WO2019189110A1 - 感光性樹脂組成物、硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイス - Google Patents
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- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
Definitions
- this invention aims at provision of the photosensitive resin composition which can make the chemical resistance of the hardened resin and outstanding elongation at break compatible. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of the cured film, laminated body, cured film, and semiconductor device using the said photosensitive resin composition.
- active light means, for example, an emission line spectrum of a mercury lamp, far ultraviolet rays represented by excimer laser, extreme ultraviolet rays (EUV light), X-rays, electron beams, and the like.
- light means actinic rays or radiation.
- exposure in this specification is not only exposure with far-ultraviolet rays such as mercury lamps and excimer lasers, X-rays, EUV light, but also drawing with particle beams such as electron beams and ion beams. Are also included in the exposure.
- a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- the tetrafunctional or higher functional radical polymerizable compound is a compound represented by the following formula (P-3).
- each Ps is independently a group selected from a vinylphenyl group, a vinyl group, and a (meth) acryloyl group
- L q is an rm + 1 valent linking group
- rm is 0 to 12 Is an integer.
- Ps is preferably a (meth) acryloyl group.
- tetracarboxylic dianhydrides (DAA-1) to (DAA-5) shown below are also preferable examples.
- examples of the monovalent organic group of R 113 or R 114 include an aliphatic group, an aromatic group, and an arylalkyl group having 1, 2 or 3 acid groups. . Specific examples include an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms having an acid group and an arylalkyl group having 7 to 25 carbon atoms having an acid group. More specifically, a phenyl group having an acid group and a benzyl group having an acid group can be mentioned.
- the acid group may be a hydroxyl group. That is, R 113 or R 114 may be a group having a hydroxyl group.
- R 113 or R 114 may be a monovalent organic group.
- the monovalent organic group may include a linear or branched alkyl group, a cyclic alkyl group, and an aromatic group, or may be an alkyl group substituted with an aromatic group.
- the alkyl group may have 1 to 30 carbon atoms (3 or more if cyclic).
- the alkyl group may be linear, branched or cyclic.
- the cyclic alkyl group may be a monocyclic cyclic alkyl group or a polycyclic cyclic alkyl group.
- Examples of the monocyclic alkyl group include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group.
- Examples of the polycyclic alkyl group include an adamantyl group, a norbornyl group, a bornyl group, a camphenyl group, a decahydronaphthyl group, a tricyclodecanyl group, a tetracyclodecanyl group, a camphoroyl group, a dicyclohexyl group, and a pinenyl group.
- a cyclohexyl group is exemplified from the viewpoint of achieving high sensitivity.
- the alkyl group substituted with an aromatic group may be a linear alkyl group substituted with an aromatic group described later.
- Aromatic heterocyclic groups include substituted or unsubstituted pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, pyrazole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, triazine ring, India Lysine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenanthridine ring, acridine ring, phenanthroline And a group having an aromatic heterocycle such as a ring, a thianthrene ring, a chromene ring
- the structural unit represented by the formula (1) is preferably a structural unit represented by the formula (1-A).
- a 1 , A 2 , R 111 , R 113 and R 114 are each independently synonymous with A 1 , A 2 , R 111 , R 113 and R 114 in formula (1), and the preferred ranges are also the same. is there.
- R 112 has the same meaning as R 112 in formula (5), and the preferred range is also the same.
- the structural unit represented by the formula (1) may be one type, but may be two or more types. Moreover, the structural isomer of the structural unit represented by Formula (1) may be included.
- the polyimide precursor may also contain other types of structural units in addition to the structural unit of the above formula (1).
- the polyimide precursor can be obtained by reacting a dicarboxylic acid or a dicarboxylic acid derivative with a diamine. Preferably, it is obtained by halogenating a dicarboxylic acid or a dicarboxylic acid derivative with a halogenating agent and then reacting with a diamine.
- an organic solvent is preferably used for the reaction.
- One or more organic solvents may be used.
- the organic solvent can be appropriately determined according to the raw material, and examples thereof include pyridine, diethylene glycol dimethyl ether (diglyme), N-methylpyrrolidone and N-ethylpyrrolidone.
- solid precipitation can be achieved by precipitating the polyimide precursor in the reaction solution in water and dissolving it in a solvent in which the polyimide precursor such as tetrahydrofuran is soluble.
- Z has an a structure and a b structure
- R 1s is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms (preferably 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms)
- R 2s Is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms (preferably 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms)
- at least one of R 3s , R 4s , R 5s and R 6s is aromatic.
- a group (preferably having 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, particularly preferably 6 to 10 carbon atoms), the rest being a hydrogen atom or 1 to 30 carbon atoms (preferably having 1 to 18 carbon atoms, more Preferably, it is an organic group having 1 to 12 carbon atoms, particularly preferably 1 to 6 carbon atoms, which may be the same or different.
- the polymerization of the a structure and the b structure may be block polymerization or random polymerization. In the Z portion, the a structure is preferably 5 to 95 mol%, the b structure is 95 to 5 mol%, and a + b is 100 mol%.
- preferred Z includes those in which R 5s and R 6s in the b structure are phenyl groups.
- the molecular weight of the structure represented by the formula (SL) is preferably 400 to 4,000, and more preferably 500 to 3,000.
- the molecular weight can be determined by commonly used gel permeation chromatography. By setting the molecular weight within the above range, it is possible to reduce both the elastic modulus after dehydration and ring closure of the polybenzoxazole precursor and to suppress the warp and to improve the solubility.
- a tertiary amine compound is mentioned as a thermal base generator used for this invention.
- it is a compound represented by the following formula (A1).
- R A1 is an alkyl group (preferably having a carbon number of 1 to 12, preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3), or an alkenyl group (preferably having a carbon number of 2 to 12, more preferably 2 to 6). 2 to 3 are more preferable), an aryl group (preferably having 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and further preferably 6 to 10 carbon atoms), an arylalkyl group (preferably having 7 to 23 carbon atoms, and 7 to 19 carbon atoms).
- Ar 101 and Ar 102 are each independently an aryl group (preferably having 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and further preferably 6 to 10 carbon atoms).
- N represents an integer of 1 or more, and m represents an integer of 0 to 5.
- two R 1 s may be bonded to form a bicyclo ring. Examples of the bicyclo compound include diazabicycloundecene and diazabicyclononene.
- the kind of anion is preferably one selected from a carboxylate anion, a phenol anion, a phosphate anion, and a sulfate anion, and a carboxylate anion is more preferable because both the stability of the salt and the thermal decomposability can be achieved. That is, the ammonium salt is more preferably a salt of an ammonium cation and a carboxylate anion.
- the carboxylate anion is preferably represented by the following formula (X1).
- EWG represents an electron withdrawing group.
- the electron-withdrawing group means a group in which Hammett's substituent constant ⁇ m exhibits a positive value.
- ⁇ m is a review by Yusuke Tono, Journal of Synthetic Organic Chemistry, Vol. 23, No. 8 (1965) p. 631-642.
- the electron withdrawing group in this embodiment is not limited to the substituent described in the said literature.
- EWG is preferably a group represented by the following formulas (EWG-1) to (EWG-6).
- R x1 to R x3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 and more preferably 1 to 3). More preferably), an alkenyl group (preferably having 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms, further preferably 2 to 3 carbon atoms), an aryl group (preferably having 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, and 6 to 6 carbon atoms).
- the carboxylate anion is preferably represented by the following formula (XA).
- L 10 represents a single bond or an alkylene group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, and further preferably 1 to 3 carbon atoms), an alkenylene group (having 2 to 12 carbon atoms).
- the content of the thermal base generator in the photosensitive resin composition of the present invention is preferably 0.1 to 50% by mass with respect to the total solid content of the photosensitive resin composition.
- the lower limit is more preferably 0.5% by mass or more, further preferably 0.85% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more.
- the upper limit is more preferably 30% by mass or less, further preferably 20% by mass or less, further preferably 10% by mass or less, or 5% by mass or less, or 4% by mass or less.
- the mass ratio of the thermal base generator and the specific radical polymerizable compound (specific radical polymerizable compound / thermal base generator) is preferably 1.0 to 80.
- the lower limit is preferably 1.5 or more, more preferably 2 or more, and further preferably 3 or more.
- the photosensitive resin composition of the present invention may contain components other than those described above. Specifically, a photopolymerization initiator, a solvent, a polymerization inhibitor and the like are exemplified. Further, it may contain impurities derived from raw materials used in the synthesis of the precursor of the heterocyclic ring-containing polymer.
- IRGACURE OXE 01 IRGACURE OXE02
- IRGACURE OXE 03 IRGACURE OXE 04
- Adekaoptomer N-1919 manufactured by ADEKA Corporation, photopolymerization described in JP2012-014052A
- TR-PBG-304 manufactured by Changzhou Powerful Electronic New Materials Co., Ltd.
- Adeka Arcles NCI-831 and Adeka Arcles NCI-930 manufactured by ADEKA Corporation
- DFI-091 manufactured by Daitokemix Co., Ltd.
- Photopolymerization initiators are trihalomethyltriazine compounds, benzyldimethylketal compounds, ⁇ -hydroxyketone compounds, ⁇ -aminoketone compounds, acylphosphine compounds, phosphine oxide compounds, metallocene compounds, oxime compounds, triarylimidazoles from the viewpoint of exposure sensitivity. Selected from the group consisting of dimers, onium salt compounds, benzothiazole compounds, benzophenone compounds, acetophenone compounds and derivatives thereof, cyclopentadiene-benzene-iron complexes and salts thereof, halomethyloxadiazole compounds, and 3-aryl substituted coumarin compounds Compounds are preferred.
- the photosensitive resin composition of the present invention preferably contains a solvent.
- a known solvent can be arbitrarily used as the solvent.
- the solvent is preferably an organic solvent. Examples of the organic solvent include compounds such as esters, ethers, ketones, aromatic hydrocarbons, sulfoxides, and amides.
- 3-alkyloxypropionic acid alkyl esters for example, methyl 3-alkyloxypropionate, ethyl 3-alkyloxypropionate, etc. (for example, methyl 3-methoxypropionate, 3-methoxypropionate)) Ethyl acetate, methyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, etc.)
- 2-alkyloxypropionic acid alkyl esters for example, methyl 2-alkyloxypropionate, ethyl 2-alkyloxypropionate, 2 -Propyl alkyloxypropionate and the like (for example, methyl 2-methoxypropionate, ethyl 2-methoxypropionate, propyl 2-methoxypropionate, methyl 2-ethoxypropionate, ethyl 2-ethoxypropionate)
- silane coupling agent examples include compounds described in paragraphs 0062 to 0073 of JP-A No. 2014-191002, compounds described in paragraphs 0063 to 0071 of WO 2011/080992, and JP-A No. 2014-191252.
- Et represents an ethyl group.
- the photosensitive resin composition of the present invention may contain a sensitizing dye.
- a sensitizing dye absorbs specific actinic radiation and enters an electronically excited state.
- the sensitizing dye in an electronically excited state comes into contact with a thermal base generator, a thermal radical polymerization initiator, a radical polymerization initiator, and the like, and effects such as electron transfer, energy transfer, and heat generation occur.
- a thermal base generator, a thermal radical polymerization initiator, and a radical polymerization initiator cause a chemical change and are decomposed to generate radicals, acids, or bases. Details of the sensitizing dye can be referred to the descriptions in paragraphs 0161 to 0163 of JP-A-2016-027357, the contents of which are incorporated herein.
- the photosensitive resin composition of the present invention may contain a chain transfer agent.
- the chain transfer agent is defined, for example, in Polymer Dictionary 3rd Edition (edited by the Polymer Society, 2005) pages 683-684.
- As the chain transfer agent for example, a compound group having SH, PH, SiH, GeH in the molecule is used. These can generate hydrogen by donating hydrogen to a low activity radical to generate a radical, or after being oxidized and deprotonated.
- the content of the surfactant is 0.001 to 2.0% by mass with respect to the total solid content of the photosensitive resin composition of the present invention. Preferably, it is 0.005 to 1.0% by mass. Only one surfactant may be used, or two or more surfactants may be used. When there are two or more surfactants, the total is preferably in the above range.
- the content of halogen atoms is preferably less than 500 ppm by mass, more preferably less than 300 ppm by mass, and particularly preferably less than 200 ppm by mass from the viewpoint of wiring corrosion.
- a halogen ion is less than 5 mass ppm, More preferably, it is less than 1 mass ppm, Especially less than 0.5 mass ppm is preferable.
- the halogen atom include a chlorine atom and a bromine atom. The total of chlorine atoms and bromine atoms, or chlorine ions and bromine ions is preferably in the above range.
- the cured film of the present invention is formed by curing the photosensitive resin composition of the present invention.
- the film thickness of the cured film of the present invention can be, for example, 0.5 ⁇ m or more, and can be 1 ⁇ m or more. Moreover, as an upper limit, it can be set to 100 micrometers or less, and can also be set to 30 micrometers or less.
- the laminate of the cured film of the present invention may be formed by laminating two or more layers, further 3 to 7 layers.
- the laminate having two or more cured films of the present invention preferably has a metal layer between the cured films.
- Such a metal layer is preferably used as a metal wiring such as a rewiring layer.
- the manufacturing method of the laminated body of this invention includes the manufacturing method of the cured film of this invention.
- a film forming step layer forming step
- a heating step of a photosensitive resin composition or
- a laminated body can be obtained by laminating a cured film.
- the manufacturing method which concerns on preferable embodiment of this invention includes the film
- the type of the substrate can be appropriately determined according to the application, but a semiconductor production substrate such as silicon, silicon nitride, polysilicon, silicon oxide, amorphous silicon, quartz, glass, optical film, ceramic material, vapor deposition film, magnetic film , Reflective films, metal substrates such as Ni, Cu, Cr, Fe, paper, SOG (Spin On Glass), TFT (thin film transistor) array substrates, plasma display panel (PDP) electrode plates, etc. are not particularly limited.
- a semiconductor manufacturing substrate is particularly preferable, and a silicon substrate is more preferable.
- a resin layer or a metal layer becomes a board
- coating is preferable. Specifically, as a means to apply, dip coating method, air knife coating method, curtain coating method, wire bar coating method, gravure coating method, extrusion coating method, spray coating method, spin coating method, slit coating method, And an inkjet method.
- a spin coating method, a slit coating method, a spray coating method, and an ink jet method are more preferable.
- a resin layer having a desired thickness can be obtained by adjusting an appropriate solid content concentration and coating conditions according to the method.
- the coating method can be appropriately selected depending on the shape of the substrate, and a spin coat method, a spray coat method, an ink jet method or the like is preferable for a circular substrate such as a wafer, and a slit coat method, a spray coat method, an ink jet method or the like for a rectangular substrate.
- the method is preferred.
- the spin coating method for example, it can be applied at a rotational speed of 500 to 2000 rpm for about 10 seconds to 1 minute.
- the manufacturing method of this invention may include the process of drying in order to remove a solvent after forming a photosensitive resin composition layer and after a film
- a preferred drying temperature is 50 to 150 ° C, more preferably 70 to 130 ° C, and further preferably 90 to 110 ° C.
- Examples of the drying time include 30 seconds to 20 minutes, preferably 1 minute to 10 minutes, and more preferably 3 minutes to 7 minutes.
- the manufacturing method of this invention may also include the exposure process which exposes the said photosensitive resin composition layer.
- the amount of exposure is not particularly defined as long as the photosensitive resin composition can be cured, but for example, it is preferable to irradiate 100 to 10,000 mJ / cm 2 in terms of exposure energy at a wavelength of 365 nm, and to irradiate 200 to 8000 mJ / cm 2 . It is more preferable.
- the exposure wavelength can be appropriately determined in the range of 190 to 1000 nm, and is preferably 240 to 550 nm.
- the exposure wavelength is (1) semiconductor laser (wavelength 830 nm, 532 nm, 488 nm, 405 nm etc.), (2) metal halide lamp, (3) high pressure mercury lamp, g-line (wavelength 436 nm), h. Line (wavelength 405 nm), i line (wavelength 365 nm), broad (3 wavelengths of g, h, i line), (4) excimer laser, KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), F2 excimer Laser (wavelength 157 nm), (5) extreme ultraviolet light; EUV (wavelength 13.6 nm), (6) electron beam, and the like.
- the exposure by a high pressure mercury lamp is especially preferable, and the exposure by i line
- the ClogP value can be obtained as a calculated value by inputting a structural formula in ChemBioDraw.
- the organic solvent include esters such as ethyl acetate, n-butyl acetate, amyl formate, isoamyl acetate, isobutyl acetate, butyl propionate, isopropyl butyrate, ethyl butyrate, butyl butyrate, methyl lactate, ethyl lactate, and ⁇ -butyrolactone.
- the production method of the present invention preferably includes a heating step after the film forming step (layer forming step), the drying step, or the developing step.
- the heating step the cyclization reaction of the polymer precursor proceeds.
- the composition of this invention may contain radically polymerizable compounds other than a polymer precursor, hardening of radically polymerizable compounds other than an unreacted polymer precursor can also be advanced at this process.
- the heating temperature (maximum heating temperature) of the layer in the heating step is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, further preferably 140 ° C. or higher, and 160 ° C. or higher.
- the upper limit is preferably 500 ° C. or less, more preferably 450 ° C. or less, further preferably 350 ° C. or less, further preferably 250 ° C. or less, and preferably 220 ° C. or less. Even more preferred.
- Heating is preferably performed at a rate of temperature increase of 1 to 12 ° C./min from the temperature at the start of heating to the maximum heating temperature, more preferably 2 to 10 ° C./min, and even more preferably 3 to 10 ° C./min.
- the temperature at the start of heating is preferably 20 ° C to 150 ° C, more preferably 20 ° C to 130 ° C, and further preferably 25 ° C to 120 ° C.
- the temperature at the start of heating refers to the temperature at the start of the step of heating to the maximum heating temperature.
- the temperature of the dried film (layer) is, for example, 30% higher than the boiling point of the solvent contained in the photosensitive resin composition.
- the heating time (heating time at the maximum heating temperature) is preferably 10 to 360 minutes, more preferably 20 to 300 minutes, and further preferably 30 to 240 minutes.
- the heating temperature is preferably 180 ° C. to 320 ° C., more preferably 180 ° C. to 260 ° C., from the viewpoint of adhesion between the layers of the cured film.
- the reason is not certain, it is considered that the ethynyl groups of the polymer precursors between layers proceed with a crosslinking reaction at this temperature.
- Heating may be performed in stages. For example, the temperature is raised from 25 ° C. to 180 ° C. at 3 ° C./min, held at 180 ° C. for 60 minutes, heated from 180 ° C. to 200 ° C. at 2 ° C./min, and held at 200 ° C. for 120 minutes. You may perform the pre-processing process of these.
- the heating temperature as the pretreatment step is preferably 100 to 200 ° C, more preferably 110 to 190 ° C, and further preferably 120 to 185 ° C. In this pretreatment step, it is also preferable to carry out the treatment while irradiating ultraviolet rays as described in US Pat. No. 9,159,547. Such a pretreatment process can improve the characteristics of the film.
- the heating step is preferably performed in an atmosphere having a low oxygen concentration by flowing an inert gas such as nitrogen, helium, or argon from the viewpoint of preventing decomposition of the polymer precursor.
- the oxygen concentration is preferably 50 ppm (volume ratio) or less, and more preferably 20 ppm (volume ratio) or less.
- the production method of the present invention preferably further includes a lamination step.
- the layering process refers to the film forming process (layer forming process) and the heating process again on the surface of the cured film (resin layer) or metal layer, or the film forming process (layer formation) in the photosensitive resin composition.
- Step) the exposure step, and the development processing step are a series of steps including performing in the above order.
- the laminating step may further include the drying step and the heating step.
- a surface activation treatment process may be further performed after the heating process, the exposure process, or the metal layer formation process.
- An example of the surface activation treatment is plasma treatment.
- the stacked body 101 has a structure in which a semiconductor element 101a having no through electrode and semiconductor elements 101b to 101d having through electrodes 102b to 102d are flip-chip connected. That is, the electrode pad of the semiconductor element 101a having no through electrode and the connection pad on the semiconductor element 101a side of the semiconductor element 101b having the adjacent through electrode 102b are connected by the metal bump 103a such as a solder bump, The connection pad on the other side of the semiconductor element 101b having the electrode 102b is connected to the connection pad on the semiconductor element 101b side of the semiconductor element 101c having the penetrating electrode 102c adjacent thereto by a metal bump 103b such as a solder bump.
- An underfill layer 110 is formed in the gaps between the semiconductor elements 101a to 101d, and the semiconductor elements 101a to 101d are stacked via the underfill layer 110.
- the stacked body 101 is stacked on the wiring substrate 120.
- the wiring substrate 120 for example, a multilayer wiring substrate using an insulating substrate such as a resin substrate, a ceramic substrate, or a glass substrate as a base material is used.
- the wiring board 120 to which the resin board is applied include a multilayer copper-clad laminate (multilayer printed wiring board).
- a surface electrode 120 a is provided on one surface of the wiring board 120.
- An insulating film 115 on which a rewiring layer 105 is formed is disposed between the wiring substrate 120 and the stacked body 101, and the wiring substrate 120 and the stacked body 101 are electrically connected via the rewiring layer 105. It is connected.
- the insulating film 115 is formed using the photosensitive resin composition in the present invention. That is, one end of the rewiring layer 105 is connected to an electrode pad formed on the surface of the semiconductor element 101d on the rewiring layer 105 side through a metal bump 103d such as a solder bump.
- the cured film formed from the photosensitive resin composition of the present invention has both high chemical resistance and high elongation at break.
- About chemical resistance it is preferable that it is 500 nm / min or less, for example, it is more preferable that it is 300 nm / min or less, and it is further more preferable that it is 100 nm / min or less.
- the elongation at break is, for example, preferably 40% or more, more preferably 55% or more, and further preferably 70% or more. There is no particular upper limit, but 150% or less is practical.
- the measuring method of chemical resistance and breaking elongation is based on the measuring method in the examples described later.
- the cured film in the present invention can be widely used in various applications using polyimide or polybenzoxazole.
- Fields to which the cured film of the present invention can be applied include insulating films for semiconductor devices, interlayer insulating films for rewiring layers, stress buffer films, and the like.
- patterning may be performed by etching a sealing film, a substrate material (base film or coverlay of a flexible printed circuit board, an interlayer insulating film), or an insulating film for mounting as described above. Regarding these uses, for example, Science & Technology Co., Ltd.
- the cured film of the present invention can also be used for the production of printing plates such as offset printing plates or screen printing plates, the use for etching molded parts, and the production of protective lacquers and dielectric layers in electronics, in particular microelectronics.
- the cured film in the present invention is suitable for transparent plastic substrates, display parts such as liquid crystal displays and electronic paper, automotive parts, heat resistant paints, coating agents, and films. Available to:
- reaction mixture was then cooled to ⁇ 10 ° C. and 16.12 g (135.5 mmol) of SOCl 2 was added over 10 minutes while maintaining the temperature at ⁇ 10 ⁇ 4 ° C. After dilution with 50 mL of N-methylpyrrolidone, the reaction mixture was stirred at room temperature for 2 hours. A solution of 6.34 g (58.7 mmol) of p-phenylenediamine in 100 mL of N-methylpyrrolidone was then added dropwise to the reaction mixture at 20-23 ° C. over 20 minutes. The reaction mixture was then stirred overnight at room temperature.
- the polyimide precursor was then precipitated in 5 liters of water and the water-polyimide precursor mixture was stirred for 15 minutes at a speed of 5000 rpm.
- the polyimide precursor was collected by filtration, added to 4 liters of water, stirred again for 30 minutes, and collected again by filtration.
- the obtained polyimide precursor was dried at 45 ° C. under reduced pressure for 3 days to obtain a polyimide precursor (A-3).
- Synthesis Example 5 [Synthesis of polyimide precursor composition A-5 from 4,4′-oxydiphthalic dianhydride, 2-hydroxyethyl methacrylate and diamine (a) shown below] 42.4 g of 4,4′-oxydiphthalic dianhydride, 36.4 g of 2-hydroxyethyl methacrylate, 22.07 g of pyridine, and 100 mL of tetrahydrofuran were mixed and stirred at a temperature of 60 ° C. for 4 hours. .
- the obtained powdery polybenzoxazole precursor had a weight average molecular weight of 28,500 and a number average molecular weight of 9,800.
- This polybenzoxazole precursor A-6 is an example having no radical polymerizable group.
- the resin layer was immersed in a 4.9% by volume hydrofluoric acid solution for 30 minutes, and the resin layer was peeled from the silicon wafer to obtain a resin layer.
- the elongation at break of the resin layer was measured using a tensile tester (Tensilon) at a crosshead speed of 300 mm / min, a width of 10 mm, and a sample length of 50 mm. ) In the environment of) in accordance with JIS-K6251. In the evaluation, the breaking elongations in the longitudinal direction and the width direction were measured 5 times each, and the average value of breaking elongations in the longitudinal direction and the width direction was used.
- E b (L b ⁇ L 0 ) / L 0 ⁇ 100: E b is the breaking elongation (%), L 0 is the original length of the test piece (mm ), Lb was the length (mm) at break.
- C Photopolymerization initiator
- C-1 IRGACURE OXE 01 (manufactured by BASF)
- C-2 IRGACURE OXE 02 (manufactured by BASF)
- C-3 IRGACURE OX 04 (manufactured by BASF)
- C-4 IRGACURE-784 (manufactured by BASF)
- C-5 NCI-831 (manufactured by ADEKA Corporation)
- each component can be obtained individually only when a specific radical polymerizable compound, a heterocyclic ring-containing polymer precursor having a radical polymerizable group, and a thermal base generator are used at the same time.
- An unprecedentedly high effect appeared in the form of achieving both chemical resistance and elongation at break. This is understood that the above-mentioned three components act together in the cyclization reaction system of the polymer precursor to bring about a synergistic effect.
- the photosensitive resin composition layer on the silicon wafer was exposed with an exposure energy of 500 mJ / cm 2 using a stepper (Nikon NSR 2005 i9C), and the exposed photosensitive resin composition layer (resin layer) was subjected to cyclopenta Development was carried out for 60 seconds without forming holes having a diameter of 10 ⁇ m.
- the temperature was raised at a rate of temperature increase of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, and after reaching the temperatures shown in Tables 1 and 2, respectively, the temperatures were maintained for the times shown in Tables 1 and 2.
- a thin copper layer (metal layer) having a thickness of 2 ⁇ m was formed on a part of the surface of the photosensitive resin composition layer by vapor deposition so as to cover the hole portion. Furthermore, the same kind of photosensitive resin composition is used again on the surfaces of the metal layer and the photosensitive resin composition layer, and the patterned film is heated for 3 hours from the filtration of the photosensitive resin composition in the same manner as described above. The procedure up to was performed again, and a laminate composed of a resin layer / metal layer / resin layer was produced. This resin layer (inter-layer insulating film for rewiring layer) was excellent in insulation. Moreover, when a semiconductor device was manufactured using this interlayer insulating film for rewiring layer, it was confirmed that it operated without any problem.
Abstract
Description
そこで本発明は、硬化した樹脂の耐薬品性と優れた破断伸びとを両立することができる感光性樹脂組成物の提供を目的とする。また、上記感光性樹脂組成物を用いた硬化膜、積層体、硬化膜の製造方法、および半導体デバイスを提供することを目的とする。
<1>複素環含有ポリマーの前駆体と熱塩基発生剤とラジカル重合性化合物とを含み、
上記複素環含有ポリマーの前駆体が、ラジカル重合性基を有し、
上記ラジカル重合性化合物が、重合性官能基を4つ以上有する化合物および重合性官能基を3つ有しかつ分子量が400以下である化合物からなる群から選ばれる少なくとも1つのラジカル重合性化合物を含む、感光性樹脂組成物。
<2>上記重合性官能基が、それぞれ独立に、ビニルフェニル基、ビニル基、および、(メタ)アクリロイル基から選択される基である、<1>に記載の感光性樹脂組成物。
<3>上記熱塩基発生剤が式(101)または式(102)で表されるカチオンを有する、<1>または<2>に記載の感光性樹脂組成物;
<4>上記複素環含有ポリマーの前駆体がポリイミド前駆体またはポリベンゾオキサゾール前駆体を含む、<1>~<3>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<5>上記複素環含有ポリマーの前駆体がポリイミド前駆体を含む、<1>~<3>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<6>上記複素環含有ポリマーの前駆体が下記式(1)で表される構成単位を含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物;
<7>上記R113および上記R114の少なくとも一方がラジカル重合性基を含む、<6>に記載の感光性樹脂組成物。
<8>上記R115が芳香環を含む、<6>または<7>に記載の感光性樹脂組成物。
<9>上記R111が-Ar0-L0-Ar0-で表され、各Ar0はそれぞれ独立に芳香環を含む2価の基であり、L0は単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-NHCO-およびそれらの基の2つ以上の組み合わせからなる基である、<6>~<8>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<10>上記R111が下記式(51)または式(61)で表される基である、<6>~<9>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物;
<11>光重合開始剤を含む、<1>~<10>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<12>上記熱塩基発生剤と上記ラジカル重合性化合物との質量比が1.0~80である、<1>~<11>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<13>上記複素環含有ポリマーの前駆体100質量部に対して、上記ラジカル重合性化合物を2.5質量部以上62.5質量部以下で用いる、<1>~<12>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<14>さらに溶剤を含む、<1>~<13>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<15>有機溶剤を90質量%以上含む現像液による現像に供される、<1>~<14>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<16>再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、<1>~<15>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物。
<17><1>~<16>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
<18><17>に記載の硬化膜を2層以上有する、積層体。
<19>上記硬化膜の間に、金属層を有する、<18>に記載の積層体。
<20>上記硬化膜を3~7層有する、<18>または<19>に記載の積層体。
<21><1>~<16>のいずれか1つに記載の感光性樹脂組成物を基板に適用して感光性樹脂組成物層を形成する感光性樹脂組成物層形成工程と、上記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程とを含む、硬化膜の製造方法。
<22>さらに上記露光工程の後に、上記感光性樹脂組成物層を現像する現像工程を有する、<21>に記載の硬化膜の製造方法。
<23>上記現像工程が有機溶剤を90質量%以上含む現像液を用いて現像を行う、<22>に記載の硬化膜の製造方法。
<24>上記現像工程の後に、上記感光性樹脂組成物層を50~450℃の温度で加熱する現像後加熱工程を含む、<22>または<23>に記載の硬化膜の製造方法。
<25>上記加熱温度が50~250℃である、<24>に記載の硬化膜の製造方法。
<26>上記硬化膜の膜厚が1~30μmである、<21>~<25>のいずれか1つに記載の硬化膜の製造方法。
<27><17>に記載の硬化膜または<18>~<20>のいずれか1つに記載の積層体を有する、半導体デバイス。
本明細書における基(原子団)の表記に於いて、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において、「活性光線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線または放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」および「メタクリレート」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」および「メタクリル」の双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」および「メタクリロイル」の双方、または、いずれかを表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他の成分の質量の質量百分率である。また、固形分濃度は、特に述べない限り25℃における濃度をいう。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)・数平均分子量(Mn)は、特に述べない限り、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC測定)によるポリスチレン換算値として定義される。本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC-8220GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてガードカラムHZ-L、TSKgel Super HZM-M、TSKgel Super HZ4000、TSKgel Super HZ3000およびTSKgel Super HZ2000(東ソー(株)製)のいずれか1つ以上を用いることによって求めることができる。溶離液は特に述べない限り、THF(テトラヒドロフラン)を用いて測定したものとする。また、検出は特に述べない限り、UV線(紫外線)の波長254nm検出器を使用したものとする。
複素環含有ポリマーの前駆体と熱塩基発生剤とを含む感光性樹脂組成物については、多官能のラジカル重合性化合物を用いることで、耐薬品性を向上させることができた。しかしながら、それだけでは、破断伸びが低下する傾向にある。そこで本発明においては、重合性化合物だけでなくポリマーや熱塩基発生剤も架橋に関与することが予想され、環化に伴い適度に架橋が切断されることを期した。そのためには環化反応に寄与する部位がラジカル重合性基を有する形が好ましいと解され、上記構成とすることを見出した。なお、ここでの機序に関する説明は推定を含むものであり、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。
本発明に用いられるラジカル重合性化合物(本明細書では、「特定ラジカル重合性化合物」と称することがある)は、重合性官能基を4つ以上有する化合物および重合性官能基を3つ有しかつ分子量が400以下である化合物からなる群から選ばれる少なくとも1つのラジカル重合性化合物である。重合性官能基は、ビニルフェニル基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基から選択される基(本明細書では、これらの重合性官能基を「重合性官能基Ps」と呼ぶ)であることが好ましい。
重合性官能基が4つ以上の場合、特定ラジカル重合性化合物の官能基の数は、10以下であることが好ましく、8以下であることがより好ましく、6以下であることがさらに好ましい。また、重合性官能基が4つ以上のラジカル重合性化合物の分子量は、1000以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましく、600以下であることがさらに好ましい。下限値としては、400以上であることが実際的である。上記範囲とすることにより、膜の架橋密度が最適となり、破断伸びと耐薬品性が向上する。
特定ラジカル重合性化合物は、原子2個分以上の直鎖構造を有する連結基でラジカル重合性基同士が隔てられていることが好ましい。
重合性官能基が3つの場合、特定ラジカル重合性化合物の分子量はさらに、370以下であることが好ましく、340以下であることがより好ましく、300以下であることがさらに好ましい。下限値としては、150以上であることが実際的である。上記範囲とすることにより、膜の架橋密度が最適となり、破断伸びと耐薬品性が向上する。
RB1は、任意の置換基を有していてもよいアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、-NH-Ps、または-CH2-O―LP-Psであることが好ましい。任意の置換基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、またはこれらと連結基LPとが組合せった基が挙げられる。
(オリゴ)アルキレンオキシ基は、好ましくは(オリゴ)メチレンオキシ基、(オリゴ)エチレンオキシ基、(オリゴ)プロピレンオキシ基が例示される。連結基は、ヒドロキシル基などの置換基が置換していてもよい。なお、(オリゴ)アルキレンオキシ基とは、単独のアルキレンオキシキ基であっても、これが複数繰り返したオリゴアルキレンオキシ基であってもよい意味である。(オリゴ)アルキレンオキシ基の繰り返し数の好ましい数は1~8であり、より好ましくは1~4であり、さらに好ましくは1~2である。
アルキレン基の炭素数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい。アルキレン基は、ヒドロキシル基などの置換基が置換していてもよい。
(オリゴ)アルキレンアミノ基は、好ましくは、(オリゴ)メチレンアミノ基、(オリゴ)エチレンアミノ基、(オリゴ)プロピレンアミノ基である。(オリゴ)アルキレンアミノ基は、ヒドロキシル基などの置換基が置換していてもよい。(オリゴ)アルキレンアミノ基の繰り返し数は1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい。
LPがなす2価の連結基は、水素原子を除いた連結に関与する原子の数が、1~30が好ましく、2~20がより好ましく、3~16がさらに好ましい。
LQは連結基であり、具体例としては、LPで例示された連結基が挙げられる。なかでもアルキレン基が好ましく、炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい。特に、メチレン基またはエチレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
Ps、RB2、LP、LQは、それぞれ、式(P-1)におけるPs、RB1、LP、LQと同義であり、好ましい範囲も同じである。
pnが1のとき、RB2は水素原子または置換基(ただし重合性官能基は除く)である。置換基としてはアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)が好ましい。
pnが2のとき、RB2は2価の連結基となる。2価の連結基としては、アルキレン基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、酸素原子、カルボニル基、アミノ基(NH)、またはこれらの組合せに係る基が挙げられる。
式中、Psは、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
Lqは、アルキレン基(炭素数1~60が好ましく、3~40がより好ましく、4~24がさらに好ましい)、アミノ基(NH)、カルボニル基、酸素原子、(オリゴ)アルキレンオキシ基(例えば、(オリゴ)メチレンオキシ基、(オリゴ)エチレンオキシ基、(オリゴ)プロピレンオキシ基、繰り返し数の好ましい数は1~24が好ましく、3~18がより好ましく、4~14がさらに好ましい)、(オリゴ)アルキレンアミノ(NH)基(例えば、(オリゴ)メチレンアミノ基、(オリゴ)エチレンアミノ基、(オリゴ)プロピレンアミノ基、繰り返し数の好ましい数は1~24が好ましく、3~18がより好ましく、4~14がさらに好ましい)、またはそれらの組合せであることが好ましい。
PsはLqの末端だけではなく、途中に置換していてもよい。Lqは比較的長い鎖の基であることが好ましく、水素原子を除く連結に関与する原子の数として、5以上100以下であることが好ましく、6以上50以下であることがより好ましく、7以上40以下であることがさらに好ましい。
rmは0~12の整数であり、1~8が好ましく、1~6がより好ましい。
特定ラジカル重合性化合物の複素環含有ポリマーの前駆体に対する割合としては、複素環含有ポリマーの前駆体100質量部に対して、2.5質量部以上であることが好ましく、6.2質量部以上であることがより好ましく、12.5質量部以上であることがさらに好ましい。上限としては、62.5質量部以下であることが好ましく、37.5質量部以下であることがより好ましく、25質量部以下であることがさらに好ましい。
特定ラジカル重合性化合物は1種を用いても複数のものを用いてもよい。複数のものを用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。
本発明の一実施形態は、他の重合性化合物を、特定ラジカル重合性化合物の含有量の10質量%超で含む態様である。本実施形態では、他の重合性化合物の含有量は、特定ラジカル重合性化合物の含有量の10質量%超30質量%以下であることが好ましい。他の重合性化合物は、重合性官能基Psを有する化合物を用いることができる。他の重合性化合物が有する重合性基の数は、例えば、1個または2個が挙げられる。その他の重合性化合物の分子量は、2000以下が好ましく、1500以下がより好ましく、900以下がさらに好ましい。重合性化合物の分子量の下限は、100以上が好ましい。また、他の重合性化合物としては、上記のほか、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基またはアシルオキシメチル基を有する化合物;エポキシ化合物;オキセタン化合物;ベンゾオキサジン化合物が挙げられる。他の重合性化合物の具体例としては、国際公開第2017/104672号の段落0102~0126に記載の化合物のうち、特定ラジカル重合性化合物に該当しない物が例示され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の一実施形態は、他のラジカル重合性化合物を実質的に含まない態様である。実質的に含まないとは、特定ラジカル重合性化合物以外の他の重合性化合物の含有量が特定ラジカル重合性化合物の含有量の10質量%以下であることをいい、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることが一層好ましく、1質量%以下であることがより一層好ましい。
本発明で用いる複素環含有ポリマーの前駆体は、ラジカル重合性基を有する。ラジカル重合性基は、複素環含有ポリマーの前駆体の側鎖に結合していてもよいし、主鎖に結合していてもよい。好ましくは、側鎖に結合している。
複素環含有ポリマーの前駆体としては、ポリイミド前駆体またはポリベンゾオキサゾール前駆体を含むことが好ましい。ポリマー前駆体としては、ポリイミド前駆体がより好ましく、下記式(1)で表される構成単位を含むポリイミド前駆体であることがさらに好ましい。
本発明で用いるポリイミド前駆体は、ラジカル重合性基を有する。ラジカル重合性基は側鎖に有することが好ましい。
ポリイミド前駆体としては下記式(1)で表される構成単位を含むことがより好ましい。このような構成とすることにより、より膜強度に優れた組成物が得られる。
R111は、ジアミンから誘導されることが好ましい。ポリイミド前駆体の製造に用いられるジアミンとしては、直鎖または分岐の脂肪族、環状の脂肪族または芳香族ジアミンなどが挙げられる。ジアミンは、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
具体的には、ジアミンは、炭素数2~20の直鎖脂肪族基、炭素数3~20の分岐または環状の脂肪族基、炭素数6~20の芳香族基、または、これらの組み合わせからなる基を含むものであることが好ましく、炭素数6~20の芳香族基を含むジアミンであることがより好ましい。芳香族基の例としては、下記が挙げられる。
ジェファーミン(登録商標)KH-511、ジェファーミン(登録商標)ED-600、ジェファーミン(登録商標)ED-900、ジェファーミン(登録商標)ED-2003、ジェファーミン(登録商標)EDR-148、ジェファーミン(登録商標)EDR-176の構造を以下に示す。
Ar0の炭素数は、6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましく、フェニレン基が特に好ましい。L0の好ましい範囲は、上述のAR-8におけるAと同義である。
R50~R57の1価の有機基として、炭素数1~10(好ましくは炭素数1~6)の無置換のアルキル基、炭素数1~10(好ましくは炭素数1~6)のフッ化アルキル基等が挙げられる。
式(51)または(61)の構造を与えるジアミン化合物としては、ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(フルオロ)-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノオクタフルオロビフェニル等が挙げられる。これらの1種を用いるか、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
エチレン性不飽和結合を有する基としては、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基、下記式(III)で表される基などが挙げられる。
式(III)において、R201は、炭素数2~12のアルキレン基、-CH2CH(OH)CH2-または炭素数4~30の(ポリ)オキシアルキレン基(アルキレン基としては炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が特に好ましい;繰り返し数は1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が特に好ましい)を表す。なお、(ポリ)オキシアルキレン基とは、オキシアルキレン基またはポリオキシアルキレン基を意味する。
好適なR201の例は、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、1,2-ブタンジイル基、1,3-ブタンジイル基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、ドデカメチレン基、-CH2CH(OH)CH2-が挙げられ、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、-CH2CH(OH)CH2-がより好ましい。
特に好ましくは、R200がメチル基で、R201がエチレン基である。
ラジカル重合性基の重合性基当量(重量平均分子量を重合性基の数で除した値)は、0.0001以上であることが好ましく、0.0005以上であることがより好ましく、0.001以上であることがさらに好ましい。上限としては、0.05以下であることが好ましく、0.001以下であることがより好ましく、0.005以下であることがさらに好ましい。なお、重合性基の数は、合成時の原料の配合量から見積もることができる。
R113またはR114が表す1価の有機基としては、現像液の溶解度を向上させる置換基を用いてもよい。
R113またはR114が、水性現像液に対する溶解性の点からは、水素原子、2-ヒドロキシベンジル、3-ヒドロキシベンジルおよび4-ヒドロキシベンジルであってもよい。
アルキル基の炭素数は1~30であってもよい(環状の場合は3以上)。アルキル基は直鎖、分岐、環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐の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、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、1-エチルペンチル基、および2-エチルヘキシル基が挙げられる。環状のアルキル基は、単環の環状のアルキル基であってもよく、多環の環状のアルキル基であってもよい。単環の環状のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基およびシクロオクチル基が挙げられる。多環の環状のアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ボルニル基、カンフェニル基、デカヒドロナフチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、カンホロイル基、ジシクロヘキシル基およびピネニル基が挙げられる。中でも、高感度化との両立の観点から、シクロヘキシル基が挙げられる。また、芳香族基で置換されたアルキル基としては、後述する芳香族基で置換された直鎖アルキル基であってもよい。
芳香族基としては、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、具体的には、置換または無置換のベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インダセン環、ペリレン環、ペンタセン環、アセナフテン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオレン環、ビフェニル環等の芳香族炭化水素環を有する基が挙げられる。
芳香族複素環基としては、置換または無置換のピロール環、フラン環、チオフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環またはフェナジン環等の芳香族複素環を有する基が挙げられる。
ポリイミド前駆体の分子量の分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
ポリイミド前駆体の製造方法では、反応に際し、有機溶剤を用いることが好ましい。有機溶剤は1種でもよいし、2種以上でもよい。
有機溶剤としては、原料に応じて適宜定めることができるが、ピリジン、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、N-メチルピロリドンおよびN-エチルピロリドンが例示される。
本発明で用いるポリベンゾオキサゾール前駆体は、ラジカル重合性基を有する。ラジカル重合性基は側鎖に有することが好ましい。
ポリベンゾオキサゾール前駆体は、下記式(2)で表される構成単位を含むことがより好ましい。
式(2)において、R122は、4価の有機基を表す。4価の有機基としては、上記式(1)におけるR115と同義であり、好ましい範囲も同様である。R122は、2,2'-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンに由来することが好ましい。
R123およびR124は、それぞれ独立に、水素原子または1価の有機基を表し、上記式(1)におけるR113およびR114と同義であり、好ましい範囲も同様である。
閉環に伴う硬化膜の反りの発生を抑制できる点で、前駆体は、下記式(SL)で表されるジアミン残基を他の種類の構成単位として含むことが好ましい。
ポリベンゾオキサゾール前駆体の分散度は、1.5~3.5が好ましく、2~3がより好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、ポリマー前駆体を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、熱塩基発生剤を含む。熱塩基発生剤を用いることにより、複素環含有ポリマーの前駆体の閉環反応を行う加熱工程時に、閉環反応を促進させる塩基種を発生させることができるため、閉環率がより向上する。一方、熱塩基発生剤によって環化が促進されると、ポリマー前駆体の架橋点数が減ってしまう。これに対し、本発明においては、環化の後に架橋の一部が切れることに対して架橋剤の多点化で補っており、これにより本発明の効果に寄与していると考えられる。
(RA1)N(RA2)2 (A1)
式中、RA1は、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、アリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい)であり、アリール基が好ましい。RA2は酸性基(特にカルボキシル基が好ましい)を有してもよいアルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)である。
ただし、ここでの炭化水素基は本発明の効果を奏する範囲で、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、オキソ基(=O)等を有していてもよい意味である。
R1とR2、R3とR4、R5とR6、R5とR9、R6とR9はそれぞれ結合して環を形成してもよい。
R1~R6の炭化水素基は、アルキル基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アルケニル基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)、またはアリールアルキル基(炭素数7~23が好ましく、7~19がより好ましく、7~11がさらに好ましい)が好ましい。
R9の炭化水素基はメチレンまたはアルキリデン基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)が好ましい。メチレン基、アルキリデン基には、アミノ基(NH2)が置換してもよい。このアミノ基は環を形成する際に連結基(NH)を構成してもよい。R1とR2、R3とR4、R5とR6、R5とR9、R6とR9が形成する環としては、4員から8員の含窒素複素環が挙げられる。式(102)でR5とR6、R5とR9とが結合して環を形成した化合物としては、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン等が挙げられる。
R101は中でもアルカン構造の基(炭素数1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましい)、アルケン構造の基(炭素数2~12が好ましく、2~6がより好ましく、2~3がさらに好ましい)、アリール構造の基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)が好ましく、アリール構造の基(特にベンゼン環構造の基)がより好ましい。
式(Y1-1)~(Y1-4)において、Ar101およびAr102は、それぞれ独立に、アリール基(炭素数6~22が好ましく、6~18がより好ましく、6~10がさらに好ましい)を表し、nは、1以上の整数を表し、mは、0~5の整数を表す。
式(Y1-3)は、R1の2つずつが結合してビシクロ環を形成していてもよい。ビシクロ化合物の例としては、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン等が挙げられる。
アニオンの種類は、カルボン酸アニオン、フェノールアニオン、リン酸アニオンおよび硫酸アニオンから選ばれる1種が好ましく、塩の安定性と熱分解性を両立させられるという理由からカルボン酸アニオンがより好ましい。すなわち、アンモニウム塩は、アンモニウムカチオンとカルボン酸アニオンとの塩がより好ましい。
カルボン酸アニオンは、2個以上のカルボキシル基を持つ2価以上のカルボン酸のアニオンが好ましく、2価のカルボン酸のアニオンがより好ましい。この態様によれば、感光性樹脂組成物の安定性、硬化性および現像性をより向上できる熱塩基発生剤とすることができる。特に、2価のカルボン酸のアニオンを用いることで、感光性樹脂組成物の安定性、硬化性および現像性をさらに向上できる。
本実施形態において、カルボン酸アニオンは、pKa1が4以下のカルボン酸のアニオンであることが好ましい。pKa1は、3.5以下がより好ましく、3.2以下が一層好ましい。この態様によれば、感光性樹脂組成物の安定性をより向上できる。
ここでpKa1は、ACD/pKa(ACD/Labs社製)のソフトを用いて構造式より算出した値を用いることとする。
σmが正の値を示す置換基の例としては、CF3基(σm=0.43)、CF3CO基(σm=0.63)、HC≡C基(σm=0.21)、CH2=CH基(σm=0.06)、Ac基(σm=0.38)、MeOCO基(σm=0.37)、MeCOCH=CH基(σm=0.21)、PhCO基(σm=0.34)、H2NCOCH2基(σm=0.06)などが挙げられる。なお、Meはメチル基を表し、Acはアセチル基を表し、Phはフェニル基を表す(以下、同じ)。
Npは1~6が好ましく、1~3がより好ましく、1または2が特に好ましい。
式(XA)
熱塩基発生剤と特定ラジカル重合性化合物との質量比(特定ラジカル重合性化合物/熱塩基発生剤)は1.0~80であることが好ましい。下限値としては、1.5以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましく、3以上であることがさらに好ましい。上限としては、50以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましく、10以下であることがさらに好ましい。この比率を上記の範囲とすることで、破断伸びと耐薬品耐性の値が最適となる。
熱塩基発生剤は、1種または2種以上を用いることができる。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、上記以外の成分を含んでいてもよい。具体的には、光重合開始剤、溶剤、重合禁止剤などが例示される。また、複素環含有ポリマーの前駆体の合成に用いられた原料由来の不純物等を含みうる。
本発明の感光性樹脂組成物は、光重合開始剤を含むことが好ましい。
本発明で用いることができる光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有する光重合開始剤が好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよい。
光重合開始剤は、約300~800nm(好ましくは330~500nm)の範囲内に少なくとも約50のモル吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary-5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶剤を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE 184(IRGACUREは登録商標)、DAROCUR 1173、IRGACURE 500、IRGACURE-2959、IRGACURE 127(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE907、IRGACURE 369、および、IRGACURE 379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
アミノアセトフェノン系開始剤として、365nmまたは405nm等の波長光源に吸収極大波長がマッチングされた特開2009-191179号公報に記載の化合物も用いることができる。
アシルホスフィン系開始剤としては、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイドなどが挙げられる。また、市販品であるIRGACURE-819やIRGACURE-TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
メタロセン化合物としては、IRGACURE-784(BASF社製)などが例示される。
オキシム化合物の具体例としては、特開2001-233842号公報に記載の化合物、特開2000-080068号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物を用いることができる。
好ましいオキシム化合物としては、例えば、下記の構造の化合物や、3-ベンゾオキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、および2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられる。
さらに、また、フッ素原子を有するオキシム化合物を用いることも可能である。そのようなオキシム化合物の具体例としては、特開2010-262028号公報に記載されている化合物、特表2014-500852号公報の段落0345~0348に記載されている化合物24、36~40、特開2013-164471号公報の段落0101に記載されている化合物(C-3)などが挙げられる。
最も好ましいオキシム化合物としては、特開2007-269779号公報に示される特定置換基を有するオキシム化合物や、特開2009-191061号公報に示されるチオアリール基を有するオキシム化合物などが挙げられる。
さらに好ましい光重合開始剤は、トリハロメチルトリアジン化合物、α-アミノケトン化合物、アシルホスフィン化合物、ホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、オニウム塩化合物、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物であり、トリハロメチルトリアジン化合物、α-アミノケトン化合物、オキシム化合物、トリアリールイミダゾールダイマー、ベンゾフェノン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が一層好ましく、メタロセン化合物またはオキシム化合物を用いるのがより一層好ましく、オキシム化合物が特に好ましい。
また、光重合開始剤は、ベンゾフェノン、N,N’-テトラメチル-4,4’-ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)等のN,N’-テトラアルキル-4,4’-ジアミノベンゾフェノン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノ-プロパノン-1等の芳香族ケトン、アルキルアントラキノン等の芳香環と縮環したキノン類、ベンゾインアルキルエーテル等のベンゾインエーテル化合物、ベンゾイン、アルキルベンゾイン等のベンゾイン化合物、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体などを用いることもできる。また、下記式(I)で表される化合物を用いることもできる。
本発明の感光性樹脂組成物は、溶剤を含有することが好ましい。
溶剤は、公知の溶剤を任意に使用できる。溶剤は有機溶剤が好ましい。有機溶剤としては、エステル類、エーテル類、ケトン類、芳香族炭化水素類、スルホキシド類、アミド類などの化合物が挙げられる。
エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸-n-ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、アルキルオキシ酢酸アルキル(例えば、アルキルオキシ酢酸メチル、アルキルオキシ酢酸エチル、アルキルオキシ酢酸ブチル(例えば、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル等))、3-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、3-アルキルオキシプロピオン酸メチル、3-アルキルオキシプロピオン酸エチル等(例えば、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等))、2-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例えば、2-アルキルオキシプロピオン酸メチル、2-アルキルオキシプロピオン酸エチル、2-アルキルオキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-エトキシプロピオン酸メチル、2-エトキシプロピオン酸エチル))、2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸メチルおよび2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸エチル(例えば、2-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-エトキシ-2-メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸メチル、2-オキソブタン酸エチル等が好適なものとして挙げられる。
エーテル類として、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等が好適なものとして挙げられる。
ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン等が好適なものとして挙げられる。
芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、リモネン等が好適なものとして挙げられる。
スルホキシド類として、例えば、ジメチルスルホキシドが好適なものとして挙げられる。
アミド類として、N-メチル-2-ピロリドン、N -エチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド等が好適なものとして挙げられる。
溶剤は1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。溶剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
感光性樹脂組成物は、さらにマイグレーション抑制剤を含むことが好ましい。マイグレーション抑制剤を含むことにより、金属層(金属配線)由来の金属イオンが感光性樹脂組成物層内へ移動することを効果的に抑制可能となる。
マイグレーション抑制剤としては、特に制限はないが、複素環(ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、テトラゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、2H-ピラン環および6H-ピラン環、トリアジン環)を有する化合物、チオ尿素類およびメルカプト基を有する化合物、ヒンダードフェノール系化合物、サリチル酸誘導体系化合物、ヒドラジド誘導体系化合物が挙げられる。特に、トリアゾール(例えば、1,2,4-トリアゾール)、ベンゾトリアゾール等のトリアゾール系化合物、テトラゾール、ベンゾテトラゾール等のテトラゾール系化合物が好ましく使用できる。
マイグレーション抑制剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。マイグレーション抑制剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、重合禁止剤を含むことが好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ヒドロキノン、パラメトキシフェノール(1,4-メトキシフェノール)、ジ-tert-ブチル-パラクレゾール、ピロガロール、p-tert-ブチルカテコール、パラベンゾキノン(1,4-ベンゾキノン)、ジフェニル-パラベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシアミンアルミニウム塩、フェノチアジン、N-ニトロソジフェニルアミン、N-フェニルナフチルアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、5-ニトロソ-8-ヒドロキシキノリン、1-ニトロソ-2-ナフトール、2-ニトロソ-1-ナフトール、2-ニトロソ-5-(N-エチル-N-スルフォプロピルアミノ)フェノール、N-ニトロソ-N-(1-ナフチル)ヒドロキシアミンアンモニウム塩、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-tert-ブチル)フェニルメタンなどが好適に用いられる。また、特開2015-127817号公報の段落0060に記載の重合禁止剤、および、国際公開第2015/125469号の段落0031~0046に記載の化合物を用いることもできる。
また、下記化合物を用いることができる(Meはメチル基である)。
重合禁止剤は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。重合禁止剤が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、電極や配線などに用いられる金属材料との接着性を向上させるための金属接着性改良剤を含んでいることが好ましい。金属接着性改良剤としては、シランカップリング剤などが挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種の添加物、例えば、熱酸発生剤、増感色素、連鎖移動剤、界面活性剤、高級脂肪酸誘導体、無機粒子、硬化剤、硬化触媒、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加剤を配合する場合、その合計配合量は感光性樹脂組成物の固形分の3質量%以下とすることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、熱酸発生剤を含んでいてもよい。熱酸発生剤は、加熱により酸を発生し、複素環含有ポリマーの前駆体の環化を促進し硬化膜の機械特性をより向上させる。熱酸発生剤は、特開2013-167742号公報の段落0059に記載の化合物などが挙げられる。
熱酸発生剤は、1種のみ用いても、2種以上用いてもよい。2種以上用いる場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、増感色素を含んでいてもよい。増感色素は、特定の活性放射線を吸収して電子励起状態となる。電子励起状態となった増感色素は、熱塩基発生剤、熱ラジカル重合開始剤、ラジカル重合開始剤などと接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用が生じる。これにより、熱塩基発生剤、熱ラジカル重合開始剤、ラジカル重合開始剤は化学変化を起こして分解し、ラジカル、酸或いは塩基を生成する。増感色素の詳細については、特開2016-027357号公報の段落0161~0163の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の感光性樹脂組成物は、連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤は、例えば高分子辞典第三版(高分子学会編、2005年)683-684頁に定義されている。連鎖移動剤としては、例えば、分子内にSH、PH、SiH、GeHを有する化合物群が用いられる。これらは、低活性のラジカルに水素を供与して、ラジカルを生成するか、もしくは、酸化された後、脱プロトンすることによりラジカルを生成しうる。特に、チオール化合物(例えば、2-メルカプトベンズイミダゾール類、2-メルカプトベンズチアゾール類、2-メルカプトベンズオキサゾール類、3-メルカプトトリアゾール類、5-メルカプトテトラゾール類等)を好ましく用いることができる。
本発明の感光性樹脂組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種類の界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種類の界面活性剤を使用できる。また、下記界面活性剤も好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、酸素に起因する重合阻害を防止するために、ベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体を添加して、塗布後の乾燥の過程で感光性樹脂組成物の表面に偏在させてもよい。
本発明の感光性樹脂組成物が高級脂肪酸誘導体を有する場合、高級脂肪酸誘導体の含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1~10質量%が好ましい。高級脂肪酸誘導体は1種のみでもよいし、2種以上であってもよい。高級脂肪酸誘導体が2種以上の場合は、その合計が上記範囲であることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物の水分含有量は、塗布面性状の観点から、5質量%未満が好ましく、1質量%未満がさらに好ましく、0.6質量%未満が特に好ましい。
また、本発明の感光性樹脂組成物に意図せずに含まれる金属不純物を低減する方法としては、本発明の感光性樹脂組成物を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、本発明の感光性樹脂組成物を構成する原料に対してフィルターろ過を行う、装置内をポリテトラフロロエチレン等でライニングしてコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法を挙げることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、上記各成分を混合して調製することができる。混合方法は特に限定はなく、従来公知の方法で行うことができる。
また、感光性樹脂組成物中のゴミや微粒子等の異物を除去する目的で、フィルターを用いたろ過を行うことが好ましい。フィルター孔径は、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下がさらに好ましい。フィルターの材質は、ポリテトラフロロエチレン、ポリエチレンまたはナイロンが好ましい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルターろ過工程では、複数種のフィルターを直列または並列に接続して用いてもよい。複数種のフィルターを使用する場合は、孔径または材質が異なるフィルターを組み合わせて使用してもよい。また、各種材料を複数回ろ過してもよい。複数回ろ過する場合は、循環ろ過であってもよい。また、加圧してろ過を行ってもよい。加圧してろ過を行う場合、加圧する圧力は0.05MPa以上0.3MPa以下が好ましい。
フィルターを用いたろ過の他、吸着材を用いた不純物の除去処理を行ってもよい。フィルターろ過と吸着材を用いた不純物除去処理とを組み合わせてもよい。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができる。例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの無機系吸着材、活性炭などの有機系吸着材が挙げられる。
次に、硬化膜、積層体、半導体デバイス、およびそれらの製造方法について説明する。
本発明の硬化膜は、本発明の感光性樹脂組成物を硬化してなる。本発明の硬化膜の膜厚は、例えば、0.5μm以上とすることができ、1μm以上とすることができる。また、上限値としては、100μm以下とすることができ、30μm以下とすることもできる。
以下これらの詳細を説明する。
本発明の好ましい実施形態に係る製造方法は、感光性樹脂組成物を基板に適用して膜(層状)にする、膜形成工程(層形成工程)を含む。
基板の種類は、用途に応じて適宜定めることができるが、シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体作製基板、石英、ガラス、光学フィルム、セラミック材料、蒸着膜、磁性膜、反射膜、Ni、Cu、Cr、Feなどの金属基板、紙、SOG(Spin On Glass)、TFT(薄膜トランジスタ)アレイ基板、プラズマディスプレイパネル(PDP)の電極板など特に制約されない。本発明では、特に、半導体作製基板が好ましく、シリコン基板がより好ましい。
また、樹脂層の表面や金属層の表面に感光性樹脂組成物層を形成する場合は、樹脂層や金属層が基板となる。
感光性樹脂組成物を基板に適用する手段としては、塗布が好ましい。
具体的には、適用する手段としては、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法、スプレーコート法、スピンコート法、スリットコート法、およびインクジェット法などが例示される。感光性樹脂組成物層の厚さの均一性の観点から、より好ましくはスピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、インクジェット法である。方法に応じて適切な固形分濃度や塗布条件を調整することで、所望の厚さの樹脂層を得ることができる。また、基板の形状によっても塗布方法を適宜選択でき、ウェハ等の円形基板であればスピンコート法やスプレーコート法、インクジェット法等が好ましく、矩形基板であればスリットコート法やスプレーコート法、インクジェット法等が好ましい。スピンコート法の場合は、例えば、500~2000rpmの回転数で、10秒~1分程度適用することができる。
本発明の製造方法は、感光性樹脂組成物層を形成後、膜形成工程(層形成工程)の後に、溶剤を除去するために乾燥する工程を含んでいてもよい。好ましい乾燥温度は50~150℃で、70℃~130℃がより好ましく、90℃~110℃がさらに好ましい。乾燥時間としては、30秒~20分が例示され、1分~10分が好ましく、3分~7分がより好ましい。
本発明の製造方法は、上記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程を含んでもよい。露光量は、感光性樹脂組成物を硬化できる限り特に定めるものではないが、例えば、波長365nmでの露光エネルギー換算で100~10000mJ/cm2照射することが好ましく、200~8000mJ/cm2照射することがより好ましい。
露光波長は、190~1000nmの範囲で適宜定めることができ、240~550nmが好ましい。
露光波長は、光源との関係でいうと、(1)半導体レーザー(波長 830nm、532nm、488nm、405nm etc.)、(2)メタルハライドランプ、(3)高圧水銀灯、g線(波長 436nm)、h線(波長 405nm)、i線(波長 365nm)、ブロード(g,h,i線の3波長)、(4)エキシマレーザー、KrFエキシマレーザー(波長 248nm)、ArFエキシマレーザー(波長 193nm)、F2エキシマレーザー(波長 157nm)、(5)極端紫外線;EUV(波長 13.6nm)、(6)電子線等が挙げられる。本発明の感光性樹脂組成物については、特に高圧水銀灯による露光が好ましく、なかでも、i線による露光が好ましい。これにより、特に高い露光感度が得られうる。
本発明の製造方法は、露光された感光性樹脂組成物層に対して、現像処理を行う現像処理工程を含んでもよい。現像を行うことにより、露光されていない部分(非露光部)が除去される。現像方法は、所望のパターンを形成できれば特に制限は無く、例えば、パドル、スプレー、浸漬、超音波等の現像方法が採用可能である。
現像は現像液を用いて行う。現像液は、露光されていない部分(非露光部)が除去されるのであれば、特に制限なく使用できる。現像液は、有機溶剤を含むことが好ましい。本発明では、現像液は、ClogP値が-1~5の有機溶剤を含むことが好ましく、ClogP値が0~3の有機溶剤を含むことがより好ましい。ClogP値は、ChemBioDrawにて構造式を入力して計算値として求めることができる。
有機溶剤は、エステル類として、例えば、酢酸エチル、酢酸-n-ブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、アルキルオキシ酢酸アルキル(例:アルキルオキシ酢酸メチル、アルキルオキシ酢酸エチル、アルキルオキシ酢酸ブチル(例えば、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル等))、3-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例:3-アルキルオキシプロピオン酸メチル、3-アルキルオキシプロピオン酸エチル等(例えば、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等))、2-アルキルオキシプロピオン酸アルキルエステル類(例:2-アルキルオキシプロピオン酸メチル、2-アルキルオキシプロピオン酸エチル、2-アルキルオキシプロピオン酸プロピル等(例えば、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-エトキシプロピオン酸メチル、2-エトキシプロピオン酸エチル))、2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸メチルおよび2-アルキルオキシ-2-メチルプロピオン酸エチル(例えば、2-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-エトキシ-2-メチルプロピオン酸エチル等)、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸メチル、2-オキソブタン酸エチル等、ならびに、エーテル類として、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等、ならびに、ケトン類として、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、N-メチル-2-ピロリドン等、ならびに、芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、リモネン等、スルホキシド類としてジメチルスルホキシドが好適に挙げられる。
本発明では、特にシクロペンタノン、γ-ブチロラクトンが好ましく、シクロペンタノンがより好ましい。
現像液は、50質量%以上が有機溶剤であることが好ましく、70質量%以上が有機溶剤であることがより好ましく、90質量%以上が有機溶剤であることがさらに好ましい。また、現像液は、100質量%であることが有機溶剤であってもよい。
現像液を用いた処理の後、さらに、リンスを行ってもよい。リンスは、現像液とは異なる溶剤で行うことが好ましい。例えば、感光性樹脂組成物に含まれる溶剤を用いてリンスすることができる。リンス時間は、5秒~1分が好ましい。
本発明の製造方法は、膜形成工程(層形成工程)、乾燥工程、または現像工程の後に加熱する工程を含むことが好ましい。加熱工程では、ポリマー前駆体の環化反応が進行する。また、本発明の組成物はポリマー前駆体以外のラジカル重合性化合物を含ませてもよいが、未反応のポリマー前駆体以外のラジカル重合性化合物の硬化などもこの工程で進行させることができる。加熱工程における層の加熱温度(最高加熱温度)としては、50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましく、140℃以上であることがさらに好ましく、160℃以上であることが一層好ましく、170℃以上であることがより一層好ましい。上限としては、500℃以下であることが好ましく、450℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることがさらに好ましく、250℃以下であることが一層好ましく、220℃以下であることがより一層好ましい。
加熱は、加熱開始時の温度から最高加熱温度まで1~12℃/分の昇温速度で行うことが好ましく、2~10℃/分がより好ましく、3~10℃/分がさらに好ましい。昇温速度を1℃/分以上とすることにより、生産性を確保しつつ、アミンの過剰な揮発を防止することができ、昇温速度を12℃/分以下とすることにより、硬化膜の残存応力を緩和することができる。
加熱開始時の温度は、20℃~150℃が好ましく、20℃~130℃がより好ましく、25℃~120℃がさらに好ましい。加熱開始時の温度は、最高加熱温度まで加熱する工程を開始する際の温度のことをいう。例えば、感光性樹脂組成物を基板の上に適用した後、乾燥させる場合、この乾燥後の膜(層)の温度であり、例えば、感光性樹脂組成物に含まれる溶剤の沸点よりも、30~200℃低い温度から徐々に昇温させることが好ましい。
加熱時間(最高加熱温度での加熱時間)は、10~360分であることが好ましく、20~300分であることがより好ましく、30~240分であることがさらに好ましい。
特に多層の積層体を形成する場合、硬化膜の層間の密着性の観点から、加熱温度は180℃~320℃で加熱することが好ましく、180℃~260℃で加熱することがより好ましい。その理由は定かではないが、この温度とすることで、層間のポリマー前駆体のエチニル基同士が架橋反応を進行しているためと考えられる。
さらに、加熱後冷却してもよく、この場合の冷却速度としては、1~5℃/分であることが好ましい。
本発明の製造方法は、現像処理後の感光性樹脂組成物層の表面に金属層を形成する金属層形成工程を含んでいることが好ましい。
金属層としては、特に限定なく、既存の金属種を使用することができ、銅、アルミニウム、ニッケル、バナジウム、チタン、クロム、コバルト、金およびタングステンが例示され、銅およびアルミニウムがより好ましく、銅がさらに好ましい。
金属層の形成方法は、特に限定なく、既存の方法を適用することができる。例えば、特開2007-157879号公報、特表2001-521288号公報、特開2004-214501号公報、特開2004-101850号公報に記載された方法を使用することができる。例えば、フォトリソグラフィ、リフトオフ、電解めっき、無電解めっき、エッチング、印刷、およびこれらを組み合わせた方法などが考えられる。より具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせたパターニング方法、フォトリソグラフィと電解めっきを組み合わせたパターニング方法が挙げられる。
金属層の厚さとしては、最も厚肉部で、0.1~50μmが好ましく、1~10μmがより好ましい。
本発明の製造方法は、さらに、積層工程を含むことが好ましい。
積層工程とは、硬化膜(樹脂層)または金属層の表面に、再度、上記膜形成工程(層形成工程)および加熱工程、あるいは、感光性樹脂組成物には、上記膜形成工程(層形成工程)、上記露光工程、および上記現像処理工程を、上記順に行うことを含む一連の工程である。積層工程には、さらに、上記乾燥工程や加熱工程等を含んでいてもよいことは言うまでもない。
積層工程後、さらに積層工程を行う場合には、上記加熱工程後、上記露光工程後、または、上記金属層形成工程後に、さらに、表面活性化処理工程を行ってもよい。表面活性化処理としては、プラズマ処理が例示される。
上記積層工程は、2~5回行うことが好ましく、3~5回行うことがより好ましい。
例えば、樹脂層/金属層/樹脂層/金属層/樹脂層/金属層のような、樹脂層が3層以上7層以下の構成が好ましく、3層以上5層以下がさらに好ましい。
すなわち、本発明では特に、金属層を設けた後、さらに、上記金属層を覆うように、上記感光性樹脂組成物の膜形成工程(層形成工程)および加熱工程、あるいは、感光性樹脂組成物には、上記膜形成工程(層形成工程)、上記露光工程、および、上記現像処理工程(必要によりさらに加熱工程)を、上記順に行うことが好ましい。感光性樹脂組成物層(樹脂)を積層する積層工程と、金属層形成工程を交互に行うことにより、感光性樹脂組成物層(樹脂層)と金属層を交互に積層することができる。
図1に示す半導体デバイス100は、いわゆる3次元実装デバイスであり、複数の半導体素子(半導体チップ)101a~101dが積層した積層体101が、配線基板120に配置されている。
なお、この実施形態では、半導体素子(半導体チップ)の積層数が4層である場合を中心に説明するが、半導体素子(半導体チップ)の積層数は特に限定されるものではなく、例えば、2層、8層、16層、32層等であってもよい。また、1層であってもよい。
最上段の半導体素子101aは、貫通電極を有さず、その一方の面に電極パッド(図示せず)が形成されている。
半導体素子101b~101dは、貫通電極102b~102dを有し、各半導体素子の両面には、貫通電極に一体に設けられた接続パッド(図示せず)が設けられている。
すなわち、貫通電極を有さない半導体素子101aの電極パッドと、これに隣接する貫通電極102bを有する半導体素子101bの半導体素子101a側の接続パッドが、半田バンプ等の金属バンプ103aで接続され、貫通電極102bを有する半導体素子101bの他側の接続パッドが、それに隣接する貫通電極102cを有する半導体素子101cの半導体素子101b側の接続パッドと、半田バンプ等の金属バンプ103bで接続されている。同様に、貫通電極102cを有する半導体素子101cの他側の接続パッドが、それに隣接する貫通電極102dを有する半導体素子101dの半導体素子101c側の接続パッドと、半田バンプ等の金属バンプ103cで接続されている。
配線基板120としては、例えば樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板等の絶縁基板を基材として用いた多層配線基板が使用される。樹脂基板を適用した配線基板120としては、多層銅張積層板(多層プリント配線板)等が挙げられる。
配線基板120と積層体101との間には、再配線層105が形成された絶縁膜115が配置されており、配線基板120と積層体101とは、再配線層105を介して電気的に接続されている。絶縁膜115は、本発明における感光性樹脂組成物を用いて形成してなるものである。
すなわち、再配線層105の一端は、半田バンプ等の金属バンプ103dを介して、半導体素子101dの再配線層105側の面に形成された電極パッドに接続されている。また、再配線層105の他端は、配線基板の表面電極120aと、半田バンプ等の金属バンプ103eを介して接続している。
そして、絶縁膜115と積層体101との間には、アンダーフィル層110aが形成されている。また、絶縁膜115と配線基板120との間には、アンダーフィル層110bが形成されている。
本発明の硬化膜の適用可能な分野としては、半導体デバイスの絶縁膜、再配線層用層間絶縁膜、ストレスバッファ膜などが挙げられる。そのほか、封止フィルム、基板材料(フレキシブルプリント基板のベースフィルムやカバーレイ、層間絶縁膜)、あるいは上記のような実装用途の絶縁膜をエッチングでパターン形成することなどが挙げられる。これらの用途については、例えば、サイエンス&テクノロジー株式会社「ポリイミドの高機能化と応用技術」2008年4月、柿本雅明/監修、CMCテクニカルライブラリー「ポリイミド材料の基礎と開発」2011年11月発行、日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会/編「最新ポリイミド 基礎と応用」エヌ・ティー・エス,2010年8月等を参照することができる。
また、ポリイミドやポリベンゾオキサゾールは熱に強いため、本発明における硬化膜等は、液晶ディスプレイ、電子ペーパーなどの表示装置用の透明プラスチック基板、自動車部品、耐熱塗料、コーティング剤、フィルム用途としても好適に利用できる。
<<合成例1>>
[4,4’-オキシジフタル酸二無水物、4,4’-オキシジアニリンおよび2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-1:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成]
20.0g(64.5ミリモル)の4,4’-オキシジフタル酸二無水物(4,4’-オキシジフタル酸を140℃で12時間乾燥したもの)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)とを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、4,4’-オキシジフタル酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。50mLのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mLのN-メチルピロリドンに11.08g(58.7ミリモル)の4,4’-オキシジアニリンを溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴加した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に加えてポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、4リットルの水に加えて再度30分間撹拌し、再び濾取した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下、45℃で3日間乾燥し、ポリイミド前駆体(A-1)を得た。
[ピロメリット酸二無水物、4,4’-オキシジアニリンおよび2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-2:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成]
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリット酸二無水物(ピロメリット酸を140℃で12時間乾燥したもの)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのNMP(N-メチル-2-ピロリドン)とを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリット酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。50mLのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mLのN-メチルピロリドンに11.08g(58.7ミリモル)の4,4’-オキシジアニリンを溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴加した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に加えてポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、4リットルの水に加えて再度30分間撹拌し、再び濾取した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下、45℃で3日間乾燥し、ポリイミド前駆体(A-2)を得た。
[4,4’-オキシジフタル酸無水物、p-フェニレンジアミンおよび2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-3:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成]
20.0g(64.5ミリモル)の4,4’-オキシジフタル酸無水物(オキシジフタル酸を140℃で12時間乾燥したもの)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのダイグライムとを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、4,4’-オキシジフタル酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。50mLのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mLのN-メチルピロリドンに6.34g(58.7ミリモル)のp-フェニレンジアミンを溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴加した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に加えてポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、4リットルの水に加えて再度30分間撹拌し、再び濾取した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下、45℃で3日間乾燥し、ポリイミド前駆体(A-3)を得た。
[ピロメリット酸二無水物、m-トリジンおよび2-ヒドロキシエチルメタクリレートからのポリイミド前駆体(A-4:ラジカル重合性基を有するポリイミド前駆体)の合成]
14.06g(64.5ミリモル)のピロメリット酸二無水物(ピロメリット酸を140℃で12時間乾燥したもの)と、18.6g(129ミリモル)の2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、0.05gのハイドロキノンと、10.7gのピリジンと、140gのNMP(N-メチル-2-ピロリドン)とを混合し、60℃の温度で18時間撹拌して、ピロメリット酸と2-ヒドロキシエチルメタクリレートとのジエステルを製造した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、温度を-10±4℃に保ちながら、16.12g(135.5ミリモル)のSOCl2を10分かけて加えた。50mLのN-メチルピロリドンで希釈した後、反応混合物を室温で2時間撹拌した。次いで、100mLのN-メチルピロリドンに12.46g(58.7ミリモル)のm-トリジンを溶解させた溶液を、20~23℃で20分かけて反応混合物に滴加した。次いで、反応混合物を室温で1晩撹拌した。次いで、5リットルの水に加えてポリイミド前駆体を沈殿させ、水-ポリイミド前駆体混合物を5000rpmの速度で15分間撹拌した。ポリイミド前駆体を濾取し、4リットルの水に加えて再度30分間撹拌し、再び濾取した。次いで、得られたポリイミド前駆体を減圧下、45℃で3日間乾燥し、ポリイミド前駆体(A-4)を得た。
[4,4’-オキシジフタル酸二無水物、2-ヒドロキシエチルメタクリレートおよび下記に示すジアミン(a)からのポリイミド前駆体組成物A-5の合成]
42.4gの4,4’-オキシジフタル酸二無水物と、36.4gの2-ヒドロキシエチルメタクリレートと、22.07gのピリジンと、100mLのテトラヒドロフランを混合し、60℃の温度で4時間撹拌した。次いで、反応混合物を-10℃に冷却し、80mLのγ-ブチロラクトンに34.35gのジシクロヘキシルカルボジイミドを溶解させた溶液を-10±5℃で60分かけて反応混合物に滴下して、混合物を30分撹拌した。続いて、200mLのγ-ブチロラクトンに76.0gの下記に示すジアミン(a)を溶解させた溶液を-10±5℃で60分かけて反応混合物に滴下して、混合物を1時間撹拌した後、20mLのエチルアルコールと200mLのγ-ブチロラクトンを加えた。反応混合物に生じた沈殿物をろ過により取り除き、反応液を得た。得られた反応液に14Lの水を投入してポリイミド前駆体を沈殿させてろ過し、減圧下45℃で2日間乾燥した。得られた粉末状のポリイミド前駆体は、重量平均分子量26500、数平均分子量9300であった。重合性基当量は約95%であった。
ジアミン(a)
[2,2'-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンおよび
4,4’-オキシジベンゾイルクロリドからのポリベンゾオキサゾール前駆体組成物A-6の合成]
28.0gの2,2'-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンを200mLのN-メチルピロリドンに撹拌溶解した。続いて、温度を0~5℃に保ちながら、25.0gの4,4’-オキシジベンゾイルクロリドを10分間で滴下した後、60分間撹拌を続けた。得られた反応液に6Lの水を投入してポリベンゾオキサゾール前駆体を沈殿させ、固体をろ過して減圧下で、45℃で2日間乾燥した。得られた粉末状のポリベンゾオキサゾール前駆体は、重量平均分子量28500、数平均分子量9800であった。このポリベンゾオキサゾール前駆体A-6はラジカル重合性基を持たない例である。
A-5のポリイミド前駆体の合成手順に対して、2-ヒドロキシエチルメタクリレートを用いなかった以外同様にして、ポリイミド前駆体A-7を合成した。このポリイミド前駆体A-7はラジカル重合性基を持たない例である。
樹脂を下記表に記載の成分と混合し、均一な溶液として、感光性樹脂組成物の塗布液を調製した。各感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのUPE製のフィルターを通して加圧濾過した。
各感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧濾過した後、シリコンウェハ上にスピンコート法により適用し、感光性樹脂組成物層を形成した。得られた感光性樹脂組成物層を適用したシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に15μmの厚さの均一な感光性樹脂組成物層とした。シリコンウェハ上の感光性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーで露光し、露光した感光性樹脂組成物層(樹脂層)を、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、下記表1に記載の温度および時間で加熱して、感光性樹脂組成物層の硬化層(樹脂層)を得た。
得られた樹脂層について下記の薬液に下記の条件で浸漬し、溶解速度を算定した。
薬品:ジメチルスルホキシド(DMSO)と25質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)溶液の90:10(質量比)の混合物
評価条件:溶液中で樹脂層を75℃で15分間浸漬して前後の膜厚を比較し、溶解速度(nm/分)を算出した
シリコンウェハ上にスピンコート法により、感光性樹脂組成物層を形成した。得られた感光性樹脂組成物層を適用したシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に15μmの厚さの均一な感光性樹脂組成物層とした。シリコンウェハ上の感光性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーで露光した。露光した感光性樹脂組成物層を、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、下記表1に記載の温度および時間で加熱して、感光性樹脂組成物層の硬化層(樹脂層)を得た。樹脂層を4.9体積%フッ化水素酸溶液に30分間浸漬し、シリコンウェハから樹脂層を剥離し、樹脂層を得た。
樹脂層の破断伸びは、引張り試験機(テンシロン)を用いて、クロスヘッドスピード300mm/分、幅10mm、試料長50mmとして、フィルムの長手方向および幅方向について、25℃、65%RH(相対湿度)の環境下にて、JIS-K6251に準拠して測定した。評価は長手方向および幅方向のそれぞれの破断伸びを各5回ずつ測定し、長手方向と幅方向の破断伸びの平均値を用いた。なお、破断伸びの算式は、JISに沿って、Eb=(Lb―L0)/L0×100: Ebは破断伸び(%)、L0は試験片の元の長さ(mm)、Lbは破断時の長さ(mm)とした。
上記の耐薬品性および破断伸びの試験において、ポリマー前駆体を加熱し硬化し硬化膜を得る温度および時間は、それぞれの実施例及び比較例で適宜決定した。表1には、その条件を記載している。
A-1~A-7:合成例1~7で製造した複素環含有ポリマーの前駆体
B-2:KAYARAD DPHA(日本化薬社製)・・・上記例示化合物B-2
B-2は、アクリロイル基の1つが水素原子に置換された化合物との混合物、6官能化合物が主成分である。
その他のB-1、B-3~B-14は先に特定ラジカル重合性化合物の項で例示の化合物である。
C-1:IRGACURE OXE 01(BASF社製)
C-2:IRGACURE OXE 02(BASF社製)
C-3:IRGACURE OXE 04(BASF社製)
C-4:IRGACURE-784(BASF社製)
C-5:NCI-831((株)ADEKA社製)
E-1:1,4-ベンゾキノン
E-2:1,4-メトキシフェノール
F-1:1,2,4-トリアゾール
F-2:1H-テトラゾール
H-1:γ-ブチロラクトン
H-2:ジメチルスルホキシド
H-3:N-メチル-2-ピロリドン
H-4:乳酸エチル
実施例1の感光性樹脂組成物を、細孔の幅が0.8μmのフィルターを通して加圧ろ過した後、シリコンウェハ上にスピンコート法により感光性樹脂組成物を塗布した。感光性樹脂組成物層が塗布されたシリコンウェハをホットプレート上で、100℃で5分間乾燥し、シリコンウェハ上に15μmの厚さの均一な感光性樹脂組成物層を形成した。シリコンウェハ上の感光性樹脂組成物層を、ステッパー(Nikon NSR 2005 i9C)を用いて、500mJ/cm2の露光エネルギーで露光し、露光した感光性樹脂組成物層(樹脂層)を、シクロペンタノンで60秒間現像して、直径10μmのホールを形成した。次いで、窒素雰囲気下で、10℃/分の昇温速度で昇温し、それぞれ表1および表2に記載の温度に達した後、温度を表1および表2に記載の時間維持した。室温まで冷却後、上記ホール部分を覆うように、感光性樹脂組成物層の表面の一部に、蒸着法により厚さ2μmの銅薄層(金属層)を形成した。さらに、金属層および感光性樹脂組成物層の表面に、再度、同じ種類の感光性樹脂組成物を用いて、上記と同様に感光性樹脂組成物のろ過から、パターン化した膜の3時間加熱までの手順を再度実施して、樹脂層/金属層/樹脂層からなる積層体を作製した。
この樹脂層(再配線層用層間絶縁膜)は、絶縁性に優れていた。
また、この再配線層用層間絶縁膜を使用して半導体デバイスを製造したところ、問題なく動作す
ることを確認した。
101a~101d:半導体素子
101:積層体
102b~102d:貫通電極
103a~103e:金属バンプ
105:再配線層
110、110a、110b:アンダーフィル層
115:絶縁膜
120:配線基板
120a:表面電極
Claims (27)
- 複素環含有ポリマーの前駆体と熱塩基発生剤とラジカル重合性化合物とを含み、
前記複素環含有ポリマーの前駆体が、ラジカル重合性基を有し、
前記ラジカル重合性化合物が、重合性官能基を4つ以上有する化合物および重合性官能基を3つ有しかつ分子量が400以下である化合物からなる群から選ばれる少なくとも1つのラジカル重合性化合物を含む、感光性樹脂組成物。 - 前記重合性官能基が、それぞれ独立に、ビニルフェニル基、ビニル基、および、(メタ)アクリロイル基から選択される基である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記複素環含有ポリマーの前駆体がポリイミド前駆体またはポリベンゾオキサゾール前駆体を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記複素環含有ポリマーの前駆体がポリイミド前駆体を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記R113および前記R114の少なくとも一方がラジカル重合性基を含む、請求項6に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記R115が芳香環を含む、請求項6または7に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記R111が-Ar0-L0-Ar0-で表され、各Ar0はそれぞれ独立に芳香環を含む2価の基であり、L0は単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-NHCO-およびそれらの基の2つ以上の組み合わせからなる基である、請求項6~8のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 光重合開始剤を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記熱塩基発生剤と前記ラジカル重合性化合物との質量比が1.0~80である、請求項1~11のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記複素環含有ポリマーの前駆体100質量部に対して、前記ラジカル重合性化合物を2.5質量部以上62.5質量部以下で用いる、請求項1~12のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- さらに溶剤を含む、請求項1~13のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 有機溶剤を90質量%以上含む現像液による現像に供される、請求項1~14のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 再配線層用層間絶縁膜の形成に用いられる、請求項1~15のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
- 請求項1~16のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜。
- 請求項17に記載の硬化膜を2層以上有する、積層体。
- 前記硬化膜の間に、金属層を有する、請求項18に記載の積層体。
- 前記硬化膜を3~7層有する、請求項18または19に記載の積層体。
- 請求項1~16のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を基板に適用して感光性樹脂組成物層を形成する感光性樹脂組成物層形成工程と、前記感光性樹脂組成物層を露光する露光工程とを含む、硬化膜の製造方法。
- さらに前記露光工程の後に、前記感光性樹脂組成物層を現像する現像工程を有する、請求項21に記載の硬化膜の製造方法。
- 前記現像工程が有機溶剤を90質量%以上含む現像液を用いて現像を行う、請求項22に記載の硬化膜の製造方法。
- 前記現像工程の後に、前記感光性樹脂組成物層を50~450℃の温度で加熱する現像後加熱工程を含む、請求項22または23に記載の硬化膜の製造方法。
- 前記加熱温度が50~250℃である、請求項24に記載の硬化膜の製造方法。
- 前記硬化膜の膜厚が1~30μmである、請求項21~25のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
- 請求項17に記載の硬化膜または請求項18~20のいずれか1項に記載の積層体を有する、半導体デバイス。
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