JP7674451B2 - ネガ型感光性樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、近年ファンアウト型半導体パッケージが注目されている。ファンナウト型の半導体パッケージでは、半導体チップを封止材で覆うことにより半導体チップのチップサイズよりも大きいチップ封止体を形成する。更に、半導体チップ及び封止材の領域にまで及ぶ再配線層を形成する。再配線層は、薄い膜厚で形成される。また、再配線層は、封止材の領域まで形成できるため、外部接続端子の数を多くすることができる。
[1]
(A)ポリイミド前駆体;
(B)活性エステル化剤;及び
(C)光重合開始剤
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
[2]
前記(B)活性エステル化剤が、ビス(ペンタフルオロフェニル)カーボネート、ビス(4-ニトロフェニル)カーボネート、ジ(N-スクリンイミジル)カーボネート、ペンタフルオロフェノール、1-ヒドロキシ-7-アザベンゾトリアゾール及び4-ニトロフェニルトリフルオロアセテートから成る群から選択される少なくとも1種である、[1]
に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[3]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(2):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[1]又は[2]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[4]
前記一般式(2)において、R1及びR2の少なくとも一方は、下記一般式(3):
[5]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20a):
[6]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20b):
[7]
前記一般式(2)において、Y1が、下記一般式(21b):
[8]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[3]又は[4]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[9]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(5):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[3]又は[4]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[10]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4)及び(5):
で表される構造単位を同時に含む、[3]~[9]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[11]
前記(A)ポリイミド前駆体が、前記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である、[10]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[12]
100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)活性エステル化剤と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と
を含む、[1]~[11]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[13]
[1]~[12]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法。
[14]
(1)[1]~[12]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記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)露光後の前記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
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
[15]
(A)ポリイミド前駆体;
(B)熱硬化剤;及び
(C)光重合開始剤
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
[16]
前記(B)熱硬化剤が、ベンゾオキサジン、エポキシ樹脂、及びオキセタン樹脂から成る群から選択される少なくとも1種である、[15]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[17]
前記(B)熱硬化剤が、ベンゾオキサジンである、[15]又は[16]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[18]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(2):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[15]~[17]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[19]
前記一般式(2)において、R1及びR2の少なくとも一方は、下記一般式(3):
[20]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20a):
[21]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20b):
[22]
前記一般式(2)において、Y1が、下記一般式(21b):
[23]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[18]又は[19]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[24]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(5):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[18]又は[19]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[25]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4)及び(5):
で表される構造単位を同時に含む、[18]~[24]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[26]
前記(A)ポリイミド前駆体が、前記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である、[25]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[27]
100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)熱硬化剤と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と
を含む、[15]~[26]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[28]
[15]~[27]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法。
[29]
(1)[15]~[27]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記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)露光後の前記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
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
[30]
(A)ポリイミド前駆体;
(B)下記一般式(B-1):
で表される3級アミン化合物、及びグアニジン化合物から成る群から選択される少なくとも1種;及び
(C)光重合開始剤;
を含むネガ型感光性樹脂組成物。
[31]
前記一般式(B-1)において、Ra及びRbが、メチル基、エチル基、n-プロピル基、及びイソプロピル基から成る群から選択される少なくとも1種である、[30]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[32]
前記グアニジン化合物が、下記一般式(B-2):
で表される化合物である、[30]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[33]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(2):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[30]~[32]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[34]
前記一般式(2)において、R1及びR2の少なくとも一方は、下記一般式(3):
で表される1価の有機基である、[33]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[35]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20a):
[36]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20b):
[37]
前記一般式(2)において、Y1が、下記一般式(21b):
[38]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[33]又は[34]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[39]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(5):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[33]又は[34]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[40]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4)及び(5):
で表される構造単位を同時に含む、[33]~[39]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[41]
前記(A)ポリイミド前駆体が、前記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である、[40]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[42]
100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)3級アミン化合物及び/又はグアニジン化合物と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と
を含む、[30]~[41]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[43]
[30]~[42]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法。
[44]
(1)[30]~[42]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記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)露光後の前記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
を含む硬化レリーフパターンの製造方法。
[45]
以下の成分:
(A)ポリイミド前駆体;
(B-1)構造中にフェノール性水酸基またはカルボキシル基を2個以上有する酸性化合物;及び
(C)光重合開始剤
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
[46]
前記(B-1)酸性化合物が、没食子酸メチル、メチレンジサリチル酸、o-クマル酸、フタル酸から成る群から選択される少なくとも1種の酸性化合物である、[45]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[47]
前記(B-1)酸性化合物が、メチレンジサリチル酸又はo-クマル酸である、[45]又は[46]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[48]
以下の成分:
(A)ポリイミド前駆体;
(B-2)構造中にフェノール性水酸基またはカルボキシル基より選ばれる基を1個有し、かつ-NH-CO-A1、または-CO-NH2より選ばれる基を1個以上有する酸性化合物(A1は炭素数1~4の有機基である);及び
(C)光重合開始剤
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
[49]
前記(B-2)酸性化合物が、下記一般式(1):
[50]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(2):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[45]~[49]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[51]
前記一般式(2)において、R1及びR2の少なくとも一方は、下記一般式(3):
で表される1価の有機基である、[50]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[52]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20a):
[53]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20b):
[54]
前記一般式(2)において、Y1が、下記一般式(21b):
で表される構造を含む、[50]~[53]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[55]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[50]又は[51]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[56]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(5):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[50]又は[51]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[57]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
及び下記一般式(5):
で表される構造単位を同時に含む、[50]~[56]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[58]
前記(A)ポリイミド前駆体が、前記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である、[57]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[59]
100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B-1)酸性化合物と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と、
を含む、[45]~[47]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[60]
100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B-2)酸性化合物)と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と、
を含む、[48]又は[49]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[61]
[45]~[60]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法。
[62]
(1)[45]~[60]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記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)露光後の前記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
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
[63]
(A)ポリイミド前駆体;
(B)ビウレット化合物、カルバゾール化合物、インドール化合物、ヒダントイン化合物、ウラシル誘導体及びバルビツール酸化合物から成る群から選択される少なくとも1種の含窒素化合物;及び
(C)光重合開始剤
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物。
[64]
前記(B)含窒素化合物が、ビウレット化合物、カルバゾール化合物、及びインドール化合物から成る群から選択される少なくとも1種である、[63]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[65]
前記(B)含窒素化合物が、ビウレット化合物である、[63]又は[64]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[66]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(2):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[63]~[65]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[67]
前記一般式(2)において、R1及びR2の少なくとも一方は、下記一般式(3):
で表される1価の有機基である、[66]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[68]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20a):
[69]
前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20b):
[70]
前記一般式(2)において、Y1が、下記一般式(21b):
[71]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[66]又は[67]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[72]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(5):
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、[66]又は[67]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[73]
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4)及び(5):
で表される構造単位を同時に含む、[66]~[72]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[74]
前記(A)ポリイミド前駆体が、前記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である、[73]に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[75]
100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)含窒素化合物と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と、
を含む、[63]~[74]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
[76]
[63]~[75]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法。
[77]
(1)[63]~[75]のいずれか一項に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記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)露光後の前記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
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
なお、本明細書を通じ、一般式において同一符号で表されている構造は、分子中に複数存在する場合に、互いに同一であるか、又は異なっていてもよい。
本実施形態にかかる第一の態様について説明する。
<ネガ型感光性樹脂組成物>
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、
(A)ポリイミド前駆体;
(B1)活性エステル化剤;及び
(C)光重合開始剤
を含む。
本実施形態における(A)ポリイミド前駆体は、ネガ型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(2):
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。
一般式(2)中、X1で表される4価の有機基は、耐熱性と感光特性とを両立するという観点で、好ましくは炭素数6~40の有機基であり、より好ましくは、-COOR1基及び-COOR2基と-CONH-基とが互いにオルト位置にある芳香族基、又は脂環式脂肪族基である。X1で表される4価の有機基として、具体的には、芳香族環を含有する炭素原子数6~40の有機基、例えば、下記一般式(20):
で表される構造を有する基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、X1の構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。上記式(20)で表される構造を有するX1基は、耐熱性と感光特性とを両立するという観点から好ましい。
X1基としては、上記式(20)で表される構造のなかでも、下記式(20A)又は(20B):
で表される構造が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、Y1の構造は1種でも2種以上の組み合わせでもよい。上記式(21)で表される構造を有するY1基は、耐熱性及び感光特性を両立するという観点で好ましい。
Y1基としては、上記式(21)で表される構造のなかでも、下記式(21A)又は(21B):
で表される構造が特に好ましい。
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(4)において、R1及びR2の少なくとも一方は、上記一般式(3)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(4)で表されるポリイミド前駆体を含むことで、特に解像性の効果が高くなる。
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(5)において、R1及びR2の少なくとも一方は、上記一般式(3)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(4)で表されるポリイミド前駆体に加えて、一般式(5)で表されるポリイミド前駆体を含むことにより、特に解像性の効果がさらに高くなる。
これらの中で、(A)ポリイミド前駆体は、上記一般式(4)と(5)で表される構造単位を同時に含むか、又は、上記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体であることが、耐薬品性、解像度、及び高温保存試験後のボイド抑制の観点から特に好ましい。(A)ポリイミド前駆体が一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である場合には、一方の式中のR1、R2、及びn1が、それぞれ、他方の式中のR1、R2、及びn1とは同じであるか、又は異なってよい。
(A)ポリイミド前駆体は、まず前述の一般式(2)中の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)を調製した後、これと、前述の一般式(2)中の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。
本実施形態では、(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、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。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。
本実施形態における(B1)活性エステル化剤は、カルボン酸やカルボン酸エステルなどを、活性の高いエステル化合物へと変換し得る化合物であれば限定されない。具体的には、ビス(ペンタフルオロフェニル)カーボネート、ビス(4-ニトロフェニル)カーボネート、ジ(N-スクリンイミジル)カーボネート、ペンタフルオロフェノール、4-ニトロフェニルトリフルオロアセテート、1-ヒドロキシ-7-アザベンゾトリアゾールなどを例示することができる。
この中で、Cuボイド抑制の観点から、1-ヒドロキシ-7-アザベンゾトリアゾール、及びペンタフルオロフェノールが好ましい。
上記活性エステル化剤を用いると、良好な耐薬品性と解像性、およびCuボイド抑制効果が得られる。理論に拘束されないが、良好な耐薬品性を得ることができる理由については、活性エステル化剤を用いることにより、加熱中により低温でイミド化が進行することにより、ポリイミドのパッキングが進行し易くなり、耐薬品性を向上させていると考えている。
また、良好な解像性を得ることができる理由は不明だが、加熱前の活性エステル化剤は、ポリイミド前駆体と配合することで、現像時の現像液により溶解し易く、残渣が抑制されるためであると考えられる。加えて、Cuボイド抑制効果を示す理由は定かではないが、活性エステル化剤が、加熱中に極性官能基(ヒドロキシル基等)などを発生させ、このヒドロキシル基がCuイオンと強く相互作用するようになり、Cuの拡散を抑制し、結果としてCuボイドを抑制すると考えられる。
本実施形態に用いられる(C)光重合開始剤について説明する。光重合開始剤としては、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、特に光感度の観点で、オキシム類がより好ましい。
このうち、任意成分としての含窒素複素環化合物は、後述する第五の態様において説明する「含窒素化合物」以外の化合物である。
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、ネガ型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。
また、銅表面上の変色を抑制するために、ネガ型感光性樹脂組成物は、ヒンダードフェノール化合物を任意に含んでもよい。ヒンダードフェノール化合物としては、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、2,5-ジ-t-ブチル-ハイドロキノン、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト、イソオクチル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4、4’-メチレンビス(2、6-ジ-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオ-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、トリエチレングリコール-ビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6-ヘキサンジオール-ビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2-チオ-ジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマミド)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、ペンタエリスリチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、トリス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-イソシアヌレイト、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、1,3,5-トリス(3-ヒドロキシ-2,6-ジメチル-4-イソプロピルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-s-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス[4-(1-エチルプロピル)-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス[4-トリエチルメチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(3-ヒドロキシ-2,6-ジメチル-4-フェニルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,5,6-トリメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-5-エチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-6-エチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-6-エチル-3-ヒドロキシ-2,5-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-5,6-ジエチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、 1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,5-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-5‐エチル-3-ヒドロキシ-2-メチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。これらの中でも、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン等が特に好ましい。
本実施形態のネガ型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。
有機チタン化合物の具体的例を以下のI)~VII)に示す:
I)チタンキレート化合物:中でも、ネガ型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。
本実施形態のネガ型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、ネガ型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。
本実施形態のネガ型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。
ネガ型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、本実施形態のネガ型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ネガ型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、例えば、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。
また、本発明は、(1)上述した本実施形態のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を上記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)露光後の上記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を含む、硬化レリーフパターンの製造方法を提供する。
本工程では、本発明のネガ型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、感光性樹脂層を形成する。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、上記で形成した感光性樹脂層を、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。加熱硬化の方法としては、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。加熱は、例えば、170℃~400℃で30分~5時間の条件で行うことができる。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。
上記ポリイミド前駆体組成物から形成される硬化レリーフパターンに含まれるポリイミドの構造は、下記一般式(8)で表される。
一般式(2)中の好ましいX1とY1は、同じ理由により、一般式(8)のポリイミドにおいても好ましい。一般式(8)の繰り返し単位数mは、正の整数であればよく、特に限定は無いが、2~150の整数、又は3~140の整数であってもよい。
また、上記で説明されたネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法も本発明の一態様である。
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。したがって、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半導体装置が提供されることができる。また、本発明は、基材として半導体素子を用い、上述した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にも適用できる。本発明の半導体装置は、上記硬化レリーフパターン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、薄膜トランジスタ(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、マルチドメイン垂直配向(MVA)型液晶表示装置用の突起、並びに有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子陰極用の隔壁を挙げることができる。
本実施形態にかかる、第二の態様について説明する。
<ネガ型感光性樹脂組成物>
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、
(A)ポリイミド前駆体;
(B2)熱硬化剤;及び
(C)光重合開始剤
を含む。
本実施形態において、(A)ポリイミド前駆体は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態における(B2)熱硬化剤は、加熱により硬化を進行させうる化合物であれば限定されない。その中で、封止材との密着性の観点から、ベンゾオキサジン、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂が好ましく、ベンゾオキサジンがより好ましい。
ベンゾオキサジンとしては、下記一般式(10)又は(11)で表される構造を挙げる
ことができる。
オキセタン樹脂としては、例えば、3-アリロキシオキセタン、3-オキセタニルpトルエンスルホネートなどが挙げられる。
また、良好な解像性を得ることができる理由は不明だが、加熱硬化前の熱硬化剤は、ポリイミド前駆体と配合することで、現像時の現像液により溶解し易く、残渣が抑制されるためであると考えられる。加えて、Cuボイド抑制効果を示す理由は定かではないが、熱硬化剤が加熱によりヒドロキシル基などを発生させ、このヒドロキシル基がCuイオンと強く相互作用するようになり、Cuの拡散を抑制し、結果としてCuボイドを抑制すると考えられる。
本実施形態において、(C)光重合開始剤は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、その他成分としての溶剤、含窒素複素環化合物、ヒンダードフェノール化合物、有機チタン化合物、接着助剤、増感剤、光重合性不飽和モノマー、熱重合禁止剤については、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、ポリイミドは、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、表示装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態にかかる、第三の態様について説明する。
<ネガ型感光性樹脂組成物>
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、
(A)ポリイミド前駆体;
(B3)下記一般式(B-1):
で表される3級アミン化合物及び/又はグアニジン化合物;並びに
(C)光重合開始剤;
を含む。
本実施形態において、(A)ポリイミド前駆体は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態における(B3)3級アミン化合物は、下記一般式(B-1):
で表される3級アミン化合物である。
一般式(B-1)において、Ra及びRbは、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数1~10の有機基であれば限定されないが、耐熱性の観点からメチル基、エチル基、n-プロピル基、及びイソプロピル基から成る群から選ばれる少なくとも1つが好ましく、解像性の観点から、メチル基及び/又はエチル基がより好ましい。
Rcは、ヘテロ原子を含んでもよい1価の有機基であれば限定されない。この中で、耐熱性の観点から、炭素数1~10の1価の有機基が好ましい。
このような一般式(B-1)で表される3級アミン化合物として、例えば、4-ヒドロキシメチル―N,N-ジメチルアニリン、ビス[4-(ジメチルアミノ)フェニル]メタンなどが挙げられる。
で表される構造であることが好ましい。
一般式(B-2)において、Rdは、水素原子、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数1~10の有機基であれば限定されない。その中で、Rdとしては、解像性の観点から、炭素数1~5の有機基が好ましい。
このようなグアニジン化合物として、例えば、アグマチンスルフェート、ジシアンジアミド、アルギニン(例えば、D-(-)-アルギニン)、1-(t-ブトキシカルボニル)グアニジンなどが挙げられる。
また、良好な解像性を得ることができる理由は不明だが、加熱硬化前の上記3級アミン化合物及び/又はグアニジン化合物は、ポリイミド前駆体と配合することで、現像時の現像液により溶解し易く、残渣が抑制されるためであると考えられる。加えて、Cuボイド抑制効果を示す理由は定かではないが、上記化合物の窒素原子がCuイオンと強く相互作用するようになり、Cuの拡散を抑制し、結果としてCuボイドを抑制すると考えられる。
本実施形態において、(C)光重合開始剤は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、その他成分としての溶剤、含窒素複素環化合物、ヒンダードフェノール化合物、有機チタン化合物、接着助剤、増感剤、光重合性不飽和モノマー、熱重合禁止剤については、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、ポリイミドは、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、表示装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態にかかる第四の態様について説明する。
<ネガ型感光性樹脂組成物>
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、
(A)ポリイミド前駆体;
(B4)酸性化合物;及び
(C)光重合開始剤
を含む。
(B4)酸性化合物としては、(B-3)構造中にフェノール性水酸基またはカルボキシル基を2個以上有する酸性化合物、または(B-4)構造中にフェノール性水酸基またはカルボキシル基より選ばれる基を1個有し、かつ-NH-CO-A1、または-CO-NH2より選ばれる基を1個以上有する酸性化合物(A1は炭素数1~4の有機基である)が挙げられる。
本実施形態において、(A)ポリイミド前駆体は、第一の態様に示したものを用いることができる。
(B-3)
本実施形態における(B-3)酸性化合物は、構造中にフェノール性水酸基またはカルボキシル基を2個以上有する酸性化合物である。本実施形態にかかる酸性化合物は、構造中にカルボキシル基を2個以上有していてもよいし、フェノール性水酸基を2個以上有していてもよいし、カルボキシル基とフェノール性水酸基を併せ持ってもよい。これらの中で、現像性とCuボイド抑制の観点から、カルボキシル基とフェノール性水酸基を併せ持つ化合物が好ましい。
別の実施形態として(B-4)酸性化合物は、構造中にフェノール性水酸基またはカルボキシル基より選ばれる基を1個有し、かつ-NH-CO-A1、または-CO-NH2より選ばれる基を1個以上有する酸性化合物(A1は炭素数1~4の有機基である)である。
で表される構造を有する化合物であることが好ましい。
A2は水酸基、またはカルボキシル基であるが、感度の観点からカルボキシル基であることが好ましい。
A3は-NH-CO-A1、または-CO-NH2より選ばれる基であるが、耐薬品性の観点から、-NH-CO-A1がより好ましい。
A4は1価の基であるが、1価の有機基であることがより好ましく、炭素数1~4のアルキル基であることが更に好ましい。
m2は1または2であるが、1であることがより好ましい。
m3は0~4の整数であるが、0または1であることがより好ましい。
本実施形態において、(C)光重合開始剤は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、その他成分としての溶剤、含窒素複素環化合物、ヒンダードフェノール化合物、有機チタン化合物、接着助剤、増感剤、光重合性不飽和モノマー、熱重合禁止剤については、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、ポリイミドは、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、表示装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態にかかる第五の形態について説明する。
<ネガ型感光性樹脂組成物>
本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物は、
(A)ポリイミド前駆体;
(B5)ビウレット、カルバゾール、インドール、ヒダントイン、ウラシル誘導体及びバルビツール酸からなる群から選択される少なくとも1種の含窒素化合物;及び
(C)光重合開始剤
を含む。
本実施形態において、(A)ポリイミド前駆体は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態における(B5)含窒素化合物は、ビウレット化合物、カルバゾール化合物、インドール化合物、ヒダントイン化合物、ウラシル誘導体、及びバルビツール酸化合物から選択される。
本実施形態にかかるビウレット化合物は、ビウレット構造(R-NH-CO-NR’-CO-NH-R’’)を有していれば限定されない。R、R’、及びR’’は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1~20の1価の有機基である。
この中で、R、R’、及びR’’のすべてが水素原子である下記構造(ビウレット)が好ましい。
また、良好な解像性を得ることができる理由は不明だが、加熱硬化前の含窒素化合物は、ポリイミド前駆体と配合することで、現像時の現像液により溶解し易く、残渣が抑制されるためであると考えられる。加えて、Cuボイド抑制効果を示す理由は定かではないが、含窒素化合物が、加熱により尿素誘導体などを発生させ、この官能基がCuイオンと強く相互作用するようになり、Cuの拡散を抑制し、結果としてCuボイドを抑制すると考えられる。
上記で説明された観点から、(B5)含窒素化合物としては、ビウレット化合物、カルバゾール化合物、及びインドール化合物がより好ましく、ビウレット化合物がさらに好ましい。
本実施形態において、(C)光重合開始剤は、第一の態様に示したものを用いることができる。
本実施形態において、その他成分としての溶剤、含窒素複素環化合物、ヒンダードフェノール化合物、有機チタン化合物、接着助剤、増感剤、光重合性不飽和モノマー、熱重合禁止剤については、第一の態様に示したものを用いることができる。
ただし、上記のとおり、その他成分としての上記の含窒素複素環化合物は、本実施形態における(B5)含窒素化合物以外の化合物である。
本実施形態において、硬化レリーフパターンの製造方法及び半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、ポリイミドは、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、半導体装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
本実施形態において、表示装置は、第一の態様に示したものと同じものを適用することができる。
上記の各態様によれば、いずれも、高い耐薬品性と解像度が得られ、高温保存(high temperature storage)試験後、Cu層の、樹脂層に接する界面でボイドの発生を抑制するネガ型感光性樹脂組成物を提供することができ、また該ネガ型感光性樹脂組成物を用いた硬化レリーフパターンの形成方法を提供することができる。
そして、上記の各態様は互いに組み合わせることが可能である。すなわち、(B1)活性エステル化剤、(B2)熱硬化剤、(B3)3級アミン化合物及び/又はグアニジン化合物、(B4)酸性化合物、(B5)含窒素化合物は、互いに組み合わせて使用可能である。
上記の各態様を互いに組み合わせる場合、ネガ型感光性樹脂組成物中の、(B1)活性エステル化剤、(B2)熱硬化剤、(B3)3級アミン化合物及び/又はグアニジン化合物、(B4)酸性化合物、及び(B5)含窒素化合物の合計質量が、(A)ポリイミド前駆体100質量部に対し、好ましくは0.1~30質量部であり、より好ましくは1質量部以上15質量部以下である。(A)ポリイミド前駆体100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下の範囲で配合することで、Cuボイド抑制効果、解像性向上および耐薬品性の向上の効果に特に優れるネガ型感光性樹脂組成物を得ることができる。
以下、第一の態様について説明する。
(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、このウェハー上に、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7μm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500mJ/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、リンスすることにより、Cu上のレリーフパターンを得た。
Cu上に該レリーフパターンを形成したウェハーを、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、表1に記載のキュア温度で2時間加熱処理することにより、Cu上に約4~5μm厚の樹脂から成る硬化レリーフパターンを得た。
上記の方法で得た硬化レリーフパターンを光学顕微鏡下で観察し、最少開口パターンのサイズを求めた。このとき、得られたパターンの開口部の面積が、対応するパターンマスク開口面積の1/2以上であれば解像されたものとみなし、解像された開口部のうち最小面積を有するものに対応するマスク開口辺の長さを解像度とした。解像度が10μm未満のものを「優」、10μm以上14μm未満のものを「良」、14μm以上18μm未満のものを「可」、18μm以上のものを「不可」とした。
Cu上に該硬化レリーフパターンを形成したウェハーを、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、空気中、150℃で168時間加熱した。続いて、プラズマ表面処理装置(EXAM型、神港精機社製)を用いて、Cu上の樹脂層を全てプラズマエッチングにより除去した。プラズマエッチング条件は下記のとおりである。
出力:133W
ガス種・流量:O2:40mL/分 + CF4:1mL/分
ガス圧:50Pa
モード:ハードモード
エッチング時間:1800秒
Cu上に形成した該硬化レリーフパターンを、レジスト剥離液{ATMI社製、製品名ST-44、主成分:2-(2-アミノエトキシ)エタノール、及び1-シクロヘキシル-2-ピロリドン}を50℃に加熱したものに5分間浸漬し、流水で1分間洗浄し、風乾した。その後、膜表面を光学顕微鏡で目視観察し、クラック等の薬液によるダメージの有無、及び/又は、薬液処理後の膜厚の変化率に基づいて耐薬品性を評価した。評価基準として、クラック等のダメージが発生せず、膜厚変化率が薬品浸漬前の膜厚を基準として10%以内のものを「優」、10%超15%以内のものを「良」、15%超20%以内のものを「可」とし、クラックが発生したもの、または膜厚変化率が20%を超えるものを「不可」とした。
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を入れて室温下で撹拌し、撹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。
次に、氷冷下において、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)206.3gをγ-ブチロラクトン180mLに溶解した溶液を撹拌しながら40分掛けて反応混合物に加え、続いて4,4’-オキシジアニリン(ODA)93.0gをγ-ブチロラクトン350mLに懸濁したものを撹拌しながら60分掛けて加えた。更に室温で2時間撹拌した後、エチルアルコール30mLを加えて1時間撹拌し、次に、γ-ブチロラクトン400mL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。
得られた反応液を3Lのエチルアルコールに加えて粗ポリマーから成る沈殿物を生成した。生成した粗ポリマーを濾別し、テトラヒドロフラン1.5Lに溶解して、粗ポリマー溶液を得た。得られた粗ポリマー溶液を28Lの水に滴下してポリマーを沈殿させ、得られた沈殿物を濾別した後、真空乾燥して粉末状のポリマー(ポリマーA-1)を得た。ポリマー(A-1)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20,000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、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(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22,000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、p-フェニレンジアミン50.2g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-3)を得た。ポリマー(A-3)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19,000であった。
ポリマーA-1を用いて以下の方法でネガ型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ポリマーA-1:100g、(B1)活性エステル化剤として化合物B-11:5g、(C)光重合開始剤として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(感光剤C-1に該当):3gを、γ-ブチロラクトン(以下ではGBLと表記):150g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30ポイズに調整し、ネガ型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に示すとおりの成分と配合比で調製すること以外は、実施例1-1と同様のネガ型感光性樹脂組成物を調製し、実施例1-1と同様の評価を行った。その結果を表1に示す。表1に記載されている、化合物(B-11~B-15)と感光剤(C-1)はそれぞれ以下のとおりである。
B-12:ペンタフルオロフェノール
B-13:ビス(ペンタフルオロフェニル)カーボネート
B-14:ビス(4-ニトロフェニル)カーボネート
B-15:4-ニトロフェニルトリフルオロアセテート
C-1:1-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
このうち、<測定及び評価方法>及び製造例1~3は、上記と同様である。
ポリマーA-1を用いて以下の方法でネガ型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ポリマーA-1:100g、(B2)熱硬化剤として化合物B-21:8g、(C)光重合開始剤として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(感光剤C-1に該当):3gを、γ-ブチロラクトン(以下ではGBLと表記):150g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30ポイズに調整し、ネガ型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2に示す。
表2に示すとおりの成分と配合比で調製すること以外は、実施例2-1と同様のネガ型感光性樹脂組成物を調製し、上記と同様の評価を行った。その結果を表2に示す。表2に記載されている、化合物(B-21~B-26)と感光剤(C-1)はそれぞれ以下のとおりである。
B-24:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(YL983U、ジャパンエポキシレジン社製)
B-25:下記一般式(12)で表される化合物
C-1:1-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
このうち、<測定及び評価方法>及び製造例1~3は、上記と同様である。
ポリマーA-1を用いて以下の方法でネガ型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ポリマーA-1:100g、(B3)3級アミン化合物及び/又はグアニジン化合物として、化合物B-31:8g、(C)光重合開始剤として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(感光剤C-1に該当):3gを、γ-ブチロラクトン(以下ではGBLと表記):150g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30ポイズに調整し、ネガ型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3に示す。
表3に示すとおりの成分と配合比で調製すること以外は、実施例3-1と同様のネガ型感光性樹脂組成物を調製し、上記と同様の評価を行った。その結果を表3に示す。表3に記載されている、化合物(B-31~B-34)と感光剤(C-1)はそれぞれ以下のとおりである。
B-32:ビス[4-(ジメチルアミノ)フェニル]メタン
B-33:ジシアンジアミド
B-34:D-(-)-アルギニン
C-1:1-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
このうち、<測定及び評価方法>及び製造例1~3は、上記と同様である。
ポリマーA-1を用いて以下の方法でネガ型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ポリマーA-1:100g、(B4)酸性化合物として、化合物B-41:8g、(C)光重合開始剤として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(感光剤C-1に該当):3gを、γ-ブチロラクトン(以下ではGBLと表記):150g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30ポイズに調整し、ネガ型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4に示す。
表4に示すとおりの成分と配合比で調製すること以外は、実施例4-1と同様のネガ型感光性樹脂組成物を調製し、上記と同様の評価を行った。その結果を表4に示す。表4に記載されている、化合物(B-41~B-46)と感光剤(C-1)はそれぞれ以下のとおりである。
B-42:メチレンジサリチル酸
B-43:o-クマル酸
B-44:フタル酸
B-45:4-アセトアミド安息香酸
B-46:3-ヒドロキシベンズアミド
C-1:1-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
このうち、<測定及び評価方法>及び製造例1~3は、上記と同様である。
ポリマーA-1を用いて以下の方法でネガ型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ポリマーA-1:100g、(B5)含窒素化合物として、化合物B-51:8g、(C)光重合開始剤として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(感光剤C-1に該当):3gを、γ-ブチロラクトン(以下ではGBLと表記):150g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30ポイズに調整し、ネガ型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5に示す。
表5に示すとおりの成分と配合比で調製すること以外は、実施例5-1と同様のネガ型感光性樹脂組成物を調製し、上記と同様の評価を行った。その結果を表5に示す。表5に記載されている、化合物(B-51~B-57)と感光剤(C-1)はそれぞれ以下のとおりである。
B-52:3,6-ジアミノカルバゾール
B-53:5-アミノインドール
B-54:ヒダントイン
B-55:バルビツール酸
B-56:ビオルル酸
B-57:ウラシル
C-1:1-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
Claims (11)
- (A)ポリイミド前駆体;
(B)活性エステル化剤;及び
(C)光重合開始剤
を含む、ネガ型感光性樹脂組成物であって、
前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(2):
{式中、X 1 は4価の有機基であり、Y 1 は2価の有機基であり、n 1 は2~150の整数であり、そしてR 1 及びR 2 は、それぞれ独立に、水素原子、又は1価の有機基であり、R 1 及びR 2 の少なくとも一方は、1価の有機基である。}
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含み、
前記一般式(2)において、R 1 及びR 2 の少なくとも一方は、下記一般式(3):
{式中、L 1 、L 2 及びL 3 は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~3の有機基であり、そしてm 1 は、2~10の整数である。}で表される1価の有機基であり、
前記(B)活性エステル化剤が、ビス(ペンタフルオロフェニル)カーボネート、ビス(4-ニトロフェニル)カーボネート、ジ(N-スクリンイミジル)カーボネート、ペンタフルオロフェノール、1-ヒドロキシ-7-アザベンゾトリアゾール及び4-ニトロフェニルトリフルオロアセテートから成る群から選択される少なくとも1種である、
ネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20a):
で表される構造を含む、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記一般式(2)において、X1が、下記一般式(20b):
で表される構造を含む、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記一般式(2)において、Y1が、下記一般式(21b):
で表される構造を含む、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4):
{式中、R1、R2、及びn1は上記に定義したものである。}
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(5):
{式中、R1、R2、及びn1は上記に定義したものである。}
で表される構造単位を有するポリイミド前駆体を含む、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記(A)ポリイミド前駆体が、下記一般式(4)及び(5):
{式中、R1、R2、及びn1は、それぞれ、上記に定義したものであり、一般式(5)中のR1、R2、及びn1とは同じであるか、又は異なってよい。}
{式中、R1、R2、及びn1は、それぞれ、上記に定義したものであり、一般式(4)中のR1、R2、及びn1とは同じであるか、又は異なってよい。}
で表される構造単位を同時に含む、請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記(A)ポリイミド前駆体が、前記一般式(4)と(5)で表される構造単位の共重合体である、請求項7に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 100質量部の前記(A)ポリイミド前駆体と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~30質量部の前記(B)活性エステル化剤と、
前記(A)ポリイミド前駆体100質量部を基準として0.1~20質量部の前記(C)光重合開始剤と
を含む、請求項1又は2に記載のネガ型感光性樹脂組成物。 - 請求項1又は2に記載のネガ型感光性樹脂組成物をポリイミドに変換する工程を含むポリイミドの製造方法。
- (1)請求項1又は2に記載のネガ型感光性樹脂組成物を基板上に塗布して、感光性樹脂層を前記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)露光後の前記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
を含む、硬化レリーフパターンの製造方法。
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