JP2817507B2 - α−[p−(ジアルキルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキルナフチル)]ニトロン化合物及び光脱色性材料 - Google Patents

α−[p−(ジアルキルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキルナフチル)]ニトロン化合物及び光脱色性材料

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聡 渡辺
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健一 伊藤
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (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もつ形状にな
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
吸収極大をも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、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 Enhanced
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2−アルキル−1−ニトロナフ
タレンの水素添加を行った後、これに下記一般式(3)
で示される4−ジアルキルアミノベンズアルデヒドを反
応させることにより、下記一般式(1)で示される新規
なα−[p−(ジアルキルアミノ)フェニル]−N−
[1−(2−アルキルナフチル)]ニトロン化合物が得
られると共に、この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、波長300〜40
0nmの光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い出した。
【0008】
【化3】 (但し、式中R1及びR2は互いに同一又は異種のアルキ
ル基であり、R3はアルキル基又は水素原子である。)
即ち、上記式(1)の新規なニトロン化合物は、特にi
線(波長365nm)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、式(1)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。
【0009】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−(ジアルキルアミノ)フェニル]
−N−[1−(2−アルキルナフチル)]ニトロン化合
物である。
【0010】
【化4】
【0011】ここで、上記式(1)式中のR1及びR2
互いに同一又は異種のアルキル基である。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、sec−ブチル基、tert−
ブチル基、シクロヘキシル基等の炭素数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。また、R3はアル
キル基又は水素原子である。この場合のアルキル基とし
ては、R1及びR2で例示したものと同様のものを挙げる
ことかできる。
【0012】このような式(1)のニトロン化合物とし
ては具体的には、α−[p−(ジメチルアミノ)フェニ
ル]−N−(1−ナフチル)ニトロン、α−[p−(ジ
エチルアミノ)フェニル]−N−(1−ナフチル)ニト
ロン、α−[p−(ジ−n−ブチルアミノ)フェニル]
−N−(1−ナフチル)ニトロン、α−[p−(ジメチ
ルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−メチルナフチ
ル)]ニトロン、α−[p−(ジエチルアミノ)フェニ
ル]−N−[1−(2−メチルナフチル)]ニトロンな
どが例示される。
【0013】本発明の式(1)のα−[p−(ジアルキ
ルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキルナフ
チル)]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2−アルキル−1−ニトロナフ
タレンを原料として、下記反応式に示されるように式
(2)の2−アルキル−1−ニトロナフタレンに水素添
加を行った後、これに式(3)で示される4−ジアルキ
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。
【0014】
【化5】 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、式(2)の2−アルキル−1−
ニトロナフタレンの水素添加は、2−アルキル−1−ニ
トロナフタレンに対して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。
【0015】更に、水素添加2−アルキル−1−ニトロ
ナフタレンに4−ジアルキルアミノベンズアルデヒドを
反応させる際は、2−アルキル−1−ニトロナフタレン
1モルに対して4−ジアルキ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、目的とする式(1)のα−[p−(ジアルキルアミ
ノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキルナフチ
ル)]ニトロン化合物を得ることができる。
【0016】本発明の光脱色性材料は上記α−[p−
(ジアルキルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−ア
ルキルナフチル)]ニトロン化合物を含有するもので、
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が
できる。この混合物は、(A)有機溶剤100部(重量
部、以下同じ)、(B)不活性有機重合体結合剤0〜3
0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。
【0017】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
などのアルコール類との混合物などが挙げられる。
【0018】(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。
【0019】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。
【0020】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盤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4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。
【0021】図2は光脱色性層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。
【0022】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の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。
【0023】
【発明の効果】本発明の上記式(1)のα−[p−(ジ
アルキルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキ
ルナフチル)]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
との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。
【0024】
【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。
【0025】〔実施例1〕1リットルのオートクレーブ
に1−ニトロナフタレン126.6g(731mmo
l)、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/cm2
圧力で充填し、1−ニトロナフタレンに対して当量の水
素が反応し終わるまで室温で撹拌した。その後、更に4
−ジメチルアミノベンズアルデヒド101.0g(67
7mmol)、酢酸30.0g、メタノール100gを
加え、室温で5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500g程度まで濃縮した。その濃縮液にヘ
キサン約500gを加えて再結晶を行い、黄色い結晶を
得、乾燥して、収量124.4g(収率42.8%)、
純度98%のα−[p−(ジメチルアミノ)フェニル]
−N−(1−ナフチル)ニトロンを単離した。得られた
α−[p−(ジメチルアミノ)フェニル]−N−(1−
ナフチル)ニトロンの核磁気共鳴スペクトル(NM
R)、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。
【0026】
【化6】 (a)3.00 一重項 6H (b)6.72 二重項 2H (c)8.35 二重項 2H (d)7.57 一重項 1H (e)7.40〜7.55 多重項 5H (f)7.83〜7.86 多重項 2H 〈IR:(cm-1)〉 3466,3051,2806,1603,1520,
1443,1396,1365,1321,1269,
1217,1215,1186,1157,1113,
1111,1061,1020,1005,943,8
91,837,804 〈元素分析値:(%)C19182O〉 理論値 C:78.6 H:6.2 N:9.7 実測値 C:79.3 H:6.3 N:9.7
【0027】〔実施例2〕光脱色性材料として実施例1
で得られたα−[p−(ジメチルアミノ)フェニル]−
N−(1−ナフチル)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3.0%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、ケイ素ウエハーか
らなる基板1にTHMR−iP1800(東京応化工業
(株)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365nm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。
【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28−1 信越化学工業株式会社 合成技術研究 所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 291/06 G03F 1/14 G03F 7/004 G03F 7/26 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)で表されるα−[p−
    (ジアルキルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−ア
    ルキルナフチル)]ニトロン化合物。 【化1】 (但し、式中R1及びR2は互いに同一又は異種のアルキ
    ル基であり、R3はアルキル基又は水素原子である。)
  2. 【請求項2】 請求項1記載のα−[p−(ジアルキル
    アミノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキルナフチ
    ル)]ニトロン化合物を含有する光脱色性材料。
JP7837692A 1992-02-28 1992-02-28 α−[p−(ジアルキルアミノ)フェニル]−N−[1−(2−アルキルナフチル)]ニトロン化合物及び光脱色性材料 Expired - Lifetime JP2817507B2 (ja)

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