JP4446138B2 - Novel onium salt, photoacid generator, resist material and pattern forming method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線、遠紫外線、電子線、Ｘ線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線などの放射線に感応する集積回路を作成するための化学増幅型レジスト材料等に用いられる新規オニウム塩、このオニウム塩からなるレジスト材料用光酸発生剤、更にはこれを用いたレジスト材料及びこれを用いたパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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求められている中、次世代の微細加工技術として遠紫外線リソグラフィーが有望視されている。
【０００３】
近年、遠紫外線の光源として高輝度なＫｒＦエキシマレーザー、更に波長の短いＡｒＦエキシマレーザーを利用する技術が注目されており、露光の短波長化とレジスト材料の高解像度化で、より微細な加工技術が要望されている。
【０００４】
このような観点から、近年開発された酸を触媒とした化学増幅型レジスト材料は、感度、解像度、ドライエッチング耐性が高く、優れた特徴を有するもので、遠紫外線リソグラフィーに特に有望なレジスト材料である。この化学増幅レジストには、露光部が除去され未露光部が残るポジ型と、露光部が残り未露光部が除去されるネガ型がある。
【０００５】
アルカリ現像液を用いる化学増幅ポジ型レジスト材料では、アルカリ可溶性のフェノールあるいはカルボン酸の一部あるいは全部を酸に不安定な保護基（酸不安定基）で保護した樹脂及び／又は化合物を露光により生じた酸で触媒的に分解し、露光部にフェノールあるいはカルボン酸を生じさせて、露光部をアルカリ現像液で除去する。また、同ネガ型レジスト材料では、アルカリ可溶性のフェノールあるいはカルボン酸を有する樹脂及び／又は化合物と酸で上記樹脂あるいは化合物を結合（架橋）することのできる化合物（架橋剤）とを露光により生じた酸で架橋させて、露光部をアルカリ現像液に不溶化し、未露光部をアルカリ現像液で除去するものである。
【０００６】
上記化学増幅ポジ型レジスト材料は、バインダーである酸不安定基を有する樹脂と放射線照射により酸を発生する化合物（以下、光酸発生剤と略する）を溶剤に溶解したレジスト溶液を調製し、基板上に種々の処方で塗布し、必要により加熱、溶媒を除去してレジスト膜を形成する。次いで放射線照射、例えば遠紫外線を光源としてこのレジスト膜に所定のマスクパターンを通じて露光を行う。更に必要に応じて、酸による触媒反応を進めるために露光後の焼成（ＰＥＢ：ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）を行い、アルカリ水溶液による現像を行い、露光部のレジスト膜を除去することでポジ型のパターンプロファイルを得る。種々の処方で基板をエッチングした後、残存するレジスト膜を剥離液による溶解やアッシングにより除去して、基板上にパターンプロファイルを作成する。
【０００７】
ＫｒＦエキシマレザー用の化学増幅ポジ型レジスト材料には、フェノール系の樹脂、例えばポリヒドロキシスチレンのフェノール性水酸基の水素原子の一部あるいは全部を酸に不安定な保護基で保護した樹脂が用いられており、光酸発生剤にはヨードニウム塩やスルホニウム塩等のオニウム塩、ビススルホニルジアゾメタン、Ｎ−スルホニルオキシイミド等が用いられてきた。更に必要に応じて分子量３，０００以下のカルボン酸及び／又はフェノール誘導体等のカルボン酸及び／又はフェノール性水酸基の水素原子の一部あるいは全部を酸不安定基で保護した溶解阻止／促進化合物、溶解特性向上のためのカルボン酸化合物、コントラスト向上のための塩基性化合物、塗布性向上のための界面活性剤等が添加される。
【０００８】
ここで、下記に示すような光酸発生剤のオニウム塩は感度、解像度に優れ、Ｎ−スルホニルオキシイミド系の光酸発生剤に見られるような保存安定性の低さもなく、化学増幅型レジスト材料、特にＫｒＦエキシマレーザーを用いた化学増幅ポジ型レジスト材料の光酸発生剤として好適に用いられる。
【０００９】
【化９】
しかしながら、要求されるパターンサイズの微細化に伴い、これらの光酸発生剤を用いた場合でも解像性が低い、環境に対する安定性が低い、アルカリ現像液で現像をする際あるいはレジストを溶剤で剥離する際に未溶解性あるいは低溶解性の異物が発現する等の問題が生じてきた。
【００１１】
この場合、解像性に関しては、用いる樹脂の酸不安定基をより酸に対して切れ易くすることや塩基性添加物、プロセス条件で改善しつつある。
【００１２】
また、レジスト材料において、２種以上の光酸発生剤の使用（併用）は公知の技術であるが（特開平８−１２３０３２号公報）、放射線の照射により、３つ以上のフッ素原子を有するスルホン酸を発生する化合物と、放射線の照射によりフッ素原子を全く持たないスルホン酸を発生する化合物との組合せからなる感放射線性酸発生剤を含有することにより、ナノエッジラフネスあるいは膜面荒れを生じることが無く、解像度が優れるとの報告がある（特開平１１−７２９２１号公報）。しかし、本発明者らの検討では、解像性及び現像時のパターン上の異物に対する効果において満足できない。
【００１３】
更に、微細化に伴う解像性の向上を目的として、多価エノールエーテル化合物とポリヒドロキシスチレンに代表されるアルカリ可溶性樹脂を基板上で熱架橋させ、放射線照射、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）等の工程を経てパターンを得るポジ型感光性組成物（特開平６−１４８８８９号公報）、感光性酸発生体と重合体であって、ヒドロキシスチレンとアクリレート、メタクリレート又はアクリルレートとメタクリレートの混合物とを含む感光性レジスト組成物（特開平６−２６６１１２号公報）が報告されているが、解像性パターンプロファイル形状が満足ではなく、また、ＰＥＤ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｄｅｌａｙ）スリミングが大きい問題がある。
【００１４】
一方、環境安定性は大きく分けて２種類ある。一つはレジスト膜上の空気中の塩基や、レジスト膜下の基盤上の塩基で露光により発生した酸が失活する問題であり、これは酸強度の高い酸を発生する光酸発生剤を用いた時によく見られる現象である。この問題に関しては、用いる樹脂の酸不安定基を酸に対して切れ易くすることや、発生酸の酸強度を低く（弱く）することで解決する方向にある。また、もう一つの環境安定性の問題は、露光と露光後の焼成（ＰＥＢ：ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）が長引く場合（ＰＥＤ：ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｄｅｌａｙ）にレジスト膜中を発生酸が拡散し、酸不安定基が切れにくい場合には酸の失活、酸不安定基が切れ易い場合には酸分解反応が進行し、パターンプロファイルが変動する場合が多い。例えばアセタールを中心とした酸不安定基を有する化学増幅ポジ型レジスト材料の場合には、未露光部の線幅が細くなる（スリミングする）場合が多い。
【００１５】
上記のように、より高解像性を求めるためには、樹脂により切れ易い酸不安定基を導入することが必要であり、光酸発生剤としては拡散性の低い酸を発生することが望まれる。この低拡散性の酸としては、１０−カンファースルホン酸のようなアルキルスルホン酸が種々検討されている。しかし、このアルキルスルホン酸は、従来用いられていたフッ化アルキルスルホン酸やアリールスルホン酸の酸強度に対して弱く、酸強度の弱さを酸の量でカバーしなくてはならないため、より多量の酸を発生しなくてはならず、露光時間の増大につながり、生産性に劣る場合が多い。
【００１６】
この問題に対して、アリールスルホン酸にアルキル基や、カルボニル基、カルボン酸エステル基を導入した光酸発生剤を用いたレジスト材料が公開されている（特開平６−１９９７７０号、同９−２４４２３４号、同９−２５８４３５号公報）。
【００１７】
しかしながら、本発明者らの検討では、ベンゼン環にカルボニル基、カルボン酸エステルを直接導入すると、発生酸の拡散性は抑えられるものの、光酸発生剤の２４８ｎｍ付近の光吸収が増大することや、単なるアルキル基の導入では現像時に異物が生じ、好ましくない。
【００１８】
また、アルカリ現像時及び／又はレジストの溶剤による剥離の際の異物に関しては、光酸発生剤の光分解物、未分解物（光酸発生剤そのまま）、低溶解性の樹脂等、種々の要因があり、現在のところ要因が特定されていないが、現像液（水溶液）あるいは剥離溶剤に対する溶解性（親和性）や樹脂に対する溶解性（親和性）が関係しているようである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
レジスト材料の光酸発生剤としては、レジスト溶剤及び樹脂に対する溶解性（相溶性）が十分高いこと、保存安定性が良好であること、毒性がないこと、塗布性が良好であること、現像後のパターン形成時、更にレジスト剥離時に異物を生じないこと、パターンプロファイル形状、ＰＥＤ安定性が良好であることが求められるが、従来の光酸発生剤、特に単なるアルキルスルホン酸やアリールスルホン酸を発生する光酸発生剤はこれらをすべて満たしていない。
【００２０】
集積回路のパターンの微細化に伴い、解像性はもちろんのこと、ＰＥＤによる線幅変動、現像後、剥離後の異物の問題はより厳しくなってきた。
【００２１】
本発明の目的は、上記の種々の問題を解決し、特に解像性やパターンプロファイル形状、現像後、剥離後の異物が少ない化学増幅型レジスト材料等のレジスト材料に用いられる新規オニウム塩、レジスト材料用光酸発生剤、これを用いたレジスト材料、パターン形成方法及びこれを用いたパターン形成方法を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、下記式（１）で示されるオニウム塩、特に（１ａ）、（１ａ’）で示されるスルホニウム塩、あるいは（１ｂ）で示されるヨードニウム塩を化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤として用いることにより、保存安定性、塗布性に優れ、ＰＥＤが長時間にわたる場合にも線幅変動、形状劣化が少なく、塗布後、現像後、剥離後の異物が少なく、現像後のパターンプロファイル形状に優れ、微細加工に適した高解像性を有し、特に遠紫外線リソグラフィーにおいて大いに威力を発揮することを見出した。
【００２３】
即ち、本発明の式（１）のオニウム塩を化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤として用いると、低拡散性のスルホン酸アニオンの効果で高解像度、広範囲の焦点深度を有するレジスト像を得ることができ、ＰＥＤによるパターンプロファイルの劣化も少なく、更にスルホニウム塩、ヨードニウム塩の極性のため、アルカリ現像時／レジスト剥離時に異物を少なくすることができることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【００２４】
従って、本発明は、下記オニウム塩、光酸発生剤、レジスト材料、及びパターン形成方法を提供する。
請求項１：
下記一般式（１ａ）で示されるスルホニウム塩。
【化１０】
請求項２：
下記一般式（１ｂ）で示されるヨードニウム塩。
【化１３】
請求項３：
請求項１又は２記載のオニウム塩からなる化学増幅型レジスト材料用の光酸発生剤。
請求項４：
（Ａ）酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂、
（Ｂ）放射線照射により酸を発生する請求項３記載の光酸発生剤
を含むことを特徴とする化学増幅型レジスト材料。
請求項５：
（Ａ）酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂、
（Ｂ）放射線照射により酸を発生する請求項３記載の光酸発生剤、
（Ｃ）（Ｂ）成分以外の放射線照射により酸を発生する化合物
を含むことを特徴とする化学増幅型レジスト材料。
請求項６：
（Ａ）成分の樹脂が、酸の作用でＣ−Ｏ−Ｃ結合が切断することによりアルカリ現像液に対する溶解性が変化する置換基を有する樹脂である請求項４又は５記載のレジスト材料。
請求項７：
（Ａ）成分の樹脂が、フェノール性水酸基の水素原子が１種又は２種以上の酸不安定基によってフェノール性水酸基の水素原子全体の平均０モル％を超え８０モル％以下の割合で置換されている重量平均分子量３，０００〜１００，０００の高分子化合物である請求項４又は５記載のレジスト材料。
請求項８：
（Ａ）成分の樹脂が、下記一般式（２ａ）の繰り返し単位を有する高分子化合物であって、該高分子化合物に対して酸不安定基を有する単位の割合が平均０モル％を超え８０モル％以下の割合である重量平均分子量３，０００〜１００，０００の高分子化合物である請求項４又は５記載のレジスト材料。
【化１４】
請求項９：
（Ａ）成分の樹脂が、下記一般式（２ａ’）の繰り返し単位を有する高分子化合物であって、該高分子化合物中におけるアクリル酸エステル及び／又はメタクリル酸エステルに基づく単位が平均０モル％を超え５０モル％以下の割合で含有されており、（Ａ）成分の樹脂全体に対し酸不安定基を持つ単位が平均０モル％を超え８０モル％以下の割合である重量平均分子量３，０００〜１００，０００の高分子化合物である請求項４又は５記載のレジスト材料。
【化１５】
請求項１０：
（Ａ）成分の樹脂が、上記一般式（２ａ）又は（２ａ’）で示され、かつ残りのフェノール性水酸基の水素原子が式（２ａ）又は（２ａ’）で示される高分子化合物のフェノール性水酸基全体の平均０モル％を超え５０モル％以下の割合で下記一般式（３ａ）又は（３ｂ）で示されるＣ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基により分子内及び／又は分子間で架橋されている高分子化合物である請求項８又は９記載のレジスト材料。
【化１６】
Ｒ9は炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を示し、ａ’は１〜７の整数、ｂは０又は１〜１０の整数である。Ａは、（ａ’＋１）価の炭素数１〜５０の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基を示し、これらの基はヘテロ原子を介在していてもよく、また、その炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、カルボニル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。Ｂは−ＣＯ−Ｏ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−又は−ＮＨＣＯＮＨ−を示す。）
請求項１１：
酸不安定基が下記一般式（４）〜（７）で示される基、炭素数４〜２０の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数１〜６のトリアルキルシリル基、炭素数４〜２０のオキソアルキル基、又は炭素数７〜２０のアリール基置換アルキル基である請求項８乃至１０のいずれか１項記載のレジスト材料。
【化１７】
請求項１２：
更に、（Ｄ）塩基性化合物を配合することを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項記載のレジスト材料。
請求項１３：
更に、（Ｅ）カルボキシル基を有する化合物を配合することを特徴とする請求項４乃至１２のいずれか１項記載のレジスト材料。
請求項１４：
溶剤の成分としてプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート及び／又は乳酸アルキルエステルを含む請求項４乃至１３のいずれか１項記載のレジスト材料。
請求項１５：
（ｉ）請求項４乃至１４のいずれか１項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、
（ｉｉ）次いで加熱処理後、フォトマスクを介して波長３００ｎｍ以下の高エネルギー線又は電子線で露光する工程と、
（ｉｉｉ）必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【００２５】
以下、本発明につき更に詳細に説明すると、本発明は、まず第一に、下記一般式（１）で示され、置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンを持つ新規なオニウム塩を提供するものである。
【００２６】
【化１８】
【００２７】
また、より好ましくは下記一般式（１ａ）又は（１ａ’）で示され、置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンを持つ新規なスルホニウム塩を提供するものである。
【００２８】
【化１９】
【００２９】
【化２０】
【００３０】
更には、下記一般式（１ｂ）で示され、置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンを持つ新規なヨードニウム塩を提供するものである。
【００３１】
【化２１】
【００３２】
上記式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）においてＲ1は同一でも異なっていてもよく、水素原子、又は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を示し、具体的にはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｓｅｃ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、シクロペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基等を示すが、これらに限定されるものではない。また、上記式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）においてＲ2は同一でも異なってもよく、水素原子あるいは炭素数１〜６の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又はフェニル基を示し、具体的には水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｓｅｃ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、シクロペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフェニル基を示すが、これらに限定されるものではない。また、Ｒ1とＲ2でこれらＲ1とＲ2が結合する炭素原子と共に、シクロアルキル基等の炭素数４〜７の環構造を形成していてもよい。上記式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）においてＲ3は同一でも異なってもよく、炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状もしくは環状の置換もしくは非置換のアルキル基、あるいは炭素数６〜１４の置換もしくは非置換のアリール基を示す。具体的にはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｓｅｃ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、シクロペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、２−オキソプロピル基、２−オキソシクロペンチル基、２−オキソシクロヘキシル基、２−ヒドロキシシクロペンチル基、２−ヒドロキシシクロヘキシル基等のオキソ置換、ヒドロキシ置換等の置換アルキル基、あるいはフェニル基、４−メチルフェニル基、４−エチルフェニル基、４−メトキシフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基、４−シクロヘキシルフェニル基、４−シクロヘキシロキシフェニル基、２，４−ジメチルフェニル基、２，４，６−トリメチルフェニル基、２，４，６−トリイソプロピルフェニル基、３，４−ビス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）フェニル基、４−ジメチルアミノフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基等の非置換アリール基、アルキル置換、アルコキシ置換、アルキルアミノ置換等の置換アリール基等を示すが、これらに限定されるものではない。上記式（１）においてＭは硫黄原子又はヨウ素原子を示し、Ｍが硫黄原子の時はａは３であり、Ｍがヨウ素原子の時はａは２である。
【００３３】
また、上記式（１ａ’）において、Ｇは酸素原子に結合した酸不安定基（−ＯＧ’、Ｇ’酸不安定基）、Ｒ2Ｏ−で示されるアルコキシ基あるいは（Ｒ2）2Ｎ−を示す。Ｒ2は上述のものと同じである。酸素原子に結合した酸不安定基は、限定されるものではないが、後述する高分子樹脂化合物の酸不安定基と同様なものが挙げられる。特に、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−アミロキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルオキシ基、１−エトキシエトキシ基、テトラヒドロピラニルオキシ基、テトラヒドロフラニルオキシ基、トリメチルシリルオキシ基、１−エチルシクロペンチルオキシ基が好ましい。
【００３４】
本発明のオニウム塩は、置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンとヨードニウムカチオンあるいはスルホニウムカチオンからなるものであり、下記のカチオンとアニオンの組合わせがある。具体的には、アニオンとして、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオン、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸アニオン、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸アニオン等が挙げられる。ヨードニウムカチオンとしてジフェニルヨードニウム、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−メトキシフェニル−フェニルヨードニウム、４−エトキシフェニル−フェニルヨードニウム、４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル−フェニルヨードニウム等が挙げられる。この内、ジフェニルヨードニウム、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ヨードニウムが好適に用いられる。スルホニウムカチオンとしては、トリフェニルスルホニウム、４−ヒドロキシフェニルジフェニルスルホニウム、（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ジフェニルスルホニウム、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）フェニルスルホニウム、トリス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）スルホニウム、（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ジフェニルスルホニウム、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）フェニルスルホニウム、トリス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）スルホニウム、（３−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ジフェニルスルホニウム、ビス（３−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）フェニルスルホニウム、トリス（３−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）スルホニウム、（３，４−ジｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ジフェニルスルホニウム、ビス（３，４−ジｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）フェニルスルホニウム、トリス（３，４−ジｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）スルホニウム、ジフェニル（４−チオフェノキシフェニル）スルホニウム、（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル）ジフェニルスルホニウム、トリス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル）スルホニウム、（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ビス（４−ジメチルアミノフェニル）スルホニウム、トリス（４−ジメチルアミノフェニル）スルホニウム、２−ナフチルジフェニルスルホニウム、ジメチル−２−ナフチルスルホニウム、４−ヒドロキシフェニルジメチルスルホニウム、４−メトキシフェニルジメチルスルホニウム、ジメチルフェニルスルホニウム、ジフェニルメチルスルホニウム、トリメチルスルホニウム、２−オキソシクロヘキシルシクロヘキシルメチルスルホニウム、２−オキソシクロヘキシル−メチル−フェニルスルホニウム、２−オキソシクロペンチル−メチル−フェニルスルホニウム、２−オキソシクロプロピル−メチル−フェニルスルホニウム、トリベンジルスルホニウム等が挙げられ、この内、トリフェニルスルホニウム、４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、ジメチルフェニルスルホニウム、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム等が好適に用いられる。
【００３５】
この中で特に好ましく用いられるのは、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−メトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸４−メトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−メトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔブトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔブトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔブトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸トリス（４−ｔｅｒｔブトキシフェニル）スルホニウム等が挙げられる。
【００３６】
次に、本発明のオニウム塩の合成方法につき記載するが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
本発明のオニウム塩の置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンはフェニルメタン誘導体を既存の方法でスルホン酸化することで得られる。
【００３８】
具体的には、硫酸、三酸化硫黄、クロロスルホン酸、三酸化硫黄−ピリジン錯体、三酸化硫黄−ジオキサン錯体等のスルホン酸化剤をそのまま、あるいは無水酢酸、ジクロロメタン、酢酸、酢酸エチル等の溶剤に希釈して反応を行う。これら反応条件に関しては新実験化学講座１４有機化合物の合成ＩＩＩ（１７７３〜１７８４頁）（丸善株式会社 昭和６１年発行）を参考に行うことができる。
【００３９】
より具体的には、ジクロロメタンのような溶剤にフェニルメタン誘導体を溶解し、室温又は冷却しながらクロロスルホン酸を加える。この時クロロスルホン酸の量がフェニルメタン誘導体に対して過剰であると同一分子内にスルホン酸を複数有する場合がある。あるいは無水酢酸のような溶剤にフェニルメタン誘導体を溶解し、硫酸によりスルホン酸化を行う。
【００４０】
対応するスルホニウム塩、ヨードニウム塩の合成は特に制限されないが、アニオンにはハロゲン化イオン、アルキルスルホン酸等のアリールスルホン酸よりも弱い酸強度を持つものを原料とすることが好ましい。トリフルオロメタンスルホン酸のような強酸を有するスルホニウム塩は上記で合成した置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸とのアニオン交換が困難であるため、強酸アニオンを有するオニウム塩を原料に用いる場合には特開平７−３３３８４４号公報に記載されているようにイオン交換クロマトによるアニオン交換を行い、水酸化物イオンを有するオニウム塩を得た後に上記置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンとアニオン交換させることが望ましい。スルホニウム塩やヨードニウム塩は、Ｔｈｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｓｕｌｆｏｎｉｕｍ ｇｒｏｕｐ Ｐａｒｔ１ Ｊｈｏｎ−Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ（１９８１）、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．１７ Ｊｈｏｎ−Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ（１９９２）、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９８８．５３．５５７１−５５７３あるいは特開平７−２５８４６号公報等を参考に合成することができる。
【００４１】
アニオン交換は特に制限されないが、オニウム塩１モルに対し上記合成の置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸アニオンを１モル以上、好ましくは１〜３モル用いることが好適である。溶剤系はメタノール、エタノール等のアルコール系溶剤や、ジクロロメタン−水系等の２層系で行うことができる。スルホニウム塩化物等のハロゲン化イオンを有するオニウム塩のアニオン交換をより定量的に行うには、特開平９−３２３９７０号公報記載の炭酸鉛を用いる方法も有効である。
【００４２】
本発明の一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩の用途は特に限定されるものではないが、化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤として用いることができ、本発明では上記一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩を含むレジスト材料を提示することができる。
【００４３】
この点につき更に詳細に記載すると、本発明の一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩は、ポジ型及びネガ型の光酸発生剤として用いることができる。本発明のレジスト材料の具体的態様は下記の通りであるが、これに限定されるものではない。
＜１＞（Ａ）酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂、
（Ｂ）上記一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示される放射線照射により酸を発生するオニウム塩、
（Ｇ）有機溶剤
を含むことを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
＜２＞更に
（Ｃ）放射線照射により酸を発生する上記一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）以外の光酸発生剤
を含むことを特徴とする＜１＞記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
＜３＞更に
（Ｄ）塩基性化合物
を含むことを特徴とする＜１＞、＜２＞記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
＜４＞更に
（Ｅ）有機酸誘導体
を含むことを特徴とする＜１＞〜＜３＞記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
＜５＞更に
（Ｆ）酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性が変化する分子量３，０００以下の化合物
を含むことを特徴とする＜１＞〜＜４＞記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
＜６＞
（Ｂ）上記一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示される放射線照射により酸を発生するオニウム塩、
（Ｈ）アルカリ可溶性樹脂、
（Ｉ）酸の作用により架橋構造を形成する酸架橋剤、
（Ｇ）有機溶剤
を含むことを特徴とする化学増幅ネガ型レジスト材料。
＜７＞更に
（Ｃ）を含むことを特徴とする＜６＞記載の化学増幅ネガ型レジスト材料。
＜８＞更に
（Ｄ）を含むことを特徴とする＜６＞、＜７＞記載の化学増幅ネガ型レジスト材料。
＜９＞更に
（Ｊ）分子量２，５００以下のアルカリ可溶性化合物
を含むことを特徴とする＜６＞〜＜８＞記載の化学増幅ネガ型レジスト材料。
【００４４】
更に詳細に各成分につき記載する。
（Ｇ）成分の有機溶剤としては、酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸シクロヘキシル、酢酸３−メトキシブチル、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、３−エトキシエチルプロピオネート、３−エトキシメチルプロピオネート、３−メトキシメチルプロピオネート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ジアセトンアルコール、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブタノール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、テトラメチレンスルホン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。特に好ましいものは、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、乳酸アルキルエステルである。
【００４５】
なお、上記プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートのアルキル基は炭素数１〜４のもの、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられるが、中でもメチル基、エチル基が好適である。また、このプロピレングリコールアルキルエーテルアセテートには１，２置換体と１，３置換体があり、置換位置の組合せで３種の異性体があるが、単独あるいは混合いずれの場合でもよい。また、上記の乳酸アルキルエステルのアルキル基は炭素数１〜４のもの、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられるが、中でもメチル基、エチル基が好適である。これらの溶剤は単独でも２種以上混合してもよい。好ましい混合溶剤の例はプロピレングリコールアルキルエーテルアセテートと乳酸アルキルエステルである。混合比も任意であるが、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート５０〜９９重量部に対して乳酸アルキルエステルを１〜５０重量部の割合で混合することが望ましい。更に好ましくは、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートを６０〜９５重量％、乳酸アルキルエステルを５〜４０重量％の割合とすることが好ましい。プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートが少ないと、塗布性劣化等の問題があり、多すぎると溶解性不十分、パーティクル、異物の発生の問題がある。乳酸アルキルエステルが少ないと溶解性不十分、パーティクル、異物の増加等の問題があり、多すぎると粘度が高くなり塗布性が悪くなる、保存安定性の劣化等の問題がある。また、このプロピレングリコールアルキルエーテルアセテートと乳酸アルキルエステルとの混合溶剤に更に１種以上の溶剤を添加してもよい。
【００４６】
次に、（Ａ）成分の酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂としては、特に制限されないが、アルカリ可溶性樹脂のフェノール性水酸基及び／又はカルボキシル基の一部あるいは全部をＣ−Ｏ−Ｃ結合あるいはＣ−Ｏ−Ｓｉ結合で表される酸に不安定な保護基で保護したものである。
【００４７】
上記のフェノール性水酸基及び／又はカルボキシル基を有するアルカリ可溶性樹脂としては、ｐ−ヒドロキシスチレン、ｍ−ヒドロキシスチレン、α−メチル−ｐ−ヒドロキシスチレン、４−ヒドロキシ２−メチルスチレン、４−ヒドロキシ３−メチルスチレン、メタクリル酸、アクリル酸のホモあるいはコポリマーや、これらのポリマーの末端にカルボン酸誘導体、ジフェニルエチレン等を導入したコポリマーが挙げられる。
【００４８】
更にアルカリ現像液への溶解性を極端に低下させないような割合で、上記のユニットの他に、スチレン、α−メチルスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ヒドロキシスチレンの水素添加物、無水マレイン酸、マレイミド等のアルカリ溶解性部位をもたないユニットを導入したコポリマーでもよい。ここで、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの置換基としては、酸により分解が起こらないものであればいずれのものでもよい。具体的には、炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基等の芳香族基などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４９】
アルカリ可溶性ポリマーの例を以下に示すが、これは（Ａ）成分の酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂の原料及び（Ｈ）成分のアルカリ可溶性樹脂としても用いることができる。例としては、ポリｐ−ヒドロキシスチレン、ポリｍ−ヒドロキシスチレン、ポリ４−ヒドロキシ２−メチルスチレン、ポリ４−ヒドロキシ−３−メチルスチレン、ポリα−メチルｐ−ヒドロキシスチレン、部分水素添加ポリｐ−ヒドロキシスチレンコポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−α−メチルｐ−ヒドロキシスチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−α−メチルスチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−スチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−ｍ−ヒドロキシスチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−スチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−アクリル酸）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メタクリル酸）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メチルアクリレート）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−アクリル酸−メチルメタクリレート）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メチルメタクリレート）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メタクリル酸−メチルメタクリレート）コポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリ（アクリル酸−メチルアクリレート）コポリマー、ポリ（メタクリル酸−メチルメタクリレート）コポリマー、ポリ（アクリル酸−マレイミド）コポリマー、ポリ（メタクリル酸−マレイミド）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−アクリル酸−マレイミド）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メタクリル酸−マレイミド）コポリマー等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
好ましくは、ポリｐ−ヒドロキシスチレン、部分水素添加ポリｐ−ヒドロキシスチレンコポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−スチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−アクリル酸）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メタクリル酸）コポリマーが挙げられる。
【００５１】
特に、下記の単位（２）又は（２’）を有するアルカリ可溶性樹脂が好ましい。
【００５２】
【化２２】
【００５３】
分子量は重量平均分子量で３，０００〜１００，０００が好ましく、３，０００未満ではポリマーとしての能力として劣り、耐熱性が低く、成膜性が十分でない場合が多く、１００，０００を超えると分子量が大きすぎるため、現像液への溶解性、レジスト溶剤への溶解性等に問題を生じる。また、分散度は３．５以下、好ましくは１．５以下が好ましい。分散度が３．５より大きいと解像性が劣化する場合が多い。製造方法には特に限定されないが、ポリ−ｐ−ヒドロキシスチレン等にはリビングアニオン重合を用いることで分散度の低い（狭分散性の）ポリマーを合成することができる。
【００５４】
本発明の上記一般式（１）、（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩を用いたレジスト材料は、（Ａ）成分として、Ｃ−Ｏ−Ｃ結合（あるいはＣ−Ｏ−Ｓｉ結合）（酸不安定基）を有し、酸の作用でＣ−Ｏ−Ｃ結合（あるいはＣ−Ｏ−Ｓｉ結合）が切断することによりアルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂、特に上記アルカリ可溶性樹脂を用いることが有効であり、特に上記式（２）の繰り返し単位を有し、そのフェノール性水酸基の水素原子が１種又は２種以上の酸不安定基によってフェノール性水酸基の水素原子全体の平均０モル％を超え８０モル％以下の割合で置換されている重量平均分子量３，０００〜１００，０００の高分子化合物が好ましい。
【００５５】
あるいは、上記式（２’）の繰り返し単位を有する高分子化合物（ｐ−ヒドロキシスチレン及び／又はα−メチル−ｐ−ヒドロキシスチレンと、アクリル酸及び／又はメタクリル酸とを含むコポリマー）において、アクリル酸及び／又はメタクリル酸のカルボキシル基の水素原子が１種又は２種以上の酸不安定基により置換され、この高分子化合物中におけるアクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルに基づく単位が平均０モル％を超え５０モル％以下の割合で含有されている高分子化合物が好ましく、更にｐ−ヒドロキシスチレン及び／又はα−メチル−ｐ−ヒドロキシスチレンのフェノール性水酸基の水素原子の１部が１種又は２種以上の酸不安定基により置換されていてもよい。この場合、高分子化合物中のアクリル酸エステル及び／又はメタクリル酸エステルと酸不安定基により置換されたｐ−ヒドロキシスチレン及び／又はα−メチル−ｐ−ヒドロキシスチレンに基づく単位は平均０モル％を超え８０モル％以下の割合で含有している高分子化合物が好ましい。
【００５６】
このような高分子化合物としては、下記一般式（２ａ）又は（２ａ’）で示される繰り返し単位を有する重量平均分子量３，０００〜１００，０００の高分子化合物が挙げられる。
【００５７】
【化２３】
【００５８】
なお、Ｒ5は炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示し、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基としては、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、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等を例示できる。
【００５９】
ここで、酸不安定基としてアルカリ可溶性樹脂のフェノール性水酸基の一部、カルボキシル基の一部あるいは全部をＣ−Ｏ−Ｃ結合（あるいはＣ−Ｏ−Ｓｉ結合）で表される酸に不安定な置換基で保護する場合、酸不安定基としては、種々選定されるが、特に下記一般式（４）〜（７）で示される基、炭素数４〜２０、好ましくは４〜１５の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数１〜６のトリアルキルシリル基、炭素数４〜２０のオキソアルキル基、炭素数７〜２０のアリール基置換アルキル基等であることが好ましい。
【００６０】
【化２４】
式中、Ｒ10、Ｒ11は水素原子又は炭素数１〜１８、好ましくは１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示し、具体的にはメチル基、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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、ｎ−オクチル基等を例示できる。Ｒ12は炭素数１〜１８、好ましくは１〜１０の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい１価の炭化水素基を示し、直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等に置換されたものを挙げることができ、具体的には下記の置換アルキル基等が例示できる。
【００６２】
【化２５】
Ｒ10とＲ11、Ｒ10とＲ12、Ｒ11とＲ12とは環を形成してもよく、環を形成する場合にはＲ10、Ｒ11、Ｒ12はそれぞれ炭素数１〜１８、好ましくは１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。
【００６４】
Ｒ13は炭素数４〜２０、好ましくは４〜１５の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数１〜６のトリアルキルシリル基、炭素数４〜２０のオキソアルキル基又は上記一般式（４）で示される基を示し、三級アルキル基として具体的には、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、１，１−ジエチルプロピル基、１−メチルシクロペンチル基、１−エチルシクロペンチル基、１−イソプロピルシクロペンチル基、１−ブチルシクロペンチル基、１−メチルシクロヘキシル基、１−エチルシクロヘキシル基、１−イソプロピルシクロヘキシル基、１−ブチルシクロヘキシル基、１−エチル−２−シクロペンテニル基、１−エチル−２−シクロヘキセニル基、２−メチル−２−アダマンチル基等が挙げられ、トリアルキルシリル基として具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−ｔｅｒｔ−ブチルシリル基等が挙げられ、オキソアルキル基として具体的には、３−オキソシクロヘキシル基、４−メチル−２−オキソオキサン−４−イル基、５−メチル−２−オキソオキソラン−５−イル基等が挙げられる。ｚは０〜６の整数である。
【００６５】
Ｒ14は炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、直鎖状、分岐状、環状のアルキル基として具体的には、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、ｔｅｒｔ−アミル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、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、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基等を例示でき、置換されていてもよいアリール基として具体的にはフェニル基、メチルフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基等を例示できる。ｈ’は０又は１、ｉは０、１、２、３のいずれかであり、２ｈ’＋ｉ＝２又は３を満足する数である。
【００６６】
Ｒ15は炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはＲ14と同様のものが例示できる。Ｒ16〜Ｒ25はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜１５のヘテロ原子を含んでもよい１価の炭化水素基を示し、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、ｔｅｒｔ−アミル基、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、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等の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたものを例示できる。Ｒ16〜Ｒ25は互いに環を形成していてもよく（例えば、Ｒ16とＲ17、Ｒ16とＲ18、Ｒ17とＲ19、Ｒ18とＲ19、Ｒ20とＲ21、Ｒ22とＲ23等）、その場合には炭素数１〜１５のヘテロ原子を含んでもよい２価の炭化水素基を示し、上記１価の炭化水素基で例示したものから水素原子を１個除いたもの等を例示できる。また、Ｒ16〜Ｒ25は隣接する炭素に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい（例えば、Ｒ16とＲ18、Ｒ18とＲ24、Ｒ22とＲ24等）。
【００６７】
上記式（４）で示される酸不安定基のうち直鎖状又は分岐状のものとしては、具体的には下記の基が例示できる。
【００６８】
【化２６】
上記式（４）で示される酸不安定基のうち環状のものとしては、具体的にはテトラヒドロフラン−２−イル基、２−メチルテトラヒドロフラン−２−イル基、テトラヒドロピラン−２−イル基、２−メチルテトラヒドロピラン−２−イル基等が例示できる。
【００７０】
上記式（５）の酸不安定基としては、具体的にはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチル基、ｔｅｒｔ−アミロキシカルボニル基、ｔｅｒｔ−アミロキシカルボニルメチル基、１，１−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、１，１−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、１−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、１−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、１−エチル−２−シクロペンテニルオキシカルボニル基、１−エチル−２−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、１−エトキシエトキシカルボニルメチル基、２−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、２−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。
【００７１】
上記式（６）の酸不安定基としては、具体的には１−メチルシクロペンチル、１−エチルシクロペンチル、１−ｎ−プロピルシクロペンチル、１−イソプロピルシクロペンチル、１−ｎ−ブチルシクロペンチル、１−ｓｅｃ−ブチルシクロペンチル、１−メチルシクロヘキシル、１−エチルシクロヘキシル、３−メチル−１−シクロペンテン−３−イル、３−エチル−１−シクロペンテン−３−イル、３−メチル−１−シクロヘキセン−３−イル、３−エチル−１−シクロヘキセン−３−イル等が例示できる。
【００７２】
上記式（７）の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
【化２７】
炭素数４〜２０、好ましくは４〜１５の三級アルキル基としては、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、３−エチル−３−ペンチル基、ジメチルベンジル基等が挙げられる。
【００７４】
各アルキル基がそれぞれ炭素数１〜６のトリアルキルシリル基としてはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基等が挙げられる。
【００７５】
炭素数４〜２０のオキソアルキル基としては、３−オキソシクロヘキシル基、下記式で示される基が挙げられる。
【００７６】
【化２８】
炭素数７〜２０のアリール基置換アルキル基としては、ベンジル基、メチルベンジル基、ジメチルベンジル基、ジフェニルメチル基、１，１−ジフェニルエチル基等が挙げられる。
【００７８】
本発明の上記一般式（１）、（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩を用いたレジスト材料において、（Ａ）成分の樹脂は、上記フェノール性水酸基の水素原子の一部及び／又はカルボキシル基の全部が１種又は２種以上の酸不安定基により部分置換され、かつ残りのフェノール性水酸基の水素原子が式（２）あるいは（２’）で示される高分子化合物のフェノール性水酸基全体の平均０モル％を超え５０モル％以下の割合で下記一般式（３ａ）又は（３ｂ）で示されるＣ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基により分子内及び／又は分子間で架橋されている高分子化合物とすることもできる。
【００７９】
上記Ｃ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基としては、下記一般式（３ａ）又は（３ｂ）で示される基を挙げることができる。
【００８０】
【化２９】
【００８１】
Ｒ9は炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を示し、ａ’は１〜７の整数、より好ましくは１〜３の整数、ｂは０又は１〜１０の整数、より好ましくは０又は１〜５の整数である。Ａは、（ａ’＋１）価の炭素数１〜５０の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基を示し、これらの基はヘテロ原子を介在していてもよく、また、その炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、カルボニル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。Ｂは−ＣＯ−Ｏ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−又は−ＮＨＣＯＮＨ−を示す。）
【００８２】
ここで、Ｒ7、Ｒ8の炭素数１〜８の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基としてはＲ5と同様のものを例示することができる。
Ｒ9の炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ｎ−ブチレン基、イソブチレン基、シクロへキシレン基、シクロペンチレン基等が挙げられる。
また、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
【００８３】
なお、Ａの具体例は後述する。この架橋基（３ａ）、（３ｂ）は、後述するアルケニルエーテル化合物、ハロゲン化アルキルエーテル化合物に由来する。
架橋基は、上記式（３ａ）、（３ｂ）のａ’の値から明らかなように、２価に限られず、３価〜８価の基でもよい。より詳細な架橋基の構造は、特開平１１−１９０９０４号公報を参考できる。
【００８４】
本発明のレジスト材料の高分子化合物としては、具体的な例として、下記一般式（２ｂ）又は（２ｂ’）で示される繰り返し単位を有するものが好ましく、更にはこの高分子化合物のＲで示されるフェノール性水酸基の水素原子がとれてその酸素原子が上記一般式（３ａ）又は（３ｂ）で示されるＣ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基により分子内及び／又は分子間で架橋されている高分子化合物を挙げることができる。
【００８５】
【化３０】
【００８６】
より好ましくは、Ｓ１、Ｓ２、Ｔ１、Ｔ２の値は下記の通りである。
【数１】
また、Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）は０〜１、より好ましくは０．５〜１、更に好ましくは０．７〜１であることが望ましい。
【００８８】
【化３１】
【００８９】
より好ましくは、Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｎ、Ｍ２の値は下記の通りである。
【数２】
また、Ｎ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｎ）は０〜１、より好ましくは０．５〜１、更に好ましくは０．７〜１であることが望ましい。
【００９１】
この高分子化合物においても、上記酸不安定基（架橋基を含む）の合計量は、式（２ｂ）のフェノール性水酸基全体あるいは式（２ｂ’）のフェノール性水酸基及びカルボキシル基全体の平均０モル％を超え８０モル％以下、特に平均２モル％を超え５０モル％以下の割合である。
【００９２】
本発明のレジスト材料中の樹脂が酸に不安定な置換基で架橋されている場合、その高分子化合物はフェノール性水酸基とアルケニルエーテル化合物もしくはハロゲン化アルキルエーテルとの反応により得られる分子内及び／又は分子間でＣ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基により架橋されているものであるが、この場合上述したように、酸不安定基と架橋基との合計量が式（２）あるいは（２’）のフェノール性水酸基全体の平均０モル％を超え８０モル％以下、特に平均２モル％を超え５０モル％以下の割合であることが好ましい。
【００９３】
なお、Ｃ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基の割合は平均０モル％を超え、５０モル％以下、特に０．２〜２０モル％が好ましい。０モル％となると、架橋基の長所を引き出すことができなくなり、アルカリ溶解速度のコントラストが小さくなり、解像度が悪くなる場合がある。一方、５０モル％を超えると、架橋しすぎてゲル化し、アルカリに対して溶解性がなくなったり、アルカリ現像の際に膜厚変化や膜内応力又は気泡の発生を引き起こしたり、親水基が少なくなるために基板との密着性に劣る場合がある。
【００９４】
また、酸不安定基の割合は、平均０モル％を超え、８０モル％以下、特に１０〜５０モル％が好ましい。０モル％になるとアルカリ溶解速度のコントラストが小さくなり、解像度が悪くなる。一方、８０モル％を超えるとアルカリに対する溶解性がなくなったり、アルカリ現像の際に現像液との親和性が低くなり、解像性が劣る場合がある。
【００９５】
なお、Ｃ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基及び酸不安定基はその値を上記範囲内で適宜選定することによりパターンの寸法制御、パターンの形状コントロールを任意に行うことができる。本発明のオニウム塩を用いたレジスト材料中の高分子化合物において、Ｃ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基及び酸不安定基の含有量は、レジスト膜の溶解速度のコントラストに影響し、パターン寸法制御、パターン形状等のレジスト材料の特性にかかわるものである。
【００９６】
ここで、上記架橋基中のＡについて説明すると、Ａのａ’＋１価の有機基は、具体的には、炭化水素基として好ましくは炭素数１〜５０、特に１〜４０のＯ、ＮＨ、Ｎ（ＣＨ3）、Ｓ、ＳＯ2等のヘテロ原子が介在してもよい非置換又は水酸基、カルボキシル基、アシル基又はフッ素原子置換のアルキレン基、好ましくは炭素数６〜５０、特に６〜４０のアリーレン基、これらアルキレン基とアリーレン基とが結合した基、上記各基の炭素原子に結合した水素原子が脱離したａ’＋１価の基が挙げられ、更にａ’＋１価のヘテロ環基、このヘテロ環基と上記炭化水素基とが結合した基などが挙げられる。
【００９７】
特に限定されるものではないが、Ａとしては特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができ、特にはエチレン、１，２−プロピレン、１，３−プロピレン、１，３−ブチレン、１，４−ブチレン、２，２−ジメチル−１，３−プロピレン、１，４−シクロヘキシレン等が挙げられる。
【００９８】
好ましくは、式（３ａ）においてＲ7がメチル基、Ｒ8が水素原子、ａ’が１、ｂが０、Ａがエチレン、１，４−ブチレン又は１，４−シクロヘキシレンである。
【００９９】
なお、これらＣ−Ｏ−Ｃ基を有する架橋基により分子間及び／又は分子内で架橋されている高分子化合物を得る際は、対応する非架橋の高分子化合物とアルケニルエーテルを酸触媒条件下常法により反応させることで合成できる。
【０１００】
また、酸触媒条件下で他の酸不安定基の分解が進行する場合には上記のアルケニルエーテルを塩酸等と反応させハロゲン化アルキルエーテルとした後、常法により塩基性条件下高分子化合物と反応させ、目的物を得ることができる。
【０１０１】
ここで、アルケニルエーテルとしては特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができ、具体的には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、１，４−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル等の化合物を挙げることができるが、上に例示した化合物に限定されるものではない。
【０１０２】
本発明のレジスト材料において、（Ａ）成分の樹脂としては、上記した通りであるが、これらの中で特に好ましい酸不安定基としては、１−エチルシクロヘキシル基、１−エチルシクロペンチル基、１−エチルシクロヘキシルオキシカルボニルメチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、１−エトキシエチル基、１−エトキシプロピル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチル基、更に式（３ａ）のＲ7がメチル基、Ｒ8が水素原子、ａ’が１、ｂが０、Ａがエチレン、１，４−ブチレン、１，４−シクロヘキシレンで示される置換基が挙げられる。
【０１０３】
これら置換基は同一ポリマー内に単独でも、２種以上存在していてもよい。なお、違う種類の置換基を有するポリマーのブレンドでもよい。
【０１０４】
２種以上の置換基の好ましい組合わせは、アセタールとアセタールの同種の組合わせ、アセタールとｔｅｒｔ−ブトキシ基等の酸に対する切れ易さの異なる置換基の組合わせ、架橋系の酸不安定基とアセタールの組合わせ、架橋系の酸不安定基とｔｅｒｔ−ブトキシ基等の酸に対する切れ易さの異なる置換基の組合わせ等が挙げられる。
【０１０５】
これら置換基のポリマー中のフェノール及びカルボキシル基に対する置換基率は任意であるが、レジスト材料として基板上に塗布したときの未露光部の溶解速度が０．０１〜１０Å／秒（オングストローム／秒）とすることが望ましい（２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）現像液を用いる場合）。
【０１０６】
カルボキシル基の割合が多いポリマーを用いた場合にはアルカリ溶解速度を下げるため置換率を高くする、あるいは後述する非酸分解性の置換基を導入することが必要である。
【０１０７】
分子内及び／又は分子間架橋の酸不安定基を導入する際には架橋による置換基率を２０モル％以下、好ましくは１０モル％以下にすることが好ましい。置換基率が高すぎる場合には架橋による高分子量化で溶解性、安定性、解像性に劣る場合がある。更に好ましくは１０モル％以下の置換率で、他の非架橋性の酸不安定基を架橋ポリマーに導入して溶解速度を上記範囲に調整することが好ましい。
【０１０８】
ポリｐ−ヒドロキシスチレンを用いる場合には、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基のような溶解阻止性の強い置換基とアセタール系のような溶解阻止性の弱い置換基では最適な置換基率は異なるが、総置換率を１０〜４０モル％、好ましくは２０〜３０モル％とすることが好ましい。
【０１０９】
これらの酸不安定基を導入したポリマーの好ましい分子量は重量平均分子量で３，０００〜１００，０００が好ましく、３，０００未満ではポリマーとしての能力として劣り耐熱性が低く、成膜性が十分でない場合が多く、１００，０００より大きいと分子量が大きすぎるため、現像液への溶解性、レジスト溶剤への溶解性等に問題を生じる。
【０１１０】
非架橋系の酸不安定基を用いた場合には分散度は３．５以下、好ましくは１．５以下が好ましい。分散度が３．５より大きいと解像性が劣化する場合が多い。架橋系の酸不安定基を用いる場合には原料のアルカリ可溶性樹脂の分散度が１．５以下であることが好ましく、架橋系の酸不安定基による保護化の後でも分散度が３以下であることが好ましい。分散度が３より高い場合には溶解性、塗布性、保存安定性、解像性に劣る場合が多い。
【０１１１】
また、種々の機能をもたせるため、上記酸不安定基保護化ポリマーのフェノール性水酸基、カルボキシル基の一部に置換基を導入してもよい。例えば、基板との密着性を向上するための置換基や、アルカリ現像液への溶解性を調整する非酸分解性基、エッチング耐性向上のための置換基が挙げられ、例えば２−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシプロピル基、メトキシメチル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、４−メチル−２−オキソ−４−オキソラニル基、４−メチル−２−オキソ−４−オキサニル基、メチル基、エチル基、プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、アセチル基、ピバロイル基、アダマンチル基、イソボロニル基、シクロヘキシル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１１２】
本発明の（Ｂ）成分として使用する上記一般式（１）、（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で表されるオニウム塩の具体例は上述の通りであるが、特に好ましく用いられるのは、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−メトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸４−メトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−メトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔブトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔブトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔブトキシフェニルフェニルヨードニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム、４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸トリス（４−ｔｅｒｔブトキシフェニル）スルホニウム等が挙げられる。
【０１１３】
化学増幅型レジスト材料における上記一般式（１）、（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で表されるオニウム塩［（Ｂ）成分］の添加量としては、レジスト材料中の固形分１００重量部に対して０．５〜２０重量部、好ましくは１〜１０重量部である。上記光酸発生剤は単独でも２種以上混合して用いることもできる。更に露光波長における透過率が低い光酸発生剤を用い、その添加量でレジスト膜中の透過率を制御することもできる。
【０１１４】
次に、（Ｃ）成分の本発明のオニウム塩以外の高エネルギー線照射により酸を発生する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型酸発生剤、ベンゾインスルホネート型酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート型酸発生剤、スルホン型酸発生剤、グリオキシム誘導体型の酸発生剤等が挙げられ、これらは単独あるいは２種以上混合して用いることができる。これらの酸発生剤は限定されるものではないが、特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができる。
【０１１５】
中でも好ましく用いられる酸発生剤としては、スルホニウム塩、ビススルホニルジアゾメタンである。
【０１１６】
スルホニウム塩は、スルホニウムカチオンとスルホン酸アニオンの組合わせであり、スルホニウムカチオンは（１）、（１ａ）、（１ａ’）の例示に挙げたもの等があるが、トリフェニルスルホニウム、４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、ジメチルフェニルスルホニウム、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム、トリス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）スルホニウム、トリス（４−メチルフェニル）スルホニウム等が好適であり、スルホン酸アニオンはベンゼンスルホン酸アニオン、トルエンスルホン酸アニオン、トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、２，２，２−トリフルオロエタンスルホン酸アニオン、ノナフルオロブタンスルホン酸アニオン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオン等が挙げられる。
【０１１７】
ビススルホニルジアゾメタンとしては、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルスルホニル）ジアゾメタン、ビス（シクロヘキシルスルホニル）ジアゾメタン、ビス（ｔｅｒｔ−アミルスルホニル）ジアゾメタン、ビス（フェニルスルホニル）ジアゾメタン、ビス（４−メチルフェニルスルホニル）ジアゾメタン、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルスルホニル）ジアゾメタン、ビス（２，４−ジメチルフェニルスルホニル）ジアゾメタン等が挙げられる。
【０１１８】
ポリマーに用いられる酸不安定基の切れ易さ等により最適な発生酸のアニオンは異なるが、一般的には揮発性がないもの、極端に拡散性の高くないものが選ばれる。この場合好適であるアニオンは、ベンゼンスルホン酸アニオン、トルエンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、２，２，２−トリフルオロエタンスルホン酸アニオン、ノナフルオロブタンスルホン酸アニオン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンである。これらのアニオンを有するスルホニウム塩、ヨードニウム塩が特に好ましく用いられる。
【０１１９】
本発明のレジスト材料における上記一般式（１）、（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩以外の光酸発生剤［（Ｃ）成分］の添加量としては、レジスト材料中の固形分１００重量部に対して０〜２０重量部、好ましくは１〜１０重量部である。上記光酸発生剤は単独でも２種以上混合して用いることもできる。更に露光波長における透過率が低い光酸発生剤を用い、その添加量でレジスト膜中の透過率を制御することもできる。
【０１２０】
また、本発明のレジスト材料に、酸により分解し酸を発生する化合物（酸増殖化合物）を添加してもよい。これらの化合物についてはＪ．Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．ａｎｄ Ｔｅｃｈ．，８．４３−４４，４５−４６（１９９５）、Ｊ．Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．ａｎｄ Ｔｅｃｈ．，９．２９−３０（１９９６）において記載されている。
【０１２１】
酸増殖化合物の例としては、ｔｅｒｔ−ブチル−２−メチル−２−トシロキシメチルアセトアセテート、２−フェニル−２−（２−トシロキシエチル）−１，３−ジオキソラン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。公知の光酸発生剤の中で安定性、特に熱安定性に劣る化合物は酸増殖化合物的な性質を示す場合が多い。
【０１２２】
本発明のレジスト材料における酸増殖化合物の添加量としては、レジスト材料中の固形分１００重量部に対して２重量部以下、好ましくは１重量部以下である。添加量が多すぎる場合は拡散の制御が難しく解像性の劣化、パターン形状の劣化が起こる。
【０１２３】
（Ｄ）成分の塩基性化合物（塩基性添加物）は、光酸発生剤より発生する酸がレジスト膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適しており、このような塩基性化合物の配合により、レジスト膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンプロファイル等を向上することができる。
【０１２４】
このような塩基性化合物としては、第一級、第二級、第三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、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。
【０１２５】
具体的には、特開平１１−１９０９０４号公報に記載の化合物を用いることができ、特にトリエチルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−ｓｅｃ−ブチルアミン、トリペンチルアミン、フェネチルアミン、ピリジン、アミノピリジン、ｐ−トルエンスルホン酸ピリジニウム、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、２，２’−イミノジエタノール、２−アミノエタノール、３−アミノ−１−プロパノール、４−アミノ−１−ブタノール、４−（２−ヒドロキシエチル）モルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、トリス（２−メトキシエチル）アミン、トリス（２−エトキシエチル）アミン、トリス｛２−（メトキシメトキシ）エチル｝アミン等が好ましく用いられる。
【０１２６】
なお、塩基性化合物は、１種を単独で又は２種以上を組合わせて用いることができ、その配合量は、レジスト材料中の固形分１００重量部に対して０〜２重量部、特に０．０１〜１重量部を混合したものが好適である。配合量が２重量部を超えると感度が低下しすぎる場合がある。
【０１２７】
（Ｅ）成分である有機酸誘導体の例としては特に限定されるものではないが、特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができる。具体的には、４−ヒドロキシフェニル酢酸、２，５−ジヒドロキシフェニル酢酸、３，４−ジヒドロキシフェニル酢酸、１，２−フェニレン二酢酸、１，３−フェニレン二酢酸、１，４−フェニレン二酢酸、１，２−フェニレンジオキシ二酢酸、１，４−フェニレンジプロパン酸、安息香酸、サリチル酸、４，４−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）吉草酸、４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル酢酸、４−（４’−ヒドロキシフェニル）酪酸、３，４−ジヒドロキシマンデル酸、４−ヒドロキシマンデル酸等が挙げられ、中でもサリチル酸、４，４−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）吉草酸が好適である。これらは単独あるいは２種以上の組合わせで用いることができる。
【０１２８】
本発明のオニウム塩を酸発生剤として用いるレジスト材料中の有機酸誘導体の添加量としては、レジスト材料中の固形分１００重量部に対して５重量部以下、好ましくは１重量部以下である。添加量が５重量部より多い場合は解像性を劣化させる可能性がある。なお、レジスト中の組成の組合わせによりこの有機酸誘導体は添加されなくてもよい。
【０１２９】
（Ｆ）成分の酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が変化する分子量３，０００以下の化合物（溶解阻止剤）としては、２，５００以下の低分子量のフェノールあるいはカルボン酸誘導体の一部あるいは全部を酸に不安定な置換基で置換した化合物が挙げられ、特に限定されるものではないが、特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができる。好適に用いられる溶解阻止剤の例としては、２，２−ビス（４’−（２’’−テトラヒドロピラニルオキシ））プロパン、２，２−ビス（４’−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）プロパン、４，４−ビス（４’−（２’’−テトラヒドロピラニルオキシ）フェニル）吉草酸ｔｅｒｔブチル、４，４−ビス（４’−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）吉草酸ｔｅｒｔブチル、４，４−ビス（４’−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル）吉草酸ｔｅｒｔブチル等が挙げられる。
【０１３０】
本発明のオニウム塩を酸発生剤として用いるレジスト材料中の溶解阻止剤の添加量としては、レジスト材料中の固形分１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは１５重量部以下である。２０重量部より多いとモノマー成分が増えるためレジスト材料の耐熱性が低下する。
【０１３１】
本発明の一般式（１）あるいは（１ａ）、（１ａ’）、（１ｂ）で示されるオニウム塩は化学増幅ネガ型レジスト材料の光酸発生剤として用いることができ、（Ｈ）成分のアルカリ可溶性樹脂の例として、上述のアルカリ可溶性樹脂（（Ａ）成分の原料として記載したもの）を挙げることができる。
【０１３２】
好ましくは、ポリｐ−ヒドロキシスチレン、部分水素添加ポリｐ−ヒドロキシスチレンコポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−スチレン）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−アクリル酸）コポリマー、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン−メタクリル酸）コポリマーが挙げられる。
【０１３３】
分子量は重量平均分子量で３，０００〜１００，０００が好ましく、３，０００未満ではポリマーとしての能力として劣り、耐熱性が低く、成膜性が十分でない場合が多く、１００，０００を超えると分子量が大きすぎるため、現像液への溶解性、レジスト溶剤への溶解性等に問題を生じる。また、分散度は３．５以下、好ましくは１．５以下が好ましい。分散度が３．５より大きいと解像性が劣化する場合が多い。製造方法には特に限定されないが、ポリ−ｐ−ヒドロキシスチレン等にはリビングアニオン重合を用いることで分散度の低い（狭分散性の）ポリマーを合成することができる。
【０１３４】
また、種々の機能をもたせるため、上記酸不安定基保護化ポリマーのフェノール性水酸基、カルボキシル基の一部に置換基を導入してもよい。例えば、基板との密着性を向上するための置換基やエッチング耐性向上のための置換基、特に未露光部、低露光部のアルカリ現像液への溶解速度が高すぎないように制御するため酸やアルカリに比較的安定な置換基を導入することが好ましい。置換基の例として例えば２−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシプロピル基、メトキシメチル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、４−メチル−２−オキソ−４−オキソラニル基、４−メチル−２−オキソ−４−オキサニル基、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、アセチル基、ピバロイル基、アダマンチル基、イソボロニル基、シクロヘキシル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、酸分解性の置換基例えば、ｔ−ブトキシカルボニル基や、ｔ−ブチル基、ｔ−ブトキシカルボニルメチル基等の比較的酸分解しにくい置換基を導入することできる。
【０１３５】
また（Ｉ）成分の酸の作用により架橋構造を形成する酸架橋剤として、分子内に２個以上のヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基、エポキシ基又はビニルエーテル基を有する化合物が挙げられ、置換グリコウリル誘導体、尿素誘導体、ヘキサ（メトキシメチル）メラミン等が本発明のオニウム塩を用いた化学増幅ネガ型レジスト材料の酸架橋剤として好適に用いられる。例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメトキシメチル尿素とヘキサメトキシメチルメラミン、テトラヒドロキシメチル置換グリコールウリル類及びテトラメトキシメチルグリコールウリルのようなテトラアルコキシメチル置換グリコールウリル類、置換及び未置換ビス−ヒドロキシメチルフェノール類、ビスフェノールＡ等のフェノール性化合物とエピクロロヒドリン等の縮合物が挙げられる。特に好適な架橋剤は、１，３，５，７−テトラメトキシメチルグリコールウリルなどの１，３，５，７−テトラアルコキシメチルグリコールウリル又は１，３，５，７−テトラヒドロキシメチルグリコールウリル、２，６−ジヒドロキシメチルｐ−クレゾール、２，６−ジヒドロキシメチルフェノール、２，２’，６，６’−テトラヒドロキシメチル−ビスフェノールＡ及び１，４−ビス−［２−（２−ヒドロキシプロピル）］−ベンゼン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメトキシメチル尿素とヘキサメトキシメチルメラミン等が挙げられる。添加量は任意であるがレジスト材料中の全固形分に対して１〜２５重量部、好ましくは５〜１５重量部である。これらは単独でも２種以上併用してもよい。
【０１３６】
また、化学増幅ネガ型レジスト材料には、（Ｊ）成分として、分子量２，５００以下のアルカリ可溶性化合物を配合することができ、これは特に限定されるものではないが、フェノール基及び／又はカルボキシル基を２つ以上持つものが好ましい。具体的にはクレゾール、カテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フロログリシン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン、１，１，１−トリス（４’−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２−トリス（４’−ヒドロキシフェニル）エタン、ヒドロキシベンゾフェノン、４−ヒドロキシフェニル酢酸、３−ヒドロキシフェニル酢酸、２−ヒドロキシフェニル酢酸、３−（４−ヒドロキシフェニル）プロピオン酸、３−（２−ヒドロキシフェニル）プロピオン酸、２，５−ジヒドロキシフェニル酢酸、３，４−ジヒドロキシフェニル酢酸、１，２−フェニレン二酢酸、１，３−フェニレン二酢酸、１，４−フェニレン二酢酸、１，２−フェニレンジオキシ二酢酸、１，４−フェニレンジプロパン酸、安息香酸、サリチル酸、４，４−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）吉草酸、４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル酢酸、４−（４ーヒドロキシフェニル）酪酸、３，４−ジヒドロキシマンデル酸、４−ヒドロキシマンデル酸等が挙げられ、中でもサリチル酸、４，４−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）吉草酸が好適である。これらは単独あるいは２種以上の組合わせで用いることができる。添加量は任意であるがレジスト材料中の固形分１００重量部に対して０〜２０重量部、好ましくは２〜１０重量部である。
【０１３７】
また、本発明のレジスト材料中には、塗布性を向上させるための界面活性剤、基板からの乱反射を少なくするための吸光性材料などの添加剤を加えることができる。
【０１３８】
界面活性剤の例としては、特に限定されるものではないが、特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができる。好ましくは、エフトップＥＦ３０１、ＥＦ３０３，ＥＦ３５２（トーケムプロダクツ）、メガファックＦ１７１，Ｆ１７２，Ｆ１７３（大日本インキ化学工業）、フロラードＦＣ４３０，ＦＣ４３１（住友スリーエム）、アサヒガードＡＧ７１０、サーフロンＳ−３８１、Ｓ−３８２，ＳＣ１０１，ＳＣ１０２，ＳＣ１０３，ＳＣ１０４，ＳＣ１０５，ＳＣ１０６、サーフィノールＥ１００４，ＫＨ−１０，ＫＨ−２０，ＫＨ−３０，ＫＨ−４０（旭硝子）等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーＫＰ３４１，Ｘ−７０−０９２，Ｘ−７０−０９３（信越化学工業）、アクリル酸系、又はメタクリル酸系ポリフローＮｏ．７５，Ｎｏ．９５（共栄社油脂化学工業）が挙げられ、中でもＦＣ４３０、サーフロンＳ−３８１、サーフィノールＥ１００４が好適である。これらは単独あるいは２種以上の組合わせで用いることができる。
【０１３９】
本発明のレジスト材料中の界面活性剤の添加量としてはレジスト材料組成物中の固形分１００重量部に対して２重量部以下、好ましくは１重量部以下である。
【０１４０】
更に、本発明のレジスト材料には紫外線吸収剤を配合することができる。特に限定されるものではないが、特開平１１−１９０９０４号公報に記載のものを用いることができ、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）スルホキシド、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）スルホキシド、ビス［４−（１−エトキシエトキシ）フェニル］スルホキシド等のジアリールスルホキシド誘導体、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）スルホン、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）スルホン、ビス［４−（１−エトキシエトキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（１−エトキシプロポキシ）フェニル］スルホン等のジアリールスルホン誘導体、ベンゾキノンジアジド、ナフトキノンジアジド、アントラキノンジアジド、ジアゾフルオレン、ジアゾテトラロン、ジアゾフェナントロン等のジアゾ化合物、ナフトキノン−１，２−ジアジド−５−スルホン酸クロリドと２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノンとの完全もしくは部分エステル化合物、ナフトキノン−１，２−ジアジド−４−スルホン酸クロリドと２，４，４’−トリヒドロキシベンゾフェノンとの完全もしくは部分エステル化合物等のキノンジアジド基含有化合物等、９−アントラセンカルボン酸ｔｅｒｔ−ブチル、９−アントラセンカルボン酸ｔｅｒｔ−アミル、９−アントラセンカルボン酸ｔｅｒｔ−メトキシメチル、９−アントラセンカルボン酸ｔｅｒｔ−エトキシエチル、９−アントラセンカルボン酸２−ｔｅｒｔ−テトラヒドロピラニル、９−アントラセンカルボン酸２−ｔｅｒｔ−テトラヒドロフラニル等を挙げることができる。
【０１４１】
上記紫外線吸収剤の配合量は、ベース樹脂１００重量部に対して０〜１０重量部、より好ましくは０．５〜１０重量部、更に好ましくは１〜５重量部である。
【０１４２】
本発明の化学増幅型レジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、特に限定されないが、公知のリソグラフィー技術を用いることができる。
【０１４３】
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）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０．１〜２．０μｍとなるように塗布し、ホットプレート上で６０〜１５０℃、１〜１０分間、好ましくは８０〜１２０℃、１〜５分間プリベークするする。次いで紫外線、遠紫外線、電子線、Ｘ線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線などから選ばれる光源、好ましくは３００ｎｍ以下の露光波長で目的とするパターンを所定のマスクを通じて露光を行う。露光量は１〜２００ｍＪ／ｃｍ2程度、好ましくは１０〜１００ｍＪ／ｃｍ2程度となるように露光することが好ましい。ホットプレート上で６０〜１５０℃、１〜５分間、好ましくは８０〜１２０℃、１〜３分間ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）する。
【０１４４】
更に、０．１〜５％、好ましくは２〜３％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ水溶液の現像液を用い、０．１〜３分間、好ましくは０．５〜２分間、浸漬（ｄｉｐ）法、パドル（ｐｕｄｄｌｅ）法、スプレー（ｓｐｒａｙ）法等の常法により現像することにより基板上に目的のパターンが形成される。なお、本発明材料は、特に高エネルギー線の中でも１９３〜２５４ｎｍの遠紫外線、電子線、Ｘ線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターンニングに最適である。また、上記範囲を上限及び下限から外れる場合は、目的のパターンを得ることができない場合がある。
【０１４５】
【実施例】
以下、合成例及び実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
【０１４６】
［合成例１］４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸の合成
ジフェニルメタン３３．６ｇ（０．２モル）をジクロロメタン１００ｇに溶解し、室温でクロロスルホン酸２３．４ｇ（０．２モル）を滴下し、更に熟成を２時間行った後に水５０ｇを加えた。この反応混合物はそのまま次の反応に用いた。
【０１４７】
［合成例２］トリフェニルスルホニウム塩化物の合成
ジフェニルスルホキシド１６．１ｇ（０．０８モル）をジクロロメタン１６０ｇに溶解させ氷冷下撹拌した。トリメチルシリルクロリド２６ｇ（０．２４モル）を２０℃を超えない温度で滴下し、更にこの温度で３０分熟成を行った。次いで金属マグネシウム５．８ｇ（０．２４モル）、クロロベンゼン２７ｇ（０．２４モル）、ＴＨＦ６７．２ｇから別途調製したグリニヤ試薬を２０℃を超えない温度で滴下した。反応の熟成を１時間行った後、２０℃を超えない温度で水５ｇを加えて反応を停止し、更に水６０ｇと１２規定塩酸４ｇとジエチルエーテル１００ｇを加えた。
水層を分取し、ジエチルエーテル３０ｇで洗浄し、トリフェニルスルホニウム塩化物水溶液を得た。これはこれ以上の単離操作をせず、水溶液のまま次の反応に用いた。
【０１４８】
［合成例３］トリフェニルスルホニウム４−フェニルメチルベンゼンスルホネートの合成
合成例１で得た４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸の反応液と合成例２で得たトリフェニルスルホニウム塩化物水溶液及びジクロロメタン９０ｇを加え、室温で１時間撹拌した。有機層を分取し、水１００ｇで洗浄後、有機層を減圧濃縮し、得られた残渣２７ｇをシリカゲルカラムクロマト（溶出液：ジクロロメタン−メタノール）で精製し、目的のトリフェニルスルホニウム４−フェニルメチルベンゼンスルホネートを得た。油状物，収量２１ｇ（収率５２％）（油状物のため、少量の溶剤（メタノール他）を含む）。
得られたトリフェニルスルホニウム４−フェニルメチルベンゼンスルホネートの核磁気共鳴スペクトル（ＮＭＲ）、赤外吸収スペクトル（ＩＲ）の結果を示す。
（1Ｈ−ＮＭＲ：ＣＤＣｌ3（ｐｐｍ））
【化３２】
（２）Ｈｄ ３．８４ 一重項 ２Ｈ
（３）Ｈｇ＋Ｈｈ ７．４８〜７．７４ 多重項 １７Ｈ
（ＩＲ：ｃｍ-1）
１６００、１４７７、１４４８、１４０３、１２１８、１１２０、１０６６、１０３３、１０１２
【０１４９】
［合成例４］４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸の合成
合成例１のジフェニルメタンの代わりにトリフェニルメタンを用い、ジクロロメタンの量を３倍にする以外は合成例１と同様にして目的物を合成した。これも混合物のまま次の反応に用いた。
【０１５０】
［合成例５］トリフェニルスルホニウム４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホネートの合成
合成例３のフェニルメチルベンゼンスルホン酸の代わりに合成例４で調製した４−（ジフェニルメチル）ベンゼンスルホン酸を用いる以外は合成例３と同様にして目的物を合成した。得られたトリフェニルスルホニウム４−ジフェニルメチルベンゼンスルホネートの核磁気共鳴スペクトル（ＮＭＲ）、赤外吸収スペクトル（ＩＲ）の結果を示す。
（1Ｈ−ＮＭＲ：ＣＤＣｌ3（ｐｐｍ））
【化３３】
（２）Ｈｂ、Ｈｇ、Ｈｈ、Ｈｉ ７．５３〜７．８０ 多重項 １７Ｈ
（３）Ｈｅ、Ｈｆ ７．１４〜７．２６ 多重項 ６Ｈ
（４）Ｈｂ、Ｈｃ ６．９８〜７．０５ 多重項 ６Ｈ
（ＩＲ：ｃｍ-1）
１６００、１４９２、１４７５、１４４６、１３１９、１２０３、１１２２、１０７４、１０６４、１０３３、１０１２、９２１、８７７、８３７、８０９、７４６、７０９、６８４
【０１５１】
［合成例６］４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸の合成
合成例１のジフェニルメタンの代わりに２，２−ジフェニルプロパンを用いる以外は合成例１と同様にして目的物を合成した。
【０１５２】
［合成例７］４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム塩化物の合成
合成例２のクロロベンゼンの代わりに４−ｔｅｒｔ−ブチルクロロベンゼンを用い、抽出の水の量を増やす以外は合成例２と同様にして目的物を得た。
【０１５３】
［合成例８］４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム塩化物の合成
合成例２のクロロベンゼンの代わりに４−ｔｅｒｔ−ブトキシクロロベンゼンを用い、溶剤にトリエチルアミン５重量％を含むジクロロメタン溶剤を用い、抽出の水の量を増やす以外は合成例２と同様にして目的物を得た。
【０１５４】
［合成例９］ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムハイドロジェンスルフェートの合成
ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン１６８ｇ（１．０モル）、ヨウ素酸カリウム１０７ｇ（０．５モル）、無水酢酸１００ｇの混合物を氷冷下撹拌し、無水酢酸７０ｇと濃硫酸１９０ｇの混合物を３０℃を超えない温度で滴下した。次いで室温で３時間熟成を行い、再度氷冷して水５００ｇを滴下し、反応を停止した。この反応液をジクロロメタン８００ｇを用いて抽出し、有機層に亜硫酸水素ナトリウム１２ｇを加えて脱色した。更にこの有機層を水５００ｇで洗浄することを３回くり返した。洗浄した有機層を減圧濃縮することで、目的の粗成生物を得た。これ以上の精製はせず、このまま次の反応に用いた。
【０１５５】
［合成例１０］４−フェニルメチルベンゼンスルホン酸−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムの合成
合成例３のトリフェニルスルホニウム塩化物に代えて、合成例９のビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムハイドロジェンスルフェート粗生成物の１／５量を用い、水１００ｇを足す以外は合成例３と同様にして目的物を得た。
【０１５６】
［合成例１１］４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム４−ジフェニルメチルベンゼンスルホネートの合成
合成例５のトリフェニルスルホニウム塩化物に代えて４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム塩化物を用いる以外は合成例５と同様にして目的物を合成した。
【０１５７】
［合成例１２］４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム４−ジフェニルメチルベンゼンスルホネートの合成
合成例１１の４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム塩化物に代えて４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム塩化物を用いる以外は合成例１１と同様にして目的物を合成した。
【０１５８】
［合成例１３］トリフェニルスルホニウム４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホネートの合成
合成例３のフェニルメチルベンゼンスルホン酸の代わりに合成例６の４−（１’−メチル−１’−フェニル）エチルベンゼンスルホン酸を用いる以外は合成例３と同様にして目的物を合成した。
【０１５９】
［実施例、比較例］
表１〜３に示すレジスト材料を調製した。ここで、表１〜３に挙げるレジスト材料の成分は次の通りである。
重合体Ａ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を１−エトキシエチル基１５モル％、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基１５モル％づつ保護した、重量平均分子量１２，０００の重合体。
重合体Ｂ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を１−エトキシエチル基１０モル％、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基１５モル％づつ保護した、重量平均分子量１１，０００の重合体。
重合体Ｃ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を１−エトキシエチル基１５モル％、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基１０モル％づつ保護した、重量平均分子量１１，０００の重合体。
重合体Ｄ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を１−エトキシエチル基１０モル％、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基１０モル％づつ保護し、更に１，２−プロパンジオールジビニルエーテルで２モル％架橋した、重量平均分子量１５，０００の重合体。
重合体Ｅ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を１−エトキシエチル基３０モル％保護した、重量平均分子量１２，０００の重合体。
重合体Ｆ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を１−エトキシエチル基２５モル％保護し、更に１，２−プロパンジオールジビニルエーテルで３モル％架橋した、重量平均分子量１３，０００の重合体。
重合体Ｇ：ｐ−ヒドロキシスチレンと１−エチルシクロペンチルメタクリレートのコポリマーで、その組成比（モル比）が７０：３０である、重量平均分子量１１，０００の重合体。
重合体Ｈ：ｐ−ヒドロキシスチレンと１−エチルシクロペンチルアクリレートのコポリマーで、その組成比（モル比）が６５：３５である、重量平均分子量１４，０００の重合体。
重合体Ｉ：上記重合体Ｇの組成中に更にスチレンを５重量％含む重量平均分子量１２，０００の重合体。
重合体Ｊ：ｐ−ヒドロキシスチレンと１−エチルシクロペンチルメタクリレートのコポリマーで、その組成比（モル比）が７０：３０、更にｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基を、１，４−ブタンジオールジビニルエーテルで１モル％架橋した、重量平均分子量１５，０００の重合体。
重合体Ｋ：ｐ−ヒドロキシスチレンと１−エチルシクロペンチルメタクリレートのコポリマーで、その組成比（モル比）が８０：２０、更にｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基をｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基８モル％で保護した、重量平均分子量１３，０００の重合体。
重合体Ｌ：ポリｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基の水素原子をアセチル基８モル％で置換した、重量平均分子量８，０００の重合体。
ＰＡＧ１：トリフェニルスルホニウム４−フェニルメチルベンゼンスルホネート
ＰＡＧ２：（ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ジフェニルスルホニウム４−ジフェニルメチルベンゼンスルホネート
ＰＡＧ３：ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルヨードニウム）４−フェニルメチルベンゼンスルホネート
ＰＡＧ４：（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ジフェニルスルホニウムｐ−トルエンスルホネート
ＰＡＧ５：（４−ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル）ジフェニルスルホニウム１０−カンファースルホネート
ＰＡＧ６：トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート
ＰＡＧ７：ビス（シクロヘキシルスルホニル）ジアゾメタン
ＰＡＧ８：ビス（２，４−ジメチルフェニルスルホニル）ジアゾメタン
ＰＡＧ９：Ｎ−１０−カンファースルホニルオキシコハク酸イミド
架橋剤Ａ：１，３，５，７−テトラメトキシメチルグリコールウリル
溶解阻止剤Ａ：ビス（４−（２’−テトラヒドロピラニルオキシ）フェニル）メタン
塩基性化合物Ａ：トリｎ−ブチルアミン
塩基性化合物Ｂ：トリス（２−メトキシエチル）アミン
有機酸誘導体Ａ：４，４−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）吉草酸
有機酸誘導体Ｂ：サリチル酸
界面活性剤Ａ：ＦＣ−４３０（住友スリーエム社製）
界面活性剤Ｂ：サーフロンＳ−３８１（旭硝子社製）
溶剤Ａ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
溶剤Ｂ：乳酸エチル
【０１６０】
得られたレジスト材料を０．２μｍのテフロン製フィルターで濾過した後、このレジスト液をシリコンウエハー上へスピンコーティングし、０．６μｍに塗布した。
次いで、このシリコンウエハーを１００℃のホットプレートで９０秒間ベークした。更に、エキシマレーザーステッパー（ニコン社、ＮＳＲ２００５ＥＸ ＮＡ＝０．５）を用いて露光し、１１０℃で９０秒間ベーク（ＰＥＢ：ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）を施し、２．３８％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で現像を行うと、ポジ型のパターン（実施例１〜２０、比較例１〜３）もしくはネガ型のパターン（実施例２１）を得ることができた。
【０１６１】
得られたレジストパターンを次のように評価した。
レジストパターン評価方法：
０．２４μｍのラインアンドスペースのトップとボトムを１：１で解像する露光量を最適露光量（感度：Ｅｏｐ）として、この露光量における分離しているラインアンドスペースの最小線幅を評価レジストの解像度とした。また、解像したレジストパターンの形状は、走査型電子顕微鏡を用いてレジスト断面を観察した。
なお、レジストのＰＥＤ安定性は、最適露光量で露光後、２４時間の放置後ＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）を行い、線幅（ネガ型は溝の幅）の変動値で評価した。この変動値が少ないほどＰＥＤ安定性に富む。
レジストパターン評価結果を表４に示す。
【０１６２】
パターン評価以外の評価方法：
レジスト材料の混合溶剤への溶解性は目視及び濾過時の詰まりの有無で判断した。
塗布性に関しては目視で塗りむらの有無、及び、膜厚計（東京エレクトロン社製、クリーントラック マーク８）を用いて同一ウエハー上での膜厚のばらつきが塗布膜厚（０．６μｍ）に対して０．５％以内（０．００３μｍ以内）であるとき良好、１％以内であるときやや悪、それ以上であるとき悪と表記した。
【０１６３】
保存安定性は経時変化における異物の析出あるいは感度変化で判断した。異物は最長１００日間、パーティクルカウンター（リオン社製、ＫＬ−２０Ａ）でレジスト溶液１ｍｌ中に含まれる０．３μｍ以上の粒子の数が５個以下であること、あるいは製造直後の感度（上述のＥｏｐ）からの経時変化の変動が５％以内のものを良好とし、それ以上のものを悪と表記した。
【０１６４】
現像後のパターン上に現われる異物は走査型電子顕微鏡（ＴＤＳＥＭ：日立製作所社製、Ｓ−７２８０Ｈ）を用いて判断し、１００平方μｍ内に目視される異物の数が１０個以下を良好、１１個以上１５個以下のときやや悪、１６個以上のとき悪と表記した。
【０１６５】
レジスト剥離後の異物はサーフスキャン（テンコールインストルメンツ社製、サーフスキャン６２２０）を用いて判断した。パターン露光せずに全面露光したレジストウエハーを通常のプロセスで処理し、２．３８％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像を行い、レジストの剥離を行った（露光部分のみレジストが剥離）。レジスト剥離後の８インチウエハー上に、０．２０μｍ以上の異物が１００個以下のとき良好、１０１個以上１５０個以下のときやや悪、１５１個以上のとき悪と表記した。
以上の結果を表５に示す。
【０１６６】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
本発明のオニウム塩及びこのオニウム塩を配合した化学増幅型レジスト材料は、オニウム塩のアニオンに置換フェニルメチルベンゼンスルホン酸を含有することより、解像性、焦点余裕度に優れ、ＰＥＤが長時間にわたる場合にも線幅変動、形状劣化が少なく、塗布後、現像後、剥離後の異物が少なく、現像後のパターンプロファイル形状に優れ、微細加工に適した高解像性を有し、特に遠紫外線リソグラフィーにおいて大いに威力を発揮する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel onium salt used in a chemically amplified resist material for producing an integrated circuit sensitive to radiation such as ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, X-rays, excimer lasers, γ rays, and synchrotron radiation, The present invention relates to a photoacid generator for a resist material comprising the onium salt, a resist material using the photoacid generator, and a pattern forming method using the resist material.
[0002]
[Prior art]
Along with the high integration and high speed of LSI, there is a demand for miniaturization of pattern rules, and far-ultraviolet lithography is promising as a next-generation fine processing technology.
[0003]
In recent years, attention has been focused on the technology that uses a high-brightness KrF excimer laser as a light source for far-ultraviolet rays and an ArF excimer laser with a shorter wavelength, and finer processing technology due to shorter exposure wavelengths and higher resolution resist materials. Is desired.
[0004]
From this point of view, recently developed acid-amplified chemically amplified resist materials have high sensitivity, resolution and dry etching resistance, and have excellent characteristics, and are particularly promising resist materials for deep ultraviolet lithography. is there. The chemically amplified resist includes a positive type in which an exposed portion is removed and an unexposed portion remains, and a negative type in which an exposed portion remains and an unexposed portion is removed.
[0005]
In chemically amplified positive resist materials using an alkali developer, a resin and / or compound in which a part or all of an alkali-soluble phenol or carboxylic acid is protected with an acid-labile protecting group (acid-labile group) is exposed by exposure. The resulting acid is catalytically decomposed to produce phenol or carboxylic acid in the exposed area, and the exposed area is removed with an alkaline developer. Further, in the negative resist material, an alkali-soluble phenol or carboxylic acid-containing resin and / or compound and a compound (crosslinking agent) capable of bonding (crosslinking) the resin or compound with an acid were generated by exposure. By crosslinking with an acid, the exposed portion is insolubilized in an alkali developer, and the unexposed portion is removed with an alkali developer.
[0006]
The chemically amplified positive resist material is prepared by preparing a resist solution in which a resin having an acid labile group as a binder and a compound that generates an acid upon irradiation (hereinafter abbreviated as a photoacid generator) are dissolved in a solvent. The resist film is formed on the substrate by various prescriptions, and if necessary, is heated and the solvent is removed. Next, the resist film is exposed through a predetermined mask pattern using radiation irradiation, for example, far ultraviolet rays as a light source. Further, if necessary, post-exposure baking (PEB) is performed to advance the catalytic reaction with acid, development with an alkaline aqueous solution is performed, and the resist film in the exposed area is removed to remove the positive pattern profile. Get. After etching the substrate with various prescriptions, the remaining resist film is removed by dissolution with a stripping solution or ashing to create a pattern profile on the substrate.
[0007]
The chemically amplified positive resist material for KrF excimer leather uses a phenolic resin, for example, a resin in which part or all of the hydrogen atoms of the phenolic hydroxyl group of polyhydroxystyrene are protected with an acid-labile protecting group. As photoacid generators, onium salts such as iodonium salts and sulfonium salts, bissulfonyldiazomethane, N-sulfonyloxyimide, and the like have been used. Further, if necessary, a dissolution inhibiting / accelerating compound in which part or all of the carboxylic acid and / or phenolic hydroxyl group of the carboxylic acid and / or phenolic hydroxyl group having a molecular weight of 3,000 or less is protected with an acid labile group, A carboxylic acid compound for improving dissolution characteristics, a basic compound for improving contrast, a surfactant for improving coating properties, and the like are added.
[0008]
Here, an onium salt of a photoacid generator as shown below is excellent in sensitivity and resolution, has no low storage stability as seen in N-sulfonyloxyimide photoacid generators, and is a chemically amplified resist. It is suitably used as a photoacid generator for a material, particularly a chemically amplified positive resist material using a KrF excimer laser.
[0009]
[Chemical 9]
However, as the required pattern size is miniaturized, even when these photoacid generators are used, the resolution is low, the stability to the environment is low, when developing with an alkaline developer, or the resist with a solvent. Problems such as the appearance of undissolved or poorly soluble foreign matters have occurred during peeling.
[0011]
In this case, the resolution is being improved by making the acid labile group of the resin used easier to cut with respect to the acid, basic additives, and process conditions.
[0012]
Further, in the resist material, the use (combination) of two or more kinds of photoacid generators is a known technique (JP-A-8-123032), but a sulfone having three or more fluorine atoms by irradiation with radiation. Containing nano-edge roughness or film surface roughness by containing a radiation-sensitive acid generator consisting of a combination of an acid-generating compound and a compound that generates a sulfonic acid that has no fluorine atoms upon irradiation with radiation There is a report that the resolution is excellent (Japanese Patent Laid-Open No. 11-72921). However, the studies by the present inventors are not satisfied with the resolution and the effect on foreign matter on the pattern during development.
[0013]
Furthermore, for the purpose of improving the resolution accompanying miniaturization, a polyvalent enol ether compound and an alkali-soluble resin typified by polyhydroxystyrene are thermally cross-linked on the substrate, irradiation, PEB (Post exposure bake), etc. A positive photosensitive composition (JP-A-6-148889) that obtains a pattern through a process, a photosensitive acid generator and a polymer, and including hydroxystyrene and acrylate, methacrylate, or a mixture of acrylate and methacrylate Although a photosensitive resist composition (JP-A-6-266112) has been reported, there is a problem that the resolution pattern profile shape is not satisfactory and PED (Post Exposure Delay) slimming is large.
[0014]
On the other hand, there are two types of environmental stability. One problem is that the acid generated by exposure to the base in the air on the resist film or the base on the base under the resist film is deactivated. This is a photoacid generator that generates an acid with high acid strength. This phenomenon is often seen when used. With respect to this problem, there is a tendency to solve the problem by making the acid labile group of the resin to be used easy to cut with respect to the acid or by lowering (weakening) the acid strength of the generated acid. Another problem of environmental stability is that the generated acid diffuses in the resist film when the exposure and post-exposure baking (PEB) are prolonged (PED: post exposure delay), and the acid labile group is diffused in the resist film. In many cases, the acid profile is deactivated when it is difficult to cut, and when the acid labile group is easily cleaved, the acid decomposition reaction proceeds and the pattern profile often varies. For example, in the case of a chemically amplified positive resist material having an acid labile group centered on acetal, the line width of the unexposed portion is often narrowed (slimmed).
[0015]
As described above, in order to obtain higher resolution, it is necessary to introduce an acid labile group that is easily cut by the resin, and it is desirable to generate an acid with low diffusibility as a photoacid generator. It is. Various alkyl sulfonic acids such as 10-camphorsulfonic acid have been studied as the low diffusible acid. However, this alkyl sulfonic acid is weaker than the acid strength of fluorinated alkyl sulfonic acid and aryl sulfonic acid used in the past, and the weak acid strength must be covered by the amount of acid. The acid must be generated, leading to an increase in exposure time and inferior productivity.
[0016]
In response to this problem, a resist material using a photoacid generator in which an alkyl group, a carbonyl group, or a carboxylic acid ester group is introduced into arylsulfonic acid has been disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-199770 and 9-244234). No. 9-258435).
[0017]
However, in the study by the present inventors, when a carbonyl group or a carboxylic acid ester is directly introduced into the benzene ring, although the diffusibility of the generated acid can be suppressed, the light absorption near 248 nm of the photoacid generator increases, The introduction of a simple alkyl group is not preferable because foreign matter is generated during development.
[0018]
In addition, with respect to foreign matters during alkali development and / or peeling with a resist solvent, various factors such as a photodecomposed product of a photoacid generator, an undecomposed product (the photoacid generator as it is), a low-solubility resin, etc. Although the factors are not specified at present, it seems to be related to solubility (affinity) in the developer (aqueous solution) or peeling solvent and solubility (affinity) in the resin.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
As a photoacid generator for resist materials, the solubility (compatibility) in resist solvents and resins is sufficiently high, storage stability is good, there is no toxicity, coating properties are good, after development When forming a pattern, it is required to have no foreign matter at the time of resist stripping, good pattern profile shape and PED stability, but it generates conventional photoacid generators, especially mere alkylsulfonic acid and arylsulfonic acid. The photoacid generators that do not meet all of these.
[0020]
With the miniaturization of the pattern of the integrated circuit, not only the resolution but also the line width variation due to PED, and the problem of foreign matter after development and peeling are becoming more severe.
[0021]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned various problems, and in particular, novel onium salts and resists used for resist materials such as chemically amplified resist materials with little resolution and resolution, pattern profile shape, development and peeling after removal. A photoacid generator for materials, a resist material using the same, a pattern forming method, and a pattern forming method using the same are provided.
[0022]
Means for Solving the Problem and Embodiment of the Invention
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the onium salt represented by the following formula (1), particularly the sulfonium salt represented by (1a) or (1a ′), or (1b) By using the iodonium salt as a photoacid generator for chemically amplified resist materials, it has excellent storage stability and applicability. Even when PED is used for a long time, there is little variation in line width and shape deterioration. The present inventors have found that there are few foreign matters after peeling, the pattern profile shape after development is excellent, the high resolution suitable for fine processing, and it is particularly effective in deep ultraviolet lithography.
[0023]
That is, when the onium salt of the formula (1) of the present invention is used as a photoacid generator for a chemically amplified resist material, a resist image having a high resolution and a wide range of focus depth is obtained by the effect of a low diffusible sulfonate anion. It has been found that the degradation of the pattern profile due to PED is small, and because of the polarity of the sulfonium salt and iodonium salt, foreign matter can be reduced during alkali development / resist stripping, and the present invention has been achieved. is there.
[0024]
Accordingly, the present invention provides the following onium salt, photoacid generator, resist material, and pattern formation method.
Claim 1:
The following general formula (1 a ) Sulfo Ni salt.
[Chemical Formula 10]
Claim 2 :
An iodonium salt represented by the following general formula (1b).
Embedded image
Claim 3 :
Claim 1 Or 2 A photoacid generator for a chemically amplified resist material comprising the onium salt described above.
Claim 4 :
(A) a resin whose solubility in an alkali developer is changed by the action of an acid;
(B) Claims that generate acid upon irradiation 3 The described photoacid generator
A chemically amplified resist material comprising:
Claim 5 :
(A) a resin whose solubility in an alkali developer is changed by the action of an acid;
(B) Claims that generate acid upon irradiation 3 The described photoacid generator,
(C) Compounds that generate acid upon irradiation with radiation other than component (B)
A chemically amplified resist material comprising:
Claim 6 :
The resin as component (A) is a resin having a substituent whose solubility in an alkaline developer is changed by cleavage of the C—O—C bond by the action of an acid. 4 Or 5 The resist material as described.
Claim 7 :
In component (A), the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group is replaced with one or more acid labile groups in an amount exceeding an average of 0 mol% and not more than 80 mol% of the total hydrogen atoms of the phenolic hydroxyl group. A polymer compound having a weight average molecular weight of 3,000 to 100,000. 4 Or 5 The resist material as described.
Claim 8 :
The resin of component (A) is a polymer compound having a repeating unit of the following general formula (2a), and the ratio of units having acid labile groups to the polymer compound exceeds an average of 0 mol% and 80 A polymer compound having a weight average molecular weight of 3,000 to 100,000 in a proportion of mol% or less. 4 Or 5 The resist material as described.
Embedded image
Claim 9 :
The resin of component (A) is a polymer compound having a repeating unit of the following general formula (2a ′), and the unit based on acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester in the polymer compound is 0 mol% on average The weight average molecular weight is such that the unit having an acid labile group is greater than 0 mol% and less than 80 mol% on the average with respect to the whole resin of component (A). A polymer compound having a molecular weight of 000 to 100,000. 4 Or 5 The resist material as described.
Embedded image
Claim 1 0 :
(A) Component resin is represented by the general formula (2a) or (2a ′), and the remaining phenolic hydroxyl group hydrogen atom is a polymer compound phenol represented by the formula (2a) or (2a ′). Crosslinks within and / or between molecules by a cross-linking group having a C—O—C group represented by the following general formula (3a) or (3b) at a ratio of more than 0 mol% and not more than 50 mol% on average Claims are high molecular weight compounds 8 Or 9 The resist material as described.
Embedded image
R 9 Represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, a ′ is an integer of 1 to 7, and b is 0 or an integer of 1 to 10. A represents an (a ′ + 1) -valent aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group or heterocyclic group having 1 to 50 carbon atoms, and these groups have intervening heteroatoms. In addition, a part of hydrogen atoms bonded to the carbon atom may be substituted with a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group or a halogen atom. B represents —CO—O—, —NHCO—O— or —NHCONH—. )
Claim 1 1 :
Acid labile groups represented by the following general formulas (4) to (7), tertiary alkyl groups having 4 to 20 carbon atoms, trialkylsilyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and 4 carbon atoms. An oxoalkyl group having 20 to 20 carbon atoms, or an aryl group-substituted alkyl group having 7 to 20 carbon atoms. 8 1 0 The resist material according to any one of the above.
Embedded image
Claim 1 2 :
Furthermore, (D) a basic compound is blended. 4 1 1 The resist material according to any one of the above.
Claim 1 3 :
Furthermore, (E) a compound having a carboxyl group is blended. 4 1 2 The resist material according to any one of the above.
Claim 1 4 :
Propylene glycol alkyl ether acetate and / or lactate alkyl ester as a solvent component 4 1 3 The resist material according to any one of the above.
Claim 1 5 :
(I) Claim 4 1 4 A step of applying the resist material according to any one of the above to a substrate;
(Ii) Next, after the heat treatment, a step of exposing with a high energy beam or electron beam having a wavelength of 300 nm or less through a photomask;
(Iii) a step of developing with a developer after heat treatment as necessary; and
A pattern forming method comprising:
[0025]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. First, the present invention provides a novel onium salt represented by the following general formula (1) and having a substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion.
[0026]
Embedded image
[0027]
More preferably, it provides a novel sulfonium salt represented by the following general formula (1a) or (1a ′) and having a substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion.
[0028]
Embedded image
[0029]
Embedded image
[0030]
Furthermore, the present invention provides a novel iodonium salt represented by the following general formula (1b) and having a substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion.
[0031]
Embedded image
[0032]
In the above formula (1) or (1a), (1a ′), (1b), R 1 May be the same or different and each represents a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, specifically a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, sec- Linear, branched such as propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, sec-pentyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group A cyclic or cyclic alkyl group or the like, but is not limited thereto. In the above formula (1) or (1a), (1a ′), (1b), R 2 May be the same or different and each represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a phenyl group, specifically a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, n- Propyl group, sec-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, sec-pentyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, etc. Although a linear, branched or cyclic alkyl group or a phenyl group is shown, it is not limited thereto. R 1 And R 2 In these R 1 And R 2 A ring structure having 4 to 7 carbon atoms such as a cycloalkyl group may be formed together with the carbon atom to which is bonded. In the above formula (1) or (1a), (1a ′), (1b), R Three May be the same or different and each represents a linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 14 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, n-propyl group, sec-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, sec-pentyl group, Linear, branched or cyclic alkyl groups such as cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, 2-oxopropyl group, 2-oxocyclopentyl group, 2-oxocyclohexyl group, 2-hydroxycyclopentyl group, 2- Oxo substitution such as hydroxycyclohexyl group, substituted alkyl group such as hydroxy substitution, or phenyl group, 4-methylphenyl group, 4-ethylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-tert-butylphenyl group, 4-tert- Butoxyphenyl group, 4-cyclohexylphenyl group, 4-cyclohexyloxyphene Group, 2,4-dimethylphenyl group, 2,4,6-trimethylphenyl group, 2,4,6-triisopropylphenyl group, 3,4-bis (tert-butoxy) phenyl group, 4-dimethylaminophenyl Groups, unsubstituted aryl groups such as 1-naphthyl group and 2-naphthyl group, substituted aryl groups such as alkyl substitution, alkoxy substitution and alkylamino substitution, and the like, but are not limited thereto. In the above formula (1), M represents a sulfur atom or an iodine atom, a is 3 when M is a sulfur atom, and a is 2 when M is an iodine atom.
[0033]
In the above formula (1a ′), G is an acid labile group bonded to an oxygen atom (—OG ′, G ′ acid labile group), R 2 An alkoxy group represented by O- or (R 2 ) 2 N- is shown. R 2 Is the same as described above. The acid labile group bonded to the oxygen atom is not limited, and examples thereof include those similar to the acid labile group of the polymer resin compound described later. In particular, tert-butoxy group, tert-amyloxy group, tert-butoxycarbonyloxy group, tert-butoxycarbonylmethyloxy group, 1-ethoxyethoxy group, tetrahydropyranyloxy group, tetrahydrofuranyloxy group, trimethylsilyloxy group, 1- An ethylcyclopentyloxy group is preferred.
[0034]
The onium salt of the present invention comprises a substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion and an iodonium cation or a sulfonium cation, and includes the following combinations of cation and anion. Specifically, examples of the anion include 4-phenylmethylbenzenesulfonate anion, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate anion, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate anion, and the like. Examples of the iodonium cation include diphenyliodonium, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium, 4-methoxyphenyl-phenyliodonium, 4-ethoxyphenyl-phenyliodonium, 4-tert-butoxyphenyl-phenyliodonium, and the like. Of these, diphenyliodonium and bis (4-tert-butoxyphenyl) iodonium are preferably used. Examples of the sulfonium cation include triphenylsulfonium, 4-hydroxyphenyldiphenylsulfonium, (4-tert-butylphenyl) diphenylsulfonium, bis (4-tert-butylphenyl) phenylsulfonium, tris (4-tert-butylphenyl) sulfonium, (4-tert-butoxyphenyl) diphenylsulfonium, bis (4-tert-butoxyphenyl) phenylsulfonium, tris (4-tert-butoxyphenyl) sulfonium, (3-tert-butoxyphenyl) diphenylsulfonium, bis (3-tert -Butoxyphenyl) phenylsulfonium, tris (3-tert-butoxyphenyl) sulfonium, (3,4-ditert-butoxyphenyl) diphenylsulfur Ni, bis (3,4-ditert-butoxyphenyl) phenylsulfonium, tris (3,4-ditert-butoxyphenyl) sulfonium, diphenyl (4-thiophenoxyphenyl) sulfonium, (4-tert-butoxycarbonylmethyloxy) Phenyl) diphenylsulfonium, tris (4-tert-butoxycarbonylmethyloxyphenyl) sulfonium, (4-tert-butoxyphenyl) bis (4-dimethylaminophenyl) sulfonium, tris (4-dimethylaminophenyl) sulfonium, 2-naphthyl Diphenylsulfonium, dimethyl-2-naphthylsulfonium, 4-hydroxyphenyldimethylsulfonium, 4-methoxyphenyldimethylsulfonium, dimethylphenylsulfonium, Phenylmethylsulfonium, trimethylsulfonium, 2-oxocyclohexylcyclohexylmethylsulfonium, 2-oxocyclohexyl-methyl-phenylsulfonium, 2-oxocyclopentyl-methyl-phenylsulfonium, 2-oxocyclopropyl-methyl-phenylsulfonium, tribenzylsulfonium, etc. Of these, triphenylsulfonium, 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium, dimethylphenylsulfonium, 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium and the like are preferably used.
[0035]
Of these, diphenyliodonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate, diphenyliodonium 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate, and diphenyliodonium 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate are particularly preferably used. Bis (4-tert-butylphenyl) iodonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate, 4- (1′-methyl-1′-) Phenyl) ethylbenzenesulfonic acid bis (4-tert-butylphenyl) iodonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid 4-methoxyphenylphenyliodonium, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid 4-methoxypheny Ruphenyliodonium, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid 4-methoxyphenylphenyliodonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid 4-tertbutoxyphenylphenyliodonium, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfone Acid 4-tertbutoxyphenylphenyliodonium, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid 4-tertbutoxyphenylphenyliodonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid triphenylsulfonium, 4- (diphenylmethyl) Benzenesulfonic acid triphenylsulfonium, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid triphenylsulfonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid 4-te t-butoxyphenyldiphenylsulfonium, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium, 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate, 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate, dimethylphenyl 4-phenylmethylbenzenesulfonate Examples include sulfonium, tris (4-tertbutoxyphenyl) sulfonium 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate, and the like.
[0036]
Next, although it describes about the synthesis | combining method of the onium salt of this invention, it is not limited to these.
[0037]
The substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion of the onium salt of the present invention can be obtained by sulfonating a phenylmethane derivative by an existing method.
[0038]
Specifically, a sulfonating agent such as sulfuric acid, sulfur trioxide, chlorosulfonic acid, sulfur trioxide-pyridine complex, sulfur trioxide-dioxane complex or the like can be used as it is or in a solvent such as acetic anhydride, dichloromethane, acetic acid, ethyl acetate. Dilute the reaction. Regarding these reaction conditions, New Experimental Chemistry Lecture 14 Synthesis of Organic Compounds III (pp. 1773 to 1784) (issued in 1986, Maruzen Co., Ltd.) can be performed.
[0039]
More specifically, the phenylmethane derivative is dissolved in a solvent such as dichloromethane, and chlorosulfonic acid is added at room temperature or while cooling. At this time, if the amount of chlorosulfonic acid is excessive with respect to the phenylmethane derivative, a plurality of sulfonic acids may be contained in the same molecule. Alternatively, the phenylmethane derivative is dissolved in a solvent such as acetic anhydride and sulfonated with sulfuric acid.
[0040]
The synthesis of the corresponding sulfonium salt and iodonium salt is not particularly limited, but it is preferable that the anion has a weaker acid strength than an aryl sulfonic acid such as a halide ion or an alkyl sulfonic acid. Since a sulfonium salt having a strong acid such as trifluoromethanesulfonic acid is difficult to exchange an anion with the substituted phenylmethylbenzenesulfonic acid synthesized above, when an onium salt having a strong acid anion is used as a raw material, JP-A-7- As described in Japanese Patent No. 333844, it is desirable to perform anion exchange by ion exchange chromatography to obtain an onium salt having a hydroxide ion, and then anion exchange with the substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion. Sulphonium salts and iodonium salts are described in The Chemistry of sulfoneum group Part 1 Jhon-Wiley & Sons (1981), Advanced Photochemistry, vol. 17 Jhon-Wiley & Sons (1992); Org. Chem. , 1988.8.53.5571-5573 or Japanese Patent Laid-Open No. 7-25846, etc.
[0041]
The anion exchange is not particularly limited, but it is preferable to use 1 mol or more, preferably 1 to 3 mol, of the substituted phenylmethylbenzenesulfonate anion synthesized above with respect to 1 mol of the onium salt. The solvent system can be carried out by an alcohol solvent such as methanol or ethanol, or a two-layer system such as dichloromethane-water system. In order to more quantitatively perform anion exchange of an onium salt having a halide ion such as sulfonium chloride, a method using lead carbonate described in JP-A-9-323970 is also effective.
[0042]
Although the use of the onium salt represented by the general formula (1) or (1a), (1a ′), (1b) of the present invention is not particularly limited, it is used as a photoacid generator for a chemically amplified resist material. In the present invention, a resist material containing the onium salt represented by the general formula (1) or (1a), (1a ′), or (1b) can be presented.
[0043]
To describe this point in more detail, the onium salt represented by the general formula (1) or (1a), (1a ′), (1b) of the present invention is used as a positive-type or negative-type photoacid generator. Can do. Specific embodiments of the resist material of the present invention are as follows, but are not limited thereto.
<1> (A) a resin whose solubility in an alkaline developer is changed by the action of an acid;
(B) an onium salt that generates an acid upon irradiation with radiation represented by the general formula (1) or (1a), (1a ′), or (1b),
(G) Organic solvent
A chemically amplified positive resist material comprising:
<2> Further
(C) Photoacid generator other than the above general formula (1) or (1a), (1a ′) and (1b) that generates an acid upon irradiation with radiation
<1> The chemically amplified positive resist material according to <1>.
<3> Further
(D) Basic compound
The chemically amplified positive resist material according to <1> or <2>, characterized by comprising:
<4> Further
(E) Organic acid derivative
The chemically amplified positive resist material according to <1> to <3>, comprising:
<5> Further
(F) A compound having a molecular weight of 3,000 or less whose solubility in an alkaline developer is changed by the action of an acid.
The chemically amplified positive resist material as described in <1> to <4>, which comprises
<6>
(B) an onium salt that generates an acid upon irradiation with radiation represented by the general formula (1) or (1a), (1a ′), or (1b),
(H) an alkali-soluble resin,
(I) an acid crosslinking agent that forms a crosslinked structure by the action of an acid;
(G) Organic solvent
A chemically amplified negative resist material comprising:
<7> Further
The chemically amplified negative resist material according to <6>, comprising (C).
<8> Further
The chemically amplified negative resist material according to <6> or <7>, comprising (D).
<9> Further
(J) Alkali-soluble compounds having a molecular weight of 2,500 or less
The chemically amplified negative resist material as described in <6> to <8>, comprising:
[0044]
Further details are described for each component.
Examples of the organic solvent for component (G) include butyl acetate, amyl acetate, cyclohexyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 3-ethoxyethyl propionate, 3-ethoxymethyl propionate. Pionate, 3-methoxymethyl propionate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, diacetone alcohol, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether propionate, Propylene glycol monoethyl ether propionate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether Ter, diethylene glycol monoethyl ether, 3-methyl-3-methoxybutanol, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, methyl lactate, lactic acid Examples include ethyl, propyl lactate, and tetramethylene sulfone, but are not limited thereto. Particularly preferred are propylene glycol alkyl ether acetate and alkyl lactate.
[0045]
Examples of the alkyl group of the propylene glycol alkyl ether acetate include those having 1 to 4 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group. Among them, a methyl group and an ethyl group are preferable. In addition, this propylene glycol alkyl ether acetate has a 1,2-substituent and a 1,3-substituent, and there are three types of isomers depending on the combination of substitution positions. In addition, examples of the alkyl group of the lactic acid alkyl ester include those having 1 to 4 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group. Among them, a methyl group and an ethyl group are preferable. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Examples of preferred mixed solvents are propylene glycol alkyl ether acetate and alkyl lactate ester. Although the mixing ratio is also arbitrary, it is desirable to mix the alkyl lactate in an amount of 1 to 50 parts by weight with respect to 50 to 99 parts by weight of the propylene glycol alkyl ether acetate. More preferably, it is preferable that the proportion of propylene glycol alkyl ether acetate is 60 to 95% by weight and the amount of lactic acid alkyl ester is 5 to 40% by weight. When there are few propylene glycol alkyl ether acetates, there exists a problem of applicability | degradability, etc., when there are too many, there exists a problem of insufficient solubility, generation | occurrence | production of a particle | grain and foreign material. If the amount of alkyl lactate is small, there are problems such as insufficient solubility and an increase in particles and foreign matters. If the amount is too large, the viscosity becomes high and the applicability is deteriorated, and the storage stability is deteriorated. In addition, one or more solvents may be added to the mixed solvent of propylene glycol alkyl ether acetate and lactic acid alkyl ester.
[0046]
Next, the resin whose solubility in the alkali developer is changed by the action of the acid of the component (A) is not particularly limited, but part or all of the phenolic hydroxyl group and / or carboxyl group of the alkali-soluble resin is C- It is protected with an acid-labile protecting group represented by an O—C bond or a C—O—Si bond.
[0047]
Examples of the alkali-soluble resin having a phenolic hydroxyl group and / or a carboxyl group include p-hydroxystyrene, m-hydroxystyrene, α-methyl-p-hydroxystyrene, 4-hydroxy-2-methylstyrene, 4-hydroxy-3- Examples thereof include homopolymers or copolymers of methylstyrene, methacrylic acid, and acrylic acid, and copolymers in which a carboxylic acid derivative, diphenylethylene, or the like is introduced at the end of these polymers.
[0048]
In addition to the above units, styrene, α-methylstyrene, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, hydroxystyrene hydrogenated product, maleic anhydride in such a proportion that the solubility in an alkaline developer is not extremely reduced. Further, it may be a copolymer in which a unit having no alkali-soluble site such as maleimide is introduced. Here, as a substituent of acrylic acid ester and methacrylic acid ester, any substituent may be used as long as it is not decomposed by an acid. Specific examples include, but are not limited to, an aromatic group such as a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms and an aryl group.
[0049]
Examples of the alkali-soluble polymer are shown below, and this can also be used as a raw material for a resin whose solubility in an alkali developer is changed by the action of the acid of the component (A) and an alkali-soluble resin of the component (H). Examples include poly p-hydroxy styrene, poly m-hydroxy styrene, poly 4-hydroxy 2-methyl styrene, poly 4-hydroxy-3-methyl styrene, poly α-methyl p-hydroxy styrene, partially hydrogenated poly p- Hydroxystyrene copolymer, poly (p-hydroxystyrene-α-methyl p-hydroxystyrene) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-α-methylstyrene) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-styrene) copolymer, poly (p- Hydroxystyrene-m-hydroxystyrene) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-styrene) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-acrylic acid) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-methacrylic acid) copolymer, poly (p-hydro) Styrene-methyl acrylate) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-acrylic acid-methyl methacrylate) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-methyl methacrylate) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-methacrylic acid-methyl methacrylate) copolymer, poly Methacrylic acid, polyacrylic acid, poly (acrylic acid-methyl acrylate) copolymer, poly (methacrylic acid-methyl methacrylate) copolymer, poly (acrylic acid-maleimide) copolymer, poly (methacrylic acid-maleimide) copolymer, poly (p-hydroxy) Styrene-acrylic acid-maleimide) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-methacrylic acid-maleimide) copolymer, and the like, but not limited thereto. .
[0050]
Preferably, poly p-hydroxystyrene, partially hydrogenated poly p-hydroxystyrene copolymer, poly (p-hydroxystyrene-styrene) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-acrylic acid) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-methacrylic acid). Acid) copolymers.
[0051]
In particular, an alkali-soluble resin having the following unit (2) or (2 ′) is preferable.
[0052]
Embedded image
[0053]
The molecular weight is preferably 3,000 to 100,000 in terms of weight average molecular weight. If the molecular weight is less than 3,000, the ability as a polymer is inferior, the heat resistance is low, the film formability is often insufficient, and the molecular weight exceeds 100,000. Is too large to cause problems in solubility in a developing solution, solubility in a resist solvent, and the like. The dispersity is 3.5 or less, preferably 1.5 or less. If the degree of dispersion is greater than 3.5, resolution often deteriorates. Although the production method is not particularly limited, a polymer having a low degree of dispersion (narrowly dispersible) can be synthesized by using living anionic polymerization for poly-p-hydroxystyrene or the like.
[0054]
The resist material using the onium salt represented by the general formulas (1), (1a), (1a ′) and (1b) of the present invention has a C—O—C bond (or C— O-Si bond) (acid labile group), a resin whose solubility in an alkali developer is changed by cutting the C-O-C bond (or C-O-Si bond) by the action of an acid, In particular, it is effective to use the alkali-soluble resin. Particularly, it has a repeating unit of the above formula (2), and the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group has one or more acid labile groups. A polymer compound having a weight average molecular weight of 3,000 to 100,000, which is substituted at a ratio exceeding 0 mol% and 80 mol% or less on the average of all hydrogen atoms is preferable.
[0055]
Alternatively, in a polymer compound (a copolymer containing p-hydroxystyrene and / or α-methyl-p-hydroxystyrene and acrylic acid and / or methacrylic acid) having a repeating unit of the above formula (2 ′), acrylic acid And / or the hydrogen atom of the carboxyl group of methacrylic acid is replaced by one or more acid labile groups, and the unit based on acrylic acid ester and methacrylic acid ester in this polymer compound exceeds 0 mol% on average. A polymer compound contained in a proportion of 50 mol% or less is preferred, and one part or two or more of hydrogen atoms of the phenolic hydroxyl group of p-hydroxystyrene and / or α-methyl-p-hydroxystyrene are further used. It may be substituted with an acid labile group. In this case, the unit based on p-hydroxystyrene and / or α-methyl-p-hydroxystyrene substituted with an acrylic ester and / or methacrylic ester and an acid labile group in the polymer compound has an average of 0 mol%. A polymer compound contained in a proportion of more than 80 mol% is preferred.
[0056]
Examples of such a polymer compound include polymer compounds having a weight average molecular weight of 3,000 to 100,000 having a repeating unit represented by the following general formula (2a) or (2a ′).
[0057]
Embedded image
[0058]
R Five Represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and examples of the linear, branched or cyclic alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and n-butyl. Group, isobutyl group, tert-butyl group, cyclohexyl group, cyclopentyl group and the like.
[0059]
Here, part of the phenolic hydroxyl group and part or all of the carboxyl group of the alkali-soluble resin as acid labile groups are unstable to acids represented by C—O—C bonds (or C—O—Si bonds). In the case of protecting with various substituents, various acid labile groups are selected, and in particular, groups represented by the following general formulas (4) to (7), 3 to 20 carbon atoms, preferably 3 to 4 to 15 carbon atoms. Preferably, the primary alkyl group and each alkyl group are each a trialkylsilyl group having 1 to 6 carbon atoms, an oxoalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an aryl group-substituted alkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or the like.
[0060]
Embedded image
Where R Ten , R 11 Represents a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, specifically a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or an n-butyl group. , Sec-butyl group, tert-butyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-octyl group and the like. R 12 Represents a monovalent hydrocarbon group which may have a hetero atom such as an oxygen atom having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkyl group, and these hydrogen atoms In which a part of them is substituted with a hydroxyl group, an alkoxy group, an oxo group, an amino group, an alkylamino group, or the like. Specific examples include the following substituted alkyl groups.
[0062]
Embedded image
R Ten And R 11 , R Ten And R 12 , R 11 And R 12 May form a ring, and in the case of forming a ring, R Ten , R 11 , R 12 Each represents a linear or branched alkylene group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms.
[0064]
R 13 Is a tertiary alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 15 carbon atoms, each alkyl group is a trialkylsilyl group having 1 to 6 carbon atoms, an oxoalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, or the above general formula (4) Specific examples of tertiary alkyl groups include tert-butyl, tert-amyl, 1,1-diethylpropyl, 1-methylcyclopentyl, 1-ethylcyclopentyl, 1-isopropyl. Cyclopentyl group, 1-butylcyclopentyl group, 1-methylcyclohexyl group, 1-ethylcyclohexyl group, 1-isopropylcyclohexyl group, 1-butylcyclohexyl group, 1-ethyl-2-cyclopentenyl group, 1-ethyl-2-cyclo Hexenyl group, 2-methyl-2-adamantyl group and the like can be mentioned as specific examples of trialkylsilyl group Include trimethylsilyl group, triethylsilyl group, dimethyl-tert-butylsilyl group and the like. Specific examples of oxoalkyl groups include 3-oxocyclohexyl group, 4-methyl-2-oxooxane-4-yl group, 5 -Methyl-2-oxooxolan-5-yl group and the like. z is an integer of 0-6.
[0065]
R 14 Represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and is specifically exemplified as a linear, branched or cyclic alkyl group. Are methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, tert-amyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group , A cyclopentylmethyl group, a cyclopentylethyl group, a cyclohexylmethyl group, a cyclohexylethyl group, etc., and specifically as an optionally substituted aryl group, a phenyl group, methylphenyl group, naphthyl group, anthryl group, phenanthryl group, A pyrenyl group etc. can be illustrated. h ′ is 0 or 1, i is 0, 1, 2, or 3, and 2h ′ + i = 2 or 3.
[0066]
R 15 Represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, specifically R 14 The same thing can be illustrated. R 16 ~ R twenty five Each independently represents a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group which may contain a hetero atom having 1 to 15 carbon atoms, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, tert-amyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclopentylmethyl group, cyclopentylethyl group, cyclopentyl Linear, branched, and cyclic alkyl groups such as butyl group, cyclohexylmethyl group, cyclohexylethyl group, and cyclohexylbutyl group, and some of these hydrogen atoms are hydroxyl groups, alkoxy groups, carboxy groups, alkoxycarbonyl groups, oxo groups , Amino group, alkylamino group, cyano group, mercapto group, alkylthio group, It can be exemplified those substituted in sulfo group. R 16 ~ R twenty five May form a ring with each other (for example, R 16 And R 17 , R 16 And R 18 , R 17 And R 19 , R 18 And R 19 , R 20 And R twenty one , R twenty two And R twenty three In this case, a divalent hydrocarbon group that may contain a heteroatom having 1 to 15 carbon atoms is shown, and one obtained by removing one hydrogen atom from those exemplified for the monovalent hydrocarbon group, etc. It can be illustrated. R 16 ~ R twenty five May be bonded to each other adjacent to each other by carbon, and may form a double bond (for example, R 16 And R 18 , R 18 And R twenty four , R twenty two And R twenty four etc).
[0067]
Specific examples of the linear or branched group of the acid labile group represented by the above formula (4) include the following groups.
[0068]
Embedded image
Specific examples of the acid labile group represented by the above formula (4) include cyclic tetrahydrofuran-2-yl group, 2-methyltetrahydrofuran-2-yl group, tetrahydropyran-2-yl group, 2 -A methyltetrahydropyran-2-yl group etc. can be illustrated.
[0070]
Specific examples of the acid labile group of the above formula (5) include tert-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonylmethyl group, tert-amyloxycarbonyl group, tert-amyloxycarbonylmethyl group, 1,1-diethyl. Propyloxycarbonyl group, 1,1-diethylpropyloxycarbonylmethyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonylmethyl group, 1-ethyl-2-cyclopentenyloxycarbonyl group, 1-ethyl-2 Examples include -cyclopentenyloxycarbonylmethyl group, 1-ethoxyethoxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydropyranyloxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydrofuranyloxycarbonylmethyl group and the like.
[0071]
Specific examples of the acid labile group of the above formula (6) include 1-methylcyclopentyl, 1-ethylcyclopentyl, 1-n-propylcyclopentyl, 1-isopropylcyclopentyl, 1-n-butylcyclopentyl, 1-sec- Butylcyclopentyl, 1-methylcyclohexyl, 1-ethylcyclohexyl, 3-methyl-1-cyclopenten-3-yl, 3-ethyl-1-cyclopenten-3-yl, 3-methyl-1-cyclohexen-3-yl, 3 -Ethyl-1-cyclohexen-3-yl and the like can be exemplified.
[0072]
Specific examples of the acid labile group of the above formula (7) include the following groups.
Embedded image
Examples of the tertiary alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 15 carbon atoms include tert-butyl group, tert-amyl group, 3-ethyl-3-pentyl group, and dimethylbenzyl group.
[0074]
Examples of the trialkylsilyl group in which each alkyl group has 1 to 6 carbon atoms include trimethylsilyl group, triethylsilyl group, tert-butyldimethylsilyl group and the like.
[0075]
Examples of the oxoalkyl group having 4 to 20 carbon atoms include a 3-oxocyclohexyl group and a group represented by the following formula.
[0076]
Embedded image
Examples of the aryl group-substituted alkyl group having 7 to 20 carbon atoms include benzyl group, methylbenzyl group, dimethylbenzyl group, diphenylmethyl group and 1,1-diphenylethyl group.
[0078]
In the resist material using the onium salt represented by the general formulas (1), (1a), (1a ′) and (1b) of the present invention, the resin of the component (A) is a hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group. A polymer in which some and / or all of the carboxyl groups are partially substituted with one or more acid labile groups, and the remaining phenolic hydroxyl groups are represented by the formula (2) or (2 ′) In the molecule and / or molecule due to the cross-linking group having a C—O—C group represented by the following general formula (3a) or (3b) at a ratio of more than 0 mol% and not more than 50 mol% of the average phenolic hydroxyl group of the compound It can also be a polymer compound that is crosslinked between the two.
[0079]
Examples of the crosslinking group having the C—O—C group include groups represented by the following general formula (3a) or (3b).
[0080]
Embedded image
[0081]
R 9 Represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, a ′ is an integer of 1 to 7, more preferably an integer of 1 to 3, and b is an integer of 0 or 1 to 10, Preferably it is 0 or an integer of 1-5. A represents an (a ′ + 1) -valent aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group or heterocyclic group having 1 to 50 carbon atoms, and these groups have intervening heteroatoms. In addition, a part of hydrogen atoms bonded to the carbon atom may be substituted with a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group or a halogen atom. B represents —CO—O—, —NHCO—O— or —NHCONH—. )
[0082]
Where R 7 , R 8 The linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is R Five The same thing can be illustrated.
R 9 Examples of the linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 10 carbon atoms include methylene group, ethylene group, propylene group, isopropylene group, n-butylene group, isobutylene group, cyclohexylene group and cyclopentylene. Groups and the like.
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
[0083]
A specific example of A will be described later. These bridging groups (3a) and (3b) are derived from alkenyl ether compounds and halogenated alkyl ether compounds described later.
As is clear from the value of a ′ in the above formulas (3a) and (3b), the bridging group is not limited to divalent groups, and may be trivalent to octavalent groups. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-190904 can be referred to for a more detailed structure of the crosslinking group.
[0084]
As a polymer compound of the resist material of the present invention, as a specific example, a compound having a repeating unit represented by the following general formula (2b) or (2b ′) is preferable. The hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group is removed and the oxygen atom is crosslinked within the molecule and / or between the molecules by the crosslinking group having the C—O—C group represented by the general formula (3a) or (3b). A high molecular compound can be mentioned.
[0085]
Embedded image
[0086]
More preferably, the values of S1, S2, T1, and T2 are as follows.
[Expression 1]
Further, T1 / (T1 + T2) is preferably 0 to 1, more preferably 0.5 to 1, and still more preferably 0.7 to 1.
[0088]
Embedded image
[0089]
More preferably, the values of M1, L1, L2, N, and M2 are as follows.
[Expression 2]
Further, N / (L1 + L2 + N) is preferably 0 to 1, more preferably 0.5 to 1, and still more preferably 0.7 to 1.
[0091]
Also in this polymer compound, the total amount of the acid labile groups (including the crosslinking group) is 0 mol on average of the entire phenolic hydroxyl group of formula (2b) or the entire phenolic hydroxyl group and carboxyl group of formula (2b ′). % And not more than 80 mol%, particularly an average exceeding 2 mol% and not more than 50 mol%.
[0092]
When the resin in the resist composition of the present invention is crosslinked with an acid-labile substituent, the polymer compound is obtained by reacting a phenolic hydroxyl group with an alkenyl ether compound or a halogenated alkyl ether, and / Alternatively, it is crosslinked by a crosslinking group having a C—O—C group between molecules. In this case, as described above, the total amount of the acid labile group and the crosslinking group is represented by the formula (2) or (2 It is preferable that the proportion of the whole phenolic hydroxyl group of ') exceeds 0 mol% and 80 mol% or less, particularly more than 2 mol% and 50 mol% or less on average.
[0093]
In addition, the ratio of the cross-linking group having a C—O—C group exceeds 0 mol% on average and is preferably 50 mol% or less, particularly preferably 0.2 to 20 mol%. If it is 0 mol%, the advantages of the crosslinking group cannot be drawn, the contrast of the alkali dissolution rate becomes small, and the resolution may deteriorate. On the other hand, if it exceeds 50 mol%, it is too cross-linked and gelled, so that it becomes insoluble in alkali, causes a change in film thickness, in-film stress or generation of bubbles during alkali development, and has few hydrophilic groups. Therefore, the adhesion to the substrate may be inferior.
[0094]
Moreover, the ratio of an acid labile group exceeds 0 mol% on average, and is 80 mol% or less, and especially 10-50 mol% is preferable. When it is 0 mol%, the contrast of the alkali dissolution rate becomes small and the resolution becomes poor. On the other hand, if it exceeds 80 mol%, the solubility in alkali may be lost, or the affinity with a developer may be lowered during alkali development, resulting in poor resolution.
[0095]
In addition, the dimension control of a pattern and the shape control of a pattern can be arbitrarily performed by selecting the value of the bridge | crosslinking group and acid labile group which have C-O-C group suitably in the said range. In the polymer compound in the resist material using the onium salt of the present invention, the content of the crosslinking group and acid labile group having a C—O—C group affects the contrast of the dissolution rate of the resist film, and the pattern dimension. It relates to the characteristics of the resist material such as control and pattern shape.
[0096]
Here, A in the above-mentioned bridging group will be described. Specifically, the a ′ + 1 valent organic group of A is preferably a hydrocarbon group preferably having 1 to 50 carbon atoms, particularly 1 to 40 O, NH, N (CH Three ), S, SO 2 An unsubstituted or hydroxyl group, carboxyl group, acyl group or fluorine atom-substituted alkylene group, preferably an arylene group having 6 to 50 carbon atoms, especially 6 to 40 carbon atoms, and these alkylene groups and arylene groups. And a ′ + 1 valent group from which a hydrogen atom bonded to the carbon atom of each of the above groups is eliminated, and further includes an a ′ + 1 valent heterocyclic group, and this heterocyclic group and the hydrocarbon group. And a group in which and are bonded.
[0097]
Although not particularly limited, A can be one described in JP-A-11-190904, and in particular, ethylene, 1,2-propylene, 1,3-propylene, 1,3-butylene. 1,4-butylene, 2,2-dimethyl-1,3-propylene, 1,4-cyclohexylene and the like.
[0098]
Preferably, R in formula (3a) 7 Is a methyl group, R 8 Is a hydrogen atom, a 'is 1, b is 0, A is ethylene, 1,4-butylene or 1,4-cyclohexylene.
[0099]
In addition, when obtaining a polymer compound crosslinked between molecules and / or within a molecule by the crosslinking group having a C—O—C group, the corresponding non-crosslinked polymer compound and the alkenyl ether are subjected to an acid catalyst condition. It can be synthesized by a conventional method.
[0100]
In the case where decomposition of other acid labile groups proceeds under acid catalyst conditions, the above alkenyl ether is reacted with hydrochloric acid or the like to form a halogenated alkyl ether. The target product can be obtained by reaction.
[0101]
Here, as the alkenyl ether, those described in JP-A-11-190904 can be used, and specifically, ethylene glycol divinyl ether, 1,2-propanediol divinyl ether, 1,4-butanediol divinyl ether. , 1,4-cyclohexanediol divinyl ether and the like can be mentioned, but are not limited to the compounds exemplified above.
[0102]
In the resist material of the present invention, the resin of the component (A) is as described above. Among these, particularly preferred acid labile groups are 1-ethylcyclohexyl group, 1-ethylcyclopentyl group, 1- Ethylcyclohexyloxycarbonylmethyl group, tert-amyl group, 1-ethoxyethyl group, 1-ethoxypropyl group, tetrahydrofuranyl group, tetrahydropyranyl group, tert-butyl group, tert-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonylmethyl group And R in formula (3a) 7 Is a methyl group, R 8 Is a hydrogen atom, a ′ is 1, b is 0, A is a substituent represented by ethylene, 1,4-butylene, 1,4-cyclohexylene.
[0103]
These substituents may be present alone or in combination of two or more in the same polymer. A blend of polymers having different types of substituents may be used.
[0104]
Preferred combinations of two or more substituents are the same combination of acetal and acetal, a combination of substituents having different cleavability with respect to acids such as acetal and tert-butoxy group, and an acid labile group of a crosslinking system. Combinations of acetals, combinations of cross-linkable acid labile groups and substituents having different cleavability to acids such as tert-butoxy groups, and the like can be mentioned.
[0105]
Although the ratio of substituents to phenol and carboxyl groups in the polymer of these substituents is arbitrary, the dissolution rate of the unexposed area when coated on a substrate as a resist material is 0.01 to 10 liters / second (angstrom / second) Is desirable (when 2.38% TMAH (tetramethylammonium hydroxide) developer is used).
[0106]
When a polymer having a high proportion of carboxyl groups is used, it is necessary to increase the substitution rate in order to reduce the alkali dissolution rate, or to introduce a non-acid-decomposable substituent described later.
[0107]
When introducing an acid labile group for intramolecular and / or intermolecular crosslinking, the ratio of substituent groups by crosslinking is preferably 20 mol% or less, and preferably 10 mol% or less. If the substituent ratio is too high, the solubility, stability, and resolution may be inferior due to high molecular weight by crosslinking. More preferably, other non-crosslinkable acid labile groups are introduced into the crosslinked polymer at a substitution rate of 10 mol% or less to adjust the dissolution rate within the above range.
[0108]
In the case of using poly-p-hydroxystyrene, the optimum substituent ratio is different between a substituent having a strong dissolution inhibitor such as tert-butoxycarbonyl group and a substituent having a weak dissolution inhibitor such as an acetal group. The substitution rate is preferably 10 to 40 mol%, preferably 20 to 30 mol%.
[0109]
The preferred molecular weight of the polymer into which these acid labile groups are introduced is preferably 3,000 to 100,000 in terms of weight average molecular weight, and if it is less than 3,000, the ability as a polymer is poor and the heat resistance is low, and the film formability is not sufficient. In many cases, when the molecular weight is larger than 100,000, the molecular weight is too large, which causes a problem in solubility in a developing solution, solubility in a resist solvent, and the like.
[0110]
When a non-crosslinked acid labile group is used, the dispersity is 3.5 or less, preferably 1.5 or less. If the degree of dispersion is greater than 3.5, resolution often deteriorates. In the case of using a cross-linked acid labile group, the dispersion of the raw material alkali-soluble resin is preferably 1.5 or less, and the degree of dispersion is 3 or less even after protection with a cross-linked acid labile group. Preferably there is. When the degree of dispersion is higher than 3, the solubility, coating property, storage stability, and resolution are often poor.
[0111]
Moreover, in order to give various functions, you may introduce | transduce a substituent into a part of phenolic hydroxyl group of the said acid labile group protection polymer, and a carboxyl group. For example, a substituent for improving adhesion to the substrate, a non-acid-decomposable group for adjusting solubility in an alkali developer, and a substituent for improving etching resistance, such as a 2-hydroxyethyl group 2-hydroxypropyl group, methoxymethyl group, methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, methoxycarbonylmethyl group, ethoxycarbonylmethyl group, 4-methyl-2-oxo-4-oxolanyl group, 4-methyl-2-oxo- Examples include 4-oxanyl group, methyl group, ethyl group, propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, acetyl group, pivaloyl group, adamantyl group, isobornyl group, cyclohexyl group and the like. is not.
[0112]
Specific examples of the onium salts represented by the general formulas (1), (1a), (1a ′), and (1b) used as the component (B) of the present invention are as described above, but are particularly preferably used. Are diphenyliodonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate, diphenyliodonium 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate, diphenyliodonium 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate, 4-phenylmethylbenzenesulfone Bis (4-tert-butylphenyl) iodonium acid, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid bis (4-tert-butylphenyl) iodonium, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid bis ( 4-tert-butylphenyl) iodonium, 4-phenylmethyl 4-methoxyphenyl phenyliodonium benzenesulfonate, 4-methoxyphenylphenyliodonium 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate, 4-methoxyphenylphenyliodonium 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate, 4 -Phenylmethylbenzenesulfonic acid 4-tertbutoxyphenylphenyliodonium, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid 4-tertbutoxyphenylphenyliodonium, 4- (1'-methyl-1'-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid 4-tert Butoxyphenylphenyliodonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonate triphenylsulfonium, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate triphenylsulfonium, 4- ( '-Methyl-1'-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid triphenylsulfonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium, 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium, 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium, 4- (1′-methyl-1) '-Phenyl) ethylbenzenesulfonic acid 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium, 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid dimethylphenylsulfonium, 4- (1'-methyl-1'-pheny ) Ethylbenzene sulfonic acid tris (4-tert-butoxyphenyl) sulfonium, and the like.
[0113]
The addition amount of the onium salt [component (B)] represented by the above general formulas (1), (1a), (1a ′), and (1b) in the chemically amplified resist material is a solid content of 100 in the resist material. It is 0.5-20 weight part with respect to a weight part, Preferably it is 1-10 weight part. The photoacid generators may be used alone or in combination of two or more. Further, a photoacid generator having a low transmittance at the exposure wavelength can be used, and the transmittance in the resist film can be controlled by the addition amount.
[0114]
Next, as the photoacid generator that generates an acid by irradiation with high energy rays other than the onium salt of the present invention as the component (C), sulfonium salt, iodonium salt, sulfonyldiazomethane, N-sulfonyloxyimide type acid generator, Examples include benzoin sulfonate type acid generators, nitrobenzyl sulfonate type acid generators, sulfone type acid generators, glyoxime derivative type acid generators, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. These acid generators are not limited, but those described in JP-A-11-190904 can be used.
[0115]
Among them, preferred acid generators are sulfonium salt and bissulfonyldiazomethane.
[0116]
The sulfonium salt is a combination of a sulfonium cation and a sulfonate anion. Examples of the sulfonium cation include (1), (1a), and (1a ′), but triphenylsulfonium, 4-tert- Butoxyphenyldiphenylsulfonium, dimethylphenylsulfonium, 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium, tris (4-tert-butylphenyl) sulfonium, tris (4-methylphenyl) sulfonium, etc. are preferred, and the sulfonic acid anion is benzenesulfonic acid Anion, toluenesulfonic acid anion, trifluoromethylbenzenesulfonic acid anion, pentafluorobenzenesulfonic acid anion, 2,2,2-trifluoroethanesulfonic acid anion, nonafluorobutanesulfonic acid Anion, heptadecafluorooctane sulfonate anion, camphor sulfonate anion and the like can be mentioned.
[0117]
Examples of bissulfonyldiazomethane include bis (tert-butylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (tert-amylsulfonyl) diazomethane, bis (phenylsulfonyl) diazomethane, bis (4-methylphenylsulfonyl) diazomethane, bis ( 4-tert-butylphenylsulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane, and the like.
[0118]
The optimum anion of the generated acid differs depending on the ease of cleavage of the acid labile group used in the polymer, but generally, a non-volatile or extremely non-diffusible one is selected. Preferred anions in this case are benzene sulfonate anion, toluene sulfonate anion, pentafluorobenzene sulfonate anion, 2,2,2-trifluoroethane sulfonate anion, nonafluorobutane sulfonate anion, heptadecafluorooctane sulfone. Acid anion, camphorsulfonic acid anion. Sulfonium salts and iodonium salts having these anions are particularly preferably used.
[0119]
As the addition amount of the photoacid generator [component (C)] other than the onium salt represented by the general formulas (1), (1a), (1a ′), and (1b) in the resist material of the present invention, the resist material It is 0-20 weight part with respect to 100 weight part of solid content in it, Preferably it is 1-10 weight part. The photoacid generators may be used alone or in combination of two or more. Further, a photoacid generator having a low transmittance at the exposure wavelength can be used, and the transmittance in the resist film can be controlled by the addition amount.
[0120]
In addition, a compound capable of decomposing with an acid to generate an acid (acid-growing compound) may be added to the resist material of the present invention. These compounds are described in J. Am. Photopolym. Sci. and Tech. , 8.43-44, 45-46 (1995), J. Am. Photopolym. Sci. and Tech. , 9.29-30 (1996).
[0121]
Examples of the acid-proliferating compound include tert-butyl-2-methyl-2-tosyloxymethyl acetoacetate and 2-phenyl-2- (2-tosyloxyethyl) -1,3-dioxolane. It is not limited to. Of the known photoacid generators, compounds that are inferior in stability, particularly thermal stability, often exhibit the properties of acid-proliferating compounds.
[0122]
The addition amount of the acid multiplication compound in the resist material of the present invention is 2 parts by weight or less, preferably 1 part by weight or less with respect to 100 parts by weight of the solid content in the resist material. When the addition amount is too large, it is difficult to control the diffusion, resulting in degradation of resolution and pattern shape.
[0123]
As the basic compound (basic additive) as the component (D), a compound capable of suppressing the diffusion rate when the acid generated from the photoacid generator diffuses into the resist film is suitable. By adding a basic compound, the acid diffusion rate in the resist film is suppressed and resolution is improved, sensitivity change after exposure is suppressed, and substrate and environment dependency is reduced, and exposure margin and pattern profile are reduced. Etc. can be improved.
[0124]
Examples of such basic compounds include primary, secondary, and tertiary aliphatic amines, hybrid amines, aromatic amines, heterocyclic amines, nitrogen-containing compounds having a carboxy group, and sulfonyl groups. A nitrogen-containing compound having a hydroxy group, a nitrogen-containing compound having a hydroxy group, a nitrogen-containing compound having a hydroxyphenyl group, an alcoholic nitrogen-containing compound, an amide derivative, an imide derivative, and the like.
[0125]
Specifically, compounds described in JP-A-11-190904 can be used, and in particular, triethylamine, tri-n-propylamine, triisopropylamine, tri-n-butylamine, triisobutylamine, tri-sec- Butylamine, tripentylamine, phenethylamine, pyridine, aminopyridine, pyridinium p-toluenesulfonate, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-ethyldiethanolamine, N, N-diethylethanolamine, triisopropanolamine, 2,2 '-Iminodiethanol, 2-aminoethanol, 3-amino-1-propanol, 4-amino-1-butanol, 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, N, N-dimethylacetamide, tris (2 -Methoxyethyl) amine, tris (2-ethoxyethyl) amine, tris {2- (methoxymethoxy) ethyl} amine and the like are preferably used.
[0126]
In addition, a basic compound can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types, The compounding quantity is 0-2 weight part with respect to 100 weight part of solid content in a resist material, Especially 0 is used. What mixed 0.01-1 weight part is suitable. If the blending amount exceeds 2 parts by weight, the sensitivity may decrease too much.
[0127]
Although it does not specifically limit as an example of the organic acid derivative which is (E) component, The thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 11-190904 can be used. Specifically, 4-hydroxyphenylacetic acid, 2,5-dihydroxyphenylacetic acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, 1,2-phenylenediacetic acid, 1,3-phenylenediacetic acid, 1,4-phenylenediacetic acid 1,2-phenylenedioxydiacetic acid, 1,4-phenylenedipropanoic acid, benzoic acid, salicylic acid, 4,4-bis (4′-hydroxyphenyl) valeric acid, 4-tert-butoxyphenylacetic acid, 4- (4'-Hydroxyphenyl) butyric acid, 3,4-dihydroxymandelic acid, 4-hydroxymandelic acid and the like can be mentioned, among which salicylic acid and 4,4-bis (4'-hydroxyphenyl) valeric acid are preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
[0128]
The addition amount of the organic acid derivative in the resist material using the onium salt of the present invention as an acid generator is 5 parts by weight or less, preferably 1 part by weight or less with respect to 100 parts by weight of the solid content in the resist material. If the amount added is more than 5 parts by weight, resolution may be deteriorated. The organic acid derivative may not be added depending on the combination of the compositions in the resist.
[0129]
(F) As a compound (dissolution inhibitor) having a molecular weight of 3,000 or less whose solubility in an alkaline developer is changed by the action of an acid of the component, a part of a low molecular weight phenol or carboxylic acid derivative having a molecular weight of 2,500 or less Or the compound which substituted all by the acid labile substituent is mentioned, Although it does not specifically limit, The thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 11-190904 can be used. Examples of suitable dissolution inhibitors include 2,2-bis (4 ′-(2 ″ -tetrahydropyranyloxy)) propane, 2,2-bis (4′-tert-butoxycarbonyloxyphenyl) Propane, tert-butyl 4,4-bis (4 ′-(2 ″ -tetrahydropyranyloxy) phenyl) valerate, tert-butyl 4,4-bis (4′-tert-butoxycarbonyloxyphenyl) valerate, 4, , 4-bis (4′-tert-butoxycarbonylmethyloxyphenyl) tert-butyl valerate and the like.
[0130]
The addition amount of the dissolution inhibitor in the resist material using the onium salt of the present invention as an acid generator is 20 parts by weight or less, preferably 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the solid content in the resist material. If the amount is more than 20 parts by weight, the heat resistance of the resist material decreases because the monomer component increases.
[0131]
The onium salt represented by the general formula (1) or (1a), (1a ′), (1b) of the present invention can be used as a photoacid generator of a chemically amplified negative resist material, and an alkali (H) component Examples of the soluble resin include the above-described alkali-soluble resin (described as a raw material for the component (A)).
[0132]
Preferably, poly p-hydroxystyrene, partially hydrogenated poly p-hydroxystyrene copolymer, poly (p-hydroxystyrene-styrene) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-acrylic acid) copolymer, poly (p-hydroxystyrene-methacrylic acid). Acid) copolymers.
[0133]
The molecular weight is preferably 3,000 to 100,000 in terms of weight average molecular weight. If the molecular weight is less than 3,000, the ability as a polymer is inferior, the heat resistance is low, the film formability is often insufficient, and the molecular weight exceeds 100,000. Is too large to cause problems in solubility in a developing solution, solubility in a resist solvent, and the like. The dispersity is 3.5 or less, preferably 1.5 or less. If the degree of dispersion is greater than 3.5, resolution often deteriorates. Although the production method is not particularly limited, a polymer having a low degree of dispersion (narrowly dispersible) can be synthesized by using living anionic polymerization for poly-p-hydroxystyrene or the like.
[0134]
Moreover, in order to give various functions, you may introduce | transduce a substituent into a part of phenolic hydroxyl group of the said acid labile group protection polymer, and a carboxyl group. For example, a substituent for improving adhesion to the substrate and a substituent for improving etching resistance, particularly an acid for controlling the dissolution rate in an alkaline developer of an unexposed part and a low-exposed part to be not too high. It is preferable to introduce a relatively stable substituent into alkali or alkali. Examples of the substituent include, for example, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, methoxymethyl group, methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, methoxycarbonylmethyl group, ethoxycarbonylmethyl group, 4-methyl-2-oxo-4- Oxolanyl group, 4-methyl-2-oxo-4-oxanyl group, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, acetyl group, pivaloyl group, adamantyl group , An isobornyl group, a cyclohexyl group and the like, but are not limited thereto. In addition, it is possible to introduce an acid-decomposable substituent such as a t-butoxycarbonyl group, a t-butyl group, a t-butoxycarbonylmethyl group, or the like, which is relatively resistant to acid decomposition.
[0135]
In addition, examples of the acid crosslinking agent that forms a crosslinked structure by the action of the acid of component (I) include compounds having two or more hydroxymethyl groups, alkoxymethyl groups, epoxy groups, or vinyl ether groups in the molecule, and substituted glycouril derivatives. , Urea derivatives, hexa (methoxymethyl) melamine, and the like are suitably used as an acid crosslinking agent for a chemically amplified negative resist material using the onium salt of the present invention. For example, tetraalkoxymethyl substituted glycolurils such as N, N, N ′, N′-tetramethoxymethylurea and hexamethoxymethylmelamine, tetrahydroxymethyl substituted glycolurils and tetramethoxymethylglycoluril, substituted and unsubstituted Examples thereof include phenolic compounds such as bis-hydroxymethylphenols and bisphenol A and condensates such as epichlorohydrin. Particularly suitable crosslinking agents are 1,3,5,7-tetraalkoxymethylglycoluril such as 1,3,5,7-tetramethoxymethylglycoluril or 1,3,5,7-tetrahydroxymethylglycoluril, 2,6-dihydroxymethyl p-cresol, 2,6-dihydroxymethylphenol, 2,2 ′, 6,6′-tetrahydroxymethyl-bisphenol A and 1,4-bis- [2- (2-hydroxypropyl) ] -Benzene, N, N, N ′, N′-tetramethoxymethylurea, hexamethoxymethylmelamine and the like. Although the addition amount is arbitrary, it is 1 to 25 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight based on the total solid content in the resist material. These may be used alone or in combination of two or more.
[0136]
In addition, the chemically amplified negative resist material can contain an alkali-soluble compound having a molecular weight of 2,500 or less as the component (J), which is not particularly limited, but includes a phenol group and / or a carboxyl group. Those having two or more groups are preferred. Specifically, cresol, catechol, resorcinol, pyrogallol, phloroglycine, bis (4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-bis (4′-hydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, 1,1 , 1-tris (4′-hydroxyphenyl) ethane, 1,1,2-tris (4′-hydroxyphenyl) ethane, hydroxybenzophenone, 4-hydroxyphenylacetic acid, 3-hydroxyphenylacetic acid, 2-hydroxyphenylacetic acid, 3- (4-hydroxyphenyl) propionic acid, 3- (2-hydroxyphenyl) propionic acid, 2,5-dihydroxyphenylacetic acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, 1,2-phenylenediacetic acid, 1,3- Phenylenediacetic acid, 1,4-phenylenediacetic acid, 1,2-fluoro Nylenedioxydiacetic acid, 1,4-phenylenedipropanoic acid, benzoic acid, salicylic acid, 4,4-bis (4′-hydroxyphenyl) valeric acid, 4-tert-butoxyphenylacetic acid, 4- (4-hydroxyphenyl) butyric acid 3,4-dihydroxymandelic acid, 4-hydroxymandelic acid, and the like. Among them, salicylic acid and 4,4-bis (4′-hydroxyphenyl) valeric acid are preferable. These can be used alone or in combination of two or more. Although the addition amount is arbitrary, it is 0 to 20 parts by weight, preferably 2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid content in the resist material.
[0137]
Further, in the resist material of the present invention, additives such as a surfactant for improving applicability and a light-absorbing material for reducing irregular reflection from the substrate can be added.
[0138]
Examples of the surfactant are not particularly limited, but those described in JP-A-11-190904 can be used. Preferably, F-top EF301, EF303, EF352 (Tochem Products), MegaFuck F171, F172, F173 (Dainippon Ink and Chemicals), Florard FC430, FC431 (Sumitomo 3M), Asahi Guard AG710, Surflon S-381, S -382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106, Surfinol E1004, KH-10, KH-20, KH-30, KH-40 (Asahi Glass) and other fluorosurfactants, organosiloxane polymer KP341 X-70-092, X-70-093 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), acrylic acid-based or methacrylic acid-based polyflow No. 75, no. 95 (Kyoeisha Yushi Chemical Co., Ltd.), among which FC430, Surflon S-381 and Surfynol E1004 are preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
[0139]
The addition amount of the surfactant in the resist material of the present invention is 2 parts by weight or less, preferably 1 part by weight or less with respect to 100 parts by weight of the solid content in the resist material composition.
[0140]
Furthermore, an ultraviolet absorber can be blended with the resist material of the present invention. Although not particularly limited, those described in JP-A-11-190904 can be used, and bis (4-hydroxyphenyl) sulfoxide, bis (4-tert-butoxyphenyl) sulfoxide, bis (4- tert-butoxycarbonyloxyphenyl) sulfoxide, diaryl sulfoxide derivatives such as bis [4- (1-ethoxyethoxy) phenyl] sulfoxide, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-tert-butoxyphenyl) sulfone, bis ( Diarylsulfone derivatives such as 4-tert-butoxycarbonyloxyphenyl) sulfone, bis [4- (1-ethoxyethoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (1-ethoxypropoxy) phenyl] sulfone, benzoquinonediazide, naphthoxy Diazide, anthraquinonediazide, diazofluorene, diazotetralone, diazophenantrone, and other diazo compounds, naphthoquinone-1,2-diazide-5-sulfonic acid chloride and 2,3,4-trihydroxybenzophenone complete or partial ester A compound, a quinonediazide group-containing compound such as a complete or partial ester compound of naphthoquinone-1,2-diazide-4-sulfonic acid chloride and 2,4,4′-trihydroxybenzophenone, tert-butyl 9-anthracenecarboxylate, 9-anthracenecarboxylic acid tert-amyl, 9-anthracenecarboxylic acid tert-methoxymethyl, 9-anthracenecarboxylic acid tert-ethoxyethyl, 9-anthracenecarboxylic acid 2-tert-tetrahydropyranyl, 9- Cement helical carboxylic acid 2-tert-tetrahydrofuranyl and the like.
[0141]
The blending amount of the ultraviolet absorber is 0 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 10 parts by weight, and still more preferably 1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base resin.
[0142]
When the chemically amplified resist material of the present invention is used for manufacturing various integrated circuits, a known lithography technique can be used, although not particularly limited.
[0143]
Substrates for manufacturing integrated circuits (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, organic antireflection film, etc.) The coating film thickness is 0 by an appropriate coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc. It is applied to a thickness of 1 to 2.0 μm and prebaked on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 1 to 10 minutes, preferably at 80 to 120 ° C. for 1 to 5 minutes. Next, the target pattern is exposed through a predetermined mask at a light source selected from ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, X-rays, excimer lasers, γ rays, synchrotron radiation, and the like, preferably at an exposure wavelength of 300 nm or less. Exposure amount is 1 ~ 200mJ / cm 2 Degree, preferably 10 to 100 mJ / cm 2 It is preferable that the exposure is performed to a degree. Post exposure baking (PEB) is performed on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 1 to 5 minutes, preferably 80 to 120 ° C. for 1 to 3 minutes.
[0144]
Furthermore, 0.1 to 5%, preferably 2 to 3% of an aqueous developer solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used for 0.1 to 3 minutes, preferably 0.5 to 2 minutes. A target pattern is formed on the substrate by developing by a conventional method such as a dip method, a paddle method, or a spray method. The material of the present invention is particularly suitable for fine patterning with deep ultraviolet rays of 193 to 254 nm, electron beams, X-rays, excimer lasers, γ rays, and synchrotron radiation among high energy rays. In addition, when the above range deviates from the upper limit and the lower limit, the target pattern may not be obtained.
[0145]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example and an Example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to the following example.
[0146]
[Synthesis Example 1] Synthesis of 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid
Diphenylmethane (33.6 g, 0.2 mol) was dissolved in dichloromethane (100 g), and chlorosulfonic acid (23.4 g, 0.2 mol) was added dropwise at room temperature. After aging for 2 hours, 50 g of water was added. This reaction mixture was directly used for the next reaction.
[0147]
[Synthesis Example 2] Synthesis of triphenylsulfonium chloride
16.1 g (0.08 mol) of diphenyl sulfoxide was dissolved in 160 g of dichloromethane and stirred under ice cooling. 26 g (0.24 mol) of trimethylsilyl chloride was added dropwise at a temperature not exceeding 20 ° C., and aging was further performed at this temperature for 30 minutes. Subsequently, a Grignard reagent separately prepared from 5.8 g (0.24 mol) of metal magnesium, 27 g (0.24 mol) of chlorobenzene and 67.2 g of THF was added dropwise at a temperature not exceeding 20 ° C. After aging the reaction for 1 hour, 5 g of water was added at a temperature not exceeding 20 ° C. to stop the reaction, and 60 g of water, 4 g of 12 N hydrochloric acid and 100 g of diethyl ether were further added.
The aqueous layer was separated and washed with 30 g of diethyl ether to obtain an aqueous triphenylsulfonium chloride solution. This was used for the next reaction as an aqueous solution without further isolation.
[0148]
[Synthesis Example 3] Synthesis of triphenylsulfonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate
The reaction solution of 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid obtained in Synthesis Example 1, the aqueous triphenylsulfonium chloride solution obtained in Synthesis Example 2 and 90 g of dichloromethane were added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. The organic layer is separated and washed with 100 g of water, and then the organic layer is concentrated under reduced pressure. The resulting residue 27 g is purified by silica gel column chromatography (eluent: dichloromethane-methanol) to obtain the desired triphenylsulfonium 4-phenylmethyl. Benzene sulfonate was obtained. Oily product, yield 21 g (yield 52%) (contains a small amount of solvent (methanol, etc.) due to oily product).
The results of nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) and infrared absorption spectrum (IR) of the obtained triphenylsulfonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate are shown.
( 1 H-NMR: CDCl Three (Ppm)
Embedded image
(2) Hd 3.84 singlet 2H
(3) Hg + Hh 7.48-7.74 Multiplet 17H
(IR: cm -1 )
1600, 1477, 1448, 1403, 1218, 1120, 1066, 1033, 1012
[0149]
[Synthesis Example 4] Synthesis of 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid
The target product was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that triphenylmethane was used in place of diphenylmethane in Synthesis Example 1 and the amount of dichloromethane was tripled. This was also used in the next reaction as a mixture.
[0150]
[Synthesis Example 5] Synthesis of triphenylsulfonium 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonate
The target product was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 3 except that 4- (diphenylmethyl) benzenesulfonic acid prepared in Synthesis Example 4 was used instead of Phenylmethylbenzenesulfonic acid in Synthesis Example 3. The results of nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) and infrared absorption spectrum (IR) of the obtained triphenylsulfonium 4-diphenylmethylbenzenesulfonate are shown.
( 1 H-NMR: CDCl Three (Ppm)
Embedded image
(2) Hb, Hg, Hh, Hi 7.53 to 7.80 Multiplet 17H
(3) He, Hf 7.14-7.26 Multiplet 6H
(4) Hb, Hc 6.98 to 7.05 Multiplet 6H
(IR: cm -1 )
1600, 1492, 1475, 1446, 1319, 1203, 1122, 1074, 1064, 1033, 1012, 921, 877, 837, 809, 746, 709, 684
[0151]
Synthesis Example 6 Synthesis of 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid
The target product was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 2,2-diphenylpropane was used instead of diphenylmethane in Synthesis Example 1.
[0152]
[Synthesis Example 7] Synthesis of 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium chloride
The target product was obtained in the same manner as in Synthesis Example 2 except that 4-tert-butylchlorobenzene was used in place of the chlorobenzene of Synthesis Example 2 and the amount of extracted water was increased.
[0153]
[Synthesis Example 8] Synthesis of 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium chloride
The target product is obtained in the same manner as in Synthesis Example 2 except that 4-tert-butoxychlorobenzene is used in place of the chlorobenzene of Synthesis Example 2 and a dichloromethane solvent containing 5% by weight of triethylamine is used as the solvent, and the amount of extraction water is increased. It was.
[0154]
Synthesis Example 9 Synthesis of bis (4-tert-butylphenyl) iodonium hydrogen sulfate
A mixture of 168 g (1.0 mol) of tert-butylbenzene, 107 g (0.5 mol) of potassium iodate and 100 g of acetic anhydride is stirred under ice-cooling, and a mixture of 70 g of acetic anhydride and 190 g of concentrated sulfuric acid does not exceed 30 ° C. Added dropwise at temperature. Next, the mixture was aged at room temperature for 3 hours, cooled on ice again, and 500 g of water was added dropwise to stop the reaction. This reaction solution was extracted with 800 g of dichloromethane, and 12 g of sodium bisulfite was added to the organic layer for decolorization. Furthermore, washing this organic layer with 500 g of water was repeated three times. The washed organic layer was concentrated under reduced pressure to obtain the target crude product. It was used in the next reaction as it was without further purification.
[0155]
Synthesis Example 10 Synthesis of 4-phenylmethylbenzenesulfonic acid-bis (4-tert-butylphenyl) iodonium
A synthesis example except that instead of the triphenylsulfonium chloride of Synthesis Example 3, 1/5 of the bis (4-tert-butylphenyl) iodonium hydrogen sulfate crude product of Synthesis Example 9 was used and 100 g of water was added. The target product was obtained in the same manner as in 3.
[0156]
[Synthesis Example 11] Synthesis of 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium 4-diphenylmethylbenzenesulfonate
The target product was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 5 except that 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium chloride was used in place of the triphenylsulfonium chloride in Synthesis Example 5.
[0157]
[Synthesis Example 12] Synthesis of 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium 4-diphenylmethylbenzenesulfonate
The target product was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 11 except that 4-tert-butoxyphenyldiphenylsulfonium chloride was used instead of 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium chloride in Synthesis Example 11.
[0158]
Synthesis Example 13 Synthesis of triphenylsulfonium 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonate
The target product was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 3 except that 4- (1′-methyl-1′-phenyl) ethylbenzenesulfonic acid in Synthesis Example 6 was used instead of Phenylmethylbenzenesulfonic acid in Synthesis Example 3.
[0159]
[Examples and Comparative Examples]
Resist materials shown in Tables 1 to 3 were prepared. Here, the components of the resist material listed in Tables 1 to 3 are as follows.
Polymer A: A polymer having a weight average molecular weight of 12,000, wherein the hydroxyl group of poly-p-hydroxystyrene is protected by 15 mol% of 1-ethoxyethyl group and 15 mol% of tert-butoxycarbonyl group.
Polymer B: A polymer having a weight average molecular weight of 11,000, wherein the hydroxyl group of poly-p-hydroxystyrene is protected by 10 mol% of 1-ethoxyethyl group and 15 mol% of tert-butoxycarbonyl group.
Polymer C: A polymer having a weight average molecular weight of 11,000, wherein the hydroxyl group of poly (p-hydroxystyrene) is protected by 15 mol% of 1-ethoxyethyl group and 10 mol% of tert-butoxycarbonyl group.
Polymer D: Poly p-hydroxystyrene having a hydroxyl group protected by 10 mol% of 1-ethoxyethyl group and 10 mol% of tert-butoxycarbonyl group, and further crosslinked by 2 mol% with 1,2-propanediol divinyl ether. Polymer with an average molecular weight of 15,000.
Polymer E: A polymer having a weight average molecular weight of 12,000, wherein the hydroxyl group of poly (p-hydroxystyrene) is protected by 30 mol% of 1-ethoxyethyl group.
Polymer F: A polymer having a weight average molecular weight of 13,000, wherein the hydroxyl group of poly (p-hydroxystyrene) is protected by 25 mol% of 1-ethoxyethyl group and is further crosslinked by 3 mol% with 1,2-propanediol divinyl ether.
Polymer G: A polymer of p-hydroxystyrene and 1-ethylcyclopentyl methacrylate, having a composition ratio (molar ratio) of 70:30 and having a weight average molecular weight of 11,000.
Polymer H: a polymer of p-hydroxystyrene and 1-ethylcyclopentyl acrylate having a composition ratio (molar ratio) of 65:35 and a weight average molecular weight of 14,000.
Polymer I: A polymer having a weight average molecular weight of 12,000, further containing 5% by weight of styrene in the composition of the polymer G.
Polymer J: Copolymer of p-hydroxystyrene and 1-ethylcyclopentyl methacrylate, the composition ratio (molar ratio) is 70:30, and the hydroxyl group of p-hydroxystyrene is 1 mol with 1,4-butanediol divinyl ether. % Crosslinked polymer with a weight average molecular weight of 15,000.
Polymer K: a copolymer of p-hydroxystyrene and 1-ethylcyclopentyl methacrylate, the composition ratio (molar ratio) of which was 80:20, and the hydroxyl group of p-hydroxystyrene was protected with 8 mol% of tert-butoxycarbonyl groups. A polymer having a weight average molecular weight of 13,000.
Polymer L: A polymer having a weight average molecular weight of 8,000, wherein the hydrogen atom of the hydroxyl group of poly p-hydroxystyrene is substituted with 8 mol% of acetyl groups.
PAG1: triphenylsulfonium 4-phenylmethylbenzenesulfonate
PAG2: (tert-butoxyphenyl) diphenylsulfonium 4-diphenylmethylbenzenesulfonate
PAG3: Bis (4-tert-butylphenyliodonium) 4-phenylmethylbenzenesulfonate
PAG4: (4-tert-butoxyphenyl) diphenylsulfonium p-toluenesulfonate
PAG5: (4-tert-butoxyphenyl) diphenylsulfonium 10-camphorsulfonate
PAG6: Triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate
PAG7: Bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane
PAG8: Bis (2,4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane
PAG9: N-10-camphorsulfonyloxysuccinimide
Crosslinking agent A: 1,3,5,7-tetramethoxymethylglycoluril
Dissolution inhibitor A: bis (4- (2′-tetrahydropyranyloxy) phenyl) methane
Basic compound A: tri-n-butylamine
Basic compound B: Tris (2-methoxyethyl) amine
Organic acid derivative A: 4,4-bis (4′-hydroxyphenyl) valeric acid
Organic acid derivative B: salicylic acid
Surfactant A: FC-430 (manufactured by Sumitomo 3M)
Surfactant B: Surflon S-381 (Asahi Glass Co., Ltd.)
Solvent A: Propylene glycol methyl ether acetate
Solvent B: Ethyl lactate
[0160]
The obtained resist material was filtered through a 0.2 μm Teflon filter, and then the resist solution was spin-coated on a silicon wafer and applied to 0.6 μm.
Next, this silicon wafer was baked on a hot plate at 100 ° C. for 90 seconds. Furthermore, it was exposed using an excimer laser stepper (Nikon Corporation, NSR2005EX NA = 0.5), baked at 110 ° C. for 90 seconds (PEB: post exposure bake), and an aqueous solution of 2.38% tetramethylammonium hydroxide. When developing was carried out, a positive type pattern (Examples 1 to 20, Comparative Examples 1 to 3) or a negative type pattern (Example 21) could be obtained.
[0161]
The obtained resist pattern was evaluated as follows.
Resist pattern evaluation method:
The exposure amount for resolving the top and bottom of the 0.24 μm line and space at 1: 1 is the optimum exposure amount (sensitivity: Eop), and the minimum line width of the separated line and space at this exposure amount is evaluated. Resolution. Moreover, the resist cross section was observed for the shape of the resolved resist pattern using a scanning electron microscope.
The PED stability of the resist was evaluated by the fluctuation value of the line width (negative type is the width of the groove) by performing PEB (post exposure bake) after exposure for 24 hours after exposure at the optimum exposure amount. The smaller the variation value, the better the PED stability.
The resist pattern evaluation results are shown in Table 4.
[0162]
Evaluation methods other than pattern evaluation:
The solubility of the resist material in the mixed solvent was judged by visual observation and the presence or absence of clogging during filtration.
Regarding coating properties, the presence or absence of coating unevenness and the film thickness variation on the same wafer using a film thickness meter (manufactured by Tokyo Electron Co., Ltd., Clean Track Mark 8) When it is within 0.5% (within 0.003 μm), it is good, when it is within 1%, it is a little bad, and when it is more, it is written as bad.
[0163]
Storage stability was judged by precipitation of foreign matter or sensitivity change with time. The number of particles of 0.3 μm or more contained in 1 ml of the resist solution with a particle counter (Lion, KL-20A) for a maximum of 100 days is 5 or less, or the sensitivity immediately after production (the above-mentioned Eop) ) From 5% or less of the change over time was considered good, and more than that was shown as bad.
[0164]
Foreign matter appearing on the pattern after development is judged using a scanning electron microscope (TDSEM: manufactured by Hitachi, Ltd., S-7280H), and the number of foreign matters visually observed within 100 square μm is preferably 10 or less. When the number was 15 or more and 15 or less, it was a little bad.
[0165]
The foreign matter after the resist was peeled was determined using a surf scan (manufactured by Tencor Instruments, Surfscan 6220). The resist wafer exposed on the entire surface without pattern exposure was processed by a normal process, developed with an aqueous 2.38% tetramethylammonium hydroxide solution, and the resist was peeled off (the resist was peeled only at the exposed portion). On the 8-inch wafer after the resist was peeled off, it was expressed as good when the number of foreign particles of 0.20 μm or more was 100 or less, slightly bad when 101 or more and 150 or less, and bad when 151 or more.
The results are shown in Table 5.
[0166]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
[Table 4]
[Table 5]
【The invention's effect】
The onium salt of the present invention and the chemically amplified resist material containing the onium salt contain a substituted phenylmethylbenzenesulfonic acid in the anion of the onium salt, so that the resolution and the focus margin are excellent, and the PED is long. In the case of a wide range, there is little variation in line width and shape deterioration, little foreign matter after coating, development and peeling, excellent pattern profile shape after development, high resolution suitable for fine processing, Demonstrates great power in ultraviolet lithography.
Claims (15)
（Ｂ）放射線照射により酸を発生する請求項３記載の光酸発生剤
を含むことを特徴とする化学増幅型レジスト材料。(A) a resin whose solubility in an alkali developer is changed by the action of an acid;
(B) A chemically amplified resist material comprising the photoacid generator according to claim 3 which generates acid upon irradiation.
（Ｂ）放射線照射により酸を発生する請求項３記載の光酸発生剤、
（Ｃ）（Ｂ）成分以外の放射線照射により酸を発生する化合物
を含むことを特徴とする化学増幅型レジスト材料。(A) a resin whose solubility in an alkali developer is changed by the action of an acid;
(B) The photoacid generator according to claim 3, which generates an acid upon irradiation.
(C) A chemically amplified resist material comprising a compound that generates an acid upon irradiation with radiation other than the component (B).
Ｒ9は炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を示し、ａ’は１〜７の整数、ｂは０又は１〜１０の整数である。Ａは、（ａ’＋１）価の炭素数１〜５０の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基を示し、これらの基はヘテロ原子を介在していてもよく、また、その炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、カルボニル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。Ｂは−ＣＯ−Ｏ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−又は−ＮＨＣＯＮＨ−を示す。）The component (A) resin is represented by the general formula (2a) or (2a ′), and the remaining phenolic hydroxyl group hydrogen atom is a polymer compound phenol represented by the formula (2a) or (2a ′). Crosslinks within and / or between molecules by a cross-linking group having a C—O—C group represented by the following general formula (3a) or (3b) at a ratio of more than 0 mol% and not more than 50 mol% on the whole The resist material according to claim 8 or 9 , which is a polymer compound.
R 9 represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, a ′ is an integer of 1 to 7, and b is 0 or an integer of 1 to 10. A represents an (a ′ + 1) -valent aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group or heterocyclic group having 1 to 50 carbon atoms, and these groups have intervening heteroatoms. In addition, a part of hydrogen atoms bonded to the carbon atom may be substituted with a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group or a halogen atom. B represents —CO—O—, —NHCO—O— or —NHCONH—. )
（ｉｉ）次いで加熱処理後、フォトマスクを介して波長３００ｎｍ以下の高エネルギー線又は電子線で露光する工程と、
（ｉｉｉ）必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。A step of applying onto a substrate: (i) the resist material according to any one of claims 4 to 1 4,
(Ii) Next, after the heat treatment, a step of exposing with a high energy beam or electron beam having a wavelength of 300 nm or less through a photomask;
(Iii) A pattern forming method including a step of developing with a developer after heat treatment as necessary.
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