JP6887394B2 - Sulfonium salt, photoacid generator, composition containing it, and method for manufacturing device - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Description
本発明のひとつの態様は、新規なスルホニウム塩に関する。また、本発明の別の態様は、上記スルホニウム塩を含む光酸発生剤、該光酸発生剤を含む組成物、及び、該組成物を用いたデバイスの製造方法に関する。 One aspect of the present invention relates to a novel sulfonium salt. Another aspect of the present invention relates to a photoacid generator containing the sulfonium salt, a composition containing the photoacid generator, and a method for producing a device using the composition.
半導体デバイス、例えば、DRAM等に代表される高集積回路素子では、一層の高密度化、高集積化、あるいは高速化の要望が高い。それに伴い、各種電子デバイス製造分野では、ハーフミクロンオーダーの微細加工技術の確立、例えば、微細パターン形成のためのフォトリソグラフィ技術開発に対する要求がますます厳しくなっている。 In semiconductor devices, for example, highly integrated circuit elements typified by DRAM and the like, there is a high demand for higher density, higher integration, or higher speed. Along with this, in various electronic device manufacturing fields, there is an increasing demand for establishment of microfabrication technology on the order of half micron, for example, development of photolithography technology for fine pattern formation.
フォトリソグラフィ技術において、露光光として波長365nmのi線が現在広く用いられている。その理由に、照射光源として、廉価でありながら良好な発光強度を示す中圧・高圧水銀灯が利用できることがある。また、i線領域(360nm〜390nm)に発光波長があるLEDランプが近年普及しつつあることも挙げられる。したがって、酸の作用により脱保護又は架橋し、極性変換して現像液に対する溶解性を変化させて現像することでパターニング形成するフォトレジストに添加する光酸発生剤、及び、酸の作用によるカチオン重合により硬化する樹脂に添加する光酸発生剤のうち、i線に対し高い感応性を示す光酸発生剤の必要性は、今後更に高まって行くと考えられる。 In photolithography technology, i-line with a wavelength of 365 nm is currently widely used as exposure light. For this reason, a medium-pressure / high-pressure mercury lamp that is inexpensive but exhibits good emission intensity may be used as the irradiation light source. Another example is that LED lamps having an emission wavelength in the i-line region (360 nm to 390 nm) are becoming widespread in recent years. Therefore, a photoacid generator added to a photoresist that is deprotected or crosslinked by the action of an acid, polar-converted to change its solubility in a developing solution, and developed to form a pattern, and cationic polymerization by the action of an acid. Among the photoacid generators added to the resin that is cured by the above, the need for photoacid generators that are highly sensitive to i-rays is expected to increase in the future.
また、パッケージング用途等の半導体向けi線リソグラフィは、例えばメッキ工程によるバンプ及びメタルポストの形成等のため厚膜での利用が多い。そのため、レジスト溶剤への高い溶解性を確保しつつ高感度であることが好ましいが、合成コストの点から両立するには課題がある。 Further, i-line lithography for semiconductors for packaging applications is often used for thick films because, for example, bumps and metal posts are formed by a plating process. Therefore, it is preferable that the sensitivity is high while ensuring high solubility in the resist solvent, but there is a problem in achieving both in terms of synthesis cost.
既存の光酸発生剤のうち、従来i線の吸収を向上させる目的でフェニルスルファニル基を有するスルホニウム塩に、アルキルケトン、アリールケトン、アントラキノン及びチオキサントンのうち少なくとも1つを付加することに加えて、様々な置換基を付加することで長波長化するが検討されて来た(特許文献1〜3)。しかし、従来の光酸発生剤はいずれもi線領域における吸収が十分でないか、吸収が大きい場合でもi線の吸収が高い構造に直接スルホニウムが付加したのではなくフェニルスルファニル基を介した状態のために光利用効率が低く感度が十分でない。また、1つのスルホニウムに対して複数のi線に吸収が高い構造を付加することで1つの発生酸に必要なi線吸収が大きくなり、透過率を求められる使用方法ではデメリットとなる。 In addition to adding at least one of an alkyl ketone, an aryl ketone, anthraquinone and a thioxanthone to a sulfonium salt having a phenylsulfanyl group for the purpose of improving the absorption of conventional i-rays among existing photoacid generators. It has been studied to lengthen the wavelength by adding various substituents (Patent Documents 1 to 3). However, all conventional photoacid generators do not absorb sufficiently in the i-ray region, or even when the absorption is large, sulfonium is not directly added to the structure with high i-ray absorption, but is mediated by a phenylsulfanyl group. Therefore, the light utilization efficiency is low and the sensitivity is not sufficient. In addition, by adding a structure with high absorption to multiple i-rays for one sulfonium, the i-ray absorption required for one generated acid increases, which is a disadvantage in the usage method where transmittance is required.
本発明のいくつかの態様は、このような事情に鑑み、i線領域に高い吸収を有するチオキサントン骨格を有するスルホニウム塩を提供することを課題とする。また、本発明のいくつかの態様は、上記スルホニウム塩を含む光酸発生剤、該光酸発生剤を含む組成物、及び、該組成物を用いたデバイスの製造方法を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of some aspects of the present invention to provide a sulfonium salt having a thioxanthone skeleton having high absorption in the i-ray region. Another object of the present invention is to provide a photoacid generator containing the sulfonium salt, a composition containing the photoacid generator, and a method for producing a device using the composition. To do.
本発明者等は、チオキサントン骨格を有するスルホニウム塩の3位に特定の置換基を導入することで、3位に当該特定の置換基を有しないスルホニウム塩に比べてi線領域に高い吸収を有することを見出した。 By introducing a specific substituent at the 3-position of the sulfonium salt having a thioxanthone skeleton, the present inventors have higher absorption in the i-line region than the sulfonium salt having no specific substituent at the 3-position. I found that.
上記課題を解決するための本発明のひとつの態様は、下記一般式(1)又は一般式(2)で表されるスルホニウム塩である。
上記式(1)及び(2)中、R1及びR2は独立して各々に、置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜14のアリール基;及び、置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリール基;からなる群より選択されるいずれかである。
上記R1及びR2中の少なくとも1つのメチレン基が2価のヘテロ原子含有基で置換されていてもよい。
また、上記R1及びR2は、単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して、これらが結合する硫黄原子と共に環構造を形成してもよい。
In the above formulas (1) and (2), R 1 and R 2 may independently have a substituent, respectively. A linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms; A linear, branched or cyclic alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a group; an aryl group having 6 to 14 carbon atoms which may have a substituent; and a substituent. It is any one selected from the group consisting of heteroaryl groups having 4 to 12 carbon atoms which may be used.
At least one methylene group in R 1 and R 2 may be substituted with a divalent heteroatom-containing group.
Further, the above R 1 and R 2 form a ring structure together with the sulfur atom to which they are bonded, either directly by a single bond or via any one selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a methylene group. You may.
R3は独立して各々に、置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルコキシ基;;置換基を有していてもよい炭素原子数1〜12のアリールオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルファニル基;置換基を有していてもよいアリールスルファニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールスルファニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルホニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数1〜12のアリールスルホニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールスルホニル基;等である。 R 3 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, each of which may independently have a substituent; and may have a substituent, linear, branched or cyclic. Alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms; linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent ;; the number of carbon atoms which may have a substituent. 1 to 12 aryloxy groups; heteroaryloxy groups having 4 to 12 carbon atoms which may have substituents; linear, branched or cyclic carbon atoms 1 to 12 which may have substituents. Twelve alkylsulfanyl groups; arylsulfanyl groups which may have substituents; heteroarylsulfanyl groups which may have substituents and have 4 to 12 carbon atoms; direct which may have substituents. Chain, branched or cyclic alkylsulfonyl group with 1 to 12 carbon atoms; may have substituents 1 to 12 arylsulfonyl groups; may have substituents 4 carbon atoms ~ 12 heteroarylsulfonyl groups; etc.
R4及びR5は独立して各々に、水素原子;ヒドロキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜14のアリール基;及び、置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリール基;;置換基を有していてもよい分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールカルボニルオキシ基;からなる群より選択されるいずれかである。 Each of R 4 and R 5 independently has a hydrogen atom; a hydroxy group; a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; a substituent. It may have a linear, branched or cyclic alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms; an aryl group having 6 to 14 carbon atoms which may have a substituent; and may have a substituent. Heteroaryl group having 4 to 12 carbon atoms ;; branched or cyclic alkylcarbonyloxy group having 1 to 12 carbon atoms; linear or branched which may have a substituent. Alternatively, an alkenylcarbonyloxy group having 1 to 12 cyclic carbon atoms; an arylcarbonyloxy group having 6 to 12 carbon atoms which may have a substituent; and 4 to 4 carbon atoms which may have a substituent. It is one selected from the group consisting of 12 heteroarylcarbonyloxy groups;
R6は特に制限はないが、ハロゲン原子;ヒドロキシル基;ニトロ基;置換基を有していてもよい直鎖、置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜14のアリール基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜14のヘテロアリール基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルコキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数1〜12のアリールオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルファニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数1〜12のアリールスルファニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルホニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールスルホニル基;及び、置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールスルホニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールカルボニルオキシ基;からなる群より選択されるいずれかである。 R 6 is not particularly limited, but has a halogen atom; a hydroxyl group; a nitro group; a linear chain which may have a substituent, and a linear, branched or cyclic carbon atom number 1 which may have a substituent. Alkyl groups of ~ 12; linear, branched or cyclic alkenyl groups having 1 to 12 carbon atoms which may have substituents; aryl groups having 6 to 14 carbon atoms which may have substituents. Heteroaryl group having 4 to 14 carbon atoms which may have a substituent; linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; It may have an aryloxy group having 1 to 12 carbon atoms; a linear, branched or cyclic alkylsulfanyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; and having a substituent. It may have an arylsulfanyl group having 1 to 12 carbon atoms; a linear, branched or cyclic alkylsulfonyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; and may have a substituent. An arylsulfonyl group having 6 to 12 carbon atoms; and a heteroarylsulfonyl group having 4 to 12 carbon atoms which may have a substituent; a linear, branched or cyclic group which may have a substituent. Alkylcarbonyloxy groups having 1 to 12 carbon atoms; linear, branched or cyclic alkenylcarbonyloxy groups having 1 to 12 carbon atoms which may have substituents; carbons which may have substituents. It is any one selected from the group consisting of an arylcarbonyloxy group having 6 to 12 atoms; a heteroarylcarbonyloxy group having 4 to 12 carbon atoms which may have a substituent;
上記R4、R5及びR6中の少なくとも1つのメチレン基が2価のヘテロ原子含有基で置換されていてもよい。
nは0〜4の整数である。
At least one methylene group in R 4 , R 5 and R 6 may be substituted with a divalent heteroatom-containing group.
n is an integer from 0 to 4.
上記R1〜R5の少なくとも2つは単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して、これらが結合する硫黄原子と共に環構造を形成してもよい。 At least two of R 1 to R 5 described above form a ring structure together with the sulfur atom to which they are bonded, either directly in a single bond or via any one selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a methylene group. It may be formed.
上記式(1)中、2つ以上のR6の少なくとも2つは単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して環構造を形成してもよい。 In the above formula (1), forming at least two of two or more R 6 is directly a single bond or an oxygen atom, a cyclic structure via one selected from the group consisting of a sulfur atom and a methylene group You may.
X-は1価の対アニオンを示す。 X- represents a monovalent counter anion.
本発明の他の態様は、上記スルホニウム塩を含む光酸発生剤である。
本発明の他の態様は、上記スルホニウム塩を含む光酸発生剤と、酸反応性化合物と、を含む組成物である。
また、本発明の他の態様は、上記組成物を基板上に塗布しレジスト膜を形成する工程と、
上記レジスト膜に活性エネルギー線を照射する工程と、
上記レジスト膜を現像する工程と、を含むデバイスの製造方法である。
Another aspect of the present invention is a photoacid generator containing the sulfonium salt.
Another aspect of the present invention is a composition containing the photoacid generator containing the sulfonium salt and an acid-reactive compound.
Further, another aspect of the present invention includes a step of applying the above composition on a substrate to form a resist film.
The step of irradiating the resist film with active energy rays and
This is a method for manufacturing a device including the step of developing the resist film.
本発明によれば、i線領域に高い吸収を有するチオキサントン骨格を有するスルホニウム塩を提供できる。また、本発明のひとつの態様におけるスルホニウム塩は、2量体カチオンの含有量が少なく、乳酸エチル等の特定のレジスト溶媒に高い溶解性を有する。それにより、i線領域に高い感度を有する光酸発生剤、組成物、及び、デバイスの製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a sulfonium salt having a thioxanthone skeleton having high absorption in the i-ray region. Further, the sulfonium salt in one embodiment of the present invention has a low content of dimer cations and has high solubility in a specific resist solvent such as ethyl lactate. Thereby, it is possible to provide a method for producing a photoacid generator, a composition, and a device having high sensitivity in the i-ray region.
以下、本発明について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
<1>スルホニウム塩
本発明のひとつの態様に係るスルホニウム塩は、上記一般式(1)で表される。
Hereinafter, the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited thereto.
<1> Sulfonium salt The sulfonium salt according to one aspect of the present invention is represented by the above general formula (1).
R1及びR2における直鎖状の炭素原子数1〜12のアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。
R1及びR2における分岐状の炭素原子数1〜12のアルキル基として具体的には、イソプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
R1及びR2における環状の炭素原子数1〜12のアルキル基として具体的には、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、アダマンタン−1−イル基、アダマンタン−2−イル基、ノルボルナン−1−イル基及びノルボルナン−2−イル基等が挙げられる。
Specific examples of the linear alkyl group having 1 to 12 carbon atoms in R 1 and R 2 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group and the like.
Specific examples of the branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms in R 1 and R 2 include an isopropyl group and a t-butyl group.
Specific examples of the cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms in R 1 and R 2 include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, an adamantan-1-yl group, and an adamantan-2-yl group. Examples thereof include a norbornan-1-yl group and a norbornan-2-yl group.
R1及びR2がメチレン基を有する場合、少なくとも1つのメチレン基に代えて、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−N(R7)−、−N(Ar1)−、−S−、−SO−及び−SO2−からなる群より選ばれる1種のヘテロ原子含有基を骨格に含んでいてもよい。ただし、−O−O−及び−S−S−等の同じヘテロ原子の連続した繋がりを有しないことが好ましい。
なお、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−及び−NH−等における窒素原子に結合する水素原子は、R7又はAr1で置換されていても良い。R7及びAr1については後述する。
ただし、硫黄原子(S+)はヘテロ原子含有基に直接結合せずに、メチレン基等の2価の炭化水素基を介してヘテロ原子含有基と結合していることが好ましい。
R1及びR2のアルケニル基は、上記アルキル基の少なくとも1つの炭素−炭素一重結合が、炭素−炭素二重結合に置換されたものが挙げられる。
When R 1 and R 2 have a methylene group, instead of at least one methylene group, -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -NHCO-,- CONH-, -NH-CO-O-, -O-CO-NH-, -NH-, -N (R 7 )-, -N (Ar 1 )-, -S-, -SO- and -SO 2 The skeleton may contain one heteroatom-containing group selected from the group consisting of −. However, it is preferable not to have a continuous connection of the same heteroatoms such as —O— and —SS—.
The hydrogen atom bonded to the nitrogen atom in -NHCO-, -CONH-, -NH-CO-O-, -O-CO-NH-, -NH-, etc. is replaced with R 7 or Ar 1. Is also good. R 7 and Ar 1 will be described later.
However, it is preferable that the sulfur atom (S + ) is not directly bonded to the heteroatom-containing group but is bonded to the heteroatom-containing group via a divalent hydrocarbon group such as a methylene group.
Examples of the alkenyl groups of R 1 and R 2 include those in which at least one carbon-carbon single bond of the above alkyl group is replaced with a carbon-carbon double bond.
R1及びR2の炭素原子数6〜14のアリール基として具体的には、単環芳香族炭化水素基、及び、該単環芳香族炭化水素が少なくとも2環縮合した縮合多環芳香族炭化水素基等を挙げることができる。これらアリール基は、置換基を有していてもよい。
上記単環芳香族炭化水素基としては、フェニル基が挙げられる。
上記縮合多環芳香族炭化水素基としては、インデン、ナフタレン、アズレン、アントラセン及びフェナントレン等の骨格を有する基が挙げられる。
Specifically, as the aryl group having 6 to 14 carbon atoms of R 1 and R 2 , a monocyclic aromatic hydrocarbon group and a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon obtained by condensing at least two rings of the monocyclic aromatic hydrocarbon. Hydrogen groups and the like can be mentioned. These aryl groups may have a substituent.
Examples of the monocyclic aromatic hydrocarbon group include a phenyl group.
Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include groups having a skeleton such as indene, naphthalene, azulene, anthracene and phenanthrene.
R1及びR2の炭素原子数4〜12のヘテロアリール基としては、上記アリール基の少なくとも1つの炭素原子に代えて、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子から選択される少なくともいずれかを骨格に含むものが挙げられる。 As the heteroaryl group having 4 to 12 carbon atoms of R 1 and R 2 , at least one selected from oxygen atom, nitrogen atom and sulfur atom is used as a skeleton instead of at least one carbon atom of the aryl group. Included.
上記ヘテロアリール基としては、単環芳香族複素環基、及び、該単環芳香族複素環の少なくとも1つが上記芳香族炭化水素基又は脂肪族複素環基等と縮合した縮合多環芳香族複素環基等を挙げることができる。これら芳香族複素環基は、置換基を有していてもよい。
上記単環芳香族複素環基としては、フラン、チオフェン、チアゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピリミジン及びピラジン等の骨格を有する基が挙げられる。
The heteroaryl group includes a monocyclic aromatic heterocyclic group, and a condensed polycyclic aromatic heterocycle in which at least one of the monocyclic aromatic heterocycles is condensed with the aromatic hydrocarbon group, the aliphatic heterocyclic group, or the like. Ring groups and the like can be mentioned. These aromatic heterocyclic groups may have a substituent.
Examples of the monocyclic aromatic heterocyclic group include groups having a skeleton such as furan, thiophene, thiazole, pyrrole, imidazole, pyridine, pyrimidine and pyrazine.
縮合多環芳香族複素環基としては、インドール、プリン、キノリン、イソキノリン、クロメン、フェノキサジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン及びカルバゾール等の骨格を有する基が挙げられる。 Examples of the condensed polycyclic aromatic heterocyclic group include groups having a skeleton such as indole, purine, quinoline, isoquinoline, chromene, phenoxazine, xanthene, acridine, phenazine and carbazole.
R1及びR2が有してもよい置換基(以下、「第1置換基」ともいう)としては、ヒドロキシ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシ基、アルコキシ基(−OR7)、アルキルスルファニル基(−CSR7)、アルキルカルボニル基(−COR7)、アルコキシカルボニル基(−COOR7)、アリール基(−Ar1)、アリールオキシ基(−OAr1)、アリールスルファニル基(−CSAr1)、アミノ基、アルキルアミノ基(−NHR7)、ジアルキルアミノ基(−N(R7)2)、アリールアミノ基(−NHAr1)、ジアリールアミノ基(−N(Ar1)2)、N−アルキル−N−アリールアミノ基(−NR7Ar1)ホスフィノ基、シリル基、ハロゲン原子、トリアルキルシリル基(−Si−(R7)3)、該トリアルキルシリル基のアルキル基の少なくとも1つがAr1で置換されたシリル基、アルキルスルファニル基(−SR7)及びアリールスルファニル基(−SAr1)等を挙げることができるが、これらに制限されない。
これらの中でも、第1置換基としてヒドロキシ基、メルカプト基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基及びシアノ基等の極性基を有すると、リソグラフィ特性が良好となることから好ましい。
また、第1置換基として(メタ)アクリロイル基等の重合性基を有していてもよい。
Examples of the substituent (hereinafter, also referred to as “first substituent”) that R 1 and R 2 may have include a hydroxy group, a cyano group, a mercapto group, a carboxy group, an alkoxy group (-OR 7 ), and an alkylsulfanyl. group (-CSR 7), alkylcarbonyl group (-COR 7), an alkoxycarbonyl group (-COOR 7), an aryl group (-Ar 1), an aryloxy group (-OAr 1), arylsulfanyl group (-CSAr 1) , Amino group, alkylamino group (-NHR 7 ), dialkylamino group (-N (R 7 ) 2 ), arylamino group (-NHAr 1 ), diarylamino group (-N (Ar 1 ) 2 ), N- Alkyl-N-arylamino group (-NR 7 Ar 1 ) phosphino group, silyl group, halogen atom, trialkylsilyl group (-Si- (R 7 ) 3 ), at least one of the alkyl groups of the trialkylsilyl group Examples thereof include, but are not limited to, a silyl group substituted with Ar 1 , an alkylsulfanyl group (-SR 7 ), an arylsulfanyl group (-SAR 1 ), and the like.
Among these, it is preferable to have a polar group such as a hydroxy group, a mercapto group, an alkylsulfanyl group, an arylsulfanyl group and a cyano group as the first substituent because the lithography characteristics are improved.
Further, it may have a polymerizable group such as a (meth) acryloyl group as the first substituent.
上記R1及びR2は、単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して、これらが結合する硫黄原子と共に環構造を形成してもよい。 The above R 1 and R 2 form a ring structure together with the sulfur atom to which they are bonded, either directly in a single bond or via any one selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a methylene group. May be good.
上記第1置換基中の上記R7は、炭素数1以上のアルキル基であることが好ましい。炭素数1以上のアルキル基としては、上記R1及びR2としてのアルキル基と同じ選択肢から選択できる。また、上記R1のとしてのアルキル基の水素の1つがトリメチルシリル基、トリエチルシリル基又はジメチルエチルシリル基等のトリアルキルシリル基で置換されたシリル基置換アルキル基;これらの水素原子の少なくとも1つがシアノ基又はフルオロ基等で置換されたアルキル基;等も好ましく挙げられる。 The R 7 in the first substituent is preferably an alkyl group having 1 or more carbon atoms. The alkyl group having 1 or more carbon atoms can be selected from the same options as the alkyl groups as R 1 and R 2 described above. Further, one of the hydrogens of the alkyl group as R 1 is a silyl group substituted alkyl group substituted with a trialkylsilyl group such as a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group or a dimethylethylsilyl group; at least one of these hydrogen atoms is Alkyl groups substituted with a cyano group, a fluoro group or the like; and the like are also preferably mentioned.
上記第1置換基中のAr1は、アリール基又はヘテロアリール基であることが好ましい。Ar1としては、上記R1及びR2としてのアリール基及びヘテロアリール基と同じ選択肢から選択できる。
なお、本発明の一つの態様におけるスルホニウム塩は、ポリマーの一部に結合したポリマー成分であってもよく、また、ポリマーユニットとして含まれるポリマー成分であってもよい。
本発明において、低分子化合物とは重量平均分子量が2000未満のものであり、ポリマー成分とは重量平均分子量が2000以上のものとする。
Ar 1 in the first substituent is preferably an aryl group or a heteroaryl group. Ar 1 can be selected from the same options as the aryl group and heteroaryl group as R 1 and R 2 described above.
The sulfonium salt in one embodiment of the present invention may be a polymer component bonded to a part of the polymer, or may be a polymer component contained as a polymer unit.
In the present invention, the low molecular weight compound has a weight average molecular weight of less than 2000, and the polymer component has a weight average molecular weight of 2000 or more.
R1及びR2としては、i線領域での高い吸収と安定性の向上の点からアリール基が好ましい。 As R 1 and R 2 , aryl groups are preferable from the viewpoint of high absorption in the i-line region and improvement of stability.
R3におけるアルキル基及びアルケニル基は、それぞれ上記R1及びR2としてのアルキル基及びアルケニル基と同じ選択肢から選択できる。
R3におけるアルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルスルファニル基及びアリールスルファニル基は、それぞれ上記第1置換基のアルコキシ基、上記アリールオキシ基、上記アルキルスルファニル基及び上記アリールスルファニル基と同じ選択肢から選択できる。
R3におけるアルキルスルホニル基は及びアリールスルホニル基は、スルホニル基が上記第1置換基としてのアルキル基又はアリール基を有するものが挙げられる。
R3は置換基(以下、「第2置換基」ともいう)を有しても良い。上記第2置換基は上記第1置換基と同様の選択肢から選択できる。
The alkyl group and alkenyl group in R 3 can be selected from the same options as the alkyl group and alkenyl group as R 1 and R 2, respectively.
The alkoxy group, aryloxy group, alkylsulfanyl group and arylsulfanyl group in R 3 can be selected from the same options as the alkoxy group of the first substituent, the aryloxy group, the alkylsulfanyl group and the arylsulfanyl group, respectively.
Examples of the alkylsulfonyl group and the arylsulfonyl group in R 3 include those in which the sulfonyl group has an alkyl group or an aryl group as the first substituent.
R 3 may have a substituent (hereinafter, also referred to as “second substituent”). The second substituent can be selected from the same options as the first substituent.
R3として好ましくは、吸収のシフトにより365nmのモル吸光係数を向上させる点からアルキルオキシ基又はアリールオキシ基であることが好ましい。 R 3 is preferably an alkyloxy group or an aryloxy group from the viewpoint of improving the molar extinction coefficient at 365 nm by shifting absorption.
R4及びR5としてのアルキル基、アルケニル基、アリール基及びヘテロアリール基は、それぞれ上記記R1及びR2としてのアルキル基、アルケニル基、アリール基及びヘテロアリール基と同じ選択肢から選択できる。
R4及びR5としてのアルキルカルボニルオキシ基、アルケニルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基及びヘテロアリールカルボニルオキシ基は、カルボニルオキシ基が第1置換基としてのアルキル基又はアリール基を有するものが挙げられる。
R4及びR5は置換基(以下、「第3置換基」ともいう)を有しても良い。上記第3置換基としては、上記第1置換基と同様のものが挙げられる。
The alkyl group, alkenyl group, aryl group and heteroaryl group as R 4 and R 5 can be selected from the same options as the alkyl group, alkenyl group, aryl group and heteroaryl group as R 1 and R 2, respectively.
Examples of the alkylcarbonyloxy group, alkenylcarbonyloxy group, arylcarbonyloxy group and heteroarylcarbonyloxy group as R 4 and R 5 include those in which the carbonyloxy group has an alkyl group or an aryl group as the first substituent. ..
R 4 and R 5 may have a substituent (hereinafter, also referred to as “third substituent”). Examples of the third substituent include those similar to the first substituent.
R4及びR5としては、365nmのモル吸光係数を高くする点からアルキル、アルケニル又はアラルキル基が好ましい。 As R 4 and R 5 , alkyl, alkenyl or aralkyl groups are preferable from the viewpoint of increasing the molar extinction coefficient at 365 nm.
R6のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等が挙げられる。
R6のアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルホニル基;アリールスルホニル基、ヘテロアリールスルホニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルケニルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基及びヘテロアリールカルボニルオキシ基は、R4及びR5と同じ選択肢から選択できる。
Examples of the halogen atom of R 6 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
Alkyl group, an alkenyl group of R 6, an aryl group, a heteroaryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylsulfanyl group, an arylsulfanyl group, an alkylsulfonyl group; arylsulfonyl groups, heteroarylsulfonyl groups, alkylcarbonyloxy groups, alkenyl carbonyloxy group, an arylcarbonyloxy group and heteroarylcarbonyl group may be selected from the same options as R 4 and R 5.
上記R4、R5及びR6中の少なくとも1つのメチレン基が上記2価のヘテロ原子含有基で置換されていてもよい。
nは0〜4の整数である。
上記R1〜R5の少なくとも2つは単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して、これらが結合する硫黄原子と共に環構造を形成してもよい。
2つ以上のR6の少なくとも2つは単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して環構造を形成してもよい。
At least one methylene group in the above R 4 , R 5 and R 6 may be substituted with the above divalent heteroatom-containing group.
n is an integer from 0 to 4.
At least two of R 1 to R 5 described above form a ring structure together with the sulfur atom to which they are bonded, either directly in a single bond or via any one selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a methylene group. It may be formed.
At least two of the two or more R 6 is directly a single bond or an oxygen atom, may form a ring structure via one selected from the group consisting of a sulfur atom and a methylene group.
なお、本発明の一つの態様におけるスルホニウム塩は、ポリマーの一部に結合したポリマー成分であってもよく、また、ポリマーユニットとして含まれるポリマー成分であってもよい。ポリマー成分であるときは、上記第2置換基としてはポリマーの主鎖が挙げられ、R1〜R6の各炭素原子数は、ポリマー全体で重量平均分子量が2000〜200000となるように調整することが好ましい。 The sulfonium salt in one embodiment of the present invention may be a polymer component bonded to a part of the polymer, or may be a polymer component contained as a polymer unit. When it is a polymer component, the main chain of the polymer is mentioned as the second substituent , and the number of carbon atoms of each of R 1 to R 6 is adjusted so that the weight average molecular weight of the entire polymer is 2000 to 200,000. Is preferable.
本発明のいくつかの態様において、スルホニウムオニウムカチオンとして例えば下記に示すものが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。 In some aspects of the present invention, examples of the sulfonium onium cation include those shown below, but the present invention is not limited thereto.
上記X−は1価の対アニオンである。 The above X − is a monovalent counter anion.
上記アニオンとしては特に制限はなく、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、イミドアニオン、メチドアニオン、カーボアニオン、ボレートアニオン、ハロゲンアニオン、リン酸アニオン、アンチモン酸アニオン、ヒ酸アニオン等のアニオンが挙げられる。
より詳しくは、アニオンとして、ZAa−、(Rf)bPF(6-b) −、R10 cBA(4−c) −、R10 cGaA(4−c) −、R11SO3 −、(R11SO2)3C−又は(R11SO2)2N−で表されるアニオンが好ましく挙げられる。Rfの2個、R10及びR11の2個はそれぞれ、互いに結合して環を形成してもよい。
The anion is not particularly limited, and examples thereof include anions such as sulfonic acid anion, carboxylate anion, imide anion, methide anion, carbo anion, borate anion, halogen anion, phosphate anion, antimonate anion, and arsenic anion.
More specifically, as an anion, ZA a-, (Rf) b PF (6-b) -, R 10 c BA (4-c) -, R 10 c GaA (4-c) -, R 11 SO 3 - , (R 11 SO 2 ) 3 C − or (R 11 SO 2 ) 2 N − anions are preferred. Two of Rf and two of R 10 and R 11 may be combined with each other to form a ring.
Zは、リン原子、ホウ素原子又はアンチモン原子を表す。Aはハロゲン原子(フッ素原子が好ましい。)を表す。
Pはリン原子、Fはフッ素原子、Bはホウ素原子、Gaはガリウム原子を表す。
Sはイオウ原子、Oは酸素原子、Cは炭素原子、Nは窒素原子を表す。
Z represents a phosphorus atom, a boron atom or an antimony atom. A represents a halogen atom (preferably a fluorine atom).
P represents a phosphorus atom, F represents a fluorine atom, B represents a boron atom, and Ga represents a gallium atom.
S represents a sulfur atom, O represents an oxygen atom, C represents a carbon atom, and N represents a nitrogen atom.
Rfは、水素原子の80モル%以上がフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましく、アルキル基としては炭素原子数1〜8のアルキル基が好ましい。フッ素置換によりRfとするアルキル基としては、直鎖アルキル基(メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル及びオクチル等)、分枝鎖アルキル基(イソプロピル、イソブチル、s−ブチル及びt−ブチル等)及びシクロアルキル基(シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル及びシクロヘキシル等)等が挙げられる。Rfにおいてこれらのアルキル基の水素原子がフッ素原子に置換されている割合は、もとのアルキル基が有していた水素原子のモル数に基づいて、80モル%以上が好ましく、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは100%である。
フッ素原子による置換割合がこれら好ましい範囲にあると、スルホニウム塩の光感応性がさらに良好となる。特に好ましいRfとしては、CF3 −、CF3CF2 −、(CF3)2CF−、CF3CF2CF2 −、CF3CF2CF2CF2 −、(CF3)2CFCF2 −、CF3CF2(CF3)CF−及び(CF3)3C−が挙げられる。b個のRfは、相互に独立であり、従って、互いに同一でも異なっていてもよい。
Rf is preferably an alkyl group in which 80 mol% or more of hydrogen atoms are substituted with a fluorine atom, and the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Alkyl groups to be Rf by fluorine substitution include linear alkyl groups (methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, octyl, etc.), branched alkyl groups (isopropyl, isobutyl, s-butyl, t-butyl, etc.) and Cycloalkyl groups (cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, etc.) and the like can be mentioned. The ratio of hydrogen atoms of these alkyl groups substituted with fluorine atoms in Rf is preferably 80 mol% or more, more preferably 90, based on the number of moles of hydrogen atoms possessed by the original alkyl group. % Or more, particularly preferably 100%.
When the substitution ratio by the fluorine atom is in these preferable ranges, the photosensitivity of the sulfonium salt is further improved. Particularly preferred Rf are CF 3 − , CF 3 CF 2 − , (CF 3 ) 2 CF − , CF 3 CF 2 CF 2 − , CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 − , (CF 3 ) 2 CFCF 2 −. , CF 3 CF 2 (CF 3 ) CF − and (CF 3 ) 3 C − . The b Rfs are independent of each other and therefore may be the same or different from each other.
R10は、水素原子の一部が少なくとも1個のハロゲン原子又は電子求引基で置換されたフェニル基を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等が挙げられる。電子求引基としては、トリフルオロメチル基、ニトロ基及びシアノ基等が挙げられる。これらのうち、1個の水素原子がフッ素原子又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニル基が好ましい。c個のR10は相互に独立であり、従って、互いに同一でも異なっていてもよい。 R 10 represents a phenyl group in which a part of a hydrogen atom is substituted with at least one halogen atom or an electron-withdrawing group. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom and a bromine atom. Examples of the electron attracting group include a trifluoromethyl group, a nitro group and a cyano group. Of these, a phenyl group in which one hydrogen atom is replaced with a fluorine atom or a trifluoromethyl group is preferable. The c R 10s are independent of each other and therefore may be the same or different from each other.
R11は炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のパーフルオロアルキル基又は炭素原子数6〜20のアリール基を表し、アルキル基及びパーフルオロアルキル基は直鎖、分枝鎖状又は環状のいずれでもよく、アリール基は無置換であっても、置換基を有していてもよい。 R 11 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a perfluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and the alkyl group and the perfluoroalkyl group are linear or branched. It may be chain-like or cyclic, and the aryl group may be unsubstituted or have a substituent.
aは4〜6の整数を表す。bは1〜5の整数を表し、好ましくは2〜4、特に好ましくは2又は3である。cは、1〜4の整数を表し、好ましくは4である。 a represents an integer of 4 to 6. b represents an integer of 1 to 5, preferably 2 to 4, particularly preferably 2 or 3. c represents an integer of 1 to 4, preferably 4.
ZAa −で表されるアニオンとしては、SbF6 −、PF6 −及びBF4 −で表されるアニオン等が挙げられる。 Examples of the anion represented by ZA a − include anions represented by SbF 6 − , PF 6 − and BF 4 − .
(Rf)bPF(6−b) −で表されるアニオンとしては、(CF3CF2)2PF4 −、(CF3CF2)3PF3 −、((CF3)2CF)2PF4 −、((CF3)2CF)3PF3 −、(CF3CF2CF2)2PF4 −、(CF3CF2CF2)3PF3 −、((CF3)2CFCF2)2PF4 −、((CF3)2CFCF2)3PF3 −、(CF3CF2CF2CF2)2PF4 −及び(CF3CF2CF2CF2)3PF3 −で表されるアニオン等が挙げられる。これらのうち、(CF3CF2)3PF3 −、(CF3CF2CF2)3PF3 −、((CF3)2CF)3PF3 −、((CF3)2CF)2PF4 −、((CF3)2CFCF2)3PF3 −及び((CF3)2CFCF2)
2PF4 −で表されるアニオンが好ましい。
(Rf) b PF (6- b) - as the anion represented by the, (CF 3 CF 2) 2 PF 4 -, (CF 3 CF 2) 3 PF 3 -, ((CF 3) 2 CF) 2 PF 4 -, ((CF 3 ) 2 CF) 3 PF 3 -, (CF 3
2 PF 4 - anion represented by are preferred.
R10 cBA(4−c) −で表されるアニオンとしては、(C6F5)4B−、((CF3)2C6H3)4B−、(CF3C6H4)4B−、(C6F5)2BF2 −、C6F5BF3 −及び(C6H3F2)4B−で表されるアニオン等が挙げられる。これらのうち、(C6F5)4B−及び((CF3)2C6H3)4B−で表されるアニオンが好ましい。 The anions represented by R 10 c BA (4-c) − include (C 6 F 5 ) 4 B − , ((CF 3 ) 2 C 6 H 3 ) 4 B − , (CF 3 C 6 H 4). ) 4 B -, (C 6 F 5) 2 BF 2 -, C 6 F 5 BF 3 - and (C 6 H 3 F 2) 4 B - anion, and the like represented. Of these, anions represented by (C 6 F 5 ) 4 B − and ((CF 3 ) 2 C 6 H 3 ) 4 B − are preferred.
R10 cGaA(4−c) −で表されるアニオンとしては、(C6F5)4Ga−、((CF3)2C6H3)4Ga−、(CF3C6H4)4Ga−、(C6F5)2GaF2 −、C6F5GaF3 −及び(C6H3F2)4Ga−で表されるアニオン等が挙げられる。これらのうち、(C6F5)4Ga−及び((CF3)2C6H3)4Ga−で表されるアニオンが好ましい。 The anions represented by R 10 c GaA (4-c) − include (C 6 F 5 ) 4 Ga − , ((CF 3 ) 2 C 6 H 3 ) 4 Ga − , (CF 3 C 6 H 4). ) 4 Ga − , (C 6 F 5 ) 2 Ga F 2 − , C 6 F 5 Ga F 3 − and (C 6 H 3 F 2 ) 4 Ga − , and the like. Of these, anions represented by (C 6 F 5 ) 4 Ga − and ((CF 3 ) 2 C 6 H 3 ) 4 Ga − are preferable.
R11SO3 −で表されるアニオンとして、WO2011/093139号公報に記載のものが挙げられる。感放射線性酸発生剤として具体的には下記式(a1)に示すアニオン構造を有するスルホン酸誘導体が好ましいが、これに限定されない。 Examples of the anion represented by R 11 SO 3 − include those described in WO2011 / 093139. Specifically, as the radiation-sensitive acid generator, a sulfonic acid derivative having an anionic structure represented by the following formula (a1) is preferable, but the agent is not limited thereto.
R11aCOOCH2CH2CFHCF2SO3 − (a1)
上記式(a1)において、R11aは、置換基を有していてもよい炭素原子数1〜20の1価の有機基を示す。上記有機基として、好ましくは、炭素原子数1〜20の下記式で表される基が挙げられる。
R11b−(L−R11c)m− (a2)
R 11a COOCH 2 CH 2 CFHCF 2 SO 3 - (a1)
In the above formula (a1), R 11a represents a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. The organic group preferably includes a group represented by the following formula having 1 to 20 carbon atoms.
R 11b- (L-R 11c ) m- (a2)
上記式(a2)において、R11bは、直鎖状、分岐状又は環状の1価の脂肪族炭化水素基;1価の芳香族炭化水素基;並びに、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−N=、−S−、−SO−及び−SO2−からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を骨格に含む1価の脂肪族複素環基又は1価の芳香族複素環基;から選ばれるいずれかの1価の基である。
また、Lは、各々独立に、直接結合;又は−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−及び−CO−O−CH2−CO−O−からなる群より選ばれる
いずれかの基である。
R11cは、各々独立に、直鎖状、分岐状又は環状の2価の脂肪族炭化水素基;2価の芳香族炭化水素基;並びに、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O
−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−N=、−S−、−SO−及び−SO2−からなる群より選ばれる少なくとも1種の基
を骨格に含む2価の脂肪族複素環基又は2価の芳香族複素環基;より選ばれるいずれかの2価の基である。
In the above formula (a2), R 11b is a linear, branched or cyclic monovalent aliphatic hydrocarbon group; a monovalent aromatic hydrocarbon group; and -O-, -CO-, -COO. -, -OCO-, -O-CO-O-, -NHCO-, -CONH-, -NH-CO-O-, -O-CO-NH-, -NH-, -N =, -S-, Any monovalent group selected from a monovalent aliphatic heterocyclic group or a monovalent aromatic heterocyclic group containing at least one group in the skeleton selected from the group consisting of −SO − and −SO 2 −. It is a group.
In addition, L is directly bound to each other independently; or -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -NHCO-, -CONH-, -NH-CO-. It is any group selected from the group consisting of O-, -O-CO-NH-, -NH-, -S- and -CO-O-CH 2-CO-O-.
Each of R 11c independently has a linear, branched or cyclic divalent aliphatic hydrocarbon group; a divalent aromatic hydrocarbon group; and -O-, -CO-, -COO-,-. OCO-, -O-CO-O
From the group consisting of-, -NHCO-, -CONH-, -NH-CO-O-, -O-CO-NH-, -NH-, -N =, -S-, -SO- and -SO 2- A divalent aliphatic heterocyclic group or a divalent aromatic heterocyclic group containing at least one selected group in the skeleton; any of the divalent groups selected from the above.
また、上記式(a2)において、mは0又は1〜10の整数である。ただし、mが0のときR11aが前記ヒドロキシル基を有し、mが1以上のときR11b及びR11cのうち少なくともいずれかが上記ヒドロキシル基を有する。mは0〜5が好ましく、0〜3がより好ましい。
なお、R11aが置換基を有している場合、その置換基の炭素原子数も含めて、炭素原子数1〜200であることが好ましく、炭素原子数1〜100であることがより好ましく、炭素原子数1〜30であることがさらに好ましく、炭素原子数3〜30であることが特に好ましい。また、R11aが置換基を有していることが好ましく、すなわち、R11b及びR11cが有する少なくとも1つの水素が該置換基で置換されていることが好ましい。
R11aが有していてもよい上記置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリール基、アリーロキシ基、ホスフィノ基、アルキルチオ基及びアリールチオ基等を挙げることができるが、これらに制限されない。
R11SO3 −で表されるアニオンとしては、上記式(a1)に示すアニオン以外に、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロエタンスルホン酸アニオン、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸アニオン、ノナフルオロブタンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロフェニルスルホン酸アニオン、p−トルエンスルホン酸アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、エタンスルホン酸アニオン、プロパンスルホン酸アニオン及びブタンスルホン酸アニオン等が挙げられる。これらのうち、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ノナフルオロブタンスルホン酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、ブタンスルホン酸アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン及びp−トルエンスルホン酸アニオン等が挙げられる。
Further, in the above formula (a2), m is 0 or an integer of 1 to 10. However, when m is 0, R 11a has the hydroxyl group, and when m is 1 or more, at least one of R 11b and R 11c has the hydroxyl group. m is preferably 0 to 5, more preferably 0 to 3.
When R 11a has a substituent, the number of carbon atoms is preferably 1 to 200, more preferably 1 to 100, including the number of carbon atoms of the substituent. The number of carbon atoms is more preferably 1 to 30, and the number of carbon atoms is particularly preferably 3 to 30. Further, it is preferable that R 11a has a substituent, that is, at least one hydrogen of R 11b and R 11c is substituted with the substituent.
Examples of the substituent that R 11a may have include a hydroxy group, a carboxyl group, an alkoxy group, an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryl group, an aryloxy group, a phosphino group, an alkylthio group and an arylthio group. Yes, but not limited to these.
R 11 SO 3 - as the anion represented by, in addition to anions represented by the above formula (a1), trifluoromethanesulfonic acid anion, pentafluoroethanesulfonate anion, heptafluoropropanesulfonate acid anion, nonafluorobutanesulfonic acid anion , Pentafluorophenyl sulfonic acid anion, p-toluene sulfonic acid anion, benzene sulfonic acid anion, camphor sulfonic acid anion, methane sulfonic acid anion, ethane sulfonic acid anion, propane sulfonic acid anion, butane sulfonic acid anion and the like. Among these, trifluoromethanesulfonic acid anion, nonafluorobutanesulfonic acid anion, methanesulfonic acid anion, butanesulfonic acid anion, benzenesulfonic acid anion, p-toluenesulfonic acid anion and the like can be mentioned.
(R11SO2)3C−で表されるアニオンとしては、(CF3SO2)3C−、(C2F5SO2)3C−、(C3F7SO2)3C−及び(C4F9SO2)3C−で表され
るアニオン等が挙げられる。
The anions represented by (R 11 SO 2 ) 3 C − are (CF 3 SO 2 ) 3 C − , (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C − , and (C 3 F 7 SO 2 ) 3 C −. and (C 4 F 9 SO 2) 3 C - anion such as represented and the like.
(R11SO2)2N−で表されるアニオンとしては、(CF3SO2)2N−、(C2F5SO2)2N−、(C3F7SO2)2N−及び(C4F9SO2)2N−で表され
るアニオン等が挙げられる。また、2つの(R11SO2)に対応する部分が互いに結合して環構造を形成した環状イミドも(R11SO2)2N−で表されるアニオンとして挙げられる。
The anions represented by (R 11 SO 2 ) 2 N − are (CF 3 SO 2 ) 2 N − , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N − , and (C 3 F 7 SO 2 ) 2 N −. And (C 4 F 9 SO 2 ) 2 N − anions and the like can be mentioned. In addition, a cyclic imide in which the portions corresponding to the two (R 11 SO 2) are bonded to each other to form a ring structure is also mentioned as an anion represented by (R 11 SO 2 ) 2 N −.
一価のアニオンとしては、上記アニオン以外に、過ハロゲン酸イオン(ClO4 −、BrO4 −等)、ハロゲン化スルホン酸イオン(FSO3 −、ClSO3 −等)、硫酸イオン(CH3SO4 −、CF3SO4 −、HSO4 −等)、炭酸イオン(HCO3 −、CH3CO3 −等)、アルミン酸イオン(AlCl4 −、AlF4 −等)、ヘキサフルオロジマス酸イオン(BiF6 −)、カルボン酸イオン(CH3COO−、CF3COO−、C6H5COO−、CH3C6H4COO−、C6F5COO−、CF3C6H4COO−等)、アリールホウ酸イオン(B(C6H5)4 −、CH3CH2CH2CH2B(C6H5)3 −等)、チオシアン酸イオン(SCN−)及び硝酸イオン(NO3 −)等が使用できる。 The monovalent anion, in addition to the above anions, perhalogenated acid ion (ClO 4 -, BrO 4 -, etc.), halogenated sulfonic acid ion (FSO 3 -, ClSO 3 -, etc.), sulfate ion (CH 3 SO 4 -, CF 3 SO 4 -, HSO 4 - , etc.), carbonate ions (HCO 3 -, CH 3 CO 3 - , etc.), aluminate ions (AlCl 4 -, AlF 4 -, etc.), hexafluorodisiloxane mass ion (BiF 6 -), carboxylate ion (CH 3 COO -, CF 3 COO -, C 6 H 5 COO -, CH 3 C 6 H 4 COO -, C 6 F 5 COO -, CF 3 C 6 H 4 COO - , etc. ), Arylborate ion (B (C 6 H 5 ) 4 − , CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 B (C 6 H 5 ) 3 −, etc.), Thiosyanate ion (SCN − ) and Nitrate ion (NO 3 −). ) Etc. can be used.
これらのアニオンのうち、スルホン酸アニオン等が好ましい。 Of these anions, sulfonic acid anions and the like are preferable.
<2>上記スルホニウム塩の製造方法
本発明のひとつの態様におけるスルホニウム塩の合成方法について説明する。本発明においてはこれに限定されない。
目的とするスルホニウム塩の合成法は、例えばChemistry - A European Journal, 14(21), 6490-6497, 2008に記載されるような下記に示す方法が挙げられる。以下では上記式(1)で表される合成方法を例示するが、本発明はこれに限定されない。
まず、チオサリチル酸(必要により置換基R6を有していてもよい)とR3の置換基を有するブロモベンゼン(必要によりR4及び/又はR5置換基を有していてもよい)にCuとKIとK2CO3とを混合し10時間反応させ、2−フェニルスルファニル安息香酸誘導体(下記式(3))を得る。次いで、塩化チオニル処理にて酸塩化物にした後にルイス酸触媒存在下で環化させチオキサントン誘導体(以下、スルホニウム基を導入する前の下記式(4)で示される化合物を「チオキサントン誘導体」という)を得る。該チオキサントン誘導体にR1及びR2の置換基を有するスルホキシドとメタンスルホン酸と五酸化二リンとを混合し反応させ、チオキサントン骨格を有するスルホニウム塩(下記式(1))を得る。
R1〜R6及びnは上記と同様のものが挙げられる。
<2> Method for producing the above-mentioned sulfonium salt A method for synthesizing a sulfonium salt in one embodiment of the present invention will be described. The present invention is not limited to this.
Examples of the method for synthesizing the sulfonium salt of interest include the methods shown below as described in Chemistry --A European Journal, 14 (21), 6490-6497, 2008. Hereinafter, the synthesis method represented by the above formula (1) will be illustrated, but the present invention is not limited thereto.
First, thiosalicylic acid (which may have a substituent R 6 if necessary) and bromobenzene having a substituent of R 3 (which may have an R 4 and / or R 5 substituent if necessary). Cu, KI and K 2 CO 3 are mixed and reacted for 10 hours to obtain a 2-phenylsulfanyl benzoic acid derivative (formula (3) below). Next, it is converted to an acid chloride by thionyl chloride treatment and then cyclized in the presence of a Lewis acid catalyst to form a thioxanthone derivative (hereinafter, the compound represented by the following formula (4) before the introduction of the sulfonium group is referred to as "thioxanthone derivative"). To get. The thioxanthone derivative is mixed with sulfoxide having R 1 and R 2 substituents, methanesulfonic acid and diphosphorus pentoxide and reacted to obtain a sulfonium salt having a thioxanthone skeleton (formula (1) below).
Examples of R 1 to R 6 and n are the same as described above.
上記反応は、0価の銅の代わりに1又は2価のCuを用いることもでき、環化反応において酸塩化物の代わりに酸無水物又はカルボン酸を用いてルイス酸の代わりにブレンステッド酸を用いることも出来る。 In the above reaction, monovalent or divalent Cu can be used instead of zero-valent copper, and an acid anhydride or carboxylic acid is used instead of the acid chloride in the cyclization reaction, and Bronsted acid is used instead of Lewis acid. Can also be used.
上記スルホニウム塩の合成において、チオキサントン誘導体にスルホニウム基を導入する際、チオキサントン誘導体の反応選択性とジカチオンの生成抑制を考慮してチオキサントン誘導体の3位に特定の置換基R3を有することが好ましい。また、チオキサントン誘導体(上記式(4))の置換基R5が置換基R3と異なる置換基であることがより好ましく、置換基R5が水素原子であることがさらに好ましい。そうすることで、反応選択性が向上しジカチオンが生成されにくく、効率よくモノカチオンが得られる。
上記チオキサントン誘導体にスルホニウム基を導入する際に、得られるスルホニウム塩においてジカチオンが生成しにくくするため、上記チオキサントン誘導体が有するR3としては、アルキルオキシ基及びアリールオキシ基等が好ましい。
In the synthesis of the sulfonium salt, when introducing sulfonium group to thioxanthone derivatives, it is preferable to have a specific substituent R 3 in the 3-position of the thioxanthone derivatives in view of the reaction selectivity and suppressing the formation of the dication of thioxanthone derivatives. Further, more preferably the substituents R 5 of the thioxanthone derivative (the formula (4)) is a substituent R 3 is different substituents, and more preferably the substituent R 5 is a hydrogen atom. By doing so, the reaction selectivity is improved, dications are less likely to be generated, and monocations can be efficiently obtained.
When a sulfonium group is introduced into the thioxanthone derivative, dications are less likely to be generated in the obtained sulfonium salt. Therefore, as R 3 of the thioxanthone derivative, an alkyloxy group, an aryloxy group or the like is preferable.
なお、チオキサントン誘導体へのスルホニウム基の導入は、2位体又は4位体の混合となることがある。本発明のひとつの態様において、2位体及び4位体をそれぞれ単離して用いてもよいが、混合物として用いることも可能である。混合物として用いるときの2位体と4位体の比率は特に制限はないが、2位体が多い方が酸発生効率の点から好ましい。具体的には2位体:4位体の割合は、7:3〜5:5であることが好ましい。 The introduction of the sulfonium group into the thioxanthone derivative may result in a mixture of 2- and 4-positions. In one embodiment of the present invention, the 2-position and 4-position may be isolated and used, respectively, but they can also be used as a mixture. The ratio of the 2-position to the 4-position when used as a mixture is not particularly limited, but a large amount of 2-position is preferable from the viewpoint of acid generation efficiency. Specifically, the ratio of the 2-position body to the 4-position body is preferably 7: 3 to 5: 5.
<3>光酸発生剤
本発明のいくつかの態様は、上記スルホニウム塩を含有する光酸発生剤である。
<3> Photoacid generator Some aspects of the present invention are photoacid generators containing the sulfonium salt.
上述したように、本発明のいくつかの態様におけるスルホニウム塩はポリマー成分であってもよい。その際、分子内にアリール基以外の不飽和結合を有するスルホニウム塩を、ポリマーのユニットを構成するモノマーとして用いることも好ましい態様である。ポリマーのユニットを構成するモノマーとして用いる場合、上記ポリマーは、ホモポリマーでもよいが、他のユニットを有するコポリマーであってもよい。コポリマーであるとき他のユニットとしては、酸反応性化合物として作用するもの、及び、ヒドロキシアリール基含有ユニット等が挙げられる。上記酸反応性化合物として作用するもの、及び、ヒドロキシアリール基含有ユニット等については、後述する。 As mentioned above, the sulfonium salt in some aspects of the invention may be a polymeric component. At that time, it is also a preferable embodiment to use a sulfonium salt having an unsaturated bond other than the aryl group in the molecule as a monomer constituting the polymer unit. When used as a monomer constituting a unit of a polymer, the polymer may be a homopolymer or a copolymer having other units. Examples of other units when they are copolymers include those that act as acid-reactive compounds and hydroxyaryl group-containing units. Those that act as the acid-reactive compound, hydroxyaryl group-containing units, and the like will be described later.
<4>組成物
本発明のひとつの態様は、上記光酸発生剤と、酸反応性化合物と、を含む組成物に関する。
(光酸発生剤)
本発明のひとつの態様の組成物中の上記光酸発生剤の含有量は、該光酸発生剤を除くレジスト組成物成分100質量部に対し0.1〜50質量部であることが好ましく、1〜30質量部であることがより好ましく、3〜15質量部であることがさらに好ましい。
上記光酸発生剤の含有量の算出において、有機溶剤はレジスト組成物成分100質量部中に含まないこととする。
上記光酸発生剤がポリマーである場合は、ポリマー主鎖を除いた質量基準とする。また、上記光酸発生剤が、後述のヒドロキシアリール基含有ユニット及び酸反応性化合物からなる群より選択される少なくとも1つと共に同一ポリマーのユニットとして含まれる場合、上記光酸発生剤として作用するユニットは、ポリマー全ユニット中、0.1〜40モル%であることが好ましく、1〜30モル%であることがより好ましく、3〜20モル%であることがさらに好ましい。
<4> Composition One aspect of the present invention relates to a composition containing the above-mentioned photoacid generator and an acid-reactive compound.
(Photoacid generator)
The content of the photoacid generator in the composition of one aspect of the present invention is preferably 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resist composition component excluding the photoacid generator. It is more preferably 1 to 30 parts by mass, and even more preferably 3 to 15 parts by mass.
In calculating the content of the photoacid generator, the organic solvent is not contained in 100 parts by mass of the resist composition component.
When the photoacid generator is a polymer, it is based on the mass excluding the polymer main chain. When the photoacid generator is contained as a unit of the same polymer together with at least one selected from the group consisting of a hydroxyaryl group-containing unit and an acid-reactive compound described later, a unit that acts as the photoacid generator. Is preferably 0.1 to 40 mol%, more preferably 1 to 30 mol%, and even more preferably 3 to 20 mol% of the total polymer unit.
(酸反応性化合物)
上記酸反応性化合物は、酸により脱保護する保護基を有する化合物、酸により重合する重合性基を有する化合物、及び、酸により架橋作用を有する架橋剤からなる群より選択される少なくともいずれかであることが好ましい。
(Acid-reactive compound)
The acid-reactive compound is at least one selected from the group consisting of a compound having a protecting group that is deprotected by an acid, a compound having a polymerizable group that polymerizes by an acid, and a cross-linking agent having a cross-linking action by an acid. It is preferable to have.
酸により脱保護する保護基を有する化合物とは、酸によって保護基が脱保護することにより極性基を生じ、現像液に対する溶解性が変化する化合物である。例えばアルカリ現像液等を用いる水系現像の場合、アルカリ現像液に対して不溶性であるが、露光により上記光酸発生剤から発生する酸によって露光部において上記保護基が上記化合物から脱保護することにより、アルカリ現像液に対して可溶となる化合物である。 A compound having a protecting group that is deprotected by an acid is a compound that produces a polar group by deprotecting the protecting group by an acid and changes its solubility in a developing solution. For example, in the case of water-based development using an alkaline developer or the like, the protective group is deprotected from the compound in the exposed portion by the acid generated from the photoacid generator by exposure, although it is insoluble in the alkaline developer. , A compound that is soluble in alkaline developers.
本発明においては、アルカリ現像液に限定されず、水系中性現像液又は有機溶剤現像液であってもよい。そのため、有機溶剤現像液を用いる場合は、酸により脱保護する保護基を有する化合物は、露光により上記光酸発生剤から発生する酸によって露光部において上記保護基が上記化合物から脱保護して極性基を生じ、有機溶剤現像液に対して溶解性が低下する化合物である。
上記極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基及びスルホ基等が挙げられる。これらの中でも構造中に−OHを有する極性基が好ましく、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が好ましい。
In the present invention, the developer is not limited to the alkaline developer, and may be an aqueous neutral developer or an organic solvent developer. Therefore, when an organic solvent developing solution is used, a compound having a protecting group that is deprotected by an acid is polar because the protecting group is deprotected from the compound in an exposed portion by an acid generated from the photoacid generator by exposure. It is a compound that produces a group and has reduced solubility in an organic solvent developing solution.
Examples of the polar group include a hydroxy group, a carboxy group, an amino group and a sulfo group. Among these, a polar group having −OH in the structure is preferable, and a hydroxy group or a carboxy group is preferable.
酸で脱保護する保護基の具体例としては、カルボキシ基と第3級アルキルエステル基を形成する基;アルコキシアセタール基;テトラヒドロピラニル基;シロキシ基及びベンジロキシ基等が挙げられる。該保護基を有する化合物として、これら保護基がペンダントしたスチレン骨格、メタクリレート又はアクリレート骨格を有する化合物等が好適に用いられる。 Specific examples of the protecting group to be deprotected with an acid include a group forming a carboxy group and a tertiary alkyl ester group; an alkoxyacetal group; a tetrahydropyranyl group; a syroxy group and a benzyloxy group. As the compound having the protecting group, a compound having a styrene skeleton, a methacrylate or an acrylate skeleton in which these protecting groups are pendant, and the like are preferably used.
酸により脱保護する保護基を有する化合物は、保護基含有低分子化合物であっても、保護基を有するユニット含有ポリマー成分であってもよい。 The compound having a protecting group to be deprotected by an acid may be a low molecular weight compound containing a protecting group or a unit-containing polymer component having a protecting group.
酸により重合する重合性基を有する化合物とは、酸によって重合することにより現像液に対する溶解性を変化させる化合物である。例えば水系現像の場合、水系現像液に対して可溶である化合物に対して作用し、重合後に該化合物を水系現像液に対して溶解性を低下させるものである。具体的には、エポキシ基、ビニルオキシ基及びオキセタニル基等を有する化合物が挙げられる。
酸により重合する重合性基を有する化合物は、重合性低分子化合物であっても、重合性基を有するユニット含有ポリマー成分であってもよい。
A compound having a polymerizable group that polymerizes with an acid is a compound that changes its solubility in a developing solution by polymerizing with an acid. For example, in the case of aqueous development, it acts on a compound that is soluble in an aqueous developer, and after polymerization, the compound is reduced in solubility in an aqueous developer. Specific examples thereof include compounds having an epoxy group, a vinyloxy group, an oxetanyl group and the like.
The compound having a polymerizable group polymerized by an acid may be a polymerizable low molecular weight compound or a unit-containing polymer component having a polymerizable group.
酸により架橋作用を有する架橋剤とは、酸によって架橋することにより現像液に対する溶解性を変化させる化合物である。例えば水系現像の場合、水系現像液に対して可溶である化合物に対して作用し、重合後又は架橋後に該化合物を水系現像液に対して溶解性を低下させるものである。具体的には、エポキシ基、ビニルオキシ基、1−アルコキシアミノ基及びオキセタニル基等の架橋性基を有する架橋剤が挙げられる。該化合物が架橋作用を有する架橋剤であるとき、架橋する相手の化合物、つまり架橋剤と反応して現像液に対する溶解性が変化する化合物としては、フェノール性水酸基を有する化合物等が挙げられる。
酸により架橋作用を有する化合物は、架橋性低分子化合物であっても、架橋性基を有するユニット含有ポリマー成分であってもよい。
A cross-linking agent having a cross-linking action with an acid is a compound that changes its solubility in a developing solution by cross-linking with an acid. For example, in the case of aqueous development, it acts on a compound that is soluble in an aqueous developer, and reduces the solubility of the compound in an aqueous developer after polymerization or cross-linking. Specific examples thereof include a cross-linking agent having a cross-linking group such as an epoxy group, a vinyloxy group, a 1-alkoxyamino group and an oxetanyl group. When the compound is a cross-linking agent having a cross-linking action, examples of the compound to be cross-linked, that is, the compound whose solubility in the developing solution changes by reacting with the cross-linking agent includes a compound having a phenolic hydroxyl group.
The compound having a cross-linking action by an acid may be a cross-linking low molecular weight compound or a unit-containing polymer component having a cross-linking group.
上記酸反応性化合物がポリマー成分であるとき、上記脱保護基を含有するユニットに加えて、レジスト組成物において通常用いられているその他のユニットを該ポリマー成分に含有させてもよい。その他のユニットとしては、例えば、ラクトン骨格、スルトン骨格及びラクタム骨格等からなる群より選択される少なくともいずれかの骨格を有するユニット;エーテル結合、エステル結合及びアセタール結合を有する基、並びに、ヒドロキシ基等からなる群より選択される少なくともいずれかの基を有するユニット;ヒドロキシアリール基含有ユニット;等が挙げられる。さらに、上記光酸発生剤をユニットとして含有しても良い。
上記酸反応性化合物が、上記光酸発生剤及び後述のヒドロキシアリール基含有ユニットからなる群より選択される少なくとも1つと共に同一ポリマーのユニットとして含まれる場合、上記酸反応性化合物として作用するユニットは、ポリマー全ユニット中、3〜40モル%であることが好ましく、5〜35モル%であることがより好ましく、7〜30モル%であることがさらに好ましい。
When the acid-reactive compound is a polymer component, in addition to the unit containing the deprotecting group, other units usually used in the resist composition may be contained in the polymer component. Other units include, for example, a unit having at least one of the skeletons selected from the group consisting of a lactone skeleton, a sulton skeleton, a lactam skeleton, etc .; A unit having at least one of the groups selected from the group consisting of; a hydroxyaryl group-containing unit; and the like can be mentioned. Further, the photoacid generator may be contained as a unit.
When the acid-reactive compound is contained as a unit of the same polymer together with at least one selected from the group consisting of the photoacid generator and the hydroxyaryl group-containing unit described later, the unit acting as the acid-reactive compound is , 3 to 40 mol%, more preferably 5 to 35 mol%, still more preferably 7 to 30 mol% of the total polymer unit.
(ヒドロキシアリール基含有ユニットを有するポリマー)
本発明のひとつの態様においては、組成物が、ヒドロキシアリール基含有ユニットを有するポリマーをさらに含むことが好ましい。上記ヒドロキシアリール基含有ユニットは、上記酸発生剤及び/又は酸反応性化合物がユニットとして含まれるポリマー中に含まれていてもよく、また、別のポリマーのユニットであってもよい。
(Polymer having a hydroxyaryl group-containing unit)
In one aspect of the invention, it is preferred that the composition further comprises a polymer having a hydroxyaryl group-containing unit. The hydroxyaryl group-containing unit may be contained in a polymer containing the acid generator and / or an acid-reactive compound as a unit, or may be a unit of another polymer.
ヒドロキシアリール基含有ユニットを有するポリマーを用いた場合、上記光酸発生剤が分解する際の水素源となり得、酸発生効率をより向上させ、高感度となるため好ましい。
上記ヒドロキシアリール基含有ユニットとしては、下記式に示されるユニットが好ましく挙げられるが、これに限定されない。上記ヒドロキシアリール基含有ユニットのベンゼン骨格にはヒドロキシ基以外の置換基を有しても良い。上記ヒドロキシ基以外の置換基としては、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
When a polymer having a hydroxyaryl group-containing unit is used, it can be a hydrogen source when the photoacid generator is decomposed, the acid generation efficiency is further improved, and the sensitivity becomes high, which is preferable.
The hydroxyaryl group-containing unit preferably includes, but is not limited to, the unit represented by the following formula. The benzene skeleton of the hydroxyaryl group-containing unit may have a substituent other than the hydroxy group. Examples of the substituent other than the hydroxy group include an alkyl group and an aryl group.
上記ヒドロキシアリール基含有ユニットが、上記光酸発生剤及び上記酸反応性化合物からなる群より選択される少なくとも1つと共に同一ポリマーのユニットとして含まれる場合、上記ヒドロキシアリール基含有ユニットは、水系現像のポジ型レジスト組成物用ではポリマー全ユニット中、3〜90モル%であることが好ましく、5〜80モル%であることがより好ましく、7〜70モル%であることがさらに好ましい。水系現像のネガ型レジスト組成物用ではポリマー全ユニット中、60〜99モル%であることが好ましく、70〜98モル%であることがより好ましく、75〜98モル%であることがさらに好ましい。 When the hydroxyaryl group-containing unit is included as a unit of the same polymer together with at least one selected from the group consisting of the photoacid generator and the acid-reactive compound, the hydroxyaryl group-containing unit is subjected to aqueous development. For positive resist compositions, it is preferably 3 to 90 mol%, more preferably 5 to 80 mol%, and even more preferably 7 to 70 mol% of the total polymer unit. For water-based developed negative resist compositions, it is preferably 60 to 99 mol%, more preferably 70 to 98 mol%, and even more preferably 75 to 98 mol% of the total polymer unit.
(含フッ素はっ水ポリマー)
本発明のひとつの態様の組成物は、含フッ素はっ水ポリマーを含んでいても良い。
上記含フッ素はっ水ポリマーとしては、特に制限はないが液浸露光プロセスに通常用いられるものが挙げられ、上記ポリマーよりもフッ素原子含有率が大きい方が好ましい。それにより、組成物を用いてレジスト膜を形成する場合に、含フッ素はっ水ポリマーのはっ水性に起因して、レジスト膜表面に上記含フッ素はっ水ポリマーを偏在化させることができる。
(Fluorine-containing water-repellent polymer)
The composition of one embodiment of the present invention may contain a fluorine-containing water-repellent polymer.
The fluorine-containing water-repellent polymer is not particularly limited, and examples thereof are those usually used in an immersion exposure process, and a polymer having a higher fluorine atom content than the polymer is preferable. Thereby, when the resist film is formed by using the composition, the fluorine-containing water-repellent polymer can be unevenly distributed on the surface of the resist film due to the water repellency of the fluorine-containing water-repellent polymer.
フッ素はっ水ポリマーのフッ素含有率としては、フッ素はっ水ポリマー中の炭化水素基における水素原子の25モル%以上がフッ素化されていることが好ましく、50モル%以上フッ素化されていることがより好ましい。 As for the fluorine content of the fluorine-repellent polymer, it is preferable that 25 mol% or more of hydrogen atoms in the hydrocarbon group in the fluorine-repellent polymer is fluorinated, and 50 mol% or more is fluorinated. Is more preferable.
組成物中のフッ素はっ水ポリマーの含有量としては、本発明のひとつの態様の上記ポリマー(該フッ素はっ水ポリマーでないもの)100質量部に対し、0.5〜10質量部であることが、レジスト膜の疎水性が向上する点から好ましい。フッ素はっ水ポリマーは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The content of the fluorine-repellent polymer in the composition shall be 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the above-mentioned polymer (non-fluorine-repellent polymer) of one aspect of the present invention. However, it is preferable from the viewpoint of improving the hydrophobicity of the resist film. The fluorine-repellent polymer may be used alone or in combination of two or more.
(その他の成分)
本発明のひとつの態様の組成物には、上記成分以外に必要により任意成分としてさらに、通常のレジスト組成物で用いられる酸拡散制御剤、界面活性剤、有機カルボン酸、有機溶剤、溶解抑制剤、安定剤及び色素、増感剤、上記以外のポリマー、更には他の光酸発生剤等を組み合わせて含んでいてもよい。
(Other ingredients)
In the composition of one aspect of the present invention, an acid diffusion control agent, a surfactant, an organic carboxylic acid, an organic solvent, and a dissolution inhibitor used in ordinary resist compositions are further added as optional components in addition to the above components. , Stabilizers and dyes, sensitizers, polymers other than the above, and other photoacid generators may be contained in combination.
上記酸拡散制御剤は、光酸発生剤から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を制御する効果を奏する。そのため、得られるレジスト組成物の貯蔵安定性がさらに向上し、またレジストとしての解像度がさらに向上するとともに、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れたレジスト組成物が得られる。
酸拡散制御剤としては、例えば、同一分子内に窒素原子を1個有する化合物、2個有する化合物、窒素原子を3個有する化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。また、酸拡散制御剤として、露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることもできる。光崩壊性塩基としては、例えば、露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
具体的には、特許3577743号、特開2001−215689号、特開2001−166476号、特開2008−102383号、特開2010−243773号、特開2011−37835号及び特開2012−173505号に記載の化合物が挙げられる。
酸拡散制御剤の含有量は、レジスト組成物成分100質量部に対して0.01〜10質量部であることが好ましく、0.03〜5質量%であることがより好ましく、0.05〜3質量%であることがさらに好ましい。
The acid diffusion control agent has the effect of controlling the diffusion phenomenon of the acid generated from the photoacid generator in the resist film and controlling an unfavorable chemical reaction in the non-exposed region. Therefore, the storage stability of the obtained resist composition is further improved, the resolution of the resist is further improved, and the line width change of the resist pattern due to the fluctuation of the leaving time from the exposure to the development process can be suppressed. , A resist composition having excellent process stability can be obtained.
Examples of the acid diffusion control agent include a compound having one nitrogen atom in the same molecule, a compound having two nitrogen atoms, a compound having three nitrogen atoms, an amide group-containing compound, a urea compound, and a nitrogen-containing heterocyclic compound. Be done. Further, as the acid diffusion control agent, a photodisintegrating base that is exposed to light and generates a weak acid by exposure can also be used. Examples of the photodisintegrating base include onium salt compounds and iodonium salt compounds that are decomposed by exposure and lose their acid diffusion controllability.
Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3577743, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-215689, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-166476, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-102383, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-243773, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-378535 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-173505. Examples of the compounds described in.
The content of the acid diffusion control agent is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.03 to 5% by mass, and 0.05 to 0.05 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resist composition component. It is more preferably 3% by mass.
上記界面活性剤は、塗布性を向上させるために用いることが好ましい。界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等のノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマー等が挙げられる。
界面活性剤の含有量は、レジスト組成物成分100質量部に対して0.0001〜2質量部であることが好ましく、0.0005〜1質量%であることがより好ましい。
The above-mentioned surfactant is preferably used to improve the coatability. Examples of surfactants include nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl allyl ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers, sorbitan fatty acid esters, and polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters. Examples thereof include agents, fluorosurfactants, and organosiloxane polymers.
The content of the surfactant is preferably 0.0001 to 2 parts by mass, more preferably 0.0005 to 1% by mass, based on 100 parts by mass of the resist composition component.
上記有機カルボン酸としては、脂肪族カルボン酸、脂環式カルボン酸、不飽和脂肪族カルボン酸、オキシカルボン酸、アルコキシカルボン酸、ケトカルボン酸、安息香酸誘導体、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2−ナフトエ酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸等を挙げることができる。電子線露光を真空化で行う際にはレジスト膜表面より揮発して描画チャンバー内を汚染してしまう恐れがあるので、好ましい有機カルボン酸としては、芳香族有機カルボン酸、その中でも例えば安息香酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸が好適である。
有機カルボン酸の含有量は、レジスト組成物成分100質量部に対し、0.01〜10質量部が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量部、更により好ましくは0.01〜3質量部である。
Examples of the organic carboxylic acid include aliphatic carboxylic acid, alicyclic carboxylic acid, unsaturated aliphatic carboxylic acid, oxycarboxylic acid, alkoxycarboxylic acid, ketocarboxylic acid, benzoic acid derivative, phthalic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, 2 Examples thereof include −naphthoic acid, 1-hydroxy-2-naphthoic acid, 2-hydroxy-3-naphthoic acid and the like. When electron beam exposure is performed by vacuuming, it may volatilize from the surface of the resist film and contaminate the inside of the drawing chamber. Therefore, preferable organic carboxylic acids are aromatic organic carboxylic acids, among which, for example, benzoic acid. 1-Hydroxy-2-naphthoic acid and 2-hydroxy-3-naphthoic acid are suitable.
The content of the organic carboxylic acid is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.01 to 5 parts by mass, and even more preferably 0.01 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resist composition component. Is.
有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3 − メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、トルエン、キシレン、酢酸シクロヘキシル、ジアセトンアルコール、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等が好ましい。これらの有機溶剤は単独又は組み合わせて用いられる。
レジスト組成物成分は、上記容器溶剤に溶解し、固形分濃度として、1〜40質量%で溶解することが好ましい。より好ましくは1〜30質量%、更に好ましくは3〜20質量%である。このような固形分濃度の範囲とすることで、上記の膜厚を達成できる。
Examples of the organic solvent include ethylene glycol monoethyl ether acetate, cyclohexanone, 2-heptanone, propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether propionate, and propylene glycol monoethyl ether. Acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl β-methoxyisobutyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, methylisobutylketone, ethyl acetate, isoamyl acetate, ethyl lactate, toluene, xylene, cyclohexyl acetate, diacetone Alcohol, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, propylene carbonate, ethylene carbonate and the like are preferable. These organic solvents are used alone or in combination.
The resist composition component is preferably dissolved in the above-mentioned container solvent and dissolved in a solid content concentration of 1 to 40% by mass. It is more preferably 1 to 30% by mass, still more preferably 3 to 20% by mass. The above film thickness can be achieved by setting the solid content concentration in such a range.
本発明のひとつの態様のレジスト組成物がポリマーを含む場合、ポリマーは、重量平均分子量が2000〜200000であることが好ましく、2000〜50000であることがより好ましく、2000〜15000であることがさらに好ましい。上記ポリマーの好ましい分散度(分子量分布)(Mw/Mn)は、感度の観点から、1.0〜1.7であり、より好ましくは1.0〜1.2である。上記ポリマーの重量平均分子量及び分散度は、GPC測定によるポリスチレン換算値として定義される。 When the resist composition of one embodiment of the present invention comprises a polymer, the polymer preferably has a weight average molecular weight of 2000 to 200,000, more preferably 2000 to 50000, and even more preferably 2000 to 15000. preferable. The preferred dispersity (molecular weight distribution) (Mw / Mn) of the polymer is 1.0 to 1.7, more preferably 1.0 to 1.2, from the viewpoint of sensitivity. The weight average molecular weight and dispersity of the polymer are defined as polystyrene-equivalent values measured by GPC.
本発明のひとつの態様の組成物は、上記組成物の各成分を混合することにより得られ、混合方法は特に限定されない。 The composition of one aspect of the present invention is obtained by mixing each component of the above composition, and the mixing method is not particularly limited.
<5>デバイスの製造方法
本発明のひとつの態様は、上記レジスト組成物を基板上に塗布する等してレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、活性エネルギー線を用いて上記レジスト膜を露光するフォトリソグラフィ工程と、露光されたレジスト膜を現像してフォトレジストパターンを得るパターン形成工程と、を含むデバイスの製造方法である。
<5> Device Manufacturing Method One aspect of the present invention is a resist film forming step of forming a resist film by applying the resist composition onto a substrate, and exposing the resist film using active energy rays. This is a method for manufacturing a device, which includes a photolithography step of developing a resist film and a pattern forming step of developing an exposed resist film to obtain a photoresist pattern.
フォトレジストパターンを厚膜として、厚膜フォトレジストパターンの非レジスト部に、例えばメッキ等によって金属等の導体を埋め込むことにより、メタルポストやバンプ等の接続端子を形成することができる。なお、メッキ処理方法はとくに限定されず、公知の各種方法を用いることができる。 By using the photoresist pattern as a thick film and embedding a conductor such as metal in the non-resist portion of the thick film photoresist pattern, for example, by plating or the like, connection terminals such as metal posts and bumps can be formed. The plating treatment method is not particularly limited, and various known methods can be used.
本発明のひとつの形態は、上記レジスト組成物を用いて、レジスト膜形成工程とフォトリソグラフィ工程とパターン形成工程とを含み、個片化チップを得る前のパターンを有する基板の製造方法であってもよい。
本発明のひとつの形態は、上記光硬化性組成物を用いて基板上に塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、
活性エネルギー線を用いて上記塗布膜露光し、層間絶縁膜を得る工程を含むデバイスの製造方法であってもよい。
One embodiment of the present invention is a method for producing a substrate having a pattern before obtaining an individualized chip, which comprises a resist film forming step, a photolithography step, and a pattern forming step using the resist composition. May be good.
One embodiment of the present invention includes a coating film forming step of forming a coating film on a substrate using the above photocurable composition.
It may be a method of manufacturing a device including the step of exposing the coating film with an active energy ray to obtain an interlayer insulating film.
フォトリソグラフィ工程において露光に用いる活性エネルギー線としては、本発明のスルホン酸誘導体が活性化して酸を発生させ得る光であればよく、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、F2エキシマレーザ光、電子線、UV、可視光線、X線、電子線、イオン線、i線、EUV等を意味する。 The active energy rays used for exposure in the photolithography step may be any light that can activate the sulfonic acid derivative of the present invention to generate acid, such as KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, and F 2 excimer laser light. It means electron beam, UV, visible light, X-ray, electron beam, ion beam, i-ray, EUV and the like.
上記基板としては、特に限定されず公知のものを用いることができる。例えば、シリコン、窒化シリコン、チタン、タンタル、パラジウム、銅、クロム、アルミニウム等の金属製の基板;ガラス基板;等が挙げられる。特に、本発明のひとつの態様におけるスルホニウム塩が構造中にヒドロキシ基、メルカプト基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基又はシアノ基を有し、該スルホニウム塩を含む組成物をレジスト組成物として用いる場合、本発明のひとつの態様におけるスルホニウム塩を銅等の金属製基板表面に偏在させることが出来るため、良好にレジストパターンを形成することができる。
本発明のひとつの態様において、フォトリソグラフィ工程又は層間絶縁膜を得る工程の露光に用いる活性エネルギー線としては、i線が好ましく挙げられる。
The substrate is not particularly limited and a known substrate can be used. For example, a metal substrate such as silicon, silicon nitride, titanium, tantalum, palladium, copper, chromium, aluminum; a glass substrate; and the like can be mentioned. In particular, when the sulfonium salt in one embodiment of the present invention has a hydroxy group, a mercapto group, an alkylsulfanyl group, an arylsulfanyl group or a cyano group in the structure, and a composition containing the sulfonium salt is used as a resist composition. Since the sulfonium salt in one aspect of the present invention can be unevenly distributed on the surface of a metal substrate such as copper, a resist pattern can be satisfactorily formed.
In one aspect of the present invention, i-ray is preferably mentioned as the active energy ray used for exposure in the photolithography step or the step of obtaining the interlayer insulating film.
光の照射量は、光硬化性組成物中の各成分の種類及び配合割合、並びに塗膜の膜厚等によって異なるが、1J/cm2以下又は1000μC/cm2以下であることが好ましい。 The amount of light irradiation varies depending on the type and blending ratio of each component in the photocurable composition, the film thickness of the coating film, and the like, but is preferably 1 J / cm 2 or less or 1000 μC / cm 2 or less.
本発明のひとつの態様において、上記レジスト組成物により形成されたレジスト膜の膜厚は10〜200nmであることが好ましい。上記レジスト組成物は、スピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により基板上に塗布され、60〜150℃で1〜20分間、好ましくは80〜120℃で1〜10分間プリベークして薄膜を形成する。この塗布膜の膜厚は10〜200nmであり、20〜150nmであることが好ましい。 In one aspect of the present invention, the film thickness of the resist film formed by the resist composition is preferably 10 to 200 nm. The resist composition is applied onto a substrate by an appropriate coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc., and is applied at 60 to 150 ° C. for 1 to 20 minutes, preferably 80 to 80 to. Prebake at 120 ° C. for 1-10 minutes to form a thin film. The film thickness of this coating film is 10 to 200 nm, preferably 20 to 150 nm.
以下、本発明を実施例によって、さらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
<スルホニウム塩1の合成>
(合成例1)2−(3−メトキシフェニルスルファニル)安息香酸の合成
チオサリチル酸6.7gと3−ブロモアニソール8.1gと銅0.8gと炭酸カリウム6.0gとN、N―ジメチルホルムアミドとを混合し、140℃で20時間撹拌する。25℃へ冷却後、水添加にて晶析する。結晶をろ別後、アセトンに溶解し、再度水添加にて晶析し、結晶をろ別することで2−(3−メトキシフェニルスルファニル)安息香酸を7.4g得る。
<Synthesis of sulfonium salt 1>
(Synthesis Example 1) Synthesis of 2- (3-methoxyphenyl sulfanyl) benzoic acid With 6.7 g of thiosalicylic acid, 8.1 g of 3-bromoanisole, 0.8 g of copper, 6.0 g of potassium carbonate, N, and N-dimethylformamide. Are mixed and stirred at 140 ° C. for 20 hours. After cooling to 25 ° C., crystallization is performed by adding water. After the crystals are filtered off, they are dissolved in acetone, crystallized by adding water again, and the crystals are filtered off to obtain 7.4 g of 2- (3-methoxyphenyl sulfanyl) benzoic acid.
(合成例2)2−(3−メトキシフェニルスルファニル)ベンゾイルクロリドの合成
合成例1で得られる2−(3−メトキシフェニルスルファニル)安息香酸5.0gをトルエン25g中に添加して、塩化チオニル4.3gを滴下し、25℃で6時間反応する。反応後に溶媒留去することで目的物の2−(3−メトキシフェニルスルファニル)ベンゾイルクロリドを5.1g得る。
(Synthesis Example 2) Synthesis of 2- (3-methoxyphenyl sulfanyl) benzoyl chloride 5.0 g of 2- (3-methoxyphenyl sulfanyl) benzoic acid obtained in Synthesis Example 1 was added to 25 g of toluene to add thionyl chloride 4 .3 g is added dropwise and reacted at 25 ° C. for 6 hours. After the reaction, the solvent is distilled off to obtain 5.1 g of the target 2- (3-methoxyphenyl sulfanyl) benzoyl chloride.
(合成例3)3-メトキシチオキサンテン−9-オンの合成
塩化メチレン30g中に塩化アルミニウム2.5gを添加しいて0℃とするこれに合成例2で得られる2−(3−メトキシフェニルスルファニル)ベンゾイルクロリド5.0gを塩化メチレン10gで希釈して滴下する。滴下後、25℃で1時間撹拌する。撹拌後、0℃とし、純水20gを加えて反応停止後、25℃で5%炭酸ナトリウム水溶液10gで2回洗浄後、純水20gで2回洗浄後、塩化メチレンを留去する。得られた固体をエタノールで再結晶することで3−メトキシチオキサンテン−9−オンを3.5g得る。
(Synthesis Example 3) Synthesis of 3-methoxythioxanthene-9-one Add 2.5 g of aluminum chloride to 30 g of methylene chloride to bring the temperature to 0 ° C. 2- (3-Methoxyphenylsulfanyl obtained in Synthesis Example 2). ) 5.0 g of benzoyl chloride is diluted with 10 g of methylene chloride and added dropwise. After the dropping, the mixture is stirred at 25 ° C. for 1 hour. After stirring, the temperature is adjusted to 0 ° C., 20 g of pure water is added to stop the reaction, the reaction is stopped twice at 25 ° C. with 10 g of a 5% sodium carbonate aqueous solution, washed twice with 20 g of pure water, and then methylene chloride is distilled off. The obtained solid is recrystallized from ethanol to obtain 3.5 g of 3-methoxythioxanthene-9-one.
(合成例4)(3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩1)の合成
合成例3で得られる3−メトキシチオキサンテン−9−オン 5.0gとジフェニルスルホキシド2.8gと五酸化リン1.0gとをメタンスルホン酸18gに溶解し40℃で3時間撹拌する。撹拌後、純水25gを加えてさらに10分撹拌し、ノナフルオロブタンスルホン酸カリウム4.5gと塩化メチレン30gとを加えて1時間撹拌する。これを分液して純水20gで3回洗浄後に塩化メチレンを留去することでジカチオン不純物を11%(HPLC Area%)含むオイルを得る。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/メタノールン=90/10(体積比))により精製することで(3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩1)を7.2g得る。
なお、得られるスルホニウム塩1は、4位体:2位体=6:4である。
(Synthesis Example 4) (3-Methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium Nonafluorobutane sulfonate and (3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium Synthesis of a mixture of nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 1) 5.0 g of 3-methoxythioxanthene-9-one obtained in Synthesis Example 3, 2.8 g of diphenyl sulfoxide, and 1.0 g of phosphorus pentoxide are added to 18 g of methanesulfonic acid. Dissolve in and stir at 40 ° C. for 3 hours. After stirring, 25 g of pure water is added and the mixture is further stirred for 10 minutes. 4.5 g of potassium nonaflatebutanesulfonate and 30 g of methylene chloride are added and the mixture is stirred for 1 hour. This is separated and washed with 20 g of pure water three times, and then methylene chloride is distilled off to obtain an oil containing 11% (HPLC Area%) of dication impurities. This is purified by silica gel column chromatography (methylene chloride / methanoln = 90/10 (volume ratio)) to (3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonaflate butane sulfonate. And (3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonaflate butane sulfonate mixture (sulfonium salt 1) is obtained in 7.2 g.
The obtained sulfonium salt 1 is 4-position: 2-position = 6: 4.
<スルホニウム塩2の合成>
(合成例5)(3−メチルスルファニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メチルスルファニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩2)の合成
3−メトキシチオキサンテン−9−オンに代わりに3−メチルスルファニルチオキサンテン−9−オンを用いる以外は上記合成例4と同様に合成を行い、ジカチオン不純物14%を含むオイルをカラムクロマトグラフィーにより精製する事で(3−メチルスルファニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メチルスルファニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩2)を得る。 3−メチルスルファニルチオキサンテン−9−オンは合成例1〜3に倣って合成可能である。また、得られるスルホニウム塩2は、4位体:2位体=6:4である。
<Synthesis of
(Synthetic Example 5) (3-Methylsulfanyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) Diphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate and (3-methylsulfanyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) Synthesis of a mixture of diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 2) Synthesis was carried out in the same manner as in Synthesis Example 4 above, except that 3-methylsulfanylthioxanthene-9-one was used instead of 3-methoxythioxanthene-9-one. By purifying the oil containing 14% of dication impurities by column chromatography (3-methylsulfanyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl), diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (3-methylsulfanyl-). A mixture of 9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 2) is obtained. 3-Methylsulfanylthioxanthene-9-one can be synthesized according to Synthesis Examples 1 to 3. Further, the obtained
<スルホニウム塩3の合成>
(合成例6)(1−ヒドロキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(1−ヒドロキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩3)の合成
3−メトキシチオキサンテン−9−オンに代わりに1,3−ジメトキシチオキサンテン−9−オンを用いる以外は合成例4と同様に行い、ジカチオン不純物18%(HPLC Area%)を含むオイルをカラムクロマトグラフィーにより精製する事で(1ヒドロキシ‐3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(1−ヒドロキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩3)を得る。
3−ジメトキシチオキサンテン−9−オンは合成例1〜3に倣って合成可能である。また、得られるスルホニウム塩3は、4位体:2位体=6:4である。
<Synthesis of sulfonium salt 3>
(Synthetic Example 6) (1-Hydroxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (1-hydroxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thio) Synthesis of a mixture of xanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 3) Synthesis example except that 1,3-dimethoxythioxanthene-9-one is used instead of 3-methoxythioxanthene-9-one. Do the same as in step 4, and purify the oil containing 18% dication impurities (HPLC Area%) by column chromatography (1 hydroxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium. A mixture of nonafluorobutane sulfonate and (1-hydroxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 3) is obtained.
3-Dimethoxythioxanthene-9-one can be synthesized according to Synthesis Examples 1 to 3. Further, the obtained sulfonium salt 3 is 4-position: 2-position = 6: 4.
<スルホニウム塩4の合成>
(合成例7)(3−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩4)の合成
3−メトキシチオキサンテン−9−オンに代わりに3−メチルチオキサンテン−9−オンを用いる以外は合成例4と同様に行い、ジカチオン不純物28%(HPLC Area%)を含むオイルをカラムクロマトグラフィーにより精製する事で(3−メチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(1,3−ジメトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩4)を得る。
3−メチルチオキサンテン−9−オンは合成例1〜3に倣って合成可能である。また、得られるスルホニウム塩4は、4位体:2位体=6:4である。
<Synthesis of sulfonium salt 4>
(Synthetic Example 7) (3-Methyl-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium Nonafluorobutane sulfonate and (3-methyl-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium Synthesis of Mixture of Nonafluorobutane Sulfonium (Sulfonium Salt 4) The procedure was the same as in Synthesis Example 4 except that 3-methylthioxanthene-9-one was used instead of 3-methoxythioxanthene-9-one, and 28% of dication impurities (sulphonium impurity 4). By purifying the oil containing (HPLC Area%) by column chromatography, (3-methyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (1,3-dimethoxy-9-) A mixture of oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 4) is obtained.
3-Methylthioxanthene-9-one can be synthesized according to Synthesis Examples 1 to 3. Further, the obtained sulfonium salt 4 is 4-position: 2-position = 6: 4.
<スルホニウム塩5の合成>
(合成例8)(3−メチルスルホニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メチルスルホニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩5)の合成
合成例5で得られる(3−メチルスルファニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メチルスルファニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩2)3gと35質量%過酸化水素水0.9gを酢酸15gに溶解して40℃で3時間撹拌する。撹拌後、純水30gを加えてさらに10分撹拌し、塩化メチレン30gを加えて10分撹拌する。これを分液して純水20gで3回洗浄後に塩化メチレンを留去し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/メタノールン=90/10(体積比))により精製することで(3−メチルスルホニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(3−メチルスルホニル−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩5)を得る。
なお、得られるスルホニウム塩5は、4位体:2位体=6:4である。
<Synthesis of sulfonium salt 5>
(Synthetic Example 8) (3-Methylsulfonyl-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) Diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (3-methylsulfonyl-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) Synthesis of Mixture of Diphenylsulfonium Nonafluorobutane Sulfonium (Sulfonium Salt 5) Diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (3-methylsulfanium nonafluorobutane sulfonate) obtained in Synthesis Example 5 (3-methylsulfanyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) Methylsulfanyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium Nonafluorobutane sulfonate mixture (sulfonium salt 2) 3 g and 35 mass% hydrogen peroxide solution 0.9 g dissolved in acetic acid 15 g at 40 ° C. Stir for 3 hours. After stirring, 30 g of pure water is added and the mixture is further stirred for 10 minutes, and 30 g of methylene chloride is added and the mixture is stirred for 10 minutes. This is separated and washed 3 times with 20 g of pure water, and then methylene chloride is distilled off, and this is purified by silica gel column chromatography (methylene chloride / methanoln = 90/10 (volume ratio)) (3-). Mixture of methylsulfonyl-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (3-methylsulfonyl-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonaflate sulfonate (Sulfonium salt 5) is obtained.
The obtained sulfonium salt 5 is 4-position: 2-position = 6: 4.
<スルホニウム塩6の合成>
(合成例9)(1−アシルオキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(1−アシルオキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩6)の合成
合成例6で得られる(1−ヒドロキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン‐2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(1−ヒドロキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩3)の混合物3gと無水酢酸0.5gとを塩化メチレン15gに溶解してトリエチルアミン0.5gを滴下して2時間撹拌する。
撹拌後、1%塩酸水30gを加えてさらに10分撹拌し、塩化メチレン30gを加えて10分撹拌する。これを分液して純水20gで3回洗浄後に塩化メチレンを留去し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/メタノールン=90/10(体積比))により精製することで(1‐アシルオキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート及び(1−アシルオキシ−3−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの混合物(スルホニウム塩6)を得る。
なお、得られるスルホニウム塩6は、4位体:2位体=6:4である。
<Synthesis of sulfonium salt 6>
(Synthetic Example 9) (1-acyloxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate and (1-acyloxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thio) Synthesis of a mixture of diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 6) obtained in Synthesis Example 6 (1-hydroxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenyl 3 g of a mixture of sulfonium nonafluorobutane sulfonate and a mixture of (1-hydroxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate (sulfonium salt 3) and 0.5 g of acetic anhydride Is dissolved in 15 g of methylene chloride, 0.5 g of triethylamine is added dropwise, and the mixture is stirred for 2 hours.
After stirring, 30 g of 1% hydrochloric acid water is added and the mixture is further stirred for 10 minutes, and 30 g of methylene chloride is added and the mixture is stirred for 10 minutes. This is separated and washed 3 times with 20 g of pure water, and then methylene chloride is distilled off, and this is purified by silica gel column chromatography (methylene chloride / methanoln = 90/10 (volume ratio)) (1-). Acyloxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium Nonaflate sulfonate and (1-acyloxy-3-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthen-2-yl) diphenylsulfonium A mixture of nonaflate butane sulfonate (sulfonium salt 6) is obtained.
The obtained sulfonium salt 6 is 4-position: 2-position = 6: 4.
<比較スルホニウム塩1の合成>
(比較合成例1)(4−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−1−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート (比較スルホニウム塩1)の合成
3−メトキシチオキサンテン−9−オンに代わりに4−メトキシチオキサンテン−9−オンを用いる以外は合成例4と同様に行い、ジカチオン不純物1%未満(HPLC Area%)を含むオイルをカラムクロマトグラフィーにより精製する事で(4−メトキシ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートを得る。
<Synthesis of comparative sulfonium salt 1>
(Comparative Synthesis Example 1) Synthesis of (4-methoxy-9-oxo-9H-thioxanthene-1-yl) diphenylsulfonium nonaflatebutanesulfonate (comparative sulfonium salt 1) Instead of 3-methoxythioxanthene-9-one The procedure is the same as in Synthesis Example 4 except that 4-methoxythioxanthene-9-one is used, and an oil containing less than 1% of dication impurities (HPLC Area%) is purified by column chromatography (4-methoxy-9-). Oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium Nonaflate butane sulfonate is obtained.
<比較スルホニウム塩2の合成>
(比較合成例2)(7−フルオロ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート(比較スルホニウム塩2)の合成
3−メトキシチオキサンテン−9−オンに代わりに2−フルオロチオキサンテン−9−オンを用いる以外は合成例4と同様に行い、ジカチオン不純物41%を含むオイルをカラムクロマトグラフィーにより精製する事で(7−フルオロ−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート(比較スルホニウム塩2)を得る。
<Synthesis of
(Comparative Synthesis Example 2) Synthesis of (7-fluoro-9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate (comparative sulfonium salt 2) Instead of 3-methoxythioxanthene-9-one The procedure was the same as in Synthesis Example 4 except that 2-fluorothioxanthene-9-one was used, and the oil containing 41% of dication impurities was purified by column chromatography (7-fluoro-9-oxo-9H-thioxanthene). -2-yl) Diphenylsulfonium Nonafluorobutane sulfonate (comparative sulfonium salt 2) is obtained.
<比較スルホニウム塩3の合成>
(比較合成例3)(9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネートの合成
3−メトキシチオキサンテン−9−オンに代わりにチオキサンテン−9−オンを用いる以外は合成例4と同様に行い、ジカチオン不純物51%を含むオイルをカラムクロマトグラフィーにより精製する事で(9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イル)ジフェニルスルホニウム ノナフルオロブタンスルホネート(比較スルホニウム塩3)を得る。
<Synthesis of comparative sulfonium salt 3>
(Comparative Synthesis Example 3) (9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) Synthesis of diphenylsulfonium nonaflatebutanesulfonate Except for using thioxanthene-9-one instead of 3-methoxythioxanthene-9-one. The same procedure as in Synthesis Example 4 was carried out, and the oil containing 51% of dication impurities was purified by column chromatography (9-oxo-9H-thioxanthene-2-yl) diphenylsulfonium nonaflatebutane sulfonate (comparative sulfonium salt 3). To get.
上記合成例及び比較合成例に示すように、チオキサントン骨格を有するスルホニウム塩を合成するために、チオキサントン誘導体にスルホニウム基を導入する際、無置換又は2位に置換基を持つチオキサントン誘導体を用いるとジカチオンの生成割合が高く、モノカチオンの収率が低下する傾向がある。モノカチオンを目的物として得るためには、チオキサントン誘導体の3位に特定の置換基を有することでジカチオンの生成を抑制できるため有効である。 As shown in the above synthesis example and comparative synthesis example, when a sulfonium group is introduced into a thioxanthone derivative in order to synthesize a sulfonium salt having a thioxanthone skeleton, when a thioxanthone derivative having an unsubstituted or 2-position substituent is used, a dication is used. The production rate of monocations is high, and the yield of monocations tends to decrease. In order to obtain a monocation as a target product, it is effective to have a specific substituent at the 3-position of the thioxanthone derivative because the formation of a dication can be suppressed.
<ポリマーAの合成>
(合成例10)ポリマーAの合成
エチルシクロペンチルメタクリレート7.0gと、メタクリル酸2−メトキシエチル5.8gと、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(ライトエステル130MA)3.8gと、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.21gと、をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)42gに溶解し、減圧脱気を行った。これをPGMEA15gを還流させたフラスコ中に4時間かけて滴下する。滴下後2時間撹拌した後に25℃まで冷却した。この溶液をヘキサン260g及びPGMEA28gからなる混合溶媒中に滴下することで再沈殿させた。これを濾過してからヘキサン67gで2回分散洗浄し、濾過後に真空乾燥することで目的のポリマーAを白い粉末として12.7g得る。本発明において、ポリマーのユニットのモノマー比は下記に限定されない。
<Synthesis of Polymer A>
(Synthesis Example 10) Synthesis of Polymer A 7.0 g of ethylcyclopentyl methacrylate, 5.8 g of 2-methoxyethyl methacrylate, 3.8 g of methoxypolyethylene glycol methacrylate (light ester 130MA), and azobisisobutyronitrile (AIBN). ) 0.21 g and 42 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) were dissolved, and degassed under reduced pressure. This is added dropwise to a flask in which 15 g of PGMEA is refluxed over 4 hours. After the dropping, the mixture was stirred for 2 hours and then cooled to 25 ° C. This solution was reprecipitated by dropping into a mixed solvent consisting of 260 g of hexane and 28 g of PGMEA. This is filtered, dispersed and washed twice with 67 g of hexane, and vacuum dried after filtration to obtain 12.7 g of the target polymer A as a white powder. In the present invention, the monomer ratio of the polymer unit is not limited to the following.
<ポリマーBの合成>
(合成例11)ポリマーBの合成
7.0gのアセトキシスチレン、2.1gのt−ブチルメタクリレート、0.022gのブチルメルカプタン及び0.40gのジメチル−2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(AIBN)を35gのテトラヒドロフラン(THF)に溶解して脱酸素する。これをあらかじめ窒素気流化で還流温度とした20gのTHF中に4時間かけて滴下する。滴下後、2時間撹拌してから室温に冷却する。これを149gのヘキサンと12gのTHFの混合溶媒中に滴下することでポリマーを沈殿させる。これを減圧ろ過で分離して得られた固体を52gのヘキサンで洗浄した後、真空乾燥することで白色固体として下記式に示すポリマーBを10.3g得る。ゲル浸透クロマトグラフィーを用いてポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は9200である。なお、本発明において、ポリマーのユニットのモノマー比は下記に限定されない。
<Synthesis of polymer B>
(Synthesis Example 11) Synthesis of Polymer B 7.0 g of acetoxystyrene, 2.1 g of t-butyl methacrylate, 0.022 g of butyl mercaptan and 0.40 g of dimethyl-2,2'-azobis (2-methylpropio) Nate) (AIBN) is dissolved in 35 g of tetrahydrofuran (THF) and deoxidized. This is added dropwise over 4 hours in 20 g of THF which has been set to a reflux temperature by nitrogen airflow in advance. After dropping, the mixture is stirred for 2 hours and then cooled to room temperature. The polymer is precipitated by dropping this in a mixed solvent of 149 g of hexane and 12 g of THF. This is separated by vacuum filtration, and the obtained solid is washed with 52 g of hexane and then vacuum dried to obtain 10.3 g of polymer B represented by the following formula as a white solid. The weight average molecular weight determined by polystyrene conversion using gel permeation chromatography is 9200. In the present invention, the monomer ratio of the polymer unit is not limited to the following.
<ポリマーCの合成>
(合成例12)ポリマーCの合成
ポリマーBを6.0g、トリエチルアミン6.0g、メタノール6.0g及び純水1.5gを30gのプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解し還流温度で6時間撹拌する。その後25℃に冷却し、得られた溶液を30gのアセトンと30gの純水の混合液に滴下することでポリマーを沈殿させる。これを減圧ろ過で分離して得られた固体を30gの純水で2回洗浄した後、真空乾燥することで白色固体として下記式に示すポリマーCを4.3g得る。ゲル浸透クロマトグラフィーを用いてポリスチレン換算により求めた重量平均分子量は9100である。なお、本発明において、ポリマーのユニットのモノマー比は下記に限定されない。
<Synthesis of Polymer C>
(Synthesis Example 12) Synthesis of Polymer C 6.0 g of Polymer B, 6.0 g of triethylamine, 6.0 g of methanol and 1.5 g of pure water are dissolved in 30 g of propylene glycol monomethyl ether and stirred at a reflux temperature for 6 hours. Then, the mixture is cooled to 25 ° C., and the obtained solution is added dropwise to a mixed solution of 30 g of acetone and 30 g of pure water to precipitate the polymer. This is separated by vacuum filtration, and the obtained solid is washed twice with 30 g of pure water and then vacuum dried to obtain 4.3 g of polymer C represented by the following formula as a white solid. The weight average molecular weight determined by polystyrene conversion using gel permeation chromatography is 9100. In the present invention, the monomer ratio of the polymer unit is not limited to the following.
<ポリマーDの合成>
(合成例13)ポリマーDの合成
ポリヒドロキシスチレン(重量平均分子量8000)8.0gと0.010gの35質量%塩酸水溶液とを脱水ジオキサン28gに溶解する。そこに2.73gのシクロヘキシルビニルエーテルを2.80gの脱水ジオキサンに溶解して30分かけてポリヒドロキシスチレン溶液に滴下する。滴下後に40℃として2時間撹拌する。撹拌後、冷却した後に0.014gのジメチルアミノピリジンを添加する。その後、溶液を260gの純水中に滴下することでポリマーを沈殿させる。これを減圧ろ過で分離して得られた固体を純水300gで2回洗浄した後、真空乾燥することで白色固体として下記に示すポリマーDを9.2g得る。なお、本発明において、ポリマーのユニットのモノマー比は下記に限定されない。
<Synthesis of Polymer D>
(Synthesis Example 13) Synthesis of Polymer D 8.0 g of polyhydroxystyrene (weight average molecular weight 8000) and 0.010 g of a 35 mass% hydrochloric acid aqueous solution are dissolved in 28 g of dehydrated dioxane. There, 2.73 g of cyclohexyl vinyl ether is dissolved in 2.80 g of dehydrated dioxane and added dropwise to the polyhydroxystyrene solution over 30 minutes. After dropping, the mixture is stirred at 40 ° C. for 2 hours. After stirring and cooling, 0.014 g of dimethylaminopyridine is added. The polymer is then precipitated by dropping the solution into 260 g of pure water. This is separated by vacuum filtration, and the obtained solid is washed twice with 300 g of pure water and then vacuum dried to obtain 9.2 g of the polymer D shown below as a white solid. In the present invention, the monomer ratio of the polymer unit is not limited to the following.
<モル吸光係数測定>
上記スルホニウム塩1及び上記比較スルホニウム塩1〜3をそれぞれ15.0mg採取し、25mlのメスフラスコを用いてクロロホルムで25mlになるように希釈する。各スルホニウム塩含有溶液をホールピペットで0.5ml採取して5mlのメスフラスコを用いてさらにクロロホルムで5mlになるように希釈する。得られた溶液を紫外可視光分光光度計(U−3300、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて吸収スペクトルを測定することで、365nmにおけるモル吸光係数[mol/cm2]を求める。また、以下に示す比較スルホニウム塩4(ジカチオン)及び比較スルホニウム塩5に対しても同様にモル吸光係数を求める。
これらの結果を表1及び図1に示す。
<Measurement of molar extinction coefficient>
15.0 mg each of the above sulfonium salt 1 and the above comparative sulfonium salts 1 to 3 are collected and diluted with chloroform to 25 ml using a 25 ml volumetric flask. 0.5 ml of each sulfonium salt-containing solution is collected with a whole pipette and further diluted with chloroform to 5 ml using a 5 ml volumetric flask. The molar extinction coefficient [mol / cm 2 ] at 365 nm is determined by measuring the absorption spectrum of the obtained solution using an ultraviolet-visible spectrophotometer (U-3300, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Further, the molar extinction coefficient is similarly determined for the comparative sulfonium salt 4 (dication) and the comparative sulfonium salt 5 shown below.
These results are shown in Table 1 and FIG.
上記実施例、及び比較例の結果から下記のことがわかる。すなわち、実施例1のスルホニウム塩1はチオキサントン骨格の3位に特定の置換基を持つことで3位に特定の置換基を有しない比較スルホニウム塩5と比較して吸収が短波長化する傾向がある。実施例1のスルホニウム塩1は、λmaxが365nm付近となり365nmの吸収が大きくなることで、365nmの照射において酸発生が優位となる。また、本発明の一つの態様であるスルホニウム塩1〜6は合成時のジカチオンが低くモノカチオンの収率が高い。比較スルホニウム4のようにジカチオンとなると吸収が大幅に短波長化してしまい、365nmの吸収が大幅に小さくなる傾向がある。それにより比較スルホニウム4は酸発生に不利となる。そのため、本発明の一つの態様におけるスルホニウム塩は3位に特定の置換基を有することで365nmの吸収が高まる。それに加え、合成においてジカチオン構造が生じにくい構造となるため酸発生剤としてより高い性能を有することが期待できる。 The following can be seen from the results of the above Examples and Comparative Examples. That is, the sulfonium salt 1 of Example 1 tends to have a shorter absorption wavelength than the comparative sulfonium salt 5 which does not have a specific substituent at the 3-position because it has a specific substituent at the 3-position of the thioxanthone skeleton. is there. The sulfonium salt 1 of Example 1 has a λmax of around 365 nm and a large absorption at 365 nm, so that acid generation becomes dominant in irradiation at 365 nm. Further, the sulfonium salts 1 to 6, which are one aspect of the present invention, have a low dication at the time of synthesis and a high yield of monocation. Comparison When it becomes a dication like sulfonium 4, the absorption tends to be significantly shortened, and the absorption at 365 nm tends to be significantly reduced. As a result, the comparative sulfonium 4 is disadvantageous in acid generation. Therefore, the sulfonium salt in one embodiment of the present invention has a specific substituent at the 3-position to enhance absorption at 365 nm. In addition, since the structure is such that a dication structure is unlikely to occur in synthesis, it can be expected to have higher performance as an acid generator.
<感度評価>
下記のようにしてサンプル1〜13を調製した。シクロヘキサノン3000mgに、上記ポリマーA、C及びDから選択されるいずれかの樹脂500mgと、光酸発生剤(PAG)として上記スルホニウム塩1、3と比較スルホニウム塩1〜5のいずれかを0.036mmolと、クエンチャーとしてのトリオクチルアミンを0.0012mmolと、フッ素系界面活性剤(製品名:Novac FC−4434、3M社製)を0.3mgと、有機カルボン酸としてのサリチル酸0.0015mmolと、の割合で添加してサンプルを調製した。
調製したサンプルをあらかじめヘキサメチルジシラザン(HMDS処理を行ったSiウェハー上に各評価サンプル1〜13を塗布してスピンコートを行い110℃で加熱することで膜厚500nmのレジスト膜を得た。
次に、評価サンプルを線幅のハーフピッチが50μmの1:1のライン及びスペースパターンマスクを介して365nmの輝線を持つUV露光装置によって露光量を変えて露光した。次いで、ホットプレート上で110℃で1分間加熱した。
加熱後、現像液(製品名:NMD−3、水酸化テトラメチルアンモニウム2.38質量%水溶液、東京応化工業(株)製)を用いて1分間現像して現像を行い、純水でリンスすることでパターンを得た。これを顕微鏡で観察してレジストが完全に剥離されている露光量をEサイズ(最小露光量)とした。最小露光量を感度として評価した結果を表2に示す。
<Sensitivity evaluation>
Samples 1 to 13 were prepared as follows. To 3000 mg of cyclohexanone, 500 mg of any resin selected from the polymers A, C and D, and 0.036 mmol of any of the above sulfonium salts 1 and 3 and the comparative sulfonium salts 1 to 5 as a photoacid generator (PAG). , 0.0012 mmol of trioctylamine as a quencher, 0.3 mg of a fluorine-based surfactant (product name: Novac FC-4434, manufactured by 3M), and 0.0015 mmol of salicylic acid as an organic carboxylic acid. Samples were prepared by adding at the ratio of.
Hexamethyldisilazane (HMDS-treated Si wafers) were coated with each of the evaluation samples 1 to 13 in advance, spin-coated, and heated at 110 ° C. to obtain a resist film having a film thickness of 500 nm.
Next, the evaluation sample was exposed with a UV exposure apparatus having a emission line of 365 nm through a 1: 1 line having a line width half pitch of 50 μm and a space pattern mask at different exposure amounts. It was then heated on a hot plate at 110 ° C. for 1 minute.
After heating, develop with a developing solution (product name: NMD-3, 2.38% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) for 1 minute, develop, and rinse with pure water. I got a pattern. This was observed with a microscope, and the exposure amount at which the resist was completely peeled off was defined as E size (minimum exposure amount). Table 2 shows the results of evaluating the minimum exposure amount as the sensitivity.
スルホニウム塩1を含むサンプル1、8、10は、3位に特定の置換基を有しない比較スルホニウム塩5よりも高感度であった。3位に代えて、4位にメトキシ基が付加している比較スルホニウム塩1及び2位にフッ素原子が付加している比較スルホニウム塩2、並びにジカチオン構造の比較スルホニウム塩4はいずれも露光により酸発生する事は確認できているが500mJ/cm2露光しても不十分であった。比較スルホニウム塩3、5は比較スルホニウム塩1、2、4よりも高感度であるが、本発明のスルホニウム塩より低感度である。さらにこれらの比較スルホニウム塩は合成において3位に特定の置換基を有する構造でないため多量のジカチオンを生成する傾向がある。工業的に酸発生剤を製造する際は反応選択性がある事で目的物の収率が高くなること、感度が低いジカチオンをカラム精製等の除去工程を行わずに使用できる方が好ましい。そのためジカチオンの生成を抑えられる本発明の一つの態様にかかるスルホニウム塩は、精製工程を経ない方法で製造した場合にも高い感度を維持することが出来るため有効である。
Samples 1, 8 and 10 containing the sulfonium salt 1 were more sensitive than the comparative sulfonium salt 5 having no specific substituent at the 3-position. Instead of the 3-position, the comparative sulfonium salt 1 in which a methoxy group is added at the 4-position, the
本発明のいくつかの態様により、酸発生効率を向上させ、高感度であるフォトレジストとするための光酸発生剤に好適に用いられるスルホニウム塩、該スルホニウム塩を含むレジスト組成物を提供することができる。 According to some aspects of the present invention, there is provided a sulfonium salt preferably used as a photoacid generator for improving acid generation efficiency and obtaining a photoresist having high sensitivity, and a resist composition containing the sulfonium salt. Can be done.
Claims (5)
前記R1及びR2中の少なくとも1つのメチレン基が2価のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、
前記R1及びR2は、単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して、これらが結合する硫黄原子と共に環構造を形成してもよく、
R3は、置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルコキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルファニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールスルファニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールスルファニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルホニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールスルホニル基;及び、置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールスルホニル基;からなる群より選択されるいずれかであり、
R4及びR5は独立して各々に、水素原子;ヒドロキシル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜14のアリール基;及び、置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリール基;置換基を有していてもよい分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールカルボニルオキシ基;からなる群より選択されるいずれかであり、
R6はハロゲン原子;ヒドロキシル基;ニトロ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜14のアリール基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜14のヘテロアリール基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルコキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数1〜12のアリールオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルファニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数1〜12のアリールスルファニル基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルスルホニル基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールスルホニル基;及び、置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリール基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい直鎖、分岐又は環状の炭素原子数1〜12のアルケニルカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数6〜12のアリールカルボニルオキシ基;置換基を有していてもよい炭素原子数4〜12のヘテロアリールカルボニルオキシ基;からなる群より選択されるいずれかであり、
前記R4、R5及びR6中の少なくとも1つのメチレン基が2価のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、
nは0〜4の整数であり、
上記R1〜R5の少なくとも2つは単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して、これらが結合する硫黄原子と共に環構造を形成してもよく、
2つ以上のR6の少なくとも2つは単結合で直接に、又は、酸素原子、硫黄原子及びメチレン基からなる群より選択されるいずれかを介して環構造を形成してもよく、
X - は1価の対アニオンを示す。
前記式(2)中、R 1 〜R 4 、R 6 、X − 及びnは、前記式(1)のR 1 〜R 4 、R 6 、X − 及びnの選択肢と同様である。) A sulfonium salt represented by the following general formula (1) or general formula (2).
At least one methylene group in R 1 and R 2 may be substituted with a divalent heteroatom-containing group.
The R 1 and R 2 form a ring structure together with the sulfur atom to which they are bonded, either directly in a single bond or via any one selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a methylene group. Well,
R 3 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent. Alkenyl groups to 12; linear, branched or cyclic alkoxy groups having 1 to 12 carbon atoms which may have substituents; aryloxy having 6 to 12 carbon atoms which may have substituents. Group; Heteroaryloxy group having 4 to 12 carbon atoms which may have a substituent; Linear, branched or cyclic alkylsulfanyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; An arylsulfanyl group having 6 to 12 carbon atoms which may have a substituent; a heteroarylsulfanyl group having 4 to 12 carbon atoms which may have a substituent; may have a substituent. A linear, branched or cyclic alkylsulfonyl group having 1 to 12 carbon atoms; an arylsulfonyl group having 6 to 12 carbon atoms which may have a substituent; and a carbon which may have a substituent. It is one selected from the group consisting of heteroarylsulfonyl groups having 4 to 12 atoms;
Each of R 4 and R 5 independently has a hydrogen atom; a hydroxyl group; a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; a substituent. It may have a linear, branched or cyclic alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms; an aryl group having 6 to 14 carbon atoms which may have a substituent; and may have a substituent. Heteroaryl group having 4 to 12 carbon atoms; branched or cyclic alkylcarbonyloxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; linear, branched or which may have a substituent. Cyclic alkenylcarbonyloxy group having 1 to 12 carbon atoms; arylcarbonyloxy group having 6 to 12 carbon atoms which may have a substituent; 4 to 12 carbon atoms which may have a substituent Heteroarylcarbonyloxy group; any of the groups selected from the group consisting of
R 6 is a halogen atom; a hydroxyl group; a nitro group; an optionally substituted linear, minute岐又alkyl group having 1 to 12 carbon atoms in the ring; which may have a substituent linear , A branched or cyclic alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms; an aryl group having 6 to 14 carbon atoms which may have a substituent; and an aryl group having 4 to 14 carbon atoms which may have a substituent. Heteroaryl group; linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; aryloxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; A linear, branched or cyclic alkyl sulfanyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; an aryl sulfanyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; It has a linear, branched or cyclic alkylsulfonyl group having 1 to 12 carbon atoms; an arylsulfonyl group having 6 to 12 carbon atoms which may have a substituent; and a substituent. Heteroaryl group having 4 to 12 carbon atoms which may have a substituent; linear, branched or cyclic alkylcarbonyloxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent; A linear, branched or cyclic alkenylcarbonyloxy group having 1 to 12 carbon atoms; optionally having a substituent; an arylcarbonyloxy group having 6 to 12 carbon atoms; having a substituent. A heteroarylcarbonyloxy group having 4 to 12 carbon atoms; whichever is selected from the group consisting of
At least one methylene group in R 4 , R 5 and R 6 may be substituted with a divalent heteroatom-containing group.
n is an integer from 0 to 4
At least two of R 1 to R 5 described above form a ring structure together with the sulfur atom to which they are bonded, either directly in a single bond or via any one selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a methylene group. May be formed,
At least two of the two or more R 6 is directly a single bond or an oxygen atom, may form a ring structure via one selected from the group consisting of a sulfur atom and a methylene group,
And X - represents a monovalent counter anion.
In the formula (2), R 1 to R 4 , R 6 , X − and n are the same as the options of R 1 to R 4 , R 6 , X − and n in the formula (1). )
前記レジスト膜に活性エネルギー線を照射する工程と、
前記レジスト膜を現像する工程と、を含むデバイスの製造方法。 A step of forming a resist film on a substrate using the composition according to any one of claims 3 to 4.
The step of irradiating the resist film with active energy rays and
A method for manufacturing a device including the step of developing the resist film.
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