhydride (c) with reactant (I) with b), (4) The resist composition according to item (3), wherein the alkali-soluble epoxy compound (A) is an epoxy compound represented by the following formula (2):
  • n and n are the average values of the number of repeating units, indicate a real number exceeding 0, and m + n is a real number exceeding 0 and equal to or less than 30.
  • D 1 and D 2 are the same. Or may be different, and represents any group selected from the group consisting of the following groups.
  • the resist composition of the present invention can form a structure with a high aspect ratio by development with an alkaline aqueous solution, has excellent adhesion to a substrate after development, and further cuts or slips a dry film. It is possible to bring about an effect that chipping does not occur at the time of turning.
  • the resist composition of the present invention comprises an alkali-soluble epoxy compound (A), a photoacid generator (B) and a specific amount of a cyclic ether compound (C) having a viscosity of 10 to 20000 mPa ⁇ s at 25 ° C. (hereinafter simply referred to as “ And a cyclic ether compound (C) ”. Impair the property that a high aspect ratio structure can be formed by adding a specific amount of a cyclic ether compound having a viscosity of 10 to 20000 mPa ⁇ s to a composition containing an alkali-soluble epoxy compound and a photoacid generator. In addition, chipping can be prevented from occurring when the dry film is cut or slitted.
  • any epoxy compound that is soluble in an alkaline aqueous solution can be used.
  • the term “soluble in an alkaline aqueous solution” as used herein depends on the concentration and temperature of the alkaline aqueous solution, so it cannot be said unconditionally. It means having sex.
  • it is an epoxy resin having a highly hydrophilic substituent or structural site such as carboxyl group or hydroxyl group in the structure, preferably carboxyl group, and more specifically, two or more epoxy resins in one molecule.
  • epoxy compound (a) Group-containing epoxy compound (hereinafter sometimes simply referred to as “epoxy compound (a)”) and compound (b) having one or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups in one molecule
  • epoxy compound (a) an epoxy resin or the like obtained by reacting a polybasic acid anhydride (c) with a reaction product (I) that may be simply described as “compound (b)” may be preferably used.
  • the epoxy compound (a) is not particularly limited as long as it is an epoxy compound having two or more epoxy groups in one molecule.
  • the epoxy compound having two or more epoxy groups in one molecule include novolak type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, trisphenol methane type epoxy resin, tris (2,3-epoxypropyl) isocyanurate, biphenyl diester.
  • examples thereof include glycidyl ether, alicyclic epoxy resin, and copolymer type epoxy resin. Since the heat resistance of the cured product of the resist composition is high, a novolak type epoxy resin having three or more epoxy groups in one molecule is particularly preferably used.
  • the novolak type epoxy resin for example, it is obtained by reacting novolaks obtained by reacting phenols such as phenol, cresol, halogenated phenol and alkylphenol with formaldehyde in the presence of an acidic catalyst, and epichlorohydrin and / or methyl epichlorohydrin. And the like.
  • Examples of such epoxy resins include EOCN-103, EOCN-104S, EOCN-102, EOCN-1027, EOCN-4400H, EPPN-201 and BREN-S manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd .; DEN-431 and DEN-439; N-730, N-770, N-865, N-665, N-673 and VH-4150 manufactured by DIC Corporation are commercially available.
  • Examples of the bisphenol type epoxy resin include those obtained by reacting bisphenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S and tetrabromobisphenol A with epichlorohydrin and / or methyl epichlorohydrin, and diglycidyl ether of bisphenol A or bisphenol F.
  • the condensates of the bisphenols or those obtained by reacting the condensates with epichlorohydrin and / or methyl epichlorohydrin are commercially available.
  • examples of the trisphenol methane type epoxy resin include those obtained by reacting trisphenol methane, tris-resole methane and the like with epichlorohydrin and / or methyl epichlorohydrin.
  • EPPN-501 and EPPN-502 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. are available.
  • Examples of the alicyclic epoxy resin include Celoxide 2021 manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., Epomic VG-3101 manufactured by Mitsui Chemicals, E-1031S manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., and Nippon Soda Co., Ltd. Commercially available products such as EPB-13 and EPB-27, and EHPE3150 manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd. are available.
  • copolymer type epoxy resin examples include CP-50M and CP-50S manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd., which are copolymers of glycidyl methacrylate, styrene, and methylstyrene, or a copolymer of glycidyl methacrylate and cyclohexylmaleimide. Examples include coalescence. In addition, it is also possible to use an epoxy compound having a special structure.
  • the compound (b) include dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid, dimethylolacetic acid, dimethylolbutyric acid, dimethylolvaleric acid and dimethylolcaproic acid and other polyhydroxymonocarboxylic acids, hydroxypivalic acid and p-hydroxyl. And monohydroxymonocarboxylic acids such as benzoic acid. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the compound (b) used in the reaction between the epoxy compound (a) and the compound (b) is such that the carboxylic acid of the compound (b) is 0.01 per 1 equivalent of the epoxy group of the epoxy compound (a). It is preferable that the amount be 0.5 to 0.5 equivalent, and particularly preferably 0.1 to 0.3 equivalent.
  • the reaction temperature is usually 60 to 150 ° C., and the reaction time is usually 5 to 30 hours. In this way, the reaction product (I) can be obtained.
  • the amount of the polybasic acid anhydride used in the reaction of the reactant (I) with the polybasic acid anhydride (c) is such that the polybasic acid anhydride (c) is equivalent to 1 equivalent of the hydroxyl group in the reactant (I). ) Is preferably 0.1 to 1.0 equivalent.
  • the reaction temperature is usually 60 to 150 ° C., and the reaction time is usually 3 to 24 hours.
  • Specific examples of the polybasic acid anhydride (c) include compounds represented by the following formulas, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • Ketones aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and tetramethylbenzene, glycol ethers such as dipropylene glycol dimethyl ether and dipropylene glycol diethyl ether, esters such as ethyl acetate, butyl acetate, butyl cellosolve acetate and carbitol acetate
  • organic solvents such as petroleum hydrocarbons such as aliphatic hydrocarbons such as octane and decane, petroleum ether, petroleum naphtha, hydrogenated petroleum naphtha and solvent naphtha are used.
  • a catalyst such as triphenylphosphine, benzyldimethylamine, methyltriethylammonium chloride, triphenylstibine and chromium octoate.
  • the amount of the catalyst used is usually 0.1 to 10% by mass with respect to the total of the epoxy compound (a) and the compound (b).
  • a polymerization inhibitor for example, hydroquinone, methylhydroquinone, p-methoxyphenol, catechol, pyrogallol, etc.
  • the amount used is based on the reaction raw material mixture.
  • the content is 0.01 to 1% by mass.
  • an epoxy compound represented by the following formula (1) is preferable, and these include, for example, a phenol novolac type epoxy resin (as a commercially available product) as the epoxy compound (a).
  • EPPN-201 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
  • cresol novolac type epoxy resin commercially available products include EOCN-103, EOCN-104S and EOCN-4400H manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
  • Bisphenol-type epoxy resins such as Epicoat 1004, Epicoat 1002, Epicoat 4002, and Epicoat 4004 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. are used as commercial products).
  • a compound having one or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups therein Things (b) a reaction product obtained by reacting the (I), is obtained by reacting further polybasic acid anhydride (c).
  • R 1 is a structure derived from the epoxy compound (a), and R 2 is a structure derived from the compound (b) having one or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups in one molecule.
  • R 3 represents a structure derived from the polybasic acid anhydride (c), and Z represents a hydrogen atom or a —COR 3 COOH group.
  • alkali-soluble epoxy compound (A) is preferably an epoxy compound represented by the following formula (2).
  • n and n are the average values of the number of repeating units, indicate a real number exceeding 0, and m + n is a real number exceeding 0 and equal to or less than 30.
  • D 1 and D 2 are the same. Or may be different, and represents any group selected from the group consisting of the following groups.
  • Such an alkali-soluble epoxy compound (A) includes an epoxy compound (a), a cresol novolac type epoxy resin (commercially available products include EOCN-103, EOCN-104S and EOCN-4400H manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) And dimethylolpropionic acid as the compound (b) having one or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups in one molecule, and the following compounds as the polybasic acid anhydride (c): Can be obtained by reacting each of them according to the above.
  • alkali-soluble epoxy compound (A) is particularly preferably an epoxy compound represented by the following formula (3).
  • the content of the alkali-soluble epoxy compound (A) in the resist composition of the present invention is usually 40 to 90 with respect to the total of the alkali-soluble epoxy compound (A), the photoacid generator (B) and the cyclic ether compound (C). % By mass, preferably 50 to 90% by mass, more preferably 60 to 85% by mass.
  • the photoacid generator (B) used in the present invention is a compound (cationic polymerization initiator) that can generate an acid directly or indirectly by light to cause cationic polymerization.
  • an aromatic iodonium complex salt or an aromatic Group sulfonium complex salts include diphenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium hexafluoroantimonate, di (4-nonylphenyl) iodonium hexafluorophosphate, and the like.
  • These photoacid generators may be used alone or in combination of two or more.
  • aromatic sulfonium complex salt examples include triphenylsulfonium hexafluorophosphate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, 4,4′-bis [diphenylsulfonio] diphenyl sulfide- Bishexafluorophosphate, 4,4′-bis [di ( ⁇ -hydroxyethoxy) phenylsulfonio] diphenyl sulfide-bishexafluoroantimonate, 7- [di (p-toluyl) sulfonio] -2-isopropylthioxanthone hexafluoro Phosphate, 7- [Di (p-toluyl) sulfonio] -2-isopropylthioxanthone hexaflu
  • aromatic sulfonium salts thiophenyldiphenylsulfonium hexafluoroantimonate, 4- ⁇ 4- (2-chlorobenzoyl) phenylthio ⁇ phenylbis (4-fluorophenyl) sulfonium hexafluoro, which is highly sensitive and easily available from the market Antimonate, diphenyl [4- (phenylthio) phenyl] sulfonium trifluorotrispentafluoroethyl phosphate, tris [4- (4-acetylphenylsulfanyl) phenyl] sulfonium tris [(trifluoromethyl) sulfonyl] methanide and the like are preferable.
  • phenylsulfanyl) phenyl] sulfonium tris [(trifluoromethyl) sulfonyl] methanide is used.
  • photoacid generators may be used alone or in combination of two or more.
  • the photoacid generator (B) absorbs light of a specific wavelength and generates an acid, when used in a large amount, the irradiation light is absorbed in a large amount in the upper layer portion of the resist composition, thereby causing cationic polymerization. Therefore, there is a possibility that the necessary amount of light does not reach the deep part of the resist composition. Further, since the photoacid generator (B) is generally expensive, it is not economical to add more than necessary to the resist composition. On the other hand, when the addition amount is too small, the curing rate is remarkably lowered, and the cured product may not exhibit sufficient physical properties.
  • the content of the photoacid generator (B) in the resist composition of the present invention is based on the total of the alkali-soluble epoxy compound (A), the photoacid generator (B) and the cyclic ether compound (C).
  • the amount is usually 0.2 to 15% by mass, preferably 0.5 to 10% by mass.
  • the cyclic ether compound (C) used in the present invention is a compound having a viscosity of 10 to 20000 mPa ⁇ s at 25 ° C. and capable of cationic polymerization with the epoxy group or carboxyl group of the alkali-soluble epoxy resin (A). Although it can be used without particular limitation, it is preferably bifunctional or polyfunctional because the cured product of the resist composition has high heat resistance. Further, when the viscosity of the cyclic ether compound (C) exceeds 20000 mPa ⁇ s, it is necessary to add a large amount of the cyclic ether compound (C) in order to impart an anti-chipping effect to the dry film. The resolution of the composition and the heat resistance after curing may decrease.
  • cyclic ether compound (C) when the viscosity of the cyclic ether compound (C) is less than 10 mPa ⁇ s, the volatility of the cyclic ether compound (C) increases, and it becomes difficult to set conditions in the drying process when producing a dry film.
  • cyclic ether compounds include epoxy compounds and oxetane compounds. These cyclic ether compounds (C) may be used independently and may use 2 or more types together.
  • the epoxy compounds mentioned as cyclic ether compounds are classified into glycidyl ether type, oxidation type, glycidyl amine type, glycidyl ester type, and the like based on their chemical structures, but glycidyl amine type epoxy compounds cure the resist composition. When the acid generated from the acid generator is consumed, the curing rate of the resist composition may be reduced.
  • glycidyl ester epoxy compounds generally have a lower heat resistance in ester bonds than in ether bonds, so the heat resistance of the cured product of the resist composition may be reduced.
  • the glycidyl ether type epoxy compound for example, has a moderately low reactivity with the carboxyl group as compared with the oxidation type epoxy compound, so that the alkali-soluble epoxy compound (A) is represented by the formula (2).
  • the epoxy compound is preferably a glycidyl ether epoxy compound.
  • the glycidyl ether-based epoxy compound examples include diethylene glycol diglycidyl ether, hexanediol diglycidyl ether, dimethylolpropane diglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, pentaerythritol tetraglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, butanediol.
  • Examples thereof include diglycidyl ether, cyclohexane dimethanol diglycidyl ether, dicyclopentadiene dimethanol diglycidyl ether, bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin.
  • oxetane compound examples include bis (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether, bis ⁇ [1-ethyl (3-oxetanyl)] methyl ⁇ ether, 1,4-bis [[(3-ethyl-3-oxetanyl).
  • resist compositions that can be developed with an aqueous alkaline solution such as the resist composition of the present invention, generally have high hydrophilicity and often have problems with wet heat resistance.
  • a compound having a hydrophobic structure as the cyclic ether compound (C). Therefore, among the glycidyl ether-based epoxy compounds, by using a compound having a hydrophobic skeleton such as a dicyclopentadiene skeleton, the hydrophobicity of the cured product can be increased and the wet heat resistance of the cured product can be improved. Therefore, a glycidyl ether-based epoxy compound having a dicyclopentadiene skeleton is particularly preferable, and specific examples thereof include dicyclopentadiene dimethanol diglycidyl ether.
  • a cyclic ether compound (C) having a total chlorine content of 3000 ppm or less obtained through a low chlorine production method or a purification step is preferably used.
  • the total chlorine content of the cyclic ether compound (C) exceeds 3000 ppm, it is difficult to suppress the total chlorine content of the resist composition to 900 ppm or less, and thus the use of the composition may be limited.
  • the content of the cyclic ether compound (C) in the resist composition of the present invention in order for the resist composition of the present invention to maintain photosensitive characteristics and to exhibit an excellent anti-chipping effect is the alkali-soluble epoxy compound (A).
  • the amount of the photoacid generator (B) and the cyclic ether compound (C) is usually 16 to 47% by mass, preferably 18 to 36% by mass. If the content of the cyclic ether compound (C) is 47% by mass or less, when used as a liquid resist, the occurrence of mask sticking caused by remaining tack in the resist film after solvent drying is suppressed, and a dry film resist In this case, the resist film can be prevented from being deformed when the base film is peeled off.
  • the resist composition of the present invention is used after being diluted with a solvent.
  • solvents that can be used for dilution include ketones such as ethyl methyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, ⁇ -butyrolactone and acetone, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and tetramethylbenzene, dipropylene glycol dimethyl ether, Glycol ethers such as propylene glycol diethyl ether and ethylene glycol dimethyl ether, esters such as ethyl acetate, butyl acetate, butyl cellosolve acetate and carbitol acetate, aliphatic hydrocarbons such as octane and decane, petroleum ether, petroleum naphtha, hydrogenated petroleum Organic solvents such as petroleum solvents such as naphtha and solvent naphtha can be listed.
  • solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the solvent is added for the purpose of adjusting the film thickness and coating property when applied to the substrate.
  • the amount of the solvent used is usually 1 to 99 mass with respect to 100 mass% of the resist composition of the present invention. %, Preferably 10 to 90% by mass.
  • a sensitizer that absorbs ultraviolet rays and plays a role of supplying the absorbed light energy to the photoacid generator may be used.
  • the sensitizer for example, an anthracene compound having an alkoxy group at the 9-position and the 10-position (9,10-dialkoxy-anthracene derivative) is preferable.
  • the alkoxy group include C1-C4 alkoxy groups such as a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group.
  • the 9,10-dialkoxy-anthracene derivative is further substituted with a substituent other than the 9-position and the 10-position. You may have.
  • examples of the substituent which may be included include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom, C1-C4 alkyl groups such as methyl group, ethyl group and propyl group, and sulfonic acid alkyl ester groups. And carboxylic acid alkyl ester groups.
  • examples of the alkyl group in the sulfonic acid alkyl ester group and the carboxylic acid alkyl ester group include C1-C4 alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group.
  • the substitution position of these substituents is preferably the 2-position.
  • 9,10-dialkoxy-anthracene derivatives include, for example, 9,10-dibutoxy-anthracene, 9,10-dimethoxy-anthracene, 9,10-diethoxy-anthracene, 9,10-dipropoxy-anthracene, 10-dimethoxy-2-ethyl-anthracene, 9,10-diethoxy-2-ethyl-anthracene, 9,10-dipropoxy-2-ethyl-anthracene, 9,10-dimethoxy-2-chloro-anthracene, 9,10- And dimethoxyanthracene-2-sulfonic acid methyl ester, 9,10-diethoxyanthracene-2-sulfonic acid methyl ester, and 9,10-dimethoxyanthracene-2-carboxylic acid methyl ester.
  • the sensitizer component exhibits an effect in a small amount
  • the amount of the sensitizer used in the resist composition of the present invention is preferably 5% by mass or less, particularly preferably 100% by mass with respect to the photoacid generator (B). 2% by mass or less.
  • an adhesion imparting agent may be used for the purpose of improving the adhesion of the composition to the substrate.
  • the adhesion-imparting agent include 3-chloropropyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-2- (aminoethyl)- Examples include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, glycidoxypropylmethyldiethoxysilane
  • the adhesion imparting agent does not have reactivity with the main component in the resist composition of the present invention, the adhesion imparting agent other than that acting at the substrate interface remains in the cured product even after curing, and the physical properties decrease, etc. There are concerns about adverse effects.
  • the adhesion-imparting agent can be used within a range that does not adversely affect it even when added in a small amount.
  • the amount of the adhesion-imparting agent used in the resist composition of the present invention is usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, based on the resist composition of the present invention.
  • an organoaluminum compound can be added when it is necessary to reduce the adverse effects of ions derived from the photoacid generator.
  • organoaluminum compounds include trismethoxyaluminum, trisethoxyaluminum, trisisopropoxyaluminum, isopropoxydiethoxyaluminum, trisbutoxyaluminum and other alkoxyaluminums, trisphenoxyaluminum, trisparamethylphenoxyaluminum and other phenoxyaluminums, trisacetoxyaluminum , Tris stearato aluminum, tris butyrate aluminum, tris propionate aluminum, tris acetyl acetonato aluminum, tris trifluoro acetyl aceton aluminum, tris ethyl acetoacet aluminum, diacetyl acetonato dipivaloyl metanato aluminum and diisopropoxy (Ethy
  • the resist composition of the present invention includes inorganic fillers such as barium sulfate, barium titanate, silicon oxide, amorphous silica, talc, clay, magnesium carbonate, calcium carbonate, aluminum oxide, aluminum hydroxide, and mica powder. Can be used.
  • the blending ratio of these inorganic fillers is 0 to 60% by mass with respect to the resist composition of the present invention.
  • thermoplastic resins examples include polyethersulfone, polystyrene, and polycarbonate.
  • colorant examples include phthalocyanine blue, phthalocyanine green, iodin green, crystal violet, titanium oxide, carbon black, and naphthalene black.
  • thickener examples include olben, benton and montmorillonite.
  • antifoaming agent examples include silicone-based, fluorine-based and polymer-based antifoaming agents.
  • the resist composition of the present invention can be adjusted simply by mixing and stirring the above components, and may be dispersed and mixed using a disperser such as a dissolver, a homogenizer, and a three roll mill, if necessary. Moreover, after mixing, you may perform a filtration process using a mesh, a membrane filter, etc.
  • a disperser such as a dissolver, a homogenizer, and a three roll mill, if necessary.
  • the resist composition of the present invention dissolved in a solvent is applied on a base film using a roll coater, die coater, knife coater, bar coater or gravure coater, and then dried in a drying furnace set at 60 to 120 ° C.
  • a drying furnace set at 60 to 120 ° C.
  • a dry film resist can be obtained.
  • the thickness of the resist on the base film is adjusted to 2 to 100 ⁇ m.
  • the base film and the cover film for example, a film of polyester, polypropylene, polyethylene or the like is used.
  • Exposure The dry film resist layer provided on the substrate is irradiated with radiation such as ultraviolet rays or visible rays having a wavelength of 300 to 500 nm through a mask having a desired pattern, and only the portion to be cured is applied. Let it be exposed.
  • radiation sources a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, an argon gas laser, or the like can be used.
  • Radiation here means ultraviolet rays, visible rays, far ultraviolet rays, X-rays, electron beams, and the like.
  • the amount of radiation applied varies depending on the type and blending amount of each component in the composition, the film thickness of the coating film, etc., but is, for example, 100 to 2000 mJ / cm 2 when using an ultra-high pressure mercury lamp.
  • Post-exposure baking After exposure, for example, heating is performed using a known method such as a hot plate or an oven. The heating conditions are usually 50 to 130 ° C. for about 1 to 50 minutes.
  • Development As a development method, an alkaline aqueous solution is used as a developer to dissolve and remove a portion that has not been irradiated with radiation, leaving only the irradiated portion.
  • an aqueous solution of an alkali such as tetramethylammonium hydroxide (hereinafter referred to as “TMAH”), sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate or sodium silicate can be used.
  • An aqueous solution obtained by adding a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol or a surfactant to the alkaline aqueous solution can also be used as a developer.
  • the development conditions vary depending on the type of each component of the composition, the blending ratio, and the dry film thickness of the composition, but usually the developer concentration is 0.5 to 10% by mass, the temperature is 15 to 30 ° C., and the development time is about 1 to 30 minutes.
  • the developing method may be any of a liquid filling method, a dipping method, a paddle method, a spray developing method, and the like. Washing with running water is preferably performed for 30 to 180 seconds after development, and then the structure obtained using an air gun, oven, or the like may be dried.
  • Hard baking After the development step, for example, heating is performed using a known method such as a hot plate or an oven. The heating conditions are usually 120 to 250 ° C. and about 5 to 120 minutes.
  • the resist composition of the present invention may be used in a liquid state as described below, and metal bumps can be formed on the cured product.
  • the solvent is removed by heating to form a coating film of the resist composition of the present invention.
  • a coating method on the substrate methods such as a spin coating method, a roll coating method, a screen printing method, and an applicator method can be employed.
  • the solvent removal conditions by heating after coating on the substrate vary depending on the type of each component in the composition, the blending ratio, the coating film thickness, etc., but are usually 40 to 150 ° C., preferably 60 to 120 ° C. About 2 to 60 minutes.
  • exposure, heat treatment, and development may be performed as described above.
  • the plating treatment method for forming metal bumps on the cured product of the resist composition of the present invention is not particularly limited, and various plating methods known per se can be employed.
  • As the plating solution nickel plating, solder plating, or copper plating solution is particularly preferably used.
  • the film thickness obtained by the resist composition of the present invention is usually 2 to 150 ⁇ m, preferably 20 to 120 ⁇ m, more preferably 40 to 90 ⁇ m.
  • the resist composition of the present invention contains an alkali-soluble epoxy compound and a photoacid generator, and when compared with a conventional resist composition not containing a cyclic ether compound, when a dry film is cut or slitted, This is very useful in that no chipping occurs. Further, the use of a cyclic ether compound, particularly an epoxy monomer, tends to improve the adhesion after development. Furthermore, it is expected to contribute to the improvement of device reliability because of its excellent resistance to wet heat. Moreover, it is possible to pattern a structure having a high aspect ratio, which is an important characteristic of the resist composition of the present invention, as well as a conventional photosensitive resist, and there are few development residues.
  • the resist composition of the present invention is not only used for precision processing such as bump formation, metal post formation, wiring formation, but also MEMS hollow package materials, semiconductor hollow package materials, adhesives, protective films during etching of various substrates, and electrolytic plating. It can also be used as a resist mold for manufacturing and a resist for semiconductor manufacturing.
  • part represents part by mass.
  • Synthesis Example 1890 parts of o-cresol novolac type epoxy resin (trade name EOCN-4400H, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., epoxy equivalent 189 g / eq.)
  • epoxy compound (a) having two or more epoxy groups in one molecule (10 equivalents) 301.8 parts (2.25 mol) of dimethylolpropionic acid (DMPA) as a compound (b) having one or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups in one molecule, and cyclopenta as a solvent
  • DMPA dimethylolpropionic acid
  • Non-939.4 parts were charged and heated to 80 ° C. and stirred to dissolve the mixture.
  • a cyclopentanone solution containing 70% by mass of the alkali-soluble epoxy compound (A) represented by the formula (3) was obtained by raising the temperature to 0 ° C. and causing the reaction for 10 hours.
  • the obtained alkali-soluble epoxy compound had a solid content acid value of 75 mgKOH / g, and the values of m and n in the formula (3) were 2.6 and 7.8, respectively.
  • m and n were calculated as follows.
  • m molecular weight of epoxy compound (a) used in reaction (2000) / molecular weight of repeating unit (176) ⁇ number of moles of DMPA used in reaction (2.25) / equivalent of epoxy compound (a) used in reaction Number (10)
  • n molecular weight of epoxy compound (a) used in reaction (2000) / molecular weight of repeating unit (176) -m (2.6) -1
  • the number of equivalents of the epoxy compound (a) is “part by mass of the epoxy compound (a) used in the reaction / epoxy equivalent of the epoxy compound (a)”, and the molecular weight of the epoxy compound (a) is gel. It is the number average molecular weight in terms of polystyrene calculated from the measurement result of permeation chromatography, and the epoxy equivalent is a value measured according to JIS K-7236.
  • the dry film resist cover film obtained above is peeled off, laminated on a silicon wafer at a roll temperature of 50 ° C., an air pressure of 0.2 MPa, and a speed of 0.5 m / min, and covered with a base film. A material layer was obtained.
  • the resist composition layer covered with the base film was subjected to pattern exposure (soft contact, i-line) at 100 to 2000 mJ / cm 2 using an i-line exposure apparatus (mask aligner: manufactured by USHIO INC.). Then, the base film is peeled off, and after baking at 65 ° C. for 2 minutes and further at 95 ° C.
  • PEB for 5 minutes after baking
  • TMAH solution a 2.38 mass% TMAH solution is used and a dipping method is used.
  • development processing at 23 ° C. for 5 minutes, a resin pattern cured on the substrate was obtained.
  • (A-1) to (C-12) represent the following, respectively.
  • B-1 Photoacid generator (50% propylene carbonate solution of a mixture of 4-thiophenyldiphenylsulfonium hexafluoroantimonate and aromatic sulfonium hexafluoroantimonate, trade name UVI-6976, manufactured by Dow Chemical)
  • B-2 Photoacid generator (Tris [4- (4-acetylphenylsulfanyl) phenyl] sulfonium tris [(trifluoromethyl) sulfonyl] methanide, trade name GSID26-1, manufactured by Ciba Specialty Chemicals)
  • B-3 Photoacid generator (diphenyl [4- (phenylthio) phenyl] sulfonium trifluorotrispentafluoroethyl phosphate, trade name CPI-201S, manufactured by San Apro)
  • C-1 Cyclic ether compound (1,6-hexanediol digly
  • C-6 Cyclic ether compound (trimethylolpropane polyglycidyl ether, trade name EX-321L, viscosity 800 mPa ⁇ s, manufactured by Nagase ChemteX)
  • C-7 Cyclic ether compound (Bisphenol F type epoxy resin, trade name 602S, viscosity 800 mPa ⁇ s, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
  • C-8) Cyclic ether compound (bisphenol A type epoxy resin, trade name YDF-8170C, viscosity 1500 mPa ⁇ s, manufactured by Tohto Kasei)
  • C-9 Cyclic ether compound (bisphenol F type epoxy resin, trade name YD-8125, viscosity 4500 mPa ⁇ s, manufactured by Tohto Kasei)
  • C-10 Cyclic ether compound (bisphenol F type epoxy resin, trade name 304S, viscosity 5000 mPa ⁇ ⁇
  • the resist compositions (Examples 1 to 18) of the present invention containing 16% by mass or more of the cyclic ether compound (C) have a content of the cyclic ether compound (C) of 16% by mass.
  • Comparative Examples 1, 3 and 5 of less than 5%, the effect of preventing occurrence of chipping in the case of a dry film was excellent.
  • Comparative Examples 2 and 4 in which the content of the cyclic ether compound (C) exceeds 47% by mass, a structure closely attached to the base material was not obtained even though the exposure amount was increased to 4000 mJ / cm 2 .
  • the resist compositions (Examples 1 to 18) of the present invention having a cyclic ether compound (C) content of 47% by mass or less are highly sensitive and high resolution structures with a smaller dose than the comparative examples. was gotten. From these results, it is clear that the resist composition of the present invention is excellent in cutting property while maintaining high sensitivity, excellent resolution, adhesion to a substrate and wet heat resistance.
  • the resist composition according to the present invention can form a pattern with a high aspect ratio by development with an alkaline aqueous solution.
  • it has high moisture resistance, high adhesion, and excellent characteristics that chipping does not occur when it is made into a dry film. Therefore, precision processing materials such as bump formation, metal post formation, wiring formation, etc., MEMS hollow packaging materials It is suitable for a semiconductor hollow package material, a package material such as an adhesive, and the like.

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Abstract

 特定構造のアルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び25℃における粘度が10~20000mPa・sである環状エーテル化合物(C)を含むレジスト組成物であって、環状エーテル化合物(C)の含有量が、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)の合計に対して16~47質量%であるレジスト組成物。

Description

レジスト組成物
 本発明は、化学増幅型のネガ型厚膜レジストに関する。さらに詳しくは、MEMS部品、マイクロマシン部品、μ-TAS(マイクロトータルアナリシスシステム)部品、マイクロリアクター部品、電子部品等の製造の際に行われるバンプ形成、メタルポスト形成、配線形成等精密加工、MEMS中空パッケージ材、半導体中空パッケージ材、接着剤等に適したアルカリ現像可能なレジスト組成物に関する。
 微小な機械要素、電子回路、光学素子を集積したデバイスはMEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム)またはマイクロマシンと呼ばれ、数多くの応用が検討され、実用化されている。これらのデバイスは半導体製造技術をベースにした小型の部品でありながら、複雑で高度な働きをするデバイスの総称であり、各種センサー、プリンタヘッド、ディスクヘッド、通信用光スイッチ、バイオチップ等のマイクロシステムの鍵を握る重要な部品となっている。この分野では通常の半導体製造とは異なり、高アスペクト比(アスペクト比は「構造体の幅に対する高さの比」を意味する)のパターニングが可能なレジストが必要とされている。
 高アスペクト比の構造体を製造する方法としては「LIGAプロセス」と呼ばれる感光性樹脂組成物のX線リソグラフィによるパターン形成法が知られている。しかしながら、LIGAプロセスには高価なX線装置が必要であるのに加え、X線照射に長時間を要する等の欠点も有しており、省資源、省エネルギー、作業性向上及び生産性向上等の要求のため、安価で生産性の高いUV(紫外線)リソグラフィシステムの応用が注目されている。
 しかしながら、UVリソグラフィシステムにおけるジナフトキノン-ノボラック反応をベースとする従来のポジ型レジストは、50μm以上の厚膜が要求されるアプリケーションには適していない。従来のポジ型レジストによる厚膜化に限界があるのは、ジナフトキノン型(DNQ)の光反応物が、一般的にレジストの露光に用いられる近紫外領域波長(350~450nm)に比較的高い光吸収能を有することによる。また、現像液に対する露光領域と非露光領域との溶解特性の違いにより、DNQ型フォトレジストを用いた場合の側壁形状はストレートではなくむしろスロープ形状となる。通常、光反応物の光吸収によってレジスト層のトップからボトムにかけて照射強度は徐々に減少するが、光吸収があまりにも高すぎる場合には、レジストのボトムはトップと比較して露光不足になるため、スロープ形状又は歪んだ形状になる。
 一方で、多官能ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂と光酸発生剤としての芳香族スルフォニウムヘキサフルオロアンチモネートからなるネガタイプの化学増幅型の厚膜レジスト組成物は、350~450nmの波長域における光吸収能が非常に低いことが知られている。このレジスト組成物を種々の基板上にスピンコート又はカーテンコートの手法で塗布した後、ベーキングにより溶剤を揮発させて基板上に100μm又はそれ以上の厚みの固体フォトレジスト層を形成する。次いでコンタクト露光、プロキシミティ露光またはプロジェクション露光などの各種露光方法を用い、フォトマスクを通して固形レジスト層に近紫外光を照射することによりフォトリソグラフィー加工が施される。続いて、固体レジスト層を有する基板を現像液中に浸漬して非露光領域を溶解させることにより、基板上に高解像なフォトマスクのネガイメージを形成することができる。また、該レジスト組成物をポリエステルフィルム等の基材上へコートしたドライフィルムレジストのようなアプリケーションも開示されている(特許文献1)。しかしながら、特許文献1に記載されているレジスト組成物の現像には有機溶剤が用いられており、環境に対する影響などから高アスペクト比の構造体を形成可能なアルカリ現像性のレジスト組成物の開発が望まれている。
 特許文献2及び3には、化学増幅型の厚膜レジストとしてアルカリ水溶液で現像可能なレジスト組成物が開示されており、これらのレジスト組成物は高アスペクト比の構造体を形成可能で、かつ耐熱性や耐メッキ性等に優れた硬化物を与えることができる。しかしながら、これらのレジスト組成物はオリゴマーが主成分であるために、ドライフィルム化したものを切断又はスリッティングする際にチッピングが発生することが問題となっている。ここでいう切断とはロール形状等長尺のドライフィルムの長さを調整するためにフィルムの幅方向に切ることを、スリッティングとはドライフィルムの幅を調整するために長さ方向に切ることを、またチッピングとは切断またはスリティング時に目視で確認できる微小な破断片が発生することを意味する。チッピングが発生すると装置やワークが汚染されるため、デバイスの製造工程では非常に大きな問題となる。
米国特許第4882245号公報 日本特許第3698499号公報 日本公表特許2007-518121号公報
 特定のエポキシ樹脂及び、特定の光酸発生剤を含有する従来のレジスト組成物は、高アスペクト比の構造体を形成可能であり、かつ耐熱性や耐メッキ性等に優れた硬化物を与えることができるが、ドライフィルム化したものを切断又はスリッティングする際にチッピングが発生することが問題であった。
 特許文献2及び3には、アルカリ可溶性エポキシ化合物、光カチオン重合開始剤及び室温で液状の環状エーテル化合物を含有する樹脂組成物が記載されているが、これら文献の実施例における環状エーテル化合物の添加量は本発明の特定の範囲よりも少量であり、また、これら環状エーテル化合物を含有することによりチッピングの発生防止に効果があることは何も示唆されていない。
 本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討の結果、特定のエポキシ化合物、光酸発生剤及び特定量の25℃における粘度が10~20000mPa・sである環状エーテル化合物を含有するレジスト組成物が、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
 即ち、本発明は、
(1)アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)を含むレジスト組成物であって、環状エーテル化合物(C)の25℃における粘度が10~20000mPa・sであり、かつ、環状エーテル化合物(C)の含有量が、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)の合計に対して、16~47質量%であるレジスト組成物、
(2)アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、1個以上のカルボキシル基を有するエポキシ化合物である前項(1)に記載のレジスト組成物、
(3)アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と一分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)との反応物(I)に、多塩基酸無水物(c)を反応させて得られる前項(2)に記載のレジスト組成物、
(4)アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、下記式(2)で表されるエポキシ化合物である前項(3)に記載のレジスト組成物、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(2)中、m及びnは繰り返し単位数の平均値であり、0を超える実数を示し、m+nは0を超え30以下の実数である。また、D及びDはそれぞれ同一であっても、異なっていてもよく、次に示される基からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(5)アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、下記式(3)で表されるエポキシ化合物である前項(4)に記載のレジスト組成物、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(3)中、m及びnはそれぞれ前項(4)に記載の式(2)におけるm及びnと同じ意味を示す。)
(6)環状エーテル化合物(C)が、2官能又は多官能エポキシモノマーである前項(1)乃至(5)のいずれか一項に記載のレジスト組成物、
(7)環状エーテル化合物(C)が、グリシジルエーテル系エポキシ化合物である前項(1)乃至(6)のいずれか一項に記載のレジスト組成物、
(8)環状エーテル化合物(C)に含有される全塩素量が、3000ppm以下である前項(1)乃至(7)のいずれか一項に記載のレジスト組成物、
(9)環状エーテル化合物(C)が、ジシクロペンタジエン骨格を有する前項(1)乃至(8)のいずれか一項に記載のレジスト組成物、
(10)前項(1)乃至(9)のいずれか一項に記載のレジスト組成物を基材で挟み込んだドライフィルムレジスト、
に関する。
 本発明のレジスト組成物は、アルカリ性水溶液での現像により高アスペクト比の構造体を形成することができ、現像後の基材との密着性に優れ、更に、ドライフィルム化したものを切断又はスリッティングした際のチッピングが発生しないという効果をもたらすことができる。
 以下に本発明を詳細に説明する。
 本発明のレジスト組成物は、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び特定量の25℃における粘度が10~20000mPa・sである環状エーテル化合物(C)(以下、単に「環状エーテル化合物(C)」と記載する場合もある)を含有することを特徴とする。アルカリ可溶性エポキシ化合物と光酸発生剤を含有する組成物に、粘度が10~20000mPa・sである環状エーテル化合物を特定量添加することにより、高アスペクト比の構造体を形成可能という特性を損なうことなく、ドライフィルム化したものを切断又はスリッティングした際のチッピングが発生しないようにすることができる。
 本発明で使用するアルカリ可溶性エポキシ化合物(A)としては、アルカリ性水溶液に可溶なエポキシ化合物であればいずれも使用可能である。ここでいう「アルカリ性水溶液に可溶」とは、アルカリ性水溶液の濃度や温度等にも依存するので一概には言えないが、後述する露光後の現像工程において、アルカリ性水溶液で現像可能な程度の溶解性を有することを意味する。具体的には、構造中にカルボキシル基や水酸基等、好ましくはカルボキシル基等の親水性の強い置換基や構造部位を有するエポキシ樹脂であり、より具体的には一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)(以下、単に「エポキシ化合物(a)」と記載する場合もある)と1分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)(以下、単に「化合物(b)」と記載する場合もある)との反応物(I)に、多塩基酸の酸無水物(c)を反応させて得られるエポキシ樹脂等が好ましく使用出来る。
 前記エポキシ化合物(a)としては、一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であれば特に限定されない。一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物としては、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌレート、ビフェニルジグリシジルエーテル、脂環式エポキシ樹脂、共重合型エポキシ樹脂等が挙げられる。レジスト組成物の硬化物の耐熱性が高いことから、一分子中に3個以上のエポキシ基を有するノボラック型エポキシ樹脂等が特に好ましく用いられる。
 ノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばフェノール、クレゾール、ハロゲン化フェノール及びアルキルフェノールなどのフェノール類とホルムアルデヒドとを酸性触媒下で反応して得られるノボラック類と、エピクロルヒドリン及び/又はメチルエピクロルヒドリンとを反応させて得られるもの等が挙げられる。そのようなエポキシ樹脂としては、例えば日本化薬(株)製のEOCN-103、EOCN-104S、EOCN-102、EOCN-1027、EOCN-4400H、EPPN-201及びBREN-S;ダウケミカル社製のDEN-431及びDEN-439;DIC(株)製のN-730、N-770、N-865、N-665、N-673及びVH-4150等が市販品として入手できる。ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS及びテトラブロムビスフェノールA等のビスフェノール類とエピクロルヒドリン及び/又はメチルエピクロルヒドリンを反応させて得られるものや、ビスフェノールA又はビスフェノールFのジグリシジルエーテルと前記ビスフェノール類の縮合物若しくは該縮合物にエピクロルヒドリン及び/又はメチルエピクロルヒドリンとを反応させ得られるもの等が挙げられる。そのようなエポキシ樹脂としては、例えばジャパンエポキシレジン(株)製のエピコート1004、エピコート1002、エピコート4002及びエピコート4004等が市販品として入手できる。トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂としては、例えば、トリスフェノールメタン、トリスクレゾールメタン等とエピクロルヒドリン及び/又はメチルエピクロルヒドリンとを反応させて得られるもの等が挙げられる。そのようなエポキシ樹脂としては、日本化薬(株)製、EPPN-501及びEPPN-502等が入手できる。脂環式エポキシ樹脂としては、例えばダイセル化学工業(株)製のセロキサイド2021、三井化学(株)製のエポミックVG-3101、ジャパンエポキシレジン(株)製のE-1031S、日本曹達(株)製のEPB-13及びEPB-27、ダイセル化学工業(株)製のEHPE3150等の市販品が入手できる。共重合型エポキシ樹脂としては例えば、グリシジルメタクリレートとスチレンとメチルスチレンとの共重合体である日本油脂(株)製のCP-50M及びCP-50S、あるいは、グリシジルメタクリレートとシクロヘキシルマレイミドなどとの共重合体等が挙げられる。その他、特殊な構造を有するエポキシ化合物を使用することも可能である。
 前記化合物(b)の具体例としては、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ジメチロール酢酸、ジメチロール酪酸、ジメチロール吉草酸及びジメチロールカプロン酸等のポリヒドロキシモノカルボン酸類、ヒドロキシピバリン酸及びp-ヒドロキシ安息香酸等のモノヒドロキシモノカルボン酸類等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
 前記エポキシ化合物(a)と化合物(b)との反応の際の化合物(b)の使用量は、エポキシ化合物(a)のエポキシ基1当量に対して化合物(b)のカルボン酸が0.01~0.5当量とするのが好ましく、特に好ましくは、0.1~0.3当量である。反応温度は通常60~150℃、反応時間は通常5~30時間である。このようにして反応物(I)を得ることができる。
 反応物(I)と多塩基酸無水物(c)との反応の際の多塩基酸無水物の使用量は、反応物(I)中の水酸基1当量に対して多塩基酸無水物(c)が0.1~1.0当量となる量が好ましい。反応温度は通常60~150℃、反応時間は通常3~24時間である。多塩基酸無水物(c)の具体例としては、下記式で示される化合物等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 上記エポキシ化合物(a)と化合物(b)との反応時、及び反応物(I)と多塩基酸無水物(c)との反応時には、希釈剤として、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン及びシクロペンタノンなどのケトン類、トルエン、キシレン及びテトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、ジプロピレングリコールジメチルエーテル及びジプロピレングリコールジエチルエーテルなどのグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、ブチルセロソルブアセテート及びカルビトールアセテートなどのエステル類、オクタン及びデカンなどの脂肪族炭化水素、石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ及びソルベントナフサなどの石油系溶剤等の有機溶剤類を使用するのが好ましい。また、エポキシ化合物(a)と化合物(b)との反応を促進させるために、トリフェニルフォスフィン、ベンジルジメチルアミン、メチルトリエチルアンモニウムクロライド、トリフェニルスチビン及びオクタン酸クロム等の触媒を使用することが好ましい。該触媒の使用量は、エポキシ化合物(a)と化合物(b)との合計に対して通常0.1~10質量%である。反応中の重合を防止するために、重合防止剤(例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、p-メトキシフェノール、カテコール、ピロガロール等)を併用するのが好ましく、その使用量は、反応原料混合物に対して、好ましくは0.01~1質量%である。触媒を用いた場合には、反応終了後、有機過酸化物等により使用した触媒を酸化処理することにより、触媒活性を実質的に不活性にすることが好ましい。
 このように得られるアルカリ可溶性エポキシ化合物(A)としては、下記式(1)で表されるエポキシ化合物が好ましく、これらは、例えば、エポキシ化合物(a)としてフェノールノボラック型エポキシ樹脂(市販品としては、日本化薬(株)製のEPPN-201等が挙げられる。)、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(市販品としては、日本化薬(株)製のEOCN-103、EOCN-104S及びEOCN-4400H等が挙げられる。)、ビスフェノール型エポキシ樹脂(市販品としては、油化シェルエポキシ(株)製のエピコート1004、エピコート1002、エピコート4002及びエピコート4004等が挙げられる。)等を用い、これらと1分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)とを反応させて得られた反応物(I)に、更に多塩基酸無水物(c)を反応させることによって得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式(1)中、Rはエポキシ化合物(a)に由来する構造を、Rは1分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)に由来する構造を、Rは多塩基酸無水物(c)に由来する構造をそれぞれ示す。また、Zは水素原子又は-CORCOOH基を示す。)
 さらに、前記アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)は下記式(2)で表されるエポキシ化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式(2)中、m及びnは繰り返し単位数の平均値であり、0を超える実数を示し、m+nは0を超え30以下の実数である。また、D及びDはそれぞれ同一であっても、異なっていてもよく、次に示される基からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 このようなアルカリ可溶性エポキシ化合物(A)は、エポキシ化合物(a)として、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(市販品としては、日本化薬(株)製のEOCN-103、EOCN-104S及びEOCN-4400H等が挙げられる。)を、1分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)としてジメチロールプロピオン酸を、多塩基酸無水物(c)として次に示される化合物のいずれかを、それぞれ前記に準じて反応させることにより得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 更に、前記アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が下記式(3)で表されるエポキシ化合物であることが特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式(3)中、m及びnは式(2)におけるm及びnと同じ意味を示す。)
 本発明のレジスト組成物におけるアルカリ可溶性エポキシ化合物(A)の含有量は、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)の合計に対して通常40~90質量%、好ましくは50~90質量%、より好ましくは60~85質量%である。
 本発明で使用する光酸発生剤(B)とは、光により直接又は間接的に酸を発生して、カチオン重合を起こし得る化合物(カチオン重合開始剤)であり、例えば芳香族ヨードニウム錯塩や芳香族スルホニウム錯塩等を挙げることができる。
 芳香族ヨードニウム錯塩の具体例としては、ジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジ(4-ノニルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。これらの光酸発生剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 芳香族スルホニウム錯塩の具体例としては、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4,4’-ビス[ジフェニルスルホニオ]ジフェニルスルフィド-ビスヘキサフルオロホスフェート、4,4’-ビス[ジ(β-ヒドロキシエトキシ)フェニルスルホニオ]ジフェニルスルフィド-ビスヘキサフルオロアンチモネート、7-[ジ(p-トルイル)スルホニオ]-2-イソプロピルチオキサントンヘキサフルオロホスフェート、7-[ジ(p-トルイル)スルホニオ]-2-イソプロピルチオキサントンヘキサフルオロアンチモネート、7-[ジ(p-トルイル)スルホニオ]-2-イソプロピルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、フェニルカルボニル-4’-ジフェニルスルホニオ-ジフェニルスルフィド-ヘキサフルオロホスフェート、フェニルカルボニル-4’-ジフェニルスルホニオ-ジフェニルスルフィド-ヘキサフルオロアンチモネート、4-tert-ブチルフェニルカルボニル-4’-ジフェニルスルホニオ-ジフェニルスルフィド-ヘキサフルオロホスフェート、4-tert-ブチルフェニルカルボニル-4’-ジフェニルスルホニオ-ジフェニルスルフィド-ヘキサフルオロアンチモネート、4-tert-ブチルフェニルカルボニル-4’-ジフェニルスルホニオ-ジフェニルスルフィド-テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、チオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、チオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4-{4-(2-クロロベンゾイル)フェニルチオ}フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、チオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートのハロゲン化物、4,4’,4’’-トリ(β-ヒドロキシエトキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4,4’-ビス[ジフェニルスルホニオ]ジフェニルスルフィド-ビスヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート、トリス[4-(4-アセチルフェニルスルファニル)フェニル]スルホニウムトリス[(トリフルオロメチル)スルホニル]メタニド等を挙げることができる。
 芳香族スルホニウム塩の中でも、高感度でありかつ市場から入手しやすいチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-{4-(2-クロロベンゾイル)フェニルチオ}フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート、トリス[4-(4-アセチルフェニルスルファニル)フェニル]スルホニウムトリス[(トリフルオロメチル)スルホニル]メタニド等が好ましい。
 さらに、環境及び人体への有害性、ならびに各国の規制を鑑みると、アンチモン元素を含有しないジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート、トリス[4-(4-アセチルフェニルスルファニル)フェニル]スルホニウムトリス[(トリフルオロメチル)スルホニル]メタニドを使用することが最も好ましい。
 これらの光酸発生剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 光酸発生剤(B)は、特定波長の光を吸収して酸を発生するため、多量に使用した場合、レジスト組成物の上層部で照射光が多量に吸収されてしまい、カチオン重合を起こすために必要な量の光がレジスト組成物の深部まで届かない恐れがある。また、光酸発生剤(B)は一般的に高価であるため、レジスト組成物に必要以上に多量に添加することは経済的ではない。他方、添加量が少なすぎる場合には、硬化速度が著しく低下し、硬化物が充分な物性を発揮できない恐れがある。これらの点から、本発明のレジスト組成物における光酸発生剤(B)の含有量は、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)の合計に対して通常0.2~15質量%、好ましくは0.5~10質量%である。
 本発明で使用する環状エーテル化合物(C)としては、25℃における粘度が10~20000mPa・sであり、かつアルカリ可溶性エポキシ樹脂(A)の有するエポキシ基又はカルボキシル基とカチオン重合可能な化合物であれば特に制限無く用いることが出来るが、レジスト組成物の硬化物の耐熱性が高いことから、2官能又は多官能であることが好ましい。また、環状エーテル化合物(C)の粘度が20000mPa・sを超える場合には、ドライフィルムにチッピング防止効果を付与するために環状エーテル化合物(C)を多量に添加する必要があり、これに伴いレジスト組成物の解像性や硬化後の耐熱性が低下する場合がある。一方、環状エーテル化合物(C)の粘度が10mPa・s未満の場合には、環状エーテル化合物(C)の揮発性が高くなり、ドライフィルムを作製する際の乾燥工程における条件設定が難しくなる。この様な環状エーテル化合物の具体例としては、エポキシ化合物及びオキセタン化合物等が挙げられる。これら環状エーテル化合物(C)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 環状エーテル化合物として挙げられた前記エポキシ化合物は、その化学構造からグリシジルエーテル系、酸化系、グリシジルアミン系及びグリシジルエステル系等に分類されるが、グリシジルアミン系エポキシ化合物は、レジスト組成物を硬化する際に酸発生剤から発生する酸を消費することで、レジスト組成物の硬化速度が遅くなる場合がある。また、グリシジルエステル系エポキシ化合物は、一般にエーテル結合よりもエステル結合は耐熱性が低いため、レジスト組成物の硬化物の耐熱性が低下する場合がある。一方、グリシジルエーテル系エポキシ化合物は、例えば、酸化系エポキシ化合物と比べてカルボキシル基との反応性が適度に低いため、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が前記式(2)で表されるようにカルボキシル基を構造中に有する場合、レジスト組成物としての経時安定性に有利である。これらのことから、特にレジスト組成物の経時安定性及び硬化性を考慮した場合、前記エポキシ化合物としてはグリシジルエーテル系エポキシ化合物が好適である。
 グリシジルエーテル系エポキシ化合物の具体例としては、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ジメチロールプロパンジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンジメタノールジグリシジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂及ビスフェノールF型エポキシ樹脂等が挙げられる。
 前記オキセタン化合物としては、ビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ビス{[1-エチル(3-オキセタニル)]メチル}エーテル、1,4-ビス[〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕メチル]ベンゼン、1,4-ビス〔(1-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕ベンゼン、1,3-ビス〔(1-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕ベンゼン、4,4’-ビス〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕ビフェニル、ネオペンチルグリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル及びポリプロピレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル等の2官能オキセタン化合物等が挙げられる。
 これらのうち、市場から入手しやすいこと及び比較的安価であること等の理由から、環状エーテル化合物(C)としてはグリシジルエーテル系エポキシ化合物がより好適である。
 また、本発明のレジスト組成物のようなアルカリ水溶液で現像可能なレジスト組成物は一般に親水性が高く、湿熱耐性に問題のある場合が多い。湿熱耐性の高いレジスト組成物を得るためには、環状エーテル化合物(C)として疎水性構造を有する化合物を用いることが効果的である。従って、前記グリシジルエーテル系エポキシ化合物のなかでも、ジシクロペンタジエン骨格のような疎水性の骨格を有する化合物を用いることで、硬化物の疎水性を高め硬化物の湿熱耐性を向上させることができる。そのため、ジシクロペンタジエン骨格を有するグリシジルエーテル系エポキシ化合物が特に好ましく、その具体例としてはジシクロペンタジエンジメタノールジグリシジルエーテル等が挙げられる。
 なお、電子材料業界においては、特定のハロゲン化合物の燃焼時に燃焼条件等によりダイオキシンが発生する事実が報告されて以来、法規制を中心としたハロゲンフリー化が強く求められている。日本電子回路工業会(JPCA)や米国電子回路協会(IPC)では、塩素及び臭素がその対象であり、ハロゲンフリーの定義は、全塩素量900ppm以下、全臭素量900ppm以下、全塩素量及び全臭素量の合計が1500ppm以下とされているため、レジスト組成物の全塩素量を900ppm以下に抑えることが好ましいが、これらグリシジルエーテル系エポキシ化合物に代表される環状エーテル化合物(C)は一般的に塩素含有量が高いため、低塩素製造法又は精製工程を経て得られた全塩素量が3000ppm以下の環状エーテル化合物(C)が好ましく用いられる。環状エーテル化合物(C)の全塩素量が3000ppmを超える場合、レジスト組成物の全塩素含有量を900ppm以下に抑えることが困難なため、組成物の使用が制限される場合がある。
 本発明のレジスト組成物が、感光特性を維持し、かつ優れたチッピング防止効果を発現するための本発明のレジスト組成物における環状エーテル化合物(C)の含有量は、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)の合計に対して、通常16~47質量%、好ましくは18~36質量%である。環状エーテル化合物(C)の含有量が47質量%以下であれば、液状のレジストとして使用した場合、溶剤乾燥後のレジスト膜にタックが残ることにより生ずるマスクスティッキングの発生を抑制し、ドライフィルムレジストとした場合、基材のフィルムを剥離する際にレジストフィルムの変形を防止することができる。また、現像時にパターンの剥離の発生や、解像性及び硬化後の耐熱性の低下も抑制することができる。環状エーテル化合物(C)の含有量が16質量%以上であれば、チッピングの改善効果が発現し、好ましい。
 本発明のレジスト組成物は、溶剤で希釈して使用に供される。希釈に用い得る溶剤としては、例えばエチルメチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、γ-ブチロラクトン及びアセトンなどのケトン類、トルエン、キシレン及びテトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル及びエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、ブチルセロソルブアセテート及びカルビトールアセテートなどのエステル類、オクタン及びデカンなどの脂肪族炭化水素、石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ及びソルベントナフサなどの石油系溶剤等の有機溶剤類等を挙げることができる。これら溶剤は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 溶剤は、基材へ塗布する際の膜厚や塗布性を調整する目的で加えるものである。前記各成分の溶解性、溶剤自体の揮発性、レジスト組成物の液粘度を適正に保持する為、該溶剤の使用量は、本発明のレジスト組成物100質量%に対して通常1~99質量%、好ましくは10~90質量%である。
 本発明のレジスト組成物には、紫外線を吸収し、吸収した光エネルギーを光酸発生剤に供与する役割を果たす増感剤を使用してもよい。増感剤としては、例えば9位と10位にアルコキシ基を有するアントラセン化合物(9,10-ジアルコキシ-アントラセン誘導体)が好ましい。アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のC1~C4のアルコキシ基が挙げられ、この9,10-ジアルコキシ-アントラセン誘導体は、9位と10位以外の部位に更に置換基を有していても良い。更に有しても良い置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基等のC1~C4のアルキル基やスルホン酸アルキルエステル基、カルボン酸アルキルエステル基等が挙げられる。スルホン酸アルキルエステル基やカルボン酸アルキルエステル基におけるアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等のC1~C4のアルキル基が挙げられる。これらの置換基の置換位置は2位が好ましい。
 9,10-ジアルコキシ-アントラセン誘導体の具体例としては、例えば9,10-ジブトキシ-アントラセン、9,10-ジメトキシ-アントラセン、9,10-ジエトキシ-アントラセン、9,10-ジプロポキシ-アントラセン、9,10-ジメトキシ-2-エチル-アントラセン、9,10-ジエトキシ-2-エチル-アントラセン、9,10-ジプロポキシ-2-エチル-アントラセン、9,10-ジメトキシ-2-クロロ-アントラセン、9,10-ジメトキシアントラセン-2-スルホン酸メチルエステル,9,10-ジエトキシアントラセン-2-スルホン酸メチルエステル,9,10-ジメトキシアントラセン-2-カルボン酸メチルエステル等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 増感剤成分は少量で効果を発揮する為、本発明のレジスト組成物における増感剤の使用量は、光酸発生剤(B)100質量%に対し5質量%以下が好ましく、特に好ましくは2質量%以下である。
 本発明のレジスト組成物には、基板に対する組成物の密着性を向上させる目的で、密着性付与剤を使用してもよい。密着性付与剤としては、例えば3-クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニル・トリス(2-メトキシエトキシ)シラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-ユレイドプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキサン-1-イル)エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。これら密着性付与剤は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 密着性付与剤が本発明のレジスト組成物中の主要成分との反応性を持たない場合、基材界面で作用する以外の密着性付与剤が硬化後も硬化物中に残存し、物性低下などの悪影響を及ぼす懸念がある。密着性付与剤は、基材によっては、少量の添加によっても効果を発揮する点から、悪影響を及ぼさない範囲内で使用することができる。本発明のレジスト組成物における密着性付与剤の使用量は、本発明のレジスト組成物に対して通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下である。
 本発明のレジスト組成物において、光酸発生剤由来のイオンによる悪影響を低減する必要がある場合には、有機アルミニウム化合物を添加することができる。有機アルミニウム化合物としては、トリスメトキシアルミニウム、トリスエトキシアルミニウム、トリスイソプロポキシアルミニウム、イソプロポキシジエトキシアルミニウム、トリスブトキシアルミニウム等のアルコキシアルミニウム、トリスフェノキシアルミニウム、トリスパラメチルフェノキシアルミニウム等のフェノキシアルミニウム、トリスアセトキシアルミニウム、トリスステアラトアルミニウム、トリスブチラトアルミニウム、トリスプロピオナトアルミニウム、トリスアセチルアセトナトアルミニウム、トリストリフルオロアセチルアセナトアルミニウム、トリスエチルアセトアセタトアルミニウム、ジアセチルアセトナトジピバロイルメタナトアルミニウム及びジイソプロポキシ(エチルアセトアセタト)アルミニウム等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これら有機アルミニウム化合物の添加量は、本発明のレジスト組成物に対して10質量%以下である。
 また、本発明のレジスト組成物には、例えば硫酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化ケイ素、無定形シリカ、タルク、クレー、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム及び雲母粉等の無機充填剤を用いることができる。これら無機充填剤の配合比率は、本発明のレジスト組成物に対して0~60質量%である。
 更に本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、熱可塑性樹脂、着色剤、増粘剤、消泡剤及びレベリング剤等の各種添加剤を用いることが出来る。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエーテルスルホン、ポリスチレン及びポリカーボネート等が挙げられる。着色剤としては、例えばフタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、アイオジン・グリーン、クリスタルバイオレット、酸化チタン、カーボンブラック及びナフタレンブラック等が挙げられる。増粘剤としては、例えばオルベン、ベントン及びモンモリロナイト等が挙げられる。消泡剤としては、例えばシリコーン系、フッ素系及び高分子系等の消泡剤が挙げられる。これらの添加剤等を使用する場合、その使用量は本発明のレジスト組成物に対して、例えば、それぞれ0.5~30質量%程度が一応の目安であるが、使用目的に応じ適宜増減し得る。
 本発明のレジスト組成物は、前記各成分を混合、攪拌するだけで調整可能であり、必要に応じディゾルバー、ホモジナイザー及び3本ロールミル等の分散機を用いて分散、混合させてもよい。また、混合した後で、メッシュやメンブレンフィルター等を用いてろ過処理を施してもよい。
 溶剤に溶解した本発明のレジスト組成物を、ロールコーター、ダイコーター、ナイフコーター、バーコーター又はグラビアコーター等を用いてベースフィルム上に塗布した後、60~120℃に設定した乾燥炉で乾燥して所定量の溶剤を除去することにより、また、必要に応じてカバーフィルム等を積層することにより、ドライフィルムレジストとすることができる。この際、ベースフィルム上のレジストの厚さは、2~100μmに調整される。ベースフィルム及びカバーフィルムとしては、例えばポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン等のフィルムが使用される。このドライフィルムレジストを使用するには、例えば、カッター等を用いてドライフィルムレジストのロールから使用する大きさに切り出したドライフィルムレジストのカバーフィルムを剥離した後、マニュアルラミネータ、オートラミネータまたはハンドロール等を使用して、温度23~100℃、圧力0.05~2MPaの条件で基板にラミネートする。次に、ベースフィルム上から露光を行い、ベースフィルムをはがした後に加熱処理(露光後ベーク)及び現像を行う。また、現像後の構造体に更に後硬化(ハードベーク)を施すことは、硬化物の特性向上の点で好ましい。以下に露光、加熱及び現像工程について詳しく説明する。
(1)露光:基板上設けられたドライフィルムレジスト層に、所望のパターンを有するマスクを介して、例えば波長が300~500nmの紫外線や可視光線等の放射線を照射し、硬化させたい部分のみを露光させる。これらの放射線の線源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプまたはアルゴンガスレーザーなどを用いることができる。ここでいう放射線とは、紫外線、可視光線、遠紫外線、X線、電子線などを意味する。放射線の照射量は、組成物中の各成分の種類や配合量、塗膜の膜厚などによって異なるが、例えば超高圧水銀灯使用の場合、100~2000mJ/cmである。
(2)露光後ベーク:露光後、例えば、ホットプレート、オーブン等の公知の方法を用いて加熱する。加熱条件は、通常50~130℃で1~50分間程度である。
(3)現像:現像方法としては、アルカリ性水溶液を現像液として用いて放射線未照射な部分を溶解、除去し、放射線照射部分のみを残存させる。現像液としては、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(以下「TMAH」と記載する)、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムまたはケイ酸ナトリウム等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。また前記アルカリ類の水溶液に、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を添加した水溶液を現像液として使用することもできる。現像条件は、組成物各成分の種類、配合割合、組成物の乾燥膜厚によって異なるが、通常、現像液濃度0.5~10質量%、温度15~30℃、現像時間1~30分間程度の条件であり、また現像方法は液盛り法、ディッピング法、パドル法、スプレー現像法などのいずれでも良い。現像後に流水洗浄を30~180秒間行うことが好ましく、その後、エアーガンやオーブン等を用いて得られた構造体を乾燥させてもよい。
(4)ハードベーク:現像工程後、例えば、ホットプレート、オーブン等の公知の方法を用いて加熱する。加熱条件は、通常120~250℃で5~120分間程度である。
 本発明のレジスト組成物は、以下に記載するように液状のまま使用してもよく、また、その硬化物にメタルバンプを形成することもできる。
 溶剤に溶解した本発明のレジスト組成物を基板上に塗布した後、加熱により溶剤を除去することによって本発明のレジスト組成物の塗膜を形成する。基板上への塗布方法としては、スピンコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法及びアプリケーター法等の方法を採用することができる。基板上に塗布した後の加熱による溶剤除去条件は、組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚等によって異なるが、通常は40~150℃で、好ましくは60~120℃で、2~60分間程度である。
 塗膜を形成した後、上記と同様に露光、加熱処理、現像を行えばよい。
 本発明のレジスト組成物の硬化物上にメタルバンプを形成するためのメッキ処理方法はとくに限定されず、それ自体公知の各種メッキ方法を採用することができる。メッキ液としては、特にニッケルメッキ、ハンダメッキ、銅メッキ液が好適に用いられる。
 本発明のレジスト組成物は、厚膜においても高アスペクト比の構造体を形成できることが一つの特徴である。従って、本発明のレジスト組成物によって得られる膜厚は、通常2~150μm、好ましくは20~120μm、より好ましくは40~90μmである。
 本発明のレジスト組成物は、アルカリ可溶性エポキシ化合物及び光酸発生剤を含有し、環状エーテル化合物を含有しない従来のレジスト組成物と比較すると、ドライフィルム化したものを切断又はスリッティングした際に、チッピングが発生しないという点で非常に有用である。また、環状エーテル化合物、特にエポキシモノマーを使用することにより、現像後の密着性が向上する傾向にある。さらには、湿熱耐性に優れるため、デバイスの信頼性向上にも寄与することが見込まれる。また、本発明のレジスト組成物の重要な特性である高アスペクト比の構造体を従来の感光性レジストと遜色なくパターニング可能であり、さらに現像残渣も少ない。よって本発明のレジスト組成物は、バンプ形成、メタルポスト形成、配線形成等の精密加工だけでなく、MEMS中空パッケージ材、半導体中空パッケージ材、接着剤、各種基板のエッチング時の保護膜や電解メッキ時のレジストモールド、半導体製造用レジストとしても使用することができる。
 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。尚、以下実施例において「部」は質量部を表す。
合成例
 一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)としてo-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品名 EOCN-4400H、日本化薬株式会社製、エポキシ当量189g/eq.)1890部(10当量)、一分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)としてジメチロールプロピオン酸(DMPA)301.8部(2.25モル)、溶剤としてシクロペンタノン939.4部を仕込み、80℃に加熱、攪拌し、混合物を溶解した。次いで得られた液を60℃まで冷却し、触媒としてトリフェニルホスフィン8.0部(0.03モル)を仕込み、100℃まで昇温して約10時間反応させ、JIS K-5601-2-1に準じて測定した酸価が0.5mgKOH/g以下になった時点で50℃まで冷却した。次いで、多塩基酸無水物(c)として無水テトラヒドロフタル酸(新日本理化株式会社製、リカシッドTH)559.6部(3.68モル)、溶剤としてシクロペンタノン559.6部を仕込み、95℃まで昇温して10時間反応させることにより前記式(3)で示されるアルカリ可溶性エポキシ化合物(A)を70質量%含有するシクロペンタノン溶液を得た。得られたアルカリ可溶性エポキシ化合物の固形分酸価は75mgKOH/g、式(3)におけるm及びnの値はそれぞれ2.6及び7.8であった。
 尚、前記m及びnの値は次のようにして算出した。
m:反応に用いたエポキシ化合物(a)の分子量(2000)/繰り返し単位の分子量(176)×反応に用いたDMPAのモル数(2.25)/反応に用いたエポキシ化合物(a)の当量数(10)
n:反応に用いたエポキシ化合物(a)の分子量(2000)/繰り返し単位の分子量(176)-m(2.6)-1
 上記の算出式において、エポキシ化合物(a)の当量数は「反応に用いたエポキシ化合物(a)の質量部/エポキシ化合物(a)のエポキシ当量」であり、エポキシ化合物(a)の分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィーの測定結果から算出したポリスチレン換算の数平均分子量であり、エポキシ当量はJIS K-7236に準じて測定した値である。
実施例1~実施例18及び比較例1~比較例5
(レジスト組成物の調整)
 表1~表3に示す配合組成(単位は「部」である)に従って、各成分を攪拌羽根が取り付けられたセパラブルフラスコで混合した後、10μmのメンブレンフィルターを用いて濾過することにより本発明及び比較用のレジスト組成物を得た。なお、比較例1は特許文献3に記載の例に準拠して調整したものである。
(ドライフィルムレジスト)
 上記実施例1~18で得られた本発明の各レジスト組成物及び比較例1~5で得られた比較用のレジスト組成物を、厚さ38μmのポリエチレンテレフタラート(PET)フィルム(ベースフィルム、東レ社製)上に均一に塗布し、温風対流乾燥機により65℃で5分間および95℃で20分間乾燥した後、露出面上に膜厚30μmのポリエチレン(PE)フィルム(カバーフィルム、タマポリ社製)をラミネートして、レジスト層の膜厚が50μmのドライフィルムレジストを調製した。
(ドライフィルムレジストのパターニング)
 前記で得られたドライフィルムレジストのカバーフィルムを剥離し、ロール温度50℃、エアー圧力0.2MPa、速度0.5m/minでシリコンウエハ上にラミネートし、ベースフィルムでカバーされた50μmのレジスト組成物層を得た。このベースフィルムでカバーされたレジスト組成物層に、i線露光装置(マスクアライナー:ウシオ電機社製)を用いて100~2000mJ/cmでパターン露光(ソフトコンタクト、i線)を行った。その後、ベースフィルムをはがし、ホットプレートにより65℃で2分間さらに95℃で5分間露光後ベーク(以下「PEB」と記載する)を行い、2.38質量%TMAH溶液を用いて、浸漬法により23℃で5分間現像処理を行うことで、基板上に硬化した樹脂パターンを得た。
(ドライフィルムレジストの切断性評価)
 上記のように調整した巾270mmのドライフィルムレジストをゴム製マット上にのせ、市販の作業用カッターナイフで巾方向に切断した。その時の切断面及び切断後のカッターナイフを目視で観察し、以下の基準で切断性を評価した。結果を表1~表3に示した。
○:目視でチッピングが無く、組成物がカッターに付着しなかった
△:目視でチッピングが無いが、組成物がカッターに付着した
×:目視でチッピングがあり、組成物がカッターに付着した
(レジスト組成物の感度評価)
 前記パターン露光において、マスク転写精度が最良となる露光量を最適露光量とし、それぞれのレジスト組成物の感度の評価を行った。最適露光量の値が小さいほど感度が高いことを表す。結果を表1~表3に示した。
(レジスト組成物の解像性評価)
 前記パターン露光において、15、20、25及び35μmのラインアンドスペースのフォトマスクを使用し、残渣がなく解像されたレジストパターンの中で、基板へ密着している最も細かいパターン幅(最小解像線幅)を測定した。結果を表1~表3に示した。
(レジスト組成物の湿熱耐性評価)
 実施例1~実施例18及び比較例1~5で得られた各レジスト組成物を用いて各レジスト組成物の最適露光量で前記同様のパターニングを行い、更に温風対流式オーブンを用いて150℃、30分間のハードベークを施すことで、シリコンウエハ上に膜厚50μm、一辺が100μmの正方形のパターンを作製した。得られたシリコンウエハ上の正方形パターンに、シェアツールを用いて側面部から力を加え、基板からパターンが剥離した時点でのシェア強度を試験前の密着力とした。結果を表1~表3に示した。
 また、正方形パターンの形成されたシリコンウエハを恒温恒湿装置(エスペック社製)中に入れ、85℃、85%RH、100時間恒温恒湿状態を保持した後、試験片を取り出して前記と同様の方法で試験後の密着力(シェア強度)を測定し、試験前の密着力との比較により下記の基準で湿熱耐性を評価した。結果を表1~表3に示した。
 評価基準
○:密着力減少率が30%未満
△:密着力減少率が30%以上90%未満
×:密着力減少率が90%以上
 ※密着力減少率=(試験前の密着力-試験後の密着力)/試験前の密着力
 なお、表中の比較例2および4における「測定不能」とは、4000mJ/cmまでの露光量においては、現像時にパターンの剥離が発生してしまい、現像性及び密着性を評価できなかった場合を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
 表1~表3における(A-1)~(C-12)はそれぞれ下記を示す。
(A-1):合成例で得られたアルカリ可溶性エポキシ化合物を含有するシクロペンタノン溶液。表中の部数はアルカリ可溶性エポキシ化合物の固形分の部数を示す。
(B-1):光酸発生剤(4-チオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートと芳香族スルフォニウムヘキサフルオロアンチモネートの混合物の50%炭酸プロピレン溶液、商品名 UVI-6976、ダウケミカル製)
(B-2):光酸発生剤(トリス[4-(4-アセチルフェニルスルファニル)フェニル]スルホニウムトリス[(トリフルオロメチル)スルホニル]メタニド、商品名 GSID26-1、チバスペシャルティケミカルズ製)
(B-3):光酸発生剤(ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート、商品名 CPI-201S、サンアプロ製)
(C-1):環状エーテル化合物(1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、商品名 EX-212L、粘度 15mPa・s、ナガセケムテックス製)
(C-2):環状エーテル化合物(1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、商品名 EX-214L、粘度 15mPa・s、ナガセケムテックス製)
(C-3):環状エーテル化合物(ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、商品名 ED-506、粘度 60mPa・s、ナガセケムテックス製)
(C-4):環状エーテル化合物(シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、商品名 EX-216L、粘度 65mPa・s、ナガセケムテックス製)
(C-5):環状エーテル化合物(ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、商品名 EX-850L、粘度 90mPa・s、ナガセケムテックス製)
(C-6):環状エーテル化合物(トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、商品名 EX-321L、粘度 800mPa・s、ナガセケムテックス製)
(C-7):環状エーテル化合物(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、商品名 602S、粘度 800mPa・s、日本化薬製)
(C-8):環状エーテル化合物(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、商品名 YDF-8170C、粘度 1500mPa・s、東都化成製)
(C-9):環状エーテル化合物(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、商品名 YD-8125、粘度 4500mPa・s、東都化成製)
(C-10):環状エーテル化合物(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、商品名 304S、粘度 5000mPa・s、日本化薬製)
(C-11):環状エーテル化合物(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、商品名 310P、粘度 15000mPa・s、日本化薬製)
(C-12):環状エーテル化合物(ジシクロペンタジエンジメタノールジグリシジルエーテル、商品名 EP-4088L、粘度 187mPa・s、全塩素量900ppm未満、ADEKA製)
溶剤 メチルエチルケトン(MEK)
フッ素系レベリング剤(商品名 メガファックF-470、DIC製)
シランカップリング剤(商品名 S-510、チッソ製)
 なお、上記における環状エーテル化合物(C)の粘度は、E型粘度計(東機産業社製、TV-20)を用いて測定した25℃における粘度である。
 表1及び2の結果から、環状エーテル化合物(C)を16質量%以上含有する本発明のレジスト組成物(実施例1~実施例18)は、環状エーテル化合物(C)の含有量が16質量%未満の比較例1、3及び5と比べてドライフィルムとした際のチッピング発生防止効果に優れていた。また、環状エーテル化合物(C)の含有量が47質量%を超える比較例2及び4は、露光量を4000mJ/cmまで増やしたにも係らず基材に密着した構造体は得られなかったが、環状エーテル化合物(C)の含有量が47質量%以下の本発明のレジスト組成物(実施例1~実施例18)は、比較例よりも少ない照射量で高感度及び高解像度の構造体が得られた。これらの結果から、本発明のレジスト組成物が、高感度、優れた解像性、基材への密着性および湿熱耐性を保持しながら、切断性に優れていることは明らかである。
 本発明にかかるレジスト組成物は、アルカリ水溶液による現像により、高アスペクト比のパターン形成が可能である。さらに、高湿熱耐性、高密着性でかつ、ドライフィルム化した際にはチッピングが発生しないという優れた特性を有するため、バンプ形成、メタルポスト形成、配線形成等の精密加工材、MEMS中空パッケージ材、半導体中空パッケージ材、接着剤等のパッケージ材等に好適である。

Claims (10)

  1.  アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)を含むレジスト組成物であって、環状エーテル化合物(C)の25℃における粘度が10~20000mPa・sであり、かつ、環状エーテル化合物(C)の含有量が、アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)、光酸発生剤(B)及び環状エーテル化合物(C)の合計に対して、16~47質量%であるレジスト組成物。
  2.  アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、1個以上のカルボキシル基を有するエポキシ化合物である請求項1に記載のレジスト組成物。
  3.  アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と一分子中に1個以上のカルボキシル基及び1個以上の水酸基を有する化合物(b)との反応物(I)に、多塩基酸無水物(c)を反応させて得られる請求項2に記載のレジスト組成物。
  4.  アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、下記式(2)で表されるエポキシ化合物である請求項3に記載のレジスト組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (式(2)中、m及びnは繰り返し単位数の平均値であり、0を超える実数を示し、m+nは0を超え30以下の実数である。また、D及びDはそれぞれ同一であっても、異なっていてもよく、次に示される基からなる群から選ばれるいずれかの基を示す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
  5.  アルカリ可溶性エポキシ化合物(A)が、下記式(3)で表されるエポキシ化合物である請求項4に記載のレジスト組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

    (式(3)中、m及びnはそれぞれ請求項4に記載の式(2)におけるm及びnと同じ意味を示す。)
  6.  環状エーテル化合物(C)が、2官能又は多官能エポキシモノマーである請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレジスト組成物。
  7.  環状エーテル化合物(C)が、グリシジルエーテル系エポキシ化合物である請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレジスト組成物。
  8.  環状エーテル化合物(C)に含有される全塩素量が、3000ppm以下である請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のレジスト組成物。
  9.  環状エーテル化合物(C)が、ジシクロペンタジエン骨格を有する請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のレジスト組成物。
  10.  請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のレジスト組成物を基材で挟み込んだドライフィルムレジスト。
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