JP2021120703A - 感光性樹脂組成物、硬化レリーフパターン及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
(A)ポリイミドおよびポリイミド前駆体からなる群から選択される少なくとも1種以上の樹脂と、
(B)感光剤と、
(C)ウレア化合物と
を含む、感光性樹脂組成物であって、
上記感光性樹脂組成物を170℃で2時間加熱することにより硬化させた硬化膜を、温度50℃、濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド5水和物(TMAH)のジメチルスルホキシド(DMSO)溶液に、10分間接触させたとき、
接触前と接触後における、上記硬化膜の1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、下記式(1):
0.1≦(接触後ピーク強度/接触前ピーク強度)≦0.8 ・・・(1)
を満たす、感光性樹脂組成物。
[2]
接触前と接触後の上記硬化膜の膜厚の変化量が、1nm以上1000nm以下である、項目1に記載の感光性樹脂組成物。
[3]
接触前の上記硬化膜のイミド化率が70%以上100%以下である、項目1または2に記載の感光性樹脂組成物。
[4]
上記感光性樹脂組成物は、絶縁部材形成用の感光性樹脂組成物である、項目1〜3のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
[5]
上記感光性樹脂組成物は、層間絶縁膜形成用の感光性樹脂組成物である、項目1〜4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
[6]
上記感光性樹脂組成物は、二層以上の層間絶縁膜形成用の感光性樹脂組成物である、項目1〜5のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
[7]
(1)項目1〜6のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を基板上に形成する工程と、
(2)上記感光性樹脂層を露光する工程と、
(3)上記露光後の感光性樹脂層を現像して、レリーフパターンを形成する工程と、
(4)上記レリーフパターンを加熱処理して、硬化レリーフパターンを形成する工程と、
(5)上記硬化レリーフパターンをアルカリ溶液と接触させる工程と、
(6)上記アルカリ溶液と接触させた上記硬化レリーフパターンを加熱処理する工程と、
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
[8]
上記加熱処理は170℃以下の加熱処理である、項目7に記載の硬化レリーフパターンの製造方法。
[9]
上記工程(4)で得られる硬化レリーフパターンおよび上記工程(6)で得られる硬化レリーフパターンの、1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、上記工程(5)で得られる硬化レリーフパターンの1778cm−1付近のIRピーク強度よりも高い、項目7または8に記載の硬化レリーフパターンの製造方法。
[10]
上記硬化レリーフパターンを上記アルカリ溶液と接触させる工程(5)は、フォトレジストの剥離工程である、項目7〜9のいずれか一項に記載の硬化レリーフパターンの製造方法。
[11]
硬化膜を、温度50℃、濃度2.38質量%のTMAHのDMSO溶液に、10分間接触させたとき、接触前と接触後における、上記硬化膜の1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、下記式(1):
0.1≦(接触後ピーク強度/接触前ピーク強度)≦0.8 ・・・(1)
を満たす、硬化膜。
[12]
接触前と接触後の上記硬化膜の膜厚の変化量が、1nm以上1000nm以下である、項目11に記載の硬化膜。
[13]
接触前の上記硬化膜のイミド化率が70%以上100%以下である、項目11または12に記載の硬化膜。
本実施形態に係る感光性樹脂組成物は、
(A)ポリイミドおよびポリイミド前駆体からなる群から選択される少なくとも1種以上の樹脂と、
(B)感光剤と、
(C)ウレア化合物と
を含む。
0.1≦(接触後ピーク強度/接触前ピーク強度)≦0.8 ・・・(1)
本実施形態における(A)ポリイミド前駆体は、感光性樹脂組成物に含まれる樹脂成分であり、加熱環化処理を施すことによってポリイミドに変換される。ポリイミド前駆体は下記一般式(3)で表される構造を有するポリアミドであることが好ましい。
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体であることが好ましい。
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体であることが好ましい。一般式(10)において、R1及びR2の少なくとも一方は、上記一般式(4)で表される1価の有機基であることがより好ましい。(A)ポリイミド前駆体が、一般式(10)で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含むことで、解像性、イミド化率、耐薬品性が良好となり、特に面内均一性が良好となる。
(A)ポリイミド前駆体は、まず前述の4価の有機基X1を含むテトラカルボン酸二無水物と、光重合性の不飽和二重結合を有するアルコール類、及び任意に不飽和二重結合を有さないアルコール類とを反応させて、部分的にエステル化したテトラカルボン酸(以下、アシッド/エステル体ともいう)を調製する。その後、部分的にエステル化したテトラカルボン酸と、前述の2価の有機基Y1を含むジアミン類とをアミド重縮合させることにより得られる。
本実施形態で、(A)ポリイミド前駆体を調製するために好適に用いられる、4価の有機基X1を含むテトラカルボン酸二無水物としては、上記一般式(20)に示されるテトラカルボン酸二無水物をはじめ、例えば、無水ピロメリット酸、ジフェニルエーテル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルメタン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−無水フタル酸)プロパン、2,2−ビス(3,4−無水フタル酸)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン等を、好ましくは無水ピロメリット酸、ジフェニルエーテル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独で用いることができるのは勿論のこと2種以上を混合して用いてもよい。
上記アシッド/エステル体(典型的には後述する溶剤中の溶液)に、氷冷下、適当な脱水縮合剤を投入混合してアシッド/エステル体をポリ酸無水物とした後、これに、本実施形態で好適に用いられる2価の有機基Y1を含むジアミン類を別途溶媒に溶解又は分散させたものを滴下投入し、アミド重縮合させることにより、目的のポリイミド前駆体を得ることができる。脱水縮合剤としては、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1−エトキシカルボニル−2−エトキシ−1,2−ジヒドロキノリン、1,1−カルボニルジオキシ−ジ−1,2,3−ベンゾトリアゾール、N,N’−ジスクシンイミジルカーボネート等が挙げられる。代替的には、上記アシッド/エステル体を、塩化チオニル等を用いてアシッド部分を酸クロライド化した後に、ピリジン等の塩基存在下に、ジアミン化合物と反応させることにより、目的のポリイミド前駆体を得ることができる。
本実施形態に用いられる(B)感光剤について説明する。感光剤としては、光ラジカル重合開始剤であることが好ましく、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン等のベンゾフェノン誘導体、2,2’−ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のアセトフェノン誘導体、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン等のチオキサントン誘導体、ベンジル、ベンジルジメチルケタール、ベンジル−β−メトキシエチルアセタール等のベンジル誘導体、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル等のベンゾイン誘導体、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、1,3−ジフェニルプロパントリオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−3−エトキシプロパントリオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム等のオキシム類、N−フェニルグリシン等のN−アリールグリシン類、ベンゾイルパークロライド等の過酸化物類、芳香族ビイミダゾール類、チタノセン類、α−(n−オクタンスルフォニルオキシイミノ)−4−メトキシベンジルシアニド等の光酸発生剤類等が好ましく挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記の光重合開始剤の中では、特に光感度の点で、オキシム類がより好ましい。
本実施形態に用いられる(C)ウレア化合物は、分子構造中にウレア結合を有していれば、その他の構造は限定されない。(C)ウレア化合物は、耐薬品性の観点から、また、接触後ピーク強度/接触前ピーク強度を本実施形態の範囲に調整しやすい観点から、下記一般式(11)又は(12)で表される構造を有するウレア化合物であることが好ましい。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、塩基発生剤を含有していても良い。塩基発生剤とは、加熱することで塩基を発生する化合物をいう。熱塩基発生剤を含有することで、感光性樹脂組成物のイミド化をさらに促進することができる。
溶剤としては、アミド類、スルホキシド類、ウレア類、ケトン類、エステル類、ラクトン類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類、アルコール類等が挙げられ、例えば、N−メチル−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、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、γ−ブチロラクトン、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、ベンジルアルコール、フェニルグリコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコールジメチルエーテル、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、モルフォリン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、アニソール、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等を使用することができる。中でも、樹脂の溶解性、樹脂組成物の安定性、及び基板への接着性の観点から、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、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、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ベンジルアルコール、フェニルグリコール、及びテトラヒドロフルフリルアルコールが好ましい。
本実施形態の感光性樹脂組成物を用いて銅又は銅合金から成る基板上に硬化膜を形成する場合には、銅上の変色を抑制するために、感光性樹脂組成物は、含窒素複素環化合物を任意に含んでもよい。含窒素複素環化合物としては、アゾール化合物、及びプリン誘導体等が挙げられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、有機チタン化合物を含有してもよい。有機チタン化合物を含有することにより、低温で硬化した場合であっても耐薬品性に優れる感光性樹脂層を形成できる。
I)チタンキレート化合物:中でも、感光性樹脂組成物の保存安定性及び良好なパターンが得られることから、アルコキシ基を2個以上有するチタンキレートがより好ましい。具体的な例は、チタニウムビス(トリエタノールアミン)ジイソプロポキサイド、チタニウムジ(n−ブトキサイド)ビス(2,4−ペンタンジオネート、チタニウムジイソプロポキサイドビス(2,4−ペンタンジオネート)、チタニウムジイソプロポキサイドビス(テトラメチルヘプタンジオネート)、チタニウムジイソプロポキサイドビス(エチルアセトアセテート)等である。
II)テトラアルコキシチタン化合物:例えば、チタニウムテトラ(n−ブトキサイド)、チタニウムテトラエトキサイド、チタニウムテトラ(2−エチルヘキソキサイド)、チタニウムテトライソブトキサイド、チタニウムテトライソプロポキサイド、チタニウムテトラメトキサイド、チタニウムテトラメトキシプロポキサイド、チタニウムテトラメチルフェノキサイド、チタニウムテトラ(n−ノニロキサイド)、チタニウムテトラ(n−プロポキサイド)、チタニウムテトラステアリロキサイド、チタニウムテトラキス[ビス{2,2−(アリロキシメチル)ブトキサイド}]等である。
III)チタノセン化合物:例えば、ペンタメチルシクロペンタジエニルチタニウムトリメトキサイド、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)ビス(2,6−ジフルオロフェニル)チタニウム、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)フェニル)チタニウム等である。
IV)モノアルコキシチタン化合物:例えば、チタニウムトリス(ジオクチルホスフェート)イソプロポキサイド、チタニウムトリス(ドデシルベンゼンスルホネート)イソプロポキサイド等である。
V)チタニウムオキサイド化合物:例えば、チタニウムオキサイドビス(ペンタンジオネート)、チタニウムオキサイドビス(テトラメチルヘプタンジオネート)、フタロシアニンチタニウムオキサイド等である。
VI)チタニウムテトラアセチルアセトネート化合物:例えば、チタニウムテトラアセチルアセトネート等である。
VII)チタネートカップリング剤:例えば、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート等である。
本実施形態の感光性樹脂組成物を用いて形成される膜と基材との接着性向上のために、感光性樹脂組成物は、接着助剤を任意に含んでもよい。接着助剤としては、γ−アミノプロピルジメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメトキシメチル−3−ピペリジノプロピルシラン、ジエトキシ−3−グリシドキシプロピルメチルシラン、N−(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)スクシンイミド、N−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]フタルアミド酸、ベンゾフェノン−3,3’−ビス(N−[3−トリエトキシシリル]プロピルアミド)−4,4’−ジカルボン酸、ベンゼン−1,4−ビス(N−[3−トリエトキシシリル]プロピルアミド)−2,5−ジカルボン酸、3−(トリエトキシシリル)プロピルスクシニックアンハイドライド、N−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−(トリアルコキシシリル)プロピルスクシン酸無水物等のシランカップリング剤、及びアルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート等のアルミニウム系接着助剤等が挙げられる。
本実施形態の感光性樹脂組成物は、光感度を向上させるために、増感剤を任意に含んでもよい。該増感剤としては、例えば、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、2,5−ビス(4’−ジエチルアミノベンザル)シクロペンタン、2,6−ビス(4’−ジエチルアミノベンザル)シクロヘキサノン、2,6−ビス(4’−ジエチルアミノベンザル)−4−メチルシクロヘキサノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)カルコン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)カルコン、p−ジメチルアミノシンナミリデンインダノン、p−ジメチルアミノベンジリデンインダノン、2−(p−ジメチルアミノフェニルビフェニレン)−ベンゾチアゾール、2−(p−ジメチルアミノフェニルビニレン)ベンゾチアゾール、2−(p−ジメチルアミノフェニルビニレン)イソナフトチアゾール、1,3−ビス(4’−ジメチルアミノベンザル)アセトン、1,3−ビス(4’−ジエチルアミノベンザル)アセトン、3,3’−カルボニル−ビス(7−ジエチルアミノクマリン)、3−アセチル−7−ジメチルアミノクマリン、3−エトキシカルボニル−7−ジメチルアミノクマリン、3−ベンジロキシカルボニル−7−ジメチルアミノクマリン、3−メトキシカルボニル−7−ジエチルアミノクマリン、3−エトキシカルボニル−7−ジエチルアミノクマリン、N−フェニル−N’−エチルエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、N−p−トリルジエタノールアミン、N−フェニルエタノールアミン、4−モルホリノベンゾフェノン、ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、ジエチルアミノ安息香酸イソアミル、2−メルカプトベンズイミダゾール、1−フェニル−5−メルカプトテトラゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ナフト(1,2−d)チアゾール、2−(p−ジメチルアミノベンゾイル)スチレン等が挙げられる。これらは単独で又は例えば2〜5種類の組合せで用いることができる。
感光性樹脂組成物は、レリーフパターンの解像性を向上させるために、光重合性の不飽和結合を有するモノマーを任意に含んでもよい。このようなモノマーとしては、光重合開始剤によりラジカル重合反応する(メタ)アクリル化合物が好ましく、特に以下に限定するものではないが、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレートなどの、エチレングリコール又はポリエチレングリコールのモノ又はジアクリレート及びメタクリレート、プロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのモノ又はジアクリレート及びメタクリレート、グリセロールのモノ、ジ又はトリアクリレート及びメタクリレート、シクロヘキサンジアクリレート及びジメタクリレート、1,4−ブタンジオールのジアクリレート及びジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールのジアクリレート及びジメタクリレート、ネオペンチルグリコールのジアクリレート及びジメタクリレート、ビスフェノールAのモノ又はジアクリレート及びメタクリレート、ベンゼントリメタクリレート、イソボルニルアクリレート及びメタクリレート、アクリルアミド及びその誘導体、メタクリルアミド及びその誘導体、トリメチロールプロパントリアクリレート及びメタクリレート、グリセロールのジ又はトリアクリレート及びメタクリレート、ペンタエリスリトールのジ、トリ、又はテトラアクリレート及びメタクリレート、並びにこれら化合物のエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド付加物等の化合物を挙げることができる。
また、本実施形態の感光性樹脂組成物は、特に溶剤を含む溶液の状態での保存時の感光性樹脂組成物の粘度及び光感度の安定性を向上させるために、熱重合禁止剤を任意に含んでもよい。熱重合禁止剤としては、ヒドロキノン、N−ニトロソジフェニルアミン、p−tert−ブチルカテコール、フェノチアジン、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−p−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−スルホプロピルアミノ)フェノール、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム塩、N−ニトロソ−N(1−ナフチル)ヒドロキシルアミンアンモニウム塩等が用いられる。
本実施形態の硬化レリーフパターンの製造方法は、(1)上述した本実施形態の感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、樹脂層を上記基板上に形成する工程と、(2)該感光性樹脂層を露光する工程と、(3)上記露光後の感光性樹脂層を現像して、レリーフパターンを形成する工程と、(4)上記レリーフパターンを加熱処理して、硬化レリーフパターンを形成する工程と、(5)上記硬化レリーフパターンがアルカリ溶液と接触する工程と、(6)上記アルカリ溶液と接触した上記硬化レリーフパターンを加熱処理する工程とを含む。
本工程では、本実施形態の感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、必要に応じてその後乾燥させて樹脂層を形成する。塗布方法としては、従来から感光性樹脂組成物の塗布に用いられていた方法、例えば、スピンコーター、バーコーター、ブレードコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷機等で塗布する方法、スプレーコーターで噴霧塗布する方法等を用いることができる。
本工程では、上記で形成した樹脂層を、コンタクトアライナー、ミラープロジェクション、ステッパー等の露光装置を用いて、パターンを有するフォトマスク又はレチクルを介して又は直接に、紫外線光源等により露光する。
本工程では、露光後の感光性樹脂層のうち未露光部を現像除去する。露光(照射)後の感光性樹脂層を現像する現像方法としては、従来知られているフォトレジストの現像方法、例えば、回転スプレー法、パドル法、超音波処理を伴う浸漬法等の中から任意の方法を選択して使用することができる。また、現像の後、レリーフパターンの形状を調整する等の目的で、必要に応じて、任意の温度及び時間の組合せによる現像後ベークを施してもよい。
本工程では、上記現像により得られたレリーフパターンを加熱処理して感光成分を希散させるとともに、(A)ポリイミド前駆体をイミド化させることによって、ポリイミドから成る硬化レリーフパターンに変換する。加熱処理の方法としては、例えば、ホットプレートによるもの、オーブンを用いるもの、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いるもの等種々の方法を選ぶことができる。加熱処理は、例えば、160℃〜350℃で30分〜5時間の条件で行うことができる。加熱処理の温度は、好ましくは160℃〜200℃、より好ましくは160℃〜180℃、さらに好ましくは160℃〜170℃である。加熱硬化時の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。
本工程では、上記加熱処理工程によって得られた硬化レリーフパターンに対してアルカリ溶液を接触させることで、ポリイミドからなる硬化レリーフパターンの面内均一性を向上させることができる。アルカリ溶液のアルカリ源としては、面内均一性を向上させることができれば限定されないが、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド5水和物(TMAH)が挙げられる。アルカリ溶液の溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。典型的には、TMAHのDMSO溶液、より具体的には、2.38質量%のTMAHのDMSO溶媒を用いることができる。アルカリ溶液は、そのほかの成分として、モノエタノールアミン等のアミンや、溶媒を含んでいてもよい。アルカリ溶液としては、フォトレジストやドライフィルムレジストの剥離に供される剥離液を用いてもよい。アルカリ溶液との接触は、例えば室温〜100℃で、5分から120分の条件で行うことができる。アルカリ溶液に接触させる際、溶液を撹拌してもよい。アルカリ溶液と接触させた後の硬化膜は、有機溶媒または水で洗浄後、乾燥をおこなってもよい。乾燥時の温度は100℃以下であることが好ましい。乾燥時の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。
本工程では、アルカリ溶液接触後の硬化レリーフパターンを再加熱処理する。本工程は、アルカリ溶液接触工程の直後におこなってもよく、アルカリ溶液接触工程後、硬化レリーフパターン上に、さらに上層のレリーフパターンを形成した後におこなってもよい。すなわち、アルカリ溶液接触後の硬化レリーフパターンの再加熱処理工程は、二層以上の多層の層間絶縁膜を形成した後に、上層のレリーフパターンの加熱処理と同時におこなわれてよい。加熱処理の方法としては、例えば、ホットプレートによるもの、オーブンを用いるもの、温度プログラムを設定できる昇温式オーブンを用いるもの等種々の方法を選ぶことができる。加熱処理は、例えば、160℃〜350℃で30分〜5時間の条件で行うことができる。加熱処理の温度は、好ましくは160℃〜200℃、より好ましくは160℃〜180℃、さらに好ましくは160℃〜170℃である。加熱硬化時の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。
本実施形態の硬化膜は、温度50℃、2.38質量%のTMAHのDMSO溶液(以下、単に「標準TMAH溶液」ともいう。)に、10分間接触させたとき、1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、接触前と接触後で下記式(1)の範囲にあることを特徴とする。
0.1≦(接触後ピーク強度/接触前ピーク強度)≦0.8 ・・・(1)
本実施形態では、上述した硬化レリーフパターンの製造方法により得られる硬化レリーフパターンを有する、半導体装置も提供される。本実施形態における半導体装置は、半導体素子である基材と、上述した硬化レリーフパターンの製造方法により該基材上に形成されたポリイミドの硬化レリーフパターンとを有する。また、基材として半導体素子を用い、上述した本実施形態の硬化レリーフパターンの製造方法を工程の一部として含む、半導体装置の製造方法も提供される。より詳細に、本実施形態の半導体装置は、本実施形態の硬化レリーフパターンの製造方法で形成される硬化レリーフパターンを、表面保護膜、層間絶縁膜、再配線用絶縁膜、フリップチップ装置用保護膜、又はバンプ構造を有する半導体装置の保護膜等として形成し、既知の半導体装置の製造方法と組合せることで製造することができる。
本実施形態では、表示体素子と、該表示体素子の上部に設けられた硬化膜とを備える表示体装置であって、該硬化膜は上述の本実施形態の硬化レリーフパターンである、表示体装置が提供される。ここで、当該硬化レリーフパターンは、当該表示体素子に直接接して積層されていてもよく、別の層を間に挟んで積層されていてもよい。例えば、該硬化膜として、TFT液晶表示素子及びカラーフィルター素子の表面保護膜、絶縁膜、及び平坦化膜、MVA型液晶表示装置用の突起、並びに有機EL素子陰極用の隔壁を挙げることができる。
(1)重量平均分子量
各樹脂の重量平均分子量(Mw)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(標準ポリスチレン換算)を用いて以下の条件下で測定した。
ポンプ:JASCO PU−980
検出器:JASCO RI−930
カラムオーブン:JASCO CO−965 40℃
カラム:昭和電工(株)製Shodex KD−806M 直列に2本、又は
昭和電工(株)製Shodex 805M/806M直列
標準単分散ポリスチレン:昭和電工(株)製Shodex STANDARD SM−105
移動相:0.1mol/L LiBr/N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
流速:1mL/min.
6インチシリコンウェハー(フジミ電子工業株式会社製、厚み625±25μm)上に、スパッタ装置(L−440S−FHL型、キヤノンアネルバ社製)を用いて200nm厚のTi、400nm厚のCuをこの順にスパッタした。続いて、このウエハ上に、後述の方法により調製した感光性樹脂組成物をコーターデベロッパー(D−Spin60A型、SOKUDO社製)を用いて回転塗布し、110℃で180秒間ホットプレートにてプリベークを行い、約4.5μm厚の塗膜を形成した。この塗膜に、テストパターン付マスクを用いて、プリズマGHI(ウルトラテック社製)によりi線で100〜1300mJ/cm2のエネルギーを照射した。次いで、この塗膜を、現像液としてシクロペンタノンを用いて、未露光部が完全に溶解消失するまでの時間に1.4を乗じた時間、コーターデベロッパー(D−Spin60A型、SOKUDO社製)でスプレー現像し、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートで10秒間回転スプレーリンスすることにより、Cu上のレリーフパターンを得た。
上記(2)の方法で作成した硬化レリーフパターンを、以下の重量比で混合した標準TMAH溶液
ジメチルスルホキシド(DMSO):97.62質量%
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド5水和物(TMAH):2.38質量%
を50℃に加熱したものに10分間浸漬し、流水で30分間洗浄し、風乾した。標準TMAH溶液接触前と接触後の膜厚を測定し、膜厚の変化量(溶解量)を算出した。
上記(3)の方法で標準TMAH溶液に接触させた硬化レリーフパターンを、昇温プログラム式キュア炉(VF−2000型、光洋リンドバーグ社製)を用いて、窒素雰囲気下において2時間加熱処理した。処理温度は1回目の処理温度と同じ温度でおこなった。
上記硬化レリーフパターン樹脂部をATR−FTIR測定装置(Nicolet Continuum、Thermo Fisher Scientific社製)にてSiプリズムを用いて測定した。1380cm−1のピーク強度を1500cm−1のピーク強度で割った値をイミド化指数とし、各実施例及び比較例の硬化膜のイミド化指数を、当該樹脂組成物を350℃で2時間硬化した膜のイミド化指数で割った値をイミド率として算出した。また、1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度も算出した。各波長におけるピーク強度は、表記の波長の前後10cm−1のうち、最も強度の高い波長を各波長のピーク強度とした。すなわち、例えば1500cm−1のピーク強度は1490〜1510cm−1の最も強度の高い波長を1500cm−1のピーク強度とした。
上記硬化レリーフパターン上へ、上記(2)で使用した感光性樹脂組成物を、コーターデベロッパー(D−Spin60A型、SOKUDO社製)を用いて、回転塗布し、110℃で180秒間ホットプレートにてプリベークを行った。塗布の際の回転数は、硬化レリーフパターンの樹脂上に形成される塗膜部の膜厚が約6.0μmになるように調整した。硬化レリーフパターン上に形成された塗膜の膜厚を、下層に形成された樹脂部とCu部の境界部を中心として6000μmの幅を段差計(P−15:KLA Tenkor社製)によって測定した。下記式より面内均一性を求めた。
面内均一性 =[(膜厚最大値)―(膜厚最小値)/(測定部の平均膜厚)]
結果は、下記基準で評価した。
A:面内均一性 0.6未満
B:面内均一性 0.6以上0.8未満
C:面内均一性 0.8以上1.0未満
D:面内均一性 1.0以上
製造例1:(A)ポリイミド前駆体A−1の合成
4,4’−オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gを2L容量のセパラブルフラスコに入れ、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)131.2gとγ―ブチロラクトン400mLを入れて室温下で攪拌し、攪拌しながらピリジン81.5gを加えて反応混合物を得た。反応による発熱の終了後に反応混合物を室温まで放冷し、16時間放置した。
製造例1の4,4’−オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gに代えて、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)147.1gを用いた以外は、前述の製造例1に記載の方法と同様にして反応を行い、ポリマー(ポリイミド前駆体A−2)を得た。ポリイミド前駆体A−2の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は24,000であった。
製造例1の4,4’−オキシジフタル酸二無水物(ODPA)155.1gに代えて、ODPA 124.0g、BPDA 29.4gを用いた以外は、前述の製造例1に記載の方法と同様にして反応を行い、ポリマー(ポリイミド前駆体A−2)を得た。ポリイミド前駆体A−2の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は24,000であった。
製造例1の4,4’−オキシジアニリン(ODA)93.0gに代えて、2,2’−ジメチルビフェニル−4,4’−ジアミン(m−TB)98.6gを用いた以外は、前述の製造例1に記載の方法と同様にして反応を行い、ポリマー(A−2)を得た。ポリマー(A−2)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は21,000であった。
ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル55.1g(0.25mol)を500mL容量のセパラブルフラスコに入れ、テトラヒドロフラン150mLを入れて室温下で攪拌した。
上記製造例5において、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル55.1gをジエタノールアミン26.3g(0.25mol)に代え、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社品、製品名:カレンズMOI)77.6gを38.8g(0.25mol)に代えた以外は製造例5と同様の方法で合成を行い、化合物C−2を得た。
上記製造例5において、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル55.1gをジ−n−オクチルアミン60.4g(0.25mol)に代え、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社品、製品名:カレンズMOI)77.6gを38.8g(0.25mol)に代えた以外は製造例5と同様の方法で合成を行い、化合物C−3を得た。
ジエタノールアミン26.3g(0.25mol)を500mL容量のセパラブルフラスコに入れ、テトラヒドロフラン150mLを入れて室温下で攪拌した。
上記製造例6において、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社品、製品名:カレンズMOI)38.8g(0.25mol)を、イソシアン酸ヘキシル(東京化成工業社品)31.8g(0.25mol)に代えた以外は、製造例6と同様の方法で合成を行い、化合物C−5を得た。
ポリイミド前駆体A−1を用いて以下の方法で感光性樹脂組成物を調製し、調製した組成物の評価を行った。(A)ポリイミド前駆体としてA−1:100g、(B)感光剤としてB−1:2g、(C)ウレア化合物としてC−1:15gを、γ−ブチルラクトン(以下ではGBLと表記):100gに溶解した。得られた溶液の粘度を、少量のGBLをさらに加えることによって、約40ポイズに調整し、感光性樹脂組成物とした。該組成物を、前述の方法に従って評価した。結果を表1に示す。
表1に示すとおりの配合比で調製したこと以外は、実施例1と同様の感光性樹脂組成物を調製し、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示す。表1及び2に記載されている(B)感光剤B−1、B−2、(C)ウレア化合物C−1〜C−6、(D)光重合性不飽和モノマーD−1、(E)熱塩基発生剤E−1、はそれぞれ以下のとおりである。
B−2:PBG3057(常州強力社製)
E−1:1−(tert−ブトキシカルボニル)−4−ヒドロキシピペリジン(東京化成工業社製)
Claims (13)
- (A)ポリイミドおよびポリイミド前駆体からなる群から選択される少なくとも1種以上の樹脂と、
(B)感光剤と、
(C)ウレア化合物と
を含む、感光性樹脂組成物であって、
前記感光性樹脂組成物を170℃で2時間加熱することにより硬化させた硬化膜を、温度50℃、濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド5水和物(TMAH)のジメチルスルホキシド(DMSO)溶液に、10分間接触させたとき、
接触前と接触後における、前記硬化膜の1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、下記式(1):
0.1≦(接触後ピーク強度/接触前ピーク強度)≦0.8 ・・・(1)
を満たす、感光性樹脂組成物。 - 接触前と接触後の前記硬化膜の膜厚の変化量が、1nm以上1000nm以下である、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
- 接触前の前記硬化膜のイミド化率が70%以上100%以下である、請求項1または2に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記感光性樹脂組成物は、絶縁部材形成用の感光性樹脂組成物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記感光性樹脂組成物は、層間絶縁膜形成用の感光性樹脂組成物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記感光性樹脂組成物は、二層以上の層間絶縁膜形成用の感光性樹脂組成物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
- (1)請求項1〜6のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を基板上に形成する工程と、
(2)前記感光性樹脂層を露光する工程と、
(3)前記露光後の感光性樹脂層を現像して、レリーフパターンを形成する工程と、
(4)前記レリーフパターンを加熱処理して、硬化レリーフパターンを形成する工程と、
(5)前記硬化レリーフパターンをアルカリ溶液と接触させる工程と、
(6)前記アルカリ溶液と接触させた前記硬化レリーフパターンを加熱処理する工程と、
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。 - 前記加熱処理は170℃以下の加熱処理である、請求項7に記載の硬化レリーフパターンの製造方法。
- 前記工程(4)で得られる硬化レリーフパターンおよび前記工程(6)で得られる硬化レリーフパターンの、1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、前記工程(5)で得られる硬化レリーフパターンの1778cm−1付近のIRピーク強度よりも高い、請求項7または8に記載の硬化レリーフパターンの製造方法。
- 前記硬化レリーフパターンを前記アルカリ溶液と接触させる工程(5)は、フォトレジストの剥離工程である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の硬化レリーフパターンの製造方法。
- 硬化膜を、温度50℃、濃度2.38質量%のTMAHのDMSO溶液に、10分間接触させたとき、接触前と接触後における、前記硬化膜の1500cm−1のIRピーク強度で規格化したときの1778cm−1付近のIRピーク強度が、下記式(1):
0.1≦(接触後ピーク強度/接触前ピーク強度)≦0.8 ・・・(1)
を満たす、硬化膜。 - 接触前と接触後の前記硬化膜の膜厚の変化量が、1nm以上1000nm以下である、請求項11に記載の硬化膜。
- 接触前の前記硬化膜のイミド化率が70%以上100%以下である、請求項11または12に記載の硬化膜。
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