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KR20070086644A - 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법 및 감광성 폴리실라잔도막의 소성방법 - Google Patents

패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법 및 감광성 폴리실라잔도막의 소성방법 Download PDF

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KR20070086644A
KR20070086644A KR1020077014474A KR20077014474A KR20070086644A KR 20070086644 A KR20070086644 A KR 20070086644A KR 1020077014474 A KR1020077014474 A KR 1020077014474A KR 20077014474 A KR20077014474 A KR 20077014474A KR 20070086644 A KR20070086644 A KR 20070086644A
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KR
South Korea
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polysilazane
film
photosensitive
coating film
formula
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KR1020077014474A
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다쓰로 나가하라
히데키 마쓰오
Original Assignee
에이제토 엘렉토로닉 마티리알즈 가부시키가이샤
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Priority claimed from JP2000297107A external-priority patent/JP3421009B2/ja
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Abstract

화학식 3의 구성 단위를 기본 구성 단위로 하고 화학식 4 및/또는 화학식 5의 구성 단위를 기본 구성 단위에 대하여 0.1 내지 100mol% 함유하고 수 평균 분자량이 100 내지 100,000인 변성 폴리실세스퀴아잔, 광산발생제 및 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 포함하여 이루어진 포지티브형 감광성 폴리실라잔 조성물을 기판 위에 도포하고, 패턴 노광 후, 노광된 도막을 가습 처리한 다음, 알칼리 수용액으로 현상하고, 전체면 노광 후 다시 가습 처리를 수행한 다음, 소성 처리를 수행하여, 단시간에 층간 절연막에 적합한 양호한 특성을 갖는 미세 실리카계 세라믹 막을 형성시킨다.
화학식 3
-[SiR6(NR7)1.5]-
화학식 4
-[SiR6 2NR7]-
화학식 5
-[SiR6 3(NR7)0.5]-
위의 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5에서,
R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환 되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타낸다.
감광성 폴리실라잔 조성물, 패턴화 폴리실라잔 막, 실리카계 세라믹 막, 광산발생제, 형상 안정화제, 포지티브형 또는 네가티브형 감광성 내식막, 층간 절연막

Description

패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법 및 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법{A method of forming a patterned polysilazane film and a method of burning a radiation sensitive polysilazane coating film}
도 1은 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 포함하지 않은 감광성 폴리실라잔 조성물의 패턴 단면의 측벽 형상을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 포함하는 본 발명에 따르는 감광성 폴리실라잔 조성물의 패턴 단면의 측벽 형상을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3는 본 발명의 감광성 조성물로 사용되는 변성 폴리실세스퀴아잔의 적외선 흡수 스펙트럼도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 형성된 소성막의 적외선 흡수 스펙트럼도이다.
도 5는 비교예에서 형성된 소성막의 적외선 흡수 스펙트럼도이다.
본 발명은, 감광성 폴리실라잔 조성물을 사용하여 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법, 패턴화된 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하여 실리카계 세라믹 막을 형성시키는 방법 및 이들 방법에 바람직하게 사용되는 감광성 폴리실라잔 조성물에 관한 것이다.
반도체 장치나 액정 표시장치의 제작 등을 비롯한 각종 분야에서, 미세 가공 또는 패턴화를 위해 포지티브형 또는 네가티브형 감광성 내식막이 사용되고 있다. 종래, 이러한 감광성 내식막으로서, 노볼락 수지와 퀴논디아지드 감광제로 이루어진 포지티브형 감광성 조성물, 화학증폭형의 포지티브형 또는 네가티브형 감광성 조성물, 폴리비닐신나메이트계 감광성 조성물, 비스아지드-고무계 감광성 조성물, 광중합계 감광성 조성물 등의 네가티브형 내식막 등 각종 감광성 내식막이 공지되어 있다. 이러한 감광성 내식막에는, 사용 목적에 따라 각종 특성이 요구된다. 예를 들면, 반도체 장치의 가공에 있어서는, 고감도, 고해상도, 내에칭성 등의 특성이 요구된다.
한편, 반도체 장치, 액정 표시장치, 인쇄 회로기판 등에는, 층간 절연막을 비롯하여 각종 패턴화 막이 사용되고 있다. 이러한 패턴화 막은, 일반적으로 막 형성성 유기 또는 무기 재료를 도포하거나, 이들 재료를 기상(氣相)으로부터 침착시켜 피막을 형성시킨 후, 감광성 내식막을 통해 당해 피막을 에칭함으로써 형성되고 있다. 이러한 에칭시, 미세한 패턴을 형성시킬 필요가 있는 경우에는, 일반적으로 기상 에칭이 이용되고 있다. 그러나, 기상 에칭은 장치 비용이 많이 들고, 처리 속도가 느리다는 문제가 있다.
또한, 반도체 장치 등의 제조공정(예를 들면, CVD에 의한 배선 증착공정) 등 에서는, 장치가 400℃를 초과하는 고온에 노출된다. 이 때문에, 이러한 고온에 노출되는 장치에 사용되고 있는 층간 절연막 등의 재료는, 내열성 면에서 유기 재료만으로는 충분히 대응할 수 없어서 무기 재료의 사용이 요구되고 있다. 이러한 무기 재료로서는, 내열성 이외에, 내마모성, 내식성, 절연성, 투명성 등이 우수한 점에서 실리카계 세라믹 막이 많이 사용되고 있다.
이러한 패턴화된 실리카계 세라믹 막은, 종래 패턴화된 감광성 내식막을 에칭 마스크로서 사용하여, 세라믹 막을 에칭함으로써 형성되는 것이 일반적이며, 비용 등에 문제가 있다. 따라서, 기상 에칭을 사용하지 않고서 미세화된 층간 절연막을 형성시키는 방법이 요구된다.
이러한 요청에 대하여, 감광성 폴리실라잔 조성물을 도포하고, 형성된 감광성 폴리실라잔 도막을 노광시킨 후 현상시킴으로써 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시킨 다음, 당해 패턴화된 폴리실라잔 막을 실리카계 세라믹 막으로 전환시킴으로써 세라믹 막 패턴을 형성시키는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)5-88373호에는, 기판 위에 폴리실라잔을 포함하는 도포액을 도포하여 도막을 형성시키고, 당해 도막에 산화 분위기하에서 자외선을 패턴 형상으로 조사하여 자외선 노광 부분을 경화시킨 다음, 자외선 미노광 부분을 제거하고, 그 다음 패턴화된 폴리실라잔 막을 실리카계 세라믹 막으로 전환시킴으로써 세라믹 막 패턴을 형성시키는 방법이 기재되어 있다. 당해 방법은, 광 조사 부분이 경화되어 잔류하기 때문에 네가티브형 감광성 내식막이라고 볼 수 있다.
한편, 반도체 장치 등의 가공은 미세화의 일로를 걷고 있고, 이 때문에, 내 식막 유형으로서는 해상도가 높은 포지티브형으로서 내산소 플라즈마성 등 내에칭성이 높은 재료가 요구된다. 또한, 패턴화된 피막을 층간 절연막으로서 잔류시켜 사용하는 경우에는, 당해 피막 재료로서, 상기 미세화에 수반되는 요건 이외에, 층간 절연막에 있어서 요구되는 고내열성, 저유전율, 투명성 등의 여러가지 특성이 우수한 재료인 것이 요구된다. 이러한 요청에 따르기 위하여, 본 발명자 등은, 일본 특허원 제(평)11-283106호(일본 공개특허공보 제2000-181069호)에서, 폴리실라잔과 광산발생제를 포함하는 포지티브형으로서 작용하는 감광성 폴리실라잔 조성물, 당해 감광성 폴리실라잔 조성물을 사용하여 이를 도포하여 도막을 형성시키고, 상기 도막에 광을 패턴 형상으로 조사한 다음, 도막의 조사된 부분을 용해시켜 제거함으로써 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법 및 당해 패턴화된 폴리실라잔 막을 주위 분위기에서 방치하거나 소성함으로써 실리카계 세라믹 막으로 전환시켜 패턴화된 절연막을 형성시키는 방법을 제안하였다.
또한, 본 발명자 등은, 일본 특허원 제(평)12-108023호에서, 변성 폴리실세스퀴아잔을 사용함으로써 보존 안정성이 개선된, 포지티브형으로서 작용하는 감광성 폴리실라잔 조성물을 제안하였다.
이들 포지티브형 감광성 폴리실라잔 조성물을 사용하는 방법에 있어서는, 감광성 폴리실라잔 도막의 노광 부분에서 산이 생성되고, 생성한 산에 의해 폴리실라잔의 Si-N 결합이 분해되고, H2O 분자와의 반응에 의해 실란올(Si-OH) 결합이 형성되고, 폴리실라잔의 분해가 일어난다. 그러나, 이들 선행 기술에 있어서는, 폴리실라잔의 분해를 도모하는 방법으로서 구체적으로 나타낸 처리 방법은, 노광 후에 감광성 폴리실라잔 막을 물과 접촉시키는 방법이다.
이들 제안된 포지티브형 감광성 폴리실라잔 조성물은, 네가티브형 감광성 폴리실라잔 조성물에 비하여 해상도가 높지만, 패턴의 미세화에 대처하기 위하여, 해상도를 보다 개선시킬 필요가 있다. 또한, 노광된 감광성 폴리실라잔 조성물은, 물과 접촉되어 폴리실라잔의 분해가 도모되는데, 이 때 폴리실라잔의 분해가 감광성 폴리실라잔 조성물의 막 표면 부근에서만 수행되도록 고려되나, 분해 처리 조건에 따라서는 이후의 알칼리 수용액에 의한 현상시에 노광부의 도막 제거가 충분하게 수행되지 않고, 현상 후에 패턴에 현상 잔사가 존재함과 동시에 감광성 폴리실라잔 도막의 기판과의 밀착성도 충분하지 않다는 문제가 있다. 이 때문에, 이러한 문제가 없는 감광성 폴리실라잔 도막의 분해법도 요청되고 있다. 또한, 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하여 실리카계 세라믹 막으로 전환시킬 때, 단순히 폴리실라잔 도막을 가열하는 것만으로는 폴리실라잔의 산화가 충분하게 수행되지 않고, 피막 중에 폴리실라잔의 Si-N 결합이 많이 남은 실리카계 세라믹 막으로 되어, 층간 절연막으로서 요구되는 것과 같은, 유전율이 충분히 낮은 막을 형성시키는 것은 어렵다. 또한, 당해 실리카계 세라믹 막 내에 Si-N 결합이 많이 남아 있으면, 이후에 습기를 흡수하기 쉽고, 물성이 불안정한 막으로 되는 문제가 있다. 따라서, 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하여, 막 중의 폴리실라잔을 실리카계 세라믹으로 전환시킬 때 용이하고도 충분하게 전환시킬 수 있고, 이에 의해 유전율 등의 특성이 우수하고, 막 내에 Si-N 결합이 잔류하지 않는 실리카계 세라믹 막을 제조할 수 있는 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법도 요망된다.
이러한 실상을 감안하여, 본 발명은, 감광성 폴리실라잔 조성물을 사용하여 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법에 있어서, 노광 후의 감광성 폴리실라잔 조성물의 폴리실라잔 분해에 요구되는 시간이 짧고, 기판과의 밀착성이 양호하며, 현상 후 패턴에 현상 잔사가 없는, 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 단순한 가열에 의해서도 폴리실라잔의 산화가 충분하게 진행되어, 막 내에 Si-N 결합이 존재하지 않거나, 거의 존재하지 않는 실리카계 세라믹 막을 형성시킬 수 있는 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 유전율이 낮고, 내열성, 내마모성, 내식성, 절연성 또는 투명성도 우수하며 층간 절연막으로서 유용한 실리카계 세라믹 막을 형성시킬 수 있는 감광성 폴리실라잔 조성물, 패턴화 감광성 폴리실라잔 막의 형성방법 및 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 해상도가 높은 감광성 폴리실라잔 조성물을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명자 등은, 이러한 목적을 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 다음과 같은 의견을 수득하였다. 즉, 폴리실라잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물과 같은 포지티브형으로서 작용하는 감광성 조성물을 사용하여 패턴화 된 폴리실라잔 막을 형성시키는 경우, 노광된 감광성 폴리실라잔 도막을, 수증기 함유 기체와 접촉시켜, 즉 가습 처리함으로써 단시간에 폴리실라잔의 분해가 수행되고, 현상 후의 패턴에 현상 잔사도 발생하지 않으며, 이 때 기체의 수증기 함유량을 증가시키거나, 가습 처리시에 감광성 폴리실라잔 도막을 가열하면 분해 시간이 단축되고, 막이 가열되어 있으면 막 표면의 결로 조건도 완화되기 때문에 가습 처리 분위기의 수증기 분압을 보다 높일 수 있어서 폴리실라잔의 분해에 요구되는 시간을 한층 더 단축시킬 수 있으며, 게다가 현상시의 가열에 의해 폴리실라잔 도막과 기판과의 밀착성도 향상됨을 밝혀내었다.
또한, 감광성 폴리실라잔 도막을 소성할 때에, 소성 전에, 당해 도막을 노광시키고, 이러한 가습 처리를 수행하면, 실리카계 세라믹으로 용이하고도 충분하게 전환시킬 수 있고, 이로써 여러가지 특성이 우수하고, 막 내에 Si-N 결합이 잔류하지 않는 실리카계 세라믹 막을 제조할 수 있음을 밝혀내었다.
또한, 특정한 변성 폴리실세스퀴아잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 조성물에 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 첨가함으로써 해상도를 높일 수 있고, 더구나 이러한 감광성 조성물은, 소성 후, 유전율, 절연성 또는 기계적 특성이 우수한 층간 절연막 등의 미세화된 패턴을 형성시킬 수 있음도 밝혀내었다.
본 발명은, 이러한 발견에 근거하는 것이다.
본 발명은 다음의 구성으로 이루어진 폴리실라잔 막의 형성방법, 감광성 폴 리실라잔 도막의 소성방법 및 감광성 폴리실라잔 조성물이다.
[1] 감광성 폴리실라잔 조성물 도막을 노광시킨 후 현상시킴으로써 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법에 있어서, 노광된 감광성 폴리실라잔 도막을 가습 처리한 후 현상시킴을 특징으로 하는, 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법.
[2] [1]에 있어서, 가습 처리시에 감광성 폴리실라잔 도막이 가열됨을 특징으로 하는, 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법.
[3] 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하는 방법에 있어서, 소성 전처리 공정으로서, 감광성 폴리실라잔 도막을 노광시키는 공정 및 가습 처리하는 공정을 포함함을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법.
[4] [3]에 있어서, 감광성 폴리실라잔 도막이 패턴화되어 있음을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법.
[5] [3]에 있어서, 가습 처리시에 감광성 폴리실라잔 도막이 가열됨을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법.
[6] 화학식 3의 구성 단위를 기본 구성 단위로 하고 화학식 4 및/또는 화학식 5의 구성 단위를 기본 구성 단위에 대하여 0.1 내지 100mol% 함유하고 수 평균 분자량이 100 내지 100,000인 변성 폴리실세스퀴아잔, 광산발생제 및 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
-[SiR6(NR7)1.5]-
-[SiR6 2NR7]-
-[SiR6 3(NR7)0.5]-
위의 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5에서,
R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타내고,
R7은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타낸다.
[7] [6]에 있어서, 광산발생제가 설폭심계 화합물 및 트리아진계 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[8] [6] 또는 [7]에 있어서, 용해 방지제를 포함함을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[9] [8]에 있어서, 용해 방지제가, t-부톡시카보닐화 카테콜, t-부톡시카보닐화 하이드로퀴논, 벤조페논-4,4'-디카복실산 t-부틸 에스테르 및 4,4'-옥시디벤조산 t-부틸 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 감광성 폴리실라잔 조성 물에 대하여 0.1 내지 40중량% 포함되어 있음을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[10] [6] 내지 [9] 중의 어느 하나에 있어서, 수용성 화합물이 니트로 그룹 함유 화합물임을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[11] [6] 내지 [10] 중의 어느 하나에 있어서, 수용성 화합물이 탄산 에스테르 함유 화합물임을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[12] [6] 내지 [10] 중의 어느 하나에 있어서, 수용성 화합물이 중합체임을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[13] [6] 내지 [12] 중의 어느 하나에 있어서, 증감 색소를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[14] [13]에 있어서, 증감 색소가 쿠마린, 케토 쿠마린 및 이들의 유도체 및 티오피리륨염 중에서 선택되는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[15] [6] 내지 [14] 중의 어느 한 항에 있어서, 산화 촉매를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[16] [15]에 있어서, 산화 촉매가 프로피온산 팔라듐인, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[17] [6] 내지 [16] 중의 어느 한 항에 있어서, 층간 절연막용임을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 조성물.
[18] 화학식 3의 구성 단위를 기본 구성 단위로 하고 화학식 4 및/또는 화학식 5의 구성 단위를 기본 구성 단위에 대하여 0.1 내지 100mol% 함유하고 수 평균 분자량이 100 내지 100,000인 변성 폴리실세스퀴아잔, 광산발생제 및 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물 도막을 형성시키고, 당해 도막에 광을 패턴 형상으로 조사한 다음, 도막의 조사된 부분을 용해시켜 제거하고, 잔류하는 패턴화 도막을 주위 분위기에서 방치하거나 소성함을 특징으로 하는, 패턴화 층간 절연막의 형성방법.
화학식 3
-[SiR6(NR7)1.5]-
화학식 4
-[SiR6 2NR7]-
화학식 5
-[SiR6 3(NR7)0.5]-
위의 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5에서,
R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타내고,
R7은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타낸다.
위의 본 발명의 방법에 의해 형성된 패턴화된 폴리실라잔 막은, 그대로, 예 를 들면, 에칭 내식막 또는 표시 소자 등의 소자 중의 패턴화 피막으로서 이용할 수 있다. 본 발명의 방법에서 사용되는 감광성 폴리실라잔 조성물은 포지티브형이기 때문에 해상도가 높고 종래의 유기 재료계 내식막보다 내산소 플라즈마성이 높다. 또한, 본 발명의 소성방법에 의해 형성된 실리카계 세라믹 막은 내열성이 높고, 유전율이 낮고, 투명성 등이 우수한 피막이기 때문에 층간 절연막으로서 특히 적합하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 위의 [6]에 기재된 특정한 변성 폴리실세스퀴아잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물에 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 첨가함으로써, 광에 의한 패턴화 가공의 해상도가 비약적으로 향상된다.
또한, 위의 [6] 내지 [17]에 기재된 감광성 폴리실라잔 조성물로부터 형성된 도막을 장시간 방치하거나 소성함으로써, 층간 절연막으로서 적합하고 내열성이 높으며 유전율이 낮고 투명성 등이 우수한, 패턴화된 실리카계 세라믹 피막을 수득할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 감광성 폴리실라잔 조성물에 증감 색소를 포함시킴으로써 고압 수은등 등의 염가의 광원을 사용한 패턴화가 가능해진다.
또한, 본 발명에 있어서, 증감 색소를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물에 산화 촉매를 포함시킴으로써, 패턴화 후의 피막 소성시에 당해 증감 색소를 분해시킬 수 있고, 액정 표시장치 등의 층간 절연막으로서 유용한 무색 투명한 실리카계 세라믹 피막을 수득할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 감광성 폴리실라잔 조성물에 안료를 첨가함으로써, 내열성, 절연성 또는 경도가 우수하고 패턴 정밀도가 양호한 컬러 필터나 블랙 매트릭스를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법은, 이에 한정되는 것은 아니나, 감광성 폴리실라잔 조성물을 기판 위에 도포 또는 인쇄하여 도막을 형성시키는 도막 형성공정(a), 당해 도막에 광을 패턴 형상으로 조사하는 노광공정(b), 패턴 노광된 기판을, 필요한 경우, 이를 가열한 상태에서 수증기를 포함하는 기체와 접촉시켜 폴리실라잔을 분해시키는 가습 처리공정(c) 및 당해 도막의 광 조사된 부분을 용해시켜 제거하는 현상공정(d)을 포함한다. 이하, 본 발명의 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법을 이를 예시한 방법에 따라 구체적으로 설명한다.
우선, 본 발명의 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법에 있어서는, 감광성 조성물로서 폴리실라잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물과 같은 포지티브형으로서 작용하는 감광성 조성물이 사용된다.
이러한 포지티브형 감광성 폴리실라잔 조성물에서 사용되는 폴리실라잔은, 다음이 대표적인 것으로서 열거된다:
(A) 화학식 1의 골격을 포함하고 수 평균 분자량이 100 내지 50,000인 폴리실라잔 또는 이의 변성물.
Figure 112007046034356-PAT00001
위의 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소원자, 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 사이클로알킬 그룹, 아릴 그룹, 이들 그룹 이외에 규소 또는 질소에 직접 결합되는 부분이 탄소인 그룹, 알킬실릴 그룹, 알킬아미노 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타낸다.
(B) 화학식 2의 골격을 포함하고 수 평균 분자량이 100 내지 100,000인 폴리실세스퀴아잔 및 이의 변성물.
-[SiR4(NR5)1.5]n-
위의 화학식 2에서,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소원자, 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 사이클로알킬 그룹, 치환체 그룹을 가질 수 있는 아릴 그룹, 이들 그룹 이외에 규소 또는 질소에 직접 결합되는 부분이 탄소인 그룹, 알킬실릴 그룹, 알킬아미노 그룹 또는 알콕시 그룹을 나타내고,
n은 임의의 정수이다.
(C) 주요 반복 단위로서 -(RSiN3)-, -(RSiN2O)-, -(RSiNO2)- 및 -(RSiO3)-[여 기서, R은 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 사이클로알킬 그룹, 아릴 그룹, 알킬아미노 그룹 또는 알킬실릴 그룹이다]를 포함하고 수 평균 분자량이 300 내지 100,000인 폴리오가노실록사잔.
그리고, 위의 (B)의 폴리실세스퀴아잔의 변성물로서, 다음 (D)로 나타내는 것을 바람직한 것으로서 들 수 있다:
(D) 화학식 3의 구성 단위를 기본 구성 단위로 하고 화학식 4 및/또는 화학식 5의 구성 단위를 기본 구성 단위에 대하여 0.1 내지 100mol%, 바람직하게는 0.5 내지 40mol%, 보다 바람직하게는 1 내지 20mol% 함유하고 수 평균 분자량이 100 내지 100,000인 변성 폴리실세스퀴아잔.
화학식 3
-[SiR6(NR7)1.5]-
화학식 4
-[SiR6 2NR7]-
화학식 5
-[SiR6 3(NR7)0.5]-
위의 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5에서,
R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타내고,
R7은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 3의 알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 페닐 그룹을 나타낸다.
이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 있어서, 다른 구성 단위는, 기본 구성 단위에 대하여 랜덤하게 결합된다. 또한, 변성 폴리실세스퀴아잔 중에서, R6 및 R7의 어느 것에 관해서도, 구체적인 그룹은 각각 독립적으로 선택될 수 있고, 따라서 기본 구성 단위 사이에서 동일하거나 상이할 수 있고, 기본 구성 단위와 다른 구성 단위와의 사이에서도 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들면, 기본 구성 단위에 있어서, R6의 일부가 메틸이고, 나머지가 페닐인 것이 가능하고, R7의 일부가 수소이고, 나머지가 메틸인 것이 가능하고, 기본 구성 단위의 R6이 메틸이고, 다른 구성 단위의 R6이 메틸 또는 페닐인 것이 가능하고, 기본 구성 단위의 R7이 수소이고, 다른 구성 단위의 R7이 수소 또는 메틸인 것 등이 가능하다. 바람직하게는, 기본 구성 단위 및 다른 구성 단위 양쪽에 있어서, R6이 메틸 그룹 또는 페닐 그룹이고, 특히 메틸 그룹인 것이 가장 바람직하다. 또한, 기본 구성 단위와 다른 구성 단위 양쪽에 있어서, R7이 수소인 것이 바람직하다.
위의 (D)의 변성 폴리실세스퀴아잔에 있어서, 다른 구성 단위로서 화학식 4의 구성 단위만이 포함되는 경우에는, 화학식 4의 구성 단위의 기본 구성 단위에 대한 함유량은 0.1 내지 100mol%, 보다 바람직하게는 1 내지 20mol%이다. 또한, 다른 구성 단위로서 화학식 5의 구성 단위만이 포함되는 경우에는, 화학식 5의 구성 단위의 기본 구성 단위에 대한 함유량은 0.1 내지 50mol%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 20mol%이다. 다른 구성 단위가 0.1mol%보다 적으면, 중합체 자체의 안정성이 낮아져서 보존시에 중합체 사이에서 중합이 일어나게 된다. 반대로, 다른 구성 단위가 100mol%보다 많으면, 중합체의 분자량이 충분하게 높아지지 않기 때문에 도막에 유동성이 생겨서 바람직하지 못하다.
위의 (D)에 있어서 사용되는 변성 폴리실세스퀴아잔의 수 평균 분자량은, 100 내지 100,000, 바람직하게는 500 내지 5000이다. 변성 폴리실세스퀴아잔의 수 평균 분자량이 100보다 낮으면 도막에 유동성이 생기고, 반대로 100,000보다 높으면 용매에의 용해가 곤란하게 되어 어느 것이나 바람직하지 못하다.
본 발명에 있어서는, 폴리실라잔은 상기의 것과 같이 폴리실세스퀴아잔 및 폴리오가노실록사잔 등도 포함하는 것으로서 사용된다. 또한, 본 발명에 있어서는, 폴리실라잔은, 폴리실라잔 단독은 물론이고, 2종 이상의 폴리실라잔일 수도 있고, 폴리실라잔과 다른 중합체와의 공중합체나 폴리실라잔과 다른 중합체 또는 화합물과의 혼합물일 수도 있다. 사용되는 폴리실라잔에는, 쇄상, 환상 또는 가교결합 구조를 갖는 것 또는 분자내에 이들 구조를 복수개 동시에 갖는 것이 있고, 이들을 단독으로 또는 혼합물로 이용할 수 있다. 이들 폴리실라잔에 관해서는, 수득되는 막의 경도나 치밀성 면에서는 퍼하이드로폴리실라잔이 바람직하고, 가요성 면에서는 오가노폴리실라잔이 바람직하다. 이들 폴리실라잔은, 당업자라면 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
위에서 언급한 폴리실라잔은, 공지되어 있거나 공지된 방법에 따라서 제조할 수 있다. 구체적으로는, 폴리실라잔의 제조에 관해서는, 예를 들면, 일본 특허공보 제(소)63-16325호, 일본 공개특허공보 제(소)61-89230호, 일본 공개특허공보 제(소)62-156135호, 문헌[참조: D. Seyferth et al., Communication of Am. Cer. Soc., C-13, January(1983), Polym. Prepr., Am. Chem. Soc., Div. Polym. Chem., 25, 10(1984)] 등에 기재되어 있다.
또한, 분자내에 가교결합 구조를 갖는 폴리실라잔에 관해서는, 일본 공개특허공보 제(소)49-69717호 또는 문헌[참조: D. Seyferth et al., Communication of Am. Cer. Soc., C-132, July(1984)]에 보고되어 있는 바와 같은 것일 수 있고, 구조 중에 금속 원자를 추가로 포함하는 폴리메탈로실라잔일 수도 있다.
기타, 일본 공개특허공보 제(소)62-195024호에 보고되어 있는 것과 같은 반복 단위가 [(SiH2)n(NH)m] 및 [(SiH2)rO](여기서, n, m 및 r은 각각 1, 2 또는 3이다)인 폴리실록사잔, 일본 공개특허공보 제(평)2-84437호에 보고되어 있는 것과 같은, 폴리실라잔에 보론 화합물을 반응시켜 제조한, 내열성이 우수한 폴리보로실라잔, 일본 공개특허공보 제(소)63-81122호, 일본 공개특허공보 제(소)63-191832호, 일본 공개특허공보 제(평)2-77427호에 보고되어 있는 것과 같은, 폴리실라잔과 메탈알콕사이드를 반응시켜 제조한 폴리메탈로실라잔, 일본 공개특허공보 제(평)1-138108호, 일본 공개특허공보 제(평)1-138107호, 일본 공개특허공보 제(평)1-203429호, 일본 공개특허공보 제(평)1-203430호, 일본 공개특허공보 제(평)4-63833호 또는 일본 공개특허공보 제(평)3-320167호에 보고되어 있는 바와 같은, 분자량 을 증가시키거나(상기 공보의 앞의 4개), 내가수분해성을 향상시킨(뒤의 2개) 무기 실라잔 고중합체나 개질된 폴리실라잔, 일본 공개특허공보 제(평)2-175726호, 일본 공개특허공보 제(평)5-86200호, 일본 공개특허공보 제(평)5-331293호 또는 일본 공개특허공보 제(평)3-31326호에 보고되어 있는 것과 같은, 폴리실라잔에 유기 성분을 도입한, 막 두께 증가에 유리한 공중합 폴리실라잔, 일본 공개특허공보 제(평)5-238827호, 일본 공개특허공보 제(평)6-122852호, 일본 공개특허공보 제(평)6-299188호, 일본 공개특허공보 제(평)6-306329호, 일본 공개특허공보 제(평)6-240208호 또는 일본 공개특허공보 제(평)7-196986호에 보고되어 있는 것과 같은, 폴리실라잔에 세라믹화 촉진용 촉매 화합물을 부가 또는 첨가한 플라스틱이나 알루미늄 등의 금속으로의 시공이 가능하고 보다 저온에서 세라믹화되는 저온 세라믹화 폴리실라잔 등도 동일하게 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서 적합하게 사용할 수 있는 폴리실라잔은, 주로 위의 화학식 2의 골격을 포함하는 수 평균 분자량 100 내지 100,000, 바람직하게는 300 내지 10,000의 폴리실세스퀴아잔 및 이의 유도체이고, 보다 적합한 폴리실세스퀴아잔은, 화학식 2에서, R4가 메틸 그룹이고 R5가 수소인 폴리메틸실라잔이거나, 화학식 2에서, R4가 페닐 그룹이고 R5가 수소인 폴리페닐실라잔이다. 이러한 폴리실라잔은, 통상의 폴리실라잔을 합성할 때의 암모놀리시스(ammonolysis)에 있어서, 출발 원료로 R4SiCl3를 사용함으로써 용이하게 수득된다. 폴리실라잔을 합성할 때의 안모놀 리시스에 관해서는, 예를 들면, 일본 특허공보 제(소)63-16325호를 참조한다.
또한, 위의 (C)에서 언급한 폴리오가노실록사잔도 본 발명에 있어서 적합하게 사용될 수 있는 폴리실라잔이다. 당해 폴리오가노실록사잔은, 화학식 RnSiX4-n의 유기 할로실란[여기서, R은 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 사이클로알킬 그룹, 아릴 그룹, 알킬아미노 그룹 또는 알킬실릴 그룹이고, X는 할로겐 원자이고, n은 1 또는 2이다]을 암모니아 및 물과 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 이러한 폴리오가노실록사잔은, 고온으로 처리한 경우에도 낮은 유전율을 나타내는 소성막을 수득할 수 있기 때문에, 특히 층간 절연막의 전구체로서 유용하다. 또한, 폴리오가노실록사잔의 경우, 주쇄에 포함되는 산소 함유량을 변화시킴으로써 소성막의 비유전율을 제어할 수 있고, 원하는 비유전율을 용이하게 수득할 수 있다는 이점도 있다. 이러한 폴리오가노실록사잔 및 이의 제조방법의 상세한 내용에 관해서는, 일본 특허원 제(평)10-528633호 명세서(국제 공개특허공보 제WO 98/029475호)를 참조하기 바란다.
또한, 본 발명에 있어서는, 위의 (D)에 기재된 변성 폴리실세스퀴아잔을 폴리실라잔으로서 특히 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔은, 통상의 폴리실라잔을 합성할 때의 암모놀리시스에 있어서, 출발 원료로서 R6SiCl3, R6 2SiCl2 및/또는 R6 3SiCl 중 후자의 2개를 상기 다른 구성 단위의 함유 비율에 대응하는 몰 비로 사용함으로써 용이하게 수득할 수 있다. 예를 들면, 다른 구성 단위로서 화학식 4의 구성 단위를 20mol% 함유하는 경우에는, R6SiCl3에 대하여 20mol%의 R6 2SiCl2을 혼합한 실란 원료를 사용하여 암모놀리시스를 수행하는 것이 바람직하고, 동일하게는, 다른 구성 단위로서 화학식 5의 구성 단위를 10mol% 함유하는 경우에는, R6SiCl3에 대하여 10mol%의 R6 3SiCl을 혼합하는 것이 바람직하다. 폴리실라잔을 합성할 때의 암모놀리시스의 상세한 내용에 관해서는, 예를 들면, 일본 특허공보 제(소)63-16325호를 참조하기 바란다.
위의 (D)로 나타낸 변성 폴리실세스퀴아잔은 안정성이 높고, 실질적으로 보존시에 추가로 중합되어 분자량이 높아지지 않는다. 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만, 3관능형 기본 구성 단위만으로 이루어진 중합체의 경우에는, 분자내에 비틀어진 환 구조가 다수 존재하고, 이들이 보존시에 분해하고, 이 중 분해된 부분이 동일하게 분해된 다른 분자와 재결합함으로써 분자량이 높아지는 것으로 생각된다. 3관능형 기본 구성 단위에 2관능형 구성 단위 및/또는 1관능형 구성 단위를 도입하면, 비틀어진 환 구조가 감소하기 때문에 이러한 분해 및 재결합이 발생하기 어렵게 되어, 중합체의 고분자량화가 억제되는 것으로 생각된다.
본 발명의 감광성 조성물 또는 본 발명에서 사용되는 감광성 조성물은 광산발생제를 포함한다. 광산발생제는 고유의 감광 파장 영역에 있는 광의 조사에 의해 직접적으로, 또는 증감 색소를 사용하는 경우에는 당해 증감 색소가 여기되는 파장 영역에 있는 광의 조사에 의해 간접적으로 여기 상태로 된다. 여기 상태로 된 광산발생제에 의해 폴리실라잔의 Si-N 결합이 분해되고, 분해된 Si-N 결합이 수분과 반응함으로써 실란올(Si-OH) 결합이 생성된다고 생각된다. 실란올은 후술하는 현상액에 가용성이기 때문에, 감광성 조성물 도막의 광 조사 부분만이 용해 제거되어, 포지티브형 패턴화가 달성된다.
이러한 포지티브형 감광성 폴리실라잔 조성물 속에서 사용되는 광산발생제의 예로서는, 구체적으로는 과산화물, 나프토퀴논디아지드설폰산 에스테르, 니트로벤질 에스테르 등을 들 수 있다. 또한, 벤조인토실레이트도 유용하다. 기타 광산발생제로서는, 니트로벤질설폰산류, 오늄염류[예를 들면, 비스(4-t-부틸페닐)요오드늄염이나 트리페닐설포늄염] 등도 유용하다. 이들 광산발생제는, 필요에 따라, 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다.
이하에, 과산화물계, 나프토퀴논디아지드설폰산 에스테르계 및 니트로벤질 에스테르계의 광산발생제의 구체예를 기재한다. 그러나, 다음의 예시는, 단지 설명을 위한 것이지, 본 발명에서 사용되는 광산발생제가 이하에 기재된 것에 한정되는 것은 아니다.
과산화물계 광산발생제
3,3',4,4'-테트라(t-부틸 퍼옥시카보닐)벤조페논, t-부틸 퍼옥시 벤조에이트, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드, 메틸 사이클로헥사논 퍼옥사이드, 메틸 아세트아세테이트 퍼옥사이드, 아세틸아세톤 퍼옥사이드, 1,1-비스(t-헥실 퍼옥시)3,3,5-트리메틸 사이클로헥산, 1,1-비스(t-헥실 퍼옥시)사이클로 헥산, 1,1-비스(t-부틸 퍼옥시)3,3,5-트리메틸 사이클로헥산, 디-t-부틸 퍼옥시-2-메틸사이클로헥산, 1,1-비스(t-부틸 퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-비스(t-부틸 퍼옥시)사이클로도데칸, 2,2-비스(t-부틸 퍼옥시)부탄, n-부틸-4,4-비스(t-부틸 퍼옥시)발레레이트, 2,2-비스(4,4-디-t-부틸 퍼옥시 사이클로헥실)프로판, P-멘탄 하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠 하이드로퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 하이드로퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, t-헥실 하이드로퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, α,α'-비스(t-부틸 퍼옥시)디이소프로필벤젠, 디쿠밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, t-부틸 쿠밀 퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸 퍼옥시)헥신-3, 이소부티릴 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 스테아로일 퍼옥사이드, 석신산 퍼옥사이드, m-톨루오일벤조일 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 디-n-프로필 퍼옥시 디카보네이트, 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트, 비스(4-t-부틸 사이클로헥실)퍼옥시 디카보네이트, 디-2-에톡시에틸 퍼옥시 디카보네이트, 디-2-에틸헥실 퍼옥시 디카보네이트, 디-3-메톡시부틸 퍼옥시 디카보네이트, 디(3-메틸-3-메톡시부틸)퍼옥시 디카보네이트, α,α'-비스(네오데카노일 퍼옥시)디이소프로필벤젠, 쿠밀 퍼옥시 네오데카노에이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 퍼옥시 네오데카노에이트, 1-사이클로헥실-1-메틸에틸 퍼옥시 네오데카노에이트, t-헥실 퍼옥시 네오데카노에이트, t-부틸 퍼옥시 네오데카노에이트, t-헥실 퍼옥시 피발레이트, t-부틸 퍼옥시 피발레이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 퍼옥시 2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(2-에틸헥사노일 퍼옥시)헥산, 1-사 이클로헥실-1-메틸에틸 퍼옥시 2-에틸 헥사노에이트, t-헥실 퍼옥시 2-에틸 헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시 2-에틸 헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시 이소부티레이트, t-헥실 퍼옥시 이소프로필 모노카보네이트, t-부틸 퍼옥시 말레산, t-부틸 퍼옥시 3,5,5-트리메틸 헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 라우레이트, 2,5-디메틸-2,5-(m-톨루오일퍼옥시)헥산, t-부틸 퍼옥시 이소프로필 모노카보네이트, t-부틸 퍼옥시 2-에틸헥실 모노카보네이트, t-헥실 퍼옥시 벤조에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(벤조일 퍼옥시)헥산, t-부틸 퍼옥시 아세테이트, t-부틸 퍼옥시-m-톨루오일 벤조에이트, 비스(t-부틸 퍼옥시)이소프탈레이트, t-부틸 퍼옥시 알릴 모노카보네이트, t-부틸 트리메틸실릴 퍼옥사이드, 1,3-디(t-부틸 퍼옥시카보닐)벤젠 등.
나프토퀴논디아지드설폰산 에스테르계 광산발생제:
1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-5-설폰산 클로라이드, 1,2-나프토퀴논-(2)-디아지드-4-설폰산 클로라이드, 2,3,4-트리하이드록시 벤조페논과 6-디아조-5,6-디하이드로-5-옥소나프탈렌-1-설폰산과의 (모노 내지 트리)에스테르, 2,3,4,4'-트리하이드록시 벤조페논과 6-디아조-5,6-디하이드로-5-옥소-나프탈렌-1-설폰산과의 (모노 내지 트리)에스테르 등.
니트로벤질 에스테르계 광산발생제:
니트로벤질 토실레이트, 디니트로벤질 토실레이트, 니트로벤질 클로라이드, 디니트로벤질 클로라이드, 니트로벤질 브로마이드, 디니트로벤질 브로마이드, 니트 로벤질 아세테이트, 디니트로벤질 아세테이트, 니트로벤질 트리클로로 아세테이트, 니트로벤질 트리플루오로 아세테이트 등.
이들 광산발생제의 감광성 폴리실라잔 조성물 중에서의 함유량은, 광산발생제의 종류 및 감광성 조성물의 용도에 따라 적절한 양으로 되지만, 일반적으로는 폴리실라잔 중량에 대하여 0.05 내지 50중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 20중량%이다. 광산발생제의 함유량이 0.05중량%보다 적으면, 분해 반응 속도가 대단히 느려지고, 반대로 50중량%보다 많아지면, 예를 들면, 변성 폴리실세스퀴아잔을 사용하는 경우, 변성 폴리실세스퀴아잔 유래의 특징을 갖는 치밀한 막을 수득하기 어려워지는 경우가 있다.
또한, 폴리실라잔, 예를 들면, 변성 폴리실세스퀴아잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 조성물을 일정 기간 이상 보존하지 않으면 안되는 경우, 니트로벤질 설폰산 에스테르를 비롯한 일부의 광산발생제가, 감광성 조성물의 보존시에 폴리실라잔으로부터 유리되는 미량의 NH3에 의해 분해될 우려가 있다. 이러한 경우에는, 내염기성 광산발생제를 선택함으로써 감광성 조성물의 보존 안정성을 향상시킬 수 있다. 이러한 내염기성 광산발생제로서는 이미노설포네이트 유도체, 디설폰 유도체, 디아조메탄 유도체 이외에, 4-메톡시-α-((((4-메톡시페닐)설포닐)옥시)이미노)벤젠아세토니트릴과 같은 설폭심계 화합물 및 다음 화학식의 화합물과 같은 트리아진계 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007046034356-PAT00002
또한, 감광성 폴리실라잔 조성물 중에 또한 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 첨가함으로써 해상도를 높일 수 있다. 이 효과는, 폴리실라잔이 위의 (D)의 변성 폴리실세스퀴아잔인 경우, 특히 현저하다. 여기서, 형상 안정화제란, 광 조사부의 제거에 의해 형성되는 패턴 단면의 측벽을 보다 급준화(急峻化)시킬 수 있는 것을 말한다.
위에서 언급한 바와 같이, 폴리실라잔은 광 조사에 의해 Si-N 결합이 분해되고, 이어서 주위 분위기 중의 수분과 반응함으로써 실란올 결합이 생성된다. 이 때, 함수 분위기에 접한 도막 표면의 부근에서는 실란올 결합의 생성이 빠르게 일어난다. 그러나, 예를 들면, 위의 (D)의 변성 폴리실세스퀴아잔은 소수성이 높기 때문에, 함수 분위기에 접하고 있지 않은 도막 내부에서는 도포 기판과의 계면에 가까울수록 도막 표면으로부터 침투되는 수분량이 적어져서 실란올 결합의 생성이 일어나기 어려워진다. 이 때문에, 변성 폴리실세스퀴아잔 도막은, 이의 표면에서 기판 계면에 걸쳐서 감광성이 저하되는 것과 같은 감도차를 갖는다. 본 발명자 등 은, 이러한 감도차에 의해 다음과 같은 문제가 생김을 밝혀내었다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 변성 폴리실세스퀴아잔 도막(5)은, 마스크(1)의 개구부를 통해 직접 조사되는 부분 이외에, 마스크(1)로 차폐되어 있는 변성 폴리실세스퀴아잔 부분으로의 조사광의 「배어나옴」에 의해 간접적으로 조사되는 부분(4)이 있다. 여기서, 위에서 언급한 바와 같은 감도차가 도막에 존재하면, 도막 표면에 가까울수록 실란올 결합이 생성되기 쉽고, 현상에 의해 용해 제거되기 쉽게 된다. 이의 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 패턴 단면 측벽(3)이 완만해져서 이러한 현상이 패턴의 미세화 또는 해상도의 향상을 제한하는 한 가지 원인으로 되고 있음을 발견하였다.
본 발명자 등은, 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 첨가하면, 패턴 단면의 측벽을 급준화시켜 해상도를 높일 수 있음을 밝혀내었다. 즉, 수용성 화합물을 첨가함으로써 감광성 도막의 소수성이 저하되어 함수 분위기에 접하고 있는 도막 표면으로부터 도막 내부로의 수분 접근이 촉진된다. 이 때문에, 도막의 표면 부근과 기판 계면 부근 사이의 실란올 결합의 생성 속도차, 즉 감도차가 작아진다. 그렇다면, 마스크 개구부에 상당하는 도막 부분을 기판 계면 부근까지 충분하게 용해시켜 제거하는 데 필요한 조사광 에너지를 저하시킬 수 있고, 나아가서는 마스크 차폐 부분으로의 「배어나오는 광」의 에너지를 저하시킬 수 있다. 「배어나오는 광」의 에너지가 변성 폴리실세스퀴아잔의 Si-N 결합을 분해시키기 위해서는 지나치게 작은 정도로까지 저하된 부분은, 당해 「배어나오는 광」에 의해 간접적으로 조사되는 부분(4)이라도, 실란올 결합이 생성되지 않기 때문에 현상시에 용해 제거 되는 경우가 없다. 이 결과, 마스크 차폐 부분에 있어서의 용해 제거된 부분이 감소함으로써 패턴 단면의 측벽(3)이 급준화되고, 가장 바람직하게는 도 2에 나타낸 바와 같이 직립한다.
이러한 패턴 단면 측벽의 급준화가 감광성 조성물의 감광도의 고저에 관계되지 않고 달성되는 것은 용이하게 이해된다. 즉, 기판 부근에서의 감광성 조성물의 감광도가 높아지는 경우, 위에서 언급한 바와 같이, 조사광 에너지를 저하시킴으로써 패턴 단면 측벽이 급준화된다. 또한, 예를 들면, 본 발명에 의한 수용성 화합물의 첨가에 의해 감광성 조성물의 감광도가 전체적으로 저하된 경우에는, 마스크 개구부에 상당하는 도막 부분을 기판 계면 부근까지 충분히 용해시켜 제거하는 데 필요한 조사광 에너지를 높이지 않으면 안되는 경우도 있을 수 있지만, 마스크에 차폐되어 있는 변성 폴리실세스퀴아잔 부분의 Si-N 결합을 분해시키는 데 필요한 「배어나오는 광」의 에너지도 함께 높아지기 때문에, 도막의 감도차가 작으면 패턴 단면 측벽도 함께 급준화된다. 요컨대, 감광성 조성물의 감광도의 고저에 관계되지 않고 도막의 표면 부근과 기판 계면 부근 사이의 감광도차를 작게 함으로써 패턴 단면 측벽이 급준화된다.
당해 수용성 화합물은 중성수에 불용성이라도 산성수 또는 염기성수에 가용성이면 유용하다. 이는, 산성수에 가용성이면 복사선 조사부가 광산발생제로부터 생성된 산에 의해 산성으로 되기 때문이고, 염기성수에 가용성이면 알칼리 수용액에 의한 현상시에 현상액의 침투성이 촉진되기 때문이다. 어느 쪽의 경우도, 도막 표면으로부터 도막 내부로의 수분의 접근이 촉진되고, 따라서 도막 표면 부근과 기 판 계면 부근 사이의 감도차가 작아진다.
본 발명에 의한 수용성 화합물은, 단일 화합물일 수도 있고 중합체일 수도 있다. 당해 수용성 화합물의 수용성 정도는, 중성수, 산성수 또는 염기성수의 어느 것이든지 약 0.01g/100mL 이상일 수 있고, 반드시 용이 가용성일 필요는 없다. 또한, 당해 수용성 화합물은, 후술하는 바와 같이 감광성 조성물에 균일하게 혼합되는 것이 바람직하기 때문에, 폴리실라잔이나 이의 용매에 대하여도 충분한 혼화성을 나타내는 것이 필요하다.
이러한 화합물의 구체예로서, 2-니트로아닐린, 3-니트로아닐린, 4-니트로아닐린, 2-니트로-4-아미노톨루엔, 3-니트로-2-아미노톨루엔, 3-니트로-4-아미노톨루엔, 4-니트로-2-아미노톨루엔, 5-니트로-2-아미노톨루엔, 6-니트로-2-아미노톨루엔, 4-니트로벤젠-아조-오르티놀, 1-(4-니트로벤젠 설포닐)-1H-1,2,4-트리아졸, 5-니트로벤즈이미다졸, 4-니트로벤질 아세테이트, 2-니트로벤질알콜, 3-니트로벤질 알콜, 4-니트로벤질 알콜, 니트로사이클로헥산, 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 니페디핀, 2,7-디니트로플루온, 2,7-디니트로-9-플루오레논, 3,3'-디니트로벤조페논, 3,4'-디니트로벤조페논, 탄산프로필렌, 탄산에틸렌, 트리플루오로아세트아미드와 같은 아미드 화합물, 트리플루오로아세트산 암모늄염, 수용성 아크릴 중합체, 수용성 에폭시 중합체, 수용성 멜라닌 중합체 등을 들 수 있다. 특히 적합한 수용성 화합물은, 2-니트로아닐린, 3-니트로아닐린, 4-니트로아닐린, 2-니트로-4-아미노톨루엔, 탄산프로필렌, 탄산에틸렌 및 수용성 아크릴 중합체이다.
이들 형상 안정화제로서의 수용성 화합물은, 폴리실라잔, 예를 들면, 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 통상 0.01 내지 50중량%의 양이 첨가된다. 각각의 수용성 화합물의 특성에 따라 최적 혼합비는 다르지만, 함유량이 0.01중량%보다 적으면 패턴 측벽의 경사 개선 효과가 작고, 반대로 50중량%보다 많으면 현상 후의 막 물성에 하자나 강도 부족 등의 문제를 발생시킨다. 수용성 화합물의 폴리실라잔에 대한 첨가량은, 바람직하게는 0.05 내지 40중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 30중량%이다.
감광성 조성물의 제조에 있어서는, 폴리실라잔에 위의 광산발생제 및 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 첨가함으로써 수행된다. 광산발생제 및 당해 수용성 화합물을 균일하게 혼합하는 것이 바람직하고, 이를 위해서는 폴리실라잔과 광산발생제 및 당해 수용성 화합물을 충분하게 교반하면서 혼합하거나, 각각을 후술하는 용매에 용해시켜 희석시킨 다음 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합에 있어서, 광산발생제 및 당해 수용성 화합물이 고체인 경우에는, 이를 용매에 용해시킨 후에 혼합하는 것이 바람직하다.
첨가시의 온도나 압력에 특별히 제한은 없고, 실온 및 대기압하에 첨가할 수 있다. 단, 광산발생제가 여기되지 않도록 이의 첨가시부터 후술하는 현상공정에 이를 때까지는 사용하는 광산발생제의 감광 파장을 포함하지 않는 환경하에, 바람직하게는 암소(暗所)에서 작업하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 폴리실라잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물에는, 필요에 따라, 증감 색소가 함유될 수 있다. 예를 들면, 광산발생제에는, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸 퍼옥시카보닐)벤조페논과 같이, 그 자체가 여기되는 파장 영역이 약 330nm보다 짧은 것이 있다. 이러한 단파장 영역에 감광 영역을 갖는 광산발생제는, KrF계(248nm), ArF계(193nm) 등의 엑시머 레이저를 사용하여 광 조사하는 경우, 이들 조사광에 의해 직접 여기되기 때문에, 증감 색소를 사용할 필요는 없다. 그러나, 고압 수은등(360 내지 430nm) 등의 염가인 광원을 사용하는 경우에는, 당해 파장 영역에서 여기되는 증감 색소를 조합시킴으로써 간접적으로 광산발생제를 여기시킬 수 있고, 노광시킬 때에 고압 수은등(360 내지 430nm) 등의 보다 염가의 광원으로 노광을 수행하는 것이 가능해진다. 증감 색소로서는, 쿠마린, 케토 쿠마린 및 이들의 유도체, 피리륨염 및 티오피리륨염 또는 시아닌 염료, 카보시아닌 염료, 스티릴 염료 등의 염료를 들 수 있다. 이들 증감 색소는, 폴리실라잔에 대하여 통상 0.05 내지 50중량%, 바람직하게는 1 내지 20중량%의 양으로 사용된다.
감광성 폴리실라잔 조성물에 있어서 사용되는 증감 색소는, 구체적으로는 p-비스(o-메틸스티릴)벤젠, 7-디메틸아미노-4-메틸퀴놀론-2,7-아미노-4-메틸 쿠마린, 4,6-디메틸-7-에틸아미노 쿠마린, 2-(p-디메틸아미노스티릴)-피리딜메틸 요오다이드, 7-디에틸아미노 쿠마린, 7-디에틸아미노-4-메틸 쿠마린, 2,3,5,6-1H,4H-테트라하이드로-8-메틸퀴놀리디노-＜9, 9a, 1-gh＞쿠마린, 7-디에틸아미노-4-트리플루오로메틸 쿠마린, 7-디메틸아미노-4-트리플루오로메틸 쿠마린, 7-아미노-4-트리플루오로메틸 쿠마린, 2,3,5,6-1H,4H-테트라하이드로퀴놀리디노-＜9, 9a, 1-gh＞쿠마린, 7-에틸아미노-6-메틸-4-트리플루오로메틸 쿠마린, 7-에틸아미노-4-트리플루오로메틸 쿠마린, 2,3,5,6-1H,4H-테트라하이드로-9-카보에톡시퀴놀리디노＜9, 9a, 1-gh＞쿠마린, 3-(2'-N-메틸벤즈이미다졸릴)-7-N,N-디에틸아미노 쿠마린, N-메틸-4-트리플루오로메틸피페리디노-＜3, 2-g＞쿠마린, 2-(p-디메틸아미노스티릴)-벤조티아졸릴에틸 요오다이드, 3-(2'-벤즈이미다졸릴)-7-N,N-디에틸아미노 쿠마린, 3-(2'-벤조티아졸릴)-7-N,N-디에틸아미노 쿠마린, 및 다음 화학식으로 나타내는 피리륨염 및 티오피리륨염을 들 수 있다.
Figure 112007046034356-PAT00003
또한, 별도의 증감 색소의 구체예로서는 이하의 화합물을 들 수 있다.
Figure 112007046034356-PAT00004
특히, 적합한 증감 색소는, 7-디에틸아미노-4-메틸 쿠마린 및 7-디에틸아미노-4-트리플루오로메틸 쿠마린이다.
한편, 증감 색소를 사용한 경우에는, 수득된 피막이 착색되는 경우가 있다. 당해 피막을 에칭 내식막 등의 내식막으로서 사용하는 경우, 원하는 패턴화 가공의 종료 후 당해 내식막은 제거되기 때문에, 내식막의 착색이 문제되는 경우는 거의 없다. 그러나, 패턴화된 피막을 소성하고, 패턴화 후에 당해 피막을 제거하지 않고 사용하는 경우, 예를 들면, 소성된 피막을 표시 소자의 층간 절연막 등으로서 사용하는 경우에는, 소성 후의 피막이 가시광에 대하여 투명할 필요가 있는 경우도 있다. 이러한 경우에도, 통상, 피막 소성시에, 감광성 폴리실라잔 조성물 중에 포함된 광산발생제에 의해 증감 색소가 분해되어 피막이 투명해지기 때문에 그다지 문제로 되는 일은 없지만, 사용 목적에 따라서는 또한 투명 무착색 피막이 필요한 경우도 있다. 이러한 경우에는, 감광성 폴리실라잔 조성물 속에, 증감 색소를 피막 소성시에 분해시킬 수는 있지만 광 반응에는 관여하지 않는 산화 촉매를 별도로 첨가할 수 있다. 이러한 산화 촉매의 예로서는, 프로피온산 팔라듐, 아세트산 팔라듐, 아세틸아세토네이트 백금, 에틸 아세토네이트 백금, 팔라듐 미립자, 백금 미립자 등의 금속 유기 화합물이나 미립자 등을 들 수 있다. 산화 촉매를 첨가하는 경우, 산화 촉매의 양은, 폴리실라잔에 대하여 일반적으로 0.05 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%이다. 이러한 산화 촉매를 첨가함으로써 불필요한 색소를 분해시켜 탈색시킬 수 있는 이외에, 폴리실라잔의 세라믹화를 촉진시키는 것도 가능하다.
또한, 감광성 폴리실라잔 조성물에 안료를 첨가함으로써, 내열성, 절연성 및 경도가 우수하고, 패턴 정밀도가 양호한 컬러 필터나 블랙 매트릭스를 수득할 수 있다. 폴리실라잔 조성물에 첨가할 수 있는 안료의 예로서, 흑연, 카본블랙, 티탄블랙, 산화철, 구리 크롬계 블랙, 구리 철 망간계 블랙, 코발트 철 크롬계 블랙 등을 들 수 있다. 안료 첨가량은, 일반적으로 폴리실라잔에 대하여 0.05 내지 1000중량%, 바람직하게는 10 내지 500중량%이다.
또한, 현상 효율을 높이기 위해서, 당해 기술 분야에서 소위 용해 방지제로서 공지되어 있는 화합물을 감광성 폴리실라잔 조성물에 첨가할 수 있다. 일반적인 용해 방지제는, 이의 소수성에 의해, 도막의 미노광부에서 중합체가 알칼리 현상액에 용출되는 것을 방지하지만, 노광부에서는 노광에 의해 또는 광산발생제에 의해 용해 방지제 자체가 분해되어 친수성으로 됨으로써 중합체의 분해를 촉진시키는 작용이 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 폴리실라잔은 현상액에는 용해되지 않기 때문에, 용해 방지제의 미노광부의 용출 방지 작용이라는 이점을 누리는 일은 거의 없지만, 노광부의 용해 촉진 작용이 유리하게 작용함을 발견하였다. 즉, 감광성 폴리실라잔성 조성물에 소위 용해 방지제를 첨가함으로써, 노광부의 용해 속도가 높아진다는 점에서 현상 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 용해 방지제의 구체예로서, t-부톡시카보닐(이하, t-BOC)화 카테콜, t-B0C화 하이드로퀴논, 벤조페논-4,4'-디카복실산 t-부틸 에스테르, 4,4'-옥시디벤조산 t-부틸 에스테르 등을 들 수 있다. 용해 방지제는, 감광성 조성물에 대하여 0.1 내지 40중량%, 바람직하게는 1 내지 30중량%로 첨가할 수 있다.
감광성 폴리실라잔 조성물에 있어서, 용매를 사용하는 경우에는, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 트리메틸벤젠, 트리에틸벤젠 등의 방향족 화합 물; 사이클로헥산; 사이클로헥센; 데카하이드로나프탈렌; 디펜텐; n-펜탄, i-펜탄, n-헥산, i-헥산, n-헵탄, i-헵탄, n-옥탄, i-옥탄, n-노난, i-노난, n-데칸, i-데칸 등의 포화 탄화수소 화합물; 에틸사이클로헥산; 메틸사이클로헥산; p-멘탄; 디프로필 에테르, 디부틸 에테르 등의 에테르류; 메틸 이소부틸케톤(MIBK) 등의 케톤류; 아세트산 부틸, 아세트산 사이클로헥실, 스테아르산 부틸, 락트산 에틸 등의 에스테르류; 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 등의 에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르류; 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트 등의 에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르 아세테이트류; 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 등의 프로필렌 글리콜 모노알킬 에테르류; 프로필렌 글리콜 모노메틸에틸 아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트 등의 프로필렌 글리콜 모노알킬 에테르 아세테이트류 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 용매를 사용하는 경우, 폴리실라잔의 용해도나 용매의 증발 속도를 조절하기 위해서, 2종 이상의 용매를 혼합할 수 있다.
용매의 사용량(비율)은, 사용하는 코팅 방법에 있어서의 작업성이나, 감광성 조성물의 각 성분의 용해성, 감광성 조성물의 도포성, 도포막 두께 등을 고려하여 결정된다. 사용되는 폴리실라잔의 평균 분자량, 분자량 분포, 이의 구조에 따라서도, 용매에 대한 용해성은 다르다. 그러나, 폴리실라잔의 안정성이나 제조 효율, 도포성 등을 고려하여, 통상, 폴리실라잔 농도가 0.1 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 40중량%로 되는 양으로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 감광성 조성물에는, 필요에 따라, 적당한 충전제 및/또는 증량제를 가할 수 있다. 충전제의 예로서는, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 운모를 비롯한 산화물계 무기물 또는 탄화규소, 질화규소 등의 비산화물계 무기물의 미세 분말 등을 들 수 있다. 또한, 용도에 따라서는, 알루미늄, 아연, 구리 등의 금속 분말을 첨가할 수도 있다. 이들 충전제는, 침상(針狀)(위스커를 포함한다), 입상(粒狀), 인편상 등 각종 형상의 것을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 이들 충전제의 입자 크기는 1회에 적용 가능한 막 두께보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 충전제의 첨가량은 폴리실라잔 1중량부에 대하여 0.05중량부 내지 10중량부이고, 특히 바람직한 첨가량은 0.2중량부 내지 3중량부이다.
본 발명의 감광성 조성물에는, 필요에 따라, 균염제, 소포제, 대전 방지제, 자외선 흡수제, PH 조정제, 분산제, 표면개질제, 가소제, 건조촉진제 또는 유동방지제를 가할 수 있다.
감광성 폴리실라잔 조성물은 롤 도포, 침지 도포, 바 도포, 스핀 도포, 스프레이 도포, 플로우 도포, 솔칠 등의 종래 공지된 도포법에 의해 실리콘 기판, 유리 기판 등의 임의의 기판 위에 도포되어 도막을 형성시킨다. 이 때, 도포법 대신에 인쇄법이 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 도막은 인쇄법에 의해 형성된 막도 포함한다. 도막은, 필요에 따라, 당해 도막을 건조시켜 이후의 탈가스량을 감소시키기 위해 프리베이킹(가열 처리)된다. 프리베이킹은 40 내지 200℃, 바람직하게는 60 내지 120℃의 온도에서 열판에 의한 경우에는 10 내지 180초 동안, 바람직하 게는 30 내지 90초 동안, 크린 오븐에 의한 경우에는 1 내지 30분 동안, 바람직하게는 5 내지 15분 동안 수행할 수 있다. 필요한 경우, 감광성 조성물을 반복하여 도포함으로써, 도막을 원하는 막 두께로 할 수 있다. 원하는 막 두께는, 예를 들면, 감광성 내식막의 경우에는 0.05 내지 2㎛, 층간 절연막의 경우에는 0.5 내지 4㎛, 컬러 필터나 블랙 매트릭스의 경우에는 0.3 내지 3㎛ 등이 목표로 된다.
감광성 폴리실라잔 조성물로부터 형성된 도막은 후속적으로 노광시킨다. 이러한 노광공정에서는, 감광성 폴리실라잔 조성물의 감광 영역에 따라, 광원으로서, 고압 수은등, 저압 수은등, 할로겐화 금속 램프, 크세논 램프, 엑시머 레이저, X선, 전자선 등을 사용할 수 있다. 패턴 형상의 광 조사는 통상 포토마스크를 사용하여 수행된다. 조사광으로서는, 반도체와 같은 초미세가공을 제외하고, 360 내지 430nm의 광(고압 수은등)을 사용하는 것이 일반적이다. 이 중에서도, 액정 표시장치의 경우에는 430nm의 광을 주로 사용한다. 이러한 경우, 위에서 언급한 바와 같은 경우에 본 발명의 감광성 조성물에 증감 색소를 조합시키는 것이 유리하다.
노광시 조사광의 에너지량은 사용하는 광원이나 도막의 막 두께에도 의존하지만, 통상 0.05mJ/㎠ 이상, 바람직하게는 0.1mJ/㎠ 이상이다. 상한은 특정되지 않지만, 조사량을 너무 많이 설정하면 할로겐화가 많이 발생하고, 처리 시간 면에서 실용적이지 않다. 통상, 조사광의 에너지량은 1000mJ/㎠ 이하인 것이 바람직하다. 노광은 일반적으로 주위 분위기(대기중) 또는 질소 분위기로 할 수 있으나, 폴리실라잔의 분해를 촉진시키기 위해 산소 함유량이 풍부한 분위기를 사용할 수도 있다.
광산발생제를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물의 노광에 의해, 노광부에서는 산이 발생하고, 이것에 의해 폴리실라잔의 Si-N 결합이 분해되어 분위기 중의 수분과 반응함으로써 실란올(Si-OH) 결합이 생성되고 폴리실라잔이 분해된다. 이 때, 노광된 감광성 폴리실라잔 조성물은 가습 처리하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 가습 처리에 의해, 막 중에 수분 공급이 계속적으로 수행되면, 일단 Si-N 결합의 분해에 기여한 산이 반복적으로 분해 촉매로서 작용하고, SiOH화가 촉진된다. 따라서, 감광성 폴리실라잔 조성물과 접촉되는 기체의 습도는 높을수록 폴리실라잔의 분해가 빨라지지만, 기체의 습도가 지나치게 높아지면, 감광성 폴리실라잔 조성물에 의해 형성된 막 표면에 기체로부터의 수증기가 결로할 우려가 있다. 결로가 일어나면, 막의 표면 부근 이외에서는 폴리실라잔의 분해 작용이 진행되지 않는 경우가 있다. 이는, 결로한 물은 수소 결합에 의해서 외관상 큰 분자만 움직이기 때문이라고 생각된다. 또한, 이러한 이유로부터 결로한 물이 부착된 부분의 분해 속도가 낮아지기 때문이라 추측되지만, 그 후의 알칼리 수용액에 의한 현상시에 노광 영역에 제거할 수 없는 영역, 즉 현상 잔사가 발생하는 경우도 일어난다. 따라서, 도포막 표면에 결로가 생기지 않는 범위에서 기체의 습도 조건이 조정될 필요가 있다. 이러한 기체의 습도는 기판의 온도에 대한 상대 습도라는 척도로 표현한 경우, 35% RH 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40% RH 이상, 보다 더 바람직하게는 50% RH 이상이다. 상대 습도의 상한은 특정되지 않으나, 너무 높아지면 위에서 언급한 바와 같이 결로가 발생할 우려가 있어서, 이러한 점에서 상대 습도가 90% RH 이하인 기체를 사용하는 것이 실용적이다.
이러한 폴리실라잔의 가습공정에서는, 수증기를 포함하는 기체를 기판 위의 도막과 접촉시키는 것이 바람직하다. 노광된 감광성 폴리실라잔 조성물의 막과 수증기를 포함하는 기체를 접촉시키기 위해서는 통상 가습 처리 장치내에 노광된 감광성 폴리실라잔 조성물 막을 갖는 기판을 장착하고, 수증기 함유 기체를 당해 처리 장치내에 연속적으로 도입시킬 수 있다. 이 때, 필요한 경우, 도입되는 기체의 습도를 추가로 가습시켜 피막에 접촉되는 기체의 습도를 높일 수도 있다. 처리 장치의 내용량이 크고, 피막의 분해에 요하는 수분이 충분하게 장치내에 존재하는 경우에는 처리 장치에 수증기를 포함하는 기체를 연속적으로 공급하지 않을 수 있고, 처리 장치내에 수증기만을 보충할 수도 있다. 이 때, 기판을, 예를 들면, 가열 플레이트 위에 놓고, 가습 처리 중에 가열을 수행하도록 하는 것이 결로를 방지하는 점에서 바람직하다. 또한, 기판을 가열함으로써, 기판과 감광성 폴리실라잔 도막과의 밀착성도 향상된다. 수증기가 지나치게 기판에 접촉되지 않도록 소정 시간 동안 위에서 언급한 상태를 유지시킨 후, 기판을 꺼내고, 실온으로 회복시킨다.
이러한 기판의 가열 온도는, 온도가 높을수록 도막 표면에의 결로가 일어나기 어려워진다. 이로써, 기체에 함유되는 절대 수증기량을 보다 높게 설정할 수 있기 때문에, 기판의 가열 온도는 높은 것이 바람직하다. 가열 온도는 실온 이상, 바람직하게는 30℃ 이상이지만, 100℃ 이상의 온도에서는 가압형 가열기 및 가습기가 아니면 수증기 분압을 올릴 수 없기 때문에 주의가 필요하다. 또한, 온도가 너무 높으면, 가습에 의해 생성된 SiOH가 SiOSi화되고, 알칼리 수용액이 불용으로 될 우려가 있다. 따라서, 실용적인 상한 온도는 100℃ 정도이다. 또한, 지금까지 기 판을 처리 장치내에 장착시키는 경우에 대해 상세하게 언급하였으나, 물론 가습 처리 장치를 사용하지 않고 대기중에서 수행하는 것도 가능하다. 또한, 기판의 가열은, 위의 가열 플레이트에 의한 가열 이외에, 가습 처리에 사용하는 기체를 미리 가온하고, 이를 가습 처리 장치에 도입시키는 등의 임의의 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.
폴리실라잔의 분해 촉진공정 후, 감광성 폴리실라잔 조성물 막은 패들 현상, 침지 현상, 샤워 현상 등의 공지된 현상 방법을 사용하여 알칼리 현상액으로 현상한다. 이로 인해, 감광성 폴리실라잔 조성물 막의 노광 부분이 제거되고, 미노광 부분이 기판 위에 잔류하여 포지티브 패턴이 형성된다. 미노광부의 폴리실라잔 막은 알칼리 현상액에서는 대부분 팽윤되지 않기 때문에, 조사광의 패턴과 분해 제거되는 폴리실라잔의 패턴은 거의 완전히 일치하여 양호한 패턴 정밀도가 수득된다.
알칼리 현상액으로서는, 예를 들면, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH), 콜린, 규산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 수용액을 들 수 있다. 알칼리 농도는 현상 대상 재료, 요구되는 현상 속도, 해상도 등 각종 조건을 감안하여 결정하는 것이 바람직하지만, 업계 표준의 알칼리 현상액인 약 2%의 TMAH 수용액을 사용하면 편리하다. 폴리실라잔 막이 반도체 장치의 에칭 패턴으로서 사용되는 경우 또는 실리카계 세라믹으로 전환된 후 층간 절연막으로서 사용되는 경우에는, 현상액 속에 금속 이온을 포함하지 않는 알칼리 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 현상에 소요되는 시간은, 막 두께 또는 사용되는 현상액에도 의존하지만, 일반적으로 0.1 내지 5분, 바람직하게는 0.5 내지 3분이다. 또한, 현상 처 리 온도는 일반적으로 20 내지 50℃, 바람직하게는 20 내지 30℃이다.
현상 후 패턴화된 폴리실라잔 막은, 필요에 따라, 정제수로 세정하고, 건조시켜 그대로 에칭 마스크로서 사용하거나, 정제수 세정 후 장시간, 예를 들면, 1일 이상 방치시키거나 소성함으로써 실리카계 세라믹 피막으로 전환되어 층간 절연막 등으로서 사용된다. 소성 온도 및 소성 시간은 감광성 폴리실라잔 조성물의 조성, 도막의 막 두께, 기판, 전자부품 등의 내열성에도 의존하지만, 소성 온도는 일반적으로 50 내지 1000℃, 바람직하게는 100 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 150℃ 내지 450℃이다. 또한, 소성 시간은 일반적으로 5분 이상, 바람직하게는 10분 이상이다. 소성 분위기는 일반적으로 주위 분위기(대기중)로 하는 것이 바람직하지만, 폴리실라잔의 산화를 촉진시키기 위해 산소 함유량 및/또는 수증기 분압이 높은 분위기를 사용할 수도 있다.
이러한 폴리실라잔 막의 소성을 수행할 때에, 소성의 전처리 공정으로서, 패턴화된 폴리실라잔 막을 노광 및 가습 처리함으로써, 층간 절연막 등에 적합한, 내열성, 내마모성, 내식성, 절연성 및 투명성이 우수한 저유전율의 실리카계 세라믹 막을 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 폴리실라잔과 광산발생제를 포함하는 감광성 폴리실라잔 조성물은 포지티브형이므로, 패턴으로서 남아 있는 감광성 폴리실라잔 도막에는 초기량의 광산발생제가 남아 있다. 따라서, 소성의 전처리 공정으로서 감광성 폴리실라잔 도막의 노광 및 가습 처리를 수행하면, 앞에 설명한 감광성 폴리실라잔 도막의 패턴화의 경우와 같이 노광에 의해 도막내에 산이 생성되고, 이 산의 촉매 작용에 의해 폴리실라잔의 Si-N 결합이 분해되고, 가습 처리에 의해 Si- OH화가 촉진된다. 이렇게 하여 SiOH화된 폴리실라잔 막은 소성에 의해 용이하게 SiOSi화되고, 소성 후의 막에 SiNH 결합이 존재하지 않거나 거의 존재하지 않는 실리카계 세라믹 막으로 전환된다.
감광성 폴리실라잔 도막의 소성의 전처리 공정으로서의 노광은 감광성 폴리실라잔 도막의 패턴 노광에 준하여 실시할 수 있다. 즉, 노광 광원으로서는 감광성 폴리실라잔 조성물의 감광 영역에 따라 고압 수은등, 저압 수은등, 할로겐화 금속 램프, 크세논 램프, 엑시머 레이저, X선, 전자선 등 임의의 광원을 사용할 수 있다. 이러한 소성의 전처리 공정으로서의 노광에 있어서 노광은 전체면 일괄 노광인 것이 바람직하지만, 필요한 경우, 패턴이 형성되어 있는 부분만 또는 기판 일부만 노광시키거나, 다수회 노광시키는 것도 바람직하다. 또한, 노광 강도는, 사용하는 광원이나 막 두께, 감광성 조성물의 감도에도 의존하지만, 통상 0.05mJ/㎠ 이상, 바람직하게는 0.1mJ/㎠ 이상이고, 상한은 특정되지 않으나, 10000mJ/㎠ 이하인 것이 실용적이다. 노광 분위기는, 패턴화 때의 노광과 동일하게, 주위 분위기(대기중) 또는 질소 분위기로 하는 것이 바람직하지만, 폴리실라잔의 분해를 촉진시키기 위해 산소 함유량이 풍부한 분위기를 사용할 수도 있다.
또한, 소성의 전처리 공정으로서의 가습 처리도, 감광성 폴리실라잔 막의 패턴 노광 후의 가습 처리와 같이 노광된 감광성 폴리실라잔 막을 수분을 포함하는 기체와 접촉시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 감광성 폴리실라잔 막의 소성의 전처리 공정으로서의 가습 처리는, 감광성 폴리실라잔 막의 소성 전처리 공정에 있어서 노광시에 분위기 중의 수분에 의해 가습 처리가 동시에 수행되는 경우에는, 노광시의 가습 처리가 소성의 전처리 공정에서의 가습 처리공정도 겸할 수 있다. 그러나, 처리 시간의 단축화 관점에서, 노광 후에 또한 수분 함량을 증대시킨 고습도 기체에 의해 도막을 가습 처리하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 가습 처리시에 도포막을 가열된 상태로 가습 처리하면 폴리실라잔의 SiOH화가 촉진되는 것은 패턴 노광된 감광성 폴리실라잔 막을 가습 처리하는 경우와 동일하다. 이 때문에, 예를 들면, 노광된 도막을 갖는 기판을 가열 플레이트 위에 올려 놓고, 기판을 가열된 상태로 고습도 기체와 접촉시키는 방법이 가습 처리 방법으로서 바람직하다.
가습 처리된 감광성 폴리실라잔 도막의 소성 온도, 소성 시간 및 소성 분위기는, 가습 처리되지 않은 경우와 동일한 범위 또는 동일한 조건인 경우가 바람직하다.
이상, 패턴화된 감광성 폴리실라잔 도막을 형성시키고, 당해 패턴화된 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하는 경우에 대하여 상세히 설명하였지만, 감광성 폴리실라잔 도막은 패턴화되지 않고, 직접 소성되어 도포 형성막 전체 영역이 실리카계 세라믹으로 될 수도 있다. 이 경우도, 소성의 전처리 공정으로서의 노광 및 가습 처리 조건은, 위의 패턴화된 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하는 조건과 동일한 조건으로 수행할 수 있다.
이렇게 하여 전처리 후 소성함으로써, 유전율이 5 이하, 경우에 따라, 유전율이 3.3 이하이고 저항률이 1013Ω·cm 이상인 특성을 갖는 실리카계 세라믹 피막을 수득할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 양태가 이들 실시예에 기재된 것으로만 한정되는 것은 아니다.
참고예: 변성 폴리실세스퀴아잔의 제조
4구 플라스크에 가스 주입관, 기계적 교반기 및 이중 콘덴서를 장착하였다. 반응기 내부를 탈산소화 무수 질소로 대체한 후, 4구 플라스크에서 원료인 CH3SiCl3와 (CH3)2SiCl2 및/또는 (CH3)3SiCl을 소정의 몰 비로 혼합하고(합계 약 50g), 추가로 탈기시킨 무수 피리딘을 원료 농도가 약 10중량%로 되도록 넣고, 이를 빙냉시켰다. 당해 원료 혼합물에 교반하면서 암모니아(NH3)를 질소 가스와 혼합하여 반응이 종료할 때까지 주입하였다.
반응 종료 후, 고체 생성물을 원심 분리하고, 추가로 여과하여 제거하였다. 여액으로부터 용매를 감압하에 제거하면 변성 폴리실세스퀴아잔이 수득되었다.
변성 폴리실세스퀴아잔에 있어서의 -[Si(CH3)2NH]- 및 [Si(CH3)3(NH)0.5]-의 구성 비율은 Si-NMR 스펙트럼으로 측정할 수 있다. 또한, 변성 폴리실세스퀴아잔은 적외선(IR) 흡수 스펙트럼의 각종 결합에 의한 특성 피크로 이의 구성을 대강 알 수 있다. 예를 들면, 다른 구성 단위로서 -[Si(CH3)2NH]-를 20mol% 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔의 IR 스펙트럼을 도 3에 나타낸다. 이들의 측정 결과로부터, 변성 폴리실세스퀴아잔에 있어서의 각종 구성 단위의 비율은 대응하는 출발 원료의 몰 비가 거의 반영되는 것으로 확인되었다.
실시예 1
참고예에 기재한 순서에 따라서, -[SiCH3(NH)1.5]-를 기본 구성 단위로 하고, -[Si(CH3)2NH]-를 약 10mol% 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔을 제조하였다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 광산발생제로서 화학식 1의 설폭심류[4-메톡시-α-((((4-메톡시페닐)설포닐)옥시)이미노)벤젠아세토니트릴]를 중합체에 대하여 5중량% 첨가하고, 추가로 증감제로서 화학식 2의 쿠마린 색소를 추가로 10중량% 첨가하였다. 그리고, 중합체 농도가 15중량%로 되도록 전체를 크실렌으로 희석시켰다.
화학식 1
Figure 112007046034356-PAT00005
화학식 2
Figure 112007046034356-PAT00006
당해 용액을 둘로 나눠, 한쪽에 2-니트로아닐린을 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 2중량%의 양으로 첨가하였다. 2-니트로아닐린을 첨가하지 않은 쪽의 용액은 비교예 1로 하였다.
각각의 용액을 실리콘 기판 위에 2000rpm으로 스핀 도포하였다(막 두께: 0.4㎛). 당해 도막에, KrF 엑시머 레이저 노광 장치를 사용하여 40mJ/㎠의 노광량으로 0.5㎛의 패턴 마스크를 통해 동일한 패턴을 베이킹하였다. 이어서, 2.38중량% TMAH(테트라메틸암모늄하이드록사이드) 수용액으로 현상하였다.
수득된 패턴막이 부착된 실리콘 기판을 절단하고, 벽개면(劈開面)을 단면 방향에서 전자현미경(SEM)으로 관찰함으로써 경사각을 조사하였다.
실시예 2
2-니트로아닐린 대신에 2-니트로프로판을 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 1중량%의 양으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 3
2-니트로아닐린 대신에 탄산프로필렌을 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 5중량%의 양으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 4
2-니트로아닐린 대신에 수용성 아크릴 중합체[도아고세이 가부시키가이샤제 아크릴계 중합체 「아론 A-20P」(상품명)]를 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 10중량%의 양으로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[경사각 비교]
실시예 1 내지 4와 비교예 1에서 수득된 패턴막의 경사각은 이하와 같았다.
경사각(도)
실시예 1 90
실시예 2 90
실시예 3 90
실시예 4 90
비교예 1 70
[소성막의 특성 비교]
이어서, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 수득된 패턴막을 다음의 조건으로 소성하고, 소성막의 유전율 및 막 경도를 다음의 방법으로 측정하고, 소성막의 층간 절연막으로서의 유용성을 조사하였다.
(소성 조건)
각각의 패턴화 막을 열판으로 150℃에서 1분 동안 예비가열한 후, 400℃의 소성로 속에 30분 동안 넣어 두었다.
(유전율 측정법)
소성막의 상부에 1㎟ 면적의 알루미늄을 형성하고, 이를 상부 전극으로 하였 다. 또한, 실리콘 기판 위에 합금층을 형성하고, 이를 하부 전극으로 하고, 전체로서 MOS 축전기를 구성하였다. 휴렛팩커드사 제품인 HP4192A 임피던스 애널라이저를 사용하여 당해 MOS 축전기에 바이어스 전압을 가하면서 도체 용량(C-V 특성)을 측정하고, 이러한 특성으로부터 유전율을 계산하였다.
(경도 측정)
MTS 시스템즈사 제품인 Nano Indenter XP로서 측정하였다.
(특성의 비교)
측정 결과는 다음과 같다.
유전율 경도(GPa)
실시예 1 ∼2.6 1.0
실시예 2 ∼2.6 1.0
실시예 3 ∼2.6 1.0
실시예 4 ∼2.2 0.7
비교예 1 ∼2.6 1.0
상기 유전율 및 경도 결과는, 본 발명에 의해 수득된 소성막이 층간 절연막으로서 유용한 특성을 가짐을 나타낸다.
실시예 5
참고예에 기재한 순서에 따라, -[SiCH3(NH)1.5]-를 기본 구성 단위로 하고, [Si(CH3)3(NH)0.5]-를 5mol% 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔을 제조하였다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 광산발생제로서 화학식
Figure 112007046034356-PAT00007
의 트리아진 유도체를 1중량% 첨가하고, 당해 혼합물을 전체 고형분 농도가 10중량% 농도로 되도록 프로필렌 글리콜 모노메틸에틸 아세테이트(PGMEA)로 희석시켜 감광성 폴리실라잔 조성물을 제조하였다. 이러한 감광성 폴리실라잔 조성물을 실리콘 기판 위에 스핀 도포(1000rpm)하고, 90℃에서 90초 동안 프리베이킹을 수행하고, 0.4㎛ 두께의 도막을 형성하였다. 이러한 감광성 폴리실라잔 조성물의 도막을 갖는 기판을 노광 장치로서 KrF 엑시머 레이저 노광 장치를 사용하여 각종 선폭의 1:1 라인-앤드-스페이스 패턴을 갖는 마스크를 통해 10mJ/㎠로부터 1000mJ/㎠까지 15mJ/㎠의 스텝으로 조사량을 변경하여 노광하였다. 이어서, 25℃, 상대 습도 60%에서 5분 동안 가습 처리를 수행하고, 기판을 2.38중량% TMAH 수용액으로 1분 동안 현상하고, 그 다음 기판을 정제수로 세정하여 수득된 패턴을 SEM으로 관찰하고, 노광부의 막을 완전히 제거할 수 있었던 노광량을 감도로서 정의하여 관찰하고, 표 1의 결과를 수득하였다.
비교예 2
가습 처리 조건을 표 1에 기재된 조건으로 하는 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 수행하여 표 1의 결과를 수득하였다.
가습 처리 조건 감도(mJ/cm2)
온도(℃) 습도(상대 습도 %) 처리시간(분)
실시예 5 25 60 5 70
비교예 2 25 35 0 >1000
위의 표 1의 결과로부터, 처리시의 분위기의 습도를 상승시킴으로써, 감광성 폴리실라잔 조성물의 감도가 향상되어 처리 시간을 단축시킬 수 있음을 발견하였다.
*실시예 6 내지 8
참고예에 기재한 순서에 따라, -[SiCH3(NH)1.5]-를 기본 구성 단위로 하고, -[Si(CH3)2NH]-를 10mol% 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔을 제조하였다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 광산발생제로서 화학식
Figure 112007046034356-PAT00008
의 설폭심 유도체를 5중량%, 증감 색소로서 화학식
Figure 112007046034356-PAT00009
의 쿠마린 유도체를 10중량% 각각 첨가하고, 전체 고형분 농도가 10중량% 농도로 되도록 부틸 아세테이트로 희석시켜 감광성 폴리실라잔 조성물을 제조하였다. 당해 감광성 조성물을 실리콘 기판 위에 1000rpm으로 스핀 도포하고, 스핀 건조를 수행한 다음, 0.4㎛ 두께의 도막을 형성시켰다. 이어서, i선 노광 장치로서 각종 선폭의 1:1 라인-앤드-스페이스 패턴을 갖는 마스크를 통해 0.1mJ/㎠로부터 1mJ/㎠까지는 0.1mJ/㎠ 스텝의 조사량, 1mJ/㎠로부터 10mJ/㎠까지는 1mJ/㎠ 스텝의 조사량, 10mJ/㎠로부터 100mJ/㎠까지는 10mJ/㎠ 스텝의 조사량, 100mJ/㎠로부터 1000mJ/㎠까지는 100mJ/㎠ 스텝의 조사량으로 각각 노광하였다. 이어서, 노광된 기판을 가습 처리 장치내의 가열 플레이트 위에 놓고, 표 2에 기재된 가습 처리 조건으로 처리하고, 실시예 5와 동일하게 현상 처리 및 세정 처리를 수행하여 표 2에 기재된 감도를 수득하였다.
비교예 3
가습 처리 조건을 표 2에 기재된 조건으로 하는 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 수행하여 표 2의 결과를 수득하였다.
가습 처리 조건 감도(mJ/cm2)
온도(℃) 습도(상대 습도 %) 처리시간(분)
실시예 6 25 60 5 70
실시예 7 50 50 3 10
실시예 8 90 50 1 0.2
비교예 3 25 35 0 >1000
표 1 및 표 2로부터 명백한 바와 같이, 처리 수행시 기판을 가열함으로써, 처리 시간의 단축을 도모할 수 있음과 동시에 동일한 습도로 처리하여도 가열 조건하에서 가습 처리를 수행하면 감도가 향상되고, 따라서 처리 시간이 한층 더 단축될 수 있음을 알았다.
실시예 9 내지 11
참고예의 순서에 따라, -[SiCH3(NH)1.5]-를 기본 구성 단위로 하고, -[Si(Ph)2NH]-를 10mol% 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔(Ph:페닐 그룹)을 제조하였다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 광산발생제로서 화학식
Figure 112007046034356-PAT00010
의 과산화물을 1중량% 첨가하고, 이 혼합물을 전체 고형분 농도가 30중량% 농도로 되도록 PGMEA로 희석시켜 감광성 폴리실라잔 조성물을 제조하였다. 이 감광성 폴리실라잔 조성물을 실리콘 기판 위에 3000rpm으로 스핀 도포하고, 60℃에서 60초 동안 프리베이킹을 수행하고, 0.8㎛ 두께의 도막을 형성시켰다. 당해 감광성 폴리실라잔 조성물의 도막을 갖는 기판을 노광 장치로서 전자선 노광 장치를 사용하여 각종 선폭의 1:1 라인-앤드-스페이스 패턴을 갖는 마스크를 통해 80μC/㎠의 노광량으로 패턴 베이킹을 수행하였다. 이어서, 표 3에 기재된 가습 처리 조건으로 기판의 처리를 수행한 후, 2.38중량% TMAH 수용액으로 1분 동안 현상하고, 이어서 기판을 정제수로 세정한 다음, 수득된 패턴을 SEM으로 관찰하여 패턴의 흐트러진 모양을 확인하였다. 흐트러지지 않은 최소 패턴 선폭을 표 3에 나타낸다.
가습 처리 조건 흐트러지지 않은 최소 패턴(㎛)
온도(℃) 습도(상대 습도 %) 처리시간(분)
실시예 9 25 50 10 0.5
실시예 10 30 50 3 0.3
실시예 11 70 50 3 0.075
표 3으로부터 분명한 바와 같이, 가열 및 가습 조건하에서의 현상 처리에 의해, 패턴이 흐트러지기 어려워지고, 즉 패턴과 기판과의 밀착성이 개선됨을 알았다.
실시예 12
참고예에 기재한 순서에 따라, -[SiCH3(NH)1.5]-를 기본 구성 단위로 하고, [Si(CH3)3(NH)0.5]-를 5mol%, -[Si(CH3)2NH]-를 1mol% 각각 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔을 제조하였다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 광산발생제로서 화학식
Figure 112007046034356-PAT00011
의 트리아진 유도체를 1중량% 첨가하고, 당해 혼합물을 전체 고형분 농도가 10중량% 농도로 되도록 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)로 희석시켜 감광성 폴리실라잔 조성물을 제조하였다. 당해 감광성 폴리실라잔 조성물을 실리콘 기판 위에 1000rpm으로 스핀 도포하고, 90℃에서 90초 동안 프리베이킹을 수행하고, 0.4㎛ 두께의 도막을 형성시켰다. 이어서, 도막을 저압 수은등으로 100mJ/㎠의 노광량으로 전체면 일괄 노광을 수행한 후, 25℃에서 상대 습도 50%로 5분 동안 가습 처리하고, 400℃에서 30분 동안 소성하였다. 수득된 소성막의 유전율 및 SiNH 결합의 잔존 유무를 조사하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.
또한, SiNH 결합의 잔존 유무는, 적외선 분광광도계에 의한 소성막의 적외선 흡수 스펙트럼 측정에 의하였다. 수득된 소성막의 적외선 흡수 스펙트럼을 도 4에 나타낸다.
비교예 4
전체면 노광 및 가습 처리를 수행하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 12와 동일하게 수행하여 표 4의 결과를 수득하였다. 비교예 4에서 형성된 소성막의 적외선 흡수 스펙트럼을 도 5에 나타낸다.
실시예 12 비교예 4
소성 전처리 조건(전체면 일괄 노광) 저압 수은등 100mJ/cm2 처리 없음
소성 전처리 조건(가습 처리) 25℃ 상대 습도 50% 5분 처리 없음
소성 조건 400℃ 30분 400℃ 30분
유전율 2.7 3.8
SiNH의 잔분(적외선 분광) 없음(도 4 참조) 있음(도 5 참조)
상기 표 4의 결과로부터, 소성 전에 감광성 폴리실라잔 도막을 노광 및 가습 처리함으로써, 소성 후의 막에 SiNH 결합이 없고 유전율이 낮은 막을 형성시킬 수 있음을 알았다.
실시예 13 내지 15
참고예에 기재한 순서에 따라, -[SiCH3(NH)1.5]-를 기본 구성 단위로 하고, -[Si(CH3)2(NH)]-를 20mol% 함유하는 변성 폴리실세스퀴아잔을 제조하였다. 이러한 변성 폴리실세스퀴아잔에 대하여 광산발생제로서 화학식
Figure 112007046034356-PAT00012
의 설폭심 유도체를 1중량% 첨가하고, 전체 고형분 농도가 10중량% 농도로 되도록 PGMEA로 희석시켜 감광성 폴리실라잔 조성물을 제조하였다. 이러한 감광성 폴리실라잔 조성물을 실리콘 기판 위에 1000rpm으로 스핀 도포하고, 스핀 건조법으로 건조시켜 0.4㎛ 두께의 도막을 형성시켰다. 이어서, 고압 수은등을 사용하여 100mJ/㎠의 노광량으로 전체면 일괄 노광을 수행하였다. 이 노광된 기판을 가습 처리 장치내의 가열 플레이트 위에 놓고, 표 5에 기재된 가습 처리 조건으로 처리하여, 400℃에서 30분간 소성하였다. 수득된 소성막의 유전율 및 SiNH의 잔존 유무를 실시예 12와 동일하게 하여 조사하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.
비교예 5
가습 처리 조건을 표 5에 기재된 조건으로 하는 것 이외에는, 실시예 13와 동일하게 수행하여 표 5의 결과를 수득하였다.
실시예 13 실시예 14 실시예 15 비교예 5
소성 전처리 조건 (전체면 일괄 노광) 저압 수은등 100mJ/cm2 저압 수은등 100mJ/cm2 저압 수은등 100mJ/cm2 처리 없음
소성 전처리 조건 (가습 처리) 25℃ 상대 습도 50% 1분 30℃ 상대 습도 80% 1분 70℃ 상대 습도 50% 1분 처리 없음
소성 조건 400℃ 30분 400℃ 30분 400℃ 30분 400℃ 30분
유전율 3.3 2.7 2.7 3.8
SiNH의 잔분 (적외선 분광) 있음 없음 없음 있음
상기 표 5로부터, 고습도에서의 가습 및 가열을 수반한 가습 쪽이 저습 및 저온에서의 가습 처리에 비하여 소성 후의 막 속에 SiNH가 잔존하지 않고, 유전율이 낮은 소성막이 수득됨을 알았다. 이 결과로부터, 가습 조건을 고습 및 가열하에서 수행하면 공정 시간을 단축할 수 있는 것도 알았다.
이상 상세히 언급한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 수득된다.
(1) 감광성 폴리실라잔 조성물의 노광 후의 폴리실라잔 분해 촉진 처리를 수증기 함유 기체를 사용하여 수행함으로써, 단시간에 가습 처리를 수행할 수 있다. 또한, 이 때 기체의 습도를 높임으로써 감도의 개선이 도모됨과 동시에, 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 이 때 기판을 가열한 상태로 가습 처리를 수행하면 고습도 조건에서의 처리가 가능해져서 추가로 감도의 개선, 처리 속도의 상승 및 기판과 감광성 폴리실라잔 조성물과의 밀착성의 개선도 가능해진다는 효과가 수득된다.
(2) 패턴화되어 있거나 패턴화되어 있지 않은 감광성 폴리실라잔 도막을 소성할 때에 소성 전처리 공정으로서, 감광성 폴리실라잔 도막을 노광 및 가습 처리함으로써 저온 및 단시간의 가열에 의해 소성막 중에 폴리실라잔 유도된 Si-N 결합이 잔존하지 않고, 유전율이 낮고, 절연성, 내열성, 내마모성, 내식성 및 투명성이 우수한 실리카계 세라믹 막을 형성할 수 있다. 또한, 소성 전처리 공정으로서의 가습 처리의 조건으로서 고습도 기체를 사용하고 가습 처리시에 감광성 폴리실라잔 도막을 가열하여 둠으로써, 보다 단시간의 처리 시간에 의해 막 내의 폴리실라잔의 SiOH화가 진행되어, 전체 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다.
(3) 특정한 변성 폴리실세스퀴아잔을 함유하는 감광성 폴리실라잔 조성물에 형상 안정화제로서의 수용성 화합물을 첨가함으로써, 감광성 조성물의 막 두께 방향의 감도차가 해소되고, 이에 의해 광 조사에 의한 패턴 단면의 측벽을 보다 급준 화시킬 수 있어서 패턴 해상도를 높일 수 있다. 더구나, 수득되는 절연막은 유전율이 낮고, 내마모성 등의 기계적 특성도 우수하고, 층간 절연막으로서 우수한 특성을 구비한 미세 패턴의 형성이 가능해진다.
(4) 본 발명의 패턴 형성방법 또는 신규 감광성 폴리실라잔 조성물에 의해 수득된 패턴화된 폴리실라잔 막은 그대로 에칭 내식막 등의 내식막 또는 표시 소자 등을 구성하는 피막으로서 이용할 수 있음과 동시에, 실리카계 세라믹 피막으로 전환시킴으로써, 반도체 장치 또는 액정 표시장치 등의 층간 절연막 등으로서 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 감광성 폴리실라잔 조성물 도막을 노광시킨 후 현상시킴으로써 패턴화된 폴리실라잔 막을 형성시키는 방법에 있어서,
    노광된 감광성 폴리실라잔 도막을, 기판의 온도에 대한 상대 습도가 35 내지 90% RH인 수증기 함유 기체와 접촉시킨 후 현상시킴을 특징으로 하는, 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 수증기 함유 기체와의 접촉시에 감광성 폴리실라잔 도막이 가열됨을 특징으로 하는, 패턴화된 폴리실라잔 막의 형성방법.
  3. 감광성 폴리실라잔 도막을 소성하는 방법에 있어서,
    소성 전처리 공정으로서, 감광성 폴리실라잔 도막을 노광시키는 공정 및 기판의 온도에 대한 상대 습도가 35 내지 90% RH인 수증기 함유 기체와 접촉시키는 공정을 포함함을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법.
  4. 제3항에 있어서, 감광성 폴리실라잔 도막이 패턴화되어 있음을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법.
  5. 제3항에 있어서, 수증기 함유 기체와의 접촉시에 감광성 폴리실라잔 도막이 가열됨을 특징으로 하는, 감광성 폴리실라잔 도막의 소성방법.
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