JP2005068117A - 新規スルホニルジアゾメタン化合物、光酸発生剤、並びにそれを用いたレジスト材料及びパターン形成方法。 - Google Patents

新規スルホニルジアゾメタン化合物、光酸発生剤、並びにそれを用いたレジスト材料及びパターン形成方法。 Download PDF

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Abstract

【課題】 化学増幅型レジスト材料に好適なスルホニルジアゾメタン化合物及び光酸発生剤、並びにこれを用いたレジスト材料及びパターン形成方法の提供。
【解決手段】 下記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物及び該化合物を含んでなる光酸発生剤。また、(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と、(B)放射線照射により酸を発生する上記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物とを含んでなる化学増幅型レジスト材料。さらに、このレジスト材料を基板上に塗布する工程と、次いで加熱処理する工程と、露光する工程と、その後、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んでなるパターン形成方法。
Figure 2005068117

例えば、
Figure 2005068117

【選択図】 なし

Description

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及びその他の電子デバイスを作成するための化学増幅型レジスト材料等に好適なスルホニルジアゾメタン化合物及びレジスト材料用光酸発生剤、並びに上記スルホニルジアゾメタンを含有する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。
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。
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。
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。この化学増幅型レジスト材料には、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。
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もしくは全部を酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基(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(酸架橋剤)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。
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、基板上に種々の方法で塗布し、必要により加熱し、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。種々の方法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。
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、ビススルホニルジアゾメタン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。
ここで、下記に示したような光酸発生剤のビススルホニルジアゾメタンは、感度、解像度に優れ、スルホニウム塩やヨードニウム塩系の光酸発生剤に見られるような樹脂への相溶性の悪さやレジスト溶剤への溶解性の低さもなく、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(特許文献1、2)。
Figure 2005068117
しかしながら、アリール基を有するスルホニルジアゾメタンは遠紫外線の波長領域での吸収が大きく、添加量が多い場合にはレジスト膜自体の透明性を下げしまい、パターン形状の劣化を招く。また、アリール基の換わりに上記のアルキル基を有するジアゾメタンを用いた場合、比較的分子量の低い酸を発生し、レジスト中での拡散が大きいため解像性が低下しやすく、さらに添加量が多い場合には化合物自体の結晶性が高いため現像時及び/又はレジスト膜除去時の不溶物の問題が解決されない。
なお、ポジ型レジスト材料のコントラスト向上の目的でジスルホニルジアゾメタンに酸不安定基であるtert−ブトキシカルボニルオキシ基、エトキシエチル基やテトラヒドロピラニル基を導入しているものもある(特許文献3)。しかしながら、本発明者らの検討では、化合物の安定性に欠く。
さらに、本発明者らは既にアセチル基等のアシル基やメタンスルホニル基を導入したスルホニルジアゾメタンを合成し、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を見出した。しかし、これらアシル、メタンスルホニル置換アリールスルホニルジアゾメタンは塩基性条件下での安定性を欠き、かつ分子内に有しているアリール基により遠紫外線に対する吸収が大きく、添加量が多い場合にはレジスト膜自体の透過率を下げてしまう問題があった(特許文献4、5)。
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(特許文献6)、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もたないスルホン酸を発生する化合物との組み合わせからなる感放射線性光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なく、解像度が優れるとの報告(特許文献7)や、アルキルスルホニル基及びアリールスルホニル基を有するビススルホニルジアゾメタンあるいはアリールスルホニル基及びアルコキシ置換アリールスルホニル基を有するビススルホニルジアゾメタンのような非対称ビススルホニルジアゾメタンと酸不安定基を有するポリヒドロキシスチレン誘導体を重合体として用いたレジスト材料が、従来品と同等以上の解像力、十分な感度及び耐熱性に著しく優れるとの報告がある(特許文献8)。しかしながら、本発明者らの検討では、解像性において満足できず、更に左右非対称のビススルホニルジアゾメタンは、合成的にも工業的にも難点がある。
そして、露光から露光後の焼成(PEB:post exposure bake)が長引く場合(PED:post exposure delay)には、パターンプロファイルが変動する場合が多い。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場合が多く、tert−ブトキシカルボニル基(tBOC基)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太くなる場合が多い。露光からPEBの間は工程上長引く場合があり、変動のない安定したレジスト材料、即ちPED安定性のよいレジスト材料が望まれる。
感光剤あるいは光酸発生剤の溶解性は、非化学増幅型レジスト材料のキノンジアジド感光剤を用いたころから問題となっており、具体的には光酸発生剤のレジスト溶剤への溶解性や光酸発生剤と樹脂との相溶性、露光、PEB後の光分解物と非分解物(光酸発生剤)の現像液との溶解性(親和性)、更にはレジスト除去(剥離)時の除去溶剤との溶解性の問題である。これらが悪い場合には、保存中に光酸発生剤の析出、濾過困難、塗布むら、ストリエーション、レジスト感度異常、現像後のパターン上/スペース部の異物、溶け残り、染み等の問題を生じる可能性がある。
特許3024621号公報 特開平3−103854号公報) 特開平10−90884号公報 特開2001−55373号公報 特開2001−106669号公報 特開平8−123032号公報 特開平11−72921号公報 特開平11−38604号公報
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、更には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、特にジアゾジスルホン系光酸発生剤はこれらの条件のすべてを満足しているわけではない。
本発明の目的は、上記の種々問題を解決しつつ、塗布後、現像後、剥離後の異物が少なく、特に現像後のパターンプロファイル形状に優れたレジスト材料、化学増幅型レジスト材料に好適なスルホニルジアゾメタン化合物及び光酸発生剤、並びにこれを用いたレジスト材料及びパターン形成方法を提供するものである。
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、光酸発生剤として下記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物を含むレジスト材料を用いることにより、溶解性、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。
Figure 2005068117
(上式中、R1は水素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。Cyはシクロヘキシル基、環内の水素原子の一部又は全部が炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基又はアルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、環内にカルボニル基を有するシクロヘキシル基、環内にカルボニル基を有し環内の水素原子の一部又は全部が炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基又はアルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、又は炭素数0〜6の脂環式もしくは複素環式の環状構造を伴ったシクロヘキシル基を示す。GはSO2又はCOを示し、R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基、又は炭素数6〜14の置換もしくは非置換のアリール基を示す。pは1又は2であり、qは0又は1であり、p+q=2を満足する。)
特に酸の作用でC−O−C結合が切断し、アルカリ現像液に対する溶解性が変化する樹脂を用いた化学増幅ポジ型レジスト材料等の化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤に上記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物を用いることにより、上記効果に優れ、特に遠紫外リソグラフィーにおいて大いに威力を発揮することを知見し、本発明をなすに至ったものである。
本発明は、上記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物を提供し、該スルホニルジアゾメタン化合物を含んでなる光酸発生剤を提供する。また、(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と、(B)放射線照射により酸を発生する上記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物とを含んでなる化学増幅型レジスト材料を提供する。さらに、このレジスト材料を基板上に塗布する工程と、次いで加熱処理する工程と、該加熱処理後に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、その後、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んでなるパターン形成方法を提供する。
本発明のスルホニルジアゾメタン及びそれを用いた化学増幅型レジスト材料は、スルホニルジアゾメタンに長鎖アルキルシクロヘキシル基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、特に遠紫外リソグラフィーにおいて大いに威力を発揮する。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明は、まず第1に上記一般式(1)で示される新規なスルホニルジアゾメタン化合物を提供するものである。一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物としては、特に好ましくは下記式(1a)(1a')(1a'')で示されるアルキルシクロヘキシルメチル基を有するスルホニルジアゾメタン化合物である。
Figure 2005068117
上式中、R1は同一でも異なっても良い。R3は同一でも異なっても良く、水素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。また、複数のR3が相互に共同してそれらが結合している炭素原子を含めた炭素数6〜12の脂環式炭化水素構造又は複素環状構造を形成してもよい。mは0〜9の整数である。R4は同一でも異なっても良く、炭素数2〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。
上記式(1)及び(1a)(1a')(1a'')において、R1は、同一でも異なってもよく、水素原子又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。
具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、sec−ペンチル基、イソペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、テキシル基、また、上記アルキル基の水素原子の一部又は全部が塩素やフッ素等のハロゲンで置換されたもの等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でも水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基が好適に用いられ、特には水素原子がより好適に用いられる。
Cyは、シクロヘキシル基、環内の水素原子の一部又は全部が炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基又はアルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、環内にカルボニル基を有するシクロヘキシル基、環内にカルボニル基を有し環内の水素原子の一部又は全部が炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基、アルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、炭素数0〜6の脂環式あるいは複素環式の環状構造を伴ったシクロヘキシル基を示す。
なお、炭素数が少ない場合は比較的分子量の低い酸を発生し、レジスト中での拡散の問題が解決されず、多い場合は原料チオールの沸点が高すぎる等の合成上の問題点があるため、好ましくは炭素数10〜18のシクロヘキシル基であることが好ましい。より好ましくは炭素数10〜12である。また、現像後のパターン形成時、更にはレジスト剥離時に異物を生ずる問題を解決するためケタール性炭素を有するシクロヘキシル基であることが好ましい。
具体的には、メチルシクロヘキシル基、エチルシクロヘキシル基、n−プロピルシクロヘキシル基、イソプロピルシクロヘキシル基、n−ブチルシクロヘキシル基、sec−ブチルシクロヘキシル基、イソブチルシクロヘキシル基、tert−ブチルシクロヘキシル基、n−ペンチルシクロヘキシル基、sec−ペンチルシクロヘキシル基、シクロペンチルシクロヘキシル基、n−ヘキシルシクロヘキシル基、シクロヘキシルシクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で置換されたシクロヘキシル基、メトキシシクロヘキシル基、エトキシシクロヘキシル基、n−プロポキシシクロヘキシル基、n−ブチロキシシクロヘキシル基、n−ペンチルオキシシクロヘキシル基、ネオペンチルオキシシクロヘキシル基、n−ヘキシルシクロヘキシル基、シクロペンチルオキシシクロヘキシル基、シクロヘキシルオキシシクロヘキシル基、メトキシメチルシクロヘキシル基、エトキシメチルシクロヘキシル基、ジメトキシシクロヘキシル基、ジエトキシシクロヘキシル基、1,3−ジオキソラン−2−イルシクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、あるいはオキソシクロヘキシル基等の、環内にカルボニル基を有するシクロヘキシル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基等の脂環式炭化水素構造のもの、また、上記アルキル基の水素原子の一部又は全部が塩素やフッ素等のハロゲンで置換されたもの等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でもtert−ブチルシクロヘキシル基、1,3−ジオキソラン−2−イルシクロヘキシル基、オキソシクロヘキシル基が好適に用いられる。
2は、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基、又は炭素数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、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、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、分岐状又は環状のアルキル基、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、1−ナフチル基、2−ナフチル基、また、上記アルキル基やアリール基の水素原子の一部又は全部が塩素やフッ素等のハロゲンで置換されたもの等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でもtert−ブチル基、シクロへキシル基が好適に用いられる。
3は、同一でも異なっても良く、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。
具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、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、分岐状又は環状のアルキ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。中でも水素原子、メチル基が好適に用いられる。
また、複数のR3が相互に共同してそれらが結合している炭素原子を含めた炭素数6〜12の脂環式炭化水素構造又は複素環状構造を形成してもよい。具体的にはメチレン基、エチレン基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。mは0〜9の整数である。
4は、炭素数2〜6の直鎖状、分岐状のアルキレン基を示す。
具体的には、エチレン基、トリメチレン基、2,2−ジメチルトリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等の直鎖状、分岐状のアルキレン基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でもエチレン基が好適に用いられる。
Gは、SO2あるいはCOを示す。この中でSO2がより好適に用いられる。
pは1又は2であり、qは0又は1で、p+q=2を満足する数である。
上記スルホニルジアゾメタンの合成方法は、下記の通りであるが、これに限定されるものではない。
まず、p=2の場合、即ち対称型のビススルホニルジアゾメタンの場合には、特開平3−103854号公報のように、対応するチオールをジクロロメタンと塩基性条件下で縮合することが望ましい。より具体的には、シクロヘキシルメタンチオール等のアルキル基含有のチオールをメタノール、エタノール等のアルコール溶媒中で塩基として水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを用いてジクロロメタンと縮合させ、スルフェニルメタンを得る方法がある。
Figure 2005068117
(Cyは上記と同じ)
あるいはチオールをパラホルムアルデヒドと硫酸あるいはトリフルオロメタンスルホン酸のような酸性条件下で縮合することにより得ることもできる。
また、p=1の場合、即ち非対称のスルホニルジアゾメタンの場合には、ハロメチルチオエーテルとシクロヘキシルメタンチオールと反応させる。スルホニルカルボニルジアゾメタンの場合にはα−ハロメチルケトンとシクロヘキシルメタンチオールを反応させる。ハロメチルチオエーテルは対応するチオールとホルムアルデヒド、塩化水素から調製することができる(J.Am.Chem.Soc.,86.4383(1964),J.Am.Chem.Soc.,67.655(1945)、米国特許第2354229号明細書)。
Figure 2005068117
(Cy、R2は上記と同じ)
更に、特開平4−211258号公報のように、タングステン酸ナトリウム等の存在下、過酸化水素水等の酸化剤で酸化し、対応するスルホニルメタンを得る。
Figure 2005068117
(Cy、R2は上記と同じ)
これを、塩基性条件下、p−トルエンスルホニルアジド、p−ドデシルベンゼンスルホニルアジド、p-アセトアミドベンゼンスルホニルアジド等でジアゾ化することで目的のスルホニルジアゾメタンを得る。
Figure 2005068117
(Cy、R2は上記と同じ)
また、シクロヘキシルメタンチオールの合成は特に限定されるものではないが、オレフィンにチオ酢酸を付加し、加水分解する方法などがある。
Figure 2005068117
(R1は上記と同じ)
なお、アルケニリデンシクロヘキサンの合成は特に限定されるものではないが、対応するシクロヘキサノンからWittig反応あるいはPeterson反応により合成する方法などがある。
Figure 2005068117
(R1は上記と同じ)
本発明の式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタンの例として下記の構造の化合物等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
Figure 2005068117
Figure 2005068117
上式において、tは0〜5の整数を示す。
上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタン化合物は、紫外線、遠紫外線、電子線、X線、エキシマーレーザー、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レジスト材料として、特に化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤として好適に用いられる。
上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタン化合物は、シクロヘキサン環にメチル基を介在してスルホニル基が置換しているため、環状構造に直接スルホニル基が置換しているスルホニルジアゾメタン化合物に比べて結晶性は低減し、現像時及び/又はレジスト膜除去時に不溶物として残りにくい。また、分子長が大きくなり嵩高くなるため、レジスト中での拡散が抑制され解像性を向上させることができる。
本発明の一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタンを含むレジスト材料はポジ型及びネガ型として用いることができる。好ましい具体的態様は下記の通りである。
<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)又は(1a)(1a')(1a'')で示される放射線照射により酸を発生するスルホニルジアゾメタン化合物、
(F)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(B)成分以外の光酸発生剤、
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)塩基性添加物、
を含むことを特徴とする<1>又は<2>に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>のいずれかに記載の化学増幅ポジ型レジスト材料、
<5>更に、
(G)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>のいずれかに記載の化学増幅ポジ型レジスト材料、
<6>(B)上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示される放射線照射により酸を発生するスルホニルジアゾメタン化合物、
(F)有機溶剤、
(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、
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>に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>又は<7>に記載の化学増幅ネガ型レジスト材料
<9>更に
(J)分子量2500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、
が挙げられるが、これに限定されるものではない。
以下、詳細に各成分につき記載する。
(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を有する酸に不安定な保護基で保護したものである。
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、ヒドロキシインデン、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。
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、置換あるいは非置換インデン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。
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―インデン)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―メチルアクリレート)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、単独又は二以上を組み合わせて用いることができるが、これらに限定されるものではない。
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―インデン)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。
特に、下記の単位(2)又は(2’)(2’’)を有するアルカリ可溶性樹脂が好ましい。
Figure 2005068117
上式中、R5は同一又は異なっても良く、水素原子又はメチル基を示し、R6は同一又は異なっても良く炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。xは0又は正の整数、yは正の整数であって、x+y≦5を満足する数である。L、Mは正の整数で、0<M/(L+M)≦0.5を満足する数である。O、Pは正の整数、Qは0又は正の整数であって、0<P/(O+P+Q)≦0.5を満足する数である。
上記の単位(2)又は(2’)を有するアルカリ可溶性樹脂は、公知の方法によって合成することができ、市販品としても入手可能である。
上記式(2’’)の高分子化合物を合成するには1つの方法としては、アセトキシスチレンモノマーと(メタ)アクリル酸三級アルキルエステルモノマーとインデンモノマーを有機溶媒中でラジカル開始剤を加えて加熱重合を行なう。その後、得られた高分子化合物を有機溶媒中でアルカリ加水分解してアセトキシ基を脱保護しヒドロキシスチレンと(メタ)アクリル酸三級エステルとインデンの3成分共重合体を得ることができる。なお、(メタ)アクリル酸は、メタクル酸又はアクリル酸を示す。
重合時に使用する有機溶媒としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等が例示できる。重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチルー2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示でき、好ましくは50〜80℃に加熱して重合できる。反応時間としては、好ましくは2〜100時間、更に好ましくは5〜20時間である。アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水、トリエチルアミン等が使用できる。また、反応温度としては、好ましくは−20〜100℃、更に好ましくは0〜60℃であり、好ましくは反応時間は0.2〜100時間、更に好ましくは0.5〜20時間である。
あるいは、下記式(2’’’)のようなデンポリマー又はハイパーブランチポリマーの構造を持った高分子化合物でも良い。
Figure 2005068117
(上式中、YYはCH2、CH(OH)、CR6(OH)、C=O、及びC(OR6)(OH)から選ばれる2価の有機基、或いは−C(OH)=で表される3価の有機基を示す。Dはそれぞれ異なっても同一でもよく正の整数、Eは正の整数であり、E/(D+E)=0.001〜0.1を満足する数である。Fは1又は2である。R5、R6、x、yは上記と同意である。)
上記フェノール誘導体のデンポリマー又はハイパーブランチポリマーは4-tert-ブトキシスチレン等の重合可能成分モノマーのリビングアニオン重合の際にクロロメチルスチレン等の分岐モノマーを適宜反応させることにより合成することができる。
これらは特開2000-344836号公報を参考に合成する事ができる。
これらアルカリ可溶性高分子化合物の分子量は、重量平均分子量で3,000〜100,000が好ましい。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。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)に用い、ポリスチレン換算による。
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(挟分散性の)ポリマーを合成することができる。
本発明の上記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタンを用いたレジスト材料は、(A)成分として、C−O−C結合(酸不安定基)を有し、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。
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一部が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。
更には、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、置換及び/又は非置換インデンを含むコポリマー)において、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一部が1種又は2種以上の酸不安定基により置換され、及び/又はアクリル酸及び/又はメタクリル酸のカルボキシル基が1種又は2種以上の酸不安定基により置換されている高分子化合物が好ましく、更に置換インデンが水酸基を含有している場合その水酸基の一部が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と酸不安定基により置換されたアクリル酸及び/又はメタクリル酸に基づく単位、酸不安定基により置換したインデ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。
このような高分子化合物としては、下記一般式(2a)、(2a’)、(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の高分子化合物が好ましい。
Figure 2005068117
上式中、R5は同一でも異なってもよく、水素原子又はメチル基を示し、R6は同一でも異なってもよく、炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。xは0又は正の整数、yは正の整数であって、x+y≦5を満足する数である。R7は同一でも異なってもよく、酸不安定基を示す。J及びKは正の整数を示し、0<K/(J+K)≦0.8を満足する数である。R8は同一でも異なってもよく、水素原子又は酸不安定基であるが、少なくとも一部が酸不安定基である。L、Mは正の整数で、Nは0又は正の整数であって、0<M/(M+N+L)≦0.5、及び0<(M+N)/(M+N+L)≦0.8を満足する数である。zは0又は正の整数であり、O,Pは正の整数で、Q,R,Sは0又は正の整数であって、0<(P+S)/(O+P+Q+R+S)≦0.5、及び0<(Q+R+S)/(O+P+Q+R+S)≦0.8を満足する数である。
なお、R6は同一でも異なってもよく、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。
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結合で表わ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。
Figure 2005068117
上式中、R9、R10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す。
9、R10としては、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。
11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。
Figure 2005068117
9とR10、R9とR11、R10とR11とは環を形成してもよく、環を形成する場合にはR9、R10、R11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。
12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)で示される基を示す。
12は、三級アルキル基として、具体的には、tert−ブチル基、tert−ペンチル基、1,1−ジエチルプロピル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチ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、2−エチル-2-アダマンチル基、1−アダマンチル-1-メチル-エチル基等が挙げられる。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る。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−5−オキソオキソラン−4−イル基等が挙げられる。zは、0〜6の整数である。
13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す。
直鎖状、分岐状、環状のアルキル基としては、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−ペンチル基、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る。
置換されていてもよいアリール基としては、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。iは0又は1、jは0、1、2、3のいずれかであり、2i+j=2又は3を満足する数である。
14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。
15〜R24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、n−ペンチル基、tert−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。
15〜R24は、互いに環を形成していてもよく(例えば、R15とR16、R15とR17、R16とR18、R17とR18、R19とR20、R21とR22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、R15〜R24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、R15とR17、R17とR23、R21とR23等)。
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。
Figure 2005068117
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。
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−ペンチルオキシカルボニル基、tert−ペンチルオ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。
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、1−シクロへキシル-シクロペンチル等が例示できる。
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。
Figure 2005068117
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−ペンチル基、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。
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。
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。
Figure 2005068117
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あげられる。
本発明のスルホニルジアゾメタンを光酸発生剤として含むレジスト材料に用いられる、酸の作用でアルカリ現像液への溶解性が変化する樹脂(A)は、更にフェノール性水酸基の一部の水素原子が上記一般式(2)あるいは(2’)(2”)(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(8)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樹脂とすることもできる。酸不安定基による架橋ポリマーの具体例及び合成は特開平11−190904号公報を参考にする事ができる。
Figure 2005068117
上式中、R25、R26は、水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。また、R25とR26は環を形成してもよく、環を形成する場合にはR25、R26はそれぞれ炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R27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、bは0又は1〜10の整数である。AAは、a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。
好ましくは、(8)式において、R25がメチル基、R26が水素原子、aが1、bが0、AA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。
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の下で常法により反応させることで合成できる。
また、酸触媒条件の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で高分子化合物と反応させ、目的物を得ることができる。
ここで、アルケニルエーテルの具体例としては、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロパンジオールジビニルエーテル、1,3−プロパンジオールジビニルエーテル、1,3−ブタ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、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、トリメチロールエタントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル等があげられるがこれに限定されるものではない。
本発明の化学増幅ポジ型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、その酸不安定基として、フェノール性水酸基には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−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−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(8)式のR25がメチル基、R26が水素原子、aが1、bが0、AA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好ましく用いられる。メタクリル酸/アクリル酸のカルボキシル基の水素原子は、tert−ブチル基、tert−ペンチル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、1−エチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−シクロへキシルシクロペンチル基、1−エチルノルボルニル基、テトラヒドロフラニル基、又はテトラヒドロピラニル基で示される置換基で保護されていることが望ましい。
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。
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、レジスト組成物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重量%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)。
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、或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。
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高分子化合物のフェノール性水酸基の水素原子全体に対して平均20モル%以下、好ましくは平均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、平均10%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。
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、総置換率を高分子化合物のフェノール性水酸基の水素原子全体に対して平均10〜40モル%、好ましくは平均20〜30モル%とすることが好ましい。
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。
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。
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。
本発明のレジスト材料中における上記(A)成分の樹脂の添加量としては任意であるが、レジスト中の固形分100重量部に対して好ましくは65〜99重量部、更に好ましくは65〜98重量部である。なお、上記固形分は「本発明のレジスト材料の溶剤を除くすべての成分」の意である。
本発明の(B)成分として使用する上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で表されるスルホニルジアゾメタンの具体例は上述したとおりである。
本発明の一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタンの化学増幅型レジストへの添加量としては、レジスト材料中の固形分100重量部に対して10重量部以下、好ましくは1〜5重量部である。上記範囲より少なすぎる場合には高分子化合物中の酸不安定基を脱保護するのに有効な酸の発生量が得られない可能性があり、多すぎる場合にはレジスト膜の透過率を下げすぎて、矩形状のパターンが得られない、レジスト保存中でのパーティクル異常、析出物の問題を起こす可能性がある。上記光酸発生剤、即ち(B)成分は単独でも2種以上混合して用いることがでる。
また、(C)成分の光酸発生剤として本発明の上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタン以外の酸発生剤を添加する場合は、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等の高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいずれでもかまわない。
好適な光酸発生剤としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシジカルボキシイミド型酸発生剤等がある。以下に詳述するが、これらは単独或いは2種以上混合して用いることができる。
スルホニウム塩は、スルホニウムカチオンとスルホネートの塩であり、スルホニウムカチオンとして、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、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、4−メチル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−メチルフェニル)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−メチルフェニル)スルホニウム、トリス(4−tert−ブチルフェニル)スルホニウム、トリス(フェニルメチル)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、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、トリナフチルスルホニウム、トリベンジルスルホニウム、ジフェニルメチルスルホニウム、ジメチルフェニルスルホニウム、2−オキソプロピルチアシクロペンタニウム、2−オキソブチルチアシクロペンタニウム、2−オキソ-3,3−ジメチルブチルチアシクロペンタニウム、2−オキソ−2−フェニルエチルチアシクロペンタニウム等が挙げられ、スルホネートとしては、トリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、メシチレンスルホネート、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、6−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−2−スルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、5−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、8−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロエタンスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロブタンスルホニル)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、トリス(パーフルオロエタンスルホニル)メチド等が挙げられ、これらの組み合わせのスルホニウム塩が挙げられる。
ヨードニウム塩は、ヨードニウムカチオンとスルホネートの塩であり、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−tert−ブトキシフェニ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等のアリールヨードニウムカチオンとスルホネートとしては、トリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、メシチレンスルホネート、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、6−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−2−スルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、5−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、8−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネートビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロエタンスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロブタンスルホニル)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、トリス(パーフルオロエタンスルホニル)メチド等が挙げられ、これらの組み合わせのヨードニウム塩が挙げられる。
スルホニルジアゾメタンとしては、ビス(エチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1−メチルプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2−メチルプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)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(パーフルオロイソプロピルスルホニル)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(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−アセチルオキシフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−メタンスルホニルオキシフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−(p−トルエンスルホニルオキシ)フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2−ナフチルスルホニル)ジアゾメタン、4−メチルフェニルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、tert−ブチルカルボニル−4−メチルフェニルスルホニルジアゾメタン、2−ナフチルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、4−メチルフェニルスルホニル−2−ナフトイルジアゾメタン、メチルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、tert−ブトキシカルボニル−4−メチルフェニルスルホニルジアゾメタン等のビススルホニルジアゾメタンとスルホニルカルボニルジアゾメタンが挙げられる。
N−スルホニルオキシジカルボキシイミド型光酸発生剤としては、コハク酸イミド、ナフタレンジカルボキシイミド、フタル酸イミド、シクロヘキシルジカルボキシイミド、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、7−オキサビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド等のイミド骨格とトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、メシチレンスルホネート、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等の組み合わせの化合物が挙げられる。
ベンゾインスルホネート型光酸発生剤としては、ベンゾイントシレート、ベンゾインメシレート、ベンゾインブタンスルホネート等が挙げられる。
ピロガロールトリスルホネート型光酸発生剤としては、ピロガロール、フロログリシン、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンのヒドロキシル基の全てをトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等で置換した化合物が挙げられる。
ニトロベンジルスルホネート型光酸発生剤としては、2,4−ジニトロベンジルスルホネート、2−ニトロベンジルスルホネート、2,6−ジニトロベンジルスルホネートが挙げられ、スルホネートとしては、具体的にトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等が挙げられる。またベンジル側のニトロ基をトリフルオロメチル基で置き換えた化合物も同様に用いることができる。
スルホン型光酸発生剤の例としては、ビス(フェニルスルホニル)メタン、ビス(4−メチルフェニルスルホニル)メタン、ビス(2−ナフチルスルホニル)メタン、2,2−ビス(フェニルスルホニル)プロパン、2,2−ビス(4−メチルフェニルスルホニル)プロパン、2,2−ビス(2−ナフチルスルホニル)プロパン、2−メチル−2−(p−トルエンスルホニル)プロピオフェノン、2−(シクロヘキシルカルボニル)−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2,4−ジメチル−2−(p−トルエンスルホニル)ペンタン−3−オン等が挙げられる。
グリオキシム誘導体型の光酸発生剤は、特許第2906999号や特開平9−301948号公報に記載の化合物をあげる事ができ、具体的には、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(2、2、2−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(10-カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−トリフルオロメチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(トリフルオロメタンスルホニル)ニオキシム、ビス−O−(2、2、2−トリフルオロエタンスルホニル)ニオキシム、ビス−O−(10−カンファースルホニル)ニオキシム、ビス−O−(ベンゼンスルホニル)ニオキシム、ビス−O−(p−フルオロベンゼンスルホニル)ニオキシム、ビス−O−(p−トリフルオロメチルベンゼンスルホニル)ニオキシム、ビス−O−(キシレンスルホニル)ニオキシム等が挙げられる。
また、米国特許第6004724号記載のオキシムスルホネート、特に(5−(p−トルエンスルホニル)オキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)フェニルアセトニトリル、(5−(10−カンファースルホニル)オキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)フェニルアセトニトリル、(5−n−オクタンスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)フェニルアセトニトリル、(5−(p−トルエンスルホニル)オキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−(10−カンファースルホニル)オキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)(2−メチルフェニル)アセトニトリル、(5−n−オクタンスルホニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)(2−メチルフェニル)アセトニトリル等があげられる。
米国特許第6261738号、特開2000−314956号記載のオキシムスルホネート、特に、2,2,2−トリフルオロ−1−フェニル−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−フェニル−エタノンオキシム−O−(10−カンホリルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−フェニル−エタノンオキシム−O−(4−メトキシフェニルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−フェニル−エタノンオキシム−O−(1−ナフチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−フェニル−エタノンオキシム−O−(2−ナフチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−フェニル−エタノンオキシム−O−(2,4,6−トリメチルフェニルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(メチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4−ジメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4−ジメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(1−ナフチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4−ジメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(2−ナフチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4,6−トリメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4,6−トリメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(1−ナフチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4,6−トリメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(2−ナフチルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メチルチオフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(3,4−ジメトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−フェニル−ブタノンオキシム−O−(10−カンホリルスルホナート)、2,2,2−トリフルオロ−1−(フェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(フェニル)−エタノンオキシム−O−10−カンホリルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(フェニル)−エタノンオキシム−O−(4−メトキシフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(フェニル)−エタノンオキシム−O−(1−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(フェニル)−エタノンオキシム−O−(2−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(フェニル)−エタノンオキシム−O−(2,4,6−トリメチルフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4−ジメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(1−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4−ジメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(2−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4,6−トリメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(10−カンホリル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4,6−トリメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(1−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2,4,6−トリメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(2−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−チオメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(3,4−ジメトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−(4−メチルフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−(4−メトキシフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−(4−ドデシルフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メトキシフェニル)−エタノンオキシム−O−オクチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−チオメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(4−メトキシフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−チオメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(4−ドデシルフェニル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−チオメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−オクチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−チオメチルフェニル)−エタノンオキシム−O−(2−ナフチル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(2−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−メチルフェニル)−エタノンオキシム−O−フェニルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−(4−クロロフェニル)−エタノンオキシム−O−フェニルスルホナート、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−(フェニル)−ブタノンオキシム−O−(10−カンホリル)スルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−ナフチル−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−2−ナフチル−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−ベンジルフェニル〕−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−(フェニル−1,4−ジオキサ−ブト−1−イル)フェニル〕−エタノンオキシム−O−メチルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−ナフチル−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−2−ナフチル−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−ベンジルフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−メチルスルホニルフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、1,3−ビス〔1−(4−フェノキシフェニル)−2,2,2−トリフルオロエタノンオキシム−O−スルホニル〕フェニル、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−メチルスルホニルオキシフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−メチルカルボニルオキシフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔6H,7H−5,8−ジオキソナフト−2−イル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−メトキシカルボニルメトキシフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−(メトキシカルボニル)−(4−アミノ−1−オキサ−ペンタ−1−イル)−フェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔3,5−ジメチル−4−エトキシフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔4−ベンジルオキシフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、2,2,2−トリフルオロ−1−〔2−チオフェニル〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナート、及び2,2,2−トリフルオロ−1−〔1−ジオキサ−チオフェン−2−イル)〕−エタノンオキシム−O−プロピルスルホナートである。
特開平9−95479号公報、特開平9−230588号公報あるいは文中の従来技術として記載のオキシムスルホネートα−(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)フェニルアセトニトリル、α−(p−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)フェニルアセトニトリル、α−(4−ニトロベンゼンスルホニルオキシイミノ)フェニルアセトニトリル、α−(4−ニトロ−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシイミノ)フェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−クロロフェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,4−ジクロロフェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,6−ジクロロフェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(2−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2−チエニルアセトニトリル、α−(4−ドデシルベンゼンスルホニルオキシイミノ)フェニルアセトニトリル、α−[(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニル]アセトニトリル、α−[(ドデシルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニル]アセトニトリル、α−(トシルオキシイミノ)−3−チエニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(n−ブチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(n−ブチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル等があげられる。
また、ビスオキシムスルホネートとして特開平9−208554号公報記載の化合物、特にビス(α−(p−トルエンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(ベンゼンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(メタンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリルビス(α−(ブタンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(10−カンファースルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(p−トルエンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(4−メトキシベンゼンスルホニルオキシ)イミノ)−p−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(p−トルエンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(ベンゼンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(メタンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリルビス(α−(ブタンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(10−カンファースルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(4−トルエンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル、ビス(α−(4−メトキシベンゼンスルホニルオキシ)イミノ)−m−フェニレンジアセトニトリル等があげられる。
中でも好ましく用いられる光酸発生剤としては、スルホニウム塩、ビススルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミド、グリオキシム誘導体である。より好ましく用いられる光酸発生剤としては、スルホニウム塩、ビススルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミドである。具体的にはトリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート、トリフェニルスルホニウムペンタフルオロベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、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、4−tert−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4−tert−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、トリス(4−メチルフェニル)スルホニウム、カンファースルホネート、トリス(4−tertブチルフェニル)スルホニウムカンファースルホネート、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロへキシルスルホニル)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、ビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、N−カンファースルホニルオキシ−5−ノルボルネン−2、3−カルボン酸イミド、N−p−トルエンスルホニルオキシ−5−ノルボルネン−2、3−カルボン酸イミド等が挙げられる。
本発明の化学増幅レジスト材料における上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタン以外の光酸発生剤(C)の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲であればいずれでもよいが、レジスト材料中の固形分100重量部中好ましくは0〜10重量部、更に好ましくは0〜5重量部である。光酸発生剤(C)の割合が多すぎる場合には解像性の劣化や、現像/レジスト剥離時の異物の問題が起きる可能性がある。上記光酸発生剤(C)は単独でも2種以上混合して用いることができる。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。
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。
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。
本発明のスルホニルジアゾメタンを光酸発生剤として用いた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重量部中、好ましくは2重量部以下、更に好ましくは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場合がある。
(D)成分の塩基性化合物は、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。
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、水酸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。
具体的には、第一級の脂肪族アミン類として、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、tert−ペンチルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等が例示される。
第二級の脂肪族アミン類として、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジドデシルアミン、ジセチルアミン、N,N−ジメチルメチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
第三級の脂肪族アミン類として、トリメチルアミン、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、トリシクロペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、トリセチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
混成アミン類としては、例えばジメチルエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、ベンジルジメチルアミン等が例示される。
芳香族アミン類及び複素環アミン類の具体例としては、アニリン誘導体(例えばアニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(例えばピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(例えばオキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(例えばチアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(例えばイミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(例えばピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(例えばピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチルピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(例えばピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、1−メチル−2−ピリドン、4−ピロリジノピリジン、1−メチル−4−フェニルピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えばキノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が例示される。
更に、カルボキシ基を有する含窒素化合物としては、例えばアミノ安息香酸、インドールカルボン酸、アミノ酸誘導体(例えばニコチン酸、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、グリシルロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、リジン、3−アミノピラジン−2−カルボン酸、メトキシアラニン)等が例示される。
スルホニル基を有する含窒素化合物として3−ピリジンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が例示される。
水酸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としては、2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、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−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、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジン、ピペリジンエタノール、1−(2−ヒドロキシエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリジノン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、3−ピロリジノ−1,2−プロパンジオール、8−ヒドロキシユロリジン、3−クイヌクリジノール、3−トロパノール、1−メチル−2−ピロリジンエタノール、1−アジリジンエタノール、N−(2−ヒドロキシエチル)フタルイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)イソニコチンアミド等が例示される。
アミド誘導体としては、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド等が例示される。
イミド誘導体としては、フタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が例示される。
更に、下記一般式(A1)で示される塩基性化合物から選ばれる1種又は2種以上を配合することもできる。
Figure 2005068117
(上式中、wは1、2又は3である。Yは各々独立に水素原子又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜20のアルキル基を示し、水酸基又はエーテル構造を含んでもよい。X’は各々独立に下記一般式(X’1)、(X’2)又は(X’3)で表される基を示し、2個又は3個のX’が結合して環を形成しても良い。)
Figure 2005068117
(上式中、R101、R103、R106は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R102、R105、R107は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を示し、ヒドロキシ基、エーテル構造、エステル構造又はラクトン環を1個又は複数個含んでいても良い。R104は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基を示す。)
上記一般式(A1)で示される塩基性化合物として、具体的には、トリス(2−メトキシメトキシエチル)アミン、トリス[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(1−メトキシエトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(1−エトキシエトキシ)エチル]アミン、トリス[2−(1−エトキシプロポキシ)エチル]アミン、トリス{2−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ]エチル}アミン、4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン、4,7,13,18−テトラオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.5.5]エイコサン、1,4,10,13−テトラオキサ−7,16−ジアザビシクロオクタデカン、1−アザ−12−クラウン−4、1−アザ−15−クラウン−5、1−アザ−18−クラウン−6、トリス(2−フォルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−ホルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−アセトキシエチル)アミン、トリス(2−プロピオニルオキシエチル)アミン、トリス(2−ブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−イソブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−バレリルオキシエチル)アミン、トリス(2−ピバロイルオキシキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(アセトキシアセトキシ)エチルアミン、トリス(2−メトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス(2−tert−ブトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス[2−(2−オキソプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−(メトキシカルボニルメチル)オキシエチル]アミン、トリス[2−(tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス[2−(シクロヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス(2−メトキシカルボニルエチル)アミン、トリス(2−エトキシカルボニルエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−ヒドロキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−アセトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(4−ヒドロキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(4−ホルミルオキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(2−ホルミルオキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−メトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−メトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチル]アミン、N−メチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−エチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−メチルビス(2−ピバロイルオキシキシエチル)アミン、N−エチルビス[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、N−エチルビス[2−(tert−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、トリス(メトキシカルボニルメチル)アミン、トリス(エトキシカルボニルメチル)アミン、N−ブチルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、N−ヘキシルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、β−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトン等が例示できる。
更に、下記一般式(A2)で示される環状構造を有する塩基性化合物から選ばれる1種又は2種以上を配合することもできる。
Figure 2005068117
(上式中、X'は上記と同様である。R108は炭素数2〜20の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、カルボニル基、エーテル構造、エステル構造又はスルフィド構造を1個あるいは複数個含んでいても良い。)
上記一般式(A2)で示される環状構造を有する塩基性化合物として具体的には、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピロリジン、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(メトキシメトキシ)エチル]モルホリン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピロリジン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピペリジン、4−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]モルホリン、酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、酢酸2−ピペリジノエチル、酢酸2−モルホリノエチル、ギ酸2−(1−ピロリジニル)エチル、プロピオン酸2−ピペリジノエチル、アセトキシ酢酸2−モルホリノエチル、メトキシ酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、4−[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、1−[2−(t−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(2−メトキシエトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−ピペリジノプロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸メチル、3−(チオモルホリノ)プロピオン酸メチル、2−メチル−3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸エチル、3−ピペリジノプロピオン酸メトキシカルボニルメチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−ヒドロキシエチル、3−モルホリノプロピオン酸2−アセトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル、3−モルホリノプロピオン酸テトラヒドロフルフリル、3−ピペリジノプロピオン酸グリシジル、3−モルホリノプロピオン酸2−メトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−(2−メトキシエトキシ)エチル、3−モルホリノプロピオン酸ブチル、3−ピペリジノプロピオン酸シクロヘキシル、α−(1−ピロリジニル)メチル−γ−ブチロラクトン、β−ピペリジノ−γ−ブチロラクトン、β−モルホリノ−δ−バレロラクトン、1−ピロリジニル酢酸メチル、ピペリジノ酢酸メチル、モルホリノ酢酸メチル、チオモルホリノ酢酸メチル、1−ピロリジニル酢酸エチル、モルホリノ酢酸2−メトキシエチル等が例示できる。
更に、下記一般式(A3)〜(A6)で示されるシアノ基を有する塩基性化合物から選ばれる1種又は2種以上を配合することもできる。
Figure 2005068117
(上式中、X'、R108、wは上記と同様である。R109、R110は各々独立に炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。)
上記一般式(A3)〜(A6)で示されるシアノ基を有する塩基性化合物として、具体的には、3−(ジエチルアミノ)プロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−エチル−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−テトラヒドロフルフリル−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、ジエチルアミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−シアノメチル−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−(シアノメチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(シアノメチル)アミノアセトニトリル、1−ピロリジンプロピオノニトリル、1−ピペリジンプロピオノニトリル、4−モルホリンプロピオノニトリル、1−ピロリジンアセトニトリル、1−ピペリジンアセトニトリル、4−モルホリンアセトニトリル、3−ジエチルアミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、3−ジエチルアミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピロリジンプロピオン酸シアノメチル、1−ピペリジンプロピオン酸シアノメチル、4−モルホリンプロピオン酸シアノメチル、1−ピロリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピペリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、4−モルホリンプロピオン酸(2−シアノエチル)等が例示できる。
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、好ましくは0〜2重量部、特に好ましくは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。
(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、具体的にフェノール、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−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種以上の組合せで用いることができる。
本発明の化学増幅型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重量部に対して好ましく5重量部以下、更に好ましくは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。
(F)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。
これらの溶剤は単独又は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。
なお、本発明における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、置換位置の組み合わせで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。
溶剤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を添加する際には全溶剤に対して50重量%以上とすることが好ましく、乳酸アルキルエステルを添加する際には全溶剤に対して50重量%以上とすることが好ましい。また、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の混合溶剤を溶剤として用いる際には、その合計量が全溶剤に対して50重量%以上であることが好ましい。この場合、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上、保存安定性の劣化等の問題がある。
これら溶剤の添加量は、化学増幅型レジスト材料の固形分100重量部に対して好ましくは300〜2,000重量部、更に好ましくは400〜1,000重量部であるが、既存の成膜方法で可能な濃度であればこれに限定されるものではない。
(G)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3000以下の化合物(溶解阻止剤)としては、2500以下の低分子量のフェノール或いはカルボン酸誘導体の一部或いは全部を酸に不安定な置換基で置換した化合物を添加することもできる。
分子量2500以下のフェノール或いはカルボン酸誘導体としては、ビスフェノールA、ビスフェノールH、ビスフェノールS、4,4−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)吉草酸、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、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、フェノールフタレイン、チモールフタレイン等が挙げられ、酸に不安定な置換基としては上記ポリマーの酸不安定基として例示したものを再び挙げることができる。
好適に用いられる溶解阻止剤の例としては、ビス(4−(2”−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)メタン、ビス(4−(2”−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシフェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)メタン、ビス[4−(1’−エトキシエトキシ)フェニル]メタン、ビス[4−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル]メタン、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’−(2”−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス(4’−tert−ブトキシフェニル)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、2,2−ビス(4’−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)プロパン、2,2−ビス[4’−(1”−エトキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4’−(1”−エトキシプロピルオキシ)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’−(2”−テトラヒドロフラニルオキシ]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、4,4−ビス(4’−(1”−エトキシエトキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス[4’−(1”−エトキシプロピルオキシ)フェニル]吉草酸tert−ブチル、トリス[4−(2’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル]メタン、トリス[4−(2’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル]メタン、トリス(4−tert−ブトキシフェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシメチルフェニル)メタン、トリス[4−(1’−エトキシエトキシ)フェニル]メタン、トリス[4−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル]メタン、1,1,2−トリス[4’−(2”−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル]エタン、1,1,2−トリス[4’−(2”−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル]エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス[4’−(1”−エトキシエトキシ)フェニル]エタン、1,1,2−トリス[4’−(1”−エトキシプロピルオキシ)フェニル]エタン等が挙げられる。
本発明の一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタンを光酸発生剤として用いるレジスト材料中の溶解阻止剤(G)の添加量としては、レジスト材料中の固形分100重量部に対して好ましくは20重量部以下、更に好ましくは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場合がある。
本発明の一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタン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限定されるわけではないが、上記(A)成分の中間体をあげることができる。例えば、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―メチルアクリレート)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の組合わせに限定されるものではない。
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。
特に下記単位(2)(2’)(2”)(2”’)を含有するアルカリ可溶性樹脂が好ましい。
Figure 2005068117
(上式中、R5は水素原子又はメチル基を示し、R6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す。xは0又は正の整数、yは正の整数であって、x+y≦5を満足する数である。L、Mは正の整数で、0<L/(L+M)≦0.5を満足する数である。O、Pは正の整数、Qは0又は正の整数であって、0<P/(O+P+Q)≦0.5を満足する数である。YYはCH2、CH(OH)、CR6(OH)、C=O及びC(OR6)(OH)から選ばれる2価の有機基、又は−C(OH)=で表される3価の有機基を示す。Dはそれぞれ異なっても同一でもよく正の整数、Eは正の整数であって、E/(D+E)=0.001〜0.1を満足する数である。Fは1又は2である。)
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に劣り、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性の低い(挟分散性の)ポリマーを合成することができる。
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、イソプロピル基、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、tert-ブトキシカルボニル基や、tert-ブチル基、tert-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。
本発明のレジスト材料中における上記(H)成分の樹脂の添加量としては任意であるがレジスト中の固形分100重量部に対して好ましくは65〜99重量部、更に好ましくは70〜98重量部である。
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あげられ、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スルホニルジアゾメタン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あげられる。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あげられる。これら架橋剤は単独でも2種以上を併用しても良い。
(I)成分の酸の作用により架橋構造を形成する酸架橋剤の添加量は任意であるが、レジスト材料中の固形分100重量部に対して好ましくは1〜20重量部、更に好ましくは5〜15重量部である。
また、(J)成分の分子量2500以下のアルカリ可溶性化合物としては特に限定されるわけではないが、フェノール基及び/あるい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、フルオログリシン、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。これらは単独或いは2種以上の組合せで用いることができる。
(J)成分の分子量2500以下のアルカリ可溶性化合物の添加量は任意であるが、レジスト材料中の固形分100重量部に対して好ましくは0〜20重量部、更に好ましくは2〜10重量部である。
本発明の化学増幅型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。
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、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステリアルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレインエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤、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−フィノ−ルE1004、KH−10、KH−20、KH−30、KH−40(旭硝子)等の沸素系界面活性剤、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−フィノ−ルE1004、KH−20、KH−30が好適である。これらは単独あるいは2種以上の組合せで用いることができる。
本発明の化学増幅型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重量部に対して好ましくは2重量部以下、更に好ましくは1重量部以下である。
更に、本発明の化学増幅型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。特に限定されるわけではないが、特開平11−190904号公報記載のものを用いることができ、好ましくはビス(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。
上記紫外線吸収剤の配合量は、レジスト材料の種類により添加しても添加されなくても良いが、添加する場合にはベース樹脂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。
本発明の上記一般式(1)又は(1a)(1a')(1a'')で示されるスルホニルジアゾメタンと酸の作用でアルカリ現像液に対する溶解性の変化する樹脂を含む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。
次に、本発明のパターン形成方法について、好ましい条件に基づき説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
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、より好ましくは80〜120℃、1〜5分間プリベークする。
次いで、紫外線、遠紫外線、電子線、X線、エキシマーレーザー、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、より好ましくは10〜100mJ/cm2程度となるように露光することが好ましい。
必要に応じて、ホットプレート上で60〜150℃、1〜5分間、より好ましくは80〜120℃、1〜3分間ポストエクスポージャベーク(PEB)する。この加熱が必要となるのは、例えば、加熱なしでは酸不安定基の解離反応が起こりにくく、充分な解像性が得られない場合である。
更に、0.1〜5重量%、好ましくは2〜3重量%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、より好ましくは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254〜193nmの遠紫外線、157nmの真空紫外線、電子線、X線、エキシマーレーザー、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。
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に限定されるものではない。
合成例1 ((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−1−ヒドロキシシクロヘキシル)メチル)トリメチルシランの合成
(クロロメチル)トリメチルシラン44.6g(0.36モル)と金属マグネシウム8.8g(0.36モル)、ジエチルエーテル194gを用いて、常法によりGrignard試薬を調製した。このGrignard試薬に1,4−シクロヘキサンジオンモノケタール50.9g(0.33モル)を氷水浴上で20℃を超えない温度で加えた。40℃で2時間撹拌した後、氷水浴上で水125gを加えた。分離した上澄みだけを分取し飽和食塩水200gで洗浄した後、溶媒を減圧除去して((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−1−ヒドロキシシクロヘキシル)メチル)トリメチルシラン77.6gを得た。
合成例2 1−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−4−メチレンシクロヘキサンの合成
水素化ナトリウム15.7g(0.39モル)をn−ヘキサンで洗浄しテトラヒドロフラン199gに懸濁させた。そこへ上記ヒドロキシシランをテトラヒドロフラン112gに溶解させた溶液を滴下し、加熱還流下41時間熟成した。水140gを加え反応を停止した後、有機層を分取した。その有機層を飽和食塩水60gで洗浄した後、溶媒を減圧除去し、目的とする1−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−4−メチレンシクロヘキサン46.8gを得た(二段階収率77%)。ガスクロマトグラフィーから純度は83%。
合成例3 チオ酢酸 S−((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチル)の合成
上記メチレンシクロヘキサン46.8g(0.25モル)をテトラヒドロフラン188gに溶解させた。そこへチオ酢酸22.0ml(0.31モル)を内温が上がらない程度にゆっくり滴下し、そのまま1時間熟成した。チオ酢酸を3.5ml(0.05モル)追加して30分熟成した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液200gで反応を停止させた。有機層を分取して、飽和食塩水50gで洗浄した。溶媒を減圧除去し、目的とするチオ酢酸 S−((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチル)76.7gを得た。
合成例4 (4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メタンチオールの合成
上記チオ酢酸 S−(シクロヘキシル)メチル76.7gをメタノール239gに溶解させた。そこへ水酸化ナトリウム11.3g(0.28モル)を水77gに溶解させた溶液を加え、そのまま30分熟成した。水230gを加え、メタノールを減圧除去した後、濃塩酸(12N)27.8gを水60gで希釈した溶液を加え酸性にした後、ジエチルエーテル150gで抽出を行なった。分取した有機層を飽和食塩水40gで洗浄した後、溶媒を減圧除去し、目的とする4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシルメタンチオール46.7gを得た(二段階収率78%)。ガスクロマトグラフィーから純度は78%。
合成例5 ビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルフェニル)メタンの合成
上記シクロヘキシルメタンチオール48.7g(0.23モル)、水酸化ナトリウム9.7g(0.24モル)、ジクロロメタン12.4g(0.15モル)をエタノール97gに溶解した。水浴上で60℃に加温し、2時間熟成した。室温まで放冷した後に水216gを加え、有機層を分取し、目的とするビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルフェニル)メタン51.0gを得た。
合成例6 ビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)メタンの合成
上記ビススルフェニルメタン51.0g(0.11モル)、タングステン酸ナトリウム二水和物1.1g(0.0034モル)を酢酸アンモニウム17.7g(0.23モル)とエタノール153gに加え、油浴上で75℃に加温し、80℃を超えない温度で過酸化水素水54.7g(0.56モル)を滴下した。この温度で2時間半熟成し、過酸化水素水14.0g(0.14モル)を追加し1時間熟成した。次いで水を174g氷浴上で冷却する事により白色結晶が析出した。この結晶を濾別して目的とするビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)メタン28.1gを得た(二段階収率55%)。
合成例7 ビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンの合成
上記ビススルホニルメタン5.0g(0.011モル)、p-トルエンスルホニルアジド3.7g(0.019モル)をジクロロメタン45gに溶解した。氷浴で冷却し5℃を超えない温度でジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン(DBU)1.7ml(0.011モル)を滴下して、そのまま15分熟成した。水28gと濃塩酸(12N)7gを加え反応を停止した後、有機層を分取した。その有機層を水30gを用いて洗浄した後に溶媒を減圧除去し、粗生成物を油状物として得た。これを再結晶で精製し、目的とするビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタン2.2gを得た(収率42%)。
得られたビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンのNMR、IRの結果を示す。
Figure 2005068117
1H−NMR(CDCl3);δ(ppm) 1.55(m,8H,C2,C3−H)、1.75(m,4H,C3−H)、1.94(m,4H,C2−H)、2.08(m,2H,C4−H)、3.40(d,4H,J=6.3Hz,C5−H)、3.92(t,8H,J=2.7Hz,C1−H)
IR(KBr);ν(cm-1) 2981、2942、2869、2125、1349、1340、1330、1319、1205、1133、1103、1012、925、657、611、576
合成例8 ((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−1−ヒドロキシシクロヘキシル)メチル)トリメチルシランの合成
n−ペンチルトリフェニルホスホニウムブロミド272.4g(0.66モル)とt−ブトキシカリウム74.1g(0.66モル)、テトラヒドロフラン408.5gを用いて、常法によりWittig試薬を調製した。このWittig試薬に1,4−シクロヘキサンジオンモノケタール70.6g(0.45モル)を氷水浴上で20℃を超えない温度で加えた。室温で2時間撹拌した後、酢酸エチル200g、水200gに反応液を注ぎ入れ、有機層を分取した。その有機層を飽和食塩水100gで洗浄した後、溶媒を減圧除去し、減圧蒸留を行ない、目的とする1−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−4−ペンテニリデンシクロヘキサン46.8gを得た(収率90%)。ガスクロマトグラフィーから純度は99%。
合成例9 ビス(n−ブチル(4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンの合成
合成例3の1−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−4−メチレンシクロヘキサンに換えて1−(1,3−ジオキソラン−2−イル)−4−ペンテニリデンシクロヘキサンを用いる以外は合成例3〜7と同様にして目的とするビス(n−ブチル(4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンを合成した。
得られたビス(n−ブチル(4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンのNMR、IRの結果を示す。
Figure 2005068117
1H−NMR(CDCl3);δ(ppm) 0.92(t,6H,J=7.2Hz、C14−H)、1.66(m,28H,C7、C8、C11、C12、C13−H)、1.94(m,4H,C2−H)、2.12(m,2H,C9−H)、3.47(dt,4H,J=2.5、6.0Hz,C10−H)、3.92(brs,8H,C6−H)
IR(KBr);ν(cm-1) 2954、2873、2117、1448、1338、1230、1133、1103、1035、970、611、588、543
合成例10 ビス(n−ブチル(シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンの合成
合成例8の1,4−シクロヘキサンジオンモノエチレンケタールに換えてシクロヘキサノンを用いる以外は合成例3〜8と同様にして目的とするビス(n−ブチル(シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンを合成した。
得られたビス((4−(1,3−ジオキソラン−2−イル)シクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンのNMR、IRの結果を示す。
Figure 2005068117
1H−NMR(CDCl3);δ(ppm) 0.93(t,6H,J=7.3Hz、C23−H)、1.33(m,18H,C15、C16、C20、C21、C22−H)、1.70(m,14H,C15、C16、C17−H)、2.14(m,2H,C18−H)、3.42(dt,4H,J=2.6、6.0Hz,C19−H)
IR(KBr);ν(cm-1) 2931、2856、2107、1467、1452、1338、1322、1238、1135、968、582
合成例11 ビス((tert−ブチルシクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンの合成
合成例8の1,4−シクロヘキサンジオンモノエチレンケタールに換えて4−tert−ブチルシクロヘキサノンを用いる以外は合成例3〜8と同様にして目的とするビス((tert−ブチルシクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンを合成した。
得られたビス((tert−ブチルシクロヘキシル)メチルスルホニル)ジアゾメタンのNMR、IRの結果を示す。
Figure 2005068117
1H−NMR(CDCl3);δ(ppm) 0.83(s,18H,C24−H)、1.05(m,10H,C25、26、27−H)、1.80(m,4H,C26−H)、1.99(m,6H,C27、28−H)、3.36(d,4H,J=6.0Hz,C29−H)
IR(KBr);ν(cm-1) 2942、2861、2130、2113、1363、1346、1322、1236、1139、998、987、765、659、605、578、528
実施例1〜24、比較例1〜3
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%ずつ保護した、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30モル%保護した、重量平均分子量12,000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25モル%、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D:ポリp−ヒドロキシスチレンの水酸基をtert−ペンチル基28モル%保護した、重量平均分子量8,000の重合体。
重合体E:p−ヒドロキシスチレンと2−エチル−2−アダマ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70:30、更に重量平均分子量15,000の重合体。
重合体F:p−ヒドロキシスチレンと1−エチル−1−ノルボルネン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、更に重量平均分子量15,000の重合体。
重合体G:p−ヒドロキシスチレンとtert−ブ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、更に重量平均分子量15,000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メタクリレートのコポリマーで、その組成比(モル比)が65:35、更に重量平均分子量15,000の重合体。
重合体I: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、p−tert−ペンチルオキシスチレンのコポリマーでその組成比(モル比)が70:8:22、更に重量平均分子量16,000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、スチレンのコポリマーでその組成比(モル比)が65:10:25、更に重量平均分子量12,000の重合体。
重合体K:p−ヒドロキシスチレンとインデンのコポリマーで、その組成比(モル比)が80:20、更に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20%保護した、重量平均分子量10,000の重合体。
重合体L:p−ヒドロキシスチレンとインデン、2−エチル−2−アダマ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82:4:14、更に重量平均分子量8,000の重合体。
重合体M:p−ヒドロキシスチレンとインデン、1−エチル−1−ノルボルネンメタクリレートのコポリマーで、その組成比(モル比)が84:4:12、更に重量平均分子量8,000の重合体。
重合体N:ポリp−ヒドロキシスチレンの水酸基をアセチル基8モル%で保護した、重量平均分子量8,000の重合体。
PAG1:ビス(4−メトキシフェニルスルホニル)ジアゾメタン
PAG2:ビス(4−メチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン
PAG3:ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン
PAG4:(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
PAG5:合成例7の化合物
PAG6:合成例9の化合物
PAG7:合成例10の化合物
PAG8:合成例11の化合物
PAG9:ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン
PAG10: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: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)
紫外線吸収剤:9,10−ジメチルアントラセン
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
得られたレジスト材料を0.2μmのテフロン(登録商標)製フィルターで濾過した後、このレジスト液を有機反射防止膜(ブリューワーサイエンス社、DUV−44)を800Åに塗布したシリコーンウェハー上へスピンコーティングし、0.6μmに塗布した。
次いで、このシリコーンウェハーを100℃のホットプレート上で90秒間ベークした。更に、エキシマレーザーステッパー(ニコン社製、NSR−S202A NA=0.6)を用い、2/3の輪帯照明を通して露光し、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なうと、ポジ型のパターン(実施例1〜23、比較例1〜3)もしくはネガ型のパターン(実施例24)を得ることができた。(上記塗布操作及びベーク、現像操作には東京エレクトロン社製コーターデベロッパー、クリーントラック マーク8を用いた。)
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:
0.18μm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。焦点をずらした場合にレジストパターン形状が矩形性を保ちつつ、かつレジストパターンの膜厚が(焦点が合っている場合に比べて)8割を保っているものを有効として焦点深度の深さ(Depth of Focus)を測定した。
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)を行ない、線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。
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(大日本スクリーン製造社製、光干渉式膜厚測定計 ラムダエースVM−3010)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、0.5%より多く1%以内であるときやや悪、1%より多いとき悪と表記した。
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、あるいは製造直後からの感度(上述のEop)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。
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個以下のとき良好、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。
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。
Figure 2005068117
Figure 2005068117
Figure 2005068117
Figure 2005068117
Figure 2005068117
Figure 2005068117
Figure 2005068117

Claims (17)

  1. 下記一般式(1)で示されるスルホニルジアゾメタン化合物。
    Figure 2005068117
    (上式中、R1は水素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。Cyはシクロヘキシル基、環内の水素原子の一部又は全部が炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基又はアルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、環内にカルボニル基を有するシクロヘキシル基、環内にカルボニル基を有し環内の水素原子の一部又は全部が炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基又はアルコキシ基で置換されたシクロヘキシル基、又は炭素数0〜6の脂環式もしくは複素環式の環状構造を伴ったシクロヘキシル基を示す。GはSO2又はCOを示し、R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基、又は炭素数6〜14の置換もしくは非置換のアリール基を示す。pは1又は2であり、qは0又は1であり、p+q=2を満足する。)
  2. 下記一般式(1a)で示される請求項1に記載のスルホニルジアゾメタン化合物。
    Figure 2005068117
    (上式中、R1は同一でも異なっても良い。)
  3. 下記一般式(1a')で示される請求項1又は請求項2に記載のスルホニルジアゾメタン化合物。
    Figure 2005068117
    (上式中、R1は同一でも異なっても良い。R3は同一でも異なっても良く、水素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。また、複数のR3が相互に共同してそれらが結合している炭素原子を含めた炭素数6〜12の脂環式炭化水素構造又は複素環状構造を形成してもよい。mは0〜9の整数である。R4は同一でも異なっても良く、炭素数2〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。)
  4. 下記一般式(1a'')で示される請求項1又は請求項2に記載のスルホニルジアゾメタン化合物。
    Figure 2005068117
    (上式中、R3は同一でも異なっても良く、水素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状の置換もしくは非置換のアルキル基を示す。また、複数のR3が相互に共同してそれらが結合している炭素原子を含めた炭素数6〜12の脂環式炭化水素構造又は複素環状構造を形成してもよい。mは0〜9の整数である。)
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のスルホニルジアゾメタン化合物を含んでなる化学増幅型レジスト材料用の光酸発生剤。
  6. (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と、
    (B)放射線照射により酸を発生する請求項1〜4のいずれかに記載のスルホニルジアゾメタン化合物と
    を含んでなる化学増幅型レジスト材料。
  7. 更に、(C)上記(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んでなる請求項6に記載のレジスト材料。
  8. 上記(A)成分の樹脂が、上記酸の作用で除去されることにより上記アルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基を有する樹脂である請求項6又は請求項7に記載のレジスト材料。
  9. 上記(A)成分の樹脂が、上記酸の作用で除去されることにより上記アルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換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た構造を含んでなり、重量平均分子量3,000〜100,000の高分子化合物である請求項8に記載のレジスト材料。
  10. (A)成分の樹脂が、下記一般式(2a)で示される繰り返し単位を有する高分子化合物である請求項9に記載のレジスト材料。
    Figure 2005068117
    (上式中、R5は同一でも異なってもよく、水素原子又はメチル基を示し、R6は同一でも異なってもよく、炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。xは0又は正の整数、yは正の整数であり、x+y≦5を満足する数である。R7は同一でも異なってもよく、酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基を示す。J及びKは正の整数を示し、0<K/(J+K)≦0.8を満足する数である。)
  11. 上記(A)成分の樹脂が、下記一般式(2a’)の繰り返し単位を含み、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繰り返し単位が平均0モル%を超え50モル%以下の割合で含有される、重量平均分子量3,000〜100,000の高分子化合物であり、上記酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基を含む繰り返し単位が、上記(A)成分の樹脂全体に対し、平均0モル%を超え80モル%以下の割合で含まれる請求項8に記載のレジスト材料。
    Figure 2005068117
    (上式中、R5は同一でも異なってもよく、水素原子又はメチル基を示し、R6は同一でも異なってもよく、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、R7は同一でも異なってもよく、酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基を示す。R8は同一でも異なってもよく、水素原子又は酸不安定基であるが、少なくとも一部が酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基である。xは0又は正の整数、yは正の整数であって、x+y≦5を満足する数である。LとMは正の整数であり、Nは0又は正の整数であり、0<M/(M+N+L)≦0.5、及び0<(M+N)/(M+N+L)≦0.8を満足する数である。)
  12. 上記(A)成分の樹脂が、下記一般式(2a’’)の繰り返し単位を含み、インデン及び/又は置換インデンに基づく繰り返し単位が平均0モル%を超え50モル%以下の割合で含有される、重量平均分子量3,000〜100,000の高分子化合物であり、上記酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基を含む繰り返し単位が、上記(A)成分の樹脂全体に対し、平均0モル%を超え80モル%以下の割合で含まれる請求項8に記載のレジスト材料。
    Figure 2005068117
    (上式中、R5は同一でも異なってもよく、水素原子又はメチル基を示し、R6は同一でも異なってもよく、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、R7は同一でも異なってもよく、酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基を示し、R8は同一でも異なってもよく、水素原子又は酸不安定基であるが、少なくとも一部が酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基である。xは0又は正の整数、yは正の整数であって、x+y≦5を満足する数である。zは0又は正の整数であって、x+z≦4を満足する数である。O、Pは正の整数で、Q、R、Sは0又は正の整数であって、0<(P+S)/(O+P+Q+R+S)≦0.5、及び0<(Q+R+S)/(O+P+Q+R+S)≦0.8を満足する数である。)
  13. 上記酸の作用で除去されることによりアルカリ現像液に対する溶解性を変化させる置換基が、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、及び炭素数7〜20のアリール基置換アルキル基からなる一群から選ばれる請求項8〜12のいずれかに記載のレジスト材料。
    Figure 2005068117
    (上式中、R9、R10は水素原子、又は炭素数1〜18の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示し、R11は炭素数1〜18のヘテロ原子を有してもよい1価の炭化水素基を示し、R9とR10、R9とR11、R10とR11は環を形成してもよく、環を形成する場合にはR9、R10、R11はそれぞれ炭素数1〜18の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R12は炭素数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上記一般式(4)で示される基である。hは0〜6の整数である。R13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、iは0又は1、jは0、1、2、3のいずれかであって、2i+j=2又は3を満足する数である。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、R15〜R24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、R15〜R24は互いに環を形成していてもよく、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す。また、R15〜R24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。)
  14. 更に、(D)塩基性化合物を含んでなる請求項6〜13のいずれかに記載のレジスト材料。
  15. 更に、(E)有機酸誘導体を含んでなる請求項6〜14のいずれかに記載のレジスト材料。
  16. 更に、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んでなる請求項6〜15のいずれかに記載のレジスト材料。
  17. 請求項6〜16のいずれかに記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、次いで加熱処理する工程と、該加熱処理後に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、その後、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んでなるパターン形成方法。
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