JP6948019B2 - レジスト組成物、レジストパターン形成方法、及びそれに用いるポリフェノール化合物 - Google Patents
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Description
また、前記特許文献4及び5や非特許文献2には溶解性について記載がなく、記載された化合物の耐熱性はいまだ十分ではなく、耐熱性、耐水性、耐薬品性、電気特性、機械特性等の諸特性の一段の向上が求められている。
さらに、前記特許文献6〜9のアルコール化合物では耐熱性等の特性が十分ではなく、さらに耐熱性が改良されたアルコール化合物が望まれている。
本発明の目的は、保存安定性及び薄膜形成が良好で、高感度で、かつ良好なレジストパターン形状を付与できるレジスト組成物、及び該レジスト組成物を用いるレジストパターン形成方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、安全溶媒に対する溶解性の高い化合物を提供することにある。
[1]
下記一般式(1)で表される化合物。
[2]
前記一般式(1)中、Xが酸素原子である、[1]に記載の化合物。
[3]
前記一般式(1)中、R2の少なくとも1つが水酸基であり、R3の少なくとも1つが水酸基である、[1]又は[2]に記載の化合物。
[4]
前記一般式(1)中、R2の1つが水酸基であり、R3の1つが水酸基である、[1]〜[3]のいずれかに記載の化合物。
[5]
前記一般式(1)中、pが1であり、nが1である、[1]〜[4]のいずれかに記載の化合物。
[6]
前記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(2)で表されるキサンテン化合物である、[1]に記載の化合物。
[7]
前記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(3)で表されるキサンテン化合物である、[1]に記載の化合物。
[8]
前記一般式(1)で表される化合物が、下記式(3−1)で表されるキサンテン化合物である、[1]に記載の化合物。
[1]〜[8]のいずれかに記載の化合物をモノマーとして得られる樹脂。
[10]
[1]〜[8]のいずれかに記載の化合物と架橋反応性のある化合物とを反応させることによって得られる、[9]に記載の樹脂。
[11]
前記架橋反応性にある化合物が、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、カルボン酸ハライド、ハロゲン含有化合物、アミノ化合物、イミノ化合物、イソシアネート又は不飽和炭化水素基含有化合物である、[10]に記載の樹脂。
[12]
下記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂。
[13]
[1]〜[8]のいずれかに記載の化合物、及び/又は[9]〜[12]のいずれかに記載の樹脂を含有するレジスト組成物。
[14]
溶媒をさらに含有する、[13]に記載のレジスト組成物。
[15]
酸発生剤をさらに含有する、[13]又は[14]に記載のレジスト組成物。
[16]
酸架橋剤をさらに含有する、[13]〜[15]のいずれかに記載のレジスト組成物。
[17]
[13]〜[16]のいずれかに記載のレジスト組成物を基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、形成されたレジスト膜を露光する工程と、露光したレジスト膜を現像する工程とを含む、レジストパターン形成方法。
[18]
下記一般式(4)で表される化合物と、炭素数1〜19のアルデヒドとを、酸触媒存在下にて反応させる工程を含み、下記一般式(4)中のR7及び前記アルデヒドからなる群より選択される少なくとも1つがヨウ素原子を含む、[1]に記載の化合物の製造方法。
[19]
下記一般式(5)で表される化合物と、炭素数1〜19のアルデヒドとを、酸触媒存在下にて反応させる工程を含み、前記アルデヒドがヨウ素原子を含む、[6]に記載のキサンテン化合物の製造方法。
[1]〜[8]のいずれかに記載の化合物、又は[9]〜[12]のいずれかに記載の樹脂を、溶媒に溶解させて溶液(A)を得る工程と、
得られた溶液(A)と酸性の水溶液とを接触させて、前記化合物又は前記樹脂中の不純物を抽出する工程(第一抽出工程)とを含み、
前記溶液(A)を得る工程で用いる溶媒が、水と任意に混和しない有機溶媒を含む、精製方法。
[21]
前記酸性の水溶液が、鉱酸水溶液又は有機酸水溶液であり、
前記鉱酸水溶液が、塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群より選ばれる1種以上の鉱酸水溶液であり、
前記有機酸水溶液が、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、クエン酸、メタンスルホン酸、フェノールスルホン酸、p−トルエンスルホン酸及びトリフルオロ酢酸からなる群より選ばれる1種以上の有機酸水溶液である、[20]に記載の精製方法。
[22]
前記水と任意に混和しない有機溶媒が、トルエン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及び酢酸エチルからなる群より選ばれる1種以上の有機溶媒である、[20]又は[21]に記載の精製方法。
[23]
前記第一抽出工程後、前記化合物又は前記樹脂を含む溶液相を、さらに水に接触させて、前記化合物又は前記樹脂中の不純物を抽出する工程(第二抽出工程)を含む、[20]〜[22]のいずれかに記載の精製方法。
本実施の形態の化合物は、下記一般式(1)で表される。
なお、「R1、R2及びR3からなる群より選択される少なくとも1つ」とは、「R1、R2及びR3からなる群より選択される少なくとも1個の基」であることを意味し、「R1、R2及びR3からなる群より選択される少なくとも1種の基」であることを意味するものではない。
中でも、下記一般式(3)で表されるキサンテン化合物であることが好ましい。このようなキサンテン化合物は、安全溶媒に対する溶解性が一層高く、保存安定性及び薄膜形成が一層良好で、かつ、より良好なレジストパターン形状を与えるレジスト組成物を得ることができる。
特に、下記式(3−1)で表されるキサンテン化合物であることが好ましい。このようなキサンテン化合物は、安全溶媒に対する溶解性がより一層高く、保存安定性及び薄膜形成が極めて良好で、かつ、極めて良好なレジストパターン形状を与えるレジスト組成物を得ることができる。
本実施の形態の式(1)で表される化合物は、R1、R2及びR3からなる群より選択される少なくとも1つはヨウ素原子を含む基とすること以外は公知の手法を応用して適宜合成することができ、その合成手法は特に限定されない。例えば、常圧下、フェノール類、チオフェノール類、ナフトール類又はチオナフトール類と、対応するヨウ素原子を含む一価の基を有するアルデヒド化合物(A)又はケトン類とを酸触媒下にて重縮合反応させることによって、上記式(1)で表される化合物を得ることができる。また、必要に応じて、加圧下で行うこともできる。
前記芳香族アルデヒド化合物(A1)は、炭素数7〜24のベンズアルデヒド化合物が好ましく、特に限定されないが、例えば、ヨードベンズアルデヒド、メチルヨードベンズアルデヒド、ジメチルヨードベンズアルデヒド、エチルヨードベンズアルデヒド、プロピルヨードベンズアルデヒド、ブチルヨードベンズアルデヒド、エチルメチルヨードベンズアルデヒド、イソプロピルメチルヨードベンズアルデヒド、ジエチルヨードベンズアルデヒド、メトキシヨードアルデヒド、ヨードナフトアルデヒド、ヨードアントラアルデヒド、シクロプロピルヨードベンズアルデヒド、シクロブチルヨードベンズアルデヒド、シクロペンチルヨードベンズアルデヒド、シクロヘキシルヨードベンズアルデヒド、フェニルヨードベンズアルデヒド、ナフチルヨードベンズアルデヒド、アダマンチルヨードベンズアルデヒド、ノルボルニルヨードベンズアルデヒド、ラクチルヨードベンズアルデヒド、イソプロピルヨードベンズアルデヒド、ノルマルプロピルヨードベンズアルデヒド、ブロモヨードベンズアルデヒド、ジメチルアミノヨードベンズアルデヒド、ヒドロキシヨードベンズアルデヒド、ジヒドロキシヨードベンズアルデヒド、トリヒドロキシヨードベンズアルデヒド等が挙げられ、ヨードベンズアルデヒド、メチルヨードベンズアルデヒド、ジメチルヨードベンズアルデヒド、エチルヨードベンズアルデヒドがより好ましく、ヨードベンズアルデヒドがさらに好ましい。
前記芳香族アルデヒド化合物(A1)は本発明の効果を損ねない範囲で炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状アルキル基、シアノ基、水酸基、ハロゲン等を有していてもよい。芳香族アルデヒド化合物(A1)は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
前記脂肪族アルデヒド化合物(A2)は本発明の効果を損ねない範囲でシアノ基、水酸基、ハロゲン等を有していてもよい。脂肪族アルデヒド化合物(A2)は単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
本実施の形態の一般式(1)で表される化合物を得るためには、反応温度は高い方が好ましく、具体的には60〜200℃の範囲が好ましい。なお、反応方法は、公知の手法を適宜選択して用いることができ、特に限定されないが、フェノール類、チオフェノール類、ナフトール類又はチオナフトール類、アルデヒド化合物(A)或いはケトン類、触媒を一括で仕込む方法や、フェノール類、チオフェノール類、ナフトール類又はチオナフトール類やアルデヒド化合物(A)又はケトン類を触媒存在下で滴下していく方法がある。重縮合反応終了後、得られた化合物の単離は、常法にしたがって行うことができ、特に限定されない。例えば、系内に存在する未反応原料や触媒等を除去するために、反応釜の温度を130〜230℃にまで上昇させ、1〜50mmHg程度で揮発分を除去する等の一般的手法を採ることにより、目的物である化合物を得ることができる。
本実施形態の樹脂は、前記式(1)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂である。該樹脂の具体例として、下記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂が挙げられる。
本実施の形態の上記式(Z)で表される構造を有する樹脂は、例えば、上記式(1)で表される化合物を架橋反応性のある化合物(モノマー)と反応させることにより得られる。
本実施の形態の化合物又は樹脂の精製方法は、
上記一般式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂を、溶媒に溶解させて溶液(A)を得る工程と、
得られた溶液(A)と酸性の水溶液とを接触させて、前記化合物又は前記樹脂中の不純物を抽出する工程(第一抽出工程)とを含み、
前記溶液(A)を得る工程で用いる溶媒が、水と任意に混和しない有機溶媒を含む。
当該第一抽出工程において、上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂は、上記式(1)で表される化合物と架橋反応性のある化合物との反応によって得られる樹脂であることが好ましい。
上記のように構成されているため、本実施の形態の精製方法によれば、上述した特定の構造を有する化合物又は樹脂に不純物として含まれうる種々の金属の含有量を低減することができる。
より詳細には、本実施の形態の精製方法においては、前記化合物又は前記樹脂を、水と任意に混和しない有機溶媒に溶解させて溶液(A)を得て、さらにその溶液(A)を酸性水溶液と接触させて抽出処理を行うことができる。これにより、前記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂(例えば、前記式(1)で表される化合物と架橋反応性のある化合物との反応によって得られる樹脂)を含む溶液(A)に含まれる金属分を水相に移行させたのち、有機相と水相とを分離して金属含有量の低減された、前記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂(例えば、前記式(1)で表される化合物と架橋反応性のある化合物との反応によって得られる樹脂)を得ることができる。
これらの有機溶媒はそれぞれ単独で用いることもできるし、また2種以上を混合して用いることもできる。
具体的には、例えば、酸性の水溶液を用いて上記抽出処理を行った後に、該水溶液から抽出され、回収された前記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂(例えば、前記式(1)で表される化合物と架橋反応性のある化合物との反応によって得られる樹脂)と有機溶媒を含む溶液相を、さらに水による抽出処理に供することが好ましい。上記の水による抽出処理は、特に限定されないが、例えば、前記溶液相と水とを、撹拌等により、よく混合させたあと、得られた混合溶液を、静置することにより行うことができる。当該静置後の混合溶液は、前記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂(例えば、前記式(1)で表される化合物と架橋反応性のある化合物との反応によって得られる樹脂)と有機溶媒とを含む溶液相と、水相とに分離するのでデカンテーション等により前記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂(例えば、前記式(1)で表される化合物と架橋反応性のある化合物との反応によって得られる樹脂)と有機溶媒とを含む溶液相を回収することができる。
また、ここで用いる水は、本実施の形態の目的に沿って、金属含有量の少ない水、例えばイオン交換水等であることが好ましい。抽出処理は1回だけでもかまわないが、混合、静置、分離という操作を複数回繰り返して行うのも有効である。また、抽出処理における両者の使用割合や、温度、時間等の条件は特に限定されないが、先の酸性の水溶液との接触処理の場合と同様で構わない。
本実施の形態のレジスト組成物は、上記式(1)で表される化合物及び/又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂を含有する。
本実施の形態のレジスト組成物は、スピンコートによりアモルファス膜を形成することができる。この場合、本実施の形態のレジスト組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜の23℃における現像液に対する溶解速度は、10Å/sec以上が好ましく、10〜10000Å/secがより好ましく、100〜1000Å/secがさらに好ましい。10Å/sec以上であると、現像液に一層容易に溶解し、レジストとすることに一層向いている。また10000Å/sec以下の溶解速度を有すると、解像性が向上する場合もある。これは、上記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂の露光前後の溶解性の変化により、現像液に溶解する未露光部と、現像液に溶解しない露光部との界面のコントラストが大きくなるからと推測される。またLERの低減、ディフェクトの低減効果がある。前記溶解速度は、23℃にて、アモルファス膜を所定時間現像液に浸漬させ、その浸漬前後の膜厚を、目視、エリプソメーターまたはQCM法等の公知の方法によって測定し決定できる。
本実施の形態のレジスト組成物は、上記式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂を固形成分として含有する。なお、本実施の形態のレジスト組成物は、上記式(1)で表される化合物と又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂の両方を含有してもよい。
本実施の形態のレジスト組成物で使用される溶媒は、特に限定されないが、例えば、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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などのエチレングリコールモノアルキルエーテル類;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(PGMEA)、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル等の乳酸エステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸n−アミル、酢酸n−ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;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、3−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メトキシ−3−メチルプロピオン酸ブチル、3−メトキシ−3−メチル酪酸ブチル、アセト酢酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン(CHN)等のケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;γ−ラクトン等のラクトン類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を使用することができる。
本実施の形態のレジスト組成物で使用される溶媒は、安全溶媒であることが好ましく、より好ましくは、PGMEA、PGME、CHN、CPN、2−ヘプタノン、アニソール、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル及び乳酸エチルから選ばれる少なくとも一種であり、さらに好ましくはPGMEA、PGME及びCHNから選ばれる少なくとも一種である。
本実施の形態のレジスト組成物において、固形成分の量と溶媒との量は、特に限定されないが、固形成分の量と溶媒との合計質量100質量%に対して、固形成分1〜80質量%及び溶媒20〜99質量%であることが好ましく、より好ましくは固形成分1〜50質量%及び溶媒50〜99質量%、さらに好ましくは固形成分2〜40質量%及び溶媒60〜98質量%であり、特に好ましくは固形成分2〜10質量%及び溶媒90〜98質量%である。
本実施の形態のレジスト組成物において、上記式(1)で表される化合物及び/又は上記式(Z)で表される構造を有する樹脂の含有量は、特に限定されないが、固形成分の全質量(式(1)で表される化合物、式(Z)で表される構造を有する樹脂、酸発生剤(C)、酸架橋剤(G)、酸拡散制御剤(E)及びその他の成分(F)などの任意に使用される固形成分の総和、以下同様)の50〜99.4質量%であることが好ましく、より好ましくは55〜90質量%、さらに好ましくは60〜80質量%、特に好ましくは60〜70質量%である。前記含有量の場合、解像度が一層向上し、ラインエッジラフネス(LER)が一層小さくなる。
なお、上記式(1)で表される化合物と上記式(Z)で表される構造を有する樹脂との両方を含有する場合、前記含有量は、上記式(1)で表される化合物と上記式(Z)で表される構造を有する樹脂の合計量である。
この場合、本実施の形態のレジスト組成物において、酸発生剤(C)の含有量は、固形成分の全質量の0.001〜49質量%が好ましく、1〜40質量%がより好ましく、3〜30質量%がさらに好ましく、10〜25質量%が特に好ましい。前記含有量の範囲内で酸発生剤(C)を使用することにより、一層高感度でかつ一層低エッジラフネスのパターンプロファイルが得られる。
本実施の形態のレジスト組成物では、系内に酸が発生すれば、酸の発生方法は限定されない。g線、i線などの紫外線の代わりにエキシマレーザーを使用すれば、より微細加工が可能であるし、また高エネルギー線として電子線、極端紫外線、X線、イオンビームを使用すればさらに微細加工が可能である。
前記酸発生剤(C)は、単独で又は2種以上を使用することができる。
前記酸架橋剤(G1)は、例えば尿素化合物又はグリコールウリル化合物、及びホルマリンを縮合反応させてメチロール基を導入した後、さらにメチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の低級アルコール類でエーテル化し、次いで反応液を冷却して析出する化合物又はその樹脂を回収することで得られる。また前記酸架橋剤(G1)は、CYMEL(商品名、三井サイアナミッド製)、ニカラック(三和ケミカル(株)製)のような市販品としても入手することができる。
アルコキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体とアルコールとを酸触媒下で反応させることによって得ることができる。この際、樹脂化やゲル化を防ぐために、反応温度を100℃以下で行うことが好ましい。具体的には、EP632003A1等に記載されている方法にて合成することができる。
このような酸拡散制御剤(E)は、特に限定されず、例えば、窒素原子含有塩基性化合物、塩基性スルホニウム化合物、塩基性ヨードニウム化合物等の放射線分解性塩基性化合物が挙げられる。酸拡散制御剤(E)は、単独で又は2種以上を使用することができる。
低分子量溶解促進剤は、上記式(1)で表される化合物の現像液に対する溶解性が低すぎる場合に、その溶解性を高めて、現像時の前記化合物の溶解速度を適度に増大させる作用を有する成分であり、本発明の効果を損なわない範囲で使用することができる。前記溶解促進剤としては、特に限定されないが、例えば、低分子量のフェノール性化合物を挙げることができ、例えば、ビスフェノール類、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン等を挙げることができる。これらの溶解促進剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。溶解促進剤の含有量は、使用する前記化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全質量の0〜49質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましく、0〜1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
溶解制御剤は、上記式(1)で表される化合物が現像液に対する溶解性が高すぎる場合に、その溶解性を制御して現像時の溶解速度を適度に減少させる作用を有する成分である。このような溶解制御剤としては、レジスト被膜の焼成、放射線照射、現像等の工程において化学変化しないものが好ましい。
溶解制御剤の含有量は、特に限定されず、使用する前記化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全質量の0〜49質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましく、0〜1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
増感剤は、照射された放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(C)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を有し、レジストの見掛けの感度を向上させる成分である。このような増感剤は、特に限定されず、例えば、ベンゾフェノン類、ビアセチル類、ピレン類、フェノチアジン類、フルオレン類等を挙げることができる。これらの増感剤は、単独で又は2種以上を使用することができる。増感剤の含有量は、使用する前記化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全質量の0〜49質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましく、0〜1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
界面活性剤は、本実施の形態のレジスト組成物の塗布性やストリエーション、レジストの現像性等を改良する作用を有する成分である。このような界面活性剤は、特に限定されず、アニオン系、カチオン系、ノニオン系あるいは両性のいずれでもよい。好ましい界面活性剤はノニオン系界面活性剤である。ノニオン系界面活性剤は、レジスト組成物の製造に用いる溶媒との親和性がよく、より効果がある。ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレン高級アルキルエーテル類、ポリオキシエチレン高級アルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールの高級脂肪酸ジエステル類等が挙げられるが、特に限定はされない。市販品としては、以下商品名で、エフトップ(ジェムコ社製)、メガファック(大日本インキ化学工業社製)、フロラード(住友スリーエム社製)、アサヒガード、サーフロン(以上、旭硝子社製)、ペポール(東邦化学工業社製)、KP(信越化学工業社製)、ポリフロー(共栄社油脂化学工業社製)等を挙げることができる。界面活性剤の含有量は、特に限定されず、使用する前記化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全質量の0〜49質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましく、0〜1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
本実施の形態のレジスト組成物は、感度劣化防止又はレジストパターン形状、引き置き安定性等の向上の目的で、さらに任意の成分として、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体を含有してもよい。なお、酸拡散制御剤と併用することもできるし、単独で用いてもよい。有機カルボン酸としては、特に限定されず、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルなどの誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸又はそれらのエステルなどの誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルなどの誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体は、単独で又は2種以上を使用することができる。有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体の含有量は、使用する前記化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全質量の0〜49質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましく、0〜1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
さらに、本実施の形態のレジスト組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲で、必要に応じて、前記溶解制御剤、増感剤、及び界面活性剤以外の添加剤を1種又は2種以上含有できる。そのような添加剤としては、特に限定されず、例えば、染料、顔料、及び接着助剤等が挙げられる。例えば、染料又は顔料を含有すると、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和できるので好ましい。また、接着助剤を含有すると、基板との接着性を改善することができるので好ましい。さらに、他の添加剤としては、特に限定されず、例えば、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤、形状改良剤等、具体的には4−ヒドロキシ−4'−メチルカルコン等を挙げることができる。
各成分の含有割合は、その総和が100質量%になるように各範囲から選ばれる。前記含有割合にすると、感度、解像度、現像性等の性能に一層優れる。
本実施の形態のレジストパターンの形成方法は、特に限定されず、好適な方法として、上述したレジスト組成物を基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、形成されたレジスト膜を露光する工程と、前記露光したレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを含む方法が挙げられる。
本実施の形態のレジストパターンは多層プロセスにおける上層レジストとして形成することもできる。
本実施の形態のレジストパターンの形成方法においては、露光における高精度の微細パターンを安定して形成するために、放射線照射後に加熱するのが好ましい。加熱条件は、レジスト組成物の配合組成等により変わるが、20〜250℃が好ましく、より好ましくは20〜150℃である。
界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば、特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、好ましくは、非イオン性の界面活性剤である。非イオン性の界面活性剤としては特に限定されないが、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を用いることがさらに好ましい。
前記式(1−4)で表されるポリフェノール化合物は、公知の方法で製造することができ、製造方法は限定されないが、例えば下記一般式(4)で表される化合物と、炭素数1〜19のアルデヒドとを、酸触媒存在下にて反応させる工程を含み、下記一般式(4)中のR7及び前記アルデヒドからなる群より選択される少なくとも1つがヨウ素原子を含む製造方法が挙げられる。
このような製造方法は、特に副生成物が少なく、前記式(1−4)で表されるポリフェノール化合物を効率よく製造することができるので好ましい。
本実施の形態のキサンテン化合物は、特に、前記式(2)中のR5が、ヨウ素原子を含む一価の基であることにより、前記式(2)中の他の構造的特徴と相俟って、電子線、極端紫外線(EUV)、X線などの放射線に対する吸収能を増加させる。その結果、本実施の形態のキサンテン化合物を用いたレジストの感度、解像度を高めると期待できる。特に極端紫外線(EUV)リソグラフィでは、半導体デバイスの生産性の向上のために、レジストの高感度化が必須であるとされ、本実施の形態のキサンテン化合物は極めて有用である。
本実施の形態のキサンテン化合物は、前記式(2)において、R5が、ヨウ素原子を含む一価の基であることにより、レジストの感度、解像度が高く、さらにはラフネス小さく良好なレジストパターン形状を形成できることが期待できる。
また、本実施の形態のキサンテン化合物は、前記式(2)中のR5が、ヨウ素原子を含む一価の基であることにより、前記式(2)中の他の構造的特徴と相俟って、安全溶媒に対する溶解性を向上するという効果をも奏する。
例えば、下記一般式(7)に示すようなキサンテン化合物を製造する場合には、2,6位に水酸基を有するナフタレンジオール、すなわち下記一般式(6)で表される化合物を使用することで、選択性が高い反応が可能となり、高収率で目的とする化合物を得ることができる。
また、2,7位に水酸基を有するナフタレンジオール、すなわち下記一般式(8)で表される化合物を使用することで、下記一般式(9)に示すようなキサンテン化合物を得ることができる。
以下に、実施例における化合物の測定方法及びレジスト性能等の評価方法を示す。
(1)化合物の構造
化合物の構造は、Bruker社製Advance600II spectrometerを用いて、以下の条件で、1H−NMR測定を行い、確認した。
周波数:400MHz
溶媒:d6−DMSO
内部標準:TMS
測定温度:23℃
化合物の分子量は、FD−MS分析により、JEOL社製JMS−T100GCVを用いて測定した。または、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求め、分散度(Mw/Mn)を求めた。
装置:Shodex GPC−101型(昭和電工(株)製)
カラム:KF−80M×3
溶離液:THF 1ml/min
温度:40℃
(3)化合物の金属含有量
化合物の含有金属量は、ICP−MS分析により、PerkinElmer社製ELAN DRCIIを用いて測定した。
(1)化合物の安全溶媒溶解度試験
化合物のPGME、PGMEA及びCHNへの溶解性は、各溶媒への溶解量を用いて以下の基準で評価した。なお、溶解量の測定は23℃にて、化合物を試験管に精秤し、対象となる溶媒を所定の濃度となるよう加え、超音波洗浄機にて30分間超音波をかけ、その後の液の状態を目視にて観察することにより測定した。
A:5.0質量% ≦ 溶解量
B:2.0質量%≦ 溶解量 <5.0質量%
C:溶解量 <2.0質量%
化合物を含むレジスト組成物の保存安定性は、レジスト組成物を作成後、23℃にて3日間静置し、析出の有無を目視にて観察することにより評価した。また、レジスト組成物を清浄なシリコンウェハー上に回転塗布した後、110℃のオーブン中で露光前ベーク(PB)して、厚さ40nmのレジスト膜を形成した。作成したレジスト組成物について、均一溶液であり薄膜形成が良好な場合には○、均一溶液だが薄膜に欠陥がある場合には△、析出がある場合は×と評価した。
(3)レジストパターンのパターン評価(パターン形成)
上記(2)で得られたレジスト膜に対して、電子線描画装置(ELS−7500、(株)エリオニクス社製)を用いて、500nm、及び50nm間隔の1:1のラインアンドスペース設定の電子線を照射した。
当該照射後に、レジスト膜を、それぞれ所定の温度で、90秒間加熱し、TMAH2.38質量%アルカリ現像液に60秒間浸漬して現像を行った。その後、レジスト膜を、超純水で30秒間洗浄し、乾燥して、ネガ型のレジストパターンを形成した。形成されたレジストパターンについて、ラインアンドスペースを走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジー製S−4800)により観察し、レジスト組成物の電子線照射による反応性を評価した。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積300mlの容器に2,6−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)7.0g(40mmol)と3−ヨードベンズアルデヒド(東京化成工業社製試薬)4.6g(20mmol)とを100mlγ−ブチロラクトンに仕込み、p−トルエンスルホン酸0.5gを加えて、90℃で23時間撹拌して反応を行って反応液を得た。次に反応液を純水1000gに加えたあと、酢酸エチルにより抽出、濃縮を行って溶液を得た。
得られた溶液を、カラムクロマトによる分離後、クロロホルム洗浄を行い、下記式(A−1)で表される目的化合物(A−1)が4.2g得られた。得られた化合物(A−1)について、前記方法により分子量を測定した結果、516であった。
得られた化合物(A−1)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(A−1)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.7(2H,O−H)、7.0〜8.5(14H,Ph−H)、6.5(1H,C−H)
なお、得られた化合物(A−1)において、2,6−ナフタレンジオールの置換位置が1位であることは、3位及び4位のプロトンのシグナルがダブレットであることから確認した。
さらに、得られた化合物(A−1)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に2,6−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)3.5g(20mmol)と4−ヨードベンズアルデヒド(東京化成工業社製試薬)2.3g(20mmol)とを50mlγ−ブチロラクトンに仕込み、p−トルエンスルホン酸0.3gを加えて、90℃で28時間撹拌して反応を行って反応液を得た。次に反応液を純水500gに加えたあと、酢酸エチルにより抽出、濃縮を行って溶液を得た。
得られた溶液を、カラムクロマトによる分離後、クロロホルム洗浄を行い、下記式(A−2)で表される目的化合物(A−2)が1.2g得られた。得られた化合物(A−2)について、前記方法により分子量を測定した結果、516であった。
得られた化合物(A−2)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(A−2)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.7(2H,O−H)、7.2〜8.5(14H,Ph−H)、6.5(1H,C−H)
なお、得られた化合物(A−2)において、2,6−ナフタレンジオールの置換位置が1位であることは、3位及び4位のプロトンのシグナルがダブレットであることから確認した。
さらに、得られた化合物(A−2)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積300mlの容器に2,6−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)7.0g(40mmol)と5−ヨードバニリン(東京化成工業社製試薬)5.6g(20mmol)とを100mlγ−ブチロラクトンに仕込み、p−トルエンスルホン酸0.5gを加えて、90℃で87時間撹拌して反応を行って反応液を得た。次に反応液を純水1000gに加えたあと、酢酸エチルにより抽出、濃縮を行って溶液を得た。
得られた溶液を、カラムクロマトによる分離後、クロロホルム洗浄を行い、下記式(A−3)で表される目的化合物(A−3)が2.0g得た。
得られた化合物(A−3)について、前記方法により分子量を測定した結果、562であった。
得られた化合物(A−3)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(A−3)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.7,9.3(3H,O−H)、7.2〜8.5(12H,Ph−H)、6.4(1H,C−H)、3.7(3H,O−C−H)
なお、得られた化合物(A−3)において、2,6−ナフタレンジオールの置換位置が1位であることは、3位及び4位のプロトンのシグナルがダブレットであることから確認した。
さらに、得られた化合物(A−3)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
2,6−ナフタレンジオール7.0g(40mmol)を2,7−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)7.0g(40mmol)に変更し、反応時間23時間を10時間に変更し、その他は合成例1同様にし、下記式(B−1)で表される目的化合物(B−1)を4.0g得た。得られた化合物(B−1)について、前記方法により分子量を測定した結果、516であった。
得られた化合物(B−1)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(B−1)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)10.0(2H,O−H)、7.0〜7.8(14H,Ph−H)、6.1(1H,C−H)
さらに、得られた化合物(B−1)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
2,6−ナフタレンジオール3.5g(20mmol)を2,7−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)3.5g(20mmol)に変更し、反応時間28時間を8時間に変更し、その他は合成例2同様にし、下記式(B−2)で表される目的化合物(B−2)を1.8g得た。
得られた化合物(B−2)について、前記方法により分子量を測定した結果、516であった。
得られた化合物(B−2)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(B−2)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.9(2H,O−H)、7.0〜8.3(14H,Ph−H)、6.1(1H,C−H)
さらに、得られた化合物(B−2)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
2,6−ナフタレンジオール7.0g(40mmol)を2,7−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)7.0g(40mmol)に変更し、反応時間87時間を10時間に変更し、その他は合成例3同様にし、下記式(B−3)で表される目的化合物(B−3)を2.0g得た。得られた化合物(B−3)について、前記方法により分子量を測定した結果、562であった。
得られた化合物(B−3)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(B−3)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.9,9.4(3H,O−H)、7.0〜8.3(12H,Ph−H)、6.0(1H,C−H)、3.8(3H,O−C−H)
さらに、得られた化合物(B−3)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に、A−1 10.8g(21mmol)と、パラホルムアルデヒド0.7g(42mmol)、氷酢酸50mlとPGME50mlとを仕込み、95%の硫酸8mlを加えて、反応液を100℃で6時間撹拌して反応を行った。次に、反応液を濃縮し、メタノール1000mlを加えて反応生成物を析出させ、室温まで冷却した後、濾過を行って分離した。得られた固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトによる分離精製を行うことにより、下記式(R1A−1)で示される構造を有する目的樹脂(R1A−1)7.2gを得た。
得られた樹脂(R1A−1)について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:831、Mw:1846、Mw/Mn:2.30であった。
得られた樹脂(R1A−1)について、前記測定条件でNMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(R1A−1)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.7(2H,O−H)、7.0〜8.5(12H,Ph−H)、6.5(1H,C−H)、4.1(2H,−CH2)
さらに、得られた樹脂(R1A−1)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
パラホルムアルデヒド 0.7g(42mmol)に代えて4−ビフェニルカルボキシアルデヒド(三菱瓦斯化学社製)7.6g(42mmol)用いること以外は、合成例7と同様に操作することにより、下記式(R2A−1)で示される構造を有する目的樹脂(R2A−1)を7.6g得た。
得られた樹脂(R2A−1)について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:614、Mw:1208、Mw/Mn:2.08であった。
得られた樹脂(R2A−1)について、前記測定条件でNMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(R2A−1)の化学構造を有することを確認した。
δ(ppm)9.7(2H,O−H)、7.0〜8.8(21H,Ph−H)、6.6(1H,C−H)、4.5(1H,−CH)
さらに、得られた樹脂(R2A−1)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に、2,6−ナフタレンジオール(シグマ−アルドリッチ社製試薬)1.60g(10mmol)と、4−ビフェニルアルデヒド(三菱瓦斯化学社製)1.82g(10mmol)と、メチルイソブチルケトン30mlとを仕込み、95%の硫酸5mlを加えて、100℃で6時間撹拌して反応を行った。次に、反応液を濃縮し、純水50gを加えて反応生成物を析出させ、室温まで冷却した後、濾過を行って分離した。得られた固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトによる分離精製を行うことにより、下記式で表される目的化合物(BisN−1)3.05gを得た。
得られた化合物(BisN−1)について、前記測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(BisN−1)の化学構造を有することを確認した。また、2,6−ナフタレンジオールの置換位置が1位であることは、3位と4位のプロトンのシグナルがダブレットであることから確認した。
δ(ppm)9.7(2H,O−H)、7.2〜8.5(19H,Ph−H)、6.6(1H,C−H)
さらに、得られた化合物(BisN−1)について、前記方法により安全溶媒への溶解性を評価した。結果を表1に示す。
前記合成例1〜8、製造例1で得られた化合物について、表2記載の成分を調合し、均一溶液としたのち、得られた溶液を、孔径0.1μmのテフロン(登録商標)製メンブランフィルターで濾過して、レジスト(感放射線性)組成物を調製した。得られたレジスト(感放射線性)組成物は、いずれも、固形成分と溶媒との合計100質量部に対して、固形成分が約3質量部、溶媒が約97質量部含有し、固形成分の合計質量100質量%に対して、化合物(合成例1〜8、製造例1で得られたいずれかの化合物)の含有量が52.6質量%、酸発生剤の含有量が22.6質量%、酸架橋剤の含有量が22.6質量%、酸拡散制御剤の含有量が2.2質量%であった。
酸発生剤(C)
P−1:トリフェニルベンゼンスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート(みどり化学(株))
酸架橋剤(G)
C−1:ニカラックMW−100LM(三和ケミカル(株))
酸拡散制御剤(E)
Q−1:トリオクチルアミン(東京化成工業(株))
溶媒
S−1:プロピレングリコールモノメチルエーテル(東京化成工業(株))
S−4:シクロヘキサノン(東京化成工業(株))
(実施例9)
1000mL容量の四つ口フラスコ(底抜き型)に、A−1をPGMEAに溶解させた溶液(2.5質量%)を150g仕込み、攪拌しながら80℃まで加熱した。次いで、蓚酸水溶液(pH1.3)37.5gを加え、5分間攪拌後、30分静置した。これにより油相と水相に分離したので、水相を除去した。この操作を1回繰り返した後、得られた油相に、超純水37.5gを仕込み、5分間攪拌後、30分静置し、水相を除去した。この操作を3回繰り返すことにより、金属含有量の低減されたA−1のPGMEA溶液を得た。
実施例9におけるPGMEA(2.5質量%)150gを仕込む代わりに、PGMEA(120g)/PGME(15g)(10質量%)135gを仕込んだこと以外は同様に処理してA−1のPGMEA溶液を得た。
実施例10における蓚酸水溶液(pH 1.3)37.5gを仕込む代わりに、クエン酸水溶液(pH 1.8)130gを仕込んだこと以外は同様に処理してA−1のPGMEA溶液を得た。
イオン交換樹脂(三菱化学ダイヤイオン:SMT100−ミックス樹脂)25gをシクロヘキサノンで膨潤後、テフロン(登録商標)カラムに充填し、1,3−ジオキソランを500mL通液することで溶媒置換した。次いでA−1を1,3−ジオキソランに溶解させた溶液(1.7質量%)500gを通液することでA−1のジオキソラン溶液を得た。
また、本発明により、安全溶媒に対する溶解性の高く、薄膜形成が良好なポリフェノール化合物を提供できる。したがって、本発明は、半導体用フォトレジスト等の感光性材料の基材、集積回路の封止材料等に用いられるエポキシ樹脂の原料や硬化剤、感熱記録材料に用いられる顕色剤や退色防止剤、このほか、殺菌剤、防菌防カビ剤等の添加剤などに好適に利用される。
また、本発明は、金属含有量の低減された上記一般式(1)で表される化合物又は上記一般式(Z)で表される構造を有する樹脂を工業的に有利に製造することができる。
Claims (14)
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物と架橋反応性のある化合物とを反応させることによって得られる、樹脂。
- 前記架橋反応性にある化合物が、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、カルボン酸ハライド、ハロゲン含有化合物、アミノ化合物、イミノ化合物、イソシアネート又は不飽和炭化水素基含有化合物である、請求項4に記載の樹脂。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂を含有するレジスト組成物。
- 溶媒をさらに含有する、請求項6に記載のレジスト組成物。
- 酸発生剤をさらに含有する、請求項6又は7に記載のレジスト組成物。
- 酸架橋剤をさらに含有する、請求項6〜8のいずれか一項に記載のレジスト組成物。
- 請求項6〜9のいずれか一項に記載のレジスト組成物を基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、形成されたレジスト膜を露光する工程と、露光したレジスト膜を現像する工程とを含む、レジストパターン形成方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂を、溶媒に溶解させて溶液(A)を得る工程と、
得られた溶液(A)と酸性の水溶液とを接触させて、前記樹脂中の不純物を抽出する工程(第一抽出工程)とを含み、
前記溶液(A)を得る工程で用いる溶媒が、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸イソアミル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、2−ペンタノン、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブ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、n−ヘキサン、n−ヘプタン、トルエン、キシレン、塩化メチレン、及びクロロホルムからなる群より選ばれる1種以上の有機溶媒である、精製方法。 - 前記酸性の水溶液が、鉱酸水溶液又は有機酸水溶液であり、
前記鉱酸水溶液が、塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸からなる群より選ばれる1種以上の鉱酸水溶液であり、
前記有機酸水溶液が、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、クエン酸、メタンスルホン酸、フェノールスルホン酸、p−トルエンスルホン酸及びトリフルオロ酢酸からなる群より選ばれる1種以上の有機酸水溶液である、請求項11に記載の精製方法。 - 前記有機溶媒が、トルエン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及び酢酸エチルからなる群より選ばれる1種以上である、請求項11又は12に記載の精製方法。
- 前記第一抽出工程後、前記樹脂を含む溶液相を、さらに水に接触させて、前記樹脂中の不純物を抽出する工程(第二抽出工程)を含む、請求項11〜13のいずれか一項に記載の精製方法。
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