JP2021170101A - Resist material and patterning process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レジスト材料及びパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a resist material and a pattern forming method.
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急速に進んでいる。特に、スマートフォンの普及によるロジックメモリー市場の拡大が微細化を牽引している。最先端の微細化技術としては、ArF液浸リソグラフィーのダブルパターニングによる10nmノードのデバイスの量産が行われており、次世代には同じくダブルパターニングによる7nmノードの量産準備が進行中である。次次世代の5nmノードとしては、極端紫外線(EUV)リソグラフィーが候補に挙がっている。 With the increasing integration and speed of LSI, the miniaturization of pattern rules is rapidly progressing. In particular, the expansion of the logic memory market due to the spread of smartphones is driving miniaturization. As a state-of-the-art miniaturization technology, mass production of 10 nm node devices by double patterning of ArF immersion lithography is being carried out, and preparations for mass production of 7 nm nodes by double patterning are also underway for the next generation. Extreme ultraviolet (EUV) lithography is a candidate for the next-generation 5 nm node.
EUVレジスト材料においては、高感度化、高解像度化及び低エッジラフネス(LWR)化を同時に達成する必要がある。酸拡散距離を短くするとLWRは小さくなるが、低感度化する。例えば、ポストエクスポージャーベーク(PEB)温度を低くすることによってLWRは小さくなるが、低感度化する。クエンチャーの添加量を増やしてもLWRが小さくなるが、低感度化する。感度とLWRのトレードオフの関係を打ち破ることが必要である。 In EUV resist materials, it is necessary to achieve high sensitivity, high resolution and low edge roughness (LWR) at the same time. When the acid diffusion distance is shortened, the LWR becomes smaller, but the sensitivity becomes lower. For example, lowering the post-exposure bake (PEB) temperature reduces the LWR but lowers the sensitivity. Even if the amount of the quencher added is increased, the LWR becomes smaller, but the sensitivity is lowered. It is necessary to break the trade-off relationship between sensitivity and LWR.
EUVは、ArFエキシマレーザー光に比べて1桁以上短波長であり、エネルギー密度が1桁高い。これによって、EUV露光におけるフォトレジスト層が感光するフォトンの数がArF光に比べて14分の1と非常に少なく、フォトンのバラツキが寸法のバラツキ(LWRや寸法均一性(CDU))に影響を及ぼすと言われている。また、フォトンのバラツキによって、ホールパターンが数百万分の一の確率で開口しないといった現象が起こる。フォトンのバラツキを小さくするために、フォトレジスト材料の光の吸収を上げる必要があることが指摘されている。 EUV has a wavelength that is an order of magnitude shorter and an energy density that is an order of magnitude higher than that of ArF excimer laser light. As a result, the number of photons exposed to the photoresist layer in EUV exposure is very small, which is 1/14 of that of ArF light, and the variation in photons affects the variation in dimensions (LWR and dimensional uniformity (CDU)). It is said to exert. In addition, due to the variation of photons, a phenomenon occurs in which the hole pattern does not open with a probability of 1 in millions. It has been pointed out that it is necessary to increase the light absorption of the photoresist material in order to reduce the variation of photons.
ハロゲン原子で置換されたベンゼン環を有するスルホニウム塩が提案されている(特許文献1〜3)。EUVの吸収が大きいハロゲン原子をカチオン側に有することで、EUV露光におけるカチオンの分解を促進させ、感度を向上させる効果がある。しかし、フッ素原子の吸収はそれほど高くはなく、ヨウ素原子の吸収は高いものの芳香族基に結合したヨウ素原子は安定であり、増感効果は限定的であった。 Sulfonium salts having a benzene ring substituted with a halogen atom have been proposed (Patent Documents 1 to 3). Having a halogen atom on the cation side, which absorbs a large amount of EUV, has the effect of accelerating the decomposition of the cation in EUV exposure and improving the sensitivity. However, the absorption of fluorine atoms was not so high, and although the absorption of iodine atoms was high, the iodine atoms bonded to aromatic groups were stable and the sensitizing effect was limited.
酸を触媒とする化学増幅レジスト材料において、高感度で、かつLWRやホールパターンのCDUを低減させることが可能な酸発生剤の開発が望まれている。 In a chemically amplified resist material using an acid as a catalyst, it is desired to develop an acid generator capable of reducing LWR and hole pattern CDU with high sensitivity.
本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、ポジ型レジスト材料においてもネガ型レジスト材料においても、高感度かつLWRやCDUが小さいレジスト材料、及びこれを用いる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 an object of the present invention is to provide a resist material having high sensitivity and a small LWR and CDU, and a pattern forming method using the same, regardless of whether it is a positive resist material or a negative resist material. And.
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、ヨウ素原子や臭素原子で置換された芳香環を含まない。)がエステル結合含有基を介してベンゼン環に結合している構造を有するスルホニウム塩を酸発生剤として用いることによって、高感度でLWR及びCDUが小さく、コントラストが高く解像性に優れ、プロセスマージンが広いレジスト材料を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have found a hydrocarbyl group substituted with an iodine atom or a bromine atom (however, the aromatic ring substituted with an iodine atom or a bromine atom is not included). By using a sulfonium salt having a structure bonded to a benzene ring via an ester bond-containing group as an acid generator, it has high sensitivity, small LWR and CDU, high contrast, excellent resolution, and a wide process margin. The present invention has been completed by finding that a resist material can be obtained.
すなわち、本発明は、下記レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
1.下記式(1)で表されるスルホニウム塩を含む酸発生剤を含むレジスト材料。
XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。
Ralは、炭素数1〜20の(k+1)価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ヨウ素原子以外のハロゲン原子、炭素数6〜12のアリール基、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
X1は、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基又はカーボネート基である。
X2は、単結合、又は炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ヨウ素原子以外のハロゲン原子、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
X3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。
R1は、単結合、又はエーテル結合、エステル結合若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビレン基である。
R2は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。r=1のとき、2つのR2は、互いに同一でも異なっていてもよく、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。
R3は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アミノ基、又はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基若しくはエーテル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基若しくは炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基である。
X-は、非求核性対向イオンである。)
2.前記非求核性対向イオンが、フッ素化されたスルホン酸イオン、フッ素化されたイミド酸イオン又はフッ素化されたメチド酸イオンである1のレジスト材料。
3.更に、ベースポリマーを含む1又は2のレジスト材料。
4.前記ベースポリマーが、下記式(a1)で表される繰り返し単位又は下記式(a2)で表される繰り返し単位を含むものである3のレジスト材料。
Y1は、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合、エーテル結合若しくはラクトン環を有する炭素数1〜12の連結基である。
Y2は、単結合、エステル結合又はアミド結合である。
Y3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。
R11及びR12は、酸不安定基である。
R13は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルカルボニル基、炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基又は炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基である。
R14は、単結合又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビレン基であり、その炭素原子の一部がエーテル結合又はエステル結合で置換されていてもよい。
aは、1又は2である。bは、0〜4の整数である。)
5.化学増幅ポジ型レジスト材料である4のレジスト材料。
6.前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものである3のレジスト材料。
7.化学増幅ネガ型レジスト材料である6のレジスト材料。
8.前記ベースポリマーが、下記式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものである1〜7のいずれかのレジスト材料。
Z1は、単結合、フェニレン基、−O−Z11−、−C(=O)−O−Z11−又は−C(=O)−NH−Z11−であり、Z11は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。
Z2は、単結合、−Z21−C(=O)−O−、−Z21−O−又は−Z21−O−C(=O)−である。Z21は、炭素数1〜12の飽和ヒドロカルビレン基であり、カルボニル基、エステル結合又はエーテル結合を含んでいてもよい。
Z3は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−Z31−、−C(=O)−O−Z31−又は−C(=O)−NH−Z31−である。Z31は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。
R21〜R28は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。また、R23、R24及びR25のいずれか2つ又はR26、R27及びR28のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。
A1は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。
M-は、非求核性対向イオンである。)
9.更に、有機溶剤を含む1〜8のいずれかのレジスト材料。
10.更に、クエンチャーを含む1〜9のいずれかのレジスト材料。
11.更に、界面活性剤を含む1〜10のいずれかのレジスト材料。
12.1〜11のいずれかのレジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。
13.前記高エネルギー線が、波長193nmのArFエキシマレーザー光又は波長248nmのKrFエキシマレーザー光である12のパターン形成方法。
14.前記高エネルギー線が、EB又は波長3〜15nmのEUVである12のパターン形成方法。
That is, the present invention provides the following resist material and pattern forming method.
1. 1. A resist material containing an acid generator containing a sulfonium salt represented by the following formula (1).
X BI is an iodine atom or a bromine atom.
R al is a (k + 1) -valent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and is an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sulton ring, a lactam ring, a carbonate group, or a halogen atom other than an iodine atom. , At least one selected from an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a hydroxy group and a carboxy group may be contained.
X 1 is a single bond, an ether bond, an ester bond, an amide bond, a carbonyl group or a carbonate group.
X 2 is a single bond or a (m + 1) valent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, other than an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sulton ring, a lactam ring, a carbonate group, and an iodine atom. It may contain at least one selected from a halogen atom, a hydroxy group and a carboxy group.
X 3 is a single bond, ether bond or ester bond.
R 1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a single bond, an ether bond, an ester bond or a hydroxy group.
R 2 is a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a hetero atom. When r = 1, the two R 2s may be the same or different from each other and may be bonded to each other to form a ring with the sulfur atoms to which they are bonded.
R 3 is a hydroxy group, a carboxy group, a nitro group, a cyano group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an amino group, or a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a hydroxy group, an amino group or A saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 20 carbon atoms, and a saturated hydrocarbyl group having 2 to 20 carbon atoms, which may contain an ether bond. It is an oxycarbonyl group or a saturated hydrocarbylsulfonyloxy group having 1 to 4 carbon atoms.
X - is a non-nucleophilic opposing ion. )
2. The resist material of 1 in which the non-nucleophilic counter ion is a fluorinated sulfonic acid ion, a fluorinated imidate ion, or a fluorinated methideate ion.
3. 3. Further, one or two resist materials containing a base polymer.
4. 3. The resist material of 3 in which the base polymer contains a repeating unit represented by the following formula (a1) or a repeating unit represented by the following formula (a2).
Y 1 is a linking group having 1 to 12 carbon atoms having a single bond, a phenylene group or a naphthylene group, or an ester bond, an ether bond or a lactone ring.
Y 2 is a single bond, an ester bond or an amide bond.
Y 3 is a single bond, an ether bond or an ester bond.
R 11 and R 12 are acid-labile groups.
R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms, and 2 carbon atoms. It is a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group of ~ 7 or a saturated hydrocarbyloxycarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms.
R 14 is a single bond or a saturated hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, and a part of the carbon atom thereof may be substituted with an ether bond or an ester bond.
a is 1 or 2. b is an integer from 0 to 4. )
5. 4 resist materials which are chemically amplified positive resist materials.
6. The resist material of 3 in which the base polymer does not contain an acid unstable group.
7. 6 resist materials which are chemically amplified negative type resist materials.
8. The resist material according to any one of 1 to 7, wherein the base polymer contains at least one selected from the repeating units represented by the following formulas (f1) to (f3).
Z 1 is a single bond, a phenylene group, -O-Z 11 -, - C (= O) -O-Z 11 - or -C (= O) -NH-Z 11 - a and, Z 11 is carbon It is an aliphatic hydrocarbylene group or a phenylene group of the number 1 to 6, and may contain a carbonyl group, an ester bond, an ether bond or a hydroxy group.
Z 2 is a single bond, -Z 21 -C (= O) -O -, - Z 21 -O- or -Z 21 -O-C (= O ) - is. Z 21 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 12 carbon atoms and may contain a carbonyl group, an ester bond or an ether bond.
Z 3 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, -O-Z 31 -, - C (= O) -O-Z 31 - or -C (= O) -NH- Z 31 −. Z 31 is a phenylene group substituted with an aliphatic hydrocarbylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, or a trifluoromethyl group having 1 to 6 carbon atoms, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, or a hydroxy group. May include.
R 21 to R 28 are hydrocarbyl groups having 1 to 20 carbon atoms, which may independently contain heteroatoms. Further, any two of R 23 , R 24 and R 25 or any two of R 26 , R 27 and R 28 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
A 1 is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group.
M - is a non-nucleophilic opposing ion. )
9. Further, any of 1 to 8 resist materials containing an organic solvent.
10. Further, any resist material of 1 to 9 containing a quencher.
11. Further, any of 1 to 10 resist materials containing a surfactant.
A step of forming a resist film on a substrate using any of the resist materials of 12.1 to 11, a step of exposing the resist film with high energy rays, and a step of exposing the exposed resist film with a developing solution. A pattern forming method including a step of developing.
13. Twelve pattern forming methods in which the high-energy rays are ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm or KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm.
14. Twelve pattern forming methods in which the high energy rays are EB or EUV having a wavelength of 3 to 15 nm.
式(1)で表されるスルホニウム塩は、原子量が大きいヨウ素原子や臭素原子を有しているため、酸拡散が小さいという特徴を有する。波長13.5nmのEUVのヨウ素原子による吸収は非常に大きく、臭素原子はイオン化しやすいため、露光中にヨウ素原子や臭素原子から二次電子が発生する。また、アルキル基に結合したヨウ素原子からはラジカルが発生し、これらの作用によりスルホニウム塩の分解が促進され、高感度化する。これらによって、高感度、低LWRかつ低CDUのレジスト材料を構築することが可能となる。 Since the sulfonium salt represented by the formula (1) has an iodine atom or a bromine atom having a large atomic weight, it has a feature that acid diffusion is small. Since the absorption of EUV with a wavelength of 13.5 nm by iodine atoms is very large and the bromine atoms are easily ionized, secondary electrons are generated from the iodine atoms and bromine atoms during exposure. In addition, radicals are generated from the iodine atom bonded to the alkyl group, and these actions promote the decomposition of the sulfonium salt and increase the sensitivity. These make it possible to construct a resist material having high sensitivity, low LWR and low CDU.
[レジスト材料]
本発明のレジスト材料は、式(1)で表されるスルホニウム塩を含み、場合によってはベースポリマーを含む。前記スルホニウム塩は、光照射によってそのカチオンが分解してアニオンの酸が発生する酸発生剤である。前記スルホニウム塩のアニオンが、フッ素化されたスルホン酸、フッ素化されたイミド酸、フッ素化されたメチド酸の場合、酸発生剤として作用する。
[Resist material]
The resist material of the present invention contains a sulfonium salt represented by the formula (1), and in some cases contains a base polymer. The sulfonium salt is an acid generator in which the cation is decomposed by light irradiation to generate an anionic acid. When the anion of the sulfonium salt is a fluorinated sulfonic acid, a fluorinated imide acid, or a fluorinated methidoic acid, it acts as an acid generator.
本発明で用いるスルホニウム塩型酸発生剤は、カチオンにヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、ヨウ素原子や臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有しているため、EUVの吸収が大きく、分解効率が高い。特開2018−5224号公報や特開2018−25789号公報には、アニオンにヨウ素化されたベンゼン環を有するスルホニウム塩やヨードニウム塩が記載されており、アニオンでの光の吸収を上げることによって高感度化している。スルホニウム塩は、カチオンが光を吸収し、カチオンが分解する機構であるために、カチオンの吸収を高めることの方が高感度化の効果が高い。 Since the sulfonium salt-type acid generator used in the present invention has a hydrocarbyl group substituted with an iodine atom or a bromine atom in the cation (however, it does not contain an aromatic ring substituted with an iodine atom or a bromine atom). , EUV absorption is large and decomposition efficiency is high. JP-A-2018-5224 and JP-A-2018-25789 describe sulfonium salts and iodonium salts having an iodinated benzene ring as an anion, and increase the absorption of light by the anion. It is becoming more sensitive. Since the sulfonium salt has a mechanism in which the cation absorbs light and the cation is decomposed, it is more effective to increase the sensitivity by increasing the absorption of the cation.
本発明で用いるスルホニウム塩は、カチオンに原子量が大きいヨウ素原子又は臭素原子が導入されているため、拡散が小さく、更にポリマーとの相溶性も高いため、分散性に優れ、これによってLWRやCDUが向上する。 Since the sulfonium salt used in the present invention has an iodine atom or a bromine atom having a large atomic weight introduced into the cation, the diffusion is small and the compatibility with the polymer is high, so that the dispersibility is excellent, whereby LWR and CDU can be obtained. improves.
式(1)で表されるスルホニウム塩型酸発生剤によるLWRやCDUの向上効果は、アルカリ水溶液現像によるポジティブパターン形成やネガティブパターン形成においても、有機溶剤現像におけるネガティブパターン形成のどちらにおいても有効である。 The effect of improving LWR and CDU by the sulfonium salt-type acid generator represented by the formula (1) is effective in both positive pattern formation and negative pattern formation by alkaline aqueous solution development and negative pattern formation in organic solvent development. be.
式(1)で表されるスルホニウム塩は、ベースポリマーとブレンドしなくても、これ単体を溶剤に溶解させて成膜すると、露光部分がアルカリ水溶液に溶解するので、ポジ型レジスト材料として用いることもできる。 The sulfonium salt represented by the formula (1) is used as a positive resist material because the exposed portion dissolves in an alkaline aqueous solution when a simple substance is dissolved in a solvent to form a film without blending with the base polymer. You can also.
[スルホニウム塩]
本発明のレジスト材料に含まれるスルホニウム塩は、下記式(1)で表されるものである。
The sulfonium salt contained in the resist material of the present invention is represented by the following formula (1).
式(1)中、k、m及びnは、それぞれ独立に、1〜3の整数である。pは、0又は1である。qは、0〜4の整数である。rは、1〜3の整数である。 In the formula (1), k, m and n are each independently an integer of 1 to 3. p is 0 or 1. q is an integer from 0 to 4. r is an integer from 1 to 3.
式(1)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。 In formula (1), X BI is an iodine atom or a bromine atom.
式(1)中、Ralは、炭素数1〜20の(k+1)価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ヨウ素原子以外のハロゲン原子、炭素数6〜12のアリール基、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。 In the formula (1), R al is a (k + 1) -valent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and contains an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sulton ring, a lactam ring, and a carbonate group. It may contain at least one selected from a halogen atom other than the iodine atom, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a hydroxy group and a carboxy group.
前記脂肪族炭化水素基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メタンジイル基、エタン−1,1−ジイル基、エタン−1,2−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ブタン−1,1−ジイル基、ブタン−1,2−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、ブタン−2,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、1,1−ジメチルエタン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、2−メチルブタン−1,2−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基等のアルカンジイル基;シクロプロパン−1,1−ジイル基、シクロプロパン−1,2−ジイル基、シクロブタン−1,1−ジイル基、シクロブタン−1,2−ジイル基、シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,1−ジイル基、シクロペンタン−1,2−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,1−ジイル基、シクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロヘキサン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基等のシクロアルカンジイル基;ノルボルナン−2,3−ジイル基、ノルボルナン−2,6−ジイル基等の多環式飽和ヒドロカルビレン基;2−プロペン−1,1−ジイル基等のアルケンジイル基;2−プロピン−1,1−ジイル基等のアルキンジイル基;2−シクロヘキセン−1,2−ジイル基、2−シクロヘキセン−1,3−ジイル基、3−シクロヘキセン−1,2−ジイル基等のシクロアルケンジイル基;5−ノルボルネン−2,3−ジイル基等の多環式不飽和ヒドロカルビレン基;シクロペンチルメタンジイル基、シクロヘキシルメタンジイル基、2−シクロペンテニルメタンジイル基、3−シクロペンテニルメタンジイル基、2−シクロヘキセニルメタンジイル基、3−シクロヘキセニルメタンジイル基等の環式脂肪族ヒドロカルビレン基で置換されたアルカンジイル基;これらの基から更に1又は2個の水素原子が脱離して得られる3又は4価の基等が挙げられる。 The aliphatic hydrocarbon group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include a methanediyl group, an ethane-1,1-diyl group, an ethane-1,2-diyl group, a propane-1,1-diyl group, a propane-1,2-diyl group, and a propane-1,3. -Diyl group, propane-2,2-diyl group, butane-1,1-diyl group, butane-1,2-diyl group, butane-1,3-diyl group, butane-2,3-diyl group, butane -1,4-diyl group, 1,1-dimethylethane-1,2-diyl group, pentane-1,5-diyl group, 2-methylbutane-1,2-diyl group, hexane-1,6-diyl group , Heptane-1,7-diyl group, octane-1,8-diyl group, nonan-1,9-diyl group, decan-1,10-diyl group, undecane-1,11-diyl group, dodecane-1, Alkanediyl group such as 12-diyl group; cyclopropane-1,1-diyl group, cyclopropane-1,2-diyl group, cyclobutane-1,1-diyl group, cyclobutane-1,2-diyl group, cyclobutane- 1,3-diyl group, cyclopentane-1,1-diyl group, cyclopentane-1,2-diyl group, cyclopentane-1,3-diyl group, cyclohexane-1,1-diyl group, cyclohexane-1, Cycloalkanediyl groups such as 2-diyl group, cyclohexane-1,3-diyl group, cyclohexane-1,4-diyl group; polycycles such as norbornan-2,3-diyl group and norbornan-2,6-diyl group Formula Saturated hydrocarbylene group; alkanediyl group such as 2-propene-1,1-diyl group; alkanediyl group such as 2-propin-1,1-diyl group; 2-cyclohexene-1,2-diyl group, 2- Cycloalkendyl group such as cyclohexene-1,3-diyl group, 3-cyclohexene-1,2-diyl group; polycyclic unsaturated hydrocarbylene group such as 5-norbornene-2,3-diyl group; cyclopentylmethane Cyclic aliphatic hydrocarbylene groups such as diyl group, cyclohexylmethanediyl group, 2-cyclopentenylmethanediyl group, 3-cyclopentenylmethanediyl group, 2-cyclohexenylmethanediyl group, 3-cyclohexenylmethanediyl group. Substituted alkanediyl groups; examples thereof include tri- or tetravalent groups obtained by desorbing one or two hydrogen atoms from these groups.
前記炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。 Examples of the aryl group having 6 to 12 carbon atoms include a phenyl group, a tolyl group, a xsilyl group, a 1-naphthyl group, a 2-naphthyl group and the like.
式(1)中、X1は、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基又はカーボネート基である。X2は、単結合、又は炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ヨウ素原子以外のハロゲン原子、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。X3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。 In formula (1), X 1 is a single bond, an ether bond, an ester bond, an amide bond, a carbonyl group or a carbonate group. X 2 is a single bond or a (m + 1) valent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, other than an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sulton ring, a lactam ring, a carbonate group, and an iodine atom. It may contain at least one selected from a halogen atom, a hydroxy group and a carboxy group. X 3 is a single bond, ether bond or ester bond.
式(1)中、R1は、単結合、又はエーテル結合、エステル結合若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビレン基である。前記飽和ヒドロカルビレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、前述したアルカンジイル基、シクロアルカンジイル基、多環式飽和ヒドロカルビレン基と同様のものが挙げられる。前記飽和ヒドロカルビレン基としては、アルカンジイル基が好ましい。 In the formula (1), R 1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a single bond, an ether bond, an ester bond or a hydroxy group. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched, or cyclic, and specific examples thereof include the same as the above-mentioned alkanediyl group, cycloalkanediyl group, and polycyclic saturated hydrocarbylene group. Can be mentioned. As the saturated hydrocarbylene group, an alkanediyl group is preferable.
式(1)中、R2は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基、炭素数2〜20の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。 In formula (1), R 2 is a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a hetero atom. The hydrocarbyl group may be linear, branched or cyclic, and specific examples thereof include a saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, an unsaturated aliphatic hydrocarbyl group having 2 to 20 carbon atoms, and 6 carbon atoms. Examples thereof include an aryl group of ~ 20, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, a group obtained by combining these, and the like.
前記飽和ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、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、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の環式飽和ヒドロカルビル基が挙げられる。 The saturated hydrocarbyl group may be linear, branched or cyclic, and specific examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group and a sec-butyl group. Group, tert-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group, Alkyl groups such as n-dodecyl group, n-tridecyl group, n-pentadecyl group and n-hexadecyl group; cyclic saturated hydrocarbyl groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group can be mentioned.
前記不飽和脂肪族ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基、シクロヘキセニル基等の環式不飽和ヒドロカルビル基が挙げられる。 The unsaturated aliphatic hydrocarbyl group may be linear, branched or cyclic, and specific examples thereof include an alkenyl group such as a vinyl group, a 1-propenyl group, a 2-propenyl group, a butenyl group and a hexenyl group. , Alkinyl groups such as ethynyl group, propynyl group and butynyl group, and cyclic unsaturated hydrocarbyl group such as cyclohexenyl group.
前記アリール基としては、フェニル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、n−プロピルフェニル基、イソプロピルフェニル基、n−ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、sec−ブチルフェニル基、tert−ブチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基、n−プロピルナフチル基、イソプロピルナフチル基、n−ブチルナフチル基、イソブチルナフチル基、sec−ブチルナフチル基、tert−ブチルナフチル基等が挙げられる。 Examples of the aryl group include a phenyl group, a methylphenyl group, an ethylphenyl group, an n-propylphenyl group, an isopropylphenyl group, an n-butylphenyl group, an isobutylphenyl group, a sec-butylphenyl group, a tert-butylphenyl group and a naphthyl. Examples thereof include a group, a methylnaphthyl group, an ethylnaphthyl group, an n-propylnaphthyl group, an isopropylnaphthyl group, an n-butylnaphthyl group, an isobutylnaphthyl group, a sec-butylnaphthyl group, a tert-butylnaphthyl group and the like.
前記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。 Examples of the aralkyl group include a benzyl group and a phenethyl group.
また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、ニトロ基、スルトン基、スルホン基、スルホニウム塩含有基、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、スルフィド結合、スルホニル基、アミド結合等を含んでいてもよい。 Further, a part or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with heteroatom-containing groups such as oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom and halogen atom, and a part of carbon atoms of these groups may be substituted. , Oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom and the like may be substituted with a hetero atom-containing group, and as a result, a hydroxy group, a carboxy group, a halogen atom, a cyano group, an amino group, a nitro group, a sulton group, a sulfone group, It may contain a sulfonium salt-containing group, an ether bond, an ester bond, a carbonyl group, a sulfide bond, a sulfonyl group, an amide bond and the like.
r=1のとき、2つのR2は、互いに同一でも異なっていてもよく、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、前記環としては、以下に示す構造のものが好ましい。
式(1)中、R3は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アミノ基、又はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基若しくはエーテル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基若しくは炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基である。 In formula (1), R 3 is a hydroxy group, a carboxy group, a nitro group, a cyano group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an amino group, or a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, Saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 20 carbon atoms, carbon number of carbons, which may contain a hydroxy group, an amino group or an ether bond. It is a saturated hydrocarbyloxycarbonyl group of 2 to 20 or a saturated hydrocarbylsulfonyloxy group having 1 to 4 carbon atoms.
前記飽和ヒドロカルビルオキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基等が挙げられる。 The saturated hydrocarbyloxy group may be linear, branched or cyclic, and specific examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propyloxy group, an isopropyloxy group, an n-butyloxy group and an isobutyloxy group. , Se-butyloxy group, tert-butyloxy group, n-pentyloxy group, neopentyloxy group, cyclopentyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group, n-heptyloxy group, n-octyloxy group, 2- Ethylhexyloxy group, n-nonyloxy group, n-decyloxy group, n-undecyloxy group, n-dodecyloxy group, n-tridecyloxy group, n-pentadecyloxy group, n-hexadecyloxy group and the like. Be done.
前記飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基としては、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基等が挙げられる。 Examples of the saturated hydrocarbylcarbonyloxy group include an acetyloxy group, a propionyloxy group, a butyryloxy group, an isobutyryloxy group and the like.
前記飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロピルオキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、n−ブチルオキシカルボニル基、イソブチルオキシカルボニル基、sec−ブチルオキシカルボニル基、tert−ブチルオキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基、n−ウンデシルオキシカルボニル基、n−ドデシルオキシカルボニル基、n−トリデシルオキシカルボニル基、n−ペンタデシルオキシカルボニル基等が挙げられる。 Examples of the saturated hydrocarbyloxycarbonyl group include a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, an n-propyloxycarbonyl group, an isopropyloxycarbonyl group, an n-butyloxycarbonyl group, an isobutyloxycarbonyl group, a sec-butyloxycarbonyl group, and a tert-. Butyloxycarbonyl group, n-pentyloxycarbonyl group, neopentyloxycarbonyl group, cyclopentyloxycarbonyl group, n-hexyloxycarbonyl group, cyclohexyloxycarbonyl group, n-heptyloxycarbonyl group, n-octyloxycarbonyl group, 2 -Ethylhexyloxycarbonyl group, n-nonyloxycarbonyl group, n-decyloxycarbonyl group, n-undecyloxycarbonyl group, n-dodecyloxycarbonyl group, n-tridecyloxycarbonyl group, n-pentadecyloxycarbonyl group And so on.
式(1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
式(1)で表されるスルホニウム塩のカチオンの合成方法としては、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、ヨウ素原子や臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸又はカルボン酸エステルと、ヒドロキシ基又はハロゲン原子で置換されたベンゼン環を有するスルホニウム塩とのエステル化反応や、塩素原子で置換されたカルボン酸又はカルボン酸エステルとヒドロキシ基又はハロゲン原子で置換されたベンゼン環を有するスルホニウム塩とのエステル化後に、ヨウ化ナトリウム又は臭化ナトリウムと反応させ、塩素原子をヨウ素原子又は臭素原子で置換する反応によって合成することができる。 The method for synthesizing the cation of the sulfonium salt represented by the formula (1) has a hydrocarbyl group substituted with an iodine atom or a bromine atom (however, it does not include an aromatic ring substituted with an iodine atom or a bromine atom). Esteration reaction of carboxylic acid or carboxylic acid ester with sulfonium salt having benzene ring substituted with hydroxy group or halogen atom, or substitution of carboxylic acid or carboxylic acid ester substituted with chlorine atom with hydroxy group or halogen atom After esterification with a sulfonium salt having a benzene ring, it can be synthesized by reacting with sodium iodide or sodium bromide and substituting the chlorine atom with an iodine atom or a bromine atom.
式(1)中、X-は、非求核性対向イオンである。前記非求核性対向イオンとしては、フッ素化されたスルホン酸イオン、フッ素化されたイミド酸イオン、フッ素化されたメチド酸イオン等が挙げられる。 In formula (1), X - is a non-nucleophilic opposing ion. Examples of the non-nucleophilic counter ion include a fluorinated sulfonic acid ion, a fluorinated imidate ion, and a fluorinated methylated acid ion.
具体的には、トリフレートイオン、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネートイオン、ノナフルオロブタンスルホネートイオン等のフルオロアルキルスルホネートイオン、トシレートイオン、ベンゼンスルホネートイオン、4−フルオロベンゼンスルホネートイオン、2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼンスルホネートイオン等のアリールスルホネートイオンが挙げられる。 Specifically, fluoroalkyl sulfonate ions such as triflate ion, 2,2,2-trifluoroethanesulfonate ion, nonafluorobutane sulfonate ion, tosylate ion, benzenesulfonate ion, 4-fluorobenzenesulfonate ion, 2, Examples thereof include aryl sulfonate ions such as 3,4,5,6-pentafluorobenzene sulfonate ions.
他の例として、特表2004−531749号公報、特開2007−145797号公報、特開2008−7410号公報、特開2018−101130号公報、特開2018−49177号公報、国際公開第2011/093139号に記載のαフルオロスルホン酸アニオン、特開2014−133725号公報に記載のβフルオロスルホン酸アニオン、特開2014−126767号公報に記載のαフルオロスルホン酸アニオン、フルオロイミド酸アニオン、フルオロメチド酸アニオン、特開2016−210761号公報に記載のフルオロスルホンイミド酸アニオンが挙げられる。更に他の例として、特開2018−5224号公報、特開2018−25789号公報に記載されたヨウ素原子で置換された芳香族基を有するフルオロスルホン酸アニオンが挙げられる。 As other examples, JP-A-2004-531749, JP-A-2007-145977, JP-A-2008-7410, JP-A-2018-101130, JP-A-2018-49177, International Publication No. 2011 / Α-fluorosulfonic acid anion described in 093139, β-fluorosulfonic acid anion described in JP-A-2014-133725, α-fluorosulfonic acid anion described in JP-A-2014-126767, fluoroimide acid anion, fluoromethidic acid. Examples thereof include an anions and the fluorosulfonimide acid anions described in JP-A-2016-210761. As still another example, there is a fluorosulfonic acid anion having an aromatic group substituted with an iodine atom described in JP-A-2018-5224 and JP-A-2018-25789.
これらのアニオンは、ポジ型レジスト材料の酸不安定基の脱保護反応を行い、ネガ型レジスト材料の架橋反応や極性変換反応を行うことができる強酸である。 These anions are strong acids that can carry out a deprotection reaction of the acid unstable group of the positive resist material, and carry out a cross-linking reaction and a polarity conversion reaction of the negative resist material.
X-で表されるアニオンの例としては、下記式(1A)〜(1D)から選ばれるアニオンが挙げられる。
式(1A)中、Rfaは、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、後述する式(1A')中のR5で表されるヒドロカルビル基として例示するものと同様のものが挙げられる。 In formula (1A), R fa is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a fluorine atom or a hetero atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 5 in the formula (1A') described later.
式(1A)で表されるアニオンとしては、下記式(1A')で表されるものが好ましい。
式(1A')中、R4は、水素原子又はトリフルオロメチル基であり、好ましくはトリフルオロメチル基である。R5は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜38のヒドロカルビル基である。前記ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子等が好ましく、酸素原子がより好ましい。前記ヒドロカルビル基としては、微細パターン形成において高解像性を得る点から、特に炭素数6〜30であるものが好ましい。 In formula (1A'), R 4 is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group, preferably a trifluoromethyl group. R 5 is a hydrocarbyl group having 1 to 38 carbon atoms which may contain a hetero atom. As the hetero atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a halogen atom and the like are preferable, and an oxygen atom is more preferable. The hydrocarbyl group is particularly preferably one having 6 to 30 carbon atoms from the viewpoint of obtaining high resolution in fine pattern formation.
R5で表されるヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、ウンデシル基、トリデシル基、ペンタデシル基、ヘプタデシル基、イコサニル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基、ノルボルニル基、ノルボルニルメチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、テトラシクロドデカニルメチル基、ジシクロヘキシルメチル基等の環式飽和ヒドロカルビル基;アリル基、3−シクロヘキセニル基等の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、ジフェニルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。ヘテロ原子を含むヒドロカルビル基としては、テトラヒドロフリル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メチルチオメチル基、アセトアミドメチル基、トリフルオロエチル基、(2−メトキシエトキシ)メチル基、アセトキシメチル基、2−カルボキシ−1−シクロヘキシル基、2−オキソプロピル基、4−オキソ−1−アダマンチル基、3−オキソシクロヘキシル基等が挙げられる。 The hydrocarbyl group represented by R 5 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched or cyclic. Specific examples thereof include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, neopentyl group, hexyl group, heptyl group and 2-ethylhexyl group. , Nonyl group, undecyl group, tridecyl group, pentadecyl group, heptadecyl group, icosanyl group and other alkyl groups; cyclopentyl group, cyclohexyl group, 1-adamantyl group, 2-adamantyl group, 1-adamantylmethyl group, norbornyl group, norbol Cyclic saturated hydrocarbyl group such as nylmethyl group, tricyclodecanyl group, tetracyclododecanyl group, tetracyclododecanylmethyl group, dicyclohexylmethyl group; unsaturated aliphatic hydrocarbyl group such as allyl group and 3-cyclohexenyl group. Aryl groups such as phenyl group, 1-naphthyl group and 2-naphthyl group; aralkyl groups such as benzyl group and diphenylmethyl group can be mentioned. Further, a part or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with heteroatom-containing groups such as oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom and halogen atom, and a part of carbon atoms of these groups may be substituted. It may be substituted with a hetero atom-containing group such as an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom, and as a result, a hydroxy group, a cyano group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a carbonate group, or a lactone ring. , Sulton ring, carboxylic acid anhydride, haloalkyl group and the like may be contained. Hydrocarbyl groups containing heteroatoms include tetrahydrofuryl group, methoxymethyl group, ethoxymethyl group, methylthiomethyl group, acetamidomethyl group, trifluoroethyl group, (2-methoxyethoxy) methyl group, acetoxymethyl group and 2-carboxy. Examples thereof include a -1-cyclohexyl group, a 2-oxopropyl group, a 4-oxo-1-adamantyl group and a 3-oxocyclohexyl group.
式(1A')で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開2007−145797号公報、特開2008−106045号公報、特開2009−7327号公報、特開2009−258695号公報等に詳しい。また、特開2010−215608号公報、特開2012−41320号公報、特開2012−106986号公報、特開2012−153644号公報等に記載のスルホニウム塩も好適に用いられる。 Regarding the synthesis of a sulfonium salt containing an anion represented by the formula (1A'), JP-A-2007-145977, JP-A-2008-106045, JP-A-2009-7327, and JP-A-2009-258695 And so on. Further, the sulfonium salts described in JP-A-2010-215608, JP-A-2012-41320, JP-A-2012-106986, JP-A-2012-153644 and the like are also preferably used.
式(1A)で表されるアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Acはアセチル基である。
式(1B)中、Rfb1及びRfb2は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR5で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。Rfb1及びRfb2として好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Rfb1とRfb2とは、互いに結合してこれらが結合する基(−CF2−SO2−N-−SO2−CF2−)と共に環を形成してもよく、このとき、Rfb1とRfb2とが互いに結合して得られる基は、フッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基であることが好ましい。 In formula (1B), R fb1 and R fb2 are hydrocarbyl groups having 1 to 40 carbon atoms which may independently contain a fluorine atom or a hetero atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 5 in the formula (1A'). The R fb1 and R fb2 are preferably a fluorine atom or a linear fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Further, R fb1 and R fb2 may be bonded to each other to form a ring together with a group (−CF 2 −SO 2 −N − −SO 2 −CF 2 −) to which they are bonded. The group obtained by bonding fb1 and R fb2 to each other is preferably an ethylene fluorinated group or a propylene fluorinated group.
式(1C)中、Rfc1、Rfc2及びRfc3は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR5で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。Rfc1、Rfc2及びRfc3として好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Rfc1とRfc2とは、互いに結合してこれらが結合する基(−CF2−SO2−C-−SO2−CF2−)と共に環を形成してもよく、このとき、Rfc1とRfc2とが互いに結合して得られる基は、フッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基であることが好ましい。 In the formula (1C), R fc1 , R fc2 and R fc3 are hydrocarbyl groups having 1 to 40 carbon atoms which may independently contain a fluorine atom or a hetero atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 5 in the formula (1A'). R fc1 , R fc2 and R fc3 are preferably a fluorine atom or a linear fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Further, R fc1 and R fc2 may be bonded to each other to form a ring together with a group (−CF 2 −SO 2 −C − −SO 2 −CF 2 −) to which they are bonded. The group obtained by bonding fc1 and R fc2 to each other is preferably an ethylene fluorinated group or a propylene fluorinated group.
式(1D)中、Rfdは、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR5で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In formula (1D), R fd is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a heteroatom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 5 in the formula (1A').
式(1D)で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開2010−215608号公報及び特開2014−133723号公報に詳しい。 The synthesis of a sulfonium salt containing an anion represented by the formula (1D) is described in detail in JP-A-2010-215608 and JP-A-2014-133723.
式(1D)で表されるアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
X-で表されるアニオンの他の例として、下記式(1E)で表されるものが挙げられる。
式(1E)中、s及びtは、1≦s≦5、0≦t≦3及び1≦s+t≦5を満たす整数である。sは、1≦s≦3を満たす整数が好ましく、2又は3がより好ましい。tは、0≦t≦2を満たす整数が好ましい。uは、1≦u≦3を満たす整数である。 In the formula (1E), s and t are integers satisfying 1 ≦ s ≦ 5, 0 ≦ t ≦ 3 and 1 ≦ s + t ≦ 5. s is preferably an integer satisfying 1 ≦ s ≦ 3, more preferably 2 or 3. t is preferably an integer satisfying 0 ≦ t ≦ 2. u is an integer that satisfies 1 ≦ u ≦ 3.
式(1E)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子であり、s及び/又はuが2以上のとき、互いに同一であっても異なっていてもよい。 In formula (1E), X BI is an iodine atom or a bromine atom, and when s and / or u are 2 or more, they may be the same or different from each other.
式(1E)中、L1は、単結合、エーテル結合若しくはエステル結合、又はエーテル結合若しくはエステル結合を含んでいてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビレン基である。前記飽和ヒドロカルビレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。 In formula (1E), L 1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms which may contain a single bond, an ether bond or an ester bond, or an ether bond or an ester bond. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched or cyclic.
式(1E)中、L2は、uが1のときは単結合又は炭素数1〜20の2価の連結基であり、uが2又は3のときは炭素数1〜20の(u+1)価の連結基であり、該連結基は酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。 In formula (1E), L 2 is a single bond or a divalent linking group having 1 to 20 carbon atoms when u is 1, and (u + 1) having 1 to 20 carbon atoms when u is 2 or 3. It is a valent linking group, which may contain an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom.
式(1E)中、R6は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子若しくはアミノ基、若しくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヒドロキシ基、アミノ基若しくはエーテル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜10の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基若しくは炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基、又は−NR6A−C(=O)−R6B若しくは−NR6A−C(=O)−O−R6Bである。R6Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基であり、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基又は炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基を含んでいてもよい。R6Bは、炭素数1〜16の脂肪族ヒドロカルビル基又は炭素数6〜12のアリール基であり、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基又は炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基を含んでいてもよい。前記脂肪族ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記飽和ヒドロカルビル基、飽和ヒドロカルビルオキシ基、飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、飽和ヒドロカルビルカルボニル基及び飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。t及び/又はuが2以上のとき、各R6は互いに同一であっても異なっていてもよい。 In formula (1E), R 6 contains a hydroxy group, a carboxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an amino group, or a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a hydroxy group, an amino group or an ether bond. It may be a saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxycarbonyl group having 2 to 10 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 20 carbon atoms or a carbon number of carbon atoms. 1 to 20 saturated hydrocarbylsulfonyloxy groups, or -NR 6A- C (= O) -R 6B or -NR 6A- C (= O) -OR 6B . R 6A is a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxy group, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms or a saturated hydrocarbyl group having 2 carbon atoms. It may contain ~ 6 saturated hydrocarbylcarbonyloxy groups. R 6B is an aliphatic hydrocarbyl group having 1 to 16 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxy group, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a saturated hydrogen group having 2 to 6 carbon atoms. It may contain a hydrocarbylcarbonyl group or a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 6 carbon atoms. The aliphatic hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. The saturated hydrocarbyl group, saturated hydrocarbyloxy group, saturated hydrocarbyloxycarbonyl group, saturated hydrocarbylcarbonyl group and saturated hydrocarbylcarbonyloxy group may be linear, branched or cyclic. When t and / or u are 2 or more, each R 6 may be the same as or different from each other.
これらのうち、R6としては、ヒドロキシ基、−NR6A−C(=O)−R6B、−NR6A−C(=O)−O−R6B、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、メチル基、メトキシ基等が好ましい。 Of these, R 6 includes a hydroxy group, -NR 6A- C (= O) -R 6B , -NR 6A- C (= O) -O-R 6B , fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, and methyl. A group, a methoxy group and the like are preferable.
式(1E)中、Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であるが、これらのうち少なくとも1つはフッ素原子又はトリフルオロメチル基である。また、Rf1とRf2とが合わさって、カルボニル基を形成してもよい。特に、Rf3及びRf4がともにフッ素原子であることが好ましい。 In formula (1E), Rf 1 to Rf 4 are independently hydrogen atoms, fluorine atoms or trifluoromethyl groups, but at least one of them is a fluorine atom or trifluoromethyl group. Further, Rf 1 and Rf 2 may be combined to form a carbonyl group. In particular, it is preferable that both Rf 3 and Rf 4 are fluorine atoms.
式(1E)で表されるアニオンの具体例としては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、XBIは前記と同じである。
式(1)で表されるスルホニウム塩は、例えば、前記アニオン及びヒドロキシ基を有するスルホニウムカチオンからなる塩と、ヨウ素原子や臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、ヨウ素原子や臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸やカルボン酸クロリドとのエステル化反応によって合成することができる。 The sulfonium salt represented by the formula (1) is, for example, the salt composed of the sulfonium cation having an anion and a hydroxy group and a hydrocarbyl group substituted with an iodine atom or a bromine atom (however, substituted with an iodine atom or a bromine atom). It can be synthesized by an esterification reaction with a carboxylic acid or a carboxylic acid chloride having (does not contain an aromatic ring).
式(1)で表されるスルホニウム塩を含む本発明のレジスト材料は、ベースポリマーを含まなくてもパターニングが可能であるが、ベースポリマーとブレンドすることもできる。ベースポリマーとブレンドする場合、式(1)で表されるスルホニウム塩の含有量は、後述するベースポリマー100質量部に対し、感度と酸拡散抑制効果の点から、0.01〜1,000質量部が好ましく、0.05〜500質量部がより好ましい。 The resist material of the present invention containing the sulfonium salt represented by the formula (1) can be patterned without containing the base polymer, but can also be blended with the base polymer. When blended with the base polymer, the content of the sulfonium salt represented by the formula (1) is 0.01 to 1,000 mass by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer, which will be described later, in terms of sensitivity and acid diffusion suppressing effect. Parts are preferable, and 0.05 to 500 parts by mass is more preferable.
[ベースポリマー]
本発明のレジスト材料に含まれるベースポリマーは、ポジ型レジスト材料の場合、酸不安定基を含む繰り返し単位を含む。酸不安定基を含む繰り返し単位としては、下記式(a1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位a1ともいう。)又は下記式(a2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位a2ともいう。)が好ましい。
In the case of a positive resist material, the base polymer contained in the resist material of the present invention contains a repeating unit containing an acid unstable group. As the repeating unit containing an acid unstable group, a repeating unit represented by the following formula (a1) (hereinafter, also referred to as a repeating unit a1) or a repeating unit represented by the following formula (a2) (hereinafter, repeating unit a2). Also referred to as) is preferable.
式(a1)及び(a2)中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Y1は、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合、エーテル結合若しくはラクトン環を有する炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、エステル結合又はアミド結合である。Y3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。R11及びR12は、酸不安定基である。R13は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルカルボニル基、炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基又は炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基である。R14は、単結合、又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビレン基であり、その炭素原子の一部がエーテル結合又はエステル結合で置換されていてもよい。aは、1又は2である。bは、0〜4の整数である。 In formulas (a1) and (a2), RA is independently a hydrogen atom or a methyl group. Y 1 is a linking group having 1 to 12 carbon atoms having a single bond, a phenylene group or a naphthylene group, or an ester bond, an ether bond or a lactone ring. Y 2 is a single bond, an ester bond or an amide bond. Y 3 is a single bond, an ether bond or an ester bond. R 11 and R 12 are acid-labile groups. R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms, and 2 carbon atoms. It is a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group of ~ 7 or a saturated hydrocarbyloxycarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms. R 14 is a single bond or a saturated hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, and a part of its carbon atom may be substituted with an ether bond or an ester bond. a is 1 or 2. b is an integer from 0 to 4.
繰り返し単位a1を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RA及びR11は、前記と同じである。
繰り返し単位a2を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RA及びR12は、前記と同じである。
式(a1)及び(a2)中、R11及びR12で表される酸不安定基としては、例えば、特開2013−80033号公報、特開2013−83821号公報に記載のものが挙げられる。 Examples of the acid unstable groups represented by R 11 and R 12 in the formulas (a1) and (a2) include those described in JP2013-80033 and JP2013-83821. ..
典型的には、前記酸不安定基としては、下記式(AL−1)〜(AL−3)で表されるものが挙げられる。
式(AL−1)及び(AL−2)中、RL1及びRL2は、それぞれ独立に、炭素数1〜40のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1〜40のアルキル基が好ましく、炭素数1〜20のアルキル基がより好ましい。 Wherein (AL-1) and (AL-2), R L1 and R L2 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms, an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, a hetero such as a fluorine atom It may contain atoms. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. As the hydrocarbyl group, an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is more preferable.
式(AL−1)中、cは、0〜10の整数であり、1〜5の整数が好ましい。 In the formula (AL-1), c is an integer of 0 to 10, and an integer of 1 to 5 is preferable.
式(AL−2)中、RL3及びRL4は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。また、RL2、RL3及びRL4のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する炭素原子又は炭素原子と酸素原子と共に炭素数3〜20の環を形成してもよい。前記環としては、炭素数4〜16の環が好ましく、特に脂環が好ましい。 In the formula (AL-2), R L3 and R L4 are independently hydrogen atoms or hydrocarbyl groups having 1 to 20 carbon atoms, and contain heteroatoms such as oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom and fluorine atom. You may be. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. As the hydrocarbyl group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable. Further, any two of R L2, R L3 and R L4, may form a ring of 3 to 20 carbon atoms with the carbon atom or carbon and oxygen atoms to which it binds them combine with each other. As the ring, a ring having 4 to 16 carbon atoms is preferable, and an alicyclic ring is particularly preferable.
式(AL−3)中、RL5、RL6及びRL7は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。また、RL5、RL6及びRL7のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に炭素数3〜20の環を形成してもよい。前記環としては、炭素数4〜16の環が好ましく、特に脂環が好ましい。 In the formula (AL-3), RL5 , RL6 and RL7 are independently hydrocarbyl groups having 1 to 20 carbon atoms and contain heteroatoms such as oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom and fluorine atom. You may be. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. As the hydrocarbyl group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable. Further, any two of R L5, R L6 and R L7, may form a ring of 3 to 20 carbon atoms with the carbon atom bonded these combined with each other. As the ring, a ring having 4 to 16 carbon atoms is preferable, and an alicyclic ring is particularly preferable.
前記ベースポリマーは、更に、密着性基としてフェノール性ヒドロキシ基を含む繰り返し単位bを含んでもよい。繰り返し単位bを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。
前記ベースポリマーは、更に、他の密着性基として、フェノール性ヒドロキシ基以外のヒドロキシ基、ラクトン環、スルトン環、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カルボニル基、スルホニル基、シアノ基又はカルボキシ基を含む繰り返し単位cを含んでもよい。繰り返し単位cを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。
前記ベースポリマーは、更に、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、アセナフチレン、クロモン、クマリン、ノルボルナジエン又はこれらの誘導体に由来する繰り返し単位dを含んでもよい。繰り返し単位dを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
前記ベースポリマーは、更に、スチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルピレン、メチレンインダン、ビニルピリジン又はビニルカルバゾールに由来する繰り返し単位eを含んでもよい。 The base polymer may further contain a repeating unit e derived from styrene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylpyrene, methyleneindane, vinylpyridine or vinylcarbazole.
前記ベースポリマーは、更に、重合性不飽和結合を含むオニウム塩に由来する繰り返し単位fを含んでもよい。好ましい繰り返し単位fとしては、下記式(f1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f1ともいう。)、下記式(f2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f2ともいう。)及び下記式(f3)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f3ともいう。)が挙げられる。なお、繰り返し単位f1〜f3は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
式(f1)〜(f3)中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Z1は、単結合、フェニレン基、−O−Z11−、−C(=O)−O−Z11−又は−C(=O)−NH−Z11−であり、Z11は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Z2は、単結合、−Z21−C(=O)−O−、−Z21−O−又は−Z21−O−C(=O)−であり、Z21は、炭素数1〜12の飽和ヒドロカルビレン基であり、カルボニル基、エステル結合又はエーテル結合を含んでいてもよい。Z3は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−Z31−、−C(=O)−O−Z31−又は−C(=O)−NH−Z31−であり、Z31は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。なお、前記脂肪族ヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記飽和ヒドロカルビレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。 In formulas (f1) to (f3), RA is independently a hydrogen atom or a methyl group. Z 1 is a single bond, a phenylene group, -O-Z 11 -, - C (= O) -O-Z 11 - or -C (= O) -NH-Z 11 - a and, Z 11 is carbon It is an aliphatic hydrocarbylene group or a phenylene group of the number 1 to 6, and may contain a carbonyl group, an ester bond, an ether bond or a hydroxy group. Z 2 is a single bond, -Z 21 -C (= O) -O -, - Z 21 -O- or -Z 21 -O-C (= O ) - and is, Z 21 is 1 to carbon atoms It is 12 saturated hydrocarbylene groups and may contain a carbonyl group, an ester bond or an ether bond. Z 3 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, -O-Z 31 -, - C (= O) -O-Z 31 - or -C (= O) -NH- Z 31 - a and, Z 31 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a fluorinated phenylene group or a phenylene group substituted with a trifluoromethyl group, a carbonyl group, an ester bond , Ether bond or hydroxy group may be contained. The aliphatic hydrocarbylene group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched or cyclic.
式(f1)〜(f3)中、R21〜R28は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、炭素数1〜10の飽和ヒドロカルビル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、炭素数1〜10の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜10の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基又は炭素数2〜10のヒドロカルビルカルボニルオキシ基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、カルボニル基、エーテル結合又はエステル結合で置換されていてもよい。また、R23、R24及びR25のいずれか2つ又はR26、R27及びR28のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、前記環としては、式(1)の説明において、r=1のとき、2つのR2が結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。 In formulas (f1) to (f3), R 21 to R 28 are hydrocarbyl groups having 1 to 20 carbon atoms which may independently contain heteroatoms. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, preferably an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms. Can be mentioned. In addition, some or all of the hydrogen atoms of these groups are saturated hydrocarbyl groups having 1 to 10 carbon atoms, halogen atoms, trifluoromethyl groups, cyano groups, nitro groups, hydroxy groups, mercapto groups and 1 to 10 carbon atoms. May be substituted with a saturated hydrocarbyloxy group of, a saturated hydrocarbyloxycarbonyl group having 2 to 10 carbon atoms or a hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 10 carbon atoms, and some of the carbon atoms of these groups are carbonyl groups, It may be substituted with an ether bond or an ester bond. Further, any two of R 23 , R 24 and R 25 or any two of R 26 , R 27 and R 28 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded. At this time, the ring is the same as that exemplified as the ring that can be formed together with the sulfur atom to which two R 2s are bonded and these are bonded when r = 1 in the description of the formula (1). Can be mentioned.
式(f2)中、A1は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。 In formula (f2), A 1 is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group.
式(f1)中、M-は、非求核性対向イオンである。前記非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハロゲン化物イオン、トリフレートイオン、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネートイオン、ノナフルオロブタンスルホネートイオン等のフルオロアルキルスルホネートイオン、トシレートイオン、ベンゼンスルホネートイオン、4−フルオロベンゼンスルホネートイオン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネートイオン等のアリールスルホネートイオン、メシレートイオン、ブタンスルホネートイオン等のアルキルスルホネートイオン、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミドイオン、ビス(パーフルオロブチルスルホニル)イミドイオン等のイミドイオン、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドイオン、トリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチドイオン等のメチドイオンが挙げられる。 Wherein (f1), M - is a non-nucleophilic counter ion. Examples of the non-nucleophilic counter ion include halide ions such as chloride ion and bromide ion, triflate ion, 1,1,1-trifluoroethanesulfonate ion, fluoroalkylsulfonate ion such as nonafluorobutane sulfonate ion, and the like. Tosylate ion, benzene sulfonate ion, 4-fluorobenzene sulfonate ion, aryl sulfonate ion such as 1,2,3,4,5-pentafluorobenzene sulfonate ion, alkyl sulfonate ion such as mesilate ion, butane sulfonate ion, bis Methyl ions such as (trifluoromethylsulfonyl) imide ion, bis (perfluoroethylsulfonyl) imide ion, bis (perfluorobutylsulfonyl) imide ion, tris (trifluoromethylsulfonyl) methide ion, tris (perfluoroethylsulfonyl) methide ion, etc. Can be mentioned.
前記非求核性対向イオンとしては、更に、下記式(f1−1)で表されるα位がフッ素原子で置換されたスルホン酸イオン、下記式(f1−2)で表されるα位がフッ素原子で
置換され、β位がトリフルオロメチル基で置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。
式(f1−1)中、R31は、水素原子、炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、ラクトン環又はフッ素原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR5で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In the formula (f1-1), R 31 is a hydrogen atom, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, and may contain an ether bond, an ester bond, a carbonyl group, a lactone ring or a fluorine atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 5 in the formula (1A').
式(f1−2)中、R32は、水素原子、炭素数1〜30のヒドロカルビル基又は炭素数2〜30のヒドロカルビルカルボニル基であり、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基又はラクトン環を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基及びヒドロカルビルカルボニル基のヒドロカルビル部は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR5で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In formula (f1-2), R 32 is a hydrogen atom, a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms or a hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, and contains an ether bond, an ester bond, a carbonyl group or a lactone ring. You may. The hydrocarbyl moiety of the hydrocarbyl group and the hydrocarbylcarbonyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 5 in the formula (1A').
繰り返し単位f1を与えるモノマーのカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。
繰り返し単位f2又f3を与えるモノマーのカチオンの具体例としては、特開2017−219836号公報に記載されたスルホニウムカチオンが挙げられる。 Specific examples of the cation of the monomer giving the repeating unit f2 or f3 include the sulfonium cation described in JP-A-2017-219836.
繰り返し単位f2を与えるモノマーのアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。
繰り返し単位f3を与えるモノマーのアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。
ポリマー主鎖に酸発生剤を結合させることによって酸拡散を小さくし、酸拡散のぼけによる解像性の低下を防止できる。また、酸発生剤が均一に分散することによってLWR又はCDUが改善される。 By binding an acid generator to the polymer main chain, acid diffusion can be reduced and deterioration of resolution due to blurring of acid diffusion can be prevented. In addition, the LWR or CDU is improved by uniformly dispersing the acid generator.
ポジ型レジスト材料用のベースポリマーは、酸不安定基を含む繰り返し単位a1又はa2を必須とする。この場合、繰り返し単位a1、a2、b、c、d、e及びfの含有比率は、0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0、0≦b≦0.9、0≦c≦0.9、0≦d≦0.8、0≦e≦0.8及び0≦f≦0.5が好ましく、0≦a1≦0.9、0≦a2≦0.9、0.1≦a1+a2≦0.9、0≦b≦0.8、0≦c≦0.8、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7及び0≦f≦0.4がより好ましく、0≦a1≦0.8、0≦a2≦0.8、0.1≦a1+a2≦0.8、0≦b≦0.75、0≦c≦0.75、0≦d≦0.6、0≦e≦0.6及び0≦f≦0.3が更に好ましい。なお、繰り返し単位fが繰り返し単位f1〜f3から選ばれる少なくとも1種である場合、f=f1+f2+f3である。また、a1+a2+b+c+d+e+f=1.0である。 The base polymer for positive resist materials requires repeating units a1 or a2 containing acid-labile groups. In this case, the content ratios of the repeating units a1, a2, b, c, d, e and f are 0 ≦ a1 <1.0, 0 ≦ a2 <1.0, 0 <a1 + a2 <1.0, 0 ≦ b. ≦ 0.9, 0 ≦ c ≦ 0.9, 0 ≦ d ≦ 0.8, 0 ≦ e ≦ 0.8 and 0 ≦ f ≦ 0.5 are preferable, and 0 ≦ a1 ≦ 0.9, 0 ≦ a2 ≦ 0.9, 0.1 ≦ a1 + a2 ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.8, 0 ≦ c ≦ 0.8, 0 ≦ d ≦ 0.7, 0 ≦ e ≦ 0.7 and 0 ≦ f ≤0.4 is more preferable, 0≤a1≤0.8, 0≤a2≤0.8, 0.1≤a1 + a2≤0.8, 0≤b≤0.75, 0≤c≤0.75, More preferably, 0 ≦ d ≦ 0.6, 0 ≦ e ≦ 0.6, and 0 ≦ f ≦ 0.3. When the repeating unit f is at least one selected from the repeating units f1 to f3, f = f1 + f2 + f3. Further, a1 + a2 + b + c + d + e + f = 1.0.
一方、ネガ型レジスト材料用のベースポリマーは、酸不安定基は必ずしも必要ではない。このようなベースポリマーとしては、繰り返し単位bを含み、必要に応じて更に繰り返し単位c、d、e及び/又はfを含むものが挙げられる。これらの繰り返し単位の含有比率は、0<b≦1.0、0≦c≦0.9、0≦d≦0.8、0≦e≦0.8及び0≦f≦0.5が好ましく、0.2≦b≦1.0、0≦c≦0.8、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7及び0≦f≦0.4がより好ましく、0.3≦b≦1.0、0≦c≦0.75、0≦d≦0.6、0≦e≦0.6及び0≦f≦0.3が更に好ましい。なお、繰り返し単位fが繰り返し単位f1〜f3から選ばれる少なくとも1種である場合、f=f1+f2+f3である。また、b+c+d+e+f=1.0である。 On the other hand, the base polymer for negative resist materials does not necessarily require an acid-labile group. Examples of such a base polymer include a repeating unit b and, if necessary, a repeating unit c, d, e and / or f. The content ratio of these repeating units is preferably 0 <b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 0.9, 0 ≦ d ≦ 0.8, 0 ≦ e ≦ 0.8, and 0 ≦ f ≦ 0.5. , 0.2 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 0.8, 0 ≦ d ≦ 0.7, 0 ≦ e ≦ 0.7 and 0 ≦ f ≦ 0.4, more preferably 0.3 ≦ More preferably, b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 0.75, 0 ≦ d ≦ 0.6, 0 ≦ e ≦ 0.6 and 0 ≦ f ≦ 0.3. When the repeating unit f is at least one selected from the repeating units f1 to f3, f = f1 + f2 + f3. Further, b + c + d + e + f = 1.0.
前記ベースポリマーを合成するには、例えば、前述した繰り返し単位を与えるモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱し、重合を行えばよい。 In order to synthesize the base polymer, for example, the above-mentioned monomer giving the repeating unit may be heated by adding a radical polymerization initiator in an organic solvent to carry out the polymerization.
重合時に使用する有機溶剤としては、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、ジオキサン等が挙げられる。重合開始剤としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル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挙げられる。重合時の温度は、好ましくは50〜80℃である。反応時間は、好ましくは2〜100時間、より好ましくは5〜20時間である。 Examples of the organic solvent used at the time of polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane and the like. As the polymerization initiator, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis (2-methylpropionate) ), Benzoyl peroxide, lauroyl peroxide and the like. The temperature at the time of polymerization is preferably 50 to 80 ° C. The reaction time is preferably 2 to 100 hours, more preferably 5 to 20 hours.
ヒドロキシ基を含むモノマーを共重合する場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基等の酸によって脱保護しやすいアセタール基で置換しておいて重合後に弱酸と水によって脱保護を行ってもよいし、アセチル基、ホルミル基、ピバロイル基等で置換しておいて重合後にアルカリ加水分解を行ってもよい。 When copolymerizing a monomer containing a hydroxy group, the hydroxy group may be replaced with an acetal group which is easily deprotected with an acid such as an ethoxyethoxy group at the time of polymerization, and deprotection may be carried out with a weak acid and water after the polymerization. Alkali hydrolysis may be carried out after polymerization by substituting with an acetyl group, a formyl group, a pivaloyl group or the like.
ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンを共重合する場合は、ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンのかわりにアセトキシスチレンやアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後前記アルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンにしてもよい。 When copolymerizing hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, acetoxystyrene or acetoxyvinylnaphthalene is used instead of hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, and after polymerization, the acetoxy group is deprotected by the alkali hydrolysis to remove hydroxystyrene or hydroxyvinyl. It may be naphthalene.
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、反応温度は、好ましくは−20〜100℃、より好ましくは0〜60℃である。反応時間は、好ましくは0.2〜100時間、より好ましくは0.5〜20時間である。 As the base for alkaline hydrolysis, aqueous ammonia, triethylamine and the like can be used. The reaction temperature is preferably -20 to 100 ° C, more preferably 0 to 60 ° C. The reaction time is preferably 0.2 to 100 hours, more preferably 0.5 to 20 hours.
前記ベースポリマーは、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が、好ましくは1,000〜500,000、より好ましくは2,000〜30,000である。Mwが小さすぎるとレジスト材料が耐熱性に劣るものとなり、大きすぎるとアルカリ溶解性が低下し、パターン形成後に裾引き現象が生じやすくなる。 The base polymer has a polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran (THF) as a solvent. It is 30,000. If Mw is too small, the resist material will be inferior in heat resistance, and if it is too large, the alkali solubility will decrease, and the tailing phenomenon will easily occur after pattern formation.
更に、前記ベースポリマーにおいて分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は、低分子量や高分子量のポリマーが存在するために、露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりするおそれがある。パターンルールが微細化するに従って、MwやMw/Mnの影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、前記ベースポリマーのMw/Mnは、1.0〜2.0、特に1.0〜1.5と狭分散であることが好ましい。 Further, when the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the base polymer is wide, foreign matter may be seen on the pattern or the shape of the pattern may be deteriorated due to the presence of the polymer having a low molecular weight or a high molecular weight. There is a risk of As the pattern rule becomes finer, the influence of Mw and Mw / Mn tends to increase. Therefore, in order to obtain a resist material suitable for fine pattern dimensions, Mw / Mn of the base polymer is 1.0. It is preferable that the dispersion is as narrow as ~ 2.0, particularly 1.0 to 1.5.
前記ベースポリマーは、組成比率、Mw、Mw/Mnが異なる2つ以上のポリマーを含んでもよい。 The base polymer may contain two or more polymers having different composition ratios, Mw, and Mw / Mn.
[その他の成分]
式(1)で表されるスルホニウム塩及びベースポリマーを含むレジスト材料に、有機溶剤、式(1)で表されるスルホニウム塩以外の光酸発生剤、クエンチャー、界面活性剤、溶解阻止剤、架橋剤等を目的に応じて適宜組み合わせて配合してポジ型レジスト材料及びネガ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記ベースポリマーが触媒反応により現像液に対する溶解速度が加速されるので、極めて高感度のポジ型レジスト材料及びネガ型レジスト材料とすることができる。この場合、レジスト膜の溶解コントラスト及び解像性が高く、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好でありながら、特に酸拡散を抑制できることから粗密寸法差が小さく、これらのことから実用性が高く、超LSI用レジスト材料として非常に有効なものとすることができる。特に、酸触媒反応を利用した化学増幅ポジ型レジスト材料とすると、より高感度のものとすることができると共に、諸特性が一層優れたものとなり極めて有用なものとなる。
[Other ingredients]
A resist material containing a sulfonium salt represented by the formula (1) and a base polymer, an organic solvent, a photoacid generator other than the sulfonium salt represented by the formula (1), a quencher, a surfactant, a dissolution inhibitor, By appropriately combining and blending a cross-linking agent or the like according to the purpose to form a positive resist material and a negative resist material, the dissolution rate of the base polymer in the developing solution is accelerated by a catalytic reaction in the exposed portion. It can be a positive resist material and a negative resist material with extremely high sensitivity. In this case, the dissolution contrast and resolution of the resist film are high, there is an exposure margin, the process adaptability is excellent, the pattern shape after exposure is good, and acid diffusion can be suppressed in particular, so that the difference in coarseness and density is small. From these facts, it is highly practical and can be made very effective as a resist material for VLSI. In particular, when a chemically amplified positive resist material utilizing an acid-catalyzed reaction is used, it can be made more sensitive and has more excellent properties, which is extremely useful.
前記有機溶剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0144]〜[0145]に記載の、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−2−n−ペンチルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、プロピ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、エチ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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。 Examples of the organic solvent include ketones such as cyclohexanone, cyclopentanone, and methyl-2-n-pentyl ketone described in paragraphs [0144] to [0145] of JP-A-2008-111103, 3-methoxybutanol, and the like. Alcohols such as 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, diacetone alcohol, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene Ethers such as glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropion Examples thereof include esters such as ethyl acid, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, propylene glycol mono tert-butyl ether acetate, lactones such as γ-butyrolactone, and mixed solvents thereof.
本発明のレジスト材料において、前記有機溶剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、100〜10,000質量部が好ましく、200〜8,000質量部がより好ましい。 In the resist material of the present invention, the content of the organic solvent is preferably 100 to 10,000 parts by mass, more preferably 200 to 8,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer.
本発明のレジスト材料は、本発明の効果を損なわない範囲で、式(1)で表されるスルホニウム塩以外の酸発生剤(以下、その他の酸発生剤という。)を含んでもよい。その他の酸発生剤としては、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)が挙げられる。光酸発生剤の成分としては、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構わないが、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生する酸発生剤が好ましい。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−スルホニルオキシイミド、オキシム−O−スルホネート型酸発生剤等がある。酸発生剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0122]〜[0142]に記載されている。その他の酸発生剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜200質量部が好ましく、0.1〜100質量部が好ましい。 The resist material of the present invention may contain an acid generator other than the sulfonium salt represented by the formula (1) (hereinafter, referred to as other acid generator) as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of other acid generators include compounds that generate acids in response to active light or radiation (photoacid generators). The component of the photoacid generator may be any compound that generates an acid by irradiation with high energy rays, but an acid generator that generates a sulfonic acid, an imic acid or a methidoic acid is preferable. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethanes, N-sulfonyloxyimides, oxime-O-sulfonate type acid generators and the like. Specific examples of the acid generator are described in paragraphs [0122] to [0142] of JP-A-2008-111103. The content of the other acid generator is preferably 0 to 200 parts by mass, preferably 0.1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer.
本発明のレジスト材料には、クエンチャーを配合してもよい。前記クエンチャーとしては、従来型の塩基性化合物が挙げられる。従来型の塩基性化合物としては、第1級、第2級、第3級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類、イミド類、カーバメート類等が挙げられる。特に、特開2008−111103号公報の段落[0146]〜[0164]に記載の第1級、第2級、第3級のアミン化合物、特にはヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル結合を有するアミン化合物あるいは特許第3790649号公報に記載のカーバメート基を有する化合物等が好ましい。このような塩基性化合物を添加することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を更に抑制したり、形状を補正したりすることができる。 The resist material of the present invention may contain a quencher. Examples of the quencher include conventional basic compounds. Conventional basic compounds include primary, secondary and tertiary aliphatic amines, mixed amines, aromatic amines, heterocyclic amines, nitrogen-containing compounds having a carboxy group, and sulfonyl groups. Examples thereof include a nitrogen-containing compound having a hydroxy group, a nitrogen-containing compound having a hydroxyphenyl group, an alcoholic nitrogen-containing compound, amides, imides, and carbamates. In particular, primary, secondary and tertiary amine compounds described in paragraphs [0146] to [0164] of JP-A-2008-111103, particularly hydroxy groups, ether bonds, ester bonds, lactone rings, and the like. A cyano group, an amine compound having a sulfonic acid ester bond, a compound having a carbamate group described in Japanese Patent No. 3790649, and the like are preferable. By adding such a basic compound, for example, the diffusion rate of the acid in the resist film can be further suppressed or the shape can be corrected.
また、前記クエンチャーとして、特開2008−158339号公報に記載されたα位がフッ素化されていないスルホン酸及びカルボン酸の、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。α位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸又はメチド酸は、カルボン酸エステルの酸不安定基を脱保護させるために必要であるが、α位がフッ素化されていないオニウム塩との塩交換によってα位がフッ素化されていないスルホン酸又はカルボン酸が放出される。α位がフッ素化されていないスルホン酸及びカルボン酸は脱保護反応を起こさないために、クエンチャーとして機能する。 In addition, examples of the quencher include onium salts such as sulfonium salts, iodonium salts, and ammonium salts of sulfonic acids and carboxylic acids whose α-position is not fluorinated, which is described in JP-A-2008-158339. Sulfonic acid, imidic acid or methidoic acid with fluorinated α-position is required to deprotect the acid instability group of the carboxylic acid ester, but salt exchange with onium salt with fluorinated α-position. Releases a sulfonic acid or carboxylic acid whose α-position is not fluorinated. Sulfonic acids and carboxylic acids whose α-position is not fluorinated do not undergo a deprotection reaction and therefore function as a quencher.
このようなクエンチャーとしては、例えば、下記式(2)で表される化合物(α位がフッ素化されていないスルホン酸のオニウム塩)及び下記式(3)で表される化合物(カルボン酸のオニウム塩)が挙げられる。
式(2)中、R101は、水素原子又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基であるが、スルホ基のα位の炭素原子に結合する水素原子が、フッ素原子又はフルオロアルキル基で置換されたものを除く。 In the formula (2), R 101 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a hydrogen atom or a hetero atom, and the hydrogen atom bonded to the carbon atom at the α-position of the sulfo group is a fluorine atom. Or, those substituted with a fluoroalkyl group are excluded.
前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、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、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、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等のアルキル基;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、ノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基、アダマンチルメチル基等の環式飽和ヒドロカルビル基;アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;シクロヘキセニル基等の環式不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;フェニル基、ナフチル基、アルキルフェニル基(2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−n−ブチルフェニル基等)、ジアルキルフェニル基(2,4−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリイソプロピルフェニル基等)、アルキルナフチル基(メチルナフチル基、エチルナフチル基等)、ジアルキルナフチル基(ジメチルナフチル基、ジエチルナフチル基等)等のアリール基;チエニル基等のヘテロアリール基;ベンジル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基等が挙げられる。 The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, tert-pentyl group, n-pentyl group, n-hexyl group and n-. Alkyl groups such as octyl group, 2-ethylhexyl group, n-nonyl group, n-decyl group; cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclopentylmethyl group, cyclopentylethyl group, cyclopentylbutyl group, cyclohexylmethyl group, cyclohexylethyl group, cyclohexylbutyl Cyclic saturated hydrocarbyl group such as group, norbornyl group, tricyclo [5.2.1.10 2,6 ] decanyl group, adamantyl group, adamantylmethyl group; alkenyl group includes vinyl group, allyl group, propenyl group, butenyl group. Alkenyl groups such as groups and hexenyl groups; cyclic unsaturated aliphatic hydrocarbyl groups such as cyclohexenyl groups; phenyl groups, naphthyl groups, alkylphenyl groups (2-methylphenyl group, 3-methylphenyl group, 4-methylphenyl group) , 4-Ethylphenyl group, 4-tert-butylphenyl group, 4-n-butylphenyl group, etc.), Dialkylphenyl group (2,4-dimethylphenyl group, 2,4,6-triisopropylphenyl group, etc.), Aryl groups such as alkylnaphthyl groups (methylnaphthyl group, ethylnaphthyl group, etc.), dialkylnaphthyl groups (dimethylnaphthyl group, diethylnaphthyl group, etc.); heteroaryl groups such as thienyl group; benzyl group, 1-phenylethyl group, 2 -Examples include an aralkyl group such as a phenylethyl group.
また、これらの基の水素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。ヘテロ原子を含むヒドロカルビル基としては、4−ヒドロキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、2−メトキシフェニル基、4−エトキシフェニル基、4−tert−ブトキシフェニル基、3−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基;メトキシナフチル基、エトキシナフチル基、n−プロポキシナフチル基、n−ブトキシナフチル基等のアルコキシナフチル基;ジメトキシナフチル基、ジエトキシナフチル基等のジアルコキシナフチル基;2−フェニル−2−オキソエチル基、2−(1−ナフチル)−2−オキソエチル基、2−(2−ナフチル)−2−オキソエチル基等の2−アリール−2−オキソエチル基等のアリールオキソアルキル基等が挙げられる。 Further, some of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with heteroatom-containing groups such as oxygen atoms, sulfur atoms, nitrogen atoms and halogen atoms, and some of the carbon atoms of these groups may be oxygen atoms. It may be substituted with a hetero atom-containing group such as a sulfur atom or a nitrogen atom, and as a result, a hydroxy group, a cyano group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a carbonate bond, a lactone ring, or a sulton ring. , Carous acid anhydride, haloalkyl group and the like may be contained. Hydrocarbyl groups containing heteroatoms include 4-hydroxyphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 3-methoxyphenyl group, 2-methoxyphenyl group, 4-ethoxyphenyl group, 4-tert-butoxyphenyl group and 3-tert. -Alkoxyphenyl group such as butoxyphenyl group; alkoxyphenyl group such as methoxynaphthyl group, ethoxynaphthyl group, n-propoxynaphthyl group, n-butoxynaphthyl group; dialkoxynaphthyl group such as dimethoxynaphthyl group and diethoxynaphthyl group; An aryloxoalkyl group such as a 2-aryl-2-oxoethyl group such as a 2-phenyl-2-oxoethyl group, a 2- (1-naphthyl) -2-oxoethyl group, and a 2- (2-naphthyl) -2-oxoethyl group. And so on.
式(3)中、R102は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。R102で表されるヒドロカルビル基としては、R101で表されるヒドロカルビル基として例示したものと同様のものが挙げられる。また、その他の具体例として、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロ−1−メチル−1−ヒドロキシエチル基、2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)−1−ヒドロキシエチル基等の含フッ素アルキル基;ペンタフルオロフェニル基や4−トリフルオロメチルフェニル基等の含フッ素アリール基等も挙げられる。 In formula (3), R 102 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a hetero atom. Examples of the hydrocarbyl group represented by R 102 include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 101. In addition, as other specific examples, a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group, a 2,2,2-trifluoro-1-methyl-1-hydroxyethyl group, 2,2,2-trifluoro-1- (tri). Fluoromethyl) Fluorin-containing alkyl groups such as -1-hydroxyethyl group; Fluorine-containing aryl groups such as pentafluorophenyl group and 4-trifluoromethylphenyl group can also be mentioned.
式(2)及び(3)中、Mq+は、オニウムカチオンである。 In formulas (2) and (3), Mq + is an onium cation.
クエンチャーとして、下記式(4)で表されるヨウ素化ベンゼン環含有カルボン酸のスルホニウム塩も好適に使用できる。
式(4)中、R201は、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、若しくは水素原子の一部若しくは全部がハロゲン原子で置換されていてもよい、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基若しくは炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基、又は−NR201A−C(=O)−R201B若しくは−NR201A−C(=O)−O−R201Bである。R201Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R201Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である。LAは、単結合又は炭素数1〜20の(z+1)価の連結基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。前記飽和ヒドロカルビル基、飽和ヒドロカルビルオキシ基、飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基及び飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。y及び/又はzが2以上のとき、各R201は互いに同一であっても異なっていてもよい。 In formula (4), R 201 may have a hydroxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an amino group, a nitro group, a cyano group, or a part or all of a hydrogen atom substituted with a halogen atom. Saturated hydrocarbyl groups with 1 to 6 carbon atoms, saturated hydrocarbyloxy groups with 1 to 6 carbon atoms, saturated hydrocarbylcarbonyloxy groups with 2 to 6 carbon atoms, saturated hydrocarbylsulfonyloxy groups with 1 to 4 carbon atoms, or -NR 201A- C (= O) -R 201B or -NR 201A- C (= O) -O-R 201B . R 201A is a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 201B is a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms or an unsaturated aliphatic hydrocarbyl group having 2 to 8 carbon atoms. L A is a (z + 1) -valent linking group of a single bond or a C 1-20 ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, sultone ring, lactam ring, carbonate group, halogen atom, hydroxy group, and It may contain at least one selected from carboxy groups. The saturated hydrocarbyl group, saturated hydrocarbyloxy group, saturated hydrocarbylcarbonyloxy group and saturated hydrocarbylsulfonyloxy group may be linear, branched or cyclic. When y and / or z are 2 or more, each R 201 may be the same as or different from each other.
式(4)中、R202、R203及びR204は、それぞれ独立に、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、オキソ基、シアノ基、ニトロ基、スルトン基、スルホン基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、アミド結合、カーボネート基又はスルホン酸エステル結合で置換されていてもよい。また、R202、R203及びR204のいずれ2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。 In formula (4), R 202 , R 203 and R 204 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom or a hetero atom. be. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms. Further, a part or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with a hydroxy group, a carboxy group, a halogen atom, an oxo group, a cyano group, a nitro group, a sulton group, a sulfone group or a sulfonium salt-containing group. , Some of the carbon atoms of these groups may be substituted with ether bonds, ester bonds, carbonyl groups, amide bonds, carbonate groups or sulfonic acid ester bonds. Further, any two of R 202 , R 203 and R 204 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
式(4)中、xは、1〜5の整数である。yは、0〜3の整数である。zは、1〜3の整数である。 In equation (4), x is an integer of 1-5. y is an integer from 0 to 3. z is an integer of 1 to 3.
式(4)で表される化合物の具体例としては、特開2017−219836号公報に記載されたものが挙げられる。ヨウ素は、波長13.5nmのEUVの吸収が大きいので、これによって露光中に二次電子が発生し、酸発生剤に二次電子のエネルギーが移動することによってクエンチャーの分解が促進され、これによって感度を向上させることができる。 Specific examples of the compound represented by the formula (4) include those described in JP-A-2017-219836. Iodine absorbs EUV with a wavelength of 13.5 nm so much that secondary electrons are generated during exposure, and the energy of the secondary electrons is transferred to the acid generator, which promotes the decomposition of the quencher. Can improve the sensitivity.
クエンチャーとしては、更に、特開2008−239918号公報に記載のポリマー型のクエンチャーが挙げられる。これは、コート後のレジスト膜表面に配向することによってパターン後のレジスト膜の矩形性を高める。ポリマー型クエンチャーは、液浸露光用の保護膜を適用したときのパターンの膜減りやパターントップのラウンディングを防止する効果もある。 Further, as the quencher, the polymer type quencher described in JP-A-2008-239918 can be mentioned. This enhances the rectangularity of the resist film after patterning by orienting it on the surface of the resist film after coating. The polymer-type quencher also has the effect of preventing the film from being reduced and the pattern top from being rounded when a protective film for immersion exposure is applied.
本発明のレジスト材料がクエンチャーを含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜5質量部が好ましく、0〜4質量部がより好ましい。 When the resist material of the present invention contains a quencher, the content thereof is preferably 0 to 5 parts by mass, more preferably 0 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer.
前記界面活性剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0165]〜[0166]に記載されたものが挙げられる。界面活性剤を添加することによって、レジスト材料の塗布性を一層向上あるいは制御することができる。本発明のレジスト材料が界面活性剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.0001〜10質量部が好ましい。界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the surfactant include those described in paragraphs [0165] to [0166] of JP-A-2008-111103. By adding a surfactant, the coatability of the resist material can be further improved or controlled. When the resist material of the present invention contains a surfactant, the content thereof is preferably 0.0001 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer. The surfactant may be used alone or in combination of two or more.
本発明のレジスト材料がポジ型である場合は、溶解阻止剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。前記溶解阻止剤としては、分子量が好ましくは100〜1,000、より好ましくは150〜800で、かつ分子内にフェノール性ヒドロキシ基を2つ以上含む化合物の該フェノール性ヒドロキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として0〜100モル%の割合で置換した化合物、又は分子内にカルボキシ基を含む化合物の該カルボキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として平均50〜100モル%の割合で置換した化合物が挙げられる。具体的には、ビスフェノールA、トリスフェノール、フェノールフタレイン、クレゾールノボラック、ナフタレンカルボン酸、アダマンタンカルボン酸、コール酸のヒドロキシ基、カルボキシ基の水素原子を酸不安定基で置換した化合物等が挙げられ、例えば、特開2008−122932号公報の段落[0155]〜[0178]に記載されている。 When the resist material of the present invention is of the positive type, the difference in dissolution rate between the exposed portion and the unexposed portion can be further increased by adding a dissolution inhibitor, and the resolution can be further improved. .. As the dissolution inhibitor, the hydrogen atom of the phenolic hydroxy group of a compound having a molecular weight of preferably 100 to 1,000, more preferably 150 to 800 and containing two or more phenolic hydroxy groups in the molecule is acid. A compound in which the hydrogen atom of the carboxy group is replaced by an unstable group at a ratio of 0 to 100 mol% as a whole, or a compound containing a carboxy group in the molecule, and a hydrogen atom of the carboxy group is replaced by an acid unstable group in an average ratio of 50 to 100 mol% as a whole. Examples thereof include compounds substituted with. Specific examples thereof include bisphenol A, trisphenol, phenolphthalein, cresol novolac, naphthalenecarboxylic acid, adamantancarboxylic acid, hydroxy group of cholic acid, and compounds in which the hydrogen atom of the carboxy group is replaced with an acid unstable group. For example, it is described in paragraphs [0155] to [0178] of JP-A-2008-122932.
本発明のレジスト材料がポジ型レジスト材料の場合、前記溶解阻止剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜50質量部が好ましく、5〜40質量部がより好ましい。溶解阻止剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 When the resist material of the present invention is a positive resist material, the content of the dissolution inhibitor is preferably 0 to 50 parts by mass, more preferably 5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer. The dissolution inhibitor can be used alone or in combination of two or more.
一方、本発明のレジスト材料がネガ型である場合は、架橋剤を添加することによって、露光部の溶解速度を低下させることによりネガティブパターンを得ることができる。前記架橋剤としては、メチロール基、アルコキシメチル基及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基で置換された、エポキシ化合物、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物又はウレア化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、アルケニルエーテル基等の二重結合を含む化合物等が挙げられる。これらは、添加剤として用いてもよいが、ポリマー側鎖にペンダント基として導入してもよい。また、ヒドロキシ基を含む化合物も架橋剤として用いることができる。 On the other hand, when the resist material of the present invention is a negative type, a negative pattern can be obtained by reducing the dissolution rate of the exposed portion by adding a cross-linking agent. The cross-linking agent includes an epoxy compound, a melamine compound, a guanamine compound, a glycoluril compound or a urea compound, an isocyanate compound, and an azide compound substituted with at least one group selected from a methylol group, an alkoxymethyl group and an acyloxymethyl group. , Compounds containing a double bond such as an alkenyl ether group, and the like. These may be used as additives or may be introduced as pendant groups in the polymer side chain. Further, a compound containing a hydroxy group can also be used as a cross-linking agent.
前記エポキシ化合物としては、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリメチロールメタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリエチロールエタントリグリシジルエーテル等が挙げられる。 Examples of the epoxy compound include tris (2,3-epoxypropyl) isocyanurate, trimethylolmethane triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, and trimethylolethane triglycidyl ether.
前記メラミン化合物としては、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1〜6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜6個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the melamine compound include a compound in which 1 to 6 methylol groups of hexamethylol melamine, hexamethoxymethyl melamine, and hexamethylol melamine are methoxymethylated or a mixture thereof, hexamethoxyethyl melamine, hexaacyloxymethyl melamine, and hexamethylol melamine. Examples thereof include a compound in which 1 to 6 methylol groups of the above are acyloxymethylated, or a mixture thereof.
グアナミン化合物としては、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。 Examples of the guanamine compound include a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol guanamine, tetramethoxymethyl guanamine, and tetramethylol guanamine are methoxymethylated or a mixture thereof, and one of tetramethoxyethyl guanamine, tetraacyloxyguanamine, and tetramethylol guanamine. Examples thereof include a compound in which ~ 4 methoxyl groups are acyloxymethylated, or a mixture thereof.
グリコールウリル化合物としては、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜4個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜4個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。ウレア化合物としてはテトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルウレア等が挙げられる。 Examples of the glycol uryl compound include tetramethylol glycol uryl, tetramethoxyglycol uryl, tetramethoxymethyl glycol uryl, and a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol glycol uryl are methoxymethylated or a mixture thereof, and methylol of tetramethylol glycol uryl. Examples thereof include a compound in which 1 to 4 groups are acyloxymethylated or a mixture thereof. Examples of the urea compound include tetramethylol urea, tetramethoxymethylurea, a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol urea are methoxymethylated, or a mixture thereof, and tetramethoxyethylurea.
イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。 Examples of the isocyanate compound include tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, cyclohexane diisocyanate and the like.
アジド化合物としては、1,1'−ビフェニル−4,4'−ビスアジド、4,4'−メチリデンビスアジド、4,4'−オキシビスアジド等が挙げられる。 Examples of the azide compound include 1,1'-biphenyl-4,4'-bis azide, 4,4'-methylidene bis azide, and 4,4'-oxybis azide.
アルケニルエーテル基を含む化合物としては、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、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコ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、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、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。 Examples of the compound containing an alkenyl ether group include ethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, 1,2-propanediol divinyl ether, 1,4-butanediol divinyl ether, tetramethylene glycol divinyl ether, and neopentyl glycol divinyl ether. Examples thereof include trimethylolpropane trivinyl ether, hexanediol divinyl ether, 1,4-cyclohexanediol divinyl ether, pentaerythritol trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, sorbitol tetravinyl ether, sorbitol pentavinyl ether, and trimethylolpropanetrivinyl ether.
本発明のレジスト材料がネガ型レジスト材料の場合、前記架橋剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.1〜50質量部が好ましく、1〜40質量部がより好ましい。架橋剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 When the resist material of the present invention is a negative resist material, the content of the cross-linking agent is preferably 0.1 to 50 parts by mass, more preferably 1 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer. The cross-linking agent may be used alone or in combination of two or more.
本発明のレジスト材料には、スピンコート後のレジスト表面の撥水性を向上させるための撥水性向上剤を配合してもよい。前記撥水性向上剤は、トップコートを用いない液浸リソグラフィーに用いることができる。前記撥水性向上剤としては、フッ化アルキル基を含む高分子化合物、特定構造の1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を含む高分子化合物等が好ましく、特開2007−297590号公報、特開2008−111103号公報等に例示されているものがより好ましい。前記撥水性向上剤は、アルカリ現像液や有機溶剤現像液に溶解する必要がある。前述した特定の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撥水性向上剤は、現像液への溶解性が良好である。撥水性向上剤として、アミノ基やアミン塩を含む繰り返し単位を含む高分子化合物は、PEB中の酸の蒸発を防いで現像後のホールパターンの開口不良を防止する効果が高い。本発明のレジスト材料が撥水性向上剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。撥水性向上剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The resist material of the present invention may contain a water repellency improver for improving the water repellency of the resist surface after spin coating. The water repellency improver can be used for immersion lithography without using a top coat. As the water repellency improving agent, a polymer compound containing an alkyl fluoride group, a polymer compound containing a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue having a specific structure, or the like is preferable. Those exemplified in JP-A-2007-297590, JP-A-2008-111103 and the like are more preferable. The water repellency improver needs to be dissolved in an alkaline developer or an organic solvent developer. The water repellency improver having the specific 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue described above has good solubility in a developing solution. As a water repellency improving agent, a polymer compound containing a repeating unit containing an amino group or an amine salt is highly effective in preventing the evaporation of the acid in PEB and preventing the opening defect of the hole pattern after development. When the resist material of the present invention contains a water repellency improver, the content thereof is preferably 0 to 20 parts by mass, more preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer. The water repellency improver may be used alone or in combination of two or more.
本発明のレジスト材料には、アセチレンアルコール類を配合することもできる。前記アセチレンアルコール類としては、特開2008−122932号公報の段落[0179]〜[0182]に記載されたものが挙げられる。本発明のレジスト材料がアセチレンアルコール類を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜5質量部が好ましい。 Acetylene alcohols can also be blended with the resist material of the present invention. Examples of the acetylene alcohols include those described in paragraphs [0179] to [0182] of JP-A-2008-122932. When the resist material of the present invention contains acetylene alcohols, the content thereof is preferably 0 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base polymer.
[パターン形成方法]
本発明のレジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。
[Pattern formation method]
When the resist material of the present invention is used for manufacturing various integrated circuits, known lithography techniques can be applied.
例えば、本発明のレジスト材料を、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、MoSi2、SiO2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0.01〜2μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間プリベークし、レジスト膜を形成する。 For example, the resist material of the present invention can be used as a substrate for manufacturing integrated circuits (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, organic antireflection film, etc.) or a substrate for manufacturing mask circuits (Cr, CrO). , CrON, MoSi 2 , SiO 2, etc.) by an appropriate coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc. so that the coating film thickness is 0.01 to 2 μm. do. This is prebaked on a hot plate at preferably 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, more preferably 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes to form a resist film.
次いで、高エネルギー線を用いて、前記レジスト膜を露光する。前記高エネルギー線としては、紫外線、遠紫外線、EB、波長3〜15nmのEUV、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等が挙げられる。前記高エネルギー線として紫外線、遠紫外線、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等を用いる場合は、目的のパターンを形成するためのマスクを用いて、露光量が好ましくは1〜200mJ/cm2程度、より好ましくは10〜100mJ/cm2程度となるように照射する。高エネルギー線としてEBを用いる場合は、露光量が好ましくは0.1〜100μC/cm2程度、より好ましくは0.5〜50μC/cm2程度で直接又は目的のパターンを形成するためのマスクを用いて描画する。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KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、EB、EUV、X線、軟X線、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターニングに好適であり、特にEB又はEUVによる微細パターニングに好適である。 The resist film is then exposed to high energy rays. Examples of the high-energy rays include ultraviolet rays, far ultraviolet rays, EB, EUV with a wavelength of 3 to 15 nm, X-rays, soft X-rays, excimer laser light, γ-rays, synchrotron radiation and the like. When ultraviolet rays, far ultraviolet rays, EUV, X-rays, soft X-rays, excimer laser light, γ-rays, synchrotron radiation, etc. are used as the high-energy rays, an exposure amount is used by using a mask for forming a target pattern. Is preferably about 1 to 200 mJ / cm 2 , and more preferably about 10 to 100 mJ / cm 2. When using the EB as the high-energy radiation, the exposure amount is preferably 0.1~100μC / cm 2, more preferably about a mask for forming a pattern of direct or object at about 0.5~50μC / cm 2 Draw using. The resist material of the present invention is particularly suitable for fine patterning by KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EB, EUV, X-ray, soft X-ray, γ-ray, and synchrotron radiation among high-energy rays. It is particularly suitable for fine patterning by EB or EUV.
露光後、ホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間PEBを行ってもよい。 After the exposure, PEB may be carried out on a hot plate at preferably 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes.
露光後又はPEB後、0.1〜10質量%、好ましくは2〜5質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、3秒〜3分間、好ましくは5秒〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により露光したレジスト膜を現像することで、目的のパターンが形成される。ポジ型レジスト材料の場合は、光を照射した部分は現像液に溶解し、露光されなかった部分は溶解せず、基板上に目的のポジ型のパターンが形成される。ネガ型レジスト材料の場合はポジ型レジスト材料の場合とは逆であり、すなわち光を照射した部分は現像液に不溶化し、露光されなかった部分は溶解する。 After exposure or PEB, 0.1 to 10% by mass, preferably 2 to 5% by mass of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH), tetrabutyl Using a developing solution of an alkaline aqueous solution such as ammonium hydroxide (TBAH), the dipping method, the puddle method, the spray method, etc. are usually used for 3 seconds to 3 minutes, preferably 5 seconds to 2 minutes. By developing the resist film exposed by the method, a desired pattern is formed. In the case of a positive resist material, the portion irradiated with light is dissolved in the developing solution, the portion not exposed is not dissolved, and a desired positive pattern is formed on the substrate. The negative resist material is the opposite of the positive resist material, that is, the light-irradiated portion is insoluble in the developer and the unexposed portion is soluble.
酸不安定基を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料を用いて、有機溶剤現像によってネガティブパターンを得るネガティブ現像を行うこともできる。このときに用いる現像液としては、2−オクタノン、2−ノナノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸ブテニル、酢酸イソペンチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、ギ酸イソペンチル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチル、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸ペンチル、乳酸イソペンチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、ギ酸ベンジル、ギ酸フェニルエチル、3−フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸2−フェニルエチル等が挙げられる。これらの有機溶剤は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。 Negative development to obtain a negative pattern by organic solvent development can also be performed using a positive resist material containing a base polymer containing an acid unstable group. The developing solution used at this time is 2-octanone, 2-nonanone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, 2-hexanone, 3-hexanone, diisobutylketone, methylcyclohexanone, acetphenone, methylacetphenone, propyl acetate. , Butyl acetate, Isobutyl acetate, Pentyl acetate, Butenyl acetate, Isopentyl acetate, propyl formate, Butyl formate, Isobutyl formate, Pentyl formate, Isopentyl formate, Methyl valerate, Methyl pentate, Methyl crotonate, Ethyl crotonate, Methyl propionate , Ethyl propionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl lactate, ethyl lactate, propyl lactate, butyl lactate, isobutyl lactate, pentyl lactate, isopentyl lactate, methyl 2-hydroxyisobutyrate, ethyl 2-hydroxyisobutyrate, methyl benzoate , Ethyl benzoate, phenyl acetate, benzyl acetate, methyl phenylacetate, benzyl formate, phenylethyl formate, methyl 3-phenylpropionate, benzyl propionate, ethyl phenylacetate, 2-phenylethyl acetate and the like. These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more.
現像の終了時には、リンスを行う。リンス液としては、現像液と混溶し、レジスト膜を溶解させない溶剤が好ましい。このような溶剤としては、炭素数3〜10のアルコール、炭素数8〜12のエーテル化合物、炭素数6〜12のアルカン、アルケン、アルキン、芳香族系の溶剤が好ましく用いられる。 Rinse at the end of development. As the rinsing solution, a solvent that is miscible with the developing solution and does not dissolve the resist film is preferable. As such a solvent, an alcohol having 3 to 10 carbon atoms, an ether compound having 8 to 12 carbon atoms, an alkane having 6 to 12 carbon atoms, an alkene, an alkyne, and an aromatic solvent are preferably used.
具体的に、炭素数3〜10のアルコールとしては、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−ペンチルアルコール、ネオペンチルアルコール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−エチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール等が挙げられる。 Specifically, the alcohols having 3 to 10 carbon atoms include n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, and the like. 3-Pentanol, tert-pentyl alcohol, neopentyl alcohol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-3-pentanol, cyclopentanol, 1-hexanol, 2-hexanol , 3-Hexanol, 2,3-dimethyl-2-butanol, 3,3-dimethyl-1-butanol, 3,3-dimethyl-2-butanol, 2-ethyl-1-butanol, 2-methyl-1-pen Tanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-1-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, 4-methyl Examples thereof include -1-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 4-methyl-3-pentanol, cyclohexanol, 1-octanol and the like.
炭素数8〜12のエーテル化合物としては、ジ−n−ブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−ペンチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル等が挙げられる。 Examples of the ether compound having 8 to 12 carbon atoms include di-n-butyl ether, diisobutyl ether, di-sec-butyl ether, di-n-pentyl ether, diisopentyl ether, di-sec-pentyl ether, and di-tert-pentyl. Examples include ether and di-n-hexyl ether.
炭素数6〜12のアルカンとしては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、メチルシクロペンタン、ジメチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン等が挙げられる。炭素数6〜12のアルケンとしては、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキセン、ジメチルシクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン等が挙げられる。炭素数6〜12のアルキンとしては、ヘキシン、ヘプチン、オクチン等が挙げられる。 Examples of alkanes having 6 to 12 carbon atoms include hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, methylcyclopentane, dimethylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane and the like. Be done. Examples of the alkene having 6 to 12 carbon atoms include hexene, heptene, octene, cyclohexene, methylcyclohexene, dimethylcyclohexene, cycloheptene, cyclooctene and the like. Examples of the alkyne having 6 to 12 carbon atoms include hexyne, heptin, octyne and the like.
芳香族系の溶剤としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、メシチレン等が挙げられる。 Examples of the aromatic solvent include toluene, xylene, ethylbenzene, isopropylbenzene, tert-butylbenzene, mesitylene and the like.
リンスを行うことによってレジストパターンの倒れや欠陥の発生を低減させることができる。また、リンスは必ずしも必須ではなく、リンスを行わないことによって溶剤の使用量を削減することができる。 By rinsing, it is possible to reduce the occurrence of the resist pattern collapse and defects. In addition, rinsing is not always essential, and the amount of solvent used can be reduced by not rinsing.
現像後のホールパターンやトレンチパターンを、サーマルフロー、RELACS技術又はDSA技術でシュリンクすることもできる。ホールパターン上にシュリンク剤を塗布し、ベーク中のレジスト層からの酸触媒の拡散によってレジストの表面でシュリンク剤の架橋が起こり、シュリンク剤がホールパターンの側壁に付着する。ベーク温度は、好ましくは70〜180℃、より好ましくは80〜170℃であり、ベーク時間は、好ましくは10〜300秒であり、余分なシュリンク剤を除去し、ホールパターンを縮小させる。 The developed hole pattern or trench pattern can also be shrunk by thermal flow, RELACS technology or DSA technology. A shrink agent is applied onto the hole pattern, and the diffusion of the acid catalyst from the resist layer during baking causes cross-linking of the shrink agent on the surface of the resist, and the shrink agent adheres to the side wall of the hole pattern. The bake temperature is preferably 70 to 180 ° C., more preferably 80 to 170 ° C., and the bake time is preferably 10 to 300 seconds, removing excess shrink agent and reducing the hole pattern.
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、本発明は下記実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Synthesis Examples, Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
レジスト材料に用いた酸発生剤PAG1〜PAG23の構造を以下に示す。PAG1は、p−ヒドロキシフェニルジフェニルスルホニウム塩と2−ヨード酢酸クロリドとのエステル化反応によって合成した。PAG2〜PAG23はPAG1の合成と同様のエステル化反応によって合成した。
[合成例]ベースポリマー(ポリマー1〜4)の合成
各モノマーを組み合わせて、溶剤であるTHF中で共重合反応を行い、メタノールに晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後、単離、乾燥して、以下に示す組成のベースポリマー(ポリマー1〜4)を得た。得られたベースポリマーの組成は1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPC(溶剤:THF、標準:ポリスチレン)により確認した。
[Synthesis Example] Synthesis of Base Polymers (Polymers 1 to 4) Each monomer is combined, copolymerized in THF as a solvent, crystallized in methanol, washed with hexane repeatedly, and then isolated and dried. Then, a base polymer (polymers 1 to 4) having the composition shown below was obtained. The composition of the obtained base polymer was confirmed by 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC (solvent: THF, standard: polystyrene).
[実施例1〜26、比較例1〜5]レジスト材料の調製及びその評価
(1)レジスト材料の調製
界面活性剤としてオムノバ社製PolyFox PF-636を100ppm溶解させた溶剤に、表1〜3に示す組成で各成分を溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してレジスト材料を調製した。なお、実施例1〜13、15〜26及び比較例1〜4のレジスト材料はポジ型であり、実施例14及び比較例5のレジスト材料はネガ型である。
[Examples 1 to 26, Comparative Examples 1 to 5] Preparation of resist material and evaluation thereof (1) Preparation of resist material Tables 1 to 3 in a solvent in which 100 ppm of PolyFox PF-636 manufactured by Omniova Co., Ltd. was dissolved as a surfactant. A solution in which each component was dissolved with the composition shown in (1) was filtered through a filter having a size of 0.2 μm to prepare a resist material. The resist materials of Examples 1 to 13, 15 to 26 and Comparative Examples 1 to 4 are of the positive type, and the resist materials of Examples 14 and 5 are of the negative type.
表1〜3中、各成分は、以下のとおりである。
有機溶剤: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)
GBL(γ−ブチロラクトン)
CyH(シクロヘキサノン)
PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)
DAA(ジアセトンアルコール)
In Tables 1 to 3, each component is as follows.
Organic solvent: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
GBL (γ-butyrolactone)
CyH (cyclohexanone)
PGME (Propylene Glycol Monomethyl Ether)
DAA (diacetone alcohol)
比較例用酸発生剤:cPAG1〜cPAG4(下記構造式参照)
クエンチャー1〜3(下記構造式参照)
(2)EUVリソグラフィー評価
表1〜3に示す各レジスト材料を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を膜厚20nmで形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて105℃で60秒間プリベークして膜厚50nmのレジスト膜を作製した。これを、ASML社製EUVスキャナーNXE3300(NA0.33、σ0.9/0.6、クアドルポール照明、ウエハー上寸法がピッチ46nm、+20%バイアスのホールパターンのマスク)を用いてEUVで露光し、ホットプレート上で表1〜3記載の温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%TMAH水溶液で30秒間現像を行って、実施例1〜13、15〜26及び比較例1〜4では寸法23nmのホールパターンを、実施例14及び比較例5では寸法26nmのドットパターンを得た。
(株)日立ハイテクノロジーズ製の測長SEM(CG5000)を用いて、ホール及びドット寸法がそれぞれ23nm及び26nmで形成されるときの露光量を測定して、これを感度とし、また、このときのホール又はドット50個の寸法を測定し、寸法バラツキ(CDU、3σ)を求めた。結果を表1〜3に併記する。
(2) EUV lithography evaluation Each resist material shown in Tables 1 to 3 is Si formed by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (silicon content is 43% by mass) with a film thickness of 20 nm. A resist film having a film thickness of 50 nm was prepared by spin coating on a substrate and prebaking at 105 ° C. for 60 seconds using a hot plate. This is exposed to EUV using ASML's EUV scanner NXE3300 (NA0.33, σ0.9 / 0.6, quadrupole illumination, wafer top dimension pitch 46 nm, + 20% bias hole pattern mask), and hot plate. PEB was carried out at the temperatures shown in Tables 1 to 3 above for 60 seconds, and development was carried out with a 2.38 ASML TMAH aqueous solution for 30 seconds. In Examples 1 to 13, 15 to 26 and Comparative Examples 1 to 4, the dimensions were 23 nm. As a hole pattern, a dot pattern having a size of 26 nm was obtained in Example 14 and Comparative Example 5.
Using a length measuring SEM (CG5000) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, the exposure amount when the hole and dot dimensions are formed at 23 nm and 26 nm, respectively, is measured and used as the sensitivity. The dimensions of 50 holes or dots were measured, and the dimensional variation (CDU, 3σ) was determined. The results are also shown in Tables 1 to 3.
表1〜3に示した結果より、式(1)で表されるスルホニウム塩を酸発生剤として含む本発明のレジスト材料は、高感度であり、CDUが良好であることがわかった。 From the results shown in Tables 1 to 3, it was found that the resist material of the present invention containing the sulfonium salt represented by the formula (1) as an acid generator has high sensitivity and good CDU.
Claims (14)
XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。
Ralは、炭素数1〜20の(k+1)価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ヨウ素原子以外のハロゲン原子、炭素数6〜12のアリール基、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
X1は、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基又はカーボネート基である。
X2は、単結合、又は炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、スルトン環、ラクタム環、カーボネート基、ヨウ素原子以外のハロゲン原子、ヒドロキシ基及びカルボキシ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
X3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。
R1は、単結合、又はエーテル結合、エステル結合若しくはヒドロキシ基を含んでいてもよい炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビレン基である。
R2は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。r=1のとき、2つのR2は、互いに同一でも異なっていてもよく、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。
R3は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アミノ基、又はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基若しくはエーテル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基若しくは炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基である。
X-は、非求核性対向イオンである。) A resist material containing an acid generator containing a sulfonium salt represented by the following formula (1).
X BI is an iodine atom or a bromine atom.
R al is a (k + 1) -valent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and is an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sulton ring, a lactam ring, a carbonate group, or a halogen atom other than an iodine atom. , At least one selected from an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, a hydroxy group and a carboxy group may be contained.
X 1 is a single bond, an ether bond, an ester bond, an amide bond, a carbonyl group or a carbonate group.
X 2 is a single bond or a (m + 1) valent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, other than an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sulton ring, a lactam ring, a carbonate group, and an iodine atom. It may contain at least one selected from a halogen atom, a hydroxy group and a carboxy group.
X 3 is a single bond, ether bond or ester bond.
R 1 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a single bond, an ether bond, an ester bond or a hydroxy group.
R 2 is a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a hetero atom. When r = 1, the two R 2s may be the same or different from each other and may be bonded to each other to form a ring with the sulfur atoms to which they are bonded.
R 3 is a hydroxy group, a carboxy group, a nitro group, a cyano group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an amino group, or a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a hydroxy group, an amino group or A saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 20 carbon atoms, and a saturated hydrocarbyl group having 2 to 20 carbon atoms, which may contain an ether bond. It is an oxycarbonyl group or a saturated hydrocarbylsulfonyloxy group having 1 to 4 carbon atoms.
X - is a non-nucleophilic opposing ion. )
Y1は、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合、エーテル結合若しくはラクトン環を有する炭素数1〜12の連結基である。
Y2は、単結合、エステル結合又はアミド結合である。
Y3は、単結合、エーテル結合又はエステル結合である。
R11及びR12は、酸不安定基である。
R13は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルカルボニル基、炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基又は炭素数2〜7の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基である。
R14は、単結合又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビレン基であり、その炭素原子の一部がエーテル結合又はエステル結合で置換されていてもよい。
aは、1又は2である。bは、0〜4の整数である。) The resist material according to claim 3, wherein the base polymer contains a repeating unit represented by the following formula (a1) or a repeating unit represented by the following formula (a2).
Y 1 is a linking group having 1 to 12 carbon atoms having a single bond, a phenylene group or a naphthylene group, or an ester bond, an ether bond or a lactone ring.
Y 2 is a single bond, an ester bond or an amide bond.
Y 3 is a single bond, an ether bond or an ester bond.
R 11 and R 12 are acid-labile groups.
R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms, and 2 carbon atoms. It is a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group of ~ 7 or a saturated hydrocarbyloxycarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms.
R 14 is a single bond or a saturated hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, and a part of the carbon atom thereof may be substituted with an ether bond or an ester bond.
a is 1 or 2. b is an integer from 0 to 4. )
Z1は、単結合、フェニレン基、−O−Z11−、−C(=O)−O−Z11−又は−C(=O)−NH−Z11−であり、Z11は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。
Z2は、単結合、−Z21−C(=O)−O−、−Z21−O−又は−Z21−O−C(=O)−である。Z21は、炭素数1〜12の飽和ヒドロカルビレン基であり、カルボニル基、エステル結合又はエーテル結合を含んでいてもよい。
Z3は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−Z31−、−C(=O)−O−Z31−又は−C(=O)−NH−Z31−である。Z31は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。
R21〜R28は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。また、R23、R24及びR25のいずれか2つ又はR26、R27及びR28のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。
A1は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。
M-は、非求核性対向イオンである。) The resist material according to any one of claims 1 to 7, wherein the base polymer contains at least one selected from the repeating units represented by the following formulas (f1) to (f3).
Z 1 is a single bond, a phenylene group, -O-Z 11 -, - C (= O) -O-Z 11 - or -C (= O) -NH-Z 11 - a and, Z 11 is carbon It is an aliphatic hydrocarbylene group or a phenylene group of the number 1 to 6, and may contain a carbonyl group, an ester bond, an ether bond or a hydroxy group.
Z 2 is a single bond, -Z 21 -C (= O) -O -, - Z 21 -O- or -Z 21 -O-C (= O ) - is. Z 21 is a saturated hydrocarbylene group having 1 to 12 carbon atoms and may contain a carbonyl group, an ester bond or an ether bond.
Z 3 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, -O-Z 31 -, - C (= O) -O-Z 31 - or -C (= O) -NH- Z 31 −. Z 31 is a phenylene group substituted with an aliphatic hydrocarbylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, or a trifluoromethyl group having 1 to 6 carbon atoms, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, or a hydroxy group. May include.
R 21 to R 28 are hydrocarbyl groups having 1 to 20 carbon atoms, which may independently contain heteroatoms. Further, any two of R 23 , R 24 and R 25 or any two of R 26 , R 27 and R 28 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
A 1 is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group.
M - is a non-nucleophilic opposing ion. )
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