JP2015134904A - 化学種発生向上化合物 - Google Patents

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Abstract

【課題】波長220nm以上の光を吸収し、化合物を増感させて前記化合物からの第1化学種の発生を向上させ得る試剤の提供。
【解決手段】電磁波又は粒子線に露光することにより、試剤を含む組成物中の光酸発生剤の酸発生を向上させる試剤(光増感剤)、及び、かかる試剤を含有する組成物。
【選択図】なし

Description

本出願に関係する相互参照
本出願の特許請求の範囲は、米国特許法35U.S.C.S 119(e)に基づいて2013年11月18日に出願された米国仮出願第61/905,792号及び2013年11月19日に出願された米国仮出願第61/906,323号の利益を主張するものであり、その内容がここに援用される。
本発明のいくつかの態様は、酸及び塩基等の化学種の発生を向上させる物質の分野に関する。本発明の1つの態様に関する物質の典型例は、液晶ディスプレイ(LCD)、有機エレクトロルミネセント表示(OLED)及び半導体装置のような装置の層間絶縁膜の製造に適用できるフォトレジスト組成物の成分として使用し得る。
現在の高解像度のリソグラフィ工程は、化学増幅レジスト(CARs)に基づき微細寸法形状のパターン形成に使用される。
微細寸法形状をパターン形成する方法は、US7851252(2009年2月17日出願)に開示されている。
本発明の1つの態様に関する物質は、波長220nm以上の光を吸収し、化合物を増感させて上記物質及び上記化合物の少なくとも1つからの第1化学種の発生を向上させ得ることを特徴とする。本発明の1つの態様に関する物質は、第1電磁線及び第1粒子線のうちの少なくとも1つによる上記物質の露光によって、化合物にエネルギー又は電子を供与し得、又は、化合物から電子を受容し得、上記物質及び上記化合物のうちの少なくとも1つからの化学種の生成を向上させ得ることを特徴とする。
かかる物質に関し、上記化学種が酸及び塩基のうちの少なくとも1つであることが好ましい。
かかる物質に関し、上記化学種がブレンステッド酸及びブレンステッド塩基のうちの少なくとも1つであることが好ましい。
かかる物質に関し、上記物質が、上記物質を含有する溶液中で測定した400nmでの物質のモル吸光係数は200以下である特性を有することが好ましい。
かかる物質に関し、上記物質が、上記物質を含有する溶液中で測定した400nmでの物質のモル吸光係数は100以下である特性を有することが好ましい。
かかる物質に関し、上記物質が、上記物質を含有する溶液中で測定した400nmにおける吸光度(「Ab400」)に対する365nmでの吸光度(「Ab365」)の比が2.0以上である特性を有することが好ましい。
かかる物質に関し、上記物質が、上記物質を含有する溶液中で測定した400nmにおける吸光度(「Ab400」)に対する365nmでの吸光度(「Ab365」)の比が50以上である特性を有することが好ましい。
かかる物質に関し、上記物質が、上記物質を含有する溶液中で測定した400nmにおける吸光度(「Ab400」)に対する365nmでの吸光度(「Ab365」)の比が100以上である特性を有することが好ましい。
かかる物質に関し、上記物質が、上記化合物からエネルギー又は電子を受容し、上記物質からの化学種を向上させ得ることが好ましい。かかる物質の典型例は、電子受容体として作用し得る物質である。かかる電子受容体は、シアノ基、アミド基、イミド基、カルボニル基、トリフルオロメチル基及びオニウム基(例えば、アンモニウム基及びスルホニウム基)等の電子供与基を少なくとも1つ有する。フェニルジベンゾチオニウムノナフルオロブタンスルホネート(PBpS−PFBS)、N−ヒドロキシナフタルイミドノナフルオロブタンスルホネート(NHNI−PFBS)及びα−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)ヘニルアセトニトリル(オキシム)は、かかる物質の例である。それらの光酸発生剤は、スルホニウム基、イミド基及びシアノ基をそれぞれ有する。かかる物質に関し、上記物質が上記化合物から電子を受容することによりに変換され得ることが好ましい。
かかる物質に関し、上記反応性中間体が化学種を発生し得ることが好ましい。
かかる物質に関し、上記反応性中間体がアニオンラジカルであることが好ましい。典型的に、かかるアニオンラジカルは、上記物質による電子の受容によって発生し得る。本発明の1つの態様に関する試剤は、該試剤を含有する組成物、該組成物を含有する液体及び上記組成物の膜のうちの少なくとも1つにおいて化合物を発生させ得、上記化合物が、該化合物と物質との相互作用により上記化合物及び物質の少なくとも1つからの第1化学種を向上させ得ることを特徴とする。
かかる試剤に関し、上記相互作用が、上記組成物、上記液体及び上記膜への第1電磁線及び第1粒子線のうちの少なくとも1つによる露光によって促進されることが好ましい。
かかる試剤に関し、上記化合物が、上記試剤と、上記化合物から発生する第2化学種と、の反応により生成することが好ましい。
かかる試剤に関し、上記第1化学種が、上記化合物との相互作用なしで上記物質から発生し、上記化合物が、上記試剤と上記第1化学種との反応により生成することが好ましい。
かかる試剤に関し、上記化合物が上記試剤へ電子を供与し得ることが好ましい。
かかる試剤に関し、上記試剤が、上記膜にエネルギーを供給することによって誘発される工程を介して上記化合物を発生させ得ることが好ましい。
かかる試剤に関し、上記化合物の共役長が上記試剤の共役長よりも長いことが好ましい。
かかる試剤に関し、上記試剤が少なくとも2つのπ電子系を有し、上記化合物が少なくとも2つのπ電子系を有し、上記化合物における少なくとも2つのπ電子系間の電子相互作用は、上記試剤における少なくとも2つのπ電子系間の電子相互作用よりも強いことが好ましい。
本発明の1つの態様に関する組成物は、上述の物質と上記化合物とを含有する。
本発明の1つの態様に関する組成物は、上述の物質と、上記化合物を発生させ得る試剤と、を含有する。
かかる組成物に関し、上記物質が光酸発生剤(PAG)であることが好ましい。
かかる組成物に関し、上記組成物が合成物をさらに含むことが好ましい。かかる合成物は、上記化学種と反応してもよい。
本発明の1つの態様に関するポリマーは、物質と相互作用し得る第1部位と、化学種と反応する第2部位と、を有する。
かかるポリマーに関し、上記第1部位が上記物質にエネルギー若しくは電子を供与する、又は、上記物質からエネルギー若しくは電子を受容することが好ましい。
かかるポリマーに関し、上記ポリマーが上記化学種を生成する第3部位を含むことが好ましい。
かかる組成物に関し、上記組成物が、装置の層間絶縁膜形成用に使用されることを特徴とすることが好ましい。
かかる組成物に関し、上記層間絶縁膜が上記組成物の少なくとも一部から形成されることが好ましい。
本発明の1つの態様に関するポリマーは、物質と相互作用し得る第4の部分に変換し得る第3部位と、化学種と反応する第5部位と、を含有する。
かかるポリマーに関し、上記第3部位が化学種と反応することにより上記第4部位に変換することが好ましい。
本発明の1つの態様に関する組成物は、上記試剤と上記物質とを含有する。
本発明の1つの態様に関する装置の製造方法は、上記組成物を使用して上記方法を実施することを特徴とする。
本発明の1つの態様に関する装置の製造方法は、
部材に、上述の組成物を含む液体を塗布し、上記部材上に組成物を含む膜を形成し;
上記塗布膜の第1部分が第1電磁波及び第1粒子線のうちの少なくとも1つで露光されるようにしつつ、上記塗布膜の第2部分は上記第1電磁波及び上記第1粒子線のうちの少なくとも1つで露光されないように、上記第1電磁波及び上記第1粒子線のうちの少なくとも1つにより上記塗布膜を露光する、工程を含む。
かかる方法に関し、上記方法が、上記第1部位を除去する工程をさらに含むことが好ましい。
かかる方法に関し、上記方法が、上記第1部分が存在する上記部材の第3部分をエッチングするように部材をエッチングする工程をさらに含むことが好ましい。
かかる方法に関し、上記電磁波が300nm〜400nmの波長領域の光であることが好ましい。
かかる方法に関し、上記第1部分を除去してコンタクトホールを形成することが好ましい。
かかる方法に関し、上記方法が、上記組成物を含有する上記液体を塗布する前に活性層を形成し、上記コンタクトホールに導電材料を配置して上記活性層を電極に接続する工程を有することが好ましい。
本発明の1つの態様に関する装置の製造方法は、上記組成物を使用して上記方法を実施することを特徴とする。
本発明の1つの態様に関する装置の製造方法は、
部材に、上述の組成物を含む液体を塗布し、上記部材上に上記組成物を含む膜を形成し;
上記塗布膜の第1部分が第1電磁波及び第1粒子線のうちの少なくとも1つで露光されるようにしつつ、上記塗布膜の第2部分は上記第1電磁波及び上記第1粒子線のうちの少なくとも1つで露光されないように、上記第1電磁波及び上記第1粒子線のうちの少なくとも1つにより上記塗布膜を露光する、工程を含む。
かかる方法に関し、上記方法が、上記第1部分を除去する工程をさらに含むことが好ましい。
かかる方法に関し、上記方法が、上記第1部分が存在する上記部材の第3部分をエッチングするように部材をエッチングする工程をさらに含むことが好ましい。
かかる方法に関し、上記第1電磁波が300nm〜400nmの波長領域の光であることが好ましい。
かかる方法に関し、上記第1部分を除去してコンタクトホールを形成することが好ましい。
かかる方法に関し、上記方法が、上記組成物を含有する上記液体を塗布する前に活性層を形成し、少なくとも上記コンタクトホールに導電材料を配置して上記活性層を電極に接続する工程を有することが好ましい。
かかる方法に関し、上記塗布膜を露光して上記化合物を励起しないことが好ましい。
かかる方法に関し、上記化合物が上記第1電磁波を吸収しないことが好ましい。
かかる組成物に関し、上記化合物が上記第1電磁波を吸収しないことが好ましい。
かかる組成物に関し、上記化合物が上記第1電磁波により励起しないことが好ましい。
酸等の化学種発生を助ける化合物、及び、組成物が、本発明に開示される。典型的に、かかる化合物は、前駆体からブレンステッド酸又はブレンステッド塩基の発生を助ける。さらに、かかる化合物は、ルイス酸又はルイス塩基の発生強化に利用され得る。
典型的に、基底状態又は励起状態のかかる化合物は、前駆体にエネルギー若しくは電子を供与する、又は、前駆体からエネルギー若しくは電子を受容して、化学種を容易に発生し得る反応性中間体若しくは励起状態の前駆体を生成する。かかる化合物が上記前駆体と相互作用又は反応するまで、かかる化合物は未変化状態で存在し得る。あるいは、かかる化合物が上記前駆体と相互作用又は反応する前に、試剤から反応系内に(in situ)発生し得る。その場合、かかる化合物は、かかる試剤又は該試剤から発生する中間体と化学種との反応により反応系内に(in situ)発生し得る。あるいは、かかる化合物は、かかる試剤の単分子反応によって発生し得る。かかる化合物は、かかる試剤よりも吸収スペクトルにおいて長いカットオフ波長を示すことが好ましい。
本発明の1つの態様に関する化合物は、以下の特徴を有する:上記化合物が、波長220nm以上の光を吸収し;化合物が前駆体を増感し、該前駆体から化学種を発生し得る。
本発明の1つの態様に関する試剤は、上述の化合物を発生し得る。典型的に、かかる試剤を含む膜へのエネルギー供給は、上記試剤から上記化合物を発生させる。上記化合物は、上記試剤よりも長い共役長を有する。かかる化合物は、該化合物の保護基の脱保護反応によって試剤から発生する可能性がある。
本発明の1つの態様に関する試剤は、少なくとも2つのπ電子系を有する。少なくとも2つのπ電子系を有する化合物は、かかる試剤から発生し得る。かかる化合物における少なくとも2つのπ電子系の間の電子的相互作用は、かかる試剤における少なくとも2つのπ電子系の間の電子的相互作用より強い。かかる試剤は、上記膜へのエネルギー供給が引き金となる工程を介して上記化合物を発生させる。
本発明の1つの態様に関する化合物は、上記化合物が物質からの化学種の発生を向上させ得ることを特徴とする。
本発明の1つの態様に関する化合物は、物質が励起するときに、上記化合物が物質に電子を供与するか、又は、上記物質から受容し得;上記化合物から電子を受容するか、又は、上記化合物に電子を供与するかによって、上記物質が化学種を発生し得ることを特徴とする。
上記試剤のいずれかに関し、上記化合物が芳香族基及び電子供与基のうちの少なくとも1つを有することが好ましい。かかる芳香族基の例は、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基及びピレニル基である。かかる芳香族基は、チオフェニル基、フリル基、ピリジル基、キノリル基、ベンゾキノリル基、カルバゾリル基、フェノチアジニル基、ベンゾフリル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾフリル基、又は、ジベンゾチオフェニル基等の少なくとも1つのヘテロ原子を含み得る。かかる芳香族基は、少なくとも1つの置換基を有し得る。かかる電子供与基の例は、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルキルチオ基及びアリールチオ基である。
上記化合物のいずれか1つに関し、上記化合物が多重結合を有することが好ましい。
上記化合物のいずれか1つに関し、上記多重結合が炭素−酸素二重結合、及び、炭素−炭素二重結合のうちいずれか1つであることが好ましい。
かかる化合物の典型例は、少なくとも1つの芳香族基を有するアリールエタン、アルコキシ(又はアリールオキシ)ベンゾフェノン等のアリールケトン、アリールアルキルケトン、及び、カルバゾールである。かかるアリールのより具体的な例は、下記に記載された化合物1〜3であり、一方で、アリールケトンのそれらのものは、試剤A及び樹脂CのC−1からアセタール基の脱保護反応によって発生するケトンである。たとえば、本発明の1つの態様に関する組成物は、かかる化合物、かかる化合物を生成する試剤、化学種を生成する前駆体、及び、化学種と反応する合成物のうち少なくとも1つを含む。かかる組成物は、半導体装置及び電子光学装置等の装置の製造に対しレジストとして適用し得る。かかる合成物の典型例が酸の解離し得る置換基を含むポリマーである一方で、かかる前駆体の典型例はPAGである。典型的に、装置を製造する一連の構成は、組成物を部材に塗布し、塗布膜を形成する工程、及び、上記塗布膜を波長200nmより大きい光で露光する工程を含む。
かかる化合物が、LCD及びOLED等の表示装置の層間絶縁膜に適用し得るフォトレジスト組成物の成分として使用する場合、かかる表示装置の層間絶縁膜が可視光又は波長400nm以上の光を透過するため、かかる化合物が400nm以上の波長でかなり低い吸光係数を有することが好ましい。かかる化合物が、400nm以上の波長でほとんど吸収しないことがより好ましい。
本発明の1つの態様に関する化合物は、化学種を発生する前駆体と、かかる化合物及び上述の試剤のうちの少なくとも1つと、を含む。かかる試剤の典型例は、かかる試剤から生成する化合物より短いカットオフ波長を有する。たとえ、かかる組成物によって塗布膜が厚い場合でも、光は上記塗布膜深部に達し、そしてかかる化合物は、上記塗布膜深部からでも発生し得る。
典型的に、かかる前駆体はPAGである。上記組成物は、化学種と反応し得る合成物をさらに含み得る。かかる組成物は、装置の層間絶縁膜の形成用フォトレジストとして、又は、装置の層間絶縁膜の少なくとも一部分の構成材料として使用できる。
本発明の1つの態様に関するポリマーは、増感部位として作用し得る第1部位と、化学種と反応する第2部位と、を含有する。かかるポリマーは、上記化学種を発生する第3部位をさらに含有してもよい。
本発明の1つの態様に関する装置の製造方法は、上述のかかる組成物又はかかるポリマーを使用することで実施される。上記組成物は、上記のかかる化合物及びかかる試剤のうちの1つを含んでいてもよい。
本発明の1つの態様に関する装置の製造方法は、以下を含む:
部材に、上述の組成物を含む液体を塗布し、部材上に上記組成物を含む膜を形成する第1塗布;
上記塗布膜の第1部分を電磁波及び粒子線のうちの少なくとも1つで露光するようにしつつ、塗布膜の第2部分を上記電磁波及び上記粒子線のうちの少なくとも1つで露光しないように、電磁波及び粒子線のうちの少なくとも1つにより上記塗布膜を露光する第2工程;
上記第1部分を除去する第3工程。
かかる方法は、上記第1部分が存在する部材上の第3部分をエッチングする、上記部材のエッチング工程をさらに含む。
かかる方法において、コンタクトホールは上記第1部分の除去により形成され得る。かかる方法は、活性層形成工程をさらに含み得る。上記活性層は、少なくとも上記コンタクトホールにおいて導電材料を配置することにより、画素電極等の電極へ接続され得る。
かかる方法において、350nm〜400nmの波長範囲の光はかかる方法に用いられる電磁波として使用され得る。
図面において、本発明を実施するための現在考えられる最良の態様を示す。
図1は、本発明の1つの態様に関する化合物の吸収スペクトルを示す。
図2は、本発明の1つの態様に関するフォトレジストを用いた集積回路(IC)等の装置の製造工程を示す。
図3は、本発明の1つの態様に関するフォトレジストを用いたエレクトロルミネセント素子(OLED)等の表示装置の製造工程を示す。
実験手順
2−イソプロペニル−1,3,5−トリメトキシベンゼン(化合物1)の合成
2,4,6−トリメトキシアセトフェノン2.00g及びメチルトリフェニルホスホニウムブロミド3.74gをテトラヒドロフラン20gに添加する。カリウム−ターシャリブトキシド2.13gを2,4,6−トリメトキシアセトフェノン及びメチルトリフェニルホスホニウムブロミドを含有するテトラヒドロフラン混合液に添加する。混合液を60℃で2時間攪拌し、ろ過する。次いで、テトラヒドロフランを留去し、シクロヘキサン20gを残渣に添加する。シクロヘキサン混合液を10分間攪拌し、沈殿物をろ過し、ろ液を集める。その後、シクロヘキサンを留去し、得られたものをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=10:90)により精製する。これにより2−イソプロペニル−1,3,5−トリメトキシベンゼン1.62gを得る。
化合物1
2,2’,4,4’−テトラメトキシベンゾフェノンの合成
2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン2.00g、ジメチル硫酸3.68g及び炭酸カリウムの4.03gをアセトン12.0gに溶解する。混合液を還流温度で8時間攪拌する。その後、混合液を25℃まで冷却し、水60.0g添加後、さらに10分間攪拌し、沈殿物をろ過する。次いで、沈殿物を酢酸エチル20.0gに溶解し、有機層を水洗する。その後、酢酸エチルを留去し、得られたものをエタノール15.0gを用いて再結晶によって精製する。それによって、2,2',4,4'−テトラメトキシベンゾフェノン1.40gを得る。
1,1−ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−エチレン(化合物2)の合成
目的物質としての1,1−ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−エチレンの合成は、上記化合物1の合成において、2,4,6−トリメトキシアセトフェノンに代えて2,2’,4,4’−テトラメトキシベンゾフェノンを用いる以外は上述の化合物1の合成に従い、合成して得る。
化合物2
3−(2,4,6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エン−1−オールの合成
2,4,6−トリメトキシアセトフェノン4.00g及び(2−ヒドロキシエチル)トリフェニホスホニウムブロミド8.10gをテトラヒドロフラン40gに添加する。40%水酸化ナトリウム水溶液3.80gを2,4,6−トリメトキシアセトフェノン及び(2−ヒドロキシエチル)トリフェニホスホニウムブロミドを含有するテトラヒドロフラン混合液に添加する。混合液を60℃で4時間攪拌し、混合液をろ過する。次いで、テトラヒドロフランを留去し、シクロヘキサン40gを残渣に添加する。シクロヘキサン混合液を10分間攪拌し、沈殿物をろ過し、ろ液を集める。その後、シクロヘキサンを留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=10:90)によって精製する。それにより、3−(2,4,6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エン−1−オール3.49gを得る。
2−メチルアクリル酸3−(2、4、6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エニルエステル(化合物3)の合成
3−(2,4,6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エン−1−オール3.00g及びメタクリル酸無水物2.12gをテトラヒドロフラン21gに溶解する。テトラヒドロフラン4.55g中に溶解したトリエチルアミン1.52gを3−(2,4,6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エン−1−オールを含有するテトラヒドロフラン溶液に10分かけて滴加する。その後、混合液を25℃で3時間攪拌する。そして、水の添加後、混合液をさらに攪拌する。次いで、酢酸エチル60gで抽出し、有機層を水洗する。その後、酢酸エチル留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=1:9)により精製する。それにより、2−メチルアクリル酸3−(2、4、6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エニルエステル3.04gを得る。
化合物3
−(2,4−ジメトキシフェニル)−ジメトキシメタンの合成
2,2’,4,4’−テトラメトキシベンゾフェノン1.4gを塩化チオニル27.8gに溶解する。混合液を還流温度で5時間攪拌する。そして、塩化チオニルを留去し、残渣をトルエン15gに溶解する。次いで、調製液をナトリウムメトキシド5.0gを含有するメタノール溶液30.1gに、5℃で1時間かけて滴加する。滴加を完了する。次いで、混合液を2時間攪拌しながら、25℃に昇温する。次いで、純水50gを添加した後、混合液をさらに攪拌する。次いで、メタノールを留去し、残渣をトルエン35gで抽出し、有機層を水浄する。その後、トルエンを留去する。それにより、粗ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−ジメトキシメタン3.87gを油状物として得る。
2,2−ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−1,3−ジオキソラン(試剤A)の合成
粗ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−ジメトキシメタン3.8g、カンファースルホン酸0.03g及びエチレングリコール2.03gをテトラヒドロフラン5.7gに溶解する。混合液を25℃で72時間攪拌する。そして、有機溶媒を留去し、残渣をジクロロメタン11gに溶解する。次いで、炭酸ナトリウム5%水溶液の添加後、混合液をさらに攪拌し、有機層を炭酸ナトリウム5%水溶液及び水で洗浄する。その後、ジクロロメタンを留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン:トリエチルアミン=10:90:0.01)により精製する。それにより、2,2−ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−1,3−ジオキソラン(試剤A)2.5gを得る。
試剤A
2,4−ジメトキシ−4’−(2−ビニルオキシエトキシ)−ベンゾフェノンの合成
2,4−ジメトキシ−4’−ヒドロキシベンゾフェノン2.00g、2−クロロエチルビニルエーテル3.21g及び炭酸カリウム3.21gをジメチルホルムアミド12.0gに溶解する。混合液を110℃で15時間攪拌する。そして、混合液を25℃に冷却し、水60.0g添加後、さらに攪拌する。次いで、トルエン24.0gで抽出し、有機層を水洗する。その後、トルエンを留去する。それにより、2,4−ジメトキシ−4’−(2−ビニルオキシエトキシ)−ベンゾフェノン3.59gを得る。
2,4−メトキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−ベンゾフェノンの合成
2,4−ジメトキシ−4’−(2−ビニルオキシエトキシ)−ベンゾフェノン3.59g、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸0.28g及び水2.1gをアセトン18.0gに溶解する。混合液を35℃で12時間攪拌する。そして、炭酸ナトリウム3%水溶液添加後、混合液をさらに攪拌する。次いで、酢酸エチル28gで抽出し、有機層を水洗する。その後、酢酸エチルを留去する。それにより、2,4−メトキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−ベンゾフェノン3.04gを得る。
2,4−ジメトキシ−4’−(2−メタクリロキシエチル)−ベンゾフェノンの合成
2,4−ジメトキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−ベンゾフェノン3.0g及びメタクリル酸無水物1.7gをテトラヒドロフラン21gに溶解する。テトラヒドロフラン3.6gに溶解したトリエチルアミン1.2gを2,4−ジメトキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−ベンゾフェノンを含有するテトラヒドロフラン溶液に10分かけて滴加する。その後、混合液を25℃で3時間攪拌する。その後、水の添加後、混合液をさらに攪拌する。次いで、酢酸エチル30gで抽出し、有機層を水洗する。その後、酢酸エチルを留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=1:9)により精製する。2,4−ジメトキシ−4’−(2−メタクリロキシエチル)−ベンゾフェノン2.72gを得る。
2,4−ジメトキシ−4’−(2−アセトキシエトキシ)−ベンゾフェノンの合成
目的物質としての2,4−ジメトキシ−4’−(2−アセトキシエトキシ)−ベンゾフェノンの合成は、上記試剤3の合成において、メタクリル酸無水物に代えて無水酢酸を用いる以外は上述の試剤3の合成に従い、合成して得る。
(2,4−ジメトキシフェニル)−[4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−ジメトキシメタンの合成
目的物質としての(2,4−ジメトキシフェニル)−[4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−ジメトキシメタンの合成は、上記ビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−ジメトキシメタンの合成において2,2’,4,4’−テトラメトキシベンゾフェノンに代えて2,4−ジメトキシ−4’−(2−アセトキシエトキシ)ベンゾフェノンを用いる以外は上述のビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−ジメトキシメタンの合成に従い、合成して得る。
2−(2,4−ジメトキシフェニル)−2−[4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−1,3−ジオキソランの合成
目的物質としての2−(2,4−ジメトキシフェニル)−2−[4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−1,3−ジオキソランの合成は、上記試剤Aの合成においてビス−(2,4−ジメトキシフェニル)−ジメトキシメタンに代えて(2,4−ジメトキシフェニル)−[4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−ジメトキシメタンを用いる以外は、上述の試剤Aの合成に従い、合成して得る。
2−(2,4−ジメトキシフェニル)−2−[4’−(2−メタクリルオキシエトキシ)−フェニル]−1,3−ジオキソラン(試剤B)
目的物質としての2−(2,4−ジメトキシフェニル)−2−[4’−(2−メタクリルオキシエトキシ)−フェニル]−1,3−ジオキソランの合成は、上記化合物3の合成において3−(2,4,6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エン−1−オールに代えて(2,4−ジメトキシフェニル)−2−[4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−ジメトキシメタンを用いる以外は上述の化合物3の合成に従い、合成して得る。
試剤B
α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン5.0g、2−メチルアダマンタン−2−メタクリレート6.03g及び3−ヒドロキシアダマンタン−1−メタクリレート4.34g、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)0.51g、及びテトラヒドロフラン26.1gを含有する溶液を調製する。調製溶液を、攪拌され及び沸騰したフラスコ中のテトラヒドロフラン20.0g中に4時間かけて加える。調製溶液の添加後、混合液を2時間還流加熱し、室温に冷却する。ヘキサン160g及びテトラヒドロフラン18gを含有する混合液中に強く攪拌しながら上記混合液を滴加することにより、共重合体を沈殿させる。上記共重合体をろ過により単離する。共重合体の精製を真空乾燥することにより実施し、その後ヘキサン70gで2回洗浄して、共重合体(樹脂A)の白粉8.5gを得る。
樹脂A
2−メチルアクリル酸3−(2,4,6−トリメトキシフェニル)−ブタ−2−エニルエステル(化合物3)0.40g、α−メタクリルオキシ−γ−ブチロラクトン9.44g、2−メチルアダマンタン−2−メタクリレート7.07g、3−ヒドロキシアダマンタン−1−メタクリレート8.55g、ブチルメルカプタン0.33g、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)1.41g及びテトラヒドロフランの27.2gを含有する溶液を調製する。調製溶液を、攪拌され及び沸騰したフラスコ中のテトラヒドロフラン9.5g中に4時間かけて加える。調製溶液の添加後、混合液を2時間還流加熱し、室温に冷却する。ヘキサン243g及びテトラヒドロフラン27gを含有する混合液中に強く攪拌しながら上記混合液を滴加することにより、共重合体を沈殿させる。上記共重合体をろ過により単離する。共重合体の精製を真空乾燥することにより実施し、その後ヘキサン100gで2回洗浄して、共重合体(樹脂B)の白粉14.8gを得る。

樹脂B
2−(2,4−ジメトキシフェニル)−2−[4’−(2−メタクリルオキシエトキシ)−フェニル]−1,3−ジオキソラン(試剤B)0.40g、α−メタクリルオキシ−γ−ブチロラクトン7.6g、2−メチルアダマンタン−2−メタクリレート5.6g、3−ヒドロキシアダマンタン−1−メタクリレート6.8g、ブチルメルカプタン0.27g、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)1.13g及びテトラヒドロフランの22.2gを含有する溶液を調製する。調製溶液を、攪拌され及び沸騰したフラスコ中のテトラヒドロフラン7.6g中に4時間かけて加える。調製溶液の添加後、混合液を2時間還流加熱し、室温に冷却する。ヘキサン195g及びテトラヒドロフラン21gを含有する混合液中に強く攪拌しながら上記混合液を滴加することにより、共重合体を沈殿させる。上記共重合体をろ過により単離する。共重合体の精製を真空乾燥することにより実施し、その後ヘキサン40gで2回洗浄して、共重合体(樹脂C)の白粉6.8gを得る。

樹脂C
評価のためのサンプル(「評価サンプル」)調製
評価サンプル1〜17は、(i)フェニルジベンゾチオニウムノナフルオロブタンスルホネート(PBpS−PFBS)及びN−ヒドロキシナフタルイミドノナフルオロブタンスルホネート(NHNI−PFBS)からなる群より選択されるPAG0.032mmol、(ii)樹脂A、B及びCからなる群より選択される樹脂450mg、及び(iii)上述の化合物及び/又は試剤からなる群より選択される添加剤0.017mmol又は(iv)添加剤0mmolをシクロヘキサノン2000mgに溶解して調製する。そして、2,4−ジエチルチオキサンテン−9−オン(DETX)0.017mmolを添加剤として使用し、評価サンプル18及び19を調製する。表1はサンプル組成物の詳細を表示する。
Siウェハに上記評価サンプルを塗布する前に、ヘキサメチルジシラザン(HMDS、東京化成工業)をSiウェハ表面に2000rpmで20秒間スピンコートし、110℃で1分間ベークする。次いで、評価サンプルを4000rpmで20秒間HMDSで処理した上記Siウェハ表面にスピンコートし、塗布膜を形成する。上記塗布膜のプリベークを110℃で60秒間行う。次いで、評価サンプルの塗布膜を2種の紫外線(UV)光のいずれかで露光する。1つが東芝製FL−6BLBから出力される320nm〜360nmの波長範囲のUV光(UV−A)である。他方は、日立製FL−6BLから出力される350nm〜380nmの波長範囲のUV光(UV−B)である。UV光露光後、ポストエクスポージャベーク(PEB)を110℃で60秒間行う。塗布膜をNMD−3(テトラ−メチルアンモニウムヒドロキド2.38%、東京応化工業)を用いて25℃で20秒間現像し、脱イオン水で10秒間洗う。膜厚測定ツールで測定した塗布膜の厚さはおおよそ500nmである。
評価サンプルを紫外線−可視分光法によって測定し、UV光照射前の400nmにおける膜の透過率を評価する。その後、感度(E感度)をドーズサイズを測定して評価し、UV露光装置を用いて塗布膜の厚みがゼロでない100μmのラインと塗布膜の厚みがゼロである100μmのスペースからなるパターンを形成し、E感度のドーズを365nm照度計(ウシオ製UIT−150、UVD−S365)によるUV源の照度により計算する。
表2は、評価サンプル1〜17を測定したE感度に対応するドーズサイズを示す。UV露光照射による酸生成は、評価サンプル1では観察されていない。少量の酸が、評価サンプル5において発生する。E感度は、化合物1よりも電子供与能が高い化合物2を含有する評価サンプルで高い。
PAGとしてNHNI−PFBSを含有する評価サンプルに関し、電子供与体を含まない評価サンプル7と比較して、電子供与体として作用する化合物1又は化合物2を含有する評価サンプル8、9、10及び11で高い感度が観測される。これは、NHNI−PFBS等の中性型PAGが光増感剤として機能する可能性があることを示す。より具体的に、かかるPAGは、電子供与体から電子を受容する光増感剤として作用し得る。
PAGとしてPBpS−PFBSを含有し、UV−Aで照射される評価サンプルに関し、電子供与体を含まない評価サンプル1と比較して、電子供与体として作用する化合物1又は化合物2を含有する評価サンプル3及び4で高い感度が観測される。これは、PBpS−PFBS等の有機酸塩型PAGが光増感剤として機能する可能性があることを示す。より具体的に、かかるPAGは、電子供与体から電子を受容する光増感剤として作用し得る。
PAG及びDETXを含有する評価サンプル18及び19に関し、PAG及びDETXはそれぞれ電子受容体及び電子供与体であると考えられる。
上記結果は、光感応化又は電子移動反応の利用が酸等の化学種の生成効率を向上させることができることを示す。
樹脂Bに含まれるB−1部位の電子供与能は化合物1のそれと同様であるが、樹脂Bは化合物1より高い感度を示す。電子供与体として作用するB−1部位のポリマーへの導入は、酸発生効率を改善する電子供与体の均一な分散を向上させる。
評価サンプル6、11、15及び17のそれぞれは、アルコキシアセタール等の保護基によって保護され、酸による脱保護反応を介して対応する電子供与体又は光増感剤を生成する部位又は試剤を含む。
評価サンプル15及び17に含有される樹脂CのC−1部位が酸と反応し、UV光の光増感剤又は電子供与体として作用するケトンを含む対応部位を反応系内に(in situ)形成する一方で、評価サンプル6及び11のそれぞれに含有される試剤Aは酸と反応し、UV光の光増感剤又は電子供与体として作用する対応するケトンを反応系内に(in situ)形成する。
試剤A、ケトン合成物、C−1部位及びケトン基部位は、複数のパイ電子系を有する。かかる試剤Aの複数のπ電子系のうちの少なくとも2つにおける電子的相互作用は、ケトン合成物のそれより弱い。C−1部位の複数のπ電子系のうちの少なくとも2つにおける電子的相互作用は、ケトン基部分のそれより弱い。かかるケトン合成物又はケトン部位の2つのπ電子系は、カルボニル基のπ電子又は非共有電子対を介して相互に作用する。すなわち、かかる生成物は、かかる前駆体と比較して、互いにより強く作用しているπ電子系を有する。かかる生成物は、電子的相互作用のため試剤A及びC−1部位等の前駆体と比較して、長波長の光を吸収し得る。
かかる前駆体の共役長は、かかる生成物のそれより短い。かかる生成物において、カルボニル基のπ電子又は非共有電子対を介した2つのπ電子系のより強い電子的相互作用のため、共役長がより長い。
評価サンプル11及び17のそれぞれは、光増感剤の前駆体又は電子供与体に加えて、NHNI−PFBS等の電子を受容する光増感剤を含む。すなわち、評価サンプル11及び17のそれぞれは、電子を受容する光増感剤、及び、電子を供給する光増感剤の2種類の光増感剤両方を含む。かかる複数の光増感剤は、さらに酸等の化学種の生成効率を向上させ得る。
複数のπ電子系間の弱い電子的相互作用長波長のため、かかる前駆体はUV光を吸収しにくく、そのため試剤A及びC−1部位等のかかる前駆体の追加は、かかる前駆体及びPAGを含有し保存安定性を有する組成物、並びに、長期信頼性のあるかかる組成物から形成される膜を提供する。表示装置の通常工程において、酸生成の抑制が達成できるため、かかる組成物は、絶縁膜及び表示装置の平坦膜等の膜の構成物質として、特に有用である。
図1は、溶液中の化合物1、化合物2、PBpS−PFBS、NHNI−PFBS、オキシム及びTOMeBzOの吸収スペクトルを示す。化合物1及び化合物2は、350nmより大きい波長での吸収をほとんど示さない。そのため、化合物1及び化合物2は、液晶装置及び有機エレクトロルミネセント素子等の表示装置の層間絶縁膜の製造に適用されるフォトレジストに含まれるPAGからの酸発生を向上させる電子供与体として特に適している。化合物1及び化合物2は、層間絶縁膜を介して通過する400nm以上の波長の光を吸収しにくいので、化合物1及び化合物2は、かかる表示装置の層間絶縁膜を形成する物質成分として有用である。可視光は、表示を行うための表示装置の層間絶縁膜を通常通過する。可視光を吸収することにより光増感剤又はPAGとして作用する物質が層間絶縁膜に残存する場合、酸は、通常工程においてでさえ発生し、表示装置を劣化させる。
TOMeBzOは、酸との反応によって試剤Aから生成し得、PAGに電子を供与する光増感剤として作用する。
α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシモ)−フェニルアセトニトリル(オキシム)は、電子を受容するPAG又は光増感剤として作用し得る。オキシムからの酸生成効率は、NHNI−PFBSと同様のオキシムと関わる電子移動反応によって、向上され得る
典型的に、本発明の1つの態様に関するPAGの溶液中の400nmでのモル吸光係数は400以下である。モル吸光係数が200以下であることが好ましい。より好ましくは、モル吸光係数が100以下である。化合物1及び化合物2のモル吸光係数は50以下である。
かかるPAGの溶液での400nmにおける吸光度(「Ab400」)に対する365nmでの吸光度(「Ab365」)の典型的な比は、2以上であってよい。溶液中の好ましいAb365/Ab400は、4以上である。溶液中のより好ましいAb365/Ab400は、10以上である。膜中の好ましいAb365/Ab400は、50以上である。膜中のより好ましいAb365/Ab400は、100以上である。
典型的に、本発明の1つの態様に関する電子供与体の溶液中の400nmでのモル吸光係数は、400以下である。モル吸光係数が200以下であることが好ましい。より好ましくは、モル吸光係数が100以下である。化合物1及び化合物2のモル吸光係数は50以下である。
かかる電子供与体の溶液での400nmにおける吸光度(「Ab400」)に対する365nmでの吸光度(「Ab365」)の典型的な比は、2以上であってよい。溶液中の好ましいAb365/Ab400は、4以上である。溶液中のより好ましいAb365/Ab400は、10以上である。膜中の好ましいAb365/Ab400は、50以上である。膜中のより好ましいAb365/Ab400は、100以上である。
図2に、化学増幅レジスト(CAR)用組成物として評価サンプル9を用いた集積回路(IC)等の装置の製造工程を示す。
シリコンウェハを準備する。シリコンウェハの表面を、酸素ガス存在下シリコンウェハを加熱することによって酸化する。
評価サンプル9を含む液体を、スピンコーティングによりSiウェハ表面に塗布し、塗膜を形成する。塗膜をプレベークする。
Siウェハのプレベーク後に、波長が220nm以上の光によりマスクを介して塗膜を照射する。塗膜照射の典型的な光源は、i線又はg線である。
NHNI−PFBSは、PAGに加えて化合物1から電子を受容する光増感剤として作用することにより酸の発生を向上させる。樹脂Aの脱保護反応は、光増感反応によって発生する酸により誘発される。
塗布膜及びシリコンウェハを光で露光する。その後、残りの膜を除去する。
集積回路等の電子装置は図2に示される方法を用いて製造される。塗布膜の照射時間が短くできるため、既存のフォトレジストと比べ、光照射による装置の劣化が抑制される。
図3は、活性マトリックス型有機エレクトロルミネセント素子の製造工程を示す。
(a)下層2を、ガラス基板、石英基板及びプラスチック基板等の基板1上に形成する。パターニングすることによって形成した半導体膜4を、下層2上に形成する。典型的に、半導体膜4は、低温ポリシリコンで形成される。また、アモルファスシリコン又は金属酸化物を半導体膜4の材料として利用できる。ゲート絶縁膜3が半導体膜4を被覆するように、ゲート絶縁膜3を形成する。ゲート電極5及び半導体膜4が互いに対向するようにゲート電極5をゲート絶縁膜3の上に形成する。
(b)塗布膜6がゲート電極5及びゲート絶縁膜3を被覆するように、評価サンプル9を含有する組成物のスピンコートにより塗布膜6を配置する。
(c)塗布膜6をプレベーク処理した後、フォトマスク8を介して652nmの波長の光で塗布膜6を照射する。開口部7を通った光で塗布膜6の一部のみを露光する。
(d)塗布膜6の光による露光部を現像により除去し、コンタクトホール10を形成する。150℃より高い温度で行われる熱処理により塗布膜6を第1層間絶縁膜へ変換し、次いで塗布膜6の形成を行う。
(e)電気的に半導体膜4に接続した画素電極11を形成する。典型的に、画素電極11は、酸化インジウム錫(ITO)又はマグネシウム銀合金で作られる。
(f)塗布膜12が画素電極11及び第1層間絶縁膜9を被覆するように、スピンコートにより塗布膜12を配置する。
(g)塗布膜12をプレベーク処理した後、塗布膜12をフォトマスク14を介して波長365nmの光で照射する。開口部13を通った光で塗布膜12の一部のみを露光する。
(h)光による塗布膜12の露光部を現像により除去する。150℃より高い温度で行われる熱処理により塗布膜12を第2層間絶縁膜へ変換し、次いで塗布膜12の形成を行う。
(i)正孔輸送層16、発光層17及び電荷輸送層18を、この順でマスクを介して真空蒸着法により形成する。共通電極19は、電荷輸送層18及び第2層間絶縁膜15の上に形成する。保護膜20は、共通電極19上に形成する。

Claims (20)

  1. 試剤であって、
    該試剤を含有する組成物、該組成物を含有する液体及び前記組成物の膜のうちの少なくとも1つにおいて化合物を発生させ得、
    前記化合物が、該化合物と物質との相互作用により、前記化合物及び物質のうちの少なくとも1つからの第1化学種を向上させ得ることを特徴とする試剤。
  2. 前記相互作用が、前記組成物、液体及び膜への第1電磁線及び第1粒子線のうちの少なくとも1つによる露光によって促進されることを特徴とする請求項1に記載の試剤。
  3. 前記化合物が、前記試剤と、前記化合物から発生する第2化学種と、の反応により生成する請求項1又は2に記載の試剤。
  4. 前記第1化学種が、前記化合物との相互作用なしで前記物質から発生し、
    前記化合物が、前記試剤と前記第1化学種との反応により生成する請求項1〜3のいずれか1項に記載の試剤。
  5. 前記化合物が、前記物質へ電子を供与し得る請求項1〜4のいずれか一項に記載の試剤。
  6. 前記試剤が、前記膜にエネルギーを供給することによって誘発される工程を介して前記化合物を発生させ得る請求項1〜5のいずれか一項に記載の試剤。
  7. 前記化合物の共役長が、前記試剤の共役長よりも長い請求項1〜6のいずれか一項に記載の試剤。
  8. 前記試剤が少なくとも2つのπ電子系を有し、
    前記化合物が少なくとも2つのπ電子系を有し、
    前記化合物における少なくとも2つのπ電子系間の電子相互作用は、前記試剤における少なくとも2つのπ電子系間の電子相互作用よりも強い、請求項1〜7のいずれか一項に記載の試剤。
  9. 物質からの化学種の発生を向上させ得ることを特徴とする化合物。
  10. 化合物であって、
    物質が励起したとき、物質へ電子を供給又は物質から電子を受容し得、
    前記化合物から電子を受容又は該化合物へ電子を供給することにより、前記物質が化学種を発生し得ることを特徴とする化合物。
  11. 少なくとも1つの芳香族基と、電子供与基とを有する請求項9又は10に記載の化合物。
  12. 多重結合を有する請求項9〜11のいずれか一項に記載の化合物。
  13. 前記多重結合が、炭素−酸素二重結合及び炭素−炭素二重結合のいずれかである請求項12に記載の化合物。
  14. 請求項9〜13のいずれか一項に記載の化合物と、前記物質と、を含む組成物。
  15. 化学種と反応する合成物をさらに含む請求項14に記載の組成物。
  16. 装置の層間絶縁膜の形成に用いられることを特徴とする請求項14又は15に記載の組成物。
  17. 前記層間絶縁膜が、前記組成物の少なくとも一部から形成される請求項16に記載の組成物。
  18. 請求項14〜17のいずれか一項に記載の組成物を用いて実施されることを特徴とする装置の製造方法。
  19. 請求項14〜17のいずれか一項に記載の組成物を含む液体を、該組成物を含む塗布膜が前記部材上に形成されるように部材に塗布し、
    前記塗布膜の第1部分が前記第1電磁波及び第1粒子線のうちの少なくとも1つにより露光されるように、且つ、前記塗布膜の第2部分が前記第1電磁波及び第1粒子線のうちの少なくとも1つにより露光されないように、第1電磁波及び第1粒子のうちの少なくとも1つにより前記塗布膜を露光する工程を含む、装置の製造方法。
  20. 前記第1部分を除去する工程をさらに含む請求項19に記載の方法。
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