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JP7340976B2 - ハードマスク形成用組成物及び電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description

本発明は、ハードマスク形成用組成物及び電子部品の製造方法に関する。
一般に、半導体製造に際しては、シリコンウェーハ等の基板上にレジスト膜を形成した積層体に、ドライエッチングを含む処理、たとえばレジスト膜に選択的露光を施すことにより該レジスト膜にレジストパターンを形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行い、基板上にパターンを形成する等の処理が行われている。
レジスト膜を用いたパターン形成方法としては、3層レジスト法が知られている(たとえば特許文献1参照)。3層レジスト法は、まず、支持体上に、有機材料を用いて有機ハードマスク層を形成し、その上に無機材料を用いて無機ハードマスク層を形成した後、さらにその上にレジスト膜を形成する。次いで、通常のリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして無機ハードマスク層をエッチングすることにより無機ハードマスクパターンを形成し、次いで無機ハードマスク層パターンをマスクとして、有機ハードマスク層をエッチングすることにより、有機ハードマスクパターンを形成する。そして、該有機ハードマスクパターンをマスクとして支持体のエッチングを行い、支持体を加工する。
また、3層レジスト法よりも工程数が少ない2層レジスト法も提案されている(たとえば特許文献2、3参照)。2層レジスト法では、支持体上に、3層レジスト法と同様にして有機ハードマスク層を設けた後、その上にレジスト膜を設ける。次いで、通常のリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、有機ハードマスク層をエッチングすることにより、有機ハードマスクパターンを形成する。そして、該有機ハードマスクパターンをマスクとして支持体のエッチングを行い、支持体を加工する。
有機ハードマスク層を形成する方法としては、従来、化学気相成長法(以下、CVD法ということがある)が知られている。CVD法では、ハードマスク形成材料としてアモルファスカーボンが用いられるが、スループットが遅い、高額な設備投資が必要である等の問題がある。
そのため、近年、スピンオンコーティング(spin-on-coating)法による成膜が導入されており(例えば、特許文献4)、該方法に適用可能な有機ハードマスク形成材料が提案されている。スピンオンコーティング法は、CVD法と比較して、スループットが高く、かつ既存のスピンコーターを使用可能であるというメリットがある。
特開2001-51422号公報 特開昭61-239243号公報 特開昭62-25744号公報 特開2015-91775号公報
有機ハードマスク形成材料には、基板加工のマスクとしての機能を果たすために、高エッチング耐性が求められる。しかしながら、スピンオンコーティング法により形成された有機ハードマスク層は、一般的に、CVD法によるアモルファスカーボン層と比較してエッチング耐性が低く、パターン転写の際に不具合が生じることがある。そのため、スピンオンコーティング法に適用可能で、かつ高エッチング耐性を有する有機ハードマスク形成材料の開発が求められている。
一方、半導体デバイスの製造プロセスでは、一般的に、基板の加工が複数回行われる。加工後の基板には種々の段差が生じているため、さらなる加工を行う場合には、有機ハードマスク材料には埋め込み性・平坦化特性に優れた材料が求められる。有機ハードマスク材料の埋め込み性が不十分である場合、有機ハードマスク層と基板との間に空洞(ボイド)が生じ、有機ハードマスク層のマスク性能が低下するおそれがある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高エッチング耐性を有し、かつ埋め込み性に優れたハードマスク形成用組成物及び前記ハードマスク形成用組成物を用いた電子部品の製造方法を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第1の態様は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、芳香環及び極性基を含む樹脂(P)と、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、を含有する、ハードマスク形成用組成物である。
本発明の第2の態様は、支持体上に、前記第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程、前記ハードマスク層(m2)上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程、前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程、前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程を有する、電子部品の製造方法である。
本発明の第3の態様は、支持体上に、前記第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程を有する、電子部品の製造方法である。
本発明によれば、高エッチング耐性を有し、かつ埋め込み性に優れたハードマスク形成用組成物及び前記ハードマスク形成用組成物を用いた電子部品の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法に用いる支持体の一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法におけるハードマスク層(m1)を形成する工程の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法におけるハードマスク層(m2)を形成する工程の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法におけるレジスト膜を形成する工程の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法におけるレジストパターンを形成する工程の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法における無機パターンを形成する工程の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法における樹脂パターンを形成する工程の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる電子部品を製造する方法における支持体を加工する工程の一例を説明する図である。
本明細書及び本特許請求の範囲において、「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものと定義する。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「フッ素化アルキル基」又は「フッ素化アルキレン基」は、アルキル基又はアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基をいう。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「置換基を有していてもよい」又は「置換基を有してもよい」と記載する場合、水素原子(-H)を1価の基で置換する場合と、メチレン基(-CH-)を2価の基で置換する場合との両方を含む。
「露光」は、放射線の照射全般を含む概念とする。
本明細書及び本特許請求の範囲において、化学式で表される構造によっては不斉炭素が存在し、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るものがあるが、その場合は一つの式でそれら異性体を代表して表す。それらの異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
<ハードマスク形成用組成物>
本発明の第1の態様に係るハードマスク形成用組成物は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するための組成物である。本実施形態のハードマスク形成用組成物は、芳香環及び極性基を含む樹脂(P)(以下、「樹脂(P)」という。)と、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、を含有する。
≪樹脂(P)≫
樹脂(P)は、芳香環及び極性基を含む樹脂である。
樹脂(P)が含む芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
樹脂(P)が含む芳香環は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
樹脂(P)が、複数種類の構成単位を有する場合、少なくとも1種類の構成単位は芳香環を含む。
樹脂(P)が含む極性基は、特に限定されないが、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホ基、アルコキシ基、及びエポキシ基等が挙げられる。前記アルコキシ基は、炭素数1~5が好ましく、炭素数1~3がより好ましい。中でも、極性基としては、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が好ましく、ヒドロキシ基がより好ましい。
樹脂(P)が含む極性基は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
樹脂(P)が、複数種類の構成単位を含む場合、少なくとも1種類の構成単位は極性基を含む。
樹脂(P)において、極性基は、上述の芳香環の水素原子を置換する置換基として存在していることが好ましい。すなわち、樹脂(P)は、1個以上の水素原子が極性基を有する置換基で置換された芳香環を含む構成単位を有する樹脂であることが好ましい。
樹脂(P)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(PGMEA)に溶解したときに、25(室温)℃で、30質量%以上の濃度で溶解可能であるものが好ましい。PGMEAは、ハードマスク形成用組成物の溶剤として一般的に用いられる有機溶媒である。樹脂(P)が、PGMEAに対して30質量%以上の濃度で溶解可能であることにより、有機ハードマスク層の厚膜化(例えば、膜厚2.0μm以上)にも対応可能となる。そのような観点から、樹脂(P)は、ビスナフトール骨格(2個のナフトールが単結合又は2価の連結基で連結された構造)を含まないことが好ましい。より具体的には、樹脂(P)は、下記一般式(1)で表される構造を含まないことが好ましい。
Figure 0007340976000001
[式中、Raは、単結合又は2価の連結基を表す。*は結合手を表す。]
前記一般式(1)中、Raは、単結合又は2価の連結基を表す。
Raにおける2価の連結基は、特に限定されず、いかなる連結基であってもよい。
樹脂(P)の好ましい例としては、後述の樹脂(P-1)、樹脂(P-2)及び樹脂(P-3)が挙げられる。
[樹脂(P-1)]
樹脂(P)の好ましい例としては、下記一般式(u11-1)で表される構成単位(u11)と、下記一般式(u12-1)で表される構成単位(u12)と、を有する樹脂(以下、「樹脂(P-1)」という)が挙げられる。
Figure 0007340976000002
[式中、R11は、置換基を有してもよい炭素数10~30の多環式芳香族炭化水素基である。R12は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。]
〔構成単位(u11)〕
構成単位(u11)は、前記一般式(u11-1)で表される構成単位である。前記一般式(u11-1)中、R11は、置換基を有してもよい炭素数10~30の多環式芳香族炭化水素基である。該多環式芳香族炭化水素基は、炭素数12~25が好ましく、炭素数12~20がより好ましい。なお、該炭素数には、置換基が含む炭素原子は含まないものとする。以下、同様に、特に言及しない限り、炭素数には、置換基が含む炭素原子は含まないものとする。
11における多環式芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも2つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されない。芳香環の炭素数は5~20であることが好ましく、5~18がより好ましく、6~16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ペリレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環、インドール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、ベンゾチオフェン環等が挙げられる。
11における多環式芳香族炭化水素基として具体的には、芳香族炭化水素環の縮合環または芳香族複素環の縮合環から水素原子を3つ除いた基(アリーレン基またはヘテロアリーレン基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン、ペリレン等)から水素原子を3つ除いた基等が挙げられる。
11における多環式芳香族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3のものがより好ましい。好ましい置換基としては、炭素数1~3の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。エッチング耐性を高める観点から、R11における多環式芳香族炭化水素基は、置換基を有しないものが好ましい。
11における多環式芳香族炭化水素基としては、芳香族炭化水素環の縮合環から水素原子を3つ除いた基、又は2以上の芳香環を含む芳香族化合物から水素原子を3つ除いた基が好ましく、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、又はペリレンから水素原子を3つ除いた基がより好ましい。
11の具体例を以下に示す。下記式中、「*」は、酸素原子に結合する結合手を示す。
Figure 0007340976000003
構成単位(u11)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000004
樹脂(P-1)が有する構成単位(u11)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-1)中の構成単位(u11)の割合は、樹脂(P-1)を構成する全構成単位の合計に対して1~60モル%が好ましく、3~50モル%がより好ましい。
構成単位(u11)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性及び耐熱性が向上する。また、構成単位(u11)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、他の構成単位とのバランスをとることができる。
〔構成単位(u12)〕
構成単位(u12)は、前記一般式(u12-1)で表される構成単位である。前記一般式(u12-1)中、R12は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。該芳香族炭化水素基は、炭素数6~25が好ましい。
12における芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~20であることが好ましく、5~18がより好ましく、6~16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
12における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
12における芳香族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3のものがより好ましい。好ましい置換基としては、炭素数1~3の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。エッチング耐性を高める観点から、R12における芳香族炭化水素基は、置換基を有しないものが好ましい。
12における芳香族炭化水素基の具体例を以下に示す。下記式中、「*」は、炭素原子に結合する結合手を示す。
Figure 0007340976000005
構成単位(u12)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000006
樹脂(P-1)が有する構成単位(u12)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-1)中の構成単位(u12)の割合は、樹脂(P-1)を構成する全構成単位の合計に対して30~70モル%が好ましく、40~60モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。
構成単位(u12)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性及び耐熱性が向上する。また、構成単位(u12)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、他の構成単位とのバランスをとることができる。
〔他の構成単位〕
樹脂(P-1)は、上記構成単位(u11)及び(u12)に加えて、他の構成単位を有していてもよい。他の構成単位としては、例えば、下記一般式(u13-1)で表される構成単位(u13)が挙げられる。
Figure 0007340976000007
[式中、R13は、置換基を有してもよい炭素数1~20の炭化水素基又は水素原子である。]
(構成単位(u13))
樹脂(P-1)は、前記一般式(u13-1)で表される構成単位(u13)を有していることが好ましい。構成単位(u13)は、樹脂(P-1)のエッチング耐性の向上に有効である。
前記一般式(u13-1)中、R13は、置換基を有してもよい炭素数1~20の炭化水素基又は水素原子である。R13における炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。
13における脂肪族炭化水素基は、飽和脂肪族炭化水素基であってもよく、不飽和脂肪族炭化水素基であってもよい。該脂肪族炭化水素基としては、より具体的には、直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、又は、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
直鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、炭素数1~5がより好ましく、炭素数1~3がさらに好ましい。分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数3~10であることが好ましく、3~5がより好ましい。
直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基などの直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1,1-ジエチルプロピル基、2,2-ジメチルブチル基などの分岐鎖状アルキル基;ビニル基、プロペニル基(アリル基)、2-ブテニル基などの直鎖状アルケニル基:1-メチルビニル基、2-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基などの分岐鎖状アルケニル基;エチニル基、プロパルギル基、3-ペンチニル基などの直鎖状アルキニル基;1-メチルプロパルギル基などの分岐鎖状アルキニル基が挙げられる。
13における直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
13における構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子1個を除いた基)、脂肪族炭化水素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基等が挙げられる。前記アルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましい。前記脂肪族炭化水素環は、炭素数が3~10であることが好ましく、3~6であることがより好ましい。
前記脂肪族炭化水素環は、多環であってもよく、単環であってもよい。
単環の脂肪族炭化水素環としては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。
多環の脂肪族炭化水素環としては、炭素数7~10のものが好ましく、具体的にはアダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン等が挙げられる。
13における環状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
また、該置換基は、脂環構造を構成する炭素原子の一部を置換するものであってもよい。該置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-、-N-等が挙げられる。
13における炭化水素基が芳香族炭化水素基となる場合、該芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~20であることが好ましく、5~18がより好ましく、6~16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
13における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
13における芳香族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
上記の中でも、R13における炭化水素基としては、樹脂の炭素量を高くして耐エッチング性を向上できることから、芳香族炭化水素基が好ましく、多環式芳香族炭化水素基がより好ましい。中でも、置換基を有しないものがさらに好ましい。
13の具体例を以下に示す。下記式中、「*」は、窒素原子に結合する結合手を示す。
Figure 0007340976000008
構成単位(u13)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000009
樹脂(P-1)が有する構成単位(u13)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-1)が構成単位(u13)を有する場合、樹脂(P-1)中の構成単位(u13)の割合は、樹脂(P-1)を構成する全構成単位の合計に対して1~60モル%が好ましく、3~50モル%がより好ましい。
構成単位(u13)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性及び耐熱性が向上する。また、構成単位(u13)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、他の構成単位とのバランスをとることができる。
樹脂(P-1)は、他の構成単位として前記構成単位(u13)以外の構成単位を有していてもよい。そのような構成単位としては、エッチング耐性の観点から、炭素量の高い構成単位が好ましい。例えば、芳香族炭化水素基を含む構成単位(前記構成単位(u11)~(u13)のいずれかに該当するものは除く)等が例示される。
樹脂(P-1)としては、例えば、構成単位(u11)及び構成単位(u12)を有する樹脂;構成単位(u11)、構成単位(u12)及び構成単位(u13)を有する樹脂;等が挙げられる。
そのような樹脂としては、構成単位(u11)を誘導するモノマーと構成単位(u12)を誘導するモノマーとの共重合体;構成単位(u11)を誘導するモノマーと、構成単位(u12)を誘導するモノマーと、構成単位(u13)を誘導するモノマーと、の共重合体;等が挙げられる。
樹脂(P-1)の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準)は、特に限定されるものではなく、1000~500000程度が好ましく、3000~50000程度がより好ましい。樹脂(P-1)のMwが、前記好ましい範囲内であると、エッチング耐性及び耐熱性が良好である。
樹脂(P-1)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0~4.0程度が好ましく、1.0~3.0程度がより好ましく、1.0~2.5程度がさらに好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P-1)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(P-1)は、例えば、構成単位(u11)を誘導するモノマーと、構成単位(u12)を誘導するモノマーと、任意に、その他の構成単位(例えば、構成単位(u13))を誘導するモノマーと、を酸触媒の存在下で縮合させることにより製造することができる。構成単位(u11)を誘導するモノマーとしては、通常、フェノール化合物を用いることができる。また、構成単位(u12)を誘導するモノマーとしては、通常、アルデヒド化合物を用いることができる。酸触媒としては、特に限定されないが、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸等が例示される。
樹脂(P-1)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000010
Figure 0007340976000011
[樹脂(P-2)]
樹脂(P)の好ましい例としては、下記一般式(u21-1)で表される構成単位(u21)、下記一般式(u22-1)で表される構成単位(u22)と、を有する樹脂(以下、「樹脂(P-2)」という)もまた挙げられる。
Figure 0007340976000012
[式中、R21は、少なくとも1つのヒドロキシ基を有するフェノール化合物に由来する有機基である。R22は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。]
〔構成単位(u21)〕
構成単位(u21)は、前記一般式(u21-1)で表される構成単位である。前記一般式(u21-1)中、R21は、少なくとも1つのヒドロキシ基を有するフェノール化合物に由来する有機基である。
21における有機基が由来するフェノール化合物は、アルデヒドと縮合して、ノボラック樹脂又はレゾール樹脂を形成できるものが好ましい。そのようなフェノール化合物としては、例えば、フェノール;m-クレゾール、p-クレゾール、o-クレゾール等のクレゾール類;2,3-キシレノール、2,5-キシレノール、3,5-キシレノール、3,4-キシレノール等のキシレノール類;m-エチルフェノール、p-エチルフェノール、o-エチルフェノール、2,3,5-トリメチルフェノール、2,3,5-トリエチルフェノール、4-tert-ブチルフェノール、3-tert-ブチルフェノール、2-tert-ブチルフェノール、2-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2-tert-ブチル-5-メチルフェノール等のアルキルフェノール類;p-メトキシフェノール、m-メトキシフェノール、p-エトキシフェノール、m-エトキシフェノール、p-プロポキシフェノール、m-プロポキシフェノール等のアルコキシフェノール類;o-イソプロペニルフェノール、p-イソプロペニルフェノール、2-メチル-4-イソプロペニルフェノール、2-エチル-4-イソプロペニルフェノール等のイソプロペニルフェノール類;フェニルフェノール等のアリールフェノール類;4,4’-ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールA、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン、1,1-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)シクロヘキサン等のポリヒドロキシフェノール類等が挙げられる。
溶媒に対する溶解性の観点から、前記フェノール化合物は、フェノール骨格(少なくとも1個のヒドロキシ基を有するベンゼン環)を含むことが好ましく、ビスナフトール骨格(2個のナフトールが単結合又は2価の連結基で連結された構造)を含まないことが好ましい。
構成単位(u21)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000013
[式(u21-1-1)中、nは0~3の整数である。]
樹脂(P-2)が有する構成単位(u21)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-2)中の構成単位(u21)の割合は、樹脂(P-2)を構成する全構成単位の合計に対して30~70モル%が好ましい。
〔構成単位(u22)〕
構成単位(u22)は、前記一般式(u22-1)で表される構成単位である。前記一般式(u22-1)中、R22は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。該芳香族炭化水素基は、炭素数6~25が好ましく、炭素数6~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましい。
22における芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~20であることが好ましく、5~18がより好ましく、6~16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
22における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
22における芳香族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3のものがより好ましい。好ましい置換基としては、炭素数1~5の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
より具体的には、構成単位(u22)は、アルデヒド化合物から誘導される構成単位が好ましい。アルデヒド化合物の具体例としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、フルフラール、ベンズアルデヒド、テレフタルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α-フェニルプロピルアルデヒド、β-フェニルプロピルアルデヒド、o-ヒドロキシベンズアルデヒド、m-ヒドロキシベンズアルデヒド、p-ヒドロキシベンズアルデヒド、o-メチルベンズアルデヒド、m-メチルベンズアルデヒド、p-メチルベンズアルデヒド、o-クロロベンズアルデヒド、m-クロロベンズアルデヒド、p-クロロベンズアルデヒド、桂皮アルデヒド、4-イソプロピルベンズアルデヒド、4-イソブチルベンズアルデヒド、4-フェニルベンズアルデヒド等が挙げられる。
構成単位(u22)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000014
樹脂(P-2)が有する構成単位(u22)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-2)中の構成単位(u22)の割合は、樹脂(P-2)を構成する全構成単位の合計に対して30~70モル%が好ましい。
樹脂(P-2)は、上記構成単位(u21)及び構成単位(u22)に加えて、他の構成単位を含んでいてもよい。他の構成単位としては、例えば、炭化水素基を含む構成単位等が例示される。
樹脂(P-2)としては、構成単位(u21)及び構成単位(u22)を有する樹脂等が挙げられる。そのような樹脂としては、構成単位(u21)を誘導するモノマーと構成単位(u22)を誘導するモノマーとの共重合体等が挙げられる。
より具体的には、樹脂(P-2)は、ノボラック樹脂又はレゾール樹脂であることが好ましく、ノボラック樹脂であることがより好ましい。
樹脂(P-2)の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準)は、特に限定されるものではなく、1000~100000程度が好ましい。
樹脂(P-2)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1~50程度が好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P-2)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(P-2)は、例えば、構成単位(u21)を誘導するモノマーと、構成単位(u22)を誘導するモノマーと、を酸触媒又はアルカリ触媒の存在下で縮合させることにより製造することができる。構成単位(u21)を誘導するモノマーとしては、通常、フェノール化合物を用いることができる。また、構成単位(u22)を誘導するモノマーとしては、通常、アルデヒド化合物を用いることができる。酸触媒としては、特に限定されないが、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸等が例示される。
樹脂(P-2)は、市販のノボラック樹脂又はレゾール樹脂等であってもよい。市販のノボラック樹脂としては、例えば、住友ベークライト製のPR-53364、PR-53365等が挙げられる。
樹脂(P-2)の具体例を以下に示す。
Figure 0007340976000015
Figure 0007340976000016
[樹脂(P-3)]
樹脂(P)の好ましい例としては、下記一般式(u31-1)で表される構成単位(u31)を有する樹脂(以下、「樹脂(P-3)」という)もまた挙げられる。
Figure 0007340976000017
[式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Yax1は、単結合又は2価の連結基である。Wax1は、(nax1+1)価の芳香族炭化水素基である。nax1は、1~3の整数である。]
〔構成単位(u31)〕
構成単位(u31)は、前記一般式(u31-1)で表される構成単位である。
前記式(u31-1)中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。
Rにおける炭素数1~5のアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。Rにおける炭素数1~5のハロゲン化アルキル基は、前記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基である。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
Rとしては、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基が好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子又はメチル基が最も好ましい。
前記式(u31-1)中、Yax1は、単結合又は2価の連結基である。
Yax1における2価の連結基としては、例えば、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基、ヘテロ原子を含む2価の連結基が好適なものとして挙げられる。
・置換基を有していてもよい2価の炭化水素基:
Yax1が置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である場合、該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。
・・Yax1における脂肪族炭化水素基
該脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
前記脂肪族炭化水素基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、又は構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
・・・直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基
該直鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、炭素数1~6がより好ましく、炭素数1~4がさらに好ましく、炭素数1~3が最も好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH-]、エチレン基[-(CH-]、トリメチレン基[-(CH-]、テトラメチレン基[-(CH-]、ペンタメチレン基[-(CH-]等が挙げられる。
該分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が2~10であることが好ましく、炭素数3~6がより好ましく、炭素数3又は4がさらに好ましく、炭素数3が最も好ましい。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-、-C(CHCH-CH-等のアルキルエチレン基;-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
前記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。該置換基としては、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、カルボニル基等が挙げられる。
・・・構造中に環を含む脂肪族炭化水素基
該構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、環構造中にヘテロ原子を含む置換基を含んでもよい環状の脂肪族炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子2個を除いた基)、前記環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、前記環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。前記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては前記と同様のものが挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、炭素数3~12であることがより好ましい。
環状の脂肪族炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素数7~12のものが好ましく、具体的にはアダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基等が挙げられる。
前記置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
前記置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前記アルキル基の水素原子の一部又は全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、その環構造を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子を含む置換基で置換されてもよい。該ヘテロ原子を含む置換基としては、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-が好ましい。
・・Yax1における芳香族炭化水素基
該芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。
この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましく、炭素数6~12が特に好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子2つを除いた基(アリーレン基又はヘテロアリーレン基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(例えばビフェニル、フルオレン等)から水素原子2つを除いた基;前記芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子1つを除いた基(アリール基又はヘテロアリール基)の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(例えば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基におけるアリール基から水素原子をさらに1つ除いた基)等が挙げられる。前記のアリール基又はヘテロアリール基に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、炭素数1~2であることがより好ましく、炭素数1であることが特に好ましい。
前記芳香族炭化水素基は、当該芳香族炭化水素基が有する水素原子が置換基で置換されていてもよい。例えば、当該芳香族炭化水素基中の芳香環に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよい。該置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基等が挙げられる。
前記置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子及びハロゲン化アルキル基としては、前記環状の脂肪族炭化水素基が有する水素原子を置換する置換基として例示したものが挙げられる。
・ヘテロ原子を含む2価の連結基:
Yax1がヘテロ原子を含む2価の連結基である場合、該連結基として好ましいものとして、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-、一般式-Y21-O-Y22-、-Y21-O-、-Y21-C(=O)-O-、-C(=O)-O-Y21-、-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-、-Y21-O-C(=O)-Y22-または-Y21-S(=O)-O-Y22-で表される基[式中、Y21およびY22はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m”は0~3の整数である。]等が挙げられる。
前記のへテロ原子を含む2価の連結基が-C(=O)-NH-、-C(=O)-NH-C(=O)-、-NH-、-NH-C(=NH)-の場合、そのHはアルキル基、アシル等の置換基で置換されていてもよい。該置換基(アルキル基、アシル基等)は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~8であることがさらに好ましく、1~5であることが特に好ましい。
一般式-Y21-O-Y22-、-Y21-O-、-Y21-C(=O)-O-、-C(=O)-O-Y21-、-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-、-Y21-O-C(=O)-Y22-または-Y21-S(=O)-O-Y22-中、Y21およびY22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。該2価の炭化水素基としては、前記2価の連結基としての説明で挙げた(置換基を有していてもよい2価の炭化水素基)と同様のものが挙げられる。
21としては、直鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖状のアルキレン基がより好ましく、炭素数1~5の直鎖状のアルキレン基がさらに好ましく、メチレン基又はエチレン基が特に好ましい。
22としては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、メチレン基、エチレン基又はアルキルメチレン基がより好ましい。該アルキルメチレン基におけるアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状のアルキル基がより好ましく、メチル基が最も好ましい。
式-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-で表される基において、m”は0~3の整数であり、0~2の整数であることが好ましく、0又は1がより好ましく、1が特に好ましい。つまり、式-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-で表される基としては、式-Y21-C(=O)-O-Y22-で表される基が特に好ましい。中でも、式-(CHa’-C(=O)-O-(CHb’-で表される基が好ましい。該式中、a’は、1~10の整数であり、1~8の整数が好ましく、1~5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。b’は、1~10の整数であり、1~8の整数が好ましく、1~5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。
Yax1としては、単結合、エステル結合[-C(=O)-O-]、エーテル結合(-O-)、-C(=O)-NH-、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又はこれらの組合せであることが好ましく、中でも単結合が特により好ましい。
前記式(u31-1)中、Wax1は、(nax1+1)価の芳香族炭化水素基である。
Wax1における芳香族炭化水素基としては、芳香環から(nax1+1)個の水素原子を除いた基が挙げられる。ここでの芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましく、炭素数6~12が特に好ましい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
前記式(u31-1)中、nax1は、1~3の整数であり、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
構成単位(u31)の具体例を以下に示す。
下記の式中、Rαは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 0007340976000018
樹脂(P-3)が有する構成単位(u31)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-3)中の構成単位(u31)の割合は、樹脂(P-3)を構成する全構成単位の合計に対して30~100モル%が好ましく、50~100モル%がより好ましく、60~100モル%がさらに好ましい。
構成単位(u31)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性が向上する。
〔他の構成単位〕
樹脂(P-3)は、上記構成単位(u31)に加えて、他の構成単位を有していてもよい。他の構成単位としては、例えば、下記一般式(u32-1)で表される構成単位(u32)が挙げられる。
Figure 0007340976000019
[式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Yax3は、単結合又は2価の連結基である。Lax3は-O-、-COO-、-CON(R’)-、-OCO-、-CONHCO-又は-CONHCS-であり、R’は水素原子又はメチル基を示す。但し、Lax3が-O-の場合、Yax3は-CO-にはならない。Rax3は、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。]
前記式(u32-1)中、Rは、前記式(u31-1)中のRと同様である。
前記式(u32-1)中、Yax3は、単結合又は2価の連結基である。
Yax3における2価の連結基としては、上述した一般式(u31-1)中のYax1における2価の連結基と同様のものが挙げられる。中でも、Yax3としては、単結合、エステル結合[-C(=O)-O-、-O-C(=O)-]、エーテル結合(-O-)、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又はこれらの組合せであることが好ましい。
前記式(u32-1)中、Lax3は-O-、-COO-、-CON(R’)-、-OCO-、-CONHCO-又は-CONHCS-である。前記式中のR’は水素原子又はメチル基を示す。但し、Lax3が-O-の場合、Yax3は-CO-にはならない。
前記式(u32-1)中、Rax3は、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。Rax3における炭化水素基は、炭素数1~20が好ましく、前記一般式(u13-1)中のR13における炭化水素基として挙げたものと同様のものが挙げられる。中でも、Rax3における炭化水素基は、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましく、炭素数1~3の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がさらに好ましい。
Rax3における炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基、及び芳香族炭化水素基の置換基としてそれぞれ挙げたものと同様のものが挙げられる。
構成単位(u32)の具体例を以下に示す。
下記の式中、Rαは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 0007340976000020
樹脂(P-3)が有する構成単位(u32)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P-3)中の構成単位(u32)の割合は、樹脂(P-3)を構成する全構成単位の合計に対して0~60モル%が好ましく、0~50モル%がより好ましく、0~40モル%がさらに好ましい。
構成単位(u32)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、エッチング耐性が向上する。
樹脂(P-3)は、他の構成単位として前記構成単位(u32)以外の構成単位を有していてもよい。そのような構成単位としては、エッチング耐性の観点から、炭素量の高い構成単位が好ましい。例えば、芳香族炭化水素基を含む構成単位(前記構成単位(u31)又は(u32)に該当するものは除く)等が例示される。
樹脂(P-3)としては、例えば、構成単位(u31)を有する樹脂;構成単位(u31)及び構成単位(u32)を有する樹脂;等が挙げられる。
そのような樹脂としては、構成単位(u31)を誘導するモノマーの重合体;構成単位(u31)を誘導するモノマーと、構成単位(u32)を誘導するモノマーと、の共重合体;等が挙げられる。
樹脂(P-3)の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準)は、特に限定されるものではなく、1000~500000程度が好ましく、3000~50000程度がより好ましい。樹脂(P-3)のMwが、前記好ましい範囲内であると、エッチング耐性が良好である。
樹脂(P-3)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0~4.0程度が好ましく、1.0~3.0程度がより好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P-3)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(P-3)は、各構成単位を誘導するモノマーを重合溶媒に溶解し、ここに、例えばアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾビスイソ酪酸ジメチル(たとえばV-601など)等のラジカル重合開始剤を加えて重合することにより製造することができる。
樹脂(P-3)の具体例を以下に挙げるが、これらに限定されない。下記式中、Rαは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 0007340976000021
樹脂(P)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。樹脂(P)は、例えば、上述の樹脂(P-1)、樹脂(P-2)、及び樹脂(P-3)をそれぞれ単独で用いてもよく、これらを組み合わせて用いてもよい。
樹脂(P)としては、例えば、樹脂(P-1)を含む樹脂;樹脂(P-2)を含む樹脂;樹脂(P-3)を含む樹脂;樹脂(P-1)及び樹脂(P-2)を含む樹脂;樹脂(P-1)及び樹脂(P-3)を含む樹脂;樹脂(P-2)及び樹脂(P-3)を含む樹脂;樹脂(P-1)、樹脂(P-2)及び樹脂(P-3)を含む樹脂;等が挙げられる。
ハードマスク形成用組成物中の樹脂(P)の割合は、ハードマスク形成用組成物に含まれる全ての樹脂の総質量に対し、70~100質量%が好ましく、80~100質量%がより好ましく、90~100質量%がさらに好ましく、95~100質量%が特に好ましく、100質量%が最も好ましい。該割合が前記好ましい範囲の下限値以上であると、ハードマスク形成用組成物のエッチング耐性及び埋め込み性が向上する。
≪化合物(OF)≫
化合物(OF)は、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物である。
化合物(OF)は、芳香環に縮合したオキサジン環を含む化合物であってもよく、フルオレン環を含む化合物であってもよく、芳香環に縮合したオキサジン環及びフルオレン環を含む化合物であってもよい。
[芳香環に縮合したオキサジン環を含む化合物]
芳香環に縮合したオキサジン環を含む化合物としては、下記一般式(o1-1)で表される構造を含む化合物(O1)が挙げられる。
Figure 0007340976000022
[式中、Ro1は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Aro1は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Ro2は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。no1は、0~4の整数である。no1が2以上の整数である場合、複数のRo1はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。no2は、0~3の整数である。no2が2以上の整数である場合、複数のRo2はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo2のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro1中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。*及び**は、それぞれ独立して、水素原子又は結合手を表す。]
前記一般式(o1-1)中、Ro1は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。
o1における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。
中でも、Ro1における炭化水素基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。該直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数1~5が好ましく、炭素数1~3がより好ましく、炭素数1又は2がさらに好ましい。
o1における1~20の炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の置換基、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基の置換基、及び芳香族炭化水素基の置換基としてそれぞれ挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(o1-1)中、Aro1は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Aro1は、炭素数6~14がより好ましく、炭素数6~10がさらに好ましい。
該芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン、トリフェニレン、ペリレン等が挙げられる。中でも、Aro1における芳香族炭化水素環としては、ベンゼン又はナフタレンが好ましく、ベンゼンがより好ましい。
前記一般式(o1-1)中、Ro2は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。
o2における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。中でも、Ro2における炭化水素基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。該直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数1~5が好ましく、炭素数1~3がより好ましく、炭素数1又は2がさらに好ましい。
o2における1~20の炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の置換基、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基の置換基、及び芳香族炭化水素基の置換基としてそれぞれ挙げたものと同様のものが挙げられる。
o2としては、炭素数1~20の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~5が好ましく、炭素数1~3がより好ましく、炭素数1又は2がさらに好ましい。
前記一般式(o1-1)中、no1は、0~4の整数である。no1が2以上の整数である場合、複数のRo1はそれぞれ同じであってもよく異なっていてもよい。
o1としては、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
前記一般式(o1-1)中、no2は、0~3の整数である。no2が2以上の整数である場合、複数のRo2はそれぞれ同じであってもよく異なっていてもよく、複数のRo2のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro1中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。該環構造としては、例えばシクロヘキサン環、シクロヘキセン環等の脂環構造、アザシクロヘキサン環、アザシクロヘキセン環等の脂肪族複素環構造、ピリジン環等の芳香族複素環構造などが挙げられる。
o2としては、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
前記一般式(o1-1)中、*及び**は、それぞれ独立して、水素原子又は結合手である。該結合手は、一般式(o1-1)で表される構造以外の原子への結合を表す。
前記一般式(o1-1)中のAro1がベンゼン環である場合、式中の「*」で表される結合手に対し、オキサジン環の-O-の位置は、該ベンゼン環のパラ位、メタ位及びオルト位のいずれでもよいが、化合物(O1)の合成容易性の観点から、パラ位が好ましい。また、Aro1がナフタレン環であり、式中の「*」で表される結合手がナフタレン環の2位である場合、オキサジン環の-O-の位置としては、ナフタレン環の6位が好ましい。
化合物(O1)の好ましい例としては、下記一般式(o1-1-1)で表される構造を含む化合物(以下、「化合物(O1-1)」という)、及び下記一般式(o1-1-2)で表される構造を含む化合(以下、「化合物(O1-2)」という)が挙げられる。
Figure 0007340976000023
[式中、Ro11は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Aro11は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Ro21は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。no11は、0~4の整数である。no11が2以上の整数である場合、複数のRo11はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。no21は、0~3の整数である。no21が2以上の整数である場合、複数のRo21はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo21のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro11中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。Ro31は、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。*は、結合手を表す。]
Figure 0007340976000024
[式中、Ro12は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Aro12は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Ro22は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。no12は、0~4の整数である。no12が2以上の整数である場合、複数のRo12はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。no22は、0~4の整数である。no22が2以上の整数である場合、複数のRo22はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo22のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro12中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。**は、結合手を表す。]
前記一般式(o1-1-1)及び一般式(o1-1-2)中、Ro11及びRo12は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Ro11及びRo12としては、前記一般式(o1-1)中のRo1で挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(o1-1-1)中、Aro11は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。前記一般式(o1-1-2)中、Aro12は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Aro11及びAro12は、炭素数6~14がより好ましく、炭素数6~10がさらに好ましい。Aro11及びAro12としては、前記一般式(o1-1)中のAro1で挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(o1-1-1)及び一般式(o1-1-2)中、Ro21及びRo22は、それぞれ独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Ro21及びRo22としては、前記一般式(o1-1)中のRo2で挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(o1-1-1)及び一般式(o1-1-2)中、no11及びno12は、それぞれ独立に、0~4の整数である。no11が2以上の整数である場合、複数のRo11はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。no12が2以上の整数である場合、複数のRo12はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。
前記一般式(o1-1-1)中、no21は、0~3の整数であり、0~2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。no21が2以上の整数である場合、複数のRo21はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo21のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro11中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。該環構造としては、前記一般式(o1-1)中のRo2において挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(o1-1-2)中、no22は、0~4の整数であり、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。no22が2以上の整数である場合、複数のRo22はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo22のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro12中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。該環構造としては、前記一般式(o1-1)中のRo2において挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(o-1-1)中、Ro31は、水素原子又は炭素数1~20の炭化水素基である。
o31における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。
o31における炭素数1~20の炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。
o31における炭素数1~20の炭化水素基が、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である場合、該置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
また、該置換基は、脂肪族炭化水素鎖のメチレン基(-CH-)を置換する基であってもよい。そのような置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-等が挙げられる。
o31における炭素数1~20の炭化水素基が、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基である場合、該置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。前記置換基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
また、該置換基は、脂環構造を構成する炭素原子の一部を置換するものであってもよい。該置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-、-N-等が挙げられる。
o31における炭素数1~20の炭化水素基が、芳香族炭化水素基である場合、該置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。前記置換基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
o31における炭素数1~20の炭化水素基としては、置換基を有していてもよい炭素数5~20の芳香族炭化水素基が好ましく、炭素数6~16の芳香族炭化水素基がより好ましい。
o31の具体例としては、炭素数1~5のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基など)、炭素数1~5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基など)、炭素数1~5のアルコキシアルキル基(メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、メトキシブチル基など)、炭素数1~5のシアノアルキル基(シアノメチル基、シアノエチル基、シアノプロピル基、シアノブチル基など)、アリール基(フェニル基、ナフチル基など)、アラルキル基(ベンジル基、ナフチルメチル基など)、ハロゲン化アリール基(モノフルオロフェニル基、モノフルオロナフチル基、ジフルオロフェニル基、ジフルオロナフチル基など)、ハロゲン化アラルキル基(ジフルオロベンジル基、ジフルオロナフチルメチル基)、及びフリル基等が挙げられる。
これらの中でも、Ro31としては、アリール基が好ましく、フェニル基又はナフチル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
前記化合物(O1-1)の好ましい例としては、下記一般式(o1-1-1a)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007340976000025
[式中、Ro11、Aro11、Ro21、no11、no21、及びRo31は、前記一般式(o1-1-1)におけるものと同様である。no31は、1~5の整数を表す。Ro41は、置換基を有していてもよいno31価の炭化水素基を表す。]
一般式(o1-1-1a)中、no31は、1~5の整数である。no31は、2~5の整数が好ましく、2~4の整数がより好ましく、2又は3がさらに好ましい。
一般式(o1-1-1a)中、Ro41は、置換基を有していてもよいno31価の炭化水素基を表す。
o41におけるno31価の炭化水素基は、炭素数1~30が好ましい。
o41におけるno31価の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。
該脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。前記脂肪族炭化水素基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、又は構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
前記直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~30が好ましく、炭素数1~20がより好ましく、炭素数1~15がより好ましく、炭素数1~10がさらに好ましく、炭素数1~6が特に好ましい。直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよいが、飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13で挙げたものからno31-1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
前記直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、オキソ基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
また、該置換基は、脂肪族炭化水素鎖のメチレン基(-CH-)を置換する基であってもよい。そのような置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-等が挙げられる。
前記の構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基(脂肪族炭化水素環からno31個の水素原子を除いた基)、脂肪族炭化水素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基からno31-1個の水素原子を除いた基、脂肪族炭化水素環のno31個の水素原子がアルキレン基で置換された基等が挙げられる。前記アルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましい。前記脂肪族炭化水素環は、炭素数が3~10であることが好ましく、3~6であることがより好ましい。前記脂肪族炭化水素環は、多環であってもよく、単環であってもよい。脂肪族炭化水素環としては、前記一般式(u13-1)中のR13で挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記の環状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
また、該置換基は、脂環構造を構成する炭素原子の一部を置換するものであってもよい。該置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-、-N-等が挙げられる。
o41における芳香族炭化水素基は、単環式でも多環式でもよい。該芳香族炭化水素基が含む芳香環としては、前記一般式(u13-1)中のR13で挙げたものと同様のものが挙げられる。
o41における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環からno31個の水素原子を除いた基;2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)からno31個の水素原子を除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の1個の水素原子がアルキレン基で置換された基からno31個の水素原子を除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環のno31個の水素原子がアルキレン基で置換された基等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
o41における芳香族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
上記の中でも、Ro41におけるno31価の炭化水素基としては、炭素数6~30の芳香族炭化水素基、及び炭素数1~10の直鎖状若しくは分岐鎖状の飽和脂肪族炭化水素基等が好ましい。
o41の具体例としては、下記一般式(Ro41-1)~(Ro41-8)で表される基が挙げられる。
Figure 0007340976000026
上記式(Ro41-1)~(Ro41-8)中、*は、上記式(o1-1-1a)中のAro11における芳香族炭化水素環の炭素原子に結合する結合手を表す。
上記式(Ro41-1)中、Rは、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n1は、0~4の整数である。n1が2以上の場合、複数のRは同一であってもよく、異なっていてもよい。m1は、2~6の整数である。但し、n1+m1≦6である。n1としては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。m1としては、2、3、4及び6が好ましく、3がより好ましい。
上記式(Ro41-2)中、Rは、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n2は、0又は1である。m2は、2又は3である。但し、n2+m2≦3である。n2としては、0が好ましい。m2としては、3が好ましい。n3としては、2及び3が好ましい。
上記式(Ro41-3)中、Rは、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n3は、0~2の整数である。n3が2の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。m3は、2~4の整数である。但し、n3+m3=4である。n3としては、2及び3が好ましい。
上記式(Ro41-4)中、RD1及びRD2は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n4a及びn4bは、それぞれ独立して、0~4の整数である。n4aが2以上の場合、複数のRD1は同一でも異なっていてもよい。n4bが2以上の場合、複数のRD2は同一でも異なっていてもよい。n4a及びn4bとしては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。
上記式(Ro41-5)中、RE1~RE3は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n5a、n5b及びn5cは、それぞれ独立して、0~4の整数である。n5aが2以上の場合、複数のRE1は同一でも異なっていてもよい。n5bが2以上の場合、複数のRE2は同一でも異なっていてもよい。n5cが2以上の場合、複数のRE3は同一でも異なっていてもよい。n5a、n5b及びn5cとしては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。
上記式(Ro41-6)中、Rは、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n6aは、0~4の整数である。n6aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。n6aとしては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。
上記式(Ro41-7)中、RG1及びRG2は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n7a及びn7bは、それぞれ独立して、0~2の整数である。n7aが2の場合、2つのRG1は同一でも異なっていてもよい。n7bが2の場合、2つのRG2は同一でも異なっていてもよい。RG3は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n7cは、0~4の整数である。n7cが2以上の場合、複数のRG3は同一でも異なっていてもよい。m7a及びm7bは、それぞれ独立して、1~3の整数である。n7a+m7aは3である。n7b+m7bは3である。n7cとしては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。
上記式(Ro41-8)中、Rは、炭素数2~20のm8価の脂肪族炭化水素基であり、m8は1~4の整数が好ましく、3又は4がより好ましい。
前記式(Ro41-1)~(Ro41-8)中、R~RG2における置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13で挙げたものと同様のものが挙げられる。
o41としては、上記式(Ro41-1)~(Ro41-8)で表される基が好ましく、式(Ro41-3)又は式(Ro41-8)で表される基がより好ましい。
前記化合物(O1-2)の好ましい例としては、下記一般式(o1-1-2a)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007340976000027
[式中、Ro12、Aro12、Ro22、no12、no22、及びRo32は、前記一般式(o1-1-2)におけるものと同様である。no32は、1~5の整数を表す。Ro42は、置換基を有していてもよいno32価の炭化水素基を表す。]
一般式(o1-1-2a)中、no32は、1~5の整数である。no32は、2~5の整数が好ましく、2~4の整数がより好ましく、2又は3がさらに好ましい。
一般式(o1-1-2a)中、Ro42は、置換基を有していてもよいno32価の炭化水素基を表す。
o42における置換基を有していてもよいno32価の炭化水素基は、置換基を有していてもよい炭素数1~30が好ましい。前記の置換基を有していてもよい炭素数1~30のno32価の炭化水素基としては、前記一般式(o1-1-1a)中のRo41で挙げたものと同様のものが挙げられる。
o42の具体例としては、下記式(Ro42-1)~(Ro42-11)で表される基が挙げられる。
Figure 0007340976000028
上記式(Ro42-1)~(Ro42-11)中、*は、上記一般式(o1-1-2a)中の窒素原子に結合する結合手を示す。
上記式(Ro42-1)中、Rは、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n9は、0~4の整数である。n9が2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。m9は、2~6の整数である。但し、n9+m9≦6である。
上記式(Ro42-2)中、Rは、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n10は、0又は1である。m10は、2又は3である。但し、n10+m10≦3である。
上記式(Ro42-3)中、Rは、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n11は、0~2の整数である。n11が2の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。m11は、2~4の整数である。但し、n11+m11=4である。
上記式(Ro42-4)中、RN1及びRN2は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n12a及びn12bは、それぞれ独立して、0~4の整数である。n12aが2以上の場合、複数のRN1は同一でも異なっていてもよい。n12bが2以上の場合、複数のRN2は同一でも異なっていてもよい。p及びpは、それぞれ独立して、0~4の整数であり、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。RN3及びRN4は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。n12c及びn12dは、それぞれ独立して、0~4の整数である。n12cが2以上の場合、複数のRN3は同一でも異なっていてもよい。n12dが2以上の場合、複数のRN4は同一でも異なっていてもよい。
上記式(Ro42-5)中、Xは、-O-、-S-、-SO-又は炭素数1~10のアルカンジイル基である。
上記式(Ro42-6)中、Rは、それぞれ独立して、炭素数1~5のアルカンジイル基である。
上記式(Ro42-8)中、Xは、-O-、-S-、-SO-又は炭素数1~10のアルカンジイル基である。
上記式(Ro42-10)中、Rは、2価の脂肪族炭化水素基又は2価の脂肪族複素環基である。
上記式(Ro42-11)中、Rは、アレーンジイル基である。
前記式(Ro42-1)~(Ro42-11)中、R~RN4における置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13で挙げたものと同様のものが挙げられる。
o42としては、式(Ro42-1)~(Ro42-11)で表される基が好ましく、式(Ro42-1)~(Ro42-5)で表される基がより好ましい。
化合物(O1)の具体例を以下に挙げるが、化合物(O1)はこれらに限定されない。なお、下記例示した化合物のうち、化合物(O1-4)は、後述する「フルオレン環を含む化合物」にも該当する化合物である。
Figure 0007340976000029
[フルオレン環を含む化合物]
フルオレン環を含む化合物は、フルオレン環に加えて、少なくとも1個の極性基を有することが好ましい。該極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホ基、アルコキシ基、及びエポキシ基等が挙げられる。中でも、極性基としては、ヒドロキシ基、及びエポキシ基が好ましい。
フルオレン環を含む化合物としては、下記一般式(f1-1)で表される構造を含む化合物(F1)が挙げられる。
Figure 0007340976000030
[式中、Rf1及びRf2は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Rf3及びRf4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、又はスルホ基を表す。nf1及びnf2は、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。]
一般式(f1-1)中、Rf1及びRf2は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。
f1及びRf2における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。より具体的には、炭素数1~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、炭素数3~20の構造中に環を含む脂肪族炭化水素基、及び炭素数5~20の芳香族炭化水素基が挙げられる。
中でも、Rf1及びRf2における炭素数1~20の炭化水素基としては、炭素数5~20の芳香族炭化水素基が好ましい。好ましい例としては、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子1つを除いた基(アリーレン基又はヘテロアリーレン基)が挙げられる。中でも、フェニル基、又はナフチル基が好ましい。
f1及びRf2における炭素数1~20の炭化水素基は、置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。
f1及びRf2が、炭素数1~20の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である場合、該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、及びエポキシ基等が挙げられる。
f1及びRf2が、炭素数3~20の構造中に環を含む脂肪族炭化水素基である場合、該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、エポキシ基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、グリシジル基、グリシドキシ基等が挙げられる。
f1及びRf2炭素数5~20の芳香族炭化水素基である場合、該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、エポキシ基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、グリシジル基、グリシドキシ基等が挙げられる。
前記置換基におけるアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
f1及びRf2における炭素数1~20の炭化水素基は、少なくとも1個の極性基を有していることが好ましい。該極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホ基、アルコキシ基(炭素数1~5が好ましい)、及びエポキシ基等が挙げられる。これらの中でも、極性基としては、ヒドロキシ基、又はエポキシ基が好ましい。
前記一般式(f1-1)中、Rf3及びRf4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、又はスルホ基を表す。Rf3及びRf4における置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。
一般式(f1-1)中、nf1及びnf2は、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。nf1及びnf2は、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
化合物(F1)の好ましい例としては、下記一般式(f1-1-1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007340976000031
[式中、Rf11及びRf21は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6~20の芳香族炭化水素基である。Rf31及びRf41は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、又はスルホ基を表す。Xf11及びXf21は、それぞれ独立に、極性基を表す。nf11及びnf21は、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。]
前記一般式(f1-1-1)中、Rf11及びRf21は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6~20の芳香族炭化水素基である。Rf11及びRf21における炭素数6~20の芳香族炭化水素基としては、前記一般式(f1-1)中のRf1及びRf2における芳香族炭化水素基として挙げたものと同様のものが挙げられる。中でも、Rf11及びRf21における芳香族炭化水素基としては、フェニル基、又はナフチル基が好ましい。
f11及びRf21における炭素数6~20の芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、エポキシ基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、グリシジル基、グリシドキシ基等が挙げられる。中でも、該置換基としては、アルキル基が好ましく、炭素数1~5のアルキル基がより好ましく、炭素数1~3のアルキル基がさらに好ましい。
前記一般式(f1-1-1)中、Rf31及びRf41は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、又はスルホ基を表す。Rf31及びRf41における置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記一般式(f1-1-1)中、nf11及びnf21は、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。nf11及びnf21は、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
前記一般式(f1-1-1)中、Xf11及びXf21は、それぞれ独立に、極性基を表す。Xf11及びXf21における極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホ基、アルコキシ基(炭素数1~5が好ましい)、エポキシ基、グリシジル基、グリシドキシ基等が挙げられる。中でも、極性基としては、ヒドロキシ基、エポキシ基、グリシジル基、グリシドキシ基が好ましい。
化合物(F1)の具体例を以下に挙げるが、化合物(F1)はこれらに限定されない。
Figure 0007340976000032
化合物(OF)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。化合物(OF)は、例えば、前記化合物(O1)であってもよく、前記化合物(F1)であってもよく、前記化合物(O1)及び化合物(F1)のいずれにも該当する化合物であってもよい。あるいは、化合物(O1)及び化合物(F1)を併用してもよい。また、2種以上の化合物(O1)を併用してもよく、2種以上の化合物(F1)を併用してもよい。
ハードマスク形成用組成物中の化合物(OF)の含有量は、ハードマスク形成用組成物に含まれる樹脂(P)100質量部に対して、10~100質量部が好ましく、20~100質量部がより好ましく、30~100質量部がさらに好ましい。化合物(OF)の含有量が前記好ましい範囲の下限値以上であると、ハードマスク形成用組成物の埋め込み性が向上する。一方、化合物(OF)の含有量が前記好ましい範囲の上限値以下であると、エッチング耐性が向上する。
化合物(OF)が化合物(O1)である場合、ハードマスク形成用組成物中の化合物(O1)の含有量は、ハードマスク形成用組成物に含まれる樹脂(P)100質量部に対して、10~100質量部が好ましく、20~80質量部がより好ましく、30~60質量部がさらに好ましい。
化合物(OF)が化合物(F1)である場合、ハードマスク形成用組成物中の化合物(F1)の含有量は、ハードマスク形成用組成物に含まれる樹脂(P)100質量部に対して、10~100質量部が好ましく、20~100質量部がより好ましく、30~100質量部がさらに好ましい。
≪任意成分≫
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、前記樹脂(P)及び化合物(OF)に加えて、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、架橋剤、架橋促進触媒、光酸発生剤、吸光剤、レオロジー調整剤、接着補助剤、界面活性剤、溶剤等が挙げられる。
架橋剤としては、メチロール基もしくはアルコキシメチル基を有するグリコールウリルなどのアミノ系架橋剤、及びメラミン系架橋剤等が挙げられる。具体例としては、例えば、(株)三和ケミカルのニカラック〔登録商標〕シリーズ(ニカラックMX270など)が挙げられる。架橋剤成分の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して1~50質量部であることが好ましく、1~40質量部であることがより好ましい。架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
架橋促進触媒としては、例えば、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp-トルエンスルホン酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、及びナフタレンカルボン酸等の酸性化合物;2,4,4,6-テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシレート、2-ニトロベンジルトシレート、及びその他有機スルホン酸アルキルエステル等の熱酸発生剤が挙げられる。架橋促進触媒の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、0.0001~20質量%であることが好ましく、0.0005~10質量%がより好ましく、0.01~3質量%がさらに好ましい。架橋促進触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光酸発生剤としては、例えば、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、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオニウム塩系光酸発生剤類;フェニル-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン等のハロゲン含有化合物系光酸発生剤類;及びベンゾイントシレート、N-ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート等のスルホン酸系光酸発生剤類;等が挙げられる。光酸発生剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、0.2~10質量部であることが好ましく、0.4~5質量部であることが好ましい。光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
吸光剤としては、例えば、「工業用色素の技術と市場」(CMC出版)や「染料便覧」(有機合成化学協会編)に記載の市販の吸光剤、例えば、C.I.Disperse Yellow 1,3,4,5,7,8,13,23,31,49,50,51,54,60,64,66,68,79,82,88,90,93,102,114及び124;C.I.D isperse Orange1,5,13,25,29,30,31,44,57,72及び73;C.I.Disperse Red 1,5,7,13,17,19,43,50,54,58,65,72,73,88,117,137,143,199及び210;C.I.Disperse Violet 43;C.I.Disperse Blue 96;C.I.Fluorescent Brightening Agent 112,135及び163;C.I.Solvent Orange2及び45;C.I.Solvent Red 1,3,8,23,24,25,27及び49;C.I.Pigment Green 10;C.I.Pigment Brown2等が挙げられる。吸光剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。吸光剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
レオロジー調整剤としては、例えば、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ブチルイソデシルフタレート等のフタル酸誘導体;ジノルマルブチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジイソオクチルアジペート、オクチルデシルアジペート等のアジピン酸誘導体;ジノルマルブチルマレート、ジエチルマレート、ジノニルマレート等のマレイン酸誘導体;メチルオレート、ブチルオレート、テトラヒドロフルフリルオレート等のオレイン酸誘導体;及びノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体;等が挙げられる。レオロジー調整剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、30質量部未満が好ましい。レオロジー調整剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
接着補助剤としては、例えば、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類;ヘキサメチルジシラザン、N,N’-ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類;ビニルトリクロロシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン類;ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2-メルカプトベンズイミダゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物;1,1-ジメチルウレア、1,3-ジメチルウレア等の尿素;及びチオ尿素化合物;等が挙げられる。接着補助剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、5質量部未満であることが好ましく、2質量部未満であることがより好ましい。接着補助剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類;ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類;及びポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類;等のノニオン系界面活性剤、並びにエフトップ〔登録商標〕EF301、同EF303、同EF352[三菱マテリアル電子化成(株)(旧(株)トーケムプロダクツ)製、商品名]、メガファック〔登録商標〕F171、同F173、同R-30、同R-40[DIC(株)(旧大日本インキ(株))製、商品名]、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガード〔登録商標〕AG710、サーフロン〔登録商標〕S-382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106(旭硝子(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。界面活性剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、2.0質量部以下が好ましく、1.0質量部以下がより好ましい。界面活性剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
溶剤は、前記樹脂(P)及び化合物(OF)、並びに前記任意成分を溶解するために用いられる。溶剤としては、例えば、γ-ブチロラクトン等のラクトン類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル-n-ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2-ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。これらの中でも、レベリング性をより向上させる観点から、PGME、PGMEA、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ-ブチロラクトン、及びシクロヘキサノン、並びにこれらの混合溶剤等が好ましい。
溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤としてもよい。混合溶剤としては、例えば、PGME及びPGMEAの混合溶剤が例示される。
溶剤の使用量は、特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。例えば、ハードマスク形成用組成物中の樹脂成分濃度が1~50質量%、好ましくは15~35質量%の範囲内となるように、溶剤を配合することができる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、芳香環及び極性基を含む樹脂(P)と、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、を併用することにより、良好なエッチング耐性を有し、かつ埋め込み性が改善されたハードマスク層を形成することができる。これは、ハードマスク層を形成する際の加熱により、樹脂(P)が有する極性基と化合物(OF)との間で脱水縮合等の相互作用が起こり、その結果、エッチング耐性及び埋め込み性が向上するものと推測される。
本実施形態のハードマスク形成用組成物を用いることにより、基板が段差を有する場合であっても、マスク性能が高い平坦化されたハードマスク層を形成することができる。
<電子部品の製造方法>
≪第1実施形態≫
本発明の第2の態様に係る電子部品の製造方法は、
支持体上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下「工程(i)」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程(以下、「工程(ii)」という。)、
前記ハードマスク層(m2)上に、レジスト膜を形成する工程(以下、「工程(iii)」)、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程(以下、「工程(iv)」という。)、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程(以下、「工程(v)」という)、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(vi)」という)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(vii)」という。)
を有する。
以下、本実施形態の電子部品の製造方法について、図1~図8を参照しながら具体例を説明する。ただし、本実施形態に係る製造法は、これに限定されるものではない。
図1は、基板11及び加工層12からなる支持体10を示す。
まず、支持体10上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図2;工程(i))。
次に、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する(図3;工程(ii))。また、必要に応じて、ハードマスク層(m2)上に反射防止膜(BARC)20を成膜する。
次に、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する(図4;工程(iii))。
次に、レジスト膜を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する(図5;工程(iv))。
次に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する(図6;工程(v))。
次に、無機パターン(m2p)をマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する(図7;工程(vi))。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(vii))。
このようにして、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
[工程(i)]
工程(i)は、支持体10上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程である。
支持体10としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、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が挙げられる。より具体的には、シリコンウェーハ、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、金等が使用可能である。
また、支持体10は、前記基板11上に加工層12が成膜されたものであってもよい。加工層12としては、Si、SiO、SiON、SiN、p-Si、α-Si、W、W-Si、Al、Cu、Al-Si等種々のLow-k膜及びそのストッパー膜等が挙げられる。加工層12の厚さは、通常、50~10,000nmとすることができる。また、深掘加工を行なう場合、加工層12の厚さは、1000~10000nmとすることができる。なお、加工層12を成膜する場合、基板11と加工層12とは、通常、異なる材質のものが用いられる。
ハードマスク層(m1)の形成には、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いる。具体的には、支持体10上に、第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を、スピンコート法等で塗布する。次いで、ベークして硬化させることにより、ハードマスク層(m1)を形成する。ベークは、通常、100℃~500℃、好ましくは200℃~450℃、より好ましくは300℃~400℃の範囲で行う。ベーク温度を前記範囲の上限値以下とすることにより、樹脂の酸化反応によるエッチング耐性の低下を抑制することができる。また、ベーク温度を前記範囲の下限値以上とすることにより、後述の工程(ii)での成膜時の高温による変質を抑制することができる。ベーク時間は、通常、10~600秒、好ましくは30~300秒、より好ましくは50~200秒とすることができる。
ハードマスク層(m1)の膜厚は、特に限定されず、加工層12の厚さに応じて適宜設定可能である。ハードマスク層(m1)の膜厚は、例えば、30~20,000nmとすることができる。また、深掘加工を行なう場合、ハードマスク層(m1)の膜厚は、1,000nm以上とすることが好ましい。この場合、ハードマスク層(m1)の膜厚としては、1,000~20,000nmが好ましく、1,000~15,000nmがより好ましい。
[工程(ii)]
工程(ii)は、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程である。
ハードマスク層(m2)を形成するための無機材料は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。無機材料としては、例えば、ケイ素酸化膜(SiO膜)、ケイ素窒化膜(Si膜)、及びケイ素酸化窒化膜(SiON膜)等が挙げられる。中でも、反射防止膜としての効果が高いSiON膜が好ましい。ハードマスク層(m2)の形成には、CVD法やALD法等を用いることができる。
ハードマスク層(m2)の膜厚としては、5~200nm程度が例示され、10~100nm程度が好ましい。
ハードマスク層(m2)の形成にCVD法やALD法を用いる場合、温度が高温(400℃程度)となるため、ハードマスク層(m1)には高温耐性が求められる。前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物は、耐熱性に優れ、400℃程度の高温に曝露されてもシュリンク等が生じにくい。そのため、CVD法やALD法で成膜される無機ハードマスク層と組み合わせて、好適に用いることができる。
ハードマスク層(m2)を形成後、必要に応じて、ハードマスク層(m2)上に、反射防止膜(BARC)20を形成してもよい。BARC20は、有機BARCであってもよく、無機BARCであってもよい。BARCは、従来公知の方法を用いて形成することができる。
[工程(iii)]
工程(iii)は、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する工程である。
レジスト組成物は、特に限定されず、一般に、露光工程を用いた方法に好適なレジスト材料として提案されているものを使用することができる。レジスト組成物は、ポジ型であってもよく、ネガ型であってもよい。レジスト組成物としては、例えば、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分と、を含有するもの等が例示される。
レジスト膜30の形成は、特に限定されず、レジスト膜30の形成に一般的に用いられる方法を用いればよい。例えば、ハードマスク層(m2)上に(BARC20を形成した場合はハードマスク層(m2)上のBARC20上に)、レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、ベーク(ポストアプライベーク(PAB))処理を、例えば80~150℃の温度条件にて40~120秒間、好ましくは60~90秒間施してレジスト膜30を形成することができる。
レジスト膜30の膜厚は、特に限定されないが、一般的に、30~500nm程度が例示される。
[工程(iv)]
工程(iv)は、レジスト膜30を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する工程である。
レジスト膜30の露光は、ArF露光装置、KrF露光装置、電子線描画装置、EUV露光装置等の露光装置を用いて行なうことができる。露光に用いる波長は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、EB(電子線)、並びにX線及び軟X線等の放射線等を用いて行うことができる。レジスト膜30の露光方法は、空気や窒素等の不活性ガス中で行う通常の露光(ドライ露光)であってもよく、液浸露光(Liquid Immersion Lithography)であってもよい。
例えば、レジスト膜30に対して、所定のパターンが形成されたフォトマスク(マスクパターン)を介した露光、又はフォトマスクを介さない電子線の直接照射による描画等により選択的露光を行う。その後、ベーク(ポストエクスポージャーベーク(PEB))処理を、たとえば80~150℃の温度条件にて40~120秒間、好ましくは60~90秒間施す。
次に、前記レジスト膜30を現像処理する。現像処理に用いる現像液は、レジスト組成物の種類、現像方法に応じて、一般的に使用される現像液から適宜選択することができる。例えば、アルカリ現像プロセスの場合は、アルカリ現像液を用い、溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有する現像液(有機系現像液)を用いて行う。
アルカリ現像プロセスで現像処理に用いるアルカリ現像液としては、例えば0.1~10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が挙げられる。
溶剤現像プロセスで現像処理に用いる有機系現像液が含有する有機溶剤としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ニトリル系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
現像処理は、公知の現像方法により実施することが可能であり、たとえば現像液中に支持体を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、支持体表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止する方法(パドル法)、支持体表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している支持体上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
現像処理後、好ましくはリンス処理を行う。リンス処理は、アルカリ現像プロセスの場合は、純水を用いた水リンスが好ましく、溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有するリンス液を用いることが好ましい。
溶剤現像プロセスの場合、前記現像処理またはリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を、超臨界流体により除去する処理を行ってもよい。
現像処理後またはリンス処理後、乾燥を行う。また、場合によっては、上記現像処理後にベーク処理(ポストベーク)を行ってもよい。
このようにして、ハードマスク層(m2)上に、レジストパターン30pを形成することができる。
[工程(v)]
工程(v)は、前記レジストパターン30pをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する工程である。
ハードマスク層(m2)のエッチング処理の方法は、特に限定されず、一般的なドライエッチング法等を用いることができる。エッチングの方法としては、例えば、ダウンフローエッチングやケミカルドライエッチング等の化学的エッチング;スパッタエッチングやイオンビームエッチング等の物理的エッチング;RIE(リアクティブイオンエッチング)等の化学的・物理的エッチングが例示される。
例えば、平行平板型RIEでは、RIE装置のチャンバーに多層積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれた多層積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、エッチングガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などのエッチング種が存在している。これらのエッチング種が下部レジスト層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
ハードマスク層(m2)をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、例えば、ハロゲン系のガスが挙げられる。ハロゲン系のガスとしては、水素原子の一部または全部がフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子で置換された炭化水素ガスが例示される。より具体的には、テトラフルオロメタン(CF)ガス、トリフルオロメタン(CHF)ガス等のフッ化炭素系ガス;テトラクロロメタン(CCl)ガス等の塩化炭素系ガス等が挙げられる。
[工程(vi)]
工程(vi)は、前記無機パターン(m2p)をマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する工程である。
エッチング処理の方法は、特に限定されず、上記工程(vi)と同様に、一般的なドライエッチング方法等を用いることができる。ハードマスク層(m1)をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、例えば、酸素ガス、二酸化硫黄ガス、ハロゲン系ガス等が挙げられる。例えば、エッチングガスとして酸素ガスを用いた酸素プラズマエッチング等が好ましく例示される。
[工程(vii)]
工程(vii)は、前記樹脂パターン(m1p)をマスクとして前記支持体10を加工する工程である。
支持体10の加工は、例えば、樹脂パターン(m1p)をマスクとして加工層12にエッチング処理を施すことにより行うことができる。エッチング処理の方法は、特に限定されず、上記工程(vi)と同様に、一般的なドライエッチング方法等を用いることができる。加工層12をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、例えば、ハロゲン系ガスが挙げられる。
本実施形態の電子部品の製造方法においては、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いて、ハードマスク層(m1)を形成するため、ハードマスク層(m1)の厚膜化(1μm以上)が可能である。そのため、ハードマスク層(m1)から形成される樹脂パターンを、深掘加工のマスクとして好適に用いることができる。
なお、上記では、3層レジスト法により電子部品を製造する方法を説明したが、2層レジスト法により電子部品を製造してもよい。その場合、ハードマスク層(m1)上には、ハードマスク層(m2)ではなく、レジスト膜30を形成する。
そして、前記工程(iv)と同様に、レジスト膜30を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m1)上にレジストパターン30pを形成する。
次に、前記工程(vi)と同様に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する。
その後は、前記工程(vii)と同様に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する。
このようにして、2層レジスト法によっても電子部品を製造することができる。
したがって、本発明は、
支持体上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m1)上にレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法、もまた提供する。
≪第2実施形態≫
本発明の第3の態様に係る電子部品の製造方法は、
支持体上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下、「工程(i)’」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、(以下、「工程(v)’」という。)
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(vi)’」という。)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(vii)’」という。)
を有する。
第3の態様に係る電子部品の製造方法は、レジスト膜の形成を行わず、無機材料からなる無機パターンを直接ハードマスク層(m1)上に形成することを除いて、前記第2の態様に係る電子部品の製造方法と同様である。
以下、本実施形態の電子部品の製造方法について、図1、図2及び図6~8を参照しながら具体例を説明する。ただし、本実施形態に係る製造方法は、これに限定されるものではない。
まず、支持体10上、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図1~図2;工程(i)’)。本工程は、前記第2の態様に係る電子部品の製造方法における工程(i)と同様である。
次に、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターン(m2p)を形成する(図6;工程(v)’)。無機パターン(m2p)を形成するための無機材料としては、前記第2の態様に係る電子部品の製造方法における工程(ii)で例示した無機材料と同様のもの、及び前記無機材料を含有するレジスト組成物等が挙げられる。無機パターン(m2p)の形成方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ハードマスク層(m1)上に、無機材料を含有するレジスト組成物を用いて、無機レジスト膜を形成し、露光及び現像を行なうことで、ハードマスク層(m1)上に無機パターン(m2p)を形成することができる。
次に、無機パターン(m2p)をマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する(図7;工程(vi)’)。本工程は、前記第2の態様に係る電子部品の製造方法における工程(vi)と同様である。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(vii)’)。本工程は、前記第2の態様に係る電子部品の製造方法における工程(vii)と同様である。
このようにしても、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
<樹脂(P)の製造例>
≪樹脂(P-1-1)≫
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだ三口フラスコで、9-ナフチルカルバゾール10.00g(34.09mmol)、ベンズアルデヒド36.17g(40.9mmol)、及び1-ピレノール66.96g(306.8mmol)を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート75.42gに溶解した後、パラトルエンスルホン酸10%PM溶液87.53gを添加し、反応温度120℃で10時間加熱撹拌した。その後、反応液を室温まで冷却した。
得られた反応液を大量のメタノール(MeOH)に滴下して重合体を析出させる操作を行い、沈殿した褐色粉体を大量のメタノールにて洗浄、乾燥して樹脂(P-1-1)を85g(収率75%)得た。
この樹脂(P-1-1)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は4,400であり、分子量分散度(Mw/Mn)は2.10であった。
Figure 0007340976000033
≪樹脂(P-2-1)≫
定法により、m-クレゾール及びp-クレゾールと、ホルムアルデヒドとを酸触媒下で付加縮合させることにより、下記の樹脂(P-2-1)を得た。この樹脂(P-2-1)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は21,000であり、分子量分散度(Mw/Mn)は26であった。
Figure 0007340976000034
≪樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1-2)、樹脂(P-3-2)≫
定法により、各構成単位を誘導するモノマーをラジカル重合することにより、樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1―2)、及び樹脂(P-3-2)をそれぞれ合成した。これらの樹脂について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)、及び分子量分散度(Mw/Mn)を合わせて示す。
Figure 0007340976000035
(実施例1~16、比較例1~8)
<ハードマスク形成用組成物の調製>
表1~3に示す各成分を混合して溶解し、各例のハードマスク形成用組成物(固形分濃度:18~20質量%)をそれぞれ調製した。
Figure 0007340976000036
Figure 0007340976000037
Figure 0007340976000038
表1~3中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量部)である。
(P)-1:上記の樹脂(P-1-1)。
(P)-2:上記の樹脂(P-2-1)。
(P)-3:上記の樹脂(P-3-1-1)。
(P)-4:上記の樹脂(P-3-1-2)。
(P)-5:上記の樹脂(P-3-2)。
(O)-1:下記化合物(O1-1)。
(O)-2:下記化合物(O1-2)。
(O)-3:下記化合物(O1-3)。
(O)-4:下記化合物(O1-4)。
(F)-1:下記化合物(F1-1)。
(F)-2:下記化合物(F1-2)。
(C)-1:下記化合物(C-1)。
(A)-1:フッ素系界面活性剤、DIC株式会社製の商品名「R-40」。
(S)-1: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)/γ-ブチロラクトン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-2: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)/シクロヘキサノン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-3: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)。
Figure 0007340976000039
Figure 0007340976000040
Figure 0007340976000041
[エッチング耐性]
シリコンウェーハ上に、実施例1~16及び比較例1~8の各ハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布した。その後、大気雰囲気下にて、表4~6に示す温度で90秒間ベーク(焼成)し、厚さ1.0μmのハードマスク層を形成し、ハードマスク層付き基板を得た。
前記ハードマスク層付き基板を、エッチング装置を用いて、N/O=40/80sccm、Press=20mtorr、RF-Power=350W、90秒条件にて処理し、処理前後の平均膜厚からエッチング速度(nm/sec)を算出した。
エッチング速度の評価は、同じ樹脂成分を用いた実施例及び比較例毎に、添加物1を添加していない比較例(比較例1、4、6、7、8)におけるエッチング速度を100%としたときの相対エッチング速度(比率)を算出し、下記評価基準に基づき評価した。その結果を表4~6に示した。
評価基準
(実施例1~7、比較例2、3)
AA:比較例1のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例1のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例1のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例1のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例8~13、比較例5)
AA:比較例4のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例4のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例4のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例4のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例14)
AA:比較例6のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例6のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例6のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例6のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例15)
AA:比較例7のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例7のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例7のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例7のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例16)
AA:比較例8のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例8のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例8のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例8のエッチング速度に対する比率が110%超
[埋め込み性]
ピッチ200nm、ラインアンドスペース100nm、深さ200nmのシリコンウェーハ段差基板(被加工基板)上に、実施例1~16及び比較例1~8各ハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンコート法により塗布した。その後、大気雰囲気下にて、表1~3に示す温度で90秒間ベーク(焼成)し、厚さ300nmのハードマスク層を形成し、ハードマスク層付き段差基板を得た。
前記ハードマスク層付き段差基板の断面形状を走査型電子顕微鏡(製品名:SU8000、メーカー名:日立ハイテクノロジーズ社製)にて観察し、下記評価基準に基づき、埋め込み性を評価した。その結果を表4~6に示した。
評価基準
〇:良好(ボイドが観察されない)
×:不良(ボイドが観察される)
Figure 0007340976000042
Figure 0007340976000043
Figure 0007340976000044
表4~6に示す結果から、実施例1~16のハードマスク形成用組成物では、優れたエッチング耐性と優れた埋め込み性とを両立できることが確認された。
(実施例17~18、比較例9)
<ハードマスク形成用組成物の調製>
表7に示す各成分を混合して溶解し、各例のハードマスク形成用組成物(固形分濃度:18~20質量%(実施例17、18);25質量%(比較例9))をそれぞれ調製した。
Figure 0007340976000045
表7中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量部)である。
(P)-1:上記の樹脂(P-1-1)。
(P)-2:上記の樹脂(P-2-1)。
(O)-3:上記化合物(O1-3)。
(A)-1:フッ素系界面活性剤、DIC株式会社製の商品名「R-40」。
(S)-1: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)/γ-ブチロラクトン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-2: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)/シクロヘキサノン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-3: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)。
[エッチング耐性]
シリコンウェーハ上に、実施例17~18及び比較例9の各ハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布し、上記と同様にハードマスク層付き基板を得た。前記ハードマスク層付き基板を、エッチング装置を用いて、N/O=40/80sccm、Press=20mtorr、RF-Power=350W、90秒条件にて処理し、処理前後の平均膜厚からエッチング速度(nm/sec)を算出した。
エッチング速度の評価は、比較例9におけるエッチング速度を100%としたときの相対エッチング速度(比率)を算出し、下記評価基準に基づき評価した。その結果を表8に示した。
評価基準
AA:比較例9のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例9のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例9のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例9のエッチング速度に対する比率が110%超
<埋め込み性>
上記と同様にハードマスク層付き段差基板を作製し、前記ハードマスク層付き段差基板の断面形状を走査型電子顕微鏡(製品名:SU8000、メーカー名:日立ハイテクノロジーズ社製)にて観察し、下記評価基準に基づき、埋め込み性を評価した。その結果を表8に示した。
評価基準
〇:良好(ボイドが観察されない)
×:不良(ボイドが観察される)
Figure 0007340976000046
表8に示す結果から、実施例17~18のハードマスク形成用組成物では、比較例9と比較して、エッチング耐性が向上することが確認された。
(樹脂の溶解性試験)
上記の樹脂(P-1-1)、樹脂(P-2-1)、樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1-2)、及び樹脂(P-3-2)、並びに下記樹脂(P2-1)を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に対して、30質量%となるように溶解した。
その結果、樹脂(P-1-1)、樹脂(P-2-1)、樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1-2)、及び樹脂(P-3-2)は、PGMEAに対する溶解性が良好で、30質量%のPGMEA溶液を調製することができた。一方、樹脂(P2-1)は、PGMEAに対する溶解性が不良であり、30質量%のPGMEA溶液を調製することができなかった。
Figure 0007340976000047
10 支持体
11 基板
12 加工層
12p パターン
20 BARC層
30 レジスト膜
30p レジストパターン
m1、m2 ハードマスク層
m1p 樹脂パターン
m2p 無機パターン
100 電子部品

Claims (5)

  1. リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、
    芳香環及び極性基を含む樹脂(P)と、
    芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、
    を含有し、
    前記樹脂(P)が、
    下記一般式(u11-1)で表される構成単位(u11)と、下記一般式(u12-1)で表される構成単位(u12)と、を有し、且つビナフトール骨格を含まない樹脂(P-1);
    下記一般式(u21-1-1)で表される構成単位(u21)と、下記一般式(u12-1)で表される構成単位(u12)と、を有し、且つビナフトール骨格を含まない樹脂(P-2);又は
    下記一般式(u31-1)で表される構成単位(u31)を有し、前記構成単位(u31)の割合が、前記樹脂(P)を構成する全構成単位の合計に対して30~100モル%であり、且つビナフトール骨格を含まない樹脂(P-3)であり、
    前記化合物(OF)が、
    下記一般式(o1-1)で表される構造を含む化合物(O1);又は
    下記一般式(f1-1)で表される化合物(F1)である、
    ハードマスク形成用組成物。
    Figure 0007340976000048
    [式中、R11は、置換基を有してもよい炭素数10~30の多環式芳香族炭化水素基である。R12は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基である。]
    Figure 0007340976000049
    [式中、nは0~3の整数である。R22は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。]
    Figure 0007340976000050
    [式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Yax1は、単結合又は2価の連結基である。Wax1は、(nax1+1)価の芳香族炭化水素基である。nax1は、1~3の整数である。]
    Figure 0007340976000051
    [式中、Ro1は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Aro1は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Ro2は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。no1は、0~4の整数である。no1が2以上の整数である場合、複数のRo1はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。no2は、0~3の整数である。no2が2以上の整数である場合、複数のRo2はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo2のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro1中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。*及び**は、それぞれ独立して、水素原子又は結合手を表す。]
    Figure 0007340976000052
    [式中、Rf1及びRf2は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Rf3及びRf4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、又はスルホ基を表す。nf1及びnf2は、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。]
  2. 前記樹脂(P-3)は、さらに、下記一般式(u32-1)で表される構成単位(u32)を有する、請求項1に記載のハードマスク形成用組成物。
    Figure 0007340976000053
    [式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Yax3は、単結合又は2価の連結基である。Lax3は-O-、-COO-、-CON(R’)-、-OCO-、-CONHCO-又は-CONHCS-であり、R’は水素原子又はメチル基を示す。但し、Lax3が-O-の場合、Yax3は-CO-にはならない。Rax3は、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。]
  3. 前記化合物(F1)が少なくとも1個の極性基を有する、請求項1に記載のハードマスク形成用組成物。
  4. 支持体上に、請求項1~3のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
    前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程、
    前記ハードマスク層(m2)上にレジスト膜を形成する工程、
    前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程、
    前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程、
    前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
    前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
    を有する、電子部品の製造方法。
  5. 支持体上に、請求項1~3のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
    前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、
    前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
    前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
    を有する、電子部品の製造方法。
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