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JP7627431B2 - Prepolymer having a triazine skeleton, composition containing the same, method for forming a resist pattern, method for forming a circuit pattern, and method for purifying the prepolymer - Google Patents
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Prepolymer having a triazine skeleton, composition containing the same, method for forming a resist pattern, method for forming a circuit pattern, and method for purifying the prepolymer Download PDF

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Description

本発明は、トリアジン骨格を有するプレポリマー、これを含む組成物、レジストパターン形成方法、回路パターン形成方法、及び当該プレポリマーの精製方法に関する。The present invention relates to a prepolymer having a triazine skeleton, a composition containing the same, a method for forming a resist pattern, a method for forming a circuit pattern, and a method for purifying the prepolymer.

半導体デバイスの製造において、フォトレジスト材料を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われているが、近年、LSI(大規模集積回路)の高集積化と高速度化に伴い、パターンルールによる更なる微細化が求められている。また、レジストパターン形成の際に使用するリソグラフィー用の光源は、KrFエキシマレーザー(248nm)からArFエキシマレーザー(193nm)へと短波長化されており、極端紫外光(EUV、13.5nm)の導入も見込まれている。In the manufacture of semiconductor devices, microfabrication is carried out by lithography using photoresist materials, but in recent years, with the increasing integration and speed of LSIs (large-scale integrated circuits), there is a demand for even finer patterns using pattern rules. In addition, the light source for lithography used in forming resist patterns has been shortened from KrF excimer lasers (248 nm) to ArF excimer lasers (193 nm), and the introduction of extreme ultraviolet light (EUV, 13.5 nm) is also expected.

しかしながら、従来の高分子系レジスト材料を用いるリソグラフィーでは、その分子量が1万~10万程度と大きく、分子量分布も広いため、パターン表面にラフネスが生じパターン寸法の制御が困難となり、微細化に限界がある。そこで、これまでに解像性のより高いレジストパターンを与えるために、種々の低分子量レジスト材料が提案されている。低分子量レジスト材料は分子サイズが小さいことから、解像性が高く、ラフネスが小さいレジストパターンを与えることが期待される。However, in lithography using conventional polymer resist materials, the molecular weight is large, around 10,000 to 100,000, and the molecular weight distribution is wide, which causes roughness on the pattern surface, making it difficult to control the pattern dimensions and limiting miniaturization. Therefore, various low molecular weight resist materials have been proposed to provide resist patterns with higher resolution. Because low molecular weight resist materials have a small molecular size, they are expected to provide resist patterns with high resolution and low roughness.

現在、このような低分子量レジスト材料として、様々なものが知られている。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(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)が提案されており、高耐熱性を有する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(例えば、特許文献3及び非特許文献1参照)も提案されている。また、レジスト材料のベース化合物として、ポリフェノール化合物が、低分子量ながら高耐熱性を付与でき、レジストパターンの解像性やラフネスの改善に有用であることが知られている(例えば、非特許文献2参照)。Currently, various low molecular weight resist materials are known. For example, an alkaline development type negative radiation-sensitive composition using a low molecular weight polynuclear polyphenol compound as a main component (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2) has been proposed, and an alkaline development type negative radiation-sensitive composition using a low molecular weight cyclic polyphenol compound as a main component (see, for example, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1) has also been proposed as a candidate for a low molecular weight resist material having high heat resistance. In addition, it is known that polyphenol compounds, as a base compound of a resist material, can impart high heat resistance despite their low molecular weight, and are useful for improving the resolution and roughness of a resist pattern (see, for example, Non-Patent Document 2).

また、本発明者らは、エッチング耐性に優れるとともに、溶媒に可溶で湿式プロセスが適用可能な材料として、特定の構造の化合物及び有機溶媒を含有するレジスト組成物(特許文献4を参照。)を提案している。The inventors have also proposed a resist composition (see Patent Document 4) containing a compound of a specific structure and an organic solvent as a material that has excellent etching resistance, is soluble in a solvent, and can be used in wet processes.

上記の他に低分子量ながら高耐熱性の材料を提供できる化合物として、シアネート化合物が知られている。シアネート化合物は硬化してトリアジン環を形成するため、耐熱性に優れる硬化物を与える。しかしシアネート化合物は一般に結晶性が高く溶媒への溶解性が低いため取扱性が容易ではなかった。これまでシアネート化合物を低度に重合して適度な分子量を有する化合物として取扱性を向上させることが試みられてきた。しかし、トリアジン化反応は急激に進行するため、分子量の調整が極めて困難であり、適度な分子量を有する化合物を得ることは容易でなかった。In addition to the above, cyanate compounds are known as compounds that can provide highly heat-resistant materials despite their low molecular weight. Cyanate compounds cure to form triazine rings, giving rise to cured products with excellent heat resistance. However, cyanate compounds are generally highly crystalline and have low solubility in solvents, making them difficult to handle. Up until now, attempts have been made to polymerize cyanate compounds to a low degree to produce compounds with an appropriate molecular weight, thereby improving their ease of handling. However, because the triazine reaction proceeds rapidly, it is extremely difficult to adjust the molecular weight, and it has not been easy to obtain compounds with an appropriate molecular weight.

特開2005-326838号公報JP 2005-326838 A 特開2008-145539号公報JP 2008-145539 A 特開2009-173623号公報JP 2009-173623 A 国際公開第2013/024778号International Publication No. 2013/024778

T.Nakayama,M.Nomura,K.Haga,M.Ueda:Bull.Chem.Soc.Jpn.,71,2979(1998)T. Nakayama, M. Nomura, K. Haga, M. Ueda: Bull. Chem. Soc. Jpn. , 71, 2979 (1998) 岡崎信次、他22名「フォトレジスト材料開発の新展開」株式会社シーエムシー出版、2009年9月、p.211-259Shinji Okazaki and 22 others, "New Developments in Photoresist Material Development," CMC Publishing Co., Ltd., September 2009, pp. 211-259

かかる事情を鑑み、本発明は優れた耐熱性及び取扱性を備えるプレポリマーを提供することを課題とする。In view of these circumstances, the present invention aims to provide a prepolymer that has excellent heat resistance and handleability.

発明者らは、多官能シアネート化合物とフェノール類を反応させて得たプレポリマーが前記課題を解決することを見出した。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
多官能シアネート化合物とフェノール類を反応させて形成されるトリアジン骨格を有するプレポリマー。
[2]
前記多官能シアネート化合物が、後述する式(1)又は式(2)で表される、[1]に記載のプレポリマー。
[3]
前記多官能シアネート化合物が、後述する式(3)で表される、[1]に記載のプレポリマー。
[4]
前記フェノール類が後述する式(4)で表される、[1]~[3]のいずれかに記載のプレポリマー。
[5]
前記式(1)で表される多官能シアネート化合物が、後述する式(1-1)で表される、[1]、[2]、又は[4]に記載のプレポリマー。
[6]
前記式(2)で表される多官能シアネート化合物が、後述する式(2-1)で表される、[1]、[2]、又は[4]に記載のプレポリマー。
[7]
前記式(4)で表されるフェノール類が、後述する下記式(4-1)で表されるモノフェノールである、[4]~[6]のいずれかに記載のプレポリマー。
[8]
質量平均分子量が400~10000である、[1]~[7]のいずれかに記載のプレポリマー。
[9]
末端にフェノール性水酸基を有する、[1]~[8]のいずれかに記載のプレポリマー。
[10]
前記[1]~[9]のいずれかに記載のプレポリマーを含む組成物。
[11]
溶媒をさらに含有する、[10]に記載の組成物。
[12]
[10]又は[11]に記載の組成物から形成されたレジスト膜。
[13]
[10]又は[11]に記載の組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
形成された前記レジスト膜の少なくとも一部を露光する工程と、
露光した前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
を含む、レジストパターン形成方法。
[14]
[1]~[9]のいずれかに記載のプレポリマーと、ジアゾナフトキノン光活性化合物と、溶媒と、を含有する感放射線性組成物であって、
当該組成物中、前記溶媒の含有量が20~99質量%である感放射線性組成物。
[15]
前記溶媒以外の成分を固形分とするとき、当該固形分が、
1~99質量%の前記プレポリマーと、
99~1質量%の前記ジアゾナフトキノン光活性化合物と、
0~49質量%のその他の任意成分とを含む、[14]に記載の感放射線性組成物。
[16]
[14]又は[15]に記載の感放射線性組成物をスピンコートして得られるアモルファス膜。
[17]
[14]~[16]のいずれかに記載の感放射線性組成物を用いて、基板上にアモルファス膜を形成する工程を含む、アモルファス膜の製造方法。
[18]
[14]~[16]のいずれかに記載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と、
形成された前記レジスト膜の少なくとも一部を露光する工程と、
露光した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。
[19]
[10]又は[11]に記載の組成物から形成されたリソグラフィー用下層膜。
[20]
[10]又は[11]に記載の組成物を用いて、基板上に下層膜を形成する工程を含む、リソグラフィー用下層膜の製造方法。
[21]
[10]又は[11]に記載の組成物を用いて、基板上に、下層膜を形成する工程と、
前記下層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
を有する、レジストパターン形成方法。
[22]
[10]又は[11]に記載の組成物を用いて、基板上に下層膜を形成する工程と、
前記下層膜上に、珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いて中間層膜を形成する工程と、
前記中間層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記中間層膜をエッチングして、中間層膜パターンを形成する工程と、
前記中間層膜パターンをエッチングマスクとして前記下層膜をエッチングして、下層膜パターンを形成する工程と、
前記下層膜パターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングして、前記基板にパターンを形成する工程と、
を有する、パターン形成方法。
[23]
[10]又は[11]に記載の組成物から形成される光学部品。
The inventors have found that a prepolymer obtained by reacting a polyfunctional cyanate compound with a phenol can solve the above problems.
That is, the present invention is as follows.
[1]
A prepolymer having a triazine skeleton formed by reacting a polyfunctional cyanate compound with a phenol.
[2]
The prepolymer according to [1], wherein the polyfunctional cyanate compound is represented by the following formula (1) or formula (2).
[3]
The prepolymer according to [1], wherein the polyfunctional cyanate compound is represented by the following formula (3).
[4]
The prepolymer according to any one of [1] to [3], wherein the phenol is represented by the formula (4) described below.
[5]
The prepolymer according to [1], [2], or [4], wherein the polyfunctional cyanate compound represented by the formula (1) is represented by the formula (1-1) described below.
[6]
The prepolymer according to [1], [2], or [4], wherein the polyfunctional cyanate compound represented by the formula (2) is represented by the formula (2-1) described below.
[7]
The prepolymer according to any one of [4] to [6], wherein the phenol represented by the formula (4) is a monophenol represented by the following formula (4-1) described later.
[8]
The prepolymer according to any one of [1] to [7], having a mass average molecular weight of 400 to 10,000.
[9]
The prepolymer according to any one of [1] to [8], having a phenolic hydroxyl group at a terminal thereof.
[10]
A composition comprising the prepolymer according to any one of [1] to [9] above.
[11]
The composition according to [10], further comprising a solvent.
[12]
A resist film formed from the composition according to [10] or [11].
[13]
forming a resist film on a substrate using the composition according to [10] or [11];
exposing at least a portion of the formed resist film;
developing the exposed resist film to form a resist pattern;
A method for forming a resist pattern comprising the steps of:
[14]
A radiation-sensitive composition comprising the prepolymer according to any one of [1] to [9], a diazonaphthoquinone photoactive compound, and a solvent,
The radiation-sensitive composition has a solvent content of 20 to 99% by mass in the composition.
[15]
When the components other than the solvent are considered to be solid contents, the solid contents are
1 to 99% by weight of the prepolymer;
99 to 1% by weight of the diazonaphthoquinone photoactive compound;
and 0 to 49% by mass of other optional components.
[16]
An amorphous film obtained by spin-coating the radiation-sensitive composition according to [14] or [15].
[17]
A method for producing an amorphous film, comprising a step of forming an amorphous film on a substrate using the radiation-sensitive composition according to any one of [14] to [16].
[18]
forming a resist film on a substrate using the radiation-sensitive composition according to any one of [14] to [16];
exposing at least a portion of the formed resist film;
developing the exposed resist film to form a resist pattern.
[19]
An underlayer film for lithography formed from the composition according to [10] or [11].
[20]
A method for producing an underlayer film for lithography, comprising a step of forming an underlayer film on a substrate using the composition according to [10] or [11].
[21]
forming an underlayer film on a substrate using the composition according to [10] or [11];
forming at least one photoresist layer on the underlayer film;
irradiating predetermined areas of the photoresist layer with radiation and developing the photoresist layer to form a resist pattern;
The method for forming a resist pattern comprises the steps of:
[22]
forming an underlayer film on a substrate using the composition according to [10] or [11];
forming an intermediate layer film on the underlayer film using a resist intermediate layer film material containing silicon atoms;
forming at least one photoresist layer on the intermediate layer film;
irradiating predetermined areas of the photoresist layer with radiation and developing the photoresist layer to form a resist pattern;
a step of etching the intermediate layer film using the resist pattern as a mask to form an intermediate layer film pattern;
forming an underlayer film pattern by etching the underlayer film using the intermediate layer film pattern as an etching mask;
forming a pattern on the substrate by etching the substrate using the underlayer film pattern as an etching mask;
The pattern forming method comprises the steps of:
[23]
An optical component formed from the composition according to [10] or [11].

本発明によって優れた耐熱性及び取扱性を備えるプレポリマーが提供できる。 The present invention provides a prepolymer with excellent heat resistance and handleability.

本発明は、リソグラフィー用膜形成材料又は光学部品形成用材料として特に有用なトリアジン骨格を有するプレポリマー、これを含む組成物、レジストパターン形成方法、絶縁膜の形成方法、回路パターン形成方法、並びに上記プレポリマーの精製方法を提供する。以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「X~Y」はその端値であるX及びYを含む。The present invention provides a prepolymer having a triazine skeleton that is particularly useful as a film-forming material for lithography or a material for forming optical components, a composition containing the prepolymer, a method for forming a resist pattern, a method for forming an insulating film, a method for forming a circuit pattern, and a method for purifying the prepolymer. The present invention is described in detail below. In the present invention, "X to Y" includes the end values X and Y.

1.トリアジン骨格を有するプレポリマー
本発明のトリアジン骨格を有するプレポリマー(以下「本発明のプレポリマー」ともいう)は、多官能シアネート化合物とフェノール類を反応させて得られるトリアジン化合物の一種である。本発明のプレポリマーは、一般に熱硬化性樹脂の分野においてBステージ化と称される軽度に高分子量化された流動性を有する重合体である。
1. Prepolymer Having a Triazine Skeleton The prepolymer having a triazine skeleton of the present invention (hereinafter also referred to as the "prepolymer of the present invention") is a type of triazine compound obtained by reacting a polyfunctional cyanate compound with a phenol. The prepolymer of the present invention is a polymer having a flowability that is lightly polymerized and is generally called B-staged in the field of thermosetting resins.

触媒としてフェノール類をシアネート化合物および樹脂に添加し、各種溶媒中で反応させると、トリアジン環を形成しつつ3次元化が進み、溶媒への溶解性を保持しながら、シアネート化合物および樹脂を高分子量化できる。添加されたフェノール類はトリアジン環化に関与するとともに、生成するポリマー中に取り込まれることから、当該ポリマー(プレポリマー)は末端水酸基及びトリアジン環を備えるので、耐熱性と溶解性の両立を達成できる。従来技術では高温での加熱により硬化させることで耐熱性を有するトリアジン環を形成させる必要があったが、本発明では高温加熱処理を行わずにトリアジン環を有する重合体を得ることができる。When phenols are added as catalysts to cyanate compounds and resins and reacted in various solvents, triazine rings are formed while three-dimensionalization progresses, and the cyanate compounds and resins can be made high molecular weight while maintaining solubility in the solvent. The added phenols are involved in triazine cyclization and are incorporated into the resulting polymer, so that the polymer (prepolymer) has terminal hydroxyl groups and triazine rings, achieving both heat resistance and solubility. In conventional technology, it was necessary to form heat-resistant triazine rings by curing them with high temperature heating, but in the present invention, a polymer with triazine rings can be obtained without high temperature heating.

レジスト膜用途やリソグラフィー膜下層膜用途においては、その形成方法において、高温ベークできる時間に制限があるので、事前にトリアジン環を有する重合体を得ることは有用である。 In resist film applications and lithography underlayer film applications, the formation method has a limit to the time that high-temperature baking can be performed, so it is useful to obtain a polymer having a triazine ring in advance.

本発明のプレポリマーは三次元的に分子鎖が延びているので、一般式で表すことは困難である。本発明のプレポリマーは例えば以下のような構造を有する。 The prepolymer of the present invention has molecular chains that extend three-dimensionally, making it difficult to express it in a general formula. The prepolymer of the present invention has, for example, the following structure:

Figure 0007627431000001
Figure 0007627431000001

上記式において、Cyは多官能シアネート化合物に由来する部位であり、Phはフェノール類に由来する部位である。In the above formula, Cy is a moiety derived from a polyfunctional cyanate compound, and Ph is a moiety derived from a phenol.

[多官能シアネート化合物]
多官能シアネート化合物とは、複数のシアネート基を有する化合物である。本発明において多官能シアネート化合物は、2官能、分岐状3官能、又は直鎖状多官能(3官能以上)タイプであることが好ましい。以下、各タイプについて説明する。
[Polyfunctional cyanate compound]
A polyfunctional cyanate compound is a compound having a plurality of cyanate groups. In the present invention, the polyfunctional cyanate compound is preferably a bifunctional, branched trifunctional, or linear polyfunctional (trifunctional or more) type. Each type will be described below.

1)2官能シアネート化合物
2官能シアネート化合物は好ましくは式(1)で表される。
1) Bifunctional Cyanate Compound The bifunctional cyanate compound is preferably represented by formula (1).

Figure 0007627431000002
Figure 0007627431000002

式中、シアネート基は芳香族基に1つずつ結合している。Xは酸素原子、硫黄原子、単結合、又は無架橋であることを示す。Xが無架橋であることを示すとは、-X-で表される結合が存在しないことを意味する。原料の入手容易性から、Xは無架橋であってもよい。In the formula, each cyanate group is bonded to an aromatic group. X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a single bond, or no cross-linking. When X represents no cross-linking, it means that there is no bond represented by -X-. In terms of availability of raw materials, X may be no cross-linking.

は単結合又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数0~40の2価の基である。ヘテロ原子とは、水素原子及び炭素原子以外の原子であり、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ケイ素原子が挙げられるが、原料の入手容易性等から硫黄原子、酸素原子、窒素原子、又はケイ素原子が好ましい。したがって、Rがヘテロ原子を含む場合、当該基としては、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、カルボキシ基(-C(=O)O-)、カルボキシ基含有基、カルボニルジオキサイド基(-OC(=O)O-)、スルホニル基(-SO2-)、アミド基(-C(=O)-NH-)、-(Si(R)-O-)-含有基(Rは炭素数1~2のアルキル基、hは1~100の数)、ヘキサフルオロイソプロピリデン基、フタリドジイル基、及びアリールジオールの水酸基から水素原子を除去して誘導される基等が挙げられる。 R2 is a single bond or a divalent group having 0 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom. The heteroatom is an atom other than a hydrogen atom or a carbon atom, and examples of the heteroatom include an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and a silicon atom. From the viewpoint of the availability of raw materials, a sulfur atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, or a silicon atom is preferred. Therefore, when R2 contains a heteroatom, examples of the group include an oxygen atom, a sulfur atom, a carbonyl group, a carboxy group (-C(=O)O-), a carboxy group-containing group, a carbonyl dioxide group (-OC(=O)O-), a sulfonyl group ( -SO2- ), an amide group (-C(=O)-NH-), a -(Si(R) 2 -O-) h -containing group (where R is an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, and h is a number from 1 to 100), a hexafluoroisopropylidene group, a phthalidodiyl group, and a group derived by removing a hydrogen atom from a hydroxyl group of an aryldiol.

また、Rはがヘテロ原子を含まない場合、Rは炭素数1~40の2価の炭化水素基である。このような炭化水素基としては、炭素数が1~40の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキレン基、炭素数6~40のアラルキレン基等が挙げられる。 When R2 does not contain a heteroatom, R2 is a divalent hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms. Examples of such a hydrocarbon group include linear, branched, or cyclic alkylene groups having 1 to 40 carbon atoms, and aralkylene groups having 6 to 40 carbon atoms.

前記アルキレン基としては、メチレン基又はエチレン基等の直鎖状アルキレン基、イソプロピリデン基等の分岐状アルキレン基、シクロヘキシレン基又はアダマンタンジイル基等の環状のアルキレン基が挙げられる。当該アルキレン基は、ハロゲンで置換されていてもよい。Examples of the alkylene group include linear alkylene groups such as a methylene group or an ethylene group, branched alkylene groups such as an isopropylidene group, and cyclic alkylene groups such as a cyclohexylene group or an adamantanediyl group. The alkylene group may be substituted with a halogen.

前記アラルキレン基としてはベンジレン基やフルオレンジイル基等が挙げられる。当該アラルキレン基における芳香環は複素環であってもよく、これらの環は置換基として炭素数1~4のアルキル基やハロゲン原子を有していてもよい。Examples of the aralkylene group include a benzylene group and a fluorenediyl group. The aromatic ring in the aralkylene group may be a heterocycle, and these rings may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a halogen atom as a substituent.

式(1)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~40のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~40のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数2~40のアルキニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6~40のアリールオキシ基である。 In formula (1), R0 is an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an aryl group having 6 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, or an aryloxy group having 6 to 40 carbon atoms which may have a substituent.

前記アルキル基は直鎖状、分岐状若しくは環状であってよく、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基等が挙げられる。これらの基は、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、チオール基、水酸基又は水酸基の水素原子が解離性基で置換された基等を置換基として有していてもよい。以下、これらの置換基を「特定置換基」ともいう。The alkyl group may be linear, branched or cyclic, and examples thereof include methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, t-butyl, cyclopropyl and cyclobutyl groups. These groups may have, as substituents, halogen atoms, nitro, amino, thiol, hydroxyl or groups in which the hydrogen atom of a hydroxyl group has been substituted with a dissociable group. Hereinafter, these substituents are also referred to as "specific substituents".

前記アリール基としては、例えばフェニル基、ナフタレン基、ビフェニル基等が挙げられる。これらの基に前記特定置換基が結合していてもよい。Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthalene group, and a biphenyl group. The specific substituent may be bonded to these groups.

前記アルケニル基としては、例えば、プロペニル基、ブテニル基等が挙げられる。これらの基に前記特定置換基が結合していてもよい。Examples of the alkenyl group include a propenyl group and a butenyl group. The specific substituent may be bonded to these groups.

前記アルキニル基としては、例えば、プロピニル基、ブチニル基等が挙げられる。これらの基に前記特定置換基が結合していてもよい。Examples of the alkynyl group include a propynyl group and a butynyl group. The specific substituent may be bonded to these groups.

前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、シクロヘキシロキシ基等が挙げられる。これらの基に前記特定置換基が結合していてもよい。Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a cyclohexyloxy group. The specific substituent may be bonded to these groups.

前記アリールオキシ基としては、例えばフェノキシ基、ナフタレンオキシ基、ビフェニルオキシ基等が挙げられる。これらの基に前記特定置換基が結合していてもよい。Examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a naphthaleneoxy group, and a biphenyloxy group. The specific substituent may be bonded to these groups.

解離性基とは触媒の存在下又は不存在下で解離する基をいい、中でも酸の存在下で開裂してアルカリ可溶性基を生成しうる基を酸解離性基という。アルカリ可溶性基としては、限定されないが、フェノール性水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、ヘキサフルオロイソプロパノール基等が挙げられ、中でも、導入試薬の入手容易性の観点から、フェノール性水酸基又はカルボキシル基が好ましく、フェノール性水酸基が特に好ましい。解離性基は、高感度・高解像度なパターン形成を可能にするために、酸の存在下で連鎖的に開裂反応を起こす性質を有することが好ましい。解離性基としては、特に限定されないが、例えば、KrFやArF用の化学増幅型レジスト組成物に用いられるヒドロキシスチレン樹脂、(メタ)アクリル酸樹脂等において提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。酸解離性基の好ましい例としては、酸により解離する性質を有する、1-置換エチル基、1-置換-n-プロピル基、1-分岐アルキル基、シリル基、アシル基、1-置換アルコキシメチル基、環状エーテル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルアルキル基からなる群より選ばれる基が挙げられる。A dissociable group refers to a group that dissociates in the presence or absence of a catalyst, and among these, a group that can cleave in the presence of an acid to generate an alkali-soluble group is called an acid-dissociable group. Examples of alkali-soluble groups include, but are not limited to, phenolic hydroxyl groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, hexafluoroisopropanol groups, etc., and among these, from the viewpoint of ease of availability of introduction reagents, phenolic hydroxyl groups or carboxyl groups are preferred, and phenolic hydroxyl groups are particularly preferred. In order to enable highly sensitive and high-resolution pattern formation, it is preferable that the dissociable group has the property of undergoing a chain cleavage reaction in the presence of an acid. The dissociable group is not particularly limited, and can be appropriately selected from those proposed in, for example, hydroxystyrene resins and (meth)acrylic acid resins used in chemically amplified resist compositions for KrF and ArF. Preferred examples of the acid-dissociable group include groups selected from the group consisting of a 1-substituted ethyl group, a 1-substituted-n-propyl group, a 1-branched alkyl group, a silyl group, an acyl group, a 1-substituted alkoxymethyl group, a cyclic ether group, an alkoxycarbonyl group, and an alkoxycarbonylalkyl group, which have the property of being dissociated by an acid.

mはR基の数を示し、各々独立して0~9の整数であり、好ましくは0~8、より好ましくは0~2、更に好ましくは0である。pは芳香族基の縮合環の数を示し、各々独立して0~3の整数であり、好ましくは0~2、より好ましくは0である。 m represents the number of R 0 groups, each independently an integer of 0 to 9, preferably 0 to 8, more preferably 0 to 2, and even more preferably 0. p represents the number of condensed rings of the aromatic group, each independently an integer of 0 to 3, preferably 0 to 2, and more preferably 0.

式(1)は好ましくは式(1-1)で表される。当該式においてm’は0~8の整数であり、好ましくは0又は1、より好ましくは0である。R、p、は前述のとおり定義される。 Formula (1) is preferably represented by formula (1-1): In this formula, m' is an integer of 0 to 8, preferably 0 or 1, and more preferably 0. R 2 and p are defined as above.

Figure 0007627431000003
Figure 0007627431000003

式(1)で表されるシアネート化合物の一例を以下に示す。An example of a cyanate compound represented by formula (1) is shown below.

Figure 0007627431000004
Figure 0007627431000004

Figure 0007627431000005
Figure 0007627431000005

2)分岐状3官能シアネート化合物
分岐状3官能シアネート化合物は好ましくは式(2)で表される。当該式中、X、R、p、mは、式(1)におけるX等と同義である。
2) Branched trifunctional cyanate compound The branched trifunctional cyanate compound is preferably represented by formula (2): In this formula, X, R 0 , p, and m are the same as X in formula (1).

Figure 0007627431000006
Figure 0007627431000006

式中、シアネート基は芳香族基に1つずつ結合している。Rはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数0~40の3価の基である。ヘテロ原子については前述のとおりである。炭素数0~40の3価の基は二重結合を含んでいてもよいが、好ましくはアルキル基から水素原子を3つ除いて誘導される基である。このような基としてはメチリジン基又はエチリジン基等のアルキリジン基が挙げられる。又、前記3価の基として芳香族環から水素原子を3つ除去して誘導される芳香族基が挙げられる。 In the formula, each cyanate group is bonded to an aromatic group. R3 is a trivalent group having 0 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom. The heteroatom is as described above. The trivalent group having 0 to 40 carbon atoms may contain a double bond, but is preferably a group derived by removing three hydrogen atoms from an alkyl group. Examples of such groups include alkylidyne groups such as a methylidyne group or an ethylidyne group. Also, examples of the trivalent group include aromatic groups derived by removing three hydrogen atoms from an aromatic ring.

式(2)は式(2-1)で表されることが好ましい。当該式において、R、pは前記のとおり定義され、m’は式(1-1)におけるm’と同様に定義される。 Formula (2) is preferably represented by formula (2-1), in which R 0 and p are defined as above, and m' is defined the same as m' in formula (1-1).

Figure 0007627431000007
Figure 0007627431000007

式(2)で表されるシアネート化合物の一例を以下に示す。An example of a cyanate compound represented by formula (2) is shown below.

Figure 0007627431000008
Figure 0007627431000008

3)直鎖状多官能(3官能以上)シアネート化合物
直鎖状多官能シアネート化合物は好ましくは式(3)で表される。
3) Linear Polyfunctional (Trifunctional or More) Cyanate Compound The linear polyfunctional cyanate compound is preferably represented by formula (3).

Figure 0007627431000009
Figure 0007627431000009

当該式中、Ar1は、各々独立して芳香族基である。芳香族基とは芳香族化合物から水素原子を除去して誘導される基であり、当該芳香族化合物としては限定されないが、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ビフェニル等が挙げられる。Ar1は、繰り返し単位毎に異なっていてもよいので、当該シアネート化合物は共重合体でありうる。 In the formula, each Ar 1 is independently an aromatic group. An aromatic group is a group derived by removing a hydrogen atom from an aromatic compound, and the aromatic compound includes, but is not limited to, benzene, naphthalene, anthracene, biphenyl, etc. Since Ar 1 may be different for each repeating unit, the cyanate compound may be a copolymer.

は各々独立に置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~12のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1~4のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基と炭素数6~12のアリール基とが結合されたアラルキル基、又はリン酸エステル基である。当該アリール基は置換基を有していてもよい。rはシアネート基の数を示し、各々独立に0~3の整数である。q及はRの数を示し、それぞれ「Ar1の結合可能数-(r+2)」である。Ar1の結合可能数とは、Ar1が基でなく化合物として存在する場合に置換基が結合できる最大の数である。例えば、Arがベンゼン由来の基の場合は6、ナフタレン由来の基のときは8、ビフェニル由来の基である場合は10である。tは平均繰り返し数であり2~50の範囲である。ただし、rの総数は3以上である。 Each of R a is independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms which may have a substituent, an aralkyl group in which an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms are bonded, or a phosphate group. The aryl group may have a substituent. r indicates the number of cyanate groups, and each is independently an integer of 0 to 3. q and R a indicate the number of R a , and each is "the number of bonds that can be made to Ar 1 - (r + 2)". The number of bonds that can be made to Ar 1 is the maximum number to which a substituent can be bonded when Ar 1 exists as a compound and not as a group. For example, when Ar 1 is a group derived from benzene, it is 6, when it is a group derived from naphthalene, it is 8, and when it is a group derived from biphenyl, it is 10. t is the average number of repetitions, and is in the range of 2 to 50. However, the total number of r is 3 or more.

における前記アルキル基としては、式(1)のRについて説明したものであって、炭素数が1~6のものが挙げられる。Rにおける前記アリール基としては、式(1)のRについて説明したものであって、炭素数が6~12のものが挙げられる。Rにおける前記アルコキシ基としては、式(1)のRについて説明したものであって、炭素数が1~4のものが挙げられる。Rにおける前記アラルキル基としては、前記アルキル基と前記アリール基が結合したものが挙げられる。 The alkyl group in R a is as described for R 0 in formula (1), and examples thereof include those having 1 to 6 carbon atoms. The aryl group in R a is as described for R 0 in formula (1), and examples thereof include those having 6 to 12 carbon atoms. The alkoxy group in R a is as described for R 0 in formula (1 ), and examples thereof include those having 1 to 4 carbon atoms. The aralkyl group in R a is as described for R 0 in formula (1), and examples thereof include those in which the alkyl group and the aryl group are bonded together.

Dは、複数存在する場合は各々独立に、単結合、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数0~50の2価の基である。当該基としては、水素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい炭化水素基、1~10の窒素を含み少なくとも1つのN原子が直接Arに結合している2価の有機基(例えば-N-R’-N-(ここでR’は炭化水素基を示す))、カルボニル基(-CO-)、カルボキシ基(-C(=O)O-)、カルボニルジオキサイド基(-OC(=O)O-)、スルホニル基(-SO-)、2価の硫黄原子、又は2価の酸素原子が挙げられる。またDは置換基としてシアネート基を有していてもよい。 When a plurality of D's are present, each independently represents a single bond or a divalent group having 0 to 50 carbon atoms which may have a heteroatom. Examples of such groups include a hydrocarbon group in which a hydrogen atom may be substituted with a heteroatom, a divalent organic group containing 1 to 10 nitrogen atoms and at least one N atom is directly bonded to Ar 1 (for example, -N-R'-N- (where R' represents a hydrocarbon group)), a carbonyl group (-CO-), a carboxy group (-C(=O)O-), a carbonyl dioxide group (-OC(=O)O-), a sulfonyl group (-SO 2 -), a divalent sulfur atom, or a divalent oxygen atom. D may also have a cyanate group as a substituent.

Dにおける前記炭化水素基の具体例としては、限定されないが、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、ジメチルメチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、トリメチルシクロヘキシレン基、ビフェニルジイルジメチレン基、ナフタレンジイルジメチレン基、(ジメチル)メチレン-フェニレン-(ジメチル)メチレン基、フルオレンジイル基、フタリドジイル基、ベンジレン基、フラニルメチレン基、アダマンタンジイル基等が挙げられる。当該基中の水素原子は、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、フェノキシ基等のアルコキシ基、シアノ基等で置換されていてもよい。 Specific examples of the hydrocarbon group in D include, but are not limited to, a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, a dimethylmethylene group, a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, a trimethylcyclohexylene group, a biphenyldiyldimethylene group, a naphthalenediyldimethylene group, a (dimethyl)methylene-phenylene-(dimethyl)methylene group, a fluorenediyl group, a phthalidodiyl group, a benzylene group, a furanylmethylene group, an adamantanediyl group, etc. The hydrogen atoms in the group may be substituted with a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom, an alkoxy group such as a methoxy group or a phenoxy group, a cyano group, etc.

Dにおける前記窒素原子を含む有機基の例としては、限定されないが、-N-R’-N-(ここでR’は炭化水素基を示す)で表される基、イミノ基、ポリイミド基等が挙げられる。Examples of the organic group containing a nitrogen atom in D include, but are not limited to, a group represented by -N-R'-N- (where R' represents a hydrocarbon group), an imino group, a polyimide group, etc.

式(3)で表されるシアネート化合物の一例を以下に示す。An example of a cyanate compound represented by formula (3) is shown below.

Figure 0007627431000010
Figure 0007627431000010

Figure 0007627431000011
Figure 0007627431000011

Figure 0007627431000012
Figure 0007627431000012

Figure 0007627431000013
(ただし、Arは、上記基の2種以上の組み合わせである。)
Figure 0007627431000013
(However, Ar 1 is a combination of two or more of the above groups.)

[フェノール類]
フェノール類とはフェノール性水酸基を有する化合物をいい、好ましくは式(4)で表される。式(4)で示されるフェノール類とは、芳香環に少なくとも1個のフェノール性水酸基を有する化合物である。
[Phenols]
The phenol refers to a compound having a phenolic hydroxyl group, and is preferably represented by the formula (4). The phenol represented by the formula (4) is a compound having at least one phenolic hydroxyl group in an aromatic ring.

Figure 0007627431000014
Figure 0007627431000014

式中、Zは単結合、ヘテロ原子、あるいはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40の2価の炭化水素基である。ヘテロ原子については、式(1)で説明したとおりである。また、炭素数1~40の2価の炭化水素基についても式(1)で説明したとおりである。合成のし易さ等から、Zは単結合、2価のヘテロ原子、又は前述の炭素数が1~40の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキレン基、炭素数6~40のアラルキレン基であることが好ましい。In the formula, Z is a single bond, a heteroatom, or a divalent hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom. The heteroatom is as described in formula (1). The divalent hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms is also as described in formula (1). From the viewpoint of ease of synthesis, etc., Z is preferably a single bond, a divalent heteroatom, or the aforementioned linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 40 carbon atoms, or an aralkylene group having 6 to 40 carbon atoms.

nは繰り返し数を示し、0~3の整数であるが、0又は1が好ましい。 n indicates the number of repetitions and is an integer from 0 to 3, with 0 or 1 being preferred.

は各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~40のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~40のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルコキシ基、ハロゲン原子、又は水酸基である。ただしRの少なくとも1つは水酸基である。当該アリール基、アルケニル基、アルコキシ基は、式(1)で説明したとおりである。 Each R 1 is independently an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an aryl group having 6 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, a halogen atom, or a hydroxyl group, with the proviso that at least one R 1 is a hydroxyl group. The aryl group, alkenyl group, and alkoxy group are as described in formula (1).

eはRの数を示し、各々独立して1~9の整数であるが、好ましくは1又は2である。fは芳香族基の縮合環の数を示し、各々独立して0~3の整数であり、好ましくは0~2、より好ましくは0である。 e represents the number of R1 , each independently being an integer of 1 to 9, preferably 1 or 2. f represents the number of condensed rings in the aromatic group, each independently being an integer of 0 to 3, preferably 0 to 2, more preferably 0.

式(4)で示されるフェノール類は、式(4-1)で表されるモノフェノールであることが好ましい。式中、R、e、及びfは前述のとおり定義される。ただし、水酸基の数は1つである。 The phenol represented by formula (4) is preferably a monophenol represented by formula (4-1), in which R 1 , e, and f are defined as above, and the number of hydroxyl groups is one.

Figure 0007627431000015
Figure 0007627431000015

式(4)で示されるフェノール類の具体例としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、ブチルフェノール、アミルフェノール、ノニルフェノール、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールK、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ジメチルハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、ジ-ter.ブチルハイドロキノン、レゾルシノール、メチルレゾルシノール、カテコール、メチルカテコール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシメチルナフタレン、ジヒドロキシジメチルナフタレン等の1又は2官能化合物;フェノール類、又はナフトール類とアルデヒド類との縮合物;フェノール類又はナフトール類とキシリレングリコールとの縮合物;フェノール類又はナフトール類とビスメトキシメチルビフェニルとの縮合物;フェノール類とイソプロペニルアセトフェノンとの縮合物;、フェノール類とジシクロペンタジエンの反応物等が挙げられる。これらは、公知の方法により得ることができる。Specific examples of phenols represented by formula (4) include monofunctional or bifunctional compounds such as phenol, cresol, xylenol, butylphenol, amylphenol, nonylphenol, bisphenol A, tetramethylbisphenol F, bisphenol F, bisphenol S, bisphenol K, biphenol, tetramethylbiphenol, hydroquinone, methylhydroquinone, dimethylhydroquinone, trimethylhydroquinone, di-tert. butylhydroquinone, resorcinol, methylresorcinol, catechol, methylcatechol, dihydroxynaphthalene, dihydroxymethylnaphthalene, and dihydroxydimethylnaphthalene; condensates of phenols or naphthols with aldehydes; condensates of phenols or naphthols with xylylene glycol; condensates of phenols or naphthols with bismethoxymethylbiphenyl; condensates of phenols and isopropenylacetophenone; and reactants of phenols and dicyclopentadiene. These can be obtained by known methods.

また、フェノール類として式(5)で表される化合物を使用することもできる。 In addition, a compound represented by formula (5) can be used as a phenol.

Figure 0007627431000016
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式中、Yは、各々独立して、酸素原子又は硫黄原子である。Rは、各々独立して、炭素数1~30の2w価の炭化水素基である。当該炭化水素基は、環式炭化水素基、二重結合、ヘテロ原子若しくは炭素数6~30の芳香族基を有していてもよい。wは1~4の整数である。当該2w価の炭化水素基とは、w=1のときには、炭素数1~30のアルキレン基、w=2のときには、炭素数1~30のアルカンテトライル基、w=3のときには、炭素数2~30のアルカンヘキサイル基、w=4のときには、炭素数3~30のアルカンオクタイル基である。前記2w価の炭化水素基としては、例えば、直鎖状、分岐状又は環状構造を有するものが挙げられる。また、前記2w価の炭化水素基は、環式炭化水素基、二重結合、ヘテロ原子もしくは炭素数6~30の芳香族基を有していてもよい。当該環式炭化水素基は、有橋環式炭化水素基も含む。 In the formula, each Y is independently an oxygen atom or a sulfur atom. Each R 5 is independently a 2w-valent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms. The hydrocarbon group may have a cyclic hydrocarbon group, a double bond, a heteroatom, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms. w is an integer of 1 to 4. The 2w-valent hydrocarbon group is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms when w=1, an alkanetetrayl group having 1 to 30 carbon atoms when w=2, an alkanehexyl group having 2 to 30 carbon atoms when w=3, and an alkaneoctyl group having 3 to 30 carbon atoms when w=4. Examples of the 2w-valent hydrocarbon group include those having a linear, branched, or cyclic structure. The 2w-valent hydrocarbon group may have a cyclic hydrocarbon group, a double bond, a heteroatom, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms. The cyclic hydrocarbon group also includes a bridged cyclic hydrocarbon group.

は、各々独立して、炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、又は水酸基である。ただしRの少なくとも1つは水酸基である。当該アルキル基としては、Rで説明したアルキル基のうち炭素数が1~10のものを挙げることができる。当該アリール基としては、Rで説明したアリール基のうち炭素数が6~10のものを挙げることができる。当該アルケニル基としては、Rで説明したアルケニル基のうち炭素数が2~10のものを挙げることができる。vは、各々独立して1~6の整数であり、wは1~4の整数である。具体的に、式(5)で表される化合物として、特許5979384に開示された化合物を用いることができる。 Each R 4 is independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or a hydroxyl group. However, at least one of R 4 is a hydroxyl group. The alkyl group may be an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms among those described in R 0. The aryl group may be an aryl group having 6 to 10 carbon atoms among those described in R 0. The alkenyl group may be an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms among those described in R 0. Each v is independently an integer of 1 to 6, and w is an integer of 1 to 4. Specifically, the compound represented by formula (5) may be a compound disclosed in Japanese Patent No. 5,979,384.

さらに、フェノール類として式(6)で表される化合物を使用することもできる。 Furthermore, a compound represented by formula (6) can also be used as a phenol.

Figure 0007627431000017
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式中、Rは、炭素数1~30の2w価の炭化水素基であり、R~R10は、各々独立して、炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、又は水酸基である。ここで、Rの少なくとも1つ又はR10の少なくとも1つは水酸基である。m及びmは、各々独立して0~8の整数であり、m及びm10は、各々独立して0~9の整数であるが、m及びm10の少なくとも1つは1~9の整数である。wは1~4の整数である。p~p10は各々独立して0~2の整数である。当該2w価の炭化水素基、当該アルキル基、当該アリール基、当該アリール基、及び当該アルケニル基は、式(5)で説明したとおりである。具体的に、式(6)で表される化合物として、国際公開2015/137486号に開示された化合物を用いることができる。 In the formula, R 6 is a 2w-valent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, and R 7 to R 10 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or a hydroxyl group. Here, at least one of R 9 or at least one of R 10 is a hydroxyl group. m 7 and m 8 are each independently an integer of 0 to 8, and m 9 and m 10 are each independently an integer of 0 to 9, but at least one of m 9 and m 10 is an integer of 1 to 9. w is an integer of 1 to 4. p 7 to p 10 are each independently an integer of 0 to 2. The 2w-valent hydrocarbon group, the alkyl group, the aryl group, the aryl group, and the alkenyl group are as described in formula (5). Specifically, the compound represented by formula (6) may be a compound disclosed in WO 2015/137486.

[合成条件]
一般的にシアネート化合物の硬化触媒としては、オクチル酸亜鉛、オクチル酸銅、オクチル酸マンガン、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、ナフテン酸マンガンなどの有機金属塩類や2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾールなどのイミダゾール類及びこれらのイミダゾール類のカルボン酸もしくはその酸無水物類の付加体等の誘導体が使用される。しかし、これらの触媒を用いて本発明で用いる多官能シアネート化合物を有機溶媒中で反応させると、重合反応速度の制御が困難となり、環化三量化に伴う三次元架橋構造の急速な構築による不溶化が原因で沈殿を生じる。一方、多官能シアネート化合物とフェノール類を有機溶媒中で反応させると、トリアジン環を形成しつつ3次元化が進み、溶媒への溶解性を保持しながら高分子量化が進むので、本発明のトリアジン化合物が得られる。フェノール類は、この反応に触媒として関与するとともに、生成する化合物中に取り込まれるので、反応基質としても機能する。
[Synthesis conditions]
Generally, as a curing catalyst for a cyanate compound, organic metal salts such as zinc octylate, copper octylate, manganese octylate, zinc naphthenate, copper naphthenate, manganese naphthenate, imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, and derivatives such as adducts of carboxylic acids or acid anhydrides of these imidazoles are used. However, when the polyfunctional cyanate compound used in the present invention is reacted in an organic solvent using these catalysts, it becomes difficult to control the polymerization reaction rate, and precipitation occurs due to insolubilization caused by the rapid construction of a three-dimensional crosslinked structure accompanying cyclization trimerization. On the other hand, when a polyfunctional cyanate compound is reacted with a phenol in an organic solvent, three-dimensionalization proceeds while forming a triazine ring, and high molecular weight proceeds while maintaining solubility in the solvent, so that the triazine compound of the present invention is obtained. Phenols participate in this reaction as a catalyst and are incorporated into the compound produced, so they also function as reaction substrates.

[反応条件]
本発明のプレポリマーは、前記多官能シアネート化合物とフェノール類を反応させて得られる。両者の配合比は限定されないが、多官能シアネート化合物に対して、フェノール類を0.5~10当量用いることが好ましく、0.7~5.0当量用いることがより好ましい。
[Reaction conditions]
The prepolymer of the present invention is obtained by reacting the polyfunctional cyanate compound with a phenol. The compounding ratio of the two is not limited, but it is preferable to use 0.5 to 10 equivalents of the phenol relative to the polyfunctional cyanate compound, and more preferably 0.7 to 5.0 equivalents.

反応温度も限定されないが、急激な反応を避けるために好ましくは10~80℃、より好ましくは20~50℃である。反応時間は反応温度によって適宜調整されるが、例えば1~600時間程度とすることができる。The reaction temperature is not limited, but is preferably 10 to 80°C, more preferably 20 to 50°C, to avoid a rapid reaction. The reaction time is adjusted appropriately depending on the reaction temperature, but can be, for example, about 1 to 600 hours.

反応は無溶媒で実施されてもよいが、急激な反応を避けるために溶媒存在下で実施されることが好ましい。溶媒としては公知のものを用いることができるが、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素が好ましい。溶媒を用いる場合、反応溶液中の原料濃度(前記多官能シアネート化合物とフェノール類の合計量の濃度)は好ましくは5~50質量%、より好ましくは20~40質量%である。The reaction may be carried out without a solvent, but is preferably carried out in the presence of a solvent to avoid a rapid reaction. Any known solvent can be used, but halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,2-dichloroethane are preferred. When a solvent is used, the raw material concentration in the reaction solution (the concentration of the total amount of the polyfunctional cyanate compound and phenols) is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 20 to 40% by mass.

[特性]
本発明のプレポリマーはトリアジン骨格を有するので優れた耐熱性を有する。さらに本発明のプレポリマーは種々の有機溶媒(特に安全溶媒)に可溶であり、取扱性に優れる。当該分子量は限定されないが、質量平均分子量にして好ましくは400~10000であり、より好ましくは1000~9000である。本発明において分子量はGPCによって測定される。
[Characteristics]
The prepolymer of the present invention has excellent heat resistance because it has a triazine skeleton. Furthermore, the prepolymer of the present invention is soluble in various organic solvents (especially safe solvents) and is easy to handle. The molecular weight is not limited, but is preferably 400 to 10,000, more preferably 1,000 to 9,000, in terms of weight average molecular weight. In the present invention, the molecular weight is measured by GPC.

本発明のプレポリマーは、フェノール類又はシアネート化合物に由来するフェノール性水酸基、さらに多官能シアネート化合物に由来するシアネート基を有するため硬化性を有する。このため、耐熱性及び機械的特性に優れた硬化物を与える。硬化反応性の観点から、フェノール性水酸基は本発明のプレポリマーの末端に存在することが好ましい。本発明のプレポリマーは結晶性または非晶性であってよいが、溶媒への溶解性を鑑みると非晶性であることが好ましい。The prepolymer of the present invention has a curing property because it has a phenolic hydroxyl group derived from a phenol or a cyanate compound, and further a cyanate group derived from a polyfunctional cyanate compound. Therefore, it gives a cured product with excellent heat resistance and mechanical properties. From the viewpoint of curing reactivity, it is preferable that the phenolic hydroxyl group is present at the terminal of the prepolymer of the present invention. The prepolymer of the present invention may be crystalline or amorphous, but is preferably amorphous in consideration of solubility in a solvent.

[用途]
本発明のプレポリマーは、有機溶媒(特に安全溶媒)に対する優れた溶解性を有するので、リソグラフィー用膜形成材料として有用である。
本発明のプレポリマーは、炭素濃度が比較的高く、酸素濃度が比較的低いので、高温ベーク時の膜の劣化を抑制でき、かつ酸素プラズマエッチング等に対するエッチング耐性に優れたリソグラフィー用膜として有用である。
本発明のプレポリマーは芳香環密度が高いため高屈折率であるので、加熱処理しても着色しにくく透明性に優れる光学部品として有用である。これらの用途について、以下に説明する。
[Application]
The prepolymer of the present invention has excellent solubility in organic solvents (especially safe solvents) and is therefore useful as a film-forming material for lithography.
The prepolymer of the present invention has a relatively high carbon concentration and a relatively low oxygen concentration, and therefore is useful as a lithography film that can suppress film deterioration during high-temperature baking and has excellent etching resistance to oxygen plasma etching and the like.
The prepolymer of the present invention has a high refractive index due to its high aromatic ring density, and is therefore useful as an optical part having excellent transparency and being resistant to coloration even when heat-treated. These uses are described below.

2.組成物
本発明の組成物は前記プレポリマーを含む。当該組成物は、好ましくは、前記プレポリマー以外に、溶媒、酸発生剤、酸拡散制御剤、又はこれらの組合せ等を含む。当該組成物においてプレポリマーを成分(A)ともいう。前述のとおり、本発明のプレポリマーとは耐熱性及びエッチング耐性に優れるリソグラフィー用膜を形成するためのリソグラフィー用膜形成組成物として有用である。当該組成物は、具体的にフォトレジスト膜、リソグラフィー用下層膜、レジスト永久膜の形成に有用である。フォトレジスト膜の形成に有用な当該組成物を「レジスト組成物」ともいう。
2. Composition The composition of the present invention contains the prepolymer. The composition preferably contains, in addition to the prepolymer, a solvent, an acid generator, an acid diffusion controller, or a combination thereof. In the composition, the prepolymer is also referred to as component (A). As described above, the prepolymer of the present invention is useful as a film-forming composition for lithography for forming a lithography film having excellent heat resistance and etching resistance. Specifically, the composition is useful for forming a photoresist film, an underlayer film for lithography, and a permanent resist film. The composition useful for forming a photoresist film is also referred to as a "resist composition".

[レジスト組成物]
レジスト組成物は溶媒を含むことが好ましい。溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ-n-プロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-プロピル、乳酸n-ブチル、乳酸n-アミル等の乳酸エステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸n-アミル、酢酸n-ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシ-3-メチルプロピオン酸ブチル、3-メトキシ-3-メチル酪酸ブチル、アセト酢酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、シクロペンタノン(CPN)、シクロヘキサノン(CHN)等のケトン類;N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;γ-ラクトン等のラクトン類等を挙げることができるが、特に限定されない。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を併用できる。
[Resist Composition]
The resist composition preferably contains a solvent. The solvent is not particularly limited, but examples thereof include ethylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol mono-n-propyl ether acetate, and ethylene glycol mono-n-butyl ether acetate; ethylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether; propylene glycol monoalkyl ether acetates such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol mono-n-propyl ether acetate, and propylene glycol mono-n-butyl ether acetate; propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether (PGME) and propylene glycol monoethyl ether; methyl lactate, ethyl lactate, n-propyl lactate, n-butyl lactate, and n-amyl lactate. lactic acid esters such as methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, n-butyl acetate, n-amyl acetate, n-hexyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate; aliphatic carboxylic acid esters such as methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-methoxy-2-methylpropionate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, and 3-methoxy-3-methylpropionate. Examples of the solvent include, but are not limited to, other esters such as butyl acetate, butyl 3-methoxy-3-methylbutyrate, methyl acetoacetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, etc.; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; ketones such as 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, cyclopentanone (CPN), cyclohexanone (CHN), etc.; amides such as N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, etc.; lactones such as γ-lactone, etc. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

当該溶媒は好ましくは安全溶媒であり、より好ましくは、PGMEA、PGME、CHN、CPN、2-ヘプタノン、アニソール、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル及び乳酸エチルからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、さらに好ましくはPGMEA、PGME及びCHNからなる群より選ばれる少なくとも1種である。The solvent is preferably a safe solvent, more preferably at least one selected from the group consisting of PGMEA, PGME, CHN, CPN, 2-heptanone, anisole, butyl acetate, ethyl propionate and ethyl lactate, and even more preferably at least one selected from the group consisting of PGMEA, PGME and CHN.

レジスト組成物における固形成分(溶媒以外の成分)の量と溶媒との量は特に限定されないが、固形成分の量と溶媒との合計質量100質量%中、好ましくは固形成分1~80質量%及び溶媒20~99質量%、より好ましくは固形成分1~50質量%及び溶媒50~99質量%、さらに好ましくは固形成分2~40質量%及び溶媒60~98質量%、特に好ましくは固形成分2~10質量%及び溶媒90~98質量%である。The amount of solid components (components other than the solvent) and the amount of solvent in the resist composition are not particularly limited, but out of a total mass of 100% by mass of the solid components and the solvent, the amount is preferably 1 to 80% by mass of solid components and 20 to 99% by mass of solvent, more preferably 1 to 50% by mass of solid components and 50 to 99% by mass of solvent, even more preferably 2 to 40% by mass of solid components and 60 to 98% by mass of solvent, and particularly preferably 2 to 10% by mass of solid components and 90 to 98% by mass of solvent.

レジスト組成物は、必要に応じて以下の成分を含んでいてもよい。
1)酸発生剤(成分(C))
レジスト組成物は、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線及びイオンビーム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を一種以上含むことが好ましい。酸発生剤は、特に限定されないが、例えば、国際公開第2013/024778号に記載のものを用いることができる。酸発生剤は、単独で又は2種以上を使用することができる。
The resist composition may contain the following components as necessary.
1) Acid Generator (Component (C))
The resist composition preferably contains one or more acid generators that generate an acid directly or indirectly upon irradiation with any radiation selected from visible light, ultraviolet light, excimer laser, electron beam, extreme ultraviolet light (EUV), X-rays, and ion beams. The acid generator is not particularly limited, but for example, those described in International Publication No. 2013/024778 can be used. The acid generators can be used alone or in combination.

酸発生剤の量は、固形成分全質量100質量%中、0.001~49質量%が好ましく、1~40質量%がより好ましく、3~30質量%がさらに好ましく、10~25質量%が特に好ましい。当該量の酸発生剤によって、高感度でかつ低エッジラフネスのパターンプロファイルを達成しうるレジスト膜が得られる。当該レジスト膜の加工において、g線、i線等の紫外線の代わりにエキシマレーザーを使用すればより微細加工が可能であるし、高エネルギー線として電子線、極端紫外線、X線、イオンビームを使用すればさらなる微細加工が可能である。The amount of acid generator is preferably 0.001 to 49% by mass, more preferably 1 to 40% by mass, even more preferably 3 to 30% by mass, and particularly preferably 10 to 25% by mass, based on 100% by mass of the total mass of the solid components. This amount of acid generator makes it possible to obtain a resist film that can achieve a pattern profile with high sensitivity and low edge roughness. In processing the resist film, more fine processing is possible if an excimer laser is used instead of ultraviolet rays such as g-rays and i-rays, and even finer processing is possible if an electron beam, extreme ultraviolet rays, X-rays, or ion beams are used as high-energy rays.

2)酸架橋剤(成分(G))
レジスト組成物は、1種以上の酸架橋剤を含むことが好ましい。酸架橋剤とは、酸発生剤から発生した酸の存在下で、成分(A)を分子内架橋又は分子間架橋し得る化合物である。このような酸架橋剤としては、例えば成分(A)を架橋し得る1種以上の基(以下、「架橋性基」という。)を有する化合物を挙げることができる。
2) Acid Crosslinker (Component (G))
The resist composition preferably contains one or more acid crosslinkers. The acid crosslinker is a compound capable of intramolecularly or intermolecularly crosslinking component (A) in the presence of an acid generated from an acid generator. Examples of such acid crosslinkers include compounds having one or more groups (hereinafter referred to as "crosslinkable groups") capable of crosslinking component (A).

このような架橋性基としては、限定されないが、例えば(i)ヒドロキシ(C1~C6アルキル基)、C1~C6アルコキシ(C1~C6アルキル基)、アセトキシ(C1~C6アルキル基)等のヒドロキシアルキル基又はそれらから誘導される基;(ii)ホルミル基、カルボキシ(C1~C6アルキル基)等のカルボニル基又はそれらから誘導される基;(iii)ジメチルアミノメチル基、ジエチルアミノメチル基、ジメチロールアミノメチル基、ジエチロールアミノメチル基、モルホリノメチル基等の含窒素基含有基;(iv)グリシジルエーテル基、グリシジルエステル基、グリシジルアミノ基等のグリシジル基含有基;(v)ベンジルオキシメチル基、ベンゾイルオキシメチル基等の、C1~C6アリルオキシ(C1~C6アルキル基)、C1~C6アラルキルオキシ(C1~C6アルキル基)等の芳香族基から誘導される基;(vi)ビニル基、イソプロペニル基等の重合性多重結合含有基等を挙げることができる。中でも、ヒドロキシアルキル基、及びアルコキシアルキル基等が好ましく、特にアルコキシメチル基が好ましい。Examples of such crosslinkable groups include, but are not limited to, (i) hydroxyalkyl groups such as hydroxy (C1-C6 alkyl groups), C1-C6 alkoxy (C1-C6 alkyl groups), and acetoxy (C1-C6 alkyl groups), or groups derived therefrom; (ii) carbonyl groups such as formyl and carboxy (C1-C6 alkyl groups), or groups derived therefrom; (iii) nitrogen-containing groups such as dimethylaminomethyl, diethylaminomethyl, dimethylolaminomethyl, diethylolaminomethyl, and morpholinomethyl; (iv) glycidyl group-containing groups such as glycidyl ether, glycidyl ester, and glycidylamino groups; (v) groups derived from aromatic groups such as C1-C6 allyloxy (C1-C6 alkyl groups), C1-C6 aralkyloxy (C1-C6 alkyl groups), such as benzyloxymethyl and benzoyloxymethyl groups; and (vi) polymerizable multiple bond-containing groups such as vinyl and isopropenyl groups. Among these, hydroxyalkyl groups and alkoxyalkyl groups are preferred, with alkoxymethyl groups being particularly preferred.

当該架橋性基を有する酸架橋剤としては、限定されないが、例えば、国際公開第2013/024778号に記載のものを用いることができる。酸架橋剤は単独で又は2種以上を使用することができる。The acid crosslinking agent having the crosslinkable group is not limited, but may be, for example, one described in International Publication No. 2013/024778. The acid crosslinking agents may be used alone or in combination.

酸架橋剤の量は、固形成分全質量100質量%中、0.5~49質量%が好ましく、0.5~40質量%がより好ましく、1~30質量%がさらに好ましく、2~20質量%が特に好ましい。酸架橋剤の量を0.5質量%以上とすると、レジスト膜のアルカリ現像液に対する溶解性の抑制効果を向上させ、残膜率が低下したり、パターンの膨潤や蛇行が生じたりするのを抑制することができる。一方、当該量を49質量%以下とすると、レジストとしての耐熱性の低下を抑制できる。The amount of acid crosslinker is preferably 0.5 to 49% by mass, more preferably 0.5 to 40% by mass, even more preferably 1 to 30% by mass, and particularly preferably 2 to 20% by mass, based on 100% by mass of the total solid components. When the amount of acid crosslinker is 0.5% by mass or more, the effect of suppressing the solubility of the resist film in an alkaline developer is improved, and a decrease in the remaining film rate and the occurrence of swelling or meandering of the pattern can be suppressed. On the other hand, when the amount is 49% by mass or less, a decrease in the heat resistance of the resist can be suppressed.

3)酸拡散制御剤(成分(E))
レジスト組成物は、放射線照射により酸発生剤から生じた酸のレジスト膜中における拡散を制御して、未露光領域での好ましくない化学反応を阻止する作用等を有する酸拡散制御剤を含んでいてもよい。このような酸拡散制御剤によって、レジスト組成物の貯蔵安定性が向上する。また解像度が向上するとともに、放射線照射前の引き置き時間、放射線照射後の引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性が極めて高くなる。このような酸拡散制御剤としては、限定されないが、例えば、窒素原子含有塩基性化合物、塩基性スルホニウム化合物、塩基性ヨードニウム化合物等の放射線分解性塩基性化合物が挙げられる。
3) Acid diffusion controller (component (E))
The resist composition may contain an acid diffusion control agent that has the effect of controlling the diffusion of the acid generated from the acid generator by radiation exposure in the resist film, thereby preventing undesirable chemical reactions in unexposed regions. Such an acid diffusion control agent improves the storage stability of the resist composition. In addition, the resolution is improved, and the line width change of the resist pattern due to the variation of the exposure time before radiation exposure and the exposure time after radiation exposure can be suppressed, so that the process stability is extremely high. Examples of such acid diffusion control agents include, but are not limited to, radiation decomposable basic compounds such as nitrogen atom-containing basic compounds, basic sulfonium compounds, and basic iodonium compounds.

酸拡散制御剤としては、特に限定されないが、例えば、国際公開第2013/024778号に記載のものを用いることができる。酸拡散制御剤は、単独で又は2種以上を使用することができる。酸拡散制御剤の配合量は、固形成分全質量100質量%中、0.001~49質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.01~5質量%がさらに好ましく、0.01~3質量%が特に好ましい。当該量の酸拡散抑制剤によって、解像度の低下、パターン形状、寸法忠実度等の劣化を防止することができる。さらに、電子線照射から放射線照射後加熱までの引き置き時間が長くなっても、パターン上層部の形状が劣化することを防止できる。また、当該量が10質量%以下であると、感度、未露光部の現像性等の低下を防ぐことができる。またこのような酸拡散制御剤を使用することにより、レジスト組成物の貯蔵安定性が向上し、さらに解像度が向上するとともに、放射線照射前の引き置き時間、放射線照射後の引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性が極めて向上する。The acid diffusion control agent is not particularly limited, but for example, those described in International Publication No. 2013/024778 can be used. The acid diffusion control agent can be used alone or in combination with two or more kinds. The amount of the acid diffusion control agent is preferably 0.001 to 49% by mass, more preferably 0.01 to 10% by mass, still more preferably 0.01 to 5% by mass, and particularly preferably 0.01 to 3% by mass, based on the total mass of the solid components (100% by mass). This amount of acid diffusion inhibitor can prevent a decrease in resolution, deterioration of pattern shape, dimensional fidelity, etc. Furthermore, even if the waiting time from electron beam irradiation to heating after radiation irradiation is long, the shape of the upper layer of the pattern can be prevented from deteriorating. Furthermore, when the amount is 10% by mass or less, a decrease in sensitivity, developability of unexposed parts, etc. can be prevented. Furthermore, the use of such an acid diffusion controller improves the storage stability of the resist composition and further improves resolution, and also makes it possible to suppress changes in the line width of the resist pattern due to fluctuations in the exposure time before and after radiation exposure, thereby extremely improving process stability.

4)他の成分(成分(F))
レジスト組成物は、その他の成分(F)として、必要に応じて、溶解促進剤、溶解制御剤、増感剤、界面活性剤、有機カルボン酸のオキソ酸若しくはその誘導体、又はリンオキソ酸若しくはその誘導体等を、1種又は2種以上添加することができる。
i)溶解促進剤
溶解促進剤は、成分(A)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、現像時の成分(A)の溶解速度を適度に増大させる。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、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。溶解促進剤の量は、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全質量100質量%中、0~49質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましく、0~1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
4) Other components (component (F))
The resist composition can contain, as other component (F), one or more of a dissolution promoter, a dissolution controller, a sensitizer, a surfactant, an oxoacid of an organic carboxylic acid or a derivative thereof, or a phosphorus oxoacid or a derivative thereof, etc., added as necessary.
i) Dissolution promoter When the solubility of component (A) in the developer is too low, the dissolution promoter increases the solubility and appropriately increases the dissolution rate of component (A) during development. Examples of the dissolution promoter include low molecular weight phenolic compounds, such as bisphenols and tris(hydroxyphenyl)methane. These dissolution promoters can be used alone or in combination of two or more. The amount of the dissolution promoter is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, and is preferably 0 to 49% by mass, more preferably 0 to 5% by mass, even more preferably 0 to 1% by mass, and particularly preferably 0% by mass, based on the total mass of the solid components (100% by mass).

ii)溶解制御剤
溶解制御剤は、成分(A)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。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、限定されないが、例えば、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、単独で又は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、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全質量100質量%中、0~49質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましく、0~1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
ii) Dissolution control agent When the solubility of component (A) in the developer is too high, the dissolution control agent controls the solubility and appropriately reduces the dissolution rate during development. Such a dissolution control agent is preferably one that does not undergo chemical changes during the steps of baking, radiation exposure, development, etc. of the resist film. Examples of the dissolution control agent include, but are not limited to, aromatic hydrocarbons such as phenanthrene, anthracene, and acenaphthene; ketones such as acetophenone, benzophenone, and phenyl naphthyl ketone; and sulfones such as methyl phenyl sulfone, diphenyl sulfone, and dinaphthyl sulfone. These dissolution control agents can be used alone or in combination of two or more. The amount of the dissolution control agent is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, but is preferably 0 to 49% by mass, more preferably 0 to 5% by mass, even more preferably 0 to 1% by mass, and particularly preferably 0% by mass, based on the total mass of the solid components (100% by mass).

iii)増感剤
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(成分(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。このような増感剤としては、限定されないが、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。これらの増感剤は、単独で又は2種以上を使用することができる。増感剤の量は使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全質量100質量%中、0~49質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましく、0~1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
iii) Sensitizer The sensitizer absorbs the energy of the irradiated radiation and transfers the energy to the acid generator (component (C)), thereby increasing the amount of acid generated and improving the apparent sensitivity of the resist. Examples of such sensitizers include, but are not limited to, benzophenones, biacetyls, pyrenes, phenothiazines, and fluorenes. These sensitizers can be used alone or in combination. The amount of the sensitizer is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, and is preferably 0 to 49% by mass, more preferably 0 to 5% by mass, even more preferably 0 to 1% by mass, and particularly preferably 0% by mass, based on 100% by mass of the total mass of the solid components.

iv)界面活性剤
界面活性剤はレジスト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。界面活性剤は、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤あるいは両性界面活性剤のいずれでもよいが、ノニオン系界面活性剤が好ましい。ノニオン系界面活性剤は、レジスト組成物の製造に用いる溶媒との親和性がよく、効果をより発現しやすい。ノニオン系界面活性剤としては、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、特に限定されない。市販品としては、限定されないが、例えば、商品名としてエフトップ(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。界面活性剤の量は、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全質量100質量%中、0~49質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましく、0~1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。
iv) Surfactant The surfactant improves the coatability and striation of the resist composition, the developability of the resist, etc. The surfactant may be any of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants, but nonionic surfactants are preferred. Nonionic surfactants have good affinity with the solvent used in the production of the resist composition, and are more likely to exhibit their effects. Examples of nonionic surfactants include, but are not limited to, polyoxyethylene higher alkyl ethers, polyoxyethylene higher alkyl phenyl ethers, and higher fatty acid diesters of polyethylene glycol. Examples of commercially available products include, but are not limited to, trade names such as Eftop (manufactured by Gemco), Megafac (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), Fluorad (manufactured by Sumitomo 3M), Asahi Guard, Surflon (all manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), Pepol (manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd.), KP (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and Polyflow (manufactured by Kyoeisha Yushi Kagaku Kogyo Co., Ltd.). The amount of the surfactant is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, but is preferably 0 to 49 mass%, more preferably 0 to 5 mass%, even more preferably 0 to 1 mass%, and particularly preferably 0 mass%, based on 100 mass% of the total mass of the solid components.

v)有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体
有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体(以下「オキソ酸等」ともいう)は、感度劣化を防止し、又はレジストパターン形状、引き置き安定性等を向上させる。オキソ酸等は、酸拡散制御剤と併用することもできるし、単独で用いてもよい。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。リンのオキソ酸若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又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等のホスホン酸又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及びそれらのエステルなどの誘導体が挙げられ、特にホスホン酸が好ましい。
v) Organic carboxylic acid or phosphorus oxo acid or derivative thereof Organic carboxylic acid or phosphorus oxo acid or derivative thereof (hereinafter also referred to as "oxo acid, etc.") prevents sensitivity deterioration or improves resist pattern shape, delay stability, etc. Oxo acid, etc. may be used in combination with an acid diffusion controller or may be used alone. Suitable organic carboxylic acids include, for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid, etc. Phosphorus oxo acid or derivatives thereof include phosphoric acid, phosphoric acid di-n-butyl ester, phosphoric acid diphenyl ester, etc., phosphoric acid or ester derivatives thereof, phosphonic acid, phosphonic acid dimethyl ester, phosphonic acid di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, phosphonic acid diphenyl ester, phosphonic acid dibenzyl ester, etc., phosphinic acid, phenylphosphinic acid, etc., phosphinic acid and ester derivatives thereof, and phosphonic acid is particularly preferred.

オキソ酸等は、単独で又は2種以上を使用することができる。オキソ酸等の量は、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、固形成分全質量100質量%中、0~49質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましく、0~1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。The oxoacids etc. can be used alone or in combination of two or more kinds. The amount of the oxoacids etc. is adjusted appropriately depending on the type of component (A) used, but is preferably 0 to 49% by mass, more preferably 0 to 5% by mass, even more preferably 0 to 1% by mass, and particularly preferably 0% by mass, based on 100% by mass of the total solid components.

vi)溶解促進剤、溶解制御剤、増感剤、オキソ酸等以外の添加剤
レジスト組成物は、必要に応じて、上記溶解制御剤、増感剤、界面活性剤、及びオキソ酸等以外の添加剤を1種又は2種以上配合することができる。こ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。さらに、例えば、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添加することができる。
vi) Additives other than dissolution promoters, dissolution controllers, sensitizers, oxoacids, etc. The resist composition may contain one or more additives other than the dissolution controllers, sensitizers, surfactants, and oxoacids, as necessary. Examples of such additives include dyes, pigments, and adhesion aids. For example, the incorporation of a dye or pigment is preferable because it can visualize the latent image of the exposed area and mitigate the effect of halation during exposure. In addition, the incorporation of an adhesion aid is preferable because it can improve adhesion to the substrate. In addition, for example, an antihalation agent, a storage stabilizer, an antifoaming agent, a shape improver, etc., specifically 4-hydroxy-4'-methylchalcone, etc., may be added.

レジスト組成物における、成分(F)の合計量は、固形成分全質量100質量%中、0~99質量%であり、0~49質量%が好ましく、0~10質量%がより好ましく、0~5質量%がさらに好ましく、0~1質量%がさらに好ましく、0質量%が特に好ましい。The total amount of component (F) in the resist composition is 0 to 99 mass%, preferably 0 to 49 mass%, more preferably 0 to 10 mass%, even more preferably 0 to 5 mass%, even more preferably 0 to 1 mass%, and particularly preferably 0 mass%, of the total mass of the solid components (100 mass%).

5)各成分の配合割合
レジスト組成物における成分(A)の量は、限定されないが、固形成分の全質量100質量%(成分(A)、成分(C)~(F)の総和。以下同様。)中、好ましくは50~99.4質量%、より好ましくは55~90質量%、さらに好ましくは60~80質量%、特に好ましくは60~70質量%である。当該量の成分(A)を含む場合、解像度が一層向上し、ラインエッジラフネス(LER)が一層小さくなる傾向にある。
5) Proportion of Each Component There are no limitations on the amount of component (A) in the resist composition, but it is preferably from 50 to 99.4 mass%, more preferably from 55 to 90 mass%, even more preferably from 60 to 80 mass%, and particularly preferably from 60 to 70 mass%, of 100 mass% of the total mass of solid components (the sum of components (A) and components (C) to (F); the same applies below). When component (A) is contained in this amount, there is a tendency for the resolution to be further improved and the line edge roughness (LER) to be further reduced.

レジスト組成物における各成分の量比、すなわち成分(A)/酸発生剤(成分(C))/酸架橋剤(成分(G))/酸拡散制御剤(成分(E))/任意成分(成分(F))は、レジスト組成物の固形成分全質量100質量%中、以下であることが好ましい。この配合量とすることで、レジスト膜の感度、解像度、現像性等の性能が一層向上する傾向にある。
50~99.4質量%/0.001~49質量%/0.5~49質量%/0.001~49質量%/0~49質量%、
55~90質量%/1~40質量%/0.5~40質量%/0.01~10質量%/0~5質量%、
60~80質量%/3~30質量%/1~30質量%/0.01~5質量%/0~1質量%、又は
60~70質量%/10~25質量%/2~20質量%/0.01~3質量%/0質量%
The quantitative ratio of each component in the resist composition, i.e., component (A)/acid generator (component (C))/acid crosslinker (component (G))/acid diffusion controller (component (E))/optional component (component (F)), is preferably the following, relative to the total mass of the solid components in the resist composition (100 mass %). By using these blending amounts, the sensitivity, resolution, developability, and other performance properties of the resist film tend to be further improved.
50-99.4% by mass / 0.001-49% by mass / 0.5-49% by mass / 0.001-49% by mass / 0-49% by mass,
55-90% by mass / 1-40% by mass / 0.5-40% by mass / 0.01-10% by mass / 0-5% by mass,
60-80 mass%/3-30 mass%/1-30 mass%/0.01-5 mass%/0-1 mass%, or 60-70 mass%/10-25 mass%/2-20 mass%/0.01-3 mass%/0 mass%

さらに、レジスト組成物は、必要に応じて、上記以外の他の樹脂を含むことができる。当該樹脂としては、限定されないが、例えば、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール類、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、スチレン-無水マレイン酸樹脂、及びアクリル酸、ビニルアルコール、又はビニルフェノールを単量体単位として含む重合体あるいはこれらの誘導体などが挙げられる。上記樹脂の含有量は、特に限定されず、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、成分(A)100質量部に対して、好ましくは30質量部以下、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、特に好ましくは0質量部である。 Furthermore, the resist composition may contain other resins in addition to those mentioned above, if necessary. Examples of such resins include, but are not limited to, novolac resins, polyvinylphenols, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, styrene-maleic anhydride resins, and polymers containing acrylic acid, vinyl alcohol, or vinylphenol as monomer units, or derivatives thereof. The content of the resin is not particularly limited and is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, but is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, even more preferably 5 parts by mass or less, and particularly preferably 0 parts by mass, relative to 100 parts by mass of component (A).

6)調製方法
レジスト組成物は、任意の方法で調製される。例えば、各成分を溶媒に溶解して均一溶液とし、その後、必要に応じて、例えば、孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することによって調製される。
The resist composition can be prepared by any method, for example, by dissolving each component in a solvent to prepare a homogeneous solution, and then filtering the solution, if necessary, through a filter having a pore size of about 0.2 μm.

7)レジスト組成物およびレジスト膜の物性等
レジスト組成物は、スピンコートによりアモルファス膜を形成することができる。また、レジスト組成物は、一般的な半導体製造プロセスに使用できる。用いる現像液の種類によって、ポジ型レジストパターン及びネガ型レジストパターンのいずれかを作り分けることができる。
7) Physical properties of resist composition and resist film The resist composition can form an amorphous film by spin coating. The resist composition can be used in general semiconductor manufacturing processes. Depending on the type of developer used, either a positive resist pattern or a negative resist pattern can be produced.

ポジ型レジストパターンの場合、レジスト組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜の23℃における現像液に対する溶解速度は、5Å/sec以下が好ましく、0.05~5Å/secがより好ましく、0.0005~5Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が5Å/sec以下であると現像液に不溶で、レジストとすることが容易となる。また、溶解速度が0.0005Å/sec以上であると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)の露光前後の溶解性の変化により、現像液に溶解する露光部と、現像液に溶解しない未露光部との界面のコントラストが大きくなるためであると推測される。また、LERの低減、ディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a positive resist pattern, the dissolution rate of the amorphous film formed by spin-coating the resist composition in a developer at 23°C is preferably 5 Å/sec or less, more preferably 0.05 to 5 Å/sec, and even more preferably 0.0005 to 5 Å/sec. If the dissolution rate is 5 Å/sec or less, the film is insoluble in the developer and can be easily made into a resist. If the dissolution rate is 0.0005 Å/sec or more, the resolution tends to improve. This is presumably because the change in solubility of component (A) before and after exposure increases the contrast at the interface between the exposed portion that dissolves in the developer and the unexposed portion that does not dissolve in the developer. In addition, the effect of reducing LER and defects is easily obtained.

ネガ型レジストパターンの場合、レジスト組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜の23℃における現像液に対する溶解速度は、10Å/sec以上であることが好ましい。当該溶解速度が10Å/sec以上であると現像液に易溶で、レジストとして一層好適である。また、当該溶解速度が10Å/sec以上であると、解像性も向上する傾向にある。これは、成分(A)のミクロの表面部位が溶解し、LERを低減するからと推測される。さらにディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a negative resist pattern, the dissolution rate of the amorphous film formed by spin-coating the resist composition in a developer at 23°C is preferably 10 Å/sec or more. If the dissolution rate is 10 Å/sec or more, the film is easily soluble in a developer and is more suitable as a resist. In addition, if the dissolution rate is 10 Å/sec or more, the resolution also tends to improve. This is presumably because the micro surface portion of component (A) dissolves, reducing LER. Furthermore, it becomes easier to obtain a defect reduction effect.

前記溶解速度は、23℃にて、アモルファス膜を所定時間現像液に浸漬させ、その浸漬前後の膜厚を、目視、エリプソメーター又は走査型電子顕微鏡による断面観察等の公知の方法によって測定し決定できる。The dissolution rate can be determined by immersing an amorphous film in a developer at 23°C for a predetermined period of time and measuring the film thickness before and after immersion by known methods such as visual inspection or cross-sectional observation using an ellipsometer or scanning electron microscope.

ポジ型レジストパターンの場合、本発明のレジスト組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜のKrFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線等の放射線により露光した部分の23℃における現像液に対する溶解速度(以下「露光部分の溶解速度」ともいう)は、10Å/sec以上であることが好ましい。当該溶解速度が10Å/sec以上であると現像液に易溶で、レジストとして一層好適である。また、溶解速度が10Å/sec以上であると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)のミクロの表面部位が溶解し、LERを低減するからと推測される。またディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a positive resist pattern, the dissolution rate in a developer at 23°C of the portion of the amorphous film formed by spin-coating the resist composition of the present invention that has been exposed to radiation such as a KrF excimer laser, extreme ultraviolet light, electron beam or X-ray (hereinafter also referred to as the "dissolution rate of the exposed portion") is preferably 10 Å/sec or more. If the dissolution rate is 10 Å/sec or more, the film is easily soluble in a developer and is more suitable as a resist. In addition, if the dissolution rate is 10 Å/sec or more, the resolution tends to improve. This is presumably because the micro surface portion of component (A) dissolves, reducing the LER. In addition, the effect of reducing defects is more easily obtained.

ネガ型レジストパターンの場合、本発明のレジスト組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜の前記露光部分の溶解速度は、5Å/sec以下が好ましく、0.05~5Å/secがより好ましく、0.0005~5Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が5Å/sec以下であると現像液に不溶で、レジストとすることが容易となる。また、溶解速度が0.0005Å/sec以上であると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)の露光前後の溶解性の変化により、現像液に溶解する未露光部と、現像液に溶解しない露光部との界面のコントラストが大きくなるからと推測される。またLERの低減、ディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a negative resist pattern, the dissolution rate of the exposed portion of the amorphous film formed by spin-coating the resist composition of the present invention is preferably 5 Å/sec or less, more preferably 0.05 to 5 Å/sec, and even more preferably 0.0005 to 5 Å/sec. If the dissolution rate is 5 Å/sec or less, the film is insoluble in the developer and can be easily made into a resist. If the dissolution rate is 0.0005 Å/sec or more, the resolution tends to improve. This is presumably because the change in solubility of component (A) before and after exposure increases the contrast at the interface between the unexposed portion that dissolves in the developer and the exposed portion that does not dissolve in the developer. In addition, the effect of reducing LER and defects is easily obtained.

8)レジスト永久膜
レジスト組成物から形成されたレジスト膜は、最終製品にも残存する永久膜として好適である。永久膜の具体例としては、半導体デバイス関係では、ソルダーレジスト、パッケージ材、アンダーフィル材、回路素子等のパッケージ接着層や集積回路素子と回路基板の接着層、薄型ディスプレー関連では、薄膜トランジスタ保護膜、液晶カラーフィルター保護膜、ブラックマトリクス、スペーサーなどが挙げられる。当該レジスト永久膜は、耐熱性や耐湿性に優れている上に昇華成分による汚染性が少ないという非常に優れた利点も有する。当該レジスト永久膜は特に表示材料において、重要な汚染による画質劣化の少ない高感度、高耐熱、吸湿信頼性を兼ね備えた材料となる。
8) Permanent resist film The resist film formed from the resist composition is suitable as a permanent film that remains in the final product. Specific examples of permanent films include solder resist, packaging materials, underfill materials, package adhesive layers for circuit elements, and adhesive layers between integrated circuit elements and circuit boards in semiconductor devices, and thin film transistor protective films, liquid crystal color filter protective films, black matrices, spacers, and the like in thin display devices. The permanent resist film has the excellent advantages of being excellent in heat resistance and moisture resistance, and being less susceptible to contamination by sublimation components. The permanent resist film is a material that combines high sensitivity, high heat resistance, and moisture absorption reliability, which is important for display materials and reduces image quality degradation due to contamination.

[感放射線性組成物]
本発明の感放射線性組成物は、成分(A)と、ジアゾナフトキノン光活性化合物(B)と、溶媒と、を含有し、当該組成物中、前記溶媒の量が20~99質量%であり、前記溶媒以外の成分(固形分)の量が、1~80質量%である組成物である。感放射線性組成物はg線、h線、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線を照射することにより、現像液に易溶な化合物となるポジ型レジスト用基材として有用である。g線、h線、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線により、成分(A)の性質は大きくは変化しないが、現像液に難溶なジアゾナフトキノン光活性化合物(成分(B))が易溶な化合物に変化することで、現像工程によってレジストパターンを作り得る。成分(A)は、比較的低分子量であることから、得られたレジストパターンのラフネスは非常に小さい。
[Radiation sensitive composition]
The radiation-sensitive composition of the present invention contains component (A), diazonaphthoquinone photoactive compound (B), and a solvent, and the amount of the solvent in the composition is 20 to 99% by mass, and the amount of components other than the solvent (solid content) is 1 to 80% by mass. The radiation-sensitive composition is useful as a base material for a positive resist that becomes a compound that is easily soluble in a developer by exposure to g-rays, h-rays, i-rays, KrF excimer laser, ArF excimer laser, extreme ultraviolet rays, electron beams, or X-rays. Although the properties of component (A) do not change significantly due to g-rays, h-rays, i-rays, KrF excimer laser, ArF excimer laser, extreme ultraviolet rays, electron beams, or X-rays, the diazonaphthoquinone photoactive compound (component (B)), which is poorly soluble in a developer, is changed into a compound that is easily soluble, and a resist pattern can be formed by a development step. Since component (A) has a relatively low molecular weight, the roughness of the resulting resist pattern is very small.

感放射線性組成物に用いる成分(A)のTg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150℃以上である。成分(A)のTgの上限値は、限定されないが、例えば、400℃以下である。成分(A)のTgが当該範囲内であることにより、半導体リソグラフィープロセスにおいて、パターン形状を維持しうる耐熱性を有し、高解像度などの性能が向上する。The Tg of component (A) used in the radiation-sensitive composition is preferably 70°C or higher, more preferably 80°C or higher, even more preferably 100°C or higher, and particularly preferably 150°C or higher. The upper limit of the Tg of component (A) is not limited, but is, for example, 400°C or lower. When the Tg of component (A) is within this range, the composition has heat resistance that can maintain the pattern shape in the semiconductor lithography process, and performance such as high resolution is improved.

感放射線性組成物に用いる成分(A)の結晶化発熱量は20J/g未満であることが好ましい。また、(結晶化温度)-(Tg)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、又は(結晶化温度)-(Tg)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傾向にある。The crystallization heat of component (A) used in the radiation-sensitive composition is preferably less than 20 J/g. In addition, (crystallization temperature) - (Tg) is preferably 70°C or higher, more preferably 80°C or higher, even more preferably 100°C or higher, and particularly preferably 130°C or higher. When the crystallization heat is less than 20 J/g or (crystallization temperature) - (Tg) is within the above range, it is easy to form an amorphous film by spin-coating the radiation-sensitive composition, and the film-forming properties required for a resist can be maintained for a long period of time, which tends to improve resolution.

結晶化発熱量、結晶化温度及びTgは、島津製作所製DSC/TA-50WSを用いた示差走査熱量分析により求めることができる。試料約10mgをアルミニウム製非密封容器に入れ、窒素ガス気流中(50mL/分)昇温速度20℃/分で融点以上まで昇温する。急冷後、再び窒素ガス気流中(30mL/分)昇温速度20℃/分で融点以上まで昇温する。さらに急冷後、再び窒素ガス気流中(30mL/分)昇温速度20℃/分で400℃まで昇温する。ステップ状に変化したベースラインの段差の中点(比熱が半分に変化したところ)の温度をガラス転移温度(Tg)、その後に現れる発熱ピークの温度を結晶化温度とする。発熱ピークとベースラインに囲まれた領域の面積から発熱量を求め、結晶化発熱量とする。The crystallization heat, crystallization temperature, and Tg can be determined by differential scanning calorimetry using a Shimadzu DSC/TA-50WS. Approximately 10 mg of the sample is placed in an aluminum non-sealed container and heated to above the melting point at a rate of 20°C/min in a nitrogen gas flow (50 mL/min). After rapid cooling, the sample is heated again to above the melting point at a rate of 20°C/min in a nitrogen gas flow (30 mL/min). After further rapid cooling, the sample is heated again to 400°C at a rate of 20°C/min in a nitrogen gas flow (30 mL/min). The temperature of the midpoint of the step of the stepped baseline (where the specific heat is halved) is the glass transition temperature (Tg), and the temperature of the heat generation peak that appears afterwards is the crystallization temperature. The heat generation is calculated from the area of the region surrounded by the heat generation peak and the baseline, and is taken as the heat generation of crystallization.

感放射線性組成物に用いる成分(A)は、常圧下、100℃以下、好ましくは120℃以下、より好ましくは130℃以下、さらに好ましくは140℃以下、特に好ましくは150℃以下において、昇華性が低いことが好ましい。昇華性が低いとは、熱重量分析において、所定温度で10分保持した際の重量減少が10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下、特に好ましくは0.1%以下であることを示す。昇華性が低いことにより、露光時のアウトガスによる露光装置の汚染を防止することができる。また低ラフネスで良好なパターン形状を得ることができる傾向にある。 It is preferable that the component (A) used in the radiation-sensitive composition has low sublimation property at normal pressure and at 100°C or less, preferably 120°C or less, more preferably 130°C or less, even more preferably 140°C or less, and particularly preferably 150°C or less. Low sublimation property means that the weight loss when held at a specific temperature for 10 minutes in thermogravimetric analysis is 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, even more preferably 1% or less, and particularly preferably 0.1% or less. Low sublimation property can prevent contamination of the exposure device due to outgassing during exposure. There is also a tendency to obtain a good pattern shape with low roughness.

1)ジアゾナフトキノン光活性化合物(成分(B))
感放射線性組成物に用いるジアゾナフトキノン光活性化合物(B)は、ポリマー性及び非ポリマー性ジアゾナフトキノン光活性化合物を含むジアゾナフトキノン物質である。本発明においては、一般にポジ型レジスト組成物に感光性成分(感光剤)として用いられているものであれば限定されず、1種又は2種以上を任意に選択して用いることができる。
1) Diazonaphthoquinone Photoactive Compound (Component (B))
The diazonaphthoquinone photoactive compound (B) used in the radiation-sensitive composition is a diazonaphthoquinone substance including a polymeric and a non-polymeric diazonaphthoquinone photoactive compound. In the present invention, there is no limitation so long as it is a compound generally used as a photosensitive component (photosensitizer) in a positive resist composition, and one or more kinds may be arbitrarily selected and used.

このような感光剤としては、ナフトキノンジアジドスルホン酸クロライドやベンゾキノンジアジドスルホン酸クロライド等と、これと縮合反応可能な官能基を有する低分子化合物又は高分子化合物とを反応させることによって得られた化合物が好ましい。ここで、酸クロライドと縮合可能な官能基としては、限定されないが、例えば、水酸基、アミノ基等が挙げられるが、特に水酸基が好適である。酸クロライドと縮合可能な水酸基を含む化合物としては、限定されないが、例えばハイドロキノン、レゾルシン、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,6’-ペンタヒドロキシベンゾフェノン等のヒドロキシベンゾフェノン類、ビス(2,4-ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,4-トリヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,4-ジヒドロキシフェニル)プロパン等のヒドロキシフェニルアルカン類、4,4’,3”,4”-テトラヒドロキシ-3,5,3’,5’-テトラメチルトリフェニルメタン、4,4’,2”,3”,4”-ペンタヒドロキシ-3,5,3’,5’-テトラメチルトリフェニルメタン等のヒドロキシトリフェニルメタン類などを挙げることができる。As such a photosensitizer, a compound obtained by reacting naphthoquinone diazide sulfonic acid chloride or benzoquinone diazide sulfonic acid chloride with a low molecular weight compound or a high molecular weight compound having a functional group capable of condensation reaction with the same is preferred. Here, the functional group capable of condensing with the acid chloride is not limited, but examples thereof include a hydroxyl group and an amino group, with a hydroxyl group being particularly preferred. Examples of compounds containing a hydroxyl group capable of condensing with the acid chloride are not limited, but examples thereof include hydroxyl groups such as hydroquinone, resorcinol, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 2,4,6-trihydroxybenzophenone, 2,4,4'-trihydroxybenzophenone, 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone, 2,2',4,4'-tetrahydroxybenzophenone, and 2,2',3,4,6'-pentahydroxybenzophenone. Examples of the hydroxyphenylalkanes include benzophenones, bis(2,4-dihydroxyphenyl)methane, bis(2,3,4-trihydroxyphenyl)methane, bis(2,4-dihydroxyphenyl)propane, and other hydroxytriphenylmethanes, such as 4,4',3",4"-tetrahydroxy-3,5,3',5'-tetramethyltriphenylmethane and 4,4',2",3",4"-pentahydroxy-3,5,3',5'-tetramethyltriphenylmethane.

ナフトキノンジアジドスルホン酸クロライド等としては、例えば、1,2-ナフトキノンジアジド-5-スルフォニルクロライド、1,2-ナフトキノンジアジド-4-スルフォニルクロライドなどが挙げられる。Examples of naphthoquinone diazide sulfonic acid chlorides include 1,2-naphthoquinone diazide-5-sulfonyl chloride and 1,2-naphthoquinone diazide-4-sulfonyl chloride.

2)溶媒
感放射線性組成物に用いる溶媒は、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)、シクロヘキサノン(CHN)、シクロペンタノン(CPN)、2-ヘプタノン、アニソール、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル又は乳酸エチルから選ばれる。成分(A)は、当該溶媒に対して、23℃で、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上溶解する。前記溶媒は、好ましくはPGMEA、PGME、CHNから選択され、成分(A)は当該溶媒に対して、23℃で、20質量%以上溶解し、特に好ましくはPGMEAに対して、23℃で、20質量%以上溶解する。成分(A)がこの溶解性を有すると、感放射線性組成物の実生産における半導体製造工程での使用可能性が高まる。溶媒の量は、感放射線性組成物中、20~99質量%であり、好ましくは50~99質量%であり、より好ましくは60~98質量%であり、特に好ましくは90~98質量%である。溶媒以外の成分(固形成分)の量は、感放射線性組成物中、1~80質量%であり、好ましくは1~50質量%であり、より好ましくは2~40質量%であり、特に好ましくは2~10質量%である。
2) Solvent The solvent used in the radiation-sensitive composition is selected from propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), cyclohexanone (CHN), cyclopentanone (CPN), 2-heptanone, anisole, butyl acetate, ethyl propionate, or ethyl lactate. Component (A) is soluble in the solvent at 23° C. to preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more. The solvent is preferably selected from PGMEA, PGME, and CHN, and component (A) is soluble in the solvent at 23° C. to 20% by mass or more, particularly preferably 20% by mass or more in PGMEA at 23° C. When component (A) has this solubility, the possibility of using the radiation-sensitive composition in the semiconductor manufacturing process in actual production is increased. The amount of the solvent in the radiation-sensitive composition is 20 to 99% by mass, preferably 50 to 99% by mass, more preferably 60 to 98% by mass, and particularly preferably 90 to 98% by mass. The amount of components other than the solvent (solid components) in the radiation-sensitive composition is 1 to 80% by mass, preferably 1 to 50% by mass, more preferably 2 to 40% by mass, and particularly preferably 2 to 10% by mass.

3)調製
感放射線性組成物の調製方法は限定されないが、例えば、各成分を溶媒に溶解して均一溶液とし、その後、必要に応じて、例えば、孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することにより調製されることが好ましい。
3) Preparation The method for preparing the radiation-sensitive composition is not limited. For example, it is preferable to prepare the radiation-sensitive composition by dissolving each component in a solvent to prepare a homogeneous solution, and then filtering the solution, as necessary, through a filter having a pore size of about 0.2 μm, for example.

4)感放射線性組成物の特性
感放射線性組成物は、スピンコートによりアモルファス膜を形成することができる。また、一般的な半導体製造プロセスに適用することができる。用いる現像液の種類によって、ポジ型レジストパターン及びネガ型レジストパターンのいずれかを作り分けることができる。
4) Characteristics of the Radiation-Sensitive Composition The radiation-sensitive composition can form an amorphous film by spin coating. It can also be applied to general semiconductor manufacturing processes. Depending on the type of developer used, it is possible to produce either a positive resist pattern or a negative resist pattern.

ポジ型レジストパターンの場合、感放射線性組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜の23℃における現像液に対する溶解速度は、5Å/sec以下が好ましく、0.05~5Å/secがより好ましく、0.0005~5Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が5Å/sec以下であると現像液に不溶で、レジストとすることが容易となる。また、0.0005Å/sec以上の溶解速度を有すると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)の露光前後の溶解性の変化により、現像液に溶解する露光部と、現像液に溶解しない未露光部との界面のコントラストが大きくなるからと推測される。またLERの低減、ディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a positive resist pattern, the dissolution rate of the amorphous film formed by spin-coating the radiation-sensitive composition in a developer at 23°C is preferably 5 Å/sec or less, more preferably 0.05 to 5 Å/sec, and even more preferably 0.0005 to 5 Å/sec. If the dissolution rate is 5 Å/sec or less, the film is insoluble in the developer and can be easily made into a resist. In addition, if the dissolution rate is 0.0005 Å/sec or more, the resolution tends to improve. This is presumably because the change in solubility of component (A) before and after exposure increases the contrast at the interface between the exposed portion that dissolves in the developer and the unexposed portion that does not dissolve in the developer. In addition, the effect of reducing LER and defects is easily obtained.

ネガ型レジストパターンの場合、感放射線性組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜の23℃における現像液に対する溶解速度は、10Å/sec以上であることが好ましい。当該溶解速度が10Å/sec以上であると現像液に易溶で、レジストとして一層好適である。また、10Å/sec以上の溶解速度を有すると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)のミクロの表面部位が溶解し、LERを低減するからと推測される。またディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a negative resist pattern, the dissolution rate of the amorphous film formed by spin-coating the radiation-sensitive composition in a developer at 23°C is preferably 10 Å/sec or more. If the dissolution rate is 10 Å/sec or more, the film is easily soluble in the developer and is more suitable as a resist. In addition, if the dissolution rate is 10 Å/sec or more, the resolution tends to improve. This is presumably because the micro surface portion of component (A) dissolves, reducing the LER. In addition, the effect of reducing defects is easily obtained.

溶解速度は、23℃にて、アモルファス膜を所定時間現像液に浸漬させ、その浸漬前後の膜厚を、目視、エリプソメーター又はQCM法等の公知の方法によって測定し決定できる。The dissolution rate can be determined by immersing the amorphous film in a developer at 23°C for a predetermined period of time and measuring the film thickness before and after immersion by known methods such as visual inspection, an ellipsometer, or the QCM method.

ポジ型レジストパターンの場合、感放射線性組成物をスピンコートして形成したアモルファス膜にKrFエキシマレーザー、極端紫外線、電子線又はX線等の放射線を照射した部分、又は、20~500℃で加熱した後に露光した部分の、23℃における現像液に対する溶解速度(以下「露光部分の溶解速度」ともいう)は、10Å/sec以上が好ましく、10~10000Å/secがより好ましく、100~1000Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が10Å/sec以上であると現像液に易溶で、レジストとして一層好適である。また、10000Å/sec以下の溶解速度を有すると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)のミクロの表面部位が溶解し、LERを低減するからと推測される。またディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a positive resist pattern, the dissolution rate in a developer at 23°C of the part of the amorphous film formed by spin-coating the radiation-sensitive composition that has been irradiated with radiation such as KrF excimer laser, extreme ultraviolet light, electron beam or X-ray, or the part that has been exposed after heating at 20 to 500°C (hereinafter also referred to as the "dissolution rate of the exposed part") is preferably 10 Å/sec or more, more preferably 10 to 10,000 Å/sec, and even more preferably 100 to 1,000 Å/sec. If the dissolution rate is 10 Å/sec or more, it is easily soluble in a developer and is more suitable as a resist. In addition, if the dissolution rate is 10,000 Å/sec or less, the resolution tends to improve. This is presumably because the micro surface portion of component (A) dissolves, reducing LER. In addition, the effect of reducing defects is easily obtained.

ネガ型レジストパターンの場合、露光部分の溶解速度は、5Å/sec以下が好ましく、0.05~5Å/secがより好ましく、0.0005~5Å/secがさらに好ましい。当該溶解速度が5Å/sec以下であると現像液に不溶で、レジストとすることが容易となる。また、0.0005Å/sec以上の溶解速度を有すると、解像性が向上する傾向にある。これは、成分(A)の露光前後の溶解性の変化により、現像液に溶解する未露光部と、現像液に溶解しない露光部との界面のコントラストが大きくなるからと推測される。またLERの低減、ディフェクトの低減効果が得られ易くなる。In the case of a negative resist pattern, the dissolution rate of the exposed portion is preferably 5 Å/sec or less, more preferably 0.05 to 5 Å/sec, and even more preferably 0.0005 to 5 Å/sec. If the dissolution rate is 5 Å/sec or less, it is insoluble in the developer and can be easily made into a resist. In addition, if the dissolution rate is 0.0005 Å/sec or more, the resolution tends to improve. This is presumably because the change in solubility of component (A) before and after exposure increases the contrast at the interface between the unexposed portion that dissolves in the developer and the exposed portion that does not dissolve in the developer. In addition, it becomes easier to achieve a reduction in LER and a reduction in defects.

5)他の成分(成分(D))
感放射線性組成物は、必要に応じて、成分(A)、成分(B)、及び溶媒以外の成分(D)を含むことができる。成分(D)としては、前述の酸発生剤、酸架橋剤、酸拡散制御剤、溶解促進剤、溶解制御剤、増感剤、界面活性剤、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体、或いはこれらの組合せが挙げられる。
5) Other components (component (D))
The radiation-sensitive composition may contain, as necessary, a component (D) other than the components (A), (B), and the solvent. Examples of the component (D) include the above-mentioned acid generator, acid crosslinker, acid diffusion controller, dissolution promoter, dissolution controller, sensitizer, surfactant, organic carboxylic acid, phosphorus oxoacid or derivatives thereof, or combinations of these.

6)感放射線性組成物における各成分の配合割合
感放射線性組成物において、成分(A)の量は、固形成分全質量100質量%(成分(A)、成分(B)及び成分(D)等の固形成分の総和)中、好ましくは1~99質量%であり、より好ましくは5~95質量%、さらに好ましくは10~90質量%、特に好ましくは25~75質量%である。成分(A)の量が当該範囲内であると、高感度でラフネスの小さなパターンを得ることができる傾向にある。
6) Proportion of each component in radiation-sensitive composition In the radiation-sensitive composition, the amount of component (A) is preferably 1 to 99 mass%, more preferably 5 to 95 mass%, still more preferably 10 to 90 mass%, and particularly preferably 25 to 75 mass%, of the total mass of solid components (100 mass% (total of solid components such as components (A), (B), and (D)). When the amount of component (A) is within this range, a pattern with high sensitivity and small roughness tends to be obtained.

感放射線性組成物における成分(B)の量は、固形成分全質量100質量%中、好ましくは1~99質量%であり、より好ましくは5~95質量%、さらに好ましくは10~90質量%、特に好ましくは25~75質量%である成分(B)の量が当該範囲内であると、高感度でラフネスの小さなパターンを得ることができる傾向にある。The amount of component (B) in the radiation-sensitive composition is preferably 1 to 99 mass%, more preferably 5 to 95 mass%, even more preferably 10 to 90 mass%, and particularly preferably 25 to 75 mass%, of the total mass of the solid components (100 mass%). When the amount of component (B) is within this range, a pattern with high sensitivity and small roughness tends to be obtained.

成分(A)とジアゾナフトキノン光活性化合物(成分(B))と任意成分(D)との含有量比((A)/(B)/(D))は、感放射線性組成物の固形分中、以下であることが好ましい。
1~99質量%/99~1質量%/0~98質量%、
1~99質量%/99~1質量%/0~49質量%、
5~95質量%/95~5質量%/0~49質量%、
10~90質量%/90~10質量%/0~10質量%、
20~80質量%/80~20質量%/0~5質量%、又は
25~75質量%/75~25質量%/0質量%。
The content ratio ((A)/(B)/(D)) of component (A), diazonaphthoquinone photoactive compound (component (B)), and optional component (D) in the solid content of the radiation-sensitive composition is preferably as follows:
1-99% by mass/99-1% by mass/0-98% by mass,
1-99% by mass/99-1% by mass/0-49% by mass,
5-95% by mass/95-5% by mass/0-49% by mass,
10-90% by mass/90-10% by mass/0-10% by mass,
20-80% by weight/80-20% by weight/0-5% by weight, or 25-75% by weight/75-25% by weight/0% by weight.

感放射線性組成物は上記以外の樹脂を含んでもよい。このような樹脂としては、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール類、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、スチレン-無水マレイン酸樹脂、及びアクリル酸、ビニルアルコール、又はビニルフェノールを単量体単位として含む重合体あるいはこれらの誘導体などが挙げられる。これらの樹脂の量は、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、成分(A)100質量部に対して、30質量部以下が好ましく、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、特に好ましくは0質量部である。The radiation-sensitive composition may contain resins other than those mentioned above. Examples of such resins include novolac resins, polyvinylphenols, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, styrene-maleic anhydride resins, and polymers containing acrylic acid, vinyl alcohol, or vinylphenol as monomer units, or derivatives thereof. The amount of these resins is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, but is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, even more preferably 5 parts by mass or less, and particularly preferably 0 parts by mass, per 100 parts by mass of component (A).

[リソグラフィー用下層膜形成組成物]
本発明のプレポリマーを含む組成物のうち、リソグラフィー用下層膜の形成に好適なものをリソグラフィー用下層膜形成組成物という。リソグラフィー用下層膜形成組成物は、成分(A)と、溶媒、架橋剤又は酸発生剤等の成分を含む。
1)溶媒
溶媒については、レジスト組成物で説明したとおりである。リソグラフィー用下層膜形成組成物における溶媒の量は、限定されないが、溶解性及び製膜上の観点から、成分(A)100質量部に対して、100~10,000質量部であることが好ましく、200~5,000質量部であることがより好ましく、200~1,000質量部であることがさらに好ましい。
[Underlayer film forming composition for lithography]
Among the compositions containing the prepolymer of the present invention, those suitable for forming an underlayer film for lithography are referred to as an underlayer film-forming composition for lithography. The underlayer film-forming composition for lithography contains component (A) and components such as a solvent, a crosslinking agent, or an acid generator.
The amount of the solvent in the underlayer film-forming composition for lithography is not limited, but from the viewpoints of solubility and film formation, it is preferably 100 to 10,000 parts by mass, more preferably 200 to 5,000 parts by mass, and even more preferably 200 to 1,000 parts by mass, relative to 100 parts by mass of component (A).

2)架橋剤
リソグラフィー用下層膜形成組成物は、インターミキシングを抑制する等の観点から、架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては限定されないが、例えば、エポキシ化合物、アミノ化合物、ベンゾオキサジン化合物、アクリレート化合物、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、フェノール化合物、シアネート化合物等が挙げられる。これらの架橋剤の具体例としては、例えば、国際公開第2018/016614号や国際公開第2013/024779号に記載されたものが挙げられる。これらの架橋剤は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中でも、メラミン化合物、ベンゾオキサジン化合物、グリコールウリル化合物又はエポキシ化合物が好ましく、エッチング耐性向上の観点から、メラミン化合物、ベンゾオキサジン化合物がより好ましい。
2) Crosslinking Agent The underlayer film forming composition for lithography may contain a crosslinking agent from the viewpoint of suppressing intermixing. The crosslinking agent is not limited, but examples thereof include epoxy compounds, amino compounds, benzoxazine compounds, acrylate compounds, melamine compounds, guanamine compounds, glycoluril compounds, urea compounds, isocyanate compounds, azide compounds, phenol compounds, cyanate compounds, and the like. Specific examples of these crosslinking agents include those described in, for example, International Publication No. 2018/016614 and International Publication No. 2013/024779. These crosslinking agents are used alone or in combination of two or more. Among these, melamine compounds, benzoxazine compounds, glycoluril compounds, or epoxy compounds are preferred, and melamine compounds and benzoxazine compounds are more preferred from the viewpoint of improving etching resistance.

架橋剤の含有量は、限定されないが、成分(A)100質量部に対して、0.1~100質量部であることが好ましく、5~50質量部であることがより好ましく、さらに好ましくは10~40質量部である。架橋剤の含有量が上記範囲内にあることにより、レジスト層とのミキシング現象の発生が抑制される傾向にあり、また、反射防止効果が高められ、架橋後の膜形成性が高められる傾向にある。The content of the crosslinking agent is not limited, but is preferably 0.1 to 100 parts by mass, more preferably 5 to 50 parts by mass, and even more preferably 10 to 40 parts by mass, per 100 parts by mass of component (A). By having the content of the crosslinking agent within the above range, the occurrence of the mixing phenomenon with the resist layer tends to be suppressed, and the anti-reflection effect tends to be enhanced, and the film formability after crosslinking tends to be improved.

3)架橋促進剤
リソグラフィー用下層膜形成組成物は、必要に応じて架橋反応(硬化反応)を促進させるために架橋促進剤を含んでいてもよい。架橋促進剤としては、ラジカル重合開始剤が挙げられる。ラジカル重合開始剤としては、光によりラジカル重合を開始させる光重合開始剤であってもよく、熱によりラジカル重合を開始させる熱重合開始剤であってもよい。ラジカル重合開始剤としては、例えば、ケトン系光重合開始剤、有機過酸化物系重合開始剤及びアゾ系重合開始剤からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
3) Crosslinking Accelerator The underlayer film-forming composition for lithography may contain a crosslinking accelerator to accelerate the crosslinking reaction (curing reaction) as necessary. Examples of the crosslinking accelerator include radical polymerization initiators. Examples of the radical polymerization initiator may be photopolymerization initiators that initiate radical polymerization by light, or thermal polymerization initiators that initiate radical polymerization by heat. Examples of the radical polymerization initiator include at least one selected from the group consisting of ketone-based photopolymerization initiators, organic peroxide-based polymerization initiators, and azo-based polymerization initiators.

このようなラジカル重合開始剤としては、特に制限されず、例えば、国際公開第2018/016614号に記載のものが挙げられる。Such radical polymerization initiators are not particularly limited and include, for example, those described in International Publication No. 2018/016614.

4)酸発生剤
リソグラフィー用下層膜形成組成物は、酸発生剤を含んでいてもよい。酸発生剤についてはレジスト組成物で説明したとおりである。酸発生剤の量は、限定されないが、成分(A)100質量部に対して、0.1~50質量部であることが好ましく、0.5~40質量部であることがより好ましい。酸発生剤の含有量が上記範囲内にあることにより、架橋反応が高められる傾向にあり、レジスト層とのミキシング現象の発生が抑制される傾向にある。
4) Acid Generator The underlayer film forming composition for lithography may contain an acid generator. The acid generator is as explained in the resist composition. The amount of the acid generator is not limited, but is preferably 0.1 to 50 parts by mass, and more preferably 0.5 to 40 parts by mass, relative to 100 parts by mass of component (A). When the content of the acid generator is within the above range, the crosslinking reaction tends to be enhanced, and the occurrence of the mixing phenomenon with the resist layer tends to be suppressed.

5)塩基性化合物
リソグラフィー用下層膜形成組成物は、保存安定性を向上させる等の観点から、塩基性化合物を含有していてもよい。塩基性化合物は、酸発生剤から微量に発生した酸が架橋反応を進行させることを防ぐ役割、すなわち酸に対するクエンチャーの役割を果たす。このような塩基性化合物としては、限定されないが、例えば、国際公開第2013/024779号に記載されたものが挙げられる。
5) Basic Compound The underlayer film-forming composition for lithography may contain a basic compound from the viewpoint of improving storage stability, etc. The basic compound plays a role of preventing a small amount of acid generated from the acid generator from proceeding with a crosslinking reaction, that is, plays a role of a quencher for the acid. Such a basic compound is not limited, but may be, for example, one described in International Publication No. 2013/024779.

塩基性化合物の量は、限定されないが、リソグラフィー用膜形成材料100質量部に対して、好ましくは0.001~2質量部、より好ましくは0.01~1質量部である。塩基性化合物の含有量が上記範囲内にあることにより、架橋反応を過度に損なうことなく保存安定性が高められる傾向にある。The amount of the basic compound is not limited, but is preferably 0.001 to 2 parts by mass, and more preferably 0.01 to 1 part by mass, per 100 parts by mass of the film-forming material for lithography. By having the content of the basic compound within the above range, storage stability tends to be improved without excessively impairing the crosslinking reaction.

6)他の添加剤
リソグラフィー用下層膜形成組成物は、熱や光による硬化性の付与や吸光度をコントロールする目的で、他の樹脂又は化合物を含有していてもよい。このような樹脂又は化合物としては、限定されないが、例えば、ナフトール樹脂、キシレン樹脂ナフトール変性樹脂、ナフタレン樹脂のフェノール変性樹脂;ポリヒドロキシスチレン、ジシクロペンタジエン樹脂、(メタ)アクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレート、テトラメタクリレート、ビニルナフタレン、ポリアセナフチレン等のナフタレン環、フェナントレンキノン、フルオレン等のビフェニル環、チオフェン、インデン等のヘテロ原子を有する複素環を含む樹脂や芳香族環を含まない樹脂;ロジン系樹脂、シクロデキストリン、アダマンタン(ポリ)オール、トリシクロデカン(ポリ)オール及びそれらの誘導体等の脂環構造を含む樹脂又は化合物等が挙げられる。リソグラフィー用下層膜形成組成物は、公知の添加剤を含有していてもよい。公知の添加剤としては、以下に限定されないが、例えば、熱又は光硬化触媒、重合禁止剤、難燃剤、充填剤、カップリング剤、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、界面活性剤、着色剤、ノニオン系界面活性剤等が挙げられる。
6) Other Additives The underlayer film-forming composition for lithography may contain other resins or compounds for the purpose of imparting curability by heat or light or controlling absorbance. Examples of such resins or compounds include, but are not limited to, naphthol resins, xylene resins, naphthol-modified resins, and phenol-modified resins of naphthalene resins; polyhydroxystyrene, dicyclopentadiene resins, (meth)acrylates, dimethacrylates, trimethacrylates, tetramethacrylates, vinylnaphthalene, polyacenaphthylene, and other naphthalene rings, phenanthrenequinone, fluorene, and other biphenyl rings, thiophene, indene, and other heterocyclic rings having heteroatoms, and resins not containing aromatic rings; rosin-based resins, cyclodextrins, adamantane (poly)ols, tricyclodecane (poly)ols, and derivatives thereof, and other resins or compounds containing alicyclic structures. The underlayer film-forming composition for lithography may contain known additives. Examples of known additives include, but are not limited to, heat or light curing catalysts, polymerization inhibitors, flame retardants, fillers, coupling agents, thermosetting resins, photocurable resins, dyes, pigments, thickeners, lubricants, defoamers, leveling agents, ultraviolet absorbers, surfactants, colorants, and nonionic surfactants.

[光学部品形成組成物及びその硬化物]
本発明のプレポリマーを含む組成物のうち、光学部品の形成に好適なものを光学部品形成組成物という。当該組成物から形成される光学部品は、高屈折率及び高透明性が期待でき、さらに、保存安定性、構造体形成能(膜形成能)、耐熱性が期待される。また当該組成物を硬化して得られる硬化物は、三次元架橋物であることができ、低温から高温までの広範囲の熱処理によって着色が抑制され、高屈折率及び高透明性が期待できる。光学部品の屈折率及び透明性の程度は限定されないが、633nmの波長において、好ましくは1.65~2.00%の屈折率及び0.001~0.03の消衰係数(透明性)を有することが好ましい。屈折率及び消衰係数は真空紫外域多入射角分光エリプソメーターを用いて測定される。
[Optical component-forming composition and cured product thereof]
Among the compositions containing the prepolymer of the present invention, those suitable for forming optical parts are called optical part forming compositions. Optical parts formed from the composition are expected to have a high refractive index and high transparency, and further, are expected to have storage stability, structure forming ability (film forming ability), and heat resistance. In addition, the cured product obtained by curing the composition can be a three-dimensional crosslinked product, and coloring is suppressed by a wide range of heat treatments from low temperature to high temperature, and a high refractive index and high transparency can be expected. The refractive index and degree of transparency of the optical part are not limited, but it is preferable that the optical part has a refractive index of 1.65 to 2.00% and an extinction coefficient (transparency) of 0.001 to 0.03 at a wavelength of 633 nm. The refractive index and extinction coefficient are measured using a vacuum ultraviolet region multiple incidence angle spectroscopic ellipsometer.

1)溶媒
光学部品形成組成物は溶媒を含有することができる。当該溶媒としては、前述した本実施形態のリソグラフィー用材料組成物に用いられる溶媒と同様であることができる。
The optical part forming composition may contain a solvent. The solvent may be the same as the solvent used in the lithography material composition of the present embodiment described above.

光学部品形成組成物における固形成分の量と溶媒の量との関係は限定されないが、固形成分1~80質量%及び溶媒20~99質量%であることが好ましく、固形成分1~50質量%及び溶媒50~99質量%であることがより好ましく、固形成分2~40質量%及び溶媒60~98質量%であることが更に好ましく、固形成分2~10質量%及び溶媒90~98質量%であることが特に好ましい。また、光学部品形成組成物は溶媒を含まないこともできる。 The relationship between the amount of solid components and the amount of solvent in the optical component-forming composition is not limited, but it is preferable that the solid components be 1 to 80% by mass and the solvent be 20 to 99% by mass, more preferably that the solid components be 1 to 50% by mass and the solvent be 50 to 99% by mass, even more preferably that the solid components be 2 to 40% by mass and the solvent be 60 to 98% by mass, and particularly preferably that the solid components be 2 to 10% by mass and the solvent be 90 to 98% by mass. The optical component-forming composition may also be solvent-free.

2)各成分の量
光学部品形成組成物は、他の固形成分として、前述の酸発生剤(成分(C))、酸架橋剤(成分(G))、酸拡散制御剤(成分(E))及びその他の成分(F)からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有してもよい。
2) Amount of Each Component The optical component-forming composition may contain, as another solid component, at least one selected from the group consisting of the acid generator (component (C)), the acid crosslinker (component (G)), the acid diffusion controller (component (E)) and other components (F).

光学部品形成組成物における固形成分全質量100質量%中、成分(A)の量は、50~99.4質量%であることが好ましく、55~90質量%であることがより好ましく、60~80質量%であることが更に好ましく、60~70質量%であることが特に好ましい。Of the total mass of solid components in the optical component-forming composition (100 mass %), the amount of component (A) is preferably 50 to 99.4 mass %, more preferably 55 to 90 mass %, even more preferably 60 to 80 mass %, and particularly preferably 60 to 70 mass %.

光学部品形成組成物が酸発生剤(成分(C))を含む場合、その量は、固形成分全質量100質量%中、0.001~49質量%が好ましく、1~40質量%がより好ましく、3~30質量%が更に好ましく、10~25質量%が特に好ましい。前記含有量の範囲内で酸発生剤を使用することにより、より高屈折率な硬化物が得られる。When the optical component-forming composition contains an acid generator (component (C)), the amount thereof is preferably 0.001 to 49 mass%, more preferably 1 to 40 mass%, even more preferably 3 to 30 mass%, and particularly preferably 10 to 25 mass%, based on 100 mass% of the total mass of the solid components. By using an acid generator within the above content range, a cured product with a higher refractive index can be obtained.

硬化物の強度を向上させる観点から、光学部品形成組成物は酸架橋剤(成分(G))を一種以上含むことが好ましい。酸架橋剤の含有量は、固形成分全質量100質量%中、0.5~49質量%が好ましく、0.5~40質量%がより好ましく、1~30質量%が更に好ましく、2~20質量%が特に好ましい。前記酸架橋剤の含有割合を0.5質量%以上とすると、光学部品形成組成物の有機溶媒に対する溶解性の抑制効果を向上させることができるので好ましく、一方、49質量%以下とすると、光学部品形成組成物としての耐熱性の低下を抑制できるので好ましい。From the viewpoint of improving the strength of the cured product, it is preferable that the optical component forming composition contains one or more acid crosslinkers (component (G)). The content of the acid crosslinker is preferably 0.5 to 49 mass%, more preferably 0.5 to 40 mass%, even more preferably 1 to 30 mass%, and particularly preferably 2 to 20 mass%, of the total mass of the solid components (100 mass%). A content ratio of the acid crosslinker of 0.5 mass% or more is preferable because it can improve the effect of suppressing the solubility of the optical component forming composition in organic solvents, while a content ratio of 49 mass% or less is preferable because it can suppress a decrease in the heat resistance of the optical component forming composition.

光学部品形成組成物は酸拡散制御剤(成分(E))を含有してもよい。酸拡散制御剤を使用することにより、光学部品形成組成物の貯蔵安定性が向上する。The optical component forming composition may contain an acid diffusion control agent (component (E)). The use of the acid diffusion control agent improves the storage stability of the optical component forming composition.

酸拡散制御剤の含有量は、100質量%中、0.001~49質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.01~5質量%が更に好ましく、0.01~3質量%が特に好ましい。酸拡散制御剤の含有量が前記範囲内であると、寸法忠実度等の劣化を一層抑制できる。またこのような酸拡散制御剤を使用することにより、光学部品形成組成物の貯蔵安定性が向上し、解像度が向上するとともに、プロセス安定性に極めて優れたものとなる。The content of the acid diffusion control agent is preferably 0.001 to 49% by mass, more preferably 0.01 to 10% by mass, even more preferably 0.01 to 5% by mass, and particularly preferably 0.01 to 3% by mass, out of 100% by mass. When the content of the acid diffusion control agent is within the above range, deterioration of dimensional fidelity and the like can be further suppressed. Furthermore, by using such an acid diffusion control agent, the storage stability of the optical component forming composition is improved, the resolution is improved, and the process stability is extremely excellent.

光学部品形成組成物が前述の任意成分(F)を含む場合、その合計量は、固形成分の全質量の0~49質量%が好ましく、0~5質量%がより好ましく、0~1質量%が更に好ましく、0質量%が特に好ましい。When the optical component forming composition contains the aforementioned optional component (F), the total amount thereof is preferably 0 to 49 mass % of the total mass of the solid components, more preferably 0 to 5 mass %, even more preferably 0 to 1 mass %, and particularly preferably 0 mass %.

光学部品形成組成物において、成分(A)、成分(C)、成分(E)、成分(F)の含有量は、以下であることが好ましい。
50~99.4質量%/0.001~49質量%/0.001~49質量%/0~49質量%、
55~90質量%/1~40質量%/0.01~10質量%/0~5質量%
60~80質量%/3~30質量%/0.01~5質量%/0~1質量%、又は
60~70質量%/10~25質量%/0.01~3質量%/0質量%。
In the composition for forming an optical part, the contents of component (A), component (C), component (E) and component (F) are preferably as follows.
50-99.4% by mass / 0.001-49% by mass / 0.001-49% by mass / 0-49% by mass,
55-90% by mass/1-40% by mass/0.01-10% by mass/0-5% by mass
60-80% by weight/3-30% by weight/0.01-5% by weight/0-1% by weight, or 60-70% by weight/10-25% by weight/0.01-3% by weight/0% by weight.

光学部品形成組成物の調製方法は、限定されず、例えば、各成分を溶媒に溶解して均一溶液とし、その後、必要に応じて、例えば孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過する方法等が挙げられる。The method for preparing the optical component-forming composition is not limited, and examples include dissolving each component in a solvent to form a homogeneous solution, and then filtering the solution, if necessary, using a filter having a pore size of about 0.2 μm.

光学部品形成組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で樹脂を含むことができる。樹脂は、特に限定されず、例えば、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール類、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、スチレン-無水マレイン酸樹脂、及びアクリル酸、ビニルアルコール、又はビニルフェノールを単量体単位として含む重合体或いはこれらの誘導体などが挙げられる。当該樹脂の含有量は、特に限定されず、使用する成分(A)の種類に応じて適宜調節されるが、成分(A)100質量部当たり、30質量部以下が好ましく、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下、特に好ましくは0質量部である。The optical component forming composition may contain a resin to the extent that it does not impair the object of the present invention. The resin is not particularly limited, and examples thereof include novolac resin, polyvinylphenols, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, styrene-maleic anhydride resin, and polymers containing acrylic acid, vinyl alcohol, or vinylphenol as monomer units, or derivatives thereof. The content of the resin is not particularly limited and is appropriately adjusted depending on the type of component (A) used, but is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, even more preferably 5 parts by mass or less, and particularly preferably 0 parts by mass per 100 parts by mass of component (A).

3)硬化物
硬化物は、前記光学部品形成組成物を硬化して得られ、各種樹脂として使用することができる。これらの硬化物は、高融点、高屈折率及び高透明性といった様々な特性を付与する高汎用性の材料として様々な用途に用いることができる。なお、当該硬化物は、前記の組成物を光照射、加熱等の各組成に対応した公知の方法を用いることによって得ることができる。
3) Cured product The cured product is obtained by curing the optical component-forming composition, and can be used as various resins. These cured products can be used for various purposes as highly versatile materials that impart various properties such as a high melting point, a high refractive index, and high transparency. The cured products can be obtained by subjecting the compositions to light irradiation, heating, or other known methods corresponding to each composition.

これらの硬化物は、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等の各種合成樹脂として、更には、機能性を活かしてレンズ、光学シート等の光学部品として用いることができる。These cured products can be used as various synthetic resins such as epoxy resin, polycarbonate resin, acrylic resin, etc., and furthermore, by utilizing their functionality, they can be used as optical components such as lenses and optical sheets.

3.膜又はレジストパターンの形成方法
[レジスト組成物を用いたレジストパターンの形成方法]
本発明のレジスト組成物を用いたレジストパターンの形成方法は、当該組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、形成されたレジスト膜の少なくとも一部を露光する工程と、露光した前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備える。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。また、レジストパターンの形成方法は、後述するレジスト永久膜の形成方法として適用することもできる
3. Method for forming a film or resist pattern [Method for forming a resist pattern using a resist composition]
The method for forming a resist pattern using the resist composition of the present invention comprises the steps of forming a resist film on a substrate using the composition, exposing at least a part of the formed resist film, and developing the exposed resist film to form a resist pattern. The resist pattern can also be formed as an upper layer resist in a multi-layer process. The method for forming a resist pattern can also be used as a method for forming a permanent resist film, which will be described later.

レジストパターンを形成する方法は、限定されないが、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、従来公知の基板上にレジスト組成物を、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できる。より具体的には、特に限定されないが、シリコンウェハー、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、特に限定されないが、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又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、特に限定されないが、例えば、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、特に限定されないが、例えば、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。The method of forming the resist pattern is not limited, but may be, for example, the following method. First, a resist film is formed by applying a resist composition onto a conventionally known substrate by a coating means such as spin coating, casting coating, or roll coating. The conventionally known substrate is not particularly limited, and may be, for example, a substrate for electronic components or a substrate on which a predetermined wiring pattern is formed. More specifically, but not particularly limited, may be a silicon wafer, a substrate made of metal such as copper, chromium, iron, or aluminum, or a glass substrate. The material of the wiring pattern is not particularly limited, and may be, for example, copper, aluminum, nickel, or gold. If necessary, an inorganic or organic film may be provided on the substrate. The inorganic film may be, but not particularly limited, an inorganic anti-reflective film (inorganic BARC). The organic film may be, but not particularly limited, an organic anti-reflective film (organic BARC). Surface treatment with hexamethylenedisilazane or the like may be performed.

次に、必要に応じて、塗布した基板を加熱する。加熱条件は、レジスト組成物の配合組成等により変動するが、好ましくは20~250℃、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るので好ましい。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、及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、レジスト組成物の配合組成等に応じて適宜選定される。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ことが好ましい。Next, the coated substrate is heated as necessary. The heating conditions vary depending on the composition of the resist composition, etc., but are preferably 20 to 250°C, more preferably 20 to 150°C. Heating is preferable because it may improve the adhesion of the resist to the substrate. Next, the resist film is exposed to any radiation selected from the group consisting of visible light, ultraviolet light, excimer laser, electron beam, extreme ultraviolet (EUV), X-ray, and ion beam into the desired pattern. The exposure conditions, etc. are appropriately selected depending on the composition of the resist composition, etc. In order to stably form a high-precision fine pattern in the exposure, it is preferable to heat after radiation exposure.

次いで、露光されたレジスト膜を現像液で現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。上記現像液としては、使用する成分(A)に対して溶解度パラメーター(SP値)の近い溶剤を選択することが好ましく、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤、炭化水素系溶剤又はアルカリ水溶液を用いることができる。これら現像液の具体例としては、例えば、国際公開第2018/016614号に記載のものが挙げられる。The exposed resist film is then developed with a developer to form a desired resist pattern. As the developer, it is preferable to select a solvent having a solubility parameter (SP value) close to that of the component (A) used, and polar solvents such as ketone-based solvents, ester-based solvents, alcohol-based solvents, amide-based solvents, and ether-based solvents, hydrocarbon-based solvents, or alkaline aqueous solutions can be used. Specific examples of these developers include those described in International Publication No. WO 2018/016614.

上記の溶剤は、複数混合してもよいし、性能を有する範囲内で、上記以外の溶剤や水と混合し使用してもよい。ただし、本発明の効果を十二分に奏するためには、現像液全体としての含水率が70質量%未満であることが好ましく、50質量%未満であることがより好ましく、30質量%未満であることがさらに好ましく、10質量%未満であることがよりさらに好ましく、実質的に水分を含有しないことが特に好ましい。すなわち、現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、30質量%以上100質量%以下であることが好ましく、50質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、70質量%以上100質量%以下であることがさらに好ましく、90質量%以上100質量%以下であることがよりさらに好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが特に好ましい。The above solvents may be mixed in multiples, or may be mixed with other solvents or water within the range of performance. However, in order to fully achieve the effects of the present invention, it is preferable that the water content of the developer as a whole is less than 70% by mass, more preferably less than 50% by mass, even more preferably less than 30% by mass, even more preferably less than 10% by mass, and it is particularly preferable that it contains substantially no water. That is, the content of the organic solvent in the developer is preferably 30% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 100% by mass or less, even more preferably 70% by mass or more and 100% by mass or less, even more preferably 90% by mass or more and 100% by mass or less, and particularly preferably 95% by mass or more and 100% by mass or less.

現像液としては、特に、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤を含有する現像液が、レジストパターンの解像性やラフネス等のレジスト性能を改善するため好ましい。As a developer, a developer containing at least one solvent selected from ketone-based solvents, ester-based solvents, alcohol-based solvents, amide-based solvents and ether-based solvents is particularly preferred, as it improves resist performance such as the resolution and roughness of the resist pattern.

現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量添加することができる。界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。これらのフッ素又はシリコン系界面活性剤として、例えば、特開昭62-36663号公報、特開昭61-226746号公報、特開昭61-226745号公報、特開昭62-170950号公報、特開昭63-34540号公報、特開平7-230165号公報、特開平8-62834号公報、特開平9-54432号公報、特開平9-5988号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、好ましくは、非イオン性の界面活性剤である。非イオン性の界面活性剤としては特に限定されないが、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を用いることがさらに好ましい。If necessary, an appropriate amount of a surfactant can be added to the developer. There are no particular limitations on the surfactant, but for example, ionic or non-ionic fluorine-based or silicon-based surfactants can be used. Examples of these fluorine or silicon-based surfactants include those described in JP-A-62-36663, JP-A-61-226746, JP-A-61-226745, JP-A-62-170950, JP-A-63-34540, JP-A-7-230165, JP-A-8-62834, JP-A-9-54432, JP-A-9-5988, U.S. Pat. Nos. 5,405,720, 5,360,692, 5,529,881, 5,296,330, 5,436,098, 5,576,143, 5,294,511, and 5,824,451. Preferably, they are nonionic surfactants. The non-ionic surfactant is not particularly limited, but it is more preferable to use a fluorine-based surfactant or a silicon-based surfactant.

界面活性剤の使用量は現像液の全量に対して、通常0.001~5質量%、好ましくは0.005~2質量%、さらに好ましくは0.01~0.5質量%である。The amount of surfactant used is usually 0.001 to 5 mass %, preferably 0.005 to 2 mass %, and more preferably 0.01 to 0.5 mass %, relative to the total amount of the developer.

現像方法としては、特に限定されないが、例えば、現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板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ことで現像する方法(パドル法)、基板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基板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つづける方法(ダイナミックディスペンス法)などを適用することができる。パターンの現像を行なう時間に限定されないが、好ましくは10秒~90秒である。現像を行う工程の後に、他の溶媒に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。 The development method is not particularly limited, but may be, for example, a method in which the substrate is immersed in a tank filled with developer for a certain period of time (dip method), a method in which developer is piled up on the substrate surface by surface tension and left to stand for a certain period of time (paddle method), a method in which developer is sprayed onto the substrate surface (spray method), or a method in which developer is continuously dispensed while a developer dispensing nozzle is scanned at a constant speed onto a substrate rotating at a constant speed (dynamic dispense method). The time for developing the pattern is not limited, but is preferably 10 to 90 seconds. After the development step, a step of stopping development by replacing the solvent with another solvent may be carried out.

現像の後には、有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄する工程を含むことが好ましい。現像後のリンス工程に用いるリンス液としては、架橋により硬化したレジストパターンを溶解しなければ特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含む溶液又は水を使用することができる。上記リンス液としては、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有するリンス液を用いることが好ましい。より好ましくは、現像の後に、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。より好ましくは、現像の後に、アルコール系溶剤又はエステル系溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。さらにより好ましくは、現像の後に、1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。特に好ましくは、現像の後に、炭素数5以上の1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。パターンのリンスを行なう時間は制限されないが、好ましくは10秒~90秒である。After development, it is preferable to include a step of washing with a rinse solution containing an organic solvent. The rinse solution used in the rinse step after development is not particularly limited as long as it does not dissolve the resist pattern hardened by crosslinking, and a solution containing a general organic solvent or water can be used. As the rinse solution, it is preferable to use a rinse solution containing at least one organic solvent selected from a hydrocarbon solvent, a ketone solvent, an ester solvent, an alcohol solvent, an amide solvent, and an ether solvent. More preferably, after development, a step of washing is performed using a rinse solution containing at least one organic solvent selected from the group consisting of a ketone solvent, an ester solvent, an alcohol solvent, and an amide solvent. More preferably, after development, a step of washing is performed using a rinse solution containing an alcohol solvent or an ester solvent. Even more preferably, after development, a step of washing is performed using a rinse solution containing a monohydric alcohol. Particularly preferably, after development, a step of washing is performed using a rinse solution containing a monohydric alcohol having 5 or more carbon atoms. The time for rinsing the pattern is not limited, but is preferably 10 to 90 seconds.

現像後のリンス工程で用いられる1価アルコールとしては、直鎖状、分岐状、環状の1価アルコールが挙げられ、具体的には、特に限定されないが、例えば、1-ブタノール、2-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、1-ヘキサノール、4-メチル-2-ペンタノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、2-ヘキサノール、シクロペンタノール、2-ヘプタノール、2-オクタノール、3-ヘキサノール、3-ヘプタノール、3-オクタノール、4-オクタノールなどを用いることができ、特に好ましい炭素数5以上の1価アルコールとしては、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、4-メチル-2-ペンタノール、1-ペンタノール、3-メチル-1-ブタノールなどを用いることができる。上記各成分は、複数混合してもよいし、上記以外の有機溶剤と混合し使用してもよい。 The monohydric alcohol used in the rinsing process after development includes linear, branched, and cyclic monohydric alcohols. Specific examples include, but are not limited to, 1-butanol, 2-butanol, 3-methyl-1-butanol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 1-hexanol, 4-methyl-2-pentanol, 1-heptanol, 1-octanol, 2-hexanol, cyclopentanol, 2-heptanol, 2-octanol, 3-hexanol, 3-heptanol, 3-octanol, and 4-octanol. Particularly preferred monohydric alcohols having 5 or more carbon atoms include 1-hexanol, 2-hexanol, 4-methyl-2-pentanol, 1-pentanol, and 3-methyl-1-butanol. The above components may be mixed in combination, or may be mixed with an organic solvent other than those mentioned above.

リンス液中の含水率は、10質量%以下が好ましく、より好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。含水率を10質量%以下にすることで、より良好な現像特性を得ることができる傾向にある。リンス液には、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。The water content in the rinse solution is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and particularly preferably 3% by weight or less. By keeping the water content at 10% by weight or less, better development characteristics tend to be obtained. An appropriate amount of surfactant can also be added to the rinse solution.

リンス工程においては、現像を行ったウエハを上記の有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄処理する。洗浄処理の方法は特に限定されないが、たとえば、一定速度で回転している基板上にリンス液を塗出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)、などを適用することができ、この中でも回転塗布方法で洗浄処理を行い、洗浄後に基板を2000rpm~4000rpmの回転数で回転させ、リンス液を基板上から除去することが好ましい。In the rinsing process, the developed wafer is washed with a rinse solution containing the organic solvent. The method of washing is not particularly limited, but may be, for example, a method in which the rinse solution is continuously applied onto a substrate rotating at a constant speed (spin coating method), a method in which the substrate is immersed for a certain period of time in a tank filled with the rinse solution (dip method), or a method in which the rinse solution is sprayed onto the substrate surface (spray method). Among these, it is preferable to wash the substrate using the spin coating method, rotate the substrate at a rotation speed of 2000 rpm to 4000 rpm after washing, and remove the rinse solution from the substrate.

レジストパターンを形成した後、エッチングすることによりパターン配線基板が得られる。エッチングの方法はプラズマガスを使用するドライエッチング及びアルカリ溶液、塩化第二銅溶液、塩化第二鉄溶液等によるウェットエッチングなど公知の方法で行うことができる。After forming the resist pattern, the patterned wiring board is obtained by etching. The etching method can be a known method such as dry etching using plasma gas or wet etching using an alkaline solution, cupric chloride solution, ferric chloride solution, etc.

レジストパターンを形成した後、めっきを行うこともできる。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、金めっき等が挙げられる。After forming the resist pattern, plating can be performed. Examples of plating methods include copper plating, solder plating, nickel plating, and gold plating.

エッチング後の残存レジストパターンは有機溶剤で剥離することができる。上記有機溶剤として、特に限定されないが、例えば、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)等が挙げられる。上記剥離方法は、限定されないが、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、多層配線基板でもよく、小径スルーホールを有していてもよい。The remaining resist pattern after etching can be peeled off with an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited, but examples thereof include PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate), PGME (propylene glycol monomethyl ether), EL (ethyl lactate), etc. The peeling method is not limited, but examples thereof include an immersion method and a spray method. In addition, the wiring board on which the resist pattern is formed may be a multilayer wiring board and may have a small diameter through hole.

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。 Wiring boards can also be formed by forming a resist pattern, evaporating metal in a vacuum, and then dissolving the resist pattern in a solution, i.e., by the lift-off method.

レジストパターン形成方法は、基板上に、リソグラフィー用下層膜形成組成物を用いて下層膜を形成する下層膜形成工程を備えていてもよい。本態様の形成方法は、下層膜形成工程により形成した下層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成するフォトレジスト層形成工程と、フォトレジスト層形成工程により形成したフォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像を行う工程を含む。本態様のレジストパターン形成方法は、各種パターンの形成に用いることができるが、絶縁膜パターンの形成方法であることが好ましい。下層膜形成工程については後述する。The resist pattern forming method may include an underlayer film forming step of forming an underlayer film on a substrate using an underlayer film forming composition for lithography. The forming method of this embodiment includes a photoresist layer forming step of forming at least one photoresist layer on the underlayer film formed in the underlayer film forming step, and a step of irradiating a predetermined region of the photoresist layer formed in the photoresist layer forming step with radiation and developing the photoresist layer. The resist pattern forming method of this embodiment can be used to form various patterns, but is preferably a method for forming an insulating film pattern. The underlayer film forming step will be described later.

[リソグラフィー用下層膜]
リソグラフィー用膜形成組成物からリソグラフィー用下層膜を製造する方法は限定されず、公知の方法を用いることができる。例えばリソグラフィー用膜形成組成物をスピンコートやスクリーン印刷等の公知の塗布方法、印刷法等により基板上に配置した後、有機溶媒を揮発させる等して除去することで、下層膜を形成することができる。下層膜の形成時には、レジスト上層膜とのミキシング現象の発生を抑制するとともに架橋反応を促進させるために、ベークを施すことが好ましい。この場合、ベーク温度は、限定されないが、好ましくは80~450℃、より好ましくは200~400℃である。ベーク時間も、限定されないが、10~600秒の範囲内であることが好ましい。下層膜の厚さは、要求性能に応じて適宜選定することができ、限定されないが、好ましくは30~20,000nm、より好ましくは50~15,000nmである。
[Underlayer film for lithography]
The method for producing the underlayer film for lithography from the film-forming composition for lithography is not limited, and a known method can be used. For example, the film-forming composition for lithography is placed on a substrate by a known coating method such as spin coating or screen printing, a printing method, or the like, and then the organic solvent is removed by volatilization or the like to form the underlayer film. When forming the underlayer film, it is preferable to perform baking in order to suppress the occurrence of a mixing phenomenon with the resist upper layer film and to promote the crosslinking reaction. In this case, the baking temperature is not limited, but is preferably 80 to 450°C, more preferably 200 to 400°C. The baking time is also not limited, but is preferably within the range of 10 to 600 seconds. The thickness of the underlayer film can be appropriately selected depending on the required performance, and is not limited, but is preferably 30 to 20,000 nm, more preferably 50 to 15,000 nm.

下層膜を作製した後、2層プロセスの場合は、その下層膜上に珪素含有レジスト層、又は炭化水素からなる単層レジストを作製することが好ましく、3層プロセスの場合はその下層膜上に珪素含有中間層を作製し、さらにその珪素含有中間層上に珪素を含まない単層レジスト層を作製することが好ましい。この場合、このレジスト層を形成するためのフォトレジスト材料としては公知のものを使用することができる。After preparing the underlayer film, in the case of a two-layer process, it is preferable to prepare a silicon-containing resist layer or a monolayer resist made of a hydrocarbon on the underlayer film, and in the case of a three-layer process, it is preferable to prepare a silicon-containing intermediate layer on the underlayer film and then prepare a silicon-free monolayer resist layer on the silicon-containing intermediate layer. In this case, a known photoresist material can be used to form this resist layer.

2層プロセス用の珪素含有レジスト材料としては、酸素ガスエッチング耐性の観点から、ベースポリマーとしてポリシルセスキオキサン誘導体又はビニルシラン誘導体等の珪素原子含有ポリマーを使用し、さらに有機溶媒、酸発生剤、必要により塩基性化合物等を含むポジ型のフォトレジスト材料が好ましく用いられる。ここで珪素原子含有ポリマーとしては、この種のレジスト材料において用いられている公知のポリマーを使用することができる。As a silicon-containing resist material for a two-layer process, from the viewpoint of oxygen gas etching resistance, a silicon atom-containing polymer such as a polysilsesquioxane derivative or a vinylsilane derivative is preferably used as the base polymer, and a positive photoresist material containing an organic solvent, an acid generator, and, if necessary, a basic compound is preferably used. Here, the silicon atom-containing polymer may be a known polymer used in this type of resist material.

3層プロセス用の珪素含有中間層としては、ポリシルセスキオキサンベースの中間層が好ましく用いられる。中間層に反射防止膜としての効果を持たせることによって、効果的に反射を抑えることができる傾向にある。例えば、193nm露光用プロセスにおいて、下層膜として芳香族基を多く含み基板エッチング耐性が高い材料を用いると、k値が高くなり、基板反射が高くなる傾向にあるが、中間層で反射を抑えることによって、基板反射を0.5%以下にすることができる。このような反射防止効果を有する中間層としては、以下に限定されないが、193nm露光用としては、フェニル基又は珪素-珪素結合を有する吸光基が導入された、酸或いは熱で架橋するポリシルセスキオキサンが好ましく用いられる。As the silicon-containing intermediate layer for the three-layer process, a polysilsesquioxane-based intermediate layer is preferably used. By giving the intermediate layer the effect of an anti-reflective film, reflection tends to be effectively suppressed. For example, in a 193 nm exposure process, if a material containing many aromatic groups and having high substrate etching resistance is used as the underlayer film, the k value tends to be high and the substrate reflection tends to be high, but by suppressing reflection with the intermediate layer, the substrate reflection can be reduced to 0.5% or less. As an intermediate layer having such an anti-reflective effect, but not limited to the following, for 193 nm exposure, a polysilsesquioxane that is crosslinked by acid or heat and has a light-absorbing group having a phenyl group or a silicon-silicon bond introduced therein is preferably used.

Chemical Vapour Deposition(CVD)法で形成した中間層を用いることもできる。CVD法で作製した、反射防止膜としての効果が高い中間層としては、以下に限定されないが、例えば、SiON膜が知られている。一般的には、CVD法よりスピンコート法やスクリーン印刷等の湿式プロセスによって中間層を形成する方が、簡便でコスト的なメリットがある。3層プロセスにおける上層レジストは、ポジ型、ネガ型のどちらでもよく、また、通常用いられている単層レジストと同じものを用いることができる。An intermediate layer formed by Chemical Vapor Deposition (CVD) can also be used. As an intermediate layer produced by CVD that is highly effective as an anti-reflective film, for example, a SiON film is known, but is not limited to the following. In general, it is easier and more cost-effective to form an intermediate layer by a wet process such as spin coating or screen printing than by CVD. The upper layer resist in the three-layer process may be either positive or negative, and the same resist as the commonly used single layer resist can be used.

さらに本発明の下層膜を通常の単層レジスト用の反射防止膜或いはパターン倒れ抑制のための下地材として用いることもできる。下層膜は、下地加工のためのエッチング耐性に優れるため、下地加工のためのハードマスクとしての機能も期待できる。Furthermore, the underlayer film of the present invention can be used as an anti-reflective film for a normal single-layer resist or as a base material for suppressing pattern collapse. The underlayer film has excellent etching resistance for base processing, so it can also be expected to function as a hard mask for base processing.

上記フォトレジスト材料によりレジスト層を形成する場合においては、上記下層膜を形成する場合と同様に、スピンコート法やスクリーン印刷等の湿式プロセスが好ましく用いられる。また、レジスト材料をスピンコート法などで塗布した後、通常、プリベークが行われるが、このプリベークは、80~180℃で10~300秒の範囲で行うことが好ましい。その後、常法に従い、露光を行い、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)、現像を行うことで、レジストパターンを得ることができる。レジスト膜の厚さは特に制限されないが、一般的には、30~500nmが好ましく、50~400nmがより好ましい。When forming a resist layer using the photoresist material, wet processes such as spin coating and screen printing are preferably used, as in the case of forming the underlayer film. After applying the resist material by spin coating or the like, pre-baking is usually performed, and this pre-baking is preferably performed at 80 to 180°C for 10 to 300 seconds. Thereafter, exposure is performed according to a conventional method, followed by post-exposure baking (PEB) and development to obtain a resist pattern. There are no particular limitations on the thickness of the resist film, but generally, 30 to 500 nm is preferred, and 50 to 400 nm is more preferred.

露光光は、使用するフォトレジスト材料に応じて適宜選択される。一般的には、波長300nm以下の高エネルギー線、具体的には248nm、193nm、157nmのエキシマレーザー、3~20nmの軟X線、電子ビーム、X線等を挙げることができる。上述した方法により形成されるレジストパターンは、下層膜によってパターン倒れが抑制されたものとなる。そのため、下層膜を用いることで、より微細なパターンを得ることができ、また、そのレジストパターンを得るために必要な露光量を低下させ得る。The exposure light is appropriately selected depending on the photoresist material used. Generally, high energy rays with a wavelength of 300 nm or less, specifically, excimer lasers with wavelengths of 248 nm, 193 nm, and 157 nm, soft X-rays with wavelengths of 3 to 20 nm, electron beams, X-rays, etc. can be mentioned. The resist pattern formed by the above-mentioned method is one in which pattern collapse is suppressed by the underlayer film. Therefore, by using the underlayer film, a finer pattern can be obtained, and the amount of exposure required to obtain the resist pattern can be reduced.

次に、得られたレジストパターンをマスクにしてエッチングを行う。2層プロセスにおける下層膜のエッチングとしては、ガスエッチングが好ましく用いられる。ガスエッチングとしては、酸素ガスを用いたエッチングが好適である。酸素ガスに加えて、He、Arなどの不活性ガスや、CO、CO、NH、SO、N、NO、Hガスを加えることも可能である。また、酸素ガスを用いずに、CO、CO、NH、SO、N、NO、Hガスだけでガスエッチングを行うこともできる。特に後者のガスは、パターン側壁のアンダーカット防止のための側壁保護のために好ましく用いられる。 Next, etching is performed using the obtained resist pattern as a mask. Gas etching is preferably used for etching the lower layer film in the two-layer process. Etching using oxygen gas is suitable for gas etching. In addition to oxygen gas, it is also possible to add inert gases such as He and Ar, or CO, CO 2 , NH 3 , SO 2 , N 2 , NO 2 , and H 2 gases. Gas etching can also be performed using only CO, CO 2 , NH 3 , SO 2 , N 2 , NO 2 , and H 2 gases without using oxygen gas. In particular, the latter gas is preferably used for sidewall protection to prevent undercutting of the pattern sidewall.

一方、3層プロセスにおける中間層のエッチングにおいても、ガスエッチングが好ましく用いられる。ガスエッチングとしては、上記の2層プロセスにおいて説明したものと同様のものが適用可能である。とりわけ、3層プロセスにおける中間層の加工は、フロン系のガスを用いてレジストパターンをマスクにして行うことが好ましい。その後、上述したように中間層パターンをマスクにして、例えば酸素ガスエッチングを行うことで、下層膜の加工を行うことができる。On the other hand, gas etching is also preferably used for etching the middle layer in the three-layer process. The gas etching can be the same as that described in the two-layer process above. In particular, the processing of the middle layer in the three-layer process is preferably performed using a fluorocarbon-based gas and a resist pattern as a mask. After that, the lower layer film can be processed by, for example, performing oxygen gas etching using the middle layer pattern as a mask as described above.

ここで、中間層として無機ハードマスク中間層膜を形成する場合は、CVD法やALD法等で、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜(SiON膜)が形成される。窒化膜の形成方法としては、以下に限定されないが、例えば、特開2002-334869号公報、WO2004/066377に記載された方法を用いることができる。このような中間層膜の上に直接フォトレジスト膜を形成することができるが、中間層膜の上に有機反射防止膜(BARC)をスピンコートで形成して、その上にフォトレジスト膜を形成してもよい。Here, when forming an inorganic hard mask intermediate layer film as the intermediate layer, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiON film) is formed by a CVD method, an ALD method, or the like. The method for forming the nitride film is not limited to the following, but for example, the methods described in JP-A-2002-334869 and WO2004/066377 can be used. A photoresist film can be formed directly on such an intermediate layer film, but an organic anti-reflective coating (BARC) may also be formed on the intermediate layer film by spin coating, and a photoresist film may be formed on top of that.

中間層としては、ポリシルセスキオキサンベースの中間層も好適に用いられる。レジスト中間層膜に反射防止膜としての効果を持たせることによって、効果的に反射を抑えることができる傾向にある。ポリシルセスキオキサンベースの中間層の具体的な材料については、以下に限定されないが、例えば、特開2007-226170号、特開2007-226204号に記載されたものを用いることができる。また、次の基板のエッチングも、常法によって行うことができ、例えば、基板がSiO、SiNであればフロン系ガスを主体としたエッチング、p-SiやAl、Wでは塩素系、臭素系ガスを主体としたエッチングを行うことができる。基板をフロン系ガスでエッチングする場合、2層レジストプロセスの珪素含有レジストと3層プロセスの珪素含有中間層は、基板加工と同時に剥離される。一方、塩素系或いは臭素系ガスで基板をエッチングした場合は、珪素含有レジスト層又は珪素含有中間層の剥離が別途行われ、一般的には、基板加工後にフロン系ガスによるドライエッチング剥離が行われる。 As the intermediate layer, a polysilsesquioxane-based intermediate layer is also preferably used. By giving the resist intermediate layer film an effect as an anti-reflection film, reflection tends to be effectively suppressed. Specific materials for the polysilsesquioxane-based intermediate layer are not limited to the following, but for example, those described in JP-A-2007-226170 and JP-A-2007-226204 can be used. In addition, the next etching of the substrate can also be performed by a conventional method. For example, if the substrate is SiO 2 or SiN, etching can be performed mainly with fluorocarbon-based gas, and if p-Si, Al, or W, etching can be performed mainly with chlorine-based or bromine-based gas. When etching the substrate with fluorocarbon-based gas, the silicon-containing resist of the two-layer resist process and the silicon-containing intermediate layer of the three-layer process are stripped at the same time as the substrate is processed. On the other hand, when the substrate is etched with chlorine-based or bromine-based gas, the silicon-containing resist layer or the silicon-containing intermediate layer is stripped separately, and generally, dry etching stripping with fluorocarbon-based gas is performed after the substrate is processed.

本発明の下層膜は、基板のエッチング耐性に優れるという特徴を有する。基板としては、公知のものを適宜選択して使用することができ、限定されないが、Si、α-Si、p-Si、SiO、SiN、SiON、W、TiN、Al等が挙げられる。また、基板は、基材(支持体)上に被加工膜(被加工基板)を有する積層体であってもよい。このような被加工膜としては、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、通常、基材(支持体)とは異なる材質のものが用いられる。加工対象となる基板或いは被加工膜の厚さは、限定されないが、通常50~1,000,000nm程度であることが好ましく、75~50,000nmであることがより好ましい。 The underlayer film of the present invention has a feature of being excellent in etching resistance of the substrate. The substrate can be appropriately selected from known ones and can be used, but is not limited to these, and examples thereof include Si, α-Si, p-Si, SiO 2 , SiN, SiON, W, TiN, Al, etc. The substrate can also be a laminate having a processed film (substrate to be processed) on a base material (support). Examples of such processed films include various low-k films and their stopper films, such as Si, SiO 2 , SiON, SiN, p-Si, α-Si, W, W-Si, Al, Cu, and Al-Si, and films made of a material different from that of the base material (support) are usually used. The thickness of the substrate or processed film to be processed is not limited, but is usually preferably about 50 to 1,000,000 nm, and more preferably 75 to 50,000 nm.

[パターン形成方法]
パターン形成方法は、基板上に本発明のリソグラフィー用下層膜形成組成物用いて下層膜を形成する下層膜形成工程と、下層膜形成工程により形成した下層膜上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いて中間層膜を形成する中間層膜形成工程と、中間層膜形成工程により形成した中間層膜上に少なくとも1層のフォトレジスト層を形成するフォトレジスト層形成工程と、フォトレジスト層形成工程により形成したフォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、レジストパターン形成工程により形成したレジストパターンをマスクとして中間層膜をエッチングして中間層膜パターンを形成する中間層膜パターン形成工程と、中間層膜パターン形成工程により形成した中間層膜パターンをマスクとして下層膜をエッチングして下層膜パターンを形成する下層膜パターン形成工程と、下層膜パターン形成工程により形成した下層膜パターンをマスクとして前記基板をエッチングして基板にパターンを形成する基板パターン形成工程とを含む。これらの工程に、さらに導体層を形成する工程を設けて、回路形成方法とすることもできる。
[Pattern formation method]
The pattern forming method includes the following: an underlayer film forming step of forming an underlayer film on a substrate using the underlayer film forming composition for lithography of the present invention; an intermediate layer film forming step of forming an intermediate layer film on the underlayer film formed by the underlayer film forming step using a resist intermediate layer film material containing silicon atoms; a photoresist layer forming step of forming at least one photoresist layer on the intermediate layer film formed by the intermediate layer film forming step; a resist pattern forming step of irradiating a predetermined area of the photoresist layer formed by the photoresist layer forming step with radiation and developing it to form a resist pattern; an intermediate layer film pattern forming step of etching the intermediate layer film using the resist pattern formed by the resist pattern forming step as a mask to form an intermediate layer film pattern; an underlayer film pattern forming step of etching the underlayer film using the intermediate layer film pattern formed by the intermediate layer film pattern forming step as a mask to form an underlayer film pattern; and a substrate pattern forming step of etching the substrate using the underlayer film pattern formed by the underlayer film pattern forming step as a mask to form a pattern on the substrate. A process of forming a conductor layer can be further added to these steps to form a circuit forming method.

[レジスト永久膜]
本実施形態のレジスト永久膜は、前述の組成物を含む。当該組成物を塗布してなるレジスト永久膜は、必要に応じてレジストパターンを形成した後、最終製品にも残存する永久膜として好適である。永久膜の具体例としては、半導体デバイス関連では、ソルダーレジスト、パッケージ材、アンダーフィル材、回路素子等のパッケージ接着層や集積回路素子と回路基板の接着層、薄型ディスプレー関連では、薄膜トランジスタ保護膜、液晶カラーフィルター保護膜、ブラックマトリクス、スペーサーなどが挙げられる。特に、当該組成物を含むレジスト永久膜は、耐熱性や耐湿性に優れている上に昇華成分による汚染性が少ないという非常に優れた利点も有する。特に表示材料において、重要な汚染による画質劣化の少ない高感度、高耐熱、吸湿信頼性を兼ね備えた材料となる。
[Permanent resist film]
The resist permanent film of this embodiment contains the above-mentioned composition. The resist permanent film formed by applying the composition is suitable as a permanent film that remains in the final product after forming a resist pattern as necessary. Specific examples of permanent films include solder resist, packaging material, underfill material, package adhesive layer of circuit elements, etc., and adhesive layer between integrated circuit elements and circuit boards in semiconductor device-related applications, and thin film transistor protective film, liquid crystal color filter protective film, black matrix, spacer, etc. in thin display-related applications. In particular, the resist permanent film containing the composition has the excellent advantages of being excellent in heat resistance and moisture resistance, and being less susceptible to contamination by sublimation components. In particular, in display materials, the material is a material that combines high sensitivity, high heat resistance, and moisture absorption reliability with little image quality deterioration due to important contamination.

本実施形態のリソグラフィー用下層膜形成用組成物をレジスト永久膜用途に用いる場合には、硬化剤の他、さらに必要に応じてその他の樹脂、界面活性剤や染料、充填剤、架橋剤、溶解促進剤などの各種添加剤を加え、有機溶剤に溶解することにより、レジスト永久膜用組成物とすることができる。When the composition for forming an underlayer film for lithography of this embodiment is used for the purpose of forming a permanent resist film, in addition to the curing agent, various additives such as other resins, surfactants, dyes, fillers, crosslinking agents, and dissolution promoters can be added as necessary, and the composition can be dissolved in an organic solvent to form a composition for a permanent resist film.

当該組成物は前記各成分を配合し、撹拌機等を用いて混合することにより調製できる。また、当該組成物が充填剤や顔料を含有する場合には、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミル等の分散装置を用いて分散又は混合して調製することができる。The composition can be prepared by blending the above-mentioned components and mixing them using a stirrer or the like. In addition, when the composition contains a filler or pigment, it can be prepared by dispersing or mixing them using a dispersing device such as a dissolver, homogenizer, or triple roll mill.

4.精製方法
本発明のプレポリマーの精製方法は、水と任意に混和しない有機溶媒と当該プレポリマー及含む溶液と、酸性の水溶液とを接触させる抽出工程を含む。具体的に、水と任意に混和しない有機溶媒に前記プレポリマーを溶解させ、その溶液を酸性水溶液と接触させ抽出処理を行うことにより、当該プレポリマーに含まれる金属分を水相に移行させた後、有機相と水相を分離して精製する。当該方法により、本発明のプレポリマー中の種々の金属の含有量を著しく低減させることができる。
4. Purification Method The purification method of the prepolymer of the present invention includes an extraction step of contacting a solution containing the prepolymer and an organic solvent that is not miscible with water with an acidic aqueous solution. Specifically, the prepolymer is dissolved in an organic solvent that is not miscible with water, and the solution is contacted with an acidic aqueous solution to perform an extraction treatment, whereby metals contained in the prepolymer are transferred to the aqueous phase, and the organic phase and the aqueous phase are separated for purification. This method can significantly reduce the content of various metals in the prepolymer of the present invention.

水と任意に混和しない有機溶媒とは、20~90℃のいずれの温度においても水に対する溶解度が50質量%未満である有機溶媒をいう。当該溶解度は生産性の観点から、25質量%未満であることが好ましい。水と任意に混和しない有機溶媒としては、限定されないが、半導体製造プロセスに安全に適用できる有機溶媒が好ましい。使用する有機溶媒の量は、本発明のプレポリマーに対して、通常1~100質量倍程度である。An organic solvent that is not arbitrarily miscible with water refers to an organic solvent that has a solubility in water of less than 50% by mass at any temperature between 20 and 90°C. From the viewpoint of productivity, the solubility is preferably less than 25% by mass. There are no limitations on the organic solvent that is not arbitrarily miscible with water, but an organic solvent that can be safely applied to the semiconductor manufacturing process is preferred. The amount of organic solvent used is usually about 1 to 100 times the mass of the prepolymer of the present invention.

本発明の精製方法に使用される溶媒の具体例としては、例えば、国際公開WO2015/080240号公報に記載されているものが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中でも、トルエン、2-ヘプタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸エチル等が好ましく、特にシクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが好ましい。 Specific examples of solvents used in the purification method of the present invention include those described in International Publication WO2015/080240. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these, toluene, 2-heptanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methyl isobutyl ketone, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl acetate, etc. are preferred, with cyclohexanone and propylene glycol monomethyl ether acetate being particularly preferred.

酸性の水溶液としては、一般に知られる有機、無機系化合物を水に溶解させた水溶液の中から適宜選択される。例えば、国際公開WO2015/080240号公報に記載されているものが挙げられる。これらの酸性の水溶液は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中でも、硫酸、硝酸等の無機酸、又は、酢酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸等の有機酸の水溶液が好ましく、硫酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸の水溶液が好ましく、蓚酸の水溶液が特に好ましい。蓚酸、酒石酸、クエン酸等の多価カルボン酸は金属イオンに配位し、キレート効果を発現するために、より高い除去効果を奏すると考えられる。この際に用いる水は、本発明の目的に沿って、金属含有量の少ないもの、例えばイオン交換水等が好適に用いられる。The acidic aqueous solution is appropriately selected from among aqueous solutions in which commonly known organic or inorganic compounds are dissolved in water. For example, those described in International Publication WO2015/080240 can be mentioned. These acidic aqueous solutions are used alone or in combination of two or more. Among these, aqueous solutions of inorganic acids such as sulfuric acid and nitric acid, or organic acids such as acetic acid, oxalic acid, tartaric acid, and citric acid are preferred, aqueous solutions of sulfuric acid, oxalic acid, tartaric acid, and citric acid are preferred, and aqueous solutions of oxalic acid are particularly preferred. Polycarboxylic acids such as oxalic acid, tartaric acid, and citric acid are coordinated to metal ions and exhibit a chelating effect, so that it is considered that they have a higher removal effect. In this case, water with a low metal content, such as ion-exchanged water, is preferably used in accordance with the purpose of the present invention.

酸性の水溶液のpHは限定されないが、酸性度が過度に高い水溶液は本発明のプレポリマーに悪影響を及ぼすことがあるので好ましくない。通常、pH範囲は0~5程度であり、より好ましくはpH0~3程度である。There are no limitations on the pH of the acidic aqueous solution, but an aqueous solution with an excessively high acidity is not preferred as it may adversely affect the prepolymer of the present invention. The pH range is usually about 0 to 5, and more preferably about 0 to 3.

酸性の水溶液の使用量は限定されないが、量が過少であると金属除去のための抽出回数多くする必要があり、逆に過多であると全体の液量が多くなり作業性が低下することがある。水溶液の使用量は、本発明のプレポリマーと前記有機溶媒を含む溶液に対して通常10~200質量%であり、好ましくは20~100質量%である。There are no limitations on the amount of acidic aqueous solution used, but if the amount is too small, it will be necessary to perform many extractions to remove the metals, and conversely, if the amount is too large, the total amount of liquid will increase and workability may decrease. The amount of the aqueous solution used is usually 10 to 200% by mass, and preferably 20 to 100% by mass, of the solution containing the prepolymer of the present invention and the organic solvent.

抽出処理を行う際の温度は、通常20~90℃であり、好ましくは30~80℃の範囲である。抽出操作は、例えば、撹拌等を行って両者をよく混合した後、静置することにより行われる。これにより、本発明のプレポリマーに含まれていた金属分が水相に移行する。また本処理により、溶液の酸性度が低下するので本発明のプレポリマーの変質を抑制することができる。The temperature during the extraction process is usually 20 to 90°C, and preferably in the range of 30 to 80°C. The extraction operation is carried out, for example, by thoroughly mixing the two by stirring or the like, and then allowing to stand. This causes the metals contained in the prepolymer of the present invention to migrate to the aqueous phase. This process also reduces the acidity of the solution, making it possible to suppress deterioration of the prepolymer of the present invention.

前記処理後の混合物からデカンテーション等により本発明のプレポリマーを含む油相を回収する。静置する時間は限定されないが、混合物を静置する時間が過度に短いと有機溶媒を含む油相と水相との分離が十分でなくなるので好ましくない。静置する時間は通常1分以上であり、より好ましくは10分以上であり、さらに好ましくは30分以上である。抽出処理は1回でもよりが、複数回行ってもよい。The oil phase containing the prepolymer of the present invention is recovered from the mixture after the above treatment by decantation or the like. There are no limitations on the time for leaving the mixture standing, but if the time for leaving the mixture standing is too short, separation of the oil phase containing the organic solvent and the aqueous phase will not be sufficient, which is not preferable. The time for leaving the mixture standing is usually 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, and even more preferably 30 minutes or more. The extraction treatment may be performed once or multiple times.

回収された油相は水での洗浄処理、すなわち水を用いた抽出処理に供されることが好ましい。当該処理は、前述の通りに行うことができる。このようにして得た洗浄後の油相は水を含むことがあるが、当該水は減圧蒸留等により容易に除去できる。油相には、必要により有機溶媒を加えて本発明のプレポリマーの濃度を調整することができる。当該油相を、減圧蒸留、再沈殿等の公知の処理に供することで、目的とするプレポリマーを単離できる。The recovered oil phase is preferably subjected to a washing treatment with water, i.e., an extraction treatment using water. This treatment can be carried out as described above. The oil phase obtained after washing may contain water, but this water can be easily removed by vacuum distillation or the like. If necessary, an organic solvent can be added to the oil phase to adjust the concentration of the prepolymer of the present invention. The target prepolymer can be isolated by subjecting the oil phase to known treatments such as vacuum distillation and reprecipitation.

以下、実施例及び比較例を示し、本実施形態をさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されない。The following examples and comparative examples are provided to further explain this embodiment, but the present embodiment is not limited to these.

本実施形態におけるプレポリマーの分析及び評価方法は次の通りである。
H-NMRおよび13C-NMR測定については、Bruker社製「Advance600II spectrometer」を用いて、次の条件にて行った。
周波数:400MHz
溶媒:d6-DMSO
内部標準:TMS
測定温度:23℃
The prepolymer in this embodiment was analyzed and evaluated as follows.
1 H-NMR and 13 C-NMR measurements were carried out using a Bruker Advance 600II spectrometer under the following conditions.
Frequency: 400MHz
Solvent: d6-DMSO
Internal standard: TMS
Measurement temperature: 23°C

<ポリスチレン換算分子量>
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求め、分散度(Mw/Mn)を求めた。
装置:Shodex GPC-101型(昭和電工(株)製)
カラム:アジレント テクノロジー PLgel 5μm Mixed-Cカラム
溶離液:DMAc 1mL/min
温度:40℃
<Polystyrene equivalent molecular weight>
The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene were determined by gel permeation chromatography (GPC) analysis, and the polydispersity (Mw/Mn) was also determined.
Apparatus: Shodex GPC-101 (manufactured by Showa Denko K.K.)
Column: Agilent Technologies PLgel 5μm Mixed-C column Eluent: DMAc 1mL/min
Temperature: 40°C

<熱分解温度の測定>
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製EXSTAR6000TG/DTA装置を使用し、試料約5mgをアルミニウム製非密封容器に入れ、窒素ガス(30mL/min)気流中昇温速度10℃/minで700℃まで昇温した。その際、5質量%の熱減量が観測される温度を熱分解温度(Tg)とし、以下の基準で耐熱性を評価した。
評価A:熱分解温度が350℃以上
評価B:熱分解温度が300℃以上350℃未満
評価C:熱分解温度が300℃未満
<Measurement of thermal decomposition temperature>
Using an EXSTAR6000TG/DTA device manufactured by SII Nanotechnology, about 5 mg of the sample was placed in an aluminum non-sealed container and heated to 700° C. at a heating rate of 10° C./min in a nitrogen gas (30 mL/min) stream. The temperature at which a thermal weight loss of 5% by mass was observed was defined as the thermal decomposition temperature (Tg), and the heat resistance was evaluated according to the following criteria.
Evaluation A: Thermal decomposition temperature is 350° C. or higher. Evaluation B: Thermal decomposition temperature is 300° C. or higher and less than 350° C. Evaluation C: Thermal decomposition temperature is less than 300° C.

(合成例1)R1-BisA-CNの合成
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積300mLの容器に、ビスシアナートフェニルプロパン(以下BisA-CN:三菱ガス化学(株)製)を13.9g(50mmol)と、1,2-ジクロロエタン50mLとを仕込み、溶解させ、僅かに残る不溶物をメンブランフィルター(PTFE製、孔径0.45μm)を用いたろ過により除去し、1Mの溶液を調製した。この溶液にフェノールを3.5g(38mM)加え、40℃で7日間攪拌した。冷却後にメタノール100mLを加え、生成した析出物を濾過し、得られた回収物をメタノールで洗浄後、40℃において、減圧乾燥させることにより、下記式で示されるフェノール含有トリアジンポリマー(R1-BisA-CN)を収率52%で得た。
得られた樹脂について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:5942、Mw:8200、Mw/Mn:1.38であった。
得られた樹脂状のプレポリマー(以下「樹脂」という)について、前記測定条件でH-NMR、13C-NMR測定を行ったところ、以下のピークが観察され、少なくとも下記式の化学構造単位を有することを確認した。
H-NMR; δ(ppm)9.7~9.8(O-H)、7.0~7.9(Ph-H)
13C-NMR; δ(ppm)173(トリアジン環C)、155(C-OH)
(Synthesis Example 1) Synthesis of R1-BisA-CN In a 300 mL container equipped with a stirrer, a cooling tube, and a buret, 13.9 g (50 mmol) of biscyanatophenylpropane (hereinafter referred to as BisA-CN: manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) and 50 mL of 1,2-dichloroethane were charged and dissolved, and slight insoluble matter remaining was removed by filtration using a membrane filter (made of PTFE, pore size 0.45 μm) to prepare a 1 M solution. 3.5 g (38 mM) of phenol was added to this solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 7 days. After cooling, 100 mL of methanol was added, the resulting precipitate was filtered, and the collected matter was washed with methanol and then dried under reduced pressure at 40° C. to obtain a phenol-containing triazine polymer (R1-BisA-CN) represented by the following formula in a yield of 52%.
The polystyrene-equivalent molecular weights of the resulting resin were measured by the above-mentioned method, and were found to be Mn: 5,942, Mw: 8,200, and Mw/Mn: 1.38.
When 1 H-NMR and 13 C-NMR measurements were performed on the obtained resinous prepolymer (hereinafter referred to as “resin”) under the above-mentioned measurement conditions, the following peaks were observed, and it was confirmed that the resin had at least the chemical structural unit of the following formula.
1 H-NMR; δ (ppm) 9.7-9.8 (O-H), 7.0-7.9 (Ph-H)
13C -NMR; δ(ppm) 173 (triazine ring C), 155 (C-OH)

Figure 0007627431000018
Figure 0007627431000018

(合成例2)R2-BisA-CNの合成
フェノールの代わりに4,4’-ビフェノールを7.4g(40mM)使用し、反応条件を40℃で5日間攪拌とした以外は、合成例1と同じ方法で、下記式で示されるフェノール含有トリアジンポリマー(R2-BisA-CN)を収率52%で得た。
得られた樹脂について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:5760、Mw:7430、Mw/Mn:1.29であった。
得られた樹脂の分析結果は以下であり、少なくとも下記式の化学構造単位を有することを確認した。
H-NMR; δ(ppm)9.5~9.6(O-H)、6.9~7.9(Ph-H)
13C-NMR; δ(ppm)173(トリアジン環C)、155(C-OH)
Synthesis Example 2 Synthesis of R2-BisA-CN A phenol-containing triazine polymer (R2-BisA-CN) represented by the following formula was obtained in a yield of 52% in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 7.4 g (40 mM) of 4,4'-biphenol was used instead of phenol and the reaction conditions were 40°C and stirring for 5 days.
The polystyrene-equivalent molecular weights of the resulting resin were measured by the above-mentioned method, and were found to be Mn: 5760, Mw: 7430, and Mw/Mn: 1.29.
The analytical results of the obtained resin are as follows, and it was confirmed that the resin had at least the chemical structural unit of the following formula:
1 H-NMR; δ (ppm) 9.5-9.6 (O-H), 6.9-7.9 (Ph-H)
13C -NMR; δ(ppm) 173 (triazine ring C), 155 (C-OH)

Figure 0007627431000019
Figure 0007627431000019

(合成例3)R1-DHPE-CNの合成
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積300mLの容器に、ビスシアナートジフェニルエーテル(以下DHPE-CN:三菱ガス化学(株)製)を12.9g(50mmol)と、1,2-ジクロロエタン50mLとを仕込み、溶解させ、僅かに残る不溶物をメンブランフィルター(PTFE製、孔径0.45μm)を用いたろ過により除去し、1Mの溶液を調製した。この溶液にフェノールを3.5g(38mM)を加え、40℃で7日間攪拌した。冷却後にメタノール100mLを加え、生成した析出物を濾過し、得られた回収物をメタノールで洗浄後、40℃において、減圧乾燥させることにより、下記式で示されるフェノール含有トリアジンポリマー(R1-DHPE-CN)を収率35%で得た。
得られた樹脂について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:4128、Mw:5493、Mw/Mn:1.33であった。
得られた樹脂について、前記測定条件でNMR測定を行ったところ、以下のピークが観察され、少なくとも下記式の化学構造単位を有することを確認した。
H-NMR; δ(ppm)9.4~9.5(O-H)、6.9~7.7(Ph-H)
13C-NMR; δ(ppm)172(トリアジン環C)、155(C-OH)
(Synthesis Example 3) Synthesis of R1-DHPE-CN In a 300 mL container equipped with a stirrer, a cooling tube, and a buret, 12.9 g (50 mmol) of biscyanatodiphenyl ether (hereinafter referred to as DHPE-CN: manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) and 50 mL of 1,2-dichloroethane were charged and dissolved, and the slight remaining insoluble matter was removed by filtration using a membrane filter (made of PTFE, pore size 0.45 μm) to prepare a 1 M solution. 3.5 g (38 mM) of phenol was added to this solution, and the mixture was stirred at 40 ° C. for 7 days. After cooling, 100 mL of methanol was added, the resulting precipitate was filtered, and the collected matter was washed with methanol and then dried under reduced pressure at 40 ° C. to obtain a phenol-containing triazine polymer (R1-DHPE-CN) represented by the following formula in a yield of 35%.
The polystyrene-equivalent molecular weights of the resulting resin were measured by the above-mentioned method, and were found to be Mn: 4,128, Mw: 5,493, and Mw/Mn: 1.33.
When the obtained resin was subjected to NMR measurement under the above-mentioned measurement conditions, the following peaks were observed, and it was confirmed that the resin had at least the chemical structural unit of the following formula.
1 H-NMR; δ (ppm) 9.4-9.5 (O-H), 6.9-7.7 (Ph-H)
13C -NMR; δ(ppm) 172 (triazine ring C), 155 (C-OH)

Figure 0007627431000020
Figure 0007627431000020

(合成例4)R2-DHPE-CNの合成
フェノールの代わりに4,4’-ビフェノールを7.4g(40mM)使用した以外は、合成例3と同じ方法で、下記式で示されるフェノール含有トリアジンポリマー(R2-DHPE-CN)を収率47%で得た。
得られた樹脂について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:4500、Mw:6345、Mw/Mn:1.41であった。
得られた樹脂の分析結果は以下であり、少なくとも下記式の化学構造単位を有することを確認した。
H-NMR; δ(ppm)9.2~9.3(O-H)、6.9~7.6(Ph-H)
13C-NMR; δ(ppm)173(トリアジン環C)、155(C-OH)
Synthesis Example 4 Synthesis of R2-DHPE-CN A phenol-containing triazine polymer (R2-DHPE-CN) represented by the following formula was obtained in a yield of 47% in the same manner as in Synthesis Example 3, except that 7.4 g (40 mM) of 4,4'-biphenol was used instead of phenol.
The polystyrene-equivalent molecular weights of the resulting resin were measured by the above-mentioned method, and were found to be Mn: 4,500, Mw: 6,345, and Mw/Mn: 1.41.
The analytical results of the obtained resin are as follows, and it was confirmed that the resin had at least the chemical structural unit of the following formula:
1 H-NMR; δ (ppm) 9.2-9.3 (O-H), 6.9-7.6 (Ph-H)
13C -NMR; δ(ppm) 173 (triazine ring C), 155 (C-OH)

Figure 0007627431000021
Figure 0007627431000021

(合成例5)R1-TRP-CNの合成
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積300mLの容器に、トリシアナートフェニルメタン(以下TRP-CN:三菱ガス化学(株)製)を18.9g(50mmol)と、1,2-ジクロロエタン50mLとを仕込み、溶解させ、僅かに残る不溶物をメンブランフィルター(PTFE製、孔径0.45μm)を用いたろ過により除去し、1Mの溶液を調製した。この溶液にフェノールを3.5g(38mM)を加え、40℃で6日間攪拌した。冷却後にメタノール100mLを加え、生成した析出物を濾過し、得られた回収物をメタノールで洗浄後、40℃において、減圧乾燥させることにより、下記式で示されるフェノール含有トリアジンポリマー(R1-TRP-CN)を収率39%で得た。
得られた樹脂について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:6978、Mw:9630、Mw/Mn:1.38であった。
得られた樹脂について、前記測定条件でH-NMR、13C-NMR測定を行ったところ、以下のピークが観察され、少なくとも下記式の化学構造単位を有することを確認した。
H-NMR; δ(ppm)9.4~9.5(O-H)、6.8~7.9(Ph-H)
13C-NMR; δ(ppm)172(トリアジン環C)、154(C-OH)
(Synthesis Example 5) Synthesis of R1-TRP-CN In a 300 mL container equipped with a stirrer, a cooling tube, and a buret, 18.9 g (50 mmol) of tricyanatophenylmethane (hereinafter referred to as TRP-CN: manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) and 50 mL of 1,2-dichloroethane were charged and dissolved, and the slight amount of insoluble matter remaining was removed by filtration using a membrane filter (made of PTFE, pore size 0.45 μm) to prepare a 1 M solution. 3.5 g (38 mM) of phenol was added to this solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 6 days. After cooling, 100 mL of methanol was added, and the resulting precipitate was filtered. The collected matter was washed with methanol and then dried under reduced pressure at 40° C. to obtain a phenol-containing triazine polymer (R1-TRP-CN) represented by the following formula in a yield of 39%.
The polystyrene-equivalent molecular weights of the resulting resin were measured by the above-mentioned method, and were found to be Mn: 6,978, Mw: 9,630, and Mw/Mn: 1.38.
When the obtained resin was subjected to 1 H-NMR and 13 C-NMR measurements under the above-mentioned measurement conditions, the following peaks were observed, and it was confirmed that the resin had at least the chemical structural unit of the following formula.
1 H-NMR; δ (ppm) 9.4-9.5 (O-H), 6.8-7.9 (Ph-H)
13C -NMR; δ(ppm) 172 (triazine ring C), 154 (C-OH)

Figure 0007627431000022
Figure 0007627431000022

(合成例6)R2-TRP-CNの合成
フェノールの代わりに4,4’-ビフェノールを7.4g(40mM)使用し、反応条件を40℃で5日間攪拌とした以外は、合成例5と同じ方法で、下記式で示されるフェノール含有トリアジンポリマー(R2-TRP-CN)を収率32%で得た。
得られた樹脂について、前記方法によりポリスチレン換算分子量を測定した結果、Mn:6630、Mw:8620、Mw/Mn:1.30であった。
得られた樹脂の分析結果は以下であり、少なくとも下記式の化学構造単位を有することを確認した。
H-NMR; δ(ppm)9.3~9.4(O-H)、6.8~7.9(Ph-H)
13C-NMR; δ(ppm)172(トリアジン環C)、154(C-OH)
Synthesis Example 6 Synthesis of R2-TRP-CN A phenol-containing triazine polymer (R2-TRP-CN) represented by the following formula was obtained in a yield of 32% in the same manner as in Synthesis Example 5, except that 7.4 g (40 mM) of 4,4'-biphenol was used instead of phenol and the reaction conditions were 40°C and stirring for 5 days.
The polystyrene-equivalent molecular weights of the resulting resin were measured by the above-mentioned method, and were found to be Mn: 6,630, Mw: 8,620, and Mw/Mn: 1.30.
The analytical results of the obtained resin are as follows, and it was confirmed that the resin had at least the chemical structural unit of the following formula:
1 H-NMR; δ (ppm) 9.3-9.4 (O-H), 6.8-7.9 (Ph-H)
13C -NMR; δ(ppm) 172 (triazine ring C), 154 (C-OH)

Figure 0007627431000023
Figure 0007627431000023

(比較合成例1)
ジムロート冷却管、温度計及び攪拌翼を備えた、底抜きが可能な内容積10Lの四つ口フラスコを準備した。この四つ口フラスコに、窒素気流中、1,5-ジメチルナフタレン1.09kg(7mol、三菱ガス化学(株)製)、40質量%ホルマリン水溶液2.1kg(ホルムアルデヒドとして28mol、三菱ガス化学(株)製)及び98質量%硫酸(関東化学(株)製)0.97mLを仕込み、常圧下、100℃で還流させながら7時間反応させた。その後、希釈溶媒としてエチルベンゼン(和光純薬工業(株)製試薬特級)1.8kgを反応液に加え、静置後、下相の水相を除去した。さらに、中和及び水洗を行い、エチルベンゼン及び未反応の1,5-ジメチルナフタレンを減圧下で留去することにより、淡褐色固体のジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂1.25kgを得た。
Comparative Synthesis Example 1
A four-neck flask with a capacity of 10 L and equipped with a Dimroth condenser, a thermometer and a stirring blade, which can be opened from the bottom, was prepared. In this four-neck flask, 1.09 kg (7 mol, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.), 2.1 kg of 40 mass% formalin aqueous solution (28 mol as formaldehyde, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) and 0.97 mL of 98 mass% sulfuric acid (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were charged in a nitrogen gas flow, and the mixture was reacted for 7 hours while refluxing at 100°C under normal pressure. Thereafter, 1.8 kg of ethylbenzene (special grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added as a dilution solvent to the reaction solution, and after standing, the aqueous phase of the lower phase was removed. Further, neutralization and washing with water were performed, and ethylbenzene and unreacted 1,5-dimethylnaphthalene were distilled off under reduced pressure to obtain 1.25 kg of dimethylnaphthalene formaldehyde resin as a light brown solid.

続いて、ジムロート冷却管、温度計及び攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコを準備した。この四つ口フラスコに、窒素気流下で、上記のようにして得られたジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂100g(0.51mol)とパラトルエンスルホン酸0.05gとを仕込み、190℃まで昇温させて2時間加熱した後、攪拌した。その後さらに、1-ナフトール52.0g(0.36mol)を加え、さらに220℃まで昇温させて2時間反応させた。溶剤希釈後、中和及び水洗を行い、溶剤を減圧下で除去することにより、黒褐色固体の変性樹脂(CR-1)126.1gを得た。 Next, a four-neck flask with an internal volume of 0.5 L equipped with a Dimroth condenser, a thermometer, and a stirring blade was prepared. 100 g (0.51 mol) of the dimethylnaphthalene formaldehyde resin obtained as described above and 0.05 g of paratoluenesulfonic acid were charged into this four-neck flask under a nitrogen gas flow, and the temperature was raised to 190°C and heated for 2 hours, after which the mixture was stirred. 52.0 g (0.36 mol) of 1-naphthol was then added, and the temperature was raised to 220°C and reacted for 2 hours. After dilution with the solvent, neutralization and washing with water were performed, and the solvent was removed under reduced pressure to obtain 126.1 g of modified resin (CR-1) as a black-brown solid.

[実施例1~6及び比較例1]
合成例1~6、および比較合成例1で得られた樹脂の耐熱性を評価した結果を表1に示す。
[Examples 1 to 6 and Comparative Example 1]
The heat resistance of the resins obtained in Synthesis Examples 1 to 6 and Comparative Synthesis Example 1 was evaluated, and the results are shown in Table 1.

Figure 0007627431000024
Figure 0007627431000024

表1から明らかなように、実施例1~6で用いた樹脂は、耐熱性が良好であるが、比較例1で用いた化合物は、耐熱性が劣ることが確認できた。As is clear from Table 1, the resins used in Examples 1 to 6 have good heat resistance, but the compound used in Comparative Example 1 was found to have poor heat resistance.

[実施例7~12、比較例2]
(耐熱性及びレジスト性能)
合成例1~6で得られた樹脂を用いて、下記の耐熱性試験及びレジスト性能評価を行った結果を表2に示す。
[Examples 7 to 12, Comparative Example 2]
(Heat resistance and resist performance)
The resins obtained in Synthesis Examples 1 to 6 were subjected to the following heat resistance test and resist performance evaluation. The results are shown in Table 2.

(レジスト組成物の調製)
上記の各樹脂を用いて、表2に示す配合でレジスト組成物を調製した。表2中のレジスト組成物の各成分のうち、酸発生剤(C)、酸拡散制御剤(E)及び溶媒については、以下のものを用いた。
酸発生剤(C)
P-1: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))
(Preparation of resist composition)
Using each of the above resins, resist compositions were prepared according to the formulations shown in Table 2. Of the components of the resist composition in Table 2, the acid generator (C), acid diffusion controller (E) and solvent used were as follows.
Acid Generator (C)
P-1: Triphenylbenzenesulfonium trifluoromethanesulfonate (Midori Chemical Co., Ltd.)
Acid Diffusion Controller (E)
Q-1: Trioctylamine (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Solvent S-1: Propylene glycol monomethyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)

(レジスト組成物のレジスト性能の評価方法)
均一なレジスト組成物を清浄なシリコンウェハー上に回転塗布した後、110℃のオーブン中で露光前ベーク(PB)して、厚さ60nmのレジスト膜を形成した。得られたレジスト膜に対して、電子線描画装置(ELS-7500、(株)エリオニクス社製)を用いて、50nm間隔の1:1のラインアンドスペース設定の電子線を照射した。当該照射後に、レジスト膜を、それぞれ所定の温度で、90秒間加熱し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)2.38質量%アルカリ現像液に60秒間浸漬して現像を行った。その後、レジスト膜を、超純水で30秒間洗浄、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。形成されたレジストパターンについて、ラインアンドスペースを走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジー製S-4800)により観察し、レジスト組成物の電子線照射による反応性を評価した。
(Method of Evaluating the Resist Performance of a Resist Composition)
A uniform resist composition was spin-coated on a clean silicon wafer, and then pre-exposure baked (PB) in an oven at 110°C to form a resist film with a thickness of 60 nm. The obtained resist film was irradiated with an electron beam in a 1:1 line-and-space setting with a 50 nm interval using an electron beam lithography device (ELS-7500, manufactured by Elionix Co., Ltd.). After the irradiation, the resist film was heated at a predetermined temperature for 90 seconds, and developed by immersing in an alkaline developer containing 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 60 seconds. Thereafter, the resist film was washed with ultrapure water for 30 seconds and dried to form a positive resist pattern. The lines and spaces of the formed resist pattern were observed using a scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Co., Ltd.) to evaluate the reactivity of the resist composition due to electron beam irradiation.

Figure 0007627431000025
Figure 0007627431000025

レジストパターン評価については、実施例7~12では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することにより、良好なレジストパターンを得た。なお、ラインエッジラフネスはパターンの凹凸が50nm未満を良好とした。一方、比較例2では良好なレジストパターンを得ることはできなかった。 Regarding the evaluation of the resist pattern, in Examples 7 to 12, good resist patterns were obtained by irradiating the electron beam with a 1:1 line and space setting with 50 nm intervals. Note that line edge roughness was considered good when the unevenness of the pattern was less than 50 nm. On the other hand, in Comparative Example 2, a good resist pattern could not be obtained.

このように本発明のプレポリマー(樹脂)を用いた場合は、当該要件を満たさない比較例2の樹脂(CR-1)に比べて、耐熱性が高く、また良好なレジストパターン形状を付与できた。本発明の要件を満たす限り、実施例に記載した樹脂以外についても同様の効果を示す。 In this way, when the prepolymer (resin) of the present invention was used, the heat resistance was higher and a good resist pattern shape could be obtained compared to the resin (CR-1) of Comparative Example 2, which does not satisfy the requirements. As long as the requirements of the present invention are satisfied, similar effects can be obtained with resins other than those described in the examples.

[実施例13~18、比較例3]
(感放射線性組成物の調製)
表3に記載の成分を混合して均一溶液とした後、当該均一溶液を、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た。調製した各々の感放射線性組成物について以下の評価を行った。
[Examples 13 to 18, Comparative Example 3]
(Preparation of Radiation-Sensitive Composition)
The components shown in Table 3 were mixed to prepare a homogeneous solution, and the homogeneous solution was then filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter having a pore size of 0.1 μm to prepare a radiation-sensitive composition. Each of the prepared radiation-sensitive compositions was evaluated as follows.

Figure 0007627431000026
Figure 0007627431000026

比較例3におけるレジスト基材としては次のものを用いた。
PHS-1:ポリヒドロキシスチレン Mw=8000(シグマ-アルドリッチ社)
また、光活性化合物(B)として、次のものを用いた。
B-1:下記化学構造式(G)のナフトキノンジアジド系感光剤(4NT-300、東洋合成工業(株))
さらに、溶媒として、次のものを用いた。
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))
In Comparative Example 3, the following resist base material was used.
PHS-1: Polyhydroxystyrene Mw=8000 (Sigma-Aldrich)
As the photoactive compound (B), the following was used.
B-1: Naphthoquinone diazide photosensitizer having the following chemical formula (G) (4NT-300, Toyo Gosei Co., Ltd.)
Furthermore, the following solvents were used:
S-1: Propylene glycol monomethyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)

Figure 0007627431000027
Figure 0007627431000027

(感放射線性組成物のレジスト性能の評価)
上記で得られた感放射線性組成物を清浄なシリコンウェハー上に回転塗布した後、110℃のオーブン中で露光前ベーク(PB)して、厚さ200nmのレジスト膜を形成した。該レジスト膜に対して、紫外線露光装置(ミカサ製マスクアライナMA-10)を用いて紫外線を露光した。紫外線ランプは超高圧水銀ランプ(相対強度比はg線:h線:i線:j線=100:80:90:60)を使用した。照射後に、レジスト膜を、110℃で90秒間加熱し、TMAH2.38質量%アルカリ現像液に60秒間浸漬して現像を行った。その後、レジスト膜を、超純水で30秒間洗浄し、乾燥して、5μmのポジ型のレジストパターンを形成した。
(Evaluation of Resist Performance of Radiation-Sensitive Composition)
The radiation-sensitive composition obtained above was spin-coated on a clean silicon wafer, and then pre-exposure baked (PB) in an oven at 110°C to form a resist film with a thickness of 200 nm. The resist film was exposed to ultraviolet light using an ultraviolet exposure device (Mikasa mask aligner MA-10). The ultraviolet lamp used was an ultra-high pressure mercury lamp (relative intensity ratio of g-line: h-line: i-line: j-line = 100: 80: 90: 60). After irradiation, the resist film was heated at 110°C for 90 seconds, and developed by immersing in an alkaline developer containing 2.38% by mass of TMAH for 60 seconds. The resist film was then washed with ultra-pure water for 30 seconds and dried to form a 5 μm positive resist pattern.

形成されたレジストパターンにおいて、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。ラインエッジラフネスはパターンの凹凸が50nm未満を良好とした。The lines and spaces obtained in the formed resist pattern were observed using a scanning electron microscope (S-4800, Hitachi High-Technologies Corporation). Line edge roughness was considered good when the unevenness of the pattern was less than 50 nm.

実施例13~18における感放射線性組成物を用いた場合は、解像度5μmの良好なレジストパターンを得ることができた。また、そのパターンのラフネスも小さく良好であった。When the radiation-sensitive compositions of Examples 13 to 18 were used, a good resist pattern with a resolution of 5 μm was obtained. In addition, the pattern had little roughness and was good.

一方、比較例3における感放射線性組成物を用いた場合は、解像度5μmの良好なレジストパターンを得ることができた。しかしながら、そのパターンのラフネスは大きく不良であった。On the other hand, when the radiation-sensitive composition in Comparative Example 3 was used, a good resist pattern with a resolution of 5 μm was obtained. However, the roughness of the pattern was significantly poor.

上記のように、実施例13~18における感放射線性組成物は、比較例3における感放射線性組成物に比べて、ラフネスが小さく、かつ良好な形状のレジストパターンを形成することができることがわかった。上記した本発明の要件を満たす限り、実施例に記載した以外の感放射線性組成物も同様の効果を示す。As described above, it was found that the radiation-sensitive compositions in Examples 13 to 18 were able to form resist patterns with less roughness and a good shape compared to the radiation-sensitive composition in Comparative Example 3. As long as they satisfy the requirements of the present invention described above, radiation-sensitive compositions other than those described in the examples also exhibit the same effects.

さらに、合成例1~6で得られた樹脂は、比較的低分子量で低粘度であることから、これを用いたリソグラフィー用下層膜形成材料は埋め込み特性や膜表面の平坦性が比較的に有利に高められ得ると評価された。また、熱分解温度はいずれも350℃以上(評価A)であり、高い耐熱性を有するので、高温ベーク条件でも使用することができると評価された。これらの点を確認するべく、下層膜用途を想定し、以下の評価を行った。 Furthermore, since the resins obtained in Synthesis Examples 1 to 6 have a relatively low molecular weight and low viscosity, it was evaluated that the filling characteristics and film surface flatness of the underlayer film forming material for lithography using these resins can be relatively advantageously improved. In addition, since the thermal decomposition temperature is all 350°C or higher (rating A) and they have high heat resistance, it was evaluated that they can be used even under high temperature baking conditions. In order to confirm these points, the following evaluation was carried out assuming an underlayer film application.

[実施例19-1~24-2、比較例4]
(リソグラフィー用下層膜形成用組成物の調製)
表4に示す組成となるように、リソグラフィー用下層膜形成用組成物を調製した。次に、これらのリソグラフィー用下層膜形成用組成物をシリコン基板上に回転塗布し、その後、240℃で60秒間、さらに400℃で120秒間ベークして、膜厚200nmの下層膜を各々作製した。酸発生剤、架橋剤及び有機溶媒については以下のものを用いた。
酸発生剤:みどり化学社製 ジt-Btジフェニルヨードニウムノナフルオロメタンスルホナート(DTDPI)
架橋剤:三和ケミカル社製 ニカラックMX270(ニカラック)
有機溶媒:シクロペンタノン(CPN)
ノボラック:群栄化学社製 PSM4357
[Examples 19-1 to 24-2, Comparative Example 4]
(Preparation of composition for forming underlayer film for lithography)
Compositions for forming an underlayer film for lithography were prepared so as to have the compositions shown in Table 4. Next, these compositions for forming an underlayer film for lithography were spin-coated on a silicon substrate, and then baked at 240° C. for 60 seconds and then at 400° C. for 120 seconds to prepare underlayer films with a thickness of 200 nm. The acid generators, crosslinking agents, and organic solvents used were as follows.
Acid generator: di-t-Bt diphenyliodonium nonafluoromethanesulfonate (DTDPI) manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.
Crosslinking agent: Nikalac MX270 (Nikalac) manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.
Organic solvent: cyclopentanone (CPN)
Novolak: PSM4357 manufactured by Gun-ei Chemical Co., Ltd.

次に、下記に示す条件でエッチング試験を行い、エッチング耐性を評価した。評価結果を表4に示す。Next, an etching test was performed under the conditions shown below to evaluate the etching resistance. The evaluation results are shown in Table 4.

[エッチング試験]
エッチング装置:サムコインターナショナル社製 RIE-10NR
出力:50W
圧力:20Pa
時間:2min
エッチングガス
Arガス流量:CFガス流量:Oガス流量=50:5:5(sccm)
[Etching test]
Etching equipment: Samco International RIE-10NR
Output: 50W
Pressure: 20 Pa
Time: 2 minutes
Etching gas Ar gas flow rate: CF4 gas flow rate: O2 gas flow rate = 50:5:5 (sccm)

(エッチング耐性の評価)
エッチング耐性の評価は、以下の手順で行った。まず、ノボラック(群栄化学社製 PSM4357)を用いること以外は、上記条件と同様にしてノボラックの下層膜を作製した。このノボラックの下層膜を対象として、上記のエッチング試験を行い、そのときのエッチングレートを測定した。
(Evaluation of Etching Resistance)
The etching resistance was evaluated by the following procedure. First, a novolac underlayer film was prepared under the same conditions as above, except that novolac (PSM4357 manufactured by Gun-ei Chemical Co., Ltd.) was used. The above etching test was performed on this novolac underlayer film, and the etching rate was measured.

次に、実施例19-1~24-2と比較例4の下層膜を、ノボラックの下層膜と同様の条件で作製し、上記エッチング試験を同様に行い、そのときのエッチングレートを測定した。ノボラックの下層膜のエッチングレートを基準として、以下の評価基準でエッチング耐性を評価した。
[評価基準]
A:ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが、-20%未満
B:ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが、-20%~0%
C:ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが、+0%超
Next, the underlayer films of Examples 19-1 to 24-2 and Comparative Example 4 were prepared under the same conditions as the underlayer film of the novolac, and the above-mentioned etching test was carried out in the same manner to measure the etching rate. The etching resistance was evaluated according to the following evaluation criteria, based on the etching rate of the underlayer film of the novolac.
[Evaluation Criteria]
A: The etching rate is less than -20% compared to the novolac underlayer film. B: The etching rate is -20% to 0% compared to the novolac underlayer film.
C: Etching rate is more than +0% compared to the underlayer film of novolac

Figure 0007627431000028
Figure 0007627431000028

実施例19-1~24-2では、ノボラックの下層膜および比較例4の下層膜に比べて優れたエッチングレートが発揮されることがわかった。一方、比較例4の下層膜は、ノボラックの下層膜に比べてエッチングレートが劣ることがわかった。 It was found that Examples 19-1 to 24-2 exhibited superior etching rates compared to the underlayer film of novolac and the underlayer film of Comparative Example 4. On the other hand, it was found that the underlayer film of Comparative Example 4 exhibited an inferior etching rate compared to the underlayer film of novolac.

[実施例25-1~30-2、比較例5]
次に、実施例19-1~24-2、比較例4で用いたリソグラフィー用下層膜形成用組成物を膜厚80nmの60nmラインアンドスペースのSiO基板上に塗布して、240℃で60秒間ベークすることにより90nm下層膜を形成した。
[Examples 25-1 to 30-2, Comparative Example 5]
Next, the composition for forming an underlayer film for lithography used in Examples 19-1 to 24-2 and Comparative Example 4 was applied to a SiO 2 substrate having a film thickness of 80 nm and a 60 nm line and space, and baked at 240° C. for 60 seconds to form a 90 nm underlayer film.

(埋め込み性の評価)
埋め込み性の評価は、以下の手順で行った。すなわち上記条件で得られた膜の断面を切り出し、電子線顕微鏡にて観察し、埋め込み性を評価した。評価結果を表5に示す。
(Evaluation of embeddability)
The embeddability was evaluated by the following procedure. Specifically, a cross section of the film obtained under the above conditions was cut out and observed under an electron microscope to evaluate the embeddability. The evaluation results are shown in Table 5.

[評価基準]
A:60nmラインアンドスペースのSiO基板の凹凸部分に欠陥無く下層膜が埋め込まれている。
C:60nmラインアンドスペースのSiO基板の凹凸部分に欠陥があり下層膜が埋め込まれていない。
[Evaluation Criteria]
A: The lower layer film is embedded without any defects in the uneven portions of the 60 nm line and space SiO2 substrate.
C: There are defects in the uneven parts of the 60 nm line and space SiO2 substrate, and the underlayer film is not filled in.

Figure 0007627431000029
Figure 0007627431000029

実施例25-1~30-2では、埋め込み性が良好であることがわかった。一方、比較例5では、SiO基板の凹凸部分に欠陥が見られ埋め込み性が劣ることがわかった。 It was found that the filling properties were good in Examples 25-1 to 30-2, whereas in Comparative Example 5, defects were observed in the uneven portions of the SiO2 substrate, and it was found that the filling properties were poor.

[実施例31-1~36-2]
次に、実施例19-1~24-2で用いたリソグラフィー用下層膜形成用組成物を膜厚300nmのSiO基板上に塗布して、240℃で60秒間、さらに400℃で120秒間ベークすることにより、膜厚85nmの下層膜を形成した。この下層膜上に、ArF用レジスト溶液を塗布し、130℃で60秒間ベークすることにより、膜厚140nmのフォトレジスト層を形成した。
[Examples 31-1 to 36-2]
Next, the composition for forming an underlayer film for lithography used in Examples 19-1 to 24-2 was applied onto a SiO2 substrate having a thickness of 300 nm, and baked at 240° C. for 60 seconds and then at 400° C. for 120 seconds to form an underlayer film having a thickness of 85 nm. An ArF resist solution was applied onto this underlayer film, and baked at 130° C. for 60 seconds to form a photoresist layer having a thickness of 140 nm.

ArFレジスト溶液としては、下記式(16)の化合物:5質量部、トリフェニルスルホニウムノナフルオロメタンスルホナート:1質量部、トリブチルアミン:2質量部、及びPGMEA:92質量部を配合して調製したものを用いた。The ArF resist solution used was prepared by mixing 5 parts by weight of the compound of the following formula (16), 1 part by weight of triphenylsulfonium nonafluoromethanesulfonate, 2 parts by weight of tributylamine, and 92 parts by weight of PGMEA.

下記式(16)の化合物は、次のように調製した。すなわち、2-メチル-2-メタクリロイルオキシアダマンタン4.15g、メタクリルロイルオキシ-γ-ブチロラクトン3.00g、3-ヒドロキシ-1-アダマンチルメタクリレート2.08g、アゾビスイソブチロニトリル0.38gを、テトラヒドロフラン80mLに溶解させて反応溶液とした。この反応溶液を、窒素雰囲気下、反応温度を63℃に保持して、22時間重合させた後、反応溶液を400mLのn-ヘキサン中に滴下した。このようにして得られる生成樹脂を凝固精製させ、生成した白色粉末をろ過し、減圧下40℃で一晩乾燥させて下記式(16)で表される化合物を得た。The compound of the following formula (16) was prepared as follows. That is, 4.15 g of 2-methyl-2-methacryloyloxyadamantane, 3.00 g of methacryloyloxy-γ-butyrolactone, 2.08 g of 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate, and 0.38 g of azobisisobutyronitrile were dissolved in 80 mL of tetrahydrofuran to obtain a reaction solution. This reaction solution was polymerized for 22 hours under a nitrogen atmosphere at a reaction temperature of 63°C, and then the reaction solution was dropped into 400 mL of n-hexane. The resin thus produced was coagulated and purified, and the resulting white powder was filtered and dried overnight at 40°C under reduced pressure to obtain the compound represented by the following formula (16).

Figure 0007627431000030
Figure 0007627431000030

式(16)中、40、40、20は、各構成単位の比率を示し、ブロック共重合体であることを示すものではない。In formula (16), 40, 40, and 20 indicate the ratio of each constituent unit and do not indicate that it is a block copolymer.

次いで、電子線描画装置(エリオニクス社製;ELS-7500,50keV)を用いて、フォトレジスト層を露光し、115℃で90秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で60秒間現像することにより、ポジ型のレジストパターンを得た。Next, the photoresist layer was exposed to light using an electron beam lithography system (ELS-7500, 50 keV, manufactured by Elionix), baked (PEB) at 115°C for 90 seconds, and developed with a 2.38% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 60 seconds to obtain a positive resist pattern.

[比較例6]
下層膜の形成を行わないこと以外は、実施例31-1と同様にしてフォトレジスト層をSiO基板上に直接形成し、ポジ型のレジストパターンを得た。
[Comparative Example 6]
A photoresist layer was formed directly on a SiO2 substrate in the same manner as in Example 31-1, except that no underlayer film was formed, to obtain a positive resist pattern.

[評価]
実施例31-1~36-2及び比較例6のそれぞれについて、得られた45nmL/S(1:1)及び80nmL/S(1:1)のレジストパターンの形状を(株)日立製作所製電子顕微鏡(S-4800)を用いて観察した。現像後のレジストパターンの形状については、パターン倒れがなく、矩形性が良好なものを良好とし、そうでないものを不良として評価した。また、当該観察の結果、パターン倒れが無く、矩形性が良好な最小の線幅を解像性として評価の指標とした。さらに、良好なパターン形状を描画可能な最小の電子線エネルギー量を感度として、評価の指標とした。その結果を表6に示す。
[evaluation]
For each of Examples 31-1 to 36-2 and Comparative Example 6, the shapes of the obtained 45 nm L/S (1:1) and 80 nm L/S (1:1) resist patterns were observed using an electron microscope (S-4800) manufactured by Hitachi, Ltd. Regarding the shape of the resist pattern after development, those that had no pattern collapse and good rectangularity were evaluated as good, and those that did not were evaluated as bad. Furthermore, as a result of the observation, the minimum line width that had no pattern collapse and good rectangularity was used as an index of evaluation as resolution. Furthermore, the minimum amount of electron beam energy that could draw a good pattern shape was used as an index of evaluation as sensitivity. The results are shown in Table 6.

Figure 0007627431000031
Figure 0007627431000031

表6から明らかなように、実施例31-1~36-2におけるレジストパターンは、比較例6に比して、解像性及び感度ともに有意に優れていることが確認された。また、現像後のレジストパターン形状もパターン倒れがなく、矩形性が良好であることが確認された。さらに、現像後のレジストパターン形状の相違から、実施例31-1~36-2におけるリソグラフィー用下層膜形成材料は、レジスト材料との密着性がよいことが示された。 As is clear from Table 6, the resist patterns in Examples 31-1 to 36-2 were confirmed to be significantly superior in both resolution and sensitivity compared to Comparative Example 6. In addition, it was confirmed that the resist pattern shape after development was free of pattern collapse and had good rectangularity. Furthermore, the difference in the resist pattern shape after development indicated that the lithography underlayer film forming materials in Examples 31-1 to 36-2 had good adhesion to the resist material.

[実施例37]
実施例19-1で用いたリソグラフィー用下層膜形成用組成物を膜厚300nmのSiO基板上に塗布して、240℃で60秒間、さらに400℃で120秒間ベークすることにより、膜厚90nmの下層膜を形成した。この下層膜上に、珪素含有中間層材料を塗布し、200℃で60秒間ベークすることにより、膜厚35nmの中間層膜を形成した。さらに、この中間層膜上に、前記ArF用レジスト溶液を塗布し、130℃で60秒間ベークすることにより、膜厚150nmのフォトレジスト層を形成した。珪素含有中間層材料としては、特開2007-226170号公報<合成例1>に記載の珪素原子含有ポリマーを用いた。
[Example 37]
The composition for forming an underlayer film for lithography used in Example 19-1 was applied onto a SiO 2 substrate having a thickness of 300 nm, and baked at 240° C. for 60 seconds and then at 400° C. for 120 seconds to form an underlayer film having a thickness of 90 nm. A silicon-containing intermediate layer material was applied onto this underlayer film, and baked at 200° C. for 60 seconds to form an intermediate layer film having a thickness of 35 nm. Furthermore, the ArF resist solution was applied onto this intermediate layer film, and baked at 130° C. for 60 seconds to form a photoresist layer having a thickness of 150 nm. As the silicon-containing intermediate layer material, a silicon atom-containing polymer described in JP-A-2007-226170 <Synthesis Example 1> was used.

次いで、電子線描画装置(エリオニクス社製;ELS-7500,50keV)を用いて、フォトレジスト層をマスク露光し、115℃で90秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で60秒間現像することにより、45nmL/S(1:1)のポジ型のレジストパターンを得た。Next, the photoresist layer was exposed to light through a mask using an electron beam lithography system (ELS-7500, 50 keV, manufactured by Elionix), baked at 115°C for 90 seconds (PEB), and developed with a 2.38% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 60 seconds to obtain a 45 nm L/S (1:1) positive resist pattern.

その後、サムコインターナショナル社製 RIE-10NRを用いて、得られたレジストパターンをマスクにして珪素含有中間層膜(SOG)のドライエッチング加工を行い、続いて、得られた珪素含有中間層膜パターンをマスクにした下層膜のドライエッチング加工と、得られた下層膜パターンをマスクにしたSiO膜のドライエッチング加工とを順次行った。 Thereafter, using RIE-10NR manufactured by Samco International, Inc., the silicon-containing intermediate layer film (SOG) was dry-etched using the obtained resist pattern as a mask, followed by dry-etching of the underlayer film using the obtained silicon-containing intermediate layer film pattern as a mask, and then dry-etching of the SiO2 film using the obtained underlayer film pattern as a mask.

各々のエッチング条件は、下記に示すとおりである。
[レジストパターンのレジスト中間層膜へのエッチング条件]
出力:50W
圧力:20Pa
時間:1min
エッチングガス
Arガス流量:CFガス流量:Oガス流量=50:8:2(sccm)
[レジスト中間膜パターンのレジスト下層膜へのエッチング条件]
出力:50W
圧力:20Pa
時間:2min
エッチングガス
Arガス流量:CFガス流量:Oガス流量=50:5:5(sccm)
[レジスト下層膜パターンのSiO膜へのエッチング条件]
出力:50W
圧力:20Pa
時間:2min
エッチングガス
Arガス流量:C12ガス流量:Cガス流量:Oガス流量
=50:4:3:1(sccm)
The etching conditions for each are as follows.
[Etching conditions of resist pattern onto resist intermediate layer film]
Output: 50W
Pressure: 20 Pa
Time: 1 min
Etching gas Ar gas flow rate: CF4 gas flow rate: O2 gas flow rate = 50:8:2 (sccm)
[Conditions for Etching Resist Intermediate Film Pattern onto Resist Underlayer Film]
Output: 50W
Pressure: 20 Pa
Time: 2 minutes
Etching gas Ar gas flow rate: CF4 gas flow rate: O2 gas flow rate = 50:5:5 (sccm)
[Etching conditions of resist underlayer film pattern onto SiO2 film]
Output: 50W
Pressure: 20 Pa
Time: 2 minutes
Etching gas Ar gas flow rate: C5F12 gas flow rate: C2F6 gas flow rate: O2 gas flow rate
=50:4:3:1 (sccm)

[評価]
上記のようにして得られた実施例37のパターン断面(エッチング後のSiO膜の形状)を、(株)日立製作所製電子顕微鏡(S-4800)を用いて観察したところ、本発明の下層膜を用いた実施例は、多層レジスト加工におけるエッチング後のSiO膜の形状は矩形であり、欠陥も認められず良好であることが確認された。
[evaluation]
The cross section of the pattern of Example 37 obtained as described above (shape of the SiO 2 film after etching) was observed using an electron microscope (S-4800) manufactured by Hitachi, Ltd. It was confirmed that in the example using the underlayer film of the present invention, the shape of the SiO 2 film after etching in the multilayer resist processing was rectangular and no defects were observed, which was good.

[実施例38~43、比較例7]
上記の各実施例19-1~24-2および比較例5で調製したリソグラフィー用下層膜形成材料の溶液と同組成の光学部品形成組成物を膜厚300nmのSiO基板上に塗布して、260℃で300秒間ベークすることにより、膜厚100nmの光学部品用の膜を形成した。次いで、ジェー・エー・ウーラム・ジャパン社製 真空紫外域多入射角分光エリプソメーター(VUV-VASE)を用いて、633nmの波長における屈折率及び透明性試験を行い、以下の基準に従って屈折率及び透明性を評価した。評価結果を表7に示す。
[Examples 38 to 43, Comparative Example 7]
An optical component forming composition having the same composition as the solution of the underlayer film forming material for lithography prepared in each of the above Examples 19-1 to 24-2 and Comparative Example 5 was applied onto a SiO2 substrate having a thickness of 300 nm, and baked at 260°C for 300 seconds to form a film for optical components having a thickness of 100 nm. Next, a refractive index and transparency test was performed at a wavelength of 633 nm using a vacuum ultraviolet multi-angle spectroscopic ellipsometer (VUV-VASE) manufactured by J.A. Woollam Japan, and the refractive index and transparency were evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 7.

[屈折率の評価基準]
A:屈折率が1.65以上
C:屈折率が1.65未満
[Evaluation criteria for refractive index]
A: Refractive index is 1.65 or more C: Refractive index is less than 1.65

[透明性の評価基準]
A:消衰係数が0.03未満
C:消衰係数が0.03以上
[Transparency evaluation criteria]
A: Extinction coefficient is less than 0.03 C: Extinction coefficient is 0.03 or more

Figure 0007627431000032
Figure 0007627431000032

実施例38-1~43-2の光学部品形成組成物は、屈折率が高いのみならず、吸光係数が低く、透明性に優れることが分かった。一方で、比較例7の組成物は光学部品としての性能に劣ることが分かった。It was found that the optical component forming compositions of Examples 38-1 to 43-2 not only had a high refractive index, but also a low absorption coefficient and excellent transparency. On the other hand, it was found that the composition of Comparative Example 7 had poor performance as an optical component.

[実施例44]R1-BisA-CNの酸による精製
1000mL容量の四つ口フラスコ(底抜き型)に、合成例1で得られたR1-BisA-CNをシクロヘキサノンに溶解させた溶液(10質量%)を150g仕込み、撹拌しながら80℃まで加熱した。次いで、蓚酸水溶液(pH1.3)37.5gを加え、5分間攪拌後、30分静置した。これにより油相と水相に分離したので、水相を除去した。この操作を1回繰り返した後、得られた油相に、超純水37.5gを仕込み、5分間攪拌後、30分静置し、水相を除去した。この操作を3回繰り返した後、80℃に加熱しながらフラスコ内を200hPa以下に減圧することで、残留水分及びシクロヘキサノンを濃縮留去した。その後、ELグレードのシクロヘキサノン(関東化学社製試薬)を希釈し、10質量%に濃度調整を行うことにより、金属含有量の低減されたR1-BisA-CNのシクロヘキサノン溶液を得た。
[Example 44] Purification of R1-BisA-CN with Acid In a 1000 mL capacity four-neck flask (bottom-opening type), 150 g of a solution (10 mass%) obtained in Synthesis Example 1 dissolved in cyclohexanone was charged and heated to 80 ° C. with stirring. Next, 37.5 g of an aqueous oxalic acid solution (pH 1.3) was added, stirred for 5 minutes, and then allowed to stand for 30 minutes. As a result, the oil phase and the aqueous phase were separated, and the aqueous phase was removed. After repeating this operation once, 37.5 g of ultrapure water was charged into the obtained oil phase, stirred for 5 minutes, and then allowed to stand for 30 minutes, and the aqueous phase was removed. After repeating this operation three times, the flask was heated to 80 ° C. while reducing the pressure in the flask to 200 hPa or less, and the residual water and cyclohexanone were concentrated and distilled off. Thereafter, EL grade cyclohexanone (a reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was diluted to adjust the concentration to 10% by mass, thereby obtaining a cyclohexanone solution of R1-BisA-CN with a reduced metal content.

[比較例8] R1-BisA-CNの超純水による精製
蓚酸水溶液の代わりに、超純水を用いる以外は実施例44と同様に実施し、10質量%に濃度調整を行うことにより、R1-BisA-CNのシクロヘキサノン溶液を得た。
Comparative Example 8 Purification of R1-BisA-CN with Ultrapure Water The same procedure as in Example 44 was carried out except that ultrapure water was used instead of the aqueous oxalic acid solution, and the concentration was adjusted to 10 mass % to obtain a cyclohexanone solution of R1-BisA-CN.

処理前のR1-BisA-CNの10質量%シクロヘキサノン溶液、実施例44及び比較例8において得られた溶液について、各種金属含有量をICP-MSによって測定した。測定結果を表8に示す。The metal contents of the 10% by mass cyclohexanone solution of R1-BisA-CN before treatment, and the solutions obtained in Example 44 and Comparative Example 8 were measured by ICP-MS. The measurement results are shown in Table 8.

Figure 0007627431000033
Figure 0007627431000033

<実施例B1-1>
実施例19-1で調製したリソグラフィー用下層膜形成用組成物を、シリコン基板上にスピンコートし、150℃で60秒ベークして膜形成及び溶媒除去を行った。その後、以下に示すとおりにランプアニール炉を用いて高温耐熱性評価を行った。
<Example B1-1>
The composition for forming an underlayer film for lithography prepared in Example 19-1 was spin-coated on a silicon substrate and baked at 150° C. for 60 seconds to form a film and remove the solvent. Thereafter, a high-temperature heat resistance evaluation was performed using a lamp annealing furnace as described below.

<実施例B1-2~実施例B6-2、比較例B1~比較例B2>
使用したリソグラフィー用下層膜形成用組成物を表9に示す組成に変更したこと以外は実施例B1-1と同様にして高温耐熱性評価を実施した。
<Examples B1-2 to B6-2, Comparative Examples B1 to B2>
Except for changing the composition for forming an underlayer film for lithography used to the composition shown in Table 9, the high-temperature heat resistance evaluation was carried out in the same manner as in Example B1-1.

[硬化膜の高温耐熱性評価]
前記膜を形成した基板を窒素雰囲気下450℃で加熱し、加熱開始後、4分および10分の間の膜厚変化率を求めた。また、窒素雰囲気下550℃で加熱を継続し、加熱開始後、4分および10分の間での膜厚変化率を求めた。これらの膜厚変化率を硬化膜耐熱性の指標として評価した。耐熱試験前後の膜厚は干渉膜厚計で計測し、耐熱試験処理前の膜厚を基準とした膜厚変化率(百分率%)を膜厚の変動値とした。結果を表9に示す。表中、正の値は膜が収縮したことを示す。
[Evaluation of high temperature heat resistance of cured film]
The substrate on which the film was formed was heated at 450°C in a nitrogen atmosphere, and the film thickness change rate was obtained for 4 minutes and 10 minutes after the start of heating. In addition, heating was continued at 550°C in a nitrogen atmosphere, and the film thickness change rate was obtained for 4 minutes and 10 minutes after the start of heating. These film thickness change rates were evaluated as an index of the heat resistance of the cured film. The film thickness before and after the heat resistance test was measured with an interference film thickness meter, and the film thickness change rate (percentage %) based on the film thickness before the heat resistance test treatment was taken as the film thickness variation value. The results are shown in Table 9. In the table, positive values indicate that the film has shrunk.

Figure 0007627431000034
Figure 0007627431000034

<実施例C1>
12インチシリコンウエハに熱酸化処理を実施してシリコン酸化膜を有する基板を調製し、その上に、実施例19-1のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて同様の方法で100nmの厚みの樹脂膜を作製した。該樹脂膜の上に、後述するように酸化シリコン膜およびSiN膜をそれぞれ形成し、PE-CVD製膜性を評価した。
<Example C1>
A 12-inch silicon wafer was subjected to a thermal oxidation treatment to prepare a substrate having a silicon oxide film, and a resin film having a thickness of 100 nm was formed thereon in the same manner using the film-forming composition for lithography of Example 19-1. A silicon oxide film and a SiN film were formed on the resin film as described below, and the PE-CVD film formability was evaluated.

<実施例C1-2~実施例C6-2及び比較例C1~比較例C2>
使用したリソグラフィー用膜形成用組成物を表10に示す組成に変更したこと以外は実施例C1-1と同様にして製膜を行い、評価した。
<Examples C1-2 to C6-2 and Comparative Examples C1 to C2>
A film was formed in the same manner as in Example C1-1, except that the film-forming composition for lithography used was changed to the composition shown in Table 10, and then evaluation was performed.

[酸化シリコン膜評価]
前記樹脂膜上に、製膜装置TELINDY(東京エレクトロン社製)を用い、原料としてTEOS(テトラエチルシロキサン)を使用し、基板温度300℃にて膜厚70nmの酸化シリコン膜の製膜を行った。この酸化シリコン膜を積層した硬化膜付きウエハについて、KLA-Tencor SP-5を用いて欠陥検査を行い、21nm以上となる欠陥の個数を指標として、製膜した酸化膜の欠陥数の評価を行った。
A 欠陥数 ≦ 20個
B 20個 < 欠陥数 ≦ 50個
C 50個 < 欠陥数 ≦ 100個
D 100個 < 欠陥数 ≦ 1000個
E 1000個 < 欠陥数 ≦ 5000個
F 5000個 < 欠陥数
[Silicon oxide film evaluation]
A silicon oxide film having a thickness of 70 nm was formed on the resin film using a film forming apparatus TELINDY (manufactured by Tokyo Electron Ltd.) and using TEOS (tetraethylsiloxane) as a raw material at a substrate temperature of 300° C. A defect inspection was performed using a KLA-Tencor SP-5 for the wafer with the cured film on which this silicon oxide film was laminated, and the number of defects in the formed oxide film was evaluated using the number of defects of 21 nm or more as an index.
A Number of defects ≦ 20 B 20 pieces < Number of defects ≦ 50 C 50 pieces < Number of defects ≦ 100 D 100 pieces < Number of defects ≦ 1000 E 1000 pieces < Number of defects ≦ 5000 F 5000 pieces < Number of defects

[SiN膜評価]
上記と同様の方法により、12インチシリコンウエハ上に熱酸化処理によって形成された100nmの厚みのシリコン酸化膜を有する基板上に、硬化膜を形成し、さらに製膜装置TELINDY(東京エレクトロン社製)を用い、原料としてSiN(モノシラン)、アンモニアを用いて基板温度350℃にて膜厚40nm、屈折率1.94、膜応力-54MPaのSiN膜の製膜を行った。SiN膜を積層した硬化膜付きウエハについて、KLA-Tencor SP-5を用いて欠陥検査を行い、前述のとおりに21nm以上となる欠陥の個数を指標として、製膜した酸化膜の欠陥数の評価を行った。これらの結果を表10に示す。
[SiN film evaluation]
Using the same method as above, a cured film was formed on a substrate having a silicon oxide film of 100 nm thickness formed by thermal oxidation on a 12-inch silicon wafer, and a film forming apparatus TELINDY (manufactured by Tokyo Electron Ltd.) was used to form a SiN film having a thickness of 40 nm, a refractive index of 1.94, and a film stress of -54 MPa at a substrate temperature of 350°C using SiN 4 (monosilane) and ammonia as raw materials. A defect inspection was performed using a KLA-Tencor SP-5 for the wafer with the cured film laminated thereon, and the number of defects in the formed oxide film was evaluated using the number of defects of 21 nm or more as an index as described above. These results are shown in Table 10.

Figure 0007627431000035
Figure 0007627431000035

実施例C1-1~C6-2の樹脂膜上に形成されたシリコン酸化膜あるいはSiN膜は21nm以上となる欠陥の個数が50個以下(B評価以上)であり、比較例C1あるいはC2の欠陥の個数に比べ、少なくなることが示された。The silicon oxide films or SiN films formed on the resin films of Examples C1-1 to C6-2 had 50 or less defects measuring 21 nm or more (rating B or higher), which was shown to be less than the number of defects in Comparative Examples C1 or C2.

<実施例D1-1>
12インチシリコンウエハに熱酸化処理を実施してシリコン酸化膜を形成した基板上に、実施例C1-1と同様の方法により、実施例19-1で得たリソグラフィー用膜形成用組成物溶液を用いて100nmの厚みで樹脂膜を作製した。該樹脂膜に対して、更に窒素雰囲気下で高温処理可能なホットプレートにより600℃4分の条件で加熱によるアニーリング処理を行い、アニーリングされた樹脂膜が積層されたウエハを作成した。該基板に対して下記のようにエッチング評価を実施した。
<Example D1-1>
A 12-inch silicon wafer was subjected to a thermal oxidation treatment to form a silicon oxide film, and a resin film was formed to a thickness of 100 nm on the substrate using the lithography film-forming composition solution obtained in Example 19-1 in the same manner as in Example C1-1. The resin film was further subjected to an annealing treatment by heating at 600°C for 4 minutes using a hot plate capable of high-temperature treatment in a nitrogen atmosphere, to produce a wafer on which an annealed resin film was laminated. The substrate was subjected to an etching evaluation as described below.

[高温処理後のエッチング評価]
前記基板に対し、エッチング装置TELIUS(東京エレクトロン社製)を用い、エッチングガスとしてCF/Arを用いた条件、およびCl/Arを用いた条件でエッチング処理を行い、エッチングレートの評価を行った。エッチングレートの評価はリファレンスとしてSU8(日本化薬社製)を250℃で1分アニーリング処理して作製した200nm膜厚の樹脂膜を用い、SU8に対するエッチングレートの速度比を相対値として求めて評価した。
[Etching evaluation after high-temperature treatment]
The substrate was etched using a TELIUS etching device (manufactured by Tokyo Electron Co., Ltd.) under conditions of using CF 4 /Ar and Cl 2 /Ar as etching gases, and the etching rate was evaluated. The etching rate was evaluated by using a 200 nm thick resin film prepared by annealing SU8 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) at 250° C. for 1 minute as a reference, and calculating the speed ratio of the etching rate to SU8 as a relative value.

<実施例D1-2~実施例D6-2、比較例D1~比較例D2>
使用したリソグラフィー用膜形成用組成物を表11に示す組成に変更したこと以外は実施例D1-1と同様にして高温処理後のエッチング評価を実施した。
<Examples D1-2 to D6-2, Comparative Examples D1 to D2>
Except for changing the composition for forming a film for lithography used to the composition shown in Table 11, the etching evaluation after the high-temperature treatment was carried out in the same manner as in Example D1-1.

Figure 0007627431000036
Figure 0007627431000036

本発明のプレポリマーは、耐熱性が高く、溶媒溶解性も高く、湿式プロセスが適用可能である。そのため、本発明のプレポリマーを用いるリソグラフィー用膜形成材料及びそのリソグラフィー用膜はこれらの性能が要求される各種用途において、広く且つ有効に利用可能である。したがって、本発明は、例えば、電気用絶縁材料、レジスト用樹脂、半導体用封止樹脂、プリント配線板用接着剤、電気機器・電子機器・産業機器等に搭載される電気用積層板、電気機器・電子機器・産業機器等に搭載されるプリプレグのマトリックス樹脂、ビルドアップ積層板材料、繊維強化プラスチック用樹脂、液晶表示パネルの封止用樹脂、塗料、各種コーティング剤、接着剤、半導体用のコーティング剤、半導体用のレジスト用樹脂、下層膜形成用樹脂等において、広く且つ有効に利用可能である。特に、本発明は、リソグラフィー用膜の分野において有効に利用可能である。
The prepolymer of the present invention has high heat resistance and high solvent solubility, and can be applied to wet processes. Therefore, the lithography film-forming material using the prepolymer of the present invention and the lithography film thereof can be widely and effectively used in various applications requiring these performances. Therefore, the present invention can be widely and effectively used in, for example, electrical insulating materials, resist resins, semiconductor sealing resins, printed wiring board adhesives, electrical laminates mounted on electrical equipment, electronic equipment, industrial equipment, etc., matrix resins for prepregs mounted on electrical equipment, electronic equipment, industrial equipment, etc., build-up laminate materials, resins for fiber reinforced plastics, sealing resins for liquid crystal display panels, paints, various coating agents, adhesives, coating agents for semiconductors, resist resins for semiconductors, resins for forming underlayer films, etc. In particular, the present invention can be effectively used in the field of lithography films.

Claims (16)

多官能シアネート化合物とフェノール類を反応させて得られる、トリアジン骨格を有するプレポリマーであって、
前記多官能シアネート化合物が、式(1-1)又は式(2-1)で表され、
前記フェノール類が、式(4)で表され、
質量平均分子量が5493~10000である、
リソグラフィー用膜形成材料用のプレポリマー。
(式(1-1)及び式(2-1)中、
は単結合又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数0~40の2価の基であり、
はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数0~40の3価の基であり、
は各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~40のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~40のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数2~40のアルキニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6~40のアリールオキシ基であり、
m’は各々独立して0~8の整数であり
pは各々独立して0~3の整数である。)
(式(4)中、Zは単結合、ヘテロ原子、あるいはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40の2価の炭化水素基であり、
は各々独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6~40のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数2~40のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数1~40のアルコキシ基、ハロゲン原子、又は水酸基であり、ただしR の少なくとも1つは水酸基であり、
eは各々独立して1~9の整数であり、
fは各々独立して0~3の整数であり、
nは0~3の整数である。)
A prepolymer having a triazine skeleton obtained by reacting a polyfunctional cyanate compound with a phenol,
The polyfunctional cyanate compound is represented by formula ( 1-1 ) or formula ( 2-1 ),
The phenol is represented by formula (4),
The mass average molecular weight is 5493 to 10000.
Prepolymer for film-forming materials for lithography.
(In formula ( 1-1 ) and formula ( 2-1 ),
R2 is a single bond or a divalent group having 0 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom;
R3 is a trivalent group having 0 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom;
R 0 each independently represents an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an aryl group having 6 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, or an aryloxy group having 6 to 40 carbon atoms which may have a substituent,
Each m' is independently an integer from 0 to 8 ;
Each p is independently an integer of 0 to 3.
In formula (4), Z is a single bond, a heteroatom, or a divalent hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom;
R 1 's are each independently an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an aryl group having 6 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent, a halogen atom, or a hydroxyl group, with the proviso that at least one R 1 is a hydroxyl group;
Each e is independently an integer from 1 to 9;
Each f is independently an integer from 0 to 3;
n is an integer from 0 to 3.
前記式(4)で表されるフェノール類が、下記式(4-1)で表されるモノフェノールである、請求項に記載のプレポリマー。
(式(4-1)中、R、e、及びfは前述のとおり定義される、ただし、水酸基の数は1つである。)
The prepolymer according to claim 1 , wherein the phenol represented by the formula (4) is a monophenol represented by the following formula (4-1):
(In formula (4-1), R 1 , e, and f are defined as above, with the proviso that the number of hydroxyl groups is one.)
末端にフェノール性水酸基を有する、請求項1または2に記載のプレポリマー。 The prepolymer according to claim 1 or 2 , which has a phenolic hydroxyl group at its terminal. 前記請求項1~のいずれかに記載のプレポリマーを含むリソグラフィー用膜形成用組成物。 A film-forming composition for lithography, comprising the prepolymer according to any one of claims 1 to 3 . 溶媒をさらに含有する請求項に記載のリソグラフィー用膜形成用組成物。 The film-forming composition for lithography according to claim 4 , further comprising a solvent. 請求項又はに記載の組成物から形成されたレジスト膜。 A resist film formed from the composition according to claim 4 or 5 . 請求項又はに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
形成された前記レジスト膜の少なくとも一部を露光する工程と、
露光した前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
を含む、レジストパターン形成方法。
forming a resist film on a substrate using the film-forming composition for lithography according to claim 4 or 5 ;
exposing at least a portion of the formed resist film;
developing the exposed resist film to form a resist pattern;
A method for forming a resist pattern comprising the steps of:
請求項1~のいずれかに記載のプレポリマーと、ジアゾナフトキノン光活性化合物と、溶媒と、を含有するリソグラフィー用膜形成用組成物であって、
当該組成物中、前記溶媒の含有量が20~99質量%であるリソグラフィー用膜形成用組成物。
A film-forming composition for lithography, comprising the prepolymer according to any one of claims 1 to 3 , a diazonaphthoquinone photoactive compound, and a solvent,
The film-forming composition for lithography, wherein the content of the solvent in the composition is 20 to 99 mass %.
前記溶媒以外の成分を固形分とするとき、当該固形分が、
1~99質量%の前記プレポリマーと、
99~1質量%の前記ジアゾナフトキノン光活性化合物と、
0~49質量%のその他の任意成分と、を含む、請求項に記載のリソグラフィー用膜形成用組成物。
When the components other than the solvent are considered to be solid contents, the solid contents are
1 to 99% by weight of the prepolymer;
99 to 1% by weight of the diazonaphthoquinone photoactive compound;
The film-forming composition for lithography according to claim 8 , further comprising 0 to 49% by mass of other optional components.
請求項又はのいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物をスピンコートして得られるアモルファス膜。 10. An amorphous film obtained by spin coating the film-forming composition for lithography according to claim 4 , 5 , 8 or 9 . 請求項、又はのいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて、基板上にアモルファス膜を形成する工程を含む、アモルファス膜の製造方法。 A method for producing an amorphous film, comprising the step of forming an amorphous film on a substrate using the film-forming composition for lithography according to claim 4 . 請求項、又はのいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
形成された前記レジスト膜の少なくとも一部を露光する工程と、
露光した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。
A process for forming a resist film on a substrate using the film-forming composition for lithography according to any one of claims 4 , 5 , 8 , and 9 ;
exposing at least a portion of the formed resist film;
developing the exposed resist film to form a resist pattern.
請求項、又はのいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物から形成されたリソグラフィー用下層膜。 An underlayer film for lithography formed from the film-forming composition for lithography according to any one of claims 4 , 5 , 8 and 9 . 請求項4、5、8、又は9のいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて、基板上に下層膜を形成する工程を含む、リソグラフィー用下層膜の製造方法。 A method for producing an underlayer film for lithography, comprising the step of forming an underlayer film on a substrate using the film-forming composition for lithography according to claim 4 . 請求項4、5、8、又は9のいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて、基板上に、下層膜を形成する工程と、
前記下層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
を有する、レジストパターン形成方法。
A process for forming an underlayer film on a substrate using the film-forming composition for lithography according to any one of claims 4, 5, 8, and 9;
forming at least one photoresist layer on the underlayer film;
irradiating predetermined areas of the photoresist layer with radiation and developing the photoresist layer to form a resist pattern;
The method for forming a resist pattern comprises the steps of:
請求項4、5、8、又は9のいずれかに記載のリソグラフィー用膜形成用組成物を用いて、基板上に下層膜を形成する工程と、
前記下層膜上に、珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いて中間層膜を形成する工程と、
前記中間層膜上に、少なくとも1層のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層の所定の領域に放射線を照射し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記中間層膜をエッチングして、中間層膜パターンを形成する工程と、
前記中間層膜パターンをエッチングマスクとして前記下層膜をエッチングして、下層膜パターンを形成する工程と、
前記下層膜パターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングして、前記基板にパターンを形成する工程と、
を有する、パターン形成方法。
A step of forming an underlayer film on a substrate using the film-forming composition for lithography according to any one of claims 4, 5, 8, and 9;
forming an intermediate layer film on the underlayer film using a resist intermediate layer film material containing silicon atoms;
forming at least one photoresist layer on the intermediate layer film;
irradiating predetermined areas of the photoresist layer with radiation and developing the photoresist layer to form a resist pattern;
a step of etching the intermediate layer film using the resist pattern as a mask to form an intermediate layer film pattern;
forming an underlayer film pattern by etching the underlayer film using the intermediate layer film pattern as an etching mask;
forming a pattern on the substrate by etching the substrate using the underlayer film pattern as an etching mask;
The pattern forming method comprises the steps of:
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