JP7083455B2 - 化合物、樹脂、組成物及びパターン形成方法 - Google Patents
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Description
また、従来、数多くの光学部材向け組成物が提案されているが、耐熱性、透明性及び屈折率を高い次元で両立させたものはなく、新たな材料の開発が求められている。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
下記式(0)で表される、化合物。
RZは、炭素数1~60のN価の基又は単結合であり、
RTは、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、RTの少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
Xは、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であることを示し、
mは、各々独立して0~9の整数であり、ここで、mの少なくとも1つは1~9の整数であり、
Nは、1~4の整数であり、ここで、Nが2以上の整数の場合、N個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
rは、各々独立して0~2の整数である。)
[2]
前記式(0)で表される化合物が下記式(1)で表される化合物である、上記[1]に記載の化合物。
R1は、炭素数1~60のn価の基又は単結合であり、
R2~R5は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R2~R5の少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
m2及びm3は、各々独立して、0~8の整数であり、
m4及びm5は、各々独立して、0~9の整数であり、
nは前記Nと同義であり、ここで、nが2以上の整数の場合、n個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
p2~p5は、前記rと同義である。)
[3]
前記式(0)で表される化合物が下記式(2)で表される化合物である、上記[1]に記載の化合物。
R1Aは、炭素数1~60のnA価の基又は単結合であり、
R2Aは、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R2Aの少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
nAは、前記Nと同義であり、ここで、nAが2以上の整数の場合、nA個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
XAは、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であることを示し、
m2Aは、各々独立して、0~7の整数であり、但し、少なくとも1つのm2Aは1~7の整数であり、
qAは、各々独立して、0又は1である。)
[4]
前記式(1)で表される化合物が下記式(1-1)で表される化合物である、上記[2]に記載の化合物。
R6~R7は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基であり、
R10~R11は、各々独立して、水素原子又は炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
ここで、R10~R11の少なくとも1つは炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
m6及びm7は、各々独立して、0~7の整数であり、
[5]
前記式(1-1)で表される化合物が下記式(1-2)で表される化合物である、上記[4]に記載の化合物。
R8~R9は、前記R6~R7と同義であり、
R12~R13は、前記R10~R11と同義であり、
m8及びm9は、各々独立して、0~8の整数であり、
[6]
前記式(2)で表される化合物が下記式(2-1)で表される化合物である、上記[3]に記載の化合物。
R3Aは、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基であり、
R4Aは、各々独立して、水素原子又は炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、ここで、R4Aの少なくとも1つは炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
m6Aは、各々独立して、0~5の整数である。)
[7]
上記[1]に記載の化合物をモノマーとして得られる樹脂。
[8]
下記式(3)で表される構造を有する、上記[7]に記載の樹脂。
Lは、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリーレン基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシレン基又は単結合であり、前記アルキレン基、前記アリーレン基、前記アルコキシレン基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、
R0は、前記RYと同義であり、
R1は、炭素数1~60のn価の基又は単結合であり、
R2~R5は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R2~R5の少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
m2及びm3は、各々独立して、0~8の整数であり、
m4及びm5は、各々独立して、0~9の整数である。)
[9]
下記式(4)で表される構造を有する、上記[7]に記載の樹脂。
R0Aは、前記RYと同義であり、
R1Aは、炭素数1~30のnA価の基又は単結合であり、
R2Aは、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R2Aの少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
nAは、前記Nと同義であり、ここで、nAが2以上の整数の場合、nA個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
XAは、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であることを示し、
m2Aは、各々独立して、0~7の整数であり、但し、少なくとも1つのm2Aは1~7の整数であり、
qAは、各々独立して、0又は1である。)
[10]
上記[1]~[6]のいずれかに記載の化合物及び上記[7]~[9]のいずれかに記載の樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含有する、組成物。
[11]
溶媒をさらに含有する、上記[10]に記載の組成物。
[12]
酸発生剤をさらに含有する、上記[10]又は[11]に記載の組成物。
[13]
酸架橋剤をさらに含有する、上記[10]~[12]のいずれかに記載の組成物。
[14]
リソグラフィー用膜形成組成物である、上記[10]~[13]のいずれかに記載の組成物。
[15]
光学部品形成組成物である、上記[10]~[13]のいずれかに記載の組成物。
[16]
上記[14]に記載の組成物を用いて基板上にフォトレジスト層を形成した後、前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像を行う工程を含む、レジストパターン形成方法。
[17]
上記[14]に記載の組成物を用いて基板上に下層膜を形成し、前記下層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成した後、前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像を行う工程を含む、レジストパターン形成方法。
[18]
上記[14]に記載の組成物を用いて基板上に下層膜を形成し、前記下層膜上にレジスト中間層膜材料を用いて中間層膜を形成し、前記中間層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程、
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記中間層膜をエッチングし、得られた中間層膜パターンをエッチングマスクとして前記下層膜をエッチングし、得られた下層膜パターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより基板にパターンを形成する工程、
を含む、回路パターン形成方法。
さらには、屈折率が高く、また低温から高温までの広範囲の熱処理による着色が抑制されることから、各種光学形成組成物としても有用である。
本実施形態における化合物は、下記式(0)で表される。
RZは、炭素数1~60のN価の基又は単結合であり、
RTは、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、RTの少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
Xは、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であることを示し、
mは、各々独立して0~9の整数であり、ここで、mの少なくとも1つは1~9の整数であり、
Nは、1~4の整数であり、ここで、Nが2以上の整数の場合、N個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
rは、各々独立して0~2の整数である。)
ここで、炭素数2~30のアルキニル基で置換された基とは、特に限定されないが、例えば、エチニル基、プロピン-1-イル基、プロパルギル基、ブチン-1-イル基、ブチン-3-イル基、等のアルキニル基、フェニルエチニル基、フェニルプロパルギル基などが挙げられる。高い架橋性を持つ基としては、アルキニル基が好ましい。
ここで、水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基とは、特に限定されず、例えば、エチニル基、プロパニル基、ブタニル基、ペンタニル基、ヘキサニル基、ヘプタニル基、オクタニル基、ノナニル基、デカニル基、ドデカニル基、シクロプロパニル基、シクロブタニル基、シクロペンタニル基、シクロヘキサニル基、シクロヘプタニル基、シクロオクタニル基、シクロノナニル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基、エチニルオキシエチル基、プロパニルオキシエチル基、ブタニルオキシエチル基、ペンタニルオキシエチル基、ヘキサニルオキシエチル基、ヘプタニルオキシエチル基、オクタニルオキシエチル基、ノナニルオキシエチル基、デカニルオキシエチル基、ドデカニルオキシエチル基、シクロプロパニルオキシエチル基、シクロブタニルオキシエチル基、シクロペンタニルオキシエチル基、シクロヘキサニルオキシエチル基、プロパニルオキシメチル基、プロパニルオキシエトキシエチル基、プロパニルオキシエトキシエトキシエチル基等が挙げられる。
本実施形態における化合物(0)は、耐熱性および溶媒溶解性の観点から、下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。
R1は炭素数1~60のn価の基又は単結合であり、R1を介して各々の芳香環が結合している。
R2~R5は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R2~R5の少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む。
m2及びm3は、各々独立して、0~8の整数であり、m4及びm5は、各々独立して、0~9の整数である。
nは1~4の整数である。ここで、nが2以上の整数の場合、n個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよい。
p2~p5は各々独立して0~2の整数である。
ここで、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基及びアルコキシ基は、直鎖状、分岐状若しくは環状の基であってもよい。
R0、R1、R4、R5、n、p2~p5、m4及びm5は、前記と同義であり、
R6~R7は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基であり、
R10~R11は、各々独立して、水素原子又は炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
ここで、R10~R11の少なくとも1つは炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
m6及びm7は、各々独立して0~7の整数であり、
R0、R1、R6、R7、R10、R11、n、p2~p5、m6及びm7は、前記と同義であり、
R8~R9は、前記R6~R7と同義であり、
R12~R13は、前記R10~R11と同義であり、
m8及びm9は、各々独立して、0~8の整数である。
R0は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ピレニル基、ビフェニル基、ヘプタセン基が挙げられる。
R4’及びR5’は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ピレニル基、ビフェニル基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R0、R4’、R5’の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
R14は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ピレニル基、ビフェニル基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R14の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
R14は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ピレニル基、ビフェニル基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R14の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
R15は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ピレニル基、ビフェニル基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R15の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
さらに前記式(0)で表される化合物は、式は、エッチング耐性の観点から以下の構造が好ましい。
R14は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R14の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
R15は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R15の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
R16は、例えば、メチレン基、エチレン基、プロペン基、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ウンデセン基、ドデセン基、トリアコンテン基、シクロプロペン基、シクロブテン基、シクロペンテン基、シクロヘキセン基、シクロヘプテン基、シクロオクテン基、シクロノネン基、シクロデセン基、シクロウンデセン基、シクロドデセン基、シクロトリアコンテン基、2価のノルボニル基、2価のアダマンチル基、2価のフェニル基、2価のナフチル基、2価のアントラセン基、2価のヘプタセン基、2価のビニル基、2価のアリル基、2価のトリアコンテニル基が挙げられる。
前記R16の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
R14は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリアコンチル基、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリアコンチル基、ノルボニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基、ヘプタセン基、ビニル基、アリル基、トリアコンテニル基、メトキシ基、エトキシ基、トリアコンチキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、チオール基が挙げられる。
前記R14の各例示は、異性体を含む。例えば、ブチル基には、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が含まれる。
前記化合物は、耐熱性の観点から、ジベンゾキサンテン骨格を有することが好ましい。
前記式(0)で表される化合物の原料としては、例えば、ポリフェノール原料を用いることができ、例えば、下記式(5)で表される化合物を用いることができる。
(式(5)中、R5Aは、炭素数1~60のN価の基又は単結合であり、
m10は、各々独立して1~3の整数であり
NBは、1~4の整数であり、NBが2以上の整数の場合、N個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよい。)
本実施形態における式(1)で表される化合物は、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、ビフェノール類、ビナフトール類又はビアントラセンオールと、対応するアルデヒド類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りポリフェノール化合物を得て、続いて、必要に応じてポリフェノール化合物の少なくとも1つのフェノール性水酸基に、ヒドロキシアルキル基を導入して、そのヒドロキシ基に、アルキニル基を導入することにより得ることができる。また、必要に応じて、加圧下で行うこともできる。
アルキニル基を導入するタイミングは、縮合反応の前段階、後段階または後述する樹脂の製造を行なった後に導入してもよい。
アルデヒド類又はケトン類としては、高い耐熱性及び高いエッチング耐性を兼備するという観点から、芳香環を有するアルデヒド又は芳香族を有するケトンを用いることが好ましい。
例えば、以下のようにして、前記化合物の少なくとも1つのフェノール性水酸基にヒドロキシアルキル基を導入することができる。
ヒドロキシアルキル基は、オキシアルキル基を介してフェノール性水酸基に導入することもでき、例えば、ヒドロキシアルキルオキシアルキル基やヒドロキシアルキルオキシアルキルオキシアルキル基が導入される。
ヒドロキシアルキル基を導入するための化合物は、公知の方法で合成もしくは容易に入手でき、例えば、クロロエタノール、ブロモエタノール、酢酸-2-クロロエチル、酢酸-2-ブロモエチル、酢酸-2-ヨードエチル、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートが挙げられるが、これらに特に限定はされない。
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートを使用する場合、アルキレンカーボネートを付加させ、脱炭酸反応が生じることにより、ヒドロキシアルキル基が導入される。
前記式(1)で表される化合物は、リソグラフィー用膜形成や光学部品形成に用いられる組成物(以下、単に「組成物」ともいう。)として、そのまま使用することができる。また、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を、組成物として使用することもできる。樹脂は、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を反応させて得られる。
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としては、例えば、以下の式(3)で表される構造を有するものが挙げられる。すなわち、本実施形態における組成物は、下記式(3)で表される構造を有する樹脂を含有するものであってもよい。
R0、R1、R2~R5、m2及びm3、m4及びm5、p2~p5、nは前記式(1)におけるものと同義である。
但し、R2~R5の少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基である。
本実施形態における樹脂は、上記式(1)で表される化合物を、架橋反応性のある化合物と反応させることにより得られる。架橋反応性のある化合物としては、前記式(1)で表される化合物をオリゴマー化又はポリマー化し得るものである限り、公知のものを特に制限なく使用することができる。その具体例としては、例えば、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、不飽和炭化水素基含有化合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
本実施形態における化合物(0)は、耐熱性および溶媒溶解性の観点から、下記式(2)で表される化合物であることが好ましい。
R1Aは、炭素数1~60のnA価の基又は単結合であり、
R2Aは、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R2Aの少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む。
nAは1~4の整数であり、ここで、式(2)中、nAが2以上の整数の場合、
nA個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよい。
XAは、各々独立して、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であることを示す。ここで、XAは、優れた耐熱性を発現する傾向にあるため、酸素原子又は硫黄原子であることが好ましく、酸素原子であることがより好ましい。XAは、溶解性の観点からは、無架橋であることが好ましい。
m2Aは、各々独立して、0~7の整数である。但し、少なくとも1つのm2Aは1~7の整数である。
qAは、各々独立して、0又は1である。
R3Aは、置換基を有していてもよい炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基であり、同一のナフタレン環又はベンゼン環において同一であっても異なっていてもよい。
R4Aは、各々独立して、水素原子又は炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、ここで、R4Aの少なくとも1つは炭素数2~30のアルキニル基をであり、
m6Aは、各々独立して、0~5の整数である。
本実施形態における式(2)で表される化合物は、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、ナフトール類と、対応するアルデヒド類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りポリフェノール化合物を得て、続いて、ポリフェノール化合物の少なくとも1つのフェノール性水酸基に、ヒドロキシアルキル基を導入して、そのヒドロキシ基にアルキニル基を導入することにより得ることができる。また、必要に応じて、加圧下で行うこともできる。
アルキニル基を導入するタイミングは、ヒドロキシアルキル基を導入した後であればよく、縮合反応の前段階、後段階または後述する樹脂の製造を行なった後に導入してもよい。
ケトン類としては、高い耐熱性及び高いエッチング耐性を兼備するという観点から、芳香環を有するケトンを用いることが好ましい。
例えば、以下のようにして、前記化合物の少なくとも1つのフェノール性水酸基にヒドロキシアルキル基を導入することができる。
ヒドロキシアルキル基は、オキシアルキル基を介してフェノール性水酸基に導入することもできる。例えば、ヒドロキシアルキルオキシアルキル基やヒドロキシアルキルオキシアルキルオキシアルキル基が導入される。
ヒドロキシアルキル基を導入するための化合物は、公知の方法で合成もしくは容易に入手でき、例えば、クロロエタノール、ブロモエタノール、酢酸-2-クロロエチル、酢酸-2-ブロモエチル、酢酸-2-ヨードエチル、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートが挙げられるが、これらに特に限定はされない。
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートを使用する場合、アルキレンカーボネートを付加させ、脱炭酸反応が生じることにより、ヒドロキシアルキル基が導入される。
前記式(2)で表される化合物は、リソグラフィー用膜形成組成物や光学部品形成に用いられる組成物として、そのまま使用することができる。また、前記式(2)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂を、組成物として使用することができる。樹脂は、例えば、前記式(2)で表される化合物と架橋反応性のある化合物とを反応させて得られる。
前記式(2)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂としては、例えば、以下の式(4)で表される構造を有するものが挙げられる。すなわち、本実施形態における組成物は、下記式(4)で表される構造を有する樹脂を含有するものであってもよい。
R0A、R1A、R2A、m2A、nA、qA及びXAは前記式(2)におけるものと同義であり、
但し、nAが2以上の整数の場合、nA個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、少なくとも1つのm2Aは1~6の整数であり、R2Aの少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む。
本実施形態における樹脂は、上記式(2)で表される化合物を、架橋反応性のある化合物と反応させることにより得られる。架橋反応性のある化合物としては、前記式(2)で表される化合物をオリゴマー化又はポリマー化し得るものである限り、公知のものを特に制限なく使用することができる。その具体例としては、例えば、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、不飽和炭化水素基含有化合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
本実施形態における化合物及び/又は樹脂の精製方法は、前記式(1)で表される化合物、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、前記式(2)で表される化合物、及び前記式(2)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂から選ばれる1種以上を、溶媒に溶解させて溶液(S)を得る工程と、得られた溶液(S)と酸性の水溶液とを接触させて、前記化合物及び/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(S)を得る工程で用いる溶媒が、水と任意に混和しない溶媒を含む。
第一抽出工程において、上記樹脂は、上記式(1)で表される化合物及び/又は式(2)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。本実施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得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、本実施形態の精製方法においては、前記化合物及び/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(S)を得て、さらにその溶液(S)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、前記溶液(S)に含まれる金属分を水相に移行させた後、有機相と水相とを分離して金属含有量の低減された化合物及び/又は樹脂を得ることができる。
本実施形態におけるリソグラフィー用膜形成組成物は、前記式(1)で表される化合物、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、前記式(2)で表される化合物、及び前記式(2)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含有する。
本実施形態における化学増幅型レジスト用途向けリソグラフィー用膜形成組成物(以下、「レジスト組成物」ともいう。)は、前記式(1)で表される化合物、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、前記式(2)で表される化合物、及び前記式(2)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂からなる群より選ばれる1種以上をレジスト基材として含有する。
本実施形態のレジスト組成物において、レジスト基材として用いる化合物及び/又は樹脂の含有量は、特に限定されないが、固形成分の全質量(レジスト基材、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)等の任意に使用される成分を含む固形成分の総和、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。レジスト基材として用いる化合物及び/又は樹脂の含有量が上記範囲である場合、解像度が一層向上し、ラインエッジラフネス(LER)が一層小さくなる傾向にある。
なお、レジスト基材として化合物と樹脂の両方を含有する場合、前記含有量は、両成分の合計量である。
本実施形態における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、レジスト基材、酸発生剤(C)、酸架橋剤(G)および酸拡散制御剤(E)以外の成分として、溶解促進剤、溶解制御剤、増感剤、界面活性剤、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、熱および/または光硬化触媒、重合禁止剤、難燃剤、充填剤、カップリング剤、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、界面活性剤、着色剤、ノニオン系界面活性剤等の各種添加剤を、1種又は2種以上添加することができる。なお、本明細書において、その他の成分(F)を任意成分(F)ということがある。
好ましくは50~99.4/0.001~49/0.5~49/0.001~49/0~49、
より好ましくは55~90/1~40/0.5~40/0.01~10/0~5、
さらに好ましくは60~80/3~30/1~30/0.01~5/0~1、
特に好ましくは60~70/10~25/2~20/0.01~3/0、である。
各成分の配合割合は、その総和が100質量%になるように各範囲から選ばれる。各成分の配合割合が上記範囲である場合、感度、解像度、現像性等の性能に優れる傾向にある。
本実施形態のレジスト組成物を用いて、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。また、本実施形態のレジスト組成物は、一般的な半導体製造プロセスに適用することができる。上記式(1)及び/又は式(2)で表される化合物、これらをモノマーとして得られる樹脂の種類及び/又は用いる現像液の種類によって、ポジ型レジストパターン及びネガ型レジストパターンのいずれかを作り分けることができる。
本実施形態の非化学増幅型レジスト用途向けリソグラフィー用膜形成組成物(以下、「感放射線性組成物」ともいう。)に含有させる成分(A)は、後述するジアゾナフトキノン光活性化合物(B)と併用し、g線、h線、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線を照射することにより、現像液に易溶な化合物となるポジ型レジスト用基材として有用である。g線、h線、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線により、成分(A)の性質は大きくは変化しないが、現像液に難溶なジアゾナフトキノン光活性化合物(B)が易溶な化合物に変化するため、現像工程によってレジストパターンを作ることが可能となる。
本実施形態の感放射線性組成物に含有させるジアゾナフトキノン光活性化合物(B)は、ポリマー性及び非ポリマー性ジアゾナフトキノン光活性化合物を含むジアゾナフトキノン物質であり、一般にポジ型レジスト組成物において、感光性成分(感光剤)として用いられているものであれば特に制限なく、1種又は2種以上を任意に選択して用いることができる。
また、ナフトキノンジアジドスルホン酸クロライドやベンゾキノンジアジドスルホン酸クロライド等の酸クロライドとしては、例えば、1、2-ナフトキノンジアジド-5-スルフォニルクロライド、1、2-ナフトキノンジアジド-4-スルフォニルクロライド等が好ましいものとして挙げられる。
本実施形態の感放射線性組成物を用いて、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。また、本実施形態の感放射線性組成物は、一般的な半導体製造プロセスに適用することができる。用いる現像液の種類によって、ポジ型レジストパターン及びネガ型レジストパターンのいずれかを作り分けることができる。
本実施形態の感放射線性組成物において、成分(A)の含有量は、固形成分全重量(成分(A)、ジアゾナフトキノン光活性化合物(B)及びその他の成分(D)等の任意に使用される固形成分の総和、以下同様。)に対して、好ましくは1~99質量%であり、より好ましくは5~95質量%、さらに好ましくは10~90質量%、特に好ましくは25~75質量%である。本実施形態の感放射線性組成物は、成分(A)の含有量が上記範囲内であると、高感度でラフネスの小さなパターンを得ることができる傾向にある。
本実施形態の感放射線性組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲で、必要に応じて、成分(A)及びジアゾナフトキノン光活性化合物(B)以外の成分として、酸発生剤、酸架橋剤、酸拡散制御剤、溶解促進剤、溶解制御剤、増感剤、界面活性剤、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、熱および/または光硬化触媒、重合禁止剤、難燃剤、充填剤、カップリング剤、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、界面活性剤、着色剤、ノニオン系界面活性剤等の各種添加剤を1種又は2種以上添加することができる。なお、本明細書において、その他の成分(D)を任意成分(D)ということがある。
好ましくは1~99/99~1/0~98、
より好ましくは5~95/95~5/0~49、
さらに好ましくは10~90/90~10/0~10、
さらにより好ましくは20~80/80~20/0~5、
特に好ましくは25~75/75~25/0、である。
各成分の配合割合は、その総和が100質量%になるように各範囲から選ばれる。本実施形態の感放射線性組成物の各成分の配合割合が上記範囲である場合、ラフネスに加え、感度、解像度等の性能に優れる傾向にある。
本実施形態におけるレジストパターンの形成方法は、上述した本実施形態のレジスト組成物又は感放射線性組成物を用いて基板上にフォトレジスト層を形成した後、前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像を行う工程を含む。
好ましくは、上述した本実施形態のレジスト組成物又は感放射線性組成物を用いて基板上に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備える。本実施形態における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。
本実施形態における下層膜用途向けリソグラフィー用膜形成組成物(以下、「下層膜形成材料」ともいう。)は、上記式(1)表される化合物、上記式(1)表される化合物をモノマーとして得られる樹脂、式(2)で表される化合物及び式(2)で表される化合物をモノマーとして得られる樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の物質を含有する。本実施形態において前記物質は塗布性及び品質安定性の点から、下層膜形成材料中、1~100質量%であることが好ましく、10~100質量%であることがより好ましく、50~100質量%であることがさらに好ましく、100質量%であることが特に好ましい。
本実施形態における下層膜形成材料は、溶媒を含有してもよい。下層膜形成材料に用いられる溶媒としては、上述した物質が少なくとも溶解するものであれば、公知のものを適宜用いることができる。
本実施形態における下層膜形成材料は、インターミキシングを抑制する等の観点から、必要に応じて架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては特に限定されないが、例えば、国際公開第2013/024779号に記載されたものを用いることができる。
本実施形態の下層膜膜形成材料には、必要に応じて架橋、硬化反応を促進させるための架橋促進剤を用いることができる。
本実施形態の下層膜形成材料には、必要に応じてラジカル重合開始剤を配合することができる。ラジカル重合開始剤としては、光によりラジカル重合を開始させる光重合開始剤であってもよいし、熱によりラジカル重合を開始させる熱重合開始剤であってもよい。ラジカル重合開始剤としては、例えば、ケトン系光重合開始剤、有機過酸化物系重合開始剤及びアゾ系重合開始剤からなる群より選ばれる少なくとも1種とすることができる。
本実施形態における下層膜形成材料は、熱による架橋反応をさらに促進させる等の観点から、必要に応じて酸発生剤を含有していてもよい。酸発生剤としては、熱分解によって酸を発生するもの、光照射によって酸を発生するものなどが知られているが、いずれも使用することができる。酸発生剤としては、例えば、国際公開第2013/024779号に記載されたものを用いることができる。
本実施形態における下層膜形成材料は、保存安定性を向上させる等の観点から、塩基性化合物を含有していてもよい。
また、本実施形態における下層膜形成材料は、熱や光による硬化性の付与や吸光度をコントロールする目的で、他の樹脂及び/又は化合物を含有していてもよい。このような他の樹脂及び/又は化合物としては、ナフトール樹脂、キシレン樹脂ナフトール変性樹脂、ナフタレン樹脂のフェノール変性樹脂;ポリヒドロキシスチレン、ジシクロペンタジエン樹脂、(メタ)アクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレート、テトラメタクリレート、ビニルナフタレン、ポリアセナフチレン等のナフタレン環、フェナントレンキノン、フルオレン等のビフェニル環、チオフェン、インデン等のヘテロ原子を有する複素環を含む樹脂や芳香族環を含まない樹脂;ロジン系樹脂、シクロデキストリン、アダマンタン(ポリ)オール、トリシクロデカン(ポリ)オール及びそれらの誘導体等の脂環構造を含む樹脂又は化合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。さらに、本実施形態における下層膜形成材料は、公知の添加剤を含有していてもよい。公知の添加剤としては、以下に限定されないが、例えば、熱および/または光硬化触媒、重合禁止剤、難燃剤、充填剤、カップリング剤、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、界面活性剤、着色剤、ノニオン系界面活性剤等が挙げられる。
本実施形態におけるリソグラフィー用下層膜は、上述した下層膜形成材料から形成される。
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記中間層膜をエッチングし、得られた中間層膜パターンをエッチングマスクとして前記下層膜をエッチングし、得られた下層膜パターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより基板にパターンを形成する工程、を含む。
より詳しくは、基板上に、本実施形態の下層膜形成材料を用いて下層膜を形成する工程(B-1)と、前記下層膜上に、珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いて中間層膜を形成する工程(B-2)と、前記中間層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程(B-3)と、前記工程(B-3)の後、前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程(B-4)と、前記工程(B-4)の後、前記レジストパターンをマスクとして前記中間層膜をエッチングし、得られた中間層膜パターンをエッチングマスクとして前記下層膜をエッチングし、得られた下層膜パターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることで基板にパターンを形成する工程(B-5)と、を有する。
なお、前記組成物を用いてレジスト永久膜を作製することもできる、 本発明本実施形態の組成物を塗布してなるレジスト永久膜は、必要に応じてレジストパターンを形成した後、最終製品にも残存する永久膜として好適である。永久膜の具体例としては、半導体デバイス缶啓関係では、ソルダーレジスト、パッケージ材、アンダーフィル材、回路素子等のパッケージ接着層や集積回路素子と回路基板の接着層、薄型ディスプレー関連では、薄膜トランジスタ保護膜、液晶カラーフィルター保護膜、ブラックマトリクス、スペーサーなどが挙げられる。特に、本発明本実施形態の組成物からなる永久膜は、耐熱性や耐湿性に優れている上に昇華成分による汚染性が少ないという非常に優れた利点も有する。特に表示材料において、重要な汚染による画質劣化の少ない高感度、高耐熱、吸湿信頼性を兼ね備えた材料となる。
有機元素分析により炭素濃度及び酸素濃度(質量%)を測定した。
装置:CHNコーダーMT-6(ヤナコ分析工業(株)製)
化合物の分子量は、Water社製Acquity UPLC/MALDI-Synapt HDMSを用いて、LC-MS分析により測定した。
また、以下の条件でゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析を行い、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分散度(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℃
23℃にて、化合物をプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、シクロヘキサノン(CHN)、乳酸エチル(EL)、メチルアミルケトン(MAK)またはテトラメチルウレア(TMU)に対して3質量%溶液になるよう攪拌して溶解させ、1週間後の結果を以下の基準で評価した。
評価A:いずれかの溶媒で析出物がないことを目視により確認した
評価C:全ての溶媒で析出物あることを目視により確認した
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)3.20g(20mmol)と4-ビフェニルカルボキシアルデヒド(三菱瓦斯化学社製)1.82g(10mmol)とを30mlメチルイソブチルケトンに仕込み、95%の硫酸5ml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、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、カラムクロマトグラフによる分離精製を行い、下記式で示される目的化合物を3.05g得た。400MHz-1H-NMRにより下記式の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)9.7(2H,O-H)、7.2~8.5(19H,Ph-H)、6.6(1H,C-H)
なお、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。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に上記式で示される化合物(XBisN-1)10g(21mmol)と炭酸カリウム14.8g(107mmol)とを50mlジメチルホルムアミドに仕込み、酢酸-2-クロロエチル6.56g(54mmol)を加えて、反応液を90℃で12時間撹拌して反応を行った。次に反応液を氷浴で冷却し結晶を析出させ、濾過を行って分離した。続いて攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記結晶40g、メタノール40g、THF100g及び24%水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、反応液を還流下で4時間撹拌して反応を行った。その後、氷浴で冷却し、反応液を濃縮し析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトグラフによる分離精製を行い、下記式で示される目的化合物を5.9g得た。400MHz-1H-NMRにより下記式の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)8.6(2H,O-H)、7.2~7.8(19H,Ph-H)、6.7(1H,C-H)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.8(4H,-CH2-OH)
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積200mlの容器を準備した。この容器に、4,4-ビフェノール(東京化成社製試薬)30g(161mmol)と、4-ビフェニルアルデヒド(三菱瓦斯化学社製)15g(82mmol)と、酢酸ブチル100mlとを仕込み、p-トルエンスルホン酸(関東化学社製試薬)3.9g(21mmol)を加えて、反応液を調製した。この反応液を90℃で3時間撹拌して反応を行った。次に、反応液を濃縮し、ヘプタン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。濾過により得られた固形物を乾燥させた後、カラムクロマトグラフ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(BisF-1)5.8gを得た。
なお、400MHz-1H-NMRにより以下のピークが見出され、下記式の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)9.4(4H,O-H)、6.8~7.8(22H,Ph-H)、6.2(1H,C-H)
得られた化合物について、前記方法により分子量を測定した結果、536であった。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に上記式で表される化合物(BisF-1)11.2g(21mmol)と炭酸カリウム14.8g(107mmol)とを50mlジメチルホルムアミドに仕込み、酢酸-2-クロロエチル6.56g(54mmol)を加えて、反応液を90℃で12時間撹拌して反応を行った。次に反応液を氷浴で冷却し結晶を析出させ、濾過を行って分離した。続いて攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記結晶40g、メタノール40g、THF100g及び24%水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、反応液を還流下で4時間撹拌して反応を行った。その後、氷浴で冷却し、反応液を濃縮し析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトグラフによる分離精製を行い、下記式(E-BisF-1)で表される目的化合物5.9gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(E-BisF-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)8.6(4H,O-H)、6.8~7.8(22H,Ph-H)、6.2(1H,C-H)、4.0(8H,-O-CH2-)、3.8(8H,-CH2-OH)
得られた化合物について、前記方法により分子量を測定した結果、712であった。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mLの容器に上記式(XBisN-1)で表される化合物10.0g(21mmol)、3-プロパルギルブロマイド5.0g、トリエチルアミン0.5g、p-メトキシフェノール0.05gとを50mLメチルイソブチルケトンに仕込み、80℃に加温して撹拌した状態で、24時間撹拌して反応を行った。50℃まで冷却し、反応液を純水中に滴下して析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトによる分離精製を行い、下記式(PXBisN-1)で表される目的化合物3.0gを得た。400MHz-1H-NMRにより、下記式(PXBisN-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)7.2~8.5(19H,Ph-H)、6.6(1H,C-H)、4.9(4H,-CH2-)、3.6(2H,-C≡CH)
また、得られた化合物について、上記方法により分子量を測定した結果、542であった。
熱分解温度は400℃、融点は214℃であり、高耐熱性が確認できた。
上記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、上記式(E-XBisN-1)で表される化合物を用いたこと以外、合成実施例1と同様に反応させ、下記式(PE-XBisN-1)で表される目的化合物3.2gを得た。400MHz-1H-NMRにより、下記式(PE-XBisN-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)8.6(2H,O-H)、7.2~7.8(19H,Ph-H)、6.7(1H,C-H)、4.9(4H,-CH2-)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.6(2H,-C≡CH)
また、得られた化合物について、上記方法により分子量を測定した結果、630であった。
熱分解温度は390℃、融点は210℃であり、高耐熱性が確認できた。
上記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、上記式(BisF-1)で表される化合物を用いたこと以外、合成実施例1と同様に反応させ、下記式(PBisF-1)で表される目的化合物2.5gを得た。400MHz-1H-NMRにより、下記式(PBisF-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)6.8~7.8(22H,Ph-H)、6.2(1H,C-H)、4.9(8H,-CH2-)、3.6(4H,-C≡CH)
また、得られた化合物について、上記方法により分子量を測定した結果、688であった。
熱分解温度は385℃、融点は205℃であり、高耐熱性が確認できた。
上記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、上記式(E-BisF-1)で表される化合物を用いたこと以外、合成実施例1と同様に反応させ、下記式(PE-BisF-1)で表される目的化合物2.6gを得た。400MHz-1H-NMRにより、下記式(PE-BisF-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)6.8~7.8(22H,Ph-H)、6.2(1H,C-H)、4.9(8H,-CH2-)、4.0(8H,-O-CH2-)、3.8(8H,-CH2-OH)、3.6(4H,-C≡CH)
また、得られた化合物について、上記方法により分子量を測定した結果、864であった。
熱分解温度は380℃、融点は200℃であり、高耐熱性が確認できた。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積300mLの容器において、2-ナフトール(シグマ-アルドリッチ社製試薬)10g(69.0mmol)を120℃で溶融後、硫酸0.27gを仕込み、4-アセチルビフェニル(シグマ-アルドリッチ社製試薬)2.7g(13.8mmol)を加えて、内容物を120℃で6時間撹拌して反応を行って反応液を得た。次に反応液にN-メチル-2-ピロリドン(関東化学株式会社製)100mL、純水50mLを加えたあと、酢酸エチルにより抽出した。次に純水を加えて中性になるまで分液後、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、下記式(BiN-1)で表される目的化合物(BiN-1)が1.0g得られた。
得られた化合物(BiN-1)について、上述の方法により分子量を測定した結果、466であった。
得られた化合物(BiN-1)について、上述の測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(BiN-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)9.7(2H,O-H)、7.0~7.7(21H,Ph-H)、2.3(3H,C-H)
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記式で示される化合物(BiN-1)10.5g(21mmol)と炭酸カリウム14.8g(107mmol)とを50mlジメチルホルムアミドに仕込み、酢酸-2-クロロエチル6.56g(54mmol)を加えて、反応液を90℃で12時間撹拌して反応を行った。次に反応液を氷浴で冷却し結晶を析出させ、濾過を行って分離した。続いて攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記結晶40g、メタノール40g、THF100g及び24%水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、反応液を還流下で5時間撹拌して反応を行った。その後、氷浴で冷却し、反応液を濃縮し析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトグラフによる分離精製を行い、下記式で示される目的化合物を4.6g得た。400MHz-1H-NMRにより下記式の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)8.6(2H,O-H)、7.2~7.8(19H,Ph-H)、6.7(1H,C-H)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.8(4H,-CH2-OH)
上記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、上記式(BiN-1)で表される化合物を用いたこと以外、合成実施例1-1と同様に反応させ、下記式(PBiN-1)で表される目的化合物2.9gを得た。400MHz-1H-NMRにより、下記式(PBiN-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)6.8~7.7(21H,Ph-H)、4.9(4H,-CH2-)、3.6(2H,-C≡CH)、2.4(3H,-CH3)
また、得られた化合物について、上記方法により分子量を測定した結果、542であった。
熱分解温度は375℃、融点は212℃であり、高耐熱性が確認できた。
前記式(BiN-1)で表される化合物の代わりに、前記式(E-BiN-1)で表される化合物を用いた以外、合成実施例3-1と同様に反応させ、下記式(PE-BiN-1)で表される目的化合物が3.8g得られた。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(PE-BiN-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)7.2~7.8(21H,Ph-H)、4.9(8H,-CH2-)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.6(2H,-C≡CH)、2.3(3H,-CH3)
熱分解温度は361℃、ガラス転移点は122℃、融点は231℃であり、高耐熱性を有することが確認できた。
2-ナフトールの代わりに、o-フェニルフェノールを使用する以外は合成例3と同様に反応させ、下記式(BiP-1)で表される目的化合物が1.0g得られた。
得られた化合物(BiP-1)について、上述の方法により分子量を測定した結果、466であった。
得られた化合物(BiP-1)について、上述の測定条件で、NMR測定を行ったところ、以下のピークが見出され、下記式(BiP-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)9.67(2H,O-H)、6.98~7.60(25H,Ph-H)、2.25(3H,C-H)
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記式(BiP-1)で表される化合物11.2g(21mmol)と炭酸カリウム14.8g(107mmol)とを50mlジメチルホルムアミドに仕込み、酢酸-2-クロロエチル6.56g(54mmol)を加えて、反応液を90℃で12時間撹拌して反応を行った。次に反応液を氷浴で冷却し結晶を析出させ、濾過を行って分離した。続いて攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記結晶40g、メタノール40g、THF100g及び24%水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、反応液を還流下で4時間撹拌して反応を行った。その後、氷浴で冷却し、反応液を濃縮し析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、カラムクロマトグラフによる分離精製を行い、下記式(E-BisP-1)で表される目的化合物5.9gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(E-BiP-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)8.6(4H,O-H)、6.8~7.6(25H,Ph-H)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.8(4H,-CH2-OH)、2.2(3H,C-H)
得られた化合物について、前記方法により分子量を測定した結果、606であった。
前記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、前記式(BiP-1)で表される化合物を用いたこと以外は合成実施例1-1と同様に反応させ、下記式(SBiP-1)で表される目的化合物3.0gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(PBiP-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)6.8~7.8(25H,Ph-H)、4.9(4H,-CH2-)、3.6(2H,-C≡CH)、2.4(3H,-CH3)2.3(3H,-CH3)得られた化合物について、前記方法により、分子量を測定した結果、594であった。
熱分解温度は374℃、ガラス転移点は92℃、融点は202℃であり、高耐熱性を有することが確認できた。
前記式(BiP-1)で表される化合物の代わりに、前記式(P-BiP-1)で表される化合物を用いた以外、合成実施例4-1と同様に反応させ、下記式(PE-BiP-1)で表される目的化合物が3.9g得られた。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(PE-BiP-1)の化学構造を有することを確認した。
1H-NMR:(d-DMSO、内部標準TMS)
δ(ppm)6.8~7.8(25H,Ph-H)、4.9(8H,-CH2-)、4.1(4H,-O-CH2-)、3.6(2H,-C≡CH)、2.3(3H,-CH3)
熱分解温度は355℃、ガラス転移点は101℃、融点は223℃であり、高耐熱性を有することが確認できた。
合成例3の原料である2-ナフトール(原料1)及び4-アセチルビフェニル(原料2)を表1のように変更し、その他は合成例3と同様に行い、各目的物を得た。
それぞれ、1H-NMRで同定した。
合成例1の原料である2,6-ナフタレンジオール(原料1)及び4-ビフェニルカルボキシアルデヒド(原料2)を表3のように変更し、その他は合成例1と同様に行い、各目的物を得た。
それぞれ、1H-NMRで同定した。
合成例3の原料である2-ナフトール(原料1)及び4-アセチルビフェニル(原料2)を表5のように変更し、水1.5mL、ドデシルメルカプタン73mg(0.35mmol)、37%塩酸2.3g(22mmol)を加え、反応温度を55℃に変更し、その他は合成例3と同様に行い、各目的物を得た。
それぞれ、1H-NMRで同定した。
合成例3Aの原料である前記式(BiN-1)で表される化合物を表7のように変更し、その他は合成例3Aと同様の条件にて合成を行い、それぞれ、目的物を得た。各化合物の構造は400MHz-1H-NMR(d-DMSO、内部標準TMS)およびLC-MSで分子量を確認することにより、同定した。
合成実施例3-1の原料である前記式(BiN-1)で表される化合物を表7のように変更し、その他は合成実施例3-1と同様の条件にて合成を行い、それぞれ、目的物を得た。各化合物の構造は400MHz-1H-NMR(d-DMSO、内部標準TMS)およびLC-MSで分子量を確認することにより、同定した。
合成実施例3-2の原料である前記式(E-BiN-1)で表される化合物を表7のように変更し、その他は合成実施例3-2と同様の条件にて合成を行い、それぞれ、目的物を得た。各化合物の構造は400MHz-1H-NMR(d-DMSO、内部標準TMS)およびLC-MSで分子量を確認することにより、同定した。
ジムロート冷却管、温度計及び攪拌翼を備えた、底抜きが可能な内容積1Lの四つ口フラスコを準備した。この四つ口フラスコに、窒素気流中、合成例1で得られた化合物(XBisN-1)を32.6g(70mmol、三菱ガス化学(株)製)、40質量%ホルマリン水溶液21.0g(ホルムアルデヒドとして280mmol、三菱ガス化学(株)製)及び98質量%硫酸(関東化学(株)製)0.97mLを仕込み、常圧下、100℃で還流させながら7時間反応させた。その後、希釈溶媒としてオルソキシレン(和光純薬工業(株)製試薬特級)180.0gを反応液に加え、静置後、下相の水相を除去した。さらに、中和及び水洗を行い、オルソキシレンを減圧下で留去することにより、褐色固体の樹脂(R1-XBisN-1)34.1gを得た。
ジムロート冷却管、温度計及び攪拌翼を備えた、底抜きが可能な内容積1Lの四つ口フラスコを準備した。この四つ口フラスコに、窒素気流中、合成例1で得られた化合物(XBisN-1)を32.6g(70mmol、三菱ガス化学(株)製)、4-ビフェニルアルデヒド50.9g(280mmol、三菱ガス化学(株)製)、アニソール(関東化学(株)製)100mL及びシュウ酸二水和物(関東化学(株)製)10mLを仕込み、常圧下、100℃で還流させながら7時間反応させた。その後、希釈溶媒としてオルソキシレン(和光純薬工業(株)製試薬特級)180.0gを反応液に加え、静置後、下相の水相を除去した。さらに、中和及び水洗を行い、有機相の溶媒および未反応の4-ビフェニルアルデヒドを減圧下で留去することにより、褐色固体の樹脂(R2-XBisN-1)34.7gを得た。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積500mlの容器に上術の式で示される樹脂(R1-XBisN-1)30gと炭酸カリウム29.6g(214mmol)とを100mlジメチルホルムアミドに仕込み、酢酸-2-クロロエチル13.12g(108mmol)を加えて、反応液を90℃で12時間撹拌して反応を行った。次に反応液を氷浴で冷却し結晶を析出させ、濾過を行って分離した。続いて攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記結晶40g、メタノール80g、THF100g及び24%水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、反応液を還流下で4時間撹拌して反応を行った。その後、氷浴で冷却し、反応液を濃縮し析出した固形物を濾過し、乾燥させることにより、褐色固体の樹脂(E-R1-XBisN-1)26.5gを得た。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積500mlの容器に前記式(R1-XBisN-1)で表される樹脂20.0gと3-プロパルギルブロマイド10.0g、トリエチルアミン1.0g、p-メトキシフェノール0.1gとを80mLメチルイソブチルケトンに仕込み、80℃に加温して撹拌した状態で、24時間撹拌して反応を行った。50℃まで冷却し、反応液を純水中に滴下して析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、50℃まで冷却し、反応液を純水中に滴下して析出した固形物を濾過し、乾燥させた後、灰色固体の(PR1-XBisN-1)で表される樹脂27.2gを得た。
合成例20で得られた前記式(R1-XBisN-1)で表される樹脂の代わりに、合成例20Aで得られた前記式(E-R1-XBisN-1)を用いたこと以外は合成実施例20-1と同様に反応させ、褐色固体の(PE-R1-XBisN-1)で表される樹脂31.3gを得た。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積500mlの容器に上述の樹脂(R2-XBisN-1)30gと炭酸カリウム29.6g(214mmol)とを100mlジメチルホルムアミドに仕込み、酢酸-2-クロロエチル13.12g(108mmol)を加えて、反応液を90℃で12時間撹拌して反応を行った。次に反応液を氷浴で冷却し結晶を析出させ、濾過を行って分離した。続いて攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に前記結晶40g、メタノール80g、THF100g及び24%水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、反応液を還流下で4時間撹拌して反応を行った。その後、氷浴で冷却し、反応液を濃縮し析出した固形物を濾過し、乾燥させることにより、褐色固体の樹脂(E-R2-XBisN-1)22.3gを得た。
合成例20で得られた上記式(R1-XBisN-1)の代わりに、合成例21で得られた上記式(R2-XBisN-1)で表される化合物30.5gを使用した以外は合成実施例23-1と同様に反応させ、薄灰色固体の(PR2-XBisN-1)で表される樹脂35.1gを得た。
合成例20で得られた上記式(R1-XBisN-1)で表される樹脂の代わりに、合成例21Aで得られた上記式(E-R2-XBisN-1)を用いたこと以外は合成実施例20-1と同様に反応させ、褐色固体の(PE-R2-XBisN-1)で表される樹脂28.4gを得た。
ジムロート冷却管、温度計及び攪拌翼を備えた、底抜きが可能な内容積10Lの四つ口フラスコを準備した。この四つ口フラスコに、窒素気流中、1,5-ジメチルナフタレン1.09kg(7mol、三菱ガス化学(株)製)、40質量%ホルマリン水溶液2.1kg(ホルムアルデヒドとして28mol、三菱ガス化学(株)製)及び98質量%硫酸(関東化学(株)製)0.97mlを仕込み、常圧下、100℃で還流させながら7時間反応させた。その後、希釈溶媒としてエチルベンゼン(和光純薬工業(株)製試薬特級)1.8kgを反応液に加え、静置後、下相の水相を除去した。さらに、中和及び水洗を行い、エチルベンゼン及び未反応の1,5-ジメチルナフタレンを減圧下で留去することにより、淡褐色固体のジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂1.25kgを得た。
得られたジメチルナフタレンホルムアルデヒドの分子量は、Mn:562、であった。
得られた樹脂(CR-1)は、Mn:885、Mw:2220、Mw/Mn:4.17であった。また、炭素濃度は89.1質量%、酸素濃度は4.5質量%であった。
前記合成実施例1-1~21-2に記載の化合物あるいは樹脂、合成比較例1に記載のCR-1を用いて溶解度試験を行った。結果を表8及び表9に示す。
・酸発生剤:みどり化学社製 ジターシャリーブチルジフェニルヨードニウムノナフルオロメタンスルホナート(DTDPI)
・架橋剤:三和ケミカル社製 ニカラックMX270(ニカラック)
・有機溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
・ノボラック:群栄化学社製 PSM4357
・架橋剤:
三菱ガス化学製 ジアリルビスフェノールA型シアネート(DABPA-CN)
小西化学工業製 ジアリルビスフェノールA(BPA-CA)
小西化学工業製 ベンゾオキサジン(BF-BXZ)
日本化薬製 ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(NC-3000-L)
・有機溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
以下に示す条件でエッチング試験を行い、エッチング耐性を評価した。評価結果を表8、表9、及び表10に示す。
エッチング装置:サムコインターナショナル社製「RIE-10NR」
出力:50W
圧力:20Pa
時間:2min
エッチングガス
Arガス流量:CF4ガス流量:O2ガス流量=50:5:5(sccm)
まず、実施例1-1において用いる化合物(PXBisN-1)に代えてノボラック(群栄化学社製「PSM4357」)を用いること以外は、実施例1と同様の条件で、ノボラックの下層膜を作製した。そして、このノボラックの下層膜を対象として、上述のエッチング試験を行い、そのときのエッチングレートを測定した。
そして、ノボラックの下層膜のエッチングレートを基準として、以下の評価基準でエッチング耐性を評価した。
A:ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが、-10%未満
B:ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが、-10%~+5%
C:ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが、+5%超
また、上述のように実施例の化合物は耐熱性に優れていた。
次に、PXBisN-1、PE-XBisN-1、PBisF-1又はPE-BisF-1を含むリソグラフィー用下層膜形成材料の各溶液を膜厚300nmのsio2基板上に塗布して、240℃で60秒間、さらに400℃で120秒間ベークすることにより、膜厚70nmの下層膜を形成した。この下層膜上に、arf用レジスト溶液を塗布し、130℃で60秒間ベークすることにより、膜厚140nmのフォトレジスト層を形成した。なお、arfレジスト溶液としては、下記式(11)の化合物:5質量部、トリフェニルスルホニウムノナフルオロメタンスルホナート:1質量部、トリブチルアミン:2質量部、及びPGMEA:92質量部を配合して調製したものを用いた。
下層膜の形成を行わないこと以外は、実施例45と同様にして、フォトレジスト層をsio2基板上に直接形成し、ポジ型のレジストパターンを得た。結果を表11に示す。
現像後のレジストパターン形状の相違から、実施例42~45において用いたリソグラフィー用下層膜形成材料は、レジスト材料との密着性がよいことが示された。
実施例1-1~2-2のリソグラフィー用下層膜形成材料の溶液を膜厚300nmのsio2基板上に塗布して、240℃で60秒間、さらに400℃で120秒間ベークすることにより、膜厚70nmの下層膜を形成した。この下層膜上に、珪素含有中間層材料を塗布し、200℃で60秒間ベークすることにより、膜厚35nmの中間層膜を形成した。さらに、この中間層膜上に、前記arf用レジスト溶液を塗布し、130℃で60秒間ベークすることにより、膜厚150nmのフォトレジスト層を形成した。なお、珪素含有中間層材料としては、特開2007-226170号公報<合成例1>に記載の珪素原子含有ポリマーを用いた。
その後、サムコインターナショナル社製 RIE-10NRを用いて、得られたレジストパターンをマスクにして珪素含有中間層膜(SOG)のドライエッチング加工を行い、続いて、得られた珪素含有中間層膜パターンをマスクにした下層膜のドライエッチング加工と、得られた下層膜パターンをマスクにしたSiO2膜のドライエッチング加工とを順次行った。
(レジストパターンのレジスト中間層膜へのエッチング条件)
出力:50W
圧力:20Pa
時間:1min
エッチングガス
Arガス流量:CF4ガス流量:O2ガス流量=50:8:2(sccm)
出力:50W
圧力:20Pa
時間:2min
エッチングガス
Arガス流量:CF4ガス流量:O2ガス流量=50:5:5(sccm)
出力:50W
圧力:20Pa
時間:2min
エッチングガス
Arガス流量:C5F12ガス流量:C2F6ガス流量:O2ガス流量=50:4:3:1(sccm)
上述のようにして得られたパターン断面(エッチング後のSiO2膜の形状)を、(株)日立製作所製電子顕微鏡(S-4800)を用いて観察したところ、本実施形態の下層膜を用いた実施例は、多層レジスト加工におけるエッチング後のSiO2膜の形状は矩形であり、欠陥も認められず良好であることが確認された。
前記合成実施例で合成した各化合物を用いて、下記表12に示す配合で光学部品形成組成物を調製した。なお、表12中の光学部品形成組成物の各成分のうち、酸発生剤、架橋剤、酸拡散抑制剤、及び溶媒については、以下のものを用いた。
・酸発生剤:みどり化学社製 ジターシャリーブチルジフェニルヨードニウムノナフルオロメタンスルホナート(DTDPI)
・架橋剤:三和ケミカル社製 ニカラックMX270(ニカラック)
・有機溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
均一状態の光学部品形成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℃のオーブン中でプレベーク(prebake:PB)して、厚さ1μmの光学部品形成膜を形成した。調製した光学部品形成組成物について、膜形成が良好な場合には「A」、形成した膜に欠陥がある場合には「C」と評価した。
前記合成実施例で合成した各化合物を用いて、下記表13に示す配合でレジスト組成物を調製した。なお、表13中のレジスト組成物の各成分のうち、ラジカル発生剤、ラジカル拡散抑制剤、及び溶媒については、以下のものを用いた。
・ラジカル重合開始剤:BASF社製 IRGACURE184
・ラジカル拡散制御剤:BASF社製 IRGACURE1010
有機溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
(1)レジスト組成物の保存安定性及び薄膜形成
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℃、50%RH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。3日間静置後のレジスト組成物において、均一溶液であり析出がない場合にはA、析出がある場合はCと評価した。また、均一状態の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、薄膜形成が良好な場合にはA、形成した膜に欠陥がある場合にはCと評価した。
均一な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60nmのレジスト膜を形成した。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、50nm、40nm及び30nm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、PGME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、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。
感度は、パターンを得るために必要な単位面積当たりの最小のエネルギー量で示し、以下に従って評価した。
A:50μC/cm2未満でパターンが得られた場合
C:50μC/cm2以上でパターンが得られた場合
パターン形成は、得られたパターン形状をSEM(走査型電子顕微鏡:Scanning Electron Microscope)にて観察し、以下に従って評価した。
A:矩形なパターンが得られた場合
B:ほぼ矩形なパターンが得られた場合
C:矩形でないパターンが得られた場合
また、湿式プロセスが適用可能であり、耐熱性及びエッチング耐性に優れるフォトレジスト下層膜を形成するために有用な化合物、樹脂及びリソグラフィー用膜形成組成物を実現することができる。そして、このリソグラフィー用膜形成組成物は、耐熱性が高く、溶媒溶解性も高い、特定構造を有する化合物又は樹脂を用いているため、高温ベーク時の膜の劣化が抑制され、酸素プラズマエッチング等に対するエッチング耐性にも優れたレジスト及び下層膜を形成することができる。さらには、下層膜を形成した場合、レジスト層との密着性にも優れるので、優れたレジストパターンを形成することができる。
さらには屈折率が高く、また低温~高温処理によって着色が抑制されることから、各種光学部品形成組成物としても有用である。
したがって、本発明は、例えば、電気用絶縁材料、レジスト用樹脂、半導体用封止樹脂、プリント配線板用接着剤、電気機器・電子機器・産業機器等に搭載される電気用積層板、電気機器・電子機器・産業機器等に搭載されるプリプレグのマトリックス樹脂、ビルドアップ積層板材料、繊維強化プラスチック用樹脂、液晶表示パネルの封止用樹脂、塗料、各種コーティング剤、接着剤、半導体用のコーティング剤、半導体用のレジスト用樹脂、下層膜形成用樹脂、フィルム状、シート状で使われる他、プラスチックレンズ(プリズムレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、フレネルレンズ、視野角制御レンズ、コントラスト向上レンズ等)、位相差フィルム、電磁波シールド用フィルム、プリズム、光ファイバー、フレキシブルプリント配線用ソルダーレジスト、メッキレジスト、多層プリント配線板用層間絶縁膜、感光性光導波路等の光学部品等において、広く且つ有効に利用可能である。
Claims (13)
- 下記式(1-1)で表される化合物。
(式(1-1)中、R0 は、水素原子、または炭素数1~30のアルキル基であり、
R 1 は、芳香環を有する基であり、
R 4 ~R 5 は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R 4 ~R 5 の少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
m 4 及びm 5 は、各々独立して、0~9の整数であり、
nは、1~4の整数であり、ここで、nが2以上の整数の場合、n個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
p 2 ~p 5 は、各々独立して0~1の整数であり、
R6~R7は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基であり、
R10~R11は、各々独立して、水素原子又は炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
ここで、R10~R11の少なくとも1つは炭素数2~30のアルキニル基を含む基であり、
m6及びm7は、各々独立して、0~7の整数である。) - 下記式(0)で表される、化合物。
(式(0)中、R Y は、水素原子、または炭素数1~30のアルキル基であり、
R Z は、水酸基、炭素数1~30のアルキル基で置換されていてもよいフェニル基、ビフェニル基、またはシクロヘキシルフェニル基であり、
R T は、各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、カルボン酸基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含む基であり、前記アルキル基、前記アリール基、前記アルケニル基、前記アルコキシ基は、エーテル結合、ケトン結合またはエステル結合を含んでいてもよく、ここで、R T の少なくとも1つは水酸基の水素原子が炭素数2~30のアルキニル基で置換された基を含み、
Xは、酸素原子であることを示し、
mは、各々独立して0~9の整数であり、ここで、mの少なくとも1つは1~9の整数であり、
Nは、1~4の整数であり、ここで、Nが2以上の整数の場合、N個の[ ]内の構造式は同一であっても異なっていてもよく、
rは、各々独立して0~1の整数である。) - 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物をモノマーとして得られる樹脂。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物及び請求項4に記載の樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含有する、組成物。
- 溶媒をさらに含有する、請求項5に記載の組成物。
- 酸発生剤をさらに含有する、請求項5又は6に記載の組成物。
- 酸架橋剤をさらに含有する、請求項5~7のいずれか1項に記載の組成物。
- リソグラフィー用膜形成組成物である、請求項5~8のいずれか1項に記載の組成物。
- 光学部品形成組成物である、請求項5~8のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項9に記載の組成物を用いて基板上にフォトレジスト層を形成した後、前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像を行う工程を含む、レジストパターン形成方法。
- 請求項9に記載の組成物を用いて基板上に下層膜を形成し、前記下層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成した後、前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像を行う工程を含む、レジストパターン形成方法。
- 請求項9に記載の組成物を用いて基板上に下層膜を形成し、前記下層膜上にレジスト中間層膜材料を用いて中間層膜を形成し、前記中間層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程、
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記中間層膜をエッチングし、得られた中間層膜パターンをエッチングマスクとして前記下層膜をエッチングし、得られた下層膜パターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより基板にパターンを形成する工程、
を含む、回路パターン形成方法。
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