JP6486161B2 - シリル化剤薬液の調製方法及び表面処理方法 - Google Patents

シリル化剤薬液の調製方法及び表面処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、シリル化剤薬液の調製方法及び表面処理方法に関する。
近年、半導体デバイスの高集積化、微細化の傾向が高まり、パターンの微細化・高アスペクト比化が進んでいる。しかしながらその一方で、いわゆるパターン倒れの問題が生じるようになっている。このパターン倒れは、基板上に多数のパターンを並列して形成させる際、隣接するパターン同士がもたれ合うように近接し、場合によってはパターンが基部から折損したりするという現象のことである。このようなパターン倒れが生じると、所望の製品が得られないため、製品の歩留まりや信頼性の低下を引き起こすことになる。
ここでいう「パターン」とは、半導体の製造工程である、リソグラフィー工程(露光・現像工程)で基板上に形成される「レジストパターン」と、リソグラフィー工程後の基板のエッチング工程で形成される、「無機パターン」の両方を含む。本発明に係る基板表面の改質方法は、これらのパターンの内、「無機パターン」の処理により効果的である。
このパターン倒れは、パターン形成後の純水等によるリンス処理において、リンス液が乾燥する際、そのリンス液の表面張力により発生することが分かっている。つまり、乾燥過程でリンス液が除去される際に、パターン間にリンス液の表面張力に基づく応力が働き、パターン倒れが生じることになる。
従って、パターンの表面を疎水化し、リンス液の接触角を高めることができれば、リンス後の乾燥過程でパターン間に働く力を低減することができ、パターン倒れを防止することができる。また、パターンのアスペクト比が大きくなればなるほどパターン間に働く力も大きくなるため、疎水化によるパターン倒れの抑制の効果も大きくなる傾向がある。
そこで、シリル化剤薬液を暴露させ、基板表面を撥水化ないし疎水化する表面処理が行われている(例えば、特許文献1)。
特開2010−114414号公報
シリル化剤薬液は、ウェハを洗浄するための洗浄液と同様に、デバイスの接合リーク電流を増大させるおそれがある金属不純物が少なく、清浄であることが求められる。しかし、シリル化剤薬液には加熱により変質しやすいものや加水分解性を有するものもあるため、該薬液を蒸留精製することができない場合がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、金属不純物の濃度が低減されたシリル化剤薬液を調製する方法、及び、そのような調製方法により得られるシリル化剤薬液を用いる表面処理方法を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様は、予め有機溶剤に接触させたイオン交換樹脂膜を用いて処理前シリル化剤薬液中の金属不純物を低減する工程を含む、シリル化剤薬液の調製方法である。
本発明の第二の態様は、基板表面に、本発明の第一の態様のシリル化剤薬液の調製方法により得られるシリル化剤薬液を暴露させ、該基板表面を疎水化する表面処理方法である。
本発明によれば、金属不純物の濃度が低減されたシリル化剤薬液を調製する方法、及び、そのような調製方法により得られるシリル化剤薬液を用いる表面処理方法を提供することができる。
≪シリル化剤薬液の調製方法≫
本発明のシリル化剤薬液の調製方法は、予め有機溶剤に接触させたイオン交換樹脂膜を用いて処理前シリル化剤薬液中の金属不純物を低減する工程(以下、「金属不純物低減工程」ということがある。)を含む。金属不純物低減工程は、具体的には、予め有機溶剤に接触させたイオン交換樹脂膜に処理前シリル化剤薬液を透過させることを含み、より具体的には、(1)予めイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させる工程及び(2)イオン交換樹脂膜に処理前シリル化剤薬液を透過させる工程を含む。
本明細書において、「処理前シリル化剤薬液」とは、予め有機溶剤に接触させたイオン交換樹脂膜に透過する前における薬液を意味する。処理前シリル化剤薬液は、シリル化剤及び金属不純物を含有する液体であり、例えば、更に有機溶剤をも含有する液体であってもよいが、通常、有機溶剤を含有する必要のない液体であり、例えば、不純物以外にはシリル化剤のみを含有する液体であってもよいし、シリル化剤及び金属不純物のみを含有する液体であってもよい。
〔イオン交換樹脂膜〕
本発明において用いるイオン交換樹脂膜としては、特に限定されないが、適当なイオン交換基が樹脂膜に固定された、イオン交換樹脂を含むフィルターを用いることができ、例えば、高密度ポリエチレン膜にスルホン酸基等のカチオン交換基を化学的に修飾した強酸性陽イオン交換樹脂等のイオン交換樹脂膜等のほか、多孔質の高密度ポリエチレンメディアの細孔表面に強酸性陽イオン交換樹脂を化学的に導入し、除粒子膜とイオン交換樹脂膜が一体構造となった除粒子膜付イオン交換樹脂膜等が挙げられ、ポリアルキレン膜にイオン交換基が化学的に修飾されているものが好ましい。ポリアルキレンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられ、ポリプロピレンが好ましい。イオン交換基としては、カチオン交換基が好ましい。本発明において用いるイオン交換樹脂膜としては、金属イオン除去用フィルターとして市販されているものを用いることができる。
本発明のシリル化剤薬液の調製方法において、イオン交換樹脂膜は予め有機溶剤に接触させる。イオン交換樹脂膜は、乾燥状態で市販されているものがあり、また、親水性の素材であり水溶液との親和性に優れるものがあるが、本発明によれば、そのようなイオン交換樹脂膜を用いる場合であっても、予め有機溶剤に接触させることにより、処理前シリル化剤薬液中の金属不純物を効果的に低減することができ、その低減効果は、イオン交換樹脂膜を予め有機溶剤に接触させない場合に比べて、有意に優れたものである。
〔有機溶剤〕
本発明において、イオン交換樹脂膜に予め接触させる有機溶剤としては、シリル化剤と反応する官能基を持たない有機溶剤が好ましい。有機溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明においてイオン交換樹脂膜に予め接触させる有機溶剤のうち好ましいものとしては、具体的には、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ビス(2−ヒドロキシエチル)スルホン、テトラメチレンスルホン等のスルホン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド等のアミド類、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N−プロピル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシメチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドン等のラクタム類;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジイソプロピル−2−イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類;ジメチルグリコール、ジメチルジグリコール、ジメチルトリグリコール、メチルエチルジグリコール、ジエチルグリコール等のジアルキルグリコールエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチ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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエ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アセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジ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メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の他のエーテル類;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等のケトン類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸−i−プロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸−i−ブチル、ぎ酸−n−ペンチル、酢酸−i−ペンチル、プロピオン酸−n−ブチル、酪酸エチル、酪酸−n−プロピル、酪酸−i−プロピル、酪酸−n−ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸−n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸エチル等の他のエステル類;β−プロピロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−ペンチロラクトン等のラクトン類;n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、メチルオクタン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカン、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2,2,4,4,6,8,8−ヘプタメチルノナン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の直鎖状、分岐鎖状、又は環状の炭化水素類;ベンゼン、トルエン、ナフタレン、1,3,5−トリメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;p−メンタン、ジフェニルメンタン、リモネン、テルピネン、ボルナン、ノルボルナン、ピナン等のテルペン類;等が挙げられる。これらの溶剤は、単独又は2種以上を混合して使用することができる。なかでも、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PEMEA);直鎖状、分岐鎖状、又は環状の炭化水素類;p−メンタン、ジフェニルメンタン、リモネン、テルピネン、ボルナン、ノルボルナン、ピナン等のテルペン類が好ましい。
〔予めイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させる工程〕
本発明における金属不純物低減工程において、具体的には、処理前シリル化剤薬液を透過させることに先立ち、予めイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させる。
イオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させる方法としては特に限定されず、例えば、イオン交換樹脂膜に有機溶剤を透過させる方法、有機溶剤にイオン交換樹脂膜を浸漬する方法等が挙げられ、有機溶剤にイオン交換樹脂膜を浸漬しつつ該有機溶剤を少量ずつイオン交換樹脂膜に透過させる方法が好ましく、具体的には、イオン交換樹脂膜を設置したろ過装置に有機溶剤を通液させることにより行うことができ、その際にイオン交換樹脂膜が有機溶剤に浸漬する程度の量の有機溶剤をイオン交換樹脂膜上に投入することにより、有機溶剤にイオン交換樹脂膜を浸漬しつつ該有機溶剤を少量ずつイオン交換樹脂膜に透過させることができる。
イオン交換樹脂膜と有機溶剤との接触は、例えば1分以上、好ましくは10分以上、より好ましくは20分以上行い、接触時間の上限値としては特に限定されないが、製造効率の観点から、例えば2時間以下、好ましくは1時間以下、より好ましくは40分以下行うことができる。
本発明のシリル化剤薬液の調製方法は、イオン交換樹脂膜を予め有機溶剤に接触させることにより、イオン交換樹脂膜の濡れ性を向上することができるので後工程で透過させる処理前シリル化剤薬液をイオン交換樹脂膜の内部に存在する孔にまで容易に行き渡らせることができ、処理前シリル化剤薬液に含有される金属不純物の濃度を有意に低減することができるほか、イオン交換樹脂膜が水分を含有していても該水分を除去することができる。
シリル化剤は一般的に水分と反応して重合しやすいため、予め反応工程中の水分を低減しておくことが好ましい。そのためにイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させる前に窒素パージを行い、窒素パージを行ったグローブボックス等の閉鎖環境下においてイオン交換樹脂膜に有機溶剤を接触させることも好ましい。
〔イオン交換樹脂膜に処理前シリル化剤薬液を透過させる工程〕
本発明において、上記のように予めイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させた後、かかるイオン交換樹脂膜に処理前シリル化剤薬液を透過させるが、該透過の方法としては特に限定されず、例えば、該イオン交換樹脂膜を設置したろ過装置に処理前シリル化剤薬液を通液することにより行うことができ、製造効率の観点で、予めイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させる工程を上述のようにろ過装置を用いて行った後、引き続き同じろ過装置を用いて行ってもよい。
予めイオン交換樹脂膜を有機溶剤に接触させた後、かかるイオン交換樹脂膜に処理前シリル化剤薬液を透過させる条件としては特に限定されず、流速として例えば10〜400ml/分、好ましくは100〜300ml/分、より好ましくは150〜250ml/分の条件で行うことができる。
〔処理前シリル化剤薬液〕
本発明において用いる処理前シリル化剤薬液は、上述のように、少なくともシリル化剤及び金属不純物を含有する液体である。本明細書において、「処理前シリル化剤薬液」は、本発明における金属不純物低減工程において、上述のイオン交換樹脂膜に透過した後の、イオン交換樹脂膜から流出する処理後のシリル化剤薬液(本明細書において、「処理済シリル化剤薬液」ということがある。)と区別するために用いる用語である。当然のことながら、処理前シリル化剤薬液と処理済シリル化剤薬液とにおいて含有されるシリル化剤は同じあってよい。
〔シリル化剤〕
シリル化剤の種類は、基板表面の性質を疎水化することができるものであれば、特に限定されず、従来から、種々の材料の撥水化ないし疎水化に使用されているシリル化剤から適宜選択して使用される。本明細書において、「疎水化」とは、撥水化を含む概念である。以下、本発明において用いることができるシリル化剤について説明する。
基板表面の疎水化に使用されるシリル化剤は、基板表面に対する、所望する疎水化効果が得られるものであれば特に限定されず、従来から、種々の材料の疎水化剤として使用されているシリル化剤から適宜選択して使用することができる。
シリル化剤薬液に含まれるシリル化剤は、例えば、下記一般式(1)で表されるケイ素化合物であってよい。
(RSi(H) 4−a−b (1)
(式中、Rは、それぞれ互いに独立して、一部又は全ての水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数1〜18の1価の炭化水素基を含む1価の有機基を表し、Xは、それぞれ互いに独立して、ケイ素原子と結合する原子が窒素である1価の官能基を表し、aは1〜3の整数、bは0〜2の整数であり、aとbの合計は1〜3である。)
好適なシリル化剤としては、以下の一般式(3)〜(10)で表されるシリル化剤や、環状シラザン化合物が挙げられる。以下、一般式(3)〜(10)で表されるシリル化剤と、環状シラザン化合物とについて順に説明する。
(一般式(3)で表されるシリル化剤)
Figure 0006486161
一般式(3)中、R、R及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、又は有機基を表す。R、R及びRの炭素数の合計は1以上である。Rは、水素原子、又は飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基を表す。Rは、水素原子、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基、又は非芳香族複素環基を表す。R及びRは、互いに結合して窒素原子を有する非芳香族複素環を形成してもよい。
、R及びRがハロゲン原子である場合、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、及びフッ素原子が好ましい。
、R及びRが有機基である場合に、有機基は、炭素原子の他に、ヘテロ原子を含んでいてもよい。有機基が含んでいてもよいヘテロ原子の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。有機基が含んでいてもよいヘテロ原子としては、N、O、及びSが好ましい。R、R及びRが有機基である場合に、有機基に含まれる、炭素原子の数と、ヘテロ原子の数との合計は、R、R及びRの炭素数の合計が1以上である限り特に限定されない。R、R及びRが有機基である場合に、有機基に含まれる、炭素原子の数と、ヘテロ原子の数との合計は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜3が特に好ましい。R、R及びRが有機基である場合に、有機基としては、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基、アラルキル基、及び芳香族炭化水素基が好ましい。飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基の好適な例としては、メチル基、エチル基、ビニル基、n−プロピル基、イソプロピル基、アリル基、1−プロペニル基、イソプロペニル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、3−ブテニル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、及びn−デシル基等が挙げられる。これらの鎖状炭化水素基の中では、メチル基、エチル基、ビニル基、n−プロピル基、及びアリル基がより好ましく、メチル基、エチル基、及びビニル基が特に好ましい。アラルキル基の好適な例としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、α−ナフチルメチル基、及びβ−ナフチルメチル基が挙げられる。芳香族炭化水素基の好適な例としては、フェニル基、α−ナフチル基、及びβ−ナフチル基が挙げられる。
が飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基である場合に、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基の炭素数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。Rが飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基である場合に、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜3が特に好ましい。Rが飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基である場合の、好適な例は、R、R及びRについて、好適な基として挙げられる飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基と同様である。
が飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基である場合に、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基は、Rと同様である。Rが飽和又は不飽和の環状炭化水素基である場合に、飽和又は不飽和の環状炭化水素基の炭素数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。Rが飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基である場合に、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基の炭素数は、3〜10が好ましく、3〜6がより好ましく、5又は6が特に好ましい。Rが飽和又は環状炭化水素基である場合の好適な例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、及びシクロオクチル基が挙げられる。Rが非芳香族複素環基である場合に、非芳香族複素環基に含まれるヘテロ原子は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。Rが非芳香族複素環基である場合に、非芳香族複素環基に含まれる好適なヘテロ原子としては、N、O、及びSが挙げられる。Rが非芳香族複素環基である場合に、非芳香族複素環基に含まれる、炭素原子の数と、ヘテロ原子の数との合計は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。Rが非芳香族複素環基である場合に、非芳香族複素環基に含まれる、炭素原子の数と、ヘテロ原子の数との合計は、3〜10が好ましく、3〜6がより好ましく、5又は6が特に好ましい。Rが非芳香族複素環基である場合の、好適な例としては、ピロリジン−1−イル基、ピペリジン−1−イル基、ピペラジン−1−イル基、モルホリン−1−イル基、及びチオモルホリン−1−イル基が挙げられる。
及びRが互いに結合して形成される非芳香族複素環基に含まれる原子数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。R及びRが互いに結合して形成される非芳香族複素環基は、3員環から10員環が好ましく、5員環又は6員環がより好ましい。R及びRが互いに結合して形成される非芳香族複素環基に含まれる、炭素原子の他のヘテロ原子の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。R及びRが互いに結合して形成される非芳香族複素環基に含まれる、好適なヘテロ原子としては、N、O、及びSが挙げられる。R及びRが互いに結合して形成される非芳香族複素環の好適な例としては、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、及びチオモルホリンが挙げられる。
一般式(3)で表されるシリル化剤の具体例としては、N,N−ジメチルアミノトリメチルシラン、N,N−ジメチルアミノジメチルシラン、N,N−ジメチルアミノモノメチルシラン、N,N−ジエチルアミノトリメチルシラン、t−ブチルアミノトリメチルシラン、アリルアミノトリメチルシラン、トリメチルシリルアセタミド、N,N−ジメチルアミノジメチルビニルシラン、N,N−ジメチルアミノジメチルプロピルシラン、N,N−ジメチルアミノジメチルオクチルシラン、N,N−ジメチルアミノジメチルフェニルエチルシラン、N,N−ジメチルアミノジメチルフェニルシラン、N,N−ジメチルアミノジメチル−t−ブチルシラン、N,N−ジメチルアミノトリエチルシラン、及びトリメチルシラナミン等が挙げられる。
(一般式(4)で表されるシリル化剤)
Figure 0006486161
一般式(4)中、R、R及びRは、上記一般式(3)と同様である。Rは、水素原子、メチル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基を表す。R、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は有機基を表す。R、R及びRの炭素数の合計は1以上である。
、R、及びRが有機基である場合、有機基は、R、R及びRが有機基である場合の有機基と同様である。
一般式(4)で表されるシリル化剤の具体例としては、ヘキサメチルジシラザン、N−メチルヘキサメチルジシラザン、1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,3−ジメチルジシラザン、1,3−ジ−n−オクチル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,3−ジビニル−1,1,3,3,−テトラメチルジシラザン、トリス(ジメチルシリル)アミン、トリス(トリメチルシリル)アミン、1−エチル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、1−ビニル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、1−プロピル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、1−フェニルエチル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、1−tert−ブチル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、1−フェニル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、及び1,1,1−トリメチル−3,3,3−トリエチルジシラザン等が挙げられる。
(一般式(5)で表されるシリル化剤)
Figure 0006486161
一般式(5)中、R、R及びRは、上記一般式(3)と同様である。Yは、O、CHR11、CHOR11、CR1111、又はNR12を表す。R10及びR11はそれぞれ独立に水素原子、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基、トリアルキルシリル基、トリアルキルシロキシ基、アルコキシ基、フェニル基、フェニルエチル基、又はアセチル基を表す。R12は、水素原子、アルキル基、又はトリアルキルシリル基を表す。
10及びR11が、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基であるか、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基である場合、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基と、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基とは、一般式(3)におけるRが、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基であるか、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基である場合と同様である。
10及びR11が、トリアルキルシリル基、トリアルキルシロキシキ、又はアルコキシ基である場合、これらの基に含まれるアルキル基の炭素数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。これらの基に含まれるアルキル基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜3が特に好ましい。これらの基に含まれるアルキル基の好適な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、及びn−デシル基等が挙げられる。これらのアルキル基の中では、メチル基、エチル基、及びn−プロピル基がより好ましく、メチル基及びエチル基が特に好ましい。
12が、アルキル基又はトリアルキルシリル基である場合、アルキル基又はトリアルキルシリル基に含まれるアルキル基の炭素数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。アルキル基又はトリアルキルシリル基に含まれるアルキル基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜3が特に好ましい。アルキル基又はトリアルキルシリル基に含まれるアルキル基の好適な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、及びn−デシル基等が挙げられる。これらのアルキル基の中では、メチル基、エチル基、及びn−プロピル基がより好ましく、メチル基及びエチル基が特に好ましい。
一般式(5)で表されるシリル化剤の具体例としては、トリメチルシリルアセテート、ジメチルシリルアセテート、モノメチルシリルアセテート、トリメチルシリルプロピオネート、トリメチルシリルブチレート、及びトリメチルシリル−2−ブテノエート等が挙げられる。
(一般式(6)で表されるシリル化剤)
Figure 0006486161
一般式(6)中、R、R及びRは、上記一般式(3)と同様である。Rは、上記一般式(4)と同様である。R13は、水素原子、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基、トリフルオロメチル基、又はトリアルキルシリルアミノ基を表す。
13が、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基である場合、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基は、一般式(3)におけるRが、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基である場合と同様である。
13がトリアルキルシリルアミノ基である場合に、トリアルキルシリルアミノ基に含まれるアルキル基は、一般式(5)におけるR10及びR11が、トリアルキルシリル基、トリアルキルシロキシキ、又はアルコキシ基である場合に、これらの基に含まれるアルキル基と同様である。
一般式(6)で表されるシリル化剤の具体例としては、N,N’−ビス(トリメチルシリル)尿素、N−トリメチルシリルアセトアミド、N−メチル−N−トリメチルシリルトリフルオロアセトアミド、及びN,N−ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド等が挙げられる。
(一般式(7)で表されるシリル化剤)
Figure 0006486161
一般式(7)中、R14はトリアルキルシリル基を表す。R15及びR16は、それぞれ独立に水素原子又は有機基を表す。
14がトリアルキルシリル基である場合に、トリアルキルシリル基に含まれるアルキル基は、一般式(5)におけるR10及びR11が、トリアルキルシリル基、トリアルキルシロキシキ、又はアルコキシ基である場合に、これらの基に含まれるアルキル基と同様である。
15及びR16が有機基である場合に、有機基は、一般式(3)におけるR、R及びRが有機基である場合の有機基と同様である。
一般式(7)で表されるシリル化剤の具体例としては、2−トリメチルシロキシペンタン−2−エン−4−オン等が挙げられる。
(一般式(8)で表されるシリル化剤)
Figure 0006486161
一般式(8)中、R、R及びRは、上記一般式(3)と同様である。R17は、飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基、又は非芳香族複素環基を表す。R18は、−SiRを表す。pは、0又は1である。
pが0である場合、R17としての飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基、飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基、又は非芳香族複素環基は、一般式(3)におけるRと同様である。pが1である場合、R17としての有機基は、一般式(3)におけるR、R及びRが有機基である場合の有機基から、1つの水素原子が除かれた2価基である。
一般式(8)で表されるシリル化剤の具体例としては、1,2−ビス(ジメチルクロロシリル)エタン、及びt−ブチルジメチルクロロシラン等が挙げられる。
(一般式(9)で表されるシリル化剤)
19 Si[N(CH4−q・・・(9)
一般式(9)中、R19は、それぞれ独立に、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい、炭素数1〜18の鎖状炭化水素基である。qは1又は2である。
一般式(9)において、R19の炭素数は、2〜18が好ましく、8〜18がより好ましい。
19がフッ素原子で置換されていない、鎖状飽和炭化水素基である場合の例としては、メチル基、エチル基、n−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、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、tert−アミル基、ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、ヘプチル基、2−ヘプチル基、3−ヘプチル基、イソヘプチル基、tert−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基、tert−オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、及びオクタデシル基等が挙げられる。
19がフッ素原子で置換されていない、鎖状不飽和炭化水素基である場合の例としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基、1−エチルビニル基、1−メチル−1−プロペニル基、1−メチル−2−プロペニル基、4−ペンテニル基、1,3−ペンタジエニル基、2,4−ペンタジエニル基、3−メチル−1−ブテニル基、5−ヘキセニル基、2,4−ヘキサジエニル基、6−ヘプテニル基、7−オクテニル基、8−ノネニル基、9−デセニル基、10−ウンデセニル基、11−ドデセニル基、12−トリデセニル基、13−テトラデセニル基、14−ペンタデセニル基、15−ヘキサデセニル基、16−ヘプタデセニル基、17−オクタデセニル基、エチニル基、プロパルギル基、1−プロピニル基、1−ブチニル基、2−ブチニル基、3−ブチニル基、1−ペンチニル基、2−ペンチニル基、3−ペンチニル基、4−ペンチニル基、1−ヘキシニル基、2−ヘキシニル基、3−ヘキシニル基、4−ヘキシニル基、5−ヘキシニル基、6−ヘプチニル基、7−オクチニル基、8−ノニニル基、9−デシニル基、10−ウンデシニル基、11−ドデシニル基、12−トリデシニル基、13−テトラデシニル基、14−ペンタデシニル基、15−ヘキサデシニル基、16−ヘプタデシニル基、及び17−オクタデシニル基等が挙げられる。
19がフッ素原子で置換されている、鎖状炭化水素基である場合、フッ素原子の置換数、及び置換位置は、特に限定されない。鎖状炭化水素基におけるフッ素原子の置換数は、鎖状炭化水素基が有する水素原子の数の50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上が特に好ましい。
19としては、優れた疎水化の効果を得やすいことから、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい、炭素数1〜18の直鎖炭化水素基が好ましい。また、R19としては、シリル化剤の保存安定性の点で、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい、炭素数1〜18の直鎖飽和炭化水素基(炭素数1〜18のアルキル基)がより好ましい。
一般式(9)においてqは、1又は2であり、1が好ましい。
(一般式(10)で表されるシリル化剤)
20 [N(CH3−rSi−R22−SiR21 [N(CH3−s・・・(10)
一般式(10)中、R20及びR21はそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜4の直鎖又は分岐鎖アルキル基である。R22は炭素数1〜16の直鎖又は分岐鎖アルキレン基である。r及びsはそれぞれ独立に0〜2の整数である。
20及びR21は、それぞれ、同一であってもよく異なっていてもよい。R20及びR21としては、水素原子、又は炭素数1〜3の直鎖又は分岐鎖アルキル基が好ましく、水素原子、又はメチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
20及びR21が、炭素数1〜4の直鎖又は分岐鎖アルキル基である場合の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、及びイソブチル基が挙げられる。
一般式(10)で表される化合物は、R22として炭素数1〜16の直鎖又は分岐鎖アルキレン基を含む。R22である直鎖又は分岐鎖アルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、2〜8がより好ましい。なお、直鎖アルキレン基とは、メチレン基、又はα,ω−直鎖アルキレン基であり、分岐鎖アルキレン基は、メチレン基、及びα,ω−直鎖アルキレン基以外のアルキレン基である。R22は、直鎖アルキレン基であるのが好ましい。
22が、炭素数1〜16の直鎖又は分岐鎖アルキレン基である場合の例としては、メチレン基、1,2−エチレン基、1,1−エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、ブタン−1,2−ジイル基、ブタン−1,1−ジイル基、ブタン−2,2−ジイル基、ブタン−2,3−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、2−エチルヘキサン−1,6−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、及びヘキサデカン−1,16−ジイル基等が挙げられる。
一般式(10)で表される化合物において、s及びrはそれぞれ独立に0〜2の整数である。式(10)で表される化合物について、合成及び入手が容易であることから、s及びrは1又は2であるのが好ましく、2であるのがより好ましい。
(環状シラザン化合物)
シリル化剤としては、環状シラザン化合物も好ましい。以下、環状シラザン化合物について説明する。
環状シラザン化合物としては、2,2,5,5−テトラメチル−2,5−ジシラ−1−アザシクロペンタン、2,2,6,6−テトラメチル−2,6−ジシラ−1−アザシクロヘキサン等の環状ジシラザン化合物;2,2,4,4,6,6−ヘキサメチルシクロトリシラザン、2,4,6−トリメチル−2,4,6−トリビニルシクロトリシラザン等の環状トリシラザン化合物;2,2,4,4,6,6,8,8−オクタメチルシクロテトラシラザン等の環状テトラシラザン化合物;等が挙げられる。
これらの中でも、環状ジシラザン化合物が好ましく、2,2,5,5−テトラメチル−2,5−ジシラ−1−アザシクロペンタン及び2,2,6,6−テトラメチル−2,6−ジシラ−1−アザシクロヘキサンがより好ましい。環状ジシラザン化合物としては、2,2,5,5−テトラメチル−2,5−ジシラ−1−アザシクロペンタンのような5員環構造のものや、2,2,6,6−テトラメチル−2,6−ジシラ−1−アザシクロヘキサンのような6員環構造のものがあるが、5員環構造であることがより好ましい。
〔金属不純物〕
本発明において用いる処理前シリル化剤薬液に含有される金属不純物としては、特に限定されず、例えば、周期律表の第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族及び第10族からなる群より選択される少なくとも1つの金属元素を含むもの等が挙げられ、その中でも、Fe、Cu、Al、Zn、Co、Li、Na、K、Ca、Cr、Mn、Pb、Ni、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、W及びMoからなる群より選択される少なくとも1つの金属元素を含むものであり、その中でも特に、本発明のシリル化剤薬液の調製方法により処理前シリル化剤薬液から除去されやすい観点で、Fe、Cu、Al及びZnよりなる群から選択される少なくとも1つの金属元素を含む。これらは、金属元素からなる単体であってもよい。本明細書において、「金属元素を含むもの」とは、該金属元素からなる単体であってもよいし、該金属元素を有する金属化合物であってもよい。このことは、「金属元素」が例えば「Al元素」等の具体的な金属元素である場合についても同様である。
〔その他の成分〕
本発明において用いる処理前シリル化剤薬液は、本発明の目的を阻害しない範囲で、上述したシリル化剤及び金属不純物以外のその他の成分を含有するものであってもよい。
その他の成分としては特に限定されないが、例えば、有機溶剤等が挙げられ、シリル化剤が液体でない場合は有機溶剤を含有することが好ましいが、基板表面にシリル化剤を暴露することができるのであれば有機溶剤を含有しないものであってもよい。有機溶剤を含有する場合、当然のことながら、処理前シリル化剤薬液と処理済シリル化剤薬液とにおいて含有される有機溶剤は同じあってよい。
処理前シリル化剤薬液に含有させることができる有機溶剤としては、特に限定されないが、本発明において予めイオン交換樹脂膜と接触させる有機溶剤と同種の有機溶剤であることが好ましい。
〔処理済シリル化剤薬液〕
本発明において、上述の金属不純物低減工程により得られるシリル化剤薬液(処理済シリル化剤薬液)は、処理前シリル化剤薬液に含有されていた金属不純物の濃度が低減されたものである。
本発明のシリル化剤薬液の調製方法により得られるシリル化剤薬液(処理済シリル化剤薬液)は、上述のように金属不純物の濃度を低減することができたものであるので、基板表面処理液として好適に用いることができ、特に、半導体デバイス等の製造に用いられる基板表面処理液として好適である。
≪表面処理方法≫
本発明の第一の態様であるシリル化剤薬液の調製方法により得られるシリル化剤薬液を基板表面に暴露させ、該基板表面を疎水化する表面処理方法もまた、本発明の一つである。この表面処理方法において、シリル化剤薬液は、上述の基板表面処理液として用いることができる。
基板の材質は、特に限定されず、種々の無機基板及び有機基板から選択され、用いるシリル化剤の種類によって決定することができる。基板表面は、特に限定されないが、例えば、従来公知の方法等により、表明改質処理を施したものであってもよい。
シリル化剤薬液を基板表面に暴露させる方法としては、従来公知の方法を特に制限なく使用することができる。例えば、シリル化剤を気化させて蒸気とし、その蒸気を基板表面に接触させる方法、シリル化剤を含む基板表面処理液を、スプレー法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法等により基板表面に接触させる方法等が挙げられる。
上記の方法の中では、基板表面を均一に処理しやすいことから、シリル化剤を含む基板表面処理液を基板表面に接触させる方法が好ましい。
本発明において、基板表面にシリル化剤薬液を暴露させた後、シリル化剤薬液に含有されていた有機溶剤等が基板表面に残存する場合には、かかる残存物を除去することが好ましい。残存物を除去する方法は特に限定されず、例えば、基板表面に、窒素や、乾燥空気等の気体を吹き付ける方法や、除去される溶剤の沸点に応じて、基板を適当な温度に加熱する方法等が挙げられる。
本発明の表面処理方法において、シリル化剤の加水分解により生じる水酸基同士の間で脱水縮合が生じることにより、基板表面にケイ素化合物を含有する皮膜(薄膜)を形成することができ、該皮膜により基板表面を疎水化することができる。
本発明の表面処理方法により、基板表面を疎水化することができるので、例えば、表面に微細なパターンが形成された基板について、その表面を疎水化することによりパターン倒れを抑制することができる。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1、2]
シリル化剤としてトリメチルシリルジメチルアミン(TMSDMA)を用い、該TMSDMA100%の液体を処理前シリル化剤薬液として用いた。イオン交換樹脂膜(DFA1SRPESW44;ポール(PALL)社製)をろ過装置に設置し、窒素パージを行ったグローブボックス中(窒素中)においてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PEGMEA)で浸漬した。その後、処理前シリル化剤薬液を約200ml/分の流速で前記イオン交換樹脂膜を透過し、1000ml濾過する毎に、100mlサンプリングすることを3回繰り返した。処理前シリル化剤薬液及び3回のサンプリング液に含有される金属不純物の量をICP−MSにより測定し、3回の測定の平均値を得た。この測定を2回行った。
[比較例1]
イオン交換樹脂膜を予めPEGMEAに接触させないこと以外は実施例1と同様にして金属不純物の量を測定した。
[金属不純物残存率の測定]
実施例、比較例と同様に、処理前シリル化剤の金属不純物量を測定し、金属不純物低減工程により得られる処理済シリル化剤薬液に含有される金属不純物の量Bを、処理前シリル化剤薬液に含有されていた金属不純物の量Aで除した値B/Aの百分率で表される金属不純物残存率を測定した。その結果を表1に示す。
Figure 0006486161
表1から、イオン交換樹脂膜を予めPEGMEAに接触させた実施例1では、金属不純物低減工程により得られる処理済シリル化剤薬液に含有される金属不純物の量Bを、処理前シリル化剤薬液に含有されていた金属不純物の量Aで除した値B/Aの百分率で表される金属不純物残存率が、Cuについて23〜42.4%、Alについて45.6〜63.5%、Znについて4.15〜4.35%であり、金属不純物の濃度が低減され、該低減の程度は、イオン交換樹脂膜を予めPEGMEAに接触させない比較例1に比べて、有意に優れることがわかった。
また、処理前シリル化剤薬液の使用量を約4倍にした実施例2においても、実施例1とほぼ同程度に金属不純物の濃度が低減されることがわかった。

Claims (8)

  1. 予め有機溶剤に接触させたイオン交換樹脂膜を用いて処理前シリル化剤薬液中の金属不純物を低減する工程を含
    前記処理前シリル化剤薬液は、液状のシリル化剤及び前記金属不純物のみからなり、
    前記有機溶剤は、前記シリル化剤と反応する官能基を持たない有機溶剤である、
    シリル化剤薬液の調製方法。
  2. 前記金属不純物は、Fe、Cu、Al及びZnよりなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1記載のシリル化剤薬液の調製方法。
  3. 前記イオン交換樹脂膜は、前記有機溶剤に接触させる前に窒素パージを行う、請求項1又は2記載のシリル化剤薬液の調製方法。
  4. 前記有機溶剤がアルキレングリコールアルキルエーテルアセテートである、請求項1〜3の何れか1項記載のシリル化剤薬液の調製方法。
  5. 前記アルキレングリコールアルキルエーテルアセテートは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PEGMEA)である、請求項4記載のシリル化剤薬液の調製方法。
  6. 前記シリル化剤薬液に含まれるシリル化剤は、下記一般式(1)で表されるケイ素化合物である、請求項1〜5の何れか1項記載のシリル化剤薬液の調製方法。
    (RSi(H) 4−a−b (1)
    (式中、Rは、それぞれ互いに独立して、一部又は全ての水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数1〜18の1価の炭化水素基を含む1価の有機基を表し、Xは、それぞれ互いに独立して、ケイ素原子と結合する原子が窒素である1価の官能基を表し、aは1〜3の整数、bは0〜2の整数であり、aとbの合計は1〜3である。)
  7. 前記シリル化剤薬液は、基板表面処理液である、請求項1〜の何れか1項記載のシリル化剤薬液の調製方法。
  8. 基板表面に、請求項1〜の何れか1項記載のシリル化剤薬液の調製方法により得られるシリル化剤薬液を暴露させ、前記基板表面を疎水化する表面処理方法。
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