JP2006241146A - レジスト用化合物、感放射線性組成物およびレジストパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
簡単な製造工程で得られる、高解像度、高耐熱性かつ溶剤可溶性の非高分子系感放射線性レジストを提供する。
【解決手段】
特定の式で表される化合物及び酸発生剤を含む組成物は、KrF等のエキシマレーザー光、電子線、極端紫外線(EUV)、X線等の放射線感応し、簡単な製造工程で高感度、高解像度、高耐熱性かつ溶剤可溶性の非高分子系感放射線性レジストを形成する。
【選択図】 無し
Description
すなわち本発明は、下記式(1):
(式(1)中、
R1は、置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、アシル基、1−置換アルコキシメチル基、環状エーテル基およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される酸解離性官能基であり;
R2は、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキロイルオキシ基、アリーロイルオキシ基、シアノ基、およびニトロ基からなる群から選ばれる置換基を表し;
R3は、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基または炭素数6〜10のアリール基であり;
m0、n0は0〜3の整数であり;
m1、n1は0〜3の整数であり;
m2、n2は0〜4の整数であり;
m3、n3は0〜4の整数であり;
1≦m0+m1+m2≦5、1≦n0+n1+n2≦5、1≦m1+n1≦6、1≦m0+m1≦3、1≦n0+n1≦3の条件を満たし、複数個のR1、R2、R3は、各々同一でも異なっていても良い。)
で示される有機化合物を提供する。
更に本発明は、式(1)の有機化合物と酸発生剤を含む感放射線性組成物、前記放射線性組成物を使用するレジストパターン形成方法を提供する。
(式(9−1)において、R9は、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキロイルオキシ基、アリーロイルオキシ基、シアノ基、およびニトロ基からなる群から選ばれる置換基であり;Lは、単結合、メチレン基、エチレン基またはカルボニル基であり;n5は0〜4の整数、n6は1〜3の整数であり、ベンゼン環に−O−が1〜3個結合していることを示し、n5およびn6は1≦n5+n6≦5を満たし、xは0〜3の整数であり、xが2または3の場合、複数個のL、R9、n5、n6は、同一でも異なっていても良い)
で示される繰り返し単位と、下記式(9−2):
(式(9−2)において、R1、R9、L、n5、およびn6は前記と同様)
で示される末端基からなる置換基であっても良い。
式(2)で示される化合物は、フェナントレンキノン類として9,10−フェナントレンキノンを用い、フェノール類として単核フェノール用いることにより前記の方法で製造できる。酸解離性官能基はビスフェノール化合物に対し1モル導入され、再結晶やクロマトグラフィー等の分離精製により目的化合物が得られる。
式(3)で示される化合物は、フェナントレンキノン類として9,10−フェナントレンキノンを用い、フェノール類として2,6−キシレノールを用いることにより前記の方法で製造できる。酸解離性官能基はビスフェノール化合物に対し1モル導入され、再結晶やクロマトグラフィー等の分離精製により目的化合物が得られる。
式(5)で示される化合物は、フェナントレンキノン類として9,10−フェナントレンキノンを用い,フェノール類として2,6−キシレノールを用い、酸解離性官能基として1−シクロヘキシルオキシエチル基を1モル導入することにより前記の方法で製造できる。
式(6)で示される化合物は、フェナントレンキノン類として9,10−フェナントレンキノンを用い,フェノール類として2,6−キシレノールを用い、酸解離性官能基としてt−ブトキシカルボニルメチル基を1モル導入することにより前記の方法で製造できる。
式(10)中、R23は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状、分枝状もしくは環状アルキル基、直鎖状、分枝状もしくは環状アルコキシ基、ヒドロキシル基またはハロゲン原子であり;X-は、アルキル基、アリール基、ハロゲン置換アルキル基もしくはハロゲン置換アリール基を有するスルホン酸イオンまたはハロゲン化物イオンである。
式(11)中、X-は前記と同様であり、R24は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状、分枝状もしくは環状アルキル基、直鎖状、分枝状もしくは環状アルコキシ基、ヒドロキシル基またはハロゲン原子を表す。
式(13)中、R26は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、任意に置換された直鎖、分枝もしくは環状アルキル基、任意に置換されたアリール基、任意に置換されたヘテロアリール基または任意に置換されたアラルキル基である。
式(14)中、R27は、同一でも異なっていても良く、それぞれ独立に、任意に置換された直鎖、分枝もしくは環状アルキル基、任意に置換されたアリール基、任意に置換されたヘテロアリール基または任意に置換されたアラルキル基である。
式(19)中、Z32はそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基であり、R32はアルキル基、シクロアルキル基またはアルコキシル基であり、rは0〜3の整数である。
(1)レジスト膜の作製
下記第3表に示した成分を配合し、0.1μmのテフロン(登録商標)フィルターにより濾過して感放射線性組成物を調製した。各感放射線性組成物をスピンコーターを利用してヘキサメチルジシラザンにより表面処理されているシリコンウェハー上に塗布し、110℃で90秒間ホットプレート上で乾燥して、厚さ約0.05μmのレジスト膜を得た。
レジスト膜に電子線描画装置((株)エリオニクス製ELS−7500、加速電圧50keV)を用いて電子線を照射した。照射後にそれぞれ所定の温度で、90秒間加熱し、2.38重量%TMAH水溶液に30秒間浸漬し、30秒間蒸留水でリンスして乾燥した。得られたラインアンドスペースを走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジー製S−4800)により観察した。なお、実施例のいずれのサンプルにおいても、露光時に発生するアウトガス量は少なかった。
ラインアンドスペースの限界解像度を解像度として採用した。また、限界解像度を達成できる最小照射量を感度とした。
限界解像度を達成できる最小照射線量を照射して形成した80nm間隔のラインパターンの長さ方向(1.5μm)の任意の300点において、日立半導体用SEM ターミナルPC V5オフライン測長ソフトウェア((株)日立サイエンスシステムズ製)を用いて、エッジと基準線との距離を測定した。測定結果から標準偏差(3σ)を算出した。
化合物101の合成
攪拌機、冷却管及びビュレットを備えた内容積100mlの容器に、9,10−フェナントレンキノン(アクロスオーガニックス製)10.4g(0.05mol)と2,6−キシレノール(関東化学工業製)24.8g(0.2mol)を仕込んだ。6−メルカプトプロピオン酸5mlと95%の硫酸5mlを加えた後、混合物を85℃で6時間撹拌して反応を完結させた。反応終了後、反応生成液にメタノールもしくはイソプロピルアルコール50gを加えて60℃まで加温し、1時間撹拌を継続した。次に純水90gを加えて反応生成物を析出させた。室温まで冷却した後、濾過を行って析出物を分離し、乾燥して目的化合物101を得た。化合物の構造はIR測定、元素分析、および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第1表に示す。
IRデータ
1596cm−1:C−C環伸縮振動
1662cm−1:C=O伸縮振動
3301cm−1:C=O伸縮倍音振動
3342cm−1:フェノール性OH伸縮振動
化合物102の合成
前記化合物101、4.34g(10mmol)、エチルビニルエーテル1.74(24mmol)、ピリジニウムp−トルエンスルホネート0.54gに、無水テトラヒドロフラン20mLに、無水アセトン10mlを加え、室温で72時間攪拌した。反応液に飽和重曹水を加えて反応を停止した。析出した固体をカラムクロマトグラフィーにより分離精製し、減圧乾燥して白色粉末の目的化合物102を2.5g得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第1表に示す。
化合物103の合成
前記化合物101、4.34g(10mmol)、シクロヘキシルビニルエーテル1.89(15mmol)、ピリジニウムp−トルエンスルホネート1.08gに、無水テトラヒドロフラン20mL、無水アセトン10mlを加え、室温で24間攪拌した。反応液に飽和重曹水を加えて反応を停止した。析出した固体をカラムクロマトグラフィーにより分離精製し、減圧乾燥して白色粉末の目的化合物103を1.5g得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第1表に示す。
化合物104の合成
4.34g(10mmol)の前記化合物101、2.10(11mmol)のブロモ酢酸t−ブチルエステル、1.66g(12mmol)の炭酸カリウム、2.6g(11mmol)の18−crown−6に、無水2−ブタノン100mLを加え、攪拌しながら72時間還流した。エバポレーション後、残さをメチレンクロライドで抽出し、抽出液を蒸留水で洗浄した。抽出液を硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレーション、真空乾燥して得た粗生成物をカラムクロマトグラフィーにより分離精製し、減圧乾燥して白色粉末の目的化合物104を1.5g得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第1表に示す。
化合物201の合成
トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン(本州化学工業製)1.46g(5mmol)に脱水アセトン5ml、ジメチルアミノピリジン1.2mgを加えて調製した溶液に、ジ−tert−ブチルジカーボネート2.62g(12mmol)を10分かけて滴下し40℃で24時間攪拌した。反応液を多量の水に加え固体を析出させ、白色粉末を得た。3回蒸留水で洗浄後、吸引濾過、減圧乾燥して目的化合物201を得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第2表に示す。
化合物202の合成
トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン1.46g(5mmol)をトリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン(アルドリッチ社製試薬)1.77g(5mmol)に代え、ジ−tert−ブチルジカーボネートの使用量を3.93g(16mmol)に代えた以外は比較合成例1と同様にして目的化合物202を得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第2表に示す。
化合物203の合成
トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン1.46g(5mmol)をポリヒドロキシスチレン重量平均分子量8000(アルドリッチ製試薬)0.74g(5mmol)に代え、ジ−tert−ブチルジカーボネートの使用量を0.37g(1.5mmol)に代えた以外は比較合成例1と同様にして目的化合物203を得た。1H−NMR測定の結果、t−ブトキシカルボニル化率は30%であった。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第2表に示す。
1−(2−ナフチル)−1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン(化合物204)の合成
o−クレゾール43.2g(0.4mol)およびβ−アセトナフトン17.1g(0.1mol)を混合し、約30℃に加熱して溶解した後、硫酸0.1ml、3−メルカプトプロピオン酸0.8ml、トルエン10mlを加え撹拌しながら反応した。ガスクロマト分析により転化率が100%になったことを確認後、トルエン100mlを加えた。冷却し析出した固体を減圧濾過し、60℃温水で撹拌洗浄し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して目的生成物204を24g得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第2表に示す。
化合物205の合成
1.84g(5mmol)の化合物204に脱水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホンネート(関東化学(株)製試薬)0.073g(0.29mmol)、エチルビニルエーテル(関東化学(株)製試薬)0.43g(6mmol)を加えて調製した溶液を室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物205を得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第2表に示す。
化合物206の合成
1.84g(5mmol)の化合物204に無水アセトン5ml、ピリジニウムp−トルエンスルホネート0.073g(0.29mmol)、シクロヘキシルビニルエーテル0.76g(6mmol)を加えて調製した溶液を室温で24時間攪拌した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:酢酸エチル/ヘキサン=1/3)により精製し目的化合物206を得た。化合物の構造は元素分析および1H−NMR測定(400MHz、d−DMSO、内部標準TMS)で確認した。分析結果を第2表に示す。
Claims (10)
- 下記式(1):
(式(1)中、
R1は、置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、アシル基、1−置換アルコキシメチル基、環状エーテル基およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される酸解離性官能基であり;
R2は、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキロイルオキシ基、アリーロイルオキシ基、シアノ基、およびニトロ基からなる群から選ばれる置換基を表し;
R3は、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基または炭素数6〜10のアリール基であり;
m0、n0は0〜3の整数であり;
m1、n1は0〜3の整数であり;
m2、n2は0〜4の整数であり;
m3,n3は0〜4の整数であり;
1≦m0+m1+m2≦5、1≦n0+n1+n2≦5、1≦m1+n1≦6、1≦m0+m1≦3、1≦n0+n1≦3の条件を満たし、複数個のR1、R2、R3は、各々同一でも異なっていても良い。)
で示される有機化合物。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の化合物群から選ばれる一種以上の有機化合物および酸発生剤を含む感放射線性組成物。
- 固形成分1〜80重量%および溶媒20〜99重量%を含み、前記一種以上の有機化合物の含量が前記固形成分全重量の10〜99.999重量%であることを特徴とする請求項7記載の感放射線性組成物。
- 固形成分1〜80重量%および溶媒20〜99重量%を含み、前記一種以上の有機化合物の含量が前記固形成分全重量の50〜99重量%であることを特徴とする請求項7または8記載の感放射線性組成物。
- 請求項7〜9のいずれかに記載の感放射線性組成物を基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程、露光前にレジスト膜を加熱する工程、紫外線、極端紫外線および電子線から選ばれる放射線によりレジスト膜を所望のパターンに露光する工程、必要に応じて露光したレジスト膜を加熱する工程、および、レジスト膜をアルカリ現像する工程を含むレジストパターン形成方法。
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