説明

感光性樹脂組成物

【課題】露光から露光後ベークまでの放置時間に関わらず高感度で現像時の膜減りの小さい感光性樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】(a)アルカリ可溶性樹脂、(b)光重合性化合物、(c)光重合開始剤、(d)光酸発生剤および(e)酸により反応する架橋剤を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感光性樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、露光前はアルカリ水溶液に容易に溶解し、露光するとアルカリ水溶液に不溶となるネガ型の感光性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路やプリント回路基板などに用いられる絶縁材料として、例えば、感光性ポリイミド、感光性ポリベンゾオキサゾールなどの感光性樹脂組成物が開発実用化されている。これら感光性樹脂組成物において、近年環境に対する配慮から、従来の有機溶剤による現像からアルカリ水溶液による現像可能な感光性樹脂組成物が開発されている。このような感光性樹脂組成物には、重要な特性として感度と耐薬品性が求められている。
【0003】
アルカリ水溶液で現像可能なネガ型の感光性樹脂組成物として、これまでに、主鎖末端にアルカリ可溶性基を有するポリイミド、重合性化合物、重合開始剤、および熱架橋性化合物を含む感光性樹脂組成物(例えば、特許文献1〜2参照)が提案されている。しかし、これらの感光性樹脂組成物は感度が十分とは言えず、さらなる向上が必要であった。
【0004】
また、アルカリ可溶性樹脂、重合性基含有化合物、光酸発生剤および酸により反応する架橋剤を含むネガ型感光性樹脂組成物(例えば、特許文献3参照)や、ポリイミド重合体、光酸発生剤および架橋剤を含有する樹脂組成物(例えば、特許文献4参照)が提案されている。しかし、これらの樹脂組成物は、露光後ただちにベーク処理する必要があり、露光から露光後ベークまでの放置時間が延びるにつれ感度が大幅に低下し、現像時の膜減りが大きくなる課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第2004/109403号パンフレット
【特許文献2】国際公開第2006/098291号パンフレット
【特許文献3】特開2008−76740号公報
【特許文献4】特開2008−231255号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、露光から露光後ベークまでの放置時間に関わらず、高感度で現像時の膜減りを低減した硬化被膜を形成することのできる感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の感光性樹脂組成物は下記の構成を有する。すなわち、(a)アルカリ可溶性樹脂、(b)光重合性化合物、(c)光重合開始剤、(d)光酸発生剤および(e)酸により反応する架橋剤を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、露光から露光後ベークまでの放置時間に関わらず、高感度で現像時の膜減りの小さい感光性樹脂組成物を得ることができる。本発明の感光性樹脂組成物は、半導体素子の表面保護膜、層間絶縁膜、有機電界発光素子の絶縁層、回路基板の配線保護絶縁膜などに好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の感光性樹脂組成物は、(a)アルカリ可溶性樹脂、(b)光重合性化合物、(c)光重合開始剤、(d)光酸発生剤および(e)酸により反応する架橋剤を含有することを特徴とする。これらの成分を全て含有することにより、露光から露光後ベークまでの放置時間に関わらず、高感度で現像時の膜減りの小さい感光性樹脂組成物を得ることができる。例えば前記特許文献1〜2には、感光性樹脂組成物を構成する成分として、(a)〜(c)および(d)が開示されているが、これらの感光性樹脂組成物は感度が十分ではない。一方、例えば前記特許文献3には、(a)〜(b)および(d)〜(e)成分を含む、いわゆる化学増幅型のネガ型感光性樹脂組成物が開示されている。かかる感光性樹脂組成物は、露光のみでは架橋反応は不十分で、その後のベーク処理により酸触媒反応による架橋が促進され、硬化被膜が得られる。しかしこの方法では露光後ただちにベーク処理する必要があり、露光から露光後ベークまでの放置時間が延びるにつれ感度が大幅に低下し、現像時の膜減りが大きくなる。これは、光照射により(d)光酸発生剤から生じた酸が、時間の経過と共に組成物中または大気中に含まれる塩基成分と作用し、露光後ベーク処理の前に失活してしまうためであると考えられる。これに対し、本発明においては(b)光重合性化合物および(c)光重合開始剤と、(d)光酸発生剤および(e)酸により反応する架橋剤とを組み合わせることで、露光によりラジカルが発生し、瞬時に露光部が架橋する。この架橋により露光部の分子運動が制限されるため、(d)光酸発生剤から生じた酸と塩基成分との反応が抑制され、酸の失活を低減できる。この結果、露光から露光後ベークまでの放置時間に関わらず、現像時の膜減りの小さい硬化被膜を得ることができる。さらに、従来公知の(b)光重合性化合物および(c)光重合開始剤を含有するネガ型感光性樹脂組成物と比較した場合、本発明では(b)光重合性化合物および(c)光重合開始剤による架橋に加えて(d)光酸発生剤および(e)酸により反応する架橋剤による架橋の効果も得られるため、感度を向上させることができる。このため、本発明により、露光から露光後ベークまでの放置時間に関わらず高感度で耐薬品性に優れた、現像時の膜減りの小さい感光性樹脂組成物を得ることができる。
【0010】
本発明の感光性樹脂組成物は、(a)アルカリ可溶性樹脂を含有する。本発明におけるアルカリ可溶性とは、樹脂をγ−ブチロラクトンに溶解した溶液をシリコンウエハー上に塗布し、120℃で4分間プリベークを行って膜厚10μm±0.5μmのプリベーク膜を形成し、該プリベーク膜を23±1℃の2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に1分間浸漬した後、純水でリンス処理したときの膜厚減少から求められる溶解速度が50nm/分以上であることをいう。
【0011】
本発明に用いられる(a)アルカリ可溶性樹脂は、上記アルカリ可溶性を付与するため、樹脂の構造単位中および/またはその主鎖末端に酸性基を有することが好ましい。酸性基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、チオール基などが挙げられる。また、フッ素原子を有することが好ましく、アルカリ水溶液で現像する際に、膜の界面に撥水性を付与し、界面のしみこみを抑制することができる。アルカリ可溶性樹脂中のフッ素原子含有量は、界面のしみこみ防止効果の観点から5重量%以上が好ましく、アルカリ水溶液に対する溶解性の点から20重量%以下が好ましい。
【0012】
(a)アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリベンゾオキサゾール前駆体であるポリヒドロキシアミド、アルカリ可溶性基を有するアクリル樹脂、ポリヒドロキシスチレン、ノボラック樹脂、レゾール樹脂などが挙げられる。ポリイミド前駆体としては、例えば、ポリアミド酸、ポリアミド酸エステル、ポリアミド酸アミド、ポリイソイミドなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらの樹脂のうち、硬化被膜の耐熱性および靱性の観点から、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリヒドロキシアミドが好ましい。さらに、250℃以下の低温硬化における耐薬品性の観点から、ポリイミドがより好ましい。
【0013】
上述のポリイミドは下記一般式(1)で表される構造単位を有し、ポリイミド前駆体およびポリヒドロキシアミドは下記一般式(2)で表される構造単位を有する。これらを2種以上含有してもよいし、一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位を共重合した樹脂を用いてもよい。
【0014】
【化1】

【0015】
一般式(1)中、Rは4〜10価の有機基、Rは2〜8価の有機基を表す。RおよびRはフェノール性水酸基、スルホン酸基またはチオール基を表し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。pおよびqは0〜6の整数を表す。
【0016】
【化2】

【0017】
一般式(2)中、Rは2〜8価の有機基、Rは2〜8価の有機基を表す。RおよびRはフェノール性水酸基、スルホン酸基、チオール基、またはCOORを表し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。Rは水素原子または炭素数1〜20の1価の炭化水素基を示す。rおよびsは0〜6の整数を表す。ただしr+s>0である。
【0018】
本発明における(a)アルカリ可溶性樹脂は、一般式(1)または(2)で表される構造単位を10〜100000有することが好ましい。また、一般式(1)または(2)で表される構造単位に加えて、他の構造単位を有してもよい。この場合、一般式(1)または(2)で表される構造単位を、全構造単位中50mol%以上有することが好ましい。
【0019】
上記一般式(1)中、R−(Rは酸二無水物の残基を表す。Rは4価〜10価の有機基であり、なかでも芳香族環または環状脂肪族基を含有する炭素原子数5〜40の有機基が好ましい。
【0020】
酸二無水物としては、具体的には、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン酸二無水物、9,9−ビス{4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル}フルオレン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物および下記に示した構造の酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物や、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などの脂肪族のテトラカルボン酸二無水物などを挙げることができる。これらを2種以上用いてもよい。
【0021】
【化3】

【0022】
10は酸素原子、C(CF、C(CHまたはSOを表す。R11およびR12は水素原子、水酸基またはチオール基を表す。
【0023】
上記一般式(2)中、R−(Rは酸の残基を表す。Rは2価〜8価の有機基であり、なかでも芳香族環または環状脂肪族基を含有する炭素原子数5〜40の有機基が好ましい。
【0024】
酸成分としては、ジカルボン酸の例としてテレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ビス(カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビフェニルジカルボン酸、ベンゾフェノンジカルボン酸、トリフェニルジカルボン酸など、トリカルボン酸の例としてトリメリット酸、トリメシン酸、ジフェニルエーテルトリカルボン酸、ビフェニルトリカルボン酸など、テトラカルボン酸の例としてピロメリット酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸および下記に示した構造の芳香族テトラカルボン酸や、ブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸などの脂肪族のテトラカルボン酸などを挙げることができる。これらを2種以上用いてもよい。
【0025】
【化4】

【0026】
10は酸素原子、C(CF、C(CHまたはSOを表す。R11およびR12は水素原子、水酸基またはチオール基を表す。
【0027】
これらのうち、トリカルボン酸、テトラカルボン酸では1つまたは2つのカルボキシル基が一般式(2)におけるR基に相当する。また、上に例示したジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸の水素原子を、一般式(2)におけるR基、好ましくは水酸基やスルホン酸基、チオール基などで1〜4個置換したものがより好ましい。これらの酸は、そのまま、あるいは酸無水物、活性エステルとして使用できる。
【0028】
上記一般式(1)のR−(Rおよび上記一般式(2)のR−(Rはジアミンの残基を表す。RおよびRは2〜8価の有機基であり、なかでも芳香族環または環状脂肪族基を含有する炭素原子数5〜40の有機基が好ましい。
【0029】
ジアミンの具体的な例としては、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、4,4’−ジアミノジフェニルスルヒド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ベンジン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス(4−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス{4−(4−アミノフェノキシ)フェニル}エーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’,4,4’−テトラメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジ(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンあるいはこれらの芳香族環の水素原子の少なくとも一部をアルキル基やハロゲン原子で置換した化合物や、脂肪族のシクロヘキシルジアミン、メチレンビスシクロヘキシルアミンおよび下記に示した構造のジアミンなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
【0030】
【化5】

【0031】
10は酸素原子、C(CF、C(CHまたはSOを表す。R11〜R14は水素原子、水酸基またはチオール基を表す。
【0032】
これらのジアミンは、ジアミンとして、または対応するジイソシアネート化合物、トリメチルシリル化ジアミンとして使用できる。
【0033】
本発明に好ましく用いられるポリイミド前駆体は、テトラカルボン酸、対応するテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドなどとジアミン、対応するジイソシアネート化合物、トリメチルシリル化ジアミンを反応させて得ることができる。ポリイミドは、一般に、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させて得られるポリイミド前駆体の1つであるポリアミド酸を、加熱あるいは酸や塩基などの化学処理で脱水閉環することにより得ることができる。
【0034】
本発明に好ましく用いられるポリヒドロキシアミドは、ビスアミノフェノールとジカルボン酸、対応するジカルボン酸クロリド、ジカルボン酸活性エステルなどを反応させて得ることができる。
【0035】
また、これらの樹脂の末端を前述の酸性基を有するモノアミン、酸無水物、酸クロリド、モノカルボン酸により封止することで、主鎖末端に酸性基を有する樹脂を得ることができる。
【0036】
このようなモノアミンの好ましい例としては、5−アミノ−8−ヒドロキシキノリン、1−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−ヒドロキシ−4−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−7−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−6−アミノナフタレン、2−ヒドロキシ−5−アミノナフタレン、1−カルボキシ−7−アミノナフタレン、1−カルボキシ−6−アミノナフタレン、1−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−カルボキシ−7−アミノナフタレン、2−カルボキシ−6−アミノナフタレン、2−カルボキシ−5−アミノナフタレン、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、6−アミノサリチル酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、2−アミノチオフェノール、3−アミノチオフェノール、4−アミノチオフェノールなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
【0037】
また、このような酸無水物、酸クロリド、モノカルボン酸の好ましい例としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、ナジック酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3−ヒドロキシフタル酸無水物などの酸無水物、3−カルボキシフェノール、4−カルボキシフェノール、3−カルボキシチオフェノール、4−カルボキシチオフェノール、1−ヒドロキシ−7−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−6−カルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−5−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−7−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−6−カルボキシナフタレン、1−メルカプト−5−カルボキシナフタレン、3−カルボキシベンゼンスルホン酸、4−カルボキシベンゼンスルホン酸などのモノカルボン酸類およびこれらのカルボキシル基が酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、テレフタル酸、フタル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、1,7−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレンなどのジカルボン酸類の1つのカルボキシル基だけが酸クロリド化したモノ酸クロリド化合物、モノ酸クロリド化合物とN−ヒドロキシベンゾトリアゾールやN−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドとの反応により得られる活性エステル化合物が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
【0038】
上記したモノアミン、酸無水物、酸クロリド、モノカルボン酸などの末端封止剤の含有量は、樹脂を構成する酸およびアミン成分の総和100モル%に対して、2〜25モル%が好ましい。
【0039】
樹脂中に導入された末端封止剤は、以下の方法で容易に検出できる。例えば、末端封止剤が導入された樹脂を、酸性溶液に溶解し、樹脂の構成単位であるアミン成分と酸成分に分解し、これをガスクロマトグラフィー(GC)や、NMR測定することにより、末端封止剤を容易に検出できる。これとは別に、末端封止剤が導入された樹脂を直接、熱分解ガスクロマトグラフ(PGC)や赤外スペクトルおよび13C−NMRスペクトル測定することで検出することが可能である。
【0040】
本発明の感光性樹脂組成物は、(b)光重合性化合物を含有する。(b)光重合性化合物は、分子内に不飽和結合を有する。不飽和結合としては、例えば、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などの不飽和二重結合、プロパルギル基などの不飽和三重結合などが挙げられる。これらの中でも、共役型のビニル基やアクリロイル基、メタクリロイル基が重合性の面で好ましい。また、光重合性化合物中の不飽和結合の数は、安定性の点から1〜6が好ましい。不飽和結合を2以上有する場合、それぞれは同一の基でなくとも構わない。
【0041】
(b)光重合性化合物の好ましい例としては、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジメタクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタムが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
【0042】
(b)光重合性化合物の含有量は、(a)成分の樹脂100重量部に対して、5重量部以上が好ましく、現像時の露光部の膜減りをより低減することができる。また、150重量部以下が好ましく、(a)成分の樹脂との相溶性を向上させることができる。
【0043】
本発明の感光性樹脂組成物は、(c)光重合性化合物を含有する。(c)光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4,−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、3,3,4,4,−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類、3,5−ビス(ジエチルアミノベンジリデン)−N−メチル−4−ピペリドン、3,5−ビス(ジエチルアミノベンジリデン)−N−エチル−4−ピペリドンなどのベンジリデン類、7−ジエチルアミノ−3−テノニルクマリン、4,6−ジメチル−3−エチルアミノクマリン、3,3−カルボニルビス(7−ジエチルアミノクマリン)、7−ジエチルアミノ−3−(1−メチルメチルベンゾイミダゾリル)クマリン、3−(2−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチルアミノクマリンなどのクマリン類、2−t−ブチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、1,2−ベンズアントラキノンなどのアントラキノン類、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾイン類、エチレングリコールジ(3−メルカプトプロピオネート)、2−メルカプトベンズチアゾール、2−メルカプトベンゾキサゾール、2−メルカプトベンズイミダゾールなどのメルカプト類、N−フェニルグリシン、N−メチル−N−フェニルグリシン、N−エチル−N−(p−クロロフェニル)グリシン、N−(4−シアノフェニル)グリシンなどのグリシン類、1−フェニル−1,2−ブタンジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ビス(α−イソニトロソプロピオフェノンオキシム)イソフタル、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(o−ベンゾイルオキシム)、OXE01(商品名、チバスペシャルティケミカルズ(株)製)、OXE02(商品名、チバスペシャルティケミカルズ(株)製)などのオキシム類、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モリフォリノプロパン−1−オンなどのα−アミノアルキルフェノン類、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールなどが挙げられる。これらのうち、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ビス(α−イソニトロソプロピオフェノンオキシム)イソフタル、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(o−ベンゾイルオキシム)、OXE01、OXE02が好ましい。これらを2種以上含有してもよい。
【0044】
(c)光重合開始剤の含有量は、(a)成分の樹脂100重量部に対して、0.5重量部以上が好ましく、現像時の露光部の膜減りをより低減することができる。また、50重量部以下が好ましく、硬化被膜の膜特性を向上させることができる。さらに必要に応じて増感剤を含有してもよい。
【0045】
本発明の感光性樹脂組成物は、(d)光酸発生剤を含有する。(d)光酸発生剤は、光照射によりスルホン酸類、カルボン酸類などの酸を発生させる物質であり、このような性質を有する化合物として、スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン酸エステル化合物、ジアゾメタン化合物、トリアジン化合物などが挙げられる。光酸発生剤の例を下記に示すが、これらの化合物に限定されない。また、これらを2種以上含有してもよい。
【0046】
スルホニウム塩化合物の具体例としては下記の構造が挙げられる。
【0047】
【化6】

【0048】
【化7】

【0049】
ヨードニウム塩化合物の具体例としては下記の構造が挙げられる。
【0050】
【化8】

【0051】
スルホンイミド化合物の具体例としては下記の構造が挙げられる。
【0052】
【化9】

【0053】
スルホン酸エステル化合物の具体例としては下記の構造が挙げられる。
【0054】
【化10】

【0055】
ジアゾメタン化合物の具体例としては下記の構造が挙げられる。
【0056】
【化11】

【0057】
トリアジン化合物の具体例としては下記の構造が挙げられる。
【0058】
【化12】

【0059】
(d)光酸発生開始剤の含有量は、(a)成分の樹脂100重量部に対して、0.5重量部以上が好ましく、現像時の露光部の膜減りをより低減することができる。また、50重量部以下が好ましく、硬化被膜の膜特性を向上させることができる。
【0060】
本発明の感光性樹脂組成物は、(e)酸により反応する架橋剤を含有する。(e)酸により反応する架橋剤とは、光照射により(d)光酸発生剤から発生した酸が触媒となり、(a)成分の樹脂と架橋反応する化合物のことで、このような性質を有する化合物であれば構造は特に限定されない。このような性質を有する化合物は、酸による架橋と同時に、熱によっても(a)成分の樹脂と架橋することができる。これにより、従来技術の熱のみによる架橋と比較して樹脂との架橋密度を高めることができ、結果として耐薬品性に優れた硬化被膜を得ることができる。特に硬化温度が250℃以下の場合、耐薬品性向上効果がさらに顕著に発揮される。
【0061】
(e)酸により反応する架橋剤としては、例えば、メチロール基および/またはアルコキシメチル基と結合する窒素原子を有する化合物が挙げられる。これらの化合物としては、例えば、メラミン、グリコールウリル、尿素、アルキレン尿素、ベンゾグアナミンなどのアミノ基含有化合物にホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドとアルコールを反応させ、該アミノ基の水素原子をメチロール基またはアルコキシメチル基で置換した化合物が挙げられる。また、これらの化合物のメチロール基同士が自己縮合してなるオリゴマーであってもよい。なお、これらを2種以上含有してもよい。
【0062】
上記のアミノ基含有化合物のうち、メラミンを用いたものをメラミン系架橋剤、グリコールウリルを用いたものをグリコールウリル系架橋剤、尿素を用いたものを尿素系架橋剤、アルキレン尿素を用いたものをアルキレン尿素系架橋剤、ベンゾグアナミンを用いたものをベンゾグアナミン系架橋剤という。
【0063】
メラミン系架橋剤の具体例としては、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサブトキシブチルメラミンなどが挙げられる。
【0064】
グリコールウリル系架橋剤の具体例としては、例えばモノ,ジ,トリおよび/またはテトラヒドロキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラメトキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラエトキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラプロポキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラブトキシメチル化グリコールウリルなどが挙げられる。
【0065】
尿素系架橋剤の具体例としては、ビスメトキシメチル尿素、ビスエトキシメチル尿素、ビスプロポキシメチル尿素、ビスブトキシメチル尿素などが挙げられる。
【0066】
アルキレン尿素系架橋剤の具体例としては、モノおよび/またはジヒドロキシメチル化エチレン尿素、モノおよび/またはジメトキシメチル化エチレン尿素、モノおよび/またはジエトキシメチル化エチレン尿素、モノおよび/またはジプロポキシメチル化エチレン尿素、モノおよび/またはジブトキシメチル化エチレン尿素などのエチレン尿素系架橋剤、モノおよび/またはジヒドロキシメチル化プロピレン尿素、モノおよび/またはジメトキシメチル化プロピレン尿素、モノおよび/またはジエトキシメチル化プロピレン尿素、モノおよび/またはジプロポキシメチル化プロピレン尿素、モノおよび/またはジブトキシメチル化プロピレン尿素などのプロピレン尿素系架橋剤、1,3−ジ(メトキシメチル)4,5−ジヒドロキシ−2−イミダゾリジノン、1,3−ジ(メトキシメチル)−4,5−ジメトキシ−2−イミダゾリジノンなどが挙げられる。
【0067】
ベンゾグアナミン系架橋剤の具体例としては、例えばモノ,ジ,トリおよび/またはテトラヒドロキシメチル化ベンゾグアナミン、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラメトキシメチル化ベンゾグアナミン、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラエトキシメチル化ベンゾグアナミン、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラプロポキシメチル化ベンゾグアナミン、モノ,ジ,トリおよび/またはテトラブトキシメチル化ベンゾグアナミンなどが挙げられる。
【0068】
これらの化合物のうち、硬化被膜の耐薬品性をより向上できる点で、メラミン系架橋剤が好ましく、中でもヘキサメトキシメチルメラミンがさらに好ましい。
【0069】
(e)酸により反応する架橋剤の含有量は、(a)成分の樹脂100重量部に対して5重量部以上が好ましく、硬化被膜の膜特性を向上させることができる。また、80重量部以下が好ましく、感光性樹脂組成物の保存安定性を向上させることができる。
【0070】
本発明の感光性樹脂組成物は、さらに(e)以外の熱架橋剤を含有してもよく、硬化被膜の耐熱性、耐薬品性をより向上させることができる。熱架橋剤としては、例えば、ML−26X、ML−24X、ML−236TMP、4−メチロール3M6C、ML−MC、ML−TBC、DML−MBPC、DML−MBOC、DML−OCHP、DML−PC、DML−PCHP、DML−PTBP、DML−34X、DML−EP、DML−POP、DML−OC、ジメチロール−Bis−C、ジメチロール−BisOC−P、DML−BisOC−Z、DML−BisOCHP−Z、DML−PFP、DML−PSBP、DML−MB25、DML−MTrisPC、DML−Bis25X−34XL、DML−Bis25X−PCHP、TriML−P、TriML−35XL、TriML−TrisCR−HAP、TML−BP、TML−HQ、TML−pp−BPF、TML−BPA、TMOM−BP、HML−TPPHBA、HML−TPHAP、HMOM−TPPHBA、HMOM−TPHAP(以上、商品名、本州化学工業(株)製)、B−a型ベンゾオキサジン、B−m型ベンゾオキサジン(以上、商品名、四国化成工業(株)製)、2,6−ジメトキシメチル−4−t−ブチルフェノール、2,6−ジメトキシメチル−p−クレゾール、2,6−ジアセトキシメチル−p−クレゾールなどが挙げられる。
【0071】
さらに、必要に応じて界面活性剤を含有してもよく、感光性樹脂組成物と基板との塗れ性を向上させることができる。また、二酸化ケイ素、二酸化チタンなどの無機粒子を含有することもできる。また、メチルメタクリロキシジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、チタンキレート剤、アルミキレート剤などを含有してもよく、含有量は感光性樹脂組成物中0.5〜10重量%が好ましい。これらを含有することにより、シリコンウエハーなどの下地基板との接着性を向上させることができる。
【0072】
本発明の感光性樹脂組成物は、有機溶剤を含有することが一般的であり、前記(a)〜(e)成分が有機溶剤に溶解または分散されていることが好ましい。有機溶剤は、大気圧下沸点が80℃〜250℃であるものが好ましく用いられる。
【0073】
本発明に好ましく用いられる大気圧下沸点が80℃〜250℃である有機溶剤としては、具体的には、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、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エチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテルなどのエーテル類、エチ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メチルエーテルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどのアセテート類、アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、2−ヘプタノンなどのケトン類、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、N−メチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもかまわない。
【0074】
これらのうち、(a)成分を溶解し、かつ、大気圧下沸点が120℃〜200℃であるものがより好ましい。沸点がこの範囲であれば、感光性樹脂組成物塗布時の揮発を抑制し、かつ、溶媒除去のための熱処理温度を低く抑えることができるため、下地基板の材質に制約が生じることがない。また、(a)成分を溶解する溶剤を用いることによって、下地基板に均一性の良い塗膜を形成することができる。このような沸点を有する好ましい有機溶剤として、具体的には、シクロペンタノン、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、ジアセトンアルコール、3−メチル−3−メトキシブタノールが挙げられる。
【0075】
また、本発明の感光性樹脂組成物における有機溶剤の含有量は、(a)成分の樹脂100重量部に対して20〜800重量部が好ましい。
【0076】
次に、本発明の感光性樹脂組成物の製造方法について例を挙げて説明するが、以下の方法に限定されない。
【0077】
(a)成分を有機溶剤に撹拌溶解し、あるいは(a)成分を得るために重合反応して得られた樹脂溶液をそのまま用い、この樹脂溶液に(b)〜(e)成分を所定の割合で混合することで、均一な溶液とする。必要に応じて、製造過程の適当な段階でその他添加剤を混合する。添加剤が無機粒子の場合は、撹拌もしくは分散機を使用して分散液とする。このようにして得られた感光性樹脂組成物を、孔経が0.2〜5μm程度のフィルターでろ過することが好ましい。
【0078】
次に、本発明の感光性樹脂組成物を用いて耐熱性樹脂パターンを形成する方法について説明する。
【0079】
感光性樹脂組成物を基板上に塗布する。基板としてはシリコンウエハー、セラミックス類、ガリウムヒ素などが用いられるが、これらに限定されない。また、メチルメタクリロキシジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、チタンキレート剤、アルミキレート剤などにより基板を前処理することもできる。例えば、前記カップリング剤などをイソプロパノール、エタノール、メタノール、水、テトラヒドロフラン、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メチルエーテル、乳酸エチル、アジピン酸ジエチルなどの溶媒に0.5〜20重量%溶解させた溶液をスピンコート、浸漬、スプレー塗布、蒸気処理などで表面処理をする。場合によっては、その後50℃〜300℃までの温度をかけることで、基板と上記カップリング剤との反応を進行させることもできる。
【0080】
感光性樹脂組成物の塗布方法としては、スピンナを用いた回転塗布、スプレー塗布、ロールコーティングなどの方法が挙げられる。また、塗布膜厚は、塗布手法、組成物の固形分濃度、粘度などによって異なるが、通常、乾燥後の膜厚が1〜150μmになるように塗布する。
【0081】
次に感光性樹脂組成物を塗布した基板を乾燥して、感光性樹脂組成物被膜を得る。乾燥はオーブン、ホットプレート、赤外線などを使用し、50〜150℃の範囲で1分から数時間行うことが好ましい。
【0082】
次に、この感光性樹脂組成物被膜上に所望のパターンを有するマスクを通して化学線を照射し、露光する。露光に用いられる化学線としては紫外線、可視光線、電子線、X線などがあるが、本発明では水銀灯のi線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)が好ましい。
【0083】
次に露光後のベーク処理を行うことが好ましい。ベーク処理の温度は50〜180℃の範囲が好ましく、60〜150℃の範囲がより好ましい。時間は特に制限はないが、その後の現像性の観点からは10秒〜数時間が好ましい。
【0084】
感光性樹脂組成物被膜のパターンを形成するには、露光後、現像液を用いて未露光部を除去する。現像液としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N−アセチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルトリアミドなどを単独あるいはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、トルエン、キシレン、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、酢酸エチルなどの有機溶剤と組み合わせて使用したり、テトラメチルアンモニウムの水溶液、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液を使用することができる。特に、テトラメチルアンモニウムの水溶液、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミンなどのアルカリ性を示す化合物の水溶液が好ましい。また場合によっては、これらのアルカリ水溶液にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、ジメチルアクリルアミドなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などを単独あるいは数種を組み合わせたものを添加してもよい。現像後は水にてリンス処理をすることが好ましい。ここでもエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類などを水に加えてリンス処理をしてもよい。
【0085】
現像後、120〜400℃で加熱して硬化被膜にする。この加熱処理は温度を選び、段階的に昇温するか、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら5分間〜5時間実施する。一例としては、130℃、200℃、300℃で各30分ずつ熱処理する、あるいは室温より300℃まで2時間かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。
【0086】
本発明の感光性樹脂組成物により形成した硬化被膜は、半導体素子のパッシベーション膜、半導体素子の保護膜、高密度実装用多層配線の層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁膜などの用途に好適に用いることができる。また、基板上に形成された第一電極と、前記第一電極に対向して設けられた第二電極とを含む表示装置、具体的には例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、有機電界発光素子を用いた表示装置(有機電界発光装置)などの絶縁層に用いることができる。
【実施例】
【0087】
以下実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、合成例中の樹脂および実施例中の感光性樹脂組成物の評価は以下の方法により行った。
【0088】
膜厚の測定方法
大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースSTM−602を使用し、屈折率1.63で測定を行った。
【0089】
樹脂の溶解速度の測定方法
樹脂をγ−ブチロラクトンに溶解させて40重量%溶液を調製し、この樹脂溶液を6インチシリコンウエハ上に塗布し、ついでホットプレート(東京エレクトロン(株)製Mark−7)を用いて、120℃で4分間プリベークを行って膜厚10μm±0.5μmのプリベーク膜を得た。該プリベーク膜を、23±1℃の2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に1分間浸漬した後、純水でリンス処理して現像後被膜を得た。現像後被膜の膜厚を測定し、プリベーク膜からの膜厚減少量を溶解速度とした。
【0090】
感光性樹脂組成物被膜の作製
6インチシリコンウエハ上に、感光性樹脂組成物(以下ワニスと呼ぶ)をプリベーク後の膜厚が10μmとなるように塗布し、ついでホットプレート(東京エレクトロン(株)製Mark−7)を用いて、100℃で3分間プリベークすることにより、感光性樹脂組成物被膜を得た。
【0091】
露光
露光機(ウルトラテック(株)社製全波長ステッパーSpectrum 3e)に、パターンの切られたレチクルをセットし、感光性樹脂組成物被膜に対して、露光量500mJ/cm(i線換算)で全波長露光を行った。
【0092】
露光後ベーク
露光後の感光性樹脂組成物被膜に対して、ホットプレート(東京エレクトロン(株)製Mark−7)を用いて100℃で1分間熱処理を行った。
【0093】
現像
露光後ベークした感光性樹脂組成物被膜に対して、東京エレクトロン(株)製Mark−7の現像装置を用い、50回転で水酸化テトラメチルアンモニウムの2.38重量%水溶液を10秒間噴霧した。この後、0回転で80秒間静置した後400回転で水にてリンス処理し、3000回転で10秒間振り切り乾燥し、現像後被膜を得た。
【0094】
熱処理(キュア)
現像後被膜を、イナートオーブンINH−21CD(光洋サーモシステム(株)社製)を用いて、窒素気流下(酸素濃度20ppm以下)、実施例、比較例に記載の温度で60分間熱処理を行った。
【0095】
残膜率の測定
残膜率は以下の式に従って算出した。
残膜率(%)=現像後の膜厚÷プリベーク後の膜厚×100 。
【0096】
露光から露光後ベーク間の放置時間による膜厚減少の評価
各実施例および比較例に記載のワニスについて、前記の方法で感光性樹脂組成物被膜を2サンプル作製し、露光量500mJ/cmで露光を行った後、それぞれ0分、120分放置後に露光後ベーク、現像を行い、残膜率を測定した。放置時間0分と120分の残膜率の差が5%未満となる場合を合格、5%以上となる場合を不合格とした。
【0097】
感度の評価
露光から露光後ベークまでの放置時間を0分として、露光量を20−500mJ/cmの範囲で20mJ/cmきざみで露光を行い現像後の残膜率を算出し、残膜率が80%以上となるときの最小露光量を感度とした。
【0098】
耐薬品性の評価
露光量500mJ/cm、露光から露光後ベークまでの放置時間0分、その他条件は上記方法によりキュア後膜厚が10μmとなるように作製し、このキュア膜に対し、東京応化工業(株)製剥離液106を用いて40℃で10分間浸漬処理を行い、処理前後の膜厚を測定し、膜厚減少量を求めた。
【0099】
合成例1 ヒドロキシル基含有ジアミン化合物(I)の合成
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(セントラル硝子(株)製、BAHF)18.3g(0.05モル)をアセトン100mL、プロピレンオキシド17.4g(0.3モル)に溶解させ、−15℃に冷却した。ここに4−ニトロベンゾイルクロリド20.4g(0.11モル)をアセトン100mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下終了後、−15℃で4時間反応させ、その後室温に戻した。析出した白色粉体をろ別し、50℃で真空乾燥した。
【0100】
粉体30gを300mLのステンレスオートクレーブに入れ、メチルセルソルブ250mLに分散させ、5%パラジウム−炭素を2g加えた。ここに水素を風船で導入して、還元反応を室温で行った。約2時間後、風船がこれ以上しぼまないことを確認して反応を終了させた。反応終了後、ろ過して触媒であるパラジウム化合物を除き、ロータリーエバポレーターで濃縮し、下記式で表されるヒドロキシル基含有ジアミン化合物(I)を得た。
【0101】
【化13】

【0102】
合成例2 アルカリ可溶性樹脂の合成
乾燥窒素気流下、BAHF29.3g(0.08モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン1.24g(0.005モル)、末端封止剤として、3−アミノフェノール(東京化成工業(株)製)3.27g(0.03モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)150gに溶解した。ここにビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(マナック(株)製、ODPA)31.0g(0.1モル)をNMP50gとともに加えて、20℃で1時間撹拌し、次いで50℃で4時間撹拌した。その後、キシレンを15g添加し、水をキシレンとともに共沸しながら、150℃で5時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入して白色沈殿を集めた。この沈殿をろ過で集めて、水で3回洗浄した後、80℃の真空乾燥機で24時間乾燥し、ポリイミド粉体(以下、ポリマー(II)とする)を得た。この樹脂の溶解速度は5530nm/分であった。
【0103】
合成例3 アルカリ可溶性樹脂の合成
乾燥窒素気流下、合成例1で得られたヒドロキシル基含有ジアミン化合物(I)48.4g(0.08モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン1.24g(0.005モル)、末端封止剤として、3−アミノフェノール(東京化成工業(株)製)3.27g(0.03モル)をNMP150gに溶解した。ここにODPA31.0g(0.1モル)をNMP50gとともに加えて、40℃で3時間撹拌した。その後、N,N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール5.19g(0.127モル)をNMP4gで希釈した溶液を10分かけて滴下した。滴下後、50℃で3時間撹拌した。反応終了後、溶液を水3Lに投入して白色沈殿を集めた。この沈殿をろ過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し、ポリアミド酸エステル(以下、ポリマー(III)とする)を得た。この樹脂の溶解速度は1980nm/分であった。
【0104】
合成例4 アルカリ可溶性樹脂の合成
乾燥窒素気流下、BAHF18.3g(0.05モル)をNMP50g、グリシジルメチルエーテル26.4g(0.3モル)に溶解させ、溶液の温度を−15℃まで冷却した。ここにジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロリド14.7g(日本農薬(株)製、0.050モル)をGBL25gに溶解させた溶液を内部の温度が0℃を越えないように滴下した。滴下終了後、−15℃で6時間撹拌を続けた。反応終了後、溶液をメタノールを10重量%含んだ水3Lに投入して白色の沈殿を集めた。この沈殿をろ過で集めて、水で3回洗浄した後、50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し、ポリヒドロキシアミド粉体(以下、ポリマー(IV)とする)を得た。この樹脂の溶解速度は870nm/分であった。
【0105】
各実施例および比較例に用いた化合物の構造を以下に示す。
【0106】
【化14】

【0107】
実施例1
アルカリ可溶性樹脂としてポリマー(II)10g、光重合性化合物としてPDBE−200(商品名、(株)日本油脂製)4.0g、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(商品名DPHA、日本化薬(株)性)1.0g、光重合開始剤としてOXE02(商品名、チバスペシャルティケミカルズ(株)製)1.2g、光酸発生剤としてWPAG−341(商品名、和光純薬(株)製)0.3g、酸により反応する架橋剤としてMW−100LM(商品名、日本カーバイド(株)製)5.0gを添加したものをジアセトンアルコール20gに溶解させて感光性樹脂組成物のワニスAを得た。得られたワニスAを用いて、前記のようにシリコンウエハー上に感光性樹脂組成物被膜を作製し、露光、露光後ベーク、現像、200℃で熱処理し、露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0108】
実施例2
アルカリ可溶性樹脂としてポリマー(II)にかえてポリマー(III)10g、溶媒としてジアセトンアルコールにかえてγ−ブチロラクトン20gを用いること以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスBを得た。得られたワニスBを用いて、実施例1と同様にして、露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0109】
実施例3
アルカリ可溶性樹脂としてポリマー(II)にかえてポリマー(IV)10gを用いること以外は実施例2と同様にして感光性樹脂組成物のワニスCを得た。得られたワニスCを用いて、実施例1と同様にして、露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0110】
実施例4
光酸発生剤としてWPAG−341にかえてNAI−105(商品名、みどり化学(株)製)0.3gを用いること以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスDを得た。得られたワニスDを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0111】
実施例5
光酸発生剤としてWPAG−341にかえてDAM−101(商品名、みどり化学(株)製)0.3gを用いること以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスEを得た。得られたワニスEを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0112】
実施例6
酸により反応する架橋剤としてMW−100LMにかえてMX−270(商品名、日本カーバイド(株)製)5.0gを用いること以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスFを得た。得られたワニスFを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0113】
比較例1
光酸発生剤を添加しないこと以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスGを得た。得られたワニスGを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0114】
比較例2
光重合開始剤を添加しないこと以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスHを得た。得られたワニスHを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0115】
比較例3
光重合性化合物、光重合開始剤を添加しないこと以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスIを得た。得られたワニスIを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0116】
比較例4
光酸発生剤を添加しないこと以外は実施例2と同様にして感光性樹脂組成物のワニスJを得た。得られたワニスJを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0117】
比較例5
光酸発生剤を添加しないこと以外は実施例3と同様にして感光性樹脂組成物のワニスKを得た。得られたワニスKを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0118】
比較例6
光酸発生剤を添加しないこと以外は実施例6と同様にして感光性樹脂組成物のワニスLを得た。得られたワニスLを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0119】
比較例7
酸により反応する架橋剤であるMW−100LMに代えて熱架橋剤DML−PC(商品名、本州化学工業(株)製)5.0gを添加すること以外は実施例1と同様にして感光性樹脂組成物のワニスMを得た。得られたワニスMを用いて、実施例1と同様にして露光から露光後ベークまでの放置時間による膜厚減少、感度、耐薬品性の評価を行った。
【0120】
実施例1〜6および比較例1〜7の組成および評価結果を以下の表1〜2に示した。
【0121】
【表1】

【0122】
【表2】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)アルカリ可溶性樹脂、(b)光重合性化合物、(c)光重合開始剤、(d)光酸発生剤および(e)酸により反応する架橋剤を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
【請求項2】
前記(e)酸により反応する架橋剤が、メチロール基および/またはアルコキシメチル基と結合する窒素原子を有する化合物であることを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
【請求項3】
前記(e)酸により反応する架橋剤が、メラミン系架橋剤であることを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
【請求項4】
前記メラミン系架橋剤が、ヘキサメトキシメチルメラミンであることを特徴とする請求項3記載の感光性樹脂組成物。
【請求項5】
前記(a)アルカリ可溶性樹脂が、ポリイミド、ポリイミド前駆体、またはポリヒドロキシアミドであることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の感光性樹脂組成物。
【請求項6】
前記(a)アルカリ可溶性樹脂が、ポリイミドであることを特徴とする請求項5記載の感光性樹脂組成物。

【公開番号】特開2010−210851(P2010−210851A)
【公開日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−56023(P2009−56023)
【出願日】平成21年3月10日(2009.3.10)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】