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JP4614056B2 - レジスト用化合物および感放射線性組成物 - Google Patents

レジスト用化合物および感放射線性組成物 Download PDF

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Description

本発明は、酸増幅型非高分子系レジスト材料として有用な、特定の化学構造式で示されるレジスト用化合物に関する。また本発明は、該化合物と酸発生剤とを含む感放射線性組成物に関する。本発明の化合物は、紫外線、遠紫外線、極端紫外線(EUV)、電子線、X線に感応する感放射線性材料として、エレクトロニクス分野におけるLSI、VLSI製造時のマスクなどに利用される。
これまでの一般的なレジスト材料は、アモルファス薄膜を形成可能な高分子系材料である。例えば、ポリヒドロキシスチレン誘導体と、それを溶解させる溶媒に溶解させたものを基板上に塗布することにより作製したレジスト薄膜に紫外線、遠紫外線、電子線、X線などを照射することにより、線幅0.08μm程度のラインパターンが作製されている。
しかしながら、従来の高分子系レジスト材料は分子量が1万〜10万程度と大きく、分子量分布も広く、更に高分子鎖同士の絡み合いのため、高分子系レジスト材料を用いるリソグラフィでは、微細加工が進むと、パターン表面にラフネスが生じ、パターン寸法を制御することが困難となり、歩留まりの低下やトランジスタ特性の劣化を引き起こす。従って、従来の高分子系レジスト材料を用いるリソグラフィでは線幅0.06μm以下の微細化に限界がある。そこで、より微細なパターンを作製するために、主成分となるレジスト材料の分子量を小さくし、かつ分子量分布の狭い材料が開示されている。
非高分子系のレジスト材料の例として(1)フラーレンから誘導されるポジ及びネガ型レジスト、(2)カリックスアレーンから誘導されるポジ及びネガ型レジスト、(3)スターバースト型化合物から誘導されるポジ型レジスト、(4)デンドリマーから誘導されるポジ型レジスト、(5)デンドリマー/カリックスアレーンから誘導されるポジ型レジスト、(6)高分岐度のスターバースト型化合物から誘導されるポジ型レジスト、及び(7)トリメシン酸を中心骨格とし、エステル結合を有するスターバースト型化合物から誘導されるポジ型レジストが挙げられる。
(1)については、エッチング耐性は、良いが、塗布性及び感度が実用レベルに至っていない(特許文献1〜5参照。)。(2)については、エッチング耐性に優れるが、現像液に対する溶解性が悪いために満足なパターンが得られない(特許文献6〜8参照。)。(3)については、耐熱性が低いために露光後の熱処理中にイメージがひずむことがある(特許文献9〜11参照。)。(4)については、製造工程が複雑であり、また耐熱性が低いために露光後の熱処理中にイメージがひずむことがあり、実用性のあるものとはいえない(非特許文献1参照。)。(5)についても、製造工程が複雑であり、原料が高価であることから実用性のあるものとはいえない。(特許文献12〜13参照。)。(6)については、製造工程が複雑、原料が高価、また半導体工場で嫌われている金属触媒を使用していること等から実用性のあるものとはいえない。(7)については耐熱性が低いために露光後の熱処理中にイメージがひずむことがあり、また基板密着性が不十分であり、実用性のあるものとはいえない(特許文献14参照。)。
また、感光性樹脂組成物の添加剤として低分子化合物を使用する例が開示されている。炭化水素基および複素環基から選択された疎水性基、連結基、および光照射により脱離可能な保護基で保護された親水性基を有する光活性化合物を含む感光性樹脂組成物(特許文献15参照。)、酸の作用により分解しうる基以外の部分に2個以上のトリフェニルメタン構造が非共役的に連結した構造を有する低分子溶解阻止化合物を含むレジスト組成物(特許文献16参照。)、フルオレン構造を有する光活性化合物を含むレジスト樹脂組成物(特許文献17参照。)が例示されているが、以下に記載する本発明の化合物を、主たる成分として含有する組成物は開示されていない。また、いずれも樹脂を含むレジスト組成物であるため、形成されるパターンのラインエッジラフネスは大きく、十分なものとはいえない。更に開示されているレジスト化合物を主たる成分として使用した場合、結晶性が高いため成膜性が悪い、半導体プロセスに耐えうる耐熱性を有さない、半導体工場で一般的に使用可能なプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートや乳酸エチル等の安全溶媒に難溶であること、基板密着性不良などのいずれかの問題から単独成分での使用が困難であった。
特開平7−134413号公報 特開平9−211862号公報 特開平10−282649号公報 特開平11−143074号公報 特開平11−258796号公報 特開平11−72916号公報 特開平11−322656号公報 特開平9−236919号公報 特開2000−305270号公報 特開2002−99088号公報 特開2002−99089号公報 特開2002−49152号公報 特開2003−183227号公報 特開2002−328466号公報 特開2002−363123号公報 特開2001−312055号公報 特開2004−137262号公報 Proceedings of SPIE vol.3999(2000)P1202〜1206
本発明の目的は、KrF等のエキシマレーザー光、極端紫外線(EUV)、電子線、X線等の放射線に感応する化合物及び感放射線性組成物を提供することにある。本発明の他の目的は、金属触媒を使用することなくかつ簡単な製造工程で、高感度、高解像度、高耐熱性、高エッチング耐性かつ溶剤可溶性の非高分子系感放射線性組成物を提供することにある。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の化学構造式で示される化合物および該化合物を含む組成物が上記課題を解決することを見出した。
すなわち、本発明は、固形成分1〜80重量%および溶媒20〜99重量%を含む感放射線性組成物であって、下記a)およびb):
a)炭素数5〜45の芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒドと、炭素数6〜15であり1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物との縮合反応から得られたポリフェノール化合物(A)の、少なくとも1つのフェノール性水酸基に酸解離性官能基を導入した構造を有し、
b)分子量が300〜3000
の条件を満たす化合物(B)を含み、化合物(B)と溶解促進剤の総和が固形成分の全重量を基準として50〜99.999重量%であることを特徴とする感放射線性組成物に関するものである。
さらに本発明は、式(1)で示される化合物に関するものである。
(式(1)中、
は、それぞれ独立に、置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、アシル基、1−置換アルコキシメチル基、環状エーテル基、およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される酸解離性官能基であり;
は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキロイルオキシ基、アリーロイルオキシ基、シアノ基、およびニトロ基からなる群から選ばれる置換基を表し;
は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、Rは、ビフェニル構造またはナフタレン構造を有する炭素数10〜18の一価の置換基を表す;または、−CR−のRとRが結合し、−CR−がフルオレン構造、アセナフテン構造、1−ケトアセナフテン構造またはベンゾフェノン構造を有する炭素数10〜18の二価の置換基であり;
m0、n0はそれぞれ0〜3の整数、m1、n1はそれぞれ0〜3の整数、m2、n2はそれぞれ0〜4の整数であり、かつ、1≦m0+m1+m2≦5、1≦n0+n1+n2≦5、1≦m1+n1≦6、1≦m0+m1≦3、1≦n0+n1≦3の条件を満たし;
2つのベンゼン環の、−CR−に対してオルト位にある炭素は酸素原子または硫黄原子を介して結合して下記式(2):
(式(2)中、R、R、R、Rは前記と同様であり;
p0、q0はそれぞれ0〜2の整数、p1、q1はそれぞれ0〜2の整数、p2、q2はそれぞれ0〜3の整数であり、かつ、1≦p0+p1+p2≦4、1≦q0+q1+q2≦4、1≦p1+q1≦4、1≦p0+p1≦2、1≦q0+q1≦2の条件を満たし;Xは酸素原子または硫黄原子である)で表されるキサンテン構造またはチオキサンテン構造を形成してもよい)。
本発明の感放射線性化合物は、金属触媒を含有しない、高感度、高解像度、高耐熱性、高エッチング耐性かつ溶剤可溶性の非高分子系感放射線性組成物の主成分として使用される。該感放射線性組成物と溶解促進剤を用いることにより、高解像度、高感度のパターンを作製することが可能となるため集積度の高い半導体素子を高い生産性で作製することが可能となる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の感放射線性組成物は、固形成分1〜80重量%および溶媒20〜99重量%を含み、下記a)およびb):
a)炭素数5〜45の芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒドと、炭素数6〜15であり1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物との縮合反応から得られたポリフェノール化合物(A)の、少なくとも1つのフェノール性水酸基に酸解離性官能基を導入した構造を有し、
b)分子量が300〜3000
の条件を満たす化合物(B)を含み、化合物(B)と溶解促進剤の総和が固形成分の全重量を基準として50〜99.999重量%である。
前記化合物(B)(レジスト用化合物)は、少なくとも2個のベンゼン環および/またはヘテロ原子の非結合電子対が関与する共役構造を含むことが好ましい。上記共役構造を有することにより、低分子化合物でありながら、成膜性、高エッチング耐性、放射線露光時の低アウトガス量、更に増感効果のよる高感度等の性能が付与出来る。この増感効果は電子線などの放射線のエネルギーの一部を吸収し、次いで吸収されたエネルギーが酸発生剤に効率的に伝達することによるものと考えられる。
前記共役構造としては、ビフェニル構造、ナフタレン構造、フルオレン構造、アントラセン構造、フェナントレン構造、ピレン構造、ベンゾピレン構造、アセナフテン構造、アセナフチレン構造、1−ケトアセナフテン構造、ベンゾフェノン構造、キサンテン構造、チオキサンテン構造、フラボン構造、イソフラボン構造、インダン構造、インデン構造、インダセン構造、フェナレン構造、ビフェニレン構造、コロネン構造、クリセン構造、トリナフチレン構造、ヘキサフェン構造、ヘキサセン構造、ルビセン構造、フルオラセン構造、アセフェナントリレン構造、ペリレン構造、ピセン構造、ペンタフェン構造、ヘプタフェン構造、ヘプタセン構造、ピラントレン構造、フェナセン構造、ナフタセン構造、ペンタセン構造、アセアントレン構造、アセフェナントレン構造、アズレン構造、トリフェニレン構造、p−ターフェニル構造、m−ターフェニル構造、1,3,5−トリフェニルベンゼン構造、1,2,3−トリフェニルベンゼン構造、1,2,4−トリフェニルベンゼン構造、フェニルナフタレン構造、フェニルナフタレン構造、ビナフタレン構造、オバレン構造等が挙げられる。ビフェニル構造、ナフタレン構造、アントラセン構造、フェナントレン構造、ピレン構造、フルオレン構造、アセナフテン構造、1−ケトアセナフテン構造、ベンゾフェノン構造、キサンテン構造、およびチオキサンテン構造から選ばれる少なくとも1つの構造であることが比較的安価な原料から導入出来ることなどの理由から特に好ましい。
化合物(B)(レジスト用化合物)は下記の式(1)で示される化合物からなる群より選ばれた少なくとも一の化合物であるのが好ましい。
式(1)中、Rは、それぞれ独立に、置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、アシル基、1−置換アルコキシメチル基、環状エーテル基、およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される酸解離性官能基である。
置換メチル基の具体例としては、メトキシメチル基、メチルチオメチル基、エトキシメチル基、エチルチオメチル基、メトキシエトキシメチル基、ベンジルオキシメチル基、ベンジルチオメチル基、フェナシル基、4−ブロモフェナシル基、4−メトキシフェナシル基、ピペロニル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、n−プロポキシカルボニルメチル基、i−プロポキシカルボニルメチル基、n−ブトキシカルボニルメチル基およびtert−ブトキシカルボニルメチル基等を挙げることができる。
1−置換エチル基の具体例としては、1−メトキシエチル基、1−メチルチオエチル基、1,1−ジメトキシエチル基、1−エトキシエチル基、1−エチルチオエチル基、1,1−ジエトキシエチル基、1−フェノキシエチル基、1−フェニルチオエチル基、1,1−ジフェノキシエチル基、1−シクロペンチルオキシエチル基、1−シクロヘキシルオキシエチル基、1−フェニルエチル基および1,1−ジフェニルエチル基等を挙げることができる。
1−置換−n−プロピル基としては、例えば、1−メトキシ−n−プロピル基および1−エトキシ−n−プロピル基等を挙げることができる。
1−分岐アルキル基の例として、イソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、1,1−ジメチルプロピル基、1−メチルブチル基、および1,1−ジメチルブチル基等を挙げることができる。
シリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、エチルジメチルシリル基、メチルジエチルシリル基、トリエチルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、tert−ブチルジエチルシリル基、tert−ブチルジフェニルシリル基、トリ−tert−ブチルシリル基およびトリフェニルシリル基等を挙げることができる。
アシル基としては、例えば、アセチル基、フェノキシアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、ヘプタノイル基、ヘキサノイル基、バレリル基、ピバロイル基、イソバレリル基、ラウリロイル基、アダマンチル基、ベンゾイル基およびナフトイル基等を挙げることができる。
また、1−置換アルコキシメチル基としては、例えば、1−シクロペンチルメトキシメチル基、1−シクロペンチルエトキシメチル基、1−シクロヘキシルメトキシメチル基、1−シクロヘキシルエトキシメチル基、1−シクロオクチルメトキシメチル基および1−アダマンチルメトキシメチル基等を挙げることができる。
さらに、環状エーテル基としては、例えばテトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロチオピラニル基、テトラヒドロチオフラニル基、4−メトキシテトラヒドロピラニル基および4−メトキシテトラヒドロチオピラニル基等を挙げることができる。
さらに、アルコキシカルボニル基としては、例えばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基等を挙げることができる。
これらの酸解離性官能基のうち、tert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、1−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、1−シクロヘキシルオキシエチル基、1−フェニルエチル基、tert−ブチル基、トリメチルシリル基、テトラヒドロピラニル基および1−シクロヘキシルメトキシメチル基が好ましい。
は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキロイルオキシ基、アリーロイルオキシ基、シアノ基、およびニトロ基からなる群から選ばれる置換基である。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子が挙げられ、アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、n−プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等の炭素原子数1〜4のアルキル基が挙げられ、シクロアルキル基としてはシクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられ、アリール基としてはフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフキル基等が挙げられ、アラルキル基としてはベンジル基等が挙げられ、アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等の炭素原子数1〜4のアルコキシ基が挙げられ、アリールオキシ基としてはフェノキシ基等が挙げられ、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基等の炭素原子数2〜4のアルケニル基が挙げられ、アシル基としてはホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基等の炭素原子数1〜5の脂肪族アシル基、およびベンゾイル基、トルオイル基等の芳香族アシル基が挙げられ、アルコキシカルボニルオキシ基としてはメトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、プロポキシカルボニルオキシ基、イソプロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、イソブトキシカルボニルオキシ基、sec−ブトキシカルボニルオキシ基、tert−ブトキシカルボニルオキシ基等の炭素原子数2〜5のアルコキシカルボニルオキシ基が挙げられ、アルキロイルオキシ基としてはアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基バレリルオキシ基、イソバレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基等が挙げられ、アリーロイルオキシ基としてはベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
また、Rはフェノール性水酸基のオルト位に置換していることが好ましい。オルト位のRは、化合物(B)の結晶性を抑制し、成膜性を向上させる。また、化合物(B)のアルカリ現像液に対する溶解性を抑制することから、レジスト化合物の酸解離保護率を低減させることが出来るため、溶剤可溶性および基板密着性が向上し、更にレジスト感度が向上することがある。この目的に有効なRは、嵩高い構造および/または電子供与基が好ましく、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、t−ブチル基、フェニル基、ベンジル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等)、アルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、フェノキシ基等)などが挙げられる。なお、ハロゲンなどの電子吸引性官能基は、化合物(B)のアルカリ現像液に対する溶解性を高めることがある。
は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、Rは、ビフェニル構造またはナフタレン構造を有する炭素数10〜18の一価の置換基を表す。
を表す炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基などの直鎖、分岐または環状アルキル基が挙げられる。Rを表すアリール基としてはフェニル基が挙げられる。
は、下記式:
(上記式中、Rは、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基であり;p3は0〜4の整数であり;q3は0〜3の整数であり;0≦p3+q3≦7の条件を満たす)で表されるビフェニル構造またはナフタレン構造を有する一価の置換基であることが好ましい。炭素数1〜6のアルキル基としては、Rに関して例示したアルキル基と同様のものが挙げられる。
また、−CR−のRとRが結合し、−CR−が、フルオレン構造、アセナフテン構造、1−ケトアセナフテン構造またはベンゾフェノン構造を有する炭素数10〜18の二価の置換基、好ましくは、下記式:
(上記式中、R、p3およびq3は前記と同様であり;Yは、単結合またはカルボニル基であり;Zは、メチレン基またはカルボニル基である)
で表される二価の置換基である。
m0、n0はそれぞれ0〜3の整数であり、m1、n1はそれぞれ0〜3の整数であり、m2、n2はそれぞれ0〜4の整数であり、1≦m0+m1+m2≦5、1≦n0+n1+n2≦5、1≦m1+n1≦6、1≦m0+m1≦3、1≦n0+n1≦3の条件を満たす。
また、式(1)の2つのベンゼン環の−CR−に対してオルト位にある炭素は、酸素原子または硫黄原子を介して結合して下記式(2):
(式(2)中、R,R,R,Rは前記と同様であり;
p0、q0はそれぞれ0〜2の整数であり;
p1、q1はそれぞれ0〜2の整数であり;
p2、q2はそれぞれ0〜3の整数であり;
1≦p0+p1+p2≦4、1≦q0+q1+q2≦4、1≦p1+q1≦4、1≦p0+p1≦2、1≦q0+q1≦2の条件を満たし;
Xは酸素原子または硫黄原子である)で表されるキサンテン構造またはチオキサンテン構造を形成してもよい。
式(1)の化合物は、低分子化合物でありながら、成膜性、耐熱性、ドライエッチング耐性、低アウトガス性に優れ、該化合物を主たる成分として含むレジスト組成物に、高解像性、高感度、低ラインエッジラフネスなどの性能を付与できる。
化合物(B)は、下記式(3)、(5)〜(12)で示される化合物から選択された少なくとも1つの化合物であることが好ましい。
(式(3)中、R、R、R、R、m2およびn2は前記と同様であり、2つのベンゼン環の、−CR−に対してオルト位にある炭素は酸素原子または硫黄原子を介して結合して下記式(4):
(式(4)中、R、R、R、R、X、p2およびq2は前記と同様である)で表されるキサンテン構造またはチオキサンテン構造を形成してもよい)。
式(3)の化合物は、基板密着性、溶剤可溶性、耐熱性に更に優れ、また原料が比較的安価に入手出来るなどの実用的に優れた特長を有する。
(式(5)中、R〜R、m0〜m2、n0〜n2、p3、およびq3は前記と同様)。
(式(6)中、R〜R、m0〜m2、n0〜n2、p3、およびq3は前記と同様)。
(式(7)中、R〜R、Y、m0〜m2、n0〜n2、p3、およびq3は前記と同様)。
(式(8)中、R〜R、Z、m0〜m2、n0〜n2、p3、およびq3は前記と同様)。
(式(9)中、R〜R、p0〜p3、およびq0〜q3は前記と同様)。
(式(10)中、R〜R、p0〜p3、およびq0〜q3は前記と同様)。
(式(11)中、R〜R、Y、p0〜p3、およびq0〜q3は前記と同様)。
(式(12)中、R〜R、Z、p0〜p3、およびq0〜q3は前記と同様)。
化合物(B)は、炭素数5〜45の芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒドと、炭素数6〜15であり1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物とを縮合してポリフェノール化合物(A)を得、該ポリフェノール化合物(A)の少なくとも1つのフェノール性水酸基に酸解離性官能基を導入することにより製造される。
炭素数5〜45の芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒドの例としては、アセトフェノン、ベンゾフェノン、α−アセトナフトン、β−アセトナフトン、9−フルオレノン、アセナフテノン、ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、アセナフテンキノン、ベンゾイルビフェニル、ベンゾイルナフタレン、アシルビフェニル、アシルアントラセン、アシルフェナントレン、アシルフェノチアザン、アシルピレン、アシルベンゾピレン、アシルインダセン、アシルフェナセン、アシルアセナフチレン、アシルナフタセン、アシルペンタセン、アシルトリフェニレン、アシルピリジン、アシルイミダゾール、アシルフラン、アシルピロール、アシルオバレン、インダノン、テトラロン、アシルチアゾール、アクリドン、フラボン、イソフラボン等の芳香族ケトン;およびベンズアルデヒド、トルイルアルデヒド、アニスアルデヒド、1−ナフトアルデヒド、2−ナフトアルデヒド、アントラアルデヒド、ビフェニルアルデヒド、ホルミルフルオレン、ホルミルビフェニル、ホルミルアントラセン、ホルミルフェナントレン、ホルミルフェノチアザン、ホルミルピレン、ホルミルベンゾピレン、ホルミルインダセン、ホルミルフェナセン、ホルミルアセナフチレン、ホルミルナフタセン、ホルミルペンタセン、ホルミルトリフェニレン、ホルミルピリジン、ホルミルオバレン等の芳香族アルデヒドが挙げられる。
特にα−アセトナフトン、β-アセトナフトン、9−フルオレノン、アセチルアントラセン、アセチルピレン、アセナフテノン、アセナフテンキノン、アントラキノン、1−ナフトアルデヒド、4−ビフェニルアルデヒドが安価に入手可能であり、反応性が比較的高く、ポリフェノール化合物(A)の製造が容易であることから好ましい。
炭素数6〜15であり1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物の例としては、フェノール、(C1-6アルキル)フェノール(例えばo−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾールなどのクレゾール類、o−フェニルフェノール、2−シクロヘキシルフェノール)、ジアルキルフェノール(例えば2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノールなど)、トリアルキルフェノール、アルコキシフェノール(例えばo−メトキシフェノールなどのアニソール類など)、アリールフェノール(例えばo−、m−フェニルフェノールなどのフェニルフェノールなど)、シクロアルキルフェノール(例えば2−シクロヘキシルフェノールなど)、ハロゲン化フェノール類(例えば、クロロフェノール、ジクロロフェノール、クロロクレゾール、ブロモフェノール、ジブロモフェノール)、多価フェノール類(例えば、カテコール、アルキルカテコール、クロロカテコール、レゾルシノール、アルキルレゾルシノール、ハイドロキノン、アルキルハイドロキノン、クロロレゾルシノール、クロロハイドロキノン、ピロガロール、アルキルピロガロール、フロログリシノール、1,2,4−トリヒドロキシフェノール)などが例示できる。上記化合物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。純度は特に限定されないが、通常、95重量%以上、好ましくは99重量%以上である。
上記1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物のうち、フェノール、(C1-6アルキル)フェノール、例えば2−(C1-6アルキル)フェノール(o−クレゾール、o−フェニルフェノール、2−シクロヘキシルフェノールなど)、カテコール、レゾルシノール、ピロガロールが原料入手の容易さから好ましい。また、オルト位に嵩高い置換基および/または電子供与性官能基を持つフェノールの使用は化合物(B)の結晶性を抑制し、成膜性を向上させる。更に化合物(B)のアルカリ現像液への溶解性を抑制し、フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率を低減させることが出来るため、溶剤可溶性および基板密着性の向上やレジスト感度の向上をもたらす。このようなフェノールとしては、例えば、2−(C1-6アルキル)フェノール(o−クレゾール、o−フェニルフェノール、2−シクロヘキシルフェノール、2−t−ブチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチルフェノールなど)、2−アルコキシフェノール(2−メトキシフェノール、2−イソプロポキシフェノール、2−フェノキシフェノールなど)などが挙げられる。
ポリフェノール化合物(A)は、芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒド1モルに対し、フェノール、o−クレゾール等の1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物を1モル〜過剰量、酸触媒(塩酸または硫酸)、及び副生成物を抑制する助触媒としてチオ酢酸またはβ―メルカプトプロピオン酸を使用し、60〜150℃で0.5〜20時間程度反応させ、反応終了後、反応液にメタノール若しくはイソプロピルアルコールを加えて60〜80℃まで加熱し、0.5〜2時間攪拌を行った後、純水を適量加え反応生成物を析出させ、室温まで冷却した後、濾過を行い分離し、乾燥させることにより得られるが特に限定はされない。また、ポリフェノール化合物(A)は、上記芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒドをハロゲン化水素若しくはハロゲンガスでジハロゲン化物として単離した後に1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物と反応させて製造することも出来る。
ポリフェノール化合物(A)に、tert−ブトキシカルボニル基やテトラヒドロピラニル基などの酸解離性官能基を導入するための化合物を加え、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン等のアミン系触媒存在下若しくはピリジニウムトシラート等の酸触媒存在下で、常圧、20〜60℃、6〜24時間反応させ、反応液を蒸留水に加え白色固体を析出させた後、蒸留水で洗浄し、必要に応じてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し乾燥することにより化合物(B)を製造できるが特に限定はされない。
上記酸解離性官能基を導入するための化合物としては、酸解離性官能基を有する酸クロライド、酸無水物、ジカーボネート、アルキルハライド、ビニルアルキルエーテル、ジヒドロピランなどが挙げられるが特に限定はされない。
本発明において、酸解離性官能基とは、酸の存在下で開裂して、フェノール性水酸基を生じる特性基をいう。前記酸解離性官能基は、更に高感度、高解像度なパターン形成を可能にするために、酸の存在下で連鎖的に開裂反応を起こす性質を有することが好ましい。
ポリフェノール化合物(A)中のフェノール性水酸基の全数の10〜95%に酸解離性官能基を導入することが好ましく、20〜80%であると特に好ましい。上記の条件を満たしていることにより、化合物(B)の溶剤可溶性、基板密着性、感度が更に良好になる。
化合物(B)の分子量は、300〜3000であり、好ましくは300〜1500、更に好ましくは400〜1000である。上記範囲であるとレジストに必要な成膜性を保持しつつ、解像性が向上する。
化合物(B)は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートまたは乳酸エチルに23℃で5重量%以上溶解することが好ましい。上記の条件を満たしていることにより、半導体工場で使用出来る安全溶剤の使用が可能となる。
本発明の感放射線性組成物は、固形成分を1〜80重量%および溶媒を20〜99重量%、好ましくは固形成分を1〜50重量%および溶媒を50〜99重量%、特に好ましくは固形成分を5〜40重量%および溶媒を60〜95重量%含む。化合物(B)と溶解促進剤の総和の含有量は、固形成分の全重量を基準として50〜99.999重量%であり、好ましくは60〜99重量%、特に好ましくは80〜99重量%である。この範囲であると高解像度が得られ、ラインエッジラフネスが小さくなる。溶解促進剤の配合割合は、固形成分の全重量を基準として0〜80重量%であることが好ましく、更に好ましくは20〜80重量%で、特に好ましくは30〜70重量%である。上記配合割合であると、高感度,高解像度が得られ、ラインエッジラフネスが小さくなる。
本発明の感放射線性組成物は、上記a)およびb)の条件を満たす化合物(B)を主成分として含むので、半導体プロセスに耐えうる耐熱性、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートまたは乳酸エチル等の安全溶媒可溶性、成膜性、シリコン基板密着性、アルカリ現像性、エッチング耐性、露光時の低アウトガス性、高解像性、低エッジラフネスなどのレジスト組成物に要求される性能を併せ持つ。
前記溶媒としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;乳酸メチル、乳酸エチル(EL)などの乳酸エステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチルなどの他のエステル類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類を挙げることができるが、特に限定はされない。これらの溶媒は、単独でまたは2種以上を使用することができる。
本発明では、感放射線性組成物内に酸が発生すれば、酸の発生方法は限定されない。g線、i線などの紫外線の代わりにエキシマレーザーを使用すれば、より微細加工が可能であるし、また高エネルギー線として電子線、極端紫外線、X線、イオンビームを使用すれば更に微細加工が可能である。
前記固形成分は、極端紫外線(EUV)、電子線、X線から選ばれるいずれかの放射線の照射により酸を発生する酸発生剤を一種以上含むことが好ましい。酸発生剤の含有量は、固形成分の全重量を基準として0.001〜50重量%が好ましく、1〜40重量%が更に好ましく、3〜20重量%が特に好ましい。上記範囲内で使用することにより、高感度でかつ低エッジラフネスのパターンプロファイルが得られる。
前記酸発生剤は特に限定されないが、下記式(13)〜(20)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
式(13)中、R13は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状、分枝状もしくは環状アルキル基、直鎖状、分枝状もしくは環状アルコキシ基、ヒドロキシル基またはハロゲン原子であり;X-は、アルキル基、アリール基、ハロゲン置換アルキル基もしくはハロゲン置換アリール基を有するスルホン酸イオンまたはハロゲン化物イオンである。
前記式(13)で示される化合物は、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、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルトリルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニル−4−メチル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、ジ−2,4,6−トリメチル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、ジフェニル−4−t−ブトキシ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、ジフェニル−4−t−ブトキシフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニル−4−ヒドロキシ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、ビス(4−フルオロフェニル)−4−ヒドロキシ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、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−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、トリ(4−メトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリ(4−フルオロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニル−p−トルエンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウム−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロベンゼンスルホネート、ジフェニルナフチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートおよびジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートからなる群から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
式(14)中、R14は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状、分枝状もしくは環状アルキル基、直鎖状、分枝状もしくは環状アルコキシ基、ヒドロキシル基またはハロゲン原子を表す。X-は、前記と同様である。
前記式(14)で示される化合物は、ビス(4−t−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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−p−トルエンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−10−カンファースルホネート、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−n−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−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム−10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウム−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムへキサフルオロベンゼンスルホネート、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム−p−トルエンスルホネート、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネートおよびジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム−10−カンファースルホネートからなる群から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
式(15)中、Qはアルキレン基またはアリーレン基であり、R15はアルキル基、アリール基、ハロゲン置換アルキル基またはハロゲン置換アリール基である。
前記式(15)で示される化合物は、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)フタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(n−オクタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(4−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(パーフルオロベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(1−ナフタレンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(1−ナフタレンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エンー2,3−ジカルボキシイミドおよびN−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ナフチルイミドからなる群から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
式(16)中、R16は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、任意に置換された直鎖、分枝もしくは環状アルキル基、任意に置換されたアリール基、任意に置換されたヘテロアリール基または任意に置換されたアラルキル基である。
前記式(16)で示される化合物は、ジフェニルジスルフォン、ジ(4−メチルフェニル)ジスルフォン、ジナフチルジスルフォン、ジ(4−tert−ブチルフェニル)ジスルフォン、ジ(4−ヒドロキシフェニル)ジスルフォン、ジ(3−ヒドロキシナフチル)ジスルフォン、ジ(4−フルオロフェニル)ジスルフォン、ジ(2−フルオロフェニル)ジスルフォンおよびジ(4−トルフルオロメチルフェニル)ジスルフォンからなる群から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
式(17)中、R17は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、任意に置換された直鎖、分枝もしくは環状アルキル基、任意に置換されたアリール基、任意に置換されたヘテロアリール基または任意に置換されたアラルキル基である。
前記式(17)で示される化合物は、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−4−メチルフェニルアセトニトリルおよびα−(メチルスルホニルオキシイミノ)−4−ブロモフェニルアセトニトリルからなる群から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
式(18)中、R18は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、1以上の塩素原子および1以上の臭素原子を有するハロゲン化アルキル基である。ハロゲン化アルキル基の炭素原子数は1〜5が好ましい。
式(19)および(20)中、R19およびR20はそれぞれ独立に、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基等の炭素原子数1〜3のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素原子数3〜6のシクロアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素原子数1〜3のアルコキシル基、またはフェニル基、トルイル基、ナフチル基等アリール基、好ましくは、炭素原子数6〜10のアリール基である。L19およびL20はそれぞれ独立に1,2−ナフトキノンジアジド基を有する有機基である。1,2−ナフトキノンジアジド基を有する有機基としては、具体的には、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニル基、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニル基、1,2−ナフトキノンジアジド−6−スルホニル基等の1,2−キノンジアジドスルホニル基を好ましいものとして挙げることができる。特に、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニル基および1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニル基が好ましい。pは1〜3の整数、qは0〜4の整数、かつ1≦p+q≦5である。J19は単結合、炭素原子数1〜4のポリメチレン基、シクロアルキレン基、フェニレン基、下記式(21):
で表わされる基、カルボニル基、エステル基、アミド基またはエーテル基であり、Y19は水素原子、アルキル基またはアリール基であり、X19およびX20は、それぞれ独立に下記式(22):
(式(22)中、Z22はそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基であり、R22はアルキル基、シクロアルキル基またはアルコキシル基であり、rは0〜3の整数である)で示される基である。
その他の酸発生剤として、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert-ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n-ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n-プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタンなどのビススルホニルジアゾメタン類、2-(4-メトキシフェニル)-4,6-(ビストリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-(ビストリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)-1,3,5-トリアジン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレートなどのハロゲン含有トリアジン誘導体等が挙げられる。
溶解促進剤は、化合物(B)のアルカリ等の現像液に対する溶解性が比較的低い場合に、その溶解性を高めて、現像時の化合物(B)の溶解速度を適度に増大させる作用を有する成分である。このような溶解促進剤としては、レジスト膜の焼成、電子線照射、現像等の工程において化学変化しないものが好ましい。前記溶解促進剤としては、例えば、低分子量のフェノール性化合物を挙げることができ、具体的には、例えば、ビスフェノール類、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン、テトラキスフェノール類等を挙げることができる。ビスフェノール類としては,ビフェノール,ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタノン,メチレンビスフェノール,エチリデンビスフェノール,シクロヘキシリデンビスフェノール,フェニルエチリデンビスフェノール等が挙げられ,トリスフェノール類としては,トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン,トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン,トリス(4−ヒドロキシフェニルベンゼン)等を挙げることができ,テトラキスフェノール類として4,4’,4’’,4’’’−(1,2−エタンジイリデン)テトラキスフェノール,4,4’,4’’,4’’’−(1,2−フェニレンジメチリジン)テトラキスフェノール,カリックス[4]アレン,テトラキス(ビシクロヘキシリデン)フェノール等が挙げられる。これらの溶解促進剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。溶解促進剤の配合量は、使用する化合物(B)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全重量を基準として0〜80重量%であることが好ましく、更に好ましくは20〜80重量%で、特に好ましくは30〜70重量%である。
上記低分子量のフェノール性化合物は下記式(25)の化合物であることが好ましい。
(式(25)中、R、R、およびRは前記と同様であり、
m3、n3はそれぞれ1〜3の整数であり;
m4、n4はそれぞれ0〜4の整数であり;
1≦m3+m4≦5、1≦n3+n4≦5であり;
2つのベンゼン環の、−CR−に対してオルト位にある炭素は酸素原子または硫黄原子を介して結合して下記式(26):
(式(26)中、R,R,R、およびXは前記と同様であり;
p3、q3はそれぞれ1〜2の整数であり;
p4、q4はそれぞれ0〜3の整数である。)
で表されるキサンテン構造またはチオキサンテン構造を形成してもよい。
本発明の感放射線性組成物には、酸拡散制御剤、溶解制御剤、増感剤、界面活性剤等の各種添加剤を配合することができる。
酸拡散制御剤は、放射線照射により酸発生剤から生じた酸がレジスト膜中に拡散する現象を制御して、未露光領域での好ましくない化学反応を制御する作用等を有する。この様な酸拡散制御剤を使用することにより、感放射線性組成物の貯蔵安定性が向上し、また解像度が向上するとともに、電子線などの照射前の引き置き時間、電子線照射後の引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れたものとなる。このような酸拡散制御剤としては、窒素原子含有塩基性化合物あるいは塩基性スルホニウム化合物、塩基性ヨードニウム化合物等の電子線放射分解性塩基性化合物が挙げられる。酸拡散制御剤は、単独でまたは2種以上を使用することができる。
酸拡散制御剤の配合量は、固形成分の全重量を基準として0〜10重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.001〜5重量%、特に好ましくは0.001〜3重量%である。酸拡散制御剤の配合量が0.001重量%では、プロセス条件によっては、解像度が低下、パターン形状が劣化、寸法忠実度が低下する傾向があり、さらに、電子線照射から放射線照射後加熱までの引き置き時間が長くなると、パターン上層部においてパターン形状が劣化する傾向がある。一方、酸拡散制御剤の配合量が10重量%を超えると、レジスト組成物の感度、未露光部の現像性等が低下する傾向がある。
溶解制御剤は、化合物(B)のアルカリ等の現像液に対する溶解性が比較的高い場合に、その溶解性を制御して現像時の溶解速度を適度に減少させる作用を有する成分である。このような溶解制御剤としては、レジスト膜の焼成、放射線照射、現像等の工程において化学変化しないものが好ましい。
溶解制御剤としては、例えば、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、アセナフテン等の芳香族炭化水素類;アセトフェノン、ベンゾフェノン、フェニルナフチルケトン等のケトン類;メチルフェニルスルホン、ジフェニルスルホン、ジナフチルスルホン等のスルホン類等を挙げることができる。これらの溶解制御剤は、単独でまたは2種以上を使用することができる。溶解制御剤の配合量は、使用する化合物(B)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分の全重量を基準として0〜50重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜20重量%、特に好ましくは1〜10重量%である。
増感剤は、照射された放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを光酸発生剤に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を有し、レジストの見掛けの感度を向上させる成分である。このような増感剤としては、例えば、ベンゾフェノン類、ビアセチル類、ピレン類、フェノチアジン類、フルオレン類等を挙げることができるが、特に限定はされない。これらの増感剤は、単独でまたは2種以上を使用することができる。増感剤の配合量は、固形成分の全重量を基準として0〜50重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜20重量%で、特に好ましくは1〜10重量%である。
界面活性剤は、本発明の感放射線性組成物の塗布性やストリエーション、レジストとしての現像性等を改良する作用を有する成分である。このような界面活性剤としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系あるいは両性のいずれでも使用することができる。これらのうち、好ましい界面活性剤はノニオン系界面活性剤である。ノニオン系界面活性剤は、感放射線性組成物に用いる溶剤との親和性がよく、より効果がある。ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレン高級アルキルエーテル類、ポリオキシエチレン高級アルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールの高級脂肪酸ジエステル類等の他、以下商品名で、エフトップ(ジェムコ社製)、メガファック(大日本インキ化学工業社製)、フロラード(住友スリーエム社製)、アサヒガード、サーフロン(以上、旭硝子社製)、ペポール(東邦化学工業社製)、KP(信越化学工業社製)、ポリフロー(共栄社油脂化学工業社製)等の各シリーズを挙げることができるが、特に限定はされない。
界面活性剤の配合量は、固形成分の全重量を基準として0〜2重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.0001〜1重量%、特に好ましくは0.001〜0.1重量%である。また、染料あるいは顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和できる。さらに、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。
本発明の感放射線性組成物に、上記の添加剤に加えて、水に不溶でアルカリ水溶液に可溶な樹脂、または、水に不溶で酸の作用でアルカリ水溶液に可溶となりアルカリ水溶液で現像可能になる樹脂を添加しても良い。添加できる樹脂としては、例えばフェノール樹脂またはフェノール樹脂に酸解離性官能基が導入された樹脂;ノボラック樹脂またはノボラック樹脂に酸解離性官能基が導入された樹脂;水素化ノボラック樹脂または水素化ノボラック樹脂に酸解離性官能基が導入された樹脂;o−ポリヒドロキシスチレン、m−ポリヒドロキシスチレン、p−ポリヒドロキシスチレン及びこれらの共重合体またはo−ポリヒドロキシスチレン、m−ポリヒドロキシスチレン、p−ポリヒドロキシスチレン及びこれらの共重合体に酸解離性官能基が導入された樹脂;アルキル置換ポリヒドロキシスチレンまたはアルキル置換ポリヒドロキシスチレンに酸解離性官能基が導入された樹脂;ポリヒドロキシスチレンまたはポリヒドロキシスチレンに酸解離性官能基が導入された樹脂;ポリヒドロキシスチレンの一部がo−アルキル化された樹脂またはポリヒドロキシスチレンの一部がo−アルキル化された樹脂に酸解離性官能基が導入された樹脂;スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体またはスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体に酸解離性官能基が導入された樹脂;α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体またはα−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体に酸解離性官能基が導入された樹脂;ポリアルキルメタクリレート樹脂またはポリアルキルメタクリレートに酸解離性官能基が導入された樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、およびポリウレタン等が挙げられる。ただし,樹脂の添加量に伴いラインエッジラフネスが大きくなるため,出来る限り添加しないほうが良好なパターンプロファイルが得られる傾向にある。
本発明の感放射線性化合物は、化合物(B)、溶媒、酸発生剤およびその他の添加剤を撹拌、混合することにより得られる。撹拌、混合の方法、添加順序には特に制限がなく、当業者の通常の知識に基づいて容易に製造することができる。
本発明の感放射線性組成物を用いてレジストパターンを形成するには、まず、シリコンウエハー、ガリウムヒ素ウエハー、アルミニウムで被覆されたウエハー等の基板上に感放射線性組成物を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の塗布手段によって塗布することによりレジスト膜を形成する。
必要に応じて、基板上に表面処理剤を予め塗布してもよい。表面処理剤として、例えばヘキサメチレンジシラザン等のシランカップリング剤(重合性基を有する加水分解重合性シランカップリング剤など)、アンカーコート剤または下地剤(ポリビニルアセタール、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂など)、またはこれらの下地剤と無機微粒子との混合剤によるコーティング剤が挙げられる。
レジスト膜の厚みは、特に限定されず、好ましくは、0.01〜10μm、更に好ましくは0.05〜1μm、特に好ましくは0.08〜0.5μm程度である。
必要に応じて、レジスト膜形成後に大気中に浮遊するアミン等が侵入するのを防ぐためのレジスト保護膜を形成しても良い。レジスト保護膜を形成することにより、放射線により生じた酸が、大気中に不純物として浮遊しているアミン等の酸と反応する化合物と反応して失活し、レジスト像が劣化し感度が低下することを抑制することが出来る。レジスト保護膜用の材料としては、水溶性でかつ酸性ポリマーであることが好ましい。例えば、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸等が挙げられる。
次いで、紫外線、極端紫外線(EUV)、電子線等の放射線により、レジスト膜を所望のパターンに露光する。露光された化合物(B)は、その酸解離性官能基が開裂してフェノール性水酸基になり、アルカリ現像液に可溶な化合物に変化する。露光条件等は、感放射線性組成物の配合組成等に応じて適宜選定される。本発明においては、露光における高精度の微細パターンを安定して形成するために、放射線照射後に加熱するのが好ましい。その加熱条件は、感放射線性組成物の配合組成等により変わるが、20〜250℃が好ましく、より好ましくは40〜150℃である。
次いで、露光されたレジスト膜をアルカリ現像液で現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。前記アルカリ現像液としては、例えば、モノ−、ジ−あるいはトリアルキルアミン類、モノ−、ジ−あるいはトリアルカノールアミン類、複素環式アミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、コリン等のアルカリ性化合物の1種以上を、好ましくは、1〜10質量%、より好ましくは1〜5質量%の濃度となるように溶解したアルカリ性水溶液が使用される。
また、前記アルカリ現像液には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類や前記界面活性剤を適量添加することもできる。これらのうちイソプロピルアルコールを10〜30質量%添加することが特に好ましい。なお、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を用いた場合は、一般に、現像後、水で洗浄する。
レジストパターンを形成した後、エッチングすることによりパターン配線基板が得られる。エッチングの方法はプラズマガスを使用するドライエッチングおよびアルカリ溶液、塩化第二銅溶液、塩化第二鉄溶液等によるウェットエッチングなど公知の方法で行うことが出来る。
レジストパターンを形成した後、めっきを行うことも出来る。上記めっき法としては、例えば、銅めっき、はんだめっき、ニッケルめっき、金めっきなどがある。
また、残存レジストパターンは有機溶剤や現像に用いたアルカリ水溶液より強アルカリ性の水溶液で剥離することが出来る。上記有機溶剤として、前記PGMEA、PGME、EL等が挙げられ、強アルカリ水溶液としては、例えば1〜20%質量%の水酸化ナトリウム水溶液や1〜20%質量%の水酸化カリウム水溶液が挙げられる。上記剥離方法としては、例えば、浸漬方法、スプレイ方式等が挙げられる。またレジストパターンが形成された配線基板は、多層配線基板でも良く、小径スルーホールを有していても良い。
本発明の感放射線性組成物を用いて得られる配線基板は、レジストパターン形成後、金属を真空中で蒸着し、その後レジストパターンを溶液で溶かす方法、すなわちリフトオフ法により形成することも出来る。
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に特に限定はされない。
化合物および感放射線性組成物の評価方法、レジストパターンの評価方法は、次の通りである。
I 化合物および感放射線性組成物の評価
(1)化合物の安全溶媒溶解度試験
化合物の安全溶媒への溶解度試験を23℃で行った。PGMEAまたはELに5重量%以上溶解した場合をA、0.1重量%以上5重量%未満溶解した場合をB、0.1重量%以上溶解しない場合をCとした。
(2)感放射線性組成物の成膜性試験
化合物のPGMEA10重量%溶液をシリコンウエハー上にスピンコーターで回転塗布し、膜厚約0.2μmのレジスト膜を形成し、その後110℃のホットプレート上で3分加熱し、レジスト膜の状態を観察した。白化若しくは表面に凹凸が生じた場合をC、一部白化若しくは表面に凹凸が生じた場合をB、表面性が良好な場合をAとした。
(3)アルカリ現像液への溶解抑止性試験
上記試験(2)で得たレジスト膜を現像液(TMAH2.38%水溶液)に3分間浸し、目視で膜の状態に変化がない場合をA、膜面荒れ若しくは膜減りが認められた場合をCとした。
(4)シリコン基板密着性
試験(2)で形成したレジスト膜がシリコンウエハーから剥離しなかった場合をA、表面処理剤(シランカップリング剤)を使用した場合には剥離しなかった場合をB、表面処理剤を使用しても剥離した場合はCと評価した。
(5)アルカリ現像性
各化合物に対応する、酸解離性官能基を導入する前のポリフェノール化合物(A)のアルカリ現像液に対する現像性を試験した。
前記ポリフェノール化合物(A)のPGMEA10重量%溶液をスピンコーターで回転塗布し、膜厚約0.2μmのレジスト膜を形成し、その後110℃ホットプレート上で3分加熱した後、TMAH2.38%水溶液に10秒浸した。レジスト膜が完全に溶解し消失した場合をA、レジスト膜が少しでも残存した場合をCとした。
II レジストパターンの評価
(1)レジスト膜の作製
下記表5に示した成分を配合し、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターにより濾過して感放射線性組成物を調製した。各感放射線性組成物をスピンコートターを利用して、シリコンウェハー上に塗布し、110℃のホットプレート上で60秒間乾燥して、厚さ約0.2μmのレジスト膜を得た。
(2)レジストパターンの作製
このレジスト膜に電子線描画装置(加速電圧50KeV)を用いて照射を行った。照射後にそれぞれ表6に記載の露光後加熱温度(PEB)で60秒加熱を行い、2.38%TMAH水溶液に30秒間浸漬し、30秒間蒸留水でリンスして乾燥した。得られた単線若しくはラインアンドスペースを走査型電子顕微鏡により観察した。
(3)感度および解像度の評価
単線若しくはラインアンドスペースでの限界解像度を解像度とし、更にその限界解像度で解像できる最小照射量を感度とした。
実施例1:化合物5−1の合成
(1)1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタンの合成
o−クレゾール43.2g(0.4mol)(関東化学(株)製試薬)およびβ−アセトナフトン17.1g(0.1mol)(関東化学(株)製試薬)を混合し、約30℃に加熱して溶解した後、硫酸0.1ml、3−メルカプトプロピオン酸0.8ml、トルエン10mlを加え、撹拌しながら反応した。ガスクロマトグラフィーにより転化率が100%になったのを確認後、トルエン100mlを加え、冷却し析出した固体を減圧濾過、その後60℃温水で撹拌洗浄し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製を行い、目的化合物を24g得た。
(2)化合物5−1の合成
前記のように合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン(関東化学(株)製試薬)1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート(関東化学(株)製試薬)2.62g(12mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。3回蒸留水で洗浄後、吸引濾過を行った後、最後に減圧乾燥を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例2:化合物5−2の合成
実施例1で合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート1.32g(6mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例3:化合物5−3の合成
(1)ビスカテコール化合物の合成
実施例1の(1)において、o−クレゾール43.2g(0.4mol)をカテコール44.0g(0.4mol)(関東化学製試薬)に代えた以外は同様の工程を行い、1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3,4−ジヒドロキシフェニル)エタンを得た。
(2)化合物5−3の合成
前記のように合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3,4−ジヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート5.28g(24mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。3回蒸留水で洗浄後、吸引濾過を行った後、最後に減圧乾燥を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例4:化合物5−4の合成
実施例1で合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホンネート(関東化学(株)製試薬)0.073g(0.29mmol)、エチルビニルエーテル(関東化学(株)製試薬)0.43g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例5:化合物5−5の合成
実施例1で合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸0.073g(0.29mmol)、シクロヘキシルビニルエーテル0.76g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例6:化合物5−6の合成
実施例1で合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸0.073g(0.29mmol)、ジヒドロピラン(関東化学(株)製試薬)0.50g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例7:化合物5−7の合成
(1)1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)エタンの合成
実施例1の(1)において、o−クレゾール43.2g(0.4mol)を2−シクロヘキシルフェノール53.0g(0.3mol)(本州化学工業製試薬)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。
(2)化合物5−7の合成
前記のように合成した1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)エタン2.52g(5mmol)に無水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホネート0.073g(0.29mmol)、エチルビニルエーテル0.43g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/4)により精製し目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例8:化合物5−8の合成
(1)1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの合成
実施例1の(1)において、o−クレゾール43.2g(0.4mol)をフェノール37.4g(0.4mol)(関東化学製試薬)に代えた以外は同様の工程を行い、ビスフェノールアセトナフトンを得た。
(2)化合物5−8の合成
実施例1の(2)において、1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)を1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン1.70g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例9:化合物5−9の合成
(1)1−(1−ナフチル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタンの合成
実施例1の(1)において、β−アセトナフトン17.1g(0.1mol)をα−ナフトアルデヒド15.6g(0.1mol)(関東化学(株)製試薬)に代えた以外は同様の工程を行い、1−(1−ナフチル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタンを得た。
(2)化合物5−9の合成
実施例1の(2)において、1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)を1−(1−ナフチル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン1.63g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例10:化合物6−1の合成
(1)1−(4’−ビフェニル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタンの合成
実施例1の(1)において、β−アセトナフトン17.1g(0.1mol)を4’−ビフェニルアルデヒド(三菱ガス化学(株)製)18.2g(0.1mol)に代え、o−クレゾール43.2g(0.4mol)をフェノール37.4g(0.4mmol)に代えた以外は同様の工程を行いビフェニルアルデヒドを得た。
(2)化合物6−1の合成
実施例6において、1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)を前記の1−(4’−ビフェニル)−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン1.76g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例11:化合物7−1の合成
ビスカテコールフルオレン(大阪ガスケミカル(株)製)1.91g(5mmol)にジメチルアセトアミド(DMAc)5mlを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート4.80g(22mmol)、トリエチルアミン2.4gをゆっくり滴下し、60℃で7時間攪拌した。反応液を多量の水に加え再沈殿を繰り返したところ、白色粉末が得られた。最後に減圧乾燥を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例12:化合物7−2の合成
ビスカテコールフルオレン(大阪ガスケミカル(株)製)1.91g(5mmol)にジメチルアセトアミド(DMAc)5mlを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート3.27g(15mmol)、トリエチルアミン2.4gをゆっくり滴下し、60℃で7時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/4)により分離、精製し、減圧乾燥後、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例13:化合物7−3の合成
(1)9,9−ビス(3,4,5−トリヒドロキシフェニル)フルオレンの合成
ピロガロール50.4g(0.4mol)(関東化学(株)製試薬)および9−フルオレノン18.0g(0.1mol)(関東化学(株)製試薬)を混合し、約60℃に加熱して溶解した後、硫酸0.1ml、3−メルカプトプロピオン酸0.8ml、トルエン10mlを加え、撹拌しながら反応した。9−フルオレノンの転化率が100%になったのを確認後、トルエン100mlを加え、冷却し析出した固体を減圧濾過、その後60℃温水で撹拌洗浄し、再結晶を行い、目的化合物を4.30g得た。
(2)化合物7−3の合成
前記のように合成した9,9−ビス(3,4,5−トリヒドロキシフェニル)フルオレン0.103g(0.25mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート0.39g(1.8mmol)を30分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。最後に減圧乾燥を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例14:化合物7−4の合成
ビスフェノールフルオレン(大阪ガスケミカル(株)製)1.75g(5mmol)に無水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホネート0.073g(0.29mmol)、ジヒドロピラン0.50g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例15:化合物7−5の合成
10,10−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−9−アンスロン(本州化学工業株式会社製)1.89g(5mmol)に無水アセトン20ml、ピリジニウムp−トルエンスルホネート0.073g(0.29mmol)、ジヒドロピラン0.50g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例16:化合物8−1の合成
(1)1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテンの合成
フェノール43.2g(0.4mol)およびアセナフテノン16.8g(0.1mol)を混合し、約30℃に加熱して溶解した後、硫酸0.1ml、3−メルカプトプロピオン酸0.8ml、トルエン10mlを加え、撹拌しながら反応した。ガスクロマトグラフィーにより転化率が100%になったのを確認後、トルエン100mlを加え、冷却し析出した固体を減圧濾過、その後60℃温水で撹拌洗浄し、再結晶を行い、目的生成物を得た。
(2)化合物8−1の合成
前記で得られた1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン1.69g(5mmol)に無水アセトン10ml、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸0.073g(0.29mmol)、ジヒドロピラン0.50g(6mmol)を加えた溶液を、室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例17:化合物8−2の合成
(1)1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン−2−オンの合成
実施例16の(1)において、アセナフテンノン16.8g(0.1mol)をアセナフテンキノン(関東化学製)16.2g」(0.1mol)に代えた以外は同様の工程を行い、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン−2−オンを得た。
(2)化合物8−2の合成
実施例16の(2)において、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン1.69g(5mmol)を1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン−2−オン1.83g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例18:化合物8−3の合成
(1)1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)アセナフテンの合成
実施例16の(1)において、フェノール43.2g(0.4mol)を2−シクロヘキシルフェノール53.0g(0.3mol)に代えた以外は同様の工程を行い、1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)アセナフテンを得た。
(2)化合物8−3の合成
実施例4において、1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)を1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン2.51g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例19:化合物8−4の合成
実施例17の(1)で得られた1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン−2−オン1.76g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート2.64g(12mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。3回蒸留水で洗浄後、吸引濾過を行った後、最後に減圧乾燥を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例20:化合物8−5の合成
実施例18において、2−シクロヘキシルフェノール53.0g(0.3mol)を2−フェニルフェノール51.0g(0.3mol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例21:化合物9−1の合成
実施例6において、o−クレゾール43.2g(0.4mol)をレゾルシノール44.0g(0.4mol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例22:化合物10−1の合成
(1)2,8−ジヒドロキシ−5−(4−ビフェニル)キサンテンの合成
実施例10の(1)において、フェノール37.4g(0.4mmol)をレゾルシノール44.0g(0.4mol)に代えた以外は同様の工程を行い、2,8−ジヒドロキシ−5−(4−ビフェニル)キサンテンを得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
(2)化合物10−1の合成
実施例19において、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセナフテン−2−オン1.76g(5mmol)を2,8−ジヒドロキシ−5−(4−ビフェニル)キサンテン1.83g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例23:化合物10−2の合成
実施例10において、フェノール37.4g(0.4mmol)をレゾルシノール44.0g(0.4mol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例24:化合物11−1の合成
実施例1(おいて、o−クレゾール43.2g(0.4mol)をレゾルシノール44.0g(0.4mol)に代え、β−アセトナフトン17.1g(0.1mol)を9−フルオレン18.0g(0.1mol)に代えた以外は同様の工程を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例25:化合物11−2の合成
実施例22において、ビフェニルアルデヒド18.2g(0.1mol)を9−フルオレノン18.0g(0.1mol)(関東化学(株)製試薬)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例26:化合物11−3の合成
実施例4において、1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)を実施例24で得られた2,8−ジヒドロキシ−5−(9,9−フルオレニル)キサンテン1.82g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例27:化合物12−1の合成
実施例26において、9−フルオレノン18.0g(0.1mol)をアセナフテノン16.8g(0.1mol)に代えた以外は同様の工程を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
実施例28:混合物13−1の合成
ビスフェノールフルオレン1.75g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート1.20g(5.5mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的混合物を得た。フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率は、H−NMR測定で確認したところ55%であった。分析結果を表1、2に示す。
実施例29:混合物13−2の合成
ビスカテコールフルオレン1.91g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート3.27g(15mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し、目的混合物を得た。フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率は、H−NMR測定で確認したところ75%であった。分析結果を表1、2に示す。
実施例30:混合物13−3の合成
実施例13の(1)で合成した9,9−ビス(3,4,5−トリヒドロキフェニル)フルオレン0.103g(0.25mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート0.26g(1.2mmol)を30分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。最後に減圧乾燥を行い目的混合物を得た。元素分析及びH−NMR測定で確認したところ、フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率は80%であった。分析結果を表1、2に示す。
実施例31:混合物13−4の合成
1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン1.84g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート1.20g(9.5mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的混合物を得た。H−NMR測定で確認したところ、フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率は95%であった。分析結果を表1、2に示す。
実施例32:混合物13−5の合成
ビスカテコールフルオレン1.91g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート3.27g(19mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的混合物を得た。H−NMR測定で確認したところ、フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率は95%であった。分析結果を表1、2に示す。
比較例1:化合物14−1の合成
ビスフェノールA(関東化学(株)製試薬)1.14g(5mmol)に無水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えた溶液にジ−tert−ブチルジカーボネート2.62g(12mmol)を10分かけて滴下し、40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。3回蒸留水で洗浄後、吸引濾過を行った後、最後に減圧乾燥を行い、目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
比較例2:化合物14−2の合成
比較例1において、ビスフェノールA 1.14g(5mmol)をビスフェノールZ(関東化学(株)製試薬)1.34g(5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
比較例3:化合物14−3の合成
比較例1において、ビスフェノールA 1.14g(5mmol)をトリス(4-ヒドロキシフェニル)メタン(本州化学工業製)1.46g(5mmol)に代え、およびジ−tert−ブチルジカーボネート2.62g(12mmol)を3.93g(16mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
比較例4:化合物14−4の合成
比較例1において、ビスフェノールA 1.14g(5mmol)をトリス(4-ヒドロキシフェニル)ベンゼン(アルドリッチ社製試薬)1.77g(5mmol)に代え、およびジ−tert−ブチルジカーボネート2.62g(12mmol)を3.93g(16mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物を得た。化合物の構造は元素分析及びH−NMR測定で確認した。分析結果を表1、2に示す。
比較例5
比較例1において、ビスフェノールA 1.14g(5mmol)をポリヒドロキシスチレン重量平均分子量8000(アルドリッチ製試薬)(以下、「PHS−1」と略す)0.74g(5mmol)に代え、およびジ−tert−ブチルジカーボネート2.62g(12mmol)を0.37g(1.5mmol)に代えた以外は同様の工程を行い目的化合物(以下、「PHS−2」と略す)を得た。H−NMRで測定した結果、フェノール性水酸基への酸解離性官能基の導入率は30%であった。
実施例33〜64および比較例5〜9:化合物および感放射線性組成物の性能
実施例1〜32および比較例1〜4で得られた化合物および組成物の性能について試験を行った。表3、4に試験結果を示す。
実施例65
化合物5−6を50モル%とその中間生成物である1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン(14−5)を50モル%混合した混合物(置換基ORと置換基OHの合計数に対する置換基ORの数の割合が25%)について試験を行った。表3、4に試験結果を示す。
実施例66
化合物5−7を40モル%とその中間生成物である1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)エタン(14−6)を60モル%混合した混合物(置換基ORと置換基OHの合計数に対する置換基ORの数の割合が20%)について試験を行った。表3、4に試験結果を示す。
比較例9
化合物14−5について試験を行った。表3、4に試験結果を示す。
実施例67〜88および比較例10〜16:レジストパターンの評価およびドライエッチング耐性
実施例1〜32で得られた化合物を用い、表5に示した成分を配合し、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターにより濾過して感放射線性組成物を調製した。レジストパターンを作製し解像度および感度を評価した。結果を表6に示す。実施例67〜88のレジストサンプルではいずれもエッジラフネスが極めて少ない良好なパターンが得られた。また、露光時に発生するアウトガス量は少なかった。
感放射線性組成物として実施例72,86の組成物を用いて得られた膜厚100nmのレジスト膜について、ガリウムヒ素ウェハー基板上、エッチングガスとしてテトラフルオロメタンを用い、70sccm、50W、20Paのエッチング条件で、RIEエッチング装置を用いて、エッチング時間30秒,60秒,90秒,120秒でドライエッチングを行い,それぞれ膜厚計を用いて膜厚を測定し,近似した一次直線の傾きから各サンプルのエッチングレートを求めた。その結果、実施例72の組成物を用いて得たレジスト膜:8.8nm/min,実施例86の組成物を用いて得たレジスト膜:20nm/minであり、高いエッチング耐性が確認された。
PAG−1:ジフェニルトリルスルホニウムナノフルオロブタンスルホネート
PAG−2: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
Q−1:トリオクチルアミン
Q−2:ジアザビシクロオクタン
S−1:PGMEA
S−2:EL

Claims (6)

  1. 固形成分1〜80重量%および溶媒20〜99重量%を含む感放射線性組成物であって、下記a)およびb):
    a)炭素数5〜45の芳香族ケトンまたは芳香族アルデヒドと、および炭素数6〜15であり1〜3個のフェノール性水酸基を含有する化合物との縮合反応から得られたポリフェノール化合物(A)の、少なくとも1つのフェノール性水酸基に酸解離性官能基を導入した構造を有し、
    b)分子量が300〜3000
    の条件を満たす化合物(B)を含み、化合物(B)と溶解促進剤の総和が固形成分の全重量を基準として50〜99.999重量%であり、該化合物(B)が、下記式(5)〜(12)で表わされる化合物から選択された少なくとも1つの化合物であり、かつ該溶解促進剤が下記式(25)で表わされる化合物であることを特徴とする感放射線性組成物。
    (式(5)〜(12)中、
    は、それぞれ独立に,置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、アシル基、1−置換アルコキシメチル基、環状エーテル基、およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される酸解離性官能基であり;
    は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキロイルオキシ基、アリーロイルオキシ基、シアノ基、およびニトロ基からなる群から選ばれる置換基を表し;
    は、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基であり;
    は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり;
    m0、n0はそれぞれ0〜3の整数、m1,n1はそれぞれ0〜3の整数、m2,n2はそれぞれ0〜4の整数であり、かつ、1≦m0+m1+m2≦5、1≦n0+n1+n2≦5、1≦m1+n1≦6、1≦m0+m1≦3、1≦n0+n1≦3の条件を満たし;
    p0,q0はそれぞれ0〜2の整数、p1,q1はそれぞれ0〜2の整数、p2,q2はそれぞれ0〜3の整数であり;かつ、1≦p0+p1+p2≦4、1≦q0+q1+q2≦4、1≦p1+q1≦4、1≦p0+p1≦2、1≦q0+q1≦2の条件を満たし;
    p3は0〜4の整数であり;q3は0〜3の整数であり;0≦p3+q3≦7の条件を満たす;
    Yは、単結合またはカルボニル基であり; Zは,メチレン基またはカルボニル基である)
    (式(25)中、R、Rは前記と同様であり、Rは、ビフェニル構造またはナフタレン構造を有する炭素数10〜18の一価の置換基を表す;または、−CR−のRとRが結合し、−CR−がフルオレン構造、アセナフテン構造、1−ケトアセナフテン構造またはベンゾフェノン構造を有する炭素数10〜18の二価の置換基であり;
    m3、n3はそれぞれ1〜3の整数であり;
    m4、n4はそれぞれ0〜4の整数であり;
    1≦m3+m4≦5、1≦n3+n4≦5である。)
  2. 前記固形成分が、さらに、極端紫外線,電子線、X線から選ばれるいずれかの放射線の照射により酸を発生する酸発生剤を一種以上含むことを特徴とする請求項に記載の感放射線性組成物。
  3. 前記化合物(B)が、前記ポリフェノール化合物(A)中のフェノール性水酸基の全数の10〜95%に酸解離性官能基を導入した化合物である請求項1または2記載の感放射線性組成物。
  4. 前記化合物(B)が、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートまたは乳酸エチルに23℃で5重量%以上溶解する化合物である請求項1〜のいずれかに記載の感放射線性組成物。
  5. 前記溶解促進剤の配合割合が、固形成分の全重量を基準として20〜80重量%である請求項1〜4のいずれかに記載の感放射線性組成物。
  6. 前記化合物(B)が、下記化合物群から選ばれるものである請求項1〜5のいずれかに記載の感放射線性組成物。
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