JP2017002047A - 光酸発生剤 - Google Patents
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Abstract
Description
分解生成物のガス放出の影響を制限するために、例えば、光学素子のクリーニングおよび/または光学素子とフォトレジスト塗膜との間の犠牲的バリアもしくはフィルタの導入のような手段が行われてきた。しかし、45nm未満のますます小さくなるライン幅において増大した解像度に向かう産業界のトレンド、および改良された反射光学素子を有し、有意により短い波長(例えば、13.5nmでの極端紫外線(EUV)領域において)で操作する新たなツールの開発のせいで、フォトレジストにおける組成物水準でのガス放出の制御における新たな興味が存在する。
別の実施形態においては、コーティングされた基体は(a)基体表面上のパターン形成される1以上の層を有する基体、および(b)パターン形成される前記1以上の層上のフォトレジスト組成物の層を含む。
別の実施形態においては、電子デバイスを形成する方法は(a)請求項9のフォトレジスト組成物の層を基体上に適用し、(b)フォトレジスト組成物層を活性化放射線にパターン様に(patternwise)露光し、および(c)露光されたフォトレジスト組成物層を現像してレジストレリーフ像を提供することを含む。
式中、Rは独立してH、C1−20アルキル、C1−20アルコキシ、C6−20アリールもしくはC6−20アルキルアリールである。他の光分解性塩基には、非イオン性光分解性発色団、例えば、2−ニトロベンジル基およびベンゾイン基などをベースにしたものが挙げられる。典型的な光塩基発生剤はオルト−ニトロベンジルカルバマートである。
A:ビス(2−ナフチル)スルフィドの合成
2−ナフトール(33.3g、0.23mol)、2−ナフタレンチオール(36.7g、0.23mol)およびp−トルエンスルホン酸(44g、0.23mol)の混合物がトルエン(500mL)中で、4時間、N2雰囲気下で加熱還流された。冷却後、飽和NaHCO3溶液を用いて反応が停止させられた。次いで、この混合物はCH2Cl2で抽出され、合わせた有機抽出物はH2Oで洗浄され、次いでロータリーエバポレーションによって濃縮乾固された。粗生成物はトルエンからの結晶化によって精製されて、52g(79%)の上記スルフィドを得た。1H NMR(CDCl3)δ=7.44−7.52(m,3H)、7.72−7.85(m,3H)、7.9(br s,1H)。
DTBPI−PFBuS(3.4g、4.91mol)、ビス(2−ナフチル)スルフィド(1.43g、4.99mmol、1.02当量)を、上記ジアリールスルフィドとして、および安息香酸銅(0.038g、0.124mmol、0.025当量)のクロロベンゼン(約10mL)中の懸濁物が80℃に、約3時間加熱され、室温(本明細書においてr.t.と略す)に冷却された。この反応混合物は減圧下でロータリーエバポレーションによって濃縮され、粗残留物を沸騰ヘキサンで洗浄し、乾燥させて標記化合物(2.94g、83%)を灰白色固体として得た。1H NMR(アセトン−d6)δ:8.71(s,2H)、8.37(d,J=9Hz,2H)、8.18(d,J=8.5Hz,2H)、8.12(d,J=8Hz,2H)、8.00(d,J=8.5Hz,2H)、7.89−7.96(m,4H)、7.87(t,J=8Hz,2H)、7.79(t,J=8Hz,2H)、1.39(s,9H)。19F NMR(アセトン−d6)δ:−82.21(3F)、−115.72(2F)、0122.38(2F)、−127.00(2F)。
過酸化水素(H2O中30重量%、50mL、0.382mol)およびトリフルオロメタンスルホン酸無水物(32.4mL、0.191mmol、0.5当量)のエタノール(350mL)中溶液を4,4’−チオジフェノール(125g、0.573mol、1.5当量)のエタノール(1.25L)中溶液に、4時間にわたって滴下添加した。完全に添加した後、反応混合物を室温で30分間攪拌し、減圧濃縮し、酢酸エチル(1L)で希釈し、水(600mL)で洗浄した。水性層は酢酸エチルで抽出(3回×600mL)され、合わせた有機層を乾燥(Na2SO4)させ、減圧濃縮した。粗固体はメチルtert−ブチルエーテル(1L)で希釈され、一晩攪拌された。沈殿がメチルtert−ブチルエーテル(3回×500mL)で洗浄され、空気乾燥されて、標記化合物を定量収率で白色固体として得た。1H NMR(アセトン−d6)δ:8.85−9.05(brs,2H)、7.50(d,J=8.5Hz,4H)、6.95(d,J=8.5Hz,4H)。
フェノール(150g、0.159mol)、炭酸カリウム(26.4g、0.191mol、1.2当量)およびテトラメチルエチレンジアミン(0.92g、7.95mmol、0.05当量)がジメチルスルホキシド(DMSO;100mL)中に溶解され、室温で30分間攪拌された。1−ブロモ−2−(2−メトキシエトキシ)エタン(30.56g、0.166mol、1.04当量)が添加され、この溶液が18時間にわたって90℃に加熱され、室温に冷却された。この反応混合物が酢酸エチル(600mL)で希釈され、1Mの水酸化カリウム(3回×300mL)で洗浄され、乾燥(Na2SO4)させられ、減圧濃縮されて、標記化合物(16.50g、52%)を橙色オイルとして得た。1H NMR(アセトン−d6)δ:7.27(dt,J=8.5Hz,1Hz,2H)、6.94(dd,J=8Hz,1Hz,2H)、6.92(dt,J=8Hz,1Hz,1H)、4.12(t,J=5Hz,2H)、3.80(t,J=5Hz,2H)、3.64(t,J=5Hz,2H)、3.50(t,J=5Hz,2H)、3.29(s,3H)。
4,4’−スルフィニルジフェノール(20.0g、85.0mmol)、炭酸カリウム(26.6g、0.192mol、2.26当量)およびテトラメチルエチレンジアミン(0.495g、4.25mmol、0.05当量)がDMSO(100mL)に溶解され、室温で30分間攪拌された。次いで、1−ブロモ−2−(2−メトキシエトキシ)エタン(32.67g、0.179mmol、2.1当量)が添加され、この溶液が18時間、90℃に加熱され、室温に冷却された。この反応混合物は酢酸エチル(600mL)で希釈され、水(5回×500mL)で洗浄され、乾燥(Na2SO4)させられ、減圧濃縮されて、標記化合物(33.40g、90%)を橙色オイルとして得た。1H NMR(アセトン−d6)δ:7.59(d,J=8.5Hz,4H)、7.07(d,J=8.5Hz,4H)、4.17(t,J=4.5Hz,4H)、3.80(t,J=5Hz,4H)、3.63(t,J=4.5Hz,4H)、3.48(t,J=4.5Hz,4H)、3.28(s,6H)。
Eaton’s試薬(メタンスルホン酸中7.7重量%のP2O5;4mL)が、4,4’スルフィニルビス((2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)ベンゼン)(1.00g、2.28mmol)および(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)ベンゼン(0.447g、2.28mmol、1当量)のジクロロメタン(5mL)中溶液に2時間にわたって滴下添加され、一晩室温で攪拌された。この反応混合物は水(75mL)の添加によりゆっくりとクエンチされ、酢酸エチル(4回×50mL)で抽出された。1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブタン−−スルホン酸カリウム(1.54g、4.56mmol、2当量)がこの水層に添加され、次いでジクロロメタン(100mL)が添加され、得られた二相混合物が室温で一晩攪拌された。これら層は分離され、水性層はジクロロメタン(3回×50mL)で抽出され、合わせた有機層が減圧濃縮された。粗オイルが熱水(100mL)中に溶解され、メチルtert−ブチルエーテル(2×50mL)、次いでジクロロメタン(3回×100mL)で抽出された。ジクロロメタン層が乾燥(Na2SO4)させられ、減圧濃縮されて、橙色オイルとして標記化合物(0.80g、38%)を得た。1H NMR(アセトン−d6)δ:7.79(d,J=9.5Hz,6H)、7.34(d,J=9Hz,6H)、4.29(t,J=5Hz,6H)、3.85(t,J=5Hz,6H)、3.64(t,J=5Hz,6H)、3.49(t,J=5Hz,6H)、3.28(s,9H)。19F NMR(300MHz、(CD3)2CO)δ:−82.21(3F)、−115.89(2F)、−122.42(2F)、−127.00(2F)。
実施例3〜5および7〜9のPAGへの前駆体スルフィドは以下のジアリールスルフィド手順に従って製造され、対応するPAGは、表1に示された具体的なジアリールスルフィドおよび試薬モル比が使用され、かつメチルt−ブチルエーテル、ジクロロメタンおよびヘプタンもしくはヘキサンの混合物が沈殿溶媒として使用されたことを除いて、実施例1の一般的な手順に従って製造された。
4−ヨードビフェニル(25g、0.089mol)、無水Na2S(3.84g、0.049mol)、CuI(1.7g、8.9mmol)およびK2CO3(6.77g、0.049mol)の無水DMF(100mL)中の懸濁物がN2下で130℃で24時間加熱された。冷却後、水が添加され、混合物はジクロロメタンで抽出された。合わせた有機相が2NのNaOH(水性)、次いで水で洗浄された。溶媒が除去され、残留物はカラムクロマトグラフィ(シリカ/ヘキサン)によって精製され、9.4g(31%)の上記スルフィドを生じさせた。1H NMR(CDCl3)δ=7.33−7.38(m,1H)、7.42−7.48(m,4H)、7.54−7.61(m,4H)。
1−ヨードナフタレン(25.4g、0.10mol)、無水Na2S(3.90g、0.05mol)、CuI(1.71g、9.0mmol)およびK2CO3(6.91g、0.05mol)の無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF;100mL)中の懸濁物がN2下で130℃で24時間加熱された。冷却後、水が添加され、混合物はジクロロメタンで抽出された。合わせた有機相が2NのNaOH(水性)、次いで水で洗浄された。溶媒がロータリーエバポレーションによって除去され、残留物はカラムクロマトグラフィ(シリカ/ヘキサン)によって精製され、9.7g(34%)の上記スルフィドを生じさせた。1H NMR(CDCl3)δ=7.31−7.33(m,2H)、7.51−7.56(m,2H)、7.78(dd,J=4.25,4.25Hz,1H)、7.89(dd,J=6.25,3.2Hz,1H)、8.43(dd,J=6.1,3.5Hz,1H)。
2−ナフタレンチオール(21.4g、0.134mol)、4−ヨードビフェニル(25.0g、0.89mol)、CuI(16.95g、0.089mmol)、K2CO3(12.3g、0.089mol)およびエチレングリコール(10mL)のtert−アミルアルコール(500mL)中の混合物がN2下で48時間還流された。冷却後、ジクロロメタンが添加され、混合物は2NのNaOH、水で抽出され、アルミナプラグを通してろ過された。溶媒が減圧下で除去されて、残留物はカラムクロマトグラフィ(シリカ/ヘキサン)によって精製され、8.9g(32%)の上記スルフィドを生じさせた。1H NMR(CDCl3)δ=7.33−7.38(m,1H)、4.41−7.50(m,7H)、7.52−7.61(m,4H)、7.74−7.84(m,3H)、7.9(br s,1H)。
臭素(38.4g、0.24mol)が室温で、ジクロロメタン(50mL)およびH2O(50mL)の混合物中のジフェニルスルフィド(18.6g、0.1mol)の溶液に滴下添加された。冷却後、飽和水性亜硫酸水素ナトリムを添加することにより過剰の臭素が使い尽くされた。粗生成物がジクロロメタンで抽出され、合わせた有機層が水で洗浄された。溶媒はロータリーエバポレーションによって除去され、生成物はイソプロパノールから結晶化されて、29.6g(86%)のスルフィドを生じさせた。1H NMR(CDCl3)δ7.19(dてJ=8.5Hz,4H)、7.43(d,J=8.5,4H)。
無水DMF(150mL)中の4,4’−チオジフェノール(20.0g、0.092mol)、ヘキサフルオロベンゼン(68g、0.37mol)およびK2CO3がN2下で48時間、90℃で加熱された。冷却後、水が添加され、混合物はジクロロメタンで抽出された。有機層は水で洗浄され、ロータリーエバポレーションによってジクロロメタンが除去された。このクルード物はカラムクロマトグラフィ(シリカゲル/ヘキサン)によって精製され、41g(81.3%)の上記スルフィドを生じさせた。1H NMR(CDCl3)δ6.91(d,J=8.75Hz)、7.31(d,J=8.75Hz)。
2−ナフタレンチオール(15.5g、0.097mol)、9−ブロモアントラセン(25.0g、0.0.097mol)、CuI(19.1g、0.1mol)、K2CO3(15.0g、0.11mol)、KI(16.6g、0.1mol)およびエチレングリコール(10mL)のtert−アミルアルコール(500mL)中の混合物がN2下で48時間還流された。冷却後、ジクロロメタンが添加され、混合物は2NのNaOHおよび水で洗浄され、アルミナプラグを通してろ過された。溶媒が減圧下ロータリーエバポレーションによって除去され、残留物はカラムクロマトグラフィ(シリカ/ヘキサン)によって精製され、16.5g(50.5%)の上記スルフィドを生じさせた。1H NMR(CDCl3)δ7.13(dd,J=8.7,1.85Hz,1H)、7.28−7.35(m,3H)、7.43−7.47(m,1H)、7.49−7.56(m,4H)、7.58(d,J=8.7Hz,1H)、7.66−7.70(m,1H)、8.06−8.10(m,2H)、8.64(s,1H)、8.84−8.89(m,2H)。
実施例6のPAGは、(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)ベンゼンの代わりに2,6−ジメチルフェノール(0.975g、7.98mmol、1当量)(シグマアルドリッチから市販)が使用されたこと、かつ3.50g(7.98mmol、1当量)の4,4’−スルフィニルビス((2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)ベンゼン)および3.24g(9.58mmol、1.2当量)の1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブタン−1−スルホン酸カリウムが使用されたことを除いて、実施例2の工程AおよびDの手順に従って製造された。
過ホウ酸ナトリウム四水和物(55mmol、8.46g)が氷酢酸(45mL)中の4−ヨードビフェニル(5.00mmol、1.40g)の溶液に40℃で、複数ポーションで添加され、8時間攪拌され、室温に冷却された。この反応物の体積は真空下で20mLまで低減させられ、水(50mL)で希釈され、ジクロロメタン(3×20mL)で抽出された。合わせた有機物画分が乾燥(MgSO4)させられ、真空下で濃縮されて、4−ジアセトキシヨードビフェニルを生じさせ、これは次の工程においてさらに精製することなく使用される。
メタクリル酸1−エチルシクロペンチル(59.24g、0.325mol)、メタクリル酸(2−イソプロピル)−2−アダマンチル(12.18g、0.046mol)、メタクリル酸アルファ−(ガンマ−ブチロラクトン)(39.51g、0.232mol)、メタクリル酸(3−ヒドロキシ)−1−アダマンチル(65.84g、0.279mol)、およびメタクリル酸3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシル(23.23g、0.046mol)が、乳酸エチル(本明細書において、EL)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート(本明細書において、PGMEA)およびガンマ−ブチロラクトンの溶媒混合物(それぞれ40/30/30 v/v比)300gに溶解された。VAZO V−601開始剤(32.08g;デュポンから入手可能)が、同じ溶媒混合物20gに溶解された。追加の前記溶媒混合物280gを収容する反応器が70〜72℃に加熱され、その温度で開始剤溶液が添加された。数分後、モノマー溶液がこの反応器に3.5時間にわたって供給された。この反応溶液はさらに30分間70℃に保持された。11.6Lの攪拌された水中に沈殿させることにより粗ポリマーが単離され、集められ、空気乾燥された。空気乾燥されたこのポリマーは976.8gの前記溶媒混合物に溶解され、メタノールおよび水(それぞれ80/20 v/v比)の攪拌された混合物19.5L中で沈殿させられ、集められ、空気乾燥された。このポリマーは真空オーブン中で60℃で乾燥させられて、128.6g(64%)のポリマーAを白色粉体(GPC:Mw=6,551、多分散度=1.41)として生じさせた。
メタクリル酸1−エチルシクロペンチル(48.78g、0.268mol)、メタクリル酸(2−イソプロピル)−2−アダマンチル(10.03g、0.038mol)、メタクリル酸ガンマ−ブチロラクトン(45.55g、0.268mol)、およびメタクリル酸3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシル(95.64g、0.191mol)が、EL、PGMEAおよびガンマ−ブチロラクトンの溶媒混合物(それぞれ40/30/30 v/v比)300gに溶解された。VAZO V−601開始剤(27.29g;デュポンから入手可能)が、上記溶媒混合物20gに溶解された。追加の前記溶媒混合物280gを収容する反応器が70〜75℃に加熱され、その温度で開始剤溶液が添加された。数分後、モノマー溶液がこの反応器に3.5時間にわたって供給された。この反応溶液はさらに30分間70−71℃に保持された。メタノールおよび水(それぞれ50/50 v/v比)の攪拌された混合物12Lに沈殿させることにより粗ポリマーが単離され、集められ、空気乾燥された。空気乾燥されたこのポリマーは760.2gの前記溶媒混合物に溶解され、メタノールおよび水(それぞれ50/50 v/v比)の攪拌された混合物15.2L中で沈殿させられ、集められ、空気乾燥された。このポリマーは真空オーブン中で60℃で乾燥させられて、165g(82%)のポリマーBを白色粉体(GPC:Mw=6,655、多分散度=1.60)として生じさせた。
比較配合例
EL中のポリマーAの10重量%溶液5.563g、EL中のポリマーBの10重量%の溶液5.563g、EL中のTPS−PFBuSの2重量%溶液6.250g(比較PAG例)、PGMEA中のTroger’s塩基の1重量%溶液1.113g、EL中のOmnova PF656界面活性剤の0.5重量%溶液0.250g、EL溶媒21.51gおよびPGMEA9.750gを混合することにより、ポジティブトーンフォトレジスト組成物が製造された。配合されたレジストはろ過された(0.2μm)。
比較配合例(CFEx)について記載された配合に従って、表4に特定された量に置き換えて、実施例1〜6、8および9のPAGを含むポジティブトーンフォトレジスト組成物が製造された。
Claims (9)
- Z−がC1−30アルカンスルホン酸、C3−30シクロアルカンスルホン酸、C1−30フッ素化アルカンスルホン酸、C3−30フッ素化シクロアルカンスルホン酸、C6−30アリールスルホン酸、C6−30フッ素化アリールスルホン酸、C7−30アルキルアリールスルホン酸、C7−30フッ素化アルキルアリールスルホン酸、C1−30フッ素化アルカンスルホンイミド、C2−30フッ素化シクロアルカンスルホンイミド、C6−30フッ素化アリールスルホンイミド、C7−30アルキルアリールスルホンイミド、C7−30フッ素化アルキルアリールスルホンイミド、もしくは前述の少なくとも1種を含む組み合わせのアニオンである、請求項2に記載の化合物。
- 請求項1に記載の化合物と、酸感受性官能基を含むポリマーとを含むフォトレジスト。
- ポリマーが、酸感受性官能基を含む第1の重合単位と、塩基可溶性官能基を含む第2の重合単位とを含む請求項5に記載のフォトレジスト。
- (a)基体表面上のパターン形成される1以上の層を有する基体、および
(b)パターン形成される前記1以上の層上の、請求項5に記載のフォトレジストの層
を含む、コーティングされた基体。 - (a)請求項5に記載のフォトレジストの層を基体の表面上に適用し、
(b)フォトレジスト組成物層を活性化放射線にパターン様に露光し、および
(c)露光されたフォトレジスト組成物層を現像してレジストレリーフ像を提供する
ことを含む、電子デバイスを形成する方法。
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