[go: up one dir, main page]

JP2015199916A - 膜形成用組成物及びパターン形成方法 - Google Patents

膜形成用組成物及びパターン形成方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2015199916A
JP2015199916A JP2015047501A JP2015047501A JP2015199916A JP 2015199916 A JP2015199916 A JP 2015199916A JP 2015047501 A JP2015047501 A JP 2015047501A JP 2015047501 A JP2015047501 A JP 2015047501A JP 2015199916 A JP2015199916 A JP 2015199916A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
film
solvent
alcohol
organic solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015047501A
Other languages
English (en)
Inventor
俊輔 栗田
Shunsuke Kurita
俊輔 栗田
恭志 中川
Yasushi Nakagawa
恭志 中川
酒井 達也
Tatsuya Sakai
達也 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JSR Corp
Original Assignee
JSR Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JSR Corp filed Critical JSR Corp
Priority to JP2015047501A priority Critical patent/JP2015199916A/ja
Priority to US14/671,255 priority patent/US20150284539A1/en
Publication of JP2015199916A publication Critical patent/JP2015199916A/ja
Priority to US15/689,662 priority patent/US20170362412A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/56Organo-metallic compounds, i.e. organic compounds containing a metal-to-carbon bond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L85/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage in the main chain of the macromolecule containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen and carbon; Compositions of derivatives of such polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D185/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/006Anti-reflective coatings
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/091Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers characterised by antireflection means or light filtering or absorbing means, e.g. anti-halation, contrast enhancement
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/094Multilayer resist systems, e.g. planarising layers
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/11Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having cover layers or intermediate layers, e.g. subbing layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】優れた保存安定性及び揮発抑制性を発揮できる膜形成用組成物及びパターン形成方法の提供。
【解決手段】加水分解性基を有する金属化合物の加水分解物、前記加水分解性基を有する金属化合物の加水分解縮合物、前記加水分解性基を有する金属化合物と式(1)で表される化合物との縮合物又はこれらの組み合わせである加水分解化合物と、溶媒とを含有する膜形成用組成物であって、前記加水分解性基を有する金属化合物が第3族〜第13族に属する金属元素、又はこれらの組み合わせを含み、前記溶媒がアルコール系有機溶媒と、アルコール性水酸基を有さずかつヘテロ原子含有基を有する非アルコール系有機溶媒と、を含み、全溶媒を基準として、前記アルコール系有機溶媒の含有量が1〜50質量%であり、前記非アルコール系有機溶媒の含有量が50〜99質量%である。
Figure 2015199916

【選択図】なし

Description

本発明は、膜形成用組成物及びパターン形成方法に関する。
半導体装置等の微細化に伴い、より高い集積度を得るために多層レジストプロセスが用いられている。この多層レジストプロセスでは、基板上に無機膜形成組成物を用いて無機膜を形成し、この無機膜上に有機材料を用いて無機膜とエッチング速度が異なるレジスト膜を形成する。このレジスト膜にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをドライエッチングにより無機膜及び基板に転写することにより、所望のパターンが形成された基板が得られる(特開2001−284209号公報及び特開2008−39811号公報参照)。上記無機膜形成組成物は、レジスト下層膜等に対して優れたエッチング選択性を有する無機膜を形成できることが求められており、この要請に対し、ケイ素原子含有化合物(特開2010−85912号公報参照)、メタロキサン骨格を有する金属原子含有化合物(特表2005−537502号公報参照)等が開発されている。
しかし、上述の無機膜形成組成物は保存安定性が不十分である。特に、遷移金属を骨格に有する無機膜形成組成物は、知見の多いケイ素含有膜形成組成物とは異なり、長期保管により組成物中の樹脂の分子量が減少する。これにより、保存前の組成物を用いた無機膜と比べ、長期保存後の組成物を用いた無機膜の膜厚が減少するという現象が観察される。さらに遷移金属を骨格に有する場合は、無機膜を形成する際のベーク時に塗膜から無機膜成分が揮発し易く、チャンバー内が汚染され易いという不都合がある。
特開2001−284209号公報 特開2008−39811号公報 特開2010−85912号公報 特表2005−537502号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、優れた保存安定性及び揮発抑制性を発揮できる膜形成用組成物及びパターン形成方法を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた本発明は、加水分解性基を有する金属化合物(以下、「金属化合物(a)」ともいう。)の加水分解物、上記加水分解性基を有する金属化合物の加水分解縮合物、上記加水分解性基を有する金属化合物と下記式(1)で表される化合物(以下、「化合物(i)」ともいう。)との縮合物又はこれらの組み合わせである加水分解化合物(以下、「[A]化合物」ともいう。)と、溶媒(以下、「[B]溶媒」ともいう。)とを含有する膜形成用組成物であって、上記加水分解性基を有する金属化合物が第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族若しくは第13族に属する金属元素、又はこれらの組み合わせを含み、上記[B]溶媒が、アルコール系有機溶媒(以下、「(B1)アルコール系溶媒」ともいう。)、及びアルコール性水酸基を有さずかつヘテロ原子含有基を有する非アルコール系有機溶媒(以下、「(B2)非アルコール系溶媒」ともいう)を含み、上記アルコール系有機溶媒の上記溶媒を基準とする含有量が1質量%以上50質量%以下であり、上記非アルコール系有機溶媒の上記溶媒を基準とする含有量が50質量%以上99質量%以下であることを特徴とする。
Figure 2015199916
(式(1)中、Rは、n価の有機基である。Xは、−OH、−COOH、−NCO又は−NHRである。Rは、水素原子又は1価の有機基である。nは、2〜4の整数である。複数のXは同一でも異なっていてもよい。)
上記課題を解決するためになされた別の本発明は、基板の一方の面側に無機膜を形成する工程、上記無機膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程、及び上記レジストパターンをマスクとした1又は複数回のドライエッチングにより上記基板にパターンを形成する工程を備え、上記無機膜を当該膜形成用組成物により形成するパターン形成方法である。
ここで、「加水分解性基」とは、水と反応させることによりヒドロキシ基に置換することが可能な基を指す。また、「加水分解性基を有する金属化合物」とは、通常、無触媒、過剰の水の共存下、室温(例えば、25℃)から約100℃の温度範囲内で加熱することにより、加水分解しヒドロキシ基を生成することができる基を有する金属化合物を指す。
「ヘテロ原子含有基」とは構造中に2価以上のヘテロ原子を有する基を指す。
当該膜形成用組成物及びパターン形成方法によれば、優れた保存安定性及び揮発抑制性を共に発揮できる。従って、これらは今後さらに微細化が進行すると予想されるLSIの製造プロセス、特に微細なコンタクトホール等の形成において極めて好適に使用することができる。
<膜形成用組成物>
当該膜形成用組成物は、[A]化合物及び[B]溶媒を含有する。この[B]溶媒は(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒を含有し、(B1)アルコール系溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量が1質量%以上50質量%以下であり、(B2)非アルコール系溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量が50質量%以上99質量%以下である。当該膜形成用組成物は、上記構成を有することで、保存安定性及び揮発抑制性に優れる。当該膜形成用組成物が上記構成を有することで上記効果を奏する理由については明らかではないが、以下のように推測できる。溶解性の高い(B1)アルコール系溶媒は[A]化合物の縮合を抑制するが、同時に[A]化合物の分子鎖を切断し分子量が低下する。この分子鎖の切断を(B2)非アルコール系溶媒が抑制することで[A]化合物の分子量の減少が抑制され、その結果、当該膜形成用組成物は保存安定性及び揮発抑制性に優れると考えられる。
また、当該膜形成用組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、架橋促進剤等の任意成分を含有していてもよい。以下、各成分について説明する。
[[A]化合物]
[A]化合物は、金属化合物(a)の加水分解物、上記金属化合物(a)の加水分解縮合物、上記金属化合物(a)と化合物(i)との縮合物又はこれらの組み合わせである加水分解化合物であって、上記金属化合物(a)が第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族若しくは第13族に属する金属元素(以下、「特定金属元素」ともいう)、又はこれらの組み合わせを含む化合物である。当該膜形成用組成物は、[A]化合物を含有することで有機溶剤耐性及びエッチング耐性に優れる無機膜を形成できる。
さらに、[A]化合物は、本発明の効果を損なわない範囲の少量であれば上記特定金属元素以外の他の金属元素、上記金属化合物(a)の加水分解物等以外の化合物を含有してもよい。また、上記金属化合物(a)の加水分解物は、未加水分解の加水分解性基を有するものでもよい。
(加水分解性基を有する金属化合物)
金属化合物(a)は加水分解性基を有し、上記特定金属元素を含む。金属化合物(a)が上記特定金属元素を含むことで、当該膜形成用組成物から形成される無機膜は有機溶剤耐性及びエッチング耐性に優れる。金属化合物(a)が含む上記特定金属元素は1種でもよく2種以上でもよいが、無機膜におけるエッチング速度の面内均一性を向上できる点から1種が好ましい。また、金属化合物(a)が上記加水分解性基を有することにより、金属化合物(a)同士、或いは金属化合物(a)と他の化合物との間で加水分解縮合が生じる。その結果、上記無機膜の有機溶剤耐性及びエッチング耐性がより向上する。
(加水分解性基)
加水分解性基は、水と反応させることによりヒドロキシ基に置換することが可能な基である。この加水分解性基としては、例えばアルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、アセトキシ基、アシロキシ基、イソシアネート基等が挙げられる。これらの中で、アルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基がより好ましく、プロポキシ基、ブトキシ基がさらに好ましい。
(特定金属元素)
上記特定金属元素は第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族又は第13族に属する金属元素である。この特定金属元素としては、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、コバルトが好ましく、チタン、ジルコニウム、タングステンがより好ましい。[A]化合物がこれらの元素を含むことで、当該膜形成用組成物から形成される無機膜のエッチング耐性がより向上する。
(化合物(i))
化合物(i)は、下記式(1)で表される化合物である。
Figure 2015199916
上記式(1)中、Rは、n価の有機基である。Xは、−OH、−COOH、−NCO又は−NHRである。Rは、水素原子又は1価の有機基である。nは、2〜4の整数である。複数のXは同一でも異なっていてもよい。
上記Rで表されるn価の有機基としては、例えば、n価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間にヘテロ原子を有する基を含むn価のヘテロ原子含有基、これらの基が有する一部又は全部の水素原子を置換基で置換したn価の基等が挙げられる。
上記n価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜30の鎖状炭化水素、炭素数3〜30の脂環式炭化水素、炭素数6〜30の芳香族炭化水素等の炭化水素からn個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
ここで、「炭化水素基」は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。「鎖状炭化水素」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素をいい、直鎖状炭化水素及び分岐状炭化水素の両方を含む。「脂環式炭化水素」とは、環構造としては脂環構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素をいい、単環の脂環式炭化水素及び多環の脂環式炭化水素の両方を含む。但し、脂環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素をいう。但し、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環構造を含んでいてもよい。
上記鎖状炭化水素としては、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン;エテン、プロペン、ブテン、ペンテン等のアルケン;エチン、プロピン、ブチン、ペンチン等のアルキンなどが挙げられる。
上記脂環式炭化水素としては、例えばシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン等のシクロアルカン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等のシクロアルケン等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、アントラセン等のアレーンなどの炭素数6〜30の芳香族炭化水素などの炭化水素からn個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記ヘテロ原子を有する基としては、例えば、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子、リン原子及びイオウ原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を有する基等が挙げられ、−O−、−NH−、−CO−、−S−、これらを組み合わせた基等が挙げられる。これらの中で、−O−が好ましい。
上記置換基としては、例えば、
フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;
メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基;
メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;
メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基等のアルコキシカルボニルオキシ基;
ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、ベンゾイル基等のアシル基;
シアノ基、ニトロ基などが挙げられる。
上記nとしては、2又は3が好ましく、2がより好ましい。
上記−NHRのRで表される1価の有機基としては、例えば、炭素数1〜20の1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間にヘテロ原子を有する基を含むヘテロ原子含有基、上記炭化水素基及びヘテロ原子含有基が有する一部又は全部の水素原子を置換基で置換した基等が挙げられる。Rとしては、1価の炭化水素基が好ましく、1価の鎖状炭化水素基がより好ましく、アルキル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。
上記Rの中で、nが2のものとしては、2価の鎖状炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基、2価のヘテロ原子含有基が好ましく、アルカンジイル基、アルケンジイル基、アレーンジイル基、アルカンジイルオキシアルカンジイル基がより好ましく、1,2−エタンジイル基、1,2−プロパンジイル基、ブタンジイル基、ヘキサンジイル基、エテンジイル基、キシレンジイル基、エタンジイルオキシエタンジイル基がさらに好ましい。
上記Rの中で、nが3のものとしては、3価の鎖状炭化水素基が好ましく、アルカントリイル基がより好ましく、1,2,3−プロパントリイル基がさらに好ましい。
上記Rの中で、nが4のものとしては、4価の鎖状炭化水素基が好ましく、アルカンテトライル基がより好ましく、1,2,3,4−ブタンテトライル基がさらに好ましい。
化合物(i)としては、例えば、下記式(1−1)〜(1−4)で表される化合物(以下、「化合物(i−1)〜(i−4)」ともいう。)等が挙げられる。
Figure 2015199916
上記式(1−1)〜(1−4)中、R、R及びnは、上記式(1)と同義である。
化合物(i−1)の中で、nが2のものとしては、例えば、
エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等のアルキレングリコール;
ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジブチレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のジアルキレングリコール;
シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ノルボルナンジオール、ノルボルナンジメタノール、アダマンタンジオール等のシクロアルキレングリコール;
1,4−ベンゼンジメタノール、2,6−ナフタレンジメタノール等の芳香環含有グリコール;
カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン等の2価フェノールなどが挙げられる。
化合物(i−1)の中で、nが3のものとしては、例えば、
グリセリン、1,2,4−ブタントリオール等のアルカントリオール;
1,2,4−シクロヘキサントリオール、1,2,4−シクロヘキサントリメタノール等のシクロアルカントリオール;
1,2,4−ベンゼントリメタノール、2,3,6−ナフタレントリメタノール等の芳香環含有グリコール;
ピロガロール、2,3,6−ナフタレントリオール等の3価フェノールなどが挙げられる。
化合物(i−1)の中で、nが4のものとしては、例えば、
エリスリトール、ペンタエリスリトール等のアルカンテトラオール;
1,2,4,5−シクロヘキサンテトラオール等のシクロアルカンテトラオール;
1,2,4,5−ベンゼンテトラメタノール等の芳香環含有テトラオール;
1,2,4,5−ベンゼンテトラオール等の4価フェノールなどが挙げられる。
化合物(i−1)としては、nが2又は3のものが好ましく、アルキレングリコール、ジアルキレングリコール、アルカントリオールがより好ましく、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンがさらに好ましい。
化合物(i−2)の中で、nが2のものとしては、例えば、
シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸等の鎖状飽和ジカルボン酸;
マレイン酸、フマル酸等の鎖状不飽和ジカルボン酸;
1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、ノルボルナンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;
フタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。
化合物(i−2)の中で、nが3のものとしては、例えば、
1,2,3−プロパントリカルボン酸等の鎖状飽和トリカルボン酸;
1,2,3−プロペントリカルボン酸等の鎖状不飽和トリカルボン酸;
1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸等の脂環式トリカルボン酸;
トリメリット酸、2,3,7−ナフタレントリカルボン酸等の芳香族トリカルボン酸などが挙げられる。
化合物(i−2)の中で、nが4のものとしては、例えば、
1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸等の鎖状飽和テトラカルボン酸;
1,2,3,4−ブタジエンテトラカルボン酸等の鎖状不飽和テトラカルボン酸;
1,2,5,6−シクロヘキサンテトラカルボン酸、2,3,5,6−ノルボルナンテトラカルボン酸等の脂環式テトラカルボン酸;
ピロメリット酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸等の芳香族テトラカルボン酸などが挙げられる。
化合物(i−2)としては、これらの中で、nが2のものが好ましく、鎖状飽和ジカルボン酸、鎖状不飽和ジカルボン酸がより好ましく、マレイン酸、コハク酸がさらに好ましい。
化合物(i−3)の中で、nが2のものとしては、例えば、
エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の鎖状ジイソシアネート;
1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート;
トリレンジイソシアネート、1,4−ベンゼンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネートなどが挙げられる。
化合物(i−3)の中で、nが3のものとしては、例えば、
トリメチレントリイソシアネート等の鎖状トリイソシアネート;
1,2,4−シクロヘキサントリイソシアネート等の脂環式トリイソシアネート;
1,2,4−ベンゼントリイソシアネート等の芳香族トリイソシアネートなどが挙げられる。
化合物(i−3)の中で、nが4のものとしては、例えば、
テトラメチレンテトライソシアネート等の鎖状テトライソシアネート;
1,2,4,5−シクロヘキサンテトライソシアネート等の脂環式テトライソシアネート;
1,2,4,5−ベンゼンテトライソシアネート等の芳香族テトライソシアネートなどが挙げられる。
化合物(i−3)としては、これらの中で、nが2のものが好ましく、鎖状ジイソシアネートがより好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネートがさらに好ましい。
化合物(i−4)の中で、nが2のものとしては、例えば、
エチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、トリメチレンジアミン、N,N’−ジメチルトリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、N,N’−ジメチルテトラメチレンジアミン等の鎖状ジアミン;
1,4−シクロヘキサンジアミン、1,4−ジ(アミノメチル)シクロヘキサン等の脂環式ジアミン;
1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ジアミンなどが挙げられる。
化合物(i−4)の中で、nが3のものとしては、例えば、
トリアミノプロパン、N,N’,N”−トリメチルトリアミノプロパン等の鎖状トリアミン;
1,2,4−トリアミノシクロヘキサン等の脂環式トリアミン;
1,2,4−トリアミノベンゼン等の芳香族トリアミンなどが挙げられる。
化合物(i−4)の中で、nが4のものとしては、例えば、
テトラアミノブタン等の鎖状テトラアミン;
1,2,4,5−テトラアミノシクロヘキサン、2,3,5,6−テトラアミノノルボルナン等の脂環式テトラアミン;
1,2,4,5−テトラアミノベンゼン等の芳香族テトラアミンなどが挙げられる。
化合物(i−4)としては、これらの中で、nが2のものが好ましく、鎖状ジアミンがより好ましく、N,N’−ジメチルエチレンジアミンがさらに好ましい。
また、金属化合物(a)としては下記式(2)で表される化合物が好ましい。
Figure 2015199916
上記式(2)中、Mは、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族若しくは第13族に属する金属元素、又はこれらの組み合わせである。Lは、配位子である。aは、0〜3の整数である。aが2以上の場合、複数のLは同一でも異なっていてもよい。Xは、加水分解性基である。bは、2〜6の整数である。複数のXは同一でも異なっていてもよい。ただし、a×2+bは6以下である。
上記Mで表される金属元素は上記特定金属元素である。Mとしては、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、コバルトが好ましく、チタン、ジルコニウム、タングステンがより好ましい。
上記Lで表される配位子としては、単座配位子及び多座配位子が挙げられる。
単座配位子としては、例えばヒドロキソ配位子、カルボキシ配位子、アミド配位子等が挙げられる。
上記アミド配位子としては、例えば無置換アミド配位子(NH)、メチルアミド配位子(NHMe)、ジメチルアミド配位子(NMe)、ジエチルアミド配位子(NEt)、ジプロピルアミド配位子(NPr)等が挙げられる。
上記多座配位子としては、例えばヒドロキシ酸エステル、β−ジケトン、β−ケトエステル、β−ジカルボン酸エステル及びπ結合を有する炭化水素、カルボキシレートアニオン、アンモニア等が挙げられる。
上記ヒドロキシ酸エステルとしては、例えばグリコール酸エステル、乳酸エステル、2−ヒドロキシシクロヘキサン−1−カルボン酸エステル、サリチル酸エステル等が挙げられる。
上記β−ジケトンとしては、例えばアセチルアセトン、メチルアセチルアセトン、エチルアセチルアセトン、2,4−ペンタンジオン、3−メチル−2,4−ペンタンジオン等が挙げられる。
上記β−ケトエステルとしては、例えばアセト酢酸エステル、α−アルキル置換アセト酢酸エステル、β−ケトペンタン酸エステル、ベンゾイル酢酸エステル、1,3−アセトンジカルボン酸エステル等が挙げられる。
上記β−ジカルボン酸エステルとしては、例えばマロン酸ジエステル、α−アルキル置換マロン酸ジエステル、α−シクロアルキル置換マロン酸ジエステル、α−アリール置換マロン酸ジエステル等が挙げられる。
上記π結合を有する炭化水素としては、例えば、
エチレン、プロピレン等の鎖状オレフィン;
シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等の環状オレフィン;
ブタジエン、イソプレン等の鎖状ジエン;
シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、ペンタメチルシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン;
ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサメチルベンゼン、ナフタレン、インデン等の芳香族炭化水素などが挙げられる。
配位子としては、[A]化合物の安定性の観点から多座配位子が好ましく、乳酸エステル、アセチルアセトン、アセト酢酸エステル、マロン酸ジエステル、環状ジエン、カルボキシレートアニオンがより好ましく、乳酸エチル、2,4−ペンタンジオン、アセト酢酸エチル、マロン酸ジエチル、シクロペンタジエン、ステアリン酸エステルがさらに好ましい。
上記aとしては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましい。
上記Xとしてはアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基がより好ましく、プロポキシ基、ブトキシ基がさらに好ましい。
上記bとしては、2〜4の整数が好ましく、2及び3がより好ましく、2がさらに好ましい。
金属化合物(a)としては、例えばテトラ−i−プロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラメトキシチタン、テトラ−i−プロポキシジルコニウム、テトラ−n−ブトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトラメトキシジルコニウム等の加水分解性基を4個有する金属化合物;
メチルトリメトキシチタン、メチルトリエトキシチタン、メチルトリ−i−プロポキシチタン、メチルトリブトキシジルコニウム、エチルトリメトキシジルコニウム、エチルトリエトキシジルコニウム、エチルトリ−i−プロポキシジルコニウム、エチルトリブトキシジルコニウム、ブチルトリメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン、ナフチルトリメトキシチタン、フェニルトリエトキシチタン、ナフチルトリエトキシチタン、アミノプロピルトリメトキシチタン、アミノプロピルトリエトキシジルコニウム、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシジルコニウム、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシジルコニウム、3−イソシアノプロピルトリメトキシジルコニウム、3−イソシアノプロピルトリエトキシジルコニウム、トリエトキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−i−プロポキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、チタントリブトキシモノステアレート等の加水分解性基を3個有する金属化合物;
ジメチルジメトキシチタン、ジフェニルジメトキシチタン、ジブチルジメトキシジルコニウム、ジイソピロポキシビスアセチルアセトナート、ジ−n−ブトキシビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム等の加水分解性基を2個有する金属化合物;
トリメチルメトキシチタン、トリフェニルメトキシチタン、トリブチルメトキシチタン、トリ(3−メタクリロキシプロピル)メトキシジルコニウム、トリ(3−アクリロキシプロピル)メトキシジルコニウム等の加水分解性基を1個有する金属化合物などが挙げられる。
金属化合物(a)としては、加水分解性基を2〜4個有するものが好ましく、チタンテトライソプロポキシレート、チタンテトラ−n−ブトキシド、チタントリブトキシモノステアレート、ジイソプロポキシビスアセチルアセトナート、トリエトキシモノアセチルアセトナートジルコニウムがより好ましい。
上記金属化合物(a)等の加水分解縮合反応は、例えば水を含有する溶媒中で行うことができる。この加水分解縮合反応における上記化合物に対する水の量の下限としては、1倍モルが好ましい。一方、上記水の量の上限としては、20倍モルが好ましく、15倍モルがより好ましい。また、上記加水分解縮合反応は、加水分解反応及び縮合反応促進の観点から、水に加え、無水マレイン酸等の酸及び/又は酸無水物を添加して行ってもよい。
上記反応に用いる溶媒(以下、「反応溶媒」ともいう)としては特に限定されず、後記の[B]溶媒として例示したものと同様の溶媒を用いることができる。これらの中で、アルコール系有機溶媒、エーテル系有機溶媒、エステル系有機溶媒、炭化水素系有機溶媒が好ましく、1価の脂肪族アルコール、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、ヒドロキシ酸エステル、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボン酸エステル、ラクトン、環状エーテル、芳香族炭化水素がより好ましく、炭素数2以上の1価の脂肪族アルコール、炭素数6以上のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、炭素数4以上のヒドロキシ酸エステル、炭素数6以上のアルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボン酸エステル、炭素数4以上のラクトン、炭素数4以上の環状エーテル、炭素数7以上の芳香族炭化水素がさらに好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、乳酸エチル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、トルエンが特に好ましい。
上記反応溶媒は、反応後に除去することなくそのまま当該膜形成用組成物の[B]溶媒とすることもできる。この場合、反応溶媒として上記(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒の含有量が、それぞれ1質量%以上50質量%以下及び50質量%以上99質量%以下である溶媒を用いてもよい。また、反応終了後に(B1)アルコール系溶媒等を添加することで[B]溶媒中の(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒の含有量が上記範囲となるよう調製してもよい。
上記反応の温度の下限としては、0℃が好ましく、10℃がより好ましい。一方、上記反応の温度の上限としては、150℃が好ましく、120℃がより好ましい。上記反応の時間の下限としては、30分が好ましく、1時間がより好ましく、2時間がさらに好ましい。一方、上記反応の時間の上限としては、24時間が好ましく、20時間がより好ましく、15時間がさらに好ましい。
また、上記加水分解縮合反応で得られた反応液に、乳酸エチル等の上記多座配位子を添加してもよい。
さらに、[A]化合物には、上述の化合物を加水分解縮合する方法以外の方法により合成された化合物が含まれてもよい。上記加水分解縮合以外の方法としては、例えばアルコキシ配位子を含む金属化合物、ハロゲン配位子を含む金属化合物等と、配位子等とを水を含有する溶媒中で反応させる方法、特定金属元素及びこの特定金属元素に結合する酸素原子を有する錯体と配位子等とを溶媒中で反応させる方法等も用いることができる。
静的光散乱法によって測定される[A]化合物の絶対分子量の下限としては、6,000が好ましく、8,000がより好ましく、9,000がさらに好ましい。上記絶対分子量の上限としては、50,000が好ましく、45,000がより好ましく、40,000がさらに好ましい。[A]化合物の絶対分子量を上記範囲とすることにより、当該膜形成用組成物は保存安定性及び揮発抑制性を共により高いレベルにすることができる。[A]化合物の絶対分子量が上記下限未満の場合、当該膜形成用組成物の揮発抑制性が低下するおそれがある。逆に、[A]化合物の絶対分子量が上記上限を超えると、当該膜形成用組成物の保存安定性が低下するおそれがある。
静的光散乱法による[A]化合物の絶対分子量は、下記装置及び条件により測定される値である。なお、測定方式は、下記装置を用いる場合のように石英セルに試料溶液を入れてセットする方式の他、フローセルに試料溶液を注入する多角度レーザー光散乱検出器(MALLS)を用いた方式等があり、いずれの方法を用いて求めてもよい。
装置:光散乱測定装置(ドイツALV社の「ALV−5000」)
測定濃度:2.5質量%、5.0質量%、7.5質量%、10.0質量%の4点
標準液体:トルエン
測定温度:23℃
絶対分子量の算出に必要な溶液の屈折率及び溶液の密度は、下記装置により測定される値である。
溶液の屈折率の測定装置:屈折計(京都電子工業社の「RA−500」)
溶液の密度の測定装置:密度比重計(京都電子工業社の「DA−100」)
[[B]溶媒]
[B]溶媒は(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒を含む。また、(B1)アルコール系有機溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量が1質量%以上50質量%以下であり、(B2)非アルコール系溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量が50質量%以上99質量%以下である。[B]溶媒が(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒を上記割合で含むことで、当該膜形成用組成物は保存安定性及び揮発抑制性に優れる。(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒としては、1種の溶媒のみからなるものでもよく、2種以上の溶媒の混合物であってもよい。[B]溶媒としては、[A]化合物の合成において反応に用いた溶媒を除去せずそのまま用いてもよい。
上記(B1)アルコール系溶媒としては、例えば1価の脂肪族アルコール、1価の脂環式アルコール、芳香族アルコール、1価のエーテル基又はケト基含有アルコール、多価アルコール、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、エーテル基含有アルキレングリコールモノアルキルエーテルなどが挙げられる。
上記1価の脂肪族アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−アミルアルコール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール等が挙げられる。
上記1価の脂環式アルコールとしては、例えばシクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール等が挙げられる。
上記芳香族アルコールとしては、例えばベンジルアルコール、フェネチルアルコール等が挙げられる。
上記1価のエーテル基又はケト基含有アルコールとしては、例えば3−メトキシブタノール、フルフリルアルコール、ジアセトンアルコール等の1価のエーテル基又はケト基含有アルコールが挙げられる。
上記多価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等が挙げられる。
上記アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
上記エーテル基含有アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等が挙げられる。
(B1)アルコール系溶媒としては、保存安定性及び揮発抑制性をより向上させる観点から、これらの中でアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましく、プロピレングリコールモノアルキルエーテルがより好ましく、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルがさらに好ましく、プロピレングリコールモノエチルエーテルが特に好ましい。
上記(B2)非アルコール系溶媒は、アルコール性水酸基を有さずかつヘテロ原子含有基を有する有機溶媒である。上記ヘテロ原子含有基は、2価以上のヘテロ原子を1個有していてもよく、2個以上有していてもよい。
上記ヘテロ原子含有基が有する2価以上のへテロ原子としては、2価以上の原子価を有するヘテロ原子であれば特に限定されず、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子等が挙げられる。
上記ヘテロ原子含有基としては、例えば、
−SO−、−SO−、−SOO−、−SO−等の2個以上のヘテロ原子を組み合わせた基;
−CO−、−COO−、−COS−、−CONH−、−OCOO−、−OCOS−、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−SCSS−等の炭素原子とヘテロ原子とを組み合わせた基などが挙げられる。
ヘテロ原子含有基としては、−CO−、−O−、−NR−が好ましい。このRは水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基である。(B2)非アルコール系溶媒がこれらのヘテロ原子含有基を有することで、上記の分子量の増減等がより効果的に低減され、その結果、当該膜形成用組成物は保存安定性及び揮発抑制性に優れる。
上記Rで表される炭素数1〜10の炭化水素基としては、例えば鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記鎖状炭化水素基としては、例えば、
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基としては、例えば、
シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等のシクロアルケニル基等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
また、(B2)非アルコール系溶媒としては、エステル系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、アミド系有機溶媒、エーテル系有機溶媒が好ましい。
上記エステル系有機溶媒としては、例えばモノカルボン酸エステル、ジカルボン酸エステル、アルキレングリコールモノアルキルエーテルのカルボン酸エステル、エーテル基含有アルキレングリコールモノアルキルエーテルのカルボン酸エステル、ヒドロキシ酸エステル、ラクトン、カーボネート等が挙げられる。
上記モノカルボン酸エステルとしては、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等が挙げられる。
上記ジカルボン酸エステルとしては、例えばシュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等が挙げられる。
上記アルキレングリコールモノアルキルエーテルのカルボン酸エステルとしては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ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メチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオナート等が挙げられる。
上記エーテル基含有アルキレングリコールモノアルキルエーテルのカルボン酸エステルとしては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルプロピオナート等が挙げられる。
上記ヒドロキシ酸エステルとしては、例えばグリコール酸メチル、グリコール酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル等が挙げられる。
上記ラクトンとしては、例えばγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。
上記カーボネートとしては、例えばジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。
ケトン系有機溶媒としては、例えば、
アセトン、メチルエチルケトン、メチルn−プロピルケトン、メチルn−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチルiso−ブチルケトン、メチルn−ペンチルケトン、エチルn−ブチルケトン、メチルn−ヘキシルケトン、ジiso−ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン;
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン;
アセトフェノン、フェニルエチルケトン等の芳香族ケトン;
アセトニルアセトン等のγ−ジケトンなどが挙げられる。
アミド系有機溶媒としては、例えば、
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド;
N−メチルピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン等の環状アミドなどが挙げられる。
エーテル系有機溶媒としては、例えば、
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル等のジ脂肪族エーテル;
アニソール、フェニルエチルエーテル等の芳香族−脂肪族エーテル;
ジフェニルエーテル等のジ芳香族エーテル;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン等の環状エーテルなどが挙げられる。
(B2)非アルコール系溶媒としては、保存安定性及び揮発抑制性をさらに向上させる観点から、これらの中でエステル系有機溶媒がより好ましく、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートがさらに好ましく、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特に好ましい。
上記(B1)アルコール系溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量の下限としては、1質量%であり、20質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。一方、上記含有量の上限としては、50質量%である。
上記(B2)非アルコール系溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量の下限としては、50質量%である。一方、上記含有量の上限としては、99質量%であり、80質量%が好ましく、70質量%がさらに好ましい。
(B1)アルコール系溶媒及び(B2)非アルコール系溶媒の含有量を上記範囲とすることで、上記の[A]化合物の分子量の増減がより効果的に低減され、その結果、当該膜形成用組成物の保存安定性及び揮発抑制性がより向上する。
また、[B]溶媒は水、炭化水素系溶媒等のその他の溶媒を含んでいてもよいが、(B1)アルコール系溶媒、(B2)非アルコール系溶媒及びその他の溶媒の和が100質量%を超えることはない。その他の溶媒の[B]溶媒を基準とする含有量の上限としては、10%が好ましく、5%がより好ましく、2%がさらに好ましい。
[B]溶媒の含有量の下限としては、当該膜形成用組成物中における[A]化合物の含有量が、0.1質量%となる含有量であり、0.5質量%となる含有量が好ましく、1質量%となる含有量がより好ましく、2質量%となる含有量がさらに好ましい。一方、溶媒の含有量の上限としては、当該膜形成用組成物中における[A]化合物の含有量が、50質量%となる含有量であり、30質量%となる含有量が好ましく、15質量%となる含有量がより好ましく、10質量%となる含有量がさらに好ましい。当該膜形成用組成物は、組成物中の[A]化合物の含有量を上記範囲とすることで、保存安定性及び塗布性をより向上させることができる。
上記炭化水素系溶媒としては、例えば、
n−ペンタン、i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、n−ヘプタン、i−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、i−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、i−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、i−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−i−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
[任意成分]
当該膜形成用組成物は本発明の効果を損なわない範囲において、架橋促進剤、界面活性剤等の任意成分をさらに含有していてもよい。
(架橋促進剤)
架橋促進剤は光又は熱によって酸又は塩基を発生する化合物である。当該膜形成用組成物は、架橋促進剤をさらに含有することで、有機溶剤耐性及びエッチング耐性を向上させることができる。上記架橋促進剤としては、例えばスルホニウム塩、ヨードニウム塩等のオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物等が挙げられる。架橋促進剤としては、熱によって酸又は塩基を発生する熱架橋促進剤が好ましく、オニウム塩化合物がより好ましく、ヨードニウム塩、アンモニウム塩がさらに好ましい。
上記架橋促進剤は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。[A]化合物100質量部に対する架橋促進剤の含有量の下限としては、0質量部が好ましく、0.1質量部がより好ましい。一方、上記含有量の上限としては、10質量部が好ましく、5質量部がより好ましい。架橋促進剤の含有量を上記範囲とすることで、当該膜形成用組成物の有機溶剤耐性及びエッチング耐性をより向上させることができる。
(界面活性剤)
界面活性剤は塗布性、ストリエーション等を改良する作用を示す成分である。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤の他、以下商品名として、KP341(信越化学工業社)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学社)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ社)、メガファックF171、同F173(以上、大日本インキ化学工業社)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム社)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子社)等が挙げられる。
界面活性剤は単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。また、界面活性剤の配合量は、その目的に応じて適宜決定することができる。
<組成物の調製方法>
当該膜形成用組成物は、例えば、[A]化合物及び[B]溶媒、並びに必要に応じて架橋促進剤等のその他の任意成分を所定の割合で混合することにより調製できる。また、上述したように、[A]化合物の合成に用いた溶媒をそのまま[B]溶媒として用い、組成物を調製してもよい。当該膜形成用組成物は、通常使用に際して溶媒をさらに添加し濃度を調節した後、例えば孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって調製される。
<パターン形成方法>
当該パターン形成方法は、基板の一方の面側に無機膜を形成する工程(以下、「無機膜形成工程」ともいう)、上記無機膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程(以下、「レジストパターン形成工程」ともいう)、及び上記レジストパターンをマスクとした1又は複数回のドライエッチングにより上記基板にパターンを形成する工程(以下、「基板パターン形成工程」ともいう)を備え、上記無機膜を、当該膜形成用組成物により形成する。
当該パターン形成方法によれば、上述の組成物を用いているので、優れた保存安定性及び揮発抑制性が発揮される。そのため、無機膜の厚さの制御が容易となり、またチャンバー内の汚染が低減できる。従って、より簡便にパターンを形成することができる。
また、上記無機膜形成工程後に、上記無機膜の上記基板とは反対の面側に反射防止膜を積層する工程(以下、「反射防止膜積層工程」ともいう)をさらに備えることが好ましく、上記無機膜形成工程前に、基板の一方の面側にレジスト下層膜を形成する工程(以下、「レジスト下層膜形成工程」ともいう)をさらに備えることも好ましい。
以下、各工程について説明する。
[レジスト下層膜形成工程]
本工程では、レジスト下層膜形成組成物を用い基板の一方の面側に有機膜であるレジスト下層膜を形成する。上記レジスト下層膜形成組成物としては、従来公知のものを使用できるが、例えばNFC HM8005(JSR社)等が挙げられる。上記レジスト下層膜は、基板の一方の面側にレジスト下層膜形成組成物を塗布することにより塗膜を形成し、この塗膜を加熱処理、又は紫外光の照射及び加熱処理を行うことにより硬化させることで形成できる。レジスト下層膜形成組成物を塗布する方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ディップ法等が挙げられる。また、上記加熱処理の温度の下限としては、通常150℃であり、180℃が好ましい。一方、上記温度の上限としては、通常500℃であり、350℃以下が好ましい。上記加熱処理の時間の下限としては、通常30秒であり、45秒が好ましい。一方、上記時間の上限としては、通常1,200秒であり、600秒が好ましい。上記紫外光の照射の条件は、レジスト下層膜形成組成物の組成等に応じて適宜選択される。形成されるレジスト下層膜の膜厚としては通常50nm以上500nm以下である。
さらに、上記レジスト下層膜とは異なる他の下層膜を上記基板の一方の面側に形成してもよい。この他の下層膜は、反射防止機能、塗布膜平坦性、CF4等のフッ素系ガスに対する高エッチング耐性等が付与された膜である。この他の下層膜としては、例えば、NFC HM8005(JSR社)等の市販品を使用することができる。
[無機膜形成工程]
本工程では、当該膜形成用組成物で基板の一方の面側に無機膜を形成する。上記レジスト下層膜形成工程を備えない場合、上記無機膜は基板の一方の面側に形成され、上記レジスト下層膜形成工程を備える場合、上記無機膜は上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に形成される。上記基板としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、ポリシロキサン等の絶縁膜、並びに市販品であるブラックダイヤモンド(AMAT社)、シルク(ダウケミカル社)、LKD5109(JSR社)等の低誘電体絶縁膜で被覆したウェハ等の層間絶縁膜が挙げられる。また、この基板としては、配線講(トレンチ)、プラグ溝(ビア)等のパターン化された基板を用いてもよい。上記無機膜は、当該膜形成用組成物を基板の一方の面側に塗布することにより塗膜を形成し、この塗膜を加熱処理、又は紫外光の照射及び加熱処理を行うことにより硬化させることで形成できる。当該膜形成用組成物を塗布する方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ディップ法等が挙げられる。また、上記加熱処理の温度の下限としては、通常150℃であり、180℃が好ましい。一方、上記温度の上限としては、通常500℃であり、350℃以下が好ましい。上記加熱処理の時間の下限としては、通常30秒であり、45秒が好ましい。一方、上記時間の上限としては、通常1,200秒であり、600秒が好ましい。上記紫外光の照射の条件は、当該膜形成用組成物の組成等に応じて適宜選択される。形成される無機膜の膜厚としては、通常5nm以上50nm以下である。
[反射防止膜積層工程]
本工程では、上記無機膜の上記基板とは反対の面側に反射防止膜を積層する。この反射防止膜としては、例えば特公平6−12452号公報、特開昭59−93448号公報等に記載されている有機系又は無機系の反射防止膜を用いることができる。このように反射防止膜をさらに形成することで、レジストパターン形成性をより向上させることができる。
[レジストパターン形成工程]
本工程では、上記形成した無機膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する。上記反射防止膜積層工程を備えない場合、上記レジストパターンは上記無機膜の上記基板とは反対の面側に形成され、上記反射防止膜積層工程を備える場合、上記レジストパターンは上記反射膜の上記基板とは反対の面側に形成される。このレジストパターンを形成する方法としては、例えばレジスト組成物を用いる方法等が挙げられる。このレジスト組成物を用いる方法では、レジストパターン形成工程は、レジスト組成物で上記無機膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう)、上記レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)を備える。
以下、各工程について説明する。
(レジスト膜形成工程)
本工程では、レジスト組成物を上記無機膜の上記基板とは反対の面側に塗布することで塗膜を形成し、この塗膜をプレベーク(PB)等することにより、塗膜中の溶媒を揮発させレジスト膜を形成する。上記レジスト組成物としては、例えば酸解離性基を有する重合体と感放射線性酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド系感光剤とを含有するポジ型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂と架橋剤とを含有するネガ型レジスト組成物等が挙げられる。このようなレジスト組成物として、市販品のレジスト組成物を使用することもできる。
レジスト組成物の塗布方法としては、例えばスピンコート法等の従来の方法によって塗布することができる。なお、レジスト組成物を塗布する際、得られるレジスト膜が所望の膜厚となるように塗布するレジスト組成物の量を調整する。
上記PBの温度としては、使用するレジスト組成物の種類等に応じ適宜調整されるが、温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましい。一方、上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。PBの時間の下限としては、通常30秒であり、45秒が好ましい。一方、上記時間の上限としては、通常200秒であり、120秒が好ましい。形成されるレジスト膜の膜厚の下限としては、通常1nmであり、10nmが好ましい。一方、上記膜厚の上限としては、通常500nmであり、300nmが好ましい。なお、このレジスト膜の上記基板とは反対の面側にさらに他の膜を設けてもよい。
(露光工程)
本工程では、上記形成されたレジスト膜を露光する。この露光は、通常フォトマスクを介してレジスト膜に選択的に放射線を照射することにより行う。露光に用いる放射線としては、レジスト組成物に使用されている酸発生剤の種類に応じて、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波;電子線、分子線、イオンビーム等の粒子線などから適切に選択されるが、遠紫外線が好ましく、KrFエキシマレーザー光(248nm)、ArFエキシマレーザー光(193nm)、F2エキシマレーザー光(波長157nm)、Kr2エキシマレーザー光(波長147nm)、ArKrエキシマレーザー光(波長134nm)、極紫外線(波長13nm等)がより好ましい。また、液浸露光法も採用することができる。この場合、レジスト膜の上記基板とは反対の面側に液浸上層膜形成組成物を用いて液浸上層膜を形成してもよい。
上記露光後に、レジスト膜の解像度、パターンプロファイル、現像性等を向上させるため、ポストベークを行うことが好ましい。このポストベークの温度としては、使用されるレジスト組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、温度の下限としては50℃が好ましく、70℃がより好ましい。一方、上記温度の上限としては、180℃が好ましく、150℃がより好ましい。ポストベークの時間の下限としては、通常30秒であり、45秒が好ましい。一方、上記時間の上限としては、通常200秒であり、120秒が好ましい。
(現像工程)
本工程では、上記露光されたレジスト膜を現像する。現像に用いる現像液としては、使用されるレジスト組成物の種類に応じて適宜選択することができる。上記化学増幅型レジスト組成物及びポジ型レジスト組成物の場合、上記現像液としてアルカリ性水溶液を用いることができる。このようにアルカリ性水溶液を用いることで、ポジ型のレジストパターンを形成できる。
上記アルカリ性水溶液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性水溶液が挙げられ、これらの中で、TMAH水溶液が好ましい。これらのアルカリ性水溶液は、水溶性有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類や、界面活性剤を適量添加したものであってもよい。
また、上記化学増幅型レジスト組成物の場合、上記現像液として有機溶媒を用いることができる。このように有機溶媒を用いることで、ネガ型のレジストパターンを形成できる。上記有機溶媒としては、例えば当該膜形成用組成物の[B]溶媒として例示した溶媒と同様のもの等が挙げられる。これらの中で、エステル系溶媒が好ましく、酢酸ブチルがより好ましい。
また、上記化学増幅型レジスト組成物及びネガ型レジスト組成物の場合、上記現像液として、例えば、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類;
エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類;
トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類;
ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類;
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩;
ピロール、ピペリジン等の環状アミン類等のアルカリ類の水溶液などを用いることができる。これらの化合物を現像液として用いることで、ネガ型のレジストパターンを形成できる。
また、上記レジストパターンは、ナノインプリントリソグラフィー法を用いる方法、自己組織化組成物を用いる方法等により形成することもできる。
ナノインプリントリソグラフィー法を用いる方法により上記レジストパターンを形成する場合、上記レジストパターン形成方法は、ナノインプリント用感放射線性組成物を用いて上記無機膜上にパターン形成層を形成する工程、表面に反転パターンを有するモールドの表面を疎水化処理する工程、疎水化処理した上記モールドの表面をパターン形成層に圧接する工程、上記モールドを圧接した状態でパターン形成層を露光する工程、及び露光されたパターン形成層から上記モールドを剥離する工程を備える。
自己組織化組成物を用いる方法により上記レジストパターンを形成する場合、上記レジストパターン形成方法は、自己組織化組成物を上記無機膜の上記基板とは反対の面側に塗布しアニーリング等を行うことにより自己組織化膜を形成する工程、この自己組織化膜の一部の層を除去する工程を備える。ここで、自己組織化組成物とは、自己組織化により相分離構造を形成する組成物であり、ブロック共重合体を含有する組成物等が挙げられる。
[基板パターン形成工程]
本工程では、上記レジストパターンをマスクとした1又は複数回のドライエッチングにより、基板にパターンを形成する。なお、上記レジスト下層膜を形成している場合は、上記レジストパターンをマスクとして無機膜、レジスト下層膜及び基板を順次ドライエッチングしてパターンを形成する。ドライエッチングは、公知のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、ドライエッチング時のソースガスとしては、被エッチング物の元素組成にもよるが、O、CO、CO等の酸素原子を含むガス、He、N、Ar等の不活性ガス、Cl、BCl等の塩素系ガス、CHF、CF等のフッ素系ガス、H、NHのガス等を使用することができる。なお、これらのガスは混合して用いることもできる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本実施例における物性値の測定方法を以下に示す。
[[A]化合物の絶対分子量]
[A]化合物の絶対分子量は、光散乱測定装置(ドイツALV社の「ALV−5000」)を用い、静的光拡散測定法より求めた。
標準液体:トルエン
測定温度:23℃
なお、絶対分子量の算出に必要な下記パラメータは以下の装置を用いて測定した。
溶液の屈折率:屈折計(京都電子工業社の「RA−500」)
溶液の密度:密度比重計(京都電子工業社の「DA−100」)
[[A]化合物の合成]
[合成例1]
メタノール100g及びチタンテトラ−n−ブトキシド15gの混合液中にイオン交換水1gをゆっくりと滴下し、室温で120分攪拌した後、70℃に加温して180分攪拌した。この混合液にアセチルアセトン9g及びプロピレングリコール−1−メチルエーテル150gを加え、減圧環境下で濃縮して化合物(A−1)のプロピレングリコール−1−メチルエーテル溶液を得た。この溶液中の化合物(A−1)の濃度は12質量%であった。
[合成例2]
n−ブタノール100g及びジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトナート10gの混合液中にイオン交換水1gをゆっくりと滴下し、室温で60分攪拌した後、50℃に加温して120分攪拌した。この混合液を減圧環境下で濃縮して化合物(A−2)のn−ブタノール溶液を得た。この溶液中の化合物(A−2)の濃度は10質量%であった。
[合成例3]
イソプロパノール100g及びチタニウムジイソプロポキシビスアセチルアセトナート18gの混合液中にイオン交換水5.2gをゆっくりと滴下し、室温で30分攪拌後、60℃に加温して240分攪拌した。この混合液にプロピレングリコール−1−メチルエーテルアセテート200gを加え、減圧環境下で濃縮して化合物(A−3)のプロピレングリコール−1−メチルエーテルアセテート溶液を得た。この溶液中の化合物(A−3)の濃度は11質量%であった。
[合成例4]
エタノール100g、ベンゾイルアセトン3g及びイオン交換水0.9gの混合液中にチタンテトライソプロポキシド9gをゆっくりと滴下し、室温で90分攪拌した。この混合液中にテトラエトキシシラン1gをゆっくりと滴下し、70℃に加温して120分攪拌した。この混合液にアセト酢酸エチル2.5g及びプロピレングリコール−1−エチルエーテル150gを加え、減圧環境下で濃縮して化合物(A−4)のプロピレングリコール−1−エチルエーテル溶液を得た。この溶液中の化合物(A−4)の濃度は12質量%であった。
[合成例5]
1−プロパノール100g、チタンテトラ−n−ブトキシド9.8g、チタントリブトキシモノステアレート0.2g及び無水マレイン酸2.1gの混合液を40℃に加温し、攪拌しながらイオン交換水3gをゆっくりと滴下した。その後、70℃に加温し300分攪拌した。この混合液にアセチルアセトン6.2g及び乳酸エチル200gを加え、減圧環境下で濃縮して化合物(A−5)の乳酸エチル溶液を得た。この溶液中の化合物(A−5)の濃度は18質量%であった。
[合成例6]
イソプロパノール100g及びチタンテトライソプロポキシド11gの混合液中にイオン交換水0.8gをゆっくりと滴下し、室温で30分攪拌した後、50℃に加温し180分攪拌した。この混合液にアセチルアセトン12g及びプロピレングリコールモノメチルエーテル100gを加え、減圧で濃縮して化合物(A−6)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。この溶液中の化合物(A−6)の濃度は8質量%であった。
<膜形成用組成物の調製>
[実施例1〜5及び比較例1〜3]
上記[A]化合物としての(A−1)を含む溶液25質量部、(B1)アルコール系溶媒としての(B1−1)15質量部、及び(B2)非アルコール系有機溶媒としての(B2−1)60質量部を混合し、0.1μmのフッ素系フィルターでろ過して膜形成用組成物(S−1)を調製した。同様に、表1に示す化合物等を用い、膜形成用組成物(S−2)〜(S−5)及び(CS−1)〜(CS−3)を調製した。
実施例及び比較例の膜形成用組成物の調製に用いた化合物を以下に示す。
[(B1)アルコール系溶媒]
B1−1:プロピレングリコール−1−メチルエーテル
B1−2:n−ブタノール
B1−3:メチルイソブチルカルビノール
B1−4:乳酸エチル
B1−5:プロピレングリコール−1−エチルエーテル
[(B2)非アルコール系溶媒]
B2−1:ジイソアミルエーテル
B2−2:プロピレングリコール−1−メチルエーテルアセテート
B2−3:酢酸ブチル
B2−4:3−メトキシブチルアセテート
Figure 2015199916
<評価>
[分子量の変化]
上記実施例及び比較例の膜形成用組成物について、調製直後の分子量(初期分子量)及び35℃で3ヶ月保管した後の分子量を測定し、分子量の変化率を求めた。この測定結果を表2に示す。
[膜厚の変化]
実施例及び比較例の各膜形成用組成物を回転塗布し、250℃で1分間加熱焼成し金属酸化物含有膜を得た。この金属酸化物含有膜について、形成直後の膜厚(初期膜厚)及び35℃で3ヶ月保管した後の膜厚を分光エリプソメーター(J.A.Woollam社の「M−2000」)を用いて計測し膜厚の変化率を求めた。この測定結果を表2に示す。
Figure 2015199916
[無機成分揮発量]
実施例及び比較例の膜形成用組成物における揮発無機成分量について、以下の手順により測定した。まず、各膜形成用組成物をウェハに回転塗布し、塗布後のウェハとシリコンウェハとの間隔が、0.7mmとなるように塗布後のウェハとシリコンウェハとを対向させた。その後、塗布後のウェハを250℃で1分間加熱焼成し、焼成時の揮発成分を対向させたシリコンウェハにて捕集した。フッ酸と硝酸の混合液を用いてシリコンウェハ表面の無機成分を回収し、ICP−MSにより揮発無機成分量を測定した。この測定結果を表3に示す。なお、表3中、「−」は揮発無機成分が検出されなかったことを示す。
Figure 2015199916
表2に示すように、実施例の膜形成用組成物はいずれも、分子量の変化率及び膜厚の変化率が小さく、保存安定性に優れる。一方、比較例の膜形成用組成物は分子量及び膜厚が実施例と比べ大きく変化し、保存安定性に劣ることが分かる。
また、表3に示すように、実施例の膜形成用組成物は比較例の膜形成用組成物に比べて無機成分揮発量が少なく、半導体製造装置の汚染防止に効果的であることが分かる。
当該膜形成用組成物及びパターン形成方法によれば、優れた保存安定性及び揮発抑制性を共に発揮できる。従って、これらは今後さらに微細化が進行すると予想されるLSIの製造プロセス、特に微細なコンタクトホール等の形成において、極めて好適に使用することができる。

Claims (13)

  1. 加水分解性基を有する金属化合物の加水分解物、上記加水分解性基を有する金属化合物の加水分解縮合物、上記加水分解性基を有する金属化合物と下記式(1)で表される化合物との縮合物又はこれらの組み合わせである加水分解化合物と、溶媒とを含有する膜形成用組成物であって、
    上記加水分解性基を有する金属化合物が第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族若しくは第13族に属する金属元素、又はこれらの組み合わせを含み、
    上記溶媒が、アルコール系有機溶媒、及びアルコール性水酸基を有さずかつヘテロ原子含有基を有する非アルコール系有機溶媒を含み、
    上記アルコール系有機溶媒の上記溶媒を基準とする含有量が1質量%以上50質量%以下であり、
    上記非アルコール系有機溶媒の上記溶媒を基準とする含有量が50質量%以上99質量%以下であることを特徴とする膜形成用組成物。
    Figure 2015199916
    (式(1)中、Rは、n価の有機基である。Xは、−OH、−COOH、−NCO又は−NHRである。Rは、水素原子又は1価の有機基である。nは、2〜4の整数である。複数のXは同一でも異なっていてもよい。)
  2. 上記加水分解化合物の静的光散乱法によって測定される絶対分子量が、6,000以上50,000以下である請求項1に記載の膜形成用組成物。
  3. 上記非アルコール系有機溶媒の有するヘテロ原子含有基が−CO−、−O−、−NR−又はこれらの組み合わせであり、上記Rが水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基である請求項1又は請求項2に記載の膜形成用組成物。
  4. 上記金属元素が、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、タンタル又はコバルトである請求項1、請求項2又は請求項3に記載の膜形成用組成物。
  5. 上記金属元素が、チタン、ジルコニウム又はタングステンである請求項4に記載の膜形成用組成物。
  6. 上記アルコール系有機溶媒が、アルキレングリコールモノアルキルエーテルである請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の膜形成用組成物。
  7. 上記アルコール系有機溶媒が、プロピレングリコールモノアルキルエーテルである請求項6に記載の膜形成用組成物。
  8. 上記非アルコール系有機溶媒が、エステル系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、アミド系有機溶媒、エーテル系有機溶媒又はこれらの組み合わせである請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の膜形成用組成物。
  9. 上記非アルコール系有機溶媒が、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートである請求項8に記載の膜形成用組成物。
  10. 上記加水分解性基を有する金属化合物が、下記式(2)で表される化合物である請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の膜形成用組成物。
    Figure 2015199916
    (式(2)中、Mは、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族若しくは第13族に属する金属元素、又はこれらの組み合わせである。Lは、配位子である。aは、0〜3の整数である。aが2以上の場合、複数のLは同一でも異なっていてもよい。Xは、加水分解性基である。bは、2〜6の整数である。複数のXは同一でも異なっていてもよい。ただし、a×2+bは6以下である。)
  11. 基板の一方の面側に無機膜を形成する工程、
    上記無機膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程、及び
    上記レジストパターンをマスクとした1又は複数回のドライエッチングにより上記基板にパターンを形成する工程
    を備え、
    上記無機膜を、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の膜形成用組成物により形成するパターン形成方法。
  12. 上記レジストパターン形成工程前に、上記無機膜の上記基板とは反対の面側に反射防止膜を積層する工程をさらに備える請求項11に記載のパターン形成方法。
  13. 上記無機膜形成工程前に、基板の一方の面側にレジスト下層膜を形成する工程をさらに備える請求項11又は請求項12に記載のパターン形成方法。
JP2015047501A 2014-04-02 2015-03-10 膜形成用組成物及びパターン形成方法 Pending JP2015199916A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015047501A JP2015199916A (ja) 2014-04-02 2015-03-10 膜形成用組成物及びパターン形成方法
US14/671,255 US20150284539A1 (en) 2014-04-02 2015-03-27 Composition for film formation, and pattern-forming method
US15/689,662 US20170362412A1 (en) 2014-04-02 2017-08-29 Composition for film formation, and pattern-forming method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014076568 2014-04-02
JP2014076568 2014-04-02
JP2015047501A JP2015199916A (ja) 2014-04-02 2015-03-10 膜形成用組成物及びパターン形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015199916A true JP2015199916A (ja) 2015-11-12

Family

ID=54209191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015047501A Pending JP2015199916A (ja) 2014-04-02 2015-03-10 膜形成用組成物及びパターン形成方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US20150284539A1 (ja)
JP (1) JP2015199916A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018168221A1 (ja) * 2017-03-13 2018-09-20 Jsr株式会社 感放射線性組成物及びパターン形成方法
JPWO2018230725A1 (ja) * 2017-06-15 2020-06-25 学校法人東京理科大学 硬化性樹脂組成物、硬化物、並びに凹凸構造体及びその製造方法
WO2021060495A1 (ja) * 2019-09-27 2021-04-01 Jsr株式会社 組成物、膜、膜形成方法、パターン形成方法、有機下層膜反転パターン形成方法及び組成物の製造方法
WO2022065127A1 (ja) * 2020-09-24 2022-03-31 東レ株式会社 組成物、硬化体およびその製造方法、ならびに部材、電子部品および繊維

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6323456B2 (ja) * 2013-09-11 2018-05-16 Jsr株式会社 多層レジストプロセス用無機膜形成組成物及びパターン形成方法
EP3381969B1 (en) 2015-11-26 2020-06-03 Toray Industries, Inc. Polymetalloxane, method for producing same, composition thereof, cured film and method for producing same, and members and electronic components provided with same
WO2023114214A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 L'air Liquide, Societe Anonyme Pourl'etude Et L'exploitation Des Procedes Georgesgeorges Claude Spin coatable metal-containing compositions and methods of using the same

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4830672A (en) * 1987-02-24 1989-05-16 Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. Zirconia-based coating composition
JPH07305030A (ja) * 1994-03-17 1995-11-21 Nissan Chem Ind Ltd パターニング可能な金属酸化物被膜形成用コーティング剤及びパターン形成方法
JPH09235143A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Asahi Glass Co Ltd 反射防止膜形成用塗布液、反射防止膜及び陰極線管
JPH11158427A (ja) * 1997-11-28 1999-06-15 Nissha Printing Co Ltd 透明導電膜形成用インキの製造方法
JPH11258813A (ja) * 1998-03-13 1999-09-24 Jsr Corp 反射防止膜形成用組成物および反射防止膜
JP2000290592A (ja) * 1999-04-12 2000-10-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd コーティング組成物の製造方法
JP2000302869A (ja) * 1999-04-23 2000-10-31 Jsr Corp 膜形成用組成物の製造方法
JP2000303023A (ja) * 1999-04-23 2000-10-31 Jsr Corp 膜形成用組成物の製造方法
JP2001131485A (ja) * 1999-10-29 2001-05-15 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 透明導電性膜形成用塗料及び透明導電性膜
JP2002234906A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Mitsubishi Chemicals Corp 紫外線硬化性樹脂組成物
JP2002282785A (ja) * 2001-03-26 2002-10-02 Matsushita Electric Works Ltd 塗膜の形成方法
JP2006161022A (ja) * 2004-11-15 2006-06-22 Jsr Corp 積層体の製造方法
JP2006161014A (ja) * 2004-03-22 2006-06-22 Jsr Corp 積層体の製造方法
JP2007163846A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Shin Etsu Chem Co Ltd 反射防止膜材料、及びこれを用いたパターン形成方法、基板
JP2012130905A (ja) * 2010-11-29 2012-07-12 Tokyo Institute Of Technology 薄膜パターンの形成方法
WO2012176043A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-27 Az Electronic Materials Usa Corp. An underlayer composition and process thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4042749A (en) * 1974-10-08 1977-08-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Article having abrasion resistant surface formed from the reaction product of a silane and a metal ester
JP3033443B2 (ja) * 1994-06-29 2000-04-17 信越化学工業株式会社 反射防止膜材料
US6303270B1 (en) * 1999-03-01 2001-10-16 The Curators Of The University Of Missouri Highly plasma etch-resistant photoresist composition containing a photosensitive polymeric titania precursor
KR100441284B1 (ko) * 2000-02-07 2004-07-21 티디케이가부시기가이샤 복합기판의 제조방법, 복합기판 및 이를 사용한 el소자
KR100903153B1 (ko) * 2001-10-10 2009-06-17 닛산 가가쿠 고교 가부시키 가이샤 리소그래피용 반사방지막 형성 조성물
JP3740158B2 (ja) * 2002-07-16 2006-02-01 Tdk株式会社 フラットパネルディスプレイ用基板および薄膜el素子
KR102061919B1 (ko) * 2011-11-21 2020-01-02 브레우어 사이언스 인코포레이션 Euv 리소그래피용 보조층

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4830672A (en) * 1987-02-24 1989-05-16 Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. Zirconia-based coating composition
JPH07305030A (ja) * 1994-03-17 1995-11-21 Nissan Chem Ind Ltd パターニング可能な金属酸化物被膜形成用コーティング剤及びパターン形成方法
JPH09235143A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Asahi Glass Co Ltd 反射防止膜形成用塗布液、反射防止膜及び陰極線管
JPH11158427A (ja) * 1997-11-28 1999-06-15 Nissha Printing Co Ltd 透明導電膜形成用インキの製造方法
JPH11258813A (ja) * 1998-03-13 1999-09-24 Jsr Corp 反射防止膜形成用組成物および反射防止膜
JP2000290592A (ja) * 1999-04-12 2000-10-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd コーティング組成物の製造方法
JP2000302869A (ja) * 1999-04-23 2000-10-31 Jsr Corp 膜形成用組成物の製造方法
JP2000303023A (ja) * 1999-04-23 2000-10-31 Jsr Corp 膜形成用組成物の製造方法
JP2001131485A (ja) * 1999-10-29 2001-05-15 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 透明導電性膜形成用塗料及び透明導電性膜
JP2002234906A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Mitsubishi Chemicals Corp 紫外線硬化性樹脂組成物
JP2002282785A (ja) * 2001-03-26 2002-10-02 Matsushita Electric Works Ltd 塗膜の形成方法
JP2006161014A (ja) * 2004-03-22 2006-06-22 Jsr Corp 積層体の製造方法
JP2006161022A (ja) * 2004-11-15 2006-06-22 Jsr Corp 積層体の製造方法
JP2007163846A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Shin Etsu Chem Co Ltd 反射防止膜材料、及びこれを用いたパターン形成方法、基板
JP2012130905A (ja) * 2010-11-29 2012-07-12 Tokyo Institute Of Technology 薄膜パターンの形成方法
WO2012176043A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-27 Az Electronic Materials Usa Corp. An underlayer composition and process thereof
JP2014526060A (ja) * 2011-06-21 2014-10-02 エイゼット・エレクトロニック・マテリアルズ・ユーエスエイ・コーポレイション 下層組成物及びそれの方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018168221A1 (ja) * 2017-03-13 2018-09-20 Jsr株式会社 感放射線性組成物及びパターン形成方法
JPWO2018168221A1 (ja) * 2017-03-13 2020-01-16 Jsr株式会社 感放射線性組成物及びパターン形成方法
JPWO2018230725A1 (ja) * 2017-06-15 2020-06-25 学校法人東京理科大学 硬化性樹脂組成物、硬化物、並びに凹凸構造体及びその製造方法
WO2021060495A1 (ja) * 2019-09-27 2021-04-01 Jsr株式会社 組成物、膜、膜形成方法、パターン形成方法、有機下層膜反転パターン形成方法及び組成物の製造方法
JPWO2021060495A1 (ja) * 2019-09-27 2021-04-01
JP7405147B2 (ja) 2019-09-27 2023-12-26 Jsr株式会社 組成物、膜、膜形成方法、パターン形成方法、有機下層膜反転パターン形成方法及び組成物の製造方法
WO2022065127A1 (ja) * 2020-09-24 2022-03-31 東レ株式会社 組成物、硬化体およびその製造方法、ならびに部材、電子部品および繊維

Also Published As

Publication number Publication date
US20150284539A1 (en) 2015-10-08
US20170362412A1 (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI531865B (zh) A multilayer photoresist process pattern forming method and an inorganic film forming composition for a multilayer photoresist process
JP6065497B2 (ja) パターン形成方法及びポリシロキサン組成物
JP2015199916A (ja) 膜形成用組成物及びパターン形成方法
US10090163B2 (en) Inorganic film-forming composition for multilayer resist processes, and pattern-forming method
JP6399083B2 (ja) 多層レジストプロセス用組成物および該多層レジストプロセス用組成物を用いたパターン形成方法
JP6323456B2 (ja) 多層レジストプロセス用無機膜形成組成物及びパターン形成方法
JP5938989B2 (ja) 多層レジストプロセス用無機膜形成組成物及びパターン形成方法
WO2012008538A1 (ja) ポリシロキサン組成物及びパターン形成方法
JP5970933B2 (ja) パターン形成方法
JP6413333B2 (ja) パターン形成方法
JP6288090B2 (ja) パターン形成方法
JP6439520B2 (ja) 半導体デバイス製造用組成物及び加工基板の製造方法
KR20150114900A (ko) 막 형성용 조성물 및 패턴 형성 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170721

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180327

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180518

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20181106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181205

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20181212

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20190301

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191126