JP2795000B2 - α−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニル)ニトロン化合物及び光脱色性材料 - Google Patents

α−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニル)ニトロン化合物及び光脱色性材料

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
の製造における写真食刻工程用のマスクのように被写体
の像のコントラストを増強させるための光脱色性材料の
主成分として好適な新規なニトロン化合物及び該ニトロ
ン化合物を含有する光脱色性材料に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リソグ
ラフィー技術において、ホトレジストを所望のパターン
形状に露光し、現像してできるレジスト像は、露光像の
コントラストが大きいほど垂直に近い壁を持つ形状にな
るものであるが、非常に高い解像度の露光を行う場合、
露光像のコントラストが低下し、鮮明なレジスト像を得
ることができなくなるという問題がある。
【0003】そこで、解像度及びパターン形状の解像を
図る方法として、波長300〜450nmの光に対して
吸収極大を持つコントラスト増強用の光脱色性層(特公
昭62−40697号公報、特開昭62−234148
号公報参照)を用いたレジストパターン形成方法等が提
案されており、その光脱色性材料の主成分であるニトロ
ン化合物は、下記のような構造を有する。
【0004】
【化2】
【0005】しかしながら、上記光脱色性材料の主成分
であるニトロン化合物は、光脱色性材料に結合剤として
使用される樹脂との相溶性が満足できるものではなく、
このため上記光脱色性材料をホトレジスト上にスピンコ
ートした後に12時間以上放置すると、ニトロン化合物
が結晶化してしまう。このようにニトロン化合物が結晶
化してしまった部分では塗膜に欠陥を生じてしまうた
め、微細なレジストパターンを得ることができず、その
かつ歩留りも上がらないという問題点がある。従って、
結合剤としての樹脂との相溶性が極めて良好であり、光
脱色性材料(CEM:Contrast Enhanc
ed Materials)の主成分として有用なニト
ロン化合物が求められている。
【0006】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
樹脂との相溶性に優れ、微細なレジストパターンの形成
が高歩留りで可能となるコントラスト増強用の光脱色性
材料の主成分として有用な新規なニトロン化合物及び該
ニトロン化合物を含有する光脱色性材料を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、例えば下記
一般式(2)で示されるアルキルニトロベンゼンの水素
添加を行った後、これに4−ジエチルアミノベンズアル
デヒドを反応させることにより合成できる下記一般式
(1)で示されるα−[p−(ジエチルアミノ)フェニ
ル]−N−(アルキルフェニル)フェニルニトロン化合
物が、コントラスト増強用の光脱色性材料の主成分とし
て有用であり、特に波長365nmの光(i線)でのコ
ントラスト増強リソグラフィーにおいて大いに威力を発
揮し得ることを見出した。
【0008】
【化3】 (但し、式中R,R,R,R及びRはそれぞ
れ同種又は異種の1価のアルキル基又は水素原子であ
り、かつ少なくとも1つはo位に置換された1価のアル
キル基である。)。
【0009】即ち、上記(1)式の新規なニトロン化合
物は、特にi線に対して光脱色性を有し、既知ニトロン
化合物と比べて光脱色性材料の結合剤としての樹脂との
相溶性が極めて良好であり、ホトレジスト上にスピンコ
ートした後に放置してもニトロン化合物の結晶化、即ち
フィルムの欠陥が生じないため、微細なレジストパター
ンの形成が可能であり、しかも歩留りが向上する。それ
故、(1)式のニトロン化合物を用いて光脱色性材料を
調製し、i線でのコントラスト増強リソグラフィーを行
うと、高コントラスト、高解像度、高精度で微細なレジ
ストパターンを高歩留りで形成することができることを
知見し、本発明をなすに至ったものである。
【0010】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明の新規なニトロン化合物は下記一般式(1)
で示されるα−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−
N−(アルキルフェニル)ニトロン化合物である。
【0011】
【化4】
【0012】ここで、上記(1)式中のR,R,R
,R及びRはそれぞれ同種又は異種の1価のアル
キル基又は水素原子であり、かつ少なくとも1つはo位
に置換された1価のアルキル基てある。1価のアルキル
基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、
イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、シク
ロヘキシル基等の炭素数が1〜8のものが好適であり、
中でもメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がよ
り好ましく用いられる。
【0013】このような(1)式のニトロ化合物として
具体的には、α−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]
−N−(2,3−ジメチルフェニル)ニトロン、α−
[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(2,6−
ジメチルフェニル)ニトロン、α−[p−(ジエチルア
ミノ)フェニル]−N−(2−メチルフェニル)ニトロ
ンなどが例示される。
【0014】本発明の(1)式のα−[p−(ジエチル
アミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニル)ニトロ
ン化合物は、工業的にも入手容易な下記一般式(2)で
示されるアルキルニトロベンゼンを原料とし、下記反応
式に示されるように(2)式のアルキルニトロベンゼン
に水素添加を行った後、これに4−ジエチルアミノベン
ズアルデヒドを反応させることにより合成することがで
きる。
【0015】
【化5】
【0016】この場合、上記反応はメタノール等の有機
溶媒中で行うことが好ましい。また、(2)式のアルキ
ルニトロベンゼンへの水素添加は、アルキルニトロベン
ゼンに対して1.7〜2.3当量の水素を1〜10kg
/cm2の圧力で充填し、触媒量の炭素担持白金等の触
媒存在下で室温で行うことができる。
【0017】更に、水素添加アルキルニトロベンゼンに
4−ジエチルアミノベンズアルデヒドを反応させる際
は、アルキルニトロベンゼン1モルに対して4−ジエチ
ルアミノベンズアルデヒドを0.8〜1.2モルの割合
で添加し、酢酸等の酸の存在下で行うことが望ましい。
なお、その反応条件は20〜50℃で3〜8時間とする
ことが好適である。反応終了後は溶媒層を中和して濃縮
した後、再結晶を行うことで、目的とする(1)式のα
−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(アルキ
ルフェニル)ニトロン化合物を得ることができる。
【0018】本発明の光脱色性材料は上記α−[p−
(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニ
ル)ニトロン化合物を含有するもので、これは単独で用
いても良く、このニトロン化合物と結合剤とを有機溶媒
に溶解して混合し、回転注型可能な光脱色性材料として
用いることもできる。この混合物は、(A)有機溶剤1
00部(重量部、以下同じ)、(B)不活性有機重合体
結合剤0〜30部、好ましくは0〜15部、及び(C)
上記ニトロン化合物1〜30部、好ましくは1〜15部
を混合したものが好適である。
【0019】ここで、(A)成分の溶剤としては、トル
エン,キシレン,エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、
芳香族炭化水素とシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素と
の混合物、芳香族炭化水素とプロパノール、ブタノール
等のアルコール類との混合物などが挙げられる。
【0020】(B)成分の結合剤としては、酢酸ビニル
の単重合体又は共重合体もしくはそれらの部分ケン化
物、スチレン又はその誘導体の共重合体、アクリル酸も
しくはメタクリル酸エステルの単独重合体又は共重合
体、炭化水素可溶性セルロースエーテルやセルロースエ
ステル類、ポリビニルピロリドン単独重合体又は共重合
体、トリオルガノシリル基を導入したポリビニルアルコ
ールやプルラン類などが挙げられる。
【0021】上記(A),(B),(C)成分を混合す
る場合、(B)成分、(C)成分それぞれを(A)成分
に溶解して溶液状態としたものを混合することが好まし
い。
【0022】本発明の光脱色性材料を用いたレジストパ
ターンを形成するには、図1及び図2に示すリソグラフ
ィー工程により行なうことができる。図1はホトレジス
ト層の上に光脱色性層を直接形成した例を示す。まず、
ケイ素ウエハー等の基板1上にスピンコート等の方法で
ホトレジスト層2を形成し、このホトレジスト層2の上
に本発明の光脱色性材料をスピンコート等の方法で塗布
して光脱色性層3を形成し、光脱色性層3に所定波長の
紫外線Aを縮小投影法により所望のパターン形状に露光
し、即ち図1においてA部分を露光し、光脱色性層3を
除去し、現像液を用いて現像する方法によりレジストパ
ターン5を形成することができる。
【0023】図2は光脱色性をホトレジスト層から隔離
するために両者の間にポリビニルアルコール等の中性物
質からなる薄い介在層6を設けた例を示す。
【0024】図1及び図2に示した例においてはホトレ
ジスト層2としてポジ型レジストを用いたのでB部分が
レジストパターン5として残るが、ホトレジストとして
は、所定波長の光に対して所定レベルのコントラスト閾
値を示すものであればポジ型、ネガ型のいずれも使用す
ることができる。
【0025】
【発明の効果】本発明の上記(1)式のα−[p−(ジ
エチルアミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニル)
ニトロン化合物は、特にi線に対して光脱色性を有し、
かつ光脱色性材料の結合剤としての樹脂と相溶性が良好
であり、高コントラスト、高解像度、高精度で微細なレ
ジストパターンを高歩留りで形成し得る光脱色性材料を
提供することができ、それ故、微細なレジストパターン
の形成が可能となるコントラスト増強用の光脱色性材料
の主成分として有用である。
【0026】
【実施例】以下、実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではな
い。
【0027】[実施例1] 1リットルのオートクレーブに1,2−ジメチル−3−
ニトロベンゼン110.5g(731mmol)、ジメ
チルスルホキシド11.3g、29%アンモニア水5.
0g、5%白金担持触媒2.0g、メタノール260g
を加え、この系に水素を約4kg/cmの圧力で充填
し、1,2−ジメチル−3−ニトロベンゼンに対し2当
量の水素が反応し終るまで室温で撹拌した。その後、更
4−ジエチルアミノベンズアルデヒド120.0g
(677mmol)、酢酸30.0g、メタノール10
0gを加え、室温で3時間撹拌した。反応混合液を濾過
し、触媒を除去した後、トルエン600g、水600g
を加え、トルエン層を抽出した。これに飽和炭酸水素ナ
トリウム水溶液600gを加え、中和後、トルエン層を
得、減圧下で約300g程度まで濃縮した。その濃縮液
にヘキサン約70gを加えて再結晶を行い、黄色い結晶
を得、乾燥して、収量88.2g(収率43.9%)、
純度99%のα−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]
−N−(2,3−ジメチルフェニル)ニトロンを単離し
た。得られたα−[p−(ジエチルアミノ)フェニル)
−N−(2,3−ジメチルフェニル)ニトロンの質量ス
ペクトル(MS)、核磁気共鳴スペクトル(NMR)、
赤外線スペクトル(IR)及び元素分析値の結果を下記
に示す。MS:m/e(スペクトル強度比)296(6
2)、280(44)、279(39)、265(4
7)、177(44)、162(100)、134(4
2)、105(34)、77(42) H−NRM:δ
(ppm)
【0028】
【化6】 (a)6.6〜8.4 多重項 8H (b)3.46 四重項 4H (c)2.33 一重項 6H (d)1.24 三重項 6H
【0029】IR:(cm-1 3400、2960、2910、2860、1600、
1520、1360、1290、1185、1155、
1115、1080、830、785
【0030】元素分析値:(%) C19242 理論値 C:76.99 H:8.16 N:9.45 実測値 C:77.06 H:8.27 N:9.19
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】[実施例2] 1,2−ジメチル−3−ニトロベンゼンの代わりにo−
ニトロトルエン100.2g(731mmol)を用い
る以外は実施例1と同様にして合成を行ったところ、収
量116.8g(収率:61.1%)、純度98%のα
−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(2−メ
チルフェニル)ニトロンを単離した。得られた化合物の
分析結果を下記に示す。
【0044】MS:m/e(スペクトル強度比) 282(57)、266(19)、265(21)、2
51(25)、177(40)、162(100)、1
34(25)、91(36)
【0045】 1H−NMR:δ(ppm)
【0046】
【化9】 (a)6.6〜8.5 多重項 9H (b)3.52 四重項 4H (c)2.51 一重項 3H (d)1.30 三重項 6H
【0047】IR:(cm-1 3400,3030,2955,2915,1595,
1520,1355,1265,1180,1145,
1055,815,755
【0048】元素分析値:(%) 理論値: C:76.56 H:7.85 N:9.92 実測値: C:76.64 H:7.90 N:10.18
【0049】[実施例3] 光脱色性材料としてα−[p−(ジエチルアミノ)フェ
ニル]−N−(2−メチルフェニル)ニトロン及び分子
量約3,000で成分比6:4のポリビニルピロリドン
−酢酸ビニル共重合体のそれぞれの2.5%エチルベン
ゼン−1−ブタノール溶液(重量比1:1)の混合物を
用い、介在層として分子量約10,000のポリビニル
アルコール5%水溶液を用い、図2に示すリソグラフィ
ー工程に従ってレジストパターンを形成した。まず、ケ
イ素ウエハー等からなる基板1にKTI−895i(K
TI社製、ポジレジスト)をスピンコートして、レジス
ト層2を形成し(図2(a))、次にレジスト層2上に
上記介在層6をスピンコートし(図2(b))、更にそ
の上に上記光脱色性材料をスピンコートして光脱色性層
7を形成した(図2(c))。12時間以上放置した
が、塗膜の欠陥が認められなかったため、縮小投影法に
よりA部分に選択的に365mmの紫外線4を露光した
(図2(d))。その後、介在層6と光脱色性層7とを
純水を用いて同時に除去し、アルカリ現像液を用いて現
像を行ない、レジストパターン5を形成した(図2
(e))。得られたレジストパターンはコントラストが
増強された0.40μm解像のものであった。
【0050】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光脱色性材料を用いたリソグラフィー
工程の一例を示す工程図である。
【図2】本発明の光脱色性材料を用いたリソグラフィー
工程の他の例を示す工程図である。
【符号の説明】
1 基板 2 ホトレジスト層 3 光脱色性層 4 紫外線 5 レジストパターン 6 介在層 7 光脱色性層
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 健一 新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28番地 の1 信越化学工業株式会社 合成技術 研究所内 (56)参考文献 JOURNAL OF ORGANI C CHEMISTRY,1989,54, 5176−5180 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 291/02 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)で表わされるα−[p
    −(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(アルキルフェ
    ニル)ニトロン化合物。 【化1】 (但し、式中R,R,R,R及びRはそれぞ
    れ同種又は異種の1価のアルキル基又は水素原子であ
    り、かつ少なくとも1つはo位に置換された1価のアル
    キル基である。)
  2. 【請求項2】 請求項1記載のα−[p−(ジエチルア
    ミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニル)ニトロン
    化合物を含有する光脱色性材料。
JP22951791A 1991-08-15 1991-08-15 α−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]−N−(アルキルフェニル)ニトロン化合物及び光脱色性材料 Expired - Fee Related JP2795000B2 (ja)

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