JP2008165218A - 化学増幅型レジスト組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
半導体の微細加工における化学増幅型レジスト組成物としては、より優れた解像度と優れたラインエッジラフネスを示すものが求められている。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
A+は、式(Ia)、式(Ib)及び式(Ic)で表されるカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンを表す。]
式(Ib)中、P4及びP5は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
式(Ic)中、P10〜P21は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
Bは、硫黄原子又は酸素原子を表す。
mは、0又は1を表す。]
Q3及びQ4は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
B+は、式(II’)で表されるカチオンを表す。]
P8は、水素原子を表す。
P9は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基もしくは置換されていてもよい芳香環基を表すか、又はP8とP9が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。]
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
A+は、式(Ia)、式(Ib)及び式(Ic)で表されるカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンを表す。]
式(Ib)中、P4及びP5は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
式(Ic)中、P10〜P21は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
Bは、硫黄原子又は酸素原子を表す。
mは、0又は1を表す。]
Q3及びQ4は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
D+は、式(II’)で表されるカチオンを表す。]
P8は、水素原子を表す。
P9は、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12の炭化水素基もしくは置換されていてもよい芳香環基を表すか、又はP8とP9が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。]
シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基などが挙げられる。
直鎖状又は分枝状の炭素数1〜20の置換されていてもよい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、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデカニル基、テトラデカニル基、ペンタデカニル基、ヘキサデカニル基、ヘプタデカニル基、オクタデカニル基、ノナデカニル基、イコサニル基、ヘニコサニル基、ドコサニル基および前記各基の構造異性体;
ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシペンチル基、ヒドロキシヘキシル基、ヒドロキシヘプチル基、ヒドロキシオクチル基、ヒドロキシノニル基、ヒドロキシデシル基、ヒドロキシウンデシル基、ヒドロキシドデシル基、ヒドロキシトリデカニル基、ヒドロキシテトラデカニル基、ヒドロキシペンタデカニル基、ヒドロキシヘキサデカニル基、ヒドロキシヘプタデカニル基、ヒドロキシオクタデカニル基、ヒドロキシノナデカニル基、ヒドロキシイコサニル基および前記各基の構造異性体;
ジヒドロキシメチル基、ジヒドロキシエチル基、ジヒドロキシプロピル基、ジヒドロキシブチル基、ジヒドロキシペンチル基、ジヒドロキシヘキシル基、ジヒドロキシヘプチル基、ジヒドロキシオクチル基、ジヒドロキシノニル基、ジヒドロキシデシル基、ジヒドロキシウンデシル基、ジヒドロキシドデシル基、ジヒドロキシトリデカニル基、ジヒドロキシテトラデカニル基、ジヒドロキシペンタデカニル基、ジヒドロキシヘキサデカニル基、ジヒドロキシヘプタデカニル基、ジヒドロキシオクタデカニル基、ジヒドロキシノナデカニル基、ジヒドロキシイコサニル基および前記各基の構造異性体などが挙げられる。
式(Ib)中、P4及びP5は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
式(Ic)中、P10〜P21は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
Bは、硫黄原子又は酸素原子を表す。
mは、0又は1を表す。]
前記の炭素数1〜12の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられる。
前記の炭素数1〜12のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基などが挙げられる。
前記の炭素数3〜12の環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ビシクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、ビフェニル基などが挙げられる。前記の環状炭化水素基は、直鎖状または分岐状の炭化水素基、アルコキシ基、水酸基及びアミノ基等により置換されていてもよい。
P31〜P36は、それぞれ独立に、水酸基、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
g、h、i、j、kおよびlは、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。]
直鎖状又は分岐状の炭素数1〜12のアルコキシ基しては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基などが挙げられる。
P22〜P24は、式(Ih)におけるのと同じ意味を表す。
環Xは、単環式又は多環式の炭素数3〜30の炭化水素基を表す。ただし、前記の炭化水素基の炭素原子は、カルボニル基で置換されていてもよい。
また、環Xは、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基又はシアノ基を置換基として含んでいてもよい。
Z1は、単結合又は−[CH2]k−を表す。
kは、1〜4の整数を表す。]
P22〜P24は、式(Ih)におけるのと同じ意味を表す。]
Q3及びQ4は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
D+は、式(II’)で表されるカチオンを表す。]
P8は、水素原子を表す。
P9は、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数3〜12のシクロアルキル基もしくは置換されていてもよい芳香環基を表すか、又はP8とP9が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。]
炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基としては、前記と同じものが挙げられる。
Q3及びQ4としては、それぞれ独立にフッ素原子又はトリフロオロメチル基である場合が好ましい。中でも、Q1〜Q4のすべてがフッ素原子である場合がより好ましい。
また、P6とP7とが結合して、アルキレン基などの炭素数3〜12の2価の炭化水素基であってもよい。
P8は水素原子を表す。P9は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、またはフェニル基、ベンジル基などの置換されていてもよい芳香環基をあらわすか、P8とP9とが結合して、アルキレン基などの炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。P9がアルキル基の場合、該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられる。P9がシクロアルキル基の場合、該シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基などが挙げられる。ここで、式(II’)における前記2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。
環Xは、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基又はシアノ基を置換基として含んでいてもよい。
Zは、単結合または−[CH2]k−基を表す。
kは、1〜4の整数を表す。]
P6〜P9は、それぞれ独立に、式(II)におけるのと同じ意味を表す。]
この場合、式(I)で表されるオニウム塩及び式(II)で表されるスルホニウム塩は、それぞれ単独で用いても複数種を使用してもよい。
ここで、4級炭素原子とは、水素原子以外の置換基と結合していて水素とは結合していない炭素原子を意味し、酸に不安定な基としては、エーテル結合のα位の炭素原子が3つの炭素原子と結合した4級炭素原子であることが好ましい。
かかるモノマーとしては、酸に不安定な基として、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル基などのような脂環式構造などの嵩高い基を含むモノマーが、得られるレジストの解像度が優れる傾向があることから好ましい。
嵩高い基を含むモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−アルキル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル、α−クロロアクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、α−クロロアクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルなどが挙げられる。
具体的には、アクリル酸やメタクリル酸のような遊離のカルボン酸基を有するモノマーに由来する構造単位、無水マレイン酸や無水イタコン酸のような脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物に由来する構造単位、2−ノルボルネンに由来する構造単位、(メタ)アクリロニトリルに由来する構造単位、エーテル結合のα位が2級炭素原子または3級炭素原子のアルキルエステルや1−アダマンチルエステルである(メタ)アクリル酸エステル類に由来する構造単位、p−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマーに由来する構造単位、ラクトン環がアルキル基で置換されていてもよい(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンに由来する構造単位などを挙げることができる。なお、1−アダマンチルエステルは、エーテル結合のα位が4級炭素原子であるが、酸に不安定な基であり、1−アダマンチルエステルには水酸基などが結合していてもよい。
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を表す。
p及びqは、それぞれ独立に、1〜3の整数を表す。pが2又は3のときには、R3は互いに異なる基であってもよく、qが2又は3のときには、R4は互いに異なる基であってもよい。]
R5及びR6が基−COOUである場合は、カルボキシル基がエステル結合したものであり、Uに相当するアルコール残基としては、例えば、置換されていてもよい炭素数1〜8程度の炭化水素基、2−オキソオキソラン−3−イル基又は2−オキソオキソラン−4−イル基などを挙げることができる。ここで、該炭化水素基は、水酸基や脂環式炭化水素残基などが置換基として結合していてもよい。]
2−ノルボルネン、
2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、
5−ノルボルネン−2−メタノール、
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物。
R13〜R15は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10程度の炭化水素基、炭素数6〜10程度のアリール基又は炭素数1〜6程度のアルコキシ基を表す。
更に、前記の炭化水素基上、アリール基上、又はアルコキシ基上の水素原子の少なくとも1個は、それぞれ独立に、ヒドロキシル基、アミノ基、又は1〜6個程度の炭素原子を有するアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基上の水素原子の少なくとも1個は、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基で置換されていてもよい。
R16は、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10程度の炭化水素基を表す。更に該炭化水素基上の水素原子の少なくとも1個は、それぞれ独立に、ヒドロキシル基、アミノ基、1〜6個の炭素原子を有するアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基上の水素原子の少なくとも1個は、炭素数1〜4の炭化水素基で置換されていてもよい。
R17〜R20は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10程度の炭化水素基又は炭素数6〜10程度のアリール基を表す。更に、該炭化水素基上又はアリール基上の水素原子の少なくとも1個は、それぞれ独立に、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数1〜6のを有するアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基上の水素原子の少なくとも1個は、炭素数1〜4の炭化水素基で置換されていてもよい。
Wは、炭素数1〜10のアルキレン基、カルボニル基、イミノ基、スルフィド基又はジスルフィド基を表す。該アルキレン基は、好ましくは2〜6程度の炭素原子を有する。]
ここで、固形分とは、化学増幅型レジスト組成物から溶剤を除いた成分の合計量をいう。
また、化学増幅型レジスト組成物に、クエンチャーである塩基性化合物を用いる場合は、レジスト組成物の全固形分量を基準に、0.01〜1重量%程度の範囲で含有するのが好ましい。
化学増幅型レジスト組成物としては、さらに、必要に応じて、増感剤、溶解抑止剤、他の樹脂、界面活性剤、安定剤、染料など、各種の添加物を少量含有することもできる。
ここで用いられる溶剤は、各レジスト成分を溶解し、適当な乾燥速度を有し、溶剤が蒸発した後に均一で平滑な塗膜を与えるものであればよく、この分野で通常工業的に用いられている溶剤が使用しうる。
実施例及び比較例中、含有量ないし使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり重量基準である。また重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型、カラムはTSKgel Multipore HXL−M3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
また、化合物の構造はNMR(日本電子製GX−270型またはEX−270型)、質量分析(LCはAgilent製1100型、MASSはAgilent製LC/MSD型またはLC/MSD TOF型)で確認した。
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル100部、イオン交換水250部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。100℃で3時間還流し、冷却後、濃塩酸88部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を164.8部得た(無機塩含有、純度62.8%)。
(2)ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩5.0部(純度62.8%)、4−オキソ−1−アダマンタノール2.6部、エチルベンゼン100部を仕込み、濃硫酸0.8部を加え、30時間加熱還流した。冷却後、濾過、tert−ブチルメチルエーテルで洗浄し、ジフルオロスルホ酢酸−4−オキソ−1−アダマンチルエステル ナトリウム塩を5.5部得た。1H−NMRによる純度分析の結果、純度35.6%であった。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.2(C18H15S+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C12H13F2O6S-=323.04)
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル100部、イオン交換水150部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。100℃で3時間還流し、冷却後、濃塩酸88部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を164.4部得た(無機塩含有、純度62.7%)。
(2)ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩1.9部(純度62.7%)、N,N−ジメチルホルムアミド9.5部に、1,1’−カルボニルジイミダゾール1.0部を添加し2時間撹拌した。この溶液を、3−ヒドロキシアダマンチルメタノール1.1部、N,N−ジメチルホルムアミド5.5部に、水素化ナトリウム0.2部を添加し、2時間撹拌した溶液に添加した。15時間撹拌後、生成したジフルオロスルホ酢酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメチルエステル ナトリウム塩をそのまま次の反応に用いた。
B2のMS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.07(C18H15S+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 339.10(C13H17F2O6S-=339.07)
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル100部、イオン交換水250部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。100℃で3時間還流し、冷却後、濃塩酸88部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を164.8部得た(無機塩含有、純度62.8%)。
(2)ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩30.0部(純度62.8%)、ヘキサヒドロ−6−ヒドロキシ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ〔b〕フラン−2−オン14.7部、トルエン300部を仕込み、p−トルエンスルホン酸(p−TsOH)18.1部を加え、12時間加熱還流した。その後、濾過した後、残渣にアセトニトリル100部添加撹拌後濾過し、濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ〔b〕フラン−6−イルエステル ナトリウム塩を26.7部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.2(C18H15S+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 311.0(C10H9F2O7S-=311.00)
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル200部、イオン交換水300部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液460部を滴下した。100℃で2.5時間還流し、冷却後、濃塩酸175部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を328.19部得た(無機塩を除去していないため、含有量62.8%)。
(2)(1)で得られたジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩5.0部(含有量62.8%)、4−オキソ−1−アダマンタノール2.6部、エチルベンゼン100部を仕込み、濃硫酸0.8部を加え、30時間加熱還流した。冷却後濾過し、濾過残渣をtert−ブチルメチルエーテルで洗浄することによりジフルオロスルホ酢酸−4−オキソ−1−アダマンチルエステル ナトリウム塩を5.5部得た。1H−NMRによる分析の結果、無機塩を除去していないため含有量は49.1%であった。
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル200部、イオン交換水300部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液460部を滴下した。100℃で2.5時間還流し、冷却後、濃塩酸175部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を328.19部得た(無機塩を除去していないため、含有量62.8%)。
(2)(1)で得られたジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩5.0部(含有量62.8%)、4−オキソ−1−アダマンタノール2.6部、エチルベンゼン100部を仕込み、濃硫酸0.8部を加え、30時間加熱還流した。冷却後濾過し、濾過残渣をtert−ブチルメチルエーテルで洗浄することによりジフルオロスルホ酢酸−4−オキソ−1−アダマンチルエステル ナトリウム塩を5.5部得た。1H−NMRによる分析の結果、無機塩を除去していないため含有量は57.6%であった。
化合物(G2)4.0部、化合物(G3)9.6部(純度50.1%)、クロロホルム96部、イオン交換水48部を混合し、一晩攪拌した。反応後、静置後、水層を分離した。有機層をイオン交換水48部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。有機層に活性炭1.4部を加えて攪拌し、ろ別した。ろ液を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル26部を加えて攪拌し、析出した白色固体をろ別、乾燥して(B6)を4.3部得た。
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル200部、イオン交換水300部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液460部を滴下した。100℃で2.5時間還流し、冷却後、濃塩酸175部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を328.19部得た(無機塩を除去していないため、含有量62.8%)。
(2)ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩123.3部(含有量62.8%)、1−アダマンタンメタノール65.7部、ジクロロエタン600部を仕込み、p−トルエンスルホン酸75.1部を加え、12時間加熱還流した。その後、濃縮してジクロロエタンを留去し、tert−ブチルメチルエーテル400部添加し、リパルプ後、濾過した。残渣にアセトニトリル400部添加撹拌後ろ過を2回繰り返し、濾液を濃縮することにより、ジフルオロスルホ酢酸−1−アダマンチルメチルエステル ナトリウム塩を99.5部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 139.0(C8H11S+=139.06)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C13H17F2O5S-=323.08)
(1)酸発生剤合成例7(2)と同様の方法で得られたジフルオロスルホ酢酸−1−アダマンチルメチルエステル ナトリウム塩32.8部を仕込み、イオン交換水100部に溶解させた。この溶液に、トリフェニルスルホニウム クロライド28.3部、メタノール140部溶液を添加した。15時間撹拌後、濃縮し、クロロホルム200部で2回抽出した。有機層を合わせてイオン交換水で中性になるまで洗浄を繰り返し、得られた有機層を濃縮した。濃縮液をtert−ブチルメチルエーテル300部添加撹拌後得られた白色析出物をろ過し、減圧乾燥することにより白色結晶としてトリフェニルスルホニウム 1−アダマンチルメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート(B8)を39.7部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.2(C18H15S+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C13H17F2O5S-=323.08)
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル200部、イオン交換水300部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液460部を滴下した。100℃で2.5時間還流し、冷却後、濃塩酸175部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩を328.19部得た(無機塩含有、純度62.8%)。
(2)ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩123.3部(純度62.8%)、1−アダマンタンメタノール65.7部、ジクロロエタン600部を仕込み、p−トルエンスルホン酸(p−TsOH)75.1部を加え、12時間加熱還流した。その後、濃縮してジクロロエタンを留去し、tert−ブチルメチルエーテル400部を添加し、リパルプ後、濾過した。残渣にアセトニトリル400部添加撹拌後ろ過を2回繰り返し、濃縮することにより、ジフルオロスルホ酢酸−1−アダマンチルメチルエステル ナトリウム塩を99.5部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 207.0(C12H15OS+=207.08)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C13H17F2O5S-=323.08)
(1)ジフルオロスルホ酢酸−4−オキソ−1−アダマンチルエステル ナトリウム塩10.0部(純度55.2%)を仕込み、アセトニトリル30部、イオン交換水20部の混合溶媒を加えた。これに、1−(2−オキソ−2−フェニルエチル)テトラヒドロチオフェニウム ブロミド5.0部、アセトニトリル10部、イオン交換水5部の溶液を添加した。15時間撹拌後、濃縮し、クロロホルム98部で抽出した。有機層をイオン交換水で洗浄し、得られた有機層を濃縮した。濃縮液を酢酸エチル70部でリパルプすることにより白色固体として1−(2−オキソ−2−フェニルエチル)テトラヒドロチオフェニウム 4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート(C2)を5.2部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 207.1(C12H15OS+=207.08)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C12H13F2O6S-=323.04)
(1)ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル10000部、イオン交換水15000部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液25000部を滴下した。100℃で3時間還流し、冷却後、濃塩酸7754部で中和した。得られた溶液を濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル6000部を加えて攪拌、ろ過した。ろ液を濃縮し、得られた固体をろ過した。ろ液を濃縮してアセトニトリル200部を加えて攪拌、ろ過した。得られた残渣にアセトニトリル200部を加えて攪拌、ろ過、乾燥し、ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩化合物(B8)を605部得た(無機塩を除去していないため純度97.6%)。
(2)ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩5.6部(純度97.6%)、N,N−ジメチルホルムアミド16.7部に、1,1’−カルボニルジイミダゾール4.45部を添加し50℃で2時間撹拌した。この溶液を、3−ヒドロキシアダマンチルメタノール5.0部、N,N−ジメチルホルムアミド15.0部に、水素化ナトリウム1.2部を添加し、50℃で2時間撹拌した溶液に氷浴下添加した。室温で15時間撹拌後、生成したジフルオロスルホ酢酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメチルエステル ナトリウム塩をそのまま次の反応に用いた。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 207.0(C12H15OS+=207.08)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 339.0(C13H17F2O6S-=339.07)
(1)2−ブロモ−4’−メトキシアセトフェノン50部をアセトン150部に溶解し、テトラヒドロチオフェン19部を滴下した。室温で24時間攪拌した後、得られた白色析出物をろ過、アセトン洗浄、乾燥することにより白色結晶として1−(2−オキソ−2−(4’−メトキシフェニルエチル))テトラヒドロチオフェニウム ブロマイドを63部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 237.2(C13H17O2S+=237.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C13H17F2O5S-=323.08)
(1)テトラヒドロチオフェン70.2部をアセトン750部に溶解し、1−ブロモ−3,3−ジメチル−2−ブタノン150部を滴下した。室温で24時間攪拌した後、得られた白色析出物をろ過、アセトン洗浄、乾燥することにより白色結晶として1−(3,3−ジメチル−2−オキソブチル)テトラヒドロチオフェニウム ブロマイドを161.3部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 187.2(C10H19OS+=187.12)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 323.0(C13H17F2O5S-=323.08)
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンを、5:2.5:2.5のモル比で仕込み、全モノマーに対して2重量倍のメチルイソブチルケトンを加えて、溶液とした。そこに、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを全モノマー量に対して2モル%添加し、80℃で約8時間加熱した。その後、反応液を大量のヘプタンに注いで沈殿させる操作を3回行い、精製した。その結果、重量平均分子量が約9200の共重合体を得た。この共重合体は、次式で表される各単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、5−メタクリロイルオキシ−2,6−ノルボルネンラクトンをモル比50:25:25(3.41g:6.38g:6.00g)で仕込み、そこに1,4−ジオキサンを全モノマーの1.28重量倍(32.86g)加え、溶液とした。更に開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを全モノマーの3モル%(0.532g)加え、溶液とした。別途、1,4−ジオキサンを全モノマーの0.72重量倍(18.72g)を仕込み、その後、88℃に昇温し、そこに、上記モノマー溶液を88℃、2時間で仕込み、同温度で5時間攪拌した。反応マスを冷却後、これを大量のメタノールと水の混合溶媒へ注ぎ、得られた沈殿物を大量のメタノールで洗浄する作業を3回行い精製し、乾燥したところ、平均分子量約8500の下記の共重合体16.3g(収率63.0%)を得た。これを樹脂A2とする。
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸1−エチルシクロヘキシル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、5−メタクリロイルオキシ−2,6−ノルボルネンラクトン、α−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンをモル比25:20:5:20:30(23.00g:14.54g:4.38g:16.46g:18.91g)で仕込み、そこに1,4−ジオキサンを全モノマーの1.3重量倍(100.47g)加え、溶液とした。更に開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを全モノマーの2.5モル%(1.52g)加え、溶液とした。別途、1,4−ジオキサンを全モノマーの1.3重量倍(100.47g)を仕込み、その後、87℃に昇温し、そこに、上記モノマー溶液を87℃、2時間で仕込み、同温度で6時間攪拌した。反応マスを冷却後、大量のメタノールで沈澱させる作業を3回行い精製し、乾燥したところ、平均分子量約9100の下記の共重合体55.5g(収率71.8%)を得た。これを樹脂A3とする。
以下の各成分を混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト液を調製した。
B1:トリフェニルスルホニウム 4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート
種類は、表1に記載:計10部
<クエンチャー>
Q1:2、6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤組成>
Y1:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 145部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
露光後は、ホットプレート上にて、表1の「PEB」の欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行った。続いて、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像を行った。
有機反射防止膜基板上のもので、現像後のダークフィールドパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表2に示した。なお、ここでいうダークフィールドパターンとは、外側にクロム層(遮光層)をベースとしてライン状にガラス面(透光部)が形成されたレチクルを介した露光及び現像によって得られ、したがって露光現像後は、ラインアンドスペースパターンの周囲のレジスト層が残されるパターンである。
ラインエッジラフネス評価:リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、比較例1を基準(△で表記)とし、これよりも滑らかになっているものを○、変化の無いものを△、悪化しているものを×として判断した。
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例 No. 樹脂 酸発生剤 クエンチャー PB/PEB
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実施例1 A1/10部 B1/0.30部 C1/0.60部 Q1/0.060部 115℃/115℃
実施例2 A1/10部 B1/0.40部 C1/0.30部 Q1/0.060部 115℃/115℃
実施例3 A1/10部 B1/0.40部 C2/0.30部 Q1/0.060部 115℃/115℃
実施例4 A2/10部 B1/0.40部 C1/0.30部 Q1/0.060部 130℃/125℃
実施例5 A1/10部 B8/0.40部 C1/0.30部 Q1/0.070部 115℃/115℃
実施例6 A1/10部 B3/0.40部 C1/0.30部 Q1/0.070部 115℃/115℃
実施例7 A1/10部 B5/0.60部 C1/0.30部 Q1/0.050部 115℃/115℃
実施例8 A1/10部 B7/0.40部 C1/0.30部 Q1/0.050部 115℃/115℃
実施例9 A1/10部 B1/0.40部 C4/0.30部 Q1/0.060部 115℃/115℃
実施例10 A3/10部 B1/0.40部 C1/0.30部 Q1/0.060部 115℃/105℃
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比較例1 A1/10部 B1/0.50部 Q1/0.060部 115℃/115℃
比較例2 A1/10部 C1/1.50部 Q1/0.060部 115℃/115℃
比較例3 A2/10部 B1/0.50部 Q1/0.055部 130℃/125℃
比較例4 A2/10部 C1/1.20部 Q1/0.055部 130℃/125℃
比較例5 A1/10部 C4/1.50部 Q1/0.060部 115℃/115℃
比較例6 A3/10部 B1/0.50部 Q1/0.060部 115℃/105℃
比較例7 A2/10部 C2/0.50部 Q1/0.060部 120℃/120℃
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例 No. 実効感度 解像度 パターン壁面の
(mJ/cm2) (nm) 平滑性
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実施例1 29 90 ○
実施例2 29 90 ○
実施例3 31 90 ○
実施例4 24 90 ○
実施例5 33 90 ○
実施例6 37 90 ○
実施例7 33 90 ○
実施例8 28 90 ○
実施例9 33 90 ○
実施例10 30 90 ○
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比較例1 30 90 △
比較例2 34 95 ○
比較例3 24 90 ×
比較例4 29 95 △
比較例5 40 95 ○
比較例6 32 90 ×
比較例7 38 95 ×
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Claims (13)
- 式(I)で表されるオニウム塩と、式(II)で表されるスルホニウム塩とを含有する酸発生剤、並びに、酸に不安定な基を持つ重合単位を有し、それ自身はアルカリに不溶又は難溶であるが、酸の作用でアルカリに可溶となる樹脂を含有することを特徴とする化学増幅型レジスト組成物。
[式(I)中、R21は、直鎖状又は分枝状の炭素数1〜20の置換されていてもよい炭化水素基、あるいは炭素数3〜30の置換されていてもよい環状炭化水素基を表す。ただし、該炭化水素基及び該環状炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子に置換されていてもよい。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
A+は、式(Ia)、式(Ib)及び式(Ic)で表されるカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンを表す。
[式(Ia)中、P1〜P3は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜30の炭化水素基を表す。P1〜P3が直鎖状又は分岐状の炭化水素基である場合には、水酸基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の環状炭化水素基の一つ以上を置換基として含んでいてもよく、P1〜P3が環状炭化水素基である場合には、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基の一つ以上を置換基として含んでいてもよい。該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
式(Ib)中、P4及びP5は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
式(Ic)中、P10〜P21は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該炭化水素基及び該アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状であってもよい。
Bは、硫黄原子又は酸素原子を表す。
mは、0又は1を表す。]
[式(II)中、R22は、直鎖状又は分枝状の炭素数1〜20の置換されていてもよい炭化水素基、あるいは炭素数3〜30の置換されていてもよい環状炭化水素基を表す。ただし、該炭化水素基及び該環状炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子に置換されていてもよい。
Q3及びQ4は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
D+は、式(II’)で示されるカチオンを表す。
[式(II’)中、P6及びP7は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜12の炭化水素基を表す。又はP6とP7とが結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。
P8は、水素原子を表す。
P9は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基もしくは置換されていてもよい芳香環基を表すか、又はP8とP9が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。] - Q1〜Q4が、それぞれ独立に、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である請求項1記載の化学増幅型レジスト組成物。
- Q1〜Q4が、フッ素原子である請求項1又は2記載の化学増幅型レジスト組成物。
- 式(I)におけるA+が、式(Id)、式(Ie)又は式(If)のいずれかで表されるカチオンである請求項1〜3のいずれか記載の化学増幅型レジスト組成物。
[式(Id)〜(If)中、P28〜P30は、それぞれ独立に、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜12のアルコキシ基を表すか又はフェニル基以外の炭素数3〜30の環式炭化水素基を表す。
P28〜P30が炭化水素基である場合には、水酸基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の環状炭化水素基の一つ以上を置換基として含んでいてもよく、P28〜P30が環状炭化水素基の場合には、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基の一つ以上を置換基として含んでいてもよい。
P31〜P36は、それぞれ独立に、水酸基、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の環状炭化水素基を表す。
l、k、j、i、h及びgは、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。] - 式(I)で表されるオニウム塩が、式(Ii)、式(Ij)又は式(Ik)で表されるオニウム塩である請求項1〜6のいずれか記載の化学増幅型レジスト組成物。
[式(Ii)、式(Ij)及び式(Ik)中、Q1及びQ2は、式(I)と同じ意味を表す。
P22〜P24は、式(Ih)と同じ意味を表す。
環Xは、単環式又は多環式の炭素数3〜30の炭化水素基を表す。ただし、前記の炭化水素基の炭素原子は、カルボニル基で置換されていてもよい。
また、環Xは、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基又はシアノ基を置換基として含んでいてもよい。
Z1は、単結合又は[CH2]k−を表す。
kは、1〜4の整数を表す。] - 酸発生剤が、式(I)で表されるオニウム塩と、式(II)で表されるスルホニウム塩とを、9:1〜1:9の重量割合で含有する酸発生剤である請求項1〜10のいずれか記載の化学増幅型レジスト組成物。
- 樹脂が嵩高い基及び酸に不安定な基を有するモノマーに由来する構造単位を含む樹脂である請求項1〜11のいずれか記載の化学増幅型レジスト組成物。
- さらに塩基性化合物を含有する請求項1〜12のいずれか記載の化学増幅型レジスト組成物。
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| JP2006329132 | 2006-12-06 | ||
| JP2006329132 | 2006-12-06 | ||
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Publications (2)
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