JP7205715B2 - 化合物、樹脂、組成物並びにレジストパターン形成方法及び回路パターン形成方法 - Google Patents
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Description
そこで、これまでに、より解像性の高いレジストパターンを与えるために、種々の低分子量レジスト材料が提案されている。低分子量レジスト材料は分子サイズが小さいことから、解像性が高く、ラフネスが小さいレジストパターンを与えることが期待される。
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、次のとおりである。
<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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又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、炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
Xは、単結合、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であり、
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、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、前記<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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、
但し、m2、m3、m4及びm5は同時に0となることはなく、
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、前記<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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、前記Xと同義であり、
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、前記<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、カルボキシル基、チオール基であり、
R10~R11は、各々独立して、水素原子であり、
ここで、R4~R7の少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
m6及びm7は、各々独立して、0~7の整数であり、
但し、m4、m5、m6及びm7は同時に0となることはない。)
<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、前記<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、
但し、m6、m7、m8及びm9は同時に0となることはない。)
<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、前記<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、カルボキシル基、チオール基であり、
R4Aは、各々独立して、水素原子であり、
ここで、R3Aの少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
m6Aは、各々独立して、0~5の整数であり、但し、少なくとも1つのm6Aは1~5の整数である。)
<7>
前記<1>に記載の化合物に由来する単位構造を有する、樹脂。
<8>
下記式(3)で表される構造を有する、前記<7>に記載の樹脂。
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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はエステル結合を含んでいてもよく、
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、
但し、m2、m3、m4及びm5は同時に0となることはなく、R2~R5の少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基である。)
<9>
下記式(4)で表される構造を有する、前記<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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、前記Xと同義であり、
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1~6の整数であり、
qAは、各々独立して、0又は1である。)
<10>
前記<1>~<6>のいずれか一つに記載の化合物及び前記<7>~<9>のいずれか一つ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、前記<10>に記載の組成物。
<12>
酸発生剤をさらに含有する、前記<10>又は前記<11>に記載の組成物。
<13>
酸架橋剤をさらに含有する、前記<10>~<12>のいずれか一つに記載の組成物。
<14>
リソグラフィー用膜形成に用いられる、前記<10>~<13>のいずれか一つに記載の組成物。
<15>
光学部品形成に用いられる、前記<10>~<13>のいずれか一つに記載の組成物。
<16>
基板上に、前記<14>に記載の組成物を用いて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>
基板上に、前記<14>に記載の組成物を用いて下層膜を形成し、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>
基板上に、前記<14>に記載の組成物を用いて下層膜を形成し、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、現像してレジストパターンを形成し、その後、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。
本実施形態は、後述の式(0)で表される化合物、又は、当該化合物に由来する単位構造を有する樹脂を包含する。本実施形態における化合物及び樹脂は、湿式プロセスが適用可能であり、耐熱性、安全溶媒に対する溶解性及びエッチング耐性に優れるフォトレジスト及びフォトレジスト用下層膜を形成するために有用であり、リソグラフィー用膜形成に有用な組成物及び該組成物を用いたパターン形成方法等に用いることができる。
本実施形態における組成物は、耐熱性及び溶媒溶解性の高い、特定構造を有する化合物又は樹脂を含んでいるため、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。加えて、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、本実施形態における組成物は、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って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。
本実施形態の化合物は、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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又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、炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
Xは、単結合、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であり、
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、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。)
RYは、化合物の酸化分解を抑制して着色を抑え、耐熱性及び溶媒溶解性を向上させる観点から、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基又は炭素数6~30のアリール基であることが好ましい。
また、mは、各々独立して0~9の整数であり、mの少なくとも1つは1~9の整数である。
式(0)中、ナフタレン構造で示される部位は、r=0の場合には単環構造であり、r=1の場合には二環構造であり、r=2の場合には三環構造となる。rは、各々独立して0~2の整数である。上述のmは、rで決定される環構造に応じてその数値範囲が決定される。
本実施形態における化合物は、下記式(1)で表されることが好ましい。式(1)で表される化合物は、耐熱性が高く、溶媒溶解性も高い傾向にある。
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、カルボキシル基、チオール基、水酸基で置換された基であり、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、ケトン結合又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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、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、
但し、m2、m3、m4及びm5は同時に0となることはなく、
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。)
R1は炭素数1~60のn価の基又は単結合であり、このR1を介して各々の芳香環が結合している。nは前記Nと同義であり、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。なお、前記n価の基とは、n=1のときには、炭素数1~60のアルキル基、n=2のときには、炭素数1~60のアルキレン基、n=3のときには、炭素数2~60のアルカンプロパイル基、n=4のときには、炭素数3~60のアルカンテトライル基のことを示す。前記n価の基としては、例えば、直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基又は脂環式炭化水素基を有するもの等が挙げられる。ここで、前記脂環式炭化水素基については、有橋脂環式炭化水素基も含まれる。また、前記n価の炭化水素基は、脂環式炭化水素基、二重結合、ヘテロ原子若しくは炭素数6~60の芳香族基を有していてもよい。
ここで、R4~R7の少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、m6及びm7は、各々独立して0~7の整数である。但し、m4、m5、m6及びm7は同時に0となることはない。
但し、R2、R3、R4、R5から選ばれる少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基である。m2、m3、m4、m5が同時に0となることはない。
但し、R2、R3、R4、R5から選ばれる少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基である。m2、m3、m4、m5が同時に0となることはない。
但し、R2、R3、R4、R5から選ばれる少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、m2、m3、m4、m5が同時に0となることはない。
但し、R2、R3、R4、R5から選ばれる少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、m2、m3、m4、m5が同時に0となることはない。
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、メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ペンチルオキシメチル基、ヒドロキシメチル基が挙げられる。
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。
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価のノルボルニル基、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価のピレン基、2価のビフェニル基、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は各々独立して、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、又は炭素数2~30のアルケニル基、炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、チオール基であり、m14は0~5の整数である。m14'は0~4の整数であり、m14は0~5の整数である。
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、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、又は炭素数2~30のアルケニル基、炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、チオール基である。
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、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、又は炭素数2~30のアルケニル基、炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、チオール基である。
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、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキレン基、炭素数6~30の2価のアリール基、又は炭素数2~30の2価のアルケニル基である。
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は各々独立して、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、又は炭素数2~30のアルケニル基、炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、チオール基であり、m14'は0~4の整数である。
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。
R14は各々独立して、炭素数1~30の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、又は炭素数2~30のアルケニル基、炭素数1~30のアルコキシ基、ハロゲン原子、チオール基であり、m14は0~5の整数である。
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。
前記式は、耐熱性の観点からジベンゾキサンテン骨格を有する化合物が好ましい。
前記式は、耐熱性の観点からキサンテン骨格を有する化合物が好ましい。
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。
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(0)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、式(1)で表される化合物を例にとると、式(0)で表される化合物は以下のように合成することができる。
例えば、式(1)で表される化合物は、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、式(1)の前駆体物質を得た後、塩基性触媒の存在下で、常圧下、前記前駆体物質、ホルムアルデヒドとを反応させることによって、前記式(1)で表される、ヒドロキシメチル基を含む化合物を得ることができる。
また反応の際に炭素数1~4のアルコールを用いると、前記式(1)で表される、炭素数2~5のアルコキシメチル基を含む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。
前記式(0)で表される化合物は、リソグラフィー用膜形成組成物として、そのまま使用することができる。また、前記式(0)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も使用することができる。換言すると、本実施形態の樹脂は前記式(0)で表される化合物に由来する単位構造を有する樹脂である。例えば、前記式(0)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樹脂としても使用することができる。
前記式(0)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)に表される構造を有する樹脂が挙げられる。すなわち、本実施形態の組成物は、下記式(3)に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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はエステル結合を含んでいてもよく、
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、
但し、m2、m3、m4及びm5は同時に0となることはなく、R2~R5の少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基である。)
本実施形態の樹脂は、例えば、前記式(0)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(0)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。
本実施形態の化合物は、下記式(2)で表されることが好ましい。式(2)で表される化合物は、耐熱性が高く、溶媒溶解性も高い傾向にある。
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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、前記Xと同義であり、
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。)
R1Aは、炭素数1~60のnA価の基又は単結合である。nAは前記Nと同義であり、1~4の整数である。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。
なお、前記nA価の基とは、nA=1のときには、炭素数1~60のアルキル基、nA=2のときには、炭素数1~30のアルキレン基、nA=3のときには、炭素数2~60のアルカンプロパイル基、nA=4のときには、炭素数3~60のアルカンテトライル基のことを示す。前記n価の基としては、例えば、直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基又は脂環式炭化水素基を有するもの等が挙げられる。ここで、前記脂環式炭化水素基については、有橋脂環式炭化水素基も含まれる。また、前記n価の炭化水素基は、脂環式炭化水素基、二重結合、ヘテロ原子若しくは炭素数6~60の芳香族基を有していてもよい。
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、式(2)で表される化合物は、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、式(2)の前駆体物質を得た後、塩基性触媒の存在下で、常圧下、前記前駆体物質、ホルムアルデヒドとを反応させることによって、前記式(2)で表される、ヒドロキシメチル基を含む化合物を得ることができる。
また反応の際に炭素数1~4のアルコールを用いると、前記式(2)で表される、炭素数2~5のアルコキシメチル基を含む化合物を得ることができる。
また、前記合成は必要に応じて、加圧下で行うこともできる。
ケトン類としては、芳香環を有するケトンを用いることが、高い耐熱性及び高いエッチング耐性を兼備する観点から好ましい。
前記ポリフェノール化合物を製造する際の反応温度は、特に限定されず、反応原料の反応性に応じて適宜選択することができるが、10~200℃の範囲であることが好ましい。本実施形態の式(2)で表される化合物を選択性よく合成する観点からは、温度が低い方が効果が高く、10~60℃の範囲がより好ましい。
前記式(2)で表される化合物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、ナフトール類等、アルデヒド類又はケトン類、触媒を一括で仕込む方法や、触媒存在下ナフトール類やケトン類を滴下していく方法が挙げられる。重縮合反応終了後、系内に存在する未反応原料、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こともできる。
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としても使用することができる。換言すると、当該樹脂は前記式(2)に由来する単位構造を有する樹脂である。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樹脂としても使用することができる。
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)に表される構造を有する樹脂が挙げられる。すなわち、本実施形態の組成物は、下記式(4)に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、
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。
但し、R2Aの少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基を含む。
前記式(0)で表される化合物及びこれをモノマーとして得られる樹脂は以下の精製方法によって精製ことができる。即ち、本実施形態の化合物及び/又は樹脂の精製方法は、前記式(0)で表される化合物及びこれをモノマーとして得られる樹脂(例えば、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有機溶媒を含む。
当該第一抽出工程において、前記樹脂は、例えば、前記式(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。前記精製方法によれば、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、前記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。
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。
本実施形態における組成物は、上述の本実施形態の化合物及び樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含有する。本実施形態の組成物は、溶媒、酸発生剤、架橋剤(例えば、酸架橋剤)、架橋促進剤、ラジカル重合開始剤等をさらに含有することができる。本実施形態の組成物は、リソグラフィー用膜形成用途(即ち、リソグラフィー用膜形成組成物)や光学部品形成用途に用いることができる。
本実施形態の組成物は、上述の本実施形態の化合物及び樹脂からなる群より選ばれる1種以上(例えば、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ことができる。
本実施形態の組成物は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。)として用いることができる。レジスト組成物は、例えば、本実施形態の化合物及び樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含有する。
レジスト組成物において、レジスト基材として用いる上述の本実施形態の化合物及び樹脂の含有量は、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)など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。化合物及び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。
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)及び酸拡散制御剤(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、熱及び/又は光硬化触媒、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。
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。また、一般的な半導体製造プロセスに適用することができる。上述の本実施形態の化合物及び樹脂の種類及び/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。
本実施形態の組成物は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。)として用いることができる。前記感放射線性組成物に含有させる成分(A)(上述の本実施形態の化合物及び樹脂)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ことで、現像工程によってレジストパターンを作り得る。
感放射線性組成物に含有させる成分(A)は、比較的低分子量の化合物であることから、得られたレジストパターンのラフネスは非常に小さい。
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など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などが好ましいものとして挙げられる。
感放射線性組成物は、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。また、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。
ポジ型レジストパターンの場合、前記感放射線性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、5Å/sec以下が好ましく、0.05~5Å/secがより好ましく、0.0005~5Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が5Å/sec以下であると現像液に不溶で、レジストとすることが容易となる。また、0.0005Å/sec以上の溶解速度を有する場合、解像性が向上する傾向にある。これは、上述の本実施形態の化合物及び樹脂を構成成分として含む樹脂の露光前後の溶解性の変化により、現像液に溶解する露光部と、現像液に溶解しない未露光部との界面のコントラストが大きくなるためと推測される。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、エリプソメーター又はQCM法等の公知の方法によって測定し決定することができる。
ネガ型レジストパターンの場合、前記感放射線性組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜のKrFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線等の放射線により照射した後、又は、20~500℃で加熱した後の露光した部分の、23℃における現像液に対する溶解速度は、5Å/sec以下が好ましく、0.05~5Å/secがより好ましく、0.0005~5Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が5Å/sec以下であると現像液に不溶で、レジストとすること容易となる。また、0.0005Å/sec以上の溶解速度を有する場合、解像性が向上する傾向にある。これは、上述の本実施形態の化合物及び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ためと推測される。また、LERの低減、ディフェクトの低減効果がある。
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)など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。感放射線性組成物は、成分(A)の含有量が前記範囲内であると、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。
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、熱及び/又は光硬化触媒、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。感放射線性組成物における各成分の配合割合が前記範囲である場合、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。
本実施形態によ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組成物(前記レジスト組成物又は感放射線性組成物)を用いて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。具体的には、例えば、本実施形態によるレジストパターンの形成方法は、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ことが好ましい。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。
本実施形態の組成物は、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。)として用いることもできる。下層膜形成材料は、上述の本実施形態の化合物及び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。
前記下層膜形成材料は、溶媒を含有してもよい。前記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。
前記下層膜形成材料は、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。本実施形態で使用可能な架橋剤は特に限定されないが、例えば、国際公開第2013/024779号に記載のもの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。
前記下層膜形成材料は、熱による架橋反応をさらに促進させるなどの観点から、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、いずれのものも使用することができる。例えば、国際公開第2013/024779号に記載のものを用いることができる。
さらに、前記下層膜形成材料は、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などのナフタレン環、フェナントレンキノン、フルオレンなどのビフェニル環、チオフェン、インデンなど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。前記公知の添加剤としては、以下に限定されないが、例えば、熱及び/又は光硬化触媒、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。
前記下層膜形成材料を用いて、リソグラフィー用下層膜を形成することができる。
なお、本実施形態の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、特に限定されないが、例えば、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。
下記装置を用いて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)又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た後、1週間経過させた。当該溶解度試験の結果を以下の基準に従って化合物の溶解性を評価した。
評価A:目視にていずれかの溶媒で析出物が生成していないことを確認した。
評価C:目視にていずれかの溶媒で析出物が生成されていることを確認した。
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℃
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製EXSTAR TG/DTA6200装置を使用し、試料約5mgをアルミニウム製非密封容器に入れ、窒素ガス(100mL/min)気流中昇温速度10℃/minで550℃まで昇温した。その際、ベースラインに減少部分が現れる温度を熱分解温度とした。
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製「EXSTAR DSC6200」の示差走査熱量装置を使用し、試料約5mgをアルミニウム製密封容器に入れ、窒素ガス(100mL/min)気流中昇温速度10℃/minで350℃まで昇温した。その際、確認された吸熱ピークのトップ温度を融点とした。
続いて試料を急冷し、再度、窒素ガス(100mL/min)気流中昇温速度10℃/minで400℃まで昇温した。その際、ベースラインの減少開始および及び終了部分の間の変曲点をガラス転移点とした。
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、カラムクロマトによる分離精製を行い、下記式(XBisN-1)で表される目的化合物3.05gを得た。400MHz-1H-NMRにより下記式(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)9.7(2H,O-H)、7.2~8.5(19H,Ph-H)、6.6(1H,C-H)
尚、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(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)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、LC-MS分析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の容器に水酸化ナトリウム12g(300mmol)を加えた蒸留水120mLを入れ、前記式(XBisN-1)で表される化合物10.0g(21mmol)を入れ、続いて35質量%ホルムアルデヒド水溶液25.7g(300mmol)を加え、50℃にて8時間反応を行なった。
反応終了後、酢酸エチル150mLを投入し、有機層を1N HCl 100mLで洗浄、水洗、食塩水洗浄し、乾燥させた。その後、エバポレーションにより濃縮し、カラムクロマトによる分離精製を行い、下記式(HM2-XBisN-1)で表される目的化合物2.0gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(HM2-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)9.7(2H,O-H)、7.2~8.5(17H,Ph-H)、6.6(1H,C-H)、4.4~4.5(6H、-CH2OH)
得られた化合物の熱分解温度は200℃以上であり、高耐熱性を有することが確認できた。
前記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、前記式(BisF-1)で表される化合物を用いたこと以外、合成実施例1-1と同様に反応させ、下記式(HM6-BisF-1)で表される目的化合物2.2gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(HM6-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)9.4(4H,O-H)、6.8~7.8(20H,Ph-H)、6.2(1H,C-H)、4.4~4.5(18H,-CH2OH)
得られた化合物の熱分解温度は200℃以上であり、高耐熱性を有することが確認できた。
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mLの容器にメタノール180g、硫酸6gを仕込み、均一溶液にした後、合成実施例1-1で得られたHM2-XBisN-1 2.0gを加え、55℃にて8時間反応を行なった。
反応終了後、水酸化ナトリウム水溶液により中和した後、エバポレーションにより濃縮し、カラムクロマトによる分離精製を行い、下記式(MM2-XBisN-1)で表される目的化合物2.0gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(MM2-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)9.7(2H,O-H)、7.2~8.5(17H,Ph-H)、6.6(1H,C-H)、4.5(4H、-CH2-)、3.4(6H、-CH3)
得られた化合物の熱分解温度は200℃以上であり、高耐熱性を有することが確認できた。
前記式(HM2-XBisN-1)で表される化合物の代わりに、前記式(HM6-BisF-1)で表される化合物を用いたこと以外、合成実施例1-2と同様に反応させ、下記式(MM6-BisF-1)で表される目的化合物0.5gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(MM6-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)9.4(4H,O-H)、6.8~7.8(20H,Ph-H)、6.2(1H,C-H)、4.5(12H、-CH2-)、3.4(18H、-CH3)
得られた化合物の熱分解温度は200℃以上であり、高耐熱性を有することが確認できた。
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。
上記式(XBisN-1)で表される化合物の代わりに、前記式(BiN-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(HM2-BiN-1)で表される目的化合物4.6gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(HM2-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)、7.4~8.3(18H,Ph-H)、4.4~4.6(6H、-CH2OH)、2.3(3H,CH3)
得られた化合物の熱分解温度は371℃、ガラス転移点は130℃、融点は242℃であり、高耐熱性が確認できた。
上記式(HM2-XBiN-1)で表される化合物の代わりに、上記式(HM2-BiN-1)で表される化合物を用いた以外、合成実施例1-2と同様に反応させ、下記式(MM2-BiN-1)で表される目的化合物が4.0g得られた。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(MM2-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)8.5(2H,O-H)、6.8~8.4(27H,Ph-H)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.5(6H,-CH3)、2.2(3H,-CH3)
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1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。
δ(ppm)9.67(2H,O-H)、6.98~7.60(25H,Ph-H)、2.25(3H,C-H)
上記式(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(HM6-BiP-1)で表される目的化合物4.8gを得た。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(HM6-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)9.3(2H,O-H)、6.8~8.5(32H,Ph-H)、2.2(3H,-CH3)
得られた化合物の熱分解温度は363℃、ガラス転移点は103℃、融点は204℃であり、高耐熱性が確認できた。
上記式(HM2-XBisN)で表される化合物の代わりに、上記式(HM6-BiP-1)で表される化合物を用いた以外、合成実施例1-1と同様に反応させ、下記式(MM6-BiP-1)で表される目的化合物が5.0g得られた。
400MHz-1H-NMRにより、下記式(MM6-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(2H,O-H)、6.8~8.8(32H,Ph-H)、4.0(4H,-O-CH2-)、3.5(6H,-CH3)、2.2(3H,-CH3)
合成例3の原料である2-ナフトール及び4-アセチルビフェニルを表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。
それぞれの目的物を、1H-NMRで同定した結果を表2に示す。
合成例1の原料である4-ビフェニルカルボキシアルデヒドを表3の原料2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。
それぞれの目的物を1H-NMRで同定した結果を表4に示す。
合成例3の原料である2-ナフトール及び4-アセチルビフェニルを表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。
それぞれの目的物を、1H-NMRで同定した結果を表6に示す。
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)及びFD-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(HM2-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)及びFD-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、合成実施例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、有機相の溶媒及び未反応の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。
<合成実施例20-1> HM-R1-XBisN-1の合成
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積1000mLの容器に水酸化ナトリウム36g(900mmol)を加えた蒸留水200mLを入れ、前記式(R1-XBisN-1)で表される樹脂30.0gを入れ、続いて35質量%ホルムアルデヒド水溶液51.4g(600mmol)を加え、50℃にて8時間反応を行なった。
反応終了後、酢酸エチル250mLを投入し、有機層を1N-HCl100mLで洗浄、水洗、食塩水洗浄し、エバポレーションにより濃縮し、析出した固形物を70℃で真空乾燥させることにより、灰色固体の樹脂(HM-R1-XBisN-1)26.0gを得た。
<合成実施例20-2> MM-R1-XBisN-1の合成
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積1000mLの容器にメタノール280g、硫酸20gを仕込み、均一溶液にした後、合成実施例20-1で得られた樹脂(HM-R1-XBisN-1)を10.0g加え、55℃にて8時間反応を行なった。
反応終了後、水酸化ナトリウム水溶液により中和した後、エバポレーションにより濃縮し、析出した固形物を70℃で真空乾燥させることにより、灰色固体の樹脂(MM-R1-XBisN-1)12.1gを得た。
上記樹脂(R1-XBisN-1)の代わりに、上記樹脂(R2-XBisN-1)30.6gを使用した以外は合成実施例20-1と同様に反応させ、灰色固体の樹脂(HM-R2-XBisN-1)36.5gを得た。
上記樹脂(HM-R1-XBisN-1)の代わりに、上記樹脂(HM-R2-XBisN-1)33.6gを使用した以外は合成実施例20-2と同様に反応させ、灰色固体の樹脂(MM-R2-XBisN-1)39.5g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)について、GPC分析を行った結果、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。
上記合成実施例1-1~21-2に記載の化合物あるいは樹脂、合成比較例1のCR-1を用いて溶解度試験を行った。結果を表8に示す。
・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:メチルアミルケトン(MAK)
・ノボラック:群栄化学社製 PSM4357
また、下記表9に示す組成のリソグラフィー用下層膜形成材料組成物を各々調製した。次に、これらのリソグラフィー用下層膜形成材料組成物をシリコン基板上に回転塗布し、その後、110℃で60秒間ベークして塗膜の溶媒を除去した後、高圧水銀ランプにより、積算露光量600mJ/cm2、照射時間20秒で硬化させて膜厚200nmの下層膜を各々作製した。光ラジカル重合開始剤、架橋剤及び有機溶媒については次のものを用いた。
架橋剤:
(1)三和ケミカル社製 ニカラックMX270(ニカラック)
(2)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)
(3)小西化学工業製 ジアリルビスフェノールA(BPA-CA)
(4)小西化学工業製 ベンゾオキサジン(BF-BXZ)
(5)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アセテート(PGMEA)
そして、上記各実施例及び比較例1で調製したリソグラフィー用下層膜形成材料組成物について、下記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及び表9に示す。
[エッチング試験]
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)
[エッチング耐性の評価]
エッチング耐性の評価は、以下の手順で行った。
まず、化合物(HM2-XBisN-1)に代えてノボラック(群栄化学社製 PSM4357)を用いたこと以外は、実施例1-1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、上記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。
次に、各実施例及び比較例1の下層膜を対象として、上記エッチング試験を同様に行い、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。
[評価基準]
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
次に、実施例1-1~2-2で得られた、HM2-XBisN-1、MM2-XBisN-1、HM6-BisF-1又はMM6-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。
式(11)の化合物は、以下のようにして得られた。2-メチル-2-メタクリロイルオキシアダマンタン4.15g、メタクリルロイルオキシ-γ-ブチロラクトン3.00g、3-ヒドロキシ-1-アダマンチルメタクリレート2.08g、アゾビスイソブチロニトリル0.38gを、テトラヒドロフラン80mLに溶解させて反応溶液とした。この反応溶液を、窒素雰囲気下、反応温度を63℃に保持して、22時間重合させた後、反応溶液を400mlのn-ヘキサン中に滴下した。このようにして得られた生成樹脂を凝固精製させ、生成した白色粉末をろ過し、減圧下40℃で一晩乾燥させて得た。
現像後のレジストパターンの形状については、パターン倒れがなく、矩形性が良好なものを「良好」とし、それ以外を「不良」として評価した。また、前記観察の結果、パターン倒れがなく、矩形性が良好な最小の線幅を「解像性」として、評価の指標とした。さらに、良好なパターン形状を描画可能な最小の電子線エネルギー量を「感度」として、評価の指標とした。
評価結果を表10に示す。
下層膜の形成を行わなかったこと以外は、実施例42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10に示す。
また、表10から明らかなように、実施例42~45においては、現像後のレジストパターン形状が良好であり、欠陥も見られないことが確認され、また、下層膜の形成を省略した比較例2に比べて、解像性及び感度ともに有意に優れていることが確認された。
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良いことが示された。
実施例1-1~2-2で得られたリソグラフィー用下層膜形成材料組成物の各溶液を膜厚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80nm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。
次いで、電子線描画装置(エリオニクス社製;ELS-7500,50keV)を用いて、フォトレジスト層をマスク露光し、115℃で90秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で60秒間現像することにより、55nmL/S(1:1)のポジ型のレジストパターンを得た。
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)
レジスト中間膜パターンのレジスト下層膜へのエッチング条件
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)
レジスト下層膜パターンのSiO 2 膜へのエッチング条件
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)
上記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。
前記合成例、及び合成実施例で合成した各化合物を用いて、下記表11に示す配合で光学部品形成組成物を調製した。なお、表11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、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。
均一な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PBして、厚さ1μmの膜を形成した。その膜につき、ジェー・エー・ウーラム製多入射角分光エリプソメーターVASEにて、25℃における屈折率(λ=589.3nm)を測定した。調製した膜について、屈折率が1.65以上の場合には「A」、1.6以上1.65未満の場合には「B」、1.6未満の場合には「C」と評価した。また透過率(λ=632.8nm)が90%以上の場合には「A」、90%未満の場合には「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12に示す配合でレジスト組成物を調製した。評価結果を表12に示す。なお、表12中のレジスト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)
酸拡散抑制剤:関東化学製 トリオクチルアミン
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アセテート(PGMEA)
同様に合成例1で得られた化合物を主剤とし、架橋剤として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整した。評価結果を表13に示す。なお、表13中の酸発生剤、酸拡散抑制剤、及び溶媒については、表12と同様のものを用いた。
(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、耐熱性及び溶媒溶解性の高い、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。
特に、本発明はリソグラフィー用レジスト、リソグラフィー用下層膜及び多層レジスト用下層膜及び光学部品の分野において、特に有効に利用可能である。
Claims (18)
- 下記式(0)で表される、化合物。
RZは、アルキル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基のいずれか1種以上を有するフェニル基であり、
RTは、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、水酸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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はカルボン酸とアルコールとの脱水縮合により得られる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、炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
Xは、単結合、酸素原子、硫黄原子又は無架橋であり、
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、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。) - 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、請求項1に記載の化合物。
R1は、アルキル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基のいずれか1種以上を有するフェニル基であり、
R2~R5は、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、水酸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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はカルボン酸とアルコールとの脱水縮合により得られる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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、
但し、m2、m3、m4及びm5は同時に0となることはなく、
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。) - 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、請求項1に記載の化合物。
R1Aは、アルキル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基のいずれか1種以上を有するフェニル基であり、
R2Aは、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、水酸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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はカルボン酸とアルコールとの脱水縮合により得られる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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、前記Xと同義であり、
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。) - 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、請求項2に記載の化合物。
R6~R7は、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸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、カルボキシル基、チオール基であり、
R10~R11は、各々独立して、水素原子であり、
ここで、R4~R7の少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
m6及びm7は、各々独立して、0~7の整数であり、
但し、m4、m5、m6及びm7は同時に0となることはない。) - 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、請求項3に記載の化合物。
R3Aは、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸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、カルボキシル基、チオール基であり、
R4Aは、各々独立して、水素原子であり、
ここで、R3Aの少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
m6Aは、各々独立して、0~5の整数であり、但し、少なくとも1つのm6Aは1~5の整数である。) - 請求項1に記載の化合物に由来する単位構造を有する、樹脂。
- 下記式(3)で表される構造を有する、請求項7に記載の樹脂。
R0は、前記RYと同義であり、
R1は、アルキル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基のいずれか1種以上を有するフェニル基であり、
R2~R5は、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、水酸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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はカルボン酸とアルコールとの脱水縮合により得られるエステル結合を含んでいてもよく、
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、
但し、m2、m3、m4及びm5は同時に0となることはなく、R2~R5の少なくとも1つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基である。) - 下記式(4)で表される構造を有する、請求項7に記載の樹脂。
R0Aは、前記RYと同義であり、
R1Aは、アルキル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基のいずれか1種以上を有するフェニル基であり、
R2Aは、各々独立して、水酸基を有していてもよい炭素数1~30のアルキル基、水酸基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基、水酸基を有していてもよい炭素数2~30のアルケニル基、水酸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、カルボキシル基、チオール基、水酸基であり、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、ケトン結合又はカルボン酸とアルコールとの脱水縮合により得られる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つは炭素数2~5のアルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を含む一価の基であり、
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、前記Xと同義であり、
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1~6の整数であり、
qAは、各々独立して、0又は1である。) - 請求項1~6のいずれか一項に記載の化合物及び請求項7~9のいずれか一項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10に記載の組成物。
- 酸発生剤をさらに含有する、請求項10又は請求項11に記載の組成物。
- 酸架橋剤をさらに含有する、請求項10~請求項12のいずれか一項に記載の組成物。
- リソグラフィー用膜形成に用いられる、請求項10~請求項13のいずれか一項に記載の組成物。
- 光学部品形成に用いられる、請求項10~請求項13のいずれか一項に記載の組成物。
- 基板上に、請求項14に記載の組成物を用いて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。
- 基板上に、請求項14に記載の組成物を用いて下層膜を形成し、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。
- 基板上に、請求項14に記載の組成物を用いて下層膜を形成し、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、現像してレジストパターンを形成し、その後、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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