JP7846641B2 - Resist material and pattern formation method - Google Patents
Resist material and pattern formation methodInfo
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Description
本発明は、レジスト材料及びパターン形成方法に関する。 This invention relates to a resist material and a pattern forming method.
LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が急速に進んでいる。5Gの高速通信と人工知能(artificial intelligence、AI)の普及が進み、これを処理するための高性能デバイスが必要とされているためである。最先端の微細化技術としては、波長13.5nmの極端紫外線(EUV)リソグラフィーによる5nmノードのデバイスの量産が行われている。更には、次世代の3nmノード、次次世代の2nmノードデバイスにおいてもEUVリソグラフィーを用いた検討が進められている。 With the increasing integration and speed of LSIs, the miniaturization of pattern rules is progressing rapidly. This is because the proliferation of 5G high-speed communication and artificial intelligence (AI) necessitates high-performance devices to process them. At the forefront of miniaturization technology, mass production of 5nm node devices is underway using extreme ultraviolet (EUV) lithography with a wavelength of 13.5nm. Furthermore, research using EUV lithography is progressing for next-generation 3nm node and even the following-generation 2nm node devices.
微細化の進行とともに酸の拡散による像のぼけが問題になっている。寸法サイズ45nm以降の微細パターンでの解像性を確保するためには、従来提案されている溶解コントラストの向上だけでなく、酸拡散の制御が重要であることが提案されている(非特許文献1)。しかしながら、化学増幅レジスト材料は、酸の拡散によって感度とコントラストを上げているため、ポストエクスポージャーベーク(PEB)温度を下げたり、時間を短くしたりして酸拡散を極限まで抑えようとすると、感度とコントラストが著しく低下する。 As miniaturization progresses, image blurring due to acid diffusion is becoming a problem. To ensure resolution in fine patterns of 45 nm and beyond, it has been suggested that controlling acid diffusion is crucial, in addition to improving dissolution contrast as previously proposed (Non-Patent Literature 1). However, since chemically amplified resist materials increase sensitivity and contrast through acid diffusion, attempting to suppress acid diffusion to the extreme by lowering the post-exposure bake (PEB) temperature or shortening the time results in a significant decrease in sensitivity and contrast.
感度、解像度及びエッジラフネスのトライアングルトレードオフの関係が示されている。解像度を向上させるためには酸拡散を抑えることが必要であるが、酸拡散距離が短くなると感度が低下する。 The relationship between sensitivity, resolution, and edge roughness in a triangle trade-off is shown. Improving resolution requires suppressing acid diffusion, but reducing the acid diffusion distance decreases sensitivity.
バルキーな酸が発生する酸発生剤を添加して酸拡散を抑えることは有効である。そこで、重合性不飽和結合を有するオニウム塩に由来する繰り返し単位をポリマーに含ませることが提案されている。このとき、ポリマーは、酸発生剤としても機能する(ポリマーバウンド型酸発生剤)。特許文献1には、特定のスルホン酸を発生する重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩やヨードニウム塩が提案されている。特許文献2には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。 Adding an acid generator that produces bulky acids to suppress acid diffusion is effective. Therefore, it has been proposed to incorporate repeating units derived from onium salts having polymerizable unsaturated bonds into the polymer. In this case, the polymer also functions as an acid generator (polymer-bound type acid generator). Patent Document 1 proposes sulfonium salts and iodonium salts having polymerizable unsaturated bonds that generate specific sulfonic acids. Patent Document 2 proposes sulfonium salts in which sulfonic acids are directly linked to the main chain.
ArFレジスト材料用の(メタ)アクリレートポリマーに用いられる酸不安定基は、α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸を発生する光酸発生剤を使うことによって脱保護反応が進行するが、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸又はカルボン酸を発生する酸発生剤では脱保護反応が進行しない。α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸を発生するスルホニウム塩又はヨードニウム塩に、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸を発生するスルホニウム塩又はヨードニウム塩を混合すると、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸を発生するスルホニウム塩又はヨードニウム塩は、α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸とイオン交換を起こす。光によって発生したα位がフッ素原子で置換されたスルホン酸は、イオン交換によってスルホニウム塩又はヨードニウム塩に逆戻りするため、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸又はカルボン酸のスルホニウム塩又はヨードニウム塩はクエンチャーとして機能する。カルボン酸を発生するスルホニウム塩又はヨードニウム塩をクエンチャーとして用いるレジスト材料が提案されている(特許文献3)。 The acid-unstable groups used in (meth)acrylate polymers for ArF resist materials undergo deprotection reactions by using a photoacid generator that produces sulfonic acid with a fluorine atom substituted at the α-position. However, deprotection reactions do not proceed with acid generators that produce sulfonic acid or carboxylic acid without a fluorine atom substituted at the α-position. When a sulfonium salt or iodonium salt that produces sulfonic acid with a fluorine atom substituted at the α-position is mixed with a sulfonium salt or iodonium salt that produces sulfonic acid without a fluorine atom substituted at the α-position, the sulfonium salt or iodonium salt that produces sulfonic acid without a fluorine atom substituted at the α-position undergoes ion exchange with the sulfonic acid with a fluorine atom substituted at the α-position. Since the sulfonic acid with a fluorine atom substituted at the α-position generated by light reverts back to the sulfonium salt or iodonium salt through ion exchange, the sulfonium salt or iodonium salt of sulfonic acid or carboxylic acid without a fluorine atom substituted at the α-position functions as a quencher. A resist material has been proposed that uses a sulfonium salt or iodonium salt that generates a carboxylic acid as a quencher (Patent Document 3).
種々カルボン酸が発生するスルホニウム塩型クエンチャーが提案されている。特に、サリチル酸やβヒドロキシカルボン酸(特許文献4)、サリチル酸誘導体(特許文献5、6)、フルオロサリチル酸(特許文献7)、ヒドロキシナフトエ酸(特許文献8)のスルホニウム塩が示されている。特にはサリチル酸にはカルボン酸とヒドロキシ基の分子内水素結合によって酸拡散を抑える効果がある。 Various sulfonium salt type quenchers that generate various carboxylic acids have been proposed. In particular, sulfonium salts of salicylic acid and β-hydroxycarboxylic acid (Patent Document 4), salicylic acid derivatives (Patent Documents 5 and 6), fluorosalicylic acid (Patent Document 7), and hydroxynaphthoic acid (Patent Document 8) have been shown. Salicylic acid, in particular, has the effect of suppressing acid diffusion through intramolecular hydrogen bonding between the carboxylic acid and the hydroxyl group.
一方、クエンチャーの凝集によって、レジストパターンの寸法均一性が低下することが指摘されている。レジスト膜中のクエンチャーの凝集を防いで分布を均一化することによって現像後のパターンの寸法均一性を向上させることが期待される。 On the other hand, it has been pointed out that quencher aggregation reduces the dimensional uniformity of the resist pattern. By preventing quencher aggregation in the resist film and homogenizing its distribution, it is expected that the dimensional uniformity of the pattern after development will be improved.
トリフルオロメトキシ基は強い電子吸引効果によりスーパーハロゲンと呼ばれ、医薬、農薬、液晶材料に使われている。レジスト用のスルホニウム塩のアニオンとしては、4-トリフルオロメトキシ安息香酸が示されている(特許文献9)。 The trifluoromethoxy group is called a superhalogen due to its strong electron-withdrawing effect and is used in pharmaceuticals, agrochemicals, and liquid crystal materials. 4-trifluoromethoxybenzoic acid has been shown as an anion for sulfonium salts used in resists (Patent Document 9).
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ポジ型であってもネガ型であっても、高感度であり、LWR(線幅粗さ)やCDU(寸法均一性)が改善されたレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a resist material that is highly sensitive, has improved LWR (line width roughness) and CDU (dimensional uniformity), and a pattern formation method using the same, whether it is a positive or negative type resist.
上記課題を解決するために、本発明では、
クエンチャーとして、
置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩を含むレジスト材料を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
As a quencher,
The present invention provides a resist material comprising a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid.
このようなものであれば、ポジ型であってもネガ型であっても、高感度であり、LWRやCDUが改善されたレジスト材料となる。 Such materials, whether positive or negative, will be highly sensitive and exhibit improved LWR and CDU (low wave ratio).
前記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は前記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩が下記一般式(1)で表されるものであることが好ましい。
このようなものであれば、より確実に高感度であり、LWRやCDUが改善されたレジスト材料とすることができる。 Such a material can be used to create a resist material that is more reliably sensitive and has improved LWR and CDU.
また本発明では、
クエンチャーとして、
置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上を含むレジスト材料を提供する。
Furthermore, in this invention,
As a quencher,
The present invention provides a resist material comprising one or more of the following: a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid, a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid, a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, and a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid.
このようなものであれば、ポジ型であってもネガ型であっても、高感度であり、LWRやCDUが改善されたレジスト材料となる。 Such materials, whether positive or negative, will be highly sensitive and exhibit improved LWR and CDU (low wave ratio).
前記置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上が下記一般式(1´)で表されるものであることが好ましい。
このようなものであれば、より確実に高感度であり、LWRやCDUが改善されたレジスト材料とすることができる。 Such a material can be used to create a resist material that is more reliably sensitive and has improved LWR and CDU.
更に、酸を発生する酸発生剤を含むものであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the product contains an acid-generating agent that produces acid.
このようなものであれば、上記スルホニウム塩がクエンチャーとして機能し、本発明のレジスト材料が機能する。 In this configuration, the sulfonium salt described above functions as a quencher, and the resist material of the present invention functions accordingly.
前記酸発生剤が、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生するものであることが好ましい。 It is preferable that the acid generating agent generates sulfonic acid, imido acid, or methidoic acid.
このようなものであれば、酸発生剤としてより好適である。 Such a material is more suitable as an acid generator.
更に、有機溶剤を含むものであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that it contains an organic solvent.
このようなものであれば、含まれる各成分を溶解してレジスト材料として好適に使用できるものとなる。 With this type of material, each component can be dissolved and used suitably as a resist material.
更に、ベースポリマーを含むものであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the product contains a base polymer.
このようなものであれば、レジスト材料として好適なものとなる。 Such a material would be suitable as a resist material.
前記ベースポリマーが、下記一般式(a1)で表される繰り返し単位及び/又は下記一般式(a2)で表される繰り返し単位を含むものであることが好ましい。
このようなものであれば、酸不安定基を含みポジ型レジスト材料として好適なものとなる。 Such a material, containing acid-unstable groups, is suitable as a positive-type resist material.
前記レジスト材料が、化学増幅ポジ型レジスト材料であることが好ましい。 The resist material is preferably a chemically amplified positive-type resist material.
本発明のレジスト材料は、化学増幅ポジ型レジスト材料として機能することができる。 The resist material of the present invention can function as a chemically amplified positive-type resist material.
前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものであることも好ましい。 It is also preferable that the base polymer does not contain acid-unstable groups.
このようなものであれば、酸不安定基を含まずネガ型レジスト材料として好適なものとなる。 Such a material, free from acid-unstable groups, is suitable as a negative-type resist material.
前記レジスト材料が、化学増幅ネガ型レジスト材料であることが好ましい。 The resist material is preferably a chemically amplified negative-type resist material.
本発明のレジスト材料は、化学増幅ネガ型レジスト材料として機能することができる。 The resist material of the present invention can function as a chemically amplified negative resist material.
前記ベースポリマーが、更に、下記一般式(f1)~(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものであることが好ましい。
このようなものであれば、ベースポリマー内で酸発生剤としての機能を有する。 Such a substance would function as an acid generator within the base polymer.
更に、界面活性剤を含むものであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that it contains a surfactant.
このようなものであれば、レジスト材料の塗布性を向上したり、制御したりすることができる。 With this type of material, it is possible to improve or control the applicability of the resist material.
また、本発明は、上記のレジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法を提供する。 Furthermore, the present invention provides a pattern formation method characterized by comprising the steps of: forming a resist film on a substrate using the above-mentioned resist material; exposing the resist film with high-energy rays; and developing the exposed resist film using a developer solution.
このようなパターン形成方法であれば、良好なパターンを形成できる。 This pattern formation method allows for the creation of good patterns.
前記高エネルギー線として、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、電子線又は波長3~15nmの極端紫外線を用いることが好ましい。 It is preferable to use KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, electron beams, or extreme ultraviolet light with a wavelength of 3 to 15 nm as the high-energy beam.
このような高エネルギー線を用いると、より良好なパターンを形成できる。 Using such high-energy rays allows for the formation of better patterns.
上記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は上記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩は、酸拡散を抑えるクエンチャーである。これによって低酸拡散な特性となり、LWRやCDUを改善することが可能である。これらによって、LWRが小さく、CDUが向上した高感度のレジスト材料を構築することが可能となる。 The sulfonium salts of substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or the sulfonium salts of substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid, are quenchers that suppress acid diffusion. This results in low acid diffusion properties, improving LWR and CDU. Therefore, it is possible to construct highly sensitive resist materials with low LWR and improved CDU.
レジスト材料において、ラインパターンのLWRやホールパターンの寸法均一性(CDU)を改善することが可能で、かつ感度も向上させることができるクエンチャーの開発が望まれている。このためには、拡散による像のぼけを一段と小さくする必要がある。 In resist materials, there is a need for the development of a quencher that can improve the LWR of line patterns and the dimensional uniformity (CDU) of hole patterns, while also enhancing sensitivity. To achieve this, it is necessary to further reduce image blurring due to diffusion.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジ又はトリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジ又はトリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩を添加するレジスト材料は、酸拡散を抑えるためのクエンチャーであり、アニオンの分子内に置換または非置換のヒドロキシ基とカルボキシル基を有することによる優れた酸拡散の抑制効果と、ヒドロキシ基が酸不安定基で置換されている場合は溶解コントラストを向上させ、トリフルオロメトキシ基やトリフルオロメチルチオ基を有することによる高い電子吸引効果かつ嵩高い基の電子反発によるクエンチャーの凝集を防止する効果によってLWR及びCDUが改善され、解像性に優れ、プロセスマージンが広いレジスト材料を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors, through diligent research to achieve the above objectives, have discovered that a resist material to which substituted or unsubstituted sulfonium salts of hydroxy(di or trifluoromethoxy)benzoic acid, substituted or unsubstituted sulfonium salts of hydroxy(di or trifluoromethylthio)benzoic acid, sulfonium salts of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, or sulfonium salts of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid are added acts as a quencher to suppress acid diffusion. The excellent acid diffusion suppression effect due to the presence of substituted or unsubstituted hydroxyl and carboxyl groups within the anion molecule, the improved dissolution contrast when the hydroxyl group is substituted with an acid-unstable group, and the high electron-withdrawing effect and the prevention of quencher aggregation due to electron repulsion of bulky groups due to the presence of trifluoromethoxy or trifluoromethylthio groups improve LWR and CDU, resulting in a resist material with excellent resolution and a wide process margin. This discovery has led to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は、
クエンチャーとして、
置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩を含むレジスト材料である。
In other words, the present invention is
As a quencher,
The resist material comprises a sulfonium salt of substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or a sulfonium salt of substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid.
また本発明は、
クエンチャーとして、
置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上を含むレジスト材料である。
Furthermore, the present invention,
As a quencher,
The resist material comprises one or more of the following: a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid, a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid, a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, and a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid.
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below, but it is not limited to these descriptions.
[レジスト材料]
本発明のレジスト材料はクエンチャーとして、置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、または置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上を含む。
[Resist material]
The resist material of the present invention contains, as a quencher, one or more of the following: a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid, or a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid, a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid, a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, and a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid.
[置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジ又はトリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジ又はトリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩]
上記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、および置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上(以下、スルホニウム塩Aともいう。)は、それぞれ下記一般式(1)、および下記一般式(1´)で表されるものであることが好ましい。
Preferably, one or more of the above-mentioned substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid sulfonium salts, and/or substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid sulfonium salts, substituted or unsubstituted hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid sulfonium salts, substituted or unsubstituted hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid sulfonium salts, 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid sulfonium salts, and 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid sulfonium salts (hereinafter also referred to as sulfonium salt A) are represented by the following general formula (1) and the following general formula (1').
上記一般式(1)中、R1は水素原子、あるいは炭素数1~15の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基、炭素数2~15のアルケニル基、炭素数2~15のアルキニル基から選択される基であり、前記基がハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、置換もしくは非置換のアリール基、ヒドロキシ基を有していてもよく、酸不安定基であっても良い。Xは酸素原子又は硫黄原子である。m、nはそれぞれ1又は2である。R2~R4は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~25のヒドロカルビル基である。また、R2及びR3が、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成していてもよい。 In the above general formula (1), R1 is a hydrogen atom, or a group selected from linear, branched, or cyclic alkyl, alkoxy, alkoxycarbonyl, or acyl groups having 1 to 15 carbon atoms, an alkenyl or alkynyl group having 2 to 15 carbon atoms, and the group may have a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a substituted or unsubstituted aryl group, or a hydroxyl group, and may also be an acid-unstable group. X is an oxygen atom or a sulfur atom. m and n are each 1 or 2. R2 to R4 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 25 carbon atoms, which may contain a halogen atom or a heteroatom. Furthermore, R2 and R3 may be bonded to each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded.
上記一般式(1´)中、R1´は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、置換又は非置換のアミノ基、あるいは炭素数1~15の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基、炭素数2~15のアルケニルオキシ基、炭素数2~15のアルキニルオキシ基から選択される基であり、前記基がハロゲン原子、カルボニル基、エーテル結合、置換もしくは非置換のアリール基、ヒドロキシ基を有していてもよく、酸不安定基であっても良いが、R1´が水素原子の場合は、FqHpC-X-基の置換位置が2位又は3位である。pは0又は1、qは2又は3である。Xは酸素原子又は硫黄原子である。m、nはそれぞれ1又は2である。R2~R4は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~25のヒドロカルビル基である。また、R2及びR3が、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成していてもよい。 In the above general formula (1'), R 1' is a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, or a linear, branched, or cyclic alkyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkoxycarbonyloxy group, acyl group, acyloxy group, alkenyloxy group, or alkynyloxy group having 1 to 15 carbon atoms. The group may have a halogen atom, a carbonyl group, an ether bond, a substituted or unsubstituted aryl group, or a hydroxyl group, and may be an acid-unstable group. However, if R 1 ' is a hydrogen atom, the substitution position of the C-X- group is at position 2 or 3. p is 0 or 1, and q is 2 or 3. X is an oxygen atom or a sulfur atom. m and n are each 1 or 2. R 2 to R 4 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 25 carbon atoms, which may contain a halogen atom or a heteroatom. Furthermore, R2 and R3 may bond to each other, forming a ring with the sulfur atom to which they are bonded.
上記一般式(1)で表されるスルホニウム塩のアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。 The anions of the sulfonium salt represented by the general formula (1) above include, but are not limited to, those listed below.
上記一般式(1´)で表されるスルホニウム塩のアニオンとしては、上記一般式(1)で表されるスルホニウム塩のアニオンの具体例として示されたもの、および以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of anions of sulfonium salts represented by the above general formula (1') include, but are not limited to, those shown as specific examples of anions of sulfonium salts represented by the above general formula (1), and those shown below.
上記一般式(1)および(1´)中、R2~R4は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~25、好ましくは1~20のヒドロカルビル基である。 In the above general formulas (1) and (1'), R2 to R4 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 25 carbon atoms, preferably 1 to 20 carbon atoms, which may contain a halogen atom or a heteroatom.
R2~R4で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of halogen atoms represented by R2 to R4 include fluorine, chlorine, bromine, and iodine atoms.
R2~R4で表される炭素数1~25のヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等の炭素数1~25のアルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロピルメチル基、4-メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等の炭素数3~25の環式飽和ヒドロカルビル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2~25のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等の炭素数2~25のアルキニル基;シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等の炭素数3~25の環式不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;フェニル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、n-プロピルフェニル基、イソプロピルフェニル基、n-ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、sec-ブチルフェニル基、tert-ブチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基、n-プロピルナフチル基、イソプロピルナフチル基、n-ブチルナフチル基、イソブチルナフチル基、sec-ブチルナフチル基、tert-ブチルナフチル基等の炭素数6~25のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等の炭素数7~25のアラルキル基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。 The hydrocarbyl groups, represented by R2 to R4 and having 1 to 25 carbon atoms, may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include C1-C25 alkyl groups such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-octyl, n-nonyl, n-decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, and eicosyl groups; C3-C25 cyclic saturated hydrocarbyl groups such as cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopropylmethyl, 4-methylcyclohexyl, cyclohexylmethyl, norbornyl, and adamantyl groups; C2-C25 alkenyl groups such as vinyl, propenyl, butenyl, and hexenyl groups; and ethynyl groups. Examples include alkynyl groups having 2 to 25 carbon atoms, such as propynyl and butynyl groups; cyclic unsaturated aliphatic hydrocarbyl groups having 3 to 25 carbon atoms, such as cyclohexenyl and norbornenyl groups; aryl groups having 6 to 25 carbon atoms, such as phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, n-propylphenyl, isopropylphenyl, n-butylphenyl, isobutylphenyl, sec-butylphenyl, tert-butylphenyl, naphthyl, methylnaphthyl, ethylnaphthyl, n-propylnaphthyl, isopropylnaphthyl, n-butylnaphthyl, isobutylnaphthyl, sec-butylnaphthyl, and tert-butylnaphthyl groups; aralkyl groups having 7 to 25 carbon atoms, such as benzyl and phenethyl groups; and groups obtained by combining these.
また、上記ヒドロカルビル基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、上記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、メルカプト基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物(-C(=O)-O-C(=O)-)、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。 Furthermore, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom, or halogen atom, and some of the -CH2- of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, sulfur atom, or nitrogen atom, and as a result, it may contain a hydroxyl group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, a mercapto group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a carbonate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), a haloalkyl group, etc.
また、R2及びR3が、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成していてもよい。このとき、上記環としては、以下に示す構造のものが好ましい。
上記一般式(1)および(1´)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
スルホニウム塩Aは、例えば、スルホニウムカチオンを有する塩酸塩や炭酸塩を、置換又は非置換のヒドロキシトリフルオロメトキシ安息香酸又は置換又は非置換のヒドロキシトリフルオロメチルチオ安息香酸でイオン交換することにより合成することができる。 Sulfonium salt A can be synthesized, for example, by ion exchange of a hydrochloride or carbonate containing a sulfonium cation with substituted or unsubstituted hydroxytrifluoromethoxybenzoic acid or substituted or unsubstituted hydroxytrifluoromethylthiobenzoic acid.
本発明のレジスト材料中、スルホニウム塩Aの含有量は、後述するベースポリマー100質量部に対し、0.001~50質量部が好ましく、0.01~40質量部がより好ましい。スルホニウム塩Aは、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 In the resist material of the present invention, the content of sulfonium salt A is preferably 0.001 to 50 parts by mass, and more preferably 0.01 to 40 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer described later. Sulfonium salt A may be used alone or in combination of two or more types.
[ベースポリマー]
本発明のレジスト材料は、ベースポリマーを含んでもよい。上記ベースポリマーは、ポジ型レジスト材料の場合、酸不安定基を含む繰り返し単位を含む。酸不安定基を含む繰り返し単位としては、下記一般式(a1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位a1ともいう。)及び/又は下記一般式(a2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位a2ともいう。)が好ましい。
The resist material of the present invention may contain a base polymer. In the case of a positive-type resist material, the base polymer contains repeating units containing acid-unstable groups. The repeating units containing acid-unstable groups are preferably the repeating units represented by the following general formula (a1) (hereinafter also referred to as repeating unit a1) and/or the repeating units represented by the following general formula (a2) (hereinafter also referred to as repeating unit a2).
上記一般式(a1)及び(a2)中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Y1は、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1~12の連結基である。Y2は、単結合又はエステル結合である。Y3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。R11及びR12は、それぞれ独立に、酸不安定基である。なお、上記ベースポリマーが繰り返し単位a1及び繰り返し単位a2を共に含む場合、R11及びR12は、互いに同一であっても異なっていてもよい。R13は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、シアノ基又は炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基である。R14は、単結合又は炭素数1~6のアルカンジイル基であり、その炭素原子の一部がエーテル結合又はエステル結合で置換されていてもよい。aは、1又は2である。bは、0~4の整数である。ただし、1≦a+b≦5である。 In the above general formulas (a1) and (a2), R A is independently a hydrogen atom or a methyl group. Y 1 is a carbon-1 to carbon-12 linking group containing at least one selected from a single bond, a phenylene group or a naphthylene group, or an ester bond and a lactone ring. Y 2 is a single bond or an ester bond. Y 3 is a single bond, an ether bond or an ester bond. R 11 and R 12 are independently acid-unstable groups. Note that if the above base polymer contains both repeating units a1 and a2, R 11 and R 12 may be the same or different from each other. R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group or a carbon-1 to carbon-6 saturated hydrocarbyl group. R 14 is a single bond or a carbon-1 to carbon-6 alkanediyl group, and some of its carbon atoms may be substituted with ether bonds or ester bonds. a is 1 or 2. b is an integer between 0 and 4, where 1 ≤ a + b ≤ 5.
繰り返し単位a1を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RA及びR11は、上記と同じである。
繰り返し単位a2を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RA及びR12は、上記と同じである。
上記一般式(1)、(1´)、(a1)及び(a2)のR1、R1´、R11及びR12で表される酸不安定基としては、例えば、特開2013-80033号公報、特開2013-83821号公報に記載のものが挙げられる。 Examples of acid-unstable groups represented by R1 , R1' , R11 , and R12 in the above general formulas (1), (1'), (a1), and (a2) include those described in Japanese Patent Publication No. 2013-80033 and Japanese Patent Publication No. 2013-83821.
典型的には、上記酸不安定基としては、下記一般式(AL-1)~(AL-3)で表されるものが挙げられる。
上記一般式(AL-1)及び(AL-2)中、RL1及びRL2は、それぞれ独立に、炭素数1~40のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。上記ヒドロカルビル基としては、炭素数1~40の飽和ヒドロカルビル基が好ましく、炭素数1~20の飽和ヒドロカルビル基がより好ましい。 In the above general formulas (AL-1) and (AL-2), R L1 and R L2 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms, and may contain heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, and fluorine atoms. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. A saturated hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms is preferred, and a saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms is more preferred.
上記一般式(AL-1)中、cは、0~10の整数であり、1~5の整数が好ましい。 In the above general formula (AL-1), c is an integer between 0 and 10, preferably between 1 and 5.
上記一般式(AL-2)中、RL3及びRL4は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。上記ヒドロカルビル基としては、炭素数1~20の飽和ヒドロカルビル基が好ましい。また、RL2、RL3及びRL4のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する炭素原子又は炭素原子と酸素原子と共に炭素数3~20の環を形成してもよい。上記環としては、炭素数4~16の環が好ましく、特に脂環が好ましい。 In the above general formula (AL-2), R L3 and R L4 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, and may contain heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, and fluorine atoms. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. A saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferred as the hydrocarbyl group. Furthermore, any two of R L2 , R L3 , and R L4 may bond to each other to form a ring having 3 to 20 carbon atoms together with the carbon atoms to which they are bonded, or with an oxygen atom. A ring having 4 to 16 carbon atoms is preferred, and an alicyclic ring is particularly preferred.
上記一般式(AL-3)中、RL5、RL6及びRL7は、それぞれ独立に、炭素数1~20のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。上記ヒドロカルビル基としては、炭素数1~20の飽和ヒドロカルビル基が好ましい。また、RL5、RL6及びRL7のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に炭素数3~20の環を形成してもよい。上記環としては、炭素数4~16の環が好ましく、特に脂環が好ましい。 In the above general formula (AL-3), R L5 , R L6 , and R L7 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, and may contain heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, and fluorine atoms. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. A saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferred as the hydrocarbyl group. Furthermore, any two of R L5 , R L6 , and R L7 may bond to each other to form a ring having 3 to 20 carbon atoms together with the carbon atoms to which they are bonded. A ring having 4 to 16 carbon atoms is preferred, and an alicyclic ring is particularly preferred.
上記レジスト材料の上記ベースポリマーが繰り返し単位a1、a2を含む場合、化学増幅ポジ型レジスト材料である。 When the base polymer of the above-mentioned resist material contains repeating units a1 and a2, it is a chemically amplified positive-type resist material.
上記レジスト材料の上記ベースポリマーが酸不安定基を含まない場合も好ましく、その場合、上記レジスト材料は化学増幅ネガ型レジスト材料である。 It is also preferable that the base polymer of the above-mentioned resist material does not contain acid-unstable groups; in this case, the resist material is a chemically amplified negative-type resist material.
上記ベースポリマーは、密着性基としてフェノール性ヒドロキシ基を含む繰り返し単位bを含んでもよい。繰り返し単位bを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、上記と同じである。
上記ベースポリマーは、他の密着性基として、フェノール性ヒドロキシ基以外のヒドロキシ基、ラクトン環、スルトン環、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カルボニル基、スルホニル基、シアノ基及び/又はカルボキシ基を含む繰り返し単位cを含んでもよい。繰り返し単位cを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、上記と同じである。
上記ベースポリマーは、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、アセナフチレン、クロモン、クマリン、ノルボルナジエン又はこれらの誘導体に由来する繰り返し単位dを含んでもよい。繰り返し単位dを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
上記ベースポリマーは、スチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルピレン、メチレンインダン、ビニルピリジン又はビニルカルバゾールに由来する繰り返し単位eを含んでもよい。 The above base polymer may contain repeating units e derived from styrene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylpyrene, methyleneindan, vinylpyridine, or vinylcarbazole.
上記ベースポリマーは、重合性不飽和結合を含むオニウム塩に由来する繰り返し単位fを含んでもよい。好ましい繰り返し単位fとしては、下記一般式(f1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f1ともいう。)、下記一般式(f2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f2ともいう。)及び下記一般式(f3)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f3ともいう。)が挙げられる。なお、繰り返し単位f1~f3は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記一般式(f1)~(f3)中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Z1は、単結合、炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、ナフチレン基、エステル結合若しくはこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基、又は-O-Z11-、-C(=O)-O-Z11-若しくは-C(=O)-NH-Z11-である。Z11は、炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、ナフチレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Z2は、単結合又はエステル結合である。Z3は、単結合、-Z31-C(=O)-O-、-Z31-O-又は-Z31-O-C(=O)-である。Z31は、炭素数1~12のヒドロカルビレン基、フェニレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合、ヨウ素原子又は臭素原子を含んでいてもよい。Z4は、メチレン基、2,2,2-トリフルオロ-1,1-エタンジイル基又はカルボニル基である。Z5は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、トリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基、-O-Z51-、-C(=O)-O-Z51-又は-C(=O)-NH-Z51-である。Z51は、炭素数1~15、好ましくは1~6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、またそれらの組み合わせでもよく、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合、ハロゲン原子及び/又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。 In the above general formulas (f1) to (f3), R A is independently a hydrogen atom or a methyl group. Z1 is a single bond, an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, an ester bond, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, or -O- Z11- , -C(=O)-O- Z11- , or -C(=O)-NH- Z11- . Z11 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, and may include a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, or a hydroxyl group. Z2 is a single bond or an ester bond. Z3 is a single bond, -Z31 -C(=O)-O-, -Z31 -O-, or -Z31 -O-C(=O)-. Z31 is a C1-C12 hydrocarbylene group, a phenylene group, or a C7-C18 group obtained by combining these, and may contain a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, an iodine atom, or a bromine atom. Z4 is a methylene group, a 2,2,2-trifluoro-1,1-ethanediyl group, or a carbonyl group. Z5 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a phenylene group substituted with a trifluoromethyl group, -O- Z51- , -C(=O)-O- Z51- , or -C(=O)-NH- Z51- . Z 51 is a phenylene group substituted with an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 15 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, or a trifluoromethyl group, or a combination thereof, and may also contain a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, a halogen atom, and/or a hydroxyl group.
上記一般式(f1)~(f3)中、R21~R28は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~25、好ましくは1~20のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、上記一般式(1)および(1´)の説明においてR2~R4で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。上記ヒドロカルビル基は、その水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。また、R23及びR24又はR26及びR27が、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成していてもよい。このとき、上記環としては、上記一般式(1)および(1´)の説明においてR2とR3とが結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the above general formulas (f1) to (f3), R21 to R28 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 25 carbon atoms, preferably 1 to 20 carbon atoms, which may contain a halogen atom or a heteroatom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl groups represented by R2 to R4 in the explanation of general formulas (1) and (1') above. The above hydrocarbyl group may have some or all of its hydrogen atoms substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom, or halogen atom, and some of the carbon atoms of these groups may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, sulfur atom, or nitrogen atom, and as a result it may contain a hydroxyl group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a carbonate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride, a haloalkyl group, etc. Also, R23 and R24 or R26 and R27 may bond to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, the above ring is similar to the ring that can be formed when R2 and R3 bond together with the sulfur atom to which they are bonded in the explanation of the above general formulas (1) and (1').
上記一般式(f1)中、M-は、非求核性対向イオンである。上記非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハロゲン化物イオン;トリフレートイオン、1,1,1-トリフルオロエタンスルホネートイオン、ノナフルオロブタンスルホネートイオン等のフルオロアルキルスルホネートイオン;トシレートイオン、ベンゼンスルホネートイオン、4-フルオロベンゼンスルホネートイオン、1,2,3,4,5-ペンタフルオロベンゼンスルホネートイオン等のアリールスルホネートイオン;メシレートイオン、ブタンスルホネートイオン等のアルキルスルホネートイオン;ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミドイオン、ビス(パーフルオロブチルスルホニル)イミドイオン等のイミドイオン;トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドイオン、トリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチドイオン等のメチドイオンが挙げられる。 In the above general formula (f1), M- is a non-nucleophilic counterion. Examples of the above non-nucleophilic counterions include halide ions such as chloride ions and bromide ions; fluoroalkyl sulfonate ions such as triflate ions, 1,1,1-trifluoroethanesulfonate ions and nonafluorobutanesulfonate ions; aryl sulfonate ions such as tosylate ions, benzenesulfonate ions, 4-fluorobenzenesulfonate ions and 1,2,3,4,5-pentafluorobenzenesulfonate ions; alkyl sulfonate ions such as mesylate ions and butanesulfonate ions; imide ions such as bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ions, bis(perfluoroethylsulfonyl)imide ions and bis(perfluorobutylsulfonyl)imide ions; and methide ions such as tris(trifluoromethylsulfonyl)methide ions and tris(perfluoroethylsulfonyl)methide ions.
上記非求核性対向イオンの他の例として、下記一般式(f1-1)で表されるα位がフッ素原子で置換されたスルホン酸イオン、下記一般式(f1-2)で表されるα位がフッ素原子で置換され、β位がトリフルオロメチル基で置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。
上記一般式(f1-1)中、R31は、水素原子又は炭素数1~20のヒドロカルビル基であり、該ヒドロカルビル基は、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、ラクトン環又はフッ素原子を含んでいてもよい。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、後述する式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示するものと同様のものが挙げられる。 In the above general formula (f1-1), R 31 is a hydrogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the hydrocarbyl group may contain an ether bond, an ester bond, a carbonyl group, a lactone ring, or a fluorine atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to the hydrocarbyl group represented by R 111 in formula (3A') described later.
上記一般式(f1-2)中、R32は、水素原子、炭素数1~30のヒドロカルビル基又は炭素数6~20のヒドロカルビルカルボニル基であり、該ヒドロカルビル基及びヒドロカルビルカルボニル基は、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基又はラクトン環を含んでいてもよい。上記ヒドロカルビル基及びヒドロカルビルカルボニル基のヒドロカルビル部は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、後述する式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示するものと同様のものが挙げられる。 In the above general formula (f1-2), R 32 is a hydrogen atom, a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms, or a hydrocarbylcarbonyl group having 6 to 20 carbon atoms, and the hydrocarbyl group and hydrocarbylcarbonyl group may contain an ether bond, an ester bond, a carbonyl group, or a lactone ring. The hydrocarbyl portion of the above hydrocarbyl group and hydrocarbylcarbonyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to the hydrocarbyl group represented by R 111 in formula (3A') described later.
繰り返し単位f1を与えるモノマーのカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、上記と同じである。
繰り返し単位f2又f3を与えるモノマーのカチオンの具体例としては、上記一般式(1)および(1´)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。 Specific examples of monomer cations that give repeating units f2 or f3 include those similar to those exemplified as cations of sulfonium salts represented by general formulas (1) and (1') above.
繰り返し単位f2を与えるモノマーのアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、上記と同じである。
繰り返し単位f3を与えるモノマーのアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、上記と同じである。
上記繰り返し単位f1~f3は、酸発生剤の機能を有する。ポリマー主鎖に酸発生剤を結合させることによって酸拡散を小さくし、酸拡散のぼけによる解像度の低下を防止できる。また、酸発生剤が均一に分散することによってLWRやCDUが改善される。なお、繰り返し単位fを含むベースポリマーを用いる場合、後述する添加型酸発生剤の配合を省略し得る。 The repeating units f1 to f3 described above function as acid generators. By attaching the acid generator to the polymer main chain, acid diffusion is reduced, preventing a decrease in resolution due to blurring caused by acid diffusion. Furthermore, the uniform dispersion of the acid generator improves LWR and CDU. Note that when using a base polymer containing repeating unit f, the addition of the additive-type acid generator described later can be omitted.
上記ベースポリマーにおいて、繰り返し単位a1、a2、b、c、d、e、f1、f2及びf3の含有比率は、0≦a1≦0.9、0≦a2≦0.9、0≦a1+a2≦0.9、0≦b≦0.9、0≦c≦0.9、0≦d≦0.5、0≦e≦0.5、0≦f1≦0.5、0≦f2≦0.5、0≦f3≦0.5、0≦f1+f2+f3≦0.5が好ましく、0≦a1≦0.8、0≦a2≦0.8、0≦a1+a2≦0.8、0≦b≦0.8、0≦c≦0.8、0≦d≦0.4、0≦e≦0.4、0≦f1≦0.4、0≦f2≦0.4、0≦f3≦0.4、0≦f1+f2+f3≦0.4がより好ましく、0≦a1≦0.7、0≦a2≦0.7、0≦a1+a2≦0.7、0≦b≦0.7、0≦c≦0.7、0≦d≦0.3、0≦e≦0.3、0≦f1≦0.3、0≦f2≦0.3、0≦f3≦0.3、0≦f1+f2+f3≦0.3が更に好ましい。ただし、a1+a2+b+c+d+f1+f2+f3+e=1.0である。 In the above base polymer, the content ratios of repeating units a1, a2, b, c, d, e, f1, f2, and f3 are preferably 0≦a1≦0.9, 0≦a2≦0.9, 0≦a1+a2≦0.9, 0≦b≦0.9, 0≦c≦0.9, 0≦d≦0.5, 0≦e≦0.5, 0≦f1≦0.5, 0≦f2≦0.5, 0≦f3≦0.5, and 0≦f1+f2+f3≦0.5, and preferably 0≦a1≦0.8, 0≦a2≦0.8, 0≦a1+a2≦0.8, 0 It is more preferable that ≤ b ≤ 0.8, 0 ≤ c ≤ 0.8, 0 ≤ d ≤ 0.4, 0 ≤ e ≤ 0.4, 0 ≤ f1 ≤ 0.4, 0 ≤ f2 ≤ 0.4, 0 ≤ f3 ≤ 0.4, and 0 ≤ f1 + f2 + f3 ≤ 0.4. Even more preferable are 0 ≤ a1 ≤ 0.7, 0 ≤ a2 ≤ 0.7, 0 ≤ a1 + a2 ≤ 0.7, 0 ≤ b ≤ 0.7, 0 ≤ c ≤ 0.7, 0 ≤ d ≤ 0.3, 0 ≤ e ≤ 0.3, 0 ≤ f1 ≤ 0.3, 0 ≤ f2 ≤ 0.3, 0 ≤ f3 ≤ 0.3, and 0 ≤ f1 + f2 + f3 ≤ 0.3, where a1 + a2 + b + c + d + f1 + f2 + f3 + e = 1.0.
上記ベースポリマーを合成するには、例えば、上述した繰り返し単位を与えるモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱し、重合を行えばよい。 To synthesize the above base polymer, for example, the monomers that provide the repeating units described above can be polymerized by heating them in an organic solvent with a radical polymerization initiator.
重合時に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン(THF)、ジエチルエーテル、ジオキサン等が挙げられる。重合開始剤としては、2,2'-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が挙げられる。重合時の温度は、好ましくは50~80℃である。反応時間は、好ましくは2~100時間、より好ましくは5~20時間である。 Examples of organic solvents used during polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran (THF), diethyl ether, and dioxane. Examples of polymerization initiators include 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2-azobis(2-methylpropionate), benzoyl peroxide, and lauroyl peroxide. The polymerization temperature is preferably 50 to 80°C. The reaction time is preferably 2 to 100 hours, more preferably 5 to 20 hours.
ヒドロキシ基を含むモノマーを共重合する場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基等の酸によって脱保護しやすいアセタール基で置換しておいて重合後に弱酸と水によって脱保護を行ってもよいし、アセチル基、ホルミル基、ピバロイル基等で置換しておいて重合後にアルカリ加水分解を行ってもよい。 When copolymerizing monomers containing hydroxyl groups, the hydroxyl groups may be substituted with acetal groups that are easily deprotected by acids such as ethoxyethoxy groups during polymerization, and then deprotected with a weak acid and water after polymerization. Alternatively, they may be substituted with acetyl groups, formyl groups, pivaloyl groups, etc., and then subjected to alkaline hydrolysis after polymerization.
ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンを共重合する場合は、ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンのかわりにアセトキシスチレンやアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後上記アルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンにしてもよい。 When copolymerizing hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, acetoxystyrene or acetoxyvinylnaphthalene may be used instead of hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene. After polymerization, the acetoxy group can be deprotected by the above-mentioned alkaline hydrolysis to obtain hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene.
アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水、トリエチルアミン等が使用できる。また、反応温度は、好ましくは-20~100℃、より好ましくは0~60℃である。反応時間は、好ましくは0.2~100時間、より好ましくは0.5~20時間である。 For alkaline hydrolysis, ammonia water, triethylamine, etc., can be used as the base. The reaction temperature is preferably -20 to 100°C, more preferably 0 to 60°C. The reaction time is preferably 0.2 to 100 hours, more preferably 0.5 to 20 hours.
上記ベースポリマーは、溶剤としてTHFを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が、好ましくは1,000~500,000、より好ましくは2,000~30,000である。Mwが上記範囲であれば、レジスト膜の耐熱性やアルカリ現像液への溶解性が良好である。 The above-mentioned base polymer has a polystyrene-equivalent weight-average molecular weight (Mw) of 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to 30,000, determined by gel permeation chromatography (GPC) using THF as a solvent. When Mw is within this range, the heat resistance and solubility in alkaline developers of the resist film are good.
また、上記ベースポリマーにおいて分子量分布(Mw/Mn)が十分に狭い場合は、低分子量や高分子量のポリマーが存在しないため、露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりするおそれがない。パターンルールが微細化するに従って、MwやMw/Mnの影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、上記ベースポリマーのMw/Mnは、1.0~2.0、特に1.0~1.5と狭分散であることが好ましい。 Furthermore, if the molecular weight distribution (Mw/Mn) of the above-mentioned base polymer is sufficiently narrow, there are no low-molecular-weight or high-molecular-weight polymers present, thus eliminating the risk of foreign matter being observed on the pattern or deterioration of the pattern shape after exposure. As the pattern rule becomes finer, the influence of Mw and Mw/Mn tends to increase. Therefore, to obtain a resist material suitable for fine pattern dimensions, it is preferable that the Mw/Mn of the above-mentioned base polymer be narrowly dispersed, specifically between 1.0 and 2.0, and particularly between 1.0 and 1.5.
上記ベースポリマーは、組成比率、Mw、Mw/Mnが異なる2つ以上のポリマーを含んでもよい。 The above base polymer may contain two or more polymers with different composition ratios, Mw, and Mw/Mn.
[酸発生剤]
本発明のレジスト材料は、強酸を発生する酸発生剤(以下、添加型酸発生剤ともいう。)を含んでもよい。ここでいう強酸とは、化学増幅ポジ型レジスト材料の場合はベースポリマーの酸不安定基の脱保護反応を起こすのに十分な酸性度を有している化合物を意味し、化学増幅ネガ型レジスト材料の場合は酸による極性変化反応又は架橋反応を起こすのに十分な酸性度を有している化合物を意味する。このような酸発生剤を含むことで、上述したスルホニウム塩Aがクエンチャーとして機能し、本発明のレジスト材料が、化学増幅ポジ型レジスト材料又は化学増幅ネガ型レジスト材料として機能することができる。
[Acid Generator]
The resist material of the present invention may contain an acid generator that generates a strong acid (hereinafter also referred to as an additive-type acid generator). Here, a strong acid means a compound having sufficient acidity to cause a deprotection reaction of acid-unstable groups of the base polymer in the case of a chemically amplified positive-type resist material, and a compound having sufficient acidity to cause a polarity change reaction or crosslinking reaction by an acid in the case of a chemically amplified negative-type resist material. By including such an acid generator, the sulfonium salt A described above functions as a quencher, and the resist material of the present invention can function as a chemically amplified positive-type resist material or a chemically amplified negative-type resist material.
上記酸発生剤としては、例えば、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)が挙げられる。光酸発生剤としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいかなるものでも構わないが、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生するものが好ましい。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N-スルホニルオキシイミド、オキシム-O-スルホネート型酸発生剤等がある。光酸発生剤の具体例としては、特開2008-111103号公報の段落[0122]~[0142]に記載されているものが挙げられる。 Examples of the acid-generating agents mentioned above include compounds that generate acid in response to active light or radiation (photoacid generators). Any compound that generates acid upon irradiation with high-energy rays can be used as the photoacid generator, but those that generate sulfonic acid, imido acid, or methidic acid are preferred. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethane, N-sulfonyloxiimide, and oxime-O-sulfonate type acid generators. Specific examples of photoacid generators are those described in paragraphs [0122] to [0142] of Japanese Patent Publication No. 2008-111103.
また、光酸発生剤として、下記一般式(3-1)で表されるスルホニウム塩や、下記一般式(3-2)で表されるヨードニウム塩も好適に使用できる。
上記一般式(3-1)及び(3-2)中、R101~R105は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~25、好ましくは1~20のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基としては、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、上記一般式(1)および(1´)の説明においてR2~R4で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the above general formulas (3-1) and (3-2), R 101 to R 105 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 25 carbon atoms, preferably 1 to 20 carbon atoms, which may contain a halogen atom or a heteroatom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl groups represented by R 2 to R 4 in the explanation of the above general formulas (1) and (1').
また、R101とR102とが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、上記環としては、上記一般式(1)および(1´)の説明においてR2とR3とが結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。 Furthermore, R 101 and R 102 may bond with each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, the ring may be the same as the ring that R 2 and R 3 may bond to each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded, as exemplified in the explanation of general formulas (1) and (1' ) above.
上記一般式(3-1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、上記一般式(1)および(1´)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。 Examples of cations of the sulfonium salt represented by the above general formula (3-1) are the same as those exemplified for the cations of the sulfonium salt represented by the above general formulas (1) and (1').
上記一般式(3-2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
上記一般式(3-1)及び(3-2)中、Xa-は、下記一般式(3A)~(3D)から選ばれるアニオンである。
上記一般式(3A)中、Rfaは、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、後述する式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示するものと同様のものが挙げられる。 In the general formula (3A) above, R fa is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms, which may contain a fluorine atom or a heteroatom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to the hydrocarbyl group represented by R 111 in formula (3A') described later.
上記一般式(3A)で表されるアニオンとしては、下記一般式(3A’)で表されるものが好ましい。
上記一般式(3A’)中、RHFは、水素原子又はトリフルオロメチル基であり、好ましくはトリフルオロメチル基である。R111は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~38のヒドロカルビル基である。上記ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子等が好ましく、酸素原子がより好ましい。上記ヒドロカルビル基としては、微細パターン形成において高い解像度を得る点から、特に炭素数6~30であるものが好ましい。 In the above general formula (3A'), R HF is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group, preferably a trifluoromethyl group. R 111 is a C1-C38 hydrocarbyl group which may contain a heteroatom. The heteroatom is preferably an oxygen atom, nitrogen atom, sulfur atom, halogen atom, etc., with oxygen atom being more preferred. The hydrocarbyl group is particularly preferably one with C6-C30, from the viewpoint of obtaining high resolution in fine pattern formation.
R111で表されるヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、2-エチルヘキシル基、ノニル基、ウンデシル基、トリデシル基、ペンタデシル基、ヘプタデシル基、イコサニル基等の炭素数1~38のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、1-アダマンチルメチル基、ノルボルニル基、ノルボルニルメチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、テトラシクロドデカニルメチル基、ジシクロヘキシルメチル基等の炭素数3~38の環式飽和ヒドロカルビル基;アリル基、3-シクロヘキセニル基等の炭素数2~38の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基等の炭素数6~38のアリール基;ベンジル基、ジフェニルメチル基等の炭素数7~38のアラルキル基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。 The hydrocarbyl group represented by R 111 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include alkyl groups having 1 to 38 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, neopentyl, hexyl, heptyl, 2-ethylhexyl, nonyl, undecyl, tridecyl, pentadecyl, heptadecyl, and eicosanyl; cyclopentyl, cyclohexyl, 1-adamantyl, 2-adamantyl, 1-adamantylmethyl, norbornyl, Examples include cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 38 carbon atoms, such as norbornylmethyl group, tricyclodecanyl group, tetracyclododecanyl group, tetracyclododecanylmethyl group, and dicyclohexylmethyl group; unsaturated aliphatic hydrocarbyl groups having 2 to 38 carbon atoms, such as allyl group and 3-cyclohexenyl group; aryl groups having 6 to 38 carbon atoms, such as phenyl group, 1-naphthyl group, and 2-naphthyl group; aralkyl groups having 7 to 38 carbon atoms, such as benzyl group and diphenylmethyl group; and groups obtained by combining these.
また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。ヘテロ原子を含むヒドロカルビル基としては、テトラヒドロフリル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メチルチオメチル基、アセトアミドメチル基、トリフルオロエチル基、(2-メトキシエトキシ)メチル基、アセトキシメチル基、2-カルボキシ-1-シクロヘキシル基、2-オキソプロピル基、4-オキソ-1-アダマンチル基、3-オキソシクロヘキシル基等が挙げられる。 Furthermore, some or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with groups containing heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, and halogen atoms, and some of the carbon atoms of these groups may be substituted with groups containing heteroatoms such as oxygen, sulfur, and nitrogen atoms. As a result, these groups may contain hydroxyl groups, fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms, cyano groups, nitro groups, carbonyl groups, ether bonds, ester bonds, sulfonic acid ester bonds, carbonate bonds, lactone rings, sultone rings, carboxylic acid anhydrides, haloalkyl groups, etc. Examples of hydrocarbyl groups containing heteroatoms include tetrahydrofuryl groups, methoxymethyl groups, ethoxymethyl groups, methylthiomethyl groups, acetamidomethyl groups, trifluoroethyl groups, (2-methoxyethoxy)methyl groups, acetoxymethyl groups, 2-carboxy-1-cyclohexyl groups, 2-oxopropyl groups, 4-oxo-1-adamantyl groups, and 3-oxocyclohexyl groups.
上記一般式(3A’)で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開2007-145797号公報、特開2008-106045号公報、特開2009-7327号公報、特開2009-258695号公報等に詳しい。また、特開2010-215608号公報、特開2012-41320号公報、特開2012-106986号公報、特開2012-153644号公報等に記載のスルホニウム塩も好適に用いられる。 For details regarding the synthesis of sulfonium salts containing the anion represented by the above general formula (3A'), please refer to Japanese Patent Publication No. 2007-145797, Japanese Patent Publication No. 2008-106045, Japanese Patent Publication No. 2009-7327, Japanese Patent Publication No. 2009-258695, etc. Furthermore, sulfonium salts described in Japanese Patent Publication No. 2010-215608, Japanese Patent Publication No. 2012-41320, Japanese Patent Publication No. 2012-106986, Japanese Patent Publication No. 2012-153644, etc., are also suitably used.
上記一般式(3A)で表されるアニオンとしては、特開2018-197853号公報の式(1A)で表されるアニオンとして例示されたものと同様のものが挙げられる。 Examples of anions represented by the above general formula (3A) include those similar to those exemplified as anions represented by formula (1A) in Japanese Patent Publication No. 2018-197853.
上記一般式(3B)中、Rfb1及びRfb2は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、上記一般式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。Rfb1及びRfb2として好ましくは、フッ素原子又は炭素数1~4の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Rfb1とRfb2とは、互いに結合してこれらが結合する基(-CF2-SO2-N--SO2-CF2-)と共に環を形成してもよく、このとき、Rfb1とRfb2とが互いに結合して得られる基は、フッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基であることが好ましい。 In the above general formula (3B), R fb1 and R fb2 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms, which may contain a fluorine atom or a heteroatom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 111 in the above general formula (3A'). R fb1 and R fb2 are preferably a fluorine atom or a linear fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Furthermore, R fb1 and R fb2 may bond to each other to form a ring with the group to which they are bonded ( -CF2 - SO2 -N -- SO2 - CF2- ), and in this case, the group obtained by the bonding of R fb1 and R fb2 is preferably a fluorinated ethylene group or a fluorinated propylene group.
上記一般式(3C)中、Rfc1、Rfc2及びRfc3は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、上記一般式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。Rfc1、Rfc2及びRfc3として好ましくは、フッ素原子又は炭素数1~4の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Rfc1とRfc2とは、互いに結合してこれらが結合する基(-CF2-SO2-C--SO2-CF2-)と共に環を形成してもよく、このとき、Rfc1とRfc2とが互いに結合して得られる基は、フッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基であることが好ましい。 In the above general formula (3C), R fc1 , R fc2 , and R fc3 are each independently a C1-C40 hydrocarbyl group which may contain a fluorine atom or a heteroatom. The above hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 111 in the above general formula (3A'). R fc1 , R fc2 , and R fc3 are preferably a fluorine atom or a C1-C4 linear fluorinated alkyl group. Furthermore, R fc1 and R fc2 may bond to each other to form a ring with the group to which they bond ( -CF2 - SO2 -C -- SO2 - CF2- ), and in this case, the group obtained by the bonding of R fc1 and R fc2 to each other is preferably a fluorinated ethylene group or a fluorinated propylene group.
上記一般式(3D)中、Rfdは、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~40のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、上記一般式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the above general formula (3D), R fd is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms, which may contain heteroatoms. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to the hydrocarbyl group represented by R 111 in the above general formula (3A').
上記一般式(3D)で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開2010-215608号公報及び特開2014-133723号公報に詳しい。 The synthesis of sulfonium salts containing the anion represented by the above general formula (3D) is detailed in Japanese Patent Publication No. 2010-215608 and Japanese Patent Publication No. 2014-133723.
上記一般式(3D)で表されるアニオンとしては、特開2018-197853号公報の式(1D)で表されるアニオンとして例示されたものと同様のものが挙げられる。 Examples of anions represented by the above general formula (3D) include those similar to those exemplified as anions represented by formula (1D) in Japanese Patent Publication No. 2018-197853.
なお、式(3D)で表されるアニオンを含む光酸発生剤は、スルホ基のα位にフッ素原子を有していないが、β位に2つのトリフルオロメチル基を有していることに起因して、ベースポリマー中の酸不安定基を切断するのに十分な酸性度を有している。そのため、光酸発生剤として使用することができる。 Furthermore, the photoacid generator containing the anion represented by formula (3D) does not have a fluorine atom at the α-position of the sulfo group, but due to the presence of two trifluoromethyl groups at the β-position, it possesses sufficient acidity to cleave acid-unstable groups in the base polymer. Therefore, it can be used as a photoacid generator.
光酸発生剤として、下記一般式(4)で表されるものも好適に使用できる。
上記一般式(4)中、R201及びR202は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~30のヒドロカルビル基である。R203は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~30のヒドロカルビレン基である。また、R201、R202及びR203のうちのいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、上記環としては、上記一般式(1)および(1´)の説明においてR2とR3とが結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the above general formula (4), R 201 and R 202 are each independently a C1-C30 hydrocarbyl group which may contain a halogen atom or a heteroatom. R 203 is a C1-C30 hydrocarbylene group which may contain a heteroatom. Furthermore, any two of R 201 , R 202 , and R 203 may bond to each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, the ring is similar to the one exemplified in the explanation of the above general formulas (1) and (1') as a ring which can be formed when R 2 and R 3 bond to each other with the sulfur atom to which they are bonded.
R201及びR202で表されるヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基等の炭素数1~30のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、オキサノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基等の炭素数3~30の環式飽和ヒドロカルビル基;フェニル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、n-プロピルフェニル基、イソプロピルフェニル基、n-ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、sec-ブチルフェニル基、tert-ブチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基、n-プロピルナフチル基、イソプロピルナフチル基、n-ブチルナフチル基、イソブチルナフチル基、sec-ブチルナフチル基、tert-ブチルナフチル基、アントラセニル基等の炭素数6~30のアリール基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。 The hydrocarbyl groups represented by R 201 and R 202 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include C1-C30 alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, tert-pentyl, n-hexyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, and n-decyl groups; cyclopentyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclopentylethyl, cyclopentylbutyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl, cyclohexylbutyl, norbornyl, oxanorbornyl, and tricyclo[5.2.1.0 2,6 Examples include cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 30 carbon atoms, such as decanyl and adamantyl groups; aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, such as phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, n-propylphenyl, isopropylphenyl, n-butylphenyl, isobutylphenyl, sec-butylphenyl, tert-butylphenyl, naphthyl, methylnaphthyl, ethylnaphthyl, n-propylnaphthyl, isopropylnaphthyl, n-butylnaphthyl, isobutylnaphthyl, sec-butylnaphthyl, tert-butylnaphthyl, and anthracenyl groups; and groups obtained by combining these. Furthermore, some or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with groups containing heteroatoms such as oxygen atoms, sulfur atoms, nitrogen atoms, and halogen atoms, and some of the carbon atoms of these groups may be substituted with groups containing heteroatoms such as oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms, and as a result, the group may contain hydroxyl groups, fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms, cyano groups, nitro groups, carbonyl groups, ether bonds, ester bonds, sulfonic acid ester bonds, carbonate bonds, lactone rings, sultone rings, carboxylic acid anhydrides, haloalkyl groups, etc.
R203で表されるヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メタンジイル基、エタン-1,1-ジイル基、エタン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、ペンタン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,6-ジイル基、ヘプタン-1,7-ジイル基、オクタン-1,8-ジイル基、ノナン-1,9-ジイル基、デカン-1,10-ジイル基、ウンデカン-1,11-ジイル基、ドデカン-1,12-ジイル基、トリデカン-1,13-ジイル基、テトラデカン-1,14-ジイル基、ペンタデカン-1,15-ジイル基、ヘキサデカン-1,16-ジイル基、ヘプタデカン-1,17-ジイル基等の炭素数1~30のアルカンジイル基;シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の炭素数3~30の環式飽和ヒドロカルビレン基;フェニレン基、メチルフェニレン基、エチルフェニレン基、n-プロピルフェニレン基、イソプロピルフェニレン基、n-ブチルフェニレン基、イソブチルフェニレン基、sec-ブチルフェニレン基、tert-ブチルフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、エチルナフチレン基、n-プロピルナフチレン基、イソプロピルナフチレン基、n-ブチルナフチレン基、イソブチルナフチレン基、sec-ブチルナフチレン基、tert-ブチルナフチレン基等炭素数6~30のアリーレン基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。上記ヘテロ原子としては、酸素原子が好ましい。 The hydrocarbylene group represented by R 203 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include C1-C30 alkanediyl groups such as methanediyl, ethane-1,1-diyl, ethane-1,2-diyl, propane-1,3-diyl, butane-1,4-diyl, pentane-1,5-diyl, hexane-1,6-diyl, heptane-1,7-diyl, octane-1,8-diyl, nonane-1,9-diyl, decane-1,10-diyl, undecane-1,11-diyl, dodecane-1,12-diyl, tridecane-1,13-diyl, tetradecane-1,14-diyl, pentadecane-1,15-diyl, hexadecane-1,16-diyl, heptadecane-1,17-diyl; cyclopentanediyl, cyclohex Examples include cyclic saturated hydrocarbylene groups having 3 to 30 carbon atoms, such as xanediyl group, norbornanediyl group, and adamantanediyl group; arylene groups having 6 to 30 carbon atoms, such as phenylene group, methylphenylene group, ethylphenylene group, n-propylphenylene group, isopropylphenylene group, n-butylphenylene group, isobutylphenylene group, sec-butylphenylene group, tert-butylphenylene group, naphthylene group, methylnaphthylene group, ethylnaphthylene group, n-propylnaphthylene group, isopropylnaphthylene group, n-butylnaphthylene group, isobutylnaphthylene group, sec-butylnaphthylene group, and tert-butylnaphthylene group; and groups obtained by combining these. Furthermore, some or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with groups containing heteroatoms such as oxygen atoms, sulfur atoms, nitrogen atoms, and halogen atoms, and some of the carbon atoms of these groups may be substituted with groups containing heteroatoms such as oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms, and as a result, the group may contain hydroxyl groups, fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms, cyano groups, nitro groups, carbonyl groups, ether bonds, ester bonds, sulfonic acid ester bonds, carbonate bonds, lactone rings, sultone rings, carboxylic acid anhydrides, haloalkyl groups, etc. Among the heteroatoms, oxygen atoms are preferred.
上記一般式(4)中、LAは、単結合、エーテル結合、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20のヒドロカルビレン基である。上記ヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、R203で表されるヒドロカルビレン基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the general formula (4) above, L A is a C1-C20 hydrocarbylene group which may contain a single bond, an ether bond, or a heteroatom. The hydrocarbylene group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbylene group represented by R 203 .
上記一般式(4)中、XA、XB、XC及びXDは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である。ただし、XA、XB、XC及びXDのうち少なくとも1つは、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である。 In the above general formula (4), X A , X B , X C , and X D are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a trifluoromethyl group. However, at least one of X A , X B , X C , and X D is a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
上記一般式(4)中、dは、0~3の整数である。 In the general formula (4) above, d is an integer between 0 and 3.
上記一般式(4)で表される光酸発生剤としては、下記一般式(4’)で表されるものが好ましい。
上記一般式(4’)中、LAは、上記と同じ。RHFは、水素原子又はトリフルオロメチル基であり、好ましくはトリフルオロメチル基である。R301、R302及びR303は、それぞれ独立に、水素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(3A’)中のR111で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。x及びyは、それぞれ独立に、0~5の整数であり、zは、0~4の整数である。 In the above general formula (4'), L A is the same as above. R HF is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group, preferably a trifluoromethyl group. R 301 , R 302 , and R 303 are each independently a C1 to C20 hydrocarbyl group which may contain a hydrogen atom or a heteroatom. The above hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. A specific example is the same as the hydrocarbyl group exemplified as R 111 in formula (3A'). x and y are each independently integers from 0 to 5, and z is an integer from 0 to 4.
上記一般式(4)で表される光酸発生剤としては、特開2017-026980号公報の式(2)で表される光酸発生剤として例示されたものと同様のものが挙げられる。 Examples of photoacid generators represented by the above general formula (4) include those similar to those exemplified as photoacid generators represented by formula (2) in Japanese Patent Publication No. 2017-026980.
上記光酸発生剤のうち、上記一般式(3A’)又は(3D)で表されるアニオンを含むものは、酸拡散が小さく、かつ溶剤への溶解性にも優れており、特に好ましい。また、式(4’)で表されるものは、酸拡散が極めて小さく、特に好ましい。 Among the above photoacid generators, those containing anions represented by the general formula (3A') or (3D) are particularly preferred because they exhibit low acid diffusion and excellent solubility in solvents. Furthermore, those represented by formula (4') are particularly preferred because they exhibit extremely low acid diffusion.
上記光酸発生剤として、ヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を有するアニオンを含むスルホニウム塩又はヨードニウム塩を用いることもできる。このような塩としては、下記一般式(5-1)又は(5-2)で表されるものが挙げられる。
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、pは、1≦p≦3を満たす整数である。q及びrは、1≦q≦5、0≦r≦3及び1≦q+r≦5を満たす整数である。qは、1≦q≦3を満たす整数が好ましく、2又は3がより好ましい。rは、0≦r≦2を満たす整数が好ましい。 In the general formulas (5-1) and (5-2) above, p is an integer satisfying 1 ≤ p ≤ 3. q and r are integers satisfying 1 ≤ q ≤ 5, 0 ≤ r ≤ 3, and 1 ≤ q + r ≤ 5. q is preferably an integer satisfying 1 ≤ q ≤ 3, and more preferably 2 or 3. r is preferably an integer satisfying 0 ≤ r ≤ 2.
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子であり、p及び/又はqが2以上のとき、互いに同一であっても異なっていてもよい。 In the above general formulas (5-1) and (5-2), X BI is an iodine atom or a bromine atom, and when p and/or q are 2 or more, they may be the same or different from each other.
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、L1は、単結合、エーテル結合若しくはエステル結合、又はエーテル結合若しくはエステル結合を含んでいてもよい炭素数1~6の飽和ヒドロカルビレン基である。上記飽和ヒドロカルビレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。 In the above general formulas (5-1) and (5-2), L1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, which may contain a single bond, an ether bond, or an ester bond. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched, or cyclic.
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、L2は、pが1のときは単結合又は炭素数1~20の2価の連結基であり、pが2又は3のときは炭素数1~20の(p+1)価の連結基であり、該連結基は酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子又は窒素原子を含んでいてもよい。 In the above general formulas (5-1) and (5-2), L2 is a single bond or a divalent linking group having 1 to 20 carbon atoms when p is 1, and a (p+1) valent linking group having 1 to 20 carbon atoms when p is 2 or 3, and the linking group may contain an oxygen atom, a sulfur atom, a halogen atom, or a nitrogen atom.
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、R401は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子若しくはアミノ基、若しくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヒドロキシ基、アミノ基若しくはエーテル結合、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい、炭素数1~20のヒドロカルビル基、炭素数1~20のヒドロカルビルオキシ基、炭素数2~20のヒドロカルビルカルボニル基、炭素数2~20のヒドロカルビルオキシカルボニル基、炭素数2~20のヒドロカルビルカルボニルオキシ基若しくは炭素数1~20のヒドロカルビルスルホニルオキシ基、又は-N(R401A)(R401B)、-N(R401C)-C(=O)-R401D若しくは-N(R401C)-C(=O)-O-R401Dである。R401A及びR401Bは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基である。R401Cは、水素原子又は炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基であり、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2~6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基又は炭素数2~6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基を含んでいてもよい。R401Dは、炭素数1~16の脂肪族ヒドロカルビル基、炭素数6~14のアリール基又は炭素数7~15のアラルキル基であり、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2~6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基又は炭素数2~6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基を含んでいてもよい。上記脂肪族ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。上記飽和ヒドロカルビル基、飽和ヒドロカルビルオキシ基、飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、飽和ヒドロカルビルカルボニル基及び飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。p及び/又はrが2以上のとき、各R401は互いに同一であっても異なっていてもよい。 In the above general formulas (5-1) and (5-2), R 401 is a C1-C20 hydrocarbyl group, a C1-C20 hydrocarbyloxy group, a C2-C20 hydrocarbylcarbonyl group, a C2-C20 hydrocarbyloxycarbonyl group, a C2-C20 hydrocarbylcarbonyloxy group, a C2-C20 hydrocarbylcarbonyloxy group, a C2-C20 hydrocarbylcarbonyloxy group, or a C1-C20 hydrocarbylsulfonyloxy group, or -N(R 401A )(R 401B ), -N(R 401C)-C ( =O)-R 401D or -N(R 401C )-C(=O)-O-R 401D . R 401A and R 401B are each independently a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 401C is a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may contain a halogen atom, a hydroxyl group, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, or a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 6 carbon atoms. R 401D is an aliphatic hydrocarbyl group having 1 to 16 carbon atoms, an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms, and may contain a halogen atom, a hydroxyl group, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, or a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 6 carbon atoms. The above aliphatic hydrocarbyl groups may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. The saturated hydrocarbyl group, saturated hydrocarbyloxy group, saturated hydrocarbyloxycarbonyl group, saturated hydrocarbylcarbonyl group, and saturated hydrocarbylcarbonyloxy group may be linear, branched, or cyclic. When p and/or r is 2 or more, each R 401 may be the same or different from one another.
これらのうち、R401としては、ヒドロキシ基、-N(R401C)-C(=O)-R401D、-N(R401C)-C(=O)-O-R401D、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、メチル基、メトキシ基等が好ましい。 Of these, R 401 is preferably a hydroxyl group, -N(R 401C )-C(=O)-R 401D , -N(R 401C )-C(=O)-O-R 401D , a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a methyl group, a methoxy group, etc.
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、Rf1~Rf4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であるが、これらのうち少なくとも1つはフッ素原子又はトリフルオロメチル基である。また、Rf1とRf2とが合わさってカルボニル基を形成してもよい。特に、Rf3及びRf4がともにフッ素原子であることが好ましい。 In the above general formulas (5-1) and (5-2), Rf 1 to Rf 4 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a trifluoromethyl group, but at least one of these is a fluorine atom or a trifluoromethyl group. Also, Rf 1 and Rf 2 may combine to form a carbonyl group. In particular, it is preferable that both Rf 3 and Rf 4 are fluorine atoms.
上記一般式(5-1)及び(5-2)中、R402~R406は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20のヒドロカルビル基である。上記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、上記一般式(1)および(1´)の説明においてR2~R3で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、メルカプト基、スルトン環、スルホン基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、アミド結合、カーボネート結合又はスルホン酸エステル結合で置換されていてもよい。さらに、R402とR403とが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、上記環としては、式(1)および(1´)の説明においてR2とR3とが互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the above general formulas (5-1) and (5-2), R 402 to R 406 are each independently a C1 to C20 hydrocarbyl group which may contain a halogen atom or a heteroatom. The above hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl groups represented by R 2 to R 3 in the explanation of the above general formulas (1) and (1'). Furthermore, some or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with a hydroxyl group, carboxyl group, halogen atom, cyano group, nitro group, mercapto group, sultone ring, sulfone group, or sulfonium salt-containing group, and some of the carbon atoms of these groups may be substituted with an ether bond, ester bond, carbonyl group, amide bond, carbonate bond, or sulfonic acid ester bond. In addition, R 402 and R 403 may bond to each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, the above-mentioned ring is similar to the one exemplified in the explanation of formulas (1) and (1') as a ring that can be formed when R2 and R3 bond to each other and together with the sulfur atom to which they are bonded.
上記一般式(5-1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、上記一般式(1)および(1´)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。また、上記一般式(5-2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとしては、式(3-2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。 Examples of cations for the sulfonium salt represented by the above general formula (5-1) are the same as those exemplified for the sulfonium salts represented by the above general formulas (1) and (1'). Similarly, examples of cations for the iodonium salt represented by the above general formula (5-2) are the same as those exemplified for the iodonium salt represented by formula (3-2).
上記一般式(5-1)又は(5-2)で表されるオニウム塩のアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、XBIは、上記と同じである。
本発明のレジスト材料が添加型酸発生剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.1~50質量部が好ましく、1~40質量部がより好ましい。本発明のレジスト材料は、上記ベースポリマーが繰り返し単位f1~f3のいずれかを含むことで、及び/又は添加型酸発生剤を含むことで、化学増幅レジスト材料として機能することができる。 When the resist material of the present invention contains an additive-type acid generator, its content is preferably 0.1 to 50 parts by mass, and more preferably 1 to 40 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer. The resist material of the present invention can function as a chemically amplified resist material by the base polymer containing any of the repeating units f1 to f3 and/or by the inclusion of the additive-type acid generator.
[有機溶剤]
本発明のレジスト材料は、有機溶剤を含んでもよい。上記有機溶剤は、上述した各成分及び後述する各成分が溶解可能なものであれば、特に限定されない。上記有機溶剤としては、特開2008-111103号公報の段落[0144]~[0145]に記載の、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル-2-n-ペンチルケトン、2-ヘプタノン等のケトン類;3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、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、酢酸tert-ブチル、プロピオン酸tert-ブチル、プロピレングリコールモノtert-ブチルエーテルアセテート等のエステル類;γ-ブチロラクトン等のラクトン類等が挙げられる。
[Organic solvents]
The resist material of the present invention may contain an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the components described above and the components described later. Examples of the organic solvent include ketones such as cyclohexanone, cyclopentanone, methyl-2-n-pentyl ketone, and 2-heptanone, as described in paragraphs [0144] to [0145] of Japanese Patent Application Publication No. 2008-111103; alcohols such as 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, and diacetone alcohol; propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, and ethylene glycol Examples include ethers such as monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether; esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, and propylene glycol monotert-butyl ether acetate; and lactones such as γ-butyrolactone.
本発明のレジスト材料中、上記有機溶剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、100~10,000質量部が好ましく、200~8,000質量部がより好ましい。上記有機溶剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 In the resist material of the present invention, the content of the above-mentioned organic solvent is preferably 100 to 10,000 parts by mass, and more preferably 200 to 8,000 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer. The above-mentioned organic solvent may be used alone or as a mixture of two or more types.
[その他の成分]
本発明のレジスト材料は、上述した成分に加えて、界面活性剤、溶解阻止剤、架橋剤、スルホニウム塩A以外のクエンチャー(以下、その他のクエンチャーという。)、撥水性向上剤、アセチレンアルコール類等を含んでもよい。
[Other ingredients]
In addition to the components described above, the resist material of the present invention may also contain surfactants, dissolution inhibitors, crosslinking agents, quenchers other than sulfonium salt A (hereinafter referred to as "other quenchers"), water-repellency enhancers, acetylene alcohols, and the like.
上記界面活性剤としては、特開2008-111103号公報の段落[0165]~[0166]に記載されたものが挙げられる。界面活性剤を添加することによって、レジスト材料の塗布性を一層向上あるいは制御することができる。本発明のレジスト材料が上記界面活性剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.0001~10質量部が好ましい。上記界面活性剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the surfactants mentioned above include those described in paragraphs [0165] to [0166] of Japanese Patent Publication No. 2008-111103. By adding a surfactant, the coatability of the resist material can be further improved or controlled. When the resist material of the present invention contains the surfactant, its content is preferably 0.0001 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the base polymer. The surfactant may be used alone or in combination of two or more types.
本発明のレジスト材料がポジ型である場合は、溶解阻止剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。上記溶解阻止剤としては、分子量が好ましくは100~1,000、より好ましくは150~800で、かつ分子内にフェノール性ヒドロキシ基を2つ以上含む化合物の該フェノール性ヒドロキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として0~100モル%の割合で置換した化合物、又は分子内にカルボキシ基を含む化合物の該カルボキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として平均50~100モル%の割合で置換した化合物が挙げられる。具体的には、ビスフェノールA、トリスフェノール、フェノールフタレイン、クレゾールノボラック、ナフタレンカルボン酸、アダマンタンカルボン酸、コール酸のヒドロキシ基、カルボキシ基の水素原子を酸不安定基で置換した化合物等が挙げられ、例えば、特開2008-122932号公報の段落[0155]~[0178]に記載されている。 When the resist material of the present invention is of the positive type, the difference in dissolution rate between the exposed and unexposed areas can be further increased by incorporating a dissolution inhibitor, thereby further improving the resolution. Examples of such dissolution inhibitors include compounds having a molecular weight of preferably 100 to 1,000, more preferably 150 to 800, and containing two or more phenolic hydroxyl groups in the molecule, in which the hydrogen atoms of the phenolic hydroxyl groups are substituted with acid-unstable groups in a proportion of 0 to 100 mol% overall, or compounds containing a carboxyl group in the molecule, in which the hydrogen atoms of the carboxyl group are substituted with acid-unstable groups in an average proportion of 50 to 100 mol overall. Specifically, examples include compounds in which the hydrogen atoms of the hydroxyl or carboxyl groups of bisphenol A, trisphenol, phenolphthalein, cresol novolac, naphthalenecarboxylic acid, adamantanecarboxylic acid, and cholic acid are substituted with acid-unstable groups, as described, for example, in paragraphs [0155] to [0178] of Japanese Patent Application Publication No. 2008-122932.
本発明のレジスト材料がポジ型であって上記溶解阻止剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0~50質量部が好ましく、5~40質量部がより好ましい。上記溶解阻止剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist material of the present invention is of the positive type and contains the above-mentioned dissolution inhibitor, the content is preferably 0 to 50 parts by mass, and more preferably 5 to 40 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer. The above-mentioned dissolution inhibitor may be used alone or in combination of two or more types.
一方、本発明のレジスト材料がネガ型である場合は、架橋剤を添加することによって、露光部の溶解速度を低下させることによりネガティブパターンを得ることができる。上記架橋剤としては、メチロール基、アルコキシメチル基及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基で置換された、エポキシ化合物、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、又はアルケニルオキシ基等の二重結合を含む化合物等が挙げられる。これらは、添加剤として用いてもよいが、ポリマー側鎖にペンダント基として導入してもよい。また、ヒドロキシ基を含む化合物も架橋剤として用いることができる。 On the other hand, if the resist material of the present invention is negative type, a negative pattern can be obtained by adding a crosslinking agent to reduce the dissolution rate of the exposed area. Examples of the crosslinking agent include epoxy compounds, melamine compounds, guanamine compounds, glycoluryl compounds, urea compounds, isocyanate compounds, azide compounds, or compounds containing double bonds such as alkenyloxy groups, substituted with at least one group selected from methylol, alkoxymethyl, and acyloxymethyl groups. These may be used as additives or introduced as pendant groups into the polymer side chains. Compounds containing hydroxyl groups can also be used as crosslinking agents.
上記エポキシ化合物としては、トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリメチロールメタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリエチロールエタントリグリシジルエーテル等が挙げられる。 Examples of the epoxy compounds mentioned above include tris(2,3-epoxypropyl) isocyanurate, trimethylolmethane triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, and triethylolethane triglycidyl ether.
上記メラミン化合物としては、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1~6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1~6個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned melamine compounds include hexamethylmelamine, hexamethoxymethylmelamine, compounds in which 1 to 6 methylol groups of hexamethylmelamine are methoxymethylated or mixtures thereof, hexamethoxyethylmelamine, hexaacyloxymethylmelamine, compounds in which 1 to 6 methylol groups of hexamethylmelamine are acyloxymethylated or mixtures thereof.
上記グアナミン化合物としては、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1~4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1~4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned guanamine compounds include tetramethylolguanamine, tetramethoxymethylguanamine, compounds in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylolguanamine are methoxymethylated, or mixtures thereof, tetramethoxyethylguanamine, tetraacyloxyguanamine, compounds in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylolguanamine are acyloxymethylated, or mixtures thereof.
上記グリコールウリル化合物としては、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1~4個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1~4個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the glycoluryl compounds mentioned above include tetramethylol glycoluryl, tetramethoxyglycoluryl, tetramethoxymethyl glycoluryl, compounds in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol glycoluryl are methoxymethylated or mixtures thereof, and compounds in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol glycoluryl are acyloxymethylated or mixtures thereof.
上記ウレア化合物としてはテトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの1~4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルウレア等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned urea compounds include tetramethylolurea, tetramethoxymethylurea, compounds in which one to four methylol groups of tetramethylolurea are methoxymethylated, or mixtures thereof, and tetramethoxyethylurea.
上記イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned isocyanate compounds include tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and cyclohexane diisocyanate.
上記アジド化合物としては、1,1’-ビフェニル-4,4’-ビスアジド、4,4’-メチリデンビスアジド、4,4’-オキシビスアジド等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned azide compounds include 1,1'-biphenyl-4,4'-bisazide, 4,4'-methylidenebisazide, and 4,4'-oxybisazide.
上記アルケニルオキシ基を含む化合物としては、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2-プロパンジオールジビニルエーテル、1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。 Examples of compounds containing the above-mentioned alkenyloxy group include ethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, 1,2-propanediol divinyl ether, 1,4-butanediol divinyl ether, tetramethylene glycol divinyl ether, neopentyl glycol divinyl ether, trimethylolpropane trivinyl ether, hexanediol divinyl ether, 1,4-cyclohexanediol divinyl ether, pentaerythritol trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, sorbitol tetravinyl ether, sorbitol pentavinyl ether, and trimethylolpropane trivinyl ether.
本発明のレジスト材料がネガ型であって上記架橋剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.1~50質量部が好ましく、1~40質量部がより好ましい。上記架橋剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist material of the present invention is of the negative type and contains the above-mentioned crosslinking agent, the content is preferably 0.1 to 50 parts by mass, and more preferably 1 to 40 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer. The above-mentioned crosslinking agent may be used alone or in combination of two or more types.
上記その他のクエンチャーとしては、従来型の塩基性化合物が挙げられる。従来型の塩基性化合物としては、第1級、第2級又は第3級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類、イミド類、カーバメート類等が挙げられる。特に、特開2008-111103号公報の段落[0146]~[0164]に記載の第1級、第2級、第3級のアミン化合物、特にはヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル結合を有するアミン化合物あるいは特許第3790649号公報に記載のカーバメート基を有する化合物等が好ましい。このような塩基性化合物を添加することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を更に抑制したり、形状を補正したりすることができる。 Other quenchers mentioned above include conventional basic compounds. Examples of conventional basic compounds include primary, secondary, or tertiary aliphatic amines, hybrid amines, aromatic amines, heterocyclic amines, nitrogen-containing compounds having a carboxyl group, nitrogen-containing compounds having a sulfonyl group, nitrogen-containing compounds having a hydroxyl group, nitrogen-containing compounds having a hydroxyphenyl group, alcoholic nitrogen-containing compounds, amides, imides, carbamates, etc. Particularly preferred are primary, secondary, and tertiary amine compounds described in paragraphs [0146] to [0164] of Japanese Patent Publication No. 2008-111103, especially amine compounds having a hydroxyl group, ether bond, ester bond, lactone ring, cyano group, or sulfonic acid ester bond, or compounds having a carbamate group described in Japanese Patent Publication No. 3790649. By adding such basic compounds, for example, the diffusion rate of acid in the resist film can be further suppressed, or its shape can be corrected.
また、その他のクエンチャーとして、特開2008-158339号公報に記載されているα位がフッ素化されていないスルホン酸及びカルボン酸の、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。α位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸又はメチド酸は、カルボン酸エステルの酸不安定基を脱保護させるのに必要であるが、α位がフッ素化されていないオニウム塩との塩交換によってα位がフッ素化されていないスルホン酸又はカルボン酸が放出される。α位がフッ素化されていないスルホン酸及びカルボン酸は脱保護反応を起こさないため、クエンチャーとして機能する。 Furthermore, other quenchers include onium salts such as sulfonium salts, iodonium salts, and ammonium salts of sulfonic acids and carboxylic acids whose α-position is not fluorinated, as described in Japanese Patent Publication No. 2008-158339. While α-fluorinated sulfonic acids, imido acids, or methidic acids are necessary for deprotecting the acid-unstable group of carboxylic acid esters, salt exchange with an onium salt whose α-position is not fluorinated releases the α-fluorinated sulfonic acid or carboxylic acid. Since α-fluorinated sulfonic acids and carboxylic acids do not undergo deprotection reactions, they function as quenchers.
その他のクエンチャーとしては、更に、特開2008-239918号公報に記載のポリマー型クエンチャーが挙げられる。これは、レジスト膜表面に配向することによって、レジストパターンの矩形性を高める。ポリマー型クエンチャーは、液浸露光用の保護膜を適用したときのパターンの膜減りやパターントップのラウンディングを防止する効果もある。 Other quenchers include the polymer-type quencher described in Japanese Patent Publication No. 2008-239918. This enhances the rectangularity of the resist pattern by oriented on the resist film surface. Polymer-type quenchers also have the effect of preventing pattern film thinning and rounding of the pattern top when a protective film for immersion lithography is applied.
本発明のレジスト材料がその他のクエンチャーを含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0~5質量部が好ましく、0~4質量部がより好ましい。その他のクエンチャーは、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the resist material of the present invention contains other quenchers, their content is preferably 0 to 5 parts by mass, and more preferably 0 to 4 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer. The other quenchers may be used individually or in combination of two or more.
上記撥水性向上剤は、レジスト膜表面の撥水性を向上させるものであり、トップコートを用いない液浸リソグラフィーに用いることができる。上記撥水性向上剤としては、フッ化アルキル基を含むポリマー、特定構造の1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノール残基を含むポリマー等が好ましく、特開2007-297590号公報、特開2008-111103号公報等に例示されているものがより好ましい。上記撥水性向上剤は、アルカリ現像液や有機溶剤現像液に溶解する必要がある。上述した特定の1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノール残基を有する撥水性向上剤は、現像液への溶解性が良好である。撥水性向上剤として、アミノ基やアミン塩を含む繰り返し単位を含むポリマーは、ポストエクスポージャーベーク(PEB)中の酸の蒸発を防いで現像後のホールパターンの開口不良を防止する効果が高い。本発明の化学増幅レジスト材料が上記撥水性向上剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0~20質量部が好ましく、0.5~10質量部がより好ましい。上記撥水性向上剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The above-mentioned water-repellency improving agent improves the water repellency of the resist film surface and can be used in immersion lithography without a topcoat. Preferred water-repellency improving agents include polymers containing alkyl fluoride, polymers containing 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residues of a specific structure, and those exemplified in Japanese Patent Publication No. 2007-297590 and Japanese Patent Publication No. 2008-111103 are more preferred. The above-mentioned water-repellency improving agent needs to be soluble in an alkaline developer or an organic solvent developer. The water-repellency improving agent having the specific 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residues described above has good solubility in the developer. As a water-repellency improving agent, polymers containing repeating units including amino groups or amine salts are highly effective in preventing acid evaporation during post-exposure baking (PEB) and thus preventing poor hole pattern opening after development. When the chemically amplified resist material of the present invention contains the above-mentioned water-repellency improving agent, its content is preferably 0 to 20 parts by mass, and more preferably 0.5 to 10 parts by mass, per 100 parts by mass of the base polymer. The above-mentioned water-repellency improving agent may be used alone or in combination of two or more types.
上記アセチレンアルコール類としては、特開2008-122932号公報の段落[0179]~[0182]に記載されたものが挙げられる。本発明の化学増幅レジスト材料が上記アセチレンアルコール類を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0~5質量部が好ましい。上記アセチレンアルコール類は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the acetylene alcohols mentioned above include those described in paragraphs [0179] to [0182] of Japanese Patent Publication No. 2008-122932. When the chemical amplification resist material of the present invention contains the above-mentioned acetylene alcohols, the content is preferably 0 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the base polymer. The above-mentioned acetylene alcohols may be used individually or in combination of two or more types.
[パターン形成方法]
本発明のレジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。例えば、パターン形成方法としては、上述した化学増幅レジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、上記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、上記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含む方法が挙げられる。
[Pattern Formation Method]
When the resist material of the present invention is used in the manufacture of various integrated circuits, known lithography techniques can be applied. For example, a pattern formation method may include a step of forming a resist film on a substrate using the chemically amplified resist material described above, a step of exposing the resist film with high-energy rays, and a step of developing the exposed resist film using a developer.
まず、本発明のレジスト材料を、集積回路製造用の基板(Si、SiO2、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、有機反射防止膜等)あるいはマスク回路製造用の基板(Cr、CrO、CrON、MoSi2、SiO2等)上にスピンコート、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塗布膜厚が0.01~2μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは60~150℃、10秒~30分間、より好ましくは80~120℃、30秒~20分間プリベークし、レジスト膜を形成する。 First, the resist material of the present invention is applied to a substrate for integrated circuit manufacturing (Si, SiO₂ , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, organic anti-reflective coating, etc.) or a substrate for mask circuit manufacturing (Cr, CrO, CrON, MoSi₂ , SiO₂ , etc.) by a suitable coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, or doctor coating, so that the coating film thickness is 0.01 to 2 μm. This is then pre-baked on a hot plate, preferably at 60 to 150°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120°C for 30 seconds to 20 minutes, to form a resist film.
次いで、高エネルギー線を用いて、上記レジスト膜を露光する。上記高エネルギー線としては、紫外線、遠紫外線、EB(電子線)、波長3~15nmのEUV(極端紫外線)、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等が挙げられる。上記高エネルギー線として紫外線、遠紫外線、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等を用いる場合は、直接又は目的のパターンを形成するためのマスクを用いて、露光量が好ましくは1~200mJ/cm2程度、より好ましくは10~100mJ/cm2程度となるように照射する。高エネルギー線としてEBを用いる場合は、露光量が好ましくは0.1~300μC/cm2程度、より好ましくは0.5~200μC/cm2程度で直接又は目的のパターンを形成するためのマスクを用いて描画する。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でもKrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、EB、EUV、X線、軟X線、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターニングに好適であり、中でもKrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、EB、又は波長3~15nmのEUVを用いることが好適であり、特にEB又はEUVによる微細パターニングに好適である。 Next, the resist film is exposed using high-energy beams. Examples of high-energy beams include ultraviolet light, far ultraviolet light, electron beam (EB), extreme ultraviolet (EUV) with a wavelength of 3 to 15 nm, X-rays, soft X-rays, excimer laser light, gamma rays, and synchrotron radiation. When using ultraviolet light, far ultraviolet light, EUV, X-rays, soft X-rays, excimer laser light, gamma rays, or synchrotron radiation as the high-energy beams, the exposure is preferably about 1 to 200 mJ/ cm² , more preferably about 10 to 100 mJ/ cm² , either directly or using a mask to form the desired pattern. When using electron beams as the high-energy beams, the exposure is preferably about 0.1 to 300 μC/ cm² , more preferably about 0.5 to 200 μC/ cm² , and the pattern is drawn either directly or using a mask to form the desired pattern. Furthermore, the resist material of the present invention is particularly suitable for fine patterning using high-energy rays, including KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EB, EUV, X-rays, soft X-rays, gamma rays, and synchrotron radiation. In particular, it is preferable to use KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EB, or EUV with a wavelength of 3 to 15 nm, and is especially suitable for fine patterning using EB or EUV.
露光後、ホットプレート上又はオーブン中で、好ましくは30~150℃、10秒~30分間、より好ましくは50~120℃、30秒~20分間PEBを行ってもよいし、行わなくてもよい。 After exposure, PEB (Photopolymer Exposure) may be performed on a hot plate or in an oven, preferably at 30-150°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 50-120°C for 30 seconds to 20 minutes, or it may be omitted.
露光後又はPEB後、0.1~10質量%、好ましくは2~5質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等のアルカリ水溶液の現像液を用い、3秒~3分間、好ましくは5秒~2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により露光したレジスト膜を現像することで、目的のパターンが形成される。ポジ型レジスト材料の場合は、光を照射した部分は現像液に溶解し、露光されなかった部分は溶解せず、基板上に目的のポジ型のパターンが形成される。ネガ型レジスト材料の場合はポジ型レジスト材料の場合とは逆であり、光を照射した部分は現像液に不溶化し、露光されなかった部分は溶解する。 After exposure or PEB (Photobleached Embossing), the exposed resist film is developed using a developer solution containing 0.1 to 10% by mass, preferably 2 to 5% by mass, of an alkaline aqueous solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, or tetrabutylammonium hydroxide. The development is performed for 3 seconds to 3 minutes, preferably 5 seconds to 2 minutes, using conventional methods such as the dip method, puddle method, or spray method, thereby forming the desired pattern. In the case of positive-type resist materials, the areas irradiated with light dissolve in the developer solution, while the unexposed areas remain insoluble, forming the desired positive-type pattern on the substrate. In the case of negative-type resist materials, the opposite occurs: the areas irradiated with light become insoluble in the developer solution, while the unexposed areas dissolve.
酸不安定基を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料を用いて、有機溶剤現像によってネガ型パターンを得ることもできる。このときに用いる現像液としては、2-オクタノン、2-ノナノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、2-ヘキサノン、3-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸ブテニル、酢酸イソペンチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、ギ酸イソペンチル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチル、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸ペンチル、乳酸イソペンチル、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル、2-ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、ギ酸ベンジル、ギ酸フェニルエチル、3-フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸2-フェニルエチル等が挙げられる。これらの有機溶剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 Negative patterns can also be obtained by organic solvent development using positive-type resist materials containing a base polymer with acid-unstable groups. The developers used in this process include 2-octanone, 2-nonanone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, 2-hexanone, 3-hexanone, diisobutyl ketone, methylcyclohexanone, acetophenone, methylacetophenone, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, butenyl acetate, isopentyl acetate, propyl formate, butyl formate, isobutyl formate, pentyl formate, isopentyl formate, methyl valerate, methyl pentenoate, methyl crotate, ethyl crotate, Examples include methyl propionate, ethyl propionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl lactate, ethyl lactate, propyl lactate, butyl lactate, isobutyl lactate, pentyl lactate, isopentyl lactate, methyl 2-hydroxyisobutyrate, ethyl 2-hydroxyisobutyrate, methyl benzoate, ethyl benzoate, phenyl acetate, benzyl acetate, methyl phenylacetate, benzyl formate, phenylethyl formate, methyl 3-phenylpropionate, benzyl propionate, ethyl phenyl acetate, and 2-phenylethyl acetate. These organic solvents may be used individually or in combination of two or more.
現像の終了時には、リンスを行う。リンス液としては、現像液と混溶し、レジスト膜を溶解させない溶剤が好ましい。このような溶剤としては、炭素数3~10のアルコール、炭素数8~12のエーテル化合物、炭素数6~12のアルカン、アルケン、アルキン、芳香族系の溶剤が好ましく用いられる。 At the end of development, rinsing is performed. A solvent that mixes with the developer but does not dissolve the resist film is preferred as the rinsing solution. Preferred solvents include alcohols with 3 to 10 carbon atoms, ether compounds with 8 to 12 carbon atoms, alkanes, alkenes, alkynes, and aromatic solvents with 6 to 12 carbon atoms.
上記炭素数3~10のアルコールとしては、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1-ブチルアルコール、2-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、tert-ペンチルアルコール、ネオペンチルアルコール、2-メチル-1-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、3-メチル-3-ペンタノール、シクロペンタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、2,3-ジメチル-2-ブタノール、3,3-ジメチル-1-ブタノール、3,3-ジメチル-2-ブタノール、2-エチル-1-ブタノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-2-ペンタノール、2-メチル-3-ペンタノール、3-メチル-1-ペンタノール、3-メチル-2-ペンタノール、3-メチル-3-ペンタノール、4-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、4-メチル-3-ペンタノール、シクロヘキサノール、1-オクタノール等が挙げられる。 The above C3-C10 alcohols include n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, tert-pentyl alcohol, neopentyl alcohol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-3-pentanol, cyclopentanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, Examples include 2,3-dimethyl-2-butanol, 3,3-dimethyl-1-butanol, 3,3-dimethyl-2-butanol, 2-ethyl-1-butanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-1-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, 4-methyl-1-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 4-methyl-3-pentanol, cyclohexanol, and 1-octanol.
上記炭素数8~12のエーテル化合物としては、ジ-n-ブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジ-sec-ブチルエーテル、ジ-n-ペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ-sec-ペンチルエーテル、ジ-tert-ペンチルエーテル、ジ-n-ヘキシルエーテル等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned ether compounds having 8 to 12 carbon atoms include di-n-butyl ether, diisobutyl ether, di-sec-butyl ether, di-n-pentyl ether, diisopentyl ether, di-sec-pentyl ether, di-tert-pentyl ether, and di-n-hexyl ether.
上記炭素数6~12のアルカンとしては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、メチルシクロペンタン、ジメチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン等が挙げられる。上記炭素数6~12のアルケンとしては、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキセン、ジメチルシクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン等が挙げられる。上記炭素数6~12のアルキンとしては、ヘキシン、ヘプチン、オクチン等が挙げられる。 Examples of alkanes with 6 to 12 carbon atoms include hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, methylcyclopentane, dimethylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, and cyclononane. Examples of alkenes with 6 to 12 carbon atoms include hexene, heptene, octene, cyclohexene, methylcyclohexene, dimethylcyclohexene, cycloheptene, and cyclooctene. Examples of alkynes with 6 to 12 carbon atoms include hexine, heptine, and octine.
上記芳香族系の溶剤としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、メシチレン等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned aromatic solvents include toluene, xylene, ethylbenzene, isopropylbenzene, tert-butylbenzene, and mesitylene.
リンスを行うことによってレジストパターンの倒れや欠陥の発生を低減させることができる。また、リンスは必ずしも必須ではなく、リンスを行わないことによって溶剤の使用量を削減することができる。 Rinsing can reduce the occurrence of resist pattern deformation and defects. However, rinsing is not always necessary; omitting rinsing can reduce solvent usage.
現像後のホールパターンやトレンチパターンを、サーマルフロー、RELACS技術又はDSA技術でシュリンクすることもできる。ホールパターン上にシュリンク剤を塗布し、ベーク中のレジスト膜からの酸触媒の拡散によってレジスト膜の表面でシュリンク剤の架橋が起こり、シュリンク剤がホールパターンの側壁に付着する。ベーク温度は、好ましくは70~180℃、より好ましくは80~170℃であり、ベーク時間は、好ましくは10~300秒であり、余分なシュリンク剤を除去し、ホールパターンを縮小させる。 The developed hole patterns and trench patterns can also be shrunk using thermal flow, RELACS, or DSA techniques. A shrinking agent is applied to the hole pattern, and during baking, the diffusion of an acid catalyst from the resist film causes crosslinking of the shrinking agent on the surface of the resist film, causing the shrinking agent to adhere to the sidewalls of the hole pattern. The baking temperature is preferably 70 to 180°C, more preferably 80 to 170°C, and the baking time is preferably 10 to 300 seconds, during which excess shrinking agent is removed and the hole pattern is reduced in size.
以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。 The present invention will be specifically described below with reference to synthesis examples, examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
レジスト材料に用いたクエンチャーQ-1~Q-28の構造を以下に示す。 The structures of quenchers Q-1 to Q-28 used in the resist material are shown below.
[合成例]ベースポリマー(ポリマー1~5)の合成
各々のモノマーを組み合わせて、溶剤であるTHF中で共重合反応を行い、メタノールに晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後に単離、乾燥して、以下に示す組成のベースポリマー(ポリマー1~5)を得た。得られたベースポリマーの組成は1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPC(溶剤:THF、標準:ポリスチレン)により確認した。
[実施例1~32、比較例1~4]レジスト材料の調製及びその評価
(1)レジスト材料の調製
表1、表2に示す組成で各成分を溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してレジスト材料を調製した。実施例1~20、22~32、比較例1~3のレジスト材料はポジ型であり、実施例21及び比較例4のレジスト材料はネガ型である。
[Examples 1-32, Comparative Examples 1-4] Preparation and Evaluation of Resist Materials (1) Preparation of Resist Materials Resist materials were prepared by dissolving each component in the compositions shown in Tables 1 and 2, and filtering the solutions through a 0.2 μm size filter. The resist materials of Examples 1-20, 22-32, and Comparative Examples 1-3 were positive type, while the resist materials of Example 21 and Comparative Example 4 were negative type.
表1、表2中、各成分は、以下のとおりである。
・有機溶剤:PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
DAA(ジアセトンアルコール)
EL(乳酸エチル)
In Tables 1 and 2, the components are as follows:
• Organic solvent: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
DAA (Diacetone Alcohol)
EL (ethyl lactate)
・酸発生剤:PAG-1~PAG-5
・ブレンドクエンチャー:bQ-1、bQ-2
・比較クエンチャー:cQ-1、cQ-2、cQ-3
(2)EUVリソグラフィー評価
表1、表2に示す各レジスト材料を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を20nm膜厚で形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて100℃で60秒間プリベークして膜厚60nmのレジスト膜を作製した。次いで、ASML社製EUVスキャナーNXE3400(NA0.33、σ0.9/0.6、クアドルポール照明、ウエハー上寸法がピッチ44nm、+20%バイアスのホールパターンのマスク)を用いて上記レジスト膜を露光し、ホットプレート上で表1、表2記載の温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%TMAH水溶液で30秒間現像を行って、実施例1~20、22~32、比較例1~3では寸法22nmのホールパターンを、実施例21及び比較例4では寸法22nmのドットパターンを得た。
(株)日立ハイテク製の測長SEM(CG6300)を用いて、ホール又はドット寸法が22nmで形成されるときの露光量を測定してこれを感度とし、また、このときのホール又はドット50個の寸法を測定し、その結果から算出した標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をCDUとした。結果を表1、表2に併記する。
(2) EUV Lithography Evaluation Each resist material shown in Tables 1 and 2 was spin-coated onto a Si substrate on which a silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (silicon content 43 mass%) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. had been formed to a thickness of 20 nm. A resist film with a thickness of 60 nm was then prepared by pre-baking at 100°C for 60 seconds using a hot plate. Next, the resist film was exposed using an ASML EUV scanner NXE3400 (NA 0.33, σ 0.9/0.6, quadruple pole illumination, wafer dimensions pitch 44 nm, hole pattern mask with +20% bias). PEB was performed on a hot plate for 60 seconds at the temperatures shown in Tables 1 and 2, and development was performed with a 2.38 mass% TMAH aqueous solution for 30 seconds. Hole patterns with dimensions of 22 nm were obtained in Examples 1-20, 22-32, and Comparative Examples 1-3, and dot patterns with dimensions of 22 nm were obtained in Example 21 and Comparative Example 4.
Using a length-measuring SEM (CG6300) manufactured by Hitachi High-Tech Corporation, the exposure amount at which a hole or dot dimension of 22 nm was formed was measured and defined as the sensitivity. The dimensions of 50 holes or dots at this point were also measured, and the CDU (Critical Duct) was defined as three times the standard deviation (σ) calculated from these results (3σ). The results are shown in Tables 1 and 2.
表1、表2に示した結果より、クエンチャーとして、置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、または置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上を含む本発明のレジスト材料は、高感度であり、CDUが改善されたことがわかった。 The results shown in Tables 1 and 2 indicate that the resist material of the present invention, containing one or more of the following as a quencher: substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid sulfonium salts, and/or substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid sulfonium salts, substituted or unsubstituted hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid sulfonium salts, substituted or unsubstituted hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid sulfonium salts, 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid sulfonium salts, and 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid sulfonium salts, exhibited high sensitivity and improved CDU (Critical Duplication Unit).
本明細書は、以下の態様を包含する。
[1]:クエンチャーとして、
置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩を含むものであることを特徴とするレジスト材料。
[2]:前記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は前記置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩が下記一般式(1)で表されるものであることを特徴とする上記[1]に記載のレジスト材料。
[3]:クエンチャーとして、
置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上を含むものであることを特徴とするレジスト材料。
[4]:前記置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上が下記一般式(1´)で表されるものであることを特徴とする上記[3]に記載のレジスト材料。
[5]:更に、酸を発生する酸発生剤を含むものであることを特徴とする上記[1]から[4]のいずれかに記載のレジスト材料。
[6]:前記酸発生剤が、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生するものであることを特徴とする上記[5]に記載のレジスト材料。
[7]:更に、有機溶剤を含むものであることを特徴とする上記[1]から[6]のいずれかに記載のレジスト材料。
[8]:更に、ベースポリマーを含むものであることを特徴とする上記[1]から[7]のいずれかに記載のレジスト材料。
[9]:前記ベースポリマーが、下記一般式(a1)で表される繰り返し単位及び/又は下記一般式(a2)で表される繰り返し単位を含むものであることを特徴とする上記[8]に記載のレジスト材料。
[10]:前記レジスト材料が、化学増幅ポジ型レジスト材料であることを特徴とする上記[9]に記載のレジスト材料。
[11]:前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものであることを特徴とする上記[8]に記載のレジスト材料。
[12]:前記レジスト材料が、化学増幅ネガ型レジスト材料であることを特徴とする上記[11]に記載のレジスト材料。
[13]:前記ベースポリマーが、更に、下記一般式(f1)~(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものであることを特徴とする上記[8]から[12]のいずれかに記載のレジスト材料。
[14]:更に、界面活性剤を含むものであることを特徴とする上記[1]から[13]のいずれかに記載のレジスト材料。
[15]:上記[1]から[14]のいずれかに記載のレジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
[16]:前記高エネルギー線として、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、電子線又は波長3~15nmの極端紫外線を用いることを特徴とする上記[15]に記載のパターン形成方法。
This specification includes the following embodiments:
[1] As a quencher,
A resist material characterized by comprising a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid.
[2]: The resist material according to [1] above, characterized in that the sulfonium salt of the substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or the sulfonium salt of the substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid is represented by the following general formula (1).
[3] As a quencher,
A resist material characterized by containing one or more of the following: a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid, a substituted or unsubstituted sulfonium salt of hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid, a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, and a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid.
[4]: The resist material according to [3] above, characterized in that one or more of the substituted or unsubstituted sulfonium salts of hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid, substituted or unsubstituted sulfonium salts of hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid, sulfonium salts of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, and sulfonium salts of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid are represented by the following general formula (1').
[5]: The resist material according to any one of [1] to [4] above, further characterized by containing an acid generator that generates acid.
[6]: The resist material according to [5] above, characterized in that the acid generating agent generates sulfonic acid, imido acid, or methidoic acid.
[7]: The resist material according to any one of [1] to [6] above, further characterized in that it contains an organic solvent.
[8]: The resist material according to any one of [1] to [7], further characterized in that it contains a base polymer.
[9]: The resist material according to [8], characterized in that the base polymer includes repeating units represented by the following general formula (a1) and/or repeating units represented by the following general formula (a2).
[10]: The resist material according to [9] above, characterized in that the resist material is a chemically amplified positive resist material.
[11]: The resist material according to [8] above, characterized in that the base polymer does not contain acid-unstable groups.
[12]: The resist material according to [11], characterized in that the resist material is a chemically amplified negative resist material.
[13]: The resist material according to any one of [8] to [12], characterized in that the base polymer further comprises at least one selected from repeating units represented by the following general formulas (f1) to (f3).
[14]: The resist material according to any one of [1] to [13], further characterized by containing a surfactant.
[15]: A pattern forming method characterized by comprising the steps of forming a resist film on a substrate using a resist material described in any of [1] to [14] above, exposing the resist film with a high-energy beam, and developing the exposed resist film using a developer.
[16]: The pattern formation method according to [15], characterized in that the high-energy beam is KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, electron beam, or extreme ultraviolet light with a wavelength of 3 to 15 nm.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above. The embodiments described above are illustrative, and any configuration that is substantially identical to the technical concept described in the claims of the present invention and achieves similar effects is included within the technical scope of the present invention.
Claims (17)
下記一般式(1)で表される、置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、及び/又は置換もしくは非置換のヒドロキシ(トリフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩を含むものであることを特徴とするレジスト材料。
A resist material characterized by comprising a sulfonium salt of substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethoxy)benzoic acid, and/or a sulfonium salt of substituted or unsubstituted hydroxy(trifluoromethylthio)benzoic acid, represented by the following general formula (1) .
下記一般式(1´)で表される、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメトキシ)安息香酸のスルホニウム塩、置換もしくは非置換のヒドロキシ(ジフルオロメチルチオ)安息香酸のスルホニウム塩、2-又は3-ジ又はトリフルオロメトキシ安息香酸のスルホニウム塩、及び2-又は3-ジ又はトリフルオロメチルチオ安息香酸のスルホニウム塩のうちのいずれか一種以上を含むものであることを特徴とするレジスト材料。
A resist material characterized by containing one or more of the following, represented by the general formula (1'): a sulfonium salt of substituted or unsubstituted hydroxy(difluoromethoxy)benzoic acid, a sulfonium salt of substituted or unsubstituted hydroxy(difluoromethylthio)benzoic acid, a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethoxybenzoic acid, and a sulfonium salt of 2- or 3-di or trifluoromethylthiobenzoic acid.
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