WO2025164609A1 - 金属酸化物レジストパターン形成用有機樹脂組成物 - Google Patents

金属酸化物レジストパターン形成用有機樹脂組成物

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WO2025164609A1
WO2025164609A1 PCT/JP2025/002579 JP2025002579W WO2025164609A1 WO 2025164609 A1 WO2025164609 A1 WO 2025164609A1 JP 2025002579 W JP2025002579 W JP 2025002579W WO 2025164609 A1 WO2025164609 A1 WO 2025164609A1
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group
carbon atoms
organic film
formula
film
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French (fr)
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諭 武田
祐希 光武
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Nissan Chemical Corp
Original Assignee
Nissan Chemical Corp
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Publication date
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/004Photosensitive materials
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/30Imagewise removal using liquid means
    • G03F7/32Liquid compositions therefor, e.g. developers
    • GPHYSICS
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    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/40Treatment after imagewise removal, e.g. baking

Definitions

  • the present invention relates to a composition for forming an organic film that is used to form an organic film that is formed between resist patterns formed from a metal-containing resist and is subsequently removed.
  • microfabrication using lithography with photoresist has been used in the manufacture of semiconductor devices.
  • This microfabrication method involves forming a thin film of photoresist on a semiconductor substrate such as a silicon wafer, irradiating it with active light such as ultraviolet light through a mask pattern on which the semiconductor device pattern is drawn, developing it, and then etching the substrate using the resulting photoresist pattern as a protective film, thereby forming fine irregularities corresponding to the pattern on the substrate surface.
  • metal oxide resist also known as metal-containing resist
  • metal-containing resist metal oxide resist
  • metal-containing resist has sufficient etching resistance to perform fine patterning even in thin films, and therefore has been attracting attention in recent years as a material to be used in next-generation EUV lithography technology.
  • resist pattern collapse becomes a problem.
  • variations in resist pattern dimensions e.g., LWR (line width roughness)
  • the present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an organic film-forming composition that can prevent resist pattern collapse and reduce dimensional variation in resist pattern during fine patterning using a metal-containing resist film, as well as a method for manufacturing semiconductor devices using the organic film-forming composition.
  • the present invention includes the following.
  • a composition for forming an organic film used to form an organic film that is formed between resist patterns formed from a metal-containing resist film and is then removed A composition for forming an organic film, comprising an organic polymer having a glass transition temperature of 150° C. or higher and a solvent.
  • a composition for forming an organic film comprising an organic polymer having a glass transition temperature of 150° C. or higher and a solvent.
  • the organic film-forming composition according to [1] or [2], wherein the glass transition temperature of the organic polymer is 150°C to 350°C.
  • the organic polymer is a resin (G) having a complex unit structure
  • the composite unit structure is a unit structure (A) having an aromatic ring; A unit structure (B) having one or more carbon atoms; and
  • the unit structure (B) is a unit structure derived from an aldehyde compound or an aldehyde equivalent, The composition for forming an organic film according to [4] or [5], wherein the aldehyde equivalent is an organic compound capable of forming a covalent bond with an aromatic ring, and is an organic compound having a ketone group; an acetal group; a ketal group; a hydroxyl group or an alkoxy group bonded to a secondary or tertiary carbon atom; a hydroxyl group, an alkoxy group or a halo group bonded to the ⁇ -position carbon atom of an alkylaryl group; or a carbon-carbon unsaturated bond.
  • the aldehyde equivalent is an organic compound capable of forming a covalent bond with an aromatic ring, and is an organic compound having a ketone group; an acetal group; a ketal group; a hydroxyl group or an alkoxy group bonded to a secondary or tert
  • R and R' each independently represent a hydrogen atom, an aromatic ring having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent, a heterocycle having 3 to 30 carbon atoms which may have a substituent, or a linear, branched or cyclic alkyl group having 10 or less carbon atoms which may have a substituent.
  • R and R' may form a structure having a ring structure together with the carbon atom to which they are bonded.
  • Ar 101 , Ar 102 , Ar 111 , Ar 112 , Ar 121 , Ar 122 , Ar 131 and Ar 132 each independently represent an aromatic ring.
  • R 101 , R 102 , R 111 , R 112 , R 121 , R 122 , R 124 , R 131 , and R 132 each independently represent a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an amino group, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 80 carbon atoms, or a combination thereof which may contain an ether bond, a ketone bond, a sulfide bond, a sulfonyl group, a carboxyl group, or an ester bond.
  • R 103 , R 113 , R 123 , and R 133 are each independently selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 40 carbon atoms, and combinations thereof, and the alkyl group, the alkenyl group, and the aryl group represent an organic group which may contain an ether bond, a ketone bond, or an ester bond.
  • n 101 , n 102 , n 111 , n 112 , n 121 , n 122 , n 131 and n 132 each independently represent 0 or an integer up to the maximum number that can be substituted on the aromatic ring.
  • n 124 represents 0 or 1.
  • [11] The composition for forming an organic film according to any one of [1] to [10], which also serves as a developer when forming the resist pattern.
  • [12] A step of irradiating the metal-containing resist film with light or an electron beam; a step of contacting the metal-containing resist film irradiated with light or an electron beam with a developer to obtain a resist pattern; applying the organic film-forming composition according to any one of [1] to [10] onto the resist pattern without drying the resist pattern in contact with the developer, thereby forming an organic film between the resist patterns; removing the organic film;
  • a method for manufacturing a semiconductor device comprising: [13] The method for manufacturing a semiconductor element according to [12], wherein in the step of forming the organic film, the organic film is also formed on the resist pattern.
  • the present invention provides an organic film-forming composition that can prevent resist pattern collapse while suppressing dimensional variations in the resist pattern during fine patterning using a metal-containing resist film, as well as a method for manufacturing semiconductor devices using the organic film-forming composition.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view (part 1) for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor element (part 2).
  • FIG. 1C is a cross-sectional view (part 3) illustrating an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor element.
  • FIG. 1D is a schematic cross-sectional view for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor element (part 4).
  • FIG. 1E is a schematic cross-sectional view for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor element (part 5).
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of an organic film between resist patterns.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view (part 1) for explaining another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view (part 2) for explaining another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view (part 3) illustrating another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element.
  • FIG. 3D is a schematic cross-sectional view (part 4) for explaining another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element.
  • the organic film-forming composition of the present invention is a composition for forming an organic film that is used to form an organic film that is formed between resist patterns formed from a metal-containing resist film and is then removed.
  • the organic film-forming composition contains an organic polymer having a glass transition temperature of 150° C. or higher and a solvent.
  • the present inventors have found that when a resist pattern is formed from a metal-containing resist film, the resist pattern is likely to collapse after development. In general, in forming a resist pattern, drying is carried out after development to remove the developer. As a result of extensive investigations, the present inventors have found that, instead of drying and removing the developer after development, it is possible to prevent the resist pattern from collapsing by forming an organic film between the resist patterns after development and then removing the organic film. The present inventors believe that the resist pattern collapse occurs due to the influence of the capillary force of the developer during drying to remove the developer.
  • the present inventors focused on improving the dimensional variation of the resist pattern and discovered that the dimensional variation of the resist pattern can be suppressed by increasing the glass transition temperature (for example, to 150°C or higher) of the organic polymer that constitutes the organic film formed between the resist patterns, which led to the completion of the present invention.
  • WO 2012/128251 discloses a developer used in lithography processes, which contains a polymer for forming a dry etching mask and an organic solvent (see, for example, claim 1). However, this developer is used to form a reverse pattern using the polymer contained therein, and the technical concept of the invention described in WO 2012/128251 is clearly different from that of the present invention.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-33842 discloses a processing liquid for pattern formation using a chemically amplified resist composition, the processing liquid containing an organic solvent-soluble resin and an organic solvent (see, for example, claim 1).
  • this technology presumably involves the organic solvent-soluble resin promoting the penetration of the developer or rinse solution into the resist composition, thereby improving the dissolution rate.
  • the present invention uses a metal-containing resist film as the resist film. Since resins and metal-containing resist films are typically incompatible, when the resist film is a metal-containing resist film, the organic solvent-soluble resin cannot be expected to promote the penetration of the developer or rinse solution into the resist composition.
  • the technical concept of the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-33842 and the present invention are clearly different.
  • the metal-containing resist film is not particularly limited, but preferably contains at least one of the following elements: Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf, Al, and Co.
  • the organic film-forming composition is preferably used to prevent the resist pattern from collapsing.
  • the organic film-forming composition is preferably used to suppress variations in the dimensions of the resist pattern.
  • the organic film-forming composition also serves as a developer when forming a resist pattern, for example.
  • the method for removing the organic film is not particularly limited, and examples thereof include methods for removing organic films used in semiconductor lithography processes.
  • methods for removing the organic film include dry etching, wet etching (e.g., decomposition and removal with an acidic solution), radiation etching, high-temperature baking, dissolution and removal using a solvent, ozone treatment, etc. These can be used alone or in combination of two or more.
  • Organic polymer has a glass transition temperature of 150° C. or greater.
  • the glass transition temperature of the organic polymer is not particularly limited as long as it is 150° C. or higher.
  • the upper limit of the glass transition temperature of the organic polymer is not particularly limited, and the glass transition temperature of the organic polymer may be 400°C or lower, 350°C or lower, or 300°C or lower.
  • the glass transition temperature of the organic polymer is determined, for example, using a differential scanning calorimeter. Specifically, the glass transition temperature of the organic polymer can be determined, for example, under the following conditions.
  • Differential scanning calorimeter DSC Q2000 (manufactured by TA Instruments) Temperature range: room temperature to 350°C Temperature increase rate: 5°C/min Cooling rate: 5°C/min Atmosphere: Nitrogen The endothermic onset temperature during the second temperature rise is taken as the glass transition temperature.
  • the endothermic onset temperature is the point where the baseline up to the start of endothermic heat and the tangent to the endothermic curve intersect.
  • the upper limit of the measurement temperature range can be changed to 400°C or 450°C for measurement.
  • the organic polymer is not particularly limited as long as it has a glass transition temperature of 150°C or higher.
  • Examples include polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, polyether ketone resin, and resin (G) described below, with resin (G) described below being preferred.
  • An example of the organic polymer is a resin (G) having a complex unit structure.
  • the composite unit structure has a unit structure (A) having an aromatic ring and a unit structure (B) having one or more carbon atoms.
  • Resin (G) is a resin obtained by a reaction that forms a covalent bond between a carbon atom constituting the aromatic ring of unit structure (A) and a carbon atom in unit structure (B).
  • resin (G) may be referred to as a "novolak resin.”
  • the unit structure (A) has, for example, at least one of an oxygen atom constituting an aromatic ring, a sulfur atom constituting an aromatic ring, an oxygen atom bonded to an aromatic ring, a nitrogen atom constituting an aromatic ring, and a nitrogen atom bonded to an aromatic ring.
  • the unit structure (A) does not have, for example, a heteroatom as an atom constituting an aromatic ring or an atom bonded to the aromatic ring.
  • the unit structure (B) is, for example, a unit structure derived from an aldehyde compound or an aldehyde equivalent.
  • An aldehyde equivalent is an organic compound capable of forming a covalent bond with an aromatic ring, and is an organic compound having a ketone group; an acetal group; a ketal group; a hydroxyl group or an alkoxy group bonded to a secondary or tertiary carbon atom; a hydroxyl group, an alkoxy group, or a halo group bonded to the ⁇ -carbon atom of an alkylaryl group; or a carbon-carbon unsaturated bond.
  • the novolac resin referred to in this specification is a resin formed by linking multiple compounds having aromatic rings together, with an organic compound containing a carbon atom derived from the functional group (sometimes referred to as a "linking carbon atom") forming a covalent bond with an aromatic ring in a compound having an aromatic ring via the linking carbon atom.
  • unit structure (A) and unit structure (B) are used to refer to the unit structures that make up "novolac resin.”
  • Unit structure (A) is a unit structure derived from a compound having an aromatic ring.
  • Unit structure (B) is a unit structure derived from a compound having a functional group that allows for covalent bonding with the aromatic ring of unit structure (A).
  • Residue refers to an organic group in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom or a heteroatom (such as a nitrogen atom, oxygen atom, or sulfur atom) is replaced with a bond, and may be a monovalent or polyvalent group. For example, replacing one hydrogen atom with one bond results in a monovalent organic group, and replacing two hydrogen atoms with bonds results in a divalent organic group.
  • aromatic ring is a concept that encompasses aromatic hydrocarbon rings, aromatic heterocycles, and residues thereof (sometimes referred to as "aromatic groups,””arylgroups” (in the case of monovalent groups), or "arylene groups” (in the case of divalent groups)), and includes not only monocyclic (aromatic monocycles) but also polycyclic (aromatic polycycles).
  • At least one monocycle is an aromatic monocycle, but the remaining monocycles that form a condensed ring with the aromatic monocycle may be monocyclic heterocycles (heteromonocycles) or monocyclic alicyclic hydrocarbons (alicyclic monocycles).
  • a heteroaryl group is included in an aryl group, and a heteroarylene group is included in an arylene group.
  • Aromatic rings include aromatic hydrocarbon rings such as benzene, indene, naphthalene, azulene, styrene, toluene, xylene, mesitylene, cumene, anthracene, phenanthrene, triphenylene, benzanthracene, pyrene, chrysene, fluorene, biphenyl, corannulene, perylene, fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[b]fluoranthene, benzo[ghi]perylene, coronene, dibenzo[g,p]chrysene, acenaphthylene, acenaphthene, naphthacene, pentacene, and cyclooctatetraene, more typically aromatic hydrocarbon rings such as benzene, naphthalene, anthracene, and pyrene; and furan, pyr
  • sulfonyl-containing groups for example, —SO 2 R, where R represents the hydrocarbon group —R a or a hydroxyl group —OH); Thiol group (-SH) a sulfide-containing group (-SR, where R represents the hydrocarbon group -R a ) an organic group containing an ether bond [a residue of an ether compound represented by R 11 —O—R 11 (each R 11 independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, such as a methyl group or an ethyl group, or an aryl group, such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group or a pyrenyl group); for example, an organic group containing an ether bond including a methoxy group, an ethoxy group or a phenoxy group]
  • the "aromatic ring” may be an organic group having a structure in which two or more aromatic rings are linked by a divalent linking group.
  • the divalent linking group include an alkylene group, an arylene group, -NH-, -NHCO-, -O-, -COO-, -CO-, -S-, -SS-, and -SO 2 -.
  • the divalent linking group may also be a divalent group in which one hydrogen atom has been removed from any of the substituents of the aromatic ring described above.
  • heterocycle encompasses both aliphatic heterocycles and aromatic heterocycles, and is a concept that encompasses not only monocyclic (heteromonocyclic) but also polycyclic (heteropolycyclic). In the case of a polycyclic, at least one monocyclic ring is a heteromonocyclic ring, but the remaining monocyclic rings may be aromatic hydrocarbon monocyclic or alicyclic monocyclic.
  • aromatic heterocycles see the examples in (I-3) above. As with the aromatic ring in (I-3) above, it may have a substituent.
  • non-aromatic monocyclic rings examples include cyclopropane, cyclobutane, cyclobutene, cyclopentane, cyclopentene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexene, methylcyclohexene, cycloheptane, cycloheptene, etc.
  • non-aromatic bicycle refers to a fused ring composed of two monocyclic hydrocarbons that are not aromatic, and is typically a fused ring of two alicyclic compounds. In this specification, it may also be referred to as an aliphatic bicycle (which may include an aliphatic heterobicycle, and may contain unsaturated bonds as long as it does not belong to the aromatic compound category). Examples of non-aromatic bicycles include bicyclopentane, bicyclooctane, and bicycloheptene.
  • non-aromatic ring is a tricycle
  • non-aromatic tricycle refers to a fused ring composed of three monocyclic hydrocarbons that are not aromatic, and is typically a fused ring of three alicyclic compounds (each of which may be a heterocycle, or may contain unsaturated bonds as long as it is not an aromatic compound).
  • non-aromatic tricycles include tricyclooctane, tricyclononane, and tricyclodecane.
  • non-aromatic ring when the "non-aromatic ring” is a tetracyclic ring, it refers to a fused ring composed of four monocyclic hydrocarbons that are not aromatic, and is typically a fused ring of four alicyclic compounds (each of which may be a heterocyclic ring or may contain unsaturated bonds as long as it is not an aromatic compound).
  • non-aromatic tetracyclic rings include hexadecahydropyrene.
  • carbon atoms constituting a ring (moiety) refers to the carbon atoms constituting a hydrocarbon ring (which may be an aromatic ring, an aliphatic ring, or a heterocyclic ring) in an unsubstituted state.
  • hydrocarbon group refers to a group formed by removing one or more hydrogen atoms from a hydrocarbon, and such hydrocarbons include saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbons, saturated or unsaturated alicyclic hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons.
  • the resin (G) has a composite unit structure.
  • the composite unit structure has a unit structure (A) having an aromatic ring and a unit structure (B) having one or more carbon atoms.
  • the composite unit structure of the resin (G) is represented, for example, by the following formula (AB).
  • A represents the unit structure (A)
  • B represents the unit structure (B).
  • Unit structure (A)>> The unit structure (A) has an aromatic ring.
  • the unit structure (A) has, for example, at least one of an oxygen atom constituting an aromatic ring, a sulfur atom constituting an aromatic ring, an oxygen atom bonded to an aromatic ring, a nitrogen atom constituting an aromatic ring, and a nitrogen atom directly bonded to an aromatic ring.
  • the unit structure (A) does not have, for example, a heteroatom as an atom constituting an aromatic ring or an atom bonded to the aromatic ring.
  • the number of carbon atoms contained in the unit structure (A) is not particularly limited, but is, for example, 4 to 100, and preferably 4 to 50.
  • aromatic rings have 4 to 30 or 6 to 30 carbon atoms, more preferably 4 to 24 or 6 to 24 carbon atoms.
  • aromatic rings are one or more benzene rings, naphthalene rings, anthracene rings, or pyrene rings; or fused rings of benzene rings, naphthalene rings, anthracene rings, or pyrene rings with heterocycles or aliphatic rings (such as fluorene rings, benzofluorene rings, dibenzofluorene rings, indole rings, carbazole rings, or indolocarbazole rings).
  • heterocycles or aliphatic rings such as fluorene rings, benzofluorene rings, dibenzofluorene rings, indole rings, carbazole rings, or indolocarbazole rings.
  • the aromatic ring may optionally have a substituent, but from the standpoint of polymerization reactivity, the substituent may contain the minimum number of heteroatoms necessary. Furthermore, two or more aromatic rings may be linked by a linking group, and the linking group may contain the minimum number of heteroatoms necessary. Examples of heteroatoms include oxygen atoms, nitrogen atoms, and sulfur atoms.
  • the "aromatic ring” may contain at least one heteroatom selected from N, S, and O on, within, or between rings.
  • heteroatoms that may be contained on the ring include nitrogen atoms contained in an amino group (e.g., a propargylamino group) or a cyano group; oxygen atoms contained in oxygen-containing substituents such as a formyl group, a hydroxy group, a carboxyl group, an alkoxy group, an alkenyloxy group, an alkynyloxy group (e.g., a propargyloxy group), or an aryloxy group; and nitrogen atoms and oxygen atoms contained in a nitro group, which is an oxygen-containing substituent and a nitrogen-containing substituent.
  • an amino group e.g., a propargylamino group
  • oxygen-containing substituents such as a formyl group, a hydroxy group, a carboxyl group, an alkoxy group, an alkenyloxy group, an alkynyloxy group (e.g., a propargyloxy group), or an aryloxy group
  • heteroatoms that may be contained in the ring include the oxygen atom contained in furan and xanthene, the nitrogen atom contained in carbazole and pyrrole, and the sulfur atom contained in phenothiazine.
  • heteroatoms that may be contained in the linking group of two or more aromatic rings include nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms contained in -NH-, -NHCO-, -O-, -COO-, -CO-, -S-, -SS-, and -SO 2 -.
  • atoms constituting an aromatic ring has the same meaning as "atoms contained within the ring.”
  • atoms bonded to an aromatic ring refers to, for example, “atoms directly bonded to the ring among atoms or groups contained on the ring” and "atoms directly bonded to the ring among atoms contained between rings.”
  • the atoms that make up a benzene ring are carbon atoms.
  • the atoms that constitute a pyrrole ring are carbon atoms and nitrogen atoms.
  • the oxygen atom of the hydroxyl group of a phenol is not an atom that constitutes an aromatic ring.
  • the oxygen atom of the hydroxyl group of phenol is an atom bonded to a benzene ring, and is an atom of a group contained on the benzene ring that is directly bonded to the benzene ring.
  • ⁇ A-2 Examples of skeletons constituting unit structure (A)>>
  • the unit structure (A) has, for example, a skeleton having an aromatic ring.
  • an aromatic amine skeleton As a skeleton having an aromatic ring, an aromatic amine skeleton, a nitrogen-containing aromatic heterocyclic skeleton, or a phenol skeleton is preferred.
  • the structural unit (A) is, for example, a residue obtained by removing two hydrogen atoms from a skeleton having an aromatic ring.
  • the skeleton having an aromatic ring is derived from, for example, a compound having an aromatic ring when synthesizing the resin (G), and is, for example, a residue obtained by removing two hydrogen atoms from a compound having an aromatic ring when synthesizing the resin (G).
  • the skeleton having an aromatic ring may have a substituent.
  • substituents include a halo group (halogen atom), an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an amino group, a hydroxy group, a hydroxyalkyl group, a carboxyl group, a formyl group, a cyano group, a nitro group, an ester group, an amide group, a sulfonyl-containing group, a thiol group, a sulfide-containing group, and an ether bond-containing group.
  • halo group halogen atom
  • the alkyl group may be a straight-chain, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the alkenyl group includes straight-chain, branched, or cyclic alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms.
  • the alkynyl group includes linear, branched, or cyclic alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms.
  • Examples of alkoxy groups include groups represented by -OR, where R represents a saturated or unsaturated linear, branched, or cyclic hydrocarbon group (-R a ) whose hydrocarbon chain may be interrupted one or more times by oxygen atoms.
  • the alkoxy group may have 1 to 20 carbon atoms, for example.
  • the aryloxy group includes an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms.
  • the amino group may be a group represented by -NH 2 , -NHR or -NR 2 , where R represents the hydrocarbon group -R a , and in -NR 2 , the two Rs may be the same or different.
  • the hydroxyalkyl group may be a straight-chain, branched or cyclic hydroxyalkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the ester group include groups represented by —CO 2 R or —OCOR, where R represents the hydrocarbon group —R a .
  • Examples of the amide group include groups represented by -NHCOR, -CONHR, -NRCOR, and -CONR 2.
  • R represents the hydrocarbon group -R a , and when there are two Rs, the two Rs may be the same or different.
  • the sulfonyl-containing group includes a group represented by —SO 2 R, where R represents the hydrocarbon group —R a or a hydroxy group —OH.
  • the sulfide-containing group includes a group represented by -SR, where R represents the hydrocarbon group -R a .
  • Examples of the ether bond-containing group include residues of ether compounds containing an ether bond represented by R 11 -O-R 11.
  • each R 11 independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, such as a methyl group or an ethyl group, or an aryl group, such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group or a pyrenyl group.
  • the ether bond-containing group may be, for example, an organic group containing an ether bond, such as a methoxy group, an ethoxy group or a phenoxy group.
  • the aromatic amine skeleton refers to a skeleton having an aromatic ring and a nitrogen atom that is bonded to the aromatic ring but does not constitute a ring.
  • Examples of the aromatic amine skeleton include skeletons represented by the following formulas (A-1a) to (A-1c).
  • the hydrogen atom of the NH group may be replaced with a substituent.
  • the substituent include the substituents described in the above (I-3) "Aromatic ring” and the substituents (S) represented by the formulae (S1) to (S7) described later.
  • Ar 11 each independently represents a residue of an aromatic ring.
  • R 11 each independently represents a hydrogen atom or a residue of an aromatic ring.
  • Examples of the aromatic ring in the aromatic ring residue of Ar 11 and R 11 include aromatic rings represented by the following formula (G1): These aromatic rings may have a substituent.
  • Examples of the skeleton represented by formula (A-1a) include the following skeletons.
  • the aromatic rings in these skeletons may have a substituent, and the hydrogen atom of the NH group may be replaced with a substituent. The same applies to the following skeletons.
  • Examples of the skeleton represented by formula (A-1b) include the following skeletons:
  • Examples of the skeleton represented by formula (A-1c) include the following skeletons:
  • the nitrogen-containing aromatic heterocyclic skeleton refers to a skeleton having an aromatic heterocyclic ring having a nitrogen atom as an atom constituting the heterocyclic ring.
  • the nitrogen-containing aromatic heterocycle include a pyrrole ring, an indole ring, a carbazole ring, a pyridine ring, an acridine ring, a phenoxazine ring, a phenothiazine ring, etc. These nitrogen-containing aromatic heterocycles may have a substituent.
  • Examples of the nitrogen-containing aromatic heterocyclic skeleton include skeletons represented by the following formula (A-2a), (A-2b-1), (A-2b-2), (A-2c-1), (A-2c-2), (A-2c-3), (A-2c-4), (A-2d), (A-2e), (A-3a), or (A-3b):
  • the hydrogen atom of the NH group may be replaced with a substituent.
  • each Ar 21 independently represents a residue of an aromatic ring.
  • Each R21 independently represents a hydrogen atom or a residue of an aromatic ring.
  • Each R 22 independently represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, or a residue of an aromatic ring.
  • Two adjacent R 22 may be bonded together to form an unsaturated aliphatic ring.
  • One of the unsaturated bonds in the unsaturated aliphatic ring is an unsaturated bond constituting a pyrrole ring.
  • Each R independently represents a hydrogen atom, a residue of an aromatic ring, or a bond to L.
  • L represents a single bond or a linking group.
  • n1 represents 1, and n2 represents 1 or 2.
  • Examples of the aromatic ring in the aromatic ring residue of Ar 21 , R 21 , R 22 , and R include aromatic rings represented by the following formula (G2): These aromatic rings may have a substituent.
  • Examples of the unsaturated aliphatic ring formed by two adjacent R 22s taken together include the following rings: These aliphatic rings may have a substituent.
  • R 11 in formula (A-2d) may be a substituent.
  • R 11 can be, for example, (i) a methylol group, (ii) an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or (iii) a linear, branched, or cyclic alkoxymethyl group having 2 to 20 carbon atoms; a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms; an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms; or an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms,
  • the above (ii) and (iii) may be further substituted with an oxygen atom-containing substituent, a sulfur atom-containing substituent, a nitrogen atom-containing substituent, an aryl group or a halo group, and the above (iii) may have a hydrocarbon chain portion further interrupted by an oxygen atom-containing substituent, a sulfur
  • the monocyclic moiety containing X 0 represents a monocyclic ring represented by the following formula (AP011) in formula (A-2d).
  • L represents a single bond or a divalent linking group between any two carbon atoms constituting each azaaryl fused ring
  • R 11 and R 21 each independently represent a hydrogen atom or a residue of an aromatic ring
  • R 12 and R 22 each independently represent a substituent
  • n1 and n2 each independently represent the number of substituents of R 12 and R 22 , and may be 0
  • Ar 1 and Ar 2 each independently represent a benzene ring or a fused ring composed of 2 to 3 benzene rings, which forms a fused ring with the pyrrole ring moiety in formula (A-2e).
  • n32 and n33 each independently represent an integer of 0 to 4, provided that the sum of n32 and n33 is 1 or greater.
  • X 1 represents —O— or —NH—.
  • X 2 represents —O—, —S—, or —CH 2 —.
  • X 3 represents —S—, —CH 2 —, or —NH—.
  • X 4 represents —CO— or —O—
  • X 5 represents —CH 2 — or —O—.
  • skeletons besides the phenol skeleton include the following skeletons.
  • Examples of the substituent represented by formula (S2) include the following groups. (* represents a bond.)
  • Examples of the substituent represented by formula (S6) include the following groups. (* represents a bond.)
  • the unit structure (B) containing the structure represented by formula (B1) is derived from, for example, an aldehyde compound or a ketone compound.
  • the aldehyde compound includes, for example, a compound represented by the following formula (B-1a):
  • An example of the ketone compound is a compound represented by the following formula (B-1b): (In formula (B-1a) and formula (B-1b), R and R′ have the same meanings as R and R′ in formula (B1), respectively, provided that R is other than a hydrogen atom.
  • R and R′ may form a ring structure together with the carbon atom to which they are bonded.
  • unit structure (B) containing the structure represented by formula (B1) are as follows. * basically indicates the bonding site with unit structure (A). Needless to say, the example structure may be included as part of the whole structure.
  • the unit structure (B) includes, for example, a structure represented by the following formula (B2):
  • the unit structure (B) may be a structure represented by the following formula (B2).
  • substituents examples include a hydroxy group, a carboxy group, a formyl group, a nitro group, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, an aryloxy group, a cyano group, a group in which the H in a hydroxy group has been replaced with the above-mentioned substituent (S), and a halo group.
  • J1 and J2 each independently represent a divalent organic group which is directly bonded or which may have a substituent.
  • the divalent organic group is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted with a hydroxyl group, an aryl group (e.g., a phenyl group, a substituted phenyl group), or a halo group (e.g., fluorine) as a substituent.
  • linear alkylene groups include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, and a hexylene group.
  • the unit structure (B) containing the structure represented by formula (B2) is derived from, for example, a compound having a hydroxyl group or alkoxy group bonded to a secondary or tertiary carbon atom, a compound having a hydroxyl group, alkoxy group, or halo group bonded to the alpha carbon atom (such as the benzylic carbon atom) of an alkylaryl group, or a compound having two carbon-carbon double bonds. These compounds are aldehyde equivalents.
  • Examples of compounds having a hydroxyl group or an alkoxy group bonded to a secondary or tertiary carbon atom include compounds represented by the following formula (B-2a): Examples of compounds having a hydroxyl group, an alkoxy group, or a halo group bonded to the ⁇ -position carbon atom (such as the benzylic carbon atom) of an alkylaryl group include compounds represented by the following formula (B-2b): Examples of the compound having two carbon-carbon double bonds include compounds represented by the following formula (B-2c) or (B-2d).
  • J 1 , J 2 , and Z 0 have the same meanings as J 1 , J 2 , and Z 0 in formula (B2), respectively.
  • X a and X b each independently represent a hydroxyl group or an alkoxy group bonded to a secondary or tertiary carbon atom.
  • Y a and Y b each independently represent a hydroxyl group, an alkoxy group, or a halo group bonded to the ⁇ -position carbon atom (such as the benzylic carbon atom) of the alkylaryl group.
  • n represents an integer of 0 to 4.
  • unit structures containing the structure represented by formula (B2) are as follows. * indicates the bonding site with unit structure A. Needless to say, unit structures that contain the example structures as part of the whole are also acceptable.
  • Z is a group having a monocyclic ring or a bicyclic, tricyclic, or tetracyclic fused ring, which may have a substituent, and which has 4 to 25 carbon atoms.
  • the number of carbon atoms referred to here means only the number of carbon atoms constituting the ring skeleton of the monocyclic ring or the bicyclic, tricyclic, or tetracyclic fused ring excluding the substituent, and does not include the number of heteroatoms constituting the heterocyclic ring when the monocyclic ring or fused ring is a heterocyclic ring.
  • the monocycle is a monocycle whose number of pi electrons does not satisfy 4n+2 (n is an integer of 0 or greater) (hereinafter, this may be referred to as a "non-Hückel monocycle"); at least one of the monocycles constituting the two, three, and four rings is a monocycle whose number of pi electrons does not satisfy 4n+2 (n is an integer of 0 or greater), and the remaining monocycles may be either monocycles whose number of pi electrons satisfies 4n+2 (n is an integer of 0 or greater) or monocycles whose number of pi electrons does not satisfy 4n+2 (n is an integer of 0 or greater).
  • the monocyclic or bicyclic, tricyclic, or tetracyclic fused ring may further form a fused ring with one or more aromatic rings to form a pentacyclic or higher fused ring, and the number of carbon atoms in the pentacyclic or higher fused ring is preferably 40 or less.
  • the number of carbon atoms referred to here means only the number of carbon atoms constituting the ring skeleton of the pentacyclic or higher fused ring, excluding substituents, and does not include the number of heteroatoms constituting the heterocyclic ring if the pentacyclic or higher fused ring is a heterocyclic ring.
  • X and Y are the same or different and represent a —CR 31 R 32 — group
  • R 31 and R 32 are the same or different and represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
  • x and y represent the numbers X and Y, respectively, and each independently represents 0 or 1.
  • linking carbon atoms other than carbon atom 1 and carbon atom 2 may be included.
  • Z is a tricyclic or higher fused ring
  • the permutation positional relationship within the fused ring between one or two non-Hückel monocycles to which carbon atoms 1 and 2 in formula (B3) belong and the remaining monocycles is arbitrary, and when carbon atom 1 and carbon atom 2 belong to different non-Hückel monocycles (referred to as "non-Hückel monocycle 1" and “non-Hückel monocycle 2,” respectively), the permutation positional relationship within the fused ring between non-Hückel monocycle 1 and non-Hückel monocycle 2 is also arbitrary.
  • Some specific examples of the organic group containing the structure represented by formula (B3) are as follows.
  • the bonding site to the unit structure A is not particularly limited. Needless to say, the structure may contain the exemplified structure as a part of the whole.
  • examples include those with more than two bonds (*), but these extra bonds can be used for bonding to aromatic rings in other polymer chains, crosslinking, etc., or they can form bonds with hydrogen bonds.
  • formula (B3) corresponding to formula (31) or formula (32) are as follows: * indicates the bonding site with the unit structure (A).
  • a bond extends from the aromatic ring in each of these structures to another unit structure (for example, unit structure (A)), but in the specific examples below, such a bond is omitted.
  • the unit structure may include the exemplified structure as a part of the whole.
  • it can be a specific example of a polymer terminal.
  • Novolak resins having a structure represented by formula (AB) can be prepared by known methods. For example, they can be prepared by condensing a ring-containing compound represented by H-A-H with an oxygen-containing compound represented by OHC-B, O ⁇ C-B, RO-B-OR, RO-CH 2 -B-CH 2 -OR, etc.
  • a and B have the same meanings as above.
  • R represents a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group having about 1 to 3 carbon atoms.
  • the organic polymer preferably has a composite unit structure represented by any one of the following formulas (G-1), (G-2), (G-3-1), and (G-3-2).
  • These composite unit structures are examples of the composite unit structure possessed by the resin (G).
  • R and R' each independently represent a hydrogen atom, an aromatic ring having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent, a heterocycle having 3 to 30 carbon atoms which may have a substituent, or a linear, branched or cyclic alkyl group having 10 or less carbon atoms which may have a substituent.
  • R 103 , R 113 , R 123 , and R 133 are each independently selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 40 carbon atoms, and combinations thereof, and the alkyl group, the alkenyl group, and the aryl group represent an organic group which may contain an ether bond, a ketone bond, or an ester bond.
  • n 101 , n 102 , n 111 , n 112 , n 121 , n 122 , n 131 and n 132 each independently represent 0 or an integer up to the maximum number that can be substituted on the aromatic ring.
  • n 124 represents 0 or 1.
  • R and R' independently represent an aromatic ring having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent, or that R and R', together with the carbon atom to which they are bonded, represent a structure having a ring structure, and that the ring structure has an aromatic ring.
  • Examples of the resin (G) include the following polymers. - Polymers described in claim 1 of WO 2010/147155 - Polymers described in claim 1 of WO 2013/047516 - Polymers described in claim 1 of WO 2013/146670 - Polymers described in claim 1 of WO 2023/162653 The contents of these publications are incorporated herein by reference to the same extent as if fully set forth.
  • the weight-average molecular weight of the organic polymer is not particularly limited, but is typically 500 to 100,000, preferably 600 to 50,000, 700 to 10,000, or 800 to 8,000.
  • the content of the organic polymer in the organic film-forming composition is not particularly limited, but is preferably 30% by mass to 100% by mass, more preferably 50% by mass to 100% by mass, and particularly preferably 70% by mass to 100% by mass, based on the film-forming components.
  • the film-forming component refers to the components other than the solvent in the organic film-forming composition.
  • the solvent used in the organic film-forming composition is not particularly limited, but is preferably an organic solvent generally used in chemical solutions for semiconductor lithography processes. Specifically, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, cyclohexane, cyclohexane-1, cyclohexane-2, cyclohexane-3, cyclohexane-4
  • propylene glycol monomethyl ether propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, butyl lactate, and cyclohexanone are preferred.
  • Propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate are particularly preferred.
  • the solvent preferably does not contain water, in other words, the organic film-forming composition preferably does not contain water.
  • the content of water in the organic film-forming composition is not particularly limited, but is preferably 0% by mass to 10% by mass, more preferably 0% by mass to 5% by mass, and particularly preferably 0% by mass to 3% by mass.
  • the content of the solvent in the organic film-forming composition is not particularly limited, but is preferably 80% by mass to 99.99% by mass, more preferably 85% by mass to 99.9% by mass, and particularly preferably 90% by mass to 99% by mass.
  • the content of the film-forming component in the organic film-forming composition is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass to 20% by mass, more preferably 0.1% by mass to 15% by mass, and particularly preferably 1% by mass to 10% by mass.
  • the organic film-forming composition may contain a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent is not particularly limited.
  • the crosslinker is structurally different from the organic polymer.
  • an aminoplast crosslinking agent or a phenoplast crosslinking agent is preferred.
  • Aminoplast crosslinking agents are addition condensation products of a compound having an amino group, such as melamine or guanamine, and formaldehyde.
  • the phenoplast crosslinking agent is an addition condensation product of a compound having a phenolic hydroxy group and formaldehyde.
  • crosslinking agent examples include compounds having two or more of the following structures: (In the structure, R 101 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms. * represents a bond.) The bond is bonded to, for example, a nitrogen atom or a carbon atom constituting an aromatic hydrocarbon ring.
  • R 101 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a group represented by the following structure.
  • R 102 represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group. * represents a bond.
  • Preferred crosslinking agents are melamine compounds, guanamine compounds, glycoluril compounds, urea compounds, and compounds having a phenolic hydroxy group. These can be used alone or in combination of two or more.
  • melamine compounds include hexamethylol melamine, hexamethoxymethyl melamine, hexamethylol melamine compounds in which 1 to 6 methylol groups have been methoxymethylated, or mixtures thereof, hexamethoxyethyl melamine, hexaacyloxymethyl melamine, hexamethylol melamine compounds in which 1 to 6 methylol groups have been acyloxymethylated, or mixtures thereof.
  • guanamine compounds include tetramethylolguanamine, tetramethoxymethylguanamine, tetramethylolguanamine compounds in which one to four methylol groups are methoxymethylated, or mixtures thereof, tetramethoxyethylguanamine, tetraacyloxyguanamine, tetramethylolguanamine compounds in which one to four methylol groups are acyloxymethylated, or mixtures thereof, etc.
  • glycoluril compounds include tetramethylol glycoluril, tetramethoxy glycoluril, tetramethoxymethyl glycoluril, tetramethylol glycoluril compounds in which one to four methylol groups are methoxymethylated or mixtures thereof, and tetramethylol glycoluril compounds in which one to four methylol groups are acyloxymethylated or mixtures thereof.
  • the glycoluril compound may be, for example, a glycoluril derivative represented by the following formula (1E).
  • the four R1s each independently represent a methyl group or an ethyl group
  • R2 and R3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group.
  • glycoluril derivative represented by the formula (1E) examples include compounds represented by the following formulas (1E-1) to (1E-6).
  • the glycoluril derivative represented by formula (1E) can be obtained, for example, by reacting a glycoluril derivative represented by the following formula (2E) with at least one compound represented by the following formula (3d).
  • R2 and R3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group, and R4 each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • R 1 represents a methyl group or an ethyl group.
  • glycoluril derivatives represented by formula (2E) include compounds represented by formulas (2E-1) to (2E-4) below.
  • examples of compounds represented by formula (3d) include compounds represented by formulas (3d-1) and (3d-2) below.
  • urea compounds include tetramethylol urea, tetramethoxymethyl urea, tetramethylol urea compounds in which one to four methylol groups are methoxymethylated, or mixtures thereof, and tetramethoxyethyl urea.
  • Examples of the compound having a phenolic hydroxy group include compounds represented by the following formula (G-1) or (G-2).
  • Q1 represents a single bond or an m1-valent organic group.
  • R 1 and R 4 each represent an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms and an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms.
  • R2 and R5 each represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • R3 and R6 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 40 carbon atoms.
  • n1 is an integer satisfying 1 ⁇ n1 ⁇ 3, n2 is an integer satisfying 2 ⁇ n2 ⁇ 5, n3 is an integer satisfying 0 ⁇ n3 ⁇ 3, n4 is an integer satisfying 0 ⁇ n4 ⁇ 3, and 3 ⁇ ( n1 + n2 + n3 + n4 ) ⁇ 6.
  • n5 is an integer satisfying 1 ⁇ n5 ⁇ 3, n6 is an integer satisfying 1 ⁇ n6 ⁇ 4, n7 is an integer satisfying 0 ⁇ n7 ⁇ 3, n8 is an integer satisfying 0 ⁇ n8 ⁇ 3, and 2 ⁇ ( n5 + n6 + n7 + n8 ) ⁇ 5.
  • m1 represents an integer of 2 to 10.
  • Examples of compounds having a phenolic hydroxy group include compounds represented by the following formula (G-3) or (G-4).
  • the compound represented by formula (G-1) or formula (G-2) may be obtained by reacting a compound represented by the following formula (G-3) or formula (G-4) with a hydroxyl group-containing ether compound or an alcohol having 2 to 10 carbon atoms.
  • Q2 represents a single bond or an m2-valent organic group.
  • R 8 , R 9 , R 11 and R 12 each represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • R7 and R10 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 40 carbon atoms.
  • n9 is an integer satisfying 1 ⁇ n9 ⁇ 3, n10 is an integer satisfying 2 ⁇ n10 ⁇ 5, n11 is an integer satisfying 0 ⁇ n11 ⁇ 3, n12 is an integer satisfying 0 ⁇ n12 ⁇ 3, and 3 ⁇ ( n9 + n10 + n11 + n12 ) ⁇ 6.
  • n13 is an integer satisfying 1 ⁇ n13 ⁇ 3, n14 is an integer satisfying 1 ⁇ n14 ⁇ 4, n15 is an integer satisfying 0 ⁇ n15 ⁇ 3, n16 is an integer satisfying 0 ⁇ n16 ⁇ 3, and 2 ⁇ ( n13 + n14 + n15 + n16 ) ⁇ 5.
  • m2 represents an integer of 2 to 10.
  • the m2-valent organic group for Q2 includes, for example, an m2-valent organic group having 1 to 4 carbon atoms.
  • Examples of the compound represented by formula (G-1) or formula (G-2) include the following compounds:
  • Examples of the compound represented by formula (G-3) or formula (G-4) include the following compounds:
  • the above compound is available as a product of Asahi Organic Chemicals Co., Ltd. and Honshu Chemical Industry Co., Ltd.
  • An example of the product is TMOM-BP, a product name of Asahi Organic Chemicals Co., Ltd.
  • glycoluril compounds are preferred, specifically tetramethylol glycoluril, tetramethoxy glycoluril, tetramethoxymethyl glycoluril, tetramethylol glycoluril compounds in which one to four methylol groups are methoxymethylated or mixtures thereof, and tetramethylol glycoluril compounds in which one to four methylol groups are acyloxymethylated or mixtures thereof, with tetramethoxymethyl glycoluril being more preferred.
  • the molecular weight of the crosslinking agent is not particularly limited, but is preferably 500 or less.
  • the content of the crosslinking agent in the organic film-forming composition is not particularly limited, but is, for example, 1% to 70% by mass, and preferably 5% to 60% by mass, relative to the organic polymer.
  • the curing catalyst contained as an optional component in the organic film-forming composition may be either a thermal acid generator or a photoacid generator, but it is preferable to use a thermal acid generator.
  • the thermal acid generator include sulfonic acid compounds and carboxylic acid compounds such as p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium-p-toluenesulfonate (pyridinium-p-toluenesulfonic acid), pyridinium phenolsulfonic acid, pyridinium-p-hydroxybenzenesulfonic acid (pyridinium p-phenolsulfonate salt), pyridinium-trifluoromethanesulfonic acid, salicylic acid, camphorsulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, 4-chlorobenzenesulfonic acid, 4-hydroxybenzenesulfonic acid, benzenedisulfonic
  • photoacid generators examples include onium salt compounds, sulfonimide compounds, and disulfonyldiazomethane compounds.
  • onium salt compounds include iodonium salt compounds such as diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-normal butanesulfonate, diphenyliodonium perfluoro-normal octanesulfonate, diphenyliodonium camphorsulfonate, bis(4-tert-butylphenyl)iodonium camphorsulfonate, and bis(4-tert-butylphenyl)iodonium trifluoromethanesulfonate, as well as sulfonium salt compounds such as triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium nonafluoro-normal butanesulfonate, triphenylsulfonium camphorsulfonate, and triphenyls
  • sulfonimide compounds include N-(trifluoromethanesulfonyloxy)succinimide, N-(nonafluoronormalbutanesulfonyloxy)succinimide, N-(camphorsulfonyloxy)succinimide, and N-(trifluoromethanesulfonyloxy)naphthalimide.
  • disulfonyldiazomethane compounds include bis(trifluoromethylsulfonyl)diazomethane, bis(cyclohexylsulfonyl)diazomethane, bis(phenylsulfonyl)diazomethane, bis(p-toluenesulfonyl)diazomethane, bis(2,4-dimethylbenzenesulfonyl)diazomethane, and methylsulfonyl-p-toluenesulfonyldiazomethane.
  • a single curing catalyst can be used, or two or more can be used in combination.
  • the content of the curing catalyst relative to the crosslinking agent is, for example, 0.1% to 50% by mass, and preferably 1% to 30% by mass.
  • a surfactant may be further added to the organic film-forming composition in order to prevent pinholes, striations, etc., and to further improve the coating properties for preventing surface irregularities.
  • surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether; polyoxyethylene alkylaryl ethers such as polyoxyethylene octylphenol ether and polyoxyethylene nonylphenol ether; polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymers; sorbitan fatty acid esters such as sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, and sorbitan tristearate; polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate; nonionic surfactants such as polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, such as polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, and polyoxyethylene sorbitan tristearate; fluor
  • the organic film-forming composition may contain polymers other than organic polymers with a glass transition temperature of 150°C or higher, as long as the effects of the present invention are not impaired. There are no particular restrictions on such polymers.
  • An example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes an irradiation step, a resist pattern forming step, an organic film forming step, and an organic film removing step.
  • the example method for manufacturing a semiconductor device may include other steps.
  • the irradiation step is a step of irradiating the metal-containing resist film with light or an electron beam.
  • the metal-containing resist film is not particularly limited, but preferably contains at least one of the following elements: Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf, Al, and Co.
  • the metal-containing resist film is formed from, for example, a metal-containing resist.
  • Metal-containing resists are also called metal oxide resists (MOR), and a representative example is a tin oxide-based resist.
  • MOR metal oxide resists
  • metal oxide resist materials include coating compositions containing metal oxo-hydroxo networks having organic ligands via metal carbon bonds and/or metal carboxylate bonds, as described in JP 2019-113855 A.
  • One example of a metal-containing resist uses a peroxo ligand as a radiation-sensitive stabilizing ligand.
  • Peroxo-based metal oxo-hydroxo compounds are described in detail in, for example, the patent documents listed in paragraph [0011] of Publication No. 2019-532489. Examples of such patent documents include U.S.
  • metal-containing resists include those described in JP 2011-253185 A, WO 2015/026482, WO 2016/065120, WO 2017/066319, WO 2017/156388, WO 2018/031896, JP 2020-122959 A, JP 2020-122960 A, WO 2019/099981, WO 2019/199467, WO 2019/195522, WO 2019/195522, WO 2020/210660, WO 2021/011367, and WO 2021/016229. The contents of these are incorporated herein in their entirety to the same extent as if set forth in full.
  • the method for forming a metal-containing resist film from a metal-containing resist is not particularly limited, and examples include a method in which a coating-type resist material (composition for forming a metal-containing resist film) that is a metal-containing resist is applied and baked.
  • the metal-containing resist film may also be formed by vapor deposition.
  • methods for forming a metal-containing resist film by vapor deposition include the method described in JP 2017-116923 A.
  • the contents of JP 2017-116923 A are incorporated herein by reference to the same extent as if fully set forth herein.
  • the metal-containing resist film of the present invention is referred to as a metal oxide-containing film.
  • the film thickness of the metal-containing resist film is, for example, 5 nm to 10,000 nm, or 5 nm to 1,000 nm, or 5 nm to 40 nm.
  • the metal-containing resist film is formed, for example, on a substrate, a resist underlayer film, etc.
  • Substrates include, for example, substrates used in the manufacture of precision integrated circuit elements.
  • substrates include semiconductor substrates such as silicon wafers coated with a silicon oxide film, silicon nitride film, or silicon oxynitride film, silicon nitride substrates, quartz substrates, glass substrates (including alkali-free glass, low-alkali glass, and crystallized glass), glass substrates with an ITO (indium tin oxide) film or an IZO (indium zinc oxide) film formed thereon, plastic (polyimide, PET, etc.) substrates, substrates coated with low-dielectric-constant materials (low-k materials), and flexible substrates.
  • semiconductor substrates such as silicon wafers coated with a silicon oxide film, silicon nitride film, or silicon oxynitride film, silicon nitride substrates, quartz substrates, glass substrates (including alkali-free glass, low-alkali glass, and crystallized glass), glass substrates with an ITO (indium
  • the resist underlayer film is not particularly limited, and for example, a known resist underlayer film can be used.
  • Examples of resist underlayer films include organic underlayer films and silicon-containing resist underlayer films.
  • the resist film may be formed directly on the substrate, or may be formed on a resist underlayer film on a substrate already having a resist underlayer film formed thereon.
  • the resist underlayer film may be a single layer or multiple layers.
  • a two-layer resist underlayer film may be present between the substrate and the resist film.
  • An example of a two-layer resist underlayer film is a two-layer resist underlayer film consisting of an organic underlayer film and a silicon-containing resist underlayer film.
  • the film thickness of the resist underlayer film is, for example, 10 nm to 1,000 nm, or 20 nm to 500 nm, or 50 nm to 300 nm, or 100 nm to 200 nm, or 10 to 150 nm.
  • Examples of light or electron beams that can be irradiated onto the metal-containing resist film include KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), F2 excimer laser (wavelength 157 nm), EUV (wavelength 13.5 nm), and electron beams.
  • Post-exposure bake is performed under conditions appropriately selected from the following: a heating temperature of 70°C to 250°C, and a heating time of 0.3 to 10 minutes.
  • developers include methyl acetate, butyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, ethyl methoxyacetate, ethyl ethoxyacetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monophenyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monopropyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monophenyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, 2-methoxybutyl acetate, 3-methoxybutyl acetate
  • An example of a development method using a developer is spin development using spin coating.
  • the rotation speed during spin development is not particularly limited, but examples include 500 rpm (rotations per minute) to 1500 rpm.
  • the time for spin development is not particularly limited, but examples include 30 seconds to 120 seconds.
  • the resist pattern forming process development is carried out so that the resist pattern in contact with the developer does not dry.
  • drying is carried out after development to remove the developer, but in the present invention, the developer is not dried because drying the developer would cause the resist pattern to collapse.
  • spin drying is generally performed after spin development, but in the present invention, spin drying is not performed, and the organic film formation step is performed after spin development without spin drying.
  • the rotation speed during spin drying is not particularly limited, but may be, for example, 2000 rpm to 3000 rpm
  • the time for spin drying is not particularly limited, but may be, for example, 10 seconds to 90 seconds.
  • the organic film forming step is a step of applying the organic film forming composition of the present invention onto a resist pattern without drying the resist pattern in contact with the developer, thereby forming an organic film between the resist patterns.
  • the method for forming the organic film is not particularly limited, but examples include spin coating.
  • the rotation speed during spin coating is not particularly limited, but examples include 500 rpm to 1500 rpm.
  • the spin coating time is not particularly limited, but examples include 30 seconds to 120 seconds.
  • the organic film formed by the organic film formation process may be formed only between the resist patterns. Alternatively, the organic film may be formed on top of the resist patterns in addition to between the resist patterns.
  • the thickness of the organic film that is formed is set to an appropriate thickness depending on the thickness of the metal-containing resist film.
  • the thickness of the organic film is, for example, in the range of 0.5 to 1.5 times the thickness of the metal-containing resist film.
  • the organic film removal step is not particularly limited as long as it can remove the organic film.
  • methods for removing the organic film include dry etching, wet etching (e.g., decomposition and removal with an acidic solution), radiation etching, high-temperature baking, dissolution and removal using a solvent, ozone treatment, etc. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the temperature in the high-temperature firing may be, for example, 200° C. to 300° C.
  • the firing time in the high-temperature firing may be, for example, 1 minute or more.
  • the atmosphere in the high-temperature firing may be, for example, air.
  • the solvent used for dissolving and removing the resist include the organic solvents mentioned in the description of the developer (organic solvent) used in the resist pattern formation step.
  • gases used in dry etching include tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, carbon monoxide, argon, oxygen, nitrogen, sulfur hexafluoride, difluoromethane, nitrogen trifluoride, chlorine trifluoride, chlorine, trichloroborane, dichloroborane, etc. These can be used alone or in combination of two or more.
  • Radiation etching is carried out, for example, by irradiating with ultraviolet light in the presence of oxygen (for example, in the atmosphere) or in the presence of an inert gas (for example, nitrogen).
  • the organic film is decomposed and removed by ultraviolet light.
  • ozone is generated by irradiation with ultraviolet rays (e.g., 100 nm to 400 nm, 185 nm ultraviolet rays).
  • ultraviolet rays e.g., 254 nm
  • active oxygen is generated. The active oxygen then decomposes the organic film, resulting in removal of the organic film.
  • the organic film removal step it is preferable that the organic film be selectively removed.
  • the etching rate of the organic film when removing it is preferably at least twice the etching rate of the metal-containing resist film, more preferably at least 10 times, and particularly preferably at least 20 times.
  • the etching rate of the organic film when removing it is no more than 100 times the etching rate of the metal-containing resist film.
  • the resist pattern of the metal-containing resist film (upper layer) formed in this manner is used as a protective film to remove the resist underlayer film (middle layer), and then the organic underlayer film (lower layer) is removed using a film consisting of the patterned metal-containing resist film and the patterned resist underlayer film (middle layer) as a protective film. Finally, the substrate is processed using the patterned resist underlayer film (middle layer) and the patterned organic underlayer film (lower layer) as protective films.
  • the removal (patterning) of the resist underlayer film (middle layer) is carried out by dry etching, using the pattern of the metal-containing resist film (upper layer) as a protective film, and gases such as tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, carbon monoxide, argon, oxygen, nitrogen, sulfur hexafluoride, difluoromethane, nitrogen trifluoride, chlorine trifluoride, chlorine, trichloroborane, and dichloroborane can be used. It is preferable to use a halogen-based gas for dry etching of the resist underlayer film.
  • gases such as tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, carbon monoxide,
  • Metal-containing resist films are generally difficult to remove with dry etching using a halogen-based gas.
  • resist underlayer films containing a large amount of silicon atoms are quickly removed with a halogen-based gas. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the film thickness of the metal-containing resist film that accompanies dry etching of the resist underlayer film. As a result, it is possible to use a thin metal-containing resist film. Therefore, it is preferable to use a fluorine-based gas for dry etching of the resist underlayer film.
  • fluorine-based gases include, but are not limited to, tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, and difluoromethane (CH 2 F 2 ).
  • the subsequent removal (patterning) of the organic underlayer film (lower layer) using the patterned resist underlayer film (middle layer) (and the patterned metal-containing resist film (upper layer) if any remains) as a protective film is preferably carried out by dry etching with an oxygen-based gas (oxygen gas, oxygen/carbonyl sulfide (COS) mixed gas, etc.).
  • oxygen-based gas oxygen gas, oxygen/carbonyl sulfide (COS) mixed gas, etc.
  • processing (patterning) of the (semiconductor) substrate which is carried out using the patterned resist underlayer film (intermediate layer) and, if desired, the patterned organic underlayer film (underlayer) as protective films, is preferably carried out by dry etching using a fluorine-based gas.
  • fluorine-based gases include tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, and difluoromethane (CH 2 F 2 ).
  • the substrate onto which the silicon-containing resist underlayer film-forming composition for forming the silicon-containing resist underlayer film is applied may have an organic or inorganic anti-reflective film formed on its surface by a CVD method or the like, and the resist underlayer film may be formed on top of that. Even when an organic underlayer film is formed on a substrate and then a silicon-containing resist underlayer film is formed on top of this, the substrate used may also have an organic or inorganic anti-reflective film formed on its surface by a CVD method or the like.
  • the resist underlayer film formed from the silicon-containing resist underlayer film-forming composition may also absorb light depending on the wavelength of the light used in the lithography process, and in such cases, can function as an antireflection film that has the effect of preventing light from being reflected from the substrate.
  • the irradiation step may be the above-mentioned irradiation step.
  • the organic film removing step may be the organic film removing step described above.
  • the organic film 5 between the resist patterns 4A may be present only between the resist patterns 4A, and may not be present on top of the resist patterns 4A.
  • the apparatus and conditions used to analyze the physical properties of the samples are as follows: (1) Molecular Weight Measurement
  • the molecular weight used in the present invention is a molecular weight obtained by GPC analysis in terms of polystyrene.
  • the GPC measurement conditions are as follows: GPC device: Product name HLC-8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation)
  • the obtained polymer can be represented by the following formula (E-1): 1.5 g of the obtained polymer was dissolved in 48.5 g of propylene glycol monomethyl ether to obtain a polymer solution.
  • the obtained polymer was subjected to GPC analysis and found to have a weight average molecular weight Mw of 3000.
  • the obtained polymer can be represented by the following formula (E-2): 1.5 g of the obtained polymer was dissolved in 48.5 g of propylene glycol monomethyl ether to obtain a polymer solution.
  • the dry etching rates of the coating films obtained from the polymer solutions and the resist films obtained from the tin oxide-based resist compositions were measured using O gas as the etching gas, and the dry etching rates of the coating films prepared from the polymer solutions obtained in Synthesis Examples 1 to 3 and Comparative Synthesis Example 1 were compared with the dry etching rate of the resist films obtained from the tin oxide-based resist compositions.
  • the results obtained are shown in Table 1.
  • the etch rates in Table 1 are calculated relative to the etch rate of a resist film obtained from a tin oxide-based resist composition, which is set to 1.
  • Tg Glass Transition Temperature
  • DSC Q2000 manufactured by TA Instruments
  • Temperature range room temperature to 350°C
  • Temperature increase rate 5°C/min
  • Cooling rate 5°C/min
  • Nitrogen The endothermic onset temperature during the second temperature increase was determined as the glass transition temperature.
  • the endothermic onset temperature was determined as the intersection point between the baseline up to the start of endothermic heat and the tangent to the endothermic curve.
  • PCzFL the target polymer represented by formula (T) (hereinafter referred to as PCzFL).
  • the weight average molecular weight Mw of PCzFL was 2,800 as calculated in terms of polystyrene by GPC, and the polydispersity Mw/Mn was 1.77.
  • PCzFL 20 g of PCzFL was mixed with 3.0 g of tetramethoxymethylglycoluril (trade name Powder Link 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd. (formerly Mitsui Cytec Co., Ltd.)) as a crosslinking agent, 0.30 g of pyridinium paratoluenesulfonate as a catalyst, and 0.06 g of Megafac R-30 (trade name DIC Corporation) as a surfactant.
  • the resulting mixture was dissolved in 88 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to form a solution.
  • the resulting solution was then filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.10 ⁇ m, and then further filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.05 ⁇ m to prepare a composition for forming an organic underlayer film.
  • composition for forming resist underlayer film 20.8 g of tetraethoxysilane, 7.6 g of methyltriethoxysilane, and 62.1 g of propylene glycol monoethyl ether were placed in a 300 ml flask, and 8.4 g of a 0.2 M aqueous nitric acid solution was added dropwise to the resulting mixed solution while stirring it with a magnetic stirrer. After the dropwise addition, the flask was transferred to an oil bath adjusted to 60° C. and refluxed for 20 hours.
  • the resulting polysiloxane polymer contained a structure represented by the following formula (U), and its weight average molecular weight, measured by GPC and equivalent to polystyrene, was Mw 2,400.
  • the resulting polysiloxane polymer solution solid content 10% by mass (4.9 g), maleic acid (0.005 g), triphenylsulfonium nitrate (0.005 g), and propylene glycol monoethyl ether (195 g) were mixed and filtered through a 0.1 ⁇ m fluororesin filter to prepare a composition for forming a resist underlayer film.
  • Example 1 ⁇ Formation of Resist Pattern>
  • the organic underlayer film-forming composition was spin-coated on a silicon wafer and heated on a hot plate at 215° C. for 1 minute to form an organic underlayer film (layer A) (film thickness 90 nm).
  • the resist underlayer film-forming composition was spin-coated thereon and heated on a hot plate at 215° C. for 1 minute to form a resist underlayer film (layer B) (film thickness 10 nm).
  • a resist solution titanium oxide resist
  • the exposure was performed so that the resist line width would be 16 nm and the line width (space width) would be 28 nm after development as described below.
  • post-exposure baking PEB, 180°C for 1 minute
  • Spin development was performed at 1000 rpm for 60 seconds using an organic solvent (propylene glycol monomethyl ether acetate) as a developer.
  • the polymer solution prepared in Synthesis Example 1 was then applied without spin drying, and the propylene glycol monomethyl ether acetate used for development was replaced with this solution.
  • the silicon substrate was then spun at 1500 rpm for 60 seconds to dry the solvent in the solution, followed by heating at 250°C for 60 seconds to form a coating film, and the resist pattern was embedded.
  • the formed coating film was then removed by dry etching using a mixed gas of O2 (flow rate 10 sccm) and N2 (flow rate 20 sccm) to obtain a resist pattern.
  • Example 2 ⁇ Formation of Resist Pattern> A resist pattern was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polymer solution prepared in Synthesis Example 1 was changed to the polymer solution prepared in Synthesis Example 2.
  • Example 3 Formation of Resist Pattern> A resist pattern was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polymer solution prepared in Synthesis Example 1 was changed to the polymer solution prepared in Synthesis Example 3.
  • the exposure was performed so that the resist line width would be 16 nm and the line width (space width) would be 28 nm after development as described below.
  • the resist was subjected to post-exposure baking (PEB, 180°C for 1 minute), cooled to room temperature on a cooling plate, and spin-developed at 1000 rpm for 60 seconds using an organic solvent (propylene glycol monomethyl ether acetate) as a developer, followed by spin-drying at 2500 rpm for 30 seconds to remove the developer, yielding a resist pattern.
  • PEB post-exposure baking

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Abstract

金属含有レジスト膜から形成されるレジストパターン間に形成されかつその後除去される有機膜を形成するために用いられる有機膜形成用組成物であって、 ガラス転移温度が150℃以上の有機ポリマーと、溶剤とを含有する、有機膜形成用組成物。

Description

金属酸化物レジストパターン形成用有機樹脂組成物
 本発明は、金属含有レジストから形成されるレジストパターン間に形成されかつその後除去される有機膜を形成するために用いられる有機膜形成用組成物に関する。
 従来から半導体装置の製造において、フォトレジストを用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。上記微細加工はシリコンウエハー等の半導体基板上にフォトレジストの薄膜を形成し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれたマスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射し、現像し、得られたフォトレジストパターンを保護膜として基板をエッチング処理することにより、基板表面に、上記パターンに対応する微細凹凸を形成する加工法である。
 半導体デバイスの高集積度化が進む中、使用される活性光線もKrFエキシマレーザー(248nm)からArFエキシマレーザー(193nm)へと短波長化される傾向にあり、さらには、EUV(Extreme Ultra violet:極端紫外線)や電子線を用いた露光技術が検討されている。
 レジストの更なる微細パターニングに向け、近年では従来の化学増幅型レジストに比べ、エッチング耐性に優れたメタルオキサイドレジスト(MOR、金属含有レジストともいう)を用いたリソグラフィー技術の開発が活発に行われている(例えば、特許文献1等)。今後更なる微細化において、レジスト膜厚の薄膜化が必要不可欠であるが、本メタルオキサイドレジスト(MOR)(以下、「金属含有レジスト」ともいう)は、薄膜でも微細パターニング加工を行うのに十分なエッチング耐性を有するため、次世代EUVリソグラフィー技術に用いられる材料として近年期待されている。
特開2011-253185号公報
 金属含有レジストから形成されるレジストパターンが微細になるにつれ、レジストパターン倒れが問題になってくる。更に、レジストパターンが微細になるにつれ、レジストパターン寸法のバラツキ(例えば、LWR(line width roughness))が問題になってくる。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属含有レジスト膜による微細パターニングにおいてレジストパターン倒れを防ぎつつ、レジストパターン寸法のバラツキを抑えることが可能な有機膜形成用組成物、及び該有機膜形成用組成物を用いた半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、前記の課題を解決する為、鋭意検討を行った結果、前記の課題を解決出来ることを見出し、以下の要旨を有する本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は以下を包含する。
 [1] 金属含有レジスト膜から形成されるレジストパターン間に形成されかつその後除去される有機膜を形成するために用いられる有機膜形成用組成物であって、
 ガラス転移温度が150℃以上の有機ポリマーと、溶剤とを含有する、有機膜形成用組成物。
 [2] 前記金属含有レジスト膜が、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Al、及びCoの少なくともいずれかの元素を有する、[1]に記載の有機膜形成用組成物。
 [3] 前記有機ポリマーのガラス転移温度が、150℃~350℃である、[1]又は[2]に記載の有機膜形成用組成物。
 [4] 前記有機ポリマーが、複合単位構造を有する樹脂(G)であって、
 前記複合単位構造が、
  芳香族環を有する単位構造(A)と、
  1つ以上の炭素原子を有する単位構造(B)と、
を有し、
 前記単位構造(A)の前記芳香族環を構成する炭素原子と、前記単位構造(B)中の炭素原子との間に共有結合を生成する反応によって得られた、樹脂である、[1]から[3]のいずれかに記載の有機膜形成用組成物。
 [5] 前記単位構造(A)が、芳香族環を構成する酸素原子、芳香族環を構成する硫黄原子、芳香族環に結合した酸素原子、芳香族環を構成する窒素原子、及び芳香族環に結合した窒素原子の少なくともいずれかを有する、[4]に記載の有機膜形成用組成物。
 [6] 前記単位構造(B)が、アルデヒド化合物、又はアルデヒド等価体に由来する単位構造であり、
 前記アルデヒド等価体が、芳香族環との共有結合を可能とする有機化合物であって、ケトン基;アセタール基;ケタール基;二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基;アルキルアリール基のα位炭素原子に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基;又は炭素-炭素不飽和結合を有する有機化合物である、[4]又は[5]に記載の有機膜形成用組成物。
 [7] 前記有機ポリマーが、下記式(G-1)、下記式(G-2)、下記式(G-3-1)、及び下記式(G-3-2)のいずれかで表される複合単位構造を有する、[1]から[6]のいずれかに記載の有機膜形成用組成物。
(式(G-1)、式(G-2)、式(G-3-1)及び式(G-3-2)中、R、及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環、置換基を有していてもよい炭素原子数3~30の複素環、又は置換基を有していてもよい炭素原子数10以下の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基を表す。R及びR’は、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を形成していてもよい。
 Ar101、Ar102、Ar111、Ar112、Ar121、Ar122、Ar131、及びAr132は、それぞれ独立に、芳香族環を表す。
 R101、R102、R111、R112、R121、R122、R124、R131、及びR132は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、水酸基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数2~10のアルキニル基、炭素原子数6~80のアリール基、又はエーテル結合、ケトン結合、スルフィド結合、スルホニル基、カルボキシル基若しくはエステル結合を含んでいてもよいそれらの組み合わせを表す。
 R103、R113、R123、及びR133は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数2~10のアルキニル基、炭素原子数6~40のアリール基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、かつ、該アルキル基、該アルケニル基及びアリール基は、エーテル結合、ケトン結合、若しくはエステル結合を含んでいてもよい有機基を表す。
 n101、n102、n111、n112、n121、n122、n131、及びn132は、それぞれ独立に、0、又は芳香族環に置換できる最大の数までの整数を表す。
 n124は、0又は1を表す。)
 [8] Ar101、Ar102、Ar111、Ar112、Ar121、Ar122、Ar131、及びAr132が、それぞれ独立に、ベンセン環、又はナフタレン環を表す、[7]に記載の有機膜形成用組成物。
 [9] 前記式(G-1)、前記式(G-2)、前記式(G-3-1)及び前記式(G-3-2)中、それぞれ独立に、R及びR’の少なくともいずれかが、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環を表すか、又は、R及びR’が、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を表し、前記環構造が、芳香族環を有する、[7]又は[8]に記載の有機膜形成用組成物。
 [10] 前記レジストパターンが倒れるのを防ぐために用いられる、[1]から[9]のいずれかに記載の有機膜形成用組成物。
 [11] 前記レジストパターンを形成する際の現像液を兼ねる、[1]から[10]のいずれかに記載の有機膜形成用組成物。
 [12] 金属含有レジスト膜に光又は電子線を照射する工程と、
 前記光又は電子線が照射された前記金属含有レジスト膜に現像液を接触させ、レジストパターンを得る工程と、
 前記現像液が接触している前記レジストパターンを乾燥させることなく、前記レジストパターンの上に、[1]から[10]のいずれかに記載の有機膜形成用組成物を塗布し、前記レジストパターンの間に有機膜を形成する工程と、
 前記有機膜を除去する工程と、
を含む、半導体素子の製造方法。
 [13] 前記有機膜を形成する工程において、前記有機膜が、前記レジストパターンの上にも形成される、[12]に記載の半導体素子の製造方法。
 [14] 前記有機膜を除去する工程が、ドライエッチング、ウェットエッチング、放射線エッチング、高温焼成、溶媒を用いた溶解除去及びオゾン処理から選ばれる、[12]又は[13]に記載の半導体素子の製造方法。
 [15] 金属含有レジストパターン上に、[1]から[10]のいずれかに記載の有機膜形成用組成物を塗布して、前記金属含有レジストパターンの間に有機膜が埋め込まれた、金属含有レジストパターン付基板。
 本発明によれば、金属含有レジスト膜による微細パターニングにおいてレジストパターン倒れを防ぎつつ、レジストパターン寸法のバラツキを抑えることが可能な有機膜形成用組成物、及び該有機膜形成用組成物を用いた半導体素子の製造方法を提供することができる。
図1Aは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である(その1)。 図1Bは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である(その2)。 図1Cは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である(その3)。 図1Dは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である(その4)。 図1Eは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である(その5)。 図2は、レジストパターン間の有機膜の一態様を示す断面模式図である。 図3Aは、半導体素子の製造方法の他の一実施形態を説明するための断面模式図である(その1)。 図3Bは、半導体素子の製造方法の他の一実施形態を説明するための断面模式図である(その2)。 図3Cは、半導体素子の製造方法の他の一実施形態を説明するための断面模式図である(その3)。 図3Dは、半導体素子の製造方法の他の一実施形態を説明するための断面模式図である(その4)。
(有機膜形成用組成物)
 本発明の有機膜形成用組成物は、金属含有レジスト膜から形成されるレジストパターン間に形成されかつその後除去される有機膜を形成するために用いられる有機膜形成用組成物である。
 有機膜形成用組成物は、ガラス転移温度が150℃以上の有機ポリマーと、溶剤とを含有する。
 本発明者らは、金属含有レジスト膜からレジストパターンを形成する際に、現像後にレジストパターン倒れが起きやすいことを知見した。
 一般的に、レジストパターンの形成では、現像後に、現像液を除去するために乾燥が行われる。
 本発明者らは、検討を重ねた結果、現像後に現像液を乾燥及び除去させるのではなく、現像後に、レジストパターン間に有機膜を形成させ、その有機膜を除去することにより、レジストパターン倒れを防ぐことができることを見出した。
 なお、本発明者らは、現像液を除去するための乾燥の際に現像液の毛細管力が影響してレジストパターン倒れが起きていると考えている。
 更に、本発明者らは、レジストパターン寸法のバラツキの改良に着目した。そして、レジストパターン間に形成する有機膜を構成する有機ポリマーのガラス転移温度を高くする(例えば、150℃以上とする)ことで、レジストパターン寸法のバラツキを抑えることができることを見出し、本発明の完成に至った。
 なお、国際公開第2012/128251号パンフレットには、リソグラフィープロセスに用いられる現像液であって、ドライエッチングマスク形成用ポリマーと有機溶剤を含む現像液が開示されている(例えば、請求項1参照)。しかし、この現像液は、含有されるポリマーによってリバースパターンを形成することに用いられる点で、国際公開第2012/128251号パンフレットに記載の発明と、本発明とは、技術的思想が明らかに異なる。
 また、特開2011-33842号公報には、有機溶剤に可溶な樹脂と有機溶剤とを含有する処理液であって、化学増幅型レジスト組成物によるパターン形成用の処理液が開示されている(例えば、請求項1参照)。ここで、特開2011-33842号公報の段落〔0013〕によると、この技術では、有機溶剤に可溶な樹脂が、現像液あるいはリンス液の、レジスト組成物への浸透を促進し、溶解速度を向上させるのに寄与しているものと推定されている。それに対して、本発明においては、レジスト膜として金属含有レジスト膜が用いられる。通常、樹脂と金属含有レジスト膜とは相溶しないことから、レジスト膜が金属含有レジスト膜である場合、有機溶剤に可溶な樹脂が、現像液あるいはリンス液の、レジスト組成物への浸透を促進させることは期待できない。その点で、特開2011-33842号公報に記載の発明と、本発明とは、技術的思想が明らかに異なる。
 金属含有レジスト膜としては、特に限定されないが、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Al、及びCoの少なくともいずれかの元素を有することが好ましい。
 有機膜形成用組成物は、レジストパターンが倒れるのを防ぐために用いられることが好ましい。
 有機膜形成用組成物は、レジストパターン寸法のバラツキを抑えるために用いられることが好ましい。
 有機膜形成用組成物は、例えば、レジストパターンを形成する際の現像液を兼ねる。
 有機膜の除去の方法としては、特に制限されず、例えば、半導体リソグラフィー工程で用いられている有機膜の除去方法が挙げられる。
 有機膜の除去の方法としては、例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング(例えば、酸性液による分解除去)、放射線エッチング、高温焼成、溶媒を用いた溶解除去、オゾン処理などが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて行うことができる。
<有機ポリマー>
 有機ポリマーは、150℃以上のガラス転移温度を有する。
 有機膜形成用組成物によってレジストパターン間に有機膜を形成することで、レジストパターンが倒れるのを防ぐことができる。
 更に、有機膜形成用組成物が、ガラス転移温度が比較的高い有機ポリマーを含有することで、レジストパターン間に形成する有機膜によって、レジストパターン寸法のバラツキを抑えることができる。
 有機ポリマーのガラス転移温度は、150℃以上であれば、特に制限されない。
 有機ポリマーのガラス転移温度の上限値は、特に制限さず、有機ポリマーのガラス転移温度は、400℃以下であってもよいし、350℃以下であってもよいし、300℃以下であってもよい。
 有機ポリマーのガラス転移温度は、例えば、示差走査熱量計を用いて求める。具体的には、例えば、有機ポリマーのガラス転移温度は、以下の条件で求めることができる。
 示差走査熱量計:DSC Q2000(TAインスツルメンツ社製)
 温度範囲:室温~350℃
 昇温速度:5℃/min
 降温速度:5℃/min
 雰囲気:窒素
 2回目の昇温時の吸熱開始温度を、ガラス転移温度とする。吸熱を開始するまでのベースラインと、吸熱曲線の接線との交点を吸熱開始温度とする。
 なお、有機ポリマーのガラス転移温度が300℃を大幅に超える場合には、測定温度範囲の上限を400℃又は450℃に変えて測定することができる。
 有機ポリマーとしては、150℃以上のガラス転移温度を有するかぎり、特に制限されず、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、後述の樹脂(G)などが挙げられるが、後述の樹脂(G)が好ましい。
<<樹脂(G)>>
 有機ポリマーの一例は、複合単位構造を有する樹脂(G)である。
 複合単位構造は、芳香族環を有する単位構造(A)と、1つ以上の炭素原子を有する単位構造(B)とを有する。
 樹脂(G)は、単位構造(A)の芳香族環を構成する炭素原子と、単位構造(B)中の炭素原子との間に共有結合を生成する反応によって得られた樹脂である。
 本明細書において樹脂(G)を、「ノボラック樹脂」と称することがある。
 単位構造(A)は、例えば、芳香族環を構成する酸素原子、芳香族環を構成する硫黄原子、芳香族環に結合した酸素原子、芳香族環を構成する窒素原子、及び芳香族環に結合した窒素原子の少なくともいずれかを有する。
 単位構造(A)は、例えば、芳香族環を構成する原子及び芳香族環に結合した原子として、ヘテロ原子を有しない。
 単位構造(B)は、例えば、アルデヒド化合物、又はアルデヒド等価体に由来する単位構造である。
 アルデヒド等価体とは、芳香族環との共有結合を可能とする有機化合物であって、ケトン基;アセタール基;ケタール基;二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基;アルキルアリール基のα位炭素原子に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基;又は炭素-炭素不飽和結合を有する有機化合物である。
[I.用語の定義]
 本明細書において、本願発明の一態様であるノボラック樹脂に関する主な用語の定義について以下、説明する。個別に特段の記載がない限り、ノボラック樹脂に関しては以下の各用語の定義が適用される。
(I-1)「ノボラック樹脂」
 「ノボラック樹脂」とは、狭義のフェノール・ホルムアルデヒド樹脂(いわゆるノボラック型フェノール樹脂)やアニリン・ホルムアルデヒド樹脂(いわゆるノボラック型アニリン樹脂)のみならず、一般に酸触媒の存在下あるいはそれと同等な反応条件下で、芳香族環との共有結合を可能とする官能基[例えば、アルデヒド基;ケトン基;アセタール基;ケタール基;二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基;アルキルアリール基のα位炭素原子(ベンジル位炭素原子など)に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基;ジビニルベンゼンやジシクロペンタジエンなどの炭素-炭素不飽和結合など]を有する有機化合物と、芳香族環を有する化合物(好ましくは芳香族環を構成する原子、又は芳香族環に結合する原子として、酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子などのヘテロ原子を有する)中の芳香族環との共有結合形成(置換反応、付加反応、縮合反応或いは付加縮合反応など)により形成される樹脂を広く包含する広義の意味で用いられる。
 従って、本願明細書にいうノボラック樹脂は、前記官能基に由来する炭素原子(「連結炭素原子」と呼ぶ場合がある)を含む有機化合物が、連結炭素原子を介して芳香族環を有する化合物中の芳香族環と共有結合を形成することにより、芳香族環を有する複数の化合物を連結して樹脂を形成している。
 本明細書では、「ノボラック樹脂」を構成する単位構造として、単位構造(A)、及び単位構造(B)の用語を用いている。単位構造(A)は芳香族環を有する化合物に由来する単位構造である。単位構造(B)は単位構造(A)の芳香族環との共有結合を可能とする官能基を有する化合物に由来する単位構造である。
(I-2)「残基」
 「残基」とは、炭素原子またはヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子など)に結合する水素原子を結合手に置き換えた有機基を指し、一価基であっても多価基であってもよい。たとえば、1つの水素原子を1つの結合手で置き換えれば一価の有機基となり、2つの水素原子を結合手に置き換えれば二価の有機基となる。
(I-3)「芳香族環」(芳香族基、アリール基、アリーレン基)
 「芳香族環」とは、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、及びそれらの残基[「芳香族基」、「アリール基」(一価の基の場合)又は「アリーレン基」(二価の基の場合)と呼ぶ場合もある]を包含する概念であり、単環式(芳香族単環)のみならず多環式(芳香族多環)も包含するものとする。多環式の場合、少なくとも一つの単環は芳香族単環であるが、該芳香族単環と縮合環を形成する残りの単環は単環式複素環(複素単環)でも、単環脂環式炭化水素(脂環式単環)でもよい。
 本明細書において、ヘテロアリール基は、アリール基に含まれる。ヘテロアリーレン基は、アリーレン基に含まれる。
 芳香族環としては、ベンゼン、インデン、ナフタレン、アズレン、スチレン、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、アントラセン、フェナントレン、トリフェニレン、ベンゾアントラセン、ピレン、クリセン、フルオレン、ビフェニル、コランヌレン、ペリレン、フルオランテン、ベンゾ[k]フルオランテン、ベンゾ[b]フルオランテン、ベンゾ[ghi]ペリレン、コロネン、ジベンゾ[g,p]クリセン、アセナフチレン、アセナフテン、ナフタセン、ペンタセン、シクロオクタテトラエン等の芳香族炭化水素環、より典型的にはベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピレンなどの芳香族炭化水素環や;フラン、ピラン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、チオフェン、ピロール、N-アルキルピロール、N-アリールピロール、イミダゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、チアゾール、インドール、フェニルインドール、ビスインドールフルオレン、ビスインドールベンゾフルオレン、ビスインドールジベンゾフルオレン、プリン、キノリン、イソキノリン、クロメン、チアントレン、フェノチアジン、フェノキサジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン、カルバゾール、インドロカルバゾール等の芳香族複素環、より典型的には、フラン、チオフェン、ピロール、インドール、フェニルインドール、ビスインドールフルオレン、フェノチアジン、カルバゾール、インドロカルバゾールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 芳香族環(たとえばベンゼン環、ナフタレン環など)は任意に置換基を有していてもよいが、係る置換基としては、例えば、以下の原子及び基が挙げられる。
 ・ハロゲン原子
 ・炭化水素鎖の途中で酸素原子により一回以上中断されていてもよい、飽和又は不飽和の直鎖、分枝又は環状の炭化水素基(-R)(炭化水素鎖の途中で酸素原子により一回以上中断されていてもよい、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基(例えば、プロパルギル基)、並びにアリール基などを包含する。)、
 ・-OR(ここでRは前記炭化水素基-Rを表す。)
 ・アリールオキシ基
 ・-NH、-NHR若しくは-NR(2つのRは互いに同じでも異なっていてもよい。)、ここでRは前記炭化水素基-Rを表す。
 ・水酸基
 ・ヒドロキシアルキル基
 ・カルボキシル基
 ・ホルミル基
 ・シアノ基
 ・ニトロ基
 ・エステル基(例えば、-COR若しくは-OCOR、ここでRは前記炭化水素基-Rを表す。)
 ・アミド基[例えば、-NHCOR、-CONHR、-NRCOR(2つのRは互いに同じでも異なっていてもよい。)若しくは-CONR(2つのRは互いに同じでも異なっていてもよい。)、ここでRは前記炭化水素基-Rを表す。]
 ・スルホニル含有基(例えば、-SOR、ここでRは前記炭化水素基-Rまたは水酸基-OHを表す。)
 ・チオール基(-SH)
 ・スルフィド含有基(-SR、ここでRは前記炭化水素基-Rを表す。)
 ・エーテル結合を含む有機基[R11-O-R11(R11は各々独立にメチル基、エチル基等の炭素原子数1~6のアルキル基や、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、ピレニル基などのアリール基を示す。)で示されるエーテル化合物の残基;例えば、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基を含むエーテル結合を含む有機基]
 「芳香族環」には、更に、1又は複数の芳香族環(ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピレンなど)と、1又は複数の脂肪族環若しくは複素環との縮合環を有する有機基も含まれる。そして、ここにいう脂肪族環としては、シクロブタン、シクロブテン、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキセン、シクロヘプタン、シクロヘプテンを例示でき、複素環としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ピラン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリンを例示できる。
 「芳香族環」は、2つ以上の芳香族環が二価の連結基で連結された構造を有する有機基でもよい。二価の連結基としては、例えば、アルキレン基、アリーレン基、-NH-、-NHCO-、-O-、-COO-、-CO-、-S-、-SS-、-SO-などが挙げられる。また、二価の連結基としては、前述した芳香族環の任意の置換基から水素原子を一つ除いた二価の基であってもよい。
(I-4)「複素環」
 「複素環」は、脂肪族複素環と芳香族複素環の両方を包含し、単環式(複素単環)のみならず多環式(複素多環)も包含する概念とする。多環式の場合、少なくとも一つの単環は複素単環であるが、残りの単環は芳香族炭化水素単環でも、脂環式単環でもよい。芳香族複素環としては、前記(I-3)の例示を参照できる。前記(I-3)の芳香族環と同様、置換基を有していてもよい。
(I-5)「非芳香族環」(脂肪族環)
 「非芳香族環」が単環である場合の「非芳香族単環」とは、芳香族に属しない単環系炭化水素のことであり、典型的には脂環式化合物の単環である。脂肪族単環(脂肪族複素単環を包含してもよいし、芳香族化合物に属しない限り不飽和結合を含んでいてもよい)と呼んでもよい。前記(I-3)の芳香族環と同様、置換基を有していてもよい。
 非芳香族単環(脂肪族環、脂肪族単環)としては例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロブテン、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキセン、シクロヘプタン、シクロヘプテン等が挙げられる。
 「非芳香族環」が多環である場合の「非芳香族多環」とは、芳香族に属しない多環式炭化水素のことであり、典型的には脂環式化合物の多環である。脂肪族多環[脂肪族複素多環(多環を構成する単環の少なくとも一つが脂肪族複素環)を包含してもよいし、芳香族化合物に属しない限り不飽和結合を含んでいてもよい]と呼んでもよい。非芳香族二環、非芳香族三環、非芳香族四環を包含する。
 「非芳香族環」が二環である場合の「非芳香族二環」とは、芳香族に属しない二つの単環系炭化水素で構成される縮合環のことであり、典型的には二つの脂環式化合物の縮合環である。本明細書において、脂肪族二環(脂肪族複素二環を包含してもよいし、芳香族化合物に属しない限り不飽和結合を含んでいてもよい)と呼ぶこともある。非芳香族二環としては、ビシクロペンタン、ビシクロオクタン、ビシクロヘプテン等が挙げられる。
 「非芳香族環」が三環である場合の「非芳香族三環」とは、芳香族に属しない三つの単環系炭化水素で構成される縮合環のことであり、典型的には三つの脂環式化合物(それぞれ複素環であってもよいし、芳香族化合物に属しない限り不飽和結合を含んでいてもよい)の縮合環である。非芳香族三環としては、トリシクロオクタン、トリシクロノナン、トリシクロデカン等が挙げられる。
 「非芳香族環」が四環である場合の「非芳香族四環」とは、芳香族に属しない四つの単環系炭化水素で構成される縮合環のことであり、典型的には四つの脂環式化合物(それぞれ複素環であってもよいし、芳香族化合物に属しない限り不飽和結合を含んでいてもよい)の縮合環である。非芳香族四環としては、ヘキサデカヒドロピレンなどが挙げられる。
(I-6)
「環(部分)を構成する炭素原子」とは、置換基のない状態の炭化水素環(芳香族環、脂肪族環、複素環のいずれでもよい)について、当該環を構成する炭素原子を意味する。
(I-7)
 「炭化水素基」とは、炭化水素から水素原子1つあるいは2つ以上を取り除いてできる基をいい、かかる炭化水素には、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素、飽和又は不飽和の脂環式炭化水素、及び芳香族炭化水素が含まれる。
(I-8)
 本願明細書のノボラック樹脂の単位構造を示す化学構造式には、便宜的に結合手(*で表記)が記載されている場合があるが、かかる結合手は、特段の記載がない限り、該単位構造中の結合可能な任意の結合位置を採ることができ、単位構造中の結合位置を何ら限定するものではない。
 樹脂(G)は、複合単位構造を有する。
 複合単位構造は、芳香族環を有する単位構造(A)と、1つ以上の炭素原子を有する単位構造(B)とを有する。
 樹脂(G)が有する複合単位構造は、例えば、下記式(AB)で表される。
(式(AB)中、Aは、単位構造(A)を表し、Bは、単位構造(B)を表す。)
<<A-1:単位構造(A)>>
 単位構造(A)は、芳香族環を有する。
 単位構造(A)は、例えば、芳香族環を構成する酸素原子、芳香族環を構成する硫黄原子、芳香族環に結合した酸素原子、芳香族環を構成する窒素原子、及び芳香族環に直結した窒素原子の少なくともいずれかを有する。
 単位構造(A)は、例えば、芳香族環を構成する原子及び芳香族環に結合した原子として、ヘテロ原子を有しない。
 単位構造(A)が有する炭素原子数としては、特に制限されないが、例えば、4~100であり、好ましくは4~50である。
 好ましくは、かかる芳香族環は、4~30、又は6~30、より好ましくは4~24、又は6~24の炭素原子数を有する。
 好ましくは、かかる芳香族環は、1若しくは複数のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環;又はベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環と、複素環若しくは脂肪族環との縮合環(フルオレン環、ベンゾフルオレン環、ジベンゾフルオレン環、インドール環、カルバゾール環、インドロカルバゾール環など)である。
 芳香族環は、任意に置換基を有していてもよいが、重合反応性の観点からは、該置換基には必要最小限度のヘテロ原子が含まれていてもよい。また、芳香族環は、2つ以上の芳香族環が連結基で連結されていてもよく、該連結基中に必要最小限度のヘテロ原子が含まれていてもよい。ヘテロ原子としては、例えば、酸素原子、窒素原子、イオウ原子等が挙げられる。
 「芳香族環」は、環上、環内、又は環間にN、S及びOから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含んでいてもよい。
 環上に含まれていてもよいヘテロ原子としては、例えば、アミノ基(例えば、プロパルギルアミノ基)、シアノ基に含まれる窒素原子;含酸素置換基であるホルミル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アルキニルオキシ基(例えば、プロパルギルオキシ基)、アリールオキシ基に含まれる酸素原子;含酸素置換基及び含窒素置換基であるニトロ基に含まれる窒素原子と酸素原子が挙げられる。
 環内に含まれていてもよいヘテロ原子としては、例えば、フランやキサンテンに含まれる酸素原子、カルバゾールやピロールに含まれる窒素原子、フェノチアジンに含まれる硫黄原子が挙げられる。
 2つ以上の芳香族環の連結基に含まれていてもよいヘテロ原子としては、-NH-、-NHCO-、-O-、-COO-、-CO-、-S-、-SS-、-SO-に含まれる窒素原子、酸素原子、硫黄原子が挙げられる。
 本明細書において、「芳香族環を構成する原子」とは、「環内に含まれている原子」と同義である。「芳香族環に結合した原子」とは、例えば、「環上に含まれる原子又は基のうち、環に直接結合している原子」及び「環間に含まれる原子のうち環に直接結合している原子」を指す。
 例えば、ベンゼン環を構成する原子は、炭素原子である。
 例えば、ピロール環を構成する原子は、炭素原子及び窒素原子である。
 例えば、フェノールの水酸基の酸素原子は、芳香族環を構成する原子でない。
 例えば、フェノールの水酸基の酸素原子は、ベンゼン環に結合した原子であり、ベンゼン環上に含まれる基のうち、ベンゼン環に直接結合している原子である。
<<A-2:単位構造(A)を構成する骨格の例示>>
 単位構造(A)は、例えば、芳香族環を有する骨格を有する。
 芳香族環を有する骨格としては、芳香族アミン骨格、含窒素芳香族複素環骨格、フェノール骨格が好ましい。
 単位構造(A)は、例えば、芳香族環を有する骨格から2つの水素原子を除いた残基である。
 芳香族環を有する骨格は、例えば、樹脂(G)を合成する際の芳香族環を有する化合物に由来する。芳香族環を有する骨格は、例えば、樹脂(G)を合成する際の芳香族環を有する化合物から2つの水素原子を除いた残基である。
 芳香族環を有する骨格は、置換基を有していてもよい。
 ここで、置換基としては、例えば、ハロ基(ハロゲン原子)、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、ホルミル基、シアノ基、ニトロ基、エステル基、アミド基、スルホニル含有基、チオール基、スルフィド含有基、エーテル結合含有基等が挙げられる。
 アルキル基としては、炭素原子数1~20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基が挙げられる。
 アルケニル基としては、炭素原子数2~10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルケニル基が挙げられる。
 アルキニル基としては、炭素原子数2~10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキニル基が挙げられる。
 アルコキシ基としては、-ORで表される基が挙げられる。ここで、Rは、炭化水素鎖の途中で酸素原子により一回以上中断されていてもよい、飽和又は不飽和の直鎖、分枝又は環状の炭化水素基(-R)を表す。アルコキシ基の炭素原子数としては、例えば、1~20が挙げられる。
 アリールオキシ基としては、炭素原子数6~30のアリールオキシ基が挙げられる。
 アミノ基としては、-NH、-NHR若しくは-NRで表される基が挙げられる。ここでRは、前記炭化水素基-Rを表し、-NRにおいて、2つのRは互いに同じでも異なっていてもよい。
 ヒドロキシアルキル基としては、炭素原子数1~20の直鎖状、分岐状もしくは環状のヒドロキシアルキル基が挙げられる。
 エステル基としては、-COR若しくは-OCORで表される基が挙げられる。ここでRは、前記炭化水素基-Rを表す。
 アミド基としては、-NHCOR、-CONHR、-NRCOR若しくは-CONRで表される基が挙げられる。ここでRは、前記炭化水素基-Rを表し、Rが2つある場合、2つのRは互いに同じでも異なっていてもよい。
 スルホニル含有基としては、-SORで表される基が挙げられる。ここでRは前記炭化水素基-R又はヒドロキシ基-OHを表す。
 スルフィド含有基としては、-SRで表される基が挙げられる。ここでRは前記炭化水素基-Rを表す。
 エーテル結合含有基としては、R11-O-R11で表されるエーテル結合を含むエーテル化合物の残基が挙げられる。ここで、R11は各々独立にメチル基、エチル基等の炭素原子数1~6のアルキル基や、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、ピレニル基等のアリール基を示す。エーテル結合含有基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基を含むエーテル結合を含む有機基であってもよい。
<<<A-2-1:芳香族アミン骨格>>>
 芳香族アミン骨格とは、芳香族環と、芳香族環に結合しかつ環を構成しない窒素原子とを有する骨格を指す。
 芳香族アミン骨格としては、例えば、下記式(A-1a)~(A-1c)で表される骨格が挙げられる。
 なお、後述するように、単位構造(A)において、NH基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。置換基としては、前記(I-3)「芳香族環」に記載した置換基、後述する式(S1)~式(S7)で表される置換基(S)等が挙げられる。
(式(A-1a)~式(A-1c)中、Ar11は、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表す。R11は、それぞれ独立して、水素原子、又は芳香族環の残基を表す。
 Ar11及びR11の芳香族環の残基における芳香族環としては、例えば、下記式(G1)で表される芳香族環が挙げられる。これらの芳香族環は、置換基を有していてもよい。
 式(A-1a)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。これらの骨格における芳香族環は置換基を有していてもよく、NH基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。以下の骨格において同様である。
 式(A-1b)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-1c)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
<<<A-2-2:含窒素芳香族複素環骨格>>>
 含窒素芳香族複素環骨格とは、複素環を構成する原子に窒素原子を有する芳香族複素環を有する骨格を指す。
 含窒素芳香族複素環としては、例えば、ピロール環、インドール環、カルバゾール環、ピリジン環、アクリジン環、フェノオキサジン環、フェノチアジン環などが挙げられる。これらの含窒素芳香族複素環は、置換基を有していてもよい。
 含窒素芳香族複素環骨格としては、例えば、下記式(A-2a)、下記式(A-2b-1)、下記式(A-2b-2)、下記式(A-2c-1)、下記式(A-2c-2)、下記式(A-2c-3)、下記式(A-2c-4)、下記式(A-2d)、下記式(A-2e)、下記式(A-3a)、又は下記式(A-3b)で表される骨格が挙げられる。
 なお、後述するように、単位構造(A)において、NH基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。
(式中、Ar21は、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表す。
 R21は、それぞれ独立して、水素原子、又は芳香族環の残基を表す。
 R22は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1~5の炭化水素基、又は芳香族環の残基を表す。隣接する2つのR22は、一緒になって不飽和の脂肪族環を形成していてもよい。なお、不飽和の脂肪族環における不飽和結合の一つは、ピロール環を構成する不飽和結合を指す。
 Rは、それぞれ独立して、水素原子、芳香族環の残基、又はLとの結合手を表す。Lは、単結合、又は連結基を表す。n1は1を表し、n2は1又は2を表す。式(A-2b-2)及び式(A-2c-4)において、Lが単結合の場合、それぞれ、部分構造(In1)と部分構造(In2)とは、及び部分構造(Ca1)と部分構造(Ca2)とは、2つの窒素原子同士が結合することによって結合しているか、2つのAr21同士が結合することによって結合しているか、又は窒素原子とAr21とが結合することによって結合している。式(A-2b-2)及び式(A-2c-4)において、Lが連結基の場合、Lは、N又はAr21と結合している。)
 Ar21、R21、R22、及びRの芳香族環の残基における芳香族環としては、例えば、下記式(G2)で表される芳香族環が挙げられる。これらの芳香族環は、置換基を有していてもよい。
 隣接する2つのR22が一緒になって形成している不飽和の脂肪族環としては、例えば、以下の環が挙げられる。これらの脂肪族環は、置換基を有していてもよい。
 Lにおける連結基としては、例えば、炭素原子数1~5の(n1+n2)価の飽和炭化水素基、芳香族環から(n1+n2)個の水素原子を除いた残基が挙げられる。
<式(A-2d>
(式(A-2d)中、
 R11はそれぞれ独立して、水素原子、又は芳香族基を表し、
 Arは芳香族環部分であり、それぞれ独立して、ベンゼン環、2~3個のベンゼン環により構成される縮合環、又は下記式(Ar01)で表される構造であり、
 Xは、単結合、-O-、-S-、-NR12-又は-CR1314-を表し、R12は、R11と同一又は異なってR11の定義と同一であり、R13及びR14はそれぞれ、水素原子又は炭素原子数1~6の炭化水素基を表し、
 nは1または2であり、
 nが1の場合、Zは一価の有機基を表し、nが2の場合、Zは二価の有機基を表す。)
 なお、単位構造(A)中において、式(A-2d)中のR11は、置換基であってもよい。
 R11が置換基又は芳香族基である場合、R11は、例えば、
 (i)メチロール基、
 (ii)炭素数6~30のアリール基、又は
 (iii)炭素数2~20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシメチル基;炭素数1~20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基;炭素数2~10のアルケニル基;若しくは炭素数2~10のアルキニル基を表し、
 但し、前記(ii)(iii)については、酸素原子含有置換基、硫黄原子含有置換基、窒素原子含有置換基、アリール基又はハロ基で更に置換されるか、前記(iii)については、酸素原子含有置換基、硫黄原子含有置換基、窒素原子含有置換基、アリーレン基で更に炭化水素鎖部分が中断されていてもよい。
 式(A-2d)で表される骨格としては、例えば、下記式(A-2d-1)で表される骨格が挙げられる。
(式(A-2d-1)中のR11、Ar、及びXは、それぞれ、式(A-2d)中のR11、Ar、及びXと同義である。R21は、炭素数6~30のアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、又は炭素数2~10のアルキニル基である。)
 式(A-2d)及び式(A-2d-1)中のArは、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環である。
 式(A-2d)及び式(A-2d-1)中のArは、下記式(Ar01)で表される構造であってもよい。
(式(Ar01)中のR11aは、式(A-2d-1)中のR11と同義であり、R21aは、式(A-2d-1)中のR21と同義であり、Arは、式(A-2d-1)中のArと同義であり、X0aは、式(A-2d-1)中のXと同義である。
 式(Ar01)中の2つの炭素原子aとb、bとc又はcとdにおいて、式(A-2d)又は式(A-2d-1)中のXを含む単環部分と縮合環を形成する。)
 ここで、Xを含む単環部分とは、式(A-2d)中の下記式(AP011)で表される単環を表す。
 式(A-2d)で表される骨格としては、上記式(A-2d-1)で表される骨格、下記式(A-2d-2)で表される骨格、下記式(A-2d-3)で表される骨格が好ましい。
(式(A-2d-2)及び式(A-2d-3)中、R11、Ar、及びXは、それぞれ、式(A-2d)中のR11、Ar、及びXと同義である。
 Lは、単結合、又は二価の連結基を表し、二価の連結基としては、例えば、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-CONH-、-COO-、-NR101-、―(CR102103)m-、-(Ar101)m-、-CH-(Ar101)m-CH-、又は-(cyclo-R)-を表す。R101、R102、及びR103は、それぞれ独立して、水素原子;炭素原子数1~5の炭化水素基;又は炭素数6~30のアリール基を表し;mは1~10の整数を表す。そして、Ar101は、それぞれ独立して、炭素数6~30のアリーレン基を表し;mは互いに単結合で結合している芳香族環の数である1~3の整数を表す。「cyclo-R」は、1つ又は2つのベンゼン環又はナフタレン環と縮合環を形成していてもよい、5~8員環、好ましくは6~8員環の二価の脂環式炭化水素基を表す。
 R22は、それぞれ独立して、置換されていてもよい、炭素数6~30のアリーレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、又は炭素数2~10のアルキニレン基を表す。)
<式(A-2e)>
(式(A-2e)中、Lは、各々のアザアリール縮合環を構成する任意の2つの炭素原子間における、単結合、又は二価の連結基を表し、
 R11及びR21は、それぞれ独立して、水素原子、又は芳香族環の残基を表し、
 R12及びR22は、それぞれ独立して、置換基を表し、
 n1及びn2は、それぞれ独立に、R12及びR22の置換基の数を表し、0であってもよく、
 Ar及びArは、それぞれ独立に、式(A-2e)中のピロール環部分と縮合環を形成している、ベンゼン環又は2~3つのベンゼン環により構成される縮合環である。)
 なお、単位構造(A)中において、式(A-2e)中のR11及びR21は、置換基であってもよい。
 R11及びR21が置換基又は芳香族基の残基である場合、R11及びR21は、例えば、
 (i)メチロール基、
 (ii)炭素数6~30のアリール基、又は
 (iii)炭素数2~20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシメチル基;炭素数1~20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基;炭素数2~10のアルケニル基;若しくは炭素数2~10のアルキニル基を表し、
 但し、前記(ii)(iii)については、酸素原子含有置換基、硫黄原子含有置換基、窒素原子含有置換基、アリール基又はハロ基で更に置換されるか、前記(iii)については、酸素原子含有置換基、硫黄原子含有置換基、窒素原子含有置換基、アリーレン基で更に炭化水素鎖部分が中断されていてもよい。
 式(A-2e)中、Lは、単結合、又は二価の連結基である。Lは、各々のアザアリール縮合環を構成するいずれかの炭素原子と結合してよく、ArやAr、すなわち、アザアリール縮合環中の
及び
を構成する芳香族炭素原子と結合していてもよいが、アザアリール縮合環中のピロール環部分を構成する炭素原子と結合していることが好ましい。
 好ましい連結基(L)としては、-O-、-S-、-SO-、-CO-、-CONH-、-COO-、-NH-、―(CR102103)m-、―(Ar101)m-、-CH-(Ar101)m-CH-、及び-(cyclo-R)-からなる群から選択される。R102及びR103は、それぞれ独立に水素原子;炭素原子数1~5の炭化水素基;又は炭素数6~30のアリール基を表し;mは1~10の整数を表す。そして、Ar101はそれぞれ炭素数6~30のアリーレン基を表し;mは互いに単結合で結合している芳香族環の数である1~3の整数を表す。「cyclo-R」は、1つ又は2つのベンゼン環又はナフタレン環と縮合環を形成していてもよい、5~8員環、好ましくは6~8員環の二価の脂環式炭化水素基を表す。
<式(A-3a)及び式(A-3b)>
(式中、Ar31及びAr32は、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表すか、又は、それらに結合する炭素原子と一緒になって、芳香族環の残基を表す。Xは、-O、-S-、-NH-、-CH-、-CH-CH-、又は-CH=CH-を表す。)
 Ar31及びAr32の芳香族環の残基における芳香族環としては、例えば、前述の式(G1)で表される芳香族環が挙げられる。
 Ar31及びAr32がそれらに結合する炭素原子と一緒になって形成する芳香族環における芳香族環としては、例えば、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、ジベンゾフルオレン環等が挙げられる。
 式(A-2a)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。これらの骨格における芳香族環は、置換基を有していてもよく、NH基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。以下の骨格において同様である。
 式(A-2b-1)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-2b-2)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-2c-1)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-2c-2)又は式(A-2c-3)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-2c-4)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-2d)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-2e)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 なお、式(A-2d)で表される骨格の具体例と、式(A-2e)で表される骨格の具体例とは、重複する場合がある。
 式(A-3a)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-3b)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 含窒素芳香族複素環骨格のその他の骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
<<<A-2-3:フェノール骨格>>>
 フェノール骨格とは、芳香族環と、芳香族環に結合したヒドロキシ基を有する骨格を指す。
 フェノール骨格が有する芳香族環に結合したヒドロキシ基の数としては、特に制限されず、1つであってもよいし、複数であってもよい。複数の場合、2~10であってもよいし、2~8であってもよい。複数の場合、ヒドロキシ基は、同じ芳香族環(例えば、ベンゼン環)に結合していてもよいし、異なる芳香族環に結合していてもよい。
 なお、後述するように、単位構造(A)において、芳香族環に結合したヒドロキシ基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。置換基としては、前記(I-3)「芳香族環」に記載した置換基、後述する式(S1)~式(S7)で表される置換基(S)等が挙げられる。
 フェノール骨格としては、例えば、下記式(A-4)で表される各骨格が挙げられる。これらの骨格における芳香族環は置換基を有していてもよく、ヒドロキシ基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。以下の骨格において同様である。
 
(式中、n1、n2、n4、n5、n6、及びn9は、それぞれ独立して、1~4の整数を表す。n3a、n3b、n7a、n7b、n8a、及びn8bは、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。ただし、n3a及びn3bの合計は、1以上であり、n7a及びn7bの合計は、1以上であり、n8a及びn8bの合計は、1以上である。)
 また、フェノール骨格としては、例えば、下記式(A-5a)、下記式(A-5b)、下記式(A-5c)、又は下記式(A-5d)で表される骨格が挙げられる。
(式中、Ar41は、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表す。
 k1及びk2は、それぞれ独立して、1又は2の整数を表す。
 Xは、-O-、-CO-、-S-、-SO-、又はハロゲン原子で置換されていてもよいアルキレン基を表す。
 k1が1のとき、X21は、単結合、-O-、-CO-、-S-、-SO-、又はハロゲン原子で置換されていてもよいアルキレン基を表す。
 k2が1のとき、X22は、単結合、-O-、-CO-、-S-、-SO-、又はハロゲン原子で置換されていてもよいアルキレン基を表す。
 k1が2のとき、X21は、ハロゲン原子で置換されていてもよい3価の飽和炭化水素基を表す。
 k2が2のとき、X22は、ハロゲン原子で置換されていてもよい3価の飽和炭化水素基を表す。
 Yは、3価の飽和炭化水素基を表す。
 Yは、4価の飽和炭化水素基を表す。
 m1及びm2は、それぞれ独立して、0~3の整数を表す。ただしm1及びm2の合計は1以上である。
 m3~m5は、それぞれ独立して、0~3の整数を表す。ただしm3~m5の合計は1以上である。
 m6~m8は、それぞれ独立して、0~3の整数を表す。ただしm6~m8の合計は1以上である。
 m9~m12は、それぞれ独立して、0~3の整数を表す。ただしm9~m12の合計は1以上である。)
 Ar41の芳香族環の残基における芳香族環としては、例えば、下記式(G3)で表される芳香族環が挙げられる。これらの芳香族環は、置換基を有していてもよい。
 X、及びXにおけるハロゲン原子で置換されていてもよいアルキレン基の炭素原子数としては、例えば、1~20が挙げられる。アルキレン基の構造としては、例えば、直鎖状、分岐状、及び環状並びにそれらの2以上の組み合わせが挙げられる。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
 Y、及びYにおける飽和炭化水素基の炭素原子数としては、例えば、1~20が挙げられる。飽和炭化水素基の構造としては、例えば、直鎖状、分岐状、及び環状並びにそれらの2以上の組み合わせが挙げられる。
 また、フェノール骨格としては、例えば、下記式(A-6a)、下記式(A-6b-1)、下記式(A-6b-2)、下記式(A-6c)、又は下記式(A-6d)で表される骨格が挙げられる。
(式(A-6a)、式(A-6b-1)、式(A-6b-2)、式(A-6c)、及び式(A-6d)中、Ar51は、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表す。n11は、それぞれ独立して、1~4の整数を表す。pは、それぞれ独立して、0又は1を表す。pが1のときは、酸素原子がエーテル結合として芳香族環間の橋掛け構造を形成し、pが0のときは、芳香族環間の橋掛け構造となるエーテル結合が存在しない。Lは、単結合、又は二価の連結基を表す。)
 Ar51における芳香族環としては、例えば、上記式(G1)で表される芳香族環が挙げられ、ベンゼン環、ナフタレン環が好ましい。
 Lとしては、例えば、以下の構造から2つの水素原子を除いた二価の基が挙げられる。
 n11は、例えば、それぞれ独立して、1又2を表す。
 また、フェノール骨格としては、例えば、下記式(A-7a)、下記式(A-7b)、又は下記式(A-7c)で表される骨格が挙げられる。
(式(A-7a)、式(A-7b)、及び式(A-7c)中、Ar61は、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表す。n21は、それぞれ独立して、1~4の整数を表す。)
 Ar61における芳香族環としては、例えば、上記式(G1)で表される芳香族環が挙げられ、ベンゼン環、ナフタレン環が好ましい。
 n21は、例えば、それぞれ独立して、1又2を表す。
 また、フェノール骨格としては、例えば、下記式(A-8a-1)、下記式(A-8a-2)、下記式(A-8b)、下記式(A-8c)、下記式(A-8d)、下記式(A-8e)、下記式(A-8f)、下記式(A-8g-1)、又は下記式(A-8g-2)で表される骨格が挙げられる。
(式(A-8a-1)、式(A-8b)、式(A-8c)、式(A-8e)、式(A-8f)、式(A-8g-1)、及び式(A-8g-2)中、n31は、それぞれ独立して、1~4の整数を表す。
 式(A-8a-2)中、n32及びn33は、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。ただし、n32とn33との合計は、1以上である。
 式(A-8d)中、n32及びn33は、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。ただし、n32とn33との合計は、1以上である。
 式(A-8b)中、Xは、-O-、又は-NH-を表す。
 式(A-8d)中、Xは、-O-、-S-、又は-CH-を表す。
 式(A-8e)中、Xは、-S-、-CH-、又は-NH-を表す。
 式(A-8f)中、Xは、-CO-、又は-O-を表し、Xは、-CH-、又は-O-を表す。)
 n31は、例えば、それぞれ独立して、1又2を表す。
 n32及びn33は、例えば、それぞれ独立して、0、1又は2を表す。
 式(A-4)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。これらの骨格における芳香族環は置換基を有していてもよく、ヒドロキシ基の水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。以下の骨格において同様である。
 式(A-5a)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-5b)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-5c)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-5d)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-6a)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-6b-1)、又は式(A-6b-2)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-6c)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-6d)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-7a)、式(A-7b)、又は式(A-7c)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8a-1)、又は式(A-8a-2)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8b)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8c)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8d)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8e)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8f)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 式(A-8g-1)、又は式(A-8g-2)で表される骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 フェノール骨格のその他の骨格としては、例えば、以下の骨格が挙げられる。
 また、上記芳香族環を有する骨格におけるNHのH、芳香族環を有する骨格における芳香族環に結合したヒドロキシ基のH、及び芳香族環を有する骨格における芳香族環に結合した水素原子は、置換基に置き換えられていてもよい。
 当該置換基としては、例えば、下記式(S1)~式(S7)で表される置換基(S)が挙げられる。
(式(S1)~式(S7)中、
 Rsaは、炭素原子数1~10の一価の非芳香族炭化水素基を表す。
 Rsbは、それぞれ独立して、単結合又は炭素原子数1~10の二価の非芳香族炭化水素基を表す。
 Rscは、それぞれ独立して、炭素原子数1~10の二価の非芳香族炭化水素基を表す。
 Rsd alkynylは、それぞれ独立して、炭素原子数2~4のアルキニル基を表す。
 Arsaは、それぞれ独立して、炭素原子数6~20の一価の芳香族炭化水素基を表す。
 Arsbは、それぞれ独立して、炭素原子数6~20の二価の芳香族炭化水素基を表す。
 Xsa及びXsbは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素原子数1~20の一価の炭化水素基を表すか、又はXsa及びXsbは、ヒドロキシ基に結合する炭素原子と一緒になって、カルボニル基を構成する。
 nは、0~5の整数を表す。
 *は、結合手を表す。)
<Rsa
 Rsaにおける炭素原子数1~10の一価の非芳香族炭化水素基としては、例えば、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数2~10の一価の不飽和炭化水素基が挙げられる。
 炭素原子数2~10の一価の不飽和炭化水素基は、炭素-炭素多重結合を1又は2以上有する。炭素原子数2~10の一価の不飽和炭化水素基が炭素-炭素多重結合を2以上有する場合、2以上の炭素-炭素多重結合は、全てが炭素-炭素二重結合であってもよいし、全てが炭素-炭素三重結合であってもよいし、炭素-炭素二重結合と炭素-炭素三重結合との混合であってもよい。2以上の炭素-炭素多重結合は、共役していてもよいし、共役していなくてもよい。
<Rsb、及びRsc
 Rsb、及びRscにおける炭素原子数1~10の二価の非芳香族炭化水素基としては、例えば、炭素原子数1~10のアルキレン基、炭素原子数2~10の二価の不飽和炭化水素基が挙げられる。
 炭素原子数2~10の二価の不飽和炭化水素基は、炭素-炭素多重結合を1又は2以上有する。炭素原子数2~10の二価の不飽和炭化水素基が炭素-炭素多重結合を2以上有する場合、2以上の炭素-炭素多重結合は、全てが炭素-炭素二重結合であってもよいし、全てが炭素-炭素三重結合であってもよいし、炭素-炭素二重結合と炭素-炭素三重結合との混合であってもよい。2以上の炭素-炭素多重結合は、共役していてもよいし、共役していなくてもよい。
 Rsb、及びRscとしては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
<Rsd alkynyl
 Rsd alkynylは、炭素原子数2~4のアルキニル基を表す。炭素原子数2~4のアルキニル基としては、例えば、エチニル基、1-プロピニル基、プロパルギル基(2-プロピニル基)などが挙げられる。
<Arsa
 Arsaにおける炭素原子数6~20の一価の芳香族炭化水素基は、炭素原子数6~20の芳香族炭化水素から水素原子を1つ除いた残基である。炭素原子数6~20の芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ペリナフタン、ピレン、フルオレン、ビフェニルなどが挙げられる。
<Arsb
 Arsbにおける炭素原子数6~20の二価の芳香族炭化水素基は、炭素原子数6~20の芳香族炭化水素から水素原子を2つ除いた残基である。炭素原子数6~20の芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、フルオレン、ビフェニルなどが挙げられる。
<Xsa及びXsb
 Xsa及びXsbにおける炭素原子数1~20の一価の炭化水素基としては、例えば、炭素原子数1~10の一価の非芳香族炭化水素基、炭素原子数6~20の一価の芳香族炭化水素基が挙げられる。
 炭素原子数1~10の一価の非芳香族炭化水素基としては、例えば、炭素原子数1~10のアルキル基が挙げられる。
 炭素原子数6~20の一価の芳香族炭化水素基は、炭素原子数6~20の芳香族炭化水素から水素原子を1つ除いた残基である。炭素原子数6~20の芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ペリナフタン、ピレン、フルオレン、ビフェニルなどが挙げられる。
 式(S1)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 式(S2)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 式(S3)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 式(S4)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 式(S5)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 式(S6)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 式(S7)で表される置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 その他の置換基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
(*は、結合手を表す。)
 単位構造(A)として、好ましくは下記から選択される少なくとも1種である。なお、下記に記載される各単位構造中に表示されている2つの結合手の位置は、便宜的に表示されているにすぎず、それぞれ、可能な任意の炭素原子から延びることができ、その位置を限定するものではない。
(芳香族アミン骨格から構成される単位構造の例)
 -NH-はN上の水素原子が置換された構造もとりうる。
(含窒素芳香族複素環骨格から構成される単位構造の例)
(フェノール骨格から構成される単位構造の例)
<B-1:単位構造(B)>
 単位構造(B)は、1つ以上の炭素原子を有する。
 単位構造(B)は、例えば、アルデヒド化合物、又はアルデヒド等価体に由来する単位構造である。
 単位構造(B)は、単位構造(A)中の芳香族環と結合する連結炭素原子[前記(I-1)参照]を含む一種又は二種以上の単位構造であり、例えば、後掲する式(B1)、(B2)又は(B3)で表される構造を含む。単位構造(B)は、単位構造(A)と共有結合することにより、2つの単位構造(A)を連結することができる。
<<B-2:式(B1)>>
 単位構造(B)は、例えば、下記式(B1)で表される構造を含む。単位構造(B)は、下記式(B1)で表される構造であってもよい。
 式(B1)中、
 R、及びR’はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環、置換基を有していてもよい炭素原子数3~30の複素環、又は置換基を有していてもよい炭素原子数10以下の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基を表す。R及びR’は、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を形成していてもよい。*は、結合手を表す。
 置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、シアノ基、ヒドロキシ基のHが上記置換基(S)で置換された基、ハロ基などが挙げられる。
 また、式(B1)の2つの結合手は、それぞれ、2つの単位構造(A)中の各芳香族環と共有結合することができる。
 式(B1)におけるR、及びR’の定義中、「芳香族環」及び「複素環」については、前記(I-3)及び(I-4)を参照できる。
 式(B1)におけるR、及びR’の定義中、「アルキル基」としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、シクロプロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、シクロブチル基、1-メチル-シクロプロピル基、2-メチル-シクロプロピル基、n-ペンチル基、1-メチル-n-ブチル基、2-メチル-n-ブチル基、3-メチル-n-ブチル基、1,1-ジメチル-n-プロピル基、1,2-ジメチル-n-プロピル基、2,2-ジメチル-n-プロピル基、1-エチル-n-プロピル基、シクロペンチル基、1-メチル-シクロブチル基、2-メチル-シクロブチル基、3-メチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロプロピル基、2,3-ジメチル-シクロプロピル基、1-エチル-シクロプロピル基、2-エチル-シクロプロピル基、n-ヘキシル基、1-メチル-n-ペンチル基、2-メチル-n-ペンチル基、3-メチル-n-ペンチル基、4-メチル-n-ペンチル基、1,1-ジメチル-n-ブチル基、1,2-ジメチル-n-ブチル基、1,3-ジメチル-n-ブチル基、2,2-ジメチル-n-ブチル基、2,3-ジメチル-n-ブチル基、3,3-ジメチル-n-ブチル基、1-エチル-n-ブチル基、2-エチル-n-ブチル基、1,1,2-トリメチル-n-プロピル基、1,2,2-トリメチル-n-プロピル基、1-エチル-1-メチル-n-プロピル基、1-エチル-2-メチル-n-プロピル基、シクロヘキシル基、1-メチル-シクロペンチル基、2-メチル-シクロペンチル基、3-メチル-シクロペンチル基、1-エチル-シクロブチル基、2-エチル-シクロブチル基、3-エチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロブチル基、1,3-ジメチル-シクロブチル基、2,2-ジメチル-シクロブチル基、2,3-ジメチル-シクロブチル基、2,4-ジメチル-シクロブチル基、3,3-ジメチル-シクロブチル基、1-n-プロピル-シクロプロピル基、2-n-プロピル-シクロプロピル基、1-i-プロピル-シクロプロピル基、2-i-プロピル-シクロプロピル基、1,2,2-トリメチル-シクロプロピル基、1,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、2,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、1-エチル-2-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-1-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-2-メチル-シクロプロピル基、及び2-エチル-3-メチル-シクロプロピル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基が挙げられる。
 好ましくは、R、及びR’は、それぞれ独立にフェニル、ナフタレニル、アントラセニル、フェナントレニル、ナフタセニル、ピレニルである。
 R及びR’がそれらと結合する炭素原子と一緒になって形成する環構造を有する構造としては、例えば、以下の式で表される構造が挙げられる。
(式中、Arは、それぞれ独立して、芳香族環の残基を表す。*で示す炭素原子は、式(B1)において、R及びR’と結合する炭素原子である。)
 Arの芳香族環としては、例えば、式(G1)で表される芳香族環が挙げられる。
 式(B1)で表される構造を含む単位構造(B)は、例えば、アルデヒド化合物、ケトン化合物に由来する。
 アルデヒド化合物としては、例えば、下記式(B-1a)で表される化合物が挙げられる。
 ケトン化合物としては、例えば、下記式(B-1b)で表される化合物が挙げられる。
(式(B-1a)及び式(B-1b)中、R、及びR’は、式(B1)中のR、及びR’と、それぞれ、同義である。ただし、Rは、水素原子以外である。
 式(B-1b)において、R及びR’は、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を形成していてもよい。)
 例えば、樹脂(G)を得る際に、式(B-1a)及び式(B-1b)中のカルボニル基が、式(B1)中の*-C-*に転化される。
 式(B1)で表される構造を含む単位構造(B)の具体例を若干挙げれば、下記のとおりである。*は基本的に単位構造(A)との結合部位を示す。言うまでもなく、例示の構造を全体の一部に含んでいる構造でもよい。
<<B-3:式(B2)>>
 単位構造(B)は、例えば、下記式(B2)で表される構造を含む。単位構造(B)は、下記式(B2)で表される構造であってもよい。
 式(B2)中、
 Zは置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環残基、脂肪族環残基又は、2つの芳香族若しくは脂肪族の環が単結合で連結された有機基を表す。2つの芳香族環若しくは脂肪族環が単結合で連結された有機基としては、ビフェニル、シクロへキシルフェニル、ビシクロへキシル等の二価の残基を挙げることができる。
 置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、シアノ基、ヒドロキシ基のHが上記置換基(S)で置換された基、ハロ基などが挙げられる。
 J及びJはそれぞれ独立に直接結合又は置換基を有していてもよい二価の有機基を表す。該二価の有機基としては、好ましくは、置換基としてヒドロキシル基、アリール基(フェニル基、置換フェニル基など)又はハロ基(例えば、フッ素)で置換されていてもよい炭素原子数1~6の直鎖又は分岐のアルキレン基である。直鎖アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基が挙げられる。
 式(B2)で表される構造を含む単位構造(B)は、例えば、二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基を有する化合物、アルキルアリール基のα位炭素原子(ベンジル位炭素原子など)に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基を有する化合物、炭素-炭素二重結合を2つ有する化合物に由来する。これらの化合物は、アルデヒド等価体である。
 二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基を有する化合物としては、例えば、下記式(B-2a)で表される化合物が挙げられる。
 アルキルアリール基のα位炭素原子(ベンジル位炭素原子など)に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基を有する化合物としては、例えば、下記式(B-2b)で表される化合物が挙げられる。
 炭素-炭素二重結合を2つ有する化合物としては、例えば、下記式(B-2c)又は下記式(B-2d)で表される化合物が挙げられる。
(式(B-2a)、式(B-2b)、及び式(B-2b)中、J、J、及びZは、式(B2)中のJ、J、及びZと、それぞれ、同義である。
 式(B-2a)中、X、及びXは、それぞれ独立して、二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基を表す。
 式(B-2b)中、Y、及びYは、それぞれ独立して、アルキルアリール基のα位炭素原子(ベンジル位炭素原子など)に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基を表す。
 式(B-2d)中、nは、0~4の整数を表す。)
 例えば、樹脂(G)を得る際に、式(B-2a)中のX-Jが、式(B2)中の*-Jに転化される。J-Xが、式(B2)中のJ-*に転化される。
 例えば、樹脂(G)を得る際に、式(B-2b)中のY-Jが、式(B2)中の*-Jに転化される。J-Yが、式(B2)中のJ-*に転化される。
 式(B-2a)の一例は、下記化合物である。
 式(B-2b)の一例は、下記化合物である。
 式(B-2c)の一例は、下記化合物である。
 式(B2)で表される構造を含む単位構造の具体例を若干挙げれば、下記のとおりである。*は単位構造Aとの結合部位を示す。言うまでもなく、例示の構造を全体の一部に含んでいる単位構造でもよい。
<<B-4:式(B3)>>
 式(B3)中、
 Zは、置換基を有していてもよい、炭素原子数4~25の単環、又は二環、三環若しくは四環式の縮合環を有する基である。そして、ここにいう炭素原子数は、置換基を除いた単環、又は二環、三環若しくは四環式の縮合環の環骨格を構成する炭素原子のみの数を意味し、前記単環又は縮合環が複素環である場合の複素環を構成するヘテロ原子の数は含めない。
 前記単環はπ電子数が4n+2(nは0以上の整数)を満たさない単環(以下、「非ヒュッケル単環」と称することがある。)であり;前記二環、三環及び四環を構成する単環の少なくとも1つはπ電子数が4n+2(nは0以上の整数)を満たさない単環であり、残りの単環はπ電子数が4n+2(nは0以上の整数)を満たす単環でもπ電子数が4n+2(nは0以上の整数)を満たさない単環でもよい。
 前記単環、又は二環、三環若しくは四環式の縮合環が、1又は複数の芳香族環と更に縮合環を形成して、五環式以上の縮合環となっていてもよく、該五環式以上の縮合環の炭素原子数は好ましくは40以下であり、ここにいう炭素原子数は、置換基を除いた前記五環式以上の縮合環の環骨格を構成する炭素原子のみの数を意味し、前記五環式以上の縮合環が複素環である場合の複素環を構成するヘテロ原子の数は含めない。
 X、Yは同一又は異なって、-CR3132-基を表し、R31及びR32はそれぞれ同一又は異なって、水素原子又は炭素原子数1~6の炭化水素基を表す。
 x、yはそれぞれ、X、Yの数を表し、それぞれ独立に0又は1を表す。
 式(B3)中の
及び、式(B3)中の
の少なくともいずれかは、Zの前記非ヒュッケル単環を構成するいずれかの炭素原子(「炭素原子Z」と呼ぶ)と結合(x=1、y=1の場合)又は炭素原子Zから延びている(x=0、y=0の場合)。
 例えば、式(B3)中の
は、Zの前記非ヒュッケル単環を構成するいずれかの炭素原子(「炭素原子1」と呼ぶ)と結合(x=1の場合)又は炭素原子1から延びており(x=0の場合)、
 式(B3)中の
は、Zの前記非ヒュッケル単環を構成するいずれかの炭素原子(「炭素原子2」と呼ぶ)と結合(y=1の場合)又は炭素原子2から延びており(y=0の場合)、炭素原子1と炭素原子2は同一でも異なっていてもよく、異なっている場合、同一の非ヒュッケル単環に属していてもよいし、異なる非ヒュッケル単環に属していてもよい。
 また、式(B3)において、任意選択的に、炭素原子1及び炭素原子2以外の連結炭素原子を含んでいてもよい。
 なお、Zが三環式以上の縮合環である場合、式(B3)中の炭素原子1及び2がそれぞれ属する一つ又は二つの非ヒュッケル単環と残りの単環との縮合環中における順列位置関係は任意であり、炭素原子1と炭素原子2がそれぞれ異なる非ヒュッケル単環(それぞれ「非ヒュッケル単環1」及び「非ヒュッケル単環2」と呼ぶ)に属する場合、該非ヒュッケル単環1及び非ヒュッケル単環2の、縮合環中における順列位置関係も任意である。
 式(B3)で表される構造を含む有機基の具体例を若干挙げれば、下記のとおりである。単位構造Aとの結合部位は特に限定されない。言うまでもなく、例示の構造を全体の一部に含んでいる構造でもよい。
 なお、結合手(*)の数が2を超える例示も含まれているが、この余剰の結合手は、別のポリマー鎖中の芳香族環との結合、架橋などに用いることができるし、水素結合との結合手であってもよい。
 以下、式(B3)において、式(B3)中の
及び、式(B3)中の
の一方のみが、Zの前記非ヒュッケル単環を構成するいずれかの炭素原子(「炭素原子Z」と呼ぶ)と結合(x=1、y=1の場合)又は炭素原子Zから延びている(x=0、y=0の場合)場合について説明する。
 この場合の式(B3)のより具体的な構造として、たとえば、下記式(C31)では、結合の手となりうるp、k及びkのうち、pとk,又はpとkにより、式(B3)で表される単位構造(B)となりうる。残りの結合の手は、水素原子と結合している。
 また、下記の式(C32)では、結合の手となりうるp、k、k及びmのうち、pとk、pとk,又はpとmにより、式(B3)で表される単位構造(B)となりうる。残りの結合の手は、水素原子と結合している。
 式(31)又は式(32)に該当する式(B3)のより具体的な種々の例を若干挙げれば、下記のとおりである。*は単位構造(A)との結合部位を示す。
 式(B3)では、別途、これら構造中の芳香族環から他の単位構造(例えば、単位構造(A))と結合する結合の手が延びているが、下記の具体例では、かかる結合の手は省略している。言うまでもなく、例示の構造を全体の一部に含んでいる単位構造でもよい。
 なお、上記具体例において、芳香族環からの結合の手がない場合、ポリマー末端の具体例となりうる。
 式(AB)で表される構造を有するノボラック樹脂は、公知の方法によって調製することができる。例えば、H-A-Hで表される含環化合物とOHC-B、O=C-B、RO-B-OR、RO-CH-B-CH-OR等で表される含酸素化合物を縮合させることにより調製することができる。ここで、式中、A、Bは上記と同義である。Rは水素原子、ハロゲン、又は炭素原子数約1~3のアルキル基を表す。
 有機ポリマーとしては、本発明の効果を好適に得る観点から、下記式(G-1)、下記式(G-2)、下記式(G-3-1)、及び下記式(G-3-2)のいずれかで表される複合単位構造を有することが好ましい。これら複合単位構造は、樹脂(G)が有する複合単位構造の一例である。
(式(G-1)、式(G-2)、式(G-3-1)及び式(G-3-2)中、R、及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環、置換基を有していてもよい炭素原子数3~30の複素環、又は置換基を有していてもよい炭素原子数10以下の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基を表す。R及びR’は、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を形成していてもよい。
 Ar101、Ar102、Ar111、Ar112、Ar121、Ar122、Ar131、及びAr132は、それぞれ独立に、芳香族環を表す。
 R101、R102、R111、R112、R121、R122、R124、R131、及びR132は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、水酸基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数2~10のアルキニル基、炭素原子数6~80のアリール基、又はエーテル結合、ケトン結合、スルフィド結合、スルホニル基、カルボキシル基若しくはエステル結合を含んでいてもよいそれらの組み合わせを表す。
 R103、R113、R123、及びR133は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数2~10のアルキニル基、炭素原子数6~40のアリール基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、かつ、該アルキル基、該アルケニル基及びアリール基は、エーテル結合、ケトン結合、若しくはエステル結合を含んでいてもよい有機基を表す。
 n101、n102、n111、n112、n121、n122、n131、及びn132は、それぞれ独立に、0、又は芳香族環に置換できる最大の数までの整数を表す。
 n124は、0又は1を表す。)
 式(G-1)、式(G-2)、式(G-3-1)及び式(G-3-2)中のR及びR’の具体例及び好適例としては、それぞれ、式(B-1)中のR及びR’の説明で挙げた具体例及び好適例が挙げられる。
 本発明の効果を好適に得る観点から、Ar101、Ar102、Ar111、Ar112、Ar121、Ar122、Ar131、及びAr132は、それぞれ独立に、ベンセン環、又はナフタレン環を表すことが好ましい。
 本発明の効果を好適に得る観点から、式(G-1)、式(G-2)、式(G-3-1)及び式(G-3-2)中、それぞれ独立に、R及びR’の少なくともいずれかは、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環を表すか、又は、R及びR’が、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を表し、環構造が、芳香族環を有することが好ましい。
 複合単位構造としては、例えば、以下の複合単位構造が挙げられる。
 樹脂(G)としては、例えば、以下のポリマーが挙げられる。
 ・国際公開第2010/147155号パンフレットの請求項1に記載されたポリマー
 ・国際公開第2013/047516号パンフレットの請求項1に記載されたポリマー
 ・国際公開第2013/146670号パンフレットの請求項1に記載されたポリマー
 ・国際公開第2023/162653号パンフレットの請求項1に記載されたポリマー
 これらの公開公報の内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。
 有機ポリマーの重量平均分子量としては、特に制限されず、通常500~100,000、好ましくは600~50,000、700~10,000、又は800~8,000である。
 有機膜形成用組成物における有機ポリマーの含有量としては、特に制限されないが、膜形成成分に対して、30質量%~100質量%が好ましく、50質量%~100質量%がより好ましく、70質量%~100質量%が特に好ましい。
 膜形成成分とは、有機膜形成用組成物における溶剤以外の成分を指す。
<溶剤>
 有機膜形成用組成物に使用される溶剤としては、特に制限はないが、一般的に半導体リソグラフィー工程用薬液に用いられる有機溶剤が好ましい。具体的には、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、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、4-メチル-2-ペンタノール、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル、2-ヒドロキシイソ酪酸エチル、エトキシ酢酸エチル、酢酸2-ヒドロキシエチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、2-ヘプタノン、メトキシシクロペンタン、アニソール、γ-ブチロラクトン、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、及びN,N-ジメチルアセトアミドが挙げられる。これらの溶剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
 これらの溶剤の中でプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル、及びシクロヘキサノンが好ましい。特にプロピレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが好ましい。
 溶剤は水を含まないことが好ましい。言い換えれば、有機膜形成用組成物は水を含まないことが好ましい。
 有機膜形成用組成物における水の含有量としては、特に制限されないが、0質量%~10質量%が好ましく、0質量%~5質量%がより好ましく、0質量%~3質量%が特に好ましい。
 有機膜形成用組成物における溶剤の含有量としては、特に制限はないが、80質量%~99.99質量%が好ましく、85質量%~99.9質量%がより好ましく、90質量%~99質量%が特に好ましい。
 言い換えれば、有機膜形成用組成物における膜形成成分の含有量としては、特に制限はないが、0.01質量%~20質量%が好ましく、0.1質量%~15質量%がより好ましく、1質量%~10質量%が特に好ましい。
<架橋剤>
 有機膜形成用組成物は、架橋剤を含有していてもよい。
 架橋剤としては、特に制限されない。
 架橋剤は、有機ポリマーとは異なる構造である。
 架橋剤としては、アミノプラスト架橋剤、フェノプラスト架橋剤が好ましい。
 アミノプラスト架橋剤は、メラミンやグアナミン等のアミノ基を有する化合物とホルムアルデヒドとの付加縮合物である。
 フェノプラスト架橋剤とは、フェノール性ヒドロキシ基を有する化合物とホルムアルデヒドとの付加縮合物である。
 架橋剤としては、例えば、下記構造を2以上有する化合物が挙げられる。
(構造中、R101は、水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、又は炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表す。*は、結合手を表す。)
 結合手は、例えば、窒素原子、芳香族炭化水素環を構成する炭素原子などに結合している。
 R101としては、水素原子、メチル基、エチル基又は下記構造で表される基が好ましい。
(構造中、R102は、水素原子、メチル基、又はエチル基を表す。*は、結合手を表す。)
 架橋剤としては、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、フェノール性ヒドロキシ基を有する化合物が好ましい。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
 メラミン化合物としては、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1乃至6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1乃至6個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物などが挙げられる。
 グアナミン化合物としては、例えば、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1乃至4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1乃至4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物などが挙げられる。
 グリコールウリル化合物としては、例えば、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1乃至4個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1乃至4個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物などが挙げられる。
 また、グリコールウリル化合物としては、例えば、下記式(1E)で表されるグリコールウリル誘導体であってもよい。
(式(1E)中、4つのRはそれぞれ独立にメチル基又はエチル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、又はフェニル基を表す。)
 前記式(1E)で表されるグリコールウリル誘導体として、例えば、下記式(1E-1)~式(1E-6)で表される化合物が挙げられる。
 式(1E)で表されるグリコールウリル誘導体は、例えば、下記式(2E)で表されるグリコールウリル誘導体と、下記式(3d)で表される少なくとも1種の化合物とを反応させることで得られる。
(式(2E)中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、又はフェニル基を表し、Rはそれぞれ独立に炭素原子数1~4のアルキル基を表す。)
(式(3d)中、Rはメチル基又はエチル基を表す。)
 前記式(2E)で表されるグリコールウリル誘導体として、例えば、下記式(2E-1)~式(2E-4)で表される化合物が挙げられる。さらに前記式(3d)で表される化合物として、例えば下記式(3d-1)及び式(3d-2)で表される化合物が挙げられる。
 ウレア化合物としては、例えば、テトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの1乃至4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルウレアなどが挙げられる。
 フェノール性ヒドロキシ基を有する化合物としては、例えば、下記式(G-1)又は式(G-2)で表される化合物が挙げられる。
(式(G-1)及び式(G-2)中、Qは単結合又はm1価の有機基を示す。
 R及びRはそれぞれ炭素原子数2乃至10のアルキル基、又は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を有する炭素原子数2乃至10のアルキル基を示す。
 R及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基を示す。
 R及びRはそれぞれ炭素原子数1乃至10のアルキル基、又は炭素原子数6乃至40のアリール基を示す。
 nは1≦n≦3の整数、nは2≦n≦5の整数、nは0≦n≦3の整数、nは0≦n≦3の整数、3≦(n+n+n+n)≦6の整数を示す。
 nは1≦n≦3の整数、nは1≦n≦4の整数、nは0≦n≦3の整数、nは0≦n≦3の整数、2≦(n+n+n+n)≦5の整数を示す。
 m1は2乃至10の整数を示す。)
 また、フェノール性ヒドロキシ基を有する化合物としては、例えば、下記式(G-3)又は式(G-4)で表される化合物が挙げられる。
 式(G-1)又は式(G-2)で示される化合物は、下記式(G-3)又は式(G-4)で示される化合物と、ヒドロキシル基含有エーテル化合物又は炭素原子数2乃至10のアルコールとの反応によって得られるものであってよい。
(式(G-3)及び式(G-4)中、Qは単結合又はm2価の有機を示す。
 R、R、R11及びR12はそれぞれ水素原子又はメチル基を示す。
 R及びR10はそれぞれ炭素原子数1乃至10のアルキル基、又は炭素原子数6乃至40のアリール基を示す。
 nは1≦n≦3の整数、n10は2≦n10≦5の整数、n11は0≦n11≦3の整数、n12は0≦n12≦3の整数、3≦(n+n10+n11+n12)≦6の整数を示す。
 n13は1≦n13≦3の整数、n14は1≦n14≦4の整数、n15は0≦n15≦3の整数、n16は0≦n16≦3の整数、2≦(n13+n14+n15+n16)≦5の整数を示す。
 m2は2乃至10の整数を示す。)
 Qにおけるm2価の有機基としては、例えば、炭素原子数1~4のm2価の有機基が挙げられる。
 式(G-1)又は式(G-2)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
 式(G-3)又は式(G-4)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
 上記化合物は旭有機材工業(株)、本州化学工業(株)の製品として入手することができる。製品としては、例えば、旭有機材工業(株)の商品名TMOM-BPが挙げられる。
 これらの中でも、グリコールウリル化合物が好ましく、具体的にはテトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1乃至4個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1乃至4個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物が好ましく、テトラメトキシメチルグリコールウリルがより好ましい。
 架橋剤の分子量としては、特に制限されないが、500以下が好ましい。
 有機膜形成用組成物が架橋剤を含有する場合、有機膜形成用組成物における架橋剤の含有量としては、特に制限されないが、有機ポリマーに対して、例えば1質量%~70質量%であり、好ましくは、5質量%~60質量%である。
<硬化触媒>
 有機膜形成用組成物に任意成分として含まれる硬化触媒は、熱酸発生剤、光酸発生剤何れも使用することができるが、熱酸発生剤を使用することが好ましい。
 熱酸発生剤としては、例えば、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウム-p-トルエンスルホネート(ピリジニウム-p-トルエンスルホン酸)、ピリジニウムフェノールスルホン酸、ピリジニウム-p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸(p-フェノールスルホン酸ピリジニウム塩)、ピリジニウム-トリフルオロメタンスルホン酸、サリチル酸、カンファースルホン酸、5-スルホサリチル酸、4-クロロベンゼンスルホン酸、4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、1-ナフタレンスルホン酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、N-メチルモルホリン-p-トルエンスルホン酸、N-メチルモルホリン-p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、N-メチルモルホリン-5-スルホサリチル酸等のスルホン酸化合物及びカルボン酸化合物が挙げられる。
 光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、及びジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられる。
 オニウム塩化合物としては、例えば、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロノルマルオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート及びビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート等のヨードニウム塩化合物、及びトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート及びトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のスルホニウム塩化合物等が挙げられる。
 スルホンイミド化合物としては、例えばN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(ノナフルオロノルマルブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド及びN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフタルイミド等が挙げられる。
 ジスルホニルジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、及びメチルスルホニル-p-トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。
 硬化触媒は一種のみを使用することができ、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
 硬化触媒が使用される場合、当該硬化触媒の含有割合は、架橋剤に対し、例えば0.1質量%~50質量%であり、好ましくは、1質量%~30質量%である。
<その他の成分>
 有機膜形成用組成物には、ピンホールやストリエーション等の発生がなく、表面むらに対する塗布性をさらに向上させるために、さらに界面活性剤を添加することができる。
 界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製、商品名)、メガファックF171、F173、R-30(DIC(株)製、商品名)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGC(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。
 これらの界面活性剤の配合量は、有機膜形成用組成物の全固形分に対して通常2.0質量%以下、好ましくは1.0質量%以下である。
 これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また2種以上の組合せで添加することもできる。
 有機膜形成用組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲において、ガラス転移温度が150℃以上の有機ポリマー以外のポリマーを含有していてもよい。そのようなポリマーとしては、特に制限されない。
(半導体素子の製造方法)
 本発明の半導体素子の製造方法の一例は、照射工程と、レジストパターン形成工程と、有機膜形成工程と、有機膜除去工程とを含む。
 半導体素子の製造方法の一例は、その他の工程を含んでいてもよい。
<照射工程>
 照射工程は、金属含有レジスト膜に光又は電子線を照射する工程である。
 金属含有レジスト膜としては、特に限定されないが、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Al、及びCoの少なくともいずれかの元素を有することが好ましい。
 金属含有レジスト膜は、例えば、金属含有レジストから形成される。
 金属含有レジストは、金属酸化物レジスト(メタルオキサイドレジスト(MOR))とも呼ばれ、代表的には、スズ酸化物系レジストが挙げられる。
 金属酸化物レジスト材料として、例えば、特開2019-113855号公報に記載の、金属炭素結合及び/又は金属カルボキシラート結合により有機配位子を有する金属オキソ-ヒドロキソネットワークを含むコーティング組成物が挙げられる。
 金属含有レジストの一例は、放射線感受性安定化配位子としてペルオキソ配位子を使用する。ペルオキソベースの金属オキソ-ヒドロキソ化合物は、例えば、公表2019-532489号公報の段落〔0011〕に記載されている特許文献にその詳細が説明されている。当該特許文献としては、例えば、米国特許第9,176,377B2号明細書、米国特許出願公開第2013/0224652A1号明細書、米国特許第9,310,684B2号明細書、米国特許出願公開第2016/0116839A1号明細書、米国特許出願公開第15/291738号明細書が挙げられる。
 金属含有レジストの他の一例は、特開2011-253185号公報、WO2015/026482、WO2016/065120、WO2017/066319、WO2017/156388、WO2018/031896、特開2020-122959号公報、特開2020-122960号公報、WO2019/099981、WO2019/199467、WO2019/195522、WO2019/195522、WO2020/210660、WO2021/011367、及びWO2021/016229に記載の組成物が挙げられる。
 これらの内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。
 金属含有レジストから金属含有レジスト膜を形成する方法としては、特に制限されず、金属含有レジストである塗布型レジスト材料(金属含有レジスト膜形成用組成物)を塗布し焼成する方法が挙げられる。
 また、金属含有レジスト膜は、蒸着によって形成されてもよい。蒸着による金属含有レジスト膜の形成方法としては、例えば、特開2017-116923号公報に記載の方法が挙げられる。特開2017-116923号公報の内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。なお、特開2017-116923号公報においては、本発明における金属含有レジスト膜を、金属酸化物含有膜と称している。
 金属含有レジスト膜の膜厚は、例えば5nm~10,000nmであり、又は5nm~1,000nmであり、又は5nm~40nmである。
 金属含有レジスト膜は、例えば、基板、レジスト下層膜などの上に形成される。
 基板としては、例えば、精密集積回路素子の製造に使用される基板が挙げられる。そのような基板としては、例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜で被覆されたシリコンウェハー等の半導体基板、窒化珪素基板、石英基板、ガラス基板(無アルカリガラス、低アルカリガラス、結晶化ガラスを含む。)、ITO(インジウムスズ酸化物)膜やIZO(インジウム亜鉛酸化物)膜が形成されたガラス基板、プラスチック(ポリイミド、PET等)基板、低誘電率材料(low-k材料)被覆基板、フレキシブル基板などが挙げられる。
 レジスト下層膜としては、特に制限されず、例えば、公知のレジスト下層膜を用いることができる。レジスト下層膜としては、例えば、有機下層膜、シリコン含有レジスト下層膜などが挙げられる。
 レジスト膜は、基板の上に直接形成されてもよいし、レジスト下層膜が形成された基板のレジスト下層膜上に形成されてもよい。レジスト下層膜は、単層であってもよいし、複層であってもよい。例えば、基板とレジスト膜との間には、2層のレジスト下層膜が存在していてもよい。2層のレジスト下層膜としては、例えば、有機下層膜とシリコン含有レジスト下層膜との2層のレジスト下層膜が挙げられる。
 レジスト下層膜の膜厚としては、例えば、10nm~1,000nmであり、又は20nm~500nmであり、又は50nm~300nmであり、又は100nm~200nm、又は10~150nmである。
 金属含有レジスト膜に照射される光又は電子線としては、例えば、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、Fエキシマレーザー(波長157nm)、EUV(波長13.5nm)、電子線が挙げられる。
 金属含有レジスト膜に照射される光又は電子線の照射量としては、特に限定されない。
 照射後、必要に応じて露光後加熱(post exposure bake)を行うこともできる。露光後加熱は、例えば、加熱温度70℃~250℃、加熱時間0.3分間~10分間から適宜選択された条件で行われる。
<レジストパターン形成工程>
 レジストパターン形成工程は、光又は電子線が照射された金属含有レジスト膜に現像液を接触させ、レジストパターンを得る工程である。
 現像液として有機溶剤を用いることができ、光又は電子線の照射後に現像液(溶剤)によって現像が行われる。これにより、例えばネガ型金属含有レジスト膜が使用された場合は、露光されていない部分の金属含有レジスト膜が除去され、金属含有レジスト膜のパターンが形成される。
 現像液(有機溶剤)としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、プロピ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プロピ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、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2-メトキシブチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、4-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-エチル-3-メトキシブチルアセテート、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、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、2-エトキシブチルアセテート、4-エトキシブチルアセテート、4-プロポキシブチルアセテート、2-メトキシペンチルアセテート、3-メトキシペンチルアセテート、4-メトキシペンチルアセテート、2-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、4-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸ブチル、ギ酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-エトキシプロピオネート、プロピル-3-メトキシプロピオネート等を例として挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤などを加えることもできる。現像の条件としては、温度は5℃~50℃、時間は10秒~600秒から適宜選択される。
 現像液による現像方法としては、例えば、スピンコートによるスピン現像が挙げられる。スピン現像の際の回転数としては、特に限定されないが、例えば、500rpm(rotations per minute)~1500rpmが挙げられる。スピン現像の時間としては、特に限定されないが、例えば、30秒間~120秒間が挙げられる。
 レジストパターン形成工程において、現像は、現像液が接触しているレジストパターンが乾燥しないように行われる。
 一般的に、レジストパターンの形成では、現像後に、現像液を除去するために乾燥が行われるが、本発明では、現像液の乾燥は行わない。現像液の乾燥を行うと、レジストパターン倒れが生じるためである。
 例えば、現像がスピン現像で行われる場合、一般的には、スピン現像の後に、スピンドライが行われるが、本発明では、スピンドライは行われない。スピン現像の後に、スピンドライを行うことなく、有機膜形成工程が行われる。
 なお、一般的に、スピンドライの際の回転数としては、特に限定されないが、例えば、2000rpm~3000rpmが挙げられる。スピンドライの時間としては、特に限定されないが、例えば、10秒間~90秒間が挙げられる。
<有機膜形成工程>
 有機膜形成工程は、現像液が接触しているレジストパターンを乾燥させることなく、レジストパターンの上に、本発明の有機膜形成用組成物を塗布し、レジストパターンの間に有機膜を形成する工程である。
 有機膜の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、スピンコートが挙げられる。スピンコートの際の回転数としては、特に限定されないが、例えば、500rpm~1500rpmが挙げられる。スピンコートの時間としては、特に限定されないが、例えば、30秒間~120秒間が挙げられる。
 有機膜形成工程によって形成される有機膜は、レジストパターンの間にのみ形成されていてもよい。また、有機膜は、レジストパターンの間に加えて、レジストパターンの上に形成されていてもよい。
 形成される有機膜の膜厚としては、特に制限されず、例えば、金属含有レジスト膜の膜厚に応じて適切な膜厚に設定される。有機膜の膜厚は、例えば、金属含有レジスト膜の膜厚に対して0.5~1.5倍の範囲の膜厚である。
<有機膜除去工程>
 有機膜除去工程としては、有機膜を除去可能であれば、特に限定されない。
 有機膜の除去の方法としては、例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング(例えば、酸性液による分解除去)、放射線エッチング、高温焼成、溶媒を用いた溶解除去、オゾン処理などが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて行うことができる。
 高温焼成における温度としては、例えば、200℃~300℃が挙げられる。高温焼成における焼成時間としては、例えば、1分以上が挙げられる。高温焼成における雰囲気としては、例えば、大気雰囲気が挙げられる。
 溶媒を用いた溶解除去に用いる溶媒としては、例えば、前述のレジストパターン形成工程に用いる現像液(有機溶剤)の説明で挙げた有機溶剤が挙げられる。
 ドライエッチングに使用されるガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、一酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素、六フッ化硫黄、ジフルオロメタン、三フッ化窒素、三フッ化塩素、塩素、トリクロロボラン、ジクロロボランなどが挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
 放射線エッチングは、例えば、酸素存在下(例えば、大気下)、あるいは不活性ガス存在下(例えば、窒素)で紫外線を照射することにより行われる。
 放射線エッチングでは、紫外線によって有機膜が分解し除去される。
 あるいは放射線エッチングでは、紫外線(例えば、100nm~400nm、185nmの紫外線)の照射によってオゾンが発生する。更に、紫外線(例えば、254nm)がオゾンに吸収されると、活性酸素が発生する。そして、活性酸素によって有機膜が分解される。その結果、有機膜が除去される。
 有機膜除去工程では、有機膜が、選択的に除去されることが好ましい。その点で、有機膜を除去する際の有機膜のエッチング速度(エッチレート)は、金属含有レジスト膜のエッチング速度の2倍以上が好ましく、10倍以上がより好ましく、20倍以上が特に好ましい。エッチング速度の上限値としては、特に制限されないが、例えば、有機膜を除去する際の有機膜のエッチング速度は、金属含有レジスト膜のエッチング速度の100倍以下である。
 半導体素子の製造方法の一例では、このようにして形成された金属含有レジスト膜(上層)のレジストパターンを保護膜としてレジスト下層膜(中間層)の除去を行い、次いでパターン化された金属含有レジスト膜とパターン化されたレジスト下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として、有機下層膜(下層)の除去を行う。そして最後に、パターン化されたレジスト下層膜(中間層)及び、パターン化された有機下層膜(下層)を保護膜として、基板の加工を行う。
 金属含有レジスト膜(上層)のパターンを保護膜として行われるレジスト下層膜(中間層)の除去(パターン化)はドライエッチングによって行われ、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、一酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素、六フッ化硫黄、ジフルオロメタン、三フッ化窒素、三フッ化塩素、塩素、トリクロロボラン及びジクロロボラン等のガスを使用することができる。
 なおレジスト下層膜のドライエッチングには、ハロゲン系ガスを使用することが好ましい。ハロゲン系ガスによるドライエッチングでは、基本的に金属含有レジスト膜は除去されにくい。それに対し、ケイ素原子を多く含むレジスト下層膜はハロゲン系ガスによって速やかに除去される。そのため、該レジスト下層膜のドライエッチングに伴う金属含有レジスト膜の膜厚の減少を抑えることができる。そして、その結果、金属含有レジスト膜を薄膜で使用することが可能となる。従って、レジスト下層膜のドライエッチングはフッ素系ガスによることが好ましく、フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン(CH)等が挙げられるが、これらに限定されない。
 基板とレジスト下層膜の間に有機下層膜を有している場合、次いで(残存している場合にはパターン化された金属含有レジスト膜(上層)と)パターン化されたレジスト下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として行われる有機下層膜(下層)の除去(パターン化)は、酸素系ガス(酸素ガス、酸素/硫化カルボニル(COS)混合ガス等)によるドライエッチングによって行われることが好ましい。これは、ケイ素原子を多く含む本発明のレジスト下層膜は、酸素系ガスによるドライエッチングでは除去されにくいことによる。
 その後、パターン化されたレジスト下層膜(中間層)、及び所望によりパターン化された有機下層膜(下層)を保護膜として行われる(半導体)基板の加工(パターン化)は、フッ素系ガスによるドライエッチングによって行われることが好ましい。
 フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。
 有機下層膜の除去(パターン化)後、又は、基板の加工(パターン化)後、レジスト下層膜の除去が行われ得る。レジスト下層膜の除去は、ドライエッチング又はウェットエッチング(湿式法)により実施され得る。
 レジスト下層膜のドライエッチングは、パターン化において挙げたようにフッ素系ガスによることが好ましく、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン(CH)等が挙げられるが、これらに限定されない。
 レジスト下層膜のウェットエッチングに使用される薬液としては、希フッ酸(フッ化水素酸)、バッファードフッ酸(HFとNHFの混合溶液)、塩酸と過酸化水素を含有する水溶液(SC-2薬液)、硫酸と過酸化水素を含有する水溶液(SPM薬液)、弗酸と過酸化水素を含有する水溶液(FPM薬液)や、アンモニアと過酸化水素を含有する水溶液(SC-1薬液)等のアルカリ性溶液が挙げられる。またアルカリ性溶液としては、前述のアンモニアと過酸化水素水と水の混合によるアンモニア過水(SC-1薬液)のほか、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、コリンヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、DBU(ジアザビシクロンデセン)、DBN(ジアザビシクロノネン)、ヒドロキシルアミン、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムヒドロキシド、1-プロピル-1-メチルピロリジニウムヒドロキシド、1-ブチル-1-メチルピペリジニウムヒドロキシド、1-プロピル-1-メチルピペリジニウムヒドロキシド、メピクアトヒドロキシド、トリメチルスルホニウムヒドロキシド、ヒドラジン類、エチレンジアミン類、又はグアニジンを1~99質量%含有する水溶液を挙げることができる。これら薬液は混合して用いることもできる。
 またレジスト下層膜の上層には、金属含有レジスト膜の形成前に有機系の反射防止膜を形成することができる。そこで使用される反射防止膜組成物としては特に制限はなく、例えば、これまでリソグラフィープロセスにおいて慣用されているものの中から任意に選択して使用することができ、また、慣用されている方法、例えば、スピナー、コーターによる塗布及び焼成によって反射防止膜の形成を行うことができる。
 また、シリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物が塗布される基板は、その表面にCVD法などで形成された有機系又は無機系の反射防止膜を有するものであってもよく、その上にレジスト下層膜を形成することもできる。基板上に有機下層膜を形成した後、この上にシリコン含有レジスト下層膜を形成する場合も、用いる基板は、その表面にCVD法などで形成された有機系又は無機系の反射防止膜を有するものであってもよい。
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物より形成されるレジスト下層膜はまた、リソグラフィープロセスにおいて使用される光の波長によっては、その光に対する吸収を有することがある。そして、そのような場合には、基板からの反射光を防止する効果を有する反射防止膜として機能することができる。
 さらにレジスト下層膜は、基板と金属含有レジスト膜との相互作用を防止するための層、金属含有レジスト膜に用いられる材料又は金属含有レジスト膜への露光時に生成する物質の基板への悪作用を防ぐ機能を有する層、加熱焼成時に基板から生成する物質の金属含有レジスト膜への拡散を防ぐ機能を有する層、及び半導体基板誘電体層による金属含有レジスト膜のポイズニング効果を減少させるためのバリア層等として使用することも可能である。
<他の実施形態>
 本発明の半導体素子の製造方法の他の一例では、有機膜形成用組成物が現像液を兼ねていてもよい。その場合、半導体素子の製造方法の他の一例は、照射工程と、レジストパターン及び有機膜形成工程と、有機膜除去工程とを含む。
 照射工程としては、前述の照射工程が挙げられる。
 有機膜除去工程としては、前述の有機膜除去工程が挙げられる。
 レジストパターン及び有機膜形成工程は、前述のレジストパターン形成工程及び有機膜形成工程に代わる工程である。
 レジストパターン及び有機膜形成工程では、光又は電子線が照射された金属含有レジスト膜の上に、本発明の有機膜形成用組成物を塗布し、金属含有レジスト膜を現像して、レジストパターンを得るとともに、レジストパターンの間に有機膜を形成する。
 そのため、この例では、現像液を用いない。
 有機膜形成用組成物は、例えば、未露光の金属含有レジスト膜を溶解可能な溶剤を含有する。
 有機膜形成用組成物の塗布は、例えば、スピンコートにより行われる。スピンコートの際の回転数としては、特に限定されないが、例えば、500rpm~1500rpmが挙げられる。スピンコートの時間としては、特に限定されないが、例えば、30秒間~120秒間が挙げられる。
(金属含有レジストパターン付基板、金属含有レジストパターン付基板の製造方法)
 本発明の金属含有レジストパターン付基板は、金属含有レジストパターン上に、本発明の有機膜形成用組成物を塗布して、金属含有レジストパターンの間に有機膜が埋め込まれた金属含有レジストパターン付基板である。
 本発明の金属含有レジストパターン付基板の製造方法は、金属含有レジストパターン上に、本発明の有機膜形成用組成物を塗布し、金属含有レジストパターンの間に有機膜を埋め込む工程を含む。
 金属含有レジストパターンは、金属含有レジスト膜から形成されるレジストパターンである。
 金属含有レジストパターンは、例えば、前述の<照射工程>及び<レジストパターン形成工程>により形成することができる。
 有機膜の形成方法としては、例えば、前述の<有機膜形成工程>で挙げた塗布方法などが挙げられる。
 金属含有レジストパターンは、例えば、基板上、レジスト下層膜上などに形成されている。
 以下に、半導体素子の製造方法の一実施形態を、図を用いて説明する。
 図1A~図1Eは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である。この実施形態は、照射工程と、レジストパターン形成工程と、有機膜形成工程と、有機膜除去工程とを含む。
 まず、基板1を用意する(図1A)。基板1上には、有機下層膜2、シリコン含有レジスト下層膜3、及び金属含有レジスト膜4がこの順で積層されている。
 次に、金属含有レジスト膜4に、マスク10を介して光Lを照射する(図1B)。光Lは、例えば、EUV光である。また、光Lに代えて電子線を照射してもよい。
 次に、光Lが照射された金属含有レジスト膜に現像液を接触させ、レジストパターン4Aを得る(図1C)。現像はスピン現像により行われる。このときスピンドライは行われない。
 次に、スピンドライを行うことなく、レジストパターン4Aの上に、本発明の有機膜形成用組成物を塗布し、レジストパターン4Aの間に有機膜5を形成する(図1D)。なお、図1Dに示すように、有機膜5は、レジストパターン4Aの上にも形成されていてもよい。
 次に、有機膜5をエッチングにより除去する(図1E)。
 そうすることにより、パターン倒れが抑制されたレジストパターンを得ることができる。
 なお、レジストパターン4Aの間の有機膜5は、図2に示すように、レジストパターン4Aの間のみに存在し、レジストパターン4Aの上には存在していなくてもよい。
 以下に、半導体素子の製造方法の他の一実施形態を、図を用いて説明する。
 図3A~図3Dは、半導体素子の製造方法の一実施形態を説明するための断面模式図である。この実施形態は、照射工程と、レジストパターン及び有機膜形成工程と、有機膜除去工程とを含む。そして、有機膜形成用組成物が、現像液を兼ねる。
 まず、基板1を用意する(図3A)。基板1上には、有機下層膜2、シリコン含有レジスト下層膜3、及び金属含有レジスト膜4がこの順で積層されている。
 次に、金属含有レジスト膜4に、マスク10を介して光Lを照射する(図3B)。光Lは、例えば、EUV光である。また、光Lに代えて電子線を照射してもよい。
 次に、光Lが照射された金属含有レジスト膜4の上に、本発明の有機膜形成用組成物を塗布し、金属含有レジスト膜4を現像して、レジストパターン4Aを得るとともに、レジストパターン4Aの間に有機膜5を形成する(図3C)。塗布はスピンコートにより行われる。
 次に、有機膜5をエッチングにより除去する(図3D)。
 そうすることにより、パターン倒れが抑制されたレジストパターンを得ることができる。
 以下、合成例及び実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。
 なお実施例において、試料の物性の分析に使用した装置及び条件は、以下のとおりである。
(1)分子量測定
 本発明で用いる分子量は、GPC分析によるポリスチレン換算で得られる分子量である。GPCの測定条件は、以下のとおりである。
 ・GPC装置:商品名HLC-8220GPC(東ソー株式会社製)
 ・GPCカラム:商品名Shodex(登録商標)KF803L、KF802、KF801(昭和電工株式会社製)
 ・カラム温度:40℃
 ・溶離液(溶出溶媒):テトラヒドロフラン
 ・流量(流速):1.0mL/min
 ・標準試料:ポリスチレン(昭和電工株式会社製)
[1]ポリマーの合成
(合成例1)
 100mL四口フラスコにN-フェニル-1-ナフチルアミン(8.00g、0.6mol、東京化成工業(株)製)、1-ピレンカルボキシアルデヒド(8.39g、0.036mol、東京化成工業(株)製)、及びパラトルエンスルホン酸一水和物(0.7g、0.0036mol、関東化学(株)製)を加え、1,4-ジオキサン(213g、関東化学(株)製)を仕込み撹拌し、110℃まで昇温し溶解させ重合を開始した。12時間後室温まで放冷後、メタノール(400g、関東化学(株)製)へ再沈殿させた。得られた沈殿物をろ過し、減圧乾燥機で50℃、10時間さらに120℃、24時間乾燥し、目的とするポリマーを得た。得られたポリマーのGPC分析を行ったところ、重量平均分子量Mwは1200であった。なお、得られたポリマーは下記式(E-1)で表すことができる。得られたポリマー1.5gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル48.5gに溶解し、ポリマー溶液を得た。
(合成例2)
 窒素雰囲気下、100mL四口フラスコにカルバゾール(8.0g、47.8、東京化成工業(株)製)、1-ナフトアルデヒド(7.55g、48.3mmol、東京化成工業(株)製)、及びパラトルエンスルホン酸一水和物(0.95g、50.0l、関東化学(株)製)を加えた。更に、1,4-ジオキサン(8g、関東化学(株)製)を加え、撹拌しながら100℃まで昇温し、4時間重合反応を行った。反応終了後6℃まで放冷し、クロロホルム(40g、関東化学(株)製)を加え希釈し、この溶液をメタノール(200g、関東化学(株)製)へ加えて沈殿させた。得られた沈殿物をろ過し、減圧乾燥機で60℃、10時間乾燥し、更に120℃、24時間乾燥して、目的とするポリマー10.03gを得た。得られたポリマーのGPC分析を行ったところ、重量平均分子量Mwは3000であった。なお、得られたポリマーは下記式(E-2)で表すことができる。得られたポリマー1.5gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル48.5gに溶解し、ポリマー溶液を得た。
(合成例3)
 フラスコにフェニルインドール50.0g、9-フルオレノン46.7g、メタンスルホン酸12.5g、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート109.1gを入れた。その後、窒素下で還流まで加熱し、約16時間反応させた。反応停止後、メタノールで再沈殿させ、乾燥させることでポリマーを得た。得られたポリマーのGPC分析を行ったところ、重量平均分子量Mwは1400であった。なお、得られたポリマーは下記式(E-3)で表すことができる。得られたポリマー1.5gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル48.5gに溶解し、ポリマー溶液を得た。
(比較合成例1)
 商品名EHPE3150(ダイセル化学工業(株)製)40.0gと9-アントラセンカルボン酸20.3gと安息香酸13.7gを、二口フラスコ内のプロピレングリコールモノメチルエーテル302.0gに溶解させた後、ベンジルトリエチルアンモニウム1.5gを加え24時間還流し反応させた。得られた溶液に陰イオン交換樹脂11g、及び陽イオン交換樹脂11gを加えて室温で4時間イオン交換処理した。イオン交換樹脂を分離し下記式(E-4)のポリマーの溶液を得た。得られた樹脂はGPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,100であった。
[2-1]Oエッチング速度の測定
 Oエッチング速度の測定に用いたエッチャー及びエッチングガスは以下のものを用いた。
 エッチャー:RIE-10NR(サムコ製)
 エッチングガス:Oガス
 合成例1~3及び比較合成例1で得られたポリマー溶液を、それぞれ、スピナーを用い、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で250℃1分間加熱し、50nmを形成した。
 同様にスズ酸化物系レジスト組成物をスピナーを用い、シリコンウェハー上にレジスト膜を形成(膜厚22nm)した。
 ポリマー溶液から得られた塗膜及びスズ酸化物系レジスト組成物から得られたレジスト膜のそれぞれについて、エッチングガスとしてOガスを使用してドライエッチング速度を測定し、合成例1~3及び比較合成例1で得られたポリマー溶液から調製された塗膜のドライエッチング速度とスズ酸化物系レジスト組成物から得られたレジスト膜のドライエッチング速度との比較を行った。
 得られた結果を表1に示す。なお、表1のエッチレートは、スズ酸化物系レジスト組成物から得られるレジスト膜のエッチレートを1とした場合のエッチレートである。
[2-2]ガラス転移温度(Tg)の測定
 ガラス転移温度の測定には以下の示差走査熱量計を用い、以下の条件で行った。
 示差走査熱量計:DSC Q2000(TAインスツルメンツ社製)
 温度範囲:室温~350℃
 昇温速度:5℃/min
 降温速度:5℃/min
 雰囲気:窒素
 2回目の昇温時の吸熱開始温度を、ガラス転移温度とした。吸熱を開始するまでのベースラインと、吸熱曲線の接線との交点を吸熱開始温度とした。
 合成例1~3、及び比較合成例1で得られたポリマー溶液を、それぞれ、スピナーを用い、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で100℃1分間加熱し溶媒を除去した後、残ったポリマー膜を削りポリマー粉体を得た。得られたポリマー粉体を示差走査熱量計で分析しガラス転移温度を測定した。得られた結果を表2に示す。
[3]有機下層膜形成用組成物の調製
 窒素下、100mlの四口フラスコにカルバゾール(6.69g)、9-フルオレノン(7.28g)、及びパラトルエンスルホン酸一水和物(0.76g)を加え、1,4-ジオキサン(6.69g)を仕込み撹拌し、100℃まで昇温し溶解させ重合を開始した。24時間後、60℃まで放冷した。
 冷却した反応混合物に、クロロホルム(34g)を加えて希釈し、希釈した混合物をメタノール(168g)に添加して沈殿させた。得られた沈殿物をろ過して回収し、回収した固体を減圧乾燥機で80℃、24時間乾燥し、目的とする式(T)で表されるポリマー(以下PCzFLと略す)9.37gを得た。
 PCzFLの重量平均分子量Mwは、GPCによるポリスチレン換算では2,800、多分散度Mw/Mnは1.77であった。
 PCzFL 20gと、架橋剤としてテトラメトキシメチルグリコールウリル(日本サイテック・インダストリーズ(株)(旧 三井サイテック(株))製、商品名パウダーリンク1174)3.0gと、触媒としてピリジニウムパラトルエンスルホネート0.30gと、界面活性剤としてメガファックR-30(DIC(株)製、商品名)0.06gとを混合し、得られた混合物をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート88gに溶解させ溶液とした。その後、得られた溶液を孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルタを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルタを用いてろ過して、有機下層膜形成用組成物を調製した。
[4]レジスト下層膜形成用組成物の調製
 テトラエトキシシラン20.8g、メチルトリエトキシシラン7.6g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル62.1gを300mlのフラスコに入れ、得られた混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で10質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリシロキサンポリマーは下記式(U)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw2,400であった。
 得られたポリシロキサンポリマー溶液(固形分10質量%)(4.9g)、マレイン酸(0.005g)、トリフェニルスルホニウム硝酸塩(0.005g)、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル(195g)を混合し、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルタでろ過することによってレジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[5-1]実施例1
<レジストパターンの形成>
 シリコンウェハー上に、上記有機下層膜形成用組成物をスピンコートし、ホットプレート上で215℃で1分間加熱することで、有機下層膜(A層)(膜厚90nm)を形成した。
 その上に、上記レジスト下層膜形成用組成物をスピンコートし、ホットプレート上で215℃で1分間加熱することにより、レジスト下層膜(B層)(膜厚10nm)を形成した。
 更にその上に、レジスト溶液(スズ酸化物系レジスト)をスピンコートし、130℃で1分間加熱することにより、EUVレジスト層(C層)を形成し、その後、エリオニクス社製EB露光装置(ELS-G130)を用い露光した。なお露光時には、下記現像後にレジストのライン幅が16nm及びライン間の幅(スペース幅)が28nmとなるように露光を行った。
 露光後、露光後加熱(PEB、180℃1分間)を行い、クーリングプレート上で室温まで冷却し、現像液としての有機溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を用いて1000rpmで60秒スピン現像した。その後、スピンドライすることなく、合成例1で調製したポリマー溶液を塗布し、現像に用いたプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートをこの溶液に置き換えた。その後、上記シリコン基板を1500rpmで60秒間スピンして溶液中の溶剤を乾燥させた後、250℃で60秒間加熱して塗膜を形成し、上記レジストパターンの埋め込みを行った。形成した塗膜を、O(流量10sccm)とN(流量20sccm)の混合ガスを用いたドライエッチングにより除去しレジストパターンを得た。
[5-2]実施例2
<レジストパターンの形成>
 実施例1において、合成例1で調製したポリマー溶液を合成例2で調製したポリマー溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、レジストパターンを得た。
[5-3]実施例3
<レジストパターンの形成>
 実施例1において、合成例1で調製したポリマー溶液を合成例3で調製したポリマー溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、レジストパターンを得た。
[5-4]比較例1
<レジストパターンの形成>
 シリコンウェハー上に、上記有機下層膜形成用組成物をスピンコートし、ホットプレート上で215℃で1分間加熱することで、有機下層膜(A層)(膜厚90nm)を形成した。
 その上に、上記レジスト下層膜形成用組成物をスピンコートし、ホットプレート上で215℃で1分間加熱することにより、レジスト下層膜(B層)(膜厚10nm)を形成した。
 更にその上に、レジスト溶液(スズ酸化物系レジスト)をスピンコートし、130℃で1分間加熱することにより、EUVレジスト層(C層)を形成し、その後、エリオニクス社製EB露光装置(ELS-G130)を用い露光した。なお露光時には、下記現像後にレジストのライン幅が16nm及びライン間の幅(スペース幅)が28nmとなるように露光を行った。
 露光後、露光後加熱(PEB、180℃1分間)を行い、クーリングプレート上で室温まで冷却し、現像液としての有機溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を用いて1000rpmで60秒スピン現像した。その後、2500rpmで30秒間スピンドライを行い現像液を除去して、レジストパターンを得た。
[5-5]比較例2
<レジストパターンの形成>
 実施例1において、合成例1で調製したポリマー溶液を比較合成例1で調製したポリマー溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、レジストパターンを得た。
 実施例1~3及び比較例1、2でそれぞれ得られたレジストパターンを日立ハイテク(株)製測長SEM(CG4100)でパターン寸法を測長した。得られた結果を表3に示す。表3において、「良好」とは、寸法が16nmのパターンが剥がれや曲がりなく形成されたことを表す。またLWR(line width roughness)はパターン寸法のバラツキを表す。
 表3に示すように、ガラス転移温度が150℃以上のポリマー溶液を用いて現像後にパターンを埋め込み、その後ドライエッチングにより樹脂を除去することによってパターンを形成すると、現像時のパターンの剥がれが抑制され、かつパターン寸法バラツキの少ない良好な微細パターンを形成できることができる。
 1   基板
 2   有機下層膜
 3   シリコン含有レジスト下層膜
 4   金属含有レジスト膜
 4A  レジストパターン
 5   有機膜
 10  マスク
 L   光

Claims (15)

  1.  金属含有レジスト膜から形成されるレジストパターン間に形成されかつその後除去される有機膜を形成するために用いられる有機膜形成用組成物であって、
     ガラス転移温度が150℃以上の有機ポリマーと、溶剤とを含有する、有機膜形成用組成物。
  2.  前記金属含有レジスト膜が、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Al、及びCoの少なくともいずれかの元素を有する、請求項1に記載の有機膜形成用組成物。
  3.  前記有機ポリマーのガラス転移温度が、150℃~350℃である、請求項1に記載の有機膜形成用組成物。
  4.  前記有機ポリマーが、複合単位構造を有する樹脂(G)であって、
     前記複合単位構造が、
      芳香族環を有する単位構造(A)と、
      1つ以上の炭素原子を有する単位構造(B)と、
    を有し、
     前記単位構造(A)の前記芳香族環を構成する炭素原子と、前記単位構造(B)中の炭素原子との間に共有結合を生成する反応によって得られた、樹脂である、請求項1に記載の有機膜形成用組成物。
  5.  前記単位構造(A)が、芳香族環を構成する酸素原子、芳香族環を構成する硫黄原子、芳香族環に結合した酸素原子、芳香族環を構成する窒素原子、及び芳香族環に結合した窒素原子の少なくともいずれかを有する、請求項4に記載の有機膜形成用組成物。
  6.  前記単位構造(B)が、アルデヒド化合物、又はアルデヒド等価体に由来する単位構造であり、
     前記アルデヒド等価体が、芳香族環との共有結合を可能とする有機化合物であって、ケトン基;アセタール基;ケタール基;二級若しくは三級炭素原子に結合する水酸基若しくはアルコキシ基;アルキルアリール基のα位炭素原子に結合する水酸基、アルコキシ基若しくはハロ基;又は炭素-炭素不飽和結合を有する有機化合物である、請求項4に記載の有機膜形成用組成物。
  7.  前記有機ポリマーが、下記式(G-1)、下記式(G-2)、下記式(G-3-1)、及び下記式(G-3-2)のいずれかで表される複合単位構造を有する、請求項1に記載の有機膜形成用組成物。
    (式(G-1)、式(G-2)、式(G-3-1)及び式(G-3-2)中、R、及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環、置換基を有していてもよい炭素原子数3~30の複素環、又は置換基を有していてもよい炭素原子数10以下の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基を表す。R及びR’は、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を形成していてもよい。
     Ar101、Ar102、Ar111、Ar112、Ar121、Ar122、Ar131、及びAr132は、それぞれ独立に、芳香族環を表す。
     R101、R102、R111、R112、R121、R122、R124、R131、及びR132は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、水酸基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数2~10のアルキニル基、炭素原子数6~80のアリール基、又はエーテル結合、ケトン結合、スルフィド結合、スルホニル基、カルボキシル基若しくはエステル結合を含んでいてもよいそれらの組み合わせを表す。
     R103、R113、R123、及びR133は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数2~10のアルキニル基、炭素原子数6~40のアリール基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、かつ、該アルキル基、該アルケニル基及びアリール基は、エーテル結合、ケトン結合、若しくはエステル結合を含んでいてもよい有機基を表す。
     n101、n102、n111、n112、n121、n122、n131、及びn132は、それぞれ独立に、0、又は芳香族環に置換できる最大の数までの整数を表す。
     n124は、0又は1を表す。)
  8.  Ar101、Ar102、Ar111、Ar112、Ar121、Ar122、Ar131、及びAr132が、それぞれ独立に、ベンセン環、又はナフタレン環を表す、請求項7に記載の有機膜形成用組成物。
  9.  前記式(G-1)、前記式(G-2)、前記式(G-3-1)及び前記式(G-3-2)中、それぞれ独立に、R及びR’の少なくともいずれかが、置換基を有していてもよい炭素原子数6~30の芳香族環を表すか、又は、R及びR’が、それらと結合する炭素原子と一緒になって、環構造を有する構造を表し、前記環構造が、芳香族環を有する、請求項7に記載の有機膜形成用組成物。
  10.  前記レジストパターンが倒れるのを防ぐために用いられる、請求項1に記載の有機膜形成用組成物。
  11.  前記レジストパターンを形成する際の現像液を兼ねる、請求項1に記載の有機膜形成用組成物。
  12.  金属含有レジスト膜に光又は電子線を照射する工程と、
     前記光又は電子線が照射された前記金属含有レジスト膜に現像液を接触させ、レジストパターンを得る工程と、
     前記現像液が接触している前記レジストパターンを乾燥させることなく、前記レジストパターンの上に、請求項1から10のいずれかに記載の有機膜形成用組成物を塗布し、前記レジストパターンの間に有機膜を形成する工程と、
     前記有機膜を除去する工程と、
    を含む、半導体素子の製造方法。
  13.  前記有機膜を形成する工程において、前記有機膜が、前記レジストパターンの上にも形成される、請求項12に記載の半導体素子の製造方法。
  14.  前記有機膜を除去する工程が、ドライエッチング、ウェットエッチング、放射線エッチング、高温焼成、溶媒を用いた溶解除去及びオゾン処理から選ばれる、請求項12に記載の半導体素子の製造方法。
  15.  金属含有レジストパターン上に、請求項1から10のいずれかに記載の有機膜形成用組成物を塗布して、前記金属含有レジストパターンの間に有機膜が埋め込まれた、金属含有レジストパターン付基板。
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