JP2012153644A - Sulfonium salt, resist material, and pattern forming method - Google Patents

Sulfonium salt, resist material, and pattern forming method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide sulfonium salt that is used as a photoacid generator, has high resolution, and forms a resist pattern of a low crude density dependence in photolithography using, as a light source, a high energy beam such as ArF excimer laser beam or EUV, provide a resist material containing the sulfonium salt, and provide a pattern forming method using the resist material.SOLUTION: This sulfonium salt is represented by general formula (1a) or (1b). In the formula, R shows straight-chain, divergent, or cyclic 7C-30C univalent hydrocarbon group that may contain a heteroatom, and n shows an integer of 1-4.

Description

本発明は、(1)水酸基又はエチレングリコール鎖を有するナフチルスルホニウムカチオンと特定アニオンのスルホニウム塩、(2)そのスルホニウム塩を含有するレジスト材料、及び(3)そのレジスト材料を用いたパターン形成方法に関する。なお、本発明において、高エネルギー線とは、紫外線、遠紫外線、電子線、EUV、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線を含むものである。   The present invention relates to (1) a naphthylsulfonium cation having a hydroxyl group or an ethylene glycol chain and a sulfonium salt of a specific anion, (2) a resist material containing the sulfonium salt, and (3) a pattern forming method using the resist material. . In the present invention, the high energy rays include ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, EUV, X-rays, excimer lasers, γ rays, and synchrotron radiation.

近年、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及び真空紫外線リソグラフィーが有望視されている。中でもArFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーは0.13μm以下の超微細加工に不可欠な技術である。   In recent years, with the high integration and high speed of LSIs, miniaturization of pattern rules is demanded, and far ultraviolet lithography and vacuum ultraviolet lithography are promising as next-generation fine processing techniques. Among them, photolithography using ArF excimer laser light as a light source is an indispensable technique for ultrafine processing of 0.13 μm or less.

ArFリソグラフィーは130nmノードのデバイス製作から部分的に使われ始め、90nmノードデバイスからはメインのリソグラフィー技術となった。次の45nmノードのリソグラフィー技術として、当初F2レーザーを用いた157nmリソグラフィーが有望視されたが、諸問題による開発遅延が指摘されたため、投影レンズとウエハーの間に水、エチレングリコール、グリセリン等の空気より屈折率の高い液体を挿入することによって、投影レンズの開口数(NA)を1.0以上に設計でき、高解像度を達成することができるArF液浸リソグラフィーが急浮上し(例えば、非特許文献1:Journal of photopolymer Science and Technology Vol.17, No.4, p587(2004)参照)、実用段階にある。この液浸リソグラフィーのためには水に溶出しにくいレジスト材料が求められる。 ArF lithography began to be used in part from the fabrication of 130 nm node devices and became the main lithography technology from 90 nm node devices. As lithography technology for the next 45nm node, initially 157nm lithography using F 2 laser is promising, its development was retarded by several problems have been pointed out, water between the projection lens and the wafer, ethylene glycol, glycerin, etc. By inserting a liquid having a refractive index higher than that of air, the numerical aperture (NA) of the projection lens can be designed to be 1.0 or more, and ArF immersion lithography capable of achieving high resolution has rapidly emerged (for example, non-reflective) Patent Document 1: Journal of photopolymer Science and Technology Vol. 17, No. 4, p587 (2004)), is in a practical stage. For this immersion lithography, a resist material that does not easily dissolve in water is required.

ArFリソグラフィーでは、精密かつ高価な光学系材料の劣化を防ぐために、少ない露光量で十分な解像性を発揮できる感度の高いレジスト材料が求められており、実現する方策としては、その各成分として波長193nmにおいて高透明なものを選択するのが最も一般的である。例えばベース樹脂については、ポリアクリル酸及びその誘導体、ノルボルネン−無水マレイン酸交互重合体、ポリノルボルネン及び開環メタセシス重合体、開環メタセシス重合体水素添加物等が提案されており、樹脂単体の透明性を上げるという点ではある程度の成果を得ている。   In ArF lithography, in order to prevent deterioration of precise and expensive optical system materials, a resist material with high sensitivity that can exhibit sufficient resolution with a small exposure amount is required. It is most common to select a highly transparent material at a wavelength of 193 nm. For example, with respect to the base resin, polyacrylic acid and its derivatives, norbornene-maleic anhydride alternating polymer, polynorbornene and ring-opening metathesis polymer, ring-opening metathesis polymer hydrogenated product, etc. have been proposed. Some achievements have been achieved in terms of raising the nature.

また、光酸発生剤も種々の検討がなされてきた。ArF化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤としては、レジスト材料中での安定性に優れるトリフェニルスルホニウム塩が一般的に使われている(特許文献1:特開2009−7327号公報)。しかしながら、ArF露光波長(193nm)での吸収が大きく、レジスト膜での透過率を下げてしまい、解像性が低い場合があるという欠点がある。そこで、高感度、高解像性を目的として4−アルコキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が開発されており(特許文献2:特許第3632410号公報)、複数の酸不安定基を有する樹脂等の組み合わせのレジスト組成物(特許文献3:特許第3995575号公報)も開示されているが、このナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウムは求核置換反応等を受け易いアルキルスルホニウム塩構造に起因するレジスト溶液中での安定性の低さや密集パターンと孤立パターンにおける線幅、パターン形状差が問題となっている。特にダークエリア、ブライトエリアでのパターン形状差が問題となっている。ダークエリアとは、例えば10本のラインアンドスペースパターンの両側がバルクパターンの遮光エリア(ポジ型レジストの場合)であり、ブライトエリアとは、例えば10本のラインアンドスペースパターンの両側が広大なスペース部の透過エリア(ポジ型レジストの場合)である。ラインアンドスペースパターン10本中の中央部の光学条件はダークエリア、ブライトエリア共に同等ながら、ダークエリアとブライトエリアのパターン差があり、問題となっている。   Various studies have also been made on photoacid generators. As a photoacid generator for an ArF chemically amplified resist material, a triphenylsulfonium salt that is excellent in stability in the resist material is generally used (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2009-7327). However, there is a drawback that absorption at the ArF exposure wavelength (193 nm) is large, the transmittance of the resist film is lowered, and resolution may be low. Therefore, 4-alkoxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium cation and the like have been developed for the purpose of high sensitivity and high resolution (Patent Document 2: Japanese Patent No. 3632410) and have a plurality of acid labile groups. Although a resist composition (Patent Document 3: Japanese Patent No. 3955575) in combination with a resin or the like is also disclosed, this naphthyl-1-tetrahydrothiophenium is derived from an alkylsulfonium salt structure that is susceptible to a nucleophilic substitution reaction or the like. The problem is low stability in resist solutions, line widths between dense patterns and isolated patterns, and pattern shape differences. In particular, the pattern shape difference between the dark area and the bright area is a problem. The dark area is, for example, a light shielding area of a bulk pattern on both sides of 10 line and space patterns (in the case of a positive resist), and the bright area is a vast space on both sides of, for example, 10 line and space patterns. Part transmission area (in the case of a positive resist). The optical condition at the center of the 10 line and space patterns is the same for both the dark area and the bright area, but there is a pattern difference between the dark area and the bright area, which is a problem.

特開2009−7327号公報JP 2009-7327 A 特許第3632410号公報Japanese Patent No. 3632410 特許第3995575号公報Japanese Patent No. 3955575

Journal of photopolymer Science and Technology Vol.17, No.4, p587(2004)Journal of photopolymer Science and Technology Vol. 17, no. 4, p587 (2004)

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ArFエキシマレーザー光、EUV等の高エネルギー線を光源としたフォトリソグラフィーにおいて、光酸発生剤として用いられて解像性に優れ、粗密依存性の低いレジストパターンを形成することができるスルホニウム塩、そのスルホニウム塩を含有するレジスト材料及びそのレジスト材料を用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is used as a photoacid generator in photolithography using a high energy beam such as ArF excimer laser light or EUV as a light source, and has excellent resolution and low density dependency. An object of the present invention is to provide a sulfonium salt capable of forming a resist pattern, a resist material containing the sulfonium salt, and a pattern forming method using the resist material.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、下記一般式(1a)又は(1b)で示される水酸基又はエチレングリコール鎖を有するナフチルスルホニウムカチオンと特定アニオンのスルホニウム塩を光酸発生剤として用いたレジスト材料が、レジスト膜の解像性に優れ、精密な微細加工に極めて有効であることを知見し、本発明をなすに至った。   As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have developed a naphthylsulfonium cation having a hydroxyl group or an ethylene glycol chain represented by the following general formula (1a) or (1b) and a sulfonium salt of a specific anion. It has been found that the resist material used as the acid generator is excellent in the resolution of the resist film and is extremely effective for precise microfabrication, and has led to the present invention.

即ち、本発明は、下記のスルホニウム塩、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)又は(1b)で示されるスルホニウム塩。

Figure 2012153644

(式中、Rはヘテロ原子を含んでもよい炭素数7〜30の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、nは1〜4の整数を示す。)
請求項2:
請求項1記載の式(1b)で示されるスルホニウム塩において、nが1であることを特徴とするスルホニウム塩。
請求項3:
請求項1又は2記載のスルホニウム塩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4:
請求項1又は2記載のスルホニウム塩を含むことを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
請求項5:
請求項3又は4記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線で露光する工程と、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。
請求項6:
請求項3又は4記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、水に不溶でアルカリ現像液に可溶な保護膜を塗布する工程と、当該基板と投影レンズの間に水を挿入しフォトマスクを介して高エネルギー線で露光する工程と、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。 That is, the present invention provides the following sulfonium salt, resist material and pattern forming method.
Claim 1:
A sulfonium salt represented by the following general formula (1a) or (1b).
Figure 2012153644

(In the formula, R represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 7 to 30 carbon atoms which may contain a hetero atom, and n represents an integer of 1 to 4.)
Claim 2:
The sulfonium salt represented by the formula (1b) according to claim 1, wherein n is 1.
Claim 3:
A chemically amplified resist material comprising the sulfonium salt according to claim 1.
Claim 4:
A chemically amplified positive resist material comprising the sulfonium salt according to claim 1.
Claim 5:
A step of applying the resist material according to claim 3 or 4 on a substrate, a step of exposing to high energy rays through a photomask after heat treatment, and heat treatment as necessary, followed by development using a developer. The pattern formation method characterized by including the process to perform.
Claim 6:
A step of applying the resist material according to claim 3 or 4 on a substrate, a step of applying a protective film insoluble in water and soluble in an alkaline developer after heat treatment, and water between the substrate and the projection lens. A pattern forming method comprising: a step of exposing with a high energy beam through a photomask; and a step of developing with a developer after heat treatment as necessary.

本発明のレジスト材料は、液浸リソグラフィーに適用することも可能である。液浸リソグラフィーは、プリベーク後のレジスト膜と投影レンズの間に液浸媒体を挿入して露光する。ArF液浸リソグラフィーにおいては、液浸媒体として主に純水が用いられる。NAが1.0以上の投影レンズと組み合わせることによって、ArFリソグラフィーを65nmノード以降まで延命させるための重要な技術であり、開発が加速されている。   The resist material of the present invention can also be applied to immersion lithography. In immersion lithography, exposure is performed by inserting an immersion medium between the pre-baked resist film and the projection lens. In ArF immersion lithography, pure water is mainly used as an immersion medium. It is an important technique for extending the life of ArF lithography to the 65 nm node and beyond by combining with a projection lens having an NA of 1.0 or more, and development is accelerated.

また、本発明のレジスト材料は、種々のシュリンク方法によって現像後のパターン寸法を縮小することができる。例えば、サーマルフロー、RELACS、SAFIRE、WASOOMなど既知の方法によりホールサイズをシュリンクすることができる。特にポリマーTgが低い水素化ROMPポリマー(シクロオレフィン開環メタセシス重合体水素添加物)などをブレンドした場合、サーマルフローによりホールサイズを効果的に縮小することができる。   Further, the resist material of the present invention can reduce the pattern size after development by various shrink methods. For example, the hole size can be shrunk by a known method such as thermal flow, RELACS, SAFIRE, or WASOOM. Particularly when a hydrogenated ROMP polymer (cycloolefin ring-opening metathesis polymer hydrogenated product) having a low polymer Tg is blended, the hole size can be effectively reduced by thermal flow.

本発明のスルホニウム塩は、通常のスルホニウム塩と異なり、親水性の高いフェノール性水酸基やエチレングリコール鎖を有しており、特定アニオンと組み合わせた本発明のスルホニウム塩をレジスト材料に用いた場合には液浸水への溶出も少なく、またパターン依存性(ダークブライト差)が少なく、化学増幅型レジスト材料の光酸発生剤として非常に有用である。   Unlike the normal sulfonium salt, the sulfonium salt of the present invention has a highly hydrophilic phenolic hydroxyl group or ethylene glycol chain. When the sulfonium salt of the present invention combined with a specific anion is used as a resist material, It is very useful as a photoacid generator for chemically amplified resist materials because it has little elution into immersion water and has little pattern dependency (dark bright difference).

合成例2の[PAG−1]の1H−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 1 H-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-1] in Synthesis Example 2. FIG. 合成例2の[PAG−1]の19F−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 19 F-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-1] in Synthesis Example 2. FIG. 合成例4の[PAG−2]の1H−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 1 H-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-2] in Synthesis Example 4. FIG. 合成例4の[PAG−2]の19F−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 19 F-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-2] in Synthesis Example 4. FIG. 合成例5の[PAG−3]の1H−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 1 H-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-3] in Synthesis Example 5. FIG. 合成例5の[PAG−3]の19F−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 19 F-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-3] in Synthesis Example 5. FIG. 合成例6の[PAG−4]の1H−NMR/DMSO−d6を示した図である。 6 is a diagram showing 1 H-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-4] in Synthesis Example 6. FIG. 合成例6の[PAG−4]の19F−NMR/DMSO−d6を示した図である。It is a diagram showing the 19 F-NMR / DMSO-d 6 of [PAG-4] of Synthesis Example 6.

本発明では、第1に下記一般式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩を提供する。

Figure 2012153644

(式中、Rはヘテロ原子を含んでもよい炭素数7〜30の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、nは1〜4の整数を示す。) The present invention first provides a sulfonium salt represented by the following general formula (1a) or (1b).
Figure 2012153644

(In the formula, R represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 7 to 30 carbon atoms which may contain a hetero atom, and n represents an integer of 1 to 4.)

以下、一般式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩を詳述する。
上記式(1a)及び(1b)中、Rはヘテロ原子を含んでもよい炭素数7〜30の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基等の極性基を含むものも好ましく用いられる。具体的には以下のものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
Hereinafter, the sulfonium salt represented by the general formula (1a) or (1b) will be described in detail.
In the above formulas (1a) and (1b), R represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 7 to 30 carbon atoms which may contain a hetero atom, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group Those containing a polar group such as a group are also preferably used. Specific examples include the following, but are not limited thereto.

Figure 2012153644

(式中、破線は結合手を示す。)
Figure 2012153644

(In the formula, a broken line indicates a bond.)

nは1〜4の整数を示す。nの数が多いほど親水性が増すが、結晶化が困難になる場合が多く、好ましくは1である。   n shows the integer of 1-4. As the number of n increases, the hydrophilicity increases. However, crystallization is often difficult, and is preferably 1.

上記一般式(1a)のスルホニウムカチオンの合成方法は公知であり、メタノール中で1−ナフトールとテトラメチレンスルホキシドの塩化水素ガスによる反応で合成することができる。一般式(1b)のスルホニウム塩の合成も公知の方法で合成できる。n=1の場合、具体的には2−メトキシエチルクロリドと1−ナフトールを塩基性条件下反応させ、1−(2−メトキシエトキシ)ナフタレンを合成する。次いでこれとテトラメチレンスルホキシドを五酸化二燐/メタンスルホン酸溶液中でスルホニウムカチオンを合成する。nが2〜4の場合にも対応する置換アルキルハライド等を用いることで合成できる。
一般式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩のアニオンは、特開2009−7327号公報や特開2009−91350号公報を参考に合成できる。
上記カチオンとアニオンのイオン交換反応はジクロロメタン、酢酸エチル、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、アセトニトリル等の有機溶剤単独又は水を併用することで行うことができる。
A method for synthesizing the sulfonium cation of the general formula (1a) is known, and can be synthesized by a reaction of 1-naphthol and tetramethylene sulfoxide with hydrogen chloride gas in methanol. The sulfonium salt of the general formula (1b) can also be synthesized by a known method. When n = 1, specifically, 2-methoxyethyl chloride and 1-naphthol are reacted under basic conditions to synthesize 1- (2-methoxyethoxy) naphthalene. This is then combined with tetramethylene sulfoxide in a diphosphorus pentoxide / methanesulfonic acid solution to synthesize a sulfonium cation. When n is 2 to 4, it can be synthesized by using a corresponding substituted alkyl halide.
The anion of the sulfonium salt represented by the general formula (1a) or (1b) can be synthesized with reference to JP2009-7327A or JP2009-91350A.
The ion exchange reaction between the cation and the anion can be carried out by using an organic solvent alone such as dichloromethane, ethyl acetate, methyl isobutyl ketone, methanol, ethanol, acetonitrile, or water in combination.

本発明では、第2に上記一般式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩を光酸発生剤として含有することを特徴とする化学増幅型レジスト材料を提供する。
ここで、本発明のレジスト材料は、
(A)上記光酸発生剤(即ち、式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩)、
(B)有機溶剤、
(C)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が変化するベース樹脂、
必要により
(D)クエンチャー、
更に必要により
(S)水不溶又は難溶でアルカリ現像液可溶な界面活性剤、及び/又は水及びアルカリ現像液に不溶又は難溶な界面活性剤、
更に必要により
(E)上記光酸発生剤以外の光酸発生剤、
更に必要により
(F)有機酸誘導体及び/又はフッ素置換アルコール、
更に必要により
(G)重量平均分子量3,000以下の溶解阻止剤
を含有することを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料、
あるいは
(A)上記光酸発生剤(即ち、式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩)、
(B)有機溶剤、
(C’)アルカリ可溶性樹脂であって、架橋剤によってアルカリ難溶となるベース樹脂、
(H)酸によって架橋する架橋剤、
必要により
(D)クエンチャー、
更に必要により
(S)水不溶又は難溶でアルカリ現像液可溶な界面活性剤、及び/又は水及びアルカリ現像液に不溶又は難溶な界面活性剤、
更に必要により
(E)上記光酸発生剤以外の光酸発生剤
を含有することを特徴とする化学増幅ネガ型レジスト材料である。
In the present invention, secondly, a chemically amplified resist material characterized by containing a sulfonium salt represented by the above general formula (1a) or (1b) as a photoacid generator is provided.
Here, the resist material of the present invention is:
(A) the photoacid generator (that is, the sulfonium salt represented by the formula (1a) or (1b)),
(B) an organic solvent,
(C) a base resin whose solubility in an alkaline developer is changed by the action of an acid,
(D) quencher, if necessary
If necessary, (S) a surfactant that is insoluble or hardly soluble and soluble in alkali developer, and / or a surfactant that is insoluble or hardly soluble in water and alkali developer,
If necessary, (E) a photoacid generator other than the photoacid generator,
If necessary, (F) an organic acid derivative and / or a fluorine-substituted alcohol,
Furthermore, (G) a chemically amplified positive resist material characterized by containing a dissolution inhibitor having a weight average molecular weight of 3,000 or less, if necessary,
Or (A) the photoacid generator (that is, the sulfonium salt represented by the formula (1a) or (1b)),
(B) an organic solvent,
(C ′) an alkali-soluble resin, which is hardly soluble in alkali by a crosslinking agent,
(H) a crosslinking agent that crosslinks with an acid,
(D) quencher, if necessary
If necessary, (S) a surfactant that is insoluble or hardly soluble and soluble in alkali developer, and / or a surfactant that is insoluble or hardly soluble in water and alkali developer,
If necessary, (E) a chemically amplified negative resist material containing a photoacid generator other than the photoacid generator.

本発明の(A)成分の光酸発生剤は上述の通りであるが、その配合量は、レジスト材料中のベース樹脂100部(質量部、以下同じ)に対し0.1〜40部、特に1〜20部である。   The photoacid generator of the component (A) of the present invention is as described above, and the blending amount thereof is 0.1 to 40 parts, particularly 100 parts by weight of the base resin in the resist material (parts by mass, the same applies hereinafter). 1 to 20 parts.

本発明で使用される(B)成分の有機溶剤、(C)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が変化するベース樹脂、(D)クエンチャー、(S)水不溶又は難溶でアルカリ現像液可溶な界面活性剤、及び/又は水及びアルカリ現像液に不溶又は難溶な界面活性剤、(E)上記光酸発生剤以外の光酸発生剤、(F)有機酸誘導体及び/又はフッ素置換アルコール、(G)重量平均分子量3,000以下の溶解阻止剤、(C’)アルカリ可溶性樹脂であって、架橋剤によってアルカリ難溶となるベース樹脂、(H)酸によって架橋する架橋剤などの詳細については、特開2009−269953号公報又は特開2010−215608号公報等の記載に詳しい。   (B) component organic solvent used in the present invention, (C) base resin whose solubility in an alkaline developer is changed by the action of acid, (D) quencher, (S) water-insoluble or hardly soluble and alkaline A developer-soluble surfactant, and / or a surfactant that is insoluble or hardly soluble in water and an alkaline developer, (E) a photoacid generator other than the photoacid generator, (F) an organic acid derivative, and / or Or a fluorine-substituted alcohol, (G) a dissolution inhibitor having a weight average molecular weight of 3,000 or less, (C ′) an alkali-soluble resin, which is a base resin that is hardly alkali-soluble by a crosslinking agent, and (H) a crosslinking that is crosslinked by an acid. Details of the agent and the like are described in detail in JP2009-269953A or JP2010-215608A.

(B)成分の有機溶剤の中でもレジスト成分中の酸発生剤の溶解性が最も優れているジエチレングリコールジメチルエーテル、1−エトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、4−ブチロラクトン及びその混合溶剤が好ましく使用される。   Among the organic solvents of component (B), diethylene glycol dimethyl ether, 1-ethoxy-2-propanol, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, 4-butyrolactone and mixed solvents thereof, which have the highest solubility of the acid generator in the resist component Are preferably used.

有機溶剤の使用量は、ベース樹脂100部に対して200〜5,000部、特に400〜3,000部が好適である。   The amount of the organic solvent used is preferably 200 to 5,000 parts, particularly 400 to 3,000 parts, based on 100 parts of the base resin.

(C)成分のベース樹脂は、上記特開2009−269953号公報又は特開2010−215608号公報に記載のものを用いることができる。酸不安定基としては、上記公報に記載の酸不安定基定義の(L3)又は(L4)を用いることが好ましい。樹脂としてはポリメタクリレートを用いることが好ましく、ベース樹脂は1種に限らず2種以上を添加することができる。複数種を用いることにより、レジスト材料の性能を調整することができる。   As the base resin for the component (C), those described in JP-A-2009-269953 or JP-A-2010-215608 can be used. As the acid labile group, the acid labile group definition (L3) or (L4) described in the above publication is preferably used. Polymethacrylate is preferably used as the resin, and the base resin is not limited to one type, and two or more types can be added. By using a plurality of types, the performance of the resist material can be adjusted.

更に述べると、本発明で使用される(C)成分又は(C’)成分のベース樹脂は、KrFエキシマレーザーレジスト材料用としては、ポリヒドロキシスチレン(PHS)及びヒドロキシスチレンとスチレン、(メタ)アクリル酸エステル、その他重合性オレフィン化合物などとの共重合体、ArFエキシマレーザーレジスト材料用としては、ポリ(メタ)アクリル酸エステル系、シクロオレフィンと無水マレイン酸との交互共重合系及び更にビニルエーテル類又は(メタ)アクリル酸エステルを含む共重合系、ポリノルボルネン系、シクロオレフィン開環メタセシス重合系、シクロオレフィン開環メタセシス重合体水素添加物等が挙げられ、F2エキシマレーザーレジスト材料用として上記KrF、ArF用ポリマーのフッ素置換体等が挙げられるが、これらの重合系ポリマーに限定されることはない。ベース樹脂は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。ポジ型レジスト材料の場合、フェノールあるいはカルボキシル基、あるいはフッ素化アルキルアルコールの水酸基を酸不安定基で置換することによって、未露光部の溶解速度を下げる場合が一般的である。 Further, the base resin of component (C) or component (C ′) used in the present invention is polyhydroxystyrene (PHS), hydroxystyrene and styrene, (meth) acrylic for KrF excimer laser resist materials. For acid esters, copolymers with other polymerizable olefin compounds, and ArF excimer laser resist materials, poly (meth) acrylic acid esters, alternating copolymers of cycloolefin and maleic anhydride, and further vinyl ethers or Copolymers containing (meth) acrylic acid esters, polynorbornenes, cycloolefin ring-opening metathesis polymerization systems, cycloolefin ring-opening metathesis polymer hydrogenated products, etc., and the above KrF for F 2 excimer laser resist materials, Fluorine-substituted product of ArF polymer That, without being limited to these polymerization type polymer. Base resins can be used alone or in admixture of two or more. In the case of a positive resist material, the dissolution rate of unexposed areas is generally reduced by substituting phenol or carboxyl groups or hydroxyl groups of fluorinated alkyl alcohols with acid labile groups.

この場合、本発明で使用される(C)成分は、下記一般式(C1)で示される酸不安定基以外に下記一般式(C2)〜(C4)で示される繰り返し単位のいずれか1種以上を含有することが好ましい。   In this case, the component (C) used in the present invention is any one of repeating units represented by the following general formulas (C2) to (C4) other than the acid labile group represented by the following general formula (C1). It is preferable to contain the above.

Figure 2012153644

(式中、RC01は水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。RC02及びRC03はそれぞれ独立に水素原子又は水酸基を示す。XAは酸不安定基を示す。YLはラクトン構造を有する置換基を示す。ZAは水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基、又は炭素数1〜15のフルオロアルコール含有置換基を示す。)
Figure 2012153644

(Wherein R C01 represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. R C02 and R C03 each independently represent a hydrogen atom or a hydroxyl group. XA represents an acid labile group. YL represents A substituent having a lactone structure, ZA represents a hydrogen atom, a fluoroalkyl group having 1 to 15 carbon atoms, or a fluoroalcohol-containing substituent having 1 to 15 carbon atoms;

上記一般式(C1)で示される繰り返し単位を含有する重合体は、酸の作用で分解してカルボン酸を発生し、アルカリ可溶性となる重合体を与える。酸不安定基XAとしては種々用いることができるが、具体的には下記一般式(L1)〜(L4)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等を挙げることができる。   The polymer containing the repeating unit represented by the general formula (C1) is decomposed by the action of an acid to generate a carboxylic acid, thereby giving a polymer that becomes alkali-soluble. The acid labile group XA can be variously used, specifically, a group represented by the following general formulas (L1) to (L4), a tertiary alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 15 carbon atoms, Examples of each alkyl group include a trialkylsilyl group having 1 to 6 carbon atoms and an oxoalkyl group having 4 to 20 carbon atoms.

Figure 2012153644
Figure 2012153644

ここで、破線は結合手を示す(以下、同様)。
また、式(L1)において、RL01、RL02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。RL03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、分岐状又は環状のアルキル基、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る。RL01とRL02、RL01とRL03、RL02とRL03とは互いに結合してこれらが結合する炭素原子や酸素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合にはRL01、RL02、RL03のうち環形成に関与する基はそれぞれ炭素数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。
Here, a broken line shows a bond (hereinafter the same).
In the formula (L1), R L01 and R L02 represent a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. R L03 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, Examples thereof include those in which a part of hydrogen atoms are substituted with a hydroxyl group, an alkoxy group, an oxo group, an amino group, an alkylamino group, or the like. R L01 and R L02 , R L01 and R L03 , R L02 and R L03 may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atom or oxygen atom to which they are bonded, and in the case of forming a ring, R L01 , R L02 and R L03 each represents a linear or branched alkylene group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms.

式(L2)において、RL04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(L1)で示される基を示す。yは0〜6の整数である。 In the formula (L2), R L04 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, and oxoalkyl having 4 to 20 carbon atoms. Or a group represented by the above general formula (L1). y is an integer of 0-6.

式(L3)において、RL05は炭素数1〜8の置換されていてもよい直鎖状、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。mは0又は1、nは0、1、2、3のいずれかであり、2m+n=2又は3を満足する数である。 In the formula (L3), R L05 represents an optionally substituted linear, branched or cyclic alkyl group having 6 to 20 carbon atoms or an optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms. m is 0 or 1, n is 0, 1, 2, or 3, and 2m + n = 2 or 3.

式(L4)において、RL06は炭素数1〜8の置換されていてもよい直鎖状、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。RL07〜RL16はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜15の1価の炭化水素基を示す。RL07〜RL16はそれらの2個が互いに結合してそれらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよく(例えば、RL07とRL08、RL07とRL09、RL08とRL10、RL09とRL10、RL11とRL12、RL13とRL14等)、その場合にはその結合に関与するものは炭素数1〜15の2価の炭化水素基を示し、具体的には上記1価の炭化水素基で例示したものから水素原子を1個除いたもの等が例示できる。また、RL07〜RL16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、RL07とRL09、RL09とRL15、RL13とRL15等)。 In the formula (L4), R L06 represents an optionally substituted linear, branched or cyclic alkyl group or an optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms. R L07 to R L16 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms. R L07 to R L16 may be bonded to each other to form a ring together with the carbon atom to which they are bonded (for example, R L07 and R L08 , R L07 and R L09 , R L08 and R L10 , R L09 and R L10 , R L11 and R L12 , R L13 and R L14, etc.), in which case those involved in the bond represent a divalent hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, specifically Can be exemplified by those obtained by removing one hydrogen atom from those exemplified above for the monovalent hydrocarbon group. R L07 to R L16 may be bonded to each other adjacent to each other to form a double bond (for example, R L07 and R L09 , R L09 and R L15 , R L13 and R L15 etc.).

(D)成分のクエンチャーは、光酸発生剤より発生する酸など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、このようなクエンチャーの配合により、レジスト感度の調整が容易となることに加え、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させることができる。   As the quencher of 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 blending such a quencher, In addition to easy adjustment of resist sensitivity, the diffusion rate of acid in the resist film is suppressed to improve resolution, suppress sensitivity changes after exposure, reduce substrate and environmental dependence, and expose A margin, a pattern profile, etc. can be improved.

このようなクエンチャーとしては、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、カルボキシル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、アミド類、イミド類、カーバメート類、アンモニウム塩類等が好適に用いられる。   Such quenchers include primary, secondary, and tertiary aliphatic amines, hybrid amines, aromatic amines, heterocyclic amines, nitrogen-containing compounds having a carboxyl group, and sulfonyl groups. Preferred examples include nitrogen-containing compounds having a hydroxyl group, nitrogen-containing compounds having a hydroxyl group, nitrogen-containing compounds having a hydroxyphenyl group, alcoholic nitrogen-containing compounds, amides, imides, carbamates, and ammonium salts.

この場合、求核性の高い化合物や塩基性の強すぎる化合物は本発明のスルホニウム塩と反応するため、不適である。好ましくは一級あるいは二級アミンをtBOC(tert−ブトキシカルボニル)保護化した化合物が挙げられる。また、特開2007−298569号公報、特開2010−20204号公報などに記載の化合物も好ましく用いることができる。   In this case, a compound having high nucleophilicity or a compound having too strong basicity is unsuitable because it reacts with the sulfonium salt of the present invention. A compound obtained by protecting a primary or secondary amine with tBOC (tert-butoxycarbonyl) is preferable. In addition, compounds described in JP 2007-298869 A, JP 2010-20204 A, and the like can also be preferably used.

なお、これらクエンチャーは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができ、配合量は、ベース樹脂100部に対し0.001〜8部、特に0.01〜4部が好ましい。配合量が0.001部より少ないと配合効果がなく、8部を超えると感度が低下しすぎる場合がある。   In addition, these quenchers can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types, and a compounding quantity is 0.001-8 parts with respect to 100 parts of base resins, Especially 0.01-4 parts are preferable. When the blending amount is less than 0.001 part, there is no blending effect, and when it exceeds 8 parts, the sensitivity may be excessively lowered.

(E)成分の光酸発生剤を添加する場合は、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればい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、N−スルホニルオキシジカルボキシイミド、オキシム−O−アリ−ルスルホネート型酸発生剤等があり、上述の特開2009−7327号公報に記載の化合物や特開2009−269953号公報に記載の(F−1)又は特開2010−215608号公報に記載の(C)−1と同様に下記の(F)で定義された化合物などを用いることができる。   In the case of adding the photoacid generator of component (E), any compound may be used as long as it generates an acid upon irradiation with high energy rays. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, N-sulfonyloxydicarboximides, oxime-O-aryl sulfonate type acid generators, and the like described in the above-mentioned JP 2009-7327 A. The compounds defined in (F) below are used in the same manner as (F-1) described in JP2009-269953A or (C) -1 described in JP2010-215608A be able to.

Figure 2012153644
Figure 2012153644

ここで、式中、R405、R406、R407はそれぞれ独立に水素原子、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基、特にアルキル基又はアルコキシ基を示し、ヘテロ原子を含んでもよい炭化水素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、エチルシクロペンチル基、ブチルシクロペンチル基、エチルシクロヘキシル基、ブチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、エチルアダマンチル基、ブチルアダマンチル基、及びこれらの基の任意の炭素−炭素結合間に−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−NH−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−C(=O)NH−等のヘテロ原子団が挿入された基や、任意の水素原子が−OH、−NH2、−CHO、−CO2H等の官能基に置換された基を例示することができる。R408はヘテロ原子を含んでもよい炭素数7〜30の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。 Here, in the formula, R 405 , R 406 and R 407 are each independently a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a hetero atom, In particular, it represents an alkyl group or an alkoxy group, and as a hydrocarbon group which may contain a hetero atom, specifically, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, tert-amyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, ethylcyclopentyl group, butylcyclopentyl group, ethylcyclohexyl group, butylcyclohexyl group, adamantyl group, ethyladamantyl group, butyladamantyl group, and these , - - -O between carbon bonds - any carbon of group S -, - SO -, - SO 2 -, - NH-, C (= O) -, - C (= O) O -, - C (= O) NH- or a group hetero atom group is inserted, such as, any of the hydrogen atoms are -OH, -NH 2, -CHO And a group substituted with a functional group such as —CO 2 H. R 408 represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 7 to 30 carbon atoms which may contain a hetero atom.

なお、本化合物の安定性を損ねる可能性があるため、トリフェニルスルホニウム=4−トルエンスルホネートやトリフェニルスルホニウム=10−カンファースルホネート等のフッ素置換されていないアルカンスルホン酸やアリールスルホン酸を使用することは不適である。好ましくは特開2009−269953号公報に記載の(F−1)で定義される化合物並びにイミドスルホネート、オキシムスルホネートなどの非オニウム塩系光酸発生剤である。   In addition, since there is a possibility of impairing the stability of this compound, use an alkanesulfonic acid or arylsulfonic acid that is not fluorine-substituted such as triphenylsulfonium = 4-toluenesulfonate or triphenylsulfonium = 10-camphorsulfonate. Is unsuitable. Preferred are non-onium salt photoacid generators such as compounds defined by (F-1) described in JP-A-2009-269953 and imidosulfonates and oximesulfonates.

本発明の化学増幅型レジスト材料における(E)成分として添加する光酸発生剤の添加量は、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、レジスト材料中のベース樹脂100部に対し0〜40部、特に0.1〜40部、好ましくは0.1〜20部である。(E)成分の光酸発生剤の割合が多すぎる場合には、解像性の劣化や、現像/レジスト膜剥離時の異物の問題が起きる可能性がある。上記(E)成分の光酸発生剤は、単独でも2種以上を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。   The addition amount of the photoacid generator added as the component (E) in the chemically amplified resist material of the present invention may be any as long as it does not interfere with the effects of the present invention. It is 0 to 40 parts, particularly 0.1 to 40 parts, preferably 0.1 to 20 parts. When the proportion of the photoacid generator as the component (E) is too large, there is a possibility that the resolution is deteriorated or a foreign matter problem occurs during development / resist film peeling. The photoacid generator for the component (E) can be used alone or in admixture of two or more. Furthermore, 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 amount of addition.

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特開2009−269953号公報又は特開2010−215608号公報を参照できる。
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、レジスト材料中のベース樹脂100部に対し2部以下、好ましくは1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。
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. For these compounds, reference can be made to JP2009-269953A or JP2010-215608A.
The addition amount of the acid multiplication compound in the resist material of the present invention is 2 parts or less, preferably 1 part or less, relative to 100 parts of the base resin 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.

(F)成分である有機酸誘導体、(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重量平均分子量3,000以下の化合物(溶解阻止剤)の添加は任意であるが、上記各成分と同様に特開2009−269953号公報又は特開2010−215608号公報に記載の化合物を参照できる。   The addition of an organic acid derivative as component (F) and a compound having a weight average molecular weight of 3,000 or less (dissolution inhibitor) whose solubility in an alkali developer is changed by the action of the acid of component (G) is arbitrary. As with the above components, the compounds described in JP2009-269953A or JP2010-215608A can be referred to.

また、ネガ型レジスト材料用の(C’)成分のベース樹脂並びに(H)成分、酸の作用により架橋構造を形成する酸架橋剤についても、上記各成分と同様に特開2009−269953号公報又は特開2010−215608号公報に記載の化合物を参照できる。   Similarly to the above components, the base resin of component (C ′) for the negative resist material, the component (H), and the acid crosslinking agent that forms a crosslinked structure by the action of acid are also disclosed in JP-A-2009-269953. Alternatively, compounds described in JP 2010-215608 A can be referred to.

本発明の化学増幅型レジスト材料中には界面活性剤(S)成分を添加することができ、これも特開2009−269953号公報又は特開2010−215608号公報に記載の(E)定義成分を参照することができる。また、特開2008−122932号公報、特開2010−134012号公報、特開2010−107695号公報、特開2009−276363号公報、特開2009−192784号公報、特開2009−191151号公報、特開2009−98638号公報も参照でき、通常の界面活性剤並びにアルカリ可溶型界面活性剤を用いることができる。   A surfactant (S) component can be added to the chemically amplified resist material of the present invention, and this is also the (E) definition component described in JP2009-269953A or JP2010-215608A. Can be referred to. JP 2008-122932 A, JP 2010-134012 A, JP 2010-107695 A, JP 2009-276363 A, JP 2009-192784 A, JP 2009-191151 A, JP-A-2009-98638 can also be referred to, and normal surfactants and alkali-soluble surfactants can be used.

上記高分子型の界面活性剤の添加量は、レジスト材料のベース樹脂100部に対して0.001〜20部、好ましくは0.01〜10部の範囲である。これらは特開2007−297590号公報に詳しい。   The amount of the polymeric surfactant added is in the range of 0.001 to 20 parts, preferably 0.01 to 10 parts, relative to 100 parts of the base resin of the resist material. These are detailed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-297590.

本発明では、第3に上述したレジスト材料を用いたパターン形成方法を提供する。
本発明のレジスト材料を使用してパターンを形成するには、公知のリソグラフィー技術を採用して行うことができ、例えば、集積回路製造用の基板(Si,SiO2,SiN,SiON,TiN,WSi,BPSG,SOG,有機反射防止膜等)、あるいはマスク回路製造用の基板(Cr,CrO,CrON,MoSi等)にスピンコーティング等の手法で膜厚が0.05〜2.0μmとなるように塗布し、これをホットプレート上で60〜150℃、1〜10分間、好ましくは80〜140℃、1〜5分間プリベークする。次いで目的のパターンを形成するためのマスクを上記のレジスト膜上にかざし、遠紫外線、エキシマレーザー、X線等の高エネルギー線又は電子線を露光量1〜200mJ/cm2、好ましくは10〜100mJ/cm2となるように照射する。あるいは、パターン形成のためのマスクを介さずに電子線を直接描画する。露光は通常の露光法の他、場合によってはマスクとレジスト膜の間を液浸するImmersion法(液浸露光法)を用いることも可能である。その場合には水に不溶な保護膜を用いることも可能である。次いで、ホットプレート上で、60〜150℃、1〜5分間、好ましくは80〜140℃、1〜3分間ポストエクスポージャーベーク(PEB)する。更に、0.1〜5質量%、好ましくは2〜3質量%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して、基板上に目的のパターンが形成される。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でも250〜190nmの遠紫外線又はエキシマレーザー、X線及び電子線による微細パターニングに最適である。また、上記範囲が上限又は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。
The present invention thirdly provides a pattern forming method using the resist material described above.
In order to form a pattern using the resist material of the present invention, a known lithography technique can be adopted, for example, a substrate for manufacturing an integrated circuit (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi). , BPSG, SOG, organic antireflection film, etc.) or a mask circuit manufacturing substrate (Cr, CrO, CrON, MoSi, etc.) so that the film thickness becomes 0.05 to 2.0 μm by a technique such as spin coating. It is applied and prebaked on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 1 to 10 minutes, preferably at 80 to 140 ° C. for 1 to 5 minutes. Next, a mask for forming a target pattern is placed over the resist film, and a high energy beam such as deep ultraviolet light, excimer laser, or X-ray or an electron beam is applied in an exposure amount of 1 to 200 mJ / cm 2 , preferably 10 to 100 mJ. Irradiate to / cm 2 . Alternatively, an electron beam is directly drawn without using a mask for pattern formation. In addition to a normal exposure method, exposure may be performed by an immersion method (immersion exposure method) in which a mask and a resist film are immersed. In that case, it is possible to use a protective film insoluble in water. Next, post exposure baking (PEB) is performed on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 1 to 5 minutes, preferably 80 to 140 ° C. for 1 to 3 minutes. Further, 0.1 to 5% by mass, preferably 2 to 3% by mass of an aqueous developer solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used for 0.1 to 3 minutes, preferably 0.5 to 2%. The 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 for a minute. The resist material of the present invention is particularly suitable for fine patterning using deep ultraviolet rays of 250 to 190 nm or excimer laser, X-rays and electron beams among high energy rays. Moreover, when the said range remove | deviates from an upper limit or a minimum, the target pattern may be unable to be obtained.

上述した水に不溶な保護膜はレジスト膜からの溶出物を防ぎ、膜表面の滑水性を上げるために用いられ、大きく分けて2種類ある。1種類はレジスト膜を溶解しない有機溶剤によってアルカリ現像前に剥離が必要な有機溶剤剥離型と、もう1種類はアルカリ現像液に可溶でレジスト膜可溶部の除去と共に保護膜を除去するアルカリ可溶型である。
後者は特に水に不溶でアルカリ現像液に溶解する1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を有する高分子化合物をベースとし、炭素数4以上のアルコール系溶剤、炭素数8〜12のエーテル系溶剤、及びこれらの混合溶剤に溶解させた材料が好ましい。
上述した水に不溶でアルカリ現像液に可溶な界面活性剤を炭素数4以上のアルコール系溶剤、炭素数8〜12のエーテル系溶剤、又はこれらの混合溶剤に溶解させた材料とすることもできる。
また、パターン形成方法の手段として、フォトレジスト膜形成後に、純水リンス(ポストソーク)を行うことによって膜表面からの酸発生剤などの抽出、あるいはパーティクルの洗い流しを行ってもよいし、露光後に膜上に残った水を取り除くためのリンス(ポストソーク)を行ってもよい。
The above-mentioned protective film insoluble in water is used to prevent elution from the resist film and increase the water slidability of the film surface. One type is an organic solvent peeling type that requires peeling before alkali development with an organic solvent that does not dissolve the resist film, and the other type is an alkali that is soluble in an alkali developer and removes the resist film soluble portion and removes the protective film. It is a soluble type.
The latter is based on a polymer compound having a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue which is insoluble in water and soluble in an alkaline developer, and is an alcohol solvent having 4 or more carbon atoms. , A C8-12 ether solvent, and a material dissolved in a mixed solvent thereof are preferable.
The above-mentioned surfactant that is insoluble in water and soluble in an alkaline developer may be made into a material in which it is dissolved in an alcohol solvent having 4 or more carbon atoms, an ether solvent having 8 to 12 carbon atoms, or a mixed solvent thereof. it can.
Further, as a pattern forming method, after forming the photoresist film, pure water rinsing (post-soak) may be performed to extract an acid generator or the like from the film surface, or to wash away the particles. You may perform the rinse (post-soak) for removing the water which remained on the top.

以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example, an Example, and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example.

[合成例1]4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウムクロリドの合成
1−ナフトール10g(0.069モル)、テトラメチレンスルホキシド7.2g(0.069モル)をメタノール50gに溶解させ、−16℃に冷却した。20℃を超えない温度で塩化水素の過剰量をフィードした。窒素をバブリングして過剰量の塩化水素ガスを追い出した後に反応液を濃縮し、水及びジイソプロピルエーテルを加えて水層を分取した。4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウムクロリド水溶液を得た。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。
[Synthesis Example 1] Synthesis of 4-hydroxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium chloride 1-naphthol 10 g (0.069 mol) and tetramethylene sulfoxide 7.2 g (0.069 mol) were dissolved in methanol 50 g, Cooled to 16 ° C. An excess of hydrogen chloride was fed at a temperature not exceeding 20 ° C. After bubbling nitrogen to expel excess hydrogen chloride gas, the reaction mixture was concentrated, water and diisopropyl ether were added, and the aqueous layer was separated. 4-Hydroxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium chloride aqueous solution was obtained. This was used in the next reaction as an aqueous solution without further isolation.

[合成例2]4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウム 2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート(PAG−1)の合成
特開2009−7327号公報に記載の処方に準じて合成した1,1−ジフルオロ−2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ)エタンスルホン酸ナトリウム(0.02モル相当)と合成例1にて調製した4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウムクロリド水溶液(0.03モル相当)を混合し、ジクロロメタン200gを用いて抽出を行った。有機層を水洗し、溶剤を減圧留去することで結晶が析出した。この結晶−ジクロロメタン溶液混合物を濾過し、ジイソプロピルエーテルで洗浄後、乾燥して目的物を得た(白色結晶6.4g、収率57%)。

Figure 2012153644
[Synthesis Example 2] Synthesis of 4-hydroxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium 2- (adamantane-1-carbonyloxy) -1,1,3,3,3-pentafluoropropanesulfonate (PAG-1) 1,1-difluoro-2- (adamantane-1-carbonyloxy) ethanesulfonic acid sodium (corresponding to 0.02 mol) synthesized according to the formulation described in Japanese Patent Application Publication No. 2009-7327 and 4 prepared in Synthesis Example 1 -A hydroxy naphthyl-1-tetrahydrothiophenium chloride aqueous solution (corresponding to 0.03 mol) was mixed and extracted with 200 g of dichloromethane. The organic layer was washed with water, and the solvent was distilled off under reduced pressure to precipitate crystals. The crystal-dichloromethane solution mixture was filtered, washed with diisopropyl ether, and dried to obtain the desired product (6.4 g of white crystals, yield 57%).
Figure 2012153644

得られた目的物のスペクトルデータを下記に示す。核磁気共鳴スペクトル(1H−NMR,19F−NMR/DMSO−d6)の結果を図1及び図2に示す。なお、1H−NMRにおいて微量の残溶剤(ジイソプロピルエーテル)が観測されている。
赤外吸収スペクトル(IR(KBr);cm-1
3085、2906、2851、1738、1586、1572、1518、1453、1373、1355、1324、1278、1219、1154、1131、1103、1076、1013、987、976、942、756、634
The spectrum data of the obtained target product is shown below. The results of nuclear magnetic resonance spectra ( 1 H-NMR, 19 F-NMR / DMSO-d 6 ) are shown in FIG. 1 and FIG. In 1 H-NMR, a trace amount of residual solvent (diisopropyl ether) is observed.
Infrared absorption spectrum (IR (KBr); cm −1 )
3085, 2906, 2851, 1738, 1586, 1572, 1518, 1453, 1373, 1355, 1324, 1278, 1219, 1154, 1311, 1103, 1076, 1013, 987, 976, 942, 756, 634

[合成例3]1−(2−メトキシエトキシ)−ナフタレンの合成
1−ナフトール50.0g(0.0347モル)、2−メトキシエチルクロリド34.4g(0.0364モル)、水酸化ナトリウム14.6g(0.0364モル)、ヨウ化ナトリウム2.6g(0.017モル)をエタノール100gに溶解させ、80℃で8時間加熱撹拌を行った。冷却後に水100gとトルエン200gを加えて有機層を分取し、5質量%水酸化ナトリウム水溶液100gで5回洗浄した。次いで水100gで4回洗浄した後に有機層を濃縮し、油状物45gを得た。これを減圧蒸留し(110℃/13Pa)、目的物を41g得た(収率58%)。
Synthesis Example 3 Synthesis of 1- (2-methoxyethoxy) -naphthalene 1-naphthol 50.0 g (0.0347 mol), 2-methoxyethyl chloride 34.4 g (0.0364 mol), sodium hydroxide 14. 6 g (0.0364 mol) and 2.6 g (0.017 mol) of sodium iodide were dissolved in 100 g of ethanol, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 8 hours. After cooling, 100 g of water and 200 g of toluene were added, the organic layer was separated, and washed 5 times with 100 g of a 5 mass% aqueous sodium hydroxide solution. Subsequently, after washing with 100 g of water four times, the organic layer was concentrated to obtain 45 g of an oily substance. This was distilled under reduced pressure (110 ° C./13 Pa) to obtain 41 g of the desired product (yield 58%).

[合成例4]4−(2−メトキシエトキシ)ナフタレン−1−テトラヒドロチオフェニウム 2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート(PAG−2)の合成
合成例3の1−(2−メトキシエトキシ)−ナフタレン8.1g(0.04モル)を東京化成社製五酸化二燐−メタンスルホン酸溶液16gに分散させ、テトラメチレンスルホキシド4.1g(0.04モル)を滴下混合した。室温で一晩熟成を行い、水100gとジイソプロピルエーテル30gを加えて水層を分取した。水層を再度ジイソプロピルエーテル30gで洗浄し、この水溶液に特開2009−7327号公報に記載の処方に準じて合成した1,1−ジフルオロ−2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ)エタンスルホン酸ナトリウム(0.02モル相当)、ジクロロメタン−メチルイソブチルケトン混合溶剤を用いて抽出を行った。有機層を水洗し、溶剤を減圧留去した後にイソプロピルエーテルを加えて結晶化させ、濾過、乾燥して目的物を得た(白色結晶9.1g、収率81%)。

Figure 2012153644
[Synthesis Example 4] Synthesis of 4- (2-methoxyethoxy) naphthalene-1-tetrahydrothiophenium 2- (adamantane-1-carbonyloxy) -1,1-difluoroethanesulfonate (PAG-2) 1 of Synthesis Example 3 8.1 g (0.04 mol) of-(2-methoxyethoxy) -naphthalene is dispersed in 16 g of a diphosphorus pentoxide-methanesulfonic acid solution manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., and 4.1 g (0.04 mol) of tetramethylene sulfoxide is dispersed. Drop-mixed. The mixture was aged overnight at room temperature, 100 g of water and 30 g of diisopropyl ether were added, and the aqueous layer was separated. The aqueous layer was washed again with 30 g of diisopropyl ether, and sodium 1,1-difluoro-2- (adamantane-1-carbonyloxy) ethanesulfonate synthesized in accordance with the formulation described in JP 2009-7327 A in this aqueous solution Extraction was performed using a dichloromethane-methylisobutyl ketone mixed solvent (equivalent to 0.02 mol). The organic layer was washed with water and the solvent was distilled off under reduced pressure, followed by crystallization with isopropyl ether, filtration and drying to obtain the desired product (9.1 g of white crystals, yield 81%).
Figure 2012153644

得られた目的物のスペクトルデータを下記に示す。核磁気共鳴スペクトル(1H−NMR,19F−NMR/DMSO−d6)の結果を図3及び図4に示す。なお、1H−NMRにおいて微量の残溶剤(ジイソプロピルエーテル、メチルイソブチルケトン)が観測されている。
赤外吸収スペクトル(IR(KBr);cm-1
2906、2849、1783、1508、1377、1326、1262、1247、1226、1209、1191、1127、1087、965、943、829、755、637
The spectrum data of the obtained target product is shown below. The results of nuclear magnetic resonance spectra ( 1 H-NMR, 19 F-NMR / DMSO-d 6 ) are shown in FIG. 3 and FIG. In 1 H-NMR, a trace amount of residual solvent (diisopropyl ether, methyl isobutyl ketone) is observed.
Infrared absorption spectrum (IR (KBr); cm −1 )
2906, 2849, 1783, 1508, 1377, 1326, 1262, 1247, 1226, 1209, 1191, 1127, 1087, 965, 943, 829, 755, 637

[合成例5]4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウム 2−(5−オキソアダマンタン−1−カルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート(PAG−3)の合成
特開2009−7327号公報に記載の処方に準じて合成したベンジルトリメチルアンモニウム 1,1−ジフルオロ−2−(5−オキソアダマンタン−1−カルボニルオキシ)エタンスルホネート(0.01モル)と合成例1にて調製した4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウムクロリド水溶液(0.02モル相当)を混合し、ジクロロメタン100gを用いて抽出を行った。有機層を水洗し、溶剤を減圧留去することで結晶が析出した。この結晶−ジクロロメタン溶液混合物を濾過し、メチルイソブチルケトン、ジイソプロピルエーテルで洗浄後、乾燥して目的物を得た(白色結晶2.5g、収率41%)。

Figure 2012153644
Synthesis Example 5 4-Hydroxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium 2- (5-oxoadamantane-1-carbonyloxy) -1,1,3,3,3-pentafluoropropanesulfonate (PAG-3) Synthesis Benzyltrimethylammonium 1,1-difluoro-2- (5-oxoadamantane-1-carbonyloxy) ethanesulfonate (0.01 mol) synthesized according to the formulation described in JP-A-2009-7327 and synthesis example The 4-hydroxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium chloride aqueous solution (equivalent to 0.02 mol) prepared in 1 was mixed and extracted with 100 g of dichloromethane. The organic layer was washed with water, and the solvent was distilled off under reduced pressure to precipitate crystals. The crystal-dichloromethane solution mixture was filtered, washed with methyl isobutyl ketone and diisopropyl ether, and then dried to obtain the desired product (2.5 g of white crystals, yield 41%).
Figure 2012153644

得られた目的物のスペクトルデータを下記に示す。核磁気共鳴スペクトル(1H−NMR,19F−NMR/DMSO−d6)の結果を図5及び図6に示す。なお、1H−NMRにおいて残溶剤(ジクロロメタン、メチルイソブチルケトン、ジイソプロピルエーテル)が観測されている。後述するレジスト評価においては純度93.3wt%として純度換算した添加量にて評価を行った。
赤外吸収スペクトル(IR(KBr);cm-1
3071、2935、1716、1571、1370、1352、1279、1230、1209、1082、1061、1014、983、945,824、761、639
The spectrum data of the obtained target product is shown below. The results of nuclear magnetic resonance spectra ( 1 H-NMR, 19 F-NMR / DMSO-d 6 ) are shown in FIGS. In 1 H-NMR, residual solvents (dichloromethane, methyl isobutyl ketone, diisopropyl ether) are observed. In the resist evaluation to be described later, the evaluation was performed with the addition amount in terms of purity with a purity of 93.3 wt%.
Infrared absorption spectrum (IR (KBr); cm −1 )
3071, 2935, 1716, 1571, 1370, 1352, 1279, 1230, 1209, 1082, 1061, 1014, 983, 945, 824, 761, 639

[合成例6]4−(2−メトキシエトキシ)ナフタレン−1−テトラヒドロチオフェニウム 2−(4−(デヒドロコリロキシ)ブタノイルオキシ)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート(PAG−4)の合成
合成例4と同様に4−(2−メトキシエトキシ)ナフタレン−1−テトラヒドロチオフェニウム水溶液(0.01モル相当)を調製した。これに特開2009−7327号公報に記載の処方に準じて合成したベンジルトリメチルアンモニウム=2−(4−(デヒドロコリロキシ)ブタノイルオキシ)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート(0.008モル相当)、ジクロロメタン50gを用いて抽出を行った。有機層を水洗し、溶剤を減圧留去した後、残渣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)を用いて精製を施した。精製物をジクロロメタン−メチルイソブチルケトン溶液に溶解させ、水洗浄し、溶剤を減圧留去した後、イソプロピルエーテルを加えて結晶化させ、濾過、乾燥して目的物を得た(白色結晶4.3g、収率66%)。

Figure 2012153644
Synthesis Example 6 Synthesis of 4- (2-methoxyethoxy) naphthalene-1-tetrahydrothiophenium 2- (4- (dehydrocholyloxy) butanoyloxy) -1,1-difluoroethanesulfonate (PAG-4) Synthesis In the same manner as in Example 4, an aqueous 4- (2-methoxyethoxy) naphthalene-1-tetrahydrothiophenium solution (corresponding to 0.01 mol) was prepared. To this, benzyltrimethylammonium = 2- (4- (dehydrocholyloxy) butanoyloxy) -1,1-difluoroethanesulfonate (corresponding to 0.008 mol) synthesized according to the formulation described in JP2009-7327A Extraction was performed using 50 g of dichloromethane. The organic layer was washed with water, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified using silica gel column chromatography (eluent dichloromethane-methanol). The purified product was dissolved in dichloromethane-methylisobutylketone solution, washed with water, the solvent was distilled off under reduced pressure, crystallized by adding isopropyl ether, filtered and dried to obtain the desired product (4.3 g of white crystals). , 66% yield).
Figure 2012153644

得られた目的物のスペクトルデータを下記に示す。核磁気共鳴スペクトル(1H−NMR,19F−NMR/DMSO−d6)の結果を図7及び図8に示す。なお、1H−NMRにおいて微量の残溶剤(ジイソプロピルエーテル、メチルイソブチルケトン)が観測されている。
赤外吸収スペクトル(IR(KBr);cm-1
2965、1721、1704、1588、1571、1509、1427、1384、1321、1250、1235、1160、1130、1088、1031、989、950、764、644
The spectrum data of the obtained target product is shown below. The results of nuclear magnetic resonance spectra ( 1 H-NMR, 19 F-NMR / DMSO-d 6 ) are shown in FIG. 7 and FIG. In 1 H-NMR, a trace amount of residual solvent (diisopropyl ether, methyl isobutyl ketone) is observed.
Infrared absorption spectrum (IR (KBr); cm −1 )
2965, 1721, 1704, 1588, 1571, 1509, 1427, 1384, 1321, 1250, 1235, 1160, 1130, 1088, 1031, 989, 950, 764, 644

本発明のレジスト材料に用いる高分子化合物を以下に示す処方で合成した。
[合成例7]ポリマー1の合成
窒素雰囲気としたフラスコに50.6gのメタクリル酸=1−(1−メチルエチル)シクロペンチル、23.1gのメタクリル酸=2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イル、26.3gのメタクリル酸2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル、1.19gのV−601(和光純薬工業(株)製)、1.51gの2−メルカプトエタノール、175gのPMA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)をとり、単量体−重合開始剤溶液を調製した。窒素雰囲気とした別のフラスコに58.3gのPMA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)をとり、撹拌しながら80℃まで加熱した後、上記単量体−重合開始剤溶液を4時間かけて滴下した。滴下終了後、重合液の温度を80℃に保ったまま2時間撹拌を続け、次いで室温まで冷却した。得られた重合液を、激しく撹拌した1.6kgのメタノールに滴下し、析出した共重合体を濾別した。共重合体をメタノール0.6kgで2回洗浄した後、50℃で20時間真空乾燥して83.3gの白色粉末状の共重合体を得た。共重合体を13C−NMRで分析したところ、共重合組成比は上記の単量体順で46.4/22.2/31.4モル%であった。GPC(溶剤:テトラヒドロフラン)にて分析したところ、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は6,100であった。
The polymer compound used for the resist material of the present invention was synthesized according to the following formulation.
Synthesis Example 7 Synthesis of Polymer 1 50.6 g of methacrylic acid = 1- (1-methylethyl) cyclopentyl and 23.1 g of methacrylic acid = 2-oxo-4-oxahexahydro-3 were added to a flask in a nitrogen atmosphere. , 5-methano-2H-cyclopenta [b] furan-6-yl, 26.3 g 2-oxotetrahydrofuran-3-yl methacrylate, 1.19 g V-601 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 1.51 g of 2-mercaptoethanol and 175 g of PMA (propylene glycol methyl ether acetate) were taken to prepare a monomer-polymerization initiator solution. In another flask in a nitrogen atmosphere, 58.3 g of PMA (propylene glycol methyl ether acetate) was taken, heated to 80 ° C. with stirring, and then the monomer-polymerization initiator solution was added dropwise over 4 hours. After completion of dropping, stirring was continued for 2 hours while maintaining the temperature of the polymerization solution at 80 ° C., and then cooled to room temperature. The obtained polymerization solution was dropped into 1.6 kg of methanol which was vigorously stirred, and the precipitated copolymer was separated by filtration. The copolymer was washed twice with 0.6 kg of methanol and then vacuum dried at 50 ° C. for 20 hours to obtain 83.3 g of a white powdery copolymer. When the copolymer was analyzed by 13 C-NMR, the copolymer composition ratio was 46.4 / 22.2 / 31.4 mol% in the order of the above monomers. When analyzed by GPC (solvent: tetrahydrofuran), the polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) was 6,100.

Figure 2012153644
Figure 2012153644

[実施例1〜6及び比較例1〜4]
上記合成例で示した光酸発生剤とポリマー1をベース樹脂として使用し、クエンチャーを表1に示す組成で下記界面活性剤A(オムノバ社製)0.01質量%を含む溶剤中に溶解してレジスト材料を調合し、更にレジスト材料を0.2μmのテフロン(登録商標)製フィルターで濾過することにより、レジスト液をそれぞれ調製した。
[Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4]
The photoacid generator and polymer 1 shown in the above synthesis example were used as a base resin, and a quencher having the composition shown in Table 1 was dissolved in a solvent containing 0.01% by mass of the following surfactant A (Omnova). Then, a resist material was prepared, and the resist material was further filtered through a 0.2 μm Teflon (registered trademark) filter to prepare resist solutions.

なお、表1において、溶剤及びクエンチャー、比較例で用いた光酸発生剤、アルカリ可溶型界面活性剤(SF)は下記の通りである。
P−01:ポリマー1
PAG−1、PAG−2、PAG−3、PAG−4:上述の通り
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
CyHO:シクロヘキサノン
GBL:γ−ブチロラクトン
BASE−1:N−tBOC化2−フェニルベンズイミダゾール
PAG−X:
トリフェニルスルホニウム 2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート
PAG−Y:
4−ブトキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウム 2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート
PAG−Z1:
4−(2−メトキシエトキシ)ナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウム トリフルオロメタンスルホネート
PAG−Z2:
4−ヒドロキシナフチル−1−テトラヒドロチオフェニウム ノナフルオロ−1−ブタンスルホネート
SF−1:
下記ポリマー11(特開2008−122932号公報に記載の化合物)
ポリ(メタクリル酸=3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−1,1−ジメチル−2−トリフルオロメチルプロピル・メタクリル酸=1,1,1−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−6−メチル−2−トリフルオロメチルヘプタ−4−イル)
重量平均分子量(Mw)=7,300、分散度(Mw/Mn)=1.86

Figure 2012153644

界面活性剤A:
3−メチル−3−(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)オキセタン・テトラヒドロフラン・2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール共重合物(オムノバ社製)(構造式を以下に示す。)
Figure 2012153644
In Table 1, the solvent, quencher, photoacid generator and alkali-soluble surfactant (SF) used in the comparative examples are as follows.
P-01: Polymer 1
PAG-1, PAG-2, PAG-3, PAG-4: As described above PGMEA: propylene glycol monomethyl ether acetate CyHO: cyclohexanone GBL: γ-butyrolactone BASE-1: N-tBOCated 2-phenylbenzimidazole PAG-X :
Triphenylsulfonium 2- (adamantane-1-carbonyloxy) -1,1-difluoroethanesulfonate PAG-Y:
4-Butoxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium 2- (adamantane-1-carbonyloxy) -1,1-difluoroethanesulfonate PAG-Z1:
4- (2-methoxyethoxy) naphthyl-1-tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate PAG-Z2:
4-Hydroxynaphthyl-1-tetrahydrothiophenium nonafluoro-1-butanesulfonate SF-1:
The following polymer 11 (compound described in JP-A-2008-122932)
Poly (methacrylic acid = 3,3,3-trifluoro-2-hydroxy-1,1-dimethyl-2-trifluoromethylpropyl methacrylic acid = 1,1,1-trifluoro-2-hydroxy-6-methyl -2-Trifluoromethylhept-4-yl)
Weight average molecular weight (Mw) = 7,300, dispersity (Mw / Mn) = 1.86
Figure 2012153644

Surfactant A:
3-methyl-3- (2,2,2-trifluoroethoxymethyl) oxetane / tetrahydrofuran / 2,2-dimethyl-1,3-propanediol copolymer (Omnova Co., Ltd.) (Structural formula is shown below. )
Figure 2012153644

Figure 2012153644
Figure 2012153644

レジスト材料の解像性及びダークパターンプロファイルの評価:ArF露光
シリコン基板上に反射防止膜溶液(日産化学工業(株)製、ARC−29A)を塗布し、200℃で60秒間ベークして作製した反射防止膜(100nm膜厚)基板上にレジスト溶液をスピンコーティングし、ホットプレートを用いて100℃で60秒間ベークし、120nm膜厚のレジスト膜を作製した。これをArFエキシマレーザースキャナー((株)ニコン製、NSR−S610C、NA=1.30、二重極、Crマスク)を用いて水により液浸露光し、80℃で60秒間ベーク(PEB)を施し、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で60秒間現像を行った。
Evaluation of resolution and dark pattern profile of resist material: An antireflection film solution (ARC-29A, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was applied on an ArF exposed silicon substrate and baked at 200 ° C. for 60 seconds. A resist solution was spin-coated on an antireflection film (100 nm film thickness) substrate and baked at 100 ° C. for 60 seconds using a hot plate to prepare a resist film with a film thickness of 120 nm. This was subjected to immersion exposure with water using an ArF excimer laser scanner (Nikon Corporation, NSR-S610C, NA = 1.30, double pole, Cr mask), and baked (PEB) at 80 ° C. for 60 seconds. And developed with an aqueous solution of 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide for 60 seconds.

レジスト材料の評価は、40nmのグループのラインアンドスペースを1:1で解像する露光量を最適露光量(Eop、mJ/cm2)とした。この評価に用いたのはダークエリアのラインアンドスペースパターンである(10本のラインアンドスペースパターンの両側がバルクパターンで遮光されている)。上記最適露光量におけるダークエリア並びにブライトエリア(10本のラインアンドスペースパターンの両側が広大なスペース部の透過エリアである)におけるパターン形状を電子顕微鏡にて観察し、評価した。
ダークエリアパターン形状の評価基準は、以下のものとした。
矩形:
ライン側壁が垂直であり、ボトム(基板付近)からトップまで寸法変化が少なく良好。
テーパー:
ライン側壁に傾斜があり、ボトムからトップまで徐々に寸法が減少し、不適。
Tトップ:
ライントップ付近で寸法が大きくなり、不適。
トップラウンディング:
ライントップ付近が丸みを帯び寸法が小さくなり、不適。
また上記Eopにおけるブライトエリアのラインアンドスペースパターンの線幅を測定し、Dark/Bright biasとした。数値が小さいほどダークエリア、ブライトエリアでの寸法差が小さく良好なことを示す。
各レジスト材料の評価結果を表2に示す。
In the evaluation of the resist material, the exposure amount for resolving the 40 nm group line and space at 1: 1 was determined as the optimum exposure amount (Eop, mJ / cm 2 ). A dark area line and space pattern was used for this evaluation (10 lines and space patterns are shielded from light by a bulk pattern). The pattern shapes in the dark area and the bright area at the optimum exposure amount (the transmission area of the wide space portion on both sides of the 10 line and space patterns) were observed with an electron microscope and evaluated.
The evaluation criteria for the dark area pattern shape were as follows.
Rectangle:
The line side wall is vertical, and there is little change in dimensions from the bottom (near the substrate) to the top.
taper:
The line side wall is inclined, and the dimensions gradually decrease from the bottom to the top.
T Top:
Unsuitable due to large dimensions near the line top.
Top rounding:
The area near the line top is rounded and the dimensions are reduced, making it unsuitable.
Further, the line width of the line and space pattern in the bright area in the above Eop was measured and set to Dark / Bright bias. A smaller numerical value indicates a smaller dimensional difference between the dark area and the bright area.
Table 2 shows the evaluation results of each resist material.

Figure 2012153644
Figure 2012153644

表2の結果より、本発明のレジスト材料が既存の光酸発生剤に比べ光酸発生剤として十分機能し、かつダークエリアのパターン形状が良好であり、ダークエリアとブライトエリアの寸法差が小さいことが確認された。
以上の通り、本発明の光酸発生剤を用いたレジスト材料は解像性、特にダーク部のラインアンドスペースパターン形状に優れるものである。
From the results in Table 2, the resist material of the present invention functions sufficiently as a photoacid generator compared to existing photoacid generators, and the pattern shape of the dark area is good, and the dimensional difference between the dark area and the bright area is small. It was confirmed.
As described above, the resist material using the photoacid generator of the present invention is excellent in resolution, particularly in the line and space pattern shape in the dark part.

Claims (6)

下記一般式(1a)又は(1b)で示されるスルホニウム塩。
Figure 2012153644

(式中、Rはヘテロ原子を含んでもよい炭素数7〜30の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、nは1〜4の整数を示す。)
A sulfonium salt represented by the following general formula (1a) or (1b).
Figure 2012153644

(In the formula, R represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 7 to 30 carbon atoms which may contain a hetero atom, and n represents an integer of 1 to 4.)
請求項1記載の式(1b)で示されるスルホニウム塩において、nが1であることを特徴とするスルホニウム塩。   The sulfonium salt represented by the formula (1b) according to claim 1, wherein n is 1. 請求項1又は2記載のスルホニウム塩を含むことを特徴とする化学増幅型レジスト材料。   A chemically amplified resist material comprising the sulfonium salt according to claim 1. 請求項1又は2記載のスルホニウム塩を含むことを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。   A chemically amplified positive resist material comprising the sulfonium salt according to claim 1. 請求項3又は4記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線で露光する工程と、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 the resist material according to claim 3 or 4 on a substrate, a step of exposing to high energy rays through a photomask after heat treatment, and heat treatment as necessary, followed by development using a developer. The pattern formation method characterized by including the process to perform. 請求項3又は4記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、水に不溶でアルカリ現像液に可溶な保護膜を塗布する工程と、当該基板と投影レンズの間に水を挿入しフォトマスクを介して高エネルギー線で露光する工程と、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 the resist material according to claim 3 or 4 on a substrate, a step of applying a protective film insoluble in water and soluble in an alkaline developer after heat treatment, and water between the substrate and the projection lens. A pattern forming method comprising: a step of exposing with a high energy beam through a photomask; and a step of developing with a developer after heat treatment as necessary.
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