WO2011024967A1 - 環状化合物、その製造方法、感放射線性組成物およびレジストパターン形成方法 - Google Patents
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- G03F7/0382—Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable the macromolecular compound being present in a chemically amplified negative photoresist composition
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- C07C2603/00—Systems containing at least three condensed rings
- C07C2603/92—Systems containing at least three condensed rings with a condensed ring system consisting of at least two mutually uncondensed aromatic ring systems, linked by an annular structure formed by carbon chains on non-adjacent positions of the aromatic system, e.g. cyclophanes
Definitions
- Conventional general resist materials are polymer materials capable of forming an amorphous thin film.
- a resist thin film prepared by applying a solution of a polymer resist material such as polymethyl methacrylate, polyhydroxystyrene having an acid-dissociable reactive group or polyalkyl methacrylate on a substrate, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, extreme A line pattern of about 45 to 100 nm is formed by irradiating with ultraviolet rays (EUV), X-rays or the like.
- EUV ultraviolet rays
- polymer resists have a large molecular weight of about 10,000 to 100,000 and a wide molecular weight distribution.
- a cyclic compound having a specific structure has high solubility in a safe solvent, is highly sensitive, and gives a good resist pattern shape. Arrived.
- Each R 1 is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms. Alkoxyl group, cyano group, nitro group, hydroxyl group, heterocyclic group, halogen, carboxyl group, acyl group having 2 to 20 carbon atoms, 1 to carbon atoms 0 alkylsilyl group, or a hydrogen atom.
- At least one of R 1 is an acyl group having 2 to 20 carbon atoms
- another of the at least one of R 1 is a hydrogen atom.
- Each R ' is Independently, an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, or the following formula Wherein R 4 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a cyano group, or a nitro group.
- Item 3 The cyclic compound according to Item 1 or 2, wherein the molecular weight is 800 to 5,000.
- a step of obtaining a cyclic compound (A) by subjecting one or more compounds selected from the group consisting of aldehyde compounds (A1) and one or more compounds selected from the group consisting of phenolic compounds (A2) to a condensation reaction; And the cyclic compound according to any one of items 1 to 3, which comprises a step of dehydrohalogenating the cyclic compound (A) and one or more compounds selected from the group consisting of acyl halides (A3).
- the aldehyde compound (A1) is a compound having 1 to 4 formyl groups and 2 to 59 carbon atoms
- the phenolic compound (A2) is 6 to 6 carbon atoms having 1 to 3 phenolic hydroxyl groups.
- Item 5 The production method according to Item 4, which is 15 compounds.
- At least one phenolic hydroxyl group in the cyclic compound (A) is changed by dehydrohalogenation reaction between the cyclic compound (A) and one or more compounds selected from the group consisting of acyl halide (A3). 7. The production method according to any one of Items 4 to 6, wherein at least one other phenolic hydroxyl group is converted to an alkylcarbonyloxy group.
- a radiation-sensitive composition comprising the cyclic compound according to any one of items 1 to 3 and a solvent.
- the radiation-sensitive composition according to item 8 comprising 1 to 80% by weight of a solid component and 20 to 99% by weight of a solvent.
- cyclic compound is a cyclic compound selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas (6-5) to (6-8).
- R 12 is an acyl group having 2 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom, provided that at least one R 12 is an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, and at least one other R 12 is It is a hydrogen atom.
- the solid component is a cyclic compound / acid generator (C) / acid crosslinking agent (G) / acid diffusion controller (E) / optional component (F)) in a weight percentage of 50 to 99.99% based on the solid component.
- the radiation sensitive composition according to any one of items 8 to 15, which contains 4 / 0.001 to 49 / 0.5 to 49 / 0.001 to 49/0 to 49.
- a resist pattern forming method can be provided.
- the present invention relates to a cyclic compound useful as a resist material and a method for producing the same.
- the cyclic compound of the present invention is represented by the following formula (1).
- each L is independently a single bond or a linear or branched alkylene group having 1 to 20 carbon atoms (preferably methylene, ethylene, propylene, butylene, pentylene, hexylene, methylmethylene, methylethylene, Dimethylmethylene, methylethylene), a cycloalkylene group having 3 to 20 carbon atoms (preferably cyclopropylene, cyclobutylene, cyclopentylene, cyclohexylene), an arylene group having 6 to 24 carbon atoms (preferably phenylene, naphthylene, anthranylene, Phenanthrylene), —O—, —OC ( ⁇ O) —, —OC ( ⁇ O) O—, —N (R 5 ) —C ( ⁇ O) —, —N (R 5 ) —C ( ⁇ O) A divalent organic group selected from the group consisting of O—, —S—, —SO—, —SO 2 — and
- Each R 1 is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl), a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms (preferably cyclopropyl).
- R ′ is independently an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms (preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl, undecyl).
- R ′ is independently an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms (preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl, undecyl).
- R 4 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl) or a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms (preferably cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl).
- Cyclohexyl an aryl group having 6 to 20 carbon atoms (preferably phenyl, naphthyl, anthranyl, phenanthryl), an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms (preferably methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, t- Butoxy), cyano group, nitro group, heterocyclic group (preferably pyridyl group, furyl group, thienyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, isoxazolyl group, isothiazolyl group, pyrazolyl group, benzofuranyl group, morpholinyl group), halogen (preferably Fluorine, salt , Bromine, iodine), carboxyl group, hydroxyl group, and alkylsilyl group having 1 to 20 carbon atoms (preferably trimethylsilyl, triethylsilyl, tripropylsilyl, dimethylsilyl,
- n is an integer of 1 to 4.
- -LR 1 on different benzene rings may be the same or different, and when m is an integer of 2 to 4, 2 to 4 -LR 1 on the same benzene ring may be the same or different. Good.
- the cyclic compound represented by the above formula (1) is preferably represented by any of the following formulas (2) to (7).
- R 1 , R 4 , X 2 and p are the same as described above.
- M 3 is an integer of 1 to 2 and m 4 is 1.
- R 4 , X 2 , p, m, m 3 , m 4 and m 5 are as defined above, and R 12 is an acyl group having 2 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom, provided that at least one R 12 is an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, and at least one other R 12 is a hydrogen atom.
- the cyclic compound of the present invention has high heat resistance and is amorphous so that it has excellent film-forming properties, no sublimation, excellent alkali developability, etching resistance, and the like. Material).
- a precursor obtained by subjecting various aldehydes including industrially produced aromatic aldehydes and phenols such as resorcinol and pyrogallol to a dehydration condensation reaction with a nonmetallic catalyst such as hydrochloric acid Since it can be produced in a high yield by dehydrohalogenating a cyclic compound and an acyl halide, it is extremely excellent in practicality.
- a cyclic compound selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas (5-2) and (5-3) is more preferable.
- a naphthoquinone diazide ester group may be introduced into at least one phenolic hydroxyl group of the cyclic compound of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired.
- a cyclic compound in which a naphthoquinone diazide ester group is introduced into at least one phenolic hydroxyl group of the cyclic compound can be used as a main component of a negative radiation sensitive composition, and can also be used as a main component of a positive radiation sensitive composition. It can be added to the radiation-sensitive composition as an agent or additive.
- R 14 s may be the same or different and each independently represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, a linear, branched or cyclic alkoxy group.
- a group, a hydroxyl group or a halogen atom, X ⁇ is the same as defined above.
- Other acid generators include bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane, bis (tert-butylsulfonyl) diazomethane, bis (n-butylsulfonyl) diazomethane, bis (isobutylsulfonyl) ) Diazomethane, bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (n-propylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, 1,3-bis (cyclohexylsulfonylazomethylsulfonyl) propane, 1, 4 -Bis (phenylsulfonylazomethylsulfonyl) butane, 1,6
- crosslinkable group examples include (i) hydroxyalkyl groups such as hydroxy (C1-C6 alkyl group), C1-C6 alkoxy (C1-C6 alkyl group), acetoxy (C1-C6 alkyl group) and the like.
- alkoxyalkyl group-containing melamine compound alkoxyalkyl group-containing benzoguanamine compound, alkoxyalkyl group-containing urea compound, alkoxyalkyl group-containing glycoluril compound, alkoxyalkyl group-containing phenolic compound and the like Compound
- Carboxymethyl group-containing melamine compound Carboxymethyl group-containing benzoguanamine compound, Carboxymethyl group-containing urea compound, Carboxymethyl group-containing group Carboxymethyl group-containing compounds such as coaluril compounds and carboxymethyl group-containing phenol compounds
- bisphenol A epoxy compounds bisphenol F epoxy compounds, bisphenol S epoxy compounds, novolac resin epoxy compounds, resole resin epoxy compounds, Examples thereof include epoxy compounds such as poly (hydroxystyrene) -based epoxy compounds.
- the alkyl group represented by R 7 preferably has 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group.
- the acyl group represented by R 7 preferably has 2 to 6 carbon atoms, more preferably 2 to 4 carbon atoms, and examples thereof include an acetyl group and a propionyl group.
- the alkyl group represented by R 8 to R 11 preferably has 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group.
- the alkoxyl group represented by R 8 to R 11 preferably has 1 to 6 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms, and examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group.
- X 2 is preferably a single bond or a methylene group.
- R 7 to R 11 and X 2 may be substituted with an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group, an alkoxy group such as a methoxy group or an ethoxy group, a hydroxyl group, or a halogen atom.
- the plurality of R 7 and R 8 to R 11 may be the same or different.
- Specific examples of the compound represented by the formula (8-2) include N, N, N, N, N-tetra (methoxymethyl) glycoluril, N, N, N, N-tetra (ethoxymethyl) glycoluril.
- N, N, N, N-tetra (methoxymethyl) glycoluril is particularly preferable.
- alkoxymethylated melamine compounds include N, N, N, N, N, N-hexa (methoxymethyl) melamine, N, N, N, N, N-hexa (ethoxymethyl) melamine N, N, N, N, N-hexa (n-propoxymethyl) melamine, N, N, N, N, N-hexa (isopropoxymethyl) melamine, N, N, N, N, Examples thereof include N, N-hexa (n-butoxymethyl) melamine, N, N, N, N, N-hexa (t-butoxymethyl) melamine and the like.
- the acid crosslinking agent (G1) is obtained by, for example, condensing a urea compound or a glycoluril compound, and formalin to introduce a methylol group, and then ether with lower alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, and butyl alcohol. Then, the reaction solution is cooled and the precipitated compound or its resin is recovered.
- the acid cross-linking agent (G1) can also be obtained as a commercial product such as CYMEL (trade name, manufactured by Mitsui Cyanamid) or Nicalac (manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.).
- the molecule has 1 to 6 benzene rings, and has at least two hydroxyalkyl groups and / or alkoxyalkyl groups in the molecule. And / or a phenol derivative in which an alkoxyalkyl group is bonded to any one of the benzene rings (acid crosslinking agent (G2)).
- the molecular weight is 1500 or less
- the molecule has 1 to 6 benzene rings
- the hydroxyalkyl group and / or alkoxyalkyl group has 2 or more in total
- the hydroxyalkyl group and / or alkoxyalkyl group is the benzene ring.
- a phenol derivative formed by bonding to any one or a plurality of benzene rings can be given.
- hydroxyalkyl group bonded to the benzene ring those having 1 to 6 carbon atoms such as hydroxymethyl group, 2-hydroxyethyl group, and 2-hydroxy-1-propyl group are preferable.
- the alkoxyalkyl group bonded to the benzene ring is preferably one having 2 to 6 carbon atoms. Specifically, methoxymethyl group, ethoxymethyl group, n-propoxymethyl group, isopropoxymethyl group, n-butoxymethyl group, isobutoxymethyl group, sec-butoxymethyl group, t-butoxymethyl group, 2-methoxyethyl And a 2-methoxy-1-propyl group are preferred.
- L 1 to L 8 may be the same or different and each independently represents a hydroxymethyl group, a methoxymethyl group or an ethoxymethyl group.
- a phenol derivative having a hydroxymethyl group can be obtained by reacting a phenol compound not having a corresponding hydroxymethyl group (a compound in which L 1 to L 8 are hydrogen atoms in the above formula) with formaldehyde in the presence of a base catalyst. it can.
- the reaction temperature is preferably 60 ° C. or lower. Specifically, it can be synthesized by the methods described in JP-A-6-282067, JP-A-7-64285 and the like.
- a phenol derivative having an alkoxymethyl group can be obtained by reacting a corresponding phenol derivative having a hydroxymethyl group with an alcohol in the presence of an acid catalyst.
- the reaction temperature is preferably 100 ° C. or lower. Specifically, it can be synthesized by the method described in EP632003A1 and the like.
- Another particularly preferable acid crosslinking agent (G) is a compound having at least one ⁇ -hydroxyisopropyl group (acid crosslinking agent (G3)).
- the structure is not particularly limited as long as it has an ⁇ -hydroxyisopropyl group.
- the hydrogen atom of the hydroxyl group in the ⁇ -hydroxyisopropyl group is one or more acid dissociable groups (R—COO— group, R—SO 2 — group, etc., R is a straight chain having 1 to 12 carbon atoms) From a hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms, a cyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, a 1-branched alkyl group having 3 to 12 carbon atoms, and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms Which represents a substituent selected from the group consisting of:
- Examples of the compound having an ⁇ -hydroxyisopropyl group include one or two kinds such as a substituted or unsubstituted aromatic compound, diphenyl compound, naphthalene compound, and furan compound containing at least one ⁇ -hydroxyisopropyl group.
- benzene compound (1) a compound represented by the following general formula (9-1)
- benzene compound (2) a compound represented by the following general formula (9-3)
- naphthalene compound (3 a compound represented by the following general formula (9-4): And the like (hereinafter referred to as “furan compound (4)”).
- each A 2 independently represents an ⁇ -hydroxyisopropyl group or a hydrogen atom, and at least one A 2 is an ⁇ -hydroxyisopropyl group.
- R 51 represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, a linear or branched alkylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, or a linear or branched structure having 2 to 6 carbon atoms. The alkoxycarbonyl group of is shown.
- R 52 represents a single bond, a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, —O—, —CO—, or —COO—.
- R 53 and R 54 each independently represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
- benzene compound (1) examples include ⁇ -hydroxyisopropylbenzene, 1,3-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) benzene, 1,4-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) benzene, 1,2 ⁇ -hydroxyisopropylbenzenes such as 1,4-tris ( ⁇ -hydroxyisopropyl) benzene, 1,3,5-tris ( ⁇ -hydroxyisopropyl) benzene; 3- ⁇ -hydroxyisopropylphenol, 4- ⁇ -hydroxyisopropylphenol ⁇ -hydroxyisopropylphenols such as 3,5-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) phenol and 2,4,6-tris ( ⁇ -hydroxyisopropyl) phenol; 3- ⁇ -hydroxyisopropylphenyl methyl ketone, 4- ⁇ -Hydroxyisopropyl Phenyl methyl ketone, 4- ⁇ -hydroxyisopropylphenyl ethyl ketone, 4- ⁇ -hydroxyis
- diphenyl compound (2) examples include 3- ⁇ -hydroxyisopropylbiphenyl, 4- ⁇ -hydroxyisopropylbiphenyl, 3,5-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) biphenyl, 3,3 ′.
- naphthalene compound (3) examples include 1- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 2- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,3-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,4-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,5-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,6-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,7-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) Naphthalene, 2,6-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 2,7-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,3,5-tris ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,3,6-tris ( ⁇ -hydroxyisopropyl) naphthalene, 1,3,7-tris ( ⁇ Hydroxyisopropy
- furan compound (4) examples include 3- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2-methyl-3- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2-methyl-4- ( ⁇ - Hydroxyisopropyl) furan, 2-ethyl-4- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2-n-propyl-4- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2-isopropyl-4- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2 -N-butyl-4- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2-t-butyl-4- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2-n-pentyl-4- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2,5 -Dimethyl-3- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2,5-diethyl-3- ( ⁇ -hydroxyisopropyl) fura 3,4-bis ( ⁇ -hydroxyisopropyl) furan, 2,5-dimethyl-3, 2-methyl
- the acid crosslinking agent (G3) is preferably a compound having two or more free ⁇ -hydroxyisopropyl groups, the benzene compound (1) having two or more ⁇ -hydroxyisopropyl groups, and two or more ⁇ -hydroxyisopropyl groups. More preferably, the diphenyl compound (2) having two or more ⁇ -hydroxyisopropyl groups, and the naphthalene compound (3) having two or more ⁇ -hydroxyisopropyl groups, ⁇ -hydroxyisopropylbiphenyls having two or more ⁇ -hydroxyisopropyl groups, ⁇ -hydroxy A naphthalene compound (3) having two or more isopropyl groups is particularly preferred.
- the acid crosslinking agent (G3) is usually obtained by a method in which a acetyl group-containing compound such as 1,3-diacetylbenzene is reacted with a Grignard reagent such as CH 3 MgBr for methylation, followed by hydrolysis. It can be obtained by a method in which an isopropyl group-containing compound such as diisopropylbenzene is oxidized with oxygen or the like to generate a peroxide and then reduced.
- the amount of the acid crosslinking agent (G) used is preferably 0.5 to 49% by weight, more preferably 0.5 to 40% by weight, still more preferably 1 to 30% by weight, based on the total weight of the solid component. ⁇ 20% by weight is particularly preferred.
- the blending ratio of the acid crosslinking agent (G) is 0.5% by weight or more, the effect of suppressing the solubility of the resist film in an alkaline developer is improved, the remaining film ratio is decreased, and pattern swelling and meandering are caused. It is preferable because it can be prevented from occurring.
- it is 50% by weight or less it is preferable because a decrease in heat resistance as a resist can be suppressed.
- the blending ratio of at least one compound selected from the acid crosslinking agent (G1), the acid crosslinking agent (G2), and the acid crosslinking agent (G3) in the acid crosslinking agent (G) is not particularly limited. Various ranges can be used depending on the type of substrate used when forming the pattern.
- the alkoxymethylated melamine compound and / or the compounds represented by (9-1) to (9-3) are 50 to 99% by weight, preferably 60 to 99% by weight, more preferably 70%. It is preferable that the amount be ⁇ 98 wt%, more preferably 80 to 97 wt%.
- the alkoxymethylated melamine compound and / or the compounds represented by (9-1) to (9-3) be 50% by weight or more of the total acid crosslinking agent component because the resolution can be improved. It is preferable to set the weight% or less because it is easy to obtain a rectangular cross-sectional shape as the pattern cross-sectional shape.
- an acid diffusion control agent (E) having an action of controlling undesired chemical reaction in an unexposed region by controlling diffusion of an acid generated from an acid generator by irradiation in a resist film. You may mix
- an acid diffusion controller (E) By using such an acid diffusion controller (E), the storage stability of the radiation-sensitive composition is improved. In addition, the resolution is improved, and a change in the line width of the resist pattern due to fluctuations in the holding time before irradiation and the holding time after irradiation can be suppressed, and the process stability is extremely excellent.
- Examples of such an acid diffusion controller (E) include radiolytically decomposable basic compounds such as a nitrogen atom-containing basic compound, a basic sulfonium compound, and a basic iodonium compound.
- the acid diffusion controller (E) can be used alone or in combination of two or more.
- Examples of the acid diffusion controller include nitrogen-containing organic compounds and basic compounds that decompose upon exposure. Examples of the nitrogen-containing organic compound include the following general formula (10):
- nitrogen-containing compound (I) a diamino compound having two nitrogen atoms in the same molecule
- nitrogen-containing compound (II) a diamino compound having two nitrogen atoms in the same molecule
- nitrogen-containing compound (II) a diamino compound having two nitrogen atoms in the same molecule
- nitrogen-containing compound (III) polyamino compounds and polymers having three or more
- nitrogen-containing compound (III) polyamino compounds and polymers having three or more
- amide group-containing compounds amide group-containing compounds
- urea compounds urea compounds
- nitrogen-containing heterocyclic compounds nitrogen-containing heterocyclic compounds
- an acid diffusion control agent (E) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
- R 61 , R 62 and R 63 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.
- the alkyl group, aryl group, or aralkyl group may be unsubstituted or substituted with a hydroxyl group or the like.
- examples of the linear, branched or cyclic alkyl group include those having 1 to 15 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and specifically include methyl groups, ethyl groups, and n- Propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, texyl group, n-heptyl group, n-octyl group N-ethylhexyl group, n-nonyl group, n-decyl group and the like.
- Examples of the aryl group include those having 6 to 12 carbon atoms, and specific examples include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a cumenyl group, and a 1-naphthyl group.
- examples of the aralkyl group include those having 7 to 19 carbon atoms, preferably 7 to 13 carbon atoms, and specific examples include a benzyl group, an ⁇ -methylbenzyl group, a phenethyl group, and a naphthylmethyl group.
- nitrogen-containing compound (I) examples include mono (cyclohexanamine) such as n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine, n-decylamine, n-dodecylamine, cyclohexylamine and the like.
- mono (cyclohexanamine) such as n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine, n-decylamine, n-dodecylamine, cyclohexylamine and the like.
- Alkylamines Alkylamines; di-n-butylamine, di-n-pentylamine, di-n-hexylamine, di-n-heptylamine, di-n-octylamine, di-n-nonylamine, di-n-decylamine , Methyl-n-dodecylamine, di-n-dodecylmethyl, cyclohexylmethylamine, dicyclohexylamine and other di (cyclo) alkylamines; triethylamine, tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, tri-n- Pentylamine, tri-n-hexylamine, tri-n-heptylamine, Tri (cyclo) alkylamines such as ri-n-octylamine, tri-n-nonylamine, tri-n-decylamine, dimethyl-n-dodecylamine, di
- nitrogen-containing compound (III) examples include polyethyleneimine, polyallylamine, N- (2-dimethylaminoethyl) acrylamide polymer, and the like.
- Specific examples of the amide group-containing compound include, for example, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, propionamide, benzamide, pyrrolidone, N- And methylpyrrolidone.
- urea compound examples include urea, methylurea, 1,1-dimethylurea, 1,3-dimethylurea, 1,1,3,3-tetramethylurea, 1,3-diphenylurea, tri- Examples thereof include n-butylthiourea.
- nitrogen-containing heterocyclic compound examples include imidazoles such as imidazole, benzimidazole, 4-methylimidazole, 4-methyl-2-phenylimidazole, and 2-phenylbenzimidazole; pyridine, 2-methylpyridine 4-methylpyridine, 2-ethylpyridine, 4-ethylpyridine, 2-phenylpyridine, 4-phenylpyridine, 2-methyl-4-phenylpyridine, nicotine, nicotinic acid, nicotinamide, quinoline, 8-oxyquinoline Pyridines such as acridine; and pyrazine, pyrazole, pyridazine, quinosaline, purine, pyrrolidine, piperidine, morpholine, 4-methylmorpholine, piperazine, 1,4-dimethylpiperazine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2. ] Octane etc. It can be mentioned.
- imidazoles such as imidazole, benzimidazole
- Examples of the radiation-decomposable basic compound include the following general formula (11-1): A sulfonium compound represented by the following general formula (11-2):
- R 71 , R 72 , R 73 , R 74 and R 75 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or 1 carbon atom. Represents 6 to 6 alkoxyl groups, hydroxyl groups or halogen atoms; Z ⁇ represents HO ⁇ , R—COO ⁇ (wherein R represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 11 carbon atoms, or an alkaryl group having 7 to 12 carbon atoms) or the following general formula (11-3):
- radiolytic basic compound examples include, for example, triphenylsulfonium hydroxide, triphenylsulfonium acetate, triphenylsulfonium salicylate, diphenyl-4-hydroxyphenylsulfonium hydroxide, diphenyl-4-hydroxyphenylsulfonium.
- the blending amount of the acid diffusion controller (E) is preferably 0.001 to 49% by weight, more preferably 0.01 to 10% by weight, still more preferably 0.01 to 5% by weight, based on the total weight of the solid component. 0.01 to 3% by weight is particularly preferred. Within the above range, it is possible to prevent degradation in resolution, pattern shape, dimensional fidelity, and the like. Furthermore, even if the holding time from electron beam irradiation to heating after radiation irradiation becomes longer, the shape of the pattern upper layer portion does not deteriorate. Further, when the blending amount is 10% by weight or less, it is possible to prevent a decrease in sensitivity, developability of an unexposed portion, and the like.
- the storage stability of the radiation-sensitive composition is improved, the resolution is improved, and the holding time before irradiation and the holding time after irradiation are reduced. Changes in the line width of the resist pattern due to fluctuations can be suppressed, and the process stability is extremely excellent.
- composition of the present invention includes, as necessary, other components (F), a dissolution accelerator, a dissolution controller, a sensitizer, a surfactant, and an organic carboxylic acid as long as the purpose of the present invention is not impaired.
- Various additives such as acid or phosphorus oxo acid or derivatives thereof may be added alone or in combination.
- the low molecular weight dissolution accelerator increases the solubility of the cyclic compound represented by the formula (1) in a developing solution such as an alkali, and improves the solubility of the cyclic compound during development. It is a component having an action of appropriately increasing the dissolution rate, and can be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the dissolution accelerator include low molecular weight phenolic compounds such as bisphenols and tris (hydroxyphenyl) methane. These dissolution promoters can be used alone or in admixture of two or more.
- the blending amount of the dissolution accelerator is appropriately adjusted according to the kind of the cyclic compound to be used, but is preferably 0 to 49% by weight, more preferably 0 to 5% by weight, and more preferably 0 to 1% by weight based on the total weight of the solid component. Is more preferable, and 0% by weight is particularly preferable.
- Solubility control agent When the cyclic compound represented by the formula (1) is too high in solubility in a developing solution such as alkali, the solubility control agent controls the solubility and moderately increases the dissolution rate during development. It is a component having an action of decreasing. As such a dissolution control agent, those that do not chemically change in steps such as baking of resist film, irradiation with radiation, and development are preferable.
- dissolution control agent examples include aromatic hydrocarbons such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, and acenaphthene; ketones such as acetophenone, benzophenone, and phenylnaphthyl ketone; and sulfones such as methylphenylsulfone, diphenylsulfone, and dinaphthylsulfone. Can be mentioned. These dissolution control agents can be used alone or in combination of two or more.
- the present invention relates to a method of forming a resist film on a substrate using the radiation-sensitive composition of the present invention, a step of exposing the resist film, and developing the resist film to form a resist pattern.
- the present invention relates to a method for forming a resist pattern including a step of forming.
- the resist pattern of the present invention can also be formed as an upper resist in a multilayer process.
- a resist film is formed by applying the radiation-sensitive composition of the present invention on a conventionally known substrate by a coating means such as spin coating, cast coating or roll coating. .
- the conventionally known substrate is not particularly limited, and examples thereof include a substrate for electronic parts and a substrate on which a predetermined wiring pattern is formed.
- a silicon wafer, a metal substrate such as copper, chromium, iron, and aluminum, a glass substrate, and the like can be given.
- the wiring pattern material include copper, aluminum, nickel, and gold.
- an inorganic and / or organic film may be provided on the substrate.
- An inorganic antireflection film (inorganic BARC) is an example of the inorganic film.
- the organic film include an organic antireflection film (organic BARC). Surface treatment with hexamethylene disilazane or the like may be performed.
- the coated substrate is heated as necessary. The heating conditions vary depending on the composition of the radiation sensitive composition, but are preferably 20 to 250 ° C., more preferably 20 to 150 ° C.
- Heating may improve the adhesion of the resist to the substrate, which is preferable.
- the resist film is exposed to a desired pattern with any radiation selected from the group consisting of visible light, ultraviolet light, excimer laser, electron beam, extreme ultraviolet light (EUV), X-ray, and ion beam.
- the exposure conditions and the like are appropriately selected according to the composition of the radiation sensitive composition.
- heating is preferably performed after irradiation with radiation.
- the heating conditions vary depending on the composition of the radiation sensitive composition, but are preferably 20 to 250 ° C., more preferably 20 to 150 ° C.
- the exposed resist film is developed with an alkaline developer to form a predetermined resist pattern.
- alkaline developer include alkaline such as mono-, di- or trialkylamines, mono-, di- or trialkanolamines, heterocyclic amines, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), and choline.
- TMAH tetramethylammonium hydroxide
- An alkaline aqueous solution in which one or more compounds are dissolved in a concentration of preferably 1 to 10% by mass, more preferably 1 to 5% by mass is used. When the concentration of the alkaline aqueous solution is 10% by mass or less, it is preferable because the exposed portion can be prevented from being dissolved in the developer.
- the pattern wiring board is obtained by etching.
- the etching can be performed by a known method such as dry etching using plasma gas and wet etching using an alkali solution, a cupric chloride solution, a ferric chloride solution, or the like.
- Plating can be performed after forming the resist pattern. Examples of the plating method include copper plating, solder plating, nickel plating, and gold plating.
- the residual resist pattern after etching can be peeled off with an organic solvent or a stronger alkaline aqueous solution than the alkaline aqueous solution used for development.
- the organic solvent examples include PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate), PGME (propylene glycol monomethyl ether), EL (ethyl lactate), etc.
- the strong alkaline aqueous solution examples include 1 to 20% by mass sodium hydroxide aqueous solution, A 1 to 20% by mass aqueous potassium hydroxide solution can be mentioned.
- the peeling method examples include a dipping method and a spray method.
- the wiring board on which the resist pattern is formed may be a multilayer wiring board or may have a small diameter through hole.
- the wiring board obtained by the present invention can also be formed by a method of depositing a metal in vacuum after forming a resist pattern and then dissolving the resist pattern with a solution, that is, a lift-off method.
- Synthesis example 1 Synthesis of CR-1A (Cyclic Compound (A))
- Resorcinol (22 g, 0.2 mol) manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., 4-isopropylbenzaldehyde (29.6 g, 0.2 mol), and dehydrated ethanol (200 mL) were added to prepare an ethanol solution. This solution was heated to 85 ° C. with a mantle heater while stirring.
- the chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR in deuterated dimethyl sulfoxide solvent is 1.1 to 1.2 (m, 24H), 2.6 to 2.7 (m, 4H), 5 0.5 (s, 4H), 6.0 to 6.8 (m, 24H), and 8.4 to 8.5 (d, 8H).
- the compound obtained from these results was identified as the objective compound (CR-1A) (yield 95%).
- Synthesis example 2 Synthesis of CR-2A (Cyclic Compound (A)) Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 4-isopropylbenzaldehyde was replaced with isobutylbenzaldehyde to obtain 49.0 g of a compound. As a result of analysis by LC-MS, this compound showed a molecular weight of 1017 of the target compound.
- the chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR in the heavy dimethyl sulfoxide solvent of the obtained product is 1.0 (m, 24H), 2.2 (m, 4H), 2.5 (M, 8H), 5.5 (d, 4H), 5.8 to 6.8 (m, 24H), and 8.4 to 8.6 (t, 8H).
- the compound obtained from these results was identified as the objective compound (CR-2A) (yield 96%).
- Synthesis example 3 Synthesis of CR-3A (Cyclic Compound (A)) Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 4-isopropylbenzaldehyde was replaced with biphenylaldehyde to obtain 53.5 g of a compound. As a result of analysis by LC-MS, this compound showed a molecular weight of 1096 of the target compound.
- the chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR in the heavy dimethyl sulfoxide solvent of the obtained product is 6.0 to 7.4 (m, 48H), 8.6 to 8.7 ( t, 8H). The compound obtained from these results was identified as the objective compound (CR-3A) (yield 98%).
- Synthesis example 4 Synthesis of CR-4A (Cyclic Compound (A)) Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 4-isopropylbenzaldehyde was replaced with 4-cyclohexylbenzaldehyde (46.0 g, 0.2 mol) to obtain 50 g of compound. . As a result of analysis by LC-MS, this compound showed the molecular weight 1121 of the target compound. The chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR in deuterated dimethyl sulfoxide solvent is 0.8 to 1.9 (m, 44H), 5.5 to 5.6 (d, 4H), 6 0.0 to 6.8 (m, 24H) and 8.4 to 8.5 (m, 8H). The compound obtained from these results was identified as the objective compound (CR-4A) (yield 91%).
- Synthesis Example 1 Synthesis of CR-1 (Cyclic Compound) Example of synthesis in a four-necked flask (1000 L) equipped with a well-dried, nitrogen-substituted dropping funnel, Jim Roth condenser, thermometer, and stirring blade under a nitrogen stream 3.3 g (40 mmol) of acetyl chloride was added dropwise to a solution consisting of 9.6 g (10 mmol) of CR-1A synthesized in Step 1, 4 g (40 mmol) of triethylamine and 300 mL of N-methyl-2-pyrrolidone. The reaction was stirred at room temperature for 10 hours.
- Synthesis Example 3 Synthesis of CR-3 (cyclic compound) Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that CR-1A was replaced with CR-3A to obtain 11.0 g of a compound.
- the chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR in the heavy dimethyl sulfoxide solvent of the obtained compound is 2.0 to 2.1 (m, 12H), 6.0 to 7.4 (m, 48H), 8.6 to 8.7 (m, 4H).
- the compound obtained from these results was identified as a compound (CR-3) in which 50 mol% of the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group of CR-3A was substituted with an acetyl group.
- Synthesis Example 4 Synthesis of CR-4 (cyclic compound) Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that CR-1A was replaced with CR-4A to obtain 11.0 g of a compound.
- the chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR of the obtained compound in deuterated dimethyl sulfoxide solvent is 0.8 to 1.9 (m, 44H), 2.0 to 2.1 (m, 12H), 5.5, 5.6 (m, 4H), 6.0 to 6.8 (m, 24H), and 8.4 to 8.5 (m, 4H).
- the compound obtained from these results was identified as a compound (CR-4) in which 50 mol% of the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group of CR-4A was substituted with an acetyl group.
- Synthesis Example 6 Synthesis of CR-6 (cyclic compound) Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Example 4 except that the amount of acetyl chloride used was changed to 5.0 g (80 mmol) to obtain 12.0 g of a compound.
- the chemical shift value ( ⁇ ppm, TMS standard) of 1 H-NMR in the deuterated dimethyl sulfoxide solvent of the obtained compound is 0.8 to 1.9 (m, 44H), 2.0-2.1 (m, 18H), 5.5, 5.6 (m, 4H), 6.0 to 6.8 (m, 24H), and 8.4 to 8.5 (m, 2H).
- the compound obtained from these results was identified as a compound (CR-6) in which 75 mol% of the hydrogen atoms of the phenolic hydroxyl group of CR-4A were substituted with an acetyl group.
- Examples 7 to 12 and Comparative Examples 5 to 8 (2) Patterning test
- the ingredients listed in Table 2 were mixed to form a uniform solution, and then filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter having a pore size of 0.1 ⁇ m to prepare a radiation-sensitive composition. The following evaluation was performed. The results are shown in Table 3.
- PB pre-exposure baking
- the resist film was irradiated with an electron beam with a line-and-space setting of 1: 1 at 50 nm intervals using an electron beam drawing apparatus (ELS-7500, manufactured by Elionix Co., Ltd.). After the irradiation, each film was heated at a predetermined temperature for 90 seconds and immersed in a 2.38 wt% TMAH aqueous solution for 60 seconds for development. Thereafter, it was washed with water for 30 seconds and dried to form a negative resist pattern. The obtained line and space was observed with a scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi High-Technology Corporation). The dose amount ( ⁇ C / cm 2 ) at that time was defined as sensitivity. The results are shown in Table 3.
- the composition containing the compound of the present invention can form a resist pattern having a higher sensitivity and a better shape than the composition containing the corresponding comparative compound.
- compounds other than those described in the examples also show the same effect.
- the present invention relates to a cyclic compound represented by a specific chemical structural formula, useful as an acid-amplified non-polymer resist material, a radiation-sensitive composition containing the same, and a method of forming a resist pattern using the radiation-sensitive composition Is preferably used.
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Abstract
Description
しかしながら、高分子系レジストは分子量が1万~10万程度と大きく、分子量分布も広いため、高分子系レジストを用いるリソグラフィでは、微細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、歩留まりが低下する。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微細化に限界がある。より微細なパターンを作製するために、種々の低分子量レジスト材料が提案されている。
例えば、低分子量多核ポリフェノール化合物を主成分として用いるアルカリ現像型のネガ型感放射線性組成物(特許文献1および特許文献2参照)が提案されているが、これらは耐熱性が十分では無く、得られるレジストパターンの形状が悪くなる欠点があった。
低分子量レジスト材料の候補として、低分子量環状ポリフェノール化合物を主成分として用いるアルカリ現像型のネガ型感放射線性組成物(特許文献3および非特許文献1参照)が提案されている。これらの低分子量環状ポリフェノール化合物は、低分子量であるため、分子サイズが小さく、解像性が高く、ラフネスが小さいレジストパターンを与えることが期待される。また低分子量環状ポリフェノール化合物は、その骨格に剛直な環状構造を有することにより、低分子量ながらも高耐熱性を与える。
しかしながら、現在知られている低分子量環状ポリフェノール化合物は、半導体製造プロセスに用いられる安全溶媒に対する溶解性が低い、感度が低い、および得られるレジストパターン形状が悪い等の問題点があり、低分子量環状ポリフェノール化合物の改良が望まれている。
1.下記式(1)で示される環状化合物。
で表わされるアリール基であり、mは1~4の整数である。)
環状化合物およびその製造方法
本発明は、レジスト材料として有用な環状化合物およびその製造方法に関する。
本発明の環状化合物は、下記式(1)で示される。
また、製造面においても工業的に製造されている芳香族アルデヒドをはじめとする各種アルデヒド類とレゾルシノール、ピロガロール等のフェノール類を原料として、塩酸等の非金属触媒により脱水縮合反応させて得られる前駆体環状化合物と、ハロゲン化アシル類とを脱ハロゲン化水素反応することにより、高収率で製造できることから、実用性にも極めて優れる。
本発明の環状化合物のガラス転移温度の示差走査熱量分析により求めた結晶化発熱量は20J/g未満であるのが好ましい。また、(結晶化温度)-(ガラス転移温度)は好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは100℃以上、特に好ましくは130℃以上である。結晶化発熱量が20J/g未満、または(結晶化温度)-(ガラス転移温度)が上記範囲内であると、感放射線性組成物をスピンコートすることにより、アモルファス膜を形成しやすく、かつレジストに必要な成膜性が長期に渡り保持でき、解像性を向上することができる。
本発明は、前記した式(1)で示される環状化合物と溶媒とを含む感放射線性組成物に関する。また、本発明は、固形成分1~80重量%および溶媒20~99重量%からなる感放射線性組成物であることが好ましく、さらに、該環状化合物が固形成分全重量の50~99.999重量%であることが好ましい。
式(1)で示される環状化合物の量は、固形成分全重量(環状化合物、酸発生剤(C)、酸架橋剤(G)、酸拡散制御剤(E)および、その他の成分(F)などの任意に使用される固形成分の総和、以下同様)の50~99.4重量%であり、好ましくは55~90重量%、より好ましくは60~80重量%、特に好ましくは60~70重量%である。上記配合割合であると、高解像度が得られ、ラインエッジラフネスが小さくなる。
上記酸発生剤(C)は、単独で、または2種以上を使用することができる。
本発明の感放射線性組成物において酸架橋剤(G)は、アルコキシアルキル化ウレア化合物もしくはその樹脂、またはアルコキシアルキル化グリコールウリル化合物もしくはその樹脂が好ましい。特に好ましい酸架橋剤(G)としては、下記式(8-1)~(8-3)で示される化合物及びアルコキシメチル化メラミン化合物を挙げることができる(酸架橋剤(G1))。
前記酸架橋剤(G1)は、例えば尿素化合物またはグリコールウリル化合物、およびホルマリンを縮合反応させてメチロール基を導入した後、さらにメチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の低級アルコール類でエーテル化し、次いで反応液を冷却して析出する化合物またはその樹脂を回収することで得られる。また前記酸架橋剤(G1)は、CYMEL(商品名、三井サイアナミッド製)、ニカラック(三和ケミカル(株)製)のような市販品としても入手することができる。
アルコキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体とアルコールを酸触媒下で反応させることによって得ることができる。この際、樹脂化やゲル化を防ぐために、反応温度を100℃以下で行うことが好ましい。具体的には、EP632003A1等に記載されている方法にて合成することができる。
上記酸架橋剤(G3)は、通常、1,3-ジアセチルベンゼン等のアセチル基含有化合物に、CH3MgBr等のグリニヤール試薬を反応させてメチル化した後、加水分解する方法や、1,3-ジイソプロピルベンゼン等のイソプロピル基含有化合物を酸素等で酸化して過酸化物を生成させた後、還元する方法により得ることができる。
全酸架橋剤成分において、上記アルコキシメチル化メラミン化合物及び/又は(9-1)~(9-3)で示される化合物が50~99重量%、好ましくは60~99重量%、より好ましくは70~98重量%、更に好ましくは80~97重量%であることが好ましい。アルコキシメチル化メラミン化合物及び/又は(9-1)~(9-3)で示される化合物を全酸架橋剤成分の50重量%以上とすることにより、解像度を向上させることができるので好ましく、99重量%以下とすることにより、パターン断面形状として矩形状の断面形状とし易いので好ましい。
上記酸拡散制御剤としては、例えば、含窒素有機化合物や、露光により分解する塩基性化合物等が挙げられる。上記含窒素有機化合物としては、例えば、下記一般式(10):
上記アミド基含有化合物として具体的には、例えば、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N-メチルピロリドン等を挙げることができる。
低分子量溶解促進剤は、式(1)で示される環状化合物のアルカリ等の現像液に対する溶解性が低すぎる場合に、その溶解性を高めて、現像時の環状化合物の溶解速度を適度に増大させる作用を有する成分であり、本発明の効果を損なわない範囲で使用することができる。前記溶解促進剤としては、例えば、低分子量のフェノール性化合物を挙げることができ、例えば、ビスフェノール類、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン等を挙げることができる。これらの溶解促進剤は、単独でまたは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、使用する環状化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全重量の0~49重量%が好ましく、0~5重量%がより好ましく、0~1重量%がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。
溶解制御剤は、式(1)で示される環状化合物がアルカリ等の現像液に対する溶解性が高すぎる場合に、その溶解性を制御して現像時の溶解速度を適度に減少させる作用を有する成分である。このような溶解制御剤としては、レジスト被膜の焼成、放射線照射、現像等の工程において化学変化しないものが好ましい。
溶解制御剤としては、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、使用する環状化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全重量の0~49重量%が好ましく、0~5重量%がより好ましく、0~1重量%がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。
増感剤は、照射された放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(C)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を有し、レジストの見掛けの感度を向上させる成分である。このような増感剤としては、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、使用する環状化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全重量の0~49重量%が好ましく、0~5重量%がより好ましく、0~1重量%がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。
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、レジストの現像性等を改良する作用を有する成分である。このような界面活性剤は、アニオン系、カチオン系、ノニオン系あるいは両性のいずれでもよい。好ましい界面活性剤はノニオン系界面活性剤である。ノニオン系界面活性剤は、感放射線性組成物の製造に用いる溶媒との親和性がよく、より効果がある。ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレン高級アルキルエーテル類、ポリオキシエチレン高級アルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールの高級脂肪酸ジエステル類等が挙げられるが、特に限定はされない。市販品としては、以下商品名で、エフトップ(ジェムコ社製)、メガファック(大日本インキ化学工業社製)、フロラード(住友スリーエム社製)、アサヒガード、サーフロン(以上、旭硝子社製)、ペポール(東邦化学工業社製)、KP(信越化学工業社製)、ポリフロー(共栄社油脂化学工業社製)等を挙げることができる。
界面活性剤の配合量は、使用する環状化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全重量の0~49重量%が好ましく、0~5重量%がより好ましく、0~1重量%がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。
感度劣化防止またはレジストパターン形状、引き置き安定性等の向上の目的で、さらに任意の成分として、有機カルボン酸またはリンのオキソ酸もしくはその誘導体を含有させることができる。なお、酸拡散制御剤と併用することも出来るし、単独で用いても良い。有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。リンのオキソ酸もしくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ-n-ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸またはそれらのエステルなどの誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸ジ-n-ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸またはそれらのエステルなどの誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸およびそれらのエステルなどの誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
有機カルボン酸またはリンのオキソ酸もしくはその誘導体は、単独でまたは2種以上を使用することができる。有機カルボン酸またはリンのオキソ酸もしくはその誘導体の配合量は、使用する環状化合物の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全重量の0~49重量%が好ましく、0~5重量%がより好ましく、0~1重量%がさらに好ましく、0重量%が特に好ましい。
更に、本発明の感放射線性組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲で、必要に応じて、上記溶解制御剤、増感剤、及び界面活性剤以外の添加剤を1種又は2種以上配合することができる。そのような添加剤としては、例えば、染料、顔料、及び接着助剤等が挙げられる。例えば、染料又は顔料を配合すると、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和できるので好ましい。また、接着助剤を配合すると、基板との接着性を改善することができるので好ましい。更に、他の添加剤としては、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤、形状改良剤等、具体的には4-ヒドロキシ-4'-メチルカルコン等を挙げることができる。
各成分の配合割合は、その総和が100重量%になるように各範囲から選ばれる。上記配合にすると、感度、解像度、アルカリ現像性等の性能に優れる。
本発明は、上記本発明の感放射線性組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、および前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法に関する。本発明のレジストパターンは多層プロセスにおける上層レジストとして形成することもできる。
レジストパターンを形成するには、まず、従来公知の基板上に前記本発明の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。従来公知の基板とは、特に限定されず、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたもの等を例示することができる。より具体的には、シリコンウエハー、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板や、ガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金等が挙げられる。また必要に応じて、前述基板上に無機系および/または有機系の膜が設けられたものであってもよい。無機系の膜としては、無機反射防止膜(無機BARC)が挙げられる。有機系の膜としては、有機反射防止膜(有機BARC)が挙げられる。ヘキサメチレンジシラザン等による表面処理を行ってもよい。
次いで、必要に応じ、塗布した基板を加熱する。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20~150℃である。加熱することによって、レジストの基板に対する密着性が向上する場合があり好ましい。次いで、可視光線、紫外線、エキシマレーザー、電子線、極端紫外線(EUV)、X線、およびイオンビームからなる群から選ばれるいずれかの放射線により、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。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20~150℃である。
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。これにより、レジストに対する現像液の濡れ性を高めることが出来るので好ましい。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、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。
エッチング後の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、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート),PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル),EL(乳酸エチル)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。
本発明で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できる。
CR-1A(環状化合物(A))の合成
十分乾燥し、窒素置換した滴下漏斗、ジム・ロート氏冷却管、温度計、攪拌翼を設置した四つ口フラスコ(1000L)に、窒素気流下で、関東化学社製レゾルシノール(22g、0.2mol)と、4-イソプロピルベンズアルデヒド(29.6g,0.2mol)と、脱水エタノール(200mL)を投入し、エタノール溶液を調整した。この溶液を攪拌しながらマントルヒーターで85℃まで加熱した。次いで濃塩酸(35%)75mLを、滴下漏斗により30分かけて滴下した後、引き続き85℃で3時間攪拌した。反応終了後、放冷し、室温に到達させた後、氷浴で冷却した。1時間静置後、淡黄色の粗結晶が生成し、これを濾別した。粗結晶をメタノール500mLで2回洗浄し、濾別、真空乾燥させることにより45.6gの化合物を得た。この化合物は、LC-MS分析した結果、目的化合物の分子量960を示した。また重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は1.1~1.2(m,24H)、2.6~2.7(m,4H)、5.5(s,4H)、6.0~6.8(m,24H)、8.4~8.5(d,8H)であった。これらの結果から得られた化合物を目的化合物(CR-1A)と同定した(収率95%)。
CR-2A(環状化合物(A))の合成
4-イソプロピルベンズアルデヒドをイソブチルベンズアルデヒドに代えた以外は合成例1と同様に合成し、49.0gの化合物を得た。この化合物は、LC-MSで分析した結果、目的化合物の分子量1017を示した。また得られた生成物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は1.0(m,24H)、2.2(m,4H)、2.5(m,8H)、5.5(d,4H)、5.8~6.8(m,24H)、8.4~8.6(t,8H)であった。これらの結果から得られた化合物を目的化合物(CR-2A)と同定した(収率96%)。
CR-3A(環状化合物(A))の合成
4-イソプロピルベンズアルデヒドをビフェニルアルデヒドに代えた以外は合成例1と同様に合成し、53.5gの化合物を得た。この化合物は、LC-MSで分析した結果、目的化合物の分子量1096を示した。また得られた生成物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は6.0~7.4(m,48H)、8.6~8.7(t,8H)であった。これらの結果から得られた化合物を目的化合物(CR-3A)と同定した(収率98%)。
CR-4A(環状化合物(A))の合成
4-イソプロピルベンズアルデヒドを4-シクロヘキシルベンズアルデヒド(46.0g,0.2mol)に代えた以外は合成例1と同様に合成し、50gの化合物を得た。この化合物は、LC-MSで分析した結果、目的化合物の分子量1121を示した。また重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は0.8~1.9(m,44H)、5.5~5.6(d,4H)、6.0~6.8(m,24H)、8.4~8.5(m,8H)であった。これらの結果から得られた化合物を目的化合物(CR-4A)と同定した(収率91%)。
CR-1(環状化合物)の合成
十分乾燥し、窒素置換した滴下漏斗、ジム・ロート氏冷却管、温度計、攪拌翼を設置した四つ口フラスコ(1000L)に、窒素気流下で、合成例1で合成したCR-1A9.6g(10mmol)、トリエチルアミン4g(40mmol)および300mLのN-メチル-2-ピロリドンからなる溶液に、アセチルクロライド3.3g(40mmol)を滴下した。反応液を10時間室温で撹拌した。反応終了後、溶媒を除去し、得られた固体を、ヘキサン/酢酸エチル=1/3の混合溶媒を用い、カラムクロマトで精製し、10.2gの化合物を得た。
得られた化合物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は1.0(m,24H)、2.0~2.2(m,16H)、2.5(m,8H)、5.5(m,4H)、5.8~6.8(m,24H)、8.4~8.6(m,4H)であった。これらの結果から得られた化合物を、CR-1Aのフェノール性水酸基の水素原子の50mol%がアセチル基で置換された化合物(CR-1)と同定した。
CR-2(環状化合物)の合成
CR-1AをCR-2Aに代えた以外は合成実施例1と同様に合成して10.9gの化合物を得た。
得られた化合物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は1.0(m,24H)、2.0~2.2(m,16H)、2.5(m,8H)、5.5(d,4H)、5.8~6.8(m,24H)、8.4~8.6(m,4H)であった。これらの結果から得られた化合物を、CR-2Aのフェノール性水酸基の水素原子の50mol%がアセチル基で置換された化合物(CR-2)と同定した。
CR-3(環状化合物)の合成
CR-1AをCR-3Aに代えた以外は合成実施例1と同様に合成して11.0gの化合物を得た。
得られた化合物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は2.0~2.1(m,12H)、6.0~7.4(m,48H)、8.6~8.7(m,4H)であった。これらの結果から得られた化合物を、CR-3Aのフェノール性水酸基の水素原子の50mol%がアセチル基で置換された化合物(CR-3)と同定した。
CR-4(環状化合物)の合成
CR-1AをCR-4Aに代えた以外は合成実施例1と同様に合成して11.0gの化合物を得た。
得られた化合物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は0.8~1.9(m,44H)、2.0~2.1(m,12H)、5.5,5.6(m,4H)、6.0~6.8(m,24H)、8.4~8.5(m,4H)であった。これらの結果から得られた化合物を、CR-4Aのフェノール性水酸基の水素原子の50mol%がアセチル基で置換された化合物(CR-4)と同定した。
CR-5(環状化合物)の合成
アセチルクロライドの使用量を1.65g(20mmol)に代えた以外は合成実施例4と同様に合成して9.0gの化合物を得た。
得られた化合物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は0.8~1.9(m,44H)、2.0-2.1(m,6H)、5.5,5.6(m,4H)、6.0~6.8(m,24H)、8.4~8.5(m,6H)であった。これらの結果から得られた化合物を、CR-4Aのフェノール性水酸基の水素原子の25mol%がアセチル基で置換された化合物(CR-5)と同定した。
CR-6(環状化合物)の合成
アセチルクロライドの使用量を5.0g(80mmol)に代えた以外は
合成実施例4と同様に合成して12.0gの化合物を得た。
得られた化合物の重ジメチルスルホキシド溶媒中での1H-NMRのケミカルシフト値(δppm,TMS基準)は0.8~1.9(m,44H)、2.0-2.1(m,18H)、5.5,5.6(m,4H)、6.0~6.8(m,24H)、8.4~8.5(m,2H)であった。これらの結果から得られた化合物を、CR-4Aのフェノール性水酸基の水素原子の75mol%がアセチル基で置換された化合物(CR-6)と同定した。
(1)化合物の安全溶媒溶解度試験
上記合成実施例1~6および合成例1~4で得られた化合物の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メチルエーテル(PGME)、およびシクロヘキサノン(CHN)への溶解量を評価した。結果を第1表に示す。
A:4.0wt% ≦ 溶解量
B:1.0wt%≦ 溶解量 <4.0wt%
C:溶解量 <1.0wt%
(2)パターニング試験
第2表記載の成分を調合し、均一溶液としたのち、孔径0.1μmのテフロン(登録商標)製メンブランフィルターで濾過して、感放射線性組成物を調製し、各々について以下の評価を行った。結果を第3表に示す。
(2-1)解像度の評価
レジストを清浄なシリコンウェハー上に回転塗布した後、110℃のオーブン中で露光前ベーク(PB)して、厚さ60nmのレジスト膜を形成した。該レジスト膜を電子線描画装置(ELS-7500,(株)エリオニクス社製)を用いて、50nm間隔の1:1のラインアンドスペース設定の電子線を照射した。照射後に、それぞれ所定の温度で、90秒間加熱し、2.38重量%TMAH水溶液に60秒間浸漬して現像を行った。その後、水で30秒間洗浄し、乾燥して、ネガ型のレジストパターンを形成した。得られたラインアンドスペースを走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジー製S-4800)により観察した。またその際のドーズ量(μC/cm2)を感度とした。結果を第3表に示す。
得られた50nm間隔の1:1のラインアンドスペースの断面写真を走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジー製S-4800)により観察し、評価した。結果を第3表に示す。
A:矩形パターン(良好なパターン)
B:ほぼ矩形パターン(ほぼ良好なパターン)
C:矩形ではないパターン(良好でないパターン)
50nm間隔の1:1のラインアンドスペースの長さ方向(0.75μm)の任意の300点において、日立半導体用SEM ターミナルPC V5オフライン測長ソフトウェア((株)日立サイエンスシステムズ製)を用いて、エッジと基準線との距離を測定した。測定結果から標準偏差(3σ)を算出した。結果を第3表に示す。
A:LER(3σ)≦3.5nm (良好なLER)
C:3.5nm<LER(3σ) (良好でないLER)
P-1:トリフェニルベンゼンスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート(みどり化学(株))
P-2:トリフェニルベンゼンスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート(みどり化学(株))
酸架橋剤(G)
C-1:ニカラックMW-100LM(三和ケミカル(株))
C-2:ニカラックMX-270(三和ケミカル(株))
酸拡散制御剤(E)
Q-1:トリオクチルアミン(東京化成工業(株))
溶媒
S-1:プロピレングリコールモノメチルエーテル(東京化成工業(株))
Claims (20)
- 下記式(1)で示される環状化合物。
(式中、各Lは、独立して、単結合、炭素数1~20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基、炭素数3~20のシクロアルキレン基、炭素数6~24のアリーレン基、-O-、-OC(=O)-、-OC(=O)O-、-N(R5)-C(=O)-(R5は水素又は炭素数1~10のアルキル基である)、-N(R5)-C(=O)O-(R5は前記と同様)、-S-、-SO-、-SO2-およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される二価の有機基であり、各R1は独立して、炭素数1~20のアルキル基、炭素数3~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数1~20のアルコキシル基、シアノ基、ニトロ基、水酸基、複素環基、ハロゲン、カルボキシル基、炭素数2~20のアシル基、炭素数1~20のアルキルシリル基、または、水素原子である。但し、少なくともひとつのR1は炭素数2~20のアシル基であり、また別の少なくともひとつのR1は、水素原子である。各R’は独立して、炭素数2~20のアルキル基、又は下記式
(式中、R4は、炭素数1~20のアルキル基、炭素数3~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数1~20のアルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、複素環基、ハロゲン、カルボキシル基、水酸基、または、炭素数1~20のアルキルシリル基であり、pは0~5の整数である)
で表わされるアリール基であり、mは1~4の整数である。) - 分子量が800~5000である請求項1または2に記載の環状化合物。
- アルデヒド性化合物(A1)からなる群より選ばれる1種以上の化合物とフェノール性化合物(A2)からなる群より選ばれる1種以上の化合物とを縮合反応させて環状化合物(A)を得る工程、および、該環状化合物(A)とハロゲン化アシル(A3)からなる群より選ばれる1種以上の化合物とを脱ハロゲン化水素反応させる工程を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の環状化合物の製造方法。
- 前記アルデヒド性化合物(A1)が1~4個のホルミル基を有する炭素数が2~59の化合物であり、前記フェノール性化合物(A2)が1~3個のフェノール性水酸基を有する炭素数6~15の化合物である請求項4に記載の製造方法。
- 前記環状化合物(A)の分子量が700~5000である請求項4または5に記載の製造方法。
- 前記環状化合物(A)とハロゲン化アシル(A3)からなる群より選ばれる1種以上の化合物との脱ハロゲン化水素反応により、前記環状化合物(A)中の少なくとも1つのフェノール性水酸基を変化させることなく、他の少なくとも1つのフェノール性水酸基をアルキルカルボニルオキシ基に変換する請求項4~6のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の環状化合物および溶媒を含む感放射線性組成物。
- 固形成分1~80重量%および溶媒20~99重量%からなる請求項8に記載の感放射線性組成物。
- 前記環状化合物が固形成分全重量の50~99.999重量%である請求項8または9に記載の感放射線性組成物。
- さらに、可視光線、紫外線、エキシマレーザー、電子線、極端紫外線(EUV)、X線、およびイオンビームからなる群から選ばれるいずれかの放射線の照射により直接的又は間接的に酸を発生する酸発生剤(C)を含む請求項8~10のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- さらに、酸架橋剤(G)を含む請求項8~11のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- さらに、酸拡散制御剤(E)を含む請求項8~12のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- 前記固形成分が、環状化合物/酸発生剤(C)/酸架橋剤(G)/酸拡散制御剤(E)/任意成分(F))を、固形成分基準の重量%で、50~99.4/0.001~49/0.5~49/0.001~49/0~49含有する請求項8~15のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- スピンコートによりアモルファス膜を形成することができる請求項8~16のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- 前記アモルファス膜の、23℃における2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に対する溶解速度が10Å/sec以上である請求項8~17のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- KrFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線またはX線を照射した後の前記アモルファス膜、又は、20~250℃で加熱した後の前記アモルファス膜の2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に対する溶解速度が5Å/sec以下である請求項18記載の感放射線性組成物。
- 請求項8~19のいずれか1項に記載の感放射線性組成物を基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、および露光したレジスト膜を現像する工程を含むレジストパターン形成方法。
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