聚合体,化学增幅型抗蚀组成物及形成方法

申请号 CN200510090805.0 申请日 2002-10-22 公开(公告)号 CN1737000A 公开(公告)日 2006-02-22
申请人 三菱丽阳株式会社; 发明人 安齐龙一; 加门良启; 藤原匡之; 桑野英昭; 大竹敦; 百濑阳;
摘要 本 发明 的目的在于提供一种新型单聚物及其制造方法,该单聚物具有适合与其它单聚物共聚合的聚合特性,并可获得优良的光透性及热 稳定性 ;灵敏度、 分辨率 不损失及耐干 腐蚀 抗 腐蚀剂 性能、与 有机 溶剂 的溶解性优良、线性边缘粗糙度小;并提供一种形成方法,该方法适合远紫外光准分子 激光器 光刻 及 电子 线光刻等的抗蚀剂组成物,以及用该抗蚀剂组成物的图谱(样品)。
权利要求

1.通式(11)如下所示

其中,W1表示直接结合1~6的亚甲链,
W2表示直接结合1~3碳的亚甲链,
W3表示1~3碳的亚甲链,
R14表示氢原子和甲基,
R15表示4~16碳的桥连环和含有4~16碳的桥连环烃的 1~6碳的直链或分支烷基,
R16表示氢原子和1~6碳的直链或分支烷基,
R15和R16相结合可以形成4~16碳的桥连环烃,
所述1~6碳的亚甲链可含有1~3碳的烷基,其中可有一个 以上的醚键,所述1~3碳的亚甲链可含有羰基,所述烷基、桥连环烃 可含有1~6碳的直链或分支烷基,还可以含有羟基、羧基、2~6碳的酰 基和1~6碳的醇和被酯化的羧基,
从所表示的单位中选择1种以上组成单位的聚合体。
2.通式(12)如下所示

其中,W4表示直接结合1~6碳的亚甲链,
R17表示氢原子和甲基,
R18、R19可相同或不同,指氢原子和1~6碳的直链或分支烷 基,4~16碳的环烃和含有4~16碳的环烃的1~6碳的直链或分支烷基,
R18和R19相结合可以形成4~16碳的桥连环烃,
所述亚甲链可含有1~3碳的烷基,其中可含有一个以上的 醚键,所述烷基、环烃可含1~6碳的直链或分支烷基,还可以含有羟 基、羧基、2~6碳的酰基和1~6碳的烷基和1~6碳的醇和被酯化的 羧基,
从所表示的单位中选择1种以上组成单位的聚合体。
3.通式(13)如下所示

其中,W5表示直接结合1~6碳的亚甲链,
W6表示直接结合1~3碳的亚甲链,
W7表示1~3碳的亚甲链,
R20指氢原子和甲基,
R21、R22可相同或不同,指氢原子和1~6碳的直链或分支烷 基、4~16碳的环烃和含有4~16碳的环烃的1~6碳的直链或分支烷基,
R21和R22相结合可以形成4~16碳的环烃,
所述1~6碳的亚甲链为可含有1~3碳的烷基,其中可含有 一个以上的醚键,所述1~3碳的亚甲链可含有羰基,所述烷基、环烃 为含1~6碳的直链或分支烷基,还可以含有羟基、羧基、2~6碳的酰基 和1~6碳的烷氧基和1~6碳的醇和被酯化的羧基,
从所表示的单位中选择1种以上为下述通式(8)~(10)中所表示的单 位中选择1种以上组成单位的聚合体,

其中,R8表示氢原子和甲基,
R9表示1~6碳的直链或分支烷基、4~8碳的环烃、4~16 碳的桥连环烃,
所述烷基、环烃、桥连环烃是含有1~6碳的直链或分支烷 基,还可以含有羟基、羧基和1~6碳的醇和被酯化的羧基;

其中,R10表示氢原子和甲基,
R11表示氢原子、亲官能团和含有亲水官能团的1~6碳的 直链或分支烷基、4~8碳的环烃,4~16碳的桥连环烃,
所述烷基、环烃、桥连环烃或亲水官能团的1~6碳的直链 或分支烷基,还可以含有羟基、羧基和1~6碳的醇和被酯化的羧基;

其中,q表示1~4的整数,
R12、R13表示各种氢原子、甲基和乙基。
4.如权利要求3所述通式(13)所表示的聚合体,其特征在于所述聚 合体的单位为权利要求1和权利要求2中所述的通式(11)和通式(12)中 所表示的单位。
5.如权利要求1~4中任意一项所述聚合体,其特征在于平均分子量 为1,000~100,000。
6.将至少一种如权利要求1~5所述聚合体与所述通式(8)~(10)中表 示的单位中所选的一种以上组成单位所含聚合体中的至少一种以上进 行混合,形成聚合体混合物。
7.从上述通式(13)所表示的单位选择一种以上组成单位的聚合体, 当中至少有一种含有抗蚀组成物。
8.如权利要求1~5中任意一项所述聚合体或如权利要求6中所述聚 合混合物,其特征在于所述聚合体和所述混合物为抗蚀组成物。
9.一种抗蚀组成物,其特征在于含有如权利要求1~5中任意一项所 述聚合体或如权利要求6中所述聚合混合物和光氧发生剂。
10.将如权利要求7~9所述的抗蚀组成物涂抹在被加工基板上,在 波长小于250nm的光或电子射线下,进行曝光工程即成型方法。
11.权利要求10所述成型方法中曝光工程使用的光为ArF受激准分 子激光器所产生的光。
12.将如权利要求7~9所述抗蚀组成物涂抹在被加工基板上,在波 长小于250nm的光或电子射线下进行曝光工程,如有必要,使用现象 液也包括在成型方法中。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种采用桥连环和含有桥连环烃的烷基中所含的5 -亚甲-1,3-二噁茂烷-4-生物作为涂料、粘合剂、油墨用 树脂、防腐材料等树脂构成成分的原料及其制造方法,以及防腐用途 中重要的聚合体,特别涉及一种使用受激准分子激光器电子射线进 行细微加工时所适用的防腐用聚合体,以及使用此聚合体的抗蚀组成 物及其形成方法。

背景技术

现有技术中已经存在下述通式(14)所表示的5-亚甲-1,3-二 噁茂烷-4-酮衍生物及其制造方法。

其中,R23、R24可相同或不同,为氢、烷基、可有取代基的芳基、 环己基,
R23和R24结合的原子形成苯基,也可形成(CH2)m的环 构造,
所述芳基的取代基为1~12碳的直链或分支烷基或卤原 子,m为2以上的整数。
例如:J.Organic Chemical(1992),57(12),3380-7、Tetrahedron Lett.(1989),30(52),7305-8中提到上述技术。其中所述公式(14)中 的R23为氢原子、R24为t-丁基,所述化合物是利用β-(苯硫酚)甲基乳 酸与酮或进行反应经由5-(苯硫)甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍 生物进行展开而制成的。但是,若采用5-(苯硫)甲基-1,3-二噁 茂烷-4-酮衍生物的方法,需要在-78℃下,用3-卤氯过安息香酸 化5-(苯硫)甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物之后,再用三乙磷 酸盐进行处理,工作非常复杂。
特开平7-70106号公报上,公开了R24为取代或未取代的烷基的 化合物,特开平10-316609号公报上,公开了R23及R24为烷基的化 合物。这些文献上记载了采用乳酸与酮或醛进行反应制备5-甲基- 1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物的方法,即四盐化碳或环己烷酸为溶 媒的条件下采用5-位溴化剂使N-溴亚胺溴化,得到5-溴-5-甲基 -1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物,然用盐基进行脱溴化氢反应的方 法。
SU606313号公报上记载了,所述通式(14)中R23、R24为氢原子 和R23、R24为(CH2)m的环构造(m为2以上的整数)时的化合物; Polym.Prepr.(Am.Chemical Society,Div.Polym.Chemical)(1987), 28(1),154-5中披露了所述通式(14)中R23和R24为甲基时的化合物; 特开平3-37214号公报上记载了所述通式(14)中R23和R24为氢原子、 1~12碳的烷基和以卤原子为取代基的1~12碳的烷基时的化合物。 这些文献上记载了采用β-卤乳酸与醛进行反应,合成5-卤甲基-1, 3-二噁茂烷-4-酮衍生物,然后用胺等盐基进行脱溴化氢的反应的 制备公式(14)所述化合物的方法。
但是,没有报导披露以桥连环烃做为取代基的5-亚甲-1,3- 二噁茂烷-4-酮衍生物的制造方法。
此外,已有将含有5-亚甲-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物的 单体重合的聚合体作为溶性聚合物和生分解性聚合物的报道。例 如:T.Endo et al,Macromol.Chem.Phys.Vol.202,1602-1605(2001) 记载了2,2-甲基-5-亚甲-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物与甲基 丙息烯酸甲的共聚合体;Chin.J.Polym.Sci.Vol.10,350-355(1992)中 记载了2-5-亚甲-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物的聚合体。但是, 没有报导披露以桥连环烃做为取代基的5-亚甲-1,3-二噁茂烷- 4-酮衍生物的聚合体。
另外,以光刻术的发展为背景,为实现素子的高密度化、高集中 化,在精加工的领域里的半导体晶体和液晶晶体的制造高速的向细微 化推进。作为细微化的手法,一般将曝光的光的短波长化,即将传统 以g线(波长:438nm)、i线(波长:365nm)为代表的紫外线转化为远 紫外线即曝光光源
现在,KrF受激准分子激光(波长:248nm)光刻技术的市场导入, 以及即将被导入的ArF受激准分子激光(波长:193nm)光刻技术, 甚至,作为次世代技术,正在研制中的F2受激准分子激光(波长:157 nm)光刻技术。以及正在被全研制中的在形式上稍有不同的光刻 技术和电子射线光刻技术。
所以,IBM公司倡导“化学增幅型抗蚀物”,现在正在全力地针对 短波长的光和电子射线的抗蚀物进行改良和开发。
因此,随着光的短波长化,抗蚀物所使用的树脂的构造也产生了 变化。例如:针对于KrF受激准分子激光光刻技术的波长为248nm 的光,采用以酸解离性的溶解抑制基保护的高透明的氢氧基。但ArF受激准分子激光光刻技术的波长为193nm的光的情况下,上述树脂 由于透光性不够,很多场合不能使用。
因此,针对于ArF受激准分子激光光刻技术的波长为193nm的 光的抗蚀树脂,透明的丙烯基系列树脂及环烯烃系列树脂受到关注。 特开平4-39665号公报、特开平10-207069号公报、特开平9-090637 号公报中记载了丙烯基系列树脂。特开平10-153864号公报中记载了 环烯烃系列树脂。
另外,作为针对于ArF受激准分子激光光刻技术所使用的抗蚀树 脂,甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷的共聚合体倍受注目。此共聚 合体在S.Takechi et al,Journal of Photopolymer Science and Technology,Vol.9,No.3,475-487(1996)和特开平9-73173号公报中均有 记载。所述共聚合体2-甲基-2-金刚烷在酸的作用下裂解得到高 耐干腐蚀、高敏感度及高清晰度的性质。但,这种共聚合体由于恐水 性高,现象液不易涂抹。
为了降低恐水性,导入含内脂构造的甲基丙烯酸的共聚合体,以及 脂环式构造的氢氧基等亲水性基。例如:特开平10-319595号公报、 特开平10-274852号公报记载了脂内含金刚烷的丙烯基酸的共聚合 体,特开2002-82441号公报记载了含内脂的环烯烃或丙烯基系列的 共聚合体。
但是,所述丙烯基系列树脂、环烯基系列树脂在与抗蚀物溶液调 制时,由于溶解性不足,会导致溶解时间长甚至不溶,使抗蚀溶液的 调制很困难。此外,所述丙烯基系列树脂、环烯烃系列树脂的耐热性 不足,在使用所述丙烯基系列树脂及环烯烃系列树脂时,在接受激准 分子激光光刻技术的处理后,会出现抗蚀物型局部杂疵,发生线路障 碍,回路不均及短路等现象,引起了对半导体制造工业的担心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透光性与热稳定性优越的独立聚合 体或共同聚合体及其制造方法。即无损抗蚀物、敏感度、清晰度、耐 腐性及对有机溶液的溶解性优越、线路障碍少的聚合体,和适合于远 紫外线受激准分子激光光刻技术、电子射线光刻技术的抗蚀物及这种 抗蚀物形成方法。
为达到上述目的,本发明的发明者们的研究所得的含有桥连环烃 和含桥连环烃的烷基的5-亚甲-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物的 聚合体及共同聚合体,有其优越的透光性、热稳定性及对有机溶液的 溶解性。是一种线路障碍少,适合于远紫外线受激准分子激光光刻技 术、电子射线光刻技术的抗蚀物。
本发明的第一项发明内容为下述通式(11)所示

其中,W1表示直接结合1~6碳的亚甲链,
      W2表示直接结合1~3碳的亚甲链,
      W3表示1~3碳的亚甲链,
      R14表示氢原子和甲基,
      R15表示4~16碳的桥连环烃和含有4~16碳的桥连环烃 的1~6碳的直链或分支烷基,
      R16表示氢原子和1~6碳的直链或分支烷基,
      R15和R16相结合可以形成4~16碳的桥连环烃,
      所述1~6碳的亚甲链可含有1~3碳的烷基,其中可有一 个以上的醚键,所述1~3碳的亚甲链可含有羰基,所述烷基、桥连 环烃可含有1~6碳的直链或分支烷基,还可以含有羟基、羧基、2~6 碳的酰基和1~6碳的醇和被酯化的羧基,
从所表示的单位中选择1种以上组成单位的聚合体。
本发明的第二项发明内容为下述通式(12)所示

其中,W4表示直接结合1~6碳的亚甲链,
      R17表示氢原子和甲基,
      R18、R19可相同或不同,指氢原子和1~6碳的直链或分支 烷基,4~16碳的环烃和含有4~16碳的环烃的1~6碳的直链或分支 烷基,
      R18和R19相结合可以形成4~16碳的桥连环烃,
      所述亚甲链可含有1~3碳的烷基,其中可含有一个以上 的醚键,所述烷基、环烃可含1~6碳的直链或分支烷基,还可以含有 羟基、羧基、2~6碳的酰基和1~6碳的烷氧基和1~6碳的醇和被酯化 的羧基,
从所表示的单位中选择1种以上组成单位的聚合体。
本发明的第三项发明内容为下述通式(13)所示

其中,W5表示直接结合1~6碳的亚甲链,
      W6表示直接结合1~3碳的亚甲链,
      W7表示1~3碳的亚甲链,
      R20指氢原子和甲基,
      R21、R22可相同或不同,指氢原子和1~6碳的直链或分支 烷基、4~16碳的环烃和含有4~16碳的环烃的1~6碳的直链或分支 烷基,
      R21和R22相结合可以形成4~16碳的环烃,
      所述1~6碳的亚甲链为可含有1~3碳的烷基,其中可含 有一个以上的醚键,所述1~3碳的亚甲链可含有羰基,所述烷基、 环烃为含1~6碳的直链或分支烷基,还可以含有羟基、羧基、2~6碳 的酰基和1~6碳的烷氧基和1~6碳的醇和被酯化的羧基,
从所表示的单位中选择1种以上为下述通式(8)~(10)中所表示的 单位中选择1种以上组成单位的聚合体。

其中,R8表示氢原子和甲基,
      R9表示1~6碳的直链或分支烷基、4~8碳的环烃、4~16 碳的桥连环烃,
      所述烷基、环烃、桥连环烃是含有1~6碳的直链或分支烷 基,还可以含有羟基、羧基和1~6碳的醇和被酯化的羧基;

其中,R10表示氢原子和甲基,
      R11表示氢原子、亲水官能团和含有亲水官能团的1~6碳 的直链或分支烷基、4~8碳的环烃,4~16碳的桥连环烃,
      所述烷基、环烃、桥连环烃或亲水官能团的1~6碳的直链 或分支烷基,还可以含有羟基、羧基和1~6碳的醇和被酯化的羧基;

其中,q表示1~4的整数,
     R12、R13表示各种氢原子、甲基和乙基。
所述通式(13)所表示的聚合体的单位为通式(11)和通式(12)中所 表示的单位。
上述聚合体的平均分子量为1,000~100,000。
本发明的第四项发明内容为上述聚合体与所述通式(8)~(10)中表 示的单位中所选的一种以上组成单位所含聚合体中的至少一种以上 进行混合,形成聚合体混合物。
本发明的第五项发明内容为从上述通式(13)所表示的单位选择 一种以上组成单位的聚合体,当中至少有一种含有抗蚀组成物。
本发明的第六项发明内容为上述聚合体或上述聚合混合物为抗 蚀组成物。
本发明的第七项发明内容为一种抗蚀组成物,含有如上述聚合体 或如上述聚合混合物和光氧发生剂。
本发明的第八项发明内容为将如上述的抗蚀组成物涂抹在被加 工基板上,在波长小于250nm的光或电子射线下,进行曝光工程即 成型方法。
上述成型方法中曝光工程使用的光为ArF受激准分子激光器所 产生的光。
本发明的第九项发明内容为将如上述抗蚀组成物涂抹在被加工 基板上,在波长小于250nm的光或电子射线下进行曝光工程,如有 必要,使用现象液也包括在成型方法中。
具体实施例
以下是本发明的详细说明
本发明中的桥连环烃是以金刚烷和原菠烷为代表的。下述通式 (15)

其中,A1、B1可相同或不同,表示直链或分支亚烷基。
下述通式(16)表示含有构造的取代基

其中,A2、B2可相同或不同,表示直链或分支亚烷基。
本发明的下述通式(1)

其中,R1表示4~16碳的桥连环烃和含4~16碳的桥连环烃的 1~6碳直链或分支烷基,
R2表示氢原子和1~6碳直链或分支烷基,
R1和R2相结合可以形成4~16碳的桥连环烃,
所述烷基、所述桥连环烃可以是1~6碳的直链或分支烷基,甚 至含有羟基、羧基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙 醇和被酯化的羧基。所述5-亚甲-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物 的R1可以是:2-原菠烷基、1-金刚烷基、1-金刚烷甲基、1 -金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金刚烷甲基、2-金刚壬基等桥 连环烃。
其中,抗蚀组成物在使用时,若需要强的耐干腐蚀性,最好采用 2-原菠烷基、1-金刚烷基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、 2-金刚烷基、2-金刚烷甲基、2-金刚烷乙基,若从重合物的透 光性及Tg等的热稳定性出发,最好采用1-金刚烷基、2-原菠烷 基。
上述通式(1)所表示的R2可以是:氢原子、甲基、乙基、丙基、 异丙基、丁基、tert-丁基等。其中若考虑较佳的抗蚀组成物的涂抹 性最好采用甲基和乙基。此外,上述通式中的R1和R2相结合的碳原 子与桥连环烃所形成的衍生物可以是:螺旋〔原菠烷基-2,2’-(5’ -亚甲-1’,3’-二噁茂烷-4’-酮衍生物)〕、螺旋〔金刚烷基-2, 2’-(5’-亚甲-1’,3’-二噁茂烷-4’-酮衍生物)〕。
上述构造最好为:5-亚甲-2-(1-金刚烷基)-2-甲基- 1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-(2-金刚烷基) -2-甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-(2 -原菠烷基)-2-甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5- 亚甲-2-(1-金刚烷甲基)-2-甲基-1,3-二噁茂烷-4- 酮衍生物、5-亚甲-2-(2-金刚烷甲基)-2-甲基-1,3- 二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-(1-金刚烷乙基)-2- 甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-(2-金 刚烷乙基)-2-甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚 甲-2-(1-金刚烷基)-2-乙基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍 生物、5-亚甲-2-(2-金刚烷基)-2-乙基-1,3-二噁茂 烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-乙基-2-(2-原菠烷基)- 1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-(1-金刚烷甲 基)-2-乙基-1-,3-二噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲- 2-(2-金刚烷甲基)-2-乙基-1-,3-二噁茂烷-4-酮衍 生物、5-亚甲-2-(1-金刚烷乙基)-2-乙基-1-,3-二 噁茂烷-4-酮衍生物、5-亚甲-2-(2-金刚烷乙基)-2-乙 基-1-,3-二噁茂烷-4-酮衍生物等。
上述的构造是1~6碳的直链或分支烷基,甚至是羟基、羧基、 基、硝基、磺酸基、酰胺基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和 1~6碳的乙醇和被酯化的羧基。所述基中,同样的基可含有2个以 上。抗蚀物就透光性而言,最好为1~6碳的直链或分支烷基、羟基、 羧基、碳数2~6的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被酯 化的羧基,抗蚀物材料就基板附着性而言,最好为羟基、羟甲基,羟 乙基。并且可含有2个以上同样的基。
下述通式(2)作为上述通式(1)中衍生物的中间体

其中,X表示氯原子和溴原子,
R1和R2与所述通式(1)相同。
所述的5-卤-5-甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物的R1、 R2与上述通式(1)的所举例相同。另外,溴原子的存在使上述通式(2) 中的衍生物与上述通式中的酮衍生物的变换反应得以顺利进行。
下述通式(3)为上述通式(2)中的衍生物

其中,R1和R2与公式(1)相同。
所述的5-甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物作为原料加入 卤化剂进行反应,5位的卤化制成。
上述通式(3)中的衍生物的R1、R2与公式(1)所举例相同。
下述通式(17)为公式(3)的导通衍生物

其中,R1和R2与公式(1)相同。
其中酮和醛可由已知的制法合成。比如,通式(17)中的化合物与 乳酸的脂可同时进行脱水和脱乙醇的反应,此反应的副反应为20℃~ 环流温度中,酮和醛或某种乳酸进行过剩反应。乳酸的酸性足可使反 应进行,如添加路易氏酸更佳。
上述通式(17)中的化合物作为二甲体、烯醇醚体与蚁酸反应后, 可伴有乳酸的脱甲醇反应。在20℃~环流温度中,二甲体与乳酸反 应,二甲体、烯醇醚体以乳酸的过剩条件为好。乳酸的酸性足可使反 应进行,如添加路易氏酸更佳。
这些反应如使用倾析器,脱水、脱乙醇的效果更好。也可使用光 学活性乳酸。
上述通式(3)中衍生物的卤化反应中,作为通式(2)所述衍生物制 造过程的卤化剂为:N-氯琥珀酸亚胺、1,3-二氯-5,5-二 甲海因、酸盐甲烷、N-溴琥珀酸亚胺、1,3-二溴-5,5-二 甲海因、酸盐甲烷、溴等。其中,就反应性、卤化位置的选择讲,N -溴琥珀酸亚胺为佳。
通式(3)中制备通式(2)中衍生物的卤化反应中的卤化剂的用量为 通式(3)中衍生物的0.1~10倍(摩尔倍数)。若使卤化剂效率高一些, 卤化剂的使用量应答于通式(3)中的衍生物使用量的0.5倍(摩尔倍 数)。此外,卤化剂用量的多少是为了防止分解反应,则其用量应小 于衍生物用量的2倍(摩尔倍数),其中1.5倍(摩尔倍数)为最佳。
已往的卤化反应中,会使用如偶氮二异丁晴等的原子团发生剂, 然而,在本发明中不使用原子团发生剂也可使反应顺利进行。如使用, 发生剂用量小于衍生物用量的0.1倍(摩尔倍数),如想减少夹杂物, 使用量可在0.01倍(摩尔倍数)。
此卤化反应可使用现有机溶解液,如:戊烷、乙烷、庚烷、环戊 烷、环乙烷、乙醚、二异丙醚、甲基-tert-丁基醚、四氢呋喃、四 盐化碳、三氯甲烷、盐化亚甲等。其中,乙烷、庚烷、环乙烷、四盐 化碳为佳。
为使反应顺利进行,有机溶解液的用量为公式(3)中的衍生物的 0.1倍(质量倍数)以上为好,0.5以上更好,质量倍数为1时最佳。 有机溶解液的使用量从反应速度度出发,以公式(3)中的衍生物的 质量倍数为100以下为好,50以下更好,质量倍数为20以下时最佳。
有机溶解液中可含水,但含水量越少越好。
本发明的反应,应在密闭容器中,减压、常压、加压均可,温度 在沸点以下,生成物放置在冷却器中冷却。反应温度通常为50℃~ 65℃,以55℃~60℃之间为宜。
通常,使用卤化剂进行的卤化反应导致原子团的形成,原子团的 形成反应是在80℃左右。在此温度下,原料与卤化物进行明显的分 解反应,上述通式(2)中的衍生物的收效大幅减少,此分解反应为含桥 连环烃的取代基贴付于2位时即使在65℃以下也反应明显。但是, 本发明者们发现,在此温度下,卤化反应存在不进行反应的情况。
反应时间根据反应温度而决定,以1~48小时为宜。
根据本发明所进行的卤化反应制造出公式(2)中的衍生物。本反 应中由于很好的抑制了副反应而得到的衍生物,可直接进行脱卤化氢 的反应,并且,在反应液中清除了未反应的卤化物(如N-溴琥珀酸 亚胺)及副生成物(如琥珀酸亚胺)后,可进行脱卤化氢反应。如有 必要,也可除去溶解液或更换容器。也可用一些普遍的柱色谱或减压 蒸镏等方法进行提纯。
另外,通式(2)中的衍生物的R1和R2不同时,2-位的碳原子 成为光学异性体的不整碳。这些光学异性体,用已知的优先晶析法、 光学分割柱等光学分割法进行分离。这些光学异性体的(R)-体、(S)- 体或混合体可进行脱卤化氢的反应。
上述通式(1)所表示的衍生物的制造方法为通式(2)中的衍生物即 下述通式(5)

其中,R3、R4、R5可相同或不同,表示氢、1~4碳的直链或分 支烷基。
所表示的酰胺化合物、进行脱卤化氢反应。
公式(1)中的衍生物为下述通式(4)

其中,X表示氯原子和溴原子,
      R1和R2与公式(1)相同。
所述的5-卤甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物与在上述通 式(5)中的酰胺化合物进行脱卤化氢反应。
通式(4)中的衍生物的R1、R2作为很好的示例与公式(1)中的同时 被列举。另外,由于溴原子的存在使公式(4)中的衍生物的X与公式(1) 中的衍生物变换时反应也可顺利进行。
上述通式(4)中的衍生物作为公式(17)中酮和醛的原料,可以是用 已知的制法合成的β-溴乳酸、β-氯乳酸的β-卤乳酸等脂。此时的温 度为20℃~环流温度,其中β-卤乳酸等的脂及酮和醛适宜过剩条件。
所述的酮和醛与蚁酸反应制得二甲体、烯醇醚体之后,与β-卤 乳酸反应可得通式(4)中所述化合物。此时的温度为20℃~环流温 度,二甲体、烯醇醚体与β-卤乳酸适宜过剩的条件。
上述通式(4)中的化合物在进行合成反应时,可添加路易氏酸, 如使用β-卤乳酸时,β-卤乳酸的酸性足够使反应进行。此反适宜在 密闭的容器中、沸点以下,减压、常压、加压均可进行。挥发的原料 及生成物放置在冷却器中进行冷却。利用倾析器等进行除水。
通式(4)中的化合物的合成反应中可使用β-卤乳酸、酮和醛及消 旋混合物。这时的化合物的原料可为一般的光学活性体或消旋混合 物。另外,当公式(4)中化合物的R1、R2不同时,2-位的碳原子成为 不整碳,由于光学异性体的存在,有可能成为消旋混合物。此消旋混 合物可用优先晶析法、光学分割柱等光学分割法分离。
本发明的通式(5)所述酰胺化合物的R5、R6、R7可以是:氢原子、 甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、tert-丁基等。通式(4)的酮衍生物 如采用N-甲基甲酰胺、N-乙基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、 N,N-二乙基甲酰胺等均能使反应顺利进行,其中采用N-二甲基 甲酰胺效果更好。
上述通式(1)中可得出化合物,但现有技术中采用脱卤化反应, 反应中会明显阻碍分解反应、反应液着色、生成物结晶化,并且还会 发生生成物收效低下、精制困难等问题。
以前的脱卤反应时使用的氢化锂、氢化钠、甲醇钠、乙醇钠、钠 -t-丁氧、烷氧基、羧酸盐、三甲胺、三乙胺、三辛胺、氮苯、三甲基 吡啶、1,5-二氮环〔4.3.0〕-5-壬烯、1,8-二氮环〔5.4.0〕 -7-十一碳烯、1,4-二氮环〔2.2.2〕辛烷等盐酸类在通 式(2)、通式(5)中的衍生物的脱卤化氢反应时,会出现分解反应,就 不能得到通式(1)所述的衍生物。
本发明所述制造方法中,可以解决通式(2)、通式(4)中使用酰胺 化合物的酮衍生物,进行脱卤化氢反应中的问题。通式(5)中的酰胺 化合物的盐基性非常弱,一般不作为脱卤化氢反应试剂,但在本发明 的化合物中可有效的进行脱卤化氢反应。
上述的盐基与通式(5)中的酰胺化合物并用时,上述的盐基的分 解可得到抑制,但还会阻碍反应液着色、生成物结晶化以及使反应后 的精制变得困难。
上述通式(5)中的酰胺化合物使用量为通式(2)、(4)中的衍生物的 0.1~100倍(摩尔倍数)。通式(5)中的酰胺化合物的使用量从效果角 度出发为通式(2)、(4)中的衍生物的0.5倍(摩尔倍数)以上为好,1 倍(摩尔倍数)以上更好,5倍(摩尔倍数)为最佳。另外,通式(5) 中的酰胺化合使用量从反应后废液处理的角度考虑,以通式(2)、(4) 中的衍生物的50倍(摩尔倍数)以下为宜,30倍以下更好。本发明 的有机溶解液可以是:戊烷、乙烷、庚烷、辛烷、异辛烷、环戊烷、 环乙烷、苯、甲苯等碳化氢系列溶解液;甲醇、乙醇、n-丙醇、异 丙醇、n-丁醇、sec-丁醇、t-丁醇、异丁醇、n-胺醇、异胺醇、n -己醇、n-庚醇、n-辛醇、n-壬醇、n-癸醇、十二烷醇、十六烷 醇、十八烷醇、苄醇、三苯基甲醇、乙二醇、1,2-丙二醇,1,4-丁二 醇,甲酚、二甲苯酚、等醇系列的溶解液;二乙甲醚、二乙乙醚、三 乙甲醚、三乙乙醚、三氢呋喃、乙醚、甲基-tert-丁基醚、二异丙醚等 醚系列溶解液;四盐化碳、三氯甲烷、盐化亚甲等含氯系列溶解液。
其中,戊烷、乙烷、庚烷、辛烷、异辛烷、环戊烷、环乙烷、苯 烷、甲苯、二异丙醚、甲基-tert-丁基醚等溶解度低,适合通式(5)中 的酰胺化合物。低溶解度液溶解通式(5)中的酰胺化合物,反应后, 可回收通式(1)所述衍生物。如不使用溶解液进行脱卤化氢反应,可 采用低溶解度的溶解液将通式(1)中衍生物抽出。这些溶解液中含少 量通式(5)所述的酰胺化合物,容易用水洗去。而且,如不使用溶解 液反应后,也可用水将生成物洗净。
有机溶解液的使用量从反应速度和废溶解液量的角度考虑,通式 (2)、(4)中的衍生物的质量倍数为100倍以下为好,50倍以下更好, 质量倍数为20倍以下为最佳。
本发明的反应可以在密闭容器中,减压、常压、加压中均可进行, 温度在沸点以下,挥发的原料及生成物放置在冷却器中进行冷却环 流。
反应温度通常为-30℃~120℃,从反应速度的角度考虑,反应温 度以0℃以上为宜,10℃以上更好。另外,从抑制分解的角度考虑, 反应温度以60℃以下为宜,40℃以下更好。已往的脱卤化氢反应, 由于反应生热的原因,要边冷却边添加盐基。然而,采用本发明通式 (5)所述的酰胺化合物,发热量少,无高温分解反应,所以没有冷却 的必要。
反应时间由反应温度决定,但通常以1~48小时为宜。
本发明进行脱卤化氢反应时,如有必要可在反应液中添加防止重 合剂。关于防止重合剂没有具体规定,可以是:对苯二酚、甲氧对苯 二酚、对苯醌、p-tert-对特丁基邻苯二酚等苯醌系列防止重合剂; 2,6-2-tert-丁苯酚、2,4-2-tert-丁苯酚、2-tert-丁基-4、6-二甲苯、2, 6-2-tert-丁基-4-甲苯酚、2,4,6-3-tert-丁苯酚等苯酚系列防止重合剂; 二苯胺、N,N’-二苯-p-对苯二胺、夹硫氮蒽等胺系列防止重合剂; 二甲氨荒酸、二乙氨荒酸铜、二丁氨荒酸铜等氨荒酸铜系列防止重 合剂。防止重合剂可为一种或者两种以上并用。添加量以上述通式 (2)、(4)中的衍生物的5%(质量比)以下为佳,1%(质量比)以下 更好,0.1%(质量比)以下最佳。根据本发明的制造方法,进行脱卤 化氢反应可制造出通式(1)中的衍生物。在本反应中,由于很好的抑 制了副反应,可通过简单的操作过程制造出高纯度的通式(1)所述的 衍生物。精制方法可使用公认的再结晶、用水或有机溶解液冲洗、溶 解分别法、柱色谱、蒸馏等方法。
另外,当通式(1)中衍生物的R1和R2不同时,2-位的碳原子成 为光学异性体的不整碳。这些光学异性体,用已知的优先晶析法、光 学分割柱等光学分割法进行分离。这些光学异性体(R)-体、(S)-体或 混合体可作为涂料、粘和剂、油墨用树脂、抗蚀物等的构成成分树脂 的原料单体使用。
而且,本发明的透光性、热稳定性优越的单体聚合体及共同聚合 体具有敏感度、清晰度高、耐干腐蚀性强及不损害抗蚀性能,对于有 机溶解液的溶解性好、线路障碍少等特点,适合于采用远紫外线受激 准分子激光光刻技术、电子射线光刻技术的抗蚀物以及这种抗蚀物形 成方法。
本发明的聚合体的第一项为下述通式(6)

其中,R1、R2表示与通式(1)同样的取代基,
从所表示的单位中选择一种或二种以上构成聚合体。
此聚合体是将通式(1)中的化合物重合得到的。只把通式(1)中的 单体重合、共同重合或与通式(1)中的单体以外的单体共同重合均可。
本发明的聚合体的第二项为下述通式(11)

其中,W1表示直接结合1~6碳的亚甲链,
      W2表示直接结合1~3碳的亚甲链,
      W3表示1~3碳的亚甲链,
      R14表示氢原子和甲基,
      R15表示4~16碳的桥连环烃或含4~16碳的桥连环烃的 1~6碳的直链或分支烷基,
      R16表示氢原子或1~6碳的直链或分支烷基,
      R15与R16相结合形成4~16碳的桥连环烃。
      所述1~6碳的亚甲链可含1~3碳烷基,所述1~3碳的 亚甲链中可含有羧基,还可含有所述烷基、桥连环烃、1~6碳的直 链或分支烷基,甚至含有羟基、羧基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷 氢基和1~6碳的乙醇和被酯化的羧基。
从所表示的单位中选择一种构成聚合体。
上述通式(11)中作为W1的示例直接结合(指与W1相邻的氧及碳 原子直接结合)CH2、CH2CH2、CH2CH2CH2、CH(CH3)CH2、CH2O、 CH2CH2O、CH2CH(CH3)O、CH(CH3)CH2O、CH2CH2OCH2CH2O、 CH2CH(CH3)OCH2CH(CH3)O、CH(CH3)CH2OCH(CH3)CH2O等。W1 可含有1~3碳的烷基作为取代基,并可含有一个以上的醚键。从聚 合体保持安定的角度出发,W1与CH2、CH2CH2O、CH2CH(CH3)O直 接结合为宜。
作为W2的示例直接结合(指与W2相邻的氧及碳原子直接结合) CH2、C(O)、CH2CH2、CH2C(O)、CH2CH2CH2、CH2C(O)CH2等。从 聚合体保持安定的角度出发直接结合(指与W2相邻的氧及碳原子直 接结合)CH2、C(O)、CH2C(O)为宜。
作为W3的示例可以是CH2、C(O)、CH2CH2、CH2C(O)、 CH2CH2CH2、CH2C(O)CH2等,从聚合体保持安定的角度出发,以 CH2、C(O)、CH2C(O)。
上述通式(11)中的化合物R15的示例为2-原菠烷基、1-金刚烷 基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金刚烷甲基、2- 金刚烷乙基等。同样的基可采用两个以上。
这些基中,使用抗蚀物时,耐干腐蚀性优越的为:2-原菠烷基、 1-金刚烷基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金刚烷 甲基、2-金刚烷乙基。重合物的透光性及Tg等的热稳定性优越的为:1- 金刚烷基、2-原菠烷基。
上述通式(11)中的化合物R16的示例为:氢原子、甲基、乙基、丙 基、异丙基、丁基、tert-丁基等。其中,使用抗蚀物时,涂抹性优越 的为甲基及乙基。
上述通式(11)中的化合物R15与R16结合在一起的碳原子即形成的 桥连环烃为金刚烷基与原菠烷基等。
上述构造中可为含1~6碳的烷基,甚至含有羟基、羧基、胺基、 亚硝酸根、砜基、酰胺、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6 碳的乙醇和被酯化的羧基。这些基中同样的可有二个以上。这些基中, 使用抗蚀物时,透光性优越的为:1~6碳的直链或分支烷基、羟基、 羧基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被酯化 的羧基。耐干腐蚀性强的为甲基、乙基。这些基中,使用抗蚀物时, 对于基板的附着性优越的为:羟基、羟甲基、羟乙基。这些基中同样 的可有二个以上。
此聚合体为下述通式(18)

其中,W1~3、R14~16与通式(11)中相同。
从所表示的单体中选择一种以上进行重合。使通式(18)中的单体 重合或共同重合。也可与通式(18)中的单体以外的单体共同重合。
上述通式(18)的单体的示例为下述通式(I-1)~(I-45)所表示的单 体
   
           (I-1)                                (I-2)                         (I-3)    
            (I-4)                     (I-5)                   (I-6)
           
            (I-7)                    (I-8)                   (I-9)
         
            (I-10)                  (I-11)                  (I-12)
     
             (I-13)                  (I-14)                   (I-15)
其中,R14与(11)相同。
                 
         (I-16)                    (I-17)                    (I-18)
       
         (I-19)                     (I-20)                     (I-21)
          
          (I-22)                     (I-23)                    (I-24)
   
            (I-25)                        (I-26)                    (I-27)
   
             (I-28)                        (I-29)                      (I-30)
其中,R14通式(11)相同。
   
             (I-31)                        (I-32)                      (I-33)
   
             (I-34)                         (I-35)                      (I-36)
           
              (I-37)                        (I-38)                     (I-39)
              
              (I-40)                        (I-41)                      (I-42)
   
              (I-43)                         (I-44)                       (I-45)
其中,R14通式(11)相同。
其中,聚合体的安定性的保持以(I-37)~(I-45)为好。 作为上述单体的一例按下述通式可以制造

(方案1)
2-金刚烷基、1-金刚烷甲酮、降莰烷及酮衍生物的原料酮可在市 面购买或使用已知的制法合成。
酸性条件下,从酮与羟基羧可得出已众所周知。反应溶解液以甲 苯、环乙烷、乙烷等低溶解性溶解液为宜,为提高收效应除水。乙醇 的脂化反应,可在通常的脂化条件下进行。作为反应剂可采用(甲) 丙烯基酸卤化物、(甲)丙烯基酸无水物、(甲)丙烯基酸脂及(甲) 丙烯基酸等,也可用酸、盐基、路易氏酸等。
上述反应的生成物中含有多种构造异性体、几何异性体、光学异 性体。在本发明中,即使含有异性体的混合物或中间体也可使用。如 有必要,可使用通常的蒸馏、再结晶或光柱谱等方法进行精制。
本发明的聚合体为下述通式(12)

其中,W4表示直接结合1~6碳的亚甲链,
      R17表示氢原子和甲基,
      R18、R19可相同或不同,表示氢原子和1~6碳的直链或 分支烷基,4~16碳的环烃和含4~16碳的环烃的1~6碳的直链或 分支烷基,
      所述亚甲链可含1~3碳的烷基,其中可含有一个以上的 醚键,所述烷基,环烃可含1~6碳的直链或分支烷基,甚至含有羟 基、羧基、2~6碳的酰基和1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被 酯化的羧基。
从所表示的单位中选择1种以上构成单位的聚合体。
上述通式(12)中W4的示例是:直接结合(指与W1相邻的氧及碳原 子直接结合)CH2、CH2CH2、CH2CH2CH2、CH(CH3)CH2、CH2O、 CH2CH2O、CH2CH(CH3)O、CH(CH3)CH2O、CH2CH2OCH2CH2O、 CH2CH(CH3)OCH2CH(CH3)O、CH(CH3)CH2OCH(CH3)CH2O等。(CH2)a 可含有1~3碳的烷基的取代基和一个以上的醚键。从聚合体的安定 性保持角度出发,W4直接结合以CH2、CH2CH2O、CH2CH(CH3)O为 好。
再有,作为R18、R19的示例可以是:氢原子、甲基、乙基、丙基、 异丙基、丁基、tert-丁基、环戊基、环己基、环庚基、2-原菠烷基、 1-金刚烷基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金刚烷 甲基、2-金刚烷乙基等。上述通式(12)中的化合物R18与R19结合在一 起的碳原子即形成的桥连环烃为金刚烷基与原菠烷基等。
在使用抗蚀物时,耐干腐蚀性优越的为:2-原菠烷基、1-金刚烷 基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金刚烷甲基、2- 金刚烷乙基等4~16碳的桥连环烃或含4~16碳的桥连环烃的1~6 碳的直链或分支烷基。R19以氢原子、1~6碳的直链或分支烷基为好。 其中,R18以2-原菠烷基、1-金刚烷基为好,R19以甲基或乙基为好。
另外,R18、R19结合在一起的碳原子共同形成金刚烷基与原菠烷 基。
以上的构造中可含1~6碳的烷基,甚至含有羟基、羧基、胺基、 亚硝酸根、砜基、酰胺、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6 碳的乙醇和被酯化的羧基。这些基中同样的可有二个以上。这些基中, 使用抗蚀物时,透光性优越的为:1~6碳的直链或分支烷基、羟基、 羧基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被酯化 的羧基。耐干腐蚀性强的为甲基、乙基。这些基中,使用抗蚀物时, 对于基板的附着性优越的为:羟基、羟甲基、羟乙基。这些基中同样 的可有二个以上。
此聚合体为下述通式(19)

其中,R17~19、W4与通式(12)相同。
从所表示的单体中选择一种以上进行重合。使通式(19)中的单体 重合或共同重合。也可与通式(19)中的单体以外的单体共同重合。
上述通式(19)的单体的示例为下述通式(II-1)~(II-18)所表示的 单体
   
      (II-1)                      (II-2)                               (II-3)
   
       (II-4)                      (II-5)                            (II-6)
   
       (II-7)                      (II-8)                             (II-9)
其中,R18与上述通式(19)相同。
           
           (II-10)                     (II-11)                        (II-12)
   
                 (II-13)                    (II-14)                 (II-15)
   
                 (II-16)                    (II-17)                   (II-18)
其中,R18与上述通式(19)相同。
在使用抗蚀物时,耐干腐蚀性优越的为上述通式(II-1)~(II-9)的 单体。
上述单体的一例可用下面的通式制造出来

(方案2)
2-对苯金刚烷基、1-金刚烷甲酮及导通衍生物的原料酮可从市面 购买或用已知的制法合成。
酸性条件下,从酮与羟基羧可得出已众所周知。反应溶解液以甲 苯、环乙烷、乙烷等低溶解性溶解液为宜,为提高收效应除水。
乙醇的脂化反应,可用在通常的脂化条件下进行。作为反应剂可 使用(甲)丙烯基酸卤化物、(甲)丙烯基酸无水物、(甲)丙烯基酸 脂及(甲)丙烯基酸等,也可用酸、盐基、路易氏酸等。
上述反应的生成物中含有多种构造异性体、几何异性体、光学异 性体。在本发明中,即使含有异性体的混合物或中间体也可使用。如 有必要,可使用通常的蒸馏、再结晶或光柱谱等方法进行精制。
本发明中的衍生物的第一项为下述通式(7)

其中,R6、R7可相同或不同,表示氢、1~6碳的直链或分支烷 基、4~16碳的环烃、含4~16碳的环烃的1~6碳的直链或分支烷 基,
R6和R7相结合可以形成4~16碳的环烃,所述烷基,环 烃可含1~6碳的直链或分支烷基,甚至含有羟基、羧基、2~6碳 的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被酯化的羧基。
从所表示的单位中选择1种以上构成单位的聚合体,聚合体中衍 生物至少含有一种。
上述通式(7)中R6、R7的示例可以是:氢原子、甲基、乙基、丙 基、异丙基、丁基、tert-丁基、环戊基、环己基、环庚基、2-原菠烷 基、1-金刚烷基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金 刚烷甲基、2-金刚烷乙基、环己叉等,同样的可含有二个以上。
另外,R6与R7结合在一起的碳原子即形成的桥连环烃为金刚烷 基与原菠烷基等。
以上构造可含有1~6碳的直链或分支烷基,甚至含有羟基、羧 基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被酯化的 羧基。这些基中同样的可含有二个以上。
上述通式(7)中的单位的最佳示例为:R6为氢原子、甲基、乙基, R7为环戊基、环己基、环庚基,R6、R7的结合在一起的碳原子共同 形成了5~8碳的环烃,如与通式(1)中的单位相同更好。
本发明的衍生物的第二项为下述通式(13)

其中,W5表示直接结合1~6碳的亚甲链,
      W6表示直接结合1~3碳的亚甲链,
      W7表示1~3碳的亚甲链,
      R20指氢原子和甲基,
      R21、R22可相同或不同,表示氢原子和1~6碳的直链或 分支烷基,4~16碳的环烃和含4~16碳的环烃的1~6碳的直链或 分支烷基,
      R21和R22相结合可以形成4~16碳的环烃,
      所述1~6碳的亚甲链可含1~3碳的烷基,其中可含有 一个以上的醚键,所述1~3碳的亚甲链可含有羰基,所述烷基,环 烃可含有1~6碳的直链或分支烷基,甚至含有羟基、羧基、2~6 碳的酰基和1~6碳的乙醇和被酯化的羧基。
从所表示的单位中选择一种以上构成单位聚合体,聚合体中衍生 物至少含有一种。
上述通式(13)中的作为W5的示例直接结合(指与W1相邻的氧及 碳原子直接结合)CH2、CH2CH2、CH2CH2CH2、CH(CH3)CH2、CH2O、 CH2CH2O、CH2CH(CH3)O、CH(CH3)CH2O、CH2CH2OCH2CH2O、 CH2CH(CH3)OCH2CH(CH3)O、CH(CH3)CH2OCH(CH3)CH2O等。W5 可含有1~3碳的烷基的取代基和一个以上的醚键。从聚合体的保持 安定性的角度出发,W5直接结合以CH2、CH2CH2O、CH2CH(CH3)O为好。
作为W6的示例直接结合(指与W5相邻的氧及碳原子直接结合) CH2、C(O)、CH2CH2、CH2C(O)、CH2CH2CH2、CH2C(O)CH2等。从 聚合体保持安定的角度出发、直接结合(指与W相邻的氧及碳原子直 接结合)CH2、C(O)、CH2C(O)为宜。
作为W7的示例,如:CH2、C(O)、CH2CH2、CH2C(O)、CH2CH2CH2、 CH2C(O)CH2等,从聚合体保持安定的角度出发,以CH2、C(O)、 CH2C(O)为宜。
上述通式(13)中R21、R22的示例为:氢原子、甲基、乙基、丙基、 异丙基、丁基、tert-丁基、环戊基、环己基、环庚基、2-原菠烷基、 1-金刚烷基、1-金刚烷甲基、1-金刚烷乙基、2-金刚烷基、2-金刚烷 甲基、2-金刚烷乙基等。这些基中同样的可含有二个以上。
R6与R7结合在一起的碳原子即形成的桥连环烃为金刚烷基、原 菠烷基和环己基等。
以上构造可含有1~6碳的直链或分支烷基,甚至含有羟基、羧 基、2~6碳的酰基、1~6碳的烷氢基和1~6碳的乙醇和被酯化的 羧基。这些基中同样的可含有二个以上。
上述通式(13)所表示的单位的示例可以是:R21为氢原子、甲基、乙 基,R22为环戊基、环己基、环庚基,R21、R22结合在一起形成5~12 碳的环烃,如与通式(11)或(12)中所表示的单位相同更好。
根据本发明,至今为止的位置型抗蚀剂、负型抗蚀剂、防止反射 膜材料、绝缘膜材料等已知的耐干腐蚀型向上基、含有酸解性的溶解 性基的丙烯酸衍生物、甲基丙烯酸衍生物、丙烯酸、甲基丙烯酸、 来酸、富马酸等具有丙烯基可溶性,与己烯性二重结合的羧酸、丙烯 树脂等制造时使用的众所周知的单体共同重合所得到的单位,可与从 上述单位中选择一种以上进行适当组合。
上述的丙烯酸衍生物可以是:丙烯酸tert-甲基、丙烯酸四氢呋喃、 丙烯酸四氢化吡喃、丙烯酸与2-羟基-3-松莰酮与脂等的羧基的氢氧 基,用酸解性取代基进行保护得到的丙烯酸脂、或丙烯酸金刚烷基、 丙烯酸环己基、丙烯酸基、丙烯酸苄基、丙烯酸3-氧(代)环己基、 丙烯酸萜品醇等的脂,丙烯酸与3-溴丙酮等脂,羧的氢氧基用酸不解 性取代基进行保护得到的丙烯酸脂。也可把作为甲基丙烯酸衍生物的 丙烯酸衍生物对应甲基丙烯酸衍生物列举出来。
另外,具有乙烯性二重结合的羧酸可以是:马来酸、富马酸以及 取原菠烷中一部分的烷基、烷氧化基、氢氧基、羟烷基、羧烷基、烷 氧化羧基、环己基乙烯醚、羟乙基乙烯醚等乙烯醚衍生物的单体,苯 乙烯、对羟苯乙烯、对tert-丁氧苯乙烯的苯乙烯衍生物的单体及无水 马来酸等。
丙烯树脂制造所用的是众所周知的单体,如:含有丙烯酸、甲基 丙烯酸等的羧酸的氢原子的、甲基、乙基、n-己基、辛基、十二烷基、 2-羟乙基、2-羟丙基、环戊基、环己基、2-羟乙基、原菠烷基、三环 癸基、金刚烷基、2-甲基-2-金刚烷基、四氢化吡喃、四氢呋喃等基的 丙烯酸衍生物的单体或甲基丙烯酸衍生物的单体。
从敏感度、清晰度的角度出发,本发明在抗蚀剂中所使用的重合 物为上述通式(7)或(13)中所表示的单位中选一种以上与下述通式(8)

其中,R8表示氢原子和甲基,
R9表示1~6碳的直链或分支烷基、4~8碳的环烃、4~ 16碳的桥连环烃。
所述烷基、环烃、桥连环烃可含有1~6碳的直链或分支烷基, 甚至含有羟基、羧基和1~6碳的乙醇和被酯化的羧基。

其中,R10表示氢原子和甲基,
R11表示氢原子、亲水官能团和含有亲水官能团1~6碳 的直链或分支烷基、4~8碳的环烃、4~16碳的桥连环烃,
所述烷基、环烃、桥连环烃、亲水官能团可含有1~6碳 的直链或分支烷基,甚至含有羟基、羧基和1~6碳的乙酰和被酯化 的羧基。

其中,q表示1~4的整数,
R12、R13表示各种氢原子、甲基和乙基。
从所表示的单位中选择1种以上构成单位的聚合体。
上述通式(10)中的亲水性功能基的示例为:羟基、羧基、胺基等 极性高的基、及含有酮、脂、醚、内脂、亚胺等结构的直链或分支烷 基、环状化合物。含有亲水功能及的化合物的结构的一部分也含有被 酮、脂、醚、内脂、亚胺等结构所取代的4~8碳的环烃和4~16碳 的桥连环烃。
以上的亲水性功能基中,通常也包含恐水性,但本发明中只取抗 蚀剂中必要的亲水性。
上述的烷基、环烃、桥连环烃、亲水性功能基可含有1~6碳的 直链或分支烷基甚至含有羟基、羧基和1~6碳的乙酰和被酯化的羧 基。
上述通式(8)中所表示的单位由环己基(甲)丙烯酸脂树脂、1-异 片基(甲)丙烯酸脂树脂、金刚烷基(甲)丙烯酸脂树脂、三环癸基(甲) 丙烯酸脂树脂、环戊基(甲)丙烯酸脂树脂、2-(甲)氧化丙烯酰基-2- 甲基金刚烷基、2-(甲)氧化丙烯酰基-2-乙基金刚烷基等共同重合得 到。其中,2-(甲)氧化丙烯酰基-2-甲基金刚烷、2-(甲)氧化丙烯酰基 -2-乙基金刚烷等在使用抗蚀剂时,敏感度及清晰度的角度来讲,表 现优越。
上述通式(9)中的单位所含有的亲水性功能基的单体为:含有末 端羟基的(甲)丙烯酸脂树脂、含有烷取代醚基的(甲)丙烯酸脂树脂、 含有四氢-α-呋喃基的(甲)丙烯酸脂树脂、含有δ-丁内脂基的(甲) 丙烯酸脂树脂及这些单体的亲水性功能基上的含有烷基、羟基、羧基 等的取代基的衍生物,环己基(甲)丙烯酸脂树脂、1-异冰片基(甲)丙 烯酸脂树脂、金刚烷基(甲)丙烯酸脂树脂、三环癸(甲)丙烯酸脂树 脂、二环戊基(甲)丙烯酸脂树脂、2-(甲)氧化丙烯酰基-2-甲基金刚 烷、2-(甲)氧化丙烯酰基2-乙基金刚烷等环烃与含有羟基、羧基的亲 水性功能基的单体共同重合得出。
这些单体单位中,具体的有(甲)丙烯酸2-羟基乙基、(甲)丙烯 酸2-羟基丙基、(甲)丙烯酸4-羟基甲基、(甲)丙烯酸2-甲乙基、(甲) 丙烯酸2-乙乙基、1-氧化甲基丙烯酰基-3-羟基金刚烷、β-(甲)氧化丙 烯酰基-β-甲基-四氢-α-呋喃、β-(甲)氧化丙烯酰基-δ-丁内脂、β -(甲)氧化丙烯酰基-β-甲基-δ-丁内脂、α-(甲)氧化丙烯酰基-δ-丁内 脂、2-(1-(甲)氧化丙烯酰基)乙基-4-丁内脂、泛解内脂(甲)丙烯酸、 8-甲氧化丙烯酰基-3-氧化三环[5.2.1.02.6]癸-2-酮等。
其中,1-氧化甲基丙烯酰基-3-羟基金刚烷、8-甲氧化丙烯酰基-3- 氧化三环[5.2.1.02.6]癸-2-酮、9-甲氧化丙烯酰基-3-氧化三环[5.2.1. 02.6]癸-2-酮等在使用抗蚀材料时,对于基板有很好的附着性。
上述通式(10)中的单位由4~8员环的α-亚甲内脂及其内脂环碳上 的烷基、含有羟基、羧基等的取代基的衍生物的单体共同重合而成。 其中,α-亚甲-δ-丁内脂、及其δ位碳上的烷基、含有羟基、羧基等 的取代基的衍生物如:α-亚甲-δ-丁内脂、α-亚甲-δ-甲基-δ-丁内 脂、α-亚甲-δ-乙基-δ-丁内脂、4,4-二甲-2-亚甲-4-丁内脂等在抗 蚀材料使用时敏感度、清晰度优越。
聚合体中,由于敏感度及清晰度高,对有机溶解液的溶解性低, 通式(8)中的组成单位的比例在30%(摩尔比)以上,70%(摩尔比) 以下为好。上述通式(9)中的聚合体的组成单位的比例为不使耐干腐 蚀性降低应在70%(摩尔比)以下为好。上述通式(10)中的聚合体的 组成单位的比例为不使敏感度及清晰度性降低应在60%(摩尔比)以 下为好。
根据本发明,取得聚合体的各个组成单位的任意序列。所以,即 可有无规存取,也可有集团存取。
本发明的聚合体适用于抗蚀材料,特别是化学增幅型抗蚀材料。 以下是对于聚合体及化学增幅型抗蚀材料树脂的说明。
化学增幅型抗蚀材料树脂中,为实现高敏感度及高耐干腐蚀性, 酸水溶液的可溶性及碳的密度结构有很高的要求。含有酸作用的易脱 离功能基的结构有羟基、羧基保护的酰基、t-丁基、甲基金刚烷基等。
如要导入酸作用的易脱离功能基的结构可使含有本发明单体的 结构进行共同重合。另外,为含有高耐干腐蚀结构的导入,使高密度 的烷基单位于本发明的单位进行组合。
含有此结构的单位可使用通常的化学增幅性抗蚀树脂的原料单 位。本发明的聚合体所使用的原料单体可任意选择光刻术中所使用的 光源。
比如,在使用KrF受激准分子激光器及电子射线的光源时,出于 高耐干腐蚀性的考虑,使用本发明的单体与p-羟基亚甲的衍生物共同 重合的聚合体为宜。此时,聚合体中本发明的单体的比例以5%~60% 之间为宜
在使用ArF受激准分子激光器及电子射线的光源时,本发明的单 体与含有环状氢基的单体与含有亲水性功能基的单体及含有内脂结 构的单体共同重合的聚合体为宜。
众所周知,含有环状氢基的单体与含有亲水性功能基的单体共同 重合成的丙烯基共同聚合体及含有环状氢基的单体与含有内脂结构 的单体共同重合成的共同聚合体适合ArF受激准分子激光光刻术用 树脂。此种在导入了本发明的单体后,在无损敏感度、清晰度、基板 附着性及抗蚀性的同时,提高了耐干腐蚀性。
含有碳化氢及的单体单位赋与了聚合体的高耐干腐蚀性,特别是 含有酸脱离保护基(可由环状碳化氢基直接保护)的波长为193nm的 ArF受激准分子激光光刻术中。含有单体单位的环状碳化氢基中,如 有必要,可有一种或二种以上。
含有亲水性功能基的单体单位赋与了聚合体的对基板的附着性。 特别是含有酸脱离保护基(可由环状碳化氢基直接保护)的波长为 193nm的ArF受激准分子激光光刻术中。亲水性功能基如:含有末端 羟基、含有烷取代醚基、含有四氢-α-呋喃、δ-丁内脂基等。以上的亲 水性功能基中,通常也包含拒水性,但本发明中只取抗蚀剂中必要的 亲水性。如有必要,可取含有亲水功能基单体单位一种或二种以上。
使用抗蚀树脂时,本发明的聚合体的质量平均分子量没有特殊规 定,一般以1,000以上100,000以下为宜。质量平均分子量过高时, 因对于抗蚀溶液的溶解性降低,使清晰度降低。质量平均分子量过低 时,使耐干腐蚀性降低。
在抗蚀材料用的树脂中,本发明的聚合体的含有量以1%~5% (质量比)以上,80%~50%(质量比)为宜。含有量过高时,抗蚀 材料的粘性过高,含有量过低时,抗蚀材料的效果降低。
本发明的聚合体(抗蚀材料树脂)可用已知的重合法制造,也可用 重合促进剂在有机溶解液中溶解,使单体溶液从保持一定温度的有机 溶解液中滴下的滴下重合法制造。
滴下重合法所用的有机溶解液没有特殊的规定,如1,4-二恶、异 丙醇、丙酮、乳酸乙基等均可。对有机溶解液的使用量也没有特殊的 规定,适量即可。
滴下重合法所用的重合促进剂没有特殊的规定,如偶氮二异丁晴 等即可。滴下重合法所用的重合促进剂的使用量没有特殊的规定,适 量即可。
滴下重合法的重合温度没有特殊的规定,通常在50℃~150℃之 间。
滴下重合法制造的聚合体溶液,如有必要,可单独或二种以上混 合稀释后,加入庚烷、甲醇或水滴下析出,然后,过滤干燥即得出本 发明的聚合体。
滴下重合溶液得出聚合体的程序也叫作再沉淀,能非常有效的除 去重合溶液中残存的未反应的单体、重合促进剂等。这些残存的未反 应物会对抗蚀材料的性能造成影响,所以尽量去除为好。
所得到的聚合体,如有必要,可与其他的聚合体混合,混合方法 没有特殊的规定,用通常的方法即可。
本发明的化学增幅型抗蚀材料由上述的本发明的聚合体与光酸 发生剂的溶剂溶解而成,可用一种或二种以上并用。另外,本发明的 聚合体与其他的聚合体混合使用时,有机溶解液的溶解性、线路障碍 的改善、耐干腐蚀性的提高等使抗蚀材料的性能处在最适宜的范围 内。
对于聚合体的混合物没有特殊的规定,但以位置型抗蚀剂、负型 抗蚀剂、防止反射膜材料、绝缘膜材料等已知的耐干腐蚀型向上基、 含有酸解性的溶解性基的丙烯酸衍生物、甲基丙烯酸衍生物、丙烯酸、 甲基丙烯酸、马来酸、富马酸等具有丙烯基可溶性,与己烯性二重结 合的羧酸、丙烯树脂等制造时使用的众所周知的单体共同重合所得到 的单位,可与从上述单位中选择一种以上进行适当组合为宜。
位置型抗蚀剂、负型抗蚀剂、防止反射膜材料、绝缘膜材料等己 知的耐干腐蚀型向上基、含有酸解性的溶解性基的丙烯酸衍生物、甲 基丙烯酸衍生物、丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸等具有丙烯 基可溶性,与己烯性二重结合的羧酸、丙烯树脂等制造时使用的众所 周知的单体共同重合所得到的单位,可与从上述单位中选择一种以上 进行适当组合。
另外,作为含有乙烯性双键的羧酸,例如:可以将丙烯酸、甲基 -丙烯酸、顺丁烯二酸、反丁二烯二酸、降冰片烯,或将其一部分含 有烃基、氢氧基、羧基、烷-烃氧基、烷基氧-碳酰基、氨氧-甲酰 基等降冰片烯起爆体单基物、烷基乙烯醚、环乙基-乙烯醚、羟基- 乙烯醚等乙烯起爆单基物、乙烯、双羟基-乙烯、双甲氧基-苯乙烯、 二-tert-丁氧基-乙烯等的苯乙烯起爆体单基物以及无水-顺丁二 烯二酸等举出。
此外,还可将聚烷基二烯酸苯-乙烯系树脂、环烯烃系树脂举出。 其中,一种聚合体含有:
上述(8)~(10)中被表示单位中被选择的一种或两种以上作 为构成单位中,至少将一种以上混合的聚合体混合物使用是理想的;
聚合体混合物中,本发明的聚合体的比例虽未特别被限定,但本 发明的聚合体与其它聚合体的混合比例,在1~99%(质量比)间被 进行。10~90%(质量比)是理想的;另外,20~80%(质量比)是 更理想的;
作为光发生剂,可将例如:鎓卤化物、砜酰亚氨化合物、砜化合 物、砜酸脂化合物、对苯锍醌化合物、重氮甲烷化合物等举出。其中, 将锍盐、碘氢基盐、磷根盐、吡啶氢基盐等氢基卤化物使用是理想的;
作为光发生剂,具体说来,可将磷酸锍三载体、六磷酸锍合锑酸 盐、三磷酸-锍萘-磺酸盐、(羟基苯)苯甲基甲醇锍-甲苯锍-磺 酸盐、连苯-碘氢基-三载体、连苯基-芘磺酸盐、连苯-碘烃基- 磺酸、十二基-钠磺酸盐、连苯-碘氢基-合锑酸盐等。
光酸发生剂的用量通过使用的光酸发生剂的种类等可被适当决 定,但通常对本发明的聚合体,通过将光发生剂用量表示为0.001~ 0.2倍。另外,通过将光发生剂的使用量控制在该范围,可使因曝光 产生的酸的催化作用而引起的化学反应充分生成。在光酸发生剂的使 用量比该量少时,则不能使因曝光产生的酸的催化作用而引起的化学 反应充分生成。然而,在很多情况下,保护膜的组成物的稳定性降低, 使组成物涂敷时的涂敷不均匀和显影时的泡沫的发生变多。
在本发明的化学放大型保护膜的组成物中使用的溶剂按目的可 任意选择,但溶剂的选择除树脂溶解以外的理由,例如:涂膜的均匀 性、外观或安全性等方面考虑也受到制约。
本发明中,作为被通常使用的溶剂,可被举出:甲基-乙基甲酮 (丁酮)、2-戊酮、2-己酮等直链状等酮类,环戊酮、环己酮等链状 酮类,乙二醇-乙基乙醚-乙酸盐等的乙二醇-乙基-乙醚-乙酸盐 类,乙烯-乙基-乙醚、乙烯-乙基-乙醚-乙酸盐等的丙烯乙基- 单酰基-乙醚、亚丙基-二乙醇醚、亚丙基-二乙醇、亚丙基-异丙 烯等的亚丙基-二乙醇-乙基-二乙醚类,二乙撑-二乙醇-二甲-乙 醚、二乙撑-二乙醇-二乙醚、二乙撑-二乙醚等二乙撑-甲-乙醚 类,醋酸乙烷基、乳酸辛醛等醚类,n-二乙撑-二甲-乙酸、异丙 醇、n-丁醇、tert-丁醇、环乙醇、1-8辛醛的等醇类,1,4-二氧 杂环乙烷、碳酸-乙烯、γ-呋喃烷酮等。这些溶剂,将1种也可使 用,也可将2种以上同时使用。
溶剂的使用量,通常对保护膜聚合体(本发明的聚合体)100质 量部为200质量部以上,为300质量部以上则更理想。
另外,溶剂的使用量,通常对保护膜聚合体(本发明的聚合体) 100质量部为5000质量部以下,为2000质量部以下,则更理想。
另一方面,在本发明的保护膜的组成物中,按照需要,也可将近 界面活性剂、粹熄物、敏化剂、光晕防止剂、保存稳定剂、去泡剂等 各种添加剂配合。这些添加剂,在该领域内,若是已知的物质,则任 何一种是可使用的。另外,这些添加剂的配入量,未被特定限制,也 可进行适当调整。
以下,就本发明的图像形成方法的一个实例加以说明。
最初,在将图像形成的晶片等被加工基板的表面上,将本发明 的保护膜组成物,通过自旋涂层等进行涂敷。而且,该保护膜组成物 被涂敷的被加工基板,用低温干燥处理(自由脱碳层)等干燥,在基 板上将保护膜形成。
然后,在以该方法被得到的保护膜上,通过遮光罩,将波长为 250nm以下的光照射(曝光)。曝光中使用的光为KrF激元激光器或 ArF激元激光器是理想的,尤其是ArF激元激光器是更理想的;
光照射(曝光)后,进行适当的低温干燥处理(PEB),将基板 在显影液中浸泡,将曝光部分在显影液中经溶解、清除(显影)。 性显影液也可将众所周知的任何一种进行使用。而且,显影后,将基 板在纯水等中进行适当的漂洗处理。通过该方法,在被加工基板上保 护膜图像被形成。
通常,保护膜图像被形成的加工基板通过适当的低温干燥处理 (自燃点火烘烤)将保护膜强化,将保护膜没有的部分选择性的进行 腐蚀。腐蚀进行后,保护膜通常通过将剥离剂使用,被清除。本发明 的聚合体即使作为反射防止膜(阴膜)材料是也可使用的。在上述图 像形成方法中,曝光时若将短波长、且单一波长的光源加以使用,则 在来自保护膜/基板界面的反射光、来自该基板界面的反射光保护膜/ 空气界面的再反射光通过在保护膜内相互干涉,作为结果,在保护膜 内的实质性的曝光量发生变化,对被形成的保护膜图像的形状等产生 影响的这种问题(驻波,多重反射的现象)发生。其结果,保护膜图 像的花纹宽度变得不均匀或局部开口(局部变形)产生的情况出现。 为将这一问题解决,在保护膜上将反射防止膜形成的工艺被正在使用 着。
在反射防止膜材料中,加之本发明聚合体,有机溶剂或水根据需 要,架桥剂、氧发生剂被使用。
在本发明聚合体中,为将向高分子化合物的溶剂的溶解性提高, 或将密实性提高,因此,可使丙烯酸烃基脂、丙烯晴、无水-顺丁烯 二酸、顺丁烯二酸缩亚胺、N-甲基顺丁烯二酸缩亚胺、乌头二酸无 水物、乙烯吡咯烷酮、醋酸乙烯等同时聚合的单位导入。这些单位为 5~50mol是理想的,尤其是10~40mol是理想的。若5mol未满,则 添加的效果不被发现;若超过50mol,则薄膜形成率有下降。
另外,为使作为聚合物的成分的薄膜形成率提高,也可将各种的 水溶性聚合物,例如:聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯 吡咯烷酮、聚氯乙烯、直链淀粉、右旋糖酐、纤维素、支链淀粉、全 氯烃基羧酸、聚合体等官能性碳氟化合物等添加。这些树脂的配入量, 对全树脂酸100质量部,5~50质量部是理想的;尤其是10~40质 量部是理想的。若未满5质量部,则添加效果不会发现;若将50质 量部超过,则对基板的密实性出现下降。
对本发明的聚合体将吸光性具有的单位导入,也可使其具有吸光 性。在这些目的中,将水糖酸系化合物、二苯甲酮系化合物、苯并塞 唑1,3-硫氮杂茚系化合物、氰基丙烯酸系化合物、偶氮系化合物、 多系烃化合物、蒽醌系化合物、4,4’-双联苯磺酰系化合物、4,4’ -双联苯甲醛胺系化合物、蒽系化合物、二苯磺酰系化合物、三氯氰 酰胺系化合物、尿素系化合物、三聚氰二胺系化合物、次乙基三聚氧 二胺系化合物、苯并三聚氰二胺系化合物、乙二醇甘脲系化合物、丁 二酰胺系化合物、乙烯尿素系化合物等被使用。另外,对于本发明聚 合体的主链,通过吸光性具有的树脂使用,也可使其具有吸光性。例 如:在将喹诺酮基、菲、吖夹氮蒽或烯化蒽基含有的树脂粘合剂、环 氧树脂中,使将蒽环和萘环等具有的置换基具有的染料聚合被获得的 树脂,与三聚氰酰胺、尿素系树脂、苯代三聚氰二胺、羟基亚尿系树 脂等添加也可以。这种树脂的配入量对于全树脂分100质量部,5~ 50质量部是理想的,尤其是10~40质量部更理想。若5质量部未满, 则添加的效果未被发现;若超过50质量部,则薄膜形成率下降出现。
作为对反射防止膜被要求的性能之一,向保护膜低分子成分的扩 散不出现被举出。为了将该现象防止,在反射防止膜的自旋涂层后的 酚醛树脂中进行热架桥的方法被采用。为此,作为反射防止膜材料的 成分,将架桥剂添加时,在聚合物中将架桥性置换基导入的方法被采 用出现。
在本发明中,若将使用可能的架桥剂的具体实施例列举,则可将 通过从羟甲基、羟氧甲基、酰氧基-甲基中,被选择至少一种基被置 换的酰聚氰酰胺化合物、三聚氰二胺化合物、羟基亚尿化合物或尿素 化合物、环氧基化合物、硫环氧化合物、异氰酸脂化合物、酸性化合 物、链烯-醚基化合物等两种结合含有的化合物列举。这些虽可作为 添加剂使用,但对聚合体的侧链,作为侧基也可导入。架桥剂的配入 量对于全脂分100质量部,5~50质量部是理想的;尤其是10~40 质量部是理想的。若5质量部未满,则保护膜将混合发生的情况出现; 若超过50质量部,则薄膜形成率下降,在架桥后的膜上,桔皮状裂 纹出现。可将使热产生的架桥反映更进一步促进用的酸发生剂添加。 热发生剂可通过热分解将酸发生和通过光照射将酸发生的物质,但任 何物质均可添加。
在反射防止膜材料中,作为使用可能的有机溶剂,若是聚合体、 架桥剂、酸发生剂、以及其它添加剂可溶解,则无特别限制。作为具 体添加剂用例,环乙酮、甲基-2-戊酮等酮类,3-甲氧基-丁醇、 3-甲基-3-甲氧基丁醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-环氧基-2-丙 醇等醇类,亚丙基-乙二醇-乙醚、次乙基-乙二醇-己二酸-乙醚、 亚丙基-乙二醇-己二酸-乙醚、次乙基-己二酸-乙醚、亚丙基乙 二醇-二甲基醚、二甘醇-乙二醇-二甲基醚等醚类,亚丙基-乙二 醇-己二酸-乙醚-乙酸盐、亚丙基-乙二醇-己二酸-乙醚-乙酸 盐、乳酸辛醛、丙酮酸辛醛、醋酸丁脂、3-甲氧基-丙酮酸辛醛、3- 乙氧基-丙酮酸辛醛、醋酸-辛醛、丙酸tert-辛醛、亚丙基-乙二醇 -己二酸-乙醚-乙酸盐、亚丙基-乙二醇-己tert-辛醛-乙醚- 乙酸盐等聚脂类被举出。
此外,在水中将可溶性的有机溶剂与水同时使用也是可能的。水 中,作为可溶有机溶剂,甲醇、乙醇、异丙醇等醇类,丙酮、甲基丙 酮等酮类,醋酸甲脂、醋酸乙脂等脂类,二甲氮甲酰胺、甲脂-二甲 亚砜、甲基-二甲醇-乙醚、二甲醇-乙醚、乙二醇-乙醚、丁基乙 二醇-乙醚、乙二醇-乙醚-乙酸盐等的极性溶剂被举出。
溶剂的配入量对全基树脂100重量部,规定为500~1000重量部 是理想的;尤其规定为1000~5000重量部是理想的。
本发明的反射防止膜象过去一样,通过自旋涂敷等众所周知的方 法,在保护膜上或保护膜下被涂敷。在反射防止膜被形成后,通过限 有的方法,曝光、显影被进行,保护膜图像被形成。本发明的反射防 止涂敷组成物被应用的保护膜,现在有的保护膜虽被使用,但化学放 大形保护膜是理想的。
就反射防止膜组成物的方法之一例加以说明。首先,例如在基板 上,将本发明的组成物在上述的有机溶剂中溶解,将调制的溶液通过 旋转器等旋转涂敷后,在100~300℃的温度中进行加热处理,将 0.03~0.05μm的膜后底层形成。在该温度中,本发明的基底层材料 将架桥效应发生,对碱性溶液成不溶状态。于是,将底层材料层(反 射防止膜)形成后,在其上将阴保护膜层通过旋转器旋转涂敷,经干 燥将保护层设置。其后,在该上部,例如:通过缩小投影曝光装置等, 通过将KrF激元激光器光或ArF激元激光器光等放射线照射。其后, 将加热处理进行;将该作为显影液,例如:将向1~10%(质量比) 的4-乙基胺-羟那样的碱性水溶液采用,进行显影处理,则若是阳 膜,那么在曝光部分,但若在阴膜,则未曝光的部分选择性地被溶解、 清除。在阴膜上,阴膜光致抗蚀剂图像逼真地被形成。
本发明的聚合体,即使作为如液晶显示元器件、半导体集成电路 元器件、磁头元件、固体摄像元件、有机EL元件等的绝缘膜形成, 刻蚀用掩膜等阴性保护膜用途中被使用的感放射线性组成物使用是 可能的。所谓放射线意味着紫外线、远紫外线、X射线、电子射线、 分子射线、γ射线、同步加速器的射线、质子束等。
在上述组成物中,加之本发明的聚合体,由感放射线性发生剂、 因酸的作用而搭建的架桥剂、有机溶剂或水,根据需要,碱性可溶性 树脂被采用。
聚合体的质量平均分子量,通常为1000~100000,3000~40000 是理想的;另外,3000~30000是更理想的。若未满1000,则耐热性 下降;若超过10000,则显影速度变小,尤其适合的是在2000~40000 的范围。
所谓感放射线性发生剂,若是由发生的酸使向本发明聚合体的碱 性水溶液的溶解速度增加的物质,即使是任何一种物质,均很良好。 以上述光酸发生剂为主,可将现有的鎓盐、卤素含有化合物、重氮酮 化合物、重氮甲烷化合物、磺胺化合物、磺胺酸脂化合物、磺酰亚胺 化合物等为例,举出。可通过这些感放射线性酸发生剂将单独或两种 以上混合、使用。酸发生剂的添加量,通常,对聚合体为0.01~50% (质量比),0.1~10%(质量比)是更理想的;若比0.01%(质量比) 小,则图像形成变为不可能;若比50%(质量比)多,则与显影液的 亲和性下降,显像不良等现象发生。
作为因酸的作用而搭建的架桥剂,例如:双酚A类环氧化合物、 双酚F类环氧化合物、双酚S类环氧化合物、酚醛树脂类环氧化合物、 可溶性酚醛树脂类环氧化合物、聚(羟基苯乙烯)类环氧化合物、羟 甲基含有三聚氰酰胺化合物、羟基含有苯二氰基三嗪化合物、羟基含 有尿素化合物、羟基含有酚化合物、羟甲基-烷基-三聚氰酰胺化合物、 羟基-烷基含有苯二氨基-三嗪化合物、羟甲基含有尿素化合物、羟氧 基-烷基含有酚化合物、羟甲基含有三聚氰酰胺树脂、羧甲基含有苯 二氰三嗪树脂、羧甲基含有尿素树脂、羧甲基含有酚树脂、羧甲基含 有氰酸酰胺化合物、羧甲基含有苯二氰三嗪化合物、羧甲基含有尿素 化合物、羧甲基含有酚化合物等可以举出。架桥剂可以单独或将两种 以上混合使用。
架桥剂的导入率对于由酸发生剂产生的本发明的聚合体的醛酸 性官能基为5~60%(摩尔比),10~50%(摩尔比)是理想的;而且 15~40%(摩尔比)是理想的。架桥性官能基的导入率在5%(摩尔 比)未满中,残膜率下降,图像1将图像的塌陷和膨润等出现易发生 的倾向,另外将60%(摩尔比)超过,则曝光部的显影性有下降的倾 向。
作为溶剂,从醋酸乙脂、醋酸丁脂、醋酸戊烷、丁酸乙脂、酪酸 乙脂、苯甲酸甲脂、乳酸甲脂、乳酸乙脂、丙酮酸乙脂、3-异丁酸 甲脂、3-甲氧丙酸甲脂、3-乙氧丙酸乙脂、γ-丁戊酸脂等脂类, 甲基-乙二醇-乙醚、甲基-乙二醇、甲基-乙二醇等乙二醇-乙醚、 甲基乙二醇-乙酸盐、乙基-乙二醇-乙醚、丁基-乙二醇-乙醚等 乙二醇-乙醚类,亚丙基-乙二醇-乙醚-乙酸盐、亚丙基-乙二醇 -乙醚-乙酸盐等亚丙基-乙二醇脂类,1,2-甲氧基-乙烷、1,2 -二乙氧基乙烷、氧杂环戊烷、甲氧苯-甲醛等脂类,甲基-乙基- 甲酮(丁酮)、甲基-异丙酮、甲基-n-戊酮、环乙酮、异二缩三丙 酮等酮类,二甲基-甲酰胺、二甲基-乙酰胺、N-二甲基-吡咯烷 酮、二甲基-亚砜、环丁砜等非质子性极性溶剂中,被选择的溶剂、 甲醇、乙醇等醇类,甲苯、二甲苯等芳香族碳氢类被举出。
在本发明中,即使将碱性可溶性树脂添加也可以。作为碱性可溶 性树脂,例如:可将酚醛清漆树脂、氢氧化酚醛清漆树脂、丙酮-联 苯三酚树脂、聚-O-羟基苯乙烯、聚-M-羟基苯乙烯、聚-P-羟 基苯乙烯、羟基苯乙烯、卤素或烷置换聚合羟基苯乙烯、羟基苯乙烯 -N-置换顺丁乙烯二酸酐缩亚胺共聚物、o/p-以及m/p-羟基苯乙 烯共聚物、苯乙烯-无水顺丁烯二酸共聚物、顺丁烯二酸-苯乙烯聚 合羟基苯乙烯共聚物、α-甲苯乙烯-羟基苯乙烯共聚物、羧基含有 甲基丙烯异丁烯树脂及其衍生物,举出。
放射性组成物中,按照需要可将界面活性剂、灵敏度放大剂、 稳定剂、去泡剂、酸扩散控制剂等添加剂配入。
感放射线性组成物,在其使用时,全固形分的浓度,例如:在5~ 50%(质量比),应在105~40%(质量比)是理想的,在溶剂中无 均匀溶解后,例如:通过在孔径为0.2μm程度的过滤器过滤,作为 组成物溶液被调整。
将本发明的聚合物使用的感放射线性树脂组成物使用,将绝缘膜 形成的方法加以叙述。感放射线性树脂组成物在底部基板表面涂敷, 经预烘溶,将溶剂清除,可进行膜。作为涂敷方法,例如:将喷淋 法、滚涂法、旋转涂敷法、杆式涂敷法等各种方法采用。另外,预烘 溶条件依各种成分的种类、配入比例等而异,通常在70~90℃、10~ 15分钟的程度的条件为最佳。其后,在被烘溶的涂敷膜上,通过所 规定的图像掩膜,将紫外线等放射性照射。另外,由显影液显影,通 过将不需要的部分清除,将规定图像形成。显影方法漫浸法、浸泡法、 喷淋法等任意一种方法均可以。显影时间通常为30~180秒。
作为上述显影液,将碱水溶液,例如:氢氧化钠、氢氧化、碳 酸钠、硅酸钠、硅酸钠、氨等无机碱类,甲胺、N-丙胺等一级胺类, 二乙胺、2-n-丙胺等二级胺类,三乙甲胺、甲二乙胺、乙甲基乙胺、 三乙胺等三级胺类,二甲基乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺等三级 胺类,氮杂茂、氧杂环乙烷、N-甲基氮杂环乙烷、N-甲基环乙烷、 1,8二氮二杂环[5,4,0]-7-十一碳烯、1,5-二氮杂环[4,3, 0]-5-壬烯等三级胺类,氮杂苯三甲吡啶、二甲基吡啶、氮杂萘等 芳香族三级胺类,羟基-四甲基胺等四级胺盐的水溶液使用。而且, 将上述水溶液中作为将甲醇乙醇等水溶性有机溶剂及/或界面活性剂 适当添加的水溶液作为显影液,可以使用。
显影后,将流水洗净,30~90秒间,将不需要的部分清除。另 外,通过用压缩空气和压缩氮气使干,图像被形成。对被形成的图 像将紫外线等放射线照射,其后,将该图像通过热压、敞开等加热装 置在规定温度,例如:在180~250℃中,在规定时间,例如:如果 是在热压上,则为50~60分钟间,在敞开式中,进行30~90分钟加 热处理,为目的的绝缘膜可得到。以下,将实施例举出,将本发明进 一步详细说明。另外,本发明不被限制在这些实施例中。
[单聚物的制造]
[实施例1]
在装有环流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入2,5二甲基2- (1-金刚化合物)-1,3二氧戊环-4-酮25.0g(0.1克分子);加 入溴代丁二酸亚胺19.6g(0.11克分子);加入庚烷240g,一边搅拌 成糊膏状,一边将反应温度升温至60℃。
在60℃搅拌约2小时之后,反应液的颜色变成褐色,在继续搅 拌2小时,反应液的颜色变成透明状。将反应液通过冰浴冷却后,进 行过滤除去琥珀酸酰亚胺,蒸馏出溶剂,得到的透明液态物体用柱精 制,得到5-溴代-2,5二甲基2-(1-金刚化合物)-1,3二氧 戊环-4-酮28.6g(式18),(回收率87%)。

元素分析:C54.56%、H6.64%、N0%、O14.73%。
理论值:C54.72%、H6.43%、N0%、O14.58%。
Br含有量(烧瓶燃烧离子色谱法):24.2%(理论值24.27%)。
H-NMR(270MHz,-CDCl3,δppm):1.4~1.72(m,金刚化合物 基)、1.73(s,3H)、2.20(s,3H)。
红外线吸收光谱(K Br片剂、cm-1):2908、2851、1809、1452、 1385、1282、1223、1195、1167、1063、943、928。 将得到的5-溴代-2,5二甲基2-(1-金刚化合物)-1,3二氧 戊环-4-酮16.5g(0.05mol)放入到100ml茄形瓶中,在加入73.1g (1.0mol)N·N-二甲基酰胺之后,在40℃剧烈搅拌2小时。搅拌后, 移入500ml的分液漏斗中,加入200g异丙醚充分搅拌后,静置,使 之分离成二层,除去下层的N·N-二甲基酰胺相。用水清洗上层的异 丙醚层,除去溶解的-二甲基酰胺之后,蒸馏出异丙醚,将得到的白 色结晶在己烷中再结晶,得到纯度99.8%的5-亚甲-2-(1-金刚 化合物)-2-甲醇-1,3二氧戊环-4-酮10.9g(式19),(回收率 88%)。

元素分析:C70.40%、H8.14%、N0%、O19.38%。
理论值:C72.55%、H8.12%、N0%、O19.33%。
式(19)的化合物1H-NMR(270MHz,CDCl3)如图1所示,13C -NMR频谱(270MHz,CDCl3)如图2所示。
[实施例2]
在装有回流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入[金刚烷-2,2’- (5’-甲醇-1’,3’-二氧戊环-4-酮)]22.2g(0.1mol);加入溴代 丁二酸亚胺21.4g(0.12mol);加入环己烷200g,一边搅拌成糊膏状, 一边将反应温度升温至60℃。
在60℃搅拌约2小时之后,反应液的颜色变成褐色,再继续搅 拌2小时,反应液的颜色变成透明状。将反应液通过冰浴冷却后,进 行过滤除去琥珀酸亚胺,蒸馏出溶剂。将析出的结晶用己烷再结晶, 得到螺环[金刚烷-2,2’-(5’-甲醇-1’,3’-二氧戊环-4- 酮)]25.6g(式20),(回收率85%)。

元素分析:C51.70%、H5.82%、N0%、O16.19%。
理论值:C51.84%、H5.69%、N0%、O16.94%。
Br含有量(烧瓶燃烧离子色谱法):25.4%(理论值26.53%)。
H-NMR(270MHz,-CDCl3,δppm):1.66~2.07(m,金刚化 合物基),2.20(s,3H)、2.20(s,3H)
红外线吸收光谱(K Br片剂:cm-1):2917、2860、1804、1455、 1388、1290、1179、1111、1091、1065、1022、988、928。
将得到的16.1g(0.05mol)螺环[金刚烷-2,2’-(5’-甲醇-1’, 3,-二氧戊环-4-酮)]加入到100ml茄形瓶中,加入环己烷200g 使之溶解后,加入N·N-二甲基酰胺36.5g(0.5mol),在室温剧烈搅 拌2小时。搅拌后,移入500ml的分液漏斗中,静置,使之分离成二 层,除去下层的N·N-二甲基酰胺相。再清洗上层的环己烷相,除去 溶解的-二甲基甲酰胺之后,蒸馏出环己烷得到的白色结晶。将白色 结晶用己烷再结晶,得到纯度99.6%的螺环[金刚烷-2,2’-(6’- 亚甲-1’,3’-二氧戊环-4-酮)]9.3g(式21),(回收率85%)。

元素分析:C70.69%、H7.35%、N0%、O21.84%。
理论值:C70.89%、H7.32%、N0%、O21.79%。
式(21)的化合物的1H-NMR(270MHz,CDCl3)如图4所示。
[实施例3]
在装有回流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入螺环[降冰片烷-2, 2’-(5’-甲醇-1’,3’-二氧戊环-4’-酮)]18.2g(0.1mol);加入 N-溴代琥珀酸亚胺16.9g(0.11mol);加入环己烷280g,一边搅拌 成糊膏状,一边将反应温度升温至60℃。
在60℃搅拌约2小时之后,反应液的颜色变成褐色,再继续搅 拌2个小时,反应液的颜色变成透明状。将反应液通过冰浴冷却后, 分析结果含有螺环[降冰片烷-2,2’-(5’-甲醇-1’,3’-二氧戊 环-4’-酮)]25.1g,(式22),(回收率96%)。

将得到的液体移入100ml茄形烧瓶中之后,加入N·N-二甲基酰 胺70.0g(1.0mol),在室温剧烈搅拌2小时。在搅拌时前工序中产生 的琥珀酸亚胺溶解于N-二甲基酰胺中。
搅拌后,将经过过滤去除不溶物的液体移入500ml的分液漏斗 中,静置,使之分离成二层,除去下层的N·N-二甲基酰胺相。再清 洗上层的环己烷层,除去溶解的N·N-二甲基甲酰胺之后,通过蒸馏 出环己烷得到白色结晶,然后再通过用己烷再结晶白色结晶,得到纯 度99.5%的螺环[降冰片烷2,2’-(5’-亚甲基-1’,3’-二氧戊环 -4-酮)]15.5g(式23),(回收率86%)。

元素分析:C66.39%、H6.84%、N0%、O27.03%。
理论值:C66.65%、H6.71%、N0%、O26.64%。
式(23)的化合物的1H-NMR(270MHz,CDCl3)如图5所示。 13C-NMR光谱(270MHz,CDCl3)如图6所示。
[实施例4]
在80ml异丙醚中溶解16.4g的5-溴代甲基-2-(1-金刚化 合物)-2-甲基-1,3-二氧戊环-4’-酮,然后将该溶液装入备 有搅拌机温度计冷凝器、滴下漏斗的烧瓶中。滴下36.5g(0.5mol) N,N-二甲基酰胺,在室温剧烈搅拌4小时。搅拌后,去除不溶物, 然后移入500ml的分液漏斗中,静置,使之分离成二层,除去下层的 N·N-二甲基酰胺相。再水洗异丙醚相,在除去溶解了的N-二甲基 甲酰胺之后,通过蒸馏出异丙醚得到的白色结晶,将白色结晶用己烷 再结晶,得到6.6g的5-溴代甲基-2-(1-金刚化合物)-2-甲 基-1,3-二氧戊环-4’-酮(以下简称AdMDO),(回收率53%)。
[对照例1]
在装有环流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入2,5二甲基2- (1-金刚化合物)-1,3二氧戊环-4-酮25.0g(0.1mol);加入 19.6g(0.11mol)溴代丁二酸酰亚胺;加入240g庚烷,糊膏状原样一 边搅拌成,一边将反应温度升温至80℃。
在80℃搅拌约1小时时,反应液的颜色变成褐色。在颜色即将 变成褐色之前,分析反应液。结果表明,反应液中含有相当于3%原 料的5-溴代2,5二甲基2-(1-金刚化合物)-1,3二氧戊环- 4-酮和相当于4%原料的金刚甲基酮。再继续搅拌2小时,反应液的 颜色变成透明状。将反应液通过冰浴冷却后,进行过滤除去琥珀酸亚 胺。分析反应液,结果表明只含3.6g 5-溴代2,5二甲基2-(1- 金刚化合物)-1,3二氧戊环-4-酮(回收率11%),相当于原料 的82%分解在金刚甲基酮中。
[对照例2]
在装有环流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入螺环[金刚烷-2,2’ (5’-甲基-1,3二氧戊环-4-酮)]22.2g(0.12mol);加入N-溴 代丁二酸酰亚胺21.4g(0.12mol);加入环己烷200g。糊膏状原样- 边搅拌成,一边将反应温度升温至80℃。
在80℃搅拌约1小时时,反应液的颜色变成褐色。在颜色即将 变成褐色之前,分析反应液。结果表明,反应液中含有相当于2%原 料的螺环[金刚烷-2,2’-(5’-溴代-5’-甲基-1,3二氧戊环-4 -酮)]和相当于6%原料的2-金刚烷。再继续搅拌2小时,反应液 的颜色变成透明状。将反应液通过冰浴冷却后,进行过滤除去琥珀酸 酰亚胺。分析反应液,结果表明只含2.4g螺环[金刚烷-2,2’-(5’ -溴代-5’-甲基-1,3二氧戊环-4-酮)](回收率8%),相当 于原料的85%分解在2-(金刚化合物)中。
[对照例3]
在装有环流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入螺环[降冰片烷-2, 2’(5’-甲基-1,3二氧戊环-4-酮)]18.2g(0.1mol);加入N- 溴代丁二酸酰亚胺19.6g(0.11mol);加入环己烷280g。糊膏状原样 一边搅拌成,一边将反应温度升温至80℃。
在80℃搅拌约1小时时,反应液的颜色变成褐色。在颜色即将 变成褐色之前,分析反应液。结果表明,反应液中含有相当于5%原 料的降冰片烷-2,2’(5’-甲基-1,3二氧戊环-4-酮和相当于 6%原料的2-降冰片烷。再继续搅拌2小时,反应液的颜色变成透明 状。将反应液通过冰浴冷却后,进行过滤除去琥珀酸酰亚胺。分析反 应液,结果表明只含3.4g螺环[降冰片烷-2,2’(5’-甲基-1,3 二氧戊环-4-酮],相当于原料的82%分解在2-降冰片烷中。
[对照例4]
在装有环流冷却管的500ml茄形烧瓶中,加入螺环[降冰片烷-2, 2’(5’-甲基-1,3二氧戊环-4-酮)]18.2g(0.1mol);加入N- 溴代丁二酸酰亚胺19.6g(0.11mol);加入环己烷280g。糊膏状原样 一边搅拌成,一边将反应温度升温至80℃。
在45℃搅拌约6小时,但仍不见反应液的颜色变色。反应液通 过冰浴冷却后,进行过滤除去N-琥珀酸酰亚胺。反应液分析结果表 明,反应液中只含3.4g螺环[降冰片烷-2,2’(5’-甲基-1,3二 氧戊环-4-酮)],原料螺环[降冰片烷-2,2’(5’-甲基-1,3二 氧戊环-4-酮)]大部分呈未反应状。
[对照例5]
在500ml茄形烧瓶中,加入5-溴代2,5二甲基-2-(1-金 刚化合物)-1,3二氧戊环-4-酮16.5g(0.5mol);加入异丙醚200g, 并进行溶解。一边用-10℃制冷剂冷却溶液,一边用20g异丙醚稀释 溶液。在1小时滴下9.1g(0.06mol)的1,8二氮杂二环辛烷[5,4, 0-7-十一碳烯]后,室温搅拌2小时。搅拌后,分析反应液,结果 表明反应液只含1.7g 5-溴代-2-(1-金刚化合物)-2-甲基-1, 3二氧戊环-4-酮(回收率14%),相当于原料的80%分解在金刚甲 基酮中。
[对照例6]
在500ml茄形烧瓶中,加入溴代[金刚烷-2,2’-(5’-甲基-1, 3二氧戊环-4’-酮)]15.0g(0.05mol),加入环己烷200g,并进行 溶解。一边用冰浴冷却溶液,一边用20g环己烷稀释溶液。在1小时 滴下稀释的6.1g(0.06mol)的三乙胺后,室温搅拌2小时。搅拌后, 分析反应液,结果表明反应液只含1.2g溴代[金刚烷-2,2’-(5’- 甲基-1,3二氧戊环-4’-酮)](回收率11%),相当于原料的83% 分解在2-(金刚化合物)中。
[对照例7]
在500ml茄形烧瓶中,加入溴代[降冰片烷-2,2’-(5’-甲基 -1,3二氧戊环-4’-酮)]13.1g(0.05mol),加入异丙醚200g,并 进行溶解。一边用-10℃制冷剂冷却溶液,一边用20g异丙醚稀释溶 液。在1小时滴下6.1g(0.06mol)的三乙胺后,室温搅拌2小时。 搅拌后,分析反应液,结果表明反应液只含1.3g溴代[降冰片烷-2, 2’-(5’-甲基-1,3二氧戊环-4’-酮)](回收率14%),相当 于原料的80%分解在金刚化合物中。
[对照例8]
在80ml异丙醚中溶解16.4g 5-溴甲基-2-(1-金刚化合物) -2-甲基-1,3二氧戊环-4-酮)],然后将该溶液倒入装有搅拌 机、温度计、冷凝器、滴下漏斗的烧瓶中,一边用冰浴冷却溶液,一 边用20g异丙醚稀释溶液。在1小时滴下稀释的9.1g(0.06mol)的1, 8二氮杂二环辛烷[5,4,0]-7-十一碳烯后,室温搅拌2小时。搅 拌后,分析反应液,结果表明反应液只含1.8g 5-亚甲基-2-(1 -金刚化合物)-2-甲基-1,3二氧戊环-4-酮)],(回收率15 %),相当于原料的81%分解在2-金刚甲基酮中。
[聚合体的制造]
除非另有说明,此处的[份]表示[质量份]。
制造的共聚合物的物理性能测定按以下方法进行。
[质量平均分子量]
用凝胶渗透色谱法(以下简称GPC),按聚苯乙烯换算进行计算 质量平均分子量。溶剂使用三氯甲烷或氧杂环烷。
[共聚合物的平均共聚合组成(mol%)]
根据H-NMR的测定结果进行计算。溶剂使用重三氯甲烷、重二 甲基亚砜或重丙酮。
[实施例5]
下式(24)表示聚合物的制造

在氮保护气氛下,在装备有氮输入口、搅拌机、冷凝器及温度计 的可拆烧瓶中,装入乳酸乙基30.0份,边搅拌边使热液温度提高到 80℃。将1.98份AdMDO、13.22份2-甲基丙烯酰基烃基-2-甲 基金刚烷(以下简称MAdMA)、8.50份β-甲基丙烯酰基烃基-γ- 丁内酰胺(以下简称HGBMA)、30.0份乳酸乙基及0.21份偶氮二异 丁腈混合,制成单聚物溶液。在固定速度下,6小时将单聚物溶液滴 在烧瓶中,并在80℃保温2小时。然后,将所得反应液在800份的 甲醇中边搅拌边滴下,得到白色的沉淀析出物。在减压下60℃干燥 此沉淀物10小时。然后将干燥的沉淀物溶解于45份的氧杂环戊烷中, 同样将所得反应液在800份的甲醇中边搅拌边滴下,在减压下60℃ 干燥所得沉物40小时。
测定各种物理性能,GPC分析的质量平均分子量(以下简称Mw) 为72000,分散度(以下简称Mw/Mn)为1.45,根据1H-NMR的积 分比得出共聚合比为AdMDO∶MAdMA∶HGBMA=10∶45∶45。
[实施例6]
下式(25)表示聚合物的制造

1.98份的AdMDO变换为0.99份,13.22份的MAdMA变换为 14.01份的2-甲基丙烯酰基烃基-2-甲基金刚烷(以下简称EA dMA),8.50份的HGBMA变换为11.80份的7-甲基丙烯酰基烃- 3-氧杂三环[5,2,1,02.5]十碳烷-2-酮和β-甲基丙烯酰基烃 基-3-氧杂三环[5,2,1,02.6]十碳烷-2-酮的混合物,其他按与 实施例5相同的方法进行合成,并获得共聚合物。
测定各种物理性能,GPC分析的Mw为8000,Mw/Mn为1.48, 根据1H-NMR的积分比得出共聚合比为AdMDO∶EAdMA∶ OTDMA=5∶50∶45。
[实施例7]
下式(26)表示聚合物的制造

共聚合0.99份AdMDO、14.01份EadMA、11.80份OTDMA、 1.26份4,4-二甲基-2-亚甲基-4-丁酸内酯(以下简称DMMB), 其他按与实施例5相同的方法进行合成,并获得共聚合物。
测定各种物理性能,GPC分析的Mw为9200,Mw/Mn为1.51, 根据1H-NMR的积分比得出共聚合比为AdMDO∶EAdMA∶ OTDMA∶DMMB=5∶45∶40∶10。
[实施例8]
下式(27)表示聚合物的制造

1.98份的AdMDO变换为1.44份NrMDO,其他按与实施例5相 同的方法进行合成,并获得共聚合物。
测定各种物理性能,GPC分析的Mw为7600,Mw/Mn为1.49, 根据1H-NMR的积分比得出共聚合比为NrMDO∶MAdMA∶ HGBMA=10∶45∶45。
[实施例9]
下式(28)表示聚合物的制造

1.98份的AdMDO变换为1.28份的螺环[环异烷-2-(5’-亚 甲基-1,3二氧戊环-4-酮)](以下简称CyMDO),其他按与实 施例5相同的方法进行合成,并获得共聚合物。
测定各种物理性能,GPC分析的Mw为8300,Mw/Mn为1.55, 根据1H-NMR的积分比得出共聚合比为CyMDO∶MAdMA∶ HGBMA=10∶45∶45。
[对照例9]
下式(29)表示聚合物的制造

除共聚合13.22份的AdMDO和8.50份的HGBMA外,其他按 与实施例5相同的方法进行合成,并获得共聚合物。
对各物理性质进行了测定,采用GPC分析测得Mw为7400, Mw/Mn为1.35,共聚合比由H-NMR的积分比计为: MAdMA∶HGBMA=50∶50。
[对照例10]
聚合物的制作如下式所示

除了将EAdMA14.01部分、HGBMA11.80部分进行了共聚合之 外,还按与实施例5同样方法进行合成,得到了共聚合物。
对各物理性质进行了测定,采用GPC分析测得的Mw为9600, Mw/Mn为1.41,共聚合比由H-NMR的积分比计为: EAdMA∶OTDMA=50∶50。
[对照例11]
聚合物的制作如下式(31)所示

除了将EAdMA14.01部分、OTDMA11.80部分、DMMB1.26部 分进行了共聚合之外,还按与实施例5同样方法进行合成,得到了共聚 合物。
对各物理性质进行了测定,采用GPC分析测得Mw为10500, Mw/Mn为1.45,共聚合比由H-NMR的积分比计为: EAdMA∶OTDMA∶DMMB=50∶40∶10。
对实施例5~8和对照例9~11中所获得的聚合物的各物理性质 进行了测定,其结果列于表1中。
[实施例10]
聚合物P-1的合成如下式(32)所示

在氮气气氛下,将丙烯乙二醇甲基醚乙酸(以下称为PGMEA。) 15.8部分及γ-丁内酯(以下称为γBL。)4.0部分放入到带氮气导入 口、搅拌器、冷凝器和温度计的分离式烧瓶中,边搅拌边将水浴温度 提高至80℃。将混合有2-exo-甲基丙烯酰羟基-4-草陶酸[4.2. 1.03.7]壬烷-5-酮(以下称为OTNMA)10.0部分、2-甲基丙烯酰 羟基-2-甲基金刚烷(以下称为MAdMA)10.5部分、5-甲基丙烯酰 羟基-2-甲基-2-(1-金刚烷)-1,3-二噁茂烷-4-酮(以下 称为M-1单体)13.2部分、PGMEA35.6部分及偶氮二异丁腈0.82 部分的单体溶液,以一定速度,持续7小时滴加到烧瓶中,并在80℃ 保温2小时。然后,将所获得的反应溶液边搅拌边滴加至甲醇800部 分中,从而获得白色沉淀物(聚合物P-1)。将沉淀过滤、在真空状 态下、于60℃干燥约10小时。将烘干后的沉淀溶解于四氢呋喃45 部分中,并将边搅拌边滴加至甲醇800部分中时所得到的沉淀过滤, 在真空状态下,于60℃干燥约40小时。对所得到的聚合物的各物理 性质进行了测定,其结果列于表2中。
[实施例11]
聚合物P-2~P-7的合成
用与制取聚合物P-1相同的方法合成了如表2中所示之组成的 聚合物P-2~P-7。对所得到的聚合物P-2~P-7的各物理性质进 行了测定,其结果列于表2中。
[对照例12]
聚合物P-8、P-9的合成
用与制取聚合物P-1相同的方法合成了如表2中所示之组成的 聚合物P-8、P-9。对所得到的聚合物P-8、P-9的各物理性质进 行了的测定,其结果列于表2中。
另外,在实施例和对照例中所用的原料单体的名称及结构式如下 所示。
OTNMA:2-exo-甲基丙烯酰基羟基-4-草陶酸[4.2.1.03.7]壬烷 -5-酮

OTNA:2-exo-丙烯酰基羟基-4-草陶酸[4.2.1.03.7]壬烷-5 -酮

OTDMA:8-或9-甲基丙烯酰基羟基-4-草陶酸[5.2.1.02.5]葵烷 -3-酮

OTDA:8-或9-丙烯酰基羟基-4-草陶酸[5.2.1.02.5]葵烷-3- 酮

MAdMA:2-甲基丙烯酰基羟基-2-甲基金刚烷

MadA:2-丙烯酰基羟基-2-甲基金刚烷

EAdMA:2-甲基丙烯酰基羟基-2-乙基金刚烷

EAdA:2-丙烯酰基羟基-2-乙基金刚烷

HAdMA:1-甲基丙烯酰基羟基-3-羟基金刚烷

HAdA:1-丙烯酰基羟基-3-羥基金刚烷

DMMB:4,4-二甲基-2-亚甲基-4-丁醇醛

M-1:5-甲基丙烯酰基羟基-2-甲基-2-(1-金刚烷)-1,3- 二噁茂烷-4-酮

M-2:螺环化合物[金刚烷-2,2’-(4’-甲基丙烯酰基羟基丙 烯乙二醇-1’,3’-二噁茂烷)]

M-3:螺环化合物[金刚烷-2,2’-(4’-丙烯酰基羟基甲基-1’, 3’-二噁茂烷)]

M-4:螺环化合物[降冰片烷-2,2’-(4’-丙烯酰基羟基甲基 -1’,3’-二噁茂烷-5-酮)]

M-5:2-甲基-2-乙基-4-甲基丙烯酰基-1,3-二噁茂烷- 5-酮)]

M-6:4-丙烯酰基羟基甲基-2-环己基-1,3-二噁茂烷

[对保护膜溶剂的溶解性]
在室温下,分别将各个共聚合物以固态组分为20质量%的浓度, 边搅拌边使其溶解于一定量的保护膜溶剂(丙烯乙二醇甲基醚乙酸) 中,对其完全溶解所需要的时间进行了测定。其结果列于表1和表2 中。
表中各符号的意义如下:
◎:共聚合物完全溶解所需时间不足1小时
○:共聚合物完全溶解所需时间为1小时以上,不足6小时
△:共聚合物完全溶解所需时间为6小时间以上,不足24小时
×:共聚合物完全溶解所需时间为24小时以上或不溶解
[保护膜的生成]
(A)分别将实施例5~8及对照例9~11中所得到的共聚合物 100部分及三苯基锍三联体2部分溶解于丙烯乙二醇甲基醚乙酸500 部分中,待形成均匀溶液之后,用聚四氟乙烯过滤器过滤,配制成保 护膜组成物溶液。然后,将所配制的各组成物溶液自旋涂敷在3吋硅 片上,用电热板于120℃予烘干60秒钟,此时形成了厚度为0.5μm 的薄膜。再用193nm的光照射装置(日光制SP193)进行曝光,并在 电热板上120℃烘干60秒钟。然后于室温下用2.38质量%的四甲基 氢氧化铵水溶液显影,用纯水洗净、烘干,从而生成了保护膜。
(B)将P-1~9的共聚合物100部分及三苯基锍三联体2部分 溶解于丙烯乙二醇甲基醚乙酸680部分与γ-内丁酯70部分的液体 中,待形成均匀溶液后,用聚四氟乙烯过滤器过滤,配制出保护膜组 成物的溶液,然后将所配制好的组成物溶液自旋涂敷在3吋硅片上, 再用电热板于120℃予干燥60秒钟,此时形成了厚度为0.4μm的薄 膜。接着用193nm的光照射装置(日光制SP193)进行曝光,再用电 热板于120℃干燥60秒钟。之后在室温下用2.38质量%的四甲基氢 氧化铵水溶液显像60秒钟,用纯水洗净、烘干、保护膜从而生成。
按如下方法对所得到的保护膜的灵敏度、析像清晰度、耐干燥腐 蚀性(侵蚀速度)及线条边缘粗糙度进行了测定和评估。其结果列与 表1和表2中。
[灵敏度]
将在I/L的线条宽度上形成线条及间隔图像(线条/间隔=I/L)的曝 光量(mJ/cm2)作为灵敏度进行了测定。
[分辨率]
以在上述曝光量下曝光时被解像的保护膜的最小尺寸(μm)作 为析像清晰度。
[腐蚀速度]
把在生成保护膜(A)的方法中在硅片上所形成的保护膜用东京 安库特龙公司生产的腐蚀机进行了干燥腐蚀处理。气体为CF4/Ar/O2 的混合气体,在2000W、50mTorr下处理了50秒。对干燥腐蚀处理 前后的保护膜厚度用大日本荧光屏制造厂生产的拉姆达爱司VM- 8000J型光干涉式膜厚测定装置进行了测定。以每单位时间膜厚度减 小量作为保护膜的腐蚀速度。另外,腐蚀速度是把热塑性酚醛树酯的 腐蚀速度定为1作为标准。
把在生成保护膜(B)的方法中在硅片上所形成的保护膜用昭和 直空公司生产的SPE-220T型干燥腐蚀装置进行了干燥腐蚀处理。 所用气体为CF4/O2的混合气体,处理时间为2分钟。对干燥腐蚀处 理前后的保护膜的厚度用大日本显像管厂生产的拉姆达爱司VM- 8000J型光干涉式膜厚测定装置进行了测定,以每单位时间的膜厚度 减小量作为保护膜的腐蚀速度。另外,腐蚀速度是把热塑性酚醛树酯 的腐蚀速度定为1作为标准。
[线条边缘粗糙度]
从所形成的线条和间隔图像(线条/间隔=I/L)中的线条最大 宽度减去线条的最小宽度,其所得的差用线条最大宽度的1/2去除, 该值即为线条边缘粗糙度。
表1   灵敏度   (Mj/cm2)   析像清晰度   (μm)   腐蚀速   度   线条边缘粗   糙度   对保护膜溶   剂   的溶解性   实施例5的聚合物   5.0   0.18   1.03   0.05   ◎   实施例6的聚合物   4.9   0.17   1.02   0.07   ○   实施例7的聚合物   4.9   0.17   1.03   0.07   ○   实施例8的聚合物   5.0   0.18   1.04   0.10   ○   对照例8的聚合物   5.0   0.18   1.05   0.14   △   对照例9的聚合物   4.9   0.19   1.03   0.13   ×   对照例10的聚合物   4.9   0.18   1.05   0.13   ×
本发明的聚合物(实施例5~8)与对照例9~11的聚合物相比 较,其对保护膜溶剂的溶解性及耐热性都很出色。另外,采用了本发 明之聚合物(实施例5~8)的化学增幅型保护膜组成物具有充分的 灵敏度,析像清晰度及耐腐蚀性,而且与采用对照例9~11之聚合物 的化学增幅型的保护膜组成物相比较,还降低了线条边缘粗糙度。
表2   聚合物   实施例10、11   对照例12   P-1   P-2   P-3   P-4   P-5   P-6   P-7   P-8   P-9   质量平均分子量   (ww)   11.0   00   12.5   00   12.0   00   14.5   00   16.0   00   13.5   00   14.500   11.5   00   16.500   分子量分布   (ww/wn)   1.69   1.72   1.85   1.85   1.82   1.78   1.81   1.79   1.89   共聚合   组成比   (mol   %)   OTNMA   45   40   60   OTNA   35   40   OTDMA   45   40   OTDA   40   45   MAdMA   45   60   MAdA   40   EAdMA   45   40   40   EAdA   40   40   40   HAdMA   10   10   HAdA   10   15   5   20   M-1   10   M-2   10   M-3   10   M-4   10   10   M-5   10   M-6   10   灵敏度(mj/cm2)   4.2   3.7   3.6   7.5   6.7   3.0   7.0   4.1   6.6   腐蚀速度   1.02   1.01   1.04   1.04   1.03   1.05   1.07   0.99   1.01   溶解性   PGMEA   ○   ○   ◎   ○   ○   ◎   ○   ×   ×   乳酸乙   酯   ◎   ○   ◎   ◎   ◎   ◎   ◎   △   △   线条边缘粗糙度   0.04   0.06   0.05   0.05   0.06   0.05   0.06   0.16   0.23
本发明的实施例10和11的聚合物P-1~P-7与对照例12的聚 合物P-8和P-9相比较,其对保护膜溶剂的溶解性很出色。另外, 采用了聚合物;P-1~P-7的本发明的化学增幅型保护膜的组成物 具有充分的灵敏度,析像清晰度以及耐腐蚀性,而且,与采用对照例 1和2的聚合物P-8和P-9的化学增幅型保护膜的组成物相比较, 还降低了线条边缘粗糙度。
[发明的效果]
本发明的在第二位上含有交联环式烃基或带交联环式烃基的烷 基的5-亚甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物,具有易与其它单体 共聚合的聚合特性,所获得的单独聚合物及共聚合物在透光性,热稳 定性方面很出色。而且,采用本发明的制作方法可很容易地、高产出 率地制出高纯度的5-亚甲基-1,3-二噁茂烷-4-酮衍生物。
本发明的聚合物对有机溶剂(保护膜溶剂)有很好的溶解性,而 且在耐热性方面也很出色,作为保护膜的组成物树脂是非常适合的。 采用了该聚合物的本发明的保护膜组成物具有充分的灵敏度、析像清 晰度、耐干燥腐蚀性,而且还降低了线条边缘粗糙度
如果采用使用了本化学增幅型保护膜组成物的本发明的模形成 法,则可稳定生成高精度的微细的保护膜。

其中,R1表示4~16碳的交联环式碳氢基,或具有4~16碳的交 联环式碳氢基的1~6碳的直链烷基或者分支烷基;
R2表示氢原子或1~6碳的直链烷基或者分支烷基;
R1和R22组合也可形成4~16碳的交联环式碳氢基。
上述烷基及交联环式碳氢基也可具有1~6碳的直链烷基 或者分支烷基。此外,也可具有羟基、羧基、2~6碳的酰基、1~6 碳的烷氧基或1~6碳的乙醇和酯化了的羧基。
可用式(1)表示的5-亚甲基-1,3-二氧戊环-4-酮介质及 其制造方法,含聚合5-亚甲基-1,3-二氧戊环-4-酮介质获得 的聚合物的抗蚀剂组成物。
附图说明
图1表示式(19)所示化合物的1H-NMR光谱(270MHz, CDCl3),并且
图2表示式(19)所示化合物的13C-NMR光谱(270MHz, CDCl3);
图3表示式(21)所示化合物的1H-NMR光谱(270MHz, CDCl3),并且
图4表示式(21)所示化合物的13C-NMR光谱(270MHz, CDCl3);以及
图5表示式(23)所示化合物的1H-NMR光谱(270MHz, CDCl3),并且
图6表示式(23)所示化合物的13C-NMR光谱(270MHz, CDCl3)。
申请是申请日为2002年10月22日,申请号为02146580.0, 发明名称为“5-亚甲-1,3-二恶茂烷-4-酮诱导体、重合体、化 学增幅型抗蚀组成物及形成方法”的分案申请。
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